Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
## 10 )河川流域の水文循環の再現性とその将来変化に関する研究

日本国内で評価した場合、気候モデルの出力値から算出した将来変化は、モデル間のばらつきの方が排出シナリオによる違いよりも大きかった。総観規模の現象（アジアモンスーンや梅雨など）に応じて気候モデルを評価した現象メトリックと降水量の再現性との間には関連性が認められ、降水現象について気候場の精緻な予測が必要であることが示唆された。流域別にみると、気温の上昇幅は北に行くほど大きくなるため、蒸発散量の将来変化も北日本の流域で相対的に大きく増加する。量的に水収支に大きく影響するのは、将来の気温上昇により降雪から降雨に変化することと、融雪時期が早期化することであり、どの排出シナリオについても、積雪地域では春先の融雪量が大きく低下することが明らかとなった。河川流量については、北日本の流域で降雪量の減少に伴い融雪量が低下することから、河川流量の季節変化が現在よりも平滑化されることが示唆された。南西日本の流域については、流量変化の絶対値は小さいものの、夏季以外において流量が低下傾向にあり、渇水リスクが若干増加することがわかった。

## (3) 温暖化影響評価のためのマルチモデルアンサンブルとダウンスケーリングの研究

## 1 ) 複数の20kmモデルからのマルチモデルアンサンブル手法による20kmスケール気候シナリオの作成

複数の地域気候モデルによるダウンスケーリングの特性について調査を行った。いずれのモデルでも月降水量の改善が顕著であった。また、モデル間で共通のバイアスがあり、これにはモデル解像度、物理プロセスのパラメタリゼーションの影響が大きいことが明らかになった。これら様々なモデルによるダウンスケーリングの結果はベイズ統計により1つのシナリオに、またパターンスケーリングの手法により幅を持ったシナリオとしてまとめることが可能であることが示された。都市モデルによるダウンスケーリングでは都市成長シナリオの影響が今後数10年間、無視できないことを示した。

## 2 ) 複数の20km地域気候モデルの実行による力学的ダウンスケーリングの研究

全球大気・海洋結合モデル出力、全球大気モデル出力、再解析データの各々を境界条件とした力学的ダウンスケールを行い、大規模循環場の系統誤差が力学的ダウンスケーリングの付加価値に及ぼす影響について検討した。その結果、力学的ダウンスケーリング手法を適用した場合、水平格子間隔の粗い全球気候モデルなどの境界条件を単純に空間内挿した場合に比べ、ダウンスケールされたデータの現在気候の再現精度が大きく改善されることが分かった。また、極端現象と台風経路の誤差について、3つの異なる地域気候モデルの出力結果を平均する（マルチモデルアンサンブルを行う）ことで、再現性が改善することが示された。

## 3 )空間詳細な地域気候変動シナリオ作成のための都市効果の評価

第3期結合モデル国際比較プロジェクト（CMIP3）参加の、東大大気海洋研・国立環境研・地球環境フロンティア研究センターが共同開発した大気・海洋・陸面結合モデルであるMIROCモデルのMIROC3-hiresと第5期結合モデル国際比較プロジェクト（CMIP5）参加のMIROC5からのダウンスケール実験を行った結果、MIROC5を用いた結果の方がより大きな昇温傾向が認められた。首都圏における2070年代の夏季気温は、記録的な猛暑年となった2010年よりも高くなり、ほぼ毎日睡眠障害が発生すると示唆された。また、今後70年間の温暖化と都市化による気温上昇を比較すると、首都圏では前者の方が十分大きなことがわかった。MIROC5からのダウンスケール実験から得られた2050年代8月の首都圏の地上気温は1990年代現在に比べ約2～3℃上昇すると予測された。ただし、コンパクトシティ一化によって、都心では10％程度度気温上昇を緩和できることがわかった。

## 4 )20km地域気候モデルのバイアス特定と水資源評価のための統計的ダウンスケーリング

完成したモデルバイアス検出システムは汎用的なソフトであり、様々なモデルにより異なる地図投映法にも柔軟に対応するため課題参加の各地域気候モデルのチューニングに効率的に用いられた。その結果、マルチモデル実験のデータの品質をそろえることに成功し、高品質のシナリオ構築に貢献した。本システムを応用して水利データのバイアス補正を行い、強雨の再現性向上を果たした。また、都市モデル実験を行い、熱帯夜（日最低気温25℃以上）及び猛暑日（日最高気温35℃上）の検証を行った。側面境界条件に比べて高い精度でそれぞれの日数の再現が出来ていることが確かめられた。

## 5 ) カ学的手法と統計的手法を併用した農作物影響評価のためのダウンスケーリングの研究

開発・発展した主要な統計的ダウンスケーリング手法について同じ境界条件を用いた複数地域気候モデル（RCM）出力との比較検証を行った結果、統計的ダウンスケーリング手法の推定誤差は，MMLR法では月単位でおおむねRCMと同程度、CDF法では日単位でも要素によってはRCMよりも推定誤差が小さくなることがわかった。なお絶対値で見た場合、本テーマのRCMは日射量を過大評価しているが、気温は観測値に近く高温バイアスは起こっていない。これらの情報は、本テーマのRCM研究グループ等に提供するとともに、日射量出力値につ
いては当面バイアス補正を行って影響評価に利用することになる。日本の気象官署・アメダス約900地点について、将来気候変化シナリオ（地点・日別気候変化シナリオデータセットELPIS-JP）を作成した。特筆すべきは、従来の気候シナリオに含まれていなかった農業気象関連要素（湿度・地上風速）についても、検証の上でデータセットに加えたこと、および気候の年々・季節変動の持つ不確実性を表現する50の統計的なアンサンブルを持つことである。

