WO2007020675A1 - Ｂｏｄ測定方法および装置 - Google Patents

Ｂｏｄ測定方法および装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2007020675A1
WO2007020675A1 PCT/JP2005/014813 JP2005014813W WO2007020675A1 WO 2007020675 A1 WO2007020675 A1 WO 2007020675A1 JP 2005014813 W JP2005014813 W JP 2005014813W WO 2007020675 A1 WO2007020675 A1 WO 2007020675A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
measured
bod
wastewater
activated sludge
measurement
Prior art date
Application number
PCT/JP2005/014813
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Takao Ogawa
Original Assignee
Ogawa Environmental Research Institute, Inc.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ogawa Environmental Research Institute, Inc. filed Critical Ogawa Environmental Research Institute, Inc.
Priority to JP2006536983A priority Critical patent/JP4208154B2/ja
Priority to PCT/JP2005/014813 priority patent/WO2007020675A1/ja
Publication of WO2007020675A1 publication Critical patent/WO2007020675A1/ja

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/18—Water
    • G01N33/1806—Biological oxygen demand [BOD] or chemical oxygen demand [COD]

Definitions

  • the present invention relates to a BOD measurement method and apparatus suitable for continuous and rapid measurement of biochemical oxygen demand (hereinafter referred to as BOD).
  • BOD is widely used as an indicator of wastewater pollution, for wastewater treatment operation and wastewater discharge regulation values.
  • the BOD measurement method (hereinafter referred to as BOD5) defined by Japanese Industrial Standards (hereinafter abbreviated as JIS) requires a long time of 5 days. It is inconvenient to use as an index for water quality management of discharged wastewater.
  • COD chemical oxygen consumption
  • TOD and ⁇ ⁇ total oxygen demand
  • TOC total organic carbon content
  • V ⁇ ⁇ are management indicators that can be measured quickly instead of BOD5.
  • V ⁇ ⁇ are measured, and the correlation power with BOD5 is also used to estimate BOD5.
  • these indicators have a correlation with BOD5 as an individual substance, but the correlation coefficient differs depending on the substance.Therefore, the correlation is poor in the case of wastewater in which many substances are mixed and their composition varies. Become.
  • a method for rapidly measuring BOD5 there are a method using a microbial electrode and a method using a microbial group with high concentration (hereinafter referred to as activated sludge).
  • the microorganisms used in the microorganism electrode are specific microorganisms, and the BOD component wastewater that can be efficiently decomposed by the microorganisms can be measured. Wastewater containing other BOD components cannot be measured accurately. For this reason, it is necessary to exchange the microbial membrane for each BOD component, and there is an inconvenience that it takes a long time until the replaced microbial membrane is stabilized. Even when microbial membrane replacement is not required, it is necessary to create a calibration curve frequently because the microbial membrane activity changes.
  • the index can be measured automatically and continuously in a short time in correlation with BOD5, it becomes possible to properly manage wastewater treatment using aerobic microorganisms such as activated sludge. It becomes possible to manage the factory wastewater appropriately.
  • the present inventor measured the BOD of the wastewater to be measured in a short time by measuring the behavior of the oxygen consumption rate of microorganisms using a dissolved oxygen concentration meter and analyzing this by a computer.
  • Patent Document 1 JP 2001-235462
  • Patent Document 2 JP-A-06-180312
  • Patent Document 3 JP-A-10-090249
  • DOsat is the saturated dissolved oxygen concentration [mg river
  • DO is the dissolved oxygen concentration in the aeration tank [mg river
  • K a is the overall mass transfer coefficient [l / min]
  • ASact is the oxygen consumption rate [mg
  • BODact is the oxygen consumption rate [mg / lZmin] used by activated sludge to decompose BOD components.
  • the first term on the right side of equation (1) is the oxygen supply rate from the aeration apparatus, and the second term is the oxygen consumption rate used by activated sludge for breathing and decomposition of BOD.
  • ASact is the rate of oxygen consumption by basic sludge respiration. Since it is a basal respiration, it is not directly related to the BOD component and is almost constant within the short time required for measurement. ASact is known to be constant regardless of the DO value if the DO value is approximately 0.5 mg / l or more. This can be easily demonstrated by using a mixed solution with almost 0 mg / l of the BOD component because the dissolved oxygen concentration is high when the supply of oxygen is cut off, and the DO decreases linearly from the state. it can.
  • BODact is the consumption rate of oxygen used when sludge decomposes BOD components.
  • BO Dact varies depending on whether the sludge is acclimatized to the substance, the state of the sludge, water temperature, pH, salt concentration, etc.
  • the reaction is performed by the microorganism corresponding to the BOD component, and each component shows a specific reaction rate.
  • organic matter is finally decomposed into water and carbon dioxide by microorganisms, it goes through several intermediate products. Each intermediate product has an inherent decomposition reaction rate.
  • equation (1) When BODact changes during the aeration process, equation (1) cannot be easily integrated, but in the case of a mixed solution with a BOD component of almost 0 mg / l, BODact in equation (1) is almost zero. (2).
  • DO a-(a -DO) exp (-K at) (3)
  • a DOsat— ASact / K a
  • DO is an initial value when aeration is started. Also, in equation (3), the aeration elapsed time t
  • DOhf DOhf can be defined as the DO value that is finally reached when a BOD component is mostly aerated with Omg / 1.
  • DO DOhf- (DOhf-DO) exp (-K a-t) (4)
  • BODact when a BOD component is present in the mixture, BODact has a value that cannot be ignored. Furthermore, the BODact value changes from a large value force to a small value as the aeration elapsed time t mainly due to the change in the BOD component to be decomposed. If there is no BOD component that can be finally decomposed, BODact is almost zero. For this reason, Eq. (1) cannot be simply integrated like Eq. (3), but the change in DO becomes the curve of solid line 2 in Fig. 1.
  • the initial DO value when starting aeration is assumed to be the same, and the BOD component is almost Omg / 1.
  • the DO change curve when the mixture is aerated (represented by equation (4)) is indicated by dotted line 1 in Fig. 1.
  • the DO change curve when the mixture containing the BOD component is aerated is the solid line in Fig. 1. It shall be represented by 2.
  • Dotted line 1 is the DO that balances the total oxygen consumption rate by decomposing BOD and the oxygen consumption rate by respiration and the oxygen supply rate by aeration
  • solid line 2 is the DO that balances by the oxygen consumption rate by respiration and the oxygen supply rate by aeration. Therefore, the value obtained by multiplying the difference between the dotted and solid values at each aeration elapsed time by Ka is used for the BOD decomposition at that time.
  • Oxygen consumption rate reaction rate.
  • the value obtained by integrating this difference by the elapsed aeration time t corresponds to the area S surrounded by both curves. Furthermore, when this value is multiplied by Ka, the microorganisms form BOD.
  • FIG. 6 shows the BOD value (hereinafter referred to as BODts) measured by the above measurement method and the measurement result of BOD5 as a scatter diagram.
  • BODts and BOD5 are in good agreement in most areas.
  • BODts is smaller than BOD 5 in the range of block a.
  • the wastewater to be measured is a waste liquid that is toxic to activated sludge, or whether the wastewater to be measured is acclimatized by activated sludge, if it has a lot of components, is wastewater, or has been acclimatized.
  • the activity of the sludge as a whole has decreased!
  • block b The range of block b is for the case where the components of the waste liquid are special components that are generally difficult to decompose.
  • the components of the waste liquid are special components that are generally difficult to decompose.
  • BOD5 microorganisms cannot cope with the substance and decomposition does not proceed.
  • BODts uses activated sludge acclimatized to the substance, so it shows larger decomposition than BOD5.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between sludge activity and BODtsZBOD5. If the decomposition rate of the reference solution when BODtsZBOD5 is 1 is used as the denominator and the value using the decomposition rate of the reference solution at the time of measurement as the numerator is the sludge activity, the value of BODtsZBOD5 is maintained while the degree of sludge activity decrease is small. Fits from 1 to a little smaller. The degradation rate decreases with a decrease in activity, and the time until the completion of the degradation increases accordingly, but the oxygen consumption of the overall BOD decomposition does not change much.
  • BODts is measured to be smaller and BODtsZBOD5 is gradually reduced.
  • the degree of activity that decreases BODts differs depending on the properties of individual activated sludge and raw water, but the trend is shown in Fig. 7.
  • the reference liquid needs to be a waste liquid having a correlation with the decomposability of the wastewater to be measured.
  • the composition of the reference solution is composed of typical or average components of the measured wastewater, but it contributes to the metabolic process of microorganisms in common. It can also be composed of a substance such as acetic acid.
  • a conditioned solution having the components of the culture solution and the wastewater to be measured is required.
  • BOD is the amount of oxygen consumed when microorganisms ingest BOD components in measured wastewater and decompose in the body, but not all BOD components in measured wastewater are decomposed. Some are retained by microorganisms and in the body.
  • the ratio between the amount decomposed and the amount retained for growth is not only due to the BOD substance, but also the type of microorganism Microbe is in the logarithmic growth phase in the decaying growth phase or in the endogenous respiratory phase It is different even in the case of Furthermore, it differs depending on how much nutrients are retained in the body and the condition (hereinafter referred to as obesity).
  • the sample to be measured is not added simultaneously, and by taking the difference from the blank, these fluctuation factors are offset to some extent.
  • the method there are many cases where concurrent blank measurement is not performed, and therefore, in order to perform measurement with higher accuracy, it is necessary to make the state of these microorganisms as constant as possible.
  • Fig. 8 is a DO change curve when an activated sludge mixture containing BOD components A to E is aerated. Activated sludge Since the mixture is slow in decomposition and contains a lot of component E, the decomposition rate of ASact and E is reduced because E is being decomposed before reaching DOhf, which is the DO value that is reached when the BOD component is completely processed. The DO value (value indicated by DOfC in the figure) balanced by is almost constant. The determination of the decomposition reaction will be described later [0047]. When the value is set to 8 and DO> DO, the decomposition rate of E is small.
  • DOhf—DO has a certain range in practical use
  • Fig. 10 shows a specific example in which BODts changes depending on the degree of obesity.
  • the condition is that the BOD volumetric load is 0.5 kg-BOD / m3 'day in a culture solution containing glucose and peptone as the main components of BOD.
  • BODts were measured using acetic acid solution and glucose solution at a concentration of lOOOOmg / 1, using the activated sludge mixed solution cultivated in (1).
  • BODts using the activated sludge mixed solution in which the activated sludge mixed solution immediately after culturing is aerated for a certain period of time to reduce obesity.
  • the horizontal axis shows the air aeration time
