SBR反応器

SBR反応器

1 SBRプロセスの概要

SBRは、シーケンシャルバッチ式活性汚泥法（Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process）のアルファベットの略語である。最初は英国の学者ArdernとLockettによって1914年に提案されたが、当時の曝気器の閉塞性、自動制御レベルの低さ、運転操作管理の複雑さなどの原因から、すぐに連続式活性汚泥法に取って代わられた。1970年代まで、各種の新型曝気器、浮動式出水堰（給水器）と自動制御モニタリングのハードウェア設備とソフトウェア技術の開発に伴い、特にコンピュータと工業自己制御技術の整備が進み、汚水処理過程の自動操作が可能になり、SBR技術はその独特な利点で広く注目され、急速に発展と応用され、現在、世界で数百のSBR汚水処理場が成功裏に稼働している。米国環境保護庁（EPA）はSBRプロセスを低投資、低操作コスト、メンテナンス費用、高効率の環境対策技術と考えている。

SBRは活性汚泥法の一種であり、その反応メカニズム及び汚染物質除去のメカニズムは伝統的な活性汚泥法と基本的に同じであるが、運転操作方式には大きな違いがある。プロセスの各ユニットを時系列で分割し、プロセス全体が単一のオペレーションユニットに対して間欠的に行われます。典型的なSBRは曝気を集め、一池に沈殿し、二沈殿池及び汚泥還流設備を設置する必要はない。このシステムでは、反応槽は一定時間間隔で汚水を満たし、間欠処理方式で運転し、処理後混合液を沈殿させ、専用の排水設備を用いて上澄み液を排除し、沈殿した生物汚泥は槽内に残し、再び汚水と混合して汚水を処理するために使用し、このように順次繰り返し運転し、順次バッチ式処理技術を構成した。典型的なSBRシステムは、入水、反応、沈殿、排水、遊休の5段階に分けて運転される。典型的なSBR技術を用いた汚水処理の基本的な運転パターンを下図に示す：

SBRプロセスには、次のような主な利点があります。

1.処理構築物は少なく、SBR反応器は曝気、沈殿を一体に集め、初沈殿池、二沈殿池と還流汚泥ポンプ室を省いた。そのため、処理構築物の敷地面積、構築物間の接続配管及び流体輸送設備を大幅に節約し、一般的に工事総投資の10%〜20%を低減することができる。

2.その間に断続的に水に入るため、時間の長さ、水量の多少は調節可能であるため、水量水質の変化に対して強い適応性があり、別に調節池を設置する必要はない。

3.敷地面積が少なく、伝統的な活性汚泥法より30〜50%少なく、現在の各種汚水処理技術の中で最も省面積の技術の一つである。

4.窒素を除去してリンを除去することができる。曝気時間と間欠時間を調節することにより、汚水を反応槽中で交互に好気、酸欠、嫌気状態にし、プロセスの脱窒素リン除去のための条件を作り出した。同時に、このような環境条件の変化も糸状菌の成長を効果的に抑制し、汚泥膨張の影響を減らすことができる。

5.下水処理場が建設されたばかりの運転時、流量は一般的に設計値より低く、SBRは水量水質の必要に応じて、運転池体の数を増減することができ、これにより不要なエネルギー消費を回避することができ、これは他の技術にはない。

SBRプロセスの主な欠点は、

1.反応池の進水、曝気、排水過程の変化が頻繁で、人工管理を採用できないため、汚水工場の設備計器に対する要求が高く、管理者に一定の技術レベルを要求する。

2.水量が多いと容積利用率が高くない問題が露呈する。

1.2 SBR改良技術の紹介と比較

SBRの運行方式は柔軟で変化が多く、適応性が強く、異なる水質と実際の工事の要求を満たすために、技術過程を改善することができ、基礎研究方面の絶え間ない進展と人々の活性汚泥除去汚染物質のメカニズムに対する理解に伴い、古典的なSBR技術の実際の工事応用における一定の限界を考慮して、実際の工事の需要に適応するために、SBR技術は次第に各種の新しい形式を派生した。

現在多く応用されている改良技術は、ICEAS、UNITANK、DAT-IAT、CASSなどである。

1.2.1 ICEAS技術原理

ICEASはすべて間欠式循環遅延曝気活性汚泥法（Intermitent Cycle Extended Aeration）と呼ばれ、その最大の特徴は反応器の入水端に予備反応区を追加し、運行方式は連続入水（沈殿期、排水期は連続入水）、間欠排水、明らかな反応段階と遊休段階がないことである。下水は予備反応区から非常に低い流速で主反応区に入り、主反応区の泥水分離に明らかな影響を与えない。ICEAS施設は簡単で管理が便利で、特に市政汚水や工業廃水の処理に関しては古典的なSBRシステムよりも費用がかからないため、国内外で広く重視されている。1980年代初めにオーストラリアで興って以来、現在では300以上の汚水処理場が建設されている。

ICEASの動作方法を図1-2に示す：

SBR反応槽を長手方向に沿って2つの部分に分け、前部を予備反応区、後部を主反応区とする。予備反応区は水流を調節する役割を果たすことができ、主反応区は曝気、沈殿の主体である。ICEASは連続入水技術であり、反応段階で入水するだけでなく、沈殿と滗水段階でも入水する。下水は予備反応区に入った後、隔壁底部の接続口を通じて平流流体状態で主反応池に入り、主反応池の中で間欠曝気と沈殿水を行い、連続入水、間欠出水のSBR反応池となり、配水を大幅に簡略化し、運行もより柔軟になった。

ICEASプロセスにおける各操作ユニットの役割は、

A、曝気段階は曝気システムから反応槽内に間欠的に酸素を供給し、この時有機物は微生物作用を経て生物酸化され、同時に汚水中のアンモニア窒素は微生物硝化反硝化作用を経て、脱窒の効果を達成する。

B、沈殿段階では反応槽内への酸素供給を停止し、活性汚泥は静止状態で低下し、泥水分離を実現した。

C、滗水段階で汚泥が一定の深さまで沈殿した後、滗水器システムが作動し、反応槽内の上澄み液を排出する。滗水中、汚泥は池の底に沈下し、濃度が大きいため、必要に応じて汚泥ポンプを起動して残りの汚泥を汚泥池に排出し、反応器内の一定の活性汚泥濃度を維持することができる。滗水が終わった後、また次の新しい周期に入り、曝気を開始し、循環し、汚水の処理を完了した。