JPH08201375A - 嫌気性消化槽モニター装置における固液分離制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 消化槽のモニタリングを実施する際に、試料
中に含まれている固形物濃度等汚泥の性状が変化しても
高分子凝集剤の添加量を最適に制御して、最良の固液分
離状態が得られる固液分離制御方法を提供することを目
的とする。 【構成】 嫌気性消化槽のモニター装置を構成する受泥
槽１に汚泥濃度計１５を配備して、この汚泥濃度計１５
の計測値を制御部１１に入力して最適な凝集剤添加量を
演算し、この演算結果に基づいて凝集槽４で高分子凝集
剤４ａを添加して固液分離処理するようにした固液分離
制御方法を提供する。具体的には制御部１１での演算結
果を凝集槽４に対する凝集剤注入ポンプＰ₂の動作時間
に変換してタイマ１６にセットし、試料を凝集槽４に送
り込んでから該タイマ１６にセットされた時間だけ凝集
剤注入ポンプＰ₂を駆動して、汚泥量に見合った最適量
の高分子凝集剤を添加するようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は嫌気性消化槽モニター装
置において、試料中の汚泥を固形分と液体とに分離する
際の薬品の添加量を最適に制御して最良の分離状態が得
られるようにした固液分離制御方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】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
ることが重要であり、特に嫌気性汚泥消化では一旦処理
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。

【０００３】このような観点から、本出願人は先に汚泥
を連続的に処理する嫌気性消化槽内の状態変化をモニタ
リングする方法及び装置を提案した（特願平３−３４０
５４９号，特願平４−４３９８号等を参照）。この方法
を図３によって簡単に説明すると、先ず受泥槽１に図外
の消化槽の汚泥循環パイプライン等に接続した配管に付
設された弁の開閉操作によって試料としての消化汚泥２
を受け入れ、次にｐＨ計３によりｐＨ値を測定し、送泥
ポンプＰ₁を用いて一定量の試料を次段の凝集槽４に送
り込んでから凝集剤注入ポンプＰ₂を駆動して汚泥量に
見合った高分子凝集剤４ａを添加し、充分に撹拌して微
粒子成分を凝集化する。

【０００４】次に凝集槽４の上澄液だけを固液分離ポン
プＰ₃を用いて沈澄槽５にゆっくりした速度で送り込
み、固液分離した後に該沈澄槽５の上澄液の適量を滴定
試料注入ポンプＰ₄を利用して酸・アルカリ滴定槽６に
注入する。

【０００５】この酸・アルカリ滴定槽６には予めｐＨ
計、温度計及びモータによって駆動される撹拌機構が配
備されており、この酸・アルカリ滴定槽６に滴定試薬で
あるＨＣｌとＮａＯＨを自動分注器７，８を用いて順次
添加し、試料溶液のｐＨが所定の値になるまで滴定を行
って、この滴定量とｐＨ計で測定されたｐＨ値とを制御
部１１のシーケンスコントローラに送り込み、酸−アル
カリ平衡理論に基づく処理が実施され、解析装置１２を
用いて総有機酸濃度（Ａ）の外に、アンモニア濃度
（Ｎ），全無機炭素濃度（Ｔ）等をモニタリングする。
尚、９，１０はｐＨ校正液であり、ｐＨ校正液注入ポン
プＰ₅，Ｐ₆を利用して自動分注器７，８から酸・アルカ
リ滴定槽６にｐＨ校正液９，１０を注入してｐＨ計の自
動校正を実施している。

【０００６】このような酸−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リングを実施するに際し
て、全工程が制御部１１を構成するシーケンスコントロ
ーラに予め組み込まれたプログラムに基づいて全自動的
に実施されることが本制御方法の特徴となっている。

【０００７】上記の酸−アルカリ平衡理論について簡単
に述べると、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。この第
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。

【０００８】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。

【０００９】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。 （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。

【００１０】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。

【００１１】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。

【００１２】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。

【００１３】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。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】以上嫌気性消化槽にお
けるモニター方法の具体例を説明したが、この方法は試
料中の汚泥を固液分離する手段として汚泥量に見合った
高分子凝集剤４ａを凝集槽４内に添加して微粒子成分を
凝集化する方法が主体となっているが、この高分子凝集
剤４ａの量とか撹拌時間、更には固液分離ポンプＰ₃に
よる凝集槽４の上澄液の引抜速度等の各操作条件は、経
験的に得られたデータに基づいて実施している。一般に
は上記凝集槽４にサンプリングされた汚泥に対する高分
子凝集剤４ａの注入量は、該汚泥の固形物濃度によって
も左右され、通常は汚泥に対して０.４〜０.８％の注入
率が採用されている。

【００１５】しかし固形物濃度等汚泥の性状が変化した
場合には、凝集槽４の上澄液中にかなりの汚泥が含まれ
てしまうことがあり、測定誤差の原因になるという問題
点が残存している。試料中に汚泥が混入されていると、
この汚泥のｐＨ緩衝能力によってｐＨ測定誤差の大きな
要因となってしまうことになり、従ってｐＨ計による測
定精度が実際の液ｐＨ値と異なってしまう惧れが生じ
る。

