公益社団法人 化学工学会 http://www.scej.org/

特集

持続可能な社会に貢献する分離技術および分離プロセス

集

宮田

特

水処理施設における超高効率固液分離技術
篤

究「超高効率固液分離技術を用いたエネルギーマネジメン

1．はじめにトシステムに関する技術実証研究」として技術開発を進めた。本技術は最初沈殿池よりも多くの生汚泥が固液分離回

昭和 40 年代頃までに下水道整備に着手した大都市等で収でき，余剰汚泥の発生が少となる。これにより消化・発は雨水と汚水を合わせて排除する「合流式下水道」が採用さ電と組み合わせて処理場全体のエネルギー回収をより向上れている。合流式下水道は，都市化の急速な進展に対応しさせる実証結果が得られた 2）。ていち早く下水道を整備できる手法であるが，晴天時汚水2．原理

量 1 Q のみを二次処理（生物処理）する方式となっている。
従って，雨天時には雨水の混ざった下水が収集され，1 Qを超過するため，その超過分は雨水吐き口やポンプ場から処理原理は，浮上ろ材による「上向流ろ過」である。ろ過

公共用水域に直接放流されたり，処理場の最初沈殿池で簡と洗浄の原理を図 1 に示す。ろ過槽は，浮上ろ材とそれを易沈殿して消毒・放流されるしくみとなっていた。特に雨押さえる上部スクリーン，高速洗浄装置から構成される。

天時初期には「ファーストフラッシュ」と呼ばれる高汚濁水

浮上ろ材は凸凹のある形状で，空隙率を高め，汚濁物を効が公共用水域に流出する可能性があり，近年まで大きな社率的に捕捉できる形状に特徴がある。
高速ろ過槽では，流入下水（汚水と称する）が調圧槽に越流・会問題となっていた。
本超高効率固液分離技術（以下，本技術と称する）は，雨天流入したのち，高速ろ過槽下部から流入する。ろ過が進行時における「合流改善」を目的に大量の下水を効率的に処理すると，図 1（左）のろ材層下部の赤で示す汚濁物により，する技術として開発され，その成果は 2005 年 3 月に国交省ろ材層下部が目詰まりしてくる。その場合は流入側の水位技術開発プロジェクト SPIRIT21 技術資料としてまとめら（調圧槽水位）が上昇するため，これを検知してろ材洗浄を実れた 。処理対象は，下水処理場における晴天時汚水量 1施する。洗浄は，下部の洗浄排水弁を開くことで，槽上部Q 超過分の雨天時下水であり，「簡易処理の高度化技術」でに溜めていた処理水（ろ過水）が水位差で下向きに逆流するある。

ことでろ材が洗浄される。なお本技術は，ろ過損失水頭を1）低く（4 kPa（40 cm）〜 8 kPa（80 cm）程度）抑えることにより既存

その後 2003 年度からは大阪市との共同研究により，最初沈殿池の代替として常時活用（以下，「初沈代替」と称する）す施設の水位勾配の中で設置することが可能である。本技術

る固液分離技術として技術開発を進めた。本適用方法においを既存最初沈殿池に適用した場合のイメージを図2に示す。ては，本技術により生成するろ過水は生物反応槽に流入する。
その後本技術は，下水中の有機物をバイオマス源として効率的に回収できることから，消化，発電技術と組み合わせて下水処理場全体の創エネ効果を創出する目的で，2011年度より下水道革新的技術実証事業（B-DASH プロジェクト）として，国土交通省国土技術政策総合研究所からの委託研第 84 巻

第 9 号（2020）

調圧槽2020 年 5 月 20 日受理

Intensive Solid-liquid Separation Technology for
Wastewater Treatment Plant
Atsushi MIYATA
1989 年 京都大学大学院工学研究科衛生工学専攻修了
現 在 メタウォーター（株）事業戦略本部事
業企画部 技師長
連絡先；〒 101-0041 東京都千代田区神田須田町 1-25 JR 神田万世橋ビル
E-mail miyata-atsushi@metawater.co.jp

