ISSN

1346-7328

国総 研資 料 第 731号
平 成 25年 4月

国土技術政策総合研究所資料
TECHNICAL NOTE of
National Institute for Land and Infrastructure Management

No . 7 31

Ap r i l 2 0 13

平成23年度下水道関係調査研究年次報告書集
FY2011 Annual Report of Wastewater Management and Water Quality Control

国土交通省

国土技術政策総合研究所

National Institute for Land and Infrastructure Management
Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism, Japan

国土技術政策総合研究所資料
第 731号
2013年 4月

Technical Note of NILIM
No.731
April 2013

平成23年度下水道関係調査研究年次報告書集
国土技術政策総合研究所 下水道研究部

下水道研究室下水処理研究室

FY2011 ANNUAL REPORT OF
WASTEWATER MANAGEMENT AND
WATER QUALITY CONTROLWASTEWATER SYSTEM DIVISIONWASTEWATER AND SLUDGE MANAGEMENT DIVISION
of WATER QUALITY CONTROL DEPARTMENTNATIONAL INSTITUTE FOR LAND AND INFRASTRUCTURE MANAGEMENT,MINISTRY OF LAND, INFRASTRUCTURE, TRANSPORT and TOURISM, JAPAN

概要
本報告書集は、平成23年度に国土交通省国土技術政策総合研究所において実施された下水道に関係する調査研究の成果を集約して資料としてとりまとめたものである。
キーワード：下水道、下水処理、地震、津波、汚泥、温暖化ガス、放射能

Synopsis
This Annual Report introduces researches on wastewater system, wastewater treatment,
advanced wastewater treatment, wastewater sludge and water quality control carried out in
Fiscal 2011 by National Institute for Land and Infrastructure Management, Ministry of Land,
Infrastructure, Transport and Tourism, Japan .
Key words: wastewater system, wastewater treatment, earthquake, tsunami, wastewater sludge,
radioactivity, green house gases (GHG)

序

文

本報告書集は、平成２３年度に国土交通省国土技術政策総合研究所（国総研）が実施した下水道関連の調
査研究の成果をとりまとめたものであり、全１９編の報告書から構成されています。
主として下水道研究部の下水道研究室と下水処理研究室が担当し、予算費目としては下水道事業調査費、試験研究費、基礎研究経費、技術研究開発調査費、JST：地球規模課題対応国際科学技術協力事業費、JST：
CREST（戦略的創造研究推進事業費）です。
１９課題のうち平成２３年度に終了したものは、以下の５課題です。
① 下水道管路施設の地震対策推進に関する調査（下水道研究室；下水道事業調査費）② 下水道管きょのストックマネジメント導入促進に関する調査（下水道研究室；下水道事業調査費）③ 下水管きょの調査・診断の基準化に関する研究（下水道研究室；技術研究開発推進費）④ 地球温暖化対策としての下水処理水再利用の定量的効果に関する検討（下水処理研究室；下水道事業調査費）⑤ 都市におけるエネルギー需要・供給者間の連携と温室効果ガス排出量取引に関する研究（下水処理研究室；技術研究開発推進費）
また、平成２３年度から新たに開始した課題は以下の６課題です。
① 下水道整備による効果及び汚水等処理施設連携に係る技術的事項等に関する調査（下水道研究室；下水道事業調査費）② 水質汚濁解析モデルの CommonMP 対応に関する調査（下水道研究室；下水道事業調査費）③ 地域における資源・エネルギー循環拠点としての下水処理場の技術的ポテンシャルに関する研究（下水処理研究室；下水道事業調査費）④ 生物処理過程における N2O 発生抑制手法に関する検討（下水処理研究室；下水道事業調査費）⑤ 放射性物質による下水汚泥汚染機構と対応指針（下水処理研究室；下水道事業調査費）⑥ 災害時の復旧段階における下水処理の適正な管理に関する調査（下水処理研究室；下水道事業調査費）
これらの結果、継続案件の成果も含め、以下のような活用がされました。
 「雨水浸透施設の整備促進に関する手引き（案）」の策定（都市雨水対策の推進に関する調査）
 国土交通省「下水道クイックプロジェクト」社会実験（下水道クイックプロジェクトの推進に関する調査）
 「下水道事業におけるストックマネジメントに関する手引き(案)」への研究成果の提供（下水道管きょのストックマネジメント導入促進に関する調査）
 下水道におけるバイオマス－下水汚泥－の有効利用情報の活用（下水道資源有効利用の推進に関する調査）
 下水道におけるウイルス対策に関する報告書の策定（下水処理水の衛生学的安全性に関わる技術の基準化）
国総研では行政のニーズに対応するとともに、国民の視点に立った調査研究を更に進めてまいります。これからも引き続きご意見等をいただければ幸いです。
平成２４年４月
国土技術政策総合研究所 下水道研究部長

堀江

信之

目

次
頁

序文
I. 下水道事業調査費による研究
1. 下水道施設の地震・津波対策推進に関する調査 ···························································· (下水道研究室) ······ 1
2. 下水道管きょのストックマネジメント導入促進に関する調査 ···································· (下水道研究室) ···· 13
3. 都市雨水対策の推進に関する調査···················································································· (下水道研究室) ·····23
4. 下水道整備による効果及び汚水等処理施設連携に係る技術的事項等に関する調査 ··· (下水道研究室
・下水処理研究室) ·····33
5. 水質汚濁解析モデルのCommonMP対応に関する調査 ··················································· (下水道研究室) ·····37
6. 下水道クイックプロジェクトの推進に関する調査 ·················································· (下水道研究室) ·····41
7. 地球温暖化対策としての下水処理水再利用の定量的効果に関する検討 ········· (下水処理研究室) ·····47
8. 膜処理技術適用型施設における維持管理の基準化 ···················································· (下水処理研究室) ·····51
9. 生物処理過程におけるN2O発生抑制手法に関する検討·············································· (下水処理研究室) ·····57
10. 下水道資源有効利用状況の評価及び推進 ···································································· (下水処理研究室) ·····63
11. 下水処理施設における新たな衛生学的指標導入に関する検討 ································· (下水処理研究室) ·····69
12. 災害時の復旧段階における下水処理の適正な管理に関する調査 ····························· (下水処理研究室) ·····75
13. 放射性物質で汚染された下水汚泥に関する調査および検討····································· (下水処理研究室) ·····79

II. その他の予算による研究［下水道研究室］
1. 下水道管きょの調査・診断の基準化に関する研究 ·························································································85
2. 社会資本の予防保全的管理のための点検・監視技術の開発 ········································································ 95［下水処理研究室］
1. 地域における資源・エネルギー循環拠点としての下水処理場の技術的ポテンシャルに関する研究··· 109
2. 都市におけるエネルギー需要・供給者間の連携と温室効果ガス排出量取引に関する研究 ·················· 117
3. 持続可能な水利用を実現する革新的な技術とシステム～21世紀型都市水循環系の構築のための水再生技術の開発と評価～ ······························································································································· 125
4. アフリカ・サヘル地域の持続可能な水・衛生システム開発 ································································· 131

付録
付録1．平成23年度 下水道関係刊行報告書一覧 ································································································ 135
付録2．平成24年度 下水道関係調査研究課題表（国土技術政策総合研究所） ············································ 136

I. 下水道事業調査費による研究

1.

下水道施設の地震・津波対策推進に関する調査
下水道研究室室

長 横田 敏宏

主任研究官 深谷渉

研 究 員 松橋学

１．はじめに
大地震により下水道施設が被災すると、その機能麻痺に伴う公衆衛生の問題や浸水被害の発生、道路陥没やマンホール浮上に伴う交通障害など、社会活動に多大な影響を及ぼす。またトイレの使用が不可能になるなど、市
民生活に与える影響も計り知れない。下水道施設は他のライフラインと異なり代替え手段が殆どないにも拘らず、
平成 9 年より以前に施工された重要な幹線の耐震化率は 14％、水道水源地域における水処理施設の消毒施設の耐震化率は 10％（平成 22 年度末）であり、十分に耐震化が進んでいない状況である（図－１）。

水道水源地域における水処理施設（消毒施設）
重要な幹線等
耐震化済み
10%

耐震化済み
14%

未耐震化
90%

未耐震化
86%

図‐１ 平成 9 年指針策定以前に工事発注された施設の耐震化状況（平成 22 年度末）
このような状況の中、平成 23 年 3 月 11 日の東日本大震災では、下水道施設が過去に経験したことない広域で、甚大な地震・津波の被害を受けると同時に今後の耐震・耐津波設計のあり方について多くの課題を認識し知見を得た。被災を受けた 120 の処理場、112 のポンプ場は徐々に復旧しているが、一年が経過した後でも津波により甚大な被害を受けた処理場のうち 2 箇所が稼働停止中、12 箇所が応急対応を余儀なくされている。また、下水道管路施設が埋設されている周辺の地盤が広域にわたり液状化することにより管路施設が土砂閉塞による流下機能不
全を引き起こし、長期にわたる下水道の使用制限が生じた。
今後、安全安心な社会基盤の構築及び災害時における下水道サービスの継続のため、下水道施設の地震・津波による被害から明らかとなった課題や知見を整理し、技術指針として整備し次世代に引き継いでいく必要がある。
本調査では、平成 22 年度は、散逸している過去の下水道施設の被災情報を収集し、統一的な様式でデータベー
ス化し、これらのデータを分析することで下水道施設の被害推定などに用いることが可能な基礎情報を整理した。
また平成 23 年度は、平成 23 年 3 月 11 日に発生した東日本大震災の対応として、東日本大震災により被災した下水道施設の被災要因の分析を行い、得られた分析結果は、下水道地震・津波対策技術検討委員会に報告した。
２．下水道管路施設の地震被災情報データベース構築（１）下水道管路施設における過去の地震被災情報の収集・整理
既存施設の耐震化には膨大な費用と時間を要することから、災害時における被害箇所を事前に推定し、耐震化
優先順位付けによる集中投資を行うなど、効率的な耐震化が求められている。しかしながら、被害想定の精度向1

表－１ 被災情報情項目と被害が多い条件上に有用となる過去の被災データは散逸しており、十分に整理・活用されていない。そこで本調査では、過去の被災項目

事例の情報収集を図り、統一的な様式でデータベース化及

管種

び一元管理化し、さらにはこれらデータを分析することで、

管径φ250 以下

下水道管路施設の被害推定システムの構築に向けた基礎情

スパン長

20～40m報の整理を行った。
平成 22 年度は、
過去の被災情報の収集、

土被り

3m 未満

被災要因の抽出等を行った。

被害が多い条件
1

塩ビ管※

2

ヒューム管※

土質

粘性土

過去の被災情報としては、平成 7 年兵庫県南部地震、平

地下水位

4m 未満

成 16 年新潟県中越地震、平成 19 年能登半島地震、新潟県

N値

10 未満

地形

扇状地・三角州

舗装厚

薄い

地震動

大

液状化危険度大中越沖地震等、近年の大地震における下水道管路施設の被災情報を中心に収集整理した。
（２）下水道被災情報のデータベースの構築収集した被災情報に記載のあるデータ項目と被害が多い
条件を表－１に示す。これらの項目に被災要因となりうる項目を追加し、データベースの項目を表－２のように決定※1 柏崎市（新潟県中越沖地震）、輪島市（能登半島地震）等※2 神戸市（兵庫県南部地震）等した。管路被害との相関性が高いと考えられる要因を中心に、管径や管種などの下水道管路施設の基本諸元をはじめ、被害程度や人孔浮上がり量などの被害データ、土質や N 値などの地盤条件、計測震度などの地震動データをとりまとめ、データベースを構築した。
（一部データは
GIS データを Suape ファイルとして追加した。
）整備したデータベースは次のような活用が期待される。
●被害想定の精度向上による効率的な耐震計画の作成●被災時の情報収集円滑化に向けた被災時調査項目の提案●産官学における地震関連研究の更なる促進
なお、整備したデータベースをより有効的に活用するためには、持続的にデータをストックする必要があると考えられる。
表－２ データベースの項目
データの種類

データベースの項目

管路施設の基本諸元

位置情報、管径、管種、スパン延長、施工方法、形状、人孔種類、人孔深、土被り

被害データ

被災パターン、被害程度、人孔滞水深、人孔浮上がり量

地盤条件

土質、標高、N 値、舗装、地形分類

地震動データPGA、PGV、計測震度、SI、液状化危険度

３．東日本大震災に関する各種調査（１）東日本大震災による下水道施設被害情報の整理
平成 23 年 3 月 11 日 14 時 46 分頃、三陸沖を震源とする国内観測史上最大のマグニチュード 9.0 の地震（宮城県栗原市震度 7）が発生した。この震災では、多くの尊い人命や財産が奪われるとともに、交通網・連絡手段の寸断などによる都市活動や産業活動の停滞を引き起こし、我が国の社会経済へも大きな影響を与えた。また、国民の生活を支え守るべき社会資本も深刻な被害を受けるとともに、今後の整備のあり方に一石を投じる結果となった。
重要なライフラインである下水道施設もまた大きな被害を受け、下水道サービスの長期停止が余儀なくされた。
巨大な津波に襲われた岩手県、宮城県及び福島県沿岸部に位置する下水処理場やポンプ場は、電気・機械設備

2

の浸水により機器故障が発生し、建築物は強大な波力により損壊し、水処理機能が停止した。被害の大きか

稼働停止
一部損傷
警戒区域内

った処理場では、その復旧に一年以上を要し、現在でも復旧が行われている。
震源地から離れた関東地方では、広域的で大規模な液状化が発生した。電柱が大きく傾斜し、家屋も沈下、道路は波打ち車両通行どころか歩行すら困難な状況が、連日ニュースや新聞誌上等で報道された。被害は、人工的に造成された地域に多くみられ、浦安市では液状化した土砂が管路施設内に流れ込み、管路施設内を閉塞させ、1～2 ヶ月もの長期間、下水道の使用を制限する事態も発生した。
平成 23 年度は、東日本大震災による下水道施設の被害状況を調査し、要因の分析、液状化対策の有効性に関する検討を行った。
以下、東日本大震災における下水道施設被害を下水処理場・ポンプ場及び管路施設に分けて説明する。
ⅰ）下水処理場・ポンプ場の被害
下水道は、一般に自然流下方式を採用することから、

津波来襲時の仙台市
南蒲生浄化センター

処理場は公共用水域に近く地形的に低い場所に建設す

図－２ 東日本大震災の下水処理場の被害ることとなる。このため、太平洋沿岸に位置する都市

表－３ 下水処理施設の発生直後と現在の被災状況

においては、必然的に海域に比較的近い場所に処理場

下水処理場が建設されており、津波の被害を直接的に受けること項目となった。津波による浸水エリアでは、電気・機械類

稼働停止

が浸水により損傷した。また海岸との間に構造物等の遮蔽物がない下水処理場では、強大な波力により建築被災当初と約 1 年後の平成 24 年 3 月 5 日の下水処理場・ポンプ場の被害状況を表－３に示す。地震当初、

2

48

応急対応中

―

一部停止
警戒区域内
正常稼働
合計

63
9
―
120

物が破壊されるなど、過去に経験したことない甚大な下水道施設被害が発生した。

ポンプ場

災
震災
震災
震
災 平成24年3月5日 震
平成24年3月5日
当初
当初
当初
当初

12

現位置にて応急対応中：10
別位置にて応急対応中：2

―
9
97
120

12

79
―

32
1
―
112

6

仮説ポンプによる送排水：5
ポンプ場にて汚水処理：1

19
1
74
112

下水処理場は 120 箇所が被災し、そのうち稼動停止は 44 箇所、ポンプ場は 112 箇所が被災しそのうち稼働停止は
79 箇所であった。また図－２に示すように、岩手県から神奈川県に至るまでの広い範囲で被害が確認されており、特に岩手県、宮城県及び福島県の沿岸部に位置する下水処理場は津波で甚大な被害が発生、津波の被害を免れた
内陸部の下水処理場においても地震動による汚泥かき寄せ機の脱落、損傷などによる被害が発生した。
約 1 年経過後、下水処理場は、稼働停止 2 箇所、応急対応中 12 箇所、警戒区域内 9 箇所、正常稼働 97 箇所、ポンプ場は、稼働停止は 12 箇所、応急対応中 6 箇所、一部停止 19 箇所、警戒区域内１箇所正常稼働 74 箇所、となり内陸部の下水処理場 95 箇所については、迅速な震後対応によりほぼ通常処理に復旧されているが、津波の被害を受けた 15 箇所の下水処理場は一次処理と塩素滅菌による簡易処理が実施されており、本格的復旧に向けた対応が継続的に実施されている。

3ⅱ）管路施設被害
東日本大震災における下水道管路施設被害の多くは、新潟地震(1964 年)以降、阪神淡路大震災や釧路沖地震、新潟県中越地
震や能登半島地震等の過去の地震に見られるような液状化が要因と考えられる被害が数多く発生した。この震災での管路施設被害は兵庫県南部地震の被災延長 162 ㎞を大きく上回る過去最大の被災延長 642 ㎞であった。
図－３に管路施設の被災状況を示す。下水道管路施設被害は、震源地に近い岩手県、宮城県、福島県に加えて震源から距離が離れた新潟、千葉、東京にかけて広域的な被害が発生した。東
日本大震災では、過去の地震に比べ本震の継続時間が長いことに加え、震後一ヵ月間にＭ5.0 以上の地震が 400 回以上も発生するなど余震の回数が多いことにより管路施設の広域的な被害が発生したと推察される。
表‐４に東日本大震災による下水道管路施設の被災と過去の地震（兵庫県南部地震、新潟中越地震、能登半島地震、新潟中越沖地震）の被災を比較した。

被災自治体

地震発生機構や地盤特性等が異なるため一概に比較はできな
いが、東日本大震災の被災総延長は兵庫県南部地震や新潟中越

図－３ 東日本大震災の下水道管路施設被害

地震の 3 倍以上である。また、広域的な被害のため被災団体数も過去の地震に比べ 6 倍以上である。被害率は、
東日本大震災全体では、1.0％と過去の地震よりもやや小さな値であるが、関東地方など震源から遠く、自治体のごく一部が被災した団体を除く被災率を見ると能登半島沖地震と同程度の被災率である。

表-４ 東日本大震災と過去の地震の下水道管路施設の被災延長
都道府県名
青森県
岩手県
宮城県
福島県
茨城県
栃木県
埼玉県
千葉県
神奈川県
東京都
新潟県
東日本大震災
東日本大震災（関東地方除く）
兵庫県南部地震
新潟中越地震能登半島地震新潟県中越沖地震

被災団体数
1
13
39
22
36
3
1
13
1
1
2
132
77
11
20
6
5

被害延長／総延長
0.1 ㎞/113 ㎞
13 ㎞/3712 ㎞
312 ㎞/9702 ㎞
120 ㎞/5110 ㎞
129 ㎞/9509 ㎞
2 ㎞/287 ㎞
0.006 ㎞/214 ㎞
54 ㎞/8510 ㎞
0.5 ㎞/11625 ㎞
12 ㎞/15793 ㎞
1 ㎞/426 ㎞
642 ㎞/65001 ㎞
445 ㎞/19063km
162 ㎞/13919km
152km/3293km
15 ㎞/652 ㎞
50 ㎞/3072 ㎞

被災率
0.1％
0.3％
3.2％
2.3％
1.4％
0.6％
0.003％
0.6％
0.004％
0.1％
0.3％
1.0％
2.3%
1.6%
4.6%
2.3％
1.6％

（２）下水道施設の被害傾向分析
下水道施設被害の被害傾向を分析するために東日本大震災に起因する施設被害が生じた下水処理場（120 箇所）、
ポンプ場（112 箇所）、及び、下水道管路施設の災害査定の対象となる自治体 135 自治体にアンケートを実施した。
調査内容として、処理場・ポンプ場は、施設区分（流入渠・管理棟・ポンプ設備・水処理施設、等）毎に施設の有無、被害の程度、被害対象工種、被害要因、浸水高、海岸からの距離や施設の覆蓋の状況、応急復旧状況等の4

調査項目を設けた。また下水道管路施設では、施設区分毎（管きょ、マンホール、マンホールポンプ）の被害要
因別の被害状況と、既設管の耐震対策の有無とその被害内容などについて調査項目を設けた。また詳細な内容について必要に応じヒアリングを実施した。
アンケートに基づく被害分析結果について、下水処理場・ポンプ場と管路施設に分けて説明する。
(ⅰ) 下水処理場・ポンプ場
東日本大震災の下水処理場の被害割合は、津波が 54％、地震動が 41％、ポンプ場の被災割合

下水処理場の被災の割合

ポンプ場の被災の割合

その他

その他

（停電など）（停電など）

は、津波が 75％、地震動が 16％と津波及び地震

1%動の割合が 9 割をしめている（図‐４）
。

津波
54%

地震動による下水処理場・ポンプ場の被害は、

地震動
41%

全損傷するような甚大な被害はないが、一部の図-４処理場・ポンプ場の被災割合

損傷（配管の破損、脱落）により全機能が停止
した処理場が数ヶ所報告されている。しかしながら

表-５ 処理場・ポンプ場の分析結果
被害原因

現行の処理場・ポンプ場の耐震対策指針
耐震対策指
耐震指針の考え方
針

機械・電気設備
浸水による水没の水没

下水道の地 ・津波発生時の対応
震対策マニュ 防潮ゲートの閉鎖
アル流入ゲートの締切
2006年版 など

軽量覆蓋、設備
浸水による流出の流出なし―

ガスタンク等の浸水による流出流出なし―

構造物の損傷

なし

―

なし

―

ガスタンク等の 浮力及び波圧によ
なし
る流出
流出

―

構造物の損傷漂流物による被害 なし―

漂流物 漂流物の侵入による損傷、機 漂流物による被害 なし
能停止―

被災の内容は、現行の耐震設計指針で考慮されてい処理場・ポンプ
場の被害状況

る被害に留まっていた。
次に津波の被害については、処理場・ポンプ場が稼働停止するような甚大な被害があった。そこで、
浸水

載内容を検討するとともに、被災要因を調査した。
現行指針類の記載内容を確認した結果、管路施設からの逆流防止についての記述がある他は津波対策に関する記述がなかった。
浸水、波圧、漂流物の 3 つに分類することができた。
機械・電気類が大きな被害を受け、波力では、土木・波圧による被害

機械・電気設備
波圧
波圧に被害
の損傷

現地調査、被災状況を整理したところ主な要因はそれぞれ、浸水時には、土木・建築構造物に比べ、

津波
75%

液状化
4%

機器（チェーンフライト、自家発電機）の施設

表－５に示すように、津波に対する現行指針類の記

地震動
16% 液状化
2%

1%

建築構造物に被害が発生し、漂流物では、開口部に漂流物が衝突し構造物を破壊することや、構造物の被害はな
いが、反応水槽などに漂流物が流れ込み撤去まで機能停止が発生するなどの特徴があった。
(ⅱ) 管路施設
管路施設被害の多くは、液状化を原因とした被害であった（図‐５）。そこで、被害の特徴を明らかにするため、液状化による管路施設の被災形態を図－６に示す 3 つに分類した。
a) 埋め戻し部の液状化による被害
埋め戻し部の液状化は、過去の地震においても被害の報告事例が多く、管きょやマンホールの布設のために掘削した断面内において液状化が発生する事象である。主な被害としては、マンホールの浮上や管きょのたるみ等の下水道管路施設が直接被災することによって生ずる流下障害と、圧密沈下や噴砂に伴う路面沈下による交通障
害がある。
東日本大震災では、大きな揺れを観測した岩手県、宮城県、福島県の東北地方に比較的多く見られ、管きょに
おいては全被災管きょ延長の約 65％、マンホールにおいては全被災マンホール数の約 40％が、埋め戻し部の液状化による被害であった。

5

マンホールの被害要因

管きょの被害要因

今回震災の被災地において、耐震対策指針に記載される液状化対策工法の被害状況や効果についその他
0.1% 津波
4.4%

地震動
3.7%

地震動
5.1%

その他
27.2%

て確認したところ、セメント系固化剤による埋め戻し土固化及び砕石埋め戻しを採用した管きょに

津波
0.5%

液状化
90.4%

ついては交通障害や流下障害等につながる大きな

液状化
68.6%

被害がなかったことから、一定の耐震効果が確認

図-５ 下水道管路施設被害の被災割合された。ただし、一部の管きょでは、施工管理上の問題から液状化を防止するために必要な一定の基準を満たしていない箇所が確認されており、今後の適切な施工管理と品質の確保について検討が求められる。
また、マンホールの液状化対策についても施工実績及び被災地での被害状況を調べたところ、既設マンホールに対する施工実績（過剰間隙水圧消散工法と重量化工法）が全国で 1 万基以上確認されたとともに、マンホールの浮上抑制効果があったことが確認されている。
b）周辺地盤の液状化による被害
東日本大震災では、震源地から離れた東京都、千葉県、茨城県の関東地方において、下水道施設のみならず、電柱が大きく傾斜し、家屋が沈下、道路は波打ち車両通行どころか歩行すら困難となるなど、周辺一帯が面的に液状化する事象が発生した。
周辺地盤の液状化による被害は、主に関東地方を中心に、管きょにおいては全被災管きょ延長の約 25％、マンホールにおいては全被災マンホール数の約 25％が発生したが、その原因については、地震動の揺れの継続時間が長かったことや、規模の大きな余震が立て続けに発生したことが考えられる。
また、周辺地盤の液状化が発生した箇所は、過去の土地利用変遷と密接な関係があることも分かっている。特に、大規模な液状化が発生した代表的な箇所は、千葉県や茨城県の人工的な埋立地等の人工改変地であった。
周辺地盤の液状化に伴う具体的な下水道管路施設被害としては、取付管や管きょの継ぎ手抜け、マンホールの鉛直方向及び水平方向の躯体ズレ、マンホールの浮上・沈下である。また、これらの被害が発端となり、液状化した土砂が様々な隙間から管きょやマンホール内に流れ込み、下水の流下を阻害することとなった。
このため、管きょ及びマンホールを閉塞させた土砂を撤去するために多くの労力と時間を要し、結果的に 3 ヶ月
もの長期間の下水道使用制限を招いた自治体もあった。
周辺地盤の液状化被害が顕著であった浦安市では、浦安市液状化対策技術検討調査委員会を設置し、液状化の要因分析及びその対策について検図-６ 下水道管路施設被害の被災形態討しており、平成 24 年 3 月に公表された報告書１）では、管きょ及びマ

マンホール浮上管きょの浮上ンホールの被害傾向が詳細に分析

マンホール
駆体ズレ・破損されている。
一例を紹介すると、管きょの土被

マンホール駆体ズレ・破損

舗装の損壊
家屋・電柱等の沈下、傾倒

管きょの抜け路面沈下

管きょの破断管きょの勾配不良

噴砂堆積

路面沈下

路面沈下

りと被害割合の関係が示されており、土被り 5ｍ以上の深いところでも被害が発生していることが読み取れる。ここでいう被害割合（被害管きょのたるみ

延長/全延長）は、スパン内に 1 箇所a）埋め戻し部の液状化

取付管突出

管内土砂閉塞管きょの抜け管きょのたるみb）周辺地盤の全面液状化

擁壁の倒壊・変状

C）側方流動を伴う周辺地盤の液状化等
下水道に起因する被害

でも不具合があればスパン全延長

切盛り境界で揺れが増幅し変位

下水道以外の被害が被災したとする計算方法をとっているため、被害の程度が十分考慮されていないが、液状化層が広くまた地下

6

深くまで存在する箇所では地下深くの管きょも地震の影響で拘束力を失い挙動していることが示唆される。よって、周辺地盤の液状化が想定される地域においては液状化層と下水道の位置関係を十分に調査した上で、必要な耐震化等の措置を行う必要があると考えられる。
c) 側方流動を伴う周辺地盤の変状
側方流動を伴う周辺地盤の液状化及び盛土部分の変状は、丘陵地等を造成宅地化した場所で液状化等による大きな地盤変位が発生し、管きょの破断や勾配不良等を生じさせる。
東日本大震災では、仙台市の青葉区や泉区、白石市の丘陵部で局所的に大規模な斜面崩壊や地割れ等が発生し、下水道被害が発生している場所の多くは、谷埋め盛土部分が変状することで発生している。
このような丘陵部等の造成地では、住宅部局や他のライフラインの関連部局と協議の上、地域全体の被害を軽減するための対策が重要である。
（３）下水道管きょ埋め戻し部の液状化対策有効性に関する調査
下水道管路施設は近年の地震において多くの被害が報告されており、その主要因は埋戻し土が液状化することにあることが、既往の研究により明らかにされている。平成 16 年に発生した新潟県中越地震時緊急提言では、復旧工事には再度災害防止のため埋め戻し土の締め固め、セメント固化、砕石の 3 工法（図－７）のいずれかを採用することとしており、下水道施設耐震指針 2）にも記載されている。以下に、東日本大震災被災地で施工実績のあった、セメント固化及び砕石の耐震化工法に関して、被害状況及び効果検証の調査結果を示す。
埋戻し
方法
概要

埋戻し土の締固め

砕石による埋戻し

埋戻し土の固化

良質土で締固め（締固め度 90％以上）ながら、埋戻す。

地下水位以深を透水性の高い材料（砕石）で埋戻す。

地下水位以深をセメント固化改良
土等で埋戻す。

概念図

固化改良土
砕石

液状化対
策の効果

十分な締固めを行うことにより、埋戻し部の過剰間隙水圧を小さくすることが出来るため、液状化に対する効果は大きい。

マンホール・管路近傍部の過剰間
隙水圧が消散するため、液状化に対する効果は大きい。

埋戻し部が非液状化層となるため、液状化に対する効果は大きい。

図－７ 「管路施設の本復旧にあたっての技術的緊急提言」における3工法
１）セメント固化
本工法は、原位置の掘削土にセメントを混合して埋め戻す、いわゆるセメント安定処理工法である。平成 16 年に発生した新潟県中越地震における下水道管路施設被害の復旧工法としてはじめて本格的に適用され、3 年後の平成 19 年に発生した新潟県中越沖地震での被害発生率は 0.4％と極めて低く、同工法の有効性が実証されている。
今回の東日本大震災の被災地でも、セメント系改良土等の固化工法による下水道路施設埋め戻しは、宮城県内の 2 市で施工実績があった。2 市の施工延長及び今回震災における被害延長を表－６に示す。
A 市全域の被害率（被災率①）と固化工法を採用した路線の被害率（被災率②）を比較すると両市とも固化した箇所の被害率の方が低い。また、被害程度を見ても固化した箇所は、若干の路面異常が見られる程度であり（写真－1～写真－3）、セメント固化による液状化対策の効果があったものと考えられる。以下に、効果検証のために実施した、A 市、B 市での調査結果を述べる。

7

表－６ A 市と B 市の被災状況

A市

整備延長
（ｍ）
①
315,000

被災延長（ｍ）②
12,200

固化対策延長(ｍ)
うち被災延長
③
④
2,500
54

B市

142,000

13,41019,662

自治体名

写真－1

液状化対策施工箇所

被災率②
(％)
④/③
2.16

9.44

1.71

336

写真－2

標準施工（未対策）

被災率①
（％）
②/①
3.87

写真－3
液状化対策施工箇所（被害軽微）①A 市における効果検証調査
A 市におけるセメント固化被災箇所については、耐震設計上は許容範囲とされる程度の軽微なもの（写真－3）であったが、今後のより一層の耐震性向上を図るために、現地の土質調査及び被災状況の分析を実施した。
この結果、現地の埋め戻し土の一軸圧縮強度は、表－７に示す通り、1 断面当たりの平均一軸圧縮強度が 2 カ所
とも基準値(50～100kpa)を下回る結果であったほか、調査深度が深い位置の土は特に強度が発現していなかった。
また、セメント添加量は、酸化カルシウム分析結果より、事前配合(50kg/㎥)に近い混入率が確認された。
また、施工当時の状況について施工担当者にヒアリングしたところ、セメント混合は現地攪拌（バックホウによる 3 回攪拌）であったこと、攪拌後の仮置きが 1 日程度あったことが分かった。
以上の結果を整理すると、セメントの必要添加量は満たしているものの、埋戻し時の施工上の問題により適正な強度が得られなかったことが推察された。
表－７ A 市における一軸圧縮強度試験結果
調査深度

被害有り

被害なし
孔-No3

孔-No4

深度別
平均値

1.50～2.3ｍ

42.5kpa

18.4kpa

51.2kpa

12.2kpa

2.60～3.54ｍ

12.6kpa

11.4kpa

12.2kpa

40.1kpa

1 断面当たり
平均値

27.6kpa

14.9kpa

31.7kpa

孔-No1

孔-No2

1.80～2.75ｍ

76.0kpa

68.0kpa

2.75～3.35ｍ

12.6kpa

1 断面当たり
平均値

44.3kpa

調査深度

新潟県中越沖地震の際に設置された下水道地震対策技術検討委員会では、セメント系改良土による埋戻し時の施工上の留意点が提言されており、この提言と現地土質試験結果及び現地の施工状況を照らし合わせると、主な原因として下記が考えられた。
・セメント混合は現地攪拌（バックホウによるで 3 回攪拌）であったが、攪拌不足のために 1 断面中の強度にばらつきが生じた。
・セメント攪拌後に仮置き（1 日程度)したために、十分な強度が発現しなかった。
・深い位置の強度が低いことから、管周りの転圧が十分でなかった可能性がある。

8

②B 市における効果検証
B 市では、市内 2 地区を対象に、平成 17 年度からセメント系固化による耐震化を進めている。今回の震災における 2 地区の被災状況を整理すると、表－８の通りである。
表－８ 施工年度別の整備延長と災害復旧延長
施工年度

処理区
整備延長
(m)

A処理分区
被災延長
(m)

被害率
(%)

整備延長
(m)

B処理分区
被災延長
(m)

被害率
(%)

整備延長
(m)

計
被災延長
(m)

被災率
(%)

H17

3,238

243

7.5

2,453

52

2.1

5,690

294

5.2

H18

3,104

0

0

2,096

0

0

5,201

0

0

H19

3,769

41

1.1

2,114

0

0

5,883

41

0.7

H20

2,256

0

0

0

0

0

2,256

0

0

H21

632

0

0

0

0

0

632

0

0

計

12,999

284

2.2

6,663

52

0.8

19,662336

1.7

被災した箇所について詳細に分析すると、被災した管路施設は平成 17 年度に施工されたものに集中していることが分かった。また、施工担当者へのヒアリングによれば、平成 17 年度は、耐震化事業に着手した初年度であり、施工管理において十分な指導ができていなかったとして、翌年度から事前配合の立ち会いや指示等の適正化を図ったとのことである。この結果、平成 18 年度以降の施工箇所については、ほとんど被害がない。
施工管理の適正化において留意した事項は下記の通り。
・現地でのセメント混合時の立会い（全数量に対して実施）
・現場発生土毎（3 箇所／1 工事）に一軸圧縮強度試験を行い、セメント配合量を決定。
２）砕石等による埋戻し
本工法は、埋戻し部が液状化しないよう、埋戻し材料に砕石を用いる方法であり、小口径管きょでは、多くの場合、砕石に対応可能なリブ付き塩ビ管やリブ付きポリエチレン管などが用いられる。
リブ付き管きょの施工方法は、管周りのみを砕石に置換する方法が一般的であるが、液状化対策を目的とする工法では、地下水位以深（もしくは埋戻し部全部）を砕石で埋戻すことが最も重要である。
本工法の採用箇所は、東日本大震災の被災地内では極僅かで、宮城県 C 市の一部で採用されている程度である。
本地区では、同一路線上に、前出の標準施工箇所と液状化対策施工箇所が存在する。今回の震災では、標準施工箇所で車両通行が不可能となる大きな路面異常が発生したが（写真－4）、液状化対策施工箇所では、路面が若干沈下した程度の被害であり（写真－5、写真－6）、その効果が確認された。
ただし液状化対策を施工した一部の管きょ（約 20ｍ）で、被害程度は小さいものの、管きょのたわみ及び路面異常が発生しており、その原因究明のための調査を行った。

写真－4

標準施工

写真－5 液状化対策施工（被害なし） 写真－6 液状化対策施工（被害有り）

9調査にあたっては、対策済みながら若干の被害が確認された管きょについて、施工時の工事書類の確認と当時の工事担当者へのヒアリングを実施した。この結果、使用した砕石の種類と、施工時の矢板引き抜きに関して問題があると推察された。
使用する砕石については、耐震指針において透水性の高い材料として 10%通過粒径 D10≧1 ㎜の材料を推奨しているが、現場で使用されていたのは D10≧600μm であり、細粒分が多く含まれていた。このため、液状化時の過剰間隙水圧の消散効果が低下し、被害につながったものと推察された。
矢板の引き抜きについては、引き抜きに伴い地山と埋戻し部に空隙が生じ、埋め戻し部の締め固めが緩んだ可能性が、当時の施工担当者により示唆されている。
３）管きょ耐震化工法の課題
今回震災の被災地における管きょ耐震化工法の実施箇所は、極限られた箇所でのみであった。被害状況を確認したところ、交通障害や流下阻害等の大きな被害がなかったことから、一定の効果があったものと考える。しかし、一部の管きょでは、施工上及び施工管理上の問題から液状化を防止するために必要な一定の基準を満たしていない箇所が確認された。また、工法に対する理解が不足しており、誤った施工をしている例も散見された。
今後の埋め戻し 3 工法の採用においては、平成 20 年に設置された下水道地震対策技術検討委員会で、埋戻し 3工法に関しての施工上の留意点（下水道地震対策技術検討委員会報告書、平成 20 年 10 月）をとりまとめており、
引き続きこの提言の徹底を図るほか、前出の実態を踏まえ、下記について再検討する必要がある。
① 施工管理上の問題と解決策を検討する。
② 現場の施工条件等により、求める品質（基準）の確保が困難な場合の、工法の選択方法を検討する。
③ 工法の技術的な理解度を向上させるため、マニュアル等の充実化を行う。
河川への簡易放流（４）下水道施設の震後対応に関する情報収集整理

汚水の溢水

下水道施設の機能が停止すると下水滞留や溢水など
により悪臭や害虫が発生し衛生環境が悪化することが懸念される。東日本大震災でも処理場、ポンプ場の機能停止や管きょの被災によりマンホールから溢水が発

図-８ 溢水及び簡易放流状況

生し、未処理下水に市民が接触するリスクが高い状態が発生していた。
（図‐８）
震災当初は、仮設ポンプや消毒剤、自家発電機の燃料などの不足、サプライチェーンの寸断、支援物
資のミスマッチ、備蓄不足が一部で見られたが、支援自治体や民間協力団体による官民あげての復旧活動により処理施設への導水などが迅速に進められ、4月以降は、溢水箇所が激減した。緊急措置として行われた簡易放流では、利水状況に留意して放流が行

図-９段階的応急復旧の概念図
表-９ 段階的応急復旧における目標水質

われるなどの対応がとられていたが利水者、放流先
水質管理者と協議調整に時間がかかった事例もあった。
被災地の下水道管理者は、迅速な緊急措置を行ったが、大規模な地震・津波による下水道施設の被害の大きさ等を考慮すると、本復旧が完了するまで相当程度の時間を要することが予想される。このため、地震発

10生直後に対応する緊急措置、公衆衛生の確保や浸水被害軽減に迅速に対応するための応急復旧、従前の機能を回復させ、再度災害を防止することを目的とした本復旧へとそれぞれの段階に応じた適切な対応とスムー
ズな移行が必要不可欠である。
このなかで、「応急復旧」は「緊急措置」と「本復旧」簡易曝気装置を用いた生物処理

接触酸化法を用いた簡易生物処

図-１０ 段階的応急復旧事例を繋ぐ重要な役割を担っており、被災直後の消毒という最小限の対応段階から、本復旧（従前水準）に戻していくことである。
「緊急措置」から「本復旧」に至るロー
ドマップ（道程）は被災地や施設の状況、放流先水域の水質や水利用状況、住民のニーズ、用地、財政状況などの条件によって様々な形態がある。そのため、被災地の制約条件及び復旧期間に合わせた段階的応急復旧方法を示すこととした。
段階的応急復旧は、図－９に示すように、本復旧までの期間を 3～6 ヵ月、おおむね 1 年、1 年～3 年の 3 つに分類しそれぞれに対応した①沈澱・消毒、②簡易な生物処理、③生物処理、④本復旧の組み合わせを変えた 4 つの方法を提案した。また、表-９に示すようにそれぞれについての段階的な水質目標についても提案した。これらの提案は、地震・津波対策技術検討委員会の提言として発出され、図－１０に示すように実際の処理場における復旧方針として採用された。
（５）現行耐震対策の課題とそれらの対応
下水道施設の防災対策は、主に地震対策に主眼がおかれ、耐津波対策については議論されてこなかった。このため、今後津波による被害が想定される下水道施設を抱える自治体のために、耐津波対策を考慮した下水道施設
設計の考え方を整理した。ここでは、施設設計で必要となる、①想定津波の考え方、②下水道施設における耐津波性能の考え方、③耐津波対策の考え方について主なポイントを述べる。
①想定津波
各地の想定津波は、「津波防災地域づくりに関する法律」に基づき都道府県が設定することとされている。下水道施設の耐津波対策にあたっては、処理場やポンプ場の機能停止に伴う市街地での汚水溢水による公衆衛生悪化や被災後の浸水被害等の二次被害の防止を図るため、都道府県が設定する「最大クラスの津波」に基づき必要な耐津波化を図ることとなる。
現在、中央防災会議等で今後想定される地震動等の見直しが急ピッチで進められており、これにより各地の想定津波も大幅に見直されると考えられる。今後は、これらの動向に注視しながら下水道施設の耐津波化に向けた設計に取り組む必要がある。
②下水道施設における耐津波性能
下水道施設においては、管路施設、ポンプ場及び処理場の有する各機能の重要度に応じて求められる耐津波対策が異なる。このため、機能区分別に防護・復旧のあり方を検討することが不可欠である。
よって耐津波性能の設定にあたっては、表－１０に示すように、下水道の全体機能を、被災時においても「必ず確保すべき機能」（基本機能）と「その他の機能」に分けて津波への対応策を決定することとした。また、「その他の機能」は、「最大クラスの津波」に対して一時的な機能停止は許容するものの「迅速に復旧すべき機能」と「早期に復旧すべき機能」に細分化し整理した。
③下水道施設における耐津波対策の考え方
下水道施設の耐津波対策を効率的に進めるために、リスクマネジメントの考え方に基づき、各機能に求められる耐津波性能（表－１０参照）に応じた対応策を講じる必要がある。表－１０の機能区分に対応し下水道施設を構

11成する単位施設ごとに、機能の重要度、費用対効果、実施可能性等に応じ、「リスクの回避」、「リスクの低減」、「リ
スクの保有」の 3 つの防護レベルから適切なものを抽出することとした。また表－１１、図－１１に、耐津波性能と防護レベルの関係を表した。今後、これらの対策に基づき、より対策を具現化し、下水道事業者が円滑に施設の耐津波化を実施することができるよう設計手法を確立し、耐震設計指針等に反映させる予定である。

表-１０ 「最大クラスの津波」に対する下水道施設の標準的耐津波性能
施設種別

管路施設

ポンプ場

処理場
全体機能

基本機能

機能区分
逆流防止機能揚水機能

その他の機能揚水機能
消毒機能

被災時においても「必ず確保」

耐津波性能

沈殿機能
脱水機能

左記以外

一時的な機能停止は許容するものの「迅速に復旧」

一時的な機能停止は許容するものの「早期に復旧」表-１１ 耐津波性能に応じた防護レベルと対応策（最大クラスの津波の場合）
耐津波性能

必ず確保
高

防護レベル

迅速に復旧
←

中

リスク回避

→

低

リスク低減

※やむを得ない場合は「リスク低減」

浸水しない構造対応策

早期に復旧（浸水高さ以上に設置又は、浸水高以上の防護壁により防護）※やむを得ない場合は「強固な防水構造」

リスク保有

強固な防水構造
浸水を許容（防水扉 又は設備等の防水化）

４．まとめ
本調査により膨大な東日本大震災の下水道施設被害事例の一部とそこから得られる情報整理し、それらの情報を基に対策と現行耐震対策指針等の課題の抽出、応急復旧、本復旧へむけた対策の提案を行った。
今後は、南海トラフや首都直下地震などの巨大地震が議論されていることからも、東日本大震災の貴重な被害
データを体系的に整理し、より正確な被害想定を行うとともに、自治体の財政状況を踏まえた戦略的な耐震対策手法を確立し、早急な耐震対策の実施が必要不可欠である。
リスク回避

リスク低減

リスク保有

（防護レベル高）（防護レベル中）（防護レベル低）浸水しない構造

強固な防水構造

構造物：－
開口部：－
電気機械：－
そ の 他：防護壁

構造物：耐津波壁
開口部：－
電気機械：高所

構造物：耐津波壁
開口部：防水電気機械：－

構造物：耐津波壁
開口部：－
電気機械：防水

予備を確保

浸水を許容

構造物：－
開口部：－
電気機械：－
その他：ｿﾌﾄ対策

津波高さ

屋内浸水

開口部（無対策）
開口部（防水化）
構造物：高所
開口部：－
電気機械：－

構造物：耐津波壁
開口部：高所
電気機械：－

構造物：－
開口部：－
電気機械：－
その他：代替措置

電気機械設備（無対策）
電気機械設備（防水化）

図-11 最大クラスの津波に対する防護レベルと対応策の事例
５．参考文献１）浦安市液状化対策技術検討調査報告書公共土木施設の被害・液状化対策編,平成 24 年 3 月
２）下水道施設の耐震設計指針と解説,日本下水道協会,平成 18 年 8 月

122. 下水道管きょのストックマネジメント導入促進に関する調査
下水道研究室室

長 横田 敏宏

主任研究官 深谷渉

研 究 官 宮本 豊尚
部外研究員 野澤 正裕
１．はじめに
社会資本の老朽化問題が顕在化している中、下水道分野についても下水道管きょの老朽化等に起因した道路陥没事故が年間約 4,000 件も発生している。道路陥没は、下水の収集や排水といったシステムに支障をきたすだけ
でなく、場合によっては道路交通等に重大な影響を及ぼすおそれが懸念される。道路陥没の未然防止には、管きょ内調査が有効であるが、管きょ構造の特性や自治体の財政事情等の問題から、十分な点検や調査が実施されていないのが現状である。
よって、道路陥没等の被害を未然に防止するために、地中に埋設されている下水道管きょの状況をいかにして的確に把握し、財政事情に見合った適切な改築や修繕計画等を策定するかが、下水道事業の継続にとっての重要課題となっている。
ストックマネジメントは、良好な施設状態を維持しながら、施設全体に対するライフサイクルコストの最小化を図り、合理的な改築・修繕等の計画策定を可能にさせ、さらに予算の平準化や優先度を考慮した事業計画を策定することで財政制約下での下水道事業経営の健全化を実現させることが可能な一手法である。
現在、下水道管きょの総延長は約 43 万㎞となっており、この膨大な下水道施設資産にストックマネジメント手法を導入することで、効率的かつ効果的な維持管理計画の立案並びに下水道経営の健全化が推進されることが期待される。
２．研究方針と研究計画
これまで国総研では、ストックマネジメントの導入にあたり必要となる、管きょの健全率予測式の作成や、リスク評価に基づくＴＶカメラ調査の優先度決定手法、改築事業量の平準化手法等の各種ツールの開発及び提案を行ってきた１）２）３）。今後、これらのツールを活用したストックマネジメント導入が、データ蓄積が少なく、専門技術者の確保が困難な中小都市においても促進されるよう、現地の実態を加味した各ツールの精度向上及び改良を図るほか、施設の延命化及び円滑な改築事業への移行が可能となるよう、改築・補修工法の健全度回復・延命
効果を把握する必要がある。
また、昨今は京都議定書に基づく温室効果ガスの抑制が求められており、下水道事業においても、施設の建設や運転時におけるエネルギー資源消費や温室効果ガスの排出など中長期的な環境負荷を定量的に評価する必要がある。
以上を踏まえ、本研究では、下記の項目を研究の柱として実施するものである。
② 各種ツール（管きょの健全率予測式、リスク評価式）の更新・改良②LCA（Life Cycle Assessment）による下水道管路施設の温室効果ガス排出量の試算③改築・補修工法の健全度回復・延命効果の評価
これらの研究計画を表－1 に示す。

13

表－1 研究計画
研究項目

平成 22 年度

平成 23 年度

平成 24 年度

各種ツールの更新・改良

備

考

布設延長、陥没調査

LCA による温室効果ガス排出量の試算
改築・補修工法の健全度回復・延命効果の評価

３．平成 22 年度の研究内容3)
平成 22 年度においては、①各種ツール（管きょの健全率予測式、リスク評価式）の更新・改良、②ＬＣＡによる下水道管路施設の温室効果ガス排出量の試算を実施した。
これまで国総研で実施してきたストックマネジメントの導入にあたり必要となる、管きょの健全率予測式やリスク評価に基づくＴＶカメラ調査の優先度決定手法等の各種ツールについて、中小都市への導入に考慮して改良を加えた。
管きょの健全率予測式については、最新の布設延長及び改築延長のデータを用いて、直線式、ワイブル分布式、
マルコフ推移式の３種類の近似式により式の更新を行った。この結果、ワイブル分布式による近似が最も適合していると考えられた。
リスク評価式については、過年度の成果による評価式を中小都市に適用すると、説明変数となる評価項目に該当がない場合に評価値が０となり、調査優先順位が付けられないという問題があった。今回は、モデル都市におけるアンケート調査結果を基に評価項目を再設定するとともに、評価式の見直しを実施した結果、計算から得られる不具合の発生する可能性が高い箇所と実際の道路陥没箇所が概ね一致する結果となった。
LCAによる下水道管路施設の温室効果ガス排出量については、様々な施工条件下での計算が行えるよう、部材や工種等毎の詳細なCO2発生源単位を算出するとともに、製造工程・施工工程・管理工程・廃棄工程の各工程毎のCO2単位発生量が簡単に試算できるようCO2発生量の関数化を行った。また、仮想施工条件に基づく単純シナリオ
下（製造工程＋施工工程＋管理工程＋廃棄工程）におけるCO2発生量を試算した。
４．平成 23 年度の研究内容
平成 23 年度は、①各種ツールの更新・改良の一環として、毎年実施している全国の下水道事業体を対象とした
布設延長調査及び道路陥没調査を実施しデータの蓄積を図ったほか、過年度に収集し健全率曲線の元データとしても使用している管きょ劣化データ（TV カメラ調査データ）をデータベース化し、ホームページ上で公開した。
②ＬＣＡによる下水道管路施設の温室効果ガス排出量の試算について、更生管を対象としたデータ収集に着手したが、関連情報に技術的ノウハウ等の企業機密が含まれるとの理由により提供を受けることができなかった。
③改築・補修工法の健全度回復・延命効果の評価に関して、改築及び補修の適正な時期を推定するために、健康寿命の考え方による調査頻度及び補修時期の検討を行った。
この他、水インフラ事業の国際展開を促進する一環として、更生工法における国際基準の国内規格化を目的とした委員会を設置した。以下に、平成 23 年度の主な研究内容について述べる。
５．各種ツールの更新・改良（管きょ劣化データベースの公開）（１）公開の目的
SM の導入には、計画的な調査・点検や長期的な改築需要量見込みを検討するために、管きょの健全率予測を実施する必要がある。国総研では、我が国の管きょをマクロ的に捉えた健全率予測式を提案したが、これはいわば

