スラッジの膨張の原因とその解決方法

直接的な答え: 汚泥のバルキングは、活性汚泥が二次浄化装置内で適切に沈降できず、流出水への固体のキャリーオーバーを引き起こす場合に発生します。症例の90％以上は糸状菌の異常増殖が原因です。残りのケースには、非繊維状メカニズム、つまりエキソポリマーの過剰生産による粘性バルキングと特定の有機酸による動物球状バルキングが含まれます。根本的な原因は、ほとんどの場合、動作の不均衡（溶存酸素の低下、F/M 比の低下、栄養欠乏、温度ショックなど）であり、ランダムな生物学的事象ではありません。

スラッジバルキングとは何ですか?

汚泥のバルキングは、活性汚泥プロセスにおける沈降障害です。二次浄化装置の底部でスラッジがきれいに圧縮されるのではなく、大量のゆっくりと沈降する塊を形成し、流出堰に向かって上昇します。

標準的な診断方法は、 汚泥量指数（SVI） :

SVI（mL/g）＝30分後の沈降汚泥量（mL/L）／MLSS（mg/L）×1000

SVI が高いということは、1 グラムの汚泥がより多くの体積を占めることを意味します。つまり、汚泥はふわふわしていて軽く、分離が困難です。その結果、二次浄化装置の性能が低下し、排水のTSSが上昇し、生物処理効率が低下します。

2種類の汚泥バルキング

タイプ 1: 糸状の膨張 (症例の >90%)

糸状細菌は健全な活性汚泥の正常な部分であり、フロック粒子の構造的骨格を形成します。問題は、それらが過剰に増殖し、微生物群集を支配するときに始まります。

糸状生物は、フロック形成細菌よりもはるかに高い表面積対体積比を持っています。低DO、低基質、低栄養素というストレス条件下では、この比率が競争上の優位性をもたらします。つまり、フロック形成剤よりも効率的に溶存酸素と基質を捕捉できるのです。それらが閾値を超えて増殖すると、フロックマトリックスから外側に広がり、スラッジが圧縮されるのを物理的にブロックします。

構造パターンは 2 つあります。

• オープンフロック/フロック間ブリッジング — フィラメントがフロック粒子の間に伸び、水を捕捉して圧縮に耐える緩く接続されたネットワークを形成します。
• 立体障害 — 個々の微生物が非常に大きいため、他のフロック粒子が正常に沈降するのを妨げます

下水処理場で最も一般的に確認されている糸状生物は次のとおりです。

フィラメント状のバルキングの原因 マイクロトリクス・パルビセラ これは、低温、低負荷条件と強く関連しています。これは、A2O またはオキシデーション ディッチ構成を実行している地方自治体のプラントでは一般的な冬季現象です。中国の A2O プラントでの本格的な研究では、汚泥負荷が 0.05 kg COD/(kg MLSS・日) を下回った冬季に、SVI が 265 ± 55 mL/g でピークに達しました。

タイプ 2: 非繊維状のバルキング (症例の 10% 未満)

非糸状のバルキングは、フロックを形成する細菌自体が機能不全に陥ると発生します。フィラメントが引き継ぐためではなく、フロック内の細菌が異常な量の細胞外ポリマー物質 (EPS) を生成し、フロックをゼラチン状で保水性のあるものにするためです。

2 つのサブタイプ:

粘性（スライム）の増量 — 細菌は、栄養欠乏（特に窒素またはリンの欠乏）下で過剰な多糖類の粘液を生成します。スラッジは顕微鏡で見ると半透明でゲル状に見えます。 SVI は高いですが、フィラメント数は正常です。アンスロン試験（汚泥多糖類の測定）では値の上昇（>20%）が示され、これが動物のバルキングと区別されます。

動物園のバルキング — ズーグロエア バクテリアは、高 F/M 条件下、または特定の有機酸やアルコールが流入水 (敗水または発酵廃水から) を支配する場合に異常増殖します。汚泥は顕微鏡下で指状またはアメーバ状の塊を形成します。糸状のバルキングとは異なり、動物のバルキングは、低い基質濃度ではなく高い基質濃度と関連しています。

根本原因: バルクの実際の引き金となるもの

引き金を理解することが不可欠です。根本原因を解決せずに症状を治療する（塩素を投与する）ことは、一時的な症状の軽減しか得られません。

原因 1: 溶存酸素 (DO) が少ない

最も一般的な動作上の原因。 曝気槽内の DO が 1.0 ～ 1.5 mg/L を下回ると、より高い表面積を持つ糸状細菌が、利用可能な限られた酸素をめぐって凝集形成細菌を打ち負かします。

安定活性汚泥の目標DO： 最低2.0mg/L 、2.0〜3.0 mg/Lが持続します。

低 DO 増量生物: タイプ 021N、 ハリスコメノバクター水腫症 、 スファエロティルス・ナタンス .

