(57)【要約】【課題】電磁弁などの遮断機器を用いることなく、曝気槽と同一条件の活性汚泥混合液をサンプリングする技術を提供する。【解決手段】サンプリング装置１は、測定容器２と、測定容器２を浸漬させる活性汚泥容器６と、測定容器２内を加圧するためのコンプレッサー４と、測定容器２内を大気開放又は遮断可能とする電磁弁３と、希釈水を測定容器２内に注入するための定量ポンプ７と、測定容器２内の圧力を計測するための圧力計８と、を備えて構成されている。測定容器２の底部にはコイル状の細長管部５が付設されており、細長管部５を介して測定容器２と活性汚泥容器６とは連通している。混合液の測定容器２内への流入時又は排出時に、細長管部５を通過する際の配管抵抗による緩衝作用により、所望の希釈サンプリングを可能としている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性汚泥混合液の酸素呼吸速度や汚泥の沈降性等を測定するためのサンプリング装置であって、
曝気槽と同一条件の混合液を、常時導入可能とする活性汚泥容器と、
活性汚泥容器に浸漬状態で配置され、かつ、底面に付設した細長管部を介して活性汚泥容器と連通する測定容器と、
測定容器内を加圧するための加圧手段と、
測定容器内を大気開放状態又は遮断状態に維持するための遮断弁と、を備えて成り、
遮断弁を開放状態にして、活性汚泥容器と該測定容器内との水頭圧差を利用して、測定容器内に活性汚泥混合液を導入し、
遮断弁を閉止状態にして、加圧手段により測定容器内の活性汚泥混合液を排出可能に構成し、
混合液の測定容器内への流入時又は排出時に、細長管部を通過する際の配管抵抗による緩衝作用を利用して、所望条件の活性汚泥混合液のサンプリングを可能に構成した、
ことを特徴とする活性汚泥サンプリング装置。
【請求項２】
希釈水を前記測定容器に注入する定量ポンプを、さらに備え、
所望の希釈率の活性汚泥混合液を調製可能に構成したことを特徴とする請求項1に記載の活性汚泥サンプリング装置。
【請求項３】
又は発泡抑制用薬剤を前記測定容器に注入可能とする添加ポンプを、さらに備え、
所望の希釈率の活性汚泥混合液を調製可能に構成したことを特徴とする請求項1に記載の活性汚泥サンプリング装置。
【請求項４】
請求項１に記載の活性汚泥サンプリング装置における、前記測定容器内にサンプリングした混合液の排出完了検知方法であって、
前記電磁弁遮断状態で、前記加圧手段により混合液の注入と排出を一定間隔で行い、その間の前記測定容器内の圧力を測定するステップと、
前記測定容器内に活性汚泥混合液が存在するときの、加圧手段作動から次の作動までの１サイクルの圧力変化パターン（以下、比較対照圧力パターン）を比較対照として、次の１サイクルの圧力変化パターンを比較するステップと、
測定容器内の圧力低下方向の変化幅が大きくなるポイントを検知するステップと、
その時刻以降の圧力変化が比較対照圧力パターンと比較するステップと、
少なくとも前記加圧手段作動時の圧力上昇速度が小さくなること、加圧手段停止時において圧力低下速度が小さくなりほぼ一定値になる、ことを検知し、該圧力低下方向の変化幅が大きくなるポイントをもって、排出完了を検知するステップと、
を含むことを特徴とする活性汚泥サンプリング装置の計測方法。
【請求項５】
請求項１に記載の活性汚泥サンプリング装置を用いて、測定容器内に所望の希釈率の混合液サンプリングを得る方法であって、
（ａ１）所定時間（ｔｓ）、測定容器を大気開放状態にして、活性汚泥混合液及び希釈水（以下、サンプリング液）を測定容器内に流入させるステップと、
（ａ２）その後、測定容器を遮断状態にして流入を継続するステップと、
（ａ３）遮断流入ステップにおいて、測定容器内圧力（Ｐｉ）が液活性汚泥容器と測定容器との液面レベル差（ｈ）による水頭圧（Ｐｈ）と等しくなった時点で、再度、測定容器を開放状態に戻すステップと、
（ａ４）液面レベル差ｈ＝０となるまで、（ａ１）乃至（ａ３）のステップを繰り返し行うステップと、を含み、
大気開放時間（ｔｓ）の適宜設定により、大気開放時と遮断時のサンプリング液流入速度（ｆｖ(Ph)）の違いを利用して、所望の希釈倍率（Ｄａ）の活性汚泥混合液を得ることを特徴とする活性汚泥混合液のサンプリング方法。
【請求項６】
請求項３に記載の活性汚泥サンプリング装置を用いて、測定容器内に目的添加量（ｘ）の混合液サンプリングを得る方法であって、
（ｂ１）測定容器を大気開放状態にして、活性汚泥混合液を該測定容器に活性汚泥容器の液面レベルとほぼ同じレベルまで流入させるステップと、、
（ｂ２）（ｂ１）と併行して、添加ポンプにより薬液を該測定容器に目的添加量ｗのＸ倍を注入し、撹拌を行って活性汚泥混合液と薬液とを均一に混合するステップと、
（ｂ３）測定容器を遮断状態にして、加圧手段の作動・停止により内部を徐々に加圧して、測定容器内の活性汚泥混合液を排出していくステップと、
（ｂ４）（ｂ３）ステップの加圧停止時において、測定容器内圧力値（Ｐｉ）が、既流入全体量の１／Ｘのときの液面レベル差（ｈｘ）に対応する水頭圧（Ｐｈ（ｈｘ））に至った段階で、測定容器を大気開放状態にして、再度、活性汚泥混合液を平衡状態まで流入させるステップと、
