JP7209606B2 - 水処理装置 - Google Patents

Description

本願は、水処理装置に関するものである。

都市下水を処理する一般的な方法として、活性汚泥法（浄化機能をもつ活性汚泥を生物反応槽に蓄え、これと廃水とを混合および接触させることにより、廃水中の汚濁物を処理する）がある。
生物反応槽には槽内に空気の供給を行う好気領域と、空気を供給しない嫌気領域がある。好気領域では廃水中の窒素成分が生物反応により硝酸に酸化される反応（硝化反応）および廃水中の燐成分が活性汚泥の体内に蓄積される反応が進行する。
一方、嫌気領域では好気領域から返送された硝酸が窒素ガスに還元される反応（脱窒）および活性汚泥中に蓄積された燐が嫌気領域内に放出される反応が進行する。これら好気領域と嫌気領域の反応に基づいて、廃水中から窒素および燐が除去される。

散気量を過剰に供給すると好気領域の反応は加速されるが、嫌気領域に酸素が混入し、嫌気領域での反応が阻害される。一方、散気量が不足すると嫌気領域での反応は加速されるが、好気領域での反応が阻害される。したがって、適切な散気量を好気領域に供給する必要がある。

この問題を解決するため、脱水素酵素の補酵素であるニコチンアミドーアデニンージヌクレオチド（ＮＡＤＨ（ｎｉｃｏｔｉｎａｍｉｄｅ ａｄｅｎｉｎｅ ｄｉｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ））を測定するＮＡＤＨ計を用いて、散気量を制御する手法が開示されている（例えば、特許文献１）。

特許第５６５６６５６号公報（段落［００１７］、［００４０］－［００４３］および図５）

特許文献１開示手法では、ＮＡＤＨ計は廃水中の汚濁物である窒素、燐を計測できないため、高負荷の被処理水が流入した場合、および活性汚泥の性状が悪化した場合、管理基準以上に汚濁物を排出してしまう恐れがある。

本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、散気量を適切に制御して処理水質を良好に保つことが可能な水処理装置を提供することを目的とする。

本願に開示される水処理装置は、生物反応槽へ供給された被処理水に対して活性汚泥法を用いた水処理を行う水処理装置において、生物反応槽は、散気を行う好気領域と、好気領域の上流側に設置された好気領域よりも溶存酸素濃度の低い領域である嫌気領域と、好気領域に散気を行う散気部とを備え、嫌気領域の汚濁物濃度を測定する第一汚濁物濃度測定部と、好気領域の汚濁物濃度を測定する第二汚濁物濃度測定部と、散気の制御を行う制御装置とを備え、制御装置は、第一汚濁物濃度測定部で測定された第一汚濁物濃度と第二汚濁物濃度測定部で測定された第二汚濁物濃度とに基づいて、汚濁物除去量を算出する汚濁物除去量算出部を備え、汚濁物除去量に基づいて散気量の制御を行い、制御装置は、散気部から供給される散気量を算出する目標散気量算出部を有し、目標散気量算出部において目標散気量を決定し、ｎ回目に算出された汚濁物除去量をＲｎ、ｎ回目の目標散気量をＱｎとしたとき、（ｎ－１）回目に算出された汚濁物除去量Ｒｎ－１と（ｎ－１）回目の目標散気量Ｑｎ－１、およびｎ回目に算出された汚濁物除去量Ｒｎとｎ回目の目標散気量Ｑｎとを比較し、Ｑｎ－１≧Ｑｎ、かつＲｎ－１≧Ｒｎの場合は、（ｎ＋１）回目の目標散気量Ｑｎ＋１として、（ｎ―１）回目の目標散気量Ｑｎ－１より大きい値を設定し、Ｑｎ－１＜Ｑｎ、かつＲｎ－１≧Ｒｎの場合は、（ｎ＋１）回目の目標散気量Ｑｎ＋１として、（ｎ―１）回目の目標散気量Ｑｎ－１より小さい値を設定し、Ｑｎ－１≧Ｑｎ、かつＲｎ－１＜Ｒｎの場合は、（ｎ＋１）回目の目標散気量Ｑｎ＋１として、ｎ回目の目標散気量Ｑｎより小さい値を設定し、Ｑｎ－１＜Ｑｎ、かつＲｎ－１＜Ｒｎの場合は、（ｎ＋１）回目の目標散気量Ｒｎ＋１として、ｎ回目の目標散気量Ｑｎより大きい値を設定し、
前記散気量の制御を行うものである。
本願に開示される水処理装置は、生物反応槽へ供給された被処理水に対して活性汚泥法を用いた水処理を行う水処理装置において、
生物反応槽は、散気を行う好気領域と、好気領域の上流側に設置された好気領域よりも溶存酸素濃度の低い領域である嫌気領域と、好気領域に散気を行う散気部とを備え、嫌気領域の汚濁物濃度を測定する第一汚濁物濃度測定部と、好気領域の汚濁物濃度を測定する第二汚濁物濃度測定部と、散気の制御を行う制御装置とを備え、制御装置は、第一汚濁物濃度測定部で測定された第一汚濁物濃度と第二汚濁物濃度測定部で測定された第二汚濁物濃度とに基づいて、汚濁物除去量を算出する汚濁物除去量算出部を備え、汚濁物除去量に基づいて散気量の制御を行い、好気領域の溶存酸素濃度を測定する溶存酸素濃度測定部を備え、制御装置は、好気領域の目標溶存酸素濃度を算出する目標溶存酸素濃度算出部を備え、目標溶存酸素濃度算出部において目標溶存酸素濃度を決定し、ｎ回目に算出された汚濁物除去量をＲｎ、ｎ回目の目標溶存酸素濃度をＤＯｎとしたとき、（ｎ－１）回目に算出された汚濁物除去量Ｒｎ－１と（ｎ－１）回目の目標溶存酸素濃度ＤＯｎ－１、およびｎ回目に算出された汚濁物除去量Ｒｎとｎ回目の目標溶存酸素濃度ＤＯｎとを比較し、ＤＯｎ－１≧ＤＯｎ、かつＲｎ－１≧Ｒｎの場合は、（ｎ＋１）回目の目標溶存酸素濃度ＤＯｎ＋１として、（ｎ―１）回目の目標散気量ＤＯｎ－１より大きい値を設定し、ＤＯｎ－１＜ＤＯｎ、かつＲｎ－１≧Ｒｎの場合は、（ｎ＋１）回目の目標溶存酸素濃度ＤＯｎ＋１として、（ｎ―１）回目の目標溶存酸素濃度ＤＯｎ－１より小さい値を設定し、ＤＯｎ－１≧ＤＯｎ、かつＲｎ－１＜Ｒｎの場合は、（ｎ＋１）回目の目標溶存酸素濃度ＤＯｎ＋１として、ｎ回目の目標溶存酸素濃度ＤＯｎより小さい値を設定し、ＤＯｎ－１＜ＤＯｎ、かつＲｎ－１＜Ｒｎの場合は、（ｎ＋１）回目の目標溶存酸素濃度ＤＯｎ＋１として、ｎ回目の目標溶存酸素濃度ＤＯｎより大きい値を設定し、散気量の制御を行うものである。
本願に開示される水処理装置は、生物反応槽へ供給された被処理水に対して活性汚泥法を用いた水処理を行う水処理装置において、生物反応槽は、散気を行う好気領域と、好気領域の上流側に設置された好気領域よりも溶存酸素濃度の低い領域である嫌気領域と、好気領域に散気を行う散気部とを備え、嫌気領域の汚濁物濃度を測定する第一汚濁物濃度測定部と、好気領域の汚濁物濃度を測定する第二汚濁物濃度測定部と、散気の制御を行う制御装置とを備え、制御装置は、第一汚濁物濃度測定部で測定された第一汚濁物濃度と第二汚濁物濃度測定部で測定された第二汚濁物濃度とに基づいて、汚濁物除去量を算出する汚濁物除去量算出部を備え、汚濁物除去量に基づいて散気量の制御を行い、第一汚濁物濃度測定部は嫌気領域の窒素濃度を測定し、第二汚濁物濃度測定部は好気領域のアンモニア態窒素濃度を測定し、制御装置は、好気領域の目標アンモニア態窒素濃度を算出する目標アンモニア態窒素濃度算出部を備え、目標アンモニア態窒素濃度算出部において目標アンモニア態窒素濃度を決定し、ｎ回目に算出された汚濁物除去量をＲｎ、ｎ回目の目標アンモニア態窒素濃度をＮＨｎとしたとき、（ｎ－１）回目に算出された汚濁物除去量Ｒｎ－１と（ｎ－１）回目の目標アンモニア態窒素濃度ＮＨｎ－１、およびｎ回目に算出された汚濁物除去量Ｒｎとｎ回目の目標アンモニア態窒素濃度ＮＨｎとを比較し、ＮＨｎ－１＜ＮＨｎ、かつＲｎ－１≧Ｒｎの場合は、（ｎ＋１）回目の目標アンモニア態窒素濃度ＮＨｎ＋１として、（ｎ―１）回目の目標アンモニア態窒素濃度ＮＨｎ－１より小さい値を設定し、ＮＨｎ－１≧ＮＨｎ、かつＲｎ－１≧Ｒｎの場合は、（ｎ＋１）回目の目標アンモニア態窒素濃度ＮＨｎ＋１として、（ｎ―１）回目の目標アンモニア態窒素濃度ＮＨｎ－１より大きい値を設定し、ＮＨｎ－１＜ＮＨｎ、かつＲｎ－１＜Ｒｎの場合は、（ｎ＋１）回目の目標アンモニア態窒素濃度ＮＨｎ＋１として、ｎ回目の目標アンモニア態窒素濃度ＮＨｎより大きい値を設定し、ＮＨｎ－１≧ＮＨｎ、かつＲｎ－１＜Ｒｎの場合は、（ｎ＋１）回目の目標アンモニア態窒素濃度ＮＨｎ＋１として、ｎ回目の目標アンモニア態窒素濃度ＮＨｎより小さい値を設定し、散気量の制御を行うものである。

本願に開示される水処理装置によれば、汚濁物除去量を算出し、汚濁物除去量が増加するように散気量を制御するため、処理水質を良好に保つことができる水処理装置が得られる。

実施の形態１に係る水処理装置の構成図である。 実施の形態１に係る水処理装置の散気量制御のフロー図である。 実施の形態１に係る水処理装置の汚濁物除去量と散気量との関係の説明図である。 実施の形態２に係る水処理装置の構成図である。 実施の形態２に係る水処理装置の構成の一部詳細図である。 実施の形態３に係る水処理装置の構成図である。 実施の形態３に係る水処理装置の散気量制御のフロー図である。 実施の形態４に係る水処理装置の構成図である。 実施の形態４に係る水処理装置の散気量制御のフロー図である。 実施の形態４に係る水処理装置の汚濁物除去量とアンモニア態窒素濃度との関係を示す説明である。 実施の形態５に係る水処理装置の構成図である。 実施の形態６に係る水処理装置の構成図である。

実施の形態１．
実施の形態１は、生物反応槽は、散気を行う好気領域と、好気領域の上流側に設置された好気領域よりも溶存酸素濃度の低い領域である嫌気領域と、好気領域に散気を行う散気部とを備え、嫌気領域の汚濁物濃度を測定する第一汚濁物濃度測定部と、好気領域の汚濁物濃度を測定する第二汚濁物濃度測定部と、散気の制御を行う制御装置とを備え、制御装置は、第一汚濁物濃度測定部で測定された第一汚濁物濃度と第二汚濁物濃度測定部で測定された第二汚濁物濃度とに基づいて、汚濁物除去量を算出する汚濁物除去量算出部と、散気部から供給される散気量を算出する目標散気量算出部を備え、目標散気量算出部が算出する目標散気量に基づいて汚濁物除去量が増加するように散気量の制御を行う水処理装置に関するものである。

