特開 2025-11702 廃水の生物処理装置、及び、曝気風量を制御する装置及び方法

(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】P2025011702

(43)【公開日】2025-01-24

(54)【発明の名称】廃水の生物処理装置、及び、曝気風量を制御する装置及び方法

(51)【国際特許分類】

   C02F 3/12 20230101AFI20250117BHJP

【ＦＩ】

C02F3/12 J

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023113963

(22)【出願日】2023-07-11

(71)【出願人】

【識別番号】000001834

【氏名又は名称】三機工業株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】504237050

【氏名又は名称】独立行政法人国立高等専門学校機構

(74)【代理人】

【識別番号】110003199

【氏名又は名称】弁理士法人高田・高橋国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】田村 英輔

(72)【発明者】

【氏名】増田 周平

【テーマコード（参考）】

4D028

【Ｆターム（参考）】

4D028BC24

4D028BD06

4D028CA00

4D028CA09

4D028CB03

4D028CC01

4D028CC04

4D028CC09

4D028CD00

(57)【要約】

【課題】好気槽内での有機物の分解に悪影響を与えることなく、アンモニア態窒素の硝化によって発生するＮ_２Ｏの排出量を確実に低減できるようにする。
【解決手段】曝気装置３０の曝気風量と、好気槽４で処理される廃水の水量と、好気槽４の溶存態Ｎ_２Ｏ又はガス態Ｎ_２Ｏの濃度とをそれぞれ測定する。そして、水量の測定値と曝気風量の測定値と溶存態Ｎ_２Ｏ又はガス態Ｎ_２Ｏの濃度の測定値とに基づいて単位処理水量当たりＮ_２Ｏ排出量を算出する。制御装置１０は、単位処理水量当たりＮ_２Ｏ排出量が所定の閾値以上である場合、曝気風量を低下させるように曝気装置３０を操作する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

好気槽を用いた生物処理装置であって、
前記好気槽内を曝気する曝気装置と、
前記曝気装置の曝気風量を測定する風量センサと、
前記好気槽で処理される廃水の水量を測定する水量センサと、
前記好気槽の溶存態Ｎ_２Ｏ又はガス態Ｎ_２Ｏの濃度を測定するＮ_２Ｏ濃度センサと、
前記曝気装置の操作によって前記曝気風量を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記水量の測定値と前記曝気風量の測定値と前記溶存態Ｎ_２Ｏ又はガス態Ｎ_２Ｏの濃度の測定値とに基づいて単位処理水量当たりＮ_２Ｏ排出量を算出することと、
前記単位処理水量当たりＮ_２Ｏ排出量が所定の閾値以上である場合、前記曝気風量を低下させることと、を実行するように構成されている
ことを特徴とする廃水の生物処理装置。

【請求項2】

請求項１に記載の生物処理装置であって、
前記Ｎ_２Ｏ濃度センサは溶存態Ｎ_２Ｏの濃度を測定するセンサであって、前記好気槽のアンモニア硝化領域の水中に設置されている
ことを特徴とする廃水の生物処理装置。

【請求項3】

請求項１に記載の生物処理装置であって、
前記Ｎ_２Ｏ濃度センサはガス態Ｎ_２Ｏの濃度を測定するセンサであって、前記好気槽のアンモニア硝化領域の水面に設置されたガス捕集装置に接続されている
ことを特徴とする廃水の生物処理装置。

【請求項4】

請求項１に記載の生物処理装置であって、
前記好気槽は少なくともアンモニア硝化領域と他の領域とが隔壁で分離され、
前記曝気装置は前記アンモニア硝化領域内の前記曝気風量を前記他の領域とは独立して変更可能に構成され、
前記Ｎ_２Ｏ濃度センサは前記アンモニア硝化領域の溶存態Ｎ_２Ｏ又はガス態Ｎ_２Ｏの濃度を測定するように配置され、
前記制御装置は、前記単位処理水量当たりＮ_２Ｏ排出量が前記閾値以上である場合、前記アンモニア硝化領域内の前記曝気風量を低下させる
ことを特徴とする廃水の生物処理装置。

【請求項5】

請求項１乃至４のいずれか１項に記載の生物処理装置であって、
前記制御装置は、前記単位処理水量当たりＮ_２Ｏ排出量を前記閾値未満に抑えつつ、前記曝気風量を所定の設定値に近付けるように前記曝気風量を制御するように構成されている
ことを特徴とする廃水の生物処理装置。

【請求項6】

請求項１乃至４のいずれか１項に記載の生物処理装置であって、
前記制御装置は、前記単位処理水量当たりＮ_２Ｏ排出量を前記閾値未満に抑えつつ、前記水量の測定値に対する前記曝気風量の測定値の比を所定の設定値に近付けるように前記曝気風量を制御するように構成されている
ことを特徴とする廃水の生物処理装置。

【請求項7】

請求項１乃至４のいずれか１項に記載の生物処理装置であって、
前記好気槽の溶存酸素濃度を測定する溶存酸素濃度センサをさらに備え、
前記制御装置は、前記単位処理水量当たりＮ_２Ｏ排出量を前記閾値未満に抑えつつ、前記溶存酸素濃度の測定値を所定の設定値に近付けるように前記曝気風量を制御するように構成されている
ことを特徴とする廃水の生物処理装置。

【請求項8】

好気槽内を曝気する曝気装置の曝気風量を制御する制御装置であって、
前記曝気風量の測定値を取得することと、
前記好気槽で処理される廃水の水量の測定値を取得することと、
前記好気槽の溶存態Ｎ_２Ｏ又はガス態Ｎ_２Ｏの濃度の測定値を取得することと、
前記水量の測定値と前記曝気風量の測定値と前記溶存態Ｎ_２Ｏ又はガス態Ｎ_２Ｏの濃度の測定値とに基づいて単位処理水量当たりＮ_２Ｏ排出量を算出することと、
前記単位処理水量当たりＮ_２Ｏ排出量が所定の閾値以上である場合、前記曝気風量を低下させるように前記曝気装置を操作することと、を実行するように構成されている
ことを特徴とする曝気風量の制御装置。

【請求項9】

好気槽の曝気風量の制御方法であって、
前記曝気風量を測定することと、
前記好気槽で処理される廃水の水量を測定することと、
前記好気槽の溶存態Ｎ_２Ｏ又はガス態Ｎ_２Ｏの濃度を測定することと、
前記水量の測定値と前記曝気風量の測定値と前記溶存態Ｎ_２Ｏ又はガス態Ｎ_２Ｏの濃度の測定値とに基づいて単位処理水量当たりＮ_２Ｏ排出量を算出することと、
前記単位処理水量当たりＮ_２Ｏ排出量が所定の閾値以上である場合、前記曝気風量を低下させることと、を含む
ことを特徴とする曝気風量の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、好気槽内への曝気により有機物を酸化分解する廃水の生物処理装置と、その曝気風量を制御する装置及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

下水を含む廃水の処理には、好気性微生物を活用した生物処理装置が用いられている。生物処理装置が備える好気槽（あるいは曝気槽）内には好気性微生物がフロック化した活性汚泥が浮遊している。ここに有機性の廃水が酸素を含む空気等の気体とともに供給されることで、廃水中の有機物は酸化分解されて廃水は浄化される。

【0003】

ただし、酸素を含む気体の供給、すなわち、曝気は非常に動力を要する。例えば、下水処理場の使用電力の約半分が曝気に起因している。曝気風量は送風量、送風倍率、及び溶存酸素濃度（ＤＯ）のいずれかを一定とするように制御されるのが一般的な方法である。

【0004】

生物処理装置の処理方式には、標準法、ＡＯ法、Ａ２Ｏ法等のように目的に応じたいくつかの方式が存在する。一般的な処理方式である標準法とＡＯ法では、Ｎ－ＢＯＤが問題となる場合、その対策として硝化促進運転が行われている。硝化促進運転により、廃水中のアンモニア態窒素を硝酸態窒素まで酸化することができる。ただし、硝化促進運転では、曝気風量が硝化抑制運転の１．７倍程度に増加する。そのため、Ｎ－ＢＯＤが問題とならない場合は、省エネのために硝化抑制運転が行われる。

