A²/O 廃水処理プロセス: 流入、内部リサイクル、曝気がどのように連携するか

A²/O プロセスは、廃水処理プラントで窒素とリンの両方を生物学的に除去する必要がある場合に広く使用されています。

一見したところ、このプロセスは単純に見えます。廃水は嫌気ゾーン、無酸素ゾーン、好気ゾーンを通って流れ、その後二次浄化槽に流入します。

ただし、実際には、これらのゾーン間の配管とリサイクル フローがプロセスを機能させるのです。

重要なフローはすべて同じことをしているわけではありません。流入水は有機物と栄養素を持ち込み、内部リサイクルは硝酸塩を無酸素ゾーンに戻し、曝気は好気ゾーンに酸素を供給します。

これらの流れを理解すると、A²/O プラントがどのように動作するかを理解するのがはるかに簡単になります。

従来の A²/O プラントでは、通常の廃水の流れは一般に次のようになります。

粗選別→精選→沈砂除去→配水井→流入本管→嫌気槽

頭首工では、廃水が生物学的処理段階に入る前に、大きな固形物や砂が除去されます。

分配井には、入口バルブ、流量計、その他の制御機器が含まれる場合があります。これらにより、オペレーターは生物学的プロセスに入る流入流を監視し、調整することができます。

嫌気性タンクは、従来の A2/O 配置における最初の生物学的ゾーンです。リン蓄積生物（PAO）はリンを放出し、容易に生分解性の炭素を取り込むために適切な嫌気条件を必要とするため、これは生物学的リン除去にとって重要です。{1}

この理由により、通常の流入流は、無酸素ゾーンまたは好気ゾーンに直接ではなく、嫌気ゾーンに向けられます。従来の A2/O プロセスに関する EPA の説明でも、流入液が嫌気ゾーンに流入し、続いて無酸素ゾーンと好気ゾーンに入ることが示されています。

これは、すべての栄養素除去プラントがまったく同じ油圧配置を備えているという意味ではありません。{0}変更されたプロセスは、異なる構成を使用し、ストリームをリサイクルできます。重要な点は、配管の配置が使用される生物学的プロセスに適合する必要があるということです。

緊急バイパス

プラントによっては、メンテナンスや設備の故障、その他の異常事態に備えてバイパス配管を設置している場合もあります。

バイパスは緊急またはメンテナンスのための措置であり、通常の生物学的プロセスの一部ではありません。廃水をバイパス、貯蔵、または別の処理段階に送ることができるかどうかは、プラントの設計と地域の排水要件によって異なります。

嫌気ゾーンには溶存酸素がほとんどまたはまったく含まれておらず、PAO によるリンの放出に好ましい条件を提供することを目的としています。

返送活性汚泥 (RAS) は通常、二次浄化槽から嫌気ゾーンの先頭に返送され、そこで流入する廃水と混合されます。

ここでは流入水中の易生分解性炭素が特に重要です。

PAOは、細胞内のポリリン酸から得られるエネルギーを利用して、容易に生分解可能な炭素を取り込み、それを細胞内炭素化合物として貯蔵します。この嫌気段階中に、リン酸塩が液体中に放出されます。

その後、有酸素条件下、および一部のシステムでは無酸素条件下で、PAO は再びリンを取り込みます。{0}リンが豊富なバイオマスが最終的にシステムから廃棄されると、リンは廃棄活性汚泥とともに処理プロセスから排出されます。

