まず最初に、同時硝化脱窒（SND）のための活性汚泥とは何かを明確にしましょう。簡単に言うと、通常の活性汚泥中の微生物は、従来のプロセスのように別々のタンクを必要とせず、「硝化」（アンモニア性窒素を硝酸性窒素に変換する）と「脱窒」（硝酸性窒素を窒素ガスに変換して逃がす）の両方のタスクを実行でき、水、電気、スペースを節約します。彼らは下水処理において真に「効率的で多用途」です。しかし、この「多用途性」は空から降ってくるものではありません。私たちはそれを段階的に「育成」する必要があります。今日は、準備作業から日常のメンテナンスまで、あなたに明確に説明します。業界の初心者であっても、これに従うことで遠回りを避けることができます。
1、 まず、「泥を育てる」ための基本的な条件を確立し、微生物が飢えたり、快適に暮らせるようにする
汚泥中の微生物にSND活性を持たせるためには、最初のステップとして、彼らに快適な「家」と十分な食料を用意することです。これは、花を育てる前に植木鉢と肥料を用意する必要があるのと似ています。2つの側面から話しましょう：「ハードウェア」（デバイス）と「ソフトウェア」（水質、栄養）：
1. ハードウェア設備：複雑にする必要はありませんが、重要な点は省略できません
数十万円もする大規模な反応槽から始める必要はありません。初心者は、ガラスやステンレス鋼で作られた10Lまたは20Lの円筒形反応槽などの「ミニバージョン」の実験から始めることができます。重要なのは、これらの要件を満たすことです：
-酸素を制御する能力：SNDの核心は「局所的な低酸素と全体的な好気性」であり、これは水が完全に酸素を欠いてはならず、酸素が多すぎてもならないことを意味します。微生物が同時に硝化と脱窒を行うことができるように、水には高酸素ゾーンと低酸素ゾーンが必要です。したがって、反応槽にはエアレーションヘッド（好ましくは微孔エアレーションを使用し、小さな気泡と均一な酸素分布を使用）を装備し、リアルタイムモニタリングのために溶存酸素計を装備して、いつでもエアレーションサイズを調整できるようにする必要があります。一般的に、溶存酸素（DO）は0.5〜2mg/Lの間で制御する必要があります。高すぎても低すぎてもいけません。
-攪拌できること：エアレーションが十分でない場合は、ミキサーも必要です。そうしないと、汚泥が底に沈みやすく、水や栄養素と均一に混ざらず、微生物が食べることができなくなります。攪拌速度は速すぎる必要はなく、汚泥が水中で「浮遊」できる（つまり、懸濁状態を維持する）限りで十分です。速すぎると、実際に微生物を「ノックアウト」し、その活性に影響を与える可能性があります。
-温度とpHを制御できること：微生物は人間と同様に、寒さ、熱、酸、アルカリに敏感です。SND微生物が働くのに最適な温度は25〜30℃です。低すぎると怠惰になり、活性が低下します。高すぎると、直接「熱死」を引き起こす可能性があります。したがって、反応槽を恒温加熱ジャケットで包むか、恒温水浴に入れるのが最善です。pH値も密接に監視する必要があります。硝化細菌はわずかにアルカリ性の環境（7.5〜8.5）を好み、脱窒細菌はわずかに酸に耐性がありますが、全体的には7〜8の間である必要があります。pHが低い場合は、炭酸ナトリウムを加え、高い場合は、塩酸を加えて値が「逸脱」するのを防ぎます。
2. 水質と栄養：微生物のために食べ物を準備し、盲目的に与えない
汚泥中の微生物は、働くために「主食」（炭素と窒素源）と「ビタミン」（微量元素）を必要とし、これらはすべて流入から供給されます。栄養素が十分でないか、割合が正しくないと、微生物は「飢えて痩せ」たり、「栄養失調」になったりし、SND活性をまったく生成できません。
-窒素源：最も一般的なアンモニア性窒素を使用：SND汚泥を育てる主な目的はアンモニア性窒素を処理することであるため、流入には十分なアンモニア性窒素が含まれている必要があります。複雑にする必要はなく、硫酸アンモニウムまたは塩化アンモニウムを直接混合するだけで十分です。濃度は50〜100mg/Lに制御するのがより適切です。低すぎると微生物は生き残ることができず、高すぎるとそれらを「毒殺」します。初心者はこの濃度範囲から始めるべきです。
