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下水処理施設・浄水場等の排水処理と事例

処理水は、消毒して公共用水域に放流されるか工業用水等の雑用水として再利用されます。
川や海などの水環境を守るために、下水処理場は適正に水質が管理されなければなりません。私たちには、水や下水道を正しく使って下水道管や下水処理場の負担を減らして、水環境を守る大切な役割があります。

下水処理場とは、下水道の汚水を浄化し、河川、湖沼または海へ放流する施設のことです。
2006年度時点でわが国には約2000箇所の下水処理場が稼働し、年間処理量は約141億トン（東京ドームの約11,320杯分に相当）と言われます(日本下水道協会資料より)。
下水道処理場は雨水と汚水の浄化を主な目的として建設・運営されており、浄化とは主に下水中の有機物を除去する工程をいい、手段として物理的、生物的処理が行われます。

下水処理施設・浄水場等の排水処理の方法

【汚水】
汚水としては、水洗式便所からのし尿や、家庭における調理・洗濯で生じる生活排水と、商店やホテル・町工場から大工場にいたる事業場からの産業排水（耕作は除く）などがあります。

【処理水】
物理的処理としては下水中の沈殿性有機物を分離・除去する沈殿池や浮上、ろ過などの物理的作用による処理工程が行われます。 また、生物的処理は下水中の溶解・浮遊性有機物を培養した微生物の餌とすることで水と炭酸ガス等に酸化分解する方式で、活性汚泥法が代表的です。ほとんどの処理場の二次処理工程として行われています。

【水資源】
このほか化学的処理として放流水の消毒などが行われて、最終的に放流されます。 処理工程を経て浄化された処理水は、消毒して公共用水域に放流されるか工業用水等の雑用水として再利用されます。大都市では地下水源の利用が難しく、表流水より水質で勝る高度処理水は重要な水資源となっています。そのほか河川維持、修景、防火、消雪、かんがい、などに利用されます。

【薬品の使用事例】
※汚水の浄化過程では大量の有機性汚泥が発生するので、これを衛生的に減量し処分するために汚泥処理工程が必要になります。濃縮汚泥は一般に水分が95％以上を占める泥水状で、これを脱水して水分を85％以下に減量する方法が行われています。
※脱水は、濃縮汚泥にフロックを形成させたのち、遠心力や、ろ過・圧搾力などを利用した脱水機で水分を分離して行われます。使用される薬品は、無機凝結剤と高分子凝集剤で、脱水機に適したフロックを形成するため、適切な薬剤と濃度を選んで添加することが重要です。

化学プラント等の排水処理と事例

かつての製鉄業や石油化学産業などの熱を使うプロセスが多い産業は、冷却水や洗浄水を多く用いることから用水型産業と呼ばれました。
しかし、今日では排水中の微量の有害物質や有機溶剤などを高度に処理する処理技術が必須となり、排出量の多少によらず、多くの機械・電子産業などにおいても厳正な管理をしなければいけません。

【石油化学プラント等】
各プラントから生産原料，中間生成物や触媒の混入したもの、酸性又はアルカリ性の洗浄排水など、多くはプロセス系排水です。含有物質や排水経路毎に処理方法が設けられている場合も多く、適正な処理が求められます。

【電子産業】
フッ素系排水や酸・アルカリ系などの無機系排水の場合と、有機溶剤などの有機系排水の場合があります。

【メッキ工場】
脱脂、酸洗、表面調整などの前処理工程やメッキ工程で生じる有害物質を含む廃液が排水処理されます。

【自動車産業】
塗装工程から脱脂系排水、塗装ブース系や電着塗装系などの塗装排水が生じます。

化学プラント等の排水処理の方法

【石油化学プラント等】
含有物質や排水経路毎に処理方法が設けられている場合も多く、工場やプラント内で適正に管理する処理設備が設けられています。近年は特に事業所や製造ラインごとに廃棄物の発生抑制や減量化の取り組みが高度に取り組まれており、排水処理に用いる薬品の役割も高まっています。