14SM 導入の簡易版として用いるものである。より詳細で精度の高い維持管理計画や改築事業計画の策定には、各下水道事業体の有する管きょの敷設条件や使用している管種等の個々の特性に配慮した、事業体固有の健全率予測式の作成が望まれる。
しかしながら、各下水道事業体が保有する管きょの劣化の情報（TV カメラ調査結果）は極めて少ないことから、固有の健全率予測式を作成することが困難な状況である。
このため国総研では、SM支援の一環として、既報健全率予測式の元データの一部でもある、8 政令市 4 中核市から提供していただいた下水道台帳データ及びTVカメラ調査データをデータベース化し、『管渠劣化データベース』
として公開4)することとした。
これにより、健全率予測式を作成しようとする事業体は、本データベースから任意の条件のデータを抽出し、これに自らが保有するデータを加えることで、適正な予測式作成が可能となる。
（２）管渠劣化データベースの内容
管渠劣化データベースは、8 政令市 4 中核市における下水道台帳データと TV カメラ調査データを集約した結果であり、データの特徴は以下の通りである。
・経過年数が小さいもの（経過年数 0 年）から大きいもの（経過年数 100 年）まで網羅している。
・管種は、コンクリート管、塩ビ管、陶管、一部その他管種も含む。
・健全管も含めて面的に調査した結果を使用している。
・劣化判定基準は、維持管理指針に準じている。
管渠劣化データベースに含まれるデータ項目は、管きょ情報（経過年数・管径・管種・取付管本数・管本数・
路線延長・土被り・管底高・道路種別・歩車道区部・排水種別）及び劣化情報（腐食・たるみ・破損・クラック・
継手ズレ・浸入水・取付管突出・油脂付着・樹木根侵入・モルタル付着及び各項目の診断結果）である。
６．健康寿命に基づく管きょ調査頻度の検討
管きょの劣化には、突発的な事故（他事業工事による損傷）によるものと、腐食や摩耗に代表される時間とともに進行するものがある。国総研の過年度研究で得られた健全率曲線では、劣化速度は布設当初は遅く、時間の経過とともにその速度は速くなり急速に劣化が進む傾向が現れている。時間の経過とともに進行する劣化を対象とした不具合の調査頻度を考えた場合、布設後間もない期間の調査頻度は低く、時間の経過とともに頻度を高くする方が効率的である。
ここで、適切な調査頻度及び適切な補修時期を推定することを目的に、人の健康指標として注目されている健康寿命の考え方を下水道管きょに適用し検討する。
健康寿命とは、健康状態で生活することが期待される平均期間を指し、人に例えると、介護なしに自立した生活を送れる期間とされている5)。ここでは、下水道管きょの健康寿命を「布設された管きょが何らかの障害を発生し補修等の修繕を要する状況に至る期間」と定義し、コンクリート管及び陶管、塩化ビニル管を対象に算出する。
ただし塩化ビニル管に関しては、国総研の過年度研究において、整備開始からあまり時間が経過していないため
不具合の調査事例が少ないことから健全率曲線が正しく表せないことが明らかにされている。このため、健全率
曲線に基づいた検討が必要となる信頼性重視保全と健康寿命については、コンクリート管及び陶管のデータについてのみ議論すべきであるが、近年、塩化ビニル管の採用が大半であることから、コンクリート官及び陶管に塩化ビニル管を含めた「全管種」についても検討結果を報告する。
6.1 健康寿命の算定方法
健康寿命の算定には、生命表と生涯有病率を用いて計算する Sullivan 法を参考にした。健康寿命の算定に必要

15

な項目は、生涯有病率（健全率）、健康累積残存率、∑健康累積残存率、健康余命であり、これらの算定方法は表－2 の通りである。また、健康累積残存率及び∑健康累積残存率の算出には、管きょの生命表が必要であり、この算出方法は表－3 に示す通りである。
表－2 管きょの健康寿命算出方法（厚生労働省の簡易生命表との対比）
厚生労働省の簡易生命表
項目

管きょの健康寿命算出に必要となる項目
項目
健全率

Gx

健康累積残存率
【％・年】

Hx

定義
管年齢 x 歳における管きょ健全率（＝改築、廃止または修繕等を要しない割合）。
生涯有病率●健全率予測式（ワイブル分布式）を用いる。
管年齢 x 歳における管きょ延長が、 x + 1 歳に達するまでに改築または廃止されずに健康な状態で残存する残存延べ延長（平均）の割合。
定常人口

Ix●簡易生命表（表－3）における D' x に相当）
管年齢 x 歳における管きょ延長が、改築または廃止に至るまでに改築または廃止されずに健康な状態で残存する残存延べ延長の割合の和。

∑健康累積残存率【％・年】

Jx

健康余命【年】●簡易生命表（表－3）における E x に相当）
管年齢 x 歳における管きょ延長が、 x 歳以降に改築または廃止されずに健康な状態で残存する年数の平均。

Lx

定常人口

Tx

平均余命

ex

平均寿命

e0

J x ＝ I x ÷ Dx
J0

健康寿命【年】

0 歳における健康余命

J 0 を健康寿命とする。

○○

表－3 管きょの生命表算出方法（厚生労働省の簡易生命表との対比）
管きょの簡易生命表
項
目
布設年度別
H22 年度末
管理延長【ｍ】
布設年度別
H21 年度末
管理延長【ｍ】
残存率【％】

定義

厚生労働省の
簡易生命表
項
目

Ax

管年齢 x 歳における H22 年度末管理延長。

－

Bx

管年齢 x 歳における H21 年度末管理延長。

－

Cx

累積残存率
【％】

Dx

累積残存率’【％・年】

D' x∑累積残存率’【％】Ex

管年齢 x 歳における管きょ延長が、 x + 1 歳に達するまでに改築または廃止されずに残存する延長割合。

－

C x ＝ Ax ÷ B x × 100

管年齢 0 歳における管きょ延長が、管年齢 x 歳に達するまでに改築または廃止されずに残存する延長割合。

生存数

lx

定常人口

Lx

定常人口

Tx

D x ＝（ D x −1 ／100）×（ C x −1 ／100）× 100
管年齢 x 歳における管きょ延長が、 x + 1 歳に達するまでに改築または廃止されずに残存する残存延べ延長（平均）の割合。

D' x ＝（ D x ＋ D x +1 ）× 1 × 2
管年齢 x 歳における管きょ延長が、改築または廃止に至るまでに改築
または廃止されずに残存する残存延べ延長の割合の和。
105

E x ＝ ∑ ( D' x )i=x

平均余命【年】

平均寿命【年】

Fx
F0

管年齢 x 歳における管きょ延長が、x 歳以降に改築または廃止されずに残存する年数の平均。

o

平均余命

○

ex

Fx ＝ E x ÷ D x
0 歳における平均余命 F0 を平均寿命とする。

16

平均寿命

○

o

e0

6.2 算定結果（１）簡易生命表及び平均寿命
健康寿命の算出にあたって必要となる簡易生命表と平均寿命の算定結果を表－4 に示す。本表は、平成 22 年度における下水道実施の全事業体（都道府県、市町村）の布設管きょデータに基づき、全管種（コンクリート管＋陶管＋塩化ビニル管）を対象として算出したものである。
簡易生命表を用いて管種別の管きょ平均寿命を算出した結果を表－5 に示す。この結果、管きょの標準耐用年数は一般に 50 年に対し、実際に布設されている管きょの平均寿命（0 歳における平均余命）は、管種にかかわらず
ほぼ同様の 73～74 年と標準耐用年数以上使用されている。
表－4 全国の布設管きょデータに基づく簡易生命表（抜粋）
簡易生命表（ｺﾝｸﾘｰﾄ管）
布設年度別
布設年度別
累積
残存率 累積残存率
管齢 H22年度末
H21年度末残存率’【％】【％】
管理延長【m】 管理延長【m】
【％・年】
A
B
C
D
D’
0
456962.79
463947.79 98.49
100.0
99.2
1
619452.88
619775.88 99.95
98.5
98.5
2
713142.82
713180.82 99.99
98.4
98.4
3
884891.09
884968.09 99.99
98.4
98.4
4
872175.43
872177.43 100.00
98.4
98.4
5
906977.82
908127.82 99.87
98.4
98.4
10
1785017.51
1785250.51
99.99
98.3
98.3
20
5115740.82
5118171.82
99.95
98.0
98.0
30
4496630.78
4499549.23
99.94
97.5
97.5
40 2683368.975 2687301.605
99.85
95.9
95.9
50
639959.8644750.62 99.26
92.0
91.6
60
139675.31
143239.36 97.51
79.8
78.8
70
58469.82
60096.27 97.29
57.8
57.0
80
175570.81
179422.81 97.85
41.8
41.3
90
47.1
491.1
9.59
30.3
16.6
100
377.16568.96 66.29
1.9
1.6
105
4393.874393.87 100.00
1.3
1.3
計
149555841 149781316.6
－
－
－

Σ累積
平均余命
残存率
【年】
【％・年】
E
F
7,297
73.0
7,198
73.1
7,100
72.1
7,001
71.1
6,903
70.1
6,804
69.1
6,313
64.3
5,332
54.4
4,354
44.7
3,384
35.3
2,442
26.6
1,579
19.8
904
15.7
398
9.5
44
1.5
8
4.2
1
1.0
－
73.0

※平成 22 年度末現在の全国布設管きょ延長データに基づき作成。
表－5 簡易生命表に基づく平均寿命算定結果
対象管種

平均寿命（年）

コンクリート管

73.0

陶管

73.5

全管種

74.0

※全管種は、コンクリート管及び陶管、塩化ビニル管を含む。

（２）健康寿命（１）の管きょ簡易生命表を用いて、管きょの健康寿命を算出する。管きょの健康寿命は、布設された管きょが改築または廃止を要する状況には至らないまでも、何らかの障害が発生し、補修等の修繕を要する状況に至る期間である。ここで、管きょが健康な状態でいる割合（補修等の修繕を要しない割合）を管きょの健全率と定義
し、国総研の過年度研究で得られた健全率推定式（ワイブル分布式：表－4 参照）における【緊急度Ⅱ～劣化なし】、【緊急度Ⅲ～劣化なし】、【劣化なし】の 3 種類を用いて、管種別（コンクリート管、陶管、全管種）に算出する。
この結果（表－6）、コンクリート管のみを対象とした場合、緊急度Ⅲ程度の不具合発症時期が概ね 15 年経過時
点と、全管種よりも早く不具合が現れる。陶管に至ってはさらに早く、概ね 13 年経過時点で緊急度Ⅲの不具合が発症し、緊急度Ⅱの不具合は概ね 41 年で発症する結果となった。

17

表－6 健康寿命算定結果
管 種

健康寿命（年）

平均寿命

劣化なし

緊急度Ⅲ～劣化なし

緊急度Ⅱ～劣化なし（年）

コンクリート管

15.8

46.7

61.7

73.0

陶 管

13.4

41.0

57.2

73.5

全管種（参考）

21.1

48.3

62.5

74.0

※全管種は、コンクリート管及び陶管、塩化ビニル管を含む。

6.3 管きょの最適調査頻度の設定例
管きょの不具合による道路陥没や溢水等の事故を未然に防ぐには、巡視点検や TV カメラ調査を積極的に実施し、事故の予兆を事前に把握しこれに迅速に対処することが理想である。しかしながら、下水道の維持管理は、恒常的な管理を必要とする処理場が優先であり、主に予算的な制約により管きょの維持管理は事後対策となりやすい。
ここでは、予算制約や人員的な問題等により、下水道維持管理指針6)で示されるような頻度（10 年に 1 回）でのTVカメラ調査が困難な場合を想定し、管きょの重要度に応じたメリハリのある調査頻度及び不具合の実態に即した最低限必要な調査頻度を例示する。なお、調査頻度の設定に当たっては、布設経過年数と管きょ延長当たり道
路陥没件数の傾向、過年度研究で得られた信頼性重視保全（RCM）の考え方に基づく調査頻度、健康寿命の算定結果を活用するものとする。
（１）布設経過年数と管きょ延長当たり道路陥没件数の傾向
下水道維持管理指針では、管きょの布設経過年数 30 年を境に点検及び調査の頻度を変えている。これは、15 都市を対象に実施したアンケート調査で得た平成元年と平成 5 年の道路陥没データを元に傾向を把握し設定したものである6)7)。国総研では、平成 18 年度より、下水道事業を実施する全自治体を対象とし、毎年発生する下水道管
きょに起因する道路陥没件数を調査（全国道路陥没実態調査）しており、平成 18 年度～平成 21 年度に発生した
約 1 万 7 千件の道路陥没データを元に下水道維持管理指針と同様の整理を行う
25.0

全データ（不明含む）

30 年の管きょを１つの目安として重点

経過年数

的に点検・調査することは、最新のデー

図－1 経過年数別管路延長 100km 当り陥没件数（H18～H21）

不明

81年以上

76－80年

71－75年66－70年56－60年61－65年

51－55年46－50年41－45年36－40年

没グラフと同様の傾向であり、経過年数

0.0
31－35年の下水道維持管理指針に記載の道路陥26－30年する傾向が見られる。この傾向は、前出

5.0

21－25年超えると、道路陥没の割合が顕著に増加

10.0

16－20年れるとともに、特に経過年数が 30 年を塩化ビニル管15.0

11－15年

につれ陥没割合が高くなる傾向が見ら

陶管

0-5年

どの管種についても、年数が経過する

コンクリート管
20.0

6－10年

陥没件数は図－1 の通りとなる。

100km当り道路陥没件数と、管種毎の経過年数別 100km当り道路

タから見ても妥当であると言える。
（２）信頼性重視保全（Reliability-centered maintenance：以下、ＲＣＭ）
ＲＣＭは、故障に対処するために適用可能かつ効果的な保全方式を定性分析に基づき体系的に選び出す分析作業の総称で、国総研では平成 21 年度に検討を実施した2）。この結果、幹線等の重要な管きょは高い安全度による管理が求められることから、危険度を 5%（重要管理）もしくは 1%（最重要管理）、その他の管きょを危険度 50%（不具合の症状が発生している管きょの割合が半分を超えないようにする：通常管理）と仮定すると、健全率曲18線を用いた望ましい管きょ内調査の間隔は図－2、表－7 に示す通り、特に重要な公共下水道の管きょについては
10 年、重要な公共下水道の管きょは 15 年、その他は 30 年と試算できた。
表－7 管きょの P-F 間隔と調査頻度
通常管理
重要管理
管 種
（50％）
（95％）

最重要管理
（99％）

コンクリート管

71 年

37 年

24 年

陶 管

62 年

32 年

20 年

全管種

63 年

36 年

23 年

望ましい調査頻度

30 年

15 年

10 年

P-F 間隔図－2 管きょの P-F 間隔の設定方法（通常管理の場合）（３）調査頻度設定例
健康寿命の算定結果及び上記の（１）（２）の結果を用いた調査頻度設定例について述べる。
調査頻度は、表－8 に示すリスクに応じた管きょ管理の考え方を仮定し、任意の管きょが有するリスクの大きさ（事故発生確率及び事故による社会的影響）に応じて設定する。調査頻度概念図を図－3、調査頻度設定例を
表－9 に示す。
表－8 リスクに応じた管きょ管理の考え方
リスク対策
管理の考え方

リスク回避

リスク低減

リスク保有

陥没や溢水等の事故発生確率及び発生時の影響が大きく、かつ対策の実行が困難な箇所を対象として、リスクを抱えないための予防管理を行う。軽度の不具合及び人為的損傷等を早期に発見し、早めの手当（補修）を講ずることを基本とする。

リスクの発生確率を下げるかリ
スク発生時の影響を低くするための予防管理を行う。即座に事故発生につながらない中程度の不具合発見に務めることとする。

リスクの発生確率や影響が小さい箇所を対象として、ある程度のリスクは覚悟しつつ、事故発
生の水際防止を図るための管理を行う。重度の不具合発見に務めることとする。

重要監視路線

要監視路線

左記以外

対象施設
① 重要監視路線

重要監視幹線は、道路陥没や汚水溢水等の事故時の発生可能性及び社会経済的リスクが共に高い路線を指す。本路線は、事故の発生を完全に防止、回避する必要があるため、管きょの経年劣化に関しては、軽度の不具合を発見するとともに、これ以上の劣化進行を防止するために補修することを基本とする。軽度の不具

19

合を発見するための調査頻度は、健康寿命を参考にすると、緊急度Ⅲの発症時期（陶管の場合約 13 年）を１
つの目安とできる。初回調査で軽度な不具合を発見し補修した場合、健全度がリセットされると仮定すると、その後の調査頻度は同様の頻度で行えばよい。
また、重要な幹線の場合には、管きょの経年劣化に加え、人為的な突発事故よる損傷等の有無をきめ細かく把握しておく必要がある。突発事故はその時期の予測は難しいが、信頼性保全の調査頻度算出に用いた健全率曲線は、突発事故による損傷データも包含していることから、信頼性保全の最重要管理の調査頻度（10年）の結果を用いることができる。よって、重要な幹線の調査頻度は、経年劣化における軽度な不具合と突発事故の不具合の発見を目指し 10 年間隔とする。
② 要監視路線
要監視路線は、社会経済的リスクもしくは事故の発生可能性のいずれかが高い路線を設定する。事故の発生を極力防止、回避する観点から、中程度の不具合発症発見を目指した調査頻度を設定する。健康寿命を参考に、中程度の不具合に相当する緊急度Ⅱ発症時期を算出すると 40 年経過時となる。道路陥没事故の可能性
が供用後 30 年を境に高くなることに配慮すると、陥没の発生確率を低減させるために緊急度Ⅲが発症する 15
年経過時に一旦、劣化の状況を判断することが望ましい。また、3 回目以降の調査については、健康寿命に基づく緊急度Ⅱと緊急度Ⅰの間隔（約 15 年）及び緊急度Ⅰと平均寿命の間隔（約 15 年）、信頼性保全の重要管理の調査頻度（15 年）より 15 年間隔とする。
なお、信頼性重視保全及び健康寿命の結果は管種により異なることから、管種別に調査頻度を設定する方がより効果的とも言える。
③ 上記以外の路線①②で示した以外の枝線等は、事故時のリスクが相対的に低いことから、道路陥没事故の可能性が高くなる供用後 30 年を目安に初回調査を実施するものとする。2 回目以降については、平均寿命の時期（約 70 年）に調査を実施することとするが、初回調査と平均寿命時期の調査間隔が 40 年となり、信頼性重視保全の通常管理における調査頻度（約 30 年）を大きく越えるため、2 回目調査を中間点の 50 年経過時に設定する。
重要監視路線

完成検査

要監視路線

完成検査

その他の路線

完成検査

初回調査

2回調査

3回調査

4回調査
2回調査

初回調査

5回調査

6回調査

3回調査

4回調査

2回調査

初回調査

7回調査

3回調査

緊急度Ⅰ

緊急度Ⅱ

緊急度Ⅲ
全管種
ｺﾝｸﾘｰﾄ管
陶 管

劣化なし

10年

20年

30年

40年

50年

60年

70年

図－3 調査頻度概念図
なお、各調査時点において想定以上の不具合が発見された管きょや平均寿命を超えた管きょについては、不具合による事故の発生の可能性が極めて高くなることから、得られた調査結果を十分検討した上で、以降の調査頻度を設定することが望ましい。

20

表－9 予算等制約下における TV カメラ調査頻度の設定例
管きょ重要度

完成検査時

重要な幹線

0年

その他の幹線

0年

15 年経過時

上記以外（枝線）

0年

30 年経過時

健康寿命

初回調査

2 回目調査3 回目以降10 年に 1 回
40 年経過時

1 回/10 年
以後 15 年に 1 回

以後 20 年に 1 回

13～20 年
（緊急度Ⅲ発症）40～48 年
（緊急度Ⅱ発症）

RCM

1 回/15 年
1 回/30 年

57～62 年
（緊急度Ⅰ発症）

７．更生工法の JIS 化に関する検討(1)下水道管渠更生工法規格検討委員会
管きょの非開削修復技術である更生工法は早くから下水道が整備された先進各国において注目されている技術であり、国際基準である ISO11296-1,3,4 が 2009 年に、ISO11295 が 2010 年に制定された。国土交通省では、水インフラ事業の国際展開を促進する一環として、積極的に国際基準の国内規格化を目指しているところである。
このため、国土技術政策総合研究所では、これまでの知見や中立的な機関という立場から、更生工法の規格化を行うため、下水道管渠更生工法規格検討委員会を設置し、検討を行っている。
平成 23 年度は、委員会での議論を通じ、下記の方向性で JIS 規格を作成することで合意を得た。
① JIS では下水道管渠更生工法における、「設計」、「工場出荷時」、「施工時」、「施工管理」について規定する。
② JIS の対象範囲は改築の範囲に限定する。二層構造管についてはガイドラインで基準が定められていないことから、現段階では JIS の適用範囲外とする。
③ ISO は施工形式毎に 11296-1,3,4,7 が作成されているが、JIS では一本化する(目次は ISO11296-1 に準拠)。
④ 合意に達している部分に関しては試験方法及び基準値を記述する。合意に達していない部分の記述は、試験項目及び試験方法を含み定性的な内容とする。合意が取れている部分については試験方法及び基準値が記述できる。試験方法や基準値まで合意が取れない部分に関しては、将来的な技術発展を想定し、定性的な内容を許容するも可能な限り記述する。
⑤ JIS 作成においては、将来的の技術発展を想定し、拡張性を堅持する。
(2)更生工法の品質確保のための仕様書について委員会における中心議題の１つとして、更生工法の品質確保が大きな課題として位置づけられた。平成 23 年度
は、各公共団体が管渠更生工事の発注仕様書での規定項目について調査を行い、現行の国内基準である「管きょ更生工法における設計・施工管理のガイドライン（案）」の内容との整合性について確認を行った。特記仕様書を収集した都市は 7 都市であり、いずれも早くから下水道事業に着手し、管更生を積極的に進めている都市である。
ガイドライン（案）で要求される性能及び管理項目を表－10、表－11 に示す。これらの項目が特記仕様書に記載されているかどうかの判定はこれらの項目の一部もしくは全部が記載されている場合には「○」、何も記載されていない場合には「×」とした。なお、特記仕様書に記載がない項目でも、共通仕様書で記載している場合は「○」としている。比較の結果を表－12 に示す。全ての項目を満たしている自治体は 2 自治体であった。
「×」の多い項
目としては、材料の品質管理が 3 自治体で最も多い。現時点では材料の品質管理は下水道管理者の必ずしも主たる関心事となっていない。しかし、ISO11296-s では重要な部分となっていること、工場認定制度の導入等から、
今後 JIS の効力が発揮する際には要求事項となると推定される。また、耐震性能の項目は「○」となっている自治体が多いが、この中の多くの自治体は、耐震性能として明記はされておらず、引張強度、引張弾性係数、圧縮強度、圧縮弾性係数を規定しているのみの場合が多くなっている。

21

表－10 ガイドライン(案)の要求性能
ガイドラインで要求内容される性能項目
耐荷性能
偏平強さ又は外圧強さ、曲げ強度、曲げ弾性係数、複合管断面の破壊強度・外圧強さ、充填剤の圧縮強度
耐久性能
耐薬品性、耐摩耗性、耐ストレインコロージョン、水密性、耐劣化性
耐震性能
引張強度、引張弾性係数、圧縮強度、圧縮弾性係数
水理性能
粗度係数、成型後収縮性
環境安全機能粉じん（塵）対策、臭気対策、騒音・振動対策、防爆性、その他（温水対策等）

表－11 品質管理
ガイドラインで要求される管理項目内容

施工時の品質管理

支障箇所の前処理、反転工法では、反転速度、送り出し圧力、形成工法では、スリップシートの既設管設置等、反転工法、形成工法では硬化時間、硬化温度、硬化時内圧力

熱硬化タイプ（材料挿入速度、反転時および拡径時の圧力管理、硬化時の圧力管理、硬化温度管理および硬化時間管理、冷却養生時間管理）、光硬化タイプの施工管理（材料挿入速度、反転時および拡径時の圧力管タイプ別施工管理手法 理、硬化時の電源管理、硬化温度管理、硬化時間管理、冷却養生時間管理）、熱形成タイプ（材料挿入速度、蒸気加熱時の温度管理、蒸気加熱時の圧力管理、拡径、冷却時の温度管理、拡径、冷却時の圧力管理）、製管タイプ（嵌合等継手部分の状態確認、充填剤注入圧力、充填剤、注入量管理、完全充填の確認）
材料の品質管理
材料管理（材料の運搬・搬入状況等、材料の現場内保管、取り扱い状況の写真）、更生材の製造証明書
しゅん工時の品質管理 自立管・複合管表面部材、複合管充填材、シワの評価
出来形管理
寸法管理、更生管厚み、内径の管理、内面仕上がり状況の管理、取付管穿孔
環境対策
工事広報、粉じん対策、臭気対策、騒音・振動対策、防爆性、その他
有資格者の適正配置、下水道管内作業に適した保護具の着用、施工前の安全対策（情報収集）、施工時の安全対策、周辺環境への対策、災害防止、酸欠有毒ガスなどの安全処置、供用中の施工における排水対
安全・衛生管理策、安全に関する研修、訓練

表－12 特記仕様書（共通仕様書含む）の比較

要求性能

管理項目

耐荷性能
耐久性能
耐震性能
水理性能
環境安全性能施工時の品質管理
タイプ別施工管理手法
材料の品質管理しゅん工時の品質管理
出来形管理
環境対策
安全・衛生管理

A市

B市

C市

D市

E市

F市

G市

○
○
×
○
○
○
×
○
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○

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○
○
○
○
○

８．おわりに
平成 23 年度に実施した管きょ劣化データベースの公開においては、予想を上回る反響をいたたき、公開後 1 ヶ月で 500 ダウンロードを記録した。アセットマネジメントを導入しようとする中小都市のみならずコンサルタン
トや大学関係者等多岐にわたるアクセスがあり、データベースの公開により各自治体の実施する施設の長寿命化に向けた取り組みを支援するとともに、アセットマネジメント研究の促進にも貢献できるものと期待している。
また、更生工法の JIS 化に向けた議論が委員会で実施されている。水インフラ事業の国際展開を促進するための重要な事項であり、平成 24 年度も継続して実施する予定である。
【参考文献】
1) 平成 20 年度下水道関係調査研究年次報告書集、国総研資料、№543、PP1-6、2009.8
2) 平成 21 年度下水道関係調査研究年次報告書集、国総研資料、№605、PP1-4、PP5-10、2010.8
3) 平成 22 年度下水道関係調査研究年次報告書集、国総研資料、№654、PP5-20、2011.9
4) 下水道研究室HP：http://www.nilim.go.jp/lab/ebg/rekka-db.html
5) 切明義孝：介護保険制度を利用した健康寿命計算マニュアル、公衆衛生ネットワーク
6) (社)日本下水道協会：下水道維持管理指針＜前編＞―2003 年版―、平成 15 年 8 月
7) 建設省都市局下水道部：下水道管路施設の維持管理方法に関する調査報告書、平成 8 年 3 月

22

3. 都市雨水対策の推進に関する調査

下水道研究室室

長 横田 敏宏

主任研究官 重村 浩之
研 究 官 橋本翼

１．はじめに近年、気候変動等の影響により日本各地において時間 50mm 以上の豪雨、さらには 10 分間程度の短時間に集中する豪雨の発生が頻繁に見られるようになっている。各都市において浸水被害を防ぐための対策が進められているところではあるが、長期的に見ると降雨の特性が変化し、既存の浸水対策のみでは 5 年確率や 10 年確率で発生する豪雨に対応できなくなる可能性が考えられる。
平成 22 年度は、過去の降雨情報を用いて中長期的な豪雨の発生傾向の変化を検討し、全国的には 50 年後の 5
年・10 年確率の 10 分・60 分間降雨強度が、現在より最大で 1.3～1.4 倍程度（95 パーセンタイル値）に増加する可能性があると推測された。これを踏まえて 3 地区を対象に浸水シミュレーションを実施し、将来的な豪雨の増加が既存の浸水対策に与える影響を評価したところ、浸水深 20cm 以上の面積が 4～9%増加すると予測されるケースが見られた。また、広域的に雨水排除能力が不足している場合や、枝線の排水能力が原因で局所的に浸水が生じている場合等、各地区の浸水要因に応じた対策が必要になることが示唆された。
平成 23 年度の主な調査内容は以下の通りである。
 浸水対策推進の基礎調査として内水被害や浸水対策の実態を調査した。
 豪雨増加への必要な対策について、降雨特性ごとに定性的に評価した。また、平成 22 年度に得られた評価結果の妥当性の検討や各地区の浸水要因に応じた浸水対策内容を整理するために、仮想排水区を用いたシミュレー
ションを実施した。
 全国 20 都市程度を対象に雨水対策計画策定事例に関する情報を収集し、雨水対策計画策定手法の課題点や改善策を検討した。
２．内水被害調査及び浸水対策実態調査
今後の各都市における雨に強い都市づくりの早期実現に向けた適正かつ効率的な浸水対策の推進に資するため160を調査した。

200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0

60
40
20

H21

H20

H19

H18

616 であった。

H17

0

H16

50 以上の被害を対象とし、その全データ数は

80

H15

ここでは、内水による床上・床下浸水の戸数が

100

H14

成 21 年の水害統計調査1)のデータを収集した。

120

H13

近年の内水被害の実績として、平成 13 年～平浸水データ数（件）

140

２－１．近年の内水被害の実態調査

年度

図-1 に内水被害の年ごとのデータ数を示す。
平成 16 年は台風による被害の影響でデータ数

台風が多くなっている。

図-1 内水被害の年ごとのデータ数

23

豪雨

前線

その他

合計

浸水データ数の合計（件）の基礎調査として、内水被害や浸水対策の実態

まず、内水被害を図-2 に示す通り、4 つの降

200

雨領域に分けて整理した。ここでは、4 つに分

領域 B
10 分間降雨強度(mm/hr)

割するにあたり、整理の便宜上、10 分間及び 60分間の計画降雨強度は、それぞれ 100mm/hr、
50mm/hr と仮定した。領域 A は計画降雨内の降雨、領域 B は 10 分間降雨強度が計画降雨以上、60 分間降雨強度が計画降雨内の降雨、領域 C は
10 分間降雨強度が計画降雨内、60 分間降雨強度

領域 D

150

100

50

が計画降雨以上の降雨、領域 D は 10 分・60 分

領域 A

0
0

間降雨強度が計画降雨以上の降雨とした。ここ

領域 C
50
100
60 分間降雨強度(mm/hr)

では、なお、ここで用いた降雨強度の大半はアメダス観測地点のデータであり、実際の降雨強150

図-2 内水被害の降雨領域

度とは異なる可能性があるため、降雨強度の小内水被害発生件数（件）さな領域にもデータが存在していることに留意が必要である。
図-2 の 4 領域ごとに内水被害発生頻度を図-3の通り整理した。この期間で見ると、領域 A と
領域 C は平成 16 年をピークに減少傾向、領域 Bと領域 D は増加傾向である。
次に、平成 22 年度末における都市浸水対策達成率をもとに内水被害実績を整理した。ここでは、前述の 616 データのうち、都市浸水対策達
成率不明分を除く 554 データを対象とした。5

図-3 降雨領域ごとの内水被害発生頻度

年確率降雨及び 10 年確率降雨に対する都市浸水対策達成率について、表-1 に一都市あたりの浸水被害額の傾向を、表-2 に一都市あたりの被害数の傾向をそれぞれ示す。一都市あたりの浸水被害額、一都市あたりの被害数の両指標ともに、10 年確率降雨に対する整備を進めている都市の方が指標値は小さくなる傾向にある。その傾向は、特に浸水被害額について顕著に見られる。
表-1 浸水対策達成率に応じた一都市あたりの浸水被害額
データ区間(浸水対策達成率)

都市数（データ数N)

浸水被害額（千円）

1/5整備

1/10整備

1/5整備

1/10整備

1/5整備

①

②

③

④

Ａ＝③/①

一都市当たりの浸水被害額（千円/N）

傾向

1/10整備
Ｂ＝④/②

0% ≦ ｘ < 20%111

296 191,723,914 417,520,284

1,727,242>

1,410,542

20% ≦ ｘ < 50%

127

46 147,972,478

49,349,520

1,165,138>

1,072,816

50% ≦ ｘ ≦ 100%

134

30 151,322,585

24,149,173

1,129,273>

804,972

合計

372

372 491,018,977 491,018,977※1/5 整備：5 年確率降雨に対する整備、1/10 整備：10 年確率降雨に対する整備

24

表-2 浸水対策達成率に応じた一都市あたりの被害数
都市数（データ数N1）

被害数（データ数N2）

一都市当たりの被害数（N2/N1）

1/5整備
①

1/10整備
②

1/5整備
③

1/5整備
Ａ＝③/①

0% ≦ ｘ < 20%

111

296

165

441

1.49

=

1.49

20% ≦ ｘ < 50%

127

46

204

72

1.61

>

1.57

50% ≦ ｘ ≦ 100%

134

30

185

41

1.38

>

1.37

合計

372

372

554

554

データ区間
(浸水対策達成率)

1/10整備④傾向

1/10整備
Ｂ＝④/②※1/5 整備：5 年確率降雨に対する整備、1/10 整備：10 年確率降雨に対する整備

２－２．下水道浸水対策実施状況等の実態調査
下水道浸水対策の計画策定状況や実施状況、実施内容等の事例を収集するため、前述の内水被害の実態調査で用いた被害実績をもとに、近年の内水被害で比較的大きな被害を受けた自治体を抽出してアンケート調査を実施
し、56 自治体から回答を得た。
アンケートの回答をもとに浸水対策計画の整備目標、対象降雨、計画策定の要因となった浸水箇所の発生原因を整理する。図-4 に浸水対策計画の整備目標、図-5 に浸水対策計画の対象降雨について整理したものを示す。なお、図中の対象降雨の「計画＋既往」の計画とは、一つの計画に計画降雨と既往最大の双方を対象とするものが含まれる場合（ハード対策は計画降雨、ソフト対策は既往最大降雨に対して実施する場合等）を指す。整備目標
は 10 年確率降雨が約 44％、対象降雨は計画降雨が約 74％を占めている。計画策定の要因となった浸水箇所の発生原因の割合を図-6 に示す。原因が多い項目は管路の能力不足、超過降雨であり、全体の約 70％を占めている。
浸水対策計画における施策内容を整理したものを図-7 に示す。
ハード対策が約 78％、
ソフト対策が約 22％であり、排水施設の整備（管きょ、ポンプ）が最も多く、次いで多い施策が貯留施設の整備であった。

20

図-4 浸水対策計画の整備目標
190

30

ソフト対策
37

50
14

34

7

5

図-7 浸水対策計画における施策内容

2

1

0

耐水化有

その他

ハザードマップ公表

小規模ポンプ等

浸透施設

貯留施設

0
排水施設（管渠、ポンプ）

15
10

10

3

21

20

不明

79

ポンプ場なし

100

25

25

ハード対策

未記入（空欄）150

図-6 浸水箇所の発生原因

耐水化無

200

図-5 浸水対策計画の対象降雨

図-8 雨水ポンプ場の耐水化の状況

25

未回答

未回答

窪地に集水

既往
最大

12
2

管路の能力不足

10年

13

0

雨水ポンプ場の耐水化の状況
(件)

7年

23
20

0

0
5年

12

41
40

未回答

12

既往
最大

11
10

計画＋既往

20

11

8

60

流出係数増大

22

計画降雨

22

40

降雨レーダ活用

30

60

75

河川由来の影響4080

浸水箇所の発生原因数

浸水対策計画数

52

50

施策数

浸水対策計画数

60

80

89

超過降雨

100

70

本アンケートでは、下水道施設自体の浸水対策として雨水ポンプ場の耐水化の実態についても調査した。図-8に、アンケートの回答結果をもとに雨水ポンプ場の耐水化の実態を整理したものを示す。耐水化を実施していると回答した自治体は全体の約 44％であり、アンケート回答自治体の半数近くが雨水ポンプ場の耐水化を実施していない現状が明らかとなった。耐水化を実施している自治体の施策内容としては、建屋のかさ上げ、自家発電機のかさ上げ、機器のかさ上げ、防水扉設置等が挙げられた。
３．豪雨発生頻度の増加への対応策
３－１．定性的評価による浸水対策手法の類型化
豪雨増加への必要な対策について、各種浸水対策の特徴を踏まえ、浸水要因となる降雨特性ごとに定性的に評価した。検討の対象となる降雨シナリオについては、表-3 の通り設定した。10 分間降雨強度増加の降雨をシナリ
オA、60 分間降雨強度増加の降雨をシナリオB、10 分・60 分間降雨強度増加の降雨をシナリオCとした。浸水対策の手法としては、下水道総合浸水対策計画策定マニュアル2)の浸水対策における主な対策メニューを参考とした。
また、降雨シナリオAにおける浸水対策の定性的評価については、局所的な豪雨による被害の軽減対策に関する調査研究（（財）下水道新技術推進機構）3)を参考とした。
表-3 降雨シナリオの設定
対象
降雨

10 分間降雨強度
60 分間降雨強度

計画超過降雨の特性想定される降雨想定される主な浸水原因

•
•
•
•

降雨シナリオ A
計画超過
計画内
降雨継続時間は短い
10 分降雨強度が強い
総降雨量は少ない
降雨区域は局所的

局所的な短時間集中豪雨
枝線（到達時間の短い排水域）の流下能力不足
小降雨シナリオ B
計画内
計画超過• 降雨継続時間は長い• 60 分降雨強度が強い• 総降雨量は多い• 降雨区域は広域的
これまでの下水道整備水準（60 分間雨量）を越える豪雨（台風など）幹線の流下能力不足

降雨シナリオ C
計画超過
計画超過• 降雨継続時間は長い• 10 分・60 分降雨強度が強い• 総降雨量は多い• 降雨区域は広域的
既往最大降雨など、これまでの下水道整備水準を大きく越える集中豪雨
幹線・枝線といった排水域全体の流下能力不足大想定される被害規模（道路冠水程度）

表-4 に各降雨シナリオについて浸水対策手法の類型化を行った結果を示すとともに、以下にその概要を述べる。
なお、ここでは対策量については考慮されていないことに留意が必要である。
＜各降雨シナリオ共通：10 分および 60 分間降雨強度の増加に効果的な対策＞
各降雨シナリオにおいて共通した効果的な対策（降雨シナリオ A・B・C：効果発現性Ⅰ、実現可能性イ）としては、主に「雨水調整池」、「貯留管」などのピークカット型の対策と「増補管」、「バイパス管」などの排水能力アップの対策が挙げられる。
＜降雨シナリオ A・C：特に 10 分間降雨強度の増加に効果的な対策＞
降雨シナリオ A に効果的な対策（降雨シナリオ A・C：効果発現性Ⅰ、実現可能性イ）としては、「相互接続」、「道路雨水ます蓋のグレーチング蓋への取替え」などが挙げられる。局所的な短時間集中豪雨であり、流達時間の短い上流の排水域などが主な対象地区と考えられ、広域的、もしくは下流の排水域の対策や大規模施設（幹線
水位の低下等を目的とした対策）は効果的な施設の運用が難しい。
＜降雨シナリオ B・C：特に 60 分間降雨強度の増加に効果的な対策＞
降雨シナリオ B に効果的な対策（降雨シナリオ B・C：効果発現性Ⅰ、実現可能性イ）としては、「大規模幹線のネットワーク化」、「ポンプ場の新設及び増設」などが挙げられる。

26

表-4 浸水対策手法の類型化
区 分

効果発現性
A
B
C

対策手法
降雨シナリオ

10分
10分
10分 60分
10分 60分
60分
60分
増
増
増
増
増
増
Ⅰ
Ⅰ
Ⅰ
イ
イ
イ

降雨強度
雨水貯留 雨水調整池
施 設 貯留管
流出抑制
型施設

浸透ます
雨水浸透 浸透トレンチ
施 設 浸透側溝施設の有効活用

公
助

ー

ハ

管路施設
流下型
施設

ド
対
策
手
法

Ⅰ

イ

イ

イ

Ⅰ

ハ

ハ

ハ

Ⅰ

Ⅰ

Ⅰ

ハ

ハ

ハ

Ⅰ

Ⅰ

Ⅰ

ハ

ハ

ハ

Ⅰ

Ⅰ

Ⅰ

ハ

ハ

ハ

Ⅰ

Ⅰ

Ⅰ

ロ

ロ

ロ

取水施設の早期整備

Ⅰ

-

Ⅰ

ロ

-

ロ

大規模幹線のネットワーク化

-

Ⅰ

Ⅰ

-

イ

イ

小規模管路における対応／相互接続

Ⅰ

-

Ⅰ

イ

-

イ

合流改善施設等の活用／合流改善用貯留施設の浸水対策利用

Ⅰ

Ⅰ

Ⅰ

ロ

ロ

ロ

増補管

Ⅰ

Ⅰ

Ⅰ

イ

イ

イ

バイパス管

Ⅰ

Ⅰ

Ⅰ

イ

イ

イ

-

Ⅰ

Ⅰ

-

イ

イ

-

Ⅰ

Ⅰ

-

イ

イ

局地排水用小規模ポンプの設置

Ⅰ

-

Ⅰ

イ

-

イ

効率的・効果的な施設の構築

雨量計、水位計、光ファイバー網等の設置による情報収集体制の構築

Ⅱ

Ⅱ

Ⅱ

イ

イ

イ

リアルタイムコントロールを利用したゲート、堰等の運転管理システムの構築

-

Ⅰ

Ⅰ

-

ロ

ロ

非常時に備えた
防災機能の確保

可搬式ポンプ・移動ポンプ車の活用

Ⅰ

Ⅰ

Ⅰ

イ

イ

イ

ポンプ施設の耐水化

-

Ⅰ

Ⅰ

-

イ

イ

維持管理・体制

降雨時
・被災時
・被災後

情報収集
・提供
平常時
・防災

自助対策の支援

他の事業主体
との連携

自助

Ⅰ
Ⅰ

大規模幹線の貯留管としての利用

ポンプ場の新設および増設

自助

ソ
フ
ト
対
策
手
法

Ⅰ
Ⅰ

透水性舗装

ポンプ施設 高性能ポンプの導入

その他の連携施策

公
助

実現可能性
A
B
C

道路雨水ます蓋のグレーチング蓋への取替え

Ⅰ

-

Ⅰ

イ

-

イ

道路雨水ますの増設及び道路横断・縦断側溝の設置

Ⅰ

-

Ⅰ

イ

-

イ

緑地・農用地による流出抑制

Ⅰ

Ⅰ

Ⅰ

ハ

ハ

ハ

地下施設等の止水板の設置・耐水化
浸水時の土のう設置

Ⅰ
Ⅰ

Ⅰ
Ⅰ

Ⅰ
Ⅰ

ハ
ハ

ハ
ハ

ハ
ハ

地下（半地下）式駐車場の対応策

Ⅰ

Ⅰ

Ⅰ

ハ

ハ

ハ

各戸の貯留・浸透施設の設置

Ⅰ

Ⅰ

Ⅰ

ハ

ハ

ハ

建物の耐水化

Ⅰ

Ⅰ

Ⅰ

ハ

ハ

ハ

地下室等の建築時の配慮

Ⅰ

Ⅰ

Ⅰ

ハ

ハ

ハ

雨期前の重点的管路清掃、ポンプ場の点検作業
危機管理体制、事前準備体制、下水道施設被災状況調査体制の構築

Ⅰ
Ⅱ

Ⅰ
Ⅱ

Ⅰ
Ⅱ

イ
イ

イ
イ

イ
イ

光ファイバーネットワークの活用による浸水情報の収集・提供および処理・制御等

Ⅱ

Ⅱ

Ⅱ

ハ

ハ

ハ

降雨・水位情報を利用した施設の効率的運用

-

Ⅱ

Ⅱ

-

ロ

ロ

降雨情報、幹線水位情報の提供

Ⅱ

Ⅱ

Ⅱ

イ

イ

イ

住民等からの浸水情報の収集と提供

Ⅱ

Ⅱ

Ⅱ

ハ

ハ

ハ

下水道雨水排水整備状況図の作成・公表
内水ハザードマップの作成・公表

Ⅱ

Ⅱ

Ⅱ

イ

イ

イ

Ⅱ

Ⅱ

Ⅱ

イ

イ

イ

過去の浸水履歴の表示

Ⅱ

Ⅱ

Ⅱ

イ

イ

イ

浸水に関する防災手引き・リーフレットの作成・配布

Ⅱ

Ⅱ

Ⅱ

イ

イ

イ

建築上の配慮に対する普及啓発

Ⅱ

Ⅱ

Ⅱ

イ

イ

イ

住民の理解を深めるための取り組み（でまえ授業･見学会･戸別訪問等）

Ⅱ

Ⅱ

Ⅱ

イ

イ

イ

住民に判りやすい対策効果の設定と公表

Ⅱ

Ⅱ

Ⅱ

イ

イ

イ

止水板および土のうの配布、各戸貯留・浸透施設の設置に対する支援制度

Ⅱ

Ⅱ

Ⅱ

ハ

ハ

ハ

法律等による各戸貯留・浸透施設の設置促進を目的とした施策

Ⅱ

Ⅱ

Ⅱ

ハ

ハ

ハ

土地利用規制等による浸水に強いまちづくり

Ⅱ

Ⅱ

Ⅱ

ハ

ハ

ハ

低地における住宅のかさ上げの義務付けを目的とした施策

Ⅱ

Ⅱ

Ⅱ

ハ

ハ

ハ

雨水ポンプの運転調整

-

Ⅱ

Ⅱ

-

ハ

ハ

被災時支援

-

Ⅱ

Ⅱ

-

ハ

ハ

道路雨水ますの清掃
土のう積み・体験訓練

Ⅰ

-

Ⅰ

ハ

-

ハ

Ⅱ

Ⅱ

Ⅱ

ハ

ハ

ハ

避難所、避難経路等の確認、自主避難訓練

Ⅱ

Ⅱ

Ⅱ

ハ

ハ

ハ

高齢者等災害時要援護者の支援

-

Ⅱ

Ⅱ

-

ハ

ハ

非常時持ち出し品の確保

-

Ⅱ

Ⅱ

-

ハ

ハ

災害ボランティアとの連携

-

Ⅱ

Ⅱ

-

ハ

ハ

－：大きな効果が期待できない【効果的な対策】【対策の実現可能性の分類】【対策の効果発現性の分類】

イ：比較的早期に実施可能な対策

降雨シナリオA・B・Cに効果的（効果発現性Ⅰ、実現可能性イ）な対策

Ⅰ：直接的効果

ロ：比較的早期に実施可能だが、関連施設が建設されていることが条件となる対策

降雨シナリオA・Cに効果的（効果発現性Ⅰ、実現可能性イ）な対策

Ⅱ：間接的効果（対策の運用状況等により間接的に効果が期待できる対策）

ハ：実施に時間を要する対策（例えば、他部署や住民の協力・制度整備に時間を要する場合）

降雨シナリオB・Cに効果的（効果発現性Ⅰ、実現可能性イ）な対策

３－２．シミュレーションによる検討（１）仮想排水区と降雨シナリオの設定
結果の妥当性の検討や、各地区の浸水要因に応じた浸水対策内容を整理するため、仮想排水区を用いたシミュレーシ
ョンを実施した。
仮想排水区として、図-9 に示す排水面積が異なる 2 排水

排水区

Ⅰ

Ⅱ

排水面積(ha)200

2

L(m)(右図参照)

1,000

100

最長ルート延長(m)

2,500

250

流達時間(min)

50

10

流出係数

0.8

0.8

排水区形状
L

図-9 仮想排水区の設定

区を設定した。

27

雨水管

平成 22 年度に実施した浸水シミュレーションによる評価

2L

降雨シナリオは、自治体事例を参考に設定した基準降雨強度（10 分間降雨強度: 124.5mm/hr、60 分間降雨強度:
59.0mm/hr）に対して、10 分間降雨強度を 30%増加させた降雨をシナリオ A、60 分間降雨強度を 30%増加させた降雨をシナリオ B、10 分・60 分間降雨強度を 30%増加させた降雨をシナリオ C とした。ここでの降雨パターンは、
あくまでも仮想的な降雨であるため、降雨強度式の定数決定の際には 10 分雨量と 60 分雨量とからのみ降雨強度曲線式を決める特性係数法を用いた。
（２）浸水対策目標量と浸水対策施設の設定
浸水対策目標量（対策量）については、各降雨シナリオの雨水流出量をタイムエリア法により算出し、各排水区で別途設定した許容放流量（排水区Ⅰ: 24m3/s、排水区Ⅱ: 0.44m3/s）を超過する雨水流出量を対策量として設定した。
浸水対策施設としては流下施設（流下管＋ポンプ施設）、雨水貯留管、雨水浸透施設を対象とした。なお、ここでの排水区はポンプ排水区を想定し、流下管の最下流端にはポンプ施設を設置することとした。
雨水浸透施設の平均浸透強度は自治体の事例を参考に設定した。雨水貯留管の施設仕様は大深度シールド工法
によるものとした。流下管に関しては、排水区を排水面積が等しくなるように、また、管きょ延長が全体の延長 Lに対して最上流ブロックで 2L/5、その他のブロックで L/5 となるように 4 つのブロックに分割して、各ブロック
下流端における対策量を算定し、対策量に応じた管径（ブロック内で管径一定）を設定した。
（３）検討ケース
検討ケースとしては、（１）で示した仮想排水区（2 ケース）
・降雨シナリオ（3 ケース）と表-5 のシナリオを組み合わせた全 120 ケースとした。浸水対策施設の整備手法に関しては、まずは浸透施設で優先的に整備し、次いで、貯留管と流下管を表-5 の割合に応じて必要な量を整備する
表-5 検討ケース

