JP6583876B1 - 排水処理施設の試験方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、活性汚泥を使用した排水処理施設における曝気槽の状態を試験する試験方法に関する。前記曝気槽から採取した活性汚泥混合液と前記活性汚泥混合液よりも溶存酸素濃度が高い水とを同じ容器に入れて混合し一定時間が経過したときの沈殿量と、前記曝気槽から採取した活性汚泥混合液と前記活性汚泥混合液よりも溶存酸素濃度が低い水とを同じ容器に入れて混合し前記一定時間と同じ時間が経過したときの沈殿量との差を求める試験方法。

Description

本発明は、活性汚泥を使用した排水処理施設における曝気槽の状態を試験する試験方法、前記試験方法を用いた排水処理施設の診断方法及び運転管理方法、並びに前記試験方法を行う試験装置に関する。

近年、地球環境の問題が注目されており、水の重要性への認識が高まってきている。そのため、排水処理施設の運転を適切に維持、管理する必要性が増している。排水処理施設の一般的なフローは、次のとおりである。まず、前処理段階で粗ごみを分離する設備（スクリーン）がある。ここで、無駄に流入するＳＳ分を除去する。次に浄化の中心である生物処理となる。曝気槽で、エアレーション（送風・曝気）で活性汚泥が働くために必要な空気を排水の中に送り込む。最後に、浄化された水と微生物を分離し、浄化された処理水が、河川などに消毒された後放流される。排水処理業界では周知のことであるが、栄養分と酸素を含む水溶液中に微生物が生息する場合、微生物は分裂増殖を繰り返しつつ誘導期、対数増殖期を経て微生物のフロックが形成される。微生物フロックが形成される理由は、曝気槽水中の細菌の中に、対数増殖期の中頃から生命を維持するために細胞内貯蔵物質を粘着物質として分泌する凝集性細菌が存在し、この細菌が粘着性物質を分泌しない非凝集性微生物をも捉えて凝集フロックを形成するためである。原水中の有機物の分解に主役を演じているのは、この活性汚泥と呼ばれる微生物が凝集したフロックの集合体である汚泥である。排水中の栄養分がある限度以下に減少すると、この凝集性細菌は、この分泌した粘着性物質を栄養源として再び細胞内に取り込むため、フロックは凝集性を失い解体することになる。排水処理の分野では、微生物のこの特性を利用し、活性汚泥法に代表されるように、排水中に含まれている汚濁物質を、好気性微生物又は通性嫌気性微生物のフロックを用いて吸収消化分解し、分解終了後に微生物フロックを沈降分離させ、上澄液を処理液として放流するとともに、沈澱した汚泥の一部を余剰汚泥として系外に引き抜き、残りの沈澱汚泥を曝気槽に戻す方法が広く採用されている。したがって、曝気による排水処理を行う為には、曝気槽内の活性汚泥濃度を、汚濁物質を浄化するのに必要十分な濃度に維持すると共に、酸素過多によるフロック解体が起きないような条件で、活性汚泥が活動するのに必要十分な酸素を曝気槽に供給することが、基本的に重要な運転管理方法として採用されている。この運転管理方法を行うために、ＳＶ（活性汚泥沈殿率）計、ＤＯ（溶存酸素量）計、ＭＬＳＳ（mixed liquor Suspended solids：活性汚泥浮遊物質）濃度計、ＯＲＰ（oxidation reduction potential：酸化還元電位）計等が使用されている。

しかしながら、排水処理施設の負荷は、様々の要因で大きく変動する場合が極めて多い。大企業の自動化された連続操業プラントから排出される排水を除けば、土曜日曜又は休日の操業が停止となる施設、更には夜間又は深夜に操業が停止となる施設、あるいは完全に操業が停止にならなくとも、深夜や土曜・日曜・祭日等の休日に排水処理負荷が大幅に減少する施設、逆に行楽地における施設のように土曜・日曜・祭日等の休日に排水処理負荷が急激に増大する施設、曜日や季節により生産品目や生産数量が大幅に変動する工場施設など、排水処理装置の負荷量が大幅に変動する場合が極めて多く、これが常態であると言ってよい。さらに、負荷量の変動に加えて、原水中の溶解成分や難分解性の浮遊固形物（ＳＳ：suspended solids）濃度が大きく変動し、したがって原水の処理の難易度が大きく変動する場合も多い。さらに、人為的な条件に加えて、気温変動や水温変動、水温変動による活性汚泥の活性度の変動、雨水の混入などの自然的環境変動の影響も、排水処理施設の運転管理状態に影響を及ぼすことになる。排水処理施設には、曝気槽への負荷を均一化するために、原水を半日から１日程度貯める原水槽又は調整槽を備えている設備もかなり多いが、原水、汚濁物質成分、温度、ＳＳ濃度等の変動が大きく、原水槽又は調整槽では、負荷の変動を吸収しきれないで、曝気槽の運転管理条件に大きな影響を及ぼしている場合は極めて多い。また、上に述べた要因で曝気槽の負荷が変動する結果、曝気槽内の微生物の種類も変動することになる。上に述べたとおり、排水処理の汚濁物質を微生物により浄化する為には、曝気槽内の活性汚泥濃度を適正な値に維持することが大切である。しかしながら、排水の中に、活性汚泥と微生物以外のＳＳが含まれている場合、この活性汚泥濃度だけを現場で簡便に測定する方法が世界的に開発されておらず、通常ＭＬＳＳ計で測定したＭＬＳＳ濃度が、活性汚泥の代用値として使用されている。しかしながら、国内で汚濁排水の最大発生源の一つである畜産排水や屎尿排水をはじめ、小豆加工などの植物繊維の多い原料を加工する工場の排水など、ＢＯＤ付加に対して原水中のＳＳ濃度が極めて高い排水は、かなり多い。例えば、養豚場の糞尿混合排水では、ＢＯＤ濃度８，０００〜１０，０００ｍｇ／ｋｇに対し、ＳＳ濃度は５，０００〜２０，０００ｍｇ／ｋｇ程度になる場合が多い。このような排水を処理する場合には、ＭＬＳＳ濃度に占める微生物以外のＳＳの割合が８０％を超える場合も多く、微生物以外のＳＳ濃度が１０％変動しても、活性汚泥がＭＬＳＳに占める割合は、相対的に大きく変動することになる。