以下、実施の形態１に係る水処理装置の構成および動作について、水処理装置の構成図である図１、散気量制御のフロー図である図２、および汚濁物除去量と散気量との関係の説明図である図３に基づいて説明する。

まず、実施の形態１の水処理装置１００の構成を図１に基づいて説明する。
水処理装置１００は、生物反応槽１、沈殿槽２、空気供給部４、第一汚濁物濃度測定部５、第二汚濁物濃度測定部６、および制御装置１１を備える。
なお、図１において、配管系統は実線で記載し、信号系統は点線で記載している。

まず、生物反応槽１および沈殿槽２について説明する。
生物反応槽１は、散気部３、嫌気領域５１、好気領域５２、および仕切り板５０を備える。
活性汚泥を蓄えた生物反応槽１は、配管ａを介して流入する被処理水を生物反応によって浄化処理し、浄化処理後の流出水を配管ｂに排出する。
配管ｂを介して生物反応槽１から排出された流出水に含まれる活性汚泥を沈殿槽２に沈殿させる。沈殿処理したあとの上澄水は配管ｃを介して排出される。また、沈殿処理によって分離した活性汚泥は、配管ｄを介して生物反応槽１へ返送されるが、余剰分は配管ｅを介して外部に排出される。

生物反応槽１において、生物反応槽１の上流には散気を実施しない嫌気領域５１が存在する。嫌気領域５１を通過したのち、散気部３から散気された空気と活性汚泥が混合される好気領域５２になる。

嫌気領域５１では硝酸が窒素ガスに還元される反応（脱窒）、および活性汚泥中に蓄積された燐が槽内に放出される反応が進行する。これらの反応は活性汚泥が酸素を必要としない反応であるため、通常の場合、嫌気領域５１は散気部３又は散気部３に相当する構成要素を備えない。
仮に散気部３に相当する構成要素を備えても好気領域５２と比べて単位体積あたりの散気量は少ない。
また、溶存酸素濃度が小さい場合には、散気を実施しない場合と同等の反応が起こり、このような場合には、嫌気領域とみなすことができる。

一方、好気領域５２では被処理水中の窒素成分が生物反応により硝酸に酸化される反応（硝化反応）、および廃水中の燐成分が活性汚泥の体内に蓄積される反応が進行する。これらの反応は活性汚泥が酸素を必要とするため、通常の場合、好気領域５２は散気部３を備える。

実施の形態１に係る水処理装置１００においては、嫌気領域５１と好気領域５２間は仕切り板５０が設けられている。仕切り板５０を設けることで、散気部３からの空気が嫌気領域５１に混入することを確実に防ぎ、嫌気領域５１の嫌気度を良好に保つことが期待できる。
本実施の形態１の一実施例に限定されず、仕切り板５０を省略してもよい。また、仕切り板５０に替えて、異なる水槽、或いは回路構造によって分けられるように構成してもよい。

次に、散気部３から供給される散気量の制御に関係する空気供給部４、第一汚濁物濃度測定部５、第二汚濁物濃度測定部６、および制御装置１１について、配管系統、信号系統も含めて説明する。

嫌気領域５１の汚濁物濃度を測定する第一汚濁物濃度測定部５は、嫌気領域５１内に設置されている。また、好気領域５２の汚濁物濃度を測定する第二汚濁物濃度測定部６は、好気領域５２内の流出口側に設置されている。
第一汚濁物濃度測定部５と第二汚濁物濃度測定部６とにはそれぞれ、アンモニア態窒素濃度計、全窒素濃度計、硝酸態窒素濃度計、亜硝酸態窒素濃度計、全燐濃度計、燐酸態燐濃度計の内少なくとも１つ以上の測定器を設ける。
また、季節等の影響を考慮するために、水温計を設けていてもよい。さらに、測定時間と関連付けて測定値を記録する機能を有するか、測定値を記録するための記録装置を測定器とは別に備えていてもよい。

第一汚濁物濃度測定部５は好気領域５２へ流入する汚濁物濃度を測定するため、被処理水の流下方向に対して好気領域５２よりも上流側に設置する必要がある。第一汚濁物濃度測定部５は配管ａに接続することもできるが、その場合には、沈殿槽２から配管ｄを介して返送される活性汚泥の影響を測定することができない。
したがって、第一汚濁物濃度測定部５は嫌気領域５１内に設置することが望ましい。また、第二汚濁物濃度測定部６は好気領域５２において処理された後の汚濁物濃度を測定する目的で設置するため、配管ｂ又は沈殿槽２内に設置することもできる。しかし、生物反応槽１内で完全に汚濁物を除去するためには、第二汚濁物濃度測定部６は好気領域５２内に設置することが望ましい。

第一汚濁物濃度測定部５で測定された嫌気領域の汚濁物濃度（第一汚濁物濃度）と第二汚濁物濃度測定部６で測定された好気領域の第二汚濁物濃度（第二汚濁物濃度）は制御装置１１へ出力され、目標散気量が算出される。

次に、制御装置１１の構成および動作について説明する。
制御装置１１は、汚濁物除去量算出部７、記録部８、汚濁物除去量比較部９、および目標散気量算出部１０を備える。
第一汚濁物濃度測定部５から信号線５ａを介して送信された第一汚濁物濃度と、第二汚濁物濃度測定部６から信号線６ａを介して送信された第二汚濁物濃度に基づいて、汚濁物除去量算出部７において汚濁物除去量が算出される。

記録部８は、汚濁物除去量算出部７で算出された汚濁物除去量と、汚濁物除去量を算出したときの目標散気量算出部１０によって散気制御されている散気量とを互いに関連付けて記録する。汚濁物除去量は信号線７ａを介して、散気量は信号線１０ｂを介して記録部８に送信される。

汚濁物除去量比較部９は、記録部８に記録されている汚濁物除去量である第一汚濁物除去量と、汚濁物除去量算出部７で第一汚濁物除去量より後に算出された汚濁物除去量である第二汚濁物除去量とを信号線８ａを介して受信し、比較する。
汚濁物除去量比較部９は、散気量算出司令を生成し、この散気量算出司令は信号線９ａを介して目標散気量算出部１０へ出力される。
散気量算出司令とは、目標散気量算出部１０が散気量を算出するための、汚濁物除去量比較部９で生成した汚濁物除去量の比較結果を含む情報である。

目標散気量算出部１０は、汚濁物除去量比較部９からの散気量算出司令に基づいて目標散気量を算出し、この目標散気量は信号線１０ａを介して空気供給部４に出力される。
空気供給部４は、散気に必要な空気を配管４ａを介して、散気部３に送る。

次に、制御装置１１における散気量制御方法について、散気量制御のフロー図である図２に基づいて説明する。
なお、図２のフロー図では、停止を省略しているが、水処理装置１００が外部から停止指令を受信した場合、散気量制御の処理を停止する。

制御装置１１での制御が開始されると、初期ステップＳ１ａでは、制御装置１１はｎ＝１と設定する。

散気ステップＳ２ａでは、目標散気量算出部１０は、第一目標散気量として、予め設定された散気量Ｑ_１での散気を実行する。第一目標散気量Ｑ_１は、汚濁物を除去できる散気量として妥当な範囲から任意の値が採用される。例えば、好気領域の溶存酸素濃度が２ｍｇ／Ｌ以上に維持されるのに必要な散気量を設定する。

汚濁物除去量算出ステップＳ３ａでは、散気ステップＳ２ａ開始から時間Ｔ１が経過すると、目標散気量算出部１０は、汚濁物除去量算出司令を汚濁物除去量算出部７へ信号線１０ｃを介して出力する。
汚濁物除去量算出部７は、汚濁物除去量算出司令を受信して、汚濁物除去量Ｒ_１を算出する。汚濁物除去量Ｒ_１の算出は、散気ステップＳ２ａ開始時から時間Ｔ１が経過した間に測定された第一汚濁物濃度の平均値Ｍａ１と、散気ステップＳ２ａ開始時から時間Ｔ１が経過した間に測定された第二汚濁物濃度の平均値Ｍａ２とを用いて、式（１）に基づき算出される。

Ｒ_１＝Ｍａ１－Ｍａ２ （１）

なお、時間Ｔ１は１分から１時間、さらには１日から１週間のいずれの期間でもよいが、生物反応槽１の水理学的滞留時間（標準活性汚泥法による都市下水の処理では５時間から１５時間程度が一般的）より長い時間が望ましい。
また、時間Ｔ１は一定の期間である必要はなく、汚濁物除去量算出ステップを実行する毎に変更する構成としてもよい。

さらに、汚濁物除去量として式（２）のように、第一汚濁物濃度の平均値Ｍａ１に対する除去された汚濁物量の比率として求めても同様の効果を奏する。

Ｒ_１＝（Ｍａ１－Ｍａ２）／Ｍａ１ （２）

記録ステップＳ４ａでは、記録部８は、汚濁物除去量Ｒ_１及び第一目標散気量Ｑ_１を互いに関連付けて記録する。

汚濁物除去量比較ステップＳ５ａでは、汚濁物除去量比較部９は、記録部８に記録されている汚濁物除去量算出ステップＳ３ａで（ｎ－１）回目に算出された汚濁物除去量Ｒｎ－１と、汚濁物除去量算出ステップＳ３ａでｎ回目に算出された汚濁物除去量Ｒｎとを比較する。
つまり、ｎ＝２の場合には、汚濁物除去量比較ステップＳ５ａでは、汚濁物除去量比較部９は、第一汚濁物除去量Ｒ_１と、第二汚濁物除去量Ｒ_２とを比較する。

具体的には、（ｎ－１）回目に算出された汚濁物除去量Ｒｎ－１と第（ｎ－１）目標散気量Ｑｎ－１、ｎ回目に算出された汚濁物除去量Ｒｎと第ｎ目標散気量Ｑｎを（ａ）～（ｄ）の条件に分類する。

（ａ）Ｑｎ－１≧Ｑｎ、かつＲｎ－１≧Ｒｎの場合
（ｂ）Ｑｎ－１＜Ｑｎ、かつＲｎ－１≧Ｒｎの場合
（ｃ）Ｑｎ－１≧Ｑｎ、かつＲｎ－１＜Ｒｎの場合
（ｄ）Ｑｎ－１＜Ｑｎ、かつＲｎ－１＜Ｒｎの場合

汚濁物除去量比較部９は、散気量算出司令を生成し、この散気量算出司令を目標散気量算出部１０へ出力する。
なお、ｎ＝１回目の場合は、（ｎ－１）回目に算出された汚濁物除去量である汚濁物除去量Ｒｎ－１が存在しないため、汚濁物除去量を比較することなく散気量決定ステップＳ６ａへ進む。

散気量決定ステップＳ６ａでは、目標散気量算出部１０は、汚濁物除去量比較ステップＳ５ａでの比較結果に基づいて（ｎ＋１）回目のステップにおける目標散気量Ｑｎ＋１を算出する。
具体的には、汚濁物除去量比較ステップＳ５ａにおける（ａ）～（ｄ）の各場合につき、散気量決定ステップＳ６ａではＱｎ＋１を下記の通り算出する。

（ａ）の場合、Ｑｎ―１よりも所定量又は所定割合大きい値をＱｎ＋１に設定
（ｂ）の場合、Ｑｎ―１よりも所定量又は所定割合小さい値をＱｎ＋１に設定
（ｃ）の場合、Ｑｎよりも所定量又は所定割合小さい値をＱｎ＋１に設定
（ｄ）の場合、Ｑｎよりも所定量又は所定割合大きい値をＱｎ＋１に設定

