低負荷ブロワー曝気槽の技術的基礎と運用管理-
1. 概要
1.1 ブロワー曝気槽の動作原理
中国で一般的に使用されているブロワー曝気には、主に拡散、スパイラル、および微孔性曝気タイプが含まれます。曝気槽は通常、曝気システム、槽構造、入口/出口ポートで構成され、活性汚泥排水処理の重要な構造として機能します。一般的な曝気方法は、機械曝気とブロワー曝気です。ブロワー曝気システムは通常、専用の曝気装置とブロワーで構成されます。多くの場合、盆地は複数の区画に分割されており、それぞれが独立して流入水を供給できます。廃水は盆地に入り、反対側の端から出ます。このプロセス中、空気はコンプレッサーを介して洗面器の底にあるディフューザーに送られ、泡として放出されます。
1.2 送風機曝気槽に関する関連研究
Cheng Dandanらによる研究。中国の都市下水処理場 (WWTP) では、曝気ブロワーが総エネルギーの約 60% を消費していることがわかりました。曝気システムを溶存酸素 (DO) のインテリジェントな PID 閉ループ制御と統合し、-送風機のエネルギー節約戦略を実装することで、下水処理場曝気システムの高いエネルギー消費に効果的に対処し、30% 以上削減できます。-
劉暁奇ら。分散流曝気装置を採用して、エネルギー消費量を削減しながら、処理中の廃水中の酸素含有量を増加させました。これにより、水-の均一な混合と分配も達成され、エアレーターの設置レベルの精度要件が軽減されました。
チャン・カイら。オリジナルの空気収集モードを変更することで、従来の曝気槽システムの性能を向上させました。彼らは、従来の微多孔性エアレーターを高酸素移動効率のシリコン プレート微多孔性エアレーターに置き換え、-ストレート フロー エアレーション ベイスンを 3 パスの蛇行状フロー ベイスンに置き換えました。-正確な曝気制御を組み込むことでシステムがさらに強化され、従来のブロワー曝気方法における高エネルギー消費、低効率、不十分な物質移動の問題に対処しました。
1.3 送風機曝気槽の運転管理
ブロワー曝気槽は廃水処理に広く使用されています。 「異なる廃棄物の流れを個別に処理する」という原則に従って、特定の WWTP の塩水廃水処理ユニットは主に、常圧真空蒸留からの電気脱塩廃水、ストリッピング精製水、アルキル化中和廃水、および一部の上澄みおよび高塩分排水を処理します。-このユニットは、ブロワー曝気槽を第 2 段階として備えた 3 段階の生物処理システムを備えています。-流入水の平均化学酸素要求量 (COD) は一貫して 100 mg/L 未満であり、低負荷活性汚泥プロセスとして分類されています。-機器のアップグレード以外にも、最適な動作を維持するには、プロセスパラメータの慎重な制御と調整が必要です。
2. 施設概要
2.1 塩水排水処理装置の処理フロー
このユニットは「均一化 + 油分離 + 2 段階浮選 + 3 段階生物学的処理」プロセスを採用しており、処理された廃液は研磨ユニットに送られます。オイルセパレータは水平流と傾斜板を組み合わせた設計を採用しています。 2 つの浮遊選鉱段階では、それぞれ渦キャビテーション空気浮選 (CAF) と部分還流加圧溶解空気浮選 (DAF) が利用されます。 3 つの生物学的ステージは順に、純酸素曝気タンク III、ブロワー曝気タンク、二次生化学タンク (EM-BAF) です。プロセスの流れを図に示します。図1.
