JP7572366B2 - 水処理システム、水処理方法およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、水処理システム、水処理方法およびプログラムに関する。

生活排水または工場排水などの被処理水を処理する水処理システムとして、被処理水に生物処理を行うシステムがある。このような水処理システムでは、反応槽内に被処理水を流入させつつ、反応槽内に存在する好気性微生物に対して空気を供給する曝気処理を行う。反応槽内の被処理水に含まれる有機物は、好気性微生物によって分解され、安定した処理水質が得られる。

上述した水処理システムにおいて、送風ユニットから送風管を介して複数の反応槽に空気を供給する方法の１つとして、想定される最大の圧力損失を算出し、算出した圧力損失に応じた送風圧力で、複数の反応槽に空気を供給する方法（第１の方法）がある。また、別の方法として、複数の反応槽それぞれの反応槽内の被処理水の水質に基づき、被処理水の処理に必要な空気量および送風管などの圧力損失を算出し、算出した圧力損失のうち、最大の圧力損失に応じた送風圧力で、複数の反応槽に空気を供給する方法（第２の方法）がある（特許文献１参照）。

特開２０１８－１６７２４９号公報

上述した第１の方法では、想定される最大の圧力損失に応じた送風圧力で各反応槽に送風するため、各反応槽に過剰な圧力で送風が行われることがある。また、上述した第２の方法では、水質に基づき算出された最大の圧力損失に応じた送風圧力で各反応槽に送風するため、算出された圧力損失が最大の反応槽以外の反応槽に過剰な圧力で送風が行われることがある。そのため、第１の方法および第２の方法では、送風ユニットが送風のために消費する電力（送風電力）に無駄が生じてしまい、水処理における電力利用の効率化が十分に図れないことがある。

かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、送風ユニットの送風電力の無駄を減らし、水処理における電力利用の効率化を図ることにある。

本発明の一実施形態に係る水処理システムは、
複数の反応槽と、
前記複数の反応槽に接続される管である送風管と、
前記送風管を介して、前記複数の反応槽に空気を供給する送風ユニットと、
前記複数の反応槽それぞれの送風系列の圧力損失を算出する圧力損失算出部と、
前記圧力損失算出部により算出された前記複数の反応槽それぞれの送風系列の圧力損失に応じて、前記複数の反応槽への被処理水の供給を制御する被処理水供給制御部と、を備える。

本発明の一実施形態に係る水処理方法は、
複数の反応槽と、前記複数の反応槽に接続される管である送風管と、前記送風管を介して、前記複数の反応槽に空気を供給する送風ユニットと、を備える水処理システムにおける水処理方法であって、
前記複数の反応槽それぞれの送風系列の圧力損失を算出する算出ステップと、
前記複数の反応槽それぞれの送風系列の圧力損失に応じて、前記複数の反応槽への被処理水の供給を制御する制御ステップと、を含む。

本発明の一実施形態に係るプログラムは、
複数の反応槽と、前記複数の反応槽に接続される管である送風管と、前記送風管を介して、前記複数の反応槽に空気を供給する送風ユニットと、を備える水処理システムのコンピュータに、
前記複数の反応槽それぞれの送風系列の圧力損失に応じて、前記複数の反応槽への被処理水の供給を制御する処理を実行させる。

本発明の一実施形態によれば、送風ユニットの送風電力の無駄を減らし、水処理における電力利用の効率化を図ることができる。

本発明の一実施形態に係る水処理システムの構成例を示す図である。 図１に示す制御部の構成例を示すブロック図である。 図１に示す水処理システムの動作の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して例示説明する。各図中、同一符号は、同一または同等の構成要素を示している。

図１は、本発明の一実施形態に係る水処理システム１の構成例を示す図である。本実施形態に係る水処理システム１は、被処理水に対して曝気処理を行うシステムである。被処理水は、例えば、生活排水、工場排水、雨水、し尿、下水処理場の汚泥脱水工程後の脱離液、埋立地における浸出水などの廃水であるが、これらに限られるものではなく、曝気処理の対象となる種々の水である。

図１に示す水処理システム１は、反応槽１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃと、送風ユニット２０と、送風管３０と、制御装置４０とを備える。水処理システム１は、制御装置４０により、送風ユニット２０から反応槽１０Ａ，１０Ｂ、１０Ｃに供給する空気量と、反応槽１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃへの被処理水の供給とを制御し、反応槽１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ内の被処理水の生物処理を行う。以下では、反応槽１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃを区別しない場合には、反応槽１０と称する。

反応槽１０は、内部に散気装置１２を有し、活性汚泥が貯留される槽である。反応槽１０は、送水ポンプ１３を介して被処理水が流入する（供給される）。散気装置１２は、送風ユニット２０から供給された空気で、反応槽１０に貯留された活性汚泥を曝気する。反応槽１０は、曝気された活性汚泥により反応槽１０内の被処理水に生物処理を行い、生物処理後の処理水を排出する。

反応槽１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、それぞれ並列に被処理水が供給される。本実施形態においては、水処理システム１は、３つの反応槽１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃを備える例を用いて説明するが、これに限られない。水処理システム１は、複数の反応槽１０を備える。したがって、水処理システム１は、２あるいは４以上の反応槽１０を備えてよい。

送風ユニット２０は、送風機２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄを備える。送風機２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄは、互いに同様の機能を有するブロアである。送風ユニット２０は、送風管３０を介して、複数の反応槽１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃに生物処理を行うための空気を供給する。以下では、送風機２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄを区別しない場合には、送風機２２と称する。

