自然浄化機能を活用した生物ろ過(緩速ろ過)による おいしい水 のつくり方
途上国で求められている技術はなにか？
中本信忠

NPO 地域水道支援センター 理事長
信州大学 名誉教授
第2回 中海『水』フォーラム

http://www.cwsc.or.jp

平成２１年3月8日（日）13:30～16:30
松江市総合文化センター（プラバホール）を少し改訂

自然が浄化した水レストランでコップに水
身近に安全でおいしい水が豊富にある証拠

水道水があっても、 北海道 ニセコ名水 甘露水
湧水を汲みに来る
洞爺湖サミットで使用

東京都立大・理・生物 卒
1973：神流湖での「淡水赤潮」現象を発表
ダム湖流入部での鞭毛藻によるブルーム
1974：ブラジル、生態系活用でダム湖の水質浄化
1975：信州大学繊維学部（応用生物科学科）就職：
ダム湖富栄養化研究、理学から応用学部へ
生物の立場で水質評価するＭＢＯＤ法を発表
1984：緩速ろ過池での藻類繁殖研究開始
2007：愛知万博「愛・地球」賞
2008：信州大定年退職
現在：NPO地域水道支援センター理事長

2002年5月 ナチュラル・フィ
ルターによる緩速ろ過技術

2005年８月 生物浄化法 新しい名前を提唱、タイトル・図写真説明：英語併記
2009年 中国語訳も、科学出版社(北京）で発刊予定

コマーシャルフュルター 2001年JICA、ﾊﾞﾝｸﾞﾗﾃﾞｯｼｭとナチュラルフィルター
2001年、スリランカ、JICA
速法(緩 版化浄生物 、日・英月
料
3資A
年2009 の動画と 成、JIC）
完
ろ過 もうすぐCDが2009年3月末 ポルトガル語版、ブラジルJICAで出版
ＪＩＣＡ、日伯移民100年（1908-2008）祭マーク入り緩速（砂）ろ過処理：Slow
Sand Filtration: 河川水を礫と砂の槽を横に流して清澄な人工的な伏流水をつくり、市内中に売り歩いた（公共水道の起源：John Gibb, Scotland, 1804)

横から

James Simpson, 1829.1.29. テムズ河の水を沈殿池と砂ろ過で清澄な水を給水する施設を完成。上から下へ流すゆっくり砂ろ過、砂層表面の削り取りでろ過閉塞回避も開発。
砂礫で機械（物理）的なろ過で清澄な水、細菌除去ができると考えた。

縦Thames water

怪物スープ（Monster Soup）
呼ばれるテムズの水：こんな水をおいしく安全な飲み水にできた(1828：風刺画）。

1832:水道水源はこんなだった。汚水で汚れた水でした。
こんなに汚い水でも緩速ろ過処理で、病原菌が除けていた。

１８０４，Ｇｉｂｂ

ヨーロッパ

水道の歴史を振り返る

１８２９、Ｓｉｍｐｓｏｎ

１８８２（明治15）ＮＪ急速ろ過
１８８７（明治20）横浜完成

１８９２(明治25）
１９７２(昭和47）塩素化化合物

１９１０（明治43）ＮＪ塩素消毒
１９１0（明治43）剣崎浄水場
１９１２（明治45）京都蹴上
１９６２(昭和37）玉川浄水場カシンベック病騒ぎ
１９７４(昭和49）米、トリハロメタン

１９８７(昭和62）米ｼﾞｮｰｼﾞｱ、クリプト
１９９３(平成５）米ﾐﾙｳｵｰｷｰ、クリプト
１９９６(平成9）越生、クリプト

緩速ろ過（清澄）→コレラに安全→急速ろ過（＋塩素）→塩素化化合物→膜の勧め

緩速ろ過処理 Slow Sand Filtration =物理（機械）ろ過でない→生物浄化法 Ecological Purification System：
酸素不足にしないように、ろ過速度も速い方が良い。
戦前は塩素添加なし

塩素添加は必須

どちらが、省エネ。環境にやさしいの。

名前がFair でない。名前を変えよう。
YES! WE CAN.
緩速ろ過 Slow Sand Filtration
急速ろ過 Rapid Sand Filtration
ゆっくりの砂ろ過とは生物群集による浄化

