JP3437991B2 - 嫌気・好気活性汚泥処理方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は嫌気・好気活性汚泥
処理方法及び装置に関し、とくに曝気処理と非曝気処理
（曝気停止により処理槽内を無酸素状態および嫌気状態
とする処理）とを交互に繰り返す活性汚泥処理により被
処理水中の有機物、窒素及び／又はリンを除去する活性
汚泥処理方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、下廃水等の被処理水中のBOD
（Biochemical Oxygen Demand）で表される有機基質
（以下、BOD成分という）は、主に曝気槽において微生
物群である活性汚泥により除去されている。しかし最近
では、閉鎖性水域における富栄養化を防ぐため、被処理
水中の窒素やリン等の栄養塩類の除去が求められてお
り、窒素やリンの除去を目的としてコストや余剰汚泥発
生量の面で有利な生物学的方法が多く取り入れられるよ
うになった。

【０００３】栄養塩類を除去する生物学的方法の１つと
して、従来の標準活性汚泥法の応用である嫌気・好気活
性汚泥処理方法が現在注目されている。この方法は、単
独又は複数の活性汚泥処理槽内に被処理水を連続的に流
入させ、曝気を行う曝気処理（以下、曝気工程というこ
とがある。）と曝気を停止して攪拌のみを行う非曝気処
理（以下、攪拌工程ということがある。）とを交互に繰
り返して処理し、処理水を最終沈殿池へ送り汚泥を沈降
分離したのち放流することにより被処理水中のBOD成分
と窒素とリンを除去する方法である。

【０００４】嫌気・好気活性汚泥処理方法では、被処理
水中のBOD成分は好気状態において酸化分解される。被
処理水中のアンモニア態窒素（NH₄-N）は、先ず好気状
態において硝化菌により硝酸に硝化され、次に無酸素状
態において脱窒菌により脱窒される。被処理水中のリン
は、先ず嫌気状態において脱リン菌にリンを放出させた
のち好気状態において該脱リン菌にリンを過剰摂取さ
せ、その後リンを過剰に含んだ余剰汚泥を引き抜くこと
により脱リンされる。

【０００５】窒素の除去を良好に行うには、処理系内に
硝化菌を保持できるように好気的汚泥滞留時間（A-SR
T）を十分確保すること、脱窒過程では酸化還元電位（O
xidation-Reduction Potential。以下、ORPという。）
をできるだけ低く保つこと、硝化過程では溶存酸素濃度
（Dissolved Oxygen。以下、DOという。）を1.5mg/l（l
はリットルを表す。以下同じ。）以上に保ち且つ酸が発
生するので酸性に偏らないようにpHをコントロールする
こと等が重要である。

【０００６】また、汚泥中のリン含有率を向上させて増
殖した汚泥を確実に系外に排出することがリン除去率の
向上につながる。従って、リンの除去を良好に行うに
は、汚泥を長期間滞留させると嫌気状態になりリン再放
出の可能性があるので余剰汚泥の引き抜きをこまめに行
うこと、嫌気過程では十分にリン放出させるためORPを
できるだけ低く保つこと等が重要である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、窒素又はリン
の何れかを単独で除去するのであれば上述の条件に従っ
た非曝気処理と曝気処理とを繰り返せば足りるが、両者
を共に除去する場合は非曝気処理、曝気処理及びそれら
の切り替えの制御が難しい問題点がある。複数の除去対
象に対して、それぞれ異なる環境で活動する微生物の集
合体である活性汚泥を安定に維持することが難しいから
である。

【０００８】例えば、窒素除去のためには汚泥滞留時間
（以下、SRTという。）を十分に確保した方が良いのに
対し、リン除去のためにはSRTを短くして余剰汚泥をこ
まめに引き抜いた方が良い。すなわち、SRTのみの最適
設定では窒素とリンを共に除去することは難しい。

【０００９】また、非曝気処理では先ず脱窒反応が進
み、脱窒反応完了後にリンの放出反応が進むことが知ら
れている。従って窒素とリンを共に除去するためには、
脱窒反応の完了を検知して、リン放出が始まる前に曝気
処理へ切替える必要がある。脱窒反応の完了を検知する
一方法として、図５（Ａ）に示すように処理槽内のORP
を継続的に測定し、非曝気処理（攪拌工程）におけるOR
Pの屈曲点の検出により脱窒反応完了を検知する方法が
提案されている（特許第2786770号）。しかし、ORPの屈
曲点の検出は必ずしも容易でなく、図５（Ｂ）のように
屈曲点の検出が困難な場合があり、ノイズ等により屈曲
点の検出が一層困難となる場合もある。良好な窒素除去
とリン除去を確保するため、非曝気処理における脱窒反
応の完了を確実に検知できる方法の開発が望まれてい
る。

【００１０】更に、活性汚泥は混合微生物系であり環境
の変化が生物の活動に複雑に影響し合うため、被処理水
の水量や水質（以下、流入負荷ということがある。）の
変動が大きいとシステムを良好に安定して運転すること
が難しい問題点もある。従来は、流入負荷の変動に対し
て熟練管理者の経験的ノウハウによる施設運転制御で対
応しているケースが多い。しかし、あらゆる流入条件や
環境に対して24時間体制で最適な制御を行うことは困難
であり、流入負荷の変動に応じて非曝気処理及び曝気処
理が適切に制御できる技術の開発が望まれている。