したがって、ＭＬＳＳ濃度をもって活性汚泥濃度の近似値と見做すことは、正しい運転管理方法とはならない場合が多い。排水中の汚濁物質を微生物によって浄化するのに必要な酸素供給量の目安として、ＤＯ濃度が参考とされている場合が多い。しかしながらＤＯの最適値は、排水処理設備の構造、原水中の汚濁物質の成分、曝気槽での滞留時間、水温、微生物の種類等によって著しく異なり、ＤＯが２．０ｍｇ／ｋｇで適正な場合もあるし、０．５ｍｇ／ｋｇで適正な場合もある。特に、森林、原野、農業分野など自然界における天然系有機物の分解の主役である通性嫌気性菌を主体にした曝気処理では、ＤＯが０．５ｍｇ／ｋｇ以下の酸素量で良好な処理水質を確保できる場合が多い。大気に開放された排水処理設備では、このような通性嫌気性菌主体の曝気処理を行なっていても、当然好気性菌が混入し、通性嫌気性菌と好気性菌の比率は変動すると考えられ、曝気槽のＤＯの最適値は固定的な値とはならない。近年、ＯＲＰ計を用いて曝気槽の運転管理を行う例が増えている。曝気槽の混合液サンプルを静置して汚泥を沈降させた上澄液のＯＲＰの測定値は、消費されずに残った酸素濃度を計測するＤＯ計の測定値より、曝気槽の管理状態を判断するのに遙かに役立つ場合が多い。一般的傾向としては、酸素過多ではＯＲＰ計の測定値がプラス１００ｍｖ以上となり、逆に酸素不足では測定値がマイナス１００ｍｖ以下になる。しかしながら、酸素過多でも測定値がマイナスになることがあり、ＯＲＰ計の測定だけでは適切な判断が出来ない場合がある。汚濁物質として天然有機物を主成分とする原水の処理では、曝気槽の混合液のｐＨは、第１曝気槽から最終曝気槽にかけて、負荷の吸収消化分解にともなって徐々に低下する場合が多いが、難分解性のＳＳ濃度が高い排水では、ＳＳの分解に伴って最終曝気槽でｐＨが上昇する場合がある。

排水処理施設における最大の目的は、発生した排水を使用前の水質同様、あるいはそれ以上に蘇生して放流することにある。放流水質の目安は、行政が定めた放流水質基準内で安定した水ということとなる。これからの時代における水は、私達が生存するためにも、経済性の観点からも、重要で貴重な存在となっている。安定した状態で処理水の水質を維持する為に最も重要なことは、最終曝気槽（曝気槽が一つしかない連続式処理装置では、その曝気槽、又回分式曝気槽では、曝気処理の後半ないし終了時点で）の運転管理状態が、活性汚泥量に対して適正な酸素量であり、かつ負荷も充分処理されているのか、あるいは負荷は充分処理されているが酸素量が過大であり、活性汚泥フロックが膨化し解体しつあるのか、あるいは活性汚泥量に対して負荷が過大または酸素量不足の状態にあるのかを、適格に判断することである。この判断が迅速に正しく出来るときのみ、運転管理上のトラブルに対して正しい処置が出来るし、あるいは運転管理状態が正常な状態から外れ始めた場合に、早期に対処してトラブルの発生を未然に防ぐことが出来る。特に、曝気槽の運転管理状態の判断を誤り、過大な曝気を長時間継続すると、活性汚泥フロックが解体し、沈澱分離槽での汚泥の沈降分離操作が困難になり、放流処理水に汚泥が混入し、排水処理設備の安定な運転の継続が出来なくなるという問題が生じる。したがって、排水処理業界では、排水処理施設、特に最終曝気槽に重点をおいて、ＤＯ、ＭＬＳＳ、ｐＨ、ＳＶ（３０分）等を測定し、その測定結果により曝気装置の運転を制御し、余剰汚泥の引抜量や汚泥返送量を調整する方法が広く採用されている。しかしながら、最終曝気槽の状態がどうなっているのかの判断は、上記した理由により、ＤＯ、ＭＬＳＳ、ｐＨ、ＳＶ（３０分）等の測定値だけでは、適切な判断が出来ない場合が多い。排水処理設備の運転管理に経験豊かな専任の管理者が管理に従事している大規模な施設の場合には、これらの測定値に加えて、曝気槽の泡の量や色、濁り等の数値に表わし難い現象の観察を含めて総合的に考察して正しい判断をすることも可能であろう。しかしながら、経験豊かな専任の運転管理者がおらず、排水発生源施設の管理者が兼任して運転管理している中小規模の排水処理施設の場合には、毎日の作業始めなど負荷変動の大きな時ほど排水発生源での業務が忙しく、排水処理設備の運転管理は手薄にならざるを得ない。従って、簡便な測定方法で、曝気槽の運転状況を迅速に正しく判断できる方法の開発が望まれている。