## 6 ) 水災害影響評価モデルのための統計的ダウンスケーリング手法の開発

用いる地域気候モデルおよびバイアス補正手法の違いが降水量の将来変化の空間分布に与える影響は、平均値に比べて分散や降り続く大雨のような量では、より大きい傾向があった。本研究で提案した離散ウェーブレット解析を用いたバイアス補正手法は、平均値の補正精度は他の補正手法に比べて劣る地点がみられるものの、分散や5日合計降水量については比較的良好な補正精度を示していた。また、現在期間を対象として日降水量の空間分布の再現性を比較したところ、バイアス補正によって日降水量の空間分布の再現性は向上するものの、用いる地域気候モデルおよび補正手法によって、得られた降水プロダクトの日降水量空間分布の出現頻度に差異があることが示された。

## 7 ) 双方向ネストモデルを用いたカ学的ダウンスケーリングの研究

寒冷域実験の結果、北東アジアの亜総観規模の効果は太平洋上の総観規模の活動には影響を与えるが、より大きな惑星規模の循環場に変更をもたらすほどではないことが示された。熱帯域実験の結果では、太平洋上の亜熱帯高気圧の張り出しが、双方向ネストにより改善することが示された。これは日本の南での対流圏中上層の場が改善したためであることが確認された。双方向ネストモデルは地域気候の全世界の気候に対する影響や不確実性を評価するツールとしてのポテンシャルを有することが示された。

## (4) 統合システム解析による空間詳細な排出・土地利用変化シナリオの開発

## 1 ) 社会経済シナリオのダウンスケール手法と土地利用変化シナリオの開発に関する研究

まず、地球全体での空間詳細化に関して、RCP6.0に対応して人口のダウンスケーリングを行った結果、都市部への人口集中が顕著にみられる。推計の参考にしたこれはU.N国連人口統計・の都市化率が何れの国でも上昇することが原因のひと1つとして挙げられる。また、空間詳細な土地利用変化シナリオの作成に関しては、図(1)-12のように、例えば農地の場合、空間分布が経済発展により変化することを示した。これらの結果は、次期のIPCCシナリオの一1つとして、世界中の気候変動予測で利用されている。

※凡例の数字はメッシュ内に占める農地の割合 図2 地球全体の空間詳細土地利用変化シナリオ開発結果の一部（農地分布） （2005年、2100年）

また、東京都市圏を対象に、より地域を限定し、新たに開発した都市経済モデルを用いて空間詳細な土地利用変化のシナリオの開発にも取り組んだ。ここでは、今後の社会経済変化を、人口の集約と分散の2つのタイプのシナリオとして描いた。この結果を用いて、住宅・オフィス・交通などの人間活動による排熱や、緑地率、建物密度を推定し、本課題テーマ3の都市気候モデル研究に提供し、将来の土地利用変化によるヒートアイランド効果が分析された。
## 2 ) 温室効果ガスとエアロゾル等の排出の空間分布の推定に関する研究

図3はRCP6.0シナリオの2000年および2100年における二酸化硫黄（SO₂：硫酸エアロゾルの前駆物質）の年間積算排出量の空間分布を示している。SO₂など短寿命物質の排出量を空間詳細化することにより、地域的な気候変化の予測精度向上が見込まれる。RCP6.0シナリオでは、SO₂排出量が東欧を含む欧米やロシアでは急速に減少する一方で、アジアなどでは2050年頃まで微増した後に減少に転じるため、2100年の排出量は2000年の3分の1程度に留まっている。なお、このような将来の排出量変化はあくまでも統合評価モデルの想定に依存することに注意が必要である。また、排出量推計には様々な不確実性が伴うことにも留意しなければならない。将来の排出量はもちろんのこと、現在の排出量であっても、エネルギー消費などの活動量データの不完全性や活動量を排出量に換算する排出係数の不確実性、空間配分に用いる社会経済情報の不完全性など、様々な問題点を抱えている。将来の気候変化予測における不確実性の低減に資するためにも、現行の排出量推計手法に存在するこれらの不確実性要因について理解を深めることが重要である。

(a)

(b)

図3 RCP6シナリオの（a）2000年、（b）2100年におけるSO_{2}年間積算排出量の空間分布 単位はTgSO_{2}/mesh/year。（1Tg=100万トン）

## 3 )空間詳細シナリオの検証と国際研究ネットワークの構築に関する研究

国際研究ネットワークの構築に関しては、国際研究計画であるグローバルカーボンプロジェクト（GCP）との連携により、ウィーン、バンコク、名古屋、つくば、東京において国際ワークショップとシンポジウムを8回にわたり開催した。定期的にワークショップを開催し、各国の研究者を一堂に集めることは、都市と地域の研究のための研究結果やモデルの手法などを共有し、それらのモデルを今後どのように改善していくかを話し合うことに非常に役立つ。これらの会合は、国際応用システム分析研究所、ポツダム気候影響研究所、アジア工科大学院、名古屋大学、東京大学サステイナビリティ学連携研究機構（IR3S）と共催したもので、このうち3つのシンポジウムには、都市の政策決定者や政策立案に関わるコミュニティを招き、研究と政策の連携を深める役割を果たした。また、ヨーロッパ、南北アメリカ、日本およびアジアの主要な研究者や研究機関で構成する「都市エネルギー・気候モデル化フォーラム」を設置し、国際連携を強化した。

