(57)【要約】【課題】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、酸素消費速度の時間変化を表示する曝気槽の監視方法において、グラフに複数の曲線が混在しているため曝気槽の処理状態の時間的な変化を視覚的に把握するのが困難という課題があった。【解決手段】複数の酸素消費速度を測定位置までの容積で積分し、曝気槽全体の酸素消費速度として１つの曲線でグラフに表示することにより、曝気槽の負荷状態を視覚的に把握できるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
曝気槽の流下方向に沿って、複数箇所の汚泥をサンプリングして酸素消費速度を測定し、測定した酸素消費速度から曝気槽全体の酸素消費速度を算出し、算出した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】
曝気槽全体の酸素消費速度は、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、前記測定した複数箇所の酸素消費速度を曝気槽の容積で積分することを特徴とする請求項１記載の曝気槽の監視方法。
【請求項３】
区分求積法を用いて複数箇所の酸素消費速度を曝気槽の容積で積分することを特徴とした請求項２記載の曝気槽の監視方法。
【請求項４】
リーマン積分法を用いて複数箇所の酸素消費速度を曝気槽の容積で積分することを特徴とした請求項２記載の曝気槽の監視方法。
【請求項５】
複数箇所の酸素消費速度から内生呼吸の酸素消費速度を減算してから積分する特徴とした請求項２記載の曝気槽の監視方法。
【請求項６】
内生呼吸の酸素消費速度は、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て用いることを特徴とした請求項５記載の曝気槽の監視方法。
【請求項７】
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６記載の曝気槽の監視方法。
【請求項８】
曝気槽全体の酸素消費速度は、サンプリングした複数箇所の汚泥を一つの容器に混合して酸素消費速度を測定し、この測定値に曝気槽全体の容積を乗算することより得ることを特徴とする請求項１記載の曝気槽の監視方法。
【請求項９】
曝気槽全体の酸素消費速度より曝気槽の負荷状態を判断して表示することを特徴とする請求項１記載の曝気槽の監視方法。
【請求項１０】
曝気槽の負荷状態の判断結果に基づき、曝気槽を制御することを特徴とする請求項９記載の曝気槽の監視方法。
【請求項１１】
曝気槽全体の酸素消費速度が０から上昇し再び０となるまでの領域を時間で積分して総酸素消費量を算出し、総酸素消費量を曝気槽に流入した総負荷量とすることを特徴とする請求項５記載の曝気槽の監視方法。
【請求項１２】
総負荷量を時間で除して１日あたりの負荷量を算出することを特徴とする請求項１１記載の曝気槽の監視方法。
【請求項１３】
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５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れる。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。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。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懐疑的であることも導入が進まない遠因となっている。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おり、結果的に運転効率が低い状況となっている。
【０００７】
このような状況に対して、排水処理系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する方法など曝気槽の管理支援としての監視技術の変化が進みつつある。
【０００８】
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。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。しかし、この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。
【０００９】
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）を直接測定して表示する方法がある。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の状態を表示することができる。
【００１０】
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、相対的な負荷の変化を知るに留まり、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を測定し、酸素消費速度の流下方向の分布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）。
【００１１】
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の曝気槽において、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】
【００１２】
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り、処理の良否は判断できるが、曝気槽の処理状態の時間的な変化を視覚的に把握するのが困難という課題があった。
【００１３】
また、標準との比較であるため曝気槽へ流入する負荷量を定量的に評価することは困難であるという課題があった。
【００１４】