なお、ｎ＝１回目の場合は、（ｎ－１）回目に算出された汚濁物除去量である汚濁物除去量Ｒｎ－１が存在しないが、Ｑ_２として、Ｑ_１よりも所定量又は所定割合大きい値を設定しても、Ｑ_１よりも所定量又は所定割合小さい値を設定してもよい。

しかし、散気量不足を防ぐために、Ｑ_２としてはＱ_１よりも所定量又は所定割合大きい値を設定することが望ましい。
Ｑｎ＋１を設定するときの散気量を増減させる所定量は処理水量１ｍ^３あたりに換算して０．０１～１０ｍ^３／ｈｒの範囲であることが望ましく、散気量を増減させる所定割合は５～５０％の範囲であることが望ましい。

加算ステップＳ７ａでは、制御装置１１は、ｎを１加算して（ｎ＋１）として散気ステップＳ２ａに戻る。

次に、汚濁物除去量と散気量との関係を図３に基づいて説明する。
汚濁物として全窒素、又は全燐を想定した場合、汚濁物と散気量には図３のような関係が成立すると想定される。
図３において、縦軸は汚濁物除去量（ｍｇ／Ｌ）、横軸は散気量（ｍ^３／ｈｒ）である。
図３に示すように、汚濁物除去量は散気量に対して上に凸の傾向が見られ、汚濁物除去量が最大となる散気量Ｑ^＊が存在すると想定される。

具体的には、汚濁物が全窒素の場合、Ｑ^＊よりも小さな散気量では好気領域への酸素供給が不足して硝化反応が促進されず、Ｑ^＊よりも大きな散気量では嫌気領域への酸素混入により脱窒反応が促進されないため、汚濁物除去量は低下する。
一方、汚濁物が全燐の場合、Ｑ^＊よりも小さな散気量では好気領域への酸素供給が不足して活性汚泥の体内へ燐が蓄積される反応が促進されず、Ｑ^＊よりも大きな散気量では嫌気領域への酸素混入により活性汚泥中に蓄積された燐が放出される反応が促進されないため、汚濁物除去量は低下する。
したがって、汚濁物除去量が最大となるＱ^＊の散気量で散気をすることで、処理水質を最も良好に保つことができる。

散気量決定ステップＳ６ａにおける散気量の決定プロセスを説明する。
ｎ回目に算出された散気量Ｑｎと汚濁物除去量Ｒｎのデータセットを（Ｑｎ、Ｒｎ）と記載すると、（Ｑｎ、Ｒｎ）は図３における汚濁物除去量と散気量との関係を示す曲線上に存在する。

ここで、（Ｑｎ－１、Ｒｎ－１）がｘ、（Ｑｎ、Ｒｎ）がｗの位置に存在した場合、これは汚濁物除去量比較ステップＳ５ａでは（ａ）の条件に分類される。この時、散気量を汚濁物除去量が最大となるＱ^＊に近づけるためには、ｘでの散気量であるＱｎ－１よりも大きな散気量を（ｎ＋１）回目で設定する必要がある。
したがって、散気量決定ステップＳ６ａではＱｎ―１よりも所定量又は所定割合大きい値をＱｎ＋１に設定する。

（Ｑｎ－１、Ｒｎ－１）がｚ、（Ｑｎ、Ｒｎ）がｙの位置に存在した場合、これは汚濁物除去量比較ステップＳ５ａでは（ｂ）の条件に分類される。この時、散気量を汚濁物除去量が最大となるＱ^＊に近づけるためには、ｚでの散気量であるＱｎ－１よりも小さな散気量を（ｎ＋１）回目で設定する必要がある。
したがって、散気量決定ステップＳ６ａではＱｎ―１よりも所定量又は所定割合小さい値をＱｎ＋１に設定する。

（Ｑｎ－１、Ｒｎ－１）がｙ、（Ｑｎ、Ｒｎ）がｚの位置に存在した場合、これは汚濁物除去量比較ステップＳ５ａでは（ｃ）の条件に分類される。この時、散気量を汚濁物除去量が最大となるＱ^＊に近づけるためには、ｚでの散気量であるＱｎよりも小さな散気量を（ｎ＋１）回目で設定する必要がある。
したがって、散気量決定ステップＳ６ａではＱｎよりも所定量又は所定割合小さい値をＱｎ＋１に設定する。

（Ｑｎ－１、Ｒｎ－１）がｗ、（Ｑｎ、Ｒｎ）がｘの位置に存在した場合、これは汚濁物除去量比較ステップＳ５ａでは（ｄ）の条件に分類される。この時、散気量を汚濁物除去量が最大となるＱ^＊に近づけるためには、ｘでの散気量であるＱｎよりも大きな散気量を（ｎ＋１）回目で設定する必要がある。
したがって、散気量決定ステップＳ６ａではＱｎよりも所定量又は所定割合大きい値をＱｎ＋１に設定する。

上記の操作を繰り返し行うことで、Ｑ^＊付近の散気量が設定されることになるため、汚濁物除去量を最大化し、処理水質を常に良好に保つことかできる。

以上説明した水処理装置１００の処理を一般化して説明する。
目標散気量算出部１０において目標散気量として第一目標散気量を決定する。
第一目標散気量で散気を行ったときに汚濁物除去量算出部７で算出された第一汚濁物除去量と、第一目標散気量よりも大きな散気量である第二目標散気量で散気を行ったときの第二汚濁物除去量とを比較する。
第一汚濁物除去量が第二汚濁物除去量よりも大きい場合に、第三目標散気量として第一目標散気量よりも小さな値を設定し、第一汚濁物除去量が前記第二汚濁物除去量よりも小さい場合に、第三散気量として第二目標散気量よりも大きな値を設定する。

第一目標散気量で散気を行ったときに汚濁物除去量算出部７で算出された第一汚濁物除去量と、第一目標散気量よりも小さな散気量である第二目標散気量で散気を行ったときの第二汚濁物除去量とを比較し、第一汚濁物除去量が前記第二汚濁物除去量よりも大きい場合に、第三目標散気量として第一目標散気量よりも大きな値を設定し、第一汚濁物除去量が第二汚濁物除去量よりも小さい場合に、第三散気量として前記第二目標散気量よりも小さな値を設定する。

以上説明したように、実施の形態１では汚濁物除去量が増加するように散気量を所定量又は所定割合で変動させるため、汚濁物除去量を最大化し、処理水質を良好に保つことができる。

上記説明のように、実施の形態１の水処理装置は、生物反応槽は、散気を行う好気領域と、好気領域の上流側に設置された好気領域よりも溶存酸素濃度の低い領域である嫌気領域と、好気領域に散気を行う散気部とを備え、嫌気領域の汚濁物濃度を測定する第一汚濁物濃度測定部と、好気領域の汚濁物濃度を測定する第二汚濁物濃度測定部と、散気の制御を行う制御装置とを備え、制御装置は、第一汚濁物濃度測定部で測定された第一汚濁物濃度と第二汚濁物濃度測定部で測定された第二汚濁物濃度とに基づいて、汚濁物除去量を算出する汚濁物除去量算出部と、散気部から供給される散気量を算出する目標散気量算出部を備え、目標散気量算出部が算出する目標散気量に基づいて汚濁物除去量が増加するように散気量の制御を行うものである。
このため、実施の形態１の水処理装置は、汚濁物除去量を算出し、汚濁物除去量が増加するように散気量を制御するため、処理水質を良好に保つことができる。

実施の形態２．
実施の形態２の水処理装置は、実施の形態１の水処理装置に、流入水量測定部と返送汚泥流量測定部とを追加する構成としたものである。

以下、実施の形態２に係る水処理装置の構成、動作について、水処理装置の構成図である図４、および水処理装置の構成の一部詳細図である図５に基づいて、実施の形態１との差異を中心に説明する。
実施の形態２の水処理装置の構成図である図４において、実施の形態１と同一あるいは相当部分は、同一の符号を付している。
また、実施の形態１と区別するために、水処理装置２００としている。

実施の形態２の水処理装置２００は、実施の形態１の水処理装置１００に対して、流入水量測定部２１と返送汚泥流量測定部２２とを追加している。

まず実施の形態２の水処理装置２００の構成および動作について、図４に基づいて説明する。
配管ａには流入水量を測定するための流入水量測定部２１が設置されており、配管ｄには返送汚泥流量を測定するための返送汚泥流量測定部２２が設置されている。
流入水量測定部２１と返送汚泥流量測定部２２は測定時間と関連付けて測定値を記録する機能を有するか、測定値を記録するための記録装置を測定器とは別に備えていてもよい。

流入水量測定部２１で測定された流入水量は、信号線２１ａを介して汚濁物除去量算出部７に送信される。返送汚泥流量測定部２２で測定された返送汚泥流量は、信号線２２ａを介して汚濁物除去量算出部７に送信される。

実施の形態２の制御装置１１における散気量制御方法について、図２に示すフロー図を参照しながら、水処理装置の構成図の一部詳細図である図５に基づいて説明する。
実施の形態２において、実施の形態１と異なる点は、図２の汚濁物除去量算出ステップＳ３ａでの汚濁物除去量算出方法である。

実施の形態２における汚濁物除去量算出ステップＳ３ａでの汚濁物除去量算出方法を図５に基づいて説明する。

実施の形態２における汚濁物除去量算出ステップＳ３ａでは、第一汚濁物濃度測定部５と第二汚濁物濃度測定部６との間の距離Ｌ、生物反応槽１において被処理水の流下方向に対して垂直な面の断面積Ａ、散気ステップＳ２ａ開始時からＴ１が経過した時間の間に測定された流入水量の平均値Ｑｉｎと、返送汚泥流量の平均値Ｑｒに基づいて、式（３）により被処理水が第一汚濁物濃度測定部５から第二汚濁物濃度測定部６へ移動するときの移動時間ｔｎを算出する。

ｔｎ＝Ｌ／（（Ｑｉｎ＋Ｑｒ）／Ａ） （３）

その後、散気ステップＳ２ａ開始時からＴ１が経過後に測定された第二汚濁物濃度Ｍｂ２と、散気ステップＳ２ａ開始時からＴ１が経過した時刻から、移動時間ｔｎ遡った時刻の第一汚濁物濃度Ｍｂ１とを用いて、式（４）に基づき汚濁物除去量Ｒ_１が算出される。

Ｒ_１＝Ｍｂ１－Ｍｂ２ （４）

なお、時間Ｔ１は１分から１時間、さらには１日から１週間のいずれの期間でもよいが、移動時間ｔｎ以上の時間であることが望ましい。また、時間Ｔ１は一定の期間である必要はなく、汚濁物除去量算出ステップを実行する毎に変更する構成としてもよい。さらに、汚濁物除去量を式（５）のように、Ｍｂ１に対する除去された汚濁物量の比率として求めても同様の効果を奏する。

Ｒ_１＝（Ｍｂ１－Ｍｂ２）／Ｍｂ１ （５）

式（４）、または式（５）により、第一汚濁物濃度測定部５で測定された第一汚濁物濃度と、第一汚濁物濃度測定部５で第一汚濁物濃度を測定された被処理水が生物反応槽内１を水の流下方向に沿って移動して第二汚濁物濃度測定部６の位置に到達した時刻での第二汚濁物濃度との差から汚濁物除去量が算出される。
例えば、都市下水では、被処理水に含まれる汚濁物濃度は１日の中で時間変動することが知られているが、式（４）または式（５）によれば、生物反応槽１を流下する被処理水の時間遅れを考慮して汚濁物除去量を算出することができる。このため、正確な汚濁物除去量を算出することができる。
したがって、汚濁物除去量が最大となる散気量Ｑ^＊に対して散気量をより正確に制御できる。

