分散型排水処理の研究分散型排水処理の研究 · 1.3 研究の目的と意義 z技術の面...

分散型排水処理の研究分散分散型排水型排水処理の研究処理の研究

清華大学環境科学と工程学部

環境管理と政策研究所

常杪・斉瑶

2007年11月20日 重慶

清華大学環境科学と工程学部

環境管理と政策研究所

常杪・斉瑶

2007年11月20日 重慶

内容

第一部分: 研究概述

第二部分: 分散型処理の必要性

第三部分: 技術比較

第四部分: 初歩的普及案

第一部分: 研究の概述

1.1 研究の背景

1.2 問題意識

1.3 研究目的と意義

1.4 研究の対象

1.5 研究手法と技術

1.1 研究の背景1.1 研究の背景

社会経済の発展、人民生活レベルの向上と生活方式の転換により、我が国の郷鎮と農村地区の生活排水に新しい特徴が現れた。

郷鎮と農村の生活排水量が増大

集中的な生活排水

生活排水の農地での利用が減少

未処理の下水の直接排出による水質汚染が厳重

1.2 問題の意識1.2 問題の意識

欧州と米国では20％～30％の人口が分散型下水処理施設を使用し、日本では31％の人口が浄化槽を利用し生活排水を処理している。中国の農村人口は総人口の79％～80％を占めるが、この部分の人口の生活排水は適当な処理が行なわれていない。中国は都市化率が低いため、分散型処理を必要とする比例はもっと高くなる。

都市の下水処理だけに注意を払い、農村排水の随意な排出を無視したのでは、我が国の水質汚染の現状を改善することは不可能である。

農村

小都市

大都市

使用地域

本研究の対象0<0.3分散型処理

大都市の実績を参照

<10%0.3~10中小型集中処理

52%>10大型集中処理

備考下水処理率処理規模

(万トン/日)

処理パターン

我が国の下水処理レベル

1.3 研究の目的と意義1.3 研究の目的と意義

技術の面既存の下水分散型処理技術を比較・分析し、国外の先進技術を導入する。

地域の人口、経済、地理的差異に基づき、 も適切な下水分散型処理技術を選定する。

政策サポートの面関連の政策法規を制定し、全国的範囲内で分散型処理技術を普及する。

分散型処理の実施は、中国の郷鎮の水環境問題を有効的に緩和し、農村の面源汚染を抑制し、重点流域を保護することが出来る。

1.4 研究の対象1.4 研究の対象

重点流域内の村・鎮

農村の集中的集落

管路が整備していない或いは整備計画していないコミュニティ、病院、学校

観光地

地理的位置の特殊な地区

重点流域「十一五」水質汚染防止計画の規定に基づき、淮河、海河、遼河、松花江、三峡ダム区及びその上游、黄河流域、松花江流域、珠江流域、南水北調東線、太湖、滇池、巣湖を流域水質汚染整備の重点とする。この11重点流域の流域面積は全国の39％を占め、人口は63％、GDPは約全国の66％、水資源量は約全国の48％、排水量は全国の約76％を占める。

84%68%76%48%63%39%比例

154.85918.15335.313207.4712802873736355合计

海河、淮河、黄河流域範囲と交差地区南水北調東線

50145.647.3431434415383790000三峡ダム区と

その上流

28.6211.887472313529756577814珠江

9.366.116.314926885669556000松花江

15.84111.225.670745310700795044黄河

2.377.43.74.950687713486巣湖

1.094.42.45.54822202920滇池

1349.1531.61772276359836895太湖

6.6558.323.34988325373314146遼河

12.4105.841.291642616500330009淮河

15.6158.456.937079212211320041海河

都市アンモア窒素排出量(万トン)

都市COD排出量

（万トン）

都市排水量(億トン）

水資源量(億トン)

一人当たりのGDP(元／人)

