(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下を含む、液体の硝化速度を測定する方法：
a)ｔ0時に液体サンプルを分離すること；
b)予定時間t1にて前記サンプル中に存在するアンモニア［NH3］1又はアンモニウム［NH4+］1の濃度を測定すること；
c)別液体サンプルを分離し、別の予定時間ｔ2後に前記別液体サンプル内に空気を導入すること；
d)ｔ3時に前記別液体サンプル中への空気導入を終了し、その別液体サンプルのpHを調整すること；
e)予定時間t4時に前記別サンプル中のアンモニア［NH3］2又はアンモニウム［NH4+］2の濃度を測定すること；そして
f)次式に従い液体の硝化速度を決定すること：
ＮＲ＝△［NH3］／△t又はNＲ＝△［NH4+］／△t
（式中、NRは硝化速度であり、△ｔはｔ3−ｔ2であり、△［NH3］は［NH3］1−［NH3］2であり、又は△［NH4+］は［NH4+］1−［NH4+］2である。）
【請求項２】
選択された間隔で工程a)−f)を繰り返し、硝化速度の変化を決定することを更に含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記アンモニア［NH3］の値がアンモニア選択性プローブにより決定される、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記アンモニウム［NH4+］の値がアンモニウムイオン選択性プローブにより決定される、請求項１記載の方法。
【請求項５】
定期的に前記アンモニア選択性プローブをキャリブレーションすることを更に含む、請求項３記載の方法。
【請求項６】
定期的に前記アンモニウムイオン選択性プローブをキャリブレーションすることを更に含む、請求項４記載の方法。
【請求項７】
前記液体が有機物質を含んでいる、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記有機物質の少なくとも一部がアンモニアを放出できる、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記液体が未濾過状態である、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記液体が廃水である、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
以下を含む、液体の硝化速度を測定する方法：
a)  ｔ0時に第１及び第２液体サンプルを分離すること、及び前記第２液サンプルに空気を導入すること；
b)  前記第１サンプル中に存在するアンモニア［NH3］1又はアンモニウム［NH4+］1の濃度を測定すること；
c)  ｔ1時に前記第２液体サンプル中への空気導入を終了すること；
d)  前記第２サンプル中に存在するアンモニア［NH3］2又はアンモニウム［NH4+］2濃度を測定すること；そして
e)  次式に従い液体の硝化速度を決定すること：
ＮＲ＝△［NH3］／△t又はNＲ＝△［NH4+］／△t
（式中、NRは硝化速度であり、△ｔはｔ1−ｔ0であり、△［NH3］は［NH3］1−［NH3］2であり、又は△［NH4+］は［NH4+］1−［NH4+］2である。）
【請求項１２】
選択された間隔で工程a)−d)を繰り返し、硝化速度の変化を決定することを更に含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
アンモニアの前記値がアンモニア選択性プローブにより決定される、請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
アンモニウムの前記値がアンモニウムイオン選択性プローブにより決定される、請求項１１記載の方法。
【請求項１５】
定期的に前記アンモニア選択性プローブをキャリブレーションすることを更に含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１６】
定期的に前記アンモニウムイオン選択性プローブをキャリブレーションすることを更に含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１７】
前記液体が有機物質を含んでいる、請求項１１記載の方法。
