下水道循環のみち研究会

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1 循環型下水道技術を展望する ~ 汚泥 水 エネルギーなど ~ 講演 : 中沢均氏 ( 日本下水道事業団品質管理センター次長 ) 個々の技術開発の視点からの脱却 本日は 日本下水道事業団 ( 以下 事業団 ) のこれまでの研究実績等を踏まえながら 実務の話題を中心に 今後の下水道界が少しでも明るくなればとの思いも込め 循環型下水道技術の展望についてお話しさせていただきたいと思います まず はじめに なぜ循環型下水道なのか ということですが 今 世界的に再生可能なエネルギー ( 資源 ) の利活用が叫ばれている中で 下水道は都市部を中心に管路約 39 万 km 処理場 2039 カ所という膨大なストックを有し 有用な資源である有機物を集めるバイオマスステーションとして機能しています つまり 下水道は流域の水や資源の循環 あるいは地球規模の循環の中に人工的に組み込まれ そのサイクルを中継する重要な役割を担っているのです そうした機能を 従来の下水道の枠を超えて広く活用していくのが 循環型下水道 の考え方であると言えます 既にご承知のことと思いますが 国土交通省は平成 17 年 9 月 下水道ビジョン 2100 を策定しました 同ビジョンは 循環のみち の実現に向けた施策展開を 水のみち 資源のみち 施設再生 の3つの視点から整理したものです 下水中に含まれる炭水化物 たんぱく質 脂質などの有機物は 下水道ビジョン 2100 がめざす 21 世紀型下水道において 貴重な 資源 です 下水道管理者は今後 炭素 水素 酸素 窒素 リン 硫黄などで構成される有機物を単に無機化するということだけでなくて 同時に資源利用をどう進めるかということを検討し 対外的に説明していかなくてはなりません 汚泥処理も同様に これまでのように力ずくで脱水したり燃やしたりということではなく 例えば 嫌気性消化することによってメタンガスを取り出し 地球温暖化防止に役立てることなどを選択肢に入れる必要があります ただ そうは言っても 下水処理場には閉鎖性水域の富栄養化対策や処理水利用等の一環として 通常よりもエネルギー消費量の大きい高度処理の促進が求められるケースがあるほか 反応タンク内の二酸化炭素濃度が上昇することによるコンクリートの中性化 硫酸によるコンクリート構造物の腐食など 様々な問題が散見されます ですから 処理場の機能を部分的に取り上げて議論するのも良策ではありません 必要なことは システム全体を俯瞰して トータル的なコスト エネルギー収支の中で ある物質については制御し ある物質については回収 再利用するなどの 取捨選択 だと思っています このような状況を踏まえますと 21 世紀の下水道は 個々の技術開発の視点 からの脱却が求められます つまり 当該技術を採用することにより 下水道システム全体としてどのようなメリットが得られる ~ 25 ~ ( 社 ) 日本下水道施設業協会

2 のかという よりグローバルな視野が不可欠です 経験則から学問へさて ここで下水道技術が循環型社会に貢献し得る可能性を知るうえで 事業団の歴史を含め 少し過去の技術の変遷を追ってみましょう ご案内の通り 事業団は昭和 47 年に下水道事業センターとして設立 当初は技術援助を主な事業とし 昭和 50 年度から地方公共団体の代行者として 下水処理場およびポンプ場の設計から工事までを手掛けることとなりました 当時 下水処理場はほとんどが標準活性汚泥法かステップエアレーション法を採用しており 具体的なノウハウは東京都をはじめとする大都市が個別に保有している状況でした そこで 様々な関係者の協力を得て 中大規模処理場を建設する際のノウハウを集積し 下水道界の知見として確立していくことが 事業団の大きな役割でした そうする中で 昭和も終わりに近づくにつれ 下水道整備が地方部へと拡大 小規模向け処理場のニーズが増加し それに応えるために登場したのが オキシデーションディッチ法 (OD 法 ) です OD 法は 維持管理が容易で負荷変動にも強いため 