溶存酸素（DO）とは何か？

DOとは溶存酸素（Dissolved Oxygen）の略で，水溶液中の酸素濃度を表すパラメーターで，水に溶解した遊離態酸素である。溶存酸素の単位はmg/Lであり、1水あたりの酸素のミリグラム数で表される。水中の溶存酸素の量は、水の自己浄化能力を示す指標です。溶存酸素が高いと、水中の様々な汚染物質の分解が容易になり、水が速く浄化されます。逆に、溶存酸素が低いと、水中の汚染物質の分解が遅くなります。

日常的な運用管理では、DO値は高すぎても低すぎてもいけません。現在、業界で認められているDO値は2mg/L程度で制御する必要があり、実際の運転は各プラントの状況に応じて決定する必要があります。

しかし、生物学的硝化脱窒を目的とした処理プラントでは、硝化細菌はトランス好気性細菌であり、無酸素で活動を停止し、酸素摂取速度は有機物を分解する細菌よりもはるかに低いため、硝化システムは高濃度のDOを維持する必要がある。

溶存酸素（DO）の異常変化の法則

DO異常はDOが高すぎると低すぎるという2つの現象を示します。DOが低すぎるという現象は、ある期間にDOが急激に低下する場合と、同じブーム条件下でDOが徐々に低下する場合に分けることができます。

急激な減少の主な原因

（1）水質の変化

高濃度有機廃水（溶解性BOD）流入。高濃度有機廃水は、主に食品加工廃水、醸造廃水、製紙廃水などを指し、BODは活性汚泥によって分解除去されやすく、酸素消費量が増加し、DOが低下します。

酸素消費量の高い排水の排水。下水管網や沈殿池に堆積した汚泥の流入，濃縮池や消化池の上清の大量流入，工業廃水など酸素消費量の高い油脂廃水，皮革加工工場工業廃水，印刷，繊維，化学合成廃水などの流入はDOの急激な低下を引き起こす。

酸素移動廃水の流入に影響を与える。下水中の界面活性剤（短鎖脂肪酸やエタノールなど）、高粘性物質、油脂などが気液界面に集まり、酸素分子の拡散と移動を阻害します。これらは酸素移動プロセスの抵抗を増加させるため、酸素の移動係数が低下し、移動効率が低下し、DOが低下する。

高濃度のFeO排水の流入。高濃度FeO排水は、主に地下水や鉱山、製鉄所、ケーブル工場などの鉱業および鉱業企業から来ており、これらの排水には酸化鉄が多く含まれており、Fe3+に酸化されやすく、酸素が多く消費され、DOが低下します。

2）曝気槽での反応

硝化反応の式は：

NH₄ + 2 O₂ NO₃^- +2 H⁺ +H₂ O

硝化反応は、適切な水温、pH、DO、SRT>1/Vnの条件を満たさなければならない。ここで、SRTは汚泥の年齢を指し、Vnは硝化細菌の比成長率を指す。

同じSRT運転の下水処理場では，硝化細菌の比成長速度Vnが温度上昇に伴って上昇したり，余剰汚泥排出が急激に減少するため，硝化反応が起こる条件を満たすと，突然硝化反応が起こり，上式から分かるように，硝化作用は同時に酸素を消費しDOが低下する。

2.徐々に減少する主な理由

同じ送風条件ではDOが徐々に低下しており，その多くはエアレーションヘッドの閉塞やエアレーション膜の劣化によるものである。目詰まりの考えられる原因は、空気中のほこりが多すぎる、ブロア濾過が徹底していない、ブロア冷却油がパイプに入る、曝気管内部が錆びている、錆滓が曝気ヘッドを詰まらせることによるDO低下である。

曝気膜の経年劣化は気泡が太くなり分散し，大きな気泡は気相，液相の接触面積を減少させ，両者の接触時間を短縮し，酸素の移動効率を低下させ，同様に曝気の場合，DOは徐々に低下する。

急激な増加の主な理由

余剰汚泥の大量排出、または第二槽の汚泥膨張による汚泥の流出、または流入負荷が高すぎるなどは、曝気槽の活性汚泥濃度が低下し、酸素消費量が低下し、DOが上昇します。

水濃度が低い。雨汚水が合流する排水体制では，長時間の降雨，融雪水の大量流入により，曝気槽の進水負荷が低くなりDOが上昇する。

有毒·有害物質の流入。工業排水の流入により、有毒で有害な排水が流入し、活性汚泥の好気性率が低下し、DOが上昇します。過剰な重金属は細菌の阻害剤や殺菌剤であり、漂白粉末、液体塩素などは細菌に強い致死性を持ち、これらの物質は細菌の大量死を引き起こす可能性があります。