以上説明したように、実施の形態２の水処理装置２００では生物反応槽１内での被処理水流下に伴う汚濁物濃度測定の時間遅れを考慮した上で、汚濁物除去量が増加するように散気量を所定量又は所定割合で変動させるため、汚濁物除去量を最大化し、処理水質を良好に保つことができる。

実施の形態２の水処理装置は、実施の形態１の水処理装置に流入水量測定部と返送汚泥流量測定部とを追加する構成としたものである。
したがって、実施の形態２の水処理装置は、汚濁物除去量を算出し、汚濁物除去量が増加するように散気量を制御するため、処理水質を良好に保つことができる。さらに、汚濁物除去量を最大化し、処理水質を良好に保つことができる。

実施の形態３．
実施の形態３の水処理装置は、実施の形態２の水処理装置に溶存酸素濃度測定部を追加し、制御装置内の目標散気量算出部を目標溶存酸素濃度算出部に変更した構成としたものである。

以下、実施の形態３に係る水処理装置の構成、動作について、水処理装置の構成図である図６、および水処理装置の散気制御のフロー図である図７に基づいて、実施の形態２との差異を中心に説明する。
実施の形態３の水処理装置の構成図である図６において、実施の形態２と同一あるいは相当部分は、同一の符号を付している。
また、実施の形態２と区別するために、水処理装置３００としている。
なお、以下の説明および図６、７において、溶存酸素濃度測定部をＤＯ（ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ ｏｘｙｇｅｎ）測定部と記載し、目標溶存酸素濃度算出部を目標ＤＯ算出部と記載している。

実施の形態３の水処理装置３００は、実施の形態２の水処理装置２００に対して、ＤＯ測定部３１を追加し、制御装置１１内に目標散気量算出部１０の代わりに目標ＤＯ算出部３２を備えている。

まず、実施の形態２の水処理装置３００の構成および動作について、図６に基づいて説明する。

実施の形態３に係る水処理装置３００では、好気領域５２の溶存酸素濃度を測定するＤＯ測定部３１が好気領域５２内に設けられている。制御装置１１内に目標溶存酸素濃度を算出する目標ＤＯ算出部３２が設けられている。
好気領域５２の溶存酸素濃度を目標ＤＯ算出部３２で算出された目標溶存酸素濃度とするように、目標ＤＯ算出部３２から空気供給部４に信号線３２ａを介して送信される。
空気供給部４は、送信された目標溶存酸素濃度に基づいて空気を散気部３に供給する。
ＤＯ測定部３１は測定時間と関連付けて測定値を記録する機能を有するか、測定値を記録するための記録装置を測定器とは別に備えていてもよい。ＤＯ測定部３１で測定された溶存酸素濃度は信号線３１ａを介して空気供給部４に送信される。

記録部８は、汚濁物除去量算出部７で算出された汚濁物除去量と、汚濁物除去量を算出したときの目標ＤＯ算出部３２によって算出された目標溶存酸素濃度とを互いに関連付けて記録する。汚濁物除去量は信号線７ａを介して、目標溶存酸素濃度は信号線３２ｂを介して記録部８に送信される。

汚濁物除去量比較部９は、記録部８に記録されている汚濁物除去量である第一汚濁物除去量と、汚濁物除去量算出部７で第一汚濁物除去量より後に算出された汚濁物除去量である第二汚濁物除去量とを比較する。
汚濁物除去量比較部９は、目標溶存酸素濃度算出司令を生成し、この目標溶存酸素濃度算出司令は信号線９ａを介して目標ＤＯ算出部３２へ出力される。
目標溶存酸素濃度算出司令とは、目標ＤＯ算出部３２が目標溶存酸素濃度を算出するための、汚濁物除去量比較部９で生成した汚濁物除去量の比較結果を含む情報である。

目標ＤＯ算出部３２は、汚濁物除去量比較部９の除去量の比較結果に基づいて目標標溶存酸素濃度を算出し、信号線３２ａを介して空気供給部４に送信する。
空気供給部４ではＤＯ測定部３１で測定される溶存酸素濃度を目標ＤＯ算出部３２で算出された目標溶存酸素濃度とするように散気量を調整する。
散気量はブロワーのインバーター制御、および風量調節弁の開度調節によるＰＩＤ制御など、ＤＯ測定部３１で測定される溶存酸素濃度を目標溶存酸素濃度にするように制御されればよい。

次に、実施の形態３の水処理装置３００における散気量制御方法について、散気量制御のフロー図である図７に基づいて説明する。

制御装置１１における制御が開始されると、初期ステップＳ１ｂでは、制御装置１１はｎ＝１と設定する。

散気ステップＳ２ｂでは、目標ＤＯ算出部３２は、第一目標溶存酸素濃度として予め設定された目標溶存酸素濃度であるＤＯ_１を設定し、空気供給部４はＤＯ測定部３１の測定値をＤＯ_１とするように散気を実行する。
第一目標溶存酸素濃度であるＤＯ_１は、汚濁物を除去できる溶存酸素濃度として妥当な範囲から任意の値が採用される。例えば、１～２ｍｇ／Ｌの範囲内の値である。

汚濁物除去量算出ステップＳ３ｂでは、散気ステップＳ２ｂ開始から時間Ｔ１が経過すると、目標ＤＯ算出部３２は、汚濁物除去量算出司令を汚濁物除去量算出部７へ信号線３２ｃを介して出力する。
汚濁物除去量算出部７は、汚濁物除去量算出司令を受信して汚濁物除去量Ｒ_１を算出する。汚濁物除去量Ｒ_１の算出方法は、実施の形態２と同様である。

記録ステップＳ４ｂでは、記録部８は、汚濁物除去量Ｒ１及び第一目標溶存酸素濃度であるＤＯ_１を互いに関連付けて記録する。

汚濁物除去量比較ステップＳ５ｂでは、汚濁物除去量比較部９は、記録部８に記録されている汚濁物除去量算出ステップＳ３ｂにおいて（ｎ－１）回目に算出された汚濁物除去量Ｒｎ－１と、汚濁物除去量算出ステップＳ３ｂにおいてｎ回目に算出された汚濁物除去量Ｒｎとを比較する。
つまり、ｎ＝２の場合に汚濁物除去量比較ステップＳ５ｂでは、汚濁物除去量比較部９は、第一汚濁物除去量Ｒ_１と、第二汚濁物除去量Ｒ_２とを比較する。

具体的には、（ｎ－１）回目に算出された汚濁物除去量Ｒｎ－１と第ｎ－１目標溶存酸素濃度であるＤＯｎ－１、ｎ回目に算出された汚濁物除去量Ｒｎと第ｎ目標溶存酸素濃度であるＤＯｎを下記の（ａ）～（ｄ）の条件に分類する。

（ａ）ＤＯｎ－１≧ＤＯｎ、かつＲｎ－１≧Ｒｎの場合
（ｂ）ＤＯｎ－１＜ＤＯｎ、かつＲｎ－１≧Ｒｎの場合
（ｃ）ＤＯｎ－１≧ＤＯｎ、かつＲｎ－１＜Ｒｎの場合
（ｄ）ＤＯｎ－１＜ＤＯｎ、かつＲｎ－１＜Ｒｎの場合

汚濁物除去量比較部９は、目標溶存酸素濃度算出司令を生成し、この目標溶存酸素濃度算出司令を目標ＤＯ算出部３２へ出力する。なお、ｎ＝１回目の場合は、（ｎ－１）回目に算出された汚濁物除去量である汚濁物除去量Ｒｎ－１が存在しないため、汚濁物除去量を比較することなく目標溶存酸素濃度決定ステップＳ６ｂへ進む。

目標溶存酸素濃度決定ステップＳ６ｂでは、目標ＤＯ算出部３２は、汚濁物除去量比較ステップＳ５ｂでの比較結果に基づいて（ｎ＋１）回目のステップにおける目標溶存酸素濃度であるＤＯｎ＋１を算出する。
具体的には、汚濁物除去量比較ステップＳ５ｂにおける（ａ）～（ｄ）の各場合につき、目標溶存酸素濃度決定ステップＳ６ｂではＤＯｎ＋１を下記の通り算出する。

（ａ）の場合、ＤＯｎ―１よりも所定量又は所定割合大きい値をＤＯｎ＋１に設定
（ｂ）の場合、ＤＯｎ―１よりも所定量又は所定割合小さい値をＤＯｎ＋１に設定
（ｃ）の場合、ＤＯｎよりも所定量又は所定割合小さい値をＤＯｎ＋１に設定
（ｄ）の場合、ＤＯｎよりも所定量又は所定割合大きい値をＤＯｎ＋１に設定

なお、ｎ＝１回目の場合は、（ｎ－１）回目に算出された汚濁物除去量である汚濁物除去量Ｒｎ－１が存在しないが、第二目標溶存酸素濃度ＤＯ_２として、第一目標溶存酸素濃度ＤＯ_１よりも所定量又は所定割合大きい値を設定しても、第一目標溶存酸素濃度ＤＯ_１よりも所定量又は所定割合小さい値を設定してもよい。

しかし、散気量不足を防ぐために、第二目標溶存酸素濃度ＤＯ_２としては第一目標溶存酸素濃度ＤＯ_１よりも所定量又は所定割合大きい値を設定することが望ましい。
ＤＯｎ＋１を設定するときの目標溶存酸素濃度を増減させる所定量は０．０１～０．５ｍｇ／Ｌの範囲であることが望ましく、目標溶存酸素濃度を増減させる所定割合は５～５０％の範囲であることが望ましい。

加算ステップＳ７ｂでは、制御装置１１は、ｎを１加算して（ｎ＋１）として散気ステップＳ２ｂに戻る。

次に、汚濁物除去量と溶存酸素濃度との関係を説明する。溶存酸素濃度と散気量は一般に正の相関があり、散気量が増加するほど溶存酸素濃度も増加し、散気量が減少するほど溶存酸素濃度も減少する。
したがって、汚濁物除去量と溶存酸素濃度との関係は図３に示した汚濁物除去量と散気量との関係と同じ傾向を示す。

すなわち、縦軸に汚濁物除去量（ｍｇ／Ｌ）、横軸に溶存酸素濃度（ｍｇ／Ｌ）をとると、汚濁物除去量は溶存酸素濃度に対して上に凸の傾向が見られ、汚濁物除去量が最大となる溶存酸素濃度であるＤＯ^＊が存在すると想定される。

したがって、制御装置１１の散気量制御を行うことで、好気領域の溶存酸素濃度がＤＯ^＊付近に設定されることになる。
したがって、汚濁物除去量を最大化し、処理水質を常に良好に保つことかできる。さらに、散気量ではなく溶存酸素濃度を目標値として設定すると、被処理水の汚濁物濃度の変動に対して溶存酸素濃度が一定値に制御させることになるため、生物反応槽１内の活性汚泥の性状を安定化させることができる。

実施の形態３では汚濁物除去量が増加するように好気領域の溶存酸素濃度を所定量又は所定割合で変動させるため、生物反応槽１内の活性汚泥の性状を安定化させつつ汚濁物除去量を最大化し、処理水質を良好に保つことができる。