瞬く間に全国に普及しました 一方で 省資源 省エネルギー化の促進や 処理水および汚泥の有効利用を進めるためには これに代替する技術も必要だということで 昭和 60 年度から平成元年度にかけて バイオフォーカスWT( バイオテクノロジーを活用した新排水システムの開発 ) が進められました 当時の建設省土木研究所は 26 の民間企業とこの開発に着手 事業団は2 社と共同研究を進め 2つの固定化微生物による方法を開発しました そのうちの1 つが 日立プラント建設 ( 現 日立プラントテクノロジー ) と共同開発した包括固定 化窒素除去プロセス ペガサス で 現在も採用実績が増えております もう1つは 下水汚泥を熱処理した際の分離液を対象に 結合担体を使ってこれを嫌気性消化する技術ですが こちらはさほど普及しませんでした これ以外にも 東京大学ではCOE 形成プログラムの一環として 複合微生物系の機能を利用した高度水処理技術の体系化と評価 の研究 ( 平成 8~12 年度 ) が実施され 下水を処理する上で有用な微生物の働きなどが実データに基づいて整理されました こうした一連の取り組みにより 活性汚泥法を中心とした下水処理が従来の 経験則 に頼るのではなく 学問的にきちんと説明できるようになったのです 個性 がキーワードになるこのような経緯から 下水道技術の開発に微生物が重要なカギを握っていることがお分かりいただけると思います 微生物は 環境条件によって有益な働きを見せたり 時には悪さをして 臭気の発生やコンクリートの腐食などの被害を与えたりするものです ですから 下水道技術者としては微生物の働きを学問的に理解していることが大切で 逆にそうしたベースがあれば 環境条件を人工的にコントロールして汚濁物質の除去や汚泥の安定化を図ることができますし また コンクリート腐食の発生源対策を図ることも可能です ちなみに 過去の 下水道施設設計指針と解説 を見ますと 1984 年版までは標準活性汚泥法の諸元が経験則に基づいて記述されていまして ~ 26 ~ ( 社 ) 日本下水道施設業協会

3 例えば条件に変化があっても その影響を設計書に適正に反映させることや のちのちの管理に活かすことはできませんでした しかし メンバーの一員として私も参加させていただいた 1994 年版の改訂作業の中で 例えばHRT( 水理学的滞留時間 ) の算定に関し 流入水温や溶解性 BOD SS 等の濃度を反映させる考え方を明確にしたほか 送気量を必要酸素量 ( 流入水質や硝化の有無を考慮して算定 ) に基づいてエアレーション装置の酸素移動効率から求める方法などを記載しました このことによって はじめて 下水処理の様々な条件下における合理的な説明が可能になったと思うのです 一方 世界的に環境対策が急務となる中で 下水道においても これからは地域条件に応じた最適な高度処理技術の導入や エネルギー消費の節減 あるいは温室効果ガスの排出抑制などの課題に対応していく必要があると言えます その際にポイントになるのは 従来の規格にとらわれない姿勢 です つまり 前例を踏襲するだけでなく 個々の地方公共団体が置かれている条件等に応じて 最適な設計に基づいた整備を進めるということです この場合 事業者自らが説明責任と機能評価を行い また 整備後も一貫して責任を負っていく姿勢が必要です そうした 個性 を重視した新たな設計思想が 循環型下水道の実現のため 最低限求められることではないかと思います 欧州は規制強化でバイオガス発電が普及海外の動向に目を転じますと 欧州ではバイオガス発電の普及がここ数年で急速に進んでいるようです イギリスでは 2002 年のグリーン証書制度の導入を機に 大規模電力消費者に対する 一定割合の再生可能エネルギーの利用の義務付けがスタートしました この年 同国における再生可能電力量の割合はわずか3% でしたが 2005 年には5.5% へ 2026 年には15.4% の達成をめざして取り組みが進められているようです ちなみに 2004 年の再生エネルギーに占めるバイオガス発電の割合は35.9%(39 億 kwh) で