JP4523127B2 - 汚泥監視システム、汚泥制御システム、水処理システム及び汚泥処理システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、汚泥監視システム、汚泥制御システム、水処理システム及び汚泥処理システムに関する。更に詳しくは汚泥の脱水性や臭気の抑制状態について監視できる汚泥監視システム、汚泥制御システム、水処理システム及び汚泥処理システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、各種汚泥を再利用しようとする傾向が盛んになり、そのため汚泥の性状を測定し、加工工程等の処理条件を把握することや、環境上の問題等から臭気の発生を抑制する手法の確立が重要になってきた。
【０００３】
しかるに、従来、汚泥の性状を測定するといっても、汚泥の含水率といった基本的な性状についてさえも十分な測定手段が整っておらず、専ら手分析が中心になっているのが実情である。例えば、下水汚泥を脱水、乾燥、堆肥化するプロセスにおいて、脱水のための凝集剤注入量の制御や乾燥条件の制御、堆肥化のための副資材投与量等の制御はほとんど個別に、かつ、経験的に行われている。そのため、汚泥処理プロセスにおける運転の最適化を図る場合も、経験的要素のみで判断され、運転されている。
【０００４】
これは下水処理施設に限らず、他の各種処理施設、ヘドロ処理施設等に共通した問題となっている。
【０００５】
従来、汚泥の性状を測定する方法として、ヌッチェテストやキャピラリー・サクション・テスト等が知られているが、これらは単に脱水性の良否のみを判断し、脱水性に問題が生じて来たときの原因追求を行うまでには至らなかった。そのため水処理施設などにおいて、例えば菌体を活性化する処理を行うか、曝気量だけで対策を取るとかいう判断までを行うのは困難であった。
【０００６】
一方、従来、臭気発生を制御する水処理や汚泥処理システムは、臭気センサと脱臭装置との組合せか、せいぜい臭気センサ出力によって曝気槽の曝気量を制御する程度であった。かかる制御法では水および／もしくは汚泥の生物学的処理を良好に保持した状態で臭気の発生を抑制することは困難である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の第１の課題は、汚泥の性状を簡便に、かつ、的確に判断し、その加工工程の処理条件を把握するだけでなく、水処理施設などに対しては、汚泥生成条件の最適化も図ることができ、さらに汚泥発生後の汚泥脱水条件などを決定する際に有効な汚泥監視システム、汚泥制御システム及び水処理システムを提供することを課題とする。
【０００８】
また本発明の第２の課題は、汚泥の性状を把握することによって、臭気発生の抑制状態について間接的に監視でき、処理条件の改善を迅速に実施できる汚泥処理システムを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討の結果、汚泥がどのような状態（例えば親水性の高い有機物の割合が多いなど）で脱水性不良になったか、あるいは臭気がどのような機構で発生するかを解明し、本発明を完成するに至ったものである。
【００１０】
即ち、上記第１の課題は以下の発明によって解決される。
【００１１】
（請求項１）
検出部内の試料汚泥を加熱し、加熱に伴う重量、導電率、誘電率、吸光度、熱伝導度、音速度、熱容量、吸熱量、電解電流のうち、少なくとも１種以上の物理量の物理量変化を連続的に測定することによって、
前記物理量が重量である場合は、前記物理量変化である重量変化と温度の座標系、
前記物理量が導電率である場合は、前記物理量変化である導電率変化と温度の座標系、
前記物理量が誘電率である場合は、前記物理量変化である蓄電容量変化と温度の座標系、
前記物理量が吸光度である場合は、前記物理量変化である赤外線反射波と温度の座標系、
前記物理量が熱伝導度である場合は、前記物理量変化である熱導電率変化と温度の座標系、
前記物理量が音速度である場合は、前記物理量変化である音速経時変化と温度の座標系、
前記物理量が熱容量である場合は、前記物理量変化である熱容量変化と温度の座標系、
前記物理量が吸熱量である場合は、前記物理量変化である吸熱量と温度の座標系、
前記物理量が電解電流である場合は、前記物理量変化である定電圧パルス電解における１パルス毎の電解終了時の電流変化と温度の座標系
で記述される物理量曲線を得、
該物理量曲線において、ある温度より低温側の脱水性良好の汚泥成分量を代表するピーク面積と、高温側の脱水性不良の汚泥成分量を代表するピーク面積から該汚泥の脱水性及び／又は臭気の抑制状態を把握することを特徴とする汚泥監視システム。
【００１３】
（請求項２）
請求項１記載の汚泥監視システムにより、汚泥の性状を把握し、汚泥を発生するプロセスの機器制御を行うことを特徴とする汚泥制御システム。
【００１４】
（請求項３）
汚泥の可溶化処理、活性汚泥中の菌体を活性化および／もしくは活動を制御させる処理の少なくとも１つの処理を行う有機性物質を含有する水処理施設において、請求項１記載の汚泥監視システムにより、汚泥の脱水性を監視し、該処理を制御することを特徴とする水処理システム。
