(57)【要約】【課題】生物学的処理において必要な諸条件である、例えば嫌気性処理における有機性廃棄物の投入量を適正範囲に制御できる処理方法と装置を提供する。【解決手段】液状有機性廃棄物又は汚水を生物学的に処理する方法において、前記液状有機性廃棄物又は汚水の電位を、比較電極とイオン電極とで構成された電極によって測定し、その測定した電位を、前記生物学的処理に必要な処理条件の制御に用いることとしたものであり、前記生物学的処理が液状有機性廃棄物の嫌気性処理であり、前記測定した電位を有機性廃棄物の負荷量の制御に用いるか、又は、前記処理が汚水の脱窒素処理であり、前記測定した電位を脱窒素工程への水素供与体の添加量の注入制御に用いるか、又は、前記処理が汚水の脱リン処理であり、前記測定した電位を嫌気工程への空気量の注入量及び返送汚泥量の制御に用いる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液状有機性廃棄物又は汚水を生物学的に処理する方法において、前記液状有機性廃棄物又は汚水の電位を、比較電極とイオン電極とで構成された電極によって測定し、その測定した電位を、前記生物学的処理に必要な処理条件の制御に用いることを特徴とする生物学的処理方法。
【請求項２】
前記生物学的処理が、液状有機性廃棄物の嫌気性処理であり、前記測定した電位を、有機性廃棄物の負荷量の制御に用いることを特徴とする請求項１記載の生物学的処理方法。
【請求項３】
前記生物学的処理が、汚水の脱窒素処理であり、前記測定した電位を、脱窒素工程への水素供与体の添加量の注入制御に用いることを特徴とする請求項１記載の生物学的処理方法。
【請求項４】
前記生物学的処理が、汚水の脱リン処理であり、前記測定した電位を、嫌気工程への空気量の注入量及び返送汚泥量の制御に用いることを特徴とする請求項１記載の生物学的処理方法。
【請求項５】
液状有機性廃棄物又は汚水の生物学的処理装置において、前記生物学的処理槽の被処理物の電位を測定する比較電極とイオン電極で構成される電位測定装置と、前記測定した電位に基づいて生物学的処理に必要な処理条件を決定する手段と、該決定された数値に基づいて該処理条件を制御する制御装置とを配備することを特徴とする生物学的処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機性廃棄物又は汚水の生物学的処理に係り、特に、下水、し尿、産業排水等の有機性廃水、又は、下水、し尿、産業排水等の排水処理に伴って発生する汚泥、又は、家庭からの生ごみや食品加工工場からの残さ等の有機物を含有する有機性産業廃棄物を、効果的に分解除去するための生物学的な諸条件を制御できる生物学的処理方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高濃度の有機性廃水や有機物を含有する有機性廃棄物の処理には、その処理にかかるエネルギーが少なく、また、メタンガスとして、エネルギーが回収できる嫌気性処理が一般的である。嫌気性処理には、嫌気性消化やＵＡＳＢと呼ばれる上向流嫌気性汚泥床法が普及している。
嫌気性処理では、有機性廃棄物の有機物は、２段階の分解過程を経て水や炭酸ガスやメタンガスになる。有機性廃棄物の有機物は、酸発酵過程で酢酸のような低級脂肪酸に分解される。次に、この脂肪酸は、メタン細菌によってメタンガスに分解されて、有機性廃棄物中の有機物の分解が完結する。有機性廃棄物の一般的な嫌気性処理装置としては、有機性廃棄物を酸発酵させる装置と、酸発酵処理液をメタン発酵させる装置からなる。処理対象物の有機性廃棄物は、酸発酵過程を経由してメタン発酵過程へ導かれる。
【０００３】
有機性廃棄物を酸発酵過程に過剰投入しても、酸発酵処理に問題は生じない。しかしながら、メタン発酵過程に酸発酵処理液の過剰量を注入すると、酸発酵処理液中の低級脂肪酸の蓄積によってメタン細菌の活性度が低下し、ついにはメタン発酵が停止する。
