AAOAO-MBBR プロセスとオゾン酸化に基づいた新安前河水質浄化プラントの設計と実践のアップグレード
青島は国家沿岸部の重要な中心都市として、生態学的ガバナンスにおいて重要な成果を上げている。しかし、一流の国際大都市と比較すると、都市の水環境管理システムは依然として構造的な課題に直面しています。-
現在、排水管網の普及率、廃水処理施設の運用効率、高品質な水環境に対する国民の期待の間にはギャップがあります。- 「美しい青島」を築くという生態学的ビジョンの実現にも程遠い。
これらの課題に対処するために、青島は科学的計画、資源配分の最適化、インフラ投資の強化などの体系的な対策を早急に実施する必要がある。これらの取り組みは、下水収集ネットワークと終末処理能力の効率を包括的に強化し、それによって都市の持続可能な発展のための生態学的基盤を強固にすることを目的としています。
新安前河水質浄化プラントプロジェクトは、青島の西海岸新区に位置しています。設計処理能力は50,000立方メートル/日、総敷地面積は33,154平方メートル、総投資額は1億8,240万元である。プロジェクトの実現可能性調査報告書は2021年3月に完了し、同年6月に基本設計と予算が承認され、2023年4月に正式に建設が開始され、現在建設段階にあります。当初の設計では、主要な排水パラメータが GB 3838-2002「地表水の環境品質基準」に指定されているクラス V 基準を満たす必要があり、一方、全窒素 (TN) およびその他の指標は GB 18918-2002「都市廃水処理施設の汚染物質の排出基準」のグレード A 基準を満たす必要がありました。
2022年3月、青島市水務局は「青島市都市下水処理場の更新・改修工事の実施に関する通知」を発表した。この通知により、膠州湾、渤海湾周辺、および河川沿いの処理施設は改修を完了し、放流基準を準クラス IV の地表水質に引き上げ、放流水の TN を 10～12 mg/L に制御することが求められました。-この方針の発表は、プロジェクトの予備設計承認（2021年6月）と実際の開始（2023年4月）の間の期間内に行われたため、すでに承認された当初の設計基準と最新の環境要件との間に技術的なギャップが生じました。西海岸新地区の新しい下水処理施設として、完成時のコンプライアンスを確保するには、建設段階でのプロセスの最適化と、フィージビリティスタディを通じて経済的に実現可能な更新計画を策定することが不可欠となりました。
1. プロセススキームの設計と選択
1.1 設計上の排水水質
プロジェクトの排水基準は、準{0}}クラス V から準-地表水質にアップグレードされました。 BOD、CODなどの指標の値をさらに下げるには合理的な技術的解決策が必要でしたCr、廃液中の TN、NH₃-N、および TP。具体的な分析を以下に示します。表1.
1.2 エンジニアリング技術スキームの選択
建設中のプラントの工程フローを図に示します。図1.
建設中のプラントは「前処理＋改良AAOAO生化学槽＋二次沈殿槽＋高効率沈殿槽＋V-型フィルター＋オゾン酸化」プロセスを採用しています。構造物のレイアウトはコンパクトであり、アップグレードプロジェクトのための余剰土地が残されていないため、進行中の建設に基づく必要があります。このアップグレードは主に COD などの汚染物質の除去を目的としています。Cr、NH₃-N、TN、TP。詳細については、2 つの比較スキームが提案されています。表2.
