JP2004150916A

JP2004150916A - 下水処理水の監視方法

Info

Publication number: JP2004150916A
Application number: JP2002315527A
Authority: JP
Inventors: Takao Murakami; 孝雄村上; Hideji Ota; 秀司太田; Junichiro Katsumata; 純一郎勝間田; Hideharu Saito; 秀晴斎藤
Original assignee: CTI SCIENCE SYSTEM CO Ltd; Japan Sewage Works Agency
Current assignee: CTI SCIENCE SYSTEM CO Ltd; Japan Sewage Works Agency
Priority date: 2002-10-30
Filing date: 2002-10-30
Publication date: 2004-05-27

Abstract

【課題】分光濁度センサを用いて対象下水処理水の水質特性、浮遊粒子の粒径を求め、下水放流水の連続した水質監視を行う。
【解決手段】現地観測装置１０内に備えられた分光濁度センサ１１により、監視対象となる下水処理水の、赤色、緑色、青色の３波長の光源による透過光濁度と散乱光濁度、及び積分球濁度の７個の濁度値を収集し、演算処理を行って濁度値の一またはその組み合わせにより得られたパラメータをもとに換算データを生成する。該換算データを遠隔のデータ監視装置２０に送信し、対象となる下水処理水の監視項目及び／または処理状況を推定を行う。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は下水処理水の監視方法に係り、分光濁度センサを用いて測定した対象下水処理水の水質特性、浮遊粒子の粒径の相違に着目し、得られたデータから各種パラメータの相関を求め、連続監視することにより、下水放流水の水質監視を行うようにした下水処理水の監視方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、下水道処理施設の維持管理の効率化を図る目的から、小規模の下水処理場では巡回管理が多くなり、下水処理水の水質を現地確認する機会が減少している。一般に、下水処理施設の異常時警報は、電気・機械設備トラブルの通報システムが構築されるが、放流水質については現地で採水し直接測定することが多く、手間のかかる作業となっている。このため、維持管理の質を確保しつつ効率的、連続的に水質のモニタリングが可能な水質計測システムが求められている。
【０００３】
ところで、出願人はすでに分光濁度計における透過光量と散乱光量との比較を行うことで、粒径１μｍ以下の微細な浮遊性物質の粒度を測定可能な装置を開発している。たとえばベース装置となる積分球方式濁度計は、発光部より平行光束を照射し、受光部として散乱した光を積分する形で測定する散乱光量（ＴＤ）と吸収により減衰した透過光量（ＴＰ）を測定し、ＴＤ／ＴＰ比が濁度と比例する反応を利用した装置であるが、この濁度とあわせて粒度も測定できる。すなわち、同装置において、分光した波長の異なる３色（青、緑、赤）の光を交互に照射した場合、「光の散乱量は粒子が照射した光の波長に比べて小さい場合はレイリー散乱、同程度の場合はミー散乱の現象により、波長と散乱光量は反比例の関係がある」とした原理をもとにしている。このとき粒子の径がさらに大きくなると同一濁度濃度においては、透過光濁度の感度が著しく低下する点も特徴である（たとえば非特許文献１、非特許文献２参照）。
【０００４】
【非特許文献１】
（株）ＣＴＩサイエンスシステム発行、頒布カタログ，「Ｃ３０８ｋｊ型自記水温・濁度・粒度計」，２００２．２．８発行
【非特許文献２】
（株）ＣＴＩサイエンスシステム発行、頒布技術資料，「分光による透過光量と散乱光量の比較法による粒度測定についての資料」，２００２．２．８発行
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の濁度計によれば、３色発光光源のそれぞれの波長ごとの透過光濁度、散乱光濁度および積分球濁度の７種の濁度を測定することができ、異なる粒径に対して得られた濁度をもとに、その反応性の強弱に応じた換算式によりデータの作成を行っている。しかし、上述したような観測可能な水質計測システムを求める場合、この装置で得られるデータから得られる情報では、下水処理水の監視システムとして、その状態が刻々変化する下水処理水を連続的に監視する管理項目として十分に対応できていなかった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は上述した従来の技術が有する問題点を解消し、３波長発光光源を有する分光濁度計を用い、得られた濁度データをもとに推定されたデータをもとに、放流水質を遠隔的にモニタリングすることによって現地水質監視業務を補完し、維持管理の効率化と水質の安全性の向上に寄与する下水処理水の監視方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は監視対象となる最終沈殿池の下水処理水から赤色、緑色、青色の３波長の光源による透過光濁度と散乱光濁度、及び積分球濁度の７個の濁度値を収集し、該濁度値の一またはその組み合わせにより得られたパラメータをもとに、対象となる下水処理水の監視項目及び／または処理状況を推定するようにしたことを特徴とする。
