廃棄物安定化池
廃棄物安定化池 （ WSPまたは安定化池または廃棄物安定化ラグーン ）は、有機物含有量を減らし、廃水から病原体を除去するための廃水処理用に設計および構築された池です。それらは土製の構造物に閉じ込められた人為的な窪地です。廃水または「流入液」は、処理プロセスが行われる池で数日間過ごした後、廃棄物安定化池の片側から入り、「流出液」として反対側から出る。
廃棄物安定化池は世界中で廃水処理に使用されており、特に温暖な気候の発展途上国に適しています。下水や産業排水の処理に頻繁に使用されますが、地方自治体の流出水や雨水の処理にも使用できます。システムは、単一の池または一連の複数の池で構成され、各池は汚染物質の除去に異なる役割を果たします。処理後、排水が必要な排水基準（例えば、病原体のレベルが十分に低い）を満たす場合、排水は地表水に戻すか、灌漑水（または再生水）として再利用できます。
廃棄物安定化池には、除去率が遅いため時間がかかる自然な処理プロセスが含まれます。したがって、外部エネルギー入力を伴う他の治療プロセスよりも広い面積が必要です。ここで説明する廃棄物安定化池では、エアレーターを使用していません。エアレーターを使用する高性能ラグーン技術は、活性汚泥プロセスとの共通点がはるかに多くあります。そのような通気されたラグーンは、従来の安定化池に必要な面積よりも少ない面積を使用し、小さな町でも一般的です。
基礎
安定化の概念
下水および多くの種類の産業廃水には有機物が含まれています。廃水が未処理のまま地表水（河川や湖など）に排出される場合、その有機物は地表水に生息する微生物の餌となります。これらの生物は、成長と繁殖のためにエネルギー生成に有機物を使用します。これは、有機物を二酸化炭素と水に変換する呼吸を介して行われます。これらの安定したコンポーネントは、水質汚染の問題を引き起こしません。したがって、これはしばしば有機物の「安定化」と呼ばれます。
ただし、これらの生物は呼吸に酸素を使用するため、地表水の酸素濃度が低下します。これは主要な水質汚染問題の1つであり、魚を含む地表水生物相に影響を与える可能性があります。
廃棄物安定化池は、これらの生物学的現象が表面の水域で発生する前に再現し、酸素消費による汚染問題を引き起こします。池は廃水を受け取り、処理の一部として、地表水で起こるプロセスと同様の自然なプロセスによって、池の内部の有機物の安定化を実行します。これが彼らが廃棄物安定化池の名前を受け取った理由です。
微生物
この反応は、池の中に住むいくつかの微生物が共同で参加することによって起こります。有機物は、生化学的酸素要求量（BOD）として測定されます。池の排水のBOD値は、有機物の除去を反映して、流入水よりも低くなっています。この池バイオームは、廃水からの有機物を食物として使用します。
栄養素は、生細胞の再生や成長を含む生命プロセスのために、細胞材料とエネルギーに変換されます。これらの生細胞の一部は、池内のより高い栄養レベルで生物によって消費されます。池では、微生物の最も重要なグループはバクテリアで、廃水からの有機物のほとんどを利用しますが、酸素も消費します。
藻類は、微生物のもう1つの重要なグループです。彼らは、流入物からの有機材料に依存していません。代わりに、彼らは光合成を引き受けます。そこでは、彼ら自身の消費のために有機物を生産し、非常に重要なことに、彼らは酸素を放出します。放出された過剰酸素は、池の好気性生物による呼吸をサポートします。大気中の酸素も液体に溶解し、池の表面の上部に好気性層を維持するのに役立ちます。
酸素レベル
液柱内の酸素濃度は異なります。表面近くで濃度が高く、好気性生物の成長をサポートします。池の底に近い場所では、太陽光の透過率が低く、したがって光合成活動が低下します。これにより、酸素濃度が低くなります。最後に、最下層の堆積物の中には、酸素はまったくありません。ここでは、有機物は嫌気性生物による消化により除去されます。
病原体の除去
廃棄物安定化池で病原体を効率的に除去できます。プロセスは、病原体の除去のために成熟池に主に依存していますが、システムの他の池でもいくらか除去が行われます。シリーズ内の池の数が多いほど、病原体の除去がより効率的になります。