【請求項１８】
前記有機物質の少なくとも一部がアンモニアを放出できる、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
前記液体が未濾過状態である、請求項１１記載の方法。
【請求項２０】
前記液体が廃水である、請求項１１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は、液体中のNOx（硝酸塩（NO3）及び／又は亜硝酸塩（NO2））及び硝化／脱窒素化速度を測定するた、及びその処置をコントロールするための装置と方法に関する。
【０００２】
発明の背景
工業及び都市水処理設備のスラッジの中で用いられている微生物は、これら設備に於ける所望の水処理に関する汚染物質を分解し、又は軽減する。効果的な工程の性能及び制御には、微生物の活動度に関する情報の迅速且つ正確な評価が求められる。このことは、処理システム内に典型的に入ってくる物質及び汚染物が非常に多様であることから困難な作業であることが証明されている。また、日変動、週変動又は季節変動の様に処理対象の廃水量が変動することが、pHや温度、溶存酸素、栄養といった処理工程中にある数多くの重要因子を劇的に変化させ、それが適切な廃水処理に極めて有害になることがある。
【０００３】
各種生物学的栄養コントロール（BNR）工程が生化学的システム／設備／工程にしばしば利用されている。以後”BNR”は極めて一般的な意味、主に微生物を使用して栄養物を除去する生化学的工程の意味に使用される。当分野では、BNR工程に於いて廃水の様な液体中の汚染物質、特に炭素源（生化学的酸素要求量又はBODとして測定される）、アンモニア、硝酸塩、リン酸塩等が、嫌気的、無酸素的及び好気的（酸素的）段階にある活性化スラッジにより消化されることも知られている。嫌気的段階では、廃水は予備的沈殿工程を経て、あるいは経ずに返送活性化スラッジ（RAS）と混合され、以後時に“混合リカー”と称される。
【０００４】
もちろん廃水中の各種汚染物質を定量することは重要である。定量すべき重要汚染物質の一つは、NOx量である。それはNOx量を定量することが硝化及び脱窒素化工程に関する有益情報を提供するからである。また保持時間の様な各種パラメータの調整を容易にし、この重要な情報に対応してシステムを効率を上げるのにも硝化又は脱窒素化を決定することは重要である。
【０００５】
発明の要約
発明の１つの観点は、t0に於ける第１液体サンプルを分離すること；予定時間ｔ1に於ける第１サンプル中に存在するアンモニア［NH3］1の値を記録すること；別の予定時間ｔ2後に第２液体サンプルを分離し、この第２液体サンプル内に空気を導入すること；ｔ3に於いて第２液体サンプル中への空気導入を終了し、pHを調整すること；予定時間t4に於ける第２サンプル中のアンモニア［NH3］2値を記録すること；及び次式に従い液体の硝化速度を決定することを含む：
ＮＲ＝△［NH3］／△t
式中、NRは硝化速度であり、△tはｔ2−ｔ3であり、△［NH3］は［NH3］1−［NH3］2である。
【０００６】
発明の別の観点は、第１及び第２液体サンプルを分離し、ｔ0時に第２液体サンプルに空気を送り込み；ｔ1時に第１サンプル内に存在するアンモニア［NH3］1値を記録し、且つ第２サンプルへの空気の送り込みを終了し、ｔ2時に第２サンプル中に存在するアンモニア［NH3］2値を記録し；そして次式に従い液体の硝化速度を決定することを含む、液体に関する硝化速度を測定する別の方法を包含する：
ＮＲ＝△［NH3］／△t
式中、NRは硝化速度であり、△tはｔ1−ｔ2であり、△［NH3］は［NH3］1−［NH3］2である。
【０００７】
語“アンモニア”（［NH3］）及び“アンモニウム”（［NH4+］)は以後液相中のアンモニア濃度に関ししばしば互換的に使用される。それは、特定のpHでは水相中のアンモニア分子とアンモニウムイオン間には化学的平衡が存在するからである。この平衡はpH=9.25では、平衡定数１の次式で表される。
NH3＋H2O←→NH4+  ＋  OH-
【０００８】
