JS日本下水道事業団技術戦略部 戸田技術開発分室
島 田 正 夫
キーワード：下水汚泥中重金属濃度、担体充填式高速嫌気性消化、熱可溶化高効率嫌気性消化、生物水素電池 ddddddddddddddddddddddddddddddddddddd
研究紹介
図2−1はわが国の下水汚泥の処理形態を表したも ので、焼却処理・溶融処理が全体の８割を占めている。
一方、欧米では下水汚泥はメタン発酵によるバイオガ ス回収の後、図2−2に示すように乾燥又はコンポス ト化による緑農地利用が主たる処理方式となっている。
この現状は一般廃棄物（ごみ）の処理形態でも同様 で、図2−3に示すように、他の先進国におけるごみ の焼却割合は10〜30％程度であるのに対し、わが国で は70〜80％が焼却処分されている。さらに近年では、
溶融処理の導入が急速に増えている。
バイオマスの焼却は有効利用技術ではなく、廃棄物 の減量化を図る最終処理手段である。焼却処理する前 に、そのバイオマス資源としての特性（エネルギー価 値及び肥料価値など）を最大限活用した有効利用法を 検討することが望まれる。
2.2下水汚泥中重金属に対する誤解
最近の放射能汚染問題にも共通するが、下水汚泥に 含まれる重金属に関する一般市民の誤った認識が、下 水汚泥有効利用の大きな障害のひとつになっている。
重金属は工場排水にのみ含まれている特殊な物質では なく、自然界に広く分布存在している。そして亜鉛、
鉄、銅など多くの重金属は植物や動物の成長や生命維 持活動に欠かせない必須ミネラル分でもある。した がって、生活排水等を処理して発生する下水汚泥中に は、食物起源や水道水起源の重金属類が当然含まれて おり、工場排水を全く含まないし尿汚泥や浄化槽汚泥 中にも重金属は含まれている。
ただし、昭和40年代から50年代の、わが国における 下水道草創期には、公共用水域の水質改善を主目的に 除害施設の管理の不十分な事業場排水を受け入れ処理 していた下水処理場も多くみられ、それに起因する重 金属含有量の比較的高い下水汚泥が一部存在していた
ことは事実である。しかし、下水道事業の整備普及と ともに除害施設の設置・管理や行政指導が徹底される ようになるにしたがい、工場排水等に起因する汚泥中 重金属含有量は大幅に改善されている。一例として、
大阪市N処理場汚泥中の重金属含有率の経年変化を図 2−4に示した。昭和50年代に比べ、重金属類含有率 は大幅に低下していることが分かる。
また、農林水産省が平成21年度に発表した全国の汚 泥肥料製造工場における汚泥肥料中の重金属含有量調 査結果の一例を、図2−5に示した。「肥料取締法」に お け る 汚 泥 肥 料 中 カ ド ミ ニ ウ ム の 含 有 量 基 準 は 5mg/kg-DS以下となっている。し尿・浄化槽汚泥を 原料としている場合と下水汚泥を原料して製造された ものを統計的に比較すると、当然いずれも基準値を十 分に満足しているが、2mg/kg-DSを超過する製品の 割合はし尿・浄化槽汚泥を原料としている場合は 38.9％であるのに対し、下水汚泥を原料としている場 合はわずか9.6％で、下水汚泥中の重金属含有量は工 場排水を含まないし尿・浄化槽汚泥よりはるかに低レ 図2−2 英国における下水汚泥処理・処分の実態 図2−3 一般廃棄物（ごみ）焼却処理の割合
（平成20年度環境統計）
図2−4 大阪市Ｎ処理場汚泥における重金属含有率の 経年変化
Vol. 36 No. 135 2012/4 下水汚泥有効利用の課題と日本下水道事業団における取り組み
ベルであることを示している。これは、汚水の処理方 式の違いによるものである。
下水汚泥＝工場排水＝重金属＝有害物といった、
誤った認識は是非改めてもらいたい。
2.3 緑農地利用の効果
先述したように、欧米では下水汚泥は嫌気性処理
（メタン発酵）による安定化・エネルギー回収のあと 緑農地利用が一般的に行われており、資源循環の面か ら最も理想的な利用方法と考えられている。わが国で は、下水汚泥中の「りん」にのみ注目してこれを回収 しようとする動きもあるが、汚泥中にはりん以外に蛋 白質（窒素分）や植物の成長にかかせない各種微量栄 養素、ミネラル分等が豊富に含まれている貴重な有機 質肥料である。
