生産型下水道システム”ACEⅡ” の構築に向けて（2020.9

川口幸男）

はじめに
このレポートは、2019 年 7 月に書き上げた「新農村地域廃棄物有効利用システム"ACEⅡ”の構築に向けて」と題したレポート 注 1 の要約版である。原レポートは、2013 年に JICA 関連業務で「中華人民共和国 農村汚水処理技術システムおよび管理体系の構築プロジェクト詳細計画策定調査」に携ったことを契機に、「使用料がいらない下水道事業とは？」を最大のテーマとして着想したもので、愛称を"ACEⅡ”とした。
ACEⅡ注 2 は、従来の廃棄物有効利用技術のアプローチとは異なり、生活系廃棄物の根幹をなすし尿や生ゴミを含めた食品系廃棄物全体を「原材料」とする“生産型下水道システム”を構築しようとしたものである。
検討の結果は、エネルギー生産では生ゴミを加えることにより発電量が大幅に増加し、生産システム
全体のエネルギー自立が可能と試算された。また、生産総額では、農産物の売上高が発電等も含めた生産額全体の約 9 割を占め、システム全体の自立経営の道が期待できる結果であった。
2020 年に至り新型コロナ感染症が全世界に広がる中、分散型社会の構築の必要性が盛んに叫ばれるようになってみると、本レポートで提案した技術は、途上国の下水道事業ばかりでなく今後の社会全体の在り方にもヒントを与えられるものであると思うに至った。
そこで、内容はまだまだ未熟であり実現までには多くの課題が残されているが、同様なアプローチに基づく技術が早期に実現されることを願って、その概要を紹介することにした。
-------------------------------------------------------------------------------------------------注 1）下水道業務支援センターホームページ掲載：https://www.sbmc.or.jp/05_investion/DATA/1-1.pdf
注２）愛称"ACEⅡ”の由来：
下水処理場から発生する廃棄物を有効利用しようとする日本で最初の本格的な試みには、日本下水道事業団が実施した「下水汚泥広域処理事業(area-wide sludge disposal project)」があり、その愛称が ACE Plan (エースプラン)である。ACE
Plan は、下水汚泥の再利用法として重要な農業利用 (Agriculture use)、化学材料(資材)利用(Chemical use)、エネルギー
利用(Energy use)の３つの頭文字をとって命名された。
今回提案する新システムも、人間活動からから発生する廃棄物の全てを有効利用しようとするもので、ACE Plan と同じ思想・観点を廃棄物全般に拡張し、さらにバージョンアップして構築しようとするものである。最初の ACE 事業からみれば 2 番目であること、ごみ処理等も含めて相乗効果が期待できること、日本と途上国等の 2 国間の協力で実現を目指
そうとすることから、システムの愛称を“ACEⅡ”とすることにした。
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目

次

１．有効利用の課題 ...............................................................................................................................1
１−１

既存有効利用技術の課題 ...........................................................................................................1

１−２

有効利用製品の課題...................................................................................................................1

１−３

クローズドシステム化の課題 ....................................................................................................2

２．有効利用システム基本フローの構築 ...............................................................................................2
２－１

生活系廃棄物有効利用の基本条件 ............................................................................................2

２－２

有効利用システムの構築手順 ...................................................................................................2２－３

食品系廃棄物の発生源原単位の推定 ........................................................................................3

２－４

有効利用システムの機能要件 ...................................................................................................4(1) 前処理・収集システムの機能要件 .................................................................................................4(2) 水処理(資源回収)システムの機能要件 ...........................................................................................5(3) 資源生産システムの機能要件 ........................................................................................................6
２－５

選定プロセス技術 .....................................................................................................................6(1) 選定プロセス技術 ..........................................................................................................................6(2) 修正コンタクトスタビリゼイション-MBR 法 ..............................................................................7(3) 逆浸透膜(RO 膜) ............................................................................................................................8
２－６

有効利用システムの全体イメージ ............................................................................................9３．有効利用システムの妥当性の検証 .................................................................................................12３－１

物質収支の検討 ......................................................................................................................12(1) 物質収支の算出条件の検討 ..........................................................................................................12(2)物質収支の算出事例(農業利用施設) .............................................................................................14(3) システム全体の物質収支 .............................................................................................................17３－２

最小規模の算定 ......................................................................................................................19

３－３

事業の採算性の検討 ...............................................................................................................20(1) システムの建設・維持管理費 ......................................................................................................20(2) 生産額 ..........................................................................................................................................20
４．まとめと今後の課題 ......................................................................................................................22
図表目次 ...............................................................................................................................................23

１．有効利用の課題
１−１

既存有効利用技術の課題

生活系廃棄物を再利用し、生産性のあるものにする廃棄物の再利用技術には表１－１に示すようなものがあり、一部は各地で古くから行われている。
例えば、日本の江戸時代には、し尿の農業利用がビジネスとして行われていたし、中国の農村部では糞便のメタン発酵・燃料利用が一般に行われていたという。近年では可燃ごみの焼却熱を利用した蒸気発電や、消化ガスを利用したガス発電や温水利用などが行われており、地域冷暖房などをビジネスとして行っている場合もある。
しかし、近年の有効利用技術の導入事例では、廃棄物の処理を含めたシステム全体として利益が上がっているようなものは少ないようである。これは、有効利用技術の導入事例が都市域に限られており、しかも個々の処理分野で別々に有効利用が図られていることに大きな原因があると考えられる。
表１－１
処理分野
ごみ処理

処理法
生ごみ堆肥化
可燃ごみ焼却

し尿処理

嫌気性消化
貯留熟成(安定化)
水処理
嫌気性消化
汚泥堆肥化
汚泥焼却・溶融下水処理

１−２

廃棄物の再利用技術

生産物
堆肥
温水
(炭酸ガス)
消化ガス
液体肥料
高度処理水
消化ガス
堆肥
焼却灰・溶融スラグ
温水

利用法例
農業利用、花卉栽培
発電、温水利用、(温室栽培)
燃料、ガス発電、温水利用
農業利用
中水道利用、農業用水、修景用水
ガス発電、温水利用
農業利用、花卉栽培
建設資材(路盤材、レンガ)
発電、温水利用、

有効利用製品の課題

有効利用製品の代表例として、リンの肥料化について考えてみる。
リン肥料の製造は、鉱山に大量に埋蔵されているリン鉱石を掘り出し、船で消費地近くまで運搬して、肥料工場で精製・加工して商品化している。国土交通省都市・地域整備局下水道部の「下水道におけるリン資源化の手引き(平成 22 年 3 月)」に示された＜化成肥料価格設定のための化成肥料成分価(パリティ方式)＞によれば、リン含有量 15％の高度化成肥料の想定市場価格は 2,552 円/20-㎏で、内訳は製造諸経費が 667 円/20-㎏、残りが原材料価格でリンは 985.5 円/20-㎏ 1 袋となっている。
リン 1 ㎏当たりの原材料費に直すと約 330 円/kg になり、もし、廃棄物からの回収リンがリン鉱石と同等の品質であると仮定すると、回収費用を 330 円/kg 程度以下に抑えないと価格競争に打ち勝てないことになる。リン回収対象の廃棄物を下水とすれば、我が国の下水中のリン濃度は 2～4mg/L であるから、下水中のリンを 100％回収できたとしても処理する下水は 250～500m3 になる。したがって、回収
リンが市場性を持つためには、下水 1m3 当たりの回収コストを最高でも 1.3 円/m3（0.66～1.3 円/m3）以内に抑える必要があり、リン回収で何らかの利益を上げようとすることはまったく現実的でない。
このように、従来の有効利用のアプローチは、一般的な製造工場と比べて原材料の質と調達コストが1

