JP6307508B2 - 排水処理を監視するための装置 - Google Patents

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Description

本発明は、排水処理、および、特に排水処理設備に使用される監視装置に関する。
排水処理プラント(WWTP)は現在、多くの場合、非効率である。多くは、排水中の溶存酸素(DO)を測定するために簡単な装置を使用している。DOは、生分解排水処理プラントにおける標準的な測定値である。それは、バクテリアが供給された酸素を消費している間にDOが目標設定ポイントに到達するように、空気を供給するために駆動させることが困難なエアシステムを制御するために使用される。DOが多すぎるとエネルギーを浪費し、少なすぎると入力物質が完全に生分解されずに、望まないバクテリア種の形成が促進される場合があり、処理プラント問題を引き起こす。
経験則によると、DOは、通常、およそ2mg/l〜2.5mg/lの付近に維持される。DOレベルを監視するため、多くの場合、ルミネセンス酸素センサが使用されている。しかしながら、ルミネセンス酸素センサのメンテナンスには、センサが汚れたり、夾雑物に覆われたりする等の問題を原因とする問題がある。ルミネセンス酸素センサはまた、調整が困難で、或いは、調整のための時間を浪費することがある。
これらの問題の1つ以上を処理することが望まれている。
本発明の第1の態様では、
選択的に密封可能な第1チャンバ、
液体中の溶存酸素のレベルを測定するために操作可能であって、
前記密封された第1チャンバの内側に配置可能な第1酸素センサ、
試験される排水中の溶存酸素のレベルを測定するために操作可能な第2酸素センサ、
を備える、排水監視装置が提供される。
前記装置は、低点較正操作を実行するために操作することができる。低点較正操作は、制御状態の下、前記密封された第1チャンバ内で前記第1酸素センサの較正を行うように構成する。前記第1酸素センサの高点較正は、制御状態の下、前記システムを空気にさらすことによって実行することができる。
前記第2酸素センサの較正を行うため、前記較正操作は、前記低点較正のために、制御状態の下、密封された第2チャンバ内に前記第2センサを配置するステップ、および、制御状態の下、前記センサを自動的に空気にさらすことによって高点の較正を行うステップ、を備えていてもよい。
両方の酸素センサの較正を行うため、前記較正操作は、
前記チャンバ内に前記第1酸素センサおよび排水のサンプルを密封するステップ、全ての利用可能な酸素をバクテリアに消費させ、その後、溶存酸素のレベルが経時的に一定であるか否かを、前記第1酸素センサを使用して判定するステップ、および、一定と判定したとき、前記第1酸素センサの較正をゼロにするステップ、を備えることができる。
両方の酸素センサの較正を行うため、前記較正はさらに、前記第1酸素センサを使用して空気中の溶存酸素のレベルを測定し、この測定値を高点較正値として使用するステップ、を備えることができる。
前記選択的に密封可能なチャンバは、シェル部材およびピストン部材によって規定することができ、前記ピストンは、前記チャンバを規定するように前記シェル部材の内側に配置可能であり、前記シェル部材およびピストン部材の少なくとも一方は、前記チャンバを選択的に密封するように、他方に対して線形的に作動可能である。
前記装置は、前記シェル部材および前記ピストン部材のそれぞれが他方に対して独立して作動することができるように操作することができる。前記装置は、前記シェル部材および前記ピストン部材のそれぞれが他方に対して独立して作動することができるように操作することができる。
前記装置は、少なくとも3つの形態に操作することができ、第1の形態では、前記ピストン部材が前記シェル部材に対して引き込まれることで、周囲の液体の進入を可能になっており、第2の形態では、前記ピストン部材が、前記液体および前記酸素センサを前記第1チャンバ内に収容するように前記シェル部材に対して配置されており、そして、第3の形態では、前前記第1チャンバから前記収容液体を排出するように、記ピストン部材が前記シェル部材に対してさらに配置されている。
前記装置は、1つ以上のセンサ表面を拭うための、1つ以上のワイパー要素を備えることができる。前記ワイパー要素は、前記シェル部材および前記ピストン部材の一方または両方の作動中、前記センサを拭うように配置することができる。
前記装置は、前記第1チャンバ内に収容された液体サンプルを攪拌するための攪拌手段を備えることができる。前記攪拌手段は、攪拌機を備えることができる。前記攪拌機は、前記第1チャンバに進入する任意の夾雑物質を裁断するために操作することができる。前記装置は、前記第1チャンバ内に収容された液体サンプルを酸素で処理するための酸素処理手段を備えることができる。
前記装置は、サンプル中の浮遊物質のレベルを測定するために操作可能な固体センサを備えることができる。前記システムは、前記装置の第1チャンバ内に液体サンプルを収容するとともに沈殿容量指数測定を実行するために操作することができる。この測定は、沈殿レベルおよび上澄レベルを測定するステップを備えることができる。前記測定は、固体物内での急激な増加が検出されたときの、満杯サンプル高さの割合を判定するステップを備えることができる。前記装置はさらに、前記サンプルを攪拌するとともに攪拌後の沈殿容量指数測定を実行するために操作することができる。
前記システムはさらに、液体サンプルを前記装置の第1チャンバ内に収容するとともに活性汚泥浮遊物測定を実行するために操作することができる。前記システムはまた、液体サンプルを前記第1チャンバ内に収容するように操作することができることで、所定時間にわたって前記サンプルを沈殿させるとともに、全浮遊物質測定を実行することを可能にする。
前記装置は、温度センサ、pHセンサ、アンモニアセンサ、および、カリウムセンサ、の1つ以上を備えることができる。
前記装置は、密封された較正ハウジングおよび較正流体のためのリザーバを備えることができ、前記第1酸素センサ以外の、1つ以上のセンサを前記較正ハウジング内に引き込み、較正流体で較正ハウジングを満たし、そして、前記較正流体を使用して前記センサの較正を行うために操作可能に構成することができる。
