【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
本発明は活性汚泥水処理装置における曝気槽混
合液中の溶存酸素濃度測定方法に関する。
活性汚泥水処理装置は都市下水ならびに産業廃
水中の有機性物質の除去に広く用いられている。
この活性汚泥水処理装置は、空気吹込みによつ
て酸素が供給される曝気槽において活性汚泥と呼
ばれる微生物群の同化作用により汚水中の有機性
物質を汚泥に変換する。そして曝気槽混合液を最
終沈殿池に導いて汚泥を濃縮分離し、濃縮された
汚泥の大部分を曝気槽に返送すると共に残り汚泥
を余剰汚泥として系外に引抜くものである。
第１図はこのような活性汚泥水処理装置の基本
的な構成図である。
第１図において、流入汚水１は沈殿池４から還
流された返送汚泥７と曝気槽２において混合さ
れ、送風機８から送られる空気９によつて撹拌さ
れつつ酸素を供給される。流入汚水１中の有機性
物質は曝気槽２において、微生物の同化作用によ
つて汚泥に変換される。曝気槽２の混合液３は沈
殿池４に導かれる。沈殿池４において上澄水と活
性汚泥とを沈降分離し、上澄水を処理水５として
放出する。沈殿池４に沈殿した汚泥の大部分は返
送汚泥ポンプ６により引抜かれ曝気槽２に返送さ
れ、残りの汚泥は排出汚泥ポンプにより排出され
る。
ところで、このような活性汚泥水処理装置にお
ける汚水処理を効率よく行なうためには、汚水中
の有機物をできるだけ多く活性汚泥に変換させる
こと、および沈殿池において活性汚泥を十分に沈
降させ処理水中に流出させないことが要求され
る。
このことを効果的に運用する運転指標として曝
気槽混合液中の溶存酸素濃度（以下、DOと略称
する）を目標値にすれば良いことが広く認められ
ている。DO値を目標値とするよう曝気空気量を
制御するには曝気槽混合液中のDO値を測定する
必要がある。
従来、DO値を測定するには湿式化学分析によ
る方法と現在実用に供されている溶存酸素濃度計
を用いる方式とがある。
しかしながら、前者は手分析による測定であり
測定に長時間を要し、DO制御に利用することは
不可能である。
また、後者は良く知られているように、電解液
中に２本の電極（陽極と陰極）を通し、電解液中
の電極間に気体透過膜を通して混合液中の酸素を
拡散させ、この電気化学反応による両電極間の抵
抗値の変化を電極に流れる電流の大きさとして検
出し、この電流の大きさでDO値を測定するもの
である。ところが、電極は長時間使用するとその
表面が酸化膜で覆われてしまい抵抗が大きくな
る。その結果、DO値を精度良く測定することが
できなくなる。これを防止するには電極の酸化膜
を除去したり、さらには電解液や気体透過膜の交
換などの校正が月に数回程度必要となり、保守が
面倒になる。
本発明は上記点に対処して成されたもので、そ
の目的とするところは曝気槽混合液中の溶存酸素
濃度を精度良く測定できる溶存酸素濃度測定方法
を提供することにある。
本発明の特徴とするところは曝気槽排ガスを連
続して捕集し、この排ガス中の亜酸化窒素（以下
N2Oと称する）濃度を測定することによりDO値
を測定するようにしたことにある。
まず、本発明の基本理念を説明する。
本発明者達は第２図に示す実験装置により曝気
槽排ガス中のN2Oガスと曝気槽混合液中のDOの
関係を検討した。
第２図において、貯留槽１１に合成下水を貯
え、ポンプ１２によつて58.3c.c.／minの定流速で
合成下水を曝気槽１３に供給する。曝気槽１３に
は沈殿池１４からポンプ１５により活性汚泥が供
給される。２１は曝気槽１３の下部に設けた撹拌
機で、この撹拌機２１を駆動すると曝気槽内にあ
る撹拌板２１ａが磁気的な結合で回転し合成下水
と活性汚泥を撹拌混合する。曝気空気はバルブ１
８によつて流量を調節し、曝気槽１３内の下部に
位置する散気管２０から混合液中に散気する。曝
気槽混合液は導水管１０の上部先端以上のレベル
になると沈殿池１４に流下し、そこで、活性汚泥
を沈降分離する。清澄水は沈殿池１４の出口孔１
４のレベルになると放流する。沈降した活性汚泥
はポンプ１５により曝気槽１３に返送し、残りは
余剰汚泥として排出する。曝気槽１３は密閉構造
になつており、上部に設けた排気管１６から得ら
れる曝気槽排ガスを赤外線分光光度計２２に導き
N2Oガス濃度を測定する。
このような実験装置により表１に示す如き基質
組成比の合成下水を用い表３に示す条件で実験を
行つた。なお、表１のCODは重クロム酸法によ
るものである。また、表２は表１の無機塩類のＡ
〜Ｄ液の組成比を示す。
The present invention relates to a method for measuring dissolved oxygen concentration in an aeration tank mixture in an activated sludge water treatment apparatus. Activated sludge water treatment equipment is widely used to remove organic substances from municipal sewage and industrial wastewater. This activated sludge water treatment device converts organic substances in sewage into sludge through the assimilation action of a group of microorganisms called activated sludge in an aeration tank to which oxygen is supplied by air blowing. The aeration tank mixture is then led to the final settling tank to concentrate and separate the sludge, and most of the concentrated sludge is returned to the aeration tank, and the remaining sludge is pulled out of the system as surplus sludge. FIG. 1 is a basic configuration diagram of such an activated sludge water treatment apparatus. In FIG. 1, inflow sewage 1 is mixed with return sludge 7 returned from a settling tank 4 in an aeration tank 2, and oxygen is supplied while being stirred by air 9 sent from a blower 8. Organic substances in the inflowing sewage 1 are converted into sludge in the aeration tank 2 by the assimilation action of microorganisms. The mixed liquid 3 in the aeration tank 2 is led to a settling tank 4. The supernatant water and activated sludge are separated by sedimentation in the settling tank 4, and the supernatant water is discharged as treated water 5. Most of the sludge settled in the settling tank 4 is pulled out by the return sludge pump 6 and returned to the aeration tank 2, and the remaining sludge is discharged by the discharge sludge pump. By the