(2) 生物処理（好気処理）

　微生物を利用し、有機物を同化あるいは異化して浄化する作用の総称である。微生物の分類は、細菌→原生動物→後生動物　程度だけは憶えたほうがよい。これは生物ピラミッドまたは食物連鎖ともいう。 　また、酸素を必要とするかしないかによって、好気性微生物、嫌気性微生物に分けられる。

《好気性処理》
　好気性微生物を利用した処理法で、生物処理の主流といってよい。主な機能として、有機物の浄化と、アンモニアの形をした窒素の酸化（硝化という）がある。有機物の浄化だけでなくアンモニアの酸化を忘れてはいけない。

　まず、有機化合物は炭素Ｃ、水素Ｈ、酸素Ｏが主であるから、まずこれをＣＨＯと書く。これは下図のように、約半分が炭酸ガスＣＯ₂と水Ｈ₂Ｏに分解される。残りの半分は微生物の細胞物質に変化する。

　同化作用で生じた微生物も有機物、つまりＢＯＤである。これを除去しないと完全に汚水を処理したとはいえない。そこで、最後に沈殿槽（室）を設けている。細菌の大きさは1〜2ﾐｸﾛﾝで、このままでは沈降しないが、細菌は多数集まって大きな塊り（これをフロックという）をつくる性質がある。したがって、見かけの粒子径が大きくなり、ストークスの式により、沈降分離されるようになる。
　しかし、このように微生物が増えつづけると、処理槽内に過剰に蓄積し、かえって障害になる。そこで、一定期間ごとにその一部を外に取り出してやる必要がでてくる。これを余剰汚泥の引き抜きという。

　この余剰汚泥の発生量は、処理時間や汚水の濃度（流入するＢＯＤの量）に関係する。処理時間が長い、つまり槽容量が大きい、言い換えればＢＯＤ負荷が小さいと汚泥の発生量は減少する。同じ有機物量を処理する場合でも、それに要する時間により、細菌の増殖量が異なる。また、細菌は原生動物の餌となり、原生動物はさらに後生動物の餌となる。この生物ピラミッドが大きければ大きいほど、余剰汚泥の発生量は少なくなることが分かる。

　浄化の原理でよく出るのが右の図で、処理工程が進むにつれ、生物量と有機物量が時間とともに増加・減少する状態が表わされている。対数増殖期・減衰増殖期・内生呼吸期の三つの名称は憶える必要がある。

対数増殖期：微生物のおなかがすいている。
減衰増殖期：満腹でエサもなくなりかけた。
内生呼吸期：エサがなくなって共食い状態。

　好気性処理のもう一つの機能として、下に示す硝化反応がある。

　この硝化反応の意義は、後で述べる嫌気性処理と組み合わせ、生物による窒素除去（脱窒）ができることである。また殺菌の項で説明するが、硝化が進んだ汚水には、塩素消毒がよく効く。

　硝化反応にはマイナス面もある。硝化が不十分に進んだ汚水には、アンモニアが残存し、硝化菌がたくさん含まれているが、この処理水のＢＯＤを測定すると、有機物のＢＯＤ以外に、硝化反応による酸素の消費が測定され、不思議なことにＢＯＤがとんでもなく大きい数値を示すことがある。これを窒素に由来するＢＯＤということで、Ｎ-ＢＯＤという。特にし尿系の強い汚水は注意が必要。有機物だけのＢＯＤを測定するには、ＡＴＵ（アリルチオ尿素）を添加すれば可能である。

　ある時間までは硝化が進まず、有機物が酸化されてＢＯＤが減少する。さらに処理時間が長くなると、硝化菌の活動が始まりＮ-ＢＯＤのためにＢＯＤがかえって高くなる。さらに処理が進むと硝化反応が完了し、ＢＯＤが低下してくる。この時点では普通ＢＯＤは５mg/L以下である。嫌気方式の家庭合併槽では、処理水ＢＯＤの48％をＮ-ＢＯＤが占めるという報告もある。

■硝化反応の意義は浄化槽を知るためにとても重要