从水资源的有效利用的观点考虑，将城市下水、产业排水、雨水 等净化处理过的中水可进行再利用。例如，中水除可以用作水洗厕所 用水、洒水用水、冷却用水、风景用水等杂用水外，还可以用作农业 用水、工业用水，甚至作为自来水的原水。因此，可以推测下水经过 净化处理了的中水有各种用途，根据其各种用途而有不同的水质，所 以，希望开发出用于制造对应于多种用途中水的下水处理设备。
关于这一点，例如专利文献1中提出的方案是，把可用作杂用水 的中水及雨水，与上水联合，经济且有效地加以利用的综合水利用系 统的计划决策支援系统。按照该系统，具有中水处理设施与雨水处理 设施的2种处理设施，根据用途供给或选定上水及中水的任何一种， 计算该情况的事业成本，制定综合水利用系统的计划。

因此，在从下水制造中水时，例如，在用作风景用水时，要求处 理水经过充分脱色及脱臭，另一方面，在用作农业用水时，脱色及脱 臭不完全也可以，但有时希望残留有机物、溶解性磷及溶解性氮。
但是，按照专利文献1中记载的技术，可以针对特定的用途供给 或选定上水与中水的任何一种，而对制造要求水质不同的多种中水未 加以考虑。
因此，按照专利文献1中记载的技术，因为1种中水必须对应于 多种用途，故必须使下水处理装置运行，制造要求最清洁水质的中水。 在这种情况下，针对不要求清洁水质的用途，供给过度清洁的中水。 通常，在下水处理中，权衡水质与电量或试剂量的关系，供给过度清 洁的中水，肯定造成能量及成本浪费。另外，由于使中水清洁的那部 分产生的污泥量增大，故污泥处理费也增大。反之，为了不产生成本 的浪费而降低中水的水质时，但又得不到适合于要求清洁水质用途的 中水。
另外，多种中水需要量及作为其原水的下水流入量，取决于季节、 星期几、时间而分别变动，如果考虑该变动实施运行，则中水制造量 有时过剩或相反有时变得不足。同样，由于作为原水的下水流入水质 也取决于季节、星期几、时间而变动，则中水水质有时过度清洁或相 反有时变得不十分清洁。
本发明以有效制造对应于各种用途的中水为课题。
为了解决所述课题，本发明的水处理方法及装置，其特征在于， 把流入的原水分配给独立的多个水处理系列，把在各水处理系列中处 理过的处理水加以混合，生成分别适合于多个需水地方的需要水量及 需要水质的处理水，供给各个需水地方。
发明的效果
按照本发明，可以有效制造对应于各种用途的中水。

图1是采用本发明的水处理方法之一实施例的下水处理设备的系 统构成。
图2是工业用水、水洗厕所洗涤水、农业用水的需要水量及需要 水质之一例图。
图3是图1实施例的下水处理设备的运行控制装置中的运行条件 计算顺序之一例的流程图。
图4是作为使实用成本达到最小的最佳运行条件计算结果，把各 水处理系列的处理水量时段变化与各水处理系列的处理水进行混合， 制造中水之一例图。
图5是作为使实用成本达到最小的最佳运行条件计算结果，各水 处理系列的鼓风机空气扩散量的时段变化之一例图。
图6是采用本发明的水处理方法的另一实施例的下水处理设备的 系统构成图。
图7是采用本发明的水处理方法的又一实施例的下水处理设备的 系统构成图。
【符号说明】
1  下水处理设备
2-1～2-4  水处理系列
3  最初沉淀池
4  下水分配装置
5  处理水分配装置
6A、6B、6C  中水贮水池
7、8、9  中水
10  放流水
11  活性污泥处理槽
12  最终沉淀池
13  臭氧处理槽
14  供氧鼓风机
15  循环泵
16  凝聚剂贮槽
17  凝聚剂注入泵
18  污泥循环泵
19  污泥排出泵
20  氯贮槽
21  氯注入泵
22  臭氧发生噐
30  运行控制装置
31  流入下水量预测值
32  流入下水水质预测值
33  按用途区分的需要水量
34  按用途区分的需要水质
40  运行条件计算装置

作为本发明的水处理方法的实施方案，通过采用多个水处理系列， 改变各个水处理系列的运行条件，可以得到各种处理水水质的处理水。 结果是，通过把各个水处理系列的处理水单独或混合使用，可以制造 不同水质要求的多种中水。由此，可把适用于要求水质的中水，供给 各需水地方，从而可避免供给过度清洁的中水，降低制造中水的水处 理涉及的电量及试剂量等运行费用。另外，可避免因产生的污泥量增 大而导致污泥处理费的增大。
