廃水処理の好気槽に浮遊する汚泥

廃水処理の好気性タンクに浮遊する汚泥: 正確な特定、緊急対応、長期的な予防-

好気性タンク内に浮遊する汚泥は、都市廃水および産業廃水の生物処理システムにおいて最も頻繁に発生する運用上の障害の 1 つです。これは、排水中の懸濁物質 (SS) および化学的酸素要求量 (COD) の過剰レベルを直接引き起こすだけでなく、溶存酸素 (DO)、汚泥年齢、栄養バランス、流入水の質など、制御されていない中核パラメーターに対する直接の警告としても機能します。 -現場のメンテナンス担当者の多くは、汚泥の問題に遭遇すると、やみくもに曝気量を増やし、大量の汚泥を無差別に排出します。これにより、システムの不均衡が悪化して、生化学システムの崩壊につながる可能性があります。

この記事は、何百もの下水処理施設での実践経験に基づいて、汚泥浮遊障害の基礎となるロジックから出発し、「正確な特定、段階的な処理、長期的な予防」という包括的なソリューションを構築します。-すべてのメソッドは直接実装可能で、AO/AAO/MBR/SBR などの主流の好気性プロセスに適応でき、都市廃水とさまざまな産業廃水処理シナリオの両方に対応します。

(I) 浮遊スラッジ形成の核となる論理

好気槽における浮遊汚泥の本質は、汚泥の塊が正常に沈降せずに水流に乗って浮遊する異常な状態にあります。これには主に 3 つの根本的な原因が考えられ、浮遊スラッジの問題はすべて次の 3 つの要因を中心に展開します。

1. 気泡の巻き込み：反応中に発生するガスにより汚泥の凝集が付着し、全体の密度が大幅に低下して浮遊します。

2. 性能の低下: 汚泥自体の凝集および沈降特性が完全に損なわれ、その結果、緩んだまたは崩壊したフロックが生じ、汚泥-水の分離が不可能になります。

3. 不純物の干渉: 外部の物理的および化学的不純物がシステムに入り、スラッジの凝集構造を損傷したり、スラッジの比重を変化させたりして、正常な沈降を妨げます。

(II) 現場での対応の中核となる黄金原則-

浮遊汚泥のトラブルは原因を究明し、適切な対策を講じることが第一です。ブラインド操作は固く禁止されています。浮遊汚泥の種類を区別せずに任意の調整を行うと、-エアレーションを増やしたり、浮遊汚泥を確認して大量の汚泥を直接排出したりするなど-、システムの不均衡が悪化する可能性があり、二次的な故障を引き起こす可能性もあります。すべてのアクションは、まず故障の種類を特定し、次に「緊急損害制御」と「根本原因の治療」の 2 つのステップで進める必要があります。

複雑な試験装置は必要ありません。現場観察と基本的なテストツールのみに基づいて、浮遊スラッジ障害の根本原因を 1 時間以内に特定できます。-手順は単純なものから複雑なものへと進み、非効率なトラブルシューティングを回避します。

1. 初期の目視評価：浮遊汚泥の形状、色、不純物を視覚的に観察し、触覚検査と組み合わせることで、明らかな物理化学的不純物の除去を優先して、浮遊汚泥のコアタイプを最初に特定できます。

2. 方向性のパラメータテスト: DO 計を使用して、タンクの端、隅、デッドゾーンなどの蓄積しやすい領域に焦点を当てて、タンク全体の DO 分布を測定します。局所的な酸素欠乏状態やタンク全体の過剰な DO などの主要な問題があるかどうかを確認します。同時にタンク内の pH 値をテストして、酸-のショック要因を排除します。

3. 根本原因の特定のための沈降顕微鏡検査: 好気性タンクの中央セクションから均一に混合された液体を採取し、30 分間の汚泥沈降率 (SV30) テストを実行します。同時にサンプルを採取して簡単な顕微鏡検査を行い、汚泥の沈降性能を評価し、糸状細菌の増殖、汚泥の解凝集、またはゆるいフロックなどの中核的な問題があるかどうかを確認します。

