黎明期
日本の近代的な下水道システムの建設は、約130年前の明治時代初期に始まりました。その目的は、都市部の豪雨による浸水や、滞留した未処理の排水による感染症の発生を防ぐことでした。しかし、1958年に下水道法が改正されるまでは、下水道は主要インフラとして位置づけられておらず、当時の下水道普及率は6%にも満たないものでした。それ以降、下水道システムの建設は、大都市を中心に、法律で定められた都市環境の改善、健全な都市開発への貢献、公衆衛生の向上を目的として積極的に進められてきました。
1960年代に現れた新たな水の問題
1950年代後半まで、日本では、人糞（または汚水）と汚泥の収集による現場処理が主な排水処理方法でした。人糞収集は、農業用肥料として再利用されていたため、安土桃山時代（1573～1603年）にはすでに全国的に定着した一般的な事業でした。しかし、1960年代に入ると、産業と都市化の急速な発展により水需要が大幅に増加し、河川などの水域の水質が悪化するなど、深刻な水問題が浮上してきました。
かつて村や町、都市で収集されていた人糞は、1960年以降、徐々に化学肥料に取って代わられ、農業用としてはほとんど使われなくなりました。さらに、第二次世界大戦後の近代的なアメリカの生活様式の影響もあり、人間の排泄物と日常生活環境を完全に分離したいという社会的・文化的要求が高まったのです。大都市への人口集中と収集システムの終焉に伴い、人糞は日本全国で過剰に発生するようになりました。こうした状況に対処するため、日本の衛生関連の科学者や技術者は、幅広い新しい衛生技術の開発に多大な努力を払うこととなったのです。
水質汚染防止の重要な対策として、日本政府は全国的な下水道施設の整備に加え、汚水処理施設の建設を積極的に推進しました。1970年の下水道法改正により、新たな全国的な水質基準が設けられ、汚水処理施設の建設を支援する一連の補助金制度が導入されたのです。また、衛生施設の普及に伴う重要な技術開発も促進されました。これらの施策は、日本の水質汚染削減と環境保護にとって重要な一歩となったのです。
公共下水道システムの急速な拡大
それ以降、公共下水道システムは人口密度の高い都市部で急速に普及し、1980年代後半からは主要な衛生システムとなりました（現在では人口の70%以上をカバーしています）。一方、日本の分散型下水処理システムである浄水処理システムは、農村部や人口密度の低い町に普及しました（現在では人口の約20%をカバーしています）。浄水処理は日本で考案・開発された独自のシステムです。このコンパクトな技術により、個々の住宅や集合住宅の生活排水を処理し、BOD値が20mg/l以下の高品質な処理水を周辺の水域に放流できるようになったことで、河川の水量を十分に維持し、環境保全に貢献しています。
現在でも、日本では敷地内式衛生システムが広く利用されており、衛生設備全体の約30%を占めています。汲み取り式トイレからの夜間排泄物や汲み取り式トイレからの汚泥は、汲み取り式トイレ法に基づき、バキュームカーで定期的に収集されています。現在、日本国内には1,100か所の排泄物・汚泥処理施設が稼働しており、水資源の保全に重要な役割を果たしています。現在、敷地内式または敷地外式のいずれのシステムも利用できない人口は全体のわずか0.2%に過ぎません。排泄物のほぼすべてが処理され、家庭排水の80%は下水道または汲み取り式トイレで処理された後、自然環境に戻されています。
日本の衛生分野は、約40年の間に目覚ましい成果と急速な発展を遂げ、膨大な技術とノウハウを蓄積してきました。長年にわたり、この貴重な経験と知識は、学術交流プログラム、専門人材育成、技術や規制・政策に関する情報共有といった国際協力を通じて、アジア太平洋地域のいくつかの国々に効果的に伝えられてきました。しかしながら、同地域の新興国で見られる深刻な衛生状況は、情報交換と知識共有を通じて実現できる、さらなる支援を必要としています。
将来のトレンド
今後数年間における日本の動向は、水、エネルギー、そして再利用・リサイクルの原則をさらに発展させることになるでしょう。
