水道における連続監視の最適化および浄水プロセスでの処理性能評価に関する研究

文献情報

• 文献番号: 201625001A
• 報告書区分: 総括
• 研究課題名: 水道における連続監視の最適化および浄水プロセスでの処理性能評価に関する研究
• 課題番号: H26-健危-一般-003
• 研究年度: 平成28(2016)年度
• 研究代表者(所属機関): 小坂 浩司(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)

• 秋葉　道宏(国立保健医療科学院)
• 浅見　真理(国立保健医療科学院　生活環境研究部)
• 大野　浩一(国立保健医療科学院　生活環境研究部)
• 水野　忠雄(京都大学大学院　工学研究科)

• 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分野 健康安全・危機管理対策総合研究
• 研究開始年度: 平成26(2014)年度
• 研究終了予定年度: 平成28(2016)年度
• 研究費: 2,489,000円
• 研究者交替、所属機関変更: -

研究報告書（概要版）

研究目的

安全な水道水を供給する観点から、水道システム、特に水道水源での危害を同定し、浄水プロセスで水質変動・異常を検知し、迅速に対応することが重要な課題の一つである。本研究では、水道水源での監視体制の最適化、浄水プロセスでの処理状況の連続監視データを利用し、水質変動・異常への対方法や処理性能の評価手法を構築することを目的としている。

研究方法

全国の浄水場別水安全計画を用いて抽出した優先度の高い危害原因事象とその因子について、管理基準逸脱時の対応方法を解析した。全国の水道事業体に対し、病原微生物、障害生物の検査状況について調査結果を解析した。淀川水質協議会の資料や聞き取りにより、計器による油類の連続監視状況を調査した。全国の水道事業体を対象に水質計器の設置、活用状況の調査を解析した。水質計製造メーカー各社に対し、比較的最近に製品化された水質計器の仕様や適用例についてヒアリングを行った。全国20浄水場を対象に、原水、凝集沈殿水、急速ろ過水、浄水の連続データを解析した。浄水場のオゾン接触槽に溶存オゾン濃度計を設置し、連続データを取得した。オゾンCt値算出のための推定パラメータを算出した。関連の研究、水道事業体の検討事項等を中心に、摂取制限を伴う給水継続について情報収集を行った。

結果と考察

表流水で急速ろ過方式、地下水で消毒のみ方式の浄水場について、抽出した危害原因事象と因子の異常検知方法、異常の事実確認方法を解析した。対応基準と対応方法を対応マニュアルの形に落とし込み、管理基準逸脱時の標準的な対応マニュアル例を作成した。障害生物を除く水質項目について独自に設定した項目の検査を実施していたのは大規模事業体でのみで、障害生物では多くの事業体で検査を実施していた。東京都水道局の場合、水源水質事故は特に利根川中流域の主に左岸側、江戸川中～下流域で発生件数と密度が高かった。PRTR制度届出事業所は、多摩川左岸、荒川支川入間川右岸、埼玉県東南部、利根川中流域で数が多く、密度も高かった。淀川流域では、9浄水場10取水系統で一日1回以上の頻度で原水の臭気検査を実施し、4箇所で油膜検知器を設置し、3箇所で油分モニタを設置予定で、4箇所でVOC計を設置していた。VOC計を用いた油類検知のための監視対象VOCは、比較的密度が高く、疎水性が低く、かつ沸点が高い成分が望ましいと考えられた。アンケート調査の結果、急速ろ過方式では31種の水質計器が設置され、水質計器の設置率は99%であった。他の処理方式でも設置率は98%以上であった。生物センサーはそのほとんどは魚類監視装置で、高感度濁度計は粒子数計測法式が多かった。メーカーへのヒアリングの結果、一般的な水質計を除いた水質計器は56機種で、これらについて統一様式で仕様を整理した。原水の濁度、pH、電気伝導度について、そのトレンドから変動を解析する指標を採り上げた。3項目の6指標で主成分分析を行ったところ、累積寄与率は3項目で75.97％に達した。この6つの指標を用いて各事業体を対象にレーダーチャートを作成した。原水濁度と沈殿水濁度の関係を見ると、沈殿水濁度が高いのは見かけ上、原水低濁度時に偏在しており、特定の場合を除き原水高濁度時には各浄水場とも着実に対応していた。溶存オゾン濃度の連続データと推定パラメータを基にオゾンCt値を推定したところ、概ね3～10 mg/L･min.程度の範囲であった。Ct値は温度が高い時期ほど高く、温度が低い時期ほど低かった。水源汚染の防止や、原水、工程水、給配水の各段階を含む危機管理マニュアルの策定、これらを総合する水安全計画の策定は非常に重要であると考えられた。また、実際に水質事故が起こった場合、問い合わせ対応には多くの人員が必要となるため、素早くマニュアルを作成し、他部局の職員等でも回答できる体制を作ることが重要であると考えられた。