前記装置は、開口端を有するアウターケーシングを備えることができ、前記ピストン部材および/または前記シェル部材が前記開口端を通って配置されるとともに引き込まれる。一実施例では、前記ケーシングの前記開口端は、夾雑物が前記装置に詰まることを防止するための、鋭い縁および/または偏向板を備えることができる。
前記装置は、入側穴に前記第1チャンバに向かって圧力を加えるために操作することができる。
本発明のさらなる態様では、前記第1の態様の少なくとも1つの排水監視装置およびコントローラを備える、排水監視システムが提供される。
前記システムは、前記装置の前記密封された第1チャンバ内に収容された液体サンプルの酸素利用速度を測定するために操作することができる。これを行うため、前記システムは、
前記排水のサンプルおよび前記第1酸素センサを前記装置の前記第1チャンバ内に密封し、
サンプル中の溶存酸素のレベルを上げるために当該サンプルを酸素で処理し、
溶存酸素レベルの変化率を経時的に判定する、
ために操作することができる。
前記システムは、最適な操作用溶存酸素濃度の範囲を判定するために、溶存酸素の濃度に対する酸素利用速度での変化を描くように操作することができる。これを行うために、前記システムは、溶存酸素濃度の減少が酸素利用速度の急激な低下となるときの、限界炭質点を判定するために操作することができる。前記システムは、溶存酸素濃度の増加が非常にわずかになり始めるか、または、酸素利用速度に影響しなくなり始める、限界硝化点を判定するためにさらに操作することができ、当該限界硝化点が、溶存アンモニア除去率が最大になったと考えられる点を示す。そのとき、有機化合物除去、アンモニア除去、および、エネルギー効率の妥協が最も図れるように、溶存酸素範囲を選択することができる。
前記システムはさらに、試験下の排水についての、毒性評価をオンラインで実行するために操作することができる。前記システムは、複数のパラメータのレベルに基づく毒性値を求めるために決定行列を使用し、そして、サンプルの毒性のレベルを示す毒性スコアを得るために、前記求めた毒性値を合計するように操作することができる。前記パラメータは、酸素利用速度、硝化割合、および、アンモニア減少率を含むことができる。
前記システムは、本発明の前記第1の態様の複数の装置を備えており、そして、前記コントローラは、適切な方法で、測定データを、フィードフォワード、および/または、フィードバックするために操作することができる。特定の実施例では、前記システムは、引込負荷を判定し、負荷除去率およびこれを達成するために前記必要とされる溶存酸素レベルを判定し、処理システムでの正しい処理状態を監視し、また、流出負荷を測定し、そして、前記コントローラに結果をフィードバックするために操作することができる。
また、上述の排水監視装置は、
選択的に密封可能な第1チャンバ、
液体中の溶存酸素のレベルを測定するために操作可能であって、前記密封された第1チャンバの内側に配置可能な酸素センサ、を備え、
前記選択的に密封可能な第1チャンバは、シェル部材および前記第1チャンバを規定するために前記シェル部材の内側に配置可能なピストン部材によって規定されており、前記シェル部材および前記ピストン部材の少なくとも一方は、前記第1チャンバを選択的に密封するために、他方に対して線形的に作動させることができる。
前記装置は、前記シェル部材および前記ピストン部材のそれぞれが他方に対して独立して作動することができるように操作することができる。前記装置は、前記シェル部材のための第1アクチュエータ、および、前記ピストン部材のための第2アクチュエータを備えることができる。
前記装置は、少なくとも3つの形態に操作することができるものであり、第1の形態では、前記ピストン部材が前記シェル部材に対して引き込まれることで、周囲の液体の進入を可能になっており、第2の形態では、前記ピストン部材が、前記第1チャンバ内に前記液体および前記酸素センサを収容するように前記シェル部材に対して配置されており、そして、第3の形態では、前記ピストン部材がさらに、前記第1チャンバから前記収容液体を排出するように前記シェル部材に対して配置されている。
前記装置は、少なくとも1つ以上の第1センサ表面を拭うための、1つ以上のワイパー要素を備えることができる。前記ワイパー要素は、前記シェル部材および前記ピストン部材の一方または両方の作動中、前記センサを拭うように配置することができる。
前記装置は、前記第1チャンバ内に収容された液体サンプルを攪拌するための攪拌手段を備えることができる。前記攪拌手段は、攪拌機を備えることができる。前記攪拌機は、前記第1チャンバに進入する任意の夾雑物質を裁断するために操作することができる。前記攪拌機は、前記第1チャンバ内に収容された液体サンプルを酸素で処理するための酸素処理手段を備えることができる。
前記装置は、サンプル中の浮遊物質のレベルを測定するための固体センサを備えることができる。前記システムは、前記装置の第1チャンバ内に液体サンプルを収容するとともに沈殿容量指数測定を実行するために操作することができる。この測定は、沈殿レベルおよび上澄レベルを測定するステップを備えることができる。前記測定は、ピストンおよび固体センサの間の既知の距離を使用して算出した、固体物内での急激な増加が検出されたときの、満杯サンプル高さの割合を判定するステップを備えることができる。前記装置はさらに、前記サンプルを攪拌するとともに攪拌後の沈殿容量指数測定を実行するために操作することができる。
前記システムはさらに、液体サンプルを前記装置の第1チャンバ内に収容するとともに活性汚泥浮遊物質測定を実行するために操作することができる。前記システムはまた、液体サンプルを前記装置の第1チャンバ内に収容するように操作することができることで、所定時間を超えるまで前記サンプルを沈殿させるとともに全浮遊物質測定を実行することを可能にする。
前記装置は、温度センサ、pHセンサ、アンモニアセンサ、および、カリウムセンサの、1つ以上を備えることができる。
前記装置は、密封された較正ハウジング、および、較正流体のためのリザーバを備えることができ、第1酸素センサ以外の、1つ以上のセンサが前記較正ハウジング内に引き込まれるように操作することができることで、その後、前記センサの較正が行えるように較正流体で満たされる。
前記装置は、開口端を有するアウターケーシングを備えることができ、前記ピストン部材および/または前記シェル部材が前記開口端を通って配置されるとともに引き込まれる。一実施形態では、前記ケーシングの開口端は、夾雑物が前記装置に詰まることを防止するための、鋭い縁および/または偏向板を備えることができる。