特開平６−１２６２９３では、原水槽及び曝気槽内のＤＯを、ＤＯ計及び／又はＯＲＰ計を用いて連続的に測定し、他方で曝気槽に流入する原水のＢＯＤ又はＣＯＤ及び原水の流入量を計測し、両者を乗算積分して負荷量を求め、この負荷予測に基づいて曝気槽内のＤＯを予測しながら、最終曝気槽のＤＯが目標のＤＯとなるように、酸素量の制御をおこなうことを提案している。しかしながら、この方法を手動でおこなえば、作業が極めて煩雑であり、作業を自動化すれば、装置は複雑高価になる。特開平１１−９０４８０では、オキシデーションデッチにＤＯ計を設置し、ＤＯ計測値により、間歇曝気方式或いは曝気用送風機の回転数制御による曝気槽の運転管理方式を開示しているが、ＤＯ計測値のみを使用するこの方式を曝気槽一般に適用することは、上記のとおり適切な運転管理方法とはいえない。特開平１１−１６０３０５では、曝気槽中の混合液に試料排液を加えて曝気してＤＯの変化を求め（ステップ１）、次に曝気を停止して外部からの酸素の溶け込みを断った状態でのＤＯの減少する速度を測定し（ステップ２）、更に曝気槽中の混合液に好気性微生物で分解容易な物質の水溶液を規定量添加し、その混合液を曝気する過程におけるＤＯの変化を測定する（ステップ３）という検査工程を１セットとして、この検査セットを繰り返し行い、その測定結果をコンピューターで演算処理して各ステップに於けるＤＯの変化曲線又は該変化曲線の形状を特徴づける特性値を取得して、上記試料排液に対する処理適性を評価する試験方法を提案している。しかし、この検査方法は操作が複雑であり、全ての操作を自動化すれば、検査装置は複雑高価にならざるを得ない。上記でも述べたとおり、排水処理施設によって原水水質、原水量、スクリーン目、曝気槽容量、沈殿槽容量等は異なり、ＢＯＤ値と溶解性ＳＳ値、難分解性ＳＳ値等は異なる。いずれの現場にもあてはまる適正値というものはなく、活性汚泥が安定した状態である溶存酸素濃度が、その現場における、その水温、その負荷、その環境での適正値となる。すなわち、溶存酸素量の適正値が決まっていて、それに活性汚泥の微生物バランスを合わせる管理をするのではなく、活性汚泥に合わせて、適正溶存酸素量に調整していく必要がある。しかしながら、従来、曝気槽中の溶存酸素量が適切か否かを判断するための指標を得る測定方法は知られていなかった。また、溶存酸素量のみでなく、その他の要素に関しても曝気槽の状態を活性汚泥との関係で適切に把握できる測定方法は知られておらず、このような測定方法の開発が望まれていた。

特開平６−１２６２９３ 特開平１１−９０４８０ 特開平１１−１６０３０５

本発明は、上記問題点を解決し、排水処理施設における曝気槽中の溶存酸素量の適否を判断するための指標を提供することを課題とする。また、前記指標を得るための試験方法及び試験装置、並びに前記指標を用いた排水処理施設の診断方法及び運転管理方法を提供することを課題とする。

排水処理施設では、微生物による生物処理が核となるが、排水処理施設で使用される活性汚泥中には、様々な種類の微生物が数多く存在している。そのため、微生物の塊である活性汚泥の変化を理論的に解明することは難しく、また各排水処理施設を取り巻く環境、例えば、流入負荷の種類、量、活性汚泥の状態、気温や湿度等の気候などは、処理施設ごとに異なっている。これらのことが排水処理施設の適切な運転維持、管理の方法が開発されてこなかった大きな理由である。また、このような状況下、曝気槽の状態を活性汚泥との関係で適切に把握できる測定方法は開発されていなかった。本発明者らは、多くの種類の排水処理施設を数多く調査、観察し、そこで得られた知見から、簡易な方法でありながら曝気槽の状態を活性汚泥との関係で適切に把握できる測定方法を見いだした。この方法は、従来から使用されているＳＶ３０の測定方法を利用したものであり、１Ｌのメスシリンダーを２本用意し、１本には活性汚泥混合液と共に活性汚泥混合液よりも酸素を多く含有する水を加えて酸素が多い状態とし、他の１本には活性汚泥混合液と共に脱酸素水を加えて活性汚泥混合液よりも酸素の少ない状態として、両容器を静置し３０分経過後にＳＶ３０の測定の場合と同様に沈殿物の体積割合を測定したところ、両容器における測定値の差から、その時点での曝気槽中の溶存酸素量が活性汚泥量にとって適正か否かがわかり、それのみでなく負荷量の活性汚泥量にとっての適否、活性汚泥の異常状態等に関する情報が得られることを見いだした。本発明は、こうして完成されたものである。

