福岡県保健環境研究所年報第47号，67－71，2020

短報
フラップゲートを経由して排出される下水処理場放流水の栄養塩類の経時的変動調査
柏原学・秦弘一郎・古賀敬興・古閑豊和・平川周作・黒川陽一
宮脇崇・志水信弘・松本源生・石橋融子・山西博幸*
季別運転を実施している大牟田市北部浄化センターの放流水は、河川放流前水路及びフラップゲー
トを経由して堂面川へ排出される。フラップゲートは、有明海の潮位が 2.8 m 未満で開放されるため、フラップゲートが閉じている間は水路内に浄化センター放流水が滞留する。そのため、浄化センター放流水は、滞留時に水質が変化することが懸念された。そこで、放流口から出た水の水質変化について、放流口からフラップゲートに達するまでの水路内 3 地点を調査した。フラップゲート開放前からフラップゲート閉鎖まで経時的に調査したところ、化学的酸素要求量、全窒素及び全リンの濃度変動は通常の浄化センター運転時の変動範囲内であった。また、フラップゲート開放時は、浄化センター放流水が約 2 時間かけて放流口からフラップゲートまでの水路内を移動することが示唆され、河川に放流される水の評価は、浄化センター放流水で行うことができると考えられた。
［キーワード：下水処理場、季別運転、フラップゲート、化学的酸素要求量、全窒素、全リン］
１はじめにター) の放流水は、ノリ養殖の漁場である海域に直接排出

下水処理場は我々の生活に直結した重要な施設である。

されるのではなく、水路及びフラップゲート (FG) を通過

下水道の役割は、生活環境の改善、浸水の防除、公共用水して堂面川の感潮域へ排出される。FG は、有明海の干満域の水質の保全をはじめとして、近年では下水道資源及びに伴い潮位が 2.8 m を下回った時に水圧差によって開放施設の有効利用、望ましい水循環・水環境の創出など多岐されるため、FG が閉じている間は水路内に放流水が滞留に渡っている 1, 2)。その中で、下水道資源及び施設の有効する。そのため、浄化センター放流水は、滞留時に水質が利用の一つとして、栄養塩類増加運転 (季別運転) による変化することが懸念された。そこで、季別運転による栄養放流先海域への栄養塩類供給がある。季別運転とは、放流塩類等の供給状況調査の前段階として、この水路にて FG先水域の養殖業を鑑み、必要な時期に栄養塩類を供給する

開放前から FG 閉鎖を確認するまで 12 時間採水し、そ運転をさす 3, 4)。季別運転は、2016の水質の変動について調査を行ったので報告する。

年度末時点で全国 33箇所の下水処理場にて実施されている 5)。有明海に着目す
ると、山西ら 6)は、季別運転を行う佐賀市浄化センターを２対象として六角川及び有明海湾奥における栄養塩類の分

２・１

調査方法
調査地点

布調査を報告している。また、古賀 7)、城戸ら 8)は、季別調査地点は、図 1 及び図 2 のとおり浄化センター放流運転を行う大牟田市北部浄化センター及び南部浄化セン口から FG を経由して堂面川へ放流されるまでの遊水路ターを対象として、有明海東部における季別運転による水内 (St-1 － St-3) の 3 地点とした。各調査地点は約 150

温、塩分への影響を調査し、水温の極端な上昇及び塩分のm 間隔であり、St-1 (放流口直下)、St-2 (遊水路中央部)、極端な低下が発生しないことを報告している。しかし、大St-3 (FG 付近) である。なお、本調査では、浄化センター

牟田市北部浄化センターを対象とした季別運転と栄養塩放流口直下に位置する St-1 の水質は浄化センター放流水類の挙動に関する詳細な調査は実施されていない。と同等の水質であるとした。調査は、硝化促進期から硝化