  • the vertical axis shows BODts.
  • BODts increases until the air aeration time is about 10 hours. This is for the reason described in [0021]. If the air aeration time is further increased, the BODts will decrease. This is due to the sludge becoming over-aerated when air aeration is excessive and the activity of microorganisms being reduced. A similar tendency for both acetic acid and glucose Acetic acid shows a greater change.
  • Fig. 9 shows the amount of added substance Y per unit time for the aeration tank capacity (hereinafter referred to as Y volume load), the activated sludge activity (decomposition rate) for that substance, and the Y concentration in the treated water.
  • the cause of the decrease in BODtsZBOD5 as Y volume load increases is that the obesity level of microorganisms against Y substance increases as shown in the behavior of Y substance concentration in treated water, as described in [0021]. This is because the BODts measured for various reasons is reduced.
  • the decrease in BODtsZBOD5 due to a decrease in the Y volume load is due to insufficient acclimatization of the activated sludge to the Y substance, resulting in a shortage of microorganisms that decompose the substance (the curve in Fig. 9 2). This is because it is impossible to measure the decomposition rate below the limit of measurement, which is small).
  • the present invention presents a method for cultivating activated sludge suitable for use in measurement, and by using the activated sludge, a method and apparatus capable of measuring BOD quickly, in a short time, and continuously with high accuracy. It is to be provided.
  • the invention of claim 1 is to measure a change in dissolved oxygen concentration due to respiration of microorganisms using an activated sludge culture apparatus equipped with an aeration tank and a measuring apparatus for measuring the BOD of the activated sludge mixed solution.
  • the BOD of the wastewater to be measured is measured, and the step of adding the wastewater to be measured as a conditioned liquid to the culture device is added to the active sludge culture solution, and the culture device is measured within the residence time.
  • the invention of claim 2 further includes the step of returning the activated sludge mixed solution after measurement to the culture device in claim 1, and the measurement wastewater is measured by repeating each of the steps. It is characterized by measuring BOD substantially continuously.
  • the reason for adding the waste solution to be measured as the acclimatization solution in addition to the addition of the culture solution is as follows.
  • the components of the wastewater to be measured fluctuate, and it is not practical to synthesize the components contained in each of the V, B, and B wastewaters to be measured. Is reasonable.
  • the culture solution is a synthetic solution with a constant composition and concentration, so if the amount added is constant, the load will be constant, but the measured wastewater Ingredients, composition and concentration are not always constant.
  • the wastewater to be measured is industrial wastewater, it is more common that the composition and concentration always fluctuate. If a certain amount of such wastewater to be measured is added, the load condition must be constant.
  • BODin BOD value
  • t the time required for one cycle in continuous measurement
  • F k per cycle using the average decomposition rate (S) until the predetermined decomposition rate (X%), the volume of the aeration tank of the culture device (V), and the preset factor k It is controlled to X t XVX SX 100Z (XX BO Din).
  • the measured wastewater is added to the activated sludge mixture sampled into the measuring device, and the average decomposition rate S until the BODin and X% of the measured wastewater are decomposed from the obtained DO change data S Measure. Then, t xV X S X lOOZ (XX BODin) is calculated, where t is the time required for one cycle and V is the volume of the aeration tank of the culture device. This value corresponds to the added amount that can process X% of BODin per cycle in the aeration tank of the culture device.
  • X selects an appropriate value for the average component composition of the wastewater to be measured. If the component composition is simple, there is a possibility that it can be adopted from a small value to 100%, but the component is complicated and slow degradability, When components are included, the reaction rate is slow and the processing status of the components gives measurement accuracy. Therefore, it is desirable to set X to 90% or more so that the degradation component and the degradation rate of the component can be taken into account.
  • the coefficient k set in advance is determined as follows.
  • t XS is a numerical value that represents an index equivalent to the BOD volumetric load of the culture device in a state where X% can be treated, but when S is small, the BOD volumetric load is small, and only sludge is used to culture activated sludge. It is insufficient to do. Conversely, when S is a large value, the BOD capacity load is a sufficiently large value, and there is a possibility that the BOD amount is sufficient for cultivating activated sludge using only the conditioned liquid. If S is small!
  • F has a limited range of operation, such as the size of the sedimentation tank and the capacity of the addition pump in the culture device, there is a risk that the amount of BOD will be insufficient if the culture is performed with 100% conditioned liquid.
  • the proportion of the conditioned liquid is large, the danger increases when an inhibitory component is mixed in the conditioned liquid. Therefore, in the case of an acclimatization solution with a large S, a BOD amount necessary for acclimatization is secured, and factors such as fluctuations in measured wastewater are taken into account, and a part of the BOD amount necessary for cultivation is stabilized in the culture solution. It is preferable to supply it.
  • the coefficient k is set to 1 or less, and a part of the added amount calculated by t XVX SX 100 / (XX BODin) is added. Add.
  • the digestion rate (S) is O.lmg / 1 / min
  • the conditioned liquid can be processed per cycle.
  • the BOD concentration is 12mg / l, so the BOD volumetric load is about 0.14kg / m3'day. Therefore, activated sludge cannot be cultivated sufficiently with the acclimatization solution alone.
  • the activated sludge is cultivated with a BOD volumetric load of about 0.4 kg / m3 -day.
  • the wastewater is easily decomposed (for example, the average average decomposition rate (S) is 0.7 mg / l / min when the decomposition rate X of the conditioned liquid is 98%), the conditioned liquid is processed per cycle.
  • the possible BOD concentration is 84 mg / l.
  • k is a simple proportional constant.
  • the force k is not limited to a proportional constant. In the intended range of [0027] and [0028] above, a more complicated function is set. Also good.
  • the average decomposition rate S until X% of BOD of the wastewater to be measured is decomposed is the measurement method disclosed in Patent Document 1, and is obtained from the DO change curve, DOhf, and Ka as follows. Thing
  • BODt The total BOD value (hereinafter referred to as “BODt”) is shown in Fig. 2 as the DO change curve until the decomposition start force is reached and the initial value of DO, and the curve calculated by Eq. (4) (hereinafter virtual DO curve 1) Toi
  • the virtual DO curve is a constant (DOhf value) straight line.
  • the BOD decomposed by a certain time can be obtained as follows.
  • the DO change curve is calculated by Equation (4) using DOhf and Ka as the initial DO value at that time. Curve (hereinafter temporary
  • the starting power of the anchor is also the value obtained by multiplying the area enclosed by the DO change curve up to that point and the virtual DO curve 1 and virtual DO curve 2 by Ka.
  • BODp BOD up to point
  • the invention of claim 4 adds the operation of adding a certain amount of the reference solution to the measuring device using the activated sludge of the culture device and measuring the decomposition rate of the reference solution. When the decomposition rate falls below a preset target value, control is performed to reduce the amount of wastewater to be measured added to the culture apparatus. Since the culture solution is a solution for cultivating activated sludge, it basically has no adverse effect on activated sludge, but the measured wastewater does not necessarily grow healthy activated sludge against activated sludge. It is not always suitable wastewater, and may contain inhibitory components.
  • Claim 4 is a method for dealing with such a case. In other words, a step of adding a reference solution to the sampled activated sludge mixture and measuring its decomposition rate is added. If the activated sludge is adversely affected by poisonous substances, the degradation rate of the reference solution will decrease. The degradation rate of the wastewater to be measured is also affected, but the degradation rate of the wastewater to be measured changes even if the composition changes.
  • the relationship force shown in Fig. 7 is also stored in the computer in advance as a lower limit value for the decomposition rate of the reference solution that corresponds to the activity (set value 3 in the figure) that is acceptable for the measurement accuracy of the wastewater to be measured. If the value falls below the lower limit, control is performed to reduce the amount of wastewater to be measured. By this control, the ratio of the culture solution can be increased and the sludge activity can be recovered at an early stage.
  • the invention of claim 5 uses the activated sludge of the culture apparatus in the above, and adds an operation for adding a fixed amount of the reference solution to the measuring device and measuring the decomposition rate of the reference solution, and previously determines the decomposition rate of the reference solution.
  • a calibration curve was established to correlate the BOD obtained by measuring the measured value and the average measured wastewater with this measuring device and the BOD measured by the JIS method for the average measured wastewater, and measured by the measuring device. It is characterized in that the BOD of the wastewater to be measured is measured by correcting the BOD of the wastewater with the decomposition rate of the reference solution and the calibration curve.
  • the relationship between sludge activity and BODtsZBOD5 is the relationship explained in Fig. 7. Strictly speaking, this relationship is a relationship that applies to measured wastewater with a constant composition concentration. For example, when measuring specific factory wastewater, it fluctuates at the moment. It is often within the range of variation centered on uniform drainage. Therefore, using the average drainage, a relationship between the degradation rate of the reference solution of sludge and the average BODts ZBOD5 of the average drainage was prepared as a calibration curve, and the measurement rate of the reference solution and Measure the BODts of the constant wastewater, and calculate the BODts of the wastewater to be measured using the decomposition rate of the reference solution and the calibration curve. By correcting, the BOD of the wastewater to be measured can be measured accurately even if the activated state of the sludge changes.
  • BOD5 BODts X BOD5s / BODtss
  • BO Dtss BODts of the reference solution at the time of measurement
  • dissolved oxygen concentration due to respiration of microorganisms prior to sample addition also in the method of measuring the change in the respiration rate of activated sludge in the state of endogenous respiration of sludge.
  • the decrease rate of dissolved oxygen concentration is measured at the point where the decrease rate of dissolved oxygen concentration due to respiration of microorganisms is the same as the decrease rate before addition after sample addition. Since the difference between the rate of decrease in dissolved oxygen concentration due to respiration before sample addition and the rate of decrease in dissolved oxygen concentration after addition becomes the reaction rate, the above calculation is possible. Can be realized.
