JPH05169100A - Method for monitoring anaerobic digestion tank - Google Patents

Method for monitoring anaerobic digestion tank

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JPH05169100A
JPH05169100A JP3340549A JP34054991A JPH05169100A JP H05169100 A JPH05169100 A JP H05169100A JP 3340549 A JP3340549 A JP 3340549A JP 34054991 A JP34054991 A JP 34054991A JP H05169100 A JPH05169100 A JP H05169100A
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monitoring
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Abstract

PURPOSE:To measure an item becoming a controlling index with high precision without using many measuring instruments by analyzing the data pairs of pH- titer and performing optimization treatment while keeping the obtained water quality data as initial value and continuously monitoring the water quality in a digestion tank from the result thereof. CONSTITUTION:The data pairs of pH-titer obtained by a titration method based on an acid-alkali equilibrium theory are analyzed by a multiple regression analysis method 102. The obtained water quality data are used as initial value and optimization processing 104 is performed. The water quality in a digestion tank is continuously monitored from the result. Thereby five items of the concentration of the whole organic acid, the concentration of total inorganic carbon, the concentration of the whole ammonia, the concentration of total phosphorus and the concentration of total sulfide which are items becoming a controlling index are simultaneously measured at high precision. Accordingly the need for securing analytic instruments necessary for respective analyses is eliminated.

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
化槽内の状態変化を、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、連続的にモニタリングするようにしたモニター
方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to the change of state in an anaerobic digestion tank for treating sludge, total organic acid concentration, total inorganic carbon concentration,
The present invention relates to a monitoring method for continuously monitoring the five items of total ammonia concentration, total phosphorus concentration, and total sulfide concentration.

【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 2
It progresses in stages depending on the type of bacterial group. The first stage is called "acid production stage", and sludge introduced into the digestion tank is decomposed into intermediate products such as organic acids by the action of hydrolyzing bacteria or acid producing bacteria. The second stage is called the "methane production stage", in which intermediate products such as organic acids produced in the acid production stage are decomposed into the final products such as methane gas, carbon dioxide and ammonia by the action of methanogens. It

【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。
Ammonia produced in the second step is
It has the function of neutralizing the organic acid generated in the first step and the pH buffering ability (ability to resist pH change) together with the bicarbonate generated by dissolution of carbon dioxide, which is good for methanogens. It helps to create a weak alkaline environment inside 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] Since the growth rate of methanogens is slower than that of acid-producing bacteria and they are sensitive to environmental changes, it is generally said that it is the methanogenic stage that determines the rate of digestion. Therefore, for good operation of the digestion tank, it is important to maintain a tank environment suitable for 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。
From this point of view, in order to achieve and maintain good digestion of anaerobic sludge, it is extremely important to continuously monitor the state change in the digestion tank. In case of failure, it takes a long time to recover, so it is the most important task in operation management to detect that the condition inside the tank is abnormal. Furthermore, when aiming for optimal operation control that also considers economic efficiency, the good operation range of the target digestion tank should be constantly monitored by continuous monitoring, and the condition inside the tank should be kept within that good 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。
[0006] The following four items are known as the operation management index of the digestion tank which has been known so far.

