既存の治療システム

下水管。 写真©ジョーミラー
衛生廃棄物の管理は、最初に定住した文明以来懸念されてきました。 歴史的に、下水と家庭廃水は、処理として希釈と酸化を利用して、最寄りの水路に排出されていました。 この「自己浄化」の考え方は正しくありませんでした。 多くの汚染物質は、十分な曝露、時間、および希釈を伴う自然なプロセスによって除去できます。 しかし、人口増加と下水の汚染物質の増加により、このアプローチは不十分になっています。 下水に起因する病気の発見は、人々の健康を保護するために下水を飲料水から分離することを目的とした衛生設備の開発につながりました。 参照 それ以来、生下水が海洋に流入するのを防ぐために多くの処理システムが開発されてきました。 以下は、今日使用されている一般的な下水処理システムの概要です。

廃水処理プラント

米国カリフォルニア州の廃水処理プラント。 写真©MichaelLayefsky、Flickr

一元化された廃水処理プラント(WWTP)と下水道

背景

人口密度の高い地域や工業都市は、下水を受け入れて処理するために、主に集中型下水処理プラント(WWTP)に依存しています。 地下下水管の複雑なネットワークは、重力とポンプを使用して、家や建物から下水をWWTPに運びます。 これらの大規模な施設は、建設、運営、維持に費用がかかります。 テクノロジーと 治療能力 これらのシステムのうち、初期投資後にアップグレードされることはめったにありません。 これは、頻繁に漏れやオーバーフローが発生する下水管にも当てはまります。 下水道管インフラの確立は、特に人口密度の高い都市部の外では費用がかかります。 また、降雨量の増加、地下水面の上昇、海面によって引き起こされる誤動作のリスクも高まります。 初期の建設費に加えて、この大規模なインフラストラクチャへのアップグレードには費用がかかり、通常は自治体または地方自治体の責任です。

廃水処理プラントの空中

上からの廃水処理プラント。 写真©Alexde Haas、Flickr

大都市では大量の下水が発生するだけでなく、 雨水 同じように。 不足している地域では 吸収 土壌、草地、森林、その他の自然の特徴が提供する保持力により、降水は行き場がないため、不浸透性の表面を流れ、がれきや汚染物質を蓄積し、汚染された都市流出水をもたらします。 これに対応して、多くの都市が合流式下水道を建設し、雨水を集めて下水と同じ集中型下水処理施設に輸送しました。 これは効率的であるように見えますが、システムのすべてのコンポーネントの脆弱性を高めます。 暴風雨や大雨は、パイプ、貯蔵タンク、処理システムの容量を超えることが多く、生下水を含む未処理の廃水が水路に大量に排出されます。 米国では、40万人が合流式下水道を利用しており、合流式下水オーバーフロー(CSO)イベントでは、年間3兆リットルを超える未処理の下水と雨水流出が発生しています。 参照

下水管理の詳細については、Wastewater101ウェビナーをご覧ください。

治療

下水がWWTPに到着すると、排出される前にいくつかの段階の処理が行われます。

  • プライマリー、または物理的な処理はスクリーニングから始まります。下水はスクリーンを通過して大きな固形物を除去します。 その後、排水は沈殿タンクに運ばれ、重力によって追加の浮遊物質が沈殿します。
  • 二次、または生物学的処理は、消毒前に下水から有機物を除去することを目的としています。 酸素と微生物は、汚染物質を分解する生化学反応を触媒および促進するために使用されます。 このプロセスは自然のシステムをモデル化し、曝気または追加の酸素への曝露によってより効率的になります。 分解には酸素が必要であり、曝気は溶存ガスの除去に役立ちます。 これらの反応は、最終的に残りの粒子が沈降するのを促進します。 生物学的処理の一般的な手法には、微生物が利用できる表面積とその密度を高めるトリクルフィルターと活性汚泥が含まれます。
  • 第三紀、または化学的処理は、さらなる沈降と栄養素の除去を促進するために使用されます。 追加されたポリマーは汚染物質を引き付けて塊を作り、炭素または木炭フィルターは物理吸着を触媒して栄養素を減らします。
  • 最後に、排水を消毒して、残っている病原体を中和します。 塩素は最も一般的な消毒剤のXNUMXつですが、 UV または、残留化学物質濃度を最小限に抑えるためにオゾンが好ましい場合があります。 参照

取水管から放流までのWWTPを通る排水の流れ。 ソース: 新しいウィンドウで開きますマリクとアレフィン2018

米国では、水質浄化法(CWA)により一次および二次処理が義務付けられており、三次処理を組み込んだ施設の数が増えています。 参照 さらに、排水中の栄養素濃度の制限は、栄養素の負荷とその結果として生じる問題に対処するために、州および施設レベルで実施されています。 富栄養化。 処理基準は有用ですが、海洋生態系を汚染から保護するには十分ではありません。

一元化されたシステムの概要

  • 一元化されたシステムは、治療の効率を高め、メンテナンスのコストを統合し、最小限に抑えます 非点源汚染
  • 一元化されたシステムの欠点には、多額の初期投資、費用と技術の維持、容量の制限、漏れの影響を受けやすい、天候に対する脆弱性、栄養素の不適切な除去などがあります。

分散型治療システム

背景

オンサイト廃水処理システム(OWTS)は、集中型システムが不適切であるか、構築されていない下水を管理するためのローカライズされた小規模システムです。 水文学、地質学、地理学(および財政、政治、規制)によって、下水道と集中型システムが可能かどうか、またはオンサイト下水処理システム(OWTS)がより適しているかどうかが決まります。 住宅が分散している地域、浅い土壌、不浸透性の岩盤、または脆弱な地下水面がある地域では、OWTSがサービスを提供することがよくあります。 これらのシステムは、個々の住宅所有者にとってコストがかかる可能性がありますが、一部の場所では、補助金や地域のインセンティブによって設置および保守のコストを削減できます。

