生物応答による排水処理設備の省エネルギ，低コスト化
Saving Energy and Cost on Wastewater Treatment using Biological Response

藤原尚美＊
Naomi Fujiwara

野中信一＊Shinichi Nonaka

三浦雅彦＊Masahiko Miura
農学博士

豊久志朗＊＊
Shiro Toyohisa

平野 豊＊＊
Yutaka Hirano

八木弓博＊＊Yumihiro Yagi

研究対象の産業廃棄物最終処分場は，埋立地がバイオリアクタとして準好気性埋立が機能するよう工夫し，埋立箇所のガス発生状況の管理に加えて，機器分析による浸出水の各物質濃度を常に管理している。本研究では，さらなる環境保全を目指し，複数の化学物質の相互作用も配慮でき，かつ放流先への環境影響を評価し総体的な「安全性」として捉えることができる“生物応答試験”を各水処理工程に適用した。処理過程の処理水が生物に影響のある場合はその要因の推定と対策を実施した。その結果，安全安心な浸出水であることを確認できたとともに，過剰な処理工程を使用しないことや，水処理薬剤量の低減を検討することで，省エネルギ，低コスト化につながったのでここに紹介する。
At this industrial waste landfill site, we continuously manage the gas generation in each location and thesubstance concentration in leachate by instrumental analysis in order to demonstrate this semi-aerobic site’sability to function as a bioreactor for landﬁll. In this study, aiming at further environmental conservation, we
did“biological response testing”in each water treatment process, as it can identify overall safety by evaluating
the interaction of multiple chemicals and the environmental impact at the discharge point. When the treatedwater affects organisms, we have identiﬁed the cause of the toxicity and taken measures to eliminate it. As aresult, we found that this leachate was safe and secure and this approach to maintenance using biologicalresponse testing can lead to energy-savings and lower costs by not using excessive treatment processing andreducing chemical dosing. This paper reports on this work of ours.

Key Words：
最終浸生処分出物応場

Landﬁll site

水Leachate答Biological response

毒 性 削 減 評 価Toxicity Reduction Evaluation:TRE

毒 性 同 定 評 価

Toxicity Identiﬁcation Evaluation:TIE【セールスポイント】
・生物応答試験を用いることは，排水中の化学物質の個々の物質管理ではなく，排水そのものの水生生物への影響を把握できる。さらに当社では，生物応答試験で生物への影響があった場合，その対応策として，影響要因の特定と改善技術いわゆる TRE/TIE の検討まで可能であり，生物応答試験と TRE/TIE 技術を組合わせることで排水処理設備の新たな維持管理が可能である。
Vol. 14 No. 2（2018 ／ 3）＊（株）神鋼環境ソリューション

＊＊（株）イー・アール・シー高城

神鋼環境ソリューション技報

11

まえがき

（Toxicity Reduction Evaluation: 毒 性 削 減 評 価 ／我が国において，1960年代の高度成長期に水質汚

Toxicity Identiﬁcation Evaluation: 毒性同定評価）の検濁が大きな社会問題となり，1970年に水質汚濁防止討を実施した。当該放流水ではミジンコ，魚および法が制定され，現在，排水規制として水質汚濁防止緑藻に影響がなかったことから，放流水の上流側の法に基づいて生活環境項目15項目と，健康項目28項各処理水に対して生物応答試験を実施し，排水処理目が規制対象となっている。このため，日々増続け工程における水生生物への影響を把握した。ている多様な化学物質への管理が難しい状態であ1.

る。工場排水では，化学物質が単独に存在すること

研究対象処分場の概要

当該最終処分場では，“準好気性埋立方式”を採はまれで，通常，複数のものが同時に存在する。そ用し２），埋立箇所のガス発生状況の管理に加えて浸のため，化学物質どうしの相互作用により，毒性が出水原水水質を常に管理している。浸出水処理設備

どう変化するかは非常に重要な問題である。その作

フローは図１に示すとおりで，処理規模は180 m3/d

用は，相加的，相乗的あるいは拮抗的のいずれであであり，凝集沈殿設備では水処理薬剤（ポリ塩化アるのか，また，その作用が，どの濃度で，どの混合ルミニウム：PAC）を注入し，膜処理設備として１割合で起こるかを知ることは，これらの物質の有害

段目 RO と２段目 RO を採用している。

性を評価するためには必要であり，機器分析による2.

