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中国で普及可能な分散型生活排水処理に関する考察
分散 型排水処理の研究 分散型排水処理の研究 清華大学環境科学と工程学部 環境管理と政策研究所 常杪・斉瑶 2007年11月20日 重慶 内容 第一部分: 第二部分: 第三部分: 第四部分: 研究概述 分散型処理の必要性 技術比較 初歩的普及案 第一部分: 研究の概述 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 研究の背景 問題意識 研究目的と意義 研究の対象 研究手法と技術 1.1 研究の背景 社会経済の発展、人民生活レベルの向上と生 活方式の転換により、我が国の郷鎮と農村地区の 生活排水に新しい特徴が現れた。 z 郷鎮と農村の生活排水量が増大 z 集中的な生活排水 z 生活排水の農地での利用が減少 未処理の下水の直接排出による水質汚染が厳重 1.2 問題の意識 我が国の下水処理レベル 処理パターン 使用地域 処理規模 下水処理率 備考 (万トン/日) 大型集中処理 大都市 >10 52% 中小型集中処理 小都市 0.3~10 <10% 大都市の実績 を参照 分散型処理 <0.3 0 本研究の対象 農村 欧州と米国では20％～30％の人口が分散型下水処理施設を使用し、日本では31％ の人口が浄化槽を利用し生活排水を処理している。中国の農村人口は総人口の7 9％～80％を占めるが、この部分の人口の生活排水は適当な処理が行なわれていな い。中国は都市化率が低いため、分散型処理を必要とする比例はもっと高くなる。 都市の下水処理だけに注意を払い、農村排水の随意な排出を無視したのでは、我が国の水 質汚染の現状を改善することは不可能である。 1.3 研究の目的と意義 z 技術の面 既存の下水分散型処理技術を比較・分析し、国外の先進技術を導入する。 地域の人口、経済、地理的差異に基づき、最も適切な下水分散型処理技術を 選定する。 z 政策サポートの面 関連の政策法規を制定し、全国的範囲内で分散型処理技術を普及する。 分散型処理の実施は、中国の郷鎮の水環境問題を有効的に緩和し、 農村の面源汚染を抑制し、重点流域を保護することが出来る。 1.4 研究の対象 z重点流域内の村・鎮 z農村の集中的集落 z管路が整備していない或いは整備計画して いないコミュニティ、病院、学校 z観光地 z地理的位置の特殊な地区 重点流域「十一五」水質汚染防止計画 の規定に基づき、淮河、海河、遼河、松 花江、三峡ダム区及びその上游、黄河流 域、松花江流域、珠江流域、南水北調東 線、太湖、滇池、巣湖を流域水質汚染整 備の重点とする。この11重点流域の流域 面積は全国の39％を占め、人口は63％、G DPは約全国の66％、水資源量は約全国の4 8％、排水量は全国の約76％を占める。 流域名 流域面積 （km2） 人口 （万） 一人当た りのGDP (元／人) 水資源量 (億トン) 都市排水量 (億トン） 都市COD 排出量 （万トン） 都市アンモア窒 素排出量 (万トン) 海河 320041 12211 792 370 56.9 158.4 15.6 淮河 330009 16500 426 916 41.2 105.8 12.4 遼河 314146 5373 832 498 23.3 58.3 6.65 太湖 36895 3598 2276 177 31.6 49.15 13 滇池 2920 220 482 5.5 2.4 4.4 1.09 巣湖 13486 877 506 4.9 3.7 7.4 2.37 黄河 795044 10700 453 707 25.6 111.2 15.84 松花江 556000 5669 688 1492 16.3 66.1 9.3 珠江 577814 9756 1352 4723 87 