JPH0731189B2

JPH0731189B2 - 呼吸速度測定方法

Info

Publication number: JPH0731189B2
Application number: JP60238950A
Authority: JP
Inventors: 広一秋山; 薫豊田; 茂雄佐藤
Original assignee: 株式会社明電舍
Priority date: 1985-10-25
Filing date: 1985-10-25
Publication date: 1995-04-10
Anticipated expiration: 2010-04-10
Also published as: JPS6298256A

Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野本発明は、例えば活性汚泥法による下水処理システムの
ような好気的条件下での微生物を用いる衛生工学や発酵
工学等の分野において、その所望の目的に適合した運転
管理を行なうための微生物の呼吸速度測定方法に関す
る。

B.発明の概要本発明は活性汚泥による下水処理システムのごとき好気
的条件下での微生物の呼吸速度を、呼吸速度変換器を用
いて溶存酸素消費曲線より呼吸速度を演算する呼吸速度
測定方法において、呼吸速度変換器により溶存酸素消費
曲線の屈曲点を検出し、直線近似可能な範囲を設定し、
その範囲の溶存酸素消費データを用いて近似直線式を計
算し、その傾きにより呼吸速度を演算することを特徴と
し、これにより屈曲線をもつ溶存酸素消費曲線を与える
ような水質でも正確な呼吸速度を算出し、出力すること
ができるものである。

C.従来の技術活性汚泥法を用いた下水処理システムの場合を例として
説明すると、活性汚泥微生物は、流入下廃水中の基質お
よび細胞内に蓄積された貯蔵物質を酸化分解する過程で
酸素を消費する。この消費酸素は微生物の増殖と生命維
持に必要なエネルギーを供給するために利用されるの
で、その酸素消費量つまり呼吸速度を正確に把握するこ
とは、活性汚泥プロセスを適正に運転，管理するうえで
きわめて重要なことである。

次に、活性汚泥の呼吸速度を自動的に測定する従来の装
置について第４図を参照して説明する。呼吸測定装置は
第４図に示すようにばつ気槽１中に浸漬された検出部３
と第５図に示す呼吸速度測定工程とからなつている。検
出部本体3aは第５図に示すように、下端に検水吸込口４
を上端に検出吐出口５を有している。さらに本体の周胴
部には、その周壁を内外に貫通して設けた溶存酸素濃度
を測定する電極（以下DO（dissolned oxygen）電極とい
う）16と回転軸25が本体周壁を貫通しており、その先端
に回転翼24を有する攪拌機17と駆動空気管８を設けてい
る。駆動空気管８は、ばつ気用空気管21と上部ピンチバ
ルブ用空気管20と下部ピンチバル用空気管22とからなつ
ている。さらに、検出部本体3a内には測定槽23が形成さ
れると共に、測定槽23の上下部には空気管20,22によつ
て作動する上部，下部の２つのピンチバルブ19,18を具
備している。なお６はDO信号ケーブル、７は攪拌機用ケ
ーブルである。

また、検出部３に接続する制御部15は第４図に示すよう
にDO電極16からの信号を増幅するDO増幅器９と、DO増幅
器９のDO信号より呼吸速度を演算する呼吸速度変換器11
と、演算した結果を出力する指示・出力部12と、測定の
工程を制御するシーケンス制御回路10と、シーケンス制
御回路10よりの制御信号を空気圧信号に変換する電／空
変換部13と、電／空変換部13および検出部３のばつ気用
空気管８に空気を供給する空気源14とから構成されてい
る。

つぎに、第５図の工程図に従つて各部の動作を説明す
る。

（１）採水工程では、上部，下部のピンチバルブ19,18
を開き、検出部本体3aのばつ気用空気管21より検水中に
ばつ気し、気泡ポンプ作用（エアリフトポンプ）により
検水が、検水吸込口４より採水されて、検水吐出口５よ
り排水される。

（２）ばつ気工程では、上部ピンチバルブ19は開いたま
まで、下部ピンチバルブ18を閉じ、攪拌機17で測定槽23
内の検水を攪拌しながらばつ気し、検水の溶存酸素濃度
が所定の濃度（例えば５mgO₂/l）に達したら次の脱気工
程にうつる。

（３）脱気工程では、上部ピンチバルブ19は開，下部ピ
ンチバルブ18は閉のままで、ばつ気と攪拌を停止し、測
定槽12内に残留する気泡を抜く。

（４）測定工程では、上下部のピンチバルブ19,18を閉
じ、ばつ気を停止したままで、測定槽12内の検水を攪拌
しながら、その溶存酸素濃度の減少をDO電極16で検出す
る。