そこで本発明は、排水処理施設の管理者が曝気槽の処理状態の変化を視覚的に容易に把握でき、曝気槽へ流入する負荷を定量的に評価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】
【００１５】
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、複数箇所の汚泥をサンプリングして酸素消費速度を測定し、測定した酸素消費速度から曝気槽全体の酸素消費速度を算出し、算出した酸素消費速度を外部に表示するものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、曝気槽の処理状態を視覚的に把握することが容易になり、負荷状態を定量的に評価できるようになり、排水処理施設の管理者が適切に運転管理することができる曝気槽の監視方法が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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、複数箇所の汚泥をサンプリングして酸素消費速度を測定し、測定した酸素消費速度から曝気槽全体の酸素消費速度を算出し、算出した酸素消費速度を外部に表示するものである。
【００１８】
本実施の形態によれば、排水処理施設の管理者が曝気槽の負荷状態を視覚的に把握することができる。
【００１９】
本発明の第２の実施の形態は、曝気槽全体の酸素消費速度は、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、前記測定した複数箇所の酸素消費速度を曝気槽の容積で積分するものである。
【００２０】
本実施の形態によれば、曝気槽の負荷状態を判断することができる。
【００２１】
本発明の第３の実施の形態は、区分求積法を用いて複数箇所の酸素消費速度を曝気槽の容積で積分するものである。
【００２２】
本実施の形態によれば、安価だが処理能力が不足している制御機器でも積分計算を行うことができる。
【００２３】
本発明の第４の実施の形態は、リーマン積分法を用いて複数箇所の酸素消費速度を曝気槽の容積で積分するものである。
【００２４】
本実施の形態によれば、より高精度に曝気槽全体の酸素消費速度を算出することができる。
【００２５】
本発明の第５の実施の形態は、複数箇所の酸素消費速度から内生呼吸の酸素消費速度を減算してから積分するものである。
【００２６】
本実施の形態によれば、酸素消費速度の測定値から温度変化による影響を除外し、負荷の分解に用いられた酸素消費速度を得ることができる。
【００２７】
本発明の第６実施の形態は、内生呼吸の酸素消費速度は、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て用いるものである。
【００２８】
本実施の形態によれば、内生呼吸の酸素消費速度を定義することができる。
【００２９】
本発明の第７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８の実施の形態は、曝気槽全体の酸素消費速度は、サンプリングした複数箇所の汚泥を一つの容器に混合して酸素消費速度を測定し、この測定値に曝気槽全体の容積を乗算することより得るものである。
【００３２】
本実施の形態によれば、１回の計測で曝気槽全体の酸素消費速度を得ることができるため、測定時間を大幅に短縮することができる。
【００３３】
本発明の第９の実施の形態は、曝気槽全体の酸素消費速度より曝気槽の負荷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、管理者が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。
【００３５】
本発明の第１０の実施の形態は、曝気槽の負荷状態の判断結果に基づき、曝気槽を制御するものである。
【００３６】
本実施の形態によれば、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の状態を適切に管理することができる。
【００３７】
本発明の第１１の実施の形態は、曝気槽全体の酸素消費速度が０から上昇し再び０となるまでの領域を時間で積分して総酸素消費量を算出し、総酸素消費量を曝気槽に流入した総負荷量とするものである。
【００３８】
本実施の形態によれば、各負荷状態が生じた期間における排水処理槽内に流入した総負荷量を定量的に評価できるようになり、曝気槽の運転管理をより適切に行うことができる。
【００３９】
本発明の第１２の実施の形態は、総負荷量を時間で除して１日あたりの負荷量を算出するものである。
【００４０】
本実施の形態によれば、負荷状態にあった期間が異なっていても、負荷状態を定量的に評価することができる。
【００４１】
本発明の第１３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。
【００４２】
本実施の形態によれば、無負荷状態が得られず内生呼吸の酸素消費速度が更新されない場合や、短時間に温度変化が生じる場合においても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。
【００４３】
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。
【００４４】
（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を含むシステムの一例を示すブロック図で、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。
【００４５】
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。
【００４６】
ここで、矢印の方向は排水の流れを表している。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
