SBR と MBR: 持続可能な技術的代替手段

連続バッチ反応器（SBR）は、活性汚泥を用いた生物学的廃水処理システムであり、処理に必要な全工程を同一反応器内で連続的に行うことが大きな特徴です。

このタイプのプロセスには特定の利点があるため、数十年にわたって多くの産業プラントで導入されてきました。 これらのプロセスの主な利点の 1 つは、高額な投資を必要とせず、運用コストが適度に低いことです。 しかし、SBR にはいくつかの制限があります。たとえば、その不連続性により事前に貯蔵タンクが必要であること、排出限界に適合する十分に高い排水品質を達成できないこと、負荷と流量に非常に敏感であるため動作の安定性が低いことなどです。バリエーション。 この種のプロセスのもう 1 つの重要な特徴は、汚泥が反応器自体の沈降によって精製水から分離されるという事実であり、そのためプロセスは生物学的汚泥の沈降性に大きく依存します。 したがって、バルク化の高いリスクがあり、活性バイオマスの損失が生じ、排出品質に悪影響を及ぼします。

この記事では、外部膜を備えた MBR テクノロジーに焦点を当てます。

MBR の主な利点は、コンパクトな設計、シンプルかつ高度に自動化された操作、設置面積が小さいこと、必要な生物学的量が少ないことです。 このプラントは、高度に特殊化された微生物と固形物を含まない高い排出品質により、負荷が変動する場合でも高いプロセス安定性を実現します。 その理由は、限外濾過モジュールの助けを借りて活性バイオマスを安全に保持できるためです。

対照的に、MBR プロセスは通常、他の水処理技術よりも多額の投資を必要とします。

特定の処理技術を選択する場合、廃水の入口特性、必要な排出品質、利用可能なスペース、クライアントが許容できる投資コストなど、さまざまな要素を考慮する必要があります。

これらの考慮事項に基づいて、各テクノロジーには対応するアプリケーションと市場ニッチがあります。 SBR と MBR の主な技術的な違いにより、適切なテクノロジーを選択できます。

プロセス特性: SBR システムは、適切な沈殿と通常最大 6 m のタンク高さを確保するために、5 g/l MLSS 未満のバイオマス濃度で動作する不連続プロセス (バッチプロセス) です。 一方、MBR は、分離が膜ではなく膜によって行われるため、最大 25 g/l MLSS の濃度と最大 10 m のタンク高さで機能する連続プロセス (24 時間年中無休で稼働) です。沈降。 これらの違いにより、MBR プロセスでは SBR プロセスよりも必要な生物学的体積とフットプリントが小さくなります。

流出液の品質: 限外濾過が物理的障壁となるため、MBR の流出液には懸濁物質が完全に含まれません。 この事実により、微生物もより特殊化され（汚泥の熟成期間が長くなり）、高い化学的酸素要求量（COD）および窒素除去率を達成することが可能になります。 一般に、MBR プロセスは SBR プロセスよりも大幅に高い排水品質を達成します (同じ条件および 10 mg/l 未満の窒素濃度の下で、SBR プロセスよりも COD が 50 ～ 60% 低い)。 脱窒率に関しては、排水の硝酸塩濃度は両技術で同等ですが、無酸素脱窒中の高アンモニウム濃度と高 pH 値の組み合わせにより、SBR は MBR よりも生物学的プロセスを阻害するリスクが高くなります。段階。

余剰汚泥の生成: バイオマス濃度が高く、汚泥の年齢が高いため、MBR で生成される余剰汚泥の量は SBR プロセスよりも大幅に少なくなります。

プロセスの安定性: SBR プロセスは廃水組成の変化に非常に敏感で、多くの場合、バイオマスの変化を引き起こし、沈降に影響を及ぼし、その結果バイオマスの損失と排水品質の低下につながります。 膜を備えた MBR バイオマス分離システムは、汚泥のレオロジー特性による影響が少ないため、プロセスに影響を与えることなく、入口の変化に高度に適応できます。 一方、MBR は連続プロセスであるため、動作パラメーター (pH、溶存酸素、温度、化学物質の投与) の設定は長期間にわたって安定して連続的であるため、SBR よりもプラントの制御と操作が容易になります。

