申请日2006.06.16
公开(公告)日2008.05.28
IPC分类号G01N33/18
摘要
本发明提供一种对利用需氧性微生物分解废液成分过程中的氧消耗量及氧消耗速度进行分析的技术。最初，对于仅含有单一BOD成分的最后的区段(区段X)，使用所述溶解氧浓度变化曲线近似式及Δtx=tx-tx-1、BODx=kx·Δtx，求出氧消耗速度kx=KLa·(DOhf-highDOx)，然后，对于含有两种BOD成分的倒数第2区段(区段X-1)，利用kx-1=KLa·(DOhf-highDOx-1)-kx=KLa·(highDOx-highDOx-1)求出kx-1，依次进行该演算直至最初的区段，由此，利用ki=KLa·(highDOi+1-highDOi)的关系，求出各BOD成分的氧消耗速度ki，同时，以pBODi=ki·tx求出作为各BOD成分的BOD浓度的pBODi。
权利要求书
1.混合液分析方法，是利用需氧性微生物的废水处理中的混合液 分析方法，其特征在于，
对曝气后的混合液，基于因多种BOD成分的氧消耗速度不同而形 成的溶解氧浓度变化曲线的阶梯状变化，将废水处理过程划分成x个区 段，
将各区段中的溶解氧浓度变化利用下式进行近似计算，
DO=highDOi-(highDOi-DOi-1)exp(-KLa·(t-ti-1))(i= 1～x)
并且，将各区段的氧消耗速度看做该区段中所含的各BOD成分的 氧消耗速度ki(i=1～x)的线型结合，通过对ki求解，求出各BOD 成分的氧消耗速度ki，
同时，利用pBODi=ki·ti的关系，求出作为各BOD成分的BOD 浓度的pBODi。
2.权利要求1所述的混合液分析方法，其特征在于，
最初，对于仅含有单一BOD成分的最后的区段(区段X)，使用上述 溶解氧浓度变化曲线近似式及Δtx=tx-tx-1、BODx=kx·Δtx， 求出氧消耗速度kx=KLa·(DOhf-highDOx)，
然后，对于含有两种BOD成分的倒数第2区段(区段X-1)，利用 kx-1=KLa·(DOhf-highDOx-1)-kx=KLa·(highDOx-highDOx-1)， 求出kx-1，
依次进行该演算直至最初的区段，由此，以ki=KLa·(highDOi+1 -highDOi)求出各BOD成分的氧消耗速度ki，
进而，使用pBODi=ki·ti的关系，求出各BOD成分的BOD浓度。
3.混合液分析方法，其特征在于，使用根据权利要求1或2得到 的各BOD成分的氧消耗量pBODx及氧消耗速度ki，将滞留时间分布函 数为f(t)及tv=pBODi/ki，利用下式
求出曝气槽的任意位置处的混合液的BOD，再以对outBODi>0的总成 分累计的值(∑outBODi)，推定该位置处的混合液的BOD值。
说明书
废水处理中的混合液分析方法
技术领域
本发明涉及一种利用活性污泥模型分析废水处理过程的方法，特 别是涉及一种在利用需氧性微生物分解废液成分过程中的混合液分析 方法。
背景技术
在利用需氧性微生物的废水处理中，用曝气装置将含有活性污泥 和废液的混合液进行曝气时，混合液中的溶解氧浓度DO的变化用下 述式表示。
(1)式
在此，DOsat是饱和溶解氧浓度[mg/l]，DO是曝气槽内溶解氧浓 度[mg/l]，KLa是将混合液的饱和溶解氧浓度与该时刻的该混合液的 溶解氧浓度之差设定为推进力时的总物质移动系数[l/minl、ASact是 活性污泥在呼吸中所使用的氧消耗速度[mg/l/min]，BODact是活性污 泥在BOD成分的分解中所使用的氧消耗速度[mg/l/min]。(1)式右边第 1项是来自曝气装置的氧供给速度，第2项是活性污泥在呼吸及BOD 的分解中所使用的氧消耗速度。
由于(1)式的BODact变化，故不能简单地积分，但由于ASact是 由微生物的呼吸产生的氧消耗速度，故在进行测定的时间的范围、 DO>0.5mg/l的范围内假设其大致恒定，因此，在BODact0的状态， 则(2)式成立，可以积分。
(2)式
将该混合液用该曝气装置进行充分长时间地曝气，使混合液的 BOD0mg/l，用符号DOhf表示溶解氧浓度大致恒定时的值时，(2) 式可以积分，用(3)式表示。
DO=DOhf-(DOhf-DO0)exp(-KLa·t) (3)式
其中，DOhf=DOsat-ASact/KLa
由(3)式引起的DO变化结果如图1的A所示的曲线。
