水処理とは？種類・仕組み・処理方法・設備の選び方をわかりやすく解説

水処理は、単に「汚れた水をきれいにすること」だけを意味するものではありません。水の使用目的や放流先に応じて、不要な物質を取り除いたり、成分や性質を調整したりする一連の技術です。ここでは、水処理の定義、目的、処理対象による違いを整理します。

水処理とは、水中に含まれる土砂や浮遊物、有機物、油分、溶解物質、金属、微生物などを除去・分離・分解・無害化し、目的に適した水質へ調整する技術の総称です。

処理対象は、河川水や地下水からつくる上水、工場で使用する用水、家庭や事業所から発生する排水だけではありません。水処理の過程で発生する汚泥や、一度使用した水を再び利用するための再利用水も含まれます。必要な処理は、対象となる水の性質と、処理後の用途によって変わります。水処理では複数の工程や技術を組み合わせるのが一般的です。

水処理を行う目的は、処理対象や用途によって異なります。飲料水や生活用水では、人が安全に使用できる水質を確保することが重要です。工場では、製品品質の安定、配管やボイラーなどの設備保護、製造工程に適した水質の確保が求められます。

適切な水処理は、排水基準の超過や河川・海域の水質悪化を防ぐだけでなく、設備故障や操業停止、製造品質への影響、汚泥の運搬・処分費増加を抑えるうえでも重要です。また、処理水の再利用は水使用量・排水量の削減や水不足への備えにつながります。水処理は、安全性、操業、環境保全、資源循環を支えるために行われます。

水処理は、処理する水の状態と処理後の利用目的によって、浄水、用水処理、排水処理、再利用に分けられます。

浄水は、河川水や地下水などを飲料・生活用途に適した水へ整える処理です。用水処理は、工場の製造、洗浄、冷却、ボイラーなどに必要な水質をつくる処理を指します。排水処理は、使用後の水から汚染物質を除去し、放流や再利用が可能な状態へ整える処理です。再利用では、一度使用した水を目的に応じて処理し、再び工程用水などとして活用します。

水処理は、一つの装置や処理方法だけで完結するものではありません。原水の状態を調べたうえで、大きな異物の除去、汚染物質の分離・分解、汚泥処理、仕上げ処理を順に行います。必要な工程は、処理対象や目標水質によって異なります。

水処理では、物理的・化学的・生物的な原理を利用して、水中の汚染物質を除去します。さらに、必要な水質に応じて膜処理や高度処理を組み合わせます。実際の現場では、原水の状態や処理量、目標水質に合わせて、複数の方法を選定するのが一般的です。

※実際の除去性能は、膜の材質、原水、水温、圧力、運転条件によって異なります。

※膜処理は物理的処理に含まれますが、膜の種類によって除去対象や用途が大きく異なるため、比較表では独立して掲載しています。

水処理に必要な設備や工程は、処理する水の性質と、処理後の利用目的によって変わります。飲料水、工業用水、工場排水、下水、土木泥水では、含まれる物質も求められる水質も異なるため、それぞれに適した処理方法を選ぶ必要があります。

01

飲料水・生活用水

安全性・味・におい・透明度を確保

02

工業用水・純水

製造・洗浄・冷却など用途別に調整

03

工場排水

業種・工程ごとの汚染物質へ対応

04

下水・生活排水

有機物・SS・窒素・りんを処理

05

地下水・土木泥水

濁質・土砂・粘土・セメント成分を分離

06

災害時・緊急時

常設設備の代替・能力補完として対応

水処理設備は、水の見た目や濁りだけで選定するものではありません。pH、BOD、COD、SS、DO、窒素、りんなどの数値を確認し、除去対象や目標水質を明確にします。適切な設備選定と安定運転には、複数の指標を組み合わせた判断が必要です。

pH

酸性・アルカリ性

薬品反応・生物処理・腐食へ影響

BOD/COD

有機物負荷

生物分解性・酸化負荷を把握

SS

浮遊固形物

沈殿・ろ過・回収工程へ影響

DO/T-N/T-P

酸素・栄養塩

生物処理・富栄養化対策に関係

OIL/METAL

油分・有害物質

物質ごとの個別処理が必要

数値だけで設備を決定せず、日内変動、季節変動、製造工程の切り替え時なども含めて、複数回の測定結果を確認します。

水処理では、特定の方式や設備がすべての現場に適しているわけではありません。原水に含まれる物質、処理後に求める水質、処理量、設置条件、運転体制、費用などを総合的に確認し、必要に応じて複数の処理方法を組み合わせて選定します。

