6 か月の並行運転後の MBBR と固定床バイオフィルムの比較:- 固定床は 68% 低い運転コストでクラス 1A 排水に匹敵します

下水処理プラントのアップグレードは、通常、1 つの不快な質問に帰着します。それは、実際にどのバイオフィルムプロセスがあなたのサイトでその利益を生んでいるのかということです。パンフレットでは、移動床バイオフィルム反応器（MBBR）と固定床バイオフィルム接触酸化の両方について、より高いバイオマスとより優れた窒素除去を約束しています。{0}しかし、本当の答えは何か月にもわたる運用データでしか分かりません。この事例は、中国の江蘇省北部にある市営プラントに続くもので、同一の流入水の下で A²/O+MBBR と A²/O+固定ベッドを 6 か月間並行して運転しました。{{6}これは、どの技術を所有するのが本当に安価であるかについてのいくつかの仮定に疑問を投げかける、珍しい比較です。{7}}

比較が重要な理由

処理プラントのアップグレードが必要な場合、バイオフィルム ベースのテクノロジーのどちらを選択するかは非常に難しいと感じることがあります。{0} MBBR と固定床バイオフィルム接触酸化は両方とも、人工培地上で濃縮されたバイオフィルムを成長させ、従来の活性汚泥単独と比較して総バイオマスを増加させ、窒素除去を改善します。共通の原則は単純です。水圧や有機物の揺れに関係なく、成長の遅い硝化バクテリアを保護された表面に付着させ、システムから洗い流されないようにします。-

本当の違いは次のとおりですメディアの扱い方。 MBBR では、キャリアは曝気ミキサーと水中ミキサーによって一定の懸濁状態に保たれます -。これにより接触が最大化されますが、機械エネルギーと可動部品が硬質プラスチックに直接当てられます。固定ベッド システムでは、メディアは静的です。バイオフィルムは静止した構造物上で成長し、混合液は単純にその中を流れます。その 1 つの設計の違いが、磨耗、エネルギー使用、メンテナンス、メディアの損失、ライフサイクル コストなど、他のすべてに影響を与えます。-しかし、ほとんどの調達決定は、5 年間の所有状況ではなく、初期のパフォーマンス表に基づいて行われます。-

工場とその挑戦

より厳格な基準に直面する二相の市営発電所-

この工場は江蘇省北部の都市廃水を処理しています。フェーズ I とフェーズ II には、それぞれ次の設計能力があります。25,000 m³/d、元々はクラス 1B 標準 (GB 18918-2002) に準拠した従来の A²/O プロセスを実行していました。 2017 年に、両方のフェーズがより厳格なクラス 1A 規格を満たすようにアップグレードされ、MBBR キャリアが既存の A²/O 盆地に直接追加されました。これは、新しいタンクの建設を回避する古典的な改修アプローチです。

しかし、MBBR システムは数年間の運用を通じて、保守予算と運用の信頼を着実に損なう一連の実際的な問題を露呈しました。

タンク壁のメディアの摩耗。吊り下げられた担体の絶え間ない動きにより生物タンクのコンクリート表面が削られ、長期にわたる構造的損傷の危険性があります。{0}}唯一の実際的な緩和策は、ステンレス鋼のライナーを取り付けることでした。-これは高価で 1 回限りの修正手段であり、MBBR 設計ガイドではほとんど言及されていません。-

機器の故障が多い。水中ミキサーはキャリアとの継続的な接触によってインペラ、ケーブル、ハウジングに深刻な摩耗が発生し、頻繁な再構築や交換が必要になりました。タンク内のすべての可動部品は消耗品になりました。

メディアの紛失と交換。キャリアの年間減少率がおよそに達する5%、単に設計表面積を一定に保つために継続的な補充が必要です。これは 1 回限りの資本コストではありません -。永続的に発生する定期的な費用です。-

画面の詰まりとオーバーフローの危険性。タンク出口の保持スクリーンにキャリアが蓄積し、通気障害時に流れを遮断してタンクのオーバーフローを引き起こす可能性があります。-これは安全性とコンプライアンスの真の危険です。

水槽のメンテナンスが大変。タンクの排水には特別なキャリア回収装置が必要でした。担体と混合したスラッジは洗浄が非常に難しく、日常のメンテナンスが大掛かりな作業になってしまいました。

