JP2007253003A - 活性汚泥中からのりん溶出による流入下水の水質推定方法、下水高度処理装置における栄養源添加装置、及び下水高度処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流入下水の有機酸濃度を推定する水質推定方法を提供し、流入下水中の有機酸濃度から栄養源量を制御する下水高度処理装置における栄養源添加装置、及び下水高度処理装置を提供する。
【解決手段】最終余剰汚泥を脱窒した濃縮汚泥とする汚泥濃縮工程と、所定容量の第１から第３の採取容器を用意し、第２の採取容器に栄養源物質を容れて濃縮汚泥を投入し、第３の採取容器に測定試料を容れて濃縮汚泥を投入し、第１の採取容器に濃縮工程で得られた濃縮汚泥を投入し、それぞれの採取容器の内溶液を嫌気状態とする嫌気工程と、嫌気工程が所定時間経過した後、各採取容器内の内溶液を濾過して得られた濾過溶液中のりん酸濃度を測定する測定工程と、得られたりん酸濃度を演算処理してＰＲＡ濃度を求める演算処理工程とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、標準活性汚泥法では十分に除去することができないりんを除去することができるＡＯ，Ａ_２ Ｏ等の下水高度処理における下水処理技術に関し、流入下水中のりん除去に係わるりん蓄積菌の栄養源物質（例えば、酢酸等）の濃度を推定し、下水高度処理装置におけるりん蓄積菌の活動を高めるべく栄養源物質量を調整して脱りん処理を行うべく、下水高度処理による活性汚泥中からのりん溶出による流入下水の水質推定方法、下水高度処理装置における栄養源添加装置、及び下水高度処理装置に関するものである。

従来の高度処理装置には、図６，図７に示すものがある。先ず、図６は、汚水（下水）が調整槽１に流入し、調整槽１の汚水が調整ポンプ２により嫌気槽３に送られ、嫌気槽３の越流水が好気槽４に流入し曝気装置５により活性汚泥とともに好気処理した後、その越流水を沈殿槽６に送り、この流入水の上澄水を処理水として外部に排水する。沈殿槽６に沈殿した余剰汚泥は汚泥濃縮貯留槽７に送られ、その上澄水が調整槽１に返送されている。（例えば、特許文献１参照）

また、図７の高度処理装置は生物学的脱りん装置であって、下水流入水が嫌気槽３に流入し、嫌気槽３の液が好気槽４に送られ、その越流水が最終沈殿池６に送られ、最終沈殿池６からの返送汚泥が嫌気槽３に流入し、最終沈殿池６の越流水が処理水として排水されている。この装置にはりん濃度計測系、流量計測系、凝集剤注入系が設けられ、りん濃度計測系は好気槽４の液をポンプ４ａで採水し、固液分離器４ｂに送り、固形分が除去された液をりん濃度計４ｃで測定し、また、好気槽４からの越流水の流量を流量計８で計測している。この高度処理装置には凝集剤貯留槽９が設けられ、ポンプ９ａを操作して凝集剤（アルミニウム，鉄系の無機質凝集剤：ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ））を好気槽４に供給している。凝集剤注入量制御装置８ａは、りん濃度計４ｃと流量計８との計測値に基づいて、ポンプ９ａが制御され、凝集剤の注入量が設定されている。（例えば、特許文献２参照）

特開平０６−１２６２９６号（明細書段落〔０００６〕，〔０００７〕、図２） 特開平０９−１７４０８６号（明細書全文，図１）

下水や汚水の高度処理における生物学的りん除去では、りん除去に係わるりん蓄積菌が嫌気槽では菌体外にりんを吐き出して有機酸を取り込み、好気槽では嫌気槽で菌体内に取り込んだ有機酸を消費して吐き出した以上のりんを菌体内に取り込むことにより、りんを除去している。しかし、従来例の下水高度処理装置では、嫌気槽において流入下水中に含まれる有機酸の量がりん蓄積菌の活動量に見合った量を有するか否かは考慮されていなかった。

また、後者従来例は凝集剤添加活性汚泥法であり、好気槽におけるりん濃度と好気槽からの越流水の流量とを検出し最適な量の凝集剤を注入してりんを除去しており、このような凝集剤（ＰＡＣ）によるりん除去方法は、りん蓄積菌の活動を把握して凝集剤を供給するものではない。従って、従来例では処理水の水質を維持するために、必要以上に凝集剤（ＰＡＣ）を好気槽に注入し、りん蓄積菌の活動量を阻害するおそれもあった。また、凝集剤を含めた汚泥が大量に発生することになり、汚泥処理のコストが高騰し必ずしも好ましいりん除去方法ではなく、改善の余地があった。

本発明は、上述の課題に鑑みなされたものであって、流入下水中に含まれるりん蓄積菌の活動に必要な栄養源物質の濃度を推定し、嫌気槽におけるりん蓄積菌の活動量を高めて効率良くりん除去を行うことにあり、濃縮活性汚泥を利用し流入下水中に含まれるりん蓄積菌の活動に必要な栄養源物質量を推定するに当たり、活性汚泥中からのりん溶出により流入下水中の有機酸濃度を推定する流入下水の水質推定方法を提供し、この水質推定方法を利用し、栄養源物質量を調整する下水高度処理装置における栄養源添加装置、及びこの栄養源添加装置を備える下水高度処理装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、上記課題を達成するためになされ、請求項１の発明は、りん蓄積菌を含有する活性汚泥を脱窒した濃縮汚泥とする汚泥濃縮工程と、
採取容器に測定試料である流入下水の所定量を容れて前記濃縮汚泥を投入し、それぞれの採取容器の内溶液を嫌気状態とする嫌気工程と、
前記採取容器内の内溶液を濾過して得られた濾過溶液中のりん酸濃度を測定するりん酸濃度測定工程と、
前記りん酸濃度から流入下水中に含まれるりん蓄積菌反応性有機酸類濃度を求める演算処理工程とを有することを特徴とする活性汚泥中からのりん溶出による流入下水の水質推定方法である。

