(57)【要約】【課題】活性汚泥や生物脱窒プロセスにおける活性汚泥混合液の脱窒反応強度を管理する方法を提供する。【解決手段】シリンダーによる沈降性テストであって、シリンダー内の活性汚泥混合液の液面の高さと静置後の汚泥層の液面の高さの比をＳＶとするとき、静置時間の短いＳＶ値をＳＶ１とし、静置時間の長いＳＶ値をＳＶ２とし、ＳＶ２とＳＶ１を比較することにより、活性汚泥混合液の脱窒反応性の大きさを評価する。また、静置時間の長いほうのシリンダー内の活性汚泥混合液に、予めＢＯＤ液を添加混合してから静置し、ＳＶ２ｓを測定し、ＳＶ２ｓとＳＶ１を比較することにより、活性汚泥混合液中の硝酸性窒素の量に対応する脱窒反応強度を評価する。【選択図】図１
2012020225.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性汚泥処理や生物脱窒プロセスにおける活性汚泥混合液の脱窒反応性の大きさを評価する方法であって、  
活性汚泥混合液をシリンダー内に静置して、短時間静置（ｔ１）及び長時間静置（ｔ２）（但し、ｔ２＞ｔ１）後のＳＶ値である、ＳＶ１及びＳＶ２を測定し、
ＳＶ１とＳＶ２を比較することにより、脱窒反応性の大きさを評価することを特徴とする活性汚泥混合液の脱窒反応強度評価方法。
【請求項２】
活性汚泥処理や生物脱窒プロセスにおける活性汚泥混合液の脱窒反応性の大きさを評価する方法であって、
活性汚泥混合液を第一のシリンダー内に静置して、短時間静置（ｔ１）後のＳＶ値（ＳＶ１）を測定し、
該活性汚泥混合液を入れた第二のシリンダーに、予め、ＢＯＤ液を添加した後に静置して、長時間静置後のＳＶ値（ＳＶ２ｓ）を測定し、
ＳＶ１とＳＶ２ｓを比較することにより、脱窒反応性の大きさを評価することを特徴とする活性汚泥混合液の脱窒反応強度評価方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記短時間静置（ｔ１）が２０分乃至４０分であり、前記長時間静置（ｔ２）が６０分乃至１５０分であることを特徴とする活性汚泥混合液の脱窒反応強度評価方法。
【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方法に係り、特に好気性微生物を用いた排水処理での汚泥の脱窒反応強度を管理する方法に関する。
【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。活性汚泥処理法の基本プロセスは以下の通りである。すなわち、好気性微生物を高濃度に含む活性汚泥混合液に廃水を入れ、曝気により混合液中に溶解した溶存酸素を利用して、微生物に廃水中の汚濁物を分解浄化させる。さらに、沈殿槽内で汚泥と上澄水に分離して、沈殿した汚泥は返送汚泥として曝気槽に戻し、上澄み水は、処理水として排出する。
【０００３】
活性汚泥混合液の固液分離方法としては重力による沈殿処理が多く用いられており、この場合、汚泥の沈降性管理が運転制御上、極めて重要である。
汚泥の沈降性は種々の要因で変化するが、トラブルに発展する代表的な要因として、沈殿槽内で硝酸イオンが脱窒反応を起こし、生成した細かい窒素ガスにより、汚泥が沈降不良になったり、汚泥が浮上するケースがある。
【０００４】
また活性汚泥と同様に微生物を用いて好気処理と嫌気処理を組み合わせてＢＯＤと窒素を同時除去する生物脱窒プロセスにおいては、原水中の硝酸性イオンまたは好気処理する硝化槽において硝化菌の作用で生成した硝酸性イオンを、嫌気状態でＢＯＤ源の存在下で、脱窒菌の作用で硝酸性イオンを窒素ガスに還元するものである。
