(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性汚泥に対し標準基質を添加して最大呼吸速度を測定する第１次測定と、
この第１次測定後の活性汚泥に対し検水を添加して内生呼吸速度に達したことを測定する第２次測定と、
この第２次測定後の活性汚泥に対し標準基質を添加して最大呼吸速度を測定する第３次測定とを行い、
該第１次測定による最大呼吸速度と該第３次測定による最大呼吸速度とを対比して活性汚泥に対する該検水の毒性を評価することを特徴とする活性汚泥に対する毒性評価方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃水処理用の活性汚泥に対する水の毒性を評価する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
廃水を活性汚泥によって処理する場合、該廃水中の生物阻害性の物質により処理効率が大きく影響されるところから、この廃水の活性汚泥に対する毒性を試験する種々の方法が提案されている。
【０００３】
特開昭６２−２７０９７号公報の従来技術の欄には、検水存在下の活性汚泥の全呼吸速度と検水を含まない時の活性汚泥の呼吸速度（内生呼吸速度）との比を求めることにより該検水の活性汚泥に対する毒性を評価する方法が記載されている。
【０００４】
特開平２−１９０７６３号公報には、微生物を保持した固定化微生物膜と、該微生物膜と接触後の試料中の溶存酸素量を測定する溶存酸素検出器とを組み合わせてなる微生物センサを用い、標準溶液を該微生物センサに接触させた場合と検水を該微生物センサに接触させた場合との溶存酸素量の差を対比して検水の毒性を評価する方法が記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の毒性評価方法は、要するに標準液を微生物処理して標準データを得、その後検水を微生物処理して対比データを得、これらデータを直接に比較して毒性を評価するものであるが、この場合、標準液と検水とにおける毒性物質以外の基質の差異により該対比データが影響されることになり、毒性評価精度が低下してしまう。
【０００６】
また、特開平２−１９０７６３号の方法は、微生物を保持させた固定化微生物膜を用いるところから、毒性物質流入時に微生物が死滅してしまい、測定後頻繁に固定化微生物膜を交換する必要があり、著しく手間がかかる。
【０００７】
本発明は、汚泥に対する種々の廃水の毒性を容易に且つ高精度に測定することができる活性汚泥に対する毒性評価方法を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の活性汚泥に対する毒性評価方法は、活性汚泥に対し標準基質を添加して最大呼吸速度を測定する第１次測定と、この第１次測定後の活性汚泥に対し検水を添加して内生呼吸速度に達したことを測定する第２次測定と、この第２次測定後の活性汚泥に対し標準基質を添加して最大呼吸速度を測定する第３次測定とを行い、該第１次測定による最大呼吸速度と該第３次測定による最大呼吸速度とを対比して活性汚泥に対する該検水の毒性を評価することを特徴とするものである。
【０００９】
かかる本発明の活性汚泥に対する毒性評価方法においては、毒性物質接触前の第１次測定データと、毒性物質接触後の第３次測定データとを対比して毒性を評価する。この第１次データと第３次データとは、共に同一の標準基質に対する最大呼吸速度であるから、検水中の基質に影響されることのない毒性評価が行われる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明において、活性汚泥は、ＢＯＤ成分を酸化するＢＯＤ酸化菌及びアンモニア態窒素を亜硝酸あるいは硝酸に酸化する硝化菌などのいずれを含むものであっても良い。
