JP6964330B2 - 排水処理設備におけるエアレーションシステムおよび排水処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、排水処理設備におけるエアレーションシステムに関し、活性汚泥法排水処理設備に使用される曝気槽に送気するためのブロワについて、その運転状態を制御することができるエアレーションシステムに関するものである。

一般に活性汚泥法による排水処理は、微生物（好気性菌）により有機物を分解させ、生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ：Biochemical Oxygen Demand）を満足させることにより、沈殿槽または分離膜による固液分離が可能となり、廃棄物を除去した状態で浄化させるものである。このような排水処理の過程では、微生物の活動を活性化させるために曝気が行われ、その曝気には、通常ブロワによって曝気槽内に送気されるものである。

ところで、曝気に使用されるブロワは、電気的に作動するエアポンプであり、微生物の活動を維持するために常時連続稼動させるものであった。また、有機物のみならず窒素やリンなどを除去する方法として、嫌気−好気活性汚泥法も採用されており、同一処理槽内では、間欠曝気を行うことにより、溶存酸素（ＤＯ：Dissolved Oxygen）濃度を調整するものがある。このような間欠曝気による嫌気−好気活性汚泥法は、溶存酸素濃度の測定のみでは微生物の活動状況が把握できず、結果的に有機物が分解されず、また、沈殿槽において汚泥貯留部で無酸素状態となる場合、脱窒反応が起こり、窒素ガスが汚泥に付着して浮上する現象が発生するなどの問題点が指摘されていた（特許文献１参照）。そのため、好適な嫌気−好気活性汚泥法を実現するために、溶存酸素を測定し、または処理温度を測定しつつ曝気運転時間を制御する技術（特許文献２および３参照）が案出されている。

特開平８−１１７７８３号公報 特開２０００−３０８８９６号公報 特開２０１１−２００５０号公報

ところで、上記のような曝気槽における間欠曝気は、嫌気−好気活性汚泥法を実現するためのものであるが、有機物を分解させるためには嫌気的雰囲気を形成させる必要はなく、特に窒素やリンの分解を必要としない場合には連続曝気による活性汚泥法が採用されてきた。特に、生活排水の処理においては、脱窒処理および脱リン処理を行うためには処理槽が大型となり、処理設備が高価となるため、専ら有機物を分解することが要求されるものである。

しかしながら、有機物のみを分解するものとして、好気的雰囲気において活性汚泥法により処理する場合であっても、常にブロワを連続して稼働させることは、消費電力を増大させるのみならず、ブロワの消耗を誘引させる原因となり得ていた。そのため、ブロワは、交換用に予備のブロワを追加的に設置することとなり、交換期間中は予備のブロワによって継続的に曝気させるなどの必要性もあった。さらには、過曝気による水素イオン濃度の上昇を誘引することとなり、処理水に適しない状態となることがあった。

本発明は、上記諸点にかんがみてなされたものであって、その目的とするところは、処理槽内の状況に応じ、特に排水の入流量や曝気の過不足状態などを考慮し、ブロワを間欠的に稼動させ、もって消費電力を削減し、かつブロワの寿命を延ばすことができるエアレーションシステムを提供し、効率的な排水処理方法を提供することである。

そこで、エアレーションシステムにかかる本発明は、曝気槽と、この曝気槽内に送気するためのブロワとを備える活性汚泥法排水処理設備において、前記ブロワを間欠運転させるために該ブロワの運転時間と停止時間とを制御する制御部を備え、前記制御部は、カレンダ機能および時計機能と、処理日および処理時によって複数の種類に区分された複数の標準間欠運転時間情報を記憶する記憶部とを備え、前記制御部が、前記標準間欠運転時間情報の中からカレンダ機能および時計機能により特定される処理日および処理時に合致する標準間欠運転時間情報を選択してブロワの運転状態を制御するものであることを特徴とするものである。

上記構成によれば、特定の日および特定の時間帯に合致する標準間欠運転時間情報によってブロワを間欠運転させることができる。すなわち、排水の流入量を、時間帯、曜日、その他の季節的要因などとともに区分することができ、排水の流入量が増大する条件下では曝気時間を長期化させた運転モードにより間欠運転させ、排水の流入量が減少する条件下においては曝気時間を短縮化することができる。これにより、排水の流入量が多い期間中は、曝気槽内に酸素の供給量を増大させることにより好気性菌の活動を活発化させ、逆に排水の流入量が少ない期間中は酸素の供給量を抑えて好気性菌の活動を抑えることができる。その結果として、過曝気の状態となることを回避するとともに、ブロワの運転時間を制限することができる。

上記発明においては、前記標準間欠運転時間情報が、夏季、冬季および春秋季の区別による大区分と、平日および休日の区別による中区分と、２４時間を一時間ごとに区別した小区分とに基づいて設定される構成とすることができる。このような構成の場合には、例えば、中間的な気温である春秋季を基準に、夏季は温度が上昇するため、微生物の活動が活発となることから、春秋季よりも酸素供給量を増加させるようにブロワの運転時間を長くし、冬季は逆に温度が低下し、微生物の活動が低減するため、その時間を短くするように、通年における標準間欠運転時間情報を設定することができる。さらに、そのうえで、カレンダ機能による曜日等に基づき、平日と休日との区分に応じ、または日中と夜間の区別に応じて、さらに標準間欠運転時間情報が細分化され、適宜選択することにより詳細な運転状況の調整を可能とすることができる。

