汚泥の発生しない浄化槽
浄化センタ－や浄化槽等から発生する汚泥は、その発生量は非常に多く、かつ処分の費用が非常に高く、維持管理費全体の相当な割合を占めるほどです。処分地も埋め立て処分場は、地元住民の反対で数が限られており、いずれ満杯になったら使用できなくなるし、焼却施設は設置にも維持にも多額の費用が必要となります。汚泥の処分は、どこの地方自治体でも大きな負担となっており、頭をかかえる問題にもなっております。
浄化センタ－から出る汚泥は、一般的には8割が水です。脱水機をかけてもこの程度の水を含んでいます。また、残りの2割も大部分は有機分です。つまり汚泥は、ほとんどが分解できるのです。事実、汚泥をコンポスト化すると、有機分は生物分解し、発酵熱で水分は蒸発して重さは1/10以下に減ってしまいます。この時間をかければ、いずれ無くなる汚泥と水の処分に多額の費用をかけるのはなにか間違っている・・・なにかうまい方法はないだろうか？
実は、家庭用の小型浄化槽の汚泥発生量は、流入固形物量の約半分です。入ってきたものの約半分は分解して消えているのです。浄化センタ－の場合は、入ってきた固形分のほぼ全てが汚泥になります。これはなぜかというと、浄化槽には汚泥を貯留するための場所があり、ここに長時間貯留されることで汚泥が自然分解しているのです。浄化センタ－には、消化タンクを除いてこうした場所はありません（消化タンクがあれば流入固形物の約半分が分解されます）。つまり、汚泥を長時間貯めておければ、自然と汚泥が減るのです。大規模な浄化センタ-から発生する汚泥は多量であり、これを長時間貯めておくには非常に大きな容積が必要となるため、実現が困難ですが、小規模のの浄化槽であれば、発生汚泥量も少なく、汚泥貯留の容積を確保することができるのです。実際、下水道の世界で発生汚泥量が非常に少ないとされる”嫌気好気ろ床法”とは、実は一般的に浄化槽で使われている方法と同じです。ただ、浄化槽には汚泥脱水機が付いていませんので、汚泥は多量の水と共にバキュ－ム車で吸い取られるので、汚泥発生量自体は多くなります。固形分としてみると、浄化槽は浄化センタ－よりも汚泥発生量が半分になる、と言うことです。
さて、では汚泥の貯留時間を極端に長くすれば、汚泥がほとんど（あるいは全く）出ない浄化槽ができるのではないか・・・実際あるのです、こんな浄化槽が。
例えばお年寄り一人暮らしの家についている7人用の単独浄化槽で、いままでずっとバキュ－ム車なんて来た事が無いよ、なんていうところが結構あります。それでいて汚泥が浄化槽からあふれている訳でもなく、放流水質も良好で、ちゃんと機能しているのです。こういう浄化槽は、汚泥の流入速度と分解速度が釣り合っていて、あたかも”汚泥の発生しない浄化槽”となっているのです。
・汚泥の出ない浄化槽例（単独7人槽に一人使用）
汚泥貯留用の沈殿分離室です。汚泥の定期的な引抜をしていないため、スカムがもはや土と化しています。
水処理用のバッキ室です。
それでいて、放流水はこのようにきれいです。透視度は30度、BODは6.8mg/lでした。
この他にも、大きな合併浄化槽7人槽を、2人で使い、トイレットペ－パ－を別処分していた場合もバキュ－ム車が不要となっているところがある等、実例が多くあります。
では、汚泥の自然分解速度を計算して、必要な分解量を確保できる貯留容積を算出すれば、”汚泥の発生しない浄化槽”を設計できるのではないでしょうか？
汚泥の固形分の有機成分は、簡単に分解する有機分と、分解に長時間を要するセルロ－ス系の成分に大別されますが、ここでは、最も単純な考えとして、”5年でほぼ全て分解”するとします。実際5年もあれば難分解性のセルロ－ス系でもほぼ分解されて消えてしまいます。分解による減少曲線は次のとおりとなります。
この減少曲線は実際に測定したものではありませんが、できるだけ実際のものに近いくなるように考えてみました。
固形分の減少は、最初は易分解成分が分解するために早く、後になるとセルロ－ス系成分がゆっくりと分解するために遅くなります。このため、初期の分解減少率は高く、最初の1ヶ月で固形物は6割に減少し、1年で2割を切るようになります。
さて、上の分解曲線の汚泥が、浄化槽に貯留されると貯留量はどのように増加していくのでしょうか？これは、減少関数を積分したものになります。つまり、例えば一年間汚泥を貯めると、12ヶ月目に浄化槽に溜まっている汚泥の固形物量は、上の図の1から12ヶ月の上の固形物量を合計した値となります。これは連続して汚泥が浄化槽に入るために、12ヶ月目に貯留されている汚泥は、12ヶ月前に入った古い汚泥から、直前に入った新しい汚泥までが混在している状態であるからです。
汚泥の固形物貯留の月変化を以下に示します。
貯留量は、はじめは早く、後になるとゆっくり増加していくことが分かり ます。そして、ある一定量に収束していくと予想されます。これは、5年以上汚泥を貯留すると、貯留量はそれ以上増えることが無く、時間が経過しても一定量のまま増えない状態になることを示しています。これが、上に書いた”汚泥の出ない浄化槽”の状態になります。つまり、汚泥の極限の収束量を貯留できる容量があれば、汚泥の出ない浄化槽が実現できることがわかります。
