(57)【要約】【課題】下水処理場、事業所等に設置され、汚泥を再基質化処理することにより汚泥を削減する汚泥削減システムに使用される汚泥の処理状態の計測方法において、高精度に再基質化率を測定でき、屋外使用に耐えるレベルでの耐久性と、低コスト、省メンテナンスを兼ね備えた計測方法が無いという課題があった。【解決手段】本発明は上記目的を達成するため、混合液の全容積に占める汚泥の割合を体積率とし、汚泥の濃度と体積率との比より体積濃度係数を算出し、体積濃度係数から汚泥の再基質化率を算出するものである。【選択図】図１
2008302295.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
混合液の全容積に占める汚泥の割合を体積率とし、汚泥の濃度と体積率との比より体積濃度係数を算出し、体積濃度係数から汚泥の再基質化率を算出する汚泥の処理状態の計測方法。
【請求項２】
体積率は、混合液を計測槽に採取して沈降させ、汚泥の界面の位置を測定して算出することを特徴とした請求項１記載の汚泥の処理状態の計測方法。
【請求項３】
計測槽に界面計と汚泥濃度計を有し、体積率は前記界面計の測定値から算出し、汚泥の濃度は前記汚泥濃度計の測定値とすることを特徴とした請求項２記載の汚泥の処理状態の計測方法。
【請求項４】
汚泥を沈降させる時間、汚泥に気泡除去を施すことを特徴とした請求項２記載の汚泥の処理状態の計測方法。
【請求項５】
気泡除去は汚泥に外部から衝撃を与えて行うことを特徴とした請求項４記載の汚泥の処理状態の計測方法。
【請求項６】
体積率は、混合液を水で希釈して測定することを特徴とする請求項１記載の汚泥の処理状態の計測方法。
【請求項７】
汚泥の濃度を多段階に調整して濃度と体積率の分布を測定し、この回帰直線から体積濃度係数を算出することを特徴とした請求項６記載の汚泥の処理状態の計測方法。
【請求項８】
体積率は、混合液の温度を一定にして測定することを特徴とした請求項１記載の汚泥の処理状態の計測方法。
【請求項９】
体積濃度係数の代わりに汚泥容量指標を用いることを特徴とした請求項１記載の汚泥の処理状態の計測方法。
【請求項１０】
生物処理により生成した汚泥を再基質化処理部により処理した後、再び生物処理することにより汚泥の発生量を削減する汚泥削減システムにおいて、請求項１から９いずれか１項に記載の汚泥の処理状態の計測方法で汚泥の再基質化率を計測し、所定の再基質化率になるように再基質化処理部を制御することを特徴とする汚泥削減システム。
【請求項１１】
排水が流入する調整部と、この調整部の下流に設けた曝気部と、この曝気部の下流に設けた沈殿部を備え、前記沈殿部で濃縮した混合液を前記再基質化処理部に導き、前記再基質化処理部で処理された混合液を前記曝気部に戻すことを特徴とする請求項１０記載の汚泥削減システム。
【請求項１２】
排水が流入する調整部と、この調整部の下流に設けた曝気部と、この曝気部の下流に設けた沈殿部と、この沈殿部で濃縮した混合液を貯留する汚泥分解部を備え、前記汚泥分解部に貯留した混合液を前記再基質化処理部で処理して再び前記汚泥分解部に戻し、戻した混合液を曝気し、汚泥を生物処理して分解するとともに分離膜によって混合液から汚泥と処理水を分離することを特徴とする請求項１０記載の汚泥削減システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排水処理施設で発生する余剰汚泥を削減する汚泥削減システムにおいて、処理対象である汚泥の処理状態を計測する方法とこれを用いた汚泥削減システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
下水処理場や事業場等での有機性排水処理は活性汚泥等の微生物による酸化分解処理によりなされている。この工程において、微生物（細菌、原生動物など）は水中の有機物を生物活動に必要なエネルギー源として消費し、主に二酸化炭素と水に分解するが、一部は微生物の増殖にも利用される。
【０００３】
すなわち基本的に水中の有機物は分解されて処理系外へ放出されるが、一部は微生物の増殖分として処理系内に保持される。
【０００４】
排水処理では通常このような過剰に増殖した微生物を余剰汚泥として系外へ引き抜き、処理系内を適正な濃度に維持するわけであるが、引き抜かれた余剰汚泥は濃縮、脱水した後、産業廃棄物として埋め立て処分や焼却処理されている。
【０００５】
しかし、近年では埋め立て処分場の受け入れ容量が不足している問題や、焼却の費用の問題、焼却場周辺に与える環境的な問題もあり、余剰汚泥自体の発生量を削減する技術が要望されている。
【０００６】
余剰汚泥の発生量を削減するには、生物処理の有機物分解効率を改善して汚泥発生量を低減する方法（例えば膜分離活性汚泥法）や、発生した余剰汚泥の一部を再び生物処理可能な状態に変換する処理（以後再基質化処理）して生物処理槽に戻して処理する方法が知られており、最近では余剰汚泥を再基質化処理する様々な技術が開発されている。