【００１１】そこで本発明の目的は、リンを含む栄養塩
類成分とBOD成分との良好な除去を長期間安定的に維持
できる嫌気・好気活性汚泥処理方法を提供することにあ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者は、嫌気・好気
活性汚泥処理槽内のpHの経時変化に注目した。曝気工程
（曝気処理）では硝化反応による硝酸イオンの生成によ
りpHは低下するが、撹拌工程（非曝気処理）に切り替わ
ると、先ず脱窒反応による硝酸イオンの減少によりpHが
上昇し、脱窒処理完了後にリン蓄積細菌がリンを放出し
てリン酸イオンが生成するとpHが再度低下する。従っ
て、脱窒反応からリン放出反応への移行時にpHの極大が
現れると考えられる。しかし、図３（Ａ）に示すよう
に、pHの変化幅は非常に狭く且つ処理槽内のpH計の出力
信号には細かいノイズが含まれるので、処理槽内のpH計
の出力信号からpHの極大を検出することは困難である。

【００１３】本発明者は、pHの極大を検出する方法の研
究の結果、処理槽内のpH計の出力信号をノイズ除去フィ
ルタ経由で入力することにより、前記pHの極大の検出が
可能となることを見出した。すなわち、図３（Ｂ）に示
すように、フィルタでノイズをカットすれば、例えばpH
が増加から減少に変化する時点としてpH極大点の検出が
可能となる。また、一般的に、極大点の検出は、屈曲点
の検出に比し容易である。本発明はこの知見に基づき完
成に至ったものである。

【００１４】図１の実施例を参照するに、本発明の嫌気
・好気活性汚泥処理方法は、曝気装置14及びpH計11を設
けた活性汚泥処理槽２に被処理水１を流入させ、ノイズ
除去フィルタ16付きpH極大点検出手段17をpH計11に接続
し、曝気装置14の駆動による曝気処理と曝気停止から前
記検出手段17によりpH極大点が検出され且つ検出後に活
性汚泥のリン放出に十分な時間が経過するまでの非曝気
処理とからなるサイクルを繰り返した後、処理槽２から
流出する処理水５中の汚泥を沈降分離してなるものであ
る。

【００１５】好ましくは、処理槽２にDO計12を設け、非
曝気処理時のDO減少速度の算出手段28をDO計12に接続
し、前記サイクル毎に曝気処理時の曝気装置14の駆動時
間を直前の非曝気処理時のDO減少速度に基づき制御す
る。この場合、曝気装置14の駆動時間を曝気開始からDO
計出力が所定DO設定値を超えるまでの時間とし、前記各
サイクル毎に曝気処理時の所定DO設定値を直前の非曝気
処理時のDO減少速度に基づき調整することができる。

【００１６】更に好ましくは、図２に示すように、被処
理水１が流入する第１活性汚泥処理槽２と第１処理槽２
に連通する第２活性汚泥処理槽３とにそれぞれpH計11、
21及び曝気装置15、25を設け、各pH計11、21にノイズ除
去フィルタ16、26付きpH極大点検出手段17、27をそれぞ
れ接続し、第１処理槽２において曝気装置駆動による曝
気処理と曝気停止から活性汚泥のリン放出に十分な時間
経過時までの非曝気処理とからなるサイクルを繰り返
し、第２処理槽３において曝気装置駆動による曝気処理
と曝気装置停止から検出手段27によるpH極大点検出時ま
での非曝気処理とからなるサイクルを繰り返した後、第
２処理槽３から流出する処理水５中の汚泥を沈降分離す
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１の実施例は、単独の活性汚泥
処理槽２で非曝気処理と曝気処理とからなるサイクル
（以下、嫌気・好気サイクルということがある。）を繰
り返す本発明の実施例を示す。処理槽２には曝気装置14
と撹拌装置15とpH計11が設けられている。曝気装置14と
撹拌装置15を駆動することにより処理槽２内を曝気状態
とし、曝気装置14を停止して撹拌装置15のみを駆動する
ことにより処理槽２内を非曝気状態とすることができ
る。曝気装置14に接続した制御装置10により、曝気装置
14の駆動・停止を制御する。

【００１８】処理槽２のpH計11にはノイズ除去フィルタ
16付きpH極大点検出手段17を接続し、pH計11の出力信号
をノイズ除去フィルタ16経由で検出手段17に入力する。
図３を参照して上述したように、pH計11の出力信号中の
ノイズをフィルタ16でカットすることにより、非曝気処
理におけるpH極大点の検出が可能となる。検出手段17
は、pH値の経時的変化に基づきpHの増加から減少に変化
する時点を検出し、又はpH値の変化率の経時的変化に基
づきpH変化率が正から負に変化する時点を検出すること
によりpH極大点を検出する装置であり、その一例は検出
プログラムを内蔵したコンピュータである。ノイズ除去
フィルタ16の一例は高周波ノイズ除去フィルタ又は後述
するような移動平均モデル（moving-average model）に
基づくノイズ除去フィルタである。pH極大点検出手段17
は制御装置10に接続され、pH極大点の検出を曝気装置14
の制御に利用する。必要に応じてpH計を制御装置10に接
続し、処理槽２のpHを曝気装置14の制御に利用してもよ
い。

【００１９】移動平均モデルに基づくノイズ除去フィル
タとは、例えば下記(1)式に基づき、時系列上のある時
刻ｎのpH測定値P_n'を、当該時刻ｎのpH計出力信号
（P_n）と時系列上の前後数点の時刻におけるpH計出力信
号（例えばP_n-4、P_n-3、P_n-2、P_{n -1}、P_n+1、P_n+2、
P_n+3、P_n+4）との平均値として算出することにより、pH
計出力信号中のノイズを除去するものである。例えば処
理槽２内のpHデータ取り込みを30秒毎に行う場合、
P_n-4、P_n-3、P_n-2及びP_n-1は時刻ｎの２分前、１分30秒
前、１分前及び30秒前のpH計出力信号、P_n+1、P_n+2、P
_n+3及びP_n+4は時刻ｎの30秒後、１分後、１分30秒後及
び２分後のpH計出力信号を示す。

