(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023151175
(43)【公開日】2023-10-16
(54)【発明の名称】曝気装置の運転制御システム
(51)【国際特許分類】
C02F 3/12 20230101AFI20231005BHJP
【ＦＩ】
C02F3/12 J
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022060638
(22)【出願日】2022-03-31
(71)【出願人】
【識別番号】507036050
【氏名又は名称】住友重機械エンバイロメント株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002826
【氏名又は名称】弁理士法人雄渾
(72)【発明者】
【氏名】栗栖 治夫
【テーマコード（参考）】
4D028
【Ｆターム（参考）】
4D028AB00
4D028AB03
4D028BC24
4D028BD06
4D028CA07
4D028CA10
4D028CB03
4D028CC04
4D028CC07
4D028CD01
4D028CD04
4D028CE04
(57)【要約】
【課題】本発明の課題は、一定の方向に向かって被処理水の流れが形成される生物処理槽において、被処理水の流れ方向における曝気量の過不足を低減し、生物処理槽全体にわたって適切な生物処理を行うことが可能な曝気装置の運転制御システム及び運転制御方法を提供することである。
【解決手段】上記課題を解決するために、一定の方向に向かって被処理水の流れが形成される生物処理槽内に、被処理水の流れ方向に沿って配置された曝気装置の運転制御システムであって、前記流れ方向の複数の位置における各曝気量を決定する制御部を備えることを特徴とする、曝気装置の運転制御システムを提供する。
【選択図】図１
【解決手段】上記課題を解決するために、一定の方向に向かって被処理水の流れが形成される生物処理槽内に、被処理水の流れ方向に沿って配置された曝気装置の運転制御システムであって、前記流れ方向の複数の位置における各曝気量を決定する制御部を備えることを特徴とする、曝気装置の運転制御システムを提供する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
一定の方向に向かって被処理水の流れが形成される生物処理槽内に、被処理水の流れ方向に沿って配置された曝気装置の運転制御システムであって、
前記流れ方向の複数の位置における各曝気量を決定する制御部を備えることを特徴とする、曝気装置の運転制御システム。
前記流れ方向の複数の位置における各曝気量を決定する制御部を備えることを特徴とする、曝気装置の運転制御システム。
【請求項2】
前記複数の位置における各曝気量は、前記生物処理槽の所定の位置における酸素消費速度に基づいて決定することを特徴とする、請求項１に記載の曝気装置の運転制御システム。
【請求項3】
前記複数の位置における各曝気量は、前記生物処理槽の所定の位置における溶存酸素量に基づいて決定することを特徴とする、請求項１に記載の曝気装置の運転制御システム。
【請求項4】
一定の方向に向かって被処理水の流れが形成される生物処理槽内に、被処理水の流れ方向に沿って配置された曝気装置の運転制御方法であって、
前記流れ方向の複数の位置における各曝気量を決定する制御ステップを備えることを特徴とする、曝気装置の運転制御方法。
前記流れ方向の複数の位置における各曝気量を決定する制御ステップを備えることを特徴とする、曝気装置の運転制御方法。
【請求項5】
一定の方向に向かって被処理水の流れが形成される生物処理槽内に、被処理水の流れ方向に沿って配置された曝気装置の曝気量の制御を実行するプログラムであって、
前記流れ方向の複数の位置における各曝気量を決定する制御ステップを備えることを特徴とする、曝気装置の曝気量の制御を実行するプログラム。
前記流れ方向の複数の位置における各曝気量を決定する制御ステップを備えることを特徴とする、曝気装置の曝気量の制御を実行するプログラム。
【請求項6】
請求項１～３のいずれか一項に記載の曝気装置の運転制御システムを備えることを特徴とする、曝気装置。
【請求項7】
生物処理槽と、請求項６に記載の曝気装置を備えることを特徴とする、生物処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、生物処理槽に設置する曝気装置の運転制御システム及び運転制御方法に関するものである。特に、一定の方向に向かって被処理水の流れが形成される生物処理槽内に、被処理水の流れ方向に沿って配置された曝気装置の運転制御システム及び運転制御方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
下水や工場排水などの生物学的に分解できる汚濁物質を含む排水の生物処理方法として、曝気装置から空気を供給して好気性微生物による分解処理を促進する方法が利用されている。生物処理方法に使用する生物処理槽では、所定の位置に配置された投入部から被処理水を投入し、投入部と対向する位置に配置された排出部から処理水を排出することにより、生物処理槽内に投入部から排出部に向かって被処理水の流れが形成される。そして、曝気装置は、被処理水の流れ方向に沿って配置され、生物処理槽の全体に空気を供給している。
