A2O プロセス: 嫌気性、無酸素性、酸素性廃水処理の究極のガイド

A2○ プロセスの概要

現代の下水工学の世界では、きれいな水の基準が変わりました。有機固形物を単に除去するだけではもはや十分ではありません。今日の規制では、生態系を脅かす溶解栄養素の除去が求められています。を入力してください A2Oプロセス (嫌気性-無酸素性-酸素性)。

A2O プロセスは、特に次の目的のために設計された活性汚泥システムの広く採用されている構成です。 生物学的栄養素除去 (BNR) 。主に炭素除去に焦点を当てた従来の処理方法とは異なり、A2O プロセスは同時に次の目標を達成します。 窒素 そして リン —水の富栄養化の背後にある 2 つの主な原因。

3 つの異なる環境ゾーンを通じて廃水をインテリジェントに循環させることで、 嫌気性 (酸素も硝酸塩もありません)、 酸素欠乏症 (酸素なし、硝酸塩あり)、および 酸素 (通気) - A2O システムは微生物の多様な生態系を作成します。これらの微生物は調和して働き、有機物を分解し、アンモニアを無害な窒素ガスに変換し、汚泥中のリンを生物学的に捕捉します。

A2O プロセスが重要なのはなぜですか?

• シンプルさ: 化学添加剤を必要とせずに、単一の汚泥システムで窒素とリンを同時に除去します。
• 効率: 廃水中に自然に存在する有機炭素を利用して脱窒プロセスの燃料とし、追加の炭素源の必要性を減らします。
• 持続可能性: 栄養負荷を軽減することで、受け入れ水域での有毒な藻類の繁殖を防ぎ、水生生物と人間の健康を守ります。

廃水処理目標の理解

A2O プロセスの優雅さを理解するには、まず A2O プロセスが戦う敵を理解する必要があります。廃水処理は単に水を透明に見せるだけではありません。それは、自然のバランスを崩す目に見えない化学汚染物質を除去することです。

従来の治療では次のことに重点が置かれていましたが、 カーボン (BOD/CODとして測定)および 固体 (TSS)、A2O のような高度なプロセスは、次の課題に取り組むように設計されています。 栄養素 .

三大汚染物質

1. 有機物（BOD/COD）

• それは何ですか: 生分解性廃棄物（生ゴミ、し尿）。
• 危険: 未処理で放出されると、川や湖のバクテリアがこの物質を積極的に消費します。そうすることで、水中の溶存酸素をすべて使い果たし、魚や他の水生生物を窒息させます。
• A2Oの役割: A2O プロセスは、主に嫌気性ゾーンと無酸素性ゾーンで有機物を除去し (特定の反応の燃料として使用)、有酸素ゾーンで作業を完了します。

2. 窒素（アンモニアと硝酸塩）

• それは何ですか: 窒素は主に尿素とタンパク質を介して廃水に入ります。
• 危険:
  • 毒性: 高レベルのアンモニアは魚にとって直接有毒です。
  • 富栄養化: 窒素は藻類の肥料として働きます。藻類が死んで腐ると、酸素が枯渇します (デッドゾーン)。
• A2Oの役割: A2O プロセスは有毒なアンモニア (NH3) を変換します。 ₄ ) を硝酸塩 (いいえ) ₃ ^- ）、酸素を取り除いて無害な窒素ガス（N ₂ ）。

3. リン

• それは何ですか: 洗剤、石鹸、し尿に含まれています。
• 危険: リンは通常、淡水中の「制限栄養素」です。ほんの少しの添加でも、大量の制御不能な藻類の発生を引き起こし、水を緑色にして有毒に変える可能性があります。
• A2Oの役割: これが A2O プロセスの特徴です。嫌気性ゾーンでバクテリアにストレスを与えることにより、システムは酸素性ゾーンでバクテリアに大量のリンを吸収させ、汚泥内にリンを捕捉して水から除去できるようにします。