すなわち、本発明は以下に示す事項により特定されるものである。
（１）排水処理施設の曝気槽の状態を試験する方法であって、前記曝気槽から採取した活性汚泥混合液と前記活性汚泥混合液よりも溶存酸素濃度が高い水とを同じ容器に入れて混合し一定時間が経過したときの沈殿量と、前記曝気槽から採取した活性汚泥混合液と前記活性汚泥混合液よりも溶存酸素濃度が低い水とを同じ容器に入れて混合し前記一定時間と同じ時間が経過したときの沈殿量との差を求める試験方法。
（２）活性汚泥混合液と前記活性汚泥混合液よりも溶存酸素濃度が高い水との比が体積で３：７〜４：６であり、活性汚泥混合液と前記活性汚泥混合液よりも溶存酸素濃度が低い水との比が体積で３：７〜４：６であることを特徴とする上記（１）の試験方法。
（３）活性汚泥混合液よりも溶存酸素濃度が高い水における溶存酸素量が７．５〜１０．０ｍｇ／Ｌであり、活性汚泥混合液よりも溶存酸素濃度が低い水における溶存酸素量が０．０〜３．５ｍｇ／Ｌであることを特徴とする上記（１）又は（２）の試験方法。
（４）一定時間が３０分であることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかの方法。
（５）排水処理施設の曝気槽から活性汚泥混合液を採取し、採取した前記活性汚泥混合液を使用して上記（１）〜（４）のいずれかの試験方法による試験を行い、得られた結果により前記曝気槽中の溶存酸素量の適否を判定する曝気槽の状態の診断方法。
（６）排水処理施設の曝気槽から活性汚泥混合液を採取し、採取した前記活性汚泥混合液を使用して上記（１）〜（４）のいずれかの試験方法による試験を行い、得られた結果にもとづいて酸素量の維持、増量又は減量を行う排水処理施設の運転管理方法。
（７）排水処理施設の曝気槽の状態を試験する装置であって、前記曝気槽から活性汚泥混合液を採取する自動サンプリング装置、サンプリングされた前記活性汚泥混合液と、前記活性汚泥混合液よりも溶存酸素濃度が高い水又は前記活性汚泥混合液よりも溶存酸素濃度が低い水を、試験容器に注入する自動注入装置、注入後の前記活性汚泥混合液と、前記活性汚泥混合液よりも溶存酸素濃度が高い水又は前記活性汚泥混合液よりも溶存酸素濃度が低い水とを混合する混合装置、試験容器の静置時間を設定するタイマー、沈降汚泥界面自動測定装置、試験容器内の混合液の自動排出装置、試験容器の自動洗浄装置、及び測定結果の自動表示装置から選ばれる少なくとも１つを備えることを特徴とする試験装置。

本発明の試験方法によると、曝気槽中の溶存酸素量が活性汚泥量にとって適正か否かを判断できる指標となる情報が得られる。また、本発明の試験方法によると、負荷量が活性汚泥量にとって適正か否かを判断できる指標となる情報や、活性汚泥の異常状態に関する情報等を得ることができる。本発明の診断方法によると、本発明の試験方法により得られた結果を利用することにより、曝気槽中の溶存酸素量の適否、負荷量の適否、活性汚泥の異常状態等の曝気槽の状態を判定できる。本発明の運転管理方法によると、本発明の試験方法により得られた結果を利用することにより、酸素量や負荷量の維持又は増減を適切に行うことができる。また、本発明の試験装置は、本発明の試験方法を効率よく実施することができる。

本発明の試験方法を示す模式図である。（ａ）は、活性汚泥混合液と酸素溶存水又は脱酸素水を容器に注入する状態を示す図であり、（ｂ）は、活性汚泥混合液と酸素溶存水又は脱酸素水を混合し一定時間静置した後の状態を示す図である。

本発明の排水処理施設の曝気槽の状態を試験する方法は、前記曝気槽から採取した活性汚泥混合液と前記活性汚泥混合液よりも溶存酸素濃度が高い水とを同じ容器に入れて混合し一定時間が経過したときの沈殿量と、前記曝気槽から採取した活性汚泥混合液と前記活性汚泥混合液よりも溶存酸素濃度が低い水とを同じ容器に入れて混合し前記一定時間と同じ時間が経過したときの沈殿量との差を求める試験方法であることを特徴とする。本発明の試験方法は、例えば、容器を２個用意し、一方の容器（容器Ａ）に、曝気槽から採取した活性汚泥混合液と前記活性汚泥混合液よりも溶存酸素濃度が高い水とを入れて混合し、他方の容器（容器Ｂ）に、同じ曝気槽から採取した活性汚泥混合液と前記活性汚泥混合液よりも溶存酸素濃度が低い水とを入れて混合し、両容器を静置して、一定時間経過後の容器Ａにおける沈殿量と容器Ｂにおける沈殿量との差を求めることにより行うことができる。本発明に使用する容器は、活性汚泥混合液、前記活性汚泥混合液よりも溶存酸素濃度が高い水、及び前記活性汚泥混合液よりも溶存酸素濃度が低い水を収容することができ、沈殿物と上澄液の界面が見える程度に透明又は半透明の容器であれば、特に制限されないが、ＪＩＳで規定された活性汚泥沈殿率（ＳＶ３０）を測定するために用いる１Ｌのメスシリンダーを使用することが好ましい。本発明の試験方法は、最終曝気槽から採取した活性汚泥混合液を使用して行うことが好ましく、回分式曝気沈澱分離法の場合には、曝気槽操作の最終段階で採取した活性汚泥混合液を使用して行うことが好ましい。また、活性汚泥混合液とは、曝気槽中の処理液と汚泥の混合液のことである。