【０００７】
余剰汚泥を再基質化処理する技術としては、物理的方法や化学的方法、生物的方法が知られており、物理的方法としては、超音波処理、高速噴流処理、ミル破砕処理等があり、化学的方法として、オゾン酸化処理、フェントン反応処理、熱アルカリ処理、強酸性電解水処理、水熱処理（高温高圧処理）等が、生物的方法としては好熱細菌処理等があり、主に汚泥を構成している有機物（懸濁成分、微生物等）に対して分解、破砕、殺傷、低分子化を行う。
【０００８】
汚泥の処理状態として再基質化処理を定量的に評価する指標としては、可溶化率、再基質化率が用いられている。可溶化率は汚泥１．２μｍのガラス繊維ろ紙を通過する前後のＴＯＣ（またはＳＳ）の変化率で定義され、再基質化率は３７μｍ以下の篩を通過する前後のＴＯＣ（またはＳＳ）の変化率で定義される。
【０００９】
特に超音波処理法など物理的処理方法の場合、処理前後の可溶化率の変化は他の方法と比較して低く、再基質化率の寄与分が大きいため、物理的処理方法の場合は主に再基質化率で再基質化処理の状態を評価する方法が用いられている（例えば非特許文献１参照）。
【００１０】
上記のような汚泥削減方法においては適正な範囲（通常６０〜７０％）に再基質化率が維持されるように再基質化処理を行うのが理想的であるが、現実的には再基質化処理される汚泥はその性状（濃度、粘度、粒径など）が常に変化しており一定ではなく、再基質化処理の条件を固定した場合、再基質化率は汚泥の性状の変化により影響を受け必ずしも目標どおりの再基質化率とはならない。
【００１１】
また、仮に汚泥の性状を一定にできた場合でも、再基質化処理装置は運転するに従い経年劣化により性能が徐々に低下することが多く、やはり再基質化率が低下してしまい、再基質化率を適正な値に維持することができなくなる。
【００１２】
このため、再基質化処理した汚泥を適宜、現地でサンプリングして実験室で再基質化率を測定し、その都度処理条件を修正して運転する方法がとられているのが現状であり、この作業を頻繁に行わないと最適な条件で汚泥削減を行うことができず、多大なメンテナンス費用が発生するため、ノーメンテナンスで再基質化処理を適正に制御できるように汚泥の再基質化率を簡便に計測する方法が要望されている。
【００１３】
このような状況の中で、汚泥削減システムに用いられる、汚泥の再基質化処理の状態を計測する方法として、粒度測定器を用いて汚泥の粒径分布を計測する方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【００１４】
この方法では、再基質化処理の前に粒度測定器で粒径分布を測定し、得られた粒径分布により再基質化処理の処理条件を判断して制御するものである。
【非特許文献１】「超音波・活性汚泥法における余剰汚泥削減法に関する研究」（大阪工業大学大学院工学研究科博士課程学位論文、見手倉幸雄著、２００４年６月）
【特許文献１】特開２００５−９５７１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、上記従来の汚泥の処理状態の計測方法は、粒度測定器を用いており、この測定器は構造的に複雑かつ高価でメンテナンスを要し、化粧品製造業界など高品質・高付加価値が求められる製造業に限って使用されるもので、排水処理施設に設置するという観点から要求される、耐候性、耐熱性、耐紫外線性、防水性など屋外使用に耐えるレベルの耐久性や低コスト、省メンテナンス性を有していない。
【００１６】
特に、排水処理施設から排出される有機性の汚泥を含んだ混合液を粒度測定器で計測する場合は、光学系が汚泥の付着により汚染されるため、再現性ある測定を行うには光学系の洗浄を頻繁にかつ入念に実施する必要があるという課題があった。
【００１７】
さらに、粒度測定器はその原理上測定値の誤差が大きく、さらに粒度の分割範囲も大きく、再基質化率の定義である３８μｍで明確に区切ることができないので再基質化率との相関が低く、高精度に計測できないという課題があった。
【００１８】
そこで本発明は、屋外使用に耐えるレベルでの耐久性を有し、低コスト、省メンテナンスであり、高精度に再基質化率を測定できる汚泥の処理状態の計測方法とそれを用いた汚泥削減システムを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は上記目的を達成するため、混合液の全容積に占める汚泥の割合を体積率とし、汚泥の濃度と体積率との比より体積濃度係数を算出し、体積濃度係数から汚泥の再基質化率を算出するものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、低コスト、高耐久性かつ高精度で汚泥の再基質化率を計測することができ、汚泥削減システムと組合すことにより常に汚泥を最適な状態に維持することができ、汚泥削減システムの高効率化、低コスト化、省メンテナンスが図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の第１の実施の形態による汚泥の処理状態の計測方法は、混合液の全容積に占める汚泥の割合を体積率とし、汚泥の濃度と体積率との比より体積濃度係数を算出し、体積濃度係数から汚泥の再基質化率を算出するものである。
