炭素源添加を決定するための一般的な要因
生物学的酸素要求量（BOD）と化学的酸素要求量（COD）の比率の不均衡：下水中のBOD/COD比率が0.3より低い場合、下水中の生分解性有機物含有量が低く、微生物の活動が制限されていることを示しています。このとき、微生物の分解能力を向上させるために、炭素源を適切に追加する必要があります。
硝化および脱窒プロセスの要件: 嫌気性アンモニア酸化または脱窒のプロセスでは、効率的な窒素変換を実現するために、十分な有機炭素が電子供与体として必要です。システム内の炭素源が不十分な場合、脱窒反応が阻害される可能性があり、追加の炭素源の補充が必要です。
汚泥沈降性能の低下：炭素源は汚泥の凝集沈降特性に重要な影響を及ぼします。汚泥沈降性能が低下し、SVI値が上昇していることが判明した場合、微生物代謝によって生成される多糖類が減少した可能性があります。適切な炭素源を添加すると、汚泥の正常な構造と機能を回復できます。
冬季低温期の運転：低温環境下では微生物の活動が著しく低下し、炭素源の自己合成能力が弱まります。生化学システムの安定した運転を確保するためには、炭素源の添加量を増やす必要がある場合があります。
排水の水質が基準を満たしていない: 従来の処理プロセスでは、排水の水質が依然として排出基準を満たしていない場合、特に COD 指数が引き続き高い場合は、炭素源を追加して汚染物質の生分解効果を高める必要があることも示しています。
生化学的処理効率と CNP 比率の不均衡: 下水中の炭素、窒素、リン (CNP) 比率が不均衡な場合、特に炭素が不足している場合、つまり CN 比率が微生物の正常な成長と代謝に必要な適切な範囲 (一般的に 4-6 の間と見なされます) よりも低い場合、生分解プロセスにおける微生物のエネルギー需要を満たすために追加の炭素源を追加する必要があります。
総窒素コンプライアンスまたは顧客固有の要件: 硝化や脱窒などのプロセスで総窒素 (TN) 除去目標を達成するには、原水中の有機物が、脱窒細菌が NOx-N を窒素に還元するのに十分な炭素源を提供できない場合は、炭素源を追加する必要があります。
活性汚泥培養および順応段階: 新しく建設または再開された下水処理施設では、活性汚泥微生物群集の初期培養および順応段階で、微生物の急速な増殖を促進し、安定した生態系を形成するために十分な炭素源が必要になることがよくあります。
産業廃水処理コストの最適化: 一部の産業廃水については、経済的で効果的な炭素源を追加することで、下水処理プロセス全体の経済的利益が向上し、排水の水質が基準を満たすことが保証される場合、炭素源が考慮されます。
特殊環境下での衝撃荷重応答：下水処理場が高濃度汚染物質の影響を受けたり、季節の変化により流入水質が大きく変動したりする場合、システムの耐衝撃性と安定した運転性能を高めるために、炭素源の添加量を一時的に増やす必要がある場合もあります。
下水処理プロセス、特に窒素とリンの除去プロセスでは、炭素源の添加が重要な役割を果たします。一方では、微生物が生化学反応を行うための重要な「燃料」です。他方では、処理プロセスの最適化と窒素とリンの除去効率の向上に決定的な影響を与えます。
では、下水に炭素源を追加する必要があると判断するのはいつでしょうか?
硝化脱窒プロセス: 生物学的脱窒は、主にアンモニア酸化（硝化）と硝酸塩還元（脱窒）の2段階から構成されます。硝化プロセスでは、微生物が廃水中の有機物をエネルギー源として利用できますが、流入BOD/N値が低すぎる場合、つまり生分解性有機炭素が比較的不足している場合、微生物は硝化プロセスを完了するのに十分なエネルギーを得ることができず、その後の脱窒プロセスに直接影響を及ぼします。したがって、この場合、酢酸ナトリウムやその他の分解しやすい有機物などの外部炭素源を適量補充すると、硝化と脱窒の安定した進行を確保し、効率的な脱窒を実現するのに役立ちます。
嫌気性リン放出と好気性リン吸収段階: リン除去プロセスでは、ポリリン酸細菌はまず嫌気条件下でリン酸を放出してエネルギーを獲得し、次に好気条件下で有機炭素源を吸収して細胞内にリン酸を再蓄積します。流入液中の有機炭素含有量が、この交互代謝プロセスで微生物がリン元素を十分に利用するのに十分でない場合は、微生物によるリンの吸収と貯蔵を促進するために追加の炭素源を追加し、リン除去の効率を向上させる必要があります。
システム復旧と安定運用: 下水処理場が衝撃負荷、汚泥活性の低下、またはシステム調整回復期間に遭遇した場合、炭素源を適度に追加することで、微生物の活動を活性化・回復させ、汚泥沈殿性能を高め、システム全体の処理効率を回復・安定させることができます。
要約すると、科学的かつ合理的な判断と適時の炭素源の追加は、窒素除去とリン除去の効果を最適化するための重要な手段の 1 つです。下水処理場の実際の動作パラメータ (BOD、N、P 濃度、微生物活性など) とプロセス特性に基づいて正確な決定を行う必要があります。