【0003】
例えば、特許文献１には、好気性微生物による生物処理方法において、担体又はグラニュールの酸素消費速度の計測値の変動に応じて溶存酸素量（ＤＯ）の目標値又は曝気強度の設定値を調整する方法が記載されている。特許文献１に記載された生物処理方法では、経時的に変化する生物処理槽内の担体やグラニュールの性状に適合した必要十分な酸素供給を推定し、ＤＯの目標値や曝気強度の設定値を変更して制御するため、より適切な曝気制御が可能となることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０２１－１５９８４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献１に記載される生物処理方法では、生物処理槽全体の溶存酸素量の目標値や曝気強度の設定値を調整することで適切な曝気制御を行っており、曝気量は、生物処理槽全体として均等に供給している。
しかしながら、被処理水の負荷（有機物量）は時間ごとに変動しており、生物処理槽の被処理水の流れ方向において有機物量に濃淡が生じている。例えば、下水の場合には、雨水の流入などにより有機物量に変動が生じたり、工場排水の場合には、製造時の有機性廃水の発生などにより有機物量に変動が生じたりする。そのため、特許文献１に記載される生物処理方法のように、生物処理槽全体として曝気量を均等に供給する方法では、被処理水の流れ方向において、曝気量が過剰な領域や曝気量が不足する領域が生じている。
また、被処理水中の有機物は、生物処理槽内を流れる間に分解されるため、投入後から排出までの間に有機物量が低下する。そのため、特許文献１に記載される生物処理槽のように、生物処理槽全体として曝気量を均等に供給する方法では、処理槽前半では曝気量が不足し、処理槽後半では曝気量が過剰となっている。
しかしながら、被処理水の負荷（有機物量）は時間ごとに変動しており、生物処理槽の被処理水の流れ方向において有機物量に濃淡が生じている。例えば、下水の場合には、雨水の流入などにより有機物量に変動が生じたり、工場排水の場合には、製造時の有機性廃水の発生などにより有機物量に変動が生じたりする。そのため、特許文献１に記載される生物処理方法のように、生物処理槽全体として曝気量を均等に供給する方法では、被処理水の流れ方向において、曝気量が過剰な領域や曝気量が不足する領域が生じている。
また、被処理水中の有機物は、生物処理槽内を流れる間に分解されるため、投入後から排出までの間に有機物量が低下する。そのため、特許文献１に記載される生物処理槽のように、生物処理槽全体として曝気量を均等に供給する方法では、処理槽前半では曝気量が不足し、処理槽後半では曝気量が過剰となっている。
【0006】
そこで、本発明の課題は、一定の方向に向かって被処理水の流れが形成される生物処理槽において、被処理水の流れ方向における曝気量の過不足を低減し、生物処理槽全体にわたって適切な生物処理を行うことが可能な曝気装置の運転制御システム及び運転制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明者は、上記の課題について鋭意検討した結果、一定の方向に向かって被処理水の流れが形成される生物処理槽において、流れ方向の複数の位置における各曝気量をそれぞれ決定することで、生物処理槽全体にわたって適切な生物処理を行うことが可能となることを見出して、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の曝気装置の運転制御システム及び運転制御方法である。
すなわち、本発明は、以下の曝気装置の運転制御システム及び運転制御方法である。
【0008】
上記課題を解決するための本発明の曝気装置の運転制御システムは、一定の方向に向かって被処理水の流れが形成される生物処理槽内に、被処理水の流れ方向に沿って配置された曝気装置の運転制御システムであって、前記流れ方向の複数の位置における各曝気量を決定する制御部を備えることを特徴とするものである。
この曝気装置の運転制御システムによれば、被処理水の流れ方向の複数の位置における曝気量をそれぞれ決定するため、生物処理槽全体にわたって曝気量の過不足を低減し、適切な生物処理を行うことが可能となる。
この曝気装置の運転制御システムによれば、被処理水の流れ方向の複数の位置における曝気量をそれぞれ決定するため、生物処理槽全体にわたって曝気量の過不足を低減し、適切な生物処理を行うことが可能となる。
【0009】
また、本発明の曝気装置の運転制御システムの一実施態様としては、複数の位置における各曝気量は、生物処理槽の所定の位置における酸素消費速度に基づいて決定するという特徴を有するものである。
この特徴によれば、微生物の活性化に最適な曝気量を決定することができるため、曝気量の過不足を一層低減することが可能となる。
この特徴によれば、微生物の活性化に最適な曝気量を決定することができるため、曝気量の過不足を一層低減することが可能となる。
【0010】
