(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定液を導入して活性汚泥の存在下に嫌気状態を維持し脱窒反応を行う測定槽と、
測定に必要な量の被測定液を測定槽に導入する手段と、
測定槽の槽内液を攪拌する攪拌手段と、
菌体転換率が既知のＢＯＤ源である基質を、脱窒反応における消費速度より遅い速度で測定槽に添加する基質添加手段と、
測定槽内の酸化還元電位を測定するＯＲＰ計と、
ＯＲＰ計のＯＲＰ信号を受入れて、ＯＲＰ値の急降下時点までの基質添加量から硝酸濃度を演算する演算装置と
を含む硝酸濃度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は被測定液中に含まれる硝酸濃度を測定するための装置、特に生物学的硝化または脱窒工程における被測定液中に含まれる硝酸濃度の測定に適した硝酸濃度測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
し尿その他のアンモニア性窒素含有液を生物学的に脱窒する処理法では、硝化工程において被処理液を過剰に曝気して硝化することにより、活性汚泥中の硝化菌の作用によってアンモニア性窒素を硝酸性窒素に変換し、得られる硝化液を脱窒工程において嫌気状態に維持することにより、活性汚泥中の脱窒菌の作用によって硝酸性窒素を窒素ガスに還元する。
【０００３】
このような生物学的脱窒法では、硝化工程と脱窒工程を独立した処理槽で行う典型的な方法のほかに、単一の処理槽において間欠的に曝気を行うことにより硝化工程と脱窒工程を交互に行う方法などの変法がある。間欠曝気法ではある特定の嫌気条件下に曝気を行うと硝化と脱窒が同時に進行するため、効率のよい処理が行われる。
【０００４】
上記のような生物脱窒法では、運転状態の把握のために液中の硝酸濃度の測定が必要になる。例えばいずれの処理法でも脱窒工程においてメタノール等のＢＯＤ源を基質として加える必要があるが、その添加量を必要最低限に制御するため、あるいはその他の制御のためにも硝酸濃度の測定が必要になる。
【０００５】
従来の硝酸濃度の測定方法としては比色分析が一般的であるが、生物脱窒処理においてオンラインで手速く測定することはできない。硝酸をモニターするイオンセンサも知られているが、寿命が短く、し尿処理装置等では使用できない。酸化還元電位（ＯＲＰ）は硝酸濃度と相関関係にあるが、微量の硝酸濃度（５ｍｇ／ｌ以下）の領域におけるＯＲＰの変位に比べ、通常の濃度（５０〜１００ｍｇ／ｌ）の領域におけるＯＲＰの変位は小さく、実用的でない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記問題点を解決するため、被測定液中の硝酸濃度を迅速かつ正確に測定でき、生物学的硝化または脱窒工程においてもオンラインで測定することが可能な硝酸濃度測定装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被測定液を導入して活性汚泥の存在下に嫌気状態を維持し脱窒反応を行う測定槽と、
測定に必要な量の被測定液を測定槽に導入する手段と、
測定槽の槽内液を攪拌する攪拌手段と、
菌体転換率が既知のＢＯＤ源である基質を、脱窒反応における消費速度より遅い速度で測定槽に添加する基質添加手段と、
測定槽内の酸化還元電位を測定するＯＲＰ計と、
ＯＲＰ計のＯＲＰ信号を受入れて、ＯＲＰ値の急降下時点までの基質添加量から硝酸濃度を演算する演算装置と
を含む硝酸濃度測定装置である。
【０００８】
本発明において、「硝酸」は「亜硝酸」を含む。
本発明において硝酸濃度測定の対象とする被測定液としては、生物学的硝化工程または脱窒工程における被処理液および処理液が測定対象として適しているが、硝酸（塩）を含むものであれば制限なく被測定液となり得る。生物学的硝化または脱窒工程の被処理液および処理液は活性汚泥を含んだ状態で被測定液とすることができる。
【０００９】
本発明において用いる測定槽は、被測定液を導入して活性汚泥の存在下に嫌気状態を維持し脱窒反応を行う槽であり、被処理液導入手段、攪拌手段、基質添加手段およびＯＲＰ計等が設けられ、嫌気状態を維持できる構造とされる。活性汚泥は脱窒反応のための脱窒菌を含む活性汚泥であり、被測定液中に含まれる場合はさらに添加する必要はないが、被測定液中に含まれない場合は別途添加するか、あるいは予め測定槽に保存されている活性汚泥を用いることができる。