现在，预先进行充分曝气，使混合液中的BOD0mg/l，使用已 测定了KLa和DOhf的混合液，用图1的实线B表示在DO的初始值 DO0的状态下添加被测定废液进行曝气时的DO变化曲线。通过添加 被测定废液，在混合液中存在BOD成分，通过改变作为主要分解对 象的BOD成分，BODact的值与曝气经过时间t同时从大的值向小的 值变化。如果最终没有可以分解的BOD成分，则BODact几乎为0。 因此，(1)式不能如(3)式那样简单地积分，DO的变化为如图1的B所 示的曲线。即，分解中，DO以氧供给速度和ASact+BODact的氧消 耗速度平衡的低水平的DO进行推移，当分解结束时，DO上升至DOhf 成为恒定值。
而且，申请人公开有对混合液中含有多种BOD成分时的溶解氧 变化曲线的分析方法(参照专利文献1)。参照图2，将其概要进行说 明。
将添加了被测定废液时的溶解氧浓度变化曲线划分成区段状，
现在，当将区段2的起始的溶解氧浓度设定为DO1，将t1设定为 该区段的起始时间时，通过
DO=DOhf-(DOhf-DO1)exp(-KLa·(t-t1)) (4)式
计算的假定溶解氧浓度变化曲线A1为将从该区段的t1开始至 BOD几乎为0mg/l的混合液进行了曝气时的溶解氧浓度变化。另外， 通过
DO=DOhf-(DOhf-DO2)exp(-KLa·(t-t2)) (5)式
计算的假定溶解氧浓度变化曲线A2为将在该区段内可以分解的 BOD变为0mg/l的混合液进行了曝气时的溶解氧浓度变化。因此，在 图2中，在由该区段内的溶解氧浓度变化曲线、假定溶解氧浓度变化 曲线A1和假定溶解氧浓度变化曲线A2围成的面积S2乘以KLa的值， 为该区段中的微生物在BOD成分的分解中使用的氧消耗量、即BOD 值。该关系对图2的n=1～4成立。
在长时间的曝气过程中，由于BODact变化，故(1)式不能简单地 积分，但在划分成的各区段内，由于引起对应于每种物质的不同的酶 或微生物分解，故在该范围内BODact可以看做是恒定的。当用 BODactn表示该值时，(1)式容易得到解
DO=highDOn-(highDOn-DOn-1)exp(-KLa·(t-tn-1)) (6)式
其中，highDOn=DOsat-(ASact+BODactn)/KLa
在此，DO是第n区段的溶解氧浓度，DOn-1是该区段的起始的 DO值，t是曝气经过时间，tn-1是该区段的起始时间。另外，highDOn 是在该区段内由曝气产生的氧供给速度和微生物呼吸及BOD成分的 分解使用的氧消耗速度平衡的DO值。在图2中，highDOn是在区段 1中曲线变得平坦的highDO1值，在区段3中，由于在完全变得平坦 之前开始下面的分解，故可以从区段内的曲线的形状外插，假设设定 highDO3，将用(6)式计算的结果与该区段内的测定值比较，使highDO3 反复变化进行计算，可以求出可以与区段内的测定值最近似的值作为 highDO3。由于该highDOn和在将BOD=0mg/l的混合液进行了曝气 时的最终平衡的DOhf之差为：
DOhf-highDOn=BODactn/KLa
因此，用
BODactn=KLa×(DOhf-highDOn) (7)式
表示的BODactn为将第n区段的BOD成分进行分解时的氧的消 耗速度。
一般来讲，由于废液中含有多种成分，因此每种成分分别进行上 述分解反应。图2是含有3种成分的废液的分解例。例如，该废液含 有容易分解的X成分、具有中等程度的分解性的Y成分和分解速度慢 的Z成分时，区段1是分解X成分的过程，区段2是分解Y成分的 过程，区段3是分解Z成分的过程。在专利文献1中，公开有如上所 述利用多个区段划分的方法。
发明内容
[发明要解决的课题]
但是，在现有的方法中，以各区段为作为多种成分集合体之一的 独立成分而求出分解速度。例如，将区段n和区段n+1作为完全不 同的成分处理。其是用于说明废液的分解速度的假定成分，与存在于 废液中的实际成分不同。该假设对直觉上判断分解速度的大小或是否 为容易处理的废水是适合的，但不能判断废液中哪种成分是怎样的分 解速度。另外，从该分析来看，不能将废液中的实际成分进行鉴别。
而且，在活性污泥处理状态的预测模拟计算中，当使用利用现有 方法的分解速度时，如标准活性污泥法那样，投入到曝气槽的处理对 象的废液(原水)的投入场所是曝气槽最前面的一个地方，并且在回流 污泥的影响小的活性污泥的情况下，可以进行计算。但是，象例如分 段曝气法那样，在分解过程中的BOD残存的状态下加入新的原水成 分时，由于作为前提的氧消耗速度与单独的情况不同，因此不能计算。 同样地，当曝气槽出口处的已处理废液(处理水)的BOD高时，作为回 流污泥返回的BOD变多，原水和只有活性污泥的情况的氧消耗速度 不同，因此不能计算。如上所述，专利文献1所示的方法可谓并不充 分。
本发明提供一种相对于需氧性微生物反应体系更具有通用性、并 且高精度的氧消耗速度分析方法。
