水のあと始末から資源化まで～トイレから見た世界～
２１世紀水倶楽部

亀田泰武 2016.9.29

水の汚れ
生活と下水
病原菌と下水道活性汚泥法の誕生
下水処理
雨水と汚水
富栄養化
資源化
今後の課題
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水質悪化の原因• 有害物質によるもの 毒性
酸性排水、メッキ排水など• 病原性微生物によるもの 疾病
ノロウイルス、クリプトスポリジウムなど• 有機物質によるもの 酸欠
家庭排水• 栄養塩類によるもの 富栄養化
家庭下水、畜産排水

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水の汚れは有機物•••••

有機物があると微生物が活動してこれを利用それに伴って水中の酸素を使ってしまう
酸素を使い切ると生物が死んでしまう
嫌気状態になって硫化水素など発生
１ｇの有機物を分解するのに１ｇの酸素を消費• 酸素は１ｍ３に最大１０ｇしか溶けない3有機物とは• 有機物とは、炭素を含む化合物の中で、炭素と酸素からなるもの（一酸化炭素や二酸化炭素以外）をいう。 有機物には、生物体内で作られる炭水化物、脂肪、蛋白質等のほか、無数の人工的に合成された有機化合物がある。
水質用語 Weblio辞書• ここでは生物によって分解可能なものを有機物と考える。 石炭は有機物としない

4栄養摂取量
国民栄養調査より 2013年 １８８７ｋｃａｌ
炭水化物
２６１ｇ ×４ ＝ １０４４ｋｃａｌ
タンパク質
７０ｇ ×４ ＝２８０ｋｃａｌ
脂肪５４ｇ ×９ ＝
４８６ｋｃａｌ
２０才以上
２０００ｋｃａｌとすると酸素１ｇの燃焼によって４ｋｃａｌの熱を出すと考えると人の一日の酸素消費量は約５００ｇ
日本人の一日の酸素消費量
２２０００ｇ ４４倍
化石燃料等による

5人の呼吸••••吐く息の酸素濃度は１６％（体積比）くらい２１％－１６％の５％程度を取り込む
空気から酸素を取り込むのは肺肪
肺肪の数 ２．５～７．５億個
面積７０㎡ 成人の場合

肺肪 大きさ ０．１～０．２ｍｍ
ウイキペディアから
6人の実例• 人の１日に取る食べ物のＢＯＤ量５００ｇ• １日の汚れＢＯＤ５８ｇのうち、屎尿１８ｇ、台所、洗濯など４０ｇくらい• トイレットペーパーもあるので１５ｇとすると• 人のＢＯＤ除去率は９７％となる
栄養吸収をする小腸の面積は２００ｍ２も。
腸内細菌 １．５ｋｇ

7１立方メートル中の酸素
空気 １．２ｋｇの約２３％（重量比）
水
１０００ｋｇの１/１０００００
同じ容積で空気が２８倍

２８０ｇ
１０ｇ

水に溶ける酸素の量
０℃
１４．２ｍｇ／ｌ
１０℃
１０．９ｍｇ／ｌ
２０℃
８．８ｍｇ／ｌ
３０℃
７．５ｍｇ／ｌ
大気中の酸素量 １．２×１０の１５乗トン
７０億人で割ると １７万トン/人
日本人の酸素消費 年間８トン/人
8下水処理• 汚水の汚れＢＯＤ ２００ｍｇ／ｌ程度
５8ｇ／２５０リットル ？
• 処理水
１０ｍｇ／ｌ程度• きれいな川１ｍｇ／ｌ ＡＡ• 魚の住める限度
１０ｍｇ／ｌ Ｅ• 埼玉県の流域下水道
流入水ＢＯＤ １６０ｍｇ／ｌ
処理水ＢＯＤ４ｍｇ／ｌ

