JP3120531B2 - Anaerobic digester monitoring device - Google Patents

Anaerobic digester monitoring device

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JP3120531B2
JP3120531B2 JP2025992A JP2025992A JP3120531B2 JP 3120531 B2 JP3120531 B2 JP 3120531B2 JP 2025992 A JP2025992 A JP 2025992A JP 2025992 A JP2025992 A JP 2025992A JP 3120531 B2 JP3120531 B2 JP 3120531B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は汚泥を処理する嫌気性消
化槽からサンプリングされた試料を、限外濾過装置を利
用して固液分離した後に酸−アルカリ滴定槽に送り込ん
で滴定することにより、総有機酸濃度,全無機炭素濃
度,総アンモニア濃度,全リン濃度,全硫化物濃度の5
項目により、消化槽内の状態変化を連続的にモニタリン
グするようにしたモニター装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a method in which a sample sampled from an anaerobic digestion tank for treating sludge is subjected to solid-liquid separation using an ultrafiltration device and then sent to an acid-alkali titration tank for titration. , Total organic acid concentration, total inorganic carbon concentration, total ammonia concentration, total phosphorus concentration, total sulfide concentration
The present invention relates to a monitoring device that continuously monitors a state change in a digestion tank depending on an item.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に生物学的な嫌気性汚泥消化は、2
種類の細菌群によって段階的に進行する。第一段階は
「酸生成段階」と呼称され、消化槽に投入された汚泥が
加水分解菌とか酸生成菌の働きによって有機酸等の中間
生成物に分解される。第二段階は「メタン生成段階」と
呼称され、上記酸生成段階で生成された有機酸等の中間
生成物が、メタン生成菌の働きによってメタンガス,二
酸化炭素,アンモニア等の最終生成物に分解される。
2. Description of the Related Art Generally, biological anaerobic sludge digestion is performed in two steps.
It progresses step by step with different bacterial groups. The first stage is called an “acid generation stage”, and sludge fed into the digestion tank is decomposed into intermediate products such as organic acids by the action of hydrolytic bacteria or acid-producing bacteria. The second stage is called a “methane production stage”, and intermediate products such as organic acids produced in the above-mentioned acid production stage are decomposed into final products such as methane gas, carbon dioxide, and ammonia by the action of methanogens. You.

【0003】上記第二段階で生成されるアンモニアは、
第一段階で生成される有機酸を中和する機能と、二酸化
炭素が溶解して生じる重炭酸塩とともにpH緩衝能力
(pH変化に抵抗する能力)を有しており、メタン生成
菌にとって良好な弱アルカリの槽内環境を創り出すこと
に役立っている。
[0003] The ammonia produced in the second stage is
It has a function to neutralize the organic acid generated in the first stage and a pH buffering ability (ability to resist pH change) together with bicarbonate generated by dissolving carbon dioxide, which is favorable for methanogens. It is useful for creating a weak alkaline environment in the tank.

【0004】メタン生成菌は酸生成菌に比較して増殖速
度が遅く、且つ環境変化に敏感であることから、一般に
消化速度を律速するのはメタン生成段階であるとされて
いる。従って消化槽の良好な運転のためには、メタン生
成菌の生存に適した槽内環境を維持することが重要であ
る。
[0004] Methanogens have a slower growth rate than acid-producing bacteria and are more sensitive to environmental changes. Therefore, it is generally considered that the rate of digestion is determined by the methanogenesis stage. Therefore, for good operation of the digestion tank, it is important to maintain a tank environment suitable for the survival of methanogens.

【0005】このような観点から、良好な嫌気性汚泥消
化を達成維持するためには、消化槽内の状態変化を連続
的にモニタリングすることが極めて重要であり、特に嫌
気性汚泥消化で一旦処理が不良となった場合には、その
回復に長時間を要するため、槽内の状態が異常であるこ
とをいち早く察知することが運転管理上の最重要課題で
ある。更に経済性をも考慮に入れた最適運転制御を目指
す場合には、連続モニター監視によって対象となる消化
槽の良好な運転範囲を常時把握しておき、槽内の状態が
その良好な運転範囲を逸脱しないように監視しながら制
御を行う必要がある。
[0005] From such a viewpoint, it is extremely important to continuously monitor changes in the state of the digestion tank in order to achieve and maintain good anaerobic sludge digestion. In the case of a failure, it takes a long time to recover, so it is the most important task in operation management to quickly detect that the condition in the tank is abnormal. In addition, when aiming for optimal operation control that also takes economy into consideration, the continuous operation of the target digestion tank should be monitored at all times by continuous monitoring, and the conditions within the tank should be used to determine the optimal operation range. It is necessary to control while monitoring so as not to deviate.

【0006】従来から知られている消化槽の運転管理指
標としては、以下の4項目が挙げられる。
Conventionally known digestive tank operation management indices include the following four items.

【0007】(1)pHの管理 (2)有機酸濃度の管理 (3)アルカリ度の管理 (4)メタンガス生成速度(ガス生成速度+ガス組成)の
管理 上記(1)のpHの管理に関して述べると、一般に良好
に稼働している消化槽の場合には槽内のpHは中性付近
に維持されている。しかし消化槽内に異常が発生した場
合には、先ずpH異常,即ちpHが中性付近からの逸脱
するという現象となって現れる。例えば前記第二段階の
メタン生成菌の活動が弱まると、嫌気性消化の第一段階
で生成される有機酸が分解されずに蓄積され、pH低下
(酸敗)現象が起こる。又、第二段階でのアンモニア生
成が第一段階での酸生成に比べて過剰な場合には、pH
上昇現象が発生する。
(1) Management of pH (2) Management of organic acid concentration (3) Management of alkalinity (4) Management of methane gas generation rate (gas generation rate + gas composition) The management of pH in (1) above will be described. In general, in the case of a digestion tank that is operating well, the pH in the tank is maintained near neutrality. However, when an abnormality occurs in the digestion tank, it appears first as a pH abnormality, that is, a phenomenon in which the pH deviates from around neutrality. For example, when the activity of the methanogen in the second stage is weakened, the organic acid generated in the first stage of anaerobic digestion is accumulated without being decomposed, and a pH drop (acidity) phenomenon occurs. If the ammonia production in the second stage is excessive compared to the acid production in the first stage,
A rising phenomenon occurs.

【0008】前記(2)の有機酸濃度の管理に関して述
べると、この有機酸はメタン生成菌にとって基質である
が、有機酸濃度が高くなるか或はpHが低下すると、有
機酸が弱酸であることからイオン化していない非電離の
有機酸が増加する。この非電離の有機酸は、ある濃度以
上となるとメタン生成菌にとっての抑制毒性物質となる
ことが知られており、消化槽への有機物過負荷が原因と
しておこる酸敗現象は、非電離有機酸の抑制毒性効果の
結果とされている。非電離有機酸濃度は、有機酸濃度か
らpHの関数として求めることができる。
Regarding the management of the organic acid concentration in the above (2), this organic acid is a substrate for methanogens, but when the organic acid concentration increases or the pH decreases, the organic acid is a weak acid. As a result, non-ionized organic acids that are not ionized increase. This non-ionized organic acid is known to become an inhibitory toxic substance for methanogens above a certain concentration, and the rancidity caused by organic matter overload in the digestion tank is caused by the non-ionized organic acid. It is the result of an inhibitory toxic effect. The non-ionized organic acid concentration can be determined from the organic acid concentration as a function of pH.