A2O プロセス フロー: ステップバイステップの旅

A2O プロセスは廃水の継続的な旅であり、さまざまな種類のバクテリアに有利な特定の環境条件を作り出すように設計されています。その成功の鍵は、タンク自体だけではなく、タンク間で水と汚泥を移動させる 2 つの重要な再循環ループにあります。

1. 無酸素ゾーン（セレクター）

これは、プロセスが開始される最初のコンタクト ゾーンです。

• 流入: 生の流入廃水（有機「食物」が豊富）は、 活性汚泥（RAS）の返送 二次清澄器から。
• 環境: 厳密な嫌気性。溶存酸素は存在しません(O) ₂ )、硝酸塩は含まれていません (NO ₃ ）。
• 主要なプロセス (P-リリース): このストレスフルな環境の中で、 リン酸蓄積生物 (PAO) が選択されます。彼らは廃水から揮発性脂肪酸 (VFA) を消費し、そのためのエネルギーを得るために内部のポリリン酸結合を破壊し、オルトリン酸を液体中に放出します。

2. 無酸素ゾーン（脱窒）

廃水は嫌気ゾーンから無酸素ゾーンに流れ、そこで大量のリサイクル水の流れと合流します。

• 流入: 嫌気ゾーン混合酒 社内混合酒リサイクル (IMLR) オキシックゾーンから。
• 環境: 酸素欠乏症. There is no free dissolved oxygen, but there is chemically bound oxygen in the form of nitrates (NO ₃ ）IMLRによって持ち込まれました。
• 主要プロセス (脱窒): 従属栄養細菌は残った有機物を食物源として利用します。呼吸するために、彼らは硝酸塩分子から酸素原子を取り除きます（NO ₃ ）、窒素ガス（N ₂ ）、水から無害に泡立ちます。これが窒素除去の主なメカニズムです。

3. オキシックゾーン (好気性エンジン)

これは、空気が活発に導入される、最大かつ最も活発なゾーンです。

• 流入: 無酸素地帯の混合酒。
• 環境: エアロビック。高レベルの溶存酸素はディフューザーまたはエアレーターによって維持されます。
• 主要プロセス 1 (硝化): 独立栄養細菌（ ニトロソモナス そして ニトロバクター ) 有毒なアンモニア (NH を変換) ₄ ) 硝酸塩 (NO ₃ ）。
• 主要プロセス 2 (高級 P-取り込み): 現在、酸素が豊富な環境にある PAO は、水から大量のリン酸塩を「贅沢に取り込み」、内部貯蔵量を再構築し、液相からリン酸塩を除去します。
• スプリット: このゾーンの終わりでは、硝酸塩が豊富な混合液の大部分がポンプでポンプでポンプで戻され、ポンプで無酸素ゾーンに戻されます。 IMLR 残りは清澄器に流れます。

4. 二次清澄器（分離）

最終段階は物理的な分離プロセスです。

• 流入: オキシックゾーンの混合酒。
• プロセス: 生物学的フロック（汚泥）はタンクの底に沈み、上部には透明な処理水が残ります。
• 流出（排水）： 透明な上澄みは堰を越えて処理排水として排出されます。
• 汚泥管理: 沈殿した汚泥は最初に戻して再利用されます。 RAS 生物学的個体群を維持するため、またはシステムから除去するため 廃棄物活性汚泥（WAS） リンと過剰なバイオマスを永久に除去します。

A2O プロセスの中核段階

A2O プロセスは、単一スラッジ懸濁成長システムです。直線的に見えますが、その効率は内部再循環に大きく依存します。廃水は 3 つの異なる環境ゾーンを通過し、それぞれが異なる汚染物質をターゲットとする特定の細菌群集を培養します。