下流への影響。キャリアの破片が汚泥の流れに入り、ろ布を詰まらせ、脱水効率を低下させました。-これは生物タンク自体から遠く離れたところで発生する間接的なコストです。

下の 2 枚の写真は、実際の懸濁媒体による物理的被害を示しています。反応的な修正としてボルトで取り付けられたタンクの壁の保護と、キャリアの衝撃によって徐々に破壊されたミキサーのインペラです。

こうした負担の蓄積に直面して、プラントは 2022 年 12 月にフェーズ I を A²/O+MBBR から A²/O+固定床バイオフィルム接触酸化に切り替えました。-重要なことに、固定床は次のように指定されていました。-同等の有効バイオフィルム表面積MBBR フェーズに移行し、公平で管理された比較を作成します。どちらの相も同じ入口ポンプ ステーション、微細スクリーン、沈砂室を共有していたため、流入条件は同一でした - フルスケールで利用可能な制御実験に最も近いものでした。

治療性能の比較

どちらもクラス 1A - に適合しますが、マージンは大きく異なります

6 か月にわたる継続的な監視により、両方のシステムがクラス 1A の排水基準を満たしました。しかし、固定ベッド システムは、安定性において明らかに一貫した利点を示しました。-表 1 は、各相の送風量、溶存酸素 (DO)、混合液懸濁物質 (MLSS)、および流出アンモニア-窒素 (NH₃-N) の月次データを追跡しています。

風量単位は×10⁴ m³（月間合計）。 DO、MLSS、NH₃-N の単位は mg/L です。モニタリング期間中の影響力の平均は次のとおりです。COD 468 mg/L、NH₃-N 22.3 mg/L、TN 42.1 mg/L。 3 つの観察結果が際立っています。

流出液 NH₃-N。固定ベッド システムの平均値0.27 mg/L 対 0.80 mg/LMBBR - の場合、約 3 倍の差 - があり、その月-から-の値ははるかに安定していました。 2 か月目では、MBBR が 2.09 mg/L に急増しましたが、固定床は 0.26 mg/L に保たれていました。この差は、コンプライアンス制限が厳しく、営業マージンが狭い場合には非常に重要です。{7}

MLSS。固定床システムでは、より高い活性バイオマス濃度が維持され、MBBR では平均 7,098 mg/L に対して 5,955 mg/L でした-。19%高い。同じタンク容積内のバイオマスが増加すると、処理能力が向上し、衝撃荷重に対する耐性が向上します。

溶存酸素。納品したにも関わらず風量が 46% 増加(284.4 対 194.2 ×104 m3)、固定床相は低い平均 DO (3.0 対 4.0 mg/L) を維持しました。-。これは、より効率的な酸素の移動と利用の兆候です。酸素は無駄になるのではなく、硝化と COD 酸化のために消費されます。 MLSS が高いということは、まばらな浮遊キャリアよりもはるかに効果的に酸素を捕捉する、より厚く、より活性なバイオフィルムを意味します。

動作の信頼性とメンテナンス

2 つのテクノロジーが最も相違する場所

パフォーマンスの数値は印象的でしたが、日々の運用の違いはさらに顕著でした。{0}}-信頼性は、設計表には決して現れないものの、プラントの生涯予算の大半を占めるコストです。

MBBR システムの課題。キャリアが移動すると、- ミキサー、ケーブル、タンク壁、保持スクリーンに接触するすべての機器が継続的に摩耗します。毎年最大 5% の培地交換を行うと、材料費と労力の両方が追加されます。エアレーションが失敗すると、スクリーンの詰まりやタンクのオーバーフローのリスクが永続的に発生します。タンクの排水には媒体回収装置と特別な取り扱いが必要であり、キャリアの破片は下流の汚泥脱水装置に損傷を与えます。保持スクリーンの詰まりを防ぐためには、専用のエアレーション システムも必要です。

ベッド システムの利点を修正しました。-メディアは所定の位置に固定されています - 磨耗、摩耗、詰まりはありません。水中ミキサーが必要ないため、可動部品が少なくなり、故障のリスクが根本的に低くなります。メディアの損失がないため、年間の補充コストもかかりません。保持スクリーンがなければ、固有の詰まりやオーバーフローのリスクがなくなります。排水時に媒体を回収する必要がないため、タンクのメンテナンスが簡単です。また、操作も従来の活性汚泥と同様であり、オペレーターのスキル要件も軽減されます。

