(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測対象となる既知のイオン種の濃度（ｐｐｍ）と、該イオン種の濃度と相関するインピーダンス(Ω)とを、複数の周波数（Ｈｚ）に応じて取得し、
上記イオン種の濃度の変動データと、上記インピーダンスの変動データとに基づき、前記複数の周波数の各周波数に各々対応する重相関係数を算出し、
算出された重相関係数の中で、相関性の高い周波数を所定数選択し、
対象となる反応槽内の反応液を、前記選択された所定数の周波数におけるインピーダンスを所定時間毎に計測し、
前記選択された周波数における計測された該インピーダンスと、該インピーダンスに基づき算出されたインピーダンスの変化率とのいずれか一方又は両方が、設定された条件を満たした場合には、前記反応槽内での処理を終了することを特徴とする反応槽管理システム。
【請求項２】
前記設定された条件が、１又は２以上の所定回数、以下のいずれかを満たすことを特徴とする請求項１記載の反応槽管理システム。
（１）各周波数における該インピーダンスが閾値以下であること。
（２）各周波数における該インピーダンスが閾値以上であること。
（３）各周波数における前記インピーダンスの変化率が設定値以上であること。
（４）各周波数における前記インピーダンスの変化率が設定値以下であること。
【請求項３】
前記設定された条件が、１又は２以上の所定回数、以下のいずれかを満たすことを特徴とする請求項１記載の反応槽管理システム。
（１）各周波数における該インピーダンスが閾値以下であり、且つ、前記インピーダンスの変化率が設定値以下であること。
（２）各周波数における該インピーダンスが閾値以下であり、且つ、前記インピーダンスの変化率が設定値以上であること。
（３）各周波数における該インピーダンスが閾値以上であり、且つ、前記インピーダンスの変化率が設定値以下であること。
（４）各周波数における該インピーダンスが閾値以上であり、且つ、前記インピーダンスの変化率が設定値以上であること。
【請求項４】
既知のイオン種の濃度を複数の濃度帯に分割して、各々の濃度帯におけるインピーダンスを取得することを特徴とする請求項１、２又は３記載の反応槽管理システム。
【請求項５】
計測対象となる既知のイオン種が、アンモニア態窒素、硝酸態窒素又は有機酸のいずれかであることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の反応槽管理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応槽管理システムに関し、詳しくは、反応槽の処理の進捗状況、及び終了のタイミングを容易に把握できる反応槽管理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、曝気工程および嫌気工程を含む複数工程の処理を単一の処理槽で行う回分式活性汚泥処理方法において、前記処理槽内の廃水の処理状況を検出するｐＨセンサーを有し、
前記曝気工程中は、前記ｐＨセンサーにより検出されるｐＨ値に基づいて処理槽内のｐＨ値の低下率、および曝気工程開始時のｐＨ値と現在のｐＨ値との差を算出し、前記ｐＨ値の低下率が設定値よりも下回った時、もしくは前記差の値が設定値よりも下回った時は曝気工程を停止して嫌気工程に切り替え、
前記嫌気工程中は、前記ｐＨセンサーにより検出されるｐＨ値に基づいて処理槽内のｐＨ値の上昇率、および嫌気工程開始時のｐＨ値と現在のｐＨ値との差を算出し、前記ｐＨ値の上昇率が設定値よりも下回った時、もしくは前記差の値が設定値を越えた時は嫌気工程を停止して曝気工程に切り替える、
回分式活性汚泥処理方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６―３０４５９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術は、硝化反応によって、ｐＨは低下していくので、ｐＨの検出によって硝化反応の進行状況はある程度把握できる。
しかし、比較実験１で示すように、硝化反応に寄与する硝化菌は、低ｐＨになると、活性が低下するので、活性を維持するために、苛性ソーダのようなアルカリの添加が必要になる。アルカリ添加すると、処理槽の硝化反応液のｐＨは上昇する。図６の曲線Ｂで示すように、硝化反応以外の要因によってｐＨが変動してしまうので、図６の曲線Ａで示すＮＨ４−Ｎ濃度の減少傾向との相関性が低くなってしまう欠点がある。
このため反応槽の処理の進捗状況、及び終了のタイミングを把握する上で、ｐＨを指標とすることは好ましくないことがわかった。
【０００５】
本発明者は、反応液のインピーダンス(Ω)を用いた場合には、反応槽の処理の進捗状況、及び終了のタイミングを把握できる指標として、ｐＨのような障害となる要因がないので、適切であることを見出し、本発明に至った。
【０００６】
すなわち、本発明の課題は、反応液のインピーダンス(Ω)を用いて、反応槽の処理の進捗状況、及び終了のタイミングを容易に把握できる反応槽管理システムを提供することにある。
