２．調査研究［生活科学部］

紫外線による臭素酸生成の実態と低減化対策（財）沖縄県環境科学センター

荻原史子、山田

生活科学部

義秀、翁長功、伊波幹彦、金田修司

秀敏（株）日水コン

篠原哲夫、町田

１．はじめにム中の臭素酸濃度の測定、各原水の臭素酸生成能

臭素酸は発がん性の疑いが示唆されている化合の測定、紫外線照射と臭素酸濃度上昇の関連等を物であり、平成 16 年度の水道法水質基準改正の調査し、臭素酸濃度上昇の原因の検討および低減際、消毒副生成物として基準項目に取り入れられ、化対策の検討を行った。

0.01mg/L の基準値が設けられた。また、他の消また、A 浄水場の給水末端と同じように、時毒副生成物と同様、年 4 回以上の測定が義務付

期により臭素酸濃度が基準値を超えて検出されけられている。

る現象が、オゾン処理を行っていない沖縄県内 B

水道水中の臭素酸は、原水中の臭化物イオンがオゾン処理時に酸化されて生成したり

文献 1）、消毒剤として用いられる次亜塩素酸ナトリウムに含まれる不純物が原因であるとされてきた浄水場の給水末端でも見られた（表 2）。こちらも原因調査及び低減化対策の検討を行ったので合わせて報告する。

文献 2、3）。また、最近では紫外線の照射によって生成される現表 1．平成 16 年 6 月〜平成 17 年 3 月の A 浄水場
給水末端の水質検査結果象も報告されている文献4）。
平成 16 年度当初にオゾン処理施設のない沖縄
県内 A 浄水場の給水末端で臭素酸が基準値を超えて検出された。使用している次亜塩素酸ナトリウム溶液中の臭素酸含有量を測定したところ、170mg/L と高濃度であったため、臭素酸濃度の低い低食塩次亜塩素酸ナトリウムに切り替えた。
また、次亜塩素酸ナトリウムの品質が劣化し、注入率が増加するのを避けるため貯留日数を 30 日から 14 日に変更したことで、末端での臭素酸濃���� ����� ���� ����� ����� ������ ������ ����� ����� ����� ���� ����� ��������� ��
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表 2．平成 16 年 6 月〜平成 18 年 7 月の B 浄水場
給水末端の水質検査結果

度が 0.003mg/L まで低下し、問題が解決したよ��

うに思われた。
ところが、表 1 に示すように平成 17 年 1 月から 2 月にかけて、当給水末端で臭素酸濃度が基準値近くまで上昇する現象が見られた。そこで、臭素酸濃度上昇の原因を究明するため、A 浄水場の各浄水工程における臭素酸濃度の実態調査を行うとともに、使用している次亜塩素酸ナトリウ− 37 −

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２．A 浄水場の概要

にかけては屋外施設であり、日射を受ける状態とA 浄水場の概要を図 1 に示す。A 浄水場の原なっている。沈澱池は横流式沈澱池であり、比較

水は主に海岸付近に湧出している湧水であり、海的滞留時間は長い。ろ過池洗浄排水は返送井に流水の影響を受けて臭化物イオンが 0.6mg/L 程度

入後、間欠的に着水井へ返送・再利用されている。

含まれている。この湧水と地下水は混合されて主な浄水過程での滞留時間は、フロック形成池

pH 調整等の処理を行った後、表流水と着水井でで約 35 分、沈澱池で約 4 時間、ろ過池で約 20 分、混合され、凝集沈澱・急速ろ過処理が行われてい浄水池で約 2 時間 25 分となっている。浄水池をる。

出た水は、配水池で別の浄水場の浄水と混合され、混和池の入口で前塩素処理、浄水池入口で後塩給水末端へと到達し、浄水池出口から給水末端へ素処理を行っている。フロック形成池からろ過池の計算上の到達時間は約 12 〜 15 時間である。

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沈澱池���������

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図１．A 浄水場から給水末端までの概要（３．臭素酸濃度の実態調査結果）内は滞留時間濃度上昇はなく、それぞれの滞留時間に見合った浄水工程や給水末端の臭素酸濃度実態調査は平ピーク時間の移行が見られた。

