文献情報
文献番号
200100891A
報告書区分
総括
研究課題名
原虫類対策を目的とした浄水処理技術の開発に関する研究(総括研究報告書)
課題番号
-
研究年度
平成13(2001)年度
研究代表者(所属機関)
財団法人 水道技術研究センター
研究分担者(所属機関)
研究区分
厚生科学研究費補助金 健康安全確保総合研究分野 生活安全総合研究事業
研究開始年度
平成13(2001)年度
研究終了予定年度
平成15(2003)年度
研究費
27,000,000円
研究者交替、所属機関変更
-
研究報告書（概要版）
研究目的
現在、クリプトスポリジウム等原虫類による水道水汚染が世界的に問題となっている。わが国でも平成8年夏に埼玉県越生町において、水道水中のクリプトスポリジウムにより、給水人口の63%である8,705人が発症するという集団感染事故が発生した。このような状況の中、感染性原虫類に対する抜本的な対策を実施し、国民が安心して利用できる、安全な水道を確保することが急務となっている。
本研究では有効な不活化技術および除去技術の開発を行うものである。
本研究では有効な不活化技術および除去技術の開発を行うものである。
研究方法
1.紫外線による原虫類の不活化
1)ジアルジアの不活化実験
ジアルジアの不活化実験に際しては、病原性微生物を扱うことのできる機関において実施した。試料は米国ATCCよりGiardia lamblia WB株の栄養型虫体を入手し、継体培養して実験に供した。紫外線照射装置は最大波長が275.4nmの5W低圧水銀ランプを用いた。紫外線照射実験はジアルジア浮遊液10mLを入れた60mmシャーレに所定の線量を照射して行った。ジアルジアの増殖能の判定には、試験管培養系を用いた最確法を採用した。
2)クリプトスポリジウムの不活化実験
クリプトスポリジウムの不活化実験に際しては、病原性微生物を扱うことのできる機関において実施した。試料は大阪市立大学医学部より分与され、麻布大学生物科学総合研究所感染エリアでSCIDマウスを用いて継体培養しているヒト由来株HNJ-1を用いた。紫外線照射装置は5W低圧水銀ランプを用いた。紫外線照射実験は、プラスチックシャーレ(φ60mm)にオーシスト懸濁液10mLを入れ、上方からランプで紫外線を照射した。感染評価には、5週齢雄性SCIDマウスにオーシスト懸濁液を胃内投与し、投与4週間後の1日分の糞便を回収して、糞便中のオーシストの有無から陽性・陰性の判定を行った。
2.凝集沈澱・急速ろ過の運転管理技術の開発
本研究を行うにあたっては、まず粒径、比重、ゼータ電位がクリプトスポリジウムと類似させたPMMA(ポリメチルメタアクリレート)製の代替粒子を作成した。
高分子凝集剤や鉄系凝集剤を使った実験では、横浜市水道局西谷浄水場の原水を用いて、ジャーテストによる除去性の評価を行った。使用した高分子凝集剤の種類はノニオン、弱アニオン、強アニオン2種類の計4種類である。方法は、代替粒子800個/mL程度添加した西谷浄水場原水に、無機凝集剤を添加後、急速撹拌2分間、有機高分子凝集剤添加、急速撹拌2分間、緩速撹拌10分間、静置10分間の後、上澄水の代替粒子個数を計数し除去率を算出した。
直接ろ過法の実験では、原水として大阪市工業用水(沈澱処理水)を用いた。実験条件は、凝集剤としてPACを用い、ろ過速度は120m/日と240m/日、ろ層構成は珪砂単層と珪砂にアンスラサイトを組み合わせた複層ろ過の二種類、そしてろ過カラムは径50mmのものを用いた。方法は、代替粒子800個/mL程度添加した原水に、凝集剤添加、急速撹拌後、ろ過カラムに通水し、処理水中の代替粒子個数を計数し除去率を算出した。
(倫理面への配慮)
動物実験を行う場合、実験は原虫類を専門に扱っている機関となる。そこでは動物実験に対する委員会が存在し、虐待が行われることは考えられない。
1)ジアルジアの不活化実験
ジアルジアの不活化実験に際しては、病原性微生物を扱うことのできる機関において実施した。試料は米国ATCCよりGiardia lamblia WB株の栄養型虫体を入手し、継体培養して実験に供した。紫外線照射装置は最大波長が275.4nmの5W低圧水銀ランプを用いた。紫外線照射実験はジアルジア浮遊液10mLを入れた60mmシャーレに所定の線量を照射して行った。ジアルジアの増殖能の判定には、試験管培養系を用いた最確法を採用した。
2)クリプトスポリジウムの不活化実験
