水循環の高度化に関する技術動向と展望〜水処理ビジネスの新たな展開〜【要旨】

１． 都市型水害の増加、淡水資源の稀少化への懸念、一層の高度化が求められる環境対策など、水資源をとりまく課題が複雑さを増している。治水、利水、環境のバランスを取りながら、質・量両面から水資源を効率的に確保・利用するために、水循環の高度化を進める取り組みがますます求められるようになっている。
２． 水資源の循環利用を考えるうえでは、政策的に低価格に設定されている水道料金との比較において経済合理性を確保することが最大の課題である。この点、わが国の産業部門は排水処理レベルを改善する過程で様々な工程転換を進め長期間に亘り水資源の回収率を上昇させてきた実績がある。ここで培われた経験・ノウハウは今後の水循環の高度化を考えるうえで大きな財産である。
３． 水循環の高度化に寄与する技術面に目を向ければ、確立した技術の組合せを競う性格が強い水処理技術にあって、近時、①膜処理の広がりと高度化、②バイオマスエネルギーの利用を含めた汚泥処理技術の進展が注目される。膜処理は、世界的な需要の拡大と市場環境の変化を受けて価格低下が進み、伝統的な海水淡水化など造水分野から浄水処理、そして下排水処理に適用分野を拡大している。汚泥処理も、民生と官公需で方向性は異なるものの、経済性を改善すべくエネルギー回収など付随効果を追求する方向が鮮明になっている。また、表流水と並んで水循環の重要な構成要素である地下水に目を向ければ、近時は政策的な対応の影響も加わり、雨水貯留・浸透、有効利用、浄化など多面的に企業活動が活発化している。
４． わが国の水処理ビジネスは、①官公需における性能発注へのシフトや民需における更なる効率性追求といった国内市場環境の変化、②膜メーカーとエンジニアリングメーカーとの連携強化やリース機能の活用、エネルギーとの接点拡大などに伴うバリューチェインの見直し、③質量両面で水問題が深刻さを増す中国など海外市場への展開などを主因に、現在大きな転換期を迎えている。個々の技術は優れているものの、官主導の市場特性に縛られ、コスト効率など総合力でみた競争力に劣るといわれてきたビジネス像は早晩大きく修正され、ユーティリティビジネスとしての性格を強めていくものと考えられる。今後は、水循環の高度化がもたらす便益とリスクを総合的に評価し、水処理ビジネスが持つ潜在力を一層引き出すような政策的な対応が重要となろう。

たけがはら［ 担当： 政策企画部けいすけ

竹ケ原 啓介 （e-mail：ketakeg@dbj.go.jp）］

１．水資源を巡る諸問題

P１

・都市型水害の増加、淡水資源の稀少化への懸念、一層の高度化が求められる環境対策など、水資源をとりまく課題が複雑さを増している。治水、利水、環境のバランスをとりながら、質・量両面から水資源を効率的に確保・利用するために、水資源の高度化を進める必要性が高まっている。
【図表1-1】水害額の推移（平成７年価格）

億円

18,000昭和46年度ー
55年度平均7,822億円

16,00014,000昭和36年度ー
45年度平均5,688億円

10,0008,000

平成元年度ー
12年度平均6,768億円

昭和56年度ー
平成元年度平均8,481億円12,000

6,000
4,000
2,000
0363840
昭和（出所）水害統計

億ｍ３424446485052545658【図表１-2】わが国の水消費量の推移

6062元
平成

350

900

579→うち淡水2.5％（海水97.5％）→北極南極の氷を除く淡水0.8％→地下水を除き利用可能な淡水量

300

800
250

700

0.01％＝0.001億km3600200（仮想水：ヴァーチャルウォーター）

500
150

400
300

100

200
50

100
052

生活用水

54565860

工業用水

62

元
平成
農業用水

357911

水資源原
輸入量（千単位(m3/ｔ/年）ｔ）

品目

米
麦類
豆類
肉類（牛肉

050
昭和

13

生活用水使用量（右目盛）

達成率90【図表１-3】わが国の水質基準達成率の推移（BOD／COD）

2,500

1927,589
5,066

1,0001,00027651974

7,00068413

治水

80706050

利水

40

環境30河川湖沼海域

全体1004951535557596163246昭和（出所）環境省資料（備考）１．河川はＢＯＤ、湖沼及び海域はＣＯＤ
２．達成率（％）＝（達成水域数／あてはめ水域数）×１００

