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硝化脱窒法

・アンモニア態窒素を好気的に微生物処理し、亜硝あるいは硝酸態窒素に酸化する硝化工程と、その後の嫌気的に亜硝あるいは硝酸態窒素を窒素に還元する脱窒工程からなる。
・硝化細菌 好気性独立栄養細菌(無機炭素化合物を利用)。従属栄養細菌(有機物を酸化)と比べ増殖速度は遅く、水温、pH(中性が良い)の影響も大きい。毒性物質に弱く硫化物、チオ尿素等によって阻害される。

嫌気性処理法

・酸生成過程 通性嫌気性菌によって高級脂肪酸、アミノ酸等を経て低級脂肪酸、酢酸、水素等に分解される(酸発酵)。
・ガス生成過程 偏性嫌気性菌によって二酸化炭素、メタン、アンモニア、硫化水素へと還元的に分解される(メタン発酵:中温発酵36〜38℃、高温発酵53〜55℃)。
・過負荷に起因する低級脂肪酸の蓄積はメタン生成過程に悪影響を及ぼす。
・脱窒の例:メタノールで硝酸を脱窒
CH3OH + H2O → CO2↑ + 6H+ + 6e−
2HNO3 + 10H+ + 10e− → N2↑ + 6H2O

生物学的処理法(生物膜法)

・生物膜法 エアレーションタンク内に板状の接触剤を設置し微生物を膜状に増殖させる。
ばっ気した処理水を生物膜に吹き付け、微生物に処理させる。表面(好気性)から0.2mm程度で酸素は消費され、その内側は嫌気性となり、脱窒もおこる。活性汚泥のように全体が阻害物質に曝されることもなく抵抗力が強い。負荷変動に対しても強い。一方SS除去能力は低く、処理水の透明度は低い。面積負荷10〜30gBOD/m2・日。活性汚泥法と比べると、食物連鎖が長い分汚泥発生量が少ない。
生物酸化池法 広い面積が必要だが、維持管理が容易。最近は二次処理水の安定池としての利用が多い。
深さ0.2〜0.3m、滞留時間2〜6日、BOD負荷4〜23g/m2・日

・有機性汚泥の焼却
焼却には立形多段炉、横型回転炉、流動焼却炉等がよく使われる。
通常汚泥の発熱量とは低位発熱量(真発熱量)を指す。
低位発熱量 = 高位発熱量 − 水蒸気の潜熱(水蒸気が凝縮するときの発熱)
湿式燃焼 汚泥をスラリー状のまま高圧ポンプで空気とともに熱交換器、反応塔へ送り、汚泥中の有機物と酸素を結合(湿式酸化)させる。その後、冷却、気液分離、沈降濃縮、脱水。

汚泥脱水

・前処理
ろ過助剤の添加  けい藻土、フライアッシュ等
凝集剤添加    塩化鉄(V)、消石灰等
水洗       汚泥を3〜4倍の水で水洗
熱処理      加圧して加熱
凍結・融解    コロイド的な性質が一変し、濃縮と脱水が容易になる

・連続シックナーの汚泥槽を、かき寄せ機に立てたフェンスでゆっくり攪拌すると水の通り道ができ、濃縮が促進される。
・凝集沈殿汚泥や活性汚泥の圧縮指数は大きく、ろ過圧をあまり高くしても無駄。
・フィルタープレス:アコーディオンみたいなやつ。
・加圧ロール脱水(ベルトプレス):凝集剤を加えた汚泥を両側からロールで圧縮。
・遠心脱水:高分子凝集剤を使うと固形物回収率と脱離液の水質がよくなる。

酸化処理

・pHが高いときには、鉄、溶解性マンガンをエアレーションで酸化・沈殿除去できる。
・塩素は酸化剤としてよく使われるが、水中にアンモニア等が存在するとアンモニア分子の水素が塩素と置換してクロロアミンが生じ、酸化力が落ちる。
Cl2 + H2O ⇔ HClO + H+ + Cl−
HClO ⇔ H++ ClO−
・塩素の殺菌力は酸性時の方が強い。(HClO)>>(ClO−)
・処理水中の塩素が有機物と反応すると、除去が困難なトリハロメタンが生じる。
・オゾンは塩素よりも酸化力が強く、水中では短時間に分解し塩分を残すこともない。
しかし過酸化物を生成し、安全性は完全に証明されていない。
オゾンによっても有機物は完全に分解できない。

活性炭処理

有機物を吸着。水温の影響は小さい。あらかじめSSを減らしておく。
吸着等温線 (活性炭の単位質量あたりの吸着量) ∝ (平衡濃度)n
吸着されやすい物質 @疎水性、A極性が小さく解離していない、B等
遊離塩素は速やかに分解される。
活性炭を新たに充填した充填塔内は酸欠になりやすく、内部作業では充分な換気が必要。

ろ過

・清澄ろ過(砂ろ過)
ろ過を続けていて、ろ過抵抗またはろ過水濁度が設定値に達したら洗浄。
有効径:全質量の10%が通過する篩い目の大きさ。
均等係数:60%が通過する篩い目の大きさと有効径との比。大きいほど粒度が不揃い。

・多層ろ過 
ろ層は上層が粗く、下層が細かく、逆洗でこの条件が変わらないと良い。
例 上層:アンスラサイト、中層:砂、下層:ざくろ石の細砂

・薬注ろ過法
原水がろ材に達する直前で凝集剤を入れる。
ろ材全体に吸着させるためにも懸濁物のフロックは小さくてよく、凝集剤の量が少なくてすむ。
高分子凝集剤が不要。

膜分離法

ろ過の前に攪拌するとフロックが破壊されろ過が困難になる。
精密ろ過(MF:Microfiltration) 微細な懸濁粒子や細菌
限外ろ過(UF:Ultrafiltration) 水溶性高分子物質(多糖類、蛋白質等)
逆浸透法(RO:Reverse Osmosis) 水溶性高分子物質、イオン
電気透析法 (dialysis) 水溶性電解質が膜を通過。数百〜数千mg/lの脱塩では経済的

凝集

安定なコロイド粒子のジーター電位は-20〜-30mV。±10mV以下で凝集する。
硫酸アルミニウム 最も代表的な凝集剤(価数が多い金属が有効)。pH6〜8で使用。
陽イオン性ポリマー 陰電化のコロイドを凝集
凝集速度は粒子濃度が高いほど大きい。適正な攪拌速度。

接触凝集沈殿 
凝集速度は粒子濃度の自乗に比例するので、原水に径の大きい既成フロックを混ぜ、凝集速度を速める。
原水の温度変化で処理が不安定に。

オイルセパレーター

油滴の浮上速度はストークスの式に従う。
槽内の水平流速は0.9m/min以下。
コロイドや、乳化油は分離できない。
API:標準。PPI:傾斜板。CPI:波状の傾斜板。
処理後は10〜20mg/l程度。それ以下にするには、凝集沈殿、砂ろ過等の後処理が必要。

沈降・浮上

・沈降
沈降速度 ∝ (粒径の二乗)×(水との密度差)
水面積負荷=表面積負荷=沈降速度の限界=(流量)/(表面積)
  上向流式、横流式、放射流式沈殿池の理論処理率
沈降速度 > 界面沈降速度
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