【００１１】
本発明において、評価される検水としては、都市下水、し尿系排水、工場排水等の各種の廃水が挙げられる。
【００１２】
標準基質としては、ＢＯＤ酸化菌への毒性を評価する場合には酢酸、グルコース等が挙げられ、硝化菌への毒性を評価する場合には塩化アンモニウム等が挙げられる。
【００１３】
標準基質の添加量は、第１次処理においてはＮＨ3 −Ｎとして１０〜５０ｍｇ／Ｌ、ＢＯＤとして１００〜５００ｍｇ／Ｌとするのが好ましく、第３次処理では第１次処理の添加量と等しくするのが好ましい。
【００１４】
なお、通常の場合、第１次処理に先立って、内生呼吸速度に達するまで十分に曝気しておく。
【００１５】
呼吸速度を測定する手段としては、呼吸速度を経時的に測定できるものであれば制限なく使用でき、例えば、ＤＯ計、酸素ガス計、液位計、圧力計等を用いても良いが、本出願人が特願平７−９０６５１号、特願平８−１１３６２９号で提案している測定装置によるのが好ましい。この測定装置については後述する。
【００１６】
本発明における好適な毒性評価方法は次の手順に従って行われる。
【００１７】
▲１▼  前処理として、活性汚泥を採取後、内生呼吸速度に達するまで十分に曝気する。  内生呼吸速度に達したかどうかは呼吸速度及び呼吸速度の変化率等によって確認す  ることができる。
▲２▼  次に、経時的に呼吸速度計でこの活性汚泥の呼吸速度を計測しながら、標準基質を適量添加し、１次処理する。この１次処理における最大呼吸速度を測定し、Ｂとする。
▲３▼  次に、この１次処理後の活性汚泥に対し検水を添加し、２次処理する。この２次処理後、呼吸速度が内生呼吸速度に戻るまで待つ。
▲４▼  次に、この２次処理後の活性汚泥に対し、上記▲２▼の１次処理時に添加したものと同一の標準基質を同一量だけ添加して３次処理し、最大呼吸速度を計測し、Ａとする。
【００１８】
一般に、検水中の毒性物質に被毒することにより、上記▲４▼の３次処理時の最大呼吸速度Ａは▲２▼の１次処理時の最大呼吸速度Ｂよりも低くなる。
そこで、微生物酸化阻害率は、（Ｂ−Ａ）／Ｂ×１００％として計算される。
なお、上記呼吸速度計として好適な装置について次に説明する。
【００１９】
図２は特願平７−９０６５１号の汚泥活性度計測装置の一例を示す断面図であり、図３はその計測原理を説明する模式図である。
この汚泥活性度計測装置では、Ｕ字管７の水位計測手段として超音波式液位計１０を設けている。
【００２０】
密閉槽よりなる汚泥槽１の上部には、汚泥を定量供給する供給管１１が取り付けられ、また、下部には排出管１２が取り付けられており、評価したい汚泥や有機物（基質）、栄養源を含む水を導入，排出できるように構成されている。この供給管１１及び排出管１２はそれぞれバルブ１１Ａ，１２Ａを有する。
【００２１】
この汚泥槽１内の汚泥２中には、送気管３の先端に設けられた曝気手段３Ｂ、例えば、散気管、機械曝気器が差し込まれており、必要に応じて汚泥を曝気することができるように構成されている。
【００２２】
汚泥槽１には、汚泥，基質等を導入した状態で液相部と気相部とが形成される。
【００２３】
密閉槽よりなるアルカリ槽４は、汚泥槽１より連通管５を経て送り込まれた炭酸ガスを除去する炭酸ガス除去槽であり、内部に水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ溶液６が貯留されている。このアルカリ槽４にも、液相部と気相部とが形成されている。
【００２４】