在此情况下，求出多个水处理系列的运行费用与污泥发生量的至 少一种，各水处理系列考虑处理水量和处理水水质，把运行费用与污 泥发生量的至少一种定在最小值是优选的。由此，可使多种涉及中水 制造的运行费用与污泥发生量达到最小化。
另外，具备下述构成：把流入的原水分配给独立的多个水处理系 列进行处理，将所述各个水处理系列的处理水单独或混合，来设定满 足所述多个需水地方的需要水量与需要水质的所述各水处理系列的处 理水量与处理水质，按照该设定的所述各水处理系列的处理水量与处 理水质，算出所述各个水处理系列的运行费用与污泥发生量的至少一 种，根据算出的所述各个水处理系列的运行费用与污泥发生量的至少 一种达到最小的所述各水处理系列的处理水量与处理水水质，使所述 各水处理系列运行，同时，将所述各个水处理系列的处理水单独或混 合，供给所述多个需水地方。
另外，在该情况，设置把供给需水地方的处理水暂时贮存的贮水 池，考虑掺加该贮水池中贮存的处理水，设定各个水处理系列的处理 水量，需水地方的需要水量变动被平衡后，可以使各个水处理系列的 处理水量平均化。
另外，各水处理系列，具有活性污泥处理及臭氧处理而构成，运 行费用包括：供给活性污泥处理的氧的鼓风机、活性污泥处理的处理 水循环泵、活性污泥处理的污泥循环泵、剩余污泥排出泵、凝聚剂注 入泵、氯注入泵、臭氧发生器、试剂费的至少一种运行费用。
还有，本发明的水处理设备，具有：独立的多个水处理装置；把 流入的原水分配给所述多个水处理装置的原水分配装置；把所述多个 水处理装置的处理水分配给多个需水地方的处理水分配装置；以及， 把所述原水分配装置与所述各水处理装置的运行条件与所述处理水分 配装置加以控制的运行控制装置而构成。特别是运行控制装置具有： 把所述原水流入量预测值与水质预测值以及多个需水地方的需要水量 及需要水质作为数据输入，把所述原水分配给所述各水处理装置的分 配量及按各个分配量改变所述各水处理装置的运行条件的运行方式设 定多个，按照各个运行方式计算所述各水处理装置的处理水水质，把 所述各水处理装置的处理水单独或混合，抽出满足所述多个需水地方 的需要水量与需要水质的运行方式，该抽出的运行方式中所述多个水 处理装置的运行费用与污泥发生量的至少一种，求出最小的最佳运行 方式，按照该最佳运行方式，把所述原水分配装置与所述各水处理装 置的运行条件及所述处理水分配装置进行控制的装置的结构。
此时，在该处理水分配装置的下游侧，设置供给所述需水地方的 处理水暂时贮存的贮水池，作为储备，考虑到该贮水池中贮存的处理 水，来设定各个水处理系列的运行方式。
另外，所述各水处理装置，具有活性污泥处理槽及最终沉淀池与 臭氧处理槽而构成，所述运行费用包括：向所述活性污泥处理槽供给 氧的鼓风机、所述活性污泥处理槽的处理水循环泵、所述活性污泥处 理槽的污泥循环泵、所述最终沉淀池的剩余污泥排出泵、向所述活性 污泥处理槽注入凝聚剂的凝聚剂注入泵、从所述最终沉淀池排出的处 理水中注入氯的氯注入泵、以及向臭氧处理槽注入臭氧的发生臭氧的 臭氧发生器的各种必要的电费及试剂费的至少一种。
下面对采用本发明的水处理方法的水处理设备的实例进行说明。
【实施例1】
图1示出采用本发明的水处理方法之一实施例的下水处理设备的 系统结构。如图所示，本实施例的下水处理设备1，具有独立的多个N (N＝2以上，在图示的例中为4系列)水处理系列2-1、2-2、2-3、 2-4而形成。各水处理系列2-1～2-4也可以采用同样构成的水处 理工序，但也可以采用不同构成的水处理工序。在本实施例中，各水 处理系列2-1～2-4作为同样的构成，仅对各水处理系列2-1进行 详细说明。