ことで対策量を確保するものとした。なお、ポンプ施設は流下
管整備率 25～100%のときに同一のものが整備されると設定した。

浸透施設の
設置

評価方法は次の通りである。

経済性ポテンシャルの算出：対策量に文献値や自治体事例を参考に設定した整備単価を乗じて、対策施設の整備費用

浸透施設の設置面積割合 50%
浸透施設の設置面積割合 25%
浸透施設の設置面積割合 0%

対策量ポテンシャルの算出：前述の考え方に基づきシナリ
オごとに各浸水対策の対策量を算出した。

②

内容
浸透施設の設置面積割合 75%（４）評価方法①

シナリオ

貯留管整備率 100%、流下管整備率 0%
貯留管及び
流下管の
設置

貯留管整備率 75%、流下管整備率 25%
貯留管整備率 50%、流下管整備率 50%
貯留管整備率 25%、流下管整備率 75%
貯留管整備率 0%、流下管整備率 100%を算定した。
③

期間的ポテンシャルの算出：対策量と文献値や自治体事例

基準化点数を参考に設定した整備速度をもとに、対策施設の整備期間を算定した。
④

総合評価：経済性ポテンシャルと期間的ポテンシャルについて、指標の数値化を行った。具体的には、経済性ポテン
シャルは対策量 1m3あたり費用を指標値とし、期間的ポテン
シャルは対策完了期間を指標値とした。これらの指標は単位が異なるため、降雨シナリオ・排水区ごとに次式で点数の基準化を行った。
1－(指標値)／(表-5 の 20 ケースのうち最も劣る指標値)

経済性ポテンシャルと期間的ポテンシャルの基準化された点数の和を基準化点数と称し、それを比較することで総合評価した。

28

図-10 総合評価(排水区Ⅰ・浸透施設の設
置面積割合 25%)

基準化点数の値が大きいほど、整備効率性が高いと評価される。
（５）評価結果
図-10 に排水区Ⅰ・浸透施設の設置面積割合 25%における総合評価結果を示す。本ケースでは、ポンプ施設が比較的高価なこともあり、基準化点数から貯留管整備率 100%で整備効率性が高く、貯留管整備率 75%で整備効率性が低いと評価される。また、降雨シナリオ A では貯留管整備率 100%が突出して高いが、降雨シナリオ B・C では貯留管整備率 100%と 0%の差が比較的小さい。これは、降雨シナリオ B・C では必要とする対策量が多く、貯留管による整備率を 100%で実施すると、かなり大規模な貯留施設が必要となり、経済面及び工期面で流下施設（流下管＋ポンプ施設）の整備との差が小さくなる可能性があると考えられる。また、詳細は割愛するが、排水面積が小さい排水区Ⅱについては、全てのケースにおいて、貯留管整備率 100%の点数が他の場合よりもかなり大きく、貯留管によるピークカットが有効と考えられた。
表-6 検討結果のまとめ

120
80
40

0
120
240
360
480
600
720
840
960
1080
1200
1320

経過時間(分）

継続時間が長い
ピーク流出量が多い
総流出量が多い

継続時間が長い
ピーク流出量が多い
総流出量が多い

40

10

30
20
10

480

継続時間（分）

許容放流量

対策量




ピークカット型の貯留施設（雨水調整池、貯留管）
排水能力アップ（流下管＋ポンプ、大規模幹線のネットワーク化など）貯留施設との組合せで浸透施設もある程
度効果的
継続時間が短い
ピーク流出量が少ない
総流出量が少ない








0.8

0.4
0.2
0.0

流出量（m3/s）

0.6

0.6
0.4
0.2

効果的
な対策

ピークカット型の貯留施設（雨水調整池、貯留管）

対策量



0.4
0.2

480

960

840

720

継続時間（分）

許容放流量

0.6

0.0
480

960

840

720

600

0.0
継続時間（分）

許容放流量

ピークカット型の貯留施設（雨水調整池、貯留管）
排水能力アップ（流下管＋ポンプ、大規模幹線のネットワーク化など）貯留施設との組合せで浸透施設もある
程度効果的
継続時間が短い
ピーク流出量が多い
総流出量が少ない

0.8

0.8
流出量（m3/s）

対策量の特徴排水区 （枝線排水域レベル）Ⅱ

継続時間が短い
ピーク流出量が多い
総流出量が少ない

継続時間（分）
対策量

許容放流量

29

継続時間（分）

許容放流量

ピークカット型の貯留施設（雨水調整池、
貯留管）

600



600

効果的な
対策

ピークカット型の貯留施設（雨水調整池、貯留管）

480

10

960

840

720

600

継続時間（分）

対策量

20

0

480

960

840

720

600

480

0

30

960

20

40
流出量（m3/s）

30

40

960





継続時間が長い
ピーク流出量が少ない
総流出量が少ない

80

0
120
240
360
480
600
720
840
960
1080
1200
1320

0
120
240
360
480
600
720
840
960
1080
1200
1320

経過時間(分）流出量（m3/s）

対策量の特徴排水区 （幹線排水域レベル）Ⅰ

流出量（m3/s）

1200

経過時間(分）対策量

流出量（m3/s）

160

0

0



200

840

40

160

840

80

200

720

120

240

5分間降雨強度（mm/hr）

5分間降雨強度（mm/hr）

160

40





降雨継続時間が長い
10 分・60 分降雨強度が強い
総降雨量が多い

240

200

0







降雨継続時間が長い
60 分降雨強度が強い
総降雨量が多い

240





降雨シナリオ C（10 分・60 分間降雨強度増）

720





降雨継続時間が短い
10 分降雨強度が強い
総降雨量が少ない
5分間降雨強度（mm/hr）

ハイエトグラフの特徴

降雨シナリオ B（60 分間降雨強度増）

600

降雨シナリオ A（10 分間降雨強度増）

対策量



許容放流量

ピークカット型の貯留施設（雨水調整池、貯留管）

検討結果のまとめを表-6 に示す。排水区Ⅰでは、降雨シナリオ A については対策量が少ないため、ピークカット型の貯留施設による対策で十分であるのに対して、降雨シナリオ B・C については対策量が多く、大規模な貯留施設だけでなく、流下施設やベースカット型の浸透施設を組合せることが効果的と考えられる。排水区Ⅱでは、いずれの降雨シナリオに対しても降雨継続時間が短いということもあり、ピークカット型の貯留施設が効果的と評価される。これらの結果より、枝線排水域レベルの区域や短時間豪雨に対してはピークカット型の貯留施設、幹線排水域レベルの区域で長時間続く豪雨に対しては排水域全体のレベルアップとして、流下施設、貯留施設等の対策施設を組み合わせて対策量を面的に上げることが重要であり、平成 22 年度に得られた評価結果は妥当と考えられる。
４．都市雨水対策計画策定手法の課題点・改善点の検討
将来的な豪雨増加に対応するためには、不定流解析モデルを用いて評価した複数の浸水対策の組合せによる効率的な雨水対策計画策定の重要性は増すと考えられる。しかし、不定流解析モデルは、対策施設の規模決定における客観的判断基準が一般化されていないため、従前から用いられている合理式で設計された施設の運用手段や暫定的対策を見出すための評価ツールとしての利用に留まっているケースが多い。この現状を踏まえ、アンケー
ト調査等により、政令指定都市、中核市、特例市など 24 自治体の都市雨水対策計画策定事例に関する情報を収集した。具体的には、不定流解析モデルの適用事例やメリット・デメリットをはじめ、浸水対策計画の目標や基準等に関する情報を収集した。
浸水対策の計画目標については、計画降雨のレベルアップを考えている自治体が大半であった。最大計画雨水
流出量の算定におけるピーク時の水位の基準（以下「浸水安全度基準」）については、状況に応じて管きょ自由水
面確保と管きょ圧力状態許容を使い分けている自治体が見られた。雨水管きょは自然流下を原則とするため、基本的には自由水面確保としている傾向がある。しかし、全ての管きょにおいて自由水面を確保するとなると、施設規模が大きくなり、時間的・経済的に事業実施が困難になることが想定されるため、当面は圧力状態を許容す
る暫定的計画を行っている自治体が見られた。圧力状態を許容する際には、施設規模が縮小できる反面、排水域
全体の浸水安全性が低下するため、圧力管きょとなる区間に対しては圧力マンホールを使用するなど、雨水が噴出しない構造とするとともに、マンホール蓋の浮上・飛散や転倒防止など施行面で留意が必要である。
下水道による浸水対策施設の規模や配置等を立案するための手法としては、合理式、合理式合成法等による施設計画手法（合理式ベースの手法）が従前から用いられている。しかし、既存施設の有効利用・超過降雨時対応
策・段階的整備手法の検討などでは、雨水流出特性を時間的・空間的に把握できる浸水シミュレーションを活用する手法（不定流解析モデルを用いた手法）が近年増えてきている。表-7 に、合理式ベースの手法と不定流解析
モデルを用いた手法のメリット・デメリットについて、各自治体の意見の整理結果を示す。
表-7 合理式と不定流解析モデルの主なメリット・デメリット
メリット
合理式ベースの手法

 簡易的
 チェックが容易 客観的な妥当性判断が可能

不定流解析モデルを用いた手法

 複雑な条件の解析が可能
 複合的・効率的な対策立案可能デメリット
 複雑な条件の再現が困難
 排水域が飽和に近い状態にあることを前提としており、土壌間隙分の容量等を考慮していないため、施設規模が大きくなり、時間的・経済的に事業実施が困難 複合的・効率的な対策整備効果の把握に不向き
 モデル構築・計算に相当の時間・技術・費用が必要
 条件の変更・修正が困難 キャリブレーションの判断基準が不明確
 客観的な判断・審査が困難（例えば、計算過程が複雑）

30

表-8 各手法の課題解決策とその特性*1

課題傾向凡例
合理
不定流
式
モデル

↘
↗
↗

課題解決策
視

↗
↘

点

解決すべき課題の方向性

特性*2①：既存施設能力の活用合理式による既存施設能力活用の評価方法の確認【合理式ベースの課題解決策】
管きょのみを対象とした既存施設能力の活用評価は可能である（圧力状態を許容した評価は可能）。
下水道システム、対策施設の構造等により適用には限界がある。

▲②：設計規模の安全性

不定流解析では、新規対策施設に関連する既存施設等の対策ポ
テンシャルを最大限に活用する特性を有するため、結果的に施設の余裕度が劣る。

【不定流解析モデルの課題解決策】
新規対策施設のみならず、関連する全ての施設の排水状
況に関する計算結果を正しく確認し、適切な構造物モデルの調整を行い、施設規模の安全性を評価することで対応。

○

モデル構築手法、キャリブレーシ
ョン用資料収集の効率化【不定流解析モデルの課題解決策】
効率的な実測データ調査計画の策定と実践。より簡易な実測データ収集機器の実用化。
台帳システムとモデル構築の相互運用や、策定したモデル
を雨水対策以外の下水道計画策定に援用するなど、総合的効率化を図る。

○③：作業コスト・時間の
効率性

↘

概要

雨水流出量算定基準、一般的構【不定流解析モデルの課題解決策】
造基準に基づく客観的判断・照査
計算項目に関する照査方法の明確化。
のルール設定キャリブレーションにおける調整パラメータ優先順位の明確
キャリブレーションの基本作業方④：設計基準の適合性△化。ただし、ケーススタディの集積による精度向上が求めら
法の一般化
れる。
実用化されているモデルの計算モデル間での計算結果への影響は殆ど無いことを確認。
結果への影響度
合理式による評価可能現象、応 【合理式ベースの課題解決策】⑤：実現象の再現性、用的計画検討への適用性
実現象の再現性課題の解決には限界有り。
計画の応用性▲
合理式による対策による効果表 構想、全体計画レベルなどにおいては、効率的検討による⑥：分かり易い説明
現方法のあり方
合意形成支援に運用できる。
*1 ↗：長所としての傾向、↘：課題としての傾向*2 ○：課題の解決が可能、△：課題の解決は可能であるが今後のさらなる検討が必要、▲：一定の課題解決は可能であるが限界がある項目

↗

↘

↘

↗

表-9 設計手法の最適選択案
雨水管渠のみの対策検討
シナリオ１－１（単純管網）

浸水安全度基準
作業手順Ⅰ*1【既存施設のモデル化】
・現状雨水排水特性の再現
・現況施設の能力評価
作業手順Ⅱ*1【新規対策施設の立案】・対策手法の選定
・施設規模、概略構造検討
・施設配置計画
作業手順Ⅲ*1【対策効果の評価】
・新規対策施設設置による浸水解消
効果の確認
・施設計画の確定*2

活かされる長所解決策を実践すべき課題

対策検討の内容
雨水管渠に貯留・浸透対策などの組合せ検討

シナリオ１－２（分水等複雑管網）

シナリオ２－１（組合せ対策は単体）

シナリオ２－２（組合せ対策は複数）

自由水面
確保

圧力状態
許容

自由水面
確保

圧力状態
許容

自由水面
確保

圧力状態
許容

自由水面
確保

圧力状態
許容

合

合

モ
（合）

モ

合

モ

モ

モ

合

合

合

合

合

モ※

合

モ※

合

合

モ

モ

合

モ

モ

モ

②-合
③-合
④-合

②-合
③-合
④-合

①-モ
②-合
④-合
⑤-モ

①-モ
②-合
④-合
⑤-モ

②-合
③-合
④-合

①-モ
④-モ
⑤-モ

①-モ
②-合
④-合
⑤-モ

①-モ
④-モ
⑤-モ

③-モ

③-モ

*1 合：合流式ベースの選択を推奨 モ：不定流解析モデルの選択を推奨 （ ）：適用可による立案を行う方法を推奨*2 Ｘ-Ｙ Ｘ：視点の①～⑥ Ｙ：合流式ベース（合）又は不定流解析モデルベース（モ）

31

②-モ
②-モ
③-モ
③-モ
③-モ
モ※：合理式による概略評価を行った後不定流モデル

表-7 の各自治体の意見をもとに、都市雨水対策計画策定時の設計手法の選択に関する課題解決策を抽出するための視点として、以下の 6 つを設定した。
① 既存施設能力の活用
 既存の管きょ、貯留施設、ポンプ施設等の排水・貯留能力の最大限活用による対策施設規模の最適化・最小化
 ポンプ・ゲート運転ルール等の制御手法の最適化検討② 設計規模の安全性 計画目標、計画雨水量等に対し、施設の設計規模の適当な余裕の合理的設計③ 作業コスト・時間の効率性
 計画策定に要する調査、解析等の一連の作業に要するコスト・時間の効率性④ 設計基準の適合性
 雨水流出量、施設構造に関する基準に適合した計画・設計の実施
 施設規模・配置計画決定根拠の客観性・適合性の確保⑤ 実現象の再現性、計画の応用性
 降雨時における水理現象、浸水減少等の再現性
 複雑な雨水排水システムにおける検討、複数施設の組合せ手法検討など、計画設計の応用性やより精緻な検討の実施⑥ 分かり易い説明
 関係行政部局、NPO・市民等の地域関係者等に対する、計画内容の分かり易い説明の実施
ここで対象とする設計手法は、合理式ベースの手法と不定流解析モデルを用いた手法とし、上記 6 つの視点に基づき、双方の長所ならびに課題の傾向とその課題解決策を検討した。表-8 に、その検討結果を示す。さらに、表-8 を踏まえ、対策検討の内容に応じた設計手法の最適選択方法を検討した。その最適選択案を表-9 に示す。ここでは、雨水管路計画は自然流下を原則とし、浸水安全度基準を圧力状態許容とするものについては、段階的な浸水被害解消のための対策として捉える。対策検討の内容としては、雨水管きょのみのケースと雨水管きょに貯留・浸透対策などを組合せるケースを想定した。また、既存施設のモデル化、新規対策施設の立案、対策効果の評価の 3 段階に作業手順を分けて整理している。ここで示したような考え方に基づく各手法の利点を活かした設計手法の選択が、今後の各自治体における適正かつ効率的な雨水対策計画策定に資すると考えられる。
５．まとめ
降雨強度や都市浸水対策達成率を指標として、近年の内水被害実績を整理するとともに、56 自治体を対象としたアンケート調査により、下水道浸水対策の計画策定状況や実施状況、実施内容、さらに雨水ポンプ場の耐水化等について実態を整理した。また、定性的評価により浸水対策手法の類型化を行うとともに、仮想排水区を用いたシミュレーションを実施し、各地区の浸水要因に応じた浸水対策内容を整理した。併せて、全国 24 自治体の雨水対策計画策定事例をもとに、雨水対策計画策定手法の課題点抽出や改善策を検討し、計画策定時の設計手法（合理式ベースの手法、不定流解析モデルを用いた手法）の最適選択案を提示した。
参考文献
1) 水害統計調査（平成 13 年～21 年、国土交通省河川計画課）
2) 下水道総合浸水対策計画策定マニュアル(案)（平成 18 年 3 月、国土交通省下水道部）
3) （財）下水道新技術推進機構ホームページ：http://www.jiwet.jp/result/annual2/01/pdf/2010a1-1-1m.pdf

32

4. 下水道整備による効果及び汚水等処理施設連携に係る技術的事項等に関する調査

下水道研究室

室

長 横田

敏宏

主任研究官 重村浩之

研
下水処理研究室 室

究

官 橋本

翼

長 小越眞佐司

主任研究官 小川 文章
１．はじめに厳しい財政状況のもとではあるが、汚水処理人口普及率は平成 22 年度末現在で約 87%と、残り約 13％の人口に対しては、下水道、農業集落排水施設、合併処理浄化槽等の汚水処理施設が依然として未整備であるため、生活環境の改善のためには、これら汚水処理施設の更なる整備が必要と考えられる。また、汚水処理施設の整備に当たっては、各種汚水処理施設の特徴を踏まえて整備を行うことが重要と考えられる。現在、国土交通省では、平成 20 年 9 月に「効率的な汚水処理施設整備のための都道府県構想マニュアル(案)」をとりまとめ、地方自治体に対して、下水道等の汚水処理施設の整備計画策定時における整備コストや維持管理コストの算定手法について提示している。
本調査では、汚水処理施設の整備状況を踏まえた水質予測手法についての検討を行った。また、下水道整備による効果に大きな影響を与える下水道接続状況について、接続率の実態について整理・分析を行った。
２．水質予測手法についての調査
下水道等の整備による処理場放流水質及び公共用水域水質の予測手法としては、下水道整備におけるマスター
プラン的な位置づけの計画とされている「流域別下水道整備総合計画」(以下「流総計画」)策定の際に用いられる手法が考えられる。しかし、流総計画で用いられる手法は、河川流量や降雨量、土地利用区分、人口予測、工業出荷額、各種排水の汚濁負荷原単位等、多くのデータが必要となり、簡易な水質予測に用いることは難しい。
よって、本調査では、汚水処理施設の整備検討を行う限定した区域において、複数の汚水処理施設を区分して整備する場合における、必要となる汚水処理施設の放流水質の予測手法を検討することとした。
また、河川水等の水質を計算したい場合は、既存の流総計画のシミュレーション結果が活用できれば、流域からの負荷量の変動に応じて、手動計算により特定の地点の河川水質を推測することが可能である。よって、既存の流総計画のシミュレーション結果を活用した河川水質の推測手法についても検討することとした。
２－１ 汚水処理施設の放流水質の予測手法
標記手法について、以下に計算の一例を示す。
人口 5000 人のエリア(エリアＡ)の 8 割の人口を下水道で、2 割の人口(1000 人)をその他の汚水処理施設で処理する場合の、要求される下水道の放流水質を試算することとした。なお、処理場はエリアＡの外にあり、他に人口 7000 人の処理を受け入れているものとする。この 7000 人の流域をエリアＢということとする。
下水道のみによる整備の場合、環境基準達成のために必要な下水道の BOD(生物化学的酸素要求量)の放流水質が33

10mg/L とする。エリアＡに、放流水質が 15mg/L の他の汚水処理施設を 1000 人に対して整備することとする。
汚水量の原単位を 0.2m3/人/日とすると、エリアＡ全域で汚水処理施設により放流可能な BOD 負荷量は以下のとおり計算される。
5000 人×0.2m3/人/日×10mg/L＝10.0kg/日
エリアＡ内 1000 人に 15mg/L の放流水質の汚水処理施設を整備するとなると、そこからの放流水の BOD 負荷量は以下のとおりである。
1000 人×0.2m3/人/日×15mg/L＝3.0kg/日
なお、エリアＢの 7000 人分に相当する下水道の放流水の BOD 負荷量は以下のとおりである。
7000 人×0.2m3/人/日×10mg/L＝14.0kg/日
下水処理場でエリアＡとＢの全域を処理する場合、処理場から放流される BOD 負荷量は以下のとおりである。
10.0kg/日＋14.0kg/日＝24.0 kg/日
この負荷量が、環境基準を達成するための許容負荷量となる。処理水質 15.0mg/L の汚水処理施設より 3.0kg/
日の BOD 負荷量が放流されるため、処理場から放流可能な負荷量は以下のとおりとなる。
24.0 kg/日－3.0kg/日＝21.0 kg/日
よって、環境基準を守るために下水道に必要な BOD 放流水質は、以下のとおりとなる。
21.0kg/日÷(4000+7000)人÷0.2m3/人/日＝21÷11000÷0.2×1000＝9.5mg/L
よって、全域を下水道で整備するよりも、やや高度な処理が必要になると考えられ、汚水処理施設の選定にあたる留意事項となる。
本手法は前提条件をかなり簡易としているが、本手法により汚水処理施設に求められる水質の推測が可能となると考えられる。また、BOD 以外の T-N(全窒素)、T-P(全リン)等の項目にも適用可能である。ただし、本手法が活用可能なのは、流総計画等の策定により、下水道より放流可能な負荷量が判明している場合である。
２－２ 既存の流総計画のシミュレーション結果を活用した河川水質の推測手法
本手法は、計算対象とする年度が、流総計画の現況年度(基準年度)と最終年度の間にある場合において、計算
対象年度の流達負荷量を、現況年度と最終年度の流達負荷量の中間補間により算定することで、最下流点における計算対象年度の河川水質を推測するものである。計算事例を以下に示す。
途中のポイントにおける河川水質(ＢＯＤ)は最新のデータを、低水流量の値は現況年度のものを使うものとする。これらについてとりまとめたものを、表－１に示す。
表－１ 各地点の水質と低水流量
地点番号等

基点

ＢＯＤ(mg/L)

低水流量(m3/s)

Ａ

○○西橋

1.7

12.76

Ｂ

○○東橋

2.0

16.92

Ｃ

○○川

6.1

0.39

解析対象地点

○○橋

－

38.74

また、当該河川の流域には、「○○4-1」及び「○○4-2」という流域があり、当該流域の流達負荷量を中間補間により算定したところ、それぞれ、1,280kg/日、320kg/日となった。なお、地点Ｂの下流側に下水処理場の放流口があり、そこから、水量 104,212m3/日、ＢＯＤが 15.0mg/Lの放流水が河川に流入すると設定した。
図－1 に、最下流点における河川のＢＯＤの算定結果を示す。各地点における流達負荷量に、最下流点までにＢ

34

ＯＤが残存する割合である浄化残率を掛け合わせたものが、最下流点までの流出負荷量であり、各地点からの流出負荷量を足し合わせることで、解析対象地点である最下流点での流出負荷量を算定できる。最下流点の流出負荷量の計算結果は、以下のとおりとなる。
1,709.3kg/日(地点Ａ)＋2,666.5kg/日(地点Ｂ)＋200.8kg/日(地点Ｃ)＋1,250.6kg/日(流域○○4-1)＋305.9kg/日(流域○○4-2)＋1,527.1kg/日(処理場放流水)＝7,660.2kg/日(解析対象地点(最下流点))
最下流点の低水流量は 38.74m3/sであり、最下流点の河川のＢＯＤは以下のとおり計算される。
7,660.2kg/日÷38.74m3/s÷86400s/日×1000g/kg≒2.3g/m3＝2.3mg/L
また、図－1 に、本項における計算内容の概略を示す。
流達負荷量＝水質×流量

流出負荷量＝流達負荷量×浄化残率

上流水質 低水流量
基準点 12.76 m3/s
1.7×12.76×86.4＝1,874.2kg/日

Ａ

○○西橋

1,709.3kg/日○○東橋

15.0×104,212＝1,563.1kg/日

○○

○○川

2.0×16.92×86.4＝2,923.8kg/日

Ｔ

Ｂ ○○川

浄化残率
0.912

2,666.5kg/日

低水流量
16.92 m3/s
1,527.1kg/日

下水処理場
1,280kg/日

6.1×0.39×86.4＝205.5kg/日

320kg/日流域○○4-1

1,250.6kg/日

浄化残率
0.977

Ｃ

○○川

200.8kg/日

低水流量
0.39 m3/s

流域
○○4-2

浄化残率
0.956

○○橋

305.9kg/日

合計
7,660.2kg/日

解析対象地点

下流水質
基準点

低水流量
38.74 m3/s
水質＝7,660.2／38.74／86.4＝2.3 mg/l

図－1 解析対象流域の河川最下流点における計算対象年度のＢＯＤ予測※86.4 は換算係数(86000[s]／1000[g/kg])
３．下水道接続に関する実態等についての調査
東京湾、伊勢湾、瀬戸内海、有明海、指定湖沼といった閉鎖性海域の流域に属し、かつ平成 12 年度～21 年
度の中で著しく下水道接続率が伸びていた年度を含む事例の 64 自治体について、平成 12 年度から平成 21 年度の下水道接続率と下水道処理人口普及率の関係を整理・分析した。

35

前述の 64 自治体について、平成 12 年度から平成 21 年度の下水道接続率と下水道処理人口普及率の関係を整理・分析した。なお、下水道接続率は、各年度の下水道統計((社)日本下水道協会)の水洗便所設置済み人口を処
理区域人口で割って求めることとした。
これらの事例を確認したところ、下水道処理人口普及率が順調に伸びている一方、下水道接続率が 80%前後で平行して推移する事例が多く見られた。以下に、そのような傾向が見られる A 自治体及び B 自治体のグラフを図－２に示す。このように、下水道処理人口普及率が上昇しているものの、接続率が 70～80％程度で平行推移している自治体が、64 自治体中 26 自治体あった。
100%
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%

接続率
普及率
H12

H13

H14

H15

H16

図－２

H17

H18

H19

H20

100%
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%

H21

接続率
普及率
H12

H13

H14

H15

H16

H17

H18

H19

H20

H21

下水道接続率等の推移(左：A 自治体、右：B 自治体)

また、90%以上もしくはそれに近い下水道接続率を示す自治体も見られたが、多くは、近年普及率が上昇していない自治体であった。そのような事例が 8 自治体においてみられた。図－３に、その事例として、C 自治体及び D 自治体のグラフを示す。高い接続率を示しているが、整備が進んでいないため、大きな水質改善効
果は望めない。
100%
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%

接続率
普及率
H12

H13

H14

H15

H16

図－３

H17

H18

H19

H20

100%
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%

接続率
普及率
H12

H21

H13

H14

H15

H16

H17

H18

H19

H20

H21

下水道接続率等の推移(左：C 自治体、右：D 自治体)

これらを総合すると、下水道接続率が 90～100%になるには、下水道整備が落ち着いてからいくらかの期間が掛かる傾向が見られたと考えられる。
また、自治体において、戸別訪問や説明会による PR 活動や早期接続者への奨励金等の対策を取っている事例があるが、さらなる対策が望まれる。
４．まとめ
本研究で得られた成果に含まれる知見については、今後、地方自治体において汚水処理施設の整備計画を策定
もしくは変更する際の検討材料として活用することが可能である。

36

5. 水質汚濁解析モデルの CommonMP 対応に関する調査

下水道研究室室

長 横田 敏宏

主任研究官 重村 浩之
研 究 官 橋本翼

１．はじめに
水環境保全のために都道府県が策定する流域別下水道整備総合計画(以下「流総計画」)では、その計画策定作業において放流先水域の水質汚濁解析を行うのが一般的であるが、その解析に用いるモデルについては、汎用的なモデルではなく、個々の流総計画で異なる解析モデルが構築されている。そのため、流総計画策定作業の効率化のためには、広く共通して活用される水質汚濁解析モデルの構築が有効と考えている。
国土交通省では、多様な水・物質循環解析ソフトウェアの間で活用できる汎用プラットフォーム「CommonMP」に対応可能なシミュレーションモデルとして、多くの流総計画で共通的に使用可能で、比較的簡易な水質汚濁解析モデルの構築作業を進めているので、その調査研究動向について報告する。
２．CommonMP とは
CommonMP とは、水理・水文・生態などの複合現象を解析するために、異なった機能を持つ要素モデルを統括的に稼働させるためのプラットフォームで、各種アプリケーションソフトを共有利用するための OS のような機能を持つ、モデルの構築や解析を実行できるツールである。現在、国土交通省等
により改良が進められている。今般、流総計画の概略的な見直し検討をより容易とするため、この CommonMP 上で稼働するシミュレーションモデル
として、流総計画に用いられる水質汚
濁解析モデルを構築することとした。
３．モデルの構成（１）水質汚濁解析モデルの解析対象範囲今回構築する水質汚濁解析モデルの解析対象範囲について、図-1 に示す。
まず、人口や土地利用条件といったフ
レームデータや各種汚濁負荷の原単位等を入力し、流域内の各ブロックや特定の排出源から排出される負荷量

解析対象範囲を計算する。排出された汚濁負荷は河川の自浄作用を受けながら流下する

図-1 水質汚濁解析モデルの解析対象範囲

37

と考え、対象河川の水質を計算する。
なお、対象としている水質項目は、基本的には BOD、COD、SS、T-N 及び T-P であるが、原単位等のデータがあれば、任意の物質について解析可能である。また、現状で解析可能な水域は、非感潮河川のみである。
（２）水質汚濁解析モデルの構成
水質汚濁解析モデルは、入力データ要素モデルと排出負荷量計算要素モデルから成る。表-1 に、水質汚濁解析
モデルを構成する要素モデルのデータシートの一覧を示す。表中の番号 1～11 の要素モデルが、水質汚濁解析モ
デルを構成する要素モデルである。番号 1～3 が河川諸元や水質環境基準等の河川関連パラメータの入力データ要素モデル、番号 4～8 が流域人口や汚濁原単位等の排出負荷量計算のための入力データ要素モデル、番号 9 及び 10が排出負荷量計算要素モデル、番号 11 が工場や処理場等の大規模点源からの汚濁負荷量に関する入力データ要素
モデルである。これらの要素モデルのデータシートに入力されたデータや計算された排出負荷量を用いて河川水質等を計算した結果が、番号 12 の解析結果のシートに表示されることとなる。入力データについては、いずれも標準的な流総計画で入力するデータである。また、将来的な GIS 対応を考慮して、環境基準点(水質基点)や流域ブロックの重心、汚水処理施設や工場等といった大規模点源については、その地点の X 座標と Y 座標の値を入力することが可能となっている。
表-1 要素モデルのデータシート構成番号1

3

ブロックデータ

4-1

ブロック別フレーム(工業以外)

内容
水質基点名、代表水質、地点の座標
河川のネットワーク情報(流下順等)、区間
距離、流量、流速、自浄係数等
流域ブロック、流下先水質基点、水質基点からの距離、座標等
人口、家畜頭数、土地利用面積等

4-2

市町村別フレーム(工業以外)

人口、家畜頭数、土地利用面積等

5-1

ブロック別フレーム(工業)

工業出荷額(大規模以外)

5-2

市町村別フレーム(工業)

工業出荷額(大規模以外)

発生原単位(工業以外)

水量、BOD、COD、SS、T-N、T-P、任意(X)

排出原単位(工業以外)

水量、BOD、COD、SS、T-N、T-P、任意(X)

除去率等
発生・排出原単位(工業)BOD、COD、SS、T-N、T-P、任意(X)
水量、BOD、COD、SS、T-N、T-P、任意(X)9

ブロック別排出負荷

BOD、COD、SS、T-N、T-P、任意(X)10

市町村別発生負荷

BOD、COD、SS、T-N、T-P、任意(X)

点源負荷

BOD、COD、SS、T-N、T-P、任意(X)

入力データ要素モデル

BOD、COD、SS、T-N、T-P、任意(X)

解析結果：1、2、9、11 から計
算

2

項目
水質基点
河川パラメ
ータ

6-1
6-2
7
8

排出負荷パ
ラメータ

11

点源負荷パ
ラメータ

12

解析結果

河川データ

備考
入力データ要素モデル
入力データ要素モデル
入力データ要素モデル
入力データ要素モデル
入力データ要素モデル（4-1 から自動計算も可能）
入力データ要素モデル
入力データ要素モデル（5-1 から自動計算も可能）
入力データ要素モデル
入力データ要素モデル（6-1、7から自動計算も可能）
入力データ要素モデル
入力データ要素モデル
排出負荷量計算要素モデル：
4-1、5-1、6-2、8 から計算（CSV
読込も可能）
排出負荷量計算要素モデル：
4-2、5-2、6-2、8 から計算（CSV
読込も可能）

図-2 に CommonMP 上で入力する要素モデルの選定画面を示す。これにより、入力したい要素モデルを選んでデー
タ入力をすることとなる。ここで、下部の水質項目選択ボタンで計算対象とする水質項目を選択できる。
図-3 及び図-4 に、CommonMP 上での要素モデルのデータ入力画面の一例を示す。入力データについては、CSV 形式で構築したデータを読み込んでの入力を基本とするが、ブロック別フレームを基に市町村別フレームごとの自動集計を行う等の機能も追加している。入力データとしては、河川関連パラメータでは、河川名、環境基準点の位置(最下流点等からの距離)、環境基準点における環境基準値や過去の水質データ、河川流量、流速、自浄係数等である。排出負荷関連のパラメータとしては、生活系、営業系、畜産系、工業系、面源系等の汚濁負荷原単位、
生活系及び畜産系の汚濁負荷除去率、流域ブロック別の人口、汚水処理施設別人口、家畜頭数、土地利用種

38

図-2 入力する要素モデルの選定画面

図-3 要素モデルの入力画面の一例（河川諸元データ入力）

別面積、工業種別出荷額、大規模点源における排出負荷量等である。排出負荷量については、CommonMP 上での計算が可能であるが、事前に計算された排出負荷量の CSV ファイルを読み込むことで入力することも可能である。
４．水質汚濁解析モデルによる解析結果の表示（１）解析結果の表示
水質汚濁解析モデルによる解析結果

図-4 要素モデルの入力画面の一例（汚濁負荷量原単位入力）のデータ一覧を示す CommonMP 上の画面を図-5 に示す。河川の流下方向について、
0.1km おきに、計算した河川水中の汚濁
負荷量(流出負荷量)と解析により予測した水質(解析水質)が表示される。また、流域ブロックおよび大規模点源からの汚濁負荷量のうち、河川水中に届いた量(流達負荷量)についても併せて表示されている。
（２）河川水質のグラフ表示
計算された河川水質のグラフ表示画
面を図-6 及び図-7 に示す。図-6 は色別

図-5 解析結果の計算結果一覧のグラデーション表示であり、3 種類のデータを選択できる。図-6 においては、左より、環境基準、過去の測定水質(代表水質)、解析により予測された水質(解析水質)を示している。表示される数値の範囲は右側のボックスで任意に変更可能である。図-7 は環境基
準を点線表示で、代表水質をプロット表示で、解析水質を実線で示している。グラフ表示については、線表示と39

プロット表示を選択でき、色や線種、プロットの形も指定できる。また、各データを個々のグラフとして別々の座標平面に表示することも可能である。
なお、図中の解析水質については、
基準年次における水質を計算しているため、解析水質と代表水質の数値がある程度一致する必要がある。そのためのキャリブレーションの一例として、自浄係数を調整して、解析水質の値を代表水質に合わせる方法が挙げ

図-6 河川水質の解析結果のグラデーション表示られる。下流側の水質基点における汚濁負荷量は、上流側の浄化作用による影響を受けるため、上流側の水質基点から順番に自浄係数の調整を行うと、効率的にキャリブレーションを行う
ことが可能である。
５．今後の活用について
本解析モデルは、流総計画における水質汚濁解析モデルとして、人口減少
等人口フレームが変動した場合、将来的に下水処理場に高度処理を導入する場合や複数の下水処理場を統廃合

図-7 河川水質の代表水質と解析水質の比較する場合、面源負荷対策により面源の汚濁負荷原単位が減少する場合等について活用すれば、自治体職員が直営で比較的簡単に流出負荷量等について解析することが可能であり、また、流総計画策定時以外にも、下水処理場が地震等で被災して処理レベルが低下した場合における周辺河川への影響検討等、様々な場面での活用が可能と考えている。
６．おわりに今回、CommonMP 上で活用可能な水質汚濁解析モデルの開発動向について説明した。今後は、モデルとなる自治体で本モデルを試行的に活用し、必要な修正を施した上で、将来、一般公開したいと考えている。

40

6. 下水道クイックプロジェクトの推進に関する調査
下水道研究室室

下水処理研究室長 横田 敏宏

主任研究官 深谷渉

研 究 員 松橋学

室

長 小越眞佐司

主任研究官 小川 文章
１．はじめに2010 年度末（平成 23 年 3 月 31 日現在）の下水道処理人口普及率は約 75％となっているものの、下水道計画区域にありながら未だに下水道が整備されていない、いわゆる下水道未普及人口は約 2000 万人に上る。また、人口減少や高齢化の進展、厳しい財政事情など、整備・改築を進めていく上での難しい問題を抱えている地方公共団
体も多い。こうした状況を踏まえ国土交通省が主導する「下水道クイックプロジェクト」（以下、「ＱＰ」という。
）
では、「早く、安く、機動的に」を合言葉に、地域特性を踏まえた新たな整備・改築手法の導入を進めるべく、複数のモデル都市において新技術の試験的な施工による社会実験を実施している。2011 年 3 月迄に 7 技術が提案され、社会実験の事業採択自治体は 14 市町村に上る（表－1 参照）。
表－1 事業採択を受けたモデル市町村と採用技術

●

簡易被覆

●

側溝活用

●

改良型伏越しの連続採用●

道路線形に合わせた施工●●

発生土の管きょ基礎への利用
流動化処理土の管きょ施工への利用
工場製作型極小規模処理施設（膜分
離型（ＰＭＢＲ））
工場製作型極小規模処理施設（接触
酸化・膜分離型）

鹿児島県日置市

熊本県宇城市

熊本県益城町岡山県岡山市●

愛知県半田市●

愛知県岡崎市

東京都檜原村●静岡県浜松市

福島県会津坂下町

クイック配管

岩手県二戸市

北海道安平町

北海道標茶町

北海道遠軽町

北海道苫前町

露出配管

●

●
●

●

●
●
●
●

●

●

●

ＱＰでは、新たな技術を提案した地方公共団体が、実施設を利用した社会実験を実施する。社会実験では、様々な観点から提案技術の性能評価を行い、より多くの公共団体において提案された技術の採用が可能になるように問題点の整理及び改良を行うこととなっている。
国土技術政策総合研究所（以下、「国総研」という。
）では、社会実験を実施する地方公共団体が円滑に実験を進められるよう、平成 19 年度より性能評価項目や評価手法の提案・助言などの技術的支援を行っている。また、
現在提案されている技術以外の技術についても、随時、事前相談に応じている。平成 20 年度には、各自治体が実施する社会実験における評価検証方法を取りまとめた「社会実験検証のすすめ方（案）」をＱＰのホームページで41公表し、技術を補完する調査研究として、露出配管における凍結現象に関する検討、曲管採用時における TV カメ
ラ機材の作業性に関する実験、改良型伏越しにおける汚物堆積状況実態調査、流体解析シミュレーションによる水理解析を実施した。平成 21 年度には、社会実験終了技術の技術評価並びに技術利用ガイドの作成及び公開、技術を補完する調査研究として露出配管の耐久性試験を実施した。
平成 22 年度においても技術的支援を行うとともに、社会実験終了技術の技術評価並びに技術利用ガイドを作成
及び公開し、技術を補完する調査研究として顕微鏡観察・分子量分析による露出配管の紫外線影響評価、改良型
伏越しのフラッシュによる清掃効果の検証を実施した。
平成 23 年度は、継続的に技術的支援を行い、クイック配管（露出配管及び側溝活用型）の技術評価並びに技術利用ガイドを作成及び公開した。また、工場製作型極小規模処理施設について、一部のモデル都市で供用開始されていることから、初期対応時の留意点をまとめるべく一次評価を実施した。
以下に、平成 23 年度末現在の事業進捗状況、委員会開催状況、技術評価等について取りまとめる。
２．平成 23 年度の活動内容（１）平成 23 年度末現在のモデル市町村進捗状況
平成 23 年度末現在の 14 のモデル市町村における社会実験の進捗は表－2 の通りである。国総研では、社会実験の検証項目及び検証内容を提案するとともに、社会実験を実施する市町村への技術的助言及び総合的な技術評価を行っている。
表－2 モデル市町村の進捗状況（平成 23 年度末現在）
事業採択市町村

現在の進捗

事業採択市町村

現在の進捗

北海道苫前町
北海道遠軽町
北海道標茶町
北海道安平町
岩手県二戸市
福島県会津坂下町
東京都檜原村

性能評価中
性能評価中
施工中
施工中
性能評価中
性能評価終了
性能評価終了静岡県浜松市
愛知県岡崎市
愛知県半田市
岡山県岡山市
熊本県益城町熊本県宇城市
鹿児島県日置市

性能評価終了
性能評価終了
性能評価終了施工完了
性能評価終了
性能評価終了
性能評価終了※各自治体で複数地区・複数技術が採択されている場合は、最も進捗している地区（路線）・技術の状況を記述している。

（２）下水道クイックプロジェクト推進委員会
平成 24 年 1 月及び平成 24 年 3 月に下水道クイックプロジェクト推進委員会が開催され、以下の報告を行った。
「クイック配管（露出配管・簡易被覆）」技術について、平成 22 年度末委員会において一般技術への移行の承諾を得たことから、技術の一層の普及と適切な利用（品質の確保）を図るために、採用時の手引き書となるべく、設計及び施工時の留意点を取りまとめた「下水道クイックプロジェクト技術利用ガイド（案）」を作成し、12 月
28 日付けで QP ホームページにて公開したことを報告した。
また、「クイック配管」のうち側溝活用型については、二戸市における社会実験検証を終えたことから、技術評価を行い、適用条件並びに設計・施工上の留意点を技術評価書としてとりまとめ、委員会において報告し、一般技術への移行の承諾を得た。このためクイック配管（露出配管・簡易被覆）の技術利用ガイドに側溝活用型を追記して公表することとした。技術利用ガイド等の作成状況を表－3 に示す。
「工場製作型極小規模処理施設（接触酸化型・膜分離型）」、「工場製作型極小規模処理施設（膜分離型（PMBR））」
については、苫前町（接触酸化型）及び二戸市（PMBR）において供用開始されているが、技術評価可能な流入量（能力の 1/2 以上）に達していないことから、初期対応の留意点をとりまとめることを目的に、低流量時の放流水質に関する一次評価を実施し報告した。

42

表－3 技術利用ガイド等の作成状況
社会実験検証の進め方

技術評価書

技術利用ガイド

公表済み

公表済み

公表済み

改良型伏越しの連続採用

公表済み

公表済み

公表済み

道路線形に合わせた施工

公表済み

公表済み

公表済み

発生土の管きょ基礎への利用

公表済み

公表済み

公表済み

流動化処理土の管きょ施工への利用

公表済み

公表済み

公表済み

極小規模処理施設（ＰＭＢＲ）

公表済み

社会実験中

社会実験中

工場製作型極小規模処理施設（接触酸化・膜分離型）

公表済み

社会実験中

社会実験中

露出配管
クイック配管

簡易被覆
側溝活用（平成 24 年 4 月末時点）（３）社会実験検証結果
１）工場製作型極小規模処理施設（接触酸化型・膜分離型）
本技術は、人口減少により不要となった場合も他地区への転用を可能としつつ、コストの縮減、工期の短縮を図ることを目的に、市販の工場製作型の処理施設（図－1 参照）を、下水処理施設として活用することとし、小規模施設として実績のある、
接触酸化法及び膜分離型を下水道に採用することを想定している。
平成 23 年度末現在、
北海道苫前町、北海道遠軽町、北海道安平町（以上３町は接触酸化型）、北海道標茶町（膜分離型）で社会実験が実施されている。

図－1 工場製作型極小規模処理施設（接触酸化型）イメージ図

写真－1 接触酸化型（北海道安平町）

写真－2 膜分離型（北海道標茶町）

43

ここでは供用開始直後に発生する事態・状況を把握するために、現段階で検証可能な項目（建設コスト、建設
工期、処理性能、法令遵守、生活環境改善効果、住民参画）について検証を行った。社会実験における検証結果
は下記の通りである。なお、検証の実施主体は自治体であり、国総研は自治体データの総括及び評価を担った。
①建設コスト（検証対象：苫前町、遠軽町、安平町、標茶町）
建設コストの削減効果を確認した。検証の結果、ユニット化（パッケージ設備の導入）に伴い、処理施設工（土工、本体工）が大幅に減少するため、従来工法に比べて建設コストの縮減が可能となった（接触酸化型・膜分離
型：最大 49%縮減）。
②建設工期（苫前町、遠軽町、安平町、標茶町）
採用工法による工期の短縮効果を確認した。検証の結果、ユニット化（パッケージ設備の導入）に伴い、建設工期が短縮された（接触酸化型・膜分離型：最大 75%短縮）。
③処理性能（苫前町）
初期対応の一次評価として所要の処理水質が確保されているかを確認した。検証の結果、処理水質の最大値が設計水質を満足していることを確認した（表－4）。
表－4 処理水質の実績値と計画値（苫前町データ）
水質項目

接触酸化型
実績値

計画値

BOD（㎎/ℓ）13

15

SS（㎎/ℓ）2840④その他法令遵守（苫前町）
当該処理施設に適用される法令及び規制を満足しているかを確認した。検証の結果、当該処理施設では各種法令の対象基準外であるため、特に問題はなかった。しかし、臭気については独自に基準を設けており、汚泥引き
抜き時における敷地境界での硫化水素濃度がわずかながら目標値を上回る事例があった。
⑤技術導入による生活環境改善効果（苫前町）
生活環境や水質改善に効果があることを確認した。検証の結果、平成 23 年 12 月末現在までに、1 戸の合併浄化槽、3 戸の単独浄化槽及び 93 戸の汲取り式便所が、公共下水道に切り替わることで、雑排水の放流が減少し、衛生的な生活を営むことが可能となった。
⑥住民参画（苫前町）
建設と維持管理の円滑な実施のため、住民参画に対する取り組みを確認した。住民説明会を実施し、住民向けのパトライト故障通報システムを採用することにより、住民の協力による不具合の発見・対応を行うことが可能となった。しかし、パトライト点灯から通報までの時間が長いことから（2 時間半）
、通報までの時間短縮のために、住民への啓発が必要と判断される。
２）極小規模処理施設（PMBR）
本技術は、良好な水質を得られる MBR について、工場での製作が可能なようにパッケージ化を図ることで（図－2 参照）、
人口減少により施設が不要となった場合の他地区への転用や、コストの縮減、工期の短縮を図ろうとするものである。本技術
は、岩手県二戸市で採用されており、平成 23 年 4 月に供用開始されている。
写真－3 ＰＭＢＲ外観（二戸市）

44

図－2 極小規模処理施設（ＰＭＢＲ）イメージ図
ここでは供用開始直後において発生する事態・状況を把握するために、現段階で検証可能な項目（建設コスト、
建設工期、処理性能）について検証を行った。社会実験における検証結果は下記の通りである。なお、検証の実
施主体は自治体であり、国総研は自治体データの総括及び評価を担った。
①建設コスト
建設コストの削減効果を確認した。検証の結果、処理施設工（本体工）が大幅に減少するため、従来工法に比べて建設コストの縮減が可能となった（19%縮減）。
②建設工期
採用工法による工期の短縮効果を確認した。検証の結果、処理施設工（本体工）が大幅に減少するため、建設工期が短縮された（23%短縮）。

表－5 処理水質の実績値と計画値③処理性能
初期対応の一次評価として所要の処理水質が確保されているかを確認した。検証の結果、処理水質の最大値が設計水質を満足していることを確認した（表－5 参照）。

水質項目

PMBR
実績値

計画値

BOD（㎎/ℓ）

1.6

15SS（㎎/ℓ）

1.0 未満30

３）クイック配管（側溝活用型）
管きょの多くは地中に埋設されているが、道路より低い位置に住居がある場合には、ポンプ設備を新たに設けたり、本管を深く埋設したりする必要があることからコストが割高になる。このため QP では、民地や水路空間、側溝等を利用して、管きょを地上に配管する方法（クイック配管）について検証を実施している。
本技術は、クイック配管の内、側溝のスペース（余裕）を活用して配管するものであり、岩手県二戸市で全長 75ｍが布設されている。平成 23 年度内での一般
写真－4 側溝活用型クイック配管（二戸市）化を目指し社会実験による検証を進め、平成 23 年度第2 回委員会で一般化の審議がなされた。以下に、社会実験結果を述べる。なお、検証の実施主体は自治体であり、国総研は自治体データの総括及び評価を担った。
①建設コスト
建設コストの削減効果を確認した。検証の結果、土工・マンホール工の削減とともに、排水設備費用の大幅な45

削減により、12％のコスト縮減効果が確認できた。
②維持管理コスト
維持管理コストへの影響については、恒常的な点検や清掃コストは埋設管きょと同程度であり、維持管理コス
トの増大はないと考えられた。ただし今回の社会実験路線の場合、一部家屋の下水をクイック配管によりバイパ
ス的に収集していることから、結果的に路線延長が従来工法よりも長くなっている。
③管接合部の水密性（水没する場合）
側溝活用における管接合部の水密性を確認した結果、水面下への配管においても漏水は認められず、管接合部の水密性は確保されていた。
④管のたわみ（水没する場合）
側溝活用における側溝通水時の管への浮力影響の有無を確認した結果、側溝が満水時においても管のたわみは認められず、浮力による影響はなかった。
⑤流下状況
寒冷気候による下水の凍結の有無については、下水管が常時、流水に接しており、下水の凍結は生じないと考
えられた。
⑥建設工期
工期の短縮効果を確認した結果、土工・マンホール工が大幅に削減されるため、建設工期は約 33％短縮された。
⑦側溝への影響
側溝の流下状況への影響及び維持管理性への影響を確認した。検証の結果、側溝の必要流水断面が確保できており、また、維持管理に支障は生じないと判断される。
（４）社会実験都市への技術支援
社会実験参加都市に対する技術支援を継続的に実施した。平成 23 年度は、8 月にクイック配管を施工済みの東
京都檜原村を訪問し、施工後の状況について現地調査を行い、機能上の問題がないことを確認した、同月、二戸市におけるクイック配管の社会実験検証に同行し、検証方法の指導及び現地調査を実施した。
12 月には、北海道安平町を訪問し、社会実験における検証の進め方について協議するとともに、処理場建設地
及び処理区域の現地調査を実施した。
平成 24 年 2 月には、クイック配管を施工済みの熊本県益城町における管伸縮にともなう管ズレにについて現地調査を実施するとともに、補修方法の現地指導を実施した。
５．おわりに
平成 24 年度以降も、実施設を利用した性能評価が継続して実施されることから、技術的サポートをより充実させ実施していきたい。また、既に社会実験を終え数年を経過した技術に関して、施工後の状況を把握し必要なフォローを行う予定である。
（参考文献）
１）下水道社会実験ホームページ：http://www.mlit.go.jp/crd/sewerage/mifukyu/index.htm

46

7.

