自治体の下水処理場では、有機物除去と窒素変換の基盤となる生物学的プロセスが機能しています。オペレーターはしばしば溶存酸素、スラッジの老化、栄養バランスに注目しますが、ある重要なパラメータがしばしば過小評価されています。 アルカリ性.
アルカリ度が不十分な場合、生物的処理、特に硝化処理は単に効果が悪いだけではありません。不安定になり、荷重衝撃に対する耐性を失い、最終的にはアンモニアや総窒素排出の限界を満たせなくなることがあります。アルカリ度がなぜ重要なのかを理解することは、システム設計と日常運用の両方に不可欠です。
アルカリ性は生物学を生かし続けさせるpH緩衝剤です
アルカリ性は主に重炭酸イオン(HCO₃⁻)によって提供される酸を中和する水の能力を表します。生物学的処理システムにおいて、アルカリ度は pHを安定させるバッファー微生物群集を急速な酸性化から守ります。
市の廃水には複数の酸を生成する反応が含まれています:
- 生物学的硝化
- 有機物の分解
- 時折の酸性工業流入
十分なアルカリ度がない場合、これらの酸負荷はバイオリアクター内で直接pH低下に変換され、しばしばオペレーターの予想よりも速くなります。
窒化は設計上アルカリ性を消費します
窒素化はアルカリ性に敏感なだけでなく、積極的に吸収します。
アンモニウムから硝酸塩への酸化は以下のように簡略化できます:
NH₄⁺ + 2O₂ → NO₃⁻ + 2H⁺ + H₂O
アンモニウムが酸化される1モルごとに水素イオン(H⁺)が放出され、酸性度が増加します。実用的な工学用語で:
硝化したNH₃-N1グラムあたり、約7.14gのアルカリ度(CaCO₃)が消費されます。
中程度から高いアンモニア濃度のプラントでは、このアルカリ度の需要が生の廃水の供給をすぐに上回ることがあります。アルカリ度が減少すると、pHは急速に低下し始めます。
窒素化細菌は非常にpHに敏感です
硝化細菌は活性化スラッジ生態系の中で最も脆弱な生物の一つです。
- 最適なpH範囲: 7.5–8.0
- 下の活動は著しく抑制されています pH 6.5
- 下ではほとんど硝化が止まります pH 5.0
異栄養細菌とは異なり、硝化剤は抑制後にゆっくりと回復します。短時間の低pHでもアンモニア突破が長引くことがあり、「謎の」硝化失敗のような錯覚を生み出します。
重要なのは、低アルカリ度が硝化剤を直接殺すわけではないということです。 機能に必要なpH環境を破壊します.
バッファリングの喪失はプロセスの不安定性を引き起こします
アルカリ度は平均pHだけでなく、 システムレジリエンス.
アルカリ度が十分な場合:
- pHはゆっくりと変化します
- 負荷変動は吸収されます
- 微生物群落は安定しています
アルカリ度が枯渇したとき:
- 小さなアンモニアの急上昇が急激なpH低下を引き起こします
- 日々の影響による変動が生物学的ストレスを引き起こします
- 硝化物と従来栄養生物の両方が抑制されます
その結果、植物は同時に以下の問題を経験することがあります。
- 排出アンモニアの上昇
- CODおよびBOD除去効率の低下
- 温度や流量の変化に対する感度の増加
低pHはスラッジの性能も劣化させます
生物学的活性を超えて、アルカリ度の不足はスラッジ特性に悪影響を及ぼすことがあります。
低pH状態に関連するのは以下のものです:
- 貧弱フロック形成
- スラッジ沈下性の低下
- スラッジバルクやウォッシュアウトのリスクが高い
これらの二次的な影響はさらに排水の質を悪化させ、クライパーの操作を複雑にします。
なぜ市営植物でアルカリ性欠乏症が一般的なのか
アルカリ度の問題は、いくつかの傾向によりますます一般的になっています。
- より厳格なアンモニアと総窒素の限界
- アップグレードプラントにおける硝化率の上昇
- 源泉水の変化によるアルカリ度の低下による流入
- 工業用および酸性放電の増加
多くの場合、植物は当初、インフルームアルカリ性で十分であると仮定して設計されていましたが、現在はその条件は成り立ちません。
アルカリ性補正は制御戦略であり、矯正ではありません
アルカリ度が不十分な場合、 外部アルカリ度の添加が必要となります 安定した硝化を維持するために。
一般的なアルカリ性源には以下があります:
その中でも、穏やかなpH調整と即時の緩衝能力を持つため、生物系では重炭酸ナトリウムが好まれます。
適切なアルカリ度管理は以下のことを目指すべきです:
- 反応器のpHを上に保つ 7.0理想的には 7.2–8.0
- 混合液に残留アルカリ性を確保する
- アルカリ度の投与量を実際のアンモニア除去率と一致させる
これは故障後の反応性化学添加ではなく、定期的なモニタリングとアルカリ度バランスの計算を必要とします。
結論:アルカリ性がなければ、硝酸化の安定性もない
生物学的処理はアルカリ度が不十分で突然失敗するのではなく、失敗するのです 体系的に.
アルカリ度の減少は以下の結果をもたらします:
- 急速なpH低下
- 硝化阻害
- 緩衝容量の喪失
- 不安定な生物学的パフォーマンス
- 排水アンモニアの不遵守
自治体の廃水処理において、アルカリ度は任意の化学パラメータではありません。それは 基礎的要件 信頼性の高い生物学的窒素除去のために。
アルカリ度を監視・計算・積極的に管理するプラントは、安定した硝化、耐久性のある稼働、そして一貫した規制遵守を達成する可能性がはるかに高いです。
