MBBR 病院廃水二酸化炭素排出量: 0.50 kg CO2-eq/m3、MBR より 66% 低い (宜昌のケーススタディ)

病院廃水の処理は、水道工学の分野で最も要求の厳しい仕事の 1 つです。従来の汚染物質を超えて、この川は病原体、抗生物質、消毒剤副産物、医薬品残留物を運び、排出制限を最も厳しい段階に押し上げます。これらの制限を満たすには、これまで、環境に大きな代償が伴いました -。中国宜昌市のグレード 3A 病院で行われたこの実際の研究では、A/O-MBBR システムがトレードオフを打ち破ることを示しています。-炭素強度はわずか0.50 kg CO2 換算/m3、 だいたい66% 低い同じ廃水を処理する同等の膜バイオリアクター (MBR) システムよりも優れています。

なぜ病院廃水が二酸化炭素問題になるのか

病院排水は都市下水とは根本的に異なります。高い有機負荷と、排出前に破壊する必要がある生物学的に活性な化合物を組み合わせます。最も厳格な基準では、処理オペレーターにエラーが許されません。そのため、歴史的に設計者はエネルギーを大量に消費し、化学物質を多用するプロセス-を強いられてきました。{3}}その結果、処理自体が温室効果ガス (GHG) 排出の重大な発生源となりました。

この研究の洞察は次のとおりです処理パフォーマンスだけでなくプロセスの選択が炭素の結果を決定します。年間の稼働期間にわたるあらゆる排出源 - 電力、プロセスメタン (CH₄)、亜酸化窒素 (N₂O)、化学物質、汚泥輸送 - を定量化することで、分析は IPCC 2019 ガイドラインに従い、完全で監査可能な炭素台帳を構築します。この数字は、排出量がどこに隠れているか、そしてどのレバーが最大の削減をもたらすかを正確に明らかにします。

研究中のプラントとプロセス

1,200 m3/d 病院ステーションでの A/O-MBBR 構成

この処理ステーションは 2020 年に稼働し、設計容量は1,200 m³/d。そのプロセストレインはコンパクトかつ堅牢です。無酸素タンク、好気性/MBBR タンク、二次浄化装置、最終消毒が続きます。移動床バイオフィルム反応器は、高密度のバイオフィルム担体を好気ゾーンに詰め込むため、このシステムは小さな設置面積内に大きな活性バイオマスを維持します -。これは、土地が乏しい病院キャンパスでは非常に重要な利点です。

表 1 は、炭素会計の基礎となる 2023 年の年間運用データをまとめたものです。窒素のパフォーマンスに注目してください。55 mg/L の流入水 TN がわずか 15 mg/L に減少する一方、CODCr は 420 mg/L から 38 mg/L に低下しています - は、このプロセスが年間を通して安定した準拠した処理を提供していることを示しています。

この表の中で最も印象的な数字は、単位消費電力です。0.70kWh/m3。バイオフィルム担体が浮遊バイオマスの一部を置き換えるため、曝気システムは大量の混合酒在庫を浮遊状態に保つ必要がなく、膜洗浄曝気もまったくありません。-その 1 つの設計の選択が、カーボン全体のバランスに影響を与えます。

炭素会計の結果

年間総排出量: 182.15 t CO2-eq

表 2 は、温室効果ガスのインベントリを発生源と範囲別に分類したものです。炭素強度は次のように計算されます。0.50 kg CO2 換算/m3- これは従来の都市廃水処理に匹敵する数値であり、供給流のはるかに危険な性質を考慮すると、これは注目に値します。

以下の構成図はストーリーを視覚的に示しています。1 つのソースが支配的であり、オペレーターが実際に制御できるのはそのソースです。

インベントリから得られた主な調査結果

1. 電力が 79.85% で支配的

で0.70kWh/m3、システムのユニットパワーは膜システムよりも著しく低く、膜システムは膜精練エアレーションに余分なエネルギーを消費する必要があります。この排出量が単一のよく理解されているカテゴリに集中しているということは、曝気効率の改善により最大の発生源が直接攻撃されることを意味しており、-キロワット時が節約されるたびに、即時に測定可能な炭素利益がもたらされます。-

