(57)【要約】【課題】曝気槽の流下方向に沿って、複数箇所の汚泥と排水の混合液の酸素消費速度を測定し、酸素消費速度の分布から曝気槽の状態を判断する曝気槽の監視方法において、標準に設定した分布との比較を用いるため季節変動による温度変化や流入負荷の性状により微生物の活性状態が変化したとき、曝気槽の状態を正しく判断できないという課題があった。【解決手段】複数の酸素消費速度が一致した状態を無負荷と判断し、その無負荷状態と判断した酸素消費速度の値を内生呼吸の酸素消費速度として記憶し、この記憶した内生呼吸の酸素消費速度と複数箇所で測定した酸素消費速度を比較し、曝気槽の状態を判断する。【選択図】図１
2009039640.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
曝気槽の流下方向に沿って、複数箇所の汚泥酸素消費速度を測定し、測定した複数の酸素消費速度が一致した場合を無負荷状態と判断し、その無負荷状態と判断した酸素消費速度の値を内生呼吸の酸素消費速度として記憶し、この記憶した内生呼吸の酸素消費速度と、前記測定した複数箇所の酸素消費速度を外部に表示する曝気槽の監視方法。
【請求項２】
曝気槽の流下方向に沿って、複数箇所の汚泥の酸素消費速度を測定し、測定した複数の酸素消費速度が一致した場合を無負荷状態と判断し、その無負荷状態と判断した酸素消費速度の値を内生呼吸の酸素消費速度として記憶し、この記憶した内生呼吸の酸素消費速度と複数箇所で測定した酸素消費速度から曝気槽の状態を判断して外部に表示する曝気槽の監視方法。
【請求項３】
測定した酸素消費速度の値が記憶している内生呼吸の酸素消費速度の値より低いとき、測定した酸素消費速度の値を内生呼吸の酸素消費速度として更新することを特徴とする請求項１又は２記載の曝気槽の監視方法。
【請求項４】
内生呼吸の酸素消費速度は、無負荷状態と判断した場合の複数箇所の酸素消費速度のうち曝気槽の流下方向に沿って最下流部の酸素消費速度とすることを特徴とする請求項１又は２記載の曝気槽の監視方法。
【請求項５】
曝気槽の状態は、記憶している内生呼吸の酸素消費速度と複数箇所の酸素消費速度を比較して内生呼吸内生呼吸への遷移の位置を特定し、この位置により曝気槽の処理状態を判断して表示することを特徴とする請求項２記載の曝気槽の監視方法。
【請求項６】
内生呼吸への遷移の位置は、内生呼吸の酸素消費速度と酸素消費速度の値が一致する最上流部の位置とする請求項５記載の曝気槽の監視方法。
【請求項７】
曝気槽の状態は、最上流部の酸素消費速度と記憶している内生呼吸の酸素消費速度の差分により曝気槽に流入している負荷状態を判断して表示することを特徴とする請求項２記載の曝気槽の監視方法。
【請求項８】
曝気槽の状態は、内生呼吸の酸素消費速度の記憶時に温度を測定し、予め測定した温度と内生呼吸の酸素消費速度の関係から汚泥の活性状態を判断して表示することを特徴とする請求項２記載の曝気槽の監視方法。
【請求項９】
曝気槽の状態を文字で表示することを特徴とする請求項２記載の曝気槽の監視方法。
【請求項１０】
曝気槽の状態を図で表示することを特徴とする請求項２記載の曝気槽の監視方法。
【請求項１１】
酸素消費速度と同時に温度を測定し、予め測定した温度と酸素消費速度の関係式から内生呼吸の酸素消費速度を補正することを特徴とする請求項１又は２記載の曝気槽の監視方法。
【請求項１２】
酸素消費速度と同時にＭＬＳＳを測定して酸素利用速度係数を算出し、酸素利用速度係数を酸素消費速度の代わりに用いて行う請求項１又は２記載の曝気槽の監視方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排水処理施設において、下水道や工場などから排出される有機物を含んだ被処理水である排水を微生物によって酸化分解処理する主要処理工程である曝気槽の監視方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、下水処理場や事業所等の排水処理施設での有機性排水処理は、活性汚泥法を用いた微生物の酸化分解処理によりなされている。
【０００３】
この処理において、汚泥中の微生物（細菌、原生動物など）は排水中の有機物を生物活動に必要なエネルギー源として体内に取り込んで浄化し、酸素を消費しながら取り込んだ有機物を二酸化炭素と水に分解する。
【０００４】
微生物は様々な要因により有機物の分解特性が変化するため、連続かつ安定に処理を行うには適正な曝気槽の運転管理を行う必要がある。
【０００５】
排水処理における管理対象の項目としては、溶存酸素濃度（ＤＯ）、ｐＨ、酸化還元電位、汚泥濃度（ＭＬＳＳ）が代表的であり、これら以外に、水温、流入水量、汚泥沈降率なども測定さる。管理者はこれらの変化を監視しながら適正値になるよう曝気風量や汚泥濃度、流入負荷量、薬剤注入量などを調整し曝気槽を運転管理している。
【０００６】
ところで、近年の社会的背景により、排水処理分野において環境負荷低減・コスト低減の両立のさらなる追及が求められており、公共下水処理分野では複数の管理項目を同時に測定して最適な運転条件をモデル計算し、曝気槽を自動管理する高度な計測制御技術や、情報インフラによって遠隔地の処理場を一箇所で集中管理する遠方監視技術の導入が進みつつある。
【０００７】
しかし、このような計測制御技術は食品工場などの事業系排水処理分野に適用されている例は少ない。その理由として、事業系排水処理施設ではこのような高度な技術を導入する為のコストが捻出できない為と、公共下水処理に比べ操業状況により流入負荷量の変動差が大きく、上記の計測制御技術をもってしても適用が困難なことである。