病原菌やウイルスの除去は、主に不活化によって行われます。病原体は、pH（藻類の光合成のために池のpH値が高い）、温度、池の表面に到達する日光に存在する紫外線、および高い溶解度を利用する光酸化反応に関与するメカニズムの複雑な相互作用の結果として不活化されます酸素濃度。
原生動物の病原体は、シストまたはオーシストの形で廃水中に存在します。 Hel虫（虫）は卵の形で存在します。原生動物および虫の病原体は、沈降のメカニズムによって除去できます。特に成熟池が処理システムの一部である場合、非常に高い除去効率を達成できます。その場合、最終的な池の排水は、処理された廃水（または「再生水」）で灌漑するための世界保健機関のガイドラインに準拠している可能性があります。ただし、池のスラッジ（堆積物）は虫の卵でひどく汚染されている可能性があり、池の内部にスラッジを数年間保管した後でも生き残ることができます。
タイプ
廃棄物安定化池は、1つまたは複数の嫌気性、通性または成熟池のシリーズで構成される人工流域で構成されています。酸素の有無は、順番に使用される3種類の池によって異なります。嫌気性廃棄物安定化池には溶存酸素がほとんどないため、嫌気性条件が優勢です。 2番目のタイプの池、通性安定池は、嫌気性底生生息地の上に好気性表面生息地を維持します。成熟池は、表面から底部まで、好気的条件を提供します。
池システムの主な構成は次のとおりです。
- 条件的池のみ。
- 嫌気性池とそれに続く通性池;
- 条件的池とそれに続く成熟池;
- 嫌気性池に続いて通性池が続き、その後に一連の成熟池が続きます。
嫌気性の池が存在する場合、廃水からの浮遊固形物の一部が沈殿し、こうしてこれらの固形物によってもたらされた有機物（BOD）を除去します。さらに、溶存有機物の一部は嫌気性消化により除去されます。通性池における第二段階では、残りのBODの大部分が藻類によって行わ光合成から酸素を受ける従属栄養細菌によって主に除去されます。成熟池の三次段階の主な機能は病原体の除去ですが、栄養素の減少（つまり窒素）にも役立ちます。ただし、安定化池システムに生息する藻類による窒素固定は、安定化池の排水の窒素レベルを増加させる可能性があります。
嫌気性池
嫌気性池は生の廃水を受け取ります。通性の池に比べて表面積が小さく、またより深い（通常3.0〜5.0 m）。深さは、光合成による酸素生産の影響を減少させ、嫌気性条件につながります。積載量と気候条件に応じて、これらの池は流入BODの半分から3分の2を除去できます。これにより、通性池に行く有機物の負荷が大幅に減少し、必要なサイズが減少します。嫌気性安定化池には、悪臭ガスを放出する可能性があるという欠点があります。これには、システムに運用上の問題がある場合、腐った卵の臭いのある硫化水素が特に含まれます。
一連の安定化池の最初の池バイオームは、処理中の廃水に懸濁した腐敗性固体を消化します。嫌気性池により、固形物が底部にスラッジとして沈殿します。この沈降により、粒子状有機材料の一部が除去されます。沈殿した固形物の大部分は、廃水が池に入る点の近くに蓄積します。したがって、嫌気性池は、好気性池または通性池よりもはるかに深くなるように設計する必要があります。深さが酸素レベルを下げるので、嫌気性細菌は効率的に老廃物を消化できます。嫌気性池には、複雑な有機廃棄物を環境への害が少ない塩基性化合物に分解できる嫌気性生物が含まれています。嫌気性生物は温かい温度でしか繁殖できないため、嫌気性の池は温暖な気候や寒い気候には適していません。
汚泥は嫌気性池の底に蓄積し、数年ごとに除去する必要があります。
条件的池
未処理の廃水を受け入れる通性安定池は、主通性池と呼ばれます。すでに嫌気性池で処理された廃水を受け取っている場合、それらは二次通性池と呼ばれます。通流安定化池は、上向流嫌気性汚泥ブランケット（UASB）反応器、酸化溝、または通気ラグーンなどの他のタイプの処理プロセスに続く処理にも使用できます。嫌気性池と比較して、通性池は浅く（深さ1.5〜2.5 m）、表面積がはるかに大きくなります。大気中の酸素が溶け、太陽光線が水に浸透するため、表面積が重要です。これにより、より多くの酸素を生成する光合成活動が可能になります。