汚泥槽１の気相部とアルカリ槽４の液相部とは連通管５で連絡されている。アルカリ槽４の気相部と汚泥槽１の液相部とは送気管３により連結されている。送気管３の途中には、エアポンプ３Ａやブロワー等の送気手段が設けられ、この送気管３の汚泥槽１の液相部に位置する端部には前述の如く、曝気手段３Ｂが設けられている。
【００２５】
液位モニタＭは、内部に水（水以外の液体、例えば、油などでも良い。）８を有するＵ字管７と超音波式液位計１０とで構成されている。Ｕ字管７の一端７Ａとアルカリ槽４の気相部とは連通管１３で連通しており、汚泥槽１及びアルカリ槽４及びＵ字管７の閉鎖側とで密閉空間が形成されている。  この汚泥活性度計測装置では、このＵ字管７の大気開放した他端７Ｂ側の水位８Ｂの変化を超音波式液位計１０により連続的に計測する。
【００２６】
汚泥槽１にサンプリングされた一定量の汚泥２は、エアーポンプ３Ａによって送られた空気により曝気されている。（このとき、バルブ１１Ａは閉じている。）この曝気は、特に、評価期間中に、溶存酸素律速とならないように、初期酸素の供給のために行われる。汚泥２中の微生物は曝気空気中の酸素を消費し、炭酸ガスを排出する。汚泥槽１からガスは連通管５を介してアルカリ槽４内のアルカリ溶液５に吹き込まれ、炭酸ガスが溶解、除去される。アルカリ槽４を出たガスはエアーポンプ３Ａにより再び汚泥槽１に送られ汚泥２中に曝気される。この汚泥２中の微生物によって消費された酸素の量だけ気相部分の容量が減少し、Ｕ字管７の開放端７Ｂ側の水位８Ｂが低下する。
【００２７】
この超音波式液位計１０は、超音波振動子からなる超音波送受信器１０Ａと演算処理部１０Ｂとを備え、演算処理部１０Ｂの演算処理回路は、周期的に送信信号パルスを送信回路に出力し、送信回路はこれを増幅して超音波送受信器１０Ａの超音波振動子を駆動する。超音波振動子は駆動信号に従って振動し、これによって音波がＵ字管７内の水面８Ｂに向かって発射される。発射された音波は水面８Ｂで反射し、再び超音波振動子に返ってくる。演算処理部１０Ｂの超音波振動子は返ってきた反射波によって電気信号を発生し、これが受信回路に伝搬される。前記受信回路は、前記振動子からの信号を増幅・検波して、演算処理部１０Ｂの演算処理回路に送信する。
【００２８】
電気信号の伝搬速度は、超音波の伝搬速度に対してはるかに速いので、送信を行ってから反射波を受信するまでの時間ｔは、振動子から発射され水面で反射して戻ってきた音波の伝搬時間とみなすことができ、従って、超音波送受信器１０Ａから水面までの超音波の往復の伝搬時間を連続的かつ自動的に計測可能となる。
【００２９】
即ち、超音波の伝搬時間ｔにより算出した容量Ｖは、図３の斜線の部分の容量に相当する。従って、例えば、この超音波の伝搬時間ｔを用いて、計測時点毎の容量Ｖを演算し、この容量Ｖを時間の関数としてプロットすることにより、酸素消費量の変化、即ち、汚泥活性の変化を知ることができる。
【００３０】
図４は特願平８−１１３６２９号の発明の微生物の呼吸速度計の系統図である。
【００３１】
この測定装置は、第１の密閉槽（測定槽）５１、第２の密閉槽（ＣＯ2 吸収槽）５２、酸素センサ５３、エアポンプ５４、データ処理装置５５等よりなる。第１の密閉槽５１には、散気管５６と、試料の投入弁５７とが設けられている。第１の密閉槽５１の上部の気体を第２の密閉槽５２のアルカリ溶液（例えばＫＯＨ溶液）に吹き込むように配管５８が設けられると共に、第２の密閉槽５２の上部の気体を散気管５８に供給するように配管５９が設けられている。この配管５９の途中に酸素センサ５３及びエアポンプ５４が設けられている。図示はしないが、密閉槽５１，５２及び配管５８，５９内の気体を新鮮な空気に置換しうるようにするために、配管５８又は５９に大気開放弁が設けられている。
【００３２】
