JP2004275826A

JP2004275826A - 下水処理場水質監視制御装置

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Publication number: JP2004275826A
Application number: JP2003067904A
Authority: JP
Inventors: Takumi Obara; 卓巳小原; Masahiko Tsutsumi; 正彦堤; Osamu Yamanaka; 理山中; Tadao Motoki; 唯夫本木; Yukio Hatsuka; 行雄初鹿
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-03-13
Filing date: 2003-03-13
Publication date: 2004-10-07

Abstract

【課題】生物反応速度の悪化を推定し、水質悪化を未然に防止する。
【解決手段】生物反応槽により構成される下水処理場における水質の監視制御を行う下水処理場水質監視制御装置において、生物反応槽７の反応槽内またはその生物反応槽より後段部に位置する槽もしくは配管もしくは池における水質成分を計測する第１の水質センサ２５と、指定された生物反応槽より前段部に位置する槽６もしくは配管もしくは池における第１の水質センサで計測された水質成分と同じ水質成分を計測する第２の水質センサ２４と、第１、第２の水質センサの各計測値より指定された生物反応槽内の特定の水質成分の生物反応速度を推定する生物反応速度推定装置２６と、推定された生物反応速度に基づき、この生物反応速度の悪化及びその原因、対策をガイダンスする監視装置２１とを備える。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、１つ以上の生物反応槽により構成される下水処理場における水質の監視制御を行う下水処理場水質監視制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、多くの下水処理場においては、微生物の働きを利用した生物学的手法により下水の処理を行っている。従来は、有機物成分の除去を主に単一の生物反応槽を利用した標準活性汚泥法が主流であったが、近年、湖沼や湾等の閉鎖性水域における富栄養化の問題などから窒素、リンなどの栄養塩を除去する要求が高まっている。
【０００３】
これらに対応するため、従来処理で行っていた有機物成分の除去に加え、窒素、リンも同時に除去する曝気槽を備えた窒素・リン除去型高度処理プロセス（以下、高度処理プロセス）が導入されつつある。高度処理プロセスでは、複数の生物反応槽を利用し、脱窒素、脱リンを行っている。こうした高度処理プロセスの一つとして、図８に示す凝集剤注入型嫌気−無酸素−好気法（凝集剤注入Ａ_２Ｏ法）と呼ばれる処理プロセスが知られている。
【０００４】
図８の水処理プロセスにおいて、下水処理場に流入する流入水１の一部は、水配管５０、弁１９を介して最初沈殿池２に流入し、水配管５１を介して、嫌気槽５と無酸素槽６と曝気装置４を備えた好気槽７との組合せから構成される曝気槽における先頭の嫌気槽５に流入する。また、流入水１の残りは、水配管５０、水配管５９、初沈バイパス弁１８を介して嫌気槽５に流入する。
【０００５】
流入水１は、嫌気槽５、無酸素槽６、好気槽７を経由する過程で処理され、好気槽７から、水配管５２、最終沈殿池８、水配管６０を介して、処理水３として外部に放流される。
【０００６】
一方、炭素源貯留槽１６から、炭素源注入ポンプ１９、水配管５７を介して、嫌気槽５に炭素源が注入される。また、凝集剤貯留槽１７から、ＰＡＣ注入ポンプ１１、水配管５６を介して、好気槽７に凝集剤が注入される。さらに、アルカリ貯留槽３９から、アルカリ注入ポンプ３８、水配管６１を介して、好気槽７にアルカリ剤が注入される。
【０００７】
一方、好気槽７の被処理水は、水配管５３、循環ポンプ９を介して、無酸素槽６に返流される。また、最終沈殿池８の沈殿水は、水配管５４、返送ポンプ１０を介して、嫌気槽５に返流される。さらに、最終沈殿池８の最終汚泥水は、水配管５５、余剰ポンプ１２を介して、汚泥貯留槽１５に流出される。さらにまた、最初沈殿池２の初沈汚泥水は、初沈引抜ポンプ１３、水配管５８を介して、汚泥貯留槽１５に流出される。
【０００８】
このような水処理プロセスにおいて、窒素除去は次のように行われる。
好気槽７において、アンモニア性窒素（ＮＨ_４−Ｎ）は硝化菌の働きにより、亜硝酸性窒素（ＮＯ_２−Ｎ）、硝酸性窒素（ＮＯ_３−Ｎ）に酸化される。そして、循環ポンプ９により無酸素槽６に送込まれた亜硝酸性窒素（ＮＯ_２−Ｎ）、硝酸性窒素（ＮＯ_３−Ｎ）は、無酸素条件下で有機物を栄養源とする脱窒細菌による硝酸性呼吸あるいは亜硝酸性呼吸により、窒素ガス（Ｎ_２）へと還元され、系外（大気中）に除去される。
【０００９】
ここで、好気槽７における硝化菌の働きが何らかの原因により阻害されると処理水３のアンモニア性窒素濃度が悪化し、無酸素槽６内の脱窒菌の働きが何らかの原因により阻害されると処理水３の硝酸性窒素濃度が悪化する。
【００１０】
また、水処理プロセスにおいて、リン除去は次のように行われる。
嫌気槽５において、活性汚泥中のリン蓄積細菌は、酢酸などの有機酸を体内に蓄積し、リン酸（ＰＯ_４）を放出する。この過剰放出したリン酸態のリンを曝気槽の後段に配置された好気槽７でリン蓄積細菌のリン過剰摂取作用を利用して、嫌気槽５で放出された以上のリン酸態のリンを活性汚泥に吸収させることによりリン除去を行う。
【００１１】
ここで、このリン除去の反応を進行させるために、嫌気槽５において、リン蓄積細菌に対して十分なリンの吐出を行わせなくては、後に続くリンの過剰摂取反応も不十分となり、処理水３のリン濃度が悪化する。
【００１２】
また、この反応を進行させるためには、酢酸などの有機酸が水素供与体として必要となる。流入水１に雨水が大量に含まれる時には有機酸濃度が薄くなり、嫌気槽５においてリン蓄積菌が利用できる有機物が減少することから、十分なリンの吐き出し反応が行われなくなるため、後に続くリンの過剰摂取反応も不十分となる。
【００１３】
これを補填するために、リン除去に必要な炭素源を炭素源貯留槽１６から嫌気槽５に供給するかもしくは、凝集剤貯留槽１７に蓄えられたポリ塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、硫酸鉄などの凝集剤を好気槽７に注入してリン酸アルミニウムやリン酸鉄の形でリン成分を沈殿させることによりリンを除去する。
【００１４】
このように、主に生物反応を利用して有機物、窒素、リンの除去を行う水処理プロセスでは、微生物の活性が非常に重要な因子となる。この微生物の活性は生物反応測度により把握することが出来る。
【００１５】
しかしながら、実際に下水処理場の運転員が生物反応速度をバッチ試験により分析することもあるが、それほど頻繁に行うことはできず、微生物活性の悪化を判断するのは運転員の経験的知識によるところが大きく実際に水質が悪化してから対策を行うことが多くなってしまう。
【００１６】
もし、微生物の生物反応速度の悪化を前もって把握することができれば、運転員は硝化、脱窒反応であれば、曝気装置４の調節、アルカリ剤を投入する、無酸素の水素供与体である有機源の投入、無酸素の無酸素状態が確保されているか否かなど予め原因および対策の調査をできるようになるため、種々の対策を打つことが可能となる。
【００１７】
脱リン反応においても同様で、脱リン速度を把握できれば、凝集剤または炭素源の投入が必要か否かの判断も行うことができるようになる。
【００１８】
従来技術として、微生物の呼吸速度を測定する呼吸速度計により、生物反応の活性を直接計測する方法があるが、これによって有機物、窒素、リンなどの水質成分の生物反応測度をそれぞれ測定できるわけでなく、有機物除去は行われているが、硝化が十分行われていない（硝化菌の活性が低い）もしくはリン除去が行われていない（リン蓄積性細菌の活性が低い）場合の判断ができない。
【００１９】
図９は、このような水処理プロセスが採用された下水処理場における水質の監視制御を行う下水処理場水質監視制御装置を示すブロック図である。
最終沈殿池８から水配管６０を介して流出した処理水３の水質は水質センサ２０で計測されて、監視装置２１に表示される。運転員２２は、監視装置２１に表示された水質の計測値と、水質の手分析値、前述した生物呼吸速度試験の結果、活性汚泥の色、匂いなどの情報２３により、水質反応の悪化を判断する。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図９に示す下水処理場水質監視制御装置においてもまだ解消すべき次のような課題があった。
【００２１】
すなわち、前述したように、運転員２２は、監視装置２１に表示された水質の計測値と、水質の手分析値、生物呼吸速度試験の結果、活性汚泥の色、匂いなどの情報２３により、水質反応の悪化を判断するしかなく、実際に水質が悪化してから対策をとらざるを得ず、また対策をとるにあたっても長年の経験および専門知識が必要である。
【００２２】
また、流入水１の窒素負荷、リン負荷が高い場合においては、生物学的に窒素、リンを除去するのが困難で処理水３が悪化する場合がある。このような場合においても、生物反応速度を把握しなくては、生物処理の限界で処理水質が悪化しているのか、生物の状態が悪化して処理水質が悪化しているのかの判断が難しく、原因の究明に時間がかかり、対策をとるのが遅れてしまうことがある。
【００２３】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、処理される水の流路に沿った複数位置にそれそれぞれ水質センサを設け、各水質センサの計測値を利用して、生物反応速度を推定することにより、生物反応の悪化を実際に水質が悪化する前に把握し、下水処理場の運転員に対して、対策をガイダンスでき、また、水質悪化の原因を特定できた場合には、水質が回復するよう自動制御を行うことができ、運転員の負担を軽減でき、常に、一定水準以上の処理水質を確保できる下水処理場水質監視制御装置を提供することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解消するために、請求項１の発明は、１つ以上の生物反応槽により構成される下水処理場における水質の監視制御を行う下水処理場水質監視制御装置において、１つ以上の生物反応槽における指定された生物反応槽の反応槽内またはその生物反応槽より後段部に位置する槽もしくは配管もしくは池における水質成分を計測する一つ以上の第１の水質センサと、指定された生物反応槽より前段部に位置する槽もしくは配管もしくは池における第１の水質センサで計測された水質成分と同じ水質成分を計測する一つ以上の第２の水質センサと、第１、第２の水質センサの各計測値より指定された生物反応槽内の特定の水質成分の生物反応速度を推定する生物反応速度推定装置と、この生物反応速度推定装置によって推定された生物反応速度に基づき、この生物反応速度の悪化及びその原因、対策をガイダンスする監視装置とを備えている。
【００２５】
