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下水道処理場の科学とイノベーション：カンツールマガジンが解き明かす水循環の重要性 (第4話)

2021年3月5日金曜日

下水道の基礎知識


みかんちゃん、前回はお風呂の水がどうやって下水処理場にたどり着くかのお話をしたね。
→前回の話【公共ますから下水処理場へ】←
今日は下水処理場でどうやって汚水を綺麗にしているかを説明するね。

諏訪 美管

はい！よろしくおねがいします(^^)
その前に、みかんちゃんにうれしいお知らせがひとつ。
え？　なんですか？
みかんちゃんの名刺が出来たよ。ハイ。
これで、営業活動ができるようになったね。
わー❤❤❤　嬉しい～！
これからもしっかり勉強して【ＫＡＮＭＡＧＡ】を通して下水道のことを世の中に広めていきますね。






どうやって汚い水をきれいにするの？

家庭の中で使われている様々な水は排水管を通して下水管に流れていき、
水再生センター（下水処理場）にたどり着きます。
水再生センターでは数種類のプールのような池に汚水を順番で通していき、汚水を綺麗にしていきます。


下水処理場では下水がいくつかの【池：施設】を通ってきれいになる 7つの過程を簡単に説明するね！

①

下水が処理場に着いて最初に行われるのは、大きなゴミを取り除くこと。
左図のようにスクリーン（格子状の柵）で大きなゴミを取り除き、スクリーンを通過した水を次の【池】に送るんだ。

②


この【池】では下水の流れを止めて、ゴミを沈めるんだ。
そして、下に沈んだゴミをポンプで取除いて下水を次の【池】に送るんだ。

③

この【池】で大量の微生物が含まれた泥を加えるんだ。 加えられた微生物は下水の中の汚れをどんどん食べてくれるんだよ。

下の動画を見ると食べているところが分かるよ。

引用元：CityOfYokohama


④

そして汚れをたくさん食べた微生物たち重みで下に沈んでいき、
上にはきれいになった透明な水が残るんだ。

⑤

透明になった水をすごく細かなフィルターを通して、 ここまでで取り切れなかった小さなゴミを全部取り除くんだよ。

⑥

ここまで来た下水は見た目がとってもきれいになっているけど、
ばい菌や細菌が残ってるから最後の【池】で消毒をするんだ。

⑦

そしてきれいになった水は海や川へ放流されるんだよ！

へぇぇぇ～～～～！！
(みかんちゃん用に)すごく簡単な解説になっちゃったから、 下水処理場の全体像を見ながら復習してみよう！
・・・・Σ(￣ロ￣lll)　





下水処理場のしくみ


汚水が下水道管を通って最終的に辿り着く下水処理場。
沈殿池、最初沈殿池、反応タンク、最終沈澱池、消毒設備を通ってキレイに処理されます。

①沈砂池・・・大きなごみを取り除く。
②最初沈殿池・・・時間をかけてゆっくり流すことで、汚れを沈殿させる。
③反応タンク・・・微生物の入った泥を入れて6～8時間かき混ぜる。
→汚れが微生物によって分解されたり微生物に付着し、沈みやすいかたまりになる。
④最終沈殿池・・・反応タンクでできた泥のかたまりを3～4時間かけ沈殿させ、上ずみと汚泥に分離。
→上ずみは処理水として消毒設備へ！
⑤消毒設備・・・処理水を塩素消毒して大腸菌等を消毒してから、川や海に流す。


そしてまた川や海の水が蒸発して雨となり、川へながれ一部が水道水となり、お風呂で使われます。 これが水の循環。

下水道も水の循環の一部になっているのです。


それにしてもこんな小さな生き物たちが水をきれいにしてくれていたなんて、びっくりしました！
でしょ！微生物がいる反応タンクは処理場のメインイベント！
これは【活性汚泥法】と言って標準的な方法なんだ。

活性汚泥法


活性汚泥法とは酸素を必要とする好気性微生物 に下水の汚れ(有機物)を処理させてきれいにする方法です。
　
好気性微生物はズーグレア、シュードモナス、バチルスなどの細菌が主体であり、 ツリガネ虫、クマムシ、ワムシなどの原生動物なども含まれます。

微生物が汚れを食べたり、細かい汚れが微生物の体にくっつくことで重くなり沈んでいきます。
そうして微生物が含まれる活性汚泥と上ずみに分離され、 上ずみは処理水に、沈んだ活性汚泥の一部は再び反応タンクに戻され活躍します。

へぇぇぇ～～～～
汚水をきれいにしてくれる微生物ってこんなにいるんだぁ。
こんな可愛いのもあるよ。微生物カード(*^^*)