4. 原因を特定するための完全なプロセス検証: まず、前処理システムの動作と流入水の質をチェックして、過剰なレベルの浮遊物質、油、有毒物質が存在するかどうか、または炭素-窒素-栄養素の比率に不均衡がないかを確認します。次に、最近の運転および保守ログを確認して、汚泥の排出、曝気、戻り率などのパラメータに重大な変動がないかどうかを調査し、人的ミスが原因である可能性を排除します。最後に、システムの汚泥年齢と有機負荷を計算し、それらが合理的な設計範囲を超えているかどうかを確認します。

(I) 脱窒浮遊汚泥 (現場で最も一般的であり、脱窒システムの 70% 以上を占めます)

障害特定のポイント

浮遊汚泥は、その表面に微細な気泡が多数付着した均一な塊またはフロック状のものがほとんどです。浮遊スラッジを手で軽くこすると、気泡がはじけるのが目立ちます。気泡が抜けた後、それまで浮遊していた汚泥の塊は急速に沈降します。断層は主に好気槽の端、コーナー、デッドゾーン、二次沈殿槽の入口付近に集中しており、DO が 0.5 mg/L 未満で流出硝酸性窒素レベルが高い局所的な領域も伴います。

中心的な原因の分析

好気性タンクの特定の領域でのエアレーションが不十分で流れが悪いと、無酸素/嫌気性のデッドゾーンが生じます。汚泥中の脱窒細菌が硝酸性窒素を窒素ガスに還元し、この微細な気泡が汚泥フロックの表面に継続的に付着し、汚泥全体の密度が低下し、最終的に気泡によって表面に運ばれます。一般的な誘発要因としては、微多孔性エアレーターのスケーリングと詰まり、タンク設計における水圧不感帯、流動推進装置の出力不足、過度に長いスラッジ熟成、不適切に設定された硝化液返送率などが挙げられます。

緊急損失軽減計画

1. 浮遊汚泥が集中している地域では、方向性パージ用の一時的な曝気ヘッドまたは曝気ホースを設置して、汚泥表面に付着している窒素気泡を破壊し、迅速な汚泥の沈降を促進し、浮遊汚泥が排水とともに失われ、過剰なレベルの汚染物質が発生するのを防ぎます。

2. メインエアレーションシステムの包括的な検査を実施し、スケールが付着して詰まった微多孔性エアレーションヘッドを洗浄してエアレーションの盲点を迅速に排除し、タンク全体の総溶存酸素 (DO) を 2 ～ 4 mg/L に均一に制御し、DO レベルが 1 mg/L 未満の無酸素領域を完全に排除します。

3. タンク内の水中流動促進装置を完全に作動させ、端部および隅部での水力循環を強化することに重点を置き、デッドゾーンにスラッジが蓄積するのを防ぎ、嫌気的環境を作り出します。固定流量促進装置のないタンクの場合は、一時的な可動流量促進装置を設置してデッドゾーンをなくすことができます。

長期的なソリューション:-

1. 汚泥排出管理を標準化し、プロセスの種類に応じて汚泥濃度と年齢を正確に制御します。従来の活性汚泥プロセスの MLSS は 3000 ～ 5000 mg/L、MBR プロセスの MLSS は 8000 ～ 12000 mg/L に制御する必要があります。過度の汚泥滞留時間と脱窒の悪化を避けるために、汚泥の年齢は妥当な範囲内 (都市廃水の場合は 10 ～ 15 日、工業廃水の場合は 8 ～ 12 日) に制御する必要があります。

2. 再循環と水力パラメータの最適化: 硝化液の再循環率が高すぎる場合は、好気性タンクの最後まで大量の硝酸態窒素が再循環するのを防ぐために、それを 200% ～ 300% の適切な範囲に下げます。流入流量が低すぎる場合は、油圧負荷を適切に増加して、タンク内のスラッジの滞留時間を短縮します。

3. プロセスに基づく差別化された最適化: SBR プロセスは、曝気終了時の沈降時間を短縮し、デカントのリズムを調整し、沈降段階での脱窒を回避できます。 AAOプロセスは、無酸素ゾーンでの窒素除去効率を最適化し、好気ゾーンに入る硝酸態窒素負荷を減らし、発生源からの脱窒スラッジの生成を減らすことができます。