【０００５】
運転管理上、両者に共通する必要事項は、混合液の脱窒反応をどのように評価するかである。原理的には、脱窒反応前後の混合液中の硝酸イオンや亜硝酸イオンを測定して、前後の差を評価すれば良いことになる。しかしながら、各種の妨害物質を含有する活性汚泥混合液中の硝酸イオンや亜硝酸イオンを、精度よく測定することは容易ではない。例えばイオン電極法では、活性汚泥中での測定は、実用的には困難というのが実態である。また、公定法を自動化した計器は、高価であり扱いにくいという問題がある。
【０００６】
このため、従来、簡便な方法で脱窒反応を評価する方法が提案されている（例えば特許文献１乃至３）。
特許文献１では、活性汚泥混合液における脱窒反応に伴う酸素利用速度（Ｎｔ−Ｒｒ）と、前記混合液における全酸素利用速度からＮｔ−Ｒｒを減じた値（ＡＴＵ−Ｒｒ）とを測定し、Ｎｔ−Ｒｒ及びＡＴＵ−Ｒｒの各値に基づいて沈澱槽内における前記混合液が汚泥浮上現象が起こり易い状態にあるかどうかを判定する方法が開示されている。
【０００７】
また、特許文献２では、沈殿槽に入る前の混合液をシリンダーに定量採取し、設定時間静置後、汚泥相の位置を測定し、汚泥が浮上しているかどうかを検知し、沈殿槽での汚泥の脱窒浮上の危険性を評価する方法が開示されている。
また、特許文献３では、炭酸ガスと、窒素ガス又はメタンガスなどの水への溶解度の小さいガスが同時に発生する微生物を利用した反応系において、密閉化された容器に測定対象液をチャージし、前記容器内の測定対象液を減圧下で脱気し、脱気後に所定の時間放置し、放置中に発生するガスによる前記容器内の圧力変化量を測定し、前記容器の空間容積の増加量と前記圧力変化量とに基づいて発生ガス量を演算する、ことにより反応性を評価する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平６−３０４５９１
【特許文献２】特開２００６−１７５３５７
【特許文献３】特開２００５−２３８０８９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記いずれの方法も、汚泥浮上を起こすほどの大きい脱窒反応強度を想定した検知方法であり、汚泥の沈降性に影響する程度の比較的小さな脱窒反応強度の評価方法としては妥当ではなく、脱窒反応強度を広いレンジにわたり、安価、かつ、精度良く評価する方法は見出されていないのが現状である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は鋭意研究の結果、広範囲にわたり脱窒反応強度を簡便、かつ、精度よく測定できる方法を見出し、以下の発明を完成させた。
すなわち、第１の発明は、
活性汚泥や生物脱窒プロセスにおける活性汚泥混合液の脱窒反応性の大きさを評価する方法であって、  
活性汚泥混合液をシリンダー内に静置して、短時間静置（ｔ１）及び長時間静置（ｔ２）（但し、ｔ２＞ｔ１）後のＳＶ値である、ＳＶ１及びＳＶ２を測定し、
ＳＶ１とＳＶ２を比較することにより、脱窒反応性の大きさを評価することを特徴とする。
ここにＳＶ値とは、活性汚泥混合液の液面高さ（ｈ１）に対する静置後における汚泥層液面高さ（ｈ２）の割合（ｈ２／ｈ１×100（％））をいう。
【００１１】
第２の発明は、活性汚泥処理や生物脱窒プロセスにおける活性汚泥混合液の脱窒反応性の大きさを評価する方法であって、活性汚泥混合液を第一のシリンダー内に静置して、短時間静置（ｔ１）後のＳＶ値（ＳＶ１）を測定し、該活性汚泥混合液を入れた第二のシリンダーに、予め、ＢＯＤ液を添加した後に静置して、長時間静置後のＳＶ値（ＳＶ２ｓ）を測定し、ＳＶ１とＳＶ２ｓを比較することにより、脱窒反応性の大きさを評価することを特徴とする。