地球温暖化対策としての下水処理水再利用の定量的効果に関する検討
下水処理研究室 室 長 小越 眞佐司

1.

研究官

宮本 綾子

研究官

西村 峻介

はじめに
「下水処理水の再利用のあり方を考える懇談会」（国土交通省設置）の報告書 1)（「新たな社会的意義を踏まえた再生水利用の促進に向けて」、平成 21 年 4 月）では、再生水利用による CO2 削減効果の定量化により、再生水利用の地球温暖化対策としての効果を評価することの必要性が提示された。また、地球温暖化適応策として今後再生水の利用拡大が展望される農業用水や地下水涵養について、再生水量・水質の管理方策を確立することが求められる。
平成 23 年度は、再生水を利用した地下水涵養が地下水に与える影響を評価する指標を検討するため、再生水の農業用水利用と地下水涵養を行っている香川県多度津町において対象地域内の井戸等の調査を引き続
き行った。
2.

多度津町における下水処理水および地下水水質調査(1) 調査の概要
香川県多度津町では、金倉川流域下水道の処理水を町の水環境処理施設（図中 a）で高度処理した親水用水（活性炭＋塩素処理）を用いて、地下水位低下の解消を目的として、図中の 2 つの親水公園より通年に渡って地下水涵養が行われている。水量は高水親水公園から 2,000m3/日、深見
親水公園から 450m3/日となっている。これらの親水公園からの涵養は平成 16 年に開始され、高水親水公園からの涵
養は平成 23 年 3 月から中断している。また、夏期の灌漑期には農業用水の安定供給のため、再生水が農業用ため池（図中 c）に送水されている。本調査の目的は再生水の地下への浸透が地下水（主として浅層地下水）の水質に与える影響を評価する方法について検討することである。
サンプリングは、図 1 に示した多度津町内に分布する浅井戸を中心に実施した。また、図 1 の L では、伏流水がこの地域の伏流水となっていると考えられる金倉川河川水をサンプリングした。採取したサンプルは現地で水温、pH、外観を測定した。その後、一般細菌、SS、BOD、PO4-P、T-P、
NH4-N、NO2-N、NOx－N、T-N、EC、濁度、Cl- の分析を行った。以上の項目に加えて、地下浸透後の再生水のトレーサ
ーとなりうる項目として、微量化学物質（カフェイン、カ47

図1

調査対象の位置図

ルバマゼピン、クロタミトン）と窒素同位対比の分析を行った。対象とした微量化学物質は人由来で農業排水には含まれず、疎水性が低いため土壌への吸着が少なく、ng/L のオーダーでは人体や生物への毒性は低いとされている。また、窒素同位体比（δ 15N）は発生源により異なった値を示すことが分かっており、硝酸態窒素のδ 15N は、化学肥料・降水由来は低い値を、人し尿・家畜糞尿で高い値を、下水処理水はその中間範囲を示すことが報告されている。たとえば大和田ら 2)によると、下水処理水で 8～15‰、降水で－8～2‰、化学肥料で－7.4～6‰、家畜糞尿で 10～22‰程度である。以上のことから、これらの項目は再生水による地下水環境への影響範囲を知るための評価指標となりうると考えられる。
再生水および浅井戸等の水質の調査は平成 21 年度より実施しているが、今年度は高水親水公園からの涵養が停止された平成 23 年 3 月以降の平成 23 年 9 月（灌漑期）および 12 月（非潅漑期）に調査を実施した。
(2)結果
1) NOx-N（硝酸態窒素および亜硝酸態窒素）
地下水の涵養に利用されている親水用水の NOx-N 含有量は全調査期間を通じて 4.5～8.2ppm、金倉川の河川水では 0.5～3.0ppm であった。浅井戸 d～k では 3.5～7.0ppm と河川水に比較して全体的に高い値を示したが、涵養池からの距離との明確な相関はみられなかった。既往の調査 3)より地下水の流動方向はおおむ
ね図 1 に示した矢印の方向であると推測されるが、下流ほど NOx-N 濃度が高くなる傾向があった。なお、
水道水質基準では硝酸態窒素と亜硝酸態窒素の合計が 10mg/L 以下とされているが、今回調査した試料はいずれもこの基準を下回っていた。
2)窒素同位体比
本調査でのδ15N 分析結果のうち、親水用水、涵養池周辺の浅井戸、および金倉川河川水の測定結果を図2 に示す。涵養池下流側の浅井戸 h、i、j で他の浅井戸より高い 10‰前後となり再生水の影響が示唆された。
一方、金倉川河川水も h、i、j 以外の浅井戸よりδ15N が高い 10.4‰という結果であった。金倉川は多度津
町より 15km 程度東南のまんのう町に端を発し、満濃池導水路（土器川より導水）と合流した後、満濃池を経て多度津町に至る。この金倉川最上流部および、満濃池より 2km 程度下流側の金倉川河川水についても
δ15N を測定した。この結果、前者は 2.8‰、後者は 7.6‰となっており、土器川あるいは満濃池周辺からのし尿を含む排水、あるいは畜産排水等の流入がある可能性が示された。
高水親水公園付近の浅井戸 f、h、i、j のδ15N の経時変化をグラフにしたのが図 3 である。浅井戸 j、h では平成 22 年 9 月の調査から低下傾向にあるが、浅井戸 i では平成 23 年 12 月の調査の際に NOx-N 濃度が親水用水よりわずかに高くなっていたのと同時にδ15N も 17‰と高い値を示しており、傾向が異なっている。

25

H21.9

H22.1

H22.9

H22.9

H23.9

H23.1220f
窒素同位対比（‰）

20

窒素同位体比(‰)

h

i

j

16

15
10

12
8

涵養停止

4

5
0
H21.9

0
a

c-2

d

e

f

g

h

i

図2

窒素同位対比測定結果

j

k

H22.9

H23.9

L

図 3 涵養池周辺浅井戸の窒素同位体比
経時変化

48

30

f

90

i

j

70
60

H21.9

H21.12

H22.9

H22.9

H23.9

H23.12濃度(ng/L)

25

80
カルバマゼピン濃度(ng/L)

h

50
40

20
15
10

涵養停止

30
20

5

10

0
H21.9

0
a

c-2

d

e

f

g

h

i

j

k

H22.9

H23.9

l

図 5 涵養池周辺浅井戸のカルバマゼピン
図4

カルバマゼピン濃度測定結果

濃度経時変化※千代池(c-2)では窒素同位対比、カフェイン、カルバマゼピンともに平成 22 年 9 月、12 月、平成 23 年 9 月のみ測定を実施。f では平成 23 年度のみ窒素同位対比の測定を実施。

図6

カフェイン濃度測定結果

このことから、浅井戸 i は再生水による地下水涵養だけでなく、し尿を含む何らかの排出源の影響を受けている可能性が示唆された。
3)微量化学物質
親水用水、涵養池周辺の浅井戸、および金倉川河川水中のカルバマゼピン測定結果を図 4 に示す。カルバマ
ゼピンは親水用水の他、涵養地点下流の h、i、j の 3 つの浅井戸で比較的高い値を示した。なお、千代池の入り口から出口の 3 カ所で測定した濃度はほぼ一定で、環境中で分解されにくいことが示唆された。クロタ
ミトンは親水用水と千代池では検出されたものの、千代池流出地点では流入地点の 2/3 程度まで減少し、浅井戸では定量下限値以下であったことから、カルバマゼピンと比較して環境中での分解性が高い、あるいは土壌へ吸着されたことが示された。再生水の影響範囲については、他の浅井戸より比較的高濃度のカルバマ
ゼピンが検出されδ15N も高い浅井戸は、涵養池の地下水流下方向約 900m 以内の範囲にあった。一方で涵
養池からほぼ同じ距離にある別の浅井戸 g では微量化学物質濃度が検出限界以下となった。このことから、再生水は地下水の流下方向に伝播しており、直角方向への拡散は極めて遅い可能性が考えられる。
また、3 年間のカルバマゼピンの測定結果を比較すると平成 23 年に涵養地点から地下水流動方向の地点
での濃度が過年度に比べて低下している（図 5）。これは、高水親水公園での地下水涵養が停止したことの影響とみられる。親水用水、涵養池周辺の浅井戸、および金倉川河川水中のカフェインの濃度を測定した結果、涵養水源となっている親水用水中での濃度が定量下限値以下である一方、河川水や、別途調査した深井
戸からは検出された（図 6）。このことから、再生水以外にカフェインの流入源がある可能性があり、地下49

水中の再生水の影響をみるための指標とすることは難しいと考えられる。
以上より、今回調査対象とした微量化学物質の中では、カルバマゼピンが最も地下水への再生水の影響を評価するための指標として適していた。δ15N 単独の結果では再生水とし尿あるいは畜産排水等の影響と判別しにくいが、カルバマゼピン等と併せて行うことでより正確な評価を行うことができると考えられる。
4. まとめ香川県多度津町において、地下水涵養池周辺の井戸及び農業用ため池等の水質分析を行い、再生水の地下浸
透が地下水質に与える影響を評価するための手法について検討を行ったところ、以下の結果を得た。
・浅井戸から採取した地下水の硝酸態窒素濃度は、河川水より高かったものの、涵養池からの距離とは明確な関連がみられなかった。全てのサンプルで硝酸態窒素濃度は水道水質基準以下であった。
・δ15N、カルバマゼピンの測定結果から、涵養池より地下水流方向下流側約 900m までの範囲には上流側より高い値となる観測地点があり、再生水の影響である可能性が考えられた。
・本調査の測定項目の中では、再生水の地下浸透による地下水への影響を評価する指標としてはδ 15N とカ
ルバマゼピンが最適と考えられた。
参考文献
1)
国土交通省 HP、下水処理水の再利用のあり方を考える懇談会「報告書新たな社会的意義を踏まえた
再生水利用の促進に向けて」、平成 21 年 4 月、http://www.mlit.go.jp/common/000037487.pdf
2)
大和田茂人、高津有美、福田行剛、山竹定雄 (2003) 硝酸性窒素発生源における窒素安定同位対比の特性、平成 15 年度愛媛県衛環研年報、p.46-49
3)
濱崎修、大八木豊、辻倉裕喜、河原能久、丸亀平野における水循環系の調査と解析、水工論文集第 50
巻、2006 年 2 月、p265-270

50

8. 膜処理技術適用型施設における維持管理の基準化
下水道研究部

下水処理研究室 9 .室

長

小越

眞佐司

研

究

官

西村

峻介

研

究

官

藤井

都弥子

部外研究員

井口

斉

１．はじめに
従来から行われている活性汚泥を用いた下水処理方法（以下、「従来法」という。）では、最終沈殿池やろ過池が下水中の浮遊物質を除去するための固液分離機能を担っているが、膜を利用してその機能を代替する膜分離活性汚泥法（以下、「MBR」という。）が、国内外で注目されている。MBR では、最終沈殿池が不要になることや生物反応タンク内の MLSS を高濃度で運転できるために必要な反応時間を短くすることができることなどから、施設がコンパクトになり、さらには膜の孔径より大きいクリプトスポリジウム等の病原微生物が除去できるため、衛生学的な安全性が高い処理水が得られる利点がある。また、窒素・りん等の富栄養化原因物質の除去に関しても、硝化・脱窒工程の導入や凝集剤の併用により容易に対応できる。我が国の閉鎖性水域では関連負荷の多くを排出する下水道整備済みの中大規模都市において、下水処理場の拡張用地確保が難しいことや改築費用が膨大であることなどから、栄養塩類排出負荷量削減が諸外国に比べ遅れている。これら中大規模下水処理場の多くは 1970 年代以降に集中的に整備されたものであるため、今後相次いで更新時期を迎えることになる。この機会に高度処理化が図られなければ、閉鎖性水域における水質基準未達成の状況は更に長期化することが懸念されている。そのため、既存施設の大幅な増改築を伴わずに処理能力の増大や高度処理化が可能となる MBR を促進することが望ましいと考えられる。そこで、国土交通省では MBR の優位性や先進性を広く下水道管理者等に認識させ、MBR の導入検討時の参考資料として活用可能となる「下水道への膜処理技術導入のためのガイドライン[第 2 版]」を発刊し、普及促進を図っているところである。一方、施設管理においては、日常の運転管理を自動制御できる部分が多いため、遠隔管理による無人化や小規模施設では週に数回の巡回による管理が可能であるなど、省力化を図ることができる。
他方、膜表面の目詰まりを防止するために常時曝気を行う必要があることから相当の電力が必要となる。また、曝気だけでは防除できない膜面付着物や膜内部の汚れにより膜の透過性能が低下した場合には、定期的な薬品による洗浄や、膜を生物反応タンクから引き上げて付着物等の除去作業を行う必要がある。これらの作業は、一部自動化されている部分があるものの、相応の労力が必要になるため、MBR の運転管理においては、電力消費量の低減及び膜洗浄の効率化・省力化が大きな課題となっている。また、過年度調査結果 1)
より、薬品による膜洗浄後に、一時的な処理水質の悪化が生じる場合のあることが確認されている。
そこで、本調査では、洗浄後に処理水質の一時的な悪化が確認された実施設において、洗浄方法に関する聞き取り調査及び洗浄前後における水質分析等の現地調査を行い、MBR 維持管理の主たる作業である膜の洗浄方法について検討を行った。
２．H23 調査内容
（１）目的
MBR 施設では、生物反応タンク内に膜を設置した状態のまま次亜塩素酸ナトリウム等の薬液をろ過水側から注入し、膜洗浄を行うインライン洗浄を定期的に行い、膜の透過機能を回復させる手法が広く採用

51

されている。しかしながら、インライン洗浄では生物反応タンク内に膜面から薬液が染み出すことや洗浄廃液を処理場の流入部へ送水していることなどから、塩素により活性汚泥が死滅し、細胞膜内容物の流出や活性汚泥の機能低下などを引き起こし、処理水質に影響を与えることが確認されている。
この薬品洗浄影響については、洗浄の方法によっては、処理水質への影響が確認されない処理場があることから、これまでに影響の確認された実 MBR 施設を対象に、インライン洗浄前後の生物活性への影響を把握するため酸素利用速度試験及び水質変動調査を行った。
（２）調査対象施設
インライン洗浄方法は、各処理場が採用している分離膜の種類により異なる。対象施設である A 処理
場では、有機系平膜を採用しており、インライン洗浄頻度は数か月に 1 度程度と頻度は低いが、1 回あたりの薬液濃度、注入量が比較的高い洗浄方法である。膜ユニットへの薬液の注入は薬液貯留タンクと膜ユ
ニットの水位差を利用し自然流下による注入を行っており、バルブ操作のみ必要となる。反応タンク内の膜ユニットは 2 段積みになっており、下段注入後に上段へ注入と順番に注入していることから、洗浄時
間、曝気停止時間も長くなっている。また、ろ過再開時には、膜内に残存している薬液を考慮し、1 時間
程度排液タンクへの排出を行ってからろ過水タンクへ送水を再開し、他系列の処理水と混合され放流されている。排液タンクに貯留された洗浄排液は、処理場流入部へ少量ずつ返流され処理されている。A 処理
場の洗浄方法の概要を表-1、洗浄フローを図-1 に示す。
表-1

対象施設の洗浄条件

対象処理場

A
次亜塩素酸ナトリウム

薬液の種類
次亜濃度

％

0.6

膜の種類

平膜

曝気停止時間
事前曝気時間（排液中を含む）

時間

3.0

時間

1.0

膜単位※あたり膜面積

m2/枚

0.8

膜面積あたり薬注量2L/m

膜面積あたり次亜量mg/L

約 12,000

L/g-SS

3.5

単位汚泥あたり次亜量g-次亜/g-SS

21

ッ

、

⇒

）

ろ
過
の
停
止

⇒

薬
液
調
整

30分

図-1

ト
へ
薬
液
注
入
30分

⇒

薬
液
調
整

30分

上
段
膜
ユ
ニ

ッ

下
段
膜
ユ
ニ

（

所要時間

23

MLSS

曝
気
⇒

g-次亜/m

単位汚泥あたり薬注量

処
理
S
T
A
R
T

3.75
2

⇒

ト
へ
薬
液
注
入
30分

⇒

静
置

60分

A 処理場のインライン洗浄フロー

52

⇒

曝
気
の
再
開
・
排
液

60分

⇒

E
N
D

計 約240分

（３）調査方法
酸素消費速度試験及び水質変動調査のための試料は、表-2 に示す時刻に採取した。
表-2
A処理場
時刻
洗浄1日前
洗浄当日
洗浄1日後
洗浄2日後

0

1

2

○
○
洗浄

3

4

5

6

薬液洗浄時間と試料採取時刻

7

○
○
○採水時刻

8

9

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23○○○ ○ ○ ○○○○○○

１）酸素利用速度試験
酸素利用速度試験は図-2 に示した装置で行った。装置に好気槽より採取した活性汚泥を投入し、攪拌と曝気により混合液中の DO を高めた後、曝気を停止し、曝気停止後の DO の変化をデータロガー
で連続的に記録し、その低下速度から酸素利用速度を算出した。

①

④

③

②

⑤

①エアポンブ②DO濃度計③攪拌機
④データロガー⑤恒温水槽

図-2

酸素利用速度試験装置

２）水質変動調査
洗浄前後及び洗浄中の水質変動把握のため、連続的な水質分析を行った。洗浄中は、膜ろ過が停止するため活性汚泥を採取後、遠心分離及びろ紙濾過の前処理を行うことで処理水として扱うこととした。
なお、洗浄を実施していない系列を対照系とし、同時刻に採水し、分析を行った。
また、薬液洗浄後に水質が悪化した場合、悪化の要因が薬液の影響によるものであるか、洗浄中の曝気停止によるものであるかを判別するため、薬液洗浄直前の好気槽内混合液を採取し、一定時間静置後の混合液を対象に、水質分析および酸素利用速度の測定をするバッチ実験を行った。静置時間は実施設の洗浄時間と同程度の 3.5 時間とした。

53

３．調査結果
A 処理場での調査期間中の水質分析結果を表-3 に示す。また、変動の大きかった溶解性生物化学的酸素要求量（S-BOD）、溶解性全リン（S-T-P）、アンモニア性窒素（NH4-N）、酸化態窒素(NOx-N)、酸素
利用速度係数（Kr）の変動の推移を図 3~7 に示す。
溶解性全有機炭素（S-TOC）、S-BOD は、洗浄終了直後（前曝気中）に急激に上昇した。これは、洗浄に用いられた薬液（次亜塩素酸ナトリウム）が膜周辺の活性汚泥に影響をおよぼし、細胞膜が破壊されて細胞の内容物が溶出したものが、運転再開前に実施する前曝気によって反応タンク全体に行き渡ったことが分析結果に表れたと考えられる。運転再開から S-TOC、S-BOD とも徐々に低下したが、約 12 時間後まで影響が残った。
S-T-P は薬液洗浄開始後、徐々に上昇し、前曝気時に急上昇した。洗浄後は徐々に低下していったが、約
18 時間後まで影響が残っていた。この影響については、バッチ実験結果（図-8）より、薬液による細胞膜
破壊で細胞内物質の溶出よりも、混合液の嫌気化による PO4-P の吐き出しが生じたことによる影響が大きいことが明らかとなった。
NH4-N は、前曝気中に濃度が上昇していることから、薬液の影響で活性汚泥から溶出したものと推測される。運転再開から約 18 時間後まで影響が残っており、有機物と比較して回復にかかる時間が長かった。
これは、運転再開当初は有機物濃度が高いことから、その酸化に時間がかかり、NH4-N の硝化に至らなかったと推測される。また、NOx-N は、他の水質項目とは異なり、前曝気時の濃度は薬液洗浄前と比較して低くなった。これは、洗浄中に溶存酸素濃度（DO）が一時的に低下し、混合液の嫌気化により脱窒が促進したためと考えられる。洗浄が終了して運転を再開した直後に、DO は洗浄前と同程度となり、酸化態窒素
は急速に増加して 3 時間程度で洗浄前の水準を超過した。対照系でも洗浄前より酸化態窒素濃度・アンモ
ニア性窒素濃度が増加しているため、流入水の窒素負荷増もあったと考えられる。6 時間後の酸化態窒素濃度は対照系の方が高く、どちらの系列でもアンモニア性窒素の残留があることから、洗浄系列の硝化能力は対照系より低下していたと考えられる。
酸素利用速度（Kr）は生物活性の低下により洗浄後に低下すると想定したが、結果はそれに反し、薬液洗浄直後に高くなった。これは、薬液洗浄直後に混合液ろ過水（処理水と扱う）の S-TOC、S-BOD、NH4N 濃度が高くなっていたことから、混合液中の有機物の酸化や NH4-N の硝化のために酸素が消費され、見かけの酸素利用速度が高くなったことによるものと考えられる。
表-3
項目

水質分析結果洗浄前

洗浄中

洗浄直後 12 時間

洗浄 12 後時間以降

DO

mg/L

4.5

3.8（1.6～6.1）

4.5（4.5～4.6）

4.7（4.4～5.0）

S-TOC

mg/L

4.8

11.9（6.3～23.1）

12.6（9.4～15.7）

6.9（6.2～7.7）

S-BOD

mg/L

0.7

3.0（0.8～6.7）

2.3（1.0～3.8）

1.0（0.6～1.3）

S-T-P

mg/L

0.27

1.59（0.33～3.31）

1.23（0.61～1.88）

0.21（0.14～0.29）

PO4-P

mg/L

0.17

2.71

1.29（0.47～2.06）

0.12（0.07～0.19）

NH4-N

mg/L

0.04

3.04

2.70（1.91～3.36）

0.07（0.02～0.17）

NOx-N

mg/L

6.0

1.5

6.7（3.9～8.6）

6.8（3.6～8.7）

Kr

kgO2/kgVSS/d

0.087

0.083

0.151
（0.142～0.158）

0.078（0.071～0.087）※平均（最小～最大）。検体数が 2 検体以下の場合は平均値のみ。前曝気は洗浄中に含む。

54

8

4
薬液洗浄系列薬液洗浄系列3

比較対照系列S-T-P (mg/L)

S-BOD (mg/L)

6

4

2

比較対照系列

2

1

0

0
洗浄
終了

図-3

終了
6時間後

終了
12時間後

洗浄
終了

終了
18時間後

S-BOD の推移

終了
6時間後

図-4

5

終了
18時間後

S-T-P の推移

12
薬液洗浄系列4

薬液洗浄系列10

比較対照系列NOx-N (mg/L)

NH4-N (mg/L)

終了
12時間後

3
2
1

比較対照系列

8
6
4
2
0

0
洗浄
終了

図-5

終了
6時間後

終了
12時間後

洗浄
終了

終了
18時間後

NH4-N の推移

終了
6時間後

図-6

終了
12時間後

終了
18時間後

NOx-N の推移

3.5
3

薬液の影響部分
2.5

S-T-P(mg/l)

Kr (kgO2/kgMLVSS/d)

0.20
0.15

リ
ン嫌
吐気
き化
出に
しよ
部る
分

2
1.5

0.10
1

0.05
0.5

0.00
洗浄
終了

終了
6時間後

図-7

終了
12時間後

終了
18時間後

Kr の推移薬洗前

03.5時間静置後図-8

実施設薬洗後バッチ実験結果と実施設
洗浄後の S-T-P の比較

４．まとめ
A 処理場での薬液洗浄による水質への影響調査を実施した結果を以下にまとめる。
①薬液洗浄により、分離膜周辺の活性汚泥の細胞膜が薬液と接触し、破壊されることで細胞内物質（有機物や NH4-N、PO4-P 等）が混合液中に溶出し、運転再開後の処理水の有機物濃度やアンモニア性窒素、リン濃度が高くなった。NOx-N は、洗浄直後に対照系より低下しており薬液による硝化能力の低下が55

生じたと考えられる。
②運転再開直後は混合液中の有機物や NH4-N 濃度が高く、これらを酸化するために酸素利用速度が高くなった。
③有機物は洗浄後 12 時間、窒素、リンは洗浄後 18 時間程度影響が残留する。
④リンについては、曝気停止に伴う嫌気条件下での PO4-P の吐き出しによる影響の方が大きい。
以上のことから、薬液洗浄による水質変動の最小化を図るためには、膜面からの薬液の染み出しを最小限に抑えるための注入量管理が必要である。これは、膜差圧の回復といった洗浄の主たる目的を阻害しないことを前提とし、膜劣化への影響、洗浄頻度等を含め、最適条件の検討が必要である。また、好気槽内の嫌気化による影響については、洗浄中も補助酸気装置による間欠曝気を行うことにより、影響の緩和が可能であると考えられる。インライン洗浄よりも長時間の稼働停止が必要となる浸漬洗浄についても同様の水質影響を軽減する措置が必要であると考えられる。

【参考文献】
1) 南山瑞彦、小越眞佐司、山中大輔、藤原隆司、小宮義人、膜を利用した高度処理化の推進に関する調査、
平成 20 年度下水道関係調査研究年次報告書集、pp.73～78、平成 21 年 8 月

2) 小越眞佐司、藤原隆司、西村峻介、小宮義人、膜を利用した高度処理化の推進に関する調査、
平成 21 年度下水道関係調査研究年次報告書集、pp49～52、平成 22 年 8 月

3) 小越眞佐司、藤原隆司、西村峻介、野中規正、膜を利用した高度処理化の推進に関する調査、
平成 22 年度下水道関係調査研究年次報告書集、pp71～76、平成 23 年 9 月

4) 橋本奨、藤田正憲、下水処理における総括酸素移動容量係数算出法の理論的研究、水処理技術 Vol.11、
No.6、昭和 45 年

5) 猿田晴広、石山明、浜松市城西浄化センターにおける MBR の初期運転管理、学会誌「EICA」第 15 巻
第 4 号(2011)、pp57～60、平成 23 年 3 月

56

9.

生物処理過程における N2O 発生抑制手法に関する検討
下水道研究部

下水処理研究室 9.室

長

小越

眞佐司

研

究

官

宮 本

綾 子

研

究

官

對 馬

育 夫

１．はじめに現在、下水道の使用に伴い排出される温室効果ガスのうち、施設運転のために使用される電力や重油等によるCO2 は全体の約 50%を占め、下水処理・汚泥焼却・汚泥埋立の際に排出される CH4 や N2O が残りを占めることが把握されている(図 1)。このうち、汚泥焼却過程で排出される N2O に関しては、焼却炉を高温化(800℃→850℃)す

埋立量の削減汚泥埋立 (CH4)16.7%
汚泥焼却(N2O)
19.2%

電力 47.9%

焼却炉の高温化
重油
4.3%

ることで約 60％減少することが知られており、高温化の対策が進められている。また、汚泥埋立から排出される省エネ運転で対応

CH4 に関しても、下水汚泥の有効利用を推進していく中で、下水汚泥の埋立量を減少させて削減する方針が策定

下水処理(CH4) 3.2%
下水処理(N2O) 8.7%

されている。一方、下水処理過程で発生する温室効果ガ
スは全体の 11.9％(CO2 換算) を占めており、決して無視・排出特性の把握・対策技術の開発できる数値ではないが、未だ明確な対応策が講じられていない。N2O は、CO2 の 310 倍の温室効果を持つ温室効

図 1 下水道事業における果ガスで、下水処理過程においては、アンモニアが亜硝温室効果ガス（CO2 換算）排出割合

酸に酸化される過程(硝化反応) および亜硝酸が N2 ガスに還元される過程(脱窒反応) で生成されることが既往1000 mm(内径: 7 mm)
シリコンチューブ

の研究により明らかにされている 1）。

ロープ> 1000 mm(内径: 7 mm)
シリコンチューブ

理場での N2O 排出量調査を実施した。さらに、下水処理場の好気槽活性汚泥および膜分離活性汚泥から抽出した

ガスバッグ

ガスバッグ

本研究では、N2O 排出量原単位を把握するため下水処

1000 mm(外径: 25 mm)
塩ビ管

DNA を対象に、変性濃度勾配ゲル電気泳動法 (DGGE 法)を行い、それぞれの菌叢解析を行い、微生物群集構造のフレックスポンプ

フレックスポンプ違いが N2O 排出に及ぼす影響を検討した。
250 mm嫌気チャンバー

発泡スチロール

2. 調査方法
250 mm

300 mm

2.1. 下水処理施設における N2O 発生量の調査

好気槽用サンプリングチャンバー

嫌気槽用フロートチャンバー

処理過程における N2O 排出量の実態を把握するため、下水処理場において N2O 排出量の 24 時間調査(2 時間に
1 回サンプリング) を実施した。処理場好気槽および嫌57

図 2 ガス捕集器

気槽から発生するガスはそれぞれ自作のガス捕集器(図 2) を用い、ロート部を水面部に固定し、ガス採取を行った。採取したガスおよび液体試料は、電子捕獲検出器(ECD) 付ガスクロマトグラフ (SHIMAZU ガスク
ロマトグラフ GC-8A) を用い、N2O の濃度測定を行った。ECD では導入部および検出部温度を 250℃、カラム温度を 80℃に設定し、PORAPAK-Q(1m、80/100 メッシュ、Waters 社) のカラムを用いた。キャリアガスに
Ar+CH4(5%) を使用した。また、採取した液体試料は、ヘッドスペース用のバイアル瓶に試料を密閉し、反応阻害剤としてグルコン酸クロルヘキシジン溶液を添加した(最終濃度：0.26%)。液体中の N2O 濃度は、ヘッドスペース法(温度 40℃、恒温時間 150 分、HEADSPACE Autosampler tekmar 7000 (Tekmar-DOHRMANN 社))
により分析を行った。
本研究では、標準活性汚泥法(標準法)、嫌気好気法（AO 法）、膜分離活性汚泥法(MBR 法)、その他の高度処理法（修正 Bardenpho 法およびステップ流入式多段硝化脱窒法） の下水処理施設において調査を行った。
N2O 排出係数は下水処理場から系外へ排出される N2O 量(大気放出および放流水に含まれる溶存 N2O 量)を処
理水量で除することで算出した。
2.2. 変性濃度勾配ゲル電気泳動法 (DGGE 法)
AO 法（H および J 処理場）と MBR 法（B および I 処理場）のそれぞれの好気槽から活性汚泥を採取し(0.5mL)、DNA 抽出を行った。DNA 抽出および精製には UltraClean Soil DNA kit(MoBio 社製) を用いた。精製 DNAを鋳型とし、表 1 のプライマーを用いて真正細菌の PCR 増幅を行った。その後、PCR 増幅産物を広範囲のバンドが得られるように、ゲル中の DNA 変性剤の濃度勾配を 30-70％(変性剤 100％とは、7M 尿素、40％ホ
ルムアミドに相当) として DGGE 解析を行った。切り出したバンドは精製を行った後、PCR 産物を鋳型として、ダイターミネーター法(Big Dye Terminator v1.1 Cycle Sequencing Kit；ABI 社製) によりシーケンシング反応を行った。シーケンス解析は、ABI Prism310 Genetic Analyzer(ABI 社製) を用いて行い、解読した各バンドの DNA シーケンスを基に、インターネットを利用した FASTA 検索により欧州分子生物学研究所(EMBL) のデータベースから微生物種の同定を行った。

表 1 PCR プライマー
プライマー名
27F2)1525R3)341FGC4)
341F4)
534R4)

3.

配列
5’- AGAGTTTGATCCTGGCTCAG -3’
5’ - AAAGGAGGTGATCCAGCC - 3'5’-CGCCCGCCGCGCGCGGCGGGCGGGGCGGGGGCACGGGGGGCCTACGGGAGGCAG
CAG -3’5’- CCTACGGGAGGCAGCAG -3’
5’- ATTACCGCGGCTGCTGG -3’

研究成果

3.1. 下水処理施設における N2O 発生率の調査
下水処理施設における N2O 排出係数を算出した結果、各下水処理場の N2O 排出係数は N2O 平均 5.0-93.7
mg/m3-流入下水と処理場により大きく異なっていた(表 2)。また、膜分離活性汚泥法(MBR 法) では N2O
5.0-13.9 mg/m3 と他の処理法と比較して小さかった。反応槽から大気中に放出される N2O のみに着目した場合、MBR 法では N2O

0.0-1.4 mg/m3 と非常に発生量が少ないことが示された。MBR 法では設計上 A-SRT が長くなるため、硝化が進行しやすく、一方、標準法では硝化が十分に進行せず、N2O 排出量が多くなったと考えられる。

58

表 2 対象処理場および測定結果
流入下水中 放流水中N2O転換率
窒素除去率 N2O転換率
NH4+-N濃度 NH4+-N濃度
大気放出 放流水中(%)（流入Nベース） （N損失ベース）(mg/L)(mg/L)
A処理場 高度処理
5.8
1.2
4.6
9.9
0.0
90.3
0.037
0.041
標準法
6.2
1.1
5.1
9.9
0.0
35.3
0.040
0.114
B処理場 MBR法
5.8
0
5.8
20.3
0.1
68.4
0.018
0.018
MBR法
5
0.6
4.4
16.3
0.3
66.2
0.046
0.030
標準法
31.4
9
22.4
22.7
15.1
9.6
0.098
1.020
標準法
36.6
11.9
24.7
16.3
8.2
20.1
0.143
0.713
C処理場 MBR法
13.9
1.4
12.5
18.6
0.3
70.6
0.047
0.067
D処理場 MBR法
9.8
0.7
9.1
8.4
0.0
73.9
0.074
0.100
E処理場 MBR法
6.1
0.1
6
14.9
0.0
86.9
0.026
0.030
F処理場 標準法
25.2
17.7
7.5
20.9
4.9
45.4
0.077
0.169
G処理場 AO法
14.7
7.9
6.8
27.0
2.3
95.9
0.051
0.053
標準法
21.7
14.9
6.8
27.0
2.3
95.6
0.051
0.053
H処理場 AO法
8.8
1
7.8
34.3
15.1
56.4
0.016
0.029
I処理場 MBR法
11.8
0
11.8
17.9
0.7
83
0.042
0.051
高度処理
23
17.9
5.1
17.9
1.7
74.7
0.082
0.110
J処理場 AO法
93.7
48.4
45.3
79.4
40.6
48.2
0.075
0.156
(N2O 転換率の説明は 3.2 を参照のこと)
N2O排出係数処理場(N2O mg/m3)

処理方式

下水処理場から排出される N2O は日内変動が大DO
流入NH4+-N

きく、ピーク時には N2O 500 mg/m3 を上回る場合もにおける好気槽からの N2O 発生量、好気槽の DO、
流入下水および好気槽中に含まれるアンモニア性窒DO (mg/L)

Nx (mg-N/L)
NX-N(mg/L)

あった。嫌気好気法(AO 法)で運転している J 処理場
N2O
反応槽内
NH4+-N

素濃度の日内変動を示す(図 3)。好気槽内のアンモニ
ア性窒素濃度は NH4+-N 34-47 mg/L と一定であったが、好気槽から発生する N2O は午前 10 時に局所的

10：00

14：00

18：00

な ピ ー ク が あ り 、 そ れ 以 外 の 時 間 帯 は N2O-N

22：00

2：00

6：00

採取時刻

図3

0.0-12.0 mg/m3 に留まっていた。好気槽内の DO 濃度
は 0.08-0.17 mg/L と非常に低い値であった。なお、

F処理場標準法 3.9

J 処理場における調査結果
4.8

8.5

5.6

0.0

流量
520 m3/h-

好気槽内の亜硝酸性窒素は NO2 -N 0.05-010 mg/L で推移していた。流入下水中のアンモニア性窒素濃度

流入

好気槽1

好気槽2

好気槽3

好気槽4

終沈

2.2

3.2
（+4.0）

3.8（+5.2）

3.7（+8.4）

3.3（+5.2）

3.4（+0.1）

も午前 10 時に最大となっていたことから、N2O 発

1.1

I処理場MBR法

やその時間帯に特異的な要因に連動していると考え

流量260 m3/h

られ、今後、詳細な検討が必要である。
図 4 に F 処理場標準法、I 処理場 MBR 法、J 処理

0.0 余剰汚泥
0.0

0.0

0.0

流入

無酸素槽

好気槽

膜分離槽

4.7

17.3
（-3.3）

39.4（+22.1）

19.2（-20.2）

処理水
3.3

15.9

場 AO 法における反応槽の N2O フローを示す。硝化

流量1,225 m3/h

促進で運転している F 処理場標準法では、全ての槽J処理場AO法

0.0

流入

嫌気槽1

好気槽1

好気槽2

終沈

8.1

3.5
（-12.3）

3.6（+7.6）

3.7（+7.5）

9.0

7.8
流量220 m3/h

mg/L、硝酸性窒素濃度が約 6 mg/L であった。N2O

余剰汚泥

11.4

的多くの N2O が発生していた。なお、流入下水に含
放流水に含まれるアンモニア性窒素濃度は約 5

0.0

7.5

流量
260 m3/h

まれるアンモニア性窒素濃度が約 20 mg/L に対して、

流量
1.7 m3/h

0.1

から N2O が大気放出されており、後段の槽では比較（単位: N2O g/h）

59

処理水
2.2
流量
0 m3/h0.0 余剰汚泥図 4 各処理場における N2O フロー

転換率は 0.077％と比較的高かった。I 処理場 MBR

2.4
流量0.8 m3/h

流量178 m3/h

生量は流入下水中に含まれるアンモニア性窒素濃度

処理水

法では、水温の低い冬季に調査を行ったが、硝化脱窒は良好に進行していた（流入下水：NH4+-N 約 20 mg /L、
放流水：NH4+-N 約 2 mg/L、NO3--N 約 2 mg/L）。各反応槽から大気放出される N2O も 0.0 g /h とほとんど検出されず、N2O 転換率も 0.042%と比較的小さかった。一方、溶存 N2O 濃度は他の処理場に比べると高かった。前段の無酸素槽には循環硝化液(循環比 4.7) からの DO の持ち込みのため、脱窒が不十分で N2O が十分に消費されなかったこと、好気槽末端では DO が平均 0.17 mg/L と低いことから硝化が進行しにくく、N2Oが生成したと考えられる。また後段の膜分離槽で溶存 N2O が消費されているが、理由は不明である。J 処理
場 AO 法では、流入下水に含まれるアンモニア性窒素濃度は平均約 80 mg/L と非常に高い濃度であった。そのうち約半量が硝化脱窒されている。一槽目の無酸素槽である程度溶存 N2O が消費されているが、2 槽目以降の好気槽からは多くの N2O が生成され大気放出されている。曝気量を増やすことにより、さらなる硝化促
進、N2O 排出量の削減できると考えられる。
3.2. 処理方式別による N2O 発生量
図 5 に処理方式別の N2O 転換率(流入 N ベース; 流

100

(J)

入全窒素あたりの系外に排出される N2O 量)および

標準法
AO法

80

流入下水 1m3 当りの N2O 発生量 を示す。下水処理

MBR法
その他の高度処理

N2O発生量(N2O mg/m3)

施設から排出される N2O は様々な要因により排出傾向が異なると考えられるため、単純に処理方式ごとに比較することは難しいが、各下水処理施設における N2O 転換率は標準法で 0.040-0.143％、AO 法で

60

40

20

(H)

は 0.016-0.075％、MBR 法では 0.018-0.074％と、標準法では比較的高い値を示し、MBR 法では低い値で

(E)

(B)

0
0

(G)
(C) (G)
(I)
(A)

(I)
(D)

(B)

(A)

0.02

(B)

(B)

(F)

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

N2O転換率 (%)

あった。また、窒素除去量を考慮して算出した N2O

図 5 処理方式別 N2O 転換率および N2O 発生量

転換率(N 損失ベース; 窒素除去量あたりの系外に排出 さ れ る N2O 量 ) に お い て も 、 標 準 法 で

100

(G)

(A)

0.053-1.020％、AO 法で 0.029-0.156％、MBR 法では(E)
80

0.018-0.100％と同様の傾向を示し、N2O 発生量が大

(B)

窒素除去率
(%)
窒素除去率（％）

きいほど N2O 転換率が高い傾向を示した。
図 6 に処理方式別の N2O 発生量および窒素除去率を示す。この結果、窒素除去率が低い状態においては N2O 転換率が高い傾向が示唆された。一般的に

60

(B)
(H)

40

(A)

(G)

(I)
(D)

標準法

AO法

MBR法

その他の高度処理

(I)

(C)
(F)

(J)

(B)

20

(B)

N2O は硝化・脱窒反応が不安定の時に多く排出され0ることが知られており 5)、窒素除去率の低下と N2O

0

20

40

60

80

100

3
N2O発生量（mg-N
N O発生量 2O/m ）転換率には高い相関があると考えられる。また同一

2(N2O mg/m3)

処理場で異なる処理方式を実施している A 処理場（標準法、修正 Bardenpho 法）、B 処理場（標準法、

図 6 処理方式別 N2O 発生量および窒素除去率

MBR 法）、G 処理場（標準法、AO 法）、I 処理場（MBR
法、ステップ流入式多段硝化脱窒法）をそれぞれ比較すると、A 処理場では槽内の DO 濃度が比較的高かったため、N2O 発生量および N2O 転換率も低かったと推察されるが、窒素負荷が小さいために(図 8)、硝化状
態に関わらず N2O 発生量が小さかった可能性も考えられる。B 処理場標準法では、窒素除去率が低く N2O 発
生量が大きかった。MBR 法では、窒素除去率が高く、N2O 発生量は小さかった。したがって、標準法では不60

十分な硝化から N2O が生成されているものと考え70られる。G 処理場では標準法、AO 法ともに窒素除60

去率が高く、N2O 発生量は標準法の方が若干高かっ

50

8

(F)

(I)

気相中へのN2O発生量(N2O mg/m3)6た。窒素負荷が高く槽内の DO が低くても（図 7）、

(J)
4

40

硝化が進行していれば N2O 発生量は低く抑えられ

(G)
(J)

30

ることを示唆している。I 処理場 MBR 法では N2O

20

発生量は小さかった。ステップ流入式多段硝化脱窒

(D)

(G)

(B) (I)

(H)
(H)

0
0.0

(B)

(B)

(C)

0.1

0.2

0.3

0.4

(B)

0.5

(I)

(B)(A) (E) (A) (A)0

発生量は 6.0 mg/m3 だったが、DO 濃度が 0.5 mg/L

(B)

(F)

10

法では、好気槽の DO 濃度が 2.5 mg/L のときに N2O

(G)

2

0.0

0.5

(A)

(E)

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

DO (mg/L)のときには N2O 発生量は 60.8 mg/m3 まで増加した

図 7 各反応槽における N2O 発生量および DO 濃度（図 7）。また、H 処理場は窒素負荷が高く DO 濃度も低い状態であるが、N2O 発生量は小さかった。DO70

濃度が低い状態であるが、硝化細菌が十分に保持さ

60

(I)
3

れているため、硝化が進行したものと考えられる（詳気相中へのN2O発生量(N2O mg/m3)

(J)

(F)

0.0

1.0

(A)
(I)

5.0

(B) (H)(H)

10.0

15.0

3.0

(A)
(B)

(B)
2.0

(B)

(F)
(I)

0

(E)

(E)
0.0

(I)

(C)(C)(A)

0

10

3.3. 変性濃度勾配ゲル電気泳動法 (DGGE 法) による

(J)
(A)

(I)

20

今後さらなる検討の余地がある。

(G)

(D)
1

30

とした処理場は比較的流入窒素負荷が小さいため、その他の高度処理

240

N2O 発生量が小さい傾向が観察されたが、今回対象

AO法

MBR法
(G)

50

しくは後述）。どの処理場においても MBR 法では

標準法

4.0

5.0

(G) (B)
(B)

20.0

25.0

30.0

35.0

40.0

45.0

NH4+-N (mg/L)

菌叢解析
図 9 に DGGE のバンドプロファイルを示す。また、

図 8 各反応槽における N2O 発生量

同定したバンドに矢印および相同性解析上位 1 種をおよび NH4+-N 濃度

記す。解析の結果、バンド No.9 および 11 に該当す
る細菌は亜硝酸酸化細菌である Nitrospira 属菌に近M縁種(相同性はそれぞれ 95.4%および 98.7%)であっI

2. Agitococcus lubricus

ンモニア酸化細菌および亜硝酸酸化細菌の生育には比較的有利な条件であると考えられたが、バンド

3. Sphingomonas sp.

No.9 および 11 と同程度の電気泳動の移動性を示し

10. Clostridium sp.

4. Bacterium MS-F-43

たバンドは確認できなかった(図 9)。この結果から、

5. Bacterium TG141

J 処理場の好気槽においては、亜硝酸酸化細菌数が6. Dokdonella sp.

少ないことにより、硝化反応が不十分である可能性

7. Dechloromonas sp.

が考えられる。
理由として、以下のことが考えられる。J 処理場のB

1. Bacterium SM9-19

た。J 処理場ではアンモニア態窒素濃度が高く、ア

J 処理場の好気槽内に亜硝酸酸化細菌数が少ない

J H

8. Eikelboom type1851

11. Nitrospira sp.

9. Candidatus
Nitrospira defluvii

好気槽において、バンド No.8 に該当する Eikelboom

図9

DGGE バンドプロファイル

type 1851(糸状性細菌) に近縁種(相同性 96.7%) が（M；DGGE 解析用マーカー、J；J 処理場好気槽、H；H 処理場

優占的に存在していることが確認された。Eikelboom

好気槽、B；B 処理場 MBR 好気槽、I；I 処理場 MBR 好気槽）

type 1851 はバルキング発生の原因菌であることか61ら 6)、J 処理場の好気槽においてバルキングが発生し、亜硝酸酸化細菌が汚泥と共に好気槽からウォッシュア
ウトした可能性が考えられため、処理場に確認したところ、年に数回単位でバルキングが発生していることが確認された。
一方、H 処理場からはバンド No.9 に該当する Candidatus Nitrospira defluvii が検出され、B 処理場および I処理場からはバンド No.11 に該当する Nitrospira sp.が検出された。特に MBR 法で運転している B 処理場および I 処理場では、SRT を長く設定できるため、増殖が遅い亜硝酸酸化細菌（倍化時間 12-32 時間）を高濃度に保持でき、そのため、亜硝酸から硝酸への酸化がスムーズに進行し、N2O の生成が低く抑えられたと考えられる。N2O の発生が大きかった J 処理場では亜硝酸酸化細菌を保持するようバルキング対策を行うこと
により、N2O 排出量は削減できると考えられる。
4. おわりに様々な処理方式の下水処理場を調査した結果、MBR 法において、N2O 発生量が小さいこと(N2O 5.0-13.9
mg/m3) および N2O 転換率が小さいこと(0.018-0.074％) が示された。本研究において、MBR 法から排出される N2O 量が極めて小さかった理由に、運転方法の違いによる細菌叢の違いが挙げられる。MBR 法では SRT
を長期間に設定することが可能であるため、増殖の遅い亜硝酸酸化細菌を高濃度に保持できることから、硝化が不十分な際に生成する N2O が抑制されたと考えられる。また、MBR 法を採用していない、かつ、窒素負荷が高い処理場でも、適切な運転方法により、N2O 発生量を抑制できることが示唆された。今後、下水処理場から発生する N2O の抑制に向け、N2O の生成メカニズムの解明および N2O 排出抑制対策について十分に検討をする必要がある。
【参考文献】
1) Colliver B. and Stephenson T. (2000) Production of nitrogen oxide and dinitrogen oxide by autotrophic nitrifiers.
Biotechnology advances, 18, 219-232.
2) Weisberg, W. G., S. M. Barns, D. A. Pelletier, and D. J. Lane. 1991. 16S ribosomal DNA amplification forphylogenetic study. J. Bacteriol. 173:697-703.
3) Zhou, J. Z., M. R. Fries, J. C. Chee-Sanford, and J. M. Tiedje. 1995. Phylogenetic analyses of a new group of
denitrifiers capable of anaerobic growth on toluene and description of Azoarcus tolulyticusAzoarcus tolulyticus sp.
nov. Int. J. Sys. Bacteriol. 45:500-506.
4) Muyzer G, de Waal EC, Uitterlinden AG. (1993). Profiling of complex microbial populations by denaturing gradientgel electrophoresis analysis of polymerase chain reaction-amplified genes coding for 16S rRNA. Appl Environ
Microbiol 59: 695–700.
5) 糸川浩紀, 花木啓祐, 松尾友矩, 高負荷間欠曝気式硝化・脱窒法における有機物制限条件下での N2O 生成機構, 環境工学研究論文集, 1997, 34, 191-202.
6) Beer M, Seviour EM, Kong Y, Cunningham M, Blackall LL, Seviour RJ. (2002) Phylogeny of the filamentous
bacterium Eikelboom Type 1851, and design and application of a 16S rRNA targeted oligonucliotide probe for its
fluorescence in situ identification in activated sludge. FEMS Microbiol Lett. 207:179-183.