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病原菌と下水道
ヨーロッパで下水道整備促進の大きな推進力であったのが伝染病に対する恐怖でした。水系の伝染病であるコレラ、赤痢などつい最近まで大きな問題でしたし、（世界の大半では依然として大きな問題です。地球上のコレラ感染者は減ってきてはいますが年間２０～３０万人。（もっと多いという話もある）生活排水の処理が少しでもいいかげんになると汚染された水から復活してくるのです。
抗生物質耐性のある黄色ブドウ球菌が最近問題になっています。
通常の人は感染してもだいたい軽い症状ですみますが、高齢者、幼児、感染者など免疫力の弱い人に重い症状になります。水系伝染病でも同様のクリプトスポリジウムがいます。
水系伝染病は医学の進歩、適正な下水処理、上水道の整備によって今は小さくなっていますが、排水処理がいいかげんにならないよう充分注意していかなければなりません。
10欧州のコレラ流行
１９世紀初頭からコレラが蔓延 １８１７年カルカッタ
日本 １８２２年に上陸 西日本へ 死者数は諸説
１８７９年と１８８６年の流行で１０万人を超えた。
１８６７年 大政奉還 関所の効用？
１８３０年 ペテルスベルグ上陸
１８３１年 １４日の停船命令を出していた英国に上陸
１８３２年 フランス上陸 パリでは１．８万人が死亡 ５人に１人
ロンドンの死者数 １８４９年 １．８万人 １８５４年 ２万人
１８９２年 ハンブルグで大流行

11１９世紀当時の学説・接触伝染説

細菌伝染説 少数派であった
２週間の停船命令が効かなかったこと、下層階級の居住地の流行がひどかったことがマイナスに・非接触伝染説

淀んで腐った水、湿地などが発するミア

ズマ「毒気」
こちらが有力で、欧州の下水道建設の原動力となった ペッ
テンコーフェルはこれに近い伝染質が地域状態によって機能する
ミュンヘンで下水道整備によって腸チフスの発生が激減

12徐々に解明が進んだ
１８５０年代ロンドンの開業医 ジョンスノウが取水口がテムズ川上流だったり、適切にろ過されたりした給水区域にコレラ患者が少ないことを見いだし、汚染された水の使用がコレラ流行の原因とした
１８８４年 コッホがコレラ菌発見

１８９２年 下水道が整備されたハンブルグでコレラが大流行
浄水場の重要性が確認された
森鴎外

１８８４年 ドイツへ
１８８６年 ペッテンコーフェル教授に師事
１８８７年 コッホ教授に師事
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ハンブルグ市庁舎中庭

コレラ大流行により多くの死者を出した後，水道システムの改善により，流行を終焉させたことを記念し，いつまでも記憶に残るように造られた。 巨大な庁舎を建てるほど大きな繁栄を謳歌しているこの時代に一方で多数の死者が出る感染症が大流行していた。

19世紀に全世界でコレラの大流行が頻発。1884年にはドイツの細菌学者ロベル
ト・コッホによってコレラ菌が発見された。
しかし，その後，日清戦争の始まる２年前の1892年８月にハンブルグで突如コレラの流行が始まり，たった数週間の間に８千人が死亡した。ただ，ハンブルグの下流に隣接するアルトナではほとんどコレラ患者は発生しなかった。ハンブル
グ，アルトナはともに上水道の原水はエルベ川だった。 アルトナでは都市の前を流れるエルベ川を上水道の原水にしていたが，1859年以来すべての原水を緩速ろ過して給水していた。これに対してハンブルグ市水道の取水口は4.5Km上流だったのに，原水を短時間沈殿させるだけで給水していた。 緩速ろ過が単に原水から濁りを除去するだけでなく，細かい浮遊物に付着しているコレラ菌も除去することにより細菌除去作用のあることが示された。
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活性汚泥法はどのように誕生したか １○１９世紀後半頃 人口の都市集中がおこり、環境衛生上、下水処理の研究開発が急がれていた。コレラ流行による多数の死者
下水に空気を吹き込むと有機物が減り、しだいにきれいになることはわかっていたが、ろ過など物理化学処理の研究の方が盛んだった。
○空気吹き込みで生ずる浮遊性の沈殿物が生物処理を促進する上で重要らしい。
アンガス・スミス １８９２年、マザー、プラッツ １８９３年 など○空気吹き込み槽と沈殿池を直列につなげて鉄凝集剤と微生物を入れた実験。
ローレンス研究所 米国 基本的に今と同じだが返送汚泥がなかった。
○１９１２年にローレンス研究所を訪問したフォーラーが英国に帰って浮遊性の生物を利用する研究を始めた。
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活性汚泥法はどのように誕生したか２○１９１４年 アーダンとロケット(フォーラーの弟子）が空気吹き込み後の水槽に沈んだ汚泥を貯めて次の処理に使うことを見つけた。
第一次大戦１９１４－１９１８
活性汚泥法の誕生○１９１４年 イギリスのサルフォードで日量３００㎥のプラントができた。
その後続々と建設○１９３０年 日本で名古屋市の堀留下水処理場が運転開始

