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課題名 5ZC-1201 水系感染微生物による水環境汚染への指標生物管理の有効性と消毒技術の検討

課題代表者名 田中宏明 （京都大学大学院工学研究科附属流域圏総合環境質研究センター 環境質予見分野・教授）

研究实施期间 平成24～25年度

累計予算額 101,790千円（うち25年度50,895千円）

予算額は、間接経費を含む。

本研究のキーワード 病原ウイルス、消毒技術、生態毒性、次世代シーケンサー、衛生学的水質指標、下水処理場、東日本大震災

研究体制

(1) 廃水中の衛生微生物の消毒技術と水生生物影響（京都大学）

(2)水中のウイルスモニタリングとその不活化効果の評価(東京大学)

(3)海域での病原微生物汚染の把握と影響(東北大学)

研究協力機関

独立行政法人土木研究所、東京都健康安全研究センター、北海道大学、宮城県保健環境センター

## 研究概要

### 1. はじめに(研究背景等)

東日本大震災の発生により、仙台市や宮城県の下水道施設は、津波で土木構造物、機械・電気設備などが被災した。震災直後、下水沈澱処理等の簡易処理の後、消毒がなされて水域へ放流され、その後の復旧段階では、沈殿後に簡易曝気処理や接触酸化処理などの簡易処理と塩素消毒が行われた。処理機能が不十分な状況で、病原微生物を平常時よりも高濃度で海域に放流しており、放流先水域で復興しつつある水産業などへの障害となることが懸念される。このため、①被災した水域における衛生指標およびウイルスの水環境中での挙動を明らかにすること、②生物処理を経ていない下水の衛生学的な安全を補うために高濃度の塩素を注入された下水が、放流先水域の水生生物に対して与える毒性影響を明らかにすること、③塩素消毒とともにそれに代わる各種消毒技術の消毒効果を検討すること、が求められている。

一方、我が国の河川の環境基準で大腸菌群数は達成率が低いが、土壌細菌などが検出されているため衛生指標として適当ではないと理解され、水環境での病原微生物管理が遅れた状態が続いている。このため、環境省は環境基準の衛生指標の見直しを検討中で、新しい衛生指標として、大腸菌とすることが検討されている。欧米では、水浴について最近の疫学調査や定量的病原微生物リスク評価（QMRA）に基づいた設定や検討が行われている。また、消毒などによる水生生物への影響を回避するための残留塩素基準や総排水毒性試験（WET）が排出源で行われ、リクレーション利用と水生生物保護との両立を目指した水質管理がなされている。しかし、我が国では、新たな衛生指標（大腸菌）の実態について、浄水過程を前提とした河川水質や水浴などのリクレーションの視点からの水域水質の知見は不十分である。

### 2. 研究開発目的

上記の点を鑑み、本研究では、宮城県内の海域や下水道施設を対象として、①水域における衛生指標およびウイルスの水環境中での挙動を明らかにすること、②生物処理を経ていない下水の衛生学的な安全を補うために高濃度の塩素を注入された下水が、放流先水域の水生生物に対して与える毒性影響を明らかにすること、③塩素消毒とともにそれに代わる各種消毒技術の消毒効果を検討すること、を目的とした。以上の目的を達成することで、同時に、我が国の水域の衛生学的安全性を確保するための水質管理構築に向けて、新しい衛生指標による環境基準値の検討に資するため、水質管理計画策定に必要な水域での指標微生物やウイルスなどの挙動を把握し、排水規制値を達成するための消毒方法と水生生物保全を両立する技術を検討することが可能となる。具体的には、(1)廃水中の衛生微生物の消毒技術と水生生物影響、(2)水中のウイルスモニタリングと不活化効果の評価、(3)海域での病原微生物汚染の把握と影響、という3つのサブテーマの研究を実施する。
### 3. 研究開発の方法

## (1) 廃水中の衛生微生物の消毒技術と水生生物影響

## 1 ) 各種消毒技術に関する消毒効果の評価

東日本大震災に伴う津波により被害を受けた宮城県の4つの浄化センター（県南浄化センター、仙塩浄化センター、南蒲生浄化センター、石巻東部浄化センター）において、復旧段階にある平成24年9月から25年12月まで試料を採水し、塩素消毒、紫外線消毒およびオゾン消毒の室内実験を行った。