前記装置は、入側穴に前記第1チャンバに向かって圧力を加えるために操作することができる。
本発明の更なる態様では、排水監視装置の較正を行うための方法が提供され、当該方法は、
第1チャンバ内に排水の第1サンプルおよび第1酸素センサを密封するステップ、
排水の第2サンプルおよび第2酸素センサを第2チャンバ内に密封するステップ、
第1および第2サンプルのそれぞれを、当該サンプル中の溶存酸素のレベルを上げるために、酸素で処理するステップ、
溶存酸素のレベルが経時的に前記第1サンプル中で一定であるか否かを、前記第1酸素センサを使用して判定し、一定であるとき、前記第1酸素センサをゼロに較正するステップ、
溶存酸素のレベルが経時的に前記第2サンプル中で一定であるか否かを、前記第2酸素センサを使用して判定し、一定であるとき、前記第2酸素センサをゼロに較正するステップ、
を備える。
前記方法は、前記第1酸素センサおよび前記第2酸素センサを使用して得られた判定を比較して、これらの判定が信頼するに足りるかどうかを判定するステップをさらに備える。
前記方法はさらに、前記第1酸素センサおよび前記第2酸素センサを使用して空気中の溶存酸素のレベルを測定し、これらの測定を、前記第1酸素センサおよび前記第2酸素センサそれぞれの、高点較正値として使用するステップを備えることができる。
本発明の更なる態様では、排水の毒性評価をオンラインで実行するための方法が提供され、当該方法は、複数のパラメータのレベルに基づく毒性値を求めるために決定行列を使用するステップと、前記サンプルの毒性のレベルを示す毒性スコアを規定するために、前記求めた毒性値を合計するステップと、を備える。前記パラメータは、酸素利用速度、硝化割合、および、アンモニア減少率を含むことができる。
本発明の実施例は、添付図面を参照して、例示としてのみ記載される。
本発明の実施例に係る、排水処理を監視するための装置を示す図である。 第1の形態での図1の装置を、アウターケーシングを取り外した状態で示す図である。 前記第1の形態での、図1の装置の呼吸計測チャンバの詳細を示す図である。 前記第1の形態での図1の装置の呼吸計測チャンバの詳細を、チャンバシェルを取り外した状態で示す図である。 第2の形態での、図1の装置の呼吸計測チャンバの詳細を示す図である。 図1の装置の呼吸計測チャンバの詳細を、チャンバシェルとともに示す図である。 図1の装置の呼吸計測チャンバの詳細を、チャンバシェルを取り外した状態で示す図である。 図1の装置の分解図である。 図1の装置の分解図である。 炭素質プラントについての、溶存濃度に対する活性レベルをプロットした酸素利用速度図である。 炭素質の硝化プラントについての、溶存濃度に対する活性レベルをプロットした酸素利用速度図である。
図1および図2は、それぞれ、生物学的な排水処理設備における、監視および制御用の装置100を、アウターケーシング110aおよび110bを有している状態と、アウターケーシング110aおよび110bを有してない状態とで示す。図2では、呼吸チャンバシェル210、静止上部アセンブリ220、シェル210を作動させるためのシェルアクチュエータ230、および、シェル210の内側で前記ピストンおよび内部センサアセンブリを作動させるためのピストンアクチュエータ240を示す。シェルは、液体サンプルをシェルの内側に取り入れるための入側サンプル穴250を備える。ここに示す装置は、完全に格納された形態である。この形態は、密封されたチャンバを形成し、その内側で所定の試験を実行することができる。
図3および図4は、それぞれ、所定位置にシェル210を有する装置100の検知端の詳細と、取り外されたときの詳細とを示す。シェルを作動させるためのアーム310(の一部)、及び、ピストンアセンブリ320のための前記作動アームとして作動する中心アセンブリ320(の一部)が図示されている。前記ピストンアセンブリは、シェル210の内側を密封するシール330を備え、これによって、密封されたチャンバを提供し、装置がこの特定の形態にあるとき、前記チャンバは、シェル210、シェル端片340、および、ピストンアセンブリ320によって規定されている。シェル端片340は、流体開孔チャンバ、DOセンサ、および、固体センサ(例えば、光学的な固体センサ)を備えることができる。この呼吸チャンバの内側には、内部溶存酸素(DO)センサ350が存在する(ここでは、中心アセンブリ/作動アーム320に取り付けられている)。また、外部DOセンサ用ハウジング370、および、他のセンサ用のハウジング380a,380bが示されている。他のセンサは、特に:温度センサ、pHセンサ、例えばアンモニアもしくはカリウム等の、他の化学物質用のセンサ、または、固体センサ、で構成することができる。
特に、シェル210およびピストンアセンブリ320は、独立した側方(装置の主軸に沿った)への移動および制御を可能にする。これら構成要素の両方の移動は、これら構成要素の相対位置が他に類を見ない測定が実行されることを可能し、また、著しく装置の信頼性を改善するので、非常にしっかりした制御を可能にする。相対運動および、各構成要素が存在する位置を正確に測定する性能は、以下のことを可能にする。
・全てのセンサの自動較正
・センサヘッドクリーニング
・くず処理
・沈殿試験
・呼吸計測処理
図5は、充填形態にある、装置100を示す。ピストンアセンブリ320は、そのシール330(図4)が充填穴250を越えるように延ばされている。次いで、試験液は、これら穴250を通して呼吸計測チャンバに進入することができる。次いで、前記装置は、その格納位置(図1〜4)に、シェル210およびピストンアセンブリ320の一方または両方を動かすことによって、シール330が充填穴250を越えないように、嵌め込むことができ、これによって、呼吸計測チャンバの内側で液体を捕捉する。
図6aおよび図6bは、呼吸計測チャンバからの液体の排出直後の、排出形態にある、前記装置を示す。明確化のため、アウターケーシング110aおよび静止上部アセンブリ220は、図示していない。図6aは、シェル210を有する形態で示し、また、図6bは、シェル210を有しない形態を図示しない状態で示す。端リング600は、ケーシング110a端の位置を示すために図示されている。図示のように、ピストンアセンブリ320は、シェル210の下部にある。液体は、流体開孔チャンバ340を通って排出される。内部DOセンサ350は、装置ケーシングの内部にある、機器外気空間であって、ワイパーによってきれいに拭かれるものである。