【0009】次に前記(3)のアルカリ度の管理に関し
て述べると、消化槽内の汚泥はpHの緩衝能力が高いた
め、消化槽の異常がpH異常として顕著に現れるのは、
トラブルの進行がかなり進んだ末期状態である場合が多
い。しかし消化槽のpH異常の前兆は、pHの緩衝能力
の変化として捕らえることができる。上記アルカリ度と
は、このpHの緩衝能力を表わす指標である。嫌気汚泥
のアルカリ度は主に溶解性無機炭素によるものである。
溶解性無機炭素は、溶液中のイオン電荷の変化に伴い、
二酸化炭素・重炭酸・炭酸と形態変化することによっ
て、溶液pHの変化を緩衝する。これら三形態無機炭素
のモル比は、三形態の総和としての溶解性無機炭素濃度
からpHの関数として理論計算によって求めることがで
きる。
Next, regarding the alkalinity management of the above (3), sludge in the digestion tank has a high pH buffering ability, and therefore, an abnormality in the digestion tank is remarkably manifested as a pH abnormality.
In many cases, it is in a terminal stage where trouble has progressed considerably. However, a precursor of pH abnormality in the digester can be captured as a change in pH buffering capacity. The alkalinity is an index indicating the buffering capacity of this pH. The alkalinity of anaerobic sludge is mainly due to soluble inorganic carbon.
Soluble inorganic carbon, with the change of ionic charge in the solution,
By changing the form of carbon dioxide, bicarbonate, and carbonic acid, the change in solution pH is buffered. The molar ratio of these three forms of inorganic carbon can be determined by theoretical calculations as a function of pH from the soluble inorganic carbon concentration as the sum of the three forms.

【0010】更に前記(4)のメタンガス生成速度の管
理に関して述べると、メタン生成菌の環境変化とか抑制
毒性物質(硫化物や重金属類)流入による活性度異常
は、メタンガス生成速度の低下として現れる。メタンガ
スの発生速度は、ガス生成速度にガス中のメタンガス分
圧(濃度)を乗じることで求められる。但しメタンガス
分圧に関しては、直接メタンガス濃度を測定しなくても
前記(3)の溶解性無機炭酸濃度から計算することも可
能である。即ち、メタンガス分圧は、消化ガスのほとん
どがメタンガスと二酸化炭素ガスより構成されているこ
とから、1分圧より二酸化炭素ガス分圧を差し引くこと
で求めることができる。
[0010] Further, regarding the management of the methane gas generation rate in the above (4), an abnormality in the activity due to an environmental change of the methane-producing bacterium or an influx of inhibitory toxic substances (sulfides and heavy metals) appears as a decrease in the methane gas generation rate. The generation rate of methane gas is obtained by multiplying the gas generation rate by the partial pressure (concentration) of methane gas in the gas. However, the methane gas partial pressure can also be calculated from the above-mentioned (3) soluble inorganic carbonic acid concentration without directly measuring the methane gas concentration. That is, the methane gas partial pressure can be determined by subtracting the carbon dioxide gas partial pressure from the one partial pressure since most of the digested gas is composed of methane gas and carbon dioxide gas.

【0011】更に消化ガス中の二酸化炭素ガス分圧は、
ヘンリーの法則(気液平衡)から、溶解性の二酸化炭素
濃度より理論計算で求めることが可能である。溶解性の
二酸化炭素濃度は、前記(3)の溶解性無機炭素濃度と
pHより理論計算で求められるものである。従って発生
ガス速度、溶解性無機炭素濃度とpHとが分かっていれ
ば、メタンガス発生速度は計算で推定することができ
る。
Further, the partial pressure of carbon dioxide gas in the digested gas is
From Henry's law (vapor-liquid equilibrium), it can be obtained by theoretical calculation from the concentration of soluble carbon dioxide. The soluble carbon dioxide concentration is determined by theoretical calculation from the soluble inorganic carbon concentration and the pH in the above (3). Therefore, if the generated gas speed, the dissolved inorganic carbon concentration and the pH are known, the methane gas generation speed can be estimated by calculation.

【0012】上記の各項目以外にも、連続モニターすべ
き指標としてイオン化していないアンモニア濃度とか、
全リン濃度及び全硫化物濃度を挙げることができる。即
ち、嫌気性消化の第二段階でのアンモニア生成は、これ
が適度な場合には槽内pHの中性付近を維持する上で不
可欠であるが、アンモニア生成が過度である場合には、
槽内pHの上昇を引き起こして、メタン生成にとって好
ましくない環境を作ってしまうことになる。更に高いp
Hと過度のアンモニア蓄積は、結果としてイオン化して
いない遊離アンモニア濃度を上昇させ、この遊離アンモ
ニアが高濃度の場合には、メタン生成菌への抑制毒性効
果があることが報告されている。遊離アンモニア濃度
は、アンモニア濃度とpHより求めることができる。
In addition to the above-mentioned items, non-ionized ammonia concentration,
The total phosphorus concentration and total sulfide concentration can be mentioned. That is, ammonia production in the second stage of anaerobic digestion is indispensable for maintaining a neutral pH in the tank when this is appropriate, but when ammonia production is excessive,
This causes an increase in the pH in the tank, creating an unfavorable environment for methane production. Higher p
It has been reported that the accumulation of H and excessive ammonia results in an increase in the concentration of non-ionized free ammonia, which at high concentrations has an inhibitory toxic effect on methanogens. The free ammonia concentration can be determined from the ammonia concentration and the pH.

【0013】更に消化汚泥中にはリン酸,硫化水素が数
mg/l〜数百mg/l程度含まれており、消化槽内の
状態変化を正確に把握するためには、全リン濃度及び全
硫化物濃度の項目についてもモニタリングする必要があ
る。
Further, the digested sludge contains phosphoric acid and hydrogen sulfide in an amount of about several mg / l to several hundreds mg / l. It is necessary to monitor the items of total sulfide concentration.

【0014】その他のモニター項目として、栄養塩バラ
ンス(C/N比、微量必須重金属)や槽内温度の管理が
挙げられる。しかし栄養塩バランスは、投入汚泥組成が
急変しない限り頻度高く連続的にモニターする必要はな
く、槽内温度は従来から十分監視制御されている項目で
ある。
Other monitoring items include the management of nutrient balance (C / N ratio, trace amount of heavy metal) and temperature in the tank. However, the nutrient balance need not be monitored frequently and continuously unless the composition of the input sludge changes suddenly, and the temperature in the tank is an item that has been well monitored and controlled conventionally.

【0015】(上記の技術に関しては、例えば文献とし
てColin,F.,“Development of
an automatic equipment f
orthe study of acid−base
equilibriafor the control
of auaerobic digestion,”
と、フランス特許,F.Colin,0056117等
を参照。)
(With respect to the above technology, for example, as described in Colin, F., “Development of
an automatic equipment f
or the study of acid-base
equilibriafor the control
of auaerobicity digest, "
And French Patent, F. See Colin, 0056117. )

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】以上説明した各種消化
槽のモニター手段において、一般に測定時の前処理とし
て消化汚泥の固液分離工程を実施することが必要である
が、通常この固液分離手段としては遠心分離法を利用し
た装置とか、沈澱槽を利用して得られる上澄液を利用す
る方法、又は消化汚泥を一旦受泥槽に貯留した後、凝集
槽で凝集剤を添加することによって汚泥を沈降させる方
法、更には上記各手段に濾紙を用いた濾過手段を併用す
る方法が行われている。
In the monitoring means for various digestion tanks described above, it is generally necessary to carry out a solid-liquid separation step of digested sludge as a pretreatment at the time of measurement. As a device using a centrifugal separation method, a method using a supernatant obtained using a sedimentation tank, or once storing digested sludge in a mud receiving tank, and then adding a flocculant in a flocculation tank A method of sedimenting sludge, and a method of using a filtration means using a filter paper in combination with each of the above means have been performed.

【0017】しかしながらこのような各方法では、試料
中の固形物成分、例えばss成分の除去率が低く、この
ような固形物成分が妨害物質として作用することによ
り、測定精度が低下してしまうことがあるという難点が
あり、且つ測定装置の自動化が困難であるという問題点
を有している。
However, in each of these methods, the removal rate of the solid component in the sample, for example, the ss component, is low, and such solid component acts as an interfering substance, thereby lowering the measurement accuracy. However, there is a problem in that there is a problem that the measurement device is difficult to automate.