  • the key to measuring BOD having a high correlation with BOD5 is how to secure a well-adapted healthy and low-weight obesity activated sludge in the same state. Whether activated sludge maintains these conditions is based on DOhf, Ka, and BOD of activated sludge mixture, where DO change data and change data force in the measuring device are also calculated.
  • Remote control items include the entire system stop and start, various conditions of the culture apparatus operation such as the amount of culture medium added to the culture apparatus, the amount of wastewater to be measured added to the measurement apparatus, etc.
  • the most fundamental is the cultivation of the activated sludge in the culture apparatus, so that at least the amount of culture medium added or the amount of conditioned liquid added to the culture apparatus can be measured. With this function, users can always measure accurate BOD in a short time without any special technique.
  • the measuring method for measuring the BOD of the activated sludge mixed solution, the BOD of the measured waste water, or the decomposition rate in claims 1 to 5 is activated from the aeration tank of the culture apparatus.
  • the mass transfer coefficient K a in the oxygen supply means is calculated and the calculated dissolved oxygen concentration is measured by aeration of the mixture using the obtained DOhf and Ka.
  • This method is used to determine the BOD and decomposition rate of the mixed solution, reference solution and measured wastewater from the change in dissolved oxygen concentration measured by aeration after adding the reference solution and measured wastewater to the mixed solution. is there.
  • measurement data such as a change in dissolved oxygen concentration in the measurement device is also transmitted to the remote computer using the communication line of the computer power of the measurement device, and the transmission is performed by the remote computer.
  • the data is decoded, and at least the data for controlling the amount of culture medium added to the culture device or the amount of conditioned liquid added is sent to the computer of the measuring device. (Claim 7).
  • the apparatus used in the above method includes a culture apparatus for cultivating activated sludge, and a measuring apparatus that measures the BOD of the wastewater to be measured using the activated sludge of the culture apparatus.
  • the sampled activated sludge mixed solution is aerated and the oxygen supply rate and the mixed solution are changed after the dissolved oxygen concentration change curve in the mixed solution (hereinafter referred to as DO curve 2-1) and BOD decomposition in the mixed solution.
  • Means for measuring dissolved oxygen concentration (hereinafter referred to as DOhf) at the balance point with oxygen consumption rate, and dissolved oxygen concentration change curve when aeration is resumed after aeration is stopped and dissolved oxygen concentration is lowered (Hereinafter referred to as DO curve 2-3), based on DO curve 2-3 and DOhf, the mass transfer coefficient Ka in the oxygen supply means is calculated, and the obtained DOhf and Ka are calculated. And change in dissolved oxygen concentration measured by aeration of the mixture.
  • BOD of wastewater to be measured can be continuously measured with high accuracy in a short time of about 1 to 2 hours per cycle. This makes it possible to use BOD, which has been unable to be used for the operation of activated sludge equipment and the management of factory wastewater, as a running indicator because of the long measurement time of 5 days. Can be performed appropriately. In addition, since the apparatus has a culture device, BOD can be measured quickly even without activated sludge.
  • FIG. 3 shows a measuring apparatus according to an embodiment that specifies the measuring method according to claim 5.
  • the measurement device is composed of a culture device part A and a measurement device part B.
  • the measurement device part B includes an aeration container 3 for aeration with a mixed liquid of activated sludge, and a measurement container 4 connected to the aeration container 3 by a bottom pipe,
  • a circulation pump 5 an aspirator-type aeration device 6, an air flow meter 7, an air solenoid valve 8, a dissolved oxygen meter electrode 9, a heater 10, a cooling heat exchange pipe 11 through which cooling water flows,
  • a reference liquid addition pump 12, a raw water addition pump 13, a drain electromagnetic valve 14, a dissolved oxygen meter 15, a control panel 16, and a computer 17 are provided.
  • the culture unit A includes a culture aeration tank 18, a culture sedimentation tank 19, a culture aeration apparatus 20, a culture solution addition pump 21, a measured wastewater addition pump 22, a temperature control device for a heater and a temperature sensor. 23 and a liquid feed pump 24 to the measuring device section B.
  • Reference numeral 25 is a reference liquid tank
  • 26 is a drainage tank to be measured
  • 27 is a culture liquid tank
  • 28 is an overflow pipe of the measuring device.
  • the mixed liquid in the apparatus is circulated in the flow of the aspirator of the measuring container 4 ⁇ the aeration apparatus 6 ⁇ the aeration container 3 ⁇ the measurement container 4 by the circulation pump 5 and sucks air with the aspirator of the aeration apparatus 6 to obtain the aeration container 3 Then, aeration is performed and the bubbles are separated by transferring to the measuring container 4 from the bottom, and the flow velocity of the sensor surface of the dissolved oxygen meter electrode 9 installed in the vicinity of the inlet nozzle in the measuring container 4 is secured.
  • the computer 17 has a digital output / analog-to-digital conversion PC card attached to the PCMCI A adapter and is connected to the control panel.
  • the computer 17 controls the pump and solenoid valve of the measuring device.
  • the computer 17 takes in the measured value of the dissolved oximeter electrode 9 through the serial port.
  • the control panel 16 is equipped with a temperature controller, and by controlling the heater 10, the temperature of the mixture is kept constant.
  • the culture device part A and the measurement device part B are connected via a liquid feed pump 24.
  • the computer 17 has a function of connecting to the Internet through a telephone line.
  • FIG. 4 is an operation flow chart of the device 1 according to the present embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram conceptually showing a DO change by the measurement method of the present embodiment. This operation has a small BOD and is effective for measuring the wastewater to be measured.
  • St mark 1 is a step of sampling the mixed solution from the culture device part A.
  • the drainage electromagnetic valve 14 is opened, and the measured mixed solution in the measuring device is loaded. Drain to culture device.
  • Flow chart S1. Corresponds to this.
  • step S2 Using the feed pump 24, the activated sludge mixture is sampled from the culture device to the measuring device.
  • a specific method is to operate the feed pump 24, overflow from the overflow pipe 28 of the measuring device, and return the overflow liquid to the culture device part A, thereby sampling a certain amount of the activated sludge mixed solution of the culture device in the measuring device. To do.
  • Step 2 is a step of processing the BOD of the sampled mixed solution (portions S3. To S5.).
  • Step 2 in Fig. 5 shows this process.
  • the measurement and calculation method in this process is performed by the method shown in Patent Document 1.
  • the circulation pump 5 is operated with the initial DO value of the sampled mixture as DO, and the air solenoid valve
  • Opening 8 and starting aeration with an aspirator will eventually process the BOD of the mixture.
  • the oxygen consumption rate becomes ASact only, and the DO value balances with the oxygen supply rate by aeration and balances at a high position.
  • the dissolved oxygen concentration during this period shows a change as shown by DO curve 2 in Fig. 5.
  • the point at which equilibrium is reached at the end of DO curve 2 is defined as provisional DOhf.
  • Step 3 is a step of adding the measured wastewater and measuring the BOD and decomposition speed of the measured wastewater, and this corresponds to the flowcharts S6.
  • S7 The DO curve 3 in FIG. 5 is a diagram showing an example of a DO change measurement pattern in this process.
  • Step 4 a mass transfer coefficient Ka representing the efficiency of aeration is obtained.
  • Step4-2 When DO is sufficiently lowered, when the air solenoid valve 8 is opened and aeration is resumed and the change in DO is measured, a change like DO curve 4-2 in Fig. 5 is shown. The process so far is called Step4-2.
  • the actual measured force of this DO curve 42 is also calculated as Ka.
  • the calculation method is DO in equation (4).
  • the finally matching Ka is defined as the Ka of the aeration apparatus.
  • Setting value 1 and setting value 2 are provided to reduce the error by taking a sufficiently large DO calculation width when calculating equation (4).
  • the decomposition rate S until X% of BODin of the wastewater to be measured can be calculated by the method described in [0029]. As shown in flowchart S20.21, calculate VXSX 100 / (XX BODin) using BODin, S, and the aeration tank volume V of the culture device, and determine the amount of waste liquid to be measured added to the culture device based on this value. Yes Outputs control signals.
  • Step 5 is a step in which the reference solution is added to measure the activity of the decomposition rate force of the reference solution, and the flow charts S16.
  • DO curve 5 in Fig. 1 is an example of a measurement pattern of DO change in this process.
  • the measurement data is transmitted as shown in S26. That is, drain the measured mixed solution, sample a new mixed solution from the aeration tank, and repeat the above measurement.
  • the time required for the above operation is approximately 1 minute for St mark 1, approximately 30 minutes for St mark 2, approximately 25 minutes for Step 3, approximately 35 minutes for Step 4, and approximately 30 minutes for Step 5, totaling approximately 2 hours.
  • a method for realizing this on the computer 17 is, for example, as follows. Calculate the slope ⁇ of the regression line from several DO measurement values from several minutes before the measurement. Since ⁇ is the rate of increase in DO, ⁇ is compared with setting value 5 (previously stored in computer 17), which is the minimum allowable value for the rate of increase in DO and DO.
  • DO DOhf is taken into consideration because the state of activated sludge at the end of the reaction is not necessarily the same as when DOhl ⁇ was acquired.
  • D 011 is obtained in Step 2-1
  • BOD component that has a slow decomposition rate that is less than the measurement accuracy
  • sludge properties may change depending on the amount of waste liquid added.
  • the present invention relates to a method for culturing microorganisms when measuring BOD by measuring changes in dissolved oxygen concentration due to respiration of microorganisms using a high concentration of aerobic microorganisms. As long as the change in oxygen concentration is measured and measured, a measurement method that does not limit the measurement method can be applied to the case where a microbial electrode is used.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining the calculation principle disclosed in Patent Document 1.
  • FIG.2 Diagram explaining the calculation method for determining the average decomposition rate up to X% BOD decomposition rate and the method for determining whether the decomposition reaction is complete
  • FIG. 4 is an operation flowchart of the device 1 according to the present embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram conceptually showing a DO change by the measurement method of the present embodiment.
  • FIG. 6 is a scatter diagram showing the measurement results of BODts and BOD5.
  • FIG. 7 Diagram showing the relationship between sludge activity and BODtsZBOD5.
  • FIG. 8 Diagram explaining that when activated sludge with a high degree of obesity is used, the measured value is smaller than the original value.
  • FIG. 9 is a graph showing the relationship between Y volume load, activity, Y concentration in treated water, and BODtsZBOD5.
  • FIG. 10 is a diagram showing a specific example in which BODts changes depending on the degree of obesity.