【０００８】
さらに、事業系の排水処理施設の管理者は長年培ってきたノウハウがあり、過去に開発された計測制御技術が不完全であった経験により、排水処理の自動化に対して抵抗があり、導入が進まない遠因ともなっている。
【０００９】
よって、事業系の排水処理施設ではほとんどの処理場において管理者を常時配置して手動により管理しており、常時配置できない場合は安全をみて曝気風量を多めに設定するか、流入負荷を低めに設定して運転効率が低い状況となっている。
【００１０】
このような状況に対して、排水処理の完全自動化を行うのではなく、計測と制御を切り離し、まず、管理者が計測したデータを解析して曝気槽内の状態を判断しやすいように視覚化して表示する方法や、さらに曝気槽の状態の判断まで行って管理に不慣れな管理者を支援できる方法など曝気槽の監視技術の高度化が求められている。
【００１１】
最も基本的な曝気槽の監視技術は曝気槽の溶存酸素濃度を連続計測して曝気槽の状態を表示する方法である。曝気槽の溶存酸素濃度は、曝気槽への酸素供給速度と曝気槽内の汚泥の酸素消費速度の比を表しており、酸素供給速度が一定であれば、汚泥の酸素消費速度により増減する。
【００１２】
また、酸素消費速度は負荷の有無大小により変化し、溶存酸素濃度もこれに合わせて変化するので、連続的に溶存酸素濃度の時間変化を計測することにより曝気槽の負荷状態を視覚的に把握することができる。
【００１３】
しかし、このような最も基本的な溶存酸素濃度による曝気槽の監視技術は、曝気槽への酸素供給速度が常に一定であるという仮定に基づいており、この仮定が成り立たないと正しく曝気槽の状態を把握できない。曝気槽の酸素供給能力は総括酸素移動容量係数（ＫＬａ）で表されるが、この値は汚泥の濃度や散気管の目詰まり等の影響により変化し一定ではない。また、測定もかなりの手間と労力を要するため、曝気槽が稼動中に総括酸素移動容量係数を計測して補正することは困難である。
【００１４】
そこで、溶存酸素濃度を用いた曝気槽の監視方法に対し、汚泥の酸素消費速度（Ｒｒ）を直接測定する方法が提案されている。この方法は、汚泥の酸素消費速度と負荷量に相関があることを利用しており、酸素消費速度の計測値から負荷量を推定して表示するものである。この方法によれば総括酸素移動容量係数の変動の影響を除外して、曝気槽に流入する負荷の変化を得ることができる。
【００１５】
しかし、この方法では酸素消費速度の良否を判断する基準が明確でない為、相対的な負荷の大小を知るに留まり、曝気槽の状態を判断することまではできない。そこで、酸素消費速度から曝気槽の状態を判断する方法として、流下方向に沿って複数箇所の酸素消費速度から曝気槽の処理状態を判断して表示する曝気槽の監視方法が提案されている（例えば特許文献１、２参照）。
【００１６】
この方法では、負荷が連続的に流入、流出する押し出し流れ型の活性汚泥法において、酸素消費速度は上流から下流にかけて減少していく分布を示すことを利用し、曝気槽における流下方向の酸素消費速度の分布を測定し、予め設定した標準の酸素消費速度の分布と計測した酸素消費速度の分布を表示して比較することにより曝気槽の状態の良否を判断するものである。
【特許文献１】特開昭６１−８６６２号公報
【特許文献２】特開昭６３−１５６５９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、上記従来の特許文献１及び２に記載の方法は、あらかじめ設定した標準の酸素消費速度の分布との比較という方法で曝気槽の状態を表示し、かつ判断するものであるが、汚泥の酸素消費速度は負荷以外にも季節変動による温度変化や流入負荷の性状により活性状態が変化するため標準の酸素消費速度の分布自体も変動して一義的に定義できるものではないため、判断の基準が信頼できず曝気槽の状態を正しく表示かつ判断できないという課題があった。
【００１８】
そこで本発明は、判断の基準となる内生呼吸の酸素消費速度を、汚泥の活性状態の変化を反映した無負荷状態の酸素消費速度として表示することにより、排水処理施設の管理者が曝気槽の処理状態、負荷状態、及び汚泥の活性状態の変化等を視覚的に把握できる曝気槽の監視方法を実現することを目的とする。
【００１９】
さらに、曝気槽の状態を判断して表示することにより、不慣れな管理者でも曝気槽の状態を適切に把握することができる曝気槽の監視方法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】
【００２０】
本発明は上記目的を達成するため、曝気槽の流下方向に沿って、複数箇所の汚泥と排水の混合液の酸素消費速度を測定し、測定した複数の酸素消費速度が一致した場合を無負荷状態と判断し、その無負荷状態と判断した酸素消費速度の値を内生呼吸の酸素消費速度として記憶し、この記憶した内生呼吸の酸素消費速度と、前記測定した複数箇所の酸素消費速度を外部に表示するものである。
【００２１】
また、曝気槽の流下方向に沿って、複数箇所の汚泥と排水の混合液の酸素消費速度を測定し、測定した複数の酸素消費速度が一致した場合を無負荷状態と判断し、その無負荷状態と判断した酸素消費速度の値を内生呼吸の酸素消費速度として記憶し、この記憶した内生呼吸の酸素消費速度と複数箇所で測定した酸素消費速度から曝気槽の状態を判断して外部に表示するものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、判断の基準となる内生呼吸の酸素消費速度を、汚泥の活性状態の変化を反映した無負荷状態の酸素消費速度として表示することにより、排水処理施設の管理者が曝気槽の処理状態、負荷状態、及び汚泥の活性状態の変化等を視覚的に把握できる曝気槽の監視方法が得られる。
