AAOプロセスの好気ゾーンにおける段階的酸素供給が汚染物質除去効率に及ぼす影響の分析
概要
AAO プロセスは広く使用されている廃水処理技術で、主に嫌気性、無酸素性、好気性の各段階で構成され、これらの段階が相乗的に作用して廃水から汚染物質を効果的に除去します。好気段階は AAO プロセスの重要な要素であり、酸素の供給方法はシステム全体の全体的な運用効率に直接影響します。実際の応用における AAO プロセスの有効性をさらに高めるために、研究者らは段階的な酸素供給スキームを提案しました。このスキームは、システム内に溶存酸素（DO）濃度の異なる複数のゾーンを設定することで、好気性微生物の代謝活動を最適化し、汚染物質の除去効率を向上させることを目的としています。したがって、AAO プロセスの好気ゾーンにおける段階的な酸素供給が汚染物質の除去に及ぼす影響を分析することには、大きな実用的価値があります。
AAOプロセスの好気ゾーンにおける段階的酸素供給の概要
好気ゾーンは、有機物の酸化と分解の主な場所です。段階的な酸素供給により、有機物の分解速度と微生物の酸素要求量に基づいて、さまざまなゾーンのDO濃度を柔軟に調整でき、ゾーン全体で有機物の均一かつ十分な分解が保証されます。このアプローチは、有機物の除去率を向上させ、排水品質を安定させるのに役立ちます。好気ゾーンでは、アンモニア態窒素は硝化細菌によって酸化されて硝酸塩となります。段階的な酸素供給により、硝化細菌が適切な DO 濃度下で効率的に動作し、過度に高いまたは低い DO レベルによって引き起こされる硝化プロセスへの悪影響が回避されます。同時に、再循環比と混合液濃度を制御することにより、硝化プロセスをさらに最適化し、アンモニア性窒素の除去効率を高めることができます。 AAO プロセスは、窒素とリンの除去を同時に実行します。好気ゾーンにおける段階的な酸素供給条件下では、リン蓄積生物（PAO）-は適切な DO 濃度下でリンを完全に吸収し、後続の段階でリンに富んだスラッジを排出することでリン除去を達成できます。-一方、無酸素ゾーンと好気ゾーンの操作パラメータを調整することにより、脱窒プロセスを最適化し、全窒素除去効率を向上させることができます。
段階的影響を分析するための実験的方法論 酸素供給による汚染物質除去効率
実験では、曝気バルブ制御システム、自動制御システム、送風装置の数などの方法を使用して曝気強度を調整し、DO濃度を反映させました。実験セットアップのプロセス フローを以下に示します。図1.
図 1 に示すように、AAO システムの好気ゾーンは、頭部、中部、尾部の 3 つの領域に分割されます。システムの水圧保持時間 (HRT) は 2 時間に設定されました。反応器の寸法は１６０ｃｍ×１２５ｃｍ×１００ｃｍ（長さ×幅×高さ）であり、混合液の高さは６０ｃｍに設定された。反応タンク間の流れ方向は、ガイド壁とバッフルを使用して制御されました。
流出サンプルは、都市下水処理場の最初の沈殿タンクから収集されました。廃水の水質は比較的安定しており、関連する指標はすべて標準範囲内でした。TP 濃度は 3.0 ～ 5.5 mg/L、TN 濃度は 26 ～ 49 mg/L、COD は 255 ～ 485 mg/L でした。
各好気セクションには、ボルテックスエアポンプと独立して構成された多孔パイプシステムが装備されており、曝気操作のための曝気システムを形成しました。システム動作中、各ボルテックスエアポンプは独立して安定して動作し、DO 濃度をそれぞれ 4 ～ 5 mg/L、3 ～ 4 mg/L、2 ～ 3 mg/L の範囲内に維持しました。汚染物質の除去効率に対する具体的な影響を決定するために、さまざまなセクションからの DO 濃度と排水の質が測定および分析されました。
3 ヘッドセクションのDO濃度が汚染物質除去効率に及ぼす影響の分析
3.1 COD除去効率解析
3 つの異なる DO 濃度条件下での AAO 好気ゾーンの頭部セクションにおける COD 除去の分析では、流出水 COD 値が 41.2、40.2、および 40.8 mg/L であり、除去効率がそれぞれ 91.3%、90.5%、および 90.8% であることが示されました。具体的な詳細は次のとおりです。図2.