【０００７】
さらに本発明の他の課題は、以下の記載によって明らかとなる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題は以下の各発明によって解決される。
【０００９】
（請求項１）
計測対象となる既知のイオン種の濃度（ｐｐｍ）と、該イオン種の濃度と相関するインピーダンス(Ω)とを、複数の周波数（Ｈｚ）に応じて取得し、
上記イオン種の濃度の変動データと、上記インピーダンスの変動データとに基づき、前記複数の周波数の各周波数に各々対応する重相関係数を算出し、
算出された重相関係数の中で、相関性の高い周波数を所定数選択し、
対象となる反応槽内の反応液を、前記選択された所定数の周波数におけるインピーダンスを所定時間毎に計測し、
前記選択された周波数における計測された該インピーダンス、該インピーダンスに基づき算出されたインピーダンスの変化率のいずれか一方又は両方が、設定された条件を満たした場合には、前記反応槽内での処理を終了することを特徴とする反応槽管理システム。
（請求項２）
前記設定された条件が、１又は２以上の所定回数、以下のいずれかを満たすことを特徴とする請求項１記載の反応槽管理システム。
（１）各周波数における該インピーダンスが閾値以下であること。
（２）各周波数における該インピーダンスが閾値以上であること。
（３）各周波数における前記インピーダンスの変化率が設定値以上であること。
（４）各周波数における前記インピーダンスの変化率が設定値以下であること。
（請求項３）
計測された前記インピーダンスの所定時間毎におけるインピーダンスの変化率を算出し、
前記設定された条件が、１又は２以上の所定回数、以下のいずれかを満たすことを特徴とする請求項１記載の反応槽管理システム。
（１）各周波数における該インピーダンスが閾値以下であり、且つ、前記インピーダンスの変化率が設定値以下であること。
（２）各周波数における該インピーダンスが閾値以下であり、且つ、前記インピーダンスの変化率が設定値以上であること。
（３）各周波数における該インピーダンスが閾値以上であり、且つ、前記インピーダンスの変化率が設定値以下であること。
（４）各周波数における該インピーダンスが閾値以上であり、且つ、前記インピーダンスの変化率が設定値以上であること。
（請求項４）
既知のイオン種の濃度を複数の濃度帯に分割して、各々の濃度帯におけるインピーダンスを取得することを特徴とする請求項１、２又は３記載の反応槽管理システム。
（請求項５）
計測対象となる既知のイオン種が、アンモニア態窒素、硝酸態窒素又は有機酸のいずれかであることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の反応槽管理システム。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、反応液のインピーダンス(Ω)を用いて、反応槽の処理の進捗状況、及び終了のタイミングを容易に把握できる反応槽管理システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の反応槽管理システムの構成の一例を示すブロック図
【図２】対象反応槽が生物処理槽である場合における計測対象となる既知のイオン種の濃度−複数の周波数−インピーダンスの関係の一例を示す図
【図３】既知のイオン種の濃度と、インピーダンスとの相関性の一例を示す図
【図４】対象反応槽が生物処理槽である場合における計測対象となる未知のイオン種の濃度−選択された複数の周波数−インピーダンスの関係に基づく制御の一例を示す図
【図５】対象反応槽が生物処理槽である場合における計測対象となる未知のイオン種の濃度−選択された複数の周波数−インピーダンスの関係に基づく制御の他の一例を示す図
【図６】硝化処理の経過時間に応じた被処理液中のＮＨ４−Ｎの濃度を分析によって計測し、経過時間とＮＨ４−Ｎの関係をｐＨの変動において示したグラフ
【図７】硝化処理の経過時間に応じた被処理液中のＮＨ４−Ｎの濃度を分析によって計測し、経過時間とＮＨ４−Ｎの関係をインピーダンスの変動において示したグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の好ましい実施の形態について説明する。
【００１３】
本発明の反応槽管理システムの第１の実施形態は、図１を参照して説明する。
【００１４】
図１は、ブロック図である。
【００１５】
図１の例では、回分式反応槽１（以下、反応槽１という。）を用いて、硝化・脱窒処理におけるアンモニア態窒素（ＮＨ４−Ｎ）の処理を行う反応槽管理システムが示されている。本システムは、硝化処理に用いられる曝気ブロワ１１、及び曝気ブロワ１１で発生させた空気を反応層１内に供給する曝気装置１２が設けられている。
【００１６】
図示に示す例において、本システムは、反応槽１の被処理液中に、電極センサー２を浸漬させ、電極センサー２からの計測データを制御装置３が取得し、曝気ブロワ１１を制御するように構成されている。
【００１７】