【A2Oプロセスフロー図のイメージ】

1. 無酸素ゾーン（セレクター）

これは、生の流入廃水が返送活性汚泥 (RAS) と混合する最初の接触ゾーンです。

• 環境: 厳密な嫌気性条件。遊離酸素は存在しません (O ₂ )、結合酸素 (硝酸塩/亜硝酸塩) はありません。
• メカニズム (リン放出): このストレスフルな環境の中で、 リン酸蓄積生物 (PAO) が支配的です。生き残るために、彼らは廃水から揮発性脂肪酸 (VFA) を消費します。これらの VFA を吸収するのに必要なエネルギーを得るために、PAO は内部のポリリン酸結合を分解し、オルトリン酸を液体中に放出します。
• 結果: 皮肉なことに、リン酸塩濃度は 増加する この段階では。この「解放」は、後に起こる「贅沢品の摂取」に必要な前兆です。

2. 無酸素ゾーン（脱窒）

廃水は嫌気ゾーンから無酸素ゾーンに流れます。ここでは、重要な内部リサイクル ループにより、硝酸塩が豊富な混合液がプロセスの最後 (酸素ゾーン) から戻されます。

• 環境: 酸素欠乏症 conditions. There is no free dissolved oxygen, but chemically bound oxygen is present in the form of Nitrates (NO3 ^- ）。
• メカニズム（脱窒）： 従属栄養細菌は排水中に残存する有機物（BOD）を餌として利用します。呼吸するために、彼らは硝酸塩から酸素分子を剥ぎ取ります。
• 化学シフト: このプロセスは硝酸塩（NO3）を変換します。 ^- )を窒素ガス(N ₂ ）、水から無害に泡立ちます。
  NO3 ^- → NO2 ^- → NO → N ₂ O → N ₂
• 結果: 全窒素を大幅に除去。

3. オキシックゾーン（好気性トリートメント）

これは生物学的最終段階であり、機械的な表面エアレーターまたは拡散空気システムによってエアレーションが導入されます。

• 環境: 溶存酸素 (DO) レベルが高い (通常 2.0 mg/L 以上) 好気的条件。
• メカニズム A (硝化): 独立栄養細菌（ ニトロソモナス そして ニトロバクター ) アンモニア (NH を変換) ₄ ) を硝酸塩 (NO3) に変換 ^- ）。 This nitrate is then recycled back to the Anoxic zone to be removed.
• メカニズム B (贅沢なリンの摂取): PAO は酸素が豊富な環境に置かれ、過剰状態になります。それらは、貯蔵された有機物（嫌気相で吸収される）を酸化して、リン酸塩貯蔵量を補充します。彼らは以前に放出したよりもはるかに多くのリン酸塩を吸収します。

• 結果: アンモニアは酸化され、液相のリン酸塩はバクテリアの内部に閉じ込められると大幅に減少します（最終的には汚泥として除去されます）。

A2O プロセス効率に影響を与える要因

A2O プロセスは生物学的なバランスを取る行為です。このシステムは生きた微生物に依存しているため、環境の変化に敏感です。最適な栄養素除去を達成するには、オペレーターはいくつかの重要な要素を注意深く監視し、制御する必要があります。

1. 溶存酸素 (DO) の管理

これは最も重要なパラメータです。各ゾーンの細菌が機能するには、特定の酸素環境が必要です。

• 嫌気性 Zone: 厳密に嫌気的でなければなりません (DO ≅ 0 mg/L)。ここに酸素が少量でも存在すると、リンの放出が止まります。
• 酸素欠乏症 Zone: DO は低く (DO < 0.5 mg/L)、硝酸塩は多くなければなりません。 DO がこのゾーンに入ると (例えば、過度の乱流や過剰に空気を含ませた返送汚泥によって)、細菌は硝酸酸素の代わりに遊離酸素を使用し、脱窒を停止します。
• 酸素 Zone: 十分な DO (2.0 ～ 3.0 mg/L) が必要です。レベルが下がりすぎると硝化が止まります。レベルが高すぎる場合、エネルギーを浪費し、過剰な酸素をリサイクルループ経由で無酸素ゾーンに送り返します。

