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浄化槽の海外展開における技術的課題と展望
古市 昌浩 (一社)浄化槽システム協会講師団 (月刊浄化槽 2017年1月号)
1.はじめに
2.分散処理における浄化槽の有用性
3.浄化槽のローカライズに関する調査事項と技術的課題
4.浄化槽の海外展開における展望

1.はじめに

  我が国の汚水処理事業を管轄している環境省,国土交通省,農林水産省は2014年に、人口減少や少子高齢化を考慮した汚水処理施設の10年概成と,老朽化に伴う施設の更新計画を見直すために,「持続可能な汚水処理システム構築に向けた都道府県構想策定マニュアル」1)を策定し,都道府県に通知した.これにより,持続可能な汚水処理施設の構築が進められている.
  日本の汚水処理は,集合処理である下水道と分散処理である浄化槽があり,大都市などでは集合処理を,人口密度が低い地域では,設置する地形の影響を受けにくく管路工事が不要で,短期間での設置が可能などの利点を有する,分散処理の浄化槽による整備が期待されている2).2015年度末(平成27年度末)現在,全国の汚水処理人口普及率は,89.9%3)までに向上した.
  一方海外では,2015年9月の国連サミットにて,「持続可能な開発のための2030アジェンダ」が採択され,2016年1月1日,「持続可能な開発目標(SDGs)」として正式に発効された4).2030アジェンダには,「目標6. すべての人々の水と衛生の利用可能性と持続可能な管理を確保する」の中に未処理排水の割合半減も含まれていることから,各国政府は今後15年の間に相応の汚水処理施設の整備を進める必要がある.
  世界の汚水処理普及状況を,人口が多く経済の発展が見込まれるアジアと欧米の一部を対象に集合処理と分散処理に分けて調査した.集合処理施設普及率を図1,分散処理施設普及率を図2に示す.
  図1から,集合処理施設による汚水処理普及率は,アジア水環境パートナーシップ(WEPA)参加の13カ国において,韓国,日本の2ヶ国と中国およびマレーシアの一部地域が60〜90%と高く,タイ20%代,その他の8カ国は5%未満5)であり,欧米では調査した4ヶ国とも70%以上6)であることがわかる.
  図2に示す分散処理施設の普及率は,フィリピンのマニラが71%,インドネシア60%,ベトナムでは41%5)であり,欧米ではフランスが18.5%,フィンランド17%,アメリカ合衆国およびハンガリーではデータ6)が見当たらなかった.なお,アジアや欧米で普及している分散処理は,固液分離のみの簡易的な施設が多い.

図1 アジアと欧米における集合処理施設普及率


図2 アジアと欧米における分散処理施設普及率

  以上の調査結果から,アジア諸国の多くは集合処理の普及率が20%以下であり,国や地域によっては簡易的な分散処理施設が普及している.欧米においても20%程度は分散処理,あるいは汚水処理が行き渡っていない.
  未処理排水の割合半減を適正かつ早期に推進するためには,集合処理の他,分散処理の適正な普及が必要となる.そこで,分散処理である浄化槽の有用性を確認するとともに,浄化槽の海外展開に関する技術的課題と展望について,以下,考察する.

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2.分散処理における浄化槽の有用性
 
  世界で主流の腐敗槽やセプティックタンクによる分散処理は,生物処理を伴わないものが多く,処理水の汚濁濃度が高いまま地下へ浸透されることから,地下水の汚染が懸念されている7)
  アジアで普及している腐敗槽は,日本の単独処理浄化槽と同じく処理対象がし尿だけで,生活雑排水を未処理のまま放流している事例があり,米国では半数近くの州が既存のセプティックタンクから浄化槽のような高度処理システムへの移行を真剣に検討している8)との情報がある.さらに,フランスでは分散処理の対象が500万世帯と推測され,EU市場の半分を占める9)と言われているものの,水質基準を達成できない施設に対する機能向上を目的とした改修工事実施率は,全体の1.9%と報告10)されている.汚水処理施設は分散処理であっても,国や地域の排水基準を満たすことが前提であり,水質を確保できない施設は適正とは言えない.
  一方日本の浄化槽の処理水質は,BODを対象に法定検査にて毎年測定され,排水基準値のBOD20mg/Lに対し適合率84.9%,平均値は11.8mg/L11)と,集合処理と同等の処理水質を確保している.
  よって,日本で実績のある浄化槽を適正に現地適用化(以下,「ローカライズ」という.)することができれば,排水基準を順守した汚水処理の普及率向上に寄与することが可能となる.
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3.浄化槽のローカライズに関する調査事項と技術的課題

