糞便汚泥の管理

糞便汚泥は、オンサイトの衛生技術で蓄積され、特に下水道を通らないものを指す非常に広い意味で定義されます。糞便汚泥は人間の排泄物だけでなく、洗浄水、洗浄剤、生理用品、雑排水（入浴や台所の水、脂肪、油、グリースを含む）、固形廃棄物など、オンサイトの封じ込め技術に入る可能性のあるものすべてで構成されています。したがって、糞便汚泥は非常に多様で、量（生成量と蓄積量）と質（特性）の範囲が非常に広くなっています。^{[ 1 ] : 3}糞便汚泥はオンサイトに保管され、定期的に収集されて糞便汚泥処理場に運ばれ、その後安全に処分または最終利用されます。^{[ 1 ]}安全に管理されている場合、汲み取り式トイレから収集された糞便汚泥は「汲み取り式トイレ汚泥」とも呼ばれ、浄化槽から収集された糞便汚泥は「浄化槽汚泥」または「浄化槽汚泥」とも呼ばれます。^{[ 1 ]： 5}

浄化槽汚泥、または「浄化槽スラッジ」とは、浄化槽に蓄積され貯蔵される糞便スラッジのことです。浄化槽は通常、水洗トイレ（ブラックウォーター）と併用され、グレーウォーターも含まれるため、浄化槽汚泥は比較的希釈されています。また、浄化槽にはトイレに流せるもの（トイレットペーパーなど）しか入らないため、固形廃棄物も少なくなります。設計通りに稼働している場合、タンクの底にはスラッジブランケット層が、上部には脂肪、油、グリースを含むスカム層が蓄積され、排水または上澄液には固形物が少なくなります。

浄化槽汚泥は、バキュームトラックと呼ばれる特殊な車両によって定期的に（タンク容量、システムの効率、使用レベルに応じて頻度は異なりますが、通常は年に1回未満）浄化槽から除去されます。これらの車両は浄化槽汚泥をタンクから汲み出し、地元の汚泥処理施設に輸送します。また、農家が肥料として使用したり、後で処理したり作物に使用したりするために、大規模な浄化槽汚泥貯蔵施設に保管することもできます。^{[ 7 ]}

「septage」という用語は、少なくとも1992年以来米国で使用されています。^{[ 8 ]}また、米国国際開発庁によるアジアでのプロジェクトでも使用されています。 ^{[ 9 ]} septageの別の定義は、「浄化槽から除去された汚泥を定義する歴史的な用語」です。^{[ 6 ]}

インドでは、一部の政府政策文書で「糞便汚泥および浄化槽汚泥管理」を意味するFSSMという用語が使用されている。^{[ 10 ]}

国連が2008年を「衛生の年」と宣言して以来、衛生の重要性が広く認識されるようになり、下水道のない場所での衛生対策への取り組み、普及、実施、知識の創出が着実に増加しています。^{[ 1 ]： 2}持続可能な開発目標（SDG）6では、単にトイレへのアクセスを提供するだけでなく、衛生管理サービスチェーン全体が組み込まれており、糞便汚泥管理（ FSM）の重要性がさらに認識されています。SDGは2015年に開始され、SDG 6は「2030年までにすべての人に清潔な水と衛生設備を」を目標としており、その重要性がさらに認識されています。^{[ 1 ]： 2}また、糞便汚泥管理が国の規制や開発機関の計画に組み込まれるケースが増え、財団や政府からの資金提供が増加し、インフラ整備やサービス提供が実施されています。^{[ 1 ]： 2}

このテーマに関するエビデンスに基づいた研究や学術誌への論文発表が急速に増加しています（例えば、アフリカやアジアなど^{[ 11 ] [ 12 ]} ）。サービスチェーン全体にわたって、技術開発が急速に進んでいます。コンテナ式衛生設備、分散型オプション、ビル＆メリンダ・ゲイツ財団の「トイレ再発明チャレンジ」を通じて少なくとも2012年から開発されたイノベーションなど、既存のサービスチェーンを変える可能性のあるものもあります。 ^{[ 13 ]}

