下水処理場
汚水に一部を浸した円板を横軸回転させ、生物膜に汚水と空気を交互に供給する。
多くの有機物が微生物の生存と増殖で代謝・資化されることを利用し、下水中の溶解・浮遊性有機物を培養した微生物の餌とすることで水と炭酸ガス等に酸化分解する方式で、活性汚泥法が代表的である。「生き物」である微生物を適切に育成・管理する必要があるが、比較的低コストでかなり高度な浄化を行うことが出来るため、ほとんどの処理場で主処理(二次処理)工程として採用されている。生物的処理では細菌から原生動物、あるいは微小生物が混在して存在し、代謝・資化による物質循環と食物連鎖が成立していると考えられる。これらは多様な種に及び、無数の新種を抱えている模様だが、実務的には視覚的特徴に基づき分類・管理されている。
以下、生物的処理の詳細について詳述する。
中世ヨーロッパでは、コレラ・チフスなどが大流行した時期がある。このとき、上水と下水は明確に区別されておらず、共同井戸から水を汲み、し尿なども含めて開いた水路に流していたため、上水のなかに下水がまざることもめずらしくなかった。
そこで、感染症などの対策として、まず上水と下水を分離することが始まるとともに、下水を暗渠に集めることがなされた。
その後、下水をよりきれいにして河川に放流する技術が進んだ。大きなごみ・砂などを流さないようにするためのスクリーニング・沈殿にはじまり、汚水に含まれる有機物の除去による水質汚濁の改善を下水処理場で行っている。
しかしながら、今もなお、下水道整備が追いついていない都市近郊の河川で、垂れ流される汚水に含まれる有機物が溶存酸素を消費し尽くした結果、酸欠状態に陥り・水中生物の死滅・腐敗による水利障害・悪臭による住環境破壊などの被害が生じている。
日本では1922年(大正11年)3月26日、東京市三河島町に作られた三河島汚水処分工場(現三河島水再生センター)が稼働を開始。わが国初の近代的な下水処理場となった。
主に比重差を利用し、重力沈降により下水中の沈殿性有機物を分離・除去する。反応タンクへ流入する水・汚泥の負荷を調整し、生物処理のための準備をする役目も持つ。ただし、オキシデーションディッチ法(OD法)のように、最初沈殿池のない下水処理場も存在する。
接触材・濾材を配した水路や水槽、あるいは濾材を組み上げた濾床を設け、接触材表面に多様な微生物から成る生物膜を成長させて汚水を処理する方式。生物膜とは水中の固体表面に自然発生する、例えば川底の茶色いコケと同様のもので、好気から嫌気まで多種の微生物で構成される。接触材は水流と生物膜の重量に耐えるものとして、砕石やプラスチックが主に使われる。生物膜と汚水の接触方法、酸素の供給方法によりいくつか種類があり、生物膜が常に水面上にある、常に水面下にある、その中間、の3つに大別できる。それぞれ代表例を以下に記す。
流れるプールのような循環水路を用いた小規模向きの方式。小規模処理場では最も採用例が多い。
施設内で使用する水のためのものと、後述する、高度処理の一環として設置されているものがある。
汚泥そのものだけではなく、汚泥処理(消化など)によって発生したメタンガスを取り出しそれを燃料として火力発電・コンバインドサイクル発電して余熱を消化槽加温したり、神戸市では路線バスの燃料に再利用することも行われている。
主に処理水の活用や放流先の環境保全(特に閉鎖性水域(湖沼、閉鎖性の湾など)における富栄養化対策を主眼とすることが多い)を目的として、二次処理に付加し浄化を行うための施設。当然に相応の費用が求められるため普及は捗らなかったが、2003年の下水道法改正で促進される見通しとなった。
方法としては、反応タンクの処理方式の改良、ろ過、凝集剤による沈殿促進などがある。
下水道の高度処理は京阪神地区に水道水を供給する琵琶湖を擁する滋賀県で、琵琶湖に排水される生活排水の中の窒素リンが原因で赤潮やアオコなどのプランクトンが大量発生。その対策として「滋賀県琵琶湖の富栄養化の防止に関する条例(琵琶湖条例)」と共に下水道整備と高度処理設備の設置が進められ、現在では琵琶湖に注ぐ下水道はすべて高度処理が施されている。また琵琶湖から流れる淀川水系の流域下水道では6ヶ所で高度処理設備は導入され、京都市の4ヶ所の下水処理場でも高度処理が行われ、鳥羽水環境保全センター吉祥院支所と伏見水環境保全センターでは匂いや染料の色度除去・消毒のためにオゾン処理が施されている。