また、曝気槽４の最下流部は沈殿槽５と接続されている。
【００５０】
沈殿槽５は排水処理系１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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
また、曝気槽４にはサンプリングポンプ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、各サンプリングポンプ１６はサンプリング弁１７を介して計測槽８の流入口１８と接続されている。
【００５６】
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。
【００５７】
制御部９は曝気ブロア７、計測槽曝気ブロア１３、サンプリングポンプ１６、サンプリング弁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。
【００５８】
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。
【００５９】
尚、図１において、説明上サンプリングポンプ１６、サンプリング弁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。
【００６０】
次に、本実施の形態の処理動作について説明する。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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（図示なし）。
【００６７】
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。
【００６８】
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、サンプリングポンプ１６のうち任意の一つを動作させ、そのポンプに対応したサンプリング弁１７を開いて、その近傍の混合液を流入口１８から計測槽８へサンプリングする。
【００６９】
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。
【００７０】
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、この勾配を制御部９で酸素消費速度として算出する。
【００７１】
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。
【００７２】
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繰り返して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の時間変化が得られる。
【００７３】
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の酸素消費速度の変化が負荷によるものか、温度変化によるものかを区別しなければならない。
【００７４】
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）。
【００７５】
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。
【００７６】
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。すなわち内生呼吸への遷移が生物処理の完了であり、内生呼吸への遷移の位置が図３のａにあるように曝気槽４の最下流部となる場合が理想的な処理といえる。
【００７７】
また、流入負荷が無い場合は図３のＢのように酸素消費速度の分布は水平になり、測定箇所にかかわらず測定した酸素消費速度の値が内生呼吸の酸素消費速度となる。このように、押し出し流れ型の曝気槽における酸素消費速度の分布は負荷の状態によって変化し一様ではない。
【００７８】
図４は、本発明をある食品工場の排水処理施設に適用したときの酸素消費速度の分布の時間変化を示している。図４では最前段の酸素消費速度をＲｒ1、中段がＲｒ2、最後段がＲｒ3である。このように、流入負荷の増減に合わせて各酸素消費速度が変動し、特に、最前段の酸素消費速度が高い値を示していることがわかる。このような酸素消費速度の分布の時間変化は、曝気槽４の内部の各位置における酸素消費速度の変化を知ることができるが、曝気槽全体の状態を総合的に把握するのには多数の曲線が混在していてわかりにくい。曝気槽４の負荷状態の変化を視覚的に把握するには、複数の曲線を統合して一つの曲線で曝気槽全体の状態を表示することが望ましい。そこで、本発明では各位置での酸素消費速度の測定結果から得られる分布を曝気槽４の容積で積分し、曝気槽全体の酸素消費速度として表示する。
【００７９】
図５（ａ）は、区分求積分法を用いて曝気槽全体の酸素消費速度を算出する方法を模式的に示している。ここでは横軸に曝気槽の流下方向における曝気槽前段からの容積を、縦軸は酸素消費速度を表しており、判りやすいように横軸の下部には曝気槽４とサンプリングする位置を示している。グラフには、各測定位置における容積と酸素消費速度の測定値をプロットしてある。
【００８０】
ここで、最前段に設置してあるＲｒ1の容積は０、中段のＲｒ2の容積はＶ2、最後段のＲｒ3の容積は曝気槽全体の容積であるＶ3とする。酸素消費速度を容積で積分することは、すなわち、図５（ａ）における斜線で示した領域の面積を求めることと同義である。
【００８１】
ここでは、簡便に斜線の面積を近似的に計算する方法として区分求積法を用いた方法について説明する。区分求積法は、隣り合う酸素消費速度の値を直線で近似して、その中心値で短冊状の領域の面積を計算し、この面積を合計して全体の面積を計算する方法である。図５（ａ）の場合、下記の式（１）、式（２）により、短冊状の領域Ｓ1、Ｓ2を計算する。