[解决课题的方法]
为了解决上述课题，本发明将下面的内容设定为要点。即，
第一发明是利用需氧性微生物的废水处理中的混合液分析方法， 其特征在于，对曝气后的混合液，基于因多种BOD成分的氧消耗速 度不同而形成的溶解氧浓度变化曲线的阶梯状变化，将废水处理过程 划分成x个区段，
将各区段中的溶解氧浓度变化利用
DO=highDOi-(highDOi-DOi-1)exp(-KLa·(t-ti-1))(i=1～x)
进行近似计算，并且，将各区段的氧消耗速度看做该区段中所含 的各BOD成分的氧消耗速度ki(i=1～x)的线型结合，通过对ki求解， 求出各BOD成分的氧消耗速度ki，同时，使用pBODi=ki·tx的关系， 求出作为各BOD成分的BOD浓度的pBODi。
第二发明是，在上述混合液分析方法中，其特征在于，最初，对 仅含有单一的BOD成分的最后的区段(区段X)，使用前述溶解氧浓度 变化曲线近似式及Δtx=tx-tx-1、BODx=kx·Δtx，求出氧消耗速度 kx=KLa·(DOhf-highDOx)，
然后，对于含有两种BOD成分的倒数第2区段(区段X-1)，利 用kx-1=KLa·(DOhf-highDOx-1)-kx=KLa·(highDOx-highDOx-1)， 求出kx-1，依次进行该演算至最初的区段，由此，以ki=KLa· (highDOi+1-highDOi)的形式求出各BOD成分的氧消耗速度ki， 同时，使用pBODi=ki·tx的关系，求出作为各BOD成分的BOD浓度 的pBODi。
在此，将总物质移动系数设定为KLa，用曝气装置将混合液进行 充分长时间地曝气，将溶解氧浓度大致恒定时的值设定为DOhf，将 混合液的溶解氧浓度的初始值设定为DO0。另外，将从开始添加起的 曝气持续时间设定为t，将第i区段的最前面的溶解氧速度设定为DOi-1 ，将其起始时间设定为ti-1，将其终止时间设定为ti。
第三发明是一种混合液分析方法，其特征在于，使用根据上述得 到的各BOD成分的氧消耗量pBODx及氧消耗速度ki，以滞留时间分 布函数为f(t)，及tv=pBODi/ki，利用下述公式
求出曝气槽的任意位置处的混合液的BOD，再以对outBODi>0 的总成分累计的值(∑outBODi)，推定该位置处的混合液的BOD值。
专利文献1公开的计算法是如下的计算方法：在开始时刻有被称 为A的BOD成分，以被称为kA的由分解产生的氧消耗速度进行分解， 当分解终止时变成被称为B的BOD成分，以被称为kB的由分解产生 的氧消耗速度进行分解，当分解终止时变成被称为C的BOD成分， 以被称为kc的由分解产生的氧消耗速度分解下去，如此反复进行分解， 在曝气槽出口附近变成被称为Z的成分，至曝气槽出口的Z的BOD 量的未分解量作为处理水被排出，一部分作为回流污泥返回到曝气槽。 其结果，在曝气槽最前面部分，由于回流污泥的BOD成分为Z，故原 水的BOD成分与A不同，假定分别以kz、kA这样的氧消耗速度分解 下去。处理水良好时，由于以回流污泥返回的BOD的量小，故计算 值和实测值不背离，当处理不良时，因曝气槽内的混合，回流污泥中 变得还含有A成分、B成分及C成分，曝气槽最前面部分的处理变为： 原水中的A成分和回流污泥中的A成分分别以kA这样的氧消耗速度 分解下去。但是，在该处理法中，A成分以分解速度为外观上2倍的 反应速度进行分解，有时计算值和实测值背离。
与此相对，在利用本发明的情况下，由于对每一个成分求出因分 解而引起的氧消耗速度并使用该值，因此，即使在曝气槽的中途多次 流入原水，也可以仅通过追加成分量，改变成分浓度来进行应对。当 然，不能应对当成分浓度变化时由分解产生的氧消耗速度变化的BOD 成分的情况，最初，由于以由分解产生的氧消耗速度不依赖于浓度为 前提，故这种情况需要用其它模型进行分析。通常情况下，在分析活 性污泥的运转状况的数mg/l～数100mg/l的范围内，即使进行本发明 那样的处理，多数情况下也可以充分反映实测值，本发明的分析方法 是有效的。
[发明效果]
在将活性污泥曝气并使混合液的BOD几乎为0mg/l的活性污泥混 合液中，添加被测定废液，在将得到的溶解氧浓度变化曲线进行分析 的现有分析法中，对活性污泥的处理状况的推定不充分。与此相对， 在利用本发明的分析方法中，可以对各种情况的活性污泥进行分析。 例如在重新制作处理装置时，该情况大大地提高装置设计的效率。另 外，即使用已有装置进行废水处理时，也可以简单地推定现有的废水 可以处理至何种程度的负荷、在处理新的废水时用现有的装置是否可 以进行处理、可以处理至何种程度等。
