天津市下水処理場更新事業の運用効果
天津の下水処理場では、改良バルデンフォ-MBBR プロセスを採用した改修および改修プロジェクトが実施され、排水の水質が「都市下水処理場の汚染物質の排出基準」（GB 18918-2002）に規定されているグレード A 基準から天津地方基準 DB 12/599-2015 のクラス A 基準に引き上げられました。移動床バイオフィルム リアクター (MBBR) プロセスには、MBBR 懸濁担体をリアクターに追加し、微生物の付着場所を提供し、付着したバイオフィルムを形成することで、システム内の有効バイオマスを増加させ、汚染物質の除去を達成します。 MBBRプロセスには、高い処理負荷、衝撃負荷に対する強い耐性、安定した処理性能、簡単な運転管理、柔軟なプロセス運用などの利点があります。中国の下水処理場では、改修に MBBR プロセスを採用するところが増えています。この論文は、同様の改修プロジェクトの参考となることを目的として、改修後の天津下水処理場の運用実績を分析したものである。
1. 現在の生物学的窒素およびリンの除去プロセス
元の生物タンクは、処理能力 12,500 t/d の A²/O プロセスを利用していました。設計総汚泥年齢は 14 日、混合液懸濁物質 (MLSS) 濃度は 3,500 mg/L、設計水温は 10 度、汚泥収量は 0.936 kgSS/kgBOD、汚泥負荷量は 0.082 kgBOD/kgMLSS でした。生物タンクの有効水深は 6 m、タンク総容積は 9,052.2 m3、総水力滞留時間 (HRT) は 17.4 時間でした。 HRT 分布は、セレクター ゾーン 0.58 時間、無酸素ゾーン 1.38 時間、無酸素ゾーン 2.85 時間、スイング ゾーン 0.92 時間、好気ゾーン 11.67 時間でした。汚泥リサイクル率は100％、混合液内部リサイクル率は300％でした。元の生物タンクは主に嫌気性-無酸素性-好気性セクションで構成されていました。運転パラメータは、流入水の条件と流出水の要件に基づいて調整され、窒素とリンの除去を実現し、流出水の品質は GB 18918-2002 のグレード A 規格に適合します。
2. 改修・改修事業の概要
このアップグレードは、天津の地方基準「都市下水処理場の汚染物質の排出基準」（DB 12/599-2015）のクラス A 基準を満たすように排水の水質を改善することを目的としていました。設計された流入水および流出水の水質は次のとおりです。表1。設計された流入水および流出水の TN 値によれば、10 mg/L 未満の流出水 TN を達成するには、生物タンク システムで 75.6% の脱窒率が必要です。元の生物タンクは A²/O 構成を使用していました。元のタンク構成に基づいて計算すると、内部リサイクル率を元の 200% から 310% に高めるとともに、大量の外部炭素源を追加する必要があることがわかりました。これにより、運用コストが増加するだけでなく、大量の内部リサイクル流により酸素欠乏環境が破壊される可能性があります。これにより、無酸素ゾーンでの実際の HRT が最小要件を下回り、脱窒効率に影響を与える可能性があります。 MBBR プロセスは、懸濁担体を追加してタンク内のバイオマス濃度を高めることにより、システムの脱窒能力を強化し、排水の品質を改善し、それによってアップグレード要件を満たします。
既存の生物タンクの容積を変更せずに、生物タンクの内部機能ゾーンを再構成しました。元の A²/O 構成（嫌気性-無酸素性-好気性）は、バルデンフォ 6- 段階構成（嫌気性ゾーン、無酸素性ゾーン、スイング ゾーン、好気性ゾーン、後無酸素ゾーン、後-ゾーン）に変更されました。具体的には、元のセレクター ゾーンが嫌気性ゾーンに変換されました。元の無酸素ゾーン、スイング ゾーン (前部)、無酸素ゾーンはすべて前無酸素ゾーンとして使用されました。-元々有酸素ゾーンだった第一通路前半をスイングゾーンに調整しました。元の第 1、第 2、および第 3 好気性通路は MBBR ゾーンに改造され、入口/出口スクリーニング システムおよび底部補助曝気システムとともに吊り下げられたキャリアが追加されました。 4 番目の好気性回廊はポスト無酸素ゾーンに変換されました。-元のスイングゾーンは機能的に分割され、無酸素後ゾーンと有酸素後ゾーンに調整されました。-改修された生物タンクのパラメータは次のとおりです。表2.
