日光活性汚泥法 -デトリタスサイクルと珪藻-
微生物生態系の様々な事例を見ていると、デトリタスサイクルの重要性が見えてきます。例えば微生物の培養にしても、単に餌をやれば増えるということ滅多にありません。培養は不安定で、最初はうまくいっても、いつの間に全滅しているということも多々あります。そこには、微生物の培養系に複雑な構造、経路が存在していることが伺えます。それは何か・・・。
どうやら、それはデトリタスサイクルであるように思えます。エネルギ−的には、エサで十分賄えるはずが、思うように微生物が増えない・・・この原因は、栄養にあるようです。必須あるいは必要栄養素が、すべての種類についてエサに十分な量が含まれていない。これであれば、目的の微生物の生産性が、思うように上がらないのも説明できます。微生物培養系で、必要な栄養素は何なのか？・・・これを全部把握することは困難、というか不可能なのではないでしょうか？しかし、現実に自然界で微生物は活発に増えています。必要栄養素の補完、供給源、それはデトリタスサイクルにあるようです。
デトリタスとは、主に糞や生物遺骸などを指します。糞は、生物が餌から栄養成分を吸収した残渣ですので、排出された直後のデトリタスに有用な栄養成分はほとんど残っていません。しかし、時間が経つにつれ、この未消化の残渣を分解するバクテリアや、これを食料とする原生動物が発生し住み着くことでデトリタスの栄養度は上がっていきます。ある程度栄養度が高まった時点で、再び高位の生物が、これを捕食します。この過程をデトリタスサイクルと呼びます。
自然界のデトリタスを顕微鏡で観察していると、共通のパタ−ンがあることに気づきます。
それは、珪藻が多量に含まれた、固まりになっていることです。
珪藻には、甲殻類や軟体生物に必須の不飽和脂肪酸EPAが多く含まれていることが知られています。・・・デトリタスサイクルによる栄養度の上昇には、この珪藻の寄与が必要不可欠なのではないか・・・？有機物⇒バクテリア⇒原生動物の連鎖だけでは、必要栄養素が賄えない、そこには藻類の珪藻の栄養が加えられる必要があるのではないか・・・。
珪藻とデトリタスの相性は、抜群のようです。珪藻はデトリタスの中に潜り込むのが大好きなようで、デトリタスの中には、窒素リンをはじめとする栄養成分が詰まっています。また、植物プランクトンに必須のビタミンＢ１２も豊富にあります。酸素と二酸化炭素の交換も効率的に行うことができます。恐らく珪藻とデトリタスは、強い共生関係にあると思われます。これは、同じ植物プランクトンの緑藻や藍藻よりも強いと思います。自然界では、こうした珪藻を多く含むデトリタスの塊が、多く見られます。田んぼの底に発生する塊状物質や、浄化センター放流先のＳＳの集合体など、いたるところで見かけることができます。
下の写真は、山形市浄化センター放流先の逆川の水草に付着したＳＳ成分です。放流水に含まれるＳＳが凝集しているようです。
このＳＳの塊の中には、活性汚泥と、多くの珪藻が含まれていました。活性汚泥と珪藻の相性はとても良いようです。
これと同じ構造のデトリタスとしては、田んぼの底のノリ状の塊があります。これを顕微鏡で見てみると・・・
このようにＳＳと珪藻をはじめとする各種の藻類が確認できます。珪藻は、植物のくせに移動することができるのですが、この能力があるため、ＳＳ中に潜り込むことができるのです。そして、ＳＳ（活性汚泥）中には、炭酸ガス、窒素リン、ビタミンＢ１２などの栄養成分が詰まっています。ＳＳ中に潜り込むと、受光性が低下するのですが、珪藻はと弱い光でも増殖できる能力があるため、ＳＳ中は珪藻にとってはとても居心地がいいのでしょうね。ＳＳ側から見ても、珪藻から発生する酸素を利用できるため、両者は共生関係にあると思われます。
このようにSSと珪藻が混合して塊状となったデトリタスは自然界のいたるところで見ることができます。一般的なデトリタスの構造と言えるでしょう。