本实施例的下水处理设备1的作为原水的下水50，流入最初沉淀 池3。在最初沉淀池3中，流入的下水中固体成分被沉淀除去。最初 沉淀池3的上清液，用下水分配装置4分配至各水处理系列2-1～2 -4。该下水分配装置4，具体的由阀门、泵、堰等构成。分配至各水 处理系列2-1～2-4的下水被分别净化处理，这些处理水通过处理水 分配装置5，暂时贮存在按中水的多个用途M(M＝2以上，在图示的例 中为3种用途)加以区分的中水贮水池6A、6B、6C中，供给各种用途 A、B、C。处理水分配装置5，把从各水处理系列2-1～2-4排出的 处理水，为了满足各用途A、B、C的需要水量及需要水质，直接使用 或进行混合，生成适合于各用途A、B、C的水质的中水7、8、9，分 配给中水贮存池6A、6B、6C。还有，处理水分配装置5，具体的由阀 门、泵、堰而构成。另外，相对于流入的水量，当中水的需要量少时， 可作为放流水10排至河流等。
各水处理系列2-1～2-4的构成，如以水处理系列2-1为代表 所示，具有：从下水分配装置4供给的下水，流入活性污泥处理槽11； 用活性污泥处理槽11处理过的处理水，流入的最终沉淀池12；以及， 最终沉淀池12的上清水流入的臭氧处理槽13的结构。在活性污泥处 理槽11中设置：向槽内注入氧的供氧用鼓风机14；使槽内处理水循 环的循环泵15；以及，从凝聚剂贮存槽16向槽内注入凝聚剂的凝聚 剂注入泵17。最终沉淀池12中具有：使沉淀的污泥一部分返回至活 性污泥处理槽11中的污泥循环泵18；以及，把剩余污泥排出体系外 的污泥排出泵19。另外，在从最终沉淀池12排出的上清水中，从试 剂贮存槽20通过试剂注入泵21，例如，注入氯。在臭氧处理槽13中 设置向槽内注入臭氧气泡的臭氧发生器22。即，在活性污泥处理槽11 中，通过曝气，溶解性B0D卷入活性污泥中，在最终沉淀池12中沉降 分离活性污泥，得到澄清的上清液，最后注入用于杀菌的氯。其次， 在臭氧处理槽13中把脱色及脱臭残留的有机物进一步分解而进行净 化。
这种构成的各水处理系列2-1～2-4，与下水分配装置4及处理 水分配装置5一起用运行控制装置30进行控制。向该运行控制装置 30，输入流入下水量预测值31、流入下水水质预测值32、按用途A～ C区分的需要水量33、按用途A～C区分的水质34等数据。另外，运 行控制装置30设置运行条件计算装置40，按照输入的所述数据，计 算各水处理系列2-1～2-4的最佳运行条件(运行参数)及处理水分 配装置5中的混合条件。而且，运行控制装置30，按照运行条件计算 装置40的计算结果，向各水处理系列2-1～2-4及下水分配装置4 与处理水分配装置5输出运行控制指令。对各水处理系列2-1～2-4 的运行控制指令，具体的可以举出供氧用鼓风机14、污泥循环泵18、 处理水的循环泵15、污泥排出泵19、凝聚剂注入泵17、试剂注入泵 21、臭氧发生器22。
运行条件计算装置40，具有从流入下水水质与水处理系列2-N 的运行条件可以计算处理水水质的下水处理工序的水质计算组件 (module)而构成。该水质计算组件含有涉及水质的物质收支计算理 论模型或内插过去的实测数据的计算模型中的至少一种。作为涉及水 质的物质收支计算理论模型，例如有IWA(国际水协会，International Water Aassociation)提出的IWA活性污泥模型(ASM，Activated Sludge Model)。该模型，把构成活性污泥的微生物分类，考虑了各种微生物 的增殖与死亡、固体物与溶解性有机物的水解等反应。内插过去的实 测数据的计算模型，例如，模型中具有运行条件与去除率的实测值， 内插求出在所希望的运行条件的除去率。
而且，对运行条件计算装置40，作为输入条件给予流入下水量预 测值31、流入下水水质预测值32、按用途区分的需要水量33、按用 途区分的需要水质34。流入下水量预测值31，可有效给出按照过去流 入的下水量实测值的值。通常，流入的下水水量因季节、星期、时间 而异，流入下水量预测值31是随时间变化的值。今后在雨天预测时， 根据将来的降雨量预测信息，从管路内的流下计算结果为基础而可以 给出流入下水量预测值31。
流入下水水质预测值32，可有效给出按照过去流入的下水量实测 值的值。与水量同样，水质因季节、星期、时间而异，流入下水水质 预测值32是随时间变化的值。作为水质项目，可以举出污浊物质、溶 解性有机物、溶解性氮成分、溶解性磷成分、水温、pH等。