制御装置３は、信号発生部３０と、計測データ取得部３１と、データ処理部３２と、記憶部３３と、設定部３４とを備えている。
【００１８】
信号発生部３０は、複数の周波数（Ｈｚ）、例えば、１Ｈｚ、２Ｈｚ、３Ｈｚ・・・ｎＨｚといった複数の周波数域の電気信号を電極センサー２に流すように構成されている。
【００１９】
計測データ取得部３１は、信号発生部３０で発生した電気信号を電極センサー２に流し、電極センサー２で計測されたインピーダンス（Ω）の計測データを取得する。
【００２０】
データ処理部３２は、計測データ取得部３１で取得した計測データを処理し、濃度勾配と相関性の高いインピーダンスの計測データの勾配がある周波数域を検出する。濃度勾配と相関性の高いインピーダンスの計測データの勾配を検出する際に、濃度勾配と、インピーダンスの計測データの勾配とを対比し、濃度勾配を1とした場合に、インピーダンスの計測データの勾配が最も１に近い周波数域が、相関性が高いものである。つまり、濃度勾配と相関性の高いインピーダンスの計測データの勾配との間で、重相関係数を算出することで、相関性の高い周波数域を検出することができる。
【００２１】
そして、検出された周波数域の中で、重相関係数が高い周波数域を選択する。例えば、選択する点数を、予め設定した割合で選択することができ、上位３％を選択する場合には、５００個の１〜５００Ｈｚの周波数域で計測した場合には、上位１５個の周波数域を選択することができ、上位１％の場合には、上位５個の周波数域を選択することができる。上記に限定されず、個数、例えば３点選択する等、直接設定してもよい。この場合、後述する設定部３４で設定することもできる。
【００２２】
データ処理部３２は、測定データが、後述する設定部３４に設定された処理条件を満たすか否かの対比をする。
【００２３】
記憶部３３は、データ処理部３２で算出された重相関係数と濃度とインピーダンスと周波数域との対応させた特性データを記憶する。なお、計測データ取得部３１で取得した計測データを記憶させてもよい。計測データについては後述する。
【００２４】
以上の構成は、本システムの運用前に予めサンプルを用いてデータを取得しておき、記憶させることで、本システムの運用に備えることができる。
【００２５】
設定部３４は、本システムの運用段階で、曝気ブロワ１１の稼動を停止させ、反応槽１内で曝気装置１２からの空気の供給を停止させるための条件を設定する。なお、本システムの運用前に上述の周波数域の選択の選択する条件を設定してもよい。
【００２６】
設定部３４は、例えば、計測条件、及び終了条件を設定する。
【００２７】
計測条件としては、データ処理部３２で選択された周波数域が設定される。また、終了条件としては、インピーダンスの閾値、インピーダンスの変化率の設定値、所定回数等が設定される。つまり、設定部３４で設定された値に基づき、制御装置３は、終了条件を、選択された周波数域で計測されて取得された測定データであるインピーダンスが閾値以下であり、且つ、インピーダンスの変化率が所定回数、設定値以上であることを満たした場合には、処理を終了する制御をすることができる。
【００２８】
ここで、設定部３４には予め定めた閾値を設定してもよいし、後述する処理槽におけるイオン種の濃度を、既知のイオン種の濃度の値を参照して、処理の終了地点の濃度を定め、これに基づき、予め既知のイオン種とインピーダンスとの関係で、所定の周波数に応じたインピーダンスを閾値として設定してもよい。
【００２９】
制御装置３は、本システム運用前に予め、本システムで運用に適した被処理物のサンプルを用意し、該サンプルの濃度−インピーダンス−周波数が対応する特性データを取得する。
【００３０】
次いで、該特性データから、設定部３４で設定された周波数域を選択するための個数に基づき、相関性の高い周波数域を、選択個数分だけ選択して、選択された周波数域を設定部３４に設定しておくことで、本システムの運用段階でインピーダンスを計測するために流す電気信号を決定することができる。
【００３１】
また、設定部３４に終了条件を定めることにより、終了条件を満たした場合には、曝気ブロワ１１に制御信号を送信し、稼動を停止させ、曝気装置１２からの曝気を終了させるように制御可能となる。
【００３２】
本実施形態においては、硝化処理における曝気ブロワ１１の制御例を示しているが、制御装置３は、これに限定されず、後述する脱窒処理におけるメタノール添加に係るメタノールポンプの稼動停止の制御条件を設定部３４で定めることも可能である。詳細は後述する。  
【００３３】
本発明の反応槽管理システムの実施形態を以下に説明する。
【００３４】
（第１の実施形態）
本発明の反応槽管理システムの第１の実施形態は、反応槽を用いた硝化・脱窒処理におけるアンモニア態窒素（ＮＨ４−Ｎ）の処理状況を把握し、反応の終了のタイミングを把握する場合に好適に適用できる。
【００３５】
図２は、反応槽を用いた硝化・脱窒処理におけるアンモニア態窒素（ＮＨ４−Ｎ）の処理状況を把握し、反応の終了のタイミングを把握する場合に好適に適用できる。
（１）本システムにおいて、最初に、計測対象となる既知のイオン種の濃度（ｐｐｍ）と、該イオン種の濃度と相関するインピーダンス(Ω)とを、複数の周波数（Ｈｚ）に応じて取得する。