【００２０】移動平均モデルでは、モデル中のパラメー
タ（(1)式の定係数。以下、重みという。）及び平均す
るデータの個数（(1)式では９個。以下、平均点数とい
う。）の決定が問題となる。平均点数を少なくすれば微
細なノイズを除去することが難しい。一方、平均点数を
増やすとノイズの除去を行うことができても、実データ
の波形自体を崩してしまうおそれがある。本発明者は、
ある時刻ｎのpH測定値P_n’を求める場合に、平均点数を
多く確保し且つ時刻ｎに近い時刻のpH計出力信号の重み
を大きくすることにより、細かい変動のノイズを除去し
つつ、実際の処理槽２内のpH波形の特徴を残すことがで
きることを見出した。

【００２１】なお、平均点数や測定間隔（例えば30
秒）、パラメータは、(1)式の例の通りである必要はな
い。被処理水１の状態や処理槽２の環境等に応じて、pH
波形の特徴を打ち消すことなく微細変動ノイズ成分を除
去できるように、移動平均モデルにおける平均点数や測
定間隔、パラメータを適当に調整することが可能であ
る。

【００２２】

【数１】

【００２３】処理槽２に流入した被処理水１は、返送汚
泥７と混合され、汚泥７が浮遊する状態で嫌気・好気サ
イクルにより処理され、処理水５として下流の最終沈殿
池４へ送られる。最終沈殿池４において処理水５中の汚
泥を沈降分離する。汚泥分離後の処理水は放流し、沈殿
汚泥の一部は返送汚泥７として処理槽２へ戻し、残余の
沈殿汚泥（以下、余剰汚泥という。）は引き抜いて処分
される。

【００２４】曝気装置14を駆動する曝気処理では、被処
理水１中のBOD成分は酸化分解され、アンモニア態窒素
は硝酸に硝化される。曝気装置14を所定時間駆動のの
ち、制御装置10により曝気装置14を停止させて非曝気処
理に切替える。非曝気処理では、硝化された硝酸性窒素
が窒素ガスに還元されて大気中に放散除去される。硝酸
還元（脱窒反応）時は処理槽２のpHが上昇し、還元終了
後に汚泥からのリン放出が始まると処理槽２のpHは低下
する。本発明では、脱窒反応完了に対応するpH極大点を
検出手段17で検出し、検出したのち活性汚泥のリン放出
に十分な時間が経過した時点で制御装置10により曝気装
置14を再駆動して曝気処理に切替える。

【００２５】ここで「活性汚泥のリン放出に十分な時
間」とは、pH極大点検出後に活性汚泥からのリン放出が
十分に行われるに足る時間である。活性汚泥によるリン
放出は処理槽２のpH極大点検出後に反応が進むと考えら
れるので、pH極大点検出後にリン放出に十分な時間を確
保することにより、曝気処理への切替え後において活性
汚泥によるリンの過剰摂取を促進し、被処理水中の良好
なBOD成分とリンの除去が達成できる。

【００２６】被処理水１中の窒素を除去する場合は、前
記リン放出に十分な時間が経過するまでの非曝気処理と
曝気処理とからなる嫌気・好気サイクルの繰り返しに代
えて又はその繰り返し後に、曝気停止から検出手段17に
よるpH極大点検出時までの非曝気処理と曝気装置駆動に
よる曝気処理とからなるサイクルを繰り返す。一般に、
非曝気処理時の脱窒反応の時間は被処理水１の水質や水
量、汚泥の性状等に応じて変化する。被処理水１中の栄
養塩成分の除去を良好に保つためには、被処理水１の水
質等に応じた非曝気処理時間の調整が必要である。この
例では処理槽２のpH極大点の検出に応じて非曝気処理か
ら曝気処理へ切替えるので、被処理水１の水質や水量等
に拘わらず脱窒反応時間に対応した最適な非曝気処理時
間を確保することができ、BOD成分と窒素の良好な除去
が達成できる。

【００２７】好ましくは、図２に示すように、リン除去
を主目的とする第１処理槽２と窒素除去を主目的とする
第２処理槽３とを連通させて設け、第１処理槽２へ連続
的に流入する被処理水１中のリンを第１処理槽２で除去
し、被処理水１中の窒素を第２処理槽３で除去する。第
２処理槽３の下流に最終沈殿池４を設ける。各処理槽
２、３にそれぞれpH計11、21及び曝気装置15、25を設
け、各pH計11、21にノイズ除去フィルタ16、26付きpH極
大点検出手段17、27を接続する。

【００２８】第１処理槽２では、曝気装置駆動による曝
気処理と曝気停止から活性汚泥のリン放出に十分な時間
経過時までの非曝気処理とからなるサイクルを繰り返す
ことにより、活性汚泥にリンを過剰摂取させ、被処理水
１中のBOD成分とリンを除去する。その後被処理水１を
第２処理槽３へ流入させる。第２処理槽３では、曝気装
置駆動による曝気処理と曝気装置停止から検出手段27に
よるpH極大点検出時までの非曝気処理とからなるサイク
ルを繰り返すことにより、被処理水１中のBOD成分と窒
素を除去すると共に、pH極大点検出後に起こる汚泥から
のリン放出反応を防止する。第２処理槽３から流出する
処理水５中の汚泥を最終沈殿池４で沈降分離することに
より、被処理水１中のBOD成分と窒素とリンの良好な除
去が達成できる。図２の２槽式処理槽２、３では、図１
の１槽式処理槽に比し、被処理水１が未処理のまま最終
沈殿池４へ流出する危険を低減する効果も期待できる。

