プランクトン・プラントの考え方
1.概念
近年、人間のさまざまな活動で発生する排水は、下水処理場、浄化槽等さまざまな廃水処理施設、装置で処理されるようになってきておりますが、これらの施設は排水中の汚れを物理的化学的あるいは生物的に取り除き、浄化した水を川や海などの環境中に放流しています。取り除かれた汚れは、たいてい汚泥として発生し、施設から運び出されて処分場で埋め立てられるか、焼却処分されています。また汚泥の一部は、コンポスト施設で堆肥にされています。このいずれの処分経路でも、汚泥は”燃焼反応”により、生物的あるいは化学的に燃えていく事になります。つまり、有機物の炭素は二酸化炭素として環境中に戻る事になります。昔のように肥溜めから直接畑にまくようなことは、なされないようになってきています。
ここで、人間の生態系での位置を考えますと、最高位置にいることになります。しかも人口は非常に多いため、地球上で光合成により生産された植物バイオマスのかなりの部分が、最終的には人間によって利用されることになります。本来、自然生態系では、上位消費者の排出する老廃物は、腐食連鎖に入り、食物連鎖の重要な経路を形成しています。しかし、人間の場合は、この老廃物が下水道等で回収され汚泥として埋め立てあるいは燃やされてしまうため、自然生態系に還元されておりません。生態系が再び炭素を固定して利用するためには、二酸化炭素を多大なエネルギ−をかけて光合成で固定する必要があります。人間に入るバイオマス量の割合は多く、それに伴い排出する老廃物の量は膨大であり、これを燃やしてしまうことは、本来生態系のなかで循環していた物質量を大きく減少させることになります。このことは、自然界の生物量が減り、活性が失われていく現象として映ることになります。ス-パ−等に並ぶ多量の食料品が、もとをただせば全て光合成による基礎生産によるものであり、そこから得られるものの大部分を人間が独占して消費しているのが現在の状態ですから、自然生態系に循環する物質、エネルギ−量が減少するのも無理からぬことと理解されます。
もし、人間の活動から発生する排水を利用して、生態系ピラミッドの下部に位置する生き物、プランクトンを生産して、自然界に還元することができれば、この物質循環を回復させることができ、生態系を活性化させることができるのではないでしょうか。そして、人間が生態系から一方的に得るだけでなく、生態系と共生し生態系の一部としての役割を果たすことになるのです。
現在の廃水処理施設は、このような観点は考慮されておらず、排水から汚れを取り除いて環境中に出さないことのみを目的としています。本来排水中の汚れは、人間の側から見れば無価値な廃棄物・ゴミですが、生態系の側から見れば、重要な資源なのです。ならば、いっそのこと排水を浄化せず、そのまま環境中に垂れ流せばよいのでしょうか？もちろんこれは、環境の破壊につながります。資源を流せば、生態系の方でうまくやってくれる訳ではありません。生態系は複雑なシステムです。これにうまく乗るような形で資源を加工してやる必要があります。
ここで、自然界の生態系の効率について考えてみたいと思います。生物は、複雑な化学分子の集合体であると言うことができます。人間も、突き詰めれば化学分子の集合体と見ることができます。生態系ピラミッドとは、低位の単純な化学分子が、上位になるほど複雑な部品になっていく階段と見ることができます。これを”栄養転換”と言います。そして、栄養段階が高いほど、その生物を構成する化学分子は複雑であることになります。ここでは、この化学分子の複雑さを”栄養度”とします。排水中に含まれる汚れは、必要な栄養素や物質を人間に利用された後に残る残渣の集合体ですが、それでもなお、燃やしてしまってから生じる二酸化炭素や水に比べれば複雑な化学分子です。よって栄養度が高いと言え、事実これらを摂取して増殖できる生物グル−プが存在します。これは細菌や菌類、原生動物などや、デトリタス食性生物などです。そしてより栄養段階の高い生物によって食べられ、利用されております。そういう意味でも、人間の老廃物は貴重な生態系資源であると言えます。