カリキュラムは開発され、実施されてきました。その取り組みには、グローバル衛生大学院や、Sandec MOOC ^{[ 14 ]}シリーズなどの無料で利用できるオンラインコースが含まれます。

2014年、ビル＆メリンダ・ゲイツ財団の助成金を受けてSFDイニシアチブが設立され、 SFDフロー図の開発と普及に取り組んでいます。^{[ 15 ]}

ほとんどのタイプの乾式トイレ（汲み取り式便所を除く）は、糞便汚泥を生成せず、代わりに乾燥した糞便（尿分離式乾式トイレの場合）または堆肥（堆肥化トイレの場合）を生成します。たとえば、アーボルー・トイレの場合、汲み取り式便所から何も取り出すことはなく、代わりに軽量の便所上部構造を別の浅い穴に移動させ、埋められた穴の上に木を植えます。

FSMサービスは通常、正規および非正規の民間サービス提供者、地方自治体、水道局、公益事業体によって提供されます。水道接続率が高い（水道管が接続されている家庭が多い）水道事業体は、FSMプログラムの運営者として最適です。料金体系に基づいて顧客に水が販売されている場合、FSMサービスをカバーするための追加料金が課される可能性があります。大都市では、通常、水道・下水道サービス提供者が最も適切な運営者となります。

地方自治体は、収集、輸送、処理に独自のスタッフとリソースを使用してサービスを提供することを選択できる。これは、水道事業体が広範囲に及ばない小規模な都市や自治体でよく見られるケースである。多くの場合、市政府と水道事業体の協力は戦略的に有利になる可能性がある。フィリピンのドゥマゲテ市は、水道事業体と地方自治体がFSMプログラムの共同所有権と責任を負っている例である。^{[ 19 ]}組織化された大規模なFSMプログラムは、臨時に活動する独立した民間事業者よりも、より安価で衛生的にサービスを提供できる可能性がある。サービスを手頃な価格で提供することは、市民にプログラムを宣伝し、参加を促す際の重要なセールスポイントである。

地元の民間セクターは、FSMサービスを提供する上で重要な役割を担っています。このような場合、民間セクターの請負業者は、（規制の下で）世帯と直接作業したり、市が発注する汚泥除去契約に入札したりすることができます。民間セクターは、処理施設の運営と維持、および処理プロセスから得られる商品の加工と販売のサービスも提供できます。フィリピンのラ・ユニオン州サン・フェルナンド市は、処理施設の建設と収集プログラムを民間セクターに委託した地方自治体の例です。^{[ 20 ]}

計画的な汚泥除去は、地方自治体または公益事業者が浄化槽の定期的な汚泥除去を確実に行うための計画的な取り組みです。このプロセスでは、定められたルートに沿ってすべての物件が対象となり、物件の所有者には汚泥除去が行われることが事前に通知されます。^{[ 21 ]}実際の汚泥除去（または浄化槽の空にする作業）は、官民連携（PPP）協定を通じて行うことができます。^{[ 21 ]}

東南アジアでは、（2016年現在）サービス提供手段として、定期的な汚泥除去プログラムへの関心が高まっている。WSPの調査では、定期的な汚泥除去の導入は、まず需要が最も高い地域に焦点を当て、これらの地域で定期的な汚泥除去の成功が実証されたら他の地域に移るべきだと推奨している。^{[ 11 ]}インドネシアのパルにおけるピットとタンクの汚泥除去記録の分析によると、汚泥除去サービスの既存の需要は地区によって異なり、需要は確立された地域で最大で、都市周辺地域で最小であることが明らかになった。

