（30）第 2015 号 令和 6 年 9 月 10 日（火）発行
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第 3 種郵便物認可

シリーズ新技術紹介②

JS だより連載

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膜分離活性汚泥法
技術開発室 総括主任研究員

糸川 浩紀

1 はじめに2 本技術の概要と特徴

わが国の下水処理場では、汚水処理方法として日本下水道事業団（JS）では、MBR を「固液分活性汚泥法が広く使用されています。活性汚泥法

離に膜を使用する活性汚泥法」の総称として定義

では、処理の最終ステップとして活性汚泥から処しています１）。従来の活性汚泥法と MBR の典型的理水を分離する「固液分離」操作が必須となりまな処理フローを比較したものが図１ですが、MBRすが、従来の活性汚泥法では、最終沈殿池においでは、従来は必須であった最終沈殿池が無くなるて活性汚泥を重力沈降させ、上澄みを処理水としほか、小規模の施設では最初沈殿池も省略するのて排出するのが通例です。これに対して、膜分離が普通です。

により固液分離を行うのが「膜分離活性汚泥法

MBR では、膜の細孔を通して活性汚泥から処理（Membrane Bioreactor；MBR）」です。MBR は、水を「吸い出す」ことになりますが、これを担う下水処理に限らず、浄化槽、ビル内中水道、し尿膜ユニットを反応タンク内に設置する方式を「浸処理、集落排水処理、産業排水処理、最終処分場漬型」、反応タンク外に設置する方式を「槽外型」

浸出水処理等、幅広い排水処理に使用されていまと呼びます。更に、浸漬型のうち、膜ユニットをすが、本稿では下水処理を対象とした MBR を中生物反応タンク内に設置するものを「浸漬型（一心に紹介します。

体型）」、別個の膜分離槽を設けるものを「浸漬型（槽別置型）」と区分しています（図２）。国内の下水処理場でこれまでに導入された MBR は概ね全図１

MBR と従来の活性汚泥法の対比のイメージ

図２

膜ユニットの設置方式に基づく MBR の分類

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令和 6 年 9 月 10 日（火）発行（31）てが浸漬型（一体型）ですが（図３）、海外では他10,000mg/L と高くした運転が可能となります。その MBR 方式も普通に使用されています。の分、反応タンクの容量が縮小できることになり、MBR は、循環式硝化脱窒法や嫌気無酸素好気法

国内で広く導入されている循環式硝化脱窒型 MBRといった特定の生物処理フローと組み合わせて初では、反応タンクの水理学的滞留時間（HRT）がめて処理プロセスとして成立します。このため、

６hr の条件で高度処理（窒素除去＋凝集剤添加併「MBR」と言うだけでは、どのような処理プロセ用によりリン除去）まで行うことが可能です。こスなのかが特定できません（本章の冒頭で「総称」のため、とりわけ敷地的に制約がある下水処理場という語を使っているのはこのためです；これはにおいて、MBR が有力な選択肢となります。この「活性汚泥法」と言うだけでは処理方法が特定できほか、優れた処理水質が得られる、汚泥発生量がないのと同様の話です）。国内の下水処理場では、少ない、維持管理性に優れるといった点も、MBR

循環式硝化脱窒法と MBR を組み合わせた「循環の一般的な特長として挙げられます１）。

式硝化脱窒型膜分離活性汚泥法」が下水道法施行

一方、膜で活性汚泥を分離する以上、MBR では

令において性能規定されており、これが広く使用膜の目詰まり等による膜処理性能の低下が不可避されています。

的に進行するため（これを膜の「ファウリング」

MBR では、公称孔径が 0.01 ～ 0.4µm 程度の精密と呼びます）、これを如何に抑制しながら運転できろ過（MF）膜と呼ばれる膜が使用されます（一るかが MBR における最大のポイントとなります。

部、限外ろ過（UF）膜と称する製品もあります）。

現状の浸漬型 MBR では、膜の下部から粗大気泡水質指標である浮遊物質（SS）の測定で使用されを連続的に供給して膜の表面を洗浄する「曝気洗る、ろ紙の孔径が１µm で、大腸菌の細胞の大き浄」と、定期的もしくは不定期に次亜塩素酸ナト

さもこれと同程度ですので、MBR では SS を含まリウム等の薬液により膜の細孔内を洗浄する「化ない清澄かつ衛生学的安全性の高い処理水が得ら学的洗浄」を組み合わせるのが基本形となります

れます。膜の形状としては、平膜と中空糸膜に分が、曝気洗浄のための送風機の消費電力が大きく、類される多数の製品が提供されています。

これを削減することが研究開発の大きなテーマに

MBR の特徴として、反応タンクの活性汚泥濃度なっています。また、MBR では膜の処理能力を超（MLSS 濃度等）を高くできる点が重要です。従来える水量を反応タンク外に排出することができなの活性汚泥法では、最終沈殿池で活性汚泥を沈降いため、流入水量の変動（特に時間変動や雨天時