強力な酸化剤を含む廃水の流入。過マンガン酸カリウムのような強力な酸化剤は細菌の細胞物質を酸化し、細菌の正常な代謝を阻害し、死に至ることさえあり、その結果、必然的に微生物の酸素需要が減少し、DOが上昇する。

硝化反応が止まる。水温低下あるいは汚泥齢短縮により硝化反応が停止すると酸素の消費が減少しDOが上昇する。

上記の要因に加えて、水温もDOに影響を与えます。微生物酵素系が変性の影響を受けない温度範囲では、水温が上昇すると微生物の活動が旺盛になり、反応速度が向上する。水温の上昇はまた、混合、攪拌、沈殿などの物理的プロセスに有利であるが、酸素の移動には不利である。

生化学的プロセスについては、一般的に水温が20 〜 30 ° Cで最も効果的であると考えられており、35 ° C以上と10 ° C以下の浄化効果が低下します。水温が40 ° Cを超えるなど、水温が急激に上昇すると、タンパク質の劣化や酸素の不活性化を引き起こし、処理水質が悪化します。

三、溶存酸素（DO）対策

溶存酸素は、活性汚泥プロセスの曝気タンクの運転制御と制御の重要な指標であり、活性汚泥の活性は溶存酸素の消費によって判別することができます。良好な活性汚泥は酸素需要が大きく，サンプリング後混合液中のDOが急速に消失し，酸素飽和数分でも消費されるが，不活性汚泥は数分で消費されない。

活性汚泥凝集体の大きさが異なるため、必要な溶存酸素濃度は異なり、凝集体が小さいほど下水との接触面積が大きくなり、吸収に適しているほど、必要な溶存酸素濃度が小さくなり、逆に凝集体が大きいほど溶存酸素濃度が大きくなります。

溶存酸素は低すぎることはできません。なぜなら、低すぎる溶存酸素は曝気タンクの微生物代謝の酸素需要を満たすことができず、微生物の数が減少し、正常な代謝プロセスを妨げ、糸状菌の成長、汚泥浄化機能の低下、有機汚染物質の分解が不完全で、排水効果に影響を与えるからです。排水段のDOが長期的に低すぎると、第二槽の脱硝や汚泥の浮上につながる可能性があります。

溶存酸素が高すぎるとエネルギーを消費しすぎ、高DOを好む放線菌が過剰に増加し、処理効果に影響を及ぼすため、溶存酸素も高すぎてはなりません。

また，過曝気は一部の汚泥が沈殿せず浮上汚泥となり，汚泥の解体や過酸化を引き起こし，活性汚泥の生物栄養バランスを崩し，微生物量を減少させて不活性化，吸着能力の低下，凝集体の縮小，汚泥容積指数SVIの低下，曝気タンクの泡の増加などの異常現象を引き起こす。したがって、曝気タンクの溶存酸素は高いほど良くない。

従来の活性汚泥法とその変形プロセスでは、排水量に影響を与えずにDO値をできるだけ低くする必要があります。従来の活性汚泥法では、下水と汚泥が接触して混合され始める曝気タンクの最初のセクション、すなわちゾーンIに酸素が最大必要とされます。脱窒素を必要としない活性汚泥プロセスについては、Iゾーン（入口）で溶存酸素を0.8 〜 1.2 mg/L、IIゾーン（中間ゾーン）で1.0 〜 1.5 mg/L、IIIゾーン（出口ゾーン）で約2mg/Lの制御で処理ニーズを満たすことができます。流出水溶存酸素がやや高いのは，リンの十分な吸収と汚泥の嫌気性浮上を防ぐためである。

DO異常は間接的に水質やプロセス制御の異常を反映しており、その原因と組み合わせて異なる対策を講じる必要があります。流入水の水質が問題である場合は、環境保護部門とのコミュニケーションを強化し、水質源を特定し、水源管理を強化するか、ピーク時を避け、時間ごとに流入水を減らす必要があります。プロセス制御によりDO異常が発生した場合は、上記の原因に合わせて調整する必要があります。

また、夏は水温が高いため、曝気量を適切に増やす必要がありますが、冬は逆です。曝気システムの閉塞による溶存酸素の低下は、曝気タンクの全面的な点検、曝気フィルムの洗浄または交換、曝気ダクト内部の閉塞物の除去、空気が曝気タンクにスムーズに流入できるように、微生物に正常な溶存酸素量を提供する必要があります。

まとめると、溶存酸素DOは活性汚泥法において極めて重要なプロセス制御手段であり、その値の大きさは一連の指標に影響を与える。DO異常は、その原因、慎重な分析、適切な治療、タイムリーな調整と組み合わせて、できるだけ異常を最小限の範囲で制御するために、下水排出基準に達するようにします。