【００１５】
また上記第２の課題は以下の発明によって解決される。
【００１６】
（請求項４）
汚泥の可溶化処理、活性汚泥中の菌体を活性化および／もしくは活動を制御させる処理の少なくとも１つの処理を行う有機性物質を含有する水処理における汚泥処理施設において、請求項１記載の汚泥監視システムにより、臭気の抑制状態を間接的に監視し、該処理を制御することを特徴とする汚泥処理システム。
【００１７】
請求項１又は２に記載の汚泥監視システム（以下、必要により本監視システムという）は、汚泥の脱水性のみでなく、臭気の抑制状態についても監視可能である。発生する余剰汚泥については、親水性物質を多く含む汚泥成分（脱水性は不良）と臭気性物質を多く含有する汚泥成分とは共通性があり、生分解が進行して汚泥成分の無機化が進むと含硫黄有機化合物、含窒素有機化合物も同様に分解され、無機化が進み、腐敗しにくくなって、硫化水素、アンモニア等の発生が抑制される。従って、本監視システムは、脱水性の良好な汚泥を発生させるためだけでなく、臭気発生を抑制するためにも適している。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１９】
本発明の汚泥監視システムは、（１）検出部内の試料汚泥を加熱する工程、（２）加熱に伴う物理量変化を測定する工程、（３）該変化パターンから該汚泥の性状を把握する工程からなる。
【００２０】
始めに、（１）の工程において、検出部内に試料汚泥を取り入れる方法は、サンプリング容器を用いて試料汚泥を採り、検出部に一定量採取する方法、あるいは検出部を直接試料汚泥中に挿入して取り入れる方法がある。加熱に際しては、検出部全体を加熱してもよいが、少なくとも試料汚泥が加熱されればよい。加熱手段は、特に限定されず、例えばヒータ（電熱、赤外線等）による加熱が好ましい。
【００２１】
本発明において、試料汚泥としては、各種汚泥、ヘドロ等を含み、汚泥としては、生物を用いた水処理における曝気槽等の処理槽内の汚泥、沈殿槽において沈降した汚泥、沈殿槽から引き抜いた余剰汚泥、脱水される前の濃縮汚泥、脱水後の汚泥、等のいずれでもよい。本監視システムは水処理施設の制御等に用いられるため、特に処理槽内の汚泥、余剰汚泥、濃縮汚泥の監視などに適している。
【００２２】
次に、（２）の工程において、加熱に伴う物理量変化を測定する。物理量変化を測定するに際して、重量、導電率、誘電率、吸光度、熱伝導度、音速度、熱容量、吸熱量、電解電流のうち、少なくとも１種以上の変化を測定することが好ましい。上記測定対象の中でも一般的な物理量変化は重量変化（熱天秤法）や吸熱量（示差熱分析法）であるが、含水率の変化によって変わる物理量で、比較的測定が容易なものは、例えば導電率、音速度、熱容量（比熱）なども好ましく利用できる。なお、振動法などによって測定される比重は、本監視システムが、ある量を採取するため、実質的に重量と同等とみなすことができる。
【００２３】
また、２種以上の物理量変化を測定する場合の好ましい組み合わせは、重量と吸熱量、導電率と誘電率等、計測手段に共通性があるものの組み合わせが好ましい。
【００２４】
次に本発明では、（２）の工程で、試料汚泥の昇温に伴う物理量変化を検知 し、（３）の工程で、その変化パターンから汚泥、ヘドロの性状を把握することができる。
【００２５】
以上の（１）〜（３）の工程を具体的に説明すると、汚泥、ヘドロ等の試料汚泥（監視対象物）を容器から検出部に摂取し、それをヒータ等の手段により加熱する。そして、試料汚泥の昇温に伴う物理量変化を検知し、そのパターンから汚泥、ヘドロの性状を把握することができる。物理量として重量等の中から少なくとも１つ以上の量を測定し、昇温に伴う物理量変化を追って、そのパターンを得るものである。
【００２６】
このパターンから汚泥の性状を把握するが、例としては汚泥脱水性の良否の判定等を行い、脱水のための凝集剤投与が行われる。
【００２７】
物理量変化のパターンとしての把握方法としては、例えば、昇温時の低温部のピーク面積が、脱水性良好の汚泥成分量を代表し、高温時のピーク面積が脱水性不良の汚泥成分量を代表するものとできる。従って、その面積から脱水性の良否が判定される。
【００２８】
以下、物理量変化のパターンとしての把握方法について、図３に基づいて更に詳細に説明すると、１２０℃を境にして低温側ピーク面積はあまり親水性でない汚泥成分に由来するもの、高温側ピーク面積は親水性の汚泥成分に由来するものである。制御前の当初は図面の破線の状態にあり、親水性成分の面積比が約７０％であったが、制御を開始し処理を強化したところ、実線に示すような状態になり、親水性成分は約３０％に減少した。この性状の汚泥は無薬注によるフィルタープレスによる脱水が可能であった。
【００２９】