スキーム 1: AAOAO-MBBR + 高効率-沈殿槽プロセス
- 生化学システムの改変: 建設中の AAOAO 生化学タンクの構造を最適化します。無酸素ゾーンの容積を拡大することで脱窒能力を強化します。同時に、好気ゾーンに局所的に MBBR キャリアを追加して複合プロセスを形成し、NH3-N および TN の生化学的除去効率を強化します。
- 物理化学システムのアップグレード: 高効率沈殿槽のタンク構造とサポート機器パラメータを最適化して、安定した TP 準拠を確保します。{0}}
- 高度な治療の強化：オゾン酸化装置の添加量を増やして難溶性有機物をさらに分解し、CODを確保します。Cr排出コンプライアンス。
スキーム 2: 高効率沈殿タンク + 脱窒深層フィルタープロセス-
- 動作モードの最適化: AAOAO生化学タンクの元の構造を維持します。ポスト無酸素ゾーンに調整可能な曝気装置を追加して、流入水の質に基づいて無酸素モードと好気モードを動的に切り替え、NH₃-N 治療の有効性を確保します。
- 物理化学システムのアップグレード: 高効率沈殿槽のタンク構造とサポート機器パラメータを最適化して、安定した TP 準拠を確保します。{0}}
- 脱窒フィルターの採用: V- タイプのフィルターを脱窒ディープベッドフィルターに変換し、炭素源の添加を利用して TN 除去能力を強化します。
- 高度な治療の強化：オゾン酸化装置の添加量を増やして難溶性有機物をさらに分解し、CODを確保します。Cr排出コンプライアンス。
どちらのスキームも窒素とリンの除去要件を満たすことができます。スキーム 1 では、生化学タンクに変更を加えて TN 除去を実現します。その利点は、流入炭素源を最大限に活用できることにあります。流入水の TN が変動する場合、TN を除去するために無酸素ゾーンに外部炭素源を追加することもできます。比較すると、スキーム 2 で使用される脱窒深床フィルターでは、外部炭素源の使用が必要であり、フィルター内の微生物の活動を長期間維持する必要があるため、運用コストが増加します。{6}}両方のスキームの建設投資コストは同等ですが、運営コスト管理、プロセスの安定性、炭素源利用効率などの多面的な考慮事項に基づいて、経済効率と運営の柔軟性の両方を備えたスキーム 1-が改良プロジェクトの実施プロセスとして最終的に選択されました。
2. 主要なエンジニアリング設計のポイント
2.1 生化学システムの改変
MBBR プロセスの中核技術は、設計を通じて浮遊担体の効率的な流動移動を実現することにあり、それによって汚染物質に対するシステムの生分解効率が大幅に向上します。このプロセス システムは、高強度の機械的バイオフィルム キャリア、適合した油圧タンク構造、指向性曝気システム、精密遮断スクリーン装置、流体推進装置という 5 つの重要な要素で構成されています。-調整されたタンク容量と、地域下水システム内で運用可能な 20,000 m3/d 廃水処理装置 (MBBR) レンタル プロジェクトの設計パラメータに基づいて、吊り下げられたキャリアの必要有効表面積の合計は約 2,164,000 m2 と計算されます。 MBBR 担体の設計有効比表面積は 750 m²/m³ より大きくなります。修正された AAOAO-MBBR タンク容積の設計計算表を以下に示します。表3.
2.2 物理化学システムのアップグレード
高効率の沈殿タンクは、2 つの並列グループで動作するように設計されています。-このユニットの改修にはプロセス パッケージ形式が採用されており、機器サプライヤーが全プロセスの技術保証とパフォーマンスの保証を提供します。-主要なプロセスパラメータと装置構成は次のとおりです。
凝固タンクは 2 つのグループ、合計 4 つのコンパートメントで構成されます。設計された単一コンパートメントのサイズは 2.675 m × 2.725 m × 5.9 m です。ピーク滞留時間は約 3.8 分で、速度勾配 (G) は 250 s-¹ 以上です。各撹拌機は 4 kW の単一ユニット電力で構成されています。-
凝集タンクは、合計 2 つのコンパートメントを持つ 2 つのグループで構成されます。設計された単一コンパートメントのサイズは 5.65 m × 5.65 m × 5.9 m です。ピークの滞留時間は約 8.3 分です。ドラフトチューブの内径は2,575mmです。 Φ2,500 mmのタービン-型撹拌機で構成されており、それぞれの出力は7.5 kWです。
沈殿槽は 2 つのグループから構成されます。 1 グループの傾斜管面積は約 84 平方メートルです。沈殿槽の直径は11.7mです。傾斜管表面の設計平均水力負荷率は 12.4 m3/(m2・h) で、ピーク値は 16.1 m3/(m2・h) です。沈降ゾーンの設計平均水力負荷率は 7.6 m3/(m2・h) で、ピーク値は 9.9 m3/(m2・h) です。
化学薬品投与システムは次のように構成されています。市販のポリ塩化アルミニウム (PAC) 液体 (10% Al2O3) が凝固剤として設計され、凝固タンクの流入セクションの複数のポイントで投与されます。設計された最大用量は 300 mg/L で、平均用量は 150 ～ 200 mg/L です。機械式ダイヤフラム定量ポンプが使用され、10 倍オンライン希釈システムで構成されています。-アニオン性ポリアクリルアミド (PAM) は凝集剤として設計されており、高効率沈殿槽の凝集セクションに投入されます。-。溶液濃度 2 g/L の全自動連続 PAM 溶液調製および投与ユニットのセットが使用されます。設計された最大用量は 0.6 mg/L で、平均用量は 0.3 mg/L です。ドージングポンプはスクリュータイプの定量ポンプで、10 倍オンライン希釈システムも装備されています。
2.3 パイロット-規模のオゾン酸化実験の検証
本研究では、地表水クラスIV基準（COD濃度30mg/L以下）を安定的に満たすプラント更新排水の実現可能性を検証するため、2024年6月に連万河水質浄化場の第一期・第二期二次排水を研究対象に選定し、高度処理プロセス「砂ろ過＋オゾン酸化」の性能検証実験を実施した。実験は、このプロセスの新安プロジェクト設計への適用可能性と目標の達成可能性を評価することを目的としていました。
この実験では、蓮万河工場内にある既存の小規模砂ろ過装置（処理能力 1.5 m3/h）を利用しました。{0}パイロット規模のオゾン酸化反応装置（タワー型反応器、有効容積 0.5 m3）が-現場に設置されました。既存の二次沈殿槽排水は小型砂ろ過器でろ過された後、ポンプで汲み上げられ、塔頂からオゾン酸化塔に流入しました。オゾンの酸化作用を利用して流入水中の難燃性有機物を除去し、さらなるCOD削減を実現しました。
2.3.1 オゾン投与量 20 mg/L、HRT 30 分の「砂ろ過 + オゾン酸化」の性能
この研究段階では、流入水 COD 濃度は 38.2 ～ 43.4 mg/L の範囲で、平均は 40.4 mg/L でした。 「砂ろ過 + オゾン酸化」プロセスによる処理後の最終排水 COD は平均 28.8 mg/L でした。実験の結果、COD濃度が高い場合には、依然として排水CODが基準を満たさない場合があることが判明した。さらに、パイロットテストからの最終的な流出水の色は流入水よりも高いままであり、排出基準を満たしていませんでした。詳細は次のとおりです。図2(a).