さ せ る と い う 制 約 か ら、MLSS 濃 度 は 3,000 ～変動）について、設計時に従来の活性汚泥法より4,000mg/L 程度が上限となりますが、MBR ではこも入念な検討が必要となります。加えて、膜の保の制約が存在しないため、MLSS 濃度を 8,000 ～護を目的として反応タンクの上流に微細目スクリーン（典型的には目幅１mm）を設置する必要があるほか、流入水が油脂を多く含む場合にはこれを除去する前処理が必要となることもあります。

3 開発の経緯と導入状況
国内では、1980 年代に入ってから、ビル内中水道、浄化槽、し尿処理施設等の小規模の排水処理施設で MBR が使用されるようになりましたが、下水道分野での本格的な技術開発の端緒となったのは、JS が平成 10 ～ 12 年に民間企業との共同研
図３ 浸漬型 MBR において反応タンク内に設置された膜ユニット究により実施したパイロット試験です。この成果に基づき、JS では平成 15 年度に、「膜分離活性汚（32）第 2015 号 令和 6 年 9 月 10 日（火）発行
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泥法の技術評価」を実施するとともに小規模下水ネ化や処理性能向上を図った以下の４つの MBR処理場を対象とした MBR の設計基準を作成し、システムが新技術Ⅰ類としてラインナップされて現行の循環式硝化脱窒型 MBR の基本形となる施います（カッコ内は、技術選定を受けた者および設・設備構成や設計諸元等を確立しました。本設選定年月）。各技術の詳細については JS の「新技計基準に基づく MBR の基本フローを図４に示し術導入」に関する HP（https://www.jswa.go.jp/ますが、流入水量の時間変動を平準化するためにnew-technology/）を参照下さい。

反応タンクの上流に流量調整タンクを設ける点が◦セラミック平膜を用いた省エネルギー型MBRシ特徴的です。これを受け、平成 17 年３月には国内ステム（㈱明電舎；令和元年９月）の下水処理場での第一号となる MBR 施設が兵庫◦細 径 PVDF 中空糸膜を用いた省エネルギー型

県福崎町で稼働しています。現在では、MBR の累

MBR システム（三菱ケミカルアクア・ソリュー

計導入数は 25 箇所を超えるとともに、堺市、大阪ションズ㈱、水 ing エンジニアリング㈱、三菱市、熊本市において数万 m3/d 規模の MBR 施設が化工機㈱；令和３年３月）稼働しており、小規模だけでなく中大規模の下水◦オゾン水による膜洗浄を用いた省エネルギー型処理場でも MBR が採用されるようになっていま

MBR システム（三菱電機㈱；令和５年６月）

す（世界的に見ると、数十万 m3/d 規模の MBR 施◦多槽循環式 MBR システム（㈱クボタ；令和５設も珍しくなくなってきています ）。
２）年６月）

一方、JS では上記以降も継続して MBR に関する技術開発を進め、平成 25 年には第２次（MBRの適用拡大へ向けて）、令和４年には第３次（MBR

4 おわりにの省エネ化と流量変動対応）となる技術評価の報

世界的に下水処理場レベルの規模で MBR が導告書を公表しています。特に第２次技術評価以降入されるようになって 25 年以上、国内の下水処理は MBR の省エネ化が主要なテーマとなり、試算場で最初に MBR が稼働してから 19 年が経過してベースではありますが、年間平均水量を処理するいます。110 年という活性汚泥法の歴史の中では条件での消費電力量原単位（処理水量当り）が 0.3

比較的新しい技術ではありますが、もはや「新技～ 0.4kWh/m3、技術によっては 0.3kWh/m3未満と術」ではなく「汎用技術」と言ってよい実績を有いう省エネ水準の MBR が確立されています。こしていると考えます。一方、ファウリング対策をれは、MBR の消費電力量が、従来の活性汚泥法にはじめとした省エネ化・低コスト化に向けた検討、よる高度処理に匹敵するレベルにまで低減されて嫌気性 MBR をはじめとした新たな MBR システムきていることを意味します。

への展開等、MBR に関する研究開発は、世界的にまた、JS の新技術導入制度では、民間企業と JS現在進行形の話でもあります。JS でもこれらの動の共同研究の成果に基づき、令和元年以降、省エ向をフォローしつつ、MBR の普及展開に努めていきます。
参考文献１）日本下水道事業団技術戦略部：膜分離活性汚泥法の技術評価に関する第２次報告書，技術戦略部技術資料 13-002，2013.
２）The MBR Site，https://www.thembrsite.com/（2024.8.19 確認）
いとかわ・ひろき 平成10年４月東京大学大学院工学系研究科助手、同11年３月日本下水道事業団採用。同17年８月～同

図４ JS の設計基準に基づく小規模下水処理場向け
MBR の基本フロー

18年７月アーヘン工科大学客員研究員、令和２年４月技術戦略部技術開発企画課長、同４年４月より現職。博士（工学）。