圧倒的に不利な状況にあり、市場性のある有効利用製品を生み出すためには、原材料の調達方法にまで遡ってシステム全体を見直す必要があることを示唆している。

１−３

クローズドシステム化の課題

一般的な製造工場では、ほぼ 100％近いクローズドシステム化が達成されており、廃棄物をほとんど出さないで済んでいる事例も多い。その主な理由は、製造工場に入ってくる原材料のほとんど全てが、製品化に必須の材料であるからである。このため、製造工程からの廃棄物は製品化されなかった原材料が大半であり、分別さえすれば原材料としての再利用が比較的容易にできる。また、再利用できないとしても、その大半は製造過程で発生する副生成物であり、これも純度が高ければ別用途の原材料としての再利用が十分可能になる。
このように、再利用の基本は、製造工程から出る廃棄物を個々に回収し、なるべく短いサイクルで製造工程に戻して原材料にすることにあるといえる。

２．有効利用システム基本フローの構築
２－１

生活系廃棄物有効利用の基本条件

有効利用の課題にあげた基本的要件を生活系廃棄物の有効利用に適用すると、生活の場そのものを製造工程の一部と想定してシステムを組み立てる必要があると考える。
生活の場を製造工場とすれば、人間が製造装置であり、原材料は食料品、製造装置のメンテナンス機
材は生活用品、廃棄物は糞(し)尿や食品残渣(生ごみ)、雑排水、プラスチックごみその他などになる。したがって、製造工場の“再利用の基本”を適用すれば、廃棄物のうち原材料の性状に最も近いのは食品残渣(生ごみ)であり、これを食料品に再利用することである。し尿も人間が形態を変えただけで食料品の組成を継承しているから、食品残渣とし尿を併せて他の廃棄物と分離回収し、これを肥料として農業利用し、食料品の再生産に利用することが生活系廃棄物の有効利用システムの基本になると考えられる。
これを前提とすれば、生活系廃棄物の有効利用システムを構築するための基本条件には以下のような事項があげられる。
○ 大半の生産物の生産と利用を地域内で完結できること。
○ 生活系廃棄物全体を速やかに排除できること。
○ 原材料の前処理・収集を安価で効率的に行うこと。
○ 食品残渣とし尿を併せて農業利用し、食料品の再生産に利用すること。
○ 工程からの廃棄物を混合せず、なるべく短いサイクルで原材料にすること。

２－２

有効利用システムの構築手順

以下で検討する生活系廃棄物の有効利用システムの対象は、生活系廃棄物のうち、し尿を含めて人間生活を通して発生する食料品を起源とする液体・個体の排出物を特に食品系廃棄物と定義し、この有効利用システムの構築方法を次の手順で検討する。
食品系廃棄物は、発生源がほぼ共通しており性状も大差がないと考えられるから、最適な有効利用シ
ステムも基本的なフローは同様でよいと考えられる。そこで、一般的な食品系廃棄物の量と質を出発点とした最適な有効利用システムを構築し、地域や有効利用先による差異は構築した基本フローの部分修
2

正により対応することとし、基本フローの構築を以下の 2 段階の手順で行うことにする。
＜基本フローの構築＞食品系廃棄物の発生量と性状の特定と最適なプロセスの選定(1) 食品系廃棄物の発生源別の質と量を把握する。
(2) 有効利用システムの機能要件を整理する。
(3) 各要素プロセスの技術と能力仕様を把握する。
(4) 有効利用方法に適した要素プロセス技術を選定し、基本フローを作成する。
＜システムの妥当性の検証＞システムの物質収支の算定と採算性の検証(1) 物質収支を計算し、各処理プロセスの必要能力(比)を算定する。
(2) 各プロセスの最小必要能力から、システム全体の適正最小規模を算定する。
(3) システム構築・維持に必要な費用と生産量(額)を見積り、システムの事業性を検証する。

２－３

食品系廃棄物の発生源原単位の推定

食品系廃棄物の有効利用システムは農業利用を基本にするから、その肥効成分(栄養塩類)の三要素である窒素(T-N)、リン(T-P)、カリウム(K)の収支が合うことが、システム構築上、特に重要な要件になる。
しかし、栄養塩類のうち窒素・リンは富栄養化物質として下水や廃棄物で広く測定されているが、カリ
ウムは排水の規制対象物質になっていないため、環境分野ではほとんど測定されていない。
一方、食品分野では日本食品標準成分表1)としてあらゆる食品について詳細な成分データが公表されているほか、医療分野ではし尿の化学的組成が調べられており、農業分野では有機系廃棄物の利用の観点からデータ収集が行われている。例えば、農業分野でインターネット検索できる情報としては、中村
真人らの各種バイオマス成分のデータベース整備2)(以下「バイオマス DB」という。)があり、Appendixに多種類の試料の肥料成分含有率が紹介されている。
そこで、これらインターネット検索できる資料をベースにし、これを個人所有のデータ等で補完して、栄養塩類発生量の発生源別の原単位を推定してみる。ここでは、検討の過程は省略するが、推定した食料供給総量に対応する生活系廃棄物を“食品系廃棄物”としてその原単位表２－１に示す。表の T-N 他の３栄養塩類は、上水を含む食料供給総量と生ごみの原単位の推定値を先に決定し、“食料供給総量＝家庭
汚水＋生ごみ＝し尿＋雑排水＋生ごみ”の関係が成り立ち、かつ、し尿と雑排水の T-N 比が流総指針の内訳比の 9：2 になるとして推定した。また、K、Ca、Mg に関しては、上水に含まれている分を加味して推定した。
表より、SS(TS)は、食料供給総量に比べて廃棄量が明らかに少ないが、これは有機物等が人体等に消化・吸収されて消失したためと考えられ、矛盾はない。
T-N と T-P は、食料供給総量と家庭汚水と生ごみの合計量がほぼ一致しているものの、し尿の推定値
が家庭汚水を上回っている。家庭汚水はし尿と雑排水の混合物なので、し尿は家庭汚水の内数になるはずであるが、T-N に至っては食料品の供給総量を上回った値に推定されている。し尿の推定には医学分
野の古い文献値を用いており、近年とは食生活も大きく異なっていると考えられ、T-N が過大に設定さ1 ) 文部科学省トップ/政策・審議会/審議会情報/科学技術・学術審議会/資源調査分科会/資源調査分科会
報告「日本食品標準成分表 2010」について：
http://www.mext.go.jp/b_menu/shingi/gijyutu/gijyutu3/houkoku/1298713.htm
2 ) 中村真人,柚山義人：各種バイオマス成分のデータベース整備農工研技報 203,p57～80,(2005)
3

れている可能性も高いので、し尿の文献値は無視した。
Ca と Mg は、家庭汚水の占有率が高めの値を示している。これは、生ごみの値が標準生ごみから推計された骨や卵殻起因の値を反映出来なかったことが原因と思われるが、家庭汚水と生ごみを合わせた
食品系廃棄物の総計は、他の文献値と比較してもほぼ妥当な推定値と考えらた。そこで、今回の試算では表の推定値を食品系廃棄物全体の発生量原単位としてシステムの物質収支を検討することにした。
なお、生産型下水道システムでは農業生産プロセスを組み込むことが前提になるので、家畜糞尿や農作物残渣も廃棄物として有効利用できる可能性が高い。そこで、これらの廃棄物についても文献値を参考に原単位を設定した。
表２－１ 食品系廃棄物の発生量原単位推定結果一覧
食品系廃棄物区分(家庭汚水内訳)
生ごみ
し尿
雑排水
総量※2 kg/人/日
1.3
310
1.34
309
0.21
SS(TS) g/人/日
550
55
15
40
80
T-N
g/人/日
12.9
11.3
9.2
2.1
1.6
T-P
g/人/日
1.7
1.5
1.0
0.5
0.2
K
g/人/日
3.8
3.3
0.9
2.4
0.5
Ca
g/人/日
4.18
4.13
0.12
4.01
0.05
Mg
g/人/日
1.23
1.17
0.06
1.11
0.06
※1) 上水の含有量を含む。※2) 家庭汚水及びし尿の比重＝1.00 とする。
食料供給
総量※1 家庭汚水