また、請求項２の発明は、りん蓄積菌を含有する活性汚泥を脱窒した濃縮汚泥とする汚泥濃縮工程と、
所定容量の第１から第３の採取容器を用意し、第１の採取容器に前記濃縮工程で得られたりん蓄積菌を含有する前記濃縮汚泥を投入し、第２の採取容器に栄養源物質を所定量を容れて前記濃縮汚泥を投入し、第３の採取容器に測定試料である流入下水の所定量を容れて前記濃縮汚泥を投入し、それぞれの採取容器の内溶液を撹拌し嫌気状態とする嫌気工程と、
前記嫌気工程が所定時間経過した後、前記各採取容器の内溶液を濾過して得られた濾過溶液中のりん酸濃度を測定する測定工程と、
前記測定工程における第１と第２の採取容器から得られた濾過溶液中のりん酸濃度と、第３の採取容器に対応する濾過液中の試料のりん酸濃度とを演算処理してりん蓄積菌反応性有機酸類濃度を求める演算処理工程とを有することを特徴とする活性汚泥中からのりん溶出による流入下水の水質推定方法である。

また、請求項３の発明は、前記栄養源物質が酢酸等の有機酸およびその塩類であることを特徴とする請求項２に記載の活性汚泥中からのりん溶出による流入下水の水質推定方法である。

また、請求項４の発明は、前記演算処理工程が、下記演算式〔数４〕によることを特徴とする請求項３に記載の活性汚泥中からのりん溶出による流入下水の水質推定方法である。

また、請求項５の発明は、前記りん蓄積菌反応性有機酸類が、嫌気状態にてりん蓄積菌が菌体外にりんを放出する過程で取り込まれる有機酸であることを特徴とする請求項１，２，３または４に記載の活性汚泥中からのりん溶出による流入下水の水質推定方法である。

また、請求項６の発明は、請求項２に記載の活性汚泥中からのりん溶出による流入下水の水質推定方法において、
前記りん酸濃度測定工程における第１と第２の採取容器から得られた濾過溶液中のりん酸濃度からりん溶出量／吸収有機酸量の比率であるＹｐｏ４を下記演算式〔数５〕により求めることを特徴とする活性汚泥中からのりん溶出による流入下水の水質推定方法である。

また、請求項７の発明は、請求項６に記載の活性汚泥中からのりん溶出による流入下水の水質推定方法において、
前記第１〜３の採取容器に加えて第４の採取容器を設け、第４の採取容器には栄養源物質を過剰に添加し、第４の採取容器に濃縮汚泥が満水に供給され、第４の採取容器の内溶液を撹拌しながら所定時間嫌気状態とし、濾過工程を経て、第４の採取容器の内溶液を固形分と濾過液とに分離し、第４の採取容器から得られる濾過液中のりん酸濃度を測定するとともに、前記濃縮汚泥の初期りん酸性りん濃度をりん酸濃度測定工程により測定し、各りん酸濃度と前記Ｙｐｏ４とを下記演算式〔数６〕によりりん蓄積菌量を求めることを特徴とする活性汚泥中からのりん溶出による流入下水の水質推定方法。

また、請求項８の発明は、請求項７に記載の活性汚泥中からのりん溶出による流入下水の水質推定方法において、第４の採取容器に代えて第２の採取容器を用いてりん蓄積菌量を求めることを特徴とする請求項７に記載の活性汚泥中からのりん溶出による流入下水の水質推定方法である。

また、請求項９の発明は、下水高度処理装置に流入する流入下水に含有するりん蓄積菌反応性有機酸類を推定して嫌気槽に栄養源物質を添加する添加装置において、
下水高度処理装置後段の最終沈殿池にて沈降した最終余剰汚泥をサンプリングする採取手段と、
前記採取手段により採取したりん蓄積菌を含有する活性汚泥を脱窒した濃縮汚泥とする汚泥濃縮手段と、
所定容量の第１から第３の採取容器と、
前記汚泥濃縮工程から得られた前記濃縮汚泥を、前記第１の採取容器と、栄養源物質を所定量を投入した前記第２の採取容器と、測定試料である流入下水を所定量を投入した前記第３の採取容器に投入し、それぞれの採取容器の内溶液を嫌気状態とする嫌気手段と、
前記嫌気手段が所定時間経過した後、前記各容器の内溶液を濾過して得られた濾過溶液中のりん酸濃度を測定する光学的測定手段と、
前記光学的測定手段により、前記第１と第２の採取容器から得られた濾過溶液中のりん酸濃度と、前記第３の採取容器に対応する濾過液中のりん酸濃度とを演算処理してりん蓄積菌反応性有機酸類濃度を求める演算処理手段と、
前記演算処理手段により得られたりん蓄積菌反応性有機酸類濃度に応じて栄養源物質を前記下水高度処理装置の嫌気槽に注入する酢酸注入手段と
を有することを特徴とする下水高度処理装置における栄養源添加装置である。

また、請求項１０の発明は、前記酢酸注入手段がりん蓄積菌反応性有機酸類濃度に応じて注入される栄養源物質量を記録したデータテーブルであることを特徴とする請求項９に記載の下水高度処理装置における栄養源添加装置である。

また、請求項１１の発明は、前記栄養源物質が酢酸等の有機酸およびその塩類であることを特徴とする請求項９又は１０に記載の下水高度処理装置における栄養源添加装置である。