データ分析によると、ヘッドセクションの COD 除去効率は DO 濃度が異なるとある程度変化しますが、全体的な変化は最小限であり、明確な相関関係は示されていません。 DO 濃度が 2 ～ 3 mg/L レベルから 3 ～ 4 mg/L レベルに増加すると、排水 COD と除去効率はそれぞれ 1.0 mg/L と 0.8% 減少しました。しかし、DO 濃度が 4 ～ 5 mg/L レベルに増加すると、排水 COD と除去効率はそれぞれ 0.6 mg/L と 0.3% 増加しました。異なる DO 濃度は COD 除去効率に大きな影響を与えませんでした。
3.2 TN 除去効率解析
頭部セクションにおける TN 除去の分析では、3 つの DO 条件下での流出 TN 濃度が 12.8、12.3、および 13.1 mg/L であり、除去率がそれぞれ 68.0%、66.8%、および 67.7% であることが示されました。
データ分析によると、ヘッドセクションのTN除去効率はDO濃度が異なるとある程度変化しますが、全体的な変化は最小限であり、明確な相関関係は示されていません。したがって、異なる DO 濃度は TN 除去効率に大きな影響を与えないと結論付けることができます。
3.3 TP除去効率解析
頭部セクションにおける TP 除去の分析により、3 つの DO 条件下での流出 TP 濃度は 0.60、0.51、および 0.48 mg/L であり、除去率はそれぞれ 88.1%、90.7%、および 91.7% であったことが示されました。
データ分析により、頭部における TP 除去効率は DO 濃度によって変化することが示されました。 DO 濃度が増加すると、流出液の TP 濃度が低下し、除去効率がさらに向上しました。したがって、DO 濃度レベル 4 ～ 5 mg/L が比較的高い除去効率を達成したと結論付けることができます。
総合的な分析の結果、頭部の DO 濃度を 4 ～ 5 mg/L レベルに設定すると、リンの取り込み効率が高くなることが示唆されています。
4 汚染物質除去効率に対する中層DO濃度の影響の分析
4.1 COD除去効率解析
中央セクションの COD 除去の分析では、3 つの DO 条件下での排水 COD 値が 39.9、38.9、および 40.4 mg/L であり、除去効率がそれぞれ 91.0%、90.9%、および 91.2% であることが示されました。具体的な詳細は次のとおりです。図3.
データ分析によると、中央セクションの COD 除去効率は DO 濃度が異なるとある程度変化しますが、全体的な変化は最小限であり、明確な相関関係は示されていません。 DO 濃度が 2 ～ 3 mg/L レベルから 3 ～ 4 mg/L レベルに増加すると、排水 COD と除去効率はそれぞれ 1.0 mg/L と 0.1% 減少しました。しかし、DO 濃度が 4 ～ 5 mg/L レベルに増加すると、排水 COD と除去効率はそれぞれ 0.5 mg/L と 0.3% 増加しました。異なる DO 濃度は COD 除去効率に大きな影響を与えませんでした。
4.2 TN除去効率解析
中央セクションの TN 除去の分析では、3 つの DO 条件下での流出 TN 濃度が 13.8、13.0、および 12.9 mg/L であり、除去率がそれぞれ 62.5%、66.3%、および 66.4% であることが示されました。比較すると、DO 濃度レベル 3 ～ 4 mg/L および 4 ～ 5 mg/L では、TN 除去効率が向上しました。
4.3 TP除去効率解析
中央セクションでの TP 除去の分析では、3 つの DO 条件下での流出 TP 濃度が 0.57、0.52、および 0.46 mg/L であり、除去率がそれぞれ 88.5%、90.8%、および 91.5% であることが示されました。比較すると、DO 濃度レベル 3 ～ 4 mg/L および 4 ～ 5 mg/L では、TP 除去効率が向上しました。
総合的な分析の結果、中間セクションの DO 濃度を 3 ～ 4 mg/L レベルに設定すると、より高い汚染物質除去効率が得られることがわかりました。
テールセクションのDO濃度が汚染物質除去効率に及ぼす影響の分析
5.1 COD除去効率解析
テールセクションの COD 除去の分析では、3 つの DO 濃度条件すべてで 91.8% の除去効率が示されました。異なる DO 濃度は COD 除去効率に大きな影響を与えませんでした。
5.2 TN 除去効率解析
尾部セクションにおける TN 除去の分析により、3 つの DO 条件下での流出 TN 濃度が 11.5、12.7、および 13.4 mg/L であり、除去率がそれぞれ 72.7%、67.9%、および 66.5% であることが示されました。比較すると、DO 濃度レベルが 2 ～ 3 mg/L の場合、TN 除去効率が向上しました。
5.3 TP除去効率解析
尾部セクションでの TP 除去の分析により、DO 濃度が 2.0 mg/L 未満の場合、除去効率は 96% を超えないことが示されました。この実験では、3 つのすべての DO 条件での除去率は 90% であり、排水濃度は一次基準を満たしていました。
まとめると、テールセクションの DO 濃度を 2 ～ 3 mg/L レベルに設定すると、より高い汚染物質除去効率が得られます。
結論
AAO プロセスの好気ゾーンにおける段階的酸素供給が汚染物質除去効率に及ぼす具体的な影響を調査するために、研究中に好気ゾーンを頭部、中部、尾部のセクションに分割しました。これらのセクションにわたる COD、TN、および TP の除去効率の分析と研究結果を組み合わせると、3 つの好気性ゾーンの DO 濃度レベルをそれぞれ 4 ～ 5 mg/L、3 ～ 4 mg/L、および 2 ～ 3 mg/L に設定すると、全体的な汚染物質除去効率が向上することがわかります。このアプローチは、生態学的環境保護、エネルギー節約、排出量削減の取り組みに対するサポートと参照を提供できます。