また、エアレーションシステムにかかる本発明は、曝気槽と、この曝気槽内に送気するためのブロワとを備える活性汚泥法排水処理設備において、前記曝気槽に流入する排水の流入量を計測する排水量計測手段と、前記ブロワを間欠運転させるために該ブロワの運転時間と停止時間とを制御する制御部を備え、前記制御部は、前記排水の流入量によって複数の種類に区分された複数の標準間欠運転時間情報を記憶する記憶部とを備え、前記制御部が、前記排水量計測手段によって検出される排水の流入量に合致する標準間欠運転時間情報を選択してブロワの運転状態を制御するものであることを特徴とするものである。

上記構成によれば、現実の排水の流入量に応じて、適する標準間欠運転時間情報を選択することができ、時々刻々変化する排水の状況に応じて、複数の標準間欠運転時間情報を変化させつつ排水処理を行うことができる。これは、排水処理を好適なものとしつつ、余分な曝気時間すなわちブロワの過剰な運転時間を省くこととなり、省力化に資するものとなる。

上記各発明においては、さらに、前記曝気槽内の被処理水に対する酸素供給状態を測定する酸素状態測定手段を備え、前記制御部は、前記酸素状態測定手段によって検出された値に基づき、前記標準間欠運転時間情報を形成する前記ブロワの運転時間および停止時間ならびにこれらの１サイクル当たりの時間のいずれかまたは全部を修正可能としてもよい。

上記構成によれば、基本的にはブロワの連続運転時における被処理水の酸素測定手段により測定された酸素供給状態の値に基づき、曝気の状態の過不足を判断し、その結果に基づいて、ブロワを停止すべき、または停止可能な時間帯を算出させるものである。なお、排水の流入量の測定は、区分された時間ごとの排水状況を検出することと、当該排水の流入量に応じて、排水の処理速度とを演算するための条件を得るためである。また、標準間欠運転時間情報に基づく状況の変化により、一時的に間欠運転時間を修正することができることから、予定外に大量の排水が流入した場合や、逆に想定された流入量に達しない場合などにおいて、その状況に応じて適宜運転時間と停止時間とのバランスを変更させることができる。これにより、排水を未処理の状態で放流させることを回避し、また、過曝気の状態を回避させることが可能となる。

ここで、酸素状態測定手段としては、酸化還元電位計を曝気槽に設ける構成があり得る。酸化還元電位計は、被処理水が酸化状態か還元状態かを電位差（電圧値）として測定することができ、酸化状態の場合はプラスの電位を計測し、そのような酸化状態では好気的な状態であることを検出することができる、逆に還元状態の場合はマイナスの電位を計測し、還元状態では嫌気的な状態（好気的でない状態）を検出できる。このときのプラスまたはマイナスの電位の大きさにより、酸化状態（好気的状態）または還元状態（嫌気的状態）の強弱を検出することができることから、曝気の不足または過曝気の状態を検知させることができる。

上記のほかに、酸素状態測定手段としては、曝気槽内に設けられるＤＯ濃度計と、処理水のｐＨ値を測定するｐＨセンサとで構成することも可能である。ＤＯ値は、０以下である場合は、全てが０の値を示すため、ＤＯ濃度＞０となることを確認することにより、処理水が好気的であることを検出し得る。処理水についてｐＨ値を測定するのは、過曝気による水素イオンの増加を検出するためである。

また、エアレーションシステムにかかる本発明は、曝気槽と、この曝気槽内に送気するためのブロワとを備える活性汚泥法排水処理設備において、前記曝気槽に流入する排水の流入量を計測する排水量計測手段と、前記曝気槽内の被処理水に対する酸素供給状態を測定する酸素状態測定手段と、酸素状態測定手段によって検出される各値に基づき前記ブロワを間欠運転させるための該ブロワの運転時間および停止時間を制御する制御部とを備えることを特徴とするものである。

上記構成によれば、排水流入量を測定しつつ、処理すべき状態を判断し、好適な曝気状態となるようにブロワを稼動させることができる。このとき、例えば日々の状況を時間ごとに記憶させることにより、処理設備を稼動させつつ排水処理のパターン情報を入手できる。このとき入手できた情報に基づいて、通年におけるブロワの可動計画を標準間欠運転時間情報として設定することも可能となる。

