安定したインフルエントpHは、自治体の下水処理場(WWTPs)の信頼性の高い運転のための基本的な要件です。しかし、工業排水の増加、混合下水道システム、変動する雨水流入により、流入排水のpH変動はより頻繁かつ深刻になっています。
pHの変動が制御されないと、生物学的処理が妨げられ、スラッジの沈降性が悪化し、化学的添加の効果が低下し、最終的にはプロセス全体の安定性を脅かします。
この記事で説明しています 影響を受けるpH変動が自治体のWWTPsをどのように不安定化させるか そして適切なアルカリ度バッファーの選択がこれらのリスクを効果的に軽減する方法.
影響を与えるpH変動が自治体のWWTPパフォーマンスに与える影響
生物学的活動の抑制
生物学的処理における重要な微生物 — 特に 硝化および脱窒性細菌 — 狭いpH範囲内で動作します。
- 影響するpHが下回ったとき 6.0、硝化率は急激に低下します。
- pHレベルを上回る場合 8.5微生物酵素の活性が抑制され、有機物除去および窒素変換効率の両方が低下します。
不適切なpH条件に長期的に曝露すると、 バイオマスの崩壊、硝化剤の洗浄、そして長期化した回復期間特に活性化スラッジシステムにおいてはそうです。
汚泥沈下特性の劣化
極端なpH条件はスラッジフロック構造を深刻に損傷させることがあります:
- pH で <5.0 または >10.0、細胞外高分子物質(EPS)が不安定化します。
- スラッジの塊は緩みやすく破片化し、高くなる スラッジ体積指数(SVI) 濁った上澄液。
- 重症の場合、オペレーターは スラッジバルキング、浮遊スラッジ、または二次清澄器のキャリーオーバー.
沈下不良は排水の質を直接損なうだけでなく、下流のろ過や消毒負荷を増加させます。
工業放電による衝撃荷重の増幅
産業廃水(産業廃水)は以下の分野から来ています。 電気めっき、製紙、化学処理 しばしば非常に酸性またはアルカリ性の小川を含みます。
このような廃水が十分な前処理なしに市のシステムに流入すると、 瞬時のpHスパイク これらはイコライゼーションタンクの緩衝容量を超えるものでした。
これらの突然のpHショックは以下の通りです:
- 一時的な崩壊生物的処理
- トリガー緊急化学薬品投与
- 強制部分プラントバイパスまたは流量削減
処理薬剤の効果低下
pHの変動も化学処理段階に干渉します。
- 凝固剤 例えばポリ塩化アルミニウム(PAC) pH依存的な制御された加水分解挙動に依存します。
- フロックーラント (例:PAM)は最適なpHウィンドウを外しても性能が低下します。
- その結果、一次・二次清澄における固体-液体分離効率が低下し、濁度や排水中の懸濁固形物が増加します。
pH安定化のための適切なアルカリ性バッファーの選択
適切なアルカリ度バッファーを選ぶことは、影響のあるpH変動を制御する最も効果的な戦略の一つです。選択はバランスを取るべきです 中和強度、バッファリング挙動、運用安全性、コスト、そして後続への影響.
炭酸ナトリウム(Na₂CO₃)
- 強いアルカリ性と迅速なpH調整
- 両方を増加させます pHとアルカリ度安定硝化を支持しています
- 慢性的な低pHの流入に直面する工業および自治体のシステムで一般的に使用されています
最適な用途: 持続的な酸性と高いアルカリ度需要
重炭酸ナトリウム(NaHCO₃)
- 提供 穏やかで制御可能な緩衝
- 狭いpH範囲内での有効効果(おおよそ) 6.0–8.5)
- 過剰補正や急激なpH急上昇のリスクを最小限に抑えます
最適な用途: 日常的なpH安定化および生物学的に感受性の高いシステム
自治体のWWTPsで主要な日次緩衝剤として好まれることが多いです
水酸化ナトリウム(NaOH)
- 非常に強力な塩基と速い反応力学
- 高酸性の注入の緊急中和に非常に効果的です
- バイオマスを損なう局所的な高pHゾーンを避けるために、正確な投与量管理が必要です
最適な用途: 短期的または緊急のpH補正であり、連続的なバッファリングではありません
石灰(水酸化カルシウム、Ca(OH)₂)
- 化学コストが低く、広く入手可能
- 大規模なpH調整に適しています
- さらに大きな追加汚泥が発生し、パイプラインやタンクのスケーリングを引き起こす可能性があります
最適な用途: 堅牢な汚泥処理能力とスケール制御戦略を持つプラント
実践的な運用提言
実際の市営WWTP運営において:
- 重炭酸ナトリウム 通常、一次緩衝剤 安定し自己制限的なバッファリング動作により、
- 突然の高酸性現象の場合、 水酸化ナトリウム 補助的な緊急試薬として使用可能ですが、オンラインpHモニタリングおよび自動投与制御.
- 利用方法 中性排水再循環 二次または三次洗浄剤から希釈インフルエントまで、化学物質の消費を大幅に削減できます。
- バッファドージング戦略は以下に基づいて調整されるべきです:
- 影響のある水質の傾向
- イコライゼーションタンクの容積
- 混合液懸濁固形物(MLSS)濃度
より高いMLSSシステムは一般的にpH変動に対する耐性が高く、バッファーの量を減らす必要がある場合があります。
結論
影響のあるpH変動は、市の廃水処理場の安定性に隠れた深刻な脅威をもたらします。その影響は生物学的なものを超え、スラッジ挙動、化学効率、そして全体的なプロセスのレジリエンスにも及びます。
pHによる不安定性のメカニズムを理解し、適切なアルカリ度バッファー(特に重炭酸ナトリウムのような制御された緩衝剤を優先する)を選択することで、オペレーターはシステムの堅牢性と長期的な性能を大幅に向上させることができます。