図7aおよび図7bは、装置100の上部部分および下部部分を示す分解図である。上述した要素に加えて、以下のものが示されている。:モータおよび電動部700、上部ブラケット710、ワイパー装置720、内部攪拌機730、混合用の磁気駆動部740、および、固体センサ750
溶存酸素センサを使用した呼吸計測および較正
内部DOセンサ350は、呼吸計測チャンバの内側にあり、捕捉した排水汚泥混合液サンプルの呼吸速度を測定するために使用される。機器の配置に依存して、この測定は、プラントオペレータに、以下のことを知らせる。:
・流入負荷レベル(入側に配置したとき)
・処理完了割合(さらに下に処理システムを配置したとき)
サンプルは、試験水槽から得られて、攪拌機等の内部攪拌装置によって、密封された呼吸チャンバ内で攪拌させることができる。内部チャンバには、(例えば、)
・酸素利用速度(OUR)
・炭素除去のための限界DO
・アンモニア除去のための限界DO
・%硝化活性
の呼吸処理中での、正確な判定のために、DOレベルを著しく上昇させるための非分離型曝気装置を設けることができる。
一旦、DOレベルが著しく上昇すると、曝気はスイッチオフになり、そして、前記チャンバ内のOURの減衰率が測定される。これは、酸素利用速度(OUR)とみなされる。呼吸処理が完了するとき、内部サンプルは、ゼロDOになる。実際には、表示はゼロよりも僅かに高いかも知れないが、器具は、表示が変化していないことを感知するであろう。仮にそうであれば、内部センサをゼロに較正することができる。
機器操作サイクルの後期の段階では、内部DOセンサ350は、液体上の機器外気空間内に直ちに、(故に、同じ温度および圧力で)引き込むことができるとともに、高点較正を完了させる。
これらの較正ステップは、試験液の溶存酸素測定を邪魔することなく、(ハウジング370内の)外部DOセンサを使用することで実行される。外部DOセンサは、プラント排水汚泥混合液内に持続的に保持される。外部DOセンサは、更なるワイパーブレードによって、自動的に、所定の間隔で;または、オペレータから手動指令の下、定期的に掃除される。
一実施例では、一旦、内部DOセンサが完全に掃除されて上述のように較正が行われると、外部DOセンサは、内部DOセンサを使用して較正を行うことができる。内部DOセンサ350および内部DOセンサは、理想的には互いに近接して、排水汚泥混合液内に沈められる。次いで、較正されていない外部LDOセンサ用の較正曲線は、較正された内部LDOセンサ350の表示に合うように調整される。
例示的実施例に示したところでは、外部DOセンサは、それ自体が較正のために密封されたチャンバ内に密封可能にすることができる。外部DOセンサ用のチャンバは、シール330およびシェル210によって規定されている。この実施例では、シール330およびシール360の間の空間が排水汚泥混合溶液で満たされるように、DOセンサは、ピストン320およびシェル210の、一体的な作動動作によって移動させる。更なるアクチュエータ運動は、前記チャンバ中の排水汚泥混合液を外部DOセンサとともに密封し、そして、排水汚泥混合液が呼吸することを許容する。このチャンバ内の外部DOセンサを用いて、内部DOセンサ350に関する上述したところと、本質的に類似する方法で、低点および高点較正を実行することができる。
前記装置は、内部センサDOおよび外部DOセンサによって実行される、自動較正の結果(上述の前記密封された低点および高点較正等)を比較することができるために操作することができる。これらが保証するに足りないと、次いで、前記センサの一方(または両方)が動作していないか、他の理由のために、誤った表示されたのかも知れない。必要と思われるときは、次いで、正しい動作を取ることができる。
LDO検出ヘッドは、置き換え可能なユニットであり、単純に締付ねじを緩めることによって変えることができる。
他のセンサの自動較正
ハウジング380a,380b内の検出ヘッド等の他の検出ヘッドの較正はまた、元の位置に自動較正することができる。前記システムの様々な部分の相対運動は、前記センサが、(掃除されると同時に)密封された較正ハウジング内に引き込まれることを許容する。較正流体は、リザーバから較正ハウジング内に自動的に引き込まれ、そして、前記センサは自動的に較正される。
装置センサの自動クリーニング
ワイパー720等の、1つ以上のワイパー装置は、装置センサの任意の1つ以上を自動クリーニングするために設けることができる。一実施例では、操作上の形態間の、シェル210のアセンブリ、または、ピストンアセンブリ320の動きによって、前記センサが通過するとともに前記ワイパーによって拭き掃除されるように、所定の位置に配置される。
くず処理
くず(試験液中の夾雑物を含む広い用語として使用される用語)が構成要素周りを覆い包むことで測定を誤り、そして、計測器具を傷付ける可能があるので、くず処理は、排水処理プラントで深刻な問題である。シェル210および内部ピストン320を完全に上部アセンブリ220の内側に引き込むための力は、くずを前記器具から拭き取る。ピストン320がシェル210内に引き寄せられるとともに、当該シェルが(上部アセンブリの一部を形成することができる)偏向板220内に引き寄せられるので、任意の付着くずを切り落して著しい詰まりを防止するための鋭い縁を設けることができる。入側サンプル穴250は、前記内部装置内へのくず進入を回避するために、小さくすることができ、そして、内部攪拌機の動作は、進入する可能性があり、そしてまた鋭い縁を有する可能性がある任意の物質を切り落とし/切り刻むように設定することができる。前記ユニットはまた、前記入側穴に圧力を加えるためにパルス状の垂直運動をするように設計される。
固体センサ
前記装置は、固体センサを備えることができる。一実施例では、固体センサは、呼吸計測処理に使用される前記閉じ込められた排水汚泥混合液用の排出ポート内に着座している。固定センサが高い固体レベル(1,000mg/L〜20,000mg/L)および低い固体レベル(0mg/L〜100mg/L)の間を非常に正確に測定することができるように、前記固定センサを配置することができる。固体センサの精度は、実際の処理プラントスラッジに対する単純な較正プロセスに従うことによって、さらにもっと改善させることができる。