上記物理量において、重量と他の測定因子（導電率、誘電率、吸光度、熱伝導度、音速度、熱容量、吸熱量、電解電流）の関係は、該測定因子の変化と重量の変化は１：１対応することが好ましい。すなわち、導電率（１０００Ｈｚ程度の交流の電気伝導度など）や誘電率（比誘電率）等は、昇温による含水率低下に伴って、その値は低下する。この低下していく値の微分曲線は、該重量減少の微分曲線にほぼ対応する。このように昇温による含水率低下に伴い、増加あるいは減少する物理量のうち、重量変化とよく対応する因子が、本発明に列記するものである。
【００３０】
次に、本発明の汚泥制御システムについて説明する。この汚泥制御システムは、上記の汚泥監視システムにより、汚泥の性状を把握し、具体的には、脱水性の良否を判定した後、汚泥を発生するプロセスの機器制御を行うことを特徴とする。この判定は、例えば、ある温度を基準にして、その低温側および高温側の変化量のピーク面積比などを求めて行われる。
【００３１】
汚泥を発生するプロセスには、水処理プロセス以外に、各種の汚泥（ヘドロ等を含む）を発生するプロセスを含む。
【００３２】
当該プロセスの機器制御を行うというのは、例えば、脱水における凝集剤投与量や水処理施設の場合の処理槽運転条件の決定等が挙げられる。処理槽運転条件としては、返送汚泥の可溶化処理の度合い、活性汚泥中の菌体活性度の調整等がある。
【００３３】
次に本発明の水処理システムについて説明する。本発明の水処理システムは、汚泥の可溶化処理、活性汚泥中の菌体を活性化および／もしくは活動を制御させる処理の少なくとも１つの処理を行う有機性物質を含有する水処理施設において、上記本発明の汚泥監視システムにより、該処理を制御することを特徴とするものである。
【００３４】
汚泥の可溶化処理というのは、汚泥の減容等を行う目的で、汚泥の少なくとも一部を分解し、これを引き金として、汚泥全体の生物学的分解を促進させるものである。これは分解された汚泥成分が菌を活性化させることによって起こることも一因になっている。例えば分解生成物が胞子状の菌（芽胞性の菌）を発芽させ、活性化を高めることなどが主因になっている。
【００３５】
活性汚泥中の菌体を活性化処理するというのは、上述した芽胞性の菌体を発芽させる等の処置を行うことで活性汚泥中の菌体を活性化できる。発芽の条件としては、前述したように返送汚泥の一部を可溶化する、アミノ酸等の発芽剤を添加する等が挙げられる。
【００３６】
一方、活性汚泥中の菌体の活動を制御させる処理は、まず、汚泥中の菌叢全般に対して、代謝抑制を行う物質などの添加によって、活動を抑制するもので、その抑制後、共存する発芽剤によって芽胞性の菌が発芽する現象を利用したものである。代謝を抑制する物質としては、多価フェノール類、キノン類等が挙げられる。
【００３７】
本発明の水処理システムにおいては、上記の汚泥監視システムにおいて、脱水性の良否を判定し、水処理プロセスの処理を制御する。制御する例としては、例えば、脱水における凝集剤投与量や水処理施設の場合の処理槽運転条件（返送汚泥の可溶化処理の度合い、活性汚泥中の菌体活性度の調整等）の決定等が挙げられる。
【００３８】
水処理における対象排水は、有機物質を含有する水であればよく、例えば、下水、し尿排水、農村集落排水、各種生活又は工場排水等を含む。水処理の方式は特に限定されず、曝気槽と沈殿槽（膜処理でもよい）を主として有するシステムであればよく、連続式でも回分式でもよい。
【００３９】
次に本発明の汚泥処理システムについて説明する。本発明の汚泥処理システムは汚泥の可溶化処理、活性汚泥中の菌体を活性化および／もしくは活動を制御させる処理の少なくとも１つの処理を行う有機性物質を含有する水処理における汚泥処理施設において、上記本発明の汚泥監視システムにより、臭気の抑制状態を監視し、該処理を制御することを特徴とするものである。
【００４０】
本発明においては、発生する余剰汚泥の無臭化も目的としている。時間軸に対する物理量変化において、ある温度より低温側、高温側の物理量曲線の面積比によって汚泥の処理状況を把握し、臭気発生の危険性があると判断されたときは、可溶化処理の促進、菌体活性化処理の強化、あるいは一時的な菌体活性の抑制などによって汚泥処理機能を高める処置を採ることが出来る。一時的な菌体活性の抑制とは、被処理水、被処理汚泥中の細菌類の活動を薬剤添加などで一時的に抑制することである。そのとき処理に有効な芽胞性の菌は胞子として休眠する。
【００４１】
次に、適当な栄養源（例えばアミノ酸類の投与、また水、汚泥中に従来から含まれていた発芽成分）を与えて発芽させることによって、特にこのような芽胞性菌の栄養細胞を優先的に活性化した状態とし、水もしくは汚泥の処理を促進するものである。
【００４２】
【実施例】
以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はかかる実施例によって限定されるものではない。
【００４３】
実施例１
活性汚泥中の菌体を活性化する機能を有する下水処理施設について本発明の汚泥制御システムを適用した。
【００４４】
汚泥の活性化処理はポリアミノカルボンとマグネシウム塩を曝気槽に投与する方法を取った。
【００４５】
また、汚泥性状を検出する方法は自動熱天秤法を採用した。４０〜２００℃までの重量変化微分値の測定において、１２０℃より低温側のピーク面積と１５０℃より高温側のピーク面積とを測定し、汚泥の脱水性を評価し、それを良好に維持する制御を行った。
