農業集落排水処理施設の維持管理基礎講座

解し除去するのかについてと、有機物の指標である（第６回 有機物の除去）

BOD と COD の関係について、お話ししたいと思います。

１．はじめに
私たちは、農業集落排水処理施設に流入した汚水２．微生物を用いた有機物の除去が処理され放流できる状態になっているかどうか

本講座の「第４回 汚泥管理と微生物（その１）を判断するとき、処理水の BOD や SS の分析結果

３．活性汚泥の構成員」において、活性汚泥を構成を活用しています。BOD は有機物の代表的な指標する微生物は、大きく細菌類と原生動物、小動物（後であり、JARUS 型処理施設では BOD20mg/L 以下生動物）に分類できることを示しました。実はこの（型式によっては、10mg/L 以下あるは５mg/L 以中で流入汚水中の有機物を直接摂取し分解できる下）の処理性能を満足できる設計になっています。

微生物は、細菌類のみです。残りの原生動物と小動生活排水を対象とする JARUS 型処理施設では、物は、有機物を摂取し増殖した細菌類を捕食し細菌例えばブロワ故障のような何らかのトラブルがな類を減らすことで処理水の清澄度を高めているのい限り、有機物の除去が問題になることは一般にあです。したがって、安定した処理性能を維持するたりません。処理水の BOD が高い場合でも、有機物めには、有機物を分解する細菌類を活躍させること由来の BOD（C-BOD）ではなく窒素由来の BODが最も重要であり、維持管理では適切な量の細菌類（N-BOD）が原因である場合がほとんどです。そを維持すること（MLSS 濃度）と処理に必要な酸素れは処理システムの中心である生物学的処理が、も量を供給すること（ばっ気時間等の調整）が必要にともと有機物を除去するために開発された処理方なってきます。

式であり、処理施設の設計においても有機物除去へ（１）細菌類による有機物の除去の対応が十分に検討されているからです。

細菌類による有機物の摂取や分解は、一般に、①

今回の講座では、微生物がどのように有機物を分O2（有機物の酸化）O2（呼吸）CO2

O2（呼吸）③ 3～4時間

②①

細 菌
2～3時間

10～30分

酸 化

H2O

H2O
: 有機物

H2O
エネルギー吸 着摂 取④

新細胞

図－１ 細菌類による有機物除去

1⑤

余剰汚泥（系外搬出）

有機物の吸着（捕捉）、②吸着した有機物の細菌体

ら系外に搬出します。適切な量を搬出すること内への摂取、③摂取した有機物の分解、の３段階にで、細菌類（微生物）の量を制御します。

分けて考えることができます。図－１に示した①（２）有機物の酸化分解から⑤の各段階について、順番に説明していきま

農業集落排水処理施設では、主に好気的な条件です。

有機物を処理（酸化分解）します。つまり、好気性① 流入汚水中の有機物は、生物反応槽内の細菌細菌による酸化分解あるいは新細胞の合成で、汚水類と混合（接触）すると短時間（10～30 分）中の有機物を処理しています。好気性細菌は汚水中で細菌類の表面に吸着され、反応槽内の有機物、の有機物の約半分を水（H2O）や二酸化炭素（CO2）の大部分はこの時点で水中から除去されます

アンモニア（NH3）、硝酸（HNO3）、硫酸（H2SO4）（この段階で 75％以上の有機物が水中から除などの無機物に酸化分解し、残りの半分で新細胞を去されるといわれています。
）。ただし、有機物合成しています。これらの生物反応は、細菌類によは水中（液相）から細菌類の表面に移動しただる有機物の代謝反応ともいわれ、以下に示す反応式

けであり、まだ細菌類の体内に取り込まれてい（（ⅰ）から（ⅳ））で説明することができます。

ません。また、細菌類の吸着能力（量）には限（ⅰ）
「有機物が炭水化物や脂肪のとき」の酸化反界があり、能力を回復させるために②～④の過応式程が必要になるので注意が必要です。