を含んで、活性汚泥混合液に微量の薬液を添加することを特徴とする活性汚泥サンプリング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は廃水浄化装置の運転制御に用いる活性汚泥混合液のサンプリング技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
微生物を利用する工学的分野は多岐に亘っているが、代表的な分野として廃水処理があり、なかでも活性汚泥処理法は最も汎用的な廃水処理法である。活性汚泥で運転管理するには、種々のデータを測定する必要があり、代表的な運転管理指標には、原水の処理量やＢＯＤ濃度、曝気槽での微生物濃度（以下ＭＬＳＳ）、溶存酸素濃度（以下ＤＯ）、温度、ｐＨ、汚泥の沈降性（以下ＳＶ）、汚泥の活性や呼吸速度、処理水水質などあり、それぞれニーズに応じて、試料をサンプリングしたり、計器を曝気槽に入れたりして測定をおこなっている。
【０００３】
このうち、温度、ｐＨ、ＤＯなどについては、曝気槽などに直接計器を入れて測定することになるが、試料の経時的変化を測定するＳＶ測定や汚泥の酸素呼吸速度を測定して汚泥の活性や試料のＢＯＤや分解速度を評価する測定については、測定時間中に測定容器外の活性汚泥と混合させないことや、測定中は温度を変化させないこと、などの処置が必要となる。この点に関して、種々の技術が提案されている（例えば特許文献１〜３）。
【０００４】
特許文献１には、連続測定式の呼吸速度計が開示されている。同文献に示されているように、連続測定式の場合には、測定中に測定容器外の活性汚泥混合液と混合させないように、測定容器と活性汚泥容器を接続するラインに、電磁弁などのライン遮断機器を介装することが一般的である。
しかしながら、活性汚泥混合液中に配置することになるため、電磁弁などを防水構造にする必要がある。さらに、活性汚泥混合液には繊維屑のような柔らかいが絡みやすい異物や、破砕活性炭のような硬い異物などが含まれているため、常に作動不良が懸念される状況にある。このため、機器が高価になるうえ、メンテナンスの負担も大きくなるという問題がある。。
【０００５】
また特許文献２には、酸素呼吸速度変化を測定して汚泥の活性を測定する計器が開示されている。このような測定機器は、単純な呼吸速度計より複雑になるため、同文献では活性汚泥混合液をポンプで流入する方式を採用している。
しかしながら、同文献には図示されていないものの、活性汚泥混合液をサンプリングするラインには、電磁弁や測定装置の詰りを防止するためのストレーナが必要となり、メンテナンスの負担が大きいという問題がある。また、活性汚泥混合液の活性測定には数時間を要し、その間の活性汚泥混合液の温度を一定に保つための温度調節が機器構成上の大きな負担となるという問題もある。
【０００６】
また特許文献３には、汚泥の沈降性を自動測定する方法が開示されているが、活性汚泥混合液をポンプで流入する方式を採用しており、特許文献２と同様の問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０８−３１３５１２
【特許文献２】特開２００１−２３５４６２
【特許文献３】特開２００６−１７５３５７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、電磁弁などの遮断機器を用いることなく、曝気槽と同一条件の活性汚泥混合液を測定容器内にサンプリングして、活性汚泥の酸素呼吸速度やＳＶを測定可能なサンプリング技術を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願発明者は、鋭意研究の結果、安価で簡便で精度よく測定できる手法を見出し、以下の発明を完成させた。本発明に係る活性汚泥混合液サンプリング装置は、
（１）活性汚泥混合液の酸素呼吸速度やＳＶ等を測定するためのサンプリング装置であって、
曝気槽と同一条件の混合液を、常時導入可能とする活性汚泥容器と、
活性汚泥容器に浸漬状態で配置され、かつ、底面に付設した細長管部を介して活性汚泥容器と連通する測定容器と、
測定容器内を加圧するための加圧手段と、
測定容器内を大気開放状態又は遮断状態に維持するための遮断弁と、を備えて成り、
遮断弁を開放状態にして、活性汚泥容器と該測定容器内との水頭圧差を利用して、測定容器内に活性汚泥混合液を導入し、
遮断弁を閉止状態にして、加圧手段により測定容器内の活性汚泥混合液を排出可能に構成し、
混合液の測定容器内への流入時又は排出時に、細長管部を通過する際の配管抵抗による緩衝作用を利用して、所望条件の活性汚泥混合液のサンプリングを可能に構成した、
ことを特徴とする
【００１０】
本発明は、容器内の液面レベルと活性汚泥容器の液面レベルとの差（ヘッド）を利用して、活性汚泥混合液を汲み上げる方式を採用している。一般に、開放配管で容器内と活性汚泥容器を接続した場合、活性汚泥容器の液面レベルの変動により測定容器内の活性汚泥混合液が排出流入を繰り返し、測定時間中にサンプル液の性状が変化してしまい測定不可となる。本発明は、活性汚泥容器と測定装置との間に細く長い配管（バッファー管）を介在させることにより、液面変動の問題を解決したものである。
【００１１】
図１において、遮断弁（電磁弁）を開にすると、活性汚泥容器の液面レベルＬ１と測定容器の液面レベルＬ２の差により生じる水頭圧により、活性汚泥容器内の活性汚泥混合液が測定容器内に流入し、最終的に両液面レベルが等しくなった位置で流入は停止する。