(II) スラッジバルキング-タイプのスラッジ（沈降性能が完全に低下し、システムが崩壊しやすい）

汚泥バルキング-タイプの汚泥は、糸状バルキングと非糸状バルキングに分けられます。-どちらも汚泥の沈降性能が完全に失われるのが特徴ですが、その原因や治療方法は大きく異なり、正確な区別が必要です。

1. 浮遊汚泥の糸状菌によるバルキング

障害特定のポイント

浮遊汚泥は通常、綿状または髪の毛状-で軽量で、水流に乗って容易に浮き上がります。この現象は、SV30 の大幅な上昇 (通常 80% を超える)、150 mL/g を超える汚泥体積指数 (SVI)、および排水中の持続的に高い SS レベルを伴い、タンクの表面全体に現れることがあります。好気槽だけでなく二次沈殿槽でも広範囲に浮遊汚泥が発生します。顕微鏡検査により、30% 以上を占める糸状細菌 (*Sclerotium spp.* など) が大量に増殖していることがわかります。

中心的な原因

フロック形成細菌にとって不適切な環境では、糸状細菌が強力な競争上の優位性を獲得し、過剰な増殖を引き起こします。{0}多数の糸状細菌が汚泥の凝集塊に絡みつき、凝集塊が緩んで沈降性能を完全に失います。一般的な誘発要因としては、タンク内の持続的に低い DO レベル、流入水の炭素、窒素、リンの栄養素比の深刻な不均衡、流入水の pH または温度の突然の変化、硫化物などの有毒物質や有害物質の過剰なレベル、および継続的に高いまたは低い有機負荷が挙げられます。

緊急損失軽減計画

1. 汚泥を迅速に圧縮するための凝集剤の目標添加量：生物処理槽の有効槽容積に基づいて計算し、ポリ塩化アルミニウム（PAC）を50～100 mg/L、アニオン性ポリアクリルアミド（PAM）を0.1～0.2 mg/L添加することで、糸状菌の膨張空間を圧縮し、汚泥の凝集を促進し、沈降性能を急速に向上させ、汚泥の沈降を防止します。基準を超えた排水。あるいは、PAC の代わりに硫酸アルミニウムまたは塩化第二鉄を使用し、同時にタンク内の pH を 6.5 ～ 7.5 に調整して糸状細菌の活動を阻害することもできます。

2. 余剰汚泥の排出量を大幅に増やし、老朽化し​​て膨張した汚泥を系内から速やかに除去すると同時に、正常に稼動している他の生物処理槽から新鮮な活性汚泥を補充して、系内の糸状菌の割合を速やかに低減します。

3. 極端な状況での緊急滅菌: 糸状菌が過剰に増殖した場合 (顕微鏡検査で割合が 50% を超える)、殺菌剤を断続的に添加してその活性を阻害することができます。タンク容量に基づいて計算して、次亜塩素酸ナトリウムを 5-10 mg/L または過酸化水素を 10-20 mg/L で追加します。一度に大量の添加は厳禁です。投与プロセス中は、過剰な滅菌や凝集剤システムへの損傷を避けるために、汚泥の活性と流出指標を継続的に監視します。

長期的なソリューション:-

1. タンク内の溶存酸素 (DO) 環境を安定させます。詰まったエアレーションヘッドを徹底的に掃除して、タンク全体に均一なエアレーションを確保します。安定した 2 ～ 4 mg/L の DO レベルを維持し、局所的な低 DO 領域を排除します。 SBR プロセスの場合、環境の観点から糸状細菌の競争上の利点を排除するために、曝気段階全体を通じて 2 mg/L 以上の DO レベルを確保してください。

2.栄養を的確に補給。 C:N:P 比 100:5:1 に従って流入水質を厳しく規制します。窒素が不足している場合は尿素と塩化アンモニウムを添加し、リンが不足している場合はリン酸二水素ナトリウムを添加します。これにより、窒素とリンの栄養が不十分なため、糸状細菌が綿状細菌に対して大きな競争上の優位性を得ることができなくなります。