成 17 年 7 月期、9 月期、10 月期及び平成 18 年

この調査では、臭素酸濃度の他にその濃度に影2 月期の計 4 回行った。最も傾向が明確になった響を与える可能性のある気温や水温、pH、残留

平成 18 年 2 月期の実態調査の結果を図 2 に示し

塩素濃度、塩化物イオン濃度、臭化物イオン濃度、た。

、鉄及びマンガン濃度等につ
全有機炭素（TOC）

採水箇所は A 浄水場内の pH 調整槽、着水井、混和池、フロック形成池、沈澱池、ろ過池及び浄いても測定を行ったが、臭素酸濃度のように大きく時間変動する項目はなかった。

水池、および給水末端とした。その�����

検出されず、着水井及び混和池では�����

単発的な上昇、フロック形成池では

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���������������������� � ���������が見られたのは沈澱池、ろ過池およ�����

び浄水池であり、沈澱池では 9~10

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ピークに達し、夜間にかけて減少する現象が 3 日間繰り返し見られた。
ろ過池及び浄水池では沈澱池以上の������

図 2．A 浄水場および給水末端における臭素酸濃度実態
平成 18 年 2 月 1 日〜 2 月 4 日− 38 −�����������������������������������������������������������������

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時位より上昇し始めて 13~15 時に�����な増加が見られた。最も顕著な変動����������������
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単発的な上昇とともに日中にも僅か���������� �

結果、臭素酸濃度は pH 調整槽では

４．原因調査結果
4-1日射条件と臭素酸濃度の上昇
臭素酸変動実態調査より自然現象、特に日射の強い 14 時頃に臭素酸濃度が最高値を示すことから日光による影響が考えられた。そこで以下の実験を行い、日光照射と臭素酸生成の関連性について検討した。
⑴

擬似沈澱池でのモデル実験

平成17年10月27日11時〜15時、（財）沖縄県
環境科学センター（沖縄県浦添市在）3 階東向き

写真２．擬似沈澱池での日光によるモデル実験風景

ベランダに、水道水を満たしたコンテナを設置した。水温を一定にするためコンテナには連続し⑵実験結果て通水し、沈澱池と近い条件になるようにした。

擬似沈澱池モデルでの実験結果は図 3 の通り

1L の透明ペットボトルを、A 浄水場の混和池のであり、遮光のない条件では時間の経過とともに水（初期臭化物イオン濃度 0.3mg/L）に初期残臭素酸濃度が上昇し、2 時間 30 分後の 13 時 30

留塩素濃度 2mg/L になるように調整したもので分には基準の 0.01mg/L を超過し、沈澱池滞留満水にした。混和池の水は沈澱池流入直前の水な時間に相当する 4 時間後では 0.017mg/L に達しので選定した。残留塩素濃度を 2mg/L に強化していた。

たのは、混和池の残留塩素濃度は低いため照射試

一方、完全に遮光した条件では初期の 0.001mg

験が終了するまで残留塩素を存在させるためであ/L がほとんど増加せず、4 時間後でも 0.002mgる。そして、この容器に遮光ネットをひと巻きし/L となっていた。また、遮光ネットで遮光（遮、何度も巻いて完全に遮光たもの（遮光率 77%）

光 率 77%） し た 条 件 で も 4 時 間 後 の 濃 度 がしてあるもの（遮光率 100%）及び全く巻かない

0.004mg/L にとどまっており、一定の低減化効もの（遮光率 0%）の 3 種類を 1 組とし（写真 1）、果が得られていた。

コンテナに浮かべ（写真 2）、晴天下に放置した。

実験期間中の全天日射量を近傍の那覇気象台のそれぞれのペットボトルの水を経時的に採水、分データで見ると図 4 の通りとなっている。実験析を行った。

を開始した午前 11 時からの積算日射量と、遮光がない場合の臭素酸濃度の相関を見ると図 5 の通りであり、日射量と臭素酸濃度の上昇はほぼ直線関係があることが判る。また、気象台が発表している UV インデックスと全天日射量の関係から紫外線量を推定して臭素酸の上昇との相関を推定すると図 6 の通りとなる。

写真１．沈澱池モデル実験に使用した容器− 39 −

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A 浄水場沈澱池でのモデル実験

平成 17 年 11 月 1 日 10 時 15 分 ~14 時 15 分、������

実験（1）と同様の実験を今度は A 浄水場の沈澱�������

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池で晴天下に行った。実験水に使用した混和池の水の初期臭化物イオン濃度は 0.4mg/L であり、

