(57)【要約】【課題】生物学的下水処理システムにおける酸化還元電位測定を洗浄の影響を受けることなく安定して行うことができる酸化還元電位測定用電極の洗浄方法を提供する。【解決手段】生物学的下水処理システムにおいて使用する酸化還元電位測定用電極に、窒素ガスを吹き付けて洗浄する。【選択図】図４
2009063433.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記下水処理システムＡ〜Ｃの何れかにおいて使用する酸化還元電位測定用電極に、1回の洗浄に必要な窒素ガスを、設定した噴射圧及び噴射時間で吹き付けることを特徴とする酸化還元電位測定用電極の洗浄方法。
下水処理システムＡ：最初沈殿池、嫌気槽、好気槽及び最終沈殿池を用いる生物学的リン除去システム。
下水処理システムＢ：最初沈殿池、無酸素槽、好気槽及び最終沈殿池を用いる生物学的窒素除去システム。
下水処理システムＣ：最初沈殿池、嫌気槽、無酸素槽、好気槽及び最終沈殿池を用いる生物学的リン・窒素同時除去システム。
【請求項２】
前記酸化還元電位測定用電極の指示電極が金電極である請求項１に記載の酸化還元電位測定用電極の洗浄方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生物学的下水処理システムで使用される酸化還元電位測定用電極の洗浄方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微生物を利用してリンと窒素を除去する生物学的下水処理システムは、都市下水処理の分野で実用化が進んでいる。この生物学的下水処理システムでは、酸化還元電位（ＯＲＰ値）を測定して、処理条件を制御することが行われている（特許文献１）。
一般に、酸化還元電位測定用電極の洗浄には、超音波洗浄、水ジェット洗浄、ブラシ洗浄、エアジェット洗浄などが用いられている。
しかし、超音波洗浄、水ジェット洗浄を生物学的下水処理システムに用いると、充分な洗浄力が得られなかった。また、ブラシ洗浄を用いると、ブラシ部に毛髪などが絡んだり、ブラシ内部が汚泥で汚染されたりするために、洗浄時にＯＲＰ値が大きく変動し、回復に時間がかかる、という問題があった。
【０００３】
これに対して、エアジェットは、ブラシのような洗浄部材を用いることなく、大きな洗浄力が得られる。特に特許文献２のように、圧縮気体の開閉時間を制御する制御弁の直前に圧縮気体を一時的に蓄えるタンクとノズル（太径）を備えたエアジェット洗浄装置では、０．３ＭＰａ程度の圧縮空気を短時間で吹き付けられるため、０．３秒程度の短時間で充分な洗浄が可能である。
そのため、特許文献３では、生物学的下水処理システムにおけるエア洗浄の時間を、３秒以下とすることが提案されている。特許文献３の洗浄方法によれば、エア洗浄中のＯＲＰ値が変動しても、その間のＯＲＰ値のみ、下水処理条件の制御に使用しなければ差し支えないと期待されていた。また、エアの吹きつけ時間が短いため、嫌気槽や無酸素槽における処理条件を実質的に乱すことなく洗浄できるものと期待されていた。
【特許文献１】特開２００６−１３６８２０号公報
【特許文献２】特開２００５−２１１８５８号公報
【特許文献３】特開２００７−１４４２６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、生物学的下水処理システムにおいて、エアジェット洗浄を行うと、エアの吹きつけを０．３秒程度の短時間としても、吹きつけ終了後１５分近く指示が変動してしまうことがわかった。そのため、１５分ほどは伝送信号を固定する等して制御を乱さないようにする必要があった。ところが、１５分程度の長い時間、ＯＲＰ値の測定値を反映せずに制御を続けると、ＯＲＰ値が目標値から乖離してしまうという問題があった。
