(57)【要約】【課題】活性汚泥と廃液を含む混合液を曝気槽からサンプリングして測定装置で曝気することによって得られるＤＯの測定データをコンピュータで解析することにより、混合液のＢＯＤ、原水ＢＯＤ、活性汚泥の活性などを短時間で自動でオンライン計器として精度よく定量測定する方法や装置を提供する。【解決手段】曝気槽からサンプリングした混合液を十分長く曝気して溶存酸素濃度がほぼ一定になった時点の値をhighfinalDOとし、再度低溶存酸素濃度から曝気して得られる溶存酸素濃度変化曲線から曝気装置の総括物質移動係数Kabsを求めたのち、基準液を添加してＤＯ変化から基準液の分解速度を計算し活性汚泥の活性を評価し、次に原水を添加してＤＯ変化から原水のＢＯＤを計算する。さらに基準液を添加し、分解速度の変化から原水の毒性を評価する。また測定開始からhighfinalDO取得までの時間が長くかかる場合には、サンプリングの形態を変えて、測定時間を短縮する。【選択図】        図１
2006084240.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
好気性微生物を利用する廃水処理における運転評価方法であって、
曝気槽からサンプリングした廃水と活性汚泥を含む混合液を曝気して、混合液中の溶存酸素濃度の変化曲線（以下、ＤＯ曲線２−１という）及び混合液中のＢＯＤ分解後の酸素供給速度と混合液の酸素消費速度とのバランス点における溶存酸素濃度（以下、highfinalDOという）を測定し、
次に曝気を停止して溶存酸素濃度を低下させた後に、曝気を再開したときの溶存酸素濃度変化曲線（以下、ＤＯ曲線２−３という）を測定し、
ＤＯ曲線２−３およびhighfinalDOに基づいて酸素供給手段における物質移動係数（以下、Kabsという）を演算し、さらにＤＯ曲線２−１及びhighfinalDOとKabsに基づいて混合液のＢＯＤを取得し、
次に成分組成一定の基準液を混合液に添加して、その後の溶存酸素濃度変化及びhighfinalDOとKabsに基づいて前記基準液の分解速度を求めることにより、混合液中の活性汚泥の活性を取得し、
活性が予め定めた設定値より大きい場合には、前記基準液の分解終了後に原水を添加して、その後の溶存酸素濃度変化及びhighfinalDOとKabsに基づいて原水のＢＯＤを演算し、
以上のサイクルを繰返し行うことにより、混合液のＢＯＤ、混合液中の活性汚泥の活性、原水のＢＯＤを実質的に連続的評価することを特徴とする廃水処理における運転評価方法。
【請求項２】
請求項１において、さらに、原水を添加して分解終了後に再度前記基準液を添加し、原水添加前後の基準液の分解速度を比較することにより、原水の活性汚泥に対する毒性を評価することを特徴とする廃水処理運転評価方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、直前のサイクルにおける曝気開始からhighfinalDO取得までの時間（ts）が、予め定めた最大測定許容時間（tc）より大きい場合には、測定対象液を全量新たな混合液にするのではなく、ts−tcの大きさに応じた量の測定済み混合液を残し、測定済み混合液と新たな混合液の混合物を以って、当該サイクルの測定対象とすることを特徴とする廃水処理運転評価方法。
【請求項４】
好気性微生物を利用する廃水処理における運転評価装置であって、
サンプリングした廃水と活性汚泥を含む混合液を曝気して、混合液中の溶存酸素濃度の変化曲線（以下、ＤＯ曲線２−１という）及び混合液中のＢＯＤ分解後の、酸素供給速度と混合液の酸素消費速度とのバランス点における溶存酸素濃度（以下、highfinalDOという）を測定する手段と、
曝気を停止して溶存酸素濃度を低下させた後に、曝気を再開したときの溶存酸素濃度変化曲線（以下、ＤＯ曲線２−３という）を測定する手段と、
ＤＯ曲線２−３およびhighfinalDOに基づいて酸素供給手段における物質移動係数（以下、Kabsという）を演算し、さらにＤＯ曲線２−１及びhighfinalDOとKabsに基づいて混合液のＢＯＤを取得する手段と、
成分組成一定の基準液を混合液に添加して、その後の溶存酸素濃度変化及びhighfinalDOとKabsに基づいて前記基準液の分解速度を求めることにより、混合液中の活性汚泥の活性を取得する手段と、
活性が予め定めた設定値より大きい場合には、前記基準液の分解終了後に原水を添加して、その後の溶存酸素濃度変化及びhighfinalDOとKabsに基づいて原水のＢＯＤを演算する手段と、
を備えて成ることを特徴とする廃水処理における運転評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は好気性微生物を利用する廃水処理での運転管理をおこなっていくために必要なデータを測定する測定装置の測定方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
活性汚泥処理は最も汎用的な有機物汚濁廃水の処理法である。
活性汚泥を代表とする好気性微生物を利用した廃水処理の基本プロセスは好気性微生物を高濃度に含む活性汚泥に廃水を入れた混合液を曝気することにより混合液中に溶解した溶存酸素を利用して微生物が廃水中の汚濁物を分解するプロセスである。一般に廃水中には種々の汚濁物があり、その汚濁物を分解するには多様な微生物が関与している。好気性微生物処理の最大の特徴は種々の汚濁物に対応した多様な微生物を馴化という自然界の生物活動を高度に濃縮することで、効率よく様々な廃水に対応できることであるが、反面複雑な生物活動のため原因→結果の因果関係の定量的把握は極めて難しい。このため、活性汚泥処理は、沈殿槽からの処理水は確かに浄化されるが、今現在曝気槽内でどのような状態で処理がおこなわれ、それが正常なものであるかどうか、定量的にはほとんどわからない状態で運転されているのが現状である。活性汚泥処理をブラックボックス状態にしている最大の原因は運転中の原水や曝気槽での処理途中や処理水のＢＯＤを迅速に測定できないこと、および活性汚泥が原水のＢＯＤを分解する能力（以降活性と称す）を定量的に把握する手段がないためである。
