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浄化槽による小規模事業場の排水処理における技術的課題
泉 忠行 株式会社ダイキアクシス 生産統括部 (月刊浄化槽 2006年10月号)
1.はじめに
2.個別処理
3.総合処理
4.総合処理の実施例
5.総合処理の注意事項
6.総合処理の課題
7.最近の技術処理
8.おわりに
 
1.はじめに

 環境省が平成11年に香川県で実施した「生活負荷量等管理調査」によれば、水質汚濁の状況をCODについて見ると、最大の発生量は家庭からの生活排水で16トン(64%)、産業排水は9トン(37%)で、産業排水のうち7トン(産業排水の78%)が小規模または未規制事業所からの排水である。また、事業場数でみれば、排水規制のある排水量50m3/日以上の特定事業場が約300箇所(約2%)、排水規制のない排水量50m3/日未満の事業場が約4,100箇所(25%)、未規制事業場が約12,000箇所(73%)との報告である。全国で見てもこの傾向は変わらず、公共用水域の汚濁防止のためには、小規模および未規制の事業場からの排水処理対策がいかに重要であるかが解かる。
 周知の通り、汚濁の最大原因である生活排水については、合併処理浄化槽の設置推進、単独処理浄化槽の廃止、浄化槽法改正に伴う新基準(放流水BOD20mg/L以下)の創生や高度処理浄化槽の設置など、その対策は着実に進展している。
 一方、小規模事業場の排水対策については、都府県の上乗せ排水基準による対策、具体的には対象業種の拡大(横出し)や対象となる排水規模の引き下げ(裾下げ)を段階的に実施、対応しているところである。
 (社)浄化槽システム協会では、過去、関係省庁と協力して、浄化槽による小規模排水処理の調査研究を始め、浄化槽の小規模事業場への適用などを検討してきた経緯がある。それら検討結果に、最近の弊社事例をまじえ紹介する。
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2.個別処理

 事業場からの排水処理は、一般的に産業排水処理と呼んでいる。産業排水処理は水質汚濁防止法による、カドミウムPCB、トリクロルエチレン等の有害物(健康項目)を含む排水とBOD,COD等の生活環境に被害を及ぼすおそれのある物質(環境項目)を含む排水を処理するが、基本的には生活排水の処理槽、いわゆる浄化槽とは別個に設置するのが原則である。従って、下水道処理区域外の事業場では、産業排水処理装置と浄化槽がそれぞれに設置されている。これは、浄化槽法に「雑排水(工場廃水、雨水その他特殊な排水を除く)」と明記されているためである。
 有害物を含む排水は排出量に関係なく処理が必要である。その処理法は、人体に有害な成分は浄化のための微生物にとっても阻害性があるので、生物処理は難しく、一般的には凝集沈殿やイオン交換などの化学的処理法が用いられる。
 一方、環境項目を含む排水の処理は、特殊な場合を除き、生活排水と同様に生物処理が可能であるので、生物処理を主体としたものがほとんどである。これには、生物処理は運転管理が容易であることの他、廃棄物(余剰汚泥)の生成が比較的少ないこと。また、装置維持のための動力が小さいなど運転費の面での評価も高いためである。
 具体的な処理技術として、標準活性汚泥、回分式、回転円盤、散水ろ床、接触ばっ気などがある。排水の濃度が高い場合は活性汚泥系で、比較的低い場合は接触酸化系の処理でと使い分けている。
 産業排水の中でも、食品系排水は、全般的に生物分解性が良いので、浄化槽技術での対応が容易である。
 弊社の下水道除害施設を除く、日排水量50m3未満の、産業排水処理装置の実績(調査年1994年〜2005年、サンプル数211件)では、図-1に示すように、食品系排水が全体の63%(132現場)を占める。また、その業種の内訳は図-2の通りである。更に、この食品系排水を処理規模別で観ると、日排水量10m3が全体の約40%でその66%が日排水量5m3未満であった。    
 この弊社実績には、担体流動法や接触ばっ気法などのものも含まれるが、そのほとんどが膜分離活性汚泥法によるものである。
図-1 産業排水処理実績内訳