【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 pH management of the above (1) will be described. Generally, in the case of a digestion tank that is operating well, the pH in the tank is maintained near neutral. However, when an abnormality occurs in the digestive tank, it first appears as a pH abnormality, that is, a phenomenon in which the pH deviates from around neutral. For example, when the activity of the methanogen in the second step is weakened, the organic acid produced in the first step of anaerobic digestion is accumulated without being decomposed, and a pH lowering (acidification) phenomenon occurs. Also, if the ammonia production in the second stage is excessive compared to the acid production in the first stage,
Ascending 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 control of the organic acid concentration of 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. Therefore, non-ionized non-ionized organic acid increases. It is known that this non-ionized organic acid becomes a suppressive toxic substance for methanogens at a certain concentration or higher, and the rancid phenomenon caused by the overload of organic substances on the digestive tank is caused by the non-ionized organic acid. It is said to be the result of the suppressive toxicity 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 control of alkalinity (3), since the sludge in the digestion tank has a high pH buffering ability, the abnormality in the digestion tank is prominent as a pH abnormality.
In many cases, it is in the final stage where troubles have progressed considerably. However, the precursor of pH abnormality in the digestive tank can be grasped as a change in pH buffering ability. The alkalinity is an index showing the buffering ability of this pH. The alkalinity of anaerobic sludge is mainly due to soluble inorganic carbon.
Soluble inorganic carbon changes as the ionic charge in solution changes,
It buffers changes in solution pH by changing the form of carbon dioxide, bicarbonate, and carbonic acid. The molar ratio of these three-form inorganic carbon can be obtained by theoretical calculation as a function of pH from the concentration of soluble inorganic carbon 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。
Further, regarding the control of the methane gas production rate (4), abnormalities in the activity due to environmental changes of methanogens or inflow of inhibitory toxic substances (sulfides and heavy metals) appear as a decrease in the methane gas production 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 partial pressure of methane gas can be calculated from the concentration of soluble inorganic carbonic acid in the above (3) without directly measuring the concentration of methane gas. That is, the methane gas partial pressure can be obtained by subtracting the carbon dioxide gas partial pressure from the one partial pressure because most of the digestive 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 digestion gas is
From Henry's law (vapor-liquid equilibrium), it is possible to obtain theoretical calculation from the soluble carbon dioxide concentration. The soluble carbon dioxide concentration is obtained by theoretical calculation from the soluble inorganic carbon concentration of (3) and pH. Therefore, if the generated gas rate, the soluble inorganic carbon concentration and the pH are known, the methane gas generation rate 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 is used as an index to be continuously monitored,
The total phosphorus concentration and the total sulfide concentration can be mentioned. That is, the ammonia production in the second stage of anaerobic digestion is indispensable for maintaining near neutral pH in the tank when this is appropriate, but when ammonia production is excessive,
This causes an increase in pH in the tank, creating an environment unfavorable for methane production. Higher p
It has been reported that H and excessive accumulation of ammonia result in an increase in the concentration of free non-ionized ammonia, and when this free ammonia is high, it has a suppressive toxic effect on methanogens. The free ammonia concentration can be calculated from the ammonia concentration and 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 several mg / l to several hundred mg / l, and in order to accurately grasp the state change in the digestion tank, the total phosphorus concentration and It is also necessary to monitor the item 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 nutrient salt balance (C / N ratio, trace amount of essential heavy metal) and control of tank temperature. However, the nutrient salt balance does not need to be monitored frequently and continuously unless the composition of the input sludge changes suddenly, and the temperature inside the tank is an item that has been sufficiently monitored and controlled.

【0015】又、最近の嫌気性汚泥消化に関する研究で
は、水素ガスや有機酸のうち、特にプロピオン酸の持つ
指標としての役割が重視されてきている。しかし水素ガ
スやプロピオン酸は今回の消化槽モニターの測定対象外
物質であり、将来的な検討課題として残される。
Further, in recent studies on digestion of anaerobic sludge, the role as an index of propionic acid among hydrogen gas and organic acids has been emphasized. However, hydrogen gas and propionic acid are non-measurable substances in the digestive tank monitor this time, and they will be left for future study.

【0016】(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
or the study of acid−base eq
uilibria for the control of auaero
bic digestion,”と、フランス特許,
F.Colin,0056117等を参照。)
(Regarding the above technique, for example, as a reference, Colin, F., "Development of
an automatic equipment f
or the study of acid-base eq
uibria for the control of auaero
"Bic Digestion," and a French patent,
F. See Colin, 0056117, etc. )

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】以上嫌気性消化槽にお
いて連続的にモニタリングすることが好ましい項目を挙
げて説明したが、実際に上記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。
Although it has been described above that the items which are preferably monitored continuously in the anaerobic digestion tank are mentioned, it is very difficult to actually monitor all of the above items.

【0018】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。
For example, the following are used as existing equipment for measuring the above continuous monitoring items. pH: pH electrode Organic acid: Liquid chromatograph Inorganic carbonate: Alkali by IC meter or titration Degree measurement Methane gas ···· Gas chromatograph Gas production rate ··· Gas flow meter Ammonia ··· Ammonia electrode Conventionally, all analytical equipment required for each such analysis is secured. In addition, many instruments require pretreatment, and special instruments for samples are required, so that few instruments can be continuously measured. Furthermore, there is the complexity of having to create a calibration curve for each device during measurement, and the greater the number of measuring devices, the greater the number of workers who must perform maintenance and inspection.