按用途区分的需要水量33是农业用水、工业用水、净化原水、风 景用水、水洗厕所洗涤水、冷却用水、洒水用水等中水的各种用途中 必要的水量。该按用途区分的需要水量33有时为一定值，但多数为随 时间变化的值。例如，在图1中，从用途A至用途C设定3种用途， 故按用途区分的需要水量33的信息也必需是3种。
按用途区分的需要水质34，是所述中水的各种用途中必要的水 质。该值是不发生随时间变化的一定值。
通过运行条件计算装置40，参照图2～图4对各水处理系列2- 1～2-4的最佳运行条件(运行参数)、处理水分配装置5中的混合 条件及下水分配装置4的分配条件的计算方法之一例说明如下。
现在，作为中水的用途A～C，可以设定工业用水、水洗厕所洗涤 水、农业用水的3种。各种中水的需要水量与需要水质及其他特征事 项如图2中的假定。针对这种不同的需要水量与需要水质的用途，在 运行条件计算装置40中，使下水处理设备1的运行条件最佳化。在这 里，为了满足各种用途的需要水量与需要水质，把多种水处理系列的 处理水混合，也可以使制造的中水加以并存，使运行条件最佳化。
作为考虑水量与水质，求出合适运行条件的办法，还可以举出通 过解析，导出最佳解的方法，在这里，从下列理由(1)、(2)对双 列法(method of all possible combination)的适用性加以说明。
(1)下水处理工序的运行量由于是不通过秒或分的量级加以变更 的值，故不必求出瞬时解。
(2)尽管是理论上求出的解，但通过需要水质及需要水量的方式 也不能求出最佳解。
导入双列法时的计算顺序如图3的流程图所示。
即，如图3所示，把流入水量预测值31、流入下水水质预测值32、 按用途区分的需要水量33、按用途区分的需要水质34输入(S1)， 把流入水量预测值31分配给水处理系列2-N的系列(S2)。此时， 以等分配作为基本，采用下水分配装置4，对改变每个系列的处理水 量的情况进行的探讨也包括在内。把流入水量预测值31的变动及按用 途区分的需要水量33等合在一起，以一定时间间隔设定处理水量的分 配是可能的，在这种情况下可作为分配方式来认识。
其次，在操作的可能范围内改变各系列N的运行条件，设定把这 些加以组合的多个运行方式(S3)。其次，对设定的全运行方式，通 过水质计算组件求出各运行方式的各系列N的处理水水质(S4)。另 外，对各运行方式，求出由所用电量与试剂用量构成的运行费用(应 用成本)；以及，产生的污泥量。还有，针对导入夜间电力的水处理 场，计算反映其料金体系的应用成本。然后，采用双列法，探讨满足 按用途区分的需要水量33及按用途区分的需要水质34的步骤S3的运 行方式(S5)。此时，含单独或混合的各系列N的处理水，也可以探 讨满足按用途区分的需要水量33及按用途区分的需要水质34的运行 方式。
还有，满足按用途区分的需要水量33及按用途区分的需要水质 34的运行方式中，当通过组合使应用成本达到最小时，抽出使排出污 泥量达到最小的最佳运行方式(S6)。通过所述计算，针对流入水量 预测值31及流入下水水质预测值32的条件，可以求出满足按用途区 分的需要水量3 3及按用途区分的需要水质34，并且应用成本或排出 污泥量达到最小的各个系列N的最佳运行条件。
其次，运行控制装置30，按照最佳运行方式的运行条件，把控制 指令输出给下水分配装置4，下水被分配给各水处理系列2-1～2-4， 把运行控制指令输出给各水处理系列2-1～2-4，另外，把控制指令 输出给下水分配装置5，把从各水处理系列2-1～2-4排出的处理水 单独或混合，供给对应的中水贮存池6A～6C。
通过所述实施例计算最佳运行条件使应用成本达到最小的结果之 一例，示于图4及图5。在这些例子中，在图3的步骤S2中的运行条 件变更涉及的一定时间为6小时，但又不限于此，也可设定在30分、 1小时等更短间隔。
如图4所示，改变流入下水量，工业用水的需要水量一定。另外， 水洗厕所洗涤水如图4那样变动。农业用水随时段变动，但在图2所 示的条件下，以1天为单位供给需要水量为前提。如图所示，工业用 水与水洗厕所洗涤水，通过分别供给系列1及系列2的处理水，可以 确保需要水量。作为农业用水的中水，从9点至21点仅供给系列3 的处理水，从21点至次日9点添加水处理系列3的处理水，把系列1 及系列2的处理水混合、供给，得到计算结果。另外，在各时间带的 工业用水、水洗厕所洗涤水及农业用水的合计量与流入下水量之差， 与系列4的处理及其他系列的剩余水合计作为放流水，排至河流等。