図１３を参照して、この場合、細長管部が付設されていない測定容器を想定すると、（ｃ）に示すように混合液は連通孔から速やかに流入して短時間（ｔｘ”）で液面レベルは等しくなる。
本発明によれば、細長管部を介して測定容器と活性汚泥容器とを連通させているため、圧損により細長管部を通過する際の管内流速は小さくなり、（ａ）に示すように混合液の流入速度は減少して、液面レベルが等しくなるまでに長時間（ｔｘ）を要する
さらに、（ａ）の途中時点（ｔｓ）において遮断弁を閉にすると、容器内圧力の上昇により（ｂ）に示すように流入速度はさらに減少して、容器内圧力（ゲージ圧）が水頭圧に至った時点（ｔｘ’）で流入停止する。
本発明は、このような特性を利用して所望のサンプリングを可能としたものである。
【００１２】
また、活性汚泥容器の液面Ｌ１の上下動変動は、短時間の周期的な変化であるため、細長管部の配管抵抗により混合液は細長管部内を行ったり来たりするだけで、活性汚泥容器内の活性汚泥混合液が直接測定容器内に入ることはない。これにより、測定時間中のサンプル液の性状変化を抑えることができる。
極めて単純化すると、液面上下による内外の最大圧力差をΔＰとし、細長管部５の内径をｄ、配管の長さをｌ（小文字のエル）、流体の粘度をη、配管内の平均流速をｕとし、配管内の流動を層流とすれば、ΔＰ＝32ηｌｕ／ｄ＾2で表される。
具体的には、活性汚泥混合液のη≒０．００１Ｐａ・ｓ、ΔＰ≒５００Ｐａなので、ｄ＝０．００４ｍ、ｌ＝２ｍのとき、ｕ＝０．１２５ｍ／ｓとなる。
液面の上下変動を周期１秒の振幅５００Ｐａの正弦波とすれば、内径４ｍｍの配管内をおよそ３ｃｍ程度を行ったり来たりすることになる。
混合や拡散が全くないとすれば、６ｃｍの配管長があれば液面上下変動で、測定容器内の液体と活性汚泥容器の液体が混ざりあうことはない。実際には、複雑な共振作用や混合や拡散があるため、配管の必要長の決定には実験による挙動確認が必要である。
【００１３】
活性汚泥容器の設置箇所としては、均一状態の活性汚泥混合液を導入する必要があるため、例えば曝気槽内、曝気槽出口から沈殿槽に入る流路、沈殿槽の流入口等が好ましい。これらの経路中に適当な取り付け位置がない場合には、これらの場所からポンプで活性汚泥混合液を容器に汲み上げ、その中に本装置を浸漬してもよい。
【００１４】
曝気槽は曝気装置により激しく流動しているので、仕切りなどでできるだけ流動を抑える必要がある。流路や沈殿槽流入口においても、大量の活性汚泥混合液の流れで流動している。これらの液面は平均的には流量で決まる水位で一定であるが、流動により液面は常に上下に動いている。取り付け位置や装置条件で異なるが、液面上下幅は±数ｃｍになる。
【００１５】
「細長管部」とは、例えば長い細管を螺旋形状に加工して、本発明において必要とするバッファー効果を奏する配管を意味する。
「細長管部」に用いる細管の内径や長さは、混合液の混ざり合い程度や取り込み許容時間のほか、活性汚泥のフロックの大きさ、混入する異物の大きさ、配管の詰まりやすさなどに応じて定めることができる。
測定容器内外の混合液混ざり合い程度は、汚泥の酸素呼吸速度やＳＶの測定誤差が数％程度なので１％程度以内であれば許容できる。また取り込み許容時間は、汚泥の活性や呼吸速度を測定する場合は１時間から６時間程度、ＳＶでは３０分から２時間程度の測定であることを考慮すれば、実質的なサンプリング時間はせいぜい１５分程度で終了することが望ましい。
【００１６】
活性汚泥のフロックは大きなもので概ね２ｍｍ程度であるので、内径はフロックを壊さない程度の２ｍｍ以上が好ましい。破細活性炭などの硬い異物は長さ２ｍｍ太さ１ｍｍ程度が混入することがよくあるため、閉塞防止のため、配管内径は２ｍｍ以上が好ましい。また詰まり防止には内径は大きいほうがよい。これらを考慮すると、配管内径が３ｍｍから５ｍｍで、長さ０．５ｍから３ｍの配管が適用可能である。
さらに、後述の実施例（図９、１０参照）を考慮すると、１５分以内で流入完了を目途として、配管長１００ｃｍであれば内径３ｍｍ程度まで、配管長２００ｃｍであれば内径４ｍｍ程度まで、配管３００ｃｍであれば５ｍｍ程度までが好ましい。
【００１７】
（２）上記発明において、希釈水を前記測定容器に注入可能とする定量ポンプを、さらに備えて成り、所望の希釈率の活性汚泥混合液を調製可能に構成したことを特徴とする。
【００１８】
（３）上記（１）の発明において、発泡抑制用薬剤を前記測定容器に注入可能とする添加ポンプを、さらに備えて成り、所望の希釈率の活性汚泥混合液を調製可能に構成したことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明に係る活性汚泥混合液サンプリング方法は、
（４）上記（１）の活性汚泥混合液サンプリング装置において、
前記大気開放電磁弁を遮断して前記加圧手段から空気を送り込んで、前記測定容器内を加圧して排出する操作であって、
前記コンプレッサーの作動・停止を一定間隔で行い、その間の測定容器内の圧力を測定するステップと、
前記測定容器内に活性汚泥混合液が存在するときの、加圧手段作動から次の作動までの１サイクルの圧力変化パターン（以下、比較対照圧力パターン）を比較対照として、次の１サイクルの圧力変化パターンを比較するステップと、