前記得られたサンプルが沈殿フェーズなしで排出されるとき、前記センサは、前記システム内の、MLSS(活性汚泥浮遊物)または処理バクテリアの量を測定する。批判的に、個々の全てのプラントは、この値を日常的に測定する(通常は手動で、操作時間の約30分を必要とする)。MLSSは、前記システム内のバクテリアの量の測定であり、また、オペレータには通常、彼らが前記プラントを処理するために必要とする目標範囲が与えられる。これは、プロセスエンジニアによって、試運転時または進行ベースのどちらかで、セットすることができる。これらが目標を下回ったときに、これらの消耗率は減少し、また、これらが超えたときに、消耗率は増加する(消耗は、再利用された活性汚泥流れからのバクテリア固体の除去であることを言及しておく。)。目標MLSSは通常、前記プラントが硝化を必要とするかどうかの機能である。F:M比(質量に対する餌の割合)−F:M=BOD 流入液/MLSS
前記得られたサンプルが30分(可変的な)の時間間隔後に排出されるとき、前記システムは、はじめに、浄化された汚泥TSS(排出TSS(全浮遊物)を示す)を測定し、次いで、最終的に、沈殿した(返送汚泥(RAS))固体濃度を判定する。TSS推定が、前記処理システムの端部近くからの、与えられたサンプルに関して実行されることが示唆されている。
TSSは、廃水中の全浮遊物質の測定である。ほとんどのプラントは、これを、適法に承認された測定として使用する。これに対する、(操作時間の約30分を必要とする)手動での、プラント試験のほとんど、そして、いくつかは、それを測定するために、オンラインシステムを有している。一実施例では、装置100は、下水中のこれを測定するために使用しない代わりに、沈殿廃水中の固体レベルを試験することによって、それが何であるかを予測するために使用する。このTSS予測は、最終クラリファイヤ(またFST、即ち、最終沈殿タンクとして知られている)からの廃水がどのくらい濁っているかの測定である。この情報は、FSTタンクをどのように操作すべきかを判定するために(あるいは、以下に説明する、SVI/SSVI測定と併せて)使用することができ、これによって、オペレータは、問題が生じるのに先んじて、クラリファイヤ内のセッティングを変更することができる。
あるプラントは、排出よりも前に、第3のフィルタ、または、メンブランさえも、有する。そして、TSS予測は、(もしあれば)流れをこれらのユニットにどのくらい迂回させるべきかを判定するために使用することができる。
提案したシステムは、通常の活性汚泥浮遊物、および、沈殿後の、これら固体の実際の濃度(すなわち、RAS)を判定するために、同一のセンサが使用される点で、他に類を見ない。
ほとんどの処理作業は、沈殿容積指数(SVI)または撹拌沈殿容積指数(SSVI)試験を手動で日常的に実行し、操作時間の最大20分を必要とする。それは、活性汚泥(処理バクテリア)が浄化廃水からどのくらい上手に分離するかの測定である。不十分な沈殿スラッジは、活性汚泥が廃水流れ中に押し流されるような危険な状態にあり、多くの問題をもたらす可能性がある。
現在のところ、SVI/SSVI測定を実行できるオンラインシステムは存在しない。それは通常、実験室で完了するか、または、実際のクラリファイヤ内での総括的なレベルの直接的な測定によって完了するかのいずれかである。装置100は、沈殿レベルおよび上澄レベルの両方を測定するために、サンプルを呼吸チャンバ内に引き込んで(これによって実際のプラント内の操作状態を模して)、そして、試験を実行するために操作することができる。撹拌することなく(SVI)、または、非常に低い撹拌率で(SSVI)、サンプルを沈殿させる。オペレータにより調整可能な時間(通常30分)の経過後、内部シェルは、サンプルをゆっくり固体測定装置を通って押し上げるために、引き上げられる。その液体が前記固体センサを通って流れるとき、浮遊している任意の固体の測定(それは一般的にかなり高いレベルを示す)が実行される。第2に、上澄液中の固体レベルが測定され(一般的には低い)、最終的に、沈殿層内の(一般的に非常に高い)固体レベルが測定される。固体層内の急激な増加が検知されたときの、全サンプル高さの割合が、SVI/SSVIである。なぜなら、ピストンの固体センサに対する正確な場所は分かっており、これは、装置100を使用することで判定することができる。着目すべき点は全体の界面の位置にあるので、沈殿試験は、高度に正確な固体測定を必要としない。固形物濃度のバリエーションは、上澄から沈殿層まで非常に大きく、そして、装置100は、単一のサンプル排出中、TSSおよび沈殿の両方の測定を実行させることができる。
アンモニア(NH 4 )、pH、および、カリウム(K + )センサ
pHセンサは、ガラスガルバニ電極とすることができ、基準電極で提供することができる一方、アンモニアおよびカリウムセンサは、イオン選択電極とすることができる。全てのセンサは、装置100の外部ピストン320に取り付けることができる。一実施例では、電極は、モジュール内に取り付けられており、当該モジュールは、「ホッケーパック」形状をしたモジュール380a,380bとすることができる。これらモジュールは、配線の必要がなく、単に、交換のために保持クランプを緩めてモジュールを引き出すことによって、交換することができる。
前述したように、全ての検出ヘッドは、ピストンが自動的に較正位置内に引き込まれるたびに掃除される。較正流体は、プラントのハンドレールに取り付けられたリザーバから引き込まれ、そして、較正流体が充填され続ける限り、クリーニングおよび較正処理は完全に自動である。
硝化処理、最終的に硝化するためのアンモニアの変換は、処理システム中で重要である。なぜなら、以下の理由からである。
1.アンモニア排出許容値は、これまでより厳しくなっている。
2.硝化処理は高価な処理であり、BOD除去よりも4.5倍の酸素を必要とする。
3.硝化細菌は、非常に毒性ショック負荷の影響を受けやすい。
4.監視することは非常に難しい処理であり、多くのパラメータは、以下を含めて最適化すべきである。
− DOレベル−2.5よりも大きく、高く維持されるべきである。
− pH−理想的には、7よりも大きく、最大8.5