その多くは埋め立て地から発生するバイオガスの利用となっています 他方 ドイツでは 2004 年に新再生可能エネルギー法が制定され 小規模バイオガス発電施設からの買取義務がスタートしまして バイオガス発電施設の数は1999 年当時の850カ所から 2005 年には2700カ所へと 急激な増加が見られます このうち 下水汚泥消化ガス発電施設は650カ所あるといいます 前頁グラフ1はドイツにおけるバイオガスプラント ( 嫌気性消化施設 ) の導入推移でして 設置箇所数が年々上がってきていることが分かります それに対して グラフ2が日本の現状でして 全体の処理場数が増える中においても 嫌気性消化を採用する処理場数は約 300カ所で一定していることがわかります また グラフ3は国内の消化ガス発電の実施箇所数の推移ですが ~ 27 ~ ( 社 ) 日本下水道施設業協会

4 昭和 50 年代後半に積極的に導入が進められたものの それ以降 平成に入ってもさほど伸びがなく 20カ所から25カ所へと5カ所増やすまでに 実に9 年もの歳月を要しています これは 全国で原因不明のトラブルが相次いで報告されたことなどが今なお影響しているものと見られます ちなみに 日本のバイオガス発電量は2004 年実績で1.1 億 kwh( すべて下水汚泥 ) ですが イギリスは同年実績で39 億 kwh( うち 下水汚泥ガス11%) ドイツは2005 年実績 55.6kWh ( うち 下水汚泥ガス28.5%) に達しており 欧州先進国とは大きな開きが見られます それから 日本で近年注目度が上がっている技術が汚泥炭化技術であります 東京都の東部スラッジプラントは私も視察させていただいたことがありますが ここは 炭化物を発電所の燃料に使った国内初の施設です 100 トン / 日の設備を3 系列揃えた規模で 年間 8700 トンの炭化燃料が製造でき これを発電に使うことによって 汚泥の資源化率が1 割ほど向上するということです また 埋立処分量の約 1/4 を削減できるほか CO2 の排出量が 80% カットできるなどの効果があるそうです 固形燃料や高 NP 除去 MBR 等に注目さて 今後期待される技術開発の方向性ですが 下水道技術による地球温暖化対策へのアプローチとして 先に触れた消化ガスの利用やカーボンニュートラルに着眼した下水汚泥固形燃料化 ( 造粒乾燥 炭化 等 ) あるいは設備 機器やシステムの省エネルギー化 ( アナモックス法等 ) LCCO2 ( 膜分離活性汚泥法の大規模処理場への適用など ) 資源回収などがカギになると思います 最近では メタンガスを回収して発電をする際にシロキサンが問題になることから その除去装置を導入した発電設備の開発も進められていますし さらには燃料電池 ロータリーエンジンを用いた消化ガス発電 高効率嫌気性消化法 担体充填高速メタン発酵 消化ガス精製システムなどが開発の俎上に載せられていて いずれも今後が注目されます バイオマス固形燃料化事業は 下水汚泥を炭化 乾燥 てんぷら方式などによって燃料に加工し 火力発電所等で安定的に利用することをねらったものです 化石燃料を使わないので温室効果ガスが抑制できるほか システムの低燃費化等に伴ってライフサイクルコストの縮減も可能 また グリーンエネルギーに関する法制度面の整備や社会的要請を背景に 安定的で長期的な汚泥利用が図れることも 大きなメリットだと言うことができます 事業団は現在 いくつかの県および市から依頼を受けてF S 調査を進めていますが いずれも すぐに実用化できる段階には至っていません 炭化は 250 ~900 の温度で脱水汚泥を蒸し焼きにする技術ですが 900 の高温域では処理が安定する反面 炭化物の燃料性が損なわれてしまう問題があります では 温度を下げればよいかというと 今度 ~ 28 ~ ( 社 ) 日本下水道施設業協会