way, in order to efficiently treat sewage in such activated sludge water treatment equipment, it is necessary to convert as much organic matter in the sewage into activated sludge as possible, and to sufficiently settle the activated sludge in the settling tank so that it does not flow out into the treated water. It is required not to do so. It is widely accepted that the dissolved oxygen concentration (hereinafter abbreviated as DO) in the aeration tank mixture should be used as a target value as an operational indicator for effectively utilizing this. In order to control the amount of aeration air so that the DO value is the target value, it is necessary to measure the DO value in the aeration tank mixture. Conventionally, there are two methods for measuring DO values: one is wet chemical analysis, and the other is the method using a dissolved oxygen concentration meter, which is currently in practical use. However, the former method requires manual analysis and takes a long time to measure, making it impossible to use it for DO control. As is well known, the latter method involves passing two electrodes (an anode and a cathode) into an electrolytic solution, and passing a gas permeable membrane between the electrodes in the electrolytic solution to diffuse oxygen in the mixed solution. The change in resistance between the two electrodes due to a chemical reaction is detected as the magnitude of the current flowing through the electrodes, and the DO value is measured based on the magnitude of this current. However, when an electrode is used for a long time, its surface becomes covered with an oxide film, increasing its resistance. As a result, it becomes impossible to accurately measure the DO value. To prevent this, it is necessary to remove the oxide film on the electrodes, and to perform calibration such as replacing the electrolytic solution and gas permeable membrane several times a month, making maintenance cumbersome. The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and its object is to provide a method for measuring dissolved oxygen concentration that can accurately measure the dissolved oxygen concentration in an aeration tank mixed solution. The feature of the present invention is that the aeration tank exhaust gas is continuously collected, and the nitrous oxide (hereinafter referred to as
The reason is that the DO value is measured by measuring the concentration (referred to as N 2 O). First, the basic idea of the present invention will be explained. The present inventors investigated the relationship between N 2 O gas in the aeration tank exhaust gas and DO in the aeration tank mixture using the experimental apparatus shown in FIG. In FIG. 2, synthetic sewage is stored in a storage tank 11 and supplied to an aeration tank 13 by a pump 12 at a constant flow rate of 58.3 cc/min. Activated sludge is supplied to the aeration tank 13 from a settling tank 14 by a pump 15 . Reference numeral 21 denotes a stirrer provided at the lower part of the aeration tank 13. When the stirrer 21 is driven, a stirring plate 21a in the aeration tank rotates by magnetic coupling to stir and mix the synthetic sewage and activated sludge. Aeration air is valve 1
8 to adjust the flow rate, and diffuse air into the mixed liquid from the aeration pipe 20 located at the lower part of the aeration tank 13. When the aeration tank mixed liquid reaches a level equal to or higher than the upper tip of the water pipe 10, it flows into the settling tank 14, where the activated sludge is separated by sedimentation. Clear water is provided through the outlet hole 1 of the settling tank 14.
