JPS5814836B2 - 活性汚泥の動力学的性質測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、たとえば活性汚泥法による下水処理システム
のような好気的な条件下での微生物を用いる衛生工学や
発酵工学等の分野において、その所望の目的に適合した
運転管理を行うための活性汚泥の動力学的性質測定装置
に関する。

ここでは活性汚泥法を用いた下水処理システムの場合を
例として説明する。

第１図はそのフローシ一トを示すが、まず最初沈澱池１
にて比較的沈降性の良い懸濁物質が下水と共にポンプＰ
１により濃縮槽へ排出されると共に、その残りの下水が
次のはつ気槽２に導入される。

ここで、活性汚泥中に存在する微生物が下水中に含まれ
ている有機汚濁物質（以下、基質という）を取込む。

即ち、その一部は新細胞の合成に使われこれにより自ら
を増殖すると共に、残部はその生命維持のエネルギとし
て消費する。

こうした代謝活動を行うとき、水中に溶けている酸素を
使用する。

このため、はつ気槽２では空気圧送器Ｂないしブロア装
置３によって空気を吹き込み、必要な酸素が常に水中に
存在するようにされる。

このあと最終沈澱池４にて活性汚泥と水との分離が行わ
れ、上澄水は処理水として塩素滅菌されて放流される。

他方、沈降した活性汚泥は返送汚泥としてポンプＰ２に
よりばつ気槽２へ返送されるが、その際返送汚泥の一部
が余剰汚泥としてポンプＰ３により最初沈澱池１へと引
抜かれ、系内に存在する汚泥量を適正な値に保つように
している。

このような活性汚泥による処理システムにおける適正な
運転管理とは、活性汚泥が効率的に基質の除去を行うた
めの条件を常に確保することである。

その条件には２つある。その一つは、ばっ気槽における
溶存酸素濃度を適正な値に保ち、微生物の代謝活動を円
滑に行わせることであり、他の一つは流入基質量と倣生
物量の比（以下、Ｆ／Ｍ比という）を適正な値に保ち、
当該系内における１回当りの基質除去量の極大化を図り
より短時間に大量かつ良質な処理水を得ることである。

ここで、前者についてはすでに実用化されているので、
問題は後者にある。

Ｆ／Ｍ比の適正・一定制御には、一般に余剰汚泥制御が
有効と言われている。

すなわち、活性汚泥は前述したように増殖作用を行う。

従って、適正なＦ／Ｍ比を保つには、系内に存在する汚
泥総量から余剰汚泥として適正な量だけ引抜く必要があ
る。

そこで、流入基質量（又は流入負荷）及び活性汚泥の動
力学的性質（活性度等）が一定であるとすれば、汚泥の
増殖の割合は一定となるから、系内に存在する汚泥量か
ら一定の割合をもって余剰汚泥の引抜きを行えは適正な
Ｆ／Ｍ比を維持することができる。

ところが、流入負荷に変動があれは、従来の適正なＦ／
Ｍ比を保つためには余剰汚泥量をそれに応じて変化させ
なければならない。

また流入負荷が不変でも活性汚泥の動力学的性質が変化
すれば、当該活性汚泥に固有な適正Ｆ／Ｍ比も変化する
筈であるから、それに応じた汚泥の適正引抜きにより当
該活性汚泥に対する適正なＦ／Ｍ比を保つようにする必
要がある。

すなわち、流入負荷変動又は活性汚泥の動力学的性質の
変化を何らかの方法により検出し、その検出結果に応じ
た余剰汚泥制御が必要となるのである。

しかし従来は、これらのパラメータの検出測定技術ない
しは各パラメータ変動に基づく活性汚泥の自動制御方式
においてはなお実用化の段階には至っておらず、あって
もそれは処理水質検査（たとえば透視度等）にて判断し
ており、プロセスの急変による影響を制御要因に短時間
にかつ止確に反映させることはできない。

本発明は以上の点に鑑み、活注汚泥法等における制御あ
るいは管理指標となるべき活性汚泥の動力学的性質を短
時間にしかも正確（定量的）に測定しうる測定装置を提
供するものである。

第２図及び第３図は夫々本発明の一実施例を示すブロッ
ク図及び要部断面図である。

第２図において、５はたとえば前記ぱつ気槽２などの活
性汚泥反応槽６内に浸漬配置された一般の酸素消費量計
（以下γ計という）であり、それはたとえば第３図に示
すように、検出機構，はつ気機構，洗浄機構，注入攪拌
機構を備えた構造を有する。