これら浄化センターでは、ノリの非養殖期である夏季抑制期への切替期である 2017 年 11 月 3 日に行った。

(硝化促進期) に硝化・脱窒を促進させることで放流水中の採水は各地点で 8 時 30 分から 20 時 30 分まで 1 時

全窒素 (T-N) 濃度を低下させ、ノリの養殖期である冬季間毎に行い、バケツで採取した表層水をポリプロピレン容(硝化抑制期) に硝化・脱窒を抑制させることで放流水中の器に保存した。図 3 に調査当日の三池港の潮位図及びT-N 濃度を硝化促進期と比較して高い状態に維持する季FG 開放時間を示す。採水当日は 11 時 30 分頃に FG が別運転を行っている。また、北部浄化センター (浄化セン開放され、17 時 30 分頃に FG が閉鎖された。

福岡県保健環境研究所 （〒818-0135 太宰府市大字向佐野 39）*佐賀大学理工学部（〒840-8502 佐賀県佐賀市本庄町 1 番地）- 67 -２・２

分析項目及び分析方法

分析項目は、T-N、硝酸態窒素 (NO3-N)、亜硝酸態窒素(NO2-N)、アンモニア態窒素 (NH4-N)、全リン (T-P)、リン酸態リン (PO4-P)、化学的酸素要求量 (COD)、 pH、塩分とした。T-N については、残留塩素による妨害を除くため、既報に従って測定した 9)。NO3-N については JIS K0102
43.2.6、NO2-N については JIS K0102 43.1.3、NH4-N につ
いては JIS K0102 42.2、T-P については JIS K0102 46.3.1、
PO4-P については JIS K0102 46.1.1、COD については JIS

図 2 調査地点 (図 1 右図の斜線部分拡大図)

K0102 17 に準拠して測定した。pH 及び塩分については、
マルチ水質チェッカー (株式会社堀場製作所 U-52G) を調査時間

３潮位 (cm)用いて採水時に測定した。
結果及び考察３・１

pH・塩分・COD

潮位2.8 mpH の変化を図 4 に示す。pH はどの地点においてもFG 開放

7.1 － 7.7 を推移していた。このことから、水路内に蓄積された放流水の pH は、滞留時に変化しないことが分か

時刻

図 3 三池港の潮位図（2017 年 11 月 3 日）った。
塩分の変化を図 5 に示す。FG 開放直後、FG 付近の8.5塩分は徐々に低下し、0.5 psu 前後となった。St-1 及び8St-2 では、FG の開閉に関わらず、塩分は 0.5 psu 前後を推移していた。このことから、FG 開放時には FG 付近のpH

St-3 の塩分は、2.8 psu と一時的に高くなったが、その後、

FG 閉

FG 開

FG 閉

St-1

7.5

St-2
St-37

St-3 の塩分は一時的に増加するが、経時的に浄化センター放流水と同等の塩分に戻ることが分かった。

6.58:00

COD の変化を図 6 に示す。COD は、St-1 では 8.3 －

10:00

12:00

14:00

16:00

18:00

20:00

22:00

時刻

11.2 mg/L、St-2 では 9.8 － 10.5 mg/L、St-3 では 9.1 －

図 4 St-1 － St-3 における pH の変化

11.2 mg/L で推移していた。St-2 及び St-3 における COD
3の COD の変動は、浄化センター放流水の変動範囲内であ2.5ることが分かった。

塩分 (psu)の変動幅は、St-1 における変動幅の範囲内であり、水路内

FG 閉

FG 開

FG 閉

2St-11.5

St-2

1St-30.5

N08:00

10:00

12:00

14:00

16:00

18:00

20:00

22:00

時刻

図 5 St-1 － St-3 における塩分の変化

COD(mg/L)

15

図 1 調査地点 (福岡県 (左図) 及び大牟田市 (右図) )

FG 閉

FG 開

FG 閉

St-110

St-2
St-3

5
8:00

10:00

12:00

14:00

16:00

18:00

20:00

22:00

時刻

図 6 St-1 － St-3 における COD の変化- 68 -３・２T-N・NH4-N・NO2-N・NO3-N10T-N の変化を図 7 に示す。放流口直下の St-1 におけ
FG 開放後 1 時間経過して徐々に低下し始め FG 開放 3T-N(mg/L)

