活性汚泥の硝化システムが崩壊すると、下水処理場では本当に「大問題」です。翌日データが出ると、アンモニア性窒素指数が急上昇し、オペレーターを不安にさせることもあります。この硝化システムは、まるで繊細な女の子のようで、少しでも不快だと「ストライキ」を起こす可能性があります。今日は、どのように「崩壊」していくのかを段階的に見ていきましょう。
まず、この硝化システムの「中核社員」である硝化細菌についてお話しましょう。これらの小さなやつらは、見た目は地味かもしれませんが、アンモニア性窒素を処理する主力部隊であり、2つのカテゴリーに分けられます。1つはアンモニア性窒素を亜硝酸に変換する亜硝酸菌、もう1つは亜硝酸を硝酸に変換する硝酸菌です。彼らはまるで組立ラインの労働者のように、うまく仕事をこなすためにはシームレスに協力する必要があります。しかし、この2種類の細菌には共通の問題があります。それは、寒さ、飢え、疲労に弱いということです。環境が少しでもずれると、すぐに仕事を放棄してしまいます。
まず、最も一般的な「キラー」である温度についてお話しましょう。考えてみてください。硝化細菌にとって最も快適な温度は25〜30℃で、まるで春に薄手のコートを着て快適に感じるようなものです。しかし、温度が急に下がると、例えば冬に暖房が突然止まったり、夏に豪雨で冷水が生化学プールに流れ込んだりして、温度が10℃以下になると、これらの細菌は凍り付いたように活動が半分に低下します。さらに致命的なのは、硝酸菌は亜硝酸菌よりも寒さに弱いことです。彼らが怠けると、亜硝酸がプールに蓄積されます。目の前の亜硝酸菌は「半製品」がどんどん蓄積されているのを見て、もう働く気がなくなります。硝化チェーン全体がこのように詰まってしまいます。以前、ある下水処理場では、秋に突然寒波が襲来し、夜間に暖房が間に合わず、翌日アンモニア性窒素がメーターで直接爆発しました。調べてみると、原因は温度でした。
さらに、食べ物に問題があると言うことも、システムをダウンさせる可能性があります。ここで言う「食べる」とは、主に流入水のアンモニア性窒素の濃度と負荷を指します。時々、工場が突然高濃度の排水を放出し、アンモニア性窒素が通常の50mg/Lから200mg/Lに急上昇することがあります。これは、硝化細菌に脂肪のテーブルを詰め込むようなもので、彼らは全く消化できません。これらの細菌は通常ゆっくりと食べますが、突然こんなに大きな食事をすると、「死ぬほど伸びる」か、単に抗議して「ハンガーストライキ」を起こします。また、「食べるものがない」という状況もあります。例えば、工場が生産を停止し、流入水のアンモニア性窒素がほぼゼロになる場合です。硝化細菌は極度の空腹になると互いに「かじり合い」、数が減少します。流入が正常になっても、食べ物があっても働く細菌が足りなくなり、システムは当然崩壊します。数日間飢えていた人が、突然重労働を要求されたら、絶対に耐えられないのと同じです。
溶存酸素も重要な役割を果たします。硝化細菌は「酸素マニア」であり、生化学プール内の溶存酸素は、自由に呼吸できるように2mg/L以上に維持する必要があります。曝気設備が故障したり、流入水中の有機物が突然増加したりすると、好気性細菌が有機物を食べに殺到し、すべての酸素を消費してしまい、硝化細菌は密閉されたタンクに閉じ込められ、数分で窒息してしまいます。ある小さな工場で、曝気ファンのベルトが切れ、時間内に発見されなかったのを見たことがあります。2時間曝気しなかった後、タンク内の溶存酸素は0.5mg/Lを下回りました。修理されたときには、硝化システムはすでに崩壊しており、回復には半月以上かかりました。さらにイライラするのは、溶存酸素レベルが変動することがあり、まるで人がしばらく水中に保持され、その後呼吸するために引き出されるようなものです。細菌は単に適応できず、その活動はゆっくりと減少します。
pH値も「見えないキラー」です。硝化細菌は中性からアルカリ性の環境を好み、pH値が7.5〜8.5の間が最も活発です。しかし、流入水が突然酸性廃水、例えば化学プラントから排出される廃酸を運んだり、嫌気性タンクからの流出液が多すぎたりして、タンク内のpH値が6を下回ると、これらの細菌はすぐに酢のようにしおれてしまいます。かつて、化学廃水を処理する工場を訪問したことがあり、隣の作業場が秘密裏に酸洗浄廃水を排出しました。生化学タンクのpHは7.8から5.2に低下し、硝化細菌は「集団死」しました。アンモニア性窒素は数日間減少しなくなり、最終的には新しい細菌株を追加して救済しなければなりませんでした。
もう1つ見落としがちな理由は、有毒物質の奇襲攻撃です。硝化細菌の「抗毒性能力」は非常に弱く、重金属（銅や亜鉛など）、有機溶剤（アルコールやアセトンなど）、さらには残留消毒水でさえ、それらに非常に有毒です。時々、工場が機器を清掃し、消毒剤を含む廃水を排出すると、濃度がわずか数ppmであっても、硝化細菌を完全に破壊する可能性があります。さらに陰湿なのは、一部の有毒物質がすぐにシステムを崩壊させるのではなく、ゆっくりと蓄積することです。それらは今日と明日にいくらかの損傷を引き起こし、発見されたときには、細菌はあまり残っていません。この「慢性中毒」は、「急性中毒」よりも調査が困難です。
これらの外部要因に加えて、システムの独自の悪い物理的状態は、混乱に耐えることができません。例えば、汚泥の年齢が短すぎると、硝化細菌は自然にゆっくりと繁殖し、新しい世代を育てるのに約20日かかります。汚泥の年齢がわずか10日の場合、新しく成長した細菌は追放され、量を節約する方法はありません。また、汚泥濃度が低すぎると、まるで戦場に兵士が少なすぎるようなもので、たとえ戦えても、敵の攻撃に耐えることができず、わずかな変動にも耐えることができません。一部の工場では、コストを削減するために意図的に汚泥濃度を下げており、負荷にわずかな影響を与え、システムが直接クラッシュします。代わりに、修理に多くのお金を費やすことになり、これはゴマを選んでスイカを失うようなものです。
最後に、「バタフライ効果」があります。システムが一度誤動作し始めると、タイムリーに検出されない場合、小さな問題が大きな問題に変わる可能性があります。例えば、アンモニア性窒素が最初はわずかに上昇し、真剣に受け止められない場合、細菌は「作業結果」の悪化により活動を失います。その後、細菌の減少により溶存酸素が「過剰」に見える可能性があり、初心者は曝気が十分であると誤って信じ、代わりに曝気を減らす可能性があります。発見されたときには、プール内の汚泥は黒く臭くなり、硝化細菌はすでに死滅していました。この時点では、1か月ほど経っても回復することは不可能でした。
したがって、硝化システムの崩壊は決して突然ではなく、まるでドミノ倒しのように、最初のカード（温度の突然の変化など）が倒れると、次のカード（細菌活性の低下、アンモニア性窒素の蓄積、汚泥の悪化）が倒れ、最終的にシステム全体が完全に崩壊します。このシステムの安定した運用を確保するには、子供の世話をするように注意深く、温度、pH、溶存酸素を常に監視し、流入負荷を制御し、有毒物質の侵入を防ぐ必要があります。汚泥の状態を定期的に観察し、異常が見つかった場合は速やかに調整を行ってください。結局のところ、硝化細菌を育成することによってのみ、廃水を効果的に処理し、流出水が基準を満たすようにすることができます。