このように、嫌気性処理を行う場合には、有機性廃棄物である被処理物の投入量、負荷量の調整が重要である。過負荷であると、処理系内に有機酸が蓄積し、嫌気性細菌やメタン細菌の活動が著しく低下して、嫌気性処理が困難となる。一方、負荷が極端に少なくても、嫌気性細菌やメタン細菌の活動が著しく低下して、少しの負荷上昇に対して、対応できないばかりが、菌体の増殖量が少ないために、系外に流出する分を増殖分でカバーできず、系内の嫌気性汚泥量が低下する。嫌気性細菌やメタン細菌を含む嫌気性汚泥量が低下すると、有機性廃棄物の処理量も低下する。嫌気性処理においては、バイオガス発生量をモニターしつつ、被処理物の投入量又は負荷量を調整する運転方法が一般的である。
【０００４】
汚水からの窒素除去については、運転コストが安価な生物学的な脱窒素処理方法が普及している。
生物学的脱窒素においては、汚水中の硝酸イオンや亜硝酸イオンの形態で存在する窒素を、有機物である水素供与体により窒素ガスに還元することにより、汚水中から窒素が除去される。水素供与体としては、エチルアルコール、メチルアルコール、酢酸や酢酸塩等である。
硝酸イオンや亜硝酸イオンに対して、水素供与体の添加量が少ないと、汚水からの窒素除去性能が低い。また、水素供与体を過剰に添加すると、処理水に水素供与体に起因する有機物が残留したり、薬剤が無駄になる。
従来からの水素供与体の注入制御方法としては、経験的あるいは実験室的に確かめられた注入率を基にする方法であった。
【０００５】
汚水からのリン除去方法については、運転コストが安価な生物学的な脱リン処理方法が普及している。その原理は、嫌気工程で硝酸イオンのような結合酸素や溶存酸素のような分子状の酸素が存在しない嫌気状態にし、活性汚泥の細胞からリンを吐き出させると、次工程の酸素の多い好気的な条件下で、吐き出した量あるいは濃度以上のリンを活性汚泥が取り込むことによって、好気工程から汚水中からリンが生物学的に除去される。
汚水中のリン除去においては、嫌気工程内の活性汚泥を嫌気的条件にすることが重要であるが、一方、嫌気工程の水槽内の活性汚泥は、活性汚泥と汚水との混合や活性汚泥の沈降防止のために、機械攪拌や空気で攪拌される。攪拌しすぎると、活性汚泥が好気的条件になるので、嫌気状態は維持できるように、水槽内が攪拌される。
嫌気的条件の指標には、従来から溶存酸素（以下、ＤＯ）やＯＲＰが使われてきた。
【０００６】
上記従来技術に対する有機性廃棄物の嫌気性処理法、窒素処理方法　生物脱リン法の運転方法において、先に、本発明者らは、特開２００２−５９１２６号公報にて、比較電極と少なくとも１つの白金以外の金属で構成された電極によって測定された電位を測定して、その電位を基に有機性廃棄物嫌気性処理法、窒素処理方法及び生物脱リン法の運転方法を管理する方法を提案した。
特開２００２−５９１２６号公報による有機性廃棄物の嫌気性処理では、測定された電位による被処理物の投入量又は負荷量の調整は可能であったが、実際の処理性能が時間の遅れで現れるバイオガスの発生量には測定された電位の変化の追従が明らかでなかった。特に、被処理物の性状の変動時には、測定された電位では制御困難であった。
【０００７】
バイオガスはメタンと炭酸ガスで構成され、原料である有機性廃棄物の種類、組成によって、バイオガス中のメタンガスの割合が異なるが、同一組成の有機廃棄物であれば、バイオガスのメタン組成は一定である。一般的な生ごみであれば、メタンの割合は５０％程度、有機性排水であれば、８０％程度である。このように、バイオガス発生量だけでは、メタンの割合は不明であるために、メタン発酵が正常であるかどうかは、明らかではない。