2.2 ブロワー曝気槽の説明
ブロワー曝気槽は、もともと油性廃水処理装置の一部として 1995 年に建設された施設を再利用したものです。従来のプラグフロー エアレーション設計を採用しており、有効容積は 3,888 m3、現在の水圧滞留時間 (HRT) は約 17.6 時間です。この盆地は、それぞれ 4 つのコンパートメントを備えた 2 つの並列トレインで動作します。底部にはエアレーターが設置されており、遠心ブロワーによって酸素が供給され、活性汚泥の代謝に必要な酸素が供給されます。二次清澄装置（Φ18m×5m）を2基装備しています。
3 段階の生物学的システム内では:{0}:
- ステージ 1 (純酸素曝気槽 III): 主な機能は COD の除去です。
- ステージ2（ブロワー曝気槽）: 主な機能はアンモニア態窒素 (NH₃-N) の除去であり、二次的な機能はさらなる COD の除去です。
- ステージ 3 (二次生化学タンク - EM-BAF): 排水の COD と NH₃-N をさらに磨き、最終的な水質を確保する機能。
2.3 ブロワー曝気槽の流入水と流出水の水質
ブロワー曝気槽への流入水は、汚染物質制限のある純酸素曝気タンク III から来ます: CODcr 300 mg/L 以下、NH₃-N 30 mg/L 以下、浮遊物質 (SS) 50 mg/L 以下。
その流出液は、制限付きで二次生化学タンクに供給されます: CODcr 120 mg/L 以下、NH₃-N 30 mg/L 以下、SS 50 mg/L 以下。
二次生化学タンクからの最終排水は、CODcr 70 mg/L 以下、石油 5 mg/L 以下、NH₃-N 3 mg/L 以下を満たさなければなりません。
2021 年を通じて、流域の平均流入水 CODcr は 67.094 mg/L、平均 NH₃-N は 23.098 mg/L で、どちらも設計要件を満たしていました。しかし、流入水の COD が著しく低いため、活性汚泥の炭素源が欠乏し、その通常の代謝に影響を及ぼしました。逆に、混合液中の十分なアンモニア態窒素と有機汚染物質の濃度が低いと硝化が促進され、硝化が効果的に進行しました。
3. 運営上の影響要因と管理措置
3.1 低流入負荷と汚泥経年劣化の影響
流入水の COD が 67.094 mg/L であり、-設計限界（300 mg/L 以下）と微生物の炭素要求量（約 . 100 mg/L BOD₅）の両方を下回っています-。活性汚泥は炭素源の欠乏を経験しました。負荷が低いとスラッジの成長が遅くなり、スラッジが劣化して緩い構造を形成しやすくなります。古くなって死んだスラッジが二次清澄器の表面に浮遊するスカムを形成しました。スカム収集装置がなかったため、このスカムは排水とともに流出し、濁度を引き起こし、COD および SS の制限を超え、その後下流の二次生化学タンクに過負荷を与え、最終排水の品質に影響を与えました。
対策: 運営チームは混合酒浮遊物質 (MLSS) 濃度を管理しました。 1000 mL メスシリンダーを使用した 30 分間の汚泥体積指数 (SVI) テストでは、約 2 g/L の MLSS に相当する SVI を約 20% に維持しました。汚染物質の除去効率と汚泥の老化・浮遊・水質悪化の防止を両立させました。汚泥の成長が遅いということは、汚泥の浪費が最小限かつまれであることを意味し、硝化細菌がその最小生成時間を超える滞留時間を可能にし、さらに硝化を促進することになる。
3.2 溶存酸素 (DO) 管理の影響
活性汚泥中の微生物は主に好気性であり、通常は 1-3 mg/L の DO を必要とします。企業基準では、従来のプラグフロー曝気槽の DO 範囲を 2 ～ 4 mg/L に設定しており、硝化には通常 2.0 mg/L 以下の DO が必要です。現在の低流入負荷とMLSS濃度のさらなる低下によりDO要求量が低下し、制御が困難になりました。完全な混合を維持すると、DO が 4 mg/L 以上に上昇することがよくありましたが、DO を目標範囲内に制御すると、一部の領域で混合が不十分になり、汚泥の沈降が発生することがありました。
さらに、高いDOは有機物の分解を促進し、汚泥の老化を悪化させます。したがって、実際には DO は 3 mg/L 程度に管理されています。さらに、混合の均一性を改善し、休眠中のフロックを再活性化し、活性なバイオマスを維持するために、すべてのエアバルブがほぼ毎月調整されます。
3.3 水温の影響
温度は微生物の活動に大きな影響を与えます。適切な温度は活動を促進しますが、低温は活動を阻害または低下させ、高温は生理機能を変化させたり、死に至る可能性があります。このシステムでは、好熱性細菌が主要な官能基です。システムの安全性を確保するため、温度は通常 15 ～ 35 度に維持されますが、適切な範囲は 10 ～ 45 度です。 30度を超えると硝化タンパク質が変性し、活性が低下する可能性があります。活性汚泥には COD{10} 分解細菌と硝化細菌の両方が含まれており、硝化の最適範囲は 5～30 度という狭い範囲にあります。
塩水の流入水には高温の流れが含まれています。-過去の事故では、流入水の温度が連日 40 度を超え、汚泥の崩壊、COD 分解剤や硝化剤の死滅、システムの崩壊が発生しました。{3}その後、均一化タンクの流出ラインに温度計を設置し、排出温度が40度を超えないよう厳密に制御し、汚泥温度の要件を満たしました。 2021年には硝化に影響を与える同様の事件は発生しませんでした。
3.4 アルカリ性の影響
関連する企業基準によれば、アンモニア除去に活性汚泥を使用する場合、流入水の総アルカリ度対アンモニア態窒素比は 7.14 以上でなければなりません。それ以外の場合は、アルカリ性を補う必要があります。設計流入NH₃-Nが30 mg/L、実際の平均が23.098 mg/Lの場合、必要な総アルカリ度は214.2 mg/L以上になります。現在、流入するアルカリ度は不十分であり、プロセスの需要を満たすために毎日ソーダ灰 (Na₂CO₃) を追加する必要があります。
3.5 pH と有毒物質の影響
Activated sludge microorganisms thrive in a pH range of 6.5–8.5. Below pH 4.5, protozoa largely disappear, most microbial activity is inhibited, fungi become dominant, floc structure is destroyed, and sludge bulking can occur. Above pH 9, metabolism is severely affected, causing floc disintegration and bulking. Wastewater with pH >10または<5 should be neutralized before entering the aeration basin.
