廃水処理における活性泥の役割は,複雑な微生物生態系と物理的および化学的プロセスによる動的システムである.微小代謝からマクロプロセスレベルまで深く分析できます
1微生物群の協働性代謝メカニズム
機能的微生物群の階層的分割
-有利な細菌群: 主に異性成長細菌 (Pseudomonas と Zygomycetes など) から構成され,有機物質の主要な分解に責任があります.細胞外酵素を分泌し,大きな有機分子を吸収可能な小分子に水解する (例えばポリサカリド → グルコース)タンパク質 → アミノ酸)
- 機能的な微生物群
窒素化細菌 (窒素菌,窒素酸細菌): 有酸素条件下では,NH-NをNO2−とNO-に酸化します.
-デニトリファイングバクテリア (Pseudomonasなど):無酸素状態では,有機物質を電子ドナーとして使用し,NO−をN2に削減します.
- ポリフォスファート蓄積細菌 (アシネトバクテールなど): Excessive uptake of phosphorus in anaerobic aerobic alternating environments (releasing energy to absorb phosphorus during aerobic conditions and releasing phosphorus to obtain carbon sources during anaerobic conditions).
微生物代謝におけるエネルギー分配
- 分解代謝:有機物質は酸化してエネルギーを放出します (約40%がATPに変換され,60%は熱エネルギーとして失われます).
- 代謝: エネルギーは微生物細胞の増殖 (泥の生成) に使用され,残りのエネルギーは内因呼吸によって消費されます.
2物理的および化学的プロセスの強化効果
アドソルプション・フロッキュレーション・降水の結合効果
- 吸収段階:微生物 は EPS (細胞外 ポリマー 物質) の 粘着 性 な ネットワーク を 通し て 素早く 有機 物 を 吸収 する (吸収 率 は 分解 率 の 10 倍 以上 に 達 する).
- フロクルレーションメカニズム:
生物学的浮生:微生物によって分泌されるEPS中のポリサカリドとタンパク質は,浮生形成を促進するために生物学的浮生剤として作用します.
-電荷中和:カ2+とMg2+イオンを用いて,コロイド表面の負電荷を減らし,反発を減少させる.
-降水効率:良質のフラックス (SVI=100~150 mL/g) は,二次堆積タンクで泥水の分離を達成し,帰還した泥の濃度は3000~5000 mg/lに達する.
質量移転と拡散制御
溶解酸素グラディエント: 溶解酸素の不均等な分布は,微小環境 (有酸素無酸化インターフェース) を形成し,同期的窒素化とデニトリフィケーションを促進する.
- 基質拡散: 有機物質が水性段階から微生物細胞表面に移動する速さは,分解効率に影響します.調動強度を増やすことで最適化できる.
3プロセスパラメータの制御論理
主要な制御パラメータ
粘土年齢 (SRT): 微生物群の構造を決定する (例えば,長いSRTは,窒素化細菌の成長を促進し,短いSRTは,繊維性細菌を抑制する).
-スラッグ負荷 (F/M):高負荷 (0.3~0.6 kgBOD/kgMLSS · d) は有機物質の分解を加速するが,スラッグの腫れを容易に引き起こす.低負荷 (<0.15 kgBOD/kgMLSS · d) は,窒化に有益である..
-リフルクス比 (R):空気容器の泥の濃度と処理効率に影響を与える (通常20%~100%).
典型的なプロセスの最適化方向
-A/O プロセス: リンゴの除去は,無酸素性有酸素性交替によって達成され,無酸素ゾーンのORPは-150~-250mVで制御する必要があります.
-A 2/O プロセス:デニトリフィケーションを高めるために無酸化段階を増加させ,バランスのとれた炭素源の割り当てを必要とする (優先的にデニトリフィケーション,その後リンを除去).
-SBR プロセス:時間系列制御によって達成された多機能統合,気流の強度と沉着時間の最適化が必要です.
4運用中の課題と対処戦略
共通の問題分析
粘液腫れ: 繊維性細菌の過剰増殖はSVI>200 mL/gにつながり,Fe3+を加えたり,F/Mを調整することによって抑制することができます.
粘土の老化:低負荷で長時間動作すると,粘土が放出されるか,代謝が活性化するために負荷が増加する.
-デニトリフィケーション効率は限られている:炭素源が不十分である場合,メタノール/ナトリウムアセタートを追加するか,SRTを拡張するためにMBRプロセスを使用することができます.
インテリジェント制御技術
-オンラインモニタリング:DO,pH,ORPセンサーを通じてプロセス状態のリアルタイムフィードバック
- モデル予測: 代謝プロセスをシミュレートし,気流と反流戦略を最適化するために,ASM (アクティブスランプモデル) を適用します.
5技術の革新と最先端の方向性
新しいプロセス開発
-短距離窒素化デニトリファクション:NH-NをNO2−に酸化し,直接デニトリファインし, 25%の空気化と40%の炭素源を節約する.
粒状泥の技術: 粒粒の粒子を形成する自己凝聚により,衝撃負荷に耐える能力を高めます.
資源利用
泥の無気消化:有機物質をバイオガス (CH4の60%~70%を含む) に変換し,エネルギー回収を達成する.
- リンゴ回収: 鳥の糞便 (MgNH4PO4 · 6H2O) の結晶化技術によって泥から放出が遅い肥料を抽出する.
概要する
活性スラッドシステムは,微生物代謝と物理化学プロセスを組み合わせることで,有機鉱化から栄養素循環までの完全な鎖制御を達成します.低炭素と省エネのプロセスが 将来の発展傾向炭素中立を目指す下水処理の向上への需要を満たす.実用的な応用では, it is necessary to flexibly adjust process parameters based on water quality characteristics (such as toxic substances in industrial wastewater and metabolic inhibition in low-temperature environments) to ensure stable and efficient operation of the system.
