曝気槽の監視方法
【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。
【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。
【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】
【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
【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】
【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
【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。
【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。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【公開番号】特開2009−66496(P2009−66496A)
【公開日】平成21年4月2日(2009.4.2)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−236170(P2007−236170)
【出願日】平成19年9月12日(2007.9.12)
【出願人】(000005821)パナソニック株式会社 (73,050)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成21年4月2日(2009.4.2)
【国際特許分類】
【出願日】平成19年9月12日(2007.9.12)
【出願人】(000005821)パナソニック株式会社 (73,050)
【Fターム(参考)】
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