人口（万）

流域面積（km2）

流域名

出典：重点流域水質汚染防止『十一五』計画のために編制した技術細則｣

天津：海河流域、分散住宅区、北方、冬の気温が低く、收入レベルが高い

河北白洋淀：海河流域、観光地、北方、冬の気温が低く、收入レベル

が低い

重慶：三峡ダム区とその上流、南方、冬の気温が高く、経済の発展が迅速

調査研究サイトの選択

1.5 研究手法と技術1.5 研究手法と技術

• 研究手法：

本研究で採用する研究手法は主に下記の数種類であ

る。文献の調査研究、国内外の学術文献と政策法規文献を含む。専門家のヒアリング、国家環境保護総局の関連法規と政策研究の専門家、日本の浄化槽技術と管理の専門家を含む。現地調査、重慶、河北、天津などの成功した実例、アンケート調査などの手法で、住民のニーズと支払い意思を把握し、地元政府の関係部門と交流し、実際の経験を取得し、文献の不足を補う。会議での討論、関連分野の各方面の学者或は実践者の意見を綜合する。

制定分散处理的政策

规

划

标

准投融

资

建设运营体

制

管理与政策保

障

文献调研

技术列

表

应用情

况

对应

净化沼气池

氧化沟

SBR

净化槽

分散处理必要性研

究

技术筛选及配对结

果

建立示范工程项

目

产业政

策

配

套

日方专家推荐技术

重点参考

第二部分: 分散型処理の必要性第二部分: 分散型処理の必要性

分散型処理の必要性分散型処理の必要性

• 計算目標：分散型処理のCOD除去に対する寄与率• 計算公式

• 計算に必要なバロメータ：農村人口、一人当たり一日の用水量、農村排水の水質、CODの除去率

CODCOD COD分散处理去除的 的量

贡献率＝已统计的城市污水中 的总量＋未统计的农村地区 的排放量

COD365 COD× × × ×

分散处理去除的 的量

＝农村人口 人均日用水量 污水中 浓度 去除率

COD365 COD× × ×

未统计的农村地区 的排放量

＝农村人口 人均日用水量 污水中 浓度

計算バロメータの選定計算バロメータの選定

• 農村人口

県クラス行政区人口数の統計に基づき計算0.76三峡ダム地区とその

上流

ネットワーク調査0.69珠江

0.7松花江

0.7黄河

県クラス行政区人口数の統計に基づき計算0.71巣湖

県クラス行政区人口数の統計に基づき計算0.88滇池

県クラス行政区人口数の統計に基づき計算0.45太湖

0.7遼河

県クラス行政区人口数の統計に基づき計算0.82淮河

ネットワーク調査0.64海河

データ源農村人口比例流域の名称

注：農村人口比例が獲得できない流域に対し、農村人口が総人口に占める比例の70％とした

データ源：｢中国農業発展銀行統計年鑑2004｣「重点流域水質汚染防止『十一五』計画に基づいて編制した技術細則」

計算バロメータの選定計算バロメータの選定

• 一人当たりの一日用水量

2.3~2.1100~140140~1805

2.3~2.1120~160150~1904

2.3~2.1110~150140~1803

2.3~2.1100~140140~1802

2.3~2.190~125130~1701

時間变化系数平均一日用水量(L)高一日用水量(L)地区

下の表を参照20％水洗トイレとシャワーのあるユーザー3

上述3の半分50％水洗トイレはあるがシャワー設備のないユーザー

2

この種のユーザーは研究範囲外で、計算時考慮せず

30％水洗トイレのないユーザー1

用水量比例ユーザー類型

地区の説明：1：黑龍江、吉林、内モンゴル、遼寧の大部分、河北、山西、陝西北部の一部分、寧夏東部の一部分。2：北京、天津、河北、山東、山西、陝西の大部分、甘粛、寧夏、遼寧南部、河南北部、青海東部と江蘇北部の一部分3：上海、浙江、江西、安徽、江蘇の大部分、福建北部、湖南、湖北東部、河南南部4：広東、台湾、広西の大部分、福建、云南南部5：貴州、四川、雲南。

慎重のため、計算の際に平均一日用水量の下限値を使用した

データ源：王琳, 王宝貞. 『分散型下水処理と再利用』 化学工業出版社, 2003.

