まず、1つ理解しておきましょう。下水処理場において、活性汚泥は単なる泥ではありません。「下水処理の専門家」の集まりの住処なのです。バクテリア、菌類、原生動物などの微生物が内部に生息し、下水中の有機物を頼りに生きています。同時に、汚染物質を無害な水と二酸化炭素に分解し、下水をきれいにします。しかし、活性汚泥が「毒」に侵されると、これらの小さな専門家は弱り、処理能力は急落し、システム全体が崩壊することさえあります。今日は、この毒がどのようにして処理能力の低下を徐々に引き起こすのかを詳しく見ていきましょう。
まず、「活性汚泥の毒化」とは何を意味するのかを明確にしましょう。実際には、不適切な「毒素」が下水に混入することです。工場から排出される重金属（銅、クロム、水銀など）、強酸や強塩基、または分解しにくい有機化合物（特定の農薬や化学廃水中の成分など）が考えられます。これらの物質がシステムに入ると、微生物にとって「致命的な殺し屋」となり、一連の連鎖反応を引き起こし、当然のことながら処理能力を低下させます。
最初のステップであり、最も直接的なのは、「主要なプレーヤー」であるバクテリアを毒で殺すことです。活性汚泥の中核が従属栄養細菌であることは誰もが知っています。これらは有機物を分解する主な力です。これらのバクテリアの細胞膜と酵素系はすべて「弱点」です。例えば、重金属はバクテリアに接触すると細胞膜に付着し、細胞膜の構造を破壊します。これは、バクテリアの「保護シェル」を破壊することに相当します。内部の細胞質と核が漏れ出し、バクテリアは直接死んでしまいます。また、バクテリア体内の酵素と空間を争う毒素もあります。酵素はもともと、バクテリアが有機物を分解するのを助ける「ツール」です。毒素が空間を占有すると、酵素は機能せず、バクテリアが生きていても「食べることができず」、徐々に餓死するしかありません。
考えてみてください。プールにはもともと活発なバクテリアが満たされていましたが、毒化後、それらは死んで崩壊し、働くことができるバクテリアの数が突然半分に減少しました。以前は、100個のバクテリアが100個の有機物を処理できましたが、今では20個しか生きていません。残りの80個の有機物がプールに積み重なっているのではないでしょうか？流出水の品質は基準を超えているに違いなく、処理能力は低下しています。
2番目のステップは、一部のバクテリアがすぐに死ななくても、「怖くて動けなくなる」ことです。「休眠モード」に入ったり、代謝モードを変えて、もはや適切に汚染物質を分解しなくなります。多くの微生物は「ストレス反応」を持っています。環境に危険を感じると（毒素の存在など）、通常の成長、繁殖、代謝活動を停止し、代わりに自分自身を包むためにいくつかの「保護物質」を合成します。まるで動物が冬眠するように、まず命を救うのです。
例えば、高濃度のフェノール化合物（化学廃水によく見られる）が突然下水に混入すると、有機物を分解する多くのバクテリアが「ストライキ」を起こし、COD（化学的酸素要求量、水中の有機物の量を示す）を分解しなくなります。代わりに、フェノールを分解して命を救うために特別な代謝経路を活性化します。しかし、この方法では、処理されるべき有機物に対処するエネルギーがなく、プール内のCODを減らすことができないため、処理効果は当然悪化します。さらに、この「休眠」は一時的なものではありません。毒素が持続すると、バクテリアは活性を取り戻すことができず、処理能力が長期間停滞する可能性があります。
3番目のステップは、活性汚泥の「構造」が破壊され、「フロック状の小さなグループ」から「散兵」へと変化し、適切に沈降できなくなり、さらに処理システムを低下させることです。通常の活性汚泥はフロック状で、小さな綿球のようで、これらのフロックには多数のバクテリアがコーティングされており、特に優れた沈降性能を持っています。二次沈殿槽では、すぐに槽の底に沈み、清浄な水が上から流れ出し、汚泥も曝気槽に戻して継続的に使用できます。