結論

水道システムでの代表的な危害原因事象とその因子の異常時の対応方法を整理した。淀川流域、利根川流域での潜在的にリスクが高い物質の抽出、地域を図示化した。VOC計の活用は油類流出事故監視体制の強化につながることを示した。全国における水質計器の設置、活用状況の実態を初めて明らかにした。濁度、pH、電気伝導度の原水の連続データの水質変動を基とした、原水の水質全体の評価指標を作成した。原水、沈澱水、ろ過水の濁度の変動を比較解析することで、留意が必要な原水の状態をデータで示した。オゾン接触槽内の溶存オゾン濃度と数値モデルから、オゾン処理での主要な性能評価指標であるオゾンCt値の実態を初めて明らかにした。摂取制限等をともなう給水継続への事業体のマニュアル作成に対し、助言等を通じて貢献した。

公開日・更新日

• 公開日: 2017-06-23
• 更新日: -

文献情報

• 文献番号: 201625001B
• 報告書区分: 総合
• 研究課題名: 水道における連続監視の最適化および浄水プロセスでの処理性能評価に関する研究
• 課題番号: H26-健危-一般-003
• 研究年度: 平成28(2016)年度
• 研究代表者(所属機関): 小坂 浩司(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)

• 秋葉　道宏(国立保健医療科学院)
• 浅見　真理(国立保健医療科学院　生活環境研究部)
• 大野　浩一(国立保健医療科学院　生活環境研究部)
• 水野　忠雄(京都大学大学院　工学研究科)

• 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分野 健康安全・危機管理対策総合研究
• 研究開始年度: 平成26(2014)年度
• 研究終了予定年度: 平成28(2016)年度
• 研究者交替、所属機関変更: -

研究報告書（概要版）

研究目的

安全な水道水を供給する観点から、水道システム、特に水道水源での危害を同定し、浄水プロセスで水質変動・異常を検知し、迅速に対応することが重要な課題の一つである。本研究では、水道水源での監視体制の最適化、浄水プロセスでの処理状況の連続監視データを利用し、水質変動・異常への対方法や処理性能の評価手法を構築することを目的としている。

研究方法

全国の浄水場別水安全計画を入手し、優先度の高い危害原因事象とその因子を抽出し、それらの監視方法、管理基準、管理基準逸脱時の対応方法を解析した。淀川流域、利根川流域をモデル流域に、水源水質事故情報を基に危害の種類と発生地点を整理した。淀川流域の油類監視体制について評価した。全国の水道事業体を対象に連続自動水質計器の設置、活用状況のアンケート調査を行い、データを解析した。全国20事業体から、表流水を原水とする浄水場を対象に、自動水質計器による連続データを入手、解析した。実処理場のオゾン接触槽で溶存オゾン濃度の連続データを取得し、数値モデルを構築し、その結果から処理性能評価を行った。海外事例の情報収集と整理、事業体の対応マニュアル作成に役立つワークショップ等を開催した。

結果と考察

水道システムを水源、浄水プロセス、給配水システムの3つの要素に分け、各要素でリスクレベルが高く優先的に管理すべき危害原因事象とその危害因子を抽出した（降雨－濁度、テロ－毒物、クロスコネクション－残留塩素等）。また、水源と浄水処理方式の組合せとして、表流水と急速ろ過方式、地下水と消毒のみ方式の2つの典型的な組合せを選択し、抽出した優先的に管理すべき危害原因事象と因子の監視方法と管理基準逸脱時の対応方法を解析した。淀川流域で過去11年間の事故の約70%が油の流出、取扱事業所数や排出量・移動量が多いPRTR物質の上位はVOCであった。VOC計による油類検知可能性を検討した。淀川流域では、10取水系統で毎日の原水臭気試験が行われ、4系統で油膜検知器が、3系統で油分モニタが、4系統でVOC計が設置されており、事故時の連絡体制も確立されていることが示された。利根川流域の場合、水質事故は利根大堰周辺や江戸川下流に、PRTR登録事業所数は埼玉県の東部や南部に多く、潜在的リスクが示された。処理方式によらず調査した浄水場のほぼ全てで1種以上の連続自動水質計器を設置していた。生物センサーは約50%の浄水場で設置され、その多くは魚類装置監視装置であった。濁度、pH、電気伝導度の連続データを解析し、原水についてこれら3項目の6指標で主成分分析を行った結果、累計寄与率は3項目で76.7％であった。これらの変動を基に、原水の水質全体の評価指標を作成した。原水と沈澱水濁度、ろ過水濁度の解析を行ったところ、沈殿水、ろ過水ともに濁度が高くなるのは、原水濁度10度以下に集中する傾向であった。原水低濁度時に留意が必要な場合があることがデータで示された。各接触槽後の溶存オゾン濃度を連続データを用いて、槽内のオゾンCt値を評価する数値解析手法を構築した。オゾンCt値は夏期に高くなる等、年間を通じた変動を明らかにすることができた。一方、臭素酸生成抑制の観点からオゾン注入率が低く抑えられていたため、オゾンCt値も全体的に低い値であった。給水継続の対応について、海外の事例等を調査したところ公報の重要性が改めて明らかとなった。ワークショップの開催等を行い、事業体が対応マニュアル作成する際の助言等を行った。