また、本発明の曝気装置の運転制御システムの一実施態様としては、複数の位置における各曝気量は、生物処理槽の所定の位置における溶存酸素量に基づいて決定するという特徴を有するものである。
この特徴によれば、簡便な方法で曝気量の過不足を観察し、複数の位置における各曝気量として適切な曝気量を決定することができる。
この特徴によれば、簡便な方法で曝気量の過不足を観察し、複数の位置における各曝気量として適切な曝気量を決定することができる。
【0011】
上記課題を解決するための本発明の曝気装置の運転制御方法は、一定の方向に向かって被処理水の流れが形成される生物処理槽内に、被処理水の流れ方向に沿って配置された曝気装置の運転制御方法であって、前記流れ方向の複数の位置における各曝気量を決定する制御ステップを備えることを特徴とするものである。
この曝気装置の運転制御方法によれば、被処理水の流れ方向の複数の位置における曝気量をそれぞれ決定するため、生物処理槽全体にわたって曝気量の過不足を低減し、適切な生物処理を行うことが可能となる。
この曝気装置の運転制御方法によれば、被処理水の流れ方向の複数の位置における曝気量をそれぞれ決定するため、生物処理槽全体にわたって曝気量の過不足を低減し、適切な生物処理を行うことが可能となる。
【0012】
上記課題を解決するための本発明の曝気装置の曝気量の制御を実行するプログラムは、一定の方向に向かって被処理水の流れが形成される生物処理槽内に、被処理水の流れ方向に沿って配置された曝気装置の曝気量の制御を実行するプログラムであって、前記流れ方向の複数の位置における各曝気量を決定する制御ステップを備えることを特徴とするものである。
このプログラムによれば、既存の曝気装置に対して、本発明の曝気装置の運転制御システムを導入することが可能となる。
このプログラムによれば、既存の曝気装置に対して、本発明の曝気装置の運転制御システムを導入することが可能となる。
【0013】
上記課題を解決するための本発明の曝気装置は、本発明の曝気装置の運転制御システムを備えることを特徴とするものである。
この曝気装置によれば、被処理水の流れ方向の複数の位置における曝気量をそれぞれ決定するため、生物処理槽全体にわたって曝気量の過不足を低減し、適切な生物処理を行うことが可能となる。
この曝気装置によれば、被処理水の流れ方向の複数の位置における曝気量をそれぞれ決定するため、生物処理槽全体にわたって曝気量の過不足を低減し、適切な生物処理を行うことが可能となる。
【0014】
上記課題を解決するための本発明の生物処理システムは、本発明の曝気装置を備えることを特徴とするものである。
この生物処理システムによれば、被処理水の流れ方向の複数の位置において、有機物量に応じて適切な曝気量で空気を供給するため、生物処理槽全体にわたって適切な生物処理を行うことが可能となる。
この生物処理システムによれば、被処理水の流れ方向の複数の位置において、有機物量に応じて適切な曝気量で空気を供給するため、生物処理槽全体にわたって適切な生物処理を行うことが可能となる。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、一定の方向に向かって被処理水の流れが形成される生物処理槽において、被処理水の流れ方向における曝気量の過不足を低減し、生物処理槽全体にわたって適切な生物処理を行うことが可能な曝気装置の運転制御システム及び運転制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】本発明の第１の実施態様に係る曝気装置の運転制御システムの概略説明図である。
【図2】本発明の第１の実施態様に係る曝気装置の運転制御システムに使用するＯＵＲ測定装置の概略説明図である。
【図3】本発明の第１の実施態様に係る曝気装置の運転制御システムに使用するＯＵＲ測定装置により得られる必要酸素量を示すグラフの一例である。
【図4】従来の生物処理システムによる必要酸素量（ＡＯＴＲ）と曝気量（酸素量として）の関係を表すグラフである。
【図5】本発明の第１の実施態様に係る生物処理システムによる必要酸素量（ＡＯＴＲ）と曝気量（酸素量として）の関係を表すグラフである。
【図6】本発明の第１の実施態様に係る曝気装置の曝気量の制御を実行する第１のプログラムを説明するブロック図である。
【図7】本発明の第２の実施態様に係る曝気装置の運転制御システムの概略説明図である。
【図8】本発明の第２の実施態様に係る曝気装置の曝気量の制御を実行する第２のプログラムを説明するブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、図面を参照しつつ本発明に係る曝気装置の運転制御システム及び曝気装置の運転制御方法の実施態様を詳細に説明する。
なお、実施態様に記載する曝気装置の運転制御システム及び曝気装置の運転制御方法については、本発明に係る曝気装置の運転制御システム及び曝気装置の運転制御方法を説明するために例示したにすぎず、これに限定されるものではない。
また、実施態様に記載する曝気装置の運転制御システムの説明は、曝気装置の運転制御方法、曝気装置の曝気量の制御を実行するプログラムの説明に置き換えることができる。
なお、実施態様に記載する曝気装置の運転制御システム及び曝気装置の運転制御方法については、本発明に係る曝気装置の運転制御システム及び曝気装置の運転制御方法を説明するために例示したにすぎず、これに限定されるものではない。