【0018】更に従来の各方法では、モニタリングすべ
き全ての項目を連続モニターすることは非常に困難であ
るという問題点がある。例えば上記連続モニター項目を
測定するための既存の機器として以下のものが使用され
る。 pH・・・・・・・・・・・・・pH電極 有機酸・・・・・・・・・・・液体クロマトグラフ 無機炭酸・・・・・・・・・IC計或は滴定によるアルカリ度測
定 メタンガス・・・・・・・ガスクロマトグラフ ガス生成速度・・・・・ガス流量計 アンモニア・・・・・・・アンモニア電極 従来はこのような各々の分析に必要な分析機器を全て確
保しなければならない上、多くの機器は前処理が必要で
あったり、サンプル用の特殊機器が必要であったりし
て、連続的に測定することができる機器は少ない。更に
測定に際しても各々の機器で検量線を作成しなければな
らないという繁雑さがあり、測定機器が多いほど保守点
検を行う作業員の数を増大させなければならない。
Further, in each of the conventional methods, there is a problem that it is very difficult to continuously monitor all items to be monitored. For example, the following devices are used as existing devices for measuring the above continuous monitor items. pH: pH electrode Organic acid: Liquid chromatography Inorganic carbonic acid: Alkali by IC meter or titration Degree measurement Methane gas ・ ・ ・ ・ ・ ・ Gas chromatograph Gas generation rate ・ ・ ・ ・ ・ ・ Gas flow meter Ammonia ・ ・ ・ ・ ・ ・ Ammonia electrode Conventionally, all analytical equipment necessary for such each analysis is secured. In addition, many instruments require pretreatment and special instruments for samples are required, so that few instruments can be measured continuously. In addition, there is the complexity that a calibration curve must be created for each device during measurement, and the number of operators performing maintenance and inspection must be increased as the number of measurement devices increases.

【0019】そこで本発明はこのような従来の消化槽の
モニタリングを実施する際に生じる課題を解消して、測
定前の固液分離処理時における固形物成分の除去率を高
め、しかも多くの測定機器を使用する必要をなくして、
全測定工程の自動化をはかることができる嫌気性消化槽
のモニター方法を提供することを目的とするものであ
る。
Therefore, the present invention solves such a problem that occurs when monitoring the digestion tank in the related art, increases the removal rate of solid components during the solid-liquid separation process before measurement, and increases the number of measurements. Eliminates the need to use equipment
It is an object of the present invention to provide a method for monitoring an anaerobic digestion tank that can automate all measurement steps.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、消化汚泥が貯留される濾液槽と、この濾
液槽内の消化汚泥がサンプリングされて導入されるとと
もにpH計が夫々配備された酸滴定槽及びアルカリ滴定
槽と、制御部にて求められた値に対応した量の試薬を分
注器により上記酸滴定槽及びアルカリ滴定槽に分注する
滴定機構とを具備して成り、サンプリングの液pH値と
試薬の滴定量に基づいて、酸−アルカリ平衡理論から汚
泥の消化状態を連続的にモニタリングするようにした装
置において、上記濾液槽と酸及びアルカリ滴定槽との間
に、該濾液槽に貯留された消化汚泥の固液分離を行うた
めの限外濾過装置を配設した嫌気性消化槽のモニター装
置の構成にしてある。
In order to achieve the above object, the present invention provides a filtrate tank in which digested sludge is stored, a digested sludge in the filtrate tank sampled and introduced, and a pH meter. Equipped with an acid titration tank and an alkali titration tank provided, and a titration mechanism for dispensing a reagent in an amount corresponding to the value determined by the control unit into the acid titration tank and the alkali titration tank by a dispenser. In an apparatus that continuously monitors the digestion state of sludge based on the acid-alkali equilibrium theory based on the sample solution pH value and the titration amount of the reagent, the apparatus may be configured such that the filtrate tank and the acid and alkali titration tank are connected. In addition, an anaerobic digestion tank monitoring device provided with an ultrafiltration device for performing solid-liquid separation of digested sludge stored in the filtrate tank.

【0021】[0021]

【作用】かかる嫌気性消化槽のモニター装置によれば、
濾液槽に貯留された消化汚泥の一定量が限外濾過装置に
よって固液分離されてから酸及びアルカリ滴定槽にサン
プリングされて送り込まれる。この酸滴定槽とアルカリ
滴定槽には、滴定試薬が分注器等を用いた滴定機構の作
用に基づいて順次添加され、所定のpH値になるまで滴
定が行われ、この滴定量とpH計で測定されたpH値と
が制御部に送り込まれて酸−アルカリ平衡理論に基づく
処理が実施され、総有機酸濃度,アンモニア濃度,全無
機炭素濃度等が連続的にモニタリングされる。
[Action] According to the monitoring device for such an anaerobic digestion tank,
A certain amount of digested sludge stored in the filtrate tank is subjected to solid-liquid separation by an ultrafiltration device, and then sampled and sent to an acid and alkali titration tank. Titration reagents are sequentially added to the acid titration tank and the alkali titration tank based on the action of a titration mechanism using a dispenser or the like, and titration is performed until a predetermined pH value is obtained. Is sent to the control unit to perform a process based on the acid-alkali equilibrium theory, and the total organic acid concentration, ammonia concentration, total inorganic carbon concentration, and the like are continuously monitored.

【0022】上記の動作時に、消化汚泥の固液分離が限
外濾過装置によって行われるため、試料中に測定の妨害
物質としての固形物成分がほとんど残存せず、モニター
装置としての測定精度を向上させることができる。しか
も固液分離装置自体の構成は簡易化されるので、測定装
置の自動化をはかることが可能となる。
During the above operation, solid-liquid separation of digested sludge is performed by an ultrafiltration device, so that solid components as a substance that interferes with the measurement hardly remain in the sample, and the measurement accuracy as a monitor device is improved. Can be done. In addition, since the configuration of the solid-liquid separation device itself is simplified, the measurement device can be automated.

【0023】[0023]

【実施例】以下、本発明にかかる嫌気性消化槽のモニタ
ー装置の一実施例を詳述する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of a monitoring device for an anaerobic digestion tank according to the present invention will be described in detail.

【0024】図1は本発明の一実施例を説明する概要図
であり、図中の1は濾液槽であって、この濾液槽1内に
図外の消化槽からの消化汚泥20が流入して貯留され
る。2は限外濾過装置、3は酸滴定槽、4はアルカリ滴
定槽であり、該酸滴定槽3とアルカリ滴定槽4には夫々
pH計5,5と温度計6,6が配備されている。
FIG. 1 is a schematic view for explaining an embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a filtrate tank, into which digested sludge 20 flows from a digestion tank (not shown). Is stored. 2 is an ultrafiltration apparatus, 3 is an acid titration tank, and 4 is an alkali titration tank. The acid titration tank 3 and the alkali titration tank 4 are provided with pH meters 5, 5 and thermometers 6, 6, respectively. .

【0025】7a,7bは滴定試薬を各酸滴定槽3とア
ルカリ滴定槽4に添加する分注器、8はシーケンスコン
トローラ、9はパーソナルコンピュータであり、このシ
ーケンスコントローラ8とパーソナルコンピュータ9と
によって制御部10が構成される。11は消化汚泥のサ
ンプリング用ポンプ、12は二方向バルブである。
Reference numerals 7a and 7b denote dispensers for adding a titration reagent to each of the acid titration tank 3 and the alkali titration tank 4, reference numeral 8 denotes a sequence controller, and reference numeral 9 denotes a personal computer which is controlled by the sequence controller 8 and the personal computer 9. The unit 10 is configured. 11 is a pump for sampling digested sludge, and 12 is a two-way valve.

【0026】かかる実施例の基本的動作を以下に説明す
る。先ず図外の消化槽から濾液槽1内に送り込まれた消
化汚泥20の一定量(例えば100ml)がサンプリン
グ用ポンプ11の作用に基づいて限外濾過装置2によっ
て固液分離されてから二方向バルブ12を介して酸滴定
槽3及びアルカリ滴定槽4に送り込まれる。
The basic operation of this embodiment will be described below. First, a certain amount (for example, 100 ml) of digested sludge 20 sent into the filtrate tank 1 from a digestion tank (not shown) is subjected to solid-liquid separation by the ultrafiltration device 2 based on the action of the sampling pump 11, and then a two-way valve is provided. It is sent to the acid titration tank 3 and the alkali titration tank 4 via 12.