62

10. 下水道資源有効利用状況の評価及び推進
下水処理研究室室長

小越 眞佐司

主任研究官

小川 文章

研 究 官

對馬 育夫

部外研究員

井口 斎

１．はじめに世界各国の経済成長に伴う大量の資源やエネルギーの消費により、将来的に化石燃料や有用資源の枯渇が懸念されている。また、化石燃料等から排出される温室効果ガスの増加によって地球温暖化が進行している。このよ
うなことから、下水道事業においても、地域の持続的な発展を支える循環型社会の社会基盤として、生活環境の改善のほか、健全な水循環・資源循環の創出を図るため、下水道資源を最大限に有効利用していくための施策を早急かつ継続的に展開していく必要がある。このため、本調査では下水道資源の有効利用の状況について調査し、下水道資源の有効利用の現状および経年変化を把握して行政的指標を算定すると共に今後の下水道施策の方向性の検討に活用される知見を整理するものである。
２．調査方法
本調査では、下水道事業を実施している全ての地方公共団体（2,158 処理場分）に対して、下水汚泥の発生から最終利用・処分までの処理フローの概要及び下水汚泥の処理・有効利用状況等（平成 22 年度実績分）に関するア
ンケート調査を実施し、その結果を整理・集計した。
３．調査結果3.1 下水汚泥の発生量と処理処分・有効利用の状況
平成 22 年度における下水汚泥の処理及び処分の状況を汚泥発生時乾燥重量ベースで表－１に、処分時体積ベースで表－２に示す。下水汚泥は年間 227 万 DS-t（乾燥重量トン）が発生しており、そのうち約 78％が緑農地利用、建設資材利用、固形燃料等として有効利用されている。
表－１ 下水汚泥の処理及び処分状況（汚泥発生時乾燥重量ベース、平成 22 年度）
単位：DS-ｔ／年
引き渡し先
処理後の
汚泥形態

最

終

安

定

化

先

建設資材利用埋立処分

緑農地利用

その他有効利
場内ストック
用

固形燃料
セメント化

セメント化以外

その他

合計

％

生汚泥

0

0

0

0

0

0

0

0

0

濃縮汚泥

26

9

0

0

0

0

0

0

35

0.0%
0.0%

消化汚泥

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0.0%

脱水汚泥

7.8%

23,161

34,998105,197

10,016

620

3,856

82

42

177,973

移動脱水車汚泥

0

115

20

9

0

0

0

0

143

0.0%

コンポスト

0

249,890

0

0

0

0

0

0

249,89011.0%

機械乾燥汚泥1,910

33,58915,907415

17,477

10,7050080,0023.5%

天日乾燥汚泥

167

381

0

22

0

0

17

0

587

0.0%

炭化汚泥

45

3,646

183

190

1,488

443

195

0

6,191

0.3%

447,581

18,446

757,845

280,443

022,178149

1,143

1,527,784

67.4%

焼却灰

117

484

6,012

193,282

0

3,137

22,041

449

225,522

9.9%

合計

溶融スラグ

473,007341,559

885,163484,377

19,58540,31922,483

1,634

2,268,126

100.0%

％

20.9%

15.1%

39.0%

21.4%

0.9%

1.8%

1.0%

0.1%

100.0%

63

表－２ 下水汚泥の処理及び処分状況（処分時体積ベース、平成 22 年度）
単位：引渡時汚泥形態が液状の時
引渡時汚泥形態が固形の時
引き渡し時（搬出時）の
汚泥形態

最

終

安

定

化

先

建設資材利用埋立処分

緑農地利用

その他有効利
場内ストック
用

固形燃料
セメント化

セメント化以外

生汚泥

1,257

1,463

117

462

濃縮汚泥

28,80523,460

2,841

3,383

0

0

消化汚泥

0

0

0

0

0

0

脱水汚泥

247,598

758,227

786,067

177,033

40,04050,462

425

3,340

600

1,354

0

0

0

27,9270000

機械乾燥汚泥10,80425,560

9,019

123

2,988

0

天日乾燥汚泥

175

711

0

93

0

0

移動脱水車汚泥
コンポスト

炭化汚泥

m3／年
t／年

0

0

0

その他

合計

％

0

3,299

0.1%

0

0

58,489

2.4%

0

0

0

0.0%

386

8,597

2,068,411

83.9%

0

0

5,718

0.2%

0

0

27,9271.1%

0

048,493

2.0%

114

0

1,093

0.0%
0.0%

8

954

0

12

0

34

55

0

1,064

83,503100

83,71648,238

0

3,643

61

0

219,261

8.9%

205

111

1,128

23,932

0

272

5,827

0

31,473

1.3%

合計372,780

841,853

883,487

254,630

43,02854,410

6,443

8,597

2,465,228

100.0%

％

15.1%

34.1%

35.8%

10.3%

1.7%

2.2%

0.3%

0.3%

100.0%

焼却灰
溶融スラグ

下水汚泥の有効利用の経年変化を図－１に示す。有効利用の内訳としては、従来、緑農地利用が中心であったが、過去 10 年程度の間にセメント原料などの建設資材利用が進んできており、平成 22 年度におけるセメント原料としての利用は乾燥重量ベースで約 39%となっている。緑農地利用は約 15％である。また、割合は小さいもののここ数年の間に固形燃料としての利用が増えてきており、平成 22 年度は約 1%となっている。地球温暖化対策の推進や燃料化技術の向上などにより、今後もその割合が増加すると考えられる。
下水汚泥リサイクル率については、平成 22 年度（2010 年度）は 78%となり、近年ほぼ横ばいで推移している。
また、実施主体別の有効利用実施状況を表－３に示す。建設資材（セメント化以外）以外の有効利用実施状況は、自治体で有効利用する量よりも民間に引き渡しする量が多くなっている。

図－１ 下水汚泥有効利用の経年変化

64

表－３ 実施主体別の有効利用実施状況（汚泥発生時乾燥重量ベース、平成 22 年度）
単位：DS-ｔ／年
液状汚泥

脱水汚泥

コンポスト

乾燥汚泥

炭化汚泥

焼却灰

溶融スラグ

計

緑農地利用
自治体で実施06,034

34,432

14,701

1,067

16,367484

73,085

民間に引渡し9

29,079215,458

19,268

2,579

2,079

0

268,473

小935,114

249,890

33,9693,646

18,446484

341,559

0

7,357

0

3,399

0

115,47324

126,253

計

建設資材利用(セメント化)自治体で実施民間に引渡し0

97,860012,508183642,372

5,988

758,911

小0

105,2170

15,907

183

757,845

6,012

885,163

248,169

計

建設資材利用(セメント化以外)
自治体で実施

0

2,046

0

5

135

99,855

146,128

民間に引渡し

0

7,979

0

433

55

180,588

47,154

236,208

小0

10,025

0

438

190

280,443

193,282

484,377

自治体で実施

0

0

0

5,752

0

0

0

5,752

民間に引渡し

0620

011,725

1,488

0

0

13,833

小

0

620

0

17,477

1,488

0

0

19,585計

固形燃料

計

その他有効利用自治体で実施00010,566

0

3,700

432

14,699

民間に引渡し

0

3,856

0

139

443

18,4782,704

25,620

小

計

0

3,856

0

10,705443

22,1783,137

40,319計

9154,831249,890

78,496

5,951

1,078,912

202,914

1,771,002

合3.2 下水道バイオガスの発生・利用の状況
平成 21 年度 1)と平成 22 年度の下水道バイオガス（消化ガス）発生量及び利用状況を表－４に示す。平成 22 年度においては、消化過程により発生した下水道バイオガスは約 309 百万 m³であり、そのうち｢消化槽の加温を含めた有効利用消化ガス量｣として約 71％（220 百万 m³）が利活用されており、残りの約 28％(87 百万 m³)は余剰ガスとして焼却処分されている。
また、利活用されている下水道バイオガス(220 百万 m³)のうち、30%(92 百万 m³)は消化槽加温用として利用されており、消化槽加温以外の用途として 23%(71 百万 m³)はガス発電に、12%(37 百万 m³)は焼却炉補助燃料として利活用されている。
表－４ 下水道バイオガス発生量及び有効利用状況
平成21年度
割合
平成22年度割合
消化槽に投入される濃縮汚泥量（発生時DS-ｔ）
781,187754,526
消化ガス発生量（千m3）
303,706 100.0%
309,113 100.0%
有効利用消化ガス量(加温除)（千m3）
126,571 41.7%
128,397 41.5%
有効利用消化ガス量(加温含)（千m3）
215,641 71.0%
220,493 71.3%
消化槽加温用消化ガス量
89,070 29.3%
92,096 29.8%
ガス発電
65,764 21.7%
71,139 23.0%
有効利用
焼却炉補助燃料
42,716 14.1%
36,687 11.9%
内訳
汚泥乾燥
10,386
3.4%
13,561
4.4%
（千m3）
場内冷暖房
1,992
0.7%
2,043
0.7%
※その他有効利用
5,713
1.9%
4,967
1.6%
利用されなかった消化ガス量（千m3）85,758 28.2%
86,847 28.1%
使用用途が不明な消化ガス量(計測誤差を含む)(千m3)
2,307
0.8%
1,773
0.6%
※その他有効利用用途（平成22年度実績）脱臭用燃料(1,383)、都市ガス燃料(1,290)、民間ガス燃料(809)、
自動車燃料(769)、温水プール(100)、給湯等(26)、用途不明(590)653.3 下水道バイオマスリサイクル率
図－１にとりまとめた下水汚泥リサイクル率は、下水汚泥発生時の固形物乾燥重量が最終的に有効利用された比率であり、消化ガスの有効利用が反映されない指標である。下水汚泥のバイオマスとしての積極的な利活用を進めるにあたり、消化ガス利用も含む下水汚泥有効利用に関する新たな指標として、平成 19 年度より下水道バイ
オマスリサイクル率を算定している。下水道バイオマスリサイクル率は以下のように定義している。
本調査での下水道バイオマスリサイクル率の算出に当たり、全国一律で下水汚泥固形物の有機物濃度は 80％、消化ガスの有効利用有機物量の算出に当たっては消化率 50％と仮定し、消化槽加温を含む有効利用割合で有機物
量を案分し、各処理場ごとに集計を行った。

下水道バイオマスリサイクル率=

消化ガス有効利用有機物量 + 緑農地利用有機物量 + 固形燃料化有機物量（発生時ベース t）
下水汚泥中の有機物量（発生時ベース t）

× 100（％）

表－５に平成 19 年度から平成 22 年度の下水道バイオマスリサイクル率及び発生時ベースの濃縮汚泥有機物量、有効利用された有機物量を示す 1) 2) 3)。平成 22 年度実績において下水道バイオマスリサイクル率 23.6%となり内訳として消化ガスとしての有効利用が 12.0％、緑農地利用が 10.6％、固形燃料としての利用が 1.1％であった。固形燃料としての利用量は、年ごとに増加している。
表－６に平成 22 年度都道府県別の下水汚泥リサイクル率および下水道バイオマスリサイクル率の内訳を示す。
下水道バイオマスリサイクル率は、北海道、東北、九州地方で高くなり、首都圏、中部、近畿など大都市を抱える地域では低くなる傾向がみられた。これは農業のさかんな地域は下水汚泥の緑農地利用が可能であり、人口の多い都市部では土地利用が異なるためであると推察される。
一方で下水汚泥リサイクル率に注目した場合、首都圏や中部では概ね 75%以上であり、下水汚泥の大半を建設資材等として再利用している。また近畿では埋立処分を主とするためいずれの指標も低くなった。
表－５ 下水道バイオマスリサイクル率及び全有機物量（濃縮汚泥発生時ベース）
平成19年度
平成20年度
平成21年度
平成22年度
23.3%
23.4%
24.4%
23.6%
下水道バイオマスリサイクル率
1,806,779 ｔ
1,766,711 ｔ
1,792,960 ｔ
1,814,511 ｔ
全有機物量
消化ガス有効利用分
225,369 ｔ 12.5%
228,868 ｔ 13.0%
222,654 ｔ 12.4%
216,905 ｔ 12.0%
固形燃料利用分
12,622 ｔ 0.7%
12,395 ｔ 0.7%
15,231 ｔ 0.8%
19,254 ｔ 1.1%
緑農地利用分
182,514 ｔ 10.1%
171,712 ｔ 9.7%
200,407 ｔ 11.2%
192,368 ｔ 10.6%
注1）強熱減量及び消化率を各処理場毎に調査したが、濃縮汚泥固形物中の有機物濃度を80％、消化率を50％と一律に仮定して集計したものである。
注2) 消化汚泥を他の下水処理場に輸送している場合は、受泥側(送泥先)の処理場で計上している。

66

表－６ 平成 22 年度都道府県別の下水汚泥リサイクル率および下水道バイオマスリサイクル率の内訳

都道府県名

下水汚泥
リサイクル率（%）

下水道バイオマスリサイクル率
消化ガス
有効利用

固形燃料化

緑農地利用

合計

下水汚泥
エネルギー化率

（%）

（%）

（%）

（%）

（%）

北海道
87.8
19.4
0.9
23.5
43.8
20.3
青森県
99.8
16.5
0.0
37.7
54.3
16.5
岩手県
95.5
22.5
0.0
14.9
37.4
22.5
宮城県
99.5
10.1
7.8
5.0
22.8
17.9
秋田県
46.9
7.4
0.0
14.2
21.5
7.4
山形県
79.4
17.1
19.6
24.8
61.6
36.8
福島県
87.9
8.5
0.0
14.0
22.6
8.5
茨城県
98.4
6.0
0.9
9.9
16.8
6.9
栃木県
97.2
23.3
0.0
5.3
28.5
23.3
群馬県
86.9
1.9
0.0
21.2
23.1
1.9
埼玉県
100.0
1.2
0.1
4.0
5.3
1.3
千葉県
82.0
4.3
0.0
4.1
8.5
4.3
東京都
75.9
3.7
0.4
0.2
4.4
4.1
神奈川県
97.4
20.4
0.0
2.1
22.5
20.4
新潟県
97.4
24.8
3.9
8.5
37.3
28.7
富山県
83.8
7.7
0.0
31.8
39.4
7.7
石川県
24.4
22.3
0.0
6.9
29.2
22.3
福井県
76.0
20.3
0.0
15.8
36.1
20.3
山梨県
99.4
0.0
0.0
40.6
40.6
0.0
長野県
100.0
16.6
0.6
14.0
31.2
17.2
岐阜県
74.7
7.3
0.1
3.3
10.7
7.4
静岡県
85.2
1.4
0.0
15.4
16.8
1.4
愛知県
93.9
0.5
0.8
15.2
16.5
1.3
三重県
98.4
1.0
0.0
9.8
10.7
1.0
滋賀県
49.5
0.0
0.0
17.0
17.0
0.0
京都府
24.9
15.5
0.0
5.0
20.6
15.5
大阪府
46.7
16.1
0.0
3.7
19.8
16.1
兵庫県
32.5
11.0
0.0
4.0
15.0
11.0
奈良県
9.0
18.2
0.0
0.8
19.0
18.2
和歌山県
2.9
0.0
0.0
2.9
2.9
0.0
鳥取県
85.5
21.7
0.0
20.4
42.0
21.7
島根県
95.0
13.0
0.0
13.5
26.5
13.0
岡山県
46.0
2.5
6.9
21.9
31.3
9.3
広島県
90.7
21.8
0.0
32.2
54.0
21.8
山口県
100.0
30.5
0.0
17.7
48.2
30.5
徳島県
75.5
26.7
0.0
4.7
31.4
26.7
香川県
86.4
10.6
0.0
0.0
10.6
10.6
愛媛県
54.5
14.4
0.0
7.7
22.1
14.4
高知県
99.4
0.0
0.0
28.9
28.9
0.0
福岡県
99.9
26.6
9.3
7.5
43.4
35.9
佐賀県
100.0
14.3
0.0
53.3
67.6
14.3
長崎県
99.8
6.3
0.0
54.4
60.7
6.3
熊本県
62.5
25.2
0.0
21.1
46.3
25.2
大分県
100.0
4.6
0.0
14.3
18.9
4.6
宮崎県
72.1
33.2
0.0
41.6
74.8
33.2
鹿児島県
95.9
0.0
0.0
85.3
85.3
0.0
沖縄県
100.0
28.3
0.0
48.9
77.2
28.3
注1）強熱減量及び消化率を各処理場毎に調査したが、濃縮汚泥固形物中の有機物濃度を80％、消化率を50％と一律に仮定して集計したものである。
注2) 消化汚泥を他の下水処理場に輸送している場合は、受泥側(送泥先)の処理場で計上
している。

67

3.4 温室効果ガスの排出・吸収目録（インベントリ）作成のための活動量データの算出
気候変動枠組条約等により、我が国の温室効果ガスの排出・吸収目録（インベントリ）を毎年作成して提出する必要があり、温室効果ガス排出量算定方法検討会においてインベントリの算定方法等が検討されている。その廃棄物分科会における検討に必要とされる下水道関連の活動量を、表－７の通り算出して国土交通省として提供した。
表－７ 温室効果ガス排出量算定方法検討会廃棄物分科会に提供した下水道関連の活動量データ
活動量

分類

下水汚泥焼却量（湿ベース）

下水処理量

単位kt / 年 (wet)kt / 年 (wet)kt / 年 (wet)kt / 年 (wet)kt / 年 (wet)kt / 年 (wet)kt / 年 (wet)
m3/年
m3/年
m3/年
10^6 m3/年

合計
高分子流動炉
通常燃焼
高温燃焼
高分子多段炉
石灰系
その他
年間処理水量
1次処理量
合計

下水汚泥コンポスト化（湿ベース）
メタン回収量

生物分解可能下水汚泥埋立量（乾燥ベース）

2010年
4,624
4,247
1,535
2,712
61
109
207
14,431,684,657
618,735,798
13,812,948,859
13,812.95

汚泥投入量t / 年 (wet)135,404

汚泥消化設備における発生ガス量
汚泥消化設備における消化ガス使用量（参考）消化ガス有効利用割合
陸上処分量
消化工程有
消化工程無
海面処分量
消化工程有
消化工程無
合計
消化工程有
消化工程無

103m3
103m3
%
t / 年 (dry)t / 年 (dry)t / 年 (dry)t / 年 (dry)t / 年 (dry)t / 年 (dry)kt / 年 (dry)kt / 年 (dry)kt / 年 (dry)309,113220,493
71.3%
19,857
2,995
16,862
19
0
19
19.9
3.0
16.9

４．おわりに
平成 22 年度調査では、平成 22 年度の下水道資源有効利用の実績について整理した。調査結果より、平成 22 年度の全国の汚泥発生量は約 227 万 t-DS、下水汚泥リサイクル率は 78％、下水道バイオマスリサイクル率は 23.6%であった。いずれも平成 19 年度以降、若干の変動はあるものの、ほぼ横ばいで推移している。
主な有効利用方法は緑農地還元やセメント化等の建設資材利用であり、割合として少ないものの固形燃料化を行うところも近年増えてきている。下水道バイオマスリサイクル率は、全国規模で見た場合は地域で大きな差があり、今後より一層、下水道バイオマスの有効利用を促進していくためには、地域のニーズや特性を踏まえた汚泥のバイオマスとしての有効利用方法について検討し、新技術の導入やコスト縮減などを積極的に実施していく必要がある。
本調査では今後も、施策の方向性検討や実施状況のフォローアップの参考となる下水道資源有効利用の実施状
況に関する情報等について整理していくとともに、温室効果ガス排出量算定方法検討会の廃棄物分科会において必要とされる情報の収集・整理にもつとめていく予定である。
【参考文献】
1)
2)
3)

平成 22 年度下水道関係調査研究年次報告書集、国総研資料、№654、PP83-86、2011.9

平成 21 年度下水道関係調査研究年次報告書集、国総研資料、№605、PP57-60、2010.8

平成 20 年度下水道関係調査研究年次報告書集、国総研資料、№543、PP83-86、2009.8

68

11.

下水処理施設における新たな衛生学的指標導入に関する検討
下水処理研究室

室

長

小越

眞佐司

研

究

官

藤井

都弥子

研

究

官

對馬

育夫

１．はじめに現在、下水処理場からの排水に関する衛生学的項目として大腸菌群数が用いられているが、土壌由来の細菌や環境中で増殖する細菌が含まれるなど、糞便性汚染を示す指標としての妥当性が低いことが指摘されている。上水の水質基準項目については、平成 15 年に大腸菌群数から大腸菌数に変更されており、また環境基準（生活項目）についても、項目を大腸菌数に変更するための調査が始められていることから、下水処理水中の大腸菌数の実態把握を行う必要性が高まっている。
河川水中の大腸菌群数及び大腸菌数については、公共用水域における実態調査、複数の分析方法を用いて縦断変化や大腸菌群数に占める大腸菌数の割合を把握する調査等が行われている 1),2),3)。しかし、下水処理水については、大腸菌群数と大腸菌数の比率や分析方法の違いによる測定結果の比較に関する調査事例は少ない。
そこで本調査では、下水処理水中における大腸菌の存在状況について、複数の方法を用いて測定するとともに、分析方法や使用する培地による結果への影響を把握することを目的とした調査を実施した。
２．研究内容（１）調査概要
平成 24 年 2 月から 3 月にかけて、9 つの下水処理場を対象地として調査を行った。各処理場の概要は表－1 の通りである。
各処理場において、１週間に１回採水する定期調査を 3 回（同じ曜日、時間帯に採水）、A 処理場について
はさらに 24 時間調査(4 時間ごとに 5 回採水)を 1 回実施し、流入下水及び放流水（消毒後）を採水した。
測定は、水質項目として水温、pH、浮遊物質（SS）、CODMn、残留塩素（放流水試料のみ）、微生物項目として大腸菌群数、大腸菌数、腸球菌数について行った。水質項目の測定は下水試験方法に基づいて実施した。
表－1 調査対象処理場の概要
処理方法

消毒方法

処理場規模※

A

標準活性汚泥法

塩素

中規模

B

標準活性汚泥法

紫外線

中規模

C

標準活性汚泥法

オゾン

大規模

D

標準活性汚泥法

塩素

大規模

E

標準活性汚泥法

塩素

中規模

F

オキシデーションディッチ法

塩素

中規模

G

オキシデーションディッチ法

塩素

中規模

H

オキシデーションディッチ法

紫外線

小規模

I

オキシデーションディッチ法

紫外線

小規模

69

※処理場規模は下記の通り区分した。
大規模：100,000m3/日以上
中規模：5,000～100,000m3/日
小規模：5,000m3/日以下

（２）大腸菌数等の測定方法

表－2 本調査で用いた大腸菌数等の測定方法及び培地

大腸菌数等の測定に用いた方法は、表－2 の通りである。
なお、表－1 中の A,F 処理場については

測定対象

測定方法

使用した培地

大腸菌数

最確数法

ｺﾘﾗｰﾄ培地 QT ﾄﾚｲ及上水試験方法

び EC ﾌﾞﾙｰﾌﾟﾚｰﾄ(2011 年版)

及び全ての測定方法、培地を用いて測定を行い、大腸菌群数

その他の処理場については、コリラート培
地 QT トレイを用いた最確数法による大腸

平板培養法

ｸﾛﾓｶﾙﾄｺﾘﾌｫｰﾑ寒天培

ﾒﾝﾌﾞﾚﾝﾌｨﾙﾀｰ

地及びｸﾛﾓｱｶﾞｰ ECC
培地

法

菌数及び大腸菌群数の測定、デソキシコー
大腸菌群数

ル酸塩培地を用いた平板培養法（以下、デ平板培養法

ﾃﾞｿｷｼｺｰﾙ酸塩培地

下水試験方法(1997 年版)

ソ法）による大腸菌群数の測定、及びエン
腸球菌数

テロラート培地 QT トレイを用いた最確数

最確数法

ｴﾝﾃﾛﾗｰﾄ培地 QT ﾄﾚｲ

法による腸球菌数の測定を行った。
３．結果及び考察表－3 水質項目分析結果（放流水の平均値）（１）水質項目分析結果

水温

各処理場の放流水における水質項目分析結果の平均

pH

残留塩素

SS

CODMn

(mg/l)(mg/l)(mg/l)(℃)

値を表－3 に示す。COD の値にばらつきはあるものの、それ以外の項目についてはほぼ同程度という結果となった。
（２）定期調査の分析結果①大腸菌群、大腸菌、腸球菌の存在状況
各処理場において定期的に採水した放流水中の大腸
菌数と大腸菌群数、及び腸球菌数の菌数について測定
結果を表－4 に示す。なお、デソ法による測定結果については、他の測定法との比較のため、100ml あたりの菌数に換算して示している。

A

16.9

7.3

<0.05

4

6.3

B

17.8

7

<0.05

3

8.7

C

18.2

7

<0.05

3

10.2

D

16.8

7

<0.05

2

9

E

16.8

7.5

<0.05

3

13.2

F

15.5

7.2

<0.05

2

7

G

14.2

7.7

0.05

3

17.4

H

14.1

7.2

<0.05

4

9.2

I

7.6

7.2

<0.05

<1

2.4

処理場によるばらつきは大きいものの、放流水 100ml あたり大腸菌群数が 101～105、大腸菌数が 100~103、腸球菌が 100~102 程度の範囲で存在していることが把握できた。また、COD 値が高い処理場では、大腸菌数、大腸菌群数、腸球菌数の値も高い傾向が見られた。

表－4 各処理場における定期調査分析結果（放流水）
大腸菌数（コリラート培地）(MPN/100ml)

大腸菌群数（コリラート培地）(MPN/100ml)

大腸菌群数（デソ培地）(CFU/100ml)

腸球菌数(MPN/100ml)

最小値

最大値

平均値

最小値

最大値

平均値

最小値

最大値

平均値

A

5

365

215

31

2,420

1,074

N.D

3,400

1,133

B

4

35

16

29

113

58

N.D

100

33

C

1,396

1,733

1,523

2,420

24,196

14,6488,400

34,05021,150

最小値

最大値

平均値

9

88

59

N.D

14

5

308

613

436

D

74

285

180

1,236

1,483

1,360

500

1,600

1,050

74

152

113

E

211

4,532

1,611

1,935

19,863

8,184

1,100

21,500

7,967

276

862

501

11

7

N.D

186

84

N.D

N.D

N.D

12

56

28

F

N.D

G

8

144

87

2,143

17,329

8,269

2,700

30,00013,033

11

1,046

535

H

9

19

12

54

146

94

N.D

200

100

3

13

7

1

1

5

6

6

N.D

100

50

4

2

I

N.D

70

N.D

図－1 は、デソ法による大腸菌群数の流入水
標準活性汚泥法

中と放流水中との相関について示したグラフでる一方、放流水中の大腸菌群数はばらつきが大きく、明確な相関関係は見られなかった。
２）分析方法等の違いによる比較①コリラート培地を用いた最確数法とデソ法による大腸菌群数との比較
図－2 に、コリラート培地を用いた最確数法とデソ法による放流水中の大腸菌群数測定結果

放流水中の大腸菌群数(/100ml)ある。流入水中の大腸菌群数は一定の範囲にあ

1.E+04
1.E+03
1.E+02
1.E+01
1.E+00
1.E+00

放流水の測定結果を示したグラフである。また、る（例えば図－2 の場合、点線円部分）。

未満の場合、同じ試料をデソ法で測定した測定
値は N.D、または 100CFU/100ml 程度にばらつく傾向が見られ、試料水中の大腸菌群数が少ない（100/ml あたり 103 未満）場合、デソ法で1.E+05

コリラート培地による大腸菌群数(/100ml)

最確数法による測定値が 100ml あたり 103

1.E+04
1.E+03
1.E+02
1.E+01
1.E+00
1.E+00は測定値が安定しない結果となった。これは、1.E+01

1.E+02

1.E+03

1.E+04

1.E+05デソ培地による大腸菌群数(/100ml )今回用いたデソ法では測定に用いる試料の量が1ml と少ないためと考えられる。

1.E+09（デソ法による測定結果）

ある点は、測定値が N.D であることを示している傾向が見られる結果となった。

1.E+06

図－1 流入水及び放流水中の大腸菌群数の相関

図－2 から図－9 において X 軸または Y 軸上にあたり 103 より大きい場合と小さい場合で異な

1.E+03

流入水中の大腸菌群数(/100ml)の相関を示す。なお、図－2 から図－9 は、全て最確数法による大腸菌群数の測定値が 100ml

ＯＤ法

1.E+05

図－2 コリラート培地を用いた最確数法及びデソ法による一方、最確数法による大腸菌群数が 100ml

大腸菌群数の相関あたり 103 以上の場合は、最確数法とデソ法に1.E+04

両者はほぼ同程度、もしくは最確数法による測定のほうがやや低い値となった。この結果は、既往研究の結果 2)と異なる傾向であり、さらに調査を継続する必要があると考えられる。
②コリラート培地を用いた最確数法における大腸菌群数と大腸菌数の比率
図－3 に、コリラート培地を用いた最確数法

コリラート培地による大腸菌数(/100ml)

よる測定値との間に高い相関が見られた。なお、

1.E+03
1.E+02

1.E+01
図-2 コリラート培地及びデソ培地を用いた大腸菌群数のにおける大腸菌群数と大腸菌数の相関を示す。
同一培地による測定結果を比較した場合、両者相関

1.E+00
1.E+00

1.E+01

1.E+02

1.E+03

1.E+04

1.E+05

コリラート培地による大腸菌群数(/100ml)には高い相関が見られ、大腸菌数は大腸菌群数
図－3 コリラート培地を用いた最確数法におけるより 101 程度低い結果となった。

大腸菌群数及び大腸菌数の相関

71

③異なる培地を用いた最確数法における
1.E+04図－4 に、コリラート培地及び EC ブルー培地を用いた最確数法による大腸菌数の測定結果を示す。ここでは、A 処理場試料の結果を A、F 処理場試料の結果を B としている。
検出下限値以下となった結果についてはプ
ロットしていない。なお、X 軸は測定回を示している（例：X 軸が 1 の場合は、1 回目の大腸菌群数、大腸菌数(/100ml)

測定結果

測定）。

A 大腸菌（ｺﾘﾗｰﾄ）
1.E+03

B 大腸菌（ｺﾘﾗｰﾄ）
1.E+02

B 大腸菌（ECﾌﾞﾙｰ）A 大腸菌群（デソ）

1.E+01

B 大腸菌群（デソ）

1.E+000培地の違いによる測定値の差は、ほとんどないか１桁程度であった。

A 大腸菌（ECﾌﾞﾙｰ）

1

2

3

4

図－4 異なる培地を用いた最確数法による大腸菌数測定結果④異なる培地を用いたメンブレンフィル
ター法における測定結果

1.0E+04

培地及びクロモアガーECC 培地を用いたメ
ンブレンフィルター法による大腸菌数の測定結果を示す。凡例の A,B 及び X 軸の見方については図－4 と同じである。また、測定値
が N.D となった結果についてはプロットしていない。
メンブレンフィルター法による測定でも、培地の違いによる測定値の差はほとんど見

大腸菌数、大腸菌群数(/100nl)

図－5 に、クロモカルトコリフォーム寒天
Ａ大腸菌（ｸﾛﾓｶﾙﾄ）
1.0E+03

Ａ大腸菌(ｸﾛﾓｱｶﾞｰ）
Ｂ大腸菌(ｸﾛﾓｶﾙﾄ）

1.0E+02

Ｂ大腸菌（ｸﾛﾓｱｶﾞｰ）
Ａ大腸菌群（デソ）

1.0E+01

Ｂ大腸菌群（デソ）

1.0E+00

られなかった。また、菌数の値は③の最確数

0

1

2

3

4

法による測定値とほぼ同程度であった。
⑤異なる培地を用いた平板培養法による図－5 異なる培地を用いたメンブレンフィルター法による大腸菌数測定結果

測定結果
図-6 に、クロモカルトコリフォーム寒天培
1.E+04

培養法による大腸菌数の測定結果を示す。凡
例の A,B 及び X 軸の見方については図－5 と同じである。
数値として得られた場合の菌数は③の最確数法や④のメンブレンフィルター法における測定値とほぼ同じであるが、⑤は③や④に比べて N.D となる確率が高く、測定結果にばらつきが見られた。④と⑤では同じ培地を大腸菌数、大腸菌群数(/100ml)

地及びクロモアガーECC 培地を用いた平板Ａ大腸菌（ｸﾛﾓｶﾙﾄ）
1.E+03

Ａ大腸菌(ｸﾛﾓｱｶﾞｰ）
Ｂ大腸菌(ｸﾛﾓｶﾙﾄ）

1.E+02Ｂ大腸菌（ｸﾛﾓｱｶﾞｰ）
Ａ大腸菌群（デソ）

1.E+01

Ｂ大腸菌群（デソ）

1.E+000用いており、この傾向の違いは、今回用いた

1

2

3

4

平板法は試料水が 1ml と少ないため、菌数が図－6 異なる培地を用いた平板培養法による大腸菌数少ない場合に測定値にばらつきが見られる

測定結果ことによるものと考えられる。

72

⑥腸球菌と大腸菌、大腸菌群数との相関
1.E+04

図－7 に腸球菌数とコリラート培地を用いた最確数法による大腸菌数との相関、図－8 に腸球菌数と最確デソ法による大腸菌群数との相関をそれぞれ示した。
最確数法を用いた大腸菌数、大腸菌群数の測定結果
は、いずれも腸球菌数との間に高い相関が見られた。
デソ法による大腸菌群数との相関についても、（２）２）

1.E+03

腸球菌数(/100ml)

数法による大腸菌群数との相関、図－9 に腸球菌数と1.E+02

1.E+01

1.E+00
1.E+00①に示した最確数法とデソ法との関係と同様、菌数が比較的多い場合には腸球菌数との相関が見られた。

1.E+01

1.E+02

1.E+03

1.E+04

コリラート培地による大腸菌数(/100ml)

1.E+04

1.0E+04

1.E+03

1.0E+03
腸球菌数(/100ml)

腸球菌数(/100ml)

図－7 腸球菌数と大腸菌数の相関

1.E+02

1.E+01

1.E+00
1.E+00

1.E+01

1.E+02

1.E+03

1.E+04

1.0E+02

1.0E+01

1.0E+00
1.E+00

1.E+05

コリラート培地による大腸菌群数(/100ml)

1.E+01

1.E+02

1.E+03

1.E+04

1.E+05

デソ法による大腸菌群数(/100ml)

図－9 腸球菌数とデソ法による大腸菌群数の相関

図－8 腸球菌数と最確数法による大腸菌群数の相関（３）24 時間調査の分析結果
図－10 に、24 時間調査にて採水した A 処理場放流水中の大腸菌群数、大腸菌数、腸球菌数の時間変動を示す。採水は、10 時、14 時、18 時、22 時、2 時の 5 回行った。水質項目、及び菌数の平均値は、定期調査による測定と同程度の結果となった。デソ培地を用いた測定では、22 時の測定時に放流水中の大腸菌群数が増加する傾向が見られた一方、大腸菌数、腸球菌数については 18 時の測定時に菌数が減少し、22 時の測定
時に日中の菌数と同程度まで戻る傾向が見られた。

この変動傾向は、既往の調査 4)で実施した消毒前処理水中における大腸菌の変動とは異なるものであり、今後さらなる調査、検討が必要である。

73

大腸菌数・大腸菌群数・腸球菌数(MPN/100ml,CFU/100ml)

大腸菌数（コリラート培地）

大腸菌群数（コリラート培地）

大腸菌群数（デソ培地）

腸球菌数（エンテロラート培地）

1.E+04

1.E+02

1.E+00
10時

14時
図－10

18時

22時

2時

24 時間調査における菌数の時間変動

４．まとめ
下水処理場試料水を対象として、複数の測定方法、培地を用いた大腸菌群数及び大腸菌数、腸球菌数の実態調査を行った結果、以下の傾向を把握することができた。
①デソ法とコリラート培地を用いた最確数法による大腸菌群数の測定結果を比較すると、試料水中の菌数が比較的多い(およそ 1,000MPN/100ml 以上)場合は高い相関が見られたが、菌数が少ない（およそ 100
MPN/100ml 以下）場合は、デソ法では N.D となる割合が高く相関が見られない。
②試料水中の菌数が少ない場合、デソ培地を用いた場合だけでなく今回用いた平板培養法の傾向として、他の測定法より N.D となる割合が高い。
③大腸菌群と大腸菌の割合は、処理場、測定法によるばらつきがあるもののおおよそ 10%～20%程度である。
④同じ試料を同じ測定法、異なる培地で測定した場合の菌数は、ほぼ同程度か 101 程度の範囲の差である。
今回の調査は冬季のみであったため、今後は年間を通じた調査、複数回の 24 時間調査を実施して季節変動、時間変動を把握し、下水処理水における新たな衛生学的指標導入に向けた検討をさらに進めていく予定である。
参考文献
1)和波一夫,竹内健,三島寿一,森岡浩然：親水性水域の大腸菌群数等の測定結果,東京都環境化学研究所年報,
20072)例えば和波一夫,石井真理奈,木瀬晴美：都内河川の大腸菌群数に関する研究(1)多摩川の大腸菌群と大腸菌の挙動,東京都環境化学研究所年報,2010
3)保坂三継,勝田千恵子,榎田隆一,瀬戸博：水道原水・浄水等における原虫類並びに糞便汚染指標細菌類調査結果(平成 14 年度),東京健康安全研究センター年報,54,290-295,2003
4)国土技術政策総合研究所下水道研究部下水処理研究室：下水処理場における流入水及び処理水中の大腸菌群等測定業務報告書,2006

74

12.

災害時の復旧段階における下水処理の適正な管理に関する調査
下水処理研究室

室
研

長
究

官

小越

眞佐司

西村

峻介

１．はじめに
東日本大震災により甚大な被害を受けた下水処理場では、本復旧に時間を要することから、段階的に処理レベルを向上させていくことによって対応せざるを得ない状況が生じている。そのため、国土交通
省では、下水処理施設の迅速な復旧や適正な管理により、公共衛生の確保及び公共用水域に与える影響の最小化を図り、復旧段階における下水処理の適正な管理に関するガイドラインを作成することとしている。
本調査では、現状の簡易な処理方法の実態及びその処理水が放流先水域に与える影響を把握するため、
東日本大震災により被害を受けた浄化センターとその放流先において、サンプリング・水質分析等の現地調査を実施の上、影響範囲の解析を行い、ガイドライン作成に必要となるデータ整理・基礎資料の作成を行うことを目的とした。

２．調査内容2.1

調査対象

平成２４年１月から３月にかけて、東日本大震災によって被災し、現在応急復旧対応中の宮城県内の４箇所の浄化センター（石巻東部浄化センター、仙塩浄化センター、南蒲生浄化センター、県南浄化センター）の施設内とそれぞれの放流先である運河、海域を調査した。それぞれの浄化センターの概要を表-１に示す。

表-１
浄化センター名石巻東部浄化センター
仙塩浄化センター
南蒲生浄化センター

県南浄化センター

2.2

調査対象浄化センターの概要

水処理方法（処理系別）
沈殿処理
前曝気+沈殿処理+簡易曝気
接触酸化法（流入水量の半分程度）
沈殿処理（流入水量の半分程度）
沈殿処理
沈澱処理+簡易曝気（一部系列）
沈澱処理+簡易曝気+砂ろ過（一部系列）

消毒方法
固形塩素
液体次亜塩素酸ナトリウム
液体次亜塩素酸ナトリウム

次亜塩素酸ソーダ

汚泥引抜
あり
あり
あり
あり
なし
あり
なし

調査対象項目

平成２３年６月１４日に国土交通省から発出された「下水道地震・津波対策技術検討委員会第２次提言

段階的応急復旧のあり方」に、ＢＯＤ（mg/l）及び大腸菌群数（個/cm 3 ）について、段階的応急復

旧における目標水質が設定されている。本研究では、これらの項目に着目して調査を行った。

75

2.3

調査方法

浄化センター内の調査は、県南浄化センターで５回、残りの３浄化センターで２回ずつ実施した。第
１回調査では各２時間間隔の計１２回、第２回調査以降では４時間間隔の計６回の採水及び水質測定を行った。その他、県南浄化センターの処理水（消毒前）においては各処理系統別に５箇所で朝・昼・夕の３回、南蒲生浄化センターの第２回調査では処理水（接触酸化後）の採水、水質測定を行った。
放流先水域の調査は、県南浄化センターで４回、残りの３浄化センターで２回ずつ実施した。また、解析に必要と考えられた河川や浄化センター以外の放流水でも採水を行った。
水質試料の採取は、調査箇所により適宜採水バケツ、又はヒシャク等によって検水を採取し、BOD（JIS K 0102 (2008) 21）および大腸菌群数（下水試験方法 3.3.7.2.（1）3)②）の分析を行った。

３．調査結果3.1

放流水質について各浄化センターにおける BOD 及び大腸菌群数の放流量と除去量について震災前と震災後とを比較するため、2006～2010 年の１月の平均値と、2012 年の１月調査時の平均値とを図-１に示す。
BOD について、震災前はいずれの浄化センターでも平2.00.0 石巻東部浄化センター

均して 96～99%の削減割合であったが、震災後は応急復

仙塩浄化センター

旧 対応 中 で ある た め 、11～44％ と 十 分に 除 去 され てい

南蒲生浄化センターな い状 態 で あっ た 。 その 中 で、 全 流 量に 対 し て簡 易曝

県南浄化センター

気を行っている仙塩浄化センタ
ーは他の浄化センターと比較して除去量が多いことから、応急

BOD(t/day)60

復旧対応として曝気による簡易50

な生物処理が有効であったと考

40

えられる。
大腸菌群数 について 、震 災前
はいずれの浄化センターでも20

99.9％以上除去されており、震10災後においてもほとんど全ての0処理場で震災前と同レベ
ルで除去されていた。石

大腸菌群数(個/day)

巻東部浄化センターでは1.E+16

１月調査の時点では固形

1.E+14

塩素を使用しており、本

1.E+12

調査結果で見られるよう

1.E+10に使用方法によっては消毒効果が十分に得られず、
大腸菌群数を減らすことができないケースがある
ことが確認された。

36
%
97%

99%

0.03%

56
64 %
%

0.03% 0.02% 0.04%

1.E+04

89
%

24
%
76
%

19
%
18
%
82
%

98.1
9%

99.9
99%

99.9
97%

99.9
95%

0.00
1%

0.00
3%

0.00
5%

90.
27
%

9.7
3%

1.E+00

76

81
%

11
3%

3月上旬
調査時平均

1.E+02

図‐１

51
%
49
%

1月下旬
調査時平均

99.98
% 99.96%

1.E+081.E+0644%

震災前
5ヵ年平均(1月)

99.97
99.97 %
%

3月下旬
調査時平均

11
%

96%

98%

放流

1月下旬
調査時平均

震災前
5ヵ年平均(1月)30除去

震災前後の放流量と除去量

99.
999
%

99.
996
%

99.
998
%

0.0
01
%

0.0
04
%

0.0
02
%

3.2

放流先水域への影響について

平成 24 年 1 月に各浄化センターの放流先水域における塩分濃度のコンター図、 調査地点での CODの測定結果、およびそれぞれの調査地点の環境基準値を図－2 に示す。
石巻東部浄化センターでは、旧北上川の影響が強く、本調査項目のみでは放流水単体の影響範囲は不明瞭であったが、放流先水域の環境基準は満たされていた。
仙塩浄化センターでは、放流水の影響は放流先の貞山運河出口付近まで及んでいたが、その外側では環境基準が満たされており、放流水の影響は小さいと考えられる。
南蒲生浄化センターでは、塩分濃度の薄い水域が放流先に見られ、その付近で測定値が環境基準値を上回っていることから、放流水の影響が放流先水域に及んでいる可能性が考えられた。
県南浄化センターでは、浄化センターの放流口近傍を除いたどの測定点においても測定値が環境基準値未満であった。これは放流先水域が遠浅で混合されやすい環境であるためであり、放流水が放流
先水域へ与える影響は小さいと考えられる。

仙塩浄化センター放流口

図‐２

放流先水域でのCODの調査結果

77

４．まとめ
4.1 放流水質について
本調査結果より、BOD の除去にあたっては、曝気による簡易な生物処理が有効である ことが示された。処理場が被災し、段階的に復旧を行う必要が生じた場合には 沈殿処理の段階からできる限り速やかに仮設ブロア等を使用し、簡易曝気ができる設備を整えることが重要である。 さらに、BOD の除去に関しては、安定的な水質レベルを保つために、沈殿処理や簡易曝気による水処理に加え、汚泥処理を行うことが有効である。汚泥の搬出先を確保した上で、仮設脱水機や既設脱水機等によって汚泥 処理が可能な設備を整え、できる限り早急に汚泥処理工程を開始することが重要である。
また、大腸菌群の除去にあたり、固形塩素の使用方法によっては消毒効果が十分に得られず、大腸
菌群数を減らすことができないケースがある。固形塩素の使用にあたっては、十分に溶解するよう に
顆粒状の薬剤や専用の溶解ケースを使用すること、攪拌を十分に行うことなどに留意する 必要がある。
固形塩素による十分な効果が得られない場合は、速やかに液体塩素へ移行する必要があるが、移行 にあたっては、大容量のタンクや設置スペース、電源を確保する必要がある ため、液体塩素を投入できる設備を整えることが重要となる。

4.2

放流先水域における水質

各浄化センターの放流先水域で水質を計測したところ、放流口の近傍を除いたほとんど全ての調査地
点で環境基準を満たしていた。南蒲生浄化センターについては汚濁負荷量が多いため放流口から離れた地点でも環境基準値を超えた COD 濃度が検出されたと考えられるが、放流口から離れるにつれ COD 濃度は低下し、環境基準値と同程度まで低下していることから、影響範囲は広くないと考えられる。

参考資料
1）宮城県東部下水道事務所「平成 17～21 年度 維持管理年報」
2）宮城県中南部下水道事務所 「平成 17～21 年度 仙塩流域下水道維持管理年報」
3）宮城県中南部下水道事務所 「平成 17～21 年度阿武隈下流流域下水道維持管理年報」
4）仙台市建設局・南蒲生浄化センター「平成 17～21 年度 浄化センター年報」
5）石巻東部・仙塩・南蒲生・県南の各浄化センター資料より作成

78

13. 放射性物質で汚染された下水汚泥に関する調査および検討
下水道研究部

下水処理研究室 9.室
研

究

長

小越

眞佐司

官

對 馬

育 夫

１．はじめに
福島第一原子力発電所事故に伴い飛散した放射性物質が、東北･関東を中心とする多くの下水処理施設に深刻な影響を与えている。地表に降下した放射性物質が下水道を介して下水処理施設へ流入するため、下水汚泥等から濃縮された放射性物質が検出されている。近年、下水汚泥の有効利用率が向上し、約 8 割がセメン
ト化等に有効利用され、残りが埋立処分されているが、放射性物質を含む下水汚泥は通常の処理・処分を行うことができず、現在 12 都県において約 10 万 t の下水汚泥が保管されている（2012 年 3 月時点）。
従来、下水処理場における放射性物質関連の報告はほとんど例がなく、下水処理場における放射性物質の流入状況、各処理プロセスにおける挙動、適切な下水汚泥の保管および処分方法、再利用方法等未知な点が多い。国総研では、下水汚泥が高濃度に汚染されるメカニズムを解明するため、関東・東北地方の 5 箇所の下水処理場を対象に、放射性物質の流入状況の調査および下水処理、汚泥処理、焼却・溶融処理過程における放射性核種分析を行った。さらに、下水処理場において放射性物質を含んだ下水汚泥等を安全に保管するための条件を数値シミュレーションにより検討した。また、放射性物質を含む下水汚泥の埋立処分のための知見を得るため、下水汚泥焼却灰及び溶融スラグについて、溶出試験を行い、放射性セシウムの溶出特性を調査した。
2. 調査方法
2.1. 下水処理施設における放射性物質の挙動調査
調査は 2011 年 7 月-9 月の晴天時に、合流式および分流式下水処理場 5 箇所を対象に行い(表 1)、流入下水、初沈流入水、初沈流出水、活性汚泥、最終沈殿後水、生汚泥、余剰汚泥、濃縮汚泥、脱水汚泥、焼却灰、焼却炉等排ガス、返流水等を採取し、水質および放射性物質濃度を測定した。各試料は 3 時間間隔で採取後、流量比に基づき混合した 24 時間の流量比例混合試料とした。なお、施設の運転状況により一部の施設では採取回数を変更した。液体試料については、1 µm のガラス繊維ろ紙でろ過し、ろ紙上に残った SS 分とろ液のそれぞれについて分析を行った。ろ液の放射性物質については、約 500 mL の試料を約 5 倍に濃縮した後、分析を行った。

表 1 調査対象下水処理場の流入方式と調査日

下水処理場
流入方式
晴天時24時間
コンポジットサンプリング

A

B
C
分流式（一部合流
合流式
分流式
式を含む）
7月4-5日
7月4-5日
7月7-8日
8月30-31日
9月15-16日

79

D
分流式（一部合流式を含む）
7月7-8日E
分流式
7月7-8日焼却炉および溶融炉からの排ガスの採取および測定は「廃棄物等の放射能調査・測定法暫定マニュアル（第１版）1) 」に準拠した（図 1 および写真 1）。なお、すべての試料の放射性物質の分析はゲルマニウム半導体
検出器（SEIKO EG&G、GMX-20200）を用い文部科学省「放射能測定法シリーズ 24 緊急時におけるガンマ線スペクトロメトリーのための試料前処理法 2)」に準拠した。

図１ 排気採取模式図

写真 1 排気中の放射能濃度調査

2.2. 放射性物質を含む下水汚泥の保管に関する検討
下水汚泥を保管する周辺の線量率について、モンテカルロ手法（計算コード EGS4*）を用いて評価した。
また、遮蔽物の効果については図 2 に示す経路からの被曝を対象と考慮した。また、作業者は保管汚泥近傍に毎日 4 時間(労働日数は月 20 日間) 立ち入ること、一般公衆は 24 時間 365 日施設周辺に留まることを仮定
し、それぞれ 1 µSv/hr (年間 1.0 mSv 相当) および 0.1 µSv/hr (年間 1.0 mSv 相当) を超えないような遮蔽条件
および離隔距離を算出した。なお、本検討では、保管建屋(2 m×50 m×2 m) の材質をコンクリート（密度 2.1
g/cm3） とし、溶融スラグ（含水率 2%、密度 2.8 g/cm3）を集積したものを想定した。溶融スラグの放射能濃度は 10 万 Bq/kg とし、線源核種は Cs-137(ガンマ線エネルギー662keV、放出率 0.851) を用いた。
*EGS4: 電磁カスケード放射線輸送計算ができるコンピュータプログラム