また、実施態様に記載する曝気装置の運転制御システムの説明は、曝気装置の運転制御方法、曝気装置の曝気量の制御を実行するプログラムの説明に置き換えることができる。
【0018】
［第１の実施態様］
図１は、本発明の第１の実施態様における生物処理システム１０Ａを示す概略説明図である。生物処理システム１０Ａは、下水や食品や飲料の工場排水など、有機性の汚濁物質が含まれる被処理水Ｗ０に対して生物処理を行うための装置である。生物処理では、空気を供給して微生物を活性化させることにより有機性の汚濁物質を分解する処理を行う。
図１は、本発明の第１の実施態様における生物処理システム１０Ａを示す概略説明図である。生物処理システム１０Ａは、下水や食品や飲料の工場排水など、有機性の汚濁物質が含まれる被処理水Ｗ０に対して生物処理を行うための装置である。生物処理では、空気を供給して微生物を活性化させることにより有機性の汚濁物質を分解する処理を行う。
【0019】
本実施態様に係る生物処理システム１０Ａは、図１に示すように、生物処理槽１１及び曝気装置１２を備えるものである。
生物処理槽１１は、所定の位置に配置された投入部から被処理水Ｗ０を投入し、投入部と対向する位置に配置された排出部から処理水Ｗ１を排出することにより、生物処理槽１１内に投入部から排出部に向かって被処理水Ｗ０の流れが形成される。生物処理槽１１に投入された被処理水Ｗ０は、生物処理槽１１内を通過する間に生物処理が行われ、生物処理槽内での被処理水Ｗ０の滞留時間（Hydraulic retention time，ＨＲＴ）は、被処理水Ｗ０の投入量により調整することができる。
生物処理槽１１は、所定の位置に配置された投入部から被処理水Ｗ０を投入し、投入部と対向する位置に配置された排出部から処理水Ｗ１を排出することにより、生物処理槽１１内に投入部から排出部に向かって被処理水Ｗ０の流れが形成される。生物処理槽１１に投入された被処理水Ｗ０は、生物処理槽１１内を通過する間に生物処理が行われ、生物処理槽内での被処理水Ｗ０の滞留時間（Hydraulic retention time，ＨＲＴ）は、被処理水Ｗ０の投入量により調整することができる。
【0020】
生物処理槽１１の形状は、一定の方向に向かって被処理水の流れが形成されるものであれば特に制限されないが、例えば、平面形状として矩形状の生物処理槽が挙げられる。矩形状の生物処理槽のように、直線状の被処理水の流れを形成するもの以外にも、蛇行形状の被処理水の流れや、循環する被処理水の流れを形成するものでもよい。
【0021】
（曝気装置）
曝気装置１２は、図１に示すように、散気部２と、散気部２における空気の供給量を制御する運転制御システム１Ａを備える。
散気部２は、ブロアＢと、ブロアＢから供給された空気を生物処理槽１１に供給するための配管を備える。ブロアＢからの空気を流通する配管は、複数に分岐しており、さらに分岐した各配管の先端には、散気部２Ａ～２Ｄを備える。散気部２Ａ～２Ｄは、生物処理槽１１内に空気を気泡として供給する機能を有するものであり、例えば、複数の孔を有する散気管や、複数の孔を有する散気板などが挙げられる。散気部２Ａ～２Ｄは、生物処理槽１１内の被処理水Ｗ０の流れ方向に沿って配置されており、被処理水Ｗ０の投入部側から排出部に向かって散気部２Ａ～２Ｄの順に配置されている。
また、複数に分岐した配管は、それぞれ流量調整弁Ｖ１～Ｖ４を備えており、各配管を流通する空気量を独立して調整することができる。
曝気装置１２は、図１に示すように、散気部２と、散気部２における空気の供給量を制御する運転制御システム１Ａを備える。
散気部２は、ブロアＢと、ブロアＢから供給された空気を生物処理槽１１に供給するための配管を備える。ブロアＢからの空気を流通する配管は、複数に分岐しており、さらに分岐した各配管の先端には、散気部２Ａ～２Ｄを備える。散気部２Ａ～２Ｄは、生物処理槽１１内に空気を気泡として供給する機能を有するものであり、例えば、複数の孔を有する散気管や、複数の孔を有する散気板などが挙げられる。散気部２Ａ～２Ｄは、生物処理槽１１内の被処理水Ｗ０の流れ方向に沿って配置されており、被処理水Ｗ０の投入部側から排出部に向かって散気部２Ａ～２Ｄの順に配置されている。
また、複数に分岐した配管は、それぞれ流量調整弁Ｖ１～Ｖ４を備えており、各配管を流通する空気量を独立して調整することができる。
【0022】
（運転制御システム）
運転制御システム１Ａは、生物処理槽１１内の被処理水の水質を測定する水質測定部４と、散気部２Ａ～２Ｄの各曝気量を決定する制御部３Ａを備える。水質測定部４は、散気部２Ａ～２Ｄが配置された位置から被処理水を採取し、各位置から採取された各被処理水の水質を確認するものである。制御部３Ａは、水質測定部４で測定された測定結果に基づいて各位置における空気の供給量を決定するものである。
運転制御システム１Ａは、生物処理槽１１内の被処理水の水質を測定する水質測定部４と、散気部２Ａ～２Ｄの各曝気量を決定する制御部３Ａを備える。水質測定部４は、散気部２Ａ～２Ｄが配置された位置から被処理水を採取し、各位置から採取された各被処理水の水質を確認するものである。制御部３Ａは、水質測定部４で測定された測定結果に基づいて各位置における空気の供給量を決定するものである。
