日本の下水処理場を支える活性汚泥法
日本の下水処理技術は、地球環境の保護と持続可能な社会において重要な役割を果たしています。セイスイ工業も仮設水処理プラントの技術で水質改善と衛生向上に貢献しており、下水処理は、生活環境と自然環境を守るために不可欠なプロセスです。セイスイ工業の仮設水処理プラントでは、デカンタ型遠心分離機を用いることで、迅速かつ効率的な泥水処理が可能です。
一方、日本の下水処理では標準活性汚泥法をはじめ、OD法、長時間エアレーション法、回分式活性汚泥法、MBRなど、さまざまな方式が採用され、河川や東京湾の水質維持に寄与しています。これらの技術は有機物や微生物を除去し、再利用可能な水を生み出します。
これまでの記事で「下水処理とは」や「下水処理の4つのプロセス」など、下水処理の基礎知識を学んできました。本記事では、日本における下水処理技術についてさらに詳しく掘り下げていきます。
目次
活性汚泥法とは？日本の下水処理を支える基本技術
日本における下水処理技術は、環境保護と持続可能な社会を支える重要な基盤です。なかでも活性汚泥法は、下水処理場で広く用いられてきた代表的な技術であり、日本の水環境を守るうえで大きな役割を果たしています。ここでは、活性汚泥法の代表例である標準活性汚泥法を中心に、その仕組みと広く使われている理由を解説します。
活性汚泥法の仕組み
活性汚泥法では、まず下水を反応タンクに送り、活性汚泥と混合します。そこに曝気装置で酸素を供給することで、微生物の働きが活発になり、下水中の有機物が分解されます。
その後、処理水と活性汚泥は沈殿池で分離されます。沈殿した活性汚泥の一部は再び処理に使われ、余った汚泥は余剰汚泥として排出されます。処理水はさらに消毒を行い、基準を満たしたうえで河川や海へ放流されます。また、余剰汚泥は脱水後に焼却や堆肥化などが行われ、再利用されることもあります。
標準活性汚泥法
標準活性汚泥法は、日本の下水処理場で広く採用されている代表的な処理方法です。下水と活性汚泥を混合し、活性汚泥に含まれる微生物の働きによって、下水中の有機物を分解・除去します。
この方法は、下水処理の基本となる技術として長く使われてきました。処理の安定性が高く、さまざまな水質や処理条件に対応しやすいことから、多くの施設で採用されています。日本の下水処理を支える基本技術の一つといえるでしょう。
活性汚泥法が日本で広く使われる理由
活性汚泥法が日本で広く使われている理由は、処理の柔軟性とコスト効率のバランスに優れているためです。比較的幅広い処理条件に対応しやすく、安定した水質を確保しやすいことから、多くの下水処理場で導入されてきました。
一方で、曝気に多くのエネルギーを必要とすることや、微生物の働きが水温や流入水質などの環境条件に影響を受けやすいという課題もあります。それでも、運用実績が豊富で、処理技術としての信頼性が高いことから、現在でも日本の下水処理を支える中心的な方法として活用されています。
活性汚泥法の代表的な種類
活性汚泥法にはいくつかの種類があり、処理場の規模や流入水質、求められる処理水質、運転管理のしやすさなどに応じて使い分けられています。日本では、標準活性汚泥法に加え、オキシデーションディッチ法、長時間エアレーション法、回分式活性汚泥法なども広く活用されています。これらはいずれも活性汚泥を用いた処理方法ですが、反応のさせ方や設備構成、運転方法に違いがあります。
オキシデーションディッチ法（OD法）
オキシデーションディッチ法は、活性汚泥法の一種です。特徴は、機械式エアレーション装置を備えた環状の水路を反応タンクとして用い、下水を循環させながら処理する点にあります。原則として最初沈殿池を設けず、低負荷で安定した処理を行う方式として知られています。小規模処理場を中心に採用されており、管理のしやすさや水質変動への強さが特長です。
具体的には、ディッチ内で下水をゆっくり循環させながら曝気を行い、微生物が有機物を分解します。その後、最終沈殿池で活性汚泥と処理水を分離し、処理水を放流します。構造が比較的シンプルで、酸素供給と混合を同時に行えるため、安定した運転がしやすい方式です。
一方で、長い滞留時間を必要とするため、広い用地が必要になりやすく、大規模施設には向きにくい面もあります。それでも、コストと安定性のバランスに優れた方式として、多くの処理場で採用されています。
東芝との業務提携により、2025年初旬からセイスイ工業がレンタルを開始する「Habuki」は、オキシデーションディッチ法の前処理として使用可能です。この装置を使用することで、コンパクトで低動力ながらも高い処理能力を発揮し、従来のOD法と比較して処理にかかる時間を短縮することができます。