2. 内部循環率

A2O プロセスの「心臓部」はポンプです。

• IMLR (内部混合酒リサイクル): これにより、硝酸塩がどの程度除去されるかが決まります。標準的な比率は、 200% ～ 300% 流入流の。この比率が低すぎると、硝酸塩が排水中に漏れ出します。高すぎると混合液が薄まり、滞留時間が短くなります。
• RAS (返送活性汚泥): これにより、嫌気性ゾーンに十分なバイオマスが確保されます。通常は次のように設定されます。 50% ～ 100% 流入流の。

3. 温度とpH

細菌が異なれば、「コンフォートゾーン」も異なります。

• 温度: 硝化菌（酸素ゾーン）は寒さに非常に弱いです。 12未満 ℃ 、その活性は大幅に低下し、排出物中に高アンモニアが含まれる危険性があります。
• pH: 硝化はアルカリ性を消費し、自然に pH を低下させます。 pHがそれ以下に下がった場合 6.5 、細菌は活動を停止します。作業者は多くの場合、pH を 7.0と8.0 .

4. 炭素対栄養素の比 (C:N:P)

バクテリアが活動するには食物（炭素）が必要です。

• 脱窒 有機炭素が必要です。廃水が「弱い」（BOD が低い）場合、無酸素ゾーンではバクテリアが硝酸塩を分解するための十分な餌がありません。
• リンの除去 揮発性脂肪酸 (VFA) に依存しています。流入水に VFA が欠けている場合、リンの除去は不十分になります。

A2Oプロセスの長所と短所

A2O は生物学的栄養素除去のゴールドスタンダードですが、「インストールしたら後は忘れる」システムではありません。従来の活性汚泥と比較すると、一長一短があります。

利点 (長所)

• 栄養素の同時除去: 個別の化学沈殿段階を必要とせず、単一の汚泥システムで BOD、窒素、リンを効果的に除去します。
• コスト効率の高い運用: 無酸素ゾーンで BOD を酸化するために (空気の代わりに) 硝酸塩を使用することにより、プロセスは酸素を回収し、全体的な曝気エネルギー需要を削減します。
• 改善された汚泥特性: 嫌気性セレクターゾーンは、しばしば「汚泥のバルキング」を引き起こす糸状細菌の増殖を抑制します。これにより、浄化装置内でのスラッジの沈降が改善されます。
• 化学物質無添加: リンの除去には、高価な化学凝固剤 (ミョウバンや塩化第二鉄など) ではなく、生物学的メカニズムに依存しています。

デメリット（短所）

• 影響を受ける品質に対する感度: このプロセスは、未処理下水中の BOD と窒素/リンの比率に大きく依存します。流入水の有機物（炭素）が少ない場合、除去効率は大幅に低下します。
• 操作の複雑さ: 2 つのリサイクル ループ (RAS と IMLR) のバランスをとるには、熟練したオペレーターと正確な制御システムが必要です。
• 硝酸塩フィードバック: 内部リサイクルが正しく管理されていない場合、硝酸塩が嫌気ゾーンに逆流する可能性があります。嫌気性ゾーンの硝酸塩は、リン除去機構に対して毒として作用します。
• より高い初期資本: 3 つの別々のゾーン、内壁、ミキサー、リサイクル ポンプが必要なため、単純な曝気タンクに比べて初期建設コストが増加します。

A2O の実世界への応用

A2O プロセスは多用途で拡張性があり、さまざまな廃水処理シナリオに適した選択肢となっています。

1. 都市排水処理

これは最も一般的なアプリケーションです。世界中の都市は、川や湖への窒素とリンの排出を禁止する厳しい排水基準を満たすために A2O を使用しています。

• 改造: A2O の最大の強みの 1 つは、バッフル (壁) を設置して 3 つのゾーンを作成し、再循環ポンプを追加するだけで、多くの既存の「プラグフロー」曝気タンクを A2O システムに改造できることです。
• スケール: 中規模から大規模のプラント (人口 10,000 人から 1,000,000 人以上) に効果的です。