図-2 食品系排水処理業種内訳

 膜分離活性汚泥法は、ばっ気槽に沈めて使用できる浸漬吸引型の精密濾過膜が製品化されて、飛躍的に採用が増加した処理法で、その構造を図-3に示す。膜分離活性汚泥法の最大の特長は、ばっ気混合液を、極微細な目開き(0.4μm程度)の薄膜で直接ろ過して処理水を得るので、高度な処理水がシンプルな工程で得られることである。また、活性汚泥の流出が無いので汚泥濃度を20,000mg/L近くまで上げることが可能で、その分、ばっ気槽がコンパクトに出来ることである。他に、沈殿槽が無いので汚泥管理が容易であることや、膜分離の動力は小型の陸上ポンプのみで、省エネ運転が出来るなどの特長がある。膜分離活性汚泥法の弱点は、処理水を得るために定期的な膜洗浄が必要である点と、いずれは膜の更新が必要となる点が挙げられる。しかし、最近では、自動膜洗浄機構付きで長寿命なPVDF(ポリフッ化ビニリデン)製の膜を使用したシステムも登場し始め、その弱点も克服されつつある。
 膜分離活性汚泥方式の産業排水処理装置は、図-3のとおり、BOD除去型膜分離活性汚泥方式の浄化槽と同じ構造である。く体はFRP製で、両端に鏡板のある横置円筒槽を仕切り板で区切って、流量調整槽や膜分離ばっ気槽、余剰汚泥貯留槽としている。施工は通常のFRP製浄化槽と同じ工法でおこなわれ、地中埋設も多いが、半地下設置や地上設置の例も多い。
 実際、弊社では産業排水処理装置の技術を転用して平成9年に膜分離活性汚泥方式の浄化槽を製品化した。性能は、窒素やリン規制のある高度処理地域をターゲットとしたもので、ばっ気(硝化)槽に脱窒槽を前置した、凝集剤添加硝化液循環膜分離活性汚泥方式のものであった。
 このように、産業排水の処理技術を浄化槽に、また逆に、浄化槽技術を産業排水処理に転用するケースは多く見受けられる。この事実から、浄化槽に産業排水を流入させて処理を行わせた方が効率的ではないかとしたのが、「総合処理」の基本的な考え方である。

図-3 模型産業排水処理装置
 
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.総合処理

  総合処理の調査研究は平成9年に、(旧)厚生省関連では、合併処理浄化槽の適応可能性に関する調査検討委員会(委員長:大森英昭)で、また(旧)建設省関連では、総合処理に関する技術検討委員会(委員長:須藤隆一)で検討がなされ、それぞれ報告書が出された。これを受けて、(旧)厚生省では「合併処理浄化槽により処理可能な雑排水の取扱いについて(日衛浄第20号)」厚生省生活衛生局水道環境部環境整備課長通知が、また(旧)建設省よりは「屎尿と合併して処理することができる雑排水の取扱いについて(建設省住指溌第191号)」住宅局建築指導課長通達が、それぞれ平成12年3月21日付けで通知(通達)された。
 それによれば、合併処理浄化槽への事業場排水の受け入れ可能な業種(表-1)として、産業分類123野菜缶詰・果物缶詰・農産保存食品、127パン・菓子製造業、129その他の食料品製造食品類製造業が通知された、これらは、従来の産業排水処理(個別処理)でも、活性汚泥方式などの生物処理で、うまく運転されていた業種である。それ以外に、産業分類121畜産食料品製造業、122水産食料品製造業、124調味料製造業、131清涼飲料製造業、132酒類製造業、569その他の飲食料品小売業なども検討されたが、当面表-1の業種から実施されることとなった。