また、特開２００２−５９１２６号公報による電位を用いた汚水からの窒素除去においては、汚水の窒素濃度の変動が大きいと、水素供与体の注入制御に問題があった。脱窒素の性能向上と薬剤の無駄を無くすこと、水素供与体の過剰注入による汚泥発生量の増加の観点から、水素供与体の注入制御は重要である。
さらに、特開２００２−５９１２６号公報による汚水からのリン除去においては、汚水のリンや有機物濃度の変動が大きいと、測定された電位による嫌気工程の嫌気性の度合いを把握できないという問題があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記公知事実に鑑み、生物学的処理において必要な諸条件である嫌気性処理における有機性廃棄物の適正投入量、窒素処理における水素供与体の適正添加量、又は、リン処理における適正空気量等を正確に制御できる生物学的処理方法と装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、液状有機性廃棄物又は汚水を生物学的に処理する方法において、前記液状有機性廃棄物又は汚水の電位を、比較電極とイオン電極とで構成された電極によって測定し、その測定した電位を、前記生物学的処理に必要な処理条件の制御に用いることを特徴とする生物学的処理方法としたものである。
前記処理方法において、生物学的処理が、液状有機性廃棄物の嫌気性処理であり、前記測定した電位を、有機性廃棄物の負荷量の制御に用い、また、前記生物学的処理が、汚水の脱窒素処理であり、前記測定した電位を、脱窒素工程への水素供与体の添加量の注入制御に用い、さらに、前記生物学的処理が、汚水の脱リン処理であり、前記測定した電位を、嫌気工程への空気量の注入量及び返送汚泥量の制御に用いることとすることができる。
また、本発明では、液状有機性廃棄物又は汚水の生物学的処理装置において、前記生物学的処理槽の被処理物の電位を測定する比較電極とイオン電極で構成される電位測定装置と、前記測定した電位に基づいて生物学的処理に必要な処理条件を決定する手段と、該決定された数値に基づいて該処理条件を制御する制御装置とを配備することを特徴とする生物学的処理装置としたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を詳細に説明する。
本発明の嫌気性処理に用いる被処理対象物は、下水、し尿、産業排水等や下水、し尿、産業排水等の排水処理に伴って発生する汚泥及び各種有機性の液状産業廃棄物である。また、これらの液状の有機性廃棄物は、脱窒素処理における水素供与体の注入制御にも適用できる。
まず、本発明では、有機性廃棄物を嫌気性処理する方法において、比較電極とイオン電極で構成された電極によって、測定された嫌気性汚泥の電位を被処理物の負荷量を決定する手段に用いる方法である。
本発明が適用できる対象になる装置は、生ごみや汚泥などの有機性廃棄物のメタン発酵装置、汚水を対象とした固定床嫌気性処理装置、流動媒体を使用した嫌気性処理装置、汚泥床を用いたＵＡＳＢなどである。
比較電極（参照電極とも呼ばれる）は、市販のｐＨ計やＯＲＰ計に使われている塩化銀電極や甘こう電極である。
【００１１】
本発明のイオン電極は、難溶性塩膜形であり、ニッケル、チタン、クロム、金、銀、鉛等などの遷移金属又はランタン、カルシウムなどのアルカリ土類金属化合物の少なくとも１種類で構成され、水溶液中の陽イオン又は陰イオンを検出する作用を有する物質で形成され、排水などに含まれる陽イオン又は陰イオンを検出するために使用される。
陽イオン又は陰イオンに感応する電極の物質は、硫化銀や硫化銀と塩化銀の混合物、硫化銀などの硫化物と金属酸化物である酸化鉛などとの混合物あるいはフッ化ランタンなどのハロゲン化物の結晶である。これら粉末状の金属化合物を任意の圧力で加圧成形したものや、２種類以上の金属化合物を粉末状で混合後に加圧成形したものや、２種類以上の粉末状の金属化合物を加圧成形したものを重ね合せたものが使用できる。