送風機２２は、外部から空気を導入し、回転する羽根部により導入した空気を排出するブロワである。送風機２２は、例えば、インレットベーン式のブロワ、インバータ式のブロワ、歯車式のブロワなどであるが、これらに限られない。送風機２２は、羽根部から空気を吐出する側が、互いに並列に送風管３０に接続されており、空気を送風管３０に吐出する。本実施形態においては、送風ユニット２０は、４つの送風機２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄを備える例を用いて説明するが、これに限られない。送風ユニット２０が備える送風機２２の数は任意である。したがって、送付ユニット２０は、１つあるいは複数の送風機２２を備えてよい。

送風管３０は、内部に空気を導通する管である。送風管３０は、反応槽１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃに接続される。送風管３０は、導入管３１と、母管３２と、支管３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃとを備える。導入管３１は、一方の端部が分岐して送風機２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄに接続され、各送風機２２から空気が供給される管である。導入管３１は、他方の端部が母管３２に接続され、各送風機２２から供給された空気を合流させて、母管３２に導入する管である。母管３２は、一方の端部が導入管３１と接続され、他方の端部が支管３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃと接続される。

支管３４Ａは、一方の端部が母管３２と接続され、他方の端部が反応槽１０Ａの散気装置１２と接続される管である。支管３４Ａは、母管３２から供給された空気の一部を反応槽１０Ａに供給する。支管３４Ｂは、一方の端部が母管３２と接続され、他方の端部が反応槽１０Ｂの散気装置１２と接続される管である。支管３４Ｂは、母管３２から供給された空気の一部を反応槽１０Ｂに供給する。支管３４Ｃは、一方の端部が母管３２と接続され、他方の端部が反応槽１０Ｃの散気装置１２と接続される管である。支管３４Ｃは、母管３２から供給された空気の一部を反応槽１０Ｃに供給する。以下では、支管３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃを区別しない場合には、支管３４と称する。

支管３４には導入弁３６が設けられる。導入弁３６は、制御装置４０により開閉操作される弁である。導入弁３６は、開度調整により、支管３４から反応槽１０に供給される空気量を調整する。

制御装置４０は、各反応槽１０に供給する空気量を制御する装置である。また、制御装置４０は、送水ポンプ１３を介した各反応槽１０への被処理水の供給を制御する装置である。制御装置４０は、硝酸計４１と、アンモニア計４２と、吸気測定部４３と、母管内圧測定部４４と、支管風量測定部４５と、制御部５０とを備える。

反応槽１０内では、好気性条件下で活性汚泥中の好気性微生物である硝化細菌により、被処理水中のアンモニア性窒素が、亜硝酸性窒素および硝酸性窒素に硝化される。一方、反応槽１０における被処理水中の酸素量が少ない領域では、脱窒細菌による脱窒反応が生じる。脱窒反応に十分な炭素源を供給すれば、脱窒反応を十分に進行させることができる。その結果、脱窒反応が生じる領域では、硝化が不十分であることにより発生した亜酸化窒素ガスを分解したり、亜酸化窒素を発生させることなく、亜硝酸を還元したりして、窒素と二酸化炭素とに分解し、窒素除去を行うことができる。

硝酸計４１は、各反応槽１０内に設けられ、反応槽１０内の被処理水の硝酸濃度を測定することで、脱窒反応の進行度、すなわち、硝酸の分解度合いを検出するセンサである。被処理水の硝酸とは、硝酸（ＨＮＯ_３）、亜硝酸（ＨＮＯ_２）、硝酸性窒素（ＮＯ_３－Ｎ）、亜硝酸性窒素（ＮＯ_２－Ｎ）、硝酸性窒素と亜硝酸性窒素との集合、およびＮＯ_ｘを含む概念である。

アンモニア計４２は、各反応槽１０内に設けられ、反応槽１０内の被処理水のアンモニア濃度を測定することで、硝化反応の進行度、すなわち、アンモニアの分解度合いを検出するセンサである。被処理水のアンモニアとは、アンモニアおよびアンモニア性窒素を含む概念である。

吸気測定部４３は、送風機２２の吸気側に設けられ、送風機２２が吸気する空気量を測定する風量計である。

母管内圧測定部４４は、母管３２に取り付けられ、母管３２の内圧、すなわち、送風ユニット２０からの空気の圧力を測定する圧力計である。

支管風量測定部４５は、支管３４に設けられる。具体的には、支管風量測定部４５は、支管３４において導入弁３６と母管３２との間に設けられる。支管風量測定部４５は、支管３４から反応槽１０に供給される空気量を測定する風量計である。なお、各支管３４に風量計である支管風量測定部４５を設けた場合、母管内圧測定部４４の代わりに、支管３４に圧力計を設けてもよい。

制御部５０は、上述した各部の測定結果に基づき、各反応槽１０に供給する空気量を制御する。また、制御部５０は、複数の反応槽１０それぞれの送風系列の圧力損失の計算結果に応じて、複数の反応槽１０への被処理水の供給を制御する。

図２は、制御部５０の構成例を示すブロック図である。

図２に示す制御部５０は、取得部５１と、必要空気量算出部５２と、目標管内圧算出部５３と、送風制御部５４と、導入空気制御部５５と、被処理水供給制御部５６とを備える。目標管内圧算出部５３は、圧力損失算出部の一例である。制御部５０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）ならびにメモリを備えるコンピュータ（例えば、パーソナルコンピュータ）で実現可能である。制御部５０がコンピュータで実現される場合、制御部５０が備える上述した各部は、本実施形態に係るプログラムをメモリに格納し、格納されたプログラムをＣＰＵが読み出して実行することにより実現される。