周囲の建造物等⑦

フレコン／シート／ドラム缶等保管建屋天井

④

空気

⑤
②
①
保管物
（一様分布線源）

③
①

②

保管建屋
評価点
⑥

土壌
番号

対象

解析上の取扱①

保管物中での減衰（自己遮へい効果）および散乱等の反応考慮

無視しても安全側の評価となるが、過大評価となる。

評価点での線量への影響②

フレコン、ビニールシート等中での減衰無視

無視しても安全側の評価となる。厚みは薄いため過大評価にはならない。

③

保管建屋の構造材の影響考慮無視をしても安全側の評価となるが、構造材厚が厚い場合は過大評価になる。
今回の計算では保管物廻りに一様に遮へい体があるものとして評価④

スカイシャイン考慮

保管物の近くでは寄与は大きくなく無視できるが、距離が離れると寄与は無視できなくなる。

⑤

保管建屋の天井の影響無視

無視をした場合、天井での減衰分が考慮しないこととなり、スカイシャイン成分を安全側に評価される。天井が厚い場合はスカイシャイン成分を過大評価になる。

⑥

土壌による影響考慮

無視すると土壌からの反射成分を評価されない。寄与は大きくはないが考慮したほうが説明上有効である。また、保管建屋の床からの影響も擬似的に考慮したことになる。

⑦

周囲の構造物等による影響

無視

増加分は相対的に小さいため、無視しても大きな影響はない。 解析上の不確かさとして、安全裕度に含めて考慮することが望ましい。

図 2 遮蔽解析条件80

2.3. 放射性物質を含む下水汚泥の溶出試験
本研究で行った溶出試験は JIS 溶出試験法 3)に準じて実施した。試料 200 g に対し水を 2L とし、200 rpm
で 6 時間撹拌を行った。本試験には、2011 年 7 月-8 月に東北・関東の下水処理施設から採取した焼却灰 10
検体、溶融スラグ 2 検体を用いた。焼却灰に含まれる放射能濃度は約 3,000-23,000 Bq/kg で、溶融スラグは
38 Bq/kg および 17,800 Bq/kg であった(表 5)。
研究成果
3.1. 下水処理施設における放射性物質の挙動調査(1) 流入状況
下水処理場への放射性セシウムの流入は降雨による影響を受けることが大きいと予想されたため、合流式
下水道における初期降雨時の流入下水中に含まれる放射能濃度の調査を行った。この結果（表 2）、初期降雨時の試料（雨水混入率*1; 約 80%）には、日平均値と比べ 30 倍以上の高濃度で放射性のセシウムが流入していることが確認された。
また、下水道管渠内の堆積物等の放射性セシウムの状況について現状を把握するために、合計 19 地点（合流区域 14、分流区域 5）のマンホールの調査を 7 月に実施した。この結果、1 地点を除きマンホールには堆積物がないことが確認された。ポンプ場沈砂池や伏越し管の底部等で堆積が生じている可能性はあるものの、
通常は、菅渠の大部分で日常的な下水の掃流効果や定期的な清掃によって堆積物が除去されていることから、汚染された堆積物から放射性セシウムの供給が継続する可能性は低いと考えられた。
したがって、終末処理場への放射性セシウムの流入は、主として降雨により、地表面に蓄積した放射性物
質が洗い流されることによって生じるものであり、地表から流出する放射能濃度が低下すれば、下水の放射能濃度も低下するものと推測される。
*1：雨水混入率＝（雨天時流入量－晴天時流入量）／雨天時流入量 ×100 (％)

表2

Cs-134
Cs-137
Cs 合計

A 処理場流入下水中の放射性セシウム濃度（Bq/kg）

日平均流入水111324

雨天時流入水384407
791(2) 処理場内における挙動
各処理場の処理過程における放射性セシウム濃25(17/10)度を図 3 および表 3 に示す。合流式の A 処理場および一部合流を含む B 処理場からは流入下水中か29(19/10)

沈砂池・スクリーン流入37(25/12)
沈殿1

沈砂・しさら放射性物質が検出された。一方、C 処理場およ

消毒

処理水

返送汚泥

6,800

び E 処理場では流入下水中には放射性物質が検出

濃縮分離液

されなかった * 。A 処理場 7 月調査時では、放流

121(76/45)水中に放射性セシウムが 13 Bq/kg 含まれていたが、

塩素

沈殿2

生物反応槽

混合汚泥

1

13
(1/12)

199(186/13)

余剰汚泥

凡例
放射能濃度

620

2 5 ( 1 7/8 ) Bq /kg
合計（ SS/ろ 液）

濃縮
脱水

分離液・洗浄排水

脱水汚泥

816(730/86)

8 月調査時には 8 Bq/kg と減少していた。なお、他

4,100

82,000の処理場では放流水に残存している放射性物質は不検出であった。また、放流水の BOD 等の通常

図 3 各処理過程における放射性セシウム濃度の例の水質は事故前との差は認められず、原発事故に（A 処理場 7 月調査）81

よる影響はなかった。
下水処理過程内における放射性物質は浮遊性物質として、主として活性汚泥等に保持されており、汚泥濃縮過程では、汚泥に含まれる浮遊性の放射性セシウムの 9 割以上が濃縮汚泥に移行していた。さらに、濃縮
分離液、脱水分離液等を介し、一部の放射性物質が水処理系に再度流入していることが明らかになった。なお、2 回目調査時には、A 処理場および B 処理場ともに、全体的に放射能濃度が低下しており、長期的には下水処理場内に蓄積されている放射性物質の量は減少することが示された。一方、流入下水における放射性セシウム濃度が不検出である C、E 処理場でも、濃縮汚泥以降では検出されており、放射性物質が汚泥に移行し、濃縮、脱水の過程で濃縮されていることがわかった。
*1： それぞれの検出下限値を括弧内の数字で示す。単位は Bq/kg である。C 処理場: 浮遊性の放射性セシウム Cs-134 (0.4)、
Cs-137 (0.8)、ろ液中の放射性セシウム Cs-134 (0.4)、Cs-137 (0.8)、E 処理場: 浮遊性の放射性セシウム Cs-134 ( 0.3)、Cs-137
0.2、ろ液中の放射性セシウム Cs-134 (0.9)、Cs-137 (0.9)

表３ 各処理場における放射性セシウム濃度(Bq/kg)

A 処理場
B 処理場
C 処理場
E 処理場

7月
8月
7月
9月
7月
7月

流入下水
25 (17/8)
5 (2/3)23 (20/3)
2 (2/ND)
ND
ND

初沈流出水
37 (25/12)
23 (16/7)
7 (6/1)0.2 (0.2/ND)
ND
ND

生物反応槽
199 （186/13）
66 (57/7)
135
4 (4/ND)
4 (4/ND)
ND

放流水
13 (1/12)
8 (0/8)
ND
ND
ND
ND

濃縮汚泥
4,100
1,460
930
150
250
60

脱水汚泥
82,00022,00010,000
1,800
1,550
540

*括弧内の数字は（SS 成分中の放射性セシウム濃度/ろ液中の放射性セシウム濃度）(3) 排気中に含まれる放射能濃度
焼却炉 2 箇所及び溶融炉 1 箇所を対象として、排気中に含まれる放射性セシウム濃度を測定した(4 時間以
上吸引：3.3 Nm3 以上)。その結果、いずれの処理場においても排気中の放射性セシウム濃度は不検出であり、下水汚泥の焼却炉及び溶融炉における放射性セシウムの環境中への放出は見受けられなかった(表 4)。
表 4 焼却灰、溶融スラグおよび排気中に含まれる放射性セシウム濃度

焼却炉①
焼却炉②
溶融炉①

焼却灰あるいは溶融スラグに含まれる放射性セシウム濃度（Bq/kg)
Cs-134
Cs-137
14,991
16,626
7,137
7,722
12,38014,357

排気中に含まれる
放射性セシウム濃度（Bq/m3)
Cs-134
Cs-137
ND (<0.06)
ND (<0.06)
ND (<0.11)
ND (<0.09）
ND (<0.40)
ND (<0.45)（）内は検出下限値

3.2. 放射性物質を含む下水汚泥の保管に関する検討
線量率の評価結果から算出した種々の遮蔽体からの離隔距離と被曝線量率との関係を図 4 に、放射能濃度と実効線量が 1µSv/hr となる離隔距離の関係を図 5 に示す。この結果から、10 万 Bq/kg の汚泥を保管する場
合、①10 m 以上の離隔距離を保つ、②20 cm 以上のコンクリートで遮蔽することで、作業者の被曝を 1 µSv/hr
以下にすることが可能であることが示された。また、保管汚泥の放射能濃度が 10 万 Bq/kg 以下であれば、影響範囲が減少することが示された。一般公衆については、線源表面から 50 m 離れることで、遮蔽が無くても、0.1 µSv/hr 以下にできることが示された。
保管庫の天井(コンクリート厚 10 cm) の有無による線量率を検討した結果、線源表面から 50 m の位置にお82

いて、天井無の場合は天井有の場合より最大30%程度線量率が高くなった（図 6）。さらに、
スラグ（含水率 2%、密度 2.8g/cm3）の他に、加湿焼却灰（含水率 30%、かさ密度 0.75g/cm3）、
脱水汚泥（含水率 80%、密度 0.66g/cm3）を保管した場合の線量の評価結果を、図 7 に示す。これらのケースにおいて、放射能濃度を溶融スラ
グと同様に 10 万 Bq/kg とした場合、脱水汚泥表
面での線量は溶融スラグの 2 倍程度高くなるが、

図 4 コンクリート厚およびスラグ表面からの距離と線量率の関係

放射線量は距離の二乗に反比例するため、50 m

3.3. 放射性物質を含む下水汚泥の溶出試験
下水汚泥焼却灰及び溶融スラグについて、放射性セシウムの溶出特性を JIS 溶出試験により調査した。その結果を表 5 に示す。下水汚泥の焼却炉の型式として最も一般的である流動床焼10

脱水汚泥表面からの隔離距離 [m](実効線量1μSv/hrとなる)の位置では差は 5%であった。

却炉からの焼却灰試料 9 検体に加えて、それ以

9
8
7
6
5
4

遮へい無し
コンクリート厚30cm

2

コンクリート厚20cm

1
0
0

2

外の型式であるストーカ式焼却炉からの焼却灰
1 検体の計 10 検体を調査した結果、流動床焼却

コンクリート厚10cm

3

4

6

8

10

脱水汚泥のCs-137放射能濃度 [万Bq/kg]

図 5 放射能濃度と実効線量 1µSv/hr となる離隔距離の関係

炉由来焼却灰（6 検体）、ストーカ式焼却炉由来
1E+02

焼却灰（1 検体）の計 7 検体では、溶出液の放射性セシウム濃度は検出下限値以下であった。

フレコン集積（2m×50m×2m)
スラグ（密度 2.8g/cc)
放射能濃度 100,000Bq/kg

1E+01

天井(コンクリート 10cm)有り、X 方向
天井(コンクリート 10cm)有り、Y 方向
天井無し、X 方向

50m

天井無し、Y 方向

保管物
2m

残りの流動床焼却炉由来焼却灰 3 検体（No.1～
実効線量(μSv/hr)3）の溶出試験後の溶出液には 4～21 Bq/kg の放

Y 方向

1E+00
評価点
X 方向

1E-01

X 方向

射性セシウムが含まれていた。これは検出限界

Y 方向値付近の濃度である。これらの溶出率（溶出試1E-02験前の下水焼却灰等に含まれる放射性セシウム

1E-03
0

量に対する溶出試験後の溶出液に含まれる放射

5000

10000

15000

20000

保管物表面からの隔離距離 [cm]

図 6 保管建屋天井の有無を考慮した線量評価性セシウム量の割合）は 0.5～2.7%であった。

1E+02
フレコン集積（2m×50m×2m)
放射能濃度 100,000Bq/kg

また、下水汚泥の溶融炉由来溶融スラグ（2 検

加湿焼却灰（密度 0.75g/cc)、X 方向
加湿焼却灰（密度 0.75g/cc)、Y 方向

保管物

脱水汚泥（密度 0.66g/cc)、X 方向

2m

実効線量
(μSv/hr)

元の放射能濃度が 17,800 Bq/kg と比較的高い放スラグ（密度 2.8g/cc)、Y 方向

50m体）については、溶出液の放射性セシウム濃度は検出下限以下であった。特に No.12 の試料はスラグ（密度 2.8g/cc),X 方向

1E+01

Y 方向

1E+00

脱水汚泥（密度 0.66g/cc)、Y 方向

評価点
X 方向

1E-01

X 方向

射能濃度であるが、本実験では放射性物質の溶

Y 方向

1E-02

出は確認されなかった。

1E-03
0

5000

10000

15000

保管物表面からの隔離距離 [cm]

図 7 保管物の違いによる線量評価

83

20000

表 5 下水汚泥焼却灰および溶融スラグからの放射性セシウムの溶出試験結果
Cs-134

No.

試料

排除方式

1

焼却灰

分流

2

焼却灰

分流

焼却炉タイプ

気泡塔式流動床炉
循環式流動床炉

一部合流
3

焼却灰

合流

気泡塔式流動床炉

一部分流
4

焼却灰

分流

焼却灰

分流

焼却灰

合流

焼却灰

合流

9
10

焼却灰
焼却灰
焼却灰

分流
分流
分流

12

溶融スラグ 分流
溶融スラグ 分流
一部合流

溶出率

溶出前試料

溶出後溶出液溶出率

放射能[Bq/kg]

放射能[Bq/kg]％

放射能[Bq/kg]

放射能[Bq/kg]％

放射能[Bq/kg]

放射能[Bq/kg]％（検出限界[Bq/kg]）（検出限界[Bq/kg]）（検出限界[Bq/kg]）（検出限界[Bq/kg]）（検出限界[Bq/kg]）（検出限界[Bq/kg]）

3,490

8

4,230

13

（3.34）（3.29）（2.72）（3.43）

10,6006（8.69）（3.21）

3,430

4（4.18）（2.99）

2.2
0.6
1.2

12,5005（6.48）（3.59）

3.1
0.4
(0.9)

7,720

21

(6)

(7)

23,100

11

(15)

(7)

4,110

ＮＤ

7,540

4

（2.94）（3.73）

(7)

(7)

溶出前

溶出後

2.7

5.93

5.95

0.5

6.12

6.00

0.6

5.87

6.65

5.82

6.54

3,100

ＮＤ

5,810

ＮＤ

（7.11）（6.76）(16)(13)

循環式流動床炉

1,430（10.0）

ＮＤ（6.16）

1,630（9.84）

ＮＤ（7.31）

3,060
(20)

ＮＤ
(13)

6.27

6.49

気泡塔式流動床炉

3,450（5.83）

ＮＤ（3.38）

4,120（4.80）

ＮＤ（3.78）

7,570
(11)

ＮＤ
(7)

6.15

6.68

5.84

6.57

6.23

6.18

6.27

7.07

5.93

6.93

6.15

7.00

6.06

5.96

乾燥段付流動床炉
多段炉
多段炉
ストーカ炉

一部合流
11

溶出後溶出液

ＮＤ

一部分流
8

溶出前試料

（6.46）

一部分流
7

pH

溶出率

2,710

一部合流
6

Cs計

溶出後溶出液（8.65）

循環式流動床炉

一部合流
5

Cs-137

溶出前試料

スラグバス式
旋回溶融炉

4,300

ＮＤ

5,170

ＮＤ

9,470

ＮＤ

（7.45）（2.93）（5.24）（3.60）

(13)

(7)

1,350

ＮＤ

1,540

ＮＤ

2,890

ＮＤ

（9.81）（5.73）（9.71）（6.73）

(20)

(12)

1,310

ＮＤ

1,480

ＮＤ

2,790

ＮＤ

（8.40）（3.33）（7.95）（3.57）

(16)

(7)

3,950

ＮＤ

4,740

ＮＤ

8,690

ＮＤ

（8.09）（3.19）（6.01）（3.56）

(14)

(7)

16

ＮＤ

22

ＮＤ

38

ＮＤ

（5.43）（5.70）（6.30）（7.09）

(12)

(13)

8,060

ＮＤ

9,740

ＮＤ

17,800ＮＤ（10.7）（3.14）（7.92）（3.94）(19)(7)

4. まとめ① 下水処理場における放射性物質の挙動調査により、合流式下水道では降雨時に高濃度の放射性セシウムが流入していたことを確認した。処理場に流入した放射性セシウムは、汚泥に吸着された状態となり、汚泥濃縮、脱水等の処理過程で濃縮されて、一部は返流水により系内を循環するが、流入量の減少と汚泥引抜により減少する傾向にあることを確認した。
② 下水汚泥を焼却や溶融する施設の排気中の放射性物質を調査した結果、放射性セシウムは不検出であり、大気中への放出は認められなかった。
③ 放射性物質を含んだ下水汚泥等を安全に保管するための条件を数値シミュレーションにより検討した
結果、10 m 以上の離隔距離を保つ、もしくは、20 cm 以上のコンクリートで遮蔽することで、作業者の被曝を 1 µSv/hr 以下にすることが可能であることが示された。
④ 下水汚泥焼却灰および溶融スラグについて、溶出試験を行った結果、計 12 検体のうち 9 検体では検出下限値以下であった。残りの 3 検体についても溶出率は 0.5-2.7％だった。このことから、下水汚泥焼却
灰および溶融スラグは水と接触しても放射性セシウムが溶出しにくいことが示唆された。
参考資料
1) 「廃棄物等の放射能調査・測定法暫定マニュアル（第１版）」. <http://www.nies.go.jp/shinsai/radsurvey_111111.pdf>
2) 文部科学省「放射能測定法シリーズ 24 緊急時におけるガンマ線スペクトロメトリーのための試料前処理法」(1992)
3) 日本規格協会「JIS K 0058-1:2005 スラグ類の化学物質試験方法-第 1 部：溶出量試験方法」（2005）84

II. その他の予算による研究［下水道研究室］

1. 下水管きょの調査・診断の基準化に関する研究
下水道研究室室

長 横田 敏宏

主任研究官 深谷渉

研 究 官 宮本 豊尚
部外研究員 野澤 正裕
１．はじめに厳しい財政事情の下、下水道管きょの老朽化が進行しており、施設の長寿命化を図る観点から予防保全型管理が求められている。予防保全型管理の実践においては、管きょの不具合（劣化状態）を定期的に把握することが極めて重要である。不具合の調査方法および劣化状態の診断方法については、下水道維持管理指針（日本下水道協会）に示されている自走式テレビカメラ等による視覚調査により、腐食やクラック等の不具合を劣化の程度に応じてA～Cランクに区別した判定基準に基づき診断する方法が一般的である。この判定基準は、元来鉄筋コンク
リート管等（遠心力鉄筋コンクリート管を含む）及び陶管といった剛性管を対象としており1)、現在全国の布設延長の約 6 割を占める塩化ビニル管等の可とう管は、剛性管の基準を準用している状況である。塩化ビニル管は、柔軟で偏平するといった剛性管にない特性（可とう性）を有しており、必ずしも適切な診断ができているとは言い難い。
また塩化ビニル管は、他の管種と比べ整備開始からあまり時間が経過していないため、経年劣化や不具合に関する知見が少ない。過去の研究事例等では、10 年経過した管きょ（国土開発技術センター2)、東京都3)）や 16、30 年経過した管きょ（塩化ビニル管・継手協会5)）年経過した管きょ（国総研（旧土木研究所）下水道研究室4)）に関する物性試験が実施されており、いずれも新材と同等の物性値であると報告されている。その一方で、劣化のメカニズムや調査・判定方法についてこれまであまり議論されていないのが実情である。
近年、下水道経営の健全化や予防保全型管理に向けたストックマネジメント導入が求められている中、管きょの正確な健全度評価が求められている。よって、塩化ビニル管に着目した劣化判定基準に関する検討を行う。
２．研究目的および研究フロー
本研究では、塩化ビニル管の健全度評価のために必要となる調査方法
および劣化判定基準を確立することを目的とし、塩化ビニル管の劣化情報の収集および劣化メカニズムの解明等を行うものである。
塩化ビニル管の調査方法及び判定基準の確立するため、図-1 のフローに従って研究を行った。各テーマの目的と内容は、以下の通りである。
① 既存データおよび文献による塩化ビニル管の不具合状況整理
塩化ビニル管に関する不具合は整理された情報が皆無であるため、全国の自治体より、劣化状況を記録したテレビカメラ調査結果を収集し、注目すべき不具合項目の抽出を行った。
② 古い塩化ビニル管のテレビカメラ調査
平成 22 年度に国総研で収集したデータは竣工検査をはじめ比較的新図-1 研究フロー

しい管きょを対象としたものが多いが、将来の劣化の予測を行うには古い塩化ビニル管の状況把握も重要となる。
そこで、塩化ビニル管が普及し始めた時期(1970～1980 年頃)に布設された管きょ 2.4km(4 都市、115 スパン)を対
象にテレビカメラ調査を行った。

85

③ 塩化ビニル管の不具合箇所整理①の結果、注目すべき不具合として抽出された破損や浸入水について、発生条件等を精査するために、上記収集データを基に、発生箇所の抽出、整理を行った。また、可とう管特有の不具合である偏平が与える影響について把握するため、偏平と各不具合項目との関係についても整理を行った。
④ 不具合を有する塩ビ管の性能試験
現行の判定基準は剛性管が対象であり、可とう性を有する塩化ビニル管とは構造特性が異なる。そこで、塩化ビニル管における各不具合項目（クラック、偏平）の適正な判定基準（a～cランク）を検討するために、軸方向や円周方向のクラックを有する管を対象とした日本下水道協会規格（JSWAS K-1）に準拠した偏平試験と、水密性試験（接合部満水曲げ試験）を行った6)。
３．平成 23 年度の研究内容
３－１．既存データおよび文献による塩化ビニル管の不具合状況整理
塩化ビニル管に関する不具合は、

表-1 各都市のテレビカメラ調査結果一覧

整理された情報が少ないため、全国の自治体より、劣化状況を記録した
テレビカメラ調査結果を収集し、注目すべき不具合項目の整理を行った。収集したデータは、10 団体 2904
スパンの情報であり、比較的新しい
管きょや竣工検査で調査されたデータも含まれている。
発生している不具合としては、表-1 に示すとおり、道路陥没の発生要因となりうる破損と浸入水が、ほぼ全ての団体で多く発生しており、注目すべき不具合項目として位置づけられる。また、たるみも多いが、流下機能に支障がない c ランクが大半であった。
取付管の不具合についても多く見られるが、取付管からの浸入水や樹木根侵入といった不具合が多く含まれていた。一方で腐食といった不具合は、確認されていない。
また、1 スパン当りの不具合箇所数は、平均 1.1 箇所／スパンであった。
なお、可とう管特有の偏平、変形については、現状の判定基準に該当項目が存在しないため、既往のテレビカ
メラ調査では不具合として整理されておらず、その実態はつかめなかった。
３－２．古い塩化ビニル管のテレビカメラ調査
国総研で収集したデータ

表-2 30 年以上経過した塩ビ管の調査結果一覧

は、竣工検査をはじめ比較的新しい管きょを対象としたものを多く含むが、将来の劣化の予測を行うには古い塩化ビニル管の状
況把握が重要である。そこ
で、塩化ビニル管が普及し始めた時期(1970～1980 年)30 年以上前に敷設された、管きょ 2.4km(4 都市、115 スパン)を対象にテレビカメラ調86

査を行った。調査結果は、表-2 の通りであり、
不具合のランクは、現状の維持管理指針に基づいて判定を行った。不具合としては、浸入
水や管きょの隙間、破損、偏平といった不具合が多く発生していた。今回の調査において、
許容たわみ率 5％以上偏平しているスパンは、
17 スパン確認された。不具合が併発していたスパンは 10 スパンあり、約 60％で不具合が
図-2 偏平箇所の不具合項目

発生していた。不具合の発生項目としては、破損が最も多く、取付管の突出し、浸入水などの不具合も確認された（図-2 参照）。また、1 スパン当りの不具合箇
所数は、平均 2.0 箇所／スパンであった。
次に、いくつかの不具合の事例を報告する。
写-1 は破損の事例で、取付管を接続するために本管をホールソーで削孔した際に局所的な応力が発生して微少な亀裂が入り、後にこれが成長し管軸方向に亀裂が進行したと推測される。

写-1 破損の事例

写-2 偏平の事例

写-2 は、塩化ビニル
管特有の偏平の事例であ隙間る。敷設後の重車両交通の増加や、管きょ敷設時の締め固め不足、矢板引抜きによる土圧の増大等が、原因として考えられる。ちなみに、当該スパンの現況は、
片側 1 車線の道路では

写-3 変形の事例

写-4 隙間の事例あるが、バスやダンプト
ラックなどの重車両の通行も目立つ箇所であった。
写-3 は、塩ビ管特有の変形の事例である。管頂部周辺に砕石等が存在し、施工時の転圧等過度な応力集中によって、部分的に変形（凹み）が見られる。また、管きょ内面に白化がみられるため、その部分からクラックが入り、破損するのではないかと考えられる。
写-4 は、隙間の事例である。隙間の大きさは一様に 10～15cm 程度の隙間が見られた。日本下水道協会規格が制定される以前に敷設されたもので、受口が長い接着接合（TS 接合）であったと推測される。TS 接合においては、
ゼロポイント＋受口長さの 1/3 まで挿入すれば、実用上十分な耐水圧強度が得られる構造となっている。しかし、汚水溜りができているため、緊急の敷設替えなどの必要はないが、定期的な清掃が必要であると考える。

87

今回の調査の結果、樹脂の劣化による不具合は見られなかった。現在発生している不具合は、①無理な設計（耐力に問題のある土被り）、②施工上のミス（取付管と本管の接続部の施工方法等）、③外力の影響（地震や他工事、交通状況等）、④周辺地盤の土質状況（地下水位が高い）等の初期不良や外的要因および人的要因の影響が大きく、管の経年劣化による不具合はほとんど発生していないと予想される。
３－３．塩化ビニル管の不具合箇所整理３－１．で注目すべき不具合として抽出された破損や浸入水について、発生条件等を精査するために、国総研で収集したデータを基に、発生位置（取付管接続部・管口・本管・継手等）、円周方向の不具合発生角度の整理を行った。また、既往の調査で偏平についての整理がされていなかったため、収集したテレビカメラ映像を再評価し、発生しているたわみ量（偏平量）を測定し、偏平と不具合との関係について整理を行った。
①不具合の発生位置について
図-3 に示すとおり、破損・クラックおよび浸入水ともに、管口付近や継手付近および取付管接続付近といった接合部で多く発生していた。接合部での不具合発
生の原因は、取付管布設時の削孔面への応力集中によるものや、ソルベントクラッキング（ストレスクラッ
ク（応力亀裂）の一種で、応力亀裂に溶剤が加わった
ときに微小な亀裂が生じる現象のこと）等の可能性が

図-3 各不具合の発生位置の状況

7)考えられる 。
発生角度は、各不具合ともに取付管の接続がある管頂部および管側部に多く発生していた（図-4 参照）。
合わせて発生角度の定義を図-5 に示す。

図-4 各不具合の発生角度の状況

図-5 発生角度の定義②不具合と偏平の関係について
次に、偏平と各不具合の関連性について整理を行った。この結果、図-6 に示すとおり、偏平が大きいと不具合のランクも大きくなる傾向が見られた。また一般

図-2 各不具合の発生角度の状況

的に、塩化ビニル管の許容たわみ率（偏平率）は、管6)

路機能保持の面から 5％ とされており、大半の不具合
は、許容たわみ率の範囲内で発生していた。一方で、大きな偏平が発生している箇所は、偏平以外の不具合

図-6 各不具合と偏平率との関係を併発している可能性が高まるわけではないことも明らかとなった。

88

３－４．不具合を有する塩ビ管の性能試験
各不具合項目（クラック、偏平）の判定基準（a～c ランク）を検討するために、軸方向や円周方向にクラックを有する塩化ビニル管を対象として、JSWAS K-1 規格に準じて下記の試験を行った。使用した管材・規格は、JSWAS
K-1 規格品の下水道用硬質塩化ビニル管 VUφ200 である。
・偏平試験
偏平荷重を加え、管のたわみ率と荷重の関係を調査し、弾性領域およびクラックの進行状況の確認を行う。
・接合部満水曲げ試験
水を充満させた供試体の接合部に載荷板を介して曲げ荷重を加え、漏水の有無を確認する。

写-5 接合部満水試験

写-5 偏平試験

写-6 接合部満水試験①試験ケース
偏平試験の試験ケースは、表-3 の通りである。また、クラックの方向、場所、角度は、図-7 の通りである。

表-3 試験ケースの一覧

図-7 クラック発生箇所について

89

接合部満水試験の試験ケースは、クラック無および軸方向・90°・50 ㎜のクラックの 2 ケースについて試験を行った（図-8 参照）。

図-7 接合部満水試験モデル図

図-8 接合部満水試験モデル図②試験結果
偏平試験の結果を下記に示す（表-4 および図-12～19 参照）。表-4 中のクラック（外観）の状況は、下記に示す通りである。
表-4 偏平強度試験の結果

図-9 巻き込み

図-10 湾曲

図-11 くぼみ

まず、巻き込みは、管の端部にクラックがある場合の現象で、載荷によりクラック部の管が内側と外側にズレて巻き込んでいくような様子を示している（図-9 参照）。次に湾曲は、管の端部や中央部にクラックがある場合の現象で、荷重によりクラック面が突き合ったまま、ずれることなく内側に入り込む様子である（図-10 参照）。最90

後にくぼみは、管の中央部にクラックがある場合の現象で、荷重によりクラックと直交する方向にクラック部がくぼんでいく様子である（図-11 参照）。

(mm)

図-12 クラック（軸方向）長さと耐荷力の関係 1(mm)

図-13 クラック（軸方向）長さと耐荷力の関係 2(mm)

図-14 クラック（円周方向）長さと耐荷力の関係

91図-15 クラック発生角度と耐荷力の関係 1

図-16 クラック発生角度と耐荷力の関係 2

図-17 クラック発生位置と耐荷力の関係 192

図-18 クラック発生位置と耐荷力の関係 2

図-19 クラック発生位置と耐荷力の関係 3
上記の試験結果より、以下のことがわかった。
・ブランクの塩化ビニル管を 100 ㎜まで偏平させた場合、応力集中箇所に白化は見られるが、クラックは発生しないことが確認された。
・軸方向のクラックが長くなるにつれ、ブランクとの耐荷力の差がみられ、偏平しやすい。これは、円環と切り欠きの入った円環との断面二次モーメントの違いによる影響と考えられる。
・軸方向のクラックは、発生角度（0°、45°、90°）による、耐荷力の差はほとんどみられない
・軸方向のクラックは、発生位置（中央部、端部）による、耐荷力の差はほとんどみられなかった。しかし、クラック長さが同じものを比較した場合、クラックが端部にある管きょは、載荷の途中で破壊しているケースも見られ、端部のクラックの方が危険であると考えられる。
・軸方向クラックの端部では、載荷により応力集中が発生し、クラックの延長線上に樹脂の白化が確認された。
また載荷条件によってはクラックの進行及び管の破壊が発生していた。
・最もブランクの塩化ビニル管と差がみられた条件は、クラック長さ 500 ㎜、発生角度 90°中央部に配置したものであった。通常埋設の場合、取付管設置のための削孔面からできたクラックの状態であると考えられる。
・円周方向のクラックは、長さや発生角度にかかわらず、ブランクの塩化ビニル管と比較して、耐荷力の差は見られなかった。100 ㎜偏平時において、白化も確認されなかった。

93

次に、水密性試験を行った。載荷中における漏水は管を完全に押しつぶしても確認されなかった。継手部のゴム輪が載荷中は偏平に追従していたと考えられ、新管においては偏平に伴う浸入水の発生は考えにくいと言える。
水密性からみた偏平量のランク設定は困難ということが明らかとなった。
４．結 論
効率的・効果的な管きょの維持管理を行うため、ストックマネジメント（SM）が注目されている。SM の実施には、予防保全型管理により、不具合の早期発見、管きょの劣化状態を正確に診断することが不可欠である。しかし、現行の劣化判定基準は我が国の管きょの 6 割を占める塩化ビニル管に対応していないことから、塩化ビニル
管を対象とした判定基準の確立を目指して調査および試験を実施した。この結果、下記のことが分かった。
・塩化ビニル管の不具合は、樹脂の劣化よりも、①無理な設計（耐力に問題のある土被り）、②施工上のミス（取付管と本管の接続部等）、③外力の影響（地震や他工事、交通状況等）、④周辺地盤の土質状況（地下水位が高い）
等によるものが大きく影響しており、引き続き経過観察を続ける必要がある。
・1 スパン当りの不具合箇所数は、10 団体からの収集データでは、平均 1.1 箇所／スパン、国総研で別途調査した 30 年以上前に敷設された管きょは平均 2.0 箇所／スパンであり、30 年以上前に敷設された管きょほど不具合がみられた。
・偏平が見られる箇所は、破損や浸入水といった不具合が同時に発生している事例も見られ、塩化ビニル管の劣化の判定項目の一つとして追加することが望ましいと考える。今後の課題として、たわみ率による判定ランク分けが重要であると考える。
・塩化ビニル管の視覚調査を行う際に注視する箇所として、①管口部や継手部および取付管接続部といった接合部、②明らかに偏平しているとみられる管きょ等があげられる。②については、他の不具合を発見するためのスクリーニング手法の一つとして活用できると考えられる。
・軸方向のクラックは、土圧や車両通行による荷重により進行して破壊する可能性があるため、クラックの大きさにかかわらず、速やかに布設替えなどの対応をする必要がある。
・円周方向のクラックは、強度上は問題ないが、二次的な不具合（浸入水や樹木根侵入）の発生が懸念されるため、部分補修などで対応する必要がある。
今後は、本年度の研究結果をふまえて、調査診断項目の検証および調査手法の検証を行うとともに、塩化ビニ
ル管の効率的劣化診断に向けたスクリーニング手法等の確立を行う。
＜参考文献＞
1)日本下水道協会 下水管きょ改築等の工法選定手引き（案）pp11-12 平成 14 年 5 月
2)(財)国土開発技術研究センター,下水道用硬質塩化ビニル管の道路埋設に関する研究報告書、1980
3)金子家武、硬質塩化ビニル管調査報告書、東京都下水道局調査年報、1987
4)土木研究所、平成 5 年度下水道関係調査研究年次報告書集、1994
5)塩化ﾋﾞﾆﾙ管・継手協会 敷設後 30 年経過した下水道用硬質塩化ﾋﾞﾆﾙ管の評価について 平成 23 年 11 月
6)日本下水道協会 JSWASK-1 下水道用硬質塩化ﾋﾞﾆﾙ管（呼び径 75～600）pp56,98 平成 22 年 3 月 1 日改正
7)本間 精一著 設計者のためのプラスチックの強度特性 pp66-67

94

研究コラム2. 社会資本の予防保全的管理のための点検・監視技術の開発
下水道研究室室

長 横田 敏宏

主任研究官 深谷渉

研 究 官 宮本 豊尚
部外研究員 野澤 正裕

１．はじめに
社会資本の高齢化に伴って、社会資本の不具合に起因する事故の発生が散見されるようになった。下水道分野においても、下水道管路施設に起因する道路陥没が年間 4000 件発生する 1)など、高度経済成長期に集中投資した社会資本の高齢化・老朽化による事故や、維持管理費・更新費の急増が懸念されている。
事故や災害を未然に防ぎまたコストを抑制するためには、施設を定期的に点検・診断し、致命的欠陥の発生前に対策を講じることが望ましいと考えられるが、目視できない部位、目視による評価が困難な変状に対する点検・診断技術は未熟な状況にあり、これらを経済的かつ確実に点検・監視する技術の開発に早急に取組む必要がある。
国総研では、下水道管路施設の致命的損傷の発生を未然に防ぐ予防保全的管理を推進するために、①点検・監
視技術の性能評価、②より簡易な診断手法・診断装置の開発に取り組み、点検の効率化、点検実施率の向上を図るための研究を平成 22 年度より開始した 2)。平成 22 年度は、調査を行ううえで必要な最低限の調査機器のスペックについて整理を行ったところ、管きょ内調査機器の優劣を判断する条件としては「照明性能」と「視方向性能」、「TV カメラの走行性」が挙げられた。また、特に重要視するべき管きょの不具合項目について調査を行った
ところ、
「破損」
・
「クラック」
・「取付管突き出し」
・「樹木根侵入」・「浸入水」の 5 項目について、経年的に劣化が進行する可能性が見出せたほか、「破損」
・「クラック」
・「継ぎ手ズレ」
・「樹木根侵入」・「浸入水」のランク A・Bの不具合のあった管きょで道路陥没が発生していたことから、ランク B 以上の「破損」
・「クラック」
・
「取付管突
き出し」
・
「樹木根侵入」・「浸入水」の有無の判別が求められることが示唆された。
平成 22 年度の結果を受け、平成 23 年度は「調査機器」や「オペレーター」の違いによる調査の精度を明らかにするため、既存 TV カメラ調査の精度の検証を行うと共に、管口カメラの性能とその適合性（効率性）について調査を実施した。
２．平成 23 年度研究概要
既存 TV カメラ調査手法における TV カメラ機材及びオペレータの違いによる調査精度を把握、検証するため、模擬劣化管きょを用いた TV カメラ調査（2 機種、3 名のオペレーター）を実施した。
また、管口カメラについても性能を確認するため模擬劣化管きょを用いた試験を実施し、不具合項目毎に視認限界（管口から不具合が確認できる距離）を把握すると共に、実際に各事業体で調査された結果との比較を行い、
管口カメラ調査の精度について検証を行った。続いて、「管口カメラ＋TV カメラ調査」の組み合わせによる調査手法と、「TV カメラ調査のみ」の調査手法との調査効率の比較についても検討を行った。

95

研究コラム３．既往 TV カメラの精度調査
現在、管きょの詳細調査は TV カメラ調査によるところがほとんどである。その判定基準は下水道事業体によって様々ではあるが、下水道維持管理指針 3)や下水道管路施設維持管理マニュアル 4)に準拠している団体が多い。判定基準は「破損」や「クラック」のように例えば「幅 5mm 以上であればランク A」と明記されているものもある
一方で、「浸入水」のように「噴き出ているのはランク A」、「流れているのはランク B」、「にじんでいるのはラン
ク C」と抽象的な表現もある。そこでこれらの不具合項目の判定が、調査機器やオペレーターの違いによってどのくらいばらつきが生じるのかを把握するため、①模擬劣化管きょによる実地試験と②試験用映像による読み取り試験を実施した。①の実地試験では調査機器の違いとオペレーターの違いの両方について、②の読み取り試験ではオペレーターの違いを把握した。
3.1 模擬劣化管きょを用いた実地試験
試験は国総研構内にある模擬劣化管きょ(通称：P-PATROLE)5)を用い実施した(写真-3.1)。模擬劣化管きょは、塩化ビニル管(VUφ200mm)と鉄筋コンクリート管(HPφ250 mm)の 2 種類からなり、管きょの内面の劣化状況を再現している。本試験で使用した管きょの不具合を表‐
3.1 に示す。なお、一部の不具合（木根侵入、浸入水）については実験
条件の設定が困難であったため、解析の対象から除外している。
試験では 3 人の経験年数の異なるオペレーターが、それぞれ 2 種類

写真-3.1

P-PATROLEの TV カメラを使用し、通常現場で実施されている TV カメラ調査と同様に模擬劣化管きょの TV カメラ調査を実施した。オペレーターの属性を表‐3.2 に示す。
表‐3.1 P-PATROLE の不具合一覧（解析対象としたもの）
不具合項目 ランク
腐食
たるみ

A

コンクリート管

塩ビ管

備考

鉄筋露出

B

骨材露出

－

急勾配・逆勾配区間を作成

急勾配・逆勾配区間を作成

A

破損

軸方向幅10mm、長さ100mm
軸方向幅10mm、長さ80mm
軸方向幅5mm以上、長さ1000mm
A
30mm以上の欠落(圧縮試験で作成)
Ａ(孔)φ20mmの孔φ20mmの孔Ａ(孔)φ10mmの孔B

軸方向幅4mm、長さ100mm

A

円周方向幅10mm、長さ100mm

軸方向幅3mm、長さ80mm
軸方向幅1mm、長さ500mm
扁平併発
円周方向幅10mm、長さ75mm

A

円周方向幅10mm、長さ100mm

円周方向幅10mm、長さ75mm

A

円周方向幅10mm、長さ100mm

B

円周方向幅4mm、長さ100mm

円周方向幅3mm、長さ70mm

A

脱却

脱却

C

クラック

継手ズレ

取付管突出

浸入水併発

木根侵入併発木根侵入併発B

80mmのズレ

80mmのズレC

60mmのズレ

60mmのズレA

125mmの突出B35mmの突出35mmの突出C15mmの突出15mmの突出

注１ いずれも現行の維持管理指針に準拠、 注２ 浸入水・木根侵入等は解析対象外

96

研究コラム表‐3.2 オペレーターの属性

被験者 A

被験者 B

被験者 C

被験者 D

男性
48歳
12年

男性
25歳
3年

男性
35歳
2年

男性
２６歳
４年

3年

1年

0年

０年

約40団体
関東以北

6団体
関東以北

5団体
関東・静岡

４団体
関東

35件

8件

50件

４件

約80km

35km

25km

８ｋｍ

(うち約70kmは大口径)※ 小口径のみ※ 小口径のみ※ 小口径のみ

性別
年齢
経験年数
JASCOMA
資格取得後
経験調査事業体数
調査地域
H23年度TVカメラ
操作現場数
H23年度操作延長※JASCOMA 資格：日本下水道管路管理業協会の認定資格「下水道管路管理専門技士」

被験者A

被験者B

被験者C

VU

VU

VU

HP

HP

配列
組替え 被験者A
VU

HP

HP

被験者B

被験者C

VU

VU

HP

HP

広角型 カメラ直側型 カメラ
図‐3.1 試験フロー
表‐3.3 使用した TV カメラのスペック
項目

直側カメラ

適用管径

φ200～800mm

撮像素子

41万画素
1/4型ｲﾝﾀｰﾗｲﾝ方式CCD

広角カメラ
φ200～φ600mm
各管径毎に自走車幅を広げて対応
38万画素1/3ｲﾝﾁ、
ｲﾝﾀｰﾗｲﾝ方式CCD

同期方式

内部同期

内部同期

最低被写体照度2(lx)1.2(lx)解像度

水平:450本、垂直:350本

水平：470本

ズーム
光学系
画角
視方向
側視回転
照明

3倍光学ｽﾞｰﾑ

ｽﾞｰﾑ機能なし

焦点距離 f=3-8mm、口径比 F1.0
Wide 約73°(対角)Tele 約30°(対角)視方向 ±120°首振り
側視回転 360°ｴﾝﾄﾞﾚｽ回転
照明 超高輝度白色LED 8灯(集光照明:6灯、拡散照明:2灯)

焦点距離 f=12mm、口径比 F1.2
190度
機能なし
高輝度白色LED 1W×6灯

防水構造

水中形防水構造

防滴型(簡易防水)

走行モータ

DC75V 40W

30V 90W

走行速度

0～18m/min

0～18m/min

備

考

取付管、継ぎ手、不具合箇所毎に 1スパン内を停止することなく直進
車輌を停止し、側視を実施し不具 し、管内全周囲の映像を取得。映像は事務所に持ち帰り、展開図化し、不具合ランクの判定を行う。
合有無及びランクを判定する。

97

写真－3.2 実験に使用した TV カメラ(上：直側カメラ 下：広角カメラ)

研究コラム図‐3.2 データの整理フロー
試験では図‐3.1 に示すとおり、まず直側型の TV カメラを使用した調査を実施し、その後管きょの配列を入れ替えて、広角型の TV カメラを用いて調査を行った。判定基準は下水道維持管理指針に準拠するものとし、どちらの調査でも、被験者 A・B・C 全員が塩ビ管とコンクリート管の両方を調査した。使用した TV カメラのスペック
は表‐3.3、外観は写真-3.2 の通りである。
なお、図‐3.2 のデータ処理フローに示す通り、直側型カメラは自走者の操作と不具合判定を同じ被験者が実施
し、広角型カメラは、操作と判定が別の被験者（被験者 B・C の操作したケースは被験者 D が判定）により実施されたケースも含んでいる。
被験者毎の不具合の検出率、適合率を表‐3.4 に示す。ここで検出率とは、P-PATROLE 内の不具合について「同じ不具合項目として発見できた割合（不具合項目の正解率）」とし、適合率とは「同じ不具合項目かつ同じ不具合のランクで評価された割合（不具合ランクの正解率）」と定義する。
調査機器の違いを比較すると、検出率については、塩ビ管（VU）を対象とした場合には広角型と直側型でほぼ同等の値を示すが、コンクリート管（HP）の場合は全被験者について直側型が広角型を上回った。一方、適合率
は、経験年数 2 年の被験者 C を除き、直側型の方が上回った。これは各機器の調査手法の違いによる影響が考えられる。すなわち、広角型では、不具合の判定は現場から持ち帰った映像を事務所で判断するため不具合の見落としが少なくなると考えられる一方、直側型では、各不具合について現場で一つずつ側視し、さらに適宜スケー
ルを当てて判定を行っているため判定の精度が高くなっていると考えられる。
被験者による違いとしては、直側型の使用時に検出率・適合率がばらつく傾向にあった。経験年数 2 年の被験者 C は、A や B と比べて 20％程度適合率
表‐3.4 検出率、適合率の整理(被験者毎)が悪くなっている。しかしながら、経験年
数 3 年の被験者 B と経験年数 12 年の A では成績に明確な差は見られず、単純に経験被験者年数の差だけでは直側型の調査精度への影響を説明できない。他の要因としては、技能習得時の指導者の違いや、通常あるい

被験者 A(経験年数 12 年)

は直近の調査を行った現場(担当都市の管きょ特性・独自の判定基準・発注者の考え方)の違いなどが考えられる。

被験者 B（経験年数 3 年）

広角型においては、被験者の違いによる検出率や適合率への影響は相対的に小さ

被験者 C

い結果となった。ただし、いずれの被験者（経験年数 2 年）についても、検出率が概ね 80％以上であるのに対し、適合率は約 50％と低い傾向にあることに留意が必要である。

直側型

試験

広角型

管種

検出率

適合率

検出率

適合率

HP

89%

76%

94%

41%

VU

100%

58%

85%

50%

全体

94%

69%

90%

45%

HP

78%

71%

94%

41%

VU

92%

50%

92%

50%

全体

84%

62%

94%

45%

HP

72%

47%

78%

47%

VU

85%

42%

85%

42%

全体

77%

45%

81%

45%

備考：
※破損・クラックの取り違いは正解と扱う※たるみは検出率のみ計上※広角型の判定は、被験者 A は被験者 A、被験者 B,C は被験者 D

98

研究コラム続いて不具合項目毎の検出率、適合率を

表‐3.5 検出率、適合率の整理(コンクリート管)表‐3.5、3.6 に示す。全体を通して、腐食や取付管の突き出しは、どちらの TV カメ

不具合項目

直側型

広角型

備考

検出率 適合率 検出率 適合率

ラでも検出率、適合率ともに高くなる傾向

腐食A,B

100%

100%

83%

83%

にあった。

たるみ

33%

-

0%

-

破損A,B
(軸方向クラック)

89%

78%

100%

44%

※クラックも検出扱い

破損(孔)

17%

17%

100%

0%

広角はすべてB,C判定

ではないと判断した可能性の 2 つが考えら

クラックA,B（木根侵入併発も含む）

92%

67%

83%

れる。後者であるならば、直側型ではオペ

継手ズレ

100%

44%

100%

レーターの主観が結果に大きく影響を与取付管突出し

78%

78%

100%

直側型では、コンクリート管の孔についての見落としが多くなっている。これは発見できなかった可能性と、被験者が不具合える可能性が示唆された。

広角はすべて小さく判定※破損も検出扱い
広角はA判定44%
直側はB判定※残り2例は100%
接合不良と判定0%

表‐3.6 検出率、適合率の整理(塩化ビニル管)

広角型では、たるみの検出が困難であっ不具合項目た。実際の調査でのたるみの把握は、管路

直側型

広角型

備考

検出率 適合率 検出率 適合率

内の水位(あるいは水跡)の変化から把握す

たるみ

100%

-

33%

-

ることが多いが、本試験では水位の再現ま破損A,B,C(軸方向クラック)

89%

33%

89%

44%

※クラックも検出扱い
個人毎の判定の
ばらつき大

破損(孔)

100%

100%

67%

0%

広角はすべてB判定

検出が出来た理由としては、走行中の異クラックA,B(木根侵入併発も含む）

100%

67%

100%

33%

広角は小さく判定
直側は大きく判定※破損も検出扱い

変をオペレーターが感じ取り、記録でき

継手ズレ

78%

22%

89%

56%

た可能性が考えられる。また、適合率が取付管の突出し

100%

67%

100%

83%

では出来ていなかったことが影響している可能性がある。直側型が同じ条件でも低い項目としてクラックと孔が挙げられる。これらは、軸方向の長さが短い不具合という特徴から、調査で得られた展開画像から不具合を判断することが難しい可能性が示唆された。
今回解析対象とした不具合項目の中で、破損、クラック、継手ズレ、取付管の突出しについては、維持管理指針のランク付けは数字で具体的に示されており、オペレーターの違いによる判定の差が比較的出ないものと事前予想をしていた。しかしながら、実際にはこれらの項目でも判定にばらつきが見られることから、今回対象としなかった他の不具合項目（腐食・浸入水・たるみ・異物付着等）についてもばらつきの可能性が推測された。
3.2 試験用映像による読み取り試験
P-PATROLE での実地試験を補完するために、試験で再現しきれない浸入水や木根侵入、複雑な不具合等について、国総研が所有する実現場での TV カメラ調査結果の動画を用いた読み取り試験を実施した。
本試験は、TV カメラ調査のオペレーターによる不具合の判定精度を把握するために、TV カメラ調査を実施した経験のある被験者７人(経験年数 1 年～12 年)を対象とし実施した。
試験で用いた動画は、管きょの不具合箇所の発見前から発見・側視までの一連のシーンを切り出したものであり、これを各オペレーターが PC で確認し、不具合の項目とランク判定を実施した。試験問題は全 24 問である(図‐3.3)。解析は、元々の TV カメラ調査での判定結果と、被験者の判定結果を比較することにより実施した。図‐3.4 に不具合項目毎の検出率を示す。なお、検出率の定義は 3.1 と同じである。

99

研究コラム問１ クラック (HP)

問2 破損・継手ズレ (HP)

問3 破損・浸入水 (HP)

問4 浸入水 (VU)

問5 破損・ズレ (HP)

問6 浸入水 (HP)

問7 モルタル付着 (HP)

問8 モルタル付着 (VU)

問9 木根侵入 (HP)

問10 油脂付着 (VU)

問11 腐食 (HP)問12 腐食 (HP)

問13 継手ズレ (VU)

問14 たるみ (VU)

問15 異常なし (VU)

問16 たるみ (VU)

問17 取付管突出し (HP)

問18 継手ズレ (HP)問19 継手ズレ (陶管)問20 取付管突出し (陶管)問21 破損 (陶管)問22 破損 (陶管)問23 クラック・浸入水 (HP)問24 浸入水 (VU)

図‐3.3 試験用画像（試験問題より抜粋）

100

研究コラム
平均値(総被験者)

最大値(被験者毎)

最小値(被験者毎)100%

検出率(％)

80%
60%
40%
20%

モルタル付着②

木根侵入①

油脂付着①

突出し②

浸入水⑤

継手ズレ⑤

クラック②

破損⑤

たるみ②

腐食②

0%

不具合項目

※各項目の下にある○囲いの数字は、
試験問題数を示す。

図‐3.4 不具合項目の検出率（不具合項目毎）
表‐3.7 各設問における被験者の不具合項目選択結果
不具合
項目

腐食

たるみ

破損

クラック

継手ズレ

取付管
突出し

浸入水

No.