【0023】
水質は、生物処理における空気の供給量を決定するための指標となるものであればよく、例えば、酸素消費速度（Oxygen Uptake Rate，ＯＵＲ）、溶存酸素量（Dissolved Oxygen，ＤＯ）、水温、ｐＨなどが挙げられる。酸素消費速度を測定する場合は、被処理水の生物処理に必要な酸素量を精密に算出できるという利点がある。また、溶存酸素量を測定する場合は、測定時間が短く迅速に酸素供給量を決定できるという利点がある。水温、ｐＨを測定する場合は、微生物の活性の強さから酸素供給量を推認することが可能である。空気の供給量の決定において、指標となる水質の測定結果は、単一種類の測定結果だけでなく、複数種類の測定結果を利用してもよい。
【0024】
また、水質の測定は、第１の実施態様の運転制御システム１Ａのように、散気部２Ａ～２Ｄのすべての位置において測定する態様のほか、少なくとも生物処理槽１１内の所定の位置において測定する態様とし、所定の位置において測定された水質結果と過去の実績値などから、シミュレーションや人工知能（ＡＩ）により他の位置の水質を算定してもよい。例えば、散気部２Ａの位置のみで水質を測定し、その他の散気部２Ｂ～２Ｄの位置における水質は、散気部２Ａの位置の水質結果と過去の実績値からのシミュレーションにより算定するという態様や、散気部２Ａと２Ｃの位置のみで水質を測定し、その他の散気部２Ｂと２Ｄの位置における水質は、散気部２Ａと２Ｃの位置の水質結果と過去の実績値からのシミュレーションにより算定するという態様や、投入部における被処理水Ｗ０の水質を測定し、散気部２Ａ～２Ｄの位置における水質は、投入部における水質結果と過去の実績値からのシミュレーションにより算出するという態様でもよい。
【0025】
図２に、水質測定部４として、ＯＵＲ測定装置４Ａを使用する例を挙げる。図２に示すように、ＯＵＲ測定装置４Ａは、酸素供給部４１とＤＯ測定部４２を備える。酸素供給部４１は、採取された被処理水の測定試料に、空気を供給して、初期ＤＯを与えるためのものである。ＤＯ測定部４２は、閉鎖系において酸素供給部４１で初期ＤＯが与えられた測定試料のＤＯの経時的変化を観察するものである。
【0026】
酸素供給部４１は、測定試料を保持する容器と、測定試料に空気を供給する空気供給手段を備える。例えば、散気部２Ａ～２Ｄのいずれかの位置から採取された被処理水Ｗ０が配管Ｌ１～Ｌ４を介して容器に投入され、次いで、容器に投入された被処理水Ｗ０に対して空気供給手段により空気が供給される。空気の供給手段は、特に制限されないが、容器内の下方から微細な気泡を供給する散気手段を使用することが好ましい。なお、測定試料の初期ＤＯがＯＵＲの測定条件を満たす場合には、酸素供給部４１を介さずに、直接ＤＯ測定部４２に測定試料を供給してもよい。また、ＤＯ測定部４２の容器に空気供給手段を設けて、一つの容器で酸素供給とＤＯ測定を行ってもよい。なお、一つの容器で酸素供給とＤＯ測定を行う場合、容器に投入された測定試料に空気を供給して初期ＤＯを与えた後、空気の供給を停止してＤＯ測定を行うことができる。
【0027】
ＤＯ測定部４２は、酸素供給部４１から送液された被処理水Ｗ０を保持する閉鎖系の容器と、容器内の被処理水Ｗ０のＤＯを測定するためのセンサー４３及びＤＯ計４４と、被処理水を撹拌するための撹拌手段４５を備える。例えば、被処理水Ｗ０を撹拌手段４５により被処理水Ｗ０を撹拌しながら、センサー４３及びＤＯ計４４により被処理水Ｗ０のＤＯの経時的変化を観察する。
【0028】
図３に、被処理水Ｗ０のＤＯの経時的変化を示すグラフの例を挙げる。図３に示すように、時間の経過と共にＤＯが低下し、この低下速度からＯＵＲが求められる。ＯＵＲは、被処理水Ｗ０の生物学的要件等から必要とされる必要酸素量となる。
【0029】
制御部３Ａは、水質測定部４で測定された測定結果に基づいて各位置における空気の供給量を決定するものである。例えば、水質測定部４で測定された酸素消費速度（ＯＵＲ）から空気の供給量を算出する場合、ＯＵＲを必要酸素量（Actual Oxygen Transfer Rate，ＡＯＴＲ）とみなして、次の式１から酸素供給量（Standard Oxygen Transfer Rate，ＳＯＴＲ）を求める。
酸素供給量（ＳＯＴＲ）：Ｔ１℃における清水状態での酸素供給（ｋｇＯ２／ｄ）
必要酸素量（ＡＯＴＲ）：被処理水のＴ２℃における１日当たりの酸素移動速度（ｋｇＯ２／ｄ）
Ｔ１：曝気装置性能の前提となる清水温度（℃）
Ｔ２：被処理水の水温
ＣＳ１：清水Ｔ１℃での飽和酸素濃度（ｍｇ／Ｌ）
ＣＳ２：清水Ｔ２℃での飽和酸素濃度（ｍｇ／Ｌ）
Ｃ０：被処理水のＤＯ（ｍｇ／Ｌ）
α：総括酸素移動容量係数ＫＬａの補正係数
（清水でのＫＬａに対する被処理水でのＫＬａの比）
標準活性汚泥法の場合は０．８３
β：飽和酸素濃度の補正係数
（清水での飽和酸素濃度に対する被処理水での飽和酸素濃度の比）
標準活性汚泥法の場合は０．９５
γ：散気水深による飽和酸素濃度の補正係数
ｈ：散気水深（ｍ）
Ｐ：処理場における大気圧（ｋＰａ）
【数1】
必要酸素量（ＡＯＴＲ）：被処理水のＴ２℃における１日当たりの酸素移動速度（ｋｇＯ２／ｄ）
Ｔ１：曝気装置性能の前提となる清水温度（℃）