また、世界の都市圏の環境と都市形態との分析を通じて、コンパクト性だけではなく、空間構造の多様なパターンを計測し、その特徴と気候変動対策（緩和・適応）との関係を、定量的な指標を用いて分析することが可能となった。特に、リモートセンシング画像による都市形態の計測結果から、CO $ _{2} $ 排出量が都市形態と相関関係にあることも再確認された。収集したデータや情報はグローバルな都市炭素収支計画を策定するという長期的な目標に役立つものであり、IPCC第5次評価報告書や全球エネルギー評価などの主要な国際評価にも貢献している。

## 4 ) 気候変動シナリオの解析による空間詳細シナリオの整合性評価に関する研究

まず、将来シナリオとともに整備された過去の土地利用変化空間データを利用し、土地利用変化起源のCO₂排出量を推定する方法の妥当性を確認した(図4)。20世紀での土地利用変化による積算炭素排出量は126 Pg Cと計算され、これまでに推定された値と類似の値が得られた。
図4 過去における土地利用変化起源の炭素排出量

H2008 updateが標準的に用いられる推定値。

H2008 updateでは植物のCO_{2}施肥効果が評価されていないため、

20世紀末で過大排出になっているおそれがある。

このモデルを用い、RCPの4つの安定化シナリオそれぞれについて、2005年から2100年の土地利用変化による積算炭素排出量を計算すると、特にRCP2.6とRCP4.5において統合評価モデルによる排出シナリオと本研究との差が大きくみられた。RCP2.6では化石燃料からのCO₂排出量を大きく削減するため、バイオマスの燃焼によるエネルギーを利用しつつ、燃焼によって生じるCO₂を捕集し隔離することを仮定したシナリオとなっているため、農地が拡大していく。逆にRCP4.5では、森林に蓄積された炭素の価値を経済的に評価する政策シナリオにより、農地と牧草地を減らす土地利用シナリオになっている。これら森林植生の増減が炭素循環に与える影響に不確実性が大きいため、陸域生態系モデルを利用した本研究による見積とRCPの統合評価モデルによるものとの差が大きくなっている（RCP2.6では+53 Pg C、RCP4.5では−63 Pg Cの排出量差）。

また、RCP6.0での森林火災によるブラックカーボン（すす）の排出量のシナリオ作成を行った結果を図5に示す。この結果、火災排出において、大気CO₂濃度の上昇による陸域炭素蓄積量の変化を通した影響が大きくみられた。

図5 RCP6.0シナリオの森林火災ブラックカーボン排出

土地利用变化起源の排出シナリオの不確実性を減らすため、今後詳細な気候と植生を結合したモデルによる解析を行い、シナリオ作成プロセスにフィードバックすることが重要であると考えられる。

### 5. 研究成果の主な発表状況

## (1) 主な誌上発表

## く査読付き論文>

1) Kinoshita, T., E. Kato, K. Iwao and Y. Yamagata (2008): Investigating the rank-size relationship of urban areas using land cover maps. Geophysical Research Letters, 35, L17405,
16) Inoue, T. and H. Ueda: Changes of the seasonal evolution of the Asian summer monsoon under global warming condition in the CMIP3 multi-model experiments. The 25th International Union of Geodesy and Geophysics (IUGG) General Assembly, Melbourne, Australia, June 2011.

17) K. Tanaka, J. Nakata, T. Kojiri: Development of bias detection/correction system for seven surface meteorological elements. 2nd International Interdisciplinary Conference on Predictions for Hydrology, Ecology, and Water Resources Management, Prague, Czech Republic, September 2010.

18) Annan, J. D. and J. C. Hargreaves: Understanding and interpreting climate model ensembles. American Geophysical Union Fall meeting, San Francisco, USA, December 2010

19) Yamagata, Y., H. Bagan, H. Seya and K. Namamichi: Geographically explicit urban land use change scenarios for Mega cities: a case study in Tokyo. American Geophysical Union (AGU) 2010 Fall Meeting, San Francisco, USA, December 2010.

20) Ishizaki, Y., H. Shiogama, S. Emori, T. Yokohata: Dependencies of pattern scaling on emission scenarios. IDAG meeting, Boulder, USA, January 2011.

21) Aoyagi, M: Impacts on public opinion by mass media coverage of climate change issues: Comparison of print media and television. International Association for Media and Communication Research, Istanbul, Turkey, July 2011.

22) Iseri, Y., and S. Kanae: Bias correction of daily precipitation output from regional climate model using discrete wavelet transform. Third International Workshop on Down Scaling, Tsukuba, Japan, October 2011.

23）西森基貴，飯泉仁之直，吉田龍平：日本域における同じ境界条件による統計的／カ学的ダウンスケーリング結果の比較．日本気象学会2011年度秋季大会，名古屋，2011年11月．

24) Dairaku, K., R.A. Pielke Sr., A. Beltran-Przekurat, S. Iizuka, W. Sasaki: Assessment of add-value of dynamical downscaling in Japan. 2011 AGU Fall Meeting, San Francisco, December 2011.

25) Shin. Y., K. Takahashi, Y. Hijioka, N. Hanasaki: Assessing climate change impacts on global crop yield considering climate projections uncertainty. AGU fall meeting 2011, San Francisco, December 2011.

