汚水処理

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1、COD（化学的酸素要求量）とは何ですか？ 化学的酸素要求量（COD）とは、廃水中の酸化可能な物質が化学的酸化剤によって酸化される際に必要となる酸素量のことで、単位は酸素のミリグラム/リットルです。それは、現在、廃水中の有機物含有量を測定するために最もよく用いられる手法です。COD分析でよく用いられる酸化剤には、過マンガン酸カリウム（マンガン法CODMn）と重クロム酸カリウム（クロム法CODCr）があり、現在は重クロム酸カリウム法が一般的に使用されている。廃水は強酸中で加熱沸騰させる条件のもとで有機物を酸化し、硫酸銀を触媒として使用することで、ほとんどの有機物の酸化率を85～95％まで高めることができる。廃水に高濃度の塩素イオンが含まれている場合は、CODの測定への干渉を減らすために、硫酸水銀を用いて塩素イオンを遮断するべきである。 2、BOD5（生化酸素要求量）とは何ですか？生化酸素要求量も、廃水が有機物によってどの程度汚染されているかを示す指標となります。最も一般的に用いられるのは5日生化酸素要求量で、BOD5と表されます。これは、微生物が存在する状態で廃水が生化分解されるのに5日間で必要となる酸素の量を示します。今後、私たちは5日間の生化酸素要求量を頻繁に使用することになります。 3、CODとBOD5の間にはどのような関係があるのか？ある有機物は生物によって酸化分解される（例えばグルコースやエタノール）、ある有機物は部分的にしか生物によって酸化分解されない（例えばメタノール）、またある有機物は生物によって酸化分解されず、さらに毒性を持つ（例えばギンコール、ギンコ酸、一部の界面活性剤）。したがって、水中の有機物は、生化学的に分解可能な有機物と、生化学的に分解不可能な有機物の2つに分けることができます。通常、CODは水中のすべての有機物を表すものと考えられている。一方、BODとは水中で生物によって分解可能な有機物のことであり、したがってCODとBODの差は、廃水中で生物によって分解できない有機物の量を示すことになる。 4、B/Cとは何ですか？B/Cはどのような意味ですか？B/CはBOD5とCODの比率を示す略語で、この比率によって廃水の生化学的分解性が表されます。したがって、BOD5/COD値は有機物の生物分解性を評価する指標としてよく用いられます。 https://bbs.hcbbs.com/data/attachment/forum/202012/04/100913x4l7op46hfihzuzh.png 5、廃水の前処理とは何ですか？前処理はどのような目的を達成するのか？生物化学処理前の処理は、一般的に*慣習的に前処理と呼ばれます。生化学的処理法は処理コストが比較的低く、運転も安定しているため、一般的な工業廃水は生化学的処理法で処理され、廃水の処理においても生化学的処理法が主要な手段として用いられている。しかし、廃水には微生物の活動を阻害したり有害な影響を与える有機物が含まれているため、廃水が生物処理槽に入る前に必要な前処理を行う必要がある。その目的は、廃水中の微生物の活動を阻害したり有害な影響を与える物質をできるだけ削減または除去し、生物処理槽内の微生物が正常に機能できるようにすることである。前処理には2つの目的がある。1つ目は、廃水中に含まれる微生物の成長を阻害したり有害な影響を与えたりする物質をできるだけ減少させ、除去するか、または微生物にとって無害または有益な物質に変換することで、生物処理槽内の微生物が正常に機能できるようにすることである；二つ目は、前処理工程でCOD負荷を削減し、生物処理槽の運転負担を軽減することです。 6、廃水集水池は何のためにあるのですか？廃水集水池の役割は、廃水を集め、貯蔵し、その水質と水量を調整することです。各工場の生産廃水において、排出される廃水の量や質は一般的に不安定であり、生産しているときには廃水が出ますが、生産していないときには廃水が出ません。