塩素消毒実験では、下水試料に次亜塩素酸ナトリウムを注入した後、経時的に試料を採取し、大腸菌、大腸菌群、腸球菌、大腸菌ファージの濃度を培養法により測定した。注入された塩素は、添加後に直ちに消費され、この全残留塩素の濃度と塩素注入量の差は塩素消費量とした。紫外線消毒実験は、反応槽に入れた下水試料に低压水銀ランプで紫外線を照射し回分式実験を行った。経時的に試料を採取し、大腸菌、大腸菌群、腸球菌、大腸菌ファージの濃度を測定した。オゾン消毒実験も同様に反応槽に入れた下水試料にオゾンガスを注入して半回分式実験を行った。経時的に試料を採取し、大腸菌、大腸菌群、腸球菌、大腸菌ファージの濃度を培養法により測定した。注入オゾンガス濃度と排オゾンガス濃度の差からオゾン消費量を求めた。

大腸菌群、大腸菌および腸球菌は下水中に元々存在しているものを対象として測定した。大腸菌ファージについては、下水中に存在している量が少ないため、室内で培養した大腸菌ファージMS2添加した。大腸菌群と大腸菌、腸球菌の検出は平板培養法で行った。大腸菌ファージの測定は、重層寒天培地法により行った

## 2 ) 各種消毒技術による水生生物への毒性影響

消毒実験の方法については上記「各種消毒技術に関する消毒効果の評価」の研究開発方法と同じである。塩素消毒に関しては、下水処理場の接触時間を考慮して塩素消毒時間15分の試料を生態毒性試験に用いた。生態毒性試験としては、水域生態系において1次生産者となる藻類への影響を評価する藻類生長阻害試験、および分解者としての役割を担っている細菌に対する毒性評価Microtox $ ^{®} $ 試験を行った。藻類生長阻害試験では、供試生物としてPseudokirchneriella subcapitataを用いた。藻類生長阻害試験は、マイクロプレートを用いた試験を行い、曝露期間は96hとして、24℃、4000lux、120rpmで振とう培養を行い、マイクロプレートリーダーを用いて経時的に波長450nmで吸光度を測定して藻類の増殖をモニタリングした。Microtox $ ^{®} $ 試験は、海洋性発光細菌Vibrio fischeriを供試生物として、試水の毒性評価を行う試験である。試験は20℃に保たれた恒温室内で、繰り返し連数を2連として試験を行った。Microtox $ ^{®} $ 測定装置にはAZUR Environmental、Microtox $ ^{®} $ M500 Analyzerを用いて、15分後の発光量から発光阻害率を出した。

## 3 ) 次世代シーケンサーを用いたバクテリア群集構造の解析

次世代シーケンサーを用いた16S rRNA配列に基づくバクテリアの群集解析の系を被災した下水処理場およびその放流先海域のサンプルに適用し、バクテリア群集構造が海域でどのように変化するか把握することを目的とした。さらに、下水の混入を示すマーカーとして利用可能な医薬品クロタミトン等の濃度を測定し比較することで、バクテリア群集構造の変化とクロタミトン濃度の変化との相関を調べた。16S rRNA配列に基づくバクテリアの群集解析では、以下の流れに沿って解析を進めた。①水試料からのバクテリアの分離、②バクテリアからのゲノムDNAの抽出、③次世代シーケンサー解析のためのライブラリーの調整、④illumina社製の次世代シーケンサーMiSeqのラン、⑤フリーの解析サーバーMetagenomics RAST(MG-RAST)(http://metagenomics.anl.gov/)による得られたデータの解析。

## (2) 水中のウイルスモニタリングとその不活化効果の評価

## 1 )下水処理水放流先水域における指標細菌と病原ウイルスの挙動の比較

2012年9月から被災した宮城県内の4浄化センター（石巻東部浄化センター、南蒲生浄化センター、県南浄化センター、仙塩浄化センター）の処理後放流水の放流先水域および周辺水域において、それぞれ5-6地点で試料採取を行った。また、南蒲生浄化センター周辺水域では、放流口から流軸に沿った試料も採取した。採取試料は、指標細菌である大肠菌群・大肠菌、ウイルス指標候補であるF特異ファージ（F-phage）・体表面吸着ファージ（Somatic）、および代表的なヒト腸管系ウイルスであるアイチウイルス（AiV）、エンテロウイルス（EntV）、GI、GIIノロウイルス（GI、GII NoV）、アデノウイルス（AdV）を対象に検出定量を行った。

## 2 ) 被災処理場の段階的復旧に伴う処理効率および処理水質の改善状況

2012年9月から被災した宮城県内の4浄化センター（石巻東部浄化センター、南蒲生浄化センター、県南浄化センター、仙塩浄化センター）内の各処理段階で採取した試料について、指標細菌である大腸菌群・大腸菌、ウイルス指標候補であるF特異ファージ・体表面吸着ファージ、および代表的なヒト腸管系ウイルスであるAiV、EntV、GI、GII NoV、Advを対象に検出定量を行った。試料の採取は、東北大学に依頼した。また、測定結果の復旧過程における水質処理効率の改善、指標性の評価は東北大学グループにより解析された。