また、請求項１２の発明は、前記りん蓄積菌反応性有機酸類が、嫌気状態のりん蓄積菌が菌体外にりんを放出する過程で取り込まれる有機酸であることを特徴とする請求項９，１０または１１に記載の下水高度処理装置における栄養源添加装置である。

また、請求項１３の発明は、流入下水を下水高度処理装置に供給して生物学的脱りん処理を行う下水高度処理装置において、
該下水高度処理装置に供給される流入下水のりん蓄積菌反応性有機酸類濃度を測定するりん蓄積菌反応性有機酸類濃度測定手段を有し、該りん蓄積菌反応性有機酸類濃度測定手段により得られるりん蓄積菌反応性有機酸類濃度に基づいて、該下水高度処理装置の嫌気槽に栄養源物質を供給する栄養源添加装置を備えることを特徴とする下水高度処理装置である。

また、請求項１４の発明は、前記下水高度処理装置が、ＡＯまたはＡ_２ Ｏ処理装置であることを特徴とする請求項１３に記載の下水高度処理装置である。

また、請求項１５の発明は、請求項１３または１４に記載の下水高度処理装置において、前記りん蓄積菌反応性有機酸類濃度測定手段から得られるＹpo4 を算出するＹpo4 演算手段と、りん蓄積菌量を算出するＸpao 演算手段とを有するコンピュータを備えることを特徴とする下水高度処理装置である。

請求項１〜５の発明によれば、下水高度処理装置において、流入下水中に混入するりん蓄積菌の栄養源物質の濃度を下水高度処理装置の最終余剰汚泥から得られる活性汚泥を利用し、この活性汚泥を濃縮し、流入下水と濃縮汚泥とを嫌気状態として活性汚泥中から溶出されるりん濃度を測定し、りん濃度を演算処理して流入下水中の有機酸の総体としてのりん蓄積菌反応性有機酸類量（ＰＲＡ量）を求めることが可能であり、従来のように、流入下水中の酢酸等を高価なクロマトグラフィで検出することなく、ＰＲＡ量を測定して流入下水中の栄養源物質量を推定することが可能であり、しかも測定に要する時間も短縮することが可能な利点がある。また、ＰＲＡ測定はりん蓄積菌の活動量を推測することも可能である利点がある。また、流入下水中のＰＲＡ量の測定にあたり、定量分析に例えると、ブランク、標準液、試料となる第１〜第３の採取容器を用意して測定することによって、精度良く測定することができる。

また、請求項６の発明によれば、Ｙpo4 が簡単に求められ、Ｙpo4 はりん溶出量（ｍｇＰ）／吸収有機酸（ｍｇＣＯＤｃｒ）であり、Ｙpo4 の値が０．４より低い値であれば、りん蓄積菌量（Ｘｐａｏ）が低い可能性があり、ＰＲＡの測定に支障が生じるおそれがあり、Ｙpo4 の値は高度処理装置におけるりん蓄積菌量を把握するのに有効である。

また、請求項７，８の発明によれば、請求項２の処理過程に第４の採取容器を設けるか、または第２の採取容器を利用して栄養源物質を過剰に添加した濃縮汚泥のりん酸濃度と、この濃縮汚泥の初期りん酸性りん濃度と、前記Ｙｐｏ４の値とからりん蓄積菌量（Ｘｐａｏ）が簡単に求められ、Ｘｐａｏの値は高度処理装置におけるりん蓄積菌の活動量を把握するのに有効であり、汚泥の脱りん処理が十分になされるか否かを把握するのに有効な数値である。

また、請求項９〜１２の発明によれば、下水高度処理装置において、流入下水中に混入するりん蓄積菌の栄養源物質の濃度を下水高度処理装置から得られる活性汚泥中から溶出されるりん濃度を測定し、りん濃度を演算処理して流入下水中の有機酸の総体としてのＰＲＡ量を求めることが可能であり、流入下水中の栄養源物質である酢酸等を高価なクロマトグラフィで検出することなく、推定することが可能であり、この推定したＰＲＡ値から栄養源物質である酢酸の供給量を決定し、栄養源添加装置から下水高度処理装置の嫌気槽に供給することが可能であり、下水高度処理装置におけるりん蓄積菌のりん蓄積菌活動量を活発にし、りん凝集剤を使用することなく、脱りんを効果的に行うことができる利点がある。

また、請求項１３，１４の発明によれば、下水高度処理装置の前段に栄養源添加装置を設けることによって、流入下水の栄養源物質を推定して不足する場合、酢酸等の栄養源物質を供給することができるので、下水高度処理装置におけるりん蓄積菌の栄養源物質量を最適な値に調整してりん蓄積菌活動量を活発にし、りん凝集剤を使用することなく、脱りんを効果的に行うことができる利点がある。

また、請求項１５によれば、りん蓄積菌反応性有機酸類濃度測定手段から簡単に得られる数値をＹpo4 演算手段に導入することによって、Ｙpo4 を算出することができ、またりん蓄積菌量を算出するＸpao 演算手段によりりん蓄積菌量（Ｘpao ）を算出することができ、これらの数値を表示することによって、下水高度処理装置における脱りん処理が効果的に実効されているか否かを数値的に把握することができる利点がある。また、これらの値と、ＰＲＡの値を組み合わせることによって、より最適な栄養源物質の供給が可能となる利点がある。

以下、本発明に係る活性汚泥中からのりん溶出による流入下水の水質推定方法、下水高度処理装置における栄養源添加装置、及び下水高度処理装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。

