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下水汚泥の資源化に関する覚書き

講話者 地田 修一*

コーディネーター 地田 修一(日本下水文化研究会会員)

はじめに

 筆者はかつて東京都下水道局の技術開発課や出向先の日本下水道事業団技術開発部において,下水汚泥の資源化に関する調査活動に携わってきました。下水汚泥資源利用協議会のシンポジウム(1992年(平成4))や業界新聞の紙上討論会(1985年(昭和60)および1988年(昭和63))における幾つかの私の発言を基に,当時の下水汚泥の資源化(主に農業利用)に関する状況を再現してみます。

下水汚泥処分の歴史的経過(東京都の場合)

(1)液状汚泥の海中投棄
 東京市は大正11年に三河島汚水処分場の供用を開始し,下水処理を伴う本格的な下水道事業を始めました。これに先立って,下水汚泥の農業利用についての基礎的な調査を行なっていますが,実際には,沈殿池に溜まった液状の汚泥(含水率98%程度)は引き抜いて船に乗せ東京湾内に運び投棄処分すると云う方法を採りました。ところが太平洋戦争中(特に昭和18年以降)は,船を動かす燃料(重油)が不足したり,汚泥運搬船が軍に徴用されたりと,下水汚泥の海中投棄処分が実施できなくなりました。
(2)天日乾燥汚泥の農業利用
 そこで,天日乾燥法が導入されることになりました。近年でもいくつかの都市で天日乾燥法が採用されていますが,当時は化学肥料がほとんどなくなっており,屎尿とか魚糟とかの有機質肥料が唯一の肥料源であり,乾燥下水汚泥もそれらの一つとして利用されました。戦後も昭和30年代半ばまでは,埼玉なども含めた近郊の農家で使われてきました。しかしその後化学肥料が普及し乾燥下水汚泥の人気は下火となり,やがて生産は中止されました。
(3)機械的脱水汚泥の埋立処分
 その一方で,処理場が増設され処理水量が増大するに伴い発生汚泥量も急増し,汚泥処理法を抜本的に考え直さざるを得なくなりました。
 環境衛生的な配慮から昭和36年からは,汚泥を嫌気的消化しさらに機械的に脱水を行なうと云う方式を採ることになりました。このときも下水汚泥の肥料化案が検討されましたが,実験のみで実施には至りませんでした。東京のような大都市近郊の農地では脱水汚泥のままでは臭気などの環境問題が懸念されたからです。結局は埋立処分でと云うことになり,この手法がしばらく続きました。もっとも当時の埋立と云うのは囲いなども簡易なもので,海中投棄に近いものでした。
 なお,昭和46年頃,伊豆新島沖(当時の法律が許す東京港から55海里(約100km)沖合い)の太平洋の黒潮が流れる海域に脱水汚泥を還元したらどうかということで,大掛かりな調査が行なわれましたが,実施されませんでした。
(4)焼却処理の導入
 そうこうしているうちに埋立地(埋立海面)の確保が困難になり,昭和40年代になりますと汚泥を減量・安定化するために焼却処理を行なう方針が立てられ,昭和42年から順次焼却処理化が進められました。昭和48年にオイルショックが起り,これを契機に国をあげて省エネルギー,省資源,有効利用と云う掛け声が高まりました。これに後押しされるように,昭和50年頃から脱水汚泥のコンポスト化と焼却灰の資源化に関する研究が同時並行的に取組まれました。

写真−1 真空脱水機
(江戸・東京の下水道のはなし)


写真−3 遠心脱水機
(江戸・東京の下水道のはなし)


写真−2 加圧脱水機
(江戸・東京の下水道のはなし)


写真−4 流動床式焼却炉
(江戸・東京の下水道のはなし)

 実務的には,脱水汚泥と焼却灰と云う二つの異なった性状の汚泥を,港湾埋立と云う大規模な総合廃棄物処理場に処分できるようになりました。埋立管理者サイドからの指示もあり,脱水汚泥と焼却灰とに特殊セメントを加えて混練して土質強度を向上させてから埋立処分することになりました(港湾地区にミキシングプラントが新たに設置されました)。
(5)脱水汚泥のコンポスト化
 そうした中で何年かの事前調査を経て,脱水汚泥のコンポスト化が実施に移されました(1980年(昭和55))。ただ,どこの処理場で発生した汚泥を使ったら良いのかについていろいろと議論があり,住宅団地の下水を主に処理している南多摩処理場の汚泥に限定することになりました。

下水汚泥の農業利用に関する調査(日本下水道事業団)

