農業集落排水処理施設の維持管理基礎講座

ことで活性汚泥を維持し、接触ばっ気槽に生物膜と（第９回 JARUS 型生物膜法の維持管理（その 1））

活性汚泥が共存する状況で処理を行う処理方式です。N-BOD や pH の低下で処理水質が悪化した施

１．はじめに設やサカマキガイ等の繁殖によって生物膜が捕食

農業集落排水事業において、生物膜法は導入期かされ処理性能が不安定になった施設の改築あるいら成熟期に掛けて数多く採択され、その割合は農業はそれらに対応するために開発された処理方式で集落排水処理施設全体の約 45％を占めています。

す。

JARUS 型生物膜法の代表的な処理方式は接触ば生物膜法は、浮遊生物法と比較し低負荷の処理にっ気槽の前段に嫌気性ろ床槽を有する JARUS-Ⅲ優れた性能を示す処理方式です。一方、流入負荷の型で、実に生物膜法の半数以上を占めています。次変動に対応するのが苦手で、特に負荷が急に高くなに多いのが接触ばっ気槽の前段に沈殿分離槽を有ると処理が不十分になり一時的に水質が悪化する

する JARUS-Ⅰ型で生物膜法全体の約４分の１にこともあるので、流入させる汚水量をできるだけ均なります。今回はそのどちらの処理方式にも共通す等にする流量調整が必要です。