測定容器内の圧力低下方向の変化幅が大きくなるポイントを検知するステップと、
その時刻以降の圧力変化が比較対照圧力パターンと比較するステップと、
少なくとも前記加圧手段作動時の圧力上昇速度が小さくなること、コンプレッサー停止時において圧力低下速度が小さくなりほぼ一定値になる、ことを検知し、該圧力低下方向の変化幅が大きくなるポイントをもって、排出完了を検知するステップと、を含むことを特徴とする。
【００２０】
測定容器を活性汚泥容器中に浸漬すると、容器内の液面が見えないという問題がある。原理的には電極式やフロート式の液面計で測定すれば可能であるが、対象が活性汚泥混合液の場合、電極やフロートに汚泥や泡が接触して正確に測定できない。また非接触の超音波レベル計は湿気による結露の問題があり、簡単には適用できない。
本発明は、活性汚泥混合液という特殊な液を扱うために有効な手段である。容器を加圧して排出する際の排出完了の正確な検知により、例えば、装置に空気漏れが生じていないか、加圧手段（例えばコンプレッサー）が正常に作動しているか、また性能に劣化がないか、細長管に詰まりが生じて測定容器に規定量の活性汚泥混合液がサンプリングできているかどうか、などを判断することができる。このように、各発明の操作を行う上で排出時間の正確な検知は、極めて重要な意義を有する。
【００２１】
図１１は、本発明の作用を示す図である。本発明の測定容器（空間容積５００ｃｃ＋サンプリング容積１０００ｃｃ＝全内容積１５００ｃｃ）内に活性汚泥混合液を満杯状態にして遮断弁を閉にし、加圧手段（コンプレッサー）から一定量（毎秒４５ｃｃ）の空気を送り込んで測定容器内を加圧する。さらに、混合液の排出操作（コンプレッサーを作動２秒、停止１０秒の繰り返し）を行ったときの、測定容器内の１秒毎の圧力変化（ゲージ圧）を示している。
同図より、測定容器内に液が存在するときは、コンプレッサー作動時には圧力はＦ１のように大きく上昇する。また、停止時には、活性汚泥混合液が排出されるに従い、Ｆ２のように圧力が低下する。このように、コンプレッサーの作動・停止のサイクルに連動して測定容器内に圧力変化が生じている。また、この間の圧力変化サイクルは、測定容器内の液面レベルが低下するに従い上昇していく右肩上がり傾向の変化となっている。
【００２２】
コンプレッサー停止時の空間容積内の圧力低下速度は、以下のように変化する。測定容器内に活性汚泥混合液が存在する間は、活性汚泥混合液が細長管部を通過する際の圧力損失が大きいため排出速度が小さく、圧力低下速度は比較的小さい。しかし、排出完了の瞬間から通過流体が液体から気体になるため、圧力損失が急激に減少して測定容器内の空気が多量に排出されるため、圧力低下が急拡大する（同図Ｆ３）。コンプレッサー稼働中に活性汚泥混合液が配管から排出されると、低下させる方向の変化量が大きくなるため、活性汚泥混合液残留時より小さな圧力上昇幅になったり、逆に低下する変化となる。
【００２３】
排出完了後は、コンプレッサー作動時の圧力上昇は、活性汚泥混合液が残っているときと較べてＦ４のように顕著に小さくなり、またコンプレッサーが停止したときは、Ｆ５のように速やかに圧力低下速度は小さくなり、安定した値になる変化となる。
【００２４】
多くの場合、同図Ｆ３の変化のみにより排出完了検知可能ではあるが、排出完了がコンプレッサーの作動タイミングと重なった場合や、コンプレッサーの作動直後のタイミングで空気が抜けた場合には、Ｆ３の変化だけでは誤検知となる可能性がある。しかしながら、その後のＦ４、Ｆ５の変化は、活性汚泥混合液残留時と排出完了後では明確な変化として認識できるので、これらを認識したあと、遡って圧力低下方向の変化幅が大きくなるポイントを検知することが好ましい。
【００２５】
（５）上記（１）の活性汚泥サンプリング装置を用いて、測定容器内に所望の希釈率の混合液サンプリングを得る方法であって、
（ａ１）所定時間（ｔｓ）、測定容器を大気開放状態にして、活性汚泥混合液及び希釈水（以下、サンプリング液）を測定容器内に流入させるステップと、
（ａ２）その後、測定容器を遮断状態にして流入を継続するステップと、
（ａ３）遮断流入ステップにおいて、測定容器内圧力（Ｐｉ）が活性汚泥容器と測定容器との液面レベル差（ｈ）による水頭圧（Ｐｈ）と等しくなった時点で、再度、測定容器を開放状態に戻すステップと、
（ａ４）液面レベル差ｈ＝０となるまで、（ａ１）乃至（ａ３）のステップを繰り返し行うステップと、を含み、
大気開放時間（ｔｓ）の適宜設定により、大気開放時と遮断時のサンプリング液流入速度（ｆｖ(Ph)）の違いを利用して、所望の希釈倍率（Ｄａ）の活性汚泥混合液を得ることを特徴とする。
【００２６】
希釈サンプリングはＳＶ測定に適したサンプリング方法である。原液のままでは殆ど沈降せず、希釈により沈降性の差を拡大する必要があるときに有効な方法である。またＭＬＳＳが非常に大きい汚泥や、活性が大きい汚泥の酸素呼吸速度を測定する場合、曝気空気量を多く必要とするが、多量の空気で曝気すると発泡が生じる場合に活性汚泥混合液を希釈する必要が生じる。
【００２７】
図１２を参照して、本発明による希釈サンプリングの作用について説明する。同図は、流入開始から終了（ｔmax）に至るまでの容器内外差圧ΔＰ、流入速度ｆv、全流入量Ｖ（t)、希釈水流入量Ｗｔの変化を示している。ここに、ΔＰ＝Ｐｈ−Ｐｉ、但し、Ｐｈ：水頭圧、Ｐｉ：容器内圧力（ゲージ圧）。