【０００８】
このとき、前記積分球濁度から対象下水処理水のＳＳ値を推定することができる。
【０００９】
また、前記７個の濁度値を組み合わせたパラメータにより、対象下水処理水の粒度指数を推定することができる。
【００１０】
さらに、前記３波長光源の各透過光濁度から、対象下水処理水中のＳＳの平均粒径を粒度指数として推定することができる。
【００１１】
加えて、前記濁度と前記粒度指数とから、対象下水処理水の処理状態を推定することができる。
【００１２】
前記濁度値が対象下水処理水に対して連続計測され、現地観測装置内の計測制御部にて演算処理して得られた水温、積分球濁度、粒径指数及び透視度の各データが、遠隔地に設置されたデータ監視部に、連続してデータ転送されるようにすることにより、対象下水処理施設における処理水管理のための情報を連続して収集し、監視に必要な情報を効率よく取得することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の下水処理水の監視方法の一実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
【００１４】
［分光濁度センサの構成］
本発明に使用される分光濁度センサは、従来の積分球方式の濁度計に用いられていた単色光の発光光源を、３波長（赤色、緑色、青色）の光に変更し、さらに増幅アンプの改良により高感度化を図った装置で、この分光濁度センサによれば、３波長（赤色：６４０ｎｍ，緑色：５２５ｎｍ，青色：４７０ｎｍ）の各透過光濁度（３種）と各散乱光濁度（３種）および積分球濁度（１種）の合計７種の濁度データを出力できる。
【００１５】
［分光濁度センサを用いた粒度の測定原理］
粒径の測定原理は、以下の
▲１▼光の散乱量は粒子が照射された光の波長に比べて１／１０以下の場合にはレイリー散乱により、同程度の場合はミー散乱により波長と散乱光量に反比例の関係がある。
▲２▼粒子径が波長に比し、さらに大きくなると同濁度においては透過光濁度の感度が著しく低下する。
▲３▼対象とする水質成分の違いにより各色のデータが異なる反応を示す。
という各種反応を利用し、得られたデータに関して一定のキャリブレーション式を生成し、対応換算式によって粒度測定することとした。すなわち、各色の分光濁度センサにより得られるデータ（３波長の各透過光濁度、散乱光濁度および積分球濁度）が、前記▲１▼〜▲３▼の関係により、対象とする水質特性および浮遊粒子の粒径の違いにより固有の反応を示す現象を利用して、各分光濁度の出力値の組み合わせによる濁度比のパラメータと、処理水中のＳＳのコールターカウンタ法による粒度分布分析の結果、得られる粒径加積曲線の累積１６％値と累積８４％値の平均値として求められる平均粒径（Ｄｍ）の間の相関関係を求め、比較的高い相関を示すパラメータを抽出してキャリブレーション式を作成し、換算式から演算して粒度測定を行うものである。
【００１６】
［データの収集］
データの収集を行うために、本実施の形態では、現地観測装置及びデータ監視装置とを用いている（図１参照）。
（現地観測装置）
現地観測装置１０は採水対象の最終沈殿池等の施設近くに設置され、水中ポンプ１４によって、所定の採水条件で汲み上げられた現地水について水温・濁度・粒度指数・透視度の自動測定が可能な装置である。分光濁度センサ１１で計測された積分球濁度ＴＢ、赤色，緑色，青色光源による各透過光濁度（ＴＰＲ，ＴＰＧ，ＴＰＢ）及び赤色，緑色，青色光源による各散乱光濁度（ＴＤＲ，ＴＤＧ，ＴＤＢ））の７種のデータは、計測制御部１２で演算処理されて水温、濁度、粒度指数、及び透視度に換算されてデータ化され、データ送信部１３を介して、現地から離れた管理事務所等に設置されたデータ監視装置２０に自動転送される。信号伝達手段としては、無線、電話回線、有線等があるが、取り扱いの容易さ、メンテナンス面の理由から本実施の形態では、携帯電話によって２４時間連続してのデータ送信を行っている。
【００１７】
（データ監視装置）
データ監視装置２０は、前記データ通信の受信部であり、各データの取得タイミング等を適宜設定することができるとともに、受信されたデータはパーソナルコンピュータ２１のアプリケーションソフト上で所定の監視項目ごとに表示される。このとき、各データは、当該施設における管理基準との対比が行えるような表示形式とすることも好ましい。
【００１８】
［分光濁度値の各監視項目としての監視項目への換算］
【実施例１】
以下の実施例において、特定の下水処理施設における分光濁度値の各監視項目としての監視項目への換算を行った例を示す。
