JPH09155380A - 硝酸濃度測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被測定液中の硝酸濃度を迅速かつ正確に測定
でき、生物学的硝化または脱窒工程においてもオンライ
ンで測定することが可能な硝酸濃度測定装置を得る。 【解決手段】 硝化脱窒反応槽２の硝化工程または脱窒
工程における被測定液を測定槽１１に導入し、循環路１
２を通してポンプＰ２により槽内液を循環して嫌気状態
を保ち、基質導入路１５よりメタノール等の基質を添加
して生物学的脱窒反応を行わせ、ＯＲＰ計１６により検
出されるＯＲＰ信号を演算装置１７に入力し、ＯＲＰ値
の急降下時点までの基質添加量から硝酸濃度を演算す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は被測定液中に含まれ
る硝酸濃度を測定するための装置、特に生物学的硝化ま
たは脱窒工程における被測定液中に含まれる硝酸濃度の
測定に適した硝酸濃度測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】し尿その他のアンモニア性窒素含有液を
生物学的に脱窒する処理法では、硝化工程において被処
理液を過剰に曝気して硝化することにより、活性汚泥中
の硝化菌の作用によってアンモニア性窒素を硝酸性窒素
に変換し、得られる硝化液を脱窒工程において嫌気状態
に維持することにより、活性汚泥中の脱窒菌の作用によ
って硝酸性窒素を窒素ガスに還元する。

【０００３】このような生物学的脱窒法では、硝化工程
と脱窒工程を独立した処理槽で行う典型的な方法のほか
に、単一の処理槽において間欠的に曝気を行うことによ
り硝化工程と脱窒工程を交互に行う方法などの変法があ
る。間欠曝気法ではある特定の嫌気条件下に曝気を行う
と硝化と脱窒が同時に進行するため、効率のよい処理が
行われる。

【０００４】上記のような生物脱窒法では、運転状態の
把握のために液中の硝酸濃度の測定が必要になる。例え
ばいずれの処理法でも脱窒工程においてメタノール等の
ＢＯＤ源を基質として加える必要があるが、その添加量
を必要最低限に制御するため、あるいはその他の制御の
ためにも硝酸濃度の測定が必要になる。

【０００５】従来の硝酸濃度の測定方法としては比色分
析が一般的であるが、生物脱窒処理においてオンライン
で手速く測定することはできない。硝酸をモニターする
イオンセンサも知られているが、寿命が短く、し尿処理
装置等では使用できない。酸化還元電位（ＯＲＰ）は硝
酸濃度と相関関係にあるが、微量の硝酸濃度（５ｍｇ／
ｌ以下）の領域におけるＯＲＰの変位に比べ、通常の濃
度（５０〜１００ｍｇ／ｌ）の領域におけるＯＲＰの変
位は小さく、実用的でない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
問題点を解決するため、被測定液中の硝酸濃度を迅速か
つ正確に測定でき、生物学的硝化または脱窒工程におい
てもオンラインで測定することが可能な硝酸濃度測定装
置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、被測定液を導
入して活性汚泥の存在下に嫌気状態を維持し脱窒反応を
行う測定槽と、測定槽に被測定液を所定量導入する手段
と、測定槽の槽内液を攪拌する攪拌手段と、測定槽に基
質を徐々に添加する基質添加手段と、測定槽内の酸化還
元電位を測定するＯＲＰ計と、ＯＲＰ計のＯＲＰ信号を
受入れて、ＯＲＰ値の急降下時点までの基質添加量から
硝酸濃度を演算する演算装置とを含む硝酸濃度測定装置
である。

【０００８】本発明において、「硝酸」は「亜硝酸」を
含む。本発明において硝酸濃度測定の対象とする被測定
液としては、生物学的硝化工程または脱窒工程における
被処理液および処理液が測定対象として適しているが、
硝酸（塩）を含むものであれば制限なく被測定液となり
得る。生物学的硝化または脱窒工程の被処理液および処
理液は活性汚泥を含んだ状態で被測定液とすることがで
きる。

【０００９】本発明において用いる測定槽は、被測定液
を導入して活性汚泥の存在下に嫌気状態を維持し脱窒反
応を行う槽であり、被処理液導入手段、攪拌手段、基質
添加手段およびＯＲＰ計等が設けられ、嫌気状態を維持
できる構造とされる。活性汚泥は脱窒反応のための脱窒
菌を含む活性汚泥であり、被測定液中に含まれる場合は
さらに添加する必要はないが、被測定液中に含まれない
場合は別途添加するか、あるいは予め測定槽に保存され
ている活性汚泥を用いることができる。

【００１０】被測定液導入手段は測定に必要な所定量、
例えば１ literの被測定液を計量して測定槽に導入する
ように構成される。攪拌手段は被測定液、基質および活
性汚泥を嫌気状態を保って脱窒反応が進行する程度に攪
拌するように構成する。基質添加手段は菌体転換率が既
知のＢＯＤ源を基質として所定量ずつ徐々に添加するよ
うに構成する。この場合の添加速度は脱窒反応により消
費される基質の消費速度より遅くする。ＯＲＰ計は測定
槽内液の酸化還元電位（ＯＲＰ）を測定し、その測定信
号を演算装置に入力するように構成する。