原単位推定値

水質項目(グラム当量)２－４

参考(雑排水内訳)
総計
310
135
12.9
1.7
3.8
4.18
1.23

上水
309
0.0
0.0
0.0
0.4
3.65
0.77

その他
0.1
40
2.1
0.5
2.0
0.36
0.34

有効利用システムの機能要件

水を収集媒体とする有効利用システムは、大きく前処理・収集システムと資源回収生産システムに分けて考えることができる。下水道に当てはめれば、排水設備から管きょ・ポンプ場に至るまでが前処理・収集システムであり、水処理と汚泥処理・有効利用施設が資源回収生産システムということになる。
以下に、それぞれの機能要件について整理する。

(1) 前処理・収集システムの機能要件
食品残渣はし尿などと同様に食品系廃棄物に分類でき、食料品の再生産に一括して再利用を図ることが最も適しているといえる。したがって、これらを一括して収集できるシステムが、後段の処理システ
ムを構築する上でも有利になる。
これに該当するシステムには、ディスポーザを導入し、食品残渣を自動細断して下水道に流下する方法があり、既に欧米の都市部を中心に広く行われている。今回想定するシステムでもディスポーザを導入することにするが、この方式は集水方式に多くの制約条件があり、集水システム全体を一括して考える必要がある。
食料品再生産のため前処理・収集システムの機能要件には、以下の事項が考えられる。
1) 前処理プロセス(廃棄物排除技術)
前処理設備は、生活系廃棄物を生活空間から排除するための設備であり、生活に直接かかわるので、生活環境改善効果と廃棄物の有効利用性の両面からシステムを選定する必要がある。
それぞれに期待される主な機能要件としては、次のような事項が考えられる。
○生活環境改善効果（システムの導入により生活環境の改善が強く実感できる）

4

・衛生的な排除：廃棄物に直接触れることなく、衛生的に排除できること。
・迅速な排除：廃棄物が腐敗することなく、迅速に排除できること。
・設備の清潔度：前処理設備を清潔に維持できること。
○廃棄物の有効利用性（廃棄物の収集・再利用がしやすい）・粒径の均等性：廃棄物の大きさがそろっていること。
・性状の均質性：廃棄物の性状の変動が少ないこと。
・濃度：廃棄物が大幅に希釈されていないこと。
・保持熱量：利用可能な保有エネルギーを大幅に低下させないこと。
・流動性：懸濁液の流動性が高く、固形物が分離濃縮しにくいこと。
・設備設置・維持費用：設備は高価でなく、管理も簡単で利用者の負担があまり増えないこと。
2) 収集プロセス
収集プロセスは、生活系廃棄物を衛生的かつ速やかに再利用施設まで移送できることが重要であるので、次のような機能要件が考えられる。
・混入防止：食品系廃棄物以外の廃棄物等、有効利用の障害となる物質の混入を防止できること。
・環境保全性：移送過程での収集物漏洩や悪臭発生など、環境を悪化する危険性が少ないこと。
・閉塞防止性：固形物が沈殿分離しづらく、速やかに移送・収集できること。
・収集規模：より広範囲に少ないエネルギーで収集できること。
・維持管理性：点検頻度が少なく、維持管理が容易であること。
・維持費用：収集プロセスの維持コストが低く、利用者の負担増にならないこと。

(2) 水処理(資源回収)システムの機能要件
有効利用を前提にすると、水処理は、“衛生的に処理する”という従来からの視点に加えて、“原材料を利用しやすい形で効率よく回収できる”という機能も重要になる。
従来の水処理を資源回収システムの視点で分類すると、物理学的方法は水とその他の物質(原材料)の分離プロセス、生物化学的方法は分離を容易にするための調質プロセスとみることができ、両者を組み合わせて効率よく目的を達成することが求められる。これらを考慮すると、有効利用のための各プロセスの機能要件としては、次のようなものが考えられる。
1) 分離プロセス(物理学的方法)
物理学的な分離プロセスには、水と汚濁質の比重差を利用して分離する沈殿や遠心分離、粒子径の差を利用したろ過、電気的な性質の差を利用したイオン交換や吸着、気化温度の差を利用した汚泥乾燥などがあり、分離する対象によって様々な方法が選択される。これらに共通する機能要件には次のようなものが考えられる。
・分離性能：分離対象物の選択性が高く、処理水への流出が少ないこと。
・迅速性：分離対象物を速やかに分離回収できること。
・閉塞防止性能：分離装置の閉塞が起こりにくく、閉塞した場合も速やかに回復できること。
・処理の安定性：水質や流量の変動に対して、安定して処理できること。
・経済性：エネルギー消費量が少ないこと。
・耐久性：機械設備や分離膜等は、十分な耐久性を有すること。

5

2) 調質プロセス(生物化学的方法)
有効利用システムにおいて生物化学的な方法は、物理学的な分離を容易にするための前処理的な位置付けになるので、これらに共通する機能要件には次のようなものが考えられる。
・資源保持能：原材料の保有エネルギーをなるべく低下させないこと。
・差別化能：汚濁質の比重や粒径の増加、イオン化の促進など、水から分離し易い性質に変化させること。
・経済性：エネルギーや薬剤の消費量が少ないこと。
・処理の安定性：水質や流量の変動に対して、安定して処理できること。

(3) 資源生産システムの機能要件
ここで想定している有効利用システムでは、生活から発生する動植物系廃棄物を一括して液体輸送して収集するので、水を含めてすべての物質が原材料として資源生産システムに回すことが可能である。
そこで、各プロセスの選定にあたっては、個々のプロセスでの経済性は求めるが、資源生産システム総体として、すべての資源を有効活用できることを優先することにする。
以上を勘案すると、資源生産システムの機能要件は次のようになる。
・品質：不純物が少なく、生産物の品質が安定しており、質も高いこと。
・生産効率：原材料の製品化割合が高く、かつ製造時間が短いこと。
・省エネ率：エネルギー消費がなるべく少ないこと。
・再利用率：副生成物の再利用率が高いこと。
・付加価値：生産物の付加価値が高いこと。
・経済性：製造コストが商品価値に見合うこと。
・連携性：他の資源生産プロセスとの組合せが可能であること。

２－５

選定プロセス技術(1) 選定プロセス技術
以上の機能要件を元に選定したプロセス技術を表２－２に示す。一般的な汚水処理場との最も大きな違いは、汚水の生物処理法として汚濁質の性状を極力変化させない「修正コンタクトスタビリゼイショ
ン-MBR 法」を採用し、栄養塩類を後段の逆浸透膜(RO 膜)で一括して回収する点である。

表２－２ 選定プロセス一覧
プロセス区分
前処理・収集シ 前処理プロセス
ステム(廃棄物排除技術)
収集プロセス
水 処 理 ( 資 源 回 分離プロセス
収) システム(物理学的方法)
調質プロセス(生物化学的方法)

対象物
し尿
固形廃棄物（生ごみ）
雑排水
液状廃棄物
固形廃棄物（生ごみ以外）
砂分・し渣
微細な固形物
栄養塩類
微粒子物質・溶解性物質

6

選定プロセス
水洗式トイレ（希釈無処理方式）
ディスポーザ
ろ過処理
小規模下水道（自然流下）（分別収集）
沈砂池(スクリーン)
微細目スクリーン
逆浸透膜（RO 膜）
コンタクトスタビリゼイション-MBR 法

資源生産システ 前処理プロセス
ム(精製技術)

引抜き汚泥(余剰汚泥)
濃縮汚泥

浮上濃縮/ベルト式ろ過濃縮
圧入式スクリュープレス脱水機/回転加圧
脱水機/ベルトプレス脱水機
メタン発酵(バイオガス化)施設

エネルギー生産プ 濃縮汚泥/作物残渣
ロセス/畜産廃棄物
消化ガス
発電施設(コージェネレーション方式)（濃縮汚泥
微生物燃料電池(MFC)）
農業利用プロセス
脱水汚泥/作物残渣
堆肥化施設
堆肥圃場(堆肥利用)施設
RO 膜濃縮液/発電排ガス/温排 植物工場施設
水
農作物残渣
畜産施設
その他有効利用プ 処理水
中水道施設
ロセス
温排水
熱交換設備

