SUMO Wiki
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排水処理プラントの流入水の組成を理解することは、エンジニアにとって最も重要な作業の一つです。これは、処理プラントの設計や、活性汚泥モデル（ASM）を用いてプラント性能をシミュレーションする能力に直接影響します。排水の特性評価は、可溶性・コロイド状・粒子状の各画分に含まれる炭素成分、窒素含有成分、およびリン含有成分と、それらの生分解性部分および非生分解性部分を測定および/または同定することによって行われます。流入水の成分を生分解性 COD と非生分解性 COD に基づいて区別することは、プラントへ流入する生分解性物質の質量流量を把握するうえで重要であり、これは所与の汚泥滞留時間（SRT）における炭素系酸素要求量を計算するのに不可欠となり得ます。
流入水タイプのモデル選択オプションには、濃度、質量流量、状態変数の 3 つがあります。濃度ベースと質量ベースには、COD ベースまたは BOD ベースの入力を選択するオプションがあります。状態変数ベースを除き、他のすべては画分を入力として指定することに依存します。
排水中の不活性無機固形物を計算します。この値を変更すると混合液濃度に直接影響します。
排水のろ過 COD を計算します。これはコロイド状有機物と可溶性有機物の合計を含みます。
この画分には、コロイド物質を除去した後の可溶性 COD のみが含まれ、生分解性・非生分解性の両方を含みます。この画分は常にろ過 COD の割合以下となります。両画分の差から、排水中に存在するコロイド状有機物が計算されます。
流入水中の VFA（揮発性脂肪酸）の量を計算します。生物学的リン除去（Bio-P）プラントの設計と予測に重要です。
ろ過 COD から可溶性有機物 COD を計算します。この画分は生物学的プロセスの影響を受けず、定常状態条件では流入する質量がそのままプロセスから流出します。この COD は処理水（流出水）の放流とともに系外へ出て行きます。この数値は通常、SRT が最低 3 日以上のプラントの処理水についてろ過 COD 測定を実施した後に同定されます。
全 COD から非生分解性の粒子状物質を計算します。この画分は生物学的プロセスの影響を受けず、定常状態条件では流入する質量がそのままプロセスから流出します。この COD は汚泥に取り込まれ、プロセスが定常状態に達するまでシステム内に蓄積します。定常状態に達すると、システムから流出する XU の質量はシステムへ流入する XU の質量に等しくなります。XU の大部分は、固形物の引き抜きや汚泥処分を通じてプラントから排出されます。この値は曝気槽の MLSS 濃度と消化槽の性能を左右します（特に SRT が高い場合に顕著で、SRT が長くなるほど MLSS は XU の割合に対してより敏感になります）。XU は、流入水の全 COD 測定値から SU とすべての生分解性 COD を差し引くことで計算できます。XU の測定はより難しく、6 週間の SBR 試験が推奨されます。
これは全 COD に関連づけられる生物量の画分であり、汚泥滞留時間が 3 日未満のプロセスをシミュレーションする際に不可欠です。また、一次発酵をシミュレーションする際には、この画分を正確に推定または測定することが重要です。
これは流入水中の OHO の自己分解（崩壊）生成物であり、プロセスの性能にほとんど影響しません。主に非生分解性物質として振る舞い、汚泥の引き抜きに現れます。
この画分は、SCCOD と SCOD の差からコロイド状の非生分解性 COD を計算します。
アンモニア濃度を計算します。アンモニアは生物量の増殖に重要であり、亜硝酸塩および/または硝酸塩に変換されます。
排水のオルトリン酸 (OP) 濃度を計算します。生物量の増殖に極めて重要です。
アンモニア化を受けてアンモニアを放出する可溶性有機窒素を計算します。アンモニア化は通常、SRT が 3 日を超えると完了します。
粒子状有機窒素の非生分解性部分はシステム内で変化せず、汚泥処分とともにプラントから流出します。
可溶性有機物に結合した P の部分で、これらの有機物は処理プロセス中に OP を放出します。
非生分解性有機物に結合した P の部分で、システム内で変化せず、汚泥処分や引き抜きとともに流出します。
上記の入力を用いて、流入水 PU モデルは次の重要な状態変数を計算します。
この変数は極めて速い速度で代謝され、高い酸素利用速度に寄与します。これは VFA 以外の有機物を表します。酸素利用速度、脱窒、生物学的リン除去の性能を正しく把握するために重要な変数です。
