脱窒過程におけるpHのオンライン監視

1. pHは硝化に影響を与える重要な要因である

硝化において最も重要な機能的要因は細菌活性である。硝化細菌はpHに対して非常に敏感である。中性またはややアルカリ性の条件（pH 8～9）では、その生物学的活性が最も強く、硝化反応が急速に進行する。

PH > 9.6または< 6.0といった極端なpH条件下では、硝化細菌の生物学的活性が抑制され、最終的には停止する傾向がある。pH > 9.6の場合、NH₄⁺からNO₂⁻およびNO₃⁻への変換は依然として異常に速いが、NH₄⁺のイオン化平衡により、NH₃濃度が急激に増加する。硝化細菌はNH₃に対して極めて敏感であるため、これが最終的に硝化速度に影響を及ぼす。

酸性条件下（pH < 7.0）では、硝化速度が低下する。pH < 6.5になると、硝化速度は著しく減少する。pH < 5.0では、硝化速度はほぼゼロに近づく。

2. 硝化過程におけるpH低下の原因

PHの低下は、以下の2つの要因によって引き起こされる可能性がある。第1に、流入水中に強酸が含まれており、これにより流入汚水のpHが低下し、結果として混合液のpHも低下する。

第2に、硝化反応式に示されるように、NH₃-NからNO₃⁻-Nへの変換過程で無機酸（H⁺）が生成され、これがアルカリ度の一部を消費する。NH₃-N 1gがNO₃⁻-Nに変換されるごとに、約7.14gのアルカリ度（CaCO₃換算）が消費される。したがって、汚水中のアルカリ度が不十分であり、TKN（全ケルダール窒素）負荷が比較的高い場合、汚水中のアルカリ度が枯渇する可能性がある。これにより、混合液のpHが7.0を下回り、硝化速度が低下または阻害される。

流入水中に強酸が存在しない場合、通常の都市下水はややアルカリ性であり、pHは一般に7.0より高い値を示します。この場合、pHは主に流入下水のアルカリ度に依存します。

したがって、生物硝化反応槽では、混合液のpHを7.0以上に保つよう最大限の努力を払う必要があります。pH > 7.0を維持することは、成功する生物硝化システムの前提条件です。pHを正確に制御するためには、アルカリ度の計算を行う必要があります。pH < 6.5の場合、下水にアルカリ剤を添加する必要があります。

JIDE社は、下水処理プロセス向けに特別に設計されたpHセンサーを提供しています。これらのセンサーはデジタル伝送と高精度測定をサポートしており、外部信号リレー機能を3点備えています。これにより、設定された高・低pH値に基づいて、投与ポンプの起動および停止を制御できます。これらは硝化プロセスにおけるpH監視に広く使用されています。

3. 拡張製品：有機負荷監視 – COD／BODオンライン分析装置

JIDE社のCODおよびBODオンライン分析装置は、硝化反応の監視にも広く用いられています。硝化および脱窒を目的として生物曝気フィルター（BAF）プロセスを採用する場合、NH₄-Nの除去効率は一定程度、有機負荷に依存します。

有機負荷が3.0 kg BOD／(m³媒体・d)をわずかに超えると、NH₃-Nの除去が抑制されます。有機負荷が4.0 kg BOD／(m³媒体・d)を超えると、NH₃-Nの除去は著しく抑制されます。したがって、炭素除去と硝化を同時に行うために生物曝気フィルターを用いる場合には、有機負荷を低減する必要があります。

有機物の除去を目的として生物曝気ろ過法（BAF）プロセスを設計する際には、まず処理対象となる廃水の種類および要求される放流水質に基づき、適切なBOD容積負荷を選定する必要があります。BOD容積負荷の選定は、同種の廃水処理施設における実際の運転データを分析することによって決定し、設計においては余裕を持たせる必要があります。BAFを炭素除去と硝化の同時処理に用いる場合には、有機負荷を低減させる必要があり、有機負荷は2.0 kg BOD／(m³媒体・d)以下に保つことが望ましいです。