【００２３】
さらに、汚泥の活性状態の変化を反映した基準により曝気槽の状態を判断して表示でき、不慣れな管理者でも曝気槽の状態を適切に把握することができる曝気槽の監視方法が得られる。
【００２４】
このように、本発明の曝気槽の監視方法により排水処理施設の環境負荷低減・コスト低減の両立を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の第１の実施の形態による曝気槽の監視方法は、曝気槽の流下方向に沿って、複数箇所の汚泥と排水の混合液の酸素消費速度を測定し、測定した複数の酸素消費速度が一致した場合を無負荷状態と判断し、その無負荷状態と判断した酸素消費速度の値を内生呼吸の酸素消費速度として記憶し、この記憶した内生呼吸の酸素消費速度と、前記測定した複数箇所の酸素消費速度を外部に表示するものである。
【００２６】
本実施の形態によれば、判断の基準を汚泥の活性状態の変化を反映した無負荷状態での酸素消費速度とすることにより、曝気槽の状態を適切に表示することができる。
【００２７】
本発明の第２の実施の形態は、曝気槽の流下方向に沿って、複数箇所の汚泥と排水の混合液の酸素消費速度を測定し、測定した複数の酸素消費速度が一致した場合を無負荷状態と判断し、その無負荷状態と判断した酸素消費速度の値を内生呼吸の酸素消費速度として記憶し、この記憶した内生呼吸の酸素消費速度と複数箇所で測定した酸素消費速度から曝気槽の状態を判断して外部に表示するものである。
【００２８】
本実施の形態によれば、曝気槽の状態の判断結果が表示されるため、見ただけで曝気槽の状態を適切に把握することができる。
【００２９】
本発明の第３の実施の形態は、測定した酸素消費速度の値が記憶している内生呼吸の酸素消費速度の値より低いとき、測定した酸素消費速度の値を内生呼吸の酸素消費速度として更新するものである。
【００３０】
本実施の形態によれば、無負荷状態にもかかわらず汚泥の内部に負荷が残存している場合であっても内生呼吸の酸素消費速度を正しく得るができる。
【００３１】
本発明の第４の実施の形態は、内生呼吸の酸素消費速度は、無負荷状態と判断した場合の複数箇所の酸素消費速度のうち曝気槽の流下方向に沿って最下流部の酸素消費速度とするものである。
【００３２】
本実施の形態によれば、複数箇所の内生呼吸の酸素消費速度の一致を判断する場合において、許容誤差を設定しても内生呼吸の酸素消費速度を正しく選択することができる。
【００３３】
本発明の第５の実施の形態は、曝気槽の状態は、記憶している内生呼吸の酸素消費速度と複数箇所の酸素消費速度を比較して内生呼吸への遷移の位置を特定し、この位置により曝気槽の処理状態を判断して表示するものである。
【００３４】
本実施の形態によれば、曝気槽の処理状態が適正か、過剰か、不足なのか判断することができる。
【００３５】
本発明の第６の実施の形態は、内生呼吸への遷移の位置は、内生呼吸の酸素消費速度と酸素消費速度の値が一致する最上流部の位置とするものである。
【００３６】
本実施の形態によれば、内生呼吸への遷移の位置を特定することができる。
【００３７】
本発明の第７実施の形態は、曝気槽の状態は、最上流部の酸素消費速度と記憶している内生呼吸の酸素消費速度の差分により曝気槽に流入している負荷状態を判断して表示するものである。
【００３８】
本実施の形態によれば、曝気槽の負荷の有無大小を視覚的に判断することができる。
【００３９】
本発明の第８の実施の形態は、曝気槽の状態は、内生呼吸の酸素消費速度の記憶時に温度を測定し、予め測定した温度と内生呼吸の酸素消費速度の関係から汚泥の活性状態を判断して表示するものである。
【００４０】
本実施の形態によれば、温度変化の影響を除外して汚泥の活性状態を判断することができる。
【００４１】
本発明の第９の実施の形態は、曝気槽の状態を文字で表示するものである。
【００４２】
本実施の形態によれば、施設の管理者が曝気槽の状態が適正かどうか容易に確認することができる。
【００４３】
本発明の第１０の実施の形態は、曝気槽の状態を図で表示するものである。
【００４４】
本実施の形態によれば、施設の管理者が曝気槽の状態が適正かどうか容易に確認することができる。
【００４５】
本発明の第１１の実施の形態は、酸素消費速度と同時に温度を測定し、予め測定した温度と酸素消費速度の関係式から内生呼吸の酸素消費速度を補正するものである。
【００４６】
本実施の形態によれば、酸素消費速度の温度変化による影響を除外して、より正確に内生呼吸の酸素消費速度を得ることができる。
【００４７】
本発明の第１２の実施の形態は、酸素消費速度と同時にＭＬＳＳを測定して酸素利用速度係数を算出し、酸素利用速度係数を酸素消費速度の代わりに用いて行うものである。
【００４８】
本実施の形態によれば、汚泥の濃度変化による酸素消費速度の影響を除去でき、より正確に曝気槽の内生呼吸への遷移の位置を特定することができる。
【００４９】
以下、本発明による曝気槽の監視方法について、図面を参照して説明する。
