JP2015089548A - 汚泥活性度測定装置および汚泥活性度の測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】汚泥の活性度を、より簡易的に、測定者によるバラつきが少なく、且つ、ばっ気の気泡による測定誤差が生じ難く、測定することができる活性汚泥度測定装置を提供する。
【解決手段】活性汚泥および活性汚泥により分解される基質を含有する液の混合液をばっ気するばっ気容器と、前記ばっ気容器の外に存在し、前記混合液中の前記基質を前記活性汚泥と前記混合液中の酸素により分解し、前記混合液中の酸素を消費させる反応経路と、前記混合液を、前記ばっ気容器から連続的に抜き出して、前記反応経路を経由して前記ばっ気容器へと返送する送液手段と、前記反応経路の上流側と下流側でそれぞれ前記混合液の溶存酸素濃度を連続的に測定する溶存酸素濃度測定手段１及び溶存酸素濃度測定手段２とを有し、前記溶存酸素濃度測定手段１と前記溶存酸素濃度測定手段２でそれぞれ測定された溶存酸素濃度との差分により、汚泥活性度を求めることができる汚泥活性度測定装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、産業排水や工場排水のような活性汚泥により分解される基質を含有する液の活性汚泥処理に関するもので、活性汚泥により分解される基質を含有する液を処理する時の生物による酸素消費量を測定して汚泥活性度を求める装置に関する。

近年の閉鎖性水域における水質規制は強化傾向にあり、下水道、産業排水、工場排水での対策が急務である。水質規制値を遵守するためには、どの成分をどこまで処理できれば基準を満たせるかを把握することが必要である。これまで下水道分野では、活性汚泥法等の生物学的処理プロセスによる下水の処理方法が取られてきた。活性汚泥は排水中の各種成分を代謝・分解する生物の総称であり、その代謝・分解により排水水質を浄化することができる。

その代謝・分解がいかに活発に行われているかという活性の度合いを把握するため、活性汚泥と活性汚泥により分解される基質を含有する液を実験室的に反応させ、試料を逐次サンプリング・分析することで、その水質の変化を把握することが可能である。特に１槽式の酸素消費速度試験（Ｏｘｙｇｅｎ Ｕｐｔａｋｅ Ｒａｔｅ；ＯＵＲ試験）は、活性汚泥により分解される基質を含有する液を処理する時の生物による酸素消費量を見る方法であり、活性汚泥と活性汚泥により分解される基質を反応容器内で接触させた後、溶存酸素電極で反応容器内の溶存酸素濃度を測定する。反応が進むと溶存酸素濃度が低下するため、一定値以下になったところで空気をばっ気することで溶存酸素濃度が上昇し、一定値以上になったところでばっ気を停止させ、再び溶存酸素濃度が低下する。この溶存酸素濃度の低下を生物の代謝・分解とみなすことで、代謝・分解を詳細に把握することが可能となる（非特許文献１）。これを排水の毒性評価に用いたのが特許文献１であり、活性汚泥による基質の代謝・分解が毒性物質によってどの程度阻害されたかを判断することも可能である。また、溶存酸素消費量測定は溶存酸素電極により容易に行うことが可能であるため、代謝・分解を比較的迅速に把握することが可能である。

さらに非特許文献１では、図２に示す２槽式の酸素消費速度試験についても述べられている。２槽式の酸素消費量測定装置２１の構成は、１槽目のばっ気容器２５は活性汚泥により分解される基質を含有する液２２および活性汚泥２３を入れてばっ気装置２４で常時空気ばっ気させ、２槽目の溶存酸素濃度測定槽２９は密栓３３で密閉状態にされているが、内部はスターラー３０の撹拌子３１で撹拌可能であるとともに、溶存酸素電極３２が挿入されている。そして、１槽目のばっ気容器２５の活性汚泥により分解される基質を含有する液２２および活性汚泥２３の混合物を送液手段２８により２槽目の溶存酸素濃度測定槽２９に送液すると、２槽目の溶存酸素濃度測定槽２９は密閉状態のため導入された試料の分だけ１槽目のばっ気容器２５に返送される。送液を停止すると、溶存酸素濃度測定槽２９の中で活性汚泥による基質の代謝・分解により、溶存酸素電極３２を用いて溶存酸素濃度計２７で測定される溶存酸素濃度２６が減少する。その後、ある一定の溶存酸素濃度以下になると、再び、送液手段２８が動作し、１槽目のばっ気容器２５の溶存酸素濃度が飽和した基質および活性汚泥の混合物が２槽目の溶存酸素濃度測定層２９に置換され、そして送液手段２８が停止すると、代謝・分解により溶存酸素濃度が減少する。