この変数はまず細胞外酵素によって SB へ加水分解（分解）され、その後代謝されます。つまり、XB の酸素利用速度または代謝速度は加水分解の速度によって律速され、その速度は SB の代謝速度よりも遥かに遅いということです。長い SRT（3 日より長い）では、処理システム内で MLSS に対する XB の割合は小さくなります。
この変数は加水分解されて可溶性生分解性有機窒素となり、その後アンモニア化を受けてアンモニアを放出します。完全な硝化を設計し、アルカリ度要求量を見積もる際には、アンモニアと、粒子状および可溶性の生分解性有機窒素の合計である生分解性 TKN を考慮に入れることが重要です。この変数は、嫌気性消化槽でのアンモニア放出をシミュレーションするのに不可欠です。
この変数は加水分解されて可溶性生分解性有機リンとなり、その後リンを放出します。リン除去を設計する際には、オルト P と、粒子状および可溶性の生分解性有機リンの合計である生分解性 TP を考慮に入れることが不可欠です。この変数は、嫌気性消化槽でのリン放出および特定の沈殿物形成をシミュレーションするのに不可欠です。
この変数はまず凝集して粒子状 XB となり、次に SB へ加水分解され、その後代謝されます。一次沈殿池の性能や、SRT が 3 日未満のプロセスをシミュレーションする際に重要です。
硝化菌および/またはアンモニア酸化菌の最大比増殖速度定数は、都市排水ごとに大きく異なり得ます。特に排水の一部に工業系の流量が含まれる場合に顕著です。これは特に BOD 除去と硝化を 1 段で行うプロセスのシステムに当てはまり、そのようなシステムでは硝化菌の増殖速度を考慮する必要があります。硝化速度を正しく把握することは、設計および運転の最適化において重要となり得ます。硝化速度が高いということは、SRT を短くできること、すなわち曝気とタンク容量を節約できることを意味します。
これらの画分や変数は、プラントで日常的に直接測定されるものではありません。一部のプラントでは特定の測定に踏み込むことがあり、たとえば VFA 測定が必要になる場合があり、生物学的リン除去を行うプラントではより時折実施されます。ほとんどのプラントでは、流入水について TSS、VSS、BOD、TCOD、SCOD、アンモニア、OP、TKN、TP を測定し、処理水についても一部を測定する場合があります。Sumo には、これらの測定データを用いて流入水モデルの画分を推定できるツールが用意されています。
以下の状態条件は常に保持されなければなりません。
入力に月平均または年平均の測定値を使用していませんか？
自分のデータが米国の一般的な値と異なるのはなぜですか？
負のバランスとは、TKN または TP が、アンモニアや OP とその他の有機物との間に分配するには不足していることを意味します。測定上の問題である可能性（過去データに基づいてアンモニア/TKN または OP/TP 濃度を調整する）や、可溶性が非常に高い排水である可能性があります。NHx と OP の測定が信頼できると判断される場合は、N と P の画分を減らして N と P のバランスを取ってください。
これは XOHO、XU、CU の各画分を調整することで実施できます。
この比は、流入水の組成に応じて変化することがあります。たとえば次のとおりです。
炭水化物: 1.07 g COD/g VSS
タンパク質: 1.53 g COD/g VSS
脂質: 2.92 g COD/g VSS
他の比は比較的一定であり、変更しません。たとえば次のとおりです。
生物量: 1.42 g COD/g VSS
これはプラントの予備シミュレーションを実施することで行います。
通常、完全に硝化するプラント、特に BNR（生物学的栄養塩除去）プラントでは、処理水のアンモニア濃度が非常に低くなります。そのため、処理水 TKN の大部分は粒子状および可溶性の有機窒素です。粒子状有機窒素の濃度は、全浮遊物質を一致させることによって二次沈殿池の除去効率で決まります。しかしほとんどの場合、非生分解性 COD に関連づけられる可溶性有機窒素が TKN 測定値に大きく寄与します。ここでは、可溶性非生分解性 COD の N 含量を考慮に入れます。このパラメータは処理水 TKN に一致させるために調整できます。
プラントへの栄養塩負荷はその性能を左右します。プラントに一次沈殿がある場合、その生物処理への一次処理水負荷を十分に再現しなければなりません。一次処理水のアンモニアと TSS を正しく把握することに加え、TKN 濃度とその組成を一致させることが重要です。生分解性の粒子状有機窒素は一次処理で捕捉されるため、処理水中に硝酸塩として現れません。粒子状物質は汚泥として引き抜かれるからです。したがって、有機窒素の組成を確認することが重要であり、生分解性の可溶性有機窒素が多いほど硝酸塩濃度は高くなります。
活性汚泥モデルは工業排水処理への適用においてメカニズム的に妥当であり、特に食品加工など特定の工業排水を評価するための良い基盤を提供します。