下の 2 枚の写真は、MBBR メンテナンスの現実を示しています。洗浄を開始する前に苦労して回収しなければならない排水されたタンクに詰め込まれたキャリアと、1 回のタンク洗浄作業で収集された破片です。

金融の話

年間運用コストが 68% 削減

年間運営コストの比較 (表 2) は、最も説得力のある議論を示しています。モニタリング期間中の MBBR システムの年間総コストは、432,000 RMB とわずか 138,000 RMB固定ベッド システム - の場合 - の節約68%.

内訳は、節約がどこから来たのかを正確に説明しています。

減価償却費 (15.48 対 5.80)。MBBR には、より専門的な機器 - ミキサー、保持スクリーン、専用送風機、制御システム - が必要であり、資本コストと減価償却費の両方が増加します。固定ベッド システムでは、このハードウェアのほとんどが完全に不要になります。-

メンテナンス（7.20 vs 0）。固定床システムではモニタリング期間中の機器の修理費用は実質的にゼロでしたが、MBBR ではミキサーの再構築とタンクの清掃で年間 72,000 人民元を消費していました。-これは、予算内で可視化された一時停止されたメディアの消耗コストです。--

メディア (10.77 vs 0)。だいたいMBBR の年間コストの 25%磨耗したキャリアの交換に費やされました - 固定ベッド システムではメディアが磨耗したり洗い流されたりしないため、定期的な費用が完全に排除されました。-

適切なテクノロジーの選択

このケーススタディは、MBBR と固定床バイオフィルム プロセスの両方がクラス 1A 基準を達成できることを示しています。{0}したがって、選択はコンプライアンスに関するものではなく、-資産の耐用年数にわたってどのような所有権の負担を受け入れるかということです。

MBBR が意味を持つのはどのような場合ですか?土地が非常に限られており、最大体積荷重が最優先事項である場合、MBBR は依然として正しい答えです。既存のタンク容量を拡張できず、可能な限り高いバイオマス濃度が必要な場合。運営チームに強力な技術サポートがあり、継続的なメンテナンスとメディア交換のための予算がある場合。改修により既存のタンクの構造変更を最小限に抑える必要がある場合。このような制約のあるシナリオでは、密度の代償として運用コストが高くなります。

固定ベッド-がより良い選択となるのはどのような場合ですか?絶対最大負荷よりも長期的な信頼性とシンプルさを重視する場合は、固定ベッド アプローチが優先されます。-プラントのメンテナンス予算や技術スタッフが限られている場合。ライフサイクルコストを最小限に抑えることが優先される場合。-機器の故障による影響を最小限に抑える必要がある場合。地方自治体の改修プロジェクトの大部分では、これらの条件は極端な-土地-制約のシナリオよりもはるかに正確に運営の現実を表しています。

結論

このプラントからのデータは異常に明確です。信頼性、簡素性、ライフサイクル コストが主な考慮事項である都市下水処理アップグレード プロジェクトの大部分では、固定床バイオフィルム アプローチが効果をもたらします。-わずかな運用負担で同等以上の治療パフォーマンスを実現- 窒素の安定性が向上し、活性バイオマスが増加し、酸素の使用効率が向上し、年間運用コストが 68% 削減されます。

土地の制約により最小の設置面積で最大の積載量が要求される特定のシナリオでは、MBBR は依然として実行可能で実証済みのソリューション - ですが、より高い運用コストとメンテナンスの複雑さは、試運転後に判明するのではなく、最初から考慮に入れて決定する必要があります。既存の洗面器を改修する場合でも、新しいプラントを設計する場合でも、販売パンフレット - ではなく、6 か月の運転記録 - - を技術選択のガイドにしてください。

この記事は、中国江蘇省北部の都市下水処理施設での実際の並行運用事例に基づいています。{0}アップグレード プロジェクトでバイオフィルム メディアまたは固定床バイオフィルム システムを評価している場合は、どの構成が治療目標、施設の制約、所有予算に最も適しているかについて話し合ってください。-