5 は炉の管理に難しい面が出てきますので どのレベルが最適な温度かという調査を現在進めているところです 一方 事業団は 新しい物理化学的リン除去法 にも注目しており 旭化成ケミカルズ 帝人 島根大学と共同研究を進めています リン除去には一般的に アルミ系凝集剤による同時凝集法が用いられますが この方法は汚泥発生量を増加させるほか 除去されたリンが資源利用しにくいという問題等を抱えています また 凝集剤を用いず生物学的にリン除去を行うこともできますが この場合は 雨天時等にリン除去が不安定になるという問題があり どれも決め手を欠くのです そこで 生物処理との組み合わせ等により リンを効率的かつ安定的に除去することができ しかも除去したリンの資源利用が可能な新たな物理化学的リン除去法を開発しようというものです アナモックス法による窒素除去技術の開発 ( タクマ 日立プラントテクノロジー ) は 下水処理施設の汚泥処理系や排ガス処理設備から排出される高濃度アンモニアを含有する消化脱離液を対象として 経済的かつ効率的な新しい窒素除去技術を開発するものです アナモックス菌は近年新たに発見された細菌で 嫌気条件下においてアンモニアと亜硝酸から窒素ガスを生成する特性を有しています この細菌を利用すれば 脱窒のためのメタノール添加が不要になる上 アンモニアの半量を亜硝酸に酸化すれば良いので 必要空気量が小さく 省エネかつ経済的な窒素除去技術になることが期待されています ただし 良い面ばかりではなく 菌の培養や温度管理の問題のほか 高濃度のアンモニアでないと対応できないことから用途が制限される上 有機物が阻害因子になることなども想定されます したがって 現段階では 循環式硝 化脱窒法に取って代わるような汎用性の高いものではないという整理をしています 次に 膜分離活性汚泥法 (MBR) ですが これは 施設がコンパクトになることや高度な処理水が得られることなどを理由に ここ数年 小規模施設への導入が進んでいる技術です 中大規模処理場でも高度処理を導入する際の用地確保が難しいケースなどに有用であると考えられ 事業団では現在 4 者 ( アタカ大機他 7 社 N GK 水環境システムズ クボタ 日立プラントテクノロジー 日本大学 ) と共に 大規模処理場への適用に向けた共同研究を進めているところです MBRのメリットは 省施設 省スペースで安定的に高度な処理水が得られることのほか 窒素 リン除去にも対応可能なこと 大腸菌も取り除けるので消毒をせずに済むこと 処理水が再利用可能であること 余剰汚泥の発生量が抑制できること などがあります 一方で 課題としては 膜の価格を含むコストの問題のほか 気泡で膜を洗うための空気量が必要になるなど エネルギー消費量が若干上がることです また 小規模処理場では最初沈殿池を使わないケースが多いのですが 最初沈殿池を使わないということは 本来であればそこで除去できていた物質も含めて活性汚泥処理により酸化 分解しなければならないわけですから 事業者としては 最初沈殿池の設置の是非を システム全体を通じたエネルギーバランスやマスバランスなどを考慮した上で検討し それをきちんと対外的に説明しなければならないと考えています グラフ4は 欧州の下水処理場における MBRの導入状況です 近年 欧州ではE U 下水指令 (Wastewater Directive) 等によって放流水質における窒素 リンの排出基準が強化されておりますので それに伴い MBRの普及が急速に進んでいる状況です 2005 年時点ではイギリスが全体 ( 約 ~ 29 ~ ( 社 ) 日本下水道施設業協会

6 80カ所 ) の半数を占めていて このほか ドイツ イタリアなども実績が拡大しています 一方で 欧州以外の国でも導入が進んでいて アメリカでは2010 年に処理能力 14 万 4000m 3 / 日という大規模な設備が動き出す予定となっておりますし また 北京五輪を控えた中国でも昨年 8 万 m 3 / 日および 6 万 m 3 / 日の2 基のMBRが稼働しております 日本はと言いますと いずれも規模は小さいのですが 表 1のように7 処理場で稼働 3 処理場で建設が進行中です このほかにも 認可取得および計画中の施設がいくつかあると聞いています 循環のみち は国民とともにここまで 循環型下水道技術の展望についてお話しさせていただきました 私は