取得部５１は、硝酸計４１、アンモニア計４２、吸気測定部４３、母管内圧測定部４４および支管風量測定部４５の測定結果を取得する。取得部５１は、硝酸計４１、アンモニア計４２および支管風量測定部４５の測定結果を必要空気量算出部５２に出力する。また、取得部５１は、吸気測定部４３および母管内圧測定部４４の測定結果を送風制御部５４に出力する。また、取得部５１は、支管風量測定部４５の測定結果を導入空気制御部５５に出力する。

必要空気量算出部５２は、取得部５１から出力された、反応槽１０内の被処理水の状態（被処理水の硝酸濃度およびアンモニア濃度）および支管風量測定部４５の測定結果の過去から現在までの蓄積データに基づき、反応槽１０内の被処理水の水質を所定の目標水質にするために必要な空気量（必要空気量）を、反応槽１０ごとに算出する。

必要空気量算出部５２は、例えば、所定の水質空気量関係を記憶しており、この水質空気量関係に基づき、必要空気量を算出する。水質空気量関係とは、反応槽１０に供給される空気量と、その空気量の空気が供給された場合の反応槽１０内の水質の変化量との関係である。必要空気量算出部５２は、予め求められた水質空気量関係から、硝酸計４１により測定された被処理水の硝酸濃度およびアンモニア計４２により測定された被処理水のアンモニア濃度が目標濃度となるような空気量を必要空気量として算出する。なお、本実施形態においては、硝酸計４１、アンモニア計４２および支管風量測定部４５の測定結果に基づき必要空気量を算出する方法について説明したが、これに限られるものではない。要は、被処理水を所定の目標水質にするために必要は空気量を算出可能であれば、任意の方法を用いることができる。

必要空気量算出部５２は、反応槽１０ごとの必要空気量の算出結果を、目標管内圧算出部５３および導入空気制御部５５に出力する。

目標管内圧算出部５３は、必要空気量算出部５２により算出された反応槽１０ごとの必要空気量に基づき、送風管３０内の空気の圧力の目標値（目標管内圧）を算出する。目標管内圧は、各反応槽１０に必要空気量の空気を供給するために必要な母管内圧測定部４４の目標圧力として設定する圧力である。

目標管内圧算出部５３は、必要空気量算出部５２により算出された目標空気量の空気を反応槽１０に供給した場合に、送風管３０内の圧力損失により損失される空気の圧力である配管圧損Ｈ_Ｐを算出する。

管の配管圧損Ｈ _ｐ は一般に、以下の式（１），（２）に基づき算出される。
Ｈ _ｐ ＝４・ｆ_１・（ｌ／ｄ）・（γ・ｖ^２／２） ・・・式（１）
Ｈ _ｐ ＝ｆ_２・（γ・ｖ^２／２） ・・・式（２）

式（１）は、管が直管である場合における配管圧損Ｈ _ｐ の算出式である。式（２）は、管が直管以外の異形管である場合における配管圧損Ｈ _ｐ の算出式である。ｆ_１，ｆ_２は、損失係数であり、予め定められた定数である。ｌは直管の配管長（ｍ）である。ｄは直管の内径（ｍ）である。配管長ｌおよび配管ｄは、配管の形状により定まる定数である。γは、空気密度（ｋｇ／ｍ^３）であり、予め定められた定数である。ｖは、空気の流速（ｍ／ｓ）である。式（１），（２）において、変数は流速ｖである。従って、管の配管圧損Ｈ _ｐ は、流速ｖに応じて変化する。流速ｖは、以下の式（３）のように、空気の流量Ｑに比例する。式（３）において、Ａは流路面積であり、配管の形状により定まる定数である。
Ｑ＝Ａ・ｖ ・・・（３）

したがって、配管圧損Ｈ _ｐ は、空気の流量Ｑ、すなわち、必要空気量に基づき算出可能である。目標管内圧算出部５３は、式（３）に基づき、必要空気量の空気を母管３２および支管３４に流した場合の空気の流速ｖを算出する。そして、目標管内圧算出部５３は、算出した流速ｖと、上述した定数とを用いて、式（１），（２）から配管圧損Ｈ_Ｐを算出する。具体的には、目標管内圧算出部５３は、送風ユニット２０から反応槽１０Ａに至る経路における配管圧損Ｈ_ＰＡと、送風ユニット２０から反応槽１０Ｂに至る経路における配管圧損Ｈ_ＰＢと、送風ユニット２０から反応槽１０Ｃに至る経路における配管圧損Ｈ_ＰＣとを算出する。

次に、目標管内圧算出部５３は、以下の式（４）に基づき、複数の反応槽１０それぞれの送風系列の圧力損失Ｈ_Ｌを算出する。
Ｈ_Ｌ＝ｈ＋Ｈ_Ｐ＋Ｈ_Ｍ＋Ｈ_Ａ ・・・式（４）

式（４）において、ｈは反応槽１０内の被処理水の水頭圧である。Ｈ_Ｍは、母管内圧測定部４４、支管風量測定部４５および導入弁３６による損失圧力（通気圧損）である。Ｈ_Ａは、散気装置１２による損失圧力（散気装置圧損）である。水頭圧ｈは、例えば、反応槽１０の容積から予め求められる。水頭圧ｈは、反応槽１０に水位または水量を測定するセンサを設け、このセンサの測定結果から求められてもよい。本実施形態においては、反応槽１０に流入する被処理水の水量と同量の処理水が、反応槽１０から流出する。従って、水頭圧ｈは一定である。通気圧損Ｈ_Ｍは、設計値あるいは予め計測された値である。散気装置圧損Ｈ_Ａは、反応槽１０内の被処理水の汚濁負荷に応じて定まる圧力であり、散気装置１２の装置種別に応じて、固定圧または供給される風量の２乗に比例する圧力である。汚濁負荷とは、反応槽１０に供給される被処理水の水量と、反応槽１０に供給される被処理水の濃度（ＢＯＤ（Biochemical Oxygen Demand），ＣＯＤ（Chemical Oxygen Demand），ＮＨ４などの汚濁物質濃度）との積で表される。

