この世界最大のMABRシステムは、エアレーションプロセスの理解を変えるでしょう！
現在、ほとんどの従来型廃水処理プラントでは、曝気プロセスのエネルギー消費がプラントの総エネルギー使用量の 50% 以上を占めており、エネルギー節約の大きな可能性が残されています。 MABR技術は、膜を通る選択的酸素透過を利用して酸素を供給し、バイオフィルムキャリアとして機能させる生体膜廃水処理技術として、廃水処理のエネルギー消費を効果的に削減し、設備負荷を増加させ、窒素およびリン栄養素の除去を強化することができます。これは、酸素要求量の高い廃水、揮発性有機化合物廃水、および高アンモニア窒素廃水の処理において大きな技術的利点を持っています。
ヘスペラー廃水プラント: 世界最大の膜表面積 MABR システム
カナダのオンタリオ州ケンブリッジにあるヘスペラー下水処理場は、ウォータールー地域の人口 600 人以上にサービスを提供する 13 か所のプラントのうちの 1 つです。000
この工場はもともと 1973 年に建設され、1988 年と 1992 年に改修されましたが、これらの改修は人口需要の増加と廃水処理効率の要件の高まりを満たすには不十分でした。したがって、ウォータールー地方政府は、ヘスペラー工場の二次処理プロセスを全面的に見直すことを決定しました。
ヘスペラー廃水処理場
2017年と2018年に、地方政府はMABR技術導入の設計計画、長期性能、経済的実現可能性を調査し、最終的に好気性活性汚泥システムをMABR/AO（無酸素・酸素）複合プロセスシステムにアップグレードすることを決定した。このプロジェクトが 2021 年に稼働すると、膜表面積の点で世界最大の MABR システムとなりました。
ヘスペラー工場に MABR テクノロジーを選択するという決定は、非常に有益であることが証明されました。
1. 省エネの観点から:
ヘスペラー社のオリジナルの好気性活性汚泥法では、マイクロバブル曝気により酸素が必要となるため、このセクションで総エネルギーの 60% が消費されました。アップグレード中に、植物の生化学的エネルギー消費が 40% 削減されました。
典型的な廃水処理プラントでは、従来の曝気方法は送風機または機械曝気を使用し、空気または純酸素を機械的に廃水に送り込みます。これらの方法は効果的で制御が簡単ですが、多くの欠点があります。大量の気泡による曝気により、エネルギー消費量、運用コストが高くなり、酸素移動効率が低くなります。
MABR テクノロジーとは対照的に、繊維膜内の酸素含有量は、エアレーション開始後の内部と外部の酸素含有量の差によって決まります。膜材料は酸素を単一分子として溶解および拡散させ、膜を通して拡散できるようにします。従来のエアレーション方法と比較して、MABR にはいくつかの利点があります。
ただし、酸素はバイオフィルムに直接送達できるため、液相を介した酸素移動抵抗が大幅に減少し、100% を超える酸素利用率をカバーできます。従来の方法を使用すると、酸素移動効率は 1.5 kg/(kW・h) に達するだけですが、最大 6 kg/(kW・h) に達する可能性があります。
◎微生物の生育・繁殖にとって安定した環境です。 MABRのエアレーション強度は穏やかで、膜繊維に付着した微生物へのダメージがほとんどなく、微生物の増殖が安定します。
◎気泡を含まないエアレーションなので、気泡を介して揮発性成分が空気中に持ち込まれることがなく、二次汚染を防ぎます。また、微生物の代謝による泡の発生を抑制します。
◎ 酸素供給量を簡単に調整することで、反応に必要な最小限の酸素によるガスの無駄を回避します。
2. 容量拡張の観点から:
ヘスペラー工場の当初の処理能力は 6,600 m3/日でした。更新後、処理能力は 40% 増の 9,320 m3/日まで増加しました。
MABR装置はコンパクトでスペースをとらず、既存のタンクに直接設置できます。酸素は選択的に膜を通過し、気泡のないエアレーションを実現し、高い酸素移動効率を実現します。供給された酸素はバイオフィルムによって十分に利用されるため、高い酸素利用率が得られ、システムのバイオマスが大幅に増加し、物理的な拡張を行わずにプラントの能力拡張が達成されます。
MABR アップグレードにより、既存の下水処理プラントの負荷が 20%-40%、あるいはそれ以上増加する可能性があります。
MABR における酸素の移動方向は、アンモニア性窒素および有機物の移動方向に対して向流です。硝化細菌は膜表面近くで優勢な増殖を形成し、外側のバイオフィルムによって保護されています。これにより、硝化速度が向上するだけでなく、硝化の安定性も確保されます。この利点は、衝撃荷重がかかったときや冬の寒い時期に特に顕著です。
