毎日活性汚泥を扱う、下水処理に関わる私たちの仲間たちは、このものが水中の有機物に頼って働く「食通の兵士」の集団のようなものだと知っています。しかし、ご存知ですか？これらの兵士がうまく働くためには、「食べ物」だけでは十分ではなく、さまざまな「栄養補助食品」も必要であり、その中でもリンは特に重要なものです。水中にリンが不足すると、活性汚泥は活発に活動できなくなり、将来的に多くの問題が発生します。今日は、この問題を詳しく見ていきましょう。
まず、活性汚泥中の微生物にとってリンが何をするのかを理解する必要があります。考えてみてください。微生物は成長し、繁殖し、有機物を分解するためにさまざまな酵素を合成する必要がありますが、これらはすべてリンに依存しています。細胞内の遺伝物質であるDNAについて話しましょう。リンなしでは合成できません。また、ATPなどのエネルギー伝達物質もリンであり、これらは主要な構成要素です。簡単に言うと、リンは微生物の「エネルギーバッテリー」と「成長建築材料」のようなものです。これがないと、微生物は生き残ることさえ難しくなり、ましてや廃水処理に取り組むことなどできません。
もし本当にリンが不足したら、活性汚泥には最初にどのような変化が起こるでしょうか？最も直感的なのは、汚泥の沈降性能が悪化することです。もともと活性汚泥は良好で、沈降後、上澄みは澄んでおり、汚泥層は緻密でした。しかし、リンが不足すると、沈降槽が散らばった汚泥で満たされ、まるで「綿毛」の層が浮いているように見え、上澄みが濁っていることに気づくでしょう。なぜこうなるのでしょうか？リン不足のため、微生物は細胞壁やカプセル構造を正常に合成できず、細胞壁がもろくなり、粘性の低い多糖類を分泌しやすくなります。このように、汚泥粒子はうまく集まることができず、「散らばった兵士」となり、当然沈降できません。時には「汚泥膨張」という状況が発生することもあり、曝気槽全体で汚泥が浮遊していることがあります。汚泥濃度計で測定すると、濃度は低くは見えませんが、すべて仮想であり、戦闘能力はありません。
処理効果に移りましょう。これは私たちが最も懸念していることです。リン不足は、まず有機物除去の効率に影響します。微生物はもともと私たちが食べるように簡単に有機物を食べていましたが、リン不足になると、有機物を分解する酵素を合成することさえできなくなり、食べた有機物を完全に分解できず、中間生成物の段階にとどまります。COD（化学的酸素要求量）をテストして確認できます。流入CODは非常に高いですが、流出CODはまだ減らすことができません。時には、流出CODが以前よりも高くなることさえあります。これは、微生物が働いていないのではなく、分解できず、体から有機物を排出することさえあるのです。
有機物に加えて、窒素除去も影響を受ける可能性があります。最近では、多くの下水処理場が脱窒を行う必要があり、硝化細菌と脱窒細菌に頼っています。硝化細菌はアンモニア性窒素を硝酸性窒素に変換し、脱窒細菌は硝酸性窒素を窒素に変換して放出します。しかし、どちらの種類の細菌もリンに特に敏感であり、特に脱窒細菌です。リンが不足すると、脱窒細菌の呼吸が阻害され、硝酸性窒素を電子受容体として使用できなくなります。その結果、流出液中の硝酸性窒素含有量が急上昇し、脱窒効果が直接「半減」します。時には、曝気槽内の溶存酸素が十分であるにもかかわらず、アンモニア性窒素の除去率が上がらないことに気づくかもしれません。確認してみると、リン不足が硝化細菌の活性につながっている可能性が非常に高いです。
汚泥の量と性質について話しましょう。リン不足は、微生物の成長と繁殖速度を遅くする可能性があります。もともと、1日に1世代繁殖できましたが、リン不足になると、1世代繁殖するのに2、3日かかる可能性があり、汚泥の成長が減少します。一部の友人は、「汚泥が少ない方が良い、汚泥処理の必要が省ける」と思うかもしれませんが、実際にはそうではありません。汚泥が少ないということは、働くことができる微生物が少ないことを意味し、長期的には活性汚泥システム全体で「人員不足」につながります。流入有機物の急増など、わずかな衝撃負荷に遭遇すると、システムはそれに耐えることができず、崩壊しやすくなります。さらに、リン不足の汚泥の性質も変化し、含水率が上昇します。もともと、脱水後の汚泥ケーキの含水率は80％以下に制御できましたが、リン不足になると85％以上に上昇する可能性があります。その後の汚泥処分コストが直接増加し、埋め立てであろうと焼却であろうと、より多くのお金が必要になります。
もう一つ見落としがちな点は、リン不足が活性汚泥システムを特に「脆弱」にし、耐衝撃性が低くなる可能性があるということです。通常、流入水質のわずかな変動があっても、微生物はゆっくりと適応できます。しかし、リンが不足すると、微生物自体が「栄養失調」の状態になり、pHの変化、温度低下、または水中に微量の有毒物質が存在するなどのわずかな変動により、微生物が大量に死滅しやすくなります。曝気槽の泡が突然増え、魚臭がすることに気づくでしょう。汚泥をいくつか取り出して顕微鏡検査を行うと、多くの微生物の体を見ることができます。活発な原生動物（ミズクラゲやワムシなど）はほとんど見えませんが、強い耐汚染性を持つ後生動物（線虫など）ばかりであり、これはシステムが間違っていることを示しています。
リン不足かどうかを判断するにはどうすればよいでしょうか？実際には、いくつかの簡単な方法があります。まず、流入水と活性汚泥中のリン含有量を測定できます。一般的に、活性汚泥中のリン含有量（乾燥汚泥として計算）は1.5％から2.5％の間である必要があります。1％を下回ると、リン不足の可能性が非常に高くなります。また、汚泥の外観を見ることもできます。先ほど述べた沈降不良、上澄みの濁り、泡の増加などの現象を参考にすることができます。もう一つは、処理効果をテストすることです。COD、アンモニア性窒素、硝酸性窒素の除去率が同時に突然低下した場合、溶存酸素、pH値、温度などの要因を除外した後、リンが不足していないか確認する必要があります。
本当にリンが不足している場合は、パニックにならないでください。最も直接的な方法は、リンを補給することです。一般的に使用されるリン補給剤には、過リン酸石灰、リン酸二水素カリウム、リン酸二水素ナトリウムなどがあります。補給する具体的な量は、流入水のリン含有量、汚泥濃度、および処理目標によって異なります。たとえば、活性汚泥中のリン含有量を2％に増やしたい場合は、汚泥の乾燥重量に基づいてどのくらいのリンを追加する必要があるかを計算し、数回に分けて追加できます。一度に大量に追加しないでください。そうしないと、流出液中のリンが過剰になり、さらに問題が発生する可能性があります。さらに、原水から制御することもできます。水中に工業廃水が多すぎ、リン含有量がすでに低いかどうかを確認するなどです。上流の企業が排水水質を調整し、リン不足の問題を根本的に解決するために協力できれば、さらに良いでしょう。
全体として、活性汚泥システムにおけるリンの割合は高くはありませんが、間違いなく全身に波及効果をもたらす可能性のある重要な栄養素です。リン不足、微生物
