SBR+MBBR 改修ケーススタディ: 60,000 M³/日の都市下水処理場での TN 除去率が 28.52% から 69.85% に向上

浙江省の日量 60,000 m3 の都市下水処理施設が冬の TN コンプライアンスの危機に直面したとき、- 生物的窒素除去は限界まで崩壊しました。28.52%水温が 12 度を下回ると -、新しい水槽を 1 基も建設できなくなりました。土地は散在し、プラントは設計流量の 110% で稼働し、老朽化し​​たリップ鋼 SBR 原子炉は構造的に変更できませんでした。その答えは、MBBR 移動床バイオフィルム担体を既存の SBR タンク内に直接埋め込むことでした。 12か月後、生物学的TN除去が達成されました69.85%、TP 除去は 70.9% から 79.3% に上昇し、総増分運用コストはわずかでした。0.024人民元/立方メートル.

アップグレードの背後にあるコンプライアンス リスク

2004 年に第 1 期および第 2 期として建設され、設計容量は 60,000 m3/日のこの工場は、約 80% が家庭下水、20% が繊維工場や製紙工場からの工業廃水の混合物を処理します。主な生物処理段階は、12 台のリップ鋼製タンク反応器で構成される SBR システムで、それぞれの直径は 32 m、作業量は 5,000 m3、設計処理量は 5,000 m3/d です。元の治療トレインは次のとおりです。

生下水 → 粗スクリーン → 一次沈降装置 → SBR セレクター → SBR タンク → バッファタンク → 高効率浄化装置-→ ディープ脱窒-ベッドフィルター → 消毒 → 排出

2014 年には、プラントはすでに、高効率の浄化装置と脱窒深層フィルターを追加することで、2002 年の GB 18918- のクラス A 制限を満たすようにアップグレードされていました。-しかし、2018年に浙江省政府は、排水を要求するはるかに厳格なDB 33/2169-2018基準を発行した。TN 12 mg/L 以下そしてTP 0.3 mg/L 以下。 2019 年から 2020 年の運用データの分析では、COD、NH₃-N、SS は一貫して合格したが、排水 TP は上限付近で推移し、TN は冬に季節超過リスクを示したという明確なストーリーが示されました。生物学的タンクの水温が 12 度を下回ると、SBR の生物学的 TN 除去率はわずか 28.52% に低下しました。そのため、下流の脱窒フィルターは、炭素源注入によって総 TN 除去量の 45% 以上を担わざるを得なくなりました。-これは高価でコンプライアンスに脆弱な杖です-。

新しい戦車が選択肢になかった理由

このアップグレードは、従来の活性汚泥の膨張を即座に排除する 5 つの厳しい現実によって制約されました。-

• プラントはすでに設計能力以上で稼働していました - ピーク日流量は設計 60,000 m3/日に対して 67,000 m3/日に達しました - 建設停止のための水力余裕はゼロです。
• SBR タンクは築 10 年のリップ鋼構造でした。-構造を変更するためにそれらを切断したり補強したりすることは非常に困難であり、危険でした。
• 工場境界内の利用可能な土地は散在し、不規則な形状であり、新しい生物処理池には小さすぎた。
• 工事期間が洪水期と重なったため、プラントを停止できず、長期間にわたって処理量を減らすことができず、工事中に基準以下の排水を排出することができなかった。
• 既存の汚泥脱水施設は拡張されていなかったため、生物タンクから余分な汚泥を廃棄する工場の能力が制限されていました。

オプションを評価した後、設計チームは次のことを選択しました。SBR+MBBR中核的なソリューションとして、タンクの構造を変更せずに浮遊バイオフィルム担体を既存の SBR タンクに直接埋め込み、MBBR{0}} 専用のミキサーと入口 / 出口滞留スクリーンを追加し、脱窒を促進するために SBR サイクルのタイミングを再最適化します。-これにより、生物学的窒素除去能力に段階的な変化をもたらしながら、鋼製タンクにすでに投資されていた資本が維持されました。-

水質目標の設計

設計流入水および流出水の水質パラメータを以下に要約します。 NH₃-N と TN の括弧内の値は、水温が 12 度未満の場合に適用される冬季制限値であることに注意してください。- 最も要求の厳しい運転状況であり、まさに元の SBR システムが故障した場所です。