このように構成された下水処理場水質監視制御装置においては、例えば、指定された生物反応槽の前段に第２の水質センサが設置され、指定された生物反応槽又は後段に第１の水質センサが設置されている。したがって、この第１、第２の水質センサの各計測値より指定された生物反応槽内の特定の水質成分の生物反応速度を推定可能となる。よって、この生物反応速度の悪化及びその原因、対策が監視装置にてガイダンス表示されるので、運転員は、生物反応速度の悪化の対策を実行でき、処理水の悪化を未然に防止できる。
【００２６】
また、請求項２の発明は、１つ以上の生物反応槽により構成される下水処理場における水質の監視制御を行う下水処理場水質監視制御装置において、１つ以上の生物反応槽における指定された生物反応槽の反応槽内またはその生物反応槽より後段部に位置する槽もしくは配管もしくは池における水質成分を計測する一つ以上の第１の水質センサと、指定された生物反応槽より前段部に位置する槽もしくは配管もしくは池における、第１の水質センサで計測された水質成分を推定可能で、かつ第１の水質センサで計測された水質成分と異なる水質成分を計測する一つ以上の第２の水質センサと、第１、第２の水質センサの各計測値より指定された生物反応槽内の特定の水質成分の生物反応速度を推定する生物反応速度推定装置と、この生物反応速度推定装置によって推定された生物反応速度に基づき、この生物反応速度の悪化及びその原因、対策をガイダンスする監視装置とを備えている。
【００２７】
このように構成された下水処理場水質監視制御装置においては、第２の水質センサは、第１の水質センサで計測された水質成分を推定可能で、かつ第１の水質センサで計測された水質成分と異なる水質成分を計測する。したがって、生物反応速度推定装置において、第２の水質センサはで計測された水質成分を、第１の水質センサで計測された水質成分に変換（推定）可能であるので、これらの計測値を用いて、指定された生物反応槽内の特定の水質成分の生物反応速度を推定可能となる。よって、先に述べた発明の下水処理場水質監視制御装置とほぼ同様の作用効果を奏することが可能となる。
【００２８】
請求項３の発明は、上述した各発明の下水処理場水質監視制御装置に対して、さらに、生物反応速度推定装置によって推定された生物反応速度に基づき、下水処理場における、曝気風量、循環流量、返送流量、余剰汚泥引抜量、炭素源投入量、凝集剤投入量、アルカリ剤投入量、初沈バイパス流量の少なくとも一つの操作量を調節する制御装置を備えている。
【００２９】
このように構成された下水処理場水質監視制御装置においては、生物反応速度推定装置によって推定された生物反応速度が悪化すると、制御装置にて自動的に上述した各操作量が調節されるので、処理水の悪化が未然に自動的に防止できる。
【００３０】
請求項４の発明の下水処理場水質監視制御装置においては、第１、第２の水質センサは全窒素濃度またはアンモニア性窒素濃度または硝酸性窒素濃度のいずれかを計測し、生物反応速度推定装置は生物反応槽内の硝化速度を推定する硝化速度推定装置で構成される。
このように構成された下水処理場水質監視制御装置においては、生物反応速度推定装置にて生物反応槽内の硝化速度が推定される。
【００３１】
請求項５の発明の下水処理場水質監視制御装置においては、第１、第２の水質センサは全窒素濃度またはアンモニア性窒素濃度または硝酸性窒素濃度のいずれかを計測し、生物反応速度推定装置は生物反応槽内の脱窒速度を推定する脱窒速度推定装置で構成される。
このように構成された下水処理場水質監視制御装置においては、生物反応速度推定装置にて生物反応槽内の脱窒速度が推定される。
【００３２】
請求項６の発明の下水処理場水質監視制御装置においては、第１、第２の水質センサは、リン酸性リン濃度または全リン濃度、又はこれらの濃度と関係する水質成分を計測し、生物反応速度推定装置は生物反応槽内の脱リン速度を推定する脱リン速度推定装置で構成される。
このように構成された下水処理場水質監視制御装置においては、生物反応速度推定装置にて生物反応槽内の脱リン速度が推定される。
【００３３】
請求項７の発明の下水処理場水質監視制御装置においては、第１、第２の水質センサはリン酸性リン濃度または全リン濃度を計測し、生物反応速度推定装置は生物反応槽内のリン吐出速度を推定するリン吐出速度推定装置で構成される。このように構成された下水処理場水質監視制御装置においては、生物反応速度推定装置にて生物反応槽内のリン吐出速度が推定される。
【００３４】
請求項８の発明の下水処理場水質監視制御装置においては、第１、第２の水質センサは生物学的酸素要求量（ＢＯＤ）または生物化学的酸素要求量（ＣＯＤ）または総有機炭素量（ＴＯＣ）を計測し、生物反応速度推定装置は生物反応槽内の脱有機物速度を推定する脱有機物速度推定装置で構成される。
このように構成された下水処理場水質監視制御装置においては、生物反応速度推定装置にて生物反応槽内の脱有機物速度が推定される。
【００３５】
請求項９の発明の下水処理場水質監視制御装置においては、第１、第２の水質センサはＯＲＰ（酸化還元電位）、ＤＯ（溶存酸素）、ｐＨ（水素イオン指数）、ＵＶ（紫外線）、ＭＬＳＳ（反応タンク内浮遊性固形物）のうち一つ以上を計測し、生物反応速度推定装置は、第１、第２の水質センサの各計測値間の相関関係から全窒素濃度またはアンモニア性窒素濃度または硝酸性窒素濃度のいずれかの水質を推定し、その水質推定値より硝化速度を推定する。
【００３６】
このように構成された下水処理場水質監視制御装置においては、全窒素濃度、アンモニア性窒素濃度、硝酸性窒素濃度を直接測定しなくても、ＯＲＰ、ＤＯ、ｐＨ、ＵＶ、ＭＬＳＳを計測することにより、全窒素濃度、アンモニア性窒素濃度、硝酸性窒素濃度を推定可能であるので、この推定値より硝化速度が推定可能である。
【００３７】
請求項１０の発明の下水処理場水質監視制御装置においては、第１、第２の水質センサはＯＲＰ、ＤＯ、ｐＨ、ＵＶ、ＭＬＳＳのうち一つ以上を計測し、生物反応速度推定装置は、第１、第２の水質センサの各計測値間の相関関係から全窒素濃度またはアンモニア性窒素濃度または硝酸性窒素濃度のいずれかの水質を推定し、その水質推定値より脱窒速度を推定する。
【００３８】
このように構成された下水処理場水質監視制御装置においては、全窒素濃度、アンモニア性窒素濃度、硝酸性窒素濃度を直接測定しなくても、ＯＲＰ、ＤＯ、ｐＨ、ＵＶ、ＭＬＳＳを計測することにより、全窒素濃度、アンモニア性窒素濃度、硝酸性窒素濃度を推定可能であるので、この推定値より脱窒速度が推定可能である。
【００３９】
請求項１１の発明の下水処理場水質監視制御装置においては、第１、第２の水質センサはＯＲＰ、ＤＯ、ｐＨ、ＵＶ、ＭＬＳＳのうち一つ以上を計測し、生物反応速度推定装置は、第１、第２の水質センサの各計測値間の相関関係からリン酸性リン濃度または全リン濃度のいずれかの水質を推定し、その水質推定値より脱リン速度を推定する。
【００４０】
このように構成された下水処理場水質監視制御装置においては、リン酸性リン濃度、全リン濃度を直接測定しなくても、ＯＲＰ、ＤＯ、ｐＨ、ＵＶ、ＭＬＳＳを計測することにより、リン酸性リン濃度、全リン濃度を推定可能であるので、この推定値より脱リン速度が推定可能である。
【００４１】
請求項１２の発明の下水処理場水質監視制御装置においては、第１、第２の水質センサはＯＲＰ、ＤＯ、ｐＨ、ＵＶ、ＭＬＳＳのうち一つ以上を計測し、生物反応速度推定装置は、第１、第２の水質センサの各計測値間の相関関係からリン酸性リン濃度または全リン濃度のいずれかの水質を推定し、その水質推定値よりリン吐出速度を推定する。
【００４２】
このように構成された下水処理場水質監視制御装置においては、リン酸性リン濃度、全リン濃度を直接測定しなくても、ＯＲＰ、ＤＯ、ｐＨ、ＵＶ、ＭＬＳＳを計測することにより、リン酸性リン濃度、全リン濃度を推定可能であるので、この推定値よりリン吐出速度が推定可能である。
【００４３】
請求項１３の発明の下水処理場水質監視制御装置においては、第１、第２の水質センサはＯＲＰ、ＤＯ、ｐＨ、ＵＶ、ＭＬＳＳのうち一つ以上を計測し、生物反応速度推定装置は、第１、第２の水質センサの各計測値間の相関関係から生物学的酸素要求量（ＢＯＤ）または生物化学的酸素要求量（ＣＯＤ）または総有機炭素量（ＴＯＣ）のいずれかの水質を推定し、その水質推定値より脱有機物速度を推定する。
【００４４】
このように構成された下水処理場水質監視制御装置においては、生物学的酸素要求量（ＢＯＤ）、生物化学的酸素要求量（ＣＯＤ）、総有機炭素量（ＴＯＣ）を直接測定しなくても、ＯＲＰ、ＤＯ、ｐＨ、ＵＶ、ＭＬＳＳを計測することにより、生物学的酸素要求量（ＢＯＤ）、生物化学的酸素要求量（ＣＯＤ）、総有機炭素量（ＴＯＣ）を推定可能であるので、この推定値より脱有機物速度速度が推定可能である。
【００４５】
請求項１４の発明の下水処理場水質監視制御装置においては、生物反応測度推定装置は、第１、第２の水質センサの各計測値をフィルタリング処理する計測値フィルタ部を有し、そのフィルタリング値を用いて生物反応測速度を推定する。
【００４６】
このように、各水質センサの各計測値をフィルタリング処理することにより、例えばノイズ等に起因する異常な計測値を排除できるので、生物反応測速度の推定精度を向上できる。
【００４７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施形態を図面を用いて説明する。
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係わる下水処理場水質監視制御装置の概略構成を示すブロック図である。図８の水処理プロセス及び図９に示す従来の下水処理場水質監視制御装置と同一部分には同一符号を付して重複する部分の詳細説明は省略する。
【００４８】
なお、この図１においては、図面上の煩雑さを避けるために、炭素源貯留槽１６から、炭素源注入ポンプ１９、水配管５７を介して、嫌気槽５に炭素源が注入される記載、また、凝集剤貯留槽１７から、ＰＡＣ注入ポンプ１１、水配管５６を介して、好気槽７に凝集剤が注入される記載は省略されている。
【００４９】
この第１実施形態の下水処理場水質監視制御装置においては、無酸素槽６に第２の水質センサとしてのアンモニア性窒素濃度計２４が設けられている。さらに、生物反応槽としての好気槽７に第１の水質センサとしてのアンモニア性窒素濃度計２５が設けられている。
【００５０】
各アンモニア性窒素濃度計２４、２５で計測された各アンモニア性窒素濃度は、生物反応速度推定装置としての硝化速度推定装置２６へ入力される。硝化速度推定装置２６は、入力された各アンモニア性窒素濃度を用いて、指定された生物反応槽としての好気槽７内における生物反応速度としての硝化速度を推定して、運転員２２が監視する監視装置２１へ送出する。また、各水配管５１、５３、５４、５５、５６には、それぞれ流量計４０、４１、４２、４３、４４、４５が設けられている。
【００５１】
この第１実施形態の下水処理場水質監視制御装置に組込まれた水処理プロセスの流入水１に対する基本的な水処理の動作は図８の水処理プロセスとほぼ同じであるので、説明を省略する。
【００５２】
ここでは、硝化速度推定装置２６以降の処理について説明する。
ところで、生物反応槽が完全混合槽であれば、好気槽７内のアンモニア性窒素減少速度Ｒ_{ＮＨ４，ａｅｒｏｂｉｃ}は式（１．１）により示される。
【００５３】