さらに、1日のうちやシフトごとにも大きな変動があることがあります。特に精密化学業界の廃水の場合、濁った廃水と澄んだ廃水を分離しなければ、工程由来の濃縮廃水と軽度に汚染された廃水の質や量に大きな差が生じます。このような変動は、廃水処理施設や装置の正常な運用や処理効果にとって非常に不利であり、場合によっては有害です。したがって、廃水が主要な処理システムに入る前には、一定の容量を持つ廃水貯留槽を設置し、廃水を蓄えて均一化することで、廃水処理装置や施設が正常に稼働できるようにする必要がある。 7、なぜ廃水中のコロイド粒子は自然沈降しにくいのか？廃水に含まれる比重が1より大きい多くの不純物や懸濁物、大きな粒子、容易に沈降する懸濁物は、自然沈降や遠心分離などの方法で除去することができる。しかし、比重が1未満の、極めて微小で肉眼では見えない懸濁粒子は自然に沈降するのが非常に難しい。例えばコロイド粒子は10⁻⁴～10⁻⁶mmの大きさの微粒子で、水中で非常に安定しており、その沈降速度は極めて遅く、1m沈降するのに200年もかかる。沈降が遅い理由は2つある。一つ目は、コロイド粒子がすべて負電荷を帯びており、同種同士が反発する性質によってコロイド粒子同士の接触が妨げられ、互いに結合することができず、水中に懸濁したままになるからである。二、コロイド粒子の表面には、さらに分子層が密に覆っており、この水和層もコロイド粒子同士の接触を妨げ、分離しているため、互いに結合することなく水中に懸濁している。 8、コロイド粒子を沈殿させるには？コロイド粒子を沈殿させるには、それらの粒子同士が接触し合い、大きな粒子になるよう促す必要がある。つまり凝集させて、比重を1より大きくして沈殿させるのだ。用いられる方法には多くの種類があり、工学的によく使われる技術には、凝集法、フロック化法、および凝集沈殿法がある。 9、凝集とは何ですか？廃水に正イオンを含む凝集剤を添加すると、多数の正イオンがコロイド粒子間に存在し、コロイド粒子間の静電的反発力をなくすことで微粒子が凝集する。このように正イオン電解質を添加することによってコロイド微粒子同士が凝集する過程を、凝集と呼ぶ。よく使われる凝集剤には、硫酸アルミニウム、硫酸第一鉄、明礬、塩化第2鉄などがある。 10、凝集とは何ですか？凝集とは、廃水に高分子凝集剤を加えることで、この高分子凝集剤が溶解すると高分子ポリマーが形成されます。この高分子の構造は線形構造であり、一方の端には微小な粒子が、もう一方の端には別の微小な粒子が結びついており、離れた位置にある2つの粒子の間で架橋する役割を果たすことで、粒子が徐々に大きくなり、最終的には大きな粒子からなるフロック（通称：アルミニウム花）が形成され、粒子の沈降が促進される。よく使われる凝集剤には、ポリアクリルアミド（PAM）、ポリ鉄（PE）などがある。 11、凝集とは何ですか？凝集と絮凝を組み合わせて使用する過程が凝集沈殿過程です。凝集は、実験や工学において頻繁に利用される。例えば、まず水に硫酸第一鉄などの薬剤を添加してコロイド粒子間の静電的反発力をなくし、その後ポリアクリルアミド（PAM）を添加することで粒子が徐々に大きくなり、肉眼で見えるフロックが形成され、最終的に沈降する。 12、吸着とは何ですか？多孔質固体（例えば活性炭）やフロック状物質（例えばポリフェライト）を利用して、廃水中の有害な物質を固体やフロックの表面、または微細な孔に吸着させ、水質を浄化する方法を、吸着処理と呼びます。吸着の対象は、不溶性の固体物質であっても、可溶性物質であってもよい。吸着処理は効率が高く、処理水の水質も良いため、廃水の高度処理としてよく用いられます。生物化学処理ユニットに吸着処理を導入することで、生物化学処理の効率を向上させることもできる（PACT法などがその一例である）。13、廃水の生物化学的処理とは何ですか？廃水の生化学処理は、廃水処理システムにおいて最も重要なプロセスの一つであり、略して生化処理と呼ばれます。生物化学処理とは、微生物の生命活動を利用して、廃水中の溶解性有機物や一部の不溶性有機物を効果的に除去し、水を浄化する方法です。 