農業集落排水処理施設の維持管理基礎講座

スには幅があり、そのバランスも１つとは限りません。どのバランスを選ぶかは、管理する市町村と保１．開講に当たり守点検業者の判断になります。JARUS では維持管

生活排水を処理し農業用水や放流先水域の環境理マニュアル等で、そのバランスをいくつか提示し保全に大きな役割を果たしている農業集落排水処ています。

理施設（以下、処理施設という。
）は、供用を開始

日々同じ状況が繰り返されているように見えた

すると 24 時間 365 日常に汚水を受入れ処理しなけ処理は、実は同じ状態ではなく少しずつバランスはればならない施設です。

変化しており、あるとき今までのバランスが大きく処理施設には、目的によって大きさや形状の異な崩れ水質が悪化したと考えて下さい。バランスが崩る水槽が必要な数だけ配置され、配管や開口部によれた処理施設を再び安定した処理状況に戻すには、って繋がっています。また、水や汚泥を撹拌したり新たなバランスにすることが必要ですが、一度崩れ移動させるための各種ポンプやブロワ、様々なバルたバランスを再びバランスさせるためには、多くのブ類が数多く配置され、専用の大型機器類もありま努力と時間を必要とすることもあります。

す。これらの機器類は管理室の制御盤で運転・停止

本講座では、処理状況を把握する方法や判断材料等の操作ができ、多くの機器はタイマー等で自動運となる指標を説明し、それらをどのように組み合わ転されています。機器類が正常に稼働していれば、せ原因を特定するのか。さらに、どのような手順で処理は何の問題もなく進行し放流水も計画処理水処置を実施し処理状況を改善する（バランスされ質を満足できるのであれば、処理施設の維持管理はる）のか。そして、実施した処置が正しかったのか、単純で分かりやすいといえますが、現実はそんな簡あるいは十分だったのかを確認する方法について、単な話ではなく処理状況は日々変化しています。機

機器類ではなく微生物を中心にこれから数回に分器類が昨日とまったく同じく動いているにもかかけて説明したいと思います。第１回目の講座では、わらず、昨日までは問題なく処理が進み良好だった維持管理の基本である水質管理の考え方について放流水が突然計画処理水質を満足しなくなる事態お話しします。

が発生するのが処理施設です。
計画処理水質を超過した原因は、必ずあります。

２．水質管理しかし、その原因は１つであるとは限りません。む

一般家庭から排出された生活排水を処理するしろ、原因が複数であることの方が多いといえます。
水質が良好な状態を維持できたのは、多くの要素がJARUS 型処理施設は、微生物の能力を活用する生物学的処理を中心とした処理施設です。生物学的処バランスすることで得られた結果なのです。バラン理には大きく分けて生物膜法と浮遊生物法（活性汚1泥法）の２方式があります。主な JARUS 型処理施子があります。流入汚水と因子あるいは因子と因子の設（JARUS－Ⅰ、Ⅲ、ⅩⅠ、ⅩⅡ、ⅩⅣ型等）の間には密接な関係があり、水質管理を行う上でこれら位置付けは、表１に示すとおりです。の関係を理解することは基本といえます。特に生物学的処理では、微生物を中心とした因子間の関係を整理

表１ JARUS 型処理施設の生物処理設備
区
分生物
膜法

浮遊生物法

主な生物反応槽し理解することは処理状況を把握する上でとても意味のあることといえます。

JARUS 型処理施設

図１は、微生物を中心に流入汚水やその他の因子の接触ばっ気槽
S96 型、Ⅰ96 型
嫌気性ろ床槽＋接触ば
Ⅲ96 型
っ気槽
嫌気性ろ床槽＋接触ばⅢＧ型、ⅢＲ型、ⅣＳ型、ⅣＨ型
っ気槽（活性汚泥併用）
ⅩⅠ96 型、ⅩⅡ96 型、ⅩⅡＧ96
回分槽型、ⅩⅡＨ型、ⅩⅢ96 型
ⅩⅣ96 型、ⅩⅣＰ型、ⅩⅣＰ１型、
ばっ気槽
ⅩⅣＲ型、ⅩⅣＧ型、ⅩⅣＧＰ型、
ⅩⅣＨ型
OD 槽
OD96 型、ＯＤＨ型
ＦＭ型、膜分離活性汚泥法式、脱窒槽＋硝化槽（膜分離高度ﾘﾝ除去膜分離活性汚泥方装置）式