結論

策定済みの水安全計画から、水道システムにおける代表的な危害原因事象とその因子の監視とリスク管理方法を整理した。水安全計画が未策定の事業体（特に消毒のみでは中小事業体）の参考となることが期待される。淀川流域、利根川流域での潜在的にリスクが高い物質の抽出、地域を図示化することができた。VOC計の活用により、VOCと油類流出事故の同時監視が可能となり、水質事故の監視体制の強化につながることを示した。全国における連続自動水質計器の設置、活用状況の実態を初めて明らかにした。濁度、pH、電気伝導度の原水の連続データの水質変動を基とした、原水の水質全体の評価指標を作成した。オゾン接触槽内の溶存オゾン濃度の分布を計測し、数値モデルを組み合わせることで、オゾン処理での主要な性能評価指標であるオゾンCt値の実態を初めて明らかにした。摂取制限等をともなう給水継続への事業体のマニュアル作成に対し、助言等を通じて貢献した。

公開日・更新日

• 公開日: 2017-06-23
• 更新日: -

行政効果報告

• 文献番号: 201625001C

成果

• 専門的・学術的観点からの成果: 策定済みの水安全計画から水道システムでの代表的な危害を抽出し、監視・対応方法を解析した。全国における連続自動水質計器の設置、活用状況の実態を明らかにした。浄水場の原水の連続データの水質変動を基に原水の水質全体の評価指標を作成した。オゾン接触槽内の溶存オゾン濃度を計測し、数値モデルを組み合わせオゾンCt値の実態を示した。摂取制限等をともなう給水継続への事業体のマニュアル作成に助言等を通じて貢献した。
• 臨床的観点からの成果: 本研究は、必ずしも臨床的観点と直接結びつくものではないが、水道システムにおける危害の抽出とその監視・対応方法、水質事故の観点からの水道水源における監視、水質の変動の把握という視点から検討を行った。これらは飲料水に係る健康被害の発生やその防止に対して役立つものであると考えられる。
• ガイドライン等の開発: 水道システムにおける代表的な危害とその対応、連続データを用いた監視、摂取制限等をともなう給水継続への対応について情報やデータを解析し、また、データ取得を行った。これら成果は、厚生労働省による「水安全計画策定のためのガイドライン」や（社）日本水道協会（当時）による「突発水質汚染の監視対策指針2002」の改定を行う上での骨子となるものである。
• その他行政的観点からの成果: 現在、厚生労働省で設置されている「新水道ビジョン推進協議会」において、早期に取り組むべき主要な課題の一つに水安全計画の導入による水質管理促進が挙げられている。本研究の成果は、同協議会での資料にも利用され、未策定の水道事業体の策定に対し、手助けになるものである。
• その他のインパクト: 本研究で得られた、水源の監視体制、摂取制限等をともなう給水継続の対応について、一般的に分かりやすく情報伝達できるよう、総説の形で複数取りまとめたほか、研修会等を通じて公表を行った。

発表件数

• 原著論文（和文）: 1件
• 原著論文（英文等）: 1件
• その他論文(和文): 7件
• その他論文(英文等): 0件
• 学会発表(国内学会): 13件
• 学会発表(国際学会等): 1件
• その他成果(特許の出願): 0件
• その他成果(特許の取得): 0件
• その他成果(施策への反映): 0件
• その他成果(普及・啓発活動): 7件

主な原著論文20編（論文に厚生労働科学研究費の補助を受けたことが明記された論文に限る）

• 原著論文1: 朝野正平，浅見真理，斎藤健太他; 全国20事業体における水道原水の連続監視データの変動解析; 水道協会雑誌 , 87 (2) , 2-14 (2018)
• 原著論文2: Kosaka K., Koike Y., Miyabayashi Y. et al.; National survey of utilization of continuous water quality monitors in water supply systems in Japan; Water Science & Technology: Water Supply , 19 (5) , 1347-1353 (2019); 10.2166/ws.2019.006

公開日・更新日

• 公開日: 2017-05-22
• 更新日: 2023-06-27

収支報告書

• 文献番号: 201625001Z
• 報告年月日: 2018年02月13日

収入

• (1)補助金交付額: 2,489,000円
• (2)補助金確定額: 2,469,000円
• 差引額 [(1)-(2)]: 20,000円

支出

研究費 (内訳)	直接研究費	物品費	413,590円
		人件費・謝金	12,042円
		旅費	586,429円
		その他	1,457,681円
	間接経費		0円
	合計		2,469,742円

備考

備考

20,000円 返還

公開日・更新日

• 公開日: 2018-03-15
• 更新日: -