活性汚泥プロセスの操作には、下水システムの日常操作で最も頻繁に使用される指標の 1 つである MLSS の制御を含む、多数のパラメーターを適切に制御する必要があります。
1.MLSSの定義
活性汚泥濃度とは、曝気槽出口の混合液中の懸濁物質の含有量を指し、記号MLSSで表され、単位はmg/Lです。曝気槽内の活性汚泥量の測定に使用します。 MLSS の合計量には、次の 4 つの側面が含まれます。
活性微生物。
-活性汚泥に吸着された非生分解性有機物。
微生物の自己酸化による残留物。-
無機物。
運転中、MLSS は曝気槽内の混合液の濃度のみを指し、二次沈殿槽内の混合液の濃度は含まれないことに注意することが特に重要です。また、曝気槽内の混合液濃度を監視する場合には、曝気槽出口の混合液濃度を基準として曝気槽全体の活性汚泥濃度を測定することが重要です。
2. 汚泥濃度とその他の管理指標との関係
1. 活性汚泥濃度と汚泥年齢の関係
汚泥年齢は、活性汚泥を除去することによって汚泥年齢目標を達成する運用手段です。活性汚泥濃度を制御するための適切な範囲は、適切な汚泥年齢と食物-と-の比率によって決まります。実際、活性汚泥濃度を上げすぎると、流入有機物濃度が高くない場合でも、汚泥年齢が特に長くなり、通常管理される汚泥年齢値を超えてしまう。これは、活性汚泥濃度が高すぎるように制御されていることを明確に示しており、活性汚泥濃度を絶対値に基づいて制御する必要があるかどうかを判断するよりもはるかに正確です。
2. 活性汚泥濃度と水温の関係
生物処理槽内の活性汚泥の成長、再生、代謝は水温と密接な関係があります。水温が10度下がるごとに、活性汚泥の活性は半分に低下します。水温が10度以下の場合は明らかにトリートメント効果が劣ります。これに対処するには、水温の変化に対応するために活性汚泥の濃度を調整します。
水温が低い場合、活性汚泥濃度を高めることで活性汚泥活性の低下による悪影響を相殺し、低水温での除去効率の向上を実現します。
水温が高いと活性汚泥の活動が活発になります。活性汚泥濃度が高すぎると、活性汚泥の沈降に悪影響を及ぼします。この場合、活性汚泥濃度を下げることで未沈降フロックや上澄みの濁りの発生を防ぐことができます。
3. 活性汚泥濃度と活性汚泥沈降率の関係
活性汚泥濃度は最終沈降率に影響します。活性汚泥濃度が高いほど最終沈降率は高く、その逆も同様です。これは、活性汚泥濃度が高いほど生物量が多くなり、圧縮沈降後の沈降率が高くなるためです。沈降率を高める他の要因との主な違いは、圧縮された活性汚泥が緻密であるかどうか、およびその色が濃い茶色であるかどうかを観察することです。非活性汚泥濃度の増加により沈降率が上昇する場合、通常は圧縮不良と色が鈍くなることが原因です。
もちろん、活性汚泥濃度が低すぎる場合も沈降率に大きな影響を与えます。しかし、これは多くの場合、オペレーターが活性汚泥濃度を意図的に下げることによって引き起こされるのではなく、むしろ流入有機物濃度が低すぎることによって引き起こされます。このような場合、作業者は活性汚泥濃度が低すぎると感じて活性汚泥濃度を上げようとするため、活性汚泥が老化してしまいます。最終的な沈降率の観察により、活性汚泥の老化の典型的な兆候、つまり高い圧縮率、濃い色、細かいフロックを含む透明な上澄みが明らかになります。
汚泥の排出異常により沈降率が低下した場合も、沈降した活性汚泥は色が薄く、圧縮性が悪く、まばらであることが観察でわかります。
3. 汚泥濃度が硝化・脱窒に及ぼす影響
1. 汚泥濃度が硝化に及ぼす影響
pH、温度、SRT、DO、BOD/TKN、汚泥濃度、有毒物質など、多くの環境要因が硝化に影響します。実際の下水処理プラントでは、プロセス運転中に制御できるのは SRT、DO、BOD/TKN、汚泥濃度などのパラメータのみです。
