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平成24年度

環境研究総合推進費補助金 研究事業

総合研究報告書

持続可能な社会を支えるインフラとしての

浄化槽の環境影響評価手法の開発

(K2409, ) K2332, K22032

平成25年3月

東北大学 西村 修
補助事業名	環境研究総合推進費補助金研究事業
(平成22年度～平成24年度)
所 管	環境省
国庫補助金	50,223,937円
研究課題名	持続可能な社会を支えるインフラとしての浄化槽の
環境影響評価手法の開発
研究期間	平成22年4月1日～平成25年3月31日
研究代表者名	西村修（東北大学）
研究分担者名	山田一裕（東北工業大学）
中野和典（東北大学（H22,23），日本大学(H24))
・研究課題名＝持続可能な社会を支えるインフラとしての浄化槽の環境影響評価手法の開発

研究番号＝（K2409,）K2332, K22032

· 国庫補助金精算所要額（円）=50,223,937

研究期間（西暦）=2010-2013

- 研究代表者名＝西村修（東北大学）

研究分担者名＝山田一裕（東北工業大学），中野和典（東北大学（H22,23），日本大学(H24)）

## 研究目的（400 字程度）

本研究では，「浄化槽整備事業の水環境改善効果については十分把握できていない」という課題をふまえ，また浄化槽分野の温室効果ガス排出抑制を進めるために，①現在普及している浄化槽の処理水質の実態，および処理水質の良否と浄化槽構造の関係を定量的に評価し，②浄化槽からの温室効果ガスの排出量と放流水質の関係を解析し，③浄化槽における大腸菌群の除去性について実態調査を行い衛生学的な観点から浄化槽の評価を行うとともに，④浄化槽処理水の生態学的な観点からの評価を行うために新たな藻類試験を開発し，放流水の毒性を評価するとともに，放流水排出先の水路における藻類への影響，および残留塩素が巻貝の行動に及ぼす影響を解析した．これらの成果を基に，⑤浄化槽の水環境への影響について，河川水質モデルを用いてケーススタディーを行い，流域特性をふまえた浄化槽に求められるBOD，大腸菌群の処理レベルを明らかにし，循環型社会形成のためのインフラとしての浄化槽の適正普及方策を提案した．

## · 研究方法

① 浄化槽放流水質の実態および放流水質に影響を及ぼす因子

宮城県の浄化槽法定検査結果のデータを用い，構造例示型浄化槽の分離接触ばっ気方式および嫌気ろ床接触ばっ気方式,性能評価型浄化槽のBOD除去型および窒素・リン除去型の4処理方式について放流水質の実態を評価するととも
に，嫌気槽および好気槽の構造に着目し，放流水質に影響を及ぼす因子について解析を行った.

## ② 浄化槽における温室効果ガス放出量と放流水質の実態

宮城県の戸建住宅で使用されている5-10人槽の既設浄化槽の人槽別に,全長,全幅,全高,一次容量,総容量,ブロワの消費電力の項目について型式のデータベースを作成し,温室効果ガス排出量の算出を行った.また,放流水質は2010年に宮城県で実施された検査の結果を用い、温室効果ガス排出量と放流水質の関係を解析した.また,ここ10年間人口変化が少なく浄化槽設置基数が増加している宮城県T町を対象として,2000-2009年の浄化槽分野からの温室効果ガス排出量および放流水質の経年変化を解析した.

## ③ 净化槽における大腸菌群の除去性

性能評価型浄化槽に着目し，BOD除去型および窒素・リン除去型の2処理方式の浄化槽に対して生活排水が流入する嫌気槽および塩素消毒前後の大肠菌群数を計測し，大肠菌群除去の実態を明らかにするとともに，除去に影響を及ぼす影響について解析を行った.

## ④浄化槽放流水が藻類の増殖および巻貝の行動に及ぼす影響

浄化槽放流水の生態影響を解析するために，培地（栄養塩）を添加しないで藻類試験を実施できる新手法を開発し，浄化槽処理水に所定の濃度で塩素を添加して作成した模擬浄化槽放流水を用いて，新たな手法および既往の手法で放流水の藻類に対する影響を評価解析した．また，浄化槽放流水が流入する用水路において，新手法による藻類増殖阻害試験を行うとともに，用水路底部に付着する藻類への影響を検討した．

さらに，浄化槽放流水の動物（淡水巻貝カワニナ）への影響について，実際に浄化槽放流水が排出される水路において知見を収集するとともに，カワニナに対する残留塩素濃度の影響に関する室内実験を行い検討した。

## ⑤ 未汚水処理地域における浄化槽転換効果のシミュレーション解析

米国タフツ大学で開発された河川水質予測モデル QUAL2K を用い, 日本の河川への適用性, および BOD および大腸菌群の予測に関するパラメータの検討を行った. このモデルを用い, 浄化槽の新設あるいは単独浄化槽の合併浄化槽への転換による水環境の改善効果についてケーススタディーを行い, 水環境改善のために浄化槽に求められる処理レベルを評価した.
## ·結果と考察

① 浄化槽放流水質の実態および放流水質に影響を及ぼす因子

（1）宮城県内に設置されている小型合併処理浄化槽の BOD 適合率は全体で 70.9%，構造例示型浄化槽では 68.4%，性能評価型浄化槽では 72.2% で，有意な差があることが確認され，性能評価型浄化槽の処理性能は高いことが示された.

（２）人員比０.６以下では性能評価型の BOD 除去型，窒素・リン除去型の放流水 BOD は構造例示型より極めて良好であった．一方，人員比１.０を超えると性能評価型の放流水 BOD は構造例示型より悪化し,能力を十分に発揮できない傾向が顕著であった．

（３）窒素・リン除去型浄化槽において，流量調整槽ありに比べてなしの放流水質は悪化する傾向があり，循環を行う場合，流量調整機能を組み込むことが重要であることが示唆された.