【００１６】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、試
料中に含まれている固形物濃度等汚泥の性状が変化した
際にあっても高分子凝集剤の添加量を最適に制御するこ
とによって最良の分離状態が得られる固液分離制御方法
を提供することを目的とするものである。

【００１７】

【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、嫌気性消化槽から採取された試料を、凝
集槽で凝集剤の添加により固液分離し、沈澄槽を介して
からｐＨ計が配備された酸・アルカリ滴定槽で制御部に
て求められた値に対応した量の試薬を分注器により分注
する滴定機構とを具備する固液分離＆滴定装置にかける
ことより、試料の液ｐＨ値と試薬の滴定量から酸−アル
カリ平衡理論に基づいてモニターすべき各測定項目を演
算し、汚泥の消化状態を連続的にモニタリングするよう
にした嫌気性消化槽のモニター装置において、前記受泥
槽に汚泥濃度計を配備して、この汚泥濃度計の計測値を
制御部に入力して最適な凝集剤添加量を演算し、この演
算結果に基づいて凝集槽で高分子凝集剤を添加して固液
分離処理するようにした嫌気性消化槽モニター装置にお
ける固液分離制御方法を提供する。

【００１８】具体的な制御方法として、前記制御部での
演算結果を凝集槽に対する凝集剤注入ポンプの動作時間
に変換してタイマにセットし、試料を凝集槽に送り込ん
でから該タイマにセットされた時間だけ凝集剤注入ポン
プを駆動して、汚泥量に見合った最適量の高分子凝集剤
を添加するようにしている。

【００１９】

【作用】かかる固液分離制御方法によれば、受泥槽に試
料としての消化汚泥を受け入れてからｐＨ値の測定とと
もに該汚泥濃度が汚泥濃度計によって測定され、計測値
が制御部に入力されて最適な凝集剤添加量が演算され
る。この演算結果が凝集剤注入ポンプの動作時間に変換
され、タイマにセットされる。そして一定量の試料が凝
集槽に送り込まれてからタイマにセットされた時間だけ
凝集剤注入ポンプが駆動され、試料の汚泥量に見合った
最適量の高分子凝集剤が添加されて撹拌に伴って微粒子
成分が凝集化される。

【００２０】この凝集槽の上澄液が次段の沈澄槽にゆっ
くりした速度で送り込まれ、固液分離した後に酸・アル
カリ滴定槽に注入されて、試料溶液のｐＨが所定の値に
なるまで滴定試薬であるＨＣｌとＮａＯＨの滴定が行わ
れ、この滴定量とｐＨ計で測定されたｐＨ値とによって
制御部１１により酸−アルカリ平衡理論に基づく処理が
実施され、解析装置１２を用いて総有機酸濃度（Ａ）の
外に、アンモニア濃度（Ｎ），全無機炭素濃度（Ｔ）等
がモニタリングされる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明にかかる嫌気性消化槽モニター
装置における固液分離制御方法の一実施例を、前記従来
の構成部分と同一の構成部分に同一の符号を付して詳述
する。本実施例では図１に示した嫌気性消化槽モニタ装
置を構成する受泥槽１に汚泥濃度計１５を配備して、こ
の汚泥濃度計１５の計測値を制御部１１に伝送してい
る。そして受泥槽１に図外の消化槽の汚泥循環パイプラ
イン等に接続した配管に付設された弁の開閉操作によっ
て試料としての消化汚泥２を受け入れた後に該消化汚泥
２のｐＨ値をｐＨ計３によって測定するとともに汚泥濃
度を汚泥濃度計１５によって測定し、計測値を制御部１
１に入力してこの制御部１１により最適な凝集剤添加量
を演算する。

【００２２】この演算結果は凝集剤注入ポンプＰ₂の動
作時間に変換されて、タイマ１６にセットされる。次に
送泥ポンプＰ₁を用いて一定量の試料を次段の凝集槽４
に送り込んでからタイマ１６にセットされた時間だけ凝
集剤注入ポンプＰ₂を駆動して、汚泥量に見合った最適
量の高分子凝集剤４ａを添加し、充分に撹拌して微粒子
成分を凝集化する。

【００２３】次に凝集槽４の上澄液だけを固液分離ポン
プＰ₃を用いて沈澄槽５にゆっくりした速度で送り込
み、固液分離した後に該沈澄槽５の上澄液の適量を滴定
試料注入ポンプＰ₄を利用して酸・アルカリ滴定槽６に
注入する。この酸・アルカリ滴定槽６には予めｐＨ計、
温度計及びモータによって駆動される撹拌機構が配備さ
れており、この酸・アルカリ滴定槽６に滴定試薬である
ＨＣｌとＮａＯＨを自動分注器７，８を用いて順次添加
し、試料溶液のｐＨが所定の値になるまで滴定を行っ
て、この滴定量とｐＨ計で測定されたｐＨ値とを制御部
１１のシーケンスコントローラに送り込み、酸−アルカ
リ平衡理論に基づく処理が実施され、解析装置１２を用
いて総有機酸濃度（Ａ）の外に、アンモニア濃度
（Ｎ），全無機炭素濃度（Ｔ）等をモニタリングする。