関係を示したものです。図中の「運転条件」の部分には、微生物との関係を示す指標があり、これらの指標は水質管理で常に活用できる重要な指標です。

流入汚水（性状・量）

運転
条件

JARUS 型施設の保守点検を行う上で、処理のプ微生物（性状・量）
運転
運転
条件
条件

ロセスや単位装置の構造及び機能を理解することはとても大事なことですが、安定した処理状況を継酸 素（量・時間）

続し良好な処理水を放流する水質管理を行うには

温 度（水 温）それだけでは不十分といえます。生物学的処理を中
図１ 微生物に影響を与える因子

心とする生活排水では、主役である微生物（活性汚泥や生物膜）に関する基礎的な知識や微生物に影響（１）微生物と流入汚水の関係を与える因子を理解し、実際の維持管理において微処理施設にとって流入汚水は処理すべき対象です

生物を意識した水質管理を実践し、工夫や応用を繰が、微生物にとっては自分たちが生きていくために必り返し経験することが重要といえます。

要な食料（栄養源）になります。流入汚水の性状（有機物や窒素、リンの濃度等）や量は、そこで生存する

３．微生物に影響を与える因子
生物学的処理において、流入汚水の処理に影響を与

微生物の種類や量を決める決定的な因子といえます。

える主な因子には、➀微生物、②酸素、③温度の３因

栄養源（有機物）は多ければ沢山の微生物を養うこ

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とが可能になりますが、多過ぎると食べ残してしまい与えます。適正な範囲から逸脱すると活性汚泥の沈降

処理水質の悪化等不具合の発生原因になります。逆に性が悪化する等、処理性能への影響が大きいのが少過ぎると今後は微生物に栄養が行き渡らなくなり、

BOD-SS 負荷です。処理方式によって BOD-SS 負荷

餓死し減少する微生物が出てきます。微生物の中にはが異なるのは、沈降性が良くなる BOD-SS 負荷で処理

濃い有機物濃度で競争力があるものもいれば薄い有機が出来るよう設計されているからです。図２に、物濃度で競争力があるものもいて、それらが生存競争

BOD-SS 負荷と活性汚泥の沈降性を表す指標であるを繰り返しています。維持管理では、水質管理を行うSVI（汚泥容量指標：Sludge Volume Index）の関係上で水質が良好になる好ましい微生物が生存競争に勝を示します。
（SVI が小さいほど沈降性が良い）てる環境（運転条件）にするため、ばっ気時間や MLSS
図２ BOD-SS 負荷と SVI の関係及び水温の影響濃度の調整等の運転条件の変更を行っています。
微生物と流入汚水の関係を示す重要な指標に F/M500比（Food/Microorganisms ratio）があります。F/M 比

38℃
21℃

400

ＳＶＩ (mL/g)

は、単位微生物量当たりあるいは単位容積当たりが１日に処理する有機物量を示した数値です。一般的に使われる F/M 比には、BOD-SS 負荷（kg-BOD/（kg-SS・長時間
ばっ気法

300
ハイレート法標準法

200100日））と BOD 容積負荷（kg-BOD/（m3・日））があり

05.0ます。浮遊生物法（活性汚泥法）の水質管理で用いる

4.5

4.0

3.5

3.02.52.01.5

1.00.50.0

BOD-SS負荷 （kg-BOD/(kg-SS・日)）F/M 比は BOD-SS 負荷が一般的であり、その計算式は次のとおりです。

BOD-SS 負荷の調整は、流入汚水で調整が出来ない

BOD-SS 負荷（kg-BOD/（kg-SS・日））＝流入 BOD 濃度（mg/L）×流入汚水量（m3/日）/（MLSS 濃度（mg/L）×生物反応槽容量（m3））