(2) 修正コンタクトスタビリゼイション-MBR 法
表２－３に膜分離活性汚泥法(MBR)とコンタクトスタビリゼイション法の仕様を比較して示す。
MBR の最大の特徴は、沈降分離に依存しないため、MLSS を高く維持できる（8,000～12,000mg/L 程度）ことである。一方、コンタクトスタビリゼイション法では汚水との接触効率を上げるために MLSSをなるべく高く維持することが求められており、安定化タンクを含めて反応タンクと位置付ければ、多くの指標項目で MBR と類似していることが分かる。
表２－３ 膜分離活性汚泥法(MBR)とコンタクトスタビリゼイション法の仕様比較
膜分離活性汚泥法(MBR) ※1
コンタクトスタビリゼイション法※2
0.07～0.18※30.2(安定化タンクを含む)
0.8～1.4※3
0.8～1.4(安定化タンクを含む)
8,000～15,000
2,000～8,000
14～23(JS 技術評価）
12 以上
3.0 (循環法)
5 以上(安定化タンク)
6.0 (循環法)
5.5～6.0 以上(安定化タンクを含む)(EU における事例 3～8.5)(混和タンク：0.5～1.0)
汚泥返送比(％)－
50～100※1) ※3 以外は、下水道維持管理指針 実務編 -2014 年版-(日本下水道協会)による。
※2) 下水道施設設計指針と解説-1984 年版-(日本下水道協会)による。
※3) コンタクトスタビリゼイション法の BOD-容積負荷から設定流入水 BOD を逆算(200-350mg/L)して算出。
項 目
BOD-SS 負荷(kg/SSkg・日)BOD-容積負荷(kg/m3・日)
MLSS(mg/L)
送気量(倍/下水量)
エアレーション時間(時間)
滞留時間(時間)

資源回収を目的にした修正コンタクトスタビリゼイション法の想定プロセスフローを図２－１に示す。
図のフローでは、余剰汚泥のエネルギー価値をなるべく損なわない観点から、余剰汚泥を混和タンクの出口から引抜くフローとしている。また、好気槽は混和槽での吸着能が回復でき、かつ微生物膜による分離膜のハウリングが抑制できる程度まで活性汚泥が安定化できれば良い。したがって、それぞれの滞留時間は混和槽(嫌気)はコンタクトスタビリゼイション法と同程度の 0.5 時間程度、安定化槽(好気)はMBR と同じ 3 時間程度としたが、実績がないので実証的に確認する必要がある。

7

図２－１ 修正コンタクトスタビリゼイション-MBR 法の概念図(3) 逆浸透膜(RO 膜)
逆浸透膜(RO 膜)の用途別の主な仕様を表２－４に示すが、RO 膜の仕様は用途によって様々である。
最も異なるのは原水に対する精製水の抽出率であり、例えば海水淡水化や水道水の精製では精製水：濃縮液水が 1：0.67～1.5、1：0.5～4 と、高性能な RO 膜でも精製水より濃縮水の割合が多い場合があり、塩類濃度が高い場合や除去(阻止)率を高めようとする場合は精製水の抽出率が低下する。
表２－４ RO 膜の用途別の性能仕様と今回設定値
用途区分
入口圧力（Mpa）
精製水回収率（％）

海水淡水化※2,3,4
5.5～6.5

水道水の精製※5,6
0.4～1.2

40～60

25～67

下廃水再生水※3,7 今回設定値
80(単段)～97（ｐH
80×2 段
調整 2 段)
5～33
25
※8
(70)
＞97
97(＝T-P)＞95
95(＝K)＞90
90(＝T-N)＞80

濃縮液の濃縮倍率
1.7～2.5
1.3～3.0※150,000100～200
イオン量(µS/cm)
流入35,000
塩分濃度（mg/L）
150～300
3～9
イオン量(µS/cm)
処理水80～150
塩分濃度（mg/L）
85,000～12,500
130～600
イオン量(µS/cm)
濃縮液
60,000～88,000
塩分濃度（mg/L）
99.4～99.7
97～98
イオン（％）
全溶解性固形物
TDS(％)
98.6
除去(阻止)率 塩化ナトリウム(％)
99.8
98
(単段)
アンモニア(％)
硝酸イオン(％)
95.9※1) 水温 25℃の導電率※2) 食用塩公正取引協議会 用語解説; http://www.salt-fair.jp/term/※3) 岩堀博；逆浸透膜の世界市場展開と技術開発の歩みおよび都市域水循環圏での新規水資源開発,
http://www.rite.or.jp/Japanese/labo/kagaku/111104sympo/pdf/No6.pdf※4) 日覺昭廣；水処理事業の拡大戦略, http://www.toray.co.jp/ir/pdf/lib/lib_a270.pdf※5) 中島博志；地下水 RO（逆浸透）膜処理水と腐食, 腐食センターニュース No. 057,
http://www.corrosion-center.jp/pdf/news/No.057/No.057.pdf※6) メルクミリポア；逆浸透膜(RO), https://www.merckmillipore.com/JP/ja/lw/learning/water-techniques/ro/akib.qB.gCsAAAFI6KgXcz52,nav※7) 古藤慶彦外：排水を最大限再利用し液体廃棄物を排出しない ZLD システム 図 2(部分)https://www.toshiba.co.jp/tech/review/2016/04/71_04pdf/b08.pdf※8) バイオマス DB/4．人間の居住空間/農業集落排水原水・処理水

今回の RO 膜導入の目的は、栄養塩類の回収に主眼を置いており、精製水の水質に関しては最低限の8

基準が守れれば良いと想定している。したがって、処理水質からみれば、表の中では下廃水再生水程度の除去(阻止)率で十分であり、回収した栄養塩類の利用しやすさを考えれば、なるべく濃縮倍率が高いほうが有利である。そこで、表に示した仕様のうち、下廃水再生水のｐH 調整 2 段 RO 膜処理(精製水回
収率 97％)を基本フローとし、右欄に示した設定値を用いて物質収支を計算することにする。
ｐH 調整 2 段 RO 膜処理法のフロー例を図２－２に示す。この処理フロー例は、古藤慶彦外が「排水を最大限再利用し液体廃棄物を排出しない ZLD システム」と題して紹介している東芝グループのソリューションの処理フローの一部である。なお、このフローでは、RO 膜から排出された濃縮水(全体の3％)は蒸発乾固して産業廃棄物として処分することになっている。これは、原水として工場排水を想定しており、重金属等の有害物質を含む可能性がある濃縮水を排出しないフローとしているためである。
今回のフローでは、排水中に有害物質は含まれず、RO 膜で回収される濃縮水は液体肥料として農業利用するので蒸発乾固は不要である。また、下水処理水の硬度やアルカリ度も 1 段目の膜のハウリングを助長するほど高くないと考えられるので、前処理についても 1 段目の pH 調整は省略し、前掲の修正
コンタクトスタビリゼイション-MBR 法の処理水をそのまま 1 段目に導入する通常の RO 膜処理とし、2 段目をこのシステムに準拠した高 pH の超高圧 RO 膜とするフローとすることにした。