エネルギー消費量: 同じ廃水の場合、MBR のエネルギー消費量は一般に SBR よりも高くなります。これは主に MBR 限外濾過ポンプの高いエネルギー要件によるものです。 ただし、これは MBR エアレーションのエネルギー効率の高さによって部分的に補われます。

後処理ステップとの組み合わせ：MBR で得られる高い廃水品質と、廃液には固形物が完全に含まれていないため、精製後処理ステップ (減塩、リサイクル) との組み合わせは、より簡単かつ効率的です。 MBR プロセスの場合は SBR プロセスの場合よりも大きくなります。

場合によっては、導入された SBR プロセスでは必要な治療目的を達成するのに十分ではありません。 考えられる理由はさまざまです。設計で考慮されたものと比較した実際の廃水の特性 (濃度、流量) の変化、排出要件の変更、不適切なプロセス設計などです。

この場合、改善のための技術的代替案は、SBR から MBR へのアップグレードです。これにより、既存のプラントの大部分を再利用しながら、排出要件を確実、迅速、経済的に達成できます。

SBR から MBR への変換要件の技術的検討は、個々のプラントに固有ですが、考慮すべき一連の一般的な共通基準があります。

現状の分析: クライアントはプラントの実際の状況に関する詳細な情報を提供する必要があります。

既存の廃水の現在および/または将来の排出要件の詳細な特性、特定のプロジェクトの制限（スペース、高さ、場所、騒音、将来の規制の変更、その他の技術的考慮事項）

• 現在の SBR プラントに関する詳細データ (エンジニアリング、設計、設備の寸法、運転データ)

• SBR が期待や要件を満たしていないとクライアントが考える理由（不十分な処理能力、排出限界値の不遵守、その他の特定の規制の不遵守、操作上の問題や困難、高コストなど）。

すべてのデータが収集されたら、SBR が不適切に機能する特定の技術的理由について、詳細で正当な研究を実行する必要があります。これには、通常、システムのさまざまなユニット (生物学的容積、通気、冷却) の誤った設計または寸法設定が含まれます。 、栄養素、プログラミングなど）、吐出要件への組織的な不遵守、または操作上の問題（膨張、発泡など）。

以前の分析に基づいて、SBR を既存の SBR プラントの大部分を再利用する MBR に変換するために必要な介入が提示されます。

SBR を MBR に変換するための必須のアクションの 1 つは、活性汚泥を分離するための外部膜を備えた限外濾過装置を既存の生物学的 SBR 反応装置に接続して設置することです。この装置は基本的に、汚泥を除去するための曝気硝化反応装置として連続運転されます。代金引換。 さらに、残りの機器 (曝気、冷却、酸素欠乏ゾーン、試薬投与、後処理ステップなど) の新しいプロセスへの適応を分析し、新しい PLC/SCADA プログラムでオペレーティング システムを更新する必要があります。 。

外部膜限外濾過システムは非常にコンパクトで、通常は「目的に合わせて」ラックまたは標準の海上輸送コンテナに事前に設置された状態で納品されます。 このため、SBR から MBR への変換は、通常、既存の SBR システムへのインターフェイスを最小限に抑えた、迅速かつシンプルなプロジェクトになります。

外部限外濾過ユニットに必要なスペースはほとんどありません。 用途に応じて、市販の 40 フィートコンテナ (長さ 12 m、幅 2.5 m) に最大 500 m3/日の水力能力を持つ完全な限外濾過システムを設置することが可能です。

SBR から MBR への変換は持続可能な技術的代替手段であり、既存の SBR と比較して次の利点と改善点があります。

• 既存の SBR システムの大部分を再利用

• 生物体積を増加させることなく、処理される COD と窒素負荷を最大 5 倍に増加

• 非常に厳しい排出制限と水の再利用の可能性を遵守するための高い排水品質（浮遊物質が含まれていない、低い COD 負荷、アンモニアが実質的にゼロ）

• 後処理ステップとの直接的、経済的かつ効率的な組み合わせ

• 設置面積が非常に小さい非常にコンパクトなソリューション

• SBR と新しいユニット間の最小限のインターフェイスによる、シンプルかつ迅速な取り付け

• 低い投資コストで処理能力と排出品質を向上させる経済的なソリューション。