配管５９のうち第２の密閉槽５２のすぐ近傍の部分に気体体積変化量測定器６０が配管６１を介して接続されている。この測定器６０は、密閉容器６２と、該容器６２内に差し込まれた直管６３と、該直管６３の下部に設けられた該直管６３内の水位を測定するレベルセンサ６４とを備えている。この直管６３の上端は大気に開放し、下端は容器６２内の水に開放している。レベルセンサ６４の検出信号はデータ処理装置５５に入力されている。
【００３３】
試料中に含まれる微生物の呼吸速度を計測するには、第１の密閉槽５１中に活性汚泥を含む液を収容しておき、第２の密閉槽５２中にアルカリ溶液（この場合ＫＯＨ溶液）を収容しておく。
【００３４】
次いで、ＢＯＤ基質を含む試料液の所定量を第１の密閉槽５１中に試料投入弁５７経由で導入する。この試料投入弁５７を閉鎖してからエアポンプ５４で第１の密閉槽５１の液相に空気を送気し、循環曝気を開始する。散気管５６から液中に吹き込まれた空気は、第１の密閉槽５１の上部から配管５８を経て第２の密閉槽５２中に吹き込まれ、空気中に含まれていたＣＯ2 がＫＯＨ溶液に吸収される。ＫＯＨ溶液上に浮上した空気は、配管５９を経て再び第１の密閉槽５１内の液中に吹き込まれる。この配管５９を通るときに、酸素センサ５３によって空気中のＯ2 濃度がセンシングされる。エアポンプ５４の始動時のノイズ減衰後に酸素センサ５３の検出酸素濃度信号をデータ処理装置５５に入力し、初期酸素濃度値を演算し、記憶させる。所定時間が経過してから再び酸素センサ５３の酸素濃度信号をデータ処理装置に入力し、このときの酸素濃度値を演算する。この酸素濃度値と初期酸素濃度値との差から酸素消費量を求め、微生物の呼吸速度を演算する。
【００３５】
なお、酸素センサ５３の検出信号をデータ処理装置５５に入力すると共に、さらに、レベルセンサ６４の検出信号をデータ処理装置５５に入力する。
【００３６】
データ処理装置５５では、レベルセンサ６４によって求まる閉ループ系の体積減少量を真値とし、これに基づいて酸素センサ５３の検出信号によって求まる体積減少量を較正する。
【００３７】
気体体積変化量測定器６０の検出値を用いた酸素センサ５３の較正は、定期的に行われる。
【００３８】
較正の具体的計算法は次の通りである。
【００３９】
酸素センサ５３の初期出力値（初期酸素濃度を示す出力電圧）をＥ1 とし、測定終了時の出力電圧をＥ2 とする。酸素センサ５３の出力電圧は、酸素濃度に直線的に比例するものであり、従って微生物の呼吸によって消費された酸素量は、この出力電圧Ｅ1 ，Ｅ2 の差に対し一定の係数ｋを掛けた値となる。
【００４０】
従って、この酸素センサ５３の出力電圧から演算される酸素濃度変化ΔＣS （％）は、係数ｋを用いて
ΔＣS ＝ｋ（Ｅ1 −Ｅ2 ）
と表わされる。
【００４１】
一方、測定器６０のレベルセンサ６４の初期検出水位と測定終了時の検出水位との差をΔＨ（ｃｍ）とし、容器６２の水平断面積をＳ（ｃｍ2 ）とし、閉ループ内の初期の気体体積をＱとすると、該レベルセンサ６４の出力信号から演算される酸素濃度変化ＣL は次のように表わされる。
【００４２】
ΔＣL ＝ [（ΔＨ・Ｓ）／（Ｑ−ΔＨ・Ｓ／２）] ×１００
なお、この式の意味は、
［（減少気体体積）／（閉ループ内の気体体積平均値）］×１００
である。この式の分母には、測定開始時の体積Ｑと測定終了時の体積Ｑ−ΔＨ・Ｓとの平均［Ｑ＋（Ｑ−ΔＨ・Ｓ）］×１／２＝Ｑ−ΔＨ・Ｓ／２を用いている。
【００４３】
なお、厳密には測定中の気相容積変化から、酸素センサによる酸素濃度をそれぞれ対応する容積から求める必要があるが、ここでは簡略法として気相容積の中間値を用いて計算することとした。この方法であれば酸素センサの測定値にオフセットがあっても結果に影響を与えない。また、液相中の溶存酸素濃度の変化は気相中の酸素濃度に比べてごく僅かなので無視する。