堀留下水処理場 市街地の中にあったため、独自の工夫で覆蓋設置
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活性汚泥法のポイント○川など自然の環境と同じく汚れを浄化する土壌微生物を利用している。
○微生物のかたまりは沈むので、沈殿池で泥として水と分離する。
○活性汚泥（水を浄化する微生物を大量に含んだ泥）を循環させることにより、微生物を高濃度に保ち、浄化効率を極度に上げている。
汚れ（有機物）がなくなるのが、自然界では数日かかるのを下水処理場では数時間に短縮。
○活性汚泥の呼吸のため、大量の空気を送り込んでいる。下水量の３～７倍が多い

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下水処理場数18一家庭（３人程度）当たりで考える●処理施設の大きさ

単位：㎥

最初沈殿池

生物反応槽

最終沈殿池

合計

標準活性汚泥

０．０６

０．２４

０．１

０．４

オキシデーション
ディッチＯＤ

ー

１．３４

０．１６

１．５

●生物反応槽空気量 ５ｍ３/日程度●活性汚泥の量は３６リットル程度 乾燥重量で ０．３６ｋｇ●摂取する量 ＢＯＤ換算
一家庭（食物）１５００ｇ/日 活性汚泥１０５ｇ/日（３割沈殿後）
成人1人当たり 腸内細菌 １．５ｋｇ 小腸延長 ６ｍ 面積 ２００ｍ２ 心臓血液流量 ７２００リットル/日 腎臓の血液処理 １７００リットル/日
19汚水量と雨水量の関係
汚水量地域によって異なるが常識的には一人時間最大汚水量×人口密度
８００Ｌ／日×８０人／ｈａ＝６４０００Ｌ／ｈａ･日
これは０．２７ｍｍ／時間
年間にすると
３００Ｌ／日×８０人／ｈａ＝２４０００Ｌ／ｈａ･日
これは８８０ｍｍ／年
雨水量
降雨強度（５年）×流出率
５０ｍｍ／時間×０．５＝２５ｍｍ／時間
年間では
１５００ｍｍ×０．５＝７５０ｍｍ／年

１：１００

１：１

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合流式下水道の面積比率
推定含む

処理区域面積

供用都市数

全国11800ｋｍ２

２２５３

うち合流式

2300km2

１９２

比率

２０％

８．５％

H1421

感染症を引き起こす水系病原微生物
􀂋 クリプトスポリジウム、ジアルジア• 下痢を起こす病原原虫、塩素耐性が高い• 人畜共通感染症
􀂋 レジオネラ• 日和見感染症、吸引すると肺炎を引き起こす• エアコンの冷却塔、温泉でのアウトブレイク􀂋 腸管系ウイルス•アデノウイルス、アストロウイルス、ノロウイルス、エンテロウイルス、A型肝炎ウイルス、E型肝炎ウイルス、ロタウイルス

多くは致死的でない
日和見感染症 - 免疫の働きが低下している時に、健康な人では感染しない、病原性の弱い微生物に感染すること。 ニューモシスチス肺炎（メチシリン耐性黄色ブドウ球菌〈MRSA〉）、帯状疱疹など
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ノロウイルスの特徴
１ ウイルス下痢症の因子として最も多い
２ 冬に発症が多い
３ 致死率は非常に低い
４ 培養できないので研究しにくい
５ 抗生物質が効かない
６ ヒトの体内で増加したのち排出、環境中で生き延びて、ごく一部がヒトの口に入る
７ ５から１０個の少量でも感染。潜伏期間 33時間前後
８ 感染路は複雑になっている
９ 加熱や消毒で死滅する
１０ 比較的塩素に強い（下水処理場の塩素消毒、上水道の塩素消毒をすり抜ける）
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病原菌と下水処理活性汚泥による摂取や微小固形物の沈殿除去によって病原微生物の９割から９９％は除去される。
問題●クリプトスポリジウム オーシストという固い殻に入って宿主から排出され、微生物の攻撃、塩素消毒に耐える
沈殿処理、浄水場の沈殿濾過●ノロウイルス 合流式下水道の改善

