改良型AAOシステムを用いた廃水中の汚染物質除去効率の解析
概要
の嫌気性-無酸素性-酸素性（AAO または A²/O）このプロセスは、有機炭素、窒素、リンを同時に除去するために設計された、広く採用されている生物学的廃水処理技術です。これは、相互接続された 3 つのゾーンで構成されます。
- 無酸素ゾーン：酸素と硝酸塩が不足すると、通性細菌は有機化合物を分解し、リンを放出します。
- 無酸素ゾーン: 脱窒細菌は、有機炭素を電子供与体として使用して、硝酸塩/亜硝酸塩 (酸素ゾーンから戻される) を窒素ガスに還元し、窒素除去を達成します。
- オキシックゾーン: 好気性微生物は残りの有機物を酸化し、硝化（アンモニアから硝酸塩へ）を促進します。一方、リンを蓄積する微生物はリン酸塩を摂取します。{0}
廃水処理の分野では、従来のAAOシステムは下水中の汚染物質を除去できますが、廃水の組成が複雑化し、AAOプロセスの処理効率が一定の低下を招いています。 AAO プロセスの適用レベルと有効性を確保するために、改造されたシステムについて特別な研究を行う必要があるこれは、関連する企業や部門にとって、業務品質を向上させる上で実質的に非常に重要です。
修正された AAO システム
1. AAO制度の基本原則
特定の下水処理場における AAO 排水処理システムを例にとると、既存のシステムは従来のAAOプロセス、主に次の 4 つのコンポーネントで構成されます。嫌気槽、好気槽、無酸素槽、二次沈殿槽で詳しく説明されているように、図1.
従来のAAOシステムでは、微生物はさまざまな環境条件下で増殖し、代謝されます。異なる微生物群集間の相互作用により、アンモニア化、硝化、脱窒などの化学反応を介して汚染物質が効果的に除去され、有機汚染物質が大幅に除去されます。
従来の AAO システムには、技術コストが低い、操作が簡単、油圧保持時間 (HRT) が短いなどの利点があります。ただし、次のような欠点もあります。リン除去効率が悪いそして汚泥年齢と炭素源設計に対する厳しい要件、一部の廃水汚染物質除去プロジェクトで期待される基準を満たすことが困難になっています。
2. 修正された AAO システムの設計解析
これまでの研究をもとに、従来のAAOシステムを嫌気槽を中心に改良しました。の改良型嫌気タンクシステム次の 3 つの部分で構成されます。汚泥-水混合ゾーン、汚泥-水分離ゾーン、および媒体ゾーンに示すように、図2.
で修正されたAAOシステム (図3）、汚泥-水混合ゾーンと媒体ゾーンは同一寸法（長さ 15 cm × 幅 20 cm × 高さ 60 cm）で設計されており、それぞれの有効容積は 9 L です。汚泥ゾーンと媒体ゾーンの両方の水力滞留時間（HRT）は 2 時間です。
3. 改良型AAOシステムにおけるCOD除去効率の解析
改良型 AAO システムの化学的酸素要求量 (COD) 除去効率を分析しました。流入水 COD が 447 mg/L の場合、嫌気段階からの排水 COD は約 147 mg/L、最終排水 COD は 42 mg/L となり、A 種排出基準を満たしました。嫌気性初期段階における COD 除去効率は不安定で、変動が大きく、混合液懸濁物質 (MLSS) レベルは比較的低かった。しかし、7日後、除去率は94%で安定しました。。嫌気段階では主に微生物の分解と還流による希釈によって汚染物質が除去され、効果的な汚染物質の除去が実証されています。
Minitab ソフトウェアを使用して、改良型 AAO システムと従来型 AAO システムの除去性能を独立したサンプル試験分析によって比較しました。結果を以下に示します。{0}図4.