ため、微生物量つまり MLSS 濃度を上下させることで行います。BOD-SS 負荷が高すぎるときは MLSS 濃

同じ活性汚泥法でも、大規模な汚水処理施設の代表度を高くし、逆に低すぎるときは MLSS 濃度を低くしである標準活性汚泥法と小規模な汚水処理施設に採用ます。ただし、MLSS 濃度は、1,500～5,000mg/L のされる JARUS 型処理施設では、BOD-SS 負荷の設計範囲で調整するのが一般的です。

条件が大きく違っています。標準活性汚泥法の処理施設の BOD-SS 負荷は定期的に計算し、今の負BOD-SS 負荷は 0.2～0.4（kg-BOD/（kg-SS・日））

荷が高いのかあるいは低いのかを、理解したうえで維ですが、JARUS 型（型式によって数値が違う）のは持管理を行うことは基本中の基本といえます。

0.04～0.1（kg-BOD/（kg-SS・日）の範囲となっています。実は BOD-SS 負荷は、活性汚泥の性状に影響を（２）微生物と酸素の関係

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維持管理する者にとって、生物反応槽をばっ気するしく読み取れば分かります。気を付けることは、単位のは当たりまえのことです。放流水を清澄に保つにはが時間当たりなのか分当たりなのかを間違わないことばっ気を十分にすることが最も重要なことであり、ブです。一方、ばっ気強度は、単位が m3/（m3・時）で、ロワが故障したらそれこそ一大事です。微生物と酸素

１時間当たりに生物反応槽１m3 をばっ気する風量がの話については次回に回すことにして、ここでは、関生物反応槽１m3 の何倍なのかを表す指標で、通常は１係する指標について紹介することにします。

～２m3/（m3・時）に設定します。どちらも酸素供給微生物（細菌）が酸素を必要とするのは、①有機物量を調整する上で重要な指標です。

を酸化分解するため（BOD 除去）、②アンモニア性窒

窒素除去性能を有する JARUS 型施設では、窒素を素を酸化分解するため（硝化反応）、③細菌が呼吸をす除去するため生物反応槽を間欠ばっ気します。間欠ばるため（内生呼吸）、の３つに分けられます。これを式っ気方式とは、同じ生物反応槽を時間によって、ばっで示すと、次のようになります。

気したりしなかったりして酸素のある状態とない状態

OD ＝ a×(Lr-d×ND) + c×N + b×Sa
➀BOD 除去に ②硝化に ③呼吸に必要な必要な必要な酸素量
酸素量
酸素量
ここで、
OD：酸素要求量（kg-O2/日）
Lr ：BOD 除去量（kg-BOD/日）
Sa：生物反応槽微生物量（kg-MLVSS）
N ：硝化窒素量（kg-N/日）
ND：脱窒窒素量（kg-ND/日）
また、JARUS 型施設では、ａ～ｄの係数に次の数値を使用します。
a＝0.5 kg-O2/kg-BOD
d＝2.86 kg-BOD/kg-ND
c＝4.57 kg-O2/kg-N
b＝0.07 kg-O2/(kg-MLVSS･日)を交互に繰り返すばっ気方法です。間欠ばっ気方式で最も重要な指標は、ばっ気時間になります。ばっ気時
間は通常１時間当たりのばっ気時間をいい、ばっ気工程と非ばっ気工程（撹拌工程）の時間比をどう設定するかで、放流水の窒素濃度が大きく違ってきます。この設定方法については、次回お話しします。
現場で酸素の供給量が適切かどうかを判断するときには、溶存酸素計（DO 計）や酸化還元電位計（ORP計）を使います。DO 計に比べ ORP 計はあまり使われていませんが、ORP 計は使い方が分かればとても便式を見ると、係数ｃが 4.57 と大きな数値になってい利で情報量の多いセンサーです。間欠ばっ気方式の場ることに気付きます。この項は、硝化反応に必要な酸合は、ばっ気工程や撹拌工程の終了直前に測定します。

素量の係数です。窒素を除去するには多くの酸素が必（３）微生物と水温の関係要になることがこの式から判ります。さらに詳しいこ

気象現象や生活様式で変化し決定される流入汚水のの式の説明は、次回にします。次に酸素供給量の調整

温度（水温）は、処理施設の維持管理で制御することに使う指標について、お話しします。

ができない因子です。しかし、微生物は、水温の影響最も一般的な指標はばっ気風量とばっ気強度です。

を強く受けます。微生物がどの様にそしてどの程度、ばっ気風量は、ブロワの配管に付いている風量計を正水温の影響を受けるかを理解することは、水質管理を4行う上でとても大事なことといえます。