【００２９】更に好ましくは、図１の処理槽２又は図２
の第２処理槽３にDO計12又は22を設け、非曝気処理時の
DO減少速度の算出手段28をDO計12又は22に接続し、嫌気
・好気サイクル毎に曝気処理時の曝気装置14の駆動時間
を直前の非曝気処理時のDO減少速度に基づき制御する。
一般に、曝気処理及び非曝気処理時の被処理水１のDO値
は、被処理水１の水量や水質（流入負荷）に応じて変化
する。流入負荷が高い場合は、BOD成分の分解に酸素が
消費されるので、曝気処理時に被処理水１のDOが上昇し
ても、非曝気処理時に比較的短時間で無酸素状態に戻す
ことができる。これに対し流入負荷が低い場合は、非曝
気処理時に無酸素状態に戻るまでの時間がかかりすぎ、
十分な脱窒処理の時間等が確保できなくなるおそれがあ
る。従って、流入負荷に応じて曝気処理時の曝気装置の
駆動時間を調整することが望ましい。

【００３０】本発明者は、流入負荷の違いにより非曝気
処理時のDO減少速度に違いが現れることに注目した。図
４（Ａ）は流入負荷が高いときのDO減少速度を示し、同
図（Ｂ）は流入負荷が低いときのDO減少速度を示す。同
図から分かるように、非曝気処理時のDO減少速度に基づ
き流入負荷が推定できる。従って、図示例のように算出
手段28を制御装置10又は30へ接続し、算出手段28が出力
するDO減少速度が小さいときは制御装置10又は30により
直後の曝気処理における曝気装置の駆動時間の短縮、ま
たは供給酸素量の低減により、流入負荷の変動に対応し
た最適な曝気制御が可能となる。また、しばしば問題と
なる供用開始時の低負荷の状態においても、適切な曝気
制御を行うことにより、あらゆる流入条件における最適
な水処理が実現可能となる。DO減少速度算出装置28の一
例も、減少速度算出プログラムを内蔵したコンピュータ
である。

【００３１】なお図示例では、曝気装置14、24の駆動時
間を曝気開始からDO計12、22の出力が所定DO設定値を超
えるまでの時間とし、DO計12、22の出力が所定DO設定値
を超えた時点で曝気装置14、24を停止している。算出手
段28で算出された非曝気処理時のDO減少速度が小さい時
は、直後の曝気処理時の所定DO設定値を低く調整するこ
とにより、曝気装置の駆動時間を短縮している。また、
図中の符号29はDO減少速度算出手段28に設けたメモリで
ある。

【００３２】こうして本発明の目的である「リンを含む
栄養塩類成分とBOD成分との良好な除去を長期間安定的
に維持できる嫌気・好気活性汚泥処理方法」の提供が達
成できる。

【００３３】

【実施例】図２は、ファジィ制御装置30を用いた本発明
の嫌気・好気活性汚泥処理装置の一例を示す。同図の処
理装置は、被処理水が連続的に流入する第１活性汚泥処
理槽２と該第１処理槽２に連通する第２活性汚泥処理槽
３と該第２処理槽３の処理水５が流入する沈殿池４を有
する。第１処理槽２及び第２処理槽３には、入力制御信
号に応じた曝気量又は曝気停止により処理槽内を曝気又
は非曝気状態とする第１曝気装置及び第２曝気装置がそ
れぞれ設けられている。

【００３４】また、各処理槽２、３にはそれぞれ、pH計
11、21、DO計12、22、及びORP計13、23が設けられ、第
１処理槽２のpH計11にはノイズ除去フィルタ16付きpH極
大点検出手段17を接続し、第２処理槽３のpH計21にはノ
イズ除去フィルタ26付きpH極大点検出手段27を接続して
いる。また第２処理槽２のDO計21には、非曝気処理時の
DO減少速度の算出手段28を接続している。pH計11、21、
DO計12、22、ORP計13、23、pH極大点検出手段17、27、
及び第２処理槽３のDO減少速度算出手段28は、それぞれ
制御装置30に接続されている。

【００３５】被処理水１は第１処理槽２へ連続的に流入
し、第１処理槽２及び第２処理槽３において嫌気・好気
サイクルにより処理され、処理水４となって第２処理槽
３の下流の最終沈殿池４へ流出する。最終沈殿池４で処
理水５と汚泥が分離され、処理水は放流され、汚泥の一
部は返送汚泥７として第１処理槽２へ返送される。この
ような２槽式処理槽２、３で被処理水１中のBOD成分と
窒素とリンとを共に除去する場合は、各処理槽２、３の
嫌気・好気サイクルを各々の処理目的に応じて非同期的
に制御する必要があるので、最適な嫌気・好気サイクル
の制御を長期間安定的に継続することが難しい。

【００３６】本発明者はファジィ制御に注目した。ファ
ジィ制御によれば、熟練管理者の経験的ノウハウのシス
テム化が可能である。また上述したように、非曝気処理
時のpH極大点から脱窒反応の完了時点が比較的容易に検
出できるので、pH極大点検出をファジィ制御の条件に加
えれば、脱窒反応の進行状況に応じた最適な嫌気・好気
サイクルの制御が期待できる。更に、非曝気処理時のDO
減少速度をファジィ制御の条件に加えることにより、被
処理水１の流入負荷の変動に対応した最適な嫌気・好気
サイクルの制御も期待できる。