14、微生物はどのような仕組みで廃水中の有機汚染物質を分解し除去するのか？廃水中には炭水化物、脂肪、タンパク質などの有機物が含まれており、これらの無生物の有機物は微生物の餌となる。その一部は分解されて細胞物質（合成代謝産物）に合成され、もう一部は分解・酸化されて水分や二酸化炭素などになる（分解代謝産物）。この過程で、廃水中の有機汚染物質は微生物によって分解除去される。 15、微生物はどのような要因と関連しているのか？微生物は栄養だけでなく、温度、pH値、溶存酸素、浸透圧といった適切な環境要因も必要として初めて生存できる。環境条件が正常でないと、微生物の生命活動に影響を及ぼし、変異や死滅を引き起こすことさえある。 16、微生物はどの温度範囲で最もよく成長・繁殖するのか？廃水の生物処理において、微生物の最適な温度範囲は一般的に16～30℃であり、最高温度は37～43℃です。温度が10℃未満になると、微生物はもはや増殖しません。適切な温度範囲内では、温度が10℃上昇するごとに、微生物の代謝速度もそれに応じて上昇し、CODの除去率も約10％増加する；逆に、温度が10℃下がるごとにCODの除去率は10％低下するため、冬場にはCODの生物学的除去率が他の季節よりも著しく低くなる。 17、微生物の最適なpH条件はどの範囲か？微生物の生命活動や物質代謝は、pH値と密接な関係がある。ほとんどの微生物のpH適応範囲は4.5～9であり、最適なpH値の範囲は6.5～7.5である。pHが6.5未満になると、真菌は細菌と競争を始め、pHが4.5になると、真菌が生物化学槽内で完全な優位性を占めるようになり、その結果、汚泥の沈降性能が深刻に悪化する；pHが9を超えると、微生物の代謝速度は阻害される。異なる微生物は、pH値の適応範囲について異なる要求を持っています。好気性生物処理において、pHは6.5～8.5の間で変動する；嫌気性生物処理において、微生物はpHに対してかなり厳しい要求を持ち、pHは6.7～7.4の間である必要があります。 18、溶存酸素とは何ですか？溶存酸素と微生物の関係はどうなっているのでしょうか？水中に溶けている酸素は溶存酸素と呼ばれます。水域の生物や好気性微生物が生存するために必要な酸素とは、溶存酸素です。異なる微生物は、溶存酸素に対する要求が異なります。好気性微生物には十分な溶存酸素が供給される必要があり、一般的には溶存酸素濃度を3mg/Lに保つのが適切で、最低でも2mg/L未満になってはならない；好気性微生物は、溶存酸素濃度を0.2～2.0mg/Lの範囲で必要とする；一方、嫌気性微生物は溶存酸素濃度を0.2mg/L未満であることを要求する。 19、なぜ高濃度の塩分を含む廃水は微生物に特に大きな影響を与えるのか？微生物の基本単位は細胞であり、細胞壁は半透膜に相当する。塩化物イオン濃度が2000mg/L以下の場合、細胞壁が耐えられる浸透圧は0.5～1.0気圧である。細胞壁と細胞質膜にある程度の強度と弾力性があるとしても、細胞壁が耐えられる浸透圧は5～6気圧を超えない。しかし、水溶液中の塩化物イオン濃度が5000mg/Lを超えると、浸透圧は約10～30気圧まで上昇する。このような高い浸透圧のもとでは、微生物の内部にある水分子が大量に外部溶液に浸透し、細胞が脱水して質壁分離が起こり、重症の場合は微生物が死んでしまう。工学上の実績データによると、廃水中の塩化物イオン濃度が2000mg/Lを超えると、微生物の活性が阻害され、CODの除去率が著しく低下する；廃水の塩化物イオン濃度が8000mg/Lを超えると、汚泥の体積が膨張し、水面に大量の泡が発生し、微生物は次々と死んでいきます。 20、好気性生物処理とは何ですか？兼好性生物処理とは何ですか？両者の違いは何ですか？生物化学処理は、微生物の成長における酸素環境への要求の違いにより、好気性生物化学処理と嫌気性生物化学処理の2つの大きなカテゴリーに分けられ、嫌気性生物化学処理はさらに通気性生物化学処理と嫌気性生物化学処理に分けられる。