衛生管理は、近年ますます懸念が高まっている地球温暖化対策においても重要な役割を果たすことができます。バイオマスや太陽光、水力、風力といった自然エネルギーの利用は、廃水処理における温室効果ガス排出量を効果的に削減できることを示しており、これは新たな技術の開発と応用への自然な道筋となっています。
高度な廃水処理
高度処理は、二次処理では満足のいく結果が得られない水域の水質改善のために開発されました。さらに、処理済み排水の再利用や、下水処理場の排水が飲料水源地域に放流される場所においても、高度処理が適用されています。2005年3月現在、湖沼や三大湾（東京湾、伊勢湾、大阪湾）などの閉鎖水域を含む277の処理施設で高度処理が実施されています。高度処理の導入をさらに促進するため、2005年に下水道法が改正され、窒素とリンの削減目標が盛り込まれました。
現在日本で利用されている技術は、栄養分、臭気、色を除去し、高度な消毒を可能にするものです。今後、現在よりもさらに高い排水水質を実現する技術が開発され、普及していくでしょう。
廃水再利用
水消費量の増加と、日本の一部地域で夏季に周期的に発生する水不足に伴い、廃水再利用の必要性がますます高まっています。近年、以下の目的で廃水再利用が積極的に推進されています。
- 地震・災害軽減対策：
災害後に水洗トイレが使えるようにする。消火には飲用には適さない水を使用する。 - 地球温暖化対策：
再生廃水の熱を利用する。干ばつの際に廃水を利用して、水の量と質をより安定させ、水不足を回避する。水のより効率的な利用により温室効果ガスの排出量を削減する。 - 地表水の水質向上；
- 都市生活環境の改善。
- 都市部における非飲料水用途としては、トイレの洗浄、列車の清掃、道路への散水などが挙げられる。
- 農業灌漑。
2006年度、日本では286か所の処理施設（全下水処理施設の14%）を通じて、1億9400万立方メートル（処理済み下水総量の1.4%）の下水が再利用されました。今後は、この量をさらに増やし、用途に応じて異なる水質の水を提供するよう、より一層の努力がなされるでしょう。実際、トイレの洗浄や洗車に飲料水を使う必要などあるでしょうか？
汚泥リサイクル
現在日本では、大量に発生する下水汚泥の処理において、従来の容積削減から、汚泥を資源やエネルギー源へと転換することへと重点が移りつつあります。処理工程を経ることで、汚泥は重要なエネルギー源となり、様々な用途にリサイクルすることが可能になるのです。1990年代以降、処理済み汚泥を建築資材として利用する取り組みが日本で大きく進展しました。特に1990年代半ば以降は、セメント材料としての利用が主流となりました。また、汚泥は脱水・発酵処理を経て、農業用堆肥としても利用されています。
処理済み下水汚泥の有効利用率は60%以上に増加しており、農地や緑地への利用率は長年にわたり14%前後で比較的安定しています。この割合は今後も維持される見込みですが、近年の技術開発によりリンの回収が容易になり、新たな利用の可能性が広がり、農業にとって重要な資源となっています。また、汚泥からのエネルギー回収のための嫌気性消化も、地球温暖化対策として再検討されています。さらに、汚泥を燃料とするバイオガスを都市ガス供給の原料として開発することは、化石燃料に代わる新たなエネルギー形態として注目を集めており、日本では既に実用化が始まっています。このように、汚泥の有効利用と汚泥処理はより密接に結びつき、今後は利用者の視点からの利用を考慮した汚泥処理が主流となるでしょう。
さらに、固形廃棄物、植物、その他の有機性廃棄物の発酵によって得られる消化ガスの増加分を有効活用できます。公共事業研究所は既に、汚泥を草、木材、廃棄物と混合し、下水処理場でまとめて処理することでエネルギーを生成する要素技術を開発しています。
開発途上国向けの研究開発プロジェクト
各国はそれぞれ特性やニーズが異なります。開発途上国においては、下水処理施設の建設費用や運営費用、さらには運転・維持管理費が大きな課題となる場合があります。こうした課題に対処するため、日本では、東北大学の原田博士が開発したUASB-DHSシステムをはじめとする、省エネルギー・低コストで運転・維持管理が容易な技術の研究開発が進められています。また、日本で従来使用されてきた技術についても、国際協力の検討が進められています。