XJY 下水汚泥をバイオソリッドに変える：廃水処理とその先への旅

XJYの導入 汚泥処理

1950年以前、アメリカ合衆国のほとんどの地域では、ほとんど、あるいは全く処理されずに、排水、つまり下水を河川や小川に排出していました。都市人口が増加するにつれて、河川や小川の自然処理能力は限界に達し、多くの地域で水質の悪化を引き起こしました。水質悪化への懸念から、アメリカ合衆国全土の何千もの地域で廃棄物処理場が建設されました。水処理 1950年代から1960年代にかけて、下水処理システムが大幅に改善されました。これにより、河川や小川の水質は大幅に改善されましたが、新たな処理対象物、すなわち下水汚泥が生まれました。処理施設に流入する下水の約99%は、再生水として排出されます。残りは、処理プロセスによって捕捉された希薄な固形物懸濁液です。これらの下水処理固形物は、一般に下水汚泥と呼ばれています。

写真  1 下水

「下水汚泥」または「バイオソリッド」 - 名前には何が含まれていますか?

「バイオソリッド」という用語が、最近、廃水処理業界で導入されました。業界では、バイオソリッドを、安定化と病原菌の減少のために十分な処理が施され、土壌散布に十分な品質を備えた下水汚泥と定義しています。この用語は、高品質の処理済み下水汚泥を、未処理の下水汚泥や大量の環境汚染物質を含む下水汚泥と区別することを目的としています。また、「バイオソリッド」という用語は、下水汚泥が生物学的プロセスによって生成されることを強調することで、産業汚泥と区別するのにも役立ちます。この用語は、下水汚泥の本質を隠蔽し、一般の人々にとってこの物質の土壌散布に対する抵抗感を軽減しようとする試みであると批判する声もあります。 「バイオソリッド」という言葉は、「下水汚泥」や単に「汚泥」という言葉ほど否定的なイメージを抱かせるものではないことは確かですが、上記の区別を正しく用いる限り、正当かつ機能的な用語です。本文書では、「下水汚泥」は一般的な下水処理固形物を指し、「バイオソリッド」は特に土地への散布に適した物質を指します。

写真  2 下水汚泥ライン

の生産 市営XJY下水汚泥

都市下水（下水）とは、都市部や郊外の家庭や事業所で洗濯、入浴、トイレの水洗などに使用された水を指します。都市下水には、工業地帯の水も含まれる場合があります。工業プロセスで発生した化学物質や汚染物質を除去するため、都市下水システムに排出する工業事業者は、下水を下水道に排出する前に前処理する必要があります。廃水は衛生下水道システムを経由して、中央下水処理場（公営処理場、POTWと呼ばれることもあります）に送られます。POTWでは、下水は一連の処理工程を経て、物理的、生物学的、化学的プロセスによって栄養素や固形物を除去し、有機物を分解し、水中の病原体（病気の原因となる微生物）を破壊します。再生された水は小川や河川に放出されるか、広大な土地に散布されることもあります。

写真3 都市下水汚泥処理

未処理下水の前処理には、棒切れ、瓶、紙、ぼろ布などの大きな異物を除去するふるい分けと、無機固形物（砂、砂利、燃え殻）を水中から急速に沈殿させる沈砂除去段階が含まれます。この処理段階で除去されたふるい分け物と沈砂は通常、埋め立て処分され、下水汚泥の一部にはなりません。

一次処理では、重力沈降法と浮上法が採用され、この段階で処理される固形物の約半分が除去されます。この処理段階で沈殿する固形物（有機物と無機物の両方）は底部から引き出され、一次汚泥となります。ほとんどのPOTWでは、一次処理中に水面からすくい取られる浮上物（油、グリース、木質物、植物質）は別途処分され、一次汚泥の一部にはなりません。

二次処理は、自然界に存在する微生物を用いて、排水中の懸濁物質および溶解性有機物を分解（分解または消化）する、厳密に制御され、加速された生物学的プロセスです。分解された有機物は二酸化炭素に変換され、大気中に放出され、微生物細胞塊へと変化します。

二次沈殿池では、微生物細胞塊が底に沈降し、除去されます。この主に有機物からなる物質は二次汚泥と呼ばれます。

一部の処理施設では、廃水中の植物栄養素（窒素およびリン）、浮遊物質、または生物学的酸素要求量（BOD）をさらに低減するための三次処理工程も備えています。化学的に沈殿させたリンとろ過によって三次汚泥が生成されます。