なお、第一のシリンダーと第二のシリンダーとは、必ずしも別個のシリンダーである必要はなく、例えば、ＳＶ１測定後に混合液を廃棄して、同一シリンダーを用いて、上記手順によりＳＶ２ｓ測定を行うものであってもよい。
第３の発明は、上記各発明において、前記短時間静置（ｔ１）が２０分乃至４０分であり、前記長時間静置（ｔ２）が６０分乃至１５０分であることを特徴とする。
【００１２】
第一の発明の作用は以下の通りである。シリンダーに活性汚泥混合液を入れ、静置すると、図１に示すように、時間とともに汚泥と上澄み液は分離していく。ここに、短い静置時間（ｔ１分）におけるＳＶ値（以下、短時間ＳＶ値という）をＳＶ１とし、長い静置時間（ｔ２分）におけるＳＶ値（以下、長時間ＳＶ値という）をＳＶ２とする。脱窒による作用がなければ、通常、同図の（ａ）に示すように時間経過とともに沈降が進行してＳＶ値は低下していき、ＳＶ２＜ＳＶ１となる。
ところが、混合液中に硝酸イオンまたは亜硝酸イオンが存在し、炭素源としてＢＯＤ成分が存在している場合には、静置時間中にシリンダーの汚泥層内が嫌気環境になり、脱窒菌の作用で硝酸イオンが窒素ガスに還元される。これにより汚泥に細かい窒素ガスが発生し、汚泥に付着し浮力が生じるため、同図の（ｂ）のようにＳＶ２＞ＳＶ１となる。さらに多量の脱窒反応が起こると、同図の（ｃ）のように汚泥が浮上して、ＳＶ２は測定不能となる。
以上のことから、短時間ＳＶ値（ＳＶ１）と長時間ＳＶ値（ＳＶ２）との比較により、活性汚泥混合液の脱窒反応強度評価が可能となる。
【００１３】
次に、第二の発明の作用は以下の通りである。脱窒反応には、嫌気状態において硝酸性イオンとＢＯＤ源の存在が必要である。活性汚泥混合液のＢＯＤ処理が良好で残留ＢＯＤが少ない場合には、硝酸イオンが存在しても脱窒反応は起きにくく、脱窒反応強度は必ずしも活性汚泥混合液中の残留硝酸性窒素の量とは比例しない。
活性汚泥沈殿槽での沈降性を評価する場合は、沈殿槽での沈降性や汚泥浮上の危険性を評価するものであるから、残留ＢＯＤの影響作用を含めた評価で支障ないが、生物脱窒プロセスでは、脱窒が正常か否かの判定が目的であるため、残留ＢＯＤの量により結果が変化することは不都合である。このため、ＢＯＤ源不足が生じないように、予め脱窒反応に十分な量のＢＯＤ源（メタノールなど）を添加し、攪拌・静置する。その後ＳＶ２ｓを測定し、さらに（ＳＶ２ｓ／ＳＶ１）により脱窒反応強度を評価する。この強度は、混合液中の硝酸性窒素の量に比例するものであるから、生物脱窒プロセスの脱窒工程が正常におこなわれているかどうかの管理指標になる。
【００１４】
次に、第三の発明の作用は以下の通りである。
第一、第二の発明は短時間ＳＶ値であるＳＶ１と長時間ＳＶ値であるＳＶ２とを比較して、脱窒反応性を評価するものであるから、ｔ１及びｔ２を最も現象の変化を的確にとらえる時間に設定することが必要である。
ｔ１としては、急速な沈降過程より圧密に移行してからのほうが誤差が少なく、脱窒反応による影響が少ない静置時間が好ましい。
汚泥の沈降が、急速な沈降から圧密に移行するのは、静置後１５分〜４５分程度である。
