下水中のマイクロプラスチック除去における活性汚泥法と電気凝集法の比較評価

日常生活と下水中の微小プラスチックが気にかかる理由

衣類を洗う、食品容器をゆすぐ、プラスチック包装の製品を使うたびに、目に見えないほど小さなプラスチック片が排水に流れ込みます。こうした「マイクロプラスチック」は下水処理場をすり抜けて河川や海に入り、魚に食べられ、最終的には私たちの食卓に戻る可能性があります。本研究はシンプルだが重要な問いを投げかけます：典型的な都市の下水処理場はこれらの粒子をどれだけ除去できるのか、そして比較的簡易な追加処理で環境へ放出される量を大幅に減らせるのか？

小さなプラスチック、大きな環境問題

マイクロプラスチックは直径5ミリメートル未満のプラスチックの破片や繊維で、多くはそれよりずっと小さいです。袋やボトルの分解、合成繊維を洗濯した際の脱落、かつて化粧品などに使われていた微粒子ビーズなどが由来です。プラスチックは分解して消滅するのではなく細かく壊れるため、こうした粒子は水中に何年も残留し得ます。プランクトンから魚に至るまでさまざまな生物に摂取され、表面に有害な化学物質や金属を運び、病原体を含む微生物群集の住みかにもなり得ます。下水処理場は重要な分岐点であり、大量の廃水を扱うなかでこれらの粒子を捕捉するか、下流の水域へ流出させるかを左右します。

実際の処理場を詳しく調べる

研究者らはエジプトのカフルサード市にある、活性汚泥法という一般的な処理方式を使う下水処理場に着目しました。夏の1か月間にわたり、流入する下水と最終処理水を採取し、実験室由来の余分な繊維が混入しないよう注意してサンプルを処理しました。天然由来の有機物を除去するための化学消化、重い粒子からプラスチックを浮かせる密度分離、微粒子を捕える精密ろ過を用い、0.1ミクロン程度までの粒子を捉えました。実体顕微鏡や電子顕微鏡で個数と画像を記録し、赤外線を用いた同定法や元素分析でどの種類のプラスチックが含まれるかを特定しました。

現行処理の性能と欠点

処理前の流入下水1リットル当たりには約136個のマイクロプラスチックが含まれており、大半は細い繊維や不規則な破片で、色も様々でした。沈殿槽、微生物による曝気、消毒などの工場の通常工程を経た後でも、その数はリットル当たり約23個に減少し、除去率は約83％でした。一見すると高い除去率に見えますが、最も小さく軽い粒子は捕捉が難いため、毎日数百万個が処理場外へ流出する可能性が残ります。化学的な指紋解析では、大部分が包装や繊維によく使われるポリエチレンやポリプロピレンで、ポリエステルやポリスチレンなどのポリマーも少量含まれていることが示されました。

電気でプラスチックを凝集させる

除去性能を向上させられるかを確かめるため、研究者らは原水と既に処理された水の双方に対して「電気凝集」という追加工程を試験しました。この方法では金属製の電極を水中に置き、弱い電流を流します。電極が徐々に溶出して放出される帯電粒子が、マイクロプラスチックや他の汚濁物質を引き寄せて大きなフロック（凝集塊）を形成させ、それが浮上または沈降して分離できるようになります。実験室用リアクターでアルミニウム電極と穏やかな運転条件を用いたところ、前処理済み下水では濃度がリットル当たり約12個に、さらに既処理水ではわずか2個にまで下がり、除去効率は91％超となり、従来工程のみより優れた結果が得られました。顕微鏡観察と元素分析により、この工程後に残るものは大半が無機残渣であり、プラスチックではないことが確認されました。

よりきれいな水に向けての含意

専門外の読者に向けた主要なメッセージは、よく運用された下水処理場であってもマイクロプラスチックを放出している点と、比較的低技術な追加の電気処理によって通過してしまう大部分を除去できる可能性がある、ということです。電気凝集はプラスチックの微粒子を凝集させて沈降や浮上で回収できる塊に変えるため、捕捉しにくい微細粒子の霧状分散を汚泥として扱える大きな塊に変えます。本研究は、通常の生物学的処理の後にこの工程を追加することで、河川や海へ向かうマイクロプラスチック汚染を大幅に減らせる可能性を示唆しており、処理能力を過度に圧迫したり主要な微生物群集を乱したりすることもないとしています。実装規模での試験は今後必要ですが、この併用アプローチは水域へのプラスチック流出を減らし、最終的には私たちの食べ物や飲み水への混入を抑える有望な道筋を提供します。

引用: El-Ezaby, K.H., Abou Samra, R.M., Hamzawy, A.H. et al. Comparative evaluation of activated sludge and electrocoagulation for microplastics removal from sewage. Sci Rep 16, 9675 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41175-1

キーワード: マイクロプラスチック, 廃水処理, 電気凝集, 活性汚泥, 下水汚染