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、生物学的下水処理システムにおける酸化還元電位測定を、洗浄の影響を受けることなく安定して行うことができる酸化還元電位測定用電極の洗浄方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を達成するために本発明者らは、以下の本発明をなした。
［１］下記下水処理システムＡ〜Ｃの何れかにおいて使用する酸化還元電位測定用電極に、1回の洗浄に必要な窒素ガスを、設定した噴射圧及び噴射時間で吹き付けることを特徴とする酸化還元電位測定用電極の洗浄方法。
下水処理システムＡ：最初沈殿池、嫌気槽、好気槽及び最終沈殿池を用いる生物学的リン除去システム。
下水処理システムＢ：最初沈殿池、無酸素槽、好気槽及び最終沈殿池を用いる生物学的窒素除去システム。
下水処理システムＣ：最初沈殿池、嫌気槽、無酸素槽、好気槽及び最終沈殿池を用いる生物学的リン・窒素同時除去システム。
［２］前記酸化還元電位測定用電極の指示電極が金電極である［１］に記載の酸化還元電位測定用電極の洗浄方法。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の酸化還元電位測定用電極の洗浄方法によれば、生物学的下水処理システムにおける酸化還元電位測定を洗浄の影響を受けることなく安定して行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
［生物学的下水処理システム］
本発明の酸化還元電位測定用電極の洗浄方法は、生物学的下水処理システムで使用するものである。
生物学的下水処理システムとしては、以下の下水処理システムＡ〜Ｃが挙げられる。
下水処理システムＡ：最初沈殿池、嫌気槽、好気槽及び最終沈殿池を用いる生物学的リン除去システム。
下水処理システムＢ：最初沈殿池、無酸素槽、好気槽及び最終沈殿池を用いる生物学的窒素除去システム。
下水処理システムＣ：最初沈殿池、嫌気槽、無酸素槽、好気槽及び最終沈殿池を用いる生物学的リン・窒素同時除去システム。
【０００８】
（下水処理システムＡ）
下水処理システムＡは、生物学的にリンを除去するシステムである。下水処理システムＡについて、図１を用いて説明する。
図１に示すように、本システムは、最初沈殿池２、嫌気槽４、好気槽６及び最終沈殿池７を備えている。下水１は、まず、最初沈殿池２に流入し、粗大浮遊物が除去された後、嫌気槽４、好気槽６で順次処理され、その後最終沈殿池７に流入するようになっている。
最終沈殿池７では、汚泥が沈降分離され、上澄み液が最終沈殿池流出水３として流出するようになっている。また、沈降分離した汚泥の一部は、余剰汚泥１９として抜き取られると共に、残りの汚泥は返送汚泥８として返送汚泥ポンプ９によって嫌気槽４に返送されるようになっている。
【０００９】
嫌気槽４には、有機酸タンク１１から薬注ポンプ１２によって、酢酸や酢酸塩等の有機酸２０が注入されるようになっている。また、好気槽６では、ブロアー１０によって曝気がされるようになっている。
そして、嫌気槽４、好気槽６には、本発明の酸化還元電位測定用電極の洗浄方法を用いて酸化還元電位を測定するＯＲＰ計１３が設置されている。また、好気槽６には、溶存酸素濃度を測定するＤＯ計１４が設置されている。
【００１０】
嫌気槽４は、溶存酸素と結合性酸素が共に存在しない。嫌気槽４では、基質となる有機酸２０を適宜添加しながら、曝気を行うことなく、下水１と汚泥との撹拌処理が行われる。
これに対して、好気槽６では曝気が行われており溶存酸素が存在する。好気槽６では、曝気を行いつつ、下水１と汚泥との撹拌処理が行われる。