（４）３，４，５日の滞留時間の影響を解析し，滞留時間が最も長い５日浄化槽の放流水質が良好であることがわかった.

（5）性能評価型浄化槽の中でも極めて良好な水質（平均$\mathrm{BOD}\leqq10\mathrm{mg/L}$）を示す浄化槽の特徴としては，嫌気槽は第一室，第二室ともろ材を充填した嫌気栄槽で，好気槽は担体流動槽と担体濾過槽の組み合わせで構成され，さらに嫌気第二室のろ材の充填率が高かった.

②浄化槽における温室効果ガス放出量と放流水質の実態

（1）市町村別に浄化槽からの温室効果ガス排出量と放流水 BOD の関係を解析した結果，これらはトレードオフの関係にあることが示された．この原因は放流水 BOD の高い単独処理浄化槽の温室効果ガス排出量が合併処理浄化槽よりも小さいためであり，単独処理浄化槽の減少・合併処理浄化槽の普及により水質の改善と温室効果ガス排出量の増加が生じていることが明らかになった．

（２）性能評価型浄化槽からの温室効果ガス排出量に関しては，低炭素化社会対応型浄化槽の割合の多い市町村における温室効果ガス排出量は少なく，このような行政施策が排出量の低減につながっていることが確認された.

また，低炭素社会対応型浄化槽でかつ高度処理型（嫌気ろ床槽第1室および第2室にろ材充填，好気槽は担体流動槽，担体ろ過槽で構成）の浄化槽の普及が進んだT町において温室効果ガス排出量の増加を抑制しながら著しい水質改善効果が発揮されていることが明らかになった。

（３）性能評価型浄化槽の普及においては処理水質の向上が図られるため，温室効果ガス排出量に対する寄与の大きな段階である直接排出は抑制される．
方，残る温室効果ガス排出量の大きな段階としては，ブロワの消費電力，および污泥処理があげられる.

近年，ブロワの省エネルギー化が進み，低炭素化に大きく貢献しているが，技術開発には限りがあるため必要風量の削減や再生可能エネルギーの導入などの検討も合わせて行う必要があると考えられる.

また，性能評価型浄化槽の嫌気槽が大きいことに起因して，污泥発生量が増加する．このため，污泥の収集・運搬ならびにし尿処理施設での処理において温室効果ガスの排出量が増加する．したがって污泥濃縮・脱水車，積み替え施設等の導入，浄化槽污泥の資源化有効利用等についても検討を進める必要がある．すなわち，浄化槽の技術革新のみならず地域の浄化槽システムの観点から低炭素化を総合的に考える必要がある．

## ③浄化槽における大腸菌群の除去性

（１）排水基準 3,000cfu/mL 以下に対して，塩素消毒前の BOD 除去型浄化槽では 70.0%，窒素・リン除去型浄化槽では 87.1% が適合した．嫌気槽第一室から塩素消毒前の大腸菌群数除去率の平均値は BOD 除去型浄化槽では 74.9%，窒素・リン除去型浄化槽では 94.5% であり，窒素・リン除去型浄化槽において大腸菌群の除去能が有意に高いことが明らかになった．

（２）塩素消毒前の大肠菌群数を低下させるためには，浄化槽によるBODやSSの除去に加えて硝化率を高めることが効果的であることが示唆された.

（3）塩素消毒前後で排水基準3,000cfu/mLの適合率は，BOD除去型浄化槽では70.0から80.0％に，窒素・リン除去型浄化槽では87.1から98.4％に上昇した.

（4）遊離塩素濃度 0.05mg/L 以上で大腸菌群数は 300cfu/mL 以下となることが確認されたが，BOD 除去型浄化槽の平均遊離塩素濃度 0.05mg/L に対し，窒素・リン除去型浄化槽では 0.15mg/L であり，この要因は BOD 除去型浄化槽が窒素除去能を有しておらず，アンモニア性窒素濃度が高くなり，結合塩素が生成されたためと考えられた．

（５）人員比１０を超える浄化槽の塩素消毒前の大腸菌群数は３,０００cfu/mLを超過した．しかし，人員比１０以下で適正に使用されている浄化槽の塩素消毒前における排水基準適合率は，BOD除去型浄化槽で７５.５%，窒素・リン除去型浄化槽で８９.５%であった．さらに塩素消毒後の排水基準適合率はBOD除去型浄化槽で８８.０%，窒素・リン除去型浄化槽で１００%であり，窒素・リン除去型浄化槽を適正に使用することは衛生学的安全性を確保することに極めて有効であることが示唆された．
④浄化槽放流水が藻類の増殖および巻貝の行動に及ぼす影響

（１）模擬浄化槽放流水の排水毒性試験の結果，藻類生長阻害をエンドポイントとした EC50 は，無栄養塩溶液の新手法で 36.5%，培地の新手法で 58.2%，既往手法（WET 試験）で 68.3% となり，新手法において強い生長阻害を示す結果が得られた．この理由は，排水毒性試験の希釈水に培地を用いると，培地の栄養塩成分と浄化槽放流水中の毒性物質の反応により毒性が相殺されるためと考えられた．

（２）新手法による浄化槽処理水（塩素消毒前）の藻類生長阻害試験の結果，BOD除去型および窒素・リン除去型の両者とも生長阻害が認められなかった。したがって塩素消毒が浄化槽放流水の毒性を上昇させている可能性が高い。今後，消毒効果の高い遊離残留塩素が高く検出される傾向にある窒素・リン除去型浄化槽の普及が進んだ場合，塩素消毒による生態系リスクが高まることが懸念されるため，病原性微生物を不活化する最小限の残留塩素濃度にとどめる技術の開発や，塩素に頼らない衛生学的安全性確保の方法について検討を進めるべきである。

（3）净化槽放流水の流入前後の水路の水質はほぼ等しくても，流入後の水路水で新手法の藻類増殖試験で緑藻の増殖阻害が認められた.