Ｔ２：被処理水の水温
ＣＳ１：清水Ｔ１℃での飽和酸素濃度（ｍｇ／Ｌ）
ＣＳ２：清水Ｔ２℃での飽和酸素濃度（ｍｇ／Ｌ）
Ｃ０：被処理水のＤＯ（ｍｇ／Ｌ）
α：総括酸素移動容量係数ＫＬａの補正係数
（清水でのＫＬａに対する被処理水でのＫＬａの比）
標準活性汚泥法の場合は０．８３
β：飽和酸素濃度の補正係数
（清水での飽和酸素濃度に対する被処理水での飽和酸素濃度の比）
標準活性汚泥法の場合は０．９５
γ：散気水深による飽和酸素濃度の補正係数
【数2】
Ｐ：処理場における大気圧（ｋＰａ）
【0030】
また、曝気装置の必要空気量Ｇｓ（「運転ＳＯＴＲ」ともいう。）は、次の式３により算出する。
ＧＳ：必要空気量（ｍ３／ｍｉｎ）
ＥＡ：酸素移動効率（％）
ρ：空気密度（１．２９３ｋｇ空気／Ｎｍ３）
ＯＷ：空気中酸素含有重量（０．２３３ｋｇＯ２／ｋｇ空気）
Ｔ３：標準状態温度（送風機吸込み空気温度）＝２０（℃）
【数3】
ＥＡ：酸素移動効率（％）
ρ：空気密度（１．２９３ｋｇ空気／Ｎｍ３）
ＯＷ：空気中酸素含有重量（０．２３３ｋｇＯ２／ｋｇ空気）
Ｔ３：標準状態温度（送風機吸込み空気温度）＝２０（℃）
【0031】
以上のように、制御部３Ａでは、散気部２Ａ～２Ｄのすべての位置における被処理水Ｗ０の必要空気量（運転ＳＯＴＲ）を算出して、散気部２Ａ～２Ｄにおける曝気量を決定する。なお、不十分な処理液の発生を防止するため、算出された必要空気量よりも多い量の曝気量を設定してもよい。
散気部２Ａ～２Ｄにおける曝気量の調整は、流量調整弁Ｖ１～Ｖ４の開閉を調整することにより行うことができる。このように、散気部２Ａ～２Ｄの位置における被処理水Ｗ０に対する適切な曝気を行うことにより、酸素不足の状態や酸素過剰な状態が生じないように調整することができる。
散気部２Ａ～２Ｄにおける曝気量の調整は、流量調整弁Ｖ１～Ｖ４の開閉を調整することにより行うことができる。このように、散気部２Ａ～２Ｄの位置における被処理水Ｗ０に対する適切な曝気を行うことにより、酸素不足の状態や酸素過剰な状態が生じないように調整することができる。
【0032】
図４には、従来の生物処理システムによる必要酸素量（ＡＯＴＲ）と曝気量（酸素量として）の関係を表すグラフを示している。図４に示すように、従来の生物処理システムでは、生物処理槽に投入する被処理水の汚濁物質と、生物処理槽内に滞留する滞留時間から全体として十分な曝気量を算出し、生物処理槽内の曝気量配分は全体にわたって同じ曝気量で行ったり、熟練者が経験的に生物処理槽の各位置における曝気量を適宜調整したりするなどを行っている。そのため、図４に示すような、生物処理槽内の曝気量配分を全体にわたって同じ曝気量で行う場合には、生物処理槽の前半では、必要酸素量よりも曝気量が小さくなって、酸素が不足した状態となり、後半では、必要酸素量よりも曝気量が大きくなって、酸素が過剰な状態となる。また、熟練者が経験的に曝気量を調整する場合には、処理不良が生じないように安全性を考慮し、結局のところ曝気量を多めに供給しており、無駄なエネルギーを多く消費している。
【0033】
図５には、本発明の第１の実施態様に係る生物処理システムによる必要酸素量（ＡＯＴＲ）と曝気量（酸素量として）の関係を表すグラフを示している。なお、図５は、ＡＯＴＲのグラフに沿った理想の曝気量を示すイメージ図であり、本発明の生物処理システムの曝気量のグラフはこれに限定するものではない。
本発明の生物処理システムによれば、散気部２Ａ～２Ｄの各位置における曝気量は、各位置における必要酸素量（ＡＯＴＲ、ＯＵＲ）に基づいて算出された量であるため、曝気量（酸素量として）と必要酸素量（ＡＯＴＲ、ＯＵＲ）が近似するグラフとなる。これにより、生物処理槽全体にわたって曝気量の過不足を低減し、適切な生物処理を行うことが可能となる。
本発明の生物処理システムによれば、散気部２Ａ～２Ｄの各位置における曝気量は、各位置における必要酸素量（ＡＯＴＲ、ＯＵＲ）に基づいて算出された量であるため、曝気量（酸素量として）と必要酸素量（ＡＯＴＲ、ＯＵＲ）が近似するグラフとなる。これにより、生物処理槽全体にわたって曝気量の過不足を低減し、適切な生物処理を行うことが可能となる。
【0034】
なお、本発明の実施態様に係る生物処理システムは、その他の水質に関する検査値を加えて曝気量を制御してもよい。例えば、生物処理槽１１に配置された曝気装置１２より排出部側に溶存酸素量計ＤＯを設けて、曝気処理後のＤＯにより曝気量をフィードバック制御してもよい。具体的には、曝気処理後のＤＯが所定値より高い場合には、曝気量を増量する制御（運転ＳＯＴＲからの増量分を更に増加する制御）を行ってもよい。
【0035】
（第１のプログラム）
図６には、本発明の曝気装置の曝気量の制御を実行する第１のプラグラムを説明するブロック図である。
図６に示すように、本発明の第１のプログラムは、スタート後、ｔ＝１の位置における水質Ｓ１を測定する（Ｓｔｅｐ１）。次に、ｔ＝１の位置における水質Ｓ１の測定結果から曝気量Ａ１を決定する（Ｓｔｅｐ２）。次いで、ｔ＝１の位置における曝気量をＡ１に基づいて調整する（Ｓｔｅｐ３）。
その後、ｔ＝ｎの位置における水質Ｓｎを測定する（Ｓｔｅｐ４）。次に、ｔ＝ｎの位置における水質Ｓｎの測定結果から曝気量Ａｎを決定する（Ｓｔｅｐ５）。次いで、ｔ＝ｎの位置における曝気量をＡｎに基づいて調整する（Ｓｔｅｐ６）。