目標管内圧算出部５３は、複数の反応槽１０それぞれの送風系列の圧力損失Ｈ_Ｌを算出する。すなわち、目標管内圧算出部５３は、反応槽１０Ａの水頭圧ｈと、配管圧損Ｈ_ＰＡと、送風ユニット２０から反応槽１０Ａに至る経路の通気圧損Ｈ_ＭＡと、反応槽１０Ａの散気装置１２による散気装置圧損Ｈ_ＡＡとの和を、反応槽１０Ａの送風系列の圧力損失Ｈ_ＬＡとして算出する。同様に、目標管内圧算出部５３は、反応槽１０Ｂの送風系列の圧力損失Ｈ_ＬＢおよび反応槽１０Ｃの送風系列の圧力損失Ｈ_ＬＣを算出する。なお、上述した圧力損失Ｈ_Ｌの算出方法はあくまでも一例であり、複数の反応槽１０それぞれの送風系列の圧力損失Ｈ_Ｌを算出することが可能な任意の方法を用いてよい。

目標管内圧算出部５３は、複数の反応槽１０それぞれの送風系列の圧力損失Ｈ_Ｌ（圧力損失Ｈ_ＬＡ，Ｈ_ＬＢ，Ｈ_ＬＣ）のうち、最大値を目標管内圧として決定する。目標管内圧算出部５３は、目標管内圧の算出結果を送風制御部５４に出力する。また、目標管内圧算出部５３は、複数の反応槽１０それぞれの送風系列ごとの圧力損失Ｈ_Ｌの算出結果を被処理水供給制御部５６に出力する。

送風制御部５４は、母管内圧測定部４４の測定圧力が、目標管内圧算出部５３により算出された目標管内圧となるように、送風ユニット２０からの空気の供給を制御する。具体的には、送風制御部５４は、母管内圧測定部４４により測定される母管３２内の内圧が目標管内圧と一致するように、吸気測定部４３の測定結果に基づき、送風ユニット２０からの空気の供給量を制御する。

導入空気制御部５５は、支管風量測定部４５により測定される、反応槽１０に供給される空気量が、必要空気量算出部５２により算出された必要空気量と一致するように、導入弁３６の開度を制御する。具体的には、導入空気制御部５５は、目標空気量を目標値とし、支管風量測定部４５の測定結果を用いたＰＩＤ（Proportional Integral Differential）制御により、反応槽１０に供給される空気量が目標空気量に追従するように、導入弁３６の開度を制御する。

被処理水供給制御部５６は、目標管内圧算出部５３により算出された、複数の反応槽１０それぞれの送風系列の圧力損失Ｈ_Ｌに応じて、送水ポンプ１３を介した複数の反応槽１０への被処理水の供給を制御する。

各反応槽１０への被処理水の供給を制御することで、各反応槽１０における必要空気量が変化し、各反応槽１０の送風系列に送風する空気量も変化する。従って、複数の反応槽１０それぞれの送風系列の圧力損失Ｈ_Ｌに応じて、各反応槽１０への被処理水の供給を制御することで、各送風系列の圧力損失を均等化することができる。各送風系列の圧力損失を均等化することで、各反応槽１０の送風系列に過剰な圧力で空気が供給されることによる送風ユニット２０の送風電力の無駄を減らし、水処理における電力利用の効率化を図ることができる。各反応槽１０への被処理水の供給の制御の詳細については後述する。

次に、本実施形態に係る水処理システム１の動作について説明する。図３は、本実施形態に係る水処理システム１の動作の一例を示すフローチャートであり、水処理システム１における水処理方法について説明するための図である。図３においては、各反応槽１０への被処理水の供給の制御に関する動作について主に説明する。

目標管内圧算出部５３は、複数の反応槽１０それぞれの送風系列の圧力損失Ｈ_Ｌを算出する（ステップＳ１１）。上述したように、目標管内圧算出部５３は、反応槽１０の水頭圧ｈと、送風管３０における配管圧損Ｈ_Ｐと、通気圧損Ｈ_Ｍと、散気装置圧損Ｈ_Ａとの和を、送風系列の圧力損失Ｈ_Ｌとして算出する。

次に、被処理水供給制御部５６は、圧力損失Ｈ_Ｌが最大の送風系列における圧力損失Ｈ_Ｌ（最大圧力損失）と、圧力損失Ｈ_Ｌが最小の送風系列における圧力損失Ｈ_Ｌ（最小圧力損失）との差が、所定の閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。閾値は、例えば、水処理システム１の管理者が設定した数値（例えば、０．５ｋＰａ）であってよい。また、閾値は、例えば、水処理システム１の管理者が設定した、最大圧力損失に対する、最大圧力損失と最小圧力損失との差の比率（例えば、５％）であってよい。

最大圧力損失と最小圧力損失との差が所定の閾値以上でないと判定した場合には（ステップＳ１２：Ｎｏ）、被処理水供給制御部５６は、処理を終了する。

最大圧力損失と最小圧力損失との差が所定の閾値以上であると判定した場合には（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、被処理水供給制御部５６は、複数の反応槽１０それぞれの送風系列の圧力損失Ｈ_Ｌに応じて、複数の反応槽１０への被処理水の供給を制御する（ステップＳ１３）。被処理水供給制御部５６は、複数の反応槽１０それぞれの送風系列の圧力損失Ｈ_Ｌに応じて、複数の反応槽１０への被処理水の供給を制御する場合、その旨を水処理システム１の管理者に通知してもよい。