アンモニア［NH3］及びアンモニウム［NH4+］の測定は、実質的に平衡状態にある限りは溶液のpH値に等しい。低値pH（pH<６）ではアンモニウム濃度［NH4+］を測定することが有利であるが、一方高値pH（pH>８）の場合はアンモニア濃度［NH3］を測定する方が有利である。本発明の考察ではしばしばアンモニア選択性プローブで測定された［NH3］をアンモニア濃度と称するが、低値pHではこれはアンモニウムイオン選択性プローブで測定された［NH4+］に置き換えることができると理解されている。発明は更に液体、特に廃水中のNOxを測定する方法を含む。この方法は濾過及び固形物除去に関するその他方法によりサンプルを調整する必要がないという点で他の分析法とは異なっている。この方法は、廃水サンプルを分離すること；サンプルのpH及び／又はイオン強度を予定時間間隔t1に関し設定されているレベルに調整すること；NOx選択的プローブを使いサンプル中に存在する［NOx］1の値を測定すること；別の予定時間間隔t2後にサンプル中に存在する［NOx］2の値を測定すること；次式に従い各予定時間間隔t1及びt2に関しサンプル中のNOx濃度を決定すること：
【数２】
0004365038.tif 000002
式中a及びbはNOxプローブの線形定数であり、mV測定値はNOxイオン選択プローブより得た値である；次式に従いNOx中の変化を決定すること：
△［NOx］＝［NOx］2−［NOx］1；及び
次式に従いサンプルのNOx濃度を決定すること：
［NOx］＝［NOx］1−（△［NOx］／△t）・t1
【０００９】
この発明の別の観点では、脱窒素化の速度が決定される。脱窒素化速度(DR)は次のようにして決められる：ｔ0時に液体サンプルを分離し；予定時間ｔ1にサンプル内に存在する［NOx］1の値を記録し；予定時間ｔ2にサンプル内に存在する［NOx］2の値を記録し；そして次式より液体の脱窒素化速度を決定する：
DR=△［NOx］／△t
式中△［NOx］は［NOx］1−［NOx］2であり、△t=t2−t1である。
【００１０】
発明の詳細な説明
BNR工程の運転を効率的に制御するためには、処置の嫌気的、無酸素的及び／又は酸素的段階に於ける微生物の生物学的活動に基づく特異的工程パラメータを制御する必要がある。廃水処置設備はしばしば、有機物負荷量の日周期変化の様な厳しい一過性条件に曝される。
【００１１】
BNR工程を適正に評価しコントロールするには、様々な環境及び条件下にあって、混合液体中のNOxやアンモニア量、硝化速度及び脱窒素化速度を正確且つ適宜評価することが必要である。
【００１２】
アンモニア及び／又はNOx、及び／又は硝化速度及び／又は脱窒素化速度を定量化するための装置は、WWTPのあらゆる段階、またはその組合せに利用できる。典型的なWWTPへの装置の組み込みは、図１に図示されている。NOx及び／又はアンモニア測定は、図１に示すシステム中いずれかのポイント又は部位にて行われ得る。これには、必要に応じ選択された段階内での複数測定部位が含まれる。典型的な廃水処理施設の嫌気、無酸素及び／又は好気段階に於ける装置の一般的応用及び利用について以下述べる。
【００１３】
廃水のサンプリングに適した装置の１実施態様を図２に示す。バイオリアクタータンク１（又は、あるいは廃水溝）は廃水２及び／又はスラッジを含む。検出装置はバイオリアクタータンク１の上に取り付けられ、廃水２に延びる。装置はワイヤー又はワイヤーレス接続22により随意コンピューター／モニター13に接続された中央制御及び分析ユニット20を含んでいる。同様に、中央制御及び分析ユニット20はワイヤー接続24により検出プローブ10にも接続している。モーター容器26も中央制御及び分析ユニット20と、接続ワイヤー28により接続している。電力はワイヤー接続28を開始モーター容器26に供給される。検出プローブ10は、検出チャンバー８内に設置されており、電気的に中央制御及び分析ユニット20に接続し、その配置に従い廃水サンプル中のアンモニア又はアンモニウムの量的変化、又はNOx濃度を検出する。低pHでは、好適アンモニウムイオン選択プローブ10はHACH又はNICO製のアンモニウムプローブである。中-高pHでは、好適アンモニア検出プローブもNICO又はHACH製のアンモニアガスプローブである。好ましいNO3及び／又はNO2イオン選択プローブは、NICOにより製造されている。もちろんその他装置も、それらが同一又は同様の検出能力を有する限りに於いて利用することができる。
【００１４】