その後、プログラムを継続する場合には、最初から繰り返し、継続しない場合には、プログラムを終了する（Ｓｔｅｐ７）。
図６には、本発明の曝気装置の曝気量の制御を実行する第１のプラグラムを説明するブロック図である。
図６に示すように、本発明の第１のプログラムは、スタート後、ｔ＝１の位置における水質Ｓ１を測定する（Ｓｔｅｐ１）。次に、ｔ＝１の位置における水質Ｓ１の測定結果から曝気量Ａ１を決定する（Ｓｔｅｐ２）。次いで、ｔ＝１の位置における曝気量をＡ１に基づいて調整する（Ｓｔｅｐ３）。
その後、ｔ＝ｎの位置における水質Ｓｎを測定する（Ｓｔｅｐ４）。次に、ｔ＝ｎの位置における水質Ｓｎの測定結果から曝気量Ａｎを決定する（Ｓｔｅｐ５）。次いで、ｔ＝ｎの位置における曝気量をＡｎに基づいて調整する（Ｓｔｅｐ６）。
その後、プログラムを継続する場合には、最初から繰り返し、継続しない場合には、プログラムを終了する（Ｓｔｅｐ７）。
【0036】
上記第１のプログラムを第１の実施態様の生物処理システム１０Ａを例に説明すると、散気部２Ａの位置をｔ＝１、散気部２Ｂの位置をｔ＝２、散気部２Ｃの位置をｔ＝３，散気部２Ｄの位置をｔ＝４とする。
散気部２Ａの位置から配管Ｌ１を介して被処理液を採取し、水質測定部４でＯＵＲを測定する（Ｓｔｅｐ１）。次に、得られたＯＵＲの結果から、運転ＳＯＴＲを算出し、散気部２Ａの位置における曝気量Ａ１を決定し（Ｓｔｅｐ２）、流量調整弁Ｖ１により散気部２Ａの曝気量を調整する（Ｓｔｅｐ３）。
その後、散気部２Ｂの位置から配管Ｌ２を介して被処理液を採取し、水質測定部４でＯＵＲを測定する（Ｓｔｅｐ４）。次に、得られたＯＵＲの結果から、運転ＳＯＴＲを算出し、散気部２Ｂの位置における曝気量を決定し（Ｓｔｅｐ５）、流量調整弁Ｖ２により散気部２Ｂの曝気量を調整する（Ｓｔｅｐ６）。
その後、散気部２Ｃ、２Ｄについても散気部２Ｂと同様に実行し、散気部２Ｃ、２Ｄにおける曝気量を調整する（Ｓｔｅｐ４～６を繰り返す）。
散気部２Ａ～２Ｄについて曝気量を調整後、プログラムを継続する場合には、散気部２Ａの位置から繰り返し、継続しない場合には、プログラムを終了する（Ｓｔｅｐ７）。
散気部２Ａの位置から配管Ｌ１を介して被処理液を採取し、水質測定部４でＯＵＲを測定する（Ｓｔｅｐ１）。次に、得られたＯＵＲの結果から、運転ＳＯＴＲを算出し、散気部２Ａの位置における曝気量Ａ１を決定し（Ｓｔｅｐ２）、流量調整弁Ｖ１により散気部２Ａの曝気量を調整する（Ｓｔｅｐ３）。
その後、散気部２Ｂの位置から配管Ｌ２を介して被処理液を採取し、水質測定部４でＯＵＲを測定する（Ｓｔｅｐ４）。次に、得られたＯＵＲの結果から、運転ＳＯＴＲを算出し、散気部２Ｂの位置における曝気量を決定し（Ｓｔｅｐ５）、流量調整弁Ｖ２により散気部２Ｂの曝気量を調整する（Ｓｔｅｐ６）。
その後、散気部２Ｃ、２Ｄについても散気部２Ｂと同様に実行し、散気部２Ｃ、２Ｄにおける曝気量を調整する（Ｓｔｅｐ４～６を繰り返す）。
散気部２Ａ～２Ｄについて曝気量を調整後、プログラムを継続する場合には、散気部２Ａの位置から繰り返し、継続しない場合には、プログラムを終了する（Ｓｔｅｐ７）。
【0037】
［第２の実施態様］
図７は、本発明の第２の実施態様における生物処理システム１０Ｂを示す概略説明図である。生物処理システム１０Ｂは、散気部２Ａの位置から採取した被処理水Ｗ０における水質の測定結果に基づいて、散気部２Ａの曝気量を決定し、次いで、散気部２Ｂ～２Ｄにおける曝気量を過去の実績からシミュレーションにより決定する制御部３Ｂを備えるものである。その余の点については、第１の実施態様における生物処理システム１０Ａと同様である。
図７は、本発明の第２の実施態様における生物処理システム１０Ｂを示す概略説明図である。生物処理システム１０Ｂは、散気部２Ａの位置から採取した被処理水Ｗ０における水質の測定結果に基づいて、散気部２Ａの曝気量を決定し、次いで、散気部２Ｂ～２Ｄにおける曝気量を過去の実績からシミュレーションにより決定する制御部３Ｂを備えるものである。その余の点については、第１の実施態様における生物処理システム１０Ａと同様である。
【0038】
制御部３Ｂにおける散気部２Ｂ～２Ｄの曝気量の決定は、過去の実績や滞留時間などのパラーメータから決定する。例えば、散気部２Ａの位置にある被処理水Ｗ０は、滞留時間から散気部２Ｂ、散気部２Ｃ、散気部２Ｄの位置まで移動する時間を算出することができる。また、散気部２Ａにおける水質の測定結果や曝気量と、過去の実績値等から、散気部２Ｂ～２Ｄの位置に移動する被処理水Ｗ０の水質をそれぞれ予測し、その予測値に基づいて運転ＳＯＴＲを求め、曝気量を決定することができる。なお、散気部２Ｂ～２Ｄの位置における水質の予測値は、シミュレーションやＡＩなどを利用して得ることができる。
【0039】
（第２のプログラム）
図８には、本発明の曝気装置の曝気量の制御を実行する第２のプラグラムを説明するブロック図である。
図６に示すように、本発明の第２のプログラムは、スタート後、ｔ＝１の位置における水質Ｓ１を測定する（Ｓｔｅｐ１）。次に、ｔ＝１の位置における水質Ｓ１の測定結果から曝気量Ａ１を決定する（Ｓｔｅｐ２）。次いで、ｔ＝１の位置における曝気量をＡ１に基づいて調整する（Ｓｔｅｐ３）。