る生物膜法の代表的な処理水槽である接触ばっ気接触ろ材は、嫌気性ろ床槽と接触ばっ気槽で異な槽についてお話します。

るのが一般的です。嫌気性ろ床槽では、懸濁物質の除去に有利な不規則に充填できるボール状ろ材が２．生物膜法の処理の特徴多く採用されています。一方、接触ばっ気槽では、

表－１にJARUS型生物膜法の主な水槽と処理方均等な水流を形成させるため規則的に充填できる式の関係を示します。

筒状（網状骨格）やひも状のろ材が採用されています。写真－１は、JARUS 型で採用されている接触

表－１ JARUS 型の生物膜法
主な水槽
沈殿分離槽
接触ばっ気槽
嫌気性ろ床槽
接触ばっ気槽
嫌気性ろ床槽
接触ばっ気槽JARUS 型ろ材の例です。
摘要

Ⅰ、Ｓ型
ボール状

Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ型

ひも状

ⅢG、ⅢR、ⅣS、ⅣH 型

活性汚泥

微生物付着（生物膜）

併用型

筒状

なお、活性汚泥併用型とは、沈殿槽から接触ばっ写真－１ 接触ろ材の例

気槽第１室に活性汚泥が戻る返送ラインを設ける1

【】
流入水量の調整

生物膜法で窒素を除去する場合は、接触ばっ気槽【ポンプ】
・ばっ気強度の調整・旋回流の確認

ブロワ

汚泥処理施設【】
剥離汚泥の全量引抜き処理水汚水

接触材（硝化槽）から嫌気性ろ床槽（脱窒槽）に硝化液を【】塩素剤の調整・補充【】
ろ材の逆洗微生物循環させる循環脱窒法が一般的です。接触ばっ気槽

剥離汚泥

接触ばっ気槽のばっ気を一定時間停止する間欠ばっ気法は、次項

散気装置

接触材に微生物を付着固定し、散気装置によって、酸素供給と共に、槽内を撹拌して汚水と生物膜とを接触させる。

で説明する理由からあまりお薦めできません。

堆積汚泥沈殿槽剥離した微生物（剥離汚泥）等の浮遊物を沈降分離して清澄な処理水を得る。

図－１ 接触ばっ気槽の概念図
３．接触ばっ気槽の特徴
JARUS 型の生物膜法には、必ず接触ばっ気槽がJARUS 型の生物膜法でも、接触ばっ気槽の硝化あります。接触ばっ気槽内には接触ろ材があり、微液を嫌気性ろ床槽に返送する循環脱窒法で窒素を生物は接触ろ材の表面に付着し増殖します。微生物除去しています。循環脱窒法の窒素除去率は、硝化の栄養と酸素は、通常は散気装置によって形成され液の循環率に依存します。脱窒型の JARUS-Ⅱ型やた水流（旋回流）によって供給されます。処理に関Ⅳ型の処理水 T-N 濃度は 20mg/L なので、流入汚わる微生物は接触ろ材に付着しており、接触ろ材か水の T-N 濃度を 43mg/L とすると、循環率を 200％ら剥がれた微生物（剥離汚泥）は処理に関わらないで窒素除去率 67％、処理水窒素濃度 14.3mg/L となため、沈殿槽の底部に堆積（固液分離）し堆積汚泥り目標水質を達成することになります。表－２に硝として定期的に引き抜かれ汚泥処理施設に送られ化液の循環率と窒素除去率及び処理水窒素濃度のます。

関係を示します。

接触ばっ気槽内の微生物量は浮遊生物法の 1/4～
表－２ 硝化液の循環率と窒素除去率の関係

1/2 あるいはそれ以下とかなり少なく、微生物は接硝化液循環率
（％）
050
100
200300400

触ろ材にしかいないため槽内の微生物濃度は均等ではありません。そのため、単にばっ気を停止させても、接触ばっ気槽内の溶存酸素濃度はなかなか低下しません。接触ばっ気槽で脱窒反応を進行させるためには、散気装置とは別の方法で槽内を撹拌した

窒素除去率
（％）
03350677580

処理水窒素濃度（mg/L）
43.028.721.514.3
10.88.6

り、活性汚泥併用型のように微生物量を多くする等４．生物膜の特徴の工夫が必要になります。

接触ろ材に付着した微生物を生物膜と呼びます。

図－１に接触ばっ気槽（＋沈殿槽）の概念図を示

微生物は、処理に伴い増殖し生物膜の厚さも増してします。

2

いきますが、増える速度はばっ気強度によって違いさらに今後どのような状態になり得るのかというます。ばっ気強度が大きくても生物膜は次第に成長処理状況の把握が最も重要になります。図－３は、し厚くなるので接触ろ材が閉塞しないうちに接触接触ばっ気槽の状態（フェーズ）をⅠからⅥに分類

ろ材を直接散気する逆洗操作を行う必要がありまし水質の傾向とフェーズ間の関係を矢印で示した

す。

ものです。

生物膜がどんなに厚くなっても、酸素が供給されJARUS 型の接触ばっ気槽は、基本的にフェーズる生物膜の厚さは表面から 200μm（0.2mm）程度Ⅱの状態で運転しています。フェーズⅡの状態は、の深さ（好気ゾーン）までといわれています。それいずれフェーズⅢの状態になるため、適切な時期により深い生物膜（嫌気ゾーン）には酸素が供給され逆洗操作を行いフェーズⅡの状態に戻す必要があません。嫌気ゾーンでは条件が揃えば脱窒反応が進ります。流入負荷が低いと、フェーズⅣの状態にな行してもおかしくありませんが、条件となる有機物りやすく、N-BOD や pH 低下の影響を受けることや硝酸性窒素等の物質移動が効率的でないため、接になります。なお、脱窒型の JARUS 型はフェーズ

触ばっ気槽で脱窒機能を見込むことはありません。

Ⅵの状態で運転しています。

処理に関わる主な物質と生物膜の関係を、図－２（１）水質測定項目に示します。

処理状況の判断に活用できるという点からいえば、維持管理時に必ず測定したほうがよい水質項目

接触材(ろ材)

生物膜
嫌気ゾーン

好気ゾーン

は pH と水温そして透視度です。DO はばっ気が正ろ材表面に微生物を付着させ汚水を浄化

常なら検出されるのは当然であり、数値もある程度

O2 （ブロワ）
BOD、N、Pなどの栄養（流入水）
H2O、NO2-、NO3- （接触ばっ気槽）
CO2
NH4+N2（嫌気性ろ床槽）
H2S（嫌気性ろ床槽）
その他の代謝産物

高くなるのはあたりまえで、測定した数値で処理状況を判断することはできません。それより ORP のほうが、処理状況を把握するのに適しています。
接触ばっ気槽は酸化処理を行うので、処理の進行