【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、多
くの測定機器を使用することなく、且つ管理指標となる
項目として総有機酸濃度,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項目を選択し
て、これらの項目を高精度に測定す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 the problems that occur when performing such conventional digestion tank monitoring, without using many measuring devices, and as a management index item, the total organic acid concentration, An object of the present invention is to provide a method for monitoring an anaerobic digestion tank, which can select five items including total inorganic carbon concentration, total ammonia concentration, total phosphorus concentration, and total sulfide concentration with high accuracy. It is what

【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、酸−アルカリ平衡理論に基づく滴定法を
応用した消化槽モニター装置において、消化槽のモニタ
リングすべき項目として、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
項目より任意項目、あるいは任意項目の組み合わせを選
択し、モニター方法として、pH−滴定量のデータ対を
重回帰分析法により分析して、上記各項目の水質データ
を得た後、得られた水質データを最適化処理するための
初期値として用いて最適化処理を行い、この最適化処理
した結果から消化槽内の水質を連続的にモニタリングす
る嫌気性消化槽のモニター方法を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides a digestion tank monitoring apparatus to which a titration method based on the acid-alkali equilibrium theory is applied. 5 of acid concentration, total inorganic carbon concentration, total ammonia concentration, total phosphorus concentration, total sulfide concentration
After selecting any item or a combination of any items from the items and analyzing the pH-titration data pair by multiple regression analysis as a monitoring method to obtain water quality data for each of the above items, the water quality obtained Provided is a method for monitoring an anaerobic digestion tank, which performs optimization processing by using data as an initial value for optimization processing and continuously monitors the water quality in the digestion tank based on the result of this optimization processing.

【0021】最適化処理の手法として、モニタリングす
る各項目をパラメータとして評価関数の計算を行い、評
価誤差を小さくするためのパラメータの探索を行うシン
プレックス法を用いている。
As an optimization processing method, a simplex method is used in which an evaluation function is calculated using each item to be monitored as a parameter and a parameter search for reducing an evaluation error is performed.

【0022】更に最適化処理の初期値は、モニタリング
すべき項目の制約条件の上下限設定値の範囲内で任意に
設定することも可能であり、更に特定のpH範囲に重み
付けをした評価関数を用いて、評価関数の計算を実施す
ることも可能である。
Further, the initial value of the optimization process can be arbitrarily set within the range of the upper and lower limit set values of the constraint condition of the item to be monitored, and an evaluation function weighted to a specific pH range can be used. It is also possible to use it to carry out the calculation of the evaluation function.

【0023】[0023]

【作用】かかる嫌気性消化槽のモニター方法によれば、
酸−アルカリ平衡理論に基づく滴定法によって得られた
pH−滴定量のデータ対を重回帰分析法により分析し、
得られた水質データを最適化処理するための初期値とし
て用いたことにより、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項目を同時に且つ高精度に測定するこ
とが出来る。この最適化処理の手法としてシンプレック
ス法が採用され、最適化処理の初期値は、上記した重回
帰分析結果以外に、各項目の制約条件の範囲内で任意に
設定することができる。
[Operation] According to the anaerobic digester monitoring method,
The pH-titration data pair obtained by the titration method based on the acid-alkali equilibrium theory is analyzed by multiple regression analysis,
By using the obtained water quality data as the initial values for the optimization treatment, the total organic acid concentration, total inorganic carbon concentration, which are items that serve as management indicators for continuous monitoring of the water quality in the digestion tank, Total ammonia concentration, total phosphorus concentration,
Five items of total sulfide concentration can be measured simultaneously and with high accuracy. The simplex method is adopted as a method of this optimization processing, and the initial value of the optimization processing can be arbitrarily set within the constraint conditions of each item, in addition to the above multiple regression analysis result.

【0024】更に特定のpH範囲に重み付けをした評価
関数を用いて、評価関数の計算を実施することにより、
管理指標の測定精度向上をはかることができる。
Further, by performing the calculation of the evaluation function by using the evaluation function weighted to the specific pH range,
It is possible to improve the measurement accuracy of the management index.

【0025】[0025]

【実施例】以下、本発明にかかる嫌気性消化槽のモニタ
ー方法の一実施例を詳述する。
EXAMPLES An example of a method for monitoring an anaerobic digester according to the present invention will be described in detail below.

