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英国にある活性汚泥処理施設を歩いてみれば、ロンドンの何百万人もの人々に水を供給する広大なテムズ・ウォーターの施設から、セヴァーン・トレントやヨークシャー・ウォーターが管理する小規模ながらも同様に重要な施設まで、どこを歩いても、曝気槽に空気を送り込む送風機の低く持続的な音がすぐに聞こえてくるでしょう。この圧縮空気こそが生物処理の原動力なのです。十分な量で、途切れることなく、そして何よりも油分を含まない圧縮空気がなければ、溶存有機物を分解する好気性細菌は、環境庁の排水基準を満たすのに十分な数で生き残ることができません。
数十年にわたり水処理業界で問題となってきたのは、一見単純な問題です。長年業界の主力として使われてきた従来のオイル潤滑式ルーツブロワーは、潤滑油の微細な液滴を空気流に混入させてしまいます。曝気槽内では、これらの液滴が水面に抑制膜を形成し、気泡から液体への酸素移動を阻害します。その結果、生物学的効率の低下と処理済み排水の二次汚染という二重の問題が発生し、規制上の問題や許可違反の可能性が生じます。廃水曝気専用に設計されたオイルフリーの空気圧縮機は、この問題を根本から解決します。
エバーパワーのチームは、水道事業、食品加工、製薬、重工業といった分野で18年以上にわたり実践的なアプリケーションエンジニアリングに携わってきました。プロセスエンジニア、オペレーションマネージャー、調達スペシャリストと直接連携し、英国で最も要求の厳しい処理環境において、オイルフリーのスクリューブロワーおよび遠心ブロワーシステムの仕様策定、設置、試運転を行ってきました。この記事では、その経験を凝縮し、生物学的曝気におけるオイルフリー圧縮空気への切り替えを検討しているすべての方にとって役立つ実践的な情報を提供します。技術、性能、規制状況、実際の事例データ、総所有コストについて解説します。
活性汚泥システムにおけるオイルフリー曝気の科学的根拠
活性汚泥法(ASP)は、英国全土における生物学的廃水処理の基盤となっている。基本的に、下水は曝気槽に入り、そこで好気性微生物の高密度群(混合液懸濁物質(MLSS)と呼ばれる)と混合される。これらの細菌は炭素系および窒素系汚染物質を分解するが、代謝効率を最大限に高めるためには、溶存酸素(DO)濃度を1.5~3.0 mg/Lに維持する必要がある。槽底に設置された微細気泡散気装置を通して供給される圧縮空気が、この酸素濃度を維持するための主要な手段となっている。
オイルフリースクリューコンプレッサーは、互いに噛み合う2つのらせん状ローター(オスとメス)によって圧縮を実現します。これらのローターは物理的に接触することなく噛み合い、潤滑油ではなく精密なベアリング形状と摩擦低減コーティングによって、必要なクリアランスが維持されます。つまり、圧縮室は油に濡れる部品から完全に隔離されています。その結果、ISO 8573-1クラス0の認証を受けた空気流が得られます。これは、検出可能なオイルエアロゾル、オイル蒸気、液体オイルがゼロであることを意味します。この空気が曝気槽に入ると、気泡の合体を抑制する表面活性汚染物質が存在しないため、微細気泡拡散器を介した酸素伝達効率(OTE)は理論上の最大値で動作します。
遠心式ブロワー(ターボブロワー)は、磁気軸受または空気軸受上で高速回転するインペラを使用する、オイルフリーの代替方式です。この場合も、空気経路にオイルは使用されません。現在、これらの技術はいずれも可変速駆動装置(VSD)を内蔵しており、コンプレッサーは貯水槽からの溶存酸素(DO)センサーのフィードバックに応じて、出力をリアルタイムで調整できます。この閉ループ制御こそが、固定速度のオイル式ブロワーと比較して、通常20%から35%という大幅な省エネルギー効果を実際に実現する部分です。
オイルフリーが重要な理由:汚染された曝気空気の真のコスト
生物学的プロセスの障害
わずか2~5ppmの油性エアロゾルでも、曝気槽の水面に膜を形成し、気泡から液相への酸素拡散を阻害します。溶存酸素濃度が低下し、汚泥群集の中で最も感受性の高い硝化細菌が死滅し始め、排水中のアンモニア濃度が危険なほど上昇し、許可限度値に近づいてしまいます。
規制違反リスク
環境庁の排水許可証では、最終排水中のBOD、アンモニア、浮遊物質について厳格な制限が定められています。曝気システムに不具合が生じると、処理施設は許可証の違反が常態化し、正式な執行命令、環境情報規則に基づく公表義務、そして多額の罰金が科される可能性があります。
エネルギー効率の必須要件
曝気処理は通常、浄水場の総電力消費量の 50~701 TP5T を占めます。英国の水道会社は、Ofwat の PR24 料金見直しにより、運用効率の改善を実証するようますます強い圧力を受けています。リアルタイムの DO 需要に合わせたオイルフリーの VSD コンプレッサーを使用すると、中規模から大規模の浄水場で年間 40,000~180,000 ポンドのエネルギー料金を削減できます。
ディフューザーの目詰まりとメンテナンス
油分による汚染は、微細気泡PTFE膜およびEPDM膜ディフューザーの目詰まりを加速させます。ディフューザーが目詰まりすると、背圧が増加し、酸素伝達効率がさらに低下し、洗浄または交換のために高額な水槽排水が必要になります。これは通常3~5年ごとに行われるため、油分のない清浄な空気供給で達成可能な10~12年の耐用年数とは異なります。