また、好気性微生物が処理の主体である活性汚泥や生物脱窒プロセスにおける脱窒反応は、通性嫌気性菌である脱窒菌の作用によるものであり、好気状態にある活性汚泥混合液がシリンダーにサンプリングされ、溶存酸素を消費して嫌気状態になり、脱窒菌が溶存酸素の取り込みから硝酸イオンから酸素を取り込みに変化させ、さらに汚泥の沈降性に影響するほどの窒素ガスを発生させるまでになるには、通常1時間程度以上を必要とするのが一般的である。図1の（ｂ）に示すような静置時間３０分程度では、（ａ）に示す脱窒反応をおこさない混合液のＳＶ値との差はわずかである。
もちろん、汚泥浮上となるような大きな脱窒反応を起こす混合液の場合には、静置３０分程度でも図1の（ｃ）に示すようにＳＶ1でも大きな差となるが、このような場合には、長時間ＳＶは、汚泥が浮上するので、ＳＶ２／ＳＶ１の比較をするまでもなく、脱窒反応強度を評価できる。
【００１５】
したがって、短い静置時間を１５分〜４５分程度に設定すれば、誤差は少なく実用上支障ない範囲であり、その範囲で、できるだけ短い２０分から４０分程度が妥当であり、また過去の活性汚泥の歴史のなかで、静置時間３０分のときのＳＶ値をＳＶ30として、運転操作の重要な指標にしてきた経緯があることを考慮して、３０分とするのが最も好ましい。
また、長静置時間ｔ２は、汚泥の沈降性に影響がでる脱窒反応が検知でき、かつ、嫌気による腐敗反応が起きない範囲に設定すべきである。汚泥の沈降性に影響がでる脱窒反応は、静置開始から１時間程度以上経過すれば十分検知可能になる。また腐敗は活性汚泥混合液の性状や、同伴するＢＯＤなどにより大きな幅があるが、通常１８０分以内であれば腐敗状況にはならない。また一般に、活性汚泥の沈殿槽内の汚泥相の滞留時間が１８０分程度であることも考慮すれば、ｔ２は５０分から１８０分、好ましくは、６０分から１５０分が適当である。
【００１６】
図２に、混合液中にＢＯＤ源が十分に存在する条件下での、混合液中の残留硝酸性窒素量と脱窒反応強度（ＳＶ２／ＳＶ１）との関係を示す。活性汚泥混合液の性状やＭＬＳＳなどにより異なるが、混合液中の残留硝酸性窒素の量が比較的少ない範囲では、残留硝酸性窒素量と脱窒反応強度は概ね比例関係にある（同図の比例領域）。残留硝酸性窒素の量が多く、汚泥が浮上するような場合は、そもそもＳＶが測定できないので、（ＳＶ２／ＳＶ１）で評価することはできない（同図の汚泥浮上領域）。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、活性汚泥においては沈殿槽での汚泥の沈降性の管理、生物脱窒プロセスでは脱窒工程の反応状態の管理、などに重要な活性汚泥混合液の脱窒反応強度を、簡便な方法で評価できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】混合液の脱窒反応強度とＳＶ値時間的変化の関係を示す図である。
【図２】活性汚泥混合液中の残留硝酸性窒素の量と脱窒反応性強度の関係を説明する図である。
【図３】本発明の実施形態に係る脱窒反応測定装置１０を示す図である。
【図４】実施形態におけるシリンダー状ＳＶ槽内の汚泥の沈殿状態を示す図である。
【図５】図４の場合の汚泥沈降状態と吸光度変化の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について、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、以下の実施形態に限定されないことはいうまでもない。
図３は、本発明による脱窒反応評価のための脱窒反応測定装置１０を示す図である。