（４）浄化槽放流水が流入する水路底部に付着する藻類は，放流水の流入後にバイオマスが増加し，その割合としては緑藻が減少し，珪藻が増加することがわかった．浄化槽放流水に含まれる栄養塩による藻類の増殖，盤流塩素による藻類の増殖阻害の影響は複雑であり，種類によって影響も異なることからさらに環境影響評価を進める必要があることが明らかになった．

（５）残留塩素の暴露により，カワニナの行動に影響を及ぼすことが明らかとなった．EC50で評価すると，比較的殻長の小さなカワニナは0.3mg/Lと小さな残留塩素濃度でも忌避行動をとることが判明した．行動に関してはより低い残留塩素濃度でも影響が出る可能性もあるため，今後検討を要する課題である．

⑤未汚水処理地域における浄化槽転換効果のシミュレーション解析

（1）既存の性能評価型浄化槽において，排水基準の3,000個/mLを下回っていたのは全体の97％であり，大部分の浄化槽において衛生的な処理が行われていた.

（2）QUAL2K 内でのデフォルトの酸化速度係数 $ k_{dc}(20) $ を，日本の河川について検討した結果 $ k_{dc}(20)=2 $ と設定すべきであることがわかった.

（３）シミュレーションを行う時間における浄化槽放流水の流入量を考慮することで，実測値に近似したシミュレーション結果が得られた.
（４）浄化槽普及地域のシミュレーションを行った結果，浄化槽処理水の負荷設定について，BODは20 mg/L，大肠菌群は600個/mLにそれぞれ設定した時，実測値と近似するシミュレーション結果が得られた.

（５）未汚水処理地域を想定して，浄化槽転換による水質改善効果のシミュレーションを行った結果，未汚水処理地域において浄化槽を普及させた場合，流域におけるBODの改善効果が確認された.

（６）くみ取りの家屋が特に残存する未汚水処理地域において，浄化槽転換による大腸菌群の濃度上昇が生じることがわかった．しかし，大腸菌群に関して実際に普及している高度処理が可能な浄化槽を設置することで，水環境の保全が可能であることが示された．

## ・環境政策への貢献（サマリー）

### 1. 浄化槽放流水の水質実態に関する知見

近年普及している性能評価型浄化槽は構造例示型浄化槽に比べて BOD 基準適合率が高いものの 70% 程度である．また，放流水質に最も大きな影響を及ぼす人員比が適正使用の最大値である 1 に近づくと，BOD 適合率は 60% 程度まで低下する．このような放流水質の実態が浄化槽に対する信頼性を損ねており，BOD 適合率を高める施策を推進する必要がある．

### 2. 浄化槽放流水の水質基準達成率の向上に資する浄化槽の適正技術

性能評価型浄化槽の中でも極めて良好な水質（平均BOD≤10mg/L）を示す浄化槽の特徴としては，嫌気槽は第一室，第二室ともろ材を充填した嫌気戸床槽で，好気槽は担体流動槽と担体濾過槽の組み合わせで構成され，さらに嫌気第二室のろ材の充填率が高かった．このような良好な放流水質を確保する浄化槽の技術を適正に評価し，普及を推進して水質基準達成率を向上させ，浄化槽への信頼性を高める必要がある．

### 3. 浄化槽の適正技術開発・普及を推進するための施策に関する提言

構造例示型，大臣認定型の浄化槽は基本的に水質基準を満たす構造・性能を有しているが，実際には使用状況，使用環境，維持管理等に影響を受けて，設置された浄化槽の全てが水質基準を満たすわけではないことが法定検査結果から明らかになった．しかし，実際の使用においても極めて良好な水質を確保し，ほぼ全ての浄化槽が水質基準を満たす技術が存在することも明らかにされた．これらの結果をふまえると，優れた浄化槽を地方公共団体，企業，消費者等のエンドユーザーが安心して使用することができるよう，環境技術実証事業のシステムを適用し，法定検査結果を基に客観的に実証し，浄化槽の適正技術開発・普及を推進する仕組みを作ることが有効である．
4. 浄化槽における温室効果ガスの放出と放流水質の関係および低炭素・高度処理型への改善のポイントに関する知見

浄化槽分野からの温室効果ガスの排出は，単独処理浄化槽の合併処理化によって増加するため低炭素社会対応型浄化槽の普及によって抑制を図る必要がある．しかし，放流水質と温室効果ガス排出量には負の相関があるため，両者を総合的に勘案する必要がある．BOD基準適合率の高い浄化槽は嫌気槽が大きく，汚泥処理における温室効果ガス排出量が大きいという特徴があることから，抑制方法として濃縮車・脱水車，積み替え施設等の導入などが有効と考えられる．このように温室効果ガス排出抑制と良好な水質の確保の両立は地域の浄化槽システムの適正化の観点から総合的に考えることが重要である．

5. 浄化槽放流水の衛生学的安全性の実態および放流水の使用を目指した適正技術に関する知見

大腸菌群数 3,000（個/cm³）を基準として性能評価型浄化槽の放流水の適合率を評価すると，窒素・リン除去型浄化槽においては 98.4%(62 基中 61 基)であるのに対して，BOD 除去型では人員比の増加とともに低下する傾向にあり，20%（40 基中 8 基）の BOD 除去型浄化槽が塩素消毒後も基準を満たさなかった．また，残留塩素が検出される放流水においても 50,000（個/cm³）を超過する場合があった．このような実態をふまえると身近な環境の衛生学的安全性を確保し，さらに放流水の使用を促進するには，窒素・リン除去型浄化槽の普及を進める必要がある．