好気性生物処理の過程において、好気性微生物は大量の酸素が存在する環境下で増殖し、廃水中の有機物を削減しなければならない；また、好気・嫌気両方の条件での生物処理過程において、好気・嫌気両方の性質を持つ微生物は、成長・増殖し、廃水中の有機物を分解するためにわずかな酸素しか必要としない。もし水中の酸素が多すぎると、この微生物の成長が妨げられ、結果として有機物の処理効率が低下してしまう。好気性微生物は高濃度のCODを含む廃水に適応でき、流入水のCOD濃度は2000mg/L以上まで上昇させることができ、CODの除去率は一般的に50～80％である；一方、好気性微生物はCOD濃度が低い廃水にのみ適応でき、流入水のCOD濃度は一般的に1000～1500mg/L未満に抑えられ、CODの除去率は通常50～80％である。兼気性生物化学処理および好気性生物化学処理の処理時間もそれほど長くなく、一般的に12～24時間程度である。人々は、兼性嫌気性生物化学処理と好気性生物化学処理の違いと長所を活かし、両者を組み合わせている。COD濃度が高い廃水をまず兼性嫌気性生物化学処理で処理し、その処理水を好気性処理槽の流入水とするのだ。このような組み合わせ処理により、生物処理槽の容量を削減でき、環境対策への投資を節約し、かつ日常的な運用コストも低減できる。嫌気性生物処理と好気性生物処理の原理と作用は同じです。嫌気性生物処理と好気性生物処理の違いは、嫌気性微生物が増殖し有機物を分解する過程で酸素を全く必要としない点、そして嫌気性微生物がより高いCOD濃度（4000～10000mg/L）の廃水にも適応できる点にあります。嫌気性生物処理の欠点は、生物処理に時間がかかることで、廃水が嫌気性生物処理槽内に留まる時間は一般的に40時間以上必要となる。 21、生物処理は廃水処理プロジェクトにおいてどのような応用があるか？廃水処理プロジェクトにおいて最も広く、かつ実用的に用いられている生物処理技術には2つの大きなカテゴリーがある。1つは活性汚泥法と呼ばれ、もう1つは生物膜法と呼ばれる。活性汚泥法とは、懸濁状の生物群集の生化学的代謝作用を利用して好気的に廃水を処理する方法である。微生物は成長・増殖の過程で、表面積の大きなバイオフロックを形成することができる。このバイオフロックは、廃水に含まれる懸濁したコロイド状または溶解した汚染物質を大量に凝集・吸着し、これらの物質を細胞内に取り込む。そして酸素の存在下で、これらの物質を完全に酸化させてエネルギー、CO2、H2Oを放出する。活性汚泥法における汚泥濃度は、一般的に4g/Lです。一方、バイオフィルム法では、微生物が充填材の表面に付着し、ゲル状に結合したバイオフィルムを形成する。生物膜は一般的にふわふわとしたフロック状の構造をしており、微小な孔が多く、表面積が非常に大きいため、強力な吸着作用を持ちます。これにより、微生物が吸着された有機物をさらに分解し利用しやすくなります。処理過程において、水の流れと空気のかき混ぜによって生物膜の表面が絶えず水と接触し、廃水中の有機汚染物質や溶存酸素が生物膜に吸着される。生物膜上の微生物がこれらの有機物を絶えず分解し、有機物を酸化分解すると同時に、生物膜自体も絶えず新陳代謝を行う。老化した生物膜は剥がれ落ち、処理水と共に生物処理施設から排出され、沈殿槽で水から分離される。バイオフィルム法におけるスラッジ濃度は、一般的に6～8g/Lです。汚泥濃度を高め、それによって処理効率を向上させるために、活性汚泥法と生物膜法を組み合わせることができる。すなわち、活性汚泥槽に充填材を加えるのである。この、付着性微生物と浮遊性微生物の両方を持つ生物反応器は複合型生物反応器と呼ばれ、非常に高い汚泥濃度、一般的には14g/L前後を誇る。 22、バイオフィルム法と活性汚泥法にはどのような違いと共通点がありますか？生物膜法と活性汚泥法は、生化学的処理における異なる反応器形態であり、外見上の主な違いは、後者の微生物が充填材の担体を必要としない点で、生物汚泥が懸濁状態にあるのに対し、前者の微生物は充填材に固定されていることです。しかし、廃水の処理や水質の浄化のメカニズムは同じです。