【００８２】
Ｓ1＝（Ｒｒ1＋Ｒｒ2）／２×（Ｖ2）・・・（１）
Ｓ2＝（Ｒｒ2＋Ｒｒ3）／２×（Ｖ3−Ｖ2）・・・（２）
次に、式（３）で各計算値を合計すれば求める面積、すなわち曝気槽全体の酸素消費速度Ｓを算出することができる。
【００８３】
Ｓ＝Ｓ1＋Ｓ2・・・（３）
もし、より多数の位置の酸素消費速度を測定し、酸素消費速度と容積の関係を近似できる関数を導出できるのであれば、導出した関数に対してリーマン積分法により直接面積を算出して曝気槽全体の酸素消費速度を算出することができる。
【００８４】
図６は、図５（ａ）のグラフのうち酸素消費速度と容積の関係をＲｒ（ｖ）という関数で近似して表示してある。一般的にはＲｒ（ｖ）は２次関数や累乗関数などで近似させることができる。ここで、図６の斜線の部分の面積を求めるには関数Ｒｒ（ｖ）を領域０〜Ｖ3で定積分することにより、曝気槽全体の酸素消費速度Ｓを算出することができる。
【００８５】
区分求積法を用いるのかリーマン積分法を用いるのかは、コストや要求される精度により決定され一概に言えないが、リーマン積分法を採用する場合は、近似関数の導出や積分計算が必要な為、制御部９に高い処理能力が要求されるため、シーケンサー等の安価な制御機器を採用する場合は区分求積法を用いる。
【００８６】
以上のように、酸素消費速度を測定位置の容積で積分することにより曝気槽全体の酸素消費速度を算出することができるが。ここで注意しなければならないのは、通常用いられる酸素消費速度とここで算出した曝気槽全体の酸素消費速度はその物理的意味が若干異なる点である。
【００８７】
通常の酸素消費速度（ｇ／Ｌ・ｈ）は単位時間（ｈ）あたりの、単位容積（Ｌ）あたりの酸素濃度（ｇ）で定義されており、これは曝気槽４内の微生物の呼吸速度を表しており、容積で除算されているため容積が異なる別の曝気槽４の汚泥とも比較可能である。
【００８８】
しかし、曝気槽全体の酸素消費速度は容積で積分している為、容積の項（Ｌ）がなくなり、単位としては（ｇ／ｈ）となるので、これは微生物を単位としていることではなく、曝気槽全体を一つの反応容器と見た時の酸素消費速度となることである。容積を乗算することにより他の、施設の曝気槽との比較には用いることができず、あくまで対象とする曝気槽における酸素消費速度の変化を表示していると解釈する。
【００８９】
ところで、酸素消費速度は図２で示したように負荷以外にも温度でも変化する為、曝気槽４の水温が季節変動等の影響で変化した場合、酸素消費速度も増減する。温度変化が一定な場合や、温度の影響も含めた曝気槽全体の酸素消費速度を把握したい場合は、上記に示した方法で算出すればよいが、温度変化の影響を除外した、負荷の消費による曝気槽全体の酸素消費速度を算出する方が、より曝気槽の負荷状態を把握するのに適切である。
【００９０】
本発明では、酸素消費速度の測定値から温度変化による影響を除外する方法として、各酸素消費速度の測定値から内生呼吸の酸素消費速度を減算する。
【００９１】
ここで、内生呼吸の酸素消費速度を定義しなければならない。図３のＢで示したように、曝気槽４に流入する負荷が無いとき、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。
【００９２】
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。
【００９３】
そして、各酸素消費速度の測定値から記憶した内生呼吸の酸素消費速度を減算し、減算した値を内生呼吸の影響を除外した負荷による酸素消費速度とする。内生呼吸の酸素消費速度は曝気槽４が無負荷になる度に更新され、季節変動等による温度変化があっても常に最新の状態に更新されるため、温度変化による影響を除外して負荷による酸素消費速度を得ることができる。
【００９４】
尚、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、無負荷となる度に内生呼吸の酸素消費速度が更新されるため、活性状態の影響を除外することができる。
【００９５】
処理施設の操業状況によっては、休日がなく長期間負荷が流入して内生呼吸の酸素消費速度を更新できない場合がある。また、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。
【００９６】
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ればよい。
【００９７】
図７は一般的な内生呼吸の酸素消費速度と温度の関係の１例を示している。このように温度と内生呼吸の酸素消費速度との関係は式（４）で示すような指数関数で近似できる。
【００９８】
ＲｒN＝Ｃｅat・・・（４）
ここで、ＲｒNは酸素消費速度、ｔは温度、Ｃ，ａは係数である。
【００９９】
図７に式（４）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温度センサ１１により計測し、式（４）を変形した式（５）に代入し係数Ｃを算出すれば、式（４）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。
【０１００】
Ｃ＝ｌｎＲｒN／ａｔ・・・（５）
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。
【０１０１】
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４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。
【０１０２】
次に、以上で説明した曝気槽全体の酸素消費速度を表示する方法について具体的に説明する。図８は複数の酸素消費速度の測定値から無負荷を判断して内生呼吸の酸素消費速度を制御部９に記憶し、曝気槽全体の酸素消費速度を算出する処理を示すフローチャートである。
【０１０３】