6. 浄化槽放流水の生態系影響に関する知見および消毒技術に関する提言

藻類増殖阻害試験において，培地を用いない新たな手法を構築し，净化槽放流水の評価を行った結果，0.1（mg·Cl₂/L）の暴露濃度でも著しい増殖阻害（70%程度）が認められた．これは既往手法（OECD試験）の増殖阻害率（5～40%）と比較して有意に高く，净化槽放流水は藻類増殖阻害効果が高いことがわかった．なお，既往手法では藻類の培地成分が放流水中の毒性物質と相殺的に反応し，過小評価していると考えられた．また，净化槽放流水の流入した水路で，緑藻の増殖抑制が確認された．これらの結果を踏まえると，净化槽放流水においては衛生学的な安全性を確保しつつ，生態系保全の観点から過剰な塩素注入を抑制することが重要であり，窒素・リン除去型净化槽を発展させて塩素に頼らない処理技術を開発する，あるいは窒素・リン除去型净化槽と組み合わせて塩素消毒を最小化する技術の開発を推進する必要がある．

7. くみ取り式の合併処理化に伴う水質悪化の可能性に関する知見

くみ取り式トイレにおいてし尿は収集・運搬されるため，生活排水由来の大腸菌群の環境への負荷は発生しない．しかし，合併処理浄化槽では大腸菌群数
3,000（個/cm³）を満たさない浄化槽も存在し，処理が良好な窒素除去型においても大腸菌群が不検出となるのは20%程度である．このため，くみ取り地域における合併処理浄化槽の普及によって水質が悪化する可能性がある．

8. 個別分散型システムの特性および放流先流域の特性を踏まえた水環境改善効果を高める普及方策の開発

個別分散型システムは，身近な環境に排出されて自然の浄化能力による水質改善を期待できるが，一方で下流の水環境保全にどの程度貢献できるのかと言う配慮が不十分である．したがって，浄化槽整備事業の効果を予測できるシミュレーションモデルの開発が重要であり，そのためには浄化槽の放流水質のバラツキや，放流先の自浄能力の分布等をきめ細やかに考慮できる QUAL2K は有力なツールであり，シミュレーションとモニタリングを連動させながら精度を高めて，下流域も一体としてとらえた水環境改善効果の把握を可能とする必要がある．

## ・研究成果の実現可能性（300字程度）

本研究によって，環境保全上健全な水循環の構築および循環型社会の形成に資する浄化槽の技術開発の方向性が示され，実際に社会に実装されている浄化槽の一部は極めて優れた処理性能を有していることを明らかにできた．この成果を実現していくためには，法定検査によって収集されている浄化槽の実証結果を基に客観的に実証し，浄化槽の適正技術開発・普及を推進する仕組みを作ることが有効である．すなわち環境技術実証事業の枠組みを整備し，優れた浄化槽を地方公共団体，企業，消費者等のエンドユーザーが安心して使用することができるよう情報の活用を図るべきである．法定検査率はいまだ低い地域も多く，これを高めていくことなど既存のシステムを改善することが必要となるが，新たに費用が発生する部分は少なく，実現可能性は高いと思われる．

## · 結論（400 字程度）

① 宮城県内に設置された小型合併処理浄化槽の放流水質の実態を解析し，性能評価型浄化槽は構造例示型浄化槽に比べ処理水質が有意に良好であり，中でも嫌気槽構造において第一室，第二室ともに嫌気ろ材を有する型式で BOD10mg/L を確保できることがわかった．また，

② 性能評価型浄化槽において，温室効果ガス排出量と放流水質には負の相関が認められ，水質の良好な浄化槽では污泥処理における温室効果ガス排出量が大きいという特徴があることから，污泥処理システムを一体的に考えた抑制方法を検討することが有効であると考えられる.
③ 20%（40基中8基）のBOD除去型净化槽が塩素消毒後も大肠菌群数3,000個/cm³の基準を満たさなかったのに対して,窒素・リン除去型净化槽では塩素消毒前においても大肠菌群の良好な除去が可能であった.

④ 净化槽放流水により藻類の増殖阻害が認められ，その影響は実際の放流水排出先でも発生している可能性が示唆された．その理由は主に消毒に用いられる塩素によるものであった．

⑤ 河川水質モデルを用いたくみ取り式のおよび単独浄化槽の合併処理化のシミュレーションの結果，BODの改善は著しいものの大腸菌群数は上昇し，合併処理化において衛生学的に高い処理水質レベルが求められることが明らかになった。
## 環境研究総合推進費補助金 研究事業 総合研究報告書詳細

## 目次

1 研究目的 1
2 净化槽放流水質の実態および放流水質に影響を及ぼす因子 2
2.1 はじめに 2
2.2 方法 2
2.2.1 構造例示型净化槽と性能評価型净化槽の処理水質の比較 2
2.2.2 性能評価型净化槽における処理水質に及ぼす構造の影響 3
（1）嫌気槽の分類 3
（2）好気槽の分類 6
2.3 結果および考察 6
2.3.1 構造例示型净化槽と性能評価型净化槽の処理水質の比較 6
（1）小型合併処理净化槽の放流水質の実態 6
（2）処理方式による放流水質への影響 6
（3）人員比による放流水質への影響 6
（4）槽内水温による放流水質への影響 6
（5）流量調整機能の有無による放流水質への影響 6
（6）滞留時間の放流水質への影響 6
2.3.2 性能評価型净化槽における処理水質に及ぼす構造の影響 11
（1）階層的クラスター分析による処理性能の分類 11
（2）嫌気槽構造および好気槽構造の組み合わせにより分類したグループ別の放流水質の傾向 15
（3）嫌気槽の流水方向および充填ろ材による放流水質の傾向 15
2.4 まとめ 15
（第2章参考文献） 15
3 净化槽における温室効果ガス排出量と放流水質の実態 17
3.1 はじめに 17
3.2 方法 17
3.2.1 净化槽の型式および放流水質データ 17
3.2.2 温室効果ガス排出量および放流水質の経年変化解析 18
3.2.3 温室効果ガス排出量算出方法 18
3.3 結果および考察 18
3.3.1 净化槽からの温室効果ガス排出量と放流水質の関係 18
3.3.2 净化槽からの温室効果ガス排出量の経年変化 21