他 984 件

### 6. 研究者略壓

## 課題代表者:住明正

1948年生まれ、東京大学大学院理学研究科物理学専攻卒業、理学博士、現在、東京大学サステイナビリティ学連携研究機構 教授

## 研究参画者

## (1) 1): 江守 正多

1970年生まれ、東京大学教養学部卒業、博士（学術）、

現在、独立行政法人国立環境研究所 地球環境研究センター 気候変動リスク評価研究室長

## 2 ): 松本 安生

1967年生まれ、東京工業大学工学部卒業、博士（工学）、

現在、神奈川大学人間科学部人間科学科 教授

## (2) 高薮縁

1959年生まれ、東京大学理学部卒業、博士（理学）、

現在、東京大學大気海洋研究所教授

## (3) 高数出

1959年生まれ、東京大学理学部卒業、理学博士、

現在、国土交通省気象研究所 環境・応用気象研究部第4研究室長

## (4) 山形 与志樹

1961年生まれ、東京大学教養学部卒業、博士（学術）、

現在、独立行政法人国立環境研究所 地球環境研究センター 主席研究員
# Integrated Research on Climate Change Scenarios to Increase Public Awareness and Contribute to the Policy Process

Principal Investigator: Akimasa SUMI

Institution:

Integrated Research System for Sustainability Science (IR3S),

The University of Tokyo

7-3-1 Hongo, Bunkyo-ku, Tokyo 113-8654, JAPAN

Tel: +81-3-5841-4834 / Fax: +81-3-5841-1545

E-mail: sumi@ir3s.u-tokyo.ac.jp

Cooperated by: National Institute for Environmental Studies (NIES), Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology (JAMSTEC), Hokkaido University, National Institute for Agro-Environmental Sciences (NIAES), Nomura Research Institute, Ltd., Kanagawa University, Toho University, Meteorological Research Institute, University of Tsukuba, Nagoya University, Japan Meteorological Agency, Kyoto University, National Research Institute for Earth Science and Disaster Prevention (NIED), Tokyo Institute of Technology

## [Abstract]

Key Words: Climate change scenarios, Impact assessment, Climate model intercomparison, Downscaling, Communication

To communicate the best available climate change projection science to the society, coordinated researches have been conducted in four themes.

Theme 1 consists of uncertainty assessment, impact assessment and communication researches. Statistical methods to analyze the uncertainty of climate projections have been developed and impact assessments with quantified uncertainty based on multi-climate model scenarios for various sectors, including water resources, marine and terrestrial ecosystems, cryosphere and agriculture, have been conducted. The communication studies have improved our understanding on people’s perception of climate change risks and developed platforms of communication especially through mass media.

Theme 2 evaluates the climate model simulations in terms of various atmospheric and oceanic phenomena for reducing the uncertainty that resides in the released information on the future climate variability projection. The reproducibility of the phenomena in the 20C historical runs from the Coupled Model Intercomparison Project, phase 3 (CMIP3) multi-model data sets has been evaluated in comparison with the observations and 21C future projection runs have also been analyzed. Based on the analyses, metrics to evaluate the climate model skills have been developed. A synthetic metric for the Asian climate has also been designed.
Theme 3 downscales climate change projections produced by global climate models to a scale that is relevant to impact assessment by a combined use of multiple regional climate models and statistical techniques. Aiming at developing a multi-model ensemble system to evaluate uncertainty in the downscaled projection, the dynamical downscaling of the future projection by using multi regional climate models has been performed. A further downscaling to urban scales has also been performed using an urban canopy model and urban land-use scenarios developed by Theme 4.

Finally, Theme 4 developed spatially explicit emissions and land-use scenarios to be used as boundary conditions of climate models, as well as downscaled population and GDP scenarios to be analyzed in conjunction with climate scenarios in impact assessments. Having contributed to the development of the Representative Concentration Pathways (RCPs) in a new scenario development process catalyzed by IPCC, the land-use change and associated $ CO_{2} $ emission in RCPs are analyzed. Land-use scenarios are further downscaled to urban scales for the metropolitan area.

Overall, the results on climate and impact analyses and downscaling are highly relevant to the issues to be included in the coming 5th assessment report of IPCC. The findings in communication research are expected to help communicate comprehensive climate change scenarios with general public.
S-5 地球温暖化に係る政策支援と普及啓発のための気候変動シナリオに関する総合的研究

## 社会経済シナリオ

## 氦候变化予測計算結果

## 政策決定者·国民各層·企業·國際社会

●各種意思決定主体に対して、現時点で最良の科学的な判断材料を提供

●国民各層に対して、正しい科学的情報に基づく温暖化対策への動機付けを促進

●IPCC等を通じた国際社会への科学的貢献

## 推進費

S-6（対策研究）

S-8（影響研究）

文科省

21世紀気候変動

予測革新プログラム

（予測研究）
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

# 高度省エネ低炭素社会型浄化槽の新技術・ 管理システム開発

(K2403)

平成 25 年 3 月

福島大学 稲森 悠平
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 138,749,000 円

研究課題名 高度省エネ低炭素社会型浄化槽の新技術・管理システム開発

研究期間 平成22年4月1日～平成25年3月31日

研究代表者氏名 稻森悠平 (福島大学)