但し、
Ｒ_{ＮＨ４，ａｅｒｏｂｉｃ}：時刻ｔの好気槽におけるアンモニア性窒素減少速度［ｇＮＨ_４−Ｎ／ｍ^３・ｍｉｎ］
ｒ_{ＮＨ４，ａｅｒｏｂｉｃ}：時刻ｔの好気槽における生物反応硝化速度（硝化速度）［ｇＮＨ_４−Ｎ／ｍ^３・ｍｉｎ］
Ｓ_{ＮＨ４，ａｅｒｏｂｉｃ}：時刻ｔの好気槽のアンモニア性窒素濃度［ｇＮＨ_４−Ｎ／ｍ^３］
Ｓ_{ＮＨ４，ａｎｏｘｉｃ}：時刻ｔの無酸素槽のアンモニア性窒素濃度［ｇＮＨ_４−Ｎ／ｍ^３］
Ｑｉｎ：時刻ｔの好気槽に流入する水量［ｍ^３／ｍｉｎ］
Ｑｏｕｔ：時刻ｔの好気槽から流出する水量［ｍ^３／ｍｉｎ］
Ｖ_{ａｅｒｏｂｉｃ}：好気槽容積［ｍ^３］
Ｄ_ＮＨ４：微生物の死滅、および有機性窒素の分解により生じるアンモニア性窒素生成速度［ｇＮＨ_４−Ｎ／ｍ^３］
また、アンモニア除去速度Ｒ_{ＮＨ４，ａｅｒｏｂｉｃ}は式（１．２）によっても示される。
【００５４】

但し、
Ｒ_{ＮＨ４，ａｅｒｏｂｉｃ}：時刻ｔの好気槽におけるアンモニア性窒素減少速度［ｇＮＨ_４−Ｎ／ｍ^３・ｍｉｎ］
Ｓ_{ＮＨ４，ａｅｒｏｂｉｃ，ｔ}：時刻ｔの好気槽のアンモニア性窒素濃度［ｇＮＨ_４−Ｎ／ｍ^３］
Ｓ_{ＮＨ４，ａｎｏｘｉｃ，ｔ−} _Δ _ｔ：時刻（ｔ−Δｔ）の好気槽のアンモニア性窒素濃度［ｇＮＨ_４−Ｎ／ｍ^３］
Δｔ：時間［ｍｉｎ］
ここで、式（１．１）、式（１．２）より好気槽７内の生物反応硝化速度（硝化速度）ｒ_{ＮＨ４，ａｅｒｏｂｉｃ}は式（１．３）に示される。
【００５５】

生物反応硝化速度（硝化速度）ｒ_{ＮＨ４，ａｅｒｏｂｉｃ}に対して有機窒素の分解などにより生じるアンモニア性窒素生成速度Ｄ_ＮＨ４は非常に小さいため、Ｄ_ＮＨ４を無視すると、アンモニア性窒素濃度計２４によりＳ_{ＮＨ４，ａｎｏｘｉｃ，ｔ}が、またアンモニア性窒素濃度計２５により、Ｓ_{ＮＨ４，ａｅｒｏｂｉｃ，ｔ}、Ｓ_{ＮＨ４，ａｅｒｏｂｉｃ，ｔ−} _Δ _ｔが計測される。さらに、Ｑｉｎ、Ｑｏｕｔは流量計により計測され、好気槽７のタンク容積は既知であるため、式（１．３）により硝化速度推定装置２６で、生物反応硝化速度ｒ_{ＮＨ４，ａｅｒｏｂｉｃ}が演算される。
【００５６】
この推定された生物反応硝化速度ｒ_{ＮＨ４，ａｅｒｏｂｉｃ}は信号線を介して監視装置２１に伝送される。監視装置２１は、好気槽７内の生物反応硝化速度（硝化速度）ｒ_{ＮＨ４，ａｅｒｏｂｉｃ}が小さくなった場合には、警報を鳴らし、監視画面に硝化速度の悪化を表示し、表１に示すような原因と対策を表示し、運転員２２にガイダンスする。
【００５７】
【表１】

【００５８】
このように構成された第１実施形態の下水処理場水質監視制御装置においては、好気槽７にアンモニア性窒素濃度計２５が設けられ、この好気槽７に隣接する一つ前段の無酸素槽６に同一水質を測定するアンモニア性窒素濃度計２４が設けられている。このように、同一水質を測定するアンモニア性窒素濃度計２４、２５を用いたので、比較的簡単な式により、より正確に好気槽７内の硝化速度ｒ_{ＮＨ４，ａｅｒｏｂｉｃ}が演算される。
【００５９】
好気槽７内の生物反応硝化速度（硝化速度）ｒ_{ＮＨ４，ａｅｒｏｂｉｃ}が定量的に求まるので、この生物反応速度（硝化速度）の悪化及びその原因、対策が監視装置２１にてガイダンス表示されるので、運転員２２は、生物反応速度の悪化の対策を実行でき、処理水３の悪化を未然に防止できる。
【００６０】
なお、この第１実施形態の下水処理場水質監視制御装置においては、図１に示した構成の他に、種々の実施形態が実現可能である。
【００６１】
（ａ）第１、第２の水質センサは、アンモニア性窒素濃度計２４、２５の他に全窒素濃度計、酢酸性窒素濃度計であってもよい。
【００６２】
（ｂ）無酸素槽６内に配置された第２の水質センサとしてのアンモニア性窒素濃度計２４の設置場所は、生物反応槽としての好気槽７の前段部であればいずれでもよく、嫌気槽５、水配管５１、最初沈殿池２内でも良い。この場合、無酸素槽６内のアンモニア性窒素濃Ｓ_{ＮＨ４，ａｎｏｘｉｃ}をＩＡＷＱ活性汚泥モデルなどの数学的モデルを用いた適応オブサーバまたはニューラルネットなどの方法を用いて推定し、その推定値を基に式（１．３）に示す好気槽７内の硝化速度ｒ_{ＮＨ４，ａｅｒｏｂｉｃ}を演算する。
【００６３】
（ｃ）第１の水質センサとしてのアンモニア性窒素濃度計２５の設置場所は好気槽７の後段部であればいずれでもよく、水配管５２、最終沈殿池８、水配管６０のいずれでもよい。
【００６４】
（ｄ）第１、第２の水質センサで、アンモニア性窒素濃度、硝酸性窒素濃度、全窒素濃度を直接測定しなくて、第１、第２の水質センサで、ＯＲＰ（酸化還元電位）、ＤＯ（溶存酸素）、ｐＨ（水素イオン指数）、ＵＶ（紫外線）、ＭＬＳＳ（反応タンク内浮遊性固形物）のうち一つ以上を計測し、これらの測定値から、アンモニア性窒素濃度、硝酸性窒素濃度、全窒素濃度を推定してもよい。
【００６５】
例えば式（１．４）からアンモニア性窒素濃度Ｓ_ＮＨ４を推定可能である。
【００６６】

但し、
Ｓ_ＮＨ４：アンモニア性窒素濃度
ＯＲＰ：ＯＲＰ（酸化還元電位）計測値
ＤＯ：ＤＯ（溶存酸素）計測値
ＰＨ：ｐＨ（水素イオン指数）計測値
ＵＶ：ＵＶ（紫外線）計測値
ＭＬＳＳ：ＭＳＬＬ（反応タンク内浮遊性固形物）計測値
ａ_ＯＲＰ、ａ_ＤＯ、ａ_ＰＨ、ａ_ＵＶ、ａ_ＭＬＳＳ：係数
なお、式（１．４）に示す線形の相関式に限らず、対数相関、べき乗相関、指数相関などどのような相関式を用いても良い。
【００６７】
（ｅ）また、硝化速度ｒ_{ＮＨ４，ａｅｒｏｂｉｃ}は一般に式（１．５）でも演算できる。