【００１１】演算装置はＯＲＰ信号の変化を監視し、そ
の急激な変化の時点を硝酸の消費された時点と判定し、
その時点までの基質の添加量から硝酸濃度を演算する。
硝酸濃度と基質添加量の関係は、被測定液の組成、性
状、活性汚泥の活性、基質の種類、菌体転換率等により
変化するので、それぞれの系について既知濃度の試料に
ついて係数を定め、次式により演算を行うように構成す
る。 硝酸濃度（ｍｇ／ｌ）＝係数×基質添加量

【００１２】上記装置により硝酸濃度の測定を行うに
は、被測定液導入手段により所定量の被測定液を測定槽
に導入し、活性汚泥が存在しない場合にはさらに活性汚
泥を導入し、攪拌手段により嫌気状態で攪拌しながら、
基質を徐々に添加し、脱窒反応を行わせる。この間ＯＲ
Ｐ計により槽内液のＯＲＰを測定し、その測定信号を演
算装置に入力する。被測定液の導入量および基質の添加
量もその都度演算装置に入力するようにしてもよいが、
設定値として予め入力しておくこともできる。

【００１３】演算装置ではＯＲＰ信号の変化を監視し、
その急降下時点を検出し、その時点までの基質添加量か
ら前記式により硝酸濃度を演算する。被測定液中の硝酸
濃度が低下する場合、１０〜１００ｍｇ／ｌではＯＲＰ
の変化は僅かであるが、０付近ではＯＲＰが急降下する
ので、急降下時点を硝酸濃度０の時点とすることができ
る。

【００１４】硝酸以外の酸化性成分を含む場合は、硝酸
が０になってもＯＲＰが０になるとは限らないが、ＯＲ
Ｐの急降下は生じる。他の酸化性成分を含まない場合は
硝酸が０となることによりＯＲＰも０になる場合がある
ので、このような場合にはＯＲＰが０または−になる時
点を、ＯＲＰが急降下する時点とすることもできる。

【００１５】上記の測定においては、活性汚泥中の脱窒
菌が硝酸（塩）の硝酸性窒素を酸素源として基質を分解
するため、硝酸性窒素に起因する高ＯＲＰが急降下する
のをＯＲＰの変化を検出することにより、硝酸濃度が測
定される。ＯＲＰは被測定液に含まれる他の酸化性物質
の影響を受けるため、ＯＲＰの絶対値を測定するだけで
は硝酸濃度を決定することはできないが、ＯＲＰの急降
下の時点を測定することにより硝酸濃度０とすることが
可能である。

【００１６】上記の脱窒反応は生物反応であるため、即
時に結果が出るものではなく、基質の消費は緩やかに行
われる。従って基質の添加からＯＲＰの変化までに時間
差が生じることになる。このため基質の添加速度は脱窒
菌による基質の分解速度より低くすることが好ましい。
そして上記時間差による測定結果の差は予め各系におけ
る実験値から一定の係数を決めて補正することもできる
が、その差が誤差範囲内である場合には、その差を無視
することもできる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
により説明する。図１は一実施形態の硝酸濃度測定装置
の系統図であり、生物学的硝化脱窒処理装置に付属する
ように設けられている。

【００１８】図１において、１は硝化脱窒処理装置であ
り、し尿等のアンモニア性窒素含有液を処理するための
メインの処理装置である。この硝化脱窒処理装置１は硝
化脱窒反応槽２に被処理液導入路３から被処理液を導入
し、処理液排出路４から処理液を取出すように接続さ
れ、ポンプＰ１により循環液路５を通して槽内液を循環
する際、循環量を調整してインジェクタ６からの空気取
込量を調整し、散気液装置７から放出することにより好
気および嫌気状態を繰返し、生物学的硝化工程および脱
窒工程を繰返すように構成されている。

【００１９】１０は硝酸濃度測定装置であって、測定槽
１１にポンプＰ２を有する循環液路１２が設けられ、こ
の循環液路１２は切換弁Ｖ１、Ｖ２を介し被測定液導入
路１３および被測定液排出路１４が硝化脱窒反応槽２に
接続している。測定槽１１には基質導入路１５が接続
し、ポンプＰ３により基質を添加し、その添加量信号を
演算装置１７に入力するように構成されている。測定槽
１１にはＯＲＰ計１６が設けられ、槽内のＯＲＰを検出
し、検出したＯＲＰ信号を演算装置１７に入力するよう
に構成されている。

【００２０】演算装置１７はＯＲＰ信号の変化をモニタ
ーし、その急降下時点を検出して、その時点での基質添
加量から被測定液の硝酸濃度を演算するように構成され
ている。また演算装置１７はポンプＰ１〜Ｐ３の駆動お
よび切換弁Ｖ１、Ｖ２の切換も行うように構成されてい
る。

