MBBR と活性汚泥プロセス (ASP): 比較と改修選択ロジック

はじめに

活性汚泥プロセス (ASP) は、都市廃水処理において最も広く適用されている生物学的処理プロセスですが、MBBR はシステムに付着増殖バイオフィルムを導入して、「浮遊付着」増殖の二重バイオマス体制を作り出します。

この 2 つは互いの代替品ではありませんが、異なるシナリオに適しています。新しいプラントの場合は、設置面積と排水の要件に応じて決定が行われますが、改修の場合は、既存のタンクと投資の制約に応じて決定されます。

この記事では、活性汚泥タンクを MBBR (ハイブリッド) に転換するための選択ロジックと主要な考慮事項に焦点を当てながら、設置面積、汚泥濃度、耐衝撃性、エネルギー消費、運用とメンテナンス、改修の難易度という 6 つの側面にわたって 2 つのプロセスを比較し、一般化された自治体の能力拡張ケーススタディが含まれています。

原理の違い: 一時的な成長と付随する成長

ASP は有機物と窒素を除去するために懸濁活性汚泥 (MLSS 2 ～ 5 g/L 標準値) に依存しています。 MBBRは浮遊バイオフィルム担体をタンク内に添加（充填率20%～50%、参考値）し、培地表面にバイオフィルムを付着させます。

これにより、タンクの単位体積当たりのバイオマスが増加し、バイオフィルム内の DO 勾配により、硝化と脱窒の同時発生に有利な好気性/無酸素性の微環境が自然に形成されます。

MBBR は北欧 (1980 年代、ノルウェー) で生まれ、ヨーロッパの既存戦車の改修に広く使用されています。中国に導入されてから、地方自治体の改良/拡張プロジェクトや産業排水用途で急速に普及しました。

6 次元の比較

選択決定ロジック

新しいプラント: 排水要件とサイトの制約に従って選択してください

排水要件が厳しく、土地が不足している場合、MBBR と MBBR ASP の組み合わせ (ハイブリッド) により、より小さいタンク容積内で COD とアンモニアのコンプライアンスを同時に満たすことができます。

MBBR は、汚泥の発生量が少ないため、施設が汚泥処理コストに敏感な場合にも魅力的です (参考: BOD5 除去量 1 kg あたり約 0.3 ～ 0.5 kg の汚泥で、従来のプロセスよりも低い)。

ただし、メディアへの投資と画面の保持メンテナンスはライフサイクル全体のコストに含める必要があります。建設段階だけを考慮すべきではありません。

改修プロジェクト: 量の制約と厳格な排水基準が主な推進要因

中国の多くの地方自治体の工場は「生産能力の拡大による排水基準の厳格化」（例：クラスBからクラスAレベル1へのアップグレード）という二重の要求に直面している一方、ヨーロッパや北米では老朽化した施設の改修と負荷の増大が一般的となっている。

追加の土地が利用できない場合、既存の好気性タンクをハイブリッド MBBR に変換するのが一般的な方法です。既存のタンクに培地を注入し、保持スクリーンを設置することで、処理能力と硝化能力を向上させることができ、通常は新しいタンクを建設するよりも投資が少なくて済みます (参考)。

一般化したケーススタディ: 市営工場の能力拡張改修

都市下水処理プラントは当初、従来の活性汚泥プロセス (酸化溝) を使用し、排水が地域のクラス B 基準を満たす 15,000 m3/日向けに設計されました。

サービスエリアの人口増加により、工場を 22,000 m3/日まで拡張し、クラス A レベル 1 にアップグレードする必要がありましたが、取得可能な土地がありませんでした。

この解決策により、酸化溝の好気ゾーンの一部がハイブリッド MBBR に変換されました。高比表面積媒体 (500 m2/m3、代表値) が有効容積の 30% で投与され、廃液保持スクリーンが設置され、曝気システムが再検査されました (空気流量が約 25% 増加、例の値)一方、既存の汚泥返送システムは維持されました。

