文献情報
文献番号
201330002A
報告書区分
総括
研究課題名
水道の浄水処理および配水過程における微生物リスク評価を用いた水質管理手法に関する研究
課題番号
H23-健危-一般-006
研究年度
平成25(2013)年度
研究代表者(所属機関)
島崎 大(国立保健医療科学院 生活環境研究部)
研究分担者(所属機関)
- 伊藤 禎彦(京都大学大学院 工学研究科)
- 大瀧 雅寛(お茶の水女子大学大学院 人間文化創成科学研究科)
- 春日 郁朗(東京大学大学院 工学系研究科)
研究区分
厚生労働科学研究費補助金 健康安全確保総合研究 健康安全・危機管理対策総合研究
研究開始年度
平成23(2011)年度
研究終了予定年度
平成25(2013)年度
研究費
5,225,000円
研究者交替、所属機関変更
-
研究報告書（概要版）
研究目的
水道水質の安全性および快適性のさらなる向上のため、水道の浄水処理および配水過程における病原微生物等による微生物リスクの所在を定量的に明らかとすること、また、当該の微生物リスクを低減する上での適切な制御方法および水質管理手法を提案することを目的とする。
研究方法
次世代型高度浄水処理プロセスを対象とした定量的微生物感染リスク評価、水道水における腸管出血性大腸菌を対象とした微生物リスク評価、T-RFLP法の定量的検出方法の不活化評価への適用、バイオフィルムの付着強度の違いによる分類とその不活化効果の検討、及び、配水過程における再増殖微生物の塩素耐性と増殖特性解析を行った。
結果と考察
カルキ臭低減を指向した次世代浄水処理プロセスにおける微生物リスク管理の高度化を目的として、オゾン/紫外線処理で生成する OHラジカルが大腸菌の不活化効果に寄与するかの検証実験を行い、OHラジカルは不活化に寄与していないと結論づけた。C.jejuni による年間感染確率を求めたところ、処理プロセスの総合除去・不活化能は中央値18.14 log10、年間感染確率は平均値2.07×10^-11/人/年と推定され、許容感染リスク10^-4/人/年を十分に下回ったため、低残留塩素下でも微生物学的に安全な水質を安定的に確保できると評価された。さらに年間感染確率に対して感度分析を行い、原水 E.coli 濃度が最も寄与率が大きく、処理プロセスにおいては凝集・沈殿処理が重要管理点であることを指摘した。
腸管出血性大腸菌O157:H7を対象として、従来型浄水処理プロセスにおける微生物リスク評価を行った。河川原水中にはE.coliO157:H7抗体に特異的に反応する細菌が平均48.75cells/ml存在し、凝集沈殿・砂ろ過では大腸菌の除去率が0.5log除去～4.12log除去という結果が得られ、原水濁度が高い時ほど除去率が高くなる傾向が見られた。また、塩素消毒による大腸菌の不活化能力を卓上実験で行い、Chickモデルによる外挿により、接触１時間での不活化能力を推定した。これらを基に障害調整生存年数DALYを指標とした微生物リスクを行った結果、濁度によらず微生物濃度が一定である場合には、原水濁度が低い、かつ、凝集処理が不十分であるほど微生物リスクが高くなった。
従属栄養細菌（Pseudomonas菌）の処理耐性等の評価を一度に行う手法として昨年度まで検討してきた分子生物学的手法であるT-RFLP法の定量的応用手法について、塩素消毒処理における不活化に適用できるか検討したところ、配水中の残留塩素濃度レベルの処理においては遺伝子損傷には至らないことから適用は難しいことが判明した。バイオフィルムを形成した従属栄養細菌（Pseudomonas菌）に対し、3段階の異なる流速による剥離強度によってバイオフィルムを分類し、各フィルム層への消毒処理の影響を比較したところ、バイオフィルム状の細菌の不活化効果は浮遊状態より低下することがわかった。0.1m/s以下の水流によってバイオフィルムの90%程度が剥離されるが、残存するバイオフィルムの層厚は深部まで塩素が浸透しにくい状況であり、全体としての塩素耐性が最も高かった。一方、0.4 m/s以上の水流では、99～99.9%程度が剥離され、残存バイオフィルムは薄くなるが、その場合は深部まで塩素が浸透する状況であり塩素耐性が低くなっていた。
