乳業排水処理における化学凝集剤の比較性能評価：多基準意思決定アプローチ

なぜ乳製造工場と河川がつながっているのか

一杯の牛乳や一切れのチーズの裏には、目に見えない汚れた水の流れがあります。乳製品工場では洗浄やリンス、加工に大量の水を使い、その排水には乳成分の残渣、脂肪、洗浄剤などが多く含まれます。適切に処理されなければ、近隣の河川や湖沼は急速に酸素を失い、魚類やその他の生物が生きられなくなります。本研究は、バングラデシュの大手乳製造工場がどのように排水を浄化しているかを調べ、安価で単純な化学薬剤がその浄化をより効果的かつ管理しやすくできるかを検討します。

乳製造工場はどのように水を浄化するか

研究者たちは、ダッカ近郊にある大規模な乳製造工場に付属する排水処理施設に着目しました。この施設は、好気性（酸素下で微生物が働く工程）と嫌気性（酸素を必要としない工程）という二つの一般的な生物処理を組み合わせ、乳加工に由来する有機物を分解します。チームは処理施設の入水口と出水口で、モンスーン、冬、夏の三つの季節にわたり水サンプルを採取し、気候や生産条件の変化下でも施設が安定して機能するかを評価しました。

水質が規則を満たしているかの確認

性能を評価するため、科学者たちはいくつかの標準的な水質指標を追跡しました。これには、有機物分解時の酸素消費量を示す指標（BODおよびCOD）、溶解している鉱物の量（TDS）、含有する微小粒子の量（TSS）、および酸性度（pH）が含まれます。これらをバングラデシュの新しい国家排出限度と比較しました。三つの季節を通じて、処理施設はBODとCODを約97〜98％削減し、溶解性および懸濁性固形物を90％以上除去しました。水のpHは入水ではやや酸性寄りでしたが、出水では安全な中性域に変わっていました。簡単に言えば、既存の処理システムは乳業排水という非常に汚れた水を、国の最新の環境基準を満たすほどに浄化していました。

なぜ化学的な助けを加えるのか

良好な生物処理があっても、工場では通常、最初に行う「一次」処理ステップが有益です。本研究では、化学的凝集に基づくそのような一次処理を検討しました。凝集処理では、添加された薬剤が微小な粒子や一部の溶解物を凝集させて沈降させます。研究では、塩化第一鉄（フェリッククロライド）、硫酸鉄（フェロウスサルフェート）、ポリアルミニウム塩（ポリアルミニウムクロリド）という、広く使われる低コストの三種の凝集剤を石灰と組み合わせて試験しました。石灰は酸度を調整し、凝集の形成を助けます。ジャーテスト（実際の槽を模した小規模試験）で異なる投与量の組み合わせを試し、どれだけ追加で汚染物質が除去されるかを測定しました。どの汚染物質に対しても万能の混合物はなく、現実的なジレンマが生じます：複数の水質問題を同時に抑えたい場合、どの選択肢を採るべきか？

意思決定ツールに優先案を選ばせる

そのジレンマを解決するため、研究者たちは多基準意思決定（MCDM）法という意思決定科学の手法を借用しました。個々の薬剤組合せを単一の数値で評価する代わりに、これらの手法はBOD、COD、TDS、TSSという複数の目標を同時に重み付けして性能を評価します。チームは異なる数学的アプローチを用いる三つの順位付け手法を適用し、四つの汚染指標に等しい重要度を与えました。驚くべきことに、三手法とも同じ勝者を示しました：石灰と硫酸鉄の混合で、いずれも100ミリグラム毎リットルの投与です。この組合せはBODを約94％、CODを86％、溶解性固形物を52％、懸濁性固形物を94％除去し、特定の一指標だけに優れるのではなく、全体的にバランスの良い強力な性能を提供しました。

より清潔な水と手頃な処理のための意味

専門外の読者に伝えたい要点は、比較的単純な化学処理を、慎重な比較手法で導けば、乳業排水処理をより清潔で信頼できるものにできる、ということです。調査対象のバングラデシュ工場は既に厳しい国家基準を満たしていますが、最適化した化学的前処理ステップ、特に示された投与量の石灰と硫酸鉄の組合せを追加すれば、生物処理ユニットの負荷を軽減し、生産が増加しても安全マージンを確保できます。本研究は、単一の汚染指標に頼るのではなく、構造化された順位付け手法を用いて、河川や地域社会を最もよく守る化学レシピを、手頃で実行可能な形で選べることを示しています。

引用: Al Jobair, A., Kwoshik, M.M.K., Ahmed, T. et al. Comparative performance evaluation of chemical coagulants in dairy wastewater treatment: a multi-criteria decision-making approach. Sci Rep 16, 13097 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42339-9

キーワード: 乳業排水, 凝集処理, バングラデシュ産業, 排出基準, 意思決定手法