【００３７】図２の制御装置30は、各処理槽２、３の非
曝気・曝気処理とpHとDOとORPとpH極大点検出時と第２
処理槽３のDO減少速度の各々を前件部変数（制御装置30
の入力）とし、且つ、各処理槽２、３の曝気装置15、25
の曝気量又は曝気停止を後件部変数（制御装置30の出
力）とする複数のファジィ制御規則33を記憶している。
各処理槽２、３のpH計11、21、DO計12、22、ORP計13、2
3、pH極大点検出手段17、27、及び第２処理槽３のDO減
少速度算出手段28の各出力信号を制御装置30へ入力し、
制御規則33に基づき各出力信号に応じた制御信号を各処
理槽２、３の曝気装置15、25へ出力し、各処理槽２、３
の曝気工程と撹拌工程の切替え及び曝気工程の最適な曝
気量を制御している。

【００３８】図２の嫌気・好気活性汚泥処理装置の第１
処理槽２における撹拌工程から曝気工程への移行条件及
び曝気工程から撹拌工程への移行条件は、例えば表１の
ように整理することができる。また、第２処理槽３にお
ける撹拌工程から曝気工程への移行条件及び曝気工程か
ら撹拌工程への移行条件は、例えば表２のように整理す
ることができる。この表１及び２に基づき作成した制御
規則33を表３及び４に示す。表３に示す制御規則33は、
それぞれ条件を示す前件部（IF〜の部分）と出力に対応
する後件部（THEN…の部分）とにより記述されたファジ
ィ制御装置30の入力と出力の関係である。

【００３９】また、表３及び４の制御規則33の前件部変
数を表５に示す。本実施例の前件部変数は、それぞれの
入力値を括弧内に示す最小値と最大値により−１から１
までの値に規格化したものを用いている。また制御規則
33の後件部変数は各処理槽２、３の曝気装置15、25の曝
気量であり、後件部変数も−１から１までの値に規格化
されている。前件部変数に係わるファジィ変数のメンバ
ーシップ関数32を図６から１０に示す。なお、表５の変
数のうちX02、X23、X25〜28、X30、X31、X39、X40は、
表３及び４の制御規則33では使用していないが、必要に
応じて制御規則33の前件部変数として加えることができ
る。

【００４０】

【表１】〔撹拌工程から曝気工程への移行条件〕 （ａ）DOが0.5mg/l以下で、かつ、ORPが、-50mV以下に
なってから60分以上経過したとき （ｂ）DOが0.5mg/l以下で、かつ、ORPが、-250mV前後に
なったとき （ｃ）撹拌工程になってから、120分以上経過したとき （ｄ）撹拌工程中にpHが極大値を取ってから60分以上経
過したとき 〔曝気工程から撹拌工程への移行条件〕 （ｅ）ORPが、0mV以上となってから10分以上経過したと
き （ｆ）曝気工程になってから、30分以上経過したとき

【００４１】

【表２】〔曝気工程から撹拌工程への移行条件〕 （ｇ）DO値が、4.0mg/lを超えたとき （ｈ）曝気工程になってから、60分以上経過したとき （ｉ）pHが6.3以下でかつ曝気工程になってから、30分
以上経過したとき （ｊ）pHが6.0以下のとき （ｋ）前サイクルの撹拌工程におけるDOの減少速度が5.
0mg/l・h以下でかつDO値が、2.0mg/lを超えたとき 〔撹拌工程から曝気工程への移行条件〕 （ｌ）DO値が、0.5mg/l以下になってから60分以上経過
したとき （ｍ）ORPが、-50mV以下になったとき （ｎ）撹拌工程になってから、75分以上経過したとき （ｏ）撹拌工程中にpHが極大値を取ったとき

【００４２】

【表３】 （ａ）IF X20=NB X24>TC X00<DA THEN Y=ON （ｂ）IF X20=NB X04<OB X00<DA THEN Y=ON （ｃ）IF X20=NB X16>TE THEN Y=ON （ｄ）IF X20=NB X38>TC THEN Y=ON （ｅ）IF X20=PB X22>TA THEN Y=OF （ｆ）IF X20=PB X16>TB THEN Y=OF

【００４３】

【表４】 （ｇ）IF X21=PB X09>DC THEN Y=OF （ｈ）IF X21=PB X17>TC THEN Y=OF （ｉ）IF X21=PB X17>TB X11<HB THEN Y=OF （ｊ）IF X21=PB X11<HA THEN Y=OF （ｋ）IF X21=PB X09>DB X19<RR THEN Y=OF （ｌ）IF X21=NB X29>TC THEN Y=ON （ｍ）IF X21=NB X09<DA X13<OA THEN Y=ON （ｎ）IF X21=NB X17>TD THEN Y=ON （ｏ）IF X21=NB X41=PB THEN Y=ON

【００４４】

【表５】 X00：第１槽のDO値（０〜４mg/l） X02：第１槽のpH値（５〜７） X04：第１槽のORP値（−３００〜０mV） X09：第２槽のDO値（０〜４mg/l） X11：第２槽のpH値（５〜７） X13：第２槽のORP値（−３００〜０mV） X16：第１槽の工程が変わってからの経過時間（０〜１
２０分） X17：第２槽の工程が変わってからの経過時間（０〜１
２０分） X19：第２槽の撹拌工程時のDO値の減少速度（４〜６mg/
l・h） X20：第１槽の現在の工程（1の時、曝気工程・-1の時、
撹拌工程） X21：第２槽の現在の工程（1の時、曝気工程・-1の時、
撹拌工程） X22：第１槽においてORP値が0mV以上である時間（０〜
１２０分） X23：第２槽においてORP値が0mV以上である時間（０〜
１２０分） X24：第１槽においてORP値が-50mV以下である時間（０
〜１２０分） X25：第２槽においてORP値が-50mV以下である時間（０
〜１２０分） X26：第１槽においてDO値が0.5mg/l以上である時間（０
〜１２０分） X27：第２槽においてDO値が0.5mg/l以上である時間（０
〜１２０分） X28：第１槽においてDO値が0.5mg/l以下である時間（０
〜１２０分） X29：第２槽においてDO値が0.5mg/l以下である時間（０
〜１２０分） X30：第１槽においてブロワのON-OFF切替え後の経過時
間（０〜１２０分） X31：第２槽においてブロワのON-OFF切替え後の経過時
間（０〜１２０分） X38：第１槽においてpHが極大値を取った後の経過時間
（０〜１２０分） X39：第２槽においてpHが極大値を取った後の経過時間
（０〜１２０分） X40：第１槽において撹拌工程時のpHの極大値の有無
（−１・無or１・有） X41：第２槽において撹拌工程時のpHの極大値の有無
（−１・無or１・有）