## 3 ) 水質基準項目に対する新規細菌指標および検査方法の検討

都内下水処理場放流水、河川水、河川水浴場、海水浴場を対象に水試料の採取を行った。下水処理場放
流水は多摩川中流に位置する流域下水処理場において、塩素処理後の放流水を2012年8月から2013年3月までの期間に1ヶ月に1回、合計8回、東京都下水道局が採取した試料について分与を受けた。また、河川水は上記下水処理場放流水が排出されている水路が多摩川に合流する地点で、2012年8月から2013年12月までの期間に1ヶ月に1回、合計17回試料採取を行った。更に、河川水浴場試料は、都内水浴場の4地点（秋川の落合橋右岸、沢戸橋右岸、多摩川の氷川キャンプ場右岸、川井キャンプ場右岸）において2013年6、7、8月に1ヶ月に1回、合計3回採取した。海水浴場試料は、島しよ地域において2013年5月に37地点から採取した。採取した試料は、コロニー計数法、またはMPN法を用いて糞便汚染指標細菌である大腸菌群、大腸菌、糞便性大腸菌群、腸球菌、糞便性連鎖球菌を対象に測定した。

## (3) 海域での病原微生物汚染の把握と影響

## 1 ) 被災下水処理場の段階的復旧に伴う処理効率および処理水質の改善状況

調査開始時に、各浄化センターの復旧状況および復旧予定について関係機関に聞き取り調査を行い、調査時期および試料採取地点を決定した。試料採取地点設定にあたり、複数の二次処理（例えば活性污泥処理と簡易曝気）を併用している浄化センターでは各系列の処理効率を評価できるよう処理系列ごとに試料を採取した。採取した試料を用いて、病原ウイルスを含む38の項目を測定した。測定結果は全グループで共有し、放流先水域での微生物濃度の時空間的解析（東京大学グループ）等各グループが行う解析に用いた。サブテーマ3では、下水処理の復旧に伴う下水処理効率の改善状況および指標微生物の病原微生物に対する指標性の評価について解析した。

## 2 ) 遺伝子マーカーを用いた水域糞便汚染源評価

宮城県内の下水処理場からの下水処理水を受容する海域4地点において試料水（1地点あたり10L）を計4回採取し、Bacteorides菌体を回収・濃縮した。得られた菌体懸濁液2.5 mLに対しPMA処理を行い、定量PCRにより遺伝子マーカー濃度を測定した。遺伝子マーカーとしてはTotal Bacteroides及びHuman-specific Bacteroides 16s rRNA遺伝子に由来するマーカーを用いた。PMA未処理サンプルについては、プロセスコントロール（Δlac::kan E. coli）由来遺伝子量も同時に定量し、その回収率を算出した。

## 3 ) 遺伝子解析による大腸菌群の指標性の評価

2012、2013年の4月（河川水）または5月（下水、下水処理水）に、広瀬川の最上流および下流の河川水と、流域にある広瀬川浄化センターの流入下水および処理水（処理水は2013年のみ）を採取した。各試料水より大腸菌以外の大腸菌群を計227株単離した。単離株の塩基配列を解析し、BLASTn検索結果を基にしたクラスター分析により株のグループ化を行い、試料採取地点と照合することで、各地点に存在する大腸菌以外の大腸菌群の種構成を比較した。

## 4 ) 太陽光による微生物不活化の評価

大腸菌、大腸菌群、腸球菌、バクテリオファージMS2をそれぞれ添加した48ウェルプレートを緩やかに攪拌しながらLEDソーラーシュミレーター（WSLED 100SC、ワコム電創）を用いて可視光の照射を行った。照射開始後0、1、2、4、6時間後の試料を回収し、各微生物濃度を測定した。各実験条件で3つの試料を用い、測定値の幾何平均値を測定結果とした。

### 4. 結果及び考察

## (1) 廃水中の衛生微生物の消毒技術と水生生物影響

## 1 ) 各種消毒技術に関する消毒効果の評価

塩素消毒については、①塩素消費量は、簡易曝気処理を行った試料では塩素消費量は減少すること、接触酸化処理を行った試料や生物処理が復旧した試料では、塩素消費量が大幅に減少することが確認された。②99％の不活化に必要なCT値の解析結果からは、簡易曝気処理や接触酸化処理による消毒効果の改善は目立っては見られなかった。しかし、簡易曝気や接触酸化で指標細菌の除去が若干ではあるが見られるため、消毒に必要なCT値を削減する効果もある。また生物処理が復旧した下水処理場では指標細菌の消毒効果についてはCT値の減少がみられた。指標ウイルスについての塩素消毒効果は、99％の不活化に必要なCT値から判断すると、いずれの下水試料でもほとんど消毒効果が見られず、クロラミン消毒の限界を示していると考えられた。このため、生物処理など消毒前でのウイルス除去が重要と考えられる。