ａ．好気性硝化では、汚泥濃度が高いほど硝化細菌の濃度が相対的に高くなるため、汚泥濃度が高い条件下での好気性硝化速度が高くなります。
b.生物汚泥中に硝化細菌が確実に存在するためには、一定の汚泥年齢が必要です。硝化細菌にとって好ましい生存条件を作り出すと、微生物群集における硝化細菌の割合がさらに増加し、その結果、硝化細菌の濃度が増加します。汚泥濃度が高いと、嫌気段階でより多くのBODが消費され、好気段階でのBOD/TKN比が比較的低くなります。
いくつかの研究では、活性汚泥中の硝化細菌の割合とBOD/TKNの間に反比例の関係があることが示されています。硝化細菌は独立栄養性であるため、有機基質の濃度はそれらの増殖の制限因子ではありません。ただし、有機基質の濃度が高すぎると、高い-増殖-速度の従属栄養細菌が急速に増殖し、溶存酸素を求めて競合します。これにより、独立栄養細菌の増殖が遅くなり、好気性硝化細菌が有利になることが妨げられ、結果として硝化率が低下します。
c.溶存酸素 (DO) は一般に、廃水処理プラントの硝化段階における重要な指標であり、通常は 2 mg/L 以上です。ほとんどのオキシデーションディッチプロセスでは、ディッチ内の平均 DO 値は 2 mg/L に達するのが難しく、一般に 1 mg/L 以下にとどまります。しかし、硝化効果は依然として良好です。その理由は、酸化溝特有の比較的高い汚泥濃度により、DO 値は低下しますが、硝化を促進する他の要因が強化されるためです。
汚泥濃度の増加により生物処理槽の有効容積が増加し、負荷が軽減されます。別の観点から見ると、汚泥濃度が増加すると、微生物の好気性能力も増加します。同じ曝気条件下では、溶存酸素計の測定値も低くなるはずです。以上のことから、汚泥濃度を高めることで良好な硝化度を維持しながら生物処理槽内の溶存酸素（DO）値を適切に低減できることがわかりました。
d.活性汚泥中の硝化細菌の正常な増殖と繁殖を確保するには、通常、汚泥の熟成期間を 8 日以上に制御する必要があります。しかし、他の従属栄養細菌に対する硝化細菌の比較的バランスの取れた競争上の優位性を確保するには、汚泥の深刻な老化を引き起こさずに汚泥年齢を増加させる必要があり、それに応じて生物系内の汚泥濃度が増加します。
2. 汚泥濃度が脱窒に及ぼす影響
生物学的脱窒は、脱窒細菌が硝酸塩中のイオン性酸素を利用して、無酸素条件下で有機物を分解するプロセスです。硝酸塩は N2 に還元され、脱窒プロセスが完了します。脱窒細菌は、廃水処理システムに豊富に存在する従属栄養性の通性細菌です。好気的条件下では、呼吸と有機物の酸化分解に酸素を利用します。
分子状酸素のない条件下で、硝酸イオンと亜硝酸イオンが同時に存在すると、これらのイオン中の酸素を呼吸に利用し、有機物を酸化・分解することができます。脱窒細菌は、脱窒プロセスにおいて、炭水化物、有機酸、アルコール、さらには廃水の主成分となることが多いアルカン、安息香酸塩、その他のベンゼン誘導体などの化合物を含む、さまざまな有機基質を電子供与体として利用できます。 pH、温度、溶存酸素 (DO)、炭素{{2}対{3}}窒素比 (C/N 比)、汚泥濃度など、多くの要因が脱窒速度に影響します。実際の下水処理プラントでは、プロセス運転中に制御できるのは DO や汚泥濃度などのパラメータのみです。 C/N 比は脱窒反応において最も重要な影響因子ですが、流入水の水質に大きく依存しており、実際に制御することは一般に困難です。
ａ．脱窒では、脱窒細菌が硝酸塩や亜硝酸塩中のイオン性酸素を利用して有機物を分解できるように、分子状酸素が存在しないことが必要です。前述したように、汚泥濃度が高い生物系では、硝化効率を維持しながら硝化中に溶存酸素 (DO) を適切に低減できます。したがって、硝化の終わりにDOを下げると、硝酸塩戻り液に含まれるDO含有量が効果的に減少し、無酸素ゾーンでの脱窒プロセスに対する分子状酸素の影響が減少し、脱窒細菌の炭素源利用能力が向上します。