しかしながら、酸素消費速度試験では溶存酸素消費のデータの解析、具体的にはその傾きを求めることで酸素消費速度を求める操作が必要であるが、どのデータ範囲を対象に、どのように傾きを取るかについては、熟練した技術者が演算装置を用いて行う必要がある。そのため、酸素消費速度試験を全て現場またはオンサイトで実施することは難しく、試料を持ち帰り試験室で酸素消費速度試験を行った後、演算装置で解析を行うか、または、現場で酸素消費速度試験を行った後、実験データを持ち帰り、演算装置で解析を行う等が多かった。

特開２０１０−２７１１９２号公報

味埜俊、活性汚泥モデル、日本、株式会社環境新聞社、２００５年1月３１日

上記のように、酸素消費試験では活性汚泥により分解される基質を含有する液の処理における生物の代謝・分解が把握できるが、下記のように様々な制約がある。

上記のように、酸素消費速度を求めるためには、溶存酸素消費のデータからその傾きを求める必要がある。傾きの計算には、一定時間の間に溶存酸素濃度が連続的に減少するデータが必要であるが、一定時間をどの範囲に設定するか、および／または、溶存酸素濃度が連続的に減少するデータにおいて、どの範囲のばらつきまで許容するかを設定する必要がある。その設定が正しく無ければ、正確な酸素消費速度を求めることができない。

たとえば、図３では２槽式の酸素消費速度試験を行った例を示す。図中の７分経過時に活性汚泥に排水を添加し、代謝・分解が開始することで、溶存酸素濃度が減少し始めていることが分かる。１４分経過後には、溶存酸素濃度が１ｍｇ／Ｌ以下になると動作するように設定してある送液ポンプにより、２槽目の試料が１槽目の試料と置換され、再び溶存酸素濃度が上昇する。１５分経過後には、再び代謝・分解により溶存酸素濃度が減少し始めている。その後、１９分経過後には再び、送液ポンプが動作することで溶存酸素濃度が上昇する。以降同様の操作を繰り返し、およそ１００分経過後には排水中成分の代謝・分解が終わり、内生呼吸による酸素消費のみが起きていると考えられ、溶存酸素消費速度の減少が緩やかになっている。

この時の解析は、溶存酸素濃度が連続的に減少している７分から１４分の時間の範囲を取り、傾きを求める。その結果を図４に示す。ただし、酸素消費速度は、溶存酸素消費を正とするため、溶存酸素濃度の傾きが負になれば、酸素消費速度は正になるようプロットする。

その結果、７分から１４分における酸素消費速度は０．１から０．６ｍｇ／Ｌ／分と計算される。また、１４分から１５分経過時の溶存酸素濃度が上昇する時間帯は、活性汚泥による代謝・分解による溶存酸素消費は測定できず、酸素消費速度としても０ｍｇ／Ｌ／分以下になる。以降、同様の解析結果となり、およそ１００分経過後には酸素消費速度が０．０３ｍｇ／Ｌ／分に低下する。

この時の問題点として、どの酸素消費速度の値が正しいのかが明確ではないことである。すなわち、どの時間帯の酸素消費速度の値を見ればよいかは、熟練した技術者でないと判別は難しい。７分から１４分の時間帯を例にとっても、酸素消費速度はバラツキがあり、また、１４分から１５分の時間帯は送液ポンプによる影響があるため、酸素消費速度として採用すべきではない。よって、傾きを取ろうとする溶存酸素濃度のデータについては、いずれの範囲を取るのが適しているかは判別が難しい。

さらに、１５分、２０分、２５分、６５分経過時の酸素消費速度が一時的に１．５ｍｇ／Ｌ／分から２．０ｍｇ／Ｌ／分まで上昇しているが、これは溶存酸素電極の先端部に気泡が付着し、剥離することで溶存酸素濃度が見かけ上急速に低下していたためと考えられる。このような酸素消費速度の一時的な上昇は、活性汚泥による排水中成分の代謝・分解においては通常見られないため、酸素消費速度としては不適であると考えられる。よって、どの程度まで酸素消費速度のばらつきを許容するかを、予め設定する必要があると考えられるが、酸素消費速度試験装置の様々な変動要因があるため、その解析結果から不適なデータを判別することは、熟練した技術者でないと容易ではない。

また、上記のように、溶存酸素電極の先端部に気泡が付着すると、溶存酸素濃度の精度が低下し、酸素消費速度が正しく測定できない。この理由として、２槽式の溶存酸素測定槽が１５０ｍＬとした場合、置換のために例えばその３倍量を１分間で流す場合には４５０ｍＬ／分の比較的大きい流量が必要となるため、１槽目で常時ばっ気をしている試料水が、気泡が水面に浮上して大気中に放散される前に、気泡を含んだまま２槽目に流入しやすいためである。