211.8 28.6 三峡ダム区と その上流 790000 15383 344 4314 47.3 145.6 50 南水北調東線 海河、淮河、黄河流域範囲と交差地区 合计 3736355 80287 比例 39% 63% 712 13207.4 335.3 918.15 154.85 48% 76% 68% 84% 出典：重点流域水質汚染防止『十一五』計画のために編制した技術細則｣ 調査研究サイトの選択 天津：海河流域、分散住 宅区、北方、冬の気温が 低く、收入レベルが高い 河北白洋淀：海河流域、 観光地、北方、冬の気 温が低く、收入レベル が低い 重慶：三峡ダム区とその 上流、南方、冬の気温が 高く、経済の発展が迅速 1.5 研究手法と技術 • 研究手法： 本研究で採用する研究手法は主に下記の数種類であ る。文献の調査研究、国内外の学術文献と政策法規文献 を含む。専門家のヒアリング、国家環境保護総局の関連 法規と政策研究の専門家、日本の浄化槽技術と管理の専 門家を含む。現地調査、重慶、河北、天津などの成功し た実例、アンケート調査などの手法で、住民のニーズと 支払い意思を把握し、地元政府の関係部門と交流し、実 際の経験を取得し、文献の不足を補う。会議での討論、 関連分野の各方面の学者或は実践者の意見を綜合する。 文献调研 净化沼气池 技 术 对应 列 表 净化槽 SBR 应 用 情 况 氧化沟 分 散 处 理 必 要 性 研 究 技 术 筛 选 及 配 对 结 果 建 立 示 范 工 程 项 目 日方专家推荐技术 重点参考 配 套 制定分散处理的政策 规 划 标 准 投 融 资 建 设 运 营 体 制 管 理 与 政 策 保 障 产 业 政 策 第二部分: 分散型処理の必要性 分散型処理の必要性 • 計算目標：分散型処理のCOD除去に対する寄与率 • 計算公式 分散处理去除的COD的量 贡献率＝ 已统计的城市污水中COD的总量＋未统计的农村地区COD的排放量 分散处理去除的COD的量 ＝农村人口× 人均日用水量 × 365 × 污水中COD浓度 × 去除率 未统计的农村地区COD的排放量 ＝农村人口× 人均日用水量 × 365 × 污水中COD浓度 • 計算に必要なバロメータ： 農村人口、一人当たり一日の用水量、農村排水の水質、CODの除去率 計算バロメータの選定 • 農村人口 流域の名称 農村人口比例 データ源 海河 0.64 ネットワーク調査 淮河 0.82 県クラス行政区人口数の統計に基づき計算 遼河 0.7 太湖 0.45 県クラス行政区人口数の統計に基づき計算 滇池 0.88 県クラス行政区人口数の統計に基づき計算 巣湖 0.71 県クラス行政区人口数の統計に基づき計算 黄河 0.7 松花江 0.7 珠江 0.69 ネットワーク調査 三峡ダム地区とその 上流 0.76 県クラス行政区人口数の統計に基づき計算 注：農村人口比例が獲得できない流域に対し、農村人口が総人口に占める比例の70％とした データ源：｢中国農業発展銀行統計年鑑2004｣ 「重点流域水質汚染防止『十一五』計画に基づいて編制した技術細則」 計算バロメータの選定 • 一人当たりの一日用水量 ユーザー類型 比例 用水量 1 水洗トイレのないユーザー 30％ この種のユーザーは研究範囲外で、計算時考慮せ ず 2 水洗トイレはあるがシャワー設備のないユー ザー 50％ 上述3の半分 3 水洗トイレとシャワーのあるユーザー 20％ 下の表を参照 地区 最高一日用水量(L) 平均一日用水量(L) 時間变化系数 1 130~170 90~125 2.3~2.1 2 140~180 100~140 2.3~2.1 3 140~180 110~150 2.3~2.1 4 150~190 120~160 2.3~2.1 5 140~180 100~140 2.3~2.1 地区の説明： 1：黑龍江、吉林、内モンゴル、遼寧の大部分、河北、 山西、陝西北部の一部分、寧夏東部の一部分。 