わが国では戦後、化学肥料中心の農業が普及したこ とにより、畑地土壌の地力低下（無機化）が深刻な問 題となってきている。また、化学肥料栽培では植物の 病害虫抵抗性が弱いため農薬の使用が欠かせず土壌環 境汚染の面についても指摘されている。
植物生育上の重要な肥料成分である窒素は、従来ア
ンモニア態か硝酸態でのみ植物に吸収されるとされて きたが、最近の研究で有機態窒素（アミノ酸等の蛋白 質）でも摂取されることが明らかになってきた。下水 汚泥コンポスト等の有機質肥料で栽培した野菜と化学 肥料で栽培した野菜では、味やビタミン等の栄養分含 有量に大きな違いがあることも多く報告されている。
図2−6は、北海道のある都市で一般市民を対象に、
下水汚コンポストで栽培したミニトマトと化学肥料中 心で栽培したそれの味比べ調査の結果を示したもので ある。10人中７〜８人の人が下水汚泥コンポストで栽 培したミニトマトが「甘くておいしい」と答えている。
また、図2−7は、野菜（ピーマンを例）中に含ま れる食品成分（ビタミン）の推移を示したものである。
堆肥（有機肥料）中心で栽培していた1950年代に比べ、
化学肥料が普及し始めたあとの栄養価は大幅に低下し ていることが分かる。
農林水産省では畑地土壌の地力回復や環境保全の面 から、有機質肥料を主体とすることで減化学肥料・減 農薬を図る環境保全型農業への転化を推進している。
下水汚泥肥料に対する認識を改め、今後は欧米と同様 緑農地への積極的な活用を図っていくことが望まれる。
図2−5 し尿汚泥肥料と下水汚泥肥料におけるCd含有量
図2−6 下水汚泥コンポストで栽培したミニトマトの
食べ比べ調査結果（S市） 図2−7 野菜に含まれる栄養価の推移
（女子栄養大出版部より）
2.4 メタン発酵に対する世界の動向
わが国では、特に下水道分野では「メタン発酵（嫌 気性消化）は過去の技術」と考えている人が多い。嫌 気性消化タンクを有している下水処理場数の推移を、
図2−8に示した。下水道整備の進捗に応じて、処理 場の数も増えているが、汚泥消化タンクを有する箇所 は300箇所足らずでほとんど増えていない。また、こ の300箇所のうち、消化ガス発電などエネルギー回収 まで積極的に行っているのは30箇所程度に過ぎない。
消化タンクを有していながら休止や廃止を予定してい る箇所も多い。
しかし、世界的には地球温暖化対策等に熱心な国を 中心に、下水汚泥、家庭生ごみ、食品廃棄物、農業・
畜産廃棄物等を対象とするメタン発酵施設の導入が積 極的に進められている。図2−9はドイツにおけるバ イオガス化施設（メタン発酵施設）の推移を示したも のである。最近10年でその数は約7倍になり、2009年 時点で5800カ所に達している。ドイツでは、2020年ま でに、全電力使用量の17％をバイオガス発電により賄 うという計画を有している。ドイツのみならずEU全
体でみても、バイオガス生産量は毎年約20％の割合で 増え続けている。
また、中国でも地球温暖化対策やエネルギー対策と して風力発電等の再生可能エネルギー導入が積極的に 進められているが、図2−10に示すように農村部を中 心にバイオガス化施設の数も急速に増えている。
米国でもほとんどの処理場においてメタン発酵施設 が導入されている。図2−11は、ワシントンDCの処 理場に、最新式の大規模メタン発酵施設の導入が決定 したことを紹介する専門雑誌の記事である。対象処理 汚泥量が400t-DS/日の超大規模施設で、160〜170℃の 熱改質を組み合わせた高効率嫌気性消化システム
（Cambiシステム）により、バイオガス化による効率 的なエネルギー回収とAクラス（最良質）有機質肥料 の製造を目的としている。
メタン発酵は過去のシステムではなく、バイオマス からの最も優れたエネルギー転換・回収システムとし て、全世界的に急速に導入が進められていることを認 識すべきである。
図2−10 中国におけるバイオガス施設及びバイオガス 生成量の推移（小林拓朗他 Vol.532011用 水と廃水）
図2−11 米国ワシントンDCの処理場に高効率メタン 発酵施設導入の紹介記事（7/82011World Water）
図2−8 わが国における下水処理場数と嫌気性消化施
設を有する処理場の推移 図2−9 ドイツにおけるバイオガスプラント（メタン 発酵施設）の推移