バロメータの選定バロメータの選定

• 農村排水の水質その他流域のデータの取得が難しいため、太湖流域の

農村住民の生活排水の水質を流域全体の計算基準とした。

本研究で列挙した参考技術は処理率の平均値を選定

• CODの除去率：80％

200545400平均値

100～3003～630～50200～500範囲

SS(mg/L)TP(mg/L)TN(mg/L)COD(mg/L)項目

注：計算する際は平均値を選定するデータ源：｢高度処理浄化槽構造の設計と維持管理の指針｣

計算の例計算の例

海河流域を例とする総人口：12211万人

農村人口：12211×0.64=7815万人

用水量：120L/d, 20%; 60L/d, 50%

排水のCOD濃度：400mg/L

CODの除去率は80％

統計済み都市のCODの年間排出量は158.4万トン

9

COD8547.7 (120 0.2 60 0.5) 400 10 365 67.39−× × + × × × × =

农村 年排放量

＝ 万吨

COD 67.39 0.8 = 53.91×农村 年处理量＝ 万吨

53.91COD 100% 23.88%67.39 +158.4

× =分散处理对 的贡献率＝

31.0145.615383三峡ダム区とその上流

26.9918.1580287総合

18.1211.89756珠江

24.266.15669松花江

27.7111.210700黄河

33.47.4877巣湖

25.34.4220滇池

18.649.153598太湖

25.458.35373遼河

41.0105.816500淮河

22.4158.412211海河

分散型処理のCOD除去に対する寄与率

（％）

統計済み都市のCOD排出量（万トン/

年）

人口（万）

流域名

計算結果

当該計算方法の問題点当該計算方法の問題点

• 各流域が含む行政区画は的確ではない。したがって、農村人口が総人口に占める比率も精確ではない。

• 一人当たり一日用水量の選定は各種ユーザーの占める比率が詳しくなく、推定データである。

• 排水水質データは太湖流域のものだけで、その他流域はいずれも太湖流域のデータをもとに近似計算したものである。

• 各技術のCOD除去率は異なり、ここでは地域ごとで使用する技術が不確定なため、割と保守的に80％とした。

• 流域周辺の村・鎮の排水に含まれるアンモニア窒素の含有量のデータが分からないため、本研究ではアンモニア窒素の排出削減の寄与に対しては設計しなかった。

第三部分: 技術の比較第三部分: 技術の比較

浄化メタンガス池

浄化槽総合システム

人工湿地減速砂ろ過地表溢流

安定池膜－生物反応器

活性汚泥法ｵｷｼﾃﾞｰｼｮﾝﾃﾞｨ

ｯﾁ法SBR反応器生物膜法

曝気生物ろ過池

糞尿池Imhoff池初沈殿池

土壌水域新技術伝統技術

自然システム人工システム

主体処理技術

初級処理技術

段階別処理

比較バロメータ

機能、除去率

建造費、建設周期

運営管理費

技術的要求

中水の再利用が可能か否か

汚泥の発生量

1 浄化メタンガス池1 浄化メタンガス池

紹介：糞尿消化池とメタンガス池の基礎に発展し、排水に対し一定の処理効果があり、しかも、メタンガスの回収ができる。農業部が力を入れ普及する技術

である。

長所

動力、設備の節約

土地の節約

運転が安定

寿命が長い

汚泥の発生量が少ない

メタンガスの利用が可能

欠点

処理水の水質が基準に達成しない

アンモニア窒素の除去効果が良くない

メタンガスが完全に利用できず、メタンガスを直接排出して大気を汚染

する。

2 人工湿地2 人工湿地

紹介：主に植物、微生物、充填剤間の相互作用によって実現し、物理、化学、生物作用を総合的に利用して水質の改善を実現する。

長所

建造費が安い

管理が容易な受動システムである

BODとSSに対する除去率が高い

環境にやさしい技術

缺点：

一般的に承認されたバロメータに欠ける

潜流型システムはSODとSS以外の項目の除去率に対し不明

3 地表溢流3 地表溢流

紹介：地表溢流の下水処理は下水の浸透作用によるものでなく、沈殿とろ過作用によって完成する。排水が斜面に沿って流れるとき、排水中の不溶解性汚染物が沈殿し、溶解性有機物は土壌と植物の表面に付着し、一連の生物化学反応によって分解を実現する。