2. 1

濃度管理のみではこの評価は困難である。

実験方法

各処理工程の機器分析

この状況に対して，生物応答試験は排水を個別の浸出水処理設備の流入水，調整槽，砂ろ過水，１「濃度」としてではなく総体的な「安全性」として段目 RO および２段目 RO の各処理水について，廃とらえることができるため，欧米をはじめ海外で広掃法で定められた処理水の毎月の測定５項目（pH，く 採 用 さ れ て い る。 国 内 に お い て も こ の 試 験 をBOD，COD，SS および窒素）の機器分析を実施し，CSR 等 へ 活 用 さ れ る 事 業 者 が 増 加 し つ つ あ る。

各工程の処理状況を確認した。

2016年からは環境省による生物を用いた水環境の評

2. 2

価・管理手法に関する検討会が進められ，14事業場
１）

生物応答試験

生物応答試験は，生物応答を用いた排水試験法の排水で生物応答試験が実施されている 。その結（検討案）３）に準じて，ミジンコ繁殖試験，魚類胚・果，魚では良好な結果が得られているものの，ミジ仔魚期短期慢性毒性試験，藻類生長阻害試験を行っ

ンコ，緑藻には影響が見られるケースもあり，生物た。それぞれの試験に用いたニセネコゼミジンコ応答試験で生物に影響が見られた場合の対応方法は（Ceriodaphnia dubia）， ゼ ブ ラ フ ィ ッ シ ュ（Daniorerio），ムレミカヅキモ（Pseudokirchnerie subcapitata）

重要な課題となっている。
これらの背景を踏まえ，我々は，産業廃棄物管理は，国立研究開発法人国立環境研究所より分譲され型最終処分場の浸出水を対象に生物応答試験と生物た生物を親として，当社の飼育水で継代飼育した生に 影 響 の あ っ た 場 合 の 改 善 手 段 で あ る TRE/TIE

物を用いた。

図１
12浸出水処理設備フロー

神鋼環境ソリューション技報

Vol. 14 No. 2（2018 ／ 3）

試験用ボード

行ごとに同じ親から生まれて24時間以内の仔虫を使う

毎日観察・換水・給餌

１日目
２日目
繰り返し数・

３日目
４日目以降

10

３日目位から仔虫を産む
40 ％ 10 ％ control
80 ％ 20 ％ 5 ％被験物質濃度（例）図２

ミジンコ繁殖試験

排水濃度５段階80 ％Control

5％

10 ％

20 ％

40 ％

80 ％
24時間後

5％
Control

採卵暴露（４時間以内）

図３

⑴

48時間後

毎日換水・観察

魚類胚・仔魚期短期慢性毒性試験
72時間後

ミジンコ繁殖試験
対象排水を含まない飼育水を対照区として，対象

図４

藻類生長阻害試験

排水を 5 ％，10 ％，20 ％，40 ％，80 ％添加した希釈排水を各10個ずつ作成（繰返し数（n 数）10）し，⑷

統計処理と生物への影響判断

生後24時間以内の仔虫を各希釈排水に１個体ずつ配統計解析は，統計解析は元大分大学の吉岡によっ置して，暴露し，毎日，生死観察と生まれた仔虫のて開発された日本環境毒性学会の EcoTox-Statistics ４）計数を行った。試験は対照区の試験個体の60 ％以を用いた。各試験区間の有意差の判定は，Bartlett

上が３回目の出産をした時点で終了とし，最長でも検定で等分散性が認められた場合は，パラメトリッ

試験期間は８日間とした。

ク手法による一元配置分散分析（ANOVA）により，⑵等分散性が認められない場合は，ノンパラメトリッ

魚類胚・仔魚期短期慢性毒性試験
前述の希釈排水を各４個ずつ作成し（繰返し数

ク手法により有意差があるかを判定した。有意差が（n 数）４）し，受精後４時間以内の胚を15粒ずつ認められた場合は Dunnett 多重比較検定にて，危険配置して，暴露し，毎日，胚発生異常（発生停止，率 5 ％ 未 満 を 有 意 と し て，NOEC（No Observed