では、浄化槽では、どのように汚泥は貯留されているのでしょうか？下に図を示します。
汚泥は、浄化槽の前部にある、汚泥を固液分離して貯留するための槽（図では沈殿分離室）に貯留されます。沈殿分離室に流入した下水中の固形物は槽内で沈み下水中から分離されます。固形分を除かれた下水は、次に空気を送り込まれた、ばっ気室で浄化されて、消毒され放流されます。
沈殿分離室の沈殿汚泥②は、嫌気状態で分解していきます。そのときにメタンガスや窒素ガス、炭酸ガス等の気泡が発生し、これが汚泥にまとわり付いてその一部を浮上させます。これが図の貯留汚泥①の”スカム”と呼ばれるものになります。
このスカムと沈殿汚泥は高濃度になり、固形分を多量に貯留することができるようになっています。
よって、この沈殿分離室のような汚泥貯留部を拡大し、汚泥の極限収束量を貯留できるようにすれば”汚泥の出ない浄化槽”ができるのです。ただし、ばっ気室も、汚泥の分解溶解成分の増加に対応するために拡大する必要があるでしょう。
上の汚泥貯留量のグラフでは1年に貯留されている汚泥固形物量は約5であり、5年目の収束量では約1０なので、通常の2倍の容積があれば、汚泥の発生しない浄化槽にできることになります。この図は、余裕を見て2.5倍の汚泥貯留部をもたせたものです。これは、浄化槽の全容積で約2倍となります。2倍・・・これで、汚泥の出ない浄化槽が実現できるのであれば・・・
さて、参考までに、浄化槽から出る汚泥量について見ていきたいと思います。
浄化槽の汚泥は、バキュ－ム車で浄化槽内部の水を汚泥と共に全量引き抜くやり方で清掃されます。ですので、容積としては、毎回浄化槽容量と同じ量が発生するのですが、ここでは固形物量について見ていきます。
ここで、汚泥の引き抜き期間と汚泥発生量の図を下に示します。
この図の横軸は、汚泥引き抜き期間で、汚泥引き抜きの間の時間の長さを示します。縦軸は汚泥の固形物発生量を示します。この図より、汚泥引き抜き期間が短いほど、つまり頻繁に汚泥を引き抜くほど、汚泥の発生量は増えることがわかります。そして、引き抜き期間を長くするほど、つまり長く汚泥を貯留するほど発生量は減ります。図では、引き抜き期間を1年とすると、汚泥の発生量は０.44となり、実際の浄化槽の約50％の数字と近くなっています。固形物自体は、1年間で約2割ほどに減少してしまうのですが、浄化槽の中には直前に入った汚泥も混在しているために、その1年間の総量としては5割ということになっています。
もし、混合全量引き抜き型ではなく、押し出し式部分引き抜き型にすれば、汚泥発生量は2割になってしまう・・・ことになります。
一方、下水浄化センタ－では汚泥は全滞留時間が10日程度しかないため、発生量は1.０、つまり分解による減少量はほとんど無いことになります。このことからも、浄化センタ－の汚泥発生量が浄化槽よりも多くなることが分かります。
農集の場合は、数ヶ月に一度のペ－スで汚泥が引き抜かれます。例えば1ヶ月に1回の引抜頻度であれば、発生量は０.9であり、2ヶ月に1回であれば０.8となります。つまり、引き抜きペ-スを抑えることで汚泥の発生量を減らすことができるのです。逆にキレイにしようとして頻繁に引抜を繰返せば汚泥の発生量は増える事になります。ここでいう発生量とは、総固形分のことであり、例えば1年間にその施設から発生する全固形物量のことです。
追加 2014/10
汚泥の分解性を示す好例がありましたので紹介します。最近、浄化槽の放流先に、木材と貝殻チップを充填して、エアリフトポンプで処理水を循環するタイプの、”蒸発発散+地下浸透”処理槽が付けられる例が出てきました。これは、浄化槽の放流水をこの槽の木材担体表面に滴下してつたわせることで、蒸発させ、残りを地下浸透させるというものです。また、木材貝殻表面に付着したバクテリアによって放流水の浄化も同時に行ないます。
上の写真の左側2個のマンホ－ルは浄化槽、右側の木材チップが見えるマンホ－ルが蒸発発散地下浸透槽です。
このように槽内には木材チップが充填されています。
中心のT字形の塩ビ管は、エアリフトポンプの出口で、槽の底部から処理水を汲み上げて、この上部から滴下します。
ところが、数年使っていると、このように木材チップが大幅に減少してしまいます。側壁は地下浸透のためメッシュが張ってあるだけですから、木材チップの内圧が無くなると崩れる恐れがあります。
設計者の予想以上に木材チップの減少が早いようです。
このように、セルロ－ス系物質の塊である木材ですら数年で分解されてしまうのです。浄化槽のバクテリアの分解能力は、非常に高いのです。
この木材を汚泥に置き換えて考えれば、汚泥の大半が分解できることが理解できるできるのではないでしょうか。木材よりも汚泥の方が遥かに易分解性ですので。
そう。時間さえかければ汚泥はほとんど分解されてしまうのです。