研究分担者氏名 ___ 徐開欽（独立行政法人国立環境研究所）

木持謙（埼玉県環境科学国際センター）

鴨原己八（社団法人福島県浄化槽協会）

手塚圭治（フジクリーン工業株式会社）

岡城孝雄（公益財団法人日本環境整備教育センター）
## 目次

総合研究報告書概要
1 本文
1. 研究背景と目的
2. 研究方法
2.1 低炭素社会型環境最小負荷省エネルギー方式浄化槽システム構築の開発に関する研究と総括
2.2 省エネルギー方式微生物機能向上・汚泥減容化高度処理浄化槽技術開発に関する研究
2.3 省エネルギー方式浄化槽の温室効果ガス発生抑制技術の開発
2.4 省エネルギー方式浄化槽の処理機能解析に基づく技術の開発に関する研究
2.5 省エネルギー方式低動力型対応充填担体技術の開発
2.6 地域特性を踏まえた浄化槽の消費エネルギー解析と省エネシステム管理技術
3. 結果と考察
3.1 低炭素社会型環境最小負荷省エネルギー方式浄化槽システム構築の開発に関する研究と総括
3.2 省エネルギー方式微生物機能向上・汚泥減容化高度処理浄化槽技術開発に関する研究
3.3 省エネルギー方式浄化槽の温室効果ガス発生抑制技術の開発
3.4 省エネルギー方式浄化槽の処理機能解析に基づく技術の開発に関する研究
3.5 省エネルギー方式低動力型対応充填担体技術の開発
3.6 地域特性を踏まえた浄化槽の消費エネルギー解析と省エネシステム管理技術
4. 結論
5. 研究発表
5.1 論文発表
5.2 学会発表
6. 知的財産権の取得状況
7. 参考文献
研究概要図
英文概要
研究課題名：高度省エネ低炭素社会型浄化槽の新技術・管理システム開発

研究番号 : K2403

国庫補助金清算所要額：138,749,000円

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：___ 稻森悠平（福島大学）

研究分担者：徐開欽（独立行政法人国立環境研究所）

木持謙（埼玉県環境科学国際センター）

鴨原己八（社団法人福島県浄化槽協会）

手塚圭治（フジクリーン工業株式会社）

研究協力者： 稲森隆平・菅原崇聖（福島大学）

佐野彰（独立行政法人国立環境研究所）

陶村貴（公益財団法人国際科学振興財団）

田畑洋輔（フジクリーン工業株式会社）

濱中俊輔（公益財団法人日本環境整備教育センター）

大石誠一朗（ニッコ一株式会社）

## 研究目的

産業系・民生系・廃棄物系等の幅広い分野で、国際的動向にある地球温暖化対策として、省エネルギー化のきめ細かな対策の取り組みが強化されている。水処理分野でも、下水道ではばっ気風量の適正化、嫌気好気化による亜酸化窒素の発生抑制等省エネ化が進んでいるが、浄化槽でも取り組み強化が必至な状況にある。

本研究では、これらの点を踏まえ、低炭素型社会創りにおいて重要な生活排水対策の要である、浄化槽のばっ気効率・ブロワエネルギー効率向上による消費電力50％以上削減、電力を要しないリン除去法による必要電力の大幅削減、システム電力源として従来の化石エネルギー利用を再生可能エネルギー活用に転換したゼロエミッション化による、既存・新技術適用型の地球温暖化ポテンシャル削減最大化と、国民の安心性を保持可能な衛生的安全性確保の両立するパラダイムシフト化新技術管理システムの開発・確立化を目的として強化推進することとした。本研究の全体像について図Aに示す。
図 A 低炭素社会型対応型省エネルギー高度化新技術・管理システム構築のための本研究の全体像

## 研究方法

本研究では、地球環境研究総合推進費（B-16：地球温暖化抑制のための$\mathrm{CH}_{4}$、$\mathrm{N}_{2}\mathrm{O}$ の対策技術開発と評価に関する研究（平成7-11年度）、B-51：$\mathrm{CH}_{4}$、$\mathrm{N}_{2}\mathrm{O}$ のインベントリーの精緻化と開発中核技術の内外への普及（平成12-14年度）等において得られた知見$^{1)-8}$である、温室効果ガス対策に生活排水対策が効果的ということを前提に、国際的に重要視されてきた、太陽光・風力発電の浄化槽への導入、埋立地最終処分場の制約による発生污泥の減量化、ならびにオンサイトでの污泥濃縮車による污泥減容化、BOD・窒素・リン除去システムにおける省エネ・温室効果ガス抑制が重要なことをふまえて、サブテーマ1～6を実施することとした。

## サブテーマ 1 低炭素社会型環境最小負荷省エネルギー方式浄化槽システム構築の開発に関する研究と総括 （福島大学）

低炭素社会型環境最小負荷省エネルギー方式浄化槽システムの開発と統合化を図る上で、生活排水対策の要である浄化槽を再生可能エネルギーとしての太陽光発電・風力発電を活用して稼働させ、省エネルギー化の可能性および生物処理の根幹をなす微生物特性と酸素濃度との関係を解析評価した。具体的には、日本の代表的な地点として関東地域、東北地域、上越地域、中部地域、九州地域での再生可能エネルギーの発生ポテンシャルについて検討した。

## サブテーマ 2 省エネルギー方式微生物機能向上・汚泥減容化高度処理浄化槽技術開発に関する研究 (独立行政法人国立環境研究所)

生活排水の流入原水として BOD200mg・L^{-1}、T-N45mg・L^{-1}、T-P5mg・L^{-1} の標準負荷の実排水を導入可能な、独）国立環境研究所・バイオエコエンジニアリング研究施設での環境制御下において、再生可能エネルギーによるばっ気量の ON・OFF 操作下を想定した実験的検討を行った。恒温室においてミニチュア
リアクターによる基礎試験を行い、排水処理特性および生物特性に及ぼす動力停止の影響を評価し、実機の運転指標となる動力停止条件および操作条件と処理特性との関係を精査した。さらに、マテリアルフローを精査し、動力停止条件と汚泥発生特性の関係性を把握した。さらに、実機浄化槽を用いて、屋外における実証試験を実施した。動力停止条件下における排水処理および汚泥特性を明らかにするとともに、水温等の四季変動下における性能評価を行った。