しかし、毒化すると状況は変わります。一方では、バクテリアが死ぬと、フロック内の「骨格」（主にバクテリアが分泌する多糖類やタンパク質などの粘性物質）が支持を失い、フロックは小さな粒子に分解されます。一方、一部の毒素はバクテリアが分泌する粘着物質を破壊し、フロックが粘着性を失い、一緒に集まることができず、水中に浮遊するだけになります。これらの壊れた小さな粒子は、二次沈殿槽で沈むことができず、流出水とともに流れ出し、「泥の流出」という現象を形成します。
考えてみてください。すべての汚泥が流れ出てしまい、曝気槽内の活性汚泥の量が減少し、働くことができる微生物が減少し、悪循環を形成しています。そして、流れ出した汚泥は、流出水を濁らせ、CODとSS（浮遊固形物）が基準を超えます。処理システムは、泣きっ面に蜂のようなものです。処理能力が低下しないはずがありません。
4番目のステップは、微生物の「生態学的バランス」を乱し、有益なバクテリアが消滅し、有害なバクテリアが急速に成長し、さらに処理プロセスを妨害することです。通常の活性汚泥では、微生物が互いに協力し合っています。バクテリアは有機物を分解して低分子物質を生成し、原生動物（線虫やワムシなど）はバクテリアを食べ、バクテリアの数を制御し、粘性物質を分泌してフロックの形成を助けます。誰もがシステムの安定性を維持するためにそれぞれの役割を果たしています。
毒化後、このバランスは崩れます。なぜなら、異なる微生物は毒素に対する耐性が異なるからです。有機物を分解する有益なバクテリアは、毒性に対する耐性が低く、最初に死にます。しかし、一部の毒性の高い雑菌（特定の放線菌など）は生き残り、大量に繁殖し始めます。これらの雑菌は、汚染物質を分解しないだけでなく、残りの有益なバクテリアと栄養と酸素を奪い合い、さらには有益なバクテリアの成長を阻害する物質を分泌します。
例えば、毒化後、曝気槽に大量の糸状菌が現れることがあります。これらのバクテリアは細長く成長し、活性汚泥フロックに巻き付き、フロックの沈降性能を低下させ（一般に「汚泥膨張」として知られています）、汚泥漏れを引き起こす可能性もあります。さらに、糸状菌は有機物をあまり分解しません。それらが多すぎると、有益なバクテリアの生活空間が圧迫され、当然のことながら処理能力を向上させることはできません。
最後に、活性汚泥の「回復能力」は毒化後に弱まり、後で毒素が除去されても、処理能力がすぐに回復することはありません。なぜなら、微生物の成長と繁殖には時間がかかるからです。死んだバクテリアを復活させることはできず、残りの少数のバクテリアは元の数に繁殖し、フロック構造を再構築し、生態学的バランスを回復する必要があります。このプロセスには数日、場合によっては数週間かかることがあります。この間、システムの処理能力は低いレベルにあります。途中でエラーが発生した場合（流入負荷の変動など）、完全に崩壊し、汚泥を追加して再起動する必要がある可能性もあります。
要約すると、活性汚泥の毒化が処理能力の低下につながる理由は、本質的に「微生物に対する毒素攻撃」です。まず、主要な分解バクテリアを殺したり阻害したりし、次に汚泥のフロック構造と微生物の生態学的バランスを破壊し、最終的に有機物の分解を不可能にし、汚泥の流出とシステム内の悪循環を引き起こします。したがって、下水処理場にとって最大の恐怖は、有毒物質が突然流入水に混入することです。通常、流入水の品質を監視し、異常が見つかった場合は直ちに措置を講じる必要があります。さもなければ、苦労して構築された処理システムは、単一の毒化によってストライキを起こす可能性があります。
