Summer 2020 JARUS JOURNAL of rural resource recycling solutions

集落排水

農業集落排水処理施設の維持管理基礎講座（第 10 回 JARUS 型生物膜法の維持管理（その２））
Shibata（一社）地域環境資源センター

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集落排水部

上席研究員

柴田

Hirohiko

浩彦

水流を形成している。

はじめに

一般に、嫌気性ろ床槽は接触ばっ気槽より、懸前回は、生物膜法の代表的な処理水槽である接濁物質の除去に優れた処理水槽であり、接触ばっ触ばっ気槽についてお話しました。今回は接触気槽の負荷を低減する能力を有しています。
また、

ばっ気槽と同じく重要な位置を占める嫌気性ろ床汚泥を長く維持する（汚泥滞留時間（SRT）が大槽についてお話します。

きい）ことができるので、汚泥転換率は低くなり嫌気性ろ床槽を有する JARUS 型処理方式にます。

は、JARUS-Ⅲ型以外にⅡ型、Ⅳ型、Ⅴ型があり、一方、槽内に蓄積される懸濁物質等の汚泥量を活性汚泥を併用した処理方式を含めると、実に８適切に維持する汚泥管理が最も重要であり、これ処理方式になります。このうち、実績が最も多いを適切に行わないと低級脂肪酸（有機酸）の生成のが JARUS-Ⅲ型であり、嫌気性ろ床槽の特徴は量が多くなり、臭気が発生したり接触ばっ気槽のⅢ型の特徴であるといっても過言ではありません。

負荷が高くなることで処理水質に悪影響を与える

表－１に、前回に続き JARUS 型生物膜方式のことがあります。嫌気性ろ床槽内の状態がさらに主な処理水槽と処理方式の関係を示します。

生成量が増加し、コンクリート腐食等の問題も発表－１ JARUS 型の生物膜法
主な処理水槽処理方式（JARUS 型）

沈殿分離槽
接触ばっ気槽

Ⅰ、S 型

嫌気性ろ床槽
接触ばっ気槽Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ型

嫌気性ろ床槽
接触ばっ気槽ⅢG、ⅢR、ⅣS、ⅣH 型

悪化し槽内の目詰まりが進行すると、硫化水素の摘要生します。
嫌気性処理は好気性処理より懸濁物質の処理に長けていますが、多くの施設で採用しているボール状ろ材の特徴を上手に生かすことができない

活性汚泥併用型と、ろ材の目詰まりに起因する様々な問題が発生し、その対処に苦慮することになるので、嫌気性ろ床槽の汚泥管理には注意が必要です。

JARUS 型の生物膜法は、接触ばっ気槽の前段

表－２に嫌気性ろ床槽と接触ばっ気槽の特徴をに嫌気性ろ床槽あるいは沈殿分離槽を有しています。そのうち JARUS-Ⅱ型〜Ⅴ型は、嫌気性ろ床槽と接触ばっ気槽を組み合わせた処理方式です。

2

嫌気性ろ床槽の特徴

JARUS 型の嫌気性ろ床槽の主な特徴は、以下のとおりです。
①‌１系列当たり、直列３室構造で１室当たりの滞留時間（HRT）は８時間以上である。

② 嫌‌ 気性ろ床槽第２室と第３室のろ材は、ボール状ろ材を不規則に充填する施設が多い。
③‌槽内撹拌は行わず、対角線流と上下向流で表－２ 嫌気性ろ床槽と接触ばっ気槽の比較
反応槽

細菌

嫌気性ろ床槽

接触ばっ気槽・嫌気性細菌（硫酸塩還元細菌、‌酸生成菌）・通性嫌気性細菌（BOD‌
除去細菌）・好気性細菌
（BOD‌
除去細菌、‌硝化細菌）
・通性嫌気性細菌（BOD‌除去細菌）

酸素供給 酸素供給しない

散気装置等で酸素供給

酸発酵により低級脂肪有機物の 酸、ガス化により二酸 酸化分解により二酸化分解
化炭素や硫化水素等に 炭素にガス化
分解
微生物の遅い（0.02（1/時））
比増殖
Methanosarcina sp.
速度（例）早い（0.35（1/時））
Zoogloea ramigera

