A2/O-MBBRプロセスを使用した下水処理場のアップグレードおよび改修プロジェクト
国民の環境意識が継続的に高まる中、下水処理施設は更新や改修活動を積極的に実施し、先進的な廃水処理技術を導入し、廃水の再利用を実現し、持続可能な社会開発に貢献する必要があります。下水処理プラントのアップグレードおよび改修中に直面する大きな課題は、窒素とリンの除去です。 MBBR テクノロジーを利用することで、この問題は効果的に解決されます。この論文は、前処理 + A2/O 二次生物処理プロセス + 布媒体濾過 + 次亜塩素酸ナトリウム消毒の組み合わせプロセスを採用している西州県の鎮下水処理プラントに焦点を当てています。生物処理セクションでは、統合廃水処理装置（前無酸素槽、嫌気槽、無酸素槽、好気槽、斜管沈殿槽、布濾過槽、消毒槽を含む）を利用しています。{8}
1 プロジェクト概要
雲南省文山チワン族ミャオ族自治州西州県の鎮下水処理場を支援する下水管網建設には、東馬、蓮花桞、方沽、法豆、博林、新馬街の6つの鎮でのプロジェクトが含まれている。これらの町区を支える下水管ネットワークの全長は約 39.182 km、管径は DN200 mm から DN500 mm の範囲で、高密度ポリエチレン二重壁波形管 (HDPE) が使用されています。-統合ポンプ場は蓮花桞鎮と新馬街鎮に建設されている。新麻街郷にはQ=25 m3/h、DN150 mmの圧力給水PE管50 mがあり、蓮花桞郷にはQ=25 m3/h、DN200 mmの圧力給水PE管15 mがあります。下水処理場の総建築面積は3,482㎡で、総合建屋、統合下水処理設備、変電・配電室、監視室、調整槽、汚泥槽、再利用水槽、汚泥脱水室及び汚泥貯蔵庫、スクリーン水路、揚水ポンプ場、緊急タンクを含む。
2 水質分析と主要プロセスの選定
2.1 流入水および流出水の水質
西州県鎮下水処理場の流入水質を包括的に分析したところ、その濃度はわずかに低下傾向にあるものの、安定していることがわかりました。現在のプロセスは高効率の廃水処理プロセスであるため、処理槽の容積は大きくなく、衝撃荷重に対する耐性も強くありません。-したがって、流入水の水質指標の保証率基準をあまり高く設定することはできません。今回は90%に設定されています。さらに、この工場は毎日 500 m3 の埋立地浸出水を受け入れます。最終的な流入水の水質を設計するときは、水質の全体的な傾向に依存して、関連する設計作業を効率的に完了する必要があります。水質指標は次のとおりです。表1.
廃水中の BOD₅/CODcr 比は 0.35 であり、廃水が容易に生分解されることを示しています。 BOD₅/TN 比は 3 です。排水の TN 基準を満たすには、外部炭素源の追加などの追加の処理手段が必要です。 BOD5/TP 比は 26.3 で、生物学的リン除去に適しています。
現状ではNH3-NやTNの残存量が比較的多く、除去効率が低いです。これは、古い好気槽では NH₃-N の硝化が十分に行えないことを示しています。もともと無酸素槽が設置されていなかったため、脱窒処理は行われませんでした。窒素除去は余剰汚泥を排出することによってのみ達成され、硝化-脱窒法は採用されていませんでした。
2.3 主なプロセス
西州県鎮下水処理場の具体的な状況を徹底的に分析した結果、改修と改修はプラント敷地内で完了する必要がありました。工場敷地内のスペースは非常に限られています。廃水処理プロセスを決定する際には、敷地条件を総合的に考慮し、既存の生物化学タンク処理プロセスを合理的に活用する必要がありました。広範な調査の結果、A2/O-MBBR プロセス (MBBR プロセスと呼ばれる) を採用することで、土地利用と運用上の問題に効果的に対処できました。このアプローチにより、生化学タンクの容量の三次元的な拡張が容易になり、無酸素タンクと嫌気タンクの積極的な構築が可能になりました。- MBBR プロセスでは、活性汚泥とバイオフィルムを組み合わせます。その利点は、設置面積が比較的小さいこと、長い生物学的連鎖、理想的な排水水質基準を達成できること、および安定した操業に現れています。窒素除去のためのバイオフィルム法は、低温の季節にも良好な結果を示します。- MBBR プロセス フローを以下に示します。図1.