図２－２ ｐH 調整 2 段 RO 膜処理法のフロー例

２－６

有効利用システムの全体イメージ

有効利用システムの全体イメージを図２－３に示す。なお、図は人工材料系廃棄物を可燃物として別途収集することを前提にしているので、その焼却施設は含んでいない。もし、それらの施設も併設する
場合は、さらに発電・温熱回収量の増加が期待できることになる。
資源回収プロセスのうち、固形物の回収プロセスは、先ず固液分離して固形廃棄物を回収後、残った
液状廃棄物は高負荷型の活性汚泥処理により、溶解性有機物を微生物体に変換して汚泥として回収し、両方の固形物を合わせて発酵してエネルギー生産することを基本にしている。
なお、回収固形物からのエネルギー回収は、このフローではバイオガスを用いたコージェネレーション方式の発電を想定しているが、開発が進めば濃縮汚泥を用いた微生物燃料電池(MFC)に置換えることを前提とする。この場合、農作物残渣も併せて原材料にするから、前処理・調質設備を原料の性状に応じた最適な方法に変更することも想定される。
9一方、栄養塩類の回収プロセスは、バイオガス化等エネルギー回収後に得られる残存物には未分解有機物と窒素・リンなどの塩類が高濃度に含まれるので、汚水処理過程からの回収の外に残存物からの回収プロセスも組み込む必要がある。ここでは、固形物は脱水して堆肥化し、残りの脱水ろ液は RO 膜により栄養塩類を回収し、汚水の RO 膜濃縮液と共に液体肥料の原料として利用することを想定した。
なお、脱水ろ液等に含まれる栄養塩類は、汚水に比べて窒素・リンの濃度が高いほか、汚水に多く含まれるカリウムの含有濃度が低く、組成が異なると考えられる。そこで、汚水とは別のプロセスで別途回収し、液体肥料として用いる時に混合調整するプロセスとするのが合理的である。同様の理由で、畜産施設からの発生が想定される家畜ふん尿についても、し渣分離後のし尿を単独で RO 膜分離を行い、栄養塩類を回収することを想定する。
なお、プロセス技術の選定では詳述しなかったが、植物栽培の場合、空気中の二酸化炭素濃度を高くすることにより光合成が促進されることが報告されている。エネルギー生産に付随して発生する二酸化
炭素を植物工場に供給することにより、地球温暖化ガスの削減と併せて作物の成長促進を図ることにする。
以上のフローが実用化できれば、食品系廃棄物を含めた生活系廃棄物の大半を再利用・再生産することが可能になり、排気ガスを含めて廃棄物をほぼゼロにすることが可能になると考えられる。

10

図２－３ 有効利用システムのイメージ
11３．有効利用システムの妥当性の検証
３－１

物質収支の検討

廃棄物の発生をゼロとするシステムを構築する上で最も重要になるのは、各プロセス相互の物質収支が合っていることである。今回想定した有効利用システムでは、システム全体を循環している栄養塩
類の物質収支をバランスさせることが必要になる。
栄養塩類の物質収支を考えると、このシステムの栄養塩類の流出口は農産物と畜産物のみであるから、最終的には流入汚水の栄養塩類含有量と農畜産物の含有量が等しくならなければならず、農畜産物の構成と生産量は流入栄養塩量に制約されることになる。

(1) 物質収支の算出条件の検討
物質収支の算定に当たっては、システムに流入する物質量と物質ごとの各プロセスの分離性能を設定する必要がある。以下に各プロセスの算出条件を整理する。
1) 流入物質量
有効利用システムに流入する物質は、前処理・収集システムを介して集められた物質であり、液状
廃棄物と生ごみ以外の固形廃棄物に大別できる。各物質の発生量を基にした流入物質量の算出条件を表３－１に示す。
算出条件のうち栄養塩類の溶解性成分量に関しては、推定根拠とした発生源を勘案して、収支算出
条件に示したように設定した。例えば、雑排水に含まれる固形分の大半はトイレ排水起因の紙類で、その他に風呂場排水起因の毛髪、洗濯排水起因の土粒子などが若干含まれる程度と考えられる。そこで、毛髪の量が無視できるとすれば、固形分には栄養塩類がほとんど含まれないので、雑排水中の栄養塩類は全て溶解性成分と仮定した。
表３－１ 有効利用システムの流入物質量の算出条件
プロセス区分
前処理プロセス(廃棄物排除技術)

収集プロセス

対象物
し尿
雑排水（トイレ洗浄水含む）
固形廃棄物（生ごみ）
液状廃棄物
固形廃棄物（生ごみ以外）

収支算出条件
トイレ洗浄水を除く。溶解成分＝尿含有量：T-N＝89.3％、T-N 以外＝88.8％
溶解性成分比：K＝100％、その他＝上水含有量
溶解性成分＝0％、生ごみ含水率＝62％
前処理設備排出物の合計
全量 SS（T-S)とし、厨芥(生ごみ)比率＝35％より逆算。栄養塩類＝0

上記の条件により算出した 1 日千人当たりの有効利用システムの流入物質量を、表３－２に示す。
算出結果には参考値として、食料供給総量(上水起源の栄養塩類を除く)と、別途に回収される生ごみ以外の固形物廃棄物量を併せて示した。表のうち、今回の物質収支で計算対象とするのは汚水で移送される廃棄物であり、前述のとおり、流入汚水にはし尿と雑排水のほか、ディスポーザを介して生ごみの全量が含まれることを想定している。
以後の有効利用システムの物質収支は、これらの値のうち液状廃棄物を出発点として算出すること
にした。

12

表３－２ 有効利用システムの流入物質量(千人 1 日当たり)の算出結果
プロセス
区分

対象物

（食料供給総量）
し尿
前処理プ 雑排水
ロセス
固形廃棄物（生ご
み）
液状廃棄物
収集プロ
固形廃棄物（生ご
セス
み以外）

全体
T-N T-P

K

550
15
40

12.9
9.2
2.1

1.7
1.0
0.5

0.21

80

1.6

310

135

0.6

0.6

総量
ｔ(m3)
1.3
1.3
308.5

SS(TS)

3.8
0.9
2.4

溶解性成分
Mg T-N T-P K
Ca㎏
4.18 1.23 0.0 0.0 0.0 0.00
0.12 0.06 8.2 0.9 0.8 0.11
4.01 1.11 0.0 0.0 2.4 3.65

0.00
0.05
0.77

0.2

0.5

0.05

0.06

0.0

0.0

0.0

0.00

0.00

12.9

1.7

3.8

4.18

1.23

8.2

0.9

3.2

3.76

0.82

0.0

0.0

0.0

0.00

0.00

0.0

0.0

0.0

0.00

0.00

Ca

Mg

2）各プロセスの算出条件
各プロセスの収支計算に用いた算出条件の主なものを表３－３にまとめて示す。次項の物質収支の計算では、この表の条件を用いてシステム全体の収支を検討する。
なお、詳報に記述した算出条件の根拠等については、この表では省略している。また、農業利用に関しては、実際に栽培する作物の構成によって栄養塩類の収支が異なってくるので、流入栄養塩類構成に最適な作物と生産量の組合せを算出して物質収支に組み込んでいる。算出方法を次項で紹介する。
表３－３ 物質収支算出条件一覧
プロセス区分
（食料供給総量）

対象物

選定プロセス
(人間消費量）

前処理・収集プロセス

収支算出条件残存 SS＝液状廃棄物 SS、栄養塩類：摂取量＝排出量（∴消費量＝0）、溶解性成分残存量＝液状廃棄物溶解成分量-上
水含有量
前 処 理 設 し尿
水洗式トイレ（希釈無 除去率＝0、溶解成分＝尿含有量、T-N＝89.3％、T-N 以外
備(廃棄物
処理方式）
＝88.8％（＝有機性窒素比)、水洗用水は雑排水に含む。
排除技術) 雑排水
ろ過処理
除去率＝0、溶解性成分比＝100％
固 形 廃 棄 物 ディスポーザ
除去率＝0、溶解性成分＝0％（生ごみ）
収 集 プ ロ 液状廃棄物 小規模下水道（自然 前処理設備排出物の合計
セス
流下）

水処理(資源回収)プロセス 資源生産プロセス

固 形 廃 棄 物 （分別収集）
全量 SS（T-S)とし、厨芥(生ごみ)比率＝35％より逆算。栄養（生ごみ以外）塩類＝0
分 離 方 法 砂分・し渣
沈砂池(スクリーン) 除去率＝0(物理学的 微細な固形物 細目スクリーン
ディスポーザ固形廃棄物を回収、生ごみ含水率＝62％、総含方法)
水率＝90％
調 質 方 法 微 粒 子 物 質 ・ コンタクトスタビリゼ MBR の MLSS=1.5％、余剰汚泥含有率（ds％)：T-N=4％、T(生物化学 溶解性物質 イション-MBR 法
P＝1％、K～Mg＝流入固形物濃度に同じ、揮散消失量＝0
的方法)
分 離 方 法 栄養塩類
逆浸透膜（RO 膜）
精製水回収率：80％×2 段、濃縮液の濃縮倍率：25 倍、(物理学的除去(阻止)率：T-N=90％、T-P=97％、K,Ca,Mg=95％
方法)
前処理（精 引抜き汚泥
浮 上 濃 縮 / ベ ル ト 式 SS 回収率 98％、濃縮汚泥 SS=5％、溶解性塩類の吸着な製技術） (余剰汚泥)ろ過濃縮
し。凝集剤（0.3％溶液）添加率 0.3％-SS
エ ネ ル ギ 濃縮汚泥
メタン発酵(バイオガ 有機物含有率＝90VTS/TS-％、有機物減少率＝76VTS-％、ー生産消 化 ガ ス 発 生 量 ＝ 0.6Nm3/kg 投 入 VS 、 濃 度 （ V/V- ％ ） ：微細な固形物 ス化)施設
CH4=60, CO2=38, H2S=0.02、発熱量＝22,000kJ/m3N
作物残渣
畜産廃棄物