− 硝化は、処理されるアンモニアの1mg当たり、アルカリ度の7mgを有するべきである。
− 温度は、12Cよりも大きい(冬の問題)
装置のアンモニア電極は、場所に応じて、以下のいずれかを判定することができる。
− アンモニア負荷
− アンモニア除去率
− 排出アンモニア
以下で説明する、呼吸計測処理データを使用することで、硝化速度最大値の割合のための測定を得ることができる。これは、バクテリアによる硝化の健康であり、したがって、慢性毒性またはショック負荷のための早期警報システムである。DOレベルに対する硝化の割合は、省エネルギー対策のために可能な限りDOレベルを低く設定するために、フィードフォワ−ド制御システムに使用することができる。
カリウム電極は、カリウムがアンモニア電極を妨害できるように設けられる一方、pHセンサは、硝化率を最適化するときに役立つ手段である。付加的に、オペレータ情報およびLDO較正目的のために温度センサを設けることができる。
データ処理
前記装置が密封されたレスピロメータを備えることは、試験処理の一部としてサンプル溶存酸素濃度をゼロに向かって計画的に下げることによって、処理率曲線を描く能力を与える。
酸素摂取速度(OUR)
これは、バクテリアの活動のレベルを測定する。密封されたサンプルチャンバ内でDOが迅速に除去されるほど、バクテリアはより活発である。OURは、DOの減少率として経時的に算出することができる。これが流入/排出負荷に対して何を意味するのかについて、結論を引き出すことができる。OURは、1時間当たりの活性汚泥の1リットル当たりの酸素のミリグラムで測定される。
固有酸素摂取速度(SOUR)/スラッジの健康(全体)
これは、システム内でのバクテリア健康の測定である。それは、1時間当たりの固定されたバクテリア質量によって、酸素利用の量として測定される。したがって、食糧源が非常に多い限り、測定を変更できる唯一のパラメータは、温度およびバクテリア健康である。通常、温度変化がかなり遅いならば、このパラメータの変化の主な原因は、バクテリアの健康である。このように、それは、潜在的な毒性状態について大きな影響を持つ測定である。加えて、この測定は、システムの生分解能力を算出するために使用することができる。それは、式OUR/MLSSによって測定される。装置100がこれらの両方を測定することができるので、SOURのためのオンライン測定が可能である。次いで、この式は、Kg有機負荷除去およびKgアンモニア負荷除去の両方に変換することができる。
特定の実施例では、硝化バクテリアおよび炭素質バクテリアの両方を合わせた健康を測定することができる。
限界炭素質DO(Cc)
これは、有機物除去率が最大になるときの溶存酸素濃度を判定することを可能にする。それは単に、チャンバ内の溶存酸素レベルと比較するときに酸素利用速度の変化率を動的に評価することによって判定することができる。これは、システム呼吸曲線から導き出すことができる。プラントが炭素質である場合(BOD除去のみ)、OURの軌跡は、DO濃度に対する活動レベルを描くために利用することができる。これは、図8に示されている。
活動が劇的に増加する点は、限界有機質DOレベル(Cc)と呼ばれる。これは、非常にはっきりした点である。プラントDOがこのレベルを超える場合、BOD除去率は最大となる。これより上に行き過ぎることは、プラントが非効率に動いていることを意味している。それよりも下で動いていることは、BODが本来除去できるまで効果的に除去されていないことを意味する。加えて、この限界点よりも下で長い時間動いていることは、他の問題をもたらす場合がある。
4.4 Cn/限界硝化点
プラントが炭素質バクテリアおよび硝化バクテリアの混合物を含む場合、グラフは、形状を変えるとともにより多くの情報をもたらす。これは図9に示されている。Ccと同様に、Cnは、チャンバ内の溶存酸素レベルと比較したときに酸素利用率の変化率を動的に評価することによって判定され、システム呼吸曲線から導き出された。
このグラフ内に含まれる情報を使用することで、アンモニア除去率を最小コストで最適化することが可能になる。図9は、アンモニア除去率が傾き始める点Ccを示すだけではなく、それはまた、アンモニア除去率がプラントDOレベルと比較して傾斜する割合を示している。最終的に、DOがCcに到達する点はまた、%硝化率を判定する。したがって、アンモニアの除去率は直接的に、酸素濃度中の増加または減少に関係させることができる。
%硝化―スラッジ硝化健康
これは、硝化バクテリア活動(頑健性)の測定である。特定の硝化率に変換させたとき、それは硝化健康の測定である。それは、OUR/SOURの拡張であり、つまり、処理システム内の硝化バクテリアの健康を判定する。これを自動的に測定するシステムはない。
これは、アンモニア減少のために使用されて消費された酸素の量から算出される。これは、1日当たりに処理されるアンモニアのkgに変換することができる。−
F=4.2 プラントが効率的な脱硝区域(この区域は、NO3 からN2 +遊離酸素)を有する場合
F=4.6 脱硝が生じない場合
この式は、プラントDOが常に限界硝化DOを超えると仮定しており、これがそうでない場合、手当てがなされるべきことに注意する。
関係を測定するとともに、それを、以下のA〜Eと組み合わせることによって、フィードバックチェックシステムと同様、高度に効率的なフィードフォワード制御システムが提供される。
A・ OUR+NH4 表示は、以下の最小化を可能にする。DO目標設定点(低いDO=少ないエネルギ)、
B・ 正確なDO測定(機器自体が掃除および較正を行う)、
C・ 正確な硝化のための個体数の測定、
D・ そして、NH4 負荷および廃水の正確な測定
F/M比
これは、MLSSに対する流入BODの割合である。この測定は、処理管理に使用される。
4.7 BOD/生物学的酸素要求量
ほとんどのBOD測定は、標準的なBOD5試験を参照する。これは、流入BODを停止して、どのくらいの酸素が5日間にわたって流路で消費されるのかの測定である。試験プロトコルは通常、アンモニアの影響を除外する。