3. 流入水のショック管理を強化する: pH 変動が大きい流入水については、均等化タンクに自動 pH 調整システムを設置し、流入水の pH を 6.5-8.0 に安定させます。流入硫化物が 20 mg/L を超える場合は、硫化物を除去するために前処理微酸化または鉄塩沈殿プロセスを追加します。-システムショックを引き起こす高濃度の有機廃水の断続的な排出を避けるために、流入有機負荷を厳密に制御します。

4. SVI 指数を毎週監視する早期警告メカニズムを確立します。 SVI が 120 mL/g を超える場合は、嵩高問題の悪化を防ぐために、栄養素比を調整し、汚泥排出量を増やし、曝気を最適化することによって直ちに介入してください。

2. 非-糸状のバルキングスラッジ

障害特定のポイント

汚泥は粘性があり、目に見える毛のような構造はなく、SV30 が大幅に上昇し、上澄みが濁っており、完全に緩い汚泥粒子は緻密なフロックを形成できません。{0}}同時に、SVI は 200 mL/g を超えます。顕微鏡検査では、明らかな糸状細菌の増殖はなく、フロックを形成する細菌のみが明らかになりました。{4}汚泥を粉砕しても気泡や糸状構造は観察されません。これは、ファインケミカルや食品加工産業などの産業廃水処理システムでよく見られます。

中心的な原因

フロック-を形成する細菌は、異常な外部環境要因の影響を受け、代謝障害を引き起こし、細胞外ポリマーを正常に分泌できなくなります。そのため、汚泥フロックが凝集・形成できなくなり、沈降性能が著しく低下します。一般的な誘発因子としては、窒素とリンの栄養素の深刻な不均衡、流入水中の高塩分または有毒物質によるショック、突然の pH 変化、過剰な有機負荷などが挙げられます。

標的治療ソリューション

1.栄養を的確に補給。非糸状細菌の増大は、重度の窒素とリンの欠乏によって引き起こされることがよくあります。厳密な C:N:P 比 100:5:1 に従って、十分な補給が必要です。リンのドーズ量は適切に増加できます (設計値より 20% 高く)。リンはフロック形成の中心要素であり、スラッジの緩みを迅速に改善します。

2. 流入水の毒性ショックを軽減する: 流入水の総塩分含有量が 3000 mg/L を超える場合、または重金属、フェノール、その他の有毒物質が含まれる場合は、流入水の量を直ちに減らす必要があります。タンク内の廃水をきれいな水または生物排水で希釈して、塩分濃度と毒性濃度を低減します。同時に前処理プロセスを強化し、有毒物質が生体系に入る前に基準を満たしていることを確認します。

3. 汚泥の凝固を促進するために凝集助剤を添加します。タンク容量に応じて PAC の投与量を計算します. 80-150 mg/L、または 50 ～ 100 mg/L の珪藻土は、汚泥フロック形成の核を提供し、緩い細菌フロックの密なフロックへの凝集を促進し、沈降性能を急速に向上させます。

4. 好気性タンクの pH をバクテリアのフロックに最適な代謝範囲 6.5 ～ 7.8 に厳密に制御し、タンク内の pH 環境を安定させます。 pH が酸性すぎる場合は、水酸化ナトリウムまたは水酸化カルシウムを加えて調整します。 pHがアルカリ性すぎる場合は、硫酸または塩酸を加えて調整します。 pH の急激な上昇または下降は、微生物の凝集を引き起こす可能性があるため、厳しく禁止されています。

(III) 汚泥代謝異常と浮遊汚泥（老化/過酸化-による解膠と浮遊）

障害特定のポイント

浮遊スラッジはほとんどが淡黄色または灰白色で、細かく砕けており、明らかな気泡は付着しておらず、粘着性はありません。{0}タンク表面に浮遊するスラッジは薄いペースト状になっていることが多く、手で簡単に砕けます。上澄みは濁っており、多数の微細な懸濁粒子が含まれています。これには、持続的に高い DO (4 mg/L 以上)、低い MLSS、および設計値をはるかに超える汚泥年齢が伴います。顕微鏡検査により、微生物の数が少なく、活性が低いことがわかります。これは、流入有機負荷が低く、汚泥の排出が長期的に行われず、過剰な曝気が行われる生物系でよく発生します。-