【００５０】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態における曝気槽の監視方法の一例を示すシステム図で、監視対象となる排水処理系１と監視装置２を示している。
【００５１】
排水処理系１は排水を貯留する調整槽３と、有機物を汚泥と混合した混合液を曝気することにより微生物によって酸化・分解する曝気槽４と、曝気槽４で処理された混合液を重力によって汚泥と処理水とに分離する沈殿槽５で構成されている。
【００５２】
ここで、矢印の方向は排水の流れを表している。
【００５３】
処理対象の排水が流入する調整槽３は押し出し流れ型の曝気槽４に接続されている。
【００５４】
曝気槽４の底部には有酸素気泡が発生する散気管６が流下方向に沿って複数配置されており、各散気管６は曝気槽４の外部に接続された曝気ブロア７と空気配管によって接続されている。
【００５５】
また、曝気槽４の最下流部は沈殿槽５と接続されている。
【００５６】
沈殿槽５は処理系外へと接続されると共に、沈殿槽５の下部は曝気槽４の上流部に汚泥返送配管（図示せず）で接続されている。
【００５７】
次に監視装置２について説明する。監視装置２は曝気槽４に近接して設置されており、内部に計測槽８と制御部９を有している。
【００５８】
計測槽８内には溶存酸素濃度計１０、温度センサ１１が配置されており、それぞれの測定信号線（図中、破線）が制御部９に接続されている。
【００５９】
計測槽８の底部には計測槽散気管１２が配置されており、計測槽散気管１２は計測槽８の外部に設置された計測槽曝気ブロア１３と空気配管によって接続されている。
【００６０】
また、計測槽８には混合液を攪拌する攪拌機１４が配置されている。また、計測槽曝気ブロア１３は制御部９と電気的に接続されている。また、表示部１５が制御部９と電気的に接続されている。
【００６１】
また、曝気槽４には混合液採取ポンプ１６が流下方向に沿って最上流部と最下流部を含む複数箇所（ここでは３箇所）に配置されおり、各混合液採取ポンプ１６は混合液採取弁１７を介して計測槽８の流入口１８と接続されている。
【００６２】
また、計測槽８の底部には流出口１９があり、流出口１９は液体配管によって曝気槽４の最上流部と接続されている。
【００６３】
制御部９は計測槽曝気ブロア１３、混合液採取ポンプ１６、混合液採取弁１７および攪拌機１４と電気的に接続されており、制御部９から各機器を動作できるようになっている。
【００６４】
また、特に図示していないが流出口１９の下方には排出用の弁があり制御部９から開閉できるようになっている。
【００６５】
尚、図１において、説明上混合液採取ポンプ１６、混合液採取弁１７の信号線は１本で表示してあるが、全て制御部９から各機器を個別に動作できるようになっている。
【００６６】
次に、本実施の形態の処理動作について説明する。
【００６７】
被処理対象の有機物を含んだ排水は調整槽３に流入して一旦貯留され、ここである程度の負荷の変動は平均化されほぼ一定の流量となって曝気槽４へと送られる。
【００６８】
曝気槽４では排水と汚泥が混合され混合液となると共に曝気ブロア７から空気が散気管６を介して送り込まれ、散気管６から発生した有酸素気泡は曝気槽４の内部の混合液中を浮力により上昇しながら酸素を混合液中に供給すると共に混合液を攪拌する。
【００６９】
曝気槽４の内部では、汚泥を構成している微生物が酸素を消費しながら有機物を体内に取り込み、続いて有機物を酸化分解して二酸化炭素と水に分解する。
【００７０】
曝気槽４は流入位置から流出位置までの距離がある押し出し流れ型であり、微生物による有機物の酸化分解は曝気槽４の最上流部から最下流部に流れるに従い進行し、最下流部から流出した混合液は沈殿槽５へと送り込まれる。
【００７１】
沈殿槽５に送り込まれた混合液は静置され、重力により下層の汚泥と上層の上澄み液に分離され、上澄み液は浄化された処理水として系外へ放流される。
【００７２】
下層の汚泥の一部は返送汚泥として曝気槽４の最上流部へ戻され生物処理に再利用される。
【００７３】
尚、特に図示していないが、残りの汚泥は余剰汚泥として処理系外へと排出されて別途処理される。
【００７４】
以上が排水処理の基本的な流れである。次に、計測槽８において酸素消費速度（Ｒｒ）を測定する動作について説明する。まず、混合液採取ポンプ１６のうち任意の一つを動作させ、そのポンプに対応した混合液採取弁１７を開いて、その近傍の混合液を流入口１８から計測槽８へ流入させる。
【００７５】
混合液は計測槽８に一定量貯留され、次いで計測槽曝気ブロア１３を作動させ計測槽散気管１２より有酸素気泡が計測槽８内に送り込まれると同時に攪拌機１４を作動させ、計測槽８内の混合液を攪拌し、溶存酸素濃度計１０、温度センサ１１による測定を開始する。
【００７６】
この時、制御部９には溶存酸素濃度計１０、温度センサ１１の測定値が一定時間ごとに逐次記憶され、計測槽８内の混合液の溶存酸素濃度が曝気により上昇し安定したところで、攪拌を続けたまま計測槽曝気ブロア１３の運転を停止する。ここで、計測槽８内の混合液では汚泥の内部に存在する微生物が酸素を消費するため溶存酸素濃度は一定の勾配で減少し、この勾配を酸素消費速度として算出する。
【００７７】
次に、酸素消費速度及び温度の計測を停止し、計測槽８内の混合液を流出口１９より曝気槽４に排出する。ここで、曝気槽４に測定後の混合液を排出する位置は処理水への影響を考慮し曝気槽４の最上流部であることが望ましい。
【００７８】
上記のようにして酸素消費速度を測定するが、この一連の測定動作を曝気槽４の最上流部から最下流部まで順次に測定していくことにより、曝気槽４内の酸素消費速度の分布が得られる。