【００１２】
市販のイオン電極には、感応部材質や形状により、カドミウムイオン、銅イオン、フッ素イオンなどハロゲンイオン、硫化物イオン、シアンイオンなどの難溶性塩膜形や硝酸イオンや塩素イオンなどのイオン交換膜形やアンモニア、亜硝酸などのガス透過膜形やナトリウムイオン電極などのガラス膜形があり、いずれも本発明に使用できる。メンテナンスなどを考慮すると、上記の難溶性塩膜形イオン電極が望ましい。
これらを、本発明に使用できるように、製作しても良いし、市販のイオン電極を本発明に転用しても良い。
また、市販のイオン電極計は、比較電極とイオン電極で構成され、その両電極間で得られる電位を目的イオン濃度に演算して表示するものである。本発明では、市販のイオン電極計を電位モードで使用し、得られた電位から被処理物の負荷量が制御できる。
【００１３】
本発明の電位は、比較電極とイオン電極のそれぞれの端を電位計又は電圧計、市販の記録計、ｐＨ計の端子に接続することにより、本発明の検出部が完成する。この検出部の電圧を本発明における電位とする。
ここで取り出された電圧値は、被処理物の供給ポンプなどの供給装置の演算部に転送されて、被処理物の負荷量に利用される。電圧を電流値に変換して、被処理物の負荷量に使用することもできる。
被処理物の負荷量の制御方法としては、本発明の電位がある設定電位値になった時点で、被処理物の供給を停止又は再開する方法や、ある設定電位範囲で被処理物の供給を停止又は再開する方法や、単位時間あたりの電位の変化量を推定し、被処理物の供給を停止又は再開する方法などがある。
前記の本発明における電位は、イオン電極の種類によって、その電位は異なるが、嫌気性処理のうちメタン発酵における電位は、概ね−１００から−５００ｍＶである。
本発明の電位計の設置場所は、嫌気性処理では、嫌気性発酵槽内部や嫌気性汚泥の循環ラインや汚泥サンプリングラインである。
【００１４】
図１に嫌気性処理のフロー概略図を示す。有機物が主成分の被処理物は、被処理物注入ポンプのポンプ桝である調整槽から被処理物注入ポンプで嫌気性処理槽に供給され、嫌気性処理槽で嫌気性処理され、有機物の分解生成物である消化ガスが発生する。増殖した嫌気性汚泥は、嫌気性処理槽から余剰汚泥として排出される。嫌気性処理槽の水槽内、又は、サンプリング配管途中に電位測定装置を設け、嫌気性処理の電位を測定する。得られた電位から被処理物の最適供給量を演算し、被処理物注入ポンプからの嫌気性処理槽への被処理物を供給制御する。演算過程では、嫌気性処理槽の嫌気性処理濃度や嫌気性処理のｐＨや温度、消化ガス発生量などを考慮することができる。
【００１５】
また、本発明は、汚水から窒素を生物学的に除去する方法において、脱窒素工程水の電位を前記の本発明の方法で測定し、得られた電位を基に脱窒素工程への水素供与体添加量を注入制御する方法である。
この本発明で用いる汚水は、下水、し尿、産業排水等や下水、し尿、産業排水等の汚水、又は、それらの排水処理に伴って発生する汚泥及び各種有機性の産業廃棄物の脱水などの中間処理時に発生する汚水である。
水素供与体の注入制御方法としては、本発明の電位がある設定電位値になった時点で、水素供与体の供給を停止又は再開する方法や、ある設定電位範囲で被処理物の供給を停止又は再開する方法や、単位時間あたりの電位の変化量を推定し、水素供与体の注入を停止又は再開する方法などがある。
【００１６】
水素供与体は、メチルアルコール、エチルアルコール、変性アルコール、イソプロピルアルコールなどのアルコール類やデンプンや糖類の廃液である。
この発明では、汚水の硝酸性窒素を、水素供与体により窒素ガスに還元処理し、窒素除去する。理論的には、硝酸性窒素に対して、ＢＯＤ換算で３倍の水素供与体が必要である。これより少ないと、汚水の脱窒素処理水に硝酸性窒素が残留する。過剰に添加すると、汚水の脱窒素処理水に水素供与体が残留し、ＢＯＤが高まる。また、水素供与体が浪費されることになる。