01

原水・汚染物質

何が、どの程度含まれるか

02

目標水質

放流・再利用・製造用途を逆算

03

処理量・変動

平均値ではなく最大負荷も確認

04

設置条件・期間

スペース・搬入・電源・工期

05

運転・保守

人員・自動化・薬品・清掃

06

総コスト

初期費用とランニングを比較

07

処理試験

実液で性能と汚泥量を確認

水処理方法は、除去したい物質だけを見て決めるのではなく、目標水質、処理量、設置条件、運転体制、費用を順番に整理して選定します。候補となる設備を絞り込んだ後は、実際の原水を使用した処理試験を行い、処理水質、薬品使用量、発生する汚泥量、運転の安定性を確認します。

机上の計算や過去の実績だけでは、原水特有の性質を完全には判断できません。特に水質変動が大きい排水や、特殊な薬品・油分・金属を含む排水では、試験結果をもとに設備構成や運転条件を調整することが重要です。

水処理設備は、名称だけで選ぶのではなく、「処理工程のどこで使うか」「何を除去するか」を確認することが重要です。原水の状態と目標水質に応じて、沈殿、ろ過、薬品処理、生物処理、膜処理、汚泥脱水などの設備を組み合わせます。

水処理の不調には、水質変動、設備能力、薬品条件、運転管理など複数の要因が関係します。症状だけを見て薬品量や設備を変更すると、別の問題を生むことがあります。まず原因を切り分け、原水・処理水・運転データを確認してから対策を選ぶことが重要です。

01

濁度・SSが下がらない

凝集・沈降・設備負荷を確認

02

BOD・CODが下がらない

有機物負荷・生物処理を確認

03

油分・金属・栄養塩が残る

対象物質ごとに処理を選択

04

汚泥・処分費が増える

薬品・含水率・脱水性能を確認

05

処理能力が不足

流量・負荷・ボトルネックを確認

06

設備停止中も処理が必要

バイパス・仮設水処理プラントで代替

07

豪雨・災害で負荷急増

貯留・仮設・緊急搬出を検討

水処理の費用は、設備の購入価格だけでは判断できません。設置工事、薬品、電力、運転人員、保守、分析、汚泥処分など、導入後に継続して発生する費用を含めて比較する必要があります。処理水1㎥当たりの費用や、利用期間全体の総コストで評価します。

01

費用の内訳

設備・工事・運転・保守・処分

02

高コストの原因

過剰設計・薬品過多・高含水率

03

削減方法

薬品・電力・脱水条件を最適化

04

導入方式の比較

購入・外部委託・レンタル

05

再利用

処理水・固形物の再利用を検討

水処理費用は、設備を導入するまでの初期費用と、稼働後に発生する運転・維持管理費に分けられます。さらに、処理によって発生する汚泥の運搬・処分費も無視できません。特に汚泥量が多い現場では、設備価格よりも長期的な処分費の方が大きくなることがあります。

初期費用

設備・設計・施工

導入時に一度発生する費用。

運転費

薬品・電力・人員

処理量や負荷に応じて継続発生。

処分費

汚泥量・含水率・搬出

長期では設備費を上回る場合もあります。

水処理コストが高くなる代表的な原因は、設備の過剰設計、薬品の過剰添加、ポンプやブロワの非効率運転、膜やろ材の目詰まり、汚泥の高含水率などです。原水の流量・水質が変わっているにもかかわらず、導入時と同じ条件で運転を続けると、薬品や電力を余分に消費する可能性があります。