因此，当采用本实施例的算法时，把多个系列处理水作为不同用 途的中水供给时的混合及分配可以最佳化。按照图4的值，运行控制 装置30把控制指令输出给下水分配装置4，把下水分配给各水处理系 列2-1～2-4，同时，把运行控制指令输出给各水处理系列2-1～2 -4，控制各水处理系列的处理水水质。另外，把控制指令输出给处理 水分配装置5，把从各水处理系列2-1～2-4排出的处理水单独或进 行混合，加以控制使满足按用途区分的需要水量33。
图5示出各水处理系列2-1～2-4的氧供给用鼓风机14的空气 扩散量输出结果。如图所示，供给需高水质的工业用水的系列1的鼓 风机空气扩散量，比其他系列2、3、4鼓风机空气扩散量多。另一方 面，即使溶解性有机物及溶解性氮、溶解性磷也不成为问题的农业用 水，主要供给的系列3的鼓风机空气扩散量，在活性污泥也不发生沉 降，并且活性污泥的灭活量在未达到过多的程度，可以达到应该少的 结果。因此，当采用本实施例的算法时，把各系列的供氧用鼓风机空 气扩散量的最佳值，作为运行控制指令输出。按照该值，通过操作供 氧用鼓风机14，控制各系列运行使满足各用途中水的需要水质。
以上对中水混合量与供氧用鼓风机空气扩散量最佳值的输出结果 加以说明，但是，其他运行条件，例如即使涉及泵流量及凝聚剂注入 量、氯注入量等，作为输出量可以得到同样的结果。
另外，作为适当解的算出方法，在所述实施例中，采用双列法时 的顺序及其计算方法已作了介绍，还可用基因算法及最快下降法、蒙 特卡洛法来代替。
如上所述，按照本实施例1，在下水处理设备的运行控制装置30 设置运行条件计算装置40，可以满足中水各种用途需要水量及需要水 质，并且维修成本及排出污泥量达到最小的运行。
即，对中水设定各种用途，针对各种用途而水质不同。例如，在 用中水作为风景用水时必需进行充分的脱色及脱臭，但在用作农业用 水时，可不完全进行脱色及脱臭，反之，还希望有机物、溶解性磷及 氮残留，必须根据各种用途设置水处理装置。
然而，如本实施例那样，把流入的原水分配给独立的多个水处理 系列，在各水处理系列处理过的处理水单独或进行混合，生成分别适 合于多个需水地方的需要水量及需要水质的处理水，供给各需水地方， 可以合理制造针对各种用途的必要水质。另外，根据流入下水量及中 水需要水量的变动，具有多个水处理系列的各水处理设备，通过改变 各处理系列的运行条件，可有效制造适于需要的中水。
另外，在制造多种中水时，可以使运行费用或污泥发生量最小化。
[实施例2]
采用本发明的水处理方法的另一实施例的下水处理设备的系统结 构示于图6。如图所示，本实施例与图1的实施例不同点在于，作为 运行控制装置30的运行条件计算装置40的输入条件之一，存在中水 贮水池6A、6B、6C的贮留量35。即，本实施例把中水贮水池6A、6B、 6C作为缓冲器考虑，由于对需要水量的柔软性增加，故维修成本或排 出污泥可进一步减少。
本实施例含中水贮水池，在计算最佳运行条件时，双列法、基因 算法、蒙特卡洛法有效。另外，计算的顺序与实施例1的情况同样。 作为该计算结果，除实施例1的运行条件以外，把贮存量的优选时间 推移作为输出信号。按照该时间推移的计算结果，通过直接操作处理 水分配装置5有关的阀门及泵，使更有效的下水处理设备的运行成为 可能。
[实施例3]
采用本发明的水处理方法的又一实施例的下水处理设备的系统结 构示于图7。如图所示，本实施例与图1的实施例不同点在于，通过 运行条件计算装置40得到的计算结果表示在显示装置36中。由此， 操作人员可以确认显示装置36表示的运行条件等的计算结果，可以判 断该运行条件等的妥当性。另外，关于用水处理分配装置5分配的各 用途水，把各水处理系列2-1～2-4的混合比例输出到显示装置36， 可以判断运行结果的妥当性。
【专利文献1】特开平5-324601号公报