この本発明において、活性汚泥を含む脱窒素工程水の電位は、概ね−１００から−３００ｍＶである。
本発明の電位計の設置場所は、脱窒素工程の脱窒素水槽内部などである。
【００１７】
図２に、硝酸性窒素を含む汚水の脱窒素処理のフロー概略図を示す。
汚水は、脱窒素槽に水素供与体が添加されて、硝酸性窒素が窒素ガスまで処理されて、汚水から生物学的に窒素が除去される。過剰添加された水素供与体は、再曝気槽で除去され、活性汚泥は、沈殿槽から返送汚泥として脱窒素槽に返送される。脱窒素槽の活性汚泥の電位を測定し、その電位から、水素供与体の注入量を演算し、注入ポンプなどで構成されるの水素供与体注入装置から水素供与体が脱窒素槽に注入される。水素供与体の注入量の演算過程で、活性汚泥濃度やｐＨや温度などを考慮することができる。
【００１８】
図３に、アンモニア性窒素を含む汚水の脱窒素処理のフロー概略図を示す。
硝化槽で、好気状態で活性汚泥と汚水が接触することにより、汚水のアンモニア性窒素が硝酸性窒素まで生物学的に酸化される。硝酸性窒素を含む汚水は、脱窒素槽に導かれ、脱窒素槽に水素供与体が添加されて、窒素ガスまで処理されて、汚水から窒素が除去される。
過剰添加された水素供与体は、再曝気槽で除去され、活性汚泥は、沈殿槽から返送汚泥として硝化槽に返送される。脱窒素槽の活性汚泥の電位を測定し、その電位から水素供与体の注入量を演算し、注入ポンプなどで構成されるの水素供与体注入装置から水素供与体が脱窒素槽に注入される。
【００１９】
さらに、本発明は、汚水からリンを生物学的に除去する方法において、嫌気工程水の電位を前記の本発明の方法で測定し、得られた電位を基に、嫌気工程への空気量の注入制御や返送汚泥の汚泥量制御をする方法である。
この本発明で用いる被処理物である汚水は、下水、し尿、産業排水等や下水、し尿、産業排水等の汚水、又は、それらの排水処理に伴って発生する汚泥及び各種有機性の産業廃棄物の脱水などの中間処理時に発生する汚水である。
攪拌空気量の制御方法としては、本発明の電位がある設定電位値になった時点で、攪拌空気の供給を停止又は再開する方法や、ある設定電位範囲で攪拌空気の供給を停止又は再開する方法や、単位時間あたりの電位の変化量を推定し、攪拌空気の供給を停止又は再開する方法などがある。
返送汚泥の汚泥量制御としては、本発明の電位がある設定電位値になった時点で、返送汚泥量を増減する方法や、ある設定電位範囲で返送汚泥量を増減する方法や、単位時間あたりの電位の変化量を推定し、返送汚泥量を増減する方法などがある。
【００２０】
一般に返送汚泥量は、返送汚泥率として運転の指標にされる。返送汚泥率は、流入水量に対する返送汚泥量の比率で、通常、５０〜１２５％である。返送汚泥率が高い方が、嫌気工程での嫌気度合いが高まり、リン除去に好都合である。
嫌気工程では、下水などの汚水と返送汚泥が十分に混合されることが重要である。
嫌気状態などリン除去条件が具わっていても、混合が不充分であると、リン除去性能が低下する。混合は、空気攪拌によるが、攪拌のための空気を多く入れると、嫌気工程のＤＯ濃度が高まり、リン除去性能が低下する。攪拌を十分に行いつつ、嫌気工程のＤＯ濃度を下げるには、返送汚泥量を増やして返送汚泥中の活性汚泥によってＤＯを下げさせるのが良い。リン除去においては、嫌気工程のＤＯ濃度管理だけでは不充分である。
【００２１】
ＤＯ濃度だけでは、ＤＯが低濃度であること、又は十分に低くて検出できないことが確認できるが、リン除去に必要な嫌気性が把握できない。つまり、リン除去のための嫌気性としては、分子状酸素であるＤＯ以外に、結合酸素、硝酸塩や亜硝酸塩などが存在しないことである。ＤＯ計でＤＯは測定できるが、硝酸塩や亜硝酸塩など化合物中の酸素までは測定できない。したがって、ＤＯ濃度による嫌気工程の管理は困難である。