珪藻が多く含まれたデトリタスは、自然界で多くの生き物の餌となっているようです。ミジンコやボウフラ等の甲殻類、貝類など、魚の餌となる生き物の多くはデトリタス食性を持ちます。また、水田で発生するミジンコ、カイエビ、ホウネンエビ等の生き物は、底のノリ状の塊を主食にしていると思われます。
こうした栄養度の上がったデトリタスは、生食連鎖を補完する腐食連鎖として捉えられることが多いようですが、単なる補助食料ではありません。恐らく栄養的に必須なもので、これ無くしては、うまく生態系が回らない可能性があります。特に生態系底辺の微生物の世界では重要だと思われます。つまり、デトリタスサイクルは、微生物培養さらには生態系駆動のキーである可能性があるのです。
ここで、微生物から人間へ視点を変えてみます。
人間のデトリタスを処理している下水道浄化センタ−は、ほぼ全てが活性汚泥法を採用しています。ここでは、下水を曝気することで、活性汚泥を作り出し、水の浄化を行っています。活性汚泥内では、多種のバクテリアや原生動物をはじめとする微生物群が発生しています。これは、言わば人間の排せつ物を基にしたデトリタスサイクルが作り出されているとも捉えることができると言えます。つまり、デトリタスの栄養度の上昇が生じているのです。
しかし、こうして栄養度が高まった活性汚泥は、汚泥として引き抜かれて埋め立てや、焼却処分、またはコンポストとして肥料化されています。生産された微生物は、有効利用されることなく、破棄されていることになります。
当ＨＰでは、生態系資源として排水を利用することを考えていますので、せっかく生み出された命を、無駄にすることなく利用することを考えてみたいと思います。
それは、生産生物を生態系に再び組み入れることですが、上で書いたように、デトリタスサイクルによる栄養度の上昇には、藻類、特に珪藻の寄与が重要なようです。
排水処理施設の活性汚泥には、ほとんど藻類は含まれていません。これは、藻類が汚水の浄化にさほど寄与しないこと、活性汚泥の藻類の利用には、日光を取り入れるための広大な敷地面積が必要になることが原因のようです。藻類による窒素リンの栄養成分の吸収や、酸素発生の利点を生かした日光利用型の活性汚泥法も実験されたことはありますが、実用化にはなっていません。メリットをデメリットが上回っていたためです。
しかし、排水処理を水の浄化だけでなく、生態系駆動用の資源（高栄養度デトリタス）生産装置とみれば、日光活性汚泥法は大きな可能性があります。
珪藻が含まれた活性汚泥は、そのまま環境の生物の餌として利用できる栄養成分を含有する可能性があるのです。浄化センタ−は、汚水浄化装置からデトリタスサイクル駆動装置へと変わります。
もちろん下水中に含まれる有害物質は、そのまま汚泥中に蓄積されるため、これをそのまま生物餌として環境中に放流することは問題でしょう。なんらかの対策が必要となるでしょうが、プランクトンプラントの可能性として、かなり有望です。
これによって生産された高栄養度デトリタスは、甲殻類、昆虫類や貝等の生態系を支える環境生物の生産に使える可能性があるのです。
活性汚泥法の実際の施設は、多くが覆蓋されていて、日光が直接活性汚泥に届くことはありません。
しかし、畜舎排水を処理する曝気ラグーンや、一部の施設では、覆蓋がなく解放されていて、日光にさらされています。こうした活性汚泥の中には珪藻がわずかに混入していることがあります（よほど相性がいいのか、覆蓋された施設の活性汚泥にも珪藻が見られることがあります）。
これらの施設は日光を積極的に利用する設計にはなっていません。日光活性汚泥法では、活性汚泥と珪藻が共存するために、より浅い水深と、低いMLSSが求められるでしょう。よって、処理水の高度処理を行う曝気酸化池としての方が具体化しやすいかも知れません。
ここで生み出される活性汚泥と藻類の共生体が、どのようなものになるかは実験をしてみないとわかりません。ただ、日光の寄与が、新たに多種の微生物を活性汚泥に導入することになるため、構造が大きく変わることになるでしょう。
そして、これを利用して高次の生物を生産することが可能になるかもしれません。