【００３６】
図２には、対象反応槽が生物処理槽である場合の、計測対象となる既知のイオン種の濃度−複数の周波数−インピーダンスの関係のデータの一例示す図が示されている。
【００３７】
本発明のシステムに、反応槽（生物処理槽）における好気性硝化反応では、ＮＨ４−Ｎ→ＮＯｘ−Ｎの反応が起こり、反応槽の処理の進捗状況、及び終了のタイミングを知る上では、ＮＨ４−Ｎの濃度の減少をみることもできるし、ＮＯｘ−Ｎの濃度の増加をみることもできる。
【００３８】
本態様では、ＮＨ４−Ｎの濃度の減少を見て、反応槽の処理の進捗状況、及び終了のタイミングを知る手法を採用している。
【００３９】
従って、処理対象となるイオン種は、ＮＨ４−Ｎであり、イオン種の濃度は、ＮＨ４−Ｎの濃度（ｐｐｍ）である。
【００４０】
図２に示すデータを取得する方法の概略を説明すると、予め既知のＮＨ４−Ｎの濃度を変えたサンプルを用意する。
【００４１】
次いで、各サンプルに、電極を介して、周波数毎に、各々電気を流し、各々の周波数においてインピーダンス(Ω)を計測する。
【００４２】
これにより、図２に示すような、既知のイオン種の濃度とインピーダンスとを、複数の周波数に応じて取得することができる。
【００４３】
（２）次に、上記イオン種の濃度の変動データと、上記インピーダンスの変動データとに基づき、前記複数の周波数の各周波数に各々対応する重相関係数を算出する。
【００４４】
上記イオン種の濃度の変動データは、図２に示すように、３４．４、３３．５、３２．９、・・・・０．９、０．８ｍｇ/Ｌ（ｐｐｍ）である。複数の周波数は、２，４，６，・・・・４５０，５００Ｈｚのような周波数である。
【００４５】
具体的には、まず、取得した複数の周波数におけるイオン種の濃度データから濃度勾配、つまりイオン種の濃度変動データを算出すると共に、インピーダンスデータからインピーダンス勾配、つまり、インピーダンスの変動データを算出し、これら、イオン種の濃度変動データと、インピーダンスの変動データとに基づき、重相関係数を周波数毎に算出する。
【００４６】
重相関係数が算出されると、濃度勾配により近いインピーダンス勾配がわかり、相関性の高い周波数が分かる。例えば、濃度勾配を１とした場合に、重相関係数が１に近いインピーダンス勾配を示す周波数が分かる。
【００４７】
（３）次いで、算出された重相関係数の中で、相関性の高い周波数を所定数選択する。
【００４８】
上述のとおり、イオン種の変動データと、インピーダンスの変動データを算出することで、例えば、濃度勾配を１とした場合に、重相関係数が１に近いインピーダンス勾配を示す周波数が分かる。このため、既知のイオン種の濃度と相関の高いインピーダンスが取得された周波数を選択することができる。
【００４９】
図２の例では、既知のイオン種の濃度勾配と、周波数６、８、１０Ｈｚにおけるインピーダンス勾配との相関性が高いとすると、周波数６、８、１０Ｈｚの３つの周波数を選択することができる。
【００５０】
上記の周波数のうち、１つの周波数を選択しても良いが、本発明の方法が用いられる装置が要求される精度、応答時間に応じて、周波数を所定数選択することができる。例えば、精度を優先させる場合には、選択する周波数を増やし、応答時間を優先させる場合には、選択する周波数を減らすようにしてもよい。
【００５１】
ここで、相関性が高い周波数のうち、どの周波数を用いるかは、使用者の設定により、容易に変更が可能となる。例えば、上位から複数点選択することもできる。なお、同じ重相関係数であった場合には、より高い周波数を選択することが好ましい。より高い周波数を選択することにより、低い周波数の場合と比べて応答速度が速くなるため、応答時間は短くなる。つまり、応答時間を優先させる場合には、上述した選択する周波数を減らす他、より高い周波数を選択するようにすることができる。
【００５２】
ここで、図３は、周波数と重相関係数の関係を示したグラフである。
図３に示すように、５０Ｈｚ以下の周波数における重相関係数が高い値を示している。すなわち、本実施形態においては、所定数の周波数を選択する際に、５０Ｈｚ以下の周波数において、最適な周波数を選択することが好ましい。
【００５３】
（４）ここで、図１に示す制御装置３は、選択された周波数に基づいて電極センサー２に電気信号を送り、以下の条件を満たすか否かを、電極センサー２で計測されたインピーダンスにより判断する。
【００５４】
条件としては、例えば、各周波数における該インピーダンスが閾値以下であり、且つ、前記インピーダンスの変化率が設定値以上であることが所定回数継続することが挙げられる。
【００５５】
本実施形態においては、硝化処理から脱窒処理に移行する段階を検出すること、及び処理の進捗状況を的確に把握することが重要である。つまり、本システムでは、選択された周波数におけるインピーダンスの閾値を予め定めておくことにより、処理の進捗状況を的確に把握することができる。
【００５６】
