最新の廃水処理プラントは、閉ループの浄水組立ラインとして動作します。都市部の家庭下水と産業排水はパイプネットワークを通って合流し、多段階の浄化を経て、最終的には放流または再生再利用に適したきれいな水に変わります。この記事では、実際の下水の流れの流れにおける完全なプロセス、各ユニットの機能、および中心となる動作原理について詳しく説明しており、すべての読者に理解しやすくなっています。 I. 廃水処理プラントの全体構造 すべての処理ユニットは水の流れ方向に沿って直列に動作し、7 つの主要な機能ゾーンで構成される完全な浄化システムを形成します。 1. 流入ポンプステーション (粗いバースクリーン付き) 2. 前処理ユニット (細目スクリーン、沈砂室) 3. 一次沈殿槽 4. 生物反応槽 (ブロワーハウス付き) 5. 二次沈殿槽 6. 消毒、排出および再利用ユニット7. 汚泥処理ユニット 下水は、物理的遮断→一次沈殿→生物学的分解→泥水分離→消毒・排出・再利用という一連のプロセスを経ます。全工程で発生する汚泥・残渣を均一に収集・減容・搬出処分することで、水処理＋汚泥処理の二重運用を実現します。 II.各処理装置の詳細説明 1. 流入水ポンプ場（粗目スクリーン付） 工場内に流入する下水の最初の出入口であり、下水収集、水位上昇、粗ろ過の 3 つの主要な機能を担っています。都市下水は主に重力によって流れます。工場到着時の水位は低すぎて、その後の構造物に直接入ることができません。水位を上昇させるには水ポンプが必要で、下水が後続のすべての処理ユニットを重力で流れることができるようになります。主要設備 粗目バースクリーン、水中揚水ポンプ、手動・電動水門、回収タンク、脱臭装置 動作原理 ・粗目バースクリーン：10～20mmの隙間で巨大な櫛のように働き、木の枝、ビニール袋、石、布片などの大きな浮遊物や浮遊物質を遮断し、後続のパイプライン、ポンプ、精密機器の閉塞を防ぎます。・揚水ポンプ：収集タンク内の汚水を前処理装置の設計水位まで安定して揚水し、安定した水流を継続します。 • 水門: 機器のメンテナンス、流れの切り替え、流入流量の調整に使用されます。・脱臭装置：ポンプ場で悪臭ガスを捕集し、洗浄・吸着処理することで排出基準を満たし、工場内の臭気を軽減します。 2. 前処理装置（細網・沈砂室） 粗選後の下水には、微細な浮遊物質、砂、燃え殻が大量に含まれています。その後の生化学装置や沈降装置を保護するには、さらに前処理が必要です。主要設備ファインスクリーン、ボルテックス沈砂室・曝気沈砂室、スクリューコンベア、砂水分離装置、脱臭装置 動作原理 ・ファインスクリーン：3～5mmの隙間で毛髪、繊維、紙くずなどの微細な浮遊物をさらに遮断。スクリーン残留物は収集され、スクリューコンベアによって搬出されます。 • グリットチャンバー: 重力と渦の作用を利用して、高密度の砂や石を急速に沈降させ、有機物から分離します。ボルテックスグリットチャンバーは、床面積が小さく、砂の除去効率が高いために広く使用されており、砂粒によるポンプの磨耗やタンクのシルテーションを効果的に防止します。 • 砂水分離器: 砂水混合物を沈砂室から分離します。砂は外に運ばれ、分離された水は下水システムに戻ります。 3. 一次沈殿槽 前処理された下水は物理沈殿のために一次沈殿槽に入り、生化学的処理前の重要な負荷軽減リンクとして機能します。コア機能下水中の COD と BOD₅ を 20% ～ 30%、浮遊物質 (SS) を 50% 以上除去します。その後の生物反応槽の有機負荷を大幅に削減し、曝気エネルギー消費量を削減し、装置の耐用年数を延長します。キーノートすべてのプロセスに最初沈殿槽が装備されているわけではありません。オキシデーションディッチ、SBR、MBRなどの統合プロセスでは通常、これが省略され、下水が直接生化学システムに入ることができます。動作原理下水はタンク内をゆっくりと流れます。沈降性固形物は重力によってタンクの底に沈んで一次汚泥を形成し、汚泥スクレーパーによって収集されて排出されます。比較的透明な上清が生物反応槽に流入します。 4. 生物反応槽（ブロワハウス付） 排水処理の中核です。活性汚泥中の微生物は、下水中の有機物、アンモニア性窒素、全窒素、全リンを「分解・消費」し、高度な浄化を実現します。