同図において、Ｂ０→Ｂ１は遮断弁開により混合液及び希釈水が測定容器内に流入して、測定容器内の液レベルが上昇し、差圧ΔＰが緩やかに減少していく状態である。
【００２８】
この状態から遮断弁を閉にすると、流入に伴う水頭圧減少と測定容器内の空間圧縮による圧力上昇が相俟って、ΔＰは急激に減少していく（Ｂ１→Ｂ２）。ΔＰの減少に伴い、比例的に混合液の流入速度は減少する。測定容器内圧力Ｐｉと水頭圧Ｐｈが等しくなった時点で、活性汚泥混合液の流入は停止する（Ｂ３）。
【００２９】
遮断弁閉状態を放置すると、希釈水注入継続によりＰｉがさらに上昇し、サンプリングした液の活性汚泥容器側への逆流が始り、定量的希釈が不可となる。そこで、この時点で遮断弁開にすることにより、測定容器２の空間の圧力は急速にほぼ大気圧に戻り、水頭圧Ｐｈにより再び活性汚泥混合液の流入が始まる（Ｂ４）。以上の操作を繰り返し行うことにより、目的の希釈活性汚泥混合液のサンプリングが可能となる。
本発明の適用により、所望の希釈倍率のサンプリングを得るための具体的方法については、後述の実施形態に例示する。
【００３０】
（６）上記（３）の活性汚泥サンプリング装置を用いて、測定容器内に目的添加量（ｘ）の混合液サンプリングを得る方法であって、
（ｂ１）測定容器を大気開放状態にして、活性汚泥混合液を該測定容器に活性汚泥容器の液面レベルとほぼ同じレベルまで流入させるステップと、、
（ｂ２）（ｂ１）と併行して、添加ポンプにより薬液を該測定容器に目的添加量ｗのＸ倍を注入し、撹拌を行って活性汚泥混合液と薬液とを均一に混合するステップと、
（ｂ３）測定容器を遮断状態にして、加圧手段の作動・停止により内部を徐々に加圧して、測定容器内の活性汚泥混合液を排出していくステップと、
（ｂ４）（ｂ３）ステップの加圧停止時において、測定容器内圧力値（Ｐｉ）が、既流入全体量の１／Ｘのときの液面レベル差（ｈｘ）に対応する水頭圧（Ｐｈ（ｈｘ））に至った段階で、測定容器を大気開放状態にして、再度、活性汚泥混合液を平衡状態まで流入させるステップと、
を含んで、活性汚泥混合液に微量の薬液を添加することを特徴とする。
【００３１】
汚泥の活性を測定する際には、サンプリングした活性汚泥混合液の曝気操作が必要となるが、発泡性の強い混合液の場合、曝気による発泡を抑制するため消泡剤の添加が必要なケースがある。一般に、消泡剤は水で希釈することができないため、原液のまま混合液に添加することになるが、活性汚泥混合液の量が１０００ｃｃ程度の場合、添加量は０．１ｃｃ程度の極微量となる。このような添加を実現するためには高価な微量の定量ポンプが必要なうえ、間欠運転のためノズルに詰まったり付着固化したりして、連続装置としては極めて難しい操作となる。本発明は、このような薬液を微量添加する場合に有効である。本発明の具体的適用についても、後述の実施形態において例示する。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、電磁弁など遮断機器を用いることなく、測定装置を活性汚泥容器内に浸漬した状態で、活性汚泥の酸素呼吸速度やＳＶ等を測定可能となり、温度調節関係やストレーナなどのサンプリング付帯装置を大幅に簡略化できるとともに、メンテナンスを大幅に軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態に係る活性汚泥混合液サンプリング装置１の構成を示す図である。
【図２】サンプリング装置１を配置する廃水浄化装置１０の全体構成を示す図である。
【図３】水頭圧（ｐｈ）と流入速度ｆv(Ph)の関係を示す図（概念図）である。
【図４】第二の実施形態に係る希釈サンプリングにおける開放流入時間（ｔｓ）、サイクル終了時間（ｔｊ）の取得フローを示す図である。
【図５】同上の具体的サンプリングフローを示す図である。
【図６】希釈サンプリング中の水頭圧（Ｐｈ（ｔ））と測定容器内圧力（Ｐｉ（ｔ））の時間的推移を示す図である。
【図７】第四の実施形態に係るサンプリング装置２０の構成を示す図である。
【図８】薬剤添加用サンプリングの各段階における測定容器内液流入量、内外圧力の関係を示す図である。
【図９】長細管部の配管長−一定時間経過後混合割合の実測結果（配管内径をパラメータ）を示す図である。
【図１０】長細管部の配管長−一定時間経過後混合割合の実測結果（配管内径をパラメータ）を示す図である。
【図１１】活性汚泥混合液サンプリングにおいて、測定容器内にサンプリングした混合液の排出完了検知方法を示す図である。
【図１２】（５）の発明に係る希釈サンプリングの作用を示す図である。
【図１３】本願発明の作用を概念的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明に係る活性汚泥サンプリング装置（以下、サンプリング装置と略記）の実施形態について、図１乃至８を参照してさらに詳細に説明する。なお、本発明の範囲は特許請求の範囲記載のものであって、以下の各実施形態に限定されないことはいうまでもない。
【００３５】
＜第一の実施形態＞
本実施形態は、混合液を所望の希釈率に希釈して、ＳＶを測定する場合に有効なサンプリング方法に関する。