本発明における活性汚泥混合液よりも溶存酸素濃度が高い水（以下、「酸素溶存水」ともいう）とは、前記活性汚泥混合液の溶存酸素濃度よりも溶存酸素濃度が高く、溶存酸素以外に沈殿物の生成に影響を与える物質を含まない水であれば特に制限されず、水道水等の通常の水に含まれる成分を含んでいても構わない。一般的に水道水には７〜８ｍｇ／Ｌの酸素が溶存していることが多く、好適な酸素溶存水として水道水を挙げることができる。また、溶存酸素濃度が高い工業用水、地下水、再生水等を挙げることができ、水を使用した場合と比較して本発明の試験方法に影響を及ばさない水溶液を使用することもできる。酸素溶存水の溶存酸素量は、７．５〜１０．０ｍｇ／Ｌが好ましく、８．０〜９．０ｍｇ／Ｌがより好ましい。本発明における活性汚泥混合液よりも溶存酸素濃度が低い水（以下、「脱酸素水」ともいう）とは、前記活性汚泥混合液の溶存酸素濃度よりも溶存酸素濃度が低く、溶存酸素以外に沈殿物の生成に影響を与える物質を含まない水であれば特に制限されず、水道水等の通常の水に含まれる成分を含んでいても構わない。脱酸素水としては、例えば、水道水等の通常の水に脱酸素剤等の薬剤を添加して酸素を除いたもの、脱気したもの、沸騰処理したもの等を挙げることができる。また、水を使用した場合と比較して本発明の試験方法に影響を及ばさない水溶液を使用することもできる。沸騰処理により調製した脱酸素水を使用する場合は、酸素溶存水として使用する水と水温を同じにして使用する。原水槽や曝気の行われていない調整槽で、微生物により酸素が消費された結果溶存酸素濃度が十分低くなっている原水も、本発明の試験結果に影響を与えるＳＳ濃度が十分低くければ使用できる。脱酸素水の溶存酸素量は、０．０〜３．５ｍｇ／Ｌが好ましく、０．０〜１．５ｍｇ／Ｌがより好ましい。活性汚泥混合液と酸素溶存水の混合処理、及び活性汚泥混合液と脱酸素水の混合処理は特に制限されず、公知の方法を適宜使用することができる。例えば、容器を振る等して振動させる、容器を逆さにする、容器中に撹拌子を入れて撹拌するなどを挙げることができる。本発明の試験方法における沈殿量の測定は、一定時間静置後に、従来のＳＶ試験（活性汚泥沈殿率試験）と同様に目視により沈降汚泥界面を判読し、その体積で測定することが好ましい。また、沈殿量は、従来のＳＶ試験と同様に、活性汚泥混合液と酸素溶存水の合計体積に対する沈殿物の体積の割合と、活性汚泥混合液と脱酸素水の合計体積に対する沈殿物の体積の割合で表すことが好ましい。本発明の試験方法では、両沈殿量の差から曝気槽の状態、例えば、酸素量が適正か否かを判別することができる。

活性汚泥混合液、酸素溶存水及び脱酸素水の量や混合比率は特に制限されるものではないが、活性汚泥混合液と酸素溶存水の合計量と、活性汚泥混合液と脱酸素水の合計量とは等しいことが好ましく、活性汚泥混合液と酸素溶存水との比と、活性汚泥混合液と脱酸素水との比は等しいことが好ましい。活性汚泥混合液と酸素溶存水との比、及び活性汚泥混合液と脱酸素水との比は特に制限されるものでなく、例えば、酸素溶存水又は脱酸素水の量を、活性汚泥混合液の量の体積で２〜８倍、１．３〜５倍、１．５〜３．５倍の範囲等にすることができる。活性汚泥混合液と酸素溶存水との比、及び活性汚泥混合液と脱酸素水との比は、共に体積で３：７〜４：６が好ましい。また、活性汚泥混合液と酸素溶存水の合計量、及び活性汚泥混合液と脱酸素水の合計量は、従来のＳＶ計が使用できることから１Ｌが好ましい。本発明の試験方法は、上記のように別々の容器を用意して２種の沈殿量の測定を同時に行ってもよく、１つの容器を使用して、一方の沈殿量の測定を行った後、他方の沈殿量の測定を行ってもよい。最終曝気槽内の運転管理状況は、最終曝気槽の混合液の１回目のサンプリングと２回目のサンプリング間の短期間内に、酸素量や返送汚泥などの運転管理操作に変更を加えなければ、本発明の試験方法における測定に必要な３０分程度の短時間では、変動が少ないので比較判定は可能である。

本発明の試験方法の一実施形態をさらに説明する。本発明の試験方法をＳＶ比較差試験方法ともいう。例えば、容器Ａ及びＢとして１Ｌのメスシリンダーを使用する場合、容器Ａには３００ｍＬの活性汚泥混合液と、７００ｍＬの酸素溶存水を入れ、全量で１Ｌ（１，０００ｍＬ）とする。また、容器Ｂには３００ｍＬの活性汚泥混合液と、７００ｍＬの脱酸素水を入れ、全量で１Ｌ（１，０００ｍＬ）とする。こうやって試料を準備した両容器を静置する。そして、一定時間経過後に、容器Ａにおける沈殿物の体積と、容器Ｂにおける沈殿物の体積を目視により沈降汚泥界面を判読することにより測定する。そして、それぞれの容器における沈殿物の体積の割合を％で表し、両者の差を求める。例えば、容器として１Ｌのメスシリンダーを用いて上記のように両容器中の試料を調製した場合、容器Ａにおける沈殿物の体積が３５０ｍＬであれば、沈殿物の体積の割合は３５％（３５０／１，０００×１００）となり、容器Ｂにおける沈殿物の体積が３００ｍＬであれば、沈殿物の体積の割合は３０％（３００／１，０００×１００）となり、その差は５％となる。ここで、一定時間は沈殿物の量の変化をみるために適宜決定することができ、例えば、３分〜２４時間、３分〜５時間、３分〜３時間、１０分〜３０分の範囲等を挙げることができ、３０分、６０分、１２０分、２４時間等を挙げることができる。一定時間としては、３０分が好ましい。沈殿物と上澄液の界面の決定、すなわち沈殿物の体積の決定は、ＪＩＳで規定された活性汚泥沈殿率（ＳＶ３０）を測定する場合と同様に行えばよい。図１は、本発明の測定方法を示す模式図である。図１（ａ）は、測定試料の調製時を示す。容器Ａには、活性汚泥混合液１と酸素溶存水２が３：７の体積割合で投入される。容器Ｂには、活性汚泥混合液１と脱酸素水３が３：７の体積割合で投入される。図２（ｂ）は、容器Ａ中の活性汚泥混合液１と酸素溶存水２を混合した後、一定時間経過したときの容器Ａの状態、及び容器Ｂ中の活性汚泥混合液１と脱酸素水３を混合した後、一定時間経過したときの容器Ｂの状態を示す図である。容器Ａでは、沈殿物４が沈殿し、その体積は上澄液５との界面６で決定され、沈殿物４の体積割合は、沈殿物４の体積／（沈殿物４の体積＋上澄液５の体積）となる。また、容器Ｂでは、沈殿物７が沈殿し、その体積は上澄液８との界面９で決定され、沈殿物６の体積割合は、沈殿物６の体積／（沈殿物６の体積＋上澄液７の体積）となる。そして、その差を求める。

