都市排水処理および産業排水処理における MBBR メディアの応用 |マレーシアのケーススタディ

都市廃水処理および産業廃水処理における MBBR メディアの実用化

導入

MBBR (移動床バイオフィルム リアクター) 媒体は、その成熟した処理性能と優れた適応性により、世界中の都市および産業廃水処理プロジェクトで広く使用されています。都市廃水処理の分野では、この技術は、より厳しい排出基準を満たすために既存の処理プラントのアップグレードや改修によく使用されます。一方、産業シナリオでは、複雑な汚染物質組成の特性や産業廃水の大きな負荷変動に効果的に対処できます。この記事では、マレーシアにおける廃水処理の背景と、この技術の実用性と経済性を実証するエンジニアリング事例に焦点を当てながら、MBBR 媒体の実用化事例とさまざまなシナリオで達成される処理効果について検討します。

マレーシアの下水処理産業の背景の概要

マレーシアは東南アジアの国として豊富な水資源に恵まれており、古くから近隣諸国に真水を輸出している地域もあります。しかし、近年、都市人口の増加、急速な産業発展、環境意識の向上などの複数の要因の影響を受け、マレーシアの下水処理は深刻な課題と緊急のニーズに直面しています。マレーシアの一部の地域では、産業状況の観点から、下水の直接放流、処理施設の老朽化、処理効率の不足などの問題を抱えています。中でもジョホール州やサラワク州など多くの地域では、沿岸工場からの違法放流や住民による生活下水の無規制放流などにより河川汚染が深刻化し、さらには水供給危機も頻発している。ジョホール州だけでも、1日の飲料水の廃棄量は11億7,300万リットルに達しており、水の供給と需要の矛盾がさらに悪化しています。

水環境の質を改善するために、マレーシア政府は環境保護法と規制を継続的に改善してきました。その中で、2009年環境質（下水）規則では厳しい下水排出基準（基準A：BOD₅20mg/L以下、COD50mg/L以下、浮遊物質50mg/L以下）が定められ、既存の下水処理場の処理効率に対するより高い要求が打ち出されています。同時に、マレーシアは廃水処理施設の建設と改修への投資を徐々に増やしてきました。一方で、集中下水排出システムの建設を促進します。たとえば、クチン市は中央下水排出システムの建設に多額の投資を行っており、下水を段階的に集中処理してから川に放流し、河川の汚染状況を徐々に改善しています。一方で、効率的な廃水処理技術も積極的に導入しています。 MBBR技術は、床面積が小さく、改修サイクルが短く、処理効率が高く、運用コストが制御可能であるという利点があるため、マレーシアの都市下水処理場のアップグレードや改修に好まれる技術となっており、さまざまな地域の下水処理プロジェクトで広く使用されています。さらに、マレーシアは近年、発生源での汚染物質の排出を削減し、廃水処理の負担を軽減し、「発生源管理 + 末端処理」という包括的な環境保護ガバナンスシステムを形成するために、固形廃棄物とプラスチック汚染の処理も推進しています。

都市下水処理におけるMBBRメディアの適用事例

(1) 欧州都市下水処理場の改修事例

都市廃水処理における MBBR 媒体の一般的な適用シナリオは、活性汚泥処理プラントのアップグレードと改修です。多くの古い処理施設は、ますます厳しくなる窒素とリンの除去要件によってもたらされる課題に直面しています。既存の曝気タンクに MBBR 媒体を追加することにより、反応器容積を拡大することなくバイオマス保持率を高めることができます。たとえば、設計処理能力が 50,000 人口当量 (PE) であるヨーロッパの都市下水処理施設では、硝化強化改修のために MBBR 媒体が採用されました。改修前の同工場のアンモニア態窒素除去率は75％にとどまり、排出基準5mg/Lを満たしていなかった。比表面積800m2/m3のMBBR培地を設置したところ、アンモニア態窒素除去率が95％以上に向上し、流出アンモニア態窒素濃度が3mg/L以下に安定して制御されました。この改修プロジェクトでは建設のダウンタイムが短く、運営コストも 10% 増加するだけでした。これは、都市下水処理場のアップグレードと改修における MBBR メディアの経済性を十分に反映しています。

(2) マレーシア クアラサワ流域下水処理場の改修事例

マレーシアの都市人口の増加と環境保護規制の厳格化に伴い、MBBR技術は都市下水処理プラントのアップグレードにも徐々に採用されています。インダ・ウォーター・コンソーシアム（IWK）が運営するヌグリ・スンビラン州のクアラ・サワ地域下水処理場（RSTP）は、2009年マレーシア環境質（下水）規制の厳格な排出基準を満たすために処理効率を早急に改善する必要がある。このプラントは当初オキシデーション・ディッチ・プロセスを採用しており、1日あたり59,000立方メートルの下水と260立方メートルの糞便汚泥を処理し、人口にサービスを提供している。 320,000PE。しかし、その窒素除去効果は不安定で、ピーク負荷時に排水指標が基準を満たさないことが多く、地域の水環境ガバナンスに対する緊急の要求と矛盾していました。