（1）净化槽仕様の平均値の経年変化

（2）T町における净化槽分野の温室効果ガス排出量

（2-1）製造段階の温室効果ガス排出量の変化

（2-2）施工段階の温室効果ガス排出量の変化

（2-3）使用段階の温室効果ガス排出量の変化

（3）T町における净化槽分野の温室効果ガス排出量の推移

3.4 まとめ 27

（第3章参考文献）

4 净化槽における大腸菌群の除去性 29

4.1 はじめに 29

4.2 方法 29

4.2.1 調査対象とした性能評価型净化槽 30

4.2.2 調査方法 30

4.2.3 解析方法 30

4.3 実験結果および考察 31

4.3.1 性能評価型净化槽の放流水質 31

4.3.2 嫌気槽第一室から塩素消毒前における大腸菌群の除去特性 31

（1）BOD除去型と窒素・リン除去型の比較

（2）人員比の影響

（3）大腸菌群と他の水質項目との関係

4.3.3 塩素消毒前後における大腸菌群の除去特性 34

（1）BOD除去型と窒素・リン除去型の比較

（2）塩素消毒前後の大腸菌群数と残留塩素の関係

（3）消毒効果を低下させる要因としてのアンモニアの存在

4.4 まとめ 38

（第4章参考文献）

5 净化槽放流水が藻類の増殖および巻貝の行動に及ぼす影響 40

5.1 はじめに 40

5.2 方法 41

5.2.1 藻類に対する净化槽放流水の毒性試験 41

（1）模擬净化槽放流水

（2）排水毒性試験
5.2.2 浄化槽放流水が排出先に生育する藻類に及ぼす影響

5．2．3 浄化槽放流水が巻貝カワニナに及ぼす影響

## （１）供試生物カワニナの生態

（2）調查地点

（3）水質調查方法

（4）生物调查方法

（5）室内実験方法と材料

### 5.3 実験結果および考察

（１）模擬浄化槽放流水の毒性評価

（２）排水毒性における栄養塩の影響

## 5 ．3．2 浄化槽放流水が排出先に生育する藻類に及ぼす影響

（1）浄化槽放流水が水路水の水質に及ぼす影響

（2）藻類の増殖に及ぼす影響

（３）藻類およびバクテリアへの影響（脂肪酸をバイオマーカーとして）

5.3.2 浄化槽放流水が巻貝カワニナに及ぼす影響

（１）浄化槽放流水が排出される農業用水路の水質の推移

（２）カワニナの殻長分布の推移

（３）残留塩素がカワニナの生残に及ぼす影響

（４）残留塩素がカワニナの行動に及ぼす影響

### 5.4 まとめ

## (第 5 章参考文献)

6 未汚水処理地域における浄化槽転換効果のシミュレーション解析 59

### 6.1 はじめに

### 6.2 方法

（１）河川水質モデル QUAL2K

（２）日本の河川に対する QUAL2K の適用

（３）浄化槽放流水流入水路におけるシミュレーション

（４）未汚水処理地域での浄化槽転換シミュレーション

### 6.3 研究結果および考察

（１）浄化槽放流水の大腸菌群の実態調査

（２）日本の河川に対する QUAL2K の適用

（３）浄化槽放流水流入水路におけるシミュレーション

（４）未汚水処理地域での浄化槽転換シミュレーション
6.4 まとめ

67

(第 6 章参考文献)

7 総括

69
### 1. 研究目的

中央環境審議会がまとめた21世紀環境立国戦略において，重点的に着手すべき8つの戦略のうち，第4の戦略には「公害克服と智恵を活かした国際協力」が取り上げられ，そのなかに「日本発の優れた技術である合併浄化槽について，各国の実情を踏まえた普及方策の検討など，生活排水対策についても貢献する」と記されている．しかし，わが国の平成23年度末の汚水衛生処理率は82.0%であり，人口5万人以下の市町村では62.8%と著しく低い．したがって，浄化槽の国際協力はもちろん必要であるが，わが国においても合併浄化槽の適正な普及を進める必要がある．しかし，中央環境審議会廃棄物・リサイクル部会浄化槽専門委員会が平成19年1月15日にまとめた「今後の浄化槽の在り方に関する浄化槽ビジョンについて」によれば，浄化槽整備事業の水環境改善効果については十分に把握できていないとされている．この背景には，個別分散型であるため，浄化槽放流水質にバラツキが見られること，その結果身近な環境中で衛生学的な問題が発生する懸念があることが指摘されている．このため，浄化槽の普及が環境保全上健全な水循環の構築に果たす役割の評価が必要である．

さらに，合併処理浄化槽の導入による温室効果ガス排出量の増加を抑制しながら普及を進めることが必須である．高度処理の導入が進む下水道分野の温室効果ガスが1990年比で約50％増加し，様々な対策が導入され始めているが，合併処理浄化槽では普及後に施設を改善することが難しいため注意を要する．

一方，地域において今後の生活排水対策を進めていく上で，下水道を選択するか合併処理浄化槽を選択するかは大きな課題となっている．このため，浄化槽の普及にあたっては持続可能な社会の形成を支えるインフラとして処理水放流先の生態影響および温室効果ガスの発生量等の環境負荷を総合的に最小化しながら健全な水循環，物質循環を達成する必要がある．

