Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
に基づいてマクロ・ミクロの環境負荷削減効果や事業効率を評価する。汚濁負荷除去量、事業コストと、長期コストとしての $ LCCO_{2} $ 、それぞれの環境効率を基本指標とした上で、各ステイクホルダーとの協議で具体的な指標を算出し、合意形成に向けた支援ツールとする。

図1－5 水処理技術システムの計画・評価のフレーム

熊本県を対象として、分散型水系浄化技術を普及させた場合の環境負荷削減効果を分析するとともに、環境負荷の削減効果を左右する因子を抽出した。第一に、水処理技術システムの導入に伴う環境負荷量を、ライフサイクルアセスメントを用いて評価する。評価の対象は、下水道の管渠の建設段階、処理場の建設段階、運用段階、浄化槽の設置段階、使用段階の各段階とし、環境負荷の指標としてCO₂排出量を採用する。建設段階のCO₂排出量は、耐用年数で除することによって、1年あたりのCO₂排出量に換算する。次に、下水道の管渠の建設段階のCO₂排出量を算出は、管渠延長に原単位を乗じて行う。管渠延長の推定には、管渠延長と処理区域面積との相関関係（図1－6）を用いる。ただし、この相関関係は、下水道システムが整備されている地域のデータを基に作成したものである。下水道システムは、人口集中地区すなわち処理面積に対して管渠を密に設置することが求められる地区を中心に整備されている可能性が高い。すなわち、人口が希薄な地区に対して、得られた相関関係をそのまま当てはめると、管渠の密度を過大評価している可能性があり、今後の課題となる。さらに、求めた管渠延長の値を基に、環境省が作成しているマニュ
アル $ ^{9)} $ を用いて、下水道の管渠の建設費を算出する。算出した建設費を、工事種類別の費用割合で按分した上で、各々の産業分類に応じたCO $ _{2} $ 排出量原単位 $ ^{10)} $ を乗じ、耐用年数で除して1年当たりのCO $ _{2} $ 排出量を求める。下水処理場の建設段階についても、管渠建設段階と同様に、環境省のマニュアルを用いて建設費を算出し、工事種類別の費用割合、産業分類別のCO $ _{2} $ 排出量原単位、耐用年数を考慮して、年間CO $ _{2} $ 排出量を求める。下水処理場の運用段階については、使用実績データを基にして、下水処理量当たりの電気使用量、油・ガス系燃料使用量、薬品使用量、污泥処理量を求め、それらの値に環境負荷原単位を乗じて算出する。

浄化槽の設置段階については、製造・輸送・施工の各プロセスにおけるエネルギー使用量データを積み上げた上で、環境負荷原単位 $ ^{11)} $ を乗じ、耐用年数で除することで1年当たりのCO $ _{2} $ 排出量を算出する。本研究では5人槽の値を採用し、平均世帯人数を3人とする。

浄化槽の使用段階については、浄化槽の運転実績データを基に、浄化槽の運転に必要な電気使用量の値を算出し、環境負荷原単位を乗じてCO₂排出量¹²を求める。水処理技術システムの導入による便益として汚濁負荷除去量を算出し、汚濁負荷除去量当たりのCO₂排出量を求めることで、各システムの環境効率を評価する。そこで、水処理技術システムの運転実績データ¹³より、生物化学的酸素要求量(BOD)除去率を求める（表1－1）。次に、1人1日当たりの平均汚水量および評価対象地域の人口を、BOD除去率に乗じて年間のBOD除去量を算出する。最後に、年間CO₂排出量を、年間BOD除去量で除することで¹⁴）、単位汚濁負荷除去量当たりのCO₂排出量を算出する。なお、本研究では水質指標としてBODのみを取り上げたが、多様な汚濁負荷指標を一元化した汚濁削減性能指標の考慮が、今後の課題となる。

図1－6 管渠延長と処理区域面積の関係
表 1－1 汚濁負荷除去能力の設定値

流入水平均BOD濃度(mg/L)	除去率
BOD	N	P
下水道システム	標準活性污泥法	178.3	97.35%	60.70%	71.44%
浄化槽	リン・窒素除去型	180.5	97.03%	70.63%	77.68%
## 4 ．結果・考察

## （１）中国遼寧省流域における水環境解析

図１－７にBiliu流域における地下水位（GWI）の変動値を示す。河川流量の減少が集水域での急速な地下水位の低下をもたらしたといえる。特に中流と下流域での地下水位の変化は貯水ダムの整備によって下流域で海水による土壌塩害の影響があることが推定される。

長期の衛星情報データから植生状況の変化を推定した。植生指数（NDVI）データを各ピクセルごとに算定して、植生成長率を算定した。貯水ダム整備後のNDVIの変化を図1－8に示す。右肩下がりの傾向は植生が減少していることを示し、右肩上がりの傾きは植生の増加を示す。年間のNDVI値は降水量に影響を受けるが、線形回帰の結果が長期的な傾向を示す。黄海沿いの農地においてはNDVI位は小さい傾向を示していたが、その傾向が経年的に拡大する傾向が明らかになった。黄海の沿岸域においてNDVI値の低減は顕著であり、Biliu流域上流の山岳地においては高いNDVI値を示していた。水資源の消費による海水塩害が取水ダム建設後に発現したことが懸念される結果となった。Biliu流域の水資源量と大連市の都市活動の相関性を見るために、重工業・軽工業の年間GDP $ ^{6)} $ を用いた。図1－9に水資源と大連市のGDPの間でのデカップリング分析の結果を示している。デカップリング因子は正で比較的小さな値で推移していることが明らかになった。たとえば、1997-1998の大連市でのデカップリング因子は0.19でOECD加盟国平均の15 $ ^{3)} $ よりも著しく小さい傾向を示しており、大連市の都市化、産業化の水資源への圧力が先進諸国に比べると大きいといえる。一方で、1985から2007にかけてデカップリング因子が低下傾向にあり、1993-1994の0.33から2006-2007の0.12に低下しており、1991-1992、1996-1997と2004-2005は負の値を示しており、相対的には1985から2007年にかけての大連市の際立った経済成長は水消費への依存を低減しつつ達成できたともいえる。

流域下流での植生劣化は河川の取水と地下水位低下に密接に関係しており、これは中国北東部の傾向と合致する $ ^{7} $ $ ^{8)} $ 。この環境劣化は大連市の産業成長に伴うものであるが結果としては生産支援力と生活支持力の低下につながっているということもできる $ ^{9)} $ 。