先ず、本発明の理解を容易とするためにりん蓄積菌とりん蓄積菌反応性有機酸類とについて説明し、りん蓄積菌反応性有機酸類の推定の原理について説明する。りん蓄積菌は、嫌気状態でりんを菌体外に放出し、下水中の有機酸を取り込み、好気槽においては取り込んだ有機酸を栄養源として嫌気槽にて吐き出したりん以上のりんを吸収し、りん除去を行う有用な細菌である。りん蓄積菌が取り込む有機酸の総称をりん蓄積菌反応性有機酸類（以下、ＰＲＡ：PAOs reactive organic acids ）と称するものとし、ＰＲＡには下水中に含まれる酢酸、プロピオン酸等の有機酸である。

また、りん蓄積菌の性質について、図３，図４を参照して説明する。図３，図４は横軸を嫌気状態とした経時時間（分）を示し、縦軸がりん溶出濃度（ｍｇ／ｌ）を示している。図３，図４に示すように、りん蓄積菌は、下水を嫌気状態にした時、りん蓄積菌から下水中にりんが溶出し、経時変化とともにりん濃度が一定値になる特性がある。図３では概ね１００分経過後、りん濃度が一定になっている。要するに下水中の有機酸等またはりん蓄積菌中のポリりん酸の何れかが枯渇すると、りん蓄積菌によるりん溶出反応は停止し、りん濃度が一定になると考えられる。

図４では、活性汚泥濃度（ＭＬＳＳ１０００）では、概ね８０分で一定値になっているのに対して、活性汚泥濃度（ＭＬＳＳ２０００）では、概ね４０分で一定値に達している。この結果から明らかなように、嫌気状態とした下水中の汚泥濃度を高濃度にすることによって、濃縮汚泥に含まれるりん蓄積菌が取り込んでいる菌体内のポリりん酸欠乏の心配はなく、従って、りん溶出反応の停止要因は、下水中の有機酸等の枯渇に絞られるものと考えられ、りん溶出濃度が一定となる最終りん放出濃度は、下水中の有機酸量に比例関係にあると考えられる。即ち、りん放出濃度から定量的な有機酸濃度の測定が可能となる。また、図４から明らかなように、活性汚泥濃度を高濃度にすれば、短時間でりん溶出濃度が一定になるので、短い時間で迅速に下水中のＰＲＡ濃度の推定が可能になる。

本発明の一実施形態は、原理的な下水中のＰＲＡ濃度の推定方法とし、りん蓄積菌を含有する活性汚泥を脱窒した濃縮汚泥とする汚泥濃縮工程と、採取容器に測定試料である流入下水の所定量を容れて前記濃縮汚泥を投入し、それぞれの採取容器の内溶液を嫌気状態とする嫌気工程と、前記採取容器内の内溶液を濾過して得られた濾過溶液中のりん酸濃度を測定するりん酸濃度測定工程と、前記りん酸濃度から流入下水中に含まれるりん蓄積菌反応性有機酸類濃度を求める演算処理工程とを有する活性汚泥中からのりん溶出による流入下水の水質推定方法がある。

続いて、本発明の主要な実施形態である活性汚泥中からのりん溶出による流入下水の水質推定方法について、図１を参照し説明する。なお、図１では、流入下水中のＰＲＡ濃度を推定する工程と、ＰＲＡ濃度に応じて下水中に栄養源物質である酢酸を注入する工程までが示され、これらの工程によって、流入下水中のりん除去を効率良く実施することができる。図１の各ステップはコンピュータの制御によって実効される。なお、栄養源物質は酢酸等の有機酸およびその塩類であり、本実施形態では酢酸ナトリウムが使用されているがこれに限定するものではない。

先ず、ステップＳ１は、Ａ_２ Ｏ等の高度処理装置の最終沈殿池から得られる活性汚泥を嫌気槽に送り込む返送汚泥（活性汚泥）を採取する返送汚泥採取工程である。返送汚泥採取工程の後、ステップＳ２に進む。ステップＳ２は、採取された活性汚泥を、脱窒した濃縮汚泥とする返送汚泥濃縮工程である。一方、ステップＳ３の下水流入水採取工程にて、高度処理装置に流入する流入下水が採取する。なお、ステップＳ２では、濃縮汚泥とした後、所定時間（約３０分）程度経過することにより、汚泥中の硝酸・亜硝酸を脱窒処理しても良いし、脱窒処理後、濃縮汚泥としても良い。

次いで、所定容積の第１〜第３の採取容器が用意されており、便宜上、第１〜第３の採取容器の容積を１００ｍｌとする。ステップＳ４にて、第２の採取容器に所定容量の栄養源（酢酸ナトリウムｓｍｇ／ｍｌ）を１ｍｌ供給される。酢酸に換算すると、０．７４ｓ（ｍｇ／ｍｌ）に相当する。また、第３の採取容器にはステップＳ３にて採取された測定試料である下水流入水が所定容量（Ｖｍｌ）が供給される。続いて、ステップＳ５〜Ｓ７にて、各第１〜第３の採取容器に濃縮汚泥が満水まで供給して撹拌され、各第１〜第３の採取容器は嫌気状態に設定される。所定時間（約３０分）が経過した後、それぞれステップＳ８，Ｓ１０，Ｓ１２の濾過工程を行う。

