(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記の工程を含んでなることを特徴とする、液体の生物学的酸素需要量（ＢＯＤ）を予測する方法。
（１ａ）ＢＯＤが既知の液体を用意し、
（１ｂ）実質的に酸素に接触していない状態で定常状態にある活性汚泥を、前記の液体に、一定の容積比で混合した混合液を一定温度の条件下で撹拌し、
（１ｃ）前記混合液が、十分に嫌気的状態になったあと、一定温度条件および撹拌を継続したまま、一定の速度で通気を開始し、
（１ｄ）前記混合液の、溶存酸素および酸化還元電位からなる群から選ばれる、液体のＢＯＤ成分の消化状態を示すパラメーターの経時変化を連続的に測定し、
（１ｅ）通気を開始してから、液体のＢＯＤ成分の消化状態を示すパラメーターが、選択された一定値に達するまでの時間ｔを測定し、
（１ｆ）（１ａ）〜（１ｅ）の測定を既知ＢＯＤが異なった、２種類以上の液体について繰り返して、ＢＯＤとｔとの関係式を決定し、
（２）ＢＯＤ濃度が未知の検水に対して、前記（１ａ）〜（１ｅ）の測定を行って、（１ｆ）で決定したＢＯＤとｔの関係式から、検水のＢＯＤを決定する。
【請求項２】
実質的に酸素に接触していない状態で定常状態にある活性汚泥が、活性汚泥排水処理設備の返送汚泥である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ＢＯＤが既知の液体が、前記活性汚泥排水処理設備の任意の箇所から採取されたものであり。検水が前記活性汚泥排水処理施設に導入される排水である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
液体のＢＯＤ成分の消化状態を示すパラメーターが、液体中の溶存酸素濃度である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
（１ｅ）において選択される一定値が、１〜８ｍｇ／リットルの範囲内の値である、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
液体のＢＯＤ成分の消化状態を示すパラメーターが、液体の酸化還元電位である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
（１ｅ）において選択される一定値が、−１００〜＋５０ｍＶの範囲内の値である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
予測されるＢＯＤが１００〜２０００ｍｇ／リットルである、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
（１ｂ）において、一定温度が２０〜４０℃の範囲内の値である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
（１ｆ）において決定されたＢＯＤとｔの関係式を、ＢＯＤが既知の標準物質を用いて、その都度校正する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
定常的に排水を排出する工程に付随した排水処理施設において、活性汚泥排水処理施設に導入される排水のＢＯＤを、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法によって測定し、排水処理の条件を制御することを特徴とする、排水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】
発明の分野
本発明は、廃水、特に産業廃水など、の生物学的酸素要求量（以下、ＢＯＤという）を迅速かつ正確に測定する方法に関するものである。
【０００２】
背景技術
各種の製造設備または工場から排出される排水は、通常、排水処理施設によって処理される。このような排水処理施設において、活性汚泥法による処理が行われる場合、処理状態を良好に維持するために、未処理排水の濃度を測定し、排水量と排水負荷とを管理することが必要である。このような未処理排水の濃度の指標としては、ＢＯＤが適当であり、一般的に用いられてきた。しかしながら、ＪＩＳに定められたＢＯＤ測定法では、測定に長時間（５日）かかること、分析操作の熟練度などに起因する測定結果の個人差、およびその他の問題点がある。特に、測定に長時間かかることは、未処理排水の濃度を測定して排水処理の条件を決めるまで、排水処理ができないので、未処理排水を蓄えておく必要が生じるので致命的である。