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Emergency Medicine (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Activated Sludge Processes (AREA)

Abstract

【課題】微生物の呼吸による溶存酸素濃度の変化を計測して、ＢＯＤを迅速に測定する方法において、測定に使用するに適切な活性汚泥を培養する方法を提示し、その活性汚泥を使用することでＢＯＤを迅速に短時間で連続的に精度よく測定できる方法及び装置を提供する。 【解決手段】活性汚泥を培養する培養装置と計測装置から構成され、該培養装置に培養液の添加に加え、馴養液として被測定排水の添加を行い、被測定排水の添加量を、被測定排水のＢＯＤ値であるＢＯＤinと、被測定排水の分解速度のデータから計算される被測定排水のＢＯＤのＸ％を分解するまでの平均分解速度Ｓと、培養装置の曝気槽の容積Ｖを用いて、Ｖ×Ｓ×100／（Ｘ×ＢＯＤin）で計算される値に従って、被測定排水の添加量Ｆを制御しつつ培養した活性汚泥混合液を用いて計測装置で被測定排水のＢＯＤを計測する。

Description

明 細 書
BOD測定方法および装置
技術分野
[0001] 本発明は、生物化学的酸素要求量 (以下 BODと 、う）の連続且つ迅速測定に適し た BOD測定方法および装置に関する。
背景技術
[0002] 排水の汚濁指標として BODは廃水処理の運転や廃水の放流の規制値などに広く 用いられている。しかしながら、日本工業規格 (以下 JISと略す)で定められている BO Dの測定法（以下、 BOD5という）は 5日間という長時間を要するため、廃水処理の運 転操作のための指標や、現在排出している排水の水質管理の指標としては用いるこ とが不便である。
[0003] このため、 BOD5に代わる迅速に測定可能な管理指標として、化学的酸素消費量（ 以下 CODと 、う）や全酸素要求量 (以下 TODと ヽぅ）や全有機炭素量 (以下 TOCと Vヽぅ）などを測定し、 BOD5との相関関係力も BOD5を推定する方法が用いられて ヽ る。しかしながら、これら指標は、個々の物質としては BOD5と相関があるものの、物 質ごとに相関係数が異なるため、多数の物質が混在しその組成が変動する排水の場 合には、相関が悪くなる。
[0004] また BOD5を迅速に測定する方法として微生物電極を使う方法や、高濃度の馴養さ れた微生物群 (以下活性汚泥という）を用いる方法がある。しかし、微生物電極に使 用する微生物は特定の微生物であり、その微生物で効率的に分解できる BOD成分 の廃水は測定できる力 それ以外の BOD成分を含む排水については正確に測定で きない。このため、 BOD成分ごとに微生物膜を交換して測定する必要があり、また交 換した微生物膜が安定するまで長時間を要する不便さがある。微生物膜の交換が不 要な場合でも、微生物膜の活性が変化することから頻繁に検量線を作成する必要が ある。
また、活性汚泥を使う方法においても、測定精度の向上のために被測定排水の基質 に十分馴養された活性の高い活性汚泥が必要であり、また測定時の活性汚泥の状 態管理が大きな要素となるが、どう管理すればょ 、かなどは明確になって!/、な!/、。
[0005] もし、 BOD5と相関のょ 、指標が短時間で自動且つ連続的に測定できれば、活性 汚泥などの好気性微生物を利用した排水処理の適正な運転管理が可能になり、また 処理水や工場排水の管理を適切に行うことが可能になる。
[0006] 本発明者は、溶存酸素濃度計を使って微生物の酸素消費速度の挙動を測定し、こ れをコンピュータで解析することにより、短時間で被測定排水の BODを測定するとと もに、被測定排水の BOD成分の分解速度を計算し、微生物の活性を定量ィ匕する方 法を開示している（特許文献 1)。具体的には、溶存酸素濃度の測定データの取得方 法および取得したデータ力 BODを計算する計算方法および BODの分解速度を解 析する方法である。
また、活性汚泥を使う方法について、汚泥の内生呼吸状態にある活性汚泥の呼吸速 度を測定しておき、被測定排水を添加後、呼吸速度が添加前の呼吸速度に戻る時 点を被測定排水の分解終了点として、その間の溶存酸素濃度の変化量を被測定排 水の BODとする方法を開示している（特許文献 2、 3)。
特許文献 1：特開 2001-235462
特許文献 2：特開平 06-180312
特許文献 3：特開平 10-090249
[0007] 以下は、本出願人が特許文献 1に開示した計測方法である。なお、請求項 1から 4 までの計測装置は、本計算原理に基づいて計測してもよいし、特許文献 2や特許文 献 3による方法に基づいて計算することもできる。
活性汚泥と廃液を含む混合液を曝気装置で曝気していくと廃水中の溶存酸素濃度 は曝気時間とともに上昇して ヽくが、その変化は（1)式で表される。
[0008] [数 1]
KLa (DOsat - DO) - (ASact + BODact ) (1 )式
Figure imgf000004_0001
[0009] ここに、 DOsatは飽和溶存酸素濃度 [mg川、 DOは曝気槽内溶存酸素濃度 [mg川、 K aは総括物質移動係数 [l/min]、 ASactは活性汚泥が呼吸で使う酸素消費速度 [mg し
/1/min], BODactは活性汚泥が BOD成分の分解で使う酸素消費速度 [mg/lZmin] である。
[0010] (1)式の右辺第 1項は、曝気装置から酸素供給速度であり、第 2項は活性汚泥が呼 吸および BODの分解で使う酸素消費速度である。 ASactは汚泥の基礎呼吸による酸 素の消費速度である。基礎呼吸なので BOD成分とは直接無関係であり、測定に必 要な短時間内ではほとんど一定である。 ASactは概ね DO値が 0.5mg/l以上あれば、 A Sactは DO値に無関係に一定であることが知られている。このことは、 BOD成分がほ とんど 0mg/lの混合液を、酸素の供給を断った状態で溶存酸素濃度が高 、状態から DOが直線状に減少して 、くことから容易に実証できる。
[0011] BODactは、汚泥が BOD成分を分解しているときに使う酸素の消費速度である。 BO Dactは、汚泥がその物質に馴化しているかどうか、汚泥の状態、水温、 pH、塩濃度 等の棲息環境などで変化する。微生物が BOD成分を分解する場合、反応は BOD 成分に対応した微生物によりおこなわれ、その成分ごとに固有の反応速度を示す。 一般に、有機物が微生物により最終的に水と炭酸ガスに分解される過程では、いく つかの中間生成物を経由する。そして、それぞれの中間生成物は、固有の分解反応 速度を持つ。
[0012] 曝気過程で BODactが変化する場合には、（1)式は簡単には積分できないが、 BO D成分が殆ど 0mg/lの混合液の場合、（1)式の BODactは殆ど 0となり、（2)式で示さ れる。
[0013] [数 2]
-= KLa (DOsat - DO) - ASact ( 2 )式
[0014] ASactは、前述のごとく DO >0.5mg/lでは、概ね DOに無関係に一定であるから、こ の範囲で（2)式は容易に積分でき（3)式で表される。
DO = a - ( a -DO ) exp(-K a-t) (3)式 但し a =DOsat— ASact/K a
L
DOは、曝気を開始したときの初期値である。また、（3)式において、曝気経過時間 t
0
が十分大きければ右辺第 2項は無視できるから
DO = a =DOsat-ASact/K a
L
の値で一定となる。この値を DOhfと表せば、 DOhfは BOD成分が殆ど Omg/1の混合 液を曝気した場合、最終的に到達する DO値と定義できる。
従って、（3)式は
DO = DOhf- (DOhf-DO ) exp(-K a-t) (4)式
0 L
と書き直せる。（4)式において、 DOの変化は図 1の点線 1に示す曲線となる。
一方、混合液中に BOD成分が存在する場合、 BODactは無視できない値を持つ。 さらに、 BODactの値は、主として分解対象の BOD成分が変わることにより、曝気経過 時間 tとともに大きい値力も小さい値へ変化する。最終的に分解できる BOD成分がな くなれば、 BODactは殆ど 0になる。このため、（1)式は（3)式のように単純に積分でき ないが、 DOの変化は図 1の実線 2の曲線のようになる。
今、曝気を開始したときの DOの初期値 DOを同じとし、 BOD成分が殆ど Omg/1の
0
混合液を曝気したときの DO変化曲線（(4)式で表される）を図 1の点線 1で表し、 BO D成分が存在する混合液を曝気したときの DO変化曲線を図 1の実線 2で表すものと する。点線 1は BODを分解する酸素消費速度と呼吸による酸素消費速度の合計と曝 気による酸素供給速度でバランスする DOであり、実線 2は呼吸による酸素消費速度 と曝気による酸素供給速度でバランスする DOであるから、各曝気経過時間における 点線と実線の値の差に K aを掛けた値は、その時点における BOD分解に使用される し
酸素消費速度 =反応速度を表す。この差を曝気経過時間 tで積分した値は、両曲線 で囲まれた面積 Sに相当する。さらに、この値に K aを掛けた値は、微生物が BOD成 し
分を分解するために使用する酸素量に相当する。この方法は、 JISで定められた BO Dの測定法とは異なるが、微生物が BOD成分を分解するに要する酸素量を測定す るという原理自体は同じである。 BOD5が 5日間という長時間を要するのに対して、本 測定法では、既に十分馴養された汚泥を使用し、且つ数千 ppmという高濃度の活性 汚泥を使用するため、数 10分程度の短時間で BOD5ときわめて相関性の高い結果 を得ることが測定可能である。本測定の原理そのものは、特許文献 1に詳しく記述さ れている。特許文献 1では、さらに (4)式の DOhl^よび（1)式の K aを測定装置のな し
カゝで具体的に取得する操作手順および計算手順を示している。
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0016] 上述のように、先行技術では BODを迅速測定する技術は開示されている力 BOD 5と精度よく相関がある測定値を得る技術にっ 、ては開示されて 、な 、。
図 6は、上記の測定方法で計測した BOD値（以後 BODtsという）と、 BOD5の測定 結果を散布図として示したものである。図 6に示すように、大部分の範囲で、 BODtsと BOD5はよい一致を示している。図 6において、ブロック aの範囲では BODtsは BOD 5より小さい値を示している。このブロックは、被測定排水が活性汚泥に対して毒性の ある廃液であつたか、被測定排水が活性汚泥が馴養して 、な 、成分が多 、廃液で あつたか、または馴養はして ヽても汚泥全体の活性が低下して!/ヽる汚泥であつたか のいずれかの場合である。またブロック bの範囲は、廃液の成分が一般には難分解 性に属する特殊な成分の場合である。 BOD5では、微生物がその物質に対応できず 分解が進まないが、 BODtsでは、その物質に馴養した活性汚泥を使用しているため 、 BOD5より大きな分解を示したものである。
[0017] 図 7は、汚泥の活性と BODtsZBOD5の関係を示す図である。 BODtsZBOD5が 1になるときの基準液の分解速度を分母とし、測定時の基準液の分解速度を分子とし た値を汚泥の活性とすると、汚泥の活性の低下程度が小さい間は、 BODtsZBOD5 の値は 1から少し小さい程度に収まる。活性低下で分解速度は低下して、その分だけ 分解完了までの時間が長くなるが、全体の BOD分解の酸素消費量はあまり変わらな い。但し、分解速度が測定限界以上に遅くなつた部分については計算されなくなる ので、その分、 BODtsは小さく計測され、 BODtsZBOD5は少しずつ小さくなる。活 性の低下が大きくなると、分解が途中で停止したり、分解速度が極端に遅くなるため BODtsの値も著しく低下してくる。どの程度の活性で BODtsが低下するかは、個々 の活性汚泥や原水の性状で異なるが、傾向としては図 7に示すようになる。