主流プロセスAAO (嫌気-無酸素-酸素)、酸化溝、SBR、CAST、MBR、その中でAAOが最も広く適用されています。コア機器送風機、曝気ディスク/曝気パイプ、水中ミキサー、汚泥返送ポンプ、硝化液返送ポンプ、薬品注入システム 動作原理 • 嫌気ゾーン: ミキサーは汚泥を懸濁状態に保ちます。リンを蓄積する細菌はリンを放出して、その後の酸素ゾーンでのリン吸収に備えます。 • 無酸素ゾーン: ミキサーは水流を混合します。脱窒は、返送された硝化液中の硝酸塩を利用して全窒素を除去することによって実現されます。 • オキシックゾーン: ブロワーが圧縮空気を送り、エアレーターを通してマイクロバブルを形成して微生物に酸素を供給します。微生物は大量に繁殖して有機物を分解し、アンモニア性窒素を酸化します。一方、リン蓄積細菌は過剰なリンを吸収します。 • 返送システム: 汚泥返送ポンプは、微生物濃度を維持するために二次沈殿タンクから生化学タンクに汚泥を送り返します。硝化液を戻すことで窒素除去効率が向上します。 • 化学物質投与システム: 全窒素と全リンの安定したコンプライアンスを確保するために、必要に応じて炭素源とリン除去剤を投与します。 5. 二次沈殿槽 生物反応槽からの排水には活性汚泥が多量に含まれています。きれいな排水を保証するには、重力沈降による泥水の完全な分離が必要です。よくあるタイプ垂直流、放射状流、水平流二次沈殿槽。動作原理 • 上澄み: 基準に準拠した最終的な排出準備のために、きれいな水が消毒ユニットに流れ込みます。・沈殿汚泥：微生物量を維持するために汚泥の一部を生物反応槽に戻す。残りは過剰な汚泥の蓄積を避けるために汚泥処理装置に排出される余剰汚泥です。 6. 消毒・排出・再利用装置 二次沈殿池の排水は基準値に達していますが、微量の細菌やウイルスが含まれています。安全に排出または再利用するには消毒が必須です。一般的な消毒方法 • UV 消毒: 化学薬品を使用せず、残留物がなく、接触時間が短く (数秒から 10 秒以上)、操作とメンテナンスが簡単です。都市の下水処理場で広く使用されています。 • 次亜塩素酸ナトリウム消毒: 投与が便利で低コスト。必要な接触時間 ≥ 30 分。二次汚染を防ぐためには残留塩素の厳格な管理が必要です。 • オゾン殺菌: 非常に強力な酸化殺菌能力があり、脱色と脱臭を同時に行います。多額の設備投資と運用コストがかかり、主に高水準の再利用シナリオに適用されます。最終処分ルート ・基準排出量：河川や湖沼などの受け入れ水域に排出。・再生再利用：都市緑化、道路水洗、工業用冷却水、景観用水補給等に適用され、水資源のリサイクルを実現します。 7. 汚泥処理装置 一次沈殿池の初汚泥と二次沈殿池の余剰汚泥は、含水率が高く腐敗しやすい性質を持っています。二次汚染を避けるために、減容、安定化、無害化処理を行う必要があります。汚泥処理の全フロー濃縮→調整→脱水→外部処分基幹設備汚泥濃縮槽・濃縮機、汚泥調整槽、板枠フィルタープレス・ベルト脱水機・スクリュープレス脱水機、汚泥サイロ、脱臭装置動作原理・濃縮：汚泥中の遊離水を除去し、減容化して後処理の負荷を軽減します。 • コンディショニング: PAM (ポリアクリルアミド) などの化学物質を添加して、汚泥の脱水性能を向上させます。 • 脱水: 機械的押出によりスラッジの水分含有量が 80% 以下に減少し、固体のスラッジ ケーキが形成されます。 • 外部処分: 汚泥ケーキは、埋め立て、焼却、建築資材の生産、土地利用などの無害な処分のために適格な場所に輸送されます。 Ⅲ．廃水処理プロセスの概要 廃水処理プラントの浄化ロジックは基本的に次のとおりです。物理的遮断と沈殿 → 生物学的分解 → 二次沈降と泥水分離 → 高度な浄化 → 汚泥処理 1. 物理的不純物の除去: 粗/細かいスクリーンが残留物を遮断し、沈砂室が砂を除去して固体不純物を最初に除去します。 2. 予備負荷軽減：一次沈殿槽で懸濁汚泥を沈降させ、生化学的負荷を軽減します。 3. 核の浄化：微生物が有機物を分解し、水質基準を満たす窒素とリンの除去を実現します。 4. 泥水分離: 二次沈殿タンクは、きれいな排水を確保し、活性汚泥をリサイクルするために、浄水を活性汚泥から分離します。 5. 滅菌とコンプライアンス: きれいな水の排出または再利用のために病原微生物を消毒します。 6. 汚泥の処理: 余剰汚泥は濃縮、脱水、減容され、無害に処分されます。