【0027】次に酸滴定槽3とアルカリ滴定槽4には、
滴定試薬であるHClとNaOHが分注器7a,7b及
び電動ビューレットを用いて例えばピッチ量0.05−
0.10mlで順次添加され、pHが各々2.0と1
0.0になるまで滴定が行われ、この滴定量とpH計
5,5で測定されたpH値とが制御部10を構成するシ
ーケンスコントローラ8及びパーソナルコンピュータ9
に送り込まれて後述する酸−アルカリ平衡理論に基づく
処理が実施され、総有機酸濃度(A)の外に、アンモニ
ア濃度(N),全無機炭素濃度(T)等がモニタリング
される。尚、シーケンスコントローラ8を介さずにパー
ソナルコンピュータ9のみで処理を行うことも出来る。
更に測定されたデータは温度計6,6によって測定され
た液温度値により補正される。
Next, the acid titration tank 3 and the alkali titration tank 4
HCl and NaOH, which are titration reagents, are dispensed using the dispensers 7a and 7b and the electric burette, for example, with a pitch amount of 0.05-.
0.10 ml sequentially, pH 2.0 and 1 respectively.
The titration is performed until the value reaches 0.0, and the titration amount and the pH values measured by the pH meters 5 and 5 are combined with the sequence controller 8 and the personal computer 9 constituting the control unit 10.
Then, a treatment based on the acid-alkali equilibrium theory described later is performed, and in addition to the total organic acid concentration (A), the ammonia concentration (N), the total inorganic carbon concentration (T), and the like are monitored. The processing can be performed only by the personal computer 9 without using the sequence controller 8.
Further, the measured data is corrected by the liquid temperature value measured by the thermometers 6,6.

【0028】本実施例にあっては、濾液槽1に貯留され
た消化汚泥20の固液分離手段として限外濾過装置2を
採用したことが大きな特徴となっている。この限外濾過
装置(Ultrafilter)はコロイド粒子をも濾過する機能
を有しており、一般には適当な半透膜を調製して限外濾
過膜とし、これを袋状にしたり、支持台に保持して取り
付け、加圧又は減圧によってコロイド粒子と溶媒を分離
する構造が採用されている。上記濾過膜の目の大きさ
は、蛋白質や色素の濾過の難易から大体の目安が得られ
るようになっている。
The major feature of the present embodiment is that the ultrafiltration apparatus 2 is employed as a solid-liquid separating means for the digested sludge 20 stored in the filtrate tank 1. This ultrafiltration device (Ultrafilter) has the function of filtering even colloidal particles. Generally, an appropriate semipermeable membrane is prepared into an ultrafiltration membrane, which is formed into a bag or held on a support. And a structure in which the colloid particles and the solvent are separated by pressurization or decompression. The size of the mesh of the above-mentioned filtration membrane can be obtained roughly from the difficulty of filtering proteins and dyes.

【0029】この限外濾過装置2の固液分離効果を、従
来用いられている遠心分離装置とか濾紙による固液分離
法と比較してみると、通常の遠心分離装置では、濾液中
に残存する固形物成分としてのss成分(Suspended so
lid,水中の懸濁物質)が数百〜数千mg/lであり、
更に濾紙を用いた場合の上記ss成分が数十〜千mg/
lであるのに対して、限外濾液装置2を用いた場合に
は、残存するss成分がほとんど検知することができな
い値となる。従ってモニターすべき各項目の測定時に上
記ss成分が妨害物質として作用することがなくなり、
測定精度を向上させることができる。しかも固液分離装
置自体の構成は簡易化されるので、測定装置の自動化が
はかれるという利点を有している。
When the solid-liquid separation effect of the ultrafiltration device 2 is compared with a conventionally used centrifugal separation device or a solid-liquid separation method using filter paper, the conventional centrifugal separation device remains in the filtrate. Ss component as a solid component (Suspended so
lid, suspended matter in water) is several hundred to several thousand mg / l,
Further, when filter paper is used, the ss component is several tens to 1,000 mg /
On the other hand, when the ultrafiltration device 2 is used, the remaining ss component has a value that can hardly be detected. Therefore, when measuring each item to be monitored, the ss component does not act as an interfering substance,
Measurement accuracy can be improved. In addition, since the configuration of the solid-liquid separation device itself is simplified, there is an advantage that the measurement device can be automated.

【0030】本発明で採用したモニター装置は、一つの
モニター機器で以下の5項目、即ち、(1)総有機酸濃
度(非電離有機酸濃度),(2)全無機炭素濃度(アルカ
リ度+ガス組成),(3)総アンモニア濃度(遊離アンモ
ニア濃度),(4)全リン濃度(リン酸),(5)全硫化
物濃度(硫化水素)を連続的に測定することが可能であ
る。具体的には、消化槽モニターとしてpH−滴定量の
データ対から前記した連続的にモニターすべき項目の全
てを測定することができる。
The monitor device employed in the present invention is a single monitor device having the following five items: (1) total organic acid concentration (non-ionized organic acid concentration), and (2) total inorganic carbon concentration (alkaliness + Gas composition), (3) total ammonia concentration (free ammonia concentration), (4) total phosphorus concentration (phosphoric acid), and (5) total sulfide concentration (hydrogen sulfide). Specifically, all of the above items to be continuously monitored can be measured from a pH-titration data pair as a digester monitor.

【0031】次に本発明の基本原理である酸−アルカリ
平衡理論を説明する。即ち、本実施例では消化槽内汚泥
に対する酸−アルカリ滴定カーブから最大以下の17個
の物質濃度を求める。
Next, an acid-alkali equilibrium theory which is a basic principle of the present invention will be described. That is, in the present embodiment, the concentration of the 17 or less substances at the maximum or less is determined from the acid-alkali titration curve for the sludge in the digestion tank.

【0032】[H+],[OH-],[CH3COO-],[CH3COO
H],[H2CO3],[HCO3 -],[CO3 2-],pCO2,[NH4 +],
[NH4OH],[PO4 3-],[HPO4 2-],[H2PO4 -][H3P
O4],[S2-],[HS-],[H2S] 消化槽内の有機酸は、酢酸,プロピオン酸、酪酸等であ
るが、これらの有機酸はそれぞれ1.76×10-5,1.34×10
-5,1.54×10-5の比較的似通った電離定数を持ってい
る。従ってこれらの有機酸は、一括した形で酢酸として
まとめて考えて、電離定数は1.5×10-5であると仮定で
きる。
[0032] [H +], [OH - ], [CH 3 COO -], [CH 3 COO
H], [H 2 CO 3 ], [HCO 3 ], [CO 3 2- ], pCO 2 , [NH 4 + ],
[NH 4 OH], [PO 4 3-], [HPO 4 2-], [H 2 PO 4 -] [H 3 P
O 4], [S 2-] , [HS -], [ organic acids H 2 S] digestion tank are acetic, propionic acid, butyric acid, etc. These organic acids respectively 1.76 × 10 -5 , 1.34 × 10
-5 and 1.54 × 10 -5 have relatively similar ionization constants. Therefore, when these organic acids are collectively considered as acetic acid in a lump, it can be assumed that the ionization constant is 1.5 × 10 −5 .

【0033】すると前記の物質濃度間には、以下に記す
化学平衡関係式が成立する。
Then, the following chemical equilibrium relational expression is established between the above substance concentrations.

【0034】[0034]

【数1】 (Equation 1)

【0035】[0035]

【数2】 (Equation 2)

【0036】[0036]

【数3】 (Equation 3)

【0037】[0037]

【数4】 (Equation 4)

【0038】[0038]

【数5】 (Equation 5)

【0039】[0039]

【数6】 (Equation 6)

【0040】上記(3)式を除く(1)〜(6)式は、
総有機酸濃度(A),総アンモニア濃度(N),全無機
炭素濃度(T)と水素イオン濃度によって以下のように
式の変形が可能である。
The expressions (1) to (6) except the expression (3) are as follows:
The following equation can be modified according to the total organic acid concentration (A), total ammonia concentration (N), total inorganic carbon concentration (T), and hydrogen ion concentration.