原因 2: F/M 比が低い (汚泥負荷が少ない)

全体的に糸状のバルキングの最も一般的な根本原因。 F/M (食品対微生物比) は、1 日あたりの MLSS の単位質量当たりのシステムに供給される BOD の質量です。

F/M = BOD 負荷量 (kg/日) / 曝気槽内の MLSS (kg)

F/M が低い場合、基質が不足します。糸状細菌は体積に対する表面積の比が高く、フロック形成細菌よりも限られた基質を除去する能力が優れています。彼らは支配します。

実際的な解決策は、より多くの汚泥を廃棄する（WAS 率を増加する）ことで MLSS を減らすか、より高い有機負荷を受け入れることによって F/M を増加させることです。拡張曝気プラントは低 F/M で稼働するように設計されているため、構造的に危険にさらされています。

原因3：栄養素の欠乏（NとP）

活性汚泥バクテリアは細胞塊を構築するために窒素とリンを必要とします。一般的な最小比率は次のとおりです。

BOD : N : P = 100 : 5 : 1

流入水の BOD/N 比が 100:4 を超えると、窒素が制限されます。細菌は未分解炭素から過剰な EPS を生成することで反応します。細胞増殖に同化できない BOD は細胞外多糖として蓄積されます。これは、粘性（非フィラメント状）のバルキングを直接引き起こします。

食品加工、醸造、化学プラントなどの産業廃水処理では、廃水には炭素が多く含まれているものの、窒素やリンは最小限しか含まれていない可能性があるため、栄養素が欠乏した流入水が非常に一般的です。

修正: 外部窒素 (硫酸アンモニウム、尿素) とリン (リン酸) を追加して、最小の BOD:N:P 比を達成します。

原因 4: 敗血症または硫化物を多く含む流入物

廃水が曝気されずに収集パイプまたは貯留タンクに長期間放置されると、嫌気条件が発生し、硫化物 (H₂S) が蓄積します。硫化物に有利なフィラメント — チオスリックス 、 ベジャトア 、 Type 021N — proliferate when this sulfide-laden influent enters the aeration tank.

ある長期にわたる本格的な研究では、 チオスリックス バルキングにより、乳製品下水処理場で汚泥の流出が繰り返し発生しました。 チオスリックス その存在量は微生物群集全体の 51.9% に達しました。標準対照（ポリ塩化アルミニウムの添加、VFAの削減）は効果がありませんでした。定期的な汚泥枯渇サイクルのみを実施すると削減される チオスリックス 51.9%から1.0%に改善し、安定したセトリングを回復しました。

修正: 流入水が曝気槽に入る前に事前曝気するか、収集システムに鉄塩を投与して硫化物を沈殿させます。

原因 5: 突然の有機的または油圧的負荷の変化 (衝撃荷重)

BOD、流量、または毒性抑制剤の突然の増加により、凝集形成剤とフィラメントの間のバランスが一時的に崩れる可能性があります。環境変化により敏感なフロック形成細菌が選択的に阻害されます。環境耐性がより高い糸状細菌は、隙間の中で生き残り、増殖します。

これは、バッチ排水を受ける工業プラントや、雨水の流入を受ける自治体プラントで特によく見られます。

原因 6: 温度の影響

低温では、糸状細菌よりもフロック形成細菌の代謝が遅くなります。 マイクロトリクス・パルビセラ 特に寒さに適応し、15℃以下で増殖します。温帯気候の都市の植物は、冬に糸状の膨張現象を頻繁に経験しますが、春に気温が上昇すると自然に解決します。