ろ材の種類：ひも状、ボール状、筒状などに伴い pH は徐々に低くなります。接触ばっ気槽第図－２ 生物膜と処理に関わる物質の関係

１室（以下、「第１室」という。
）より接触ばっ気槽第２室（以下、「第２室」という。
）のほうが低くな

５．接触ばっ気槽の維持管理るのが一般的です。もし、逆だったら、第２室に目

接触ばっ気槽は、維持管理上の測定項目や操作要詰まり等のトラブルが発生している疑いがありま因が限られています。そのため、接触ばっ気槽の維す。

持管理では、今の処理状況がどのような状態なのか、3

水温は生物学的処理の基礎情報です。微生物の活Ⅳ N-BODの影響大、ｐH低下

Ⅵ N-BODの影響小、ｐH改善（積極的酸化、（不十分な酸化、水質不安定）

水質良好・安定）BOD：×、△
ｐH：×、△
硝化：△、○

Ⅰ 微生物量不足

Ⅱ N-BODの影響小（酸化不足、（消極的酸化、Ⅲ 微生物過剰による接触不足

水質不良）

水質良好・不安定）（酸化不足、水質不良）

BOD：×

BOD：○

BOD：×

ｐH：○

ｐH：○

ｐH：○

硝化：×

硝化：×、△

硝化：×

BOD：○

脱窒機能

ｐH：○
硝化：○

Ⅴ 流入負荷過剰（酸化不足、水質不良）
BOD：×
ｐH：○

硝化：×

図－３ 接触ばっ気槽の状態（フェーズ）と処理の関係性に影響し、逆洗操作の可否の判断にもなります。

はなくばっ気強度で把握してください。ばっ気強度

水温が 15℃を下回った時期に行う逆洗操作は、微は、次式によって算出します。
ばっ気強度（m3/（m3･時））＝生物の増殖速度が小さくなっているので、やり過ぎばっ気風量（m3/時）／ばっ気槽容量（m3）に注意して下さい。
透視度は、逆洗操作のタイミングを判断する目安

通常、ばっ気強度は１～２m3/（m3･時）の範囲でになります。急激に透視度が低下し、その原因が剥設定します。ばっ気強度は、以下の次項に留意して離汚泥の場合は、逆洗時期が近づいていると判断で設定します。

きます。また、白濁によって透視度が悪化した場合① 接触ろ材が目詰まりしない十分な水流（旋回は、接触ろ材の目詰まりや堆積汚泥の存在、前段の流）で槽内を撹拌する。

嫌気性ろ床槽等の影響が考えられます。なお、この② 処理状況によって、第１室と第２室で差をつような状況で接触ろ材内の ORP を測定すると、数ける。

値はマイナスを示すはずです。

③ 第２室は、沈殿槽の状況に応じて調整する。

（２）ばっ気強度の設定方法①は、目視で槽内の水流を観察し判断します。ま接触ばっ気槽の運転管理において、維持管理時にた、逆洗時に腐敗臭が感じられたり、白い汚泥が見把握すべき指標はばっ気強度（m3/（m3･時））だけられた場合は、ばっ気強度を高くします。

です。接触ばっ気槽のばっ気状況は、ばっ気風量で②は、流入負荷にもよりますが、通常は第１室よ4

り第２室のばっ気強度を小さく設定します。また、度を十分に引き上げて（３～４m3（/ m3･時）以上）、硝化反応の進行を制限する場合は、第２室のばっ気生物膜を確実に剥離させることが必要です。また、強度をさらに低くします。ただし、接触ろ材の目詰

剥離汚泥はできるだけ多くを槽外に排出させ汚泥まりには注意が必要です。

処理施設に移送することが必要です。剥離汚泥の移③は、沈殿槽でスカムが発生したり、ミジンコが送が不十分だと折角剥離させた汚泥が再び生物膜目立つ場合はばっ気強度を高くし、沈殿槽の pH がに補足されてしまい逆洗効果が不十分になってし低い場合はばっ気強度を低くします。

まうこともあります。思うように剥離汚泥を槽外にばっ気強度を頻繁にあるいは数値をこまめに変移送できない場合は、ばっ気強度を２～３m3/（m3･更する必要はありません。一度、設定したばっ気強時）に抑えて長時間（一昼夜程度）逆洗を継続させ度は、何か目的がない限りあるいはトラブルが発生剥離汚泥を沈殿槽まで移送する方法もあります。