11

12

14

16

2

3

5

21

22

1

23

2

5

13

18

19

3

4

6

23

24

17

20

管種

HP

HP

VU

VU

HP

HP

HP

TP

TP

HP

HP

HP

HP

VU

HP

TP

HP

VU

HP

HP

VU

HP

TP

元々の
判定

B

C

B

C

A

C

B

A

B

C

B

C

A

C

B

B

A

C

C

A

C

B

1

2

1

1

1

3

3

3

2

3

4

4

A

1

B

4

C
なし
備考

2

3

2

2

5

2

3

1

4

3

6

1

1

2

5

2

1

5

1

1

2

5

5

1

5
2

2

5
1

5
1
2
4

2

5
5
2

7

1
2

2

5

4

1

破損で
3件

欠落
欠落
縦クラック
縦クラック 縦クラック
ずれも併発
ずれも併発

「クラック」と「取付管の突出し」については 100％の検出率、「浸入水」や「継手ズレ」
、
「たるみ」
、
「破損」
については 70％以上の検出率となった。
「破損」については、管が継手部で欠けている「欠落」の場合、見逃されることがあった。このような場合では、「継手ズレ」を併発していることがあり、その際被験者は「継手ズレ」のみ検出していることもあった(問 2,5)。
破損 A と継手ズレ C では、管きょの健全度の算定に大きな影響を与えることとなり、発注者に間違った情報を伝えることとなることから、管きょ端部の一部欠けの評価基準を明確にして被験者による判定の差違を生じないようにする必要があると考えられる。
「モルタル付着」と「木根侵入」については、試験に用いた短い映像から得られる情報が限られており、管きょ内に異物が存在していることまでは判断できるが、それが何であるかを判別することは困難と考えられた。
「モルタル付着」と「木根侵入」の他に「石灰乳付着」と「油脂付着」を含めた「異物付着」を正解とするならば検出率は 100％となる。
「油脂付着」については、その色合いから「浸入水(跡)」と 7 人全員が判断していた。
続いて、検出率が高かった「腐食」
、
「たるみ」
、
「破損」
、
「クラック」、「継手ズレ」、「浸入水」、「取付管の突出し」7 項目について、判定されたランクのばらつきについて確認を行った(表‐3.7)。
判定結果が分散される傾向にある項目は「破損」であり、設問によっては判定結果が A、B、C ランクいずれの判定結果も有することもあった(問 2、問 21、問 22)。下水道維持管理指針にある「欠落」の捉え方の問題や、「陶管の縦方向のクラック」を「幅」（下水道管路施設維持管理マニュアルに準拠）あるいは「長さ」（下水道維持管理指針に準拠）のいずれで判断するのかといった感覚の違いが見出された。
なお、これらの判定のばらつきと経験年数の関係は認められなかった。所属する会社の違いについては、被験者の特性上議論が難しい。

101

研究コラム４．管口カメラの性能把握実験 6)
管口カメラは、伸縮可能な操作棒の先端にカメラとライトを取り付けたものであり、これを地上からマンホールに挿入し、地上にいる調査者が手元のモニターを見ながらズーム機能等を駆使して管内を点検・調査する調査機材である(写真-4.1)。安価で簡単に操作できるが、一方で、視認範囲の制限や調査の精度が課題に挙げられる。
管口カメラを用いた調査の適用範囲を把握するため実験を行った。
実験は前章と同様に模擬劣化管きょを用いて実施した。
本実験で使用した管きょの不具合を表‐4.1 に示す。また、実験に使用した管口カ
メラは 3 種類であり、そのスペックを表‐4.2 に示す。なお、モニタ
ーは、管口カメラ１は備え付けのものを使用し、管口カメラ２と３は共通のものを使用した。またモニターのコントラスト等の調整は、実験中特に行っていない。
写真－4.1 管口カメラ

表‐4.1 作成した不具合の諸元
不具合項目
クラック
浸入水
HP
VU
HP
VU
HP・VU
管頂部から
長さ100mm 長さ80mm 長さ100mm 長さ75mm
φ3mmの
幅10mmの 幅10mmの 幅10mmの 幅10mmの管を通してA
円周方向 円周方向
軸方向
軸方向
約0.8L/min
クラック
クラック
クラック
クラック
で注水
管側部から
長さ100mm 長さ80mm 長さ100mm 長さ70mm
φ3mmの
幅4mmの 幅3mmの 幅4mmの 幅3mmの管を通してB
円周方向 円周方向
軸方向
軸方向
約0.8L/min
クラック
クラック
クラック
クラック
で注水

ラ
ン
ク

破損

取付管突出
VU

扁平
VU

-

(20%扁平)
管の中央を
40mm
押し潰した

35mmの
突き出し

(10%扁平)
管の中央を
20mm
押し潰した

表‐4.2 管口カメラのスペック
管口カメラ １（光学）×（デジタル）カメラ
10倍×4倍＝40倍
CCD1/4 38万画素
照 明 ハロゲンランプ35W×1ヶ・チルト（上45°下90°）
制御・パン（左右10°）・1.5m～3.8m（伸縮） ・1.6m（延長）ポール
ネジ込みにて継ぎ足し可備 考 ・パン、チルトを遠隔操作

管口カメラ ２（光学）×（デジタル）
18倍×12倍＝216倍
CCD1/4 38万画素
H.I.Dランプ10W×2ヶ（切換式）・チルト（なし、手動可）
・パン（なし）管口カメラ ３（光学）×（デジタル）
36倍×12倍＝432倍
CCD1/4 38万画素
H.I.Dランプ14W
・チルト（なし、手動可）
・パン（なし）・1.8m～7.2m（伸縮）・1.8m～7.2m（伸縮）・距離測定機能（6m～48m）

・距離測定機能（6m～48m）

102

研究コラム4.1 管口カメラの測定限界に関する調査
管口カメラの測定限界に影響を及ぼす要素として、測定対象物表面での照度とカメラのオートフォーカス(AF)
対応範囲が考えられる。AF は調査実施の観点から必須の機能であるが、測定対象物が遠くなると AF 機能が連続して作動することに伴い自動では焦点が合わなくなることが想定される。そこで試験を行い、管口カメラの測定限界に関する調査を行った。
実験は塩化ビニル管を直線状につなぎ、端部の管中心に照度計(Fine Digital Lux Meter：東京硝子器械製)を設置して照度の測定を行った。なお、被験者は 1 名であり、模擬劣化管きょの下流側は暗幕で閉じた状態で試験を行った。
管端部に設置した文字（白地の紙に 20 ポイントの「あ」）をターゲットとし、これが認識できるか、あるいは機械の AF 機能が正常に作動するかで測定限界を決定した。
試験の結果、管口カメラ１と２は照度の下限値となった管口からそれぞれ約 15m(約 20lx)、約 25m(約 80lx)まで、
管口カメラ 3 は AF 機能が正常に作動した管口から約 40m までが測定限界となることが分かった(図‐4.1)。
なお、文字の大きさによって視認範囲が変わることが想定されることに留意が必要である。
1000

照度（ｌｘ）

凡例
確認可
確認不可

100

照度
不足

自動で
焦点が
合わない

10
0

10

管口カメラ12030
距離(m)
管口からの距離(m)

管口カメラ240

50

管口カメラ3

図‐4.1 管口カメラの測定可能範囲(HPφ250mm,VUφ200mm)

4.2 管口カメラによる不具合の視認範囲
表‐4.1 に示した不具合が管口から見える視認範囲について調査を行った。
使用したカメラは表‐4.2 のとおりであり、被験者は 1 名である。
なお、実際の管口カメラ調査では、対象スパンの調査人孔と逆の人孔を解放し調査を実施していることから、
本実験では、模擬劣化管きょの下流側を開放した状態で調査を行った。
実験結果を表‐4.3 に示す。破損やクラックのような管壁に発生する不具合項目は、確認できるものでも管口から概ね 3m 以内までしか視認できなかった。一方で管の内部に発生する不具合項目は、概ね各管口カメラの測定限界付近まで視認することができた。
管口カメラ調査では事前に管きょの洗浄・清掃を行うことはほとんどないことから、堆積物の下に存在する管壁に生じるであろう不具合項目の発見は期待できない。管きょの断面を変化させる取付管突出や木根侵入といった項目は、照度の高い機材を用いれば管口から 30m 程度離れていても発見することが可能であった。

103

研究コラム表‐4.3 不具合項目と視認範囲

視認範囲
ランクA
ランクB
破損
管壁
HP・VU 3m程度 確認できず
クラック
管壁
HP・VU 3m程度 確認できず
浸入水
管内・管壁 HP・VU 15m程度
3m程度
取付管突出
管内
VU
－
15m程度
不具合名

発生場所

管種

不具合名
扁平

発生場所
管内

管種
VU

4.3 管口カメラ調査の適用事例とその精度
管口カメラに関するアンケートを 10 都市に実施し、使用する上で期待している適用範囲について調表‐4.4 管口カメラ調査と詳細調査の適合性

全体26825スパン 無3260

査を行った。その結果、管口カメラに期待している
視認範囲は 5-15ｍであり、埋設深が 3-5m 以上や管内水深が管径の 1/4～1/2 以上であると調査が困難との回答を得た。
調査対象とする不具合項目は、基本的には下水道
維持管理指針等に示される 10 項目の判定項目 3)の他、閉塞が対象とされていたが、破損と閉塞以外は調査
困難との回答もあった。また、不具合のランク付けまで行っている都市と、有無のみを調査している都市は半々であった。
上記 10 都市のうち 4 都市の協力を得て、同一スパンを対象とした管口カメラ調査と TV カメラを使用
した詳細調査の比較を行った(表‐4.4)。また、比較は碇ら 7)の手法に準拠して行った。
収集した管きょはφ250mm を中心とした小口径の鉄筋コンクリート管であり、スパンの長さは約 9
割が 30m 以下であった。使用された管口カメラについては団体によって様々である。

扁平率20% 扁平率１0%15m程度 確認できず

管
口カ 無 14390 2366
メ
ラ
に
よ
る
調
査 有 12435 894
結果

詳細調査による調査結果
有
23565

12024

6642
(管口カメラと詳細調査で異なる不具合が見つかったスパン)

4899(管口カメラと詳細調査で同じ※
不具合項目が見つかったスパン )※ 必ずしも同じ不具合を見ているとは限らないことに注意
適合率①：管口カメラ調査と詳細調査の結果(不具合が有るor無し)が適合している割合：
52％=(2366+(6642+4899))÷26825×100
適合率②：管口カメラ調査で異常有りと判定されたス
パンの内、詳細調査でも異常有りと判定されたスパンの割合：93％ =(6642+4899)÷12435×100
適合率③：詳細調査で異常有りと判定されたスパンの内、管口カメラ調査でも異常有りと判定されたスパンの割合：49％ =(6642+4899)÷23565×100

適合率①ないし③の結果から、管口カメラ調査で不具合を発見できる確率は概ね半分であるといえるが、管口カメラと詳細調査で異なる判定がなされた事例は全体の 1/4(=6642÷26825)を占めている。特に破損やクラックについては異物付着や継手ズレとして見つかっていることが多かった。また、適合率②の結果から、管口カメラ調査で不具合が発見されたスパンは、実際に不具合の存在する確率が高いといえる。

104

研究コラム4.4 管口カメラによるスクリーニング手法の経済性検討
一般に、管口カメラ調査は、安価で短期間に多くの管きょを調査することができるものの、調査精度が悪い。
一方、TV カメラ調査は、高価で短期間では多くの管きょを調査することはできないものの、調査精度は高い。
ここでは、初めに、管口カメラ調査により補修等の対応が必要な不具合を抱える管きょ（スパン）を抽出し、その後、抽出スパンを対象に TV カメラ調査等の詳細調査を実施するスクリーニング調査方法（管口カメラ調査＋
TV カメラ調査）を提案し、その経済性について検討を行う。
「管口カメラ調査＋TV カメラ調査」の組み合わせは、各々の調査の長所を生かし、補完し合うことで、効率的に異常管路を発見することが可能になると考えられる。
4.4.1.経済性指標に基づく調査効率の考え方「管口カメラ調査＋TV カメラ調査」と「TV カメラ調査」の経済性について検討するため、「調査効率」という指標を用いて比較する。ここで調査効率性とは、ある一定の不良管きょを発見するのに要す費用を示しており、「調査費用／発見できる延長」で評価できる。

■調査効率＝調査費用／発見できる延長＝（調査延長×調査単価）／発見できる延長
ここに、●「管口＋TV カメラ調査」の場合
・簡易カメラ延長＝調査総延長
・TV カメラ調査延長 ＝調査総延長×不良管きょ割合×適合率③・ 発見できる延長＝調査総延長×不良管きょ割合×適合率③×適合率②●「TV カメラ調査」単独の場合
・TV カメラ調査費用 ＝調査総延長
・発見できる延長＝調査総延長×不良管きょ割合

4.4.2. 管口カメラによるスクリーニング手法の適合条件（効率性）「管口カメラ調査＋TV カメラ調査」の組合せケースが効率的となる適用条件について、「TV カメラ調査のみ」と比較することで検討する。
(1) 検討条件「管口カメラ調査＋TV カメラ調査」と「TV カメラ調査のみ」の調査効率指標を算定するために、以下に示す
検討条件を設定する必要がある。ここでは、アンケート調査の結果、適合率の算定結果及び既往資料等をもとに、基本ケース（現実的な調査効率指標値）の検討条件を以下のように設定した。その結果を表‐4.5 に示す。なお、
不良管きょ割合については、経過年数や布設環境などにより異なると考えられるため、調査対象管きょの不具合がどの程度あるかは未定であることから、ここでは変数として取扱うこととする。
また、管口カメラ調査の性能をランク A またはランク B 以上の不具合を確認できると仮定して、スクリーニン
グ手法の適用条件について検討を行った。

105

研究コラム表‐4.5 検討条件（基本ケース）
項目

設定値

設定根拠

1km

単位延長当たりに換算するため、便宜的に１㎞と設定。

調査延長

参考：下水道維持管理指針－2003 年版－，社団法人日本下水道協会、管清工業株式会社 HP
・8,000 円/箇所÷（10m×2 方向）・管口カメラによる調査延長を１方向 10m と想定
・小中口径管テレビカメラ（管径 800mm 未満）
参考：下水道維持管理指針－2003 年版－，社団法人日本下水道協会、管清工業株式会社 HP

管口カメラ調査の費用単価

8,000 円/箇所

管口カメラ調査の費用単価（ｋｍ換算）

400 円/m

TV カメラ調査の費用単価

1,800 円/m

適合率②（非見間違い率）

87％

・アンケートにより得られた管路調査データより算定。

適合率③（非見落とし率）

49％

・アンケートにより得られた管路調査データより算定。

変数・不良管きょ割合は、経過年数や布設環境などにより異なると考えられるため、調査対象管きょの不具合がどの程度あるかは未定である。

不良管きょ割合(2) 調査効率の算定結果(1)で示した検討条件をもとに、「管口カメラ調査＋TV カメラ調査」と「TV カメラ調査のみ」の調査効率を算定した(表‐4.6)。その結果、不良管きょの割合が概ね 40％未満であれば、「管口カメラ調査＋詳細調査」の調査効
率が有利になることが示された(図‐4.2)。
表‐4.6 「管口カメラ調査＋TV カメラ調査」の組み合わせに対する効率性の算出■調査延長L0=■管口カメラ調査の単価C1=■詳細調査の単価C2=■単価比率(簡易/詳細)R=■適合率②(非見間違い率)■適合率③(非見落とし率)項目

1 km
400 円/m
1800 円/m
0.22
87 ％
49 ％

=8,000円/箇所÷(10m×２方向) ※管口カメラによる調査延長を1方向10mと仮定「管口カメラ調査＋詳細調査」の調査効率「詳細調査のみ」の調査効率

効率性評価

不良管
必要な
不良管きょ 簡易調査
発見できる 簡易カメラ 詳細調査
合計
詳細調査 詳細調査 発見できる
きょ
詳細調査
調査効率1
調査効率2
便益
延長
延長
不良延長 調査費用
費用
調査費用
延長
費用
不良延長
割合
延長
D=B×適合率③ E=D×適合率② F=C×C1
G=D×C2 H＝F+G
I=H/E
J=L0
K=J×C2
L=B
M=K/L
N=I-M
A
B= L0×A
C=L0
km
km
km
km
百万円
百万円
百万円 百万円/kmkm
百万円
km 百万円/km 百万円/km
10%
0.10
1.00
0.05
0.04
0.40
0.09
0.49
11.45
1.00
1.80
0.10
18.00
-6.55
20%
0.20
1.00
0.10
0.09
0.40
0.18
0.58
6.76
1.00
1.80
0.20
9.00
-2.24
30%
0.30
1.00
0.15
0.13
0.40
0.26
0.66
5.20
1.00
1.80
0.30
6.00
-0.80
40%
0.40
1.00
0.20
0.17
0.40
0.35
0.75
4.41
1.00
1.80
0.40
4.50
-0.09
50%
0.50
1.00
0.25
0.21
0.40
0.44
0.84
3.95
1.00
1.80
0.50
3.60
0.35
60%
0.60
1.00
0.29
0.26
0.40
0.53
0.93
3.63
1.00
1.80
0.60
3.00
0.63
70%
0.70
1.00
0.34
0.30
0.40
0.62
1.02
3.41
1.00
1.80
0.70
2.57
0.84
80%
0.80
1.00
0.39
0.34
0.40
0.71
1.11
3.24
1.00
1.80
0.80
2.25
0.99
90%
0.90
1.00
0.44
0.38
0.40
0.79
1.19
3.11
1.00
1.80
0.90
2.00
1.11

106

判定
○：<=0
×：>0
○
○
○
○
×
×
×
×
×

研究コラム

調査効率(百万円/km)

20「管口カメラ調査＋TVカメラ調査」「TVカメラ調査のみ」

15「管口カメラ調査+TV カメラ調査」
が有利「TV カメラ調査のみ」が有利

10

5

0
0%

20%

40%

60%

80%

100%

不良管きょ割合
図‐4.2 ランク A と B の「管口カメラ調査＋TV カメラ調査」の調査効率性
緊急度Ⅱ～劣化なし

緊急度Ⅲ～劣化なし

劣化なし

緊急度Ⅱ～劣化なし

緊急度Ⅲ～劣化なし

劣化なし

1.0
2

R =0.9931

健全率

0.8

2

R =0.9152

0.6
0.4

2

R =0.7854

0.2
0.0
0

10

20

30

40
経過年数

50

60

70

80

図‐4.3 健全率曲線（公共下水道、全管種、ワイブル分布式）
不良管きょ割合が 40％より低い状況は、不良管きょを緊急度Ⅱ以上と想定すると、健全率曲線 2) (公共下水道、全管種、ワイブル分布)から、経過年数が約 40 年の管きょまでとなる(図‐4.3)。本試算の仮定条件下においては、敷設後 40 年までの管きょについては管口カメラによるスクリーニング手法を適用、それ以上の管については
直接 TV カメラ調査を実施することが効率的といえる。実際の運用でも、調査予定地区の不良管きょ割合がある割
合未満(あるいは敷設年度がある年数以前)であれば、スクリーニング手法を併用した方が有利となる。
５．まとめと課題
既存の TV カメラ調査においても、調査機器やオペレーターの違いにより精度が異なることが明らかとなり、既存調査でも見落としが発生している可能性も否めないことも明らかとなった。
また、管口カメラについては、不具合項目毎の見える範囲を把握し、その適合性（効率性、経済性）についても検討を行い、スクリーニング手法の併用の優位性についても検討を行った。いずれにしても、効率的な調査を実施するにあたっては、各段階に求められる調査レベルに応じた機器の選定を実施することが重要となる。H24
年度は、求められる調査レベルの整理を行うと共に、管口カメラを用いたスクリーニングに関するガイドライン(案)の作成及び検証を実施する予定である。
また、今後の中長期的な課題としては、適切な判定基準の制定、オペレーターの技能水準の向上のための教育制度や研修制度の整備、安価な調査手法の開発が挙げられる。その他、維持管理全体をシステムとして捉え、机上の判断も含めたスクリーニング手法の確立が急がれる。その際には、管種や敷設年度といった下水道台帳デー
タの整理が必須となろう。

107

研究コラム謝辞
本調査では多くの公共団体の皆様からアンケート並びにデータ提供の協力を頂いた。ここに記して謝意を示す。
本研究は、技術研究開発調査費（国土交通省総合技術開発プロジェクト）で実施されたものである。
参考文献
1) 国土交通省 HP、http://www.mlit.go.jp/mizukokudo/sewerage/crd_sewerage_tk_000135.html
2) 横田他：社会資本の予防保全的管理のための点検・監視技術の開発、平成 22 年度下水道関係調査研究年次報
告書集、国総研資料№654、pp.115-120、2011 年 8 月
3) 日本下水道協会：下水道維持管理指針（前編）、2003 年
4) 日本下水道管路管理業協会：下水道管路施設維持管理マニュアル、2007 年
5) 深谷渉：P－PATROLE を活用した下水道管きょ点検診断技術の研究、土木技術資料、Vol.53、No.7、pp.51-52、2011 年 7 月
6) 宮本他：管口カメラの性能とスクリーニングへの適用性、第 49 回下水道研究発表会講演集、20127) 碇ら：管路点検調査の効率化を図るための簡易カメラ調査の有効性、第 46 回下水道研究発表会講演集、pp.98-100、2009108

II. その他の予算による研究［下水処理研究室］

1. 地域における資源・エネルギー循環拠点としての下水処理場の技
術的ポテンシャルに関する研究
下水処理研究室長 小越眞佐司
主任研究官 小川文章
研究官 藤井都弥子
１．はじめに
下水道事業で使用される電力は、我が国の総電力消費量の 0.7%を占め、自治体が実施する公共事業の中でも温室効果ガスの排出量が比較的多いとされている。このため、下水道事業においても地球温暖化対策の推進が求められており、京都議定書の目標達成計画では、下水道事業に係る具体的な対策として、①下水道における
省エネ・新エネ対策の推進、②下水汚泥焼却施設における燃焼の高度化 の２つが位置づけられている。
また、平成 21 年 12 月に閣議決定された「新成長戦略」では、グリーンイノベーションによる成長とそれを支える資源確保のため、リサイクルの推進による国内資源の循環的な利用の徹底や、レアメタル、レアアース等の代替材料などの技術開発を推進するとともに、総合的な資源エネルギー確保戦略を推進することとされている。
さらに、地球温暖化対策に関し、基本原則を定め、国・地方公共団体・事業者及び国民の責務を明らかにするとともに、温室効果ガスの排出の量の削減に関する中長期的な目標を設定し、地球温暖化対策の基本となる事項を定めた「地球温暖化対策基本法案」が平成 22 年 3 月 12 日に閣議決定された。当該法案の基本原則では、「地球温暖化の防止等に資する研究開発・成果の普及が図られるようにすること」とされており、具体的な目標として、
温室効果ガスの排出量について、すべての主要国による公平かつ実効性のある国際的な枠組みの構築及び意欲的な目標の合意を前提として、2020 年までに 1990 年比で 25％削減し、また、2050 年までに 1990 年比で 80％を削減することが明記されている。さらに、再生可能エネルギーの供給量について、2020 年までに一次エネルギー供給量に占める割合を 10％に達するようにすることとされている。
このようなことから、下水道事業においても引き続き、地球温暖化対策のための施策を推進していく必要があるものの、現実には制度面・技術面の課題により実施が困難となる場合が多く存在する。このため、これらの課題について分析し、その対応策について検討していくことが必要である。
本研究は、(a) 下水中の資源やエネルギーの利用可能性及び循環利用技術の評価、(b) 下水処理場を核とした、地域における資源・エネルギー循環の実現に向けたシナリオの提示、(c) 下水処理場における資源・エネルギー循
環利用技術のガイドラインの策定を通じ、下水処理場における資源・エネルギー循環利用技術の導入を推進することを目的とする。
本研究の初年度である平成 23 年度は、下水道の資源・エネルギー利用に関する各種課題について、事業領域ごとに分類整理するとともに、平成 24 年度以降、地域特性を考慮した事業評価のためのシナリオを作成することを目的に、資源利用事業の実施を検討する際の要件の相互影響度や解決困難度について、下水道事業者に対するア
ンケート調査を実施し、社会的構造分析手法（DEMATEL 法）及び階層化意思決定法（AHP 法）を用いて分析した。
２．下水道の資源・エネルギー有効利用事業に関する課題（１）下水道の資源・エネルギー有効利用事業の領域及び課題
既に実施中の複数の下水資源・エネルギー有効利用事業について分析した結果、下水道に関する資源・エネル

109ギーの有効利用事業は図-１に示すように、大きく３つの主体（資源提供者、下水道事業者、有効利用者）によって実施されており、事業特性によって概ね以下の①～④の４つの領域に分類することができる。
① 他の事業者が下水処理場へ生ゴミや刈草などのバイオマス資源等を提供し、下水汚泥と混合処理し、資源化・エネルギー化を図るような場合② 下水処理場で製造した資源・エネルギーを他の事業者が下水汚泥固形燃料や汚泥消化ガス燃料として利用するような場合③ 下水処理場で製造した資源・エネルギーを処理場内で利用するような場合（消化ガスを消化槽加温用ボイラ
ー燃料として利用する事業など）④ 上記の①と②を組み合わせた事業であり、外部からバイオマス資源を受け入れ、混合処理により回収した資源・エネルギーを他の事業者が利用するような場合

資源提供者

下水道事業者

有効利用者など
３２

１

４
図－１ 下水道の資源・エネルギー利用事業の領域図

また、上記の４つの領域のうち①②の領域については、関係者が複数に及ぶことから、下記に示すような課題を有する場合が多い。
（④の領域では両方の課題を含む）
１）①の領域における主な課題（a） 廃棄物の処理及び清掃に関する法律に基づく運搬業の許可
資源提供者が排出する生ごみ、食品残渣、刈草などのバイオマス資源の運搬に対しては、「廃棄物の処理及び清掃に関する法律（以下、「廃掃法」と呼ぶ）」が適用される。収集するバイオマス資源の性状によって、一般廃棄物又は産業廃棄物の適用を受けるため、運搬業の許可を有する業者が搬入する必要がある。
（b） 行政他局との調整
生ごみなど一般家庭から排出されるバイオマス資源（一般廃棄物）を収集し混合処理する場合は、当該自治体の環境部局（一般廃棄物行政）と、ごみ処理全般に係る方針について調整する必要がある。特に、家庭からの生ごみ収集量の変化は、ごみ焼却施設の運転条件への影響が懸念されることから、将来の施設整備計画についても考慮する必要がある。また、生ごみの収集経路がごみ処理施設から下水処理施設へ変更となるため、下水処理場周辺の住民の処理場へのごみ集約に対する理解を得ることが必要な場合もある。
２）②の領域における主な課題（a）廃棄物の処理及び清掃に関する法律の適用の基準
下水汚泥を固形燃料化し、他の事業者が燃料として利用する場合、有価物として売買されない固形燃料については、廃掃法の適用を受けるが、下水処理場で製造した固形燃料は廃掃法の適用は受けない。また、下水道事業者が輸送費を負担して受入先企業に固形燃料を販売する場合、固形燃料の売却代金が輸送費を上回れば有価利用となり、廃掃法は適用されないが、燃料の価格変動等で輸送費が固形燃料の売却代金を上回った場合には、非有価利用（逆有償）扱いとなり、同法が適用されることになるなど、複雑な事業となる場合が多い。
（b） ニーズの変化の的確な把握
下水処理場の資源・エネルギーを外部において長期的かつ安定的に有効利用していくためには、周辺地

110

域のニーズに合致させていくことが重要である。ニーズは周辺地域の状況や経済環境によって変化していくことから、日頃から利用者側と情報交換を行うなどにより、ニーズの的確な把握及び製品の品質確保な
どに取り組む必要がある。
（２）下水道の資源・エネルギー有効利用事業の事業種別毎の課題
下水道における資源・エネルギー有効利用事業として今後有望な事業としては、「消化ガス利用」、「汚泥固形燃料化」、「下水熱利用」の３事業が挙げられる。事業種毎に、法制度面・技術面の課題について整理した。
１）消化ガス利用下水道事業における消化ガス利用には、嫌気性消化により発生した消化ガスをもとにした発電（エンジン、タービン、燃料電池等）、自動車燃料化、都市ガス燃料化などがある。これら消化ガス利用に係る法制
度面、技術面の課題について以下に列挙する。
①法制度面の課題(a)汚泥を燃料や都市ガスの原料として利用する場合、ガス製造場所は、建築基準法施行令（第 130 条の9 の 5）に基づき、都市計画法上の工業地域である必要がある。
(b)発生する臭気について、悪臭防止法に基づく規制地域の指定及び規制基準を遵守する必要がある。
(c)下水処理場に他のバイオマスを受け入れる場合、廃掃法第６条に基づき、運搬は一般廃棄物又は産業廃棄物の運搬業の許可を有する業者が行う必要がある。また、受入施設は廃棄物の中間処理施設として位置付けられるが、施設の設置届、設置許可の必要性については、管轄する都道府県の環境部局の判断に委ねられる。
(d)ガス発電機を導入する場合には、電気事業法第 43 条に基づき、一定規模以上のガスエンジンの場合は電気主任技術者資格が必要であり、ガスタービンの場合は電気主任技術者及びボイラ・タービン主任技術者が必要である。
(e) 処理場内外の電力設備との系統連係のための電力会社との事前協議が必要である②技術面の課題(a)余剰ガス発生量の季節変動への対応(b)ガス精製装置によるガス成分の安定化や貯留施設の設置による発電電力量の安定化(c)消化行程の高温化に要するエネルギーと回収エネルギーの収支のバランスの確保
２）汚泥固形燃料化
下水汚泥の固形燃料化技術には、炭化技術として低温炭化、中温炭化、高温炭化などがあり、汚泥乾燥技術としては造粒乾燥、油温減圧乾燥、改質乾燥などがある。
①法制度面の課題(a)汚泥燃料を廃棄物処理施設以外の場外施設で利用しようとする場合、利用施設の立地自治体において、汚泥燃料が廃棄物処理法第２条の廃棄物の定義における「不要物」ではなく、「燃料」として認定してもらう必要がある。
(b)発生する臭気や煤塵について、各種規制を遵守する必要がある。
(c)下水処理場に他のバイオマスを受け入れる場合、廃掃法第６条に基づき、運搬は一般廃棄物又は産業廃棄物の運搬業の許可を有する業者が行う必要がある。
(d)製品の長期的かつ安定的な受入先の確保②技術面の課題(a)炭化燃料の保管、運搬に係る安全性の確保、技術指針化

111

(b)造粒乾燥時の造粒を阻害するし渣の除去(c)脱臭用スクラバ排水に含まれる硫化水素の返流水への影響の除去
３）下水熱利用
下水道から熱を得る方法には、管渠・ポンプ所からの未処理下水、処理場での処理水、汚泥焼却施設
での焼却排熱からの方法などがある。
①法制度面の課題(a)下水道法上、下水道施設への施設固着に制限がある。
(b)下水道管理者又は熱供給事業者以外の者が熱供給事業法の対象外となっている熱導管を敷設する場
合、道路法上の道路占用許可を得にくい。
※但し、（a）(b)については、都市再生特別措置法の改正（平成 23 年 4 月公布）により、政令により定められた特定都市再生緊急整備地域（特定地域）においては、下水熱利用の事業を実施する者が、公共下水道の排水施設から下水を取水し、及び当該排水施設に当該下水を流入させることができる、とされた。
(c)現行の「共同溝の整備等に関する特別措置法」では、熱導管は公益物件として位置づけられていない
ため、入溝できない。
②技術面の課題(a)冷房の場合に、下水熱を利用した後に公共用水域に放流される下水処理水の温度上昇の抑制(b)流入水量の増減による下水熱利用可能量の変動への対応(c)未処理下水利用時の、熱交換機内閉塞防止に必要なコストやスペースの確保(d)ヒートポンプ等の空調設備、利用先までの導管施設等のコスト削減
３．下水道の資源・エネルギー有効利用に係る課題の構造及び影響度の分析
２．
（２）で取り上げた下水道の資源・エネルギー有効利用事業のうち、「消化ガス利用」は一部の事例を除き処理場内での利用が主となっており、「下水熱利用」は都市再生特別措置法の一部改正などにより、今後導入が進むことが期待されるものの、都市再開発や新規開発と同時に事業化されることが多く、他事業との調整に時間を要する場合が多い。一方、「汚泥固形燃料化」については、汚泥焼却炉を更新する際の代替施設として炭化炉が検討されるケースが増えており、また、平成 23 年 3 月の原子力発電所事故による汚泥の放射能汚染や電力需給の逼迫などにより、汚泥コンポスト化やセメント工場受け入れに代わる汚泥の処理処分方法として関心が高まっていることなどから、ここでは「汚泥固形燃料化」を対象として、当該事業の実施について事業実施者が意思決定する際の要件等について、２つの手法を用いて分析した。
（１）汚泥固形燃料化の意思決定に係る要件及び構造分析
自治体が下水汚泥の固形燃料化等の事業を検討する場合、各種規制の有無、自治体の財政状況、周辺地域住民の理解・協力の有無などについて分析し、事業実施の可否を総合的に判断することが一般的である。固形燃料化事業の実施について判断する際の一般的な要件について、アンケート調査や各種文献より抽出し、表－１に示す。これらの要件の相互影響関係及び解決困難度について分析することにより、下水道の資源・エネルギ
ーの有効利用促進に向けた効果的な対応やガイドラインの策定が期待できる。
本研究では、下水汚泥の固形燃料化事業を実施、または現在検討中である 11 の自治体（埼玉県、東京都、愛知県、島根県、福岡県、横浜市、横須賀市、大阪市、広島市、熊本市、大分市）を対象としたアンケート調査
や聞き取り調査を行い、事業化の意思決定に係る要件を抽出するとともに、その構造について社会的構造分析
手法（DEMATEL 法）及び階層化意思決定法（AHP 法）を用いて分析した。

112

（２）社会的構造分析手法(DEMATEL 法)による相互影響関係の把握①社会的構造分析手法(DEMATEL 法)の概要
社会的構造分析手法(DEMATEL 法)とは Decision Making Trial and Evaluation Loboratory の略称であり、表－１ 固形燃料化事業実施のための主な要件
要件①下水道部局の評価

内容
下水道部局による下水汚泥燃料化が他の手法よりも優れているとの評価②財政部局の評価

財政部局が下水汚泥燃料化に関する調査予算や実証予算をつけるという評価③首長の評価・議会の評価

下水汚泥燃料化を導入することが自治体住民への利益につながるという首長や議会の評価④施設周辺住民の同意、周辺環境の改燃料化導入に対する周辺住民の同意、既存の処理から燃料化に切り替

善・維持への期待えることが施設周辺環境の改善にも繋がるという周辺住民の期待⑤固形燃料の製品としての流通経路

廃棄物処理法に抵触しない安定的な販売先の確保できること⑥事業実施費用の代替手段に対する経初期費用のうち自治体が負担する部分が焼却や埋立よりも事業費が済的メリット

嵩まないこと⑦環境負荷の削減効果

焼却や埋立よりもＣＯ２削減効果や、埋立処分量削減効果があること⑧地元産業・企業の事業機会の創出

地元に経済効果が期待できること⑨事業実施体制の確保

燃料化事業を検討していく上で局内の担当人員を確保することや、事業を実施する人員を民間委託なども含めて確保すること⑩施設運転・管理の容易性

設置後の停止リスクや維持管理費増大リスクが小さく、施設運転・管理が想定している体制で持続していけること○○問題

問題を構成する要因並びにその要因間の関連

要因A

要因B

要因C

要因D

要因E

が複雑かつ不明瞭な問題（いくつかの問題が混
DEMATEL法在しているような状態）の構造を探ることを目的としている。通常の方法では分析不可能な問

STEP1:
各要因組の影響関係
に関する質問・回答

題に対して、要因間の直接的な影響の有無とその強さを定量的に分析・把握することにより、問題の構造を把握する方法である。

要因Aは要因Bにどの程度影響を与えますか？
非常に大きい影響「◎」／かなりの影響「○」ある程度の影響 「△」 ／影響なし「無」
要因Aは要因Cにどの程度影響を与えますか？
非常に大きい影響「◎」／かなりの影響「○」ある程度の影響 「△」 ／影響なし「無」．．．

STEP2:
数理的処理(自動計算 ）

数理的処理・計算

DEMATEL 法の概要を図-２に示す。アンケート
要因Cを実施し、回答者は個々の要因毎に、どの要因
がどの要因に影響を与えるかについて、影響の

STEP3:
影響度等の計算
プロット図・影響構
造図の作成

大きさにより◎、○、△、空欄などの記号を回

要因A

要因C
要因A
要因D
要因E
要因B
要因D

答用紙に記入する。記号は数値化し、要因毎に「自分が他に与えた影響」と「他から自分に与

要因B
要因E

OUTPUT(分析結果)

えられた影響」の値を算出する。この２つの値

図－２ DEMATEL 法の概要

113

を足したものをその要因の役割の大きさ（中心度）と見なし、２つの値の差をその要因の真の存在価値（原因度）とする。このようにして分析した「影響度と被影響度の相関グラフ」及び「原因度と中心度の相関グラフ」のイメージ図を図-３、図-４に示す。図-３の縦軸は影響度、横軸は被影響度を示しており、上方に位置するほど他の要因に影響を与える因子であり、右方に位置するほど他の要因から影響を受けやすい因子である。また、
図-４の縦軸は原因度、横軸は中心度を示しており、上方に位置するほど問題の原因となる因子であり、右方に位置するほど問題の中心となる因子である。
本研究では、表-1 に示した固形燃料化事業の実施に係る｢要件｣を分析対象としており、上記で説明した｢要因｣とは性質が異なるが、DEMATEL 法は要件の相互影響関係を分析する手法としても採用可能なことから、当該手法を用いて分析した。

より影響度が強い

他の要因
に影響を

問題の

問題の原因となる要因
他の要因から影響を

中心と

与える
受ける

なる
問題の原因を受けて結果となる要因

より影響を受けやすい

図-３ 影響度と被影響度の相関グラフ

要因

図-４ 原因度と中心度の相関グラフ②DEMATEL 法による分析結果

影響度・被影響度プロット図 （ 全自治体）
0.18

図-５、図-６に 11 自治体の総合分析結果を示す。

0.16

下水道部局評価「⑥事業実施費用の代替手段に対する経済的メリ

0.14

財務部局評価ット」が他の要件に最も影響を与えやすい一方、

0.12

首長・議会評価「①下水道部局の評価」は他の要件から最も影響

影 0.1
響度 0.08を受けやすく、中心度の度合が最も高かった。
「①

0.06

経済的メリット

0.04

環境負荷削減0.02

地元事業機会創出

下水道部局の判断」が、様々な要件の影響を受けながらも、意思決定の際の中心的な要件となって

住民同意
流通経路

0
0

いる。

0.1

0.2

0.3

運転管理容易性

被影響度

また、２番目に影響度および原因度の値が大き

図-５ 影響度・被影響度プロット図（11 自治体）

かった「⑤固形燃料の製品としての流通経路」も、

中心度・原因度プロット図 （全自治体）

全 11 自治体中 6 自治体で影響度が１位であった

0.15

下水道部局評価

ことから、固形燃料化事業において重要な要件で首長・議会評価

なお、「⑤固形燃料の製品としての流通経路」が位が５位以下と低くなっており、当該要件の影響

財務部局評価0.1ある。
与える影響度が１位でなかった自治体は全て、順

0.05
原
因
度

住民同意
流通経路

0
0

0.1

0.2

‐0.05

‐0.15

0.4

経済的メリット
地元事業機会創出‐0.1⑤の要件の影響度が 1 位となった自治体では、

0.3

環境負荷削減度が１位を占めた自治体とは明確な差がみられた。
既存の処理方法（焼却やセメント工場などの受け事業実施体制確保

事業実施体制確保
中心度

運転管理容易性

図-６ 中心度・原因度プロット図（11 自治体）

114入れ等）に変更が迫られていることや、固形燃料の受入先に明確な見通しが立っていないことなどの問題を抱えていると考えられる。一方、⑤の要件の影響度の順位が低かった自治体では、事業化検討当初から受け入れ先が確定していたり、複数の引き渡し先候補が存在するなどの理由から、流通経路の確保が比較的容易であったと考えられる。
（３）階層化意思決定手法（AHP 法）による実現困難度の把握①階層化意思決定手法(AHP 法)の概要
階層化意思決定手法(AHP 法)とは、Analytic Hierarchy Process の略称であり、不確定な状況や多様な評価基準がある場合に有効な意思決定手法である。問題を「最終目的」「評価基準」「代替案」の３つの構造に分解し、階層図を構築して「評価基準」の全てに対して一対比較を行う。階層図のイメージを図-７に示す。この一対比較を全ての組み合わせ（n×(n-1)/2 通り：n は要素数)について行う。さらに、評価基準ごとに「代替案」の一対比較を行い、a)評価基準のウェイト、b)評価基準ごとの代替案のウェイトを算出し、a)と b)を掛け合わせて、最終目的に基づく代替案の困難度のウェイトを計算するのが一般的である。
今年度の研究では、表-1 に示した下水汚泥固形燃料化事業における各種要件の実現困難度につい最終目的て把握することを目的としていることから、いく
つかの候補（代替案）から選択するという意思決定は不要であり、図-７の上から２段目の「評価基

評価基準A

評価基準Ｂ

評価基準Ｃ

代替案A

代替案Ｂ

代替案Ｃ

準」についてアンケート調査を実施し、一対比較を行うことにより、実現困難度の高い要件について分析した。なお、表-1 中の①～③の要件につ
図-７ AHP 階層図のイメージ

いては、AHP 法ではアンケート回答者である自治体の行政担当者には比較が困難であることから比較対象外とした。
②AHP 法による分析結果
AHP 法による分析結果を表-２に示す。DEMATEL 法で１位及び２位であった「⑤固形燃料の製品としての流通経路」と「⑥事業実施費用の代替手段に対する経済的メリット」については、AHP 法においても約半数の自治体でこれらの要件の実現困難度が高いと判断されており、全 11 自治体を総合評価した場合、「⑥事業実施費用の代替手段に対する経済的メリット」は④～⑩の評価基準全体のウェイトに対して 21％、「⑤固形燃料の製品としての流通経路」は同 20％とほぼ同程度のウェイトであった。
また、「⑨事業実施体制の確保」のウェイトが１位となったＢとＥの自治体は、固形燃料化事業の実施を早い時期に決定しており、燃料化事業の先駆者としての実績を有することから、事業化に至るまでの実務面における困難度が実経験としてアンケートに反映されたのではないかと推測される。さらに「④施設周辺住民の同意」のウ
ェイトが１位となった自治体も２自治体あることから、施設の設置に際して周辺住民の理解が得られることも重要であることがわかる。なお、表-2 の右端欄の C.I 値（整合性指数）は、回答者の評価の一貫性・整合性の有無を評価するものであり、値が小さいほど一貫性・整合性が高い。一般に C.I 値が 0.1 以下であれば整合性があると評価され、本調査では７割以上の自治体で一貫性・整合性を有すると認められた。
４．まとめ
地域における資源・エネルギー循環拠点としての下水処理場の技術的ポテンシャルについて研究するため、初年度である平成 23 年度は、下水資源・エネルギーに関する各種課題の分類整理、資源利用事業の実施を検討する
際の各種要件の相互影響度や実現困難度について、下水道事業者に対するアンケート調査を実施し、社会的構造

115

分析手法（DEMATEL 法）及び階層化意思決定法（AHP 法）を用いて分析した。調査の結果、主要な事業領域・事業種別全てにおいて、廃掃法等による法的規制のほか、技術の安定性や設置コスト面での課題が存在していることがわかった。
また、汚泥固形燃料化事業を対象として、事業実施の意思決定にかかる要件及び構造分析を２つの手法を用いて行った結果、いずれの手法でも「固形燃料の製品としての流通経路」と「事業実施費用の代替手段に対する経済的メリット」が事業化を検討する際の大きな影響因子となっており、実現困難度も高いと判断していることがわかった。なお、本研究は、技術研究開発推進費で実施されたものである。
表-２ AHP 法による評価基準の分析結果（網掛けは各自治体において最もウェイトの高い要件）

⑤固形燃

⑥代替手

④施設周
自治体名

⑧地元産
⑦環境負

料の製品

段に対す

としての流

る経済的メ

通経路

リット

辺住民の

荷削減効

同意

⑨事業実

⑩施設運

ＣＩ値

施体制の

転・管理の

（整合性指

確保

容易性

業・企業の
事業機会
果

数）

創出

A

14%

14%

14%

14%

14%

14%

14%

0.000

B

5%

30%

20%

6%

2%

30%

6%

0.100

Ｃ

14%

14%

14%

14%

14%

14%

14%

0.000

Ｄ

0%

69%

10%

14%

8%

0%

0%

0.000

Ｅ

0%

24%

17%

6%

9%

35%

9%

0.000

Ｆ

16%

14%

9%

4%

43%

8%

6%

0.099

Ｇ

48%

3%

25%

3%

3%

6%

12%

0.240

Ｈ

2%

24%

37%

9%

3%

6%

19%

0.113

Ｉ

38%

20%

15%

4%

8%

8%

7%

0.278

Ｊ

0%

12%

40%

0%

9%

26%

14%

0.000

Ｋ

16%

32%

25%

4%

9%

9%

6%

0.098

16%

20%

21%

8%

9%

14%

12%

0.019

全自治体
合算評価

参考文献
まちづくりと一体となった熱エネルギー有効利用に関する研究会：まちづくりと一体となった熱エネルギー有効利用に関する研究会 中間とりまとめ, 2011.8
国土交通省： 下水汚泥エネルギー化技術ガイドライン（案）, 2011.3
酒井浩二・山元嘉一郎： Excel で今すぐ実践！感性的評価 AHP とその実践例、ナカニシヤ出版, 2008
村上正俊： 地域課題把握調査における DEMATEL 法の活用、北海道土地改良設計技術協会, 61-70, 2003
中西昌武, 木下栄蔵： 集団意思決定ストレス法の集団 AHP への適用. Journal of the Operations ResearchSociety of Japan, 560-571, 1998
木下栄蔵： わかりやすい意思決定論入門―基礎からファジィ理論まで―、近代科学社, 2008
野口博司： すぐわかるマネジメントサイエンス入門、日科技連出版社, 2007116

2. 都市におけるエネルギー需要・供給者間の連携と温室効果ガス排出量取引に関する研究
下水処理研究室室

長 小越 眞佐司

主任研究官 小川文章

研 究 官 藤井 都弥子
１．はじめに
平成 20 年 3 月に改定された「京都議定書目標達成計画」(以下「達成計画」という。) では、業務その他部門は、家庭部門とともに、「効果的な対策を抜本的に強化する」こととされており、「エネルギーの需要・供給に関連するそれぞれの主体は自らの役割を適切に認識し、自らが直接管理する範囲にとどまらず、他のエネルギー需要・供給者と連携してエネルギー効率の更なる向上を目指す」こととされている。
このため、地方公共団体においても率先した取組が求められているが、担当する事務・事業から排出される温室効果ガス(以下「GHG」)の大部分は公益事業から排出されていることから、下水道事業において下水汚泥を原料とするバイオ燃料を他の需要者に供給するなど、都市の公益事業相互の連携や公益事業と民間主体との連携等
によって効率的に GHG の排出を削減できる可能性が高いものと期待される。
平成 22 年 3 月には地球温暖化対策基本法案が閣議決定され、中長期的目標として、GHG の排出量について、すべての主要国による公平かつ実効性のある国際的な枠組みの構築及び意欲的な目標の合意を前提として、2020年までに 1990 年比で 25％削減、2050 年までに 1990 年比で 80％を削減するとともに、再生可能エネルギーの供給量について、2020 年までに一次エネルギー供給量に占める割合を 10％に達するようにすることとされた。また、主要な基本的施策として、国内排出量取引制度の創設、地球温暖化対策のための税の検討その他の税制全体の見直し、再生可能エネルギーに係る全量固定価格買取制度の創設が示された。このうち、国内排出量取引制度については、東京都、広島市などで先行的に実施されているところであるが、制度設計次第では、都市におけるエネ
ルギー需要・供給者間の連携を阻害するおそれがあるため、事前に十分な影響評価を行う必要がある。
本研究は、研究成果として、(a) 連携技術の事例評価と適用可能な最新技術メニュー、(b) 連携技術の事業性診断に関する指針、(c) 都市計画と排出量取引とのポリシーミックスのあり方の３つの指針等を作成し、GHG 排出削減効果に関する連携プロジェクトの適正な評価と促進、並びに都市計画と協調した国内排出量取引の制度設計の検討に資することを目的とする。
本研究の最終年度である平成 23 年度は、下水道等のエネルギー連携事業の実施可能性について、地方公共団体
等の事業者が簡便に診断できるよう、補助金や別収入等も考慮した事業採算性について試算可能なソフトウェアを開発するとともに、下水道等のエネルギー連携事業の事業化までの検討手順や留意事項について、過年度に実施した調査の結果も踏まえ整理した。なお、本研究は都市研究部都市施設研究室と共同で実施しており、本稿は下水処理研究室担当部分の報告である。
２．下水道等のエネルギー連携事業の実施可能性診断手法に関する調査
下水道資源を利用したエネルギー連携事業の実施に大きな影響を及ぼす事業採算性について、地方公共団体等の事業者が簡便に操作でき、補助金や販売収入等も踏まえて診断可能なツールを表計算ソフト（MS-Excel）を用いて作成した。診断対象とする事業は、過年度調査に基づき、今後導入件数の増加が期待される「下水汚泥と生117