プロセス操作に関しては、好気ゾーンからの混合液が無酸素ゾーンにリサイクルされ、無酸素ゾーン内で炭素源が添加されます。脱窒菌は、脱窒のための炭素源を利用して、好気域で生成される硝酸性窒素を除去します。残留硝酸態窒素はポスト無酸素ゾーンに入り、そこで追加の炭素源が追加されて脱窒が継続されます。改修後、混合液懸濁物質 (MLSS) 濃度は 4,000 mg/L、汚泥リサイクルは 50% ～ 100%、混合液内部リサイクルは 200% ～ 250%、MBBR ゾーンの溶存酸素は 2 ～ 5 mg/L です。改修後の工程フローを図に示します。図1.
3. 生物タンク改修後のシステム試運転
生物タンクの改修が完了した後、試運転段階が始まりました。別の下水処理場からの脱水汚泥が生物タンクに追加されたため、汚泥濃度は短期間で 3,000 mg/L 以上に急速に増加しました。これにより汚泥の培養・馴化期間が短縮され、生物水槽の早期立ち上げと窒素・リン除去能力の回復が可能となりました。試運転期間中は流入流量と汚染物質濃度が比較的低かったため、実際の運転負荷は設計負荷よりも低かった。このアプローチは、まず生物系が安定し、排水品質が基準を満たすまで活性汚泥を培養および順応させ、次にバイオフィルム形成のために MBBR 担体を添加するというものでした。
担体を生物槽の好気部に添加した後、まず担体を浸漬した。微生物は徐々にその表面に付着します。視覚的には、より多くの微生物が付着し、バイオフィルムがより密になるにつれて、担体表面の色が白からかすかな土のような黄色に変化した。キャリアの色は徐々に濃くなってきました。担体添加から 2 か月後、バイオフィルムの形成は良好で、担体の表面は黄褐色に見え、色は徐々に濃くなってきました。{4}担体添加から 4 か月後、担体表面上のバイオフィルムは暗褐色に見え、濃くなっていました。バイオフィルム形成の進行は、図に示すように担体の色の変化に基づいて直感的に観察できます。図2。 2021年12月、生物槽からの活性汚泥と担体からの汚泥の顕微鏡検査により、優れた吸着性と沈降性を備えた緻密なフロック構造が明らかになりました。視覚的には、担体は明らかなバイオフィルムの形成を示しました。顕微鏡検査により、ツリガネムリ、オペルキュラリア、エピスティリスなどの生物が確認され、時折、数匹の移動性繊毛虫が目撃され、バイオフィルム形成段階が完了したことが示されました。
4. 生物水槽改修後の運用実績
4.1 改修後のCOD・BOD除去性能
2022 年の排水 COD および BOD 値を以下に示します。図3。排水 COD は 10.2 ～ 24.9 mg/L の範囲で、平均は 18.0 mg/L でした。排水 BOD は 2.1 ～ 4.9 mg/L の範囲で、平均は 3.4 mg/L でした。排水の COD と BOD は両方とも安定して天津地方のクラス A 基準を満たしました。改修されたシステムは、COD および BOD の良好な除去性能を実証しただけでなく、プラントの実際の流入負荷が設計容量の 110% に達した場合でも、出水期中に安定した準拠した排水 COD および BOD レベルを維持しました。これは、システムが衝撃荷重に対して優れた耐性を備えていることを示しています。
4.2 改修後のTNおよびNH₃-Nの除去性能
2022 年の排水 TN および NH₃-N 値を以下に示します。図4。 TN は 3.72 ～ 8.74 mg/L の範囲で、平均は 6.43 mg/L でした。 NH₃-N は 0.02 ～ 1.25 mg/L の範囲で、平均は 0.12 mg/L でした。冬場の運転中は、気温が低いため、硝化率と脱窒率が低下しました。実際には、汚泥濃度は 6,000 mg/L 以上に増加しました。高濃度の汚泥での運転は、特に低温での衝撃負荷に対する生物学的システムの耐性を向上させるのに有益です。高濃度の汚泥とMBBR担体に付着したバイオフィルムとの相乗効果により、生物系の処理効果が高まります。
