こうえんの 水たまりを のぞくと、石の 表面が ぬるっと する ことが あります。びせいぶつが 表面に くっついて、まくの ように ひろがって いる ことが あるからです。

よごれた 水を きれいに する そうちの 中には、この ようすを わざと つかう ものが あります。石や プラスチックなどの 表面に びせいぶつを くっつけて、そこへ よごれた 水を ふれさせます。すると びせいぶつが、水の 中の 有機物ゆうきぶつを 分解ぶんかいして くれます［1］。

びせいぶつは、自分で ねばねばした ものを 出して、表面に くっつきます。そのまくは、まわりの きびしい 水から 身を まもる はたらきも もつと いわれて います［9］。

では、じっさいの そうちは、どんな ところに まくを つくって いるのでしょう。まず、町の 家に ある ものから 見て みましょう。

公園の水たまりをのぞくと、石の表面がぬるっとしていることがあります。微生物が表面に付着し、膜のように広がっているのです。

排水処理の生物膜法は、この性質を使います。ろ材などの表面に微生物を付着させ、その膜に排水を接触させて、有機物を分解してもらうのです［1］。水の中を漂う微生物に働いてもらう活性汚泥法とは、微生物の居場所がちがいます［1］。

膜が表面に留まれるのは、微生物の周りにあるEPS（細胞外高分子物質）などの物質のおかげです。多糖類とタンパク質を主な成分とする、水を多く含んだゲル状のものです。微生物を包んで固定し、表面にくっつくのを助け、外の厳しい環境から守る膜の役目もするとされます［9］。

では、実際の装置では、膜はどこにつくられているのでしょうか。まず、身近な家庭用の浄化槽から見てみます。

生物膜法では、ろ材などの表面に微生物を付着させ、その生物膜に排水を接触させて有機物を分解させる［1］。水中を浮遊する微生物の集まりを利用する活性汚泥法に対し、微生物の居場所が固定された表面にある点が異なる［1］。

膜が表面にとどまる背景には、細胞外高分子物質（EPS）がある。EPSは多糖類とタンパク質を主成分とし、水を多く含むゲル状の基質で、微生物を包み込んで固定し、表面への付着を助け、厳しい外部環境から守る保護層としても働く［9］。つまり、膜は微生物とEPSなどの物質がつくる「住まい」のようなものであり、装置の設計者はその住まいを置く場所と、水を触れさせる方法を決めることになる。

では、その住まいは、実際の装置のどこに置かれているのか。家庭用の浄化槽から確かめる。

下水道が ない ところの 家では、浄化槽じょうかそうと いう そうちを つかいます。うまっていて ふだんは 見えませんが、中では びせいぶつの まくが はたらいて います。

ある しゅるいの 浄化槽じょうかそうには、へやが 二つ あります。さいしょの へやには、石のような ざいりょうが つめて あり、そこには 空気が ほとんど ない ところで はたらく びせいぶつが くっついて います［2］。

つぎの へやには、空気が 送りこまれて います。そこの ざいりょうには、空気の ある ところで はたらく びせいぶつが くっついて います［2］。

空気の ある ところと ない ところで、はたらく びせいぶつが ちがうのです。ほかにも、まくの 住む 小さな ざいりょうが、水の ながれで 中を うごきまわる しくみの 浄化槽じょうかそうも あります［3］。

下水道のない地域の家では、浄化槽が汚水を処理します。新潟県の説明によると、嫌気ろ床接触ばっ気方式という型では、最初の槽は酸素の少ない所、次の槽は空気を送った所で働く微生物が、それぞれ汚水を分解します［2］。

くわしく見ると、最初の嫌気ろ床槽にはろ材が詰められ、酸素のないところで働く嫌気性微生物が付着しています。次の接触ばっ気槽には、ブロワから空気が送られ、接触材に空気のあるところで働く好気性微生物が付着しています。どちらも、汚水中の有機物を分解します［2］。

槽ごとに酸素の条件が違うため、働く微生物も変わります。鹿児島市の説明には、膜が付いた担体が汚水の循環で槽の中を流れ動く方式も載っています［3］。膜の置き場所は、固定にも、動かすことにもできるわけです。