CxHyOz ＋ (x＋y/4－z/2)O2→ xCO2 ＋ (y/2)H2O＋ エネルギー② 細菌類は、自身の細胞表面に吸着した有機物（ⅱ）
「有機物がタンパク質のとき」の酸化反応式を徐々（２～３時間）に体内に取り込み（摂取）CxHyOzNw＋ (x＋(y-3w)/4－z/2)O2ます。

→ xCO2 ＋ ((y-3w)/2)H2O ＋ wNH3

③ 摂取した有機物を順次分解します。有機物は＋エネルギー

３～４時間程度の時間で、最終的に二酸化炭素（ⅲ）
「有機物から新細胞を合成するとき」の反応
式と水に分解し、細菌類の活動（生きていくため）n(CxHyOz) ＋ nNH3 ＋n(x＋y/4－z/2－5)O2に必要な物質やエネルギーになります。

→ (C5H7NO2) n ＋ n(x－5)CO2④ 有機物の一部は、細菌類の増殖に必要な新細＋ n/2(y－4)H2O ＋ エネルギー

胞の素材となり、細菌類は③で得たエネルギー（ⅳ）「有機物が不足し細菌類が自己酸化するとと素材を使って新細胞を合成し、子孫を残しまき」の反応式

す。

(C5H7NO2) n ＋5nO2⑤ 有機物を摂取・分解し増殖した細菌類（他の→ 5nCO2 ＋ 2nH2O＋nNH3

微生物も含む）を余剰汚泥として処理フローか2＋ エネルギーの有機物除去や増殖は冬季の２倍になるというこ式（ⅲ）と式（ⅳ）にある C5H7NO2 は、細菌類とです。したがって、夏季は冬季より MLSS 濃度の細胞組成を化学式（示性式）で表現したものです。

を低く（500～1,000mg/L 程度）し、ばっ気風量をまた、（ⅳ）は細菌類が減少する反応であり、内生多くする運転に変更することが必要になります。ま呼吸ともいいます。

た、ばっ気風量（酸素供給能力）が十分な場合、除（ⅰ）から（ⅲ）が図－１の有機物除去の生物反去速度が大きくなるので、ばっ気時間を短くするこ応の過程を示した反応式です。標準活性汚泥方式は、 とも可能になります。
（ⅰ）から（ⅲ）の反応式を中心とした処理方式でなお、代表的な BOD 除去細菌の増殖範囲は、４℃有り、標準活性汚泥方式と比較し生物反応槽の容量～45℃（Pseudomonas 属：４～43℃、Zoogloea 属：が大きい（水理学的滞留時間（HRT）が長い）農業

10～45℃）といわれています。

集落排水処理施設は、（ⅰ）から（ⅲ）の反応式の３．有機物の指標

他に（ⅳ）の反応式が定常的に進行する処理方式に（１）BOD と CODなっています。
（ⅳ）の反応式があることにより、

BOD は、生物化学的酸素要求量（Biochemical

農業集落排水処理施設では標準活性汚泥方式よりOxygen Demand）といい、“水温 20℃の状態で好汚泥の生成量が小さくなっています。

気性微生物が５日間に消費する酸素（O2）の量を（３）水温の影響mg/L で表した数値であり、水中の好気性微生物が有機物の除去や増殖（生物反応）は、水温や pH分解できる有機物（汚濁物質）の濃度を表したもの”の影響を受けます。pH の影響は運転条件や薬品のです。処理水を河川へ放流する場合は、BOD が水使用等によって制御することができますが、水温は質基準になります。

気温に依存し季節の移り変わりによって変化する

COD は、化学的酸素要求量（Chemical Oxygenため、処理システムで制御することは困難です。水Demand）といい、BOD と同様に、水中の有機物温の影響に対しては、変化に応じて MLSS 濃度や汚濁程度を表す指標として用いられています。

ばっ気時間等の調整を維持管理で行い、適切な運転BOD が好気性微生物の酸化分解に消費される溶存条件を設定することが基本となります。

酸素量で表しているのに対して COD は、“水中の微生物は増殖最適範囲内（５～35℃）であれば、温度が高いほど生物反応は活発になります。一般に、有機物等（被酸化性物質）を一定の条件下で酸化分解させ、酸化分解に要した酸化剤量から換算した酸水温が 10℃上昇するごとに活性度（除去速度）は 2素量を表したもの”です。湖沼、海域に放流する場倍高くなるといわれています。つまり、平均水温が合は、COD が水質（環境）基準になります。また、冬季は 15℃、夏季が 25℃の生物反応槽では、夏季

