排水生物処理施設における細菌の発生モ－ド（フロック、糸状性細菌、単分散細菌）と原生動物の生産
ここでは、排水処理施設における生物処理の主体である細菌について取り上げます。排水処理施設には、様々な生物が発生しますが、BOD除去の大部分は細菌によってなされています。原生動物や後生動物は、BOD除去にはあまり関与していません。これらは、細菌を食べることで汚泥の発生量を抑制したり、浮遊細菌を除去することで間接的に水の浄化に寄与しています。汚水の生物処理のBOD除去の主役は細菌であると言えます。
さて、排水処理施設には様々な細菌が発生しているのですが、その発生の形態は大きく分けて現在の主流は以下の2種になります。
① 活性汚泥法→フロック→フロック形成細菌
② 生物膜法→糸状菌
①の活性汚泥法は、大規模施設によく使われている方法です。下水処理場や大きな農集はほとんどこの方法を取っています。”フロック”とはフロック形成細菌が、菌外に出す高分子物質（ノリの働きをします）により、細菌やＳＳがくっつき塊になったものです。この中では、様々な細菌が共生しており高い生物活性を示すため”活性汚泥”の名が付いています。フロックは溶解性有機物（ＢＯＤ）も吸着する性質があり、素早く細菌にとっての食料であるBODをとりこむことができます。BODとＳＳをフロック内にすばやく取り込み、内部の細菌によってゆっくり消化される。このため、他の細菌とのえさの取り合いの生存競争に有利になります。活性汚泥は、汚水を長時間バッ気しておくと自然にできてきます。
②の生物膜法は、バッ気槽内に板など表面を持つものを入れておくと、その表面に糸状菌が発生し、これを基盤として各種の生物が増殖することで形成される”生物膜”により、汚水の浄化を行なうものです。このため、生物膜法の浄化の主体は糸状細菌といえます。生物膜法は、小規模の農集や浄化槽によく使われている生物処理法です。糸状細菌はその名のとおり糸のような形状をしており、表面積が大きいためにBODや栄養分の取り込みに有利となっています。しかし、ＳＳの吸着機能ははありません。このため、生物膜法による汚水処理には、必ず汚泥（ＳＳ分）沈殿分離をおこなう別の槽が必要になります。
活性汚泥法と生物膜法は、生物処理に良く使われますが、実は第３の細菌モ－ドがあります。
③単分散細菌
これは、個々の細菌がバラバラに独立して存在する状態です。この状態では、細菌が水と共に流出してしまうため、廃水処理に使われることはありません。活性汚泥は沈殿槽で固液分離されますし、生物膜は接触材に固定されているため、流出する心配はありません。このため、単分散細菌は、汚水処理施設ではあまり注目されておらず、知られておりません。
同じ汚水をもとにしても、バッ気の条件を変えることで上の3種類の細菌モ－ドが発現します。
汚水の細菌生成実験
①排水を長時間バッ気する→活性汚泥が生成
②排水を接触材を入れてバッ気する→生物膜が生成
③排水を静置する（バッ気攪拌しない）→単分散細菌が生成
これは簡単な実験で確かめることができます。1Ｌ程度の容器に人工下水を入れて各条件でバッ気攪拌すると、上の結果が得られました。
ここで、原生動物の生産性について考えてみます。
単分散細菌は、汚水を静置しておくと初期に細菌が自然に発生した状態で、最もシンプルな形態と言えるでしょう。原生動物は細菌を食べて生きていますが、フロック中に取り込まれた細菌は食べられませんし、糸状細菌を食べることができる原生動物は非常に限られているのです。逆に言えば、原生動物から捕食されることへの対抗策として、フロックで身を守り、菌体の形状を食べられにくい糸状にした、とも考えることができます。このため、活性汚泥と生物膜は、原生動物生産能力が実は低いのです。
原生動物は、主に独立して存在する細菌を食べています。つまり、原生動物が最も食べ易い細菌のモ－ドは、③の単分散なのです。このため、単分散細菌モ－ドが最も原生動物の生産性が高いことになります。
上の実験でも、①と②はほとんど原生動物が発生しませんでした。活性汚泥と糸状菌は簡単に増えますが・・・。③では、はじめに細菌の増殖に伴って人工下水が白濁し、その後原生動物（主にゾウリムシ）が爆発的に発生しました。その密度は人工下水の色が変わるほどで、①や②とは比較にならないほどの爆発状態を見せました。発生液をビ－カ－に入れて光にかざすと一匹一匹が霧のように判別できます。
実際の排水処理施設の場合は、よく下水処理場の見学で活性汚泥の顕微鏡観察で原生動物を見せていますが、その密度はかなり低いものです。また、浄化槽によく使われる生物膜法の場合は、活性汚泥よりも原生動物は多くなります。しかし、浄化槽の生物膜を顕微鏡で見てみると、あらゆる浄化槽で多いわけではありません。糸状菌はとても多いのになぜか原生動物をほとんど見かけない浄化槽があります。逆に驚くほど多い浄化槽もあります。浄化槽の原生動物密度は、条件によって大きく変化するようです。
浄化槽での原生動物が発生するしくみを考えてみました。原生動物が、糸状細菌を直接食べることで発生するのではなく、単分散細菌を食べる事によるのであれば、浄化槽での単分散細菌がどのように発生するかを考える必要があります。