（粒度換算式の作成）
分光濁度計により計測される分光７濁度値と、粒度の関係を明らかにするために、採水サンプルおよび活性汚泥を沈降試験により分取したサンプルについて、コールターカウンターを用い、粒度分布分析を行う。
（キャリブレーション式の作成時に対象とする粒径の決定）
本実施の形態では、相関解析を行う際の対象となる粒径値を決定するために、中央粒径Ｄ５０（コールターカウンタ法による粒度分布分析の結果、得られる粒径加積曲線の累積５０％値）と平均粒径Ｄｍ（コールターカウンタ法による粒度分布分析の結果、得られる粒径加積曲線の累積１６％値と、同累積８４％値の平均値）の２種類について比較を行い、対象粒径を平均粒径Ｄｍの値とした。
（キャリブレーション式の作成）
前記平均粒径Ｄｍと、分光濁度計により得られた分光７濁度の組み合わせより計算される各色の濁度比との相関関係を検討し、キャリブレーション式を作成する。本実施例では、各サンプルについて計測した７種の濁度をもとに複数種の組み合わせパターンによる粒度換算用パラメータを設定して比較検討し、以下の分光濁度と下水処理水中のＳＳの粒度への換算パラメータ式として以下のＤ_１〜Ｄ_４の４式を得た。
Ｄ_１＝ｆ（ＴＰＢ／ＴＰＲ），
Ｄ_２＝ｆ｛（ＴＰＲ−ＴＰＢ）｝／ＴＢ，
Ｄ_３＝ｆ（ＴＰＲ／ＴＤＢ），
Ｄ_４＝ｆ｛（ＴＰＧ＋ＴＰＢ）｝／ＴＢ
これら換算パラメータ式を平均した下式が分光濁度値から平均粒径Ｄｍを推定するキャリブレーション式となり、これにより粒度指数Ｄ_ｒが求められる。
Ｄｒ＝（Ｄ_１＋Ｄ_２＋Ｄ_３＋Ｄ_４）／４
ここで、Ｄｒ：粒度指数
なお、本実施例におけるキャリブレーション式の適用範囲は、測定項目：粒度指数、測定範囲：０〜３０μｍ、表示桁数：０．１μｍ、相関係数：Ｒ＝０．８２である。
【００１９】
（ＳＳ値と積分球濁度の相関）
現地水のＳＳ値と積分球濁度の関係を図２に示した。同図に示したように両値はほぼ１：１の高い相関を示すため、計測した積分球濁度値をＳＳ値として換算することができる。
【００２０】
（透視度と計測値の相関）
現地水の透視度（１ｍ透視度計による被験者３名の計測値の平均値）と各透過光濁度の関係を図３に示した。透視度は各透過光濁度の高い相関を示し、計測した透過光濁度値を、現地計測の透視度値に換算することができる。
【００２１】
［水質監視項目の拡張］
分光濁度値および粒度指数Ｄｒを新しい指標として、上述の透視度、ＳＳ値への換算に加え、目視監視による依存する部分の大きい処理水の固液分離状況等の汚泥の性状判断に適用範囲を拡張した実施の形態について説明する。
（濁度および浮遊粒子の混在状況と処理状況の比較）
サンプルを、
▲１▼現地処理水（良好な処理水）
▲２▼返送汚泥の上澄み水
▲３▼２週間放置した後の上澄み水（嫌気汚泥）
の３種に区分して、濁度（ホルマジン度）および浮遊粒子の粒径（３３０μｍ以下はコールターカウンターによる平均粒径値Ｄｍ、３３０μｍ以上はサンプル外観を目視より判断）の２つのパラメータからの比較を行い、その関係を以下のとおり取り扱うこととした。
（濁度と平均粒径による処理状況の関係）
上述のサンプルを、
▲１▼：良好処理水
▲２▼，▲３▼：処理過程においてトラブルの生じた水質（濁度：高，ＳＳ：多，フロック径：大）
と仮定した場合、以下の範囲のデータをもとにその判別を行うことができる。
（１）濁度が０〜３０、平均粒径が０〜２０μｍ程度間の状態→良好処理水
（２）濁度が比較的高い値を示し、平均粒径Ｄｍが低い値を示す状態
→何らかのトラブルが生じている可能性が高い。
【００２２】
【実施例２】
上述の水質監視項目の拡張の適用について、以下の実施例で確認する。すなわち、計測濁度と粒度指数Ｄｒとの比較による処理水の判定に関し、前記キャリブレーション式を用いて、上述の区分に沿って処理水の性状が異なると想定される▲１▼〜▲３▼のサンプルについて分光濁度計による粒度指数Ｄｒ、積分球濁度値を求め、各サンプルの性状の違いによる濁度−粒度比を検討した。
▲１▼通常の処理状況と考えられる現地水のサンプル
▲２▼現地返送汚泥を沈降実験により分取したサンプル
▲３▼嫌気状態に２週間放置した活性汚泥を沈降実験により分取したサンプル
【００２３】
各々のサンプルについての粒度指数Ｄｒと積分球濁度の関係を図４に示した。同図に示したように、良好とされた処理水は、濁度と粒度指数の間に一定の相関関係を示すのに対して、処理状態が悪いとされた返送汚泥の上澄み水、嫌気活性汚泥の上澄み水の２種については、濁度と粒度指数の相関から、大きく外れる傾向にある。また、返送汚泥の上澄み水と嫌気活性汚泥の上澄み水とは、それぞれ異なる傾向の分布を示しているため、良好な処理水と、返送汚泥上澄み水と嫌気の活性汚泥上澄み水が、粒度指数−濁度比を比べることにより３種の状態に判別が可能となる。このことから、計測濁度値及び粒度指数Ｄｒの関係をもとに、下水処理水の固液分離の状況や反応槽内での活性汚泥の状況（バルキングの有無）等が表−１に示した分類により推察できる。
【００２４】
［表１］