8101214仮想水量（億m3/年）

749

計（出所）国土交通省「日本の水資源」

2011

地球に存在する水総量：14億km3㍑／人・日

10003

水循環の高度化

２．水資源リサイクル

P２

・水資源の循環利用を考えるうえでは、政策的に低価格に設定されている水道料金との比較で経済合理性を確保することが最大の課題である。この点、わが国の産業部門は排水処理レベルを改善する過程で様々な工程転換を進め長期間に亘り水資源の回収率を上昇させてきた実績がある。ここで培われた経験・ノウハ
ウは今後の水循環の高度化を考えるうえで大きな財産である。
【図表２-1】工業用水の使用量と回収率の推移

億
600 3

【図表２-２】工業用水の用途構成％

78.6 78.6 79.0
75.9 77.1 77.4 77.9 77.9 78.1

73.6 74.7

500

66.99080
その他の淡水
3.3%

70

400

ボイラ用水
1.2%

60

製品処理用水及び洗浄用水
16.8%

51.8
300

50

回収水量
淡水補給量
回収率（右目盛）

36.3

原料用水
0.4%

40

200

3020100

冷却・調温用水
78.3%

10040
昭和45505560注）従業員30人以上の事業所（2平成78910111213140
年（出所）図表２−１に同じ

年換算ベース（日量×365）

出所）経済産業省「工業統計表（用地・用水編）」より作成（【図表2-3】冷却水用途と回収率との関係
100

鉄鋼90

輸送用機械
化学8070電子部品・デバイス

60
回 50
収率
40％

紙パルプ
食品

30201000102030405060
淡水利用に占める冷却・温度調整利用率（出所）経済産業省「工業統計表（用地・用水編）」平成14年版より作成【図表2-4】産業別の淡水使用量構成
電子部品・デバ
イス
2.5%
窯業・土石
2.6%
食品
2.9%

その他
8.6%

化学
34.2%

石油・石炭
6.0%
輸送用機械
6.9%

紙パ
10.3%
（出所）図表２−１に同じ

鉄鋼
26.1%

70

80

90

100％

◆紙パルプ：・排水対策の高度化に向けた工程転換（黒液回収率の改善、漂白工程の転換）◆輸送用機械：・塗装の品質向上による水洗工程の廃止、漏れ防止等の徹底→工程転換による排水対策によりコスト削減と回収率の向上（∵水質の改善）を実現◆電子部品（半導体）・高価な超純水を利用しているため、もともと循環利用に経済的なインセンティブと環境配慮。
→近時は、「薬品洗浄→超純水による洗浄」という工程の見直しも始まる◆食品
・使用量は多いが業界構造から循環利用進まず、潜在的に有望な市場

３．技術的側面①P３・水循環の高度化に寄与する技術に目を向ければ、確立した技術の組合せを競う性格が強い水処理技術にあって、近時、①膜処理の広がりと高度化、②バイオマスエネルギーの利用を含めた汚泥処理技術の進展が注目される。膜処理は、世界的な需要の拡大と市場環境の変化を受けて価格低下が進み、伝統的な海水淡水化など造水分野から浄水処理そして下排水処理に適用分野を拡大している。また、汚泥処理も、民生と官公需で方向性は異なるものの、経済性の向上を目指しエネルギー回収など付随効果を追求する方向が鮮明になってきている。
【図表３-1】水処理技術の要素技術【図表３-２】主な膜処理とその用途

主要な要素技術区分

物理化学的処理

生物化学的処理・ スクリーニング
・ ｐＨ調整・ 凝集沈殿・ 磁気分離・ 浮上分離・ ろ過・吸着・ 膜分離・ 酸化処理・ フェライト化・ 熱処理
・ イオン交換・ 溶媒抽出・ 浮遊型活性汚泥・ 嫌気・好気・ 固定床活性汚泥
・ 光合成細菌・ 酵母
・ 脱窒・脱りん・ 固定床式嫌気性処理
・ 流動床式嫌気性処理
・ UASB（Upflow Anaerobic Sludge Blanket)（出所）環境機器2001/2号８頁「産業排水処理の基礎知識」より作成

濁質微粒子

ＭＦ膜（0.01〜10μm）
１００〜１nm

ＵＦ膜（3〜0.01μm）
中高分量有機物、多価イオン

ＮＦ膜（1nm）
１価イオンＲＯ膜（0.1nm）

水（出所）吉村二三隆「これでわかる水処理技術」、栗原優「期待される膜利用水処理技術」等より作成①ROによる海水淡水化コストはこの10年ほどで１／３に低下【図表３-３】コスト動向