しない限り、変更する必要はありません。浮遊生物

逆洗操作は行うことが目的ではなく、肥厚化した法とは異なり酸素供給量は十分なので、接触ばっ気生物膜を剥離することが目的です。逆洗を行っても槽のばっ気では、槽内を十分に撹拌することが重要

生物膜の肥厚化が改善しなければ、目的を達成したな目的になっています。

ことになりません。

もし、ばっ気強度を少し変化させただけで水質に変化が見られる場合は、接触ばっ気槽の目詰まりを

６．接触ばっ気槽のトラブルと対策例疑ってください。逆洗操作を行ってもさらに同じ現（１）発泡現象象が見られるようなら、逆洗操作そのものが不十分

接触ばっ気槽で見られる発泡現象の特徴は、泡はあるいは接触ろ材の目詰まりや堆積している汚泥白色できめが細かく散水すると簡単に消泡するこが動きにくい状況であることが考えられます。とです。石鹸の泡によく似ていますが、発泡の原因（３）接触ろ材の逆洗方法

物質は石鹸ではなく低級脂肪酸（有機酸）です。低微生物が増殖し厚くなった生物膜は、そのまま放級脂肪酸は有機物の分解過程で生成される中間生置すると目詰まりの原因になるので、強制的に剥離成物で、微生物にとっては易分解性物質です。有機する必要があります。この操作を逆洗操作と呼び、酸の生成量が微生物量に対して少ない場合は直ち適切な時期に空気の剪断力で生物膜を剥離（剥離汚に分解されるので発泡現象は認められませんが、多泥）させ、接触ばっ気槽から取り除きます。

い場合は食い残しが出て発泡原因物質になります。

１～２m3/（m3･時）程度のばっ気強度では、ばっ以下に、対策を示します。

気強度の強弱に関わらず付着する生物膜は処理と① ばっ気強度を上げる。
（一時的に発泡量が増えともに厚くなっていきます。逆洗操作ではばっ気強るので注意が必要）

5

② 嫌気性ろ床槽や沈殿分離槽の清掃を行う。

有機物由来の BOD 濃度が高い場合は、前項の発③ 流量調整ポンプの稼働時間が連続的になるよ泡現象と同じ対策を行います。窒素由来の N-BOD

うに汚水計量槽の三角堰の水量を調整する。

が原因の場合は、硝化反応の抑制を行うか、完全硝発泡現象は酸化処理が進行すれば量が減るので、化を目指すかで対応が異なります。N-BOD の検出

第１室（写真－１）より第２室（写真－２）の方が条件は、２つあります。その両方が揃って初めて N-少なくなっているはずです。第１室に発泡現象が認BOD が検出されます。その条件は、以下のとおりめられても第２室で認められないなら、酸化処理はで、→印はその対応策です。

十分と判断できます。

① 硝化細菌（亜硝酸菌と硝酸菌）が増殖している。
→ばっ気強度を低くする。特に、第２室のばっ気強度を低くする。
② アンモニア性窒素が残存している。
→（１）の発泡現象と同じ対応をする。
硝化液の返送ラインを使用する。
硝化反応の抑制は①の条件をなくす対応で、完全硝化を目指す場合は②の条件をなくす対応になります。
なお、完全硝化を目指す場合は、処理水 pH が低

写真－２ 接触ばっ気槽第１室における発泡現象下する現象にも注意が必要です。
（３）処理水 pH が低い
処理水 pH が低くなり 5.8 を下回るかどうかは、流入汚水の M-アルカリ度の数値に依存します。Mアルカリ度はpH の緩衝作用の大きさを示す指標になりますが、30mg/L 以下になるとその緩衝作用が低くなるといわれています。アンモニア性窒素が硝化反応で硝酸性窒素になると、窒素１mg/L 当たりM-アルカリ度が 7.14mg/L 消費されます。仮に30mg/L のアンモニア性窒素が硝酸性窒素に硝化さ