また、汚泥の濃縮・脱水が不十分なまま外部搬出すると、水分を含む重量に対して運搬・処分費がかかります。処理水側だけでなく、発生汚泥量、含水率、搬出回数、処分単価まで確認する必要があります。汚泥を現場で固液分離・減容化することは、搬出量と処理費の削減につながる場合があります。

設備

過剰設計・効率低下

必要以上の能力や老朽化設備。

運転

薬品過多・非効率運転

原水変化に条件が追随していない。

汚泥

高含水率・搬出量増加

水分を含む重量×処分費が発生。

薬品費を見直す場合は、ジャーテストで凝集剤の種類、注入量、pH、撹拌条件を調整します。過剰添加を避けることで、薬品費だけでなく発生汚泥量を抑えられる可能性があります。

電力費については、流量や負荷に合わせたポンプ・ブロワの運転、間欠運転、インバーター制御、高効率機器への更新などを検討します。ただし、生物処理の曝気量を下げすぎると水質が悪化するため、DOなどを確認しながら調整します。

汚泥処分費を下げるには、濃縮と脱水の改善が重要です。汚泥に適した薬品条件と脱水方式を選び、含水率と搬出量を削減します。費用評価では、薬品・電力・洗浄水・人員・処分費をまとめて比較します。脱水機は方式名だけで判断せず、汚泥性状と前処理条件を含めた評価が必要です。

薬品費

ジャーテストで最適化

種類・量・pH・撹拌を調整。

電力費

負荷連動運転

インバーター・間欠・高効率化。

処分費

濃縮・脱水を改善

含水率と搬出量を削減。

設備購入は、長期間にわたり安定した水量・水質を処理する場合に向いています。一方、短期間の工事、設備更新、災害対応、処理量の一時的増加では、仮設水処理プラントやレンタルの方が初期投資と保有リスクを抑えやすい場合があります。

外部委託は自社で設備を運転する必要がない反面、排水・汚泥量が多い場合は、運搬費と処理費が継続的に発生します。利用期間、処理量、緊急性、設置条件、運転人員をもとに比較します。

処理水を洗浄水、散水、冷却水、工事用水などに再利用できれば、上水・工業用水の使用量と排水量を抑えられる可能性があります。再利用の可否は、用途ごとに必要な水質、配管、貯留設備、衛生管理、法令・社内基準を確認して判断します。

固液分離した固形物も、成分と品質によっては原料や資材として再利用できる場合があります。再利用できない場合でも、脱水によって産業廃棄物量を減らせれば、運搬・処分費の削減につながります。

ただし、再利用設備の追加費用や管理負担も発生します。水購入費・排水費・処分費の削減額と、設備費・薬品費・電力費を比較し、回収期間を見積もることが重要です。セイスイ工業は、水の再利用と汚泥減容化を環境負荷・コストの両面から扱っています。

水再利用

上水・工業用水を削減

洗浄・冷却・散水・工事用水へ。

汚泥減容

運搬・処分費を削減

脱水により搬出量を減らします。

投資回収

削減額と追加費用を比較

設備・薬品・電力・管理を含めます。

水処理に関係する基準は、業種、施設、所在地、排水量、排水先によって異なります。国が定める一律排水基準だけでなく、自治体の上乗せ基準、下水道への排除基準、施設ごとの管理条件を確認し、適用される規制に合わせて設備を運転・管理する必要があります。

01

水質汚濁防止法

公共用水域への排出と排水基準

02

上乗せ基準

自治体条例による追加・強化基準

03

排水先別基準

河川・海域・下水道・再利用

04

測定・記録

採水・測定頻度・運転記録

05

設備変更

届出・事前相談の要否を確認

水質汚濁防止法は、工場や事業場から公共用水域へ排出される水などを規制し、人の健康の保護と生活環境の保全を図る法律です。対象となる特定施設を設置する事業場では、排出水を適用される排水基準に適合させる必要があります。

排水基準には、カドミウムや水銀などの有害物質に関する項目と、pH、BOD、COD、SSなど生活環境に関する項目があります。ただし、項目によって適用条件が異なり、生活環境項目には排水量などによる適用範囲もあります。具体的な数値は、環境省やe-Govの最新情報で確認してください。