上記の各発明において、前記ブロワの運転時間および停止時間は、１サイクルに要する時間が１５秒から７２００秒の範囲にあるものとすることができる。このような構成の場合には、運転時間と停止時間との比率に応じて、１サイクルの時間選択の幅を広範なものとすることができる。例えば、排水の流入量が極めて少量の場合には、運転時間に比較して停止時間を長く設定することとなるが、このとき、１サイクルの時間を長く設定することにより、微生物の活動を抑えつつ可能な限り停止時間を長く（消費電力を少なく）することができる。上記とは逆に、排水の流入量が多量である場合には、運転時間の割合を大きくすることになるが、１サイクルの時間を短くすることにより、停止時間中における曝気槽内への酸素供給が低下する時間を短くすることができる。また、運転時間と停止時間とが同程度の割合とすべき場合であっても、１サイクルの時間を短くすることによって、酸素供給が著しく低下しない状態を維持することができる。そして、このような状況においても確実に停止時間を設け、その間における消費電力の抑制を可能とする。

他方、排水処理方法にかかる本発明は、前述のエアレーションシステムを使用する排水処理方法であって、前記制御部が、カレンダ機能および時計機能により特定される処理日および処理時に合致する標準間欠運転時間情報を選択し、該標準間欠運転時間情報に基づいてブロワの運転状態を制御する形態があり、また、前記制御部が、前記排水量計測手段によって検出される排水の流入量に合致する標準間欠運転時間情報を選択し、該標準間欠運転時間情報に基づいてブロワの運転状態を制御する形態がある。さらに、前記制御部が標準間欠運転時間情報を選択するとともに、前記酸素状態測定手段によって検出された値に基づき、前記標準間欠運転時間情報を形成する前記ブロワの運転時間および停止時間ならびにこれらの１サイクル当たりの時間のいずれかまたは全部を修正し、該修正された該標準間欠運転時間情報に基づいてブロワの運転状態を制御する形態がある。また、標準間欠運転時間情報に基づかない場合として、前記制御部が、前記排水量計測手段、前記酸素状態測定手段によって検出される各値に基づき前記ブロワを間欠運転させるための該ブロワの運転時間と停止時間とを制御する形態がある。

上記のいずれの構成によっても、ブロワの間欠運転を適正に制御することができ、曝気槽に流入する排水の量や被処理水に対する酸素供給状態を適正に管理しながら活性汚泥法による排水処理を可能にすることができる。

エアレーションシステムにかかる本発明によれば、標準間欠運転時間情報に基づいてブロワを間欠運転させる場合には、本来的には曝気の必要がない状況下におけるブロワの運転を停止させることとなり、消費電力を確実に削減することができる。また、ブロワの停止時間は、ブロワが全く作動しない時間であるため、ブロワの寿命を長期化することができる。これにより、排水処理設備の稼動にかかる負担額を軽減することが可能となる。

また、処理槽内の状況に応じ、特に処理水の入流量や曝気の過不足状態などを考慮し、ブロワを間欠的に稼動させる場合には、第１に、排水の処理を十分なものとしつつ、ブロワを効果的に停止させることができ、第２に、当該状況の情報を記憶することにより標準間欠運転時間情報の作成に必要な情報を得ることができる。さらに、標準間欠運転時間情報に基づいてブロワを間欠運転しつつ、想定外に多量の排水があり、または想定外に流入量が少ない場合において、その間欠運転状況を修正することができる。これにより過不足なく排水を処理することができる。

他方、排水処理方法にかかる本発明によれば、前記エアレーションシステムを使用することから、ブロワを間欠運転させながら好適な曝気状態を実現することができる。排水処理に際しては、ブロワの間欠運転の状態を制御することにより、被処理水に対する山居供給の過不足がない状態とすることができ、少ない消費電力により効果的な処理を実現することができる。

エアレーションシステムにかかる本発明の実施形態を示す説明図である。 実施形態のシステム構成を示すブロック図である。 制御部による制御方法を示すフロー図である。 制御部による制御方法を示すフロー図である。 エアレーションシステムにかかる実施形態の変形例を示す説明図である。 実施形態の変形例による制御方法を示すフロー図である。 実施形態の変形例による制御方法を示すフロー図である。 制御部による制御方法の変形例を示すフロー図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、エアレーションシステムにかかる本発明の実施形態の概略を示す図である。この図に示されるように、本実施形態のエアレーションシステムＡの概略は、排水処理設備Ｂの中央に処理槽として配置される曝気槽１と、この曝気槽１に対して空気（酸素）を供給するブロワ２と、このブロワ２の運転状態を制御する制御部３とを備えた構成となっている。

排水処理設備Ｂは、排水を貯留し、その排水を曝気槽１に流入させるための流入槽４を備えており、この流入槽４は、一時的に排水を貯留するように構成されたものである場合もあるが、固液分離を可能にする沈殿槽が使用される場合もある。また、曝気槽２において処理された処理水は、放流槽として設けられる沈殿槽５に流入され、凝集されてフロック化した固形物を沈殿させ、固液分離により上澄み部分のみを放出できるようになっている。放流槽は、図示のように沈殿槽５によって構成されるが、沈殿槽５は別に一時的に処理水を貯留する放流槽が設けられる場合もある。なお、沈殿槽５にトラップを設けることにより浮遊物を除去する構成とする場合もある。