表-1 合併処理浄化槽への事業場排水の受け入れ可能な業種
産業
分類
業  種
 123
   1231
   1232
野菜缶詰・果物缶詰・農産保存食料品製造業
 野菜缶詰・果物缶詰・農産保存食料品製造業
 野菜漬物製造業
 127
   1271
   1272
   1273
   1274
パン・菓子製造業
 パン製造業
 生菓子製造業
 ビスケット類・干菓子製造業
 米菓製造業
 129
   1293
   1295
   1296
   1298
その他の食料品製造業
 麺類製造業
 豆腐・油揚製造業
 あん類製造業
 惣菜製造業
産業分類:平成10年2月発行、日本標準産業分類

 ちなみに、先の弊社実績(図-2)で、合併処理への受け入れ可能な業種の割合を観れば、分類129その他の食料品製造業を除くと、農産保存食料品製造(8%)及び菓子製造(4%)の合計12%が該当した。
 総合処理の方法として、小規模事業場の排水を直接または簡単なグリストラップなどを設けるだけで浄化槽に流入させる方法と、処理可能な水質まで前処理を行ってから浄化槽へ流入させる方法が考えられる。どちらの方法を採用するかは、小規模事業場排水の生物分解性や汚濁負荷量と、生活排水の負荷量とのバランス、後段の浄化槽の処理性能などを考慮して決める必要がある。感覚では、浄化槽に流入できるまでの性能の前処理装置を設ける方法よりは、グリストラップ程度で流入させる方法が、処理槽を一本化した利点が大きいものと考える。但し、浄化槽性能評価の流入上限濃度を超えないように留意しなければならない。
 総合処理の処理水質は、先般の、浄化槽法改正の関連から、当然BOD20mg/L以下としなければならないであろう。これは、個別処理でもあっても、実際は地域住民や水利組合との関連で、浄化槽並の厳しい水質を求められる例がほとんどであるので、総合処理の不利な点とはならない。その他、総合処理にすれば事業場排水と生活排水を混合することにより、排水の組成バランスが改善され、処理が進む場合もあると言われている。
 更に、小規模事業場の排水処理の維持管理は、委託専門業者でなく、事業主または従業員自らが実施する場合が多く、経験不足から装置トラブルとなる例も少なくない。また、水質検査も規定がないので実施しない場合が多く見受けられる。その点、総合処理が導入されれば、浄化槽法が適用されるので、これらの面でも改善が図られると期待できる。
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4.総合処理の実施例

 総合処理は課長通知(通達)により公報されているが、一般的に認知度が低く、採用は稀である。
平成18年3月着工の某洋菓子製造販売店で極、小規模ではあるが、総合処理を実施した例を示す。
尚、浄化槽は、大臣認定型の小規模合併浄化槽を使用した。浄化槽の構造を図-4に示す。
図-4 浄化槽構造

 (1) 人槽:18人槽(3.6m3/日)
 (2) 処理方式:流量調整型嫌気濾床担体流動生   物濾過方式
 (3) 処理性能:
     BOD 20mg/L(除去率90%以上)
     COD 30mg/L
     SS 20mg/L
 (4) フローシート 
    図-5参照
図-5 フローシート

 (5) 人員算定
    人員算定については、浄化槽管理センターと協議した結果、まずJIS A3302-2000を用いて、
    店舗相当の人槽を算出し、作業所部分は水量とBOD量から大きくなる方を採用して、住宅
    人槽に割戻して加算することとした。
  @店舗(n=0.075A)
    0.075×29.79m2≒3人
  A作業所(n=0.30P)
    0.30×3人≒1人
  B水量からの加算人員
    イ.水量(ショートケーキ150個/日製造)
      0.01m3/個×150個/日=0.15m3/日
    ロ.水量(ボール、ナイフ洗浄)
      0.03m3/日
    ハ.住宅人員換算
      (0.15m3/日+0.03m3/日)÷0.2m3/日・人=0.9人
  CBOD濃度からの加算人員
    同種の用途より2,900mg/Lとする。
    2,900g/m3×0.18m3/日=522g/日
    522g/日÷40g/人・日≒14人
   ∴C>B
  D=@+A+C
   .=3人+1人+14人
   .=18人
 本例では、50人槽以下のため、事業場排水の負荷量を住宅人槽に割り戻し加算した結果、算定人員4人(実人員3人)の浄化槽でよいところ、18人槽を設置することになった。運転状況は、使用開始後、約1年半を経過しても、良好に運転されている。
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5.総合処理の注意事項