インピーダンスの計測は、所定時間毎に行うことが好ましい。所定時間は、例えば、システム運用が午前１０時から運用されたとすると、インピーダンス計測時間を所定時間置きに計測する。所定時間としては、３分置きに計測することが好ましい。この場合、例えば、午前１０時のインピーダンスは、３０７Ωであったとする。また、次回の計測時間は午前１０時３分であり、この時のインピーダンスは、３０４Ωであったとする。つまり、インピーダンスを３分置きに計測することで、リアルタイムで処理槽の処理の進捗状況を把握することができる。
【００５７】
そして、３分置きにインピーダンスを計測できれば、インピーダンスの変化率を算出することができる。
本システムにおいては、インピーダンスの変化率が設定値以上であることが好ましい。上述の場合、インピーダンス変化率は−０．９８％と算出することができる。
【００５８】
インピーダンスは、処理対象となるイオン種の濃度と相関性を持ち、対象処理槽（反応槽）における処理の進捗状況を把握するための重要な指標である。したがって、終了条件となるインピーダンスを制御装置３の設定部３４に設定する。
【００５９】
本システムにおいては、インピーダンスの閾値だけでなく、インピーダンス変化率の設定値、及びインピーダンスの閾値以下、インピーダンス変化率の設定値以上である回数を図示しない設定手段で予め設定しておくことが好ましい。
【００６０】
例えば、インピーダンスの閾値を２２０（Ω）、インピーダンス変化率の設定値を−０．８（％）を満たす回数である所定回数を、２回と設定する。
【００６１】
この場合、本システムでは、インピーダンスを３分置きに計測し、インピーダンスが２２０（Ω）以下であり、且つ、算出されたインピーダンス変化率が−０．８（％）以上となる所定回数が２回となった場合には、硝化処理において曝気ブロワ（曝気装置）を停止する。これにより硝化処理を終了し、次の脱窒処理に移行する。
【００６２】
本システムによれば、濃度とインピーダンスに基づき、相関性の高い周波数を選択することにより、実際の処理の進捗状況を、インピーダンスの計測により把握でき、更に、選択された周波数によって流れた電気に対するインピーダンスのデータだけで処理槽の進捗状況を把握できるので、より少ないデータで適切な機器制御が可能となる。
【００６３】
ここで、図４は、対象反応槽が生物処理槽である場合における計測対象となる未知のイオン種の濃度−選択された複数の周波数−インピーダンスの関係に基づく制御の一例を示す図である。図示の例では、選択された複数の周波数が２（Ｈｚ）、１０（Ｈｚ）の２つの周波数が選択された場合を例示している。
【００６４】
ここでは、計測条件として１０（Ｈｚ）が選択された場合で説明する。図示の例では、上述のとおり、インピーダンスの閾値を、２２０（Ω）以下、インピーダンス変化率の設定値を−０．８（％）以上であり、インピーダンスの閾値２２０（Ω）以下、且つ、インピーダンス変化率の設定値−０．８（％）以下である所定回数を２（回）と、設定部３４で設定した場合の制御例が示されている。
【００６５】
図示のとおり、４時２４分以降に、インピーダンスが２２０（Ω）以下である条件を満たしているが、４時２１分の計測時から４時２４分の計測時までのインピーダンス変化率−０．９（％）であるため、設定値−０．８（％）以上の条件を満たさないので、処理が終了せずに継続している。
【００６６】
そして、図示のとおり、４時５４分のインピーダンスは、１８７（Ω）であるため、閾値２２０（Ω）以下であり、４時５１分の計測時から、４時５４分の計測時に、インピーダンス変化率が−０．５３（％）であるため、設定値−０．８（％）以上であり、何れの条件も満たすため、回数が１回とカウントされる。
【００６７】
次いで、４時５７分のインピーダンスは、１８８（Ω）であるため、閾値２２０（Ω）以下であり、４時５４分の計測時から、４時５７分の計測時に、インピーダンス変化率が、０．５３（％）であるため、設定値−０．８（％）以上であり、何れの条件も満たすことになるため、カウントが１加算され、回数が２回とカウントされる。
【００６８】
これにより、４時５７分での計測時において、終了条件に設定されたインピーダンスの閾値２２０（Ω）以下、且つインピーダンス変化率の設定値を−０．８（％）以上である所定回数が２（回）という終了条件を全て満たしたため、制御結果がＯＦＦとなっている。
【００６９】
これ以降も、継続して計測時間毎に終了条件を満たすか否かを判断することもできる。この場合、所定回数に関しては、連続２回といった設定も可能である。これにより、イレギュラーな変化が起きた場合には、条件を満たさない場合も起こりうる。つまり、カウントが１回になった後に、条件を満たさない状態になったら、カウントをリセットして、再度終了条件を満たすか否かを判断することができる。したがって、計測時間毎に制御装置３が終了条件を満たすか否か判断し、満たしていなければ、稼動させて処理を継続させることもできる。
【００７０】
（第２の実施形態）
本発明にかかる第２の実施形態は、回分式反応槽を用いた硝化・脱窒処理の脱窒処理における硝酸態窒素（ＮＯ３−Ｎ）の処理状況を把握し、反応の終了のタイミングを把握する場合にも、第1の実施形態と同様に好適に適用できる。尚、この脱窒処理においては、曝気ブロワ及び曝気装置は停止している。