【0026】本発明は、酸−アルカリ平衡理論に基づく
嫌気性消化槽用の連続モニター方法を提供することを主
眼としている。その最大の特徴は、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点にある。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 present invention aims to provide a continuous monitoring method for an anaerobic digester based on the acid-alkali equilibrium theory. The greatest feature is that one monitor device has the following five items: (1) total organic acid concentration (non-ionized organic acid concentration), (2) total inorganic carbon concentration (alkalinity + gas composition), (3) ) Total ammonia concentration (free ammonia concentration),
(4) Total phosphorus concentration (phosphoric acid) and (5) Total sulfide concentration (hydrogen sulfide) are measured continuously. Specifically, as a digestion tank monitor, all of the above-mentioned items to be continuously monitored can be measured from the pH-titration data pair.

【0027】先ず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
物質濃度を求めることを特徴としている。 [H+],[OH-],[CH3COO-],[CH3COOH],[H2CO3],
[HCO3 -],[CO3 2-],pCO2,[NH4+],[NH4OH],[PO4
3-],[HPO4 2-],[H2PO4 -][H3PO4],[S2-],[H
S-],[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。
First, the acid-alkali equilibrium theory, which is the basic principle of the present invention, will be described. That is, the present example is characterized in that the concentration of 17 or less substances is determined from the acid-alkali titration curve for sludge in the digestion tank. [H +], [OH - ], [CH 3 COO -], [CH 3 COOH], [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 PO 4], [S 2-], [H
S -], [organic acids H 2 S] digestion tank are acetic, propionic acid, butyric acid, etc., these are organic acids 1.76 × 10 -5, 1.34 × 10
It has relatively similar ionization constants of -5 and 1.54 × 10 -5 . Therefore, when these organic acids are collectively considered as acetic acid in a batch form, it can be assumed that the ionization constant is 1.5 × 10 −5 .

【0028】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 holds between the above-mentioned substance concentrations.

【0029】[0029]

【数1】 [Equation 1]

【0030】[0030]

【数2】 [Equation 2]

【0031】[0031]

【数3】 [Equation 3]

【0032】[0032]

【数4】 [Equation 4]

【0033】[0033]

【数5】 [Equation 5]

【0034】[0034]

【数6】 [Equation 6]

【0035】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 equations (1) to (6) excluding the above equation (3) are:
The formula can be modified as follows according to the total organic acid concentration (A), total ammonia concentration (N), total inorganic carbon concentration (T) and hydrogen ion concentration.

【0036】[0036]

【数7】 [Equation 7]

【0037】[0037]

【数8】 [Equation 8]

【0038】[0038]

【数9】 [Equation 9]

【0039】[0039]

【数10】 [Equation 10]

【0040】[0040]

【数11】 [Equation 11]

【0041】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, the charge balance equation holds. This is the law that the sum of charges of positive ions is equal to the sum of charges of negative ions. If this is expressed by a formula, formula (12) is obtained.

【0042】[0042]

【数12】 [Equation 12]

【0043】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。
[Z] is the total net cation concentration. In the actual sample, the above organic acids, ammonia,
A few mg of phosphoric acid and hydrogen sulfide in addition to ions such as inorganic carbon
/ L to several hundreds mg / l. However, since metals such as iron, zinc, copper, lead, and cadmium react with dissolved sulfides to form insoluble metal sulfides, the sulfides are partly involved in the balance equation.

【0044】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。
[0044] 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.

【0045】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
O 3 -], [CO 3 2-], [CH 3 COO -], [OH -] concentration is above the total organic acid concentration as also shown (A), the total ammonia concentration (N), total inorganic It can be expressed by the formula (13) by the carbon concentration (T) and the hydrogen ion concentration.

【0046】[0046]

【数13】 [Equation 13]

【0047】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 total organic acid concentration (A), total ammonia concentration (N), and total inorganic carbon concentration (T). The four items are the net cation concentration (Z). Here, four equations are required to obtain four unknowns from the relationship between the unknowns of the simultaneous equations and the number of equations.

【0048】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 titrating with acid or alkali to achieve three different pH values. However, in this case, the net cation concentration (Z) is corrected by titration of acid or alkali.

【0049】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 an acid (HCl) is injected at X1 mol / L and the pH becomes pH 1,

【0050】[0050]

【数14】 [Equation 14]

【0051】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。
It becomes Therefore, four simultaneous equations are established if only the pH of the sample that has not been titrated and the titration amount when three different pH values are achieved by titration are known, and by solving these simultaneous equations, four unknowns 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 pH value and the titration amount naturally include the measurement error of the instrument, so it is necessary to statistically determine four unknowns from four or more data (all titration point data) by multiple regression analysis. ..