【００４４】
このΔＣL を真値としてΔＣS を較正するのであるが、そのためにはそれまでの係数ｋをｋ×（ΔＣL ／ΔＣS ）という新しい係数に置き換えれば良い。
【００４５】
このように、定期的に係数ｋを較正し、精度の高い酸素消費量を求め、呼吸速度を高精度に測定することが可能となる。なお、本発明では、測定対象試料の各時点における呼吸速度を連続的に測定しているときに逐次較正を行うのが好ましい。
【００４６】
上記実施の形態では閉ループ系の気体体積変化を測定して酸素センサを較正しているが、閉ループ系の気体圧力変化を測定して酸素センサを較正しても良い。
【００４７】
【実施例】
実施例１
活性汚泥としてし尿処理場活性汚泥を用いた実施例について説明する。
この活性汚泥１Ｌ（リットル）を採取し、前処理として、自己分解速度に達するまで十分に曝気した。この活性汚泥を図４に示す呼吸速度計測装置の第１の密閉槽５１に入れ、呼吸速度を計測しながら１次処理〜３次処理を行った。
１次処理及び３次処理では、ＮＨ4 Ｃｌを３８ｍｇ添加した。
２次処理では、検水としてグルコース、硫酸銅混合液（グルコース８０ｍｇ、硫酸銅１．６ｍｇ含有）を添加した。
このときの呼吸速度の経時変化は図１に示す通りであった。
この図１の結果から、硝化阻害率を計算したところ、
0003687233.tif 000002
であった。
【００４８】
実施例２
活性汚泥としてし尿処理場活性汚泥を用い、１次処理及び３次処理の標準基質としてグルコース８０ｍｇを添加し、検水としてグルコース、フェノール混合液（グルコース８０ｍｇ、フェノール１０ｍｇ含有）を添加したこと以外は実施例１と同様にしてＢＯＤ資化阻害率を測定した。その結果、Ｂ＝５０（ｍｇ／Ｌ／ｈ），Ａ＝３０（ｍｇ／Ｌ／ｈ）であり、
0003687233.tif 000003
であった。
【００４９】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によると、活性汚泥に対する毒性を容易にしかも精度良く測定することができる。
【００５０】
本発明では、添加する標準基質を変えることにより、硝化菌に対する毒性、ＢＯＤ資化菌に対する毒性などを個々に測定することができ、生物学的水処理装置を的確に運転管理することができる。
【００５１】
本発明によると、活性汚泥槽に被処理水を導入する前にその毒性を知ることができるため、活性汚泥槽の汚泥が被毒して死滅したり活性低下することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例における活性汚泥の経時変化を示すグラフである。
【図２】本発明で用いるのに好適な呼吸速度測定装置の系統図である。
【図３】図２の装置の計測原理を示す模式図である。
【図４】本発明で用いるのに好適な別の呼吸速度測定装置の系統図である。
【符号の説明】
１  汚泥槽
２  汚泥
３  送気管
３Ａ  エアーポンプ
３Ｂ  曝気手段
４  アルカリ槽
５  連通管
６  アルカリ溶液
７  Ｕ字管
８  水
１０  超音波式液位計
１０Ａ  超音波送受信器
１０Ｂ  演算処理部
５１  第１の密閉槽（測定槽）
５２  第２の密閉槽（ＣＯ2 吸収槽）
５３  酸素センサ
５４  エアポンプ
５５  データ処理装置
５６  散気管
５７  試料投入弁
６０  気体体積変化量測定器
６２  容器
６３  直管
６４  レベルセンサ
【図１】
0003687233.tif 000004
【図２】
0003687233.tif 000005
【図３】
0003687233.tif 000006
【図４】
0003687233.tif 000007