汚水を綺麗にするにはこれらの生き物たちの力が必要なんだけど、多すぎても少なすぎてもダメなんだ。
え！てっきり、多ければ多いほど早くきれいになるのかと思いました！
これらの生き物も僕らと一緒で酸素を必要としているから多すぎると酸素が足りなくなっちゃうんだ。
下水処理場では【生き物の量】と【酸素の量】を細かく調整してるんだよ。
そして彼らのおかげもあって下水はこんなにきれいに変化するんだよ。
①下水 ②微生物を混ぜたところ ③沈めたところ ④ろ過したところ
わー、すごい！！
汚れた水がこんなに透明になるんだぁ！
④の水なんかもう飲めそうですね！
いやいや、綺麗に見えるけどばい菌や細菌が含まれているから、まだ飲めないよ(汗)
このままでは、川に流せないから塩素で消毒するんだ。
でも塩素って害はないんですか？
塩素はプールや水道水にも入っているから少しなら安全と言われるてるけど、 やっぱり薬品だから少なからず害がある。
だから、細菌を【紫外線】とか【オゾン】とか薬品を使用しないで消毒する施設も増えてるんだ。
薬品を使わない方が身体にも環境にも良さそうなイメージです！
でもそういった特別な方法にはコストがねぇ、、、。
下水処理施設は県や市町村が管理してるから維持費や更新費がかかる。 みかんちゃんの入社初日にも下水道は大変なんだって説明したけど下水処理場も同じなんだよ。
出た～💦またお金の問題ですね(・_・;) でも下水処理場がなくなっちゃったら、ものすごく大変なことになりますから維持していかねばですね！
僕たちが住む街って、大きな街から小さな街、観光地だと休日にたくさんの下水が出る。
だから、その地区の規模や汚水の性質に合わせたいろいろな処理方法があるんだよ。
処理方法 内容 長所 短所
酸素活性汚泥法 標準活性汚泥法の反応タンクに酸素を送り込み微生物を活性化させる方法 標準活性汚泥法より小さな敷地ですむ。 酸素を送るため維持費が高くなる
　
オキシデーションディッチ法 最初沈殿池を設けずに無終端水路（流れるプール）を反応タンクとして、活性汚泥処理を行い最終沈澱池で汚泥と処理水とを分離する方法 処理の安定性がある。維持管理がしやすい。流入下水の水質の影響をうけにくい 処理水量あたりの敷地面積が大きい
他にもいろいろあるから様々な処理方法を参考にしてみると良いよ。
（笑）あともうちょっとだから頑張って。
はっ、、はい



処理水の課題


さて、水はきれいになったんだけどここで難しい問題があって、処理水には【窒素】や【リン】が多く含まれてんるんだ。
実はこの2つの成分は、植物にとっては素敵な栄養素。 でも水域にとっては赤潮問題の原因にもなるんだよ。
赤潮！小学校の社会で聞いたことあります(^^)

赤潮問題

処理場できれいになった処理水には【窒素】や【リン】が多く含まれています。

この2つの成分は、植物の育成段階では肥料となる栄養素です。
そのため、窒素やリンが多く含まれる処理水を海や川に流すと植物性プランクトンが大量発生して生態系に大きな影響を及ぼします。
水域に窒素やリンが多く含まれることを富栄養化と言い、いわゆる赤潮発生の原因のひとつとなってしまうのです。


処理水の窒素やリンを除去する事もできて【高度処理】と言うんだけど、 高度処理は取り入れるのも維持するのにもお金がかかるのが現状なんだよ。
聞けば聞くほどお金の問題、環境の問題。
問題・問題が山積みですね。
そうなんだ。
だから、維持費を抑えるためにいろいろな工夫をしてるんだよ。
処理場で使う電気を太陽光発電でまかなったり、汚泥処理で発生するガスで発電したり。
それと、汚水から出た汚泥をさまざまなところで２次利用したりしてるんだ。

汚泥の再利用

下水処理過程で発生する下水汚泥は、様々な資源として活用されています。

肥料

砂利の代わりやセメントの原料

レンガやタイルの原料

へぇ～これはいいですね！！




下水処理場付近の管の点検


ところでみかんちゃん、下水処理場は汚水の最終到着地点だから、処理場付近の管は1500㎜とか3000㎜くらいの大きな管になって絶え間なく流れてくるんだ。 でも一時的に汚水を止めないと点検とか作業ができない事もあるよね？
さぁ、こんな時どうする？
あ、分かった！こんな時は止水プラグの登場じゃないですか！？
でもそんなに大きな管を塞げる特大のプラグってあるんですか？
止水プラグは13㎜の小さいものから3000㎜くらいの大口径を止められるものもあるんだ。

引用元：Lampe


おぉ～大きい！！！
これどうやって地上から運んだんですかー！
これはエアープラグといって空気で膨らませているんだよ。
下の現場のように折りたたんでマンホールから入れて管内に設置してから膨らませるんだ。

最大使用管径φ2500㎜のプラグ。広げた様子。

φ600㎜のマンホールから挿入する様子。







みかんちゃん、今日までの説明で水の循環の一連の流れ、理解してくれたかな？
次回は、下水道管をどうやって点検や調査をしているかを説明するね。
はい！下水も水循環の一部で私達の生活になくてはならないってこと、
そして下水道施設も本当に重要なんだって実感しました！
わたし、下水道の事が好きになってきました❤



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