【００４６】
脱水性が不良になる場合は、両ピークが共に大きくなる場合、また、高温側のピークだけが大きくなる場合とがあり、前者の場合は活性汚泥の菌を活性化させる処理（薬剤の投与量の増加）と曝気量の増加の両方で対応するか、単に曝気量増加で対応することにより、脱水性が回復できた。
【００４７】
一方、後者の場合は活性化剤投与の増加が有効な対策であった。
【００４８】
本実施例の測定結果の一例を図１に示す。図１に示すように、実線で示すグラフは脱水性の良好な汚泥を示しており、また破線で示したグラフは脱水性が不良な汚泥を示している。
【００４９】
実線の曲線は、低温側のピーク面積部分が、高温側に比べて多く、一方、破線の曲線は相対的にその逆となっている。即ち、実線の曲線の方は破線の曲線に比べて、あまり親水性を持たない汚泥成分が多く含まれていると解釈できる。
【００５０】
実施例２
実施例１において評価した方法と同様にして次の各物理量変化を測定し、重量変化との対応をとり、それぞれが重量変化と１対１に対応することを確認した。
【００５１】
導電率…試料加熱部分に１０００Ｈｚの白金極導電率計を挿入し導電率変化を測定した。
【００５２】
誘電率…２枚のガラス被覆で絶縁した電極を挿入して蓄電容量変化を測定し た。
【００５３】
吸光度…試料加熱部上面を平らにならして赤外線反射波を測定した。
【００５４】
熱伝導度…試料加熱部に複数のサーミスタを加熱装置（加熱板）からの距離を変えて挿入し、各サーミスタが検出する温度の差から、熱導電率変化を求めた。
【００５５】
音速度…試料加熱部分に音波発信器とマイクロフォンを挿入し、音速経時変化を測定した。
【００５６】
熱容量…試料を加熱する装置から発生する熱量に対する汚泥試料昇温速度を測定することによって熱容量変化を求めた。
【００５７】
吸熱量…示差熱分析計により求めた。この結果を図２に示す。図２から明らかなように、実線で示すグラフは脱水性の良好な汚泥を示しており、また破線で示したグラフは脱水性が不良な汚泥を示している。
【００５８】
吸熱は主として水の蒸発によって生じるものであり、結果的に重量変化と同様な傾向（曲線形状）を示す。
【００５９】
電解電流…試料中に白金性のマイクロ電極を挿入し、定電圧（２．５Ｖ）パルス電解（１サイクル１分の方形波としての電圧印加）を行い、１パルス毎の電解終了時の電流変化を測定した。
【００６０】
実施例３
実施例１同様の試験を臭気発生抑制に関して実施した。発生する余剰汚泥の臭気抑制は、自動熱天秤法による重量減少の変化（微分曲線）において、１１０℃より低温の成分に着目した。
【００６１】
１１０℃より低温と、高温部分について微分曲線の面積比が０．３以下（低温／高温の面積比）になるように、一時的な菌体活性の抑制による処理プロセスの抑制を行った。
【００６２】
その結果、本プロセスからの余剰濃縮汚泥から硫化水素、硫化メチル（硫黄系化合物はＦＰＤ検出器のＧＣにて定量した）、アンモニア（検知管法による）は検出されなかった。
【００６３】
これに対し、脱水性のみに着目して、実施例１の条件で制御したときは硫化水素、アンモニア共に５ppm以上検出された。
【００６４】
【発明の効果】
本発明によれば、第１に、汚泥の性状を簡便に、かつ、的確に判断し、その加工工程の処理条件を把握するだけでなく、水処理施設などに対しては、汚泥生成条件の最適化も図ることができ、さらに汚泥発生後の汚泥脱水条件などを決定する際に有効な汚泥監視システム、汚泥制御システム及び水処理システムを提供することができる。
【００６５】
また 本発明によれば、第２に、汚泥の性状を把握することによって、臭気発生の抑制状態について間接的に監視でき、処理条件の改善を迅速に実施できる汚泥処理システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】熱分析による汚泥脱水性の評価を示すグラフ
【図２】熱分析による汚泥脱水性の評価を示すグラフ
【図３】熱分析による汚泥脱水性の評価を示すグラフ
【発明の属する技術分野】
本発明は、汚泥監視システム、汚泥制御システム、水処理システム及び汚泥処理システムに関する。更に詳しくは汚泥の脱水性や臭気の抑制状態について監視できる汚泥監視システム、汚泥制御システム、水処理システム及び汚泥処理システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、各種汚泥を再利用しようとする傾向が盛んになり、そのため汚泥の性状を測定し、加工工程等の処理条件を把握することや、環境上の問題等から臭気の発生を抑制する手法の確立が重要になってきた。
【０００３】
しかるに、従来、汚泥の性状を測定するといっても、汚泥の含水率といった基本的な性状についてさえも十分な測定手段が整っておらず、専ら手分析が中心になっているのが実情である。例えば、下水汚泥を脱水、乾燥、堆肥化するプロセスにおいて、脱水のための凝集剤注入量の制御や乾燥条件の制御、堆肥化のための副資材投与量等の制御はほとんど個別に、かつ、経験的に行われている。そのため、汚泥処理プロセスにおける運転の最適化を図る場合も、経験的要素のみで判断され、運転されている。