[0018] ここに基準液は、被測定排水の分解性と相関のある廃液であることが必要である。通 常被測定排水の組成は変動するものであるから、基準液の組成は被測定排水の代 表的な成分または平均的な成分で構成するのが好ま 、が、微生物の代謝過程で 共通に資する酢酸などの物質で構成することも可能である。
[0019] 図 6、 7に示すように、 BODtsが BOD5に近い値を示すためには、少なくとも被測定 排水の成分に十分に馴養した活性のある活性汚泥が必要である。被測定排水の成 分に馴養した汚泥を形成するには、被測定排水を馴養液として活性汚泥を馴養する のが最も好ま 、が、被測定排水は濃度や組成の変動や時には毒物の混入や必要 な栄養塩類の過不足があり、いつも活性の大きな健全な活性汚泥が培養できるとは 限らないものである。したがって、本発明の BODを測定するために被測定排水の成 分に馴養した活性汚泥を培養するためには、多くの場合、培養液と被測定廃液の成 分をもつ馴養液が必要である。
[0020] さらに BODの定義は微生物が被測定排水中の BOD成分を摂取し、体内で分解す るときに消費する酸素量であるが、被測定排水中の BOD成分が全て分解するわけ ではなく一部は微生物の増殖や体内に留保される。分解される量と増殖などに留保 される量の割合は、 BOD物質によることはもちろんである力 微生物の種類ゃ微生 物が対数増殖期にあるカゝ減衰増殖期にあるか内生呼吸期にあるカゝなどでも異なる。 さらに体内に栄養源をどの程度留保して 、る状態 (以下肥満度と 、う）であるかなど で異なる。 JISの測定法では同時併行的に被測定試料を添加しな 、ブランクとの差を とることで、これらの変動要素をある程度相殺しているが、本測定法や、バイオセンサ 一などの迅速測定法では、同時併行的なブランク測定を行わな 、ケースが多 、ので 、より精度の高 、測定を行うためにはこれら微生物の状態をできるだけ一定にする必 要がある。
[0021] ある物質に馴養した活性のある活性汚泥をつくるには、その物質を処理可能な範 囲で、できるだけ高負荷状態で培養することが最も有効であるが、負荷が高すぎて微 生物内に留保される肥満度の大きな状態になると、測定値が本来の値より小さく計測 される弊害が生じる。
測定値が本来の値より小さく計測される理由を、図 8の例で示す。図 8は、 BOD成 分 A〜Eを含む活性汚泥混合液を曝気して ヽくときの DO変化曲線である。活性汚泥 混合液は分解速度の遅 、成分 Eを多く含むため、 BOD成分を完全に処理した場合 に到達する DO値である DOhfに達する前に、 Eを分解中のため、 ASactと Eの分解速 度でバランスする DO値（図の DOfC示す値)で、ほぼ一定になる。分解反応の判定 を後述 [0047]する、 |8く設定値 5 and DO > DOで行うとき、 Eの分解速度が小さ
し
いと、 DOf>DOとなり、 Eを分解中の状態で反応終了と判定してしまう。反応終了判
し
定後に Eを含む廃液を添加すると、成分が同じであるため反応速度も変化せず、ほ ぼ DOfの値で推移する。成分 Eの廃液を添加しな ヽ活性汚泥混合液と比較すると添 カロした成分 Eの量だけ分解時間が長くなるものの、成分 Eを分解しきった時点では、 本来の DOhfに到達する。し力しながら、成分 Eの廃液を添カ卩しても上述のように反応 速度はほぼ DOfCあるため、すぐに終了判定条件を満たしてしまう。このため、コンビ ユータは成分 Eの廃液の分解は終了と判断し、成分 Eの廃液の BODts = Omg/1と計 測してしまう。もちろん DOを本来の DOhfに非常に近づければ誤差は小さくなる力
し
測定上の誤差やバラツキを考慮すると実用上 DOhf— DOにはある程度の幅をもた
し
さざるを得ない。
[0022] 図 10は肥満度により BODtsが変化する具体例を示すものであり、グルコースとぺプト ンを BODの主成分とする培養液で BOD容積負荷が 0.5kg-BOD/m3 '日の条件で培 養した活性汚泥混合液を使って、濃度 lOOOmg/1の酢酸溶液とグルコース溶液にっ ヽ て、 BODtsを測定したものである。培養直後の活性汚泥混合液を使用した BODtsに 対し、培養直後の活性汚泥混合液を予め一定時間空曝気して肥満度を小さくした活 性汚泥混合液を使用した BODtsを比較したものである。横軸は空曝気した時間、縦 軸は BODtsを示す。図 10に示すように、空曝気時間が 10時間程度までは BODtsが 大きくなる。これは [0021]で記述した理由による。さらに空曝気時間を長くすると、逆 に BODtsは減少していく。これは空曝気が過剰になると汚泥が過曝気状態になり微 生物の活性が低下することによる影響である。酢酸、グルコースとも同様の傾向があ る力 酢酸のほうが変化が大きい。
[0023] 図 9はある物質 Yの曝気槽容量に対する単位時間当たりの添加量 (以下 Y容積負 荷という）と、その物質に対する活性汚泥の活性 (分解速度）と処理水中の Y濃度と計 測装置での BOD測定値（BODts)と BOD5の比（BODtsZBOD5)の関係を示す図 である。培養後の汚泥を空曝気する曝気時間の長さは、培養時の BOD容積負荷の 大小による汚泥の状態に置き換えることができるので、図 9は、 [0021]、 [0022]の内 容を一般的に表したものといえる。
同図において、 Y容積負荷が大きくなるに従い BODtsZBOD5が低下する原因は、 処理水中の Y物質濃度の挙動に示すように、微生物の Y物質に対する肥満度が大き くなり、 [0021]で記述したような原因で計測する BODtsが低下するためである。逆に 、 Y容積負荷が小さくなつて BODtsZBOD5が低下する原因は、 Y物質に対する活 性汚泥の馴養不足のために、物質を分解する微生物が不足となって Y物質に対する 活性 (図 9 2の曲線)が小さぐ測定限界以下の分解速度の分が測定できなくなるた めである。このため BODtsをできるだけ BOD5に近い値に測定するには、最適な Y容 積負荷範囲（図 9 1の曲線)が存在する。その負荷範囲は物質毎や活性汚泥の性 状などさまざまな条件で異なるが、傾向は図 9に示すようになる。
以上のように、 BOD5と精度よく相関のある測定値を得るためには、測定の基となる 活性汚泥の状態を管理することが不可欠となる。本発明は、測定に使用するに適切 な活性汚泥を培養する方法を提示し、その活性汚泥を使用することにより、 BODを 迅速、短時間、かつ、連続的に精度よく測定できる方法及び装置を提供するもので ある。
課題を解決するための手段
請求項 1の発明は、曝気槽を備えた活性汚泥の培養装置と、活性汚泥混合液の B ODを測定する計測装置と、を用いて、微生物の呼吸による溶存酸素濃度変化を計 測することにより、被測定排水の BODを測定する方法であって、培養装置には、活 性汚泥培養液に加えて、馴養液として被測定排水を添加するステップと、培養装置 滞留時間内に、被測定排水の組成に応じて選定される所定の分解率 (X%)となるよ うに、培養装置への被測定排水の添加量 (F)を制御しつつ活性汚泥を培養するステ ップと、培養した活性汚泥混合液を、計測装置にサンプリングして被測定排水の BO Dを計測するステップと、を含むことを特徴とする。
請求項 2の発明は、請求項 1において、計測後の活性汚泥混合液を前記培養装置 に戻すステップを、さらに含み、前記各ステップを繰返し行うことにより被測定排水の BODを実質的に連続測定することを特徴とする。
[0025] 請求項 1の馴養方法で、培養液の添加にカ卩え、被測定廃液を馴養液として添加す る理由は以下〖こよる。
被測定排水の成分は変動するものであり、 V、ろ 、ろな被測定排水につ 、て含有す る成分をいちいち合成するのは実用的でないので、被測定排水自身を馴養液として 用いるのが合理的である。し力しながら培養装置で負荷条件を制御するには、培養 液は成分 '組成 ·濃度が一定の合成液であるから、添加量を一定にすれば、一定の 負荷となるが、被測定排水は成分，組成 ·濃度が一定であるとは限らない。被測定廃 液が工場排水などの場合は、成分'組成 ·濃度が常に変動しているほうが、むしろ一 般的である。このような被測定排水を一定量添加するのでは、負荷条件は一定にな らな 、。また被測定排水の BODを直接または代替測定法で測定した値で添加量を 制御したとしても、同じ BOD値であっても分解速度が速い成分が主な排水と、分解 速度の遅い成分が主な排水とでは、培養装置での処理程度が全く異なり、 BOD値 だけでは同じ処理条件にはならな!、。
[0026] 請求項 3の発明は、上記において、被測定排水の前記添加量 (F)を、連続測定に おける 1サイクルの所要時間を tとして、被測定排水の BOD値 (BODin)と、前記所定 の分解率 (X%)となるまで平均分解速度 (S)と、培養装置の曝気槽の容積 (V)と、予 め設定する係数 kと、を用いて、 1サイクルあたり、 F=k X t XVX S X 100Z (XX BO Din)に制御することを特徴とする。
本発明では、計測装置へサンプリングした活性汚泥混合液に被測定排水を添加し 、得られる DOの変化データから、被測定排水の BOD値である BODinと X%を分解 するまでの平均分解速度 Sを測定する。そのうえで、 1サイクルの所要時間を tとし、培 養装置の曝気槽の容積を Vとして、 t XV X S X lOOZ (XX BODin)を計算する。この 値は 1サイクルあたり培養装置の曝気槽で BODinの X%を処理できる添加量に相当 する。
Xは被測定排水の平均的な成分組成で適切な値を選定するが、成分組成が単純 な場合は小さな値から 100%まで採用できる可能性があるが、成分が複雑で分解性 の遅 、成分が含まれる場合は、反応速度の遅 、成分の処理状態が測定精度に与え る影響が大き 、ので、分解成分の遅 、成分の分解速度も加味できるように Xは 90% 以上にすることが望ましい。
[0027] 予め設定する係数 kは以下のように決定される。
t X Sは X%処理可能な状態における培養装置の BOD容積負荷に相当する指標を 表す数値であるが、 Sが小さい場合には BOD容積負荷は小さな値となり、馴養液だ けでは活性汚泥を培養するのに不足する。逆に、 Sが大きな値の場合には、 BOD容 積負荷は十分大きな値となり、馴養液だけで活性汚泥を培養するのに十分な BOD 量になる可能性がある。 Sが小さ!/、場合には、 k= 1と設定し、 t X V X S X 100/ (X X BODin)で計算される添加量を全量添加したうえで、さらに活性汚泥を培養するのに 不足する BOD量を培養液の添加で安定的に補充する。逆に Sが大きな値で、 BODi nが大きな場合には、馴養液だけで活性汚泥を培養するのに十分な BOD量になるの で、培養液の添カ卩は必ずしも必要ないが、本発明における馴養液は被測定排水な ので、 Sも BODinも変動する。 Fは培養装置における沈殿槽の大きさや添加ポンプの 容量など力も操作範囲には限界があるので、 100%馴養液で培養するのは変動しだ いでは BOD量が不足となる危険性がある。また馴養液の比率が大きいと、馴養液に 阻害性のある成分が混入した場合には危険性が大きくなる。したがって Sが大きい馴 養液の場合には、馴養に必要な BOD量を確保したうえで被測定排水の変動などの 要因を加味して、培養に必要な BOD量の一部を培養液で安定的に供給するのが好 ましい。この場合は培養液で置き換えた分、馴養液の添加量は少なくなるので係数 k は 1以下に設定し、 t XVX S X 100/ (X X BODin)で計算される添カ卩量の一部を添 加する。
