JPH0924395A - 嫌気性消化槽モニター装置における測定値補正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 消化槽のモニタリングを実施する際に、ｐＨ
電極の劣化に起因して測定精度が低下するという課題が
あったが、これを解消した測定値補正方法を提供するこ
とを目的とする。 【解決手段】 消化槽から採取された試料を固液分離
し、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滴定して、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
槽ニター装置において、上記酸・アルカリ滴定槽に配備
されたｐＨ電極の洗浄を行った後に該モニター装置を用
いて消化汚泥のモニター項目についての測定を実施し、
同じ試料について比較用分析機器により分析を行い、モ
ニター装置による上記測定値を補正するようにした測定
値補正方法を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は嫌気性消化槽から採
取したサンプルを固液分離して、ｐＨ電極が配備された
酸・アルカリ滴定槽にて制御部にて求められた値に対応
する量の試薬を分注器により分注する滴定機構を備えた
嫌気性消化槽モニター装置において、ｐＨ電極の劣化に
起因する測定精度の低下を防止した測定値補正方法に関
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４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、この方法は酸
・アルカリ滴定槽６に注入された消化汚泥に対して滴定
試薬であるＨＣｌとＮａＯＨを溶液のｐＨが所定の値に
なるまで滴定し、この滴定量とｐＨ計で測定されたｐＨ
値に基づいて制御部により酸−アルカリ平衡理論に基づ
く処理を実施する方法が主体となっているため、ｐＨ電
極の状態によって測定精度が変化することがあるという
課題がある。

【００１５】即ち、モニター装置による測定回数が長く
継続するのに伴って酸・アルカリ滴定槽６に配備された
ｐＨ電極に対する汚れの付着がひどくなって応答特性が
低下するので、通常所定の測定回数に達した際には人手
によってｐＨ電極を洗浄し、且つ制御盤のメモリにプロ
グラムされた手順に基づいてｐＨ校正液注入ポンプを利
用して酸・アルカリ滴定槽６にｐＨ校正液を注入し、ｐ
Ｈ計の自動校正を実施するのが通例であるが、長期使用
中にｐＨ電極自体が劣化することが避けられず、自動校
正を実施しても測定精度が戻らない状態になることがあ
る。

【００１６】図５は測定回数と測定値との関係をプロッ
トしたグラフであり、ｐＨ電極の劣化により測定対象物
の測定値が実際の濃度Ａに対して徐々に高く測定されて
しまう傾向がある。途中で人手によるｐＨ電極の洗浄工
程Ｂが入ると一旦測定精度が良化するが、測定の継続に
伴って濃度Ａよりも高く測定される傾向になることが分
かる。

【００１７】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、ｐ
Ｈ電極の劣化に起因する測定精度の低下を防止した測定
値補正方法を提供することを目的とするものである。

【００１８】

【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、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
性消化槽ニター装置において、上記酸・アルカリ滴定槽
に配備されたｐＨ電極の洗浄を行った後に該モニター装
置を用いて消化汚泥のモニター項目についての測定を１
回実施し、同じ試料について比較用分析機器により分析
を行い、モニター装置による上記測定値を補正すること
を基本とする測定値補正方法を提供する。

【００１９】請求項２により、上記モニター装置による
測定時に、汚泥の物質濃度を変化させて回帰直線Ｙ＝ａ
Ｘ＋ｂ、補正式Ｘ＝（Ｙ−ｂ）／ａによりモニター装置
の測定値を補正し、同じ電極で所定の測定回数を超えた
時にｐＨ電極の洗浄，校正を行ってからモニター項目に
ついての測定を１回実施し、同じ試料を比較分析機器で
分析して補正式Ｘ＝（Ｙ−ｃ）／ａで測定した値を補正
する。更に請求項３により、上記モニター装置による測
定時に、汚泥の物質濃度を変化させて回帰直線Ｙ＝ａＸ
＋ｂ、補正式Ｘ＝（Ｙ−ｂ）／ａによりモニター装置の
測定値を補正し、同じ電極で所定の測定回数を超えた時
にｐＨ電極の洗浄，校正を行ってからモニター項目につ
いての測定を数回実施し、同じ試料を比較分析機器で分
析して回帰直線（Ｙ＝ａ’Ｘ＋Ｃ’）を再度作成し、補
正式Ｘ＝（Ｙ−ｃ‘）／ａ’で測定した値を補正するよ
うにした嫌気性消化槽モニター装置における測定値補正
方法を提供する。