【００１１】
本システムによりリン除去が行われる原理は以下のとおりである。
すなわち、汚泥中にはポリリン酸蓄積細菌が存在し、ポリリン酸蓄積細菌は、予め好気条件下で吸収したＰＯ４−Ｐを細胞内でポリリン酸の顆粒として保持している。そして、嫌気槽４では、この顆粒のポリリン酸を加水分解して、ＰＯ４−Ｐとして放出するとともに、下水１中の有機物、有機酸２０や発酵産物を優先的に細胞内に摂取する。細胞内に摂取された有機物は、グリコーゲンやＰＨＢ（ポリハイドロブチレイト）などの高分子物質の形で貯蔵される。
【００１２】
その後、ポリリン酸蓄積細菌を含む汚泥が下水１と共に好気槽６に移されると、ポリリン酸蓄積細菌は、嫌気槽４で放出した量以上のＰＯ４−Ｐをとりこみ、細胞内でポリリン酸の顆粒として保持する。そのため、下水１中のＰＯ４−Ｐは減少する。また、ポリリン酸蓄積細菌に取り込まれた有機物は、好気条件下において酸化分解され減少する。ポリリン酸蓄積細菌はこの有機物を酸化（基質として利用）することにより増殖する。
増殖したポリリン酸蓄積細菌は、取り込んだＰＯ４−Ｐを豊富に蓄積している。この一部は返送汚泥８として嫌気槽４に戻され、再び有機物の取り込みとリンの放出が繰り返される。そして、残部は、余剰汚泥１９として蓄積したリンと共に最終沈殿池７から抜きとられる。この余剰汚泥１９の抜き取りにより、処理システムからのリンの除去が行われる。
【００１３】
効率的なリン除去を行うためには、下水処理における多くの不安定要素に対応して有機酸２０の添加量、ブロアー１０による曝気量を適切に管理することが必要である。そのため、ＯＲＰ計１３が嫌気槽４と好気槽６に、ＤＯ計１４が好気槽６に設置されている。
先行文献１には、嫌気槽４のＯＲＰ値が一定の範囲内となるように、有機酸２０の添加量を調整すべきことが開示されている。
具体的には、嫌気槽４のＯＲＰ値が−４００ｍＶ以上−２００ｍＶ以下の範囲に維持されるように、有機酸２０を嫌気槽４に添加することが開示されている。また、嫌気槽４のＯＲＰ値の累積頻度の５０％以上が−３５０ｍＶ以上−２５０ｍＶ以下の範囲に維持されるように、有機酸２０を嫌気槽４に添加することが開示されている。
また、好気槽６のＯＲＰ値が＋７０ｍＶ以上＋１００ｍＶ以下となるように、好気槽６のブロアー１０による曝気量を調整することが開示されている。
本発明の酸化還元電位測定用電極の洗浄方法を用いて酸化還元電位を測定すれば、斯かる管理を洗浄の影響を受けることなく安定して行うことができる。
【００１４】
（下水処理システムＢ）
下水処理システムＢは、生物学的に窒素を除去するシステムである。下水処理システムＢについて、図２を用いて説明する。
図２に示すように、本システムは、最初沈殿池２、無酸素槽５、好気槽６及び最終沈殿池７を備えている。下水１は、まず、最初沈殿池２に流入し、粗大浮遊物が除去された後、無酸素槽５に流入するようになっている。好気槽６による硝化液１５は循環ポンプ１６により無酸素槽５に戻されるようになっており、これにより、無酸素槽５と好気槽６による循環処理が行われるようになっている。この循環処理の後、下水１は、最終沈殿池７に流入するようになっている。
最終沈殿池７では、汚泥が沈降分離され、上澄み液が最終沈殿池流出水３として流出するようになっている。また、沈降分離した汚泥の一部は、余剰汚泥１９として抜き取られると共に、残りの汚泥は返送汚泥８として返送汚泥ポンプ９によって無酸素槽５に返送されるようになっている。
【００１５】
無酸素槽５には、有機酸タンク１１から薬注ポンプ１２によって、酢酸や酢酸塩等の有機酸２０が注入されるようになっている。また、好気槽６では、ブロアー１０によって曝気がされるようになっている。