13

プロセス区分対象物
選定プロセス
収支算出条件前処理（精 濃 縮 汚 泥 （ 消 圧 入 式 ス ク リ ュ ー プ SS 回収率 98％、脱水汚泥含水率＝80％、薬品添加率＝
製技術） 化汚泥）
レス脱水機/回転加 1.3ds-％
圧脱水機/ベルトプレス脱水機
エ ネ ル ギ 消化ガス
発電施設(コージェネ 消化ガスメタン濃度=60％、発電効率=32％、熱回収率=52％、ー生産
レーション方式)
出力=1.92Kw/Nm3,排気ガス O2 濃度=16％（濃縮汚泥＋） （バイオ燃料電池） 今回は収支計算条件から除く。
農業利用 脱水汚泥
堆肥化(天日乾燥)施 堆肥含水率=35％、分解率(有機物=10％、タンパク質（T-N）
設=10％)、堆肥返送率＝150％、運転(No.1/2)：HRT(10/40 ｄ
作物残渣ay）、空気量(50/10 LN/min ・m3)
計
RO 膜濃縮液 植物工場施設
生活排水系栄養塩類量≒出荷農産物栄養塩類量となるように、構成農作物と出荷量を最適化計算で算出。出荷物以外の発電排ガス
栄養塩類は全量回収し、肥料として完全リサイクルとして、収温排水支計算。ただし、収支が整合しない分は家畜飼料栽培作物の堆肥
圃場施設
施肥量と収穫量の差として圃場残渣として調整。
RO 膜濃縮液
農作物残渣
飼料作物
そ の 他 有 処理水
効利用
温排水

畜産施設
中水道施設
熱交換設備

今回は収支計算条件から除く。
今回は収支計算条件から除く。

(2)物質収支の算出事例(農業利用施設)
物質収支の算出の一例として、栽培作物の選定などで特に工夫を要した農業利用施設の物質収支の検討手順を以下に紹介する。
1）栄養塩類収支の制約条件
農作物を栽培する場合の栄養塩類収支は、図３－１に示すように、大きく施肥量と作物摂取量、出荷量に分けて考えることができ、肥料の最適な塩類構成比やその後の収支は栽培する作物によって異なってくる。

図３－１ 農作物栽培時の栄養塩類収支の概念図

14したがって、生産できる作物の種類や生産量は、循環量も含めた供給栄養塩類の構成比と量によって制約されることになる。特に、本有効利用システムでは、システムから回収できる栄養塩類だけで農作物を栽培するので、供給可能な栄養塩類と栽培作物の種類と量の間に最適な組合せがあり、それらを勘案しながら計画的に栽培することが重要になる。
なお、栄養塩類のうち窒素は、豆類のように根粒菌の作用により空気中から固定されたり、細菌の作用で肥料中から窒素ガスに還元されたりして、圃場の中で増減する。また、無機性の窒素やカリウム
は、大半が水溶性化合物で降雨等の影響により流出するものもあり、実際の収支は圃場条件などによっても異なってくるが、ここでは考慮しないことにした。
2）生産物の選定
栽培される作物は、回収された栄養塩類を無駄なく利用できることが前提になるので、回収物と肥料の栄養塩類組成が一致することが理想である。しかし、圃場作物の施肥成分と収穫物の栄養塩類組成の関係が分かる文献や、植物工場の液体肥料成分も収穫物との関係を明らかにしている文献も見出せなかった。そこで、施肥された肥料成分のうち、出荷農作物に含まれるもの以外は全てシステム内を循環し、再び肥料として供給されると仮定して、栽培作物を選定することにした。
これを前提にすると、施肥量に関係なく“ (生活系排水から回収される) 食品系廃棄物の栄養塩類量”＝“出荷作物の栄養塩類量”の関係が成り立てばよいことになる。そこで、食品系廃棄物と作物の栄養塩類の構成比の関係を把握するため、“主な作物の可食部”と“食品系廃棄物”の栄養塩構成比を比較して図３－２に示す。なお、図には“食品系廃棄物”を赤丸で示した他、農作物に加えて畜産物の栄養塩構成比
も示した。

図３－２

主な農・畜産物と食品系廃棄物の栄養塩類構成比の比較

15

図に赤丸で示した食品系廃棄物と、主な農・畜産物の栄養塩類構成比を比較すると、食品系廃棄物と構成比が比較的近いのは牛乳の他、大豆、小豆、小麦などの穀類であり、牛乳以外の畜産物は“TN/T-P”比が大きく、反対に果物や野菜類などの農作物は“K/T-N”比が大きい傾向にある。
したがって、穀類を含めたとしても農作物だけで栄養塩類の収支バランスをとることが難しいことは明らかであり、畜産物も含めて栽培作物を選定しないと最適な作物の組合せができないと推測された。
なお、汚水処理では生物学的窒素除去を導入すれば肥料に含まれる窒素量を一定の範囲で削減することができ、図の赤丸の位置は左上方にずれるので、畜産を組み込まないシステムの構築も可能かもしれない。しかし、生物学的窒素除去を導入した場合は、生物処理に必要な酸素量が増加し、余剰汚泥から回収できるエネルギー量も減少するので得策ではないと判断し、回収過程での窒素削減は想定しないことにした。
そこで、汚水処理で生物学的窒素除去を導入せず、食品系廃棄物の栄養塩類の全量を出荷作物に移行できるとした時の、畜産を含めた最適な農業生産物の構成比と栄養塩類回収量の例を表３－４に示す。
表３－４ 栽培作物と栄養塩類回収量(例)
農作物
作物

区分

水稲
小麦
大豆
落花生
じゃがいも
キャベツ
サラダな
みつば
メロン

穀類
穀類
豆類
豆類
ｲﾓ類
野菜
野菜
野菜
野菜

牛肉
豚肉
鶏肉
鶏卵

畜産
畜産
畜産
畜産

可食部含有率(kg/ｔ)

農作物収穫量T-P 基準
収量(t)

T-N
10.9
17.0
56.5
40.6
2.6
2.1
2.4
2.0
0.9

T-P
K
2.9
2.3
3.5
4.7
5.8
19.0
3.8
7.4
0.4
4.1
0.3
2.0
0.4
3.7
0.4
3.3
0.1
1.7
農作物小計
22.4
1.2
2.2
29.2
1.8
3.1
32.3
1.4
2.4
19.7
1.8
1.3
畜産小計
計
収支計算目標値(kｇ/千人/年)
残存量

62.4
44.9
10.2
5.6
58.3
28.5
37.4
28.0
54.4
329.7
10.3
2.9
14.5
50.6
78.3
408.0
-

必要圃場
面積

可食部含有量(kg)
T-N
679
762
576
228
149
59
92
55
48
2,647
231
85
468
996
1,779
4,427
4,426
-1