ほとんどの池では、有機物の分解と他の汚染物質の除去を最大限にするために、細菌と藻の両方が必要です。藻類は酸素（光合成）を生成し、酸素（呼吸）も消費しますが、過剰な酸素を残します。酸素は、好気性細菌が呼吸に使用したり、排水中の有機物の酸化（または安定化）に使用したりできます。
いくつかのタイプの無脊椎動物が池に存在し、そこで藻類の個体数を制御し、藻類は底に落ち着きます。藻類が大きく成長すると、日光が池に侵入するのを妨げる可能性があります。これにより、光合成が池に酸素を供給する可能性が低下します。
下水の処理では、嫌気性池とそれに続く通性池で構成されるシステムは、通常、75〜85％の全体的なBOD除去効率を持ちます。排水には処理中に自然に生成される藻類の形の粒子状有機物質が高濃度で含まれているため、より高い効率を達成することは困難です。
池の堆積物層を含むスラッジは嫌気性消化を受け、除去する必要なく数年間蓄積する場合があります。
成熟池
成熟池では、有機物やその他の汚染物質をさらに除去することができます。これらの池は、処理水を地表水域に排出するため、または灌漑や水産養殖に使用するために、病原体除去の高い効率が必要な場合にのみ処理ラインに含まれます。通常は通性池の後に使用されますが、上向流嫌気性汚泥ブランケット（UASB）反応器などの他の処理プロセスに従うこともあります。また、活性汚泥プロセスの後に配置することもできます。
成熟池は、より多くの酸素が水に溶けて細菌が適切に機能するのに十分な酸素を与えることができるように、表面積が大きい浅い（深さ約1.0 m以下）でなければなりません。浅い池は、太陽放射の透過から生じる高い光合成活動の恩恵を受けます。強い光合成のためにpH値は高く、紫外線の浸透は上層で起こります。これらの要因は両方とも、病原菌やウイルスの除去を促進します。成熟池の表面積が大きいため、原生動物の嚢胞とcyst虫の卵も除去され、沈殿が主なメカニズムです。
成熟池でのスラッジの蓄積は非常に少ないです。
いくつかの要因に応じて、非常に高い病原体除去効率を達成できます：温度、液圧保持時間（液体がシステムに残っている時間-入口から出口まで）、一連の池の数、バッフルの存在、池の深さ。
成熟池は、雨水貯水池と組み合わせて使用して、生態学的な自己浄化灌漑貯水池を形成することができます。
用途と適合性
廃棄物安定化池は、有機物と、特定の条件下では病原体を除去するという主要な目的において非常に効率的です。彼らの設計基準は、長年にわたってほとんど変わっていません。池の設計、構築、運用、保守は簡単です。これは、遠隔地や、洗練された設備や高度な労働力が容易に手に入らない発展途上国では非常に重要です。建設は、小さな町の地元の請負業者によって行われる場合があります。
廃棄物安定化池は、ほぼすべての環境でうまく機能し、ほとんどのタイプの廃水を処理できます。日光と温度の強度が除去プロセスの効率性の重要な要因であるため、熱帯および亜熱帯の国に特に適しています。池は世界中で使用されています。多くの国や地域では、池が最も広く使用されている処理プロセスです。この理由から、それらは、特に線虫（ワーム）とremoving虫の卵の除去に効果があるため、農業および水産養殖での再利用のための廃水処理のためにWHOが推奨するプロセスの1つです。
池は有機物の除去において非常に高い効率を達成することはできず、通常は窒素とリンを除去する能力が低い。排水は通常、池での藻類の生産に起因する高濃度の懸濁物質を含んでいます。したがって、池は、後処理の追加段階が含まれていない限り、厳しい排出基準が存在する分野では適切な技術ではありません。
池は広い面積を必要とするため、土地が高価な町の近くでは実用的でない場合があります。建設コストを削減するために、適切な地形と適切な土壌構造も望まれます。
運用とメンテナンス