治療

従来のオンサイト浄化槽システムを通る下水の流れ。 出典:EPA Office of Water 2002

オンサイト廃水処理システム(OWTS)は、廃水が生成されるサイトで廃水を収集、処理、および排出します。 多くの種類のオンサイト処理システムが存在しますが、次のXNUMXつの種類が世界的に広く使用されています。

  • 汚水だまり、封じ込めと処理のステップがXNUMXつだけです。 ここでは、掘られた、または造られたピットが、自然の沈降と処理のために排水を収集します。 セスプールは効果がなく、不十分な治療を提供することが示され、段階的に廃止され、交換され、多くの場所で許可されていません。
  • 浄化槽システム 通常、生の排水用の貯蔵タンクと、排水時に排水を追加処理するための分散方法が含まれています。 タンクは下水を捕獲するだけでなく、沈殿を促進し、 嫌気性 処理。 追加の 好気的 タンクチャンバーは、生物学的処理と栄養素除去を強化するために一般的になりつつあり、一部の浄化槽システムには、好気性環境と嫌気性環境の間で排水を移動するための再循環ポンプさえあります。 分散は、環境への排水の流れを遅くするために重要です。
  • フィールドを排水する は、地下水または地表水に排出する前に、土壌、砂利、またはその他の物質中の微生物による排水の追加処理の機会を促進する分散技術です。 ネイチャーコンサーバンシーロングアイランドからの以下のビデオは、浄化槽と汚水だまりシステムのより詳細な説明を提供します。

もうXNUMXつのOWTSオプションは、コンテナベースのシステムです。これは、同様に現場で下水を収集して保管し、処理のために廃棄物を他の場所に輸送する必要があります。 これらのシステムは主にインフラストラクチャが限られている地域で見られ、満杯になったら空にする必要があるピットラトリンや毎日空になるバケツトイレが含まれます。 コンテナベースのオプションから収集された廃棄物の処理は、上記で概説した従来の処理プロセスから、新しい資源回収方法、まったく処理しないまでの範囲です。 成功するコンテナベースのオプションについては、 新たなソリューション.

浄化槽システムと汚水溜めは栄養素に対処するように設計されておらず、それらを排水から除去するには不十分であり、沿岸地域の海洋環境に危険を及ぼす可能性があります。 OWTSでの栄養素除去に対処するための多くの技術的進歩がありましたが、世界的に下水排水中の栄養素に対する規制が不足しています。 見落とされた漏れや誤動作は非点源汚染を引き起こしますが、これは検出が難しく、コンプライアンス違反の結果がなく、施行の機会がほとんどありません。 強化された栄養素削減を含むOWTSシステムへのアップグレードが実証されています より費用対効果 新しい大規模な下水処理施設を建設するよりも。

分散型システムの概要

  • 分散型治療は個別化されており、小規模で運用され、よりまばらな集団にサービスを提供しています
  • 分散型システムの欠点には、コンプライアンス違反につながる頻繁な管理ミスや見落とし、栄養素や新たな汚染物質の不適切な除去、雨水の処理の欠如などがあります。

放電

排水管からの排出。 写真©pixabay

集中型または分散型システムからの処理後、処理された排水は近くの水域または地面に直接排出されます。 排水管 排水を河川や海に直接排出するために使用されますが、排水場、土壌、湿地、植生は、地下水への排水の浸透を遅らせます。 排水によって引き起こされる海洋への汚染は、排水前に受ける処理のレベルと使用される排水戦略の両方に依存します。 高度な栄養素削減技術と自然ベースのソリューションは、追加の処理を実現し、排水の流れを遅くすることができます。 一方、不適切に処理された下水の排出は、人間、生物、および生態系の健康に対する危険性を高めます。 沿岸地域の大規模な処理プラントは、処理済みまたは生の排水を直接海に排出することがよくありますが、地下水排出や浸出によって、小規模な封じ込めシステムからの下水汚染も発生し、見過ごされがちです。

システム選択に関する考慮事項

インフラストラクチャ、リソース、地質、人口規模、文化的規範、および政治はすべて、下水処理システムの選択に影響を与えます。 たとえば、WWTPは、構造密度と人口密度が高く、既存のパイプネットワーク(またはそれらを正常に設置するためのリソースと適切な地質)、および高度な技術的メンテナンスの能力がある地域に適しています。 あるいは、OWTSは、パイプ下水道が存在せず、下水源(住宅、企業など)間の距離が長い場合に適しています。 多くの場合、アップグレードは新しいインフラストラクチャの開発よりも実装が簡単で費用効果が高いため、既存の下水インフラストラクチャはシステムの適合性に影響を与えます。 ホンジュラスのロタン島で下水処理を一元化する作業のこのケーススタディを参照してください。

地域の状況に基づいて最適なシステムを選択するための意思決定支援ツールが不足しており、下水汚染と衛生ニーズを適切に管理することが困難になっています。 システムの選択に関する考慮事項には、既存のインフラストラクチャ、コミュニティリソース、社会的および文化的期待、政治的支援または制約、地域の地質学および水文学、およびその他の多くの要因を含める必要があります。 訪問 新しいウィンドウで開きます持続可能な衛生と水管理ツールボックス 衛生システムと技術についてもっと学ぶために。

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