７はこのγ計５の所定の空気配管群８及び注入管３２に
接続された駆動部で、この駆動部７は演算制御部９から
の指令を受けてｒ計５の各部位を、後述するシーケンス
に従って駆動制御する。

他方、γ計γの検出器２１の信号線２４は前記演算制御
部９と接続される。

演算制御部９では検出器２１が測定した結果、即ち検水
中の溶存酸素濃度（ＤＯ値）の経時的変化から活性汚泥
の動力学的性質を求める。

その結果は、所望の指示記録計１０に送られる。

次に前記γ計５の具体的な測定シーケンスを第３図を用
いて説明する。

その測定シーケンスは第４図に示す手順で行われるが、
まず下部空気弁１５を開いて採水部１６を介して検水（
たとえば下水等）を採水する。

試験室１７内に所定量の検水が充填されたら下部空気弁
１５を閉じる。

このとき上部空気弁１８は開かれており、検水は排水管
１９を介して外気にさらされている。

この状態のまま、次に気泡発生孔２０から検水中に空気
を注入してはつ気を行う。

その際、検水中の溶存酸素濃度を検出器２１で測定し、
それが所定値を検出したらぱつ気を止め、と同時に上部
空気弁１８を閉じる。

このように検水を密閉状態にしたままで、エアモータ２
２を駆動してマグネット攪拌子２３を回転させながら測
定を行う。

一般の酸素消費量の測定なら、ここで測定後採水部１６
を開いて排水して測定を完了するのだが、今はこれと異
なり、測定後再び上部空気弁１８を開いて前と同様なば
つ気と測定を行い、しかもこれを何度も繰返す。

そして以上のシーケンスは前記演算制御部９及び駆動部
７により自動的に行われると共に、検出部２１により検
出された各時刻の活性汚泥の呼吸速度（正確には検水中
の溶存酸素濃度の経時的変化）が演算制御部９に送られ
、活性汚泥の動力学的性質が算出される。

なお、図中、２５〜２８，３０，３１，３３は空気配管
、３２は注入用パイプ、２９．３４はゴム管である。

では次に、測定結果たる活性汚泥の呼吸速度の経時的特
件からその動力学的性質が求まる理由ないしはその演算
過程を説明する。

ここでは、活性汚泥の動力学的性質のうち重要な因子で
ある内生呼吸速度定数ｂと自己酸化率ｋｄを求める。

共に活性汚泥の活性度を表わす指標であるが、前者は活
性汚泥中における活性なものと不活性なものとの比を示
し、後者は活性汚泥の自己酸化による死滅速度及び活性
汚泥の活性状態から不活性状態への移行速度を表わす点
で異なる。

ところで、一般に、反応槽における活性汚泥の増殖は次
式で表わされる。

ΔＭ △Ｓ −＝Ｙ・−−ｋａ−Ｍ （１）△Ｔ
△Ｔ 但し、△Ｍ／△Ｔは汚泥の増殖量、Ｍは系内に存在する
汚泥量、△Ｓ／△Ｔは基質除去量、Ｙは収率係数、ｋｄ
は自己酸化率である。

また生物酸化系統における必要な酸素消費量は次式の如
く定義される。

，，， △Ｓ ｒ−ｒ＋ｒ：ａ・一十ｂ−Ｍ （２）△Ｔ 但し、ｒは全酸素消費量、ｒ′は基質除去に伴う酸素消
費量、ｒ″は内生呼吸に伴う酸素消費量、ａは単位基質
除去量当りの酸素消費速度定数、ｂは内生呼吸速度定数
である。

今、（１） ， （２）式において基質の除去がない場
合、即ち（△Ｓ／△Ｔ）＝０の場合を考えると、汚泥の
増殖については、ΔＭ／△Ｔ＝−ｋｄＭ（３） となり、これを積分すると、 Ｍ（ｔ）＝Ｍｏｅ−ｋｄｔ （但し、１＝０のときＭ＝Ｍ０） （４）となる。