また、両者の生物汚泥はともに好気性活性汚泥であり、汚泥の組成にもある程度の類似性が見られる。また、生物膜法における微生物は充填材に固定されているため、比較的安定した生態系を形成でき、その生活エネルギーや消費エネルギーは活性汚泥法の微生物ほど多くない。そのため、生物膜法の余剰汚泥は活性汚泥法よりも少ない。接触酸化槽は生物膜法を採用し、SBR生化槽は活性汚泥法を採用している。 23、活性汚泥とは何か？微生物の観点から見ると、生化槽内の汚泥とは、さまざまな生物活性を持つ微生物で構成された生物集団である。汚泥の粒子を顕微鏡で観察すると、その中には細菌、カビ、原生動物、後生動物（例えば輪虫、昆虫の幼虫や蠕虫など）といった多種多様な微生物が存在していることがわかります。これらは食物連鎖を形成しており、細菌やカビは複雑な有機化合物を分解して、自らの活動に必要なエネルギーを得て自己を構成します。原生動物は細菌やカビを食べ、後生動物に捕食されるが、後生動物も細菌だけで生きることができる。微生物に満ち、有機物を分解する能力を持つこのようなフロック状の泥粒子を活性汚泥と呼びます。活性汚泥は微生物で構成されているだけでなく、いくつかの無機物や、活性汚泥に吸着されて生物によってさらに分解されない有機物（すなわち微生物の代謝残渣）も含んでいる。活性汚泥の含水率は一般的に98～99％です。活性汚泥はアルミニウムの花のような構造をしており、非常に大きな表面積を持つため、有機物を吸着したり酸化分解したりする強力な能力を有している。 24、活性汚泥法と生物膜法における活性汚泥をどのように評価するか？活性汚泥法と生物膜法における活性汚泥の成長状況の判定と評価は異なる。バイオフィルム法において、活性汚泥の成長状況の評価は、主に顕微鏡を用いて生物相を直接観察することによって行われる。活性汚泥法において、活性汚泥の成長状況を評価する際には、微生物相を顕微鏡で直接観察する方法のほか、混合液懸濁固体（MLSS）、混合液揮発性懸濁固体（MLVSS）、汚泥沈降比（SV）、汚泥沈降指数（SVI）などが一般的に用いられる評価指標である。 25、顕微鏡を用いて生物相を観察する際、どのような微生物が生化学的処理の効果が良いことを直接示すのか？輪虫や線虫などの微小後生動物が出現すると、微生物群集が良好に成長しており、活性汚泥の生態系が比較的安定していることを示し、この時が生化処理の効果が最も高い状態です。これは、よく大きな魚が捕れる川で小魚やエビが順調に育つのと同じです。 26、混合液懸濁固体（MLSS）とは何ですか？混合液懸濁固体（MLSS）はスラッジ濃度とも呼ばれ、これは生化学処理槽の混合液1立方単位あたりに含まれる乾燥スラッジの重量を示すもので、単位はmg/Lであり、活性汚泥の濃度を表すために用いられる。それは有機物と無機物の2つの部分から構成されている。一般的に、SBR生物処理槽内のMLSS値は2000～4000mg/L程度に抑えるのが適切である。 27、混合液揮発性懸濁固体（MLVSS）とは何ですか？混合液揮発性懸濁固体（MLVSS）とは、1立方メートルの生物処理槽内の混合液に含まれる乾燥汚泥中の揮発性物質の重量を指し、単位もミリグラム/リットルです。活性汚泥中の無機物は含まれていないため、活性汚泥中の微生物の量をより正確に表すことができます。 28、スラッジ沈降比（SV）？スラッジ沈降比（SV）とは、曝気槽内の混合液を100ミリリットルのメスシリンダーに入れ、静置して30分間沈殿させた後の、沈殿したスラッジと混合液の体積比（％）のことであり、そのためSV30と表記されることもある。一般的に、生物処理槽内のSVは20～40％の間です。汚泥沈降比の測定は比較的簡単で、活性汚泥を評価するための重要な指標の一つです。これは、余剰汚泥の排出を制御したり、汚泥膨張といった異常現象を迅速に対処したりするためによく用いられます。明らかに、SVは汚泥濃度とも関係がある。 29、スラッジ指数（SVI）？