ごみ等からのバイオガス製造事業」、「汚泥燃料の火力発電利用事業」、「消化ガスからの都市ガス製造事業」の３つとした。
2.1 事業採算性の診断の考え方
エネルギー連携事業の採算性の診断は、「ＶＦＭ（Value For Money）に関するガイドライン」（内閣府PFI
推進室 平成20年7月15日改定）に基づき、概ね15年間の事業期間のキャッシュフローを算出し、IRR（内部収益率）等の投資効率指標を算出することにより行った。図-１に、診断基準の具体的項目（図左側）、及び算出に際して決定する必要のある入力条件（事業固有の条件及び共通条件：図右側）を示す。また、検討にあたって想定した事業スキームは、公共と民間の特定目的会社(ＳＰＣ等)によるＰＦＩ事業（民間資金等活用事業）
又はそれに類する事業とした（図-２）。
検討条件

経済性の可能性診断基準
IRR（内部収益率）
DSCR（債務返済指
数）

事業期間中
キャッシュフロー（NPV）○事業形態固有条件：
エネルギー売却単価・量、建設費、補助率、、その他収入（処理費等）、必要人員 他○共通条件：
事業期間、償却期間、割引率、調達金利、税率、人件費単価

固有条件と共通条件を分離、整理→ 様々な事業形態に対応した診断ツール「VFMに関するガイドライン」（内閣府PFI推進室 平成20年7月15日改定）

図-1 事業採算性の診断基準と検討条件

エネルギー連携
先

下水道事業者（処理場）
下水道資源（下水汚泥、
消化ガス、
下水熱）

事業主体
（SPC 等）
事業資金

エネルギー（汚泥燃料、
バイオガス、
熱源）
補助金、交付金

金融機関等

国など

図-2 事業採算性を検討する際の事業スキーム

2.2 診断対象事業の概要
以下に診断対象とする３つの事業の概要について説明する。
2.2.1 下水汚泥と生ごみ等からのバイオガス製造事業処理場から発生する下水汚泥と家庭・事業所から排出される生ごみや浄化槽汚泥を混合し、メタン発酵させることにより、バイオガスを製造し、処理場内外に熱供給する事業である。エネルギー連携事業として実施する場合、原料供給元として、ごみ焼却場（積替施設含む）やし尿処理場などの一般廃棄物処理施設が、、製品供給先として、処理場外の各種事業所等が考えられるが、場外へ供給する場合の事例が未だ少なく、ガス導管等の施設設置コストの想定が難しいため、今回の診断では消化槽加温等を目的とした場内利用を想定
した。

118

バイオガス単位熱量や燃料単価等の条件については、下水道等のエネルギー連携事業のフィージビリティ
に関する調査（平成 23 年 2 月 国土技術政策総合研究所、以下｢平成 22 年度調査｣）に基づき、北海道北広島市の例を参考にした。
2.2.2 乾燥汚泥燃料の火力発電利用事業
処理場から発生する下水汚泥を乾燥させ、近傍の火力発電所等に発電用燃料として供給する事業である。
エネルギー連携先としては石炭火力発電所等がある。売却量や売却単価等の条件については、平成 22 年度調査に基づき、福岡県の処理場の例を参考にした。
2.2.3 消化ガスからの都市ガス製造事業処理場から発生する汚泥消化ガスを精製し、都市ガス原料としてガス事業者に売却する事業である。ガス売
却単価や単位熱量等の条件については、平成 22 年度調査で調査した新潟県長岡市の例を参考にした。
2.3 事業採算性試算ソフトウェアの入力条件等
エネルギー連携事業の採算性について試算するソフトウェアを作成するにあたり、３つの診断対象事業毎の入力条件等について表-１に示す。入力条件及び出力結果については、全事業に共通する条件、事業固有の条
件毎に分けて示している。また、出力結果として、投資効率指標（キャッシュフロー（税引後利益）、NPV（正味現在価値）、IRR（内部収益率）、DSCR（債務返済指数））を示すようにしており、例えば DSCR については 100%以上となった場合に｢適正と判定されました｣と表示されるようにしている。

表-1 事業採算性試算ソフトウェアの入力条件、算定プロセス、出力結果
事業形態

入力条件
建設費①
補助率（%）②（ユーザー入力）15～30年

借入金利③金利支払額＝借入金残高×③/100

キャッシュフロー(税引後利益)

償却年数④

減価償却費＝イニシャルコスト合計÷④

NPVキャッシュフロー(税引前利益)⑤ ＝収入ー支出
社会的割引率4%

法人税率⑥

法人税＝⑤×⑥

維持管理費（ユーザー入力）

運転管理人員数⑦
人件費単価（平均）⑧

DSCR
IRR

灯油＝36.7MJ/L、A重油＝39.1MJ/L、LPG＝50.2MJ/kg、都市ガス＝41.1MJ/m3N ③

バイオガス製造量（m3/年） ①

化石燃料削減量（ /年）④＝①×②÷③

バイオガス単位熱量（MJ/m3） ②

20.2

生ごみ受入量（t/年） ⑥埋立単価（円/t） ⑦
し尿・浄化槽汚泥受入量（t/年） ⑧
し尿・浄化槽汚泥処理単価（円/t） ⑨

燃料費削減額（円/年）＝④×⑤

NPV

灯油＝2.49/L、A重油＝2.72/L、LPG＝3.00/kg、都市ガス＝2.23/m3N ⑩④×⑩

排出権ｸﾚｼﾞｯﾄ単価（円/t-CO2）（ユーザー入力）⑫

乾燥汚泥単価（円/t） ②
脱水汚泥処理量（t/年） ③
汚泥燃料の火力発電 脱水汚泥処理単価（円/t） ④
利用
乾燥汚泥利用による単位排出削減量

IRR

キャッシュフロー(税引後利益)
脱水汚泥処理費（円/年）＝③×④

NPV
参考値：御笠川浄化センター

0.53t-CO2/t-cake ⑤

排出権ｸﾚｼﾞｯﾄ単価（円/t-CO2）（ユーザー入力）⑦

排出権ｸﾚｼﾞｯﾄ売却費（円/年）

⑥×⑦

DSCR
IRR

バイオガス売却収入（円/年）＝①×②

バイオガス単位熱量（MJ/m3）③

35.6

キャッシュフロー(税引後利益)

燃料種別（灯油、重油、LPG、都市ガス）

灯油＝36.7MJ/L、A重油＝39.1MJ/L、LPG＝50.2MJ/kg、都市ガス＝41.1MJ/m3N ④

NPV

消化ガスからの都市
化石燃料削減量（ /年）⑤
ガス製造
排出係数（t-CO2/ )参考値：北広島下水処理セン
ター

⑪×⑫

①×⑤

バイオガス単価（円/m3） ②

事業用地は公共より無償貸与されるものとし、固定資産税、都市計画税及び不動産取得税は見込んでいない

乾燥汚泥売却収入（円/年）＝①×②

排出削減量（t-CO2/年）⑥

バイオガス製造量（m3/年） ①

DSCR

し尿・浄化槽汚泥処理費削減分（円/年）＝⑧×⑨

排出削減量（t-CO2/年）⑪

乾燥汚泥売却量（t/年） ①

減価償却費の算定方法：定額法

キャッシュフロー(税引後利益)

生ごみ埋立費削減額（円/年）＝⑥×⑦

排出係数（t-CO2/ )排出権ｸﾚｼﾞｯﾄ売却費（円/年）

備考

人件費＝⑦×⑧

燃料種別（灯油、重油、LPG、都市ガス）

燃料単価 ⑤

参考値：長岡浄化センター

①×③÷④
DSCR

灯油＝2.49/L、A重油＝2.72/L、LPG＝3.00/kg、都市ガス＝2.23/m3N ⑥

排出削減量（t-CO2/年）⑦⑤×⑥

排出権ｸﾚｼﾞｯﾄ単価（円/t-CO2）（ユーザー入力）⑧

排出権ｸﾚｼﾞｯﾄ売却費（円/年）

⑦×⑧

IRR

NPV(正味現在価値)検討結果判定

出力結果

事業期間

共通

バイオガス製造

算定プロセス
実質建設費③＝（100-②）/100×①

0 （条件を満足する場合）「適正と判定されました」（条件を満足しない場合）
4% 「事業の再検討が必要です」

DSCR(債務返済指数)

100%

IRR(内部収益率)1192.4 事業採算性試算ソフトウェアの入力手順及び試算例
作成したソフトウェアは、①トップ画面（診断対象事業を選択する画面） → ②事業概要入力シート → ③事
業コスト入力シート → ④事業収入等の条件入力シート → ⑤結果一覧表 → ⑥グラフ表示画面 で構成されている。ソフトウェアを起動すると、①のトップ画面が現れ、「下水汚泥と生ごみ等からのバイオガス製造事業」、「汚泥燃料の火力発電利用事業」、「消化ガスからの都市ガス製造事業」の３事業の中からボタン形式で事業を選択できるようになっており、選択後、事業概要入力画面に自動的に移動する。
②の事業概要入力シートは、事業の名称や処理場の所在地及び処理量を入力するものである。③の事業コスト入力シートでは、事業採算性の検討に必要な事業費、補助金額、事業期間、借入金利、法人税率、維持管理費等のイニシャルコスト及びランニングコストを入力する。図-３に都市ガス製造事業の場合の例を示す。④の事業収入等の条件
入力シートは、診断対象事業によって入力項目が異なるが、売却収入、排出権クレジット売却費、都市ガス製造事業コスト入力＜事業コスト入力＞
項目
建設費
補助率
補助金
実質建設費
事業期間
借入金の返済期間
イニシャルコスト
借入金利(1～10年目)
借入金利(11年目～)
償却年数
社会的割引率
法人税率
イニシャルコスト合計

事業採算性の検討結果について、事業期間の年度値
220,000,000
77.5
170,500,000
49,500,000
20
20
1.3
1.3
20
4.0
0.04086
49,500,000.0

自動計算

直接入力

自動計算

直接入力

自動計算

直接入力

図-3 事業コスト入力シート（都市ガス製造事業）

ランニングコスト

従来費用の削減額等を入力する。図-４に都市ガス製造事業の場合の例を示す。⑤の結果一覧表は、

単位
円
%
円
円
年
年
%
%
年
%
%
円/年

維持管理費
円/年
運転管理人員数
人
人件費単価（平均）
円/人・年
人件費
円/年
ランニングコスト小計(固定分のみ)
円/年

7,652,000
0007,652,000

注意事項
１．白色セルを入力してください。
白色セルの横に入力補助ボタンのある項目は、クリックするとリストからの選択もできます。
２．オレンジ色セルは自動計算もしくは直接入力を選択できる項目です。
オレンジ色セルの横の自動計算もしくは直接入力にチェックを入れてください。
３．ピンク色セルは自動計算項目です。

毎に一覧表形式で表示するものである。⑥のグラ
図-3 事業コスト入力シート（都市ガス製造事業）

フ表示画面では、グラフ上段には、事業年度と累積キャッシュフローの関係を、下段には、燃料等の売却価格と DSCR の関係を表示することとしている。図-５に都市ガス製造事業の場合の例を示す。
このうち、累積キャッシュフローは、図-５では事業期間を通じて直線状に推移しているが、事業

都市ガス製造検討条件＜検討条件（１）＞
項目
燃料種別
バイオガス
売却収入

によっては、上方又は下方に凸状となる場合もある。上に凸状となる事業は、事業開始当初から収支が良好で投資回収年数が短い事業であるといえ排出権ｸﾚｼﾞｯﾄ
売却費るが、下に凸状となる事業は、事業開始当初の利益が出にくく投資回収年数が長い事業といえ、事業の収益性や安定性に対する注意が必要である。
採算性を示す DSCR については、事業投資額、補助金の有無、製品販売収入等、事業特性によって異なるが、事業期間の途中において、低コストな技事業収入合計

単位

値

A重油

MJ/L

39.1

バイオガス製造量

m3/年

600,000

バイオガス単価

円/m3

22.0

円/年

13,200,000

バイオガス単位熱量

MJ/m3

化石燃料削減量

L/年

排出係数

ｔ-CO2/L

2.72

排出削減量

ｔ-CO2/年

1,485,913

排出権ｸﾚｼﾞｯﾄ単価

円/ｔ-CO2

1

自動計算

直接入力

自動計算

直接入力

自動計算

直接入力

自動計算

直接入力

35.6
546,292円/年

1,485,913

円/年

14,685,913

注意事項
１．白色セルを入力してください。
白色セルの横に入力補助ボタンのある項目は、クリックするとリストからの選択もできます。
２．オレンジ色セルは自動計算もしくは直接入力を選択できる項目です。
オレンジ色セルの横の自動計算もしくは直接入力にチェックを入れてください。
３．ピンク色セルは自動計算項目です。

図-4 事業収入等の条件入力シート（都市ガス製造事業）

術が開発されることなどにより、同一事業でも途中から大きく変化することも考えられる。
３．下水道等のエネルギー連携事業の事業化までの実施フローと留意事項に関する調査
下水道等のエネルギー連携事業における事業化までの検討フローや留意事項について整理した。具体的には、事業化に当たって検討が必要と考えられる項目を段階的に抽出し、項目毎に留意事項等について記述した。

120

3.1

下水道等のエネルギー連携事業の実施

都市ガス製造 検討結果・グラフ

フローと検討・留意項目
事業年度と累積キャッシュフローの関係

これまでの調査を踏まえ、エネルギー連携事
90,000,000

業の事業実施までの基本的なフローを図-６に70,000,000

シ

60,000,000

フロ

50,000,000ュ
ー示す。検討が必要と考えられる項目等について、

80,000,000

ャッ

累
積
キ

40,000,000(

フローに沿って以下に整理した。

30,000,000)

3.1.1 予備検討段階

円/
年

10,000,000

20,000,000

01

エネルギー連携事業の予備検討段階では、

3

5

7

9

11

13

15

17

19

事業年度(年)

事業の大枠を設定し、事業の実施可能性につ
都市ガス売却価格とDSCRの関係

いて検討することになる。なお、予備検討段

5000
4000

階で事業の内容が明確化している場合には、

D 3000S
C 2000R（

下記の①～④については検討不要である。

1000

）

%

① 基礎調査

0
0

5

10

15

20

25

30

35

-1000

下水処理場や汚泥性状等の特性、気候条件-2000

都市ガス売却価格（円/m3）

や住宅近接状況等の地域特性、汚泥処理コス
トや埋立処分地の残余容量等の課題について基礎調査を行う。また、将来人口推計などにも考慮して施設の適正規模について検討する。

図-5 グラフ表示画面（都市ガス製造事業）

ただし、日常管理における観測・分析や他業務で調査済みの事項も多いと考えられ、これらについては既存の知見を収集整理することにより、調査作業の軽減を図ることができる。
事業フロー
１．予備検討段階

２．基本計画段階

３．実施計画段階

４．事業準備段階

・事業概要：利用資源、取扱量、概略フロー等
・実施体制：処理場及び連携先
・温室効果ガス削減量（概算）
・経済性可能性診断（簡易ツール）・法制度対応整理：
都市計画法等・採用技術の比較検討
・利用資源輸送方法・
ルート検討
・設備概略仕様・
概算工事費
・資金調達、補助金

・設備詳細設計
・建設費・維持管理費
・輸送実施計画：車両、一時保管
・事業収支検討
・資金調達先、適用補助制度

・許認可手続き：消防法、廃棄物処理法等
・維持管理計画：
人員計画、用役計画、再生利用計画・温室効果ガス削減計画
・排出権クレジット申請
手続き

図-6 エネルギー連携事業の事業実施までの基本的な検討フロー② 導入するエネルギー化技術の検討①の基礎調査結果を参考に、処理場の特性も踏まえ、どのような技術を導入するのが適当かについて検討する。当初から事業目的が明確であり、導入技術の種類等が決まっている場合は検討不要である。
③ 連携事業者の検討
導入する技術に関する連携事業者について検討を行う。コスト面、供給安定性、事業所間距離などを考慮して実現可能性の高い連携事業者について、事前の意向確認やエネルギー連携事業の共同実施に関する協議を開始する。なお、②と同様、当初から事業目的が明確であり、事業スキームが定まっている場合は検討不要である。
④ 受け入れ基準等の条件の確認
連携事業者を絞り込んだ後、事業者側の受け入れ基準等の条件について確認し、これを満足するために必要121

な事項について、連携事業者と協議する。
⑤ 社会的条件の確認
エネルギー連携事業を進めるに当たって必要となる社会的条件について確認を行う。法制度上必要となる手
続きや周辺住民への配慮の必要性、関連他部局との協力・調整の必要性等が挙げられるが、採用するエネルギ
ー化技術の種類により確認すべき項目が異なる。
⑥ 事業採算性の評価
下水道の資源・エネルギーを利用した製品（下水汚泥の固形燃料化、バイオガス化、下水熱利用等）について、イニシャルコスト、ランニングコストを概算し、第２章で説明したソフトウェアなども活用し、事業採算性について評価する。この際には、代替製品（石炭や天然ガス等の燃料等）の価格変動についても考慮して評価する必要がある。
⑦ 事業採算性以外の評価事業を実施するための自治体内外の組織体制・役割分担、法規制、供給安定性、温室効果ガスの削減効果等、
事業採算性以外の項目についても評価を行う。評価項目は、事業や地域の特性によって異なるため、広範囲に検討することにより、事業開始後に不測の事態が生じないように留意する。
3.1.2 基本計画段階① 関連法規制への対応
必要な法規制上の手続き等について確認し、申請方法等について調査する。
② 必要な技術条件の具体的検討
予備検討において抽出された課題等に対応するために必要な技術条件について具体的検討を行う。
③ 運営・維持管理手法の検討
事業の運営や施設の維持管理の枠組み（運営・維持管理主体、契約条件、輸送・管理方法、頻度、非常時対応等）や輸送ルート等も含めた調達方法について検討を行う。
④ 事業の仕様の確定②の必要な技術条件を踏まえ、事業全体の仕様を確定する。
⑤ 建設費・運営維持管理費及び調達方法の検討（補助制度含む）
事業の仕様を踏まえ、建設費、運営維持管理費、調達方法等について検討する。
⑥ 実施スケジュールの検討
事業の全体スケジュールについて検討する。
3.1.3 実施計画段階① 設備等の詳細設計
基本計画にて確定した仕様を満たす施設・設備について、詳細設計を行う。
② 建設費、運営・維持管理費の詳細検討導入する施設・設備の条件や運営・維持管理の枠組みを考慮して、事業費及び運営・維持管理費を詳細に積算する。
③ 運営・維持管理の枠組みの決定
運営・維持管理の枠組み（運営・維持管理主体、契約条件、輸送・管理方法、頻度、非常時対応等）について、導入する施設・設備の条件に基づき決定する。新しい技術を導入する場合が多いことから、専門知識を有する技術者を参画させるとともに、事業全体を統括できる体制づくりが必要である。
④ 事業採算性の詳細な評価
詳細設計において得られた建設費、運営・維持管理費、想定生産量等の数値を基に、事業採算性の詳細な評122

価を行う。その際、利用可能な補助制度やその他の資金調達方法（PFI 等）についても検討する。
3.1.4 事業準備段階① 各種法規制に係る手続き
消防法、廃棄物処理法、下水道法、都市計画法、建築基準法、悪臭防止法、ガス事業法等のエネルギー連携事業を実施する際に必要となる各種法規制に関する手続きを進める。
② 維持管理計画の策定
施設建設後の維持管理について、業務内容、役割分担、人員配置等を具体的に検討し、計画を策定する。
③ 温室効果ガス関連手続き
温室効果ガスの排出については、国内外において排出量取引制度が設けられ、排出量削減の取り組みが進められている。しかしながら、認証手続き費用が必要となるほか、現行制度では下水道事業者にとって削減メリットが生じないケースがあるため、事業の仕組みを十分検討する必要がある。
3.2 下水道等のエネルギー連携事業実施におけるその他留意事項等
現在、下水道事業におけるエネルギー連携事業は実施義務を伴う事業では無いことから、新規着手する事業者がいる一方で、コストや維持管理上の問題などから事業を中止する事業者もおり、実施者総数は大きく増加していない。今後、エネルギー連携事業の実施数を増やしていくためには、下水道事業者にも事業実施のメリットを享受できるようにすることが必要である。
さらに、下水道におけるエネルギー連携事業は、建設や維持管理費用面においても、石炭や天然ガスのような
他のエネルギー資源に比して経済的メリットが小さいものが多いが、事業に対して経済性とは別の意義やメリットが存在する場合、エネルギー連携事業を推進するきっかけとなる場合がある。例えば、北海道鹿追町の場合、
家畜糞尿の処理や周辺地域への臭気問題が下水汚泥利用事業のきっかけとなった。また、富山県富山市の場合のように、自治体が策定した上位計画の中で｢環境事業の推進｣を明確に打ち出すことにより、エネルギー連携事業の実施を促した事例もあった。
４．おわりに本研究は「都市におけるエネルギー需要・供給者間の連携と温室効果ガス排出量取引に関する研究」の最終年度の研究として、下水道等のエネルギー連携事業の実施可能性について、地方公共団体等の事業者が簡便に診断できるよう、補助金や別収入等を考慮した場合の事業採算性について試算可能なソフトウェアを開発するとともに、下水道等のエネルギー連携事業の事業化を検討する際に留意すべき事項等について、過去２箇年の調査結果も踏まえ整理した。また、本研究を通じ、下水道等のエネルギー連携事業を推進していくためには、さらに解決
すべき課題が多く存在することも分かった。
特に、下水道事業においては、資源・エネルギーを利活用する事業は法律上の位置づけが明確で無く、下水道
法上の実施義務が無いことや、補助制度や融資制度などの支援措置も現時点では必ずしも充実していないことな
どから、多くの自治体において、実施インセンティブが働いていないと考えられる。
平成 21 年度に実施した下水道事業者へのアンケート結果でも、｢下水道の資源・エネルギーを活用した連携事
業には関心が無い｣という回答が非常に多く、関心があり検討又は既に実施している事業者の多くは政令市や中核市などの大規模自治体であった。また、自治体にとって最大の課題は事業採算性であり、温室効果ガスを削減でき地球環境に優しい事業というだけでは自治体は事業着手に踏み切れないようである。このため、今後、自治体に対する適切なインセンティブの付与方法について国として検討していく必要があると考える。特に、下水道事
業単独では得られない｢連携することにより発揮されるメリット｣を評価できるようにすることが、他事業とのエ123

ネルギー連携事業の推進のためには必要であると考える。
また、廃棄物処理法等の法令等による規制についても、現時点では、規制緩和や特例措置が十分とは言えず、
下水道事業におけるエネルギー連携事業実施の支障となっている。このため、事業検討途中で見送りとなった事
例などについて詳細に調査し、法規制に関する諸課題を分析することも重要であると考える。
さらに、温室効果ガス排出量の削減についても、現状では、京都議定書に基づく国際的枠組みや温暖化対策推進法に基づき、一定の分野や事業者について温室効果ガス排出量を把握する仕組みが存在するが、国内排出量取引も含めた全ての活動を総合的に把握する仕組みが存在しない。このため、都市計画や税制等も含めた温室効果
ガス排出量の削減のための制度設計について引き続き国として検討していく必要があると考えられる。
なお、本研究は、技術研究開発推進費で実施されたものである。

参考文献
１）公益社団法人日本下水道協会：再生と利用、バイオガスの都市ガス導管への受け入れについて、纐纈三
佳子、Vol.32、No.121、2008.10
２）公益社団法人日本下水道協会：再生と利用、下水汚泥資源利用の動向と今後の課題について、Vol.33、
No.123、2009.3
３）公益社団法人日本下水道協会：再生と利用、下水汚泥の広域的な処理及び有効利用のあり方について、
小林優、Vol.33、 No.124、2009.6
４）国土交通省国土技術政策総合研究所：下水汚泥処理技術の温室効果ガス排出量等に関する調査業務報告書、2010.3
５）国土交通省国土技術政策総合研究所：下水道と他事業の温暖化対策に関する連携事例調査業務報告書、
2010.3６）公益社団法人日本下水道協会：下水道協会誌、下水処理場等の包括的民間委託の現状と今後の展望、細川顕仁、Vol.47、 No.578、2010.12
７）国土交通省都市地域整備局下水道部：下水道資源有効利用に関する提言、2011.8
８）国土交通省都市地域整備局下水道部：下水汚泥エネルギー化技術ガイドライン、2011.3
９）国土交通省国土技術政策総合研究所：下水道等のエネルギー連携事業のフィージビリティに関する調査
業務報告書、2011.3

124

3.

持続可能な水利用を実現する革新的な技術とシステム～21世紀型都市水循環系の構築のための水再生技術の開発と評価～
下水道研究部

下水処理研究室

河川研究部

室

長

小越

眞佐司

研

究

官

宮本

綾子

研

究

官

西村

峻介

環境研究部

環境研究官 吉谷純一

水資源研究室主任研究官 山本陽子

１． はじめに現代文明を支える 20 世紀型水利用システムは、自然の水循環を改変して都市と工業および農業に水を供給・利用し排水を浄化して自然の循環系に戻す一過性のシステムであり、その建設、運用および改廃の各段階で多くの資源・エネルギーを消費し大量の温室効果ガスを排出している。そのため、21 世紀型の新たな水利用システムでは、資源・エネルギーの大量消費から脱却し、制約された条件の下で需要に応じた供給を実現し、持続可能な低炭素社会実現に寄与することが求められている。
本研究は、現行の水利用システムに、一部人為的な循環系と重層的な水利用を組み入れた新たな循環型水利用システムの導入による水利用システム全体としてのエネルギー削減効果、環境効果を評価することを目的としている。ここで、新たな循環型水利用システムとは、水需要の高い都市域に位置する下水処理場やサ
テライト処理施設を新たな水源と考え、再生水をトイレ洗浄水や散水用水、農業用水などの非飲用用途に再利用することによって、水輸送に係るエネルギーを削減し、流域全体の水利用に係るエネルギー消費の削減を図るシステムである。
本研究は、独立行政法人科学技術振興機構のＣＲＥＳＴ（戦略的創造研究推進事業）の領域研究「持続可能な水利用を実現する革新的な技術とシステム」において課題名「２１世紀型都市水循環系の構築のための水再生技術の開発と評価」の下で実施している京都大学との共同研究であり、国土技術政策総合研究所では、「新しい循環型水利用システムのエネルギー評価」を担っている。
２．新しい循環型水利用システムのエネルギー評価へのアプローチ
新たな循環型水利用システムの構築にあたっては、水再生処理技術を付加することによるエネルギー必要量の増加や循環型水利用による衛生学的リスクといった負の効果と、水輸送距離の短縮によるエネルギー効率の向上、水源からの取水量、公共用水域への放流量の低減による環境負荷の低減、渇水時の水不足リスクの低減、河川環境の健全度向上といった正の効果を総合的に評価する必要がある。
そのため、国総研では、①対象流域における上中下水道・河川施設のエネルギー消費の調査、②新しい水再生処理技術のエネルギー消費量の調査、③河川流量の確保や下水処理場からの排出量負荷低減などの環境効果評価手法の検討、④都市の水循環エネルギーとリスク削減・環境効果等の総合的評価手法の検討、の４つを大きな研究課題として設け、研究を進めているところである。平成 23 年度は、研究課題②として、現行の下水道システムにおけるエネルギー消費構造を明らかにすることを目的に調査を行った。

125

３．現行の再生処理システムの電力消費量およびCO2排出量原単位
3.1 調査方法
本調査では、下水処理水の再生処理の代表的プロセスであるオゾン処理、膜処理の運用時電力消費量原単位と CO2 排出量原単位を算定した。CO2 排出量の算出には産業連関表を用いる方法もあるが、産業分類との対応が大枠でしか捉えられないため、各処理法による再生処理を行っている自治体から電力消費量と薬品使用量の実績データの提供を受け、換算原単位を用いて CO2 排出量を算出することとした。
事前の調査から、4 処理場で膜処理を利用した再生水利用、49 処理場でオゾン処理を利用した再生水利用が実施されていることがわかった。これらのうち、表 1 に示す 5 つの処理場から電力消費量および薬品使用量の実績データを入手した。対象処理場の再生処理プロセスと再利用水量は表 1 に示すとおりである。
表1
自治体

処理場

A

a
b1
b2
c
d

B
C
D

調査対象処理場の処理プロセスと処理水量

再生水量 (m3/年)
トータル 砂ろ過 膜処理 オゾン処理
生物膜ろ過→オゾン
1,829,406
砂ろ過→オゾン
6,463,420 6,463,420
6,057,173
オゾン
228,706
228,706
砂ろ過→RO膜
660,398
オゾン→砂ろ過→繊維ろ過 1,882,982
再生水処理

3.2 結果と考察
3.2.1

実績データによる電力消費量および薬品使用量

各自治体へのヒアリングおよびアンケート調査より得られた電力消費量及び薬品使用量を表 2 に示す。処理場 a、および d では各プロセスに分離した電力消費量データがないため、再生処理全体の電力消費量のみのデータである。自治体データより再生処理プロセスにおける電力消費量原単位（処理水量あたりの電力消費量）を算出した結果が表 3 である。処理水量 1m3 あたりの電力消費量は 0.12kWh～1.43kWh と処理場・処理方法ごとに大きく異なる値をとった。a、b1、b2 処理場ではともにオゾン処理を含む再生処理を実施しているが、施設規模の小さい b2 処理場で電力消費原単位が最も大きくなった。b1 処理場の結果より砂ろ過にかかる電力消費量は他の処理方式より小さいと考えられ、RO 膜処理にかかる電力消費量は、c 処理場の砂ろ
過→RO 膜処理時の電力消費量から b1 処理場の砂ろ過処理時の電力消費量を差し引いておよそ 0.54kWh/m3程度と推定された。
表2
電力消費量

kWh/年

処理場
a
b1
b2
c
d

調査対象処理場の電力消費量と薬品消費量

砂ろ過
トータル
2,225,680
748,866
314,262
369,528
2,690,420

砂ろ過
124,179
283,298

膜処理

オゾン処理 次亜塩素酸ソーダ
120,423
624,687
314,262
86,230527,176
88,060

126

PAC

3,290

薬品消費量 L/年
RO膜
繊維ろ過
次亜塩素酸ソーダ 硫酸 苛性ソーダ シュウ酸 塩酸
PAC

1,191

469

4,788

6,500

144
157,230

表3

調査対象処理場の電力消費量原単位

処理場

再生水処理

a
b1
b2
c
d

生物膜ろ過→オゾン
砂ろ過→オゾン
オゾン
砂ろ過→RO膜
オゾン→砂ろ過→繊維ろ過

表4CO2 発生量原単位換算原単位

区分
次亜塩素酸ナトリウム
PAC
硫化アルミニウム
塩化第２鉄
苛性ソーダ
（24wt%)
硫酸
シュウ酸
電力（全国平均値）

表5

電力消費量原単位 kWh/m3
トータル
砂ろ過
膜処理
オゾン処理
1.22
0.12
0.02
0.10
1.37
1.37
0.56
1.43

CO２換算原単位（kg-CO２/kg）
0.323
0.405
0.357
0.318
0.938
0.225
0.087
0.08
0.555

調査対象処理場の CO2 発生量原単位
3CO2発生量薬品使用によるCO2発生量(kg-CO
2/m )
RO膜

電力消費に伴うCO2発生量
自治体
A
B
C
D

処理場
a
b1
b2
c
d

3

砂ろ過
(kg-CO2/m )トータル 砂ろ過 膜処理 オゾン処理 次亜塩素酸ソーダ
0.65
0.03
0.06
0.01
0.05
0.73
0.73
0.30
0.31
0.76
0.02

PAC

次亜塩素酸ソーダ

硫酸

0.00250.00070.0001

苛性ソーダ シュウ酸

0.01020.0014

塩酸

繊維ろ過
PAC

0.00010.04

なお、c 処理場の膜処理において電力容量が大きい機器は、曝気ブロアおよび RO1 次、2 次高圧ポンプであり、全体 19kW 程度の電力容量に対し、2 つ合わせれば約 66％を占めていた。オゾン処理の場合は電力消費が大きい機器はオゾン発生器とみられた。
次に、各自治体における運用時の電力消費量および薬品消費量について、表 4 の CO2 換算原単位(kgCO2/kWh もしくは L)を用いて CO2 発生量に換算することにより処理水量あたりの CO2 排出量原単位を求めた（表 5）。c 処理場の薬品消費量データより、RO 膜を用いた場合の薬品消費に伴う CO2 排出量原単位は、
0.015kg-CO2/m3 となった。この中でも苛性ソーダ（水酸化ナトリウム）消費量に伴う CO2 排出量原単位が大きく、この消費量によって薬品消費に伴う CO2 排出量原単位が決まってくると考えられた。
3.2.2

既往の調査との比較

今回実施した調査の結果を、既往の調査結果とあわせて整理したものが表 6 である。
国土交通省都市・地域整備局下水道部「下水道における高度処理、再生水利用等の地球温暖化対策効果検討
報告書」1)（平成 21 年 3 月）では関連する自治体に対するアンケート調査を行い再生処理運用時におけるCO2 の排出量を算定する過程で電力消費量についてもまとめている。対象施設は下水処理再生水をトイレ用水として供給している施設である。うち、オゾン処理を含む再生処理を行っている施設を対象として電力消費量を試算した。再生処理の年間消費電力量を施設規模水量で除した 1m3 あたりの消費電力量は 10 処理場の平均で 0.59kWh/m3 となった一方で、稼働率の低い処理場が多いため実績処理水量で除した場合はほとん

127

表6
処理方式

既往調査によるオゾン処理および膜処理の電力消費量原単位
調査種別

電力消費量原単位

処理水量(kWh/m3)(m3/d)

今回調査(自治体実績）オゾン 国交省調査(H21)
国総研調査 (H18)
浄水におけるLCA

膜

今回調査(自治体実績）国交省調査(H21)
国総研調査 (H18)
浄水におけるLCA

1.37

630

0.10
1,700
0.59
5,000
0.385-0.843 20,000-1,000
0.054220,000

0.54

1,800

0.748-0.775
0.115

5,000-1,000
20,000

電力消費の多い機器

備考

オゾン発生器－－
オゾン発生装置
空気圧縮機
ばっ気ブロワRO高圧ポンプ
－
－
原水ポンプ

平均値

RO
RO
UF

どの処理場で今回調査分より高い値をとり、平均で 2.42kWh/m3 となった。ただし、この値はオゾン処理プ
ロセスの値のみが分離されたものではなく、再生処理全体の電力消費量である。この調査の結果、オゾン処理を含む再生処理施設の場合、施設規模あるいは実績処理水量が大きいほど単位水量あたりの消費電力量は小さくなる傾向にあった。また、この調査には膜処理を実施している施設のデータは含まれていなかった。
国総研における平成 18 年度調査 2)では、1,000 m3、5,000 m3、10,000 m3、20,000m3 の規模で模擬設計されたオゾン処理および膜処理による再生処理施設に対する電力消費量を算定している（RO 膜処理は 1,000
m3、5,000m3、MF 膜処理は 1,000 m3、5,000 m3、10,000 m3 のみ）。オゾン処理および膜ろ過に対する電力消費量原単位は処理水量により異なり、オゾン処理で 0.385～0.843kWh/m3 、MF 膜処理で 0.194～
0.233kWh/m3、RO 膜処理で 0.748～0.775kWh/m3 であった。オゾン処理と膜処理を比較すると、オゾン処
理では処理規模が大きくなるほど消費電力量が小さくなる傾向がみられた。
オゾン処理および膜処理は浄水処理施設にも導入されており、（財）水道技術研究センターの「浄水施設における LCA 実施マニュアル」3)では、オゾン処理および膜処理施による浄水施設の CO2 排出量の算定について、実施方法が記載されている。それぞれ 20,000m3/日の施設を対象としたケーススタディが行われており、稼働率 80％とした場合の電力消費量原単位が示されている。オゾン処理、膜処理ともに下水道統計から算出した値下水における電力消費量原単位よりも非常に小さく、1/5～1/10 程度の値であった。浄水施設においては比較的清浄な水に対して処理を行うため、再生処理と比較してオゾン消費量や膜の目詰まり方が異なるためではないかと考えられる。
４．まとめ
下水処理水の再生処理の代表的プロセスとして、オゾン処理、膜処理における CO2 排出量原単位を算定した結果、既往の調査結果とあわせて以下の知見が得られた。
1) オゾン処理における処理水量あたりの電力消費量は，0.385～1.37kWh/ m3 と範囲が広く，処理水量が多くなるほど電力消費量原単位が下がる傾向にある。膜処理では 0.54～0.775kWh/ m3 であったが，処理水量との関係については明確ではなかった。
2) 浄水施設については，オゾン処理および膜処理両者に対し，下水における電力消費量原単位よりも非常に小さく，1/5～1/10 程度の値であった。

128

3) 電力消費量割合の高い機器については，オゾン処理ではオゾン発生装置（オゾン発生機），膜処理では原水供給ポンプであった。
参考文献
1)

国土交通省都市・地域整備局下水道部、下水道における高度処理、再生水利用等の地球温暖化対策効果検討報告書、2009 年 3 月

2)3)

国土技術政策総合研究所、平成 21 年度下水道関係調査研究年次報告書集、国土技術政策総合研究所資料
No.605 、2010 年 8 月、p.53-56（財）水道技術研究センター、浄水施設における LCA 実施マニュアル

129

130

4.

アフリカ・サヘル地域の持続可能な水・衛生システムの開発
下水道研究部

部

長

下水処理研究室 9.室

長

堀江
小越

信之
眞佐司

研

究

官

宮本

綾子

研

究

官

對馬

育夫

研

究

官

西村

峻介

１．はじめに
当研究は、2015 年までに安全な飲料水と基礎的な衛生施設を利用できない人々の割合を半減するとした
ミレニアム開発目標達成に資することを目的として、アフリカ・サヘル地域のブルキナファソ(以下、「ブ国」と い う 。 ) を 対 象 国 と し 、 水 と 衛 生 の 新 し い シ ス テ ム の 開 発 と 実 証 を ブ 国 の 国 際 水 環 境 学 院 (2iE:International Institute for Water and Environmental Engineering) と共同して実施するプロジェクトの一環である。当研究室では、新たに開発する要素技術(低価格コンポストトイレ、雑排水処理／再生システム)を適用する農村モデル（図 1）、都市モデル(図 2)において財政・法制度的要因の整理及び流通系形成に必要な要因整理を担当する。
平成 23 年度は、国内調査として、ブ国における現行の水と衛生に関する法令・制度に関する資料調査を行った。さらに現地調査として、ブ国の都市部において、水・衛生に関わる担当行政部局への聞き取り調査
およびマイクロクレジットの活用実態について聞き取り調査を実施した。

図 1 農村モデルのイメージ

図 2 都市モデルのイメージ

2. 調査内容
2.1 水と衛生に関する法令の調査
本プロジェクトで開発されるコンポストトイレで発生するコンポストおよび雑排水処理水を利用するにあたり、ブ国の水と衛生に関する法令に抵触しないか調査する必要がある。今年度は、環境法、公衆衛生法、
都市廃棄物の収集・保管・輸送・処理および処分に関する省令を対象として、関連事項の規定の有無、また制度改正の必要性について調査した。
2.1.1

環境法

家庭雑排水およびし尿は、環境法では都市廃棄物として位置づけられている。一方、処理に伴い発生する汚泥は産業廃棄物として位置づけられている。本プロジェクトでは、農村部において、各家庭から排出され131

るし尿を分離回収し、尿は一定期間の保管後に肥料として利用し、糞便はマトリクス材と混合してコンポス
ト化することを想定している。また、都市部では、雑排水処理により発生した汚泥およびし尿は肥料の原料として、また雑排水は農業用水としての利用を想定している。これらの導入にあたっては、ブ国環境法でいう廃棄物として規制の対象となるかどうか、確認が必要となる。
また、ブ国における農薬および肥料の輸入・製造は、あらかじめ各担当大臣の許可および認可を得なければならない。したがって、認可を受けていない農薬・肥料の販売、無料配布および使用は禁止されている。
本研究において製品化するコンポストがこれらの規定に該当する場合、製造および流通にあたって、認可が必要になると考えられ、監督官庁や認可のための手続きについてはヒアリング等により詳細を確認する必要
がある。
2.1.2

公衆衛生法

集落あるいは各家庭に設置される衛生設備についての規定は公衆衛生法に定められている。この法律によれば、地方行政機関は、すべての集落に適切な浄化施設を設ける責務、適切な管理制度を実施する責務を有し、すべての住居の所有者は、建築許可に関する現行規則に基づき、自らの住居に家庭雑排水およびし尿の排出および処理施設を敷設しなければならないとされている。
公衆衛生担当職員は、現行規則に基づき、住居の屋内検査を行い、衛生及び浄化基準を住居に適応させることができる。そして処理施設が建築許可申請に添付された雑排水およびし尿排出図に一致していない場合
は、現行規則に基づく罰則が適用される。また、し尿や雑排水の農業利用についても規定があり、生食に供される果実および野菜を地面付近で栽培している土地においては、家庭のし尿を地表に散布することを禁止されている。未処理の雑排水または汚染水についても、野菜および果実に散布することが禁じられている。
本プロジェクトで製造するコンポストおよび再生水がこの規制の対象に含まれるかどうか確認する必要があ
る。
2.1.3

都市廃棄物の収集・保管・輸送・処理および処分に関する省令

都市廃棄物の収集・保管・輸送・処理および処分に関する規則では、汚水およびし尿は、その性状および量を問わず、公共の道路、緑地に投棄または排出することは禁じられており、特別に整備された場所に収集・保管することとされている。汚水およびし尿の処理または処分に当たっては、衛生、安全、公衆衛生、環境保全等の諸条件および当該廃棄物の再利用の可能性に配慮することと規定されている。また、汚水およびし尿の処理または処分の場所までの輸送は、特別に整備された車両を使用することが定められている。
2.2 各省庁への聞き取り調査
前項のようにブ国では、当プロジェクトに影響する可能性のある法令がいくつか存在するが、その実際の運用状況は明らかでない。そのため、環境省および農業・水利・水資源省（以下、「農業省」という。）を対象とし、前項に示した法制度の実情について聞き取り調査を実施した。
2.2.1

環境省

コンポストの許可については、コンポスト販売は農業省が許可しており、使用に関しては環境省が事前に環境に与える影響について評価を行っている。このため、本プロジェクトにおいてコンポスト販売の許可を、農業省に申請する段階の前から、施用したコンポストが降雨後に地下水等に与える影響に関して調査し、環境省に報告することがのぞましいとの意見があった。
都市廃棄物の収集・保管・輸送・処理および処分に関する省令について、省令では汚水およびし尿を公共の道路、緑地に投棄することを規制しているが、実際はくみ取りされたし尿の不法投棄による水質汚染等の環境汚染が問題になっている。これは、廃棄物処分場がないことが原因である。したがって、当プロジェク

132

トにおけるし尿のコンポスト化は環境省としても強い関心があるとのことであった。法令で都市廃棄物の処理法としてコンポスト化が挙げられているが、もともとし尿ではなく生ゴミを対象とした理想的な処理方法の一つであり、農家が個人で私有地内の穴に廃棄物を投棄することによりコンポスト化を実施している程度である。また、ミレット等の栽培シーズン前にはくみ取りされたし尿の無許可での農業利用がなされている。
2.2.2

農業省

農業省は下水処理と小規模なオンサイト処理および、産業廃棄物を除く廃棄物処理を所管している。
し尿の取り扱いについてはコミューンごとに国の法律に準じた規則を定めることとなっているが、首都ワガドゥグではその規則はまだ定められていない。
公衆衛生法典第 35 条には「いかなる場合も、し尿を家庭廃棄物へ混入することを禁じる」とある。コンポ
ストの製造がこの規制に該当するのかについては、未処理のし尿を投入せず、一定の処理がなされていれば問題ないとの見解であった。また、研究では WHO ガイドラインが満たされていることを実証する必要があるとのことであった。例えば、CREPA(水道衛生地域センター)のエコサントイレから製造されるコンポスト
に関してはすでに安全性が実証されている。コンポストトイレから製造されるコンポストに関して正式な法令はまだないが、ブルキナファソの衛生計画では、エコサントイレ、improved latrine のし尿は 2 年以上経過していれば農業利用が認められている。また、CREPA で回収した尿は肥料として使用されている一方で、バキュームカーで回収されたし尿は、法的には認められていないが農地に施用されている。それらの行為については農業省ではなくコミューンが取り締まっている。
現在、廃棄物処分場は 4 カ所予定されている。また、下水汚泥を利用したバイオガス生成が検討されており北京に視察団を送っているが、まだ汚泥の量が十分ではない。
今後コンポストトイレを導入・普及させるにあたって、オンサイト処理への補助金制度が重要な役割を果たす可能性がある。現状では省庁と ONEA(国家上下水道公社)で構成されている飲料水・衛生供給国家計画（Programme National d'Approvisionnement en Eau Potable et d'Assainissement, PN-AEPA)で家庭用衛生設備への助成制度に対応している。規模の大きい都市では ONEA が、それ以下の都市では水資源局が助成を行っている。財源は ONEA の収入と海外からの援助。PN-AEPA でもカバーされていない地域では100％自費でトイレを建設しなければならない。ワガドゥグでは ONEA が助成金を出しているが、援助の対象は VIP トイレのたたき、換気パイプ、ドア、屋根である。壁、ピット掘削、ピットの壁面は援助対象外である。水洗トイレは予算に余裕があるときにパイプ、便器、屋根、ドアが助成の対象になる（図 3）。助成の対象は VIP（Ventilated Improved Pit: 改良型換気トイレ）のみだが、NGO、宗教団体等が建設するトイレの形式は特に指定していないとのことであった。
2.3 マイクロクレジット事業に関するヒアリング本プロジェクトで開発したトイレを普及させるため、導入のための資金制度について検討を行った。マイク
ロクレジットは貧困層に対する少額の貸付を行うもの
で発展途上国を中心に広まっており、本プロジェクトの衛生システム導入にあたっても利用できる可能性がある。このため、マイクロクレジットの活用実態について文部省で聞き取り調査を実施した。

133

図3

VIP トイレの構造と助成金の対象パーツ

ブ国では、文部省が各学校にある生徒の母親の association（日本の PTA にあたる組織）を通したマイク
ロクレジットを Caisse Populaire (村単位の小規模な銀行のネットワーク)と共同で運営している。このマイクロクレジット制度の資金は国家予算と UNICEF からの援助によるもので、総額 1 億 5000 万 FCFA（1 ユーロ=655.957 FCFA

1 FCFA=約 0.16 円）になる。現在ブ国内には約 4,000 の association があり、増加傾向にある。予算は各学校 50 万 FCFA もしくは 30 万 FCFA で、一人あたり 10,000 FCFA、数人のグループ
もしくは個人で活動（たとえば小売業、家畜飼育等）する。元本は家畜飼育の場合 6 ヶ月後、その他では 3ヶ月後に返済する。利息は 5％/月で、association に支払われる。利益を家庭での食糧や医薬品の購入にあてることで生活の改善を目指している。文部省で追跡調査を行っており、3 ヶ月ごとにマイクロクレジット利用者、association のプレジデント、学校長が作成したレポートの提出を受ける。
コンポストトイレへ導入におけるマイクロクレジットの利用の可能性について、返済期間とトイレ導入による生活改善効果が発現するまでの期間のバランスについて検討する必要があるとの見解であった。また、習慣やメンタリティの変化を促進することも必要であろうとのコメントもあった。
3. まとめ平成 23 年度は、国内でブ国の財政・法制度的要因の整理及び現地で関係省庁の聞き取り調査を行った。
ブ国政府は、都市廃棄物の処理、肥料の許認可など本プロジェクトに関わる法令を他省庁にわたって制定していた。これらの運用については地方政府に委譲されている部分もあり、規定があるものの十分に機能していない項目も多い。実際の運用状況については、公衆衛生法など今回は調査ができなかった法令を中心としてこれからも調査を継続する必要があり、本プロジェクトで開発するシステムおよびコンポスト等については、安全性等について政府の関連部署に情報提供していくことがのぞましい。
また、本プロジェクトで開発するトイレ等の導入にあたってはマイクロクレジットの活用が有効であると考えられるが、返済期間、貸付額、返済方法等、適切な制度を設計することが重要である。

134

付

録

付録 1．平成 23 年度 下水道関係刊行報告書一覧
下水道管路施設に起因する道路陥没の現状
国土技術政策総合研究所資料 第 668 号 平成 24 年 2 月
国土交通省 国土技術政策総合研究所 下水道研究部
要旨
平成 21 年度末現在、我が国の下水道普及率は 70％を超えるまで整備が進み、道路等に埋設されている下水道管きょの総延長は、地球 10 周分に相当する約 42 万㎞に達している。
我が国の近代的な下水道施設は、東京都や横浜市、大阪市などの大都市が明治時代に着手したのが始まりで、布設後 50 年を経過した管きょは約１万㎞、30 年を経過した管きょは 8 万㎞存在する。一方、道路下に埋設されるというその特質上、異常の発見や補修が困難であるという問題を抱えており、管きょの年間点検調査率は総延長の約１％と低調な数字になっており、埋められた後の状態が把握されていないのが現状である。
このような状況下、下水道管きょが原因の道路陥没が毎年約 4 千件発生し、市民の安全安心を脅かす社会問題としてクローズアップされている。国総研では、平成 18 年度より、下水道事業を実施する全自治体を対象とし、毎年発生する下水道管きょに起因する道路陥没件数を調査（全国
道路陥没実態調査）している。
本報告書は、平成 18～21 年度に発生した道路陥没のデータ（計 1.7 万件）について、その発生傾向を分析した結果を示すものである。
キーワード：下水道管きょ、道路陥没、老朽化

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136

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国土技術政策総合研究所資料
TECHNICAL NOTE of NILIM
No.731
April 2013
編集・発行

© 国土技術政策総合研究所

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本資料の転載・複写の問い合わせは
国土技術政策総合研究所 企画部 研究評価・推進課〒305-0804 茨城県つくば市旭 1 番地 電話 029-864-2675