一方、微生物が必要とする以上に酸素を供給すると１）除去速度

電力量の無駄になるばかりか、活性汚泥の性状に悪影

微生物には活動可能な温度範囲があり、栄養源の除響を及ぼすことにもなります。

去速度は温度に依存しています。排水処理に出現する

表２に水温と飽和溶存酸素量の関係を示します。飽

微生物の最適活動水温（最大増殖速度）はおおむね 25

和溶存酸素量は水温が高くなると小さくなるので、水～32℃であり、活動（増殖）可能な水温範囲が５～45℃

温が高く微生物活性が高くなる高温期は、低温期よりの微生物が多くいます。有機物を栄養源とする微生物

ばっ気時間を長くする等、酸素をより多く供給する運（従属栄養細菌）は、水温が 10℃上昇すると約２倍の転条件に変えた方が良いことがあります。

除去速度で有機物を分解し増殖します。つまり、水温が高い方が楽に処理できるということになります。

表２ 水中の飽和溶存酸素量
水温（℃）
1015202530２）沈降性（MLSS 濃度）
水温は、活性汚泥の沈降性にも影響を与えます。
BOD-SS 負荷と SVI の関係を示した図２では、21℃に比べ 38℃のグラフが横にずれています。これは水温飽和溶存酸素量（mg/L）
10.92
9.76
8.84
8.117.53が高くなると処理能力も高くなり、その結果最適負荷

４．水質管理の実践も高くなるためグラフが左に移動し、BOD-SS 負荷と水質管理で重要な指標について、微生物との関係にSVI の関係が変化するためです。このことから、気温主眼を置いて説明しました。表３に、今回説明した水が高い夏期では MLSS 濃度を低く保ち BOD-SS 負荷質管理の指標をまとめて示しました。

を高くし、気温が低い冬期には MLSS 濃度を高くし
BOD-SS 負荷を低くする運転条件にすると、活性汚泥

表３ 水質管理の主な指標の沈降性を良好な状態に維持することができます。
３）溶存酸素量

流入汚水

水に溶け込む酸素量は水温により変化します。流入酸 素

汚水を処理したり増殖する微生物（好気性細菌等）活動には、酸素が必要です。
処理施設の生物反応槽では、温 度

高密度状態で微生物が生息しているため、生物反応槽

微生物・BOD-SS 負荷（kg-BOD/（kg-SS・日）
・BOD 容積負荷（kg-BOD/（m3・日））
・ばっ気時間・ばっ気風量、ばっ気強度
・生物反応槽の DO や ORP
・汚濁物質の除去速度（BOD、硝化反応）
・MLSS 濃度・飽和溶存酸素量の溶存酸素濃度はブロワを使って人為的に酸素を供給
水質管理を実践するに当たっては、採取した試料のしないとあっという間に減少し０mg/L の状態になっ水質分析結果や維持管理時に収集したデータを総合的てしまいます。

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に評価し、運転条件に反映させることが大切になります。現状の運転状況を評価するには総合的な知識と経験を必要としますが、過去の運転条件と処理状況を記録した帳票（運転設定履歴一覧等）があれば、過去の事例と現在の運転条件を比較し、大まかな評価を行うことが出来ます。
維持管理では、運転条件を設定（Plan）し、処理を実行する（Do）とともに、その結果を観察・測定・分析（Check）し、さらにその評価に基づき対策・処置を行う（Action）、ことの繰り返しです。表３の指標を用いて図３の PDCA サイクルを回しその記録を残すことは、今後の維持管理にきっと役立つことなのでぜ
ひ実践してください。
次回は微生物と酸素の関係について、今回紹介した指標の考え方やその使い方をお話しすることにします。

Ａ Ｐ
Ｃ ＤPlan ：運転条件の設定
Do ：処理の実行
Check：観察、測定、分析
Action：評価、対策、処置

PDCA サイクルを回す。

図３ 維持管理のＰＤＣＡサイクル

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