  一般社団法人浄化槽システム協会の調査結果(2016)12)によると,浄化槽の海外への輸出が増加の傾向にある(図3).これは,世界的に水環境の保全に対する意識が高まっていることと,諸外国からの浄化槽に対する期待の表れと受け取ることができる.しかしながら,生活習慣や地域性の違いにより,浄化槽の使用条件が異なることから,日本仕様をそのまま使用した場合は,排水基準値を満足できないリスクが発生する.
  そこで,浄化槽を海外に設置するための調査・検討事項を「生活環境や食生活」「自然的特性」「社会条件」の観点から整理するとともに,浄化槽のローカライズに関する技術的課題を考察する.

図3 浄化槽輸出台数

 3.1 生活環境や食生活の相違

(1) 排水基準の把握
    浄化槽に期待される処理水質を設定するにあたり,対象となる国や地域における排水基準を把握する必要がある.具体的には放流先(河川,湖沼,地下浸透,海域等)別,排水量別の水質指標とその排水基準値(平均値,最大値)の確認である.特に,飲料水等の水源地に処理水を排出する場合は,排水基準値が厳しい傾向となるので注意する.その他,二つの留意点があげられる.
  一つは,複数の水質指標間におけるアンバランスな排水基準値への対応である.日本における窒素除去型浄化槽の処理水質は,BOD20mg/L以下とT-N20mg/L以下の組合せ,および,BOD10mg/L以下とT-N10mg/L以下の組合せが一般的である.これらの組合せは,BODとT-Nの相関によって決定されている.よって,海外でBOD30mg/LとT-N10mg/Lの組合せによる排水基準値が存在した場合,対応する浄化槽の処理水質はBOD10mg/LとT-N10mg/Lの組合せにするなどの検討を要する.
  もう一つは,海外で多く採用されている地下浸透への対応である.地下浸透は懸濁物質の濃度が高いと土壌が目詰まりして,処理水を排出できない問題が発生するので,排水基準値の他,放流先に適した処理水質の設定が必要となる.
   
(2) 浄化槽の受入排水と排水性状の把握
    浄化槽は,便所と連結してし尿及びこれと併せて雑排水を処理し放流するための設備又は施設であり,工場廃水,雨水その他の特殊な排水13)や浄化槽の正常な機能を妨げるものの流入を禁止14)している.海外においても排水基準確保のためには,受入れ排水を生活排水に限定し,特殊排水等は日本と同様別途処理とすることが望ましい.
  しかしながら,生活排水の性状は国や地域の食生活や生活環境の相違により異なる.生活排水原単位の試算は,IPCC2006年ガイドラインにおいて,人口統計からBOD量を算出できるようなデフォルト値が与えられており,窒素についても,同ガイドラインにてタンパク質摂取量(FAO:国際連合食料農業機関のデータ)をベースとした方法論が示されている.本手法による生活排水原単位の試算結果15)(表1)を基に排水性状を設定することは可能であるが,該当国の水質調査結果や汚水処理への流入水質が設定されている場合は,こちらの数値を優先する.