[0028] 具体例として、曝気槽の容積 V=5000cc、 1サイクルの所要時間 t= 120minとすると、 分解速度の小さい排水（例えば、馴養液の分解率 Xが 98%のときの平均的な平均分 解速度（S)が O.lmg/1/min)の場合は、 1サイクルあたりの馴養液の処理可能 BOD濃 度は 12mg/lであるから、 BOD容積負荷は約 0.14kg/m3 '日となり、馴養液だけでは十 分に活性汚泥を育成できな ヽ。このため培養液による BOD容積負荷を 0.4 kg/m3 -日程度として、活性汚泥を育成する。その場合、馴養液は処理可能な量を全 量添カロすることから k= 1.0となる。 逆に分解容易な排水 (例えば、馴養液の分解率 Xが 98%のときの平均的な平均分解 速度（S)が 0.7mg/l/min)の場合は、 1サイクルあたりの馴養液の処理可能 BOD濃度 は 84mg/lである。従って BOD容積負荷は約 1.01kg/m3 '日となり、馴養液だけでも十 分活性汚泥を育成できるが、馴養液の変動などを考慮して、培養液と馴養液の BOD 量の割合は 50%程度とするのが適当である。その場合、馴養液は処理可能な量の半 分を添カロすることから k=0.5となる。
上記具体例では kは単純な比例定数の場合を示した力 kは比例定数に限るもので はなぐ上記 [0027]、 [0028]の意図する範囲であれば、もっと複雑な関数を設定し てもよい。
[0029] ここに、被測定排水の BODの X%を分解するまでの平均分解速度 Sは、特許文献 1 に開示した計測方法であり、 DO変化曲線と DOhfと K aから以下のように求めること し
ができる。
全 BOD値（以後 BODtという）は、図 2において、添カ卩開始力も分解終了までの DO 変化曲線と、 DOを初期値とし、（4)式で計算される曲線 (以後、仮想 DO曲線 1とい
0
う）により囲まれる面積に K aを乗じた値で示される。初期値 DOが DOhf値である場 し 0
合は、仮想 DO曲線は一定 (DOhf値)の直線となる。
次に、ある時間までに分解された BODは、以下のようにして求めることができる。す なわち、その時点で BODが Omg/1になったとすれば、 DO変化曲線は、その時点の D O測定値を初期値 DOとし、 DOhfと K aを使って (4)式で計算される曲線 (以後、仮
2 し
想 DO曲線 2という）になる。したがって、添カ卩開始力もその時点までの DO変化曲線 と、仮想 DO曲線 1と仮想 DO曲線 2により囲まれた面積に K aを掛けた値が、その時 し
点までの BOD (以後 BODpという）になる。
さらに、 BODpZBODt X 100 (%)が目的の分解率になる時点を tpとすれば、 BO DpZtpが求める平均分解速度となる。
[0030] 請求項 4の発明は、上記にお 、て培養装置の活性汚泥を用いて計測装置に基準 液を一定量添加し、基準液の分解速度を計測する操作を付加し、基準液の分解速 度が予め設定した目標値を下回ったときは、培養装置への被測定排水の添加量を 減少させる制御をおこなうことを特徴とする。 培養液は活性汚泥を培養するための溶液であるから、活性汚泥に対して基本的に 悪影響のな ヽものであるが、被測定排水は必ずしも活性汚泥に対し健全な活性汚泥 を育成するのに適した排水であるとは限らず、また阻害性のある成分を含む場合もあ る。特に、前記制御で被測定排水の添加量が多くなると、被測定排水中の毒物で活 性汚泥が阻害される可能性や、培養液と馴養液とで栄養塩のバランスが悪くなること もありうる。請求項 4はこのような場合に対処する方法である。すなわち、サンプリング した活性汚泥混合液に基準液を添加しその分解速度を測定する工程を付加する。も し毒物などの混入で活性汚泥に悪影響がでると、基準液の分解速度が低下する。被 測定排水の分解速度も影響をうけるが、被測定排水は組成が変わっても分解速度が 変化するので、単純に被測定排水の分解速度では汚泥が阻害されたか否かの判断 はっかない。予め、図 7で示す関係力も被測定排水の測定精度上で許容できる活性 (図の設定値 3)に相当する基準液の分解速度を下限値としてコンピュータに記憶し ておき、基準液の分解速度がその下限値を下回ったときは、被測定排水の添加量を 減じる制御をおこなう。この制御により培養液の比率がアップして早期に汚泥の活性 を回復させることができる。
請求項 5の発明は、上記において培養装置の活性汚泥を用いて、計測装置に基準 液を一定量添加し、基準液の分解速度を計測する操作を付加し、予め基準液の分 解速度の値と平均的な被測定排水を本計測装置で測定した BODと平均的な被測 定排水を JIS法で測定した BODを関係付ける検量線を設定しておき、本計測装置で 測定した被測定排水の BODを、基準液の分解速度と該検量線で補正し、被測定排 水の BODを計測することを特徴とする。
汚泥の活性と BODtsZBOD5の関係は図 7で説明した関係である。この関係は厳 密には、組成濃度が一定の被測定排水で適用される関係ではある力 特定の工場 排水を測定する場合などでは、瞬間瞬間には変動するものの、統計的にみれば、平 均的な排水を中心にあるバラツキの範囲に収まっていることが多い。したがって平均 的な排水を用いて、あら力じめ汚泥の基準液の分解速度と平均的な排水の BODts ZBOD5の関係を検量線として作成しておき、計測装置で基準液の分解速度と被測 定排水の BODtsを測定し、基準液の分解速度と該検量線で被測定排水の BODtsを 補正することにより、汚泥の活性状態が変化しても、精度のある被測定排水の BOD を測定することができる。
基準液は組成濃度一定の溶液であるから、被測定排水の BOD5を BOD5 = BODt s X BOD5s/BODtss (基準液の BOD5を BOD5s、測定時の基準液の BODtsを BO Dtssとする）で補正する方法は、被測定排水が基準液と組成が同じで濃度のみが異 なる場合は、通常の検量線となり、一般的な補正方法である。これに対して、上記の 分解速度による検量線で補正する方法を採用すると、いろいろな被測定排水に対し 共通の基準液を使用できる利点があり、且つ分解速度の大きな基準液を使用するこ とができるので、汚泥の性状変化に対する変化量が大きくなることで、補正精度が向 上する。
[0032] 特許文献 2や特許文献 3に示されて ヽる汚泥の内生呼吸状態にある活性汚泥の呼 吸速度の変化を測定する方法においても、試料添加前の微生物の呼吸による溶存 酸素濃度の減少速度を測定しておき、試料添加後、微生物の呼吸による溶存酸素 濃度の減少速度が添加前の減少速度と同じになる点を分解終了点として、その間の 溶存酸素濃度の減少量を BODとし、試料添加前の呼吸による溶存酸素濃度の減少 速度と添加後の溶存酸素濃度の減少速度の差が反応速度になることから、前述の計 算は可能であり、請求項 1乃至 5の事項を実現することは可能である。
[0033] 本発明において、 BOD5と相関性の大きい BODを計測するための鍵は、いかに馴 養された健全で肥満度の小さ ヽ活性汚泥を、 V、つも同じ状態で確保するかである。 活性汚泥がこれらの条件を維持しているかどうかは、測定装置における DOの変化デ ータおよび変化データ力も計算される DOhf、 K aや活性汚泥混合液の BOD、基準 し
液の分解速度、被測定排水の BODや分解速度力 推定できる。また DOhfや K aの し データから、測定装置そのものが正常に作動しているかどうかの判定も可能である。 しかしながら DOの測定データ等力 これらの情報を正確に読み取るにはかなりの熟 練した技術が必要である。測定装置ごとに熟練した技術者をつけるのは不効率なの で、計測装置での DOなどの測定データを測定装置のコンピュータ力 通信回線を 用いて、遠隔地のコンピュータに送信し、遠隔地のコンピュータで該送信データを再 現し、複数の測定装置のデータを、熟練した専門技術者が判断するのが効率的であ る。通常は培養条件などを請求項 1から 4の記載内容で自動制御するが、制御しきれ ない事項、例えばスタートアップ時、不測のトラブル時などでは、コンピュータで判断 しがたい現象も発生する可能性がある。このようなときに専門技術者が適切な判断を おこない、さらに測定装置全体を遠隔操作できれば便利である。遠隔操作の項目は 装置全体の停止、スタートの他、培養装置の培養液ゃ馴養液の添加量などの培養 装置運転の諸条件、計測装置への被測定排水の添加量など ヽろ ヽろな機器がある
1S 本発明において、最も基本となるのは培養装置での活性汚泥の培養'馴養であ るから、少なくとも培養装置の培養液の添加量または馴養液の添加量を制御するデ ータを測定装置のコンピュータに送信し、添加量を遠隔制御できるようにすることであ り、この機能があれば、利用者は特別な技術がなくともいつでも正確な BODを短時 間で測定可能になる。
[0034] また、請求項 6の発明は、請求項 1乃至 5において活性汚泥混合液の BODや被測 定排水などの BODや分解速度を測定する計測方法が、該培養装置の曝気槽から 活性汚泥混合液を該計測装置へサンプリングし、該計測装置の曝気装置を用いて、 該混合液を曝気して、混合液中の溶存酸素濃度の変化曲線 (以下、 DO曲線 2— 1と いう）及び混合液中の BOD分解後の酸素供給速度と混合液の酸素消費速度とのバ ランス点における溶存酸素濃度（以下、 DOhfという）を測定し、次に曝気を停止して 溶存酸素濃度を低下させた後に、曝気を再開したときの溶存酸素濃度変化曲線 (以 下、 DO曲線 2— 3という）を測定し、
DO曲線 2— 3および DOhfに基づいて酸素供給手段における物質移動係数 K aを し 演算し、求めた DOhfと K aを用いて、該混合液を曝気して測定される溶存酸素濃度 し
の変化や、該混合液に基準液や被測定排水を添加したのち、曝気して測定される溶 存酸素濃度変化から該混合液や基準液や被測定排水の BODや分解速度を求める 方法である。
[0035] また上記にぉ 、て、計測装置での溶存酸素濃度変化などの測定データを測定装 置のコンピュータ力も通信回線を用いて、遠隔地のコンピュータに送信し、遠隔地の コンピュータで該送信データを解読し、少なくとも培養装置の培養液の添加量または 馴養液の添加量を制御するデータを測定装置のコンピュータに送信し、添加量を遠 隔制御する（請求項 7)。
[0036] また上記の方法に用いる装置は、活性汚泥を培養する培養装置と、培養装置の活 性汚泥を用いて被測定排水の BODを測定する計測装置力 構成される BODの迅 速測定装置であって、該培養装置の曝気槽から活性汚泥混合液を該計測装置へサ ンプリングする手段と、
サンプリングした活性汚泥混合液を曝気して、混合液中の溶存酸素濃度の変化曲 線 (以下、 DO曲線 2— 1という）及び混合液中の BOD分解後の、酸素供給速度と混 合液の酸素消費速度とのバランス点における溶存酸素濃度（以下、 DOhfという）を測 定する手段と、 曝気を停止して溶存酸素濃度を低下させた後に、曝気を再開したと きの溶存酸素濃度変化曲線 (以下、 DO曲線 2— 3という）を測定する手段と、 DO曲 線 2— 3および DOhfに基づ 、て酸素供給手段における物質移動係数 K aを演算し、 し 求めた DOhfと K aを用いて、該混合液を曝気して測定される溶存酸素濃度の変化や し
、該混合液に基準液や被測定排水を添加したのち、曝気して測定される溶存酸素濃 度変化から該混合液や基準液や被測定排水の BODや分解速度を取得する手段と 、その分解速度の値で、培養装置へ添加する被測定排水の量を制御する手段と、計 測装置での溶存酸素濃度変化などの測定データを測定装置のコンピュータ力 通信 回線を用いて、遠隔地のコンピュータに送信する手段と、遠隔地のコンピュータから 少なくとも培養装置への添加液の添加量を制御するデータを受信する手段と、その 受信データに基づいて添加液の添加量を制御する手段と、を備える（請求項 8)。 発明の効果
[0037] 本発明の測定法によれば、 1サイクル 1〜2時間程度の短時間で被測定排水の BO Dを精度よく連続的に測定できる。これにより、従来、 5日という長い測定時間のため 活性汚泥装置の運転や工場排水の管理に使用できな力つた BODが運転指標として 利用できるようになり、廃水処理の適正運転や工場排水の管理を適切におこなえるよ うになる。また装置内に培養装置をもっため、活性汚泥のない場合でも BODの迅速 測定が可能になる。
発明を実施するための最良の形態