嫌気工程のＤＯ計は、ＤＯ濃度を測定し，ＤＯ濃度が概ね０．３ｍｇ／ｌ以下と十分に低いことを確認するための補助的手段として使用できる。
嫌気工程での嫌気度合いの調整方法は、流入水量の調整と攪拌空気量、返送汚泥率の調整であるが、処理設備での現実的な運転調整では、攪拌空気量と返送汚泥率の調整だけである。実際の運転管理においては、攪拌空気量と返送汚泥率の調整が重要である。
【００２２】
リン除去においては、嫌気工程への空気量の注入制御と返送汚泥の汚泥量制御をそれぞれ単独でも併用しても良い。ただし、空気量を減らしすぎると、混合が不充分になる。攪拌空気量は、概ね汚水１ｍ３で、１時間あたり０．２〜２ｍ３である。空気量が多いと、嫌気工程のＤＯ濃度が高まり、リン除去性能が低下する。
嫌気工程の電位は、概ね、−３００から−６００ｍＶである。
嫌気工程の電位を測定し、設定電位になるまで、返送汚泥を嫌気工程に返送する。
本発明の電位計の設置場所は、嫌気処理工程の嫌気槽内部である。
空気攪拌は、安価な方法であるが、空気の混入を防止するには、水中攪拌機のような機械攪拌が望ましい。この機械攪拌においても、本発明の電位による機械攪拌の運転条件の指標に有効である。電位をモニターしつつ、水中攪拌機のインバーター制御による攪拌力の調整を行う。
【００２３】
図４に、生物学的リン処理の空気量の制御に関するフロー概略図を示す。生物学的リン処理においては、被処理水のＢＯＤを活性汚泥に吸着させて、リンを活性汚泥から吐き出させる工程の嫌気性に維持される嫌気槽又は脱リン槽と、活性汚泥に吸着したＢＯＤを好気的に分解し、脱リン槽で吐き出した量以上のリンを活性汚泥に取り込むための曝気槽と、活性汚泥と処理水に固液分離させる沈殿槽で構成される。
汚水は、脱リン槽で活性汚泥と接触すると活性汚泥中のリンが放出されるが、次の曝気槽で好気性になると、脱リン槽で放出した以上のリンが活性汚泥に吸収される。リンを吸収した活性汚泥は、沈殿槽から余剰汚泥として排出され、汚水からリンが除去される。
【００２４】
充分に活性汚泥中のリンを放出させるには、脱リン槽を、汚水と沈殿槽から返送される返送汚泥により、嫌気性に維持する必要がある。
脱リン槽の活性汚泥の電位を測定し、その電位から攪拌空気注入量を演算し、攪拌空気制御弁から空気が脱リン槽に注入され、水槽内が攪拌される。空気注入量などの演算過程で活性汚泥濃度や溶存酸素濃度やｐＨや温度などを考慮することができる。
空気攪拌でなく、水中攪拌機による脱リン槽の攪拌には、脱リン槽の電位から攪拌空気制御弁の代わりに水中攪拌機のインバーター制御をすることができる。
図５に、生物学的リン処理の返送汚泥量の制御に関するフロー概略図を示す。脱リン槽の活性汚泥の電位を測定し、その電位から最適な返送汚泥量を演算し、返送汚泥が脱リン槽に供給される。返送汚泥量の演算過程で、活性汚泥濃度や溶存酸素濃度やｐＨや温度などを考慮することができる。
【００２５】
【実施例】
以下に、本発明を実施例により具体的に説明する。
実施例１
この実験は、酸発酵槽容量１リットルとメタン発酵槽容量２０リットルで構成された嫌気性処理装置を使用した。処理温度は、いずれの発酵槽も５５℃とした。
メタン発酵槽内に、塩化銀電極の比較電極と市販の鉛イオン電極を取り付けた。各々の電極は、リード線を市販のＯＲＰ計に接続した。市販の鉛イオン電極は、硫化鉛の粉末を加圧成形したものを電極の感応部に使用した。
穀物、野菜及び肉類からなるＣＯＤＣｒ３００ｇ／ｋｇ、ＴＳ（全蒸発残留物）２００ｇ／ｋｇの合成生ごみを０．５ｋｇ／日で、嫌気性処理装置に連続的に供給した。合成生ごみの供給前にメタン発酵槽には、種汚泥としてメタン発酵装置から採取した嫌気性汚泥１５ｋｇ（ＴＳ濃度６０ｇ／ｋｇ）を添加した。約２ヶ月間運転を継続したところ、ＣＯＤＣｒ除去率が６０％、バイオガス発生量は、６２リットル／日であった。バイオガスの組成はメタンが４８％であった。