表1 各国の生活排水原単位(BODおよび窒素負荷量)

    また,分散処理施設に流入する排水性状と汚水量は,汚水発生源となる建築物の用途や規模により変動する.日本では実態調査により取り纏められた,「建築物の用途別による屎尿浄化槽の処理対象人員算定基準(JIS A 3302-2000)」に基づき,対象建築物の用途と建築物の延べ面積等から排水性状と汚水量を算出している.建築用途は住宅,病院等の34種に分類され,できる限り実態に近づくよう考慮されている.ただし,建築物の使用状況により,類似施設の使用水量その他の資料から算定値が明らかに実情に沿わないと考えられる場合は,当該資料などを基にして算定結果を増減することができるとされている16).2002年度版浄化槽の設計・施工上の運用指針によると,「浄化槽の計画水量及び水質は,対象建築物において過去に水量・水質の実測データが存在する場合には,まずその数値を参考とする.また,類似の建築用途の施設や近隣する地域の類似施設のデータも参考になる.これらのデータについては,各種の文献値を参考に,その妥当性を検討したうえで設計に用いる.」と,より具体的な考え方が明記されている17).海外では,このような浄化槽の受入排水と排水性状に関する同様の規定が見当たらないことから,同様のガイドラインを整備しておくことが有効と考えられる.
   
(3) 排水量の流入パターンの把握
    建築物からの排水は,一定量が継続して排出されることはなく,別荘地,リゾート地における季節的な変動,店舗等の曜日別変動,そして生活活動に伴う時間別変動と三つのパターンがある.変動幅は,汚水処理の対象となる建築物の規模や数によって異なる.
  日本では,前述したJIS A 3302-2000により,季節別,曜日別の変動を考慮した日平均汚水量と時間別の変動を示す排出時間(1日のうちで排水される時間帯の合計)を求めることができる.海外においても同様の指標がある場合は,それを活用することが望ましい.
  指標がない場合は,建築主から水道水使用量の計画や,類似施設のデータを入手する必要がある.特に時間別変動が大きい場合は,日平均汚水量が計画範囲内であっても,処理性能に影響を及ぼすことが報告18)されているため留意する.なお,建築物の用途が戸建住宅の場合の排水量変動(ピーク)は,1戸の時が最も大きく,戸数が増加すると1戸ごとのピークが緩和されて小さくなる傾向がある.

 3.2 自然的特性の相違

  汚水処理施設の処理水質(output)に影響を与える要因は,排水性状や汚水量といった入力条件(input)だけではなく,自然的特性による使用環境(condition)の変化も重要な要因となる.
以下,自然的特性に起因する課題について考察する.
  自然的特性は,一般的に気温,降雨,降雪,地形,地下水位があり,分散処理の施設自体や浄化性能,維持管理に影響を与える.自然特性が起因する直接的および間接的な浄化性能への影響を図4に示す.

図4 自然特性に起因する浄化性能への影響

  図4より,汚水処理施設の浄化性能に直接影響を与える自然的特性は,気温であり,施設内の水温が低下した場合に,目標とする処理水質を確保できない可能性がある.
  一般財団法人日本建築センター,浄化槽の構造基準・同解説2005年版においても,水温に起因する浄化性能への影響について,以下の報告事例や見解が記載19)されていることから,留意を要する.

@ 温度が1℃上下するごとにBOD除去率は2.3%〜4.7%ずつ上昇又は低下.
A 水温が13℃〜28℃前後の範囲では温度の影響は実用的にはほとんど考えなくてよいが,これより低温になると,一般的にBOD除去が低下しやすくなる場合がある.
B 硝化反応と脱窒反応の組み合わされた処理方式では両反応とも水温の影響を受け,水温13℃のときと23℃のときでは反応速度が2〜2.5倍異なり,水温が高い方が通常大きくなる.
C 構造方法(国土交通大臣が指定する構造の浄化槽)は,水温13℃と規定されている.
D これ以下の水温になる可能性がある所に設置する場合には,BOD負荷量,窒素負荷量を構造方法における設計値より小さくすることが効果的である.

  その他の自然的特性は,汚水処理施設や維持管理を介して間接的に浄化性能へ影響を与える.よって,地域性に則した,汚水処理施設の構造設計と施工方法の確立を検討項目としてあげておく.