そして、無酸素槽５、好気槽６には、本発明の酸化還元電位測定用電極の洗浄方法を用いて酸化還元電位を測定するＯＲＰ計１３が設置されている。また、好気槽６には、溶存酸素濃度を測定するＤＯ計１４が設置されている。
【００１６】
無酸素槽５は、溶存酸素が存在せず、亜硝酸または硝酸における結合性酸素だけが存在する。無酸素槽５では、基質となる有機酸２０を適宜添加しながら、曝気を行うことなく、下水１と汚泥との撹拌処理が行われる。
これに対して、好気槽６では曝気が行われており溶存酸素が存在する。好気槽６では、曝気を行いつつ、下水１と汚泥との撹拌処理が行われる。
【００１７】
本システムにより窒素除去が行われる原理は以下のとおりである。
すなわち、汚泥中にはアンモニア酸化細菌、硝酸酸化細菌、及び脱窒菌が存在する。好気槽６では、溶存酸素の存在下で、アンモニア酸化細菌により、ＮＨ４−ＮがＮＯ２−Ｎまで酸化される。続いて、亜硝酸酸化細菌により、ＮＯ２−ＮがＮＯ３−Ｎまで酸化される。そして、ＮＯ２−Ｎ及びＮＯ３−Ｎを含む硝化液１５が、無酸素槽５に循環ポンプ１６を用いて循環される。
無酸素槽５では、脱窒菌が下水１中の有機物や添加した有機酸２０等のＢＯＤ成分を用いて硝化液１５中のＮＯ２−Ｎ及びＮＯ３−Ｎが窒素ガスまで還元される。生成した窒素ガスは大気に放出される。
【００１８】
効率的な窒素除去を行うためには、下水処理における多くの不安定要素に対応して有機酸２０の添加量、ブロアー１０による曝気量、硝化液１５の循環量を適切に管理することが必要である。そのため、ＯＲＰ計１３が酸素槽５と好気槽６には、ＤＯ計１４が好気槽６に設置されている。
先行文献１には、無酸素槽５のＯＲＰ値が一定の範囲内となるように、有機酸２０の添加量その他を調整すべきことが開示されている。
具体的には、無酸素槽５のＯＲＰ値が−２００ｍＶ以上−１００ｍＶ以下の範囲に維持されるように、有機酸２０を無酸素槽５に添加すること、好気槽６から無酸素槽５への硝化液１５の循環量を調整すること、好気槽６のＯＲＰ値を調整すること、および好気槽６のＤＯを調整すること、が開示されている。
また、無酸素槽５のＯＲＰ値の累積頻度の５０％以上が−２００ｍＶ以上−１５０ｍＶ以下の範囲に維持されるように、有機酸２０を無酸素槽５に添加すること、好気槽６から無酸素槽５への硝化液１５の循環量を調整すること、好気槽６のＯＲＰ値を調整すること、および好気槽６のＤＯを調整すること、が開示されている。
また、好気槽６のＯＲＰ値が＋７０ｍＶ以上＋１００ｍＶ以下となるように、好気槽６のブロアー１０による曝気量を調整することが開示されている。
本発明の酸化還元電位測定用電極の洗浄方法を用いて酸化還元電位を測定すれば、斯かる管理を洗浄の影響を受けることなく安定して行うことができる。
【００１９】
（下水処理システムＣ）
下水処理システムＣは、生物学的にリンと窒素を同時に除去するシステムである。下水処理システムＣについて、図３を用いて説明する。
図３に示すように、本システムは、最初沈殿池２、嫌気槽４、無酸素槽５、好気槽６及び最終沈殿池７を備えている。下水１は、まず、最初沈殿池２に流入し、粗大浮遊物が除去された後、嫌気槽４、無酸素槽５に順次流入するようになっている。好気槽６による硝化液１５は循環ポンプ１６により無酸素槽５に戻されるようになっており、これにより、無酸素槽５と好気槽６による循環処理が行われるようになっている。この循環処理の後、下水１は、最終沈殿池７に流入するようになっている。
最終沈殿池７では、汚泥が沈降分離され、上澄み液が最終沈殿池流出水３として流出するようになっている。また、沈降分離した汚泥の一部は、余剰汚泥１９として抜き取られると共に、残りの汚泥は返送汚泥８として返送汚泥ポンプ９によって嫌気槽４に返送されるようになっている。