長所

有機物含有量の高い排水の処理に適している

処理効果は良好

運営管理が簡単で安価

排水中の栄養物質と水資源を利用して植物の栽培ができ、経済効果をもたらす

この方法は土壌性質による制限が も小さい

欠点

この方法の利用は気候、勾配及び植物の排水に対する耐受程度の制限を受ける

湿気と低温条件下での使用に適さない

処理率は植物種類の影響を受ける

消毒の段階を増設する必要がある

4 減速砂ろ過4 減速砂ろ過

紹介：排水は表面灌漑とスプリン灌漑を経て、垂直に緩慢に浸透し、その上に農作物を栽培する。当該システムは排水の水分と栄養成分を充分利用し、尚且つ、土壌―微生物―農作物の複合システムを借りて排水を浄化する

長所

建造費が安い

エネルギー消費が低い

運営管理の技術的要求が低い

処理水の水質が良く、遅延曝気と安定池システムより優れている

運転が安定し確実で、作業員の技術レベルの影響を受けない

処理効果の向上が可能

缺点：

土地に対する一定の需要量がある

オープン式システムは時折悪臭を生ずる

適切な濾過材が地元でなかなか入手できない。

5 安定池5 安定池

紹介：安定池は好気性池、嫌気性池、兼性池、曝気池などが含まれる。

池中の安定した生物システムで排水を処理する

長所

運転技術が低い( も顕著な長所)

運営コストが低い

技術改造が簡単に出来る

汚泥の処理は10～20年一度で済む

欠点

敷地面積が大きい

連続運転の兼性池は夏に建て替えしなければ、処理水の基準に満たせない

地下水の水質に影響する可能性あり

多くの改善技術の適用性は実証していない

6 遅延曝気活性汚泥法6 遅延曝気活性汚泥法紹介：当該方法の特徴は低有機負荷と長停留時間である。遅延曝気の活性汚泥は内源呼

吸期にあり、一部の微生物細胞は自らが消費し、処理水の水質を良好にする

長所

他の活性汚泥法に比べ、汚泥の発生量が低い。

処理水の水質が良好

敷地が小さく、集成式反応器の取り付けが簡単

システムの確実性が強い

一定の耐衝撃性がある

建設費が相対的に安い

欠点

自然システムと比較してエネルギー消費が大きい

運営管理が割と複雑で、管理者に対する技術要求が高い。

負荷の変化或は操作管理が適当でないと処理水の水質が落ちる

冬季の使用に適さない

汚泥の膨化は二次沈殿池の沈殿効果に影響する。

二次沈殿池の汚泥が浮き上がることがある（反硝化）

送風系統の騒音と汚泥の悪臭

7 点滴ろ過池7 点滴ろ過池

紹介：点滴濾過池は微生物付着生長の処理システムである。配水システムが 初沈殿した汚水を間欠的に不活性媒質の表面に配布し、これら不活性媒質の表面に生長する微生物が、排水中の有機物の分解に主な役割を果たし、付着生長の微生物は、一定の時間を経過した後脱落し、二次沈殿池を設置して、処理水と脱落汚泥を分離する。