## サブテーマ 3 省エネルギー方式浄化槽の温室効果ガス発生抑制技術の開発

## (埼玉県環境科学国際センター)

サブテーマ 2 と連動し、まず恒温室において、ラボスケールの浄化槽を用いて、常時ばっ気の場合と夜間等のばっ気停止を想定した場合の運転を行った。温室効果ガス（ $ N_{2}O $ 、 $ CH_{4} $ ）発生特性について、実験系からばっ気等に伴い大気中へと放出されるものおよび処理水中に溶存した形で放出されるものそれぞれのデータの蓄積を図るとともに実規模浄化槽への展開を見据えた運転操作条件の整理を行った。次いで、屋外設置の実機浄化槽による実証試験を用い、動力停止運転条件下における GHGs 抑制条件等を検討した。

## サブテーマ 4 省エネルギー方式浄化槽の処理機能解析に基づく技術の開発に関する研究

## (社団法人福島県浄化槽協会)

一般家庭での既設浄化槽（窒素・リン除去型高度処理合併浄化槽）において、既存リン除去手法である鉄電解法と、新技法としてのペレット型リン除去剤との機能比較解析を行った。対象浄化槽は、福島県福島市内に設置したフジクリーン工業(株)CRX型（処理対象人員5人）とした。処理方式は、流量調整型嫌気濾床・担体流動生物濾過循環方式にリン除去装置を加えたものである。また、処理性能はBOD $ 10mg\cdotL^{-1} $ 以下、T-N $ 10mg\cdotL^{-1} $ 以下、T-P $ 1mg\cdotL^{-1} $ 以下、SS $ 10mg\cdotL^{-1} $ 以下である。水質モニタリングシステムとして、センサーを嫌気戸床槽第1室および処理水槽等に固定し、各流出水を常時計測するとともに、嫌気戸床槽第1室流出水および処理水槽流出水を採取、分析した。また、ラボスケール試験によるペレット型リン除去剤の効果解析試験においては、人工排水を供試したミニ浄化槽システムを構築し、ペレット型リン除去剤添加系、および対照系の2系列を運転し、これらの比較解析により、ペレット型リン除去剤の効果解析を行った。

## サブテーマ 5 省エネルギー方式低動力型対応充填担体技術の開発

## (フジクリーン工業株式会社)

本研究では、ヘチマ様ろ材を使用した高効率散気方式(接触ろ床方式)とピークカット方式を家庭用の高度処理型浄化槽に採用し、従来モデル（フジクリーンCRN型）の2/3以下のプロワ風量（60 L・分^{-1}以下）でBOD≤10mg・L^{-1}、T-N≤10mg・L^{-1}、SS≤10mg・L^{-1}の水質を達成することを目的とした。

具体的には、① 接触ろ床方式による好気処理性能の評価、② 嫌気ろ床の脱窒性能向上に関する検討、③ 間欠ばっ気運転の導入による省エネルギー化に関する検討を実施した。①では、水温を13℃または20℃、ばっ気風量を45 L・分 $ ^{-1} $ または55 L・分 $ ^{-1} $ とし、水温及びばっ気風量が処理性能に及ぼす影響について確認した。②では、嫌気ろ床槽における脱窒性能向上の検討として、嫌気ろ材の充填率および嫌気ろ材種類の違いによる性能比較を行った。③では、さらなる省エネルギー化を目指し、間欠ばっ気が性能に及
ぼす影響を評価した。70分を1サイクルとする間欠ばっ気運転を行い、1サイクルのブロワ停止時間を0分～40分まで変化させ、処理性能に及ぼす影響を解析した。

実大試験槽（5人槽相当）を製作し、国立環境研究所バイオ・エコエンジニアリング研究施設の恒温試験室に設置した。処理フローは、夾雑物除去槽（HRT：25.2時間）、嫌気ろ床槽（HRT：25.2時間）、接触ろ床槽（HRT：11.6時間）、処理水槽（HRT：5.7時間）、消毒槽（HRT：0.4時間）からなる。原水の流入パターンは、（一財）日本建築センターが定める浄化槽の性能評価試験方法（短期負荷試験）にしたがった。15:00の流入水量は浴室等からのピーク排水を想定した59L・分 $ ^{-1} $ 、これ以外の時間帯における流入水量は13 L・分 $ ^{-1} $ に設定した。また、流入水質の設定値は、BOD：200mg・L $ ^{-1} $ 、T-N：45mg・L $ ^{-1} $ 、SS：160mg・L $ ^{-1} $ とした。評価基準となる目標水質は、BOD≤10mg・L $ ^{-1} $ 、T-N≤10mg・L $ ^{-1} $ 、SS≤10mg・L $ ^{-1} $ とした。

## サブテーマ6 地域特性を踏まえた浄化槽の消費エネルギー解析と省エネシステム管理技術

(公益財団法人日本環境整備教育センター)

調査対象型式として累積設置基数の多い型式を選定した。全国浄化槽推進市町村協議会（以下、全浄協と示す）に登録されている浄化槽を処理方式ごとに分類し、年度ごとの設置基数を型式別に算出してその動向を確認した。次に、登録小型合併処理浄化槽要覧を用いてブロワの定格吐出風量および定格消費電力を型式ごとに確認し、これらの情報をデータベース化した。上述の設置基数の推移と合わせてみることでブロワ消費電力の動向を確認した。開発された濃縮車3社について、同一時期に同様な条件下で現場試験を行うことで、各社の特徴および各作業工程における作業性や作業効率等を検討するため、清掃時期に達した浄化槽の中から次の浄化槽を選定して比較検討を行った。建築物の排水処理施設の前処理設備である油脂分離槽（グリーストラップ）の容量は様々で、200L程度から数 $ m^{3} $ と幅広い。濃縮車による実験として実施するためには、凝集剤の添加条件等を何段階かに分けて実施する必要があるため、当初比較的容量の大きな施設(魚類の加工工場)で実験を行った。その後、個別の施設ごとに実験を行い凝集剤の添加条件を検討した。濃縮車導入前後におけるし尿および浄化槽汚泥の搬入量、濃縮車の清掃対象汚泥量、し尿処理施設における燃料、電力および薬剤の使用量に関するデータを取得した。次に、燃料、電力、薬剤の使用量に環境負荷原単位を乗じ、 $ CO_{2} $ 排出量の積算を行い、濃縮車の導入がし尿処理施設における $ CO_{2} $ 排出量に及ぼす影響について解析した。