  3.3 社会条件の相違

(1) 汚水処理施設に関するルールへの対応
    一部の国や地域では,汚水処理施設を対象に,現地基準に対する許認可取得を義務付けている.EU域内で設置される施設は,地域規格であるEN 12566-3に適合しCEマーキングを取得した製品でかつ,各国の規制に対応することが必要20)とされている.よって,設置対象の国や地域における許認可取得の要否を確認し,必要があれば認可を取得する.
  一方,日本では,浄化槽法により浄化槽の機能を適正に維持することを目的に,保守点検と清掃を対象に技術基準や実施頻度を制定し,その運用を義務化している.しかしながら,海外では同様の法的規定が存在しないことから,汚水処理施設の提供者は,保守点検と清掃に関する事項を明確にしておく必要がある.
(2) 汚水処理施設普及に伴うインフラの構築
    汚水処理施設稼働に伴う電力の確保を除くと,施設の普及には施工,保守点検,清掃(余剰汚泥の引抜き)および水質検査等のインフラが必要となる.特に汚水処理普及率が低い地域では,現地インフラを確認するとともに,必要に応じた技術教育を含む啓発活動が重要となる.

 3.4 浄化槽のローカライズにおける技術的課題

(1) 浄化槽のローカライズ
    浄化槽のローカライズは,現地基準に適合するように,日本仕様を見直さなければならない.そこで,一部の国や地域で制定されている性能評価試験を基に,現地基準を調査した.結果を表2に示す.
  表2から国や地域ごとに独自の水質基準があり,浄化性能に影響を与える試験水温も異なっていることがわかる.よって,日本の性能評価試験に適合した分散処理施設であっても,他の地域基準に対処できないリスクがある.日本仕様のローカライズは,ベースとなる浄化槽の性能評価試験と現地基準の相違点を洗い出し,適正な仕様に変更しなければならない.

表2 海外の性能評価試験の概要

(2) 実証試験による検証
    ローカライズ品は,現地基準に則した浄化能力と汚泥貯留能力を有しているか,検証しておく必要がある.
  検証方法は,現地の評価方法に準拠した第三者による性能評価試験と,モニター品による実証試験の二通りがあげられる.どちらの試験においても,通常の使用環境の他,流入汚水量や汚濁量の変動を含めた検証も行うことが望ましい.その他,ローカライズ品の維持管理に対する現地業者の適応力も確認しておく.また,浄化槽のローカライズが進まない理由として,水処理コストが高い,評価方法が異なるため公平な市場を確保できていない,があげられることから,実証試験を機にこれら課題への対応も図る.
(3) 浄化槽ローカライズに関する設計手法の確立
    使用条件の相違に関する先行研究では,活性汚泥方式を対象としたBODおよび窒素除去性能とその支配因子21)22)や流入負荷に応じた間欠ばっ気の運転制御23)等,汚水処置施設の流入負荷量変動に対する運転方法を対象とした報告が多く,汚水処理施設そのものに対する研究成果は見当たらない.
  汚水処理施設における地域性は,排水性状や汚水量といった入力条件(input)と汚水処理施設に期待される処理水質(output)および,使用環境(condition)が異なることにより生ずる.したがって,これら三つの因子から,浄化槽を適正にローカライズすることができる,設計手法の確立が必要である.
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4.浄化槽の海外展開における展望
 