【０００３】
現在一般的に行われている運転管理法は、原水や処理水のＢＯＤについてはＴＯＤやＣＯＤで代替し、活性汚泥の活性については直接的に評価する簡便な手段がないため、曝気槽の溶存酸素濃度や処理水の結果や微生物の顕微鏡観察などから間接的に判断している。しかしながらＴＯＤやＣＯＤは原水の基質が変動する場合にはＢＯＤとの相関関係が悪くなり、曝気槽の溶存酸素濃度や処理水の結果や微生物の観察から微生物の活性を判断するのは極めて専門的な知識をもってしても定性的なものにしかならない。
ＢＯＤを迅速に測定する方法として微生物電極を使う方法が実用化されているが、電極に使用する微生物は特定の微生物であり、その微生物で分解できるＢＯＤ成分の廃水は測定できるが、それ以外の廃水では正確に測定できず、汎用的な方法とはなっていない。
【０００４】
微生物の活性を評価する方法としては微生物の核酸を計測する方法や、ＡＴＰ（アデノシン三リン酸）を計測する方法等が提唱されているが、活性汚泥のような種々雑多な微生物群の活性評価法としては汎用的な方法とはなっておらず、少なくとも運転管理に使用できる方法にはなっていない。
【０００５】
もし、活性汚泥の運転管理中に処理中のＢＯＤや活性汚泥の活性を測定定量化でき、運転操作に反映できれば、活性汚泥の最適な運転が可能になり、処理水の向上や省エネなどの大きな効果が得られることになる。
【０００６】
このため本発明者は溶存酸素濃度計を使って、微生物の酸素消費速度の挙動を測定しコンピュータで解析することにより、短時間で活性汚泥処理に必要なＢＯＤを測定するとともに、原水中のＢＯＤ成分の分解速度を計算し、微生物の活性を定量化する方法を提唱し、具体的に溶存酸素濃度の測定データの取得方法および取得したデータからＢＯＤを計算する計算方法およびＢＯＤの分解速度を解析する方法を計算原理から詳細に記載している（特許文献１参照）。
【０００７】
また同様の計算原理をベースにして、運転中の活性汚泥装置を曝気槽上に設置し、曝気槽中の混合液をサンプリングして、混合液のＢＯＤや汚泥の活性を測定し、測定終了→サンプリング→測定を繰り返すことにより、実用上連続測定に近い頻度で活性汚泥の運転管理に必要なデータを採取できる方法と装置を開示している（特許文献２参照）。
【０００８】
特許文献１に記載している方法を使えば、ラボに設置する分析装置は容易に実現できるが、活性汚泥装置のオンライン計器とするには、具体的にどのタイミングでサンプリングし、なにをどの順番で測定するかなどを具体的に規定する必要があり、しかも短時間で測定結果をだす必要性がラボ機より強いことに加え、実機におけるいろいろな事態、たとえば処理が極端に悪い場合やダメージをうけた汚泥などに自動で対応できるような処置が必要である。
【０００９】
また特許文献２に記載する装置は、30分程度という短時間で処理水のＢＯＤや汚泥の活性を測定でき、活性汚泥の自動運転管理制御計器として実用化されているが、もともとオンライン制御計器を念頭にしているため、短時間で測定完了→制御に反映させる機能を重視する測定手法をとっているため、例えば(1)処理が極端に悪い場合、サンプリングした混合液のＢＯＤの測定精度が低下すること、(2)ＭＬＳＳや汚泥の粘性などが変動する場合には、ＢＯＤや分解速度の測定精度が低下すること、(3)処理が極端に悪い場合、活性と混合液のＢＯＤの測定を同時におこなえない、などの不十分な点があり、制御を優先する場合には有効な方法であるが、測定精度を優先する場合には必ずしも最適な方法とはいえない。
【特許文献１】特開2001-235462
【特許文献２】特開平10-28992
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
好気性微生物を利用する廃水処理での運転管理する自動測定計器は、実用化されている技術はほとんどなく、特許文献２の方法でも測定精度を重視する場合には実機のいろいろなケースに対応しきれていない。本発明は活性汚泥を運転管理する上で本来絶対必要な、処理水のＢＯＤや原水のＢＯＤや汚泥の活性をオンライン計器として精度よく定量測定する方法や装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
曝気槽から混合液をサンプリングし、該混合液を測定装置にチャージし、曝気装置で曝気し、曝気により該混合液中のＢＯＤを分解し、分解し終わって曝気装置の酸素供給速度と該混合液の酸素消費速度がバランスする点の溶存酸素濃度（この濃度をhighfinalDOと称す）を取得したのち、曝気装置を停止し、該混合液の酸素消費で低下した溶存酸素濃度を低下させたのち、曝気装置を再稼動させ、上昇するＤＯ変化から計算で曝気装置の物質移動係数（以後Kabsと称す）を取得したのち、基準液を添加し、混合液中の汚泥による成分の分解で変化するＤＯ変化から基準液の分解速度を計算し、基準液の分解速度があらかじめコンピュータに記憶している設定値より大きい場合には、基準液の分解終了後、原水を添加し混合液中の汚泥による成分の分解で変化するＤＯ変化から原水のＢＯＤを計算し、設定値より小さい場合は原水の添加をおこなうことなく、測定を終了する。このサンプリング−測定の操作を繰り返すことにより、活性汚泥の運転に必要な混合液のＢＯＤ、混合液の汚泥の活性、原水のＢＯＤのデータを実用上連続測定に近い頻度で測定する。