クリプトスポリジウムの不活化実験に際しては、病原性微生物を扱うことのできる機関において実施した。試料は大阪市立大学医学部より分与され、麻布大学生物科学総合研究所感染エリアでSCIDマウスを用いて継体培養しているヒト由来株HNJ-1を用いた。紫外線照射装置は5W低圧水銀ランプを用いた。紫外線照射実験は、プラスチックシャーレ(φ60mm)にオーシスト懸濁液10mLを入れ、上方からランプで紫外線を照射した。感染評価には、5週齢雄性SCIDマウスにオーシスト懸濁液を胃内投与し、投与4週間後の1日分の糞便を回収して、糞便中のオーシストの有無から陽性・陰性の判定を行った。
2.凝集沈澱・急速ろ過の運転管理技術の開発
本研究を行うにあたっては、まず粒径、比重、ゼータ電位がクリプトスポリジウムと類似させたPMMA(ポリメチルメタアクリレート)製の代替粒子を作成した。
高分子凝集剤や鉄系凝集剤を使った実験では、横浜市水道局西谷浄水場の原水を用いて、ジャーテストによる除去性の評価を行った。使用した高分子凝集剤の種類はノニオン、弱アニオン、強アニオン2種類の計4種類である。方法は、代替粒子800個/mL程度添加した西谷浄水場原水に、無機凝集剤を添加後、急速撹拌2分間、有機高分子凝集剤添加、急速撹拌2分間、緩速撹拌10分間、静置10分間の後、上澄水の代替粒子個数を計数し除去率を算出した。
直接ろ過法の実験では、原水として大阪市工業用水(沈澱処理水)を用いた。実験条件は、凝集剤としてPACを用い、ろ過速度は120m/日と240m/日、ろ層構成は珪砂単層と珪砂にアンスラサイトを組み合わせた複層ろ過の二種類、そしてろ過カラムは径50mmのものを用いた。方法は、代替粒子800個/mL程度添加した原水に、凝集剤添加、急速撹拌後、ろ過カラムに通水し、処理水中の代替粒子個数を計数し除去率を算出した。
(倫理面への配慮)
動物実験を行う場合、実験は原虫類を専門に扱っている機関となる。そこでは動物実験に対する委員会が存在し、虐待が行われることは考えられない。
結果と考察
1.紫外線による原虫類の不活化
1)ジアルジアの不活化実験
照射紫外線強度0.05mW/cm2、室温の条件でGiardia lamblia嚢子に対して紫外線照射を行った。実験の結果、ジアルジア嚢子は紫外線照射に対してきわめて高い感受性を示し、照射線量と増殖阻害効果との間には極めて強い相関関係が見られた。具体的には、0.5mWs/cm2で1log程度の増殖阻害が認められた。なお、このG. lambliaの増殖を阻害した照射条件はバイオセンサーとして紫外線照射効果の実験に常用される枯草菌に対しては、ほとんど増殖阻害効果が認められない線量であった。また、水温による紫外線効果の差異は認められなかった。
2)クリプトスポリジウムの不活化実験
紫外線照射のCryptosporidium parvumオーシスト不活化力をマウス感染法と脱嚢法で評価した。感染力は紫外線照射線量の増加に従って指数関数的に減少し、2log不活化照射線量は水温20℃で約1.0mWs/cm2であった。しかしながら、生育活性は紫外線照射に対して抵抗性を示し、2log不活化照射線量は230mWs/cm2と、マウス感染性の200倍もの抵抗性を示した。また、水温や照射線量率の影響はほとんど認められなかった。
さらに、紫外線により感染性を消失したC. parvumオーシストが光回復あるいは暗回復するかどうか評価した。その結果、DNA上のピリミジン二量体数は蛍光灯光線の照射および暗所静置によって明らかに回復したが、感染力は蛍光灯光線を照射しても暗所に静置しても全く変化しなかった。
2.凝集沈澱・急速ろ過の運転管理技術の開発
急速ろ過法において今後利用が進むと思われる、高分子凝集剤や鉄系凝集剤がクリプトスポリジウム対策としてどの程度効果が期待できるかを確認するため、代替トレーサー粒子を用いた基礎実験を行った。また、比較的低濁度の原水を対象とする、直接ろ過法によるクリプトスポリジウム除去性能の確認実験も行った。
高分子凝集剤や鉄系凝集剤を使った基礎実験については、横浜市水道局西谷浄水場の原水を用いたジャーテストを行った。その結果、現行のPAC注入率に対し、高分子凝集剤を添加した場合、代替トレーサーの除去率が66.0%から78.9%と処理性が向上した。また塩化第二鉄に高分子凝集剤を添加した場合についても、除去率が79.6%から89.4%に向上した。