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図－１ 嫌気性ろ床槽を有する JARUS 型生物膜法の処理メカニズム（概念図）

微生物（細菌）や有機物の分解で比較した表を、

酸発酵では、
まずタンパク質や炭水化物（多糖類）

図－１に嫌気性ろ床槽を有する JARUS 型生物膜などの高分子有機物が加水分解し、さらに酢酸、法の処理メカニズの概念図を示します。

酪酸、プロピオン酸等の低級脂肪酸（揮発性有機酸）まで反応が進みます。同時に、窒素ガスやア（１）微生物
嫌気性ろ床槽の微生物は、一般に通性嫌気性菌と嫌気性細菌、そして嫌気状態を好む原生動物ですが、原生動物の存在比率は接触ばっ気槽のような好気性処理槽に比べて少なくなります。

ンモニアも生成されます。アンモニアはアンモニウムイオン（NH4+）として、槽内に残り一部は微生物の細胞合成に使用されます。
なお、一般的に嫌気性処理という場合は、処理水槽を中温（35 〜 38℃）や高温（53 〜 55℃）に加温し、有機物を嫌気性細菌によって二酸化炭素（２）有機物の分解やメタンガスに分解する処理のことを指します。

好気性細菌は、低分子有機物の分解を得意としJARUS 型の嫌気性ろ床槽では水温はそこまで高ますが分子量の大きな有機物は苦手で難分解性有くならないため、酸発酵とそれに伴い発生する硫機物となります。一方、嫌気性細菌は、かなり分化水素までのガス化反応のことを嫌気性処理とい子量が大きな有機物も分解することが可能です。

います。

一般に、嫌気性細菌による有機物の分解反応は、酸発酵（液化反応、酸生成反応）とガス化反応（硫（３）ガス化反応化水素やメタンガス（CH4）の生成反応）からなっ

嫌気性ろ床槽は、酸素（分子状の酸素：O2）のており、液化反応は通性嫌気性菌が関与し、ガスない状態で嫌気性細菌を用いて、溶存有機物（固化反応は嫌気性細菌が関与する微生物反応です。

形物はろ材に補足する）を分解して、最終的には

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二酸化炭素や窒素ガス等の気体に変換するガス化ンプがあるのは、第１室だけです。②の現象は、処理を行います。なお、嫌気性細菌の主な代謝物

汚泥引抜ポンプが設置されていない第２室や第３、窒素ガス（N2）、硫化水
は、二酸化炭素（CO2）室に汚泥が移動する現象なので、第２室や第３室素（H2S）、アンモニア（NH3）、水（H2O）等です。の汚泥管理に直接影響します。第２室と第３室の汚泥管理は第１室より労力を要するので、②の現3

嫌気性ろ床槽の維持管理

JARUS 型の嫌気性ろ床槽は、通常、第１室と象には常に留意して下さい。
（２）嫌気性ろ床槽第２室と第３室第２室（第３室）で使用しているろ材が異なり、嫌気性ろ床槽第２室と第３室は、汚泥の捕捉力

充填方法も第１室は規則的に第２室と第３室は不が強いボール状ろ材を使用している施設が多く、規則にと異なっています。また、第１室には槽底目詰まりや死領域が発生し易い構造になっていま

部に汚泥引抜ポンプがあり、タイマーで引抜回数す。槽内の汚泥を適切な量に保てる機能が付いて（回／日）と引抜時間（min.／回）を設定できます。

いない第２室と第３室では、汚泥の増加は微生物

なお、堆積汚泥の引抜きは、１度に行わず数回の増殖と第１室から移流する汚泥が主な要因で、に分けて行い、引抜時間は汚泥濃度が明らかに低汚泥を減少させるには逆洗で後段に移流させる

くなるまで継続すると、より確実に堆積汚泥を引か、槽底部に堆積した汚泥を可搬式ポンプで直接抜くことができます。

引抜くしか手段はありません。汚泥管理は負担が大きな作業であり、可搬式ポンプによる汚泥の移（１）嫌気性ろ床槽第１室
最初の生物反応槽にあたる嫌気性ろ床槽第１室
は、前処理施設で取り除かれなかった流入汚水中送を効果的に行うためには、ろ材の目詰まりが進行しないように汚泥管理を適切に行うことが重要です。の懸濁物質の大部分を補足します。そのため、槽槽内が目詰まりしていないかの判断は、次の方