## 結果と考察

## サブテーマ 1 低炭素社会型環境最小負荷省エネルギー方式浄化槽システム構築の開発に関する研究と総括

太陽光発電・風力発電に関する発生ポテンシャルは、茨城県美浦村に位置する中核機関の独)国立環境研究所バイオ・エコエンジニアリング研究施設で得られたデータを基に解析することとしたが、その事例を表Aに示す。なお、ここでは高度処理窒素/リン除去型5人槽の浄化槽を再生可能エネルギーで稼働させる上での必要な消費電力量を実証試験により明らかにするために太陽光パネル16枚からなるシステムを設置し実行した。この場合の発電能力は1,360W·h⁻¹と推定されるが、本研究は試験研究であることから余裕の設計仕様として実施しパラメータを取得して解析した。本実証試験による解析により太陽光パネル16枚で、十二分に高度処理浄化槽を再生可能エネルギーで稼働させることの可能なことがわかつ
た。ここで、太陽光パネルが何枚で高度処理浄化槽を稼働させるかを計算することとした。その結果、本研究で対象とした高度処理浄化槽の消費電力は82.5wh・台 $ ^{-1} $ であるが、太陽光パネル1枚の発電能力のポテンシャルは85W・h $ ^{-1} $ であり、これを基に実証試験において解析したところ季節的に変化することは当然である日照時間・インバーター変換効率・蓄電池への充電損失等を考慮しても太陽光パネルを2枚設置(160W・h $ ^{-1} $ )設置で十分まかなえることが実証試験の解析から判った。また、本プロジェクト研究の大きな目標が震災等における被災地の避難場所である学校等の避難施設・離島など電力線が寸断又は敷設困難な地域に対する電力供給を再生可能エネルギーで担保することであった。このことを踏まえると再生可能エネルギーを導入したシステムでの発電ポテンシャルをパラメータとする整備仕様を可能とする知見が得られたことは重要といえ有用な方法になるといえる。また、余剰電力を使用し外部に電源を有効に活用できるように安価なコンセント電源等を設けることにより、非常時の携帯電話の充電・非常放送を受信するための小型テレビ・ラジオ・パソコンの電量供給も可能となり、震災対応としては衛生環境の確保を図った上でライフラインを整備できるという大きな波及効果が得られるといえる。上記の成果より、本実証試験研究で整備したスペックの仕様により再生可能エネルギーで全電力エネルギーの100%を確保可能なことがわかると同時に、太陽光パネルを16枚から2枚にすることで高度処理浄化槽を稼働させることの可能性が明らかとなった。すなわち、再生可能エネルギーとしての太陽光発電・風力発電システムの各地における発電ポテンシャル量の結果から、地域特性に応じて発電量は当然異なるものの再生可能エネルギーシステムを導入して電力確保を図ることの可能なことを特性を考慮した上で対応可能なことを明らかにできた。なお、建設費に対する発電ポテンシャルの解析は更に各種の流動的なパラメータの精緻なる今後の現場のデータ等の情報収集を行った上で評価していきたいと考えている。

表 A 太陽光発電・風力発電に関する発生ポテンシャル

項目	電力発生量
風力発電量(Wh)	太陽光発電量(Wh)	再生可能エネルギー合計(Wh)	商用使用電量(Wh)
2010年12月～2011年11月	264	9,354	9,618	1,870
2011年12月～2012年2月	25	2,622	2,647	494

発電機スペック

太陽光発電システム $ 85W \times 16 $ 枚= $ 1,360W \cdot h^{-1} $

風力発電システム NWG-K：最大出力 1.5kW、定格出力 1kw(2,700Wh)、定格風力 12m·s $ ^{-1} $

また、太陽・風力発電による再生可能エネルギー活用浄化槽のシステムにおける処理性能および生物特性の評価については以下のとおりである。生活排水を原水として、高度処理浄化槽として通常型、コンパクト型浄化槽を再生可能エネルギーを活用して稼働させたところ、BOD、T-Nは10mg・L^{-1}程度、T-Pは1mg・L^{-1}程度の処理性能が得られることがわかった。同時に、生物相についても原生動物有殻アメーバArcella属、Epistyles属、Carchesium属、ワムシ類等が豊富に存在し硝化・脱窒反応も適正に行われていること
とが示された。このように、再生可能エネルギーのみで高度処理浄化槽を稼働させることが可能なこと、コンパクト型で省エネルギー型ブロワを活用することで、省電力対応の可能なことが明らかとなった。

なお、本研究開発で使用したソフトシステムはデータベース（RDBMS）に保存された形式であり、この活用により既存電力と再生可能エネルギーの比率を100W·h $ ^{-1} $ の形で適正に解析評価可能なことがわかった。今後、データの活用を考えるとSQL（Structured Query Language：データの操作や定義を行うためのデータベース言語（問い合わせ言語））を使用して解析が容易に出来るようにすることの改良の必要なこともわかった。