【００２２】
本実施の形態によれば、高精度に再基質化率を測定することができる。
【００２３】
本発明の第２の実施の形態は、体積率は、混合液を計測槽に採取して沈降させ、汚泥の界面の位置を測定して算出するものである。
【００２４】
本実施の形態によれば、体積率を簡便な方法で測定することができる。
【００２５】
本発明の第３の実施の形態は、計測槽に界面計と汚泥濃度計を有し、体積率は前記界面計の測定値から算出し、汚泥の濃度は前記汚泥濃度計の測定値とするものである。
【００２６】
本実施の形態によれば、従来から排水処理施設で使用されてきた計測機器を用いることにより、高耐久性かつ省メンテナンスで汚泥の処理状態の計測ができる。
【００２７】
本発明の第４の実施の形態は、汚泥を沈降させる時間、汚泥に気泡除去を施すものである。
【００２８】
本実施の形態によれば、汚泥内の気泡を除去することにより汚泥が浮上することに由来する不具合を防止することができる。
【００２９】
本発明の第５実施の形態は、気泡除去は汚泥に外部から衝撃を与えて行うものである。
【００３０】
本実施の形態によれば、外部から衝撃を与えることにより、汚泥内部に発生した気泡を汚泥の沈降に影響を与えることなく除去することができる。
【００３１】
本発明の第６の実施の形態は、体積率は、混合液を水で希釈して測定するものである。
【００３２】
本実施の形態によれば、高濃度で沈降性が低い汚泥であっても、希釈により沈降性を上げる事により体積率を測定することができる。
【００３３】
本発明の第７の実施の形態は、汚泥の濃度を多段階に調整して濃度と体積率の分布を測定し、この回帰直線から体積濃度係数を算出するものである。
【００３４】
本実施の形態によれば、高濃度で沈降性が低い汚泥であっても分布を測定することにより高精度に体積濃度係数を測定することができる。
【００３５】
本発明の第８の実施の形態は、体積率は、混合液の温度を一定にして測定するものである。
【００３６】
本実施の形態によれば、温度変化による影響を除去して、高精度に体積率を測定することができる。
【００３７】
本発明の第９の実施の形態は、体積濃度係数の代わりに汚泥容量指標を用いるものである。
【００３８】
本実施の形態によれば、汚泥容量指標の測定値を体積濃度係数とみなすことにより、体積率を測定することなく簡便に汚泥の再基質化率を得ることができる。
【００３９】
本発明の第１０の実施の形態は、生物処理により生成した汚泥を再基質化処理部により処理した後、再び生物処理することにより汚泥の発生量を削減する汚泥削減システムにおいて、請求項１から９いずれか１項に記載の汚泥の処理状態の計測方法で汚泥の再基質化率を計測し、所定の再基質化率になるように再基質化処理部を制御するものである。
【００４０】
本実施の形態によれば、計測した再基質化率を目標の再基質化率と比較しながら再基質化処理部を制御でき、常に最適な状態で汚泥削減を行うことができる。
【００４１】
本発明の第１１の実施の形態は、排水が流入する調整部と、この調整部の下流に設けた曝気部と、この曝気部の下流に設けた沈殿部を備え、前記沈殿部で濃縮した混合液を前記再基質化処理部に導き、前記再基質化処理部で処理された混合液を前記曝気部に戻すものである。
【００４２】
本実施の形態によれば、再基質化処理した汚泥を再び元の曝気部に戻す方式の汚泥削減システムにおいて、本発明の汚泥の処理状態の計測方法を適用することができる。
【００４３】
本発明の第１２の実施の形態は、排水が流入する調整部と、この調整部の下流に設けた曝気部と、この曝気部の下流に設けた沈殿部と、この沈殿部で濃縮した混合液を貯留する汚泥分解部を備え、前記汚泥分解部に貯留した混合液を前記再基質化処理部で処理して再び前記汚泥分解部に戻し、戻した混合液を生物処理して分解するとともに分離膜によって混合液から汚泥と処理水を分離するものである。
【００４４】
本実施の形態によれば、再基質化処理した汚泥を専用の処理槽で分解する方式の汚泥削減方法において、本発明の汚泥の処理状態の計測方法を適用することができる。
【００４５】
以下、本発明による汚泥の処理状態の計測方法とこれを用いた汚泥削減システムについて、図面を参照して説明する。