2. 直接的な GHG 排出量は 18.27% で 2 番目に大きい-

プロセス CH₄ (12.45%) と N₂O (5.82%) は高い地球温暖化係数をもたらします - N₂O は 100 年間で CO₂ のおよそ 273 倍です。これらは生物学的プロセス自体の内部で生成されます。この発見は実用的です。溶存酸素と再循環率のバランスをとるプロセスの最適化により、窒素除去の向上と N₂O 生成の抑制が同時に可能となり、汚染物質負荷と二酸化炭素排出量の両方を削減できます。

3. 化学的炭素排出量は 0.71% でゼロに近い-

消毒には次亜塩素酸ナトリウム、凝固にはPACのみを使用します。がある膜洗浄用の化学薬品は必要ありませんまったく - は膜に対するバイオフィルム担体の固有の利点です。これにより、化学的二酸化炭素排出量が超過します11倍低い同等の MBR システムよりも優れています。

4. 汚泥処理は1.17%と軽微

焼却に送られる湿った汚泥は、総炭素量の 1.17% にすぎません。 MBBR システムは成長が遅い生物膜画分によってスラッジ収率が低いため、下流の処理コストと排出量を抑制できます。-

MBBR と MBR: 66% のカーボンの利点

最も説得力のある証拠は、直接比較することによって得られます。 MBR 病院システムに関する最近の研究 (He Junqing et al.) では、同等の施設の炭素強度が報告されており、その差は劇的です。

この利点は 2 つのメカニズムで説明されます。初め、エネルギー効率: 0.70 対 0.93 kWh/m3 の MBBR は、MBR システムなしでは成り立たない高強度の膜洗浄エアレーションを回避します。- 2番、化学的除去: 膜は、炭素や輸送フットプリントに伴う定期的な化学洗浄を必要としますが、MBBR では膜洗浄の必要がありません。{0}両方の要素が複合して 66% の炭素削減を実現します。

さらなる炭素削減への道筋

炭素台帳は今後の方向性も示します。 3 つのアップグレードにより、システムのパフォーマンスがさらに低下する可能性があります。

エアレーションのアップグレード。ルーツ ブロワーを磁気浮上ブロワーに置き換え、溶存酸素（DO）フィードバック制御と組み合わせることで、エアレーションの供給をリアルタイムの需要に一致させることで、発生源で最大の排出カテゴリを削減できます。{0}}

プロセスの最適化。-DO の設定値と再循環率を微調整すると、N₂O の生成が抑制され、この強力な温室効果ガスが寄与する 5.82% の割合が直接低下します。

再生可能エネルギー。屋上の太陽光発電の適用範囲が需要のわずか 10% であれば、大まかに減少するでしょう14.5 トン CO₂/年- ネットゼロの病院キャンパスに向けた魅力的で目に見える一歩です。-

重要なポイント

MBBR は、病院廃水のための真の低炭素ソリューションです。{0}0.50 kg CO2 換算/m3- は、はるかに危険な供給流にもかかわらず、従来の都市処理に匹敵します。

のMBR と比較して 66% のカーボンアドバンテージこれは、処理性能を犠牲にすることではなく、膜化学薬品の排除とエネルギー需要の削減によって推進されます。

電気が 79.85% と主要な手段であるため、曝気効率の改善は直接的かつ定量的な影響を及ぼします。

ほぼゼロの化学炭素排出量 (0.71%) は、独特の、再現が難しい利点です。--

直接的な GHG 排出量 (18.27%) は、運用調整に最も反応しやすいため、プロセス設計において明示的に注意する価値があります。

結論

この実際の事例は、MBBR が二酸化炭素排出量を維持しながら困難な病院廃水を処理できることを実証しています。{0}同等の MBR システムより 66% 低い。エネルギー消費量の削減、膜化学薬品の使用なし、堅牢な処理性能の組み合わせにより、MBBR は医療廃水の魅力的な選択肢となっています。-、特に処理コンプライアンスと組織の炭素削減目標の両方を同時に満たさなければならない施設管理者や設計エンジニアにとって-です。