【００７１】
本実施形態においても同様に、本システムにおいて、予め、計測対象となる既知のイオン種の濃度（ｐｐｍ）と、該イオン種の濃度と相関するインピーダンス(Ω)とを、複数の周波数（Ｈｚ）に応じて取得しておくことが好ましい。本実施形態においては、計測対象となるのは、硝酸態窒素（ＮＯ３−Ｎ）であり、この硝酸態窒素（ＮＯ３−Ｎ）の既知のイオン種の濃度と相関するインピーダンスを複数の周波数に応じて取得しておく。
【００７２】
次いで、上記イオン種の濃度の変動データと、上記インピーダンスの変動データとに基づき、前記複数の周波数の各周波数に各々対応する重相関係数を算出する。本実施形態においても、第1の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
【００７３】
次いで、算出された重相関係数の中で、相関性の高い周波数を所定数選択する。
【００７４】
次いで、図１に示すような制御装置３は、各周波数における該インピーダンスが閾値以下であり、且つ、前記インピーダンスの変化率が設定値以下である条件を満たす回数が所定回数になったか否か判断し、条件を所定回数満たした場合には、脱窒処理を終了する。本実施形態においては、脱窒処理に応じた閾値等が設定される。
【００７５】
本実施形態において、メタノールポンプによるメタノールの投入は、脱窒処理における脱窒菌に対する栄養源の投下である。すなわち、この条件を満たすか否か、つまり、栄養源の投下が必要か否かをインピーダンスのみで判断することができる。
【００７６】
本システムでは、脱窒処理において、制御装置３が、所定の条件を満たすか否か判断することにより、脱窒菌の栄養源となるメタノールを供給するメタノールポンプの稼動停止等の制御をすることができる。
【００７７】
ここで、図５は、対象反応槽が生物処理槽である場合における計測対象となる未知のイオン種の濃度−選択された複数の周波数−インピーダンスの関係に基づく制御の一例を示す図である。図示の例では、選択された複数の周波数が２（Ｈｚ）、１０（Ｈｚ）の２つの周波数が選択された場合を例示している。
【００７８】
第２の実施形態に示す脱窒処理において、メタノールポンプの稼動停止条件として、インピーダンスの閾値以上であり、且つ、インピーダンス変化率の設定値以下である回数が所定回数になったら、メタノールポンプの稼動を停止する制御となる。したがって、設定部３４において、選択された周波数が複数ある場合には、各々の周波数に応じて、閾値、設定値、所定回数の値を設定する。
【００７９】
図５の例では、２つの周波数で各々計測しており、各周波数に応じて上記各値が設定されている。
【００８０】
図示の例において、２（Ｈｚ）の計測条件である場合には、インピーダンスの閾値を、７００（Ω）以上、且つ、インピーダンス変化率の設定値が、を１．０（％）以下である所定回数を２（回）と設定部３４で設定した場合の制御例であり、１０（Ｈｚ）の計測条件である場合には、インピーダンスの閾値を、２５０（Ω）以上、インピーダンス変化率の設定値が、を０．５（％）以下、である回数を２（回）と設定部３４で設定した場合の制御例を示している。
【００８１】
２（Ｈｚ）の場合、図示のとおり、１５時５０分のインピーダンスは、７２０であるため、インピーダンスの閾値７００（Ω）以上を満たすが、１５時４８分の計測時から１５時５０分の計測時までのインピーダンス変化率が４．０５（％）であるため、１．０（％）以下ではないため、条件を満たさないので、処理が終了せずに継続している。
【００８２】
１５時５２分のインピーダンスは７２０（Ω）であるため、インピーダンスの閾値７００（Ω）以上を満たし、且つ、１５時４８分の計測時から１５時５０分の計測時までのインピーダンス変化率が０．０（％）であるため、インピーダンス変化率１．０（％）以下の条件を満たすため、回数が１回とカウントされ、所定回数の２（回）の条件を満たさないため、処理は継続している。
【００８３】
そして、１５時５４分のインピーダンスは、７２３（Ω）であるため、閾値７００（Ω）以上を満たし、１５時５２分の計測時から、１５時５４分の計測時までのインピーダンス変化率が０．４２（％）であるため、１．０（％）以下の停止条件を満たすので、回数が２回とカウントされ、所定回数の２回の条件を満たすため、処理を終了している。
【００８４】
ここで、１０（Ｈｚ）の場合も２（Ｈｚ）の場合と同様の説明であるため、その説明を省略する。但し、１０（Ｈｚ）の場合は、２（Ｈｚ）の場合と終了時間が異なっている。
【００８５】
上述のとおり、例えば、計測条件として、２（Ｈｚ）と１０（Ｈｚ）の二つの周波数が選択された場合、処理の停止条件を満たす時間がずれる場合がある。この場合は、例えば、高い方の周波数を優先させるといった停止条件を追加しても良いし、二つの周波数の計測条件において計測し、各々の周波数で設定される停止条件が満たされた段階で、つまり、計測条件として設定される全ての周波数における停止条件が満たされた段階で、処理を終了させるといった停止条件を追加することもできる。