但し、
μａｕｔ：硝化菌の最大比増殖速度
Ｓ_{０２，ａｅｒｏｂｉｃ}：好気槽の溶存酸素濃度
Ｓ_{ＡＬＫ，ａｅｒｏｂｉｃ}：好気槽のアルカリ度
Ｓ_{ＮＨ４，ａｅｒｏｂｉｃ}：好気槽のアンモニア性窒素濃度
Ｋ_０２：溶存酸素の半飽和定数
Ｋ_ＮＨ４：アンモニア性窒素の半飽和定数
Ｋ_ＡＬＸ：アルカリ度の半飽和定数
Ｘ_ａｕｔ：硝化菌濃度
好気槽７のＤＯ、アルカリ度もしくはｐＨを計測する水質センサを設置し、硝化速度の悪化原因がＤＯの不足やアルカリ度の不足が原因であることを監視装置２１にガイダンスし、運転員２２に曝気装置４による曝気風量を上げることやアルカリ剤を補充することなど具体的対策をガイダンスすることも可能である。
【００６８】
（ｆ）硝化速度推定装置２６において、度硝化速度ｒ_{ＮＨ４，ａｅｒｏｂｉｃ}を推定する際に、アンモニア性窒素濃度または全窒素濃度の計測値をそのまま用いるのではなくて、フィルタリング処理したフィルタリング値を利用してもよい。
【００６９】
このフィルタリング処理を採用することにより、各水質センサにおけるセンサ計測値にノイズが載った場合に、異常な硝化速度を演算するという危険を回避することができる。
【００７０】
例えば、式（１．６）で示す移動平均フィルタを用いても良い。
【００７１】

但し、
Ｆ_{ＮＨ４，ｔ}：時刻ｔにおけるアンモニア性窒素濃度フィルタリング値
Ｍ_{ＮＨ４，ｔ}：時刻ｔにおけるアンモニア性窒素濃度計計測値
（第２実施形態）
図２は本発明の第２実施形態に係わる下水処理場水質監視制御装置の概略構成を示すブロック図である。図１に示す第１実施形態の下水処理場水質監視制御装置と同一部分には同一符号を付して重複する部分の詳細説明は省略する。なお、この図２においては、図面上の煩雑さを避けるために、炭素源貯留槽１６から、炭素源注入ポンプ１９、水配管５７を介して、嫌気槽５に炭素源が注入される記載、また、凝集剤貯留槽１７から、ＰＡＣ注入ポンプ１１、水配管５６を介して、好気槽７に凝集剤が注入される記載は省略されている。
【００７２】
この第２実施形態の下水処理場水質監視制御装置においては、第１の水質センサとして、アンモニア性窒素濃度計２５の他に、ＤＯ計３６及びｐＨ計３７が好気槽７に設けられている。
【００７３】
硝化速度推定装置２６は、各アンモニア性窒素濃度計２４、２５から入力された各アンモニア性窒素濃度を用いて、好気槽７内における硝化速度を推定して、運転員２２が監視する監視装置２１へ送出する。さらに、硝化速度推定装置２６は、推定した硝化速度、及びＤＯ計３６及びｐＨ計３７から入力されたＤＯ（溶存酸素）計測値、ｐＨ（水素イオン指数）計測値を制御装置３５へ送出する。
【００７４】
制御装置３５は、推定された硝化速度、ＤＯ（溶存酸素）計測値、ｐＨ（水素イオン指数）計測値に基づき、水処理プロセスにおける、曝気風量、循環流量、返送流量、余剰汚泥引抜量、炭素源投入量、凝集剤投入量、アルカリ剤投入量、初沈バイパス流量の少なくとも一つの操作量を自動調節して、硝化速度を回復させる。
【００７５】
硝化速度推定装置２６における具体的計算例を説明する。
アンモニア性窒素濃度計２４、アンモニア性窒素濃度計２５の計測値により、例えば式（１．３）により、硝化速度推定部２６で好気槽７内の硝化速度ｒ_{ＮＨ４，ａｅｒｏｂｉｃ}が演算される。
【００７６】
ところで、硝化速度は上述の式（１．５）によって演算される。式（１．５）を見ると、溶存酸素濃度及びアルカリ度が不足した場合、硝化速度が悪化することが理解できる。ＤＯ計３６やｐＨ計３７が設置されている場合には、溶存酸素濃度、アルカリ度の不足を判断できるため、制御装置３５にて、所定の値まで自動制御を行うことが可能である。
【００７７】
硝化速度ｒ_{ＮＨ４，ａｅｒｏｂｉｃ}が悪化し、かつ溶剤酸素濃度を計測するＤＯ計３６の計測値が所定の値Ｓ_{ｏ２，ａｅｒｏｂｉｃ，ｒｅｆ}より、低いと判断された場合は、制御装置３５により所定のＤＯに達するよう曝気装置４を調節し、曝気風量を調節する。
【００７８】
また、硝化速度が悪化し、かつｐＨ計３７の計測値が所定のｐＨ値より低いと判断された場合には、アルカリ度の不足が原因と考えられるため、制御装置３５により所定のｐＨ値に達するようアルカリ貯留槽３９からのアルカリ剤投入量を調節する。制御装置３５による操作量の演算方法は例えば、式（１．７）、（１．８）に示すようなＰＩ制御によるものが考えられる。
【００７９】

但し、
ｒ_{ＮＨ４，ａｅｒｏｂｉｃ，ｔ}：時刻ｔにおける硝化速度［ｇＮＨ_４−Ｎ／ｍ^３・ｍｉｎ］
ｒ_{ＮＨ４，ａｅｒｏｂｉｃ，ｒｅｆ}：硝化速度悪化判定値［ｇＮＨ_４−Ｎ／ｍ^３・ｍｉｎ］
Ｓ_{ｏ２，ａｅｒｏｂｉｃ，ｔ}：時刻ｔにおける溶存酸素濃度［ｇＯ_２／ｍ^３・ｍｉｎ］
Ｓ_{ｏ２，ａｅｒｏｂｉｃ，ｒｅｆ}：硝化を行うのに必要とされる限界溶存酸素濃度［ｇＯ_２／ｍ^３・ｍｉｎ］
ｐＨ_{ａｅｒｏｂｉｃ，ｔ}：時刻ｔにおけるｐＨ
ｐＨ_{ａｅｒｏｂｉｃ，ｒｅｆ}：硝化を行うのに必要とされる限界ｐＨ
ＭＶ_{ｂｌｏｗ，ｔ}：時刻ｔにおける曝気風量目標値［ｍ^３／ｍｉｎ］
ＭＶ_{ａｌｋ，ｔ}：時刻ｔにおけるアルカリ注入量目標値［ｍ^３／ｍｉｎ］
Ｋ_ｐ１、Ｋ_ｐ２：比例ゲイン
Ｔ_１１、Ｔ_１２ _{：積分時間}［ｍｉｎ］
ｅ_１，ｅ_２：偏差
なお、制御装置３５における操作量の演算方法はこれだけに限らず、硝化速度が回復する方向に進むものであればどのようなものでもよい。硝化速度が悪化しているが、ＤＯ、ｐＨともに所定の値以上ある場合は、原因及び対策のリストを表示し監視画面に表示しガイダンスする。
【００８０】
このように構成された第２実施形態の下水処理場水質監視制御装置においては、制御装置３５は、推定された硝化速度、ＤＯ（溶存酸素）計測値、ｐＨ（水素イオン指数）計測値に基づき、水処理プロセスにおける各操作量を自動調節して、硝化速度を回復させているので、運転員２２の負担を大幅に軽減できる。さらに、処理水３の悪化が未然に自動的に防止される。
【００８１】
（第３実施形態）
図３は本発明の第３実施形態に係わる下水処理場水質監視制御装置の概略構成を示すブロック図である。図１に示す第１実施形態の下水処理場水質監視制御装置と同一部分には同一符号を付して重複する部分の詳細説明は省略する。なお、この図３においては、図面上の煩雑さを避けるために、炭素源貯留槽１６から、炭素源注入ポンプ１９、水配管５７を介して、嫌気槽５に炭素源が注入される記載、また、凝集剤貯留槽１７から、ＰＡＣ注入ポンプ１１、水配管５６を介して、好気槽７に凝集剤が注入される記載は省略されている。
【００８２】
この第３実施形態の下水処理場水質監視制御装置においては、嫌気槽５及び水配管５３に第２の水質センサとしての硝酸性窒素濃度計２７、２８が設けられ、生物反応槽としての無酸素槽６に第１の水質センサとしての硝酸性窒素濃度計２９が設けられている。各硝酸性窒素濃度計２７、２８、２９で、測定された各硝酸性窒素濃度は、脱窒速度推定装置３０へ入力される。脱窒速度推定装置３０で推定された無酸素槽６内の生物反応脱窒速度（脱窒速度）は監視装置２１へ入力される。
【００８３】
脱窒速度推定装置３０における生物反応脱窒速度（脱窒速度）の算出方法を説明する。
生物反応槽が完全混合槽であれば、無酸素槽６内の硝酸性窒素減少速度Ｒ_{ＮＯ３，ａｎｏｘｉｃ}は式（２．１）により示される。
【００８４】

但し、
Ｒ_{ＮＯ３，ａｎｏｘｉｃ}：時刻ｔの無酸素槽における硝酸性窒素減少速度［ｇＮＯ_３−Ｎ／ｍ^３・ｍｉｎ］
ｒ_{ＮＯ３，ａｎｏｘｉｃ} _：時刻ｔの無酸素槽における生物反応脱窒速度［ｇＮＯ３−Ｎ／ｍ３・ｍｉｎ］
Ｓ_{ＮＯ３，ａｎａｅｒｏｂｉｃ}：時刻ｔの嫌気槽の硝酸性窒素濃度［ｇＮＯ_３−Ｎ／ｍ^３］
Ｓ_{ＮＯ３，ａｅｒｏｂｉｃ}：時刻ｔの好気槽の硝酸性窒素濃度［ｇＮＯ_３−Ｎ／ｍ^３］
Ｓ_{ＮＯ３，ａｎｏｘｉｃ}：時刻ｔの無酸素槽の硝酸性窒素濃度［ｇＮＯ_３−Ｎ／ｍ^３］
Ｑｉｎ：時刻ｔの嫌気槽から無酸素槽に流入する水量［ｍ^３／ｍｉｎ］
Ｑｃｉｒ：時刻ｔの硝化液循環流量［ｍ^３／ｍｉｎ］
Ｑｏｕｔ：時刻ｔの無酸素槽から流出する水量（＝Ｑｉｎ＋Ｑｃｉｒ）［ｍ^３／ｍｉｎ］
Ｖ_{ａｎｏｘｉｃ}：無酸素槽容積［ｍ^３］
また、無酸素槽６の硝酸性窒素減少速度Ｒ_{ＮＯ３，ａｎｏｘｉｃ}は式（２．２）によっても示される。
【００８５】

