投稿者: ケイト
Email: kate@aquasust.com
日付: 2024 年 11 月 18 日
現在、下水の生物処理応用における代表的なプロセスとしては、主に活性汚泥法と生物膜法が挙げられる。次に、長年の生産実践と理論的研究に基づいて、2 つのプロセス方法を分析し、比較します。
活性汚泥法
プロセスと原理
一般的な活性汚泥プロセスは、曝気槽、沈殿槽、汚泥返送システム、余剰汚泥除去システムから構成されます。
下水と返送された活性汚泥は一緒に曝気槽に入り混合液となります。エアコンプレッサーステーションから送られた圧縮空気は、曝気槽の底部に敷設された散気装置を通って小さな泡となって下水中に流入し、下水中の溶存酸素量を増加させるとともに、混合液を滞留させることを目的としています。激しい興奮と停止状態。溶存酸素、活性汚泥、下水が十分に混合・接触し、活性汚泥反応が正常に進行します。
第一段階では、下水中の有機汚染物質は、その巨大な表面積と多糖類の粘性物質により、活性汚泥粒子によって動物界の表面に吸着されます。同時に、一部の高分子有機物質は細菌の細胞外酵素の作用により低分子有機物質に分解されます。
第 2 段階では、微生物がこれらの有機物質を吸収し、十分な酸素条件下でそれらを酸化および分解して二酸化炭素と水を形成し、その一部は微生物自身の増殖と繁殖に使用されます。活性汚泥反応により、下水中の有機汚濁物質が分解除去され、活性汚泥自体が増殖・成長し、下水が浄化されます。活性汚泥で浄化された混合液は二次沈殿槽に入り、混合液中の浮遊活性汚泥やその他の固形物が沈殿して水と分離されます。浄化された下水は処理水として放流されます。沈殿により濃縮された汚泥は沈殿槽の底から排出され、その大部分は接種汚泥として曝気槽に戻され、曝気槽内の懸濁物質濃度と微生物濃度が確保されます。増殖した微生物は「余剰汚泥」として系外に排出されます。実際、汚染物質の大部分は下水からこれらの余剰汚泥に移動します。
活性汚泥プロセスの原理は、イメージ的に次のように言えます。微生物が下水中の有機物を「食べて」、下水をきれいな水に変えます。本質的に、それは水域の自己浄化の自然なプロセスに似ていますが、以下の点が異なります。人為的な強化により、下水浄化の効果がより優れています。
バイオフィルムプロセス
バイオフィルムプロセス プロセスタイプ。
湿式：生物フィルター、生物タワー、生物ターンテーブル。
浸漬型：接触酸化、ろ材をろ過槽内に浸漬。
流動床タイプ：生物活性炭、砂媒体をタンク内に浮遊させて流動させます。
原理: 家庭下水には多量の有機成分が含まれているため、バイオフィルムプロセスは担体の表面に固定された微生物膜に依存して有機物を分解します。微生物細胞は、水環境内の適切な担体表面にほぼしっかりと付着し、成長し、繁殖することができるため、細胞から伸びる細胞外ポリマーによって微生物細胞は繊維状の絡み合い構造を形成します。したがって、バイオフィルムは通常、多孔質構造と強い吸着特性を持っています。
バイオフィルムは担体の表面に付着しており、親水性の高い物質である。下水が流れ続ける状態では、下水の外側には常に付着した水の層が存在します。
バイオフィルムも微生物の高密度物質です。膜の表面や内部では多数の微生物や微小動物が増殖・繁殖し、有機汚染物質→細菌→原生動物（後生動物）という食物連鎖を形成しています。
バイオフィルムは、細菌、真菌、藻類、原生動物、後生動物、およびその他の目に見える生物学的群集で構成されています。下水が担体の表面を流れると、下水中の有機汚染物質がバイオフィルム内の微生物によって吸着され、酸素がバイオフィルム内に拡散します。膜内で生分解およびその他の効果が発生し、有機物の分解が完了します。