図８においてＲｒ1からＲｒ3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、Ｒｒ1が最上流部を、Ｒｒ3が最下流部を表す。ＲｒN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。Ｖ1からＶ3は各測定位置までの曝気槽の容積であり、Ｖ1は最上流部であるため０としてある。Ｓは曝気槽全体の酸素消費速度である。
【０１０４】
まず、Ｒｒ1、Ｒｒ2およびＲｒ3を測定する。次にＲｒ1とＲｒ3の値を比較し、Ｒｒ1−Ｒｒ3≦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Ｒｒ1−Ｒｒ3＞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。
【０１０５】
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ＲｒNをＲｒ3の値に更新する。無負荷の場合はＲｒ1からＲｒ3が一致しており、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Ｒｒ3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。
【０１０６】
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微生物体内に残存した負荷が消費され、Ｒｒ1からＲｒ3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ＲｒN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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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Ｒｒ3＜ＲｒN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。図４には３つの酸素消費速度からこのアルゴリズムを用いて算出した内生呼吸の酸素消費速度ＲｒNの時間変化を表示してある。このように内生呼吸の酸素消費速度が無負荷となる毎に更新されており、また、無負荷となった後の極小値を更新していることがわかる。
【０１０９】
次に、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、各酸素消費速度から内生呼吸の酸素消費速度を減算し、減算した値を区分求積法を用いて容積で積分して曝気槽全体の酸素消費速度を算出し、その時間変化を表示部１５に表示する。表示方法の一例を図９に示す。
【０１１０】
図９は図４の結果から曝気槽全体の酸素消費速度を算出し、その結果を横軸に日時、縦軸に曝気槽全体の酸素消費速度として表示している。このように、曝気槽４の酸素消費速度の変化が一つの曲線で表現されており、図４のように複数の曲線が混在して表示する方法と比較して飛躍的に曝気槽４の状態を把握しやすくなっているのがわかる。
【０１１１】
また、曝気槽全体の酸素消費速度は曝気槽４の負荷状態を意味している為、この値から曝気槽の負荷状態を判断することも可能である。図１０は曝気槽全体の酸素消費速度から曝気槽の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Ｓは曝気槽全体の酸素消費速度を表し、０及びＬ1〜Ｌ3は、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。閾値は過去の履歴等を参照して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て予想される総呼吸速度を算出し、設計値の半分を低負荷、１．５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。
【０１１２】
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８にある方法で曝気槽全体の酸素消費速度Ｓを算出し、Ｓが各閾値のうちどの範囲に入るか調べていく。すなわちＳが０より小さければ無負荷、０からＬ1であれば低負荷、というようにＳの値から曝気槽４の負荷状態を判断することができる。
【０１１３】
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、“中負荷”のように文字を用いるとわかりやすい。
【０１１４】
また、図９のように曝気槽全体の酸素消費速度の時間変化を示すグラフの縦軸に各負荷状態の閾値の範囲を表示しておけば、管理者が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。
【０１１５】
また、さらに、この判断結果に基づき、例えば、無負荷の時は制御部９からブロア７を制御して曝気風量を絞り、逆に過負荷の時には曝気風量を増やすことにより、曝気槽４の処理を適切に制御することもできる。また制御対象としては曝気ブロア７の曝気風量だけでなく、負荷の流入量や返送汚泥量、薬剤注入量など排水処理で用いられる様々な項目に適用可能である。
【０１１６】
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、負荷状態の判断まで行って結果を表示し、判断結果に基づいて曝気槽４を適切に制御することにより、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の状態を適切に管理することができる。
【０１１７】
図９は曝気槽全体の酸素消費速度の時間変化を表すが、このグラフは対象となる排水処理施設の操業状況にあわせ、曝気槽全体の酸素消費速度が状態が０から上昇し再び０に戻るまでの挙動が繰り返し生じていることが観察できる。このように食品工場等の事業系排水処理施設は負荷が一様ではなく、２日あるいは３日ごとに休日があり、曝気槽４へ流入する負荷も増減している。