このように、本実施形態に係る水処理方法は、複数の反応槽１０それぞれの送風系列の圧力損失Ｈ_Ｌを算出する算出ステップと、複数の反応槽１０それぞれの送風系列の圧力損失Ｈ_Ｌに応じて、複数の反応槽１０への被処理水の供給を制御する制御ステップを含む。なお、複数の反応槽１０それぞれの送風系列の圧力損失Ｈ_Ｌの算出は、水処理システム１の外部で行われてもよい。

水処理システム１は、図３を参照して説明した処理を、例えば、所定の頻度（例えば、１日に１回）で行う。水処理システム１は、図３を参照して説明した処理をリアルタイムで行ってよい。図３を参照して説明した処理をリアルタイムで行う場合、被処理水供給制御部５６は、反応槽１０に供給された被処理水に生物処理が行われ、処理水として反応槽１０から流出するまでの時間相当の速度で、反応槽１０への被処理水の供給を制御する。

次に、本実施形態に係る水処理システム１の動作について、より詳細に説明する。まず、比較のために、図１に示す反応槽１０（反応槽１０Ａ，１０Ｂ、１０Ｃ）、送風ユニット２０および送風管３０を備える水処理システムに、背景技術において説明した第１の方法および第２の方法を適用した場合の動作について説明する。なお、以下では、反応槽１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ内の被処理水の量は一定であり、水頭圧ｈは６０ｋＰａであるとする。また、以下では、通気圧損Ｈ_Ｍは一定値であるとし、記載を省略する。また、第１の方法および第２の方法では、各反応槽１０には同量の被処理水が供給され、例えば、各反応槽１０に２０００ｍ^３／ｈｒの水量の被処理水が供給されるとする。

まず、第１の方法を適用した場合について説明する。上述したように、第１の方法では、想定される最大の圧力損失Ｈ_Ｌを算出し、算出した圧力損失Ｈ_Ｌに応じた送風圧力で複数の反応槽１０に空気を供給する。以下では、送風ユニット２０から反応槽１０Ａに至る送風管３０の経路における配管圧損Ｈ_Ｐが最大で５ｋＰａであるとする。また、散気装置１２による散気装置圧損Ｈ_Ａが最大で３ｋＰａであるとする。この場合、水頭圧ｈ（６０ｋＰａ）と、想定される最大の配管圧損Ｈ_Ｐ（５ｋＰａ）と、想定される最大の散気装置圧損Ｈ_Ａ（３ｋＰａ）との和、すなわち、６８ｋＰａが送風ユニット２０による送風圧力として設定される。第１の方法によれば、各反応槽１０の送風系統に過剰な圧力で送風が行われることになる。そのため、送風ユニット２０の送風電力に無駄が生じてしまい、水処理における電力利用の効率化が十分に図られない。

次に、第２の方法を適用した場合について説明する。上述したように、第２の方法では、各反応槽１０内の被処理水の水質に基づき、各送風系統の圧力損失を算出し、算出した最大の圧力損失に応じた送風圧力で複数の反応槽１０に空気を供給する。以下では、送風ユニット２０から反応槽１０Ａに至る送風管３０の経路における配管圧損Ｈ _Ｐ が４ｋＰａであり、送風ユニット２０から反応槽１０Ｂに至る送風管３０の経路における配管圧損Ｈ _Ｐ が３ｋＰａであり、送風ユニット２０から反応槽１０Ｃに至る送風管３０の経路における配管圧損Ｈ _Ｐ が２ｋＰａであるとする。また、散気装置圧損Ｈ_Ａが２ｋＰａであるとする。この場合、水頭圧ｈ（６０ｋＰａ）と、最大の配管圧損Ｈ _Ｐ （４ｋＰａ）と、散気装置圧損Ｈ_Ａ（２ｋＰａ）との和、すなわち、６６ｋＰａが送風ユニット２０による送風圧力として設定される。第２の方法によれば、実際の各反応槽１０の送風系列の配管圧損Ｈ _Ｐ および実際の散気装置圧損Ｈ_Ａに基づき送風ユニット２０の送風圧力が設定されるので、第１の方法と比べて、送風ユニット２０の送風圧力の低減、すなわち、送風ユニット２０の送風電力の低減を図ることができる。ただし、第２の方法では、配管圧損Ｈ _Ｐ が最大である反応槽１０以外の反応槽１０Ｂ，１０Ｃに過剰な圧力で送風が行われることになる。そのため、送風ユニット２０の送風電力に無駄が生じてしまい、水処理における電力利用の効率化が十分に図られないことがある。

これに対し、本実施形態においては、複数の反応槽１０それぞれの送風系列の圧力損失Ｈ_Ｌに応じて、複数の各反応槽１０への被処理水の供給を制御することで、送風ユニット２０の送風電力の無駄を減らし、水処理における電力利用の効率化を図る。以下では、本実施形態における、複数の反応槽１０それぞれの送風系列の圧力損失Ｈ_Ｌに応じた、複数の反応槽１０への被処理水の供給の制御の詳細について説明する。

被処理水供給制御部５６は、複数の反応槽１０それぞれの送風系列の圧力損失Ｈ_Ｌの差を減らすように、複数の反応槽１０に供給する被処理水の汚濁負荷比率または汚濁負荷の量を制御する。汚濁負荷比率とは、全ての反応槽１０内の被処理水の汚濁負荷に対する、各反応槽１０内の被処理水の汚濁負荷の比率である。