ところで、曝気槽１には、散気管１１が設けられ、ブロワ２との間を送気管１２によって連結されており、ブロワ２から供給される空気を曝気槽１の底部から噴出させている。散気管１１による空気の噴出は、曝気槽１の内部に拡散し、曝気槽１に流入する排水を攪拌するとともに、排水に酸素を溶解させるものである。また、曝気槽１は、嫌気的雰囲気下において有機物を分解する嫌気性菌（微生物）によって、排水中の有機物を分解させるものである。この好気性菌を有効に活動させるためには、排水に適度の酸素を溶解させておくことが必要となる。

本実施形態は、好気性菌による有機物の分解能力を好適に維持しつつ、曝気（空気の供給）を間欠的に行うものであり、そのためにブロワ２を間欠運転させている。間欠運転とは、運転状態と停止状態とが交互に繰り返されるものであり、運転状態にあっては、空気を散気管１１に供給し、曝気がなされる状態であり、停止状態では、空気は供給されず、曝気もされない状態である。このような間欠運転は、ブロワ２の可動による消費電力の削減と、ブロワ２の寿命を延ばすためである。

ブロワ２の間欠運転は、単純に運転状態と停止状態とを交互に繰り返すものではなく、好気性菌による有機物の分解が好適になされるように、好気性菌の活動が維持されるように、所望の空気が供給されなければならない。そのために、制御部３において、好気性菌の活動が好適となるように、間欠運転の状態を制御している。

具体的には、曝気槽１には、ＤＯ測定手段である溶存酸素濃度計（ＤＯ濃度計）１３が設置され、曝気槽１の内部における排水の溶存酸素濃度を測定し、当該濃度が０以下とならないように空気の供給時間を制御するものである。また、過曝気による過剰な溶存酸素濃度となる場合には、処理水中の水素イオン濃度が上昇することから、過曝気とならないように曝気を適宜中断する（ブロワ２を停止状態とする）ように制御している。この水素イオン濃度は、放流槽として設置される沈殿槽５に設けられたｐＨ測定手段であるｐＨセンサ５１によって測定しており、そのｐＨ値によって水素イオン濃度を検出している。このような構成の場合、ＤＯ濃度計１３とｐＨセンサ５１とで被処理水の酸素供給状態を測定しており、この意味において、両者によって酸素状態測定手段を形成した一形態を示している。

なお、流入槽４から曝気槽１に流入される排水の流入量は、流量測定手段である流量計１４によって計測されており、その流量の程度により曝気の状態を変化させ得るものとしている。また、図は、曝気槽１を単一としているが、これを複数併設してもよい。複数の曝気槽を設ける場合には、空気の供給を単一のブロワ２から分岐させてもよく、それぞれの曝気槽ごとに複数のブロワを設け、個別に間欠運転状態を制御させてもよい。この場合の制御部は、複数の曝気槽ごとの処理状況を入力し、個別の出力値を出力させるものとすることができる。

本実施形態のシステム構成は、図２に示すように、制御部３に対し、各種の外部計測類６からの入力と、その他の条件設定のために入力を可能にする入力部７を備え、それらの入力を受けて制御部３によってブロワ２が制御される構成となっている。外部計測類６には、前述のＤＯ濃度計１３、流量計１４、ｐＨセンサ５１および温度計６１などが例示されるが、その他にも必要な情報を入手するために他の計器類を設けてもよい。なお、図の外部計器類６には、酸化還元電位計１５を記載しているが、ＤＯ濃度計１３およびｐＨセンサ５１によって構成される酸素状態測定手段に代えて、酸化還元電位計１５を酸素状態測定手段として機能させてもよい。また、これらを選択的に使用することなく、全てを備える構成としてもよい。

制御部３は、タイマ３１およびカレンダ３２が内蔵されており、タイマ３１は、ブロワ２に対する運転時間および停止時間の計測に利用されるとともに、運転日の時刻（２４時間）を得るために利用され、カレンダ３２は、運転日を特定するために利用される。この運転日の特定は、平日か休日かなどの排水の流入量の予測等として、夏季か冬季かなどの気象条件をえるために、運転条件に組み込まれるものである。タイマ３１による運転日の時刻（２４時間）は、午前か午後か、または早朝か深夜かなど、排水される時間帯を検出するために使用している。

また、制御部３には、記憶部３３が設けられ、当該排水処理設備Ｂの稼動状況が、排水の流入量として、１日ごとに時間を区切って蓄積されるものであり、また、これらの情報から演算され、または予想されるブロワ２の可動パターンを標準化した標準間欠運転時間情報が記憶できるものである。前記演算処理のため、また、現実の稼働時における曝気槽１の排水処理の状態を判定するための演算部３４が設けられており、この演算部３４による演算結果に応じて、ブロワ２に対する運転（ＯＮスイッチ）または停止（ＯＦＦスイッチ）の作動のための信号を出力するための出力部３５が設けられている。

ブロワ２は、前記出力部３５から出力される信号により、運転（ＯＮスイッチ）および停止（ＯＦＦスイッチ）が作動し、所定の間隔による間欠運転が実現されるものである。なお、ＯＮスイッチおよびＯＦＦスイッチには、電磁スイッチが使用され、出力部３５から出力される信号は、ＯＮ側の電磁石に対する電圧の上昇か、ＯＦＦ側の電磁石に対する電圧の上昇かのいずれか一方が、当該電磁スイッチに対して出力されるものである。