長時間エアレーション法
長時間エアレーション法は、長時間エアレーション法は、活性汚泥法の一種で、下水と活性汚泥の混合液を長時間曝気することで、有機物の分解と汚泥の安定化を進める方法です。標準活性汚泥法よりも長く空気を送り込むことで、微生物を内生呼吸期に近い状態で運転し、余剰汚泥の発生量を抑えやすいことが特徴です。
この方式では、下水を反応タンクに送り、活性汚泥と混合して長時間にわたって曝気を行います。微生物が有機物を分解し続けることで処理が進み、同時に汚泥の安定化も図られます。そのため、汚泥処理コストを抑えやすく、比較的小規模な処理場で採用されることが多い方式です。
ただし、曝気時間が長いぶん、エネルギー消費が大きくなりやすいという課題があります。それでも、運転管理が比較的しやすく、余剰汚泥を減らせる点から、有効な方式として利用されています。
回分式活性汚泥法（SBR法）
回分式活性汚泥法は、活性汚泥法の一種で、下水処理をバッチ方式で行う方法です。同じ槽の中で、反応、沈殿、排水を順番に行うことが特徴で、連続流入ではなく、一定量ごとに処理を進めます。設備をコンパクトにしやすく、流入負荷が変動しやすい施設にも対応しやすい方式です。
具体的には、下水を槽内に導入して活性汚泥と混合し、微生物によって有機物を分解します。その後、同じ槽内で汚泥を沈殿させ、上澄みを処理水として排出します。この一連のサイクルを繰り返すことで、下水を処理します。工程を一つの槽で行えるため、設備構成を比較的シンプルにしやすい点も特長です。
一方で、サイクル運転を前提とするため、大規模施設では処理能力の面で制約が出やすい場合があります。それでも、小規模処理場や負荷変動のある現場では、柔軟に運用しやすい方法として活用されています。
高度化する活性汚泥法
活性汚泥法は、日本の下水処理を支える基本技術として広く使われてきましたが、近年はより高い処理水質や省スペース化、改築更新への対応などが求められるようになっています。こうした背景の中で、従来の活性汚泥法をさらに高度化した技術として注目されているのが、膜分離活性汚泥法（MBR）です。国土交通省のガイドラインでも、MBRは膜によって活性汚泥と処理水を分離する各種活性汚泥法の総称として整理されています。
膜分離活性汚泥法（MBR）
膜分離活性汚泥法は、活性汚泥法に膜ろ過を組み合わせた下水処理技術で、微生物による有機物の分解と、膜による固液分離を組み合わせて行います。通常の活性汚泥法では最終沈殿池で活性汚泥と処理水を分けますが、MBRでは膜を使って分離するため、より高い処理水質を得やすいことが特徴です。
具体的には、反応タンク内で活性汚泥の微生物が有機物を分解し、その後、膜によって汚泥や微生物を分離します。膜により微生物を槽内に高濃度で保持しやすくなるため、処理性能の向上や設備のコンパクト化につながります。こうした特性から、改築更新時や高い処理水質が求められる場面、用地制約のある施設などで導入が進められています。
一方で、膜の表面に付着物が蓄積するファウリングが課題となり、定期的な洗浄や維持管理が必要です。また、膜の更新や洗浄にコストがかかる点にも注意が必要です。それでも、膜技術の進歩により、MBRは活性汚泥法を高度化する有力な手法として位置づけられています。
各方式の特徴の違い
活性汚泥法には、標準活性汚泥法、オキシデーションディッチ法、長時間エアレーション法、回分式活性汚泥法、膜分離活性汚泥法など、いくつかの方式があります。それぞれ基本的には微生物の働きを利用して有機物を分解する点は共通していますが、設備構成や運転方法、得意とする条件には違いがあります。
たとえば、標準活性汚泥法は幅広い条件に対応しやすい基本的な方式です。オキシデーションディッチ法や長時間エアレーション法は、比較的小規模な処理場で安定運転しやすい点に強みがあります。回分式活性汚泥法は、流入負荷の変動に対応しやすく、設備を比較的コンパクトにまとめやすい方式です。これに対してMBRは、より高い処理水質や省スペース化に強みがある一方、膜の維持管理が重要になります。
現場条件に応じた選び方
どの方式が適しているかは、処理場の規模、流入水質、求められる処理水質、用地条件、運転管理のしやすさ、維持管理コストなどによって変わります。小規模施設で安定性や管理のしやすさを重視する場合と、高度な処理水質や省スペース化を求める場合では、選ばれる方式も異なります。
そのため、活性汚泥法を検討する際は、単に処理能力だけでなく、現場条件や将来的な運用まで含めて考えることが重要です。日本の下水処理では、こうした条件に応じて方式を使い分けることで、安定した処理と環境保全の両立が図られています。