家庭用の装置は小さな規模です。では、町全体の下水を受け止める大きな処理場では、どんな方式が使われてきたのでしょうか。

家庭用の嫌気ろ床接触ばっ気方式の浄化槽では、嫌気ろ床槽のろ材に嫌気性微生物（酸素のない環境で働く）、接触ばっ気槽の接触材に好気性微生物（空気のある環境で働く）が付着し、それぞれ汚水中の有機物を分解する。接触ばっ気槽にはブロワから空気が送りこまれる［2］。

注目したいのは、同じ「膜に住まわせる」方式であっても、槽ごとに酸素の条件を変えることで、住人の入れ替えを狙っている点である。ただし、資料は二つの槽が分担する有機物の種類までは述べていない。

別の型として、接触ばっ気槽の中で、生物が付着生息する担体を汚水の循環によって流動させる方式もある［3］。分解された有機物は汚泥として沈む。膜の置き場所は、固定にも流動にもできることが、この二つから分かる。

では、家庭の規模を超え、都市の下水を受けるときには、この膜はどう使われたのか。

東京の みかわしまに、日本で さいしょの あたらしい しくみの 下水しょりじょうが あります。大正11年（1922ねん）に うごき始めました［4］。

まくを つかう そうちには、「さんすいろしょう」と いう ものも あります。じゃりなどを つんだ 山に 下水を まくと、水が ながれおちる うちに、石の 表面に まくが できます。この まくが よごれを 分解ぶんかいします［5］。

つかう ざいりょうは、じゃりや こまかく わった 石が いちばん やすいと いわれます。石の 山は ふつう 1〜2.5メートルの ふかさですが、かるい プラスチックを つめれば、もっと 高く できると されます［7］。

空気が うまく ながれないと、においが 出ます［7］。だから 石の すきまは、空気の とおり道でも あるのです。

東京の三河島にある下水処理施設は、大正11年（1922年）に運転を開始した、日本で最初の近代的な下水処理施設です［4］。下水を生物の力で処理する流れのなかで、膜を使う代表的な装置のひとつが散水ろ床です。

散水ろ床は、砂利などのろ材に下水を散布してろ過し、表面にできた生物膜で汚れを分解させる仕組みです。水が流れ落ちるうちに、水の中の微生物がろ材に付き、膜をつくっていきます［5］。

ろ材は、手に入るなら砕石や砂利がいちばん安いとされ、ろ床の深さは通常1〜2.5mです。軽いプラスチックの充填材なら、最大で12mまで積めるといいます［7］。空気が十分に通らないと臭いが出ます。前処理が足りずに詰まると、ハエや臭いの原因にもなりえます［7］。

三河島では、活性汚泥法の実験が約10年続き、拡張に採用されました［4］。膜に任せる方式と、水に漂わせる方式は、競い合いながら使われてきたようです。さて、膜は水が流れ続ければ、どんどん育ちます。厚くなった膜の中は、どうなっているのでしょうか。

三河島は大正11年（1922年）に運転を開始した、日本で最初の近代的な下水処理施設である［4］。下水を生物の力で処理する方式のうち、膜を使う代表的な装置のひとつが散水ろ床である。

散水ろ床は、砂利などのろ材に下水を散布してろ過し、表面に形成された生物膜が汚れを分解する。流れ落ちる水の中の微生物がろ材（石・スラグ・プラスチックなど）に付着して膜をつくる［5］。ろ材は入手できれば砕石や砂利が最も安価で、深さは通常1〜2.5m、軽いプラスチック充填材なら最大12mに達する［7］。

この方式には条件がある。空気の流れが不足すると臭気が出る。前処理が不十分だとろ床が詰まり、ハエや臭気が出ることもある［7］。つまり、ろ材の隙間は、水の通り道であると同時に、膜へ酸素を運ぶ通り道でもある。

三河島では、活性汚泥（促進汚泥）法の実験が1926年から約10年続き、拡張に採用された［4］。国土交通省の資料は、散水ろ床法が日本では近年ほとんど採用されなくなったと述べるが［10］、過去の実績は多いとする。では、水が流れ続けるあいだ、膜は何をしているのか。