【００４６】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態における汚泥の処理状態の計測方法に用いる汚泥計測装置１の構成図の１例である。
【００４７】
尚、本実施の形態において汚泥とは水中に浮遊していて溶解しない有機性物質の総称として用い、混合液とは水と汚泥の混合物として定義する。
【００４８】
図１において、汚泥計測装置１には計測対象の混合液が流入する流入口２と計測を終えた混合液が排出される流出口３と、希釈および洗浄に用いる清浄な水が流入する清水流入口４を有している。汚泥計測装置１は同一の構成である３つの計測槽５ａ、５ｂ、５ｃと制御部６で構成されている。
【００４９】
３つの計測槽５ａ、５ｂ、５ｃは同じ構成であるので、以下の構成の説明では、特に断りが無い限り計測槽５ａについてのみ代表して説明する。
【００５０】
計測槽５ａは樹脂あるいはステンレス等の水を保持できる強度と防水性を備えた材料で構成され、計測対象の混合液を一定量貯留できるように上部が開口した容器状に形成されており、内部には汚泥濃度計７ａ、攪拌機８ａが配置され、また規定の水位付近には界面計９ａが配置されている。計測槽５ａの底部には排出口１０ａが配置され、排出口１０ａは排出弁１１ａを介して排出配管１２で流出口３と接続されている。計測槽５ａの上部には流入口２から流入弁１３ａを介して流入配管１４が接続され、同様に清水流入口４から清水弁１５ａを介して清水配管１６が接続されている。
【００５１】
また、汚泥濃度計７ａと界面計９ａは制御部６と電気的に接続されており（図中点線で表示）、制御部６に計測結果を逐次取り込めるようになっている。また、特に図示していないが、攪拌機８ａ、排出弁１１ａ、流入弁１３ａ、清水弁１５ａも制御部６と電気的に接続されており、各々を制御部６から作動させることができるようになっている。
【００５２】
また、図１にあるように計測槽５ａ、５ｂ、５ｃ、は同一の構成のものが３つ横並びに配置されており、それぞれ個別に制御できるように制御部６と電気的に接続されている。排出配管１２、流入配管１４、清水配管１６はそれぞれの弁の手前で分岐され計測槽５ａ、５ｂ、５ｃに分配されている。
【００５３】
上記構成において、被計測対象の汚泥を含んだ混合液は流入口２より汚泥計測装置１内の流入配管１４を通って３つの計測槽５ａ、５ｂ、５ｃへと供給される。
【００５４】
このとき、３つの計測槽５ａ、５ｂ、５ｃに異なった濃度の混合液を作製するため、例えば、制御部６より流入弁１３ａ、１３ｂ、１３ｃを開放する時間を流入弁１３ａ＞流入弁１３ｂ＞流入弁１３ｃとなるように設定し、各計測槽５ａ、５ｂ、５ｃに流入させる混合液量を段階的に変える操作をする。次に清水弁１５ａ、１５ｂ、１５ｃを開き、清水を３つの計測槽５ａ、５ｂ、５ｃの水位が同一になるように供給して混合液を希釈する。
【００５５】
尚、ここでは混合液を予め少なく投入しておき清水で希釈して、３つの計測槽５ａ、５ｂ、５ｃの水位が適正な水位で一致するようにして希釈するが、例えば計測槽５ａ、５ｂ、５ｃにオーバーフロー管を接続しておき混合液を規定の水位まで一度入れ、清水を供給してオーバーフローさせながら、希釈する方法を用いてもよい。
【００５６】
３つの計測槽５ａ、５ｂ、５ｃに異なった濃度の混合液が作製された後、各計測槽５ａ、５ｂ、５ｃの攪拌機８ａ、８ｂ、８ｃを動作させ、計測槽５ａ、５ｂ、５ｃ内部の混合液を攪拌すると共に汚泥濃度計７ａ、７ｂ、７ｃで汚泥の濃度を計測する。汚泥の濃度が一定となって安定したら、その値を制御部６に記憶し攪拌を停止する。攪拌を停止した直後から、汚泥は徐々に重力により沈降し始め、上方の透明な上澄みと下方の汚泥とに明確な界面を持って分離し始める。一般的な汚泥の場合、界面は比較的短時間で形成されるが、汚泥が圧密されることにより界面自体も時間経過とともに徐々に下方へと移動していき、最終的に界面の移動は停止する。
【００５７】
ここで、攪拌の停止後から界面計９ａ、９ｂ、９ｃにより汚泥の界面の位置（高さ）を計測し、界面の動きが停止した時点で測定を終了し、この値を制御部６に記憶する。汚泥の界面の下降が停止する時間は、汚泥の性状により一概に言えないが、概ね１２〜２４時間で安定する。計測を終えた混合液は、一度攪拌して流動性を回復した後で排出弁１１ａ、１１ｂ、１１ｃを開いて排出配管１２から流出口３を経て汚泥計測装置１の外へ排出される。
【００５８】
次に、清水弁１５ａ、１５ｂ、１５ｃ開いて清水を再び計測槽５ａ、５ｂ、５ｃに供給して内部を清水で攪拌し、計測槽５ａ、５ｂ、５ｃや汚泥濃度計７ａ、７ｂ、７ｃ、界面計９ａ、９ｂ、９ｃを洗浄して動作を完了し、次の計測まで待機する。
【００５９】
混合液を希釈する目標濃度の設定は計測対象となる汚泥の性状や計測槽５ａ、５ｂ、５ｃの形状や容積、面積、界面計９ａ、９ｂ、９ｃの精度により決定されるので一概に言えないが、濃くしすぎると汚泥の沈降に時間を要し、２４時間でも汚泥の界面が形成されない場合がある。また、薄くしすぎる場合は界面の高さが低く、界面計９ａ、９ｂ、９ｃの検知限界を下回ってしまい検知できなくなる。目標濃度は概ね０．１％〜１％の間になるように設定するのがよい。