【0052】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。
Then, by obtaining the above four unknowns, it is possible to calculate other ion concentrations by using the equations (7) to (11). In particular, it is derived based on the acid-alkali equilibrium theory (chemical equilibrium equation, charge balance equation) (Equation 1
4) From hydrogen ion concentration (pH) and total inorganic carbon concentration (T), total ammonia concentration (N), total organic acid concentration (A)
Can ask for the relationship.

【0053】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, a fixed amount of acid or alkali is automatically injected into the sample, each pH titration amount (X mol) is recorded and stored, and the value is applied to the above (Equation 14) to obtain four unknown values T. , N, A and Z. The multiple regression analysis method is adopted as the calculation method of these four unknowns.

【0054】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, the above (formula 14) can be transformed into the following multiple regression formula (formula 15). y = Z + b1 · N + b2 · T + b3 · A (15) where 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 is dissociated into the following three stages.

【0055】 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。
[0055] 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) Further, hydrogen sulfide contained in the sample dissociates into the following two stages.

【0056】 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。
[0056] H 2 S ← → H + + HS - · · · · · · · · · ························· (23) HS - ← → H + + S 2 ----------------- (24) Chemical equilibrium equation Using, the total phosphorus concentration (P) and the total sulfide concentration (S) can be obtained as follows.

【0057】 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。
[0057] 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) Above (25) ( Considering the total phosphorus concentration (P) and the total sulfide concentration (S) in the equation (26), the equation (15) is as follows.

【0058】 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) Here, 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) y, b1, b2, b3 from titer X1 and pH at all observation points (titration points) obtained by acid-alkali titration , B
By calculating 4, b5 and using the multiple regression analysis method, it is possible to calculate the values of T, N, A, Z, P, and S that are statistically most suitable for all the titration data.

【0059】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 example, four or more (pH-titration)
The method of statistically determining the unknowns from the data pair of was adopted by the multiple regression analysis method.

【0060】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 with respect to its application target, the error (ε) included in the multiple regression equation has four assumptions: (1) unbiased and (2) equal variance. , (3)
No correlation, (4) Normality must be satisfied. When these (1) to (4) are aggregated, "the error follows the normal distribution of mean 0 and variance (σ 2 ) independently of each other".

【0061】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 square method cannot be guaranteed. ..

【0062】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5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5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 of applying this error analysis method to the present embodiment will be shown below. FIG. 5 is a pH-titration curve when the filtrate obtained by centrifuging the digester sludge and filtering the supernatant is used as a measurement sample and alkali NaOH or acid HCl is titrated. (◯) in FIG. 5 shows the actual measurement value, and the solid line shows the curve calculated using the acid-alkali equilibrium theory.

【0063】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6のヒストグラ
ムに示した分布図が得られる。図6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。
Therefore, by obtaining the magnitude of the difference (residual difference) between the measured value and the calculated value and the appearance frequency, the distribution chart shown in the histogram of FIG. 6 can be obtained. It can be seen from FIG. 6 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.

【0064】そこで本実施例は、図1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, this embodiment adopts a method of determining the unknowns Z, T, N, A, P, S based on the flowchart shown in FIG. That is, first in step 101,
The measured data such as pH-titration relationship and water temperature is read, and then, in step 102, the multiple regression analysis method is applied based on the above (Equation 27) to apply a plurality of water quality items Z, T,
Calculate N, A, P, S. However, since the multiple regression analysis result is used as the initial value of the optimization process, it is only necessary to obtain the approximate value, and in the multiple regression analysis, if the number of variables is increased more than necessary, the overall accuracy will decrease. There is also
Since the concentration of total phosphorus and sulfide is low compared to other items (total organic acid, total inorganic carbon, total ammonia concentration), multiple regression analysis may be performed with only four items, Z, T, N, and A. it can. In this case, the multiple regression equation may use the equation (15). When total phosphorus and sulfides are included, the formula (27)
To use.

【0065】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 of Z, T, N, A, P, S, etc. read in step 103, The setting of S 0 is performed, and the optimization process 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 and the like are conceivable, but the initial value of the optimization process needs to be changed depending on which item is selected. For example, when the above Z, T, N, and A are desired to be optimized, four items of the results of the multiple regression analysis (four items are set in accordance with the optimization process) are set to the initial values (Z 0 ,
T 0 , N 0 , A 0 ).