【００８６】
本実施形態では、メタノールポンプのように、メタノールを投入するための稼動と、メタノールの投入を止めるための停止をする制御を、所定の条件において実行する必要がある。
【００８７】
このため、停止条件と投入条件とそれぞれ別々に設定して、各々の条件を満たすか否か判断することもできる。また、例えば、停止条件だけを設定し、停止条件を満たさなければ稼動させるという設定にすることもできる。
図示の例では、停止条件だけを設定しているが、図示しない投入条件を別途設けることは可能である。
【００８８】
また、機器の制御の条件として停止条件が設定されている場合、制御対象機器をＯＦＦにする条件を満たすか否かの判断を計測時間毎に判断する。すなわち、インピーダンスの変化率が設定値以下である回数が所定回数を満たしているか否かを、計測時間毎に判断する。
【００８９】
本システムは、制御機器の停止がそのまま処理の終了になるものに限らず、処理の進捗に必要な薬品等の投下や停止をインピーダンスデータのみで判断することができる。即ち、インピーダンス、インピーダンスの変化率を指標として、判断することができる。
【００９０】
以上のようにして、脱窒処理の終了条件とは別に、制御対象機器の稼動と停止に際しても、設定部で設定された所定の条件を満たすか否かで判断することで、安価で安定した反応槽の処理を実現することができる。
【００９１】
制御対象が処理全体の終了を示すのか、制御対象が処理を実行するための機器であるか否かは、設定値等でフラグを付ける等によって判断可能である。
【００９２】
（他の実施形態）
他の実施形態としては、生物処理槽に限らず、メタン発酵槽における有機酸（例えば、プロピオン酸（ＣＨ３ＣＨ２ＣＯＯＨ））の処理の場合であっても、同様に、既知の有機酸の特定イオン種の濃度とインピーダンスとを複数の周波数に応じて取得することもできる。これにより、メタン発酵槽における処理の終了時点の検出、薬品等の投下処理については、上述の第２実施形態のメタノールポンプの制御と同様の手法により、実現でき、この薬品等の投下処理もインピーダンスによって行うことができる。また、処理終了時点の検出に限らず、有機酸の蓄積に代表される発酵状態の悪化傾向も検出することが可能となる。
【００９３】
以上の実施形態での説明のとおり、対象処理槽における処理対象における特定イオン種の濃度とインピーダンスとを複数の周波数に応じて取得することができ、本システムは、インピーダンスと特定イオン種の濃度との間に相関関係があることを見出した発明者の画期的な発明であり、予め既知のイオン種の濃度との間に相関関係が高いインピーダンスを見出し、その周波数を１つ又は複数域を選択することにより、処理槽のインピーダンスの計測をすることで、少ない情報量で、且つ直接濃度の測定をしなくても、処理槽内の処理の進捗状況、処理の終了地点を把握できる画期的な発明である。
【００９４】
以上の実施形態に示された条件を含め、設定される条件としては、以下の条件が例示できる。
【００９５】
（１）各周波数における該インピーダンスが閾値以下であること。
（２）各周波数における該インピーダンスが閾値以上であること。
（３）各周波数における前記インピーダンスの変化率が設定値以上であること。
（４）各周波数における前記インピーダンスの変化率が設定値以下であること。
上記条件において、例えば、硝化処理の場合であれば、（１）、（３）の条件を採用し、脱窒処理の場合であれば、（２）、（４）の条件を採用することができる。つまり、処理の態様に応じて、各条件を適宜選択することができる。
【００９６】
また、以下のような条件であってもよい。
（１）各周波数における該インピーダンスが閾値以下であり、且つ、前記インピーダンスの変化率が設定値以下であること。
（２）各周波数における該インピーダンスが閾値以下であり、且つ、前記インピーダンスの変化率が設定値以上であること。
（３）各周波数における該インピーダンスが閾値以上であり、且つ、前記インピーダンスの変化率が設定値以下であること。
（４）各周波数における該インピーダンスが閾値以上であり、且つ、前記インピーダンスの変化率が設定値以上であること。
上記の場合と、同様、処理の態様に応じて、各条件を適宜選択することができる。
【００９７】
これらの条件が所定回数継続して満たされるか否かを制御条件として判断することができる。所定回数は、設定で定めることができる。そして、本システムにおいては、上述した設定された条件を少なくとも１回満たされればよく、所定回数としては、１回又は２以上の回数が設定されていればよい。
【００９８】
また、所定回数の設定に関しては、インピーダンスの計測時間と対応させて設定してもよい。例えば、計測時間が短ければ、短い時間間隔でインピーダンスが計測されるので、所定回数を複数回に設定することで、精度を保ちつつ、処理時間を短縮することができる。また、計測時間が長ければ、所定回数が１回であっても、処理の終了タイミングを十分に把握でき、精度を保つことができる。
【００９９】