【０００３】
このような観点から、短時間で未処理排水のＢＯＤを測定または予測する方法が検討されている。例えば、ＪＩＳ  Ｋ３６０２で規定されている、酵母利用センサーを用いて酸素消費速度を測定し、その測定値をもとにＢＯＤを予測する方法がある。しかし、この方法では一般的にセンサーが不安定であるために、実際の処理施設においては定期的なセンサー交換が必要であり、また測定範囲がある程度限定されているという問題点があった。また、対象とする排水に含まれる成分と、センサー用酵母との相性により、測定精度や安定性が損なわれるという問題点もあった。さらには、排水が懸濁成分を含んでいる場合、その懸濁成分のＢＯＤを検出できない。このため、懸濁成分を多く含む排水に対して、この方法を適用することは難しい。
【０００４】
一方、特許第２９０９７２３号（廃水処理制御方法および装置）、特許第２９５２２８２号（廃水処理制御方法）各公報、などには排水処理を行っている途中の曝気槽混合液を対象とした方法が開示されている。この方法では、酸素消費パターンからの汚泥活性予測、および通気後の溶存酸素（以下、ＤＯという）濃度の変化からの未処理廃液のＢＯＤが予測できるとされている。しかし、この方法は、処理途中の曝気槽混合液を対象としたものであるから、当然、処理前に未処理排水のＢＯＤを知ることができない。
【０００５】
さらに特公平３−７７４６０号公報（ＢＯＤの測定方法およびその装置）には、未処理排水のＢＯＤを迅速に測定する方法が記載されている。この方法では、内生呼吸によってＤＯ濃度が０ｐｐｍとなった活性汚泥に未処理排水を加え、通気撹拌をしたとき、通気撹拌開始からＤＯ濃度が増加を始めるまでの時間を測定し、それから未処理排水のＢＯＤを予測している。しかしながら、実際の場合、活性汚泥に未処理排水を加えて通気撹拌したときのＤＯ濃度増加は、初期に緩やかに増加した後、急激に増加するので、ＤＯ濃度増加開始のタイミングを明確に見極めることが困難であることが多い。
【０００６】
一方、化学的酸素要求量（以下、ＣＯＤという）の簡易分析や、全有機炭素（以下、ＴＯＣという）測定を行い、その測定結果を用いて、ＣＯＤまたはＴＯＣとＪＩＳ法ＢＯＤ値との相関式からＪＩＳ法ＢＯＤを求める方法も検討されている。しかし、実際のＣＯＤ測定の方法として用いられるＣＯＤｃｒ法（重クロム酸カリウムを用いたＣＯＤ測定法）などでは、それに用いる薬品の管理が必須であり、またＴＯＣ分析計は装置そのものが高価で、かつ装置維持に手間がかかるという問題点がある。また、排水の性質の変化があったりするので、ＣＯＤあるいはＴＯＣとＢＯＤとの相関式を定期的に見直す必要もある。
【０００７】
【発明の概要】
本発明の方法は、前記の問題点を解決するものであり、液体のＢＯＤを迅速かつ正確に測定する方法を提供するものである。
【０００８】
本発明のＢＯＤを予測する方法は、下記の工程を含んでなることを特徴とするものである。
（１ａ）ＢＯＤが既知の液体を用意し、
（１ｂ）実質的に酸素に接触していない状態で定常状態にある活性汚泥を、前記の液体に、一定の容積比で混合した混合液を一定温度の条件下で撹拌し、
（１ｃ）前記混合液が、十分に嫌気的状態になったあと、一定温度条件および撹拌を継続したまま、一定の速度で通気を開始し、
（１ｄ）前記混合液の、溶存酸素および酸化還元電位からなる群から選ばれる、液体のＢＯＤ成分の消化状態（処理状態）を示すパラメーターの経時変化を連続的に測定し、
（１ｅ）通気を開始してから、液体のＢＯＤ成分の消化状態を示すパラメーターが、選択された一定値に達するまでの時間ｔを測定し、
（１ｆ）（１ａ）〜（１ｅ）の測定を既知ＢＯＤが異なった、２種類以上の液体について繰り返して、ＢＯＤとｔとの関係式を決定し、
（２）ＢＯＤ濃度が未知の検水に対して、前記（１ａ）〜（１ｅ）の測定を行って、（１ｆ）で決定したＢＯＤとｔの関係式から、検水のＢＯＤを決定する。
【０００９】
また、本発明の排水処理方法は、定常的に排水を排出する工程に付随した活性汚泥排水処理施設において、排水処理施設に導入される排水のＢＯＤを、前記のＢＯＤを予測する方法によって予測し、排水処理の条件を調整すること、を特徴とするものである。
