農業集落排水処理施設の維持管理基礎講座って異なります。例えば、接触ばっ気方式の（第８回 窒素の除去（その２））

JARUS-Ⅲ型では嫌気性ろ床槽は嫌気性細菌が優占種になり、接触ばっ気槽は好気性細菌（偏性好気１．はじめに性細菌）と通性嫌気性細菌が優占種になります。こ農業集落排水処理施設では、有機物の除去（酸化の優占種の決定には「酸素の形態」が大きな役割を分解）は微生物の存在を特に意識しなくても酸素を果たしており、細菌の分類の基礎になります。

十分に供給するだけで進行し、BOD 濃度の低い処「酸素の形態」には、分子状酸素（O2）と結合酸理水を得ることができますが、硝化反応と脱窒反応を組み合わせる窒素の除去では、溶存酸素濃度（DO）

素 （NOx（NO2、NO3）中の酸素、SOx 中の酸素、CxHyOz 中の酸素）があり、このうちどの種類の「酸や有機物濃度あるいはpH を適切に制御し脱窒反応素」を使うかによって細菌の種類が変わります。好を進行させる必要があり、酸素を供給するだけでは気性細菌は分子状酸素のみを利用できる細菌であT-N（全窒素）濃度を十分に低くすることはできまり、偏性好気性細菌とも呼びます。通性嫌気性細菌

せん。これは、硝化反応と脱窒反応に関与する微生は、分子状酸素と NOx 中の結合酸素を利用できる物がそれぞれ違う細菌であり、しかもその生息環境細菌であり、脱窒反応に関与する細菌（活性汚泥をが大きく異なることに起因する現象です。

構成する細菌の約 8 割が通性嫌気性菌で脱窒能がこのように、窒素除去には有機物除去以上に微生あります。
）です。嫌気性細菌は、NOx 以外の結合物（細菌の活動）を意識した運転管理が必要になり酸素を利用できる細菌であり、SOx の酸素を利用す

特に留意が必要な点は、生物反応槽内の DO 濃度とると硫化水素（H2S）が発生します。

有機物濃度の推移を把握し調整することです。そこ

表－１に、「酸素の形態」とそれを利用できる細菌で、今回はまず細菌の活動（生態）に基づいた分類の関係を示します。

について話をし、その後に窒素除去タイプではありませんが JARUS-Ⅰ型や JARSU-S 型の pH 低下に

表－１ 利用できる「酸素の形態」による
細菌の分類
酸素の物 質細 菌
N0.
形態
分子状好気性細菌➀ O2
酸素
通性嫌気性細菌
NOx②
通性嫌気性細菌(NO2、NO3)嫌気性細菌
結合③ SOx（硫酸塩還元細菌）
酸素
嫌気性細菌④ CxHyOz（酸発酵菌、メタン発酵菌など）ついて話を進めていきたいと思います。

２．細菌類の分類
生活排水に関わる細菌は、利用する「酸素の形態」や「エネルギーの生成方法」によって分類することができます。
（１）利用する「酸素の形態」による分類
排水処理に関与する細菌の種類は処理方式によ1

は炭酸イオンや炭酸ガスを炭素源に使う細菌にな
表－１の「酸素」は、➀から④の順に使い易く O2ります。と NOx が存在する環境下では、好気性細菌はもち

表－２に、「エネルギー生成方法」による細菌の分ろん通性嫌気性細菌も O2 のみを利用し NOx 中の類を示します。

結合酸素は利用しません。脱窒反応は、NOx 中の結表－２ 「エネルギー生成方法」による細菌の分類

合酸素を利用した結果 N2 が発生する反応ですが、通性嫌気性細菌が NOx 中の結合酸素を利用するにエネルギー生成方法

は、O2 が消費され NOx しか存在しない環境にする必要があります。
O2 が存在する環境では脱窒反応が進行しにくい理由は、この通性嫌気性細菌の酸素の従属栄養細菌利用方法にあります。
一方、O2 や NOx が存在する環境では、SOx やCxHyOz（有機物）中の結合酸素を利用する細菌は出現しません。これらの細菌は嫌気性細菌とよばれ、独立栄養細菌

SOx と CxHyOz の結合酸素とでは SOx の方が使

特 徴
有機物中の炭素源と有機物を分解する際に得られるエネルギーを使って新細胞を合成する細菌であり、一般に BOD 除去細菌という。
炭酸ガス、炭酸イオ
ン中の炭素源と無機物を分解した際に得られるエネルギーを使って新細胞を合成する細菌である。