【電子産業】
無機系排水は塩による中和、pH調整のうえ凝集沈殿し、有機系排水は生物系処理を行うのが一般的です。

【メッキ工場】
有害物質の種類に応じて、シアン系排水、クロム系排水および酸・アルカリ排水に分けて処理するが一般的で、重金属類は水酸化物として沈殿する手段で処理されます。近年ではそれら金属の回収技術も検討されており、純度を上げるための精製や抽出が検討されています。

【自動車産業】
処理法は油脂類の除去を目的として、凝集槽と加圧浮上槽の後に生物処理するのが一般的で、生物処理後に沈殿凝集、ろ過を経て、活性炭によって最終処理されます。

畜産等の排水処理と事例

「家畜排せつ物の管理の適正化及び利用の促進に関する法律」（平成16年11月）の施行以降、家畜ふん尿処理のための施設整備が進んでいます。
地域毎に畜産環境対策に取り組みを進めている場合も多く、豚舎排水だけではなく、牛舎排水への取り組みも進んでいます。

【牛舎排水】

従来、コストも勘案して簡易処理しかされない場合がありました。
しかし、排水量の多い牛舎排水ではタンパク質や脂肪分が多く、地下浸透処理の限界を超えているなど課題があったことから、河川への汚染が心配される場合もありました。最近では牛舎排水を浄化槽へ流入させ、ばっ気槽でエアレーションを行うなどの排水処理も検討されています。

【豚舎排水】

畜産系廃水は有機物が多く、これまでは分離した汚泥を脱水した後に堆肥化されていました。しかし、臭気や堆肥の余剰問題から産業廃棄物として処理している場合も多くありました。
現在、処理設備によって豚舎から排出される家畜ふん尿のうち、ふんについては、戻し堆肥で調整して堆肥化し、一方、尿などの廃水は活性汚泥処理してから上澄水を放流しています。
尿や場内水の廃水は、曝気、沈殿、脱水機で絞って固液分離し、脱水固形分は堆肥舎で堆肥化します。

畜産等の排水処理の方法

一般的に豚の成長促進などを目的として飼料に亜鉛および銅が添加されているため、排水中にそれらが排泄される課題があります。
今後は凝集や膜処理などで浮遊物質濃度をさらに低減して、全亜鉛および全銅濃度の低減化を図る必要があり、より効率の高い凝集剤が求められています。

食品加工工場等の排水処理と事例

食品加工業としては、アルコールやビールなどの製造工場から、野菜加工や水産加工などの食品加工工場などがあります。特に食品加工などの廃水は、高いBOD値の炭水化物や脂肪・蛋白質などが含まれる特徴があります。
また、水量・水質などが時間的、季節的に大きく変動し、腐敗も起こしやすいといった処理上の特質があります。

【給食センター】

給食センターやレストランなどの厨房の廃水は、有機物や油脂類の汚濁負荷が高く、加圧浮上や活性汚泥のバランスを維持するために技術的なポイントがあります。
処理効率と衛生管理のために植物油などの油脂分をいかに適正に処理するかが重要です。

【アルコール・ビール工場】

発酵や蒸留工程で製造されるアルコール工場の場合、濃厚な蒸留廃液が生じます。廃液はBODが非常に高く浮遊物を含む酸性廃水です。
ビール工場の場合、圧搾洗浄や麦芽カスなどが廃水になります。
他に、しょ糖を精製するてん菜糖工場や缶詰やソーセージを製造する水産加工工場では、それぞれ特色のある排水処理技術が必要です。

食品加工工場等の排水処理の方法

廃水の種類や条件に応じ、加圧浮上装置、脱水機、活性汚泥処理装置等の組み合せが多様にありますので、処理設備に応じた最適な薬品の選定が必要です。従来、発生した廃水処理汚泥は、乾燥・焼却、埋め立て、堆肥、飼料、メタンガス化などでしたが、近年では再資源化への取組みと様々な技術開発が行われています。
油脂分を加圧浮上や高分子凝集剤などの薬品を使って分離するの手段が一般的です。
分離油脂分は余剰汚泥となりますが難脱水性であるので効果的な脱水機と凝集剤銘柄の選定が必要です。

土木工事・浚渫工事等の排水処理と事例

ダムやトンネルなどの建設工事や、砂利や砕石を採取して骨材を製造するプラントから様々な濁水が発生します。発生した濁水は現場内で再利用したり、河川に放流するために効率的な処理が必要です。自然環境の中で行われるこうした工事現場や生産プラントでは、周辺環境に影響しない適正な濁水処理が必要です。