同時に、汚泥濃度が高いと、内因性代謝好気性能力が比較的強力になり、リターンゾーンと無酸素ゾーンで溶存酸素がさらに消費されます。さらに、スラッジ濃度が非常に高いと混合液の粘度が変化し、拡散抵抗が増加するため、戻り液に含まれる DO が減少します。開放チャネルをリターンチャネルとして使用する一部の処理プロセスでは、これによりリターンフローに必要な酸素化が減少する可能性があります。要約すると、高い汚泥濃度は、実際のプロセス操作における脱窒段階での DO の削減に重要な役割を果たします。
b.脱窒菌は従属栄養性の通性細菌であり、廃水処理系に多く存在するため、系内の汚泥濃度を高めることにより脱窒菌濃度を効果的に高めることができる。脱窒速度は硝酸塩と亜硝酸塩の濃度にはほとんど依存しませんが、脱窒細菌の濃度に対して一次反応を示します。-
したがって、実際のプロセス操作では、汚泥濃度が高いと脱窒時間が短縮され、無酸素ゾーンの有効容積が減少する可能性があります。無酸素ゾーンの有効体積が一定であるとすると、汚泥濃度が高くなると、有機マトリックス内の分解が比較的困難な有機物を炭素源として有効に利用できるようになります。--これは、窒素およびリンの除去プロセス、特に炭素源が不十分な場合に特に重要です。
c.汚泥濃度が高いと、微生物のフロックの直径が比較的大きくなります。硝化中、溶存酸素レベルが低いと酸素圧力勾配が小さくなり、フロック内に酸素欠乏環境が形成されやすくなり、脱窒が促進されます。したがって、汚泥濃度が高いと、同時に脱窒が促進される可能性があります。
4. 生物的リン除去に対する汚泥濃度の影響
生物学的リン除去の鍵は、活性汚泥システム内のポリリン酸塩蓄積バクテリアの割合を増加させると同時に、システム稼働中のポリリン酸塩蓄積バクテリアの急速な増殖と繁殖を促進し、排出時にポリリン酸塩蓄積バクテリア内の高いリン含有量を維持することです。-
システムの活性汚泥中のポリリン酸蓄積（PAC）細菌の割合を増やすには、それらの増殖と繁殖に適した環境と水圧条件を作り出す必要があります。{0}これは、プロセスフロー内に良好な嫌気性および好気性の環境があることを意味します。嫌気性ゾーンにおける環境要因の制御は、PAC 細菌の増殖と繁殖、およびリン除去の達成にとって特に重要です。嫌気ゾーンの汚泥濃度が高いと、PAC バクテリアにとってより有利になります。
生物学的リン除去の効率は汚泥の年齢と密接に関係しています。一定の汚泥熟成（３日程度）を経て初めて過剰リンを効果的に除去することができ、リン除去機能が発揮されます。流入水の懸濁物質（SS）が一定であるとすると、汚泥濃度は汚泥年齢に正比例するため、ある範囲を超えて汚泥濃度が高くなるとリン除去効果は悪くなります。
ａ．リン除去効率に十分な汚泥年齢を維持しながら、嫌気ゾーンの汚泥濃度を増加させると、それに対応して PAC 細菌の濃度が高くなります。これにより、リンを放出する微生物の量が増加します。-、その後に続く好気性リン吸収微生物の量も増加し、システム全体のリン除去効果が高まります。-
b.嫌気性ゾーンでは、ポリリン酸-を蓄積する細菌が VFA を吸収し、リンを放出します。同時に、汚泥濃度が高い条件下では、嫌気ゾーンはシステムの嫌気性酸性化セクションとして機能し、水中の高分子量-物質を嫌気的に加水分解します。ポリリン酸塩-を蓄積する細菌によるリン放出中に放出されるエネルギーは、酢酸、H+ などを積極的に吸収するために使用され、PHB を形成して細菌内に貯蔵されます。これにより、有機物の酸性化が促進され、廃水の生分解性が向上し、その後の処理工程における脱窒反応に使用される炭素源が増加します。