When it reaches level 4, it will be released. The settled activated sludge is returned to the aeration tank 13 by the pump 15, and the rest is discharged as surplus sludge. The aeration tank 13 has a sealed structure, and the aeration tank exhaust gas obtained from the exhaust pipe 16 provided at the top is guided to the infrared spectrophotometer 22.
Measure the N2O gas concentration. Using such an experimental apparatus, experiments were conducted under the conditions shown in Table 3 using synthetic sewage having the substrate composition ratio shown in Table 1. Note that the COD in Table 1 is based on the dichromic acid method. In addition, Table 2 shows the A of the inorganic salts in Table 1.
~The composition ratio of liquid D is shown.
【表】【table】
【表】【table】
【表】
この実験により次のような結果が得られた。
第３図はこの実験により測定した曝気槽排ガス
中のN2Oガス濃度と図示していないが、上述した
如き溶存酸素濃度計で測定したDO値との関係を
示す。
第３図から明らかなように、曝気槽排ガス中の
N2O濃度はDOが0.5ppm以下になると急激に増加
するが、DOが0.5ppmから5ppmの範囲では略々
直線関係にある。特に、DOが１〜4ppmの範囲
では約20〜60ppmと逆比例の関係となる。
ここで、N2O濃度は流入下水中のアンモニア態
窒素量の変化によつて若干変動するけれども、通
常の下水中に含まれるアンモニア態窒素はほぼ一
定であることが実測結果により知られている。し
たがつて、アンモニア態窒素量の影響は無視でき
る。
このように、N2O濃度とDOとの間に第３図の
ような対応関係が存在するということはDOを直
接測定することなくN2O濃度を測定することによ
つて間接的にDOを検知することが可能であるこ
とを示唆している。
ところで、通常の都市下水も上記表１，表２に
示すような組成になつている。また、都市下水や
産業廃水を処理する活性汚泥水処理装置における
曝気槽混合液のDOは２〜4ppmに維持するのが
普通である。DOが２〜4ppmの範囲ではN2O濃度
は直線となつている。したがつて、曝気槽排ガス
中のN2Oガス濃度を測定することにより曝気槽混
合液中の溶存酸素濃度を測定することができるこ
とになる。
本発明は、このような理念に基づいて成された
もので、その実施例を第４図において説明する。
第５図において第１図と同一記号のものは相当
物を示し、２３は排ガス採取筒、２４はN2Oガス
濃度計で、例えば赤外線分光光度計が用いられ
る。２５は曝気空気量を測定する流量計、２６は
DOを求める第１演算回路、２７は曝気空気量の
目標値を求める第２演算回路、２８は曝気空気量
を制御する調節弁２９の弁開度を制御する制御回
路である。
第５図は排ガス採取筒２３の具体的な構成図で
ある。採取筒２３は有蓋円筒で、その蓋２３ａの
中央に排気筒２３ｂが設けられている。この採取
筒２３は曝気槽混合液の液面を開口端で覆うよう
に支持棒３０に固定されている。採取筒２３内の
排ガスは排気筒２３ｂを通り排気管３２により
N2Oガス濃度計２４に導かれる。
なお、支持棒３０は曝気槽側壁３１に固定され
ている。
さて、第４図において、N2Oガス濃度計は採取
筒２３から導かれる排ガス中のN2O濃度ｎを連続
的に測定する。第１演算回路２６は第３図の関係
に従いDO値ｄを求め第２演算回路２７に与え
る。第２演算回路２７はDO目標値d0、曝気空気
量ｇとDO値ｄを入力として次式によつて曝気空
気量目標値g0を求める。
g0＝ｇ・ｄ／ｄ０………(1)
このようにして求めた曝気空気量目標値g0と実
際値ｇの偏差Δｇを制御回路２８に与え、調節弁
２９の開度を制御して曝気空気量を制御する。そ
の結果、曝気槽混合液のDO値を目標値にでき
る。
このように、曝気槽排ガス中のN2Oガス濃度に
よりDO値を測定している。ガスの採取や分析は
赤外線分光光度計を用いることにより容易かつ信
頼度高く行える。したがつて、使用時間によつて
検出精度が低下するということがなく、DO制御
を精度良く行える。また、使用時間によつて感度
が低下するということもないので保守が極めて容
易となる。
次に、第６図は実機の押出し流れの曝気槽にお
いて、流入下水と返送汚泥の流入口から流下方向
に沿つて混合液中の排ガス中のN2Oガス濃度を測
定した結果である。N2Oガスは流入下水と返送汚
泥の流入口から10ｍ地点まで数十ppm検知で
き、５ｍ地点で最も高い値を示した。したがつ
て、曝気槽排ガスを採取してN2Oガスを測定する
場合、排ガス採取筒は配化反応が充分に行われて
いる５ｍ附近に設けるのが望ましい。
以上説明したように、本発明によれば曝気槽排
ガス中のN2Oガス濃度を測定するだけで曝気槽混
合液中のDO値を検出できる。したがつて、長時
間使用しても測定精度が低下することなく、かつ
保守も極めて容易となる。
なお、以上の説明は連続的に測定する場合につ
いて述べたが、サンプリング測定してもよいのは
勿論である。また、曝気槽の曝気は空気でなく酸
素で行うものにも本発明を用いることができるの