左の図は、一般的な合併浄化槽の水の流れを示した図です。前の黄色の2つの槽は、嫌気ろ床槽といい、固液分離をして汚泥を貯留するための槽です。ここはバッ気されていません。続いて赤の槽は接触バッ気槽で、接触材の板を入れて空気攪拌しています。ここで生物膜法により汚水の浄化をしています。ここから”返送ライン”で、水を嫌気ろ床槽の入り口にバッ気槽内の水を一部戻します。返送ラインの役割はいろいろありますが、これにより、溶存酸素が嫌気ろ床槽に持ち込まれる事になります。このため、嫌気ろ床槽は完全な無酸素状態ではなく、少量ながら酸素が供給される状態になります。また、水流がほとんど無いため、静置した状態に近くなっています。
この嫌気槽が、単分散細菌および原生動物の発生する場所になっているのです。ここは、汚水を静置しており、しかも無酸素ではないため、上の実験③と同じ条件になっているのです。バッ気槽の中でも、ボルティセラなどの繊毛虫が、嫌気槽から入り込む単分散細菌を捕食して増殖します。
単独浄化槽では、返送ラインがありません。単独浄化槽では、生物膜上の原生動物は合併浄化槽よりも少ないのです。これは、嫌気槽が無酸素状態になっているために、酸素を必要とする原生動物が発生できないためです。
条件が合えば、合併浄化槽において原生動物（ゾウリムシ等）が大量に発生します。原生動物は昆虫類の良いエサとなりますので、この結果蚊が大量に発生する場合があります。
↑実際の合併浄化槽です。ほとんど使用していないので、真水が入っているようで、内部まできれいに見えます。左端のマンホ－ルは、嫌気第一槽で、排水は左端から流入します。穴の開いたエンビパイプは”返送ライン”で、右端のバッ気槽から一部返送されています。2番目のマンホ－ルは、嫌気第二槽で、内部に嫌気ろ床が見えます。これは排水中の固形分を補足して流出しないようにするためのものです。このように、嫌気槽は、静水状態であることがわかります。右のマンホ－ルはバッ気槽で、空気を送って内部に流動担体があります。生物膜はこの担体上にできます。白い筒は消毒剤が入っていて、放流水を滅菌します。写真は上から見ているので表面しか見えませんが、この水深は１ｍ以上あります。
排水処理施設における原生動物の発生する原因は、単分散細菌によることがわかりました。原生動物は、遊離細菌の除去に役立つため、原生動物生産を行なう系列を設けて、水処理系列に原生動物注入を行い、施設の浄化能力を上げるのもいいかもしれません。また、プランクトンプラント用の原生動物生産装置として利用できそうですね。
BOD→細菌→原生動物という流れは、生態系の中では腐食連鎖と呼ばれるもので、重要な位置を占めています。プランクトンプラントも高濃度のBOD成分を含む排水を原料とするため、この流れを取り入れることは重要とは思いますが、この流れは害虫の発生を伴うため、扱いが難しいと思われます。汚水の細菌生成実験でも簡単に蚊が発生しました。逆に言えば、この腐食連鎖をなくすことで、害虫の発生を抑制することが可能となります。浄化槽は、蚊の発生が問題になることがありますので、単分散細菌の発生を抑制する（嫌気槽内に少量バッ気して、ある程度水流を発生させるとか）ことで、原生動物を減らし、ボウフラの食料を絶つことが可能かもしれません。
この連鎖は、かなりな高速で実現できそうですね。生産量だけで見れば有望です。ボウフラも、魚から見ればいいエサなので、うまくコントロ－ルできれば、プランクトンプラントになり得そうですが、一歩間違えれば大変なことになりそうですね。
追加
浄化槽には、空気を送るブロワが付いていますが、この中のポンプ部品は消耗品であり、これが壊れると送風ができなくなります。”ばっ気停止”と呼ばれている状態になります。こうなると、浄化槽のバッキ槽や返送ラインのエアリフトポンプが止まります。この状態では水の浄化ができなくなり、浄化槽内の水流が停止します。
このような浄化槽で、ばっ気槽にケンミジンコが大量に発生している事例がありました。Ｈ26.6月の初夏で気温は30度近くまで上がっていました。
バッキ槽を見たところです。空気が送られていなくて水が静止しています。これは嫌気ろ床接触ばっ気型の家庭用小型合併浄化槽です。
ケンミジンコが湧いています。ここまで高密度に発生しているのを見るのは初めてです。ケンミジンコでも高密度になることが可能なのですね。
返送ラインが動いていると、ばっ気槽の滞留時間が短くなります。これが止まり、滞留時間が長くなり水温も高いことから、ケンミジンコの培養条件が整ったものと思われます。この浄化槽は常時一人の使用であり、水量も少なくばっ気停止の状態でもさほどＢＯＤは高くありません。透視度は30度以上あります。
嫌気ろ床槽：BOD ⇒ 単分散細菌 ⇒ 原生動物 接触ばっ気槽：原生動物 ⇒ ケンミジンコ
という条件が出来上がっていると思われます。ケンミジンコは、ばっ気槽のみにいて、上流側の嫌気ろ床槽や下流側の処理水槽にはいませんでした。
ばっ気は水の浄化を行ない原生動物及びケンミジンコの生育条件にプラスにはたらく要素もありますが、空気攪拌によるばっ気槽での強い水流は、逆に生育を妨げる働きもします。
理想的には水が静止した状態でＤＯを供給できれば、もっともケンミジンコの培養に適した条件になるのでしょうね。
このばっ気槽には、カエルが一匹侵入していました。ばっ気停止の汚れた水質にも関わらず、ミジンコを食べに来ていたのでしょう。放流水に混じるミジンコを追って放流口から浄化槽に入ったのでしょうね。写真に撮ろうとしたら逃げられてしまいました。
ケンミジンコ ⇒ カエル