前記ほか、ブロワ２の間欠運転には、ブロワ２を作動させるモータに対し、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御により、運転時間と停止時間のスイッチング制御を行うことができる。運転時間と停止時間の比率はデューティ比によって処理し、運転・停止の１サイクル当たりの時間は、パルスの周期を変動させることにより制御させることができる。ＰＷＭ制御によれば、電磁スイッチなどを使用する場合に比べてスイッチング回路が長寿命となり得る。

なお、記憶部３３には、運転当初において、想定される運転状況を予め標準間欠運転時間情報として記憶させておくことができる。このデータは、入力部７によって入力可能であり、入力すべきデータとしては、排水流入量の最大値と最小値のほか、平日と休日とにおける排水流入量の異同、日中と夜間とでの排水流入量の異同などに応じて、頻繁に曝気すべき時間帯または曝気を抑えることが時間帯を指定するように入力される。また、カレンダ３２を利用することを前提に、気温または排水の温度などが上昇する期間、逆に低下する期間などを入力し、高温時には微生物の活動が活発となるため、曝気の時間帯を増加させ、低温時には微生物の活動が抑えられるために曝気の時間を減少させるなどを入力する。これにより、年間を通じた標準間欠運転時間情報が設定され、基本的には、その標準間欠運転時間情報に基づいてブロワ２の運転を制御させるものである。

ところで、標準間欠運転時間情報を設定した場合であっても、標準間欠運転時間情報によって好適な排水処理が行えるものではなく、そのために、出力を補正（または標準間欠運転時間情報の修正）すべきことが要請され得る。例えば、休日は排出量が少ないものとして想定されていたところ、カレンダ情報から休日とされた日が平日と同様の排水が流入する場合や、通常よりも極端に少ない排水流入量である場合などは、その当日（または数時間）のみにおける出力状態を補正する必要がある。

そこで、本実施形態は、常時、流量計１４によって排水流入量を計測し、これを制御部３に入力することにより、標準間欠運転時間情報とは異なる運転状況による間欠運転に補正することとなる。そのため、標準間欠運転時間情報は、標準的な間欠運転モード（標準モード）を意味し、想定される範囲内における排水処理の場合には、標準間欠運転時間情報が優先されるが、想定される範囲から逸脱する（想定範囲を超え、または想定範囲に満たない）場合には、制御部３による間欠運転モード（制御モード）に切り換えるような方法をとることができる。なお、標準モードにおける間欠運転時間の選択には、排水の流入量情報をリンクさせることにより、流入量のみを確認することにより、標準モードと制御モードとを切り換えるようにしてもよいが、排水処理の状態を好適に管理するためには、曝気槽１における溶存酸素濃度などを指標とすることが好ましい。

次に、制御部３による制御方法について説明する。図３は、標準間欠運転時間情報に基づくブロワの間欠運転制御のフローを示す図である。この間欠運転制御の方法は、標準間欠運転時間情報を基準としつつ、その一部を補正する場合を示すものである。

図３に示されているように、制御を開始すると、まず、初期設定が行われる（Ｓ１０１）。初期設定は、標準間欠運転時間情報による制御モードの設定であり、特にカレンダおよびタイマとのリンクのための設定が行われる。続いて、標準間欠運転時間情報が読み出され（Ｓ１０２）、カレンダ情報等とのリンクにより、間欠運転モードが決定される（Ｓ１０３）。読み出される標準間欠運転時間情報は、制御運転がなされる日および時間ごとの区分により予め設定されたものである。区分としては、例えば７月の平日午前９時であれば、夏季平日の午前中という区分となり、また、１月の休日午後３時３０分の場合は、冬季休日の午後という区分となる。これらの区分に応じて予め定めた運転時間と停止時間との割合、およびその１サイクルの時間が設定されている。そして、標準間欠運転時間情報は、上記区分が時間の経過に応じて変更されるが、その時間経過に伴う設定の変更が時間軸とともに予め読み込まれた状態で制御が実行される。

上記において決定された時間により、ブロワに対し、間欠運転条件が出力され（Ｓ１０４）、ブロワが当該間欠運転条件に沿った運転を行う。これとともに、曝気槽内の溶存酸素濃度（ＤＯ値）が測定され、その値が入力される（Ｓ１０５）。この溶存酸素濃度の値は、間欠的な曝気により供給される酸素の量を確認するためであり、溶存酸素濃度の測定値は、０以下が全て０の値となるため、溶存酸素濃度の状態は、「０」でないか否かで判断し（Ｓ１０６）、「０」の場合は、溶存酸素濃度が不足しているものとみなし、「０」でなければ溶存酸素が十分に存在しているものとみなしている。なお、検出される溶存酸素濃度の単位はｍｇ／Ｌである。