青（ろ材）
赤（汚濁物）

ろ過槽

下部スクリーンは不要

図1（3）

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ろ過槽

ろ過と洗浄の原理417

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特集
図4
図2

雨天時下水（合流式）で除去できた夾雑物一例

既存最初沈殿池を改造して設置した高速ろ過施設（ろ過速度 A：0 ≦ A ≦ 1200m/ 日）
BOD 除去率（%）＝− 0.0121A ＋ 0.182B ＋ 56.9
（ろ過速度 A：1200 ≦ A ≦ 1500 m/ 日）
BOD 除去率（%）＝− 0.0804A ＋ 0.182B ＋ 138.9
A：ろ過速度［m/ 日］
B：原水濃度［mg/L］
図3（ろ過速度 A：0 ≦ A ≦ 1200 m/ 日）
SS 除去率（%）＝− 0.0057A ＋ 0.140B ＋ 58.4
（ろ過速度 A：1200 ≦ A ≦ 1500 m/ 日）
SS 除去率（%）＝− 0.0438A ＋ 0.140B ＋ 104.1
A：ろ過速度［m/ 日］
B：原水濃度［mg/L］

雨天時下水におけるろ過速度と SS，BOD 除去率との関係 1）

250 m/ 日の場合，最初沈殿池の水面積負荷 50 m/ 日と比較

3．処理性能

すると 5 倍の速さに相当する。
晴天時汚水における晴天時下水における SS 除去性，SS除去と浮遊性 BOD 除去の関係を図 5-1，図 5-2 に示す 2）。

本技術は，凝集剤等の薬剤なしで夾雑物，SS，BOD（主として SS 由来の BOD）を除去する。

3.1

合流改善適用の場合

図 5-1 に示すように晴天時汚水は原水濃度が高いほど SS1）除去率が高く，ろ過速度が低いほど SS 除去率が高くなる

ろ過速度は雨天時下水量に応じて 0 〜 1,500 m/ 日の範囲

傾 向 と な る。 ま た 図 5-2 に 示 す よ う に SS 除 去 と 浮 遊 性内で設定する。ろ過速度 1,000 m/ 日は，最初沈殿池の水面BOD の各除去には緩やかであるが相関が見られる。溶解積負荷 50 m/ 日と比較すると 20 倍の速さである。

性成分は本技術ではほとんど除去されないことが分かってろ過速度と SS 除去率，ろ過速度と BOD 除去率の関係をいる。これらの結果より，原水中の SS 割合が多いほど

図 3 に示す 。1,200 m/ 日までは BOD，SS の除去率が比較

BOD 除去性が高まると考えられる。本結果は，合流式下的高く「簡易処理の高度化」に適用できる範囲である。また

水処理場での処理結果であり，下水処理場流入水質により1,200 m/ 日を超え，1,500 m/ 日までの範囲では，BOD，SS除去性に差が生じる。

1）の除去率は低くなるが，図 4 に示すような夾雑物（2 mm 以上

平均的に見ると本下水処理場では，最初沈殿池におけるの固形物） の除去率は 100％であり，「未処理下水の簡易処

SS 除去率が 58％，BOD 除去率が 38％であったが，本技術理」としての適用に有効である。

では SS 除去率が 70％，BOD 除去率が 47％程度であった 2）。

3.2

初沈代替適用の場合 2）反応槽への流入は，ろ過水に後述する図 7 に示す洗浄排ろ過速度は，晴天時汚水量 1 Q に対する最大ろ過速度が水一次濃縮後の上澄水が付加されるため，両者の合計が反250 〜 500 m/ 日の範囲内となるよう設定する。ろ過速度は418

応槽負荷となることに留意する必要がある。
（4）

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100① y = 14.415ln(x) - 1.0108
R² = 0.32