図1－7 Bili流域における地下水位の年平均値の推定値
図1－8 Biliu 下流域における NDVI 年平均値の推移

図1－9 NDVIと水消費（左），産業計水消費とGDP（右）のデカップリング因子の時系列変化

鉄林集水圏におけるデカップリング因子の値を図1－10に示す。1999－2000、2003－2004、及び2005－2006の期間における廃水排出に関してデカップリング因子はプラスであり、人類の活動からの廃水が人口増加と分離（デカップリング）していることを意味している。また、その他の年ではデカップリング因子はマイナスであった。

農業生産と灌溉への給水の関係を図1-10a（1999－2007）に示す。一般的に、農業生産高は増加傾向にある一方で、灌溉への水の供給は1999－2003と2002－2007から下降している。年間のデカップリング因子の値がプラスの場合、プラスの棒が示すように1999－2003と2005－2006の期間に、デカップリングが生じる。これらのプラスの棒は、ある年から次の年にかけて農業生産高が水の供給よりも速いペースで増加したことを示している。
図1－10 a）鉄林市における農業生産高と農業への給水（1999－2007）

b）鉄林市における工業廃水・生活廃水と人口（1999－2007）の間のデカップリング分析

## （２）水処理技術システム導入によるCO₂排出量の評価結果

水処理技術システムの導入に伴う $ CO_{2} $ 排出量を推計するために、まず、人口密度を500（人/km²）と仮定した上、下水道システム導入に伴う $ CO_{2} $ 排出量について、処理区域面積の規模を変化させた感度分析を行った（図1-11）。図より、下水道においては管渠建設に伴う $ CO_{2} $ 排出量が多いことが明らかとなった。くわえて、管渠建設にともなう $ CO_{2} $ 排出量の占める割合は、処理区域面積が10km²
の時は約74%、500km²の時は約91%と、処理区域面積が広くなるほど割合が大きくなる結果となった。これは、下水管渠建設段階で発生するCO₂排出量が処理区域面積に比例することに対して、下水処理場の運用時のCO₂排出量には、処理区域が大きくなるほど処理効率が向上して相対的に小さくなるためである。

次に、人口密度および処理区域面積を変化させた場合の、水処理技術システム導入による単位汚濁負荷除去量当たりのCO₂排出量を算出した（図1－12）。この結果、処理区域面積が大きくなるほど、下水道システムの単位汚濁負荷除去量当たりのCO₂排出量は小さくなることがわかった。また、浄化槽と比較した場合、人口密度が100人/km²の場合には処理区域面積に関わらず浄化槽のCO₂排出量が大幅に小さくなった。一方で、500人/km²の場合には、処理区域面積に関わらず浄化槽のCO₂排出量が大きくなった。この結果から、人口密度によって、水処理技術システムの環境効率が大きく左右されることが明らかとなった。

図１－１１ 人口密度５００（人/km²）における下水道システム導入に伴う 処理規模別の CO₂ 排出量（t-CO₂/year，X 軸の数値の単位は km²）
図 1－12 水処理技術システムの汚濁負荷除去量当たりの CO_{2} 排出量 (t-CO_{2}/t)

各自治体の人口・面積を、人口密度別に集計した結果を表1－2に示す。県全体の約50％のエリアが、人口密度100人/km²以上500人/km²未満であり、人口密度100人/km²未満のエリアを加えると90％を超えることが分かる。熊本県の各自治体に下水道システムを導入したと仮定した場合の年間CO₂排出量の分布を図1－13に示す。人口密度の高い熊本市周辺では、1人当たり0.06～0.30t-CO₂/year程度の値となった一方で、人口密度の低い阿蘇地域や県南部などの山間部では、1人当たりの年間CO₂排出量が3t-CO₂以上となっており、一部の自治体では5t-CO₂を超える結果となった。日本の1人当たりの年間CO₂排出量が、産業・民生・運輸などの各部門をすべて合わせても約10t-CO₂であることを考えると、非常に大きい値である。この原因として、すでに述べた通り、人口密度が低い地域において管渠の敷設密度を過大評価している可能性が考えられる。

自治体別の下水道システム導入に伴う1人当たりの年間CO₂排出量と人口密度の関係を図1－14に、面積との関係を図1－15に示す。人口密度と1人当たりのCO₂排出量の間には、ほぼ反比例の関係があることが明らかになった。この結果は、下水道システムのライフサイクルCO₂において、管渠建設段階の占める割合が高いことと、管渠延長を処理区域面積に比例すると仮定して分析を行っていることから妥当な結果といえる。一方，CO₂排出量と面積との間には，有意な関係は見られなかった。
表1－2 熊本県における人口密度別の人口・面積

人口密度(人/km²)	人口(万人)	面積(km²)	面積割合(%)
1000以上	66.3	267	3.6
500以上1000未滿	26.0	361	4.9
100以上500未滿	77.5	3,693	49.9
100未滿	16.1	3,085	41.7
合計	185.9	7405.2	100.0

図 1－1 3 熊本県における下水道システム由来の CO₂ 排出量 (t-CO₂/year・人)
図 1－14 下水道システム由来の CO_{2} 排出量と人口密度の関係

図 1－15 下水道システム由来の CO₂ 排出量と面積の関係

地域に水処理技術システムを導入した際の環境効率に対し、人口密度が大きな影響を与えることが明らかになったことから、人口密度を考慮した導入シナリオを構築する。
熊本県を対象として、人口密度1000人/km²以上の自治体のエリアに下水道システム、それ以外の自治体に浄化槽を導入した場合をシナリオ1、システム導入の分岐点を500人/km²以上とした場合をシナリオ2、分岐点を100人/km²以上とした場合をシナリオ3とする。そして、全てのエリアに浄化槽を導入した場合をシナリオ4とする。

それぞれのシナリオについて年間$\mathrm{CO}_{2}$ 排出量を算出した結果、シナリオ1では年間$522\mathrm{kt}-\mathrm{CO}_{2}$、シナリオ2では年間$480\mathrm{kt}-\mathrm{CO}_{2}$、シナリオ3では年間$617\mathrm{kt}-\mathrm{CO}_{2}$の排出、シナリオ4では年間$798\mathrm{kt}-\mathrm{CO}_{2}$の排出となった。さらに、汚濁負荷除去量あたりの$\mathrm{CO}_{2}$排出量を算出した結果、シナリオ1で