長所

処理水の水質が安定的

システムの構造が簡単

建造費が安い

システムに硝化機能がある

欠点

初沈殿池が必要

水配布システムに水ポンプが必要

悪臭あり

運転管理は一般的レベル、技術者に対する要求が高い

8 曝気生物ろ過池8 曝気生物ろ過池

紹介： 濾過池にある粒状の充填材を担体とし、濾過池の中で曝気する。濾過材に付着する生物膜の高濃度の活性微生物強酸化分解作用及び濾過材の粒が小さいと言う特徴を利用して、微生物の生物代謝、生物凝集、生物膜と充填材の物理的付着と堰止め及び反応器内の水流方向に沿った食物チェーンの段階別捕食作用を十分発揮し、汚染物の効率的除去を実現すると同時に、反応器内の好気、酸素欠乏エリアを利用し、脱窒、脱リンの機能を実現する。

長所

敷地面積が小さく、基礎建設の投資が少ない

処理水の水質が良く、SSは10mg/L以下

酸素の伝送効率が高く、曝気量が小さく、酸素供給の動力消費が低い

耐衝撃負荷能力が強く、低温に強い

膜が掛け易く起動が早い

曝気生物濾過池はモジュール化構造を採用し、後期の改築、拡張に便利

欠点

流入水のSSに対する要求が高く、出来れば60mg/L以内に

水のロスが大きく、生物曝気池の一回毎水のロスは1~2mである

曝気生物ろ過池技術は反水洗作業中、短時間内の水力負荷が大きく、反水洗放流水の 初沈殿池への直接回流は、 初沈殿池に大きな衝撃負荷を与える。

9 オキシデーションディッチ法9 オキシデーションディッチ法

紹介：オキシデーションディッチ法は遅延曝気活性汚泥法の一種の変形で、クローズドループである。オキシデーションディッチの形は通常楕円形で、一つ以上のクローズドルーブから構成され、その後に二次沈殿池と消毒システムが続き、普通は 初沈殿池を使用しない。ドルーブの中には曝気設備が設置され、酸素の提供と排水の流動速度および排水の縦の混合を高める。当該方法の水の停留時間と汚泥の停留時間が長い。

長所

汚泥の発生量が低い

処理効果が良い

安定性が高い

脱窒機能がある

建造費が安い

脱窒と脱リンが同時に可能

欠点

運転は季節の影響を受け、冬は曝気システムの氷結を防止しなければならない。

曝気設備の保守に対する要求が高い

二次沈殿池の汚泥の浮き上がりが発生する可能性あり

作業員に対する要求が高く、しかも通常モニタリングが必要

10 SBR10 SBR

紹介：SBRシステムは流入水、反応、沈殿、放流水の機能を一つの反応器に集中した活性汚泥処理システムである。当該方法は 初沈殿池と二次沈殿池を必要としないで、脱窒脱リンの機能が実現できる。

長所

システムの運転は簡単で安定的

流量変化の大きな地区に適用

処理水の水質が連続式より優れている

その他の人工システムに比べ、運営管理が簡単

反応器の運転が柔軟で、脱窒脱リンが可能、糸状菌の生長がコントロールし易い

欠点

排水システムに時折故障が起こる

ソフトを絶えず更新しなければならない

ハイレベルの技術者と経常的管理と保守が必要

11 MBR11 MBR紹介：膜生物反応器は、膜分離技術と生物反応器が結び付けた生物化学反

応システムである。生物反応器の混合液はポンプの増圧後に膜集合体に入り、圧力の作用の下で混合液中の液体が膜を通り、システム処理水となる。固形物、大分子物質などは膜によって塞き止められ、濃縮液と共に生物反応器に流れ戻る。