本発明は、上述した従来の酸素消費速度の測定方法が有していた課題を解決し、汚泥の活性度を、より簡易的に、測定者によるバラつきが少なく、且つ、ばっ気の気泡による測定誤差が生じ難く、測定することができる活性汚泥度測定装置、及び活性汚泥度の測定方法を提供することを目的とする。

通常、代謝・分解がいかに活発にどのように行われているかという活性の度合い、すなわち汚泥活性度を見るためには、排水中の基質がいかに速く分解されるかを以って評価するため、その基質濃度を分析し、基質分解速度を求めることで汚泥活性度を評価するが、通常の排水では基質の種類が多様であり、必ずしも定性・定量が可能なものだけではないため、各基質濃度をそれぞれ定量することは困難である。たとえば、下水には多様な有機物が含まれており、有機物成分を同定することは困難である。

一方、基質を好気的に分解する際には酸素消費が発生する。そのため、この酸素消費速度を指標とすることで汚泥の代謝・分解がいかに速く起きているかを測る指標と考えられている。この考え方を基にした技術が酸素消費速度試験であるが、この酸素消費速度試験では酸素消費速度の経時変化を基に、代謝・分解過程を解析的に捉えようとすることを目的としており、熟練した技術および高度な解析技術が必要とされる。

そこで発明者等は、図３の２槽式の酸素消費速度試験装置を用いた測定方法のように、１槽目で常時ばっ気し、２槽目でバッチ的に溶存酸素濃度測定を行って、その後、１槽目の常時ばっ気している槽に戻すという方式ではなく、１槽目で常時ばっ気を行った試料を、連続的に反応経路に導入し、反応経路では新たなばっ気はせずに、活性汚泥反応により酸素を消費させ、反応経路の前後において、２本の溶存酸素電極により、反応経路の始点における溶存酸素濃度と反応経路の終点における溶存酸素濃度とを、それぞれ連続的に測定し、その差分から汚泥活性度を連続的に求めることで、上記課題を解決することができることを見出して、発明を為すに至った。

本発明は、具体的には、以下の［１］〜［１１］である：
［１］活性汚泥および活性汚泥により分解される基質を含有する液の混合液をばっ気するばっ気容器と、
前記ばっ気容器の外に存在し、前記ばっ気された混合液中の前記基質を前記活性汚泥と前記混合液中の酸素により分解し、前記混合液中の酸素を消費させる反応経路と、
前記ばっ気された混合液を、前記ばっ気容器から連続的に抜き出して、前記反応経路を経由して前記ばっ気容器へと返送する送液手段と、
前記反応経路の上流側と下流側でそれぞれ前記混合液の溶存酸素濃度を連続的に測定する溶存酸素濃度測定手段１及び溶存酸素濃度測定手段２と、
を有し、前記溶存酸素濃度測定手段１で測定された溶存酸素濃度と、前記溶存酸素濃度測定手段２で測定された溶存酸素濃度との差分により、汚泥活性度を求めることができることを特徴とする汚泥活性度測定装置。

［２］前記溶存酸素濃度測定手段１で測定された溶存酸素濃度と、前記溶存酸素濃度測定手段２で測定された溶存酸素濃度との差分を演算して汚泥活性度を求める演算手段を更に備えていることを特徴とする前記［１］に記載の装置。

［３］前記送液手段は、前記混合液の送液流量を調整可能であることを特徴とする前記［１］又は［２］に記載の装置。

［４］前記反応経路は、複数の経路を有し、流路切り替え弁によって、前記溶存酸素濃度測定手段１と、前記溶存酸素濃度測定手段２との間の距離を変更可能であることを特徴とする前記［１］〜［３］のいずれか１項に記載の装置。

［５］前記反応経路、前記ばっ気容器の少なくともいずれかを恒温化できることを特徴とする［１］〜［４］のいずれか１項に記載の装置。

［６］前記溶存酸素濃度測定手段１と前記溶存酸素濃度測定手段２とは、それぞれ、フロー式の溶存酸素測定槽に溶存酸素濃度測定器が備わって形成されていることを特徴とする［１］〜［５］のいずれか１項に記載の装置。

［７］［１］〜［６］のいずれか１項に記載の汚泥活性度測定装置を用いて、汚泥活性度を測定することを特徴とする汚泥活性度の測定方法。

［８］［３］、［５］、［６］に記載の汚泥活性度測定装置を用いた、汚泥活性度の測定方法であって、送液ポンプの流量を調整することにより、反応経路での反応時間を調整することを特徴とする汚泥活性度の測定方法。

［９］［４］〜［６］のいずれか１項に記載の汚泥活性度測定装置を用いた、汚泥活性度の測定方法であって、前記流路切り替え弁によって、前記溶存酸素濃度測定手段１と、前記溶存酸素濃度測定手段２との間の距離を変更し、活性汚泥反応時間を調整することを特徴とする汚泥活性度の測定方法。