スラッジ指数（SVI）の正式名称はスラッジ容積指数で、1グラムの乾燥スラッジが湿潤状態で占める体積のミリリットル数を示します。その計算式は次の通りです：SVI＝SV*10/MLSS。SVIはスラッジ濃度の影響を排除しており、活性汚泥の凝集性や沈降性をより正確に反映します。一般的に、60＜SVI＜100の場合はスラッジの沈降性能が良く、100＜SVI＜200の場合は沈降性能が普通、200＜SVI＜300の場合はスラッジが膨張する傾向にあり、SVI＞300の場合はスラッジが既に膨張しています。30、溶存酸素（DO）とは何か？溶存酸素（DO）とは水中に溶解している酸素の量を示し、単位はmg/Lです。異なる生物化学的処理方法では、溶存酸素の要求も異なります。兼性微生物による生物化学的処理過程では、水中の溶存酸素は一般的に0.2～2.0mg/Lの範囲ですが、SBRを用いた好気性生物化学的処理過程では、水中の溶存酸素は一般的に2.0～8.0mg/Lの範囲です。したがって、好気・嫌気混合槽を運転する際は、曝気量を少なくし、曝気時間を短くしなければならない；一方、SBR好気槽の運転時には、曝気量と曝気時間がはるかに多く、長くなりますが、私たちが使用しているのは接触酸化法で、溶存酸素は2.0～4.0mg/Lに制御されています。 31、廃水の溶存酸素量はどのような要因と関係があるか？水中の溶存酸素濃度はヘンリーの法則で表すことができる。溶解平衡に達したとき、C=KH*Pとなる。ここで、Cは溶解平衡時の水中の酸素の溶解度である；Pは気相中の酸素の分圧です；KHはヘンリー定数で、温度に依存する；曝気を強化して酸素の溶解平衡を保つ一方で、活性汚泥は水中の酸素を消費する。したがって、廃水中の実際の溶存酸素量は、水温、有効水深（圧力に影響）、曝気量、汚泥濃度、塩分濃度などの要因と関連している。 32、生化学的プロセスにおいて、なぜ廃水の栄養分を頻繁に補給する必要があるのか？汚染物質を除去するための生化学的プロセスを利用した方法は、主に微生物の代謝プロセスを活用するものであり、微生物の細胞合成などの生命活動には、十分な量と種類の栄養素（微量元素を含む）が必要となる。化学工業系の廃水においては、生産される製品が単一であるため、廃水の成分も比較的単純であり、微生物にとって必要な栄養分が不足している。例えば、***社の生産廃水には炭素と窒素しか含まれておらずリンがないため、このような廃水では微生物の代謝に必要な条件が満たされず、微生物の代謝過程を円滑にし、微生物細胞の合成を促進するために廃水にリンを添加しなければならない。これは、人がご飯や小麦粉を食べると同時に、十分な量のビタミンも摂取しなければならないのと同じです。 33、廃水中の微生物に必要な各栄養素の比率はどれくらいですか？微生物も動物や植物と同様に、成長・繁殖するために必要な栄養素が必要である。微生物に必要な栄養素としては、主に炭素（C）、窒素（N）、リン（P）が挙げられる。廃水に含まれるこれらの主要な栄養元素の比率には一定の基準があり、好気性生物化学処理では一般的にC:N:P＝100:5:1（重量比）とされている。 34、なぜ余剰汚泥が発生するのか？生物化学処理の過程で、活性汚泥中の微生物が絶えず廃水中の有機物を消費している。消費される有機物のうち、一部は微生物の生命活動に必要なエネルギーを供給するために酸化され、もう一部は新しい細胞質を合成して微生物が増殖・繁殖するために利用される。微生物が代謝を行う一方で、古い微生物も死んでいくため、余剰汚泥が生じる。 35、水体富栄養化とは何ですか？水体の富栄養化とは、淡水において、水中の窒素やリン、カリウムの濃度が過剰になることで藻類が急激に過剰に増殖する自然現象です。水域の富栄養化が起こる主な原因は、窒素、リン、カリウムといった元素が、流速が遅く更新サイクルが長い地表の水域に排出されることで、藻類などの水生生物が大量に増殖し、有機物の生成速度が消費速度をはるかに上回るため、水域内に有機物が蓄積し、水生生物の生態バランスが崩れてしまう過程です。 ——オリジナル　環境配慮型ウォーターサークル＆ルイジェットテクノロジー