本研究において、日本の各地域の再生可能エネルギーの賦存量を実際に発電させてデータを得ることができた。これらのデータによると、地域により様々ではあるが、風力発電においては周辺建物の影響や、実際に設置はしたが風が無いなどから、予想通りの発電が得られないこともあるのは当然のことである。本試験研究を進めるに当たっては、事前にNEDO（風況マップ）および気象庁のデータから、設置場所を検討したが、現在においては、局部的なデータの精密性には限界が有ることからの予想通りの風力が得られなかったと考えられる。小形風力発電の場合、設置する高さは地上から6m程度であり、地表面に近くなる。この点が事前に検討した予測値との乖離である考えられる。

小形風力の実用化は進んでおり、風力が得られる環境下においては、平均風速 $ 5m\cdot s^{-1} $ において $ 1kW $ 風力は $ 1,400kWh\cdot年^{-1} $ の発電量が得られることから同容量の太陽光の $ 1.4 $ 倍近い電力出力ポテンシャルを有しているといえる。しかし、設置場所の検討については、現在のところ指標となるデータベースは、気象庁等のデータが唯一である。正確に対応を図る上では、実際に設置される風力発電システムの設置高さおよび発電量ポテンシャルなどを正確に予測するデータベースの蓄積が必要であるといえる。本研究プロジェクトで使用した省エネ型の浄化槽により、世界的な革新的技術を実現するためには、小形風力を含めた再生可能エネルギーのデータベースの整備が必要である。なお、地域ごとの再生可能エネルギーの特徴を理解した上で、この様な再生可能エネルギーを活用したシステム技法の整備するためには、太陽光を主体にすべきか、積雪・強風地域では風力を主体にすべきかの、更なる適正システム構築のための検討を行うことにより、最適実用システムの構築に繋げることができるといえる。再生可能エネルギーの買取制度が法制度化され、スマートグリッドの有用性が明らかにされる等 $ ^{9),10} $ 、これらのエネルギーの重要性が位置づけられたことから、さらなる展開が期待される。

## サブテーマ 2 省エネルギー方式微生物機能向上・汚泥減容化高度処理浄化槽技術開発に関する研究 (独立行政法人国立環境研究所)

排水処理過程における省電力手法としては電力利用を伴う機器の停止や間欠運転が有効である。電力由来 $ CO_{2} $ 削減手法としてこれまでにいくつかの検討が行われている。例えば浄化槽に関しては、ブロワの駆動方式をロータリー式から電磁式に変更させることや永久磁石を活用することによって、電磁石との反発を強めるなど、各メーカーが省エネ型ブロワの開発を進めている。また、ブロワ等の機器を間欠で作動させる間欠運転も有効な手段であると考えられる。

活性污泥法において、ブロワを間欠運転する研究は数多く行われており、これまでに行われてきた間欠ばっ気活性污泥法に関する知見がまとめられている $ ^{11} $ 。これまでの研究では間欠ばっ気のコントロールを溶存酸素（DO）や酸化還元電位（ORP）等のモニタリングを介して行っている研究が多い $ ^{12,13} $ が、それぞれの間欠ばっ気時間は最大でも60分程度である。しかし、震災等による電力供給の停止を踏まえ
ると、さらに長時間のばっ気停止が懸念される。また、ばっ気を間欠で行えば、処理操作上のコストを低減させることができるという利点もある。

そこでミニチュアリアクターにより幅広く動力停止条件で運転し、基礎実験を実施したところ、DOが欠乏した状態で流入負荷がかかると、酸化反応が進行しないので、有機成分やアンモニアなどが蓄積する。さらに、アンモニアが蓄積した状態においてばっ気再開などでDOが高くなると、アンモニア酸化に酸素が消費され、亜硝酸酸化が抑制されるので、亜硝酸が蓄積する。このことから、流入負荷がかからない時間帯に動力停止を設定することが有効と考えられる。短時間の間欠条件では、DOが欠乏するまで低下しない程度に維持できるので、BODやT-N除去性能に悪化を引き起こさなかった（図B）。つまり、短時間の間欠運転は、水処理性能を維持しながら運転動力を削減できる手法と判断できた。停止時間が長くなるにつれて、引き抜き汚泥量は多くなった。これは、自己酸化の低下と窒素同化の促進が生じたためと考えられる。よって、間欠運転を導入する場合、汚泥発生量の増加に留意して、動力停止時間を調整する必要性が示唆された。実機浄化槽を用いて、動力停止の実証試験を実施したところ、ブロワ動力を4 hr停止した条件下で、水処理性能の維持に成功した。得られた結果は、ばっ気制御の省エネ下で高度処理が得られるというon/offの設定時間の重要性が明らかとなり、今後の活用展開が期待される。

図 B BOD、T-N、T-P の処理特性

## サブテーマ 3 省エネルギー方式浄化槽の温室効果ガス発生抑制技術の開発

## (埼玉県環境科学国際センター)

嫌気好気無循環方式のラボスケール装置を20℃恒温室内に設置して基礎的検討を行った。BOD 200mg·L⁻¹、TN 45mg·L⁻¹、TP 5mg·L⁻¹に調整した実生活排水を、反応槽（容積合計25L）のHRTを12hに設定して連続流入させた。実験系は6系設定し、好気槽のばっ気／非ばっ気時間を24h/0h（連続ばっ気）、18h/6h、12h/12h、6h/6h、4h/4h、2h/2hとした。

発生ガスに関しては、水質データも併せて考察すると、ばっ気時間即ちブロワの運転時間を1/2にしても水質浄化性能的には全く問題はなかった。なお、対照系においては、原水が原水貯留槽を経由して流入することから、貯留槽で生成した $ CH_{4} $ がばっ気により放散されている可能性が大である。ばっ気量が1/2といっても、ばっ気/非ばっ気の間隔が重要であり、on/offが12h/12hの長い非ばっ気時間の場合と、