【0041】[0041]

【数7】 (Equation 7)

【0042】[0042]

【数8】 (Equation 8)

【0043】[0043]

【数9】 (Equation 9)

【0044】[0044]

【数10】 (Equation 10)

【0045】[0045]

【数11】 [Equation 11]

【0046】更に酸−アルカリ平衡では、電荷バランス
式が成立する。これはプラスイオンの電荷の総和がマイ
ナスイオンの電荷の総和と等しいとの法則である。これ
を式で表わすと(12)式となる。
Further, in the acid-alkali equilibrium, a charge balance equation is established. This is the rule that the sum of the charges of the positive ions is equal to the sum of the charges of the negative ions. This can be expressed by equation (12).

【0047】[0047]

【数12】 (Equation 12)

【0048】ここで[Z]は正味の陽イオン濃度の総和
である。実際の試料中には上記の有機酸,アンモニア,
無機炭素等のイオンの他に、リン酸,硫化水素が数mg
/l〜数百mg/l程度含まれている。ただし、鉄,亜
鉛,銅,鉛,カドミウム等の金属は溶存硫化物と反応し
て不溶性の金属硫化物を形成するので、硫化物の場合は
前記バランス式に関与するのは一部である。
Where [Z] is the sum of the net cation concentrations. In the actual sample, the above organic acids, ammonia,
In addition to ions such as inorganic carbon, several mg of phosphoric acid and hydrogen sulfide
/ L to several hundred mg / l. However, metals such as iron, zinc, copper, lead, and cadmium react with dissolved sulfides to form insoluble metal sulfides. In the case of sulfides, only a part is involved in the above-mentioned balance equation.

【0049】従って[H+]、[NH4 +]、[HCO3 -]、[CO3
2-]、[CH3COO-]、[OH-]イオン以外の全てのイオンの
電荷のプラス総和(陽イオン電荷の総和−陰イオン電荷
の総和)を正味の陽イオン濃度[Z]として定数扱いす
ることができる。
[0049] Therefore [H +], [NH 4 +], [HCO 3 -], [CO 3
2-], [CH 3 COO - ], [OH -] plus the sum of the charges of all ions other than the ion - constant (sum of cationic charge negative sum of ionic charge) as the cation concentration of net [Z] Can be treated.

【0050】前記電荷バランス式の[NH4 +]、[HC
O3 -]、[CO3 2-]、[CH3COO-]、[OH-]濃度は、先にも
示したように総有機酸濃度(A),総アンモニア濃度
(N),全無機炭素濃度(T)と水素イオン濃度によっ
て(13)式のように表わすことができる。
[NH 4 + ], [HC
The concentrations of O 3 ], [CO 3 2− ], [CH 3 COO ], and [OH ] are, as described above, the total organic acid concentration (A), the total ammonia concentration (N), and the total inorganic concentration. It can be expressed by equation (13) by the carbon concentration (T) and the hydrogen ion concentration.

【0051】[0051]

【数13】 (Equation 13)

【0052】上記水素イオン濃度はpH計で容易に測定
することができるので、電荷バランス式中の未知数は総
有機酸濃度(A),総アンモニア濃度(N),全無機炭
素濃度(T)と正味の陽イオン濃度(Z)の4項目であ
る。ここで連立方程式の未知数と式数の関係から、4つ
の未知数を求めるためには4つの式が必要である。
Since the hydrogen ion concentration can be easily measured with a pH meter, the unknowns in the charge balance equation are the total organic acid concentration (A), total ammonia concentration (N), and total inorganic carbon concentration (T). There are four items of net cation concentration (Z). Here, from the relationship between the unknowns of the simultaneous equations and the number of equations, four equations are required to obtain four unknowns.

【0053】1つは滴定をしていない試料のpHを測定
することによって得られる。他の3つは酸或はアルカリ
の滴定によって3つの異なるpH値を達成すれば得るこ
とが可能である。但しこの場合、正味の陽イオン濃度
(Z)は酸或はアルカリの滴定量で修正を受ける。
One is obtained by measuring the pH of an untitrated sample. The other three can be obtained by achieving three different pH values by acid or alkali titration. However, in this case, the net cation concentration (Z) is modified by the acid or alkali titer.

【0054】例えば酸(HCl)を X1 mol/L 注入して
pHがpH1となった場合、
For example, when acid (HCl) is injected at X1 mol / L and the pH becomes pH 1,

【0055】[0055]

【数14】 [Equation 14]

【0056】となる。従って、滴定をしていない試料の
pHと、滴定によって3つの異なるpH値を達成した際
の滴定量さえ分かれば4つの連立方程式が成立し、この
連立方程式を解くことによって4つの未知数である総有
機酸濃度(A),総アンモニア濃度(N),全無機炭素
濃度(T)及び正味の陽イオン濃度(Z)を求めること
ができる。しかし実際にはpH値や滴定量に機器の測定
誤差が当然含まれるため、4つ以上のデータ(全ての滴
定点データ)から重回帰分析によって統計的に4つの未
知数を求めることが必要となる。
Is as follows. Therefore, as long as the pH of the sample that has not been titrated and the titration when three different pH values are achieved by titration are known, four simultaneous equations are established, and by solving this simultaneous equation, four unknowns are calculated. The organic acid concentration (A), total ammonia concentration (N), total inorganic carbon concentration (T) and net cation concentration (Z) can be determined. However, in practice, the measurement error of the instrument is naturally included in the pH value and the titration amount, so that it is necessary to statistically obtain four unknowns from four or more data (all titration point data) by multiple regression analysis. .

【0057】そして上記4つの未知数を求めることによ
り、前記(7)〜(11)式を用いて他のイオン濃度を
計算することができる。特に酸−アルカリ平衡理論(化
学平衡式、電荷バランス式)に基づいて導かれる(式1
4)から水素イオン濃度(pH)と全無機炭素濃度
(T),総アンモニア濃度(N),総有機酸濃度(A)
の関係を求めることができる。
By obtaining the above four unknowns, other ion concentrations can be calculated using the equations (7) to (11). In particular, it is derived based on an acid-alkali equilibrium theory (chemical equilibrium equation, charge balance equation) (Equation 1
4) From hydrogen ion concentration (pH), total inorganic carbon concentration (T), total ammonia concentration (N), total organic acid concentration (A)
Relationship can be determined.

【0058】そこで先ず試料に酸やアルカリを一定量ず
つ自動注入して、夫々のpH滴定量(Xモル)を記録、保
存してその値を前記の(式14)に当てはめて4つの未
知数T,N,A及びZを求める。この4つの未知数の計
算手法として重回帰分析法を採用する。
Therefore, first, an acid or an alkali is automatically injected into the sample by a predetermined amount, and each pH titer (X mole) is recorded and stored, and the values are applied to the above (Equation 14) to obtain four unknowns T. , N, A and Z. A multiple regression analysis method is employed as a method for calculating these four unknowns.

【0059】即ち、前記(式14)は次のような重回帰
式(式15)に変形させることが出来る。 y=Z+b1・N+b2・T+b3・A・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(15) ここで、 y=X1−[H+]+Ke/[H+]・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(16) b1=1/(1+Kn/[H+])・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(17) b2=−1/(1+[H+]/K1+K2/[H+]) −2/(1+[H+]/K2+[H+2/K1/K2)・・(18) b3=−1/(1+[H+]/Ka)・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(19) 一方、試料中に含まれるリン酸は、以下の3段階に解離
する。
That is, (Equation 14) can be transformed into the following multiple regression equation (Equation 15). y = Z + b1 · N + b2 · T + b3 · A (15) Here, y = X1− [H + ] + Ke / [H + ] ·· (16) b1 = 1 / (1 + Kn / [H + ]) (17) b2 = -1 / (1+ [H + ] / K1 + K2 / [H + ]) -2 / (1+ [H + ] / K2 + [H + ] 2 / K1 / K2) · (18) b3 = −1 / (1+ [H + ] / Ka) (19) On the other hand, sample The phosphoric acid contained therein dissociates into the following three steps.