したがって、嫌気ゾーンは単に空気のないタンクではありません。これは生物学的リン除去メカニズムの重要な部分です。-

嫌気ゾーンの後、混合液は無酸素ゾーンに入る。

無酸素ゾーンは脱窒のために設計されています。好気ゾーンとは異なり、曝気空気は供給されません。代わりに、通常は混合液を懸濁状態に保つためにミキサーが使用されます。

しかし、硝酸塩はどこから来るのでしょうか？

ここで、内部再循環ラインが重要になります。

好気ゾーンからの硝化混合液の一部はポンプで無酸素ゾーンに戻されます。

好気槽→内部リサイクルポンプ→無酸素槽

リサイクル混合液には硝化反応の際に生成する硝酸塩が含まれています。

無酸素ゾーンでは、微生物は利用可能な生分解性炭素を使用して硝酸塩を窒素ガスに還元します。

基本的な窒素除去手順は次のとおりです。-

アンモニア→硝化→硝酸塩→内部リサイクル→脱窒→窒素ガス

この内部リサイクルは、従来の A²/O プロセスの特徴的な特徴の 1 つです。

内部リサイクル流量は、十分な硝酸塩を無酸素ゾーンに戻すのに十分な大きさである必要がありますが、すべてのプラントにとって正しい単一のリサイクル率はありません。

設計と動作条件に応じて、内部リサイクル率は流入流量の 1 倍から数倍の範囲になります。

例えば、流入流量の 100% ～ 400%実際にはこのような問題が発生する可能性がありますが、実際の動作点は、固定ルールではなくプラントのプロセス要件に基づいて決定される必要があります。

重要な要素には次のようなものがあります。

流入窒素負荷量

生分解性 COD の入手可能性

硝酸塩濃度

必要排水TN

無酸素ゾーンの体積-

溶存酸素キャリーオーバー

ポンピングエネルギー

生物的リン-除去性能

リサイクル率の向上は、自動的に窒素除去の向上を意味するわけではありません。プロセスで十分な硝酸塩が無酸素ゾーンに移動すると、追加のポンピングではエネルギー消費が増加する一方で、ほとんど効果が得られない可能性があります。

したがって、リサイクルは実際のプラントのパフォーマンスに基づいて調整する必要があります。

次に、混合液は好気ゾーンに入ります。

ここは、次のような生物学的反応をサポートするために酸素が供給される場所です。

硝化

有機物の酸化

好気性リンの取り込み

エアレーション システムは通常、次のもので構成されます。

ブロワ→主空気ヘッダ→分岐空気配管→曝気装置

ファインバブルディフューザーが一般的に使用されますが、他のエアレーション システムも使用できます。-

個々のタンクまたはコンパートメントへの空気の流れを調整して、必要な溶存酸素 (DO) 濃度を維持できます。

酸素が少なすぎると硝化が制限される可能性があります。ただし、エアレーションが多すぎると必ずしも有益であるとは限りません。過剰なエアレーションはエネルギー消費を増加させる可能性があり、特定の動作条件下では生物学的リン除去性能に影響を与える可能性があります。- A2/O システムに関する研究では、過度の曝気条件下での生物学的リン除去の低下も報告されています。

したがって、目標は単にできるだけ多くの空気を供給することではありません。目標は、プロセス全体を通じて適切な条件を維持しながら、必要な生物学的反応に十分な酸素を供給することです。

生物学的処理の後、混合液は二次清澄装置に流れます。

典型的な配置は次のとおりです。

好気槽 → 排水路 → 二次浄化槽

プラントの水圧プロファイルが許容する場合、この流れは移送ポンプではなく重力によって駆動することができます。

二次浄化装置は、処理水から生物固形物を分離します。

沈殿した汚泥は 2 つの重要な流れに分かれます。

活性汚泥（RAS）の返送→ 生物学的プロセスに戻る

廃棄物活性汚泥（WAS）→ システムから削除されました

浄化された水は下流の処理または排出に向かって進みます。

タンクだけを見ると、A²/O プラントは簡単に見えるかもしれません。

しかし、生物学的プロセスは、連携するいくつかの流れに依存しています。

影響力のある人:廃水と生分解性炭素をシステムに持ち込みます。

RAS:活性汚泥と PAO を生物学的プロセスに戻します。

社内リサイクル:硝酸塩-が豊富な混合液を無酸素ゾーンに戻します。

曝気空気：好気ゾーンに酸素を供給します。

だった：過剰なバイオマスとリンが豊富な固体を除去します。{0}

各フローには異なる目的があります。

そのため、A²/O の操作は単に適切なタンク容量を維持するだけではありません。油圧接続、リサイクル率、酸素供給、汚泥の廃棄はすべて連携して機能する必要があります。

廃水処理では、配管もプロセスの一部です。これは炭素、硝酸塩、バイオマス、酸素がどこに行くかを決定し、それが最終的に窒素とリンの除去に影響します。-