速いろ過 とはろ過池だけ、その他の施設でかかる時間を言わない：全行程なら、余り変わらない

生物浄化法
Ecological Water
Purification System

凝集薬品沈殿ろ過法
Chemical andMechanical Treatment

Natural Filter:自然界の生物群集による浄化法:English
FilterCommercial Filter:企業にお金が流れる未完成の技術：AmericanFilter急速ろ過処理への警告
凝集薬品沈殿処理への警告
ハリスレポート1974：飲み水は安全か？：
IS THE WATER SAFE TO DRINK?
Robert H. Harris and Edward M. Brecher andthe Editors of Consumer Reports
Consumer Reports 1974.6月号：436-443：問
題点The Problem: 「塩素殺菌と発ガン性を指摘、石綿（アスベスト）管とガン、細菌、ウイルス、重金属、処理後の危険性」,
7月号538-542：安全にするには, How to makeit safer
8月号623-627：何ができるか What you cando
このハリスレポートは塩素と発ガンの危険性を指摘しただけではなかった。石綿管のアスベスト：20年、30年後にガンになる危険性も指摘していた。
石綿管を製造していたクボタ鉄工は、1975年から製造を中止していた。このレポートを読んでいたのであろう。

ろ過池の削り取り作業を見学、Salem, Oregon, USA

1993年、Milwaukee市で、急速ろ過処理で除去できなかったクリプト原虫による40万人の集団下痢事故があった。その1年後、1994年、アメリカ水道協会はOregon州
Salem市で緩速ろ過処理研修会を開催。Refocus, Rediscovery, Timeless
Technology for Modern Application. しかし、People loves New Technology.

実際にリスクは、あるのか？

会情報誌
1997.10.アメリカ水道協にでもこどの）
上以
表流水（８５％で 検出
上以％５２の浄水
0.1ntu以下のAm Water
Works Asso c.
1997;89(12):8–9.
クリプト原虫
シストがいても、下痢患者がいない。どう して か。

アメリカ、ニューヨーク
州に新設された緩速ろ過の浄水場（CentralBridge）の水源池の周囲でクリプト原虫の排出源の牛を放牧しても緩速ろ過処理なので問題にしていない。
英国、ロンドンのテムズ水道Ashford Common浄水場のろ過池では、白鳥が遊んでいる。鳥インフルエンザウィルスなども気にしていない。

戦前に千曲川河川敷内に敷設した集水埋渠の撤去作業

上田市は大正１２年に完成した時は、欧米で再認識されてきた取水方式をしていた。泉町ポンプ場：
河川表流水を取水するように変更し、濁り対策で生物毒の凝集剤を使うようになった。

凝集剤添加川の伏流水、川の表流水→おいしい水道水。
1964年、菅平ダム湖完成。菅平
高原で施肥した肥料の影響で、ダム湖では大量の藻が繁殖：臭い水道水供給。

藻は臭い水をつくる原因と考えて、殺藻処理をするのが一般的であった。
実は、急速ろ過処理での対策。
染屋浄水場では、殺藻剤を使用していた。濁り対策でも、凝集剤を使用。
そのため、ろ過池で、生物が活躍できず、臭い水騒ぎが生じた。

読売新聞長野県版（060820）より

緩速ろ過池は13池（１池は780m2）、4.8m/dでろ過すると、48,672m3/d(＝ 10,140m2x4.8m).の水ができる。
一人１日、0.3m3の使用と考えても、162,240 人の水道需要。

ろ過抵抗の指標：標準化損失水頭、cm

前処理薬剤（凝集剤、殺藻剤）とろ過抵抗
上田市染屋上水場での臭い
水騒ぎの時は、前塩素・硫酸銅を添加し、生物が繁殖していなかった。生物が活躍せず、ろ過閉塞状態になっていた。