【００１０】
被測定液導入手段は測定に必要な所定量、例えば１ literの被測定液を計量して測定槽に導入するように構成される。攪拌手段は被測定液、基質および活性汚泥を嫌気状態を保って脱窒反応が進行する程度に攪拌するように構成する。基質添加手段は菌体転換率が既知のＢＯＤ源を基質として所定量ずつ徐々に添加するように構成する。この場合の添加速度は脱窒反応により消費される基質の消費速度より遅くする。ＯＲＰ計は測定槽内液の酸化還元電位（ＯＲＰ）を測定し、その測定信号を演算装置に入力するように構成する。
【００１１】
演算装置はＯＲＰ信号の変化を監視し、その急激な変化の時点を硝酸の消費された時点と判定し、その時点までの基質の添加量から硝酸濃度を演算する。硝酸濃度と基質添加量の関係は、被測定液の組成、性状、活性汚泥の活性、基質の種類、菌体転換率等により変化するので、それぞれの系について既知濃度の試料について係数を定め、次式により演算を行うように構成する。
硝酸濃度（ｍｇ／ｌ）＝係数×基質添加量
【００１２】
上記装置により硝酸濃度の測定を行うには、被測定液導入手段により所定量の被測定液を測定槽に導入し、活性汚泥が存在しない場合にはさらに活性汚泥を導入し、攪拌手段により嫌気状態で攪拌しながら、基質を徐々に添加し、脱窒反応を行わせる。この間ＯＲＰ計により槽内液のＯＲＰを測定し、その測定信号を演算装置に入力する。被測定液の導入量および基質の添加量もその都度演算装置に入力するようにしてもよいが、設定値として予め入力しておくこともできる。
【００１３】
演算装置ではＯＲＰ信号の変化を監視し、その急降下時点を検出し、その時点までの基質添加量から前記式により硝酸濃度を演算する。被測定液中の硝酸濃度が低下する場合、１０〜１００ｍｇ／ｌではＯＲＰの変化は僅かであるが、０付近ではＯＲＰが急降下するので、急降下時点を硝酸濃度０の時点とすることができる。
【００１４】
硝酸以外の酸化性成分を含む場合は、硝酸が０になってもＯＲＰが０になるとは限らないが、ＯＲＰの急降下は生じる。他の酸化性成分を含まない場合は硝酸が０となることによりＯＲＰも０になる場合があるので、このような場合にはＯＲＰが０または−になる時点を、ＯＲＰが急降下する時点とすることもできる。
【００１５】
上記の測定においては、活性汚泥中の脱窒菌が硝酸（塩）の硝酸性窒素を酸素源として基質を分解するため、硝酸性窒素に起因する高ＯＲＰが急降下するのをＯＲＰの変化を検出することにより、硝酸濃度が測定される。ＯＲＰは被測定液に含まれる他の酸化性物質の影響を受けるため、ＯＲＰの絶対値を測定するだけでは硝酸濃度を決定することはできないが、ＯＲＰの急降下の時点を測定することにより硝酸濃度０とすることが可能である。
【００１６】
上記の脱窒反応は生物反応であるため、即時に結果が出るものではなく、基質の消費は緩やかに行われる。従って基質の添加からＯＲＰの変化までに時間差が生じることになる。このため基質の添加速度は脱窒菌による基質の分解速度より低くすることが好ましい。そして上記時間差による測定結果の差は予め各系における実験値から一定の係数を決めて補正することもできるが、その差が誤差範囲内である場合には、その差を無視することもできる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面により説明する。
図１は一実施形態の硝酸濃度測定装置の系統図であり、生物学的硝化脱窒処理装置に付属するように設けられている。
【００１８】
図１において、１は硝化脱窒処理装置であり、し尿等のアンモニア性窒素含有液を処理するためのメインの処理装置である。この硝化脱窒処理装置１は硝化脱窒反応槽２に被処理液導入路３から被処理液を導入し、処理液排出路４から処理液を取出すように接続され、ポンプＰ１により循環液路５を通して槽内液を循環する際、循環量を調整してインジェクタ６からの空気取込量を調整し、散気液装置７から放出することにより好気および嫌気状態を繰返し、生物学的硝化工程および脱窒工程を繰返すように構成されている。
【００１９】
１０は硝酸濃度測定装置であって、測定槽１１にポンプＰ２を有する循環液路１２が設けられ、この循環液路１２は切換弁Ｖ１、Ｖ２を介し被測定液導入路１３および被測定液排出路１４が硝化脱窒反応槽２に接続している。測定槽１１には基質導入路１５が接続し、ポンプＰ３により基質を添加し、その添加量信号を演算装置１７に入力するように構成されている。測定槽１１にはＯＲＰ計１６が設けられ、槽内のＯＲＰを検出し、検出したＯＲＰ信号を演算装置１７に入力するように構成されている。