【００１２】
また上記において原水を添加し、分解終了後、再度基準液を添加し分解速度を計測することにより、原水添加前の基準液の分解速度と、原水添加後の基準液の分解速度を比較することで、原水の活性汚泥に対する毒性を評価する。さらに上記において繰返し測定のために曝気槽から混合液をサンプリングする際、直前の測定のときの混合液を測定装置にチャージ・曝気開始してから、サンプリングした混合液に処理未了のＢＯＤが多く含まれている場合などで、分解し終わって曝気装置の酸素供給速度と該混合液の酸素消費速度がバランスする点の溶存酸素濃度を取得するまでの必要時間があらかじめコンピュータに記憶している設定値より大きい場合には、測定終了後に、測定済み混合液を全量排水し、新たな混合液に全量置換するのではなく、設定値を超える大きさに応じて、測定済みの混合液を一部残し、測定済み混合液と新しい混合液との混合した混合液を測定対象とすることで、測定時間を短縮する。
【発明の効果】
【００１３】
活性汚泥で運転管理の本来絶対必要な処理水ＢＯＤ、原水ＢＯＤ、汚泥の活性を測定できる自動で連続測定が可能な精度のある計器がなかった。本発明による計器を使えば、２時間程度の短時間でこれらＢＯＤや汚泥の活性が精度よく定量測定でき、測定−サンプリングを繰り返すことで、実用上連続測定に近い頻度で自動測定が可能となり、しかも実機のいろいろな事態にも対応して、自動測定機器として実用化できるようになる。これにより、従来定性的な取扱しかできなかった活性汚泥が定量的な取扱が可能になり、最適運転や安定運転が可能になるメリットは非常に大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の説明上必要なので、はじめに計算の基礎となる原理について簡単にのべる。
活性汚泥と廃液を含む混合液を曝気装置で曝気していくと廃水中の溶存酸素濃度は曝気時間とともに上昇していくが、その変化は(1)式で表される。
【００１５】
【数１】
2006084240.tif 000003
【００１６】
ここにDOsatは飽和溶存酸素濃度[mg/l]、DOは曝気槽内溶存酸素濃度[mg/l]、Kabsは総括物質移動係数[1/min]、ASactは活性汚泥が呼吸で使う酸素消費速度[mg/l／min]、BODactは活性汚泥がＢＯＤ成分の分解で使う酸素消費速度[mg/l／min]である。
【００１７】
(1)式右辺第1項は曝気装置から酸素供給速度であり、第2項は活性汚泥が呼吸およびＢＯＤの分解で使う酸素消費速度である。
ASactは汚泥の基礎呼吸による酸素の消費速度である。基礎呼吸なのでＢＯＤ成分とは直接無関係で短時間内ではほとんど一定である。ASactは概ねDO値が0.5mg/l以上あれば、ASactはDO値に無関係に一定であることが知られており、またこのことはＢＯＤ成分がほとんど0mg/lの混合液を酸素の供給を断った状態で溶存酸素濃度が高い状態からDOの変化を測定すると直線状に減少していくことで容易に実証できる。
【００１８】
BODactは汚泥がＢＯＤ成分を分解しているときに使う酸素の消費速度である。BODactは汚泥がその物質に馴化しているかどうか、汚泥の状態、水温、ｐH、塩濃度等の棲息環境などで変化する。微生物がＢＯＤ成分を分解する場合、反応はＢＯＤ成分に対応した酵素等によりおこなわれ、その成分ごとに固有の反応速度を示す。一般に有機物が微生物により最終的に水と炭酸ガスに分解される過程では、いくつかの中間生成物を経由し、それぞれの中間生成物の分解にはそれぞれの反応速度がある。このため廃水処理における原水のように多様なＢＯＤ成分を含む場合には反応過程が複雑に重複するため、ＢＯＤ成分と１対１に特定できにくいが、廃液がメタノールや酢酸のような単純な1つのＢＯＤ成分の場合は、分解中は一定の分解速度を示し、容易にＢＯＤ成分と１対１に特定できる。
【００１９】
曝気過程でBODactが変化する場合には(1)式は簡単には積分できないが、ＢＯＤ成分が殆ど0mg/lの混合液の場合、(1)式のBODactは殆ど0となり(1)式は以下のようになる。
【００２０】
【数２】
2006084240.tif 000004
【００２１】
ASactは前述のごとく概ねDO＞0.5mg/lではDOに無関係に一定であるから概ねDO＞
0.5mg/lの範囲で(2)式は容易に積分でき(3)式で表される。
DO＝α−（α−DO0）exp(−Kabs・ｔ)      (3)式
但しα＝DOsat−ASact／Kabs
DO0は曝気を開始したときの初期値である。また（3）式は曝気経過時間ｔが十分な大きさになれば右辺第2項は無視できるから
DO＝α＝DOsat−ASact／Kabs
の値で一定となり、この値をhighfinalDOで表せば、highfinalDOはＢＯＤ成分が殆ど0mg/lの混合液を曝気した場合、最終的に到達するDO値と定義でき、(3)式は
DO＝highfinalDO-（highfinalDO-DO0）exp(-Kabs・ｔ)      (4)式
と書き直せる。(4)式によるDOの変化は図２の1の点線に示すような曲線となる。  
一方混合液中にＢＯＤ成分が存在する場合、BODactは無視できない値をもち、さらにBODactの値は主として分解対象のＢＯＤ成分が変わるため、曝気経過時間ｔとともに大きい値から小さい値へ変化し、最終的に分解できるＢＯＤ成分がなくなればBODactは殆ど0になる変化をする。このため(1)式は単純に(3)式のように積分できないが、DOの変化は図２の２の実線の曲線で示すような曲線となる。この曲線はメタノールや酢酸のような単純なＢＯＤ成分の場合には、分解中はDOは酸素供給速度とASact+BODactの酸素消費速度でバランスする低いレベルで一定となり、分解が終了すると、速やかに上昇しhighfinalDOで一定となる図２の２の実線のような典型的な2段曲線となる。