【0005】

ところが、硝化抑制運転を行う場合、有機物が十分処理されたことを示す指標とするため、部分硝化が進行するよう運転が行われるケースがある。また、送風量一定制御、送風倍率一定制御、或いはＤＯ一定制御で曝気風量が制御される結果、意図せず部分硝化が進行してしまうケースもある。

【0006】

図１７は、廃水を標準法で処理した場合の好気槽内の各地点における水質の測定例を示している。測定点は流入水、有機物吸着・分解領域、有機物分解領域、アンモニア硝化領域、及び処理水の五地点である。測定した水質は有機物濃度、ＤＯ、無機態窒素、及び溶存態の亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）である。この図に示すように、曝気により供給される酸素は、まず、有機物の酸化分解のために消費される。そして、有機物の分解が十分に達成されるとＤＯが上昇し、その領域においてアンモニア態窒素の硝化が進む。アンモニア態窒素の硝化が進むアンモニア硝化領域では、亜硝酸態窒素、及び硝酸態窒素が発生するとともに、Ｎ_２Ｏも発生する。

【0007】

アンモニア態窒素の硝化には、図１８に示すように、ヒドロキシルアミンの酸化によって亜硝酸態窒素を経て硝酸態窒素に至るルートとヒドロキシルアミンの酸化によって副生成物としてＮ_２Ｏに至るルートがある。前述のような部分硝化を進行させる運転はＮ_２Ｏの発生の原因となる。Ｎ_２Ｏは二酸化炭素の約３００倍の温暖化係数を持つ温室効果ガスであるため、地球温暖化の防止のためにはＮ_２Ｏの排出を抑制することが求められる。

【0008】

図１９はＮ_２Ｏの排出量を経時的にモニタリングした結果の一例を示す。この例ではＤＯ一定制御で曝気風量が制御されている。時間が経過することでＮ_２Ｏの排出量は低下する傾向にはあるが絶えず増減を繰り返しておりゼロに近い値まで収束するには至っていない。つまり、Ｎ_２Ｏの排出量の低減を目的とした何らかの積極的な制御を行わない限り、成り行きによるＮ_２Ｏの排出量の低減には限界がある。

【0009】

特許文献１には、Ｎ_２Ｏの排出量を制御することを目的とした技術が開示されている。特許文献１に開示されている従来技術では、ガス態Ｎ_２Ｏの濃度をモニタリングし、その濃度の上昇に基づいて反応槽内に供給する曝気風量を減少させることが行われている。しかし、Ｎ_２Ｏは当初は溶存態として液中に存在し、曝気空気との濃度差や気液接触によるストリッピングでガス態へ移行し大気中へ排出される。そのため、液とガスの濃度差の他、廃水の水量と曝気風量のバランスもガス態Ｎ_２Ｏの濃度に影響を与える因子となる。また、水量や曝気風量は時々刻々と変化し、常に一定ではない。そのため、ガス態Ｎ_２Ｏ濃度の上昇に基づいた曝気風量の制御では、Ｎ_２Ｏの絶対量を確実に減らすことができるとは限らないし、曝気風量を過度に減少させて有機物の分解に悪影響を及ぼしてしまう虞もある。つまり、特許文献１に開示されている従来技術には改善の余地がある。

【0010】

特許文献１の他にも、本出願の出願時の技術レベルを知る上での参考となりうる先行技術文献として、例えば、特許文献２乃至４を列挙することができる。しかし、特許文献１と同様、特許文献２乃至４の何れにも、好気槽内での有機物の分解に悪影響を与えることなく、アンモニア態窒素の硝化によって発生するＮ_２Ｏの排出量を確実に低減できる技術は開示されていない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】特許第５１４０５４５号公報

【特許文献2】特許第５３００８２７号公報

【特許文献3】特開昭５７－０２７１９７号公報

【特許文献4】特開昭５５－１５１２６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

本開示は、上述のような問題に鑑みてなされたものであり、好気槽内での有機物の分解に悪影響を与えることなく、アンモニア態窒素の硝化によって発生するＮ_２Ｏの排出量を確実に低減できる技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本開示は廃水の生物処理装置を提供する。本開示の生物処理装置は、好気槽を用いた生物処理装置である。本開示の生物処理装置は、好気槽内を曝気する曝気装置、風量センサ、水量センサ、Ｎ_２Ｏ濃度センサ、及び制御装置を備える。風量センサは曝気装置の曝気風量を測定する。水量センサは好気槽で処理される廃水の水量を測定する。Ｎ_２Ｏ濃度センサは好気槽の溶存態Ｎ_２Ｏ又はガス態Ｎ_２Ｏの濃度を測定する。そして、制御装置は曝気装置の操作によって曝気風量を制御するように構成される。詳しくは、制御装置は、水量の測定値と曝気風量の測定値と溶存態Ｎ_２Ｏ又はガス態Ｎ_２Ｏの濃度の測定値とに基づいて単位処理水量当たりＮ_２Ｏ排出量を算出し、単位処理水量当たりＮ_２Ｏ排出量が所定の閾値以上である場合、曝気装置の操作によって曝気風量を低下させるように構成されている。

【0014】

本開示の生物処理装置において、Ｎ_２Ｏ濃度センサは溶存態Ｎ_２Ｏの濃度を測定するセンサであって、好気槽のアンモニア硝化領域の水中に設置されてもよい。或いは、Ｎ_２Ｏ濃度センサはガス態Ｎ_２Ｏの濃度を測定するセンサであって、好気槽のアンモニア硝化領域の水面に設置されたガス捕集装置に接続されてもよい。

【0015】

本開示の生物処理装置において、好気槽は少なくともアンモニア硝化領域と他の領域とが隔壁で分離されてもよい。その場合、曝気装置はアンモニア硝化領域内の曝気風量を他の領域とは独立して変更可能に構成されてもよい。また、Ｎ_２Ｏ濃度センサはアンモニア硝化領域の溶存態Ｎ_２Ｏ又はガス態Ｎ_２Ｏの濃度を測定するように配置されてもよい。そして、制御装置は、単位処理水量当たりＮ_２Ｏ排出量が閾値以上である場合、アンモニア硝化領域内の曝気風量を低下させるように構成されてもよい。

【0016】

本開示の生物処理装置において、制御装置は、単位処理水量当たりＮ_２Ｏ排出量を閾値未満に抑えつつ、曝気風量を所定の設定値に近付けるように曝気風量を制御するように構成されてもよい。すなわち、制御装置は、単位処理水量当たりＮ_２Ｏ排出量を閾値未満に抑えるという制約条件の下で送風量一定制御を行ってもよい。

【0017】

本開示の生物処理装置において、制御装置は、単位処理水量当たりＮ_２Ｏ排出量を閾値未満に抑えつつ、処理水量の測定値に対する曝気風量の測定値の比を所定の設定値に近付けるように曝気風量を制御するように構成されてもよい。すなわち、制御装置は、単位処理水量当たりＮ_２Ｏ排出量を閾値未満に抑えるという制約条件の下で送風倍率一定制御を行ってもよい。

【0018】

本開示の生物処理装置は、好気槽のＤＯを測定するＤＯセンサをさらに備えてもよい。その場合、制御装置は、単位処理水量当たりＮ_２Ｏ排出量を閾値未満に抑えつつ、ＤＯの測定値を所定の設定値に近付けるように曝気風量を制御するように構成されてもよい。すなわち、制御装置は、単位処理水量当たりＮ_２Ｏ排出量を閾値未満に抑えるという制約条件の下でＤＯ一定制御を行ってもよい。

