1. はじめに
強化された生物学的栄養素除去（BNR）は、従来の活性汚泥（CAS）システムの重要なコンポーネントであり、ますます厳しくなる排水規制に適合するために窒素とリンの濃度を低減することを目的としています。従来の CAS システムは多くの場合、連続曝気と固定操作パラメータに依存しており、特に変動する流入条件下では栄養素の除去効率が制限される可能性があります。この研究では、インフラストラクチャに大きな変更を加えずに栄養塩除去を強化するため、断続的な曝気や汚泥年齢の最適化などの運用変更を調査し、既存のプラントを改修するための実践的なガイダンスを提供します。
2. 材料と方法
パイロット規模の原子炉は、さまざまな運転条件を比較するために設計されました。{0}曝気モードには連続曝気サイクルと断続曝気サイクルが含まれ、汚泥滞留時間 (SRT) は 5 ～ 20 日間の範囲でした。炭素-対-窒素（C/N）比を4から10に調整して、栄養素の除去に対する影響を評価しました。都市二次排水を流入水として使用した。窒素とリンの濃度を毎日監視しました。微生物群集の組成は、さまざまな運用戦略の下での硝化細菌と脱窒細菌の濃縮に焦点を当て、16S rRNA シーケンスを使用して評価されました。適応制御戦略を導入して、流入水の変動下での流出水の安定性を評価しました。
3. 結果
断続的な曝気と最適化された汚泥熟成の組み合わせにより、栄養素除去効率が大幅に向上しました。最適な条件下では、アンモニウム除去率は常に 95% を超え、総窒素除去率は 80% ～ 90% の範囲であり、総リン濃度は 1 mg/L 未満に低下しました。微生物分析により、硝化細菌と脱窒細菌が選択的に濃縮されており、これが栄養素除去の改善と相関していることが明らかになりました。継続的なモニタリングと適応制御により、流入水の濃度が変化した場合でも安定した流出水質が維持されました。比較分析により、断続的な曝気が連続曝気と比較して優れた窒素およびリンの除去を実現し、SRT の最適化によりプロセスのパフォーマンスがさらに向上することが実証されました。
4. ディスカッション
この結果は、CAS システムの運用を変更することで、高価なインフラストラクチャのアップグレードを必要とせずに、栄養素の除去を大幅に強化できることを示しています。断続的なエアレーションにより、硝化と脱窒を同時に促進する好気条件と無酸素条件が交互に生成されます。最適化された汚泥年齢によりバランスのとれた微生物集団が維持され、安定した生物活性がサポートされます。この研究は、微生物群集の動態を理解し、影響力のある変動に対応するために適応制御を適用することの重要性を強調しています。これらの調査結果は、より厳格な規制要件を満たしながら、排水品質のコストを効果的に改善しようとする廃水処理施設にとって実践的な指針を提供します。{4}}
5. 結論
従来の活性汚泥システムにおける生物学的栄養素の除去の強化は、断続的な曝気と最適化された汚泥年齢を組み合わせることによって達成できます。この戦略により、窒素とリンの除去が改善され、有益な微生物群集のシフトが促進され、変動する条件下でも安定した排水品質が保証されます。この比較アプローチは、既存の CAS プラントを改修するための実行可能かつ費用対効果の高い方法を提供し、大規模なインフラ投資を行わずに運用変更により環境および規制上の大幅なメリットを達成できることを実証しています。{2}