【００６０】
さて、上記の計測により、３段階の汚泥濃度と界面の位置（高さ）が制御部６に記憶されたので、次に体積率を計算する。
【００６１】
体積率は混合液の全容積に占める汚泥の割合と定義し、混合液の全容積は水位を一定に保てば予め測定しておくことができる。さらに、汚泥の容積は汚泥の界面から下方であることから、界面計９ａ、９ｂ、９ｃの測定値から計算することができる。
【００６２】
ここで、計測槽５ａ、５ｂ、５ｃの形状を直方体または円筒形状としておけば、高さ方向の面積が一定であることから、体積率は汚泥の界面の位置（高さ）÷混合液の水位で算出できる。これにより３段階の汚泥濃度と体積率のデータが得られる。
【００６３】
図２は汚泥濃度と体積率の関係を示すグラフで、この３段階のデータをプロットし、原点を通る回帰直線を引くと、この直線の傾きは汚泥の性状によって定義される値となり、これを体積濃度係数と定義する。図２にプロットしたデータでは体積濃度係数は０．４２となる。
【００６４】
図３は、図２で用いたものと同一の混合液に対し、再基質化処理を弱、中、強と３段階に分けて行った時の、再基質化率と体積濃度係数の関係を示したグラフである。
【００６５】
このグラフより体積濃度係数と再基質化率は極めて高い相関性の比例関係があることがわかり、このグラフが本発明を完成させるに至った、基礎となる実験結果である。
【００６６】
本実施の形態ではこの関係を利用して体積濃度係数から再基質化率を算出する。
【００６７】
体積濃度係数と再基質化率の関係は計測対象となる排水処理施設毎の汚泥の性状により異なる為、実際の計測においては、予め混合液の体積濃度係数と再基質化率の関係を実験により測定して求めておき、制御部６にこの結果から得られた体積濃度係数から再基質化率を算出する一次式（図３の場合、ｙ＝１５７ｘ−３３）を入力しておく。
【００６８】
そして、汚泥濃度と体積率を測定して汚泥の体積濃度係数を算出し、体積濃度係数をこの一次式に代入することにより汚泥の再基質化率を得る。
【００６９】
図２で算出した体積濃度係数０．４２を図３の回帰直線より得た一次式に代入すると、混合液中の汚泥の再基質化率は約３３％となり、このように、体積濃度係数がわかれば汚泥の再基質化率を簡単に算出することができる。
【００７０】
ところで、体積率について、希釈せずに１点だけで測定し原点を通る直線とすれば、これだけでも体積濃度係数は測定でき、この場合、汚泥の計測槽５ａ、５ｂ、５ｃは１つだけですむので小型、低コスト化ができる。
【００７１】
しかし、計測対象の混合液の濃度が１％以上に濃い場合、沈降性が大幅に低下する場合があり、希釈しないで汚泥の体積率を測定しようとするとき、上澄みと汚泥に分離する時間が非常にかかり、場合によっては２４時間保持しても全く界面が現れない場合がある。
【００７２】
よって、計測対象の混合液が極めて薄い場合や沈降性が高い場合を除いて本実施の形態のように希釈して測定する方が望ましい。また、体積濃度係数を算出するためのデータも１点より多いほうがより精度の高い測定ができるので、本実施の形態のように最低でも３段階の希釈を行う方が望ましい。
【００７３】
また、計測槽５ａ、５ｂ、５ｃに混合液を投入して攪拌し、一定時間静置したとき、汚泥が嫌気条件下に曝される事により脱窒が進み気泡が発生する場合がある。また、混合液の水分中に溶解した気体が温度差や圧力差により気泡として発生してくる場合もある。
【００７４】
いずれにせよ混合液中に発生した気泡は汚泥に付着し、浮力を与えるため汚泥の沈降を阻害して停滞または浮上し、これにより界面が正確に測定できなくなる不具合が発生する。このような問題は混合液や汚泥の成分や温度などの条件によっては全く発生しない場合もあるが、頻繁に発生する場合は気泡除去を施す必要がある。
【００７５】
気泡除去を行う方法として、一定周期の間欠的な打撃を計測槽５ａ、５ｂ、５ｃの底部近くに与える方法がある。これにより、汚泥に付着した気泡に弱い衝撃を与え、気泡を分離させ、分離した気泡だけが浮力により水中を上昇して水面へと浮上する。
【００７６】
このとき、堆積した汚泥や界面に対する影響が最小限になるように衝撃を与えることが望ましい。最近では計測槽５ａ、５ｂ、５ｃに外部からこのような打撃を与えることが可能なアクチュエーター、例えばエアー式や電動式のものが各種市販されているのでこれらを利用するとよい。
【００７７】