【００２２】
今、曝気を開始したときのDOの初期値DO0を同じとし、混合液中のＢＯＤ成分が殆ど0mg/lの混合液を曝気したときの(4)式で表されるDO変化曲線を図２の１の点線で表し、混合液中のＢＯＤ成分が存在する場合の混合液を曝気した場合のDO変化曲線を図２の２の実線で表した場合、各曝気経過時間における、点線と実線の値の差にKabsを掛けた値はその時点における、ＢＯＤを分解するに使用される酸素消費速度＝反応速度を表し、この差を曝気経過時間ｔで積分した値は両曲線で囲まれた面積Ｓに相当し、この値にKabsを掛けた値は微生物がＢＯＤ成分を分解するために使用する酸素量に相当する。この値はＪＩＳで定められたＢＯＤの測定法とは異なるが、微生物がＢＯＤ成分を分解するに要する酸素量を測定するという測定原理そのものは同じである。ＪＩＳのＢＯＤ測定法が5日間という長時間を要するが、本測定法はすでに十分馴養された汚泥を使用し、且つ数千ｐｐｍという高濃度の汚泥を使用するため数10分程度の短時間でＪＩＳのＢＯＤときわめて相関性の高い値が測定可能である。本測定原理そのものは特許文献１のなかで詳しく記述されている。特許文献１では、さらに（４）式のhighfinalDOおよび（１）式のKabsを測定装置のなかで具体的に取得する操作手順および計算手順を示している。
【００２３】
図３は、上記の測定原理で計測したＢＯＤ値（以後、測定ＢＯＤと称す）とＪＩＳで定められた5日間のＢＯＤ値（以後ＪＩＳＢＯＤと称す）をいろいろな廃液をそこの活性汚泥を使って、測定した結果を相関図に示したものである。図３で示すように大部分の測定値はほぼ測定ＢＯＤとＪＩＳＢＯＤはよい一致を示している。図３のブロックaの範囲の測定値群の測定ＢＯＤはＪＩＳＢＯＤより小さい値となっている。これはこのブロックの測定では、廃液が活性汚泥に対し毒性を示す廃液である場合と活性汚泥の活性が明らかに低下している汚泥を使って測定した結果である。またブロックｂの範囲の測定値群は廃液の成分が一般には難分解性に属する特殊な成分を測定した結果である。ＪＩＳＢＯＤでは微生物がその物質に対応できず分解がすすまないが、測定ＢＯＤはその物質に馴養した活性汚泥を使用しているため、ＪＩＳＢＯＤより大きな分解を示したものである。このように本測定法で30分からせいぜい100分程度という短時間で精度よくＢＯＤを測定できる。この方法は活性汚泥でその活性汚泥で処理している原水や処理水を測定する場合であって、どんなケースでも測定できる方法ではないことは言うまでもないが、活性汚泥を管理するという観点からすれば、汚泥の活性がよければ、原水や処理水のＢＯＤは本原理の方法で十分測定できることを実証している。
【００２４】
次に本発明を具体化する装置について述べる。図４は装置例のフローシートである。
３は活性汚泥の混合液を入れ曝気する曝気容器である。４は測定容器である。３と４は底部の配管で連結している。５は循環ポンプ、６は曝気装置であり本装置例ではアスピレータ方式を採用しているが、コンプレッサーと散気管でもよい。７は空気流量計、８は空気電磁弁である。９は溶存酸素計の電極である。５の循環ポンプにより、装置内の混合液は測定容器→アスピレータ→曝気容器→測定容器の流れで循環し、アスピレータ部で空気を吸引し、曝気容器で曝気をおこない底部から測定容器に移液することで気泡を分離し、測定容器の溶存酸素計の電極面の流速を確保する。１０はヒータ、１１は冷却用の熱交換パイプであり冷却水を流しておく。１２は基準液の添加ポンプ、１３は原水の添加ポンプである。１４は排水電磁弁である。１５は溶存酸素計、１６は制御盤、１７はコンピュータである。コンピュータにはデジタル出力兼アナログ-デジタル変換ＰＣカードをＰＣＭＣＩＡアダプターに装着し、制御盤と連結しており、コンピュータからの指令で測定装置のポンプや電磁弁等を制御する。溶存酸素計とコンピュータはシリアルポートで測定値をコンピュータに取り込む。また制御盤には温度コントローラを装備し、ヒータを制御することで混合液の温度を一定に保つ。またこのほかに曝気槽から混合液をサンプリングするためのサンプリング装置が必要であり、本装置例では後述するブロック３との関連で真空ポンプを使用したシステムを採用しているが、揚水ポンプと流量計などを使ったシステムでも構成可能である。１８は計量容器、１９は真空ポンプ、２０は真空電磁弁、２１は大気開放電磁弁、２２はサンプリング電磁弁、２３は計量容器排水電磁弁である。サンプリング装置と測定装置は２４の連通電磁弁でつながっている。また計量容器には２５の温度センサーと２６の圧力計センサーを装備し、それぞれの測定値はＰＣカードを介してコンピュータに取り込まれる。
【００２５】
以下操作のしかたを説明する。特許文献２との違いを明確にするため、一部対比しながら説明する。図５は図４の装置を作動するフローチャートである。図１は本発明の測定操作による測定装置のＤＯ変化の測定を示すパターン例である。
【００２６】
まず請求項１に対応する実施例（ブロック１）の操作の説明をする（フローチャートのブロック２とブロック３以外をブロック１の範囲とする）。
