福建省高速道路サービスエリアにおける MBR と MBBR の比較: MBBR + 太陽光発電は、同等の排水品質で炭素源を 51% 削減し、電力を 33% 削減します

高速道路のサービスエリアは、水道業界で最も処理が難しい場所の 1 つです。旅客輸送量は休日や季節によって激しく変動し、流量と汚染物質の負荷の両方が数日以内に増減します。システムは、スパイクのたびに排出基準を満たし続け、運用コストを低く抑え、二酸化炭素排出量を最小限に抑えなければなりません。- -。この記事では、中国福建省の高速道路サービスエリアでの実際の改修プロジェクトを通じて、膜バイオリアクター (MBR) と移動床バイオフィルムリアクター (MBBR) という 2 つの堅牢な生物学的プロセスを比較します。このプロジェクトでは、老朽化し​​た MBR が、太陽光発電システムと組み合わせた MBBR 統合ユニットに置き換えられました。その結果、パフォーマンス、コスト、二酸化炭素排出量について、データに裏付けられた非常にクリーンな比較が得られます。-

サービスエリアが異なる理由

高速道路のサービスエリアは、安定した流入がある自治体の工場ではありません。その流量プロファイルは、休日の旅行者の急増、週末のピーク、静かな平日など、個別のイベントによって支配されています。生体系はごちそう-や-飢餓の負荷を嫌います。なぜなら、-成長の遅い細菌 -、特に硝化剤 - は、水力急上昇中に簡単に洗い流され、小康状態の間に飢餓に陥るからです。したがって、設計では優先順位を付ける必要があります衝撃-耐荷重生の処理能力を超えたシンプルで信頼性の高い操作。

課題をさらに悪化させるのは、このサイトには改修のきっかけとなった次の 3 つの特定の問題がありました。

メンブレンのメンテナンスコストが高い。MBR 膜は定期的な化学洗浄と最終的な交換が必要です。-専任の水処理スタッフがいない施設にとっては、繰り返しの大きな負担となります。{1}}

老朽化した設備。元のシステムは信頼性が低下し、ダウンタイムが増加してコンプライアンスを脅かしていました。

増大する負荷。乗客輸送量の増加により、施設は当初の設計能力を超え、既存のMBRが経済的に提供できる以上の治療余裕が必要になりました。

設計能力は、50 m³/d。流入水の品質は休日の交通量によって大きく異なり、流出水はクラス 1 基準 (GB 8978-1996) を満たさなければなりません。どのようなソリューションであっても、変動に対処し、サイトの厳しい制約に適合し、資本コストと運用コストの両方を低く抑える必要がありました。

プロセスの選択と設計

MBR は優れた排水品質を提供しますが、高額なメンテナンス費用がかかります。 MBBR は、バランスの取れたパフォーマンス、強力な耐衝撃性、簡単なメンテナンス、低い運用コストを提供します。{{2}これらの属性は、サービス エリアの変動する負荷、少ない人員配置の現実に直接マッピングされます。-改造では、パッケージ化された MBBR 統合ユニットを選択しました。8,000×2,400×2,500mm、HDPEキャリアを備えた充填率 30%バイオフィルムの確立期間は 16 日間です。

2 つのデザインの選択肢は注目に値します。まず、ユニットはによって制御されます。スマートPLCシステム自動監視とリモートAPP操作を備えているため、オペレーターは現場にいなくてもどこからでもプラントを監視できます。第二に、定格761.75kWpの太陽光発電システムグリッドの電力消費 - を置き換えるために設置され、炭素とエネルギーの方程式が逆転しました。表 1 に、設計流入水と流出水の目標を示します。

GB 8978-1996 のクラス 1 排出規格。 pH を除くすべての単位は mg/L です。アップグレード後の処理フローを以下に示します。

治療性能の比較

試運転後、MBBR システムは連続 3 日間監視され、改修前の MBR データと比較されました。-表 2 は結果 - を示しており、膜だけが高品質の排水を供給できるという仮定に疑問を投げかけています。-。

pH を除くすべての単位は mg/L です。 MBBRシステムを実現すべてのパラメータにわたって同等以上の排水品質変動する流入条件下でも安定した運転が可能です。特に、MBBR 流出物 NH₃-N は、MBR の最高値 - を上回る 2.44 mg/L - という低さに達し、石油は 0.06 mg/L 未満に抑えられました。膜ではなくバイオフィルムがバリアを提供しました。

経済的利益

MBBR が MBR から分離されるのはコストの観点です。改修は既存タンクを再利用し、パッケージユニットを設置するため、設備投資はわずか～400,000人民元（新たな土木工事は不要）。営業コストの節約は年々増加します。