る T-N は、FG 開放までは 8.7 － 9.1 mg/L であったが、FG 閉

FG 開

FG 閉

98St-1St-27時間後に 6.4 mg/L となった。その後、T-N は FG 閉鎖 26時間前から徐々に上昇し FG 閉鎖 2 時間後に 9.3 mg/L

5St-38:00に到達していた。水路中央部の St-2 における T-N は、

10:00

12:00

14:00

16:00

18:00

20:00

22:00

時刻

FG 開放後 2 時間経過してから徐々に低下し始め FG 開

図 7 St-1 － St-3 における T-N の変化

放 4 時間後に 6.1 mg/L となり、FG 閉鎖後も 6.1 － 6.33.5における T-N は、St-2 と同様に FG 開放後 3 時間経過

3NH₄-N(mg/L)

mg/L と T-N の上昇が見られなかった。FG 付近の St-3して徐々に低下し始め FG 開放 5 時間後に 6.2 mg/L となり、FG 閉鎖後も 6.2 － 5.9 mg/L と T-N の上昇が見FG 閉

FG 開

FG 閉

2.5
2St-1

1.5

St-2

1St-3られなかった。FG 開閉に伴い T-N は増減するものの、0.5FG 開放により、放流口直下の St-1 と FG 付近の St-3

08:00

における T-N 濃度の差は小さくなった。これは、FG 開

10:00

12:00

14:00

16:00

18:00

20:00

22:00

時刻

放により、放流口直下の St-1 付近に滞留していた水に流図 8 St-1 － St-3 における NH4-N の変化れが生じたため、St-2、St-3 の順に濃度が上昇したと推察
0.20

9.3 mg/L と変動していたが、これは浄化センター運転時の0.15
NO₂-N(mg/L)された。一方、放流口直下の St-1 における T-N は 6.4 －放流水の濃度変動によるものと考えられる。さらに、FG開放後の 各地点での T-N 低下時間に注目すると、St-1

FG 閉

FG 開

FG 閉

St-10.10

では FG 開放 1 時間後から 3 時間後まで、St-2 では

0.05

FG 開放 2 時間後から 4 時間後まで、St-3 では FG 開

0.00

St-2
St-38:00

放 3 時間後から 5 時間後までと、何れも約 2 時間の経

10:00

12:00

14:00

16:00

18:00

20:00

22:00

時刻

図 9 St-1 － St-3 における NO2-N の変化

過が見られることから、FG 開放時は、浄化センター放流水が約 2 時間かけて St-1 から St-3 へと移動することが示唆された。

10次に NH4-N の変化を、図 8 に示す。水路中央部の St-2FG 閉

FG 開FG 閉

NO₃-N(mg/L)

8及び FG 付近の St-3 における NH4-N は、FG 開放後に1.4 mg/L から徐々に低下し、FG 閉鎖後も 0.5 － 0.7

6St-1
St-24mg/L と NH4-N の上昇は見られなかった。一方、放流口

2直下の St-1 における NH4-N は、FG 開放前後で大きな0St-38:00

変化は見られなかったが、FG 開放後 3 時間程経過して10:00

12:00

14:00

16:00

18:00

20:00

22:00

時刻から徐々に増加し、FG 閉鎖後に 2.8 mg/L まで増加した。

図 10 St-1 － St-3 における NO3-N の変化

続けて、NO2-N の結果を図 9 に示す。NO2-N の変化は、濃度範囲が 0.07 － 0.14 mg/L と小さかったが、グラフのNO3-N は、FG 開放後 3 時間経過してから徐々に低下し、概形は NH4-N に類似しており、NH4-N と NO2-N は同様

FG 閉鎖後も 4.6 － 4.7 mg/L であった。FG 付近の St-3の挙動を示していた。

における NO3-N は、St-2 と同様に FG 開放後 3 時間経

一方、NO3-N については NH4-N 及び NO2-N と異なっ過して徐々に低下し、FG 閉鎖後も 4.4 － 4.7 mg/L であていた。NO3-N の結果を図 10 に示す。放流口直下の St-1った。また、図 10 に示した NO3-N の結果と図 7 に示

における NO3-N は、FG 開放までは 7.1 － 7.3 mg/L でした T-N の結果を比較すると、NO3-N の挙動は T-N のあったが FG 開放後 1 時間経過して徐々に低下し始め場合と同様の増減であった。