細 菌
有機物酸化細菌
脱窒菌
硫酸塩還元細菌
酸生成菌
メタン細菌等

硝化細菌
硫黄細菌
メタン細菌等

われ易く、H2S の生成が先に生じます。
３．排水処理に出現する細菌（２）「エネルギー生成方法」による分類

生活排水を含む排水処理に関与する代表的な細細菌が生存するために必要なエネルギーや増殖菌を、前項に基づいて分類したものを示します。ま

（菌体合成）するために必要なエネルギーを得る方

た、図－１には分類した細菌と代表的な反応式を示法によって、細菌を分類する方法を「エネルギー生します。

成方法」による分類をいいます。

なお、細菌（属名）の後に付いている“spp.”は、有機物の分解によりエネルギーを得る細菌を従「species（種小名）」の略字“sp.”の複数形という属栄養細菌といい、無機物の分解によりエネルギー意味であり、例えば Zoogloea spp.とは Zoogloea 属を得る細菌を独立栄養細菌（化学合成独立栄養細菌） の複数種ということになります。といいます。

（１）好気性細菌

細菌が増殖するためには、新しい細胞の基本とな

１）従属栄養細菌

る炭素源（Ｃ源）が必要ですが、従属栄養細菌は有ここでは便宜上、O2（分子状酸素）の存在下のみ機物を炭素源に使用する細菌であり、独立栄養細菌で増殖可能な細菌群の好気性細菌と、O2 存在下では2

好気性細菌（偏性好気性細菌）（CH2O）+O2 ＝ CO2+H2O

従属栄養細菌（BOD 除去細菌）

通性嫌気性細菌
（CH2O）+NO3- ＝ N2+CO2+H2O+OH-好気性細菌
硝化細菌、硫黄細菌（好気性細菌）
NH4++2O2 ＝ NO3-+H2O+2H+ （硝化細菌）
H2S+2O2 ＝ H2SO4（硫黄細菌）
H2S+1/2O2 ＝ S+H2O（硫黄細菌）

独立栄養細菌細 菌
従属栄養細菌（BOD 除去細菌）硫酸塩還元細菌、酸生成菌、メタン細菌（嫌気性細菌）
2（CH2O）+SO42- ＝ 2HCO3-+H2S（硫酸塩還元細菌）
2（CH2O） ＝ CH3COOH （酸生成菌）
CH3COOH ＝ CH4 + CO2 （メタン細菌）

独立栄養細菌

メタン細菌（嫌気性細菌）
4H2 +CO2 ＝ CH4 + 2H2O （メタン細菌）

嫌気性細菌

図－１ 微生物の分類（酸素の形態とエネルギー生成方法）
O2 を O2 が存在しない環境下では NOx の結合酸素・Escherichia coliを使って有機物を酸化分解し増殖する細菌群の通・Aeromonas spp.

性嫌気性細菌を併せて好気性細菌に分類します。活・Aerogenes spp.

性汚泥中の好気性細菌と通性嫌気性細菌の割合は、・Citorobacter spp.
etc.

好気性細菌：通性嫌気性細菌＝20％：80％と、圧倒的に通性嫌気性細菌の方が多く存在します。したが２）独立栄養細菌って、条件さえ整えば脱窒反応は進行する反応といO2（分子状酸素）の存在下のみで増殖可能な細菌

えますが、JARUS 型の処理施設では意識して溶存群です。独立栄養細菌のうち、硝化細菌は BOD 値

酸素濃度や有機物濃度の運転条件を整えないと脱が 50mg/L 以下にならないと増殖が進みません。一窒反応は十分に進行しません。

方、硫黄細菌は BOD 濃度に関係なく、硫化水素『好気性細菌』（H2S）が存在すると増殖します。

・Zoogloea spp.

・Nitorosomonas spp. 亜硝酸菌

・Xanthomonas spp.

・Nitorosococcus spp. 亜硝酸菌

・Acetobacter spp.

・Nitrobacter spp. 硝酸菌
・Nitorococcus spp. 硝酸菌

etc.
『通性嫌気性細菌』

・Beggiatoa spp. 硫黄細菌

・Ｂacillus spp.

・Thiothrix spp. 硫黄細菌

・Pseudomonas spp.