【0019】

また、本開示は廃水の曝気風量の制御装置を提供する。本開示の曝気風量の制御装置は、好気槽内を曝気する曝気装置の曝気風量を制御する制御装置であって、以下の第一乃至第五の処理を実行するように構成されている。第一の処理は、曝気風量の測定値を取得する処理である。第二の処理は、好気槽で処理される廃水の水量の測定値を取得する処理である。第三の処理は、好気槽の溶存態Ｎ_２Ｏ又はガス態Ｎ_２Ｏの濃度の測定値を取得する処理である。第一乃至第三の処理の間での実行の順番は任意である。第四の処理は、水量の測定値と曝気風量の測定値と溶存態Ｎ_２Ｏ又はガス態Ｎ_２Ｏの濃度の測定値とに基づいて単位処理水量当たりＮ_２Ｏ排出量を算出する処理である。そして、第五の処理は、単位処理水量当たりＮ_２Ｏ排出量が所定の閾値以上である場合、曝気風量を低下させるように曝気装置を操作する処理である。

【0020】

さらに、本開示は廃水の曝気風量の制御方法を提供する。本開示の曝気風量の制御方法は、好気槽の曝気風量の制御方法であって、以下の第一乃至第五のステップを含む。第一のステップは、曝気風量を測定するステップである。第二のステップは、好気槽で処理される廃水の水量を測定するステップである。第三のステップは、好気槽の溶存態Ｎ_２Ｏ又はガス態Ｎ_２Ｏの濃度を測定するステップである。第一乃至第三のステップの間での実行の順番は任意である。第四のステップは、水量の測定値と曝気風量の測定値と溶存態Ｎ_２Ｏ又はガス態Ｎ_２Ｏの濃度の測定値とに基づいて単位処理水量当たりＮ_２Ｏ排出量を算出するステップである。そして、第五のステップは、単位処理水量当たりＮ_２Ｏ排出量が所定の閾値以上である場合、曝気風量を低下させるステップである。

【発明の効果】

【0021】

本開示の技術によれば、測定した処理水量、曝気風量、及びＮ_２Ｏ濃度から単位処理水量当たりＮ_２Ｏ排出量を演算することで、排出されるＮ_２Ｏの絶対量の増減を的確に把握することができる。そして、その的確に把握されたＮ_２Ｏの排出量が閾値以上となったら曝気風量を低下させることで、好気槽内での有機物の分解に悪影響を与えることなく、アンモニア態窒素の硝化によって発生するＮ_２Ｏの排出量を確実に低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】第一実施形態に係る生物処理装置の構成を示す図である。

【図2】溶存態Ｎ_２Ｏの濃度とガス態Ｎ_２Ｏの濃度との相関性を示す図である。

【図3】一般的な風量一定制御のフローチャートである。

【図4】第一実施形態に係る生物処理装置で実行される風量一定制御にＮ_２Ｏ制御を組み合わせた曝気風量制御のフローチャートである。

【図5】一般的な送風倍率一定制御のフローチャートである。

【図6】第一実施形態に係る生物処理装置で実行される送風倍率一定制御にＮ_２Ｏ制御を組み合わせた曝気風量制御のフローチャートである。

【図7】一般的なＤＯ一定制御のフローチャートである。

【図8】第一実施形態に係る生物処理装置で実行されるＤＯ一定制御にＮ_２Ｏ制御を組み合わせた曝気風量制御のフローチャートである。

【図9】第一実施形態に係る生物処理装置の第一変形例の構成を示す図である。

【図10】第一実施形態に係る生物処理装置の第二変形例の構成を示す図である。

【図11】第一実施形態に係る生物処理装置の第三変形例の構成を示す図である。

【図12】第二実施形態に係る生物処理装置の構成を示す図である。

【図13】第二実施形態に係る生物処理装置で実行される風量一定制御にＮ_２Ｏ制御を組み合わせた曝気風量制御のフローチャートである。

【図14】第二実施形態に係る生物処理装置で実行される送風倍率一定制御にＮ_２Ｏ制御を組み合わせた曝気風量制御のフローチャートである。

【図15】第二実施形態に係る生物処理装置で実行されるＤＯ一定制御にＮ_２Ｏ制御を組み合わせた曝気風量制御のフローチャートである。

【図16】第二実施形態に係る生物処理装置の変形例の構成を示す図である。

【図17】好気槽内の各地点における水質の測定例を示す図である。

【図18】アンモニア態窒素の硝化・脱窒反応を示す図である。

【図19】Ｎ_２Ｏ排出量の経時的モニタリング結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

１．第一実施形態
１－１．生物処理装置の構成
本実施形態及び後述する第二実施形態では、生物処理装置の処理方式として標準法が採用されている。ただし、好気槽内において有機物の吸着と分解、分解、硝化の一連のプロセスが進む処理方式であるならば、本開示の技術は標準法以外の処理方式にも適用可能である。例えば、本開示の技術は処理方式としてＡＯ法を用いた生物処理装置にも適用することができる。

【0024】

図１は、本実施形態に係る生物処理装置１０１の構成を示す図である。標準法が採用された生物処理装置１０１は、最初沈殿池２、好気槽４、及び最終沈殿池６の三つの槽を有している。処理対象である廃水は最初沈殿池２を経て好気槽４に送られる。好気槽４にて処理された廃水は最終沈殿池６に送られ、最終沈殿池６から処理水として排出される。最終沈殿池６において沈殿した汚泥は、図示しない返送ポンプによって好気槽４の入口に戻される。

【0025】

好気槽４は上流から順に、有機物吸着・分解領域Ｒ１、有機物分解領域Ｒ２、及びアンモニア硝化領域Ｒ３の三つの領域に分けられる。これら三つの領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３はそこで起きている反応に着目して区分されている。有機物吸着・分解領域Ｒ１は活性汚泥による有機物の吸着と分解が行われる領域である。有機物分解領域Ｒ２は微生物による有機物の分解が進む領域である。そして、アンモニア硝化領域Ｒ３はアンモニア態窒素の硝化が進む領域である。ただし、これら三つの領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の間に明確な区切りがある訳ではないし、厳密に区切られている必要もない。

【0026】

生物処理装置１０１は好気槽４内を曝気するための曝気装置３０を備える。曝気装置３０は、好気槽４内に敷設された散気装置３１と、散気装置３１に酸素を含む空気等の気体を送るブロア３４と、散気装置３１を流れる曝気風量を調整するためのバルブ３３とを備える。

【0027】

生物処理装置１０１は多数のセンサを備える。散気装置３１におけるバルブ３３の下流には、風量センサ２１が設けられている。風量センサ２１は曝気装置３０によって好気槽４に曝気される酸素を含む空気等の気体の風量、すなわち、曝気風量を測定するセンサである。最初沈殿池２に廃水を供給する廃水管には、水量センサ２２が設けられている。水量センサ２２は好気槽４で処理される廃水の水量を測定するセンサである。風量センサ２１及び水量センサ２２としては、オリフィス流量計、電磁流量計、超音波流量計等、一般的に用いられる流量計を用いることができる。

【0028】

好気槽４の水面ＷＳ下にはＤＯセンサ２３とＮ_２Ｏ濃度センサ２４とが投入されている。ＤＯセンサ２３は廃水のＤＯをリアルタイムで測定するセンサである。Ｎ_２Ｏ濃度センサ２４は廃水中の溶存態Ｎ_２Ｏの濃度をリアルタイムで測定するセンサである。ＤＯセンサ２３とＮ_２Ｏ濃度センサ２４はともにアンモニア硝化領域Ｒ３の水中に投入されている。ただし、ＤＯセンサ２３は曝気風量の制御方式によっては必ずしも必要ではない。具体的には、後述するＤＯ一定制御にＮ_２Ｏ制御を組み合わせた曝気風量制御以外の制御では、ＤＯセンサ２３は省略することができる。

【0029】

生物処理装置１０１は制御装置１０を備える。制御装置１０は曝気装置３０の操作によって曝気風量を制御する制御装置である。制御装置１０には、風量センサ２１、水量センサ２２、ＤＯセンサ２３、及びＮ_２Ｏ濃度センサ２４で得られた情報が入力されている。制御装置１０は入力された情報に基づいて曝気風量を制御する。