アニュラーリアクターを用いて水道配水系を模擬し、残留塩素の有無が細菌再増殖に及ぼす影響を調査した。残留塩素が0.2mg/L程度保持されていても、クーポン上の全菌数は10^4 cells/cm^2程度まで増加することが明らかになった。一方、残留塩素を中和すると、クーポン上の全菌数は10^5 cells/cm^2程度まで急激に増加した。定常状態における収支から、バルク水及びクーポン上の比増殖速度を求めたところ、それぞれ14.2 (1/day)、0.14 (1/day)と、バルク水中の比増殖速度の方が大きかった。また、全菌の分布も、バルク水中に71%、クーポン上に29%とバルク水中の細菌再増殖の寄与の方が大きいことも推察された。クーポン上に形成された細菌群集構造を解析したところ、α-Proteobacteriaやβ-Proteobacteriaが主に優占していた。
腸管出血性大腸菌O157:H7を対象として、従来型浄水処理プロセスにおける微生物リスク評価を行った。河川原水中にはE.coliO157:H7抗体に特異的に反応する細菌が平均48.75cells/ml存在し、凝集沈殿・砂ろ過では大腸菌の除去率が0.5log除去～4.12log除去という結果が得られ、原水濁度が高い時ほど除去率が高くなる傾向が見られた。また、塩素消毒による大腸菌の不活化能力を卓上実験で行い、Chickモデルによる外挿により、接触１時間での不活化能力を推定した。これらを基に障害調整生存年数DALYを指標とした微生物リスクを行った結果、濁度によらず微生物濃度が一定である場合には、原水濁度が低い、かつ、凝集処理が不十分であるほど微生物リスクが高くなった。
従属栄養細菌（Pseudomonas菌）の処理耐性等の評価を一度に行う手法として昨年度まで検討してきた分子生物学的手法であるT-RFLP法の定量的応用手法について、塩素消毒処理における不活化に適用できるか検討したところ、配水中の残留塩素濃度レベルの処理においては遺伝子損傷には至らないことから適用は難しいことが判明した。バイオフィルムを形成した従属栄養細菌（Pseudomonas菌）に対し、3段階の異なる流速による剥離強度によってバイオフィルムを分類し、各フィルム層への消毒処理の影響を比較したところ、バイオフィルム状の細菌の不活化効果は浮遊状態より低下することがわかった。0.1m/s以下の水流によってバイオフィルムの90%程度が剥離されるが、残存するバイオフィルムの層厚は深部まで塩素が浸透しにくい状況であり、全体としての塩素耐性が最も高かった。一方、0.4 m/s以上の水流では、99～99.9%程度が剥離され、残存バイオフィルムは薄くなるが、その場合は深部まで塩素が浸透する状況であり塩素耐性が低くなっていた。
アニュラーリアクターを用いて水道配水系を模擬し、残留塩素の有無が細菌再増殖に及ぼす影響を調査した。残留塩素が0.2mg/L程度保持されていても、クーポン上の全菌数は10^4 cells/cm^2程度まで増加することが明らかになった。一方、残留塩素を中和すると、クーポン上の全菌数は10^5 cells/cm^2程度まで急激に増加した。定常状態における収支から、バルク水及びクーポン上の比増殖速度を求めたところ、それぞれ14.2 (1/day)、0.14 (1/day)と、バルク水中の比増殖速度の方が大きかった。また、全菌の分布も、バルク水中に71%、クーポン上に29%とバルク水中の細菌再増殖の寄与の方が大きいことも推察された。クーポン上に形成された細菌群集構造を解析したところ、α-Proteobacteriaやβ-Proteobacteriaが主に優占していた。
結論
水道の浄水処理および配水過程において微生物リスクを低減する上での適切な水質指標として、原水における病原微生物の存在濃度、浄水処理における懸濁物質の物理的除去と消毒効果、配水過程における微生物学的清浄度を、水質管理手法として、浄水処理における懸濁物質の除去効率および微生物不活化効率の監視、配水過程における微生物学的清浄度の監視を挙げた。
公開日・更新日
公開日
2017-06-23
更新日
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