【0060】 H3PO4 ←→ H++H2PO4 -・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(20) H2PO4 - ←→ H++HPO4 2-・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(21) HPO4 2- ←→ H++PO4 3-・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(22) 又、試料中に含まれる硫化水素は、以下の2段階に解離
する。
[0060] H 3 PO 4 ← → H + + H 2 PO 4 - · ························· (20) H 2 PO 4 - ← → H + + HPO 4 2-・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ (21) HPO 4 2- ← → H + + PO 4 3-・································································································· (22) Hydrogen sulfide contained in the sample dissociates in the following two stages.

【0061】 H2S ←→ H++HS-・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(23) HS- ←→ H++S2-・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(24) 化学平衡式を用いて、全リン濃度(P)と全硫化物濃度
(S)は次のようにして求められる。
[0061] H 2 S ← → H + + HS - · · · · · · · · · ························· (23) HS - ← → H + + S 2-・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ (24) The total phosphorus concentration (P) and the total sulfide concentration (S) are determined as follows.

【0062】 全リン濃度(P)=[H3PO4]+[H2PO4 -] +[HPO4 2-]+[PO4 3-]・・・・・・・・・・・・・・・(25) K3=([H+][H2PO4 -])/[H3PO4] K4=([H+][HPO4 2-])/[H2PO4 2-] K5=([H+][PO4 3-])/[HPO4 2-] [H2PO4 -]=P/([H+]/K3+K4/[H+]+1) [HPO4 2-]=P/([H+2/K3/K4+[H+]/K4+1) [PO4 3-]=P/([H+3/K3/K4/K5+[H+2/K4/K5 +[H+]/K5) 全硫化物濃度(S)=[HS-]+[H2S]+[S2-]・・・・・・・・・・・(26) K6=([H+][HS-])/[H2S] K7=([H+][S2-])/[HS-] [HS-]=S/(K7[H+]+[H+]/K6+1) [S2-]=S/([H+2/K6/K7+[H+]/K7+1) 上記の(25)(26)式の全リン濃度(P)と全硫化
物濃度(S)を考慮すると、前記式(15)は次のよう
になる。
Total phosphorus concentration (P) = [H 3 PO 4 ] + [H 2 PO 4 ] + [HPO 4 2− ] + [PO 4 3− ] ··· (25) K3 = ([ H +] [H 2 PO 4 -]) / [H 3 PO 4] K4 = ([H +] [HPO 4 2-]) / [H 2 PO 4 2- ] K5 = ([H +] [PO 4 3-]) / [HPO 4 2-] [H 2 PO 4 -] = P / ([H +] / K3 + K4 / [H +] +1) [HPO 4 2 -] = P / ([H +] 2 / K3 / K4 + [H +] / K4 + 1) [PO 4 3-] = P / ([H +] 3 / K3 / K4 / K5 + [H +] 2 / K4 / K5 + [H +] / K5 ) total sulphide concentration (S) = [HS -] + [H 2 S] + [S 2-] ··········· (26) K6 = ( [H +] [HS -] ) / [H 2 S] K7 = ([H +] [S 2-]) / [HS -] [HS - ] = S / (K7 [H + ] + [H + ] / K6 + 1) [ S2- ] = S / ([H + ] 2 / K6 / K7 + [H + ] / K7 + 1) The above (25) ( Considering the total phosphorus concentration (P) and the total sulfide concentration (S) in the expression (26), the expression (15) becomes as follows.

【0063】 y=Z+b1・N+b2・T+b3・A+b4・P+b5・S・・・・・(27) ここで、 y=X1−[H+]+Ke/[H+]・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(28) b1=1/(1+Kn/[H+])・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(29) b2=−1/(1+[H+]/K1+K2/[H+]) −2/(1+[H+]/K2+[H+2/K1/K2)・・(30) b3=−1/(1+[H+]/Ka)・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(31) b4=−1/(1+[H+]/K3+K4/[H+]) −2/(1+[H+]/K4+[H+2/K3/K4) −3/([H+]/K5+[H+2/K4/K5 +[H+3/K3/K4/K5)・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(32) b5=−1/(1+[H+]/K6+K7/[H+]) −2/(1+[H+]/K7+[H+2/K6/K7)・・(33) 酸−アルカリ滴定で得られる全ての観測点(滴定点)に
おける滴定量X1とpHより、y,b1,b2,b3,b
4,b5を計算し、重回帰分析法を用いることによっ
て、全ての滴定データに対して統計的に最も適合する
T,N,A,Z,P,Sの値を計算することができる。
Y = Z + b1 · N + b2 · T + b3 · A + b4 · P + b5 · S (27) where y = X1− [H + ] + Ke / [H + ]... (28) b1 = 1 / (1 + Kn / [H + ]) ... ... (29) b2 = -1 / (1+ [H + ] / K1 + K2 / [H + ]) -2 / (1+ [H + ] / K2 + [H + ] 2 / K1 / K2) (30) b3 = -1 / (1+ [H + ] / Ka) (31) b4 = -1 / (1+ [H + ] / K3 + K4 / [H + ]) -2 / (1+ [H + ] / K4 + [H + ] 2 / K3 / K4) -3 / ([H + ] / K5 + [H + ] 2 / K4 / K5 + [H +] 3 / K3 / K4 / K ) ····················· (32) b5 = -1 / (1+ [H +] / K6 + K7 / [H +]) -2 / (1+ [ (H + ] / K7 + [H + ] 2 / K6 / K7) (33) From the titration amounts X1 and pH at all observation points (titration points) obtained by acid-alkali titration, y, b1, b2, b3 , B
By calculating 4, b5 and using the multiple regression analysis method, the values of T, N, A, Z, P and S that are statistically most suitable for all the titration data can be calculated.

【0064】本実施例では4つ以上の(pH−滴定量)
のデータ対から重回帰分析法によって統計的に未知数を
決定する手法を採用した。
In this embodiment, four or more (pH-titration)
A method of statistically determining unknowns from multiple data pairs by multiple regression analysis was adopted.

【0065】重回帰分析法がその適用対象に対して有効
に働くためには、重回帰式に含まれる誤差(ε)は4つ
の仮定、即ち、(1)不偏性,(2)等分散性,(3)
無相関性,(4)正規性を満足しなければならない。こ
の(1)〜(4)を集約すると、「誤差は互いに独立に
平均0、分散(σ2)の正規分布に従う」となる。
In order for the multiple regression analysis method to work effectively for its application object, the error (ε) included in the multiple regression equation has four assumptions: (1) unbiasedness, (2) equal variance , (3)
Uncorrelation, (4) normality must be satisfied. When these (1) to (4) are summarized, "the errors follow a normal distribution of mean 0 and variance (σ 2 ) independently of each other".

【0066】しかし現実にはこれらの前提条件が満たさ
れないのが普通であって、前記誤差(ε)の分散が均一
でない場合には、通常の最小二乗法による推定の確度が
保証されないことになる。
However, in reality, these preconditions are usually not satisfied, and if the variance of the error (ε) is not uniform, the accuracy of estimation by the ordinary least squares method cannot be guaranteed. .

【0067】そこで上記の誤差が前提条件を満たしてい
るか否かを検討する方法として、誤差分析法がある。こ
の誤差分析法を本実施例に適用した場合の一例を以下に
示す。図6は消化槽汚泥を遠心分離した後、その上澄液
を濾過した濾液を測定試料として、この測定試料にアル
カリNaOH又は酸HClを滴定した際のpH−滴定量
曲線である。図6中の(〇)は実測値を示し、実線は酸
−アルカリ平衡理論を用いて計算した曲線を示してい
る。
Therefore, there is an error analysis method as a method for examining whether or not the above error satisfies the precondition. An example in which this error analysis method is applied to the present embodiment will be described below. FIG. 6 is a pH-titration curve when the filtrate obtained by centrifuging the digester sludge and then filtering the supernatant is used as a measurement sample and alkali NaOH or acid HCl is titrated to the measurement sample. (〇) in FIG. 6 indicates an actually measured value, and a solid line indicates a curve calculated using the acid-alkali equilibrium theory.