【0030】

制御装置１０による曝気風量の制御では、まず、風量センサ２１による風量の測定値、水量センサ２２による水量の測定値、及びＮ_２Ｏ濃度センサ２４によるＮ_２Ｏ濃度の測定値に基づいて単位処理水量当たりＮ_２Ｏ排出量（以下、単にＮ_２Ｏ排出量と表記する場合もある）が計算される。この計算の際、Ｎ_２Ｏ濃度センサ２４により測定された溶存態Ｎ_２Ｏ濃度はガス態Ｎ_２Ｏ濃度に変換される。溶存態Ｎ_２Ｏ濃度とガス態Ｎ_２Ｏ濃度との間には、図２に示すような相関性がある。溶存態Ｎ_２Ｏ濃度のガス態Ｎ_２Ｏ濃度への変換には、両者の相関性に基づく変換係数が用いられる。

【0031】

制御装置１０は上記の計算で得られるＮ_２Ｏ排出量をモニタリングする。風量、水量、Ｎ_２Ｏ濃度のいずれもがリアルタイムで連続的に取得できるデータであるので、制御装置１０はＮ_２Ｏ排出量をリアルタイムで連続的にモニタリングすることができる。そして、Ｎ_２Ｏ排出量が所定の閾値以上になった場合に、制御装置１０はブロア３４の回転数を下げるとともにバルブ３３の開度を小さくする。この操作によって曝気風量は低下する。

【0032】

曝気風量を低下させることで、アンモニア硝化領域での過度な硝化の進行は抑えられ、温室効果ガスであるＮ_２Ｏ排出量を低下させることが可能となる。また、曝気風量を低下させることによってブロア３４の駆動に伴う電力消費を抑えることも可能となる。さらに、この制御はＮ_２Ｏ排出量が閾値未満に収まる程度に曝気風量を低下させるものであって曝気風量をゼロにするものではない。ゆえに、曝気風量の不足によって有機物の分解を不十分にしてしまうことは避けられる。

【0033】

以上のようにＮ_２Ｏの排出量を低下させることを目的とした曝気風量の制御を、本明細書ではＮ_２Ｏ制御と呼ぶ。制御装置１０は従来の曝気風量制御と組み合わせてＮ_２Ｏ制御を実行する。制御装置１０による曝気風量制御の制御方式には、送風量一定制御にＮ_２Ｏ制御を組み合わせた制御方式と、送風倍率一定制御にＮ_２Ｏ制御を組み合わせた制御方式と、ＤＯ一定制御にＮ_２Ｏ制御を組み合わせた制御方式とがある。制御装置１０はいずれか一つの制御方式を選択的に実施可能に構成されている。ただし、ＤＯ一定制御にＮ_２Ｏ制御を組み合わせた制御方式を実施する場合にはＤＯセンサ２３が必須である。

【0034】

以下、生物処理装置１０１の制御装置１０が実施可能な曝気風量制御の三つの制御方式について図を参照しながら順に説明する。

【0035】

１－２．曝気風量制御の制御方式
１－２－１．送風量一定制御にＮ_２Ｏ制御を組み合わせた制御方式
まず、一般的な送風量一定制御について図３のフローチャートを用いて説明する。一般的な送風量一定制御では、風量設定値Ｆが設定される（ステップＳ１１）。そして、曝気装置３０の運転によって曝気が開始される（ステップＳ１２）。

【0036】

曝気の開始後、風量センサ２１から風量測定値Ｆ_１が取得される（ステップＳ１３）。風量測定値Ｆ_１は風量設定値Ｆと比較される（ステップＳ１４）。風量測定値Ｆ_１が風量設定値Ｆ以下である場合、曝気風量は増加される（ステップＳ１５）。一方、風量測定値Ｆ_１が風量設定値Ｆより大きい場合、曝気風量は低下される（ステップＳ１６）。そして、曝気が終了するまで一定の周期でステップＳ１３以降の処理が繰り返し行われる（ステップＳ１７）。

【0037】

次に、送風量一定制御にＮ_２Ｏ制御を組み合わせた制御方式について図４のフローチャートを用いて説明する。この制御方式では、風量設定値ＦとともにＮ_２Ｏ排出量の閾値（以下、Ｎ_２Ｏ閾値と表記する）Ｋが設定される（ステップＳ１０１）。Ｎ_２Ｏ閾値Ｋは、好ましくは２０ｍｇ－Ｎ_２Ｏ／ｍ^３以下、より望ましくは１０ｍｇ－Ｎ_２Ｏ／ｍ^３以下である。これらの設定値の設定後、曝気装置３０の運転によって曝気が開始される（ステップＳ１０２）。

【0038】

曝気の開始後、風量センサ２１から風量測定値Ｆ_１が取得される。また、Ｎ_２Ｏ濃度センサ２４からＮ_２Ｏ濃度測定値Ｃ_１が取得される。ただし、Ｎ_２Ｏ濃度測定値Ｃ_１は溶存態Ｎ_２Ｏ濃度からガス態Ｎ_２Ｏ濃度への変換後の値である。さらに、水量センサ２２から水量測定値Ｆ_２が取得される（以上、ステップＳ１０３）。そして、風量測定値Ｆ_１とＮ_２Ｏ濃度測定値Ｃ_１と水量測定値Ｆ_２とを用いて、以下の式によりＮ_２Ｏ排出量Ｋ_１が演算される（ステップＳ１０４）。
Ｋ_１＝（Ｆ_１×Ｃ_１）／Ｆ_２

【0039】

ただし、風量測定値Ｆ_１は好気槽４の全体の曝気風量を表しているのに対し、硝化反応を左右するのはアンモニア硝化領域Ｒ３の曝気風量である。ゆえに、上記式によるＮ_２Ｏ排出量Ｋ_１の演算には、好気槽４の全体の曝気風量に対するアンモニア硝化領域Ｒ３の曝気風量の比率によって補正された風量測定値Ｆ_１が用いられる。このことは後述する他の制御方式にも共通する。

【0040】

Ｎ_２Ｏ排出量Ｋ_１はＮ_２Ｏ閾値Ｋと比較される（ステップＳ１０５）。Ｎ_２Ｏ排出量Ｋ_１がＮ_２Ｏ閾値Ｋ以上である場合、曝気風量は低下される（ステップＳ１０６）。ただし、ステップＳ１０６の一回の実行で曝気風量は急激に低下されるのではなく、ステップＳ１０６の処理が実行される度に曝気風量は徐々に低下されていく。制御装置１０には、例えば、ステップＳ１０６の一回の実行当たりのブロア３４の回転数の低下量及びバルブ３３の開度の低下量が設定されている。ステップＳ１０６の処理が実行される度に、制御装置１０は所定回転数だけブロア３４の回転数を低下させ、また、所定開度だけバルブ３３の開度を小さくする。ここで説明した曝気風量を低下させる方法は後述する他の制御方式にも共通する。

【0041】

ステップＳ１０３乃至Ｓ１０６の処理はＮ_２Ｏ排出量Ｋ_１がＮ_２Ｏ閾値Ｋ未満になるまで繰り返し行われる。そして、Ｎ_２Ｏ排出量Ｋ_１がＮ_２Ｏ閾値Ｋ未満まで低下した場合、風量測定値Ｆ_１と風量設定値Ｆとの比較が行われる（ステップＳ１０７）。風量測定値Ｆ_１が風量設定値Ｆ以下である場合、曝気風量は増加される（ステップＳ１０８）。一方、風量測定値Ｆ_１が風量設定値Ｆより大きい場合、曝気風量は低下される（ステップＳ１０９）。そして、曝気が終了するまでステップＳ１０３以降の処理が繰り返し行われる（ステップＳ１１０）。

【0042】

以上のようなＮ_２Ｏ制御に送風量一定制御を組み合わせた制御方式で曝気風量を制御することで、有機物の除去とＮ_２Ｏの排出の抑制とを両立させることができる。また、Ｎ_２Ｏの排出の抑制は曝気風量を下げることで達成されるため、曝気由来の動力も低減され、さらなる省エネと温室効果ガスの削減とを図ることができる。

