下水処理の同僚は、おそらくこの頭痛の種に遭遇したことがあるでしょう。数日前まで、さまざまな排出物の指標は安定しており、アンモニア性窒素とCODはすべて基準値を下回っていましたが、突然「負荷ショック」が襲来しました。2日以内に、実験データは赤字に転じ、アンモニア性窒素が急上昇しました。上司は督促し、環境検査は本当に大変なことでした。今日は、負荷ショックがどのようにして徐々に排出物のアンモニア性窒素を基準値を超過させるのかについて、皆さんとお話しします。私たちは明確な理解を持ち、事前に準備しておく必要があります。
まず、「負荷ショック」とは何かを明確にする必要があります。簡単に言うと、下水処理場の「食事量」が突然基準を超えたということです。上流の工場が秘密裏に高濃度の廃水を排出したり、雨の日にパイプラインネットワークで混合流によって大量の汚染物質が持ち込まれたり、ポンプ場が水流をうまく制御できず、突然生化学タンクに過剰な「食事」を詰め込んだりすることが考えられます。私たちの生化学システムは、まるでカフェテリアのようです。通常、誰もが自分の食欲に合わせて食べますが、突然大食いのグループが押し寄せ、キッチンに混乱を引き起こします。これが負荷ショックの基本的な状況です。
負荷ショックの開始時に、生化学プールにはどのような変化が起こるでしょうか？最も顕著なのは、「食べ過ぎ」で、微生物が追いつかないことです。私たちは皆、アンモニア性窒素の処理は主に硝化細菌に依存していることを知っています。硝化細菌は非常にデリケートで、適度に食べ、快適な環境が必要です。通常、流入水のアンモニア性窒素と有機負荷の濃度は安定しており、硝化細菌はゆっくりと増殖し、アンモニア性窒素を硝酸塩に変換することができます。しかし、負荷が突然増加した場合、例えば流入水のアンモニア性窒素濃度が通常の30mg/Lから80mg/Lに低下したり、流入量が2倍になったりすると、単位体積あたりのアンモニア性窒素の総量が突然増加し、硝化細菌の「作業量」が突然数倍に増加し、最初は「混乱」します。
すぐに、十分な溶存酸素が不足しました。汚染物質の微生物処理は酸素の助けを借りています。負荷が高い場合、微生物は有機物を分解するために必死に「呼吸」し、酸素消費量が急増します。私たちの曝気システムは最大酸素供給能力を持っており、通常の使用には十分です。ショックが発生すると、食事が止まります。まるで、狭い部屋で同時に大勢の人が走っているようなもので、確実に酸素が不足し、誰もが息を切らします。生化学プールの溶存酸素濃度は、通常の2〜3mg/Lから1mg/L以下に急激に低下し、ゼロに近づくことさえあります。硝化細菌は溶存酸素に特に敏感で、作業には少なくとも1〜2mg/Lの溶存酸素が必要です。酸素が不足すると、彼らはストライキを起こし、アンモニア性窒素の変換効率が直接低下します。この時点で、生化学タンクの溶存酸素を測定すると、値が急速に低下し、曝気機を最大にしても耐えられないことがわかります。水面の泡は弱々しく、活気がないように見えます。
次にpH値が低下し、これは硝化細菌にとってさらに悪いことです。微生物が有機物を分解すると、有機酸が生成され、負荷が高いほど、より多くの酸が生成されます。一方、硝化反応自体もアルカリ度を消費し、アンモニア性窒素1gあたり約7.14gの炭酸カルシウム当量アルカリ度を必要とします。負荷ショック下では、アルカリ度が迅速に消費され、タイムリーな補充が行われないため、生化学タンクのpH値は通常の7.5〜8.5から7以下、さらには6.5に低下します。硝化細菌は、中性アルカリ性の環境で作業するのに最も適しています。pHが低下すると、その活性は凍結したようになり、反応速度が大幅に低下します。この時点で、pHを測定しに行くと、値が日ごとに変化し、ゆっくりと低下し、アルカリ度試験キットで測定した結果も恐ろしく低くなることがわかります。