19.8t-CO_{2}/t、シナリオ2で18.2t-CO_{2}/t、シナリオ3で23.5t-CO_{2}/t、シナリオ4で30.1t-CO_{2}/tとなり、500人を分岐点としたシナリオが最小となることが分かった。次に、年間のCO_{2}排出量が最小となるシナリオを探るために、分岐点となる人口密度を100人/km^{2}から500人/km^{2}の間で変化させて分析した。その結果、350人/km^{2}を分岐点とする場合（シナリオ5）のCO_{2}排出量が最も少なく、年間472kt-CO_{2}汚濁負荷除去量あたりでは17.9t-CO_{2}/tという結果となった（図1－16）。

下水道システムのライフサイクルCO₂の中で、管渠建設に伴うCO₂排出量が占める割合が大きかった。そこで最後に、管渠建設における資材使用量の削減、工事におけるエネルギー量の削減などにより、管渠建設のCO₂排出量が削減されたと仮定した場合の、県全体の水処理技術システム導入によるCO₂排出量を最小化する分岐点について試算した。その結果、10％削減した場合には、人口密度265人/km²、20％削減した場合には250人/km²、50％削減した場合には180人/km²となった。すなわち、人口密度200～300人/km²前後の地域であれば、今後の技術開発次第で下水道システムの効率が良くなる可能性があるが、人口密度100人/km²以下の地域では、浄化槽を導入することが妥当であると言える。

なお、汚濁負荷除去量の算出に用いた設定では、下水道システムと浄化槽の水質浄化能力に大きな違いが無かったことから、シナリオごとの年間 $ CO_{2} $ 排出量と、汚濁負荷除去量当たりの $ CO_{2} $ 排出量がほぼ比例する結果となった（図1－17）。

図 1－16 熊本県を対象とした水処理技術システム導入による CO₂ 排出量 (kt-CO₂/year)
図 1－1 7 $ CO_{2} $ 排出量と汚濁負荷量当たりの $ CO_{2} $ 排出量の関係

## 5 ．本研究により得られた成果

## （1） 科学的意義

鉄林区域の遼河を対象としたNICEモデルの更なる開発により、アジア地域における生態系変化のメカニズムの理解を促進し、生態系回復のための水量・水質成分の動力学の傾向予測を行ったことに意義がある。下水道システムや浄化槽などの個別の技術を対象として、環境負荷排出量を算出した研究事例は数多く存在しており、インベントリーデータの整備が進んでいる。一方で、それらのデータを活用して、地域に対して水処理技術を導入することの効果を推計した研究は端緒に付いたばかりである。今回、地域を対象として具体的な技術導入シナリオを設定し、定量的な分析を行ったことは先駆的な取り組みと言える。

## （２）環境政策への貢献

本研究の成果は、低地での環境維持開発、生態系回復に関する環境政策の制定の際に、生態系変化のメカニズムへの解明に参考となる科学的知見を提供しているものであり、各自治体における水処理技術システムの導入および更新の意思決定の際に、基礎的な知見を与えるものである。今後、自治体との意見交換を通じて、成果の広報・普及に努める。研究者としては、整備が進みつつある建設施工段階のインベントリーデータの取り込みや、新たに開発された技術に関するインベントリーデータを更新することが求められる。

### 6 \. 引用文献

1) Tadabobu Nakayama, Masataka Watanabe; Simulation of drying phenomena associated with vegetation change caused by invasion of alder (Alnus japonica) in Kushiro Mire, Water Resources Research, Vol. 40(8), W08402,
doi: 10.1029/2004WR003174、2004

2) Tadanobu Nakayama、Yonghui Yang、Masataka Watanabe、Xiying Zhang；Simulation of groundwater dynamics in North China Plain by coupled hydrology and agricultural models、Hydrological Processes、Vol.20(16)、pp.3441-3466、doi:10.1002/hyp.6142、2006

3) Liliang Ren、Meirong Wang、Chunhong Li、Wei Zhang; Impacts of human activity on river runoff in the northern area of China、Journal of Hydrology、Vol. 261(1-4)、pp. 204-217、2002

4) Wen-Yuan Niu, William M. Harris; China: the forecast of its environmental situation in the 21st Century, Journal of Environmental Management, Vol. 47(2), pp. 101-114, 1996

5) Dalian Water Resource Bureau; The classification of the water rent and the collection, http://www.swj.dl.gov.cn/info/info/fangxun.aspx?id=81 (in Chinese), 2007

6) Dalian Water Resource Bureau; Annual report of weather, river discharge, groundwater level, tidal level, and soil characteristics at the Biliu River catchment, Interior report of the committee (in Chinese), 2005-2006

7) Dalian Bureau of Statistics; Dalian statistical yearbook, China Statistics Press (in Chinese), 2002-2007

8) OECD; Indicators to measure decoupling of environmental pressure from economic growth, 2002

http://www.olis.oecd.org/olis/2002doc.nsf/LinkTo/sg-sd(2002)1-final

9）環境省大臣官房廃棄物・リサイクル対策部 廃棄物対策課 浄化槽推進室、生活排水処理施設整備計画策定マニュアル、2002

10) 国立環境研究所：産業連関表による環境負荷データブック（3EID）、2002

11) 井村秀文、森下兼年、池田秀昭、銭谷賢治、楠田哲也：下水道システムのライフサイクルアセスメント：LCE 及び LC-CO2 による評価、土木学会論文集 No. 552/Ⅶ-1、pp. 75-84、1996

12) 宮原高志、柏木秀仁：下水浄化センターの LCA における処理水再利用の効果、下水道協会誌 Vol.43、No.526、2006

13）井村正博、水野雄次：浄化槽およびブロワの省資源化、省エネ化、月間浄化槽 N0380、pp.23-29、2007

14) 石田整、荒卷俊也、花木啓祐：東京湾流域の下水処理場への排出権取引制度導入効果の推定、土木学会論文集、No.804/Ⅶ-37、pp.73-82、2005

### 7. 国際共同研究等の状況

日中環境大臣間で締結された「瀋陽・川崎市の環境にやさしい都市」に関する協力覚書に基づいて、国立環境研究所と中国科学院瀋陽応用生態研究所の間での共同研究として推進した。
## 8 ．研究成果の発表状況