そこで、溶存酸素が十分に存在する場合は、過曝気の可能性があるため、放流槽での水素イオン濃度を確認する。具体的にはｐＨセンサによりｐＨ値を取得し、水素イオン濃度を推定するものである（Ｓ１０７）。水素イオン濃度が上昇すると酸性となりｐＨ値が減少するためである。そこで、閾値としてｐＨ７とし、「７」よりも低下する状況では明らかに水素イオン濃度が上昇しており、過曝気によることが原因と考えられるからである。なお、この閾値は、任意に設定可能であるが、ｐＨ５．８以下の場合は放流できない規定となっているため、水素イオンの増加傾向を早期に把握するため、ここでは閾値をｐＨ７としている（Ｓ１０８）。従って、ｐＨ値が７以上である場合は、曝気状態が良好であるものとして、当該間欠運転モードが継続されるが、ｐＨ値が７を下回る場合には、過曝気か否かを確認する。

そのために、まず、曝気槽の溶存酸素濃度の値を再度取得し（Ｓ１０９）、曝気による溶存酸素濃度を確認する。ここでは、溶存酸素濃度が「２．０」（ｍｇ／Ｌ）以上の場合には、過曝気の可能性があることから、２．０ｍｇ／Ｌを閾値としている（Ｓ１１０）。そして、２．０未満の場合は、過曝気とはみなさず、そのままの運転条件により間欠運転を継続させるが、過曝気の可能性がある場合は、さらに状況に応じて間欠運転条件の修正の内容が決定される。

すなわち、まず、過曝気の状態が一時的か継続的かを判断するために、ｐＨ値の変動の傾向を確認する（Ｓ１１１）。この変動が低下傾向にあり、初めて閾値のｐＨ７を下回った場合には、一時的な過曝気状態が想定されることから、ブロワの運転時間が長すぎたことによるバラツキが原因であるものとみなすことができる。そこで、この場合は、１サイクルの時間を短縮させるように修正する（Ｓ１１２）。他方、前回測定値との比較において、ｐＨ値が継続的に低い値である場合には、ブロワの運転時間と停止時間のバランスが不均衡であることが原因とみなすことができる。この場合には、運転時間の割合（バランス）を変更し、停止時間の割合を増やすように修正するのである（Ｓ１１３）。いずれの修正の場合においても、これらの修正による間欠運転モードの予定された条件の中から選択し、その運転モードを決定したうえで（Ｓ１１４）、決定されたモードがブロワに出力され（Ｓ１０４）、事後は変更後の条件で間欠運転されることとなる。なお、前記において、修正された条件は、他の情報とともに記憶部に出力され、標準間欠運転時間情報が更新されることとなる（Ｓ１１５）。

ところで、初期の溶存酸素濃度の入力において（Ｓ１０５）、その値が「０」である場合（Ｓ１０６）には、曝気の状態を修正するように、その内容が決定される。すなわち、溶存酸素濃度が減少傾向を示す場合は、一時的な曝気不良として停止時間が長かったものと判断し、１サイクルの時間を短縮させ、曝気時間の間隔を短くすることにより対応させる（Ｓ１２１）。一方で、溶存酸素濃度が継続的に低下している場合には、ブロワの運転時間と停止時間とのバランスが不均衡であるものとして、そのバランスを修正する（Ｓ１２２）。
そして、これらの運転モードの修正は、予定された条件の中から段階的に選択され、当該選択されたモードを決定した後（Ｓ１２３）、その条件によるモードがブロワに出力される（Ｓ１０４）。それ以降は変更された条件によって間欠運転されることとなる。また、このように条件が修正された場合には、他の情報とともに記憶部に出力され、標準間欠運転時間情報が更新されることとなる（Ｓ１２４）。

上記のような制御方法により、当初設定した標準間欠運転時間情報を基準としつつ、それを修正しつつ最適な排水処理を可能にする。また、標準間欠運転時間情報は、適宜修正されるごとに更新されることから、事後においては、更新された標準間欠運転時間情報に沿って排水処理がなされ、これが繰り返されることにより、好適な状態で排水処理が継続されることとなる。

また、制御方法としては、標準間欠運転時間情報を設けずに、デフォルト設定から好適な間欠運転時間を導く方法もある。この制御方法にかかるフロー図を図４に示す。

この図４に示されるように、制御開始に際しては、間欠運転モードとしてデフォルト設定がなされる。デフォルトは、ブロワの運転時間と停止時間を等しくし、これらの１サイクル当たりの時間を３００秒と設定している。このサイクル時間の初期値は、任意であり、最大で７，２００秒から開始することができるが、一般的な処理設備の場合は３００秒程度が常識的な値である。

そこで、デフォルト設定された状態で処理を開始し、溶存酸素濃度を検出し（Ｓ２０４）、またはｐＨ値を入力することにより（Ｓ２０７）、曝気の状態の過不足を判断し（Ｓ２０５，２０７）、必要に応じてサイクル時間を短縮させ（Ｓ２１２，Ｓ２２１）、または運転時間と停止時間とのバランスを変更すること（Ｓ２１１，Ｓ２２２）については、標準間欠運転時間情報に基づく場合（図３）と同様である。