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生活排水と富栄養化
１日１人当たりの排出量
項目
BOD

し尿１８ｇ

雑排水４０ｇ

合計５８ｇ

窒素９ｇ

３ｇ

１２ｇ

リン０．９ｇ

０．４ｇ

１．３ｇ

標準的な 下水処理除去率
BOD ９５％ 窒素 ４０～６０％ リン６０～７０％25

下水処理場富栄養化対策
リン除去： 浄水場で使われる凝集剤を添加することにより、リンを不溶化・吸着させ９割以上除去できる
窒素除去： 硝酸イオンまで酸化分解し、活性汚泥をうまく使って、窒素ガスに変えて除去。改良により９割程度まで除去できる。
標準的な下水処理水質
T-N 25mg/l T-P 1.2mg/l
滋賀県湖南中部浄化センターの高度処理
T-N 5mg/l T-P 0.05mg/l

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*
羽田空港脇の干潟
生物が異常に少ない
昔は潮干狩りの名所干潟見学会 多摩川河口干潟
2008/08/02

シオフキにくっついている
小アサリ 多くのシオフキに小さいアサリが糸を出してくっついていた。けっこうしっかりした糸で、潮で流されないようにするためらしい。

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*
○水温上昇
多摩川流域の都の水再生センターの水温が過去３０年に約５度上がっている。
熱帯性外来生物の増殖
下水処理場放流水の温度変化
2010/10 多摩川シンポジウム 東京都資料○お台場などのノロウイルス
下水中のノロウイルスは、冬に夏の濃度の100倍以上高い。
二次処理における除去率は９９%－９９．９%と高い
東京湾内湾では降雨後数日間は感染リスクが高くなる
研究集会 病原性微生物研究の今2014/12/16－活性汚泥法誕生百年記念－28

佐賀市 処理水中の窒素2013.11.21研究集会 佐賀市資料から
大牟田市も実施している
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発生する汚泥の処理
下水処理から発生する泥は一人一日４ｋｇ程度もあり、その９９％は水。 固形分は４０ｇくらい。有機物なので潜在エネルギーの価値はある。汚泥の処理施設の運転管理と最終処分が一番大変な業務。
濃縮工程 固形分１％を３％くらいに。 ４ｋｇが１．３ｋｇに消化工程 汚泥を発酵させる。有機分の相当部分がメタンガスに脱水工程 機械で絞る。固形分３％くらいを２０％くらいに ０，２ｋｇ
焼却工程 有機分が燃えてなくなる １２ｇ程度
エネルギー利用30嫌気性消化とは嫌気性消化とは、酸素の存在しない（嫌気性）条件下で行われる有機物の生物分解をいう。
汚泥中の有機物は、嫌気性細菌の働きにより酸性発酵期、酸性減退期、およびアルカリ発酵期を経て分解される。
酸性期には汚泥中のセルロースを含む炭水化物、タンパク質、脂肪などの高分子有機物を酸生成菌の働きで、酢酸、プロピオン酸、酪酸などの揮発性有機酸と低級アルコール類に加水分解する。pH は発酵期には5～6 まで低下するが、減退期には6.8 程度まで上昇する。
次いでアルカリ期にはメタン生成菌の作用で有機酸などの中間生成物がメタン、二酸化炭素、アンモニアなどの最終生成物へと分解される。pH は7.0～7.4 程度となる。
消化温度を30～35℃とし適切な消化日数（汚泥の消化タンクでの滞留日数）をとれば、汚泥中の有機物の40～60%が液化・ガス化により減少する。

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佐賀市堆肥化プラント
臭いの克服が大問題であった。様々な工夫で改善

コンポスト堆肥は下水汚泥の負のイメージがあり、なかなか使ってもらえなかった。公民館に配ったり、コスモスまつりのイベントに持って行ったり、それとNPO 循環型環境・農業の会のゴミ研による講習会でPR。
麦に使ってもらったところ、はじめ化学肥料も入っていたため、倒れてしまった。その後、堆肥のみでものすごく良くなった。
堆肥使用によりアスパラガスの出荷が１０日早まった
イチゴの糖度が１１から１３度に上昇し、うまみが増した。
大根も大きく宮古島に１００トン送られ、マンゴーに使用農業の勉強会を実施し、堆肥の使い方を指導している。
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