【００２０】かかる測定値補正方法によれば、ｐＨ電極
配備時に該ｐＨ電極の個体差と測定対象である汚泥の特
性を関連づけるために汚泥の物質濃度を変化させて精度
確認試験を実施し、回帰直線Ｙ＝ａＸ＋ｂ、補正式Ｘ＝
（Ｙ−ｂ）／ａによりモニター装置の測定値を補正して
から同じ電極で継続して測定を行い、所定の測定回数を
超えた時に洗浄によりｐＨ電極の汚れを除去し、ｐＨ電
極を校正してからモニター装置により１回測定を行い、
同じ試料を比較分析機器で分析して補正式Ｘ＝（Ｙ−
ｃ）／ａで測定した値を補正する。これによってｐＨ電
極の劣化に起因する消化槽モニター装置の測定精度低下
が防止される。

【００２１】又、第２実施例によれば、上記と同様にし
て回帰直線Ｙ＝ａＸ＋ｂ、補正式Ｘ＝（Ｙ−ｂ）／ａに
よりモニター装置の測定値を補正し、次に同じ電極で継
続して所定の測定回数を超えた時にｐＨ電極の洗浄を行
ってからｐＨ電極を校正し、モニター装置により数回測
定を行い、同じ試料を比較分析機器で分析して回帰直線
（Ｙ＝ａ’Ｘ＋Ｃ’）を再度作成し直し、補正式Ｘ＝
（Ｙ−ｃ‘）／ａ’で測定した値を補正する。これによ
ってより精度の高い補正を行うことができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】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測定値補正方法の一実施例を、
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４に示した嫌気性消化槽
モニタ装置を構成する酸・アルカリ滴定槽６に配備され
たｐＨ電極の洗浄を行う都度、該モニター装置を用いて
消化汚泥の前記モニター項目についての測定を１回実施
し、比較のためにガスクロマトグラフィー、液体クロマ
トグラフィー、イオンクロマトグラフィー等の分析機器
を用いて同じサンプルを分析して、モニター装置による
上記測定値を補正することが動作上の特徴となってい
る。

【００２３】具体的には上記比較分析機器で測定した値
をモニター装置を構成する解析装置１２に入力すること
で、モニター装置による測定値の正の誤差を補正する。

【００２４】〔第１実施例〕図１は新品のｐＨ電極配備
時における測定値と比較分析値との回帰直線を示すグラ
フであり、ｐＨ電極の個体差と測定対象である汚泥の特
性を関連づけるため、汚泥の物質濃度を変化させて精度
確認試験を実施した例である。回帰直線はＹ＝ａＸ＋ｂ
であり、そして補正式Ｘ＝（Ｙ−ｂ）／ａによりモニタ
ー装置の測定値を補正する。

【００２５】次に同じ電極で継続して測定を行っている
場合は、所定の測定回数を超えた時に保守作業として手
洗浄によりｐＨ電極などの汚れを除去する。この後ｐＨ
電極を校正し、モニター装置により１回測定を行う。こ
れと同じサンプルを比較分析機器で分析し、図２に示す
相関直線の切片に相当する値を補正する。そして補正式
Ｘ＝（Ｙ−ｃ）／ａで測定した値を補正する。

【００２６】〔第２実施例〕第１実施例と同様にして回
帰直線Ｙ＝ａＸ＋ｂ、補正式Ｘ＝（Ｙ−ｂ）／ａにより
モニター装置の測定値を補正し、次に同じ電極で継続し
て測定を行っている場合は、所定の測定回数を超えた時
に保守作業としてｐＨ電極などの汚れを除去してからｐ
Ｈ電極を校正し、モニター装置により数回測定を行う。
これと同じサンプルを比較分析機器で分析し、図３に示
す回帰直線（Ｙ＝ａ’Ｘ＋Ｃ’）を再度作成し直す。そ
して補正式Ｘ＝（Ｙ−ｃ‘）／ａ’で測定した値を補正
する。