（1）誌上発表

<論文（査読あり）>

1）濱野裕之、中山忠暢、堀紘子、藤田壮、田上浩孝；都市スケールの三次元水熱フラックス解析モデルによる都市の緑化施策の評価、環境システム研究論文集、Vol.37、pp.93-104、2009

2）橋本禅、若林諒、孫穎、陳旭東、藤田壮、耿涌；中国大連市の一般廃棄物管理施策を対象とした循環経済社会シナリオの設計と評価、環境システム研究論文集、Vol.37、pp.301-310、2009

3）村野昭人、滝川清、園田吉弘；熊本県沿岸域を対象とした水処理技術システムの評価、海洋開発論文集、Vol.25、pp.503-507、2009

4）村野昭人、滝川清；熊本県を対象とした水処理技術導入シナリオの環境効率の評価、海洋開発論文集、Vol.26、pp.651-656、2010

5) Tadanobu Nakayama、Ying Sun、Yong Geng ; Simulation of water resource and its relation to urban activity in Dalian City、Northern China、Global and Planetary Change Vol.73(3/4)、pp.172-185、2010

6) Shizuka Hashimoto, Tsuyoshi Fujita, Yong Geng, Emiri Nagasawa; Realizing $ CO_{2} $ emission reduction through industrial symbiosis: A cement production case study for Kawasaki, Journal of Conservation and Recycling, Vol.54(10), pp.704-710, 2010

7) Tadanobu Nakayama, Tsuyoshi Fujita; Cooling effect of water-holding pavements made of new materials on water and heat budgets in urban areas, Landscape Urban Planning, Vol. 96(2), pp. 57-67, 2010

8) Xudong Chen、Yong Geng、Tsuyoshi Fujita；An Overview of Municipal Solid Waste Management in China、Journal of Waste Management、Vol.30、pp.716-724、2010

9) Zhu Qinghua, Yong Geng, Tsuyoshi Fujita, Shizuka Hashimoto; Green supply chain management in leading manufacturers: Case studies in Japanese large companies, Management Research News, Vol.33(4), 2010

10) Yong Geng, Bruce Mitchell, Tsuyoshi Fujita, Tadanobu Nakayama; Perspectives on small watershed management in China: the case of Biliu, International Journal of Sustainable Development & World Ecology, Vol. 17(2), pp. 172-179, 2010

11) Xudong Chen, Murray E. Haight, Yong Geng, Tsuyoshi Fujita; Managing municipal solid waste from a system perspective: a comparative study of Dalian, China and Waterloo, Canada Sustainable Development, Vol. 18(5), pp. 282-294, 2010

12) Xudong Chen, Fengming Xi, Yong Geng, Tsuyoshi Fujita; The potential environmental gains from recycling waste plastics: Simulation of transferring recycling and recovery technologies to shenyang, China. Waste Management, Vol. 31 (1), pp. 168-179, 2011
## くその他誌上発表（査読なし）>

特に記載すべき事項はない。

## （2） 口頭発表（学会等）

1）藤田壮、村野昭人、徐開欽、橋本禅；循環型水処理技術・政策の計画・評価システム、第11回日本水環境学会シンポジウム「環境再生のための分散型処理システムの意義とこれからの展望」、9月、2008

2）藤田壮、村野明人、徐開欽、橋本禅；循環型水処理技術・政策の計画・評価システム、第11回日本水環境学会シンポジウム「環境再生のための分散型処理システムの意義とこれからの展望」、9月、2008

3) 孫穎、藤田壮、高橋秀行；川崎市の産業レベルにおける環境効率指標の算出一エコタウンの評価に関する基礎研究一、第4回日本LCA学会研究発表会要旨集、pp.190-191、3月、2009

4）橋本禅、藤田壮、孫穎、若林涼；エコタウン技術の展開による中国産業拠点都市における循環経済の促進－大連市の一般廃棄物管理施策を事例として－、第4回日本LCA学会研究発表会、3月、2009

5) Xudong Chen、Tsuyoshi Fujita、Yong Geng; Integrating MSW Management with Manufacturing-A System Supporting Industrial Symbiosis of the Kawasaki Eco-Town-、第4回日本LCA学会研究発表会、pp.174-175、3月、2009

6）藤田壮、陳旭東、孫穎；エコタウンを中核とする資源循環の社会効果の評価システムの設計、第4回日本LCA学会研究発表会、pp.176-177、3月、2009

7) Tadanobu Nakayama、Sun Ying、Nguyen Cao Don、Tsuyoshi Fujita、Yong Geng; Assessment of simulated water resource and its relation to economic growth in urban city of northern China、Urban Environmental Pollution、6 月、2010

8）藤田壮、藤井実、平野勇二郎、陳旭東、大西悟：コベネフィット都市に向けた環境技術政策評価－川崎市における算定システム、環境科学会、9月、2010

9）藤井実、藤田壮、陳旭東、大西悟；有機系廃棄物の資源循環の効率化と地域循環圈の形成、第59回高分子討論会、10月、2010

10) Minoru Fujii, Tsuyoshi Fujita, Xudong Chen, Satoshi Ohnishi, Naohisa Yamaguchi; Efficient use of organic municipal solid waste in a sound material-cycle society, ISIE Asia-Pacific Meeting/ISIE MFA-ConAccount Meeting, 11月, 2010

11) Tsuyoshi Fujita、Minoru Fujii、Xudong Chen、Yong Geng、Satoshi Ohnishi；Strategic planning system for co-benefit eco-industrial developments and circular regions、ISIE Asia-Pacific Meeting/ISIE MFA-ConAccount Meeting、11月、2010

## （3） 出願特許

特に記載すべき事項はない。
（４）シンポジウム，セミナーの開催（主催のもの）

第7回 産業共生研究シンポジウム2010(平成22年11月5日～6日、川崎市産業振興会館のベ100名参加）他サブテーマ4でまとめて記載する。

（５）マスコミ等への公表・報道等

神奈川新聞（川崎版）；エコタウン成果共有へー市と中国・瀋陽ワークショップ互いの取り組み紹介 2008.9.26

(6) その他

特に記載すべき事項はない。
平成 25 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

# アジア都市における日本の技術・政策を活用する

# 資源循環システムの設計手法に関する研究

(3K113002)