活性汚泥量は内生呼吸による自己酸化により減少するこ
とが判る。

一方、そのときの酸素消費量については、 ｒ＝ｒ′＝ｂ・Ｍ （５）とな
る。

（５）式に（４）式を代入して、基質除去のない場合に
おける活匹汚泥の酸素消費量の経時的特性を求めると、 ７” （ｔ）＝ ｂＭ０ｅ−ｋｄｔ （６）となる。

従って、汚泥に基質を添加せずに長時間測定を繰返すと
いう前述した測定方法をとれば、（６）式に示すような
特性が得られ、内生呼吸速度定数ｂ及び自己酸化率ｋｄ
を求めることができるわけである。

第５図は前述した繰返しシーケンスにより実際に、測定
して得られた汚泥の酸素消費量ｒの経時的変化を片対数
目盛グラフにプロットしたものである。

前記（６）式から、その曲線の傾きは−ｋｄとなる筈だ
から、これより自己酸化率を求めることができる。

また図中の点線に示す如くｔ＝０に外挿した点はｂＭｏ
となるから、これを既知数たる、ｔ＝０における検水中
の汚泥量Ｍ。

で割れば内生呼吸速度定数ｂが得られる。

なお、Ｍｏは、これの代わりに検水の汚泥濃度で代替し
てもよいから、測定の際に所望の汚泥濃度計を用いて容
易に知ることができる。

また同図で、測定開始後の酸素消費量がｂＭい即ち内生
呼吸に伴う酸素消費量７−／／より大きな値を示してい
るのは、採水された検水中の活性汚泥がはじめは内生１
呼吸状態になかったことを示し、この現象は活性汚泥中
に基質が蓄積されていた場合に生ずる。

従って、短時間に結果を得るには、基質がなるべく含ま
れてない汚泥、たとえば第１図でははつ気槽出口付近の
汚泥を試料として採取するようにする。

なおまた第６図ａ〜ｂの各図は夫々第３図のｒ計５と代
わりうる酸素消費量計である。

図中、４θａ，４０ｂは夫々上部弁、下部弁、４１は弁
駆動機構、４２は弁７駆動機構用動力管、４３は気泡発
生孔、４４はエアパイプ、４５はマグネットモータ、４
６はモーク駆動用動力管、４７は攪拌子、４８は検出器
、４９は信号線、５０は排水管、５１は注入用パイプで
ある。

各部位の機能は第３図と同様である。

第４図のｒ計は弁機構等すべてが空気圧の作用により１
駆動されるが、第６図の測定装置は電動による点が異な
る。

以上説明したように、本発明によれば、（１）検水中の
溶存酸素濃度の経時的変化を遂時測定する検１出部と、
（２）検水を間欠的にはつ気し、その都度所定の酸素濃
度にまで高めるはつ気部と、（３）検出部からの結果を
用いて所定の演算を行い活性汚泥の動力学的性質を算出
する演算部とを有するものであるため、活性汚泥の動力
学的性質を短時間にか１つ正確に把握できるとともに、
演算部からの出力は定量的な値をもつためこれを表示記
録させたりあるいは直接他の制御装置の人力として利用
することもでき、広く衛生工学，発酵工学等の分野にお
いて適切な運転管理指標になる、など種々の優れた効果
を奏す。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般の活性汚泥法による下水処理システムを示
すフローシ一ト、第２図，第３図は本発明の一実施例を
夫々示すブロック図、要部断面図、第４図，第５図はそ
の実施例を説明するためのグラフ、第６図ａ＝ｄは同じ
くその一部を構成する測定装置の異なる例を夫々示す断
面図である。 １・・・・・・最初沈澱池、２・・・・・・ばつ気槽、
３・・・・・・散気装置、４・・・・・・最終沈澱池、
５・・・・・・酸素消費量訂（ｒ計）、６・・・・・・
反応槽、７・・・・・・駆動部、８・・・・・・空気配
管、９・・・・・・演算制御部、１０・・・・・・指示
記録計、２１・・・・・・検出器、２４・・・・・・信
号線、３２・・・・・・注入管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 活性汚泥反応槽から採取された検水中の溶存酸素濃
   度を経時的に測定する検出部と、前記検水中の溶存酸素
   濃度が所定値に達したのち、はつ気を停止するという操
   作を間欠的に繰返すばつ気部と、前記検出部からの測定
   結果を用いて所定の演算を行って前記検水中に含まれて
   いる活性汚泥の動力学的性質を求める演算部とを有する
   活性汚泥の動力学的性質測定装置。