実施の形態１と同様に、水処理装置３００の処理を一般化して説明する。
目標ＤＯ算出部３２において目標溶存酸素濃度として第一目標溶存酸素濃度を決定する。
好気領域の溶存酸素濃度を第一目標溶存酸素濃度とするように散気を行ったときに汚濁物除去量算出７部で算出された第一汚濁物除去量と、好気領域の溶存酸素濃度を第一目標溶存酸素濃度よりも大きな溶存酸素濃度である第二目標溶存酸素濃度とするように散気を行ったときの第二汚濁物除去量とを比較する。
第一汚濁物除去量が第二汚濁物除去量よりも大きい場合に、第三目標溶存酸素濃度として第一目標溶存酸素濃度よりも小さな値を設定し、第一汚濁物除去量が第二汚濁物除去量よりも小さい場合に、第三目標溶存酸素濃度として第二目標溶存酸素濃度よりも大きな値を設定する。

好気領域の溶存酸素濃度を第一目標溶存酸素濃度とするように散気を行ったときに汚濁物除去量算出部７で算出された第一汚濁物除去量と、好気領域の溶存酸素濃度を第一目標溶存酸素濃度よりも小さな溶存酸素濃度である第二目標溶存酸素濃度とするように散気を行ったときの第二汚濁物除去量とを比較する。
第一汚濁物除去量が第二汚濁物除去量よりも大きい場合に、第三目標溶存酸素濃度として第一目標溶存酸素濃度よりも大きな値を設定し、第一汚濁物除去量が前記第二汚濁物除去量よりも小さい場合に、第三目標溶存酸素濃度として第二目標溶存酸素濃度よりも小さな値を設定する。

実施の形態３の説明では、実施の形態２にＤＯ測定部を追加する構成として説明したが、実施の形態１にＤＯ測定部を追加し、目標散気量算出部を目標ＤＯ算出部とすることで同様の効果を奏することができる。

実施の形態３の水処理装置は、実施の形態２の水処理装置に溶存酸素濃度測定部を追加し、制御装置内の目標散気量算出部を目標溶存酸素濃度算出部に変更したものである。
したがって、本実施の形態３の水処理装置は、汚濁物除去量を算出し、汚濁物除去量が増加するように散気量を制御するため、処理水質を良好に保つことができる。さらに、汚濁物除去量を最大化し、処理水質を良好に保つことができる。さらに、生物反応槽１内の活性汚泥の性状を安定化させることができる。

実施の形態４．
実施の形態４の水処理装置は、実施の形態２の水処理装置の第一、二汚濁物濃度測定部を窒素濃度測定部とアンモニア態窒素濃度測定部に変更するとともに、制御装置内の目標散気量算出部を目標アンモニア態窒素濃度算出部に変更した構成としたものである。

以下、実施の形態４に係る水処理装置の構成、動作について、水処理装置の構成図である図８、水処理装置の散気制御のフロー図である図９、および汚濁物除去量とアンモニア態窒素濃度との関係の説明図である図１０に基づいて、実施の形態２との差異を中心に説明する。
実施の形態４の水処理装置の構成図である図８において、実施の形態２と同一あるいは相当部分は、同一の符号を付している。
また、実施の形態２と区別するために、水処理装置４００としている。

実施の形態４の水処理装置４００は、実施の形態２の水処理装置２００に対して、第一汚濁物濃度測定部５および第二汚濁物濃度測定部６の代わりに窒素濃度測定部４１とアンモニア態窒素濃度測定部４２を設置している。また、制御装置１１内に目標散気量算出部１０の代わりに目標アンモニア態窒素濃度算出部４３を備えている。

まず、実施の形態４の水処理装置４００の構成および動作について説明する。

実施の形態４に係る水処理装置４００では、嫌気領域５１の窒素濃度を測定する窒素濃度測定部４１は、嫌気領域５１内に設置されている。また、好気領域５２のアンモニア態窒素濃度を測定するアンモニア態窒素濃度測定部４２は、好気領域５２内の流出口側に設置されている。
また、制御装置１１内に目標アンモニア態窒素濃度を算出する目標アンモニア態窒素濃度算出部４３が設けられている。

好気領域５２のアンモニア態窒素濃度を目標アンモニア態窒素濃度算出部４３で算出された目標アンモニア態窒素濃度とするように、目標アンモニア態窒素濃度算出部４３から空気供給部４に信号線４３ａを介して送信される。空気供給部４は、送信された目標アンモニア態窒素濃度に基づいて空気を散気部３に供給する。

ここで、窒素濃度測定部４１には、アンモニア態窒素濃度計、全窒素濃度計、硝酸態窒素濃度計、および亜硝酸態窒素濃度計の内少なくとも１つ以上の測定器を設ける。
また、季節等の影響を考慮するために、水温計を設けていてもよい。さらに、測定時間と関連付けて測定値を記録する機能を有するか、測定値を記録するための記録装置を測定器とは別に備えてもよい。

窒素濃度測定部４１で測定された窒素濃度は信号線４１ａを介して汚濁物除去量算出部７に送信される。また、アンモニア態窒素濃度測定部４２で測定されたアンモニア態窒素濃度は信号線４２ａを介して汚濁物除去量算出部７に送信され、信号線４２ｂを介して空気供給部４に送信される。

記録部８は、汚濁物除去量算出部７で算出された汚濁物除去量と、汚濁物除去量を算出したときの目標アンモニア態窒素濃度算出部４３によって算出された好気領域５２の目標アンモニア態窒素濃度とを互いに関連付けて記録する。汚濁物除去量は信号線７ａを介して、目標アンモニア態窒素濃度は信号線４３ｂを介して記録部８に送信される。

汚濁物除去量比較部９は、記録部８に記録されている汚濁物除去量である第一汚濁物除去量と、汚濁物除去量算出部７で第一汚濁物除去量より後に算出された汚濁物除去量である第二汚濁物除去量とを比較する。
汚濁物除去量比較部９は、目標アンモニア態窒素濃度算出司令を生成し、この目標アンモニア態窒素濃度算出司令は信号線９ａを介して目標アンモニア態窒素濃度算出部４３に出力される。
目標アンモニア態窒素濃度算出司令とは、目標アンモニア態窒素濃度算出部４３が目標アンモニア態窒素濃度を算出するための、汚濁物除去量比較部９で生成された汚濁物除去量の比較結果を含む情報である。

目標アンモニア態窒素濃度算出部４３は汚濁物除去量比較部９からの目標アンモニア態窒素濃度算出司令に基づいて目標アンモニア態窒素濃度を算出し、この目標アンモニア態窒素濃度は信号線４３ａを介して空気供給部４に出力される。

空気供給部４ではアンモニア態窒素濃度測定部４２で測定されるアンモニア態窒素濃度を目標アンモニア態窒素濃度算出部４３で算出された目標アンモニア態窒素濃度とするように散気量を調整する。
散気量はブロワーのインバーター制御、および風量調節弁の開度調節によるＰＩＤ制御など、アンモニア態窒素濃度測定部４２で測定されるアンモニア態窒素濃度を目標アンモニア態窒素濃度にするように制御されればよい。

次に、実施の形態４の水処理装置４００における散気量制御方法について、散気量制御のフロー図である図９に基づいて説明する。

制御装置１１での制御が開始されると、初期ステップＳ１ｃでは、制御装置１１はｎ＝１と設定する。

散気ステップＳ２ｃでは、目標アンモニア態窒素濃度算出部４３は、第一目標アンモニア態窒素濃度として予め設定された目標アンモニア態窒素濃度であるＮＨ_１を設定し、空気供給部４はアンモニア態窒素濃度測定部４２の測定値をＮＨ_１とするように散気を実行する。
第一目標アンモニア態窒素濃度は、各処理場が定めるアンモニア態窒素濃度の上限以内で任意の値が採用される。例えば、０．５～１ｍｇ／Ｌの範囲内の値である。

汚濁物除去量算出ステップＳ３ｃでは、散気ステップＳ２ｃ開始から時間Ｔ１が経過すると、目標アンモニア態窒素濃度算出部４３は、汚濁物除去量算出司令を汚濁物除去量算出部７へ信号線４３ｃを介して出力する。汚濁物除去量算出部７は、汚濁物除去量算出司令を受信して汚濁物除去量Ｒ_１を算出する。汚濁物除去量Ｒ_１の算出方法は、実施の形態２と同様である。

記録ステップＳ４ｃでは、記録部８は、汚濁物除去量Ｒ_１及び第一目標アンモニア態窒素濃度であるＮＨ_１を互いに関連付けて記録する。

汚濁物除去量比較ステップＳ５ｃでは、汚濁物除去量比較部９は、記録部８に記録されている汚濁物除去量算出ステップＳ３ｃにおいて、（ｎ－１）回目に算出された汚濁物除去量Ｒｎ－１と、汚濁物除去量算出ステップＳ３ｃにおいてｎ回目に算出された汚濁物除去量Ｒｎとを比較する。
つまり、ｎ＝２の場合に汚濁物除去量比較ステップＳ５ｃでは、汚濁物除去量比較部９は、第一汚濁物除去量Ｒ_１と、第二汚濁物除去量Ｒ_２とを比較する。

具体的には、（ｎ－１）回目に算出された汚濁物除去量Ｒｎ－１と第ｎ－１目標アンモニア態窒素濃度であるＮＨｎ－１、ｎ回目に算出された汚濁物除去量Ｒｎと第ｎ目標アンモニア態窒素濃度であるＮＨｎを下記の（ａ）～（ｄ）の条件に分類する。

（ａ）ＮＨｎ－１＜ＮＨｎ、かつＲｎ－１≧Ｒｎの場合
（ｂ）ＮＨｎ－１≧ＮＨｎ、かつＲｎ－１≧Ｒｎの場合
（ｃ）ＮＨｎ－１＜ＮＨｎ、かつＲｎ－１＜Ｒｎの場合
（ｄ）ＮＨｎ－１≧ＮＨｎ、かつＲｎ－１＜Ｒｎの場合

汚濁物除去量比較部９は、散気量算出司令を生成し、この散気量算出司令を目標アンモニア態窒素濃度算出部４３へ出力する。なお、ｎ＝１回目の場合は、（ｎ－１）回目に算出された汚濁物除去量である汚濁物除去量Ｒｎ－１が存在しないため、汚濁物除去量を比較することなく目標アンモニア態窒素濃度決定ステップＳ６ｃへ進む。

目標アンモニア態窒素濃度決定ステップＳ６ｃでは、目標アンモニア態窒素濃度算出部４３は、汚濁物除去量比較ステップＳ５ｃでの比較結果に基づいて（ｎ＋１）回目のステップにおける目標アンモニア態窒素濃度であるＮＨｎ＋１を算出する。具体的には、汚濁物除去量比較ステップＳ５ｃにおける（ａ）～（ｄ）の各場合につき、目標アンモニア態窒素濃度決定ステップＳ６ｃではＮＨｎ＋１を下記の通り算出する。

（ａ）の場合、ＮＨｎ―１よりも所定量又は所定割合小さい値をＮＨｎ＋１に設定
（ｂ）の場合、ＮＨｎ―１よりも所定量又は所定割合大きい値をＮＨｎ＋１に設定
（ｃ）の場合、ＮＨｎよりも所定量又は所定割合大きい値をＮＨｎ＋１に設定
（ｄ）の場合、ＮＨｎよりも所定量又は所定割合小さい値をＮＨｎ＋１に設定

なお、ｎ＝１回目の場合は、（ｎ－１）回目に算出された汚濁物除去量である汚濁物除去量Ｒｎ－１が存在しないが、ＮＨ_２として、ＮＨ_１よりも所定量又は所定割合大きい値を設定しても、ＮＨ_１よりも所定量又は所定割合小さい値を設定してもよい。