0.3 mg/L の TP 制限は、生物系にとって特に厳しいものです。そのため、プラントでは、研磨ステップとして生物学的リンの摂取と高効率清澄装置での PAC 投与を組み合わせています。-一方、TN 設計目標では、下流の脱窒フィルターが冬季の生物学的損失を補う必要がなくなるように、生物学的段階で重労働を行うことが求められました。

改造設計: 既存の SBR タンク内の MBBR

この改修により、既存のセレクターゾーンとメイン反応ゾーンの容積を維持しながら、12 個の既存の SBR タンクすべてが SBR+MBBR 反応器に変換されました。メイン反応ゾーン内に MBBR ゾーンを確立し、懸濁バイオフィルム キャリアとキャリアの損失を防ぐ入口/出口保持スクリーン システムを取り付けました。各リップ鋼製タンクの内壁には耐摩耗性コーティングが施され、長い耐用年数にわたって移動キャリアによる摩耗から鋼鉄の表面を保護しました。

SBR+MBBR システムのコア設計パラメータは次のとおりです。直径 32 m、体積 5,000 m3 の鋼製タンク反応器、MBBR 担体有効比表面積400 平方メートル/平方メートル以上、保持スクリーン流速 0.05 m/s 以下、スクリーン気孔率 38% ～ 40%。既存のメンブレンディスクエアレーションシステムを維持して再利用することで、設備コストと建設作業の両方をさらに削減しました。

図 1: アップグレードされたプロセス フロー

アップグレード後のプロセス フローは上に示したとおりです。{0}主要な建設戦略は、一度に 1 つの SBR タンクを改修し、建設期間中にフェーズ I/II と新しいフェーズ III プラントの間の流れを調整することで、総処理能力が決して減少しないようにすることでした。この一連のアプローチにより、プロジェクトは洪水期を通じて閉鎖や基準を下回る排水を発生させることなく実行することができました。

図 2: SBR+MBBR 原子炉改造レイアウト

MBBRシステムで追加される主な機器を下表にまとめます。これらのアイテムを組み合わせることで、バッチ曝気タンクが、同じサイクル内で硝化と脱窒の両方を実行できるハイブリッド懸垂式成長反応器に変換されました。-

プロセス制御の再調整が重要な理由-

ハードウェアだけでは十分ではありませんでした。-無酸素脱窒ウィンドウを作成するには、SBR サイクルのロジックも変更する必要がありました。元の SBR サイクルはバッチあたり 6 時間でした。充填 1 時間 (曝気あり)、反応 2 時間、沈降 1.5 時間、デカント 1.5 時間でした。このシーケンスの問題は、充填段階での曝気によって炭素源が脱窒のために保存されるのではなく、酸化によって消費されてしまうことでした。

脱窒ミキサーを追加した後、充填段階を非通気（無酸素）混合に切り替えました。{0}最適化されたサイクルは、充填 1 時間 (無酸素混合)、反応 1 時間、静置 1 時間、デカント 1 時間となりました。この単純な再配列により、従属栄養性脱窒装置が流入炭素源を使用して硝酸塩を窒素ガスに還元できる無酸素ゾーンが作成されました。-下流での外部炭素必要量を劇的に削減します。

冬の間（-11 月中旬から-3 月中旬）、生物学的タンクの平均水温が 12 度を下回ると、微生物の活動の低下を補うためにサイクルが 6 時間を超えて延長されました。さらに、三次処理段階で磁気凝固した汚泥を SBR タンクに戻して汚泥の沈降性を改善し、窒素除去能力を強化しました -副生成物の賢い再利用により、寒い季節の汚泥の沈降も安定させました。-

経営成績と業績

SBR+MBBR アップグレードは、2022 年 12 月に完了し、稼働しました。以下のパフォーマンス データは、改修前後の生物学的段階を比較したものです -。改善は、以前はコンプライアンス違反を引き起こしていた冬季に最も顕著に現れています。

総窒素除去量: 28.52% から 69.85%

アップグレード後、SBR 生物学的段階の TN 除去効率は約 28.52% から69.85%。この改善は 2 つのメカニズムによって推進されます。まず、充填段階中の無酸素混合により、流入炭素燃料の硝酸塩が還元されることにより、脱窒に最適な条件が提供されました。第二に、MBBR 担体は、保護された表面に成長の遅い硝化細菌を固定して濃縮し、懸濁された硝化菌が成長しにくい低温でも硝化を促進します。-最適化された 2 段階の脱窒システム (SBR 生物学的段階 + 下流脱窒フィルター) では、生物学的段階がおよその割合を占めるようになりました。-総窒素除去量の 85%、アップグレード前 - と比較して 24% 未満でした。これが、脱窒フィルターでの炭素源消費量が非常に急激に減少した理由です。