微生物の好気性代謝は、pH 変化を適度に緩衝します。たとえば、窒素化合物の利用により硝化中に pH が低下する可能性がありますが、脱炭酸によりアルカリ性アミンが生成され、pH が上昇します。これにより、弱酸性/アルカリ性廃水への長期的な順応が可能になります。-廃水の固有のアルカリ性も pH 低下の抑制に役立ちます。
ただし、急激な pH の変化 (酸性システムへの突然のアルカリ流入など) は微生物に大きな影響を与え、操作を中断する可能性があります。したがって、中和の必要性は個別のケースに依存します。小規模で一貫した pH 変動、特に弱酸/弱塩基の場合は、中和が必要ない場合があります。変動が大きい場合は、pH を中性に調整する必要があります。
硝化細菌は pH に非常に敏感であり、最適な硝化は pH 7.2～8.0 ですが、一般の微生物は 6.5～8.5 を好みます。-特定の産業排水の場合、有害物質の種類は固定されていることが多いですが、濃度や排出量は変動します。均一化に加えて、流入する有毒物質のレベルを監視し、制御する必要があります。汚泥の順応後、順応度および運転経験に基づいて最大流入濃度制限を確立する必要があります。長期にわたる超過には、微生物中毒や処理失敗を防ぐために、流入量の削減、汚泥リサイクルの増加、または酸素化の強化などの対策が必要です。現在、流域の流入水から微生物中毒を引き起こす有毒物質は検出されていない。
3.6 流入衝撃荷重の影響
流入水の COD はわずかな変動はあるものの安定して低い値を維持し、NH₃-N と全窒素 (TN) も長期間にわたって比較的安定した範囲内に留まります。硝化剤の個体数は比較的固定されたままです。しかし、成長速度が遅いため、流入水の NH₃-N または TN が突然大幅に増加すると、盆地の除去能力が飽和し、流出水の NH₃-N および TN の品質が損なわれる可能性があります。
理論的には、微生物の窒素とリンの要求量は、BOD5:N:P 比 100:5:1 に従います。ただし、NとPの含有量は工場排水の種類によって大きく異なります。一部の廃水には窒素とリンが多く含まれており、基準を満たすために除去する必要があります。欠乏しているものもあり、代謝の制限を避けるためにサプリメントを必要とします。低 N/P 廃水を処理する操作池の場合、流入水レベルが約 10 mg/L NH₃-N およびリン酸塩 5 mg/L であれば、微生物のニーズをほぼ満たすことができます。これらを下回るレベルが長期間続く場合は、N/P 投与量を増やす必要があります。
毎日の操作では、下流の研磨ユニットに過負荷がかかり、最終排水の安全性が脅かされるのを防ぐために、すべての流入水流と均一化タンクの流出水、および調整タンクからの再循環流中の NH₃-N と TN を綿密に監視する必要があります。
4. 結論
塩水廃水処理ユニットの中心となる硝化反応器として、ブロワー曝気槽は、水温、流入水の NH₃-N、および TN を毎日綿密に監視する必要があります。 MLSS 濃度を厳密に制御し、DO を約 3 mg/L に維持し、適切なアルカリ度を確実に添加することが不可欠です。これらの最適化された対策の下、システムは優れた排水品質で安定して稼働します。平均 COD は 54.213 mg/L、NH₃-N は 9.678 mg/L、SS は 23.849 mg/L で、二次生化学タンクの流入水要件を完全に満たしています。機器の信頼性とシステム処理効率をさらに確保するには、複数の側面からの継続的なテスト、要約、最適化も重要です。