［１０］前記活性汚泥により分解される基質を含有する液が、石炭からコークスを製造する工程で排出される排水であることを特徴とする［７］〜［９］のいずれか１項に記載の汚泥活性度の測定方法。

［１１］前記活性汚泥により分解される基質を含有する液が、前記活性汚泥により分解される１種類の基質のみ含有することを特徴とする［７］〜［９］のいずれか１項に記載の汚泥活性度の測定方法。

本発明によれば、以下の効果がある。

活性汚泥と排水をばっ気したものを反応経路に導入し、流路の始点と終点の溶存酸素濃度を測定し、その差分を取ることで、従来酸素消費速度を求める際に必要であった熟練した技術者による解析および／または酸素消費速度の妥当性判別が不要となり、汚泥の活性度をより簡易的に、測定者によるバラつきが少なく、且つ、ばっ気の気泡による測定誤差が生じ難く、測定することができる。

また、２槽式の酸素消費速度試験と比べて試料の置換が不要であるため、送液量を少なくすることができ、それにより試料に含まれる気泡を一気に送液することが極めて少なくなるため、溶存酸素電極への気泡の付着が極めて少なくでき、安定的に溶存酸素濃度が測定できるため、安定的に汚泥活性度を求めることができる。

本発明の汚泥活性度測定装置の１例を示す図である。 従来技術の酸素消費量測定装置の１例を示す図である。 従来技術の２槽式酸素消費速度試験による溶存酸素濃度の経時変化を示す図である。 従来技術の２槽式酸素消費速度試験による酸素消費速度の経時変化を示す図である。 本発明の反応経路を複数備えてあり、弁により分岐する手段を示す図である。 本発明の実施例１における溶存酸素濃度および活性汚泥度の結果を示す図である。 本発明の実施例２における活性汚泥度と流速の結果を示す図である。 本発明の実施例３における活性汚泥度の結果を示す図である。 本発明の実施例４における活性汚泥度の温度の影響を示す図である。 本発明の実施例５における溶存酸素濃度および活性汚泥度の結果を示す図である。

図１は、本発明による汚泥活性度測定装置のフローを例示した図である。

図１に示すように、本発明による活性汚泥度測定装置１は、活性汚泥により分解される基質を含有する液２および活性汚泥３の混合液をばっ気手段４によりばっ気するばっ気容器５と、
ばっ気容器５の外に存在し、ばっ気された混合液中の基質を活性汚泥３と混合液中の酸素により分解し、混合液中の酸素を消費させる反応経路９と、
ばっ気された混合液を、ばっ気容器５から連続的に抜き出して、反応経路９を経由して、ばっ気容器５へと返送する送液手段８と、
反応経路９の上流側と下流側でそれぞれ前記混合液の溶存酸素濃度６及び溶存酸素濃度１０を連続的に測定する溶存酸素濃度測定手段７及び溶存酸素濃度測定手段１１と
を有し、
前記溶存酸素濃度測定手段１０で測定された溶存酸素濃度６と、前記溶存酸素濃度測定手段１１で測定された溶存酸素濃度７との差分を汚泥活性度演算手段１２で計算することにより、汚泥活性度を求めることができることを特徴とする汚泥活性度測定装置である。

汚泥活性度はいかに活発に代謝・分解が進んでいるかを示す指標と捉えることができる。活発さの度合いを示す指標はいくつかあるが、本発明では代謝・分解がいかに速く進んでいるかを見るため、溶存酸素消費量の大きさに着目した。すなわち、排水に含まれる活性汚泥により分解される基質を速く好気的に分解するときの酸素消費が多いほど、汚泥活性度としては高いと考える。

活性汚泥により分解される基質を含有する液２は、ここでは例として製鉄所におけるコークス工場から発生するフェノール、チオ硫酸、チオシアン等を含むコークス排水を示す（以下、活性汚泥により分解される基質を含有する液２を単に排水２ともいう）。しかし、本発明の適用範囲は、コークス排水中の活性汚泥により分解される基質に限定されるものではなく、食品工場、化学工業、薬品工業、塗装工業、繊維工業、染色工業等の産業排水、工場排水に含まれる活性汚泥により分解される基質に対しても適用可能である。

前記活性汚泥により分解される基質を含有する液２の代わりに、所定の基質を含む液を用い、当該所定の基質を分解する際の活性汚泥度を求めることができる。たとえばコークス排水ではフェノール、チオ硫酸、チオシアン等の基質成分が含まれており、フェノール、チオ硫酸、チオシアン等を試薬で添加することで、各成分単独で代謝する際の酸素消費量を測定することができる。