これらのテーマを1つひとつ実現していくためには 我々に続く若い技術者の育成と技術の継承ももちろんですが 先にも申しましたように 経験工学からの脱皮 を 図り 説明責任 を全うしていく姿勢が必要だと感じています 国が今後めざすべき方向性として 循環のみち が示された中で 私たちは個々の装置だけを取り上げるのではなく マクロ ( 自然の循環 ) とミクロ ( 下水道における循環 ) を融合させた循環の視点や 物質収支などを含め 国民に分かりやすく 循環のみち を説明していく義務を負っています 下水道界が 持続可能な下水道 ( サスティナブル下水道 ) の実現をめざすと宣言した以上 国民から厳しくチェックされるのは当然のことだと思わなければなりません 循環型下水道技術とは それがシステム全体の中でどう関わり どう機能するのかといった合理的な説明ができて はじめて社会に受け入れられるものと言えるでしょう 本日はご静聴ありがとうございました 質疑応答 Q. イギリスやドイツに比べ 日本はバイオガス発電施設の整備に遅れが見られますが その要因はどのようなところにあるのでしょうか A. 技術の普及には社会的背景が大きく関与します 欧州はEU 指令等に基づく厳しい規制下にありますので それがバイオガス発電の普及を後押しした面があるのでしょう 日本はそれが弱いと思います また 日本の技術者はものごとを合理的に説明あるいは解釈するのが不得手なところがあって 採用する側も ある技術に対してネガティブな情報が入ると すぐにその技術を見放してしまう傾向があります 国内で嫌気性消化施設が長らく300カ所から増えていない背景にも そうした事情があるように思います ~ 30 ~ ( 社 ) 日本下水道施設業協会

7 それから 個々の下水処理場のポテンシャルの問題も影響していると考えられますし 先ほども述べましたように 国内では OD 法を採用した処理場が多く 嫌気性消化に向かない事情もあります ただし 今後 循環のみちを具現化していく上では 他から有機性廃棄物を運びこむなどの仕組みが必要だと思います それを 合理的に説明することで 首長さんや財政部局の理解を得ることが先決です Q.MBRの実用化に向けた研究は 当初 日本のほうが先行していたように思うのですが 現在の普及状況は 欧米に大きく後れをとっています その原因としてどのようなことが考えられるのか あるいはどういう課題を解消すれば普及が進むのか ご教示下さい A. 事業団においても 10 年ほど前にMB Rの共同研究を行った経緯がありまして 当時はドイツの技術者も クボタ の膜が最も優れているといった話をしていましたし 実際 研究結果も日本のほうが一歩抜きん出ていたと記憶しています しかし そこから進まないのが日本の特徴でして 歯がゆい思いはあります ただ 先ほどのご質問に対する回答とも重複するのですが 日本とドイツの違いは それぞれの国の社会的背景にあると言えます つまり ドイツにはやらなければならない事情があったということです ただ 技術はすでに確立されていますし 最近は 国土交通省をはじめ 事業団や東京都などが一緒になって試験的な設置を進めようという動きも出てきています こういうことを足掛かりに どういう条件であればトータル的にMBRの優位性が発揮できるのかといった稼働条件の整理を含め 普及のための取り組みを検討していきたいと考えています Q. ご講演の中にありましたように 技術が個性を持つこと システム全体で説明責任を果たしていくべきだという視点 は大変重要だと思います しかし 近年は技術が価格だけで選ばれてしまう傾向が強く せっかく高いコストをかけて高性能の技術を開発しても そのコストが回収できないなど 多くの企業が困惑しています 今後は 調達制度にもシステム全体を見渡した視点が求められるのではないでしょうか A. これはあくまで個人的な意見でありますが まったくその通りだと思います これまで事業団に求められてきた役割は 技術の標準的な単価をつくることでした その部分は今後も無くならないでしょうが それにしても 契約制度の新たな転換を推進していく必要があると認識しています 