まず操作のはじめは曝気槽から混合液をサンプリングする工程（以後Step1と称す）で、フローチャート−１.から−２.の操作をおこなう。１４の排水電磁弁を開き、測定装置内の測定済み混合液を排水する。次にフローチャート−２.の操作をおこなう。曝気槽からサンプリング装置を使って、測定装置に混合液をサンプリングする。サンプリングの具体的方法は装置例では、電磁弁をすべて閉じた状態から、２０の真空電磁弁を開き１９の真空ポンプを作動し１８の計量容器をp1KPaまで減圧する。次に２２のサンプリング電磁弁を開き、曝気槽の混合液を計量容器に吸引する。吸引し計量容器内の圧力がp2KPaになったら２０のサンプリング電磁弁を閉じる。計量容器に吸引した混合液量は計量容器の全空間容積V０とp１とp2から計算できる。p1とp2を所定の吸引量になるようにコンピュータから電磁弁を操作すれば任意の混合液量をサンプリングできる。次に２１の大気開放電磁弁を開き、２４の連通電磁弁を開き、落差で計量容器内の混合液を測定装置に移液する。
【００２７】
Step1は、本発明と特許文献２とは基本的には同じであるが、特許文献２の方法では制御を重視するために、処理状態が変化しやすいポイントである曝気槽出口の少し手前からサンプリングするのに対し、本発明では、処理水のＢＯＤを測定する観点から、曝気槽出口の混合液をサンプリングするのが実際的である。但し、曝気槽の形状は完全混合槽型のように入口出口が明確でないタイプや、また生物学的脱窒法のように硝化槽の次が沈殿槽とは限らない場合や回分式活性汚泥のように時間で処理状態がかわる場合があり、サンプリング位置は曝気槽の形態、測定の目的などで異なるため、上記位置に限定されるものではない。
【００２８】
次の工程（以後Step2と称す）はhighfinalDOとKabsの値を取得し、混合液のＢＯＤを測定する工程であり、フローチャート−３.から−１０.の部分である。図１のStep2-1からStep2-3まではこの工程でのＤＯ変化の測定パターン例である。この工程は特許文献２では外部からの酸素の供給を断って汚泥の酸素消費速度による溶存酸素の減少速度を測定し、この酸素の減少速度の大小を判断基準として次の工程（以後Step3aと称す）の測定方法を変える。すなわち減少速度が設定値より大きい場合は、汚泥は大きな酸素消費速度で活動している結果であるから活性は充分あるが、混合液のＢＯＤは処理未了が多いであろうとして、Step3aではもっぱら混合液のＢＯＤを測定する操作を選択する。逆に小さい場合は、汚泥の活動が鈍い結果であり、鈍い原因が処理未了がなく呼吸のみの小さな酸素消費速度のためなのかあるいは汚泥が阻害され活性が低下した結果なのかを判別するために基準液を添加する操作を選択する。そしてこれらの測定結果を計算するためのhighfinalDOやKabsの基礎数値は予め測定したコンピュータに保持している数値を使用して計算をおこなう。これは通常、活性汚泥はＭＬＳＳを一定で操作するため、短期間の操作では変化しないとした前提に基づいている。しかしながら、実機においては、ＭＬＳＳは変化しており、また汚泥の粘性などの物性はｐＨ条件や汚泥の毒物に対するストレス状態などで変化し、アスピレータなどの曝気装置の効率に影響を及ぼすため、highfinalDOやKabsの基礎数値は変化している。測定精度を向上させるためには、その都度測定することが望ましく、本発明ではStep2ではhighfinalDOとKabsを計測する操作をおこなう。この工程での測定・計算方法は特許文献１に記載する方法でおこなう。すなわちサンプリングした混合液の初期のＤＯ値をＤＯ０として５の循環ポンプを作動し、８の空気電磁弁を開き、アスピレータによる曝気を開始し、混合液のＢＯＤが処理され酸素消費速度がASactになりＤＯ値が高い位置で平衡になる図１のＤＯ曲線２−１のような変化を示す。ＤＯ曲線２−１の終わりで平衡になった点をhighfinalDOとする。ここまでの工程をStep2-1と称す。highfinalDOを取得したあと、８の空気電磁弁を閉じて曝気を止め、混合液のASactによる溶存酸素の消費でＤＯを低下させると図１のＤＯ曲線２−２のような変化となる。この工程をStep2-2と称す。十分ＤＯが低下したＤＯ１の時点から、８の空気電磁弁を開き曝気を再開し、ＤＯが上昇していく変化を測定すると図１のＤＯ曲線２−３のような変化となる。ここまでの工程をStep2-3と称す。ＤＯ曲線２−３の実測値の変化とhighfinalDO
と仮定したKabsを使って（４）式のＤＯ０をＤＯ１に変えて（４）式から計算した計算値が実測値と一致するようにKabsの値をかえて計算を繰返し、最終的に一致するKabsを曝気装置のKabsであるとしてKabsの値を求める。フローチャート−７.と−９．の設定値１と設定値２は、（４）式の計算する際、誤差が少なくなるように十分大きなＤＯの計算幅をとるためのものである。サンプリングした混合液を曝気し混合液のＢＯＤを処理する過程のStep2-1の段階では、初期値ＤＯ０からhighfinalDOとKabsを使って（４）式で計算した計算値と実測値で囲まれる面積にKabsをかけた値は〔００１７〕で記述したようにサンプリングした混合液のＢＯＤになる。サンプリング地点を曝気槽出口にすれば、ほぼ処理水ＢＯＤと同等となる。すなわち、特許文献２ではサンプリング混合液のＢＯＤはStep3aで測定するのに対し、本発明では一番先頭のhighfinalDO、Kabs取得のための操作過程のなかでおこなうことで全体の測定時間の短縮を図る。
【００２９】
次の工程（以後Step3-1と称す）は基準液を添加して基準液の分解速度から活性を計測する工程であり、フローチャート-11.から-14.の部分である。図１のＤＯ曲線３−１はこの工程でのＤＯ変化の測定パターン例である。Step2-3でKabsを計算後、完全に平衡に達したのち、コンピュータからの指令で、１２は基準液の添加ポンプを作動し、測定装置に基準液を添加する。混合液中の活性汚泥により基準液を分解していくＤＯの変化を測定し、測定データから基準液の分解速度を計測し、汚泥の活性を定量化する。この工程はすべてのサンプリング測定においておこなう。これにより特許文献２ではStep2の傾きにより基準液の添加と混合液のＢＯＤの測定を２者択一としているが、本実施例では常に基準液を添加するため、活性が低下しているが分解性のよい処理未了のＢＯＤが残存するために生じる活性測定の必要性のあいまいさを回避できる。