また撹拌条件についても検討した結果、急速撹拌、緩速撹拌ともに撹拌強度を上げた方が処理性が向上する結果となった。
直接ろ過法の実験では、概ね1～2log程度の除去率が期待できることがわかった。また除マンガン処理設備として設置されているろ過池に対しても、凝集剤を注入することにより、除マンガン機能を損なうことなく、クリプトスポリジウム対策を図れることがわかった。ただし、ろ過速度を高く設定する場合は、凝集剤の注入率やろ層構成の検討が運転管理の面から必要であることもわかった。
1)ジアルジアの不活化実験
照射紫外線強度0.05mW/cm2、室温の条件でGiardia lamblia嚢子に対して紫外線照射を行った。実験の結果、ジアルジア嚢子は紫外線照射に対してきわめて高い感受性を示し、照射線量と増殖阻害効果との間には極めて強い相関関係が見られた。具体的には、0.5mWs/cm2で1log程度の増殖阻害が認められた。なお、このG. lambliaの増殖を阻害した照射条件はバイオセンサーとして紫外線照射効果の実験に常用される枯草菌に対しては、ほとんど増殖阻害効果が認められない線量であった。また、水温による紫外線効果の差異は認められなかった。
2)クリプトスポリジウムの不活化実験
紫外線照射のCryptosporidium parvumオーシスト不活化力をマウス感染法と脱嚢法で評価した。感染力は紫外線照射線量の増加に従って指数関数的に減少し、2log不活化照射線量は水温20℃で約1.0mWs/cm2であった。しかしながら、生育活性は紫外線照射に対して抵抗性を示し、2log不活化照射線量は230mWs/cm2と、マウス感染性の200倍もの抵抗性を示した。また、水温や照射線量率の影響はほとんど認められなかった。
さらに、紫外線により感染性を消失したC. parvumオーシストが光回復あるいは暗回復するかどうか評価した。その結果、DNA上のピリミジン二量体数は蛍光灯光線の照射および暗所静置によって明らかに回復したが、感染力は蛍光灯光線を照射しても暗所に静置しても全く変化しなかった。
2.凝集沈澱・急速ろ過の運転管理技術の開発
急速ろ過法において今後利用が進むと思われる、高分子凝集剤や鉄系凝集剤がクリプトスポリジウム対策としてどの程度効果が期待できるかを確認するため、代替トレーサー粒子を用いた基礎実験を行った。また、比較的低濁度の原水を対象とする、直接ろ過法によるクリプトスポリジウム除去性能の確認実験も行った。
高分子凝集剤や鉄系凝集剤を使った基礎実験については、横浜市水道局西谷浄水場の原水を用いたジャーテストを行った。その結果、現行のPAC注入率に対し、高分子凝集剤を添加した場合、代替トレーサーの除去率が66.0%から78.9%と処理性が向上した。また塩化第二鉄に高分子凝集剤を添加した場合についても、除去率が79.6%から89.4%に向上した。
また撹拌条件についても検討した結果、急速撹拌、緩速撹拌ともに撹拌強度を上げた方が処理性が向上する結果となった。
直接ろ過法の実験では、概ね1～2log程度の除去率が期待できることがわかった。また除マンガン処理設備として設置されているろ過池に対しても、凝集剤を注入することにより、除マンガン機能を損なうことなく、クリプトスポリジウム対策を図れることがわかった。ただし、ろ過速度を高く設定する場合は、凝集剤の注入率やろ層構成の検討が運転管理の面から必要であることもわかった。
結論
紫外線による原虫類の不活化では1.0mWs/cm2で2log程度の不活化効果が期待できることがわかった。また、クリプトスポリジウムに関しては、マウス感染性で評価される感染性を一旦喪失したオーシストは、光回復処理、暗回復処理をしても、感染して増殖する能力を取り戻すことはないことがわかった。
凝集沈澱・急速ろ過の運転管理技術の開発については、今後利用が進むと思われる高分子凝集剤は、クリプトスポリジウムに対しても、効果が期待できることがわかった。また、直接ろ過法や除マンガン処理についても、凝集剤を適切に添加することにより、クリプトスポリジウムの除去性能を発揮できることがわかった。
凝集沈澱・急速ろ過の運転管理技術の開発については、今後利用が進むと思われる高分子凝集剤は、クリプトスポリジウムに対しても、効果が期待できることがわかった。また、直接ろ過法や除マンガン処理についても、凝集剤を適切に添加することにより、クリプトスポリジウムの除去性能を発揮できることがわかった。
公開日・更新日
公開日
-
更新日
-