【0043】

１－２－２．送風倍率一定制御にＮ_２Ｏ制御を組み合わせた制御方式
まず、一般的な送風倍率一定制御について図５のフローチャートを用いて説明する。一般的な送風倍率一定制御では、送風倍率設定値Ｍが設定される（ステップＳ２１）。送風倍率とは、好気槽４に供給される廃水の水量に対する曝気風量の比率を意味する。送風倍率設定値Ｍの設定後、曝気装置３０の運転によって曝気が開始される（ステップＳ２２）。

【0044】

曝気の開始後、風量センサ２１から風量測定値Ｆ_１が取得される。また、水量センサ２２から水量測定値Ｆ_２が取得される（以上、ステップＳ２３）。そして、風量測定値Ｆ_１を水量測定値Ｆ_２で除算することによって送風倍率Ｍ_１が演算される（ステップＳ２４）。送風倍率Ｍ_１は送風倍率設定値Ｍと比較される（ステップＳ２５）。送風倍率Ｍ_１が送風倍率設定値Ｍ未満である場合、曝気風量は増加される（ステップＳ２６）。一方、送風倍率Ｍ_１が送風倍率設定値Ｍ以上の場合、曝気風量は低下される（ステップＳ２７）。そして、曝気が終了するまで一定の周期でステップＳ２３以降の処理が繰り返し行われる（ステップＳ２８）。

【0045】

次に、送風倍率一定制御にＮ_２Ｏ制御を組み合わせた制御方式について図６のフローチャートを用いて説明する。この制御方式では、送風倍率設定値ＭとともにＮ_２Ｏ閾値Ｋが設定される（ステップＳ２０１）。そして、曝気装置３０の運転によって曝気が開始される（ステップＳ２０２）。

【0046】

曝気の開始後、風量センサ２１から風量測定値Ｆ_１が取得される。また、Ｎ_２Ｏ濃度センサ２４からＮ_２Ｏ濃度測定値Ｃ_１が取得される。さらに、水量センサ２２から水量測定値Ｆ_２が取得される（以上、ステップＳ２０３）。そして、風量測定値Ｆ_１とＮ_２Ｏ濃度測定値Ｃ_１と水量測定値Ｆ_２とを用いてＮ_２Ｏ排出量Ｋ_１が演算される（ステップＳ２０４）。

【0047】

Ｎ_２Ｏ排出量Ｋ_１はＮ_２Ｏ閾値Ｋと比較される（ステップＳ２０５）。Ｎ_２Ｏ排出量Ｋ_１がＮ_２Ｏ閾値Ｋ以上である場合、曝気風量は低下される（ステップＳ２０６）。

【0048】

ステップＳ２０３乃至Ｓ２０６の処理はＮ_２Ｏ排出量Ｋ_１がＮ_２Ｏ閾値Ｋ未満になるまで繰り返し行われる。そして、Ｎ_２Ｏ排出量Ｋ_１がＮ_２Ｏ閾値Ｋ未満まで低下した場合、風量測定値Ｆ_１と水量測定値Ｆ_２とから送風倍率Ｍ_１が演算される（ステップＳ２０７）。送風倍率Ｍ_１は送風倍率設定値Ｍと比較される（ステップＳ２０８）。送風倍率Ｍ_１が送風倍率設定値Ｍ未満である場合、曝気風量は増加される（ステップＳ２０９）。一方、送風倍率Ｍ_１が送風倍率設定値Ｍ以上の場合、曝気風量は低下される（ステップＳ２１０）。そして、曝気が終了するまでステップＳ２０３以降の処理が繰り返し行われる（ステップＳ２１１）。

【0049】

以上のようなＮ_２Ｏ制御に送風倍率一定制御を組み合わせた制御方式で曝気風量を制御することで、有機物の除去とＮ_２Ｏの排出の抑制とを両立させることができる。また、Ｎ_２Ｏの排出の抑制は曝気風量を下げることで達成されるため、曝気由来の動力も低減され、さらなる省エネと温室効果ガスの削減とを図ることができる。

【0050】

１－２－３．ＤＯ一定制御にＮ_２Ｏ制御を組み合わせた制御方式
まず、一般的なＤＯ一定制御について図７のフローチャートを用いて説明する。一般的なＤＯ一定制御では、ＤＯの目標値である目標ＤＯ値Ｖが設定される（ステップＳ３１）。目標ＤＯ値Ｖの設定後、曝気装置３０の運転によって曝気が開始される（ステップＳ３２）。

【0051】

曝気の開始後、ＤＯセンサ２３からＤＯ測定値Ｖ_１が取得される（ステップＳ３３）。ＤＯ測定値Ｖ_１は目標ＤＯ値Ｖと比較される（ステップＳ３４）。ＤＯ測定値Ｖ_１が目標ＤＯ値Ｖ未満である場合、曝気風量は増加される（ステップＳ３５）。一方、ＤＯ測定値Ｖ_１が目標ＤＯ値Ｖ以上の場合、曝気風量は低下される（ステップＳ３６）。そして、曝気が終了するまで一定の周期でステップＳ３３以降の処理が繰り返し行われる（ステップＳ３７）。

【0052】

次に、ＤＯ一定制御にＮ_２Ｏ制御を組み合わせた制御方式について図８のフローチャートを用いて説明する。この制御方式では、目標ＤＯ値ＶとともにＮ_２Ｏ閾値Ｋが設定される（ステップＳ３０１）。そして、曝気装置３０の運転によって曝気が開始される（ステップＳ３０２）。

【0053】

曝気の開始後、風量センサ２１から風量測定値Ｆ_１が取得される。また、Ｎ_２Ｏ濃度センサ２４からＮ_２Ｏ濃度測定値Ｃ_１が取得される。さらに、水量センサ２２から水量測定値Ｆ_２が取得される（以上、ステップＳ３０３）。そして、風量測定値Ｆ_１とＮ_２Ｏ濃度測定値Ｃ_１と水量測定値Ｆ_２とを用いてＮ_２Ｏ排出量Ｋ_１が演算される（ステップＳ３０４）。

【0054】

Ｎ_２Ｏ排出量Ｋ_１はＮ_２Ｏ閾値Ｋと比較される（ステップＳ３０５）。Ｎ_２Ｏ排出量Ｋ_１がＮ_２Ｏ閾値Ｋ以上である場合、曝気風量は低下される（ステップＳ３０６）。

【0055】

ステップＳ３０３乃至Ｓ３０６の処理はＮ_２Ｏ排出量Ｋ_１がＮ_２Ｏ閾値Ｋ未満になるまで繰り返し行われる。そして、Ｎ_２Ｏ排出量Ｋ_１がＮ_２Ｏ閾値Ｋ未満まで低下した場合、ＤＯセンサ２３からＤＯ測定値Ｖ_１が取得される（ステップＳ３０７）。ＤＯ測定値Ｖ_１は目標ＤＯ値Ｖと比較される（ステップＳ３０８）。ＤＯ測定値Ｖ_１が目標ＤＯ値Ｖ未満である場合、曝気風量は増加される（ステップＳ３０９）。一方、ＤＯ測定値Ｖ_１が目標ＤＯ値Ｖ以上の場合、曝気風量は低下される（ステップＳ３１０）。そして、曝気が終了するまで一定の周期でステップＳ３０３以降の処理が繰り返し行われる（ステップＳ３１１）。

【0056】

以上のようなＮ_２Ｏ制御にＤＯ一定制御を組み合わせた制御方式で曝気風量を制御することで、有機物の除去とＮ_２Ｏの排出の抑制とを両立させることができる。特に、ＤＯ一定制御との組み合わせによれば、ＤＯを適正な値に維持しながらＮ_２Ｏの排出を抑制することができる。また、ＤＯ一定制御は、安定した制御であり、好気槽４に流入する廃水の水量及び水質に応じて送風量が変化するために送風量の無駄が少ないという利点がある。このような利点を有するＤＯ一定制御にＮ_２Ｏ制御を組み合わせることで、曝気由来の動力はさらに低減され、さらなる省エネと温室効果ガスの削減とを図ることができる。