【ダム工事】

工事期間中は、様々な濁水(例えば、法面掘削時の土砂を含む雨水、河床など掘削時の湧水、コンクリート工事に伴うコ ンクリート洗浄水やボーリング・グラウ ト用水など)が発生します。

【浚渫工事】

河川や湖沼および海域に堆積した土砂やヘドロを、ポンプ等により機械的に汲み上げる方法を浚渫(しゅんせつ)と呼びます。
浚渫工法で汲み上げできる濁水中の約9割は水です。

【骨材生産プラント】

骨材(こつざい)とは、コンクリートやアスファルトを作る際に主材となる砂や砂利のことです。骨材には川床や地山から採取した天然のものと、岩石を破砕した人工の骨材があります。採取したり破砕した後は、骨材の表面の泥分などをよく水洗浄して粒度ごとに分別して出荷されます。

土木工事・浚渫工事等の排水処理の方法

使用事例

土木工事などから発生する濁水は粘土鉱物などの微細粒子が懸濁した無機系排水です。 使用される薬品は主として無機凝結剤と高分子凝集剤で、沈殿池やシックナーで沈降分離した後にフィルタープレス等の脱水機で固液分離します。

ダム工事

濁水は処理して再利用したり、河川放流しますので適正な濁水処理が必要です。設置される濁水処理設備は、沈殿池とシックナーおよび機械脱水機で、無機凝結剤と高分子凝集剤を用いて適正に処理する必要があります。 

浚渫工事

浚渫工法で汲み上げた濁水中の約9割は水であるために、土砂・ヘドロと水とを効率的に固液分離することが重要です。浚渫工事では大量の濁水を処理しなければならないので、いかに濁りを取り除いて、効果的で適正な処理をすることが必要です。 

骨材生産プラントの使用事例

生産プラントでは大量の洗浄水が必要であるとともに、大量の濁水処理が必要で、水の回収利用が必須になっています。骨材洗浄→洗浄濁水→沈殿→脱水→処理水→再利用。

製紙・製紙工場等の排水処理と事例

紙パルプ産業は大量の水を必要とする典型的な用水型産業で、必然的に廃水量も多く、大規模な処理設備を有しています。
排水処理技術や廃棄物削減への取り組みも高度であり、例えばスラッジ焚きボイラーなどを備えてゼロディスチャージの工場もあります。

製紙工場での廃水はパルプ廃水、漂白廃水、抄紙廃水などがあり廃水量も多くなります。
また、繊維工業においては、大量の界面活性剤が使用され、それらが汚水として排水されるため、廃水処理でいかに生物分解するかが重要です｡

製紙・製紙工場等の排水処理の方法

抄紙廃水は、白水中の微細繊維や添料などの固形物を凝集沈殿して取り除き、処理水はろ過して洗浄水や希釈水に再利用・循環使用するのが一般的です。
また他のパルプ廃水や漂白廃水は凝集沈殿や生物処理し、その後、凝集沈殿または加圧浮上と生物処理を組み合わせて処理されます。
各工場や廃水系統毎に廃水特性を有する場合が多く、薬品の適性が廃水個々に異なる場合があります。
廃水変動に応じたきめ細かな対応が重要です。

鉱山の排水処理と事例

資源の枯渇と資源の国際取引の発達などにより、わが国のほとんどの炭鉱や金属鉱山が閉鎖してしまいました。
しかし、それら休廃止鉱山では自然由来の湧水が排出するので所有者は鉱害防止処理の義務から、排水処理を行わなくてはなりません。 

かつて金、銀、銅、鉛など多様な金属鉱物を産出した鉱山跡からは酸性が強く重金属を含む坑廃水が排出されることがあり、河川の水質汚濁や農業用地の土壌汚染を惹起するという休廃止鉱山特有の問題があります。

排水処理の方法

酸性で金属を含む坑廃水の処理は、「中性にする」「重金属を除去する」の2つの処理が必要です。 

一般に中和法と呼ばれる方法では、アルカリ薬剤で中和するプロセスと、水酸化物の形で析出した金属を沈殿除去する固液分離プロセスで行われます。