【００２５】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明によれば、分光濁度センサを用いて得られた水温・濁度・粒度指数、ＳＳ、透視度の各計測データをリアルタイムで遠隔監視できるという効果を奏する。また、計測濁度、粒度指数を新しい指標として下水処理水の汚泥の性状等を判定できるという効果も期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による下水処理水の監視方法のための監視システムの構成図。
【図２】ＳＳ値と積分球濁度との相関関係を示したグラフ。
【図３】計測透視度と各透過光濁度との相関関係を示したグラフ。
【図４】計測濁度値と平均粒径による処理状況との関係を示したグラフ。
【符号の説明】
１０現地観測装置
２０データ監視装置

Claims

監視対象となる最終沈殿池の下水処理水から赤色、緑色、青色の３波長の光源による透過光濁度と散乱光濁度、及び積分球濁度の７個の濁度値を収集し、該濁度値の一またはその組み合わせにより得られたパラメータをもとに、対象となる下水処理水の監視項目及び／または処理状況を推定するようにしたことを特徴とする下水処理水の監視方法。
前記積分球濁度から対象下水処理水のＳＳ値を推定することを特徴とする請求項１に記載の下水処理水の監視方法。
前記７個の濁度値を組み合わせたパラメータにより、対象下水処理水中のＳＳの平均粒径を粒度指数として推定することを特徴とする請求項１記載の下水処理水の監視方法。
前記３波長光源の各透過光濁度から、対象下水処理水の透視度を推定することを特徴とする請求項１記載の下水処理水の監視方法。
前記濁度と前記粒度指数とから、対象下水処理水の処理状態を推定することを特徴とする請求項３記載の下水処理水の監視方法。
前記濁度値が対象下水処理水に対して連続計測され、現地観測装置内の計測制御部にて演算処理して得られた水温、積分球濁度、粒径指数及び透視度の各データが、遠隔地に設置されたデータ監視部に、連続してデータ転送されるようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項５に記載の下水処理水の監視方法。