インドでは、定期的な汚泥除去サービスには複数の利点があります。定期的な汚泥除去によって基準を達成し、汚泥除去の高額な費用を削減し、手作業の必要性をなくし、環境と公衆衛生への影響を改善し、利用者料金ではなく地方税と結びついています。^{[ 21 ]}定期的な汚泥除去は、フィリピン、マレーシア、ベトナム、インドネシア、インドを含むいくつかのアジア諸国で開始されています。^{[ 21 ]} SNV （オランダ開発機構）のプログラムは、2014年から2017年にかけてのより広範な都市衛生プログラムの一環として、インドネシア、ネパール、バングラデシュで定期的な汲み取りサービスを開発しました。^{[ 22 ]}

FSMサービスは、需要に応じて（オンデマンド、オンコール、アドホック、非スケジュールなどと呼ばれることが多い）、または定期的に（定期的とも呼ばれる）汚泥除去として提供される場合もあれば、両方の組み合わせで提供される場合もあります。いずれの方式でも、OSSFは定期的に、または世帯からの要請があった場合、あるいは管轄当局による検査で汚泥除去が必要と判断された場合に汚泥除去されます。

オックスファム・フィリピンが実施した20のFSMイノベーション事例研究と成功プログラムの調査および提唱の分析により、成功したFSMプログラムの共通要素には以下が含まれることが明らかになった。^{[ 18 ] [ 11 ]}

• 適切に策定され、実用的な政策、規則、規制：これらは不可欠ですが、それだけではほとんど役に立たず、逆効果になることさえあり、以下のような補完的な要素によって支えられなければなりません。
• たとえ実際のサービス提供が民間部門によって行われる場合であっても、サービスを管理するためには、地域におけるリーダーシップと、明確な権限と資源を与えられた機関が必要である。
• 関係者間の連携は、大規模なサービス開発、地域社会の信頼構築、そして持続可能性の実現に貢献する。
• 地域社会との継続的な連携、マーケティング、意識向上プログラムは、汚泥処理と同様にFSMにとって不可欠であるが、しばしば過小評価され、予算が不足し、初期期間後に放棄されることもある。
• FSMサービスプロバイダーの能力強化は、あらゆる需要セグメントに効果的に対応し、長期的な存続可能性を確保するのに役立ちます。これには、技術面と経営管理面の両方における研修、および補助金、設備リース、融資保証、その他の金融手段を通じた資金調達の促進が含まれます。
• 貧困層に配慮し、かつサービス提供にかかる運営コストを反映した料金体系。
• システムの運用・保守能力とバリューチェーンの実態に適した技術。

衛生作業員は、衛生チェーンのどの段階においても、衛生技術の清掃、維持、操作、または空にする責任を負う人々です。^{[ 23 ]： 2}これらの作業員は、安全な糞便汚泥管理に貢献しています。

糞便汚泥が十分に液状であれば、通常は真空ポンプまたは遠心式ブースターポンプを使用して回収されます。また、粘性の高い汚泥や堆積したゴミを掘り出すために設計された、さまざまな手動式および電動式の装置も市販されています。

浄化槽や汲み取り式トイレに何年も放置された汚泥は固まり、除去が非常に困難になります。作業員が汲み取り作業のためにピットに入ることは今でも一般的ですが、この方法は一般的に危険で好ましくありません（インドでは、この方法は「手動清掃」と呼ばれています）。地表からこの固まった汚泥を衛生的に除去するための低コストのポンプシステムがいくつか存在しますが、その多くはまだ実験段階にあります（例：エクスクラベーター、ガルパー、e-Vac）。^{[ 28 ]}

糞便汚泥は、タンクやピット内で「ピット内石灰安定化処理」によって処理することも可能です。この処理では、汚泥をタンクやピットから取り出す前に処理します。取り出された汚泥は、敷地内または敷地外の処理施設に輸送されます。

高度な移送ステーションやバキュームトラックの中には、糞便汚泥をある程度脱水できるものもあり、この水は下水管に送られ、下水処理場で処理されることがあります。^{[ 4 ]}これにより、より多くの汚泥をより効率的に処理することが可能になり、下水処理場での糞便汚泥の共同処理の最良の事例の一つとなる可能性があります。