生態系の効率とは、下位の栄養段階の生物で、上位の栄養段階の生物をどれだけ生産できるか、ということになります。人間の老廃物を使って、栄養段階が数段上のプランクトンを生産するためには、この生産効率が非常に重要になります。生態系の効率は、簡単にゼロにすることができます。単一の生物種の生産であれば容易にできますが、これが各栄養段階で有機的に連続した生態系は非常に複雑かつデリケ−トにできています。連続する栄養段階の1つ1つの生物が密接に関係しあっており、全ての生物が律速段階となりえるため、その生態系を構成する全ての生物の必要量が確保されていないと、確保できていない生物の量によって、生態系全体の生産量が減少させられることになります。極端な例だと、ある1つの生物種がいなくなることで、生態系中の物質循環がそこで遮断されてしまい、最上位の目標生物の生産量はゼロとなるわけです。
はたして野放しの自然の生態系の効率はどれほどなのでしょう？ちょっと考えると高そうな感じがしますが、実はさほど高くはありません。湿地帯や、さんご礁など豊かな自然のあるところや、栄養度の高い生物である高位捕食者のトラやイヌワシのいるようなところでは生態系の効率が高いと言えるのでしょうが、そんなところばかりではありません。効率の高い生態系が実現されるにはかなりの条件が必要となってくるのです。それに対して意外と人間の手が入っている方が生産性が高い場合があるのです。その代表例が農業です。水田や魚の養殖場は高い生産性を示します。また、里山でも、人間が入って下刈りをした方が生産性が上がります。つまり、人間の力を貸した方が生態系の生産性や効率を上げることができる場合があるのです。これは人為的に生態系の効率を上げることが可能であることを示しています。
後で示しますように、個々の単一の生き物の生産では、驚くような生産性を示すことがあります（栄養段階低位のプランクトンは、ある条件下でまさに爆発的に増えます）。この高生産性を示す条件を個々の生物に対して作り出して、これらを連結させれば、最高効率の人工生態系を実現できるのではないでしょうか？
人間の活動から生じる排水を資源として用い、人工生態系の高い効率で自然生態系を支えるプランクトンを生産し自然界に還元する。これにより自然生態系全体を活性化する。
これがプランクトンプラントの目的です。こうした自然生態系を人為的に積極的に活性化させる試みは、大規模になされたことはありません。なによりも個人的には直接メリットが無い為、このことに個人的に多額の費用をかけることはなされなかったわけです。しかし、現在、環境保全への意識が高まり、大規模な下水道網が整備されたり、高性能な浄化槽が出現するようになり、廃水処理に多額のお金がかけられるようになりました。実際下水道料金として、上水なみの（あるいは以上の）料金を支払っております。浄化槽の場合は下水よりはいくらかは低くなりますが、それでも一般家庭で年間5万円近くの費用をかけております。このお金を、排水浄化のみならず、生態系活性化にも使うことができないでしょうか？
2.既存の排水処理施設
プランクトンプラントは、全く新規に設計して設置することは考えておりません。従来からある廃水処理施設を利用することを考えています。廃水処理施設の整備には膨大な費用がかかります。これを新規に整備することは不可能に近いと思われます。実現のためには既存の設備を利用することが必要になります。また、実は原理的にも、既存の設備はプランクトンプラントに発展できるポテンシャルを持っているのです。現在の廃水処理は、ほぼ全て生物処理を利用しています。下水処理場も、農業集落排水処理場も、各家庭の浄化槽もすべて生物処理を用いております。排水中の汚れをバクテリア（細菌）が食べ、バクテリアを原生動物が食べると、すでに廃水処理施設の中である程度生態系ができているのです。この生態系は栄養段階が低い段階で終結していますが、これを延長して、より高位のプランクトンまでもっていければ、プランクトンプラントとなるわけです。農業集落排水処理場などでは最終沈殿池でミジンコやサカマキ貝などが発生している事例がよくあります。意図しなくともプランクトンまで生態系ができてしまっている例が存在しているのです。これらの事例は、プランクトンプラントの設計に貴重な参考例となります。また、既存の施設にはプランクトンプラントに利用できる可能性のあるさまざまな機器があります。ここでは、プランクトンプラントの参考となる事例や設備を紹介していきたいと思います。もし簡易な改造で既存の施設をプランクトンプラントにすることができ、その運用費用が変化しなければ、現在の体制のままプランクトンプラントを稼動させることができるのです。