【0057】

以上の三つの制御方式について説明した通り、処理水量、曝気風量、及びＮ_２Ｏ濃度から単位処理水量当たりＮ_２Ｏ排出量を演算することで、排出されるＮ_２Ｏの絶対量の増減を的確に把握することができる。そして、その的確に把握されたＮ_２Ｏの排出量が閾値以上となったら曝気風量を低下させることで、好気槽４内での有機物の分解に悪影響を与えることなく、アンモニア態窒素の硝化によって発生するＮ_２Ｏの排出量を確実に低減することができる。

【0058】

なお、生物処理装置１０１ではＮ_２Ｏ濃度として溶存態Ｎ_２Ｏ濃度を測定しているが、溶存態Ｎ_２Ｏ濃度に代えてガス態Ｎ_２Ｏ濃度を測定し、ガス態Ｎ_２Ｏ濃度から単位処理水量当たりＮ_２Ｏ排出量を演算することもできる。その場合、溶存態Ｎ_２Ｏ濃度を用いる場合のような変換処理は必要なく、ガス態Ｎ_２Ｏ濃度の値をそのままＮ_２Ｏ排出量の演算に用いることができる。以下、生物処理装置１０１の変形例として、ガス態Ｎ_２Ｏ濃度を測定するように構成された生物処理装置について説明する。

【0059】

１－３．生物処理装置の変形例
１－３－１．第一変形例
図９は生物処理装置１０１の第一変形例としての生物処理装置１０２の構成を示す図である。図９において前述の生物処理装置１０１と共通する要素には共通の符号が付されている。

【0060】

第一変形例の生物処理装置１０２はＮ_２Ｏ濃度センサ２５を備える。Ｎ_２Ｏ濃度センサ２５は好気槽４に溜まったガス態Ｎ_２Ｏの濃度をリアルタイムで測定するセンサである。発生したガス態Ｎ_２Ｏの大気への放出を防ぐため、好気槽４には覆蓋４ａが設けられている。Ｎ_２Ｏ濃度センサ２５のガス取込口２５ａは水面ＷＳと覆蓋４ａとの間の空間に設けられている。

【0061】

第一変形例の生物処理装置１０２では、Ｎ_２Ｏ濃度センサ２５によって覆蓋４ａ下の空間におけるガス態Ｎ_２Ｏの平均濃度が測定される。制御装置１０は、風量センサ２１から得られた風量測定値にＮ_２Ｏ濃度センサ２５から得られたＮ_２Ｏ濃度測定値を乗算し、それを水量センサ２２から得られた水量測定値で除算することによって単位処理水量当たりＮ_２Ｏ排出量を算出する。

【0062】

１－３－２．第二変形例
図１０は生物処理装置１０１の第二変形例としての生物処理装置１０３の構成を示す図である。図９において前述の生物処理装置１０１或いは１０２と共通する要素には共通の符号が付されている。

【0063】

第二変形例の生物処理装置１０３は、好気槽４の覆蓋４ａ下に溜まったガスを脱臭装置に導くダクト２５ｂを備える。Ｎ_２Ｏ濃度センサ２５はダクト２５ｂに設けられている。Ｎ_２Ｏ濃度センサ２５のガス取込口２５ａはダクト２５ｂのガス取込口も兼ねている。生物処理装置では、このように既存のダクト２５ｂを利用してＮ_２Ｏ濃度センサ２５を取り付けることも可能である。

【0064】

１－３－３．第三変形例
図１１は生物処理装置１０１の第三変形例としての生物処理装置１０４の構成を示す図である。図９において前述の生物処理装置１０１、１０２或いは１０３と共通する要素には共通の符号が付されている。

【0065】

第三変形例の生物処理装置１０４はＮ_２Ｏ濃度センサ２５を備える。Ｎ_２Ｏ濃度センサ２５はガス態Ｎ_２Ｏの濃度をリアルタイムで測定するセンサである。ただし、生物処理装置１０４の好気槽４は覆蓋を有していないオープンタイプである。そのため、Ｎ_２Ｏ濃度センサ２５はオープンチャンバーと呼ばれるガス捕集装置２５ｃに取り付けられている。ガス捕集装置２５ｃは水面ＷＳに設置されて、水面ＷＳに浮上してくるガスを直接捕集する装置である。ガス捕集装置２５ｃはアンモニア硝化領域Ｒ３の水面に浮かべられ、アンモニア硝化領域Ｒ３で発生したＮ_２Ｏを捕集する。

【0066】

第三変形例の生物処理装置１０４では、Ｎ_２Ｏ濃度センサ２５によってアンモニア硝化領域Ｒ３で発生したガス態Ｎ_２Ｏの濃度が測定される。制御装置１０は、風量センサ２１から得られた風量測定値をアンモニア硝化領域Ｒ３の曝気風量に換算する。そして、アンモニア硝化領域Ｒ３の曝気風量にＮ_２Ｏ濃度センサ２５から得られたＮ_２Ｏ濃度測定値を乗算し、それを水量センサ２２から得られた水量測定値で除算することによって単位処理水量当たりＮ_２Ｏ排出量を算出する。

【0067】

２．第二実施形態
２－１．生物処理装置の構成
図１２は、本実施形態に係る生物処理装置２０１の構成を示す図である。図１２において前述の生物処理装置１０１、１０２、１０３或いは１０４と共通する要素には共通の符号が付されている。

【0068】

生物処理装置２０１の好気槽４は、有機物吸着・分解領域Ｒ１に対応する上流槽４Ａ、有機物分解領域Ｒ２に対応する中流槽４Ｂ、及びアンモニア硝化領域Ｒ３に対応する下流槽４Ｃから構成されている。上流槽４Ａと中流槽４Ｂとは隔壁４ｂによって上部空間を分離され、中流槽４Ｂと下流槽４Ｃとは隔壁４ｃによって上部空間を分離されている。ただし、上流槽４Ａ、中流槽４Ｂ、及び下流槽４Ｃは水中で繋がっている。

【0069】

生物処理装置２０１は槽毎に独立した曝気装置３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃを備える。曝気装置３０Ａは、上流槽４Ａに敷設された散気装置３１Ａと、散気装置３１Ａに酸素を含む空気等の気体を送るブロア３４Ａと、散気装置３１Ａを流れる曝気風量を調整するためのバルブ３３Ａとを備える。曝気装置３０Ｂは、中流槽４Ｂに敷設された散気装置３１Ｂと、散気装置３１Ｂに酸素を含む空気等の気体を送るブロア３４Ｂと、散気装置３１Ｂを流れる曝気風量を調整するためのバルブ３３Ｂとを備える。曝気装置３０Ｃは、下流槽４Ｃに敷設された散気装置３１Ｃと、散気装置３１Ｃに酸素を含む空気等の気体を送るブロア３４Ｃと、散気装置３１Ｃを流れる曝気風量を調整するためのバルブ３３Ｃとを備える。

【0070】

生物処理装置２０１は多数のセンサを備える。各散気装置３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃにおけるバルブ３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃの下流には、それぞれ風量センサ２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃが設けられている。最初沈殿池２に廃水を供給する廃水管には、水量センサ２２が設けられている。ＤＯセンサ２３とＮ_２Ｏ濃度センサ２５は下流槽４Ｃに設けられている。ＤＯセンサ２３は下流槽４Ｃの水面ＷＳ下に投入されている。Ｎ_２Ｏ濃度センサ２５はそのガス取込口２５ａを下流槽４Ｃの水面ＷＳと覆蓋４ａとの間の空間に設けられている。

【0071】

生物処理装置２０１の制御装置１０は、三つの曝気装置３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃを別々に操作することによって、三つの槽４Ａ、４Ｂ、４Ｃの曝気風量をそれぞれ独立して制御することができる。特に、下流槽４Ｃの曝気風量の制御では、送風量一定制御、送風倍率一定制御、或いはＤＯ一定制御とともにＮ_２Ｏ制御が行われる。