平成26年3月

研究代表者

国立環境研究所 藤田 壮
補助事業名 環境研究総合推進費補助金研究事業（平成23年度～平成25年度）

所管 環境省

国庫補助金 135,262,000 円（複数年度の総計）

研究課題名 アジア都市における日本の技術・政策を活用する資源循環システムの設計手法に関する研究

研究期間 平成23年6月1日～平成25年3月31日

研究代表者名 藤田 壮 (国立環境研究所)

研究分担者 藤井 実 (国立環境研究所)

徐 開欽 (国立環境研究所)

珠坪 一晃 (国立環境研究所)

水落 元之 (国立環境研究所)

岡寺 智大 (国立環境研究所)

小林 拓朗 (国立環境研究所)

小野寺 崇 (国立環境研究所)

戸川 卓哉 (国立環境研究所)

蛻江 美孝 (国立環境研究所)

谷川 寛樹 (名古屋大学大学院)

加藤 博和 (名古屋大学大学院)

奥岡 桂次郎 (名古屋大学大学院)

韓 驥 (名古屋大学大学院)

吉田 登 (和歌山大学)

金澤 孝彰 (和歌山大学)

山本祐吾 (和歌山大学)

町村 尚 (大阪大学大学院)

松井 孝典 (大阪大学大学院)

## 研究協力者

大西悟（国立環境研究所）、陳旭東（国立環境研究所）、孫穎（横浜国立大学）、

大場 真（東京農業大学）、山口 直久（エックス都市研究所）、

千葉 俊彦（エックス都市研究所）、根本 康男（エックス都市研究所）
## 目次

総合研究報告書概要

本文

第1章 有機系循環資源のリサイクル技術調査と複合リサイクルシステムの評価
1.1 概要
1.2 有機系循環資源のリサイクル手法の技術調査
1.3 アジア地域に適合するリサイクルシステムの設計
1.4 アジアへの適用の検討
1.5 まとめ

第2章 アジア地域に適した有機性廃棄物処理技術の開発
2.1 中国農村地域における家庭用バイオガス施設の現状調査
2.2 無動力攪拌技術を用いた家庭用バイオガス施設の技術改善
2.3 無動力攪拌バイオガス施設の実装スケールにおける流体力学シミュレーション

第3章 アジア地域インフラデータベースの構築
3.1 研究背景と目的
3.2 研究方法
3.3 結果と考察

第4章 自然资源GISデータベースの構築と分析
4.1 自然資源GISデータベースのコンセプトと応用
4.2 中国遼寧省における自然資源データベースを利用したサービス収支分析
4.3 エクアドルにおける自然資源GISの応用
4.4 マクロ指標による自然資源需要予測モデルの開発
4.5 まとめと提言

第5章 都市排水の適正処理システムの開発
5.1 背景および実施内容
5.2 都市排水処理システムの現状
5.3 実証排水処理試験
5.4 まとめ

第6章 産業連関分析を用いた環境技術方策の移転効果の評価
6.1 研究背景と目的
6.2 研究方法
6.3 結果と考察

研究発表
論文発表
学会等発表
受賞

知的財産権の取得状況

研究概要図
英文概要
## 環境研究総合推進費補助金 研究事業 総合研究報告書概要

研究課題名：アジア都市における日本の技術・政策を活用する資源循環システムの設計手法に関する研究

研究番号 : 3K113002

国庫補助金清算所要額：135,262,000 円（複数年度の総計）

研究期間：平成23年6月1日～平成26年3月31日

研究代表者名：藤田壮（国立環境研究所）

研究分担者：藤井実（国立環境研究所）、徐開欽（国立環境研究所）、珠坪一晃（国立環境研究所）、水落元之（国立環境研究所）、岡寺智大（国立環境研究所）、小林拓朗（国立環境研究所）、小野寺崇（国立環境研究所）、戸川卓哉（国立環境研究所）、蛻江美孝（国立環境研究所）、谷川寛樹（名古屋大学大学院）、加藤博和（名古屋大学大学院）、奥岡桂次郎（名古屋大学大学院）、韓驥（名古屋大学大学院）、吉田登（和歌山大学）、金澤孝彰（和歌山大学）、山本祐吾（和歌山大学）、町村尚（大阪大学大学院）、松井孝典（大阪大学大学院）

## 研究目的：

国内自治体、企業および環境省との連携によって、日本の先進的な循環技術・制度インベントリを構築し、都市の特性に応じた技術パッケージを構築する手法を確立するとともに、社会実証を通じて、その高度化と検証を進める。国内の資源循環・リサイクル技術フローの分節化と再構築による「リエンジニアリング」プロセスと、技術の運用効率を高める社会制度パッケージの定量的設計プロセスを構築する。そのうえで、アジアの具体的なモデル都市を定めて、中国科学院および都市行政機関等との連携で地域の産業・廃棄物の発生分布と環境基盤施設の整備、政策情報を含む循環経済都市データベースと、技術・制度シミュレーションモデルを構築し、都市や地域での社会実証によりシステムの高度化と実用性向上をめざす。地域の循環特性に応じた実現ガイドラインを構築し、アジア都市への汎用化を進めることで、国内事業者への還元を図り、早期の技術普及・事業展開の支援を目指す。

## 研究方法：

アジアの資源循環を支える技術・施策調査とシステム設計、計画や導入効果算定の基礎となるデータベース構築、事業を推進するための実証研究やシナリオ分析を行う各サブテーマについて研究を実施した。
### 1. 国内循環技術・施策の定量的インベントリ構築とリエンジニアリング分析

### 1.1 有機系循環資源のリサイクル技術調査と複合リサイクルシステムの評価

経済成長の著しいアジアの諸都市における循環型社会の構築に資するため、既に実施されている廃プラスチックや古紙などの高品質なマテリアルリサイクルに加え、組織的な分別収集を前提に、ある程度品質の高い有機系循環資源（混合プラスチックや雑紙）を、素材産業や火力発電所等の既存炉を活用して高効率・低コストでリサイクルする「スマートリサイクル」推進の検討を行う。その際重要となる、分別後の低品質の有機系循環資源やアジア地域の厨芥の割合が高く含水率の高い廃棄物の高効率活用を行うため、複合型リサイクル・処理システムを検討し、日本国内の循環技術のリエンジニアリング（再構築）のための情報収集を行うとともに、その効果を試行的に評価した。また、動脈産業の更なる積極的活用に関する検討を行い、アジア諸国における課題を整理した。これらの研究成果に基づき、アジア地域への環境産業地区設計ガイドラインを作成して藩陽市政府と共有した。