ステップＳ８，Ｓ１０，Ｓ１２の濾過工程による濾過液は所定容器に供給され、りん濃度測定工程であるステップＳ９，Ｓ１１，Ｓ１３にて、りん濃度の測定が行われる。りん濃度測定には、吸光光度方式または比色分析法により同時に測定することが可能である。濾過液が収容される所定容器は光透過性の容器が使用される。ステップＳ９ではりん濃度がＡｍｇＰ／ｌであり、ステップＳ１１ではりん濃度がＢｍｇＰ／ｌであり、ステップＳ１３ではりん濃度がＣｍｇＰ／ｌであるとする。ステップＳ９，Ｓ１１，Ｓ１３のりん濃度値Ａ，Ｂ，Ｃ（ｍｇＰ／ｌ）は、ステップＳ１４にて、下記演算式〔数７〕によりりん濃度演算工程が行われ、ＰＲＡ量が算出される。なお、定量分析に例えると、第１の容器はブランク、第２の容器は標準液に相当し、第３の容器が試料となる。ＰＲＡ量の算出は、コンピュータに〔数７〕の演算処理を行うりん蓄積菌反応性有機酸類濃度測定手段により得られる。

ここで、〔数７〕の演算式について説明すると、Ｂ−Ａは酢酸０．７４ｓ（ｍｇ）添加によるりん溶出濃度を示し、０．７４ｓ／（Ｂ−Ａ）はりん溶出濃度に対する酢酸濃度の比を求めている。この値に試料（第３の採取容器）から得られるりん濃度溶出濃度Ｃ（ｍｇＰ／ｌ）を乗算することによって、ＰＲＡ値が求められる。試料からのりん溶出濃度は、試料中のりん蓄積菌が取り込んだりん酸性りんと濃縮汚泥（りん蓄積菌）自身に由来する溶出りん酸性りんを試料のりん溶出Ｃから補正した値であり、（C−D・V／100）−A・（100−V）／100となる。なお、Ｄの測定は、別採取容器を用いても良いが、例えば、第１の採取容器を用い前記濃縮汚泥を投入することなく試料のみを投入し、嫌気状態とせずに濾過を行い、そのろ液のりん酸濃度（ｍｇＰ／ｌ）を測定することによって得られる値であり、試料自体のりん酸濃度である。また、試料の量は、Ｖ（ｍｌ）なのでｍｇ／Ｌに換算することによって、〔数７〕の演算式が得られる。例えば、ｓ＝１、Ａ＝７、Ｂ＝１５、Ｃ＝１０、Ｄ＝２、Ｖ＝３０とすると、ＰＲＡ量は１３．９（ｍｇＣＯＤ／ｌ）となる。

なお、ステップＳ１４のりん濃度測定工程にて、流入下水のＰＲＡ量が算出され、その後、ステップＳ１５にて、図５のＰＲＡ対添加量変換直線Ｌを記憶されたデーターテーブルからＰＲＡ量に対応する栄養源物質（有機物：酢酸等）の必要添加量が読み出され、所定添加量が高度処理装置の嫌気槽に供給される。栄養源物質の供給によって、高度処理装置におけるりん蓄積菌の活動が活発化し、流入下水からりん除去が効率良く行われる。

図５を参照し、栄養源物質の必要添加量の算出について説明する。図５は横軸がＰＲＡ量を示し、縦軸が酢酸（有機物）の必要添加量或いは添加不要を表している。図５にはＰＲＡ対添加量変換直線Ｌが図示され、流入下水中のＰＲＡ値に対する添加必要量が変換直線Ｌから読み出される。ＰＲＡ量の測定値が、必要量（ａ）であれば、必要量（ａ）と変換直線Ｌとの交点Ｌａが添加必要量であり、この場合、添加必要量が境界点であることを示している。測定したＰＲＡ量と必要量（ａ）とが、必要量（ａ）＜（測定したＰＲＡ量）の関係にあれば、流入下水中に十分な栄養源物質が含有していることを示し、酢酸（有機物）の添加が不要であり、必要量（ａ）＞（測定したＰＲＡ量）の関係にあれば、酢酸（有機物）の添加が必要であることを示している。例えば、測定したＰＲＡ量が（ｂ）であれば、必要量（ａ）に対して不足量は、必要量（ａ）から（測定したＰＲＡ量）（ｂ）を比較演算して不足量（ｃ）が算出され、これを補う必要添加量（ｄ）を算出することができる。

また、りん蓄積菌によるりん溶出量と吸収有機酸とには、りん溶出量（ｍｇＰ）／吸収有機酸量（ｍｇＣＯＤｃｒ）の関係があり、０．４（Ｙｐｏ４という）であることがＩＷＡ（International Water Association）モデルでは理論上与えられ、この比率（Ｙｐｏ４）は季節や水温などの諸条件で変動する値であるが、りん溶出量から有機酸濃度を算出することができる。Ｙｐｏ４は、Ｙｐｏ４＝（Ｂ−Ａ）／０．７４ｓ／１０＝（Ｂ−Ａ）／７．４ｓの関係式によるＹｐｏ４演算手段から求めることができる。なお、この関係式のＡ，Ｂは、図１の処理フローと上記演算式〔数７〕に示したように、りん濃度値Ａ，Ｂ（ｍｇＰ／ｌ）である。Ｙｐｏ４の単位はｍｇＰ／ｍｇＣＯＤである。また、Ｙｐｏ４の関係式では、採取容器の容積が１００ｍｌであるので、１Ｌに換算している。この図１の処理フローのステップＳ９，Ｓ１１から得られるりん濃度値Ａ，Ｂを、上記Ｙｐｏ４演算手段に導入することにより求めることができる。この演算処理はコンピュータの演算処理を利用して自動的に算出して表示することができる。このＹｐｏ４が０．４より低い値である場合は、りん蓄積菌量（以下、Ｘｐａｏと称する）が低いことが疑われる。ＰＲＡ量の測定には、第２の採取容器に添加した酢酸が短時間で全量反応し得る濃度のりん蓄積菌を添加するのを条件とする。例えば、Ｘｐａｏが低い場合、酢酸全量が反応しないためＢ−Ａの値が低くなり、Ｙｐｏ４も真値より低下する。この場合、正しいＰＲＡは測定することができない。

