市町村下水から界面活性剤と栄養塩を同時に除去するA2Oプロセスの有効性と限界

なぜよりきれいな下水が重要か

食器洗いや洗濯、トイレの排水のたびに、食べ物のくず、石けん、窒素やリンといった栄養塩が排水口に流れ込みます。処理場でこれらが除去されないと、有害な藻類の大発生を引き起こしたり、野生生物に害を及ぼしたり、飲料水を脅かしたりします。本研究は、A2Oと呼ばれる一般的な処理設計が、界面活性剤と栄養塩の両方をどれだけ効果的に除去できるか、実地運転の1年間を通じてその弱点がどこにあるかを検証します。

この処理ラインの構成

調査対象の処理場はイランのヤズド州にあり、無酸素槽、低溶存酸素槽、ごく酸素が供給される曝気槽の3段階の生物学的システムを採用しています。排水はまずスクリーンや砂分離を通過し、これらの槽を順に流れた後、沈殿槽で固形物が沈降し、処理水は消毒されます。研究者らは1年間、毎月この経路の複数点で水質を採取し、有機物、洗剤、窒素、リンが各段階でどれだけ残っているかを試験しました。

システムが非常に優れている点

この処理場は一般的な有機汚濁の除去に非常に成功していることが示されました。これは未処理のままだと水が消費する酸素量を反映するCODやBODという指標で評価されますが、季節を通じて約96〜98％の削減が達成され、最終放流水レベルは放流・再利用の国内基準を十分下回りました。家庭用界面活性剤の一つであるLASで表される洗剤も高効率に除去され、全季節で92％超の低減が見られ、最終放流での残留濃度は最も低くなっていました。この浄化の大部分は、石けん様分子を分解する活性微生物が豊富な曝気槽で起きていました。

システムが苦戦する点

これに対して、栄養塩、特に硝酸態窒素に関しては性能が劣りました。ライン内では排せつ物由来のアンモニアが曝気槽で硝酸に酸化されますが、低酸素槽でその硝酸が無害な窒素ガスに変換される量が不十分でした。その結果、最終放流水中の硝酸濃度は、地下浸透井への放流に対する最も厳しい国内基準をわずかに上回ることがありましたが、表流水の基準は満たしていました。リンの除去も全体的に控えめで、取り込まれるリンのうち約4分の1しか除去されておらず、リン蓄積性細菌を支持するように設計されたプロセスにもかかわらず期待より低い結果でした。

リン除去が難しい理由

リン除去が遅れた理由としていくつか挙げられます。沈殿槽からの汚泥は乾燥床で乾燥され、一部が生物処理ラインの初めに戻されています。これらの乾燥床では、蓄えられたリンが水中に放出されやすい条件になっており、リサイクル流が最初の槽に余分なリン負荷をもたらします。同時に、いくつかの硝酸も再循環されるため、第一槽は完全な無酸素状態から低溶存酸素の状態へと変わり、通常リンを取り込み蓄える微生物を十分に支えられなくなります。界面活性剤自体もある濃度でこれらの有益な細菌にストレスを与え、リンの取り込みをさらに制限する可能性があります。

将来の下水処理場にとっての示唆

総じて、結果はA2Oプロセスが市町村下水から有機性廃棄物や洗剤を環境基準を満たすかそれを上回るレベルまで確実に除去できる一方で、硝酸塩とリンについては一貫性に欠けることを示しています。地域社会にとって、A2Oシステムを導入するだけでは不十分であり、曝気、汚泥リサイクル、炭素源の調整を慎重に行って有益な微生物が想定通りに栄養塩を除去できるようにする必要があります。こうした微調整により、既存の処理場は河川や湖沼、飲料水をよりよく保護しつつ、現代生活から出る石けんや汚れの混合物を引き続き処理できるようになります。

引用: zarei Mahmoudabadi, T., Teimouri, F., Bagheri, A.H. et al. Efficacy and limitations of the A2O process in simultaneous removal of surfactants and nutrients from municipal wastewater. Sci Rep 16, 16196 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-45194-w

キーワード: 下水処理, A2Oプロセス, 洗剤除去, 栄養塩汚染, 市町村汚水