まず、複数の反応槽１０に供給する被処理水の汚濁負荷比率を制御する場合について説明する。各反応槽１０に供給する被処理水の濃度が一定であるとすると、被処理水供給制御部５６は、複数の反応槽１０に供給する被処理水の総量は一定として、各反応槽１０に供給する被処理水の水量を制御する。上述したように、汚濁負荷は、反応槽１０に供給される被処理水の水量と、反応槽１０に供給される被処理水の濃度との積で表される。被処理水の濃度が一定であるとすると、各反応槽１０に供給される被処理水の汚濁負荷比率は、供給される被処理水の水量に比例した値となる。

各反応槽１０に供給される被処理水の汚濁負荷比率が変化すると、各反応槽１０における必要空気量が変化し、各反応槽１０の送風系列の圧力損失Ｈ_Ｌも変化する。したがって、複数の反応槽１０それぞれの送風系列の圧力損失の差を減らすように、複数の反応槽１０に供給する被処理水の汚濁負荷比率を制御することで、各送風系列の圧力損失を均等化することができる。各送風系列の圧力損失が均等化されると、送風ユニット２０の送風電力の無駄を減らし、水処理における電力利用の効率化を図ることができる。

被処理水供給制御部５６による、複数の反応槽１０の送風系列の圧力損失Ｈ_Ｌに応じた、複数の反応槽１０に供給する被処理水の汚濁負荷比率の制御例について説明する。以下では、反応槽１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃにはそれぞれ、２０００ｍ^３／ｈｒの被処理水が供給されているとする。すなわち、反応槽１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃに供給される被処理水の総量が６０００ｍ^３／ｈｒであるとする。また、反応槽１０Ａの送風系列の圧力損失Ｈ_ＬＡが４ｋＰａであり、反応槽１０Ｂの送風系列の圧力損失Ｈ_ＬＢが３ｋＰａであり、反応槽１０Ｃの送風系列の圧力損失Ｈ_ＬＣが２ｋＰａであるとする。また、反応槽１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃそれぞれの散気装置圧損Ｈ_Ａは、２ｋＰａであるとする。

被処理水供給制御部５６は、反応槽１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃに供給する被処理水の総量は一定のままで、圧力損失Ｈ_Ｌが最も大きい反応槽１０Ａに供給する被処理水の水量を減らし、圧力損失Ｈ_Ｌが最も小さい反応槽１０Ｃに供給する被処理水の水量を増やす。例えば、被処理水供給制御部５６は、反応槽１０Ａに供給する被処理水の水量を１５００ｍ^３／ｈｒとし、反応槽１０Ｃに供給する被処理水の水量を２５００ｍ^３／ｈｒとする。また、被処理水供給制御部５６は、反応槽１０Ｂに供給する被処理水の水量は２０００ｍ^３／ｈｒのままとする。

反応槽１０Ａに供給される被処理水の水量が減ることで、反応槽１０Ａの散気装置１２による散気装置圧損Ｈ_ＡＡは、例えば、１．８ｋＰａに低減する。また、反応槽１０Ａに供給される被処理水の水量が減ることで、反応槽１０Ａにおける必要空気量が減る。反応槽１０Ａにおける必要空気量および散気装置圧損Ｈ_ＡＡが減ることで、反応槽１０Ａの送風系列における配管圧損Ｈ_ＰＡも、被処理水の供給量の制御前と比べて低減する。例えば、上述したように、被処理水の供給量の制御前の配管圧損Ｈ_ＰＡは４ｋＰａであったが、被処理水の供給量の制御後には、配管圧損Ｈ_ＰＡは３．２ｋＰａに減少する。

一方、反応槽１０Ｃに供給される被処理水の水量が増えることで、反応槽１０Ｃの散気装置１２による散気装置圧損Ｈ_ＡＣは、例えば、２．２ｋＰａに増加する。また、反応槽１０Ｃに供給される被処理水の水量が増えることで、反応槽１０Ｃにおける必要空気量が増える。反応槽１０Ｃにおける必要空気量および散気装置圧損Ｈ_ＡＣが増えることで、反応槽１０Ｃの送風系列における配管圧損Ｈ_ＰＣも、被処理水の供給量の制御前と比べて増加する。例えば、上述したように、被処理水の供給量の制御前の配管圧損Ｈ_ＰＣは２ｋＰａであったが、被処理水の供給量の制御後には、配管圧損Ｈ_ＰＣは２．８ｋＰａに増加する。

被処理水の供給量を制御することで、反応槽１０Ａの送風系列に必要な圧力損失は、６５ｋＰａ（＝６０ｋＰａ＋３．２ｋＰａ＋１．８ｋＰａ）となり、反応槽１０Ｂの送風系列に必要な圧力損失は、６５ｋＰａ（＝６０ｋＰａ＋３ｋＰａ＋２ｋＰａ）となり、反応槽１０Ｃの送風系列に必要な圧力損失は、６５ｋＰａ（＝６０ｋＰａ＋２．８ｋＰａ＋２．２ｋＰａ）となる。つまり、各反応槽１０の送風系列の圧力損失が均等化される。その結果、各反応槽１０に過不足無く、適切な圧力損失で送風される。また、第１の方法および第２の方法と比べて、同量の被処理水をより少ない送風圧力で処理することができる。そのため、送風ユニット２０の送風電力の無駄を減らし、水処理における電力利用の効率化を図ることができる。

次に、複数の反応槽１０に供給する被処理水の汚濁負荷の量を制御する場合について説明する。以下では、反応槽１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃにはそれぞれ、２０００ｍ^３／ｈｒの被処理水が供給されているとする。また、反応槽１０Ａの送風系列の圧力損失Ｈ_ＬＡが４ｋＰａであり、反応槽１０Ｂの送風系列の圧力損失Ｈ_ＬＢが３ｋＰａであり、反応槽１０Ｃの送風系列の圧力損失Ｈ_ＬＣが２ｋＰａであるとする。