【００２７】この第２実施例は第１実施例に比較して若
干手間がかかるものの切片だけでなく勾配についても再
度正確に求めることができるので、より精度の高い補正
を行うことができる。

【００２８】以上説明したように、本実施例によれば装
置の端末から比較分析値を入力するだけで簡単に補正を
行うことができて、ｐＨ電極の劣化に起因する消化槽モ
ニター装置の測定精度低下を防止することができる。

【００２９】

【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測定値補正方法
によれば、該モニター装置による測定回数が増えるのに
伴って酸・アルカリ滴定槽に配備されたｐＨ電極自体が
劣化して自動校正によっても測定精度が戻らない状態に
なっても、ｐＨ電極の洗浄を行った後に消化汚泥のモニ
ター項目についての測定を実施し、同じ試料について比
較用分析機器により分析を行い、モニター装置による上
記測定値を補正することにより、ｐＨ電極の劣化に起因
する消化槽モニター装置の測定精度低下を防止すること
ができる。

【００３０】そして消化槽内の状態を連続モニター監視
することによって良好な運転範囲を把握し、槽内の状態
が最適運転範囲を逸脱しないように監視しながら制御を
行うことにより、良好な嫌気性汚泥消化を維持すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例によるｐＨ電極配備時にお
ける測定値と比較分析値との回帰直線を示すグラフ。

【図２】ｐＨ電極洗浄時における測定値と比較分析値と
の相関直線を示すグラフ。

【図３】本発明の第２実施例によるｐＨ電極配備時にお
ける測定値と比較分析値との回帰直線を示すグラフ。

【図４】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。

【図５】従来装置における測定回数と測定値との関係を
プロットしたグラフ。

【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

Claims (4)

【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、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
   性消化槽ニター装置において、 上記酸・アルカリ滴定槽に配備されたｐＨ電極の洗浄を
   行った後に該モニター装置を用いて消化汚泥のモニター
   項目についての測定を１回実施し、同じ試料について比
   較用分析機器により分析を行い、モニター装置による上
   記測定値を補正することを特徴とする嫌気性消化槽モニ
   ター装置における測定値補正方法。
2. 【請求項２】 上記モニター装置による測定時に、汚泥
   の物質濃度を変化させて回帰直線Ｙ＝ａＸ＋ｂ、補正式
   Ｘ＝（Ｙ−ｂ）／ａによりモニター装置の測定値を補正
   し、同じ電極で所定の測定回数を超えた時にｐＨ電極の
   洗浄，校正を行ってからモニター項目についての測定を
   １回実施し、同じ試料を比較分析機器で分析して補正式
   Ｘ＝（Ｙ−ｃ）／ａで測定した値を補正するようにした
   請求項１記載の嫌気性消化槽モニター装置における測定
   値補正方法。
3. 【請求項３】 上記モニター装置による測定時に、汚泥
   の物質濃度を変化させて回帰直線Ｙ＝ａＸ＋ｂ、補正式
   Ｘ＝（Ｙ−ｂ）／ａによりモニター装置の測定値を補正
   し、同じ電極で所定の測定回数を超えた時にｐＨ電極の
   洗浄，校正を行ってからモニター項目についての測定を
   数回実施し、同じ試料を比較分析機器で分析して回帰直
   線（Ｙ＝ａ’Ｘ＋Ｃ’）を再度作成し、補正式Ｘ＝（Ｙ
   −ｃ‘）／ａ’で測定した値を補正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測定値補
   正方法。
4. 【請求項４】 比較用分析機器として、ガスクロマトグ
   ラフィー、液体クロマトグラフィー、イオンクロマトグ
   ラフィーを用いた請求項１，２，３記載の嫌気性消化槽
   モニター装置における測定値補正方法。