本明細書で提案したシステムは、処理作業に関する流入負荷の測定を提供することができ、−それは、非常に迅速な試験であり、アンモニアの効果を含む。したがって、この試験は、プラントに関する、即時または短期の負荷を測定する。しかしながら、これは、ほとんどの処理作業が水理学的滞留時間(4〜6時間)を有するので、高度に関連のある試験である。装置100が処理設備の前端に配置される場合、OURは直接的に流入負荷レベルに関連する。特に、作り付け曝気装置が限界炭素質レベルを超えてDOを上げたとき、プラント負荷の高度に正確な測定が判定される。付加的な曝気なしで測定することは、測定中の重大なエラーにつながる可能性がある。
一旦、BODおよびアンモニア負荷が処理されると、バクテリアは、内性呼吸速度または飢餓状態に戻る。これが特定の呼吸速度に変換される場合、それは、処理完了の信頼できる測定になる。これは、装置100が処理システムの端部近くに配置される場合に測定することができる。前記負荷測定は、単純に、実際にその場にある、OURである。したがって、このパラメータは、交互に、BODstおよびプラント負荷で使用することができる。
OURは、処理システムの任意の点にあるバイオマスがどのくらい活動的かの指標である。システムの任意の点での、MLSSまたはバクテリアの濃度が即座に著しく変化しないならば、以下の通りに解釈することができる。
高いOUR−負荷(BOD+NH4 )の高い濃度は、バクテリアに利用可能である。したがって、システムは、この点で高負荷の下にある。
OURが低い場合:
1. BOD+消費されるNH4 −システムクリーン
2. BODが除去されるが、NH4 は依然存在する−NH4 の読み取りをチェックする。
3. BD限界操作レベルよりも下にある−DOの表示をチェックする。
4. プラントが毒性ショックを受ける。
− DOレベルをチェックする。
− NH4 レベルをチェックする。
装置が処理プラント内のどこに配置されても、全ての試験を実行することができる。しかしながら、プラントの特定の区域内で、所定の試験を実行することが有利な場合がある。表1は、それが、上述した所定の試験を実行するために、特に有利な場合(Yとして示す)がある場所を示す。第2列〜第4列の数字は、装置の位置を示し、以下を表す。
1.入側呼吸区域
2.中間区域
3.出側区域
さらに、システムは、フィードバックおよび/またはフィードフォワード制御のための、特注のソフトウェアで設計される。処理システム内のいくつかのユニットの位置に応じて、それは、以下のために使用することができる:
1. 流入負荷を測定する
2. 負荷除去率およびこれを達成するために必要とされるDOレベルを判定する
3. 処理システム内の正しい処理状態を正確に監視する
4. 流出負荷を測定するとともに、フィードフォワード制御機構に結果をフィードバックする
毒性評価
毒性評価は、通常予想されるレベルに対する、入側でのOUR率をチェックすることで単純に実行することができない。これは、豪雨状態は、入ってくる食糧源を薄める可能性があるからであり、低いOURを生み出して、それゆえ、誤った毒性を表示する。
したがって、装置100のユニットが毒性を拾い出しているかどうかの評価は、決定行列でなされる。
決定行列は、毒性を示す要因と、それらの相関的な順位と、を目録に載せる。例示は、以下のとおりとすることができる:
このデータおよび順位は、以下のように、評価プロトコルを与えるように結合される:
複雑さのさらなるレベルは、ローカルSCADA/PLCシステム内に構築することができる。たとえば、アンモニア減少率および硝化%の両方が毒性を示すが、OURについて僅かに妥協した場合、その後、調べた硝化細菌に対する毒性だけの可能性があり、おそらく、炭素質の改善によって、OUR図内にオーバーライドされる。
以下の要因はまた、記録された低いOUR率が毒性であるかどうかを、チェックするために利用することができる。
1.流入アンモニアが通常よりもはるかに低い。これは、流入レベルが弱いことを示す傾向がある。
2.加えて、流入は通常濁っており、家庭用処理プラントの入口の透明な上澄は、流入強さが弱いことを示し、そして、これは、入側のTSS試験を完了することによって測定することができる。
本発明の思想および範囲を逸脱することなく、様々な改良および変更を行うことができる。また、一実施例の態様は、適切な場所に、他の実施例に適用することができる。

Claims (15)

  1. 排水監視装置であって、
    シェル部材と、選択的に密封可能な第1チャンバを規定するように前記シェル部材の内側に配置可能なピストン部材と、
    液体中の溶存酸素のレベルを測定するために操作可能であって、前記密封された密封可能な第1チャンバの内側に配置可能な第1酸素センサと、
    試験される前記排水中の溶存酸素の前記レベルを測定するために操作可能な、前記第1酸素センサと異なる第2酸素センサと、
    を備え、
    試験される前記排水に前記第2酸素センサを配置するために、そして、
    当該第2酸素センサとして、同じ前記排水内に、較正済みの第1酸素センサを配置するために、
    試験される前記排水のサンプルおよび前記第1酸素センサとともに前記第1チャンバを選択的に密封するように、
    前記シェル部材およびピストン部材の少なくとも一方は、他方に対して線形的に作動可能である、排水監視装置。
  2. 請求項1に記載の排水監視装置であって、当該排水監視装置は、選択的に密封可能な第2チャンバを備え、前記選択的に密封可能な第1チャンバおよび前記選択的に密封可能な第2チャンバは、両方とも単一シェル部材および単一ピストン部材によって規定されており、前記ピストンは、前記第1および第2チャンバを規定するように前記シェル部材の内側に配置可能であり、前記第1チャンバを選択的に密封するとともに前記第2チャンバを選択的に密封するように、前記シェル部材およびピストン部材の少なくとも一方は、他方に対して線形的に作動可能であり、前記排水監視装置は、さらなる較正操作を実行するために操作可能であり、前記さらなる較正操作は、制御された状態の下、前記密封された第2チャンバ内で前記第2酸素センサの較正を行う、排水監視装置。
  3. 請求項2に記載の排水監視装置であって、前記選択的に密封可能な第1チャンバおよび前記選択的に密封可能な第2チャンバは、両方とも前記単一シェル部材内で互いに隣接し、前記単一シェル部材の内側を密封する前記ピストン部材の密封形成部分によって分離されている、排水監視装置。