100

トータル造水コスト（円／m3）

海水淡水化
（MSF）

←・市場変化（売り切り→BOT等）
・規模の経済（water factory）
・技術革新（高耐圧化）
・Integrated Membrane Sysytem

海水淡水化
（RO）
下水再利用
（MF＋RO）

50
地下水・表流水浄化（MF）

0
蒸発法（文献値）

シンガポール
136,000m3／日（2001）

スレビア（下水再利用）
310,000m3／日（2004）

上水MF膜ろ過（試算）100,000m3／日（2002）（出所）東レ株式会社IR資料「期待される膜利用水処理技術」（平成15年９月３日）17頁より引用②大規模浄水処理施設への適用
拡大③下排水処理への適用拡大←・クリプト原虫による食中毒の影響（対塩素性菌）

膜メーカーとエンジニアリングとの連携
ex. 東レによる水道機工の子会社化【図表３-４】汚泥処理の高度化

排水処理＝汚濁物質の分離プロセス → 分離された固形物（汚泥）処理も重要なコストファクター

産業部門

排水ランニングコストの過半を占める汚泥処理費削減のため発生抑制を指向
嫌気性処理（バイオガス化）拡大の機運

下水道

発生抑制は不可能なため、リサイクル主体になるが、「出口問題」を抱え、経済性の改善が至上課題

P４【図表３-５】公共下水道の普及と汚泥発生量の推移

百万m3％

45070発生汚泥量40060
公共下水道普及率（右目盛）35050300
25040200301502010010500055昭和575961632468101214年度（出所）（社）日本下水道協会「下水道統計」
千DS-ｔ／年【図表３-６】下水汚泥の有効利用

1,400

70％

建材使用利用

60

緑農地利用

1,200

有効利用率（右目盛）
1,00045504852565038800

4030600

60

400

20200

10007

→炭化等の新たな方向性の模索

3024

平成6

［建材利用］
・高コストによる出口問題
・セメント生産量の減少

891011121314（出所）（社）日本下水道協会「日本の下水道」各年度版より作成

年度［緑農地利用］
・品質懸念からくる
市場受容性の問題
・肥料法改正による負担増（普通肥料化）
・他のバイオマス資源との競合【図表３-７】嫌気性処理（バイオガス化）技術の進展

汚泥発生量の削減＋エネルギー回収による経済性の改善

微生物

利用形態
大きさ（粒径）濃度（wt％）
許容COD負荷（kg/m3/日）
負荷変動能力消費電力（除く原水ポンプ）敷地面積（同量処理）
余剰汚泥量（投入CODcr1t当たり）
回収エネルギー（重油換算 L/t）
*1
*2

第１世代
浮遊法
浮遊＜φ10um
0.5〜１〜5×△×〜50
220〜250

第２世代
UASB法*1
グラニュール状
φ0.3〜5mm
5〜7〜15△○○10〜25
270〜310

第３世代
EGSB法*2
グラニュール状
φ0.3〜3mm
7〜10〜30○○◎
10〜25
270〜310

UASB: Upflow Anaerobic Sludge Blanket
EGSB: Expanded Granular Sludge Bed

・発酵効率の改善
・バイオガス精製・濃縮技術の改善・MGT等発電設備の改善

・産業：
ビール業界から他産業への拡大
・下水：LOTUS*プロジェクトの始動（出所）廣田「高効率型嫌気性排水処理について」紙パ技協誌第55巻第１号p89（2001年１月）より抜粋*Lead to Outstanding Technology for Utilization of Sludge Project

３．技術的側面②P５・また、表流水と並んで水循環の重要な構成要素である地下水についても、近時は政策的な対抗の影響を受けて、雨水貯留・浸透、有効利用、浄化など多面的に企業活動が活発化している。地下水は過去の過剰取水による地盤沈下や塩水化への反省から現在でも多くの自治体で汲み上げが規制されており、単純に表流水と同じ議論は出来ないが、ここにも水循環の高度化を睨んだ新しい事業の芽を見いだすことができる。

【図表３-８】特定都市河川浸水被害対策法（平成１６年５月施行）
ソフト対策

ハード対策

水防法

河川法

（洪水等の発生時対策）（洪水等の事前予防対策）

外水対策○流域での雨水貯留浸透施設整備◆特定都市河川及び特定都市河川流域の指定（大臣・都道府県知事）◆総合的な浸水被害対策のための「流域水害対策計画」の策定（河川管理者、下水道管理者、都道府県知事、市町村長）

内水対策○浸水想定区域の指定（洪水予報指定河川における外水のみ対象）○河道・ダム等の洪水対策

特定
都市
河川
浸水
被害
対策法

◆都市洪水想定区域・都市浸水想定区域の指定（外水及び内水を対象）◆雨水浸透阻害行為に対する貯留浸透施設設置の義務づけ◆既存調整池の埋立行為の届出義務・必要な措置の勧告◆地方公共団体により管理協定の締結