写真－３ 接触ばっ気槽第２室における発泡現象

れたら、M-アルカリ度は 214.2mg/L 消費されることになります。流入汚水の M-アルカリ度は一般に（２）処理水 BOD 濃度が高い

6150～200mg/L なので、M-アルカリ度が 150mg/L

水中の溶存酸素を利用することも水面に出て直接の場合17mg/Lのアンモニア性窒素が硝化されると空気を呼吸することもできるといわれています。

M-アルカリ度は 28．6mg/L と 30mg/L を切ってし② ひとつの貝に雌雄の生殖器を持ち（雌雄同体）、まいます。

２匹居れば精子を交換し受精することができます。

これ以上の硝化を進行させるためには、
M-アルカ

また、一匹でも受精（自家受精）が起こる場合があ

リ度を回復（窒素１mg/L 当たり M-アルカリ度がるといわれています。

3.57mg/L）させる脱窒反応を組み込むことが必要③ 卵はゼラチン質の卵塊で、接触ろ材や壁面などにになります。

産み付けます。卵は約２週間でふ化し、稚貝は３～（４）サカマキガイによる生物膜の捕食４ヶ月で成熟し、寿命は約１年といわれています。

サカマキガイのように卵塊を形成する生物は、排水④ 成体は１～２日ごとに卵塊を１個産卵し、１つの処理で出現する微生物のように処理の進行に伴い自然卵塊に数十～100 個の卵があります。産卵時期は一発生的に出現することはなく、例えば、年中ですが、気温が低い冬季は産卵しなくなります。

① 流入管路に不明水が流れ込んでいて流入汚水とこのことから、ばっ気を停止するとサカマキガイは、ともに進入した。

酸欠状態を嫌い壁面に出てきたり水面に浮いてくるの② 成体が放流管から遡上して進入した。

で、網等ですくい取って駆除することができますが、③ 施工時の水張りに使用した河川水等に生息して卵は生き延びるため完全に駆除することはできないこいた。とがわかります。また、薬剤を散布する場合は、繁殖等の進入経路があり、接触ばっ気槽等で増殖し出現し期といわれる春（４月）から秋（10 月）にかけて繰りた生物です。

返し定期的（２～３ヶ月に１回）に散布すると、効率

サカマキガイの駆除対策は、よく卵からふ化したサカマキガイも駆除できることが① 接触ばっ気槽等に生息している成体と卵塊を駆わかります。

除する。

サカマキガイの駆除に効果があるといわれている具② サカマキガイが増殖しづらい環境を作り出す。

体的な駆除方法を示します。なお、サカマキガイが処の２本立ての対応が必要になります。また、より効果理施設に進入した経路の調査は事前に行って下さい。

的な駆除対策を行うには、サカマキガイの生態を理解① アンモニア性窒素の中毒することも必要です。

サカマキガイは、他の貝類同様アンモニア性窒素駆除対策を行う上で、役立つサカマキガイの生態をに敏感であり濃度が高くなると中毒死します。そこ

以下に示します。

で、硫安（硫酸アンモニウム）等の薬剤を散布し一時① 貝殻のフチにある薄い外套膜で呼吸（有肺類）し、的にアンモニア性窒素濃度を高くする駆除方法があ7ります。槽内のアンモニア性窒素濃度は高い程効果大きさにより投入量も変化させることが必要になるだがありますが、散布後の水質への影響を考慮するとけでなく、作業回数も複数回必要となるため、詳細に数十 mg/L を目安に散布し発生状況に応じて濃度を関しては事前に専門家（JARUS 等）に相談すると良調整するのがよいでしょう。また、サカマキガイはアいでしょう。

ルカリ性を好まないため、pH を８～９程度（pH がサカマキガイが問題になるのは、サカマキガイが接8 を越えると毒性の強いアンモニア（NH3）の割合が触ばっ気槽に生息しているからではなく、極端に増殖高くなる）にすると駆除効果が上がります。