被処理水供給制御部５６は、送風系列の圧力損失Ｈ_Ｌが小さい反応槽１０ほど、その反応槽１０に供給する被処理水の汚濁負荷の量を増加させる。被処理水の濃度が一定であるとすると、被処理水供給制御部５６は、反応槽１０Ａへの被処理水の供給量はそのままで、反応槽１０Ｂおよび反応槽１０Ｃへの被処理水の供給量を増加させる。また、被処理水供給制御部５６は、反応槽１０Ｃに供給する被処理水の増加量を、反応槽１０Ｂに供給する被処理水の増加量よりも多くする。具体的には、被処理水供給制御部５６は、例えば、反応槽１０Ａへの被処理水の供給量は２０００ｍ^３／ｈｒのままで、反応槽１０Ｂへの被処理水の供給量を２５００ｍ^３／ｈｒとし、反応槽１０Ｃへの被処理水の供給量を３０００ｍ^３／ｈｒとする。

こうすることで、反応槽１０Ｂ，１０Ｃでは、被処理水の供給量が増加することで、散気装置圧損Ｈ_Ａおよび配管圧損Ｈ_Ｐが増加し、圧力損失Ｈ_Ｌが増加する。また、反応槽１０Ｂよりも反応槽１０Ｃの方が供給される被処理水の増加量が多いので、反応槽１０Ｃの送風系列の圧力損失Ｈ_ＬＣの増加量は、反応槽１０Ｂの送風系列の圧力損失Ｈ_ＬＢの増加量よりも多い。そのため、反応槽１０Ｂ，１０Ｃの送風系列の圧力損失Ｈ_ＬＢ，Ｈ_ＬＣが反応槽１０Ａの送風系列の圧力損失Ｈ_ＬＡに近づき、各反応槽１０の送風系列の圧力損失が均等化されるので、各反応槽１０に過不足無く、適切な圧力損失で送風される。そのため、送風ユニット２０の送風電力の無駄を減らし、水処理における電力利用の効率化を図ることができる。

上述した例では、被処理水供給制御部５６は、送風系列の圧力損失Ｈ_Ｌが小さい反応槽１０ほど、その反応槽１０に供給する被処理水の汚濁負荷の量を増加させる例を用いて説明したが、これに限られない。被処理水供給制御部５６は、送風系列の圧力損失Ｈ_Ｌが大きい反応槽１０ほど、その反応槽１０に供給する被処理水の汚濁負荷の量を減少させてもよい。こうすることによっても、各反応槽１０の送風系列の圧力損失が均等化されるので、送風ユニット２０の送風電力の無駄を減らし、水処理における電力利用の効率化を図ることができる。

また、上述した例では、各反応槽１０に供給される被処理水の濃度は一定である例を用いて説明したが、これに限られるものではない。上述したように、汚濁負荷は、反応槽１０に供給される被処理水の水量と、反応槽１０に供給される被処理水の濃度との積で表される。したがって、被処理水供給制御部５６は、反応槽１０に供給する被処理水の濃度を制御することで、各反応槽１０に供給する被処理水の汚濁負荷の量あるいは汚濁負荷比率を制御してもよい。

被処理水供給制御部５６は、複数の反応槽１０への被処理水の供給を制御する場合、例えば、任意の汚濁負荷比率または汚濁負荷の量で、複数の反応槽１０への被処理水を制御する。この制御により、複数の反応槽１０の送風系列の圧力損失Ｈ_Ｌの差が所定の範囲内になると、被処理水供給制御部５６は、その汚濁負荷比率または汚濁負荷の量を採用する。複数の反応槽１０の送風系列の圧力損失Ｈ_Ｌの差が所定の範囲から外れている場合、被処理水給制御部５６は、所定の範囲からの外れ度合いに基づき、汚濁負荷比率または汚濁負荷の量を変更して、複数の反応槽１０の送風系列の圧力損失Ｈ_Ｌの比較を再度行う。被処理水供給制御部５６は、この処理を繰り返すことで、複数の反応槽１０の送風系列の圧力損失Ｈ_Ｌの差が所定の範囲に収まる汚濁負荷比率または汚濁負荷の量を決定する。

このように本実施形態においては、水処理システム１は、複数の反応槽１０と、複数の反応槽１０に接続される管である送風管３０と、送風管３０を介して、複数の反応槽１０に空気を供給する送風ユニット２０と、複数の反応槽それぞれの送風系列の圧力損失Ｈ_Ｌを算出する圧力損失算出部としての目標管内圧算出部５３と、算出された複数の反応槽１０それぞれの送風系列の圧力損失Ｈ_Ｌに応じて、複数の反応槽１０への被処理水の供給を制御する被処理水供給制御部５６と、を備える。

複数の反応槽１０それぞれの送風系列の圧力損失Ｈ_Ｌに応じて、各反応槽１０への被処理水の供給を制御することで、各反応槽１０における必要空気量が変化し、各反応槽１０の送風系列の圧力損失が均等化される。そのため、各反応槽１０の送風系列に過剰な圧力で空気が供給されることが無くなるので、送風ユニット２０の送風電力の無駄を減らし、水処理における電力利用の効率化を図ることができる。

本発明を諸図面および実施形態に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形及び修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形および修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各手段、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段およびステップなどを１つに組み合わせたり、あるいは分割したりすることが可能である。前述したところは本発明の一実施形態にすぎず、請求の範囲において、種々の変更を加えてよいことは言うまでもない。