逆に、非常に高い温度 (>35°C) では、特定の好熱性フィラメントが優先され、通常のフロック構造が破壊される可能性があります。

汚泥の膨張を診断する方法

バルキングを治療する前に、どのタイプとどの原因が原因であるかを特定してください。間違った原因を治療すると、時間と化学物質が無駄になります。

ステップ 1: SVI を測定する

SVI > 150 mL/g は、沈降の問題を確認します。 SVI > 250 mg/L は、重度のバルキングイベントです。

ステップ 2: 顕微鏡検査

新鮮な混合液サンプルを採取し、倍率 100 ～ 400 倍の位相差顕微鏡で検査します。

ステップ 3: 動作パラメータを確認する

スラッジの膨張を修正する方法

即時対応 (1 ～ 7 日目): 問題を封じ込める

最初の週の目標は、根本原因に対処しながら、浄化剤のオーバーフローを防ぐことです。

活性汚泥（RAS）回収率の向上 — 浄化装置から汚泥をより早く引き戻すことで、汚泥ブランケットが排水堰まで上昇するのを防ぎます。 RAS を一時的に流入流量の 75 ～ 100% に増加します。

廃棄活性汚泥（WAS）率の削減 — 直感に反しますが、WAS を一時的に停止または削減すると MLSS が蓄積し、F/M 比が増加し、糸状細菌に不利になります。使用には注意が必要です。DO がすでに低い場合、MLSS が増加すると酸素欠乏が悪化します。

RASラインの塩素化 — RAS パイプへの塩素 (2 ～ 10 mg Cl₂/g MLSS/日) の直接投与は、最も広く使用されている緊急制御です。フロックの外側に伸びる糸状細菌は優先的に塩素にさらされますが、フロック内の細菌は部分的に保護されます。これは一時的な修正であり、根本的な原因には対処しません。過剰摂取は硝化剤を破壊します。

凝集剤添加 — ポリ塩化アルミニウム (PAC) または塩化第二鉄を曝気槽または浄化装置入口に投与すると、非フィラメント状バルキングの短期沈降性が向上します。糸状タイプにはあまり効果がありません。

根本原因の修正 (1 ～ 4 週目): 引き金を取り除く

構造ソリューション: 生物学的セレクター

A セレクター メイン曝気槽の前に配置された小さな接触ゾーン (通常、総曝気量の 5 ～ 10%) で、流入廃水が高い基質濃度で返送汚泥と合流します。

セレクター内の高基質 (高 F/M) 条件下では、フロック形成細菌は基質を急速に取り込み、細胞内ポリマーとして貯蔵します。糸状菌は基質の少ない環境によく適応しますが、基質濃度が高い場合には競合できず、選択的に抑制されます。

3 種類のセレクター:

セレクターは、慢性的な糸状のバルキングを伴う植物、特に拡張された曝気溝や酸化溝などの低 F/M システムに対して、最も信頼性の高い長期的な構造修正です。

スラッジの増大とスラッジの上昇: 混同しないでください

よくある誤診。どちらの状況でも排水中に固形物が発生しますが、原因と解決策はまったく異なります。

スラッジの上昇は、浄化槽内で起こる脱窒によって引き起こされます。NO₃ が N₂ ガスに変換され、スラッジの凝集塊に付着して表面に持ち上げられます。これは排水堰からのバルキングと同じように見えますが、逆の処理ロジックが必要です。

要約: 汚泥増量診断チェックリスト

SVI が 150 mL/g を超える場合は、次のリストを順番に調べてください。

1. 曝気槽の DO を確認します。1.5 mg/L 未満の場合は、直ちに曝気を増やします。
2. F/M 比を確認します — < 0.10 の場合は、WAS レートを増やして MLSS を低減します
3. 流入水の BOD:N:P を確認します。窒素が制限されている場合 (BOD/N > 100:4)、窒素源を追加します。
4. 流入水の硫化物 / 敗血症をチェックします — H₂S が検出可能な場合は、流入水を事前に曝気します
5. 顕微鏡検査の実施 — 糸状形態と非糸状形態を識別する
6. 糸状の場合：一時的な制御として RAS 塩素化を開始します。構造修正の実装（セレクター、DO増加、SRT減少）
7. 非糸状（粘性）の場合：正しい栄養バランス。毒性阻害をチェックする
8. もし マイクロトリクス 冬期：汚泥投入率を増加させます。無酸素セレクターを検討する
9. SVI が 150 mL/g 未満に戻るまで、2 ～ 3 日ごとにモニタリングします。

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