2：北京、天津、河北、山東、山西、陝西の大部分、甘 粛、寧夏、遼寧南部、河南北部、青海東部と江蘇北部の 一部分 3：上海、浙江、江西、安徽、江蘇の大部分、福建北 部、湖南、湖北東部、河南南部 4：広東、台湾、広西の大部分、福建、云南南部 5：貴州、四川、雲南。 慎重のため、計算の際に平均一日用水量の下限値を使用した データ源：王琳, 王宝貞. 『分散型下水処理と再利用』 化学工業出版社, 2003. バロメータの選定 • 農村排水の水質 その他流域のデータの取得が難しいため、太湖流域の 農村住民の生活排水の水質を流域全体の計算基準とした。 項目 COD(mg/L) TN(mg/L) TP(mg/L) SS(mg/L) 範囲 200～500 30～50 3～6 100～300 平均値 400 45 5 200 注：計算する際は平均値を選定する データ源：｢高度処理浄化槽構造の設計と維持管理の指針｣ 本研究で列挙した参考技術は処理率の平均値を選定 • CODの除去率：80％ 計算の例 海河流域を例とする 総人口：12211万人 農村人口：12211×0.64=7815万人 用水量：120L/d, 20%; 60L/d, 50% 排水のCOD濃度：400mg/L CODの除去率は80％ 統計済み都市のCODの年間排出量は158.4万トン 农村COD年排放量 ＝8547.7 × (120 × 0.2 + 60 × 0.5) × 400 × 10−9 × 365 = 67.39万吨 农村COD年处理量＝67.39 × 0.8 = 53.91万吨 分散处理对COD的贡献率＝ 53.91 × 100% = 23.88% 67.39 +158.4 計算結果 流域名 人口 （万） 統計済み都市の COD排出量（万トン/ 年） 分散型処理の COD除去に対する寄与率 （％） 海河 12211 158.4 22.4 淮河 16500 105.8 41.0 遼河 5373 58.3 25.4 太湖 3598 49.15 18.6 滇池 220 4.4 25.3 巣湖 877 7.4 33.4 黄河 10700 111.2 27.7 松花江 5669 66.1 24.2 珠江 9756 211.8 18.1 三峡ダム区 とその上流 15383 145.6 31.0 総合 80287 918.15 26.9 当該計算方法の問題点 • 各流域が含む行政区画は的確ではない。したがって、農 村人口が総人口に占める比率も精確ではない。 • 一人当たり一日用水量の選定は各種ユーザーの占める比 率が詳しくなく、推定データである。 • 排水水質データは太湖流域のものだけで、その他流域は いずれも太湖流域のデータをもとに近似計算したもので ある。 • 各技術のCOD除去率は異なり、ここでは地域ごとで使用す る技術が不確定なため、割と保守的に80％とした。 • 流域周辺の村・鎮の排水に含まれるアンモニア窒素の含 有量のデータが分からないため、本研究ではアンモニア 窒素の排出削減の寄与に対しては設計しなかった。 第三部分: 技術の比較 主体処理技術 初級処理 技術 段階 別処 理 総合 シス テム 糞尿池 Imhoff池 最初沈殿 池 人工システム 伝統技術 新技術 活性汚泥法 ｵｷｼﾃﾞｰｼｮﾝﾃﾞｨ ｯﾁ法 SBR反応器 生物膜法 曝気生物ろ過 池 膜－生 物反応 器 自然システム 水域 土壌 安定池 人工湿地 減速砂ろ過 地表溢流 浄化槽 浄化メタンガス池 比較バロメータ ¾機能、除去率 ¾建造費、建設周期 ¾運営管理費 ¾技術的要求 ¾中水の再利用が可能か否か ¾汚泥の発生量 1 浄化メタンガス池 紹介：糞尿消化池とメタンガス池の基礎に発展し、排水に対し一定の処理効果が あり、しかも、メタンガスの回収ができる。農業部が力を入れ普及する技術 である。 