活性汚泥３は、特に指定しないが、上記排水に限らず何らかの活性汚泥により分解される基質を含有する液を処理している生物を含む汚泥である。

ばっ気手段４では、空気を集めた後、ばっ気容器５の中の排水２および活性汚泥３の混合物に、空気を吹き込む。方法について指定しないが、工場内の圧縮空気をそのまま用いることや、コンプレッサー、エアーポンプなどで空気を吹き込むことができる。

ばっ気容器５は、排水２および活性汚泥３の混合物を入れ、ばっ気するための容器である。水漏れが無い構造であり、排水の特性により著しく劣化および破損するもので無いことが望ましい。容器の指定はしないが、ポリ容器、ガラス容器等を用いることができる。

前記ばっ気容器５の代わりに、現場ばっ気槽から直接排水および活性汚泥の混合物を溶存酸素濃度測定手段７に導入し、同様の手順で汚泥活性度を測定することもできる。溶存酸素測定後の排水および活性汚泥の混合物は、再び現場ばっ気槽に戻せば良い。

溶存酸素濃度測定手段７および溶存酸素濃度測定手段１１は、ばっ気された直後の排水２および活性汚泥３における溶存酸素濃度６を測定する手段で、溶存酸素濃度測定手段１０は反応経路の始点における溶存酸素濃度６を測定し、溶存酸素濃度測定手段１１は反応経路の始点における溶存酸素濃度１０を測定する。余程活性汚泥３の反応が速く無い限り、反応経路９の上流側の溶存酸素濃度６は飽和溶存酸素濃度となる。たとえば、１気圧２５℃の条件における飽和溶存酸素濃度は８．１１ｍｇ／Ｌである。

また、溶存酸素測定の原理は指定しないが、一般に隔膜式と蛍光式が使用されている。隔膜式は従来から用いられている溶存酸素測定方法であり、溶存酸素が隔膜を透過した後、金属電極の表面で酸化還元反応を起こさせる際に発生する電流値から溶存酸素濃度を測定する。蛍光式は近年広まりつつある溶存酸素測定方法であり、溶存酸素濃度に応じて蛍光要度が変化する物質を電極表面に固定させ、励起光を照射した際に発生する蛍光強度から溶存酸素濃度を測定する。

また、溶存酸素測定の方法は限定しないが、好ましくはバッチ式よりもフロー式の方が良く、バッチ式ではバッチ容器での滞留時間が発生してしまい、バッチ容器での反応が進行するため、溶存酸素濃度値が瞬間的な値とは言えない。より正確に汚泥活性度を評価するためには、溶存酸素測定時に容積が小さく滞留時間が短いフロー式の方が良い。

また、本発明によれば、溶存酸素濃度を測定する方法をフロー式にすることで、溶存酸素測定槽における滞留時間を最小限にし、溶存酸素濃度の減少をより迅速に測定することができる。すなわち、フロー式では、溶存酸素測定槽の容積が小さいため、その滞留時間の影響を考慮する時に、送液量は比較的小さく抑えられることから、流量は小さいポンプで良い。フロー式なので容積は数ｍＬ（１０ｍL未満、さらには５ｍL以下や３ｍL以下。ただし、測定精度をの観点から１ｍL以上であることが好ましい。）とすることが可能であり、３倍量を１分間で流す場合でも１０〜２０ｍＬ／分の吐出量があれば良い。送液流量が少なければ、２槽式の酸素消費速度試験で見られるように、気泡を含んだまま溶存酸素測定槽へ試料が流入し、溶存酸素電極に気泡が付着することで、溶存酸素濃度の精度が低下し、酸素消費速度が正しく測定できないということは回避できる。

フロー式の溶存酸素測定槽を用いた測定装置については、特に限定しないが、たとえば東亜ディーケーケー製ＤＯ−３２Ａを用いることができる。

送液手段８は、ばっ気された混合液を、ばっ気容器５から連続的に抜き出す。方法は限定しないが、送液機構を備えた装置であるポンプを用いることができる。送液量は反応時間に応じて調整することができるため、想定と異なる活性であった時でも容易に適正な酸素消費量を測定することができる。これまでの酸素消費速度試験においては、一度試験を開始した後に、酸素消費量を変えるためには汚泥濃度を変更するなど、再試験が必要となるが、本発明では試験中に容易に送液量を変えることで、酸素消費量を適正な反応時間で測定することができるようになる。

反応経路９は、指定しないが、反応経路９内で排水２および活性汚泥３を一定時間反応させるための空間であり、ばっ気された混合液中の基質を活性汚泥３と混合液中の酸素により分解し、混合液中の酸素を消費させる。反応経路９は、測定中その中で排水２および活性汚泥３が新たにばっ気がされない密閉空間とすることができるものとする。材質はガラス容器、ポリ容器などでも良く、または、チューブなどの配管でも良い。好ましくは、スパイラル状のシリコンチューブなどが、省スペース、強度、内壁への活性汚泥の付着しにくさなどの観点から、良い。