まくは さいしょ、とても うすいです。水が ながれる うちに、少しずつ あつく なり、ゼリーのように ぷるんと した ものに なる ことが あります［6］。

あつく なると、まくの 外がわには 空気が とどきますが、内がわには 空気が とどきにくく なります。すると 内がわに、空気の ない ところで はたらく びせいぶつが すむ ことが あります［5］。ひとつの まくの 中に、ちがう びせいぶつの へやが できる ことも あるのです。

まくが あつく なると、やがて はがれ落ちる ことが あります［5］。

はがれた かけらは、下に ある くだで あつめて、「ちんでんち」と いう 広い いけに ためます。かけらを そこで しずめて、水から とりのぞきます［5］。

はがれるのは わるい ことでは なく、新しい まくが 育つ ための じゅんびです。この しくみまでが、そうちの 一部です。

散水ろ床の生物膜は、できたばかりのころは、とても薄い膜です。流れが続くと育ち、数ミリメートルの厚さになることもあります。ゼラチンのような見た目をしている、と説明されています［6］。

厚くなった膜では、外側に空気が届くので好気性微生物が有機物を分解します。一方、膜が厚くなると、内側には酸素が届きにくくなり、嫌気性微生物が育つことがあります［5］。膜の中に、好気と嫌気の二つの層ができる場合があるのです［6］。

膜がさらに厚くなると、やがて膜がはがれ落ちます（スラフィング）。落ちた膜の破片は、ろ床の底の集水管で集められ、沈殿池へ運ばれて、水から除かれます［5］。春に膜が一気にはがれる「spring slough」と呼ばれる現象もあるそうです［6］。

はがれ落ちた膜を沈殿池で受けとめるところまで含めて、一つの処理の流れです。膜は、育って、はがれて、また育ちます。では、膜を育てる場所を、石ではなく回る円板にした装置は、どんな工夫をしているのでしょうか。

散水ろ床の生物膜は、流下する水の中の微生物がろ材に付着して形成され、初期の厚さはごく薄いが、数ミリメートルに達することもあり、ゼラチン状を呈する［6］。

膜が厚くなると、表層では好気性微生物が有機物を分解する一方、内部には酸素が届きにくくなり、嫌気性微生物が育つことがある。一つの膜の内部に好気ゾーンと嫌気ゾーンが同居する構造になりうる［5］［6］。膜の厚さを何ミリと断定できる資料は一つに限られ、数値は条件によって変わると考えるのが妥当だろう。

さらに厚くなると膜は剥離（スラフィング）する。剥がれた固形物は下部の集水管（アンダードレイン）で集められ、沈殿池へ送られて二次汚泥として除去される［5］［6］。春に一気にはがれる「spring slough」と呼ばれる現象も報告されている［6］。

つまり、装置の設計には、膜を育てるだけでなく、剥離した膜を沈殿池で回収する工程までが含まれる。ろ材に付けて育てる以上、育ちすぎた膜を手放す仕組みが必要になる、とも言える。では、水と空気への膜の触れ方を別の形で工夫したのが、回転円板である。

石の 山の かわりに、円板を つかう そうちも あります。うすい 円板を たくさん ならべて、じくに とりつけ、水面すれすれで ゆっくり 回します［8］。

円板の 表面に、びせいぶつの まくが できています。円板の およそ 4わりが 水に つかり、のこりは 空気に ふれて います［8］。回転は 1分間に 2〜5回くらいです［8］。

くるっと 回ると、まくは 水の 中で よごれを とりこみ、水の 外では 空気を すいこみます。回る うごきが、まくに 空気を はこんで いるのです［8］。

このそうちは ふつう いくつかの おけが つながって います。あとの おけほど、まくの 色が はい色や ベージュから 茶色に かわる ことが あるそうです［8］。

円板の まくは、回る ちからで すこしずつ はがれて、ちんでんちに おくられます［8］。ここでも、はがれる ことが しくみの うちです。

回転円板法（RBC）は、平行に並べた円板を軸に取り付け、水面すれすれでゆっくり回す装置です。円板の面積のおよそ40%が水に浸かる、と書かれています（直径の約40%とする説明もあります）。回転は毎分2〜5回です［8］。