中継ステーションは、処理施設が人口密集地から遠すぎて直接処分が困難な場合によく利用される中間的な投棄場所です。その他の地域では、交通渋滞や日中のトラック通行禁止などの理由から、中継ステーションの利用が適切となる場合があります。さらに、タンクローリーがアクセスできない住宅が相当数ある自治体では、中継ステーションを利用すべきです。中継ステーションは、以下のような場合に利用されます。

• 住宅の5％以上は、掃除機が届かない場所にある。
• 処理施設は住宅から遠すぎるため、一度に輸送するのは現実的ではない。
• 日中はトラックの通行は許可されていません。
• 日中の交通渋滞は、バキュームトラックの運行を妨げる。

糞便汚泥の特性は、気候、トイレの種類、食生活、その他の変数によって大きく異なる可能性があります。糞便汚泥は、粘稠度によって「液体」（総固形分またはTS <5%）、「スラリー」（TS 5～15%）、「半固体」（TS 15～25%）、「固体」（TS >25%）に分類できます。^{[ 1 ]： 3}糞便汚泥と廃水は量と質が大きく異なり、糞便汚泥の特性の範囲は廃水よりも1～2桁高いです。^{[ 1 ]： 4}

糞便汚泥の特性に影響を与える人口統計学的、環境的、技術的要因の結果、特性評価を複雑にする高いレベルの不均一性が生じる。^{[ 1 ]： 23}

実際のデータがない場合、設計者は処理システムの規模を決定する際に 、BOD 2,000 mg/L、 TSS 5,000 mg/Lなどのデフォルト値を使用することがよくあります。しかし、これはしばしば糞便汚泥処理施設の過剰設計または過小設計につながります。これは、特定の特性について「標準的な変動範囲」が存在しないことが多く、ある研究の結果を別の研究との比較の基準として必ずしも使用できるとは限らないためです。^{[ 1 ]： 23}

研究によると、空間的に利用可能なデータとの相関関係は、糞便汚泥の量と質を予​​測するのに役立つことが示されています。予測に関連する指標には、所得水準、利用者、量、空にする頻度、トラックのサイズなどがあります。これらの特性との相関関係を利用することで、糞便汚泥分析の分析コストを削減する方法が提供される可能性があります。^{[ 29 ]}

廃棄物の特性評価調査を実施することで、地域の状況を把握し、処理施設の規模決定に役立つデータを得ることができます。また、処理プロセスから得られる製品の価値を推定するのにも役立ちます。

糞便汚泥を特徴づけるために一般的に測定される主な物理化学的パラメータには、BOD、全懸濁物質、固形分率、砂の指標、COD、アンモニウム、全窒素および全リン、脂肪、油およびグリース（FOG）、汚泥量指数（SVI）、pH、アルカリ度などがあります。 

糞便汚泥中の病原体含有量に関するデータは比較的少ない。バングラデシュの農村部で行われたある研究では、汲み取り式トイレの糞便汚泥1グラムあたり41個の蠕虫卵が確認された。 ^{[ 30 ]}

糞便汚泥の特性は、以下の要因によって影響を受ける可能性があります。^{[ 4 ]}

• 汚泥除去作業を行う方法、技術、および作業員の技能レベル。
• 汚泥除去に使用される各種機器の効率性。
• 季節性 – 地下水や洪水がタンクに浸入し、内容物を希釈する可能性がある。
• タンクの汚泥除去が最後に行われた時期（糞便汚泥の蓄積期間）。

糞便汚泥は、まず液体と固体を分離し、次に液体と固体の両方を処理しながら、可能な限り多くのエネルギーまたは栄養価を回収するという一連の処理工程を経て処理されることが多い。^{[ 4 ]}糞便汚泥処理プラントにおける一般的なプロセスには、次のものがある。