【０００４】
これは下水処理施設に限らず、他の各種処理施設、ヘドロ処理施設等に共通した問題となっている。
【０００５】
従来、汚泥の性状を測定する方法として、ヌッチェテストやキャピラリー・サクション・テスト等が知られているが、これらは単に脱水性の良否のみを判断し、脱水性に問題が生じて来たときの原因追求を行うまでには至らなかった。そのため水処理施設などにおいて、例えば菌体を活性化する処理を行うか、曝気量だけで対策を取るとかいう判断までを行うのは困難であった。
【０００６】
一方、従来、臭気発生を制御する水処理や汚泥処理システムは、臭気センサと脱臭装置との組合せか、せいぜい臭気センサ出力によって曝気槽の曝気量を制御する程度であった。かかる制御法では水および／もしくは汚泥の生物学的処理を良好に保持した状態で臭気の発生を抑制することは困難である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の第１の課題は、汚泥の性状を簡便に、かつ、的確に判断し、その加工工程の処理条件を把握するだけでなく、水処理施設などに対しては、汚泥生成条件の最適化も図ることができ、さらに汚泥発生後の汚泥脱水条件などを決定する際に有効な汚泥監視システム、汚泥制御システム及び水処理システムを提供することを課題とする。
【０００８】
また本発明の第２の課題は、汚泥の性状を把握することによって、臭気発生の抑制状態について間接的に監視でき、処理条件の改善を迅速に実施できる汚泥処理システムを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討の結果、汚泥がどのような状態（例えば親水性の高い有機物の割合が多いなど）で脱水性不良になったか、あるいは臭気がどのような機構で発生するかを解明し、本発明を完成するに至ったものである。
【００１０】
即ち、上記第１の課題は以下の発明によって解決される。
【００１１】
（請求項１）
検出部内の試料汚泥を加熱し、加熱に伴う重量、導電率、誘電率、吸光度、熱伝導度、音速度、熱容量、吸熱量、電解電流のうち、少なくとも１種以上の物理量の物理量変化を連続的に測定することによって、
前記物理量が重量である場合は、前記物理量変化である重量変化と温度の座標系、
前記物理量が導電率である場合は、前記物理量変化である導電率変化と温度の座標系、
前記物理量が誘電率である場合は、前記物理量変化である蓄電容量変化と温度の座標系、
前記物理量が吸光度である場合は、前記物理量変化である赤外線反射波と温度の座標系、
前記物理量が熱伝導度である場合は、前記物理量変化である熱導電率変化と温度の座標系、
前記物理量が音速度である場合は、前記物理量変化である音速経時変化と温度の座標系、
前記物理量が熱容量である場合は、前記物理量変化である熱容量変化と温度の座標系、
前記物理量が吸熱量である場合は、前記物理量変化である吸熱量と温度の座標系、
前記物理量が電解電流である場合は、前記物理量変化である定電圧パルス電解における１パルス毎の電解終了時の電流変化と温度の座標系
で記述される物理量曲線を得、
該物理量曲線において、ある温度より低温側の脱水性良好の汚泥成分量を代表するピーク面積と、高温側の脱水性不良の汚泥成分量を代表するピーク面積から該汚泥の脱水性及び／又は臭気の抑制状態を把握することを特徴とする汚泥監視システム。
【００１３】
（請求項２）
請求項１記載の汚泥監視システムにより、汚泥の性状を把握し、汚泥を発生するプロセスの機器制御を行うことを特徴とする汚泥制御システム。
【００１４】
（請求項３）
汚泥の可溶化処理、活性汚泥中の菌体を活性化および／もしくは活動を制御させる処理の少なくとも１つの処理を行う有機性物質を含有する水処理施設において、請求項１記載の汚泥監視システムにより、汚泥の脱水性を監視し、該処理を制御することを特徴とする水処理システム。
【００１５】
また上記第２の課題は以下の発明によって解決される。
【００１６】
（請求項４）
汚泥の可溶化処理、活性汚泥中の菌体を活性化および／もしくは活動を制御させる処理の少なくとも１つの処理を行う有機性物質を含有する水処理における汚泥処理施設において、請求項１記載の汚泥監視システムにより、臭気の抑制状態を間接的に監視し、該処理を制御することを特徴とする汚泥処理システム。
【００１７】
請求項１又は２に記載の汚泥監視システム（以下、必要により本監視システムという）は、汚泥の脱水性のみでなく、臭気の抑制状態についても監視可能である。発生する余剰汚泥については、親水性物質を多く含む汚泥成分（脱水性は不良）と臭気性物質を多く含有する汚泥成分とは共通性があり、生分解が進行して汚泥成分の無機化が進むと含硫黄有機化合物、含窒素有機化合物も同様に分解され、無機化が進み、腐敗しにくくなって、硫化水素、アンモニア等の発生が抑制される。従って、本監視システムは、脱水性の良好な汚泥を発生させるためだけでなく、臭気発生を抑制するためにも適している。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１９】