しかし、水質の悪化を防ぐために、ＮＨ_２としてはＮＨ_１よりも所定量又は所定割合小さい値を設定することが望ましい。ＮＨｎ＋１を設定するときのアンモニア態窒素濃度を増減させる所定量は０．０１～２ｍｇ／Ｌの範囲であることが望ましく、アンモニア態窒素濃度を増減させる所定割合は５～５０％の範囲であることが望ましい。

加算ステップＳ７ｃでは、制御装置１１は、ｎを１加算して（ｎ＋１）として散気ステップＳ２ｂに戻る。

次に、汚濁物除去量と好気領域のアンモニア態窒素濃度との関係を説明する。好気領域５２のアンモニア態窒素濃度と散気量は一般に負の相関があり、散気量が増加するほど硝化反応が促進されるためにアンモニア態窒素濃度は減少する。
一方、散気量が減少するほど硝化反応の進行しないため、アンモニア態窒素濃度は増加する。

したがって、汚濁物除去量とアンモニア態窒素濃度との関係は図３に示した汚濁物除去量と散気量との関係と同じ傾向を示す。
すなわち、縦軸に汚濁物除去量（ｍｇ／Ｌ）、横軸に好気領域のアンモニア態窒素濃度（ｍｇ／Ｌ）をとると、汚濁物除去量はアンモニア態窒素濃度に対して上に凸の傾向が見られ、汚濁物除去量が最大となるアンモニア態窒素濃度であるＮＨ^＊が存在すると想定される。

しかし、実施の形態３では散気量と溶存酸素濃度（ＤＯ）には正の相関が見られたのに対し、実施の形態４では散気量とアンモニア態窒素濃度には負の相関が見られるため、アンモニア態窒素濃度がＮＨ^＊よりも小さい場合と大きい場合とでは、生物反応槽１で起こる反応が実施の形態３とは異なる。

具体的には、アンモニア態濃度がＮＨ^＊よりも小さい場合は好気領域への散気が過剰ということを意味し、嫌気領域への酸素混入により脱窒反応が促進されずに汚濁物除去量が低下する。
一方、アンモニア態濃度がＮＨ^＊よりも大きい場合は散気不足ということを意味し、硝化反応が促進されずに汚濁物除去量が低下する。

目標アンモニア態窒素濃度決定ステップＳ６ｃにおける目標アンモニア態窒素濃度の決定プロセスを汚濁物除去量と好気領域のアンモニア態窒素濃度との関係を示す説明図である図１０に基づいて説明する。
図１０において、縦軸は汚濁物除去量（ｍｇ／Ｌ）、横軸はアンモニア態窒素濃度（ｍｇ／Ｌ）である。
図１０に示すように、汚濁物除去量はアンモニア態窒素濃度に対して上に凸の傾向が見られ、汚濁物除去量が最大となるアンモニア態窒素濃度ＮＨ^＊が存在すると想定される。

ｎ回目に算出された目標アンモニア態窒素濃度ＮＨｎと汚濁物除去量Ｒｎのデータセットを（ＮＨｎ、Ｒｎ）と記載すると、（ＮＨｎ、Ｒｎ）は図１０における汚濁物除去量とアンモニア態窒素濃度との関係を示す曲線上に存在する。

ここで、（ＮＨｎ－１、Ｒｎ－１）がｚ、（ＮＨｎ、Ｒｎ）がｙの位置に存在した場合、これは汚濁物除去量比較ステップＳ５ｃでは（ａ）の条件に分類される。この時、アンモニア態窒素濃度を汚濁物除去量が最大となるＮＨ^＊に近づけるためには、ｚでのアンモニア態窒素濃度であるＮＨｎ－１よりも小さな値を（ｎ＋１）回目で設定する必要がある。
したがって、目標アンモニア態窒素濃度決定ステップＳ６ｃではＮＨｎ―１よりも所定量又は所定割合小さい値をＮＨｎ＋１に設定する。

（ＮＨｎ－１、Ｒｎ－１）がｘ、（ＮＨｎ、Ｒｎ）がｗの位置に存在した場合、これは汚濁物除去量比較ステップＳ５ｃでは（ｂ）の条件に分類される。この時、アンモニア態窒素濃度を汚濁物除去量が最大となるＮＨ^＊に近づけるためには、ｘでのアンモニア態窒素濃度であるＮＨｎ－１よりも大きな値を（ｎ＋１）回目で設定する必要がある。
したがって、目標アンモニア態窒素濃度決定ステップＳ６ｃではＮＨｎ―１よりも所定量又は所定割合大きい値をＮＨｎ＋１に設定する。

（ＮＨｎ－１、Ｒｎ－１）がｗ、（ＮＨｎ、Ｒｎ）がｘの位置に存在した場合、これは汚濁物除去量比較ステップＳ５ｃでは（ｃ）の条件に分類される。この時、アンモニア態窒素濃度を汚濁物除去量が最大となるＮＨ^＊に近づけるためには、ｘでのアンモニア態窒素濃度であるＮＨｎよりも大きな値を（ｎ＋１）回目で設定する必要がある。
したがって、目標アンモニア態窒素濃度決定ステップＳ６ｃではＮＨｎよりも所定量又は所定割合大きな値をＮＨｎ＋１に設定する。

（ＮＨｎ－１、Ｒｎ－１）がｙ、（ＮＨｎ、Ｒｎ）がｚの位置に存在した場合、これは汚濁物除去量比較ステップＳ５ｃでは（ｄ）の条件に分類される。この時、アンモニア態窒素濃度を汚濁物除去量が最大となるＮＨ^＊に近づけるためには、ｚでのアンモニア態窒素濃度であるＮＨｎよりも小さな値を（ｎ＋１）回目で設定する必要がある。
したがって、目標アンモニア態窒素濃度決定ステップＳ６ｃではＮＨｎよりも所定量又は所定割合小さい値をＮＨｎ＋１に設定する。

上記の操作を繰り返し行うことで、ＮＨ^＊付近のアンモニア態窒素濃度が好気領域で設定されることになるため、汚濁物除去量を最大化し、処理水質を常に良好に保つことかできる。さらに、好気領域のアンモニア態窒素濃度を目標値として設定することで、処理水質を一定に保つことができるため、安定した水処理が可能となる。

実施の形態１、３と同様に、水処理装置４００の処理を一般化して説明する。
目標アンモニア態窒素濃度算出部において目標アンモニア態窒素濃度として第一目標アンモニア態窒素濃度を決定する。
好気領域のアンモニア態窒素濃度を第一目標アンモニア態窒素濃度とするように散気を行ったときに汚濁物除去量算出部７で算出された第一汚濁物除去量と、好気領域のアンモニア態窒素濃度を第一目標アンモニア態窒素濃度よりも大きなアンモニア態窒素濃度である第二目標アンモニア態窒素濃度とするように散気を行ったときの第二汚濁物除去量とを比較する。
第一汚濁物除去量が前記第二汚濁物除去量よりも大きい場合に、第三目標アンモニア態窒素濃度として第一目標アンモニア態窒素濃度よりも小さな値を設定し、第一汚濁物除去量が第二汚濁物除去量よりも小さい場合に、第三目標アンモニア態窒素濃度として第二目標アンモニア態窒素濃度よりも大きな値を設定する。

好気領域のアンモニア態窒素濃度を第一目標アンモニア態窒素濃度とするように散気を行ったときに汚濁物除去量算出部７で算出された第一汚濁物除去量と、好気領域のアンモニア態窒素濃度を前記第一目標アンモニア態窒素濃度よりも小さなアンモニア態窒素濃度である第二目標アンモニア態窒素濃度とするように散気を行ったときの第二汚濁物除去量とを比較する。
第一汚濁物除去量が第二汚濁物除去量よりも大きい場合に、第三目標アンモニア態窒素濃度として第一目標アンモニア態窒素濃度よりも大きな値を設定し、第一汚濁物除去量が第二汚濁物除去量よりも小さい場合に、第三目標アンモニア態窒素濃度として第二目標アンモニア態窒素濃度よりも小さな値を設定する。

実施の形態４では、汚濁物除去量が増加するように好気領域のアンモニア態窒素濃度を所定量又は所定割合で変動させるため、汚濁物除去量を最大化しつつ処理水質の変動を抑制して良好な処理水質を保つことができる。

実施の形態４では、実施の形態２の水処理装置の第一、二汚濁物濃度測定部を窒素濃度測定部とアンモニア態窒素濃度測定部に変更した構成について説明した。しかし、実施の形態１において第一汚濁物濃度測定部において窒素濃度を測定し、第二汚濁物濃度測定部においてアンモニア態窒素濃度を測定する構成としても、実施の形態１で説明した方法で汚濁物除去量を算出できる。この場合、流入水量測定部および返送汚泥流量測定部は設ける必要はない。

実施の形態４の水処理装置は、実施の形態２の水処理装置の第一、二汚濁物濃度測定部を窒素濃度測定部とアンモニア態窒素濃度測定部に変更するとともに、制御装置内の目標散気量算出部を目標アンモニア態窒素濃度算出部に変更した構成としたものである。
したがって、本実施の形態４の水処理装置は、汚濁物除去量を算出し、汚濁物除去量が増加するように散気量を制御するため、処理水質を良好に保つことができる。さらに、汚濁物除去量を最大化し、処理水質を良好に保つことができる。

実施の形態５．
実施の形態５の水処理装置は、実施の形態２の水処理装置に流入負荷測定部を追加した構成としたものである。

以下、実施の形態５に係る水処理装置の構成、動作について、水処理装置の構成図である図１１に基づいて、実施の形態２との差異を中心に説明する。
実施の形態５の水処理装置の構成図である図１１において、実施の形態２と同一あるいは相当部分は、同一の符号を付している。
また、実施の形態２と区別するために、水処理装置５００としている。

実施の形態５の水処理装置５００は、実施の形態２の水処理装置２００に対して、流入負荷測定部６１を追加している。

まず、実施の形態５の水処理装置５００の構成および動作について、図１１に基づいて説明する。

嫌気領域５１には生物反応槽１における流入負荷を測定するための流入負荷測定部６１が設置されている。
流入負荷測定部６１はアンモニア態窒素濃度計、全窒素濃度計、硝酸態窒素濃度計、亜硝酸態窒素濃度計、全燐濃度計、燐酸態燐濃度計、ＣＯＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｏｘｙｇｅｎ ｄｅｍａｎｄ）計、ＢＯＤ（ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｏｘｙｇｅｎ ｄｅｍａｎｄ）計、有機物濃度計、およびＮＡＤＨ計の内少なくとも１つ以上の測定器を備える。

なお、流入負荷測定部６１と第一汚濁物濃度測定部５が共にアンモニア態窒素濃度計である場合など、同一の計測器を備える場合は流入負荷測定部６１と第一汚濁物濃度測定部５のどちらか一方のみを使用しても構わない。
また、季節等の影響を考慮するために、水温計を設けていてもよい。
さらに、測定時間と関連付けて測定値を記録する機能を有する。又は、測定値を記録するための記録装置を測定器とは別に備えていてもよい。

流入負荷測定部６１は生物反応槽１における流入負荷を測定するため、配管ａに接続することもできる。しかし、その場合には沈殿槽２から配管ｄを介して返送される活性汚泥の影響を測定することができない。したがって、流入負荷測定部６１は嫌気領域５１内に設置することが望ましい。

流入負荷測定部６１で測定された流入負荷は信号線６１ａを介して、目標散気量算出部１０に送信される。

制御装置１１における散気量制御方法について、図２のフロー図を参照して説明する。 実施の形態５の水処理装置５００において、実施の形態２と異なる点は、散気ステップＳ２ａでの第一散気量Ｑ_１の算出方法である。
実施の形態５では第一散気量Ｑ_１を式（６）により算出する。