【００７９】
次に、曝気槽４内の処理状態と酸素消費速度の関係についてさらに詳しく説明する。図２は１５℃、２５℃、３５℃におけるＢＯＤ−ＭＬＳＳ負荷と酸素消費速度の関係を示している。図２にあるように、酸素消費速度は負荷の増加に比例して上昇する。また、酸素消費速度は温度にも依存し、図２のように同一の負荷であっても温度により増減する。よって、酸素消費速度から曝気槽４の処理状態を判断するためには、曝気槽４の処理状態と酸素消費速度の関係を明らかにするとともに、温度変化による影響を除外しなければならない。
【００８０】
図３は曝気槽４における流下方向の位置と酸素消費速度の関係を示す模式図である。押し出し流れ型の曝気槽４に流入した有機物を含んだ排水は曝気槽４の最上流部で汚泥と混合されるが、ここで、汚泥を構成する微生物は、まず負荷である有機物を急速に体内に取り込む。と同時に、微生物は易分解性の有機物を優先的に分解して多量に酸素を消費するため酸素消費速度は最上流部で最も高い値を示す（図中のＡ部）。
【００８１】
押し出し流れのため混合液は曝気槽４を下流に向かって進みつつ微生物は体内に残存した難分解性の有機物を少しずつ酸素を消費しながら酸化分解していき、酸素消費速度は下流に行くに従い徐々に低下していく。
【００８２】
微生物が体内に取り込んだ有機物が全て分解されたとき、微生物は有機物の消費を伴わない生命活動を維持できる最低限度の呼吸、いわゆる内生呼吸状態となり、内生呼吸の酸素消費速度となって安定する。
【００８３】
すなわち内生呼吸への遷移が生物処理の完了であり、図３の実線ａにあるように内生呼吸への遷移の位置が曝気槽４の最下流部と一致する場合が最も効率が良い処理といえる。
【００８４】
もし、図３の点線ｂのように内生呼吸への遷移の位置が曝気槽４の最下流部より前にあった場合は、内生呼吸への遷移の位置より後ろの位置の汚泥は酸化分解の処理をしていないことになり、この部分の処理は無駄となり、これは負荷に対して曝気槽４の処理が過剰であることを意味している。
【００８５】
一方、図３の点線ｃのように内生呼吸への遷移の位置が曝気槽４の最下流部より後ろ、すなわち曝気槽４内で内生呼吸への遷移の位置に到達しない場合、最下流部でも微生物の体内に有機物が残存している事になり、生物処理が不足していることを示している。
【００８６】
もし、処理過剰が進行すると菌体外物質の生産不足による汚泥の沈降性の悪化などが生じる恐れがあり、逆に処理不足が進行しても、菌体内に有機物が残存して蓄積し、微生物の有機物の吸収能力が低下し、いずれにせよ処理水の性状が悪化する。
【００８７】
つまり、内生呼吸の酸素消費速度への遷移の位置を特定することにより、曝気槽４の処理状態を判断することができる。
【００８８】
ところで、内生呼吸への遷移の位置を特定するには基準となる内生呼吸の酸素消費速度を定義しなければならない。ここで、図３のＢで示すように、曝気槽４に流入する負荷が無いとき、すなわち無負荷状態の時は酸素消費速度の分布は水平になる。すなわちこの状態が微生物にとっての内生呼吸の状態である。つまり、測定した複数の酸素消費速度の値を比較して一致する場合は曝気槽４が無負荷状態と判断できる。この無負荷状態のときの一致した酸素消費速度を内生呼吸の酸素消費速度として制御部９に記憶する。そして、この値を基準として用いることにより内生呼吸への遷移の位置を特定することができる。
【００８９】
ここで、内生呼吸の酸素消費速度は温度によって変化するため、固定した値を基準として定義した場合、酸素消費速度の分布を測定したときの温度と、基準となる内生呼吸の酸素消費速度を更新したときの温度が異なる場合、正しく内生呼吸の遷移の位置を特定することができない。しかし、無負荷状態となったときの酸素消費速度の値を内生呼吸の酸素消費速度として記憶し、これを基準とすることにより、曝気槽４が無負荷状態となる毎に内生呼吸の酸素消費速度がその時の温度の影響を反映しているため、季節変動などによる温度変化による影響を除外して内生呼吸への遷移の位置を正しく特定することができる。また、酸素消費速度は温度以外にも有害物質の混入や流入負荷の性状など汚泥の活性状態によっても変化するが、上記のように、活性状態の変化を反映した内生呼吸の酸素消費速度を基準とすることにより内生呼吸への遷移の位置を正しく特定することができる。
【００９０】
尚、内生呼吸状態とは厳密には微生物が有機物を取り込んだ後、１０〜２０日以上経過して有機物を完全に消費し、さらに長時間かけて窒素成分等をも完全に消費した状態とされているが、ここでいう内生呼吸とは厳密な意味での内生呼吸状態ではなく、曝気槽が無負荷状態となって大部分の有機物が消費され、酸素消費速度の低下が極めて遅くなり、短期的には一定と判断できる状態として用いている。
【００９１】
次に、以上で説明した曝気槽４の状態を判断する方法について具体的に説明する。
【００９２】
図４は負荷の有無を判断して内生呼吸の酸素消費速度を記憶するフローチャートである。図４においてＲ1からＲ3は計測槽８で測定された曝気槽４における酸素消費速度の測定値を表し、Ｒ1が最上流部を、Ｒ3が最下流部を表す。Ｎは現在の内生呼吸の酸素消費速度を表す。Ｔは酸素消費速度の一致を判断するための許容誤差である。
【００９３】