T-P
181
157
59
21
23
8
16
12
6
483
12
5
20
91
129
612
612
-0

K
144
211
194
41
239
57
138
91
92
1,207
23
9
35
66
133
1,340
1,339
-1

×10a
65
75
14
12
8
2
176
176
-

最適な栽培作物の組合せは、各作物の収量を任意に設定した時の各栄養塩類の量と“食品系廃棄物から回収される栄養塩類量”を比較し、なるべく少ない作物の種類でその差が最小になる組合せを栄養塩
類総計の収量の多い順に絞り込みながら収束計算して、見出したものである。
表によれば、穀類や野菜、畜産物をバランス良く組み合わせることが必要であり、食品系廃棄物の栄養塩類構成が食生活を反映したものであることを考えると、当然の結果とも言える。
なお、今回の収支計算目標値では最適な生産物の組合せは表に示した１条件であったが、栄養塩類
構成比が類似していれば、生産物を置き換えることも可能である。今回試算したケースで選定作物と栄養塩類構成比の相関が高く（相関係数 0.9995 以上）置換え可能な作物は表３－５に示すようになった。
16

表によれば、置換えが可能なのはキャベツ、メロン、肉類などであり、その他の作物は置き換えによって栄養塩類の系内の残存量が増加することになる。
表３－５ 選定作物の置き換えが可能な作物
選定作物
水稲
小麦
大豆
落花生
じゃがいも
キャベツ
サラダな
みつば
メロン
牛肉
豚肉
鶏肉
鶏卵

区分
穀類
穀類
豆類
豆類
ｲﾓ類
野菜
野菜
野菜
野菜
畜産
畜産
畜産
畜産

置換え可能な作物（栄養塩類構成比の相関係数 0.9995 以上）
落花生(豆類)
小麦(穀類)
クレソン(野菜), くり(果物)
トマト、はくさい、ほうれんそう(野菜), もも(果物)豚肉(畜産)
牛肉(畜産)
牛肉、豚肉(畜産)-(3) システム全体の物質収支
処理人口１千人 1 日当たりの生活系廃棄物を出発点とした時の各プロセスの収支計算結果を統合したシステム全体の物質収支を図３－２に示す。なお、農作物残渣を再利用するので、収支計算は循環式になってしまう。そこで、飼料作物圃場施設で計算を区切り、ここで収支調整することにした。そのため、飼料作物圃場施設の前後では収支にわずかなずれが生じている。

17

図３－３ システム全体の収支（処理人口１千人 1 日当たり
18

３－２

最小規模の算定

収支計算結果から、処理人口１千人 1 日当たりの主な物質収支をまとめて表３－６に示す。なお、
備考欄には想定に用いたプロセスと設備容量をわかる範囲で記入した。
表３－６ 主な物質収支(処理人口１千人 1 日当たり)
プロセス
対象物
区分
（食料供給総量）
生 活 系 水 流入汚水処理(資源反応タンク流入水
回収)
処理水(RO 膜)
汚泥処理 メタン発酵投入汚泥

総量
ｔ(m3)
1.3
310.0

SS(TS)

T-N
㎏
12.9
12.9

550.0
135.0

T-P

K

備考(設備容量等）

1.7
1.7

3.4 －
3.8 －
コンタクトスタビリゼーション‐
309.2
55.0
11.3
1.5
3.3
MBR:3.5 時間(45m3)
293.3
0.0
0.8
0.0
0.1 ｐH 調整 2 段 RO 膜処理法
バイオマス混合消化:25 日
4.3
687.9
41.9
9.7
49.4
※
(125m3)
回転加圧脱水機:100kg脱水汚泥※
1.1
215.9
18.2
4.2
21.4
DS/h/m2 (0.09m2)
農業利用 液体肥料※
12.9
5.5
33.5
6.3
34.3 ※
堆肥
0.3
201.0
16.3
4.2
21.4 50 日(1+2 次発酵）(54m3)
圃場生産物
0.6
328.9
6.7
1.2
2.4 農地(18ha)
植物工場生産物
0.3
29.0
0.5
0.1
0.9 －
畜産生産物
0.2
63.5
4.9
0.4
0.4 －
総量
CH4
エ ネ ル ギ 消化ガス
CO2
H2S
N2 他 －
3
ー生産等 （Nm /日）
282.3
169.4
107.3
0.0
5.6 －
発電量
543 ｋW/日(1.75kW/m3)
マイクロガスタービン:
13Nm3/h/25kW(22.7kW)
温 水
11.4 m3/日(85℃,熱量 742Mcal/日)※) 農業利用リサイクル分を含む。

表によれば、処理人口１千人当たりの流入汚水量 310m3/日に対して、農作物が日量 1.1ｔ(約 400t/
年)、発電量が 543ｋW/日(流入水 1m3 当たり 1.75kW)が見込まれることになる。表の備考の設備容量をみると、反応タンクが処理人口１千人 1 日当たり 50 m3 程度で済むのに比べて、消化タンク 125 m3、農地 18ha(1.8a/人)など、農産物をリサイクル利用する施設で設備容量が大きくなる傾向がある。
設備容量を比較すると、システムが成り立つための最小規模の制約になるのはマイクロガスタービ
ンと考えられる。発電は 24 時間連続で行う必要があり、現在市販されているマイクロガスタービンの最小のものは発電能力 25kW である。人口１千人 1 日当たりの必要設備容量は 22.7kW であるから、稼働率を勘案すれば、処理人口１千人を最小単位としてシステムを構築することが可能と考えられる。
なお、数値では示せなかったが、物質収支のフロー図をみると、牧草などの飼料作物の生産に必要な圃場も出荷用農作物の圃場以上に広く必要になると考えられる。仮に、施肥量と必要圃場面積が比例すると考えれば、飼料作物用圃場は出荷作物用圃場の T-P 比で 1.8 倍必要になる。したがって、植物工場分を合わせれば、処理人口１千人当たりに必要な農地は 50ha 程度以上になると見積もられる。
以上のように、ここに想定した“食品系廃棄物に含まれる栄養塩類を全て生産物として系外に出荷するシステム”では、居住人口に対して相当広大な圃場面積を確保する必要があると推測される。したがって、このシステムを実現できるのは、隣接して広い農地を確保できる農村近郊都市に限定される。また、施設規模も処理人口 1 千人程度から適用が可能と推定されることから、新たに建設される農村集
落等への導入が理想的であると考えられる。
19

３－３

事業の採算性の検討(1) システムの建設・維持管理費
小規模下水道施設の平均的な費用関数等を用いて、今回設定した処理人口１千人当たり(310m3/日)の建設費と維持管理費を求めて表３－７に示す。表には、費用関数が入手できた収集・資源回収システムに対応する管きょ、汚水処理施設および RO 膜について、各費用総額の他、処理水１m3 当たりの費用(処理単価)を併記した。
表３－７ 収集・資源回収システムの建設費と維持管理費(処理人口１千人当たり)
種別
建設費

施設
管きょ

総額
391 百万円

処理単価
根拠等
0.7 円/m3 小規模下水道費用関数※1
自然流下管：6.3 万円/ｍ（開削）,標準耐用年数：50 年
汚水管必要長：20ｍ/m3※2
汚水処理施
244 百万円
94 円/m3 小規模下水道費用関数※1
設
C＝1468×Qd0.49
C：処理場建設費(万円)，Qd：日最大汚水量（m3/日）
標準耐用年数：23 年
RO 膜設備39 百万円
23 円/m3 海水淡水化装置※3
建設コスト＝1643 ドル/m3/日（能力 1 万 m3/日)
汚水/海水換算係数＝0.7,換算レート：110 円/ドル
小 計
674 百万円
118 円/m3 －維持管理費 管きょ
37 万円/年
3 円/m3 小規模下水道費用関数※1
管理費＝57 円/ｍ/年
汚水処理施 732 万円/年
65 円/m3 小規模下水道費用関数※1
設
M＝16.6×Qa0.66
M：処理場維持管理費(万円/年)，Qa：日平均汚水量（m3/日）
RO 膜設備
356 万円/年
32 円/m3 海水淡水化装置※4
消費電力：3kWh/m3, 汚水/海水換算係数＝0.7
単価：15 円/kWh※5
小 計1125 万円/年
99 円/m3 －処理単価総計217 円/m3 －※1) 国土交通省外課長通達：汚水処理施設の建設費等の修正について；
http://www.maff.go.jp/j/nousin/sekkei/nn/n_nouson/syuhai/130130shiryou/pdf/3shiryou_2.pdf※2） by Hitachi, Ltd. Water Business Unit
※3） 2013 年下水道統計：特定環境単独公共下水道の計画日最大汚水量当たりの汚水管路延長の平均値※4） 栗原優：海水淡水化各階層の課題とモデルについて, 第 3 回システム構築戦略研究事例検討会,2011※5) 全国の電気料金単価(高圧)https://pps-net.org/unit