【００２６】
合成生ごみ供給量を０．７５ｋｇ／日に増やし、その後２ヶ月毎に供給量を１．５倍ずつ増加させ、バイオガスの発生量が低下するまで実験を継続した。
表１に実施例１の結果を示す。
電位は、被処理物の過剰供給により急激に変化し、それに合わせて消化ガスのメタン含有率が低下する。ＣＯＤ除去率の変化が、本発明の電位により検知でき、被処理物の供給制御ができる。ＣＯＤ除去率の変化に関して、比較例の電位は緩慢であるが、本発明の電位の応答は確実である。
ＣＯＤ除去率が低下しても、消化ガス発生量は増加する。消化ガスの発生量は、合成生ごみ供給量を増やすと、増加するが、バイオガス中のメタン含有率が低下する。消化ガス発生量だけをモニターしては、被処理物の投入制御は困難である。
【００２７】
比較例１
実施例１の市販鉛イオン電極の代わりに、金属鉛線（外径３ｍｍ、長さ１００ｍｍ）を２００℃で約５時間加熱して製造した酸化鉛を電極に使用した。
表１に比較例１の結果を併せて示す。
【表１】
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【００２８】
実施例２
硝酸イオンを窒素として３０ｍｇ／ｌを含む模擬排水（以下、窒素含有排水）を、脱窒素槽と再曝気槽と沈殿槽で構成される実験装置を用いて、脱窒素処理を行った。脱窒素槽に、飽和塩化カリウム水溶液を内部液にした銀塩化銀の比較電極と、市販のフッ素イオン電極を設置した。市販のフッ素イオン電極は、フッ化ランタンの結晶を感応部に使用したものである。
実験装置の仕様は、脱窒素槽が有効水深５０ｃｍ、容量１０リットルで１槽、マグネチックスターラーによる攪拌である。再曝気槽が有効水深５０ｃｍ、容量３リットル、１槽で空気攪拌である。沈殿槽が分離面積１００ｃｍ２、レーキ付き、１槽である。
【００２９】
実験条件は、脱窒素槽が窒素負荷０．０５ｋｇ・ＮＯｘ−Ｎ／ｋｇ−ＭＬＳＳ日、水温２０〜２５℃、ＭＬＳＳ３０００ｍｇ／ｌ、ｐＨ６．５から７．５になるように硫酸と水酸化ナトリウムで調整した。
水素供与体は、試薬１級のエタノールを使用した。再曝気槽は、ＤＯ濃度２から３ｍｇ／ｌ、返送汚泥濃度が６０００〜８０００ｍｇ／ｌである。
硝化脱窒素処理設備から採取した余剰汚泥を種汚泥に、実験装置全体で、そのＭＬＳＳ濃度が３０００ｍｇ／ｌとなるように、実験装置のすべての水槽に添加した。その後、窒素含有排水を５０リットル／日で連続的に実験装置に供給すると共に、脱窒素水槽に、窒素（以下、Ｎ）：エタノールが重量比で１：１．４から１：３．５となるようにエタノールを添加した。
【００３０】
表２に、窒素含有排水の硝酸性窒素に対するエタノールの添加量（重量比）と、銀塩化銀の比較電極と市販のフッ素イオン電極を用いて測定した電位と、窒素除去率を示す。
比較電極と市販のフッ素イオン電極を用いて測定した電位を指標にすると、エタノールの注入制御ができて、効率よく脱窒素された。また、過剰の水素供与体であるエタノールが脱窒素槽に残留すると、本発明の電位は更に変化し、エタノールの残留を検知する。エタノールが脱窒素槽に残留すると、脱窒素槽出口液の溶解性ＢＯＤ（残留エタノールに起因）濃度が増加する。比較例の電位では、この現象が検知できない。
【００３１】
比較例２
実施例２の市販フッ素イオン電極の代わりに、酸化ニッケル電極を使用した。酸化ニッケル電極は、金属ニッケル線（外径３ｍｍ、長さ１００ｍｍ）を９００℃で約３時間焼成、その後５時間かけて、約３００℃で加熱したものである。
表２に、比較例２の結果を併せて示す。
【００３２】
【表２】
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【００３３】