まず、Ｒ1、Ｒ2およびＲ3を順次測定する。次にＲ1とＲ3の値を比較し、Ｒ1−Ｒ3≦Ｔであれば、曝気槽４に流入する負荷が無いと判断する。逆にＲ1−Ｒ3＞Ｔであれば流入する負荷が有る状態と判断できる。ここで、許容誤差Ｔを設定するのは、実際の測定において測定上の誤差やバラツキより完全に数値が一致して０になることは稀であり、許容誤差を設定することにより、負荷の有無の判断を適切に行うためである。
【００９４】
次に負荷が無いと判断された場合は、内生呼吸の酸素消費速度ＮをＲ3の値に更新する。無負荷の場合はＲ1からＲ3のうち、どの値を採用してもよいことになるが、許容誤差を設定した場合においては、より内生呼吸に近い最下流部のＲ3を採用することにより適切に内生呼吸の酸素消費速度を選択できる。
【００９５】
また、通常の測定においては、無負荷状態になり酸素消費速度が一致した後、無負荷状態が続くとさらに残存した負荷が消費され、Ｒ1からＲ3は一致したまま若干低下して安定する。内生呼吸の酸素消費速度Ｎは無負荷状態を検知する毎に更新されるので、この若干の低下にも追随して更新され、より正しい内生呼吸の酸素消費速度を決定することができる。
【００９６】
また、押し出し流れ型の曝気槽４は前段から後段へと処理が進むのに時間的な遅れがある。例えば、無負荷状態の曝気槽４に負荷が流入したとき、後段にその影響が出るのは数時間遅れる。すなわち、休日などで一度無負荷状態となり稼働日に再び負荷が流入するような場合、最上流部の酸素消費速度が上昇しても、最下流部は逆に減少している場合などが発生することがある。このような場合は、負荷の有無に関係なく最も低い値を内生呼吸の酸素消費速度とすべきであり、本実施の形態では図４にあるように、負荷が有る場合でもＲ3＜Ｎであれば内生呼吸の酸素消費速度ＮをＲ3の値に更新する。
【００９７】
ここで、流下方向における３箇所の酸素消費速度及び内生呼吸の酸素消費速度が得られたので、表示部１５にこの結果を表示する。表示方法の一例として、図５の（ａ）ように横軸に経過日時、縦軸に各酸素消費速度の測定値および内生呼吸の酸素消費速度を表示すれば、管理者は内生呼吸の酸素消費速度という基準を目安に、曝気槽４の負荷の有無や内生呼吸の酸素消費速度の変化を視覚的に捉えることができる。また、別の表示方法として、図５（ｂ）のように横軸に曝気槽４の位置をとり、現在の内生呼吸の酸素消費速度と測定時間毎の酸素消費速度の分布を表示することにより、曝気槽４の処理状態をより詳細に把握することもできる。
【００９８】
このように、判断の基準を汚泥の活性状態の変化を反映した無負荷状態での酸素消費速度とすることにより、曝気槽の状態を適切に表示することができる。
【００９９】
次に、内生呼吸へ遷移する位置を特定することにより曝気槽４の処理状態を判断する方法について具体的に説明する。
【０１００】
ここで、図６は曝気槽４の処理状態を判断するためのフローチャートである。図６においてＲ1からＲ3は計測槽８で測定された曝気槽４における各酸素消費速度を表し、Ｎは現在の内生呼吸の酸素消費速度を表す。
【０１０１】
まず、現在の内生呼吸の酸素消費速度Ｎと最下流部の酸素消費速度Ｒ3を比較して、Ｒ3＞Ｎの場合は最下流部の酸素消費速度が内生呼吸の酸素消費速度より大きいことになり、処理が不足していると判断する。
【０１０２】
Ｒ3＝Ｎの場合は、さらにその一つ上流のＲ2の値とＮを比較し、Ｒ2＝Ｎの場合は内生呼吸への遷移の位置がＲ3の位置より前にあることを意味し、処理が過剰と判断する。
【０１０３】
Ｒ2＞Ｎの場合は、内生呼吸への遷移の位置がＲ3の位置であると判断でき、処理が適正であると判断する。
【０１０４】
ここでＲ3＜Ｎより小さいというケースも考えられる。これは汚泥の活性状態が低下したことによる影響と判断でき、Ｒ3の値を強制的に内生呼吸の酸素消費速度としてＮを更新し、更新したＮとＲ3、Ｒ2と比較して内生呼吸への遷移の位置を特定する。
【０１０５】
次に、判断結果を管理者が曝気槽４の状態を把握できるように表示部１５に表示する。処理状態の判断結果の表示方法としては図５で示した酸素消費速度の経時変化を示すグラフや横軸に曝気槽４の位置を示すグラフを表示し、同時に、現在の処理状況を“処理は適正です”、“処理が過剰です”のように文字で表示するとわかりやすい。また、図７に示すように、曝気槽４の絵を表示し、例えば（ａ）のように処理適正の時は曝気槽４の中の汚泥の色が標準的な汚泥の色を示す黄土色を、処理不足のときは（ｂ）のように黒色に近い色にするなど、その状況によって色や絵を変化させるようにすれば、管理者が曝気槽４の状態をより理解しやすい。
【０１０６】
このように、曝気槽４の状態をグラフにより視覚的に表示するだけでなく、処理状態の判断まで行って結果を表示することにより、熟練した管理者の判断を支援するだけでなく不慣れな管理者でも曝気槽４の状態を適切に把握することができる。
【０１０７】
尚、本実施の形態では酸素消費速度を測定して内生呼吸への遷移の位置を特定する方法で説明したが、通常、曝気槽４は汚泥濃度を一定に保つように運転されているのでこの方法で問題は無い。しかし、より正確な検知を行うには計測槽８に汚泥濃度計を設置し、酸素消費速度と同時に汚泥濃度を測定して酸素消費速度を汚泥濃度で除した単位汚泥重量あたりの酸素消費速度、いわゆる酸素利用速度係数（Ｋｒ）を用いる方がより正確に内生呼吸への遷移の位置を特定できる。
【０１０８】
図８は本実施の形態を某食品工場の排水処理施設に適用した時の酸素利用速度係数及び内生呼吸の酸素利用速度係数のおよび曝気槽の水温の経時変化の表示例を示している。このように、排水処理施設の稼動状況に合わせ、酸素利用速度係数が増減していることが視覚的に確認できる。また、この排水処理施設では週に２回非稼働日があり無負荷状態となる。図８のように無負荷状態となる毎に内生呼吸の酸素利用速度係数が更新されており、温度による活性状態の変化を反映していることが確認できる。