【0072】

下流槽４Ｃの曝気風量に対するＮ_２Ｏ制御では、まず、風量センサ２１Ｃによる風量の測定値、水量センサ２２による水量の測定値、及びＮ_２Ｏ濃度センサ２５によるＮ_２Ｏ濃度の測定値が取得される。風量センサ２１Ｃから得られる風量測定値はアンモニア硝化領域Ｒ３の曝気風量である。Ｎ_２Ｏ濃度センサ２５から得られるＮ_２Ｏ濃度測定値はアンモニア硝化領域Ｒ３のガス態Ｎ_２Ｏの濃度である。制御装置１０は、取得したこれらの測定値に基づいて単位処理水量当たりＮ_２Ｏ排出量を計算する。制御装置１０は上記の計算で得られるＮ_２Ｏ排出量をモニタリングする。そして、Ｎ_２Ｏ排出量が所定の閾値以上になった場合に、制御装置１０はブロア３４Ｃの回転数を下げるとともにバルブ３３Ｃの開度を小さくする。この操作によって下流槽４Ｃの曝気風量は低下し、硝化が抑制されることでＮ_２Ｏの発生も抑えられる。

【0073】

以下、生物処理装置２０１の制御装置１０が実施可能な曝気風量制御の三つの制御方式について図を参照しながら順に説明する。なお、生物処理装置２０１では各槽４Ａ、４Ｂ、４Ｃで個別に曝気風量が制御されるので、有機物吸着・分解領域Ｒ１や有機物分解領域Ｒ２に十分酸素を供給しながら、アンモニア硝化領域Ｒ３のみの曝気風量を下げることができる。このため、生物処理装置２０１によれば、有機物の除去とＮ_２Ｏの排出の抑制とを高度に両立させることができる。

【0074】

２－２．曝気風量制御の制御方式
２－２－１．送風量一定制御にＮ_２Ｏ制御を組み合わせた制御方式
送風量一定制御にＮ_２Ｏ制御を組み合わせた制御方式について図１３のフローチャートを用いて説明する。この制御方式では、上流槽４Ａの風量設定値Ｆｆ、中流槽４Ｂの風量設定値Ｆｃ、及び下流槽４Ｃの風量設定値Ｆｒがそれぞれ設定される。また、Ｎ_２Ｏ閾値Ｋが設定される（以上、ステップＳ１５１）。これらの設定値の設定後、各曝気装置３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃの運転によって曝気が開始される（ステップＳ１５２）。

【0075】

曝気の開始後、各風量センサ２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃから風量測定値Ｆｆ_１、Ｆｃ_１、Ｆｒ_１が取得される。また、Ｎ_２Ｏ濃度センサ２４からＮ_２Ｏ濃度測定値Ｃ_１が取得される。さらに、水量センサ２２から水量測定値Ｆ_２が取得される（以上、ステップＳ１５３）。そして、下流槽４Ｃの風量測定値Ｆｒ_１とＮ_２Ｏ濃度測定値Ｃ_１と水量測定値Ｆ_２とを用いて、以下の式によりＮ_２Ｏ排出量Ｋ_１が演算される（ステップＳ１５４）。
Ｋ_１＝（Ｆｒ_１×Ｃ_１）／Ｆ_２

【0076】

Ｎ_２Ｏ排出量Ｋ_１はＮ_２Ｏ閾値Ｋと比較される（ステップＳ１５５）。Ｎ_２Ｏ排出量Ｋ_１がＮ_２Ｏ閾値Ｋ以上である場合、上流槽４Ａと中流槽４Ｂの曝気風量は一定にしたまま、下流槽４Ｃの曝気風量のみ低下される（ステップＳ１５６）。詳しくは、制御装置１０はブロア３４Ａ、３４Ｂの回転数とバルブ３３Ａ、３３Ｂの開度は維持したまま、所定回転数だけブロア３４Ｃの回転数を低下させ、また、所定開度だけバルブ３３Ｃの開度を小さくする。この処理により風量測定値Ｆｆ_１、Ｆｃ_１は維持されつつ、風量測定値Ｆｒ_１のみが低下するようになる。

【0077】

ステップＳ１５３乃至Ｓ１５６の処理はＮ_２Ｏ排出量Ｋ_１がＮ_２Ｏ閾値Ｋ未満になるまで繰り返し行われる。そして、Ｎ_２Ｏ排出量Ｋ_１がＮ_２Ｏ閾値Ｋ未満まで低下した場合、槽４Ａ、４Ｂ、４Ｃごとに以下の送風量一定制御が行われる。

【0078】

上流槽４Ａについては、風量測定値Ｆｆ_１と風量設定値Ｆｆとの比較が行われる（ステップＳ１５７）。風量測定値Ｆｆ_１が風量設定値Ｆｆ以下である場合、上流槽４Ａの曝気風量は増加される（ステップＳ１５８）。一方、風量測定値Ｆｆ_１が風量設定値Ｆｆより大きい場合、上流槽４Ａの曝気風量は低下される（ステップＳ１５９）。

【0079】

中流槽４Ｂについては、風量測定値Ｆｃ_１と風量設定値Ｆｃとの比較が行われる（ステップＳ１６０）。風量測定値Ｆｃ_１が風量設定値Ｆｃ以下である場合、中流槽４Ｂの曝気風量は増加される（ステップＳ１６１）。一方、風量測定値Ｆｃ_１が風量設定値Ｆｃより大きい場合、中流槽４Ｂの曝気風量は低下される（ステップＳ１６２）。

【0080】

下流槽４Ｃについては、風量測定値Ｆｒ_１と風量設定値Ｆｒとの比較が行われる（ステップＳ１６３）。風量測定値Ｆｒ_１が風量設定値Ｆｒ以下である場合、下流槽４Ｃの曝気風量は増加される（ステップＳ１６４）。一方、風量測定値Ｆｒ_１が風量設定値Ｆｒより大きい場合、下流槽４Ｃの曝気風量は低下される（ステップＳ１６５）。

【0081】

ステップＳ１５３乃至Ｓ１５６のＮ_２Ｏ制御の処理と、ステップＳ１５７乃至Ｓ１６５の送風量一定制御の処理は曝気が終了するまで繰り返し行われる（ステップＳ１６６）。

【0082】

２－２－２．送風倍率一定制御にＮ_２Ｏ制御を組み合わせた制御方式
次に、送風倍率一定制御にＮ_２Ｏ制御を組み合わせた制御方式について図１４のフローチャートを用いて説明する。この制御方式では、上流槽４Ａの送風倍率設定値Ｍｆ、中流槽４Ｂの送風倍率設定値Ｍｃ、及び下流槽４Ｃの送風倍率設定値Ｍｒがそれぞれ設定される。また、Ｎ_２Ｏ閾値Ｋが設定される（以上、ステップＳ２５１）。これらの設定値の設定後、各曝気装置３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃの運転によって曝気が開始される（ステップＳ２５２）。

【0083】

曝気の開始後、各風量センサ２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃから風量測定値Ｆｆ_１、Ｆｃ_１、Ｆｒ_１が取得される。また、Ｎ_２Ｏ濃度センサ２４からＮ_２Ｏ濃度測定値Ｃ_１が取得される。さらに、水量センサ２２から水量測定値Ｆ_２が取得される（以上、ステップＳ２５３）。そして、下流槽４Ｃの風量測定値Ｆｒ_１とＮ_２Ｏ濃度測定値Ｃ_１と水量測定値Ｆ_２とを用いてＮ_２Ｏ排出量Ｋ_１が演算される（ステップＳ２５４）。

【0084】

Ｎ_２Ｏ排出量Ｋ_１はＮ_２Ｏ閾値Ｋと比較される（ステップＳ２５５）。Ｎ_２Ｏ排出量Ｋ_１がＮ_２Ｏ閾値Ｋ以上である場合、上流槽４Ａと中流槽４Ｂの曝気風量は一定にしたまま、下流槽４Ｃの曝気風量のみ低下される（ステップＳ２５６）。この処理により風量測定値Ｆｆ_１、Ｆｃ_１は維持されつつ、風量測定値Ｆｒ_１のみが低下するようになる。