【００１０】
本発明の方法により、特に活性汚泥排水処理施設において、これから処理しようとしている排水のＢＯＤを迅速かつ正確に予測することができ、排水処理の条件を適切に制御することができる。
【００１１】
【発明の具体的説明】
本発明においては、まず、ＢＯＤが既知の液体を複数種使用して、ＢＯＤと、後述するｔとの関係式を決定する。
【００１２】
この関係式を決定するために、第一にＢＯＤが既知の液体を２種類以上用意する。これらの液体のＢＯＤ値は、検水のＢＯＤを予測するための基準となるものであるから、慣用の方法、例えばＪＩＳ法、よって測定されたものであることが好ましい。また、既知ＢＯＤの液体を、希釈または混合した液体を準備し、そのＢＯＤを計算によって求めてもよい。このように用いるＢＯＤ既知液体は、事前に用意し、冷蔵または冷蔵保存などしておくことが好ましい。
【００１３】
用意するＢＯＤが既知の液体の種類は、予測の精度を高めるために、多ければ多い程良い。また、モデル排水として培地のように調整することも可能である。
【００１４】
このようにして準備したＢＯＤが既知の液体に、実質的に酸素に接触していない状態で定常状態にある活性汚泥を一定の割合で混合する。
【００１５】
有機物を含む排水または汚水に、酸素または空気を吹き込むと、経時的にその排水または汚水に適した好気性微生物が繁殖する。この好気性微生物を多く含んだ汚泥状の物質を一般的に活性汚泥という。この活性汚泥と排水とを混合し、酸素を導入すると、微生物が活発に作用し、排水中の有機物を活性汚泥に吸着させ、また酸化または同化させる。この作用は排水の浄化処理に利用されている。本発明の方法において用いる活性汚泥は、このような一般的な活性汚泥の中から任意に選択できる。
【００１６】
本発明においては、測定に先立って前記活性汚泥が実質的に酸素に接触していない状態で定常状態になければならない。この状態では、活性汚泥中の溶存酸素は内生呼吸によって実質的に含んでいない状態になっている。活性汚泥をこのような状態にするためには、活性汚泥が実質的に酸素に接触していない状態で放置しておけばよいが、より迅速に所定の状態にするために、撹拌を組み合わせることもできる。
【００１７】
本発明の方法は、実際の排水処理施設において利用されることが好ましい。そして、実際の排水処理施設において、前記の実質的に酸素に接触していない状態で定常状態にある活性汚泥は、沈殿槽から曝気槽に戻される返送汚泥として容易に入手できる。この返送汚泥は、その排水処理施設において処理される排水によく馴致していることは当然であるから、検水として、その排水処理施設において処理しようとする排水を用いる場合には特に適していることも明らかである。従って、実際の排水処理施設において本願発明の方法を用いる場合には、予測精度を改善する点から、さらに入手の容易性から、その排水処理施設の返送汚泥を用いることが特に好ましい。
【００１８】
ＢＯＤが既知の液体と前記活性汚泥との混合比は、液体の汚染度や活性汚泥の種類などによって変化するが、一般に容積比で液体１に対して０．５〜３．０、好ましくは１．０〜２．０、である。
【００１９】
このような混合により得られた混合液は、一定温度の条件下で撹拌される。この操作によって、液体中の溶存酸素が活性汚泥中の微生物によって消費され、嫌気的状態になる。一定に保持する温度は、微生物の活動が維持できる温度であれば特に限定されないが、一般に２０〜４０℃、好ましくは２５〜３５℃、である。また、嫌気的状態に達するまでの時間も、微生物の種類や温度条件によって左右されるが、一般に１．０〜１０分である。
【００２０】
混合液が嫌気的状態に達したことは、例えば溶存酸素濃度を測定することにより確認することができる。溶存酸素（ＤＯ）とは一般的に液相中に溶解している分子状酸素をいう。そして、工場排水などにおいては、有機腐敗性物質や還元性物質によってＢＯＤやＣＯＤが増大し、ＤＯは消費されている。このため、本発明において、ＤＯ濃度は排水のＢＯＤ成分の消化状態を示すパラメーターとしても利用される。
【００２１】
本発明において、溶存酸素は一般的に用いられる任意の方法により測定できる。このような方法としては、ミラー法、ウィンクラー法、ポーラログラフ法、比色法、およびその他の方法が挙げられるが、本発明においては、溶存酸素計またはＤＯセンサーを用いることが好ましい。
