で 自治体および産業用廃水処理場(WWTP)硝化不具合はしばしば溶存酸素の減少、スラッジの劣化不足、または毒性ショックが原因とされています。しかし、多くの場合、本当の根本原因ははるかに根本的なものです。 アルカリ度の減少と緩衝破壊.
アルカリ度が不十分になると、pHは下がり始めます。緩衝能力が崩壊すると、硝化細菌は急速に活性を失い、アンモニアの突破口が続きます。
アルカリ度とpH:なぜバッファリング容量が即時測定よりも重要なのか
多くの植物はpHを継続的に監視していますが、同じ規律でアルカリ度を追跡することはほとんどありません。
- pH 現在の水素イオン濃度を反映しています。
- アルカリ性 これは、酸の中和能力であるpH変化に抵抗するシステムの能力を反映しています。
アルカリ度は、pH4.5への滴定により、CaCO₃としてmg/Lとして測定されます。市の廃水におけるアルカリ度は通常以下のものから成り立っています:
- 重炭酸塩(HCO₃⁻)— 優性成分
- 炭酸塩(CO₃²⁻)
- ヒドロキシド(OH⁻)
硝化は酸性を生み出すため、アルカリ性は生物系の不安定性に対する主要な防御機構として機能します。
重要な原則:
pHは症状の指標です。アルカリ度は安定性の指標です。
硝化の化学量論:なぜ崩壊は予想よりも速く起こるのか
窒化は反応化学の固定に基づいてアルカリ度を消費します:
- 1 mgのNH₄⁺-N酸化は、約7.14 mgのアルカリ度(CaCO₃として)を消費します。
- 1gのBOD₅を除去すると~0.3gのアルカリ度を消費します
アンモニアの影響が多い状況では、この需要はかなり大きいです。例えば:
影響するNH₄⁺-N = 40 mg/L
→ アルカリ度摂取量≈286 mg/L
多くの市町村のインフルエントはアルカリ度が200〜300 mg/Lにとどまっています。サプリメントがなければ、システムは必然的に酸性化します。
リスク要因には以下が含まれます:
- 高SRT全硝化システム
- 湿潤時の希釈による影響するアルカリ度の減少
- 緩衝能力の低い工業廃水
- 同時化学リン除去
残留アルカリ度が臨界レベルを下回ると、pHの低下は急速に加速します。
安定活性汚泥窒化のための重要制御ターゲット
プラントの実規模性能データに基づく:
最適な硝化pH範囲: 6.8–8.2
警告の閾値:
- pH<6.5 →硝化率の低下
- pH ≈ 6.0 →硝化はほぼ停止します
推奨されるアルカリ度制御ターゲット:
- 理論的な硝化需要≥影響アルカリ度1.5×
- 残留アルカリ度を50〜150 mg/L(最低限)維持
- 敏感な栄養除去システム:残留200–300 mg/L
アルカリ度が制限になると、演算子は以下を観察できます:
- 上昇する排水アンモニア
- 亜硝酸塩の蓄積
- SVIの増加(>150 mL/g)
- 糸状の過剰成長
- 朝のpH値が低い
- DOは十分ですが、アンモニア除去が不十分です
これは酸素の問題ではなく、バッファリングの問題です。
実践的なアルカリ性補給戦略
自然な影響性アルカリ度が不十分な場合、化学的補給が必要となります。
一般的なアルカリ性源
| 化学的 | 強度 | 作戦メモ |
|---|---|---|
| 水酸化ナトリウム(NaOH) | 強く、迅速な対応 | コストが高く、pHが急激に変化するリスク |
| 炭酸ナトリウム(Na₂CO₃) | 中程度 | より安全なバッファリング動作 |
| 石灰(Ca(OH)₂) | 経済的 | スラリー取り扱いとスケーリングリスク |
| 水酸化マグネシウム | 徐放緩衝 | 過剰給餌リスクの低減 |
ベストプラクティス:
pH設定値だけでなく、アンモニア負荷に基づく投与量です。
最適な注入位置
- リターン活性スラッジ(RAS)ライン
- 曝気前のインフルエントチャネル
- 均置盆地
曝気タンクでの局所的な高pHショックは避けてください。
制御哲学
反応制御(低pH警報を待つ)は、しばしば遅すぎることがあります。
積極的な戦略には以下が含まれます:
- 定期的なアルカリ度検査(週≥回)
- NH₄⁺負荷に基づくフィードフォワード投与
- 残留アルカリ度設定値(例:最低100 mg/L
- SCADA統合アルカリ度-アンモニア制御ループ
統合栄養除去の考慮事項
BNRシステムでは、アルカリ度管理がより複雑になります。
EBPRへの影響
- pH < 7はPAOの競争力を低下させます
- GAOはより支配的になる
- 生物学的リン除去効率の低下
化学的リン除去
鉄塩やアルミニウム塩は追加のアルカリ度を消費し、緩衝需要をさらに増加させます。
したがって、硝化安定性、リン除去、アルカリ度制御は独立変数ではなく相互に関連しています。
工学的および運用上の提言
硝化崩壊の長期防止:
- 影響するアルカリ度≥200 mg/L(市町村基準値)を設計
- 数日間分のアルカリ性貯蔵容量を確保してください
- ピークアンモニア負荷のサイズ投与システム
- アルカリ度の傾向を監視してください — スポット値だけでなく
- 季節調整戦略を準備する
覚えておいてください:
- pHは現在の状態を示します
- アルカリ度は将来の安定性を予測します
ほとんどの硝化崩壊は突然の出来事ではなく、徐々にアルカリ性が失われる最終段階です。
安定した硝化は曝気量を増やすだけでは達成できません。これは生物系の緩衝能力を保護することで維持されます。