 下水汚泥中の窒素,リンなどの肥効成分を有効に活用しようと云うことで,昭和40年代の初め頃から,液状の汚泥あるいは脱水汚泥を実際の牧草地や畑地に施用しての調査研究が全国レベルで行なわれてきました。これらの研究成果を踏まえて,下水汚泥の緑農地利用に関する調査に取組むに当たって次の三つの柱が立てられました。
(1)取扱い性の改善
 一つは,緑農地へ施用する際の取扱い性を改善できないかと云うことです。含水率や臭気の問題,あるいはこれは農業サイドに属することかも知れませんが,施用するに当たっての機械化に適した性状にする必要があったからです。

図−1 コンポスト化のフローの一例
(有機性汚泥の緑農地利用)

(2)コンポスト化
 また三つ目は,脱水汚泥そのものを緑農地に施用するのではなく,さらにコンポスト(堆肥)化装置によってコンポストにしてから施用することを考えました。その際に,稲藁とか籾殻とかオガクズとかの有機質資材を混ぜてコンポスト化することも試みています。
(3)重金属の挙動
 さらに三つ目は,下水汚泥に含まれている重金属の問題です。緑農地に脱水汚泥やコンポスト化汚泥を施用した場合,重金属がどのような挙動を経て土壌に入っていくのか,あるいは農作物にどのように移行していくのかに関して,日本土壌協会に委託してここ十年来,多面的な調査を実施してきました。
 脱水汚泥そのものの状態とコンポスト化したものとでは成分がどう違うのか,あるいは重金属の挙動についてもポット試験ばかりでなく,実際の農場に施用した場合どうなるのか,5年,7年と云う長期的な連用試験を行なって調べています。
 それからまた,通常の畑地ばかりでなく砂質土への施用ではどういう影響を及ぼすのか,あるいは火山灰の多い土壌ではどのような挙動を示すのか,土壌の種類を変えて各地で施用試験,栽培試験を行なってきました。
 これらの調査は昭和50年度から始まったのですが,この間の成果をオーソライズした一応の取りまとめが最近なされています。

農業利用に当たっての留意点

(1)農業サイドとの連携
 緑農地へ施用する際の取扱い性をよくするために,脱水汚泥に空気を吹き込みまして好気性発酵を行う,いわゆるコンポスト化技術が取り入れられました。コンポスト化された汚泥は,現在(昭和63年頃)全国ベースで,約13万m3/年です(全発生汚泥量は220万m3/年,うち有効利用されているのは35万m3/年で,ほとんどが緑農地利用です)。
 調査に携わった者として一番感じていますのは,先ほどの柱の一つ目にある取扱い性のことです。農家の人たちから,「成分分析値が何mgとか云うものではなく,匂いとか手触りとか実際に手に取ったときの感触などの言ってみれば感覚的な点」で合意をいただいて置かないと,普及がなかなか広がっていかないのではないかと思っています。
 これは農業サイドの方の見識をうかがいたいのですが,コンポスト化汚泥を作る過程で籾殻などの有機質資材を混ぜますと,通気性の改善などのいろいろなメリットが生じコンポスト化し易いと云う現実があります。
 下水道サイドにおけるコンポスト化技術の開発だけで,その実用化・普及が図られるわけではありません。何と言いましても,下水汚泥コンポストを利用する農業サイドの方々の理解が必要になります。昭和50年度から日本下水道事業団では建設省からの委託調査と云うことで,土壌や作物へ与える影響につきまして,農業関係の研究者や篤農家の方々の協力を仰いで調査を進めてまいりました。
「下水汚泥コンポストの農業利用」と云うテーマで,農業利用を志向している都市に出向いて実態調査を行っています。農業利用することを決めたばかりのところ,いろいろな紆余曲折の末農業利用を選択したところ,これから始めようかと模索中のところなどと様々ですが,今,中規模都市を想定してみて下さい。
 ある都市の下水道部局が下水汚泥の農業利用を考えたとしますと,まず,自分の市役所内の農業部局との根回しから始まります。それから,お互いに県の下水道課とか農林部とかへ相談に行きます。農業試験場などの研究機関と会議を持ったりもします。このようなことから始まります。そういう中で先ほど,農家の方が手で触るとか臭いを嗅ぐというようなことが話題になりましたが,実際に下水汚泥の農業利用を事業化するときには,農業サイドなり衛生サイドの人たちの合意を得ずしでは何もできないということが肌に感じて分かってくるようになります。
(2)発生源にまで遡って考える
 今までですと,法律に明記されているから,下水道に受け入れる工場排水や病院排水などの重金属を規制するのだと云う思考形態−規制値があるからそれを守らせる−です。ところが,下水汚泥を使ってもらっているのだと云う観点に立つと,「下水処理場からの汚泥は,皆さん方が出した下水を集めて処理した結果として発生するものです。私たちの市ではそれを農業を営んでいる人たちに利用してもらっています。従って,下水汚泥にこう云う重金属がこのぐらい含まれていると,様々な不都合が生じるので是非ともその濃度を下げたい。ついては,発生源と思われる事業場の皆さんには格段の協力を要請したい」と云ったように変化してきます。
 さらに踏み込んで,「現在はガイドラインをクリアーしていますが,将来のことを考えると,この数値をもっと下げたい」と云うことにもなります。例えば,体温計の破損に起因する水銀に係わる問題ですと,医師会とかの団体を通じて水銀を含む器具や材料の扱いについて指導し,協力を取り付けていくわけです。
 このようなことが,現実に全国的に起ってきています。下水汚泥の農業利用の視点から,事業場排水の発生源対策にまで遡っていけるのです。