炭素源を 51% 節約。外部炭素添加量は、酢酸ナトリウムの 22.78 kg/日 (MBR) からグルコースの 11.09 kg/日 (MBBR) まで減少しました。より厚いバイオフィルムは内部炭素を再利用するため、脱窒に必要な外部炭素はこれまでより少なくなります。

年間最大 50,000 人民元の労働力の節約。スマート PLC とリモート APP モニタリングにより、定期的な現場訪問が不要になり、人件費が大幅に削減されます。{0}

33%の電力節約。バイオフィルムプロセスには膜ポンプ、空気洗浄、または化学洗浄装置が必要ないため、1 日あたりの電力消費量は 69.1 kWh/日 (MBR) から 46 kWh/日 (MBBR) に減少しました。

二酸化炭素排出量分析

詳細な二酸化炭素排出量分析は、IPCC 2019 ガイドライン、直接排出 (CH₄、N₂O)、間接排出 (電気、化学物質)、炭素削減 (太陽光発電) をカバーします。表 3 に結果をまとめます。

分析からは次の 3 つの発見が際立っています。

間接排出量は劇的に減少しました。間接削減量の合計は 11.998 tCO2-eq/104t に達し、そのうち84.24% は化学物質の節約によるもの15.76% は電力によるものです。炭素源の投入量を削減することは、運用コストを削減するだけではありません。-これは、プロセス内で唯一最大の炭素レバーです。-

太陽光発電が総炭素削減の大半を占めました。太陽光発電アレイが貢献総炭素削減量の 92.88%、年間799,800kWhの再生可能電力を生成します。屋根や土地が利用可能な分散型施設の場合、太陽光発電は処理施設をネットゼロに近づける最速の方法です。

MBBR は本質的にリーンです。炭素源の消費量は、2.1×下MBR よりも電力使用量が 33% 削減されます -。太陽光発電を考慮する前です。プロセス自体の排出量は少なくなり、その後、残ったもののほとんどが太陽光によって除去されます。

技術比較の概要

重要なポイント

予算のある水再利用プロジェクトでは、MBR が依然としてゴールドスタンダードです。廃水が再利用される予定であり、品質が唯一の優先事項である場合、膜の絶対的な信頼性はコストに見合う価値があります。

コスト重視のコンプライアンス排出プロジェクトの場合、MBBR が最適です。{0}このプロジェクトは、MBBR が炭素源を 51% 削減し、電力を 33% 削減し、膜メンテナンス不要で同等のパフォーマンスを実現し、実際にほとんどの排水パラメータを改善することを示しています -。

太陽光発電の統合により、二酸化炭素排出量のメリットが増大します。MBBR と太陽光発電の組み合わせにより、間接排出量が 12 tCO2-eq/104t 削減され、アレイにより総炭素削減量の 92.88% が達成されました。

スマートコントロールは力を倍増するものです。自動モニタリングとリモート APP 操作により、労働力が削減され、エネルギー使用が最適化され、-スタッフが不足している分散型サイトにとって不可欠な真のリモート管理が可能になります。-

MBBR は、分散型の可変負荷アプリケーションに最適です。{0}- サービスエリア、リゾート、農村地域 - では、信頼性、シンプルさ、ライフサイクル コストが決定要因となります。{2}}

結論

この福建省高速道路サービスエリアプロジェクトは、MBBR テクノロジーをスマート制御と再生可能エネルギーと組み合わせることで、MBR治療パフォーマンスと同等またはそれを上回る同時に、運用コストと二酸化炭素排出量を大幅に削減します。 MBBR は、炭素源消費量が 51% 削減され、電力使用量が 33% 削減され、膜メンテナンスが完全に不要になるため、信頼性、シンプルさ、ライフサイクル コストが最重要視される分散型アプリケーションにとって魅力的な選択肢となっています。-

レッスンはサービスエリアを超えて広がります。変動する負荷、限られた人員配置、厳しい予算、またはネットゼロの義務に直面している施設は、治療トレインを開始する前に、MBBR + 太陽光発電と膜ベースの代替手段を比較する必要があります。-ここでのデータは、適切に設計されたバイオフィルムプロセスはもはや品質を犠牲にするものではないことを示しています - それがより良いビジネス上の決定です。

この記事は、論文「高速道路サービスエリア廃水処理施設におけるMBRおよびMBBRプロセスの比較分析」(Li Lin、2025)に基づいています。分散型アプリケーション向けの生物学的処理オプションを検討している場合は、MBBR がプロジェクトに適しているかどうかについて話し合ってください。