随意のコンピューター／モニター13はパーソナルコンピューター等の様ないずれかの好適タイプのものでよい。装置52は、２個の容器（１つはアンモニア又はNOxキャリブレーション液を収容し、一つはpH調整液及び／又はイオン強度調整液を収容する）及び例えば各ポンプに対する供給装置から構成される。装置52は中央制御及び分析ユニット20とワイヤー54により接続されている。装置52はアンモニア又はNOxキャリブレーション及びpH調整液、及び／又はイオン強度調整液を、送り口55を通る接続チューブ53を使い検出チャンバー８内に送り込む。pH調整液、典型的には中から高pHに関しては塩基であり低pHに関しては酸である、は様々なpH変更液から選択される。塩基にはNaOH、KOH等が含まれる。酸にはHCl、酢酸等が含まれる。典型的にはAl2（SO4)3液、又はAl2(SO4)3液、Ag2SO4、H3BO3及びスルファミン酸の溶液であるイオン強度調整液は、廃水サンプルのイオン強度の調整に関する各種溶液から選択できる。装置52を図６に関して、以下詳細に記載する。
【００１５】
サンプリングユニット11は、実質的垂直にサンプリングユニットを上下に動かし廃水２の中に入れ、また外に出すことができる可動型キャリエジ30上に配置されている。可動型キャリエジ30の正確な構造は、サンプリングユニット11が好ましい能力又は運動性を達成している限りに於いては重要ではない。
【００１６】
検出プローブ10は検出チャンバー８内に配置された検出末端を有している。検出チャンバー８は開口部66及びガイドチャンネル34に沿って垂直に上限に動き、そして開口部66を閉鎖又は密封する、近接する可動型カバー32を持つ。
【００１７】
図３は、廃水のサンプルリングに適した装置の別の実施態様を示している。図３に示す実施態様は、別のサンプリング能力を提供するための装置が提供されている以外は図２に示すものと同様である。具体的には、プローブ10を持つ追加検出チャンバー８が図２に示された検出チャンバー／プローブ配置の近くに設置されている。当然、追加の接続が制御及び分析ユニット20に提供され、そして装置52により液が供給される。
【００１８】
図４は検出末端50Aを持つ検出プローブ10Aを有する検出チャンバー８を示す。検出プローブ10Aはアンモニア、アンモニウム又はNOx検出プローブである。検出チャンバー８は検出末端50Bを有する光学検出プローブ10Bも持つ。光学検出プローブ10BはpHプローブである。検出チャンバー８は更に送り口55A及び55Bを持つ。送り装置52はpH調整液及び／又はイオン強度調整液を、送り口55Bを通し検出チャンバー８内に送る。送り装置52はアンモニア又はNOxを送り口55Aを通し検出チャンバー８内に送る。プロペラ48は検出チャンバー８内に位置しており、プローブ10A及び10Bが作動中にサンプルを攪拌、又は振盪する。カバー32は開放位置にあるが、閉鎖時には開口部66を覆う。
【００１９】
プロペラ48は同軸管102、104及び106によりモーター容器26に接続している。アダプター108及びスラスト軸受けスリーブ112はその中に含まれており、中央の管104に接続している。外側の管102はベース101に取り付けられている。アダプター108は直線作動モーターのモーターの方向に依存しカバーを開放又は閉鎖するスレッドロッドに結合している。中央管上に導入されたドラグが、直線作動モーター116がスレッドロッド110を回転させるのに必要なトルク量を超えた時だけ中央管104は同軸性に移動する。このドラグは中央管104及び／又は中央管104に接するブッシングあるいはその他のハードウエアーに結合したプロペラ48によって導入できる。スラスト軸受けスリーブ112は、カバー32閉鎖時に中央管106の軸張力をもたらすベアリング114を有している。ベアリング114は中央管104を中央管106とは独立に開店させ、且つ管104の軸運動を中央管106に伝える。外管102は内部部品を保護しながら、ベース101及びチャンバー８の両方を支えている。チャンバー８は実質的には外管102に密着しており、カバー32はチャンバー８に対し引かれた場合チャンバー８内部の空間は密閉される。
【００２０】
直線作動モーター116はスレッドロッド110を一方向に回転させながら、下方に移動させ、カバー32を押しながら開ける。ナット118がトラスト軸受け119に達すると、スレッドロッド110はもはや軸方向に移動することは無く、これが中央管104をモーターの速度に実質適合させる。次にチャンバー８は開放位置となり、プロペラ48はチャンバー８の内外間で液体の交換を行う。