バイオフィルムの表層は好気性および通性好気性微生物であるが、バイオフィルムの内層は嫌気状態にあることが多い。バイオフィルムが徐々に厚くなり、嫌気層の厚さが好気層の厚さを超えると、バイオフィルムの脱落につながり、担体表面に新たなバイオフィルムが再生されます。バイオフィルムの定期的な更新により、バイオフィルムリアクターの正常な動作が維持されます。
バイオフィルムの再生と脱落。バイオフィルムリアクターの正常な動作を維持することは、バイオフィルムの再生と脱落の重要な部分です。バイオフィルムの表層は好気性および通性好気性微生物であるが、バイオフィルムの内層は嫌気状態にあることが多い。バイオフィルムが徐々に厚くなり、嫌気層の厚さが好気層の厚さを超えると、バイオフィルムの脱落につながり、担体表面に新たなバイオフィルムが再生されます。
更新と削除のプロセスは次のとおりです。
まず、嫌気性膜の出現プロセス:
1つはバイオフィルムです。
2つ目は、成熟したバイオフィルムの全体的な厚さが増加し続け、酸素が浸透できない内部部分が嫌気状態に変化することです。どちらも嫌気性膜と好気性膜で構成されています。
3つ目は、好気性膜が有機物の分解の主な場所であり、一般的な厚さは2 mmであることです。
第二に、嫌気性膜の肥厚プロセス:
1 つは嫌気性代謝産物の増加で、これにより嫌気性膜と好気性膜の間の不均衡が生じます。
2 つ目は、ガス状生成物が継続的に放出されることで、充填材へのバイオフィルムの接着力が弱まることです。
3つ目は老化したバイオフィルムとなり、浄化機能が低下し、剥がれやすくなります。
第三に、バイオフィルムの更新:
1 つは老化した膜が剥がれ落ち、新しいバイオフィルムが再び成長することです。
2つ目は、新たなバイオフィルムの浄化機能がより強力になることです。
活性汚泥法と生物膜法との比較
活性汚泥法のメリットとデメリット。
都市生活下水の生物二次処理は、長年にわたり活性汚泥法が主に採用されており、現在世界で最も広く使用されている二次生物処理法である。次のような特徴があります。
第一に、従来の活性汚泥プロセスを使用すると、資本建設コスト、操業コスト、エネルギー消費が高額になることが多く、管理がより複雑になり、汚泥のバルキングが発生しやすくなります。プロセス装置は高効率と低消費電力の要件を満たすことができません。
第二に、下水排出基準の継続的な強化に伴い、下水中の窒素やリンなどの栄養素の排出に対する要求が厳しくなっています。窒素やリンの除去機能を備えた従来の下水処理プロセスは活性汚泥法が主流であり、窒素の目的を達成するために複数の嫌気反応槽と好気反応槽を直列に接続して多段反応槽を形成する必要があり、内部循環量を増加させる必要があった。リンの除去は設備投資やエネルギー消費量の増加を招き、運転管理がより複雑になります。
第三に、活性汚泥法では大量の余剰汚泥が発生するため、汚泥の無害化処理が必要となり、投資が嵩んでしまいます。
バイオフィルムプロセスの長所と短所。
バイオフィルムプロセスは、都市下水の二次生物処理に一般的に使用される方法でもあります。活性汚泥法と比較すると以下のような特徴があります。
まず、バイオフィルムは下水の水質や量の変化に対する適応力が強く、管理が容易であり、汚泥のバルキングが発生しない。
第二に、微生物は担体の表面に固定され、世代時間の長い微生物も増殖することができる。生物相はより豊富で安定しており、余剰汚泥の発生が少なくなります。
第三に、低濃度の下水を処理できることです。さらに、バイオフィルムプロセスの欠点は、バイオフィルムキャリアによってシステムへの投資が増加することです。都市下水を処理する場合、担体物質の比表面積が小さく、反応装置の容積が限られスペース効率が低く、処理効率が活性汚泥法に比べて低い。固体表面に付着する微生物の量を制御することが難しく、操作の柔軟性が低い。酸素の供給には自然換気を利用しますが、活性汚泥の供給ほど十分ではなく、嫌気状態になりやすいです。