長所 欠点 9動力、設備の節約 9処理水の水質が基準に達成しない 9土地の節約 9アンモニア窒素の除去効果が良くな い 9運転が安定 9寿命が長い 9汚泥の発生量が少ない 9メタンガスの利用が可能 9メタンガスが完全に利用できず、メ タンガスを直接排出して大気を汚染 する。 2 人工湿地 紹介：主に植物、微生物、充填剤間の相互作用によって実現し、物理、 化学、生物作用を総合的に利用して水質の改善を実現する。 長所 缺点： 9建造費が安い 9一般的に承認されたバロメー タに欠ける 9管理が容易な受動システ ムである 9BODとSSに対する除去率が 高い 9環境にやさしい技術 9潜流型システムはSODとSS以外 の項目の除去率に対し不明 3 地表溢流 紹介：地表溢流の下水処理は下水の浸透作用によるものでなく、沈殿と ろ過作用によって完成する。排水が斜面に沿って流れるとき、排水 中の不溶解性汚染物が沈殿し、溶解性有機物は土壌と植物の表面に 付着し、一連の生物化学反応によって分解を実現する。 長所 9有機物含有量の高い排水の処理 に適している 9処理効果は良好 9運営管理が簡単で安価 9排水中の栄養物質と水資源を利 用して植物の栽培ができ、経済効 果をもたらす 9この方法は土壌性質による制限 が最も小さい 欠点 9この方法の利用は気候、勾配及び植 物の排水に対する耐受程度の制限を受 ける 9湿気と低温条件下での使用に適さな い 9処理率は植物種類の影響を受ける 9消毒の段階を増設する必要がある 4 減速砂ろ過 紹介：排水は表面灌漑とスプリン灌漑を経て、垂直に緩慢に浸透し、 その上に農作物を栽培する。当該システムは排水の水分と栄養成分 を充分利用し、尚且つ、土壌―微生物―農作物の複合システムを借 りて排水を浄化する 長所 缺点： 9建造費が安い 9土地に対する一定の需要量がある 9エネルギー消費が低い 9オープン式システムは時折悪臭を 生ずる 9運営管理の技術的要求が低い 9処理水の水質が良く、遅延曝気と安 定池システムより優れている 9運転が安定し確実で、作業員の技術 レベルの影響を受けない 9処理効果の向上が可能 9適切な濾過材が地元でなかなか入 手できない。 5 安定池 紹介：安定池は好気性池、嫌気性池、兼性池、曝気池などが含まれる。 池中の安定した生物システムで排水を処理する 長所 欠点 9運転技術が低い(最も顕著な長所) 9敷地面積が大きい 9運営コストが低い 9連続運転の兼性池は夏に建て替えしなけ れば、処理水の基準に満たせない 9技術改造が簡単に出来る 9汚泥の処理は10～20年一度で済む 9地下水の水質に影響する可能性あり 9多くの改善技術の適用性は実証していな い 6 遅延曝気活性汚泥法 紹介：当該方法の特徴は低有機負荷と長停留時間である。遅延曝気の活性汚泥は内源呼 吸期にあり、一部の微生物細胞は自らが消費し、処理水の水質を良好にする 長所 欠点 9他の活性汚泥法に比べ、 汚泥の発生量が低い。 9 自然システムと比較してエネルギー消費が 大きい 9処理水の水質が良好 9運営管理が割と複雑で、管理者に対する技 術要求が高い。 9敷地が小さく、集成式反 応器の取り付けが簡単 9システムの確実性が強い 9一定の耐衝撃性がある 9建設費が相対的に安い 9負荷の変化或は操作管理が適当でないと処 理水の水質が落ちる 9冬季の使用に適さない 9汚泥の膨化は二次沈殿池の沈殿効果に影響 する。 9二次沈殿池の汚泥が浮き上がることがある （反硝化） 9送風系統の騒音と汚泥の悪臭 7 点滴ろ過池 紹介：点滴濾過池は微生物付着生長の処理システムである。配水シス テムが最初沈殿した汚水を間欠的に不活性媒質の表面に配布し、こ れら不活性媒質の表面に生長する微生物が、排水中の有機物の分解 に主な役割を果たし、付着生長の微生物は、一定の時間を経過した 後脱落し、二次沈殿池を設置して、処理水と脱落汚泥を分離する。 