【００２１】
直線作動モーター116が逆方向に回転すると、スレッドロッド110は上方向に移動し、カバー32を引き上げ閉じる。チャンバー８が閉じると、スレッドロッド110の軸運動は中管104の張力により阻止される。それにより中管104はモーター106と同一速度で回転する様になる。こうしてチャンバー８は閉鎖位置に納まり、液はプロペラ48により一定に回転されながらチャンバー内に留められる。
【００２２】
図５は、追加の光学検出プローブを含むチャンバー８の配置に関する別の実施態様を示す。その他の構成要素は図４に同じである。光学的検出プローブ10Cは検出末端50を持つ。光学的検出プローブ10Cは溶存酸素プローブである。これは中央制御及び分析ユニット20に、接合路24Cを介して接続している。
【００２３】
図６を参照すると、装置52は全システムのその他構成要素に各種溶液を正確に分注するように組み立てられている。装置52はハウジング198を含み、１個のみ又は２個以上の溶液容器を含む様に配置されているが、２個の溶液容器200及び202を完全に含んでいる。容器200と202はそれぞれ各溶液容器とポンプ送りライン208と210で接続する溶液ポンプ204と206を持っている。ポンプ送りラインは、ハウジング198を通り延びる鋭利な、又は針型の装置212及び214が装着されていることが好ましい。
【００２４】
各溶液容器は、針又は鋭利な用具で貫通可能なプラスチック材料で好ましく作られており、従って溶液容器が針の上に乗ってくると、針が容器に孔を開け、溶液へのアクセスを提供する。最適には、容器は溶液内の溶液が針用具に向かって自然に流れる様な形状である。
【００２５】
測定目的に関しては、溶液が未汚染状態を維持し、その濃度を正確に保つことが重要であることから、それらが密封されていることが重要である。しかし、容器を空にする場合には、溶液を除いた時に容器内に生じる空間を空気で満たす手段を提供することが特に好ましい。これは様々な手段で達成されるが、針型装置216及び218を使って溶液容器200及び202に孔を開け、溶液容器内部に空気が出入りできる様にすることが特に好ましい。針型装置216と218は空気ライン230及び232に接続している。
【００２６】
それぞれ溶液容器の容器に接続された各ポンプ204及び206は制御及び分析ユニット20（図６中未提示）にライン222及び224により接続されている。ポンプ204及び206はまた検出チャンバー８（図６未提示）に、送液ライン226及び228により接続され、一定時間に検出チャンバー８内に計量された量又は正確な量の溶液が送り込まれる。
【００２７】
当然、容器内の溶液は多様である。しかし、好ましい溶液は塩化アンモニウム又は亜硝酸ナトリウムである。pH及び／又はイオン強度調整液もまた容器内に保持できる。その他液も具体的目的に合わせ利用されるだろう。当然、溶液濃度は目的に合わせ変わるだろう。
【００２８】
多くの場合、NOxは廃水中の汚染物質の主要部分である。従って、即時的に廃水中のNOxを迅速かつ簡便に測定できる方法は、非常に有益である。従って、発明の観点の一つは、廃水中のNOx量を測定することである。これは、廃水サンプルを分離すること；予定時間間隔t0のサンプルのpH及び／又はイオン強度を調整すること；NOx選択的プローブを使い予定時間t1のサンプル中に存在するNOx値を測定すること；別の予定時間間隔t2後のサンプル中に存在するNOx値を測定すること；次式に従い各予定時間間隔t1及びt2のサンプル中のNOx濃度を決定すること：
【数３】
0004365038.tif 000003
式中a及びbはNOxプローブの線形定数であり、mV測定値はNOxイオン選択プローブより得た値である；次式に従いNOx中の変化を決定すること：
△［NOx］＝［NOx］2−［NOx］1；及び
次式に従いサンプルのNOx濃度を決定すること：
［NOx］0＝［NOx］1−（△［NOx］／△t）・（t1-t0）
【００２９】
この方法は図７に示す流れ図の上部に示されている。
【００３０】
NOx分析装置は図７に示すブロック流れ図の下部及び以下の方法によりキャリブレーションできる：