95% 信頼区間では、t- 値は 0.26、p- 値は 0.605 でした。。データ分析では、2 つのシステム間で平均除去率に有意な差がないことが示されました。改良型 AAO システムは、主に順応段階を含む初期段階のデータの違いにより、COD 除去効率に比較的大きなばらつきを示しました。-全体として、改良型 AAO システムは効果的な COD 除去を実証しました。.
4. 改良型 AAO システムにおけるアンモニア態窒素除去効率の解析
アンモニア態窒素（NH3-N）の除去効率を分析しました。流入水の NH3-N 濃度が 36 mg/L の場合、嫌気段階からの流出水 NH3-N は約 19 mg/L でした。初期段階では、排水濃度が比較的高く、除去効率が大きく変動しました。しかし、12 日間の環境順応後、除去率は約 81% に増加しました。、対数増殖期の硝化細菌。その後、除去率は安定し、平均93%に達しました。、流出水のNH₃-N濃度は4 mg/Lで、クラスA排出基準を満たしています。
95% 信頼区間では、t- 値は 3.41、p- 値は 0.998 でした。。データ分析では、2 つのシステム間で平均除去率に有意な差がないことが示されました。改良型 AAO システムでは、主に順応段階を含む初期段階のデータの違いにより、NH3-N 除去効率に比較的大きなばらつきが見られました。全体として、改良型 AAO システムは効果的な NH₃-N 除去を実証しました.
5. 改良型 AAO システムにおける全リンおよび全窒素除去効率の分析
5.1 全リン除去効率
全リン (TP) 除去効率を分析しました。流入水の TP 濃度が 3.6 mg/L の場合、11 日間の順応期間が必要でした。システム全体からの流出液 TP 濃度は 2.8 mg/L に達しましたが、嫌気段階の流出液 TP 濃度は 4.2 mg/L であり、顕著なリン放出が示されました。順応後、TP 除去性能は著しく向上し、嫌気段階流出液の TP 濃度は 2.7 mg/L に減少し、除去効率は 17% に達しました。後期では、TP 除去率は 60% 以上で安定し、排水 TP 濃度は 0.5 mg/L に近づきました。、クラスBの排出基準を満たしています。
2 つのシステムを比較すると、改良型 AAO システムは初期順応期間が必要で、除去効率が比較的低いことがわかりました。しかし、慣れた後は、TP除去性能が大幅に向上し、従来のAAOシステムと比較して効率が向上したことが実証されました。
5.2 総窒素除去効率
全窒素（TN）除去効率を分析しました。流入水 TN 濃度が 34 mg/L の場合、嫌気段階流出水 TN 濃度は約 18 mg/L でした。初期段階では、排水濃度が比較的高く、除去効率が大きく変動しました。10 日間の順応後、TN 除去率は 68% に増加し、排水濃度は 9 mg/L になりました。、クラスA排出基準を満たしています。
95% 信頼区間では、t- 値は 0.72、p- 値は 0.753 でした。。データ分析では、2 つのシステム間で平均除去率に有意な差がないことが示されました。改良型 AAO システムでは、主に順応段階を含む初期段階のデータの違いにより、TN 除去効率に比較的大きなばらつきが見られました。-全体として、修正された AAO システムは効果的な TN 除去を実証しました。.
結論
要約すると、改良型 AAO システムは、短い順応期間の後、主要な廃水汚染物質 -COD、アンモニア態窒素、全窒素、全リン-を除去する際に、クラス A または B の排出基準を満たす堅牢な性能を示しています。
統計分析 (t- 値、p- 値) では、従来のシステムと比較して平均除去効率に有意な差は示されませんでしたが、初期操作時のデータのばらつきが大きかったにもかかわらず、変更された設計は、時間の経過とともにより高い安定性と治療結果の改善を示しました。特に最適化された混合、分離、媒体ゾーンによる嫌気性ゾーンの機能強化は、プロセスの回復力と効率の向上に貢献します。
これらの調査結果は次のことを強調します改良型 AAO システムが複雑な廃水組成に効果的に対処できる可能性、既存の治療インフラをアップグレードするための実用化をサポートします。