-炭素源：「消化しやすい」ものを選び、「硬い」ものは選ばない：脱窒細菌は、その作業の「エネルギー」として炭素源を必要とします。炭素源が十分でないと、硝酸性窒素を窒素ガスに変換できません。初心者は、グルコースや酢酸ナトリウムなどの分解しやすい炭素源を選択するのが最善です。これらの微生物は「食べるのが速く」、活性を迅速に培養するのが簡単です。炭素と窒素の比率（つまり、C/N比）は非常に重要であり、一般的に5〜10：1に制御されます。たとえば、アンモニア性窒素濃度が50mg/Lの場合、炭素源は250〜500mg/Lの量で添加する必要があります。比率が正しくないと、脱窒が不十分になったり、炭素源が浪費されたり、水が臭くなったりします。
-微量元素：無視しないでください、十分ではありません。多くの人は微量元素の添加を忘れがちですが、実際には、微生物は酵素活性を活性化するために、鉄、マンガン、亜鉛などの「小さなもの」を必要とします。それらがなければ、十分な炭素と窒素があっても、活性を高めることはできません。高価な試薬を購入する必要はありません。水を用意するときに、少量の水道水（天然の微量元素が含まれています）を追加するか、庭の土を小さじ一杯分浸した水をろ過するだけです。量が多すぎると重金属毒性につながる可能性があるため、多すぎる必要はありません。
-水を入れるときに「毒」を持ち込まない：水中に重金属（クロム、鉛など）、抗生物質、または高濃度の塩が含まれている場合、微生物はすぐに「調理を停止」します。したがって、水を用意するときは、蒸留水または脱イオン水を使用する必要があります。工業排水や汚染された河川水を不用意に使用しないでください。初心者は最初に「きれいな」水を培養し、それから実際の排水をゆっくりと処理するように試みるべきです。
2、 汚泥を接種することは近道であり、ゼロから始めることはありません
多くの初心者が犯す間違いは、「空のプール」から始めて、汚泥が自然に成長するのを待つことであり、これには数ヶ月かかり、必ずしもSND活性が得られるとは限りません。賢明なアプローチは「接種」することであり、これは既製の活性汚泥を「種」として見つけ、それを直接反応槽に入れることを意味し、「他人の肩に乗る」ことに相当し、時間の半分以上を節約できます。
どこで「良い種」を見つけられるでしょうか？次の2つの場所を優先します
-都市下水処理プラントからの返送汚泥：これは、特に生活排水を処理する下水処理プラントにとって、入手が最も簡単な「種」です。内部の汚泥にはすでに硝化細菌と脱窒細菌が含まれていますが、活性はそれほど強くない可能性があります。それを持ち帰り、少し「馴化」させましょう。行くときは、きれいなバケツを持って行き、5〜10L（反応槽のサイズに応じて、通常、汚泥は反応槽の体積の10％〜20％を占めます）を入れます。長時間放置しないで、その日のうちに持ち帰って使用してください。長時間放置すると、汚泥は「酸素不足」になり、活性が低下します。
-実験室で既製の通常の活性汚泥：下水処理実験を行っている友人がいる場合は、彼らが育てた通常の活性汚泥をいくつか借りることができます。SND活性がないかもしれませんが、基本的な微生物群集は健全であり、すぐに馴化できます。黒色または臭い汚泥は絶対に使用しないでください。そのほとんどには死んだ細菌が含まれており、種として使用できません。
2. 接種中に「崩壊」しないで、汚泥を「新しい家」に適応させる
接種した汚泥を受け取った後、それを直接反応槽に注がないでください。まず、「汚泥を洗浄」して、汚泥から不純物と残留栄養素を除去します。方法は簡単です：汚泥を遠心分離管に注ぎ、蒸留水を加え、5分間（3000 rpmの速度で）遠心分離し、上部の透明な液体を捨て、蒸留水を加えてよくかき混ぜます。透明な液体になるまで2〜3回繰り返します。
洗浄後、汚泥を反応槽に注ぎ、準備した水をゆっくりと加えます（速く加えすぎないでください。そうしないと汚泥が「適応しません」）。添加後、最初にエアレーションをオンにしないでください。ミキサーをオンにして10分間攪拌し、汚泥と水を完全に混合します。次に、エアレーションをオンにして、溶存酸素を約1mg/Lに調整します。汚泥を最初に「呼吸」させ、新しい環境に適応させます。このステップは「膜付着前の適応期間」と呼ばれ、スキップしないでください。
3、 馴化が鍵：微生物にSND活性を成長させるように段階的に「強制」する