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図３．擬似沈澱池での日光照射によるモデル実験

した 1L の透明ペットボトルは、沈澱池水面から0~20cm の日光が充分当たる位置になるように紐を使用して水中に設置した（写真 3）。
実験結果は図 7 の通りである。遮光のない条全天日射量（ＭＪ/ｍ２/ｈｒ）

3件では、臭素酸濃度が実験開始の 30 分後にすで2.5に基準値を超過し、4 時間後には基準値の約 6 倍

21.5に当たる 0.058mg/L 検出された。一方、完全に1遮光した条件では最高値で 0.002mg/L、遮光ネッ

0.5

トで遮光（遮光率 77%）した条件でも 4 時間後

0７時

９時

１１時

１３時

１５時

１７時の濃度が 0.005mg/L にとどまっており、実験（1）１９時

時刻と同様に、実際の浄水場でも低減化効果があるこ

図４．実験日の全天日射量の変動実験は11：00 開始 那覇地方気象台データとが判った。

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図５．積算日射量と臭素酸濃度の増加

写真３．A 浄水場沈澱池での日光によるモデル実験風景��������
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図６．積算紫外線量と臭素酸の上昇の関係

図７．A 浄水場沈澱池での日光照射によるモデル実験− 40 −

５．臭素酸濃度上昇の原因と低減化対策方

5-4施設の遮光法の検討

夜間には前塩素処理を行い、日中は後塩素処理

5-1臭素酸濃度上昇の原因のみに切り替える方法では、沈澱池の残留塩素管以上の調査結果から、A 浄水場における臭素理が難しく、時に臭素酸が生成することがあった。

酸濃度の上昇の原因は沈澱池における残留塩素、そこで平成 18 年 7 月に沈澱池およびろ過池に遮原水に含まれる臭化物イオンおよび太陽光線から光ネットを設置して、前塩素処理を行った時の臭照射される紫外線である、と結論付けられた。

素酸変動調査を行ったところ、図 9 に示すよう5-2前塩素の中止な良好な結果が得られた。

A 浄水場では前塩素処理後に凝集沈澱・急速ろ過処理を行っており、フロック形成池、沈澱池

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及びろ過池で直射日光を受けていた。水質的には����������������

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必ずしも前塩素を使用しなくても処理が可能であり、後塩素のみに切り替えた結果、臭素酸濃度が充分低い値になった。

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5-3前塩素（夜間）と後塩素（日中）の併用
主な水源は湧水であり、高濃度の栄養分を含む外観の悪化およびろ過閉塞を生じる懸念があっ��

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ため日射を受けると沈澱池で付着藻類が発生し、

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図９．沈澱池遮光後の A 浄水場及び給水末端での臭素酸濃度状況た。そのため、紫外線の影響が少なくなる 18 時
より 0 時まで前塩素注入を行い、日中は後塩素

６．B 浄水場での調査及び対策のみに切り替えた。すると、残留塩素は前塩素注入停止後もゆっくりと減少しながら、僅かに残留

B 浄水場の概要を図 10 に示す。B 浄水場も主した状態が続いた。このため、図 8 に示すような水源は臭化物イオン 0.6mg/L 程度の湧水であに臭素酸が生成される時もあったが、給水末端をり水源の一部を緩速ろ過（簡ろ過）し、残りは膜含めて基準以下に維持することができた。

処理等の高度処理した水と混合し配水している。
ろ過池で前塩素処理をしており、この池は日光の照射を受けている状態だった。

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平成 18 年 7 月 B 浄水場の高度処理している各���
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浄水工程、ろ過池、配水池及び給水末端で臭素酸

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濃度の 24 時間実態調査を行った。臭素酸濃度の�����

他にその濃度に影響を与える可能性のある残留塩
素濃度、塩化物イオン濃度、臭化物イオン濃度、

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全有機炭素（TOC）、硝酸態窒素及び亜硝酸態窒
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素、硬度、鉄及びマンガン濃度等についても測定��
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図８．夜間のみ前塩素処理を行った時の A 浄水場及び給水末端での臭素酸濃度状況を行った。しかし、臭素酸濃度及び残留塩素濃度の他は大きく時間変動する項目はなかった。また、高度処理している各浄水工程では、臭素酸は検出されず、検出された地点は前塩素処理をしている− 42 −