反応経路９は、一定流量においては、その体積が大きくなるほど、反応時間は長くなる。このため、反応経路を予め複数備えておき、弁により分岐させることで、想定と異なる活性であった時でも容易に適正な酸素消費量を測定することができる。図５にはその例を示す。図４では直線のシリコンチューブ９aおよびスパイラル状のシリコンチューブ９ｂを三方コック弁９ｃで分岐している。ここで、想定よりも酸素消費量が低い状態と分かった場合、反応時間を長くさせるため、反応経路はスパイラル状のシリコンチューブ９ｂに切り替え、反対に、想定よりも酸素消費量が高い状態と分かった場合は反応時間を短くさせるため、反応経路は直線のシリコンチューブ９aに切り替えることができる。この反応経路９の調整は、前記送液手段８における送液量の調整と併せることで、より精緻に反応時間を調節することが可能となる。

前記送液手段８および反応経路９では、反応時間を調節することができ、それにより流路終点における溶存酸素濃度を一定以上にすることで、汚泥活性度を適正に求めることが可能となる。しかし、何度も反応時間を変更すると、他の汚泥活性度データと相対評価をする際に、標準化を行うことができる。

送液流量を調整することにより、反応時間を調節することができる。ある試料では送液流量５ｍＬ／分一定で５０ｍＬ反応経路に導入し、反応時間１０分での汚泥活性度３ｍｇ／Ｌが得られ、もう一方の試料では送液流量２．５ｍＬ／分一定で５０ｍＬ反応経路に導入し、反応時間２０分で汚泥活性度５ｍｇ／Ｌであった場合、単位時間当たりの汚泥活性度を求めることで相対評価が可能になる。上記例では１時間当たりの汚泥活性度に換算すると、それぞれ１８ｍｇ／Ｌ／時間、１５ｍｇ／Ｌ／時間となり、前者の汚泥活性度が高いことが分かる。ただし、この相対評価を行う際の注意点として、送液手段８における流量調整を行った後は、特に溶存酸素電極が流速の影響を受ける隔膜式の場合は、溶存酸素濃度が安定するまで送液を行うことが望ましい。

さらに、活性汚泥濃度の影響を標準化するため、汚泥活性度を汚泥濃度で除することにより、単位汚泥量当たりの汚泥活性度値を求めることも可能である。汚泥活性度２０ｍｇ／Ｌ／時間、汚泥濃度２，０００ｍｇ／Ｌであった場合、０．０１ｍｇ−酸素／Ｌ／時間／（ｍｇ−汚泥／Ｌ）と算出できる。

また、図５のように複数の経路を予め用意しておき、流路切り替え弁によって反応経路９の容積を調整することができる。容積を調整した後、ある試料では送液流量２．５ｍＬ／分一定で５ｍＬ反応経路に導入し、反応時間２分での汚泥活性度１ｍｇ／Ｌが得られ、もう一方の試料では送液流量２．５ｍＬ／分一定で５０ｍＬ反応経路に導入し、反応時間２０分で汚泥活性度５ｍｇ／Ｌであった場合、単位時間当たりの汚泥活性度はそれぞれ３０ｍｇ／Ｌ／時間、１５ｍｇ／Ｌ／時間となり、前者の汚泥活性度が高いことが分かる。

反応経路の容積は、厳密には入側および出側の溶存酸素濃度測定手段の間の容積であるが、溶存酸素濃度測定手段７と反応経路９の間、反応経路９と溶存酸素濃度測定手段１０の間が直接接続されている等、容積が無視できる場合は、反応経路９の容積とみなしても良い。

さらに、反応経路９においては、一般的に活性汚泥の代謝・分解が温度に依存し、中温微生物、好冷微生物、好熱微生物のように至適温度範囲が存在すること、および、至適温度範囲では比増殖速度が温度上昇に伴い高くなり、１０℃高くなると比増殖速度が２倍になるＱ_１０法則があることが知られていることから、温度条件を一定に維持する目的で恒温手段を備えていることが望ましい。

汚泥活性度は、反応前の溶存酸素濃度６と反応後の溶存酸素濃度１０の差分で求めることができる。

さらに、演算装置１２によって汚泥活性度を自動的に演算させることができ、その差分を蓄積することで経時的な汚泥活性度を記録し、過去データと比較する等の管理指標として用いることもできる。演算方法は指定しないが、単に引き算をして求めることや、活性汚泥濃度あたりの酸素消費速度を求めることができる。また、当然ながら反応経路容積（Ｌ）と送液流量速度（Ｌ／分）から滞留時間（分）を算出し、汚泥活性度（ｍｇ／Ｌ）を滞留時間で除することで、酸素消費速度（ｍｇ／Ｌ／分）相当の値を算出することもできる。