【００２０】
演算装置１７はＯＲＰ信号の変化をモニターし、その急降下時点を検出して、その時点での基質添加量から被測定液の硝酸濃度を演算するように構成されている。また演算装置１７はポンプＰ１〜Ｐ３の駆動および切換弁Ｖ１、Ｖ２の切換も行うように構成されている。
【００２１】
上記の構成において硝化脱窒処理装置１では、硝化脱窒反応槽２に被処理液導入路３から被処理液を導入して槽内の活性汚泥を混合し、ポンプＰ１により循環液路５を通して槽内液を循環することにより攪拌する。このときポンプＰ１による循環量を調整することによりインジェクタ６からの空気の取込量を調整して好気状態および嫌気状態を間欠的に繰返し、硝化工程および脱窒工程を繰返す。
【００２２】
上記硝化工程および脱窒工程の任意の時点における硝酸濃度を測定するために、硝化脱窒反応槽２の槽内液を測定槽１１に導入して測定を行う。このとき切換弁Ｖ１を硝化脱窒反応槽２側に切換え、切換弁Ｖ２を測定槽１１側に切換えると、ポンプＰ２により被測定液導入路１３を通して被測定液を測定槽１１に一定量導入する。この場合被測定液は活性汚泥が混入した状態で導入される。
【００２３】
その後切換弁Ｖ１を測定槽１１側に切換えて、ポンプＰ２により循環液路１２を通して測定槽１１内の槽内液を循環し、嫌気状態に保つとともに、ポンプＰ３によりメタノール等の基質を基質導入路１５から添加することにより、脱窒反応が行われて基質が分解され、硝酸イオンが消費される。
【００２４】
この間基質の添加量はポンプＰ３から、また槽内液のＯＲＰ値はＯＲＰ計１６から演算装置１７に入力される。演算装置１７はＯＲＰの変化をモニターし、その急降下時点を測定して、その時点に至るまでの基質添加量から硝酸濃度を演算する。このときの演算方法は個々のケースにつき予め実験的に求めた係数を用いて前記式により演算が行われる。
【００２５】
基質としてメタノールを用いる場合、メタノールの菌体転換率は０．１５であるので、添加したメタノールの１５％が菌体となり、残りの８５％が脱窒反応により消費される。このときのメタノールを酸化する反応は次式により示される。
【００２６】
【化１】
６ＮＯ3-＋５ＣＨ3ＯＨ→３Ｎ2＋５ＣＯ2＋７Ｈ2Ｏ＋６ＯＨ-
従ってメタノール５×３２／０．８５ｇ添加により硝酸性窒素６×１４ｇ−Ｎが消費されるため、添加したメタノールの１／２．２４に相当する硝酸が消費されることになる。このため添加したメタノール量から硝酸濃度が演算により導き出される。
【００２７】
活性汚泥１ liter（ＭＬＳＳ  １５，５００ｍｇ／ｌ）中に硝酸を５０ｍｇ／ｌ添加した試験液にメタノールを１ｍｌ／分の流量で滴下して、１０分毎に、ＯＲＰを測定するとともに、試験液をサンプリングして硝酸濃度を分析した結果を図２に示す。この図から硝酸濃度はメタノール添加量に比例して減少することがわかる。また硝酸濃度が０になる付近でＯＲＰ値が急降下していることがわかる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、生物学的脱窒反応を利用し、ＯＲＰの急降下時点までの基質添加量から硝酸濃度を演算するようにしたので、被測定液中の硝酸濃度を迅速かつ正確に測定でき、生物学的硝化または脱窒工程においてもオンラインで測定することが可能な硝酸濃度測定装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態の硝酸濃度測定装置の系統図である。
【図２】メタノール添加量と硝酸濃度およびＯＲＰ値の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１  硝化脱窒処理装置
２  硝化脱窒反応槽
３  被処理液導入路
４  処理液排出路
５、１２  循環液路
６  インジェクタ
７  散気液装置
１０  硝酸濃度測定装置
１１  測定槽
１３  被測定液導入路
１４  被測定液排出路
１５  基質導入路
１６  ＯＲＰ計
１７  演算装置
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３  ポンプ
Ｖ１、Ｖ２  切換弁
【図１】
0003837765.tif 000002
【図２】
0003837765.tif 000003