図１、２を参照して、本実施形態に係るサンプリング装置１は、測定容器２と、測定容器２を浸漬させる活性汚泥容器６と、測定容器２内を加圧するための加圧手段であるコンプレッサー４と、測定容器２内を大気開放又は遮断可能とするための遮断弁（電磁弁）３と、希釈水を測定容器２内に注入するための定量ポンプ７と、希釈水タンク７ａと、測定容器２内の圧力を計測するための圧力計８と、を備えて構成されている。測定容器２の底部にはコイル状の細長管部５が付設されており、細長管部５を介して測定容器２と活性汚泥容器６とは連通している。
このような構成により、混合液の測定容器２内への流入時又は排出時に、細長管部５を通過する際の配管抵抗による緩衝作用により、後述する所望のサンプリングを可能としている。
【００３６】
サンプリング装置１は、廃水浄化装置１０の運転制御のために用いられる装置であり、活性汚泥容器６は曝気槽１１から沈殿槽１２に至る処理水流路１３の経路中に介装されている。活性汚泥容器６は、曝気槽１１出口と同一条件の混合液サンプリングを可能とするため、流入口６ａ、流出口６ｂを備えており、処理水流路１３を流れる混合液の一部を常時抽出可能に構成されている。
なお、処理水流路１３が配管の場合には、本実施形態の如く活性汚泥容器６を別に設置し、配管１３からポンプ（図示せず）で同活性汚泥容器に活性汚泥混合液を汲み上げて、測定容器２の流入口６ａから容器に流入させ、流出口６ｂから排出させることにより、活性汚泥容器６を処理水流路１３と実質的に同環境になるような十分な量の処理水を供給することができる。また、処理水流路１３が開溝式流路の場合には、直接流路に浸漬することにより処理水流路自体を活性汚泥容器としてもよい。
【００３７】
次に、本実施形態におけるサンプリング方法について説明する。測定容器２が空の状態から電磁弁３を開放すれば、測定容器２内の液レベルと活性汚泥容器の液レベルが同じになるまでの量（以下、Ｖ）の、希釈なしの活性汚泥混合液がサンプリングできる。電磁弁３を開放し、活性汚泥が流入しているときに吐出量Ｗｃｃ/秒の定量ポンプをｔ（秒間）作動して希釈水を注入する場合、定量ポンプを作動した状態で、測定容器２の内容積Ｖ分の希釈混合水を流入するのに要する時間をｔmaxとすると、ｔ≦ｔmaxの範囲では大気開放状態で定量ポンプをｔ秒間作動すれば、希釈倍率Ｄとして、
Ｄ＝１〜Ｖ／（Ｖ-Ｗ・ｔ）        （１）式  
の任意の希釈混合液のサンプリングが可能である。
【００３８】
ｔmax以降も希釈水注入を続けると、測定容器２内の希釈混合液は容器外へ排出されてしまい、目的とする希釈倍率が得られない。従って、予めｔmaxの値を得ておく必要がある。
【００３９】
ｔmaxは、以下のステップ（ａ）〜（ｄ）に従い求めることができる。
（ａ）差圧流入速度ｆv  測定
差圧流入速度ｆvは、大気開放状態における測定容器２の液面Ｌ２と活性汚泥容器の液面Ｌ１のレベル差による差圧（水頭圧）の関数ｆv(Ph)として示される。ｆv(Ph)は、実際に測定容器２を使ってレベル差（ｈ＝Ｌ１−Ｌ２）とｆvの関係を測定しておく必要がある。図３はこのようにして求めたPh−ｆvの概念図を示す。
【００４０】
（ｂ）合計流入量Ｖ(ｔ)の演算
ｔまでの希釈水注入量はＷ・ｔなので、（混合液＋希釈水）の合計流入量Ｖ(ｔ)は、
【数１】
2015013225.tif 000003
（ｃ）水頭圧Ｐｈ(ｔ)の演算
一方、液面レベル差による水頭圧Ｐｈ(ｔ)は、測定容器２の断面積をＡ（ｃｍ２）とすると（２）式となる（但し、ｋは水柱高さ[ｃｍ]→圧力[Pa]への変換係数）。
【数２】
2015013225.tif 000004
【００４１】
（ｄ）ｔmaxの演算
（２）、（３）式より、Ｖ(ｔ)が所定のサンプリング液量Ｖａになるときのｔ＝ｔmaxは（４）式で計算できる。
【数３】
2015013225.tif 000005
【００４２】
さらに、ｔmaxは以下の逐次計算法により、コンピュータ等を用いて求めることができる。具体的には、ｔを微小区間（例えば１秒間）に分割する。０秒から１秒については、便宜的に液流入なしと仮定すると、Ph(t)は最大の液面差圧（Ｈ０）になる。図３のｆv（Ph)により、Ph＝Ｈ０のときの１秒間の流入量Ｖ(１)を計算し、希釈水注入量Ｗとの合計量を求め、さらに（２）式から１秒後のPh(２)を計算する。
１秒から２秒の計算は、１秒後のＰh(２)をもとに、fv(Ph)から１秒間の流入量を計算し、希釈水注入量Ｗとの合計量Ｖ(２)を求める。さらに、0秒からの積算の流入量の合計から、2秒後のPhを計算する。このように逐次計算してゆき、０秒からの積算流入量がＶａになる時間としてtmaxを求めることができる。
【表１】
2015013225.tif 000006
【００４３】
＜第二の実施形態＞
さらに本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態は、上述の実施形態よりさらに希釈率の高いサンプリングを得るための態様に関する。本実施形態の構成は上述のサンプリング装置１と同一であるので、重複説明を省略する。
本実施形態のサンプリング方法が、上述の実施形態に係るサンプリング方法と異なる点は、大気開放流入の途中段階で電磁弁３を遮断して流入するステップを加え、さらに大気開放流入操作と遮断流入操作を繰り返し行うことである。
【００４４】
以下、所望の希釈倍率のサンプリング液を得る方法について説明する。