【００２０】
嫌気槽４には、有機酸タンク１１から薬注ポンプ１２によって、酢酸や酢酸塩等の有機酸２０が注入されるようになっている。また、好気槽６では、ブロアー１０によって曝気がされるようになっている。
そして、嫌気槽４、無酸素槽５、好気槽６には、本発明の酸化還元電位測定用電極の洗浄方法を用いて酸化還元電位を測定するＯＲＰ計１３が設置されている。また、好気槽６には、溶存酸素濃度を測定するＤＯ計１４が設置されている。
【００２１】
嫌気槽４は、溶存酸素と結合性酸素が共に存在しない。嫌気槽４では、基質となる有機酸２０を適宜添加しながら、曝気を行うことなく、下水１と汚泥との撹拌処理が行われる。
無酸素槽５は、溶存酸素が存在せず、亜硝酸または硝酸における結合性酸素だけが存在する。無酸素槽５では、基質となる有機酸２０を適宜添加しながら、曝気を行うことなく、下水１と汚泥との撹拌処理が行われる。
これに対して、好気槽６では曝気が行われており溶存酸素が存在する。好気槽６では、曝気を行いつつ、下水１と汚泥との撹拌処理が行われる。
【００２２】
本システムは、下水処理システムＡ、Ｂを組み合わせたものに相当し、リンと窒素が共に除去される。
すなわち、汚泥中にはポリリン酸蓄積細菌、アンモニア酸化細菌、亜硝酸酸化細菌、及び脱窒菌が存在する。そして、嫌気槽４では、下水処理システムＡと同様に、有機物の取り込みとリンの放出が行われる。また、無酸素槽５では、下水処理システムＢと同様に、硝化液が還元され窒素ガスが生成する。また、好気槽６では、下水処理システムＡと同様に、リンの蓄積行われると共に、下水処理システムＢと同様に、ＮＨ４−Ｎ、ＮＯ２−Ｎが酸化され硝化液１５が得られる。
【００２３】
効率的なリンと窒素の除去を行うためには、下水処理における多くの不安定要素に対応して有機酸２０の添加量、ブロアー１０による曝気量、硝化液１５の循環量を適切に管理することが必要である。そのため、ＯＲＰ計１３が嫌気槽４、無酸素槽５、及び好気槽６に、ＤＯ計１４が好気槽６に設置されている。
先行文献１には、嫌気槽４、無酸素槽５、及び好気槽６のＯＲＰ値が一定の範囲内となるように調整すべきことが開示されている。
本発明の酸化還元電位測定用電極の洗浄方法を用いて酸化還元電位を測定すれば、斯かる管理を洗浄の影響を受けることなく安定して行うことができる。
【００２４】
［酸化還元電位測定用電極の洗浄方法］
図４を用いて本発明の酸化還元電位測定用電極の洗浄方法について説明する。図４において、酸化還元電位測定用電極５１は、電極ホルダー５２に取り付けられ、その周囲は電極保護筒５３で保護されている。そして、ノズル５４から窒素ガスが噴射され、酸化還元電位測定用電極５１に吹き付けることによって洗浄するようになっている。酸化還元電位測定用電極５１は、指示電極として従来用いられている白金電極を採用することができるが、白金が塩分等の影響を受けやすいこともあるため、状況によっては金電極であるものが好ましい。
図示を省略した窒素ガスボンベとノズル５４との間には、１回の洗浄に必要な窒素ガスを一時的に蓄えると共に、設定した噴射圧で吐出できるように、タンクをノズルに極力近い場所に設けることが好ましい。タンクの容量は、例えば０．５Ｌとすることができる。噴射圧は、０．２〜０．４ＭＰａであることが好ましい。
噴射時間は、洗浄時のＯＲＰ値の変動を小さくする観点で０秒超３秒以下に設定することが好ましい。さらに、得られる洗浄効果を考慮すると、噴射時間は０．５秒以下であることがより好ましい。噴射時間を、０．５秒より長くしても、洗浄効果に変化はなく、窒素ガスの浪費につながるので好ましくない。なお、さらに洗浄効果を高めるためには、０．５秒以下の噴射を間欠的に繰り返してもよい。