最後に、病原性微生物を死滅させるための消毒処理が行われます。再生された水は、小川や河川に放流されるか、広大な土地に散布されることもあります。

XJY治療方法 都市下水汚泥

通常、一次汚泥、二次汚泥、三次汚泥は混合され、固形分1～4%を含む混合物は「生」下水汚泥と呼ばれます。生下水汚泥は病原体を含み、不安定で分解しやすい性質のため、健康および環境に潜在的な危害を及ぼす可能性があります。しかしながら、現在では、下水汚泥を安定化させ、病原体含有量を減少させ、固形分含有量を増加させるための様々な処理方法が用いられています。下水汚泥中の病原体レベルを安定化および低減するために一般的に用いられる処理方法のいくつかを、表1に列挙し、簡単に説明します。

何が 下水汚泥?

下水汚泥は、無機物と有機物、高濃度の植物栄養素、微量元素¹、有機化学物質、そして病原菌で構成されています。下水汚泥の組成は、廃水の組成と処理方法によって大きく異なります。表2は、下水汚泥に含まれる植物栄養素と一部の微量元素の中央値と95パーセンタイル濃度を示しています。これらのデータは、1996年から1997年にかけてペンシルベニア州で発生した下水汚泥に関する広範な調査から得られたものです。

対処の選択肢 下水汚泥

下水汚泥は、有益に活用できる有機・栄養資源とみなすことも、廃棄すべき廃棄物とみなすこともできます。1991年以前は、ペンシルベニア州からのものも含め、大量の下水汚泥が海洋投棄されていました。海水への過剰な栄養塩負荷への懸念から、この方法は禁止されました。現在、ペンシルベニア州で発生する下水汚泥のほぼ全てが処理されており、バイオソリッドとして分類できるほど高品質です。この物質の半分弱は埋め立てまたは焼却処分され、残りのバイオソリッドは農業、鉱山再生、造園、園芸などに利用されて土壌にリサイクルされています。これらの選択肢にはそれぞれ、経済的および環境的な利点、問題点、そしてリスクが伴います。

埋立処分

管理と資材処理の観点から見ると、埋め立てはおそらく最もシンプルな解決策でしょう。経済的な観点から見ると、現状では埋め立ては他の選択肢と比較して有利です。しかし、埋立地のスペースが制限され、廃棄物処理費（投棄費用）が上昇するにつれて、この状況は間違いなく変化するでしょう。環境の観点から見ると、埋め立ては汚泥を一箇所に集中させることで、汚泥由来の汚染物質や病原体の放出を防ぎます。埋立地が適切に建設され、維持管理されていれば、環境リスクは最小限に抑えられます。

しかし、下水汚泥の埋立処分にはリスクが伴います。有機廃棄物は埋立地で嫌気性分解され、メタンガスが発生し、大気中に放出される可能性があります。メタンは温室効果ガスであり、地球温暖化の原因の一つとして指摘されています。埋立地から放出されるその他のガスは、不快な悪臭の原因となる可能性があります。下水汚泥が埋立地に多量の栄養分を添加することは、地域環境へのリスクとなります。埋立地のライナーや浸出水収集システムに不具合が発生した場合、これらの栄養分が地域の地下水や表層水を汚染する可能性があります。また、下水汚泥の埋立処分は貴重な埋立地のスペースを占有し、汚泥に含まれる有機物や植物栄養素の潜在的な恩恵を失うことになります。

写真  4 埋立処分

焼却処分

下水汚泥焼却は、処分対象となる物質の容積を削減し、病原菌を完全に死滅させ、ほとんどの有機化学物質を分解し、下水汚泥に含まれる微量の熱量を回収します。残留灰は、元の汚泥の容積のわずか10～20%を占める、安定した比較的不活性な無機物質です。下水汚泥中の微量金属のほとんどは、灰に濃縮されます（濃度は5～10倍に増加します）。この物質は、建設資材として再利用できる可能性がありますが、通常は埋め立て処分されます。

焼却は、二酸化炭素（もう一つの温室効果ガス）やその他の揮発性汚染物質（カドミウム、水銀、鉛、ダイオキシン）を大気中に放出する可能性があります。焼却炉の運転には、排ガスから微粒子状物質（フライアッシュ）と揮発性汚染物質を除去するための高度なシステムが必要です。そのため、焼却は下水汚泥処理において、より費用のかかる選択肢の一つとなっています。埋め立てと同様に、下水汚泥に含まれる有機物や植物栄養素の潜在的な利点は失われます。

写真5 焼却処分