【０１０９】
ところで、酸素消費速度は負荷以外に温度にも依存するため、頻繁に無負荷状態を検知して内生呼吸の酸素消費速度を更新しても、日中の温度変化など酸素消費速度の分布の測定時と内生呼吸の酸素の消費速度を記憶した時点での温度に差異があればその影響をうける。よって、より正確に内生呼吸の酸素消費速度を得るためには記憶されている内生呼吸の酸素消費速度を酸素消費速度の分布を測定した時点の温度で補正する。図９は内生呼吸の酸素消費速度と温度の関係を示している。このように温度と内生呼吸の酸素消費速度は指数関数で近似できる。指数関数を式（１）で表すとする。
【０１１０】
Ｒｒ＝Ｃｅat・・・（１）
ここで、Ｒｒは酸素消費速度、ｔは温度、Ｃ，ａは係数である。図９に式（１）を適用するとＣ＝０．２３、ａ＝０．１３となる。係数ａは負荷に依存するが、内生呼吸であり同一の排水処理施設の混合液であれば変化しないとすることができる。また、係数Ｃは活性状態によって変化する。すなわち、あらかじめ対象とする排水処理施設の混合液を採取して温度と酸素消費速度の関係をプロットして係数ａを求めておき、無負荷状態を判断して内生呼吸の酸素消費速度を記憶した時の値とその時の温度を（１）式を変形した式（２）に代入し係数Ｃを算出すれば、式（１）より内生呼吸の酸素消費速度を温度補正することができる。
【０１１１】
Ｃ＝ｌｎＲｒ／ａｔ・・・（２）
このようにすれば、酸素消費速度の温度による影響を完全に除外することができる。
【０１１２】
尚、本実施の形態では酸素消費速度の測定位置を最上流部と最下流部を含む３箇所で説明したが、測定箇所数は処理場の設置状況や処理の要求精度、コスト等により決定すればよく、設置箇所が多い方が緻密な制御が行える。
【０１１３】
以上のように、本実施の形態によれば、判断の基準となる内生呼吸の酸素消費速度が汚泥の活性状態の変化を反映して表示でき、排水処理施設の管理者が曝気槽の処理状態、負荷状態、及び汚泥の活性状態を視覚的に把握できる曝気槽の監視方法が得られる。
【０１１４】
さらに、曝気槽の状態を判断して結果を表示することにより、不慣れな管理者でも曝気槽の状態を適切に把握することができる曝気槽の監視方法が得られる。
【０１１５】
このように、本発明の曝気槽の監視方法により排水処理の環境負荷低減・コスト低減の両立を図ることができる。
【０１１６】
（実施の形態２）
本実施の形態は、実施の形態１と同様の構成で、最上流部の酸素消費速度と記憶している内生呼吸の酸素消費速度の差分から曝気槽４の負荷状態を判断し、その結果を表示するとしたものである。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。
【０１１７】
実施の形態１で説明したように、曝気槽４に流入した有機物は最上流部で微生物の体内に取り込まれると同時に易分解性の有機物が分解され、酸素消費速度は高い値を示す。つまり、曝気槽４の最上流部の酸素消費速度は曝気槽４に流入する負荷の大小を表す指標として用いることができる。ここで、内生呼吸の酸素消費速度は温度や活性状態で変化する為、最上流部の酸素消費速度と内生呼吸の酸素消費速度の差分が、最も適切に曝気槽４の負荷状態を表している。
【０１１８】
図１０は負荷状態を判断するためのフローチャートである。図１０においてＲ1は計測槽８で測定された曝気槽４における最上流部の酸素消費速度を表し、Ｎは記憶されている現在の内生呼吸の酸素消費速度を表す。Ｔは実施の形態１で説明した無負荷状態を判断するための許容誤差である。Ｌ1〜Ｌ3は、あらかじめ処理対象の排水処理施設の汚泥を用い、処理対象の排水を負荷として酸素消費速度を測定して定めた値であり、負荷状態を、無負荷、低負荷、中負荷、高負荷、過負荷の５段階に分類するための閾値である。閾値は任意に決めることができるが、例えば設計時の負荷を中負荷とし、設計値の半分を低負荷、１．２倍の負荷を高負荷、１．５倍を超える場合を過負荷とするように設定する。
【０１１９】
次に、曝気槽４の負荷状態を判断する具体的方法について説明する。まず図１０にあるように、Ｒ1−Ｎを計算し、この結果が各閾値のうちどの範囲に入るか調べていく。すなわち、Ｒ1−ＮがＴより小さければ無負荷、ＴからＬ1であれば低負荷、というようにＲ1−Ｎの値から曝気槽４の負荷状態を判断することができる。次に、判断結果を管理者が曝気槽４の負荷状態を把握しやすいように表示部１５に表示する。負荷状態の表示方法としては実施の形態１で示した酸素消費速度の経時変化を示すグラフと同様、図１１のようにＲ1−Ｎの値を縦軸に示す方法がある。このように、縦軸に各負荷状態の閾値の範囲を表示しておけば、現在の負荷の有無大小や過去の負荷状態が変動した様子をグラフから容易に把握することができる。また、負荷状態に合わせ、例えば無負荷の水色から過負荷の赤色まで段階的に色別に閾値の範囲を表示するようにしておけば、より視覚的に曝気槽４の負荷状態を把握しやすい。
【０１２０】
以上のように、本実施の形態によれば、温度変化など活性状態の変化の影響を除外して曝気槽の負荷状態を表示できる曝気槽の監視方法を提供することができる。
【０１２１】
（実施の形態３）
