JP7438484B1 - 活性汚泥の処理水codの取得方法 - Google Patents
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Abstract
Description
浮遊性の好気性微生物を処理主体とする曝気槽を有する生物処理装置における処理水CODの取得方法であって、
曝気槽での処理が終了した活性汚泥混合液をサンプリングして、一定温度条件下で一定の総括物質移動係数(KLa)で曝気し、曝気開始から所定の曝気時間(以下、測定時間という)までの溶存酸素濃度(以下、DO)の変化データを測定する過程で得られる、処理水の易分解性BOD値と、遅分解性BOD値と、サンプリング地点における仮想原水BODts濃度計算値(以下、仮想原水BODts)と、を用いて、(1)式により処理水CODを求める、ことを特徴とする処理水COD取得方法。
処理水COD=k1×処理水の易分解性BOD+k2×処理水の遅分解性BOD
+k3×仮想原水BODts ・・・(1)式
但し、k1、k2、k3は各BOD値からCOD値に変換する係数であって、それぞれ処理水中の易分解性BOD、遅分解性BOD、水溶性汚濁物の基質構成に対応して定まり、
(1)式において、処理水の易分解性BODとは、曝気中のDO値変化を表す(2)式によるC1_hf(t)値変化曲線(曲線2)と、実測のDO値変化曲線(曲線1)と、により囲まれる面積にKLaを乗じた値をいい、
C1_hf(t)=DOhf1-(DOhf1-C0)exp(-KLa・t)・・・(2)式
処理水の遅分解性BODとは、(3)式によるC2_hf(t)値変化曲線(曲線3)と、実測のDO値変化曲線(曲線1)と、により囲まれる面積にKLaを乗じた値から処理水の易分解性BODを減じた値をいい、
C2_hf(t)=DOhf2-(DOhf2-C0)exp(-KLa・t)・・・(3)式
仮想原水BODtsとは、サンプリング時以前に曝気槽に流入した原水の、サンプリング地点におけるBODts値であって、原水及び返送汚泥が曝気槽に流入する地点からサンプリング地点に到達するまでの、滞留時間分布に基づいて計算した推定値である。
ここに、原水についてBODts値とは、サンプリングした活性汚泥混合液が、温度一定かつ曝気強度一定の条件下において、DO値がDOhfに到達したのち、活性汚泥混合液に原水を添加して、DO値がDOhfに戻るまでの間に消費された酸素消費量を、原水の添加量と測定機の活性汚泥混合液量に基づき原水の酸素消費量に換算した値をいう。
(2)、(3)式において、C0は、曝気の初期DO値、
DOhf1、DOhf2、DOhfは、サンプリングした活性汚泥混合液中に、それぞれ易分解性BOD、遅分解性BOD、又はBODが残留していないときの、酸素消費速度と曝気による酸素供給速度とがバランスするDO値である。
さらに、工場排水に関するCOD法規制への対応を適切に行えるようになり、もって活性汚泥の運転管理技術の向上に資するものである。
また、AIによる活性汚泥運転管理支援システム構築に際し、AIの有効な学習データとなる。
遅分解性成分のうち不溶性成分は、一旦フロックにトラップされ、一部は加水分解されて、易分解性成分と同様に微生物に摂取される。フロックにトラップされた段階で、排水からは除去される形になり、加水分解された分だけBOD化され、残りは不活性物として余剰汚泥として系外に排出される。遅分解性成分のうち水溶性の成分は、ゆっくりした反応速度で生物に摂取分解されていくが、分解できない部分は処理水として流出する。流出した成分は、一部は公定法のBOD及びCODとして測定され、残りはBODとしては測定されず、CODとして測定される。
難分解性成分のうち不溶性の成分は、フロックにトラップされ、そのまま余剰汚泥として排出され、排水からは除去される。
水溶性の成分は、微生物分解できないのでそのまま排水として流出するが、この成分は公定法のBODでは測定されないため、全量処理水CODとして測定される。
以上のことから、処理水CODに影響する因子は、処理水中の未処理の易分解性成分によるCOD、未処理の遅分解性汚濁成分によるCOD及び水溶性の難分解性成分によるCODであると結論付けられる。
dC/dt=KLa(Cs-C)-Rr・・・(a)式
ここに、Csは飽和溶存酸素濃度、Rrは汚泥による酸素消費速度である。
