酸化溝の微多孔性エアレーター: 7 ～ 25% の酸素利用効率、0.19 KWh/m3 エネルギー、クラス 1A 栄養素除去 (肇慶市 50,000 M3/日の場合)

エアレーション装置は、オキシデーションディッチ内で最も重要な機械部品です。これは、処理効率、エネルギー消費量、動作の安定性を一度に決定します -。また、プラントの電気代の最大の部分が費やされる場所でもあります。しかし、従来の酸化溝エアレーターのほとんどは、酸素を移送することと溝の周りに水を押し出すという、独立すべき 2 つの仕事を組み合わせています。この記事では、なぜ酸素利用効率が優れた微多孔性エアレーション - なのかを説明します。7–25%と電力効率1.8 ～ 2.5 kg O₂/kWh- は、エネルギーを意識する自治体運営者にとって最適な技術となっています。{{1}また、肇慶市の下水処理場 50,000 m3/d がわずかな時間でクラス 1A の排水を達成した理由0.19kWh/m3.

オキシデーションディッチ・エアレーションの4つの仕事

酸化溝では、曝気装置は 4 つの異なる機能を実行します。(1) 生物学的酸化のために混合液に酸素を供給する、(2) 水流を前進させる、(3​​) 溝内の循環流を維持する、および (4) 活性汚泥が懸濁状態に留まるように酸素、有機基質、および微生物の完全な混合を確保する。

従来の装置 - の水平軸エアレーター (ブラシ エアレーターおよびディスク エアレーター) と垂直軸表面エアレーター - は、1 台の機械で 4 つの作業すべてを実行しようとします。このカップリングは、基本的な操作上の矛盾、つまりスラッジが沈殿しないようにするために必要な流速の原因になります (>0.3 m/s) 多くの場合、特に低負荷では、生物学が実際に必要とする通気強度よりも高くなります。その結果、慢性的な過剰エアレーションが発生し、窒素とリンの除去に必要な無酸素ゾーンが乱されます。-微孔性エアレーションは、酸素供給を流れの推進から完全に分離することで、この矛盾を回避します。

主要業績評価指標: EA と EP

酸素利用効率 (EA)

EA は、供給された総酸素に対する、空気供給から混合液に移動した酸素の割合を表します。支配関係は、ファインバブルが勝つ理由を説明するため、理解する価値があります。

特定の廃水について、物質移動係数 (K_L) と気泡の上昇速度 (v_b) は気泡の直径 (d) の関数です。_b）。無次元用語HRT・K_L·h / (v_b·d_b)酸素移動 - に対する気泡サイズの影響を捉えており、気泡が小さいほど非常に高い EA が生成されます。その理由は物理的なものです。細かい気泡は体積に対する表面積の比がはるかに大きく、ゆっくりと上昇するため、各気泡は混合液中でより長く滞在し、表面に到達する前により多くの酸素を移動させます。

エアレーターの浸水深さ (h) が大きくなると、放出が深くなると気泡の移動経路が長くなるため、EA も増加します。ただし、改善率は深さが増すにつれて減少します - 利益逓減点が存在します。 EA には、混合液中の溶存酸素濃度と飽和酸素濃度の比によって設定される理論上の最大値もあります。酒が酸素飽和度に近づくと、いくら空気を入れてもそれ以上の酸素を押し込むことはできません。

電力効率 (EP)

電力効率は次のように表されます。kgO₂/kWh、消費された電気エネルギーの単位当たりに移動した酸素を測定します。 EP と EA は独立していません - どちらも水没深さ (h) と気泡直径 (d) の関数です_b）。設計エンジニアにとって、次の 2 つの発見が注目に値します。

まず、任意の気泡直径に対して、EP は最初は水没深度に応じて上昇し、最大値に達した後、低下します。最適な h と d_bしたがって、組み合わせを一緒に選択する必要があります - タンクが深ければ深いほど自動的に優れているわけではありません。第二に、ファインバブルシステムの場合、-深層タンクエアレーションは避けるべきですシステムを EP 曲線の下降部分に押し上げると、絶対酸素移動が改善したように見えても電力効率が低下するためです。

曝気装置の比較分析

表 1 は、酸化溝に最も一般的に設置される曝気装置を比較したものです。なお、機械的曝気性能は酸素化能力（kg O₂/h）-、単位時間当たりに移送される酸素量-で表され、微孔性曝気性能は酸素利用効率EA（%）で表されます。これは単なる単位の違いではありません。これは、2 つのテクノロジーを評価する根本的に異なる方法を反映しています。

表から直接、いくつかの結論が得られます。

微多孔性通気プレートは最高の EA 範囲を提供します -7%–25%すべてのデバイスのうち - を比較し、機械式エアレーターと同等またはそれを超える電力効率 (1.8 ～ 2.5 kg O₂/kWh) を達成しました。言い換えれば、機械的な代替手段よりもはるかに効果的に酸素を酒中に導入し、エネルギー性能を犠牲にすることなくそれを実現します。