本発明の汚泥監視システムは、（１）検出部内の試料汚泥を加熱する工程、（２）加熱に伴う物理量変化を測定する工程、（３）該変化パターンから該汚泥の性状を把握する工程からなる。
【００２０】
始めに、（１）の工程において、検出部内に試料汚泥を取り入れる方法は、サンプリング容器を用いて試料汚泥を採り、検出部に一定量採取する方法、あるいは検出部を直接試料汚泥中に挿入して取り入れる方法がある。加熱に際しては、検出部全体を加熱してもよいが、少なくとも試料汚泥が加熱されればよい。加熱手段は、特に限定されず、例えばヒータ（電熱、赤外線等）による加熱が好ましい。
【００２１】
本発明において、試料汚泥としては、各種汚泥、ヘドロ等を含み、汚泥としては、生物を用いた水処理における曝気槽等の処理槽内の汚泥、沈殿槽において沈降した汚泥、沈殿槽から引き抜いた余剰汚泥、脱水される前の濃縮汚泥、脱水後の汚泥、等のいずれでもよい。本監視システムは水処理施設の制御等に用いられるため、特に処理槽内の汚泥、余剰汚泥、濃縮汚泥の監視などに適している。
【００２２】
次に、（２）の工程において、加熱に伴う物理量変化を測定する。物理量変化を測定するに際して、重量、導電率、誘電率、吸光度、熱伝導度、音速度、熱容量、吸熱量、電解電流のうち、少なくとも１種以上の変化を測定することが好ましい。上記測定対象の中でも一般的な物理量変化は重量変化（熱天秤法）や吸熱量（示差熱分析法）であるが、含水率の変化によって変わる物理量で、比較的測定が容易なものは、例えば導電率、音速度、熱容量（比熱）なども好ましく利用できる。なお、振動法などによって測定される比重は、本監視システムが、ある量を採取するため、実質的に重量と同等とみなすことができる。
【００２３】
また、２種以上の物理量変化を測定する場合の好ましい組み合わせは、重量と吸熱量、導電率と誘電率等、計測手段に共通性があるものの組み合わせが好ましい。
【００２４】
次に本発明では、（２）の工程で、試料汚泥の昇温に伴う物理量変化を検知 し、（３）の工程で、その変化パターンから汚泥、ヘドロの性状を把握することができる。
【００２５】
以上の（１）〜（３）の工程を具体的に説明すると、汚泥、ヘドロ等の試料汚泥（監視対象物）を容器から検出部に摂取し、それをヒータ等の手段により加熱する。そして、試料汚泥の昇温に伴う物理量変化を検知し、そのパターンから汚泥、ヘドロの性状を把握することができる。物理量として重量等の中から少なくとも１つ以上の量を測定し、昇温に伴う物理量変化を追って、そのパターンを得るものである。
【００２６】
このパターンから汚泥の性状を把握するが、例としては汚泥脱水性の良否の判定等を行い、脱水のための凝集剤投与が行われる。
【００２７】
物理量変化のパターンとしての把握方法としては、例えば、昇温時の低温部のピーク面積が、脱水性良好の汚泥成分量を代表し、高温時のピーク面積が脱水性不良の汚泥成分量を代表するものとできる。従って、その面積から脱水性の良否が判定される。
【００２８】
以下、物理量変化のパターンとしての把握方法について、図３に基づいて更に詳細に説明すると、１２０℃を境にして低温側ピーク面積はあまり親水性でない汚泥成分に由来するもの、高温側ピーク面積は親水性の汚泥成分に由来するものである。制御前の当初は図面の破線の状態にあり、親水性成分の面積比が約７０％であったが、制御を開始し処理を強化したところ、実線に示すような状態になり、親水性成分は約３０％に減少した。この性状の汚泥は無薬注によるフィルタープレスによる脱水が可能であった。
【００２９】
上記物理量において、重量と他の測定因子（導電率、誘電率、吸光度、熱伝導度、音速度、熱容量、吸熱量、電解電流）の関係は、該測定因子の変化と重量の変化は１：１対応することが好ましい。すなわち、導電率（１０００Ｈｚ程度の交流の電気伝導度など）や誘電率（比誘電率）等は、昇温による含水率低下に伴って、その値は低下する。この低下していく値の微分曲線は、該重量減少の微分曲線にほぼ対応する。このように昇温による含水率低下に伴い、増加あるいは減少する物理量のうち、重量変化とよく対応する因子が、本発明に列記するものである。
【００３０】
次に、本発明の汚泥制御システムについて説明する。この汚泥制御システムは、上記の汚泥監視システムにより、汚泥の性状を把握し、具体的には、脱水性の良否を判定した後、汚泥を発生するプロセスの機器制御を行うことを特徴とする。この判定は、例えば、ある温度を基準にして、その低温側および高温側の変化量のピーク面積比などを求めて行われる。
【００３１】
汚泥を発生するプロセスには、水処理プロセス以外に、各種の汚泥（ヘドロ等を含む）を発生するプロセスを含む。
【００３２】
当該プロセスの機器制御を行うというのは、例えば、脱水における凝集剤投与量や水処理施設の場合の処理槽運転条件の決定等が挙げられる。処理槽運転条件としては、返送汚泥の可溶化処理の度合い、活性汚泥中の菌体活性度の調整等がある。
【００３３】