ろ過池から給水末端にかけてだった。

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臭素酸濃度に大きな時間変動があり、臭素酸濃度と残留塩素濃度の変動は一致していない。B 浄水場の場合、消毒剤は普通次亜塩素酸ナトリウムを使用しており、その臭素酸含有量が 116 〜��������
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図 11．遮光前の B 浄水場ろ過池での臭素酸及び残留塩素濃度状況��������
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は一旦溜まった調節井からしか採水できず、日射の影響を受けてから採水までに時間経過があったためと考えられた。
そこで、ろ過池の遮光を行った。遮光後の 8月の実態調査では、図 12 に示すように、臭素酸������������������������������������������

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濃度はある程度低減化されたが、残留塩素濃度と������������なピークが見られるが、この現象は、ろ過後の水次亜塩素酸ナトリウム中の不純物の影響のみ受け�������の最も強い昼ではなく夕方から夜間にかけて大き臭素酸濃度の変動は一致しており、臭素酸濃度は

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臭素酸濃度の変動の原因をろ過池での日光照射おトリウムの注入量の変動と考えた。また、紫外線����������

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199mg/L であることと A 浄水場での経験から、よび不純物として臭素酸を含有する次亜塩素酸ナ

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調査結果を図 11 に示すように、特にろ過池で�����

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図 12．遮光後の B 浄水場ろ過池での臭素酸及び残留塩素濃度状況ていることが示唆される。
給水末端においても、ろ過池遮光前後で臭素酸����濃度に変化が見られた。図 13 に示すように遮光�����������

前は時間変動があり、時に基準値を超えることがあったが、遮光後は 24 時間ほぼ一定で基準値より低い濃度となった。
今回の調査の結果、ろ過池遮光ネット設置によ������������������������
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り臭素酸濃度の低減化は見られた。しかし、臭素�酸濃度上昇と相関がある次亜塩素酸ナトリウムについて、保存期間を短縮するとともに、普通次亜塩素酸ナトリウムから低食塩次亜塩素酸ナトリウ

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図13．ろ過池遮光前後の B 浄水場給水末端での臭素酸濃度状況ムへの切り替えが望ましいと考えられる。
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７．まとめ
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①

水道原水中に臭化物イオンと残留塩素が共存した状態で日光が当たると臭素酸が生成され�����る。

��②

図 10．B 浄水場から給水末端までの概要− 43 −

日射の時間変動によって臭素酸濃度は時間変動が大きくなるので、末端における濃度測定③④⑤

臭化物イオン、残留塩素及び日光の 3 条件

や評価を行うには採水時間や測定回数を充分で臭素酸濃度が増加していくことから、採水に配慮することが必要である。

時はこれらの条件に気を付けることが望まし前塩素の中止や遮光を行うことで臭素酸の生い。特に遮光のないガラス瓶等での採水及び成を抑制することが可能である。

保存は、場合により、臭素酸濃度を増加させ前塩素を中止する場合、その他の弊害が発生る可能性が考えられる。

することがあるので、充分な配慮が必要である。

写真５．遮光ネット設置前の A 浄水場沈澱池

写真７．遮光ネット設置前の B 浄水場ろ過池

写真６．遮光ネット設置後の A 浄水場沈澱池

写真８．遮光ネット設置後の B 浄水場ろ過池

参考文献
1）宮田雅典、寺嶋勝彦：高度浄水処理過程における臭素酸イオンの生成とその挙動、水道協会雑誌、第 66 巻、第 3 号（第 750 号）
16-25（平成 9 年 3 月）
2）芋坂春男、贄川由美子、竹田岳：次亜塩素酸ナトリウム製造過程における臭素酸イオンの挙動、水道協会雑誌、第 72 巻 第 8 号（第827 号）2 〜 7（平成 15 年 8 月）
3）厚生労働省健康局水道課通知：次亜塩素酸ナトリウム等水道用薬品の使用に当たっての留意事項について、平成 16 年 6 月 16 日
4） 宇 佐 美 美 穂 子・ 鈴 木 俊 也・ 矢 口 久 美 子・ 安 田 和 男・ 永 山 敏
廣：塩素処理による臭素酸イオン生成条件の検討 , 水環境学会
誌 ,Vol.28,No.12,729-735（2005）− 44 −