コアが故障を引き起こす

主要な誘発要因は 2 つのタイプに分類できます。 1 つは汚泥の老化です。汚泥の排出がない状態が長く続くと、汚泥が過度に古くなり、微生物が衰退期に入り、自己崩壊、フロックの破壊、沈降性能の低下を引き起こします。-第二に、汚泥の過酸化。過剰なエアレーションにより、タンク内の溶存酸素 (DO) レベルが 4 mg/L を超える高い状態が持続し、過剰なエアレーションにより微生物が自己酸化を起こします。その結果、フロックの崩壊とスラッジの解膠が発生します。-同時に、流入有機物の負荷が過度に低いと、スラッジが慢性的な「飢餓」状態になり、老化と過酸化の問題の両方が悪化します。

目標を絞った治療計画

1. 汚泥老化の場合：余剰汚泥の排出を直ちに大幅に増加させ、汚泥老化を設計範囲に迅速に回復します。 MLSS が 2000 mg/L 未満の場合は、新鮮な活性汚泥を同時に追加して、タンク内の汚泥濃度と全体の活性を高めます。

2. 汚泥過酸化の場合: ブロワーの曝気量を直ちに下げて、タンク内の DO を妥当な範囲 (都市排水の場合は 2 ～ 4 mg/L、工業排水の場合は 1.5 ～ 3 mg/L) 内に安定させます。 SBR プロセスは、継続的な過剰なエアレーションを避けるために、断続的なエアレーション モードに切り替えることができます。エアレーション ヘッドが多すぎる場合は、一部のエアレーション ヘッドを均等にブロックして、一部のエリアでエアレーション強度が過度に高くなるのを避けることができます。

3. 汚泥の「飢餓」状態を改善するために有機負荷を補充する：流入水 COD が常に 200 mg/L 未満である場合、酢酸ナトリウム、ブドウ糖、産業廃糖などの炭素源を適切な量追加して好気槽内の有機負荷を 0.2 ～ 0.5 kg COD/(kg VSS・d) に安定させ、微生物への十分な栄養供給を確保し、微生物による凝集による微生物の凝集を防ぐことができます。相互消費。

(IV) 汚泥の沈降を妨げる物理的および化学的不純物（汚泥の沈降システムを乱す外部不純物）

障害を特定するための重要なポイント:

スラッジ中には砂粒子や油膜、黒い不純物が肉眼で確認でき、独特の油臭や泥臭さを伴います。スラッジの一部が固まっています。同時にタンクの底には大量のスラッジや油状スラッジが蓄積します。エアレーションヘッドとフロープロモーターは不純物によって詰まりやすくなります。前処理システムからの流出水中の懸濁物質と油分は基準を大幅に超えています。これは、石油化学、食品加工、屠殺産業の産業廃水処理システムでよく見られます。

主な原因:

流入水中の浮遊物質が多すぎること、乳化油・浮遊油の存在、前処理装置で除去されなかった不活性汚泥が多量に存在することにより、好気槽流入時に汚泥の凝集塊が汚泥の塊で覆われたり、汚泥の表面に油膜が付着したりする。その結果、汚泥の比重が異常となり、汚泥が浮遊して正常に沈降できなくなり、最終的に汚泥が形成されます。

目標を絞った治療計画

1. システムからの不純物の緊急除去: 不純物が継続的にスラッジの沈降を妨げないように、スラッジ ポンプを使用して、好気性タンクの表面からすべての浮遊油とスラッジ、および底に蓄積したシルトと油性スラッジを除去します。油膜の汚れがひどい場合は、タンク容量に基づいて 10-20 mg/L の解乳化剤を追加し、PAC と組み合わせて解乳化を強化します。オイルスラッジ分離後は速やかに系外へ除去してください。

2. 不純物を発生源から抑制するための前処理工程の総合的強化：スクリーン、沈殿槽、浮選・凝集沈殿槽などの前処理装置を即時に点検します。スクリーン残留物を速やかに洗浄し、沈砂室の沈砂除去効率を向上させ、浮選タンクの投与量と操作パラメータを最適化して、前処理排水中の懸濁物質（SS）が 50 mg/L 以下、油分が 5 mg/L 以下になるようにして、シルト、油、その他の不純物が生物処理システムに侵入するのを防ぎます。