[0038] 以下、本発明の一実施形態について説明する。なお、本発明の範囲は特許請求 の範囲記載のものであって、以下の実施形態に限定されないことはいうまでもない。 図 3は、請求項 5に示す計測方法を具体ィ匕する一実施例に係る測定装置である。 測定装置は、培養装置部 Aと計測装置部 Bからなり、計測装置部 Bは活性汚泥の 混合液を入れ曝気する曝気容器 3と、曝気容器 3と底部の配管で連結する測定容器 4と、循環ポンプ 5と、ァスピレータ方式の曝気装置 6と、空気流量計 7と、空気電磁弁 8と、溶存酸素計電極 9と、ヒータ 10と、冷却水が内部に流れる冷却用熱交換パイプ 11と、基準液の添加ポンプ 12と、原水の添加ポンプ 13と、排水電磁弁 14と、溶存酸 素計 15と、制御盤 16と、コンピュータ 17と、を備えている。また、培養装置部 Aは、培 養曝気槽 18と、培養沈殿槽 19と、培養曝気装置 20と、培養液添加ポンプ 21と、被 測定排水添加ポンプ 22と、ヒータと温度センサーの温度調節装置 23と、計測装置部 Bへの送液ポンプ 24と、を備えている。なお、 25は基準液タンク、 26は被測定排水タ ンク、 27は培養液タンク、 28は計測装置のオーバーフロー管である。
装置内の混合液は、循環ポンプ 5により、測定容器 4→曝気装置 6のァスピレータ →曝気容器 3→測定容器 4の流れで循環し、曝気装置 6のァスピレータで空気を吸 引し、曝気容器 3で曝気をおこない底部カゝら測定容器 4に移液することで気泡を分離 し、測定容器 4内の入口ノズル近傍に設置した溶存酸素計電極 9のセンサー面の流 速を確保する。
コンピュータ 17には、デジタル出力兼アナログ-デジタル変換 PCカードを PCMCI Aアダプターに装着し、制御盤と連結しており、コンピュータ 17からの指令で測定装 置のポンプや電磁弁等を制御する。コンピュータ 17は、シリアルポートを介して溶存 酸素計電極 9の測定値を取り込む。また制御盤 16には温度コントローラを装備し、ヒ ータ 10を制御することで混合液の温度を一定に保つ。
培養装置部 Aと計測装置部 Bは送液ポンプ 24を介して接続されている。
また図示していないが、コンピュータ 17には電話回線を通じてインターネットに接続 する機能がついている。
以下、操作方法について説明する。図 4は、本実施形態に係る装置 1の操作フロー チャートである。また、図 5は、本実施形態の測定方法による DO変化を概念的に示 す図である。本操作は BODが小さ 、被測定排水の測定に有効である。 [0040] 最初に、第一のステップ (以後 St印 1という）は、培養装置部 Aから混合液をサンプリ ングする工程であり、排水電磁弁 14を開き、測定装置内の測定済み混合液を培養 装置へ排水する。フローチャート S1.がこれに該当する。次にステップ S2.の操作をお こなう。送液ポンプ 24を使って、培養装置から測定装置に活性汚泥混合液をサンプ リングする。具体的方法には、送液ポンプ 24を作動し、計測装置のオーバーフロー 管 28からオーバーフローさせ、オーバーフロー液は培養装置部 Aに戻すことにより、 計測装置に培養装置の活性汚泥混合液を一定量サンプリングする。
[0041] 次の工程（以後 Step2と称す）は、サンプリングした混合液の BODを処理する工程 (フ ローチャート S3.から S5.の部分）である。図 5の Step2は、この工程を示すものである。 この工程での測定 ·計算方法は特許文献 1に示した方法でおこなう。すなわち、サン プリングした混合液の初期の DO値を DOとして循環ポンプ 5を作動し、空気電磁弁
S
8を開き、ァスピレータによる曝気を開始すると、やがて混合液の BODが処理される。 酸素消費速度が ASactのみになり、 DO値が曝気による酸素供給速度とバランスする 高い位置で平衡する。この間の溶存酸素濃度は、図 5の DO曲線 2のような変化を示 す。 DO曲線 2の終わりで平衡になった点を暫定 DOhfとする。
[0042] 次の工程 (以後 Step3と称す）は、被測定排水を添加して被測定排水の BODや分 解速度を計測する工程であり、フローチャート S6.から S7.がこれに該当する。図 5の DO曲線 3は、この工程における DO変化の測定パターン例を示した図である。被測 定排水の
BODが小さい場合、被測定排水の添加量が多く必要となるため、混合液が被測定 排水で希釈され MLSSが小さくなり、 ASactが小さくなる。被測定排水の添加量が多 い場合、 ASactの変化が無視できなくなるため、 Step2工程での DOhfは暫定値となる 。曝気により、被測定排水の BODの分解が終了し、 DOは平衡になる。この DO値を 希釈された混合液の DOhf値として取得する。この段階では K aの値が測定されてい し
な!、ので BODや分解速度は計算できな ヽ
[0043] 次の工程 (以後、 Step4と称す）は、曝気の効率を表す物質移動係数 K aを取得する し
工程であり、フローチャート S9.から S13.がこれに該当する。
DOhl^取得したあと、空気電磁弁 8を閉じて曝気を止め、混合液の ASactによる溶 存酸素の消費で DOを低下させると、溶存酸素濃度は図 5の DO曲線 4 1のような 変化を示す。この工程を St印 4-1と称す。
十分 DOが低下した DOの時点から、空気電磁弁 8を開き曝気を再開し、 DOの変 化を測定すると、図 5の DO曲線 4— 2のような変化を示す。ここまでの工程を Step4-2 と称す。
この DO曲線 4 2の実測値力も K aの値を計算する。計算方法は（4)式の DOを
L 0
DOに変え、 DO曲線 2で取得した DOhfと仮定した K aを使って、（4)式から計算し
1 し
た計算値力 ¾0曲線 4— 2の実測値と一致するまで K aの値を変えて計算を繰返し、 し
最終的に一致する K aを曝気装置の K aと定める。フローチャート S10.と S12.にお し し
ける設定値 1と設定値 2は、（4)式を計算する際に十分大きな DOの計算幅をとつて 誤差を少なくするために設けたものである。
[0044] Step3で被測定排水を添加して得られた DO曲線 2と被測定排水を添加した直後の DOを初期値 DOとして、取得した DOhfと K aを使って（4)式から計算される図の" B
0 L
OD=0の DO曲線"と実測値である DO曲線 3で囲まれる面積に K aをかけた値は、記 し
述したように被測定排水の BODinになる。また〔0029〕で説明した手法により被測定 排水の BODinの X%を分解するまでの分解速度 Sが計算できる。フローチャート S20 .21に示すように、 BODinと Sと培養装置の曝気槽容積 Vを使って V X S X 100/ (X X BODin)を計算し、この値に基づき培養装置への被測定廃液の添加量を決定する 制御信号を出力する。
[0045] 次の工程 (以後、 Step5と称す）は、基準液を添加して基準液の分解速度力も活性 を計測する工程であり、フローチャート S16.から S18.の部分がこれに該当する。図 1 の DO曲線 5は、この工程における DO変化の測定パターン例である。 Step4-2におい て aを計算後、完全に平衡に達した後に、コンピュータ 17からの指令により基準液 し
の添加ポンプ 12を作動させ、曝気容器 3に基準液を添加する。
混合液中の活性汚泥が基準液を分解していく際の DOの変化を測定する。測定デ ータに基づいて基準液の分解速度を計測する。フローチャート S22、 23に示すように 、基準液の分解速度が設定値より低くなれば、被測定排水の悪影響を排除するため 、培養装置への被測定排水の添加量を減少させる制御信号を出力する。またフロー チャート S24、 25に示すように、基準液の分解速度を検量線と比較して、被測定排 水の BOD測定値を補正して、出力する。
[0046] Step5の測定終了後は、 S26.に示すように測定データを送信して、フローチャート S1.に戻る。すなわち、測定済みの混合液を排水して新たに曝気槽から混合液をサ ンプリングし、上記の測定を繰り返す。上記操作に要する時間は St印 1が約 1分、 St印 2が約 30分、 Step3が約 25分、 Step4が約 35分、 Step5が約 30分、合計約 2時間程度で ある。
[0047] 次に、分解反応が終了したかどうかの判定法について述べる。図 4のフローチヤ一 トにおいても、 S4, S7,S17で分解反応が終了した力どうかの判定が必要である。こ の判定には、活性汚泥の微生物反応の特徴を利用する。通常、廃液を添加すると、 図 2に示すように、 DO測定曲線は廃液中の主要成分の分解進行によって、階段状 の変化を経る。そして、反応終了近くになるとスロープ上に上昇し、最終的に DOhf付 近で殆ど一定になる変化をする。したがって、 DO値が DOhf付近でほとんど一定に なれば、反応終了と判断できる。これをコンピュータ 17上で実現する方法は、例えば 以下の通りである。測定時の数分前からの数点の DO測定値から回帰直線の傾き β を計算する。 βは DOの上昇変化速度となるので、 βと DOの上昇変化速度の最小 許容値である設定値 5 (予めコンピュータ 17に格納）と比較し、
j8く設定値 5 and DO = DOhf (5)式
の条件を以つて反応終了と判定する。
[0048] ここに、 DO DOhfとしたのは、反応終了時の活性汚泥の状態が DOhl^取得した 時点とは必ずしも同じでないことを考慮したためである。例えば、 Step2-1において D 011 取得した時点では混合液の BODが 0mg/lであるとした力 厳密には測定精度 以下の遅い分解速度を持った BOD成分もある。また、廃液の添カ卩により汚泥の性質 が変わる可能性もある。 K a=0.3[l/min]、 DOhl^6.0[mg川のとき、分解反応は概ね D し
Ohf-0.5以上になると DOの上昇はほとんどの場合スロープ状になる。この点を図 2の DOに示す値とすれば、実用上、 j8 <設定値 5 and DO >DOのような設定で判 し し
定可能である。
産業上の利用可能性 [0049] 本発明は、高濃度の好気性微生物を使って、微生物の呼吸による溶存酸素濃度の 変化を計測して BODを測定する際の微生物の培養法に関するもので、微生物の呼 吸による溶存酸素濃度の変化を計測して測定するものであれば、計測法を限定する ものではなぐ計測法が微生物電極を使う場合にも適用できる。
図面の簡単な説明
[0050] [図 1]特許文献 1に開示されている計算原理を説明する図
[図 2]BODの分解率 X%までの平均分解速度を求める計算方法を説明する図および 分解反応が終了したかどうかの判定法を説明する図
[図 3]本発明の計測方法を具体化する装置例
[図 4]本実施形態に係る装置 1の操作フローチャート。
[図 5]本実施形態の測定方法による DO変化を概念的に示す図。
[図 6]BODtsと、 BOD5の測定結果を散布図として示す図。
[図 7]汚泥の活性と BODtsZBOD5の関係を示す図。
[図 8]肥満度の大きな活性汚泥を使用した場合、測定値が本来の値より小さく計測さ れることを説明する図
[図 9] Y容積負荷と、活性と処理水中の Y濃度と BODtsZBOD5の関係を示す図。
[図 10]肥満度により BODtsが変化する具体例を示す図。
符号の説明
[0051] 3 曝気容器
4 測定容器
5、 12、 13, 21、 22, 24 ポンプ
6, 20 曝気装置
7 空気流量計
8、 14 電磁弁
9 溶存酸素計電極
10, 23 ヒータ
11 冷却用熱交換パイプ
15 溶存酸素計 16 制御盤
17 コンピュータ
18 培養装置曝気槽
19 培養装置沈殿槽
25 基準液タンク
26 被測定排水タンク
27 培養液タンク
DOhf- · '混合液中の BOD分解後の酸素供給速度と混合液の酸素消費速度との バランス点における溶存酸素濃度
DOf- · '混合液中の BOD分解中における酸素供給速度と混合液の酸素消費速度 とのバランス点における溶存酸素濃度
DOL- · '混合液中の BOD分解の終了判定に使用する溶存酸素濃度下限値
DO0、 D01、 D02、 DOs ' · '溶存酸素濃度の初期値
BOD5 - - 'JIS法による BOD測定値
BODts - - ·迅速測定法による BOD測定値