以上の課題をふまえ，本研究では①現在普及している浄化槽の放流水質の実態，および放流水質の良否と浄化槽構造の関係を評価した．また，②浄化槽からの温室効果ガスの排出量と放流水質の関係を解析し，低炭素型で放流水質の良好な浄化槽構造を評価した．また，③浄化槽における大腸菌群の除去性について実態調査を行い，衛生学的な観点から評価を行うとともに，④浄化槽放流水の生態学的な観点からの評価を行うために，藻類およびカワニナを試験生物として浄化槽処理水に起因する毒性の解析を行った．そして，⑤浄化槽放流水の水環境へ及ぼす影響について河川水質モデルを用いてケーススタディーを行い，流域特性をふまえた浄化槽に求められる処理レベルを明らかにした．

以上の成果をもとに，循環型社会形成のためのインフラとしての浄化槽の適正普及方策を提案した.
## 2 ．浄化槽放流水質の実態および放流水質に影響を及ぼす因子

### 2.1 はじめに

戸建住宅に設置される浄化槽は，家族構成や使用人員により生活排水量，流入負荷が異なり，また生活パターンにより流入水質・水量は変動し，常に安定した放流水質になりにくい状況にある．既往研究では，浄化槽の放流水質は実使用人員を人槽で除した人員比1-3)，流入時間帯（水道使用時間帯）4,5)，流入量6)，水温1)で変動するといわれている．しかし，浄化槽の処理性能は進化し続けており，従来の認定方式である構造例示型浄化槽から性能評価型浄化槽に変わり，2000年頃からは窒素やリン除去が可能な高度処理型浄化槽も普及が進んでいる．したがって，浄化槽の放流水質も改善し，浄化槽整備事業の水環境改善効果が高まっていることが期待されるが，実態は明らかにされていない．

このような背景に鑑み，本章では放流水質が不安定であると言われてきた浄化槽の水質の実態について，特に性能評価型と構造例示型を比較しながら解析を試みた．既往研究で明らかにされた影響因子をもとに，人員比，水温，流量調整機能の有無，滞留時間の5点を抽出し，どの要因が処理水質の変動に影響して浄化槽の信頼性を損ねるリスクが高いのか（改善のポイント），安定して高度な処理水質を維持するためにはどのような要因を考慮すればよいのか（普及施策のポイント）について究明を行った．

また，近年普及が進んでいる性能評価型浄化槽に関しては，型式ごとに多種多様な構造を持ち，構造例示型浄化槽に比べて維持管理を主体とした各種調整作業によって処理性能が左右される傾向が認められる構造となっていること，また BOD 除去性能は 20mg/L 以下から 15～5mg/L 以下，窒素除去は 20～10mg/L 以下，リン除去は 1mg/L 以下，SS 除去は 20～10mg/L 以下と処理性能の組合せの種類も多岐に亘ることから，どのような構造を有した浄化槽の放流水質が良好に安定する傾向にあるのか解明を試みた．

### 2.2 方法

## 2 ．2．1 構造例示型浄化槽と性能評価型浄化槽の処理水質の比較

小型合併処理浄化槽は，認定方法の違いから構造例示型浄化槽と性能評価型浄化槽の2つに分類できる．処理容積に関しては，構造例示型浄化槽と比較すると性能評価型浄化槽において70%程度に省容積化されている．処理フローに関しては，構造例示型浄化槽では接触材を用いた生物処理，性能評価型浄化槽では担体を用いた生物ろ過等が導入されている．

本解析では，2010年度に実施された宮城県の浄化槽法定検査結果のデータを用いた．戸建て住宅に設置されている5人槽から10人槽までの浄化槽を対象と
し，構造例示型浄化槽の分離接触ばっ気方式（処理性能：BOD20mg/L 以下）および嫌気ろ床接触ばっ気方式（処理性能：BOD20mg/L 以下），性能評価型浄化槽のBOD除去型（処理性能：BOD20mg/L 以下），窒素・リン除去型（BOD・窒素除去型の処理性能：BOD20mg/L 以下，T-N20mg/L 以下，BOD・窒素・リン除去型の処理性能：BOD10mg/L 以下，T-P10mg/L 以下，T-P1mg/L 以下）の4処理方式に分類して，放流水質に影響を及ぼす因子について解析を行った.解析対象とした小型合併処理浄化槽の処理方式の名称と基数を表2-1に示す.

表 2-1 解析対象小型合併処理浄化槽の処理方式の名称と基数

処理方式	基数
構造例示型	分離接触ばっ気方式	97
嫌気ろ床接触ばっ気方式	9218
性能評価型	BOD除去型	12974
窒素リン除去型	4434

浄化槽の放流水質はばらつきが多いため，結果の表示には一部箱ひげ図（最小値，第1，2，3四分位数および最大値を表示）を用いた．なお2集団間の差を統計的に調べるために，t検定を行った．また，4類の比較対象間における多重比較をおこなうため，SPSSソフトを用いた2way anovaを行った．

#### 2.2.2 性能評価型浄化槽における処理水質に及ぼす構造の影響

現在，全国に出荷している浄化槽のうち98%以上が性能評価型浄化槽である $ ^{7} $ 。この性能評価型浄化槽はBOD除去型と窒素・リン除去型に分けられるが，前ばっ気型や污泥消化型などを除くと処理フロー上の違いはほとんどないため，BOD除去型と窒素・リン除去型を区別することなく構造上の違いから分類し解析を行った。事前の解析において構造よりも人員比の影響が大きいことが予測されたため，人員比0.6-0.8のみを解析対象にして人員比の影響を排除した。ただし，人槽については宮城県内に設置している浄化槽のうち一番多かった7人槽を対象とした。

まず，浄化槽法定検査で得られた浄化槽の全水質項目から水質の似たものを集めて，いくつかの集落（クラスター）に分類する手法である階層的クラスター分析を用いて，浄化槽の全型式の分類を行った．また，2類以上の比較対象間における多重比較をおこなうため，SPSSソフトを用いた多重比較を行った．