また、体積率は混合液の温度により影響を受けやすい。特に界面を計測している時間において温度変化が激しい場合は注意を要する。一般的な排水処理施設の場合、計測対象となる混合液は年間を通じ１０℃〜３０℃の温度範囲で推移するが、処理施設の状況や設置場所、地域などによっては大きな温度変化にさらされる場合があり、このような場合は計測槽５ａ、５ｂ、５ｃ全体を恒温槽に入れるか、ヒーターやファンを設置するなどして温度変化が少なくなるようにすることが望ましい。
【００７８】
尚、本実施の形態に用いられる汚泥計測装置１は屋外に設置されることが多く、使用される機器は、耐熱性、耐候性、耐紫外線性、防水性など十分な耐久性が要求されるので、屋内工場のインライン専用の精密な計測機器などは基本的に使用できない。
【００７９】
しかし、本実施の形態の汚泥計測装置１で使用する計測機器は汚泥濃度計７ａ、７ｂ、７ｃ、界面計９ａ、９ｂ、９ｃであり、これらは排水処理施設で使用することを前提に設計されており、屋外使用に耐え得る構造で、長期の使用実績もある。
【００８０】
汚泥濃度計７ａ、７ｂ、７ｃは、レーザーを照射して散乱光強度で測定するものが一般的であるが、他の形式、たとえばマイクロ波を用いたものを使用してもよい。
【００８１】
また、界面計９ａ、９ｂ、９ｃも超音波を照射して汚泥と上澄み液の界面からの反射波をとらえて位置を測定するタイプが一般的であるが、他の方法、たとえば光の透過ができなくなる位置を捉えるタイプなどを利用してもよい。
【００８２】
最近では上記の計測機器は自動洗浄機能を備えているので、汚れの付着に伴う日常的なメンテナンスも不要である。また、コスト面から見ても、このような従来の計測機器を組み合わせただけであるので、例えば粒度測定器などの複雑かつ高価な装置と比較して低コストに作製することができる。
【００８３】
ところで、本実施の形態を用いてもコスト的に汚泥計測装置１の導入が困難な場合などにおいては、体積濃度係数の代わりに汚泥容量指標計を使用することにより、再基質化率を計測することもできる。
【００８４】
汚泥容量指標（ＳＶＩ）は、汚泥沈降率（ＳＶ）を汚泥濃度で割った値であり、汚泥沈降率は１Ｌメスシリンダーで３０分沈降させたときの汚泥の界面であるので体積率と同じ次元を持つといってよい。
【００８５】
ただし、３０分の沈降時間では完全に界面の移動が停止した状態ではないので、測定精度にかなりの誤差を含んでいる可能性があり、あくまで簡易的な測定方法としてのみ使用するのがよい。
【００８６】
この場合、例えば既存の曝気部に汚泥容量指標計が設置されている場合において、新たに汚泥計測装置１を設置する代わりに、簡易的に汚泥の再基質化率を得ることができる。
【００８７】
以上のように、本実施の形態によれば、高精度かつ屋外使用に耐えるレベルでの耐久性を有し、低コスト、省メンテナンスの汚泥の処理状態の計測方法が得られる。
【００８８】
（実施の形態２）
次に、本実施の形態の汚泥の処理状態の計測方法を用いた汚泥削減システムについて、図４を用いて説明する。なお、実施の形態１と同様の構成や作用を有するものについては同一符号を付し、その説明を省略する。
【００８９】
本実施の形態の汚泥削減システムは排水を溜める調整部１７と、有機物を活性汚泥によって酸化・分解する曝気部１８と、曝気部１８で処理した混合液を重力によって汚泥が濃縮した混合液と処理水とに分離する沈殿部１９と、沈殿部１９で濃縮された混合液を再基質化処理する再基質化処理部２０と本発明の汚泥計測装置１から構成されている。
【００９０】
曝気部１８の底部には排水中に有酸素気泡を供給する曝気ブロア２１と接続された曝気管２２が配置されている。沈殿部１９の底部からは排水処理系外へ汚泥を送出する配管が接続されており、この配管は途中で調整部１７と曝気部１８の間に接続される配管に分岐されており、さらに再基質化処理部２０へと接続する配管に分岐され、再基質化処理部２０から出た配管は調整部１７と曝気部１８の間に接続されている。
【００９１】
この再基質化処理部２０から調整部１７と曝気部１８の間に接続した配管はさらに途中で分岐され、汚泥計測装置１の流入口２に接続されており、流出口３は調整部１７と曝気部１８の間に配管で接続されている。
【００９２】
また、汚泥計測装置１の清水流入口４は外部から清水を供給できる清水配管（図示せず）と接続されており、ここには、たとえば排水処理施設の水道配管を接続する。また、制御部６（図１）と再基質化処理部２０とは電気的に接続され（図中点線で表示）、制御部６（図１）から再基質化処理部２０を動作、停止、調整等の制御ができるようになっている。
【００９３】
次に、本実施の形態における汚泥削減システムの作用について説明する。
【００９４】