円板の表面の微生物膜は、回るたびに汚水と空気に交互に触れます。汚水の中で有機物を取りこみ、水の上で酸素を受け取ります。回転が、膜に酸素を届ける役目も果たしているのです［8］。散水ろ床が上から水をかけて膜に空気を通すのに対し、回転円板は膜のほうを動かして、水と空気に触れさせます。

装置は複数の槽が並んだ形で、後ろの槽ほど炭素系の有機物の除去が進み、アンモニアを硝化する細菌が増えます。それにつれて膜の色が、灰色やベージュから茶色へ変わっていくそうです［8］。余分な膜は、回転による、ずらす力ではがれ、二次沈殿池へ送られます［8］。

最初のRBCは、1959年に西ドイツで設置されたとされます［8］。石の山でも円板でも、膜を育て、手放す流れは共通しています。この流れを、身の回りで確かめるには、どうすればよいのでしょうか。

回転円板法（RBC）は、平行に並べた円板を軸に取り付け、水面すれすれで回転させる装置で、円板面積の約40%が浸漬する（直径の約40%と書く資料もあり、記述は割れている）。回転数は毎分2〜5回とされる［8］。国内の設計値は、手元の資料では扱っていない。

円板上の微生物膜は、回転のたびに汚水と空気へ交互に触れる。汚水中では有機物を取り込み、気中では酸素を得る。回転が膜への酸素供給を担う点で、散水ろ床が水を上から散布してろ床の隙間に空気を通すのと対照的である［8］。

多段の槽では、後段ほど炭素系有機物の除去が進み、アンモニアを硝化する細菌が増える。膜の色は、灰色やベージュから茶色へ移るとされる［8］。余分な膜は回転のせん断力で剥離し、二次沈殿池へ送られる。最初のRBCは1959年に西ドイツで設置されたとされるが、年号は二次資料にとどまるので、1950年代末ごろと読んでおくのが安全である［8］。

ろ床でも円板でも、膜を育て、手放し、沈殿池で受けるという構造は共通する。この構造は、身の回りの小さな装置にも見つけられるだろうか。

きょう できる こと

水の 中に ある 石や、コップの 内がわなどが、ぬるっと して いる ことが あります。さわる ときは おとなと いっしょに、見るだけに しても かまいません。ぬるっと した ところは、びせいぶつが つくった まくの かもしれない、と 思って 見て みましょう。さわったら、手を よく あらいます。

おでかけで できる こと

町の 下水を きれいに する 場所には、「下水しょりじょう」や「水さいせいセンター」と いう 名前が ついて います。けんがく できる ところも あります。ほーむぺーじで、どんな しくみで 水を きれいに して いるか、見て みましょう。

家の中で

水の中に入れた石やコップの内側がぬるっとしている場面に気づいたら、そこには微生物が付着して膜になっているのかもしれない、と考えてみます。さわるときは保護者と一緒に行い、さわったら手をよく洗いましょう。

出かけて

下水処理施設は、「水再生センター」といった名前で公開されていることがあります。見学を受け付けている施設もあります。どの方式で水を処理しているか、ホームページで調べてみると、膜を育てる装置か、水に漂う微生物を使う装置かが分かるかもしれません。

原典にあたる

環境省の資料［1］や、東京都下水道局の三河島水再生センターの紹介［4］は日本語で読めます。家庭の浄化槽の仕組みは、新潟県［2］や鹿児島市［3］のページにあります。

観察

水に浸けた石や容器の内側にできるぬめりは、微生物が付着してつくる膜の一例と考えられる。観察は保護者と一緒に行い、触れたら手をよく洗う。生物膜法の膜がここまで厚くなるわけではないが、「表面に付く」「ゼリー状になる」という性質は共通する。

資料の読み方

三河島の施設については、東京都下水道局の三河島水再生センターの紹介［4］で、運転開始の年を日本語で読める。膜の成長と剥離の記述は、米国EPAのファクトシート［5］とSSWM［7］が英語である。浄化槽の方式は新潟県［2］と鹿児島市［3］のページが日本語で読める。EPSについては研究論文［9］が英語である。

方式ごとの汚泥量や電力の比較は、公的な数値でそろった資料が少なく、メーカーの資料は宣伝値を含みうる。比較は定性的な傾向にとどめるのが安全である。