次に，様々な型式を嫌気槽および好気槽の構造に着目して分類し，浄化槽構
造の処理水質に及ぼす影響を解析した．図2-1に小型合併処理浄化槽の処理フローを示す．浄化槽は、一般に住宅から排出される生活排水が流入する最初の槽が嫌気槽であり，次に好気槽を経てろ過槽または沈殿槽（処理水槽），消毒槽という処理フローを有する．この処理フローの嫌気槽と好気槽に着目し，嫌気ろ材充填の有無や担体流動槽の位置から浄化槽構造の分類を行った．

図 2-1 小型合併処理浄化槽の処理フロー

## (1) 嫌気槽の分類

嫌気槽では，生活排水に含まれる固形物や夾雑物を一年間貯留し，生活排水の有機汚濁成分を嫌気性微生物の働きにより嫌気分解し，さらに酸化態窒素の還元脱室を行う $ ^{8} $ ．解析対象の浄化槽の嫌気槽は二室から成っており，嫌気槽第一室に嫌気ろ材が充填されているか充填されていないかで分類できる．

図 2–2 小型合併処理浄化槽の嫌気槽構造模式図

図 2-2 に嫌気槽の構造模式図を示す．嫌気 A 構造は，嫌気第一室，第二室ともに嫌気ろ材を充填した構造である．嫌気 B 構造は，嫌気第一室にろ材を充填せず沈殿分離槽（夾雑物除去槽）とし，嫌気二室はろ材を充填した嫌気ろ床槽の構造を持っている．

## (2) 好気槽の分類

好気槽の役割は，散気管からのばっ気により槽内水を好気的に保ち，担体に
付着した好気性微生物の働きにより有機物の酸化とアンモニア性窒素の硝化を行うことにある。さらに担体ろ過は，本質的にSS（浮遊物質）除去の役割を担っているが，それに加えて好気処理機能が期待される場合もある。そこで本研究においては，担体ろ過も好気槽の一部ととらえて，図2-3に示すように4タイプに分類した。

図 2−3 小型合併処理浄化槽の好気構造模式図

好気 C 構造は，担体流動槽と担体ろ過槽が並列しており，それぞれ独立した構造を持っている．好気 D 構造は，一つの槽内の上部が流動部，下部がろ過部の構造を持っている．好気 E 構造は，担体流動槽のみの構造であり，後段に沈殿槽（処理水槽）が設置される．好気 F 構造は，担体ろ過槽のみの構造である．ただし，好気 F 構造の担体ろ過は，接触ばっ気と生物ろ過（担体ろ過）を組み合わせたものが含まれる．すなわち担体流動と担体ろ過との組み合わせではないと言う意味で，好気 C，D 構造とは異なる分類とした．

以上の通り分類した嫌気構造と好気構造を組み合わせると2×4の8組となるが,対象とする浄化槽は最終的に7組に分類された.7組をグループ1～7とし,それぞれの浄化槽数を表2-2に示した.

表 2–2 嫌気槽および好気槽構造による小型合併処理浄化槽の分類

グループ1	グループ2	グループ3	グループ4	グループ5	グループ6	グループ7
組合せ
(嫌気+好気)	AC	AD	AE	AF	BC	BD	BE
净化槽型式数(n)	6	16	4	3	4	4	2
净化槽基数	164	3359	134	1212	213	1259	39
### 2.3 結果および考察

## 2 ．3．1 構造例示型浄化槽と性能評価型浄化槽の処理水質の比較

## (1) 小型合併処理浄化槽の放流水質の実態

宮城県内の小型合併処理浄化槽の放流水質の BOD 適合率を図 2-4 に示す.

図 2-4 小型合併処理浄化槽の放流水 BOD 適合率の実態

宮城県内に設置されている小型合併処理浄化槽の BOD 適合率は全体で 70.9%，構造例示型浄化槽では 68.4%，性能評価型浄化槽では 72.2% であった。また t 検定を行ったところ，p<0.05 で有意な差があることが確認され，性能評価型浄化槽の処理性能は高いことが示された。

既往の研究 $ ^{9,10} $ から,構造例示型浄化槽に短時間で多量の汚水が流入すると,沈殿槽におけるSSの沈降分離機能が不十分となり,処理水質が悪化する傾向にあることが知られている．また性能評価型浄化槽では,構造例示型に比べ小さな容積で同等以上の処理性能が発揮されるよう常時循環（汚泥移送）や流量調整機能が組み込まれ,処理水質の安定化をもたらすと評価されているが,このような性能評価型の特徴がBOD適合率を高めている可能性がある.

## (2) 処理方式による放流水質への影響

構造例示型の分離接触ばっ気方式，嫌気ろ床接触ばっ気方式と性能評価型のBOD除去型，窒素・リン除去型の放流水質（BOD）を図2-5に示す．t検定により有意な差（p<0.05）が確認され，性能評価型が構造例示型よりも良好であることが分かった．しかし，構造例示型浄化槽の2方式間，および性能評価型浄化槽のBOD除去型と窒素・リン除去型間では有意な差は確認されなかった．
図 2–5 小型合併処理浄化槽の処理方式別の放流水 BOD（箱ひげ図）

構造例示型の分離接触ばっ気方式と嫌気ろ床接触ばっ気方式，性能評価型のBOD除去型と窒素・リン除去型，それぞれの処理性能をBOD適合率（x mg/Lの放流水質を達成している浄化槽基数の全体基数に対する割合）で表したものを図2-6に示す.