【0066】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。
Generally, multiple regression analysis is used as the initial value for the optimization process, but any value within the range of the upper and lower limit set values of each of Z, T, N, A, P and S items is used as the initial value. It is also possible to

【0067】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。
Although various methods have been proposed as a method of optimization processing, the simplex method is used in this embodiment. This simplex method is one of non-linear programming method-direct search method. Specifically, if the number of parameters to be optimized is NPA%, first, NPA% + 1.
The error is evaluated directly by combining the individual parameters. In case of digestive tank monitor, the above parameters are maximum Z, T,
There are 6 of N, A, P and S. Next, using this result,
In step 105, the evaluation function is calculated and a new parameter is searched for so that the evaluation error becomes smaller. After that, the new combination is replaced with the combination showing the maximum error evaluation, and the convergence check is performed in step 106.

【0068】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, the NPA% + 1 parameter combination is converged while moving to the optimum point, and the difference in the evaluation error between the NPA% + 1 parameter combinations becomes sufficiently small. It is considered that the convergence has reached the optimum point, and the optimization process ends.

【0069】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 this embodiment, the initial value of the optimization process is arbitrarily set within the range of the unknown number constraint condition of each item of T, N, A, P and S to be monitored.

【0070】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2,図3に示す。図2
は重回帰分析のみを行った場合の結果であり、図3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2,図3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
3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2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。
Below, an artificial sample containing T, N, A, P, S was prepared to prepare a pH-titration data pair based on this titration method, and a multiple regression analysis and optimized calculation values and artificial values were prepared. The results of comparison with the sample preparation concentration are shown in FIGS. Figure 2
Shows the result when only the multiple regression analysis is performed, and FIG. 3 shows the result when the multiple regression analysis and the optimization process are combined. The broken lines in FIGS. 2 and 3 show the ideal relationship (theoretical calculation value) between the titration method and the artificial sample preparation concentration. As is clear from FIG. 3, by combining the multiple regression analysis with the optimization process, it is understood that the measurement accuracy is significantly improved compared to the case of FIG. 2 in which only the multiple regression analysis is performed.

【0071】図4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4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。
In the five graphs shown in FIG. 4, the total organic acid concentrations (A) are 10 mg / l and 100 mg / l in order from the top.
1, 200 mg / l, 400 mg / l, 500 mg / l
The relationship between pH and titration amount in the case of is shown. According to FIG. 4, it can be seen that there is a difference in the range of pH change 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-
It can be seen that it appears particularly well in the pH 9 range. Therefore, in order to improve the calculation accuracy of the total organic acid concentration, it is necessary to pay attention so that the actual measurement value and the calculated value of the pH-titration amount in the above pH range match.

【0072】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 the present embodiment, by using an evaluation function in which a specific pH range is weighted in advance, the weighting coefficient is made larger than the other pH ranges when the characteristic pH range is calculated. The means for carrying out the calculation of the evaluation function using N, A, P and S items as parameters was adopted. Thereby, the measurement accuracy of the total organic acid concentration can be further improved.

【0073】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, Z, which is an unknown number,
Since the concentration range of T, N, A, P, S cannot be specified, a physically meaningless negative value may be output as a calculated value, but in addition to multiple regression analysis, optimization processing is also possible. By carrying out, it becomes possible to add constraints such as upper and lower limit values to each unknown, and there is an effect that the stability of the calculation result is enhanced.

【0074】[0074]

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明にか
かるかかる嫌気性消化槽のモニター方法によれば、消化
槽のモニタリングすべき項目として、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項目より任意項目あるいは任意項目の組み合
わせを選択し、酸−アルカリ平衡理論に基づく滴定法に
よって得られたpH−滴定量のデータ対を重回帰分析法
により分析して最適化処理するための初期値として用い
たことにより、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前記複数の項目を高精度に測
定することが出来る。従って従来のように各々の分析に
必要な分析機器を確保する必要がないので、これらの機
器を保守点検する作業員を不要とし、且つ各機器の操作
上の繁雑さが解消されるという大きな効果が得られる。
As described in detail above, according to the method for monitoring an anaerobic digester according to the present invention, the total organic acid concentration, total inorganic carbon concentration, and total ammonia are the items to be monitored in the digester. Concentration, total phosphorus concentration, and total sulfide concentration are selected from the five items, or any combination of items is selected, and the multiple regression analysis method is applied to the pH-titration data pair obtained by the titration method based on the acid-alkali equilibrium theory. By using it as an initial value for analysis and optimization treatment by the method described above, it is possible to highly accurately measure the above-mentioned plurality of items serving as a management index for continuously monitoring the water quality in the digestion tank. Therefore, it is not necessary to secure the analytical instruments necessary for each analysis as in the conventional method, so that a worker who maintains and inspects these instruments is unnecessary, and the operational complexity of each instrument is eliminated. Is obtained.