4.8 mg/L となった。その後、NO3-N は FG 閉鎖 2 時間

このように、St-1 の NH4-N、NO3-N 及び NO2-N の濃前から徐々に上昇し FG 閉鎖 2 時間後に 5.8 mg/L に到

度変化を精査すると、浄化センター放流水の水質は一日の達していた。St-1 と比較して FG に近い St-2 における中で変動することが示唆された。また、FG 開放時は、浄- 69 -

2.5と移動すること、FG 閉鎖後は、滞留により St-2 及び St-32の濃度はほとんど変化しないことが示された。さらに、FG1.5T-P(mg/L)

化センター放流水が約 2 時間かけて St-1 から St-3 へ

開放時間及び閉鎖時間が 6 時間程度であり、St-2 及びFG 閉

FG 開

FG 閉

St-1
St-2

1

St-3 における濃度変動は St-1 における濃度変動の範囲0.5内であったことから、水路内における濃度変動は浄化セン

0St-3

8:00

ター放流水の濃度変動に由来するものであると考えられ

10:00

12:00

14:00

16:00

18:00

20:00

22:00

時刻

図 11 St-1 － St-3 における T-P の変化

た。
３・３T-P・PO4-P
2.5

る T-P は、FG 開放前に 0.83 － 0.88 mg/L であり、FG2PO₄-P(mg/L)

T-P の変化を図 11 に示す。水路中央部の St-2 におけ
開放 3 時間後から徐々に上昇し、FG 閉鎖直後に 1.1mg/L で最大となり、FG 閉鎖後は 1.0 mg/L であった。FGFG 閉

FG 開

FG 閉

1.5

St-1St-2

1付近の St-3 における T-P は、FG 開放前に 0.75 － 0.80

0.5mg/L であり、FG 開放直後に 0.69 mg/L と低下したが、

0St-3

8:00

その後徐々に増加し、FG 閉鎖後に 0.94 mg/L となった。

10:00

12:00

14:00

16:00

18:00

20:00

22:00

時刻

一方、放流口直下の St-1 における T-P は、FG 開放前に

図 12 St-1 － St-3 における PO4-P の変化

0.86 － 0.90 mg/L であり、FG 開放 3 時間後から徐々に上昇し、FG 閉鎖後も上昇し続け 2.0 mg/L となった。ま④た、T-P と PO4-P は同様の傾向を示し、グラフの概形は浄化センター放流水の水質は一日の中で変化が見られた。

類似していた (図 12)。平成 29 年度大牟田市維持管理年

浄化センター放流水の水質は、処理状況により変動する

報によると、放流水中の T-P は、最高値 2.16 mg/L、最低可能性があるものの、顕著な変化は見られなかった。また、

値 0.16 mg/L、平均値 0.67 mg/Lであり、今回の T-P 濃度

FG 開閉が約 6 時間毎に起こることに対し、浄化センタ変動の範囲内であった 10)。なお、大牟田市北部浄化センー放流口直下から FG まで 2 時間かけて放流水が水路

ター及び南部浄化センターでは、窒素に関する季別運転のを流れることが確認された。したがって、FG 閉鎖時に水み実施しており、リンを対象とした季別運転を行っていな路内に一時的な滞留が発生したとしても、水路内で大幅ないため、放流水中の T-P 及び PO4-P の濃度変動は浄化セ水質変化が起こるとは考えにくい。以上の結果から、河川ンターへの流入水中の T-P 及び PO4-P の濃度変動及びに放流される水の評価は、浄化センター放流水で行うこと浄化センターの処理状況によるものと考えられた。St-1 でができると考えられる。

は、 16 時以降の T-N、 NH4-N、 NO2-N 及び NO3-N に
つ い て も 濃 度 上 昇 が 見ら れて お り 、 こ れ は T-P 及 び

謝辞

PO4-P と同様の理由ではないかと考えられる。

本研究実施にあたり、採水及び情報提供にご協力いただ
いた大牟田市企業局、大牟田市環境保全課の方々に感謝の４意を表します。また、本研究は、平成 29 年度及び平成 30