本発明の試験方法では、酸素含有水を使用した結果（以下、「水ＳＶ値」という。）と脱酸素水を使用した結果（以下、「脱酸素ＳＶ値」という。）との差は、次のような状態を示している。本発明の試験方法で最終曝気槽の活性汚泥混合液を測定した場合、活性汚泥が適正状態にあるときは、負荷を消化していなければならない。したがって、活性汚泥に酸素を過剰供給した状態となる水ＳＶ値の測定では、活性汚泥はやや膨化状態となる。一方、脱酸素ＳＶ値は、通常通りの沈降を示す。そのため、水ＳＶ値の方が脱酸素ＳＶ値よりやや高い値となる。この場合、適正酸素状態（適正溶存酸素状態）にあるため、ブロワーの調整は不要である。また、水ＳＶ値の方が脱酸素ＳＶ値より高く、その差が大きい場合、膨化状態の活性汚泥に、さらに酸素を供給した状態を示しており、活性汚泥が酸素過多の状態にあることを示している。この場合、ブロワーを調整し、風量を減量する必要がある。このように、本発明の試験方法によれば、その結果により曝気槽における溶存酸素量が適正か否かを判断することができる。脱酸素ＳＶ値が水ＳＶ値より高くなった場合、この場合は水ＳＶ値が低いということであり、酸素を供給した方が沈降性が良くなる活性汚泥状態になっているということである。これは、活性汚泥が流入負荷を消化しきれていない、すなわち過負荷の状態にあることを示している。このように、本発明の試験方法によると、その結果により微生物にとって負荷量が適正か否かを判断することができる。また、水ＳＶ値を計測する容器内で活性汚泥が糸状性細菌を綿菓子のように強調して膨化し、脱酸素ＳＶ値を計測する容器内で活性汚泥がひも状の菌を強調する場合がある。この場合、本発明の試験方法によれば、長時間の観察を行わなくても、３０分で糸状性細菌が優勢であることを発見することができる。

本発明の曝気槽の状態の診断方法は、排水処理施設の曝気槽から活性汚泥混合液を採取し、採取した前記活性汚泥混合液を使用して本発明の試験方法による試験を行い、得られた結果により前記曝気槽中の溶存酸素量の適否を判定することを特徴とする。溶存酸素量の適否の判定は、上記の段落００１７記載のとおり行うことができる。また、水ＳＶ値と脱酸素ＳＶ値とを比較したとき、水ＳＶ値が脱酸素ＳＶ値の１．０３〜１．０５倍程度であれば、酸素量は適切であると判定でき、水ＳＶ値が脱酸素ＳＶ値の１．０３〜１．０５倍より大きい場合は、酸素量が最適な酸素量に比較して酸素過多の状態であり、現状の酸素量を継続すると、汚泥フロックはさらに膨化する傾向にあると判定でき、水ＳＶ値が脱酸素ＳＶ値の１．０３〜１．０５倍より小さい場合は、酸素量が最適な酸素量に比較して不足している状態であり、酸素量を増やせば、残存している汚濁物質を更に吸収消化分解できる状態であると判定できる。また、本発明の排水処理施設の診断方法によれば、加えて負荷量の適否の判定や活性汚泥の異常状態の発見を行うことができる。本発明の排水処理施設の運転管理方法は、排水処理施設の曝気槽から活性汚泥混合液を採取し、採取した前記活性汚泥混合液を使用して本発明の試験方法による試験を行い、得られた結果にもとづいて酸素量の維持、増量又は減量を行うことを特徴とする。本発明の試験方法により得られる結果から溶存酸素量の適否が判定できるので、溶存酸素量が適正の場合は酸素量を維持し、溶存酸素量不足の場合は酸素量を増量し、溶存酸素量過多の場合は酸素量を減少させることにより安定した状態での排水処理施設の運転ができる。また、本発明の試験方法によれば、溶存酸素量の適否に加えて負荷量の適否の判定や活性汚泥の異常状態の発見を行うことができるので、本発明の運転管理方法によれば、負荷量が適正の場合は負荷の流入量を維持し、負荷量不足の場合は負荷の流入量を増量し負荷量過多（過負荷）の場合は負荷の流入量を減少させることにより安定した状態での排水処理施設の運転ができる。また、本発明の測定方法によれば、糸状性細菌が優勢となる傾向が早期に発見できるので、本発明の運転管理方法によれば、糸状性細菌の優勢傾向が発見された場合、糸状性細菌殺菌剤を投入して糸状性細菌の発生を抑制することができる。また、曝気の方法は、送風機により空気を、曝気槽の底部に設けた散気管より送り込む標準的な方法に限らず、表面曝気法、空気の替わりに酸素を吹き込む方法等、どのような方法でもよい。大規模な排水処理設備の運転管理用には、透過光による界面測定方式のＳＶ自動測定装置が商品化されているが、本発明の試験方法に関しても、このようなＳＶ自動測定装置を使用することができ、これに加えて自動希釈装置等を組み合わせることにより、本発明の試験結果により得られる値、それに基づく判定結果を表示、あるいは曝気槽の運転管理用信号として出力することも可能である。