底部には沈殿した懸濁物質や増殖した生物膜の剥法で行って下さい。なお、この方法は、第１室で離汚泥が堆積します。規則的に配置されたろ材は、も 同 様 に 適 用 で き ま す。 ま た、 判 断 に 用 い る

第２室や第３室と比較し目詰まりし難い構造に

ORP 計（酸化還元電位）は、DO 計（溶存酸素）なっていますが、堆積汚泥は継続的にそして確実や pH 計（水素イオン濃度）と比較しあまり使用に貯まるため、堆積汚泥の引抜きはとても重要なされていませんが、ORP は目詰まり等の嫌気性維持管理項目になります。

ろ床槽の状態を把握するには最も適した指標とい次の現象が認められる場合は、堆積汚泥の引抜えます。

きが不十分と判断できるので、堆積汚泥の引抜量①の範囲にある時は槽内の目詰まりはあまりを増やして下さい。
①②‌流 出部の移流水の ORP が、０〜−200mV‌スカムが槽全体に発生し、厚さが数 cm 以進行していない状況にあると考えられま上ある。

す。

‌第１室の流出部の移流水に、数 cm 大の汚② 一‌ 方、流出部の移流水の ORP が、−200mV泥が混入している。

を下回った時はろ材による懸濁物質の捕捉

また、引抜回数や引抜時間が適正で槽底部に堆や生物膜の増殖が進行し、低級脂肪酸の生積汚泥がほとんどない堆積汚泥の引抜きが十分な成量が多くなり、一部で硫化水素の生成が状況にも拘わらず①や②の現象が認められる場合進行している状況にあると考えられます。

は、ろ材の目詰まりが疑われるので逆洗を行ってORP の数値が低いほど、目詰まりが進行下さい。逆洗の方法については、次回で説明しましていると考えて下さい。

す。
JARUS 型嫌気性ろ床槽の槽底部に汚泥引抜ポ③

②‌ の状況が進行すると接触ばっ気槽では、発泡（白くきめの細かい石けん状の泡。
ホー3503_集排02_柴田氏_納.indd 35

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ス等の水で泡を叩くと直ぐ消えるが、止め１時間程度で十分ですが、逆洗後は必ず第るとまた泡が発生する。
）量が多くなり、１室は汚泥引抜ポンプで、第２室と第３室槽内のエア配管（ライザー管）が見えなくは可搬式ポンプで槽底部の堆積汚泥を引抜なったり、覆蓋まで届くほど泡が発生しまいて下さい。
②す。

‌ORP が−200mV 以下の場合は、逆洗頻度を多くする、逆洗時間を長くする、ことで②や③の現象が認められる場合は、ろ材の目詰通常より念入りな逆洗を行い槽内の目詰ままりが疑われるので逆洗を行って下さい。
嫌気性ろ床槽の汚泥は沈降性が良く、通常の活り状態の解消を目指します。ただし、多く性汚泥で観測される SVI（Sluge Volume Index：の場合、１回の逆洗作業で目詰まりを解消

汚 泥 容 量 指 標 ） の 最 小 値 75mL/g を 下 回 るさせることは困難なので、逆洗は継続的（短60mL/g（MLSS 4,000mg/L とすると SV30 24%）期間）に数回行うことを勧めます。

以下と非常に重い汚泥になりやすい傾向がありま

ORP 計がない場合は、スカムの発生状況や移す。この原因は、槽内撹拌を行わないので水流に流水の懸濁物質量を目視で観察し、逆洗時期を判よる剪断力が小さい、浮遊生物法と異なり槽内に断して下さい。

ろ材があるため、通常の活性汚泥と比較し大きなフロックが形成されやすい条件にあると推測されます。このような汚泥が第２室や第３室のボール4状ろ材に捕捉されると、１〜２時間程度の逆洗でJARUS-Ⅲ型施設では、硫化水素（H2S）によっは簡単にろ材外に出て行かないため、槽内の目詰て、主に臭気の発生とコンクリート腐食が問題にまりは容易には改善しません。第２室や第３室のなっています。
嫌気性条件下で硫酸塩還元細菌は、汚泥管理で最も重要なことは、ボール状ろ材に捕流入汚水中の栄養（有機物）を利用し硫酸イオン捉される汚泥を１〜２時間程度の逆洗で取り除く（SO42-）を還元し硫化水素を生成します。これがことができない程まで蓄積しないことにあります。