9080③ y = 15.655ln(x) - 14.36
R² = 0.6356

60

特SS除去率（％）

7050
40② y = 18.585ln(x) - 27.453
R² = 0.2157

30

集① 250m/日

20② 300m/日10③ 500m/日

0050100150200250300350400

図6

雨天時合流改善のフロー図7

最初沈殿池代替のフロー

原水SS濃度（mg/L）

図 5-1

晴天時下水における SS 除去性

10090
浮遊性 BOD 除去率（％）

807060y = 1.0089x - 4.7433
R² = 0.5042

5040

一次濃縮槽に送られ，1％（＝ 10,000 mg/L）程度の生汚泥とし30て濃縮される。一方，一次濃縮の過程で生成する上澄水は20ろ過水とともに生物反応タンクに送られる。反応槽への負100荷としては，ろ過水と上澄水の和を考慮する。なお，一次0102030405060708090

濃縮槽については最初沈殿池設備をそのまま活用できる。

100本適用では，分・合流式両方の適用が可能であり，一次SS 除去率（％）

図 5-2処理の省スペース化が期待できる。合流式では雨天時汚水SS 除去と浮遊性 BOD 除去の関係量を含めて高速ろ過処理をおこない，1 Q 以上は高度な簡易処理水として放流する合流改善も可能である。

4．処理フロー

現在国内では分・合流式合わせて 4 都市 6 下水処理場で導入されている（建設中も含む）。

4.1

雨天時のみの合流改善適用の場合

5．本技術の効果

本技術の処理フローを図 6 に示す。処理対象は 1 Q 超過分〜 nQ（n は自治体により異なる，Q は晴天時汚水量，雨天時の汚水量増加分）となる 。

本技術は，下水処理場の種々の課題に対し様々な適用事

1）

本図に示すように，ろ過槽から排水される洗浄排水（SS例ができてきている。
5.1

で 500 〜 1000 mg/L 程度）を受ける洗浄排水槽が必要となる。

下水処理場統合時の合流改善時のメリット

洗浄排水槽に溜まった洗浄排水は別の最初沈殿池に送ら下水処理場を統合する場合の活用例を図 8 に示す。現在

れ，1 Q の下水とともに沈殿処理される。最初沈殿池は 1

では老朽化してきた下水処理場を統合する場合が多くなっ

Q に対し水面積負荷 50 m/ 日を標準として設計されるが，てきている。その際，統合される側の処理場は処理機能の合流式下水道の昭和 40 年代の最初沈殿池は，水面積負荷ないポンプ場に更新され，合流式の場合には雨天時増分の25〜50 m/日で広めに設計されていた。そのため本技術は，下水が処理できなくなる。そのため，統合する下水処理場その余裕分の最初沈殿池を改造して導入することができに送水せねばならず，送水に係る費用（管きょ費，電力量）がる。現在国内 30 箇所以上の下水処理場において，本処理多大となる。この場合，本技術を濃縮装置として活用するフローにて導入されている。

ことで，濃い 1 Q 相当分の下水を送水して，コスト縮減を4.2おこなうことができる 3, 4）。

初沈代替適用の場合

5.2

本技術を最初沈殿池の代替として設置した場合の処理フ
ローを図 7 に示す 。処理対象は 1 Q（Q は晴天時汚水量）であり，ろ過槽，洗浄排水槽，一次濃縮槽が配置される。