本発明の試験装置は、排水処理施設の曝気槽の状態を試験する装置であって、前記曝気槽から活性汚泥混合液を採取する自動サンプリング装置、サンプリングされた前記活性汚泥混合液と、前記活性汚泥混合液よりも溶存酸素濃度が高い水又は前記活性汚泥混合液よりも溶存酸素濃度が低い水を、試験容器に注入する自動注入装置、注入後の前記活性汚泥混合液と、前記活性汚泥混合液よりも溶存酸素濃度が高い水又は前記活性汚泥混合液よりも溶存酸素濃度が低い水とを混合する混合装置、試験容器の静置時間を設定するタイマー、沈降汚泥界面自動測定装置、試験容器内の混合液の自動排出装置、試験容器の自動洗浄装置、及び測定結果の自動表示装置から選ばれる少なくとも１つを備えることを特徴とする。本発明の試験装置は、これらを備えることにより本発明の試験方法を効率的に実施することができる。本発明の試験装置における自動サンプリング装置は、溶液又は分散液を収容する容器からのサンプリングを自動で行う公知の方法を使用することができる。例えば、曝気槽に活性汚泥混合液を吸入する吸入管を挿入し吸い上げる、曝気槽に活性汚泥混合液を曝気槽外に取り出す取出口を設ける等の方法を自動で行う機構にすることができる。自動注入装置は、容器中へ液体を自動で注入する公知の方法を使用することができる。例えば、サンプリングした活性汚泥混合液のタンク、酸素溶存水のタンク又は脱酸素水のタンクにそれぞれ連通する注入管を、試験容器中へ挿入してそれぞれの液体を試験容器中に注入する方法を自動で行う機構にすることができる。混合装置及びタイマーも公知の方法及び装置を適宜使用することができる。混合装置としては、例えば、試験容器を振動させる振動装置、蓋をした試験容器を上下逆転させる反転装置、スタラー等を挙げることができる。沈降汚泥界面自動測定装置は、沈殿物と液体の界面の位置を認識する公知の方法を使用することができ、例えば、透過光等の光を利用した装置を使用することができる。自動排出装置、自動洗浄装置及び自動表示装置も、公知の方法や装置を使用することができ、自動排出装置としては、例えば、試験容器を上下逆転させる方法や反転装置等を挙げることができ、自動洗浄装置とては、洗浄剤を容器に注入しブラシ等でこする方法や装置等を挙げることができ、自動表示装置としては、液晶等を利用した表示装置等を挙げることができる。

本発明の試験方法は、単独で使用しても上記のとおり活性汚泥の状態をよく判断することができるが、他の方法と組み合わせることにより更に活性汚泥の状態を的確に判断することができる。組み合わせることができる他の試験方法としては、例えば、ＳＶ３０、ＳＶ２４時間、ｐＨ、ＯＲＰ、汚泥ＯＲＰ、ＯＤ、透視度、ＳＶ外観観察等を挙げることができる。これらの試験方法は、活性汚泥を使用した排水処理施設において通常使用されている試験方法であり、通常通りの方法で実施することができる。例えば、ＳＶ比較差試験方法とＯＲＰ及び／又はＯＤを使用した場合、例えば、負荷に対して適正以上の酸素を供給している場合は、つまり通常の活性汚泥量に対して通常以上の負荷量が流入し、通常以上の酸素量を供給した場合、ＯＲＰもＯＤも高い濃度となるため酸素は十分に供給されていると判断しがちである。しかし、ＳＶ比較差試験方法では、水ＳＶ値が脱酸素ＳＶ値より低くなり活性汚泥にとって酸素不足という状況を示す。そこで、今まで通りの負荷量が供給されるならば、活性汚泥量を増加させなければ過負荷状態が続くことになるので、酸素供給量を減少させずに今まで通りの酸素供給量を継続しなければならないことが分かる。また、ＳＶ比較差試験方法とｐＨを使用した場合、例えば、窒素成分を多く含む系を多く含む排水処理の場合、浄化が進むとｐＨが下降して中性又は酸性側に移行する。ｐＨがこの状態にあるとき、負荷の処理が進んでいるためそのままの状態を続けがちになるが、そのままの処理（酸素供給）が進むと、活性汚泥が解体してｐＨがアルカリ性を示すことがある。このようなときも、ＳＶ比較差試験方法では、酸素溶存水側が脱酸素水側より膨化するので、酸素適正量を誤ることはない。また、ＳＶ比較差試験方法において外観観察を組み合わせると、酸素溶存水側に糸状性細菌があると、ＳＶ３０分より汚泥が膨化し膨化形態は綿菓子状となる。脱酸素水側に糸状性細菌があると、ＳＶ３０分より沈降汚泥に筋が早くはっきり見えやすい。筋の長さが長く、太いほど糸状性細菌の優先率が増加していることが分かる。