但し、
Ｒ_{ＮＯ３，ａｎｏｘｉｃ}：時刻ｔの無酸素槽の硝酸性窒素減少速度［ｇＮＯ_３−Ｎ／ｍ^３・ｍｉｎ］
Ｓ_{ＮＯ３，ａｎｏｘｉｃ，ｔ}：時刻ｔの無酸素槽の硝酸性窒素濃度［ｇＮＯ_３−Ｎ／ｍ^３］
Ｓ_{ＮＯ３，ａｎｏｘｉｃ，ｔ−} _Δ _ｔ：時刻（ｔ―Δｔ）の無酸素槽の硝酸性窒素濃度［ｇＮＯ_３−Ｎ／ｍ^３］
式（２．１）、式（２．２）より無酸素槽６内の脱窒速度ｒ_{ＮＯ３，ａｎｏｘｉｃ} _は式 _{（２．３）} _により示 _される。

ここで、硝酸性窒素濃度計２７によりＳ_{ＮＯ３，ａｎａｅｒｏｂｉｃ，ｔ}、硝酸性窒素濃度計２８によりＳ_{ＮＯ３，ａｅｒｏｂｉｃ，ｔ}、硝酸性窒素濃度計２９によりＳ_{ＮＯ３，ａｎｏｘｉｃ，ｔ}、Ｓ_{ＮＯ３，ａｎｏｘｉｃ，ｔ−} _Δ _ｔが計測され、Ｑｉｎ、Ｑｃｉｒ、Ｑｏｕｔは流量計４０〜４５の計測値により演算でき、無酸素槽６のタンク容積は既知であるため、式（２．３）により脱窒速度推定装置３０で、無酸素槽６内の生物反応脱窒速度（脱窒速度）ｒ_{ＮＯ３，ａｎｏｘｉｃ}が演算される。
【００８６】
この推定された生物反応脱窒速度ｒ_{ＮＯ３，ａｎｏｘｉｃ}は信号線を介して監視装置２１に伝送される。監視装置２１は、脱窒速度ｒ_{ＮＯ３，ａｎｏｘｉｃ}が小さくなった場合には、警報を鳴らし、監視画面に脱窒速度の悪化を表示し、表２に示すような原因と対策を表示し、運転員２２にガイダンスする。
【００８７】
【表２】

【００８８】
このように構成された第３実施形態の下水処理場水質監視制御装置においては生物反応槽（無酸素槽６）に流入する水質、生物反応槽内（無酸素槽６）の水質、を計測する各水質センサを共に硝酸性窒素濃度計２７、２８、２９としたので、比較的簡単な式により、より正確に生物反応槽としての無酸素槽６内の脱窒速度ｒ_{ＮＯ３，ａｎｏｘｉｃ}が演算される。
【００８９】
生物反応槽（無酸素槽６）に流入する水質を計測する第２の水質センサである硝酸性窒素濃度計２７、２８を無酸素槽６の一つ前段にあるタンクである嫌気槽５と水配管５４上に配したので、流入する硝酸窒素濃度をすべて把握することができ、比較的簡単なロジックでより正確に無酸素槽６内の脱窒速度ｒ_{ＮＯ３，ａｎｏｘｉｃ}が演算される。
【００９０】
無酸素槽６内に硝酸性窒素濃度計２９を配したので、比較的簡単なロジックでより正確に脱窒速度ｒ_{ＮＯ３，ａｎｏｘｉｃ}が演算される。この生物反応速度（脱窒速度）の悪化及びその原因、対策が監視装置２１にてガイダンス表示されるので、運転員２２は、生物反応速度の悪化の対策を実行でき、処理水３の悪化を未然に防止できる。
【００９１】
なお、この第３実施形態の下水処理場水質監視制御装置においては、図３に示した構成の他に、種々の実施形態が実現可能である。
【００９２】
（ａ）水配管５３の硝酸性窒素濃度計２８が設置されている場合、嫌気槽５の硝酸性窒素濃度計２７はなくてもよい。これは嫌気槽５の硝酸性窒素濃度は、嫌気状態が十分に確保されていると仮定すればゼロと近似してよいためである。
【００９３】
（ｂ）嫌気槽５の硝酸性窒素濃度計２７はアンモニア性窒素濃度計、全窒素濃度計のいずれであってもよく、また、設置位置も嫌気槽５に限定されず、嫌気槽５より前段の水配管５１及び沈殿池、沈砂池であればどの位置に設置されてもよい。
【００９４】
さらに、水配管５３の硝酸性窒素濃度計２８はなくてもよい。この場合、アンモニア性窒素濃度計または全窒素濃度計の計測値から嫌気槽５、好気槽７内のＳ_{ＮＯ３，ａｎａｅｒｏｂｉｃ}、Ｓ_{ＮＯ３，ａｅｒｏｂｉｃ}をＩＡＷＱ活性汚泥モデルなどの数学的モデルを用いた適応オブザーバまたはニューラルネットなどの方法を用いて推定し、その推定値を基に式（２．３）により、無酸素槽６内の脱窒速度ｒ_{ＮＯ３，ａｎｏｘｉｃ}を演算する。
【００９５】
（ｃ）第１、第２の水質センサで、アンモニア性窒素濃度、硝酸性窒素濃度、全窒素濃度を直接測定しなくて、第１、第２の水質センサで、ＯＲＰ（酸化還元電位）、ＤＯ（溶存酸素）、ｐＨ（水素イオン指数）、ＵＶ（紫外線）、ＭＬＳＳ（反応タンク内浮遊性固形物）のうち一つ以上を計測し、これらの測定値から、アンモニア性窒素濃度、硝酸性窒素濃度、全窒素濃度を推定してもよい。
【００９６】
例えば式（２．４）からアンモニア性窒素濃度Ｓ_ＮＨ４を推定可能である。
【００９７】

但し、
Ｓ_ＮＨ４：アンモニア性窒素濃度
ＯＲＰ：ＯＲＰ（酸化還元電位）計測値
ＤＯ：ＤＯ（溶存酸素）計測値
ＰＨ：ｐＨ（水素イオン指数）計測値
ＵＶ：ＵＶ（紫外線）計測値
ＭＬＳＳ：ＭＳＬＬ（反応タンク内浮遊性固形物）計測値
ａ_ＯＲＰ、ａ_ＤＯ、ａ_ＰＨ、ａ_ＵＶ、ａ_ＭＬＳＳ：係数
なお、式（２．４）に示す線形の相関式に限らず、対数相関、べき乗相関、指数相関などどのような相関式を用いても良い。
【００９８】
（第４実施形態）
図４は本発明の第４実施形態に係わる下水処理場水質監視制御装置の概略構成を示すブロック図である。図３に示す第３実施形態の下水処理場水質監視制御装置と同一部分には同一符号を付して重複する部分の詳細説明は省略する。
【００９９】
この第４実施形態の下水処理場水質監視制御装置においては、生物反応槽としての無酸素槽６より前段である嫌気槽５の水配管５１に第２の水質センサとしての全窒素濃度計２７ａが設けられ、無酸素槽６より後段である好気槽７に第１の水質センサとしてのアンモニア性窒素濃度計２９ａが設けられている。全窒素濃度計２７ａ、アンモニア性窒素濃度計２９ａで測定された各窒素濃度は、酸化・脱窒速度推定装置３０ａへ入力される。酸化・脱窒速度推定装置３０ａで推定された無酸素槽６内の生物反応脱窒速度（脱窒速度）は監視装置２１へ入力される。
【０１００】
なお、無酸素槽６より前段部の槽、配管、もしくは池に硝酸性窒素濃度計かアンモニア性窒素濃度計もしくは全窒素濃度計が少なくとも一つ設置されていれば、硝酸性窒素濃度計２９の設置位置は生物反応槽としての無酸素槽６内に限定されず、無酸素槽６より後段部の好気槽７内、水配管５２、最終沈殿池８、水配管６０、また好気槽７からの循環液の配管である水配管５３のいずれでもよい。
【０１０１】
この場合、上記二つの水質センサの計測値から嫌気槽５、無酸素槽６、好気槽７内の各硝酸性窒素濃度Ｓ_{ＮＯ３，ａｎａｅｒｏｂｉｃ}、Ｓ_{ＮＯ３，ａｎｏｘｉｃ}、Ｓ_{ＮＯ３，ａｅｒｏｂｉｃ}をＩＡＷＱ活性汚泥モデルなどの数学的モデルを用いた適応オブザーバまたはニューラルネットなどの方法を用いて推定し、その推定値を基に式（２．３）により、脱窒速度を計算する。また、図４に示す構成にした場合、前述の硝化速度も同時に推定できる。
【０１０２】
（第５実施形態）
図５は本発明の第５実施形態に係わる下水処理場水質監視制御装置の概略構成を示すブロック図である。図３に示す第３実施形態の下水処理場水質監視制御装置と同一部分には同一符号を付して重複する部分の詳細説明は省略する。
【０１０３】
この第５実施形態の下水処理場水質監視制御装置においては、生物反応槽としての無酸素槽６に硝酸性窒素濃度計２９、ＯＲＰ計（又はＤＯ計）３４、ｐＨ計３７が設けられ、無酸素槽６の後段の好気槽７に硝酸性窒素濃度計２９が設けられている。各硝酸性窒素濃度計２８、２９で測定された各硝酸性窒素濃度は脱窒速度推定装置３０へ入力される。ＯＲＰ計（又はＤＯ計）３４、ｐＨ計３７で測定されたＯＲＰ値（又はＤＯ値）、アルカリ度は脱窒速度推定装置３０及び監視装置２１へ入力される。
【０１０４】
脱窒速度推定装置３０は、無酸素槽６内の脱窒速度ｒ_{ＮＯ３，ａｎｏｘｉｃ}を式（２．５）で演算して監視装置２１へ送出する。
【０１０５】