【００２２】
本発明の方法において、理想的には、溶存酸素が０になった時点で嫌気的状態に達したとするべきである。しかし、実際の測定にあたっては、測定時間が短縮できること、測定雰囲気の制限が少ないこと、およびその他の理由から、溶存酸素が０．０５〜０．１ｍｇ／リットルの範囲内の値になった時点で嫌気的状態に達したとすることが便利である。
【００２３】
混合液が嫌気的状態に達した後、この混合液中に一定速度で通気を開始する。通気により導入される気体は、理想的には酸素であるが、空気の導入が簡便であって好ましい。通気速度は、例えば空気を通気する場合には、単位容積の混合液に対して、単位容積の気体を１分間で通気する場合の速度を１ｖｖｍとしたとき、一般的には０．１〜２．０ｖｖｍ、好ましくは０．５〜１．０ｖｖｍ、である。
【００２４】
通気開始と同時に、混合液のＢＯＤ成分の消化状態を示すパラメーターの測定を開始し、そのパラメーターの経時変化を測定する。
【００２５】
ＢＯＤ成分の消化状態を示すパラメーターとしては、前記したＤＯ濃度、または酸化還元電位（以下、ＯＲＰという）を用いる。ＯＲＰの測定には、一般的な測定装置を用いることができる
【００２６】
このような測定によって、ＤＯ濃度またはＯＲＰの経時変化が測定されるが、その変化のパターンは例えば、図１または図４に示されるようなものとなる。すなわち、通気開始からＤＯ濃度またはＯＲＰは緩やかに増加し、ある時点から急激に増加する。そして、その緩やかに増加する時間は、ＢＯＤが大きいほど長くなる傾向を有する。
【００２７】
そして、ＢＯＤが異なる複数の液体について前記の測定を繰り返し、ＤＯ濃度またはＯＲＰが一定値に達する時間ｔを測定すると、ＢＯＤとｔとは強い相関を有することがわかる（図２または図５参照）。この結果より、ＢＯＤとｔの関係式を決めることができる。一般にＢＯＤとｔとは一次の関係であり、
ＢＯＤ  ＝  ａｔ＋ｂ                （Ｉ）
（ここで、ａおよびｂは定数）
と表すことができる。
【００２８】
ここで、（Ｉ）式の相関関係が高く保てるように、液体のＢＯＤ成分の消化状態を示すパラメーターとしてＤＯ濃度を選択した場合には、一定値として１．０〜５．０ｍｇ／リットルの範囲内の値を選ぶことが好ましく、ＯＲＰを選択した場合には、一定値として−１００〜＋５０ｍＶの範囲内の値を選ぶことが好ましい。
【００２９】
このようにして求めたＢＯＤとｔとの関係式を、ＢＯＤが未知の検水に適用して、そのＢＯＤを予測することができる。すなわち、ＢＯＤが未知の検水について、ＢＯＤが既知の液体について行ったものと同じ測定を行い、ｔを測定する。そして、（Ｉ）式を用いて、その液体のＢＯＤを予測することができる。
【００３０】
予測することのできるＢＯＤの範囲は、（Ｉ）式の関係が維持されている範囲であれば特に限定されないが、特に相関が強い、ＢＯＤが１００〜２０００ｍｇ／リットルの範囲であることが好ましい。
【００３１】
なお、本発明の方法において、測定に用いる活性汚泥と、既知ＢＯＤの液体、および検水は、よく馴致していることが好ましい。従って、本発明の方法を活性汚泥排水処理施設において用いる場合、（１）活性汚泥としての沈殿槽から曝気槽に戻される返送汚泥、（２）既知ＢＯＤの液体としての、当該活性汚泥排水処理施設の任意の箇所から採取した未処理、または処理済み排水、あるいはそれを希釈または混合した液体、および（３）検水としての、当該活性汚泥排水処理施設に導入される排水、を組み合わせて用いることが特に好ましい。
【００３２】
また、本発明に方法によって、排水処理施設の工程管理が行うことができる。すなわち、定常的に排水を排出する工程に付随した排水処理施設において、活性汚泥排水処理施設に導入される排水のＢＯＤを、本発明の方法によって予測し、排水処理の条件を制御することができる。本発明の方法を用いる場合、複数のＢＯＤが既知の液体と排水とを多連で供試することが好ましい。
【００３３】
なお、排水処理施設においては、通常、継続的に処理が行われる。しかし、例えば特定の工程に付随した排水処理施設であっても、用いる原材料のロットが変更されたり、製造する製品の種類が変わったり、あるいは季節変動などにより、排水や活性汚泥の状態が変動する。このような変動は、本発明によるＢＯＤ予測結果の誤差の原因となり得る。従って、定期的または不定期に、ＢＯＤが既知の標準物質を用いて、（Ｉ）式の定数の校正を行うことが好ましい。