例えば、計測時間間隔を１〜４分に設定した場合には、所定回数が２回、計測時間間隔を５分以上とするときは、所定回数が１回と予め、計測時間間隔に対応させて記憶しておくこともできる。これにより、計測時間の設定の手間を省き、精度を保ちつつ適切なタイミングで処理の終了をさせることができる。これに限定されず、計測時間間隔と所定回数とを対応させて記憶させておければよい。
【０１００】
以上の実施形態の生物反応以外の生物反応、化学反応、希釈、濃縮による濃度変化を伴う反応槽においても、本発明の反応槽管理システムが適用できる。
【０１０１】
（実験例）
以下、実験例においてインピーダンスの計測による本発明の有効性を例証する。
【０１０２】
（比較実験１）
生物反応槽（回分槽）１槽で、硝化（ＮＨ４−Ｎ→ＮＯｘ−Ｎ）、脱窒（ＮＯｘ−Ｎ→Ｎ２）を行う回分処理において、硝化工程のＮＨ４−Ｎ処理の状況把握の実験を行った。
【０１０３】
この比較実験は、回分槽内にＮＨ４−Ｎを含む被処理液を入れて、硝化処理の経過時間に応じた被処理液中のＮＨ４−Ｎの濃度を分析によって計測し、経過時間とＮＨ４−Ｎの関係を図６のグラフにおいて、曲線Ａで示した。
【０１０４】
また処理の経過時間に応じた被処理液中のｐＨの変動を図６のグラフの曲線Ｂで示した。
【０１０５】
比較実験１からわかるように、硝化菌は、低ｐＨに弱く、低ｐＨになると、アルカリ添加が必要になる。このようにアルカリ添加すれば、硝化反応以外の要因でｐＨが変動してしまう。
そうなると、ＮＨ４−ＮとｐＨの相関はなくなってしまうことがわかる。
【０１０６】
比較実験１では、曲線Ｂに示すように、処理の終点付近で、ｐＨが下がり過ぎる傾向があるため、苛性ソーダを添加しなければならない。苛性ソーダの添加、つまりアルカリ添加によって、ｐＨは上がってしまうため、結果として、ＮＨ４−Ｎのイオン種の濃度との相関性が低くなる。
よって、ｐＨ値では、指標としては適切ではないことが分かる。
【０１０７】
（実験例１）
生物反応槽（回分槽）１槽で、硝化（ＮＨ４−Ｎ→ＮＯｘ−Ｎ）、脱窒（ＮＯｘ−Ｎ→Ｎ２）を行う回分処理において、硝化工程のＮＨ４−Ｎ処理の状況把握の実験を行った。
【０１０８】
この実験は、反応槽内にＮＨ４−Ｎを含む被処理液を入れて、硝化処理の経過時間に応じた被処理液中のＮＨ４−Ｎのイオン種の濃度を分析によって計測し、経過時間とＮＨ４−Ｎの関係を図７のグラフにおいて、曲線Ｃで示した。
また処理の経過時間に応じた被処理液中のインピーダンスの変動を図７のグラフの曲線Ｄで示した。
【０１０９】
（評価）
比較実験１及び実験例１からわかるように、両方とも、処理槽の処理の進行によって、ＮＨ４−Ｎのイオン種の濃度（曲線Ａ、Ｃ参照）は下がっていく。
【０１１０】
これに対して、実験例１では、曲線Ｄに示すように、処理の終点付近で、インピーダンスは略一定の値となる。処理の終点付近でインピーダンスの変化率が小さくなる。
【０１１１】
また、ＮＨ４−Ｎと連動してインピーダンスが変化していくことがわかるため、処理の進捗状況を確認でき、処理の終点もわかるため、インピーダンスが機器の制御に適切な指標であることがわかる。
【０１１２】
これは、相関性の高い周波数を選択することにより、濃度を計測せずに、インピーダンスの計測により実現でき、更に、インピーダンスのデータについても、選択された周波数によって流れた電気に対するインピーダンス計測値だけで実現できるので、より少ないデータで適切な機器制御が可能となる。
【符号の説明】
【０１１３】
１    ：反応槽
１１  ：曝気装置
２    ：電極センサー
３    ：制御装置
３０  ：信号発生部
３１  ：計測データ取得部
３２  ：データ処理部
３３  ：記憶部
３４  ：設定部
【要約】
【課題】反応液のインピーダンス(Ω)を用いて、反応槽の処理の進捗状況、及び終了のタイミングを容易に把握できる反応槽管理システムを提供すること。
【解決手段】計測対象となる既知のイオン種の濃度（ｐｐｍ）と、該イオン種の濃度と相関するインピーダンス(Ω)とを、複数の周波数（Ｈｚ）に応じて取得し、上記イオン種の濃度の変動データと、上記インピーダンスの変動データとに基づき、複数の周波数の各周波数に各々対応する重相関係数を算出し、算出された重相関係数の中で、相関性の高い周波数を所定数選択し、対象となる反応槽１内の反応液を、選択された所定数の周波数におけるインピーダンスを所定時間毎に計測し、選択された周波数における計測された該インピーダンスと、該インピーダンスに基づき算出されたインピーダンスの変化率とのいずれか一方又は両方が、設定された条件を満たした場合には、反応槽１内での処理を終了することを特徴とする。
【選択図】図１【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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【図６】
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【図７】
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