【００３０】
次の工程（以後Step3-2と称す）は原水を添加して原水のＢＯＤや分解速度を計測する工程であり、フローチャート−１５.から−１８.の部分である。図１のＤＯ曲線３−２はこの工程でのＤＯ変化の測定パターン例である。
【００３１】
Step2-1で基準液の添加・測定の結果、汚泥の活性が評価できたら、その活性の値によりStep3-2の測定法を判断する。Step3-2は本来は原水を添加し、原水のＢＯＤと分解速度を測定する工程であるが、ＢＯＤを正確に測定するためには最低限汚泥の活性が正常であることが必要である。もし活性が正常範囲であれば１３は原水の添加ポンプを作動し原水を添加し、ＤＯ変化測定から原水のＢＯＤと分解速度が計測でき、原水のＢＯＤとともに原水が分解しやすい成分から構成されているかそうでないかなどの原水の性状も判断可能となる。もし汚泥の活性が悪い場合は図３のブロックa群のデータに示すように、測定ＢＯＤはＪＩＳＢＯＤより小さくなる。また図６は汚泥の活性と測定ＢＯＤ／ＪＩＳＢＯＤの関係を示す図である。汚泥の活性が本来の値である場合を１とした場合、汚泥の活性の低下程度が小さいあいだは、分解速度は低下し分解完了までの時間は長くなるが、全体のＢＯＤの測定値は保たれ、測定ＢＯＤ／ＪＩＳＢＯＤの値は１から少し低下した程度に収まる。活性の低下程度が大きくなると、分解が途中で停止したり分解速度が極端に遅くなったりして測定ＢＯＤの値も低下してくる。どの程度の活性でＢＯＤ測定値が低下するかは個々の活性汚泥や原水の性状で異なるが傾向は図６の通りである。このため、活性が設定値３より低下したら原水のＢＯＤの測定を省略する。判断する設定値３は予めコンピュータに入力しておくが、具体的な数値は原水ＢＯＤの測定精度をどこまで求めるかのニーズによる。このような処置を組み込むことで全体の測定時間を短縮できる。
【００３２】
Step3-2の測定終了後は自動測定モードに設定されていれば、フローチャート−１.に戻り、測定済みの混合液を排水し、新たに曝気槽から混合液をサンプリングして、上記の測定を繰り返す。通常の活性汚泥の場合、処理が良好な場合、上記操作に要する時間はStep1が約50分、Step2が35分、Step3-1が約35分、Step3-2が約60分、合計約3時間程度であるから、約３時間ごとに活性汚泥にきわめて重要な運転指標である原水のＢＯＤ、処理水のＢＯＤ、汚泥の活性の情報がえられる。原水の測定データから特許文献１の請求項２の手法を使えば原水の分解速度の解析ができ原水成分の分解性までも判断可能である。これらは現在実用化されている連続測定ＴＯＤ計やＣＯＤ計などでは得られない情報である。以上がブロック1の説明である。
【００３３】
次に請求項2に対応する実施例の説明をおこなう。
この工程をStep3-3と称し、フローチャートのブロック２の−２０.から−２３.の部分である。図１のＤＯ曲線３−３はこの工程でのＤＯ変化の測定パターン例である。
Step3-1の基準液の添加測定の結果、活性が正常範囲であり、Step3-2で原水添加がおこなわれる測定パターンの場合、原水の測定が終了後、Step3-3でさらに再び基準液を添加する。
【００３４】
もし、原水が活性汚泥に対し毒性をもっていれば、原水添加の前の基準液の添加測定の分解速度と比べ、原水添加後の基準液の添加測定の分解速度は必ず低下し、毒性の程度がつよければ強いほど分解速度は低下する。図１のＤＯ曲線３−１とＤＯ曲線３−３の測定パターンは原水が強い毒性を示す場合のパターン例であり、ＤＯ曲線３−３のＤＯ変化はＤＯ曲線３−１のＤＯ変化と較べ、ＤＯ低下幅は小さく測定終了時間が長い図のような扁平な形状となる。
【００３５】
毒性とは活性を阻害することであるから、原水添加の前後の基準液の分解速度を比較することで、原水の毒性の強度を評価できる。これは化学プラント廃水のようにいろいろ種類の廃水から構成され、なかには難分解性の廃水や単独では毒性のある廃水から構成される原水に対しては非常に有意義な情報となる。もちろん例えば食品廃水のように無害な廃水ばかりで構成される原水の場合には測定時間短縮のため省略してもよい。しかし、その様な原水の場合でもトラブルなどで消毒液などが混入する可能性がある場合には原水の毒性をチェックできることは有意義である。
【００３６】
次に請求項３に対応する実施例の説明をおこなう。本実施例は混合液をサンプリングするStep1の工程の関する事項であり、フローチャートのブロック３の−２４.から−３１.の部分である。
【００３７】
Step1でサンプリングした混合液のＢＯＤを処理し、highfinalDOを取得するStep2-1で、もし、サンプリングした混合液に処理未了のＢＯＤが多量に含まれる場合には、Step2-1に要する時間が大変長くなってしまう。曝気槽での処理未了は原水のＢＯＤ負荷オーバーなどで実機では往々にしておきる可能性のあるものである。そのような場合にはStep2-1に要する時間が著しく長くなる場合があり、それにつれ１サイクルに要する全体の時間も著しく長くなり、活性汚泥を実質連続的に測定するという要件を満足できなくなる。ブロック３はこの事態を回避する方法に関する。
【００３８】