昔は 価格の中に 請負者が施工後一定期間にわたって負うべき責任としての価値が含まれていたはずですが 現在は ばっさり切り捨てられています ただ 企業が1 つの提案をするにしても 時間とコストがかかるのは事実です せっかく良い提案をした企業が 価格だけで競争に負けてしまうのは不条理ですので そこは 総合評価方式やデザインビルドなど 現在ある制度も含め 対応を強化していきたいと思っています また 事業団は一時に比べて予算が縮小し 人も減らしている厳しい状況ですが 設計段階で企業からのご提案を適切 ~ 31 ~ ( 社 ) 日本下水道施設業協会

8 に評価できる質の高い仕事をこなすため 若手職員の育成も重要と感じています Q. 東京都や神戸市など政令指定都市では炭化やバイオガス等の先進的な取り組みが見られるものの 他都市からはあまりそういった話が聞こえてきません 例えば 県庁所在地などの中核都市は 循環のみち づくりに対してどのような姿勢を持っているのでしょうか A. 近年は下水道事業の優先順位が地方公共団体の中で低下している上 財政的な厳しさもあって 新たなことをしたいと思っても財政部局に認めてもらえないのが実態だと思います 若干 面整備や高度処理化などについて財政部局を説き伏せたところもあるように聞いていますが さらに将来を見据えて先導的な取り組みに着手しているところはほとんどありません つまり 目先の仕事で精いっぱい というのが現状だと言えます ただ 省エネルギーという観点は すでにある設備のコスト縮減等に関わる問題ですから 早期に進展する可能性があると思います また 水ビジョンの展開に向けたテーマ つまりは琵琶湖のように大義名分がある流域において 膜処理等による高度処理や再生水利用を進めるような事業も 説得力を持ちうると個人的には考えています しかし 残念ながら こちらも動き出す気配は今のところありません ご案内の通り 国が高度処理共同負担制度を創設してもなお 動かないのは 思想は理解できるものの 現実問題として流域の市町村間で調整を図るほどの切迫感はなく すべて整備が終わってから取り組みましょう というところでストップしてしまっているようです ただし そう遠くない将来 必ず手を付けなければならないテーマですから 今から準備を進めておくことは必要だと思っています いずれにせよ 日本も イギリスやドイツなどのように規制のあり方を見直す時期に来ています 再生可能なエネルギーを使う環境をいかに整備するかが今後の問題です ( このセミナーは 平成 20 年 2 月 25 日に馬事畜産会館で行われました ) 講師プロフィール中沢均 ( なかざわひとし ) 東京工業大学工学部土木工学科卒業 米国イリノイ大学大学院修士課程 ( 環境工学専攻 ) 修了 昭和 53 年 4 月に日本下水道事業団 ( 大阪支社 ) 採用 計画部設計課長 東海総合事務所次長などを経て平成 18 年 4 月から現職 平成 15 年度より 中央大学大学院理工学研究科の兼任講師も務める ~ 32 ~ ( 社 ) 日本下水道施設業協会

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御意見の内容 御意見に対する電力 ガス取引監視等委員会事務局の考え方ることは可能です このような訴求は 小売電気事業者が行うことを想定したものですが 消費者においても そのような訴求を行っている小売電気事業者から電気の小売供給を受け 自らが実質的に再生可能エネルギーに由来する電気を消費していることを 資料 3-1 いただいた御意見に対する電力 ガス取引監視等委員会事務局の考え方 御意見の全体像が分かるように代表的な御意見を抽出し 整理しています 基本的にいただいた御意見から抜粋したものですが 明らかな誤字や変換ミス等はこちらで修正しています 御意見の内容御意見に対する電力 ガス取引監視等委員会事務局の考え方今回の改定事項に関する御意見再生可能エネルギーを用いた商品メニューについて 意見内容今回の

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