眼球形成不全，血管形成不全）の有無および死亡数

Effect Concentration: 無影響濃度）を推定した。有意を調べた。孵化後，８日目まで暴露を継続し，形成差が認められなかった場合，NOEC は最高濃度区以異常（遊泳不能），死亡について観察した。

上とした。

⑶

藻類生長阻害試験

生物への影響については，この NOEC で判断し前述の希釈排水を各３個ずつ作成（繰返し数（nた。生物への影響が見られないときの対象排水の混数）３）し，前培養したムレミカヅキモの初期生物合割合（生物の飼育水で希釈した割合）を示すもの

3

量が５×10 cells/mL となるように調整して，暴露であり，現在の生物への影響が無いとする暫定的なし，24，36，72時間後の生物量を測定した。

基準は，NOEC 10 ％以上である。

Vol. 14 No. 2（2018 ／ 3）

神鋼環境ソリューション技報

13TRE/TIE（Toxicity Reduction Evaluation: 毒2. 3

新たな排水管理の維持管理手法

2. 4

性 削 減 評 価 ／Toxicity Identiﬁcation Evaluation:

従来の機器分析による一律排水基準との比較を実毒性同定評価）手法

施するとともに，処理設備最下流の排水から生物応

生物に影響のあった場合は，その要因の削減と同答試験を実施し，生物に影響が無ければその上流側定 の 検 討（TRE/TIE） を 実 施 し， 改 善 を 図 っ た。の排水の試験を実施し，生物に影響のあった場合

TRE/TIE の内容説明については以下のとおり。

は，その要因の削減と同定の検討（TRE/TIE）を実

TRE とは，排水毒性の原因の特定，発生源の分施した。

離，毒性制御代替法の効率評価，排水毒性の削減効

機器分析による濃度管理と生物応答試験による安果の確認を目的として段階的に実施される発生源を全性評価に対する排水処理設備のエネルギ・コスト

５）

対象とした一連の調査手法である 。との関係を図５に示す。従来の機器分析では，一律TIE とは，排水に対して何らかの処理を行い，そ排水基準値以下であっても，より低い数値結果を目の処理後に生物応答試験を実施し，生物影響が削減指す傾向があるが，生物応答では環境保全に十分なされたならその処理によって削減された物質の中に処理水質が提示されるので，処理に係るエネルギい６）

わゆる化石燃料使用量も踏まえた最適な処理工程を毒性要因物質が含まれていたと考える方法である 。
本研究では，水処理薬剤の影響に着目して，当該検討することができる。

実験結果および考察

3.

TRE/TIE 手法を活用した。

各処理工程の機器分析

3. 1
影響あり

影響なし

生物応答

簡易曝気

凝集剤のよ指エ標

ネ

・に低安

コ

全ス

性トを化

評価

TRE/TIE
影響なし

砂ろ過い数値を影響あり

生物応答

TRE/TIE

影響なし

目指

１段目ROす

図５を省

影響あり

凝集沈殿り低小←答

生物応答

生物処理分析

図６に１年間の各処理工程に対する毎月の機器分
応

TRE/TIE

影響なし

機器

物

処理に係るエネルギ・コスト

影響あり

生物応答による安全性評価

原水

機器分析による濃度管理

生TRE/TIE

析結果の範囲を示す。流入部で放流水基準値（窒素は最大値）を満足し，BOD，COD は工程が進むにつれて確実に低減，SS は調整槽で一旦上昇するがその後安定，窒素は膜処理で低減している。なお
pH も流入部で基準値以内を確認している。１段目，２段目 RO ともに，廃掃法の基準値を満足しており，

生物応答

当該最終処分場では，準好気性埋立が機能するよう２段目RO管理し，埋立地がバイオリアクタ機能を発揮できて→大いることから，良好な浸出水原水が得られていると排水処理設備に係るエネルギ・コストとの関係推定する。
生物応答試験