汚泥を接種した後、次の重要なステップは「馴化」です。簡単に言うと、環境条件（DO、C/N比、水力学的滞留時間など）を調整して、汚泥中の硝化細菌と脱窒細菌が「協力」し、徐々に同期して作業する習慣を身につけるようにします。このプロセスを急いではいけません。通常15〜30日かかります。忍耐、毎日の観察、記録、および段階的な調整が必要です。
1. フェーズ1：硝化細菌が「生き残り」、アンモニア性窒素を減らす（最初の7〜10日）
馴化の開始時に、脱窒細菌をすぐに働かせないでください。まず、硝化細菌に「餌」を与え、汚泥内でそれらを優勢にさせます。この時点で、次のことを行う必要があります：
-エアレーションをわずかに増加させる：溶存酸素（DO）を1.5〜2mg/Lに制御して、水中に十分な酸素を確保し、硝化細菌によるアンモニア性窒素の硝酸性窒素への変換を促進します。
-C/N比を少し下げる：炭素源をあまり追加する必要はなく、C/N比を3〜5：1に制御し、主に微生物に「窒素を食べさせる」ようにし、アンモニア性窒素の除去率を観察することに焦点を当てます。
-水力学的滞留時間（HRT）を長くする：HRTは水が反応槽に滞留する時間であり、最初は8〜12時間に設定して、水が速く流れすぎないようにし、硝化細菌が働くのに十分な時間を与えます。
毎日サンプルを採取して、流入と流出のアンモニア性窒素濃度を測定します。流出のアンモニア性窒素濃度が安定して10mg/Lを下回るまで減少できる場合、硝化細菌が「生き返った」ことを示し、最初の段階が基準を満たしています。
2. フェーズ2：脱窒細菌を活性化するためにゆっくりと「酸素を減らし、炭素を増やす」（その間の10〜15日）
硝化細菌が安定したら、「脱窒細菌」を目覚めさせる時です。鍵は、「局所的な低酸素」環境を作り出し、脱窒細菌に十分な炭素源を提供することです。この時点で、条件を少しずつ調整する必要があり、一度にあまり変更しないでください。そうしないと、微生物が「ストレス」を受けます：
-DOを徐々に減らす：毎日、DOを0.2〜0.3mg/L下げ、2mg/Lから0.5〜1mg/Lに徐々に減らし、この範囲に達したら安定させます。下降するときは、汚泥の色を観察することが重要です。汚泥が黄褐色から黒色に変化したり、流出液が濁ったりする場合は、溶存酸素（DO）が低すぎることを示しています。汚泥が酸素不足で死ぬのを防ぐために、すぐに少し調整してください。
-C/N比を徐々に増加させる：同時に、炭素源の量を増やし、C/N比を3〜5：1から5〜8：1に徐々に増加させます。毎日少しずつ追加し、一度にあまり追加しないでください。そうしないと、水中に過剰な炭素源が発生し、雑菌が繁殖し、汚泥が臭くなります。
-HRTをわずかに短縮する：HRTを12時間から6〜8時間にゆっくりと減らして、微生物がよりコンパクトに作業し、活性を高めるようにします。
この段階では、毎日2つの指標を測定する必要があります：アンモニア性窒素（硝化に問題がないか確認するため）と全窒素（脱窒が効果的かどうか確認するため）。全窒素除去率が50％以上で安定している場合、脱窒細菌が働き始め、SND活性が予備的に出現したことを示しています。
3. フェーズ3：SND活性を「統合」するための安定した条件（最後の7日程度）
全窒素除去率が50％以上で安定したら、条件を大幅に調整しないでください。DOを0.5〜1mg/L、C/N比を5〜8：1、HRTを6〜8時間に維持して、微生物がこの環境で「生活し、働く」ようにし、SND活性を徐々に高めます。
この時点で、汚泥の特性を観察する必要があります：良好なSND汚泥は黄褐色で、比較的大きなフロック（顕微鏡下でクラスターとして見える）があり、良好な沈降特性（30分間放置した後、汚泥が沈降し、上部の透明な液体が非常に透明である）があり、黒ずみや臭いがない必要があります。全窒素除去率を1日に1回測定します。70％以上で安定しているか、80％に達している場合は、おめでとうございます！同時硝化脱窒活性汚泥が正常に培養されました！
4、 日常のメンテナンス：「苦労して得た泥」に問題を起こさないようにする
SND汚泥を育てることは終わりではなく、始まりです。日常のメンテナンスが適切に行われないと、汚泥は「活性低下」や「死」を起こしやすく、これまでの努力が無駄になります。これらの点を密接に監視する必要があります：
1. 毎日行う必要があります：指標を測定し、特性を観察する