また、ＰＲＡ測定は、りん蓄積菌活動量を算出する方法としても効果的である。ＰＲＡの測定とは逆に、酢酸ナトリウムを過剰に添加（１００ｍｌの第２の採取容器に対し約５０ｍｇ程度）し、ｔ時間後のりん酸性をＰ１（ｍｇＰ／Ｌ）とし、余剰汚泥のりん酸性りん初期値をＰＯ（ｍｇＰ／Ｌ）とした場合、ＩＷＡ活性汚泥モデルを利用すると、下記演算式〔数８〕が成り立ち、演算式〔数８〕からＸｐａｏを算出することができる。高度下水処理には、ＰＲＡの導入がりん蓄積菌量の把握に効果的である。ＰＲＡ測定は、図１の処理フローにおける第１〜第３の採取容器に加えて第４の採取容器を用意し、次のような処理を行う。先ず、第４の採取容器には栄養源物質（例えば、酢酸）が第２の採取容器に加えられる量より過剰に添加し、他の第１〜第３の採取容器と同様な条件で処理が行われる。即ち、第４の採取容器に濃縮汚泥が満水に供給され、第４の採取容器の内溶液を撹拌しながら嫌気状態とし、濾過工程を経て、第４の採取容器の内溶液を固形分と濾過液とに分離し、第４の採取容器から得られる濾過液中のりん濃度を測定する。この工程を経ることにより、第４の採取容器における一定時間でのりん蓄積菌によるりん酸性りん放出量は、りん蓄積菌量に依存することになる。これにより測定した時間ｔでのりん酸性りん量（Ｐ１）を用いて、下記演算式〔数８〕により、りん蓄積菌の量を推定することができる。演算式〔数８〕のＸpao 演算手段はコンピュータに組み込まれ、各データを取り込んで演算処理することができる。なお、初期りん酸性りん量（Ｐ０）は、例えば予め濃縮汚泥を濾過してその濾過液中のりん酸性りん濃度を計測して得られる。このようにりん蓄積菌量Ｘｐａｏを数値として把握することは、高度処理装置におけるりん除去に重要である。また、本実施形態において、第４の採取容器を用いたが、例えば第２の採取容器を用いて添加量の条件を調整することによって、第４の採取容器を用意することなく、第１〜第３の採取容器を利用し、処理ステップを制御することによって、測定することも可能である。

次に、図２を参照し、本発明の一実施形態である下水高度処理装置における栄養源添加装置及び下水高度処理装置について説明する。下水高度処理装置１０は、Ａ_２ Ｏ法による生物学的りん除去を行う処理装置であり、嫌気槽１０ａ、無酸素槽１０ｂ、好気槽１０ｃが順次処理槽として設けられ、好気槽１０ｃの処理水が循環液として無酸素槽１０ｂに送られ、下水高度処理装置１０により下水中の有機物が脱窒処理及びりん除去が行われて最終沈殿池１１に送られ、その上澄水が処理水として排出される。また、最終沈殿池１１にて沈降した活性汚泥は、返送汚泥（活性汚泥）として嫌気槽１０ａに返送される。下水高度処理装置１０の前段には栄養源添加装置２０が設置されている。

この栄養源添加装置２０は、コンピュータによるりん濃度演算手段２５及びりん濃度対栄養源量読み出し手段（データテーブル）２６が備えられている。栄養源添加装置２０は、活性汚泥をサンプリングして濃縮し濃縮汚泥とする活性汚泥濃縮装置２１と、容積が等しい第１〜第３の採取容器２２〜２４とが備えられ、第１の採取容器には濃縮汚泥が満水に供給され、第２の採取容器２３には栄養源物質である、例えば酢酸ナトリウムが供給され、さらに濃縮汚泥が満水に供給され、第３の採取容器２４には試料である流入下水が供給され、さらに濃縮汚泥が満水に供給される。第１〜第３の採取容器２２〜２４は内溶液が撹拌され、嫌気状態に維持される。第１〜第３の採取容器２２〜２４には、内溶液の濃縮汚泥等を約３０分程度嫌気状態にした後、これらの内溶液を濾過する濾過装置２２ａ〜２４ａが設けられている。所定時間嫌気状態とした濃縮汚泥等は濾過装置２２ａ〜２４ａにより濾過され、濾過装置２２ａ〜２４ａの底部に濾過液が得られる。濾過後に濾過装置２２ａ〜２４ａ内の固形物は系外に排出される。

濾過装置２２ａ〜２４ａの底部は光が透過する窓が設けられ、この窓を通して所定の波長の光がこれらの濾過液に照射され、吸光光度方式または比色分析法によって、りん濃度が測定される。測定機からは各りん濃度Ａ，Ｂ，Ｃが得られる。これらのりん濃度値Ａ，Ｂ，Ｃは、コンピュータによるりん濃度演算手段２５に入力されて演算処理されることによって、ＰＲＡ値が算出される。ＰＲＡ値は、りん濃度対栄養源量読み出し手段２６により、ＰＲＡ値に対応する栄養源量が算出される。りん濃度演算手段２５は上記〔数７〕の演算処理が行われる。栄養源量は、例えば直流電圧レベルとして出力され、添加装置２７に入力され、所定量の栄養源物質である、例えば酢酸が嫌気槽１０ａに供給される。嫌気槽１０ａ内では、りん蓄積菌の栄養源物質が十分供給され、りん蓄積菌の活動が活発になり、流入水中の供給された酢酸を含む有機酸が菌体内に取り込まれ、好気槽１０ｃにて、有機酸を消費しりんを菌体内に取り込み、流入下水中のりんが除去される。最終沈殿池１１からは脱りん処理された処理水が排水される。りん凝集剤を使用することなく、流入下水を処理することができる。