また、汚泥活性度測定装置には演算装置１２を備えずに、測定された、反応前の溶存酸素濃度６と反応後の溶存酸素濃度１０のデータを、系外に取り出し、両者を差分して活性汚泥度を算出しても構わない。

以下の実施例では、図１に示した汚泥活性度測定装置を用いて汚泥活性度の測定を行った。
（実施例１）コークス排水処理における汚泥活性度評価
図６には、コークス排水処理に用いられる活性汚泥と試薬により調製した模擬コークス排水とをばっ気容器に入れ、本発明により汚泥活性度を測定した結果を示す。測定では、模擬コークス排水をばっ気容器に入れ、初めに反応経路を満たした後、ばっ気容器に活性汚泥を添加し、１Ｌ／分程度でばっ気を開始した。送液速度は５ｍＬ／分、反応経路は２５ｍＬとし、反応時間は５分と計算される。その結果、反応経路の始点における溶存酸素濃度は６．１〜６．４ｍｇ／Ｌ、終点における溶存酸素濃度は５．６〜６．２ｍｇ／Ｌ、汚泥活性度は０．２７〜０．４８ｍｇ／Ｌとなった。

このことから、汚泥活性度を安定的かつ連続的に、熟練した技術を用いずに汚泥活性度を求めることができた。
（実施例２）反応時間を切り替えることによる汚泥活性度評価
図７には、コークス排水処理に用いられる活性汚泥とコークス排水とをばっ気容器に入れ、本発明により送液ポンプ流量を調整しながら汚泥活性度を測定した結果を示す。測定では、流量を１０ｍＬ／分から２０ｍＬ／分に切り替えていき、反応経路を２５ｍＬとしたことから、反応時間はそれぞれ２．５分、１．２５分に相当する。汚泥活性度はそれぞれの反応時間に減少した溶存酸素濃度を示しており、反応時間が長くなると汚泥活性度値は高くなる傾向が見られた。また、反応時間２．５分、１．２５分における汚泥活性度はそれぞれ０．９７ｍｇ／Ｌ、０．４７ｍｇ／Ｌであり、単位時間当たりの汚泥活性度はそれぞれ２３．２８ｍｇ／Ｌ／時間、２２．５６ｍｇ／Ｌ／時間であり、汚泥活性度としては２３ｍｇ／Ｌ／時間程度と考えられた。

このことから、用いる排水および活性汚泥によって汚泥活性度を適正に測定するため、送液ポンプの流量調整を行うことで反応時間を調整することが可能である。
（実施例３）所定の成分を添加することによる汚泥活性度評価
図８には、コークス排水処理に用いられる活性汚泥とコークス排水とをばっ気容器に入れた実験条件と、活性汚泥と排水中の単成分（基質はチオシアン酸の１種類）を添加した実験条件について、本発明により汚泥活性度を測定した結果を併せて示す。排水では汚泥活性度が２．５ｍｇ／Ｌ程度となった一方で、単成分では０．２５ｍｇ／Ｌ程度となった。このことは、排水中成分を分解するのに必要な溶存酸素濃度２．５ｍｇ／Ｌのうち、その１割が添加した単成分によるものであることを示唆している。よって、活性度を測定したい所望の基質を添加することにより、所望の基質成分の分解活性度を求めることができる。
（実施例４）恒温することによる汚泥活性度評価
図９には、鉄酸化細菌を含む活性汚泥とＦｅ^２＋イオンを含む排水とをばっ気容器に入れ、本発明によりばっ気容器および反応経路を恒温しながら汚泥活性度を測定した結果を示す。活性汚泥濃度は２４，０００ｍｇ／Ｌ、Ｆｅ^２＋イオン濃度は４００ｍｇ／Ｌ、恒温条件は５〜３０℃とし、それぞれの温度条件で同時に実験開始し反応時間３０分となるようにそれぞれの汚泥活性度を測定し、その平均値をプロットした。その結果、温度の上昇に伴い汚泥活性度が線形的に増加した。このことから、汚泥活性度を測定する際には温度影響があることが分かったため、ばっ気容器および／または反応経路を恒温することにより、精度良く汚泥活性を測定することができる。
（実施例５）排水を処理しているばっ気槽から直接溶存酸素測定槽へ導入することによる汚泥活性度評価
図１０には、コークス排水を連続的に処理している安水連続処理装置の安水処理槽をばっ気容器と見立てて、ここから、送液ポンプを用いて直接溶存酸素測定槽へ導入することで、安水連続処理装置における活性汚泥の汚泥活性度を評価した結果を示す。汚泥濃度は８，０００ｍｇ／Ｌ、水温３０℃であった。また、ばっ気槽内の溶存酸素濃度が３．５ｍｇ／Ｌ程度であったため、反応経路の始点では３．５ｍｇ／Ｌの溶存酸素濃度となった。反応経路の終点では２ｍｇ／Ｌ程度となった。汚泥活性度は１．３ｍｇ／Ｌ程度となった。反応経路は２５ｍＬ、送液速度５ｍＬ／分であったため、反応時間は５分であった。これと汚泥濃度から、単位汚泥、単位時間当たりの汚泥活性度は０．００２ｍｇ−酸素／Ｌ／時間／（ｍｇ−汚泥／Ｌ）となった。このことから、排水を処理しているばっ気槽から試料を直接溶存酸素測定槽１へ導入することで、連続的に汚泥活性度を求めることができた。