【００４５】図１１は、図２の制御装置30における処理
流れ図を示す。先ずステップS1において表３及び４に示
す制御規則33、及び図６〜１０に示すメンバーシップ関
数32を読み込む。次にステップS2において各処理槽２、
３のpH計11、21、DO計12、22、ORP計13、23、pH極大点
検出手段17、27、及び第２処理槽３のDO減少速度算出手
段28（以下、これらを纏めてセンサということがあ
る。）の各出力信号を制御装置30へ入力する。ステップ
S3では、制御装置30の算出手段31により、表５に示すX1
6、17等の経過時間データ等の前件部変数を前記各セン
サの出力信号に基づき算出する。

【００４６】ステップS4において、ステップS2、S3で得
られた出力信号及びデータと、ステップS1で読み込んだ
メンバーシップ関数32及び制御規則33とに基づき、曝気
・非曝気の切替え及び曝気量のファジィ推論を行う。ス
テップS5で制御終了を判断し、制御を継続する場合はス
テップS2ヘ戻る。例えば30秒毎に上記サイクルを繰り返
す。表３及び４に示す制御規則33は、第１処理槽２にて
脱リンを主目的とし、第２処理槽３にて脱窒を主目的と
するファジィ制御を行う一例である。

【００４７】すなわち、第１処理槽の撹拌工程において
は、リン蓄積細菌のリン放出を行うために、嫌気状態を
確保する必要がある。なお、リン蓄積細菌のリン放出は
ORP値が-50mV以下の状態で行われると言われている。従
って、第１処理槽の撹拌工程から曝気工程への移行条件
としては、ORP値が-50mV以下である状態を60分間確保す
るか（制御規則ａ）、又はORP値が-250mVになるまで撹
拌状態を継続する（制御規則ｂ）。なお、撹拌工程にな
ってから120分以上が経過したとき（制御規則ｃ）、又
は撹拌工程中にpHが極大値を取った時刻から60分経過し
たときには（制御規則ｄ）、リンの放出はすでに終了し
ていると考えられるので、曝気工程に移行する。

【００４８】第１処理槽の曝気工程では、リン蓄積細菌
にリンを過剰摂取させるために、好気状態を確保する必
要がある。従って、第１処理槽の曝気工程から撹拌工程
への移行条件としては、ORP値が0mV以上である好気条件
を10分間確保できるようにする（制御規則ｅ）。なお、
曝気工程になってから30分以上が経過したときはリン蓄
積細菌のリンの過剰摂取も終了していると考えられ、か
つ、それ以上曝気した場合に次の撹拌工程にて嫌気状態
に戻すことが困難になるために、ただちに撹拌工程に移
行する（制御規則ｆ）。

【００４９】第２処理槽の曝気工程においては、硝化菌
による硝化を行うために、好気条件を確保する必要があ
る。従って、第２処理槽の曝気工程から撹拌工程への移
行条件としては、DO値が4.0mg/lになるまで曝気工程を
継続する（制御規則ｇ）。ただし、直前の撹拌工程にお
けるDOの減少速度が5.0mg/l・h以下である等の負荷が小
さいと考えられる場合は、DO値が4.0mg/lになるまで曝
気工程を継続すると、次の撹拌工程において無酸素状態
に戻るまでの時間がかかりすぎるので、DO値が2.0mg/l
になった時点で撹拌工程に移行する（制御規則ｋ）。ま
た、硝化が進みpH値が6.0以下になった場合（制御規則
ｊ）、及びpH値が6.3以下の状態が30分以上経過した場
合（制御規則ｉ）は、微生物に悪影響をおよぼすおそれ
があるので、ただちに撹拌工程に移行する。なお、曝気
工程になってから60分以上が経過したときは、硝化菌に
よるアンモニアの硝化がすでに終了していると考えられ
るために、ただちに撹拌工程に移行する（制御規則
ｈ）。

【００５０】第２処理槽の撹拌工程においては、脱窒菌
による脱窒を行うために、無酸素状態を確保する必要が
ある。また、リン蓄積細菌にリン放出をさせないため
に、リン放出が起こる状態にならないように注意が必要
である。従って、第２処理槽の撹拌工程から曝気工程へ
の移行条件としては、DO値が0.5mg/l以下である状態を6
0分間確保できるようにする（制御規則ｌ）。ただし、O
RP値が-50mV以下になったとき（制御規則ｍ）、又は撹
拌工程中にpHが極大値を取ったとき（制御規則ｎ）は、
リン蓄積細菌のリン放出が始まってしまうので、ただち
に曝気工程に移行する。また、撹拌工程になってから75
分以上が経過した場合には、すでに脱窒が終了している
と考えられるので曝気工程に移行する（制御規則ｏ）。