 浄化槽により、小規模事業場の排水処理をおこなう場合の注意事項は、先の(旧)厚生省課長通知に、次のように記載されている。
 (1) 季節的、時間的な水量変動に対応するため、排水量の移送水量を調整可能な原水ポンプ
    槽、流量調整槽等の設備又は施設を付設すること。
 (2) 水量変動に伴う汚泥流出を防止するため、保守点検及び清掃の各回数の調整を行うこと。
 (3) 作業工程の変更等による水量変動に速やかに対応すること。
 (4) 負荷量の軽減対策又は変動対策のため、必要に応じて前処理設備又は施設の付設及び
    生物処理過程の補完を行うこと。
 (5) 汚泥発生量の増加に対応した施設を付設すること。
 これらは、総合処理に限らず、産業排水処理全般について言えることでもある。その他に、食品排水は貯留や処理の過程で、原水起因の臭気が発生する場合があり、この時は脱臭装置を設けるなど有効な臭気対策が必要である。また、小麦粉原料などが処理槽内で発酵する場合や、アルカリ洗浄剤などが混入する場合には、PH中和装置を設け、生物処理が支障なく、行われるようにしなければならない。更に、熱水が多量に流入にする場合には、流入管路や処理槽の材質に配慮すると共に、水温を監視し、生物処理に問題のない水温(約40℃以下)とする必要がある。
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6.総合処理の課題

  総合処理は小規模事業場からの汚濁負荷軽減策として有効であることは衆目の一致するところである。しかし、(社)浄化槽システム協会の小規模事業場排水研究会(参加10社)でも、その実施例は聞かなかった。その原因として、通達(通知)により浄化槽に受け入れ可能な雑排水の種類を拡大したが、依然、浄化槽法の雑排水括弧書きに関する記述の印象が強く、確認申請時に、窓口でのトラブルが懸念される。
 また、浄化槽では、建築用途別処理対象人員算定基準(JIS A 3302-2000)により人槽や水量、濃度が明確になっているが、総合処理とした場合は、製造物により、知識と経験から水量及び汚濁負荷を計算しなければならない。この計算結果を基に、国土交通大臣の認定を得た浄化槽では、各水質項目が流入条件に見合う範囲内かの確認が必要となる。
 更に、(旧)厚生省課長通知に「当該受け入れを行った合併処理浄化槽からの引き出し汚泥の取扱い」として、総合処理から発生した汚泥は全て一般廃棄物とみなし、その運搬及び処理並びに処分は「廃棄物の処理及び清掃に関する法律」(昭和45年法律第137号)によるとあり、産業排水処理施設を別途設けるよりは、汚泥処分費が安くなる利点がある。しかし、汚泥に油分などが多い場合、一般廃棄物扱いとして頂けるかの心配も残る。
 総合処理の技術的な課題として、やはり負荷変動対策が最大の課題であり、製造業を営む以上、増産や製造物の変更はあるものと覚悟しなければならない。その場合、経済性の面を考慮しつつ、生物処理槽の他、流量調整槽、汚泥貯留槽などの補完設備や送風機、ポンプなどの機器類にどの程度余裕を持たせられるかが問題となる。
 また、一般的に事業場排水は生活排水より濃度が高いので、汚泥の発生量が多く、運転費に占める汚泥処分費のウエイトが高い。今後、汚泥脱水機に代わる、安価で、運転の容易な汚泥減容化装置や汚泥発生量の少ない処理システムの開発が求められている。併せて、排水中の油分の経済的な処理システムの開発も重要である。
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7.最近の技術処理