運用と保守に関して、運用スタッフが実行するタスクは非常に単純で、特別なスキルは必要ありません。さらに、曝気のためのエネルギー消費、重機のメンテナンスの必要性、頻繁なスラッジ除去、スラッジ処理および廃棄はありません。
注意が必要な重い電気または機械装置がないため、池のメンテナンスはほとんど必要ありません。必要な日常的なメンテナンスは、予備処理（スクリーンの清掃と砂の除去）、パイプ、we、その他の水圧構造物の定期的なチェック、および盛土の不要な植生の除去です。
スラッジ除去
スラッジは池の中に蓄積します。数年の間隔でのみ削除する必要があります。これは、システムの重要な利点です。ただし、取り外しが必要な場合、通常は高価で手間のかかる作業です。嫌気性の池では（数年ごとに）除去がより頻繁に行われます。これは、通性の池に比べて体積が小さく、スラッジの貯蔵能力が低いためです。通性池では、スラッジの除去は15〜25年程度の間隔でのみ必要になる場合があります。成熟池では、スラッジの蓄積は非常に少ないです。
スラッジ除去とも呼ばれるスラッジ除去は、2つの基本的な方法で行うことができます。（i）スラッジ除去のために池の動作を中断するか、（ii）スラッジ除去中に池の動作を維持します。最初のケースでは、スラッジ除去される池への流入廃水が閉じられます。その後、池は水切りされ、底部のスラッジは数週間開放乾燥されます。この期間中、処理される廃水はシステム内の他の池に流用する必要があります。スラッジが乾燥した後、その除去は手動で（大きな池では非常に面倒です）、またはトラクターや機械スクレーパーを使用して機械的に行うことができます。 2番目の選択肢では、スラッジ除去中に池が稼働していると、除去されたスラッジが湿り、さらに乾燥する必要があります。これは池の外で行われます。汚泥の除去は、真空トラック（小さな池のみ）を使用した吸引とポンプ、by、raからのポンプ、またはその他の機械装置を使用して行うことができます。いずれの場合も、除去されるスラッジの量は非常に多く、数年にわたる蓄積を考慮しています。このプロセスは非常に面倒で費用がかかり、慎重な計画が必要です。
費用
廃水処理プロセスの選択では、各選択肢に関連する技術的側面に加えて、コスト要因も非常に重要な役割を果たします。後者は、基本的に（i）建設費と（ii）維持管理費に分けることができます。廃棄物安定化池は通常、建設コストの観点から安価な代替手段と考えられています。ただし、最終的なコストは、基本的に池のサイズ、プロセス構成内の成熟池の存在、地形、土壌条件、地下水位、土地コストに依存します。
これらの要素はすべてサイト固有であるため、全体的な建設コストを一般化することは困難です。ほとんどの場合、これらは他の排水処理の選択肢と比較して低くなります。地域の特定の状況に応じて、建設コストが増加し、他の技術でレベルアップする可能性があります。
廃棄物安定化池は、運用と保守の観点から最も安価な廃水処理プロセスの1つです。
他のインフラとの比較
次のタイプの上下水道インフラストラクチャは、表面的には廃棄物安定化池に似ていますが、同じではありません。
- 曝気されたラグーンは、酸素を供給して有機物を安定化するために機械的エアレーターに依存しています。嫌気性池の代わりに曝気ラグーンを処理ラインの第1段階として使用して、悪臭ガスの放出を制限できますが、エネルギーとメンテナンスの要件により運用コストが高くなります。
- 人工湿地は、植物組織への取り込みと水中への酸素の供給により水中の可溶性栄養素を除去し、BODを低減するために物理的に固形物と粒子状物質を除去する根付き植生をサポートすることにより、水質を改善するように設計されています。
- 貯水池は、洪水や下流侵食を防ぎ、隣接する川、小川、湖、または湾の水質を改善するために、雨水の流出を管理するために使用されます。貯水池は似ていますが、洪水制御対策として一時的に流出を保持するように設計された「乾燥池」です。
- 浸透池は、その内容物を基礎となる浸透性土壌に浸透させるように設計された池です。
- 沈殿池は、固形物を処理することなく、固形物を廃水から分離するように設計されています。