3. 定期的な清掃・メンテナンス体制の確立

産業廃水に使用される好気性タンクは不純物が多く含まれているため、3 ～ 6 か月ごとにタンクを空にして洗浄し、底に蓄積したシルトや油を徹底的に除去する必要があります。同時に、エアレーションヘッドとフロープロモーターに詰まりや損傷がないか確認し、システム内の正常な油圧循環を確保するために、直ちにメンテナンスまたは交換してください。

浮遊汚泥の故障に対する中心的な制御ロジックは、「予防は治療よりも優れている」です。日常的な運転および保守管理を通じて、安定したシステムパラメータ、制御可能な流入不純物、良好な微生物活動を確保することで、浮遊汚泥の故障を 90% 以上防ぐことができます。コアの予防および制御システムは 4 つのモジュールで構成されます。

1. 標準化された日常の運転および保守管理：固定された運転および保守手順を確立し、コア運転パラメータの安定性を厳密に管理し、大きな変動を避けるためにプロセス設計値に従ってDO、pH、MLSS、および汚泥年齢を厳密に制御します。 MLSS と SV30 を毎日監視し、長期間汚泥を排出しないことや、突然の大規模な汚泥を排出しないように、監視データに基づいて汚泥排出量を正確に調整します。-送風機の空気流量と戻りポンプの周波数を恣意的に調整することを厳禁し、曝気システムを 1-3 か月ごとに清掃し、推進装置の動作状態を定期的にチェックして、均一な曝気、スムーズな推進、不感帯や死角がないことを確認します。. 2. 水源での前処理: 流入水の水質を厳格に管理し、前処理システムの運用と管理を強化し、懸濁物質、油、および浮遊物質が確実に除去されていることを確認します。前処理排水中の有毒物質および有害物質が生物処理システムに入る前に基準を満たしていること。工業廃水には、流入水の質と量の変動を緩和し、高濃度で毒性の高い廃水が生物処理システムに直接影響を与えるのを防ぐために、8 時間以上の水力滞留時間 (HRT) を持つ均衡化タンクを装備する必要があります。

3. 故障の早期警告メカニズム: 定期的な監視システムを確立し、SV30、MLSS、DO、pH などの主要指標を毎日監視し、汚泥の顕微鏡検査と SVI 検査を毎週実行します。 SVI が 120 mL/g を超えた場合は、直ちに介入して調整します。スラッジ年齢と有機負荷を毎月計算してパラメータの偏差を迅速に検出し、小さな偏差が浮遊スラッジの故障に発展するのを防ぎます。

4. 緊急時への備え：流入水質の急激な変化、有害物質の影響、設備の故障などの予期せぬ事態に備えて、標準化された緊急時対応手順が確立されています。これらの手順は、流入流量の調整、化学薬品の追加、汚泥排出の制御に関する操作仕様を明確に定義します。不測の事態によるシステム崩壊を防ぐため、緊急用の薬品や備品を事前に備蓄しています。

まとめ

好気性タンクのスラッジの蓄積は、決して単純な表面レベルの問題ではありません。-むしろ、水質、設備、操作、微生物の活動など、生物学的システムのさまざまな側面における不均衡が外部に現れるものです。この問題に対処するための中心的なロジックは常に次のとおりです。まず、標準化された調査を通じて根本原因を正確に特定します。第二に、緊急措置により被害を迅速に阻止し、排水が基準を超えることを防止する。そして最後に、的を絞った対策を通じて問題を根絶すると同時に、再発を防ぐための長期的な予防および制御システムを確立します。-

オンサイトの運用とメンテナンスでは、最も一般的な脱窒スラッジの蓄積は、曝気を強化し、デッドゾーンを排除し、スラッジの排出を標準化することで迅速に解決できます。ただし、汚泥の増大-に関連した問題の再発を根本的に防ぐには、環境、栄養分、水質などの複数の側面にわたって同時に調整する必要があります。すべての障害が解決された後は、生物学的システムの長期的な安定した動作を保証するために、標準化された運用とメンテナンスを実装する必要があります。-