文献情報
文献番号
201625002A
報告書区分
総括
研究課題名
地表水を対象とした浄水処理の濁度管理技術を補完する紫外線処理の適用に関する研究
課題番号
H26-健危-一般-004
研究年度
平成28(2016)年度
研究代表者(所属機関)
大垣 眞一郎(公益財団法人水道技術研究センター)
研究分担者(所属機関)
- 安藤 茂(公益財団法人水道技術研究センター )
- 佐々木 史朗(公益財団法人水道技術研究センター )
- 富井 正雄(公益財団法人水道技術研究センター )
- 島崎 大(国立保健医療科学院)
- 神子 直之(立命館大学 理工学部)
- 大瀧 雅寛(お茶の水女子大学 基幹研究院)
- 小熊 久美子(国立大学法人東京大学 先端科学技術研究センター)
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
3,391,000円
研究者交替、所属機関変更
-
研究報告書（概要版）
研究目的
我が国の水道水源の多くは地表水であるが、耐塩素性病原微生物の汚染が懸念されている。厚生労働省は、クリプトスポリジウム等対策指針を策定し、その対策を求めているが、特に小規模水道においては、未対応の施設が残っている。また、クリプトスポリジウム等対策の目標であるろ過水濁度0.1度以下を常時維持することに困難を感じている水道事業者も見受けられ、近年、急激な濁度上昇等の増加と相俟って懸念が増している。一方、これまで国内で地表水を対象とした紫外線処理の導入例はなく、関連する研究も少ない。このような背景から、本研究では、濁度管理を補完する技術としての地表水を対象とした紫外線処理の適用について検討した。
研究方法
本研究の平成28年度における具体的な検討課題ごとの研究方法を以下に示す。
1. 原水条件及び処理効果の検討
懸濁物質による散乱光の影響を明らかにするため、濁度による吸光度と溶存物質による吸光度の和が同一となるように試料を調整し、濁度および吸光度を変化させた試料に大腸菌ファージを添加して、紫外線照射前後の生残率により紫外線照射の効果を定量した。
2. 照射手法及び設計諸元の検討
本課題は、濁度変動に対応する紫外線照射量の検討、及び紫外線処理設備の照射手法及び設計諸元の検討の二項目の課題がある。前者は浄水場原水及び浄水場汚泥懸濁液における可視光及び紫外線の吸光度と積分球式吸光度を測定し、濁度比と散乱分率を求め、昨年の結果と合わせ検討を行った。後者はH27年度に得られた実験結果についてさらに検討を行った。
3. 維持管理上の留意事項の検討
海外文献による留意点の抽出と、既設の浄水施設に紫外線処理装置を追加する場合を想定した事例検討を行った。
1. 原水条件及び処理効果の検討
懸濁物質による散乱光の影響を明らかにするため、濁度による吸光度と溶存物質による吸光度の和が同一となるように試料を調整し、濁度および吸光度を変化させた試料に大腸菌ファージを添加して、紫外線照射前後の生残率により紫外線照射の効果を定量した。
2. 照射手法及び設計諸元の検討
本課題は、濁度変動に対応する紫外線照射量の検討、及び紫外線処理設備の照射手法及び設計諸元の検討の二項目の課題がある。前者は浄水場原水及び浄水場汚泥懸濁液における可視光及び紫外線の吸光度と積分球式吸光度を測定し、濁度比と散乱分率を求め、昨年の結果と合わせ検討を行った。後者はH27年度に得られた実験結果についてさらに検討を行った。
3. 維持管理上の留意事項の検討
海外文献による留意点の抽出と、既設の浄水施設に紫外線処理装置を追加する場合を想定した事例検討を行った。
結果と考察
1.原水条件及び処理効果の検証
濁質を含む水における紫外線照射の効果を算定する場合、254nm吸光度を用いて平均紫外線量を算定することで可能であった。不活化に有効な散乱紫外線量については、積分球式で測定した吸光度を用いて算定することが可能であった。また、紫外線照射装置の性能評価を行う場合には、できる限り病原微生物と同じ紫外線耐性を持つ微生物を用いて実験を行う必要があるという結果を得た。
2.紫外線の照射手法及び設計諸元の検討
濁質による紫外線の吸収・散乱を評価する手法として、吸光度値と積分球式吸光度値から求める散乱分率によって懸濁溶液の可視光散乱特性が評価できることがわかった。また、X線回折を行った結果、紫外線の散乱程度が高い物質についてはいずれも石英結晶の存在が認められ、可視光ならびに紫外線の散乱性を高めていると考えられた。