Claims

請求の範囲
[1] 曝気槽を備えた活性汚泥の培養装置と、活性汚泥混合液の BODを測定する計測装 置と、を用いて、微生物の呼吸による溶存酸素濃度変化を計測することにより、被測 定排水の BODを測定する方法であって、
培養装置には、活性汚泥培養液に加えて、馴養液として被測定排水を添加するス テツプと、
培養装置滞留時間内に、被測定排水の組成に応じて選定される所定の分解率 (X %)となるように、培養装置への被測定排水の添加量 (F)を制御しつつ活性汚泥を 培養するステップと、
培養した活性汚泥混合液を、計測装置にサンプリングして被測定排水の BODを計 測するステップと、
を含むことを特徴とする BOD測定方法。
[2] 計測後の活性汚泥混合液を前記培養装置に戻すステップを、さらに含み、
前記各ステップを繰返し行うことにより被測定排水の BODを実質的に連続測定す ることを特徴とする請求項 1に記載の BOD測定方法。
[3] 被測定排水の前記添加量 (F)を、連続測定における 1サイクルの所要時間を tとして 、被測定排水の BOD値 (BODin)と、前記所定の分解率 (X%)となるまで平均分解 速度 (S)と、培養装置の曝気槽の容積 (V)と、予め設定する係数 kと、を用いて、 1サ イタルあたり、F = k X t X V X S X 100/ (X X BODin)に制御することを特徴とする請 求項 1又は 2に記載の BOD測定方法。
[4] 請求項 1乃至 3において、前記培養装置の活性汚泥を用いて、前記計測装置に糸且 成および濃度一定の基準液を活性汚泥混合液に一定量添加し、基準液の分解速度 を計測する操作を付加し、基準液の分解速度が予め設定した目標値を下回ったとき は、前記培養装置への被測定排水の添加量を減少させる制御をおこなうことを特徴 とする BOD測定方法。
[5] 請求項 1乃至 4において、培養装置の活性汚泥を用いて、計測装置に基準液を一定 量添加し、基準液の分解速度を計測する操作を付加し、予め基準液の分解速度の 値と平均的な被測定排水を本計測装置で測定した BODと平均的な被測定排水を JI S法により測定した BODを関係付ける検量線を設定しておき、本計測装置で測定し た被測定排水の BODを、基準液の分解速度と該検量線で補正し、被測定排水の B ODを計測することを特徴とする BOD測定方法。
[6] 請求項 1乃至 5にお 、て、活性汚泥混合液の BODや被測定排水などの BODや分 解速度を測定する計測方法が、該培養装置の曝気槽カゝら活性汚泥混合液を該計測 装置へサンプリングし、該計測装置の曝気装置を用いて、該混合液を曝気して、混 合液中の溶存酸素濃度の変化曲線 (以下、 DO曲線 2— 1という）及び混合液中の B OD分解後の酸素供給速度と混合液の酸素消費速度とのバランス点における溶存 酸素濃度 (以下、 DOhfという）を測定し、次に曝気を停止して溶存酸素濃度を低下さ せた後に、曝気を再開したときの溶存酸素濃度変化曲線 (以下、 DO曲線 2— 3という )を測定し、
DO曲線 2— 3および DOhfに基づ 、て酸素供給手段における物質移動係数 (以下、 K aという）を演算し、求めた DOhfと K aを用いて、該混合液を曝気して測定される溶 し し
存酸素濃度の変化や、該混合液に基準液や被測定排水を添加したのち、曝気して 測定される溶存酸素濃度変化から該混合液や基準液や被測定排水の BODや分解 速度を求める方法であることを特徴とする BOD測定方法。
[7] 請求項 1乃至 6において、計測装置での溶存酸素濃度変化などの測定データを測定 装置のコンピュータ力 通信回線を用いて、遠隔地のコンピュータに送信し、遠隔地 のコンピュータで該送信データを解読し、少なくとも培養装置の培養液の添加量また は馴養液の添加量を制御するデータを測定装置のコンピュータに送信し、添加量を 遠隔制御することを特徴とする BOD測定方法。
[8] 活性汚泥を培養する培養装置と、培養装置の活性汚泥を用いて被測定排水の BO Dを測定する計測装置力 構成される BODの迅速測定装置であって、
該培養装置の曝気槽カゝら活性汚泥混合液を該計測装置へサンプリングする手段と、 サンプリングした活性汚泥混合液を曝気して、混合液中の溶存酸素濃度の変化曲 線 (以下、 DO曲線 2— 1という）及び混合液中の BOD分解後の、酸素供給速度と混 合液の酸素消費速度とのバランス点における溶存酸素濃度 DOhl^測定する手段と 曝気を停止して溶存酸素濃度を低下させた後に、曝気を再開したときの溶存酸素 濃度変化曲線 (以下、 DO曲線 2— 3と 、う）を測定する手段と、
DO曲線 2— 3および DOhfに基づいて酸素供給手段における物質移動係数を演 算し、求めた DOhfと K aを用いて、該混合液を曝気して測定される溶存酸素濃度の し
変化や、該混合液に基準液や被測定排水を添加したのち、曝気して測定される溶存 酸素濃度変化から該混合液や基準液や被測定排水の BODや分解速度を取得する 手段と、
その分解速度の値で、培養装置へ添加する被測定排水の量を制御する手段と、 計測装置での溶存酸素濃度変化などの測定データを測定装置のコンピュータから 通信回線を用いて、遠隔地のコンピュータに送信する手段と、遠隔地のコンピュータ から少なくとも培養装置への添加液の添加量を制御するデータを受信する手段と、 その受信データに基づいて添加液の添加量を制御する手段と、
を備えて成ることを特徴とする BOD測定装置。
PCT/JP2005/014813 2005-08-12 2005-08-12 Ｂｏｄ測定方法および装置 WO2007020675A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006536983A JP4208154B2 (ja) 2005-08-12 2005-08-12 Ｂｏｄ測定方法および装置
PCT/JP2005/014813 WO2007020675A1 (ja) 2005-08-12 2005-08-12 Ｂｏｄ測定方法および装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2005/014813 WO2007020675A1 (ja) 2005-08-12 2005-08-12 Ｂｏｄ測定方法および装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2007020675A1 true WO2007020675A1 (ja) 2007-02-22

Family

ID=37757347

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2005/014813 WO2007020675A1 (ja) 2005-08-12 2005-08-12 Ｂｏｄ測定方法および装置

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP4208154B2 (ja)
WO (1) WO2007020675A1 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111896699A (zh) * 2020-07-01 2020-11-06 武汉新烽光电股份有限公司 一种基于复合菌种投放的bod在线监测装置及方法
CN114047228A (zh) * 2021-11-09 2022-02-15 同济大学 一种沉积物耗氧污染物的解析装置及方法
JP7122486B1 (ja) * 2022-04-22 2022-08-19 株式会社 小川環境研究所 活性汚泥の処理水ｂｏｄ測定方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101301096B1 (ko) * 2011-02-21 2013-08-27 이티컨설팅 주식회사 미생물호흡률 측정수단이 구비된 수처리장치

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1090249A (ja) * 1996-09-10 1998-04-10 Yukong Ltd 連続型迅速生化学的酸素要求量（ｂｏｄ）測定方法及び装置
JP2001255319A (ja) * 2000-03-09 2001-09-21 Ogawa Kankyo Kenkyusho:Kk 廃水処理試験方法
JP2005140757A (ja) * 2003-11-10 2005-06-02 Fujisawa Pharmaceut Co Ltd 近似ｂｏｄ５測定方法および近似ｂｏｄ５測定装置およびこの装置を用いた水質監視装置、廃水処理システム

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1090249A (ja) * 1996-09-10 1998-04-10 Yukong Ltd 連続型迅速生化学的酸素要求量（ｂｏｄ）測定方法及び装置
JP2001255319A (ja) * 2000-03-09 2001-09-21 Ogawa Kankyo Kenkyusho:Kk 廃水処理試験方法
JP2005140757A (ja) * 2003-11-10 2005-06-02 Fujisawa Pharmaceut Co Ltd 近似ｂｏｄ５測定方法および近似ｂｏｄ５測定装置およびこの装置を用いた水質監視装置、廃水処理システム

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111896699A (zh) * 2020-07-01 2020-11-06 武汉新烽光电股份有限公司 一种基于复合菌种投放的bod在线监测装置及方法
CN114047228A (zh) * 2021-11-09 2022-02-15 同济大学 一种沉积物耗氧污染物的解析装置及方法
CN114047228B (zh) * 2021-11-09 2023-08-04 同济大学 一种沉积物耗氧污染物的解析装置及方法
JP7122486B1 (ja) * 2022-04-22 2022-08-19 株式会社 小川環境研究所 活性汚泥の処理水ｂｏｄ測定方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP4208154B2 (ja) 2009-01-14
JPWO2007020675A1 (ja) 2009-02-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Blackburne et al. Determination of growth rate and yield of nitrifying bacteria by measuring carbon dioxide uptake rate
Oh et al. Oxygen inhibition of activated sludge denitrification
Mathieu et al. Estimation of wastewater biodegradable COD fractions by combining respirometric experiments in various So/Xo ratios
CN104090488B (zh) 污水厂自动实时控制溶解氧、污泥负荷和污泥龄的方法
JP2012187587A (ja) 脱窒プロセス及び脱窒装置
KR20150096407A (ko) 향상된 제어 알고리즘을 이용한 최적화 방법 및 폭기 성능
JP5435658B2 (ja) 水質シミュレーション方法及び装置
KR100443563B1 (ko) 연속형 신속 생화학적 산소요구량(bod) 측정방법 및 장치
WO2007020675A1 (ja) Ｂｏｄ測定方法および装置
JP3301428B2 (ja) 廃水処理試験方法
WO2006030538A1 (ja) 廃水処理測定方法及び廃水処理測定装置
De Arana-Sarabia et al. Mathematical simulation and validation of a wastewater treatment plant in Northern Italy
Barañao et al. Modelling carbon oxidation in pulp mill activated sludge systems: calibration of Activated Sludge Model No 3
JP2003334582A (ja) 活性汚泥処理における送風量制御方法及び送風量制御プログラム並びにそのプログラムを記録した記録媒体
US20150203389A1 (en) Method and installation for wastewater process monitoring and control
Mannucci et al. Ammonia Oxidizing Bacteria (AOB) kinetic parameters estimated using the actual maximum ammonia oxidation rate
Racault et al. Effect of mixed liquor suspended solids on the oxygen transfer rate in full scale membrane bioreactors
JP5801506B1 (ja) 生物的脱窒装置の運転方法
JP2006116480A (ja) 廃水処理測定方法および装置
JP4695177B2 (ja) 余剰汚泥減容化処理の制御方法
JP2003080281A (ja) 微生物活性状態の推定方法及びこれを用いた生物処理方法、並びに微生物活性状態推定プログラム及び当該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体
JP3572031B2 (ja) Ｂｏｄの測定方法
JP2016007577A (ja) 汚泥転換率取得方法および測定装置
JP2002136990A (ja) 廃水処理装置と制御法
Marcelino et al. Dynamic peroxide method for kLaO2 estimation

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2006536983

Country of ref document: JP

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 05780253

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1