技術性能仕様
Ever Power社製オイルフリースクリュー&ターボブロワーシリーズ - 廃水曝気構成
| パラメータ | オイルフリーネジ(EP-OFS) | ターボブロワー(EP-TB) | 伝統的なオイル漬けの根菜 |
|---|---|---|---|
| 空気清浄度クラス | ISO 8573-1 クラス0 | ISO 8573-1 クラス0 | クラス3~5(油処理済み) |
| 流量範囲(m³/分) | 2.5~45 | 8~120 | 5~80 |
| 吐出圧力(bar g) | 0.3~1.2 | 0.3~1.0 | 0.4~0.8 |
| 比エネルギー(kW/m³/分) | 4.2~5.8 | 3.8~5.2 | 6.5~8.4 |
| VSD対応 | 標準 | 標準 | オプション |
| 1m地点での騒音レベル(dB(A)) | 68~76 | 62~70 | 78~90 |
| モーター効率クラス | IE4 / IE5 | PMSM | IE2 / IE3 |
| 標準的なメンテナンス間隔 | 4,000時間 | 8,000時間 | 1,500時間 |
| Rootsとの比較における推定エネルギー節約量 | 22 – 30% | 28 – 38% | ベースライン |
* 性能データは、英国およびヨーロッパ各地の設置場所における現場測定に基づいています。実際の値は、設置場所固有の条件によって異なります。設置場所固有の評価については、当社のエンジニアリングチームにお問い合わせください。
英国全土でオイルフリーエアレーションコンプレッサーが導入されている場所
用途の範囲は自治体の下水処理場にとどまらず、はるかに広がっている。とはいえ、下水処理場は英国において依然として最大の単一市場セグメントである。
アングリアン・ウォーター社 - ピーターバラ東下水処理場(イングランド)
セクタ
都市下水処理
位置
ピーターバラ、ケンブリッジシャー、イギリス
支給される機器
4台のEP-OFS 55kW可変速オイルフリースクリューブロワー
人口相当数
120,000 PE · 3レーンASP構成
課題
ピーターバラ・イースト浄水場では、活性汚泥処理レーンに老朽化したルーツブロワーを3台、14年以上使用していた。定期的なメンテナンスにもかかわらず、油で湿らせたこれらの装置は、近隣のキャラバンパークに滞在する観光客による生物学的負荷が増加する夏のピーク時には、曝気レーン2で目に見える表面スカムを発生させていた。硝化性能はアンモニアの許容基準値(年間平均4mg/L)をわずかに下回っており、エネルギーチームはOfwatのAMP8効率化義務付けを受けて、これらのブロワーを最優先の対策対象として挙げていた。
エバーパワーソリューション
当社のアプリケーションエンジニアが2回の現地訪問を通じて詳細な現地調査と気流モデリングを実施した結果、Ever Power社は、定格出力55kWのEP-OFSユニット4台を、3台を常用、1台を予備として構成することを決定しました。これらのユニットには、Allen-Bradley製のVSDコントローラが内蔵され、Modbus RTUを介して現場のSCADAシステムと直接接続され、各レーンからのDOトランスミッター信号に応じて完全自動変調が可能になりました。設置作業は、計画された10日間の操業停止期間中に完了し、現場チームは当社の試運転エンジニアによるオンサイトでのトレーニングを受けました。
測定結果(稼働開始後12ヶ月)
31%
送風機ステーションの電力削減
11万2000ポンド
年間エネルギーコスト削減額
2.1 mg/L
平均排水アンモニア濃度(基準値4mg/Lとの比較)
3.4年
資本投資の単純回収期間
お客様の声
「イースト・ミッドランズ地方で約8万5000人分の給水能力を持つ当社の工場において、2つの曝気レーンに設置していた3台のオイル式ルーツブロワーを、エバーパワー社のオイルフリーユニットに交換しました。試運転開始からわずか6週間で、表面のスカムは完全に消失し、溶存酸素濃度(DO)の制御も非常に安定しました。エネルギーコストの削減だけでも、4年以内に設置費用を回収できる見込みです。」
デビッド・H
地域水道会社オペレーションマネージャー(イングランド、イーストミッドランズ)
「シュロップシャーにある当社の酪農排水処理施設では、旧式の送風機システムによる油汚染に悩まされていました。曝気槽の表面には油膜が文字通り見えるほどでした。エバーパワー社のチームによる詳細な現場調査の後、同社のターボ送風機を導入したところ、その効果は目覚ましいものでした。油漏れはなくなり、騒音も低減し、送風機の電気代も28%削減できました。アフターサービスも非常に優れています。」
サラ・M
環境・サステナビリティマネージャー · 乳製品加工グループ · イギリス、シュロップシャー
「当社では、エジンバラ近郊のバイオテクノロジーキャンパスにある、非常に限られたプラント室のスペースに収まる、コンパクトなオイルフリーのスクリューブロワーという特注品が必要でした。Ever Power社のエンジニアリングチームは、4回にわたる設計変更を経て、非標準の排気方向と防音エンクロージャーを備えた特注ユニットを納品してくれました。価格も競争力があり、納期も約束通りでした。強くお勧めします。」
ジェームズ・K.