上記測定工程において検出される溶存酸素濃度の検出曲
線の例を第７図に示す。同図において、符号で示す区
間が測定工程の溶存酸素消費曲線であり、ほぼ直線的に
減少すると仮定すれば、あらかじめ設定した２つの溶存
酸素濃度DO1（符号で示す）とDO2（符号で示す）の
時間T1（符号で示す）とT2（符号で示す）を測定す
れば、呼吸速度は次式で与えられる。

（ただし、DO1とDO2の単位はmgO₂/l、T1,T2の単位はｈ
とする。）以上が従来の呼吸速度測定装置の動作で、測定工程の溶
存酸素曲線をDO電極16で検出し、DO増幅器16で増幅し、
呼吸速度変換器11において、前記の（１）式によつて呼
吸速度を演算するものである。なお、このような呼吸速
度測定装置については、本出願人が先に実願昭56−1084
39号として出願している。

D.発明が解決しようとする問題点従来の呼吸速度測定装置の問題点は呼吸速度変換器11に
ある。すなわち、従来の呼吸速度変換器11は測定工程で
の溶存酸素消費曲線（第７図）がほぼ直線的に減少す
ると仮定して（１）式を適用している。しかし、溶存酸
素消費曲線は常に直線的に減少するとは限らず、ばつ気
槽１の水質によつては第８図に示したように溶存酸素消
費曲線の途中に屈曲点をもつ場合がある。ここで、従来
の呼吸速度変換器11で呼吸速度を求めると、（但し、第８図においてはT3は符号で、T4は符号
で、T5は符号で示す）となるが、本当の呼吸速度は、溶存酸素消費曲線（第８
図の）の最初の直線区間の傾きとするのが正しいの
で、本当の呼吸速度はとなる。しかし、従来の呼吸速度変換器では、屈曲線が
あつても無視されてしまうので、屈曲線をもつ溶存酸素
消費曲線を与えるような水質では、測定される呼吸速度
は常に真の呼吸速度よりも小さい値となる。すなわち、である。

本発明は、従来の呼吸速度測定方法において、溶存酸素
消費曲線より呼吸速度を演算する呼吸速度変換器の問題
点を解決すべく発明された呼吸速度変換器を備えた新し
い測定方法を提案することを目的とする。

E.問題点を解決するための手段まず、本発明に用いられる呼吸速度変換器の要点を述べ
ると、（１）本呼吸速度変換器は第１図のに示したような屈
曲点をもつ溶存酸素消費曲線に対して、その屈曲点を検
出し直線で近似可能な範囲の起点（第１図の）TSと終
点（第１図の）TEを決定する機能を持つている。

（２）同じく本呼吸速度変換器は上記直線近似可能範囲
TS〜TE間の溶存酸素消費データを用いて最小二乗法によ
り近似直線（第１図の）を求める機能をもつている。
近似直線を式で表わすと、 DO＝Ａ＋BT …（５）となる。ただし DO:溶存酸素濃度（mgO₂/l） A :定数（mgO₂/l） B :直線の傾き（mgO₂/l.h） T :時間（ｈ）ここで、溶存酸素消費曲線の呼吸速度は、近似曲線（第
１図）の傾きそのものであるから、呼吸速度（mgO₂/l.h）＝^-Ｂ …（６）となり、これは第８図の例でいえば、式（３）に相当す
る。したがつて、本発明の呼吸速度変換器によれば、溶
存酸素消費曲線が屈曲点をもつ場合でも、真の呼吸速度
を求めることができる。

しかして、本発明は活性汚泥による下水処理システムの
ごとき好気的条件下での微生物の呼吸速度を、呼吸速度
変換器を用いて溶存酸素消費曲線より呼吸速度を演算す
る呼吸速度測定方法において、呼吸速度変換器により溶
存酸素消費曲線の屈曲点を検出し、直線近似可能な範囲
を設定し、その範囲の溶存酸素消費データを用いて近似
直線式を計算し、その傾きにより呼吸速度を演算するこ
とを特徴とする呼吸速度測定方法である。

G.実施例本発明の実施例を第１図〜第３図にもとづいて説明す
る。

第２図に示す呼吸速度変換器11において、測定工程に入
るとシーケンス制御回路10より測定工程信号32がマイク
ロコンピユータより成る中央処理回路27に入り、測定動
作を開始する。測定動作は次のような順序で行なわれ
る。

（１）中央処理回路27はDO増幅器９からの溶存酸素濃度
信号30を所定時間間隔（一般には0.1秒から10秒毎）で
読み込み、A/D変換回路26でデジタル信号にしてから記
憶回路28に記憶させる。また、読み込み時の時間データ
も記憶させる。この処理を測定工程が終了するまでくり
かえしつづけ、溶存酸素消費曲線のデータを記憶回路に
記憶させる。