平成27年度の実験結果より、水中に懸濁粒子が存在しても紫外線消毒を阻害しない場合、粒子による紫外線の散乱で消毒効率が高まる場合のあることが示された。紫外線処理は濁度上昇に対しある程度の頑健性を有しており、ろ過水で想定する濁度変動の範囲では、濁度による紫外線処理性能の低下は有意差を検知できないレベルであると推察された。また、少なくとも現行の地表水以外への紫外線処理適用要件（濁度2度以下、色度5度以下、紫外線透過率75%以上）を満たす限り、適切に設計された紫外線処理装置であれば、原水の由来によらず、濁質による処理効率の有意な低下は生じないと考えられた。総じて、紫外線処理の適否は、原水が地表水であるかどうかではなく、紫外線を照射する段階の水質で判定することが合理的と考えられた。
3. 維持管理上の留意事項の検討
参照した諸外国における水道水に由来する過去のクリプトスポリジウムへの集団感染事例では、いずれも病原微生物が、浄水処理工程において適切に除去されておらず、またいずれの場合も、水道施設の設計、日常の運転管理、職員の教育など複層的な問題点が指摘されていた。また、WHO技術文書にもあるように、濁度は浄水処理の各プロセスが適切に機能しているか判断する上で重要な管理指標の一つであり、その推移は継続的に監視すべきである。また事例検討の結果、既存の砂ろ過処理を行っている施設に紫外線処理装置を後付で設置する場合、用地及び損失水頭の制約により浄水池以降の設置となる可能性が高いという結果を得た。
濁質を含む水における紫外線照射の効果を算定する場合、254nm吸光度を用いて平均紫外線量を算定することで可能であった。不活化に有効な散乱紫外線量については、積分球式で測定した吸光度を用いて算定することが可能であった。また、紫外線照射装置の性能評価を行う場合には、できる限り病原微生物と同じ紫外線耐性を持つ微生物を用いて実験を行う必要があるという結果を得た。
2.紫外線の照射手法及び設計諸元の検討
濁質による紫外線の吸収・散乱を評価する手法として、吸光度値と積分球式吸光度値から求める散乱分率によって懸濁溶液の可視光散乱特性が評価できることがわかった。また、X線回折を行った結果、紫外線の散乱程度が高い物質についてはいずれも石英結晶の存在が認められ、可視光ならびに紫外線の散乱性を高めていると考えられた。
平成27年度の実験結果より、水中に懸濁粒子が存在しても紫外線消毒を阻害しない場合、粒子による紫外線の散乱で消毒効率が高まる場合のあることが示された。紫外線処理は濁度上昇に対しある程度の頑健性を有しており、ろ過水で想定する濁度変動の範囲では、濁度による紫外線処理性能の低下は有意差を検知できないレベルであると推察された。また、少なくとも現行の地表水以外への紫外線処理適用要件（濁度2度以下、色度5度以下、紫外線透過率75%以上）を満たす限り、適切に設計された紫外線処理装置であれば、原水の由来によらず、濁質による処理効率の有意な低下は生じないと考えられた。総じて、紫外線処理の適否は、原水が地表水であるかどうかではなく、紫外線を照射する段階の水質で判定することが合理的と考えられた。
3. 維持管理上の留意事項の検討
参照した諸外国における水道水に由来する過去のクリプトスポリジウムへの集団感染事例では、いずれも病原微生物が、浄水処理工程において適切に除去されておらず、またいずれの場合も、水道施設の設計、日常の運転管理、職員の教育など複層的な問題点が指摘されていた。また、WHO技術文書にもあるように、濁度は浄水処理の各プロセスが適切に機能しているか判断する上で重要な管理指標の一つであり、その推移は継続的に監視すべきである。また事例検討の結果、既存の砂ろ過処理を行っている施設に紫外線処理装置を後付で設置する場合、用地及び損失水頭の制約により浄水池以降の設置となる可能性が高いという結果を得た。
結論
現行の濁度管理のみに依存したクリプトスポリジウム等のリスクの制御には限界があり、この点において、既存の濁度管理技術に加えての紫外線照射技術の適用は、有効であることを明らかにした。
公開日・更新日
公開日
2017-06-23
更新日
-