有機物を含んだ生活排水などは、調整部１７へと供給され、ここで一旦滞留し、一定流量となって曝気部１８に流入する。曝気部１８の内部は活性汚泥が多量に存在する状態となっており、ここで曝気ブロア２１から曝気管２２を通して有酸素気泡を発生させ水中に酸素を供給するとともに曝気部１８内を攪拌し、微生物による有機物の酸化・分解が行われ、その後、活性汚泥を含んだ混合液は沈殿部１９へと供給される。沈殿部１９では、流れを緩やかにすることにより、混合液の中の活性汚泥を自然沈降により、上方の上澄みと下方の高濃度の汚泥の混合液とに分離し、この上澄みが河川または下水に処理水として排出される。一方、高濃度の混合液の一部は返送汚泥として曝気部１８の上流側に戻され、再び生物処理に利用される。
【００９５】
一般的な排水処理の場合は残りの高濃度の混合液は余剰汚泥として系外に排出されるが、本実施の形態における汚泥削減システムの場合は一部の混合液を分岐して再基質化処理部２０で再基質化処理して生物処理される状態にし、再び曝気部１８に戻して生物処理することにより分解し、結果的に排水処理系全体から排出される汚泥を削減することができる。
【００９６】
ここで、本実施の形態では、再基質化処理部２０で処理された混合液の一部がさらに分岐され、流入口２から汚泥計測装置１へと流入する。ここで、実施の形態１で説明した方法により汚泥の再基質化率を計測し、計測が終了した混合液は流出口３から排出され、曝気部１８へと戻される。
【００９７】
さて、汚泥削減システムを安定して運転するには汚泥の再基質化率をある一定値に維持するのがよい。その値は経験上で６０〜７０％とするが、再基質化処理部２０により処理された汚泥の再基質化率は、投入前の汚泥の状態（濃度、硬さ、処理前再基質化率）や再基質化処理部２０の経年劣化等により変化して一定ではない。
【００９８】
ここで、再基質化処理部２０の１例として、超音波処理による再基質化処理についてさらに詳しく説明する。超音波処理は、水中に一定周波数の超音波を照射して水中で発生する圧力の粗密波によりキャビテーションを生じさせ、その衝撃波により汚泥を破砕して再基質化処理する。
【００９９】
汚泥計測装置１により超音波処理後の混合液の再基質化率を計測し、この値を制御部６に記憶する。制御部６では、予め設定しておいた目標再基質化率（例えば７０％）と比較し、もし目標の再基質化率より計測値が低い場合は、制御部６より超音波処理の出力を上げるように信号を送り再基質化率が上昇するように制御する。また、同様に目標値より計測値が高い場合は再基質化率が減少するように制御する。目標値と計測値が一致した場合は現状を維持する。
【０１００】
従来は、予め汚泥の状態を調査しておき再基質化処理部２０の処理条件を固定して処理しており、この方法では、定期的に汚泥の再基質化率などの処理状態を調査し、その都度処理条件を再度設定しなおす必要があり、汚泥削減の効率が必ずしも最適ではなく、汚泥の処理状態の計測と調整に膨大な手間を必要としていた。
【０１０１】
しかし、本実施の形態を用いることにより、汚泥が自動的に最適な再基質化率になるように制御されるため、省メンテナンスかつ高効率に汚泥を削減できる。
【０１０２】
超音波処理の効率は、超音波照射を受ける汚泥の単位量あたりの投入電力に依存する。よって、超音波処理を制御するには上記のように投入する電力を直接制御する以外に、汚泥が超音波処理を受ける時間を増減することによっても制御することができる。
【０１０３】
通常、超音波処理は、超音波を照射する容器の中に混合液を一定流量で連続的に投入して処理するが、この容器中の混合液が滞留する時間、すなわち流量を増減することにより滞留時間を変化させる方法によっても、超音波処理を受ける時間を制御することができる。
【０１０４】
尚、本実施の形態では、再基質化処理部２０で処理後の混合液を計測する配置で説明したが、汚泥計測装置１を再基質化処理部２０の前に配置して混合液を計測し、それに基づき再基質化処理部２０の制御量を決定する方法でも同様な効果が期待できる。この場合、超音波処理の性能を予め測定しておき、処理後の再基質化率が目標値（例えば７０％）となるように超音波処理の制御を決定する。制御部６では、計測値を予め測定しておいた処理前の汚泥の再基質化率と処理後の汚泥の再基質化率の関係を参照し、もし、計測値が低い場合は、制御部６より目標の再基質化率となるように再基質化率が上昇するように信号を送り制御する。また、同様に計測値が高い場合は処理後の再基質化率が上がり過ぎないように出力を下げるように信号を送って制御する。
【０１０５】
このようにして、処理対象の汚泥の再基質化率が常に最適な状態となるように再基質化処理部２０を制御することにより、汚泥削減システムを最適に運転して高効率に汚泥を削減することができる。
【０１０６】
尚、本実施の形態では再基質化処理部２０を超音波処理で説明したが、再基質化処理は特に超音波処理に限定されるのもではなく、他の物理的処理を用いた再基質化処理方法（高速噴流処理、ミル破砕処理等）を用いても同様の効果が得られる。
【０１０７】
（実施の形態３）
図５は、本発明の汚泥削減システムにおける他の実施形態を示している。なお、実施の形態１および２と同様の構成や作用を有するものについては同一符号を付し、その説明を省略する。
