排水の生物処理

排水の有機物を微生物の分解作用を活用して処理することを排水の生物処理といいます。この排水の生物処理では、排水処理を物理的・化学的処理ではなく、自然の微生物を利用することで排水を浄化することを可能にします。ここでは、この排水の生物処理の方法やメリットについて考えていきます。

排水の生物処理とは

排水の生物処理では、微生物の有機物を分解する性質を活用して、排水を処理します。排水処理で活用する微生物の種類によって、有機物を分解する経路は異なり、酸素を必要とする好気性処理と必要としない嫌気性処理が存在。好気処理法と嫌気処理法について次に考えてみましょう。

好気処理法

好気処理は、好気性微生物が水中の酸素を使用し、有機物を水と二酸化炭素に分解する働きを利用した排水処理のことをいいます。この好気処理法は、排水処理や下水処理に活用されています。身近にいる好気性微生物を活用することで、排水を浄化できる処理方法といえます。

嫌気処理法

嫌気処理法とは、酸素がない環境化で嫌気性微生物を使用することで、メタンと炭酸ガスに分解する処理方法です。下水や食品工場の排水の処理に利用されています。

嫌気処理に関わる嫌気性微生物は、酸素があれば酸素を使用し酸素がなければ嫌気性の性質になる通性嫌気性微生物と、酸素がある環境では生存できない絶対嫌気性微生物に分かれます。

通気性嫌気微生物は、水中で酸素がない環境では硝酸の酸素を使用して窒素を発生させます。この通気性嫌気微生物は、排水の窒素を取り除くことに活用されています。絶対嫌気性微生物のメタン生成菌の分解作用では、有機物を分解しバイオガスを得ることができます。

生物処理の方法

生物処理の方法とは、排水中の汚濁物質を微生物や細菌を活用することで浄化する処理方法です。この生物処理の方法には、活性汚泥法、生物膜法、嫌気処理法、生物的脱硝化窒素法などがあります。ここでは、代表的な3つの生物処理法について説明しています。

活性汚泥法

活性汚泥法とは、有機物を含む汚水をばっ気（吸着・酸化）して、微生物が増殖して浮遊性の活性汚泥が形成させる処理方法です。活性汚泥は、排水中で含まれる溶解性有機物を吸着、酸化し、凝集して沈降するため、分離することが可能です。

活性汚泥法には、連続式活性汚泥法と回分式活性汚泥法（生物膜法）の2種類に分かれています。

連続式活性汚泥法には、標準活性汚泥法、長時間ばっ気法（長時間エアレーション法）、酸化溝法（オキシデーションディッチ法）、二段ばっ気法、嫌気好気法（AO法）、循環式嫌気好気法（A2O法）、硝化液循環活性汚泥法（脱窒素活性汚泥法、消化脱窒法）、膜分離活性汚泥法があります。

活性汚泥法の種類

• 標準活性汚泥法
  従来法とも呼ばれていて、全ての活性汚泥法の基本となる方法です。活性汚泥法が開発されてからもっとも普及している方法で、非常に良好な処理水が得られるのが特徴。しかし、正常に稼働するための条件が厳しいことや、負荷変動に弱いこと、窒素やリンの除去率が比較的低いのが問題点です。他の活性汚泥法は、このような問題を改善するために開発されたという背景があります。


• 長時間ばっ気法（長時間エアレーション法）
  長時間ばっ気法（長時間エアレーション法）は、ばっ気槽での処理時間を長くすることにより、余剰汚泥の発生量を少なくする方法として小規模な施設で普及しました。しかし余剰汚泥の発生量は標準活性汚泥法と比較してもそれほど少なくなりません。標準活性汚泥法の2～3倍のばっ気槽容量と送風量があるため、間欠ばっ気が行われています。ばっ気時間を長くしすぎると汚泥の沈降性が悪くなり、処理水が濁ってしまうので注意が必要です。


• 膜分離活性汚泥法
  膜分離活性汚泥法は、沈殿槽の代わりに、膜によって固液分離する膜分離活性汚泥法が広く実用化されていて、膜は、MF膜やUF膜が多く用いられます。この膜分離を採用すると、固液分離やバルキングなどによる汚泥流失に悩まされることがなくなると同時に、汚泥濃度を8,000～12,000mg/L程度に制御することができるようになりました。これは通常の活性汚泥法よりもかなり高いMLSS 濃度で運転できるということ。また、膜自体もバルキング耐性が高いのが特長で、生物膜法とは異なります。

生物膜法

生物膜法とは、担体といわれる物質に微生物を付けて、汚水の汚濁物質を分解させる処理方法です。回分式活性汚泥法と同一視される場合もあります。生物膜法は、好気性微生物を活用することは活性汚泥法と同じですが、維持管理が簡単なことが利点です。

生物膜法の種類

• 標準回分式活性汚泥法
  回分式活性汚泥法は、単一の槽に反応槽と沈降層の機能を持たせ、排水の流入や反応、沈降、処理水の排出を1サイクルとして、繰り返し処理を行う方法のこと。連続式に比べて固液分離の安定性が高く、1サイクル中に、嫌気・好気の条件を自由に設定できるなど、負荷条件の変化に幅広く対応できる方法で、中小規模工場排水向けに多く採用されています。


• 神奈川方式
  神奈川方式は、酸化溝法（オキシデーションディッチ法）よりも深くした水路状のばっ気槽に、回分式活性汚泥法を組み合わせた活性汚泥処理法です。神奈川県畜産試験場で開発されたため、神奈川方式と呼ばれています。この神奈川方式は、ばっ気槽にスクリュータイプの表面機械式ばっ気装置、汚水希釈槽、余剰汚泥濃縮のための砂ろ床を組み合わせることで、負荷変動が大きい畜産排水に対して、安定した処理能力と低い設置コスト・ランニングコストを実現。
  ばっ気槽の大きさや運転管理は標準的な回分式活性汚泥法と同じで、ばっ気装置は、ばっ気と水流の両方を担っています。水面が0.3m/秒以上で流れるような能力のものを用いることがポイントといえます。砂ろ床は、余剰汚泥を処理するための大切な施設。余剰汚泥を排出できない場合は正常な浄化が行えなくなりますので、十分な面積を確保する必要があります。


• ばっ気式ラグーン法（複合ラグーン法）
  

  ばっ気式ラグーン法は、曝気式酸化池法や複合ラグーン法とも呼ばれています。BODが8,000mg/L程度の高濃度の汚水を、BOD容積負荷量0.15kg／m3・日程度の低負荷条件で、1カ月以上の長時間をかけて浄化処理する、回分式の活性汚泥法。希釈水が得られない場合に有効な処理法の一つです。

排水に生物処理を行うメリット

排水処理に微生物を活用する生物処理を行うメリットは、物理的・化学的汚水処理技術と比較して、環境負荷が少ないといえます。また、自然の微生物を活用するため、効率的かつコストパフォーマンスの良さが特徴。そして、生物処理法には多くの種類があるため、その処理の状況に合わることも可能です。

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