C_hf(t)=DOhf-(DOhf-C0)exp(-KLa・t)・・・(b)式
C1(t)=DOhf1-(DOhf1-C0)exp(-KLa・t)・・・(2)式
この段階は、水溶性の遅分解性汚濁物が徐々に分解していく過程と、活性汚泥混合液に取り込まれた遅分解性汚濁物が、加水分解を経て汚泥に摂取される過程におけるDO変化として示される。
C2(t)=DOhf2-(DOhf2-C0)exp(-KLa・t)・・・(3)式
全体のBODから易分解性BODを減じた値は、DOhf1以前の曲線2とDOhf1以降の実測曲線1と曲線3に囲まれた面積S2にKLaをかけた値に相当し、遅分解性BOD成分を活性汚泥の微生物が摂取し、微生物体内に栄養物として取り込む際に消費する酸素量となり、(1)式における遅分解性BODに相当する。
原水の水溶性汚濁物量の評価については、原水のCOD、BOD、TOC、UV吸収値などの指標を用いることもできるが、別途それぞれの測定機を用意する必要があるため、本発明では、原水中の易分解性BODを微生物が体内の栄養物として取り込む際の酸素消費量(以下、原水BODts)を用いて行う。原水BODtsは原水BODと強い相関関係を持つ値なので、原水の水溶性汚濁物量の評価のための指標として用いることができ、後述のように易分解性BODや遅分解性BODの取得操作と一連の操作で取得できるので、別の測定機は必要ない。
サンプリングした活性汚泥混合液が、温度一定で曝気強度一定の条件下で、BODが残留していない活性汚泥混合液の酸素消費速度と、曝気による酸素供給速度でバランスするDO値(DOhf)に到達したのち、活性汚泥混合液に原水を添加し、DOの値がDOhfに戻るまでの間に消費された酸素消費量を、原水の添加量と測定機の活性汚泥混合液量から、原水の酸素消費量に換算することで原水のBODts値が求められる。
原水のBODts測定操作は、DOhf到達までは本発明方法と同じであり、一連の操作として、遅分解性BOD測定後に引き続き行うことができる。
モデル化の方法はいくつかあるが、一例として、活性汚泥で通常適用される曝気槽の形状に基づき曝気槽を完全混合槽の槽列モデル化して滞留時間分布を求める方法が適用できる。この方法により、処理水をサンプリングした地点における仮想の原水BODtsを計算する方法を以下に示す。
F:流量
V:槽列モデルの各槽の容量
τ=θ/(NV/F):θ(経過時間)をNV/F(平均滞留時間)で割った無次元時間
細分化した時点の原水流量をFi、BODts濃度を原水BODtsi、返送汚泥流量をF_RSi、返送汚泥の仮想BODts濃度をRS_BODtsiとして、サンプリング地点における仮想原水BODtsを(5)式で求める。
(5)式の仮想原水BODtsの計算を開始する時点では、RS_BODtsiの値は不明なので、初期値として仮にRS_BODtsi=0で計算開始し、曝気槽での平均滞留時間の3倍程度の時刻まで繰り返し計算していけば、ほぼ初期値の影響はなくなり、3倍程度の時刻以降は正確な細分化したRS_BODtsiとなる。
ここで得られる結果は、後述の実施例に示す通り精度的に十分実用に耐えるものである。
処理水COD=k1×処理水の易分解性BOD+k2×処理水の遅分解性BOD
+k3×仮想原水BODts (1)式
ここに、k1、k2、k3は各BOD値からCOD値に変換する係数である。
易分解性BODを示す基質と遅分解性BODを示す基質は異なり、易分解性BODに対応するCODへの変換係数k1と、遅分解性BODに対応するCODへの変換係数k2は異なり、k1<k2となるのが一般的である。この意味において、易分解性BODと遅分解性BODを分ける意義がある。
C_hf(t)=DOhf-(DOhf-C1)exp(-KLa・t)・・・(6)式
標準活性汚泥装置の曝気槽(容量1000m3)での処理が終了した活性汚泥混合液を測定装置の曝気容器にサンプリングし、曝気容器のなかで、一定温度で一定のKLaで曝気して、そのDO変化に基づき上述の方法で、処理水の易分解性BOD、遅分解性BOD、原水のBODtsの測定を約4時間ごとに行った。測定には、自動的に繰り返し測定できる測定解析装置(商品名:「TSアナライザー」株式会社小川環境研究所製)用いた。
図5は、図3と図4の測定データをもとに、各点の測定値を案分して、30分ごとに細分化したデータを作成し、上述の槽列モデル化により滞留時間分布を求める方法で計算した仮想原水BODtsを示すグラフである。なお、完全混合槽槽列モデルのNは3とした。