さらに厄介なのは、負荷ショックが微生物群集内で対立を引き起こす可能性があることです。私たちの生化学プールには、硝化細菌だけでなく、有機物を分解する多くの従属栄養細菌も含まれています。従属栄養細菌は、増殖が速く、食べ物をめぐって激しく競争するため、硝化細菌よりもはるかに優勢です。通常、誰もが平和に暮らしていますが、高濃度の有機物が到着すると、従属栄養細菌は飢えたオオカミのように増殖し、硝化細菌と酸素と生活空間をめぐって競争します。まるで、カフェテリアで食べ物を奪い合う屈強な男たちのグループのように、ゆっくりと噛む硝化細菌は競争できず、空腹になるしかありません。この時点で、顕微鏡検査を行うと、細菌コロニーが緩くなり、原生動物が減少し、元々一定の割合を占めていた硝化細菌の数が急激に減少することが明らかになります。微生物群集全体の構造が破壊されています。
時間が経つにつれて、硝化細菌の活性と量が減少します。負荷の影響により、彼らは飢餓、低酸素症、pHの不快感に苦しむだけでなく、環境悪化により死ぬ可能性もあります。硝化細菌の増殖速度はすでに遅く、世代サイクルは数日ですが、従属栄養細菌は1日に数世代も増殖できます。大量の硝化細菌が死ぬと、回復が困難になります。この時点で、生化学タンクのアンモニア性窒素を測定しに行くと、入口のアンモニア性窒素はあまり減少しないことがわかり、出口でもまだ高いままであり、硝化反応がほぼ停滞していることを示しています。排出物のアンモニア性窒素の値は、この時点から上昇し始めます。
負荷の影響が長期間にわたる場合、または影響の強度が特に高い場合、状況はさらに悪化します。硝化システムが完全に崩壊し、流入負荷が減少しても、アンモニア性窒素を元に戻すことができなくなる可能性があります。硝化細菌がほぼ死滅しているため、生化学プールの「主力」がいなくなり、再訓練が必要になります。まるで、カフェテリアの裏キッチンのシェフが疲れ果てて逃げ出したようなものです。顧客が少なくても、誰も料理できなくなるため、新しい人を採用して訓練する必要があります。このプロセスには、1〜2週間、または1〜2か月かかる可能性があり、排出物のアンモニア性窒素は確実に基準を超え続けるでしょう。
次にpH値が低下し、これは硝化細菌にとってさらに悪いことです。微生物が有機物を分解すると、有機酸が生成され、負荷が高いほど、より多くの酸が生成されます。一方、硝化反応自体もアルカリ度を消費し、アンモニア性窒素1gあたり約7.14gの炭酸カルシウム当量アルカリ度を必要とします。負荷ショック下では、アルカリ度が迅速に消費され、タイムリーな補充が行われないため、生化学タンクのpH値は通常の7.5〜8.5から7以下、さらには6.5に低下します。硝化細菌は、中性アルカリ性の環境で作業するのに最も適しています。pHが低下すると、その活性は凍結したようになり、反応速度が大幅に低下します。この時点で、pHを測定しに行くと、値が日ごとに変化し、ゆっくりと低下し、アルカリ度試験キットで測定した結果も恐ろしく低くなることがわかります。
さらに厄介なのは、負荷ショックが微生物群集内で対立を引き起こす可能性があることです。私たちの生化学プールには、硝化細菌だけでなく、有機物を分解する多くの従属栄養細菌も含まれています。従属栄養細菌は、増殖が速く、食べ物をめぐって激しく競争するため、硝化細菌よりもはるかに優勢です。通常、誰もが平和に暮らしていますが、高濃度の有機物が到着すると、従属栄養細菌は飢えたオオカミのように増殖し、硝化細菌と酸素と生活空間をめぐって競争します。まるで、カフェテリアで食べ物を奪い合う屈強な男たちのグループのように、ゆっくりと噛む硝化細菌は競争できず、空腹になるしかありません。この時点で、顕微鏡検査を行うと、細菌コロニーが緩くなり、原生動物が減少し、元々一定の割合を占めていた硝化細菌の数が急激に減少することが明らかになります。微生物群集全体の構造が破壊されています。