5 倍であることから，洗浄排水や一次濃縮の諸スペースを加えた全体システムとしても省スペース化が可能である5）。

本技術から出る洗浄排水は洗浄排水槽にて受けたのち，第 84 巻

第 9 号（2020）

一次処理の省スペース化と有効利用

本技術は，ろ過速度が沈殿に要する水面積負荷と比較し

2）

（5）

著作権法により無断での転載等は禁止されています419

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統合前
流入下水

A下水処理場（合流）流入下水（晴天時分）

処理水
初沈反応槽

終沈

B下水処理場（分流）（晴天時分）

処理水

特

流入下水（雨天時増分）
簡易処理水（雨天時増分）

集

統合後
A中継ポンプ場（合流）流入下水（晴天時分）

１Q相当の送水が可能

P

図8

既存最初沈殿池

本技術導入後全沈殿面積900m2

全ろ過面積180m2最初沈殿池

洗浄排水槽

最初沈殿池

ろ過池

最初沈殿池

一次濃縮槽

最初沈殿池

最初沈殿池

最初沈殿池

最初沈殿池

処理水

洗浄排水
ろ過水（雨天時増分）

ろ過池

B下水処理場（分流）

固液分離技術流入下水（雨天時増分）

最初沈殿池

流入下水

汚濁負荷流出の削減が可能

下水処理場を統合する場合の適用方法

ろ過面積90m2

従来システム本技術適用後

最初沈殿池＋標準法

固液分離＋標準法

生汚泥2.9t/日余剰汚泥
3.2t/日生汚泥
4.4t/日余剰汚泥
2.0t/日（直接脱水）

ろ過面積90m2
高温
消化

消化ガス
1,854m3/日

燃料
電池
発電

高温
消化

3,791m3/日

153kW

廃止可能
（有効利用可能）

燃料電池
発電

消化ガス

377kW
生ごみ
2.9t/日各150m2＜検討条件＞
想定規模：日平均40,000m3/日
濃度等 ：適宜想定＜検討条件＞
想定規模：日最大45,000m3/日
初沈水面積負荷：50m/日
本技術ろ過速度：250m/日

図9

図 10

下水処理場の創エネ向上

一次処理の省スペース化

柔軟に施設更新をしていかなければならない。本技術は，
図 9 に示すように従来 6 池で運用していたスペースを，下水等の汚水処理において効率的に固液分離できる基本的な技術である。

例えばろ過池としては 2 池，洗浄排水槽と一次濃縮槽を加えても 4 池（従来の最初沈殿池 4 池分）で済むことになる。これ

本稿では示せなかったが最近では Membrane Bioreactor，により，少ない池数で施設を運用していくことが可能になる。

担体法，担体型散水ろ床法 7）等の省スペースや省エネ型のまた昨今では，分流式下水処理場でも雨天時浸入水が増新技術が開発されているが，いずれも前段での夾雑物除去

え，下水量が増えてしまうという問題も顕在化しており，が望ましい技術であり，本技術と組み合わせて，様々な相一時的に貯留しておく池などが必要とされてきており ，乗効果が生まれると考えている。

6）

本技術導入により余剰となった最初沈殿池を有効に活用す

今後は，下水を含む汚水処理に対して，種々の適用を図ることができる。
5.3

り，時代のニーズに応えていきたいと考えている。

創エネ効果

本技術を適用した場合の処理場全体の創エネ効果（効果試

参考文献
1）国土交通省下水道技術開発プロジェクト（SPIRIT21）
委員会：合流式下水道の改善に関する技術開発「雨天時高速下水処理システム（簡易処理の高度化・未処理下水の簡易処理）に係る技術資料」, 平成 17 年 3 月
2）超高効率固液分離技術を用いたエネルギーマネジメントシステム導入ガイドラ
イン（案）, 国土交通省国土技術政策総合研究所資料 第 736 号 , 2013 年 7 月
3）日本下水道新聞：高速ろ過技術の合流改善計画手法と有効な適用方法（試案）,第 47 回懸賞論文下水道部門 , 平成 17 年 1 月 1 日
4）盛岡市上下水道局 HP：盛岡市雨水高速処理施設〜雨天時合流改善対策〜
5）国土交通省 下水道部HP：秋田臨海処理センターにおける超高効率固液分離技術の採用について , 下水道事業における広域化・官民連携・革新的技術（B-DASH）に関する説明会（下水道キャラバン）, 平成 30 年 10 月 29 日
6）国土交通省下水道部：雨天時浸入水対策ガイドライン（案）, 令和 2 年 1 月
7）無曝気循環式水処理技術導入ガイドライン（案）, 国土交通省国土技術政策総合研究所資料 第 951 号 , 2017 年 2 月算）を図 10 に示す。本技術の適用により生汚泥回収量が増加し，余剰汚泥が減少する。本図では消化されやすい生汚泥に加え，生ごみ（食品残渣）も合わせて消化することにより，発電量を大きくする試算結果を示している 2）。

6．おわりに
高齢化や人口減少という時代変化の中で，下水処理場も420（6）

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