実施例３
リン酸イオンがリン（以下、Ｐ）として１０ｍｇ／ｌ、酢酸主体のＢＯＤ　３００ｍｇ／ｌを含む模擬排水（以下、リン含有排水）を、嫌気槽と曝気槽と沈殿槽で構成される実験装置を用いて、脱リン処理を行った。嫌気槽には、市販のＤＯ計と、本発明である比較電極と市販の銅イオン電極を組み合わせたものとを設置した。
実験装置の仕様は、嫌気槽が開放型、有効水深５０ｃｍ、容量５リットル、１槽でマグネチックスターラーによる攪拌である。曝気槽が開放型、有効水深５０ｃｍ、容量５リットル、３槽で、空気攪拌である。沈殿槽が分離面積１００ｃｍ２、レーキ付き、１槽である。
【００３４】
実験条件は、嫌気槽の滞留時間２〜３時間、ｐＨ６．５から７．５になるように硫酸と水酸化ナトリウムで調整した。ＭＬＳＳ　３０００ｍｇ／ｌ、返送汚泥の返送汚泥率（模擬排水量に対する返送汚泥量の比率）は、５０〜１５０％、返送汚泥濃度１３０００〜１５０００ｍｇ／ｌ、水温２０〜２５℃、曝気槽混合液のＤＯ濃度は２から３ｍｇ／ｌで維持した。
生物脱リン処理設備から採取した余剰汚泥を、種汚泥に実験装置全体で、そのＭＬＳＳ濃度が３０００ｍｇ／ｌとなるように、実験装置のすべての水槽に添加した。その後、リン含有排水を４０リットル／日で連続的に実験装置に供給した。約１ヶ月経過後、排水量を６０リットル／日に増加させて、再度実験を行った。
【００３５】
表３に、リン含有排水の排水量と、嫌気槽ＤＯ濃度に対する嫌気槽の電位の変化及びリン除去率を示す。
比較電極と酸化銅電極を用いて測定した電位は、ＤＯ濃度の影響が見られる。返送汚泥率を高め，ＤＯ濃度を低くすると、リンが除去される過程では、本発明の電位が大きく変化するが、比較例の電位の変化が小さい。リン除去がＤＯ濃度で支配される条件では、比較例の電位も制御に使用できるが、ＤＯ濃度が変化しない低濃度では、本発明が有利である。ＤＯ濃度が変化しないが、リン除去率が向上してしているにもかかわらず、比較例の電位に変化が認められない。実施例では、リン除去率の向上に伴い、電位の変化が認められた。
【００３６】
比較例３
実施例３の市販銅イオン電極の代わりに酸化銅電極を使用した。酸化銅電極は、金属銅線（外径３ｍｍ、長さ１００ｍｍ）を９００℃で約３時間焼成、その後５時間かけて、約３００℃で加熱したものである。
表３に、比較例３の結果を併せて示す。
【００３７】
【表３】
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【００３８】
【発明の効果】
本発明の効果は以下の通りである。
（１）有機性廃棄物や汚水の性状あるいは、その性状の変化に影響されず、安定した嫌気性処理や脱窒素や脱リン処理が可能である。
（２）電極の種類を変更することにより、嫌気性汚泥や脱窒素脱リンの活性汚泥の汚泥性状に見合った制御ができ、効果的な嫌気性処理や脱窒素脱リン処理が可能である。
（３）　水素供与体の注入作業が省力化や自動化でき、薬剤コストが低減できる。
（４）　返送汚泥量の調整により、嫌気性処理における嫌気性が容易に維持でき、脱リン性能が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による嫌気性処理のフロー概略図。
【図２】本発明による硝酸性窒素を含む汚水の脱窒素処理のフロー概略図。
【図３】本発明によるアンモニア性窒素を含む汚水の脱窒素処理のフロー概略図。
【図４】本発明による生物学的リン処理の空気量の制御に関するフロー概略図。
【図５】本発明による生物学的リン処理の返送汚泥量の制御に関するフロー概略図。
【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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