【0068】従って実測値と計算値との差(残差)の大
きさと出現頻度を求めることにより、図7のヒストグラ
ムに示した分布図が得られる。図7から上記の残差は正
規分布ではなく、且つ試料によっては分布が二山になる
こともあるため、重回帰分析法の適用のみでは十分な精
度が得られないことがわかる。
Accordingly, by obtaining the magnitude of the difference (residual difference) between the actually measured value and the calculated value and the appearance frequency, the distribution diagram shown in the histogram of FIG. 7 is obtained. From FIG. 7, it can be seen that the residual is not a normal distribution, and the distribution may have two peaks depending on the sample, so that sufficient accuracy cannot be obtained only by applying the multiple regression analysis method.

【0069】そこで本実施例は、図2に示したフローチ
ャートに基づいて前記未知数Z,T,N,A,P,Sを
決定する手法を採用した。即ち、先ずステップ101で、
pH−滴定量の関係とか水温等の測定データを読み込
み、次にステップ102で前記の(式27)に基づいて重
回帰分析法を適用して複数の水質項目であるZ,T,
N,A,P,Sを計算する。但し重回帰分析結果は、最
適化処理の初期値として利用するので、該略の値が得ら
れれば良いこと、又、重回帰分析では、必要以上に変数
を増やすと全体の精度が低下することがあること、又、
全リンや硫化物は他の項目(総有機酸,全無機炭素,総
アンモニア濃度)に比べて濃度が低いことから、重回帰
分析はZ,T,N,Aの4項目のみで行うこともでき
る。この場合には、重回帰式は式(15)を用いれば良
い。又、全リンや硫化物を含める場合には、式(27)
を用いる。
Therefore, the present embodiment employs a method of determining the unknowns Z, T, N, A, P, and S based on the flowchart shown in FIG. That is, first in step 101,
The measured data such as the relationship between the pH and the titer and the water temperature are read. Then, in step 102, a plurality of water quality items Z, T, and Z are applied by applying a multiple regression analysis method based on the above (Equation 27).
Calculate N, A, P, S. However, since the multiple regression analysis result is used as the initial value of the optimization process, it is sufficient that the approximate value is obtained. In the multiple regression analysis, if the number of variables is increased more than necessary, the overall accuracy will decrease. That there is,
Since the concentration of total phosphorus and sulfide is lower than the other items (total organic acid, total inorganic carbon, and total ammonia concentration), multiple regression analysis can be performed with only 4 items of Z, T, N, and A. it can. In this case, equation (15) may be used as the multiple regression equation. When all phosphorus and sulfides are included, the formula (27)
Is used.

【0070】次にステップ103によって読み込まれた
Z,T,N,A,P,S等の水質データを最適化処理す
るための初期値Z0,T0,N0,A0,P0,S0の設定を
実施し、ステップ104で最適化処理を実施する。最適化
したい項目は、例えばT,N,A、Z,T,N,
A、Z,T,N,A,P、Z,T,N,A,S、
Z,T,N,A,S,P等の組み合わせが考えられる
が、最適化処理の初期値はどの項目を選択するかにより
変更する必要がある。例えば上記Z,T,N,Aを最
適化したい場合には、重回帰分析(最適化処理に合わせ
て4項目としておく)結果の4項目を初期値(Z0
0,N0,A0)とする。
Next, initial values Z 0 , T 0 , N 0 , A 0 , P 0 , for optimizing the water quality data such as Z, T, N, A, P, and S read in step 103. The setting of S 0 is performed, and the optimization processing is performed in step 104. Items to be optimized are, for example, T, N, A, Z, T, N,
A, Z, T, N, A, P, Z, T, N, A, S,
Combinations of Z, T, N, A, S, P, etc. can be considered, but the initial value of the optimization process needs to be changed depending on which item is selected. For example, when it is desired to optimize the above Z, T, N, and A, the four items of the result of the multiple regression analysis (set as four items according to the optimization process) are initialized to the initial values (Z 0 ,
T 0 , N 0 , A 0 ).

【0071】一般に、最適化処理するための初期値とし
ては重回帰分析を用いるが、Z,T,N,A,P,S各
項目の上下限設定値の範囲内における任意の値を初期値
とすることも可能である。
In general, multiple regression analysis is used as an initial value for the optimization process, but an arbitrary value within the range of the upper and lower limit set values of each of Z, T, N, A, P, and S is set to the initial value. It is also possible to use

【0072】最適化処理の手法として種々の方法が提案
されているが、本実施例ではシンプレックス法を用い
た。このシンプレックス法とは、非線形計画法−直接探
索法の1つであり、具体的には最適化したいパラメータ
の個数がNPA%個であるとすると、先ずNPA%+1
個のパラメータの組み合わせで直接誤差評価を行う。消
化槽モニターの場合には上記パラメータは最大Z,T,
N,A,P,Sの6個である。次にこの結果を用いて、
ステップ105で評価関数の計算を行い、評価誤差がより
小さくなるような新たなパラメータの探索を行う。その
後、新たな組み合わせを、先に最大の誤差評価を示した
組み合わせと置き換え、ステップ106で収束チェックす
る。
Various methods have been proposed as optimization techniques. In this embodiment, the simplex method is used. The simplex method is one of a nonlinear programming method and a direct search method. Specifically, assuming that the number of parameters to be optimized is NPA%, NPA% + 1
The error evaluation is directly performed using a combination of these parameters. In the case of a digester monitor, the above parameters are Z, T,
N, A, P, and S. Then, using this result,
In step 105, an evaluation function is calculated, and a search for a new parameter that reduces the evaluation error is performed. After that, the new combination is replaced with the combination that previously indicated the maximum error evaluation, and convergence check is performed in step 106.

【0073】上記のステップ104,105,106を繰り返すこ
とによってNPA%+1個のパラメータの組み合わせが
最適な点に移動しながら収束され、NPA%+1個のパ
ラメータの組み合わせ間の評価誤差の差が十分小さくな
った時点で最適点に収束したものとみなして、最適化処
理を終了する。
By repeating the above steps 104, 105, and 106, when the combination of NPA% + 1 parameters is converged while moving to the optimum point, and the difference in the evaluation error between the combination of NPA% + 1 parameters becomes sufficiently small. And the optimization process is terminated.

【0074】本実施例では、最適化処理の初期値はモニ
タリングすべきT,N,A,P,S各項目の未知数の制
約条件の範囲内で任意に設定してある。
In the present embodiment, the initial value of the optimization process is arbitrarily set within the range of the unknown number of T, N, A, P, and S items to be monitored.

【0075】以下に前記T,N,A,P,Sを含む人工
試料を調製して本滴定法に基づくpH−滴定のデータ対
を作成し、重回帰分析及び最適化処理した計算値と人工
試料調製濃度と比較した結果を図3,図4に示す。図3
は重回帰分析のみを行った場合の結果であり、図4は重
回帰分析と最適化処理とを組み合わせた場合の結果を示
している。図3,図4中の破線は滴定法と人工試料調製
濃度との理想的な関係(理論計算値)を示している。図
4から明らかなように重回帰分析に最適化処理を組み合
わせたことにより、重回帰分析のみを実施した図3の場
合に比して測定精度が大幅に向上していることが理解さ
れる。
In the following, an artificial sample containing T, N, A, P, and S was prepared to prepare a data pair of pH-titration based on the present titration method. The results of comparison with the sample preparation concentrations are shown in FIGS. FIG.
Fig. 4 shows the results when only multiple regression analysis was performed, and Fig. 4 shows the results when multiple regression analysis and optimization processing were combined. The dashed lines in FIGS. 3 and 4 show the ideal relationship (theoretical calculation value) between the titration method and the artificial sample preparation concentration. As is clear from FIG. 4, it is understood that the combination of the optimization processing with the multiple regression analysis significantly improves the measurement accuracy as compared with the case of FIG. 3 in which only the multiple regression analysis is performed.