2. 産業用途

栄養素を多く含む有機廃棄物を生成する産業では、A2O が特に効果的であることがわかります。

• 食べ物と飲み物: 乳製品工場、醸造所、食肉処理場では、窒素とリンを多く含む廃水が生成されることがよくあります。 A2O は、これらの施設が過剰な化学薬品コストをかけずに環境排出許可を満たすのに役立ちます。
• 肥料工場: これらの施設は高濃度のアンモニアを扱うため、A2O の硝化/脱窒機能が不可欠です。

メンテナンスとトラブルシューティング

完璧に設計された A2O システムであっても、運用上の課題に直面する可能性があります。生物学的システムは動的です。天候、流入成分の変化、または機器の故障により、細菌の微妙なバランスが崩れる可能性があります。

一般的な運用上の問題と解決策

以下の表は、A2O プラントでオペレーターが直面する最も頻繁な問題とその解決方法をまとめたものです。

予防メンテナンスのヒント

• センサーの校正: A2O プロセスは、DO センサーと硝酸塩センサーを利用してポンプを制御します。これらを毎週調整してください。
• ミキサーのメンテナンス: 嫌気ゾーンと無酸素ゾーンでは、水中ミキサーを使用して、酸素を加えずに固体を懸濁状態に保ちます。ミキサーが故障すると、固形物が沈殿し、タンクの有効容積が減少します。
• ポンプの検査: 内部リサイクルポンプ (IMLR) は継続的に動作します。突然の故障を防ぐためには、定期的な振動解析とシールチェックが重要です。

A2O プロセスに関するよくある質問 (FAQ)

Q: A/O プロセスと A2O プロセスの主な違いは何ですか?
答え: 標準的な A/O (嫌気性酸素) プロセスは、主に次の目的のために設計されています。 リン 除去。 「無酸素」ゾーンと内部硝酸塩リサイクルがないため、窒素を効果的に除去できません。 A2O (嫌気性-無酸素性-酸素性) は、中間ステップを追加して除去します。 両方 窒素とリン。

Q: なぜ嫌気ゾーンには硝酸塩が存在しない必要があるのですか?
答え: 硝酸塩が嫌気性ゾーンに存在する場合、細菌は廃水を発酵させる代わりに硝酸塩からの酸素を呼吸に使用します。これにより、リン蓄積生物 (PAO) がリンを放出するために必要な「ストレス」状態が妨げられ、生物学的リン除去プロセスが事実上中断されます。

Q: A2O システムの標準的な除去効率はどれくらいですか?
答え: 適切に運用された A2O プラントは通常、次のことを達成できます。

• BOD/COD: > 90%
• 全窒素 (TN): 60%～80%（社内リサイクル率による制限あり）
• 全リン (TP): 70% – 90%

Q: MLSS とは何ですか? A2O において MLSS が重要なのはなぜですか?
答え: MLSSはの略です 混合酒懸濁固形分 。タンク内のバクテリア（バイオマス）の濃度の尺度です。 A2O システムでは、MLSS は通常 3,000 mg/L ～ 5,000 mg/L の間に維持されます。低すぎると、水を処理するのに十分なバクテリアが存在しません。高すぎると、清澄器に過負荷がかかる可能性があります。

Q: A2O プロセスは厳しい総窒素制限 (例: < 3 mg/L) を満たすことができますか?
答え: 標準的な A2O は、単一の内部リサイクル ループに依存しているため、非常に低い窒素制限に達するのに苦労することがよくあります。 3 ～ 5 mg/L 未満の制限を満たすために、植物は多くの場合、脱窒を促進するために二次無酸素ゾーン (改良バルデンフォ プロセス) または外部炭素源 (メタノールなど) の追加を必要とします。

Q: 私の A2O プラントでは、浄化装置内で「スラッジの上昇」が発生しているのはなぜですか?
答え: スラッジの上昇は通常、次のような原因で発生します。 制御されていない脱窒 清澄器の中。汚泥がそこに長く放置されすぎると、バクテリアが残った硝酸塩を窒素ガスの泡に変え、汚泥に付着して表面に浮き上がらせます。解決策は、活性汚泥 (RAS) の返送速度を上げて、汚泥を浄化装置からより速く取り出すことです。