  4. 請求項1〜3のいずれかに記載の排水監視装置であって、前記装置は、前記ピストン部材および前記シェル部材の夫々が、他方に対して独立して作動させることができるように、前記シェル部材のための第1アクチュエータと、前記ピストン部材のための第2アクチュエータと、を備え、また、前記第1酸素センサは、前記ピストン部材の線形運動で線形に移動できるように、前記第2アクチュエータに取り付けられている、排水監視装置。
  5. 請求項4に記載の排水監視装置であって、前記シェル部材、前記ピストン部材、前記第1アクチュエータ、前記第2アクチュエータ、前記第1酸素センサおよび前記第2酸素センサは全て、ケーシング内に収容されている、排水監視装置。
  6. 請求項1〜5のいずれかに記載の排水監視装置であって、前記ピストン部材の一部を形成するハウジングを備え、前記第2酸素センサは、前記ハウジング内に備えられている、排水監視装置。
  7. 請求項1〜6のいずれかに記載の排水監視装置であって、前記装置は、少なくとも3つの形態に操作可能であり、第1の形態では、前記ピストン部材が前記シェル部材に対して引き込まれることで、周囲の液体の進入を可能になっており、第2の形態では、前記ピストン部材は、前記液体および前記第1酸素センサを前記第1チャンバ内に収容するように前記シェル部材に対して配置されており、そして、第3の形態では、前記第1チャンバから前記収容液体を排出するように、前記ピストン部材が前記シェル部材に対してさらに配置されている、排水監視装置。
  8. 排水監視システムであって、当該排水監視システムは、請求項1乃至7のいずれかに記載の、少なくとも1つの排水監視装置、および、コントローラを備え、前記排水監視システムは、
    制御された状態の下、前記密封された第1チャンバ内の前記第1酸素センサの較正を行い、
    前記第2酸素センサとして前記同じ排水中に前記較正済みの第1酸素センサを配置するために、前記シェル部材およびピストン部材の前記少なくとも一方を、前記他方に対して線形的に作動させ、そして、
    前記第2酸素センサの出力が前記第1酸素センサの出力に合うように前記第2酸素センサの較正を行う
    ために操作可能であることによって、第1自動較正操作を実行するために操作可能である、排水監視システム。
  9. 請求項8に記載の排水監視システムであって、前記第1酸素センサの較正を行うため、前記排水監視装置は、
    前記第1酸素センサを使用して溶存酸素のレベルが経時的に一定であることを判定し、そして、一定であるとき、前記第1酸素センサをゼロに較正するように操作可能である排水監視システム。
  10. 請求項8または9に記載の排水監視システムであって、前記第1酸素センサの較正を行うため、前記排水監視装置は、
    前記排水装置内のエア空間内に前記第1酸素センサを配置するために、前記シェル部材および前記ピストン部材の少なくとも一方を他方に対して線形的に作動させ、そして、
    前記第1酸素センサを使用して空気中の溶存酸素の前記レベルを測定し、この測定値を高点較正値として使用する
    ために操作可能である、排水監視システム。
  11. 請求項8〜10のいずれか1項に記載の排水監視システムであって、当該排水監視システムは、選択的に密封可能な第2チャンバを備え、前記装置は、更なる較正操作を実行するために操作可能であり、
    制御された状態の下、前記密封された第2チャンバ内の前記第2酸素センサの較正を行い、そして、
    前記第1較正操作の結果と、前記更なる較正操作とが裏付けられるかどうかを判定するように、前記第1較正操作の結果と、前記更なる較正操作とを比較する
    ために操作可能であることによって、前記更なる較正操作を実行するために前記操作可能である、排水監視システム。
  12. 請求項8〜11のいずれかに記載の排水監視システムであって、当該排水監視システムは、サンプル内の浮遊物質のレベルを測定するために操作可能な固体センサを備え、前記装置は、液体サンプルを当該装置の第1チャンバ内に収容すると共に、
    沈殿容積指数測定と、
    前記サンプルを攪拌後の、攪拌後沈殿容積指数測定と、
    活性汚泥浮遊物質測定と、
    のいずれか1つ以上を実行するように操作可能であり、そして、
    所定時間を越えるまで前記サンプルを沈殿させることを可能とし、沈殿浮遊層での全浮遊物質測定を実行するために操作可能である、排水監視システム。
  13. 請求項8〜12のいずれかに記載の排水監視システムであって、当該排水監視システムは、
    前記第1及び第2酸素センサに対して付加的な1つ以上のセンサと、
    密封された較正ハウジングと、
    較正流体のためのリザーバとを備え、当該リザーバは、
    前記第1又は第2酸素センサに対して付加的な前記1つ以上のセンサを前記較正ハウジング内に引き込み、前記較正ハウジングを前記較正流体で満たし、そして、前記較正流体を使用して前記1つ以上のセンサの較正を行う
    ように操作可能である、排水監視システム。
  14. 請求項8〜13のいずれかに記載の排水監視システムであって、前記排水監視装置は、前記第1チャンバ内に収容された液体サンプルを酸素で処理するための酸素処理手段を備え、
    前記排水監視システムは、
    前記排水のサンプルおよび前記第1酸素センサを前記装置の前記第1チャンバ内に密封し、
    前記サンプル中の溶存酸素の前記レベルを上げるために当該サンプルを酸素で処理し、
    前記溶存酸素レベルの変化率を経時的に判定し、そして、
    前記サンプルの酸素利用速度を測定する、
    ように操作可能である、排水監視システム。
  15. 請求項14に記載の排水監視システムであって、当該排水監視システムは、最適な操作用溶存酸素濃度の範囲を判定するために、溶存酸素の濃度に対する酸素利用速度での変化を描くように操作可能であり、また、更に、
    溶存酸素濃度の減少が酸素利用速度の急激な低下になるときの、限界炭素質点と、
    溶存酸素濃度の増加が非常にわずかになり始めるか、または、前記酸素利用速度に影響しなくなり始め、これが、溶存アンモニア除去率が最大になったと考えられる点を示す限界硝化点と、
    試験下の排水についての、オンライン毒性評価と、
    の1つ以上を判定するように操作可能である、排水監視システム。
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