また、本発明では、下水高度処理装置の前段に栄養源添加装置２０が備えられたものであり、りん濃度演算手段２５とりん濃度対栄養源量読み出し手段（データテーブル）２６とを有するコンピュータを備えることによって、栄養源添加装置２０が制御され、下水高度処理装置内のりん蓄積菌の栄養源物質を最適な量に設定し、流入下水中のりんを除去することができる。

なお、図５に示した必要量（ａ）は、流入下水の処理すべきりん濃度により算出されるが、流入下水中のりん濃度は、直近の測定値、或いは経験値等により適切に決定されて栄養源物質の補う添加量が決定されている。この添加の際、それを取り込むりん蓄積菌の活動量（りん蓄積菌量Ｘｐａｏ）を算出する演算式〔数８〕を必要に応じて組み合わせてりん処理に必要なＰＲＡ量（ａ）や不足量（ｃ）を決定し、必要な添加量（ｄ）を算出することによって、一層効果的なりん除去が可能である。これらの演算処理は、各測定データをコンピュータに入力して演算式〔数８〕を実効することによって、最適な処理条件でりん除去を行うことが可能である。また、りん蓄積菌量Ｘｐａｏを算出する過程で、上述に示したＹｐｏ４＝（Ｂ−Ａ）／７．４ｓのＹｐｏ４演算手段を有するコンピュータに各値（Ａ，Ｂ，０．７４ｓ）を取り込み実効し、Ｙｐｏ４の値を得ることができる。Ｙｐｏ４及びりん蓄積菌量Ｘｐａｏの各値は、コンピュータの表示装置に表示して高度処理装置のりん除去能力を指し示すようにしてもよい。また、コンピュータがりん除去の処理条件を設定する際に、Ｙｐｏ４及びりん蓄積菌量Ｘｐａｏを栄養源物質供給の処理条件としてもよいし、さらに、槽内の処理液の温度或いは流入量等を処理条件に組み込むことも可能である。

無論、本実施形態の下水高度処理装置では、下水中の有機性窒素やアンモニア性窒素は、凝集剤を使用することなく、嫌気槽１０ａ及び無酸素槽１０ｂを通過して好気槽１０ｃに送り込まれ、酸素や硝化菌の働きで硝化性窒素（ＮＯ_３ ⁻）に変えられ、さらに脱窒菌の働きによって無害な窒素ガスに変えられ大気中に放出される。

また、上記下水高度処理装置はＡ_２ Ｏ処理装置について説明したが、ＡＯ処理装置であっても本発明を利用することができる。さらに、凝集剤によるりん除去工程を組み合わせてもよい。

本発明の活用例としては、下水、汚水或いはし尿などの高度処理装置に利用することができる。

本発明に係る活性汚泥中からのりん溶出による流入下水の水質推定方法の一実施形態の処理フローを示す図である。 本発明の一実施形態を示す下水高度処理装置における栄養源添加装置及び下水高度処理装置を示す図である。 本発明における嫌気状態の汚泥からのりん溶出を示した説明図である。 本発明における濃度の異なる汚泥水を嫌気状態としてりん溶出濃度の差異を示した説明図である。 本発明の下水高度処理装置における嫌気槽に栄養源物質を供給するメカニズを説明する説明図である。 従来の高度処理による汚水処理装置の説明図である。 従来の高度処理による生物学的脱りん装置の概要を示す説明図である。

符号の説明

１０ 下水高度処理装置
１０ａ 嫌気槽
１０ｂ 無酸素槽
１０ｃ 好気槽
１１ 最終沈殿池
２０ 栄養源添加装置
２１ 活性汚泥濃縮装置
２２ 第１の採取容器
２３ 第２の採取容器
２４ 第３の採取容器
２２ａ〜２４ａ 濾過装置
２５ りん濃度演算手段
２６ りん濃度対栄養源量読み出し手段（データテーブル）

Claims (15)

1. りん蓄積菌を含有する活性汚泥を脱窒した濃縮汚泥とする汚泥濃縮工程と、
   採取容器に測定試料である流入下水の所定量を容れて前記濃縮汚泥を投入し、それぞれの採取容器の内溶液を嫌気状態とする嫌気工程と、
   前記採取容器の内溶液を濾過して得られた濾過溶液中のりん酸濃度を測定するりん酸濃度測定工程と、
   前記りん酸濃度から流入下水中に含まれるりん蓄積菌反応性有機酸類濃度を求める演算処理工程とを有することを特徴とする活性汚泥中からのりん溶出による流入下水の水質推定方法。
2. りん蓄積菌を含有する活性汚泥を脱窒した濃縮汚泥とする汚泥濃縮工程と、
   所定容量の第１から第３の採取容器を用意し、第１の採取容器に前記濃縮工程で得られたりん蓄積菌を含有する前記濃縮汚泥を投入し、第２の採取容器に栄養源物質を所定量を容れて前記濃縮汚泥を投入し、第３の採取容器に測定試料である流入下水の所定量を容れて前記濃縮汚泥を投入し、それぞれの採取容器の内溶液を撹拌して嫌気状態とする嫌気工程と、
   前記嫌気工程が所定時間経過した後、前記各採取容器の内溶液を濾過して得られた濾過溶液中のりん酸濃度を測定するりん酸濃度測定工程と、
   前記りん酸濃度測定工程における第１と第２の採取容器から得られた濾過溶液中のりん酸濃度と、第３の採取容器に対応する濾過液中の試料のりん酸濃度とを演算処理してりん蓄積菌反応性有機酸類濃度を求める演算処理工程とを有することを特徴とする活性汚泥中からのりん溶出による流入下水の水質推定方法。
3. 前記栄養源物質が酢酸等の有機酸およびその塩類であることを特徴とする請求項２に記載の活性汚泥中からのりん溶出による流入下水の水質推定方法。
4. 前記演算処理工程が、下記演算式〔数１〕によることを特徴とする請求項３に記載の活性汚泥中からのりん溶出による流入下水の水質推定方法。
   