従来の機械式エアレーターは、物理的寸法 - ブラシの長さ、ディスク数、インペラ直径によって酸素化能力を評価します。そのため、出力は設置時に固定され、変動する負荷条件下では柔軟性が低くなります。対照的に、微多孔システムは、送風機制御を通じて空気供給を継続的に調整できます。

微多孔性チューブディフューザーは、以下のバランスの取れた組み合わせを提供します。EA 10% ～ 20%メンテナンスへのアクセスが容易なため、アクセスが制限されている場所での改修に実用的な選択肢となります。

微孔質曝気酸化溝の特徴

エアレーションと混合を独立して制御

微多孔性エアレーター + 水中プッシャー構成の決定的な利点は、酸素供給を流れの推進から完全に分離できることです。従来の溝では、単一の機械式エアレーターが油圧要件（流速を一定以上に維持）を同時に満たさなければなりません。0.3 m/sスラッジの沈降を防ぐため）と生物学的要件（酸素供給と呼吸需要の一致）。 -負荷の低い期間-の雨天時には、水圧要件を満たす溶存酸素-が大量に流入し、過剰な曝気が強制され、生物学的窒素とリンの除去に必要な無酸素ゾーンが破壊されます。

別装置により溶存酸素と流速を独立して制御します。オペレーターは、水中プッシャーが循環を維持しながら、好気ゾーンを硝化に必要なDOに正確に保持でき、個々のエアレーターバンクをオンまたはオフにすることで、無酸素ゾーンを自由に拡大または縮小できます。この柔軟性により、溝の形状において生物学的栄養素を深く除去することが実用的になります。

主要な設計パラメータ

表 2 は、栄養素除去用に構成された微孔質曝気酸化溝の設計範囲をまとめたものです。

主な利点

優れた酸素供給と混合。ファインバブルエアレーションと水中プッシャーを組み合わせて、確実に溶存酸素を確保します。{0}溝出口で 1 ～ 2 mg/L 以上、混合液の速度を 0.3 m/s 以上に維持してスラッジの沈降を防ぎ、溝の全容積にわたって完全な炭素酸化と硝化を実現します。

優れた栄養素の除去。前無酸素ゾーンと嫌気ゾーンを備えた A²/O プロセスとして構成された微多孔性曝気酸化溝は、最も厳格な地方自治体の排出クラスである GB 8978 のクラス 1A に一貫して適合する窒素とリンの除去を実現します。{{0}

柔軟な運用。空気供給は、流入流量と負荷に応じてブロワー出力を調整することによって調整されます。個々のエアレーターのスイッチをオンまたはオフにして、好気ゾーンと無酸素ゾーンの長さを変更することができ、機械的に再構成することなく、変化する流入条件にプロセスを適応させます。

ディープタンク能力。微孔性エアレーションにより、有効水深が可能になります。6m以上これにより、土地の設置面積が削減され、低温条件下でのパフォーマンスが向上します。-これは、土地が資源に乏しい密集した都市部では大きな利点となります。{0}}

エネルギー効率が高く、臭いも軽減されます。微多孔システムは、酸素がエアロゾルが逃げられない水面下に移動するため、機械的な表面曝気よりも消費エネルギーが大幅に少なく、発生する臭いも大幅に少なくなります。

よくある問題と解決策

微多孔性エアレーターの主な運用上の課題は次のとおりです。汚れや詰まり。細孔は小さいため、オイルミスト、粉塵、錆粒子、生物膜によって閉塞されやすくなります。次の予防策をお勧めします。

ブロワーに流入する空気は、オイルミストや粒子状物質が空気供給部に侵入するのを防ぐために、静電集塵装置またはバグフィルター - によって濾過する必要があります。国際基準では以下の除去を推奨しています2 μm 粒子が 95% 以上(英国) または以下の粉塵含有量1.5mg/1000m3（フランス）。

空気分配配管はステンレス鋼またはプラスチックでなければなりません。炭素鋼パイプには、錆粒子が微多孔質要素に到達するのを防ぐために内部防食コーティングが必要です。-

蓄積された水を定期的に除去するために、空気分配ヘッダーの端に凝縮水ドレンを設置する必要があります。- 閉じ込められた水分は生物的汚れを促進します。

微孔質システムは停電に対して脆弱です。二重電源または予備発電機が推奨され、ディフューザー表面へのスラッジの堆積を防ぐために、停電中は最小限の空気供給を維持する必要があります。一時的なシャットダウンは次の時間を超えてはなりません4時間;タンクを使用しない場合は、深さ 1.0 ～ 1.2 m まできれいな水で満たす必要があります。

流入廃水は、曝気ゾーンに入る破片や懸濁物質を最小限に抑えるために適切な前処理を受ける必要があります。細孔が詰まった場合の再生方法には、水洗浄、酸洗浄、高温ベーキング、機械的表面切断などが含まれます。-適切な方法はディフューザーの種類によって異なります。-適切に管理すれば、汚れを効果的に制御できます。