【0076】図5に示した5本のグラフは、上から順に
総有機酸濃度(A)が夫々10mg/l,100mg/
l,200mg/l,400mg/l,500mg/l
の場合のpH−滴定量の関係を示している。図5によれ
ば、pH域によって総有機酸濃度(A)の違いに対する
pHの変化幅に差があることがわかる。この例では総有
機酸濃度(A)の違いがpH4からpH6及びpH7〜
pH9の域に特に良く現れていることがわかる。従って
総有機酸濃度の計算精度を向上させるためには、上記の
pH範囲におけるpH−滴定量の実測値と計算値とが一
致するように留意する必要がある。
The five graphs shown in FIG. 5 show that the total organic acid concentration (A) is 10 mg / l and 100 mg / l
1, 200 mg / l, 400 mg / l, 500 mg / l
3 shows the relationship between the pH and the titer in the case of. According to FIG. 5, it can be seen that there is a difference in the variation range of the pH with respect to the difference in the total organic acid concentration (A) depending on the pH range. In this example, the difference in the total organic acid concentration (A) is from pH 4 to pH 6 and pH 7 to
It can be seen that it appears particularly well in the pH range of 9. Therefore, in order to improve the calculation accuracy of the total organic acid concentration, it is necessary to pay attention so that the actually measured value and the calculated value of the pH-titration in the above-mentioned pH range coincide with each other.

【0077】本実施例では、予め特定のpH範囲に重み
付けをした評価関数を用いて、上記特徴的なpH範囲の
計算時に重み係数を他のpH範囲よりも大きくすること
により、モニタリングするT,N,A,P,S各項目を
パラメータとする評価関数の計算を実施した手段を採用
した。これによって一層総有機酸濃度の測定精度向上を
はかることができる。
In this embodiment, by using an evaluation function in which a specific pH range is weighted in advance, when the characteristic pH range is calculated, the weighting coefficient is made larger than the other pH ranges to monitor T, A means for calculating an evaluation function using N, A, P, and S as parameters is employed. Thereby, the measurement accuracy of the total organic acid concentration can be further improved.

【0078】更に重回帰分析では、未知数であるZ,
T,N,A,P,Sの濃度範囲を指定することができな
いため、物理的に意味のないマイナスの値が計算値とし
て出力されることがあるが、重回帰分析に加えて最適化
処理を実施することによって各未知数に上下限値等の制
約条件を付けることが可能となり、計算結果の安定性が
高められるという効果がある。
Further, in the multiple regression analysis, the unknowns Z,
Since the concentration ranges of T, N, A, P, and S cannot be specified, negative values that are physically meaningless may be output as calculated values. However, optimization processing is performed in addition to multiple regression analysis. By carrying out (1), it becomes possible to put constraint conditions such as upper and lower limits on each unknown, and there is an effect that the stability of the calculation result is enhanced.

【0079】[0079]

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明にか
かる嫌気性消化槽のモニター装置によれば、濾液槽に貯
留された消化汚泥の一定量が限外濾過装置によって固液
分離されてから酸及びアルカリ滴定槽にサンプリングさ
れて送り込まれので、測定試料中に測定の妨害物質とし
ての固形物成分がほとんど残存せず、モニター装置とし
ての測定精度を向上させることができる。しかも固液分
離装置自体の構成は簡易化されるので、測定装置の自動
化をはかることが可能となる。
As described above in detail, according to the anaerobic digester monitoring apparatus of the present invention, a certain amount of digested sludge stored in the filtrate tank is separated into solid and liquid by the ultrafiltration device. Since the sample is sampled and sent to an acid and alkali titration tank, almost no solid component as a measurement interfering substance remains in the measurement sample, and the measurement accuracy as a monitor device can be improved. In addition, since the configuration of the solid-liquid separation device itself is simplified, the measurement device can be automated.

【0080】そして制御部にて求められた値に対応した
試薬の酸−アルカリ滴定アルゴリズムに基づく自動分注
器による滴定と、サンプリングの液pH値と試薬の滴定
量とから汚泥の消化状態を連続的にモニタリングするこ
とにより、比較的簡易化された装置によって、消化槽内
の水質を連続的にモニタリングするための管理指標とな
る項目である全無機炭素濃度,全アンモニア濃度,総有
機酸濃度を無人状態で高精度に且つ自動的に測定するこ
とを可能として、前記固液分離装置の構成簡易化とも相
俟って工程の全自動化をはかることができる。
Then, the digestion state of the sludge is continuously determined from the titration by the automatic dispenser based on the acid-alkali titration algorithm for the reagent corresponding to the value obtained by the control unit, and the pH value of the sampling solution and the titration amount of the reagent. By using a relatively simplified device, the total inorganic carbon concentration, total ammonia concentration, and total organic acid concentration, which are the control indices for continuously monitoring the water quality in the digestion tank, can be monitored by relatively simplified equipment. The measurement can be performed with high accuracy and automatically in an unmanned state, and the process can be fully automated in combination with the simplification of the configuration of the solid-liquid separation device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明にかかる嫌気性消化槽のモニター装置の
一実施例を示す概要図。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of a monitoring device for an anaerobic digestion tank according to the present invention.

【図2】本発明装置によるモニター方法の一例を示すチ
ャート図。
FIG. 2 is a chart showing an example of a monitoring method using the apparatus of the present invention.

【図3】本発明に基づく重回帰分析のみを行った場合の
結果と理論計算値とを比較するグラフ。
FIG. 3 is a graph comparing a result obtained when only multiple regression analysis based on the present invention is performed with a theoretical calculation value.

【図4】本発明に基づく重回帰分析と最適化処理とを組
み合わせた場合の結果と理論計算値とを比較するグラ
フ。
FIG. 4 is a graph comparing a result obtained when a multiple regression analysis and an optimization process based on the present invention are combined with a theoretical calculation value.

【図5】総有機酸濃度別のpH−滴定量の実測値と計算
値の比較を示すグラフ。
FIG. 5 is a graph showing a comparison between measured and calculated values of pH-titration for each total organic acid concentration.

【図6】測定試料にアルカリ又は酸を滴定した際のpH
−滴定量曲線の実測値(○印)と酸−アルカリ平衡理論
を用いた計算値(実線)との比較を示すグラフ。
FIG. 6: pH when alkali or acid is titrated to a measurement sample
A graph showing a comparison between a measured value of a titration curve (marked with ○) and a calculated value (solid line) using the acid-alkali equilibrium theory.

【図7】図6における実測値と計算値との残差の出現頻
度を示すヒストグラム。
FIG. 7 is a histogram showing the frequency of occurrence of a residual between the actually measured value and the calculated value in FIG. 6;

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C02F 11/04,3/28 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) C02F 11 / 04,3 / 28

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 消化汚泥が貯留される濾液槽と、この濾
液槽内の消化汚泥がサンプリングされて導入されるとと
もにpH計が夫々配備された酸滴定槽及びアルカリ滴定
槽と、制御部にて求められた値に対応した量の試薬を分
注器により上記酸滴定槽及びアルカリ滴定槽に分注する
滴定機構とを具備して成り、サンプリングの液pH値と
試薬の滴定量に基づいて、酸−アルカリ平衡理論から汚
泥の消化状態を連続的にモニタリングするようにした装
置において、 上記濾液槽と酸及びアルカリ滴定槽との間に、該濾液槽
に貯留された消化汚泥の固液分離を行うための限外濾過
装置を配設したことを特徴とする嫌気性消化槽のモニタ
ー装置。
1. A filtrate tank in which digested sludge is stored, an acid titration tank and an alkali titration tank in which digested sludge in the filtrate tank is sampled and introduced, and a pH meter is provided, respectively, and a control unit. A titration mechanism for dispensing the reagent in an amount corresponding to the determined value to the acid titration tank and the alkali titration tank by a dispenser, based on a solution pH value of the sampling and a titration amount of the reagent, An apparatus for continuously monitoring the digestion state of sludge from an acid-alkali equilibrium theory, wherein a solid-liquid separation of digested sludge stored in the filtrate tank is performed between the filtrate tank and the acid and alkali titration tank. An anaerobic digester monitoring device, comprising an ultrafiltration device for performing the process.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH069936U (en) * 1992-02-24 1994-02-08 明和グラビア株式会社 Decorative sticker sheet

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