【００３４】
【実施例】
実施例１
実際の工場廃液を用いて、本発明の方法を適用した結果は下記の通りであった。
供試験排水として、ビール工場における排水処理施設の調整槽および嫌気処理槽から原排水を入手し、それを希釈および／または嫌気処理して、試料１〜８を準備した。各試料のＢＯＤをＪＩＳ法で測定したところ、それぞれ以下のＢＯＤを有することがわかった。
0003572031.tif 000002
【００３５】
前記の排水処理施設より、返送汚泥を入手し、その返送汚泥２リットルを５リットル容のジャーファーメンターに投入し、温度３０℃においてしばらく撹拌した。これに前記の試料を１リットル投入し、さらに通気せずに撹拌混合した。このとき、混合物のＤＯ濃度は、内生呼吸により低下していった。混合液のＤＯ濃度が０．１ｍｇ／リットルまで低下した時点で、３リットル／分の速度で通気を開始し、その後のＤＯ濃度変化を追跡した。
得られた結果は図１に示すとおりであった。
【００３６】
この結果より、各試料のＢＯＤ濃度に応じて、ＤＯ濃度上昇パターンが変化していることがわかった。さらに、各試料におけるＤＯ濃度の経時変化曲線は、いずれも通気開始直後から緩やかに上昇し、全体的にはＳ字を描いていることもわかった。
【００３７】
これらの曲線が一定のＤＯ濃度値に達するまでの時間ｔと、各試料のＢＯＤの関係は図２に示すとおりであった。この図から明らかなように、各試料のＢＯＤとｔＤＯとは、特にＢＯＤが１００〜２０００ｍｇ／リットルの領域で、直線関係を有している。従って、特定の排水について、ｔＤＯを測定することにより、その排水のＢＯＤを予測することができる。
【００３８】
また、ひとつの試料に関して、測定に要する時間はＢＯＤが２０００ｍｇ／リットル以上であっても２時間未満であり、試料排水について迅速にＢＯＤの測定ができることがわかった。
【００３９】
なお、ＤＯ濃度の経時変化曲線は上記のように立ち上がりが明確ではなく、特公平３−７７４６０号公報に記載されているように、ＤＯ濃度が急激に増加する点を決めることは困難である。
【００４０】
実施例２
ＢＯＤが、７５、１５０、４３５、１２９０、１８６０、２４３０ｍｇ／リットルである排水を準備し、実施例１と同様の方法によって、混合物に通気を開始してからＤＯ濃度が所定の値に達するまでの時間ｔを測定した。得られた結果は図３に示すとおりであった。この結果においても、排水のＢＯＤとｔＤＯとは直線関係を有することが確認された。
【００４１】
実施例３
実施例１と同様の測定を、異なった測定日に行った。得られた結果は実施例１と同様であり、測定日が異なっても再現性よく測定が行えることがわかった。
【００４２】
実施例４
実施例２を、ＤＯ濃度の代わりにＯＲＰを測定して、繰り返した。得られた結果は、図４に示すとおりであった。この図から、各試料のＢＯＤに応じてＯＲＰ変化が現れることがわかった。さらに、ＯＲＰの変化は上記したＤＯ濃度の変化の約半分の時間で現れており、排水のＢＯＤが２０００ｍｇ／リットル以上であっても約１時間で測定できることがわかった。
【００４３】
さらに、ＯＲＰが０ｍＶに達するまでの時間ｔＯＲＰと各試料のＢＯＤとの関係は図５に示すとおりであった。ｔＯＲＰとＢＯＤも直線関係を有しており、排水のｔＯＲＰを測定することで、その排水のＢＯＤを予測できることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１において、返送汚泥と排水とを混合し、通気を開始した後の溶存酸素濃度の経時変化を示す図。
【図２】実施例１における、ＢＯＤとｔＤＯの関係を示す図。
【図３】実施例２における、ＢＯＤとｔＤＯの関係を示す図。
【図４】実施例４において、返送汚泥と排水とを混合し、通気を開始した後の酸化還元電位の経時変化を示す図。
【図５】実施例４における、ＢＯＤとｔＯＲＰの関係を示す図。
【図１】
0003572031.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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