下水汚泥のコンポスト化の実施例

(1)天童市
 消化汚泥を遠心脱水し,その全量をオガクズ添加によりコンポスト化(商品名はパワーソイル)する事業を1979年度(昭和54)より行い,市の農協を通じて販売しています。一次発酵は竪型サイロ式,二次発酵は屋内堆積式です。コンポストは見掛け比重が約0.5トン/m3とふっくらしており,その成分は,含水率 約45%,有機物 約80%,窒素 2〜2.5%,リン酸 3〜4%,カリウム約0.1%です。
 施肥農家から,@土が軟らかになる A通気性が良くなる B保水性が良くなる C根の張り具合が良い D特に芝生などで緑色が濃くあざやかになる,Eミミズの発生が見られる などの感想が寄せられています。
 1988年度(昭和63)における脱水汚泥発生量は年間約1,506トンであり,この全量をコンポスト化して約824トンを出荷しています。うち,有料販売が750トン,残りは公共施設への無償配布です(『有機性汚泥の緑農地利用』日本土壌肥料学会監修)。

写真−5 原料棟及び一次発酵槽
(有機性汚泥の緑農地利用)


図−2 竪型サイロ式コンポスト化装置(一次発酵)
(有機性汚泥の緑農地利用)


図−3 堆積式コンポスト化装置(二次発酵)
(有機惟汚泥の緑農地利用)

(2)東京都
 南多摩処理場において,脱水(消石灰−塩化第二鉄添加による機械脱水)生汚泥を横型スクープ方式によりコンポスト化し(昭和55年稼動,800トン/年),これを「南多摩おでい」と称し農協を通じて東京近郊の農家に販売しました。その成分は,pH7〜8,窒素1〜2%,リン酸2〜3%,カリウム0.16%,有機物20〜30%,石灰25〜30%,水分30〜35%です。その後,建設省から「都市緑化における下水汚泥の施用方針」が出され,これを契機に緑化事業に盛んに使われるようになりました。1987年度(昭和62)では緑化・植栽への利用が75%に対して純然たる農業利用は25%です(『有機性汚泥の緑農地利用』日本土壌肥料学会監修)。【現在は,「南多摩おでい」は生産されていません。】

図−4 スクープ式コンポスト化装置
(有機性汚泥の緑農地利用)


写真−6 袋詰作業
(有機性汚泥の緑農地利用)