時間が経つにつれて、硝化細菌の活性と量が減少します。負荷の影響により、彼らは飢餓、低酸素症、pHの不快感に苦しむだけでなく、環境悪化により死ぬ可能性もあります。硝化細菌の増殖速度はすでに遅く、世代サイクルは数日ですが、従属栄養細菌は1日に数世代も増殖できます。大量の硝化細菌が死ぬと、回復が困難になります。この時点で、生化学タンクのアンモニア性窒素を測定しに行くと、入口のアンモニア性窒素はあまり減少しないことがわかり、出口でもまだ高いままであり、硝化反応がほぼ停滞していることを示しています。排出物のアンモニア性窒素の値は、この時点から上昇し始めます。
負荷の影響が長期間にわたる場合、または影響の強度が特に高い場合、状況はさらに悪化します。硝化システムが完全に崩壊し、流入負荷が減少しても、アンモニア性窒素を元に戻すことができなくなる可能性があります。硝化細菌がほぼ死滅しているため、生化学プールの「主力」がいなくなり、再訓練が必要になります。まるで、カフェテリアの裏キッチンのシェフが疲れ果てて逃げ出したようなものです。顧客が少なくても、誰も料理できなくなるため、新しい人を採用して訓練する必要があります。このプロセスには、1〜2週間、または1〜2か月かかる可能性があり、排出物のアンモニア性窒素は確実に基準を超え続けるでしょう。
もう一つ見落としがちな点は、負荷ショック後、沈殿槽にも問題が発生しやすく、間接的にアンモニア性窒素の増加につながるということです。影響下では、微生物の活性が低下し、微生物フロックの凝集効果が良くありません。これにより、沈殿槽で汚泥の膨張や汚泥の漏れが発生する可能性があります。大量の硝化細菌が汚泥とともにシステムから流出し、プール内の微生物集団が減少し、当然ながら処理能力が低下します。この時点で、沈殿槽に行ってみると、水面に細かい汚泥の層が浮いており、出口堰からも多くの汚泥が排出されていることがわかります。汚泥濃度（MLSS）を測定すると、通常よりもはるかに低いことがわかります。
誰かが尋ねるかもしれません、なぜ負荷ショックが過ぎ去った後、アンモニア性窒素が減少していないのか？これは、硝化細菌の回復に時間がかかるからです。まるで、人が過労で病気になったとき、1日の休息だけでは治らず、ゆっくりと自分自身をケアする必要があるのと同じです。流入負荷が正常に戻り、溶存酸素やpHなどの環境要因が調整されても、硝化細菌は再び増殖し、蓄積する必要があり、これには数日または数週間かかる可能性があります。この回復期間中、排出物のアンモニア性窒素は、硝化システムの機能が完全に回復するまで高いままになります。
このプロセスをまとめましょう：負荷の突然の増加→微生物の酸素消費量の急速な増加、溶存酸素の不足→有機物の分解による酸の生成、アルカリ度の消費、pHの低下→従属栄養細菌の大増殖、硝化細菌の生活空間の占有→硝化細菌の活性の阻害、量の減少→アンモニア性窒素変換効率の著しい低下→沈殿槽からの汚泥流出、微生物の損失の激化→排出物のアンモニア性窒素の継続的な増加→影響が終了した後でも、硝化システムは回復に時間がかかり、アンモニア性窒素は高いままです。
このプロセスを理解することで、私たちは日常生活で負荷ショックをより良く予防し、対応することができます。たとえば、水流入のモニタリングを強化して、異常な変動を事前に検出します。曝気システムを最適化して、十分な酸素供給能力を確保します。アルカリ性剤をいくつか用意し、必要に応じてタイムリーに補充します。汚泥の漏れなどを防ぐために、汚泥の還流を適切に制御します。これらのタスクをうまく行うことで、排出物のアンモニア性窒素に対する負荷ショックの影響を最小限に抑え、下水処理システムをより安定して信頼性の高いものにすることができます。