次に本発明の水処理システムについて説明する。本発明の水処理システムは、汚泥の可溶化処理、活性汚泥中の菌体を活性化および／もしくは活動を制御させる処理の少なくとも１つの処理を行う有機性物質を含有する水処理施設において、上記本発明の汚泥監視システムにより、該処理を制御することを特徴とするものである。
【００３４】
汚泥の可溶化処理というのは、汚泥の減容等を行う目的で、汚泥の少なくとも一部を分解し、これを引き金として、汚泥全体の生物学的分解を促進させるものである。これは分解された汚泥成分が菌を活性化させることによって起こることも一因になっている。例えば分解生成物が胞子状の菌（芽胞性の菌）を発芽させ、活性化を高めることなどが主因になっている。
【００３５】
活性汚泥中の菌体を活性化処理するというのは、上述した芽胞性の菌体を発芽させる等の処置を行うことで活性汚泥中の菌体を活性化できる。発芽の条件としては、前述したように返送汚泥の一部を可溶化する、アミノ酸等の発芽剤を添加する等が挙げられる。
【００３６】
一方、活性汚泥中の菌体の活動を制御させる処理は、まず、汚泥中の菌叢全般に対して、代謝抑制を行う物質などの添加によって、活動を抑制するもので、その抑制後、共存する発芽剤によって芽胞性の菌が発芽する現象を利用したものである。代謝を抑制する物質としては、多価フェノール類、キノン類等が挙げられる。
【００３７】
本発明の水処理システムにおいては、上記の汚泥監視システムにおいて、脱水性の良否を判定し、水処理プロセスの処理を制御する。制御する例としては、例えば、脱水における凝集剤投与量や水処理施設の場合の処理槽運転条件（返送汚泥の可溶化処理の度合い、活性汚泥中の菌体活性度の調整等）の決定等が挙げられる。
【００３８】
水処理における対象排水は、有機物質を含有する水であればよく、例えば、下水、し尿排水、農村集落排水、各種生活又は工場排水等を含む。水処理の方式は特に限定されず、曝気槽と沈殿槽（膜処理でもよい）を主として有するシステムであればよく、連続式でも回分式でもよい。
【００３９】
次に本発明の汚泥処理システムについて説明する。本発明の汚泥処理システムは汚泥の可溶化処理、活性汚泥中の菌体を活性化および／もしくは活動を制御させる処理の少なくとも１つの処理を行う有機性物質を含有する水処理における汚泥処理施設において、上記本発明の汚泥監視システムにより、臭気の抑制状態を監視し、該処理を制御することを特徴とするものである。
【００４０】
本発明においては、発生する余剰汚泥の無臭化も目的としている。時間軸に対する物理量変化において、ある温度より低温側、高温側の物理量曲線の面積比によって汚泥の処理状況を把握し、臭気発生の危険性があると判断されたときは、可溶化処理の促進、菌体活性化処理の強化、あるいは一時的な菌体活性の抑制などによって汚泥処理機能を高める処置を採ることが出来る。一時的な菌体活性の抑制とは、被処理水、被処理汚泥中の細菌類の活動を薬剤添加などで一時的に抑制することである。そのとき処理に有効な芽胞性の菌は胞子として休眠する。
【００４１】
次に、適当な栄養源（例えばアミノ酸類の投与、また水、汚泥中に従来から含まれていた発芽成分）を与えて発芽させることによって、特にこのような芽胞性菌の栄養細胞を優先的に活性化した状態とし、水もしくは汚泥の処理を促進するものである。
【００４２】
【実施例】
以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はかかる実施例によって限定されるものではない。
【００４３】
実施例１
活性汚泥中の菌体を活性化する機能を有する下水処理施設について本発明の汚泥制御システムを適用した。
【００４４】
汚泥の活性化処理はポリアミノカルボンとマグネシウム塩を曝気槽に投与する方法を取った。
【００４５】
また、汚泥性状を検出する方法は自動熱天秤法を採用した。４０〜２００℃までの重量変化微分値の測定において、１２０℃より低温側のピーク面積と１５０℃より高温側のピーク面積とを測定し、汚泥の脱水性を評価し、それを良好に維持する制御を行った。
【００４６】
脱水性が不良になる場合は、両ピークが共に大きくなる場合、また、高温側のピークだけが大きくなる場合とがあり、前者の場合は活性汚泥の菌を活性化させる処理（薬剤の投与量の増加）と曝気量の増加の両方で対応するか、単に曝気量増加で対応することにより、脱水性が回復できた。
【００４７】
一方、後者の場合は活性化剤投与の増加が有効な対策であった。
【００４８】
本実施例の測定結果の一例を図１に示す。図１に示すように、実線で示すグラフは脱水性の良好な汚泥を示しており、また破線で示したグラフは脱水性が不良な汚泥を示している。
【００４９】
実線の曲線は、低温側のピーク面積部分が、高温側に比べて多く、一方、破線の曲線は相対的にその逆となっている。即ち、実線の曲線の方は破線の曲線に比べて、あまり親水性を持たない汚泥成分が多く含まれていると解釈できる。
【００５０】
実施例２
実施例１において評価した方法と同様にして次の各物理量変化を測定し、重量変化との対応をとり、それぞれが重量変化と１対１に対応することを確認した。
【００５１】
導電率…試料加熱部分に１０００Ｈｚの白金極導電率計を挿入し導電率変化を測定した。
【００５２】