3（２）嫌気性細菌といえます。

分子状酸素が存在すると生存が困難な細菌群で、そのためJARUS-Ⅰ型やJARSU-S型では硝化反SOx 中の酸素や CxHyOz 中の酸素を使用します。

応によって生成した NO2－-N や NO3－-N 濃度が高１）従属栄養細菌

くなると放流水の pH が下がりはじめます。流入汚・Desulfovibrio spp. 硫酸塩還元細菌

水のアルカリ度が 200mg/L 以上と pH 緩衝能力が・Clostoridium spp. 酸生成菌

高い農業集落排水処理施設では、pH の低下が問題

・Methanosarcina spp. メタン細菌にならないこともありますが、アルカリ度の低い農・Methnothrix spp. メタン細菌

業集落排水処理施設では pH が排出基準（水質汚濁防止法）の 5.8 を下回ることがあります。特に、気２）独立栄養細菌
・Methnobacterium spp. メタン細菌

温が高くなる夏季は、注意が必要です。このような状態になると、pH を高くする対応が必要になりま

４．JARUS-Ⅰ型や S 型のｐH 低下についてすが、対策には限りがあるため、多くの場合大変苦JARUS-Ⅰ型や JARSU-S 型では、流入汚水量が労することになります。

計画流入汚水量と比較し半分程度と少なかったり、対策としては、先ず接触ばっ気槽のばっ気風量を流入汚水濃度が 100mg/L 前後と低かったりすると、有機物の除去が処理の途中で終了しアンモニア性少なくします。ばっ気強度を計算し、0.5 ～1.0Nm3/(m3･時)程度で、撹拌（旋回流を維持できる窒素を亜硝酸性窒素や硝酸性窒素に分解する硝化風量）に影響がないばっ気風量に設定します。なお、反応が進行し始めることがあります。窒素除去タイ

通常のばっ気強度は 1.0～2.0 Nm3/(m3･時)なので、プでないJARUS-Ⅰ型やJARSU-S型にとって硝化ばっ気風量を半分程度にする感じになります。この反応の進行は意図しない現象ですが、有機物処理対策で pH の低下を抑制できる場合は、ばっ気強度（酸化分解）の延長線にある硝化反応は酸素の供給の変更で pH を制御して下さい。なお、接触ばっ気が続き硝化菌が増殖する環境が整えば自然に進行槽の逆洗が不十分な場合、ばっ気強度を低くするとする微生物反応といえます。

接触ろ材の閉塞が進行する等の影響があるため注

一方、生物膜法である JARUS-Ⅰ型や JARSU-S意が必要です。

型は、酸素の無い状態で進行する脱窒反応を組み込

次の対策は、構造的に脱窒反応が難しい処理方式

むことが構造上難しい処理方式といえます。したがですが、少しでも脱窒反応を促進し処理水中の NO2って、JARUS-Ⅰ型や JARSU-S 型では、硝化反応-N や NO3－-N 濃度の低下を図ります。具体的に－は進行するが硝化反応の次の段階である脱窒反応は、沈殿槽のスカムスキマを常時運転し、沈殿槽のが進まない状況になることは、予想できる処理状況

上澄みを沈殿分離槽に出来るだけ多く戻します（硝4化液の返送）。なお、これによって沈殿分離槽から接触ばっ気槽に流出する水量が増加するため、沈殿分離槽の清掃が不十分だと、沈殿分離槽の堆積汚泥が一気に接触ばっ気槽に流出し処理水質が悪化することがあるので注意が必要です。
３つ目の対策は、汚水計量槽の移送量を１日中平均的な水量にするのではなく、できる限り多くし（設計時の時間当たりの平均汚水量までは問題ありません。
）、意識的に BOD 容積負荷の高い時間帯を作り出します。当然、流入汚水の移送がない時間帯が増えますが、処理への影響は基本的にありません。また、可能なら、ブロワをタイマー運転に変更し、接触ばっ気槽を間欠ばっ気すると硝化反応の抑制が期待できます。
これらの対策は、通常運転時より接触ばっ気槽を積極的に制御することになります。したがって、対策を実施する前提として、沈殿分離槽の清掃や接触ばっ気槽の逆洗が適切であることが重要です。これ
らが不十分で沈殿分離槽や接触ばっ気槽の機能が低下していると、実施した対策の効果が得られないばかりか、逆に処理性能が不安定になる場合も考えられるため実施に当たっては十分な注意が必要です。
次回は、生物膜法の JARUS 型処理方式の維持管理についてお話しします。

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