3. 2

図７に各工程の生物応答試験結果を示す。生物に100909080㻝㻝㻝㻝
㻝
㻝
㻝
㻝
㻝
㻝
㻝

807060

NOEC（排水％）BOD, COD, SS, 窒素（mg/ℓ），塩化物（100 mg/ℓ）

100

504030㻝
㻝
㻝
㻝
㻝
㻝
㻝
㻝
㻝
㻝
㻝

㻣
㻣
㻣
㻣
㻣
㻣
㻣
㻣
㻣
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㻣

㻝㻜
㻝㻜
㻝㻜
㻝㻜
㻝㻜
㻝㻜
㻝㻜
㻝㻜
㻝㻜
㻝㻜
㻝㻜

70
605040

㻝㻜

2010

㻝㻜

㻝㻜

10

㻝

㻝

流入部
BOD

図６14

㻝㻜
㻝㻜
㻝㻜
㻝㻜
㻝㻜
㻝㻜
㻝㻜
㻝㻜
㻝㻜
㻝㻜
㻝㻜

30200㻣
㻣
㻣
㻣
㻣
㻣
㻣
㻣
㻣
㻣
㻣

調整槽
COD

砂ろ過
SS

１段目RO

窒素含有量

２段目RO0㻣
㻣㻣
㻣

流入部

ミジンコ

塩化物イオン

各処理工程の機器分析結果

調整槽

図７

神鋼環境ソリューション技報

㻝㻜㻝

㻣

㻝

㻣

NOEC
暫定基準

㻝㻜

砂ろ過
藻類

１段目RO ２段目RO
魚類各工程の生物応答試験結果
Vol. 14 No. 2（2018 ／ 3）

表１

水処理薬剤の機器分析と生物応答試験結果

PAC 注入率mg/L

Al 注入量mg/L

処理水 Al 濃度mg/L

ミジンコ

緑4.04.56.5

200200200

10.610.610.66.5
4.00.225 未満―
105 未満
―
1090

ミジンコ

80

藻類70

藻の結果を再現することができた。

100NOEC（排水濃度％）

NOEC（排水濃度％）

凝集時設定
pH以上のことから砂ろ過水の低 NOEC の要因のひ
とつは，pH が低くなると水処理薬剤中の Al が溶解

魚類60し，処理水中に残留したことでミジンコに影響を与50えたと推定した。しかし，水中でのスペシエーショ

4030

採水日の違いにより NOEC の値が変動したンについては解明できていないため，ミジンコへの要因であるかは断定できなかった。

2010さらに，pH6.5に制御することで処理水中に Al が0流出しないことから凝集効果が高まると判断し，実2015/8/11

2015/8/18

2016/7/6

2017/3/15

NOEC（Non observed effect concentration : 無影響濃度）

図８ 砂ろ過水の生物応答試験結果

設備にて水処理薬剤の注入率を従来の1/2に低減し運用したところ，凝集沈殿の除去機能および砂ろ過水の SS の値は従来どおりを維持している。これに影響の無い管理目標値は，ミジンコ，魚，緑藻ともより排水処理設備の低コスト化を図ることができた。に NOEC は10 ％以上とされている。１段目と２段

3. 4

新たな維持管理指標としての考察

目 RO ともに，NOEC は80 ％以上であり，水環境従来の機器分析によれば，浸出水処理設備の１段に影響はみられなかったことから，１段目 RO 処理

目 RO 処理水よりも２段目 RO 処理水の方が低い数までで十分水質保全に寄与でき，２段目 RO 処理を値が得られるため，２段目 RO まで運転する方が良使用しなくてよい指標を得た。

いと判断される。一方，生物応答試験では，１段目

砂ろ過水においては，NOEC は採水日によって管と ２ 段 目 RO と も に，NOEC は80 ％ 以 上 で あ り，理目標値の10 ％を下回る場合と，20 ％以上の場合水環境に影響はみられなかったことから，１段目があり，数値の変動があったため，TRE/TIE にて要RO 処理までで十分水質保全に寄与でき，２段目因を調査することとした。