• 糞便汚泥受入所 ― トラックが処理施設に接続し、汚泥が荷降ろしされる場所。
• 前処理 – ゴミ、砂、砂利、FOG（脂肪、油、グリース）を除去する
• 一次処理 – 物理的な手段（脱水と濃縮）による液体と固形物の単純な分離、例えば乾燥床の使用
• 液体処理 ― 例えば、人工湿地、廃水安定化池、嫌気性消化槽などを利用する。
• 固形物処理 ― 糞便汚泥処理によって生じた固形物を、可能な限り有益な用途に利用すること。

人工湿地は、多くの場合、地元の資材と労働力を使用して建設できる低コストの処理技術として注目を集めている。十分な土地と砂利や砂の供給源がある場所では、この技術は低コスト、拡張性、簡単な操作性を提供する。^{[ 31 ]}

糞便汚泥処理のための新興技術には以下が含まれる：^{[ 33 ]}

• 糞便汚泥から乾燥または炭化固体燃料を製造できる技術には、乾燥、ペレット化、水熱炭化、および緩慢熱分解などがあります。^{[ 5 ]}
• 熱処理プロセスは、個別の処理工程を不要にすることでコスト効率を高めることができる。特定の汚泥処理技術を用いて、糞便汚泥と下水汚泥または都市固形廃棄物の特定成分をエネルギーまたは燃料に変換する。
• バイオディーゼルは、脂肪、油、グリースを原料として製造することができる。RTIインターナショナルは、糞便汚泥をバイオディーゼル生産に利用するための研究を進めている。
• 電気は、糞便や固形廃棄物を一緒に燃焼させて安定した燃焼状態を維持する熱プロセスによって生成され、その熱を利用して蒸気を発生させ、発電機を駆動する。

インドの水衛生研究所は、現場で糞便汚泥を処理できるトラックベースの移動式処理ユニット^{[ 35 ]}を開発しました。MTU は、Aaron Forbis-Stokes が執筆した技術論文で評価されました。このシステムは、インドのタミル・ナードゥ州の 108 か所で現場で浄化槽汚泥を処理する際の運用および処理性能について評価されました。^{[ 36 ]}このオプションは、浄化槽汚泥の輸送を必要とせず、未処理の浄化槽汚泥を環境に不法投棄するという一般的な慣行を回避できるため、好ましいです。これまでに、入手しやすいフィルターと膜 (メッシュ生地、砂、粒状活性炭 (GAC)、マイクロフィルター、ウルトラフィルター) を使用して 6 台の移動式浄化槽汚泥処理ユニットが構築され、小型トラックの荷台に設置されています。対象となる用途は、浄化槽または下水貯留槽の空にして、懸濁固形物を濃縮し、安全に排出できる液体を生成することです。 WASH Instituteは、米国国際開発庁（USAID）の助成金を受けて、廃棄物を環境に排出する従来のバキュームトラックに代わる最適な選択肢として、MTUソリューションの普及拡大に取り組んでいる。

下水処理場での浄化槽汚泥の同時処理は、ほとんどの家庭が下水道を利用できる状況のように、敷地内施設から除去される浄化槽汚泥の量が少ない場合に検討されることがあります。しかし、浄化槽汚泥と糞便汚泥は濃度が高いため、比較的少量でも下水処理場の有機物、浮遊物質、窒素負荷に大きな影響を与える可能性があります。考えられる結果としては、除去が必要なスクリーンと砂利の量の増加、前処理場での臭気放出の増加、スカムと汚泥の蓄積率の増加、有機物負荷の増加による過負荷と処理障害、曝気槽での臭気と泡立ちの増加などが挙げられます。浄化槽汚泥と糞便汚泥は部分的に消化されているため、通常、都市下水よりも分解速度が遅くなります。したがって、これらの存在は処理プロセスの有効性に悪影響を与える可能性があります。糞便汚泥や浄化槽汚泥の断続的な負荷は、上記の問題を増幅させる可能性もある。^{[ 37 ]}