本実施形態によるサンプリングは、大気開放流入時間ｔｓ及び遮断流入時間ｔｊの設定を行い、設定値に基づいてサンプリング操作を行うことにより実現される。
【００４５】
＜ｔｓ、ｔｊの設定＞  
図４を参照して、最初に測定容器２内への差圧による流入速度ｆvの取得を行う（Ｓ１０１）。ｆvの内容は上述の実施形態と同様であるので、重複説明を省略する。
次に、目標希釈率（Ｄａ）の設定を行い（Ｓ１０２）、さらに開放時間ｔｓの仮設定ｔｓ（(k=1)）を行う（Ｓ１０３、Ｓ１０４）。
これら設定値に基づいて、各回の遮断終了時間ｔｊ（ｊ＝１〜ｔmax）の演算を行う（Ｓ１０３）。ｔｊは、装置内圧Ｐi(t)が水頭圧Ｐh(t)と等しくなる時間として求めることができる（Ｓ１０５）。
【００４６】
以下、ｔｊの具体的求め方について、ｊ＝１を例に説明する。大気開放時の流入量は上述の（２）式で示されるから、遮断開始時ｔｓにおける測定容器２の空間容積Ｖsは、（５）式で示される。但し、Ｖａ：測定容器内容積。
【数４】
2015013225.tif 000007
遮断中の測定容器２内の圧力Ｐi(t)は以下により求めることができる。tsからtまでの希釈水注入量Ｖdは、
【数５】
2015013225.tif 000008
これより、
【数６】
2015013225.tif 000009
一方、水頭圧Ｐh(t)は（８）式で示される。
【数７】
2015013225.tif 000010
【００４７】
（７）、（８）式より、ｔ１はＰh(t1)＝Ｐi(t1)となる時間として求めることができ、より具体的には上述の実施形態と同様、逐次計算法によりコンピュータ等を用いて求めることができる。同様の操作をｔ２、ｔ３、・・・について行い、ｔmax(k=1)＝Σｔｊを求めることができる。
【００４８】
このようにして求めたｔmaxを用いて、さらに（９）式により希釈率Ｄ(k)の演算を行う（Ｓ１０６）。
Ｄ(k)＝Ｖａ／（Ｖａ-Ｗ・ｔmax(k)）      （９）式
Ｄ(k)とＤａとを比較し、異なる場合には（Ｓ１０７においてＮ）、両者が等しくなるまで（ｋ＝１，２、・・・）、ｔｓ(k)を変更して繰り返し行う（Ｓ１１１）。
Ｄ(k)＝Ｄａの場合には（Ｓ１０７においてＹ）、そのときのｔｓ(k)を以って遮断開始時ｔｓに設定する（Ｓ１０８）。さらに各回の遮断開示時刻ｔ１、ｔ２、・・・ｔｍにおける測定容器２内圧Ｐi(j)を求める（Ｓ１０９）。これら設定値を用いてサンプリングを開始する（Ｓ１１０）。
【００４９】
＜サンプリング実施＞  
次に、図５、６を参照して、本実施形態のサンプリングフロー及び測定容器内圧力Ｐｉ、水頭圧Ｐｈの時間的推移について説明する。
図５を参照して、初期段階としてｊ＝１とする（Ｓ２０１）。電磁弁３開により測定容器２は大気開放状態となる（Ｓ２０２）。図６を参照して、この状態でＰｉ(0)＝０（大気圧）、Ｐｈ(0)＝ｋ＊Ｈ０である（同図Ｂ０）。
混合液、希釈水液流入により測定容器２内の液レベルが上昇し、これに対応して水頭圧Ｐh(t)は減少していく（同図Ｂ０→Ｂ１）。
開放開始から上述の設定時間ｔｓ経過後に（Ｓ２０３）、電磁弁３を遮断する（Ｓ２０４）。サンプリング中は容器内の圧力上昇を圧力計８により継続的に測定しており、測定容器内圧力Ｐi(t)が上述のＰi(t1)に達した時点で（図６においてＢ２）、Ｐi(t)＞０（大気圧）である限り（Ｓ２０６においてＹ）、ｊ＝ｊ＋１として（Ｓ２０７）、電磁弁３を開として上記ステップを繰り返し行う（図６においてＢ３、Ｂ４，・・・）。
Ｓ２０６においてＮ、すなわち遮断時の容器内圧力Ｐi(t)が大気圧（Ｐ０）となった時点で、サンプリングを終了する（図６においてＢmax）。
【００５０】
なお、電磁弁３を遮断したままこの状態を放置すると、希釈水注入が継続しているので、測定容器２内空間の圧力がさらに上昇し、測定容器２内の液が活性汚泥容器に逆流しはじめるため定量的な希釈ができなくなるが、この時点で電磁弁３を開放すると、測定容器２の空間の圧力は急速にほぼ大気圧に戻るため、液面差圧により、再び活性汚泥混合液が流入し始める。
この操作を繰り返すことにより、所定の希釈倍率の希釈活性汚泥混合液をサンプリングできる。
【００５１】
本実施形態では、遮断中は水頭圧Ｐｈと容器内圧力Ｐiとの差圧ΔＰ（＝Ｐｈ−Ｐi）は大気開放状態より小さくなるため、遮断中の活性汚泥流入量は大気開放状態のときより小さくなる。従って、Ｖａに到達する時間tmaxは常時大気開放（上述の実施形態）の場合より長くなり、その分、希釈液量が増えるため、（３）式より大きな希釈倍率のサンプリングが可能となる。
本実施形態では、希釈水ポンプの作動時間を０秒〜tmaxの間で調節し、また、電磁弁３の開放時間ｔｓを調節することにより、希釈倍率を所望の値に調節することが可能である。また、なお、最大希釈倍率は電磁弁３開放時間をできるだけ短くすることにより得られる。  
【００５２】
＜第四の実施形態＞
さらに本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態は、サンプリングの際に所望量の微量薬液を添加可能とする態様に関する。
図７を参照して、本実施形態に係るサンプリング装置２０が上述のサンプリング装置1と異なる点は、希釈水を測定容器２に注入する定量ポンプ７、希釈水タンク７ａに替えて、薬液添加ポンプ２１、薬液タンク２２を備えていることである。薬液添加ポンプ２１は吐出量がＸ倍のポンプでも操作可能となるので、通常の安価な定量ポンプが使用できる。その他の構成はサンプリング装置1と同様であるので、重複説明を省略する。