本実施の形態は、実施の形態１と同様の構成で、内生呼吸の酸素消費速度の記憶時の温度を用い、予め測定した温度と内生呼吸の酸素消費速度の関係から曝気槽４の活性状態を判断して結果を表示するとしたものである。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。
【０１２２】
実施の形態１において図９に示したように、混合液の酸素消費速度は温度に依存して変化する。つまり、内生呼吸の酸素消費速度の記憶値のみをプロットすれば温度変化による曝気槽４の活性状態の変化を知ることができる。図１２は実施の形態１で説明した実際の排水処理施設での酸素消費速度の測定値のデータから内生呼吸の酸素利用速度係数の時間変化だけを取り出し、プロットしたものである。このように内生呼吸の酸素消費速度を経時的にプロットすることにより管理者は曝気槽４の活性状態の変化について視覚的に把握することができる。
【０１２３】
ところで、汚泥の活性状態は温度以外に、有害物質の混入や摂取した有機物の性状等によっても変化する。よって、曝気槽４の状態をより適切に管理するうえでは、温度変化による影響を除外した活性状態を判断することが求められる。そこで、本実施の形態では内生呼吸の酸素消費速度と温度の関係を用いて活性状態から温度の影響を除外して判断できるようにする。
【０１２４】
図１３は図９と同様の、内生呼吸状態における温度と酸素消費速度の関係を表すグラフであり、図１３の破線が基準となる温度と酸素消費速度の関係である。
【０１２５】
まず、予め内生呼吸の酸素消費速度と温度の関係を調べ、表示部１５に図１３のように基準として表示しておくと同時に、これより上側の領域を高活性、下側の領域を低活性と表示しておく。ここで、無負荷状態を判断し、内生呼吸の酸素消費速度と温度を記憶したとき、図１３のグラフに測定点をプロットして表示する。ここで、図１３ａのように基準となる破線上にプロットされた場合は、汚泥の活性状態は基準とした時点から変化していないと判断できる。また、図１３のｂように破線より上にプロットされる場合は基準時より活性状態が高いと判断できる。逆に、図１３のｃのように破線より下側にプロットされる場合は基準時より活性が低下していることが判断できる。このようにすれば、管理者は、温度による影響を除外して汚泥の活性状態を容易に判断することができ、活性が高い場合はさらに負荷を増大させることができ、活性が低下している場合は曝気量を増やす、負荷を減らす、活性を向上させる薬剤を注入するなど適切な対応を行うことができる。
【０１２６】
以上のように、本実施の形態によれば、内生呼吸の酸素消費速度から温度による影響を除外して汚泥の活性状態を判断することができる曝気槽の監視方法を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２７】
本発明による曝気槽の監視方法は、下水処理場、事業所等における有機性排水の処理施設における曝気槽の監視に対して適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２８】
【図１】本発明の実施の形態１の曝気槽の監視システムを示すブロック図
【図２】各温度における酸素消費速度と負荷の関係を示すグラフ
【図３】曝気槽内における酸素消費速度の分布を示す模式図
【図４】本発明の実施の形態１の内生呼吸の酸素消費速度を得る方法を示すフローチャート
【図５】本発明の実施の形態１の曝気槽の状態を示すグラフ（（ａ）曝気槽の状態を経過日時と酸素消費速度の関係で示したグラフ、（ｂ）曝気槽の状態を酸素消費速度の分布で示したグラフ）
【図６】本発明の実施の形態１の曝気槽の処理状態を判断する方法を示すフローチャート
【図７】本発明の実施の形態１の曝気槽の処理状態を示したグラフ（（ａ）曝気槽の処理状態が適正な場合を示したグラフ、（ｂ）曝気槽の処理が不足の場合を示したグラフ）
【図８】本発明の実施の形態１を実際の排水処理施設に適用したときの表示の一例を示すグラフ
【図９】内生呼吸の酸素消費速度と温度の関係を示すグラフ
【図１０】本発明の実施の形態２の処理を示すフローチャート
【図１１】本発明の実施の形態２の曝気槽の負荷状態の表示方法を示すグラフ
【図１２】実際の排水処理施設での内生呼吸の酸素利用速度係数の時間変化を示すグラフ
【図１３】本発明の実施の形態３の汚泥の活性状態の表示方法を示すグラフ
【符号の説明】
【０１２９】
２    監視装置
４    曝気槽
８    計測槽
９    制御部
１０  溶存酸素濃度計
１１  温度センサ
１５  表示部
【図１】
2009039640.tif 000003
【図２】
2009039640.tif 000004
【図３】
2009039640.tif 000005
【図４】
2009039640.tif 000006
【図５】
2009039640.tif 000007
【図６】
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【図７】
2009039640.tif 000009
【図８】
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【図９】
2009039640.tif 000011
【図１０】
2009039640.tif 000012
【図１１】
2009039640.tif 000013
【図１２】
2009039640.tif 000014
【図１３】
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