但し、
μ_Ｈ：従属栄養細菌の最大比増殖速度
η_ＮＯ３：脱窒減衰係数
Ｓ_{Ｏ２，ａｎｏｘｉｃ}：無酸素槽の溶存酸素濃度
Ｓ_{ＡＬＫ，ａｎｏｘｉｃ}：無酸素槽のアルカリ度
Ｓ_{Ｓ，ａｎｏｘｉｃ}：無酸素槽の易分解性有機物濃度
Ｓ_{ＮＯ３，ａｎｏｘｉｃ}：無酸素槽の硝酸性窒素濃度
Ｓ_{ＮＨ４，ａｎｏｘｉｃ}：無酸素槽のアンモニア性窒素濃度
Ｋ_Ｏ２：溶存酸素の半飽和定数
Ｋ_ＮＨ４：アンモニア性窒素の半飽和定数
Ｋ_ＡＬＫ：アルカリ度の半飽和定数
Ｋ_Ｓ：易分解性有機物の半飽和定数
Ｋ_ＮＯ３：硝酸性窒素の半飽和定数
Ｘ_Ｈ：従属栄養細菌濃度
監視装置２１は、無酸素槽６内の脱窒速度ｒ_{ＮＯ３，ａｎｏｘｉｃ}を表示すると共に、脱窒速度ｒ_{ＮＯ３，ａｎｏｘｉｃ}の悪化原因がＤＯの低下やアルカリ度の不足、水素供与体である炭素源の不足が原因であることをガイダンスし、運転員２２に循環量を下げることやアルカリ剤の補充、炭素源を補充することなど具体的対策をガイダンスする。
【０１０６】
なお、脱窒速度の悪化をガイダンスするだけではなく、悪化の原因がＤＯの低下またはアルカリの不足、水素供与体である炭素源の不足であると判断され制御可能である場合は、図２に示す第２実施形態装置と同様に、自動制御する制御装置３５を備えてもよい。そして、原因が制御不可能である場合は、その旨を監視装置２１でガイダンスすることも可能である。
【０１０７】
さらに、脱窒速度推定装置３０において、脱窒速度ｒ_{ＮＯ３，ａｎｏｘｉｃ}を推定する際に、硝酸性窒素濃度またはアンモニア性窒素濃度または全窒素濃度の計測値をそのまま用いるのではなくて、フィルタリング処理したフィルタリング値を利用してもよい。
【０１０８】
このフィルタリング処理を採用することにより、各水質センサにおけるセンサ計測値にノイズが載った場合に、異常な硝化速度を演算するという危険を回避することができる。
【０１０９】
例えば、式（２．６）で示す移動平均フィルタを用いても良い。
【０１１０】

但し、
Ｆ_{ＮＯ３，ｔ}：時刻ｔにおける硝酸性窒素濃度フィルタリング値
Ｍ_{ＮＯ３，ｔ}：時刻ｔにおける硝酸性窒素濃度計計測値
（第６実施形態）
図６は本発明の第６実施形態に係わる下水処理場水質監視制御装置の概略構成を示すブロック図である。図１に示す第１実施形態の下水処理場水質監視制御装置と同一部分には同一符号を付して重複する部分の詳細説明は省略する。なお、この図６においては、図面上の煩雑さを避けるために、炭素源貯留槽１６から、炭素源注入ポンプ１９、水配管５７を介して、嫌気槽５に炭素源が注入される記載、また、凝集剤貯留槽１７から、ＰＡＣ注入ポンプ１１、水配管５６を介して、好気槽７に凝集剤が注入される記載は省略されている。
【０１１１】
この第６実施形態の下水処理場水質監視制御装置においては、無酸素槽６に第２の水質センサとしてのリン酸性リン濃度計３２が設けられ、生物反応槽としての好気槽７に第１の水質センサとしてのリン酸性リン濃度計３３が設けられている。各リン酸性リン濃度計３２、３３で測定された各リン酸性リン濃度は、脱リン速度推定装置３１へ入力される。脱リン速度推定装置３１で推定された好気槽７内の生物反応脱窒速度（脱リン速度）は監視装置２１へ入力される。
【０１１２】
生物反応槽が完全混合槽であれば、好気槽７内のリン酸性リン減少速度Ｒ_{ＰＯ４，ａｅｒｏｂｉｃ}は式（３．１）により示される。
【０１１３】

但し、
Ｒ_{ＰＯ４，ａｅｒｏｂｉｃ}：時刻ｔの好気槽におけるリン酸性リン減少速度［ｇＰＯ_４−Ｐ／ｍ^３・ｍｉｎ］
ｒ_{ＰＯ４，ａｅｒｏｂｉｃ}：時刻ｔの好気槽における生物反応脱リン速度［ｇＰＯ_４−Ｐ／ｍ^３・ｍｉｎ］
Ｓ_{ＰＯ４，ａｎｏｘｉｃ}：時刻ｔの無酸素槽のリン酸性リン濃度［ｇＰＯ_４−Ｐ／ｍ^３］
Ｑｉｎ：時刻ｔの好気槽に流入する水量［ｍ^３／ｍｉｎ］
Ｑｏｕｔ：時刻ｔの好気槽から流出する水量［ｍ^３／ｍｉｎ］
Ｖ_{ａｅｒｏｂｉｃ}：好気槽容積［ｍ^３］
Ｄ_ＰＯ４：微生物の死滅、および有機性リンの分解により生じるリン酸性リン生成速度［ｇＰＯ_４−Ｎ／ｍｉｎ］
また、リン酸性リン除去速度Ｒ_{ＰＯ４，ａｅｒｏｂｉｃ}は式（３．２）によっても示される。
【０１１４】

但し、
Ｒ_{ＰＯ４，ａｅｒｏｂｉｃ}：時刻ｔの好気槽におけるリン酸性リン減少速度［ｇＰＯ_４−Ｎ／ｍ^３・ｍｉｎ］
Ｓ_{ＰＯ４，ａｅｒｏｂｉｃ，ｔ}：時刻ｔの好気槽のリン酸性リン濃度［ｇＰＯ_４−Ｎ／ｍ^３］
Ｓ_{ＰＯ４，ａｅｒｏｂｉｃ，ｔ−} _Δ _ｔ：時刻（ｔ−Δｔ）の好気槽のリン酸性リン濃度［ｇＰＯ_４−Ｎ／ｍ^３］
Δｔ：時間［ｍｉｎ］
式（３．１）、式（３．２）より、好気槽７内の脱リン速度ｒ_{ＰＯ４，ａｅｒｏｂｉｃ}は式（３．３）に示される。
【０１１５】

ここで、好気槽７内の生物反応脱リン濃度ｒ_{ＰＯ４，ａｅｒｏｂｉｃ}に対して有機リンの分解などにより生じるリン酸性リン生成速度Ｄ_ＰＯ４は非常に小さいため、このＤ_ＰＯ４を無視すると、リン酸性リン濃度計３２により、Ｓ_{ＰＯ４，ａｎｏｘｉｃ，ｔ}が、またリン酸性リン濃度計３３により、Ｓ_{ＰＯ４，ａｅｒｏｂｉｃ，ｔ}、Ｓ_{ＰＯ４，ａｅｒｏｂｉｃ，ｔ−} _Δ _ｔが計測され、Ｑｉｎ、Ｑｏｕｔは流量計により計測される。好気槽７のタンク容積は既知であるため、式（３．３）により脱リン速度推定部３１で、生物反応脱リン速度（脱リン速度）ｒ_{ＰＯ４，ａｅｒｏｂｉｃ}が演算される。
【０１１６】
脱リン速度推定部３１で推定された生物反応脱リン速度ｒ_{ＰＯ４，ａｅｒｏｂｉｃ}は信号線を介して監視装置２１に伝送される。脱リン速度ｒ_{ＰＯ４，ａｅｒｏｂｉｃ}が小さくなった場合には、警報を鳴らし、監視画面に脱リン速度の悪化を表示し、表３に示すような原因と対策を表示し、運転員２２にガイダンスする。
【０１１７】
【表３】

【０１１８】
このように構成された第６実施形態の下水処理場水質監視制御装置においては生物反応槽（好気槽７）に流入する水質、及び生物反応槽（好気槽７）内の水質を計測する各水質センサを共にリン酸性リン濃度計３２、３３としたので、比較的簡単な式により、より正確に生物反応槽としての好気槽７内の脱リン速度ｒ_{ＰＯ４，ａｅｒｏｂｉｃ}が演算される。
【０１１９】
さらに、生物反応槽（好気槽７）に流入する水質を計測する第２の水質センサであるリン酸性リン濃度計３２を生物反応槽（好気槽７）の一つ前段にあるタンクである無酸素槽６内に配したので、比較的簡単なロジックでより正確に脱リン速度ｒ_{ＰＯ４，ａｅｒｏｂｉｃ}が演算される。
【０１２０】
また、好気槽７にリン酸性リン濃度計３３を配したので、比較的簡単なロジックでより正確に脱リン速度が演算される。この生物反応速度（脱リン速度）の悪化及びその原因、対策が監視装置２１にてガイダンス表示されるので、運転員２２は、生物反応速度の悪化の対策を実行でき、処理水３の悪化を未然に防止できる。
【０１２１】
なお、この第６実施形態の下水処理場水質監視制御装置においては、図６に示した構成の他に、種々の実施形態が実現可能である。
【０１２２】
（ａ）第１、第２の水質センサとして、リン酸性リン濃度計３３、３２の代りに全リン濃度計であってもよい。
【０１２３】
（ｂ）無酸素槽６内に設置されたリン酸性リン濃度計３２の設置場所は、生物反応槽としての好気槽７の前段部であればいずれでもよく、嫌気槽５、水配管５１、最初沈殿池２内でも良い。この場合、無酸素槽６内のリン酸性リン濃度Ｓ_{ＰＯ４，ａｎｏｘｉｃ}をＩＡＷＱ活性汚泥モデルなどの数学的モデルを用いた適応オブザーバまたはニューラルネットなどの方法を用いて推定し、その推定値をもとに式（３．３）により、好気槽７内の脱リン速度ｒ_{ＰＯ４，ａｅｒｏｂｉｃ}を演算する。
【０１２４】
（ｃ）リン酸性リン濃度計３３の設置場所は生物反応槽としての好気槽７の後段部でもよく、水配管５２、最終沈殿池８、水配管６０のいずれでもよい。
【０１２５】
（ｄ）第１、第２の水質センサで、リン酸性リン濃度、全リン濃度を直接測定しなくてとも、第１、第２の水質センサで、ＯＲＰ（酸化還元電位）、ＤＯ（溶存酸素）、ｐＨ（水素イオン指数）、ＵＶ（紫外線）、ＭＬＳＳ（反応タンク内浮遊性固形物）のうち一つ以上を計測し、これらの測定値から、リン酸性リン濃度、全リン濃度を推定してもよい。
【０１２６】
例えば、式（３．４）からリン酸性リン濃度Ｓ_ＰＯ４を求めることが可能である。
【０１２７】