改修前は、冬季排水（最低水温10度）のアンモニア態窒素が排出基準5mg/Lを超えていたが、更新後、排水は基準（冬期排出制限値 < 5 mg/L、夏期制限値 < 2 mg/L）を満たしました。
さらに、嫌気性または無酸素性タンクに MABR 反応器を設置すると、硝化と脱窒を同時に行うことができます。同じ排水全窒素条件下で、A のような他の窒素除去プロセスと比較した場合2O、内部再循環率が低下し、炭素源とエネルギーを節約しながら脱窒効率が向上します。
膜通気バイオフィルムリアクター (MABR) に影響を与える 3 つの鍵
1. 曝気圧力
MABR の操作圧力は膜の泡立ち点未満に保つ必要があるため、気泡のないエアレーションが得られます。
◎圧力が低すぎると、バイオフィルム内部の溶存酸素が不足し、好気性硝化細菌や従属栄養細菌の活動が低下します。
◎非常に高い圧力では、バイオフィルム全体が好気性となり、嫌気性脱窒細菌やその他の嫌気性菌が増殖しなくなり、脱窒プロセスに悪影響を及ぼすことがなくなります。
実際、実際には、特定の水質に応じた適切な水質強度の下で処理効果が達成される必要があります。
2. 水の流速
微生物付着段階では、流速が速すぎると微生物の増殖や付着が妨げられるため、この段階では流速はあまり高くしません。
バイオフィルムが形成されると、水の流速が増加し、液体境界層の厚さが減少します。安定運転中はバイオフィルムの厚さが安定するため、流速の増加により液相の境界層の厚さが減少し、バイオフィルムの更新が促進され、バイオフィルムの厚さが過度に減少し、酸素と汚染物質の移動効率が増加します。
研究によると、排水の流速は微生物の増殖とバイオフィルムの厚さに影響を与える要因の1つです。
◎ 境界層が薄くなるのは、流速が速くなり、それに対応してバイオフィルムの厚さが安定するためです。
◎ 汚染物質の分解速度を高めるには、流速を下げ、安定したバイオフィルムを厚くし、流速が低くても安定したバイオフィルムを厚くする必要があります。
3. 排水中の炭素、窒素、リンの比率
適切な C:N:P 比は MABR バイオフィルム内での微生物の増殖を促進し、反応器内での硝化と脱窒の同時発生を促進します。
◎ C:N 比が低い場合、有機炭素濃度が脱窒のための炭素源需要を満たすのに不十分であり、全窒素除去効率に影響を与えます。
◎C:N比が高すぎると、好気性従属栄養細菌が増殖して酸素を大量に消費し、溶存酸素濃度が低下し硝化が阻害されます。
膜通気バイオフィルムリアクター (MABR) の 4 つの一般的な応用シナリオ
- 高アンモニア性窒素排水の処理
- 農村部の生活下水処理用統合装置
- 都市河川水の生物学的修復
- 性能を向上させるために廃水処理プラントをアップグレードする
実際、近年、MABR は世界中の下水処理プラントでますます適用されています。
たとえば、米国イリノイ州の YBSD 廃水処理プラントでは、元の好気性バイオリアクター 10 台が、嫌気性タンク 2 台、MABR 無酸素性タンク 2 台、好気性タンク 6 台にアップグレードされ、無酸素性タンクには 12 個の MABR モジュールが設置されました。これにより、従来の好気プロセスが窒素とリンの除去プロセスに変換され、生物学的窒素とリンの除去を強化しながら処理能力を向上させるという目標が達成されました。
MABR システムのバイオフィルム順応期間はわずか 3 週間で、廃水処理システムが完全に稼働した後、流入水の BOD5 負荷は 0.60 kg/(m3・日) に増加し、導入前と比較して 47% 増加しました。アップグレードレベル。
プラントの最終排水は設計上のすべての期待を満たしており、排水の BOD は良好でした。5<10 mg/L, total suspended solids (TSS) < 10 mg/L, NH3-N < 1.5 mg/L, and TP < 1.0 mg/L. The average oxygen transfer rate (OTR) and oxygen transfer efficiency (OTE) were 10.8 g/(m2·day) and 33.3%, respectively.
バイオフィルムの微生物集団分析では、アンモニア酸化細菌 (AOB) と亜硝酸酸化細菌 (NOB) が微生物集団の 40% を占め、従来の活性汚泥法と比べて 4 倍以上多いことが分かりました。
さらに、同規模のプラントのCASプロセス（投資額2,500万ドル、建設期間2年半）に比べ、MABRプロセスは投資額500万ドル、建設期間1年で済み、コストと施工時間を大幅に削減します。