2.4 MBBR プロセスの利点
MBBR プロセス、固定媒体バイオフィルム法、活性汚泥プロセスを比較すると、MBBR プロセスは特に次のような最も顕著な利点を備えています。① 懸濁担体は主に PP や PE などの改質材料で作られており、耐久性に優れています。吊り下げ式キャリアは立上げ・操作が容易なため、固まりや詰まりなどのトラブルがほとんどありません。そのため、曝気装置や排水処理装置の排水装置に適用した場合、減価償却率や交換頻度が非常に低くなります。 ② MBBRプロセスは強力な窒素除去能力を持っています。好気性、無酸素性、嫌気性環境が懸濁担体上で共存できるため、硝化反応と脱窒反応の両方を単一の反応器内で完了できます。硝化細菌は浮遊担体上に形成されたバイオフィルム上で急速に増殖し、最適な硝化を実現します。 ③ MBBRプロセスは衝撃荷重に対する耐性が良好で、排水の安定性と有害物質に対する耐性が向上します。 ④MBBRプロセスの採用により、土地利用をほとんど変えることなく、既存の処理設備を合理的に更新・改修することができ、省スペース化が図れます。 ⑤ 従来の廃水処理では曝気槽内に担体支持枠を追加する必要がありましたが、MBBR法ではその必要がなくなり、曝気装置のメンテナンスや担体の管理の困難さが軽減されます。
3 生化学タンク改修計画
3.1 新規嫌気・無酸素槽の建設
After demolishing the buildings on the west side of the plant's biochemical tank area, new anoxic and anaerobic tanks were constructed on the cleared land. The anoxic zone was modified from the initial section of the existing biochemical tank. Active construction of the anoxic and anaerobic tanks was carried out. Their plan dimensions and effective volume must meet relevant usage requirements, and the hydraulic retention time was scientifically planned to enable them to play an important role. During the construction of the anoxic tank, the minimum temperature was controlled to >気温は12度で、混合液懸濁物質濃度、脱窒硝酸濃度、脱窒率などの指標管理がしっかりと行われていました。冬には炭素源が不足する可能性があります。脱窒効率を高めるために、適切な量の炭素源を添加することができます。新しく構築された無酸素タンクには、5 kW の垂直タービンミキサーが合計 16 台装備されています。既存の生物化学タンクの無酸素ゾーンには、合計 8 セットの 5 kW 垂直プロペラが装備されています。嫌気槽には6.5kWの水中ミキサーが計6台設置されています。
リン除去作業と窒素除去作業の難易度を比較すると、窒素除去作業の方が明らかに困難です。通常、化学的リン除去方法により十分なリン除去効果が得られる。窒素除去効果を最適化するために、温度が低く、流入する全窒素が高い場合、汚泥を嫌気セクションにリサイクルして、無酸素セクションでの滞留時間を長くすることができます。
3.2 既存生化学タンクの改修
改修後、既存の生化学タンクは 4 つの部分に分割され、第 1 部分と第 4 部分の間に隔壁が追加されます。これら 2 つの部分の隔壁の前後の領域は、それぞれ無酸素ゾーンとキャリアゾーン (MBBR ゾーン)、および MBBR ゾーンと脱ガスゾーンです。 2 番目と 3 番目の部分は両方とも MBBR ゾーンです。第４部に隔壁を設けることにより、内部循環混合液の溶存酸素濃度を適正範囲内に制御することができる。さらに、MBRRゾーンにはスクリーンや多孔管エアレーターなどの設備が設置され、生化学タンクの運用効率が向上します。生化学タンク好気ゾーンの改修完了後、脱気ゾーンとMBBRゾーンの合計有効タンク容積は38,000m3に達します。脱気ゾーンには 18.5 kW の軸流ポンプが合計 12 台設置されており、そのうち 4 台は予備として使用されます。純粋な HDPE 懸濁キャリアが使用されます。
3.3 送風室および曝気装置の改修
送風機室には 4 台の送風機があり、3 台は入口流量 480 m3/min の古い送風機、1 台は新しい送風機です。水冷は古いブロワーの主な冷却方法であり、それぞれの出力は 830 kW です。空冷は、出力 670 kW の新しいブロワーの主な方式です。新旧ブロワーの稼働状況を比較すると、新型ブロワーの方が効率的かつ効果的に稼働しています。古い送風機は稼働効率が低いだけでなく、高額なメンテナンスと修理の費用がかかります。