a)  廃水処理タンクから混合液体サンプルを集め、NOx濃度を測定した後処理タンクにサンプルを廃棄しない事を除き、上記同様のNOx分析にかける。［NOx］1や［NOx］2、mV1、mV2、△［NOx］／△tといったパラメータ及び中間結果はキャリブレーション工程での利用のためにセーブされる。
b)  NOx濃度を測定した後、硝酸又は亜硝酸液の予定量をサンプル容器内に注入し、容器内のNOx濃度を△［NOx］c1（例えばサンプリングチャンバーの容積を500mlとした場合、△［NOx］c1=1ppmに相当する1000ppmのNaNO3又はNaNO2溶液0.5ml）だけ上げる。
c)  t3秒待機し、プローブからの第３mV値［mV3］を読みとる。
d)  キャリブレーション液の第２注入を行い、NOx濃度を△［NOx］c2、（例えば第１注入キャリブレーション液を考慮に入れ、△［NOx］c2=5ppmに相当する1000ppmのNaNO3又はNaNO2液2.0ml）に上げる。
e)  t4秒待機し、プローブからの第4mV値［mV4］を読みとる。
f)  次式を利用してNOx、a及びbの線形定数を計算する：
log［NOx］0−（［NOx］／△t）・(t3−to）＋△［NOx］c1、＝a・mv3＋ｂ
log［NOx］0−（［NOx］／△t）・(t4−to）＋△［NOx］c2、＝a・mv4＋ｂ
g)  新たに得たa及びbを使ってmV0から［NOx］0を計算する。もし新たに算出された［NOx］0が実質元の［NOx］0に一致する場合、計算は成功したたと考え、新しく算出された［NOx］0を使いキャリブレーションを繰り返す。［NOx］0jと［NOx］0j+1との差が許容される予定域内にある場合、計算は終了したと考える。
h)  サンプルを処理タンクに放出し、新しい測定サイクルを開始する。
i)  NOx分析装置のキャリブレーションは、測定サイクル毎、或いは毎日実施できる。デフォルトのキャリブレーション頻度は１日１回が好ましい。
【００３１】
硝化速度を決定することはまた更に有益である。発明によるこれら決定を行うには２つの好適な方法がある。第１の実施態様では、方法は次を含む：
a)  予定時間ｔ0にて第１サンプルを分離すること；
b)  予定時間t1のサンプル中に存在するアンモニア［NH3］1又はアンモニウム［NH4+］1の濃度を測定し、第１サンプルを処理タンクに放出すること；
c)  別の予定時間ｔ2に第２液体サンプルを分離し、この第２液体サンプル内に空気を導入すること；
d)  ｔ3時に第２液体サンプル中への空気導入を終了し、pHを調整すること；
e)  予定時間t4時に第２サンプル中のアンモニア［NH3］2値又はアンモニウム［NH4+］2値を記録すること；そして
f)  次式に従い液体の硝化速度を決定すること：
ＮＲ＝△［NH3］／△t又はNＲ＝△［NH4+］／△t
式中、NRは硝化速度であり、△ｔはｔ3−ｔ2であり、△［NH3］は［NH3］1−［NH3］2であり、又は△［NH4+］は［NH4+］1−［NH4+］2である。
【００３２】
本法は図10の流れ図に概要が示されている。
２つのサンプリング単位を利用する（図３の如く）第２の実施態様でや、方法は以下を含む：
a)  ｔ0時に第１及び第２液体サンプルを分離し、第２液体サンプルに空気を送り込むこと；
b)  第１サンプル内に存在するアンモニア［NH3］1又はアンモニウム［NH4+］濃度を測定すること；
c)  t1時に第２サンプル内への空気の送り込みを終了すること；
d)  第２サンプル中に存在するアンモニア［NH3］2濃度を測定すること；そして
e)  次式に従い液体の硝化速度を決定すること：
ＮＲ＝△［NH3］／△t又はNＲ＝△［NH4+］／△t
式中NRは硝化速度であり、△tはｔ1−ｔ0であり、△［NH3］は［NH3］1−［NH3］2であるか、又は△［NH4+］は［NH4+］1−［NH4+］2である。
【００３３】
この方法の概要は図９の流れ図に示されている。
測定モデル中のアンモニア分析装置の好適手順は以下の通りである：
a)  廃水処理タンクから混合液体サンプルを採取する。
b)  pH調整液を注入し水相のpHを約12.0にする。これは、規定量又はpHプローブを用いたフィードバックコントロールにより実施される。これは０時間、t0として記録される。
c)  t1秒待機し、プローブからの第１mV1を読みとる。
d)  t2秒待機し、プローブからの第２mV2を読みとる。