Step2-1で曝気開始からフローチャート−５のhighfinalDOを取得するまでの時間tsをフローチャート−３１.で計測しておく。１サイクルの測定が終わり、新たな混合液をサンプリングを始めるときに、コンピュータに記憶してある最大測定許容時間tcよりtsが小さい場合はブロック１のフローで全量新たな混合液をチャージするが、tcよりtsが大きい場合、測定済みの混合液の一部を残し、残りの分を新たな混合液で置換して測定装置にチャージする。フローチャート−２４.から−３０.には置換・混合チャージの方法例を示す。置換率（＝新たな混合液量／全体の混合液量）はtsとtcで計算し、例えば最も簡単な計算例としては、測定済み混合液量：新たな混合液量＝（ts−tc）：tcの比例関係から求められる。tsがtcの２倍であれば、測定済み混合液を50%、新たな混合液を50%とする。測定済み混合液のＢＯＤはほぼ0mg/lであるから全体としてはチャージした混合液のＢＯＤは新たな混合液の１／２になり、ＢＯＤの分解時間もほぼ１／２になり、tc程度の時間でStep2-1の測定が終了する。測定済み混合液量が計算されれば、計量容器を減圧にして、連通電磁弁を開いて、測定装置から計量容器で測定済み混合液を移送する。移送量は計量容器の圧力を操作することで任意の量を移送できる。移送後残りの測定済み混合液を排水し、計量容器から測定済み混合液を測定装置に戻す。その後、連通電磁弁を閉じ、計量容器を減圧にして、サンプリング電磁弁を開き曝気槽から新たな混合液を計量容器に吸引する。吸引量は計算された新たな混合液量にしたがって、真空ポンプやサンプリング電磁弁の作動をコンピュータで制御して計量容器の吸引前後の圧力を操作することにより任意の量をサンプリングできる。計量した新たな混合液は大気開放電磁弁と連通電磁弁を開いて測定装置に移送する。こうすることでStep2-1の測定を短縮することができる。新たな混合液のＢＯＤは置換率にしたがって逆算すれば求めることができる。Step3-1の基準液添加による活性測定においては新たな混合液は全量ではないため、もし活性が変化していれば、その変化量は全量置換の場合より小さな変化となる。ニーズにしたがって、この変化をそのまま測定値としてもよいし、変化量を置換率で逆算して新たな混合液単独の活性として求めることもできる。Step3-2の原水の測定では、混合汚泥でも活性が正常であれば測定値に影響はなく、正常に測定できる。Step3-3の基準液添加においての原水の毒性評価では、Step3-1とStep3-3の相対値の比較なので、混合汚泥でも測定値にはほとんど影響しない。
【００３９】
Step3-1やStep3-3で添加する基準液とは、活性汚泥の原水のＢＯＤを分解する能力を評価するための基準となる成分組成が一定の添加液である。一般に活性汚泥は培養環境により性質が異なるため、基準液は該当の活性汚泥にあった液を選定する必要がある。基準液が基準液として使用できる必要条件は、
(1)原水の分解速度の変化と基準液の分解速度の変化に相関があること。
(2)変化を精度よく計算できる十分大きな分解速度があること。
であり、原水の成分に変動がない場合には、原水そのものが基準液として使用できる。ま
た原水の成分に変動がある場合は、原水中の主要成分を人工的に合成した液が使用できる
可能性があり、また活性汚泥の微生物代謝活動に共通に資する物質、例えば酢酸などの基
礎的物質を合成した液も使用できる可能性がある。これらの液のどれが最も(1)(2)の条件に適合するかは、条件を変えて基準液候補と原水の分解性の実測から選定し、以後はいつも同じ基準液を使用する。
【００４０】
一般に原水や基準液は複数の成分から構成されているため、活性汚泥での分解速度BODactは前述のように分解対象の成分が変わるため経時的に変化する。したがって比較するにはどの時点の分解速度を比較対象にするかを規定する必要がある。ＤＯの変化測定データから分解速度を計算するとき、多くの場合、いくつかの主要成分を分解していくとき分解速度に応じて曝気による酸素供給速度とバランスするＤＯが一定の部分をいくつか経由し、残りの少ない成分や主成分の中間生成物などが分解する過程は明確な階段状の変化ではなだらかな変化で上昇し、最終的に活性汚泥のASactによる酸素消費速度と曝気による酸素供給速度とバランスするhighfinalDOの値に収束する。
【００４１】
図７はこの過程のＤＯ変化のパターン例を示す。図７のＤＯ測定曲線は図２の２の実線の曲線とは初期値ＤＯ０が高いhighfinalDO値からスタートする場合の形状の違いである。活性汚泥は種々の微生物の集合体であるため、活性が変化した場合、すべての成分の分解速度が均等に変化するとは限らない。一方で原水の成分組成も変化するため成分ごとに比較するのは極めて大変な作業となる。このため、マクロ的な把握の仕方が実用的で、例えば全体のＢＯＤの５０％を分解するまでの平均分解速度を指標にする。ＢＯＤの分解率を大きくすればするほど、分解力を評価する指標としては理に適っているが、測定上の誤差も大きくなり、また少量の分解性の遅い成分量のわずかな変動で測定終了時間が大きく左右されるので、成分変動によるバラツキが不必要に大きくなり、測定上の誤差も大きくなる。一方添加直後の最大分解速度は、変化を敏感に捉えることができるが、原水成分中の最も分解性の早い成分による寄与が非常に大きいので、その成分を選択的に分解する微生物のみの活性を評価する危険性がある。それに対し５０%程度を分解するまでには原水中のいろいろな成分を分解する微生物の平均的な活性が寄与することになるので、一般的には５０%程度の分解までの平均分解速度を指標にするのが適当である。もちろん原水の性質によっては最大分解速度を指標にしたり、分解性の悪い成分の分解性を重視する場合は分解率の大きい平均分解速度を指標にする場合もある。
【００４２】