【００５３】
次に、図８を参照して、本実施形態におけるサンプリング方法について説明する。測定容器２が空の状態（内容積Ｖａ）から（同図（ａ））、電磁弁３を開放して活性汚泥混合液を測定容器２に流入させる。これと並行して、所望注入量ｗのＸ倍となるように薬液添加ポンプ２１を設定時間作動して薬液を注入する。
活性汚泥混合液及び薬液を、活性汚泥容器とほぼ同一液面レベルまで流入（流入量Ｖ０）させたのち（同図（ｂ））、撹拌を行って活性汚泥混合液と薬液を均一に混合する。この時の液量Ｖ０は、混合液流入量をＶ０’とすると、
Ｖ０＝Ｖ０’＋Ｘｗ
【００５４】
次に、電磁弁３を遮断してコンプレッサー４を作動・停止しながら測定内部を加圧して、測定容器２内の活性汚泥混合液を排出していく。この間、コンプレッサー停止状態における容器内部圧力値Ｐｉが、流入全体量Ｖ１の１／Ｘのときの液面レベルｈｘにおける水頭圧Ｐｈ(hx)となったときに（同図（ｃ））、再度、電磁弁３を開放して活性汚泥混合液を平衡状態まで流入させる。
液面レベルｈｘのときの液量Ｖ１は、
Ｖ１＝Ｖ０／Ｘ＝（Ｖ０’＋Ｘｗ）／Ｘ＝Ｖ０’／Ｘ＋ｗ
であるから、以上の操作により活性汚泥混合液に１倍量（ｗ）の添加液を得ることができる。
なお、水頭圧Ｐｈ(hx)は（１０）式で示され、容器内の圧力計８で検知できる。
Ｐｈ(hx)＝ｋ＊（１−1／Ｘ）＊Ｖａ／Ａ        （１０）式
【実施例】
【００５５】
表２に示す細長管部を付設したサンプリング装置を用いて、以下の測定を行った。
図９は、１０００ｃｃの活性汚泥混合液をいれた測定容器を活性汚泥容器に浸漬し、測定容器の液面Ｌ１、Ｌ２を同じにした状態で、上下動を与えて活性汚泥容器側の液面レベルＬ１を±２ｃｍ程度変動させたときの、配管内径と配管長を変化させて６時間後の混ざり合いの程度を測定した結果である。
混ざり合い程度の測定は、測定容器と配管に活性汚泥容器内と同じ活性汚泥混合液に食塩を加え、全く縁切りした容器にも活性汚泥混合液に同量の食塩を加えたものを比較対照にして、電導度変化を指標とした。
【００５６】
また図１０は、活性汚泥容器の液面Ｌ１と測定容器が空状態の液面Ｌ２との液面差が２５ｃｍにした条件から混合水を流入させて、完全に平衡になるまでのサンプリング量の９８％流入完了時間を実測した結果である。９８％流入時間で評価したのは、９８％から１００％までの流入時間は極端に長くなるためである。また９８％の量は、全体の測定誤差が数％であれば、測定時間との兼ね合いで、残り２％の液の流入が遅れても全体の誤差に及ぼす影響が小さく、有効な目安となるためである。
【００５７】
図９に示すように、当然のことながら、配管内径が細く配管長の長い配管のほうが、より厳密に混ざり合いが小さくなるが、一方で図１０に示すように、測定容器内に活性汚泥混合液を取り込む際に要する時間が長くなる。
測定誤差として０．５％の混合までを許容するとすれば、図９から配管長１００ｃｍであれば内径４ｍｍまで、配管長２００ｃｍであれば推定内径５ｍｍ、配管長３００ｃｍであれば推定内径６ｍｍが使用できる。
一方、図１０を参照して、サンプル時間の制約から、配管長１００ｃｍであれば内径３ｍｍ程度まで、配管長２００ｃｍであれば内径４ｍｍ程度まで、配管３００ｃｍであれば推定５ｍｍ程度まで、が許容できる。
両者を満足する値として、配管長１００ｃｍであれば内径３ｍｍ以上〜４ｍｍまで、配管長２００ｃｍであれば、内径４ｍｍ以上〜５ｍｍまで、配管長３００ｃｃであれば、内径５ｍｍから６ｍｍまで、が適用できるといえる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、活性汚泥装置にかぎらず、活性汚泥の変形である担体活性汚泥や膜式活性汚泥などの、微生物による排水浄化装置全般の運転制御のためのサンプリング装置又は方法として、酸素呼吸速度測定やＳＶ測定等に広く適用可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１、２０・・・・活性汚泥混合液サンプリング装置
２・・・・測定容器
３・・・・電磁弁
４・・・・コンプレッサー
５・・・・細長管部
６・・・・活性汚泥容器
７・・・・定量ポンプ
８・・・・圧力計
２１・・・薬液添加ポンプ
【図１】
2015013225.tif 000011
【図２】
2015013225.tif 000012
【図３】
2015013225.tif 000013
【図４】
2015013225.tif 000014
【図５】
2015013225.tif 000015
【図６】
2015013225.tif 000016
【図７】
2015013225.tif 000017
【図８】
2015013225.tif 000018
【図９】
2015013225.tif 000019
【図１０】
2015013225.tif 000020
【図１１】
2015013225.tif 000021
【図１２】
2015013225.tif 000022
【図１３】
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