-3つの主要な指標を測定する：溶存酸素（DO）、pH値、および全窒素除去率を、少なくとも1日に2回（午前と午後）測定します。DOが0.5mg/Lを下回っていることが判明したら、エアレーションを増やし、2mg/Lを超えたら、エアレーションを減らします。pHが7を下回っている場合は炭酸ナトリウムを加え、8.5を超えている場合は塩酸を希釈します。全窒素除去率が10％以上低下した場合は、炭素源が十分に添加されているか、流入に不純物がないか確認してください。
-汚泥の特性を観察する：毎日汚泥の色（通常は黄褐色）を観察し、臭いがないか（通常は臭いがない、臭いは酸素不足が原因です）、沈降状況（沈降率は30分以内に20％〜30％が最適です。高すぎる場合は、汚泥が多すぎることを意味し、低すぎる場合は、汚泥の損失を意味します）を観察します。
2. 毎週の必須タスク：汚泥の排出と不純物の除去
-定期的な汚泥の排出：汚泥は増殖し続け、多すぎると反応槽の底に沈み、混合とエアレーションに影響を与えます。週に1回、余分な汚泥をどれだけ排出する必要がありますか？沈降率を確認します。沈降率が30％を超える場合は、反応槽の体積の5％〜10％の汚泥を排出し、沈降率を20％〜30％に維持します。
-不純物の清掃：水が完全にろ過されていても、時間の経過とともに少量の不純物が底に沈みます。毎週、汚泥の排出中に、反応槽の底の不純物を清掃して、汚泥と水の混合に影響を与えないようにします。
3. 問題に遭遇してもパニックにならない：一般的な問題解決方法
-黒色で臭い汚泥：溶存酸素（DO）が低すぎて酸素不足になっている可能性が非常に高いです。エアレーションをすばやく増やし、pHを測定します。pHも低い場合は、炭酸ナトリウムを加えてください。通常、回復には1〜2日かかります。
-全窒素除去率の突然の低下：まず、炭素源が少なすぎるかどうかを確認します。炭素源が十分な場合は、溶存酸素（DO）が高すぎるかどうか（高すぎると脱窒細菌が阻害される可能性があります）を確認します。DOを0.5〜1mg/Lに調整し、1〜2日間観察します。一般的に、回復できます。
-深刻な汚泥の損失（沈降率が10％未満）：混合が速すぎて汚泥が破壊されたか、流入水の流れが速すぎる（HRTが短すぎる）ために汚泥が洗い流された可能性があります。まず、混合速度を下げ、次にHRTを1〜2時間延長し、同時に、いくつかの接種汚泥を補給し、徐々に回復させます。
5、 初心者のための一般的な誤解：これらの「落とし穴」を踏まないでください
最後に、初心者に一般的な誤解について話し、間違った道を歩ませないようにしましょう：
-「迅速な結果」を追求しないでください：多くの人は、汚泥を接種してから3日以内にSND活性を生成することを望んでいますが、これは単に不可能です。微生物の馴化には時間がかかり、15〜30日が通常のサイクルです。急いでも無駄ですが、ゆっくりと進むことで実際には速くなる可能性があります。
-試薬をランダムに添加しないでください：一部の人は、「より多くの栄養素を追加する方が良い」と考えています。炭素源と窒素源を過剰に添加すると、水中の栄養素が過剰になり、細菌が成長し、汚泥が臭くなります。一部の人は、「微量元素を追加すると良い」と考えており、重金属試薬を一度に過剰に添加すると、微生物を直接毒殺し、比例して添加するだけで十分です。
-エアレーションと混合を長時間停止しないでください：時々、外出する必要がある場合、エアレーションと混合をオフにし、戻ってくると、汚泥が完全に底に沈み、黒くなっていることがわかります。これは、長期間の酸素不足が原因であり、多数の微生物が死んでいます。したがって、外出する場合でも、誰かに監視してもらう必要があり、少なくともエアレーションと混合が長すぎないように（最大4時間以内）する必要があります。
要するに、同時硝化脱窒活性汚泥を培養する核心は、「良好な環境を整え、適切な種を選択し、徐々に馴化し、注意深く維持する」ことです。それほど神秘的ではありません。初心者は、手順に従い、より多くを観察し、記録し、より少ない低レベルの間違いを犯すだけで、確実に良好な活性を持つ汚泥を培養できます。最初は、いくつかの問題に遭遇するかもしれませんが、パニックにならずにゆっくりと調整する限り、すぐに始めることができます。全窒素除去率が70％以上で安定しているのを見ると、その達成感は他の何よりも強いです！