   

   

   
   
5. 前記りん蓄積菌反応性有機酸類は、嫌気状態のりん蓄積菌が菌体外にりんを放出する過程で取り込まれる有機酸であることを特徴とする請求項１，２，３または４に記載の活性汚泥中からのりん溶出による流入下水の水質推定方法。
6. 請求項２に記載の活性汚泥中からのりん溶出による流入下水の水質推定方法において、
   前記りん酸濃度測定工程における第１と第２の採取容器から得られた濾過溶液中のりん酸濃度からりん溶出量／吸収有機酸量の比率であるＹｐｏ４を下記演算式〔数２〕により求めることを特徴とする活性汚泥中からのりん溶出による流入下水の水質推定方法。
   
   

   
7. 請求項６に記載の活性汚泥中からのりん溶出による流入下水の水質推定方法において、
   前記第１〜３の採取容器に加えて第４の採取容器を設け、第４の採取容器には栄養源物質を過剰に添加し、第４の採取容器に濃縮汚泥が満水に供給され、第４の採取容器の内溶液を撹拌しながら所定時間嫌気状態とし、濾過工程を経て、第４の採取容器の内溶液を固形分と濾過液とに分離し、第４の採取容器から得られる濾過液中のりん酸濃度を測定するとともに、前記濃縮汚泥の初期りん酸性りん濃度をりん酸濃度測定工程により測定し、各りん酸濃度と前記Ｙｐｏ４とを下記演算式〔数３〕によりりん蓄積菌量を求めることを特徴とする活性汚泥中からのりん溶出による流入下水の水質推定方法。
   
   

   

   
   
8. 請求項７に記載の活性汚泥中からのりん溶出による流入下水の水質推定方法において、前記第４の採取容器に代えて前記第２の採取容器を用いてりん蓄積菌量を求めることを特徴とする活性汚泥中からのりん溶出による流入下水の水質推定方法。
9. 下水高度処理装置に流入する流入下水に含有するりん蓄積菌反応性有機酸類を推定して嫌気槽に栄養源物質を添加する添加装置において、
   下水高度処理装置後段の最終沈殿池にて沈降した活性汚泥をサンプリングする採取手段と、
   前記採取手段により採取したりん蓄積菌を含有する活性汚泥を脱窒した濃縮汚泥とする汚泥濃縮手段と、
   所定容量の第１から第３の採取容器と、
   前記汚泥濃縮工程から得られた前記濃縮汚泥を、前記第１の採取容器と、栄養源物質を所定量を投入した前記第２の採取容器と、測定試料である流入下水を所定量を投入した前記第３の採取容器に投入し、それぞれの採取容器の内溶液を嫌気状態とする嫌気手段と、
   前記嫌気手段が所定時間経過した後、前記各容器の内溶液を濾過して得られた濾過溶液中のりん酸濃度を測定する光学的測定手段と、
   前記光学的測定手段により、前記第１と第２の採取容器から得られた濾過溶液中のりん酸濃度と、前記第３の採取容器に対応する濾過液中のりん酸濃度とを演算処理してりん蓄積菌反応性有機酸類濃度を求める演算処理手段と、
   前記演算処理手段により得られたりん蓄積菌反応性有機酸類濃度に応じて栄養源物質を前記下水高度処理装置の嫌気槽に注入する酢酸注入手段と
   を有することを特徴とする下水高度処理装置における栄養源添加装置。
10. 前記酢酸注入手段がりん蓄積菌反応性有機酸類濃度に応じて注入される栄養源物質量を記録したデータテーブルであることを特徴とする請求項９に記載の下水高度処理装置における栄養源添加装置。
11. 前記栄養源物質が酢酸等の有機酸およびその塩類であることを特徴とする請求項９又は１０に記載の下水高度処理装置における栄養源添加装置。
12. 前記りん蓄積菌反応性有機酸類は、嫌気状態のりん蓄積菌が菌体外にりんを放出する過程で取り込む有機酸であることを特徴とする請求項９，１０または１１に記載の下水高度処理装置における栄養源添加装置。
13. 流入下水を下水高度処理装置に供給して生物学的脱りん処理を行う下水高度処理装置において、
    該下水高度処理装置に供給される流入下水のりん蓄積菌反応性有機酸類濃度を測定するりん蓄積菌反応性有機酸類濃度測定手段を有し、該りん蓄積菌反応性有機酸類濃度測定手段により得られるりん蓄積菌反応性有機酸類濃度に基づいて、該下水高度処理装置の嫌気槽に栄養源物質を供給する栄養源添加装置を備えることを特徴とする下水高度処理装置。
14. 前記下水高度処理装置が、ＡＯまたはＡ_２ Ｏ処理装置であることを特徴とする請求項１３に記載の下水高度処理装置。
15. 請求項１３または１４に記載の下水高度処理装置において、前記りん蓄積菌反応性有機酸類濃度測定手段から得られるＹpo4 を算出するＹpo4 演算手段と、りん蓄積菌量を算出するＸpao 演算手段とを有するコンピュータを備えることを特徴とする下水高度処理装置。

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