誘電率…２枚のガラス被覆で絶縁した電極を挿入して蓄電容量変化を測定し た。
【００５３】
吸光度…試料加熱部上面を平らにならして赤外線反射波を測定した。
【００５４】
熱伝導度…試料加熱部に複数のサーミスタを加熱装置（加熱板）からの距離を変えて挿入し、各サーミスタが検出する温度の差から、熱導電率変化を求めた。
【００５５】
音速度…試料加熱部分に音波発信器とマイクロフォンを挿入し、音速経時変化を測定した。
【００５６】
熱容量…試料を加熱する装置から発生する熱量に対する汚泥試料昇温速度を測定することによって熱容量変化を求めた。
【００５７】
吸熱量…示差熱分析計により求めた。この結果を図２に示す。図２から明らかなように、実線で示すグラフは脱水性の良好な汚泥を示しており、また破線で示したグラフは脱水性が不良な汚泥を示している。
【００５８】
吸熱は主として水の蒸発によって生じるものであり、結果的に重量変化と同様な傾向（曲線形状）を示す。
【００５９】
電解電流…試料中に白金性のマイクロ電極を挿入し、定電圧（２．５Ｖ）パルス電解（１サイクル１分の方形波としての電圧印加）を行い、１パルス毎の電解終了時の電流変化を測定した。
【００６０】
実施例３
実施例１同様の試験を臭気発生抑制に関して実施した。発生する余剰汚泥の臭気抑制は、自動熱天秤法による重量減少の変化（微分曲線）において、１１０℃より低温の成分に着目した。
【００６１】
１１０℃より低温と、高温部分について微分曲線の面積比が０．３以下（低温／高温の面積比）になるように、一時的な菌体活性の抑制による処理プロセスの抑制を行った。
【００６２】
その結果、本プロセスからの余剰濃縮汚泥から硫化水素、硫化メチル（硫黄系化合物はＦＰＤ検出器のＧＣにて定量した）、アンモニア（検知管法による）は検出されなかった。
【００６３】
これに対し、脱水性のみに着目して、実施例１の条件で制御したときは硫化水素、アンモニア共に５ppm以上検出された。
【００６４】
【発明の効果】
本発明によれば、第１に、汚泥の性状を簡便に、かつ、的確に判断し、その加工工程の処理条件を把握するだけでなく、水処理施設などに対しては、汚泥生成条件の最適化も図ることができ、さらに汚泥発生後の汚泥脱水条件などを決定する際に有効な汚泥監視システム、汚泥制御システム及び水処理システムを提供することができる。
【００６５】
また 本発明によれば、第２に、汚泥の性状を把握することによって、臭気発生の抑制状態について間接的に監視でき、処理条件の改善を迅速に実施できる汚泥処理システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】熱分析による汚泥脱水性の評価を示すグラフ
【図２】熱分析による汚泥脱水性の評価を示すグラフ
【図３】熱分析による汚泥脱水性の評価を示すグラフ
Claims (4)
- 検出部内の試料汚泥を加熱し、加熱に伴う重量、導電率、誘電率、吸光度、熱伝導度、音速度、熱容量、吸熱量、電解電流のうち、少なくとも１種以上の物理量の物理量変化を連続的に測定することによって、
前記物理量が重量である場合は、前記物理量変化である重量変化と温度の座標系、
前記物理量が導電率である場合は、前記物理量変化である導電率変化と温度の座標系、
前記物理量が誘電率である場合は、前記物理量変化である蓄電容量変化と温度の座標系、
前記物理量が吸光度である場合は、前記物理量変化である赤外線反射波と温度の座標系、
前記物理量が熱伝導度である場合は、前記物理量変化である熱導電率変化と温度の座標系、
前記物理量が音速度である場合は、前記物理量変化である音速経時変化と温度の座標系、
前記物理量が熱容量である場合は、前記物理量変化である熱容量変化と温度の座標系、
前記物理量が吸熱量である場合は、前記物理量変化である吸熱量と温度の座標系、
前記物理量が電解電流である場合は、前記物理量変化である定電圧パルス電解における１パルス毎の電解終了時の電流変化と温度の座標系
で記述される物理量曲線を得、
該物理量曲線において、ある温度より低温側の脱水性良好の汚泥成分量を代表するピーク面積と、高温側の脱水性不良の汚泥成分量を代表するピーク面積から該汚泥の脱水性及び／又は臭気の抑制状態を把握することを特徴とする汚泥監視システム。 - 請求項１記載の汚泥監視システムにより、汚泥の性状を把握し、汚泥を発生するプロセスの機器制御を行うことを特徴とする汚泥制御システム。
- 汚泥の可溶化処理、活性汚泥中の菌体を活性化および／もしくは活動を制御させる処理の少なくとも１つの処理を行う有機性物質を含有する水処理施設において、請求項１記載の汚泥監視システムにより、汚泥の脱水性を監視し、該処理を制御することを特徴とする水処理システム。
- 汚泥の可溶化処理、活性汚泥中の菌体を活性化および／もしくは活動を制御させる処理の少なくとも１つの処理を行う有機性物質を含有する水処理における汚泥処理施設において、請求項１記載の汚泥監視システムにより、臭気の抑制状態を間接的に監視し、該処理を制御することを特徴とする汚泥処理システム。
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