実施例１〜５で判るように、汚泥の活性度を、従来技術と比較して、より簡易的に、測定者によるバラつきが少なく、且つ、ばっ気の気泡による測定誤差が生じ難く、測定することができた。

１ 汚泥活性度測定装置
２ 活性汚泥
３ 活性汚泥により分解される基質を含有する液
４ ばっ気手段
５ ばっ気容器
６ 溶存酸素濃度
７ 溶存酸素濃度測定手段
８ 送液手段
９ 反応経路
１０ 溶存酸素濃度
１１ 溶存酸素濃度手段
１２ 汚泥活性度演算手段
２１ 酸素消費量測定装置
２２ 活性汚泥
２３ 活性汚泥により分解される基質を含有する液
２４ ばっ気装置
２５ ばっ気容器
２６ 溶存酸素濃度
２７ 溶存酸素濃度計
２８ 送液手段
２９ 溶存酸素濃度測定槽
３０ スターラー
３１ 撹拌子
３２ 溶存酸素電極
３３ 密栓

Claims (11)

1. 活性汚泥および活性汚泥により分解される基質を含有する液の混合液をばっ気するばっ気容器と、
   前記ばっ気容器の外に存在し、前記ばっ気された混合液中の前記基質を前記活性汚泥と前記混合液中の酸素により分解し、前記混合液中の酸素を消費させる反応経路と、
   前記ばっ気された混合液を、前記ばっ気容器から連続的に抜き出して、前記反応経路を経由して前記ばっ気容器へと返送する送液手段と、
   前記反応経路の上流側と下流側でそれぞれ前記混合液の溶存酸素濃度を連続的に測定する溶存酸素濃度測定手段１及び溶存酸素濃度測定手段２と、を有し、
   前記溶存酸素濃度測定手段１で測定された溶存酸素濃度と、前記溶存酸素濃度測定手段２で測定された溶存酸素濃度との差分により、汚泥活性度を求めることができることを特徴とする汚泥活性度測定装置。
2. 前記溶存酸素濃度測定手段１で測定された溶存酸素濃度と、前記溶存酸素濃度測定手段２で測定された溶存酸素濃度との差分を演算して汚泥活性度を求める演算手段を更に備えていることを特徴とする請求項１に記載の汚泥活性度測定装置。
3. 前記送液手段は、前記混合液の送液流量を調整可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載の汚泥活性度測定装置。
4. 前記反応経路は、複数の経路を有し、流路切り替え弁によって、前記溶存酸素濃度測定手段１と、前記溶存酸素濃度測定手段２との間の距離を変更可能であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の汚泥活性度測定装置。
5. 前記反応経路、前記ばっ気容器の少なくともいずれかを恒温化できることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の汚泥活性度測定装置。
6. 前記溶存酸素濃度測定手段１と前記溶存酸素濃度測定手段２とは、それぞれ、フロー式の溶存酸素測定槽に溶存酸素濃度測定器が備わって形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の汚泥活性度測定装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の汚泥活性度測定装置を用いて、汚泥活性度を測定することを特徴とする汚泥活性度の測定方法。
8. 請求項３、５または６に記載の汚泥活性度測定装置を用いた、汚泥活性度の測定方法であって、送液ポンプの流量を調整することにより、反応経路での反応時間を調整することを特徴とする汚泥活性度の測定方法。
9. 請求項４〜６のいずれか１項に記載の汚泥活性度測定装置を用いた、汚泥活性度の測定方法であって、前記流路切り替え弁によって、前記溶存酸素濃度測定手段１と、前記溶存酸素濃度測定手段２との間の距離を変更し、活性汚泥反応時間を調整することを特徴とする汚泥活性度の測定方法。
10. 前記活性汚泥により分解される基質を含有する液が、石炭からコークスを製造する工程で排出される排水であることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の汚泥活性度の測定方法。
11. 前記活性汚泥により分解される基質を含有する液が、前記活性汚泥により分解される１種類の基質のみ含有することを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の汚泥活性度の測定方法。

Images