まとめ

大牟田市北部浄化センターより放流された水の水路内の水質について調査した結果をまとめると以下のとおり

年度「瀬戸内海の環境保全・創造に係る研究助成」から支援を受けました。ここに、感謝の意を表します。

である。
①

②

pH、塩分及び COD は調査全体を通してほとんど文献変化が見られなかったが、T-N 及び T-P 等は調査

1) 国土交通省：下水道の役割,内で変化が見られた。

http://www.mlit.go.jp/mizukokudo/sewerage/mizukokudo_s

T-N 調査結果より、FG 開閉に伴う浄化センター放ewerage_tk_000601.html (2020/4/8アクセス).

流水由来の水塊は、St-1 から St-3 までを約 2 時③2) 国土交通省近畿地方整備局：下水道の役割としくみ，間かけて移動していることを確認した。

https://www.kkr.mlit.go.jp/kensei/town/gesui/sikumi.html

FG 閉鎖後は、滞留によって St-2 及び St-3 では各(2020/4 /8アクセス).

水質項目の濃度変化は見られなかった。

3) 国土交通省 水管理・国土保全局下水道部：栄養塩類の循環バランスに配慮した運転管理ナレッジに関する事- 70 -

例集, 2014. http://www.mlit.go.jp/common/001033458.pdf

6) 山西博幸ら：水環境学会誌 41(2), 35-42, 2018.

(2020/4/8アクセス).

7) 古賀みな子：下水道の真の役割とは, 月刊下水道 35(5),70-80, 2012.

4) 国土交通省水管理・国土保全局下水道部：下水放流水

8) 城戸知昭, 古賀みな子, 星良和：第 43 回下水道研究発に含まれる栄養塩類の能動的管理のための運転方法に

表会講演集, 482-484, 2006.

係る手順書（案）,2015. http://www.mlit.go.jp/ common/001105123.pdf

9) 柏原学ら：水環境学会誌, 43(2), 35-41, 2020.

(2020/4/8アクセス).

10) 大牟田市企業局：大牟田市下水道維持管理年報（平成5) 岩井聖：第 63 回日本水環境学会セミナー講演資料集,

29年度）, 2019．

37-54, 2018.

（英文要旨）

Periodic Changes in Nutrients in the Water from a Treatment Plant
discharged through a Flap Gate
Manabu KASHIWABARA, Koichiro HATA, Takaoki KOGA, Toyokazu KOGA, Shusaku HIRAKAWA,
Yoichi KUROKAWA, Takashi MIYAWAKI, Nobuhiro SHIMIZU, Gensei MATSUMOTO, Yuko ISHIBASHI
and Hiroyuki YAMANISHI*Fukuoka Institute of Health and Environmental Sciences,Mukaisano 39, Dazaifu, Fukuoka 818-0135, Japan* Department of Civil Engineering and Architecture, Faculty of Science and Engineering, Saga University,
1 Honjo, Saga, Saga 840-8502
Under seasonal operation, wastewater from Omuta City Northern Sewage Treatment Plant is discharged tothe Domen River by way of a pre-river canal and a flap gate. The wastewater stays in the canal while the flapgate is closed because the flap gate is only opened when the tidal level of the Ariake Sea is lower than 2.8 m.
However drastic changes in the water quality of the canal can affect the supply of nutrients to the Ariake Sea,and this is why the plant operates seasonally. To understand changes in the quality of the water discharged fromthe outlet, we investigated three points in the canal from the outlet to the flap gate. We investigated water
quality changes over time from before the flap gate is opened to when the flap gate is closed, and we observedthat the fluctuations in chemical oxygen demand, total nitrogen, and total phosphorus were within thefluctuation range during normal operation of the sewage treatment plant. When the flap gate was opened, thewastewater from the sewage treatment plant moved from the outlet to the flap gate in the canal in about 2 h.
Finally, we propose that water discharged to the river could be evaluated by monitoring the wastewater from thesewage treatment plant.
[Key words ; sewage treatment plant, seasonal operation, chemical oxygen demand, total nitrogen, total phosphorus]- 71 -