長所 欠点 9処理水の水質が安定的 9最初沈殿池が必要 9システムの構造が簡単 9水配布システムに水ポンプ が必要 9建造費が安い 9システムに硝化機能があ る 9悪臭あり 9運転管理は一般的レベル、 技術者に対する要求が高い 8 曝気生物ろ過池 紹介： 濾過池にある粒状の充填材を担体とし、濾過池の中で曝気する。 濾過材に付着する生物膜の高濃度の活性微生物強酸化分解作用及び 濾過材の粒が小さいと言う特徴を利用して、微生物の生物代謝、生 物凝集、生物膜と充填材の物理的付着と堰止め及び反応器内の水流 方向に沿った食物チェーンの段階別捕食作用を十分発揮し、汚染物 の効率的除去を実現すると同時に、反応器内の好気、酸素欠乏エリ アを利用し、脱窒、脱リンの機能を実現する。 長所 9敷地面積が小さく、基礎建設の投資が少ない 欠点 9処理水の水質が良く、SSは10mg/L以下 9流入水のSSに対する要求が高く、出来れ ば60mg/L以内に 9酸素の伝送効率が高く、曝気量が小さく、酸 素供給の動力消費が低い 9水のロスが大きく、生物曝気池の一回毎 水のロスは1~2mである 9耐衝撃負荷能力が強く、低温に強い 9曝気生物ろ過池技術は反水洗作業中、短 時間内の水力負荷が大きく、反水洗放流水 の最初沈殿池への直接回流は、最初沈殿池 に大きな衝撃負荷を与える。 9膜が掛け易く起動が早い 9曝気生物濾過池はモジュール化構造を採用し、 後期の改築、拡張に便利 9 オキシデーションディッチ法 紹介：オキシデーションディッチ法は遅延曝気活性汚泥法の一種の変形で、ク ローズドループである。オキシデーションディッチの形は通常楕円形で、 一つ以上のクローズドルーブから構成され、その後に二次沈殿池と消毒シ ステムが続き、普通は最初沈殿池を使用しない。ドルーブの中には曝気設 備が設置され、酸素の提供と排水の流動速度および排水の縦の混合を高め る。当該方法の水の停留時間と汚泥の停留時間が長い。 長所 欠点 9汚泥の発生量が低い 9運転は季節の影響を受け、冬は曝気シス テムの氷結を防止しなければならない。 9処理効果が良い 9安定性が高い 9脱窒機能がある 9建造費が安い 9脱窒と脱リンが同時に可 能 9曝気設備の保守に対する要求が高い 9二次沈殿池の汚泥の浮き上がりが発生す る可能性あり 9作業員に対する要求が高く、しかも通常 モニタリングが必要 10 SBR 紹介：SBRシステムは流入水、反応、沈殿、放流水の機能を一つの反応 器に集中した活性汚泥処理システムである。当該方法は最初沈殿池 と二次沈殿池を必要としないで、脱窒脱リンの機能が実現できる。 長所 欠点 9システムの運転は簡単で安定的 9排水システムに時折故障が起こる 9流量変化の大きな地区に適用 9ソフトを絶えず更新しなければなら ない 9処理水の水質が連続式より優れ ている 9その他の人工システムに比べ、 運営管理が簡単 9反応器の運転が柔軟で、脱窒脱 リンが可能、糸状菌の生長がコン トロールし易い 9ハイレベルの技術者と経常的管理と 保守が必要 11 MBR 紹介：膜生物反応器は、膜分離技術と生物反応器が結び付けた生物化学反 応システムである。生物反応器の混合液はポンプの増圧後に膜集合体に 入り、圧力の作用の下で混合液中の液体が膜を通り、システム処理水と なる。固形物、大分子物質などは膜によって塞き止められ、濃縮液と共 に生物反応器に流れ戻る。 長所 欠点 9汚染物の除去効率が高い 9エネルギー消費が高い 9処理水は直接再利用できる 9運転中の膜集合体が汚染し易い 9反応器における水停留時間と汚泥の完全分 離ができる 9建造コストが高い 9設備の敷地面積が少ない 9細菌硝化の堰止めと生長を有利にし、シス テムの硝化効率を向上する。 9酸素伝送効率が高い 9汚泥の発生量が低い 9自動制御の実現が可能で、操作管理が便利 12 浄化槽 紹介：浄化槽は単独処理浄化槽、合併処理浄化槽と高度処理 浄化槽の三種類に分けられる。