長所

汚染物の除去効率が高い

処理水は直接再利用できる

反応器における水停留時間と汚泥の完全分離ができる

設備の敷地面積が少ない

細菌硝化の堰止めと生長を有利にし、システムの硝化効率を向上する。

酸素伝送効率が高い

汚泥の発生量が低い

自動制御の実現が可能で、操作管理が便利

欠点

エネルギー消費が高い

運転中の膜集合体が汚染し易い

建造コストが高い

12 浄化槽12 浄化槽紹介：浄化槽は単独処理浄化槽、合併処理浄化槽と高度処理

浄化槽の三種類に分けられる。その技術原理は物理処理と生物化学処理を結合し、微生物の分解、物理的沈殿と化学凝集を通じて排水中の汚染物の量を削減する。

長所

大型処理管路システムと比べ、建造コストは安い

地形の影響を基本的に受けない

建設に必要な時間が短く、すぐに使用投入できる

処理水の効果が良好

水資源の再利用と汚泥の再利用が可能

地震或はその他災害の後、容易に再建できる

欠点

建設コストが高い

大規模の要求がある

小√√可能良好良好浄化槽

非常に小

√√√√生物反応器の運転状況次第

完全除去に近い

良好MBR

割と小

√√可能放流水<2

5mg/L放流水<20

mg/LSBR

一般√√√可能放流水<1

5mg/L放流水<15

mg/Lｵｷｼﾃﾞｰｼｮﾝﾁﾃﾞｨｯﾁ

温度割と小

√√√否放流水<3

0mg/L放流水<30

mg/L遅延曝気

一般√√可能90%90~95%曝気生物濾過池

割と小

遅延曝気に比べ省エネ

否放流水<2

0mg/L良くない点滴濾過

池

温度割と大

√√兼性池は一定の除去効果あ

り一般75～95％安定池

濾過料の性質と

土地面积割と大

√√一定の耐衝撃

性能あり除去効果不安

定良好良好

低速砂濾過

温度、湿度、勾配

割と大

√√√Pの徐去効果

良好

放流水<10mg/L90％地表溢流

土地面積割と大

√√否良い89～90％人工湿地

非常に小

√√√否90%80~90%メタンガス净化池

その他の制限要素

立地の要求

污泥减量

中水の再利用

省エネか否か

運営管理が便利か

耐衝撃性能N、Pの除去が

可能か

SS除去効

果

BOD除去

効果方法

我が国における分散型処理の応用現状我が国における分散型処理の応用現状

我が国の分散型排水処理は現在スターの段階にあり、完備した法体系と管理規則が確立されていない。文献の調査研究を通じて、200の小型下水処理場を調査し、1990年から現在までの分散型排水処理施設と規模が2万トン以下の小型下水処理場の計35実例を収集し、その内北方が14、南方が21事例である。処理総量は238778トン/日である。

次の表は農業部の呼びかけの下で、1997～2002年のメタンガス浄化池の取り付け状況を反映している。

3% 12%6%

3%

15%

20%6%

6%

12%

17%

BIOLAK

CASS

UASB

活性污泥

接触氧化

人工湿地

土地系统

酸化水解

生物膜法

氧化沟

これら実例で応用された技術を比較し、下記の図表を制作した

中国は分散型排水処理技術に対する好みがない。しかも分析データからも北方と南方で応用する分散型処理技術の顕著な差異が見られない。実は、中国では技術を選定する場合「流行を追う｣現象があり、適用性に関する考慮に欠けている。

第四部分: 初歩的普及案第四部分: 初歩的普及案•計画•基準•投融資•建設運営体制•法律、政策サポート

• 計画

• 計画範囲と現状評価

• 総量削減と規制案の確定

• 重点プロジェクトの指定

• 計画の実施保障

• 計画目標達成の可能性に対する分析

• 基準

• 規制項目と分類

• 基準のクラス分け

• 基準値

• サンプリングとモニタリング

• 投融資

• 資金ニーズ(技術コスト)

• 投融資メカニズムの設計

•投資主体

•融資ルート

• 項目バターン

• 税収制度

• 建設運営体制

• 中央政府と地方政府の役割分担

• 下水処理の市場化構想

• 工事建設の監督管理

• 運営、維持管理

• 法律、政策サポート

• 分散型処理施設の技術の選択

• 分散型処理施設の設計、建設

•専門の施工部門

•試運転段階の水質モニタリング

• 分散型処理施設の維持管理

•専門の管理者

•維持管理項目

•上級部門の検査制度

ご静聴ありがとうございました！