9 WASTE STABILIZATION PONDS
Waste stabilization ponds（廃棄物安定化池）は、通常1～2mの深さを持つ1つまたは複数の肥沃な流域が連なったものです。 藻類の活動により、WSPは通常、高い溶存酸素レベルと高いpH値を示します。 WSPはランニングコストが非常に低く、建設も簡単で、主な費用は土地代だけである。 しかし、WSPは物理的にシンプルであるがゆえに、病原体除去のメカニズムは複雑である。 これまで考えてきたシステムとは異なり、WSPは病原体除去を最適化するように設計することができ、同じ場所に設置された2つのシステムの性能は3～4桁異なることがあるからです。 これが達成されるメカニズムについての理解は深まっていますが、設計方程式にはまだ完全に組み込まれておらず、このようなシステムの設計は比較的粗いものです。
高率藻類池（High Rate algal ponds: HRAP）は、藻類の生産を最適化するために、通常はレーストラックのような形で、藻類集団を機械的に穏やかに撹拌する、特別に設計された廃棄物安定化池です。 HRAPは藻場よりも操作が難しく、コストもかかるが、病原菌の観点からはWSPと変わらないものである。
糞便性大腸菌群は、廃水処理施設からの病原体除去のモニタリングに最もよく使用される生物です。 この指標は、他の指標やサルモネラ菌、カンピロバクター（図30.1参照）、V. cholerae 01と比較され（Curtis, 1996）、適切であることがわかっています。 酸素に弱いcampylobacterは、高酸素濃度により死滅したと推定される。 近縁の非病原性V. choleraeがWSPで生育することが報告されているため（包括的なレビューはCurtis, 1996を参照）、V. cholerae Olの除去はやや不可解である。 最近、病原性生物と非病原性型を区別する毒素遺伝子が、生物の染色体に組み込まれた糸状のバクテリオファージによってコードされていることが判明した。 このファージは、太陽光によって誘導されます（Faruque et al.、2000）。 これにより生物の成長速度が低下し、毒素を持つ生物がWSPでの生存を阻害するほどの不利益を被る可能性がある1
糞便性大腸菌の除去のメカニズムは、驚くことではないが多因子性である（Troussellier et al.、1986）。 しかし、その要因は速いものと遅いものに分けられる。 速い(3-0.1 log/h)要因は光酸化とpHであり、光と関連しているため、日中の時間帯に池の上部にいることになる。 遅い（> 0.1 log/h）要因はあまり定義されておらず、おそらく飢餓、捕食、固形物への吸着などが挙げられます。 緩慢なプロセスは光に依存せず、すべての水深で常に機能していると考えられている。 ほとんどの研究は速い要因に焦点を当てているが、その相対的な重要性はWSPの深さと場所に依存する。 WSPは空間的にも時間的にも不均一である。
光酸化では、光のエネルギーが化学物質や増感剤に吸収されることで生物が死滅します。 増感剤は短命の励起状態になり、光エネルギーを酸素に渡して、一重項酸素、ヒドロキシルラジカル、スーパーオキシドラジカル、過酸化水素などの有毒な酸素を形成します。
光酸化の速度は、酸素濃度に比例して増加します。これは、酸素濃度が増加すると、励起された増感剤が酸素分子と出会う確率が高くなるためだと考えられます。 さらに、少なくとも一部の生物では、このプロセスはpHとの相乗効果がある(Davies-Colley et al., 1999)。 この相乗効果の根拠は明確ではなく、酸素ラジカルが膜を損傷することで、細胞が高いpH値に敏感になるからかもしれない。 また、高いpH値がヒドロキシルラジカルの寿命を延ばすからかもしれない。 長波長の赤色光でも一重項酸素を生成するのに十分なエネルギーを持っているので、可視光や紫外線であればどの波長でも光酸化損傷を引き起こす可能性がある。 このように、ある波長の相対的な重要性は、増感剤の性質、関係する光の波長、およびこれらの波長が池の中に浸透する相対的な能力によって支配される。 WSPでは、糞便性大腸菌群の主な増感剤は、廃水中に自然に存在する腐植物質です。
また、高いpH値は、いくつかの急速な除去プロセスに関係していると考えられています。 私は、細菌が自らの細胞質を酸性化することができなくなったときに死が起こると考えています。 このことは、除去率とpHの関係が非線形で、ある閾値以下のpH値では細菌の指標除去にほとんど影響しないことの説明になります。 実際の池の水を用いた研究では、Parhad and Rao (1974)およびCurtis (1991)が、約9.3の閾値pH値を報告しており、一方、緩衝剤を用いた研究では、Pearsonら (1987)がpH8.9の閾値を報告している。 細胞が細胞質を酸性化するためにはかなりのエネルギーが必要であり（Booth, 1985）、したがって、閾値はおそらくこの恒常性メカニズムが圧倒されるポイントを表している。 Pearsonら（1987）は、低栄養状態を利用することで、人為的に閾値のpH値を下げた。
高速プロセスについては、さらに優れた研究 (特に定量的な研究とモデリング) が必要です。
高速プロセスについては、さらなる研究（特に定量的な研究とモデル化）が必要です。しかし、温暖な気候のWSPで見られる優れた除去は、WSPで観察される過富栄養状態と密接に関連していることは明らかです。
光に依存しないプロセスは、飢餓、捕食、藻類への吸着など、さまざまな要因によって引き起こされる可能性がありますが、その中でも最も明らかなのは、光に依存しないプロセスです。 暗黒のメカニズムが何であれ、pHや光酸化の効果が池の深さや場所によって遅れる場合、例えば温帯気候の冬の深いVJSPやWSPでは、非常に重要になることは間違いありません。 残念ながら、これらの要因について池での体系的な研究は基本的に行われていない。 Trousellierら（1986）は優れた論文の中で、南フランスにおけるWSPと糞便性大腸菌除去の相互に関連する多くの要因の間に線形関係を求めています。 藻類濃度と糞便性大腸菌群の間には弱い負の関係が見られたが、指標生物とBOD5やワムシ濃度の間には見られなかった。
もちろん、最速の除去プロセスであっても、細菌性病原体がシステム内にあまり長く滞在しない場合は効果がありません。 逆に、遅い除去速度であっても、十分な時間耐えられれば、十分な効果が得られるかもしれません。 WSPにおける水理の性質については、常に不確実性がある。 最近では、多くの著者がWSPにおける病原菌の除去における短絡の重要性を指摘している（James, 1987；Fredrick and Lloyd; 1996；Salter et al.1999）。 しかし、Short-circuitingはMarais（1974）の当初の想定である完全混合（流入水の一部が瞬時に流出水に混入する）に暗黙の了解として含まれていることに留意すべきである。
現在、実際には、短絡の影響を軽減する最善の方法は、複数の池を直列に使用することです (Mara, 1976)。 WSPの流体力学を改善する他の方法、例えばバッフルなども考えられます。 しかし、使用可能であるためには、その改良がWSPの他の機能を損なうものであってはならない。 例えば、固形物の蓄積を促進したり、硫化物の発生を促進したりすることで、バッフルが臭気の原因となったり、光合成を阻害したりする可能性があります。 設計に生かされるだけでなく、改善点が予測できることが必要です。 現在注目されている数値流体力学の使用により、病原体除去のためのWSP設計の最適化に広く使用することを正当化するために、十分に安価に使用できる検証済みモデルが得られることを期待しています
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