エンジニアリング部門責任者 · 製薬バイオテクノロジーキャンパス · スコットランド、エジンバラ
お客様の仕様に合わせて設計・製造 ― 既製品ではありません
英国には、全く同じ廃水処理施設は二つとありません。水理負荷プロファイル、曝気槽の形状、既存のSCADAインフラ、利用可能な電力供給、近隣の住宅地からの騒音制約など、これらの要素すべてが、単にカタログから選ぶのではなく、その施設に合わせて真に設計された圧縮空気ソリューションを必要とします。
Ever Power社の製造施設では、専用のカスタムエンジニアリングプログラムを実施しています。当社のアプリケーションエンジニアは、お客様のご要望に応じた圧力定格、非標準の吐出方向、特注の防音筐体、統合型VSDおよびDO制御パネル、バイオガス環境向けのATEX規格準拠モデル、腐食性媒体向けのステンレス製エアエンドオプション、国際展開向けのデュアル電圧構成など、お客様のニーズに合わせたオイルフリーのスクリューブロワーおよびターボブロワーパッケージの仕様策定と製造が可能です。すべてのユニットは出荷前に工場で全負荷試験を実施し、詳細な性能証明書が提供されます。
特注構成の場合、設計から納品までのリードタイムは通常6~10週間と、業界最短クラスです。これは、製造工程全体を社内で管理し、外部の組立業者に委託していないためです。英国の水道事業に関する包括契約や継続的な供給契約については、専任のアカウント管理と、スペアパーツの在庫確保を保証するプログラムを提供しています。
カスタムエンジニアリング機能
◆
圧力と流量のカスタマイズ ― お客様の正確な水槽の深さと拡散器の圧力損失要件に合わせて構成されたユニット
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音響パッケージ ― 環境的に敏感な場所における計画条件を満たすように設計された筐体
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ATEXゾーン1/ゾーン2対応 - バイオガスまたは汚泥処理環境向けバリエーション
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SCADA統合 — Modbus RTU、Profibus DP、PROFINET、Ethernet/IPを標準でサポート
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コンテナ化されたスキッドパッケージ - 迅速な現場展開または一時的な使用に適したプラグアンドプレイ式の送風機ステーション
◆
OEM供給 ― 英国のシステムインテグレーター向けホワイトラベルおよびプライベートラベル製造
イングランド、スコットランド、ウェールズ、北アイルランド全域の水処理施設にサービスを提供しています。
英国の水道事業は、独自の規制および運用フレームワークの下で運営されており、当社のアプリケーションエンジニアは、そのフレームワークを実務経験を通して深く理解しています。環境庁の排水許可、OfwatのAMP8効率要件、UKWIRガイダンス文書、および水道事業法の義務はすべて、曝気装置の技術仕様策定プロセスを他のグローバル市場とは異なる形で形成しています。当社の英国担当営業およびエンジニアリングチームは、スコットランド高地からコーンウォール半島まで、英国各地の現場からの問い合わせに対応しており、特にテムズ川流域、セヴァーン・トレント川流域、アングリア川流域、ノーサンブリア川流域、ヨークシャー川流域といった主要流域におけるプロジェクト支援において豊富な経験を有しています。
9,000+
英国の廃水処理施設
水道会社10社
英国の各地域にサービスを提供
AMP8
効率化の義務が投資を促進する
EPR 2016
環境許可規制の枠組み
弊社のアプリケーションエンジニアがお客様のご質問にお答えします
油汚染をなくし、曝気エネルギーコストを削減する準備はできていますか?
Ever Powerのアプリケーションエンジニアから、現場に特化した詳細な技術提案書を入手してください。当社は英国全土の廃水処理施設、産業排水処理施設、養殖施設にサービスを提供しています。
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© Ever Power · 廃水曝気用オイルフリー空気圧縮機 · イギリス · gzlによる編集