【００２４】尚、９，１０はｐＨ校正液であり、測定の
都度もしくは定期的にｐＨ校正液注入ポンプＰ₅，Ｐ₆を
利用して自動分注器７，８から酸・アルカリ滴定槽６に
ｐＨ校正液９，１０を注入することによってｐＨ計の自
動校正を実施しており、該ｐＨ計の測定精度を高めてい
る。更に測定されたデータは、温度計によって測定され
た液温度値によって補正される。又、浄水が充填された
洗浄水槽を別途に設けて、上記一工程の測定操作が終了
する都度、酸・アルカリ滴定槽６内を充分に洗浄し、次
段の測定に備えるようになっている。

【００２５】図２により本実施例の具体的な制御フロー
を説明すると、先ずステップ100で制御がスタートし、
ステップ101で消化汚泥のサンプリングが行われてから
ステップ102で試料の汚泥濃度とｐＨ濃度が測定され
る。

【００２６】次にステップ103で凝集槽４への汚泥注入
が開始されるのと同時にステップ104で凝集剤注入量が
計算され、ステップ105で凝集剤注入ポンプＰ₂の動作時
間が計算される。この計算結果に基づいてステップ106
でタイマ１６のセットが行われ、ステップ107で凝集槽
４に対してタイマ１６のセット時間だけ凝集剤の注入が
行われる。そしてステップ108で凝集槽４の混合撹拌が
実施されてステップ109で固液分離操作が終了する。以
下の操作は前記の動作説明と同一である。

【００２７】従って本実施例では、受泥槽１内のサンプ
リングされた試料中の汚泥濃度を測定して、その汚泥濃
度の程度に応じてタイマのセット時間を変更して高分子
凝集剤の注入量を変化させることが動作上の特徴となっ
ている。

【００２８】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明にか
かる嫌気性消化槽モニター装置における固液分離制御方
法によれば、受泥槽に受け入れた消化汚泥の汚泥濃度を
汚泥濃度計によって測定して、この計測値に基づいて制
御部により最適な凝集剤添加量が演算され、該演算結果
が凝集剤注入ポンプの動作時間に変換されてタイマにセ
ットされた時間だけ凝集剤が注入されるので、試料の汚
泥量に見合った最適量の高分子凝集剤を添加することが
できる。

【００２９】従って本発明によれば、各操作条件を経験
的に得られたデータに基づいて実施する方法に比して微
粒子成分の凝集化効率を最大とし、且つ固形物濃度等汚
泥の性状が変化した場合であっても直ちに高分子凝集剤
の添加量を変更して最適に制御することが可能であり、
測定誤差の原因になる試料中に汚泥混入を最小限とし、
この汚泥のｐＨ緩衝能力によるｐＨ測定誤差の要因を除
いて測定精度を高めることができる固液分離制御方法が
提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる嫌気性消化槽モニター装置にお
ける固液分離制御例を示す概要図。

【図２】本実施例の操作態様を説明するためのフロー
図。

【図３】本発明が適用した嫌気性消化槽モニター装置の
基本的構成を説明する全体的な斜視図。

【符号の説明】

１…受泥槽 ３…ｐＨ計 ４…凝集槽 ５…沈澄槽 ６…酸・アルカリ滴定槽 ７，８…自動分注器 １１…制御部 １２…解析装置 １５…汚泥濃度計 １６…タイマ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 嫌気性消化槽から受泥槽に採取された試
   料を、凝集槽で凝集剤の添加により固液分離し、沈澄槽
   を介してからｐＨ計が配備された酸・アルカリ滴定槽で
   制御部にて求められた値に対応した量の試薬を分注器に
   より分注する滴定機構とを具備する固液分離＆滴定装置
   にかけることより、試料の液ｐＨ値と試薬の滴定量から
   酸−アルカリ平衡理論に基づいてモニターすべき各測定
   項目を演算し、汚泥の消化状態を連続的にモニタリング
   するようにした嫌気性消化槽のモニター装置において、 前記受泥槽に汚泥濃度計を配備して、この汚泥濃度計の
   計測値を制御部に入力して最適な凝集剤添加量を演算
   し、この演算結果に基づいて凝集槽で高分子凝集剤を添
   加して固液分離処理することを特徴とする嫌気性消化槽
   モニター装置における固液分離制御方法。
2. 【請求項２】 前記制御部での演算結果を凝集槽に対す
   る凝集剤注入ポンプの動作時間に変換してタイマにセッ
   トし、試料を凝集槽に送り込んでから該タイマにセット
   された時間だけ凝集剤注入ポンプを駆動して、汚泥量に
   見合った最適量の高分子凝集剤を添加するようにした請
   求項１記載の嫌気性消化槽モニター装置における固液分
   離制御方法。