### 1.2 アジア地域に適した有機性廃棄物オンサイト処理技術の開発

アジア農村家庭で普及しているオンサイトの有機性廃棄物バイオガス化施設の調査を実施し、普及状況・技術特性等を整理して技術的な課題を明らかにした。とくに、固形性有機物の沈殿・蓄積および原料投入口付近の負荷集中が主要な問題であることから、発酵生成ガスによって引き起こされるサイフォン現象を利用した無動力の攪拌機構を有するバイオガス装置を開発した。まず、10 L のミニチュアスケールの装置（無動力攪拌機構ありの装置とそれがない装置の2系列）を用いて実験室内で約1年に及ぶ連続処理実験を行った。

### 2. アジア拠点都市の循環経済 GIS データベースの構築

### 2.1 アジア地域インフラデータベースの構築

藩陽市と遼寧省の住宅部門の建築廃棄物の年間発生量について、住宅延床面積に廃棄率を乗じることで推計する。藩陽市と遼寧省において、1978年から2012年までの間に建てられた住宅延床面積の集計より、年間にマテリアルストック純増の推計方法は、式3-1を用いて推計した。

$$ \Delta M S_{i}^{t}=\Delta A^{t}\cdot I_{i}^{t} $$

ただし、i: 建築資材種 {セメント、コンクリート、ガラス、土沙、木材など}、t: 時間[年]、 $ \Delta A $ : 着工住宅延床面積 $ [m^{2}] $ 、I: 物質投入原単位 $ [kg/m^{2}] $ 、である。

建築物の廃棄率曲線は、瀋陽市鉄西区ケーススタディエリアの廃棄量より以下の式で推計した。また、それを用いて瀋陽市と遼寧省の建築廃棄物量を検討した。

$$ W_{i}^{t}=\sum_{\tau}\Delta M S_{i}^{t}\times N $$

$$ N=\frac{K}{1+a\cdot\exp\left(-bx\right)} $$
ただし、W：住宅廃棄物量 $$ t $$ 、N：建築物の廃棄率、x：建築物の築年数、K：飽和定数、a、b：関数の係数、である。

現地調査(Yuan and Fan, 2012)から中国における建築廃棄物のリサイクル率は5%に至っていないが、日本および韓国の建築廃棄物のリサイクル率は95%を上回っている。そこで、中国は循環型社会を目指し日本および韓国の建築廃棄物リサイクル技術を導入すると仮定した。および日本最大級の建築廃棄物中間処分所の処理能力は毎日1千トンに相当する（約365トン/年）。例えば、東京でのリサイクル一ペア会社は日本最大級の建築廃棄物中間処分所として、石処理機およびコンクリート処理機などの先進処理設備を備えている。これらの機械は同時に処理作業をすると、毎日960トンの建築廃棄物処理ポテンシャルがある。

中国の将来推計において、これらの先進的な中間処分所を建設し、リサイクル率を高めたケースについて推計を行った。

### 2.2 自然資源 GIS データベースの構築と分析

アジアの大都市において、都市周辺の自然を含む資源循環システムの拡張は検討に値する。生態系プロセスモデルと連携した自然資源 GIS データベースを構築し、地域循環創出施策においてこれを用いた資源需給分析の有効性を示すことを目的とした。ケーススタディとして、①中国遼寧省における森林バイオマスおよび水資源需給、②エクアドルにおける農業残渣のバイオエタノール利用、③日本におけるバイオマス需要予測を実施した。①は生態系プロセスモデル Biome-BGC によって森林バイオマスおよび水資源供給ポテンシャル分布を推定し、サービス充足指数（SSI）を用いて需要と比較した。②は農業残渣収量をBiome-BGC によって予測し、LC- $ CO_{2} $ によって最適なバイオマス利用計画を策定するとともに気候変動による $ CO_{2} $ 削減効果の影響を評価した。③は社会のマクロ指標からバイオマス・水・土地資源需要を予測するモデルを作成し、自給率を変化させたシナリオによる資源の内部循環度の変化を評価した。

### 3. 拠点都市の資源技術施策シナリオの設計と社会実証展開

#### 3.1. 都市排水の適正処理システムの開発

都市における排水処理システムは、水環境保全や衛生設備としての観点から重要なインフラである。開発途上国では、主に経済的な理由から、水環境保全や衛生学的な安全性確保に寄与する排水処理システムの普及が遅れている。特に人口密集地域においては未だに水環境汚染が生じており、エネルギー消費が少なく、維持管理容易な適地型排水処理システムの開発と展開が必要となる。本研究では、バンコク（東南アジアの典型的な都市として選定）を対象として都市排水処理の現状について調査を行った。また調査の結果を踏まえ、都市排水の分散・省エネルギー処理に対応可能な適地型処理システム（高度好気性栄養床）を用いた都市下水の実証処理試験を行った。
### 3.2 産業連関分析を用いた環境技術方策の移転効果の評価

中国地区投入産出表（42部門，2002・2007年版），中国能源統計、中国鋼鉄工業年鑑をもとに環境技術方策の移転効果についての評価フレームを構築する。これをもとに中国の主要鉄鋼生産5省（河北省、遼寧省、山西省、河北省、江蘇省）を比較対象として、化石燃料エネルギー消費原単位の推移を分析し、レオンチェフ逆行列を求めて鉄鋼部門における誘発CO $ _{2} $ （カーボンフットプリント）の下流側産業への前方連関（Forward linkage effect），上流側産業への後方連関（Backward linkage effect）の変化を分析する。次に今後導入が期待される、乾式消火技術（CDQ）、炉頂圧発電技術（TRT）、転炉ガス回収技術(BOF)、廃プラ高炉還元(WPRCO)、下水汚泥の高炉吹込(SSRBF)の省エネ・低炭素技術方策を抽出し、これらを遼寧省の鉄鋼部門に対して適用した場合の省内外、地域間、国内外での誘発CO $ _{2} $ 削減効果について分析、評価を行う。

## 結果と考察：

### 1. 国内循環技術・施策の定量的インベントリ構築とリエンジニアリング分析

### 1.1 有機系循環資源のリサイクル技術調査と複合リサイクルシステムの評価

食品廃棄物および下水污泥のリサイクル技術として乾燥燃料化、炭化、メタン発酵技術を対象としてインベントリ調査を行い、技術の概要、導入実績、プロセスの物質収支およびエネルギー収支等を整理した。また、下水污泥処理プロセスの違いによる消費エネルギーの違いを整理した。

