廃水処理における無酸素ゾーン

序文：

「無酸素ゾーン」とは、廃水処理プラント/システム内の溶存酸素 (DO) が不足している領域を指します。通常、DO が 0.5ppm 未満の水は「酸素欠乏」とみなされます。酸素欠乏状態は、微生物 (細菌) が DO の供給速度よりも速い速度で有機物を酸化するときに発生します。

「無酸素性」の代わりに「嫌気性」が誤って使用されることが多いことに注意してください。 「無酸素」とは特に酸素が存在しないことを意味し、「嫌気性」とは酸素、硝酸塩、硫酸塩などの電子受容体が存在しないことを意味します。

廃水処理は、廃水を安全に処分または再利用し、人間の健康と環境の両方を保護する重要なプロセスです。廃水処理の重要な要素の 1 つは、 無酸素ゾーンは、窒素負荷の削減と処理効率の向上に重要な役割を果たします。 .

無酸素ゾーンとは何ですか?

無酸素ゾーンは、代謝に酸素を必要としない微生物の増殖を促進するために、酸素レベルが意図的に低く保たれる廃水処理プロセスのセクションです。

無酸素ゾーンは通常、一次沈殿タンクの後、好気性処理プロセスの前に位置します。脱窒中、微生物は硝酸塩と亜硝酸塩を電子受容体として使用し、酸素を必要とせずに廃水中の有機物を分解することができます。このプロセスでは廃水中の窒素量が削減されるだけでなく、大気中に放出される無害な副産物である窒素ガスも生成されます。

無酸素ゾーンが重要なのはなぜですか?

廃水中の過剰な窒素は、富栄養化などの環境問題を引き起こす可能性があります。富栄養化では、過剰な栄養素濃度が植物や藻類の過剰な成長につながり、水域の酸素レベルが枯渇し、水生生物に害を及ぼす可能性があります。好気性処理工程前の窒素負荷を低減することで、全体の処理効率が向上し、処理排水の環境負荷が低減されます。

これは、処理された廃水が敏感な水生生態系に排出される地域では特に重要です。

無酸素ゾーンの設計と運用:

無酸素ゾーンの設計と運用は、窒素負荷を削減する有効性を実現するために重要です。無酸素ゾーンのサイズと形状、廃水の流量、炭素源の種類と量はすべて、脱窒率の決定に影響します。適切な監視および制御システムを使用すると、無酸素ゾーンが効果的に動作していることを確認できます。

より大きな無酸素ゾーンは、脱窒細菌が成長し、有機物を分解するためのより多くのスペースを提供しますが、より小さな無酸素ゾーンは、不完全な脱窒をもたらす可能性があります。無酸素ゾーンの形状もその有効性に影響を与える可能性があり、一部の設計では廃水と微生物の混合と分散が促進されます。

流速が遅いと脱窒が起こるまでの時間が長くなりますが、流速が速いと完全な脱窒に十分な時間が得られない可能性があります。水力滞留時間 (HRT) は、無酸素ゾーンの適切な流量を決定するために使用される重要なパラメータであり、一般に HRT が長いほど脱窒率が高くなります。

脱窒細菌は、脱窒を実行するために有機炭素源を必要とし、炭素源の入手可能性と種類が脱窒効率に影響を与える可能性があります。一般的な炭素源にはメタノール、エタノール、酢酸塩などがあります。炭素源の適切な量と種類は、窒素負荷や処理される廃水の種類などの要因によって異なります。

課題と限界:

無酸素ゾーンは窒素負荷の削減に効果的ですが、多くの課題や制限にも直面する可能性があります。課題の 1 つは、脱窒を促進するために不可欠な炭素源の入手可能性です。場合によっては、炭素源の量が必要な微生物の活動をサポートするには不十分である可能性があり、無酸素ゾーンの有効性が制限される可能性があります。その他の課題としては、廃水中に他の汚染物質が存在することが挙げられ、これにより脱窒が阻害され、処理プロセス全体の効率が低下する可能性があります。

有機炭素の入手可能性は限られています: 無酸素ゾーンの主な制限の 1 つは、廃水中に利用できる有機炭素が限られていることです。脱窒には脱窒菌がエネルギー源として使用する有機炭素源が必要であり、炭素源が限られていると脱窒効率が低下することがあります。

他の微生物プロセスとの競合: 無酸素ゾーンは、硝化やリン除去など、廃水処理システム内の他の微生物プロセスとの競合にも直面する可能性があります。これらのプロセスは利用可能な炭素源を消費し、脱窒に利用できる有機炭素を制限する可能性があります。

環境要因に対する敏感さ: 無酸素ゾーンは、温度、pH、酸素の利用可能性などの環境要因の変化に敏感になる可能性があります。これらの要因の変化は、脱窒細菌の活動に影響を与え、脱窒効率を低下させる可能性があります。

高いエネルギー要件: 場合によっては、無酸素ゾーンでは、望ましい環境条件を維持するために大量のエネルギー投入が必要となる場合があります。たとえば、廃水中の適切な混合と酸素レベルを維持するために、再循環システムや曝気が必要になる場合があります。

特定の廃水タイプへの適用は限定的: 無酸素ゾーンは、有機含有量が低い廃水や、硝酸塩や亜硝酸塩に容易に変換できない形態の窒素を高レベルで含む廃水など、特定の種類の廃水の処理には効果的ではない場合があります。

メンテナンスの課題: 無酸素ゾーンでは、適切な動作を保証し、詰まりや細菌汚染などの問題を防ぐために、定期的なメンテナンスと監視が必要です。