涵養・都市河川流域における浸水被害対策への新スキーム
・「特定都市河川地域」、「特定都市河川流域」の指定と、「流域水害対策計画」の策定
・山林の宅地造成や土地舗装など雨水浸透阻害行為に対して貯留浸透施設の設置義務化
・住民、事業者へも雨水貯留浸透を努力義務化→雨水利用のかん水設備
低コスト型貯留・ろ過設備等の企業活動が活発化○排水設備の貯留浸透機能の義務づけ（条例）○他の公共団体による費用負担○下水の排除、処理
○開発許可

下水道法

都市計画法

（出所）国土交通省【図表３-９】地下水有効利用に向けた新しい動き 〜㈱ウェルシィの事例〜

有効利用・オンサイト型の給水システムの開発・提供
・深井戸＋膜処理（MF膜）・平時は水道水を代替、有事は文字通り自立分散型の水道として機能→環境に加えて、防災対策で経済性を備えた新しいビジネス
モデル（出所）ｳｪﾙｼｨ

【図表３-７】地下水汚染浄化ビジネスの動向（量）

浄
顕在化しない部分
潜在的な市場売却に伴う顕在化

現在の顕在市場

深刻な健康リスク

規制前（出所）政策銀作成

この境界は常に流動的

自己管理による顕在化
自主対策

現在

土壌汚染対策法（時間）化・民主導の市場構造、過当競争による価格下落局面
・最も効率のよい原位置浄化
における技術進歩（バイオレメディエーションの加速
技術：栗田工業他）→今後の不動産再開発事業におけるリスク管理のキーデバイス

４．水処理ビジネスの新たな展開

P６

・わが国の水処理ビジネスは、①官公需における性能発注へのシフトや民需における一層の効率性追求といった国内市場環境の変化、②膜メーカーとエンジニアリング企業との連携強化やリース機能の活用、エネルギーとの接点拡大などに伴うバリューチェインの見直し、③質量の両面で水問題が深刻さを増す
中国など海外市場への展開、などを主因に現在大きな転換期を迎えている。個々の技術では優れている
ものの、官主導の市場特性に縛られてコスト効率など総合力でみた競争力に劣るといわれてきたビジネス像は早晩大きく修正され、ユーティリティビジネスの性格を強めていくものと考えられる。

【図表４-１】わが国水処理ビジネスの市場規模
金額（億円）
環境防止装置装置及び汚染防止用資材の製造
排水処理用
土壌・水質浄化用（地下水を含む）
サービスの提供
排水処理用
土壌・水質浄化用（地下水を含む）
排水処理設備
資源有効利用（2.水供給）

2000
49,030
7,392
7,297
95
7,545
6,792753
34,093475

平均伸び率（％）

2010
64,03915,482
14,627855
12,7207,747
4,973
35,837945

2020
65,085
15,583
14,728855
13,665
7,747
5,918
35,837
1,250

00-10
2.7
7.7
7.2
24.6
5.4
1.3
20.8
0.5
7.1

10-20
0.2
0.1
0.1
0.0
0.7
0.0
1.8
0.0
2.8

水処理ビジネス計

49,50564,984

66,3352.8

0.2

環境ビジネス市場規模総額
水処理ビジネス構成比

299,44416.5

472,266
13.8

583,762
11.4

4.7
−

2.1
−

（出所）環境省「わが国の環境ビジネスの市場規模及び効用規模の現状と将来予測についての推計」より作成【図表４-２】水質汚濁防止の機種別需要構成（１３年度）
関連機器
海洋汚染防止装置
汚泥処理装置し尿処理装置
下水汚水処理装置
産業廃水処理装置
0%

製造業

10%

20%

30%

非製造業

40%

50%

60%

70%

地方自治体

80%

90%

100%

官公需要その他※巨大ではあるが成熟した装置関連産業／個々の装置技術では優れているがコスト効率など総合力で劣位

水処理ビジネスを巡る３つの変化
１．国内市場環境の変化： 官公需の性能発注へのシフト（PPP、PFI）
民需の裾野拡大への対応（低コスト、分散）
２．ビジネスモデルの変化：バリューチェインの見直しの進展
・膜メーカーとエンジニアリングの結合・メーカー機能指向のエンジニアリング
・「清浄な水」の提供へのシフト（リース等）
３．海外市場の拡大：淡水資源量確保＋深刻な水質汚濁対策（特に中国）・膜以外のユニットについても比較優位性の改善を探る動きが活発化→マルチ・ユティリティ・ビジネス化の加速