混合プラスチックや雑紙類の産業での原燃料利用を大幅に拡大する、スマートリサイクルの推進には、発生源での分別収集が重要な要素となるが、環境省、藩陽大学等と共同で行ったプラスチックの分別収集実験では、環境教育と、分別区分の分かり易い表示によって、適切な分別が実施されることが確認された。

アジア地域では一般廃棄物中の厨芥類の割合が高く、また高品質な循環資源を分別して利用した際には、残りの低品質な廃棄物の処理が必要となる。これら低品質な廃棄物からも高効率で電力を回収する仕組を提供する、循環技術のリエンジニアリングの一事例として、焼却・メタン発酵の複合発電システム（図（概要）1）について、プロセス設計に基づく評価を行い、全量焼却する場合や、メタン発酵・発電と焼却・発電を個別に行うケースと比較して、より多くの電力を生産できることが示された。厨芥の割合によって、全量焼却と比較して、25%～30%売電量が増加する結果となった。アジア地域でのリサイクルの高度化にとって、有効な技術となり得ると考えられる。

これらの成果に基づき、循環型社会形成にむけて、動脈側と静脈側の産業システムと都市の循環政策とが連携する循環圏システムを設計する方法論を構築し、アジア地域に適合する資源循環の技術・政策パッケージの作成、循環経済都市の設計・評価のためのデータベースの構築、環境産業地区設計のためのガイドラインを作成して、藩陽市政府と共有した。
図（概要）1 焼却・メタン発酵複合発電システムの概略（本文中図1-7の再掲）

### 1.2 アジア地域に適した有機性廃棄物オンサイト処理技術の開発

実験結果から、無動力攪拌機構を有する装置は、それがない装置と比較して許容有機物負荷の約倍程度の上昇、原料中の有機物成分の沈殿蓄積の回避、10～20%のメタン化率上昇の3つ点で優れた性能が得られることが明らかとなった。次に、無動力攪拌リアクターの実装を想定したデザインの確立を目的として、流体力学シミュレーションを用いた室内装置と実装装置との流体挙動の比較と、攪拌強度を決定すると考えられるサイフォンU字管の長さによる影響を検討した結果、実装スケールの装置においても、サイフォンによる十分な攪拌と沈殿破壊が期待できる事が示唆され、またデザインに際しては、攪拌強度を決定づけるU字管の長さが重要であることが明らかとなった。
### 2. アジア拠点都市の循環経済 GIS データベースの構築

### 2.1 アジア地域インフラデータベースの構築

藩陽市鉄西区の建物廃棄曲線の利用により、2013年から2020年までの廃棄物量を推計した。累積した廃棄物量は2013年に72百万トンをベースとして、4%の増加率で2020年には94百万トンに達した。将来にわたって、年間の発生廃棄物量の増加率はほぼ同じであり、年間の発生廃棄物量は約3.1百万トンであった。特に、2020年に発生する廃棄物量としては3.3百万トンになると予想される。遼寧省の建築廃棄量については、累積した廃棄物量は2013年の730百万トンをベースとして、3%の増加率で2020年は902百万トンに達した。将来における年間に発生する廃棄物量の増加率はほぼ変化せず、年間の発生廃棄物量は約24.6百万トンである。特に、2020年の発生廃棄物量は24.9百万トンに上ると推計された。

また、先進的中間処分所を仮定した場合、2020年の藩陽市について3.3百万トンの住宅廃棄物を処理するには、10カ所の建築廃棄物中間処分所(処理能力：960トン/日)が必要であることが示された。同様に2020年の遼寧省については、24.9百万トンの住宅廃棄物を処理するには、71カ所の建築廃棄物中間処分所(処理能力：960トン/日)が必要であることが示された。

### 2.2 都市排水の適正処理システムの開発

ケーススタディの結果、①中国遼寧省における森林バイオマスおよび水資源需給では、地域によってバイオマスおよび水資源の需給バランスが大きく異なり（図（概要）2）、地域ごとに望ましい資源管理が異なること、バランスが異なる地域間連携が有効であることが示された。②エクアドルにおける農業残渣のバイオエタノール利用では、サトウキビ残渣の利用によるCO₂削減効果が高かったが、気候変動による収量変化は原料選択に影響を与え、削減効果が複雑に変化した。③日本におけるバイオマス需要予測では、経済・人口などの指標による需要予測モデルを作成し、木材よりも食糧自給率を高める施策が、内部循環度をより高めることが示された。
b)

図（概要）2 遼寧省の県別森林資源サービス充足指数（SSI）a）バイオマス、b）水資源（本文中図4-4の再掲）

### 3. 拠点都市の資源技術施策シナリオの設計と社会実証展開

### 3.1 都市排水の適正処理システムの開発

バンコクにおける都市排水処理システムの現状把握を行い、その排水処理状況や消費エネルギー（電力）に関する調査を実施した。その結果、現状の大規模処理施設は下水道の污水収集性能が不十分（低流入有機物濃度）のため水質汚濁防止への効果は低く、その低い汚濁負荷とスケールメリットから下水1 m³処理当たりの電力消費は少なかった。一方、分流下水を処理する小規模下水処理施設は、污水の効率的な収集と処理（汚濁防止）という点で非常に有効であるが、運転に伴う電力消費や余剩汚泥の発生量が大規模処理施設と比較して多いため、維持管理費用の削減の観点から、消費電力や余剩汚泥の削減を達成することが技術普及の鍵と考えられた。

現地における高度好気性ろ床の合流下水（低有機物濃度、大規模処理場）、分流下水（高有機物濃度、小規模処理場）を供した実証排水処理試験の結果、実証技術は既存の好気性排水処理（活性污泥法、OD法）と同等の処理水質を維持しつつ、短い処理時間（省スペース，建設費削減）で、大幅な電力消費の削減（50～85%）、余剩污泥の削減（77～89%）が達成できることが実証された。バンコク首都圏庁(BMA)では、即効的な汚染対策として集合住宅排水を処理する小規模処理施設（排水量1,000～2,000 m³/day）への開発技術の導入についての検討を開始しており、今後のBMAの下水道整備計画のマスタープランへの反映が見込まれる（図（概要）3）。
図（概要）3 都市排水の実証処理試験の概要と処理性能