【０１０８】
図５において本実施の形態は、汚泥削減専用の生物処理槽である汚泥分解部２３を配置し、再基質化処理部２０において再基質化処理された混合液を曝気部１８に戻さずに汚泥分解部２３に戻して処理することを特徴とするシステムである。
【０１０９】
再基質化処理部２０は汚泥分解部２３の内部に配置した処理ポンプ２４と接続され、再基質化処理された混合液が再び汚泥分解部２３に戻るように接続されている。また、汚泥分解部２３内には分離膜２５と、分離膜２５の下方には汚泥分解部２３の外部に設置した散気ブロア２６と接続した散気管２７が設けられている。また、分離膜２５の中空部分はろ過ポンプ２８の吸い込み側と接続されており、ろ過ポンプ２８の吐出側は調整部１７と曝気部１８の間へ接続されている。
【０１１０】
また、再基質化処理部２０から汚泥分解部２３へ戻る経路の途中が分岐されており、汚泥計測装置１の流入口２と接続され、さらに計測した混合液が汚泥分解部２３に戻るように流出口３が汚泥分解部２３と接続されている。
【０１１１】
まず、濃縮された混合液が沈殿部１９より引抜かれ、その一部は汚泥分解部２３に溜められる。次に、混合液は処理ポンプ２４により再基質化処理部２０へ供給され、再基質化処理され再び汚泥分解部２３に戻される。
【０１１２】
一方、散気管２７には散気ブロア２６から空気が供給され、空気は散気管２７に複数個設けた開口部から上方の分離膜２５へと勢い良く流出され、この結果として有酸素気泡が分離膜２５の外表面を撫でるように上昇していくとともに分離膜２５の表面を上昇する水流を生じる。
【０１１３】
散気管２７から流出された有酸素気泡が水面まで上昇する間に混合液中には酸素が溶解し、活性汚泥内部の微生物に酸素を供給する。再基質化処理部２０で処理された汚泥は被生物分解処理の有機物として汚泥分解部２３内を水流に乗って循環しながら再基質化処理されていない汚泥により酸化・分解される。汚泥分解部２３内の汚泥は分離膜２５により分離されるので、系外への汚泥の流出が防止されるとともに、汚泥分解部２３内の活性汚泥が高濃度に保持される。
【０１１４】
このように分離膜２５を用いることにより汚泥分解部２３という限られた空間の中で、高濃度の汚泥により高効率に生物処理を行うと同時に混合液中の汚泥と水の分離も行うことができる。汚泥分解部２３内の水はろ過ポンプにより分離膜２５を介して吸引ろ過され、分離膜２５を透過した清浄な処理水として曝気部１８へと戻される。
【０１１５】
この時、分離膜２５の近傍では水とともに浮遊している活性汚泥も吸引され分離膜２５の表面に付着し堆積するが、有酸素気泡と分離膜２５の表面を流れる水流によるせん断力によって剥離される。
【０１１６】
ここで、本実施の形態では、再基質化処理部２０で処理された混合液の一部がさらに分岐され、流入口２から汚泥計測装置１へと流入する。ここで、実施の形態１で説明した方法により汚泥の再基質化率を計測し、計測が終了した混合液は流出口３から排出され、汚泥分解部２３へと戻される。
【０１１７】
このようにして、汚泥分解部２３は常に最適な再基質化率に処理された状態で運転することができ、分解に必要な汚泥まで再基質化されることや、再基質化率の不足により汚泥削減量が低下することが無く、高効率に汚泥削減システムを運転することができる。
【０１１８】
本実施の形態の汚泥処理システムにより、分離膜２５を用いた汚泥削減専用の汚泥分解部２３を配置し、再基質化処理部２０で処理された混合液を曝気部１８に戻さずに汚泥分解部２３に戻して処理することにより、曝気部１８の処理性能や余力によらず、より広く本実施の形態の汚泥削減システムを適用できる。
【産業上の利用可能性】
【０１１９】
本発明による汚泥の処理状態の計測方法は、下水処理場、事業所等に設置され、汚泥を再基質化処理することにより汚泥を削減する汚泥削減システムに対して適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２０】
【図１】本発明の実施の形態１の汚泥の計測装置の構成を示すブロック図
【図２】汚泥濃度と体積率の関係を示すグラフ
【図３】体積濃度係数と再基質化率の関係を示すグラフ
【図４】本発明の実施の形態２の汚泥削減システムの構成を示すブロック図
【図５】本発明の実施の形態３の汚泥削減システムの構成を示すブロック図
【符号の説明】
【０１２１】
５ａ、５ｂ、５ｃ  計測槽
７ａ、７ｂ、７ｃ  汚泥濃度計
９ａ、９ｂ、９ｃ  界面計
１７  調整部
１８  曝気部
１９  沈殿部
２０  再基質化処理部
２３  汚泥分解部
２５  分離膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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