図 3: アップグレード前後の排水 TN

総リン除去率: 70.9% ～ 79.3%

生物学的段階で化学的リン除去剤を添加しない場合、SBR の生物学的 TP 除去は 70.9% (流入水 2.86 mg/L、流出水 0.81 mg/L) から79.3%(流入水 3.05 mg/L、流出水 0.63 mg/L) - 年間-対- 8.4% 改善。担体によって担持されたより高密度で安定したバイオマスと、改善された汚泥の沈降性がこの利益に貢献しました。高効率浄化装置での PAC 添加と組み合わせると、最終流出水 TP は 0.3 mg/L 以下という厳しい基準を確実に満たしました。-

図 4: アップグレード前後の排水 TP

技術的および経済的な比較

SBR+MBBR 改修の総投資額は約1900万人民元、直接的な運営コストの増加はわずかでした。0.024人民元/立方メートル。以下の表は、SBR+MBBR プロセスを、従来の A2/O 活性汚泥と MBR 膜バイオリアクターという 2 つの主要な代替アップグレード技術と比較しています。

比較することで、価値提案が明確になります。 MBR は優れた排水品質を実現しますが、SBR+MBBR の 3 ～ 4 倍の設備投資と約 10 倍の運用コストがかかり、さらに重度の膜洗浄メンテナンスが必要になります。-従来の A²/O は建設コストが安いですが、広大な土地面積を必要とします -、まさにこのプラントには存在しなかった資源が必要です。 SBR+MBBR はバランスの取れた中間に位置し、投資は適度で、従来よりも土地が約 30% 少なく、運営コストが比較的低く、メンテナンスが簡単です。土地に制約があり、建設の中断を最小限に抑える必要がある既存のプラントのアップグレードでは、実用的な勝者となります。

結論と業界への影響

このエンジニアリングのケーススタディは、より広範な水処理業界にとって重要ないくつかの結論を示しています。

• SBR+MBBR は、SBR システムにおける TN 除去を解決します。MBBR 担体を既存の SBR 反応器に埋め込み、曝気/混合サイクルを最適化することにより、生物学的 TN 除去率が 28.52% から 69.85% に上昇しました。これにより、下流の脱窒フィルターに過剰な炭素源を投入する必要がなくなり、冬の低温条件でもコンプライアンスが確保されました。-
• 新しい構造は必要ありません。新しいタンクを建設することなく生物学的アップグレード全体が達成されました。-これは、スペースに制約のある植物にとって決定的な利点です。-既存のリップ鋼製タンク構造は、耐摩耗性コーティング、ミキサーの追加、保持スクリーンなどの軽微な変更のみを加えて保存されました。-
• 運用コストの増加が少ない。総投資額は 1,900 万人民元で、運用コストの増加はわずか 0.024 RMB/m3 であり、MBR などの代替品 (0.7～0.8 RMB/m3) と比較して、コスト効率が非常に高くなります。-
• 証明された冬のパフォーマンス。このプロセスは、温帯気候における生物学的窒素除去の一般的な課題である、12 度未満の水温で強力な除去を実現しました。
• スケーラブルで複製可能。単一タンクの逐次改修アプローチにより、プラントを停止することなく実装できるため、同様のアップグレード要件に直面している他の老朽化した SBR ベースのプラントに適しています。{0}{1}

当社の MBBR および傾斜チューブセトラー ソリューション

このケーススタディは、統合された生物学的および物理的処理プロセスが最新の下水処理プラントのアップグレードにおいて果たす重要な役割を強調しています。当社は、まさにこの種のプロジェクト向けに、完全な範囲の補完製品を提供しています。

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• 傾斜チューブセトラー- PP/PVC ハニカム チューブ メディア。沈殿槽や沈殿槽での高効率の-固体-液体分離を行い、MBBR 生物学的処理を補完します。
• ファインバブルディスクディフューザー- 生物反応器での高効率エアレーション用の孔径 20～50 μm の EPDM メンブレン ディスク ディフューザー。-
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