MBBR キャリアは微生物群集に好ましい環境を提供し、微生物群集の成長と繁殖をサポートします。順化および成熟後、バイオフィルムの硝化および脱窒能力が強化されます。微生物は担体表面に層状に付着して成長し、動物園の密度を高め、大きくて緻密で急速に安定した汚泥構造を形成します。外部の水質変化に直面すると、担体表面の微生物は自己防衛のために細胞外高分子物質 (EPS) を分泌します。これにより、内層の微生物に対する急激な水質変化の影響が軽減されます。-
MBBR プロセスを採用した下水処理場では、好気性担体ゾーンで同時硝化と脱窒 (SND) 現象が観察されています。好気性キャリアゾーンからの流入水と流出水の TN 値をテストしたところ、2 ～ 6 mg/L の差が明らかになりました。この差は、特に好気性タンク内の溶存酸素が 2 mg/L 以下に制御されている場合に顕著であり、低溶存酸素条件下では SND がより顕著であることを示しています。二次沈殿池からの流出液TNは基準を十分に満たしており、生物処理段階でのTN除去は完了しています。実際の動作では、脱窒深層フィルターが安全装置プロセスとして動作します。-通常の状態では、SS インジケーターが基準を満たしていることを確認するための通常のフィルターとして機能します。
4.3 改修後のTP、SSの除去性能
2022 年の排水 TP および SS 値を以下に示します。図5。下水処理場の流出水 TP は 0.04 ～ 0.22 mg/L の範囲で、平均は 0.10 mg/L でした。流出液 SS は 1 ～ 4 mg/L の範囲で、平均は 2.2 mg/L でした。更新後の二次沈殿池流出水の TP は約 1.0 mg/L、SS は約 26 mg/L となりました。高効率の沈殿槽に塩化第二鉄と PAM を添加して凝集を強化し、脱窒深層フィルターでさらに精製することにより、流出液の TP と SS は安定して天津地方のクラス A 基準を満たし、色値は大幅に減少しました。-
5. 結論
天津の地元クラス A 基準を満たすために、下水処理場における元の A²/O プロセスはバルデンフォの 5 段階構成に変換され、好気セクションに MBBR プロセスを組み込んで生物学的窒素除去を強化し、流出物の TN と NH₃-N を削減しました。過負荷流が発生する出水期には、すべての指標が安定して基準を満たし、優れた耐衝撃性を示しました。生物槽改修後は、内部リサイクル率200～300％、外部汚泥リサイクル率50～100％、汚泥濃度4,000～6,000mg/L、好気域溶存酸素3～5mg/L、嫌気域溶存酸素0.2～0.5mg/Lに管理した。 2022 年における下水処理場の排水水質は次のとおりでした。 COD 10.2 ～ 24.9 mg/L、平均 18.0 mg/L。 BOD 2.1 ～ 4.9 mg/L、平均 3.4 mg/L。 NH₃-N 0.02～1.25 mg/L、平均 0.12 mg/L。 TN 3.72 ～ 8.74 mg/L、平均 6.43 mg/L。 TP 0.04 ～ 0.22 mg/L、平均 0.1 mg/L。 SS 1 ～ 4 mg/L、平均 2.2 mg/L。すべては天津地方基準「都市下水処理場の汚染物質排出基準」（DB 12/599-2015）のクラスA基準を安定して満たしました。