下水汚泥の有効利用の動向

(東京都の事例)
 農業利用以外の,脱水汚泥や焼却灰あるいは炭化物の有効利用の動向について,東京都を例に整理して置きます。
 最初,コンクリートを練るときに加える砂の代替として下水汚泥焼却灰が使えないかという発想がありました。さらに,これを突き詰めていくと,セメント原料の一部として利用できないかというアイディアに行き着きました。これは,セメントは石灰石に粘土(主成分はシリカ)を加えて焼成して作るのですが,その粘土の替わりに焼却灰(シリカが多く含まれている)が利用できないかと云うことです。技術的には実施可能という成果を得ています。【その後実用化され,平成22年度現在,脱水汚泥ベースで40%弱の焼却灰がセメント原料として資源化されています。】このほか,より一次的な有効利用法としての道路の路盤材化の研究も進めています。
 注目すべきは軽量骨材化です。焼却灰の状態での有効利用法がいろいろと考えられていますが,その当時の世論として,焼却灰からの重金属の溶出に不安がある,より安全性を担保できる高度な処理を施せないか,と云うことで検討が進められ,焼却灰を原料にして1,100℃程度に温度を上げ再焼成して軽量細粒材を作ったわけです。焼却灰の化学成分が一般に出回っている天然の軽量骨材(原料は頁岩(けつがん))とほぼ同じであることから発想されたものです。このほか昭和60年頃から,民間の軽量骨材メーカーに焼却灰を原料の一部として供給しています。【平成22年度現在,脱水汚泥ベースで20%弱を軽量骨材の原料として供給しているほか,焼却灰の粒度を事前に調整したもの(粒度調整灰)の生産も下水道サイドで行なっています(脱水汚泥ベースで7%を占める)。なお一時期,下水道局として軽量細粒材の生産施設を稼動していましたが,現在は自前の生産は行なっていません。】
 ほかに焼成レンガの製造があります。添加物を全く加えずに,焼却灰だけでできる製品を作れないかと云うことから開発されたものです。焼却灰100%のうえに圧縮していますから,レンガ一個当たりに焼却灰がコンパクトに詰め込まれています。【残念ながら,現在は生産されていません。】
 それから溶融スラグ化があります。脱水汚泥あるいは焼却灰を1,200〜1,300℃の高温で溶融すると,溶け出したシリカ成分がガラス化しますが,これによって汚泥中に含まれている様々な重金属が封じ込められると云うメリットがあります。緻密な材質となり,道路の路盤材などへの利用が考えられています。さらに,もっと付加価値のあるものにならないかと云うことで,溶融スラグを100%使った透水性ブロックを試作しました。【実施設の建設までには至りませんでした。】
 一方,脱水汚泥には熱源となる炭素化合物が多量に含まれていますので,うまく工夫すれば補助燃料がなくても燃えるわけです。省エネルギーの観点に立った自燃焼却への志向は以前から試行されていました。脱水汚泥の水分をより一層落とし単位重量当たりのカロリーを高めれば自燃が可能となるわけです。この考え方をさらに発展させ,低品位の石炭ぐらいのカロリーにまでもっていって,汚泥を燃料化しようと云う技術も開発してきました。現在,東京都では自分のところで燃やしてボイラーで蒸気を作って発電すると云うところに止まっていますが,下水汚泥を炭化して,さらにカロリーを高めれば火力発電所に供給することも可能となります。【平成22年度現在,脱水汚泥ベースで8%程度が汚泥炭化施設(平成19年度に稼動開始)で炭化され,石炭火力発電所の燃料として利用されています。】
 【有効利用されずに埋立処分されている焼却灰は,平成22年度現在,脱水汚泥ベースで約30%です。】
 【平成23年3月に発生した東日本大震災に伴う原子力発電所の事故により放出された放射性物質の影響により,現在,下水汚泥の資源化率は大きく低下していますが,資源化の再開に向け関係者との調整を進めているところです。】

図−5 汚泥炭化のしくみ
(東京都資料)


写真−7 粒度調整灰
(東京都資料)

おわりに

 下水道事業の実施部門の最前線におりますと,下水汚泥の資源化に関して考えさせられることがいろいろあります。
 技術的にどんなに良いものであっても,他の部局との調整がつかないと実施に移すことができませんし,社会的な要請とある程度折り合うような方向性がないと,技術開発をしてもなかなか実用化までには至りません。
 さらにコスト面についても,汚泥処分費の一部をカバーできればと考えていますが,あまりにも廉価過ぎると民間企業を圧迫することになり,非常に苦慮するところです。
 コンポスト化なり建設資材化する拠点をどこに置くのかと云う問題もあります。一貫して下水道サイドで全部行なうのか,それとも,パイロットプラント的なところまでの技術開発は下水道サイドで行ない技術・設備のノウハウを蓄積した後は,民間の製造ラインに乗せてもらうのか,の二つの考え方があろうかと思います。どちらを選択するのかは各自治体の判断になります。
 次に,資源化製品の流通経路の課題があります。下水汚泥コンポストの場合ですと農協の流通経路を使うのが通常です。建設資材化ですと,製造メーカー自体の持っている独自の経路もありましょうし,商社の経路の活用も考えられますが,協定を結んで流通や販売を民間にまかせていく必要があろうかと考えています。
 もう一つ,製品規格の問題があります。例え建設資材化に成功しても,同類の製品について既にきちんとした規格ができている場合が多いからです。下水道サイドで開発した製品がその規格に80%程度適合していても,残りの20%がどうしても合わないということがままあります。規格の変更あるいは新たな設定はたいへんなことです。その製品を使ってくれるサイドとの調整は欠かせません。
 資源化物の製造から流通販売までの体系を構築し,品質規格あるいは品質保証に関する課題を一つひとつ解決していかなければなりません。

参考文献
1)「下水汚泥の農業利用の今後を語る」:環境公害新開1985年10月2日
2)「下水汚泥処理の現状と展望」:座談会,1988年6月20日
3)「21世紀に向けての下水汚泥資源利用は」:下水汚泥資源利用協議会パネルディスカッション,1992年
4)『有機性汚泥の緑農地利用』:博友社,平成3年
5)『江戸・東京の下水道のはなし』: 技報堂出版,1995年


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