これらの潜在的な欠点にもかかわらず、余剰能力のある廃水処理施設は調査すべき潜在的な資源である。共同処理が選択肢にならない場合でも、既存の廃水処理施設は、浄化槽汚泥管理サービスの需要地域に近い戦略的な場所に土地を提供できる可能性がある。浄化槽汚泥／糞便汚泥については、常に個別の前処理施設と固形液分離施設を設ける必要がある。固形液分離は、総負荷と液相中の消化物の割合の両方を低減し、廃水処理プロセスを阻害する可能性を低減する。分離された固形物は、廃水処理プロセス中に沈殿槽で発生する汚泥とともに処理することができる。^{[ 37 ]： 6}

糞便汚泥の処理に関する十分な情報に基づいた技術選択を行うには、正式なプロセスを用いるべきである。^{[ 4 ]}これは通常、利害関係者、コンサルタント、施設の運営者、および将来の所有者によって実施される共同プロセスである。このプロセスは、都市全体の衛生計画の一環として、利害関係者との長期的なビジョン計画に基づいている。各地域における予想される廃棄物の流れ（量）、その強度、特性、および変動性を把握する必要がある。廃水および糞便汚泥処理施設の適切な計画と設計を策定するための正式かつ透明性の高いプロセスは、技術決定に対する地域の賛同と所有権を得ることになり、これはプログラムの長期的な成功と持続可能性にとって極めて重要である。

コンポスト化とは、有機物を酸素の存在下で分解し、その過程で熱を発生させるプロセスです。糞便汚泥の場合、熱によって病原菌が不活性化され、分解過程で有機物が腐植土のような土壌改良材に分解されるとともに、植物が吸収しやすい形に栄養素が分解されます。適切に処理された糞便汚泥は、農業で再利用することができます。

糞便汚泥は窒素を豊富に含んでいます。糞便汚泥を、細かく砕いた農作物残渣など炭素を豊富に含む材料と混合すると、堆肥化プロセスを最大限に促進できます。炭素と窒素の比率が20対1から30対1になるように適切に混合するのが最適です。

資源回収を固体燃料として利用することは、サハラ以南アフリカにおいて高い市場可能性を秘めていることが分かっている。^{[ 5 ]}燃料の種類の選択は、(1) 燃料の用途（例：燃焼技術、使用者/取り扱い要件、必要量）、および (2) 投入される糞便汚泥の特性（例：安定化レベル、砂含有量、水分含有量）によって決まる。適切な技術オプションが特定されたら、その後、現地の状況（例：電力、土地、技術的（運用および保守）要件の現地での供給能力）に最も適合するかどうかを評価する必要がある。^{[ 5 ]：図2}

バイオガスは、嫌気性消化プロセスの副産物である再生可能エネルギーです。

処理済みの排水は、農業用水や景観灌漑に利用できる。

USAIDは、東南アジアのいくつかの国で定期的な汚泥除去サービスを導入する取り組みを支援してきました。その最初の例はフィリピンのドゥマゲテでした。^{[ 17 ]}このプログラムは、市政府とドゥマゲテ市水道局が共同で運営し、前者が処理施設を運営し、水道局が汚泥除去を行いました。^{[ 39 ] [ 40 ]}この計画の費用は、消費された水1立方メートルあたり2ペソ（約5米セント）の料金を水道料金に加算することで賄われました（1世帯あたり月約1米ドル）。このアプローチが可能だったのは、住民の約95%が水道局の配水システムに接続していたためです。トラックは、定期的なサイクルで近隣から近隣へと移動し、3～4年周期で定期的にピットを空にすることになっていました。このアプローチでは、汚泥除去が必要なすべてのピットと浄化槽のデータベースが必要です。しかし、ドゥマゲテ市は2018年までに「オンコール」方式に戻しており、その費用は水道料金への追加料金で賄われている。利用者は、貯水槽の汚泥除去が必要になった際に高額な料金を支払うよりも、この少額の定期的な支払いを好むようだ。