RO 処理を使用しなくてよい指標を得ることができ

3. 3

TRE/TIE 手法た。

砂ろ過水の生物応答試験結果における NOEC 変

水処理薬剤の影響について TRE/TIE 手法による動の要因を調査するために，砂ろ過水の生物応答試検討を実施した結果，pH 制御の重要性を再認識す験の結果をまとめた。図８からミジンコ，緑藻が暫ることができた。一般的に，基準値をより安心に維定基準を満足していない場合が多く，これらは金属持するため凝集剤は若干多めに注入しているが，必７）の影響を受けやすい 知見から前工程である凝集沈ずしも多めの凝集剤が安全ではなく，逆に生物に影殿設備の水処理薬剤の Al の影響について，TRE/響を与えることが判明した。これを実設備に反映

TIE（毒性削減／同定評価）検討を行った。検討内し，水処理薬剤の注入率を従来の1/2に低減し運用

容は，砂ろ過水の pH と水処理薬剤に含まれる Alし，凝集沈殿の除去機能および砂ろ過水の SS の値に着目しビーカ試験を実施した。表１から砂ろ過水は従来どおりを維持していることから機器分析の個が pH6.5の場合は，凝集処理後の処理水中の Al の別管理では見えない，排水そのものの影響を生物応残存率は 1 ％未満であったが，pH4.0では Al の残存答試験にて見ることで低コスト化につながる排水処率が約60 ％であった。それぞれのﾐジンコの NOEC理設備の運転に活用できる知見を得た。

は10 ％と 5 ％未満であった。この結果を実設備に従来，水処理設備の維持管理では，機器分析によ反映し，水処理薬剤（PAC）の注入時の pH 制御をる濃度を指標としていたが，今回，複数の化学物質留意することで管理目標値である NOEC 10 ％以上の複合影響も評価できる生物応答試験を実施するこVol. 14 No. 2（2018 ／ 3）

神鋼環境ソリューション技報15

とで，安全安心な水であることを確認できるととも省エネルギ，低コスト化に寄与していきたい。に，過剰な処理工程を使用しないことや，水処理薬謝剤量の低減を検討するドライビングフォースが働き，その結果省エネルギ，低コスト化につながった。

む
⑴

すび

当該処分場では，準好気性埋立が機能していることから，浸出水の水質が良好であった。
⑵

浸出水処理設備の１段目 RO よりも２段目 ROの機器分析結果が良好であるが，生物応答試験ではその差異は見られないことから，現状では２段目 RO 処理を省略する指針が得られ，省エネルギ，低コスト化を図ることができた。
⑶

砂ろ過水の生物応答試験を実施することで，機器分析のみでは気付かない水処理薬剤の過剰薬注の課題を生物応答試験により認識でき，凝集操作を工夫することで従来の薬注率を半減し低コスト化につながった。
今後とも，浸出水処理設備の管理に生物応答試験および TRE/TIE 手法を取入れて，さらなる知見を集め，水処理薬剤の使用量や処理設備運用の最適化を行い，浸出水が安全安心であり，かつ処理設備の16

辞
本研究の実施において，愛媛大学の鑪迫先生のご指導を頂いた。ここに感謝申し上げます。
［参考文献］
１）環境省：生物を用いた水環境の評価・管理手法に関する検討会（第５回）
２）長野ら：準好気性埋立処分場の機能検査と評価事例（ そ の ２）， 第37回 全 国 都 市 清 掃 研 究・ 事 例 発 表 会（2016）
３）環境省：生物応答を用いた排水試験法（検討案），排水（環境水）管理のバイオアッセイ技術検討分科会（2013）
４）日本環境毒性学会 : EcoTox-Statistics, http://www.intio.
or.jp/jset/ecotox.htm５）鑪迫典久：水圏保全のための新たな排水管理ツール“WET”の最新事情，資源環境対策，Vol.47 No.5, pp.5866（2011）６）新野竜太：排水管理手法“WET”研究の最新事情－
生物応答試験と毒性削減評価（TRE）／毒性同定評価
（TIE）
，資源環
７）藤原ら：金属製品製造工場の WET を用いた排水中
毒性要因の推定とその改善例，環境化学，25，35-42（2015）

神鋼環境ソリューション技報

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