その技術原理は物理処理と 生物化学処理を結合し、微生物の分解、物理的沈殿と化学 凝集を通じて排水中の汚染物の量を削減する。 長所 欠点 9大型処理管路システムと比べ、 建造コストは安い 9建設コストが高い 9地形の影響を基本的に受けない 9建設に必要な時間が短く、すぐ に使用投入できる 9処理水の効果が良好 9水資源の再利用と汚泥の再利用 が可能 9地震或はその他災害の後、容易 に再建できる 9最大規模の要求がある 運営管 理が便 利か 省エネか否 か 否 √ √ 良い 否 √ √ 放流水<1 0mg/L Pの徐去効果 良好 √ √ 方法 BOD除去 効果 SS除去効 果 N、Pの除去が 可能か メタンガス 净化池 80~90% 90% 人工湿地 89～90％ 地表溢流 90％ 耐衝撃性能 一定の耐衝撃 性能あり 中水 の再 利用 污泥 减量 立地 の要 求 √ 非常 に小 √ その他の 制限要素 割と 大 土地面積 割と 大 温度、湿 度、勾配 濾過料の 性質と 土地面积 温度 低速砂濾 過 良好 良好 除去効果不安 定 √ √ 割と 大 安定池 75～95％ 一般 兼性池は一定 の除去効果あ り √ √ 割と 大 点滴濾過 池 良くない 放流水<2 0mg/L 否 遅延曝気に 比べ省エネ 割と 小 曝気生物 濾過池 90~95% 90% 可能 √ √ 一般 遅延曝気 放流水<30 mg/L 放流水<3 0mg/L 否 √√ √ 割と 小 ｵｷｼﾃﾞｰｼｮ ﾝﾁﾃﾞｨｯﾁ 放流水<15 mg/L 放流水<1 5mg/L 可能 √√ √ 一般 SBR 放流水<20 mg/L 放流水<2 5mg/L 可能 √ √ 割と 小 MBR 良好 完全除去 に近い 生物反応器の 運転状況次第 √ √√ √ 非常 に小 浄化槽 良好 良好 可能 √ √ 小 温度 我が国における分散型処理の応用現状 我が国の分散型排水処理は現在スターの段階にあり、完備した法体系と 管理規則が確立されていない。文献の調査研究を通じて、200の小型下水 処理場を調査し、1990年から現在までの分散型排水処理施設と規模が2万 トン以下の小型下水処理場の計35実例を収集し、その内北方が14、南方が 21事例である。処理総量は238778トン/日である。 次の表は農業部の呼びかけの下で、1997～2002年のメタンガス浄化池の 取り付け状況を反映している。 これら実例で応用された技術を比較し、下記の図表を制作した 17% 3% 12% 6% 3% 12% 15% 6% 6% 20% BIOLAK CASS UASB 活性污泥 接触氧化 人工湿地 土地系统 酸化水解 生物膜法 氧化沟 中国は分散型排水処理技術に対する好みがない。しかも分析データから も北方と南方で応用する分散型処理技術の顕著な差異が見られない。実は、 中国では技術を選定する場合「流行を追う｣現象があり、適用性に関する 考慮に欠けている。 第四部分: 初歩的普及案 •計画 •基準 •投融資 •建設運営体制 •法律、政策サポート • 計画 • • • • • 計画範囲と現状評価 総量削減と規制案の確定 重点プロジェクトの指定 計画の実施保障 計画目標達成の可能性に対する分析 • 基準 • • • • 規制項目と分類 基準のクラス分け 基準値 サンプリングとモニタリング • 投融資 • 資金ニーズ(技術コスト) • 投融資メカニズムの設計 • 投資主体 • 融資ルート • 項目バターン • 税収制度 • 建設運営体制 • • • • 中央政府と地方政府の役割分担 下水処理の市場化構想 工事建設の監督管理 運営、維持管理 • 法律、政策サポート • 分散型処理施設の技術の選択 • 分散型処理施設の設計、建設 • 専門の施工部門 • 試運転段階の水質モニタリング • 分散型処理施設の維持管理 • 専門の管理者 • 維持管理項目 • 上級部門の検査制度 ご静聴ありがとう ございました！