【０１１８】
図１１は図９における一つの負荷状態の期間を取り出して、横軸を時間（ｈ）にして表示したグラフである。このグラフの斜線で囲まれる領域は、この期間に曝気槽４に流入した負荷を分解する為に消費するために消費した酸素の総量、すなわち総酸素消費量（ｋｇ）を表している。
【０１１９】
つまり、総酸素消費量（ｋｇ）を算出することにより、この負荷状態の期間に曝気槽４に流入した総負荷量として定量的に評価することができる。尚、曝気槽全体の酸素消費速度を時間で積分する方法は、図５で説明した区分求積分法で簡単に算出することができる。
【０１２０】
さらに、曝気槽４の負荷状態を定量的に評価する項目としては、総酸素消費量を負荷状態にあった時間で除して２４を乗じることにより、１日あたりの負荷量（ｋｇ／ｄａｙ）として表示する方が判断しやすい。特に排水処理の負荷を定量的に表現する場合はしばしば一日あたりの量として表現する場合が多く、日単位で表示することにより、負荷状態にあった期間が異なっていても、負荷状態を定量的に評価することができる。
【０１２１】
表１は図９で示した曝気槽全体の酸素消費速度の時間変化で確認できる３つの負荷状態に対し、区分求積分法により時間で積分して総負荷量を算出した結果、曝気槽全体の酸素消費速度が０から上昇し再び０となるまでの時間から負荷時間を算出した結果、及び両者から単位１日当たりの負荷量を算出した結果を表示部１５に表示する一覧表である。
【０１２２】
【表１】
2009066496.tif 000003
【０１２３】
さらに、図１２は各負荷状態について１日あたりの負荷量を棒グラフで表示する１例である。このようにすれば、運転管理者は、各負荷状態が生じた期間における排水処理槽内に流入した総負荷量や一日当たりの負荷量を定量的に評価できるようになり、曝気槽４の運転管理をより適切に行うことができる。
【０１２４】
尚、本実施の形態において、曝気槽全体の酸素消費速度を算出するのに曝気槽４における酸素消費速度の分布を測定して、容積で積分する方法で説明した。曝気槽全体の酸素消費速度を算出する別の方法として、サンプリングした複数箇所の汚泥を計測槽８に混合して酸素消費速度を測定し、この測定値に曝気槽全体の容積を乗算する方法がある。
【０１２５】
この場合は、サンプリングする量に注意する必要があり、隣あうサンプリングポンプ１６の位置の中心に仮想の隔壁があると仮定して曝気槽４を区分し、その区分された領域の容積の割合と同じ割合となるように汚泥を計測槽８へサンプリングする必要がある。各箇所からサンプリングして混合された汚泥は曝気槽全体を攪拌して酸素消費速度を均一にしたことと同じになり、ここで計測された酸素消費速度に曝気槽全体の容積を乗ずることにより、曝気槽全体の酸素消費速度を得ることができる。この方法によれば、１回の計測で曝気槽全体の酸素消費速度を得ることができるため、測定時間を大幅に短縮することができる。
【０１２６】
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より高精度に曝気槽全体の酸素消費速度を算出することができる。
【０１２７】
以上のように、本実施の形態によれば、曝気槽全体の酸素消費速度の時間変化を表示することにより、排水処理施設の管理者が曝気槽の負荷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。
【０１２８】
さらに、曝気槽全体の酸素諸費速度から負荷時間の総負荷量や１日あたりの負荷量を算出して表示することにより、曝気槽の負荷状態を定量的に把握できるようになり曝気槽の管理者がより運転管理を適切に行うことができる曝気槽の監視方法が得られる。
【産業上の利用可能性】
【０１２９】
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】
【０１３０】
【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】各酸素消費速度および内生呼吸の酸素消費速度の時間変化を示すグラフ
【図５】酸素消費速度と容積で囲まれる領域の面積を求める方法を示した図（（ａ）区分求積法により酸素消費速度と容積で囲まれる領域の面積を求める方法を模式的に示した図、（ｂ）内生呼吸の酸素消費速度を減算する場合の模式図）
【図６】リーマン積分法により酸素消費速度と容積で囲まれる領域の面積を求める方法を模式的に示した図
【図７】内生呼吸の酸素消費速度と温度の関係を示すグラフ
【図８】本発明の実施の形態１の曝気槽全体の酸素消費速度を算出する処理を示すフローチャート
【図９】本発明の実施の形態１の曝気槽全体の酸素消費速度の時間変化を示すグラフ
【図１０】本発明の実施の形態１の負荷状態の判断処理を示すフローチャート
【図１１】本発明の実施の形態１の曝気槽全体の酸素消費速度の時間変化から総呼吸量を示す領域を示すグラフ
【図１２】本発明の実施の形態１の総負荷量および１日あたりの負荷量の一例を示すグラフ
【符号の説明】
【０１３１】
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】
2009066496.tif 000004
【図２】
2009066496.tif 000005
【図３】
2009066496.tif 000006
【図４】
2009066496.tif 000007
【図５】
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【図６】
2009066496.tif 000009
【図７】
2009066496.tif 000010
【図８】
2009066496.tif 000011
【図９】
2009066496.tif 000012
【図１０】
2009066496.tif 000013
【図１１】
2009066496.tif 000014
【図１２】
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