ＤＯ測定データから、ある値の分解率までの平均分解速度の計算方法は以下のようにして計算することができる。図7のＤＯ変化曲線において添加開始から分解終了までのＤＯ変化曲線とＤＯ0を初期値とする（４）式で計算される曲線（以後、仮想ＤＯ曲線１と称す）で囲まれた面積にKabsをかけた値が全ＢＯＤ値（以後ＢＯＤｔと称す）である。仮想ＤＯ曲線は初期値ＤＯ0がhighfinalDO値の場合は、highfinalDO値で一定の直線となる。これに対し、ある時間までに分解されたＢＯＤは、その時点でＢＯＤが0mg/lになったとすれば、そのＤＯ変化曲線は、その時点のＤＯ測定値を初期値ＤＯ2としてhighfinalDOとKabsを使って（4）式で計算される曲線（以後、仮想ＤＯ曲線2と称す）になる。したがって添加開始からその時点までのＤＯ変化曲線と仮想ＤＯ曲線１と仮想ＤＯ曲線2で囲まれた面積にKabsを掛けた値がその時点までのＢＯＤ（以後ＢＯＤｐと称す）になる。100×ＢＯＤｐ／ＢＯＤｔが該当の分解率になる時点をtpとすれば、ＢＯＤｐ／tpが該当の分解率までの平均分解速度となる。また特許文献１の請求項２には微生物の分解速度を区間ごとに物質濃度によらず微生物の活性のみで決まるものとして分解対象物質濃度の0次反応として解析する手法を示しており、この手法を使えば、特定のポイントの分解速度を比較対象にすることも可能である。
【００４３】
活性の定義は汚泥が原水のＢＯＤを分解する能力の大きさであり、能力は分解速度の大きさで代表でき、基準液の分解速度は原水の分解速度と相関があることとしているので、基準液の分解速度から計算する。分解速度は絶対値であるが、活性汚泥が種々雑多な微生物群から構成され、装置の特性や運転条件等で微生物群そのものも変化する可能性があり、該当の活性汚泥の最大の分解速度は、ある条件下における最大値であり、基本的な条件変更があれば最高値は変化する可能性がある。したがって分解速度の絶対値で活性を定量化するよりも、現在の基本的条件下でのありうる最大の分解速度に対する比で表わすほうが管理しやすく、活性度＝分解速度／最大の分解速度と定義すれば、活性度は通常0から１の範囲となり、管理しやすい。
【００４４】
次に分解反応が終了したかどうかの判定法について述べる。フローチャートでも−４,−１３,−１７,−２１で分解反応が終了したかどうかの判定が必要である。この判定方法には活性汚泥の微生物反応の特徴を利用する。通常、廃液を添加すると分解反応により図７のＤＯ測定曲線ように廃液中の主要成分の分解進行により、いくつかの階段状の変化を経て、反応終了近くになるとスロープ上に上昇し、最終的にhighfinalDO付近でほとんど一定になる変化をする。したがって、ＤＯ値がhighfinalDO付近でほとんど一定になれば反応が終了したと判断できる。これをコンピュータ上で実現するには測定時の数分前からの数点のＤＯ測定値から回帰直線の傾きβを計算するとβはＤＯの上昇変化速度となるので、予めコンピュータに記憶しているＤＯの上昇変化速度の最小許容値である設定値５と比較し、
β＜設定値５  and  ＤＯ≒highfinalDO  
の条件で判定できる。
【００４５】
ここに、highfinalDO付近の付近の意味は、highfinalDOを取得した時点の活性汚泥の状態とは必ずしも同じでないための処置である。例えば、Step2-1でhighfinalDOを取得した時点では混合液のＢＯＤが0mg/lであるとしたが、厳密には測定精度以下の分解速度以下の遅いＢＯＤ成分の分解もある。また廃液の添加で汚泥の性質が変わる可能性のあることも考慮した処置である。実用上は、分解反応はKabs=0.3[1/min]、highfinalDO=6.0[mg/l]のとき、反応は、概ねhighfinalDO-0.5以上になるとＤＯの上昇はほとんどの場合スロープ状になるので、この点を図７のＤＯＬに示す値とすれば、＜設定値５  and  ＤＯ＞ＤＯＬのような設定で判定可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は活性汚泥のみならず、接触酸化法や生物ろ過法や担体の微生物を保持する流動層法などの他の好気性微生物を利用する廃水処理法でも浮遊微生物を部分的にでも利用する廃水処理であれば適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の測定における基本操作とＤＯ変化を表すパターン例である。
【図２】本発明の基礎となる計算原理を説明する図である。
【図３】本発明の基礎となる計算原理による測定法によるＢＯＤの値とＪＩＳ法のＢＯＤの値を比較する図である。
【図４】本発明の測定装置の具体例を示すフローシートである。
【図５】本発明の測定装置の作動を説明するフローチャートである。
【図６】本発明の測定法によるＢＯＤの値と活性汚泥の活性との関係を示す図である。
【図７】本発明の測定装置によるＤＯ測定パターン例である。
【符号の説明】
【００４８】
３        曝気容器
４        測定容器
５、１２、１３    ポンプ
６        曝気装置
７        空気流量計
８、１４、２０〜２４    電磁弁        
９        溶存酸素計電極
１０      ヒータ
１１      冷却用熱交換パイプ
１５      溶存酸素計
１６      制御盤
１７      コンピュータ
１８      計量容器
１９      真空ポンプ
２５      温度センサー
２６      圧力計センサー
【図１】
2006084240.tif 000005
【図２】
2006084240.tif 000006
【図３】
2006084240.tif 000007
【図４】
2006084240.tif 000008
【図５】
2006084240.tif 000009
【図６】
2006084240.tif 000010
【図７】
2006084240.tif 000011