但し、
Ｓ_ＰＯ４：リン酸性リン濃度
ＯＲＰ：ＯＲＰ（酸化還元電位）計測値
ＤＯ：ＤＯ（溶存酸素）計測値
ｐＨ：ｐＨ計測値
ＵＶ：ＵＶ計測値
ＭＬＳＳ：ＭＬＳＳ（反応タンク内浮遊性固形物）計測値
ａ_ＯＲＰ、ａ_ＤＯ、ａ_ＰＨ、ａ_ＵＶ、ａ_ＭＬＳＳ：係数
なお、式（３．４）に示す線形の相関式に限らず、対数相関、べき乗相関、指数相関などどのような相関式を用いても良い。
【０１２８】
（ｅ）生物学的な脱リン速度ｒ_{ＰＯ４，ａｅｒｏｂｉｃ}は一般に式（３．５）に示すような式で演算できる。
【０１２９】

但し、
μｐａｏ：リン蓄積菌の最大比増殖速度
Ｓ_{Ｏ２，ａｅｒｏｂｉｃ}：好気槽の溶存酸素濃度
Ｓ_{ＡＬＫ，ａｅｒｏｂｉｃ}：好気槽のアルカリ度
Ｓ_{ＮＨ４，ａｅｒｏｂｉｃ}：好気槽のアンモニア性窒素濃度
Ｓ_{ＰＯ４，ａｅｒｏｂｉｃ}：好気槽のリン酸性リン濃度
Ｋ_Ｏ２：溶存酸素の半飽和定数
Ｋ_ＮＨ４：アンモニア性窒素の半飽和定数
Ｋ_ＡＬＫ：アルカリ度の半飽和定数
Ｋ_Ｐ：リンの半飽和定数
Ｋ_ＰＨＡ：リン蓄積菌細胞内に蓄積された有機物の半飽和定数
Ｘ_ＰＡＯ：リン蓄積菌濃度
Ｘ_ＰＨＡ：リン蓄積菌細胞内に蓄積された有機物量
監視装置２１は、好気槽７内の脱リン速度ｒ_{ＰＯ４，ａｅｒｏｂｉｃ}を表示すると共に、脱リン速度ｒ_{ＰＯ４，ａｅｒｏｂｉｃ}の悪化原因がＤＯの不足やアルカリ度の不足が原因であることをガイダンスし、運転員２２に曝気風量を上げることやアルカリ剤を補充すること、又、流入するリン負荷が高い場合および原因が不明でリン除去が悪化している場合は、凝集剤を投入することなど具体的対策をガイダンスする。
【０１３０】
（ｆ）脱リン速度推定装置３１にて、脱リン速度脱リン速度ｒ_{ＰＯ４，ａｅｒｏｂｉｃ}を推定する際に、リン酸性リン濃度または全リン濃度の計測値をそのまま用いるのではなくて、フィルタリング処理したフィルタリング値を利用してもよい。
【０１３１】
フィルタリング処理したフィルタリング値を利用してもよい。
【０１３２】
このフィルタリング処理を採用することにより、各水質センサにおけるセンサ計測値にノイズが載った場合に、異常な硝化速度を演算するという危険を回避することができる。
【０１３３】
例えば、式（３．６）で示す移動平均フィルタを用いても良い。
【０１３４】

但し、
Ｆ_{ＰＯ４，ｔ}：時刻ｔにおけるリン酸性リン濃度フィルタリング値
Ｍ_{ＰＯ４，ｔ}：時刻ｔにおけるリン酸性リン濃度計計測値
（第７実施形態）
図７は本発明の第７実施形態に係わる下水処理場水質監視制御装置の概略構成を示すブロック図である。図６に示す第６実施形態の下水処理場水質監視制御装置と同一部分には同一符号を付して重複する部分の詳細説明は省略する。なお、この図７においては、図面上の煩雑さを避けるために、炭素源貯留槽１６から、炭素源注入ポンプ１９、水配管５７を介して、嫌気槽５に炭素源が注入される記載、また、凝集剤貯留槽１７から、ＰＡＣ注入ポンプ１１、水配管５６を介して、好気槽７に凝集剤が注入される記載は省略されている。
【０１３５】
この第７実施形態の下水処理場水質監視制御装置においては、第１の水質センサとしてのリン酸性リン濃度計３３の他に、ＤＯ計３６及びｐＨ計３７が好気槽７に設けられている。さらに、第２の水質センサとしてのリン酸性リン濃度計３２が無酸素槽６に設けられている。
【０１３６】
脱リン速度推定装置３１は、各リン酸性リン濃度計３２、３３から入力された各リン酸性リン濃度を用いて、好気槽７内における脱リン速度ｒ_{ＰＯ４，ａｅｒｏｂｉｃ}を式（３．３）を用いて推定して、運転員２２が監視する監視装置２１へ送出する。さらに、脱リン速度推定装置３１は、推定した脱リン速度、及びＤＯ計３６及びｐＨ計３７から入力されたＤＯ（溶存酸素）計測値、ｐＨ（水素イオン指数）計測値を制御装置３５へ送出する。
【０１３７】
制御装置３５は、推定された脱リン速度、ＤＯ（溶存酸素）計測値、ｐＨ（水素イオン指数）計測値に基づき、水処理プロセスにおける、曝気風量、循環流量、返送流量、余剰汚泥引抜量、炭素源投入量、凝集剤投入量、アルカリ剤投入量、初沈バイパス流量の少なくとも一つの操作量を自動調節する。
【０１３８】
例えば、生物学的脱リン速度（脱リン速度）ｒ_{ＰＯ４，ａｅｒｏｂｉｃ}が悪化し、かつ溶存酸素濃度を計測するＤＯ計３６の計測値が所定の値Ｓ_{ｏ２，ａｅｒｏｂｉｃ，ｒｅｆ}より低いと判断された場合は、制御装置３５により所定のＤＯに達するよう曝気装置４を調節し、曝気風量を調節する。
【０１３９】
また、生物学的脱リン速度（脱リン速度）ｒ_{ＰＯ４，ａｅｒｏｂｉｃ}が悪化し、かつｐＨ計３７の計測値が所定のｐＨ値より低いと判断された場合には、アルカリ度の不足が原因と考えられるため、制御装置３５により所定のｐＨ値に達するようアルカリ剤投入量を調節する。
【０１４０】
制御装置３５による各操作量の演算は、例えば式（３．７）、式（３．８）に示すＰＩ制御式で実施される。
【０１４１】

但し、
ｒ_{ＰＯ４，ａｅｒｏｂｉｃ，ｔ}：時刻ｔにおける生物学的脱リン速度［ｇＰＯ_４−Ｐ／ｍ^３・ｍｉｎ］
ｒ_{ＰＯ４，ａｅｒｏｂｉｃ，ｒｅｆ}：生物学的脱リン速度悪化判定値［ｇＰＯ_４−Ｐ／ｍ^３・ｍｉｎ］
Ｓ_{ｏ２，ａｅｒｏｂｉｃ，ｔ}：時刻ｔにおける溶存酸素濃度［ｇＯ_２／ｍ^３・ｍｉｎ］
Ｓ_{ｏ２，ａｅｒｏｂｉｃ，ｒｅｆ}：硝化を行うのに必要とされる限界溶存酸素濃度［ｇＯ_２／ｍ^３・ｍｉｎ］
ｐＨ_{ａｅｒｏｂｉｃ，ｔ}：時刻ｔにおけるｐＨ
ｐＨ_{ａｅｒｏｂｉｃ，ｒｅｆ}：硝化を行うのに必要とされる限界ｐＨ
ＭＶ_{ｂｌｏｗ，ｔ}：時刻ｔにおける曝気風量目標値［ｍ^３／ｍｉｎ］
ＭＶ_{ａｌｋ，ｔ}：時刻ｔにおけるアルカリ注入量目標値［ｍ^３／ｍｉｎ］
Ｋ_Ｐ１、Ｋ_Ｐ２：比例ゲイン
Ｔ_ｌ１、Ｔ_ｌ２：積分時間［ｍｉｎ］
ｅ_１、ｅ_２：偏差
なお、操作量の演算方法はこれだけに限らず、生物学的脱リン速度（脱リン速度）ｒ_{ＰＯ４，ａｅｒｏｂｉｃ}が回復する方向に進むものであればどのようなものでもよい。生物学的脱リン速度ｒ_{ＰＯ４，ａｅｒｏｂｉｃ}が悪化しているが、ＤＯ、ｐＨともに所定の値以上ある場合は、監視装置２１は原因及び対策のリストを表示し監視画面に表示しガイダンスするとともに、制御装置３５は好気槽７のリン酸性リン濃度計３３の計測値を基に式（３．９）を用いて凝集剤の投入量制御を行う。
【０１４２】