e)  次式を用い、a及びbがアンモニアプローブの線形である場合のmV1及びmV2よりアンモニア濃度を計算する。
【数４】
0004365038.tif 000004
f)  サンプルより放出されたNHxの量は以下より計算される：
△［NH3］／△t＝（［NH3］2−［NH3］1）／（t2−t1）
g)  サンプルのアンモニア濃度は以下より計算される：
［NH3］0＝［NH3］1−（△［NH3］／△t）・（t1-t0）
h)  アンモニア濃度測定後、サンプルを処理タンク内に放出し、新たにサンプルをとって次の分析を行う。
【００３４】
アンモニア分析は、以下の方法に従い好ましくキャリブレーションされる：
a)  廃水処理タンクから混合液体サンプルを集め、アンモニア濃度を測定した後にサンプルを処理タンクに放出しない事を除き、上記同様にしてアンモニア分析を行う。［NH3］1、［NH3］2、mV1、mV2、△［NH3］／△tの様なパラメータ及び中間結果は、キャリブレーション工程での利用のためにセーブされる。
b)  アンモニア濃度測定後、規定量のアンモニア液をサンプル容器内に注入し、容器内のアンモニア濃度を△［NH3］c1、（例えばサンプリングチャンバーの容積を500mlとした場合、1000ppmのNH4Cl-N液0.5ml、又は△［NH3］c1=1ppmに相当するNH4Cl-N液）に上げる。
c)  t3秒待機し、プローブからの第３mV値［mV3］を読みとる。
d)  キャリブレーション液の第２注入を行い、NH3濃度を△［NH3］c2、（例えば第１注入キャリブレーション液を考慮に入れ、△［NH3］c2=5ppmに関し1000ppmのNH4Cl-N液を2.0ml）に上げる。
e)  t4秒待機し、プローブからの第４mV値［mV4］を読みとる。
f)  次式を利用してアンモニア、a及びbの線形定数を計算する：
log［NH3］0−（［NH3］／△t）・(t3−to）＋△［NH3］c1、＝a・mv3＋ｂ
log［NH3］0−（［NH3］／△t）・(t4−to）＋△［NH3］c2、＝a・mv4＋ｂ
g)  新たに得たa及びbを使ってmV0から［NH3］0を計算する。もし新たに算出された［NH3］0が実質元の［NH3］0に一致する場合、計算は成功したたと考え、新しく算出された［NH3］0を使いキャリブレーションを繰り返す。［NH3］0jと［NH3］0j+1との差が許容される予定域内にある場合、計算は終了したと考える。
h)  サンプルを処理タンクに放出し、新しい測定サイクルを開始する。
【００３５】
アンモニア分析装置のキャリブレーションは、測定サイクル毎、或いは毎日実施できる。デフォルトのキャリブレーション頻度は１日１回が好ましい。
【００３６】
脱窒素化速度（DR)を決定することもまた有益である。DRの決定はNOxの濃度に依存する。これは図８の流れ図に示す本法により計算される。方法は次を含む：
a)  予定時間ｔ0にて液体サンプルを分離すること；
b)  予定時間t1のサンプル中に存在するNOx（［NOx］1）濃度を測定すること；
c)  予定時間ｔ2時に第２液体サンプル中に存在するNOx（［NOx］2）濃度を測定すること；
d)  次式に従い液体の脱窒素化速度を決定すること：
DＲ＝△［NOx］／△t
式中、△［NOx］は［NOx］1−［NOx］2であり、△t＝ｔ2−ｔ1である。
【００３７】
廃水処理工程のモニタリング及び制御に於ける窒素化速度を決定する１つの実務的応用は、バイオリアクターの運転を評価し、そして最適化することである。NRが即時的なベースで測定されている場合には、その情報は次の事について答えるだろう：
1)活性化スラッジが硝化能力を持っているか、即ちバイオマス中に硝化細菌が存在するか。NR値が低値又は０であることは、バイオマス中の硝化細菌の数が少ないか又は無いことを意味しており、NR値が高いことは適切な硝化工程を意味する。
2)設備への現行廃水負荷量に於いて、どの程度の硝化が達成されているのか？NRを決定すれば、栄養負荷量に基づいて適切にアンモニアが除去されるのに必要な時間を計算することができる。硝化が適切に実施されていれば、この硝化に必要な時間はバイオリアクター中の現行の水力学的滞留時間で表すことができる。