【0075】更に特定のpH範囲に重み付けをした評価
関数を用いて、評価関数の計算を実施したことにより、
管理指標の測定精度をより一層向上させることが可能と
なる。
Further, by using an evaluation function weighted to a specific pH range, the evaluation function is calculated,
It is possible to further improve the measurement accuracy of the management index.

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

【図1】本発明にかかる嫌気性消化槽のモニター方法の
一例を示すチャート図。
FIG. 1 is a chart showing an example of a method for monitoring an anaerobic digestion tank according to the present invention.

【図2】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. 2 is a graph comparing the results when only multiple regression analysis based on the present invention is performed with theoretical calculated values.

【図3】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. 3 is a graph comparing the results of the combination of the multiple regression analysis and the optimization processing according to the present invention with the theoretical calculation values.

【図4】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. 4 is a graph showing a comparison between measured values and calculated values of pH-titration amount by total organic acid concentration.

【図5】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. 5: pH when a measurement sample is titrated with alkali or acid
-A graph showing a comparison between the measured value of the titration curve (o) and the calculated value using the acid-alkali equilibrium theory (solid line).

【図6】図5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. 6 is a histogram showing the appearance frequency of the residual between the measured value and the calculated value in FIG.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 酸−アルカリ平衡理論に基づく滴定法を
応用した消化槽モニター装置において、 上記消化槽のモニタリングすべき項目として、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項目より任意項目、あるいは任意
項目の組み合わせを選択し、モニター方法として、pH
−滴定量のデータ対を重回帰分析法により分析して、上
記各項目の水質データを得た後、得られた水質データを
最適化処理するための初期値として用いて最適化処理を
行い、この最適化処理した結果から消化槽内の水質を連
続的にモニタリングすることを特徴とする嫌気性消化槽
のモニター方法。
1. A digestion tank monitoring apparatus applying a titration method based on the acid-alkali equilibrium theory, wherein items to be monitored in the digestion tank are total organic acid concentration, total inorganic carbon concentration, total ammonia concentration, and total phosphorus concentration. Select any item or a combination of any items from the five items of total sulfide concentration, and monitor the pH as
-A pair of titration data is analyzed by multiple regression analysis to obtain water quality data for each of the above items, and then the obtained water quality data is used as an initial value for the optimization treatment, and then the optimization treatment is performed. A method for monitoring an anaerobic digestion tank, which comprises continuously monitoring the water quality in the digestion tank based on the result of this optimization treatment.
【請求項2】 最適化処理の手法として、モニタリング
する各項目をパラメータとして評価関数の計算を行い、
評価誤差を最小にするためのパラメータの探索を行うシ
ンプレックス法を用いたことを特徴とする請求項1記載
の嫌気性消化槽のモニター方法。
2. As an optimization processing method, an evaluation function is calculated using each item to be monitored as a parameter,
The method for monitoring an anaerobic digester according to claim 1, wherein a simplex method for searching for a parameter for minimizing an evaluation error is used.
【請求項3】 最適化処理の初期値は、モニタリングす
べき項目の制約条件の上下限設定値の範囲内で任意に設
定したことを特徴とする請求項1記載の嫌気性消化槽の
モニター方法。
3. The method for monitoring an anaerobic digester according to claim 1, wherein the initial value of the optimization process is arbitrarily set within a range of upper and lower limit set values of constraints of items to be monitored. ..
【請求項4】 特定のpH範囲に重み付けをした評価関
数を用いて、評価関数の計算を実施したことを特徴とす
る請求項1記載の嫌気性消化槽のモニター方法。
4. The method for monitoring an anaerobic digestion tank according to claim 1, wherein the evaluation function is calculated using an evaluation function weighted in a specific pH range.
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