は明らかである。[Table] The following results were obtained from this experiment. Although not shown, FIG. 3 shows the relationship between the N 2 O gas concentration in the aeration tank exhaust gas measured in this experiment and the DO value measured by the dissolved oxygen concentration meter as described above. As is clear from Figure 3, in the aeration tank exhaust gas,
The N 2 O concentration increases rapidly when the DO becomes 0.5 ppm or less, but there is an approximately linear relationship between the DO and the 0.5 ppm to 5 ppm. In particular, when DO is in the range of 1 to 4 ppm, the relationship is inversely proportional to about 20 to 60 ppm. Here, although the N 2 O concentration fluctuates slightly due to changes in the amount of ammonia nitrogen in the inflowing sewage, it is known from actual measurements that the ammonia nitrogen contained in normal sewage is almost constant. . Therefore, the influence of the amount of ammonia nitrogen can be ignored. In this way, the existence of the correspondence relationship shown in Figure 3 between N 2 O concentration and DO means that DO can be indirectly measured by measuring N 2 O concentration without directly measuring DO. This suggests that it is possible to detect By the way, ordinary urban sewage also has a composition as shown in Tables 1 and 2 above. Furthermore, in activated sludge water treatment equipment that treats municipal sewage and industrial wastewater, the DO of the aeration tank mixture is usually maintained at 2 to 4 ppm. In the DO range of 2 to 4 ppm, the N 2 O concentration is linear. Therefore, by measuring the N 2 O gas concentration in the aeration tank exhaust gas, it is possible to measure the dissolved oxygen concentration in the aeration tank mixed liquid. The present invention has been made based on this idea, and an embodiment thereof will be explained with reference to FIG. In FIG. 5, the same symbols as in FIG. 1 indicate equivalents, 23 is an exhaust gas sampling tube, and 24 is an N 2 O gas concentration meter, for example, an infrared spectrophotometer is used. 25 is a flow meter that measures the amount of aeration air, 26 is a flow meter that measures the amount of aeration air;
A first arithmetic circuit for determining DO; 27 a second arithmetic circuit for determining the target value of the aeration air amount; and 28 a control circuit for controlling the valve opening degree of the control valve 29 that controls the aeration air amount. FIG. 5 is a specific configuration diagram of the exhaust gas sampling tube 23. The collection tube 23 is a cylinder with a lid, and an exhaust tube 23b is provided in the center of the lid 23a. This sampling cylinder 23 is fixed to a support rod 30 so as to cover the liquid level of the aeration tank mixed liquid with its open end. The exhaust gas in the sampling tube 23 passes through the exhaust tube 23b and is discharged through the exhaust pipe 32.