なお、k3は実験室レベルの活性汚泥テスト機において、原水負荷一定の条件で運転し、その時の原水BODtsを測定し、処理水BODが殆ど0mg/lの時の処理水CODの測定値から、k3=処理水COD/原水BODtsで計算される値を採用した。
k1とk2の値は、原水の基質ごとのCOD値とBOD値から概略値を想定できるが、処理水ベースでは残留する基質は原水とは異なるので、(1)式による計算値と数点の実測のCOD値ができるだけ一致するように、概略値を参考に試行錯誤をおこなって決定した。
図7は、計算した処理水CODのトレンドグラフと、実測した処理水CODの値とを比較した図である。計算値と実測値は実用範囲で良く一致し、本発明の計算法により処理水CODが取得可能であることが証明された。
Claims (1)
- 浮遊性の好気性微生物を処理主体とする曝気槽を有する生物処理装置における処理水CODの取得方法であって、
曝気槽での処理が終了した活性汚泥混合液をサンプリングして、一定温度条件下で一定の総括物質移動係数(KLa)で曝気し、曝気開始から所定の曝気時間までの溶存酸素濃度(以下、DO)の変化データを測定する過程で得られる、処理水の易分解性BOD値と、遅分解性BOD値と、サンプリング地点における仮想原水BODts濃度計算値(以下、仮想原水BODts)と、を用いて、(1)式により処理水CODを求める、ことを特徴とする処理水COD取得方法。
処理水COD=k1×処理水の易分解性BOD+k2×処理水の遅分解性BOD
+k3×仮想原水BODts ・・・(1)式
但し、k1、k2、k3は各BOD値からCOD値に変換する係数であって、それぞれ処理水中の易分解性BOD、遅分解性BOD、水溶性汚濁物の基質構成に対応して定まり、
(1)式において、処理水の易分解性BODとは、曝気中のDO値変化を表す(2)式によるC1_hf(t)値変化曲線(曲線2)と、実測のDO値変化曲線(曲線1)と、により囲まれる面積にKLaを乗じた値をいい、
C1_hf(t)=DOhf1-(DOhf1-C0)exp(-KLa・t)・・・(2)式
処理水の遅分解性BODとは、(3)式によるC2_hf(t)値変化曲線(曲線3)と、実測のDO値変化曲線(曲線1)と、により囲まれる面積にKLaを乗じた値から処理水の易分解性BODを減じた値をいい、
C2_hf(t)=DOhf2-(DOhf2-C0)exp(-KLa・t)・・・(3)式
仮想原水BODtsとは、サンプリング時以前に曝気槽に流入した原水の、サンプリング地点におけるBODts値であって、原水及び返送汚泥が曝気槽に流入する地点からサンプリング地点に到達するまでの、滞留時間分布に基づいて計算した推定値である。
ここに、原水についてBODts値とは、サンプリングした活性汚泥混合液が、温度一定かつ曝気強度一定の条件下において、DO値がDOhfに到達したのち、活性汚泥混合液に原水を添加して、DO値がDOhfに戻るまでの間に消費された酸素消費量を、原水の添加量と測定機の活性汚泥混合液量に基づき原水の酸素消費量に換算した値をいう。
(2)、(3)式において、C0は、曝気の初期DO値、
DOhf1、DOhf2、DOhfは、サンプリングした活性汚泥混合液中に、それぞれ易分解性BOD、遅分解性BOD、又はBODが残留していないときの、酸素消費速度と曝気による酸素供給速度とがバランスするDO値である。
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JP2017006894A (ja) | 2015-06-17 | 2017-01-12 | 株式会社 小川環境研究所 | 活性汚泥における曝気量制御方法 |
JP2023160397A (ja) | 2022-04-22 | 2023-11-02 | 株式会社 小川環境研究所 | 活性汚泥の処理水bod測定方法 |
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2023
- 2023-11-24 JP JP2023198777A patent/JP7438484B1/ja active Active
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