表によれば、標準耐用年数を用いて算出した建設費の減価償却分の処理単価は 118 円/m3、維持管理
費は 99 円/m3、処理単価の総額は合せて 217 円/m3 になった。表には農業利用その他の有効利用設備が含まれていないので、建設費、維持管理費ともに更に高額になると考えられる。例えば、その費用が表に示した収集・資源回収システムと同程度と仮定すれば、システム全体の運営コストは 500 円/m3 程度と見込まれる。

(2) 生産額
物質収支で想定した生産物の処理人口 1 千人当たりの年売上高を算出して、表３－８に示す。表に示した設定単価は IT 検索で得られた日本の一般的な価格である。
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表３－８

主な生産物の生産額(処理人口１千人当たり)

農産物生産量
売上高占
有率(%)
収量(t/年)
設定単価(千円/t)
売上高(千円/年)
水稲※1
62.4
47
2,958
2.1
※1
小麦
44.9
20
916
0.6
大豆※1
10.2
35
353
0.2
落花生※2
5.6
711
3,983
2.8
※2
じゃがいも
58.3
149
8,687
6.0
キャベツ※2
28.5
95
2,708
1.9
小計
209.9
－
19,60413.6
植 物 工 サラダな※2
野菜
37.4
193
7,218
5.0
場
みつば※2
野菜
28
666
18,648
13.0
メロン※2
野菜
54.4
771
41,942
29.2
小計
119.8
－
67,80947.1
畜産物 牛肉※3
畜産
10.3
1,971
20,301
14.1
※3
畜産
豚
2.9
531
1,540
1.1
鶏※4
畜産
14.5
481
6,975
4.8
※5
卵
畜産
50.6
205
10,373
7.2
小計
78.3
－
39,18927.2
計408－
126,60188.0
その他生産量
－
項目
年間生産量
設定単価
売上高(千円/年)－
電力※6
198 千 kWｈ/年
15 円/kwh
2,973
2.1
温水※7
271 Gcal/年
2.2 円／ＭＪ
596
0.4
RO 膜処理水※8107 千ｍ3/年
128 円/ｍ3
13,7039.5
その他生産量 計
17,27212.0
総生産額
143,873100.0
流入水１ｍ3 当たりの生産額（円/m3)
1,272－※1) http://www.maff.go.jp/j/zyukyu/jki/j_zyukyu_kakaku/attach/pdf/index-135.pdf※2) 卸売数量・価額・価格 2017※3) 畜産物流通統計 https://www.e-stat.go.jp/statsearch/files?page=1&layout=datalist&toukei=00500227&tstat=000001044816&cycle=0&year=20170&
month=0&tclass1=000001034718"※4) 東京の卸売価格 2017https://www.alic.go.jp/joho-c/joho05_000073.html※5) JA 全農たまご株式会社 http://www.jz-tamago.co.jp/souba/quote/find※6) 全国の電気料金単価(高圧)https://pps-net.org/unit※7) 熱供給料金 http://www.marinavi.com/images/プレスリリース/2006/20060925■熱供給料金の改定.pdf※8) 水道料金(東京都)
区分
圃場

作物

区分
穀類
穀類
豆類
豆類
ｲﾓ類
野菜

表によれば、処理人口 1 千人当たりの年間の総生産額は約 1 億４千万円になり、流入水量当たりでは 1,272 円/m3 になる。前掲の試算からシステムの運営費用を 500 円/m3 程度とすれば、生産原価は売上の約 40％と計算され、採算性が十分見込める事業ということができる。
生産額の内訳をみると、農産物が９割近くを占め、その中でも植物工場の農産物が半分近くに達している。植物工場は天候に影響されにくく、年間を通じて安定して生産できることを考えればシステムの維持には欠かせないプロセスということができる。
農畜産物以外の生産物では、RO 膜処理水が生産額の大半を占め、総生産額に対しても１割近くになっている。これは、生産量の多さに加えて設定単価を上水道並みとしたことが原因である。従来のよう
21

に処理水を中水道として再利用しようとすると単価を低く設定し、その上、上水道とは別途に給水設備を整備する必要が生じるので、とても採算ベースに乗らないことになる。もし、上水道以外に RO 膜処
理水を利用するとすれば、圃場の灌漑用水など新たな設備投資がほとんど不要な用途に限定すべきであ
り、試算値をそのまま収入に見込むのには無理がある。
また、電力は、処理水１/m3 当たりの発電量が 1.75kWh/m3 であり、前掲の RO 膜設備の消費電力が約 2.1 kWh/m3 と見込まれることから、発電量だけではシステム全体の消費電力を賄えないことになる。
したがって、電力についても発電分を全量自家消費に回しても不足分を売電で賄う必要があり、システ
ムの省エネルギー化を進めない限り、収入は見込めない状況にある。
以上が試算結果であるが、食品系廃棄物を出発点として構築した本有効利用システムの採算性を物
質収支から試算したところ、栄養塩類を利用する農業生産を組み込むことにより運営方法次第では十分
採算性のある事業になると結論された。

４．まとめと今後の課題
生活系廃棄物を原料とする生産型下水道システム”ACEⅡ”の構築について検討してきたが、ACEⅡ
は採算性を十分見込める事業であると結論された。試算された生産額の内訳をみると、約 9 割が圃場や植物工場、畜産を組み合わせた農産物であり、食品系廃棄物の有効利用システムの事業化には、農作
物生産を組み込むことが必須条件であることが明らかになった。
システムを構築する上で最も悩んだのは、農業利用における施肥量と収穫量の関係であった。公表
データだけでは収支が取れず、流入栄養塩類＝農産物出荷量という大胆な仮定で物質収支を計算した。
そのため、試算した農産物出荷量は理論最大値と考えてよいものであり、実際のシステムの構築では栄
養塩類のリサイクル率を考慮するなどの検証が必要である。
余談であるが、食品系廃棄物に含まれる栄養塩類を余すことなく再利用するためには、畜産業を組
み入れることが必須条件であったことは予想外であった。人間の食生活を考えると当然の結果であったが、廃棄物が人間生活をそのまま反映したものであることを改めて感じた。
なお、食品価格は知名度によって大幅に異なり、ブランド商品になれば平均価格の何倍もの高値で販売することが可能であり、事業収益の改善に寄与できる。例えば、「長寿で有名な地域にこのシステ
ムを導入し、“健康長寿のお裾分け農産物”としてブランド化して高品質の物だけ売り出す。」などが考えられる。この場合は、「農産物の自家消費により地域の健康を促進することが、そのまま商品価値を高めることになる。」というような相乗効果も期待できる。システムの普及には導入技術の開発に加えて、このような経営戦略的な工夫も重要だと考える。
将来、人類が地球以外の宇宙空間で生活するようになると、生活廃棄物の完全リサイクルは最大の課題になると思われる。リサイクルの夢は大きく広がっている。

22

図表目次
4
6
表２－３ 膜分離活性汚泥法(MBR)7
表２－４ RO812
表３－２ 有効利用システムの流入物質量(千人 1 日当たり)1213
表３－４ 栽培作物と栄養塩類回収量(例)エラー! ブックマークが定義されていません。
表３－６ 主な物質収支(処理人口１千人 1 日当たり)
表３－７ 収集・資源回収システムの建設費と維持管理費(処理人口１千人当たり)
表３－８ 主な生産物の生産額(処理人口１千人当たり)
図２－１ 修正コンタクトスタビリゼイション-MBR8
図２－２ ｐH 調整 2 段 RO91114
図３－２ 主な農・畜産物と食品系廃棄物 15
図３－３ システム全体の収支（処理人口１千人 118

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