【００２１】上記の構成において硝化脱窒処理装置１で
は、硝化脱窒反応槽２に被処理液導入路３から被処理液
を導入して槽内の活性汚泥を混合し、ポンプＰ１により
循環液路５を通して槽内液を循環することにより攪拌す
る。このときポンプＰ１による循環量を調整することに
よりインジェクタ６からの空気の取込量を調整して好気
状態および嫌気状態を間欠的に繰返し、硝化工程および
脱窒工程を繰返す。

【００２２】上記硝化工程および脱窒工程の任意の時点
における硝酸濃度を測定するために、硝化脱窒反応槽２
の槽内液を測定槽１１に導入して測定を行う。このとき
切換弁Ｖ１を硝化脱窒反応槽２側に切換え、切換弁Ｖ２
を測定槽１１側に切換えると、ポンプＰ２により被測定
液導入路１３を通して被測定液を測定槽１１に一定量導
入する。この場合被測定液は活性汚泥が混入した状態で
導入される。

【００２３】その後切換弁Ｖ１を測定槽１１側に切換え
て、ポンプＰ２により循環液路１２を通して測定槽１１
内の槽内液を循環し、嫌気状態に保つとともに、ポンプ
Ｐ３によりメタノール等の基質を基質導入路１５から添
加することにより、脱窒反応が行われて基質が分解さ
れ、硝酸イオンが消費される。

【００２４】この間基質の添加量はポンプＰ３から、ま
た槽内液のＯＲＰ値はＯＲＰ計１６から演算装置１７に
入力される。演算装置１７はＯＲＰの変化をモニター
し、その急降下時点を測定して、その時点に至るまでの
基質添加量から硝酸濃度を演算する。このときの演算方
法は個々のケースにつき予め実験的に求めた係数を用い
て前記式により演算が行われる。

【００２５】基質としてメタノールを用いる場合、メタ
ノールの菌体転換率は０．１５であるので、添加したメ
タノールの１５％が菌体となり、残りの８５％が脱窒反
応により消費される。このときのメタノールを酸化する
反応は次式により示される。

【００２６】

【化１】６ＮＯ₃ ^-＋５ＣＨ₃ＯＨ→３Ｎ₂＋５ＣＯ₂＋７
Ｈ₂Ｏ＋６ＯＨ^- 従ってメタノール５×３２／０．８５ｇ添加により硝酸
性窒素６×１４ｇ−Ｎが消費されるため、添加したメタ
ノールの１／２．２４に相当する硝酸が消費されること
になる。このため添加したメタノール量から硝酸濃度が
演算により導き出される。

【００２７】活性汚泥１ liter（ＭＬＳＳ １５，５０
０ｍｇ／ｌ）中に硝酸を５０ｍｇ／ｌ添加した試験液に
メタノールを１ｍｌ／分の流量で滴下して、１０分毎
に、ＯＲＰを測定するとともに、試験液をサンプリング
して硝酸濃度を分析した結果を図２に示す。この図から
硝酸濃度はメタノール添加量に比例して減少することが
わかる。また硝酸濃度が０になる付近でＯＲＰ値が急降
下していることがわかる。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、生物学的脱窒反応を利
用し、ＯＲＰの急降下時点までの基質添加量から硝酸濃
度を演算するようにしたので、被測定液中の硝酸濃度を
迅速かつ正確に測定でき、生物学的硝化または脱窒工程
においてもオンラインで測定することが可能な硝酸濃度
測定装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施形態の硝酸濃度測定装置の系統図であ
る。

【図２】メタノール添加量と硝酸濃度およびＯＲＰ値の
関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 硝化脱窒処理装置 ２ 硝化脱窒反応槽 ３ 被処理液導入路 ４ 処理液排出路 ５、１２ 循環液路 ６ インジェクタ ７ 散気液装置 １０ 硝酸濃度測定装置 １１ 測定槽 １３ 被測定液導入路 １４ 被測定液排出路 １５ 基質導入路 １６ ＯＲＰ計 １７ 演算装置 Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３ ポンプ Ｖ１、Ｖ２ 切換弁

フロントページの続き (72)発明者 坂口 彩 東京都新宿区西新宿３丁目４番７号 栗田 工業株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定液を導入して活性汚泥の存在下に
   嫌気状態を維持し脱窒反応を行う測定槽と、 測定槽に被測定液を所定量導入する手段と、 測定槽の槽内液を攪拌する攪拌手段と、 測定槽に基質を徐々に添加する基質添加手段と、 測定槽内の酸化還元電位を測定するＯＲＰ計と、 ＯＲＰ計のＯＲＰ信号を受入れて、ＯＲＰ値の急降下時
   点までの基質添加量から硝酸濃度を演算する演算装置と
   を含む硝酸濃度測定装置。