１ 水処理システム
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ 反応槽
１２ 散気装置
１３ 送水ポンプ
２０ 送風ユニット
２２，２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ 送風機
３０ 送風管
３１ 導入管
３２ 母管
３４，３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ 支管
３６ 導入弁
４０ 制御装置
４１ 硝酸計
４２ アンモニア計
４３ 吸気測定部
４４ 母管内圧測定部
４５ 支管風量測定部
５０ 制御部
５１ 取得部
５２ 必要空気量算出部
５３ 目標管内圧算出部（圧力損失算出部）
５４ 送風制御部
５５ 導入空気制御部
５６ 被処理水供給制御部

Claims (7)

1. 複数の反応槽と、
   前記複数の反応槽に接続される管である送風管と、
   前記送風管を介して、前記複数の反応槽に空気を供給する送風ユニットと、
   前記複数の反応槽それぞれに貯留された被処理水の状態と、前記複数の反応槽それぞれに供給される空気量とに基づき、前記複数の反応槽それぞれに貯留された被処理水の水質を所定の目標品質に調整するために必要な必要空気量を、前記複数の反応槽それぞれについて算出する必要空気量算出部と、
   前記複数の反応槽それぞれについて算出された必要空気量に基づき、前記送風ユニットから前記複数の反応槽それぞれに至る経路における配管圧損を算出し、前記複数の反応槽それぞれの水頭圧と、前記複数の反応槽それぞれについて算出した配管圧損と、前記送風ユニットから前記複数の反応槽それぞれに至る経路における通気圧損と、前記複数の反応槽内の被処理水の汚濁負荷に応じて定まる、前記複数の反応槽それぞれの散気装置による散気装置圧損との和により、前記複数の反応槽それぞれの送風系列の圧力損失を算出する圧力損失算出部と、
   前記圧力損失算出部により算出された前記複数の反応槽それぞれの送風系列の圧力損失の差を減らすように、前記複数の反応槽への被処理水の供給を制御する被処理水供給制御部と、を備える水処理システム。
2. 請求項１に記載の水処理システムにおいて、
   前記被処理水供給制御部は、前記複数の反応槽それぞれの送風系列の圧力損失の差を減らすように、前記複数の反応槽に供給する被処理水の汚濁負荷比率を制御する、水処理システム。
3. 請求項２に記載の水処理システムにおいて、
   前記被処理水供給制御部は、前記複数の反応槽に供給する被処理水の総量を一定として、前記複数の反応槽に供給する被処理水の汚濁負荷比率を制御する、水処理システム。
4. 請求項１に記載の水処理システムにおいて、
   前記被処理水供給制御部は、前記複数の反応槽それぞれの送風系列の圧力損失の差を減らすように、前記複数の反応槽に供給する被処理水汚濁負荷の量を制御する、水処理システム。
5. 請求項４に記載の水処理システムにおいて、
   前記被処理水供給制御部は、前記送風系列の圧力損失が小さい反応槽ほど、該反応槽に供給する被処理水の汚濁負荷を増加させる、または、前記送風系列の圧力損失が大きい反応槽ほど、該反応槽に供給する被処理水の汚濁負荷を減少させる、水処理システム。
6. 複数の反応槽と、前記複数の反応槽に接続される管である送風管と、前記送風管を介して、前記複数の反応槽に空気を供給する送風ユニットと、を備える水処理システムにおける水処理方法であって、
   前記複数の反応槽それぞれに貯留された被処理水の状態と、前記複数の反応槽それぞれに供給される空気量とに基づき、前記複数の反応槽それぞれに貯留された被処理水の水質を所定の目標品質に調整するために必要な必要空気量を、前記複数の反応槽それぞれについて算出するステップと、
   前記複数の反応槽それぞれについて算出された必要空気量に基づき、前記送風ユニットから前記複数の反応槽それぞれに至る経路における配管圧損を算出し、前記複数の反応槽それぞれの水頭圧と、前記複数の反応槽それぞれについて算出した配管圧損と、前記送風ユニットから前記複数の反応槽それぞれに至る経路における通気圧損と、前記複数の反応槽内の被処理水の汚濁負荷に応じて定まる、前記複数の反応槽それぞれの散気装置による散気装置圧損との和により、前記複数の反応槽それぞれの送風系列の圧力損失を算出する算出ステップと、
   前記複数の反応槽それぞれの送風系列の圧力損失の差を減らすように、前記複数の反応槽への被処理水の供給を制御する制御ステップと、を含む水処理方法。
7. 複数の反応槽と、前記複数の反応槽に接続される管である送風管と、前記送風管を介して、前記複数の反応槽に空気を供給する送風ユニットと、を備える水処理システムのコンピュータに、
   前記複数の反応槽それぞれに貯留された被処理水の状態と、前記複数の反応槽それぞれに供給される空気量とに基づき、前記複数の反応槽それぞれに貯留された被処理水の水質を所定の目標品質に調整するために必要な必要空気量を、前記複数の反応槽それぞれについて算出する処理と、
   前記複数の反応槽それぞれについて算出された必要空気量に基づき、前記送風ユニットから前記複数の反応槽それぞれに至る経路における配管圧損を算出し、前記複数の反応槽それぞれの水頭圧と、前記複数の反応槽それぞれについて算出した配管圧損と、前記送風ユニットから前記複数の反応槽それぞれに至る経路における通気圧損と、前記複数の反応槽内の被処理水の汚濁負荷に応じて定まる、前記複数の反応槽それぞれの散気装置による散気装置圧損との和により、前記複数の反応槽それぞれの送風系列の圧力損失を算出する処理と、
   前記複数の反応槽それぞれの送風系列の圧力損失の差を減らすように、前記複数の反応槽への被処理水の供給を制御する処理と、を実行させるプログラム。

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