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都市水代謝システム

都市を一人の人間と例えた場合、都市の水の供給(上水道)は人が水を飲むことに、下水・排水の放流は人が尿を排泄することに、水の再利用は体内で水分が繰り返し利用されることに、例えることができる。

下水処理の目的

汚水を処理して清澄で衛生学的に安全な処理水を環境に戻すこと。

水処理

水処理とは、水中の汚物を固形化またはガス化し、取り除くことと言い換えられる。水中の物質を固形化し取り除くことを固液分離という。
すなわち、水処理すれば固形物(汚泥という)が残る。よって、水と処理のより発生した汚泥の両方を処理するのが水処理である。

水の再利用

近年、下水処理水は水資源として(参考資料)、汚泥はエネルギーが蓄積された有機資源として(参考資料)再利用しようという動きがある。

下水処理の分類

一次処理:固形物や浮遊物を沈殿または浮上させ、水中から除去する。
二次処理:一次処理後、下水中の溶存物質を微生物に分解させる。
高度処理:二次処理でも十分に除去できない有機物、窒素、リンを除去する

標準活性汚泥法

標準活性汚泥法は、最初沈殿池、反応タンク(エアレーションタンク)、最終沈殿池、からなる。
まず、最初沈殿池で砂や沈殿可能な有機物を沈殿させる。この流出水と返送汚泥を混合したものを反応タンクに入れる。反応タンクは激しく曝気(水に空気を吹き込むこと)される。すると、細菌類、原生動物、後生動物などの好気性(=酸素呼吸する)微生物が下水中の有機物を利用して繁殖し、凝集性のあるフロックが形成される。後段に活性汚泥を沈めるための最終沈殿池を設ける。沈んだ汚泥は反応タンクに返送される。余剰分(余剰汚泥と呼ばれる)は引き抜かれ捨てられる。最終沈殿池で沈殿しなかった微生物を殺菌するために、処理水は塩素処理される

処理メカニズム

下水中の有機物は①活性汚泥に吸着され、②微生物に酸化・分解され、③汚泥になる(=微生物が増殖し、バイオマスが増える)、またはCO2まで分解されガスになる。
少量の有機物は処理できずに処理水中に残存する。
正しい化学反応式ではないが、以下のような反応式はメカニズムを理解する二は有効である。
有機物+O2→CO2+H2O+エネルギー
微生物は有機物からエネルギーを得て、増殖する。
曝気により多大な電気が使われる。

授業スライド