好気ゾーンの曝気量を設計するときは、好気ゾーンの最大の酸素要求量に基づいて、最終的に選択される値は 720 m3/min にする必要があります。穴あき散気管の構成は、4 つのブロワーの風量に基づいて決定する必要があります。古い送風機の交換作業は効率的に行う必要があります。古い送風機を交換するために新しい送風機を 3 台再購入すると、曝気量を減らすことができます。曝気管を交換する場合は、好気槽内の古い曝気管のみを交換します。
3.4 汚泥処理システム
西州県鎮下水処理場で使用されている主な汚泥処理設備は、汚泥濃縮脱水フィルタープレスです。汚泥の脱水と濃縮のプロセスを包括的に分析し、汚泥の濃縮と脱水操作を統合することで、設備投資コストを最小限に抑え、高分子凝集剤の使用量を削減できます。-汚泥処理による環境へのダメージを避けるために、環境汚染と大気汚染を効率的に制御するために、機械的汚泥濃縮および脱水技術が選択されました。
3.5 脱臭システム
臭気を処理する方法は数多くありますが、一般的に使用される方法には、生物学的方法、化学的方法、物理的方法などがあります。臭気処理方法が異なれば、消臭メカニズム、適用条件、技術の種類に大きな違いがあります。このプロジェクトの特殊な状況を総合的に分析し、さまざまな脱臭技術の長所と短所を考慮した結果、最終的にイオン脱臭プロセスが関連作業を実行するために選択されました。
3.6 プロセス刷新のポイント
3.6.1 キャリアの選択
浮遊担体を選択する際には、製造材料が十分な耐食性を有し、総有効比表面積が排水基準を満たしていることを確認する必要があり、これによりバイオマスが保証されます。同時に、吊り下げられたキャリアの耐用年数、耐摩耗性、強度も基準を満たさなければならず、耐用年数は 15 年以上維持されます。
3.6.2 キャリアの蓄積
水が流れるとキャリアの位置が変わり、多数のキャリアが遮断スクリーンの前に蓄積します。しばらくすると、インターセプト画面が詰まる可能性があります。蓄積したキャリアを洗い流すために、エアレーションを増やすことが使用されます。損失水頭は各迎撃スクリーンで発生します。スクリーンを横切る水位差の圧力により、多数のキャリアが蓄積します。水位差が大きくなるとキャリアの蓄積量も増加します。キャリアゾーンにはキャリアリサイクル装置が設置されています。エアリフト装置によって駆動され、キャリアゾーンの端にあるキャリアは前端に戻され、キャリアの蓄積を防ぎます。
3.7 改修後の運用効率の分析-
このプロジェクトの総投資額は2億1,991万元である。平均運営コストは0.4元/m3、総コストの平均は0.5元/m3です。アップグレードされた改修プロジェクトが完了して運用開始された後、その水流効果は非常に満足のいくもので、運用状況は良好で、排水水質基準は関連要件を満たすことができます。
4 結論
今回の改修・改修工事では、既存構造物を有効活用しました。 MBBR技術を合理的に採用することで、レイアウト改修工事は設置面積を増やすことなく良好な結果をもたらし、廃水処理システムの窒素とリンの除去能力を大幅に向上させ、汚染物質の除去効率を最適化しました。 MBBR技術は、従来の廃水処理技術の利点に加え、特殊担体の高い処理能力を効率的に活用し、汚染物質の浄化効率を大幅に向上させる高度な技術です。
分析と実証に基づいて、計画の合理性を確保するために、MBBR プロセス スキームを採用することが推奨されます。元の生物学的システムをその場で改修し、好気ゾーンに担体を追加して負荷容量を増加させることで、窒素処理が基準を満たすことが保証されます。-その後、高密度沈殿槽と布濾過器を使用して SS と TP を制御すると、グレード 1A 基準を満たす安定した排水が保証されます。- MBBR プロセス、および MBBR を活性汚泥システムに組み込んださまざまな複合プロセスは、安定して動作し、操作と調整が容易で、流入水の質と量の変化に対する強い耐性があり、優れた窒素とリンの除去効果を提供し、経済的で効率的かつ安定した廃水処理方法です。下水処理プラントからの排水品質に対する国および地方の要件が高まる中、このプロセスは、新しい要件を満たすことができないプロセスの早期建設、限られた土地の利用可能性、高い土地コスト、資金調達の困難などの課題に直面しているプロジェクトにとって非常に適したソリューションです。この技術は、都市や産業の廃水処理プラントのアップグレードや改修にさらに広く適用されるはずです。
さらに、今回の改修工事では、生化学槽の改修に際し、脱窒硝酸濃度や脱窒率などの指標の管理を強化するなど、実態を踏まえた目標を絞った脱窒経路制御対策を講じました。プロセスの刷新では、キャリアの選択と蓄積管理の改善に焦点を当てました。送風機室とばっ気装置、汚泥処理装置、脱臭装置を一体的に改修し、下水処理場の総合的な処理能力を向上させました。