【００５１】本実施例では、以上のような制御規則33を
基に、図１２に示すようなmin-max重心法によりファジ
ィ推論を行う。この推論法では、各制御規則33について
各センサの出力信号に対する前件部各条件のファジィ集
合のメンバーシップ関数値を各制御規則33の適合度と
し、各条件の適合度の最小値（min）を後件部のメンバ
ーシップ関数に乗じ、全ての制御規則33について最大値
（max）を用いて合成する。そして、合成したメンバー
シップ関数の重心をファジィ制御装置30の出力とする方
法である。従って、１つの制御規則33のみに依存するの
ではなく、複数の制御規則33による判断結果から総合的
に推論を行うので、必要に応じて新たに制御規則33を加
えることも容易である。

【００５２】図１２は制御規則ａ〜ｆに基づく第１処理
槽２のファジィ推論の一例を示す。同図の例におけるフ
ァジィ制御装置30の入力を表６に示す。制御規則ａの前
件部各条件の適合度を図１２（Ａ）〜（Ｃ）に示し、前
件部各条件の適合度の最小値（＝0.4）を後件部のメン
バーシップ関数に乗じた結果を同図（Ｄ）に示す。制御
規則ｂの前件部各条件の適合度は０である。制御規則ｃ
の前件部各条件の適合度の最小値（＝0.4）を後件部の
メンバーシップ関数に乗じた結果も同図（Ｄ）と同じも
のとなる。制御規則ｄ〜ｆの前件部各条件の適合度は０
である。従って、制御規則ａ〜ｆの後件部を最大値を用
いて合成すると同図（Ｅ）のようになる。同図の重心を
求めることにより、この場合のファジィ制御装置30の出
力は0.74、適合度は0.4となる。この出力に応じた制御
信号を第１処理槽２の曝気装置15へ出力することによ
り、曝気装置15が適当な曝気量で駆動されて曝気工程に
移行することとなる。

【００５３】

【表６】 X20＝-1（撹拌工程中） X00＝-1（DO値が、0mg/l） X04＝-0.5、X22＝-1（ORP値が、-225mV） X24＝-0.1（ORP値が、-50mV以下になってから54分） X16＝0.8（撹拌工程になってから、108分） X38＝-1（pHの極大値は、まだ検出されていない）

【００５４】

【発明の効果】以上詳細に説明した通り、本発明による
嫌気・好気活性汚泥処理方法及び装置は、被処理水が流
入する活性汚泥処理槽のpH極大点を検出し、曝気装置駆
動による曝気処理と曝気停止から前記pH極大点が検出さ
れ且つ検出後に活性汚泥のリン放出に十分な時間が経過
するまでの非曝気処理とからなるサイクルを繰り返した
後、処理槽から流出する処理水中の汚泥を沈降分離する
ので、次の顕著な効果を奏する。

【００５５】（イ）pH極大点検出後にリン放出に十分な
時間を確保することにより、曝気処理への切替え後にお
いて活性汚泥によるリンの過剰摂取を促進し、被処理水
中の良好なBOD成分とリンの除去が達成できる。 （ロ）また、pH極大点検出時までの非曝気処理と曝気処
理とからなるサイクルを組み合わせることにより、被処
理水の水質や水量等に拘わらず脱窒反応の進行に応じた
最適な非曝気処理時間を確保することができ、BOD成分
及びリンと共に窒素の良好な除去が達成できる。 （ハ）曝気装置の駆動時間を直前の非曝気処理時のDO減
少速度に応じて制御することにより、流入負荷の変動に
対応した最適な曝気制御が可能となる。 （ニ）また、供用開始時の低負荷の状態においても、適
切な曝気制御を行うことにより、あらゆる流入条件にお
ける最適な水処理の実現が期待できる。 （ホ）処理システム内の条件や流入水量の変動に対応し
つつ最適な活性汚泥の生育環境を確保し、最適な生物学
的BOD成分・窒素・リンの同時除去を達成できる。 （ヘ）非曝気処理と曝気処理の切替えをファジィ制御で
行うことにより、被処理水の流入条件や環境に対して24
時間体制で適切な自動制御を行うことも期待できる。 （ト）非曝気処理と曝気処理の切替えを適切に行うこと
により、曝気装置の無駄な運転を減らすことができ、省
エネルギの効果が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】は、本発明の一実施例の説明図である。

【図２】は、本発明の他の実施例の説明図である。

【図３】は、攪拌工程時にpH計で計測されたpH変化とノ
イズ除去フィルタで処理した後のpH変化を示すグラフの
一例である。

【図４】は、流水負荷が高い場合及び低い場合の攪拌工
程時のDO経時変化を示すグラフの一例である。

【図５】は、曝気工程及び攪拌工程におけるORPの経時
変化から屈曲点を検出する従来方法の説明図である。

【図６】は、本発明で用いるメンバーシップ関数の一例
である。

【図７】は、本発明で用いるメンバーシップ関数の他の
一例である。

【図８】は、本発明で用いるメンバーシップ関数の更に
他の一例である。

【図９】は、本発明で用いるメンバーシップ関数の更に
他の一例である。

【図１０】は、本発明で用いるメンバーシップ関数の更
に他の一例である。

【図１１】は、本発明で用いるファジィ制御装置での処
理の流れ図である。

【図１２】は、本発明で用いるファジィ制御の推論形式
の一例である。

【符号の説明】

１…被処理水 ２…第１活性汚泥処理槽 ３…第２活性汚泥処理槽 ４…最終沈殿池 ５…処理水 ６…余剰汚泥 ７…返送汚泥 ８…隔壁 10…制御装置 11…pH計 12…DO計 13…ORP計 14…曝気装置 15…攪拌装置 16…ノイズ除去フィルタ 17…pH極大点検出手段 21…pH計 22…DO計 23…ORP計 24…曝気装置 25…攪拌装置 26…ノイズ除去フィルタ 27…pH極大点検出手段 28…DO減少速度算出手段 29…メモリ 30…ファジィ制御装置 31…経過時間算出手段 32…メンバーシップ関数 33…ファジィ制御規則