その後、ｔ＝１の位置における水質Ｓ１の測定結果から、ｔ＝Ｘ時間後の位置における水質Ｓｘを予測し、その予測値に基づいて曝気量Ａｘを決定する（Ｓｔｅｐ４）。次いで、ｔ＝Ｘ時間後に、ｔ＝Ｘ時間後の位置における曝気量をＡｘに基づいて調整する（Ｓｔｅｐ５）。
その後、プログラムを継続する場合には、最初から繰り返し、継続しない場合には、プログラムを終了する（Ｓｔｅｐ６）。
図８には、本発明の曝気装置の曝気量の制御を実行する第２のプラグラムを説明するブロック図である。
図６に示すように、本発明の第２のプログラムは、スタート後、ｔ＝１の位置における水質Ｓ１を測定する（Ｓｔｅｐ１）。次に、ｔ＝１の位置における水質Ｓ１の測定結果から曝気量Ａ１を決定する（Ｓｔｅｐ２）。次いで、ｔ＝１の位置における曝気量をＡ１に基づいて調整する（Ｓｔｅｐ３）。
その後、ｔ＝１の位置における水質Ｓ１の測定結果から、ｔ＝Ｘ時間後の位置における水質Ｓｘを予測し、その予測値に基づいて曝気量Ａｘを決定する（Ｓｔｅｐ４）。次いで、ｔ＝Ｘ時間後に、ｔ＝Ｘ時間後の位置における曝気量をＡｘに基づいて調整する（Ｓｔｅｐ５）。
その後、プログラムを継続する場合には、最初から繰り返し、継続しない場合には、プログラムを終了する（Ｓｔｅｐ６）。
【0040】
上記第２のプログラムを第２の実施態様の生物処理システム１０Ｂを例に説明すると、散気部２Ａの位置をｔ＝Ｘ１、散気部２Ｂの位置をｔ＝Ｘ２、散気部２Ｃの位置をｔ＝Ｘ３，散気部２Ｄの位置をｔ＝Ｘ４とする。
散気部２Ａの位置から配管Ｌ１を介して被処理液を採取し、水質測定部４でＯＵＲを測定する（Ｓｔｅｐ１）。次に、得られたＯＵＲの結果から、運転ＳＯＴＲを算出し、散気部２Ａの位置における曝気量Ａ１を決定し（Ｓｔｅｐ２）、流量調整弁Ｖ１により散気部２Ａの曝気量を調整する（Ｓｔｅｐ３）。
また、得られたＯＵＲに基づいて決定された曝気量、滞留時間、過去の処理実績から、シミュレーションによりｔ＝Ｘ２時間後（散気部２Ｂの位置）、ｔ＝Ｘ３時間後（散気部２Ｃの位置）、ｔ＝Ｘ４時間後（散気部２Ｄの位置）の水質の予測値を求める。次いで、これらの水質の予測値から、各位置における運転ＳＯＴＲを算出し、各散気部２Ｂ～２Ｄの曝気量を決定する（Ｓｔｅｐ４）。そして、ｔ＝Ｘ２時間後に流量調整弁Ｖ２により散気部２Ｂの曝気量を調整し、ｔ＝Ｘ３時間後に流量調整弁Ｖ３により散気部２Ｃの曝気量を調整し、ｔ＝Ｘ４時間後に流量調整弁Ｖ４により散気部２Ｄの曝気量を調整する（Ｓｔｅｐ５）。
散気部２Ａ～２Ｄについて曝気量を調整後、プログラムを継続する場合には、散気部２Ａの位置から繰り返し、継続しない場合には、プログラムを終了する（Ｓｔｅｐ６）。
散気部２Ａの位置から配管Ｌ１を介して被処理液を採取し、水質測定部４でＯＵＲを測定する（Ｓｔｅｐ１）。次に、得られたＯＵＲの結果から、運転ＳＯＴＲを算出し、散気部２Ａの位置における曝気量Ａ１を決定し（Ｓｔｅｐ２）、流量調整弁Ｖ１により散気部２Ａの曝気量を調整する（Ｓｔｅｐ３）。
また、得られたＯＵＲに基づいて決定された曝気量、滞留時間、過去の処理実績から、シミュレーションによりｔ＝Ｘ２時間後（散気部２Ｂの位置）、ｔ＝Ｘ３時間後（散気部２Ｃの位置）、ｔ＝Ｘ４時間後（散気部２Ｄの位置）の水質の予測値を求める。次いで、これらの水質の予測値から、各位置における運転ＳＯＴＲを算出し、各散気部２Ｂ～２Ｄの曝気量を決定する（Ｓｔｅｐ４）。そして、ｔ＝Ｘ２時間後に流量調整弁Ｖ２により散気部２Ｂの曝気量を調整し、ｔ＝Ｘ３時間後に流量調整弁Ｖ３により散気部２Ｃの曝気量を調整し、ｔ＝Ｘ４時間後に流量調整弁Ｖ４により散気部２Ｄの曝気量を調整する（Ｓｔｅｐ５）。
散気部２Ａ～２Ｄについて曝気量を調整後、プログラムを継続する場合には、散気部２Ａの位置から繰り返し、継続しない場合には、プログラムを終了する（Ｓｔｅｐ６）。
【0041】
なお、上述した実施態様は曝気装置の運転制御システム及び曝気装置の運転制御方法の一例を示すものである。本発明に係る曝気装置の運転制御システム及び曝気装置の運転制御方法は、上述した実施態様に限られるものではなく、請求項に記載した要旨を変更しない範囲で、上述した実施態様に係る曝気装置の運転制御システム及び曝気装置の運転制御方法を変形してもよい。
【産業上の利用可能性】
【0042】
本発明の曝気装置の運転制御システム及び曝気装置の運転制御方法は、下水処理場や食品や飲料の工場などの排水処理場などの有機性排水を処理する水処理施設において好適に利用されるものである。
【符号の説明】
【0043】
１０Ａ，１０Ｂ 生物処理システム、１１ 生物処理槽、１２ 曝気装置、１Ａ，１Ｂ 運転制御システム、２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ 散気部、３Ａ，３Ｂ 制御部、４ 水質測定部、４Ａ ＯＵＲ測定装置、４１ 酸素供給部、４２ ＤＯ測定部、４３ センサー、４４ ＤＯ計、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４ 流量調整弁、Ｂ ブロア、ＤＯ 溶存酸素測定部、Ｐ ポンプ、Ｗ０ 被処理水、Ｗ１ 処理水
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