  浄化槽は,そのほとんどが日本国内で生産,設置されることから,世界的にみると浄化槽の知名度はセプティックタンクより低い.
  しかしながら,第3章の課題を克服することができれば,排水基準を満たす分散処理施設の普及が図れ,2030アジェンダに掲げられている「未処理排水の割合半減」への貢献につながる.また,浄化槽は分散処理施設であるもののBODの他,窒素やリン除去も可能であることから,厳しい水質規制を制定している地域にも対応できるメリットを有する.さらに浄化槽は,温室効果ガス排出量の低減を目的としたParis Agreement (COP21)や,資源の再利用を推進するG7 Alliance for Resource Efficiencyへも寄与可能なことから,健全な水循環の構築と同時に温室効果ガス排出量低減も期待できる.
  したがって,汚水処理普及率向上の他,多くの国際的課題に対処可能な分散処理施設として,日本で実績のある浄化槽を海外向けにローカライズすることができれば,腐敗槽やセプティックタンクとは異なる環境配慮型の汚水処理施設として,全世界に提供することができる.
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参考文献
1) 国土交通省,農林水産省,環境省,持続可能な汚水処理システム構築に向けた都道府県構想策定マニュアル(2014年)
2) 環境省大臣官房廃棄物・リサイクル対策部廃棄物対策課浄化槽推進室,平成19年10月浄化槽管理者への設置と維持管理に関する指導・助言マニュアル,pp3-5,(2007)
3) 環境省,平成27年度末の汚水処理人口普及状況について,http://www.env.go.jp/recycle/jokaso/data/population/pdf/osui-h27.pdf
(2016年11月5日閲覧)
4) 国際連合広報センターホームページ,http://www.unic.or.jp/activities/economic_social_development/sustainable_
development/2030agenda/
,(2016年2月6日閲覧)
5) 環境省 水・大気環境局水環境課,公益財団法人 地球環境戦略研究機関 WEPA事務局,自然資源・生態系サービス領域 [WEPA] アジア水環境管理アウトルック WEPA Outlook on Water Environmental Management in Asia 2015,p25,(2015)
6) 総務省統計局,世界の統計2016,http://www.stat.go.jp/data/sekai/0116.htm#c16
(2016年11月6日閲覧)
7) Century Technology Innovations,JOUKASOU(浄化槽) wastewater treatment services in small settlements, in Central-Eastern Europe Technology Transfer Concept Proposal,(2016)
8) 環境省廃棄物対策課浄化槽推進室,財団法人日本環境整備教育センター,平成21年度し尿処理システム国際普及推進業務報告書,p2-3,(2010)
9) 環境省廃棄物対策課浄化槽推進室,公益財団法人日本環境整備教育センター,平成24年度し尿処理システム国際普及推進業務報告書,pp2-6-2-7,(2013)
10) iFAA,LEGUIDEDEL’ASSAINISSEMENTNONCOLLECTIF2015-2016,p6
11) 環境省大臣官房廃棄物・リサイクル対策部廃棄物対策課浄化槽推進室,平成27年度浄化槽の指導普及に関する調査結果,p32,(2016)
12) 一般社団法人浄化槽システム協会 平成27年度次世代浄化槽システムに関する調査業務報告書,pp95-100,(2016)
13) 浄化槽法第2条第1項の浄化槽の定義
14) 環境省関係浄化槽法施行規則(昭和59年3月30日厚生省令第17号)第1条
15) 一般社団法人浄化槽システム協会,平成25年度 浄化槽の低炭素化に向けた調査業務報告書,p34,(2014)
16) 建築物の用途別による屎尿浄化槽の処理対象人員算定基準,JISA 3302-2000
17) 2002年度版 浄化槽の設計・施工上の運用指針
18) 石原光倫ら,生物膜法による小型汚水処理施設の設計上の要因(第2報),第34回廃棄物処理対策全国協議会全国大会講演集,pp9-14(1983)
19) 一般財団法人日本建築センター,浄化槽の構造基準・同解説2005年度版(2005),pp355-360
20) 環境省廃棄物対策課浄化槽推進室,公益財団法人日本環境整備教育センター,平成24年度し尿処理システム国際普及推進業務報告書,pp2-3,(2013)
21) 中野拓治,連続流入間欠ばっ気活性汚泥方式の農業集落排水施設のBOD除去性能とその支配因子,農業土木学会論文集No.244,pp24-25(2006)
22) 中野拓治,連続流入間欠ばっ気活性汚泥方式の農業集落排水施設の窒素除去性能とその支配因子,農業農村工学会論文集No.279,pp26-27(2012)
23) 浜本洋一,自動制御間欠曝気活性汚泥法による生活汚水の窒素除去,日本水処理生物学会誌第40巻第1号,pp20-21(2004)
((株)ハウステック)
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