改修後は、新しいタンクを追加することなく、処理能力が約 40% 増加し、冬季のアンモニアは安定した準拠を維持しました。

このケースは一般化された説明です。特定のパラメータは、実際のプロジェクトの計算によって検証する必要があります。

活性汚泥タンクをMBBR（ハイブリッド）に変換するための重要な考慮事項

メディアの保存

媒体が流出物と一緒に流出するのを防ぐために、信頼性の高い保持スクリーンを流出物側に取り付ける必要があります。スクリーンギャップはメディアの最小寸法（参考値）より小さくする必要があります。

エアレーションの再チェック

媒体の流動化には十分な通気強度が必要です。改修前にブロワー能力の余裕やディフューザーのレイアウトを確認し、必要に応じてファインバブルディフューザーを交換または追加してください。

混合と返却

ハイブリッド モードでは、バイオフィルムと浮遊汚泥が確実に連携するように、浮遊汚泥の MLSS は通常 2 ～ 4 g/L (参考) です。

無酸素/嫌気ゾーンには培地を追加せず、隔壁の開口部は培地の横流れを防ぐように設計する必要があります。

メディアの選択

EU 市場では PE 円筒形メディアが一般的ですが、北米市場では多孔質タイプのメディアがより広く受け入れられています (参照)。

比表面積と形状はタンクの深さと曝気強度に一致する必要があり、事前にパイロットテストを行うことをお勧めします。

低温と地域差

北米北部や北欧では冬季の水温が低いため、改修後は冬の条件に合わせて硝化量を再確認する必要があります。

中国北部でも同様に温度マージンが必要であり、流入水にグリースや毛髪が多く含まれる場合、媒体の絡みやスクリーンの詰まりを防ぐために頭首工でのスクリーニングと脱脂を強化する必要があります。

よくある質問

Q1: ハイブリッド MBBR には汚泥の廃棄が必要ですか?

はい。活性を維持するには、SRT に従って浮遊汚泥部分を定期的に廃棄する必要があります。通常、その量は単に純粋な活性汚泥システムよりも少ないだけであり (参考)、汚泥のバルキングの問題は基本的に回避されます。

Q2: 改修後も既存の曝気システムで常に十分ですか?

必ずしもそうとは限りません。培地の流動化により、通気抵抗と酸素要求量が大幅に増加します。

一般的には、実際のブロワーの空気流量とディフューザーの酸素伝達効率を測定し、再計算します。ほとんどのプロジェクトでは、ディフューザーの数を調整するか、より効率の高いファインバブルディフューザーに交換する必要があります (参考)。

Q3: MBBR メディアが詰まる可能性はありますか?

通常の動作条件下では、流動媒体は目詰まりしにくいです。

ただし、流入液にグリースや髪の毛が多く含まれている場合、媒体が絡まったり、スクリーンが詰まったりする可能性があります。頭首工場でのスクリーニングと脱脂を強化し、定期的にスクリーンを手動または自動で清掃する必要があります（経験に基づく参考）。

結論

MBBR と活性汚泥プロセスにはそれぞれ適用可能な境界があります。MBBR またはハイブリッド改修は、土地の制約、より厳格な基準による能力のアップグレード、または産業衝撃負荷のあるシナリオでは優先されるに値します。十分な土地があり、操業リソースが限られている従来の新しいプラントの場合、従来の ASP が実績のある信頼できる選択肢として残ります。

選択は、「排水対象土地の制約、全ライフサイクルコストの現地基準（中国GB 18918、EU UWWTD、北米NPDES）」の総合評価に基づいて行われるべきである。

改修プロジェクトの場合は、充填率と曝気スキームを最終決定する前に、3 ～ 6 か月のパイロット テストと水力モデリングを実行することをお勧めします。メディアの選択と改造計算のサポートについては、AquaSust 技術チームにお問い合わせください。

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MBBR VS MBR VS SBR VS SBBR VS ASP

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