短期硝化、短期脱窒とは何ですか?

生物学的脱窒の分野では、短距離硝化と短距離脱窒の 2 つの重要なプロセスです。これらは従来の全範囲の硝化および脱窒経路を突破し、微生物群集構造を調節することによって効率的な窒素除去を達成します。

01 短期硝化

短期硝化とは、生物学的脱窒プロセス中に、アンモニア態窒素の酸化プロセスが特定のプロセス制御手段を介して亜硝酸段階までのみ実行されるプロセスを指します。つまり、アンモニア態窒素 (NH4+) が最初に亜硝酸塩に酸化されます( NO₂⁻)、亜硝酸塩はそれ以上硝酸塩 (NO₃⁻) に酸化されなくなります。このプロセスは主に、アンモニア酸化細菌 (AOB) の活性の増強と硝化細菌 (NOB) の活性の効果的な阻害に依存します。短期硝化の利点は、酸素消費量と炭素源の需要が減少し、その後の脱窒段階の負荷が軽減され、システム全体の脱窒効率が向上することです。

影響を与える要因と最適化戦略:

DO濃度: 硝化細菌を阻害し、アンモニア酸化細菌に利益をもたらすには、DO を 0.5 ～ 1.5 mg/L に厳密に管理する必要があります。

温度とpH値: 適切な温度（20～30℃）と中性～弱アルカリ性のpH環境により、安定した運転が可能です。

短期間の硝化。

SRT（汚泥年齢）: SRT を適切に短縮することは、短期間の硝化細菌の選択培養に役立ちます。

流入負荷: 衝撃による短距離硝化システムの損傷を避けるために、安定したアンモニア態窒素負荷を維持してください。

02 近距離脱窒

短距離脱窒とは、従来の脱窒プロセスにおける NO3- を NO2- に還元するステップを省略し、硝酸塩または亜硝酸塩を窒素ガス (N2) に直接還元することを指します。このプロセスには通常、無酸素環境での脱窒反応のための電子受容体として亜硝酸塩を直接使用できる特別な脱窒細菌が必要です。短距離脱窒は、従来の脱窒プロセスで生成される中間生成物である一酸化窒素 (NO) を回避し、環境圧力を下げるだけでなく、総窒素除去率を向上させ、有機炭素源の投入量を節約することもできます。

影響を与える要因と最適化戦略:

無酸素環境: 厳しい酸素欠乏条件は短距離脱窒の基礎であり、DO は 0.5 mg/L 以下に制御される必要があります。

pH値: pH 6.0 ～ 8.0 は、短距離脱窒細菌の増殖と活動を促進します。

温度： 適切な温度（20～30℃）により脱窒率が高まります。

炭素源の種類と供給: 分解しやすく効率的な炭素源を選択し、炭素供給量を適切に増加して短距離脱窒を促進します。

反応器内の流動状態と混合: 局所的な酸素濃度が過剰になるのを避けるために、反応器内での均一な混合を確保します。

03微生物群集を制御して短期的な硝化・脱窒を実現するにはどうすればよいですか?

溶存酸素の制御: 短期間の硝化の実現は、硝化細菌（NOB）の活性の抑制にかかっています。通常、反応器内の溶存酸素濃度は、アンモニア酸化細菌 (AOB) の正常な動作を確保し、NOB の増殖を抑制できる低いレベルに維持されるように厳密に制御されます。

温度とpHの調整: 微生物の集団が異なれば、環境条件に対する適応性も異なります。リアクターの温度とpH値を調整することにより、対象の細菌群の活動を選択的に促進できます。たとえば、一部の特定の AOB は、低温または特定の pH 範囲内でより高い活性を示す可能性があります。

SRT (スラッジ年齢) と HRT (水圧滞留時間) の最適化: スラッジ年齢とバイオリアクターの水力滞留時間を合理的に設定すると、NOB の増殖を排除または阻害しながら、AOB を選択的に濃縮するのに役立ちます。

交互の曝気と無酸素処理: 断続的な曝気または分割処理を使用して、短期間の硝化および短期間の脱窒を促進する環境条件を作成します。たとえば、最初に好気条件下でアンモニア性窒素を亜硝酸塩に変換し、次にすぐに無酸素条件または嫌気条件に切り替えて、亜硝酸塩を直接窒素に還元します。

阻害剤の追加: メタノール、イソプロパノールなどの特定の化学物質を NOB の阻害剤として使用すると、NOB の活性を効果的に阻害し、それによって短期間の硝化を達成できます。

炭素源追加戦略: 適切な炭素源の添加により脱窒プロセスを制御できるため、硝酸塩の前に亜硝酸塩が電子受容体として使用され、短期間の脱窒が達成されます。

要約すると、一連の正確なプロセス制御方法を通じて、下水処理システムで短期硝化プロセスと短期脱窒プロセスを首尾よく誘導し、安定して運転することができ、それによって脱窒効率が向上し、エネルギー消費量が削減され、副生成物の生成が削減されます。