3)所望の硝化を得るために必要な最適な通気速度はどれだけであろうか？NR値から計算された空気供給量が硝化工程に必要とされる真の空気量に一致した時、最適空気供給速度に達することができる。過剰通気はバイオマスを劣化し、エネルギーを浪費させるが、通気量不足は不適切な廃水処理をもたらすだろう。いずれの場合も、制御パラメータの１つとしてNRにより適切に通気制御することで避けることができる。
4)所望の硝化を得るために必要なバイオリアクター中のバイオマスの最適平均細胞滞在時間（MCRT）はどれだけであろうか？硝化細菌数はNR値から算出することができる。オペレーターはこの算定値を使利用し、バイオマス中の硝化細菌について望まれる増殖に適した適切な平均細胞滞在時間（MCRT)を決定することができる。MCRTは、活性化スラッジの消耗をコントロールするのに利用できる。
5)バイオリアクターを維持して硝化を達成するのに必要なバイオマス濃度のレベルはどれだけであろうか？NR値が高いことは、硝化細菌の数が多いことを意味し、施設はより低いバイオマス濃度を利用しても硝化を達成することができるのに対し、NR値が低い場合にはバイオリアクター中のバイオマス濃度をより高く維持することが求められる。
6)廃水処理設備のオペレーターは、NRを測定することで既存設備でどれだけの廃水量を処理できるか算定することもでき、設備拡張又は改良を立案することができる。
【００３８】
脱窒素化速度、DRは廃水処理工程中の生物学的脱窒素のモニタリング及び制御に利用することができる。DRが即時ベースに測定される場合、その情報は次の事に答えることができる：
1)バイオリアクターの脱窒素能力はどれだけであろうか？測定されたDR値、無酸素ゾーンへの硝酸塩負荷、無酸素ゾーン中の水力学的滞留時間、及び望まれる脱窒素の程度に関する情報に基づき、設備が処理できる廃水量を算定することができる。
2)無酸素ゾーンに関する最適内部循環速度はどれだけであろうか？無酸素ゾーンへの硝酸塩負荷は、脱窒素内部循環の位置関係に関する図１を参照すると、基本的にはバイオリアクターの嫌気ゾーンの末端にある硝化混合液の内部循環に由来している。DRをしることで、正確に内部循環を制御でき、それにより無酸素ゾーンを完全に利用でき、過剰循環を原因とするポンプエネルギーの無駄を省くことができる。
3)最適脱窒素化達成を制限している要素はあるか？DRを測定することで炭素栄養及び硝酸塩負荷に関する脱窒素活性を評価することができる。DRが低いほど炭素栄養としての内部脱窒素が制限されていることを示している。炭素栄養負荷の増加は脱窒素工程を促進する。一方DRが高い封土、脱窒素工程は活発であると考えられる。内部循環の増加は、廃水流からの全窒素除去を向上させる。
【００３９】
この発明は、もとよりこれに限定されるものではないが、廃水精製（都市廃水、工業廃水等）、製薬／バイオテクノロジー製造、醸造、発酵又は微生物の純粋あるいは混合集団を含むその他工程を含む微生物学的工程に応用でき得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、発明の実施態様を利用した典型的な廃水処理工程の略図であり、システム全体を通し検出器が設置できる多くの部位が示されている。
【図２】  図２は、バイオリアクタータンクのモニターに利用される発明の装置の実施態様に関する立面図を示す。
【図３】  図３は、バイオリアクタータンクのモニターに利用される発明の装置の別の実施態様に関する立面図を示す。
【図４】  図４は、発明の観点による廃水サンプリング装置の、部分的に断片である展開図を示す。
【図５】  図５は、発明の別の実施態様による廃水サンプリング装置の、部分的に断片である展開図を示す。
【図６】  図６は、発明の観点による液体分配機の、部分的に断片である概略図を示す。
【図７】  図７は、発明の観点によるNOxを測定する方法、及びNOx分析装置をキャリブレーションする方法のブロック図である。
【図８】  図８は、廃水の脱窒素化速度を決定する方法のブロック図である。
【図９】  図９は、廃水の硝化速度を決定する方法のブロック図である。
【図１０】  図１０は、廃水の硝化速度を決定する別の方法のブロック図である。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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