但し、
ＭＶ_{ｐａｃ，ｔ}：時刻ｔにおける凝集剤投入量目標値［ｍ^３／ｍｉｎ］
なお、凝集剤投入量の制御方法は式（３．９）に限らず、リン酸性リン濃度計３２と３３のいずれか一つもしくは両方を使って調節するのであれば、どのような方法でも良い。
【０１４３】
なお、この第７実施形態の下水処理場水質監視制御装置において、脱リン速度推定装置３１は、各リン酸性リン濃度計３２、３３から入力された各リン酸性リン濃度を用いて、好気槽７内におけるリン吐出速度を推定して、運転員２２が監視する監視装置２１へ送出すことも可能である。
【０１４４】
なお、本発明は上述した第１〜第７の各実施形態に限定されるものではない。
【０１４５】
第１、第２の水質センサとして、生物学的酸素要求量（ＢＯＤ）または生物化学的酸素要求量（ＣＯＤ）または総有機炭素量（ＴＯＣ）を計測するセンサを採用し、生物反応速度推定装置として、生物反応槽内の脱有機物速度を推定する脱有機物速度推定装置を採用することも可能である。
【０１４６】
さらに、水処理プロセスは凝集剤注入型嫌気−無酸素−好気法（凝集剤注入Ａ_２Ｏ法）に限定されず、下記に示す種々の水処理プロセスに適用することが可能である。
【０１４７】
標準活性汚泥法、Ａ２０法（嫌気一無酸素一好気法）、ＡＯ法（嫌気一好気法）、硝化内生脱窒法、循環式硝化脱窒法、ＯＤ法、ステップ注入法、回分式活性汚泥法、間欠曝気法、担体投入型活性汚泥法、担体投入Ａ２０法、担体投入ＡＯ法、担体投入硝化内生脱窒法、担体投入循環式硝化脱窒法、担体投入ＯＤ法、担体投入ステップ注入法、担体投入回分式活性汚泥法、担体投入間欠曝気法、凝集剤注入型活性汚泥法、凝集剤注入Ａ２０法、凝集剤注入ＡＯ法、凝集剤注入硝化内生脱窒法、凝集剤注入循環式硝化脱窒法、凝集剤注入ＯＤ法、凝集剤注入ステップ注入法、凝集剤注入回分式活性汚泥法、凝集剤注入間欠曝気法、膜分離型活性汚泥法、膜分離型Ａ２０法、膜分離型ＡＯ法、膜分離型硝化内生脱窒法、膜分離型循環式硝化脱窒法、膜分離型ＯＤ法、膜分離型ステップ注入法、膜分離型回分式活性汚泥法、膜分離型間欠曝気法。
【０１４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の下水処理場水質監視制御装置においては、ある生物反応槽よりも前段部に設置された第２の水質センサの計測値とその生物反応槽内部または後段部に設置された第１の水質センサの計測値より生物反応速度を推定し、生物反応の悪化を判定し、現象及び原因、対策をガイダンス及び自動制御を行っている。
【０１４９】
したがって、生物反応の悪化を実際に水質が悪化する前に把握し、下水処理場の運転員に対して対策をガイダンスでき、また、水質悪化の原因を特定できた場合には、水質が回復するよう自動制御を行うことができ、運転員の負担を軽減でき、常に、一定水準以上の処理水質を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係わる下水処理場水質監視制御装置の概略構成を示すブロック図
【図２】本発明の第２実施形態に係わる下水処理場水質監視制御装置の概略構成を示すブロック図
【図３】本発明の第３実施形態に係わる下水処理場水質監視制御装置の概略構成を示すブロック図
【図４】本発明の第４実施形態に係わる下水処理場水質監視制御装置の概略構成を示すブロック図
【図５】本発明の第５実施形態に係わる下水処理場水質監視制御装置の概略構成を示すブロック図
【図６】本発明の第６実施形態に係わる下水処理場水質監視制御装置の概略構成を示すブロック図
【図７】本発明の第７実施形態に係わる下水処理場水質監視制御装置の概略構成を示すブロック図
【図８】一般的な水処理プロセスを示す図
【図９】従来の下水処理場水質監視制御装置の概略構成を示すブロック図
【符号の説明】
１…流入水、２…最初沈殿池、３…処理水、４…曝気装置、５…嫌気槽、６…無酸素槽、７…好気槽、８…最終沈殿池、１５…汚泥貯留槽、１６…炭素源貯留槽、１７…凝集剤貯留槽、２１…監視装置、２４…アンモニア性窒素濃度計、２５…アンモニア性窒素濃度計、２６…硝化速度推定装置、２７…硝酸性窒素濃度計、２７ａ…全窒素濃度計、２８…硝酸性窒素濃度計、２９…硝酸性窒素濃度計、２９ａ…アンモニア性窒素濃度計、３０…脱窒速度推定装置、３０ａ…硝化・脱窒速度推定装置、３１…脱リン速度推定装置、３２…リン酸性リン濃度計、３３…リン酸性リン濃度計、３４…ＯＲＰ計、３５…制御装置、３６…ＤＯ計、３７…ｐＨ計、３９…アルカリ貯留槽

Claims

１つ以上の生物反応槽により構成される下水処理場における水質の監視制御を行う下水処理場水質監視制御装置において、
前記１つ以上の生物反応槽における指定された生物反応槽の反応槽内またはその生物反応槽より後段部に位置する槽もしくは配管もしくは池における水質成分を計測する一つ以上の第１の水質センサと、
前記指定された生物反応槽より前段部に位置する槽もしくは配管もしくは池における前記第１の水質センサで計測された水質成分と同じ水質成分を計測する一つ以上の第２の水質センサと、
前記第１、第２の水質センサの各計測値より前記指定された生物反応槽内の特定の水質成分の生物反応速度を推定する生物反応速度推定装置と、
この生物反応速度推定装置によって推定された生物反応速度に基づき、この生物反応速度の悪化及びその原因、対策をガイダンスする監視装置と
を備えたことを特徴とする下水処理場水質監視制御装置。
１つ以上の生物反応槽により構成される下水処理場における水質の監視制御を行う下水処理場水質監視制御装置において、
前記１つ以上の生物反応槽における指定された生物反応槽の反応槽内またはその生物反応槽より後段部に位置する槽もしくは配管もしくは池における水質成分を計測する一つ以上の第１の水質センサと、
前記指定された生物反応槽より前段部に位置する槽もしくは配管もしくは池における、前記第１の水質センサで計測された水質成分を推定可能で、かつ第１の水質センサで計測された水質成分と異なる水質成分を計測する一つ以上の第２の水質センサと、
前記第１、第２の水質センサの各計測値より前記指定された生物反応槽内の特定の水質成分の生物反応速度を推定する生物反応速度推定装置と、
この生物反応速度推定装置によって推定された生物反応速度に基づき、この生物反応速度の悪化及びその原因、対策をガイダンスする監視装置と
を備えたことを特徴とする下水処理場水質監視制御装置。
前記生物反応速度推定装置によって推定された生物反応速度に基づき、前記下水処理場における、曝気風量、循環流量、返送流量、余剰汚泥引抜量、炭素源投入量、凝集剤投入量、アルカリ剤投入量、初沈バイパス流量の少なくとも一つの操作量を調節する制御装置を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の下水処理場水質監視制御装置。
前記第１、第２の水質センサは全窒素濃度またはアンモニア性窒素濃度または硝酸性窒素濃度のいずれかを計測し、
前記生物反応速度推定装置は前記生物反応槽内の硝化速度を推定する硝化速度推定装置で構成される
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の下水処理場水質監視制御装置。
前記第１、第２の水質センサは全窒素濃度またはアンモニア性窒素濃度または硝酸性窒素濃度のいずれかを計測し、
前記生物反応速度推定装置は前記生物反応槽内の脱窒速度を推定する脱窒速度推定装置で構成される
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の下水処理場水質監視制御装置。
前記第１、第２の水質センサは、リン酸性リン濃度または全リン濃度、又はこれらの濃度と関係する水質成分を計測し、
前記生物反応速度推定装置は前記生物反応槽内の脱リン速度を推定する脱リン速度推定装置で構成される
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の下水処理場水質監視制御装置。
前記第１、第２の水質センサはリン酸性リン濃度または全リン濃度を計測し、
前記生物反応速度推定装置は前記生物反応槽内のリン吐出速度を推定するリン吐出速度推定装置で構成される
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の下水処理場水質監視制御装置。
前記第１、第２の水質センサは生物学的酸素要求量（ＢＯＤ）または生物化学的酸素要求量（ＣＯＤ）または総有機炭素量（ＴＯＣ）を計測し、
前記生物反応速度推定装置は前記生物反応槽内の脱有機物速度を推定する脱有機物速度推定装置で構成される
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の下水処理場水質監視制御装置。
前記第１、第２の水質センサはＯＲＰ、ＤＯ、ｐＨ、ＵＶ、ＭＬＳＳのうち一つ以上を計測し、
前記生物反応速度推定装置は、前記第１、第２の水質センサの各計測値間の相関関係から全窒素濃度またはアンモニア性窒素濃度または硝酸性窒素濃度のいずれかの水質を推定し、その水質推定値より硝化速度を推定する
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の下水処理場水質監視制御装置。
前記第１、第２の水質センサはＯＲＰ、ＤＯ、ｐＨ、ＵＶ、ＭＬＳＳのうち一つ以上を計測し、
前記生物反応速度推定装置は、前記第１、第２の水質センサの各計測値間の相関関係から全窒素濃度またはアンモニア性窒素濃度または硝酸性窒素濃度のいずれかの水質を推定し、その水質推定値より脱窒速度を推定する
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の下水処理場水質監視制御装置。
前記第１、第２の水質センサはＯＲＰ、ＤＯ、ｐＨ、ＵＶ、ＭＬＳＳのうち一つ以上を計測し、
前記生物反応速度推定装置は、前記第１、第２の水質センサの各計測値間の相関関係からリン酸性リン濃度または全リン濃度のいずれかの水質を推定し、その水質推定値より脱リン速度を推定する
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の下水処理場水質監視制御装置。
前記第１、第２の水質センサはＯＲＰ、ＤＯ、ｐＨ、ＵＶ、ＭＬＳＳのうち一つ以上を計測し、
前記生物反応速度推定装置は、前記第１、第２の水質センサの各計測値間の相関関係からリン酸性リン濃度または全リン濃度のいずれかの水質を推定し、その水質推定値よりリン吐出速度を推定する
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の下水処理場水質監視制御装置。
前記第１、第２の水質センサはＯＲＰ、ＤＯ、ｐＨ、ＵＶ、ＭＬＳＳのうち一つ以上を計測し、
前記生物反応速度推定装置は、前記第１、第２の水質センサの各計測値間の相関関係から、生物学的酸素要求量（ＢＯＤ）または生物化学的酸素要求量（ＣＯＤ）または総有機炭素量（ＴＯＣ）のいずれかの水質を推定し、その水質推定値より脱有機物速度を推定する
ことを特徴とする１から３のいずれか１項記載の下水処理場水質監視制御装置。
前記生物反応測度推定装置は、前記第１、第２の水質センサの各計測値をフィルタリング処理する計測値フィルタ部を有し、そのフィルタリング値を用いて生物反応測速度を推定することを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項記載の下水処理場水質監視制御装置。