し接触ろ材の生物膜を食い散らかし処理機能が低下し② 化学薬剤の散布たり、多量の排泄物が原因で水質が悪化する場合です。

使用される薬剤は、硫酸銅や塩化アルミニウムがサカマキガイが進入しても繁殖しにくい環境をつくる一般的です。薬剤はサカマキガイだけに毒性があることが大切であり、ブロワの「ON／OFF」を組み入れわけでなく、他の水生動物にも毒性があるため散布酸欠状態を作ろる等、運転条件を工夫することが有効する場所や濃度には十分な配慮が必要です。放流口です。例えば、タイマーを設置しブロワを「ON／OFF」付近や下流に養殖場等がある場合は、事前に魚毒性できるようにし、明方の３：00 から７：00 までの４（急性毒性 LD50 等）を調査し散布による影響につい時間ブロワを止めます。
毎日この状態が継続されれば、て検討する必要があります。サカマキガイの生存率

肺呼吸をするサカマキガイには好適な環境ではなく増は、大きさによって異なるため、大きい成体が多い場殖しにくい環境になるはずです。

合は濃度を高くしたり長い時間薬剤に暴露させる必薬品で生息しているサカマキガイを防除した後、間要があります。

欠ばっ気を組み入れて生き残ったサカマキガイや新た③ 市販駆除剤の使用に進入したサカマキガイの繁殖を抑えることで処理性市販の駆除剤を使用する場合は、使用上の注意に能への影響を軽減する方法も検討して下さい。

従い散布するとともに、効果を確実にするため、繰り（５）ミジンコの大量発生返し散布するようにして下さい。
上記駆除作業の前日から接触ばっ気槽のばっ気を停

農業集落排水処理施設で出現するミジンコは、一般止させ、槽内を酸欠にしサカマキガイを弱らせると薬的“ミジンコ”と“ケンミジンコ”の２種類です。見

剤への抵抗力が弱くなり効果的に駆除できます。

分け方は簡単で、浮いているミジンコの色が白なら“ケ以上、主な駆除方法を示しましたが、駆除方法の選ンミジンコ”で、赤味を帯びていたら“ミジンコ”（以定には、放流先の環境に対する危険性を回避すること下、併せて単に「ミジンコ」という。
）になります。

が重要です。また、作業はサカマキ貝の繁殖時期と言ミジンコは、排水処理で出現する生物の頂点に位置われている春と秋にかけて、サカマキガイの個体数、する小動物（後生動物）であり、生物膜（細菌や原生8動物等）を補食して増殖しています。通常は生物膜内善する場合もあります。に生息しその姿を現すことはありませんが、エサ（細沈殿槽の水面にいるミジンコがどうしても気になる菌や原生動物等）のない水面にミジンコがいるにはそ場合は、ミジンコを直接すくい取る方法もありますが、れなりの理由があります。ミジンコは生物膜内の酸素①及び②の対策を実施しないでやっても、効果はありを使って呼吸しています。生物膜内に酸素があればそません。なお、底部からミジンコが浮いてこなくなれのまま留まりエサを捕食しますが、酸素がなくなり呼ば、処理水とともに自然に流されてしまうのでほっと吸困難な状態になってしまいやむなく水面に避難し呼いてもミジンコはいなくなるはずです。

吸している状態が、大量発生というわけです。ミジン７．おわりにコにしてみれば水面に浮上したらエサ（汚泥）があり次回は、JARUS 型生物膜法の嫌気性ろ床槽の維ませんが、生きるための選択としてエサより酸素を選持管理とⅢ型改良運転についてお話しします。

んだ結果といえます。
対応策はまず接触ばっ気槽から行い、その次に沈殿槽を行います。
① 接触ばっ気槽の水面にミジンコが大量発生していたら、接触ろ材のどこかが閉塞しているか、槽底部（四隅）に汚泥が堆積しているはずなので、それを意識した逆洗作業を行います。
② 沈殿槽底部に汚泥が堆積している場合は、まずそれを引き抜きさらに汚泥の引き抜き回数を増やして下さい。引抜き時間を長くするより引抜き回数を増やすほうがより効果的です。沈殿槽の施工上の問題で、ある部分に汚泥が偏って存在することもあるので、このような場合は物理的（水流や長物）に汚泥の固まりを破壊するようにして下さい。
もし、沈殿槽底部に汚泥がそれ程堆積していない状態になってもまだミジンコが発生するようなら、③ 接触ばっ気槽第２室のばっ気強度を高くし沈殿槽で汚泥が嫌気状態になりにくくすることで改9