 最近製品化された、ばっ気槽に特殊ろ材を入れて、微生物相の多様化を図ると共に、高濃度の汚泥を保持させることにより、コンパクトで、余剰汚泥の発生量を極端に少なくすることが出来る産業排水処理装置を紹介する。
 処理フローは浄化槽の活性汚泥法と変わりないが、接触ろ材充填型活性汚泥法と呼ぶべき処理法である。
 心臓部の接触ろ材は、生物付着性の良い材質の化学繊維束が、縦糸から放射状に突き出した形状をしており、ばっ気槽内に等間隔で縦に張られている。この繊維束が槽内で、水流により常に揺れ動いているので、付着汚泥の常時部分剥離が起こり、高濃度で一定量の汚泥が接触ろ材に保持される仕組みである。この、付着状況を図-6に写真で示す。
図-6 生物付着状況

 ばっ気槽は数千PPMの浮遊活性汚泥と1万PPM以上の付着汚泥により運転されるので、ばっ気槽は活性汚泥法の、約1/2のコンパクト化が実現できる。また、接触ばっ気法と活性汚泥法の両方で出現する微生物の、食物連鎖作用により、汚泥発生量は活性汚泥法の20%程度と少なくすることできる。
 最後に、この方式で、某豆腐工場の排水処理装置をばっ気槽BOD容積負荷3.6Kg/m3・日で運転した処理水質例を表-2に示す。
表-2 処理水質例
単位:mg/L

原水 ばっ気ろ床槽 処理水
BOD 3,580 - 9.6
COD 3,000 - 34.9
SS 717 - 14
n-Hex 137 - 1以下
T-N 172 - 23.5
T-P 14.2 - 0.43
MLSS - 16,600 -
SV30 - 85 -
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8.おわりに

 産業排水処理装置の中には、浄化槽のように評価制度がないので、随分ユニークなものも見受けられるが、確立された浄化槽技術を用いて処理しているものがほとんどである。従って、従来通り、個別処理の設置推進で、汚濁負荷軽減の目的達成に関しては、何ら支障は無いとの認識を持っていた。しかし、寄稿を機に、総合処理を見直したところ、総合処理の最大の利点は、小規模事業場排水を浄化槽に流入させることにより、浄化槽法の枠組みに取り込むことができ、現状よりは、処理の水質、維持管理、検査の面で格段に整備が進むものとの印象を強くした。併せて、事業主にとって、個別処理と総合処理のどちらが経済性の面で、本当に優れるか精査する必要性も痛感した。
 今後、機会があれば、(社)浄化槽システム協会の活動を通じ、総合処理への適用可能な浄化槽処理方式の調査研究を進めると共に、浄化槽性能評価のあり方やJIS人員算定への反映、行政担当窓口への総合処理の周知などを図って行きたいと思う。
 
−参考資料−
・ 「第6次水質総量規制の在り方について」(平成17年中央環境審議会水環境部会)
・ 「平成17年度水質汚濁防止法等の施行状況」(平成19年1月環境省・大気環境局水環境課)
・ 「平成11年度合併処理浄化槽の適応可能性に関する調査報告書」
 (平成12年3月財団法人日本環境整備教育センター)
・ 「生活系・事業系排水の浄化槽による高度処理に関する研究・共同研究報告書(案)」
 (平成15年3月国土交通省国土技術政策総合研究所他)
・ 小規模事業場廃水処理対策全科」(平成14年8月環境省水環境部閉鎖性海域対策室監修)
 
(株式会社ダイキアクシス 生産統括部)
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