このように制御され、デフォルト値が修正された状態を、気象条件等の各種条件ともに間欠運転モードとして記憶させる（Ｓ２１４，Ｓ２２４）ものであることから、同一条件下における排水処理の際には、デフォルト設定において過去の運転モードを読み出し、運転モードを決定させることも可能となる。また、年間を通してこれらのデータを収集することにより、全体として標準間欠運転時間情報の設定とすることができる。

このように、いずれの制御方法による場合であっても、溶存酸素濃度およびｐＨ値の測定により、曝気槽内では過不足のない曝気状態を可能にし、微生物の活動を調整しつつ、適正な処理水を放流させることができる。さらに、いずれの場合においても、ブロワは間欠運転であり、運転停止時間が設けられることから、ブロワの可動による消費電力を削減することができる。また、ブロワが連続運転していないことから、寿命の長期化にも資するものとなる。

エアレーションシステムにかかる上記実施形態の変形例について説明する。図５は、その変形例の概略を示したものである。この図２示されているように、この変形例は、酸素状態測定手段として酸化還元電位計１５を曝気槽１に設置したものである。酸化還元電位計１５は、マナス電位からプラス電位までを測定することができることから、曝気槽１の被処理水が酸化状態（プラス電位）であるか、還元状態（マイナス電位）であるか、これら双方を測定し得る。そのため、酸化状態では好気的であると判断でき、還元状態では嫌気的であると判断でき、また、プラス電位が１５０ｍＶを超える場合には過曝気の状態であると判断し得ることから、この変形例ではｐＨセンサは設けないものとしている。

このように、被処理水の状態を酸化還元電位計１５によって測定する場合の制御方法は、図６または図７に示すように、酸化還元電位の測定値（ＯＲＰ値）を参照するものとしている。図６は、標準間欠運転時間情報に基づくブロワの間欠運転制御のフローを示す図であり、図３に示した制御方法の変形例である。この図に示されるように、ＯＲＰ値が−１００ｍＶ以上である場合（Ｓ１０６）は、さらに＋１５０ｍＶを超えていないかを判断し（Ｓ１０８）、＋１５０≦であれば、正常値とするが、これを超える場合は、過曝気と判断し、さらに増加傾向か否かを判断し（Ｓ１１１）、運転時間の割合または１サイクルの時間のいずれかを変更する（Ｓ１１２，Ｓ１１３）ものとしている。

他方、ＯＲＰ値が−１００ｍＶよりも低い場合（Ｓ１０６）は、酸素供給量が低下しているものと判断し、さらに低下傾向にあるか否か（Ｓ１２０）により、やはり運転時間の割合または１サイクルの時間のいずれかを変更する（Ｓ１２１，Ｓ１２２）ものとしている。酸素供給状態の下限値を−１００ｍＶとしているのは、好気性菌が活発に活動する際には、酸素供給量が十分であっても還元状態となる場合があるからであるが、この下限値は適宜設定することができる。上限値についても適宜設定できるが、１５０ｍＶを超える場合は明らかに過曝気であるため、その周辺の値を目安とすべきである。

また、図７は、標準間欠運転時間情報を設けずに、デフォルト設定から好適な間欠運転時間を導く方法を例示するものであり、図４に示した制御方法の変形例である。この図７においても、前記（図６の場合）と同様に、酸化還元電位計１５によるＯＲＰ値の下限値および上限値により、酸素不足または過曝気を判断し、（Ｓ２０５，Ｓ２０７）、運転時間の割合または１サイクルの時間のいずれかを変更する（Ｓ２１２，Ｓ２１３，Ｓ２２１，Ｓ２２２）ものとしている。

本実施形態は上記のとおりであるが、上記実施形態は本発明の一例を示すものであり、本発明がこれらの実施形態に限定される趣旨ではない。従って、上記実施形態における各要素について、種々の変更を加え、また他の要素を追加することは可能である。

例えば、制御部における制御方法において、間欠運転モードの決定に際し、予め排水の流量を計測した値から、間欠運転の状態を設定してもよい。すなわち、図３または図６に例示した標準間欠運転時間情報に基づく制御方法においては、標準間欠運転時間情報に、予定される流量情報が包含されるものとし、さらに、図８（ａ）に示すように、流量の入力により（Ｓ１３０）、それに該当する間欠運転モードを選択して決定する（Ｓ１０３）としてもよい。

同様に、図４または図７に例示するデフォルト設定された間欠運転モードにおいては、図８（ｂ）に示すように、デフォルト情報には基本流量が設定されており（Ｓ２０２）、流量の入力（Ｓ２３０）により、当該流量が基本流量より多い場合は（Ｓ２３１）、停止時間に対する運転時間を長期化し（Ｓ２３２）、逆に流量が基本流量よりも少ない場合には（Ｓ２３３）、運転時間に対する停止時間を長期化させる（Ｓ２３４）ことにより、好適な曝気状態とすることができる。このとき、停止時間に対する運転時間を長期化、または運転時間に対する停止時間を長期化は、相対的な割合の変更（１サイクル当たりの時間は一定）による場合もあれば、長期化すべき時間のみを単純に長期化させる（１サイクル当たりの時間も増加する）ことでもよい。