2 番目の運用上の課題は、メンテナンスのアクセシビリティ。表面エアレーターとは異なり、微多孔性エアレーターは通常、検査および交換のためにタンクの排水を必要とします。耐用年数は通常、4～5年標準的な国内製品の場合は最長 8 ～ 10 年、高級膜の場合は最長 8 ～ 10 年です。混乱を最小限に抑えるために、システムは複数の独立して操作可能なエアレーション ゾーンまたは昇降可能なディフューザー フレームを備えて設計する必要があります。

エンジニアリング事例: 肇慶市下水処理場

広東省肇慶市下水処理場、総容量は50,000 m³/dは、フルエンジニアリングスケールでの微孔性曝気酸化溝プロセスを示しています。表 3 に設計条件をまとめます。

プロセストレインはコンパクトです。前嫌気タンク、その後に無酸素微多孔性曝気酸化溝、最終清澄装置が続きます。{0}低地のフットプリント -25,000 m²50,000 m3/d のプラントの場合、- は、ファインバブルエアレーションが可能にする深層盆地機能の直接的な利点です。--

表 4 は、2000 年 12 月に広東省環境監視センターによって検証された認定排水の結果を示しています。すべてのパラメータが GB 8978-1996 のクラス 1A 基準を満たすか、それを上回っていました。

同プラントは広東省建設局による包括的な検収検査に合格した。2001 年 7 月 20 日。主要な運用指標により、テクノロジーの効率性が確認されました。

消費電力0.19kWh/m3- 注目すべきは、この数字には工場から 1,100 m 離れたポンプ場も含まれているため、曝気プロセス自体がさらに効率的であるということです。

余剰汚泥発生2.5–4.5 t/d（乾燥固体）および PAM 消費量は 13 ～ 15 kg/日です。-化学薬品や汚泥の処理の需要は控えめであり、操業コストを低く抑えます。-

この事例は、微多孔性曝気酸化溝プロセスが、都市廃水処理プロジェクトの重要な考慮事項である低エネルギー消費、最小限の土地利用、安定した長期稼働-で優れた処理性能を実現していることを示しています。-

結論と推奨事項

微多孔性エアレーターは最高の酸素利用効率を提供します (7%–25%） 一般的なオキシデーションディッチ曝気装置の中で、電力効率（1.8 ～ 2.5 kg O₂/kWh) 機械的代替品に匹敵します。

微多孔性エアレーター + 水中プッシャー構成により、エアレーションと混合を独立して制御できます。-これにより、水圧混合を維持しながらプロセスで低 DO 無酸素ゾーンを維持できるため、生物学的栄養素の除去において機械的エアレーションを上回る決定的な利点があります。-。

EA と EP の両方を最適化するには、浸水深さと気泡直径を適切に設計することが重要です。深いほど良いとは限りません。選択した組み合わせは EP 曲線の上昇部分に位置する必要があります。

汚れや詰まりは、適切な空気ろ過、適切な配管材料、予備電源システム、定期的なメンテナンス プロトコルを通じて効果的に管理できます。

肇慶市の下水処理場は、この技術が厳しい排水基準を一貫して満たす能力を検証しています-COD < 25 mg/L、BOD₅ < 15 mg/L、SS < 9 mg/L、NH₃-N < 9 mg/L、PO₄³⁻-P < 0.45 mg/L- のエネルギー消費量はわずか0.19kWh/m3.

微孔質曝気酸化溝技術は、低資本投資、低運営コスト、信頼性の高い処理性能を組み合わせて、「建設はできるが運営する余裕がない」という地方自治体の共通の課題に対する魅力的な答えを提供します。-。

酸化溝用の当社の微多孔性エアレーション ソリューション

エアレーション技術における長年の経験に基づいて、当社はオキシデーションディッチ用途に最適化された包括的な微孔性エアレーション製品を提供しています。

ファインバブルディスクディフューザー。EPDM メンブレンディフューザー孔径 20 ～ 50 μm、高い酸素移動効率、および設計耐用年数は 5 ～ 8 年です。

微多孔性チューブディフューザー。酸化ディッチの改修および新規設置用の硬質コランダムまたは柔軟な膜チューブディフューザーは、効率とメンテナンスアクセスのバランスの取れた組み合わせを提供します。

昇降可能なエアレーションフレームシステム。タンクの排水を行わずに検査やメンテナンスのために持ち上げることができるモジュール式ディフューザー フレーム - は、上記で説明したアクセシビリティの課題に直接対処します。

水中プッシャー/ミキサーパッケージ。微多孔性エアレーター+プッシャーを組み合わせた構成の整合流推進装置。

完全なシステム設計。曝気レイアウトの最適化、送風機の選定、配管設計、制御システムの統合。

-現場でのパフォーマンス テスト。-オフガス法と浄水テストにより、動作条件下での実際の酸素移動効率を検証します -。サイト固有の検証が曝気性能を確認する唯一の信頼できる方法だからです。-