悪臭として感じられます。また、コンクリート腐

Ⅲ型改良運転手法とは食については、好気性条件下で硫黄細菌が硫化水（３）嫌気性ろ床の逆洗時期

素を酸化して生成する硫酸によって引起こされま

表－３に、嫌気性ろ床槽の逆洗頻度（例）を示である硫化水素の発生を抑制することを目的としします。
定常状態の嫌気性ろ床槽の逆洗時期は、ORP計がある場合は、以下の方法で判断できます。
①

す。Ⅲ型改良運転手法とは、これらの問題の原因た運転手法です。
図－２に接触ばっ気槽の硝化液を前段の嫌気性‌ORP は０〜−200mV の範囲を指標としまろ床槽に返送する循環脱窒法で窒素を除去する処す。逆洗は、ORP が−200mV 以上であっ理メカニズムを組み込んだⅢ型改良運転の処理フても年に１〜２回の頻度で実施するが望まローと各処理水槽の役割分担を示します。また、しいといえます。逆洗時間は１室当たり約

嫌気性ろ床槽第２室に水中ポンプを設置し、槽内表－３ 嫌気性ろ床槽の逆洗頻度（例）
嫌気ろ床槽

逆洗頻度

留意点

第１室

２回／年以上第２室

１〜２回／年程度

実施時期は、第１室同様、水温が 15℃程度になった春先と 15℃以上ある秋から冬の２回が考えられる。
逆洗後、底部汚泥（ホッパー部分）は、可搬式ポンプで移送する。

第３室

１回／年程度

実施時期は、水温が 15℃程度になった春先と水温が 15℃以上ある秋から冬が考えられる。
逆洗後、底部汚泥（ホッパー部分）は、可搬式ポンプで移送する。

実施は、水温が 15℃程度になった春先と 15℃以上ある秋から冬には必ず実施する。
逆洗後、底部堆積汚泥は汚泥引抜きポンプによる自動引抜きで移送する。

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図－２ Ⅲ型改良運転の処理フローと役割分担（循環脱窒法）

図－３ 嫌気性ろ床槽第２室の撹拌方法

脱窒を行う。

撹拌を強化する方法を図－３に示します。
JARUS-Ⅲ型施設をⅢ型改良運転に変更するときのポイントを、以下に示します。
①で完全硝化を行う必要があります。硝化反応のみ‌嫌気性ろ床槽第２室を撹拌する。撹拌方法を組み込んだ場合、BOD 除去に加えて硝化反応は、新たに水中ポンプを設置し撹拌装置（散の酸素量が必要となり、BOD 負荷が高くなると気装置）で部分ばっ気することにより行う。

酸素量が足りなくなる恐れがあります。また、硝第２室は第１室とともに脱窒槽として使用

化反応では水素イオンが生成されるため pH が低するが、槽内が過度に嫌気化することを防下しますが、アルカリ（OH－ ）を生成する脱窒ぐために、好気化しない程度のばっ気撹拌反応を組み込むことで pH を回復します。

を行う。さらに、ろ材の目詰まり防止を目②

Ⅲ型改良運転では、限られた酸素量（空気量）このことから、Ⅲ型改良運転では脱窒反応を組的に、水中ポンプで水流を形成する。

み込むことが重要であり、硝化脱窒によって得ら‌嫌気性ろ床槽第３室を撹拌装置で全面ばっれる利点を生かした処理システムとなっています。

気する。第３室は、BOD5 の分解と硝化を行うため、好気的処理を行う槽とする。
③‌接触ばっ気槽第２室から嫌気性ろ床槽第１5室に硝化液を返送率（流入汚水量に対する次回は、JARUS 型の嫌気性ろ床槽の逆洗方法返送水量）300% で返送し、硝酸性窒素のと、浮遊生物法の維持管理についてお話しします。

おわりに

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