［実施例１］
１Ｌのメスシリンダーを２本用意し、排水処理施設の最終曝気槽から活性汚泥混合液を採取して、それぞれのメスシリンダーに活性汚泥混合液を３００ｍＬずつ入れた。一方のメスシリンダーには、水道水を７００ｍＬ加え、他方のメスシリンダーには、湯冷まし水（脱酸素水）を７００ｍＬ加えた。メスシリンダーに蓋をしてからメスシリンダーを上下逆さにした後、元の姿勢に戻す操作を数回繰り返すことによりメスシンリンダー内の液を混合させた後静置した。静置後３０分経過後に、メスシリンダー内の沈降汚泥界面を目視することにより沈殿量を測定し、沈殿物の体積割合を算出した。沈殿量は、水道水を入れた方が高く、湯冷まし水を入れた方との差は３％であった。この測定値は適正酸素量を示しているため、ブロアーの調整を行わず現状の酸素量を維持し、安定した運転状態が継続した。

［実施例２］
排水処理施設の最終曝気槽から、活性汚泥混合液を採取して、実施例１と同様に測定を行った。測定値は、水道水を入れた方が高く、湯冷まし水を入れた方との差は１０％であった。この測定値は酸素過多を示しているため、ブロアーの調整し酸素量を減少させたところ、沈殿槽界面が低くなり運転状態は安定した。

［実施例３］
排水処理施設の最終曝気槽から、活性汚泥混合液を採取して、実施例１と同様に測定を行った。測定値は、湯冷まし水を入れた方が高く、水道水を入れた方との差は１０％であった。この測定値は過負荷を示しているため、酸素量を増量させたところ、処理水透視度が向上し運転状態は安定した。

［実施例４］
排水処理施設の最終曝気槽から、活性汚泥混合液を採取して、実施例１と同様に測定を行った。水道水を入れた方は、糸状性細菌が綿菓子のように発生し、湯冷まし水を入れた方は、ひも状の筋が見られた。この結果に基づき、糸状性細菌対策剤を曝気槽に投入したところ、糸状性細菌の発生は抑制された。

１ 活性汚泥混合液
２ 酸素溶存水
３ 脱酸素水
４ 沈殿物
５ 上澄液
６ 界面
７ 沈殿物
８ 上澄液
９ 界面

本発明の試験方法、診断方法及び運転管理方法は、種々の排水処理施設に好適に適用でき、曝気槽の状態を活性汚泥との関係で適切に把握できるので、適切な活性汚泥の健康状態の診断や適切な運転管理を行うことができる。

Claims (8)

1. 排水処理施設の曝気槽の状態を試験する方法であって、
   前記曝気槽から採取した活性汚泥混合液と前記活性汚泥混合液よりも溶存酸素濃度が高い水とを同じ容器に入れて混合し一定時間が経過したときの沈殿量と、前記曝気槽から採取した活性汚泥混合液と前記活性汚泥混合液よりも溶存酸素濃度が低い水とを同じ容器に入れて混合し前記一定時間と同じ時間が経過したときの沈殿量との差を求める試験方法。
2. 活性汚泥混合液と前記活性汚泥混合液よりも溶存酸素濃度が高い水との比が体積で３：７〜４：６であり、活性汚泥混合液と前記活性汚泥混合液よりも溶存酸素濃度が低い水との比が体積で３：７〜４：６であることを特徴とする請求項１記載の試験方法。
3. 活性汚泥混合液よりも溶存酸素濃度が高い水における溶存酸素量が７．５〜１０．０ｍｇ／Ｌであり、活性汚泥混合液よりも溶存酸素濃度が低い水における溶存酸素量が０．０〜３．５ｍｇ／Ｌであることを特徴とする請求項１又は２記載の試験方法。
4. 一定時間が３０分であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の方法。
5. 排水処理施設の曝気槽から活性汚泥混合液を採取し、採取した前記活性汚泥混合液を使用して請求項１〜４のいずれか記載の試験方法による試験を行い、得られた結果により前記曝気槽中の溶存酸素量の適否を判定する曝気槽の状態の診断方法。
6. 排水処理施設の曝気槽から活性汚泥混合液を採取し、採取した前記活性汚泥混合液を使用して請求項１〜４のいずれか記載の試験方法による試験を行い、得られた結果にもとづいて酸素量の維持、増量又は減量を行う排水処理施設の運転管理方法。
7. 排水処理施設の曝気槽の状態を試験する装置であって、
   前記曝気槽から活性汚泥混合液を採取する自動サンプリング装置、
   サンプリングされた前記活性汚泥混合液と、前記活性汚泥混合液よりも溶存酸素濃度が高い水又は前記活性汚泥混合液よりも溶存酸素濃度が低い水を、試験容器に注入する自動注入装置、
   注入後の前記活性汚泥混合液と、前記活性汚泥混合液よりも溶存酸素濃度が高い水又は前記活性汚泥混合液よりも溶存酸素濃度が低い水とを混合する混合装置、
   試験容器の静置時間を設定するタイマー、及び
   沈降汚泥界面自動測定装置を備えることを特徴とする試験装置。
8. 試験容器内の混合液の自動排出装置、試験容器の自動洗浄装置、及び測定結果の自動表示装置から選ばれる少なくとも１つを更に備えることを特徴とする請求項７記載の試験装置。
   

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