2.3.2 オゾン投与量 25 mg/L、HRT 30 分の「砂ろ過 + オゾン酸化」の性能
COD 除去をさらに改善し、流出水の色を減らすために、この段階では HRT を 30 分に維持しながらオゾン投与量を増加し続けました。この実験段階では、流入水 COD 濃度は 36.3 ～ 46.2 mg/L の範囲で、平均は 40.4 mg/L でした。処理後、COD 濃度は 28 mg/L まで減少しました。パイロットテストからの最終的な流出水の色は依然として流入水よりも高いままであり、排出基準を満たしていません。詳細は次のとおりです。図2(b).
2.3.3 オゾン投与量 30 mg/L、HRT 30 分の「砂ろ過 + オゾン酸化」の性能
オゾン投与量 30 mg/L、HRT 30 分の条件下で、「砂ろ過 + オゾン酸化」プロセスは二次排水 COD に対して良好な処理効果を示しました。このテスト段階では、流入水 COD 濃度は 38.2 ～ 42.2 mg/L の範囲で、平均は 40.2 mg/L でした。処理後、流出水 COD 濃度は 30 mg/L 以下で安定しており、平均 26 mg/L でした。この段階では、このプロセスは良好な色除去効果も実証し、測定された色は一貫して 20 未満であり、安定して放電基準を満たしていました。詳細は次のとおりです。図2(c).
2.3.4 実験の結論
実験結果に基づいて、最適な反応条件下で、オゾン処理ユニットにおけるオゾン投与量 (30 mg/L) と COD 除去 (12.2 mg/L) の比は 2.45:1.00 でした。
パイロット実験では、「砂ろ過+オゾン酸化」高度処理プロセスが、蓮万河工場からの代表的な二次排水のCOD値を効果的に低減できることが証明された。したがって、新安前河プロジェクトの高度処理プロセスとして「砂ろ過+オゾン酸化」プロセスを採用することは実現可能性が高く、プロジェクトの流出水CODを30 mg/L未満に安定的に維持することができます。
3. 結論
この研究は 3 つのコア修飾モジュールに焦点を当てています。生化学処理システムは AAOAO-MBBR ハイブリッド（懸濁増殖および付着増殖）プロセスを採用しています。物理化学的処理ユニットは、高効率沈殿タンクのタンク構造と機器の選択を最適化します。-先進的な治療との関連性は、パイロット規模のオゾン酸化実験を通じて検証されています。-
このプロセスチェーンの相乗最適化により、「生化学的強化 – 物理化学的改善 – 高度な安全対策」の完全なプロセス処理システムが構築されます。-同時に、このエンジニアリング設計は現在進行中のプロジェクト建設の客観的事実に従っており、既存の施設を最大限に活用し、改修作業負荷を最小限に抑えるために、すべての構造の建設順序を調整して最適化する必要があります。
このプロジェクトでは、建設中のプラントの排水水質基準を設計流入水の水質のベンチマークとして使用します。 CODの排出濃度Cr、BOD₅、NH₃-N、および TP は、GB 3838-2002「地表水の環境品質基準」に指定されているクラス IV 基準（TN 10/12 mg/L 以下）に準拠するものとします。その他の指標は、GB 18918-2002「都市廃水処理施設の汚染物質の排出基準」のグレード A 基準に準拠するものとします。この改修プロジェクトの設計規模は5万立方メートル/日、総投資額は2,750万7,000元、運営費は0.3元/立方メートル、総コストは0.39元/立方メートル、運営用水価格は0.45元/立方メートルである。