図 2–6 小型合併処理浄化槽の処理方式別の BOD 適合率

図 2-6 より， $ (\mathrm{BOD} \leq 10 \, \mathrm{mg/L}) $ を示す割合は，構造例示型 2 方式共に 30% 台，性能評価型の BOD 除去型，窒素・リン除去型共に 40% 台であった．また， $ (\mathrm{BOD} \leq 20 \, \mathrm{mg/L}) $ を示す割合は，分離接触ばっ気方式で 60.8%，嫌気ろ床接触ばっ気方式で 68.5%，BOD 除去型で 73.0%，窒素・リン除去型で 70.1% であり，処理方式にかかわらず全体の約 2/3 の浄化槽は良好な水質を維持していることがわかった．
一方，棄却域 5％で t 検定を行ったところ，構造例示型 2 方式間に有意差は無く，性能評価型の BOD 除去型と窒素・リン除去型間にも有意差は無かった。しかし，4 類の比較対象間における多重比較を行ったところ，分離接触ばっ気方式あるいは嫌気ろ床接触ばっ気方式と BOD 除去型および窒素・リン除去型間に有意な差が確認された（p<0.05）。すなわち，BOD≤20mg/L 条件下において構造例示型浄化槽の 2 方式に比べ，性能評価型浄化槽の BOD 除去型，窒素・リン除去型は処理水が良好であることが確認された。

## (3) 人員比による放流水質への影響

人員比と4処理方式の適合率（放流水質BOD≤20mg/L），および放流水BOD

人員比(実使用人数/人槽)

の関係をそれぞれ図 2-7，2-8 に示す.

図 2–7 小型合併処理浄化槽の処理方式別の人員比と BOD 適合率の関係

図 2-8 小型合併処理浄化槽の処理方式別の人員比と放流水 BOD の関係

すべての処理方式で人員比が低いほど適合率は高く，人員比があがるにつれ適合率は低くなる傾向が明らかであった．また，人員比0.6以下では性能評価型のBOD除去型，窒素・リン除去型の適合率は構造例示型2方式より高い傾向を示した．人員比が低い場合，流量調整機能の効果が顕著に発揮されるので
はないかと推測される。

図 2-8 より，嫌気ろ床接触ばっ気方式以外の3方式において，人員比0.8を超えると放流水のBODは20を超えており，実使用人員が増え浄化槽への流入水量，汚濁負荷量が増大することで，処理能力を十分に発揮できないものと考えられる．また人員比1.0以上では，性能評価型のBOD除去型と窒素・リン除去型の処理水質が悪化するが，性能評価型は構造例示型に比べて省容積化されているため，大きな負荷に対して脆弱性を有するのではないかと考えられる．

人員比 0.6 以下では, 構造例示型 2 方式よりも性能評価型の BOD 除去型, 窒素・リン除去型において, 放流水質は極めて良好に維持されている. SPSS 解析ソフトで 4 類の比較対象間における多重比較を行ったところ, 構造例示型の分離接触ばっ気方式と嫌気ろ床接触ばっ気方式それぞれに対して, 性能評価型の BOD 除去型および窒素・リン除去型との間に有意な差が確認された $ (p<0.05) $ . したがって, 人員比 0.6 以内では, 構造例示型浄化槽に比べ, 性能評価型浄化槽の放流水質は良好であると言える.

## (4) 槽内水温による放流水質への影響

槽内水温と4処理方式別のBOD適合率（放流水質BOD≤20mg/L）の関係を図2-9に示す。水温10℃以下，および水温25℃以上の範囲にある浄化槽の適合率が高い傾向を示しているが，処理方式による違いは認められなかった。

図 2-9 小型合併処理浄化槽の処理方式別の槽内水温と BOD 適合率の関係

## (5) 流量調整機能の有無による放流水質への影響

性能評価型の BOD 除去型と窒素・リン除去型, それぞれ流量調整機能の有無による放流水質への影響について図 2-10 に示す.
図 2–10 小型合併処理浄化槽（性能評価型）の流量調整機能の有無による 放流水 BOD への影響（箱ひげ図）

4 類の比較対象間における多重比較を行ったところ，窒素・リン除去型浄化槽の流量調整槽なしの放流水質に有意な差があった（p<0.05）.

既往の研究 $ ^{[11]} $ では流入ピーク時の BOD 値は平均値の 2 倍近くまで増加することが報告されている．流量調整機能を有する場合，各家庭で朝や夜に生活排水が集中して排出されても，流量調整槽でいったん貯留し一定量ずつ後段の生物反応槽に移送することができ，放流水質は良好に安定する．一方，流量調整機能が無い場合，流入ピーク時には高濃度の生活排水を短時間で処理しなければならず，放流水質の悪化につながりやすい．本結果では流量調整槽なしの BOD 除去型と窒素・リン除去型に差が認められたが，後者は窒素除去のために硝化液を好気槽から嫌気槽に循環比（流入水量に対する循環水量の比）2～3で返送しており，ピーク時の水質・水量変化は循環によって処理水質に影響しやすい．このことが処理水質の悪化を招いていると考えられる．すなわち，循環を行う場合，流量調整機能を組み込むことが重要である．

## (6) 滞留時間の放流水質への影響

性能評価型浄化槽の型式ごとに「登録小型合併処理浄化槽要覧」 $ ^{12)} $ を参考に，7人槽を4人で使用した際の滞留時間を求め，放流水BODの関係について図2-11に示した.
図 2-11 小型合併処理浄化槽の滞留時間の放流水 BOD への影響

3 類の比較対象間における多重比較を行ったところ，滞留時間が最も長い 5 日浄化槽の放流水質が有意に良好であることがわかった $ (p<0.05) $ .

性能評価型浄化槽は構造例示型浄化槽に比べ容量が小さく，一般に滞留時間は短縮されるが，滞留時間の影響は顕著であり，性能評価型において処理水質を向上させる重要な因子であることがわかる.

#### 2.3.2 性能評価型浄化槽における放流水質に及ぼす構造の影響

## (1) 階層的クラスター分析による処理性能の分類

浄化槽の全型式について放流水質を用いて階層的クラスター分析を行い，処理性能を幾つかの類に分け，それぞれの特徴について解析を行った.

図 2–12 小型合併処理浄化槽の処理水質による階層的クラスター

（各数字の前の “〇” は流量調整槽有り，“×” は流量調整槽無しを示す）