Ｑ_１＝ｋ１×Ｍ_Ｌ ^α１＋ｂ１ （６）
ここで、ｋ１、α１、ｂ１は定数、Ｍ_Ｌは流入負荷測定部６１で測定された流入負荷の値である。

一般に、流入負荷が大きい方が処理するべき汚濁物量が多いため、その分多くの散気を必要とする。したがって、流入負荷測定部６１で測定された流入負荷が大きい程汚濁物除去量が最大となる散気量Ｑ^＊は大きくなり、流入負荷が小さい程汚濁物除去量が最大となる散気量Ｑ^＊は小さくなると想定される。
したがって、Ｑ_１を流入負荷の値に基づいて設定することにより、散気量をいち早くＱ^＊付近に設定することができる。

ここで、ｋ１、α１、ｂ１は流入負荷測定部６１で測定された流入負荷の値と、その時の汚濁物除去量が最大となる散気量Ｑ^＊の値を過去データから収集し、それらの統計解析結果から決定される。または、活性汚泥モデル等のシミュレーションにより流入負荷の値から汚濁物除去量が最大となる散気量Ｑ^＊を算出するなどして決定される定数である。
また、ｋ１、α１、ｂ１は期間を通じて常に一定とは限らず、季節変動および活性汚泥の性状に応じて再設定してもよい。

本実施の形態５では実施の形態２に流入負荷測定部６１を追加した構成について説明したが、実施の形態１、実施の形態３及び実施の形態４に流入負荷測定部６１を追加する構成として同様の効果を奏する。
その場合、実施の形態１では第一目標散気量Ｑ_１を式（６）により算出する。
実施の形態３では、第一目標溶存酸素濃度であるＤＯ１を式（７）により算出する。
実施の形態４では、第一目標アンモニア態窒素濃度であるＮＨ_１を式（８）により算出する。

ＤＯ_１＝ｋ２×Ｍ_Ｌ ^α２＋ｂ２ （７）

ＮＨ_１＝ｋ３×Ｍ_Ｌ ^α３＋ｂ３ （８）

ここで、ｋ２、α２、ｂ２は流入負荷測定部６１で測定された流入負荷の値と、その時の汚濁物除去量が最大となるＤＯ^＊である。また、ｋ３、α３、ｂ３は流入負荷測定部６１で測定された流入負荷の値と、その時の汚濁物除去量が最大となるＮＨ^＊の値である。
これら定数は過去データから収集し、それらの統計解析結果から決定される。または、活性汚泥モデル等のシミュレーションにより流入負荷の値から汚濁物除去量が最大となるＤＯ^＊、ＮＨ^＊を算出するなどして決定される。

実施の形態５では嫌気領域５１に設置した流入負荷測定部６１の測定値に基づいて第一散気量を設定するため、散気量をいち早く汚濁物除去量が最大となる散気量Ｑ^＊付近に設定ことができる。これにより効率的に散気量を制御しつつ汚濁物除去量を最大化し、処理水質を良好に保つことができる。

実施の形態５の水処理装置は、実施の形態２の水処理装置に流入負荷測定部を追加した構成としたものである。
したがって、本実施の形態５の水処理装置は、汚濁物除去量を算出し、汚濁物除去量が増加するように散気量を制御するため、処理水質を良好に保つことができる。さらに、効率的に散気量を制御しつつ汚濁物除去量を最大化し、処理水質を良好に保つことができる。

実施の形態６．
実施の形態６の水処理装置は、実施の形態２の水処理装置に混合液浮遊物濃度測定部と汚泥引抜量制御部を追加し、制御装置内に目標混合液浮遊物濃度算出部を追加した構成としたものである。

以下、実施の形態６に係る水処理装置の構成、動作について、水処理装置の構成図である図１２に基づいて、実施の形態２との差異を中心に説明する。
実施の形態６の水処理装置の構成図である図１２において、実施の形態２と同一あるいは相当部分は、同一の符号を付している。
また、実施の形態２と区別するために、水処理装置６００としている。
なお、以下の説明および図１２において、混合液浮遊物濃度測定部をＭＬＳＳ（ｍｉｘｅｄ ｌｉｑｕｏｒ ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ ｓｏｌｉｄ）測定部と記載し、目標混合液浮遊物濃度算出部を目標ＭＬＳＳ算出部と記載している。

実施の形態６の水処理装置６００は、実施の形態２の水処理装置２００に対して、ＭＬＳＳ測定部７１と汚泥引抜量制御部７２を追加し、制御装置１１内に目標ＭＬＳＳ算出部７３を追加している。

まず、実施の形態６の水処理装置６００の構成および動作について、図１２に基づいて説明する。

生物反応槽１には混合液浮遊物濃度を測定するためのＭＬＳＳ測定部７１が設置されている。
図１２ではＭＬＳＳ測定部７１は好気領域５２に設置されているが、生物反応槽１内であれば必ずしも好気領域５２に設置する必要はなく、嫌気領域５１内に設置しても同様の効果を奏する。

目標ＭＬＳＳ算出部７３は信号線７ｃを介して送信された汚濁物除去量に基づいて、生物反応槽１の目標混合液浮遊物濃度を算出する。目標ＭＬＳＳ算出部７３で算出された目標混合液浮遊物濃度は信号線７３ａを介して汚泥引抜量制御部７２に送信される。

汚泥引抜量制御部７２は配管ｅに設置されており、信号線７１ａを介してＭＬＳＳ測定部７１から送信された生物反応槽１の混合液浮遊物濃度を目標ＭＬＳＳ算出部７３で算出された目標混合液浮遊物濃度とするように、汚泥引抜量を制御する。

汚泥引抜量の制御方法は生物反応槽１の混合液浮遊物濃度が目標混合液浮遊物濃度となればどのような手法でもよい。
例えば、汚泥引抜量をゼロとすると生物反応槽１内に活性汚泥が蓄積し、混合液浮遊物濃度は増加することになるため、最初は汚泥引抜量をゼロと設定しておき、生物反応槽１の混合液浮遊物濃度が目標混合液浮遊物濃度以上となった段階で汚泥引抜を開始する。そして、生物反応槽１の混合液浮遊物濃度が目標混合液浮遊物濃度になった段階で汚泥引抜を停止する制御を行ってもよい。

この場合、汚泥引抜流量は水処理場で設置している活性汚泥引抜ポンプの最大流量以下の範囲で任意に設定可能である。
また、引抜汚泥濃度を測定している場合は、生物反応槽１の混合液浮遊物濃度が目標混合液浮遊物濃度以上となったとき、式（９）に基づいて汚泥引抜流量を算出し、式（９）で算出した汚泥引抜流量で活性汚泥を沈殿槽２から引き抜く制御を行ってもよい。

Ｑｅｘ＝（ＭＬＳＳ－ＭＬＳＳｔ）×Ｖ／（ｃ×ｔｅｘ） （９）

ここで、Ｑｅｘは汚泥引抜流量、ＭＬＳＳは生物反応槽１の混合液浮遊物濃度、ＭＬＳＳｔは目標混合液浮遊物濃度、Ｖは生物反応槽１の容積、ｃは引抜汚泥濃度、ｔｅｘは汚泥引抜時間である。

次に、目標ＭＬＳＳ算出部７３における目標混合液浮遊物濃度の算出方法について説明する。
目標ＭＬＳＳ算出部７３では、汚濁物除去量の下限値が設定されており、汚濁物除去量算出部７で算出された汚濁物除去量と汚濁物除去量の下限値を比較する。
汚濁物除去量算出部７で算出された汚濁物除去量が下限値を上回っている場合には、目標ＭＬＳＳ算出部７３は目標混合液浮遊物濃度を変更しない。
しかし、汚濁物除去量算出部７で算出された汚濁物除去量が下限値を下回った場合には、目標ＭＬＳＳ算出部７３は目標混合液浮遊物濃度を所定量又は所定割合増加させる。
目標混合液浮遊物濃度を増加させる所定量は１０～５００ｍｇ／Ｌの範囲であることが望ましく、目標混合液浮遊物濃度を増加させる所定割合は５～５０％の範囲であることが望ましい。

一般に、混合液浮遊物濃度が高い方が生物反応槽１内の活性汚泥量が増加するため、汚濁物の除去量が増加させることができる。したがって、汚濁物除去量が下限値を下回っている場合には、目標混合液浮遊物濃度を増加させることにより生物反応槽１内の活性汚泥量を増加させ、処理水質を良好に保つことができる。

標準活性汚泥法での都市下水の処理においては、混合液浮遊物濃度は１０００ｍｇ／Ｌ～３０００ｍｇ／Ｌの範囲に保たれることが一般的であるが、十分な汚濁物除去性能を得るためには混合液浮遊物濃度は２０００ｍｇ／Ｌ以上とすることが望ましい。
したがって、目標ＭＬＳＳ算出部７３で算出する目標混合液浮遊物濃度は２０００ｍｇ／Ｌ以上であることが望ましい。

混合液浮遊物濃度を増加させるために汚泥引抜量を減少または汚泥引抜を停止させていると、沈殿槽２に活性汚泥が堆積して沈殿槽２から活性汚泥が流出する可能性が考えられる。
したがって、沈殿槽２に界面計を設置し、沈殿槽２から活性汚泥が流出しない範囲で汚泥引抜量を制御する構成としてもよい。

また、汚濁物除去量が下限値よりも大きい状態が１週間以上続く場合など、汚濁物が長期にわたって安定的に除去されている場合は、混合液浮遊物濃度を低下させても十分な汚濁物除去性能を得られる可能性が高い。したがって、このような場合には目標混合液浮遊物濃度を低下させる機能を有していても構わない。

汚濁物除去量の下限値は、各処理場ごとに定めている処理水質の規制値に基づいて算出する。例えば、平均的な被処理水のアンモニア態窒素濃度が２０ｍｇ／Ｌの処理場において、処理水のアンモニア態窒素濃度の規制値として２ｍｇ／Ｌと設定している場合、汚濁物除去量の下限値は１８ｍｇ／Ｌとなる。
汚濁物除去量の下限値を被処理水のアンモニア態窒素濃度に対する汚濁物除去量の比率として求める場合、下限値は９０％となる。

実施の形態６では実施の形態２にＭＬＳＳ測定部、汚泥引抜量制御部、目標ＭＬＳＳ算出部を追加した構成について説明した。しかし、実施の形態１、実施の形態３、および実施の形態４にＭＬＳＳ測定部等を追加する構成としても同様の効果を奏する。

実施の形態６では汚濁物除去量が下限値を下回った場合に目標混合液浮遊物濃度を上げるように汚泥引抜量を制御することにより、処理水質の規制値を遵守するために除去すべき量の汚濁物を確実に除去し、処理水質を良好に保つことができる。

実施の形態６の水処理装置は、実施の形態２の水処理装置に混合液浮遊物濃度測定部と汚泥引抜量制御部を追加し、制御装置内に目標混合液浮遊物濃度算出部を追加した構成としたものである。
したがって、本実施の形態６の水処理装置は、汚濁物除去量を算出し、汚濁物除去量が増加するように散気量を制御するため、処理水質を良好に保つことができる。さらに、生物反応槽１内の活性汚泥量を増加させ、処理水質を良好に保つことができる。