### 3.2 産業連関分析を用いた環境技術方策の移転効果の評価

鉄鋼産業への資源循環、低炭素技術導入による誘発 CO₂ 削減効果を分析した。まず粗鋼トン当たりのエネルギー消費原単位の推移を分析した結果，1990 年代後半以降の省エネ・低炭素化が顕著であるものの近年でも中国国内にはまだ大きな削減余地が残されていることが明らかになった。次に、カーボンフットプリントの 2002 年と 2007 年での時系列変化の要因分析を行った結果、遼寧省と山東省では建設産業から、遼寧省では一般機械と電気機械からの CO₂ 誘発量の変化が大きいことから、産業クラスタを考慮に入れた資源循環や低炭素技術施策が有効であることが示唆された。また、5 つの環境技術の中では、廃プラ還元技術と乾燥污泥高炉吹き込み技術の削減効果が大きく、日本の先導技術であるこれらの環境技術移転のポテンシャルの大きさがうかがわれる結果となった。地域的には、各省の産業構造を踏まえ、山東省では廃プラ還元技術の効果が大きく、河北省と山西省は乾燥污泥高炉吹き込み技術の効果が大きい、など省ごとに異なる削減構造の違いが明らかとなり、各地域に導入が効果的な技術を明らかにすることができた。さらに、地域を超えて及ぼす誘発 CO₂ 削減効果を分析した結果、特に内陸部の中央中国（Central China）、北西中国（North West China）、南西中国（South West China）への低炭素技術導入は沿海州地域に対して大きな誘発 CO₂ 削減の効果をもたらしていることが分かった（図（概要）4）。
図（概要）4 各省鉄鋼業への省エネ・低炭素技術導入による誘発 CO₂ 削減効果（本文中図 6-10 の再掲）

## 環境政策への貢献：

経済発展の著しいアジア地域において、外部要因の変化に対しても頑強で、廃棄物の特性を活かし、既存施設を活用して高効率・低コストのリサイクルの実施と、厨芥類などを多く含む低品質な廃棄物からも高効率に発電するシステムの設計・評価方法は、アジア地域の廃棄物政策に貢献するものであると考えられる。

- 中国都市内のマテリアルストックの蓄積傾向が明らかになることにより、今後の建設系排出物の処理対策の検討を行うことが可能になる。

- バンコクを対象として既存都市排水処理の現状を調査した結果、下水道における汚濁負荷の収集能力不足や、処理場の多大な電力消費など、開発途上国において下水処理システムの普及を妨げる要因を明らかにした。また高度好気性ろ床による現地処理試験を行い、その優れた排水処理性能と省エネルギー性能を実証した。本成果は、下水処理システムの普及が進んでいない地域や水環境汚染が深刻な地域での機動的な分散処理技術導入の一案として、排水処理システムの整備計画等に貢献する見込みである。

社会経済の発展が著しい中国では、動脈産業技術装置の導入拡大が見込まれるため、動脈産業部門に対して日本の環境・資源循環技術を適用することが効果的である。その際、消費側の地域は鉄鋼生産地への低炭素技術導入に伴い、自らの最終需要が域外に誘発させている $ CO_{2} $ が削減される便益を受ける。低炭素技術の導入には大きな投資が必要となることから、その費用負担を考えていく環境政策の適用の際には、このようなカーボンフットプリントの情報が資するものと考えられる。
## 研究成果の実現可能性：

アジアでの効率的かつ経済的な有機系一般廃棄物の資源循環・処理システムの構築に向けて、素材産業活用型のリサイクルと、それを補完するために、要素技術を組み合わせるリエンジニアリングによる、焼却・メタン発酵複合発電システムについて検討を行った。いずれの実施にも市民の分別収集への参加が鍵となるが、藩陽大学での分別実験の成功は、実施可能性を示唆している。また、複合発電システムは含水率の高い廃棄物からも効率的に電力生産できることが評価された。類似のシステム構成を持つ施設が建設中であることから、普及する可能性は高いと言えるが、その機能を発揮させるためには、有機系一般廃棄物全体を俯瞰して、適材適所でのリサイクルを可能とする制度設計が求められる。

- 構築した 4dGIS データベースは中国国内での物質の蓄積特性を定量化することにも有効であることを示した。より現実に即した廃棄物政策を実現するためには最近 10 年間のより細かいデータベースを構築する必要があることが分かった。

都市排水の適正処理システムは、現地の大規模処理場（合流下水、低有機物濃度）および小規模処理場（分流下水、高有機物濃度）に高度好気性ふ床を設置し、都市排水の処理試験を通年で実施することで、その優れた排水処理性能を実証した。加えて、運転に伴う消費電力や余剩污泥の発生量を評価した結果、既存の排水処理システムと比較して57〜85%の電力消費削減、77〜89%の余剩污泥の削減という、優れた性能を示した。その優れた維持管理性や経済性から開発途上国における機動的な排水処理技術として普及する可能性は高いと考えられる。

日本の鉄鋼産業では一般的な乾式消火技術、炉頂圧発電、転炉ガス回収技術に加え、廃プラ高炉還元、下水污泥の高炉吹込技術の適用による誘発$\mathrm{CO}_{2}$削減量を評価した。対象となる産業分野において先進的な省エネルギー・環境技術を世界的に採用することで当該の産業からの排出量を削減する戦略であるセクトラル・アプローチにおいて、本研究の知見は、導入効果の高い地域を選ぶ情報として活用が期待される。

## 結論：

循環技術のアジア展開に必要となる、大規模および小規模分散型の各技術の調査を実施した。また、これらの技術を組み合わせて複合効果の得られるシステムの設計を行い、その効果を試算し、効率的なリサイクルが実施可能なシステムとなることを確認した。日本のリサイクル技術と親和性の高い、ごみの分別収集に関する実証実験を行い、環境教育の効果も確認した。

無動力攪拌機構を有するオンサイトの有機性廃棄物バイオガス化装置は、それがない装置と比較して許容有機物負荷の約倍程度の上昇、原料中の有機物成分の沈殿蓄積の回避、10〜20%のメタン化率上昇の点で優れた性能が得られることが明らかとなった。

• 作成した藩陽市鉄西区の建物廃棄曲線の利用により、2013年から2020年までの廃棄物量を推計した。住宅廃棄物を処理するには、建築廃棄物中間処分所(処理能力：960 ト