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特定施設か

施設区分と届出対象を確認。

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適用項目

有害物質・生活環境項目を確認。

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適用条件

排水量・排出先・施設条件を確認。

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最新情報

現行条文・省令・行政案内を確認。

水質汚濁防止法に基づく一律排水基準とは別に、都道府県などが条例によって、より厳しい上乗せ排水基準を定めている場合があります。対象となる地域、水域、業種、施設、排水量によって、適用される項目や数値が変わることがあります。

そのため、全国共通の排水基準を満たしているだけで、必ず放流できるとは限りません。設備の設計・変更や放流を行う前に、事業場が所在する都道府県、市区町村、所管行政機関の条例と案内を確認します。(環境省)

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所在地

都道府県・市区町村を確認。

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対象水域

河川・湖沼・海域等を確認。

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業種・施設

対象業種・施設区分を確認。

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一律基準との差

項目・数値・適用条件を比較。

排水を河川、湖沼、海域などの公共用水域へ直接放流する場合と、公共下水道へ排除する場合では、確認すべき法令や基準が異なります。公共用水域への排出では水質汚濁防止法や自治体条例を確認し、下水道への排除では下水道法、自治体の下水道条例、下水道管理者が定める排除基準などを確認します。

処理水を工場内で再利用する場合も、用途に応じた品質、衛生、設備保護、製品への影響を確認する必要があります。排水先や再利用先を決めてから、その条件を満たす目標水質を設定することが重要です。(国土交通省)

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公共用水域

水質汚濁防止法・条例を確認。

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公共下水道

下水道法・排除基準を確認。

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再利用

用途別品質・衛生・社内基準を確認。

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業種別条件

工程・使用物質・施設条件を確認。

水質管理では、処理水を一度測定して終わりにせず、原水の変動や設備の運転状況と合わせて継続的に確認します。採水位置が適切でなければ、実際の放流水質や設備性能を正しく把握できません。排水口、処理工程の前後、負荷変動が起きる時間帯など、目的に合った場所と時期を設定します。

測定項目や頻度は、適用法令、条例、届出内容、行政指導、排水先の条件などによって異なります。測定結果は、流量、薬品使用量、pH、DO、設備異常、汚泥引き抜きなどの運転記録と照合し、異常の早期発見と原因分析に利用します。水質汚濁防止法には、対象事業者の排出水の測定・記録に関する規定があります。(e-Gov 法令検索)

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採水位置

排水口・工程直後・変動時間帯。

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測定頻度

法令・条例・届出・行政指導。

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記録保存

測定値と運転条件を紐付け。

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異常分析

流量・薬品・設備状態と照合。

水処理設備の処理方式、施設構造、排水量、使用薬品、排水経路、汚泥処理方法などを変更する場合は、既存の届出内容や適用基準に影響しないか確認します。変更内容によっては、法令や条例に基づく事前相談、変更届、使用開始に関する手続きなどが必要になる場合があります。

ただし、すべての設備変更に一律で同じ届出が必要なわけではありません。対象施設、変更内容、所在地、排水先によって判断が異なります。設計や工事を確定する前に、社内の環境管理担当者と所管行政機関へ確認し、必要な手続きと提出時期を整理してください。(e-Gov 法令検索)

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変更内容

方式・構造・排水量・薬品・経路。

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既存届出

届出内容との差分を確認。

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手続き要否

事前相談・変更届・使用開始。

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提出時期

設計・工事確定前に整理。

仮設水処理は、常設設備をそのまま置き換える万能な方法ではありません。設備の停止期間、処理量の一時的な増加、工事期間、災害など、必要な期間や負荷が限定される現場で特に有効です。原水と現場条件に合わせて機器を組み合わせ、処理後に撤去できる点が特徴です。