【実施例】
【００２５】
（実施例）
金電極を指示電極とする酸化還元複合電極を用いて、嫌気槽と好気槽の酸化還元電位（ＯＲＰ値）の測定を行った。測定中２時間に１回、窒素ガスを０．３ＭＰａの圧力で、０．３秒間噴射して洗浄を行った。窒素ガスの噴射は、具体的には、窒素ガスを０．３ＭＰａの圧力となるように充填した０．５Ｌのタンクと、径４φのノズルとの間に設けた制御弁を、０．３秒間解放することにより行った。
1回の洗浄に使用した窒素ガスの量は、大気圧換算で１．５Ｌであった。測定結果を図５に示す。図５に示すように、洗浄による指示変動はほとんど認められなかった。
【００２６】
（比較例）
洗浄ガスを空気に換えた他は実施例と同様にして、実施例の測定を行ったのと別の日に、嫌気槽と好気槽の酸化還元電位（ＯＲＰ値）の測定を行った。測定結果を図６に示す。
図６に示すように、嫌気槽においては、２時間毎の洗浄のたびにプラス電位方向にピークの立ち上がりが見られた。また、洗浄終了後１５分程度経過しないと安定した測定状態に復帰しなかった。溶存酸素と結合酸素が共に存在しない嫌気槽に設置された酸化還元電位測定電極近傍には、酸素がほとんど存在していない。ここに空気が噴射されると、酸化還元電位測定用電極に空気中の酸素が吸着してしまい、これが、洗浄終了後も残存することにより、長時間の指示変動をもたらしているものと推測される。
一方、好気槽では、２時間毎の洗浄のたびにマイナス電位方向にピークが発生した。また、洗浄終了後、直ちには安定した測定状態に復帰しなかった。この好気槽におけるピーク発生の要因は、現在のところ不明である。
【００２７】
上記実施例と比較例とからわかるように、本発明に係る洗浄方法は、洗浄ガスとして窒素ガスを用いることにより、安定した酸化還元電位測定を可能とするものである。
本発明に係る洗浄方法を用いれば、下水処理システムの制御において、洗浄中の伝送信号の固定等の対策は省略可能であることが分かった。また、対策を施すとしても、ごく短時間のみの対策で差し支えないことが分かった。
また、実施例における1回の洗浄に使用した窒素ガスの量から、４７Ｌの窒素ガスボンベ（１５ＭＰａ充填）を用いれば、２時間に１回の洗浄を１年間継続できることが分かり、ある程度窒素ガスの使用量を節約することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の電極が使用される下水処理システムＡの構成図である。
【図２】本発明の電極が使用される下水処理システムＢの構成図である。
【図３】本発明の電極が使用される下水処理システムＣの構成図である。
【図４】本発明の酸化還元電位測定用電極の洗浄方法について示した図である。
【図５】実施例に係る電極を用いて測定したデータである。
【図６】比較例に係る電極を用いて測定したデータである。
【符号の説明】
【００２９】
１…下水、２…最初沈殿池、３…最終沈殿池流出水、４…嫌気槽、５…無酸素槽、
６… 好気槽、７… 最終沈殿池、８… 返送汚泥、９…返送汚泥ポンプ、
１０… ブロアー、１１…有機酸タンク、１２…薬注ポンプ、１３…ＯＲＰ計、
１４…ＤＯ計、１５…硝化液、１６…循環ポンプ、１９…余剰汚泥、２０… 有機酸、
５１…酸化還元電位測定用電極、５２…電極ホルダー、５３…電極保護筒、５４…ノズル
【図１】
2009063433.tif 000003
【図２】
2009063433.tif 000004
【図３】
2009063433.tif 000005
【図４】
2009063433.tif 000006
【図５】
2009063433.tif 000007
【図６】
2009063433.tif 000008