既存の床面積（都市部における重要な制約）を拡張することなく上記の問題を解決するために、プラントは2023年にMBBR媒体改修プロジェクトを実施しました。反応器容積の25％を占める比表面積800 m 2 / m 3のMBBR 37媒体が酸化溝の好気ゾーンに追加されました。改修プロジェクトは段階的に実施され、各段階は 10 日以内に完了し、運営への影響を最小限に抑えました。 MBBR システムは、バイオマス保持能力、特に硝化細菌 (ニトロスピラ属) の濃縮を大幅に改善し、有機負荷と窒素負荷の変動に対処するプラントの能力を強化し、元のプロセスの不安定な窒素除去の問題点を効果的に解決しました。

(3) 改修前後の処理実績の比較

以下の表 1 は、MBBR 改修前後のクアラサワ RSTP の処理性能を要約し、参考としてマレーシアの標準 A 排出制限と比較しています。

表 1 から、MBBR 改修によりプラントの処理効率が大幅に向上したことがわかります。すべての主要な指標は安定してマレーシアのスタンダード A 排出基準を満たし、それを上回っており、その中でアンモニア態窒素除去率は 20 パーセント以上増加し、ピーク負荷時の基準未満の排水の問題は完全に解決されています。さらに、MBBR システムにより過剰な汚泥の生成が 28% 削減され、毎月の汚泥処理コストが約 25,000 マレーシア リンギット (RM) 削減されました。 MBBR システムの省エネ設計のおかげで、運用コストは 8% しか増加しませんでした。このため、MBBR システムはプラントのアップグレードと改修にとって経済的で効率的なソリューションとなり、マレーシアの他の古い下水処理プラントの改修にも実行可能な参考資料となります。

産業廃水処理におけるMBBRメディアの適用事例

(1) 北米乳業加工工場の廃水処理事例

産業分野では、MBBR 媒体はさまざまな種類の産業廃水の処理に適用され成功しています。たとえば、食品加工廃水には通常、高濃度の有機物 (COD 最大 10,000 mg/L) と脂肪が含まれており、従来のプロセスでは効率的に処理することが困難です。北米の乳製品加工工場では、生産廃水を処理するために MBBR システムを採用しました。反応器には３０％の体積の円筒形ＭＢＢＲ媒体を充填し、水力滞留時間を８時間に制御した。運転結果は、COD 除去率が 92%、BOD₅ 除去率が 94% に達し、元の活性汚泥プロセスの性能 (COD 除去率 78%) よりも大幅に優れていることを示しました。同時に、余剰汚泥の発生量が 30% 削減され、汚泥処理コストが効果的に削減され、処理効果と経済性のバランスが取れました。

(2) アジアの製薬工場の排水処理事例

もう 1 つの典型的なアプリケーション シナリオは、医薬品廃水処理です。このような廃水には、処理が困難な有毒で難治性の有機化合物が含まれています。アジアの製薬工場では、廃水を処理するために MBBR 媒体と高度酸化プロセス (AOP) を組み合わせたシステムを採用しました。 MBBR は生分解性有機物を除去するための前処理装置として使用され、後続の AOP の処理負荷を軽減し、後続のプロセスに対する有毒物質の影響を回避しました。{3}} MBBR リアクターは、医薬品廃水の COD 除去率 65% を達成しました。複合プロセスによる処理後の最終排水 COD 濃度は 50 mg/L 未満となり、地域の排出基準を満たしました。 MBBR 媒体の適用により、処理システムの安定性も向上し、処理プロセスに対する有毒物質の影響が弱まり、処理システムの長期的な安定した稼働が確保されました。-

さまざまなアプリケーション シナリオでの MBBR システム パフォーマンスの比較

以下の表 2 は、この記事で説明したさまざまなアプリケーション シナリオにおける MBBR システムのパフォーマンスを比較しており、この技術の多用途性と適応性を強調し、さまざまな種類の廃水処理プロジェクトの技術的選択の参考となります。

結論

上記の実用化事例は、MBBR 媒体が都市廃水処理と産業廃水処理の両方に適した普遍的で効率的な技術であることを示しています。高い有機負荷に耐え、強い衝撃負荷に耐え、他の処理プロセスと連携および統合できるという利点があり、複雑な廃水処理問題を解決するための好ましいソリューションとなっています。特にマレーシアでは、地元の廃水処理ニーズと相まって、古い施設の更新の急務、厳格な排出基準の制約、床面積と運用コストのバランスを取る必要がある-MBBR 技術の適用により、地元の廃水処理の問題点が効果的に解決され、マレーシアの水環境ガバナンスに効率的かつ経済的な技術サポートが提供され、同様の地域の廃水処理プロジェクトに貴重な実践経験も提供されました。

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