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
したがって、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１ 生物反応槽、２ 沈殿槽、３ 散気部、４ 空気供給部、
５ 第一汚濁物濃度測定部、６ 第二汚濁物濃度測定部、７ 汚濁物除去量算出部、
８ 記録部、９ 汚濁物除去量比較部、１０ 目標散気量算出部、１１ 制御装置、
２１ 流入水量測定部、２２ 返送汚泥流量測定部、３１ ＤＯ測定部、
３２ 目標ＤＯ算出部、４１ 窒素濃度測定部、４２ アンモニア態窒素濃度測定部、
４３ 目標アンモニア態窒素濃度算出部、５１ 嫌気領域、５２ 好気領域、
５０ 仕切り板、６１ 流入負荷測定部、７１ ＭＬＳＳ測定部、
７２ 汚泥引抜量制御部、７３ 目標ＭＬＳＳ算出部、
１００，２００，３００，４００，５００，６００ 水処理装置、
ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ 配管、
５ａ，６ａ，７ａ、８ａ，９ａ，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，２１ａ，２２ａ，３１ａ，３２ｂ，３２ｃ，４１ａ，４２ａ，４３ａ、４３ｂ，４３ｃ，６１ａ，７１ａ，７３ａ 信号線。

Claims (8)

1. 生物反応槽へ供給された被処理水に対して活性汚泥法を用いた水処理を行う水処理装置において、
   前記生物反応槽は、散気を行う好気領域と、前記好気領域の上流側に設置された前記好気領域よりも溶存酸素濃度の低い領域である嫌気領域と、前記好気領域に散気を行う散気部とを備え、
   前記嫌気領域の汚濁物濃度を測定する第一汚濁物濃度測定部と、前記好気領域の汚濁物濃度を測定する第二汚濁物濃度測定部と、前記散気の制御を行う制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記第一汚濁物濃度測定部で測定された第一汚濁物濃度と前記第二汚濁物濃度測定部で測定された第二汚濁物濃度とに基づいて、汚濁物除去量を算出する汚濁物除去量算出部を備え、前記汚濁物除去量に基づいて散気量の制御を行い、
   前記制御装置は、前記散気部から供給される前記散気量を算出する目標散気量算出部を有し、前記目標散気量算出部において目標散気量を決定し、
   ｎ回目に算出された汚濁物除去量をＲｎ、ｎ回目の目標散気量をＱｎとしたとき、
   （ｎ－１）回目に算出された汚濁物除去量Ｒｎ－１と（ｎ－１）回目の目標散気量Ｑｎ－１、およびｎ回目に算出された汚濁物除去量Ｒｎとｎ回目の目標散気量Ｑｎとを比較し、
   Ｑｎ－１≧Ｑｎ、かつＲｎ－１≧Ｒｎの場合は、（ｎ＋１）回目の目標散気量Ｑｎ＋１として、（ｎ―１）回目の目標散気量Ｑｎ－１より大きい値を設定し、
   Ｑｎ－１＜Ｑｎ、かつＲｎ－１≧Ｒｎの場合は、（ｎ＋１）回目の目標散気量Ｑｎ＋１として、（ｎ―１）回目の目標散気量Ｑｎ－１より小さい値を設定し、
   Ｑｎ－１≧Ｑｎ、かつＲｎ－１＜Ｒｎの場合は、（ｎ＋１）回目の目標散気量Ｑｎ＋１として、ｎ回目の目標散気量Ｑｎより小さい値を設定し、
   Ｑｎ－１＜Ｑｎ、かつＲｎ－１＜Ｒｎの場合は、（ｎ＋１）回目の目標散気量Ｒｎ＋１として、ｎ回目の目標散気量Ｑｎより大きい値を設定し、
   前記散気量の制御を行う水処理装置。
2. 生物反応槽へ供給された被処理水に対して活性汚泥法を用いた水処理を行う水処理装置において、
   前記生物反応槽は、散気を行う好気領域と、前記好気領域の上流側に設置された前記好気領域よりも溶存酸素濃度の低い領域である嫌気領域と、前記好気領域に散気を行う散気部とを備え、
   前記嫌気領域の汚濁物濃度を測定する第一汚濁物濃度測定部と、前記好気領域の汚濁物濃度を測定する第二汚濁物濃度測定部と、前記散気の制御を行う制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記第一汚濁物濃度測定部で測定された第一汚濁物濃度と前記第二汚濁物濃度測定部で測定された第二汚濁物濃度とに基づいて、汚濁物除去量を算出する汚濁物除去量算出部を備え、前記汚濁物除去量に基づいて散気量の制御を行い、
   前記好気領域の溶存酸素濃度を測定する溶存酸素濃度測定部を備え、
   前記制御装置は、前記好気領域の目標溶存酸素濃度を算出する目標溶存酸素濃度算出部を備え、前記目標溶存酸素濃度算出部において目標溶存酸素濃度を決定し、
   ｎ回目に算出された汚濁物除去量をＲｎ、ｎ回目の目標溶存酸素濃度をＤＯｎとしたとき、
   （ｎ－１）回目に算出された汚濁物除去量Ｒｎ－１と（ｎ－１）回目の目標溶存酸素濃度ＤＯｎ－１、およびｎ回目に算出された汚濁物除去量Ｒｎとｎ回目の目標溶存酸素濃度ＤＯｎとを比較し、
   ＤＯｎ－１≧ＤＯｎ、かつＲｎ－１≧Ｒｎの場合は、（ｎ＋１）回目の目標溶存酸素濃度ＤＯｎ＋１として、（ｎ―１）回目の目標散気量ＤＯｎ－１より大きい値を設定し、
   ＤＯｎ－１＜ＤＯｎ、かつＲｎ－１≧Ｒｎの場合は、（ｎ＋１）回目の目標溶存酸素濃度ＤＯｎ＋１として、（ｎ―１）回目の目標溶存酸素濃度ＤＯｎ－１より小さい値を設定し、
   ＤＯｎ－１≧ＤＯｎ、かつＲｎ－１＜Ｒｎの場合は、（ｎ＋１）回目の目標溶存酸素濃度ＤＯｎ＋１として、ｎ回目の目標溶存酸素濃度ＤＯｎより小さい値を設定し、
   ＤＯｎ－１＜ＤＯｎ、かつＲｎ－１＜Ｒｎの場合は、（ｎ＋１）回目の目標溶存酸素濃度ＤＯｎ＋１として、ｎ回目の目標溶存酸素濃度ＤＯｎより大きい値を設定し、
   前記散気量の制御を行う水処理装置。
3. 生物反応槽へ供給された被処理水に対して活性汚泥法を用いた水処理を行う水処理装置において、
   前記生物反応槽は、散気を行う好気領域と、前記好気領域の上流側に設置された前記好気領域よりも溶存酸素濃度の低い領域である嫌気領域と、前記好気領域に散気を行う散気部とを備え、
   前記嫌気領域の汚濁物濃度を測定する第一汚濁物濃度測定部と、前記好気領域の汚濁物濃度を測定する第二汚濁物濃度測定部と、前記散気の制御を行う制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記第一汚濁物濃度測定部で測定された第一汚濁物濃度と前記第二汚濁物濃度測定部で測定された第二汚濁物濃度とに基づいて、汚濁物除去量を算出する汚濁物除去量算出部を備え、前記汚濁物除去量に基づいて散気量の制御を行い、
   前記第一汚濁物濃度測定部は前記嫌気領域の窒素濃度を測定し、前記第二汚濁物濃度測定部は前記好気領域のアンモニア態窒素濃度を測定し、
   前記制御装置は、前記好気領域の目標アンモニア態窒素濃度を算出する目標アンモニア態窒素濃度算出部を備え、
   前記目標アンモニア態窒素濃度算出部において目標アンモニア態窒素濃度を決定し、
   ｎ回目に算出された汚濁物除去量をＲｎ、ｎ回目の目標アンモニア態窒素濃度をＮＨｎとしたとき、
   （ｎ－１）回目に算出された汚濁物除去量Ｒｎ－１と（ｎ－１）回目の目標アンモニア態窒素濃度ＮＨｎ－１、およびｎ回目に算出された汚濁物除去量Ｒｎとｎ回目の目標アンモニア態窒素濃度ＮＨｎとを比較し、
   ＮＨｎ－１＜ＮＨｎ、かつＲｎ－１≧Ｒｎの場合は、（ｎ＋１）回目の目標アンモニア態窒素濃度ＮＨｎ＋１として、（ｎ―１）回目の目標アンモニア態窒素濃度ＮＨｎ－１より小さい値を設定し、
   ＮＨｎ－１≧ＮＨｎ、かつＲｎ－１≧Ｒｎの場合は、（ｎ＋１）回目の目標アンモニア態窒素濃度ＮＨｎ＋１として、（ｎ―１）回目の目標アンモニア態窒素濃度ＮＨｎ－１より大きい値を設定し、
   ＮＨｎ－１＜ＮＨｎ、かつＲｎ－１＜Ｒｎの場合は、（ｎ＋１）回目の目標アンモニア態窒素濃度ＮＨｎ＋１として、ｎ回目の目標アンモニア態窒素濃度ＮＨｎより大きい値を設定し、
   ＮＨｎ－１≧ＮＨｎ、かつＲｎ－１＜Ｒｎの場合は、（ｎ＋１）回目の目標アンモニア態窒素濃度ＮＨｎ＋１として、ｎ回目の目標アンモニア態窒素濃度ＮＨｎより小さい値を設定し、
   前記散気量の制御を行う水処理装置。
4. 前記生物反応槽に蓄えられた活性汚泥と被処理水の混合液を固液分離する沈殿槽と、前記生物反応槽へ流入する被処理水の流入水量を測定する流入水量測定部と、前記沈殿槽から前記生物反応槽へと返送される活性汚泥の流量を測定する返送汚泥流量測定部とを備え、
   前記制御装置は、前記第一汚濁物濃度と前記第二汚濁物濃度に加え、前記流入水量と返送活性汚泥流量とに基づいて、前記汚濁物除去量を算出する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の水処理装置。
5. 前記生物反応槽に蓄えられた活性汚泥と被処理水の混合液を固液分離する沈殿槽と、前記生物反応槽の混合浮遊物質濃度を測定する混合浮遊物質濃度測定部と、前記沈殿槽から余剰分の活性汚泥を引き抜く汚泥引抜流量を制御する汚泥引抜量制御部とを備え、
   前記制御装置は、前記汚濁物除去量から前記生物反応槽の目標混合浮遊物質濃度を算出する目標混合浮遊物質濃度算出部を備え、前記生物反応槽の混合浮遊物質濃度を前記目標混合浮遊物質濃度とするように、前記汚泥引抜流量を制御する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の水処理装置。
6. 前記生物反応槽の混合浮遊物質濃度を測定する混合浮遊物質濃度測定部と、前記沈殿槽から余剰分の活性汚泥を引き抜く汚泥引抜流量を制御する汚泥引抜量制御部とを備え、
   前記制御装置は、前記汚濁物除去量から前記生物反応槽の目標混合浮遊物質濃度を算出する目標混合浮遊物質濃度算出部を備え、前記生物反応槽の混合浮遊物質濃度を前記目標混合浮遊物質濃度とするように、前記汚泥引抜流量を制御する請求項４に記載の水処理装置。
7. 前記嫌気領域に前記生物反応槽へ流入する被処理水の負荷を測定する流入負荷測定部を備え、前記制御装置は、流入負荷に基づいて、前記散気量の制御の初期値を設定する請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の水処理装置。
8. 前記流入負荷測定部として、アンモニア態窒素濃度計、全窒素濃度計、硝酸態窒素濃度計、亜硝酸態窒素濃度計、全燐濃度計、燐酸態燐濃度計、ＣＯＤ計、ＢＯＤ計、有機物濃度計、およびＮＡＤＨ計の内少なくとも１つ以上の測定器を備える請求項７に記載の水処理装置。

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