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 八木 俊策 大阪府箕面市小野原東５丁目26番15− 201 (72)発明者 石川 宗孝 京都府八幡市橋本意足20−２ (72)発明者 木下 茂 兵庫県神戸市灘区寺口町12−５ (56)参考文献 特開 平６−182390（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−305721（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−131327（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−40020（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C02F 3/30 - 3/34 C02F 3/12 G01N 27/416

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】曝気装置及びpH計を設けた活性汚泥処理槽
   に被処理水を流入させ、ノイズ除去フィルタ付きpH極大
   点検出手段を前記pH計に接続し、曝気装置駆動による曝
   気処理と曝気停止から前記検出手段によりpH極大点が検
   出され且つ検出後に活性汚泥のリン放出に十分な時間が
   経過するまでの非曝気処理とからなるサイクルを繰り返
   した後、前記処理槽から流出する処理水中の汚泥を沈降
   分離してなる嫌気・好気活性汚泥処理方法。
2. 【請求項２】請求項１の処理方法において、前記処理槽
   にDO計を設け、前記非曝気処理時のDO減少速度の算出手
   段を前記DO計に接続し、前記サイクル毎に曝気処理時の
   曝気装置の駆動時間を直前の非曝気処理時のDO減少速度
   に基づき制御してなる嫌気・好気活性汚泥処理方法。
3. 【請求項３】請求項２の処理方法において、前記曝気装
   置の駆動時間を曝気開始からDO計出力が所定DO設定値を
   超えるまでの時間とし、前記各サイクル毎に曝気処理時
   の所定DO設定値を直前の非曝気処理時のDO減少速度に基
   づき調整してなる嫌気・好気活性汚泥処理方法。
4. 【請求項４】請求項１から３の何れかの処理方法におい
   て、前記リン放出に十分な時間が経過するまでの非曝気
   処理と曝気処理との繰り返し後に、曝気停止から前記検
   出手段によるpH極大点検出時までの非曝気処理と曝気装
   置駆動による曝気処理とからなるサイクルを繰り返して
   なる嫌気・好気活性汚泥処理方法。
5. 【請求項５】被処理水が流入する第１活性汚泥処理槽と
   該第１処理槽に連通する第２活性汚泥処理槽とにそれぞ
   れpH計及び曝気装置を設け、前記各pH計にノイズ除去フ
   ィルタ付きpH極大点検出手段をそれぞれ接続し、前記第
   １処理槽において曝気装置駆動による曝気処理と曝気停
   止から活性汚泥のリン放出に十分な時間経過時までの非
   曝気処理とからなるサイクルを繰り返し、前記第２処理
   槽において曝気装置駆動による曝気処理と曝気装置停止
   から前記検出手段によるpH極大点検出時までの非曝気処
   理とからなるサイクルを繰り返した後、前記第２処理槽
   から流出する処理水中の汚泥を沈降分離してなる嫌気・
   好気活性汚泥処理方法。
6. 【請求項６】請求項５の処理方法において、前記第２処
   理槽にDO計を設け、前記非曝気処理時のDO減少速度の算
   出手段を前記DO計に接続し、前記第２処理槽においてサ
   イクル毎に曝気処理時の曝気装置の駆動時間を直前の非
   曝気処理時のDO減少速度に基づき制御してなる嫌気・好
   気活性汚泥処理方法。
7. 【請求項７】請求項６の処理方法において、前記第２処
   理槽の曝気装置の駆動時間を曝気開始からDO計出力が所
   定DO設定値を超えるまでの時間とし、前記第２処理槽に
   おいてサイクル毎に曝気処理時の所定DO設定値を直前の
   非曝気処理時のDO減少速度に基づき調整してなる嫌気・
   好気活性汚泥処理方法。
8. 【請求項８】被処理水が連続的に流入する第１活性汚泥
   処理槽と該第１処理槽に連通する第２活性汚泥処理槽と
   該第２処理槽の処理水が流入する沈殿池、入力制御信号
   に応じた曝気量又は曝気停止により各処理槽を曝気又は
   非曝気状態とする第１曝気装置及び第２曝気装置、前記
   各処理槽に設けたpH計とDO計とORP計、前記各処理槽のp
   H計に接続したノイズ除去フィルタ付きpH極大点検出手
   段、前記第２処理槽のDO計に接続した非曝気処理時のDO
   減少速度算出手段、並びに前記各処理槽の状態とpHとDO
   とORPとpH極大点検出時と前記第２処理槽のDO減少速度
   の各々を前件部変数とし且つ前記各曝気装置の曝気量又
   は曝気停止を後件部変数とする複数のファジィ制御規則
   が記憶された制御装置を備え、前記pH計とDO計とORP計
   と検出手段と算出手段の各出力信号を前記制御装置へ入
   力し且つ前記制御規則に基づき前記各出力信号に応じた
   制御信号を前記各曝気装置へ出力してなる嫌気・好気活
   性汚泥処理装置。
9. 【請求項９】請求項８の処理装置において、前記ノイズ
   除去フィルタを高周波ノイズ除去フィルタ又は移動平均
   モデルに基づくノイズ除去フィルタとしてなる嫌気・好
   気活性汚泥処理装置。