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（２）BOD と COD や SS の関係

総量規制も COD が基準になります。
COD は用いる酸化剤の種類によって、有機物のJARUS 型処理施設の流入水と処理水について、酸化能力に違いがあるため数値が異なります。特に一般に認められる BOD と COD（CODMn）の関係記載がない場合、日本においては過マンガン酸カリを表－２に示します。

ウム（KMnO4）を酸化剤とする酸素（O2）の消費表－２ BOD と COD の関係（JARUS-ⅩⅣR 型）

量 CODMn が COD になります。一方、海外においては、二クロム酸カリウム（K2Cr2O7）を酸化剤と流入水する酸素（O2）の消費量 CODCr が COD になるこ
処理水とが一般的です。海外の文献等を引用する場合、BOD（mg/L）
200(1.0)10(1.0)COD（mg/L）
100(0.5)15(1.5)注）表中の BOD は、C-BOD である。
注）BOD を 1.0 とした場合の数値

COD は CODCr である可能性が高いため、日本国内の COD（CODMn）と単純に比較することができな

特徴的なのは、流入水は BOD の方が COD よりいことに注意が必要です。

高い数値になっているのに対して、処理水は逆に３種類の排水について、平均的な BOD と CODMn

COD の方が BOD より高い数値になっていること

及び CODCr を比較した例を表－１に示します。表です。これは、好気性微生物が分解しやすい有機物

では BOD の数値を 1.0 とし CODMn と CODCr の数（易分解性有機物）の比率が、流入水では高く処理値を比較しています。例えば、生活排水では CODMn

水では低いために起こる現象です。

は BOD より低い 0.5 倍で CODCr は BOD より高い処理水では好気性微生物による有機物分解が十1.7 倍ということになります。この様にすべての排分進行しているので好気性微生物を用いて分析す

水において、酸化力が強い酸化剤である二クロム酸る BOD は当然低くなりますが、酸化剤（過マンガカリウムを用いた CODCr の数値が過マンガン酸カン酸カリウム）で有機物を酸化分解している CODリウムを用いた CODMn より高い数値になっていま

では好気性微生物が分解しにくい有機物（難分解性す。特に、食品排水における CODCr は、BOD1.0有機物）でも酸化できるものは有機物として検出すに対しては４倍以上、CODMn 対しても３倍以上高るため、結果として BOD より高い数値を示す傾向い数値になっています。

があります。
処理水の BOD が高いとき、COD との比率

表－１ BOD と CODMn 及び CODCr の比較例
BOD
CODMn
CODCr
排水の種類
1.00.51.7
生活排水1.00.72.5
家畜排水1.01.34.2
食品排水（COD/BOD）を求めることで N-BOD の影響が大きいかどうかを判断することができます。N-BOD
は、アンモニア性窒素の硝化反応に伴う酸素消費量注）BOD を 1.0 とした場合の数値が影響する現象なので、COD には全く関係があり4ません（亜硝酸性窒素は影響するが、処理が安定している場合、農業集落排水処理施設では、ほとんど検出されない。
）。つまり、N-BOD の影響があるときは、BOD だけが高くなるので、COD/BOD は 1.5（15 mg/L/10 mg/L）より明確に小さくなります。
最後に、処理水における BOD と COD 及び SSとの一般的な関係を示します。
・C-BOD ＝（2/3）×COD
・C-BOD ＝ D-BOD ＋ (0.5～0.6)×SS
・COD ＝ D-COD ＋ 0.7×SS
なお、C-BOD は有機物由来の BOD、D-BOD とD-COD はそれぞれ溶解性 BOD と溶解性 COD、SS
は浮遊物質であり大きさ 1μm～2mm の水中に懸濁している物質のことです。
次回は、窒素の除去について話をします。

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