【0085】

ステップＳ２５３乃至Ｓ２５６の処理はＮ_２Ｏ排出量Ｋ_１がＮ_２Ｏ閾値Ｋ未満になるまで繰り返し行われる。そして、Ｎ_２Ｏ排出量Ｋ_１がＮ_２Ｏ閾値Ｋ未満まで低下した場合、槽４Ａ、４Ｂ、４Ｃごとに以下の送風倍率一定制御が行われる。

【0086】

上流槽４Ａについては、風量測定値Ｆｆ_１と水量測定値Ｆ_２とから送風倍率Ｍｆ_１が演算される（ステップＳ２５７）。送風倍率Ｍｆ_１は送風倍率設定値Ｍｆと比較される（ステップＳ２５８）。送風倍率Ｍｆ_１が送風倍率設定値Ｍｆ未満である場合、上流槽４Ａの曝気風量は増加される（ステップＳ２５９）。一方、送風倍率Ｍｆ_１が送風倍率設定値Ｍｆ以上の場合、上流槽４Ａの曝気風量は低下される（ステップＳ２６０）。

【0087】

中流槽４Ｂについては、風量測定値Ｆｃ_１と水量測定値Ｆ_２とから送風倍率Ｍｃ_１が演算される（ステップＳ２６１）。送風倍率Ｍｃ_１は送風倍率設定値Ｍｃと比較される（ステップＳ２６２）。送風倍率Ｍｃ_１が送風倍率設定値Ｍｃ未満である場合、中流槽４Ｂの曝気風量は増加される（ステップＳ２６３）。一方、送風倍率Ｍｃ_１が送風倍率設定値Ｍｃ以上の場合、中流槽４Ｂの曝気風量は低下される（ステップＳ２６４）。

【0088】

下流槽４Ｃについては、風量測定値Ｆｒ_１と水量測定値Ｆ_２とから送風倍率Ｍｒ_１が演算される（ステップＳ２６５）。送風倍率Ｍｒ_１は送風倍率設定値Ｍｒと比較される（ステップＳ２６６）。送風倍率Ｍｒ_１が送風倍率設定値Ｍｒ未満である場合、下流槽４Ｃの曝気風量は増加される（ステップＳ２６７）。一方、送風倍率Ｍｒ_１が送風倍率設定値Ｍｒ以上の場合、下流槽４Ｃの曝気風量は低下される（ステップＳ２６８）。

【0089】

ステップＳ２５３乃至Ｓ２５６のＮ_２Ｏ制御の処理と、ステップＳ２５７乃至Ｓ２６８の送風倍率一定制御の処理は曝気が終了するまで繰り返し行われる（ステップＳ２６９）。

【0090】

３－２－３．ＤＯ一定制御にＮ_２Ｏ制御を組み合わせた制御方式
次に、ＤＯ一定制御にＮ_２Ｏ制御を組み合わせた制御方式について図１５のフローチャートを用いて説明する。この制御方式では、目標ＤＯ値ＶとともにＮ_２Ｏ閾値Ｋが設定される（ステップＳ３５１）。そして、曝気装置３０の運転によって曝気が開始される（ステップＳ３５２）。

【0091】

曝気の開始後、各風量センサ２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃから風量測定値Ｆｆ_１、Ｆｃ_１、Ｆｒ_１が取得される。また、Ｎ_２Ｏ濃度センサ２４からＮ_２Ｏ濃度測定値Ｃ_１が取得される。さらに、水量センサ２２から水量測定値Ｆ_２が取得される（以上、ステップＳ３５３）。そして、下流槽４Ｃの風量測定値Ｆｒ_１とＮ_２Ｏ濃度測定値Ｃ_１と水量測定値Ｆ_２とを用いてＮ_２Ｏ排出量Ｋ_１が演算される（ステップＳ３５４）。

【0092】

Ｎ_２Ｏ排出量Ｋ_１はＮ_２Ｏ閾値Ｋと比較される（ステップＳ３５５）。Ｎ_２Ｏ排出量Ｋ_１がＮ_２Ｏ閾値Ｋ以上である場合、上流槽４Ａと中流槽４Ｂの曝気風量は一定にしたまま、下流槽４Ｃの曝気風量のみ低下される（ステップＳ３５６）。この処理により風量測定値Ｆｆ_１、Ｆｃ_１は維持されつつ、風量測定値Ｆｒ_１のみが低下するようになる。

【0093】

ステップＳ３５３乃至Ｓ３５６の処理はＮ_２Ｏ排出量Ｋ_１がＮ_２Ｏ閾値Ｋ未満になるまで繰り返し行われる。そして、Ｎ_２Ｏ排出量Ｋ_１がＮ_２Ｏ閾値Ｋ未満まで低下した場合、ＤＯセンサ２３からＤＯ測定値Ｖ_１が取得される（ステップＳ３５７）。ＤＯ測定値Ｖ_１は目標ＤＯ値Ｖと比較される（ステップＳ３５８）。ＤＯ測定値Ｖ_１が目標ＤＯ値Ｖ未満である場合、好気槽４の全体で曝気風量は増加される（ステップＳ３５９）。一方、ＤＯ測定値Ｖ_１が目標ＤＯ値Ｖ以上の場合、好気槽４の全体で曝気風量は低下される（ステップＳ３６０）。

【0094】

ステップＳ３５３乃至Ｓ３５６のＮ_２Ｏ制御の処理と、ステップＳ３５７乃至Ｓ３６０のＤＯ一定制御の処理は曝気が終了するまで繰り返し行われる（ステップＳ３６１）。

【0095】

なお、生物処理装置２０１ではＮ_２Ｏ濃度としてガス態Ｎ_２Ｏ濃度を測定しているが、図１に示す例のようにガス態Ｎ_２Ｏ濃度に代えて溶存態Ｎ_２Ｏ濃度を測定し、溶存態Ｎ_２Ｏ濃度から単位処理水量当たりＮ_２Ｏ排出量を演算することもできる。その場合、溶存態Ｎ_２Ｏ濃度のガス態Ｎ_２Ｏ濃度への変換処理は必要とされる。また、図１０に示す例のように、ガスを脱臭装置に導くダクト２５ｂにＮ_２Ｏ濃度センサ２５を備えてもよい。また、図１１に示す例のように、水面ＷＳに設置されたガス捕集装置２５ｃにＮ_２Ｏ濃度センサ２５を備えてもよい。

【0096】

２－３．生物処理装置の変形例
図１６は生物処理装置２０１の変形例としての生物処理装置２０２の構成を示す図である。図１６において前述の生物処理装置２０１と共通する要素には共通の符号が付されている。

【0097】

変形例の生物処理装置１０２は曝気装置３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ間でブロア３４を共有する。各槽４Ａ、４Ｂ、４Ｃの曝気風量の制御は、基本的に各バルブ３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃの開度の操作によって行われる。例えば、Ｎ_２Ｏ制御において下流槽４Ｃの曝気風量を低下させる場合、バルブ３３Ａ、３３Ｂの開度を維持したままバルブ３３Ｃの開度のみを小さくすることが行われる。この変形例によれば、ブロア３４の台数が減った分、イニシャルコストやメンテナンスの手間を抑えることができる。

【符号の説明】

【0098】

２：最初沈殿池
４：好気槽
４ａ：覆蓋
４ｂ、４ｃ：隔壁
６：最終沈殿池
１０：制御装置
２１：風量センサ
２２：水量センサ
２３：ＤＯセンサ
２４：Ｎ_２Ｏ濃度センサ（溶存態）
２５：Ｎ_２Ｏ濃度センサ（ガス態）
２５ａ：ガス取込口
２５ｂ：ダクト
２５ｃ：ガス捕集装置
３０、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ：曝気装置
３１、３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ：散気装置
３３、３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃ：バルブ
３４、３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ：ブロア
１０１、１０２、１０３、１０４、２０１、２０２：生物処理装置
Ｒ１：有機物吸着・分解領域
Ｒ２：有機物分解領域
Ｒ３：アンモニア硝化領域
ＷＳ：水面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】