01

設備更新・故障時

停止工程を一時的に代替

02

一時的な能力増強

増産・季節変動・集中排水へ対応

03

災害・緊急対応

豪雨・浸水・設備破損時に搬入

04

土木工事

工期中だけ濁水・泥水を処理

05

実証試験

本設備導入前に実液で検証

06

適さない条件

長期・定常・設置制約などを確認

07

導入フロー

調査・試験・搬入・試運転・撤去

処理量と水質が長期にわたり安定し、今後も継続的な処理が必要な現場では、仮設水処理プラントを長期間借り続けるより、常設設備を導入した方が総コストを抑えられる場合があります。また、搬入経路や設置スペースが確保できない、必要な電源・給排水・配管を準備できない場合は、仮設水処理プラントを設置できません。

特殊な有害物質を含み、利用可能な機器では目標水質を達成できない場合や、発生する濃縮水・汚泥の処分方法を確保できない場合も適用が難しくなります。さらに、緊急性が高くても原水情報が不足していると、設備を正しく構成できません。

仮設か常設かは、利用期間、処理量、原水、必要設備、運転人員、搬入・撤去費、レンタル費、保守費を含む総コストで比較します。仮設水処理プラントもすべての汚泥や現場に同じ構成で対応できるわけではありません。

仮設水処理では、最初に処理対象、処理量、目標水質、希望期間を確認します。その後、必要に応じて水質分析や処理試験を行い、使用するタンク、薬注設備、ポンプ、固液分離機などを選定します。

設備構成を決めた後は、現地で搬入経路、設置スペース、電源、配管、放流先、安全条件を確認します。搬入・接続後に試運転を行い、処理水質と運転状態を確認してから本稼働へ移行します。運転期間中は、水質や設備状態を監視し、原水の変化に応じて薬品量や運転条件を調整します。処理終了後は設備を停止・撤去し、必要に応じて原状復旧を行います。セイスイ工業は、現場状況や原水濃度をヒアリングしたうえで、機器の組み合わせとプラントを提案しています。

水処理設備は、原水や汚泥の性状、処理量、設置条件によって適切な構成が異なります。ここでは、設備更新中の代替処理、発電所の堆積汚泥処理、土木工事での泥水再利用について、採用した設備と処理結果を紹介します。

し尿処理場の脱水機更新中に仮設水処理プラントを導入した事例事例の詳細を見る

現場・業種

し尿処理場

既設脱水機の更新工事が行われる現場。

課題

更新期間中も処理を止められない

未処理汚泥の外部搬出では、運搬量と費用が増える状態でした。

処理対象・採用方式

仮設プラントによる脱水・減容化

既設設備から汚泥を引き抜き、仮設設備で処理。

選定理由

必要期間だけ既設設備相当の能力を確保

常設設備を新設せず、工事期間中の処理を継続。

導入期間

2カ月間

既設設備の復旧まで仮設設備を代替機として稼働。

運転条件

原汚泥濃度 約1.2％

脱水後の汚泥は含水率80％。

石炭火力発電所の石炭汚泥を仮設プラントで効率処理、産廃量を1/5に削減事例の詳細を見る

現場・業種

石炭火力発電所

雨水貯槽に石炭汚泥が堆積していた現場。

課題

バキューム搬出では産廃量と費用が増大

既設設備だけでは高濃度汚泥を処理しにくい状態。

採用設備

HS-500MW 2台

高分子凝集剤を加え、デカンタ型遠心分離機で固液分離。

選定理由

高濃度汚泥を連続処理

現場で水分を分離し、外部搬出量を削減。

稼働条件

1日7時間

現場条件に合わせて仮設水処理プラントを稼働。

処理水

既設水処理設備へ返送

脱水後の固形物はダンプへ排出。

高速道路工事の鋼管圧入工事で土木泥水再利用システムを導入した事例事例の詳細を見る

現場・業種

高速道路の鋼管圧入工事

高濃度泥水が発生する土木現場。

課題

狭い現場で沈殿槽を複数置けない

外部搬出では産廃量と水道費も増える状態。

採用設備

HS-500MW＋薬品自動溶解装置

凝集剤を加えた泥水を連続固液分離。

選定理由

沈殿待ち不要・省スペース

高濃度泥水を連続処理できるため。

稼働条件

9㎥/h・1日8時間

現場条件に合わせて連続処理。

処理水

鋼管圧入工事へ再利用

水道使用量の削減にもつながりました。