It is led to the N 2 O gas concentration meter 24. Note that the support rod 30 is fixed to the side wall 31 of the aeration tank. Now, in FIG. 4, the N 2 O gas concentration meter continuously measures the N 2 O concentration n in the exhaust gas led from the sampling tube 23. The first arithmetic circuit 26 obtains the DO value d according to the relationship shown in FIG. 3 and supplies it to the second arithmetic circuit 27. The second arithmetic circuit 27 inputs the DO target value d 0 , the aeration air amount g, and the DO value d, and calculates the aeration air amount target value g 0 using the following equation. g 0 = g・d/d 0 (1) The deviation Δg between the aeration air amount target value g 0 obtained in this way and the actual value g is given to the control circuit 28 to control the opening degree of the control valve 29. to control the amount of aeration air. As a result, the DO value of the aeration tank mixture can be set to the target value. In this way, the DO value is measured based on the N 2 O gas concentration in the aeration tank exhaust gas. Gas sampling and analysis can be easily and reliably performed using an infrared spectrophotometer. Therefore, the detection accuracy does not deteriorate with use time, and DO control can be performed with high precision. Furthermore, since the sensitivity does not decrease with use time, maintenance is extremely easy. Next, FIG. 6 shows the results of measuring the N 2 O gas concentration in the exhaust gas in the mixed liquid along the flow direction from the inlet of inflow sewage and return sludge in the aeration tank of the extrusion flow of the actual machine. Several tens of ppm of N 2 O gas could be detected up to 10 m from the inlet of inflowing sewage and returned sludge, and the highest value was observed at 5 m. Therefore, when sampling the aeration tank exhaust gas and measuring N 2 O gas, it is desirable to install the exhaust gas sampling tube at a distance of about 5 m, where the arrangement reaction is sufficiently occurring. As explained above, according to the present invention, the DO value in the aeration tank mixture can be detected simply by measuring the N 2 O gas concentration in the aeration tank exhaust gas. Therefore, measurement accuracy does not deteriorate even after long-term use, and maintenance is extremely easy. In addition, although the above description was about the case of continuous measurement, it goes without saying that sampling measurement may also be used. It is clear that the present invention can also be used in a case where the aeration of the aeration tank is performed using oxygen instead of air.
【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]
第１図は活性汚泥水処理装置の基本構成図、第
２図は曝気槽排ガス中のN2O濃度とDOの関係を
求めた実験装置の構成図、第３図はN2O濃度と
DO実測値を示す特性図、第４図は本発明の一実
施例を示す構成図、第５図は排ガス採取筒の一例
構成図、第６図は曝気槽流下距離に対するDOと
N2O濃度の関係の実測値を示す特性図である。
２……曝気槽、３……曝気槽混合液、４……沈
殿池、８……送風機、２３……排ガス採取筒、２
４……赤外線分光光度計。
Figure 1 is a basic configuration diagram of the activated sludge water treatment equipment, Figure 2 is a configuration diagram of the experimental equipment used to determine the relationship between N 2 O concentration and DO in the aeration tank exhaust gas, and Figure 3 is a diagram of the relationship between N 2 O concentration and DO.
A characteristic diagram showing actual measured values of DO, Fig. 4 is a configuration diagram showing an embodiment of the present invention, Fig. 5 is an example configuration diagram of an exhaust gas sampling tube, and Fig. 6 shows DO versus aeration tank flow distance.
FIG. 2 is a characteristic diagram showing actually measured values of the relationship between N 2 O concentration. 2... Aeration tank, 3... Aeration tank mixed liquid, 4... Sedimentation tank, 8... Blower, 23... Exhaust gas sampling cylinder, 2
4...Infrared spectrophotometer.