サンプリングポンプ1により、曝気槽（不図示）出口近傍から活性汚泥混合液をサンプリングし、実容積１リットルのＳＶ測定槽２（以下、ＳＶ槽）に一定量チャージする。チャージした混合液に、添加ポンプ４により添加液タンク３内の添加液を一定量混合液に添加し、攪拌ポンプ５で攪拌混合する。ここに、添加液は硝酸イオンを脱窒菌が還元する際に必要とする炭素源を供給するものであり、例えば、メタノール溶液や酢酸溶液などを用いることができる。実際に添加するかどうかは、使用目的による。すなわち、活性汚泥の沈殿槽における汚泥の沈降性・浮上危険性を管理する目的であれば、添加液は使用しない。一方、生物脱窒プロセスにおける脱窒反応を管理する目的であれば、添加液を添加する。
測定は２段階でおこなう。第一段階は、添加液を加えることなく、サンプリングした混合液を、ＳＶ槽で予め設定した時間（例えば３０分程度）静置し、静置後の沈降汚泥相の容積ＳＶ１を測定する。
測定後、混合液を廃棄し、新たに活性汚泥混合液をサンプリングポンプ1でサンプリングし、上記目的に合わせて必要に応じて添加液を添加する。攪拌後、予め設定した時間（例えば９０分程度）静置し、静置後の沈降汚泥相の容積ＳＶ２を測定する。静置中に、汚泥が浮上した場合は、測定データに浮上状態であることの印を付し、ＳＶ２＝100とする。
【００２０】
ＳＶ槽の沈降汚泥相の容積または高さの測定は、ＭＬＳＳ計のセンサーを、ＳＶ槽の深さ方向に移動させつつ汚泥濃度を測定し、ＳＶ槽内の汚泥濃度分布を求めることにより可能である。また、図３の装置のように、ＳＶ槽の下部出口に吸光光度計６を設け、排出定量ポンプ７などを使って、ＳＶ槽内の汚泥界面が乱れない程度の流速で、吸光光度計のセルの間を排出させつつ、吸光度の変化を測定し、排出流量と吸光度の変化から、汚泥相の位置や、汚泥相の濃度を特定することもできる。図４及び図５は、それぞれこの方法によるＳＶ槽の汚泥の沈降状態及び吸光度の変化を表す図である。ポンプを含め、全ての機器の作動や吸光度の測定データは、コンピュータ８で管理する。
図４（ａ）は硝酸イオンのない場合において、汚泥は浮上せず正常に沈降している状態、図４（ｂ）は硝酸イオンがやや多く存在する場合において、汚泥は完全に浮上しないまでも汚泥相のあいだに上澄み相が生成している状態、さらに図４（ｃ）は硝酸イオンが多く存在している場合において、汚泥は完全に浮上している状態である。
図５（ａ）は、図４（ａ）のＳＶ槽の混合液を排出したときの透過光の強度変化を示す図である。汚泥相通過時の透過光と上澄み相通過時の透過光には大きな変化があるので、コンピュータで解析することにより、容易に汚泥相の位置や状態が特定できる。
【００２１】
本実施形態では、１本のシリンダー状ＳＶ槽を使ってＳＶ１、ＳＶ２を測定した。ＳＶ１を測定した汚泥とＳＶ２を測定した汚泥は同一ではないが、ＳＶ１を測定後、ＳＶ２用の汚泥をサンプリングすれば、時間遅れは３０分程度なので、同一の汚泥と評価して支障ない。
もちろん２本のシリンダー状ＳＶ槽を使って、完全に同一の汚泥で測定してもよい。
また、第１の発明による測定方法では、１本のシリンダー状ＳＶ槽を用いて汚泥相の静置状態を乱すことなくＳＶ１を測定後、そのまま静置を継続してＳＶ２を測定してもよい。
【符号の説明】
【００２２】
１・・・・サンプリングポンプ
２・・・・ＳＶ測定槽（ＳＶ槽）
３・・・・添加液タンク
４・・・・添加ポンプ
５・・・・攪拌ポンプ
６・・・・吸光光度計
７・・・・排出定量ポンプ
８・・・・コンピュータ
１０・・・脱窒反応測定装置
【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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