また、この流量入力（Ｓ１３０，Ｓ２３０）は、時間の進行ごと（例えば１時間ごと）に実行されるようにしてもよい。これにより、流量の変化に応じて、初期の間欠運転モードを変更したうえで、溶存酸素濃度または水素イオン濃度の程度に応じた詳細な設定を可能にすることができる。

なお、排水処理の方法としては、上記に説明したエアレーションシステムを使用することにより、前述の制御方法に基づく、曝気状態が継続し、その結果として、排水を好適な状態で処理することができるものである。この場合には、ブロワ２は、間欠運転を繰り返しつつ、酸素供給を過不足なく曝気槽に供給させることから、少ない消費電力により効果的な処理を実現することができるものである。また、排水処理の方法の変形例としては、上記構成の曝気槽を複数設け、繰り返し好気性菌による処理を繰り返す構成でもよく、沈殿槽５を複数設け、繰り返し固液分離を行う構成としてもよい。さらには、嫌気性菌による処理槽を設け、脱窒工程を含める構成としてもよい。

１ 曝気槽（処理槽）
２ ブロワ
３ 制御部
４ 流入槽（沈殿槽）
５ 沈殿槽（放流槽）
１１ 散気管
１２ 送気管
１３ 溶存酸素濃度計（ＤＯ濃度計）
１４ 流量計
１５ 酸化還元電位計
３１ タイマ
３２ カレンダ
３３ 記憶部
３４ 演算部
３５ 出力部
５１ ｐＨセンサ
６１ 温度計
Ａ エアレーションシステム
Ｂ 排水処理設備

Claims (6)

1. 曝気槽と、この曝気槽内に送気するためのブロワと、排水を一時的に貯留し前記曝気槽に流入させる流入槽と、前記曝気槽で処理された処理水が流入される放流槽とを備える活性汚泥法排水処理設備において、
   前記ブロワを間欠運転させるために該ブロワの運転時間と停止時間とを制御する制御部を備え、
   前記曝気槽は、該曝気槽内部の排水の溶存酸素濃度を測定する溶存酸素濃度計を備え、
   前記放流槽は、処理水中の水素イオン濃度を検出するｐＨ測定手段を備え、
   前記制御部は、カレンダ機能および時計機能と、処理日および処理時によって複数の種類に区分され、前記ブロワの運転時間および停止時間ならびにこれらの１サイクル当たりの時間によって形成される複数の標準間欠運転時間情報を記憶する記憶部とを備え、
   前記制御部が、前記標準間欠運転時間情報の中からカレンダ機能および時計機能により特定される処理日および処理時に合致する標準間欠運転時間情報を選択してブロワの運転状態を制御するとともに、前記溶存酸素濃度計による測定値および前記ｐＨ測定手段による検出値に応じて前記標準間欠運転時間情報を形成する要素のいずれかまたは全部を修正するものであり、前記ｐＨ測定手段の検出値による修正は、前記溶存酸素濃度計による測定値が所定以上であるときに実行するように制御されるものであることを特徴とする排水処理設備におけるエアレーションシステム。
2. 前記標準間欠運転時間情報は、夏季、冬季および春秋季の区別による大区分と、平日および休日の区別による中区分と、２４時間を一時間ごとに区別した小区分とに基づいて設定されている請求項１に記載の排水処理設備におけるエアレーションシステム。
3. 前記ブロワの運転時間および停止時間は、１サイクルに要する時間が１５秒から７２００秒の範囲にある請求項１または２に記載の排水処理設備におけるエアレーションシステム。
4. 前記流入槽から前記曝気槽に流入される排水の流入量を計測する流量測定手段をさらに備え、前記制御部は、前記流量測定手段により測定される排水の流入量に応じて、さらに前記標準間欠運転時間情報を形成する要素のいずれかまたは全部を修正するように制御されるものである請求項１ないし３のいずれかに記載の排水処理設備におけるエアレーションシステム。
5. 請求項１ないし３のいずれかに記載のエアレーションシステムを使用する排水処理方法であって、前記制御部が標準間欠運転時間情報を選択するとともに、前記溶存酸素濃度計による測定値および前記ｐＨ測定手段による検出値に応じて前記標準間欠運転時間情報を形成する要素のいずれかまたは全部を修正し、該修正された該標準間欠運転時間情報に基づいてブロワの運転状態を制御することを特徴とする排水処理方法。
6. 請求項４に記載のエアレーションシステムを使用する排水処理方法であって、前記制御部が標準間欠運転時間情報を選択するとともに、前記溶存酸素濃度計による測定値、前記ｐＨ測定手段による検出値および前記流量測定手段により測定される排水の流入量に応じて前記標準間欠運転時間情報を形成する要素のいずれかまたは全部を修正し、該修正された該標準間欠運転時間情報に基づいてブロワの運転状態を制御することを特徴とする排水処理方法。
   

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