１９９０年２月
河床の付着藻類の流入・蓄積

１９９０年６月
ろ過池で糸状藻類繁殖

１９７９年６月
前塩素処理ろ過池で生物が活躍できない
当時は、誤解処理をしていたろ過面への流入懸濁物質負荷量

生物群集の働きによる浄化：河原の伏流水を人工的につくる生物浄化法の考え藻の役割、動物群集の役割に注目

長野県上田市染屋浄水場
大正12(1923)年完成

原水中に栄養塩が豊富、砂面の削り取りが頻繁だと、糸状藻類の連続培養系となりやすい。

光合成による酸素生産（気泡生産）

濁りの捕捉砂ろ過→生物群集の働きによる浄化
砂の大きさは関係なかった。砂や石の間で生物が活躍する。
ゆっくり→生物群集が安心して活躍できる。

日本では、戦後、米国の指導等により塩素消毒が導入された。

河原の伏流水を人工的につくる（工事中のろ過池の断面：上田市染屋浄水場）

流入水とろ過水中の溶存酸素濃度の変化と気泡の酸素分圧
気泡の酸素分圧

溶存酸素濃度浮上した藻が越流

砂面上に藻類が繁殖。
光合成により、酸素の気泡が生じる。
藻類の連続培養状態だと、ろ過水は酸素が豊富になる。

生物群集が活躍している砂層は数ｃｍ。
この部分を通過するだけで浄化される。
この間を通過する時間は数分＝生物群集による瞬間浄化。 でも安全のため砂層は1ｍ。

群馬県高崎市若田浄水場 昭和39(1964)年完成

A. Hazen 1905.

夏は、約10日で、藻類被膜が発達し、藻類の連続培養系になる。

砂面上の藻類現存量
生物群集を完全に取り除くから、生物群集が発達するまで日数がかかる。

夏は、約10日で、理想的なろ過水になる。

ろ過継続日数ろ過水に漏出する極微量の藻類量

ろ過継続日数夏は生物活性が高く、目詰まりしにくい。この作業は必要ない。
良い水質になると、悪い水にしている間違い作業。

生物浄化Ecological Purification Systemの仕組み

あらゆる生物群集の活躍で、安全でおいしい飲み水ができる。
藻は酸素を生産し、動物の餌にもなる。
動物が餌を食べる時間は短時間、糞塊の中での分解は長時間食物連鎖が重要。動物は濁りを集めて、上に持ち上げる（糞は上に）動物の糞塊（団粒構造：中は嫌気、外は好気）

河原で湧き出る水は清澄

千曲川上田市付近の河原では、礫が目立つ。急激な増水が時々ある証拠。

流れが速い礫面に強固に付着：
Navicula, Cynedra, Nitzchia

濁りが無いは、流れがあっても、糸状の珪藻が繁殖しやすい。成長速度が速い藻が優先し、繁殖しやすい。安定する期間が長いと動物が食べにくい糸状緑藻がでてくる。

糸状珪藻 Melosira varians

糸状緑藻
Spirogyra sp.

流れが緩い礫面に緩く付着：Gomphonema

河岸で浅いところの礫面では、付着藻類が繁殖。流下藻類を捕食する水生昆虫の巣のネットが礫間に目立つ。

本流の礫面にゆるく付着していた付着珪藻:Gomphonema

流れが速い礫面に強固に付着：
Navicula, Cynedra, Nitzchia

千曲川上田市、2009.2.6.
糸状緑藻：アオミドロ
糸状珪藻：メロシラ

WT
4.5℃
糸状珪藻：MelosiraWT4.5℃

ユスリカ

WT4.5℃
湧水（伏流水）WT7.2℃

ろ過継続が長いと珪藻から緑藻に遷移する。

栄養が豊富で、削り取り頻度が多いと糸状珪藻が優占する。

最初は、糸状珪藻が優占するが、ろ過継続が長いと、珪藻が水生昆虫の幼虫などに食べられてしまう。やがて、糸状珪藻は、細胞膜が厚く頑丈な糸状緑藻が目立つようになる。この現象は、水温が高い夏に顕著。

夏で、ろ過継続が長いと糸状緑藻が目立つ：上田市染屋浄水場

水温が高いと、珪藻を食べるユスリカ幼虫が増え、水面に、ユスリカの脱皮殻が目立つことがある。

底には、動物に食べられた珪藻が目立つ。やがて肉食の動物もでてくる。
水田などで繁茂する糸状緑藻と同じ種類が繁茂する(Cladophora, Spirogyra,Hydrodictyon, etc.) 。緑藻
夏で、ろ過継続が増えると緑藻を食べる、軟体動物（貝類）がでてくる。 が長いと糸状緑この現象は、水温が高い熱 藻が増える：高帯地域では一般的。
崎市剣崎浄水場

ろ過継続に伴う藻類被膜のクロロフィルa量(藻類量の指標）の変化（高崎市若田浄水場）

藻類の発達は、冬は遅く、夏は速い。

1000

Chl‐a（ｍｇ/㎡）

2月
2月 成長速度 0.054
10010101020302030

Melosira varians 2.5E＋09cells/㎡

1000

Chl‐a（ｍｇ/㎡）

8月
8月 成長速度 0.174
100101010ろ過日数

Melosira varians 2.6E＋10cells/㎡