（２）測定工程が終了したら、中央処理回路27は、記憶
したデータより直線で近似可能な範囲を決定する。

（３）次に中央処理回路27は直線近似可能範囲の溶存酸
素消費データより、最小二乗法の計算により、近似直線
の式を求め、この傾きから呼吸速度を決定し、出力回路
29より出力する。

次に、直線近似可能な範囲の決定方法と近似直線の計算
方法を第３図を参照して説明する。第３図は測定工程の
部分の溶存酸素消費曲線を示したもので、直線近似可能
範囲の起点DOsとすると、DOsの溶存酸素濃度をYs
その時の時間をXsとする。同様に終点DOeの溶存酸
素濃度をYe、時間をXe、さらに曲線上の任意の点を
DOnその前後のデータをそれぞれDOn_-1DOn₊₁とす
ると、溶存酸素濃度はそれぞれYnYn_-1Yn₊₁とな
り、時間はそれぞれXnXn_-1Xn₊₁となる。ここで、
DOnが直線近似可能範囲内にある時の条件は、となる。ここで、Ｌは任意の点DOnの前後の曲線の傾き
の比であり、Ｌ＝１の時はDOn_-1,DO,DOn₊₁の３点は直線
にあることになる。しかし、実際の溶存酸素消費曲線は
直線近似可能範囲でも完全な直線ではないから、本実施
例に係る呼吸速度変換器11では、を使用している。ここで、αは許容誤差で、呼吸速度測
定では経験上α＝0.01からα＝0.50の間に設定すると良
好である。したがつて、測定工程で、記憶回路28に記憶
した全データに対して測定開始から測定終了まで、一つ
ずつデータをずらしながら（８）式を適用すると、
（８）式が連続して成立する区間が直線近似可能範囲で
ある。

そこで、本実施例に係る呼吸速度変換器11では測定開始
のデータから（８）式を適用して最初に（８）式を満足
する点のDOnを起点DOsとして決めている。さらに終点DO
eは直線近似範囲に入つてから最初に次式を満足する点
の１つ前のデータをDOeと決めている。すなわち、である。

以上の方法によつて定めたDOsからDOeの間のデータを用
いて、次に最小二乗法を用いて、近似直線の式を求め
る。すなわち、DOsからDOe間の溶存酸素濃度のデータを
Yi,時間をXi,データ数をＭ個とすると、それぞれの平均
値は次式で与えられる。

次にXi,Yiの積和Sxyを計算する。

次にXiの平方和Sxxを計算する。

すると、傾きＢは、Ｂ＝Sxy/Sxx …（14）となり、ＡはＡ＝−Ｂ …（15）で与えられる。ここで、（６）式より呼吸速度は、次式
で算出される。

呼吸速度（mgO₂/l.h）＝−Ｂ＝−（Sxy/Sxx） …（16） H.発明の効果以上の説明から明らかなように、従来の呼吸速度変換方
法では、測定した溶存酸素消費曲線が屈曲点を持つよう
な水質の検水を測定した場合には正確な呼吸速度を演算
することはできなかつたが、本発明による呼吸速度変換
方法によれば、屈曲点を検出し、直線近似可能な範囲を
定め、その範囲の近似直線を計算して、その傾きより、
呼吸速度を演算するので、常に正確な呼吸速度を算出
し、出力することができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は呼吸測定例の説明図、第２図は本発明に係る呼
吸速度変換器の説明図、第３図は溶存酸素消費曲線図、
第４図は従来の呼吸測定装置の説明図、第５図は呼吸測
定工程図、第６図は検出部本体の断面詳細図、第７図と
第８図は溶存酸素濃度の検出曲線の２つの例を示す図で
ある。 11…呼吸速度変換器、26…A/D変換回路、27…中央処理
回路、28…記憶回路、29…出力回路、30…溶存酸素濃度
信号、31…呼吸速度出力、32…測定工程信号。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭58−21544（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−131519（ＪＰ，Ａ) 特公昭52−23823（ＪＰ，Ｂ２)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】活性汚泥による下水処理システムのごとき
好気的条件下での呼吸速度を、呼吸速度変換器を用いて
溶存酸素消費曲線より呼吸速度を演算する呼吸速度測定
方法において、前記呼吸速度変換器により溶存酸素消費曲線を得る際
に、呼吸速度変換器内に設けられた中央処理回路に測定
工程信号が入力されると溶存酸素濃度信号を読み込み、
その信号を記憶回路に読み込み時の時間データとともに
測定工程が終了するまで記憶させ、その記憶データの全
データに対して測定開始から測定終了まで、一つずつデ
ータをずらしながら曲線の傾きの比を表す式の１±α
（α：許容誤差）が連続して成立する直線近似可能範囲
を決定した後、その範囲の溶存酸素消費データを用いて
近似直線式を計算し、その傾きにより呼吸速度を演算す
ることを特徴とする呼吸速度測定方法。