紫外線消毒については、初沈越流水や流入下水を直接紫外線消毒する場合、紫外線照射量（時間）に応じて、指標細菌、指標ウイルスともに同じ程度の不活化効果がみられる。99％の不活化に必要な紫外線照射量から判断すると、接触酸化処理を行った試料では不活化効果が改善する傾向がみられたが、簡易曝気処理を行った試料では紫外線の消毒効果の改善は見られなかった。また、生物処理が復旧した試料では不活化効果は大幅に改善した。

オゾン消毒については、初沈越流水や流入下水を直接オゾン消毒する場合、オゾン消費量に応じて、指標ウ
イルスは不活化がみられるが、指標細菌は不活化効果が小さかった。99％不活化に必要なオゾン消費量から判断すると、接触酸化処理を行った下水では不活化効果は改善すること、生物処理が復旧した試料では、オゾン消毒の効果は大幅に改善したが、簡易曝気処理を行った試料ではオゾン消毒効果の改善は見られなかった。

## 2 ) 各種消毒技術による水生生物への毒性影響

塩素消毒においては、藻類生長阻害試験およびMicrotox $ ^{®} $ 試験ともに、塩素注入率が増加するとともに阻害率が上昇し、塩素注入率が5mg-Cl/L以上になると非常に高い毒性が示された。生物処理後の二次処理水においては、塩素注入率1mg-Cl/L程度でも高い阻害率が示された。このことから、初沈越流水の試料と比較して、二次処理水の方が、塩素が残留する傾向が見られ、過剰な塩素注入に注意が必要であると考えられた。残留塩素が残っている試料に対して、チオ硫酸ナトリウムを用いて脱塩素を行うことにより、藻類および細菌への阻害影響が低減され、塩素由来の毒性を緩和することが出来た。そのため、過剰な塩素注入率を加えざるを得ない被災処理場での消毒後は、チオ硫酸ナトリウムなどの還元剤によって脱塩素することで、放流先水域の水生生物に対する毒性影響を緩和することができると推定される。

紫外線消毒について、初沈越流水、生物処理水のどちらについても、紫外線照射時間を長くした場合でも、薬類、細菌ともに毒性の増減は確認されなかった。このことから、生態毒性影響の視点から考えた場合、紫外線消毒は有利な消毒技術であると考えられる。

オゾン消毒については、オゾン処理を行うことにより、藻類、細菌ともに毒性影響を低減することが観察された。ただし、塩分濃度の高かった二次処理水では、オゾン消費量の増加に伴い毒性が増加する場合が見られた。試料中の塩分とオゾンが反応することで、次亜塩素酸ナトリウムが生じたため毒性が増加したものと推察された。このことから、海水の混入などで下水の塩分濃度が高い場合は、オゾン消毒によって毒性影響が増加しうる場合があるため、オゾン消毒を行う際は塩分濃度の把握が必要になると考えられる。

## 3 ) 次世代シーケンサーを用いたバクテリア群集構造の解析

被災した下水処理場の放流先海域でのバクテリア群集構造を解析し、バクテリア種の海域での残存割合をクロタミトンの残存割合と比較した。その結果、腸内細菌科、シュードモナス科、バクテロイデス科、プレボテラ科等のDNAの減衰がクロタミトン濃度の減衰に比べて大きいことが明らかとなった。希釈と希釈以外の効果も加わって海域において減衰していると推測される。例えば、「ゲノムDNAの海域における分解」や、「バクテリア菌体そのものあるいは濁質表面に付着したバクテリア菌体の沈降による除去」等が考えられる。

バクテリアDNAの海域での減衰傾向を、東大GIによってqPCR(定量PCR)法で測定されたアイチウイルス、アデノウイルスのゲノムの減衰傾向と比較した。興味深いことに、次世代シーケンサーで得られた腸内細菌科やバクテロイデス科のDNAの海域での減衰傾向はqPCRで得られたウイルスの減衰傾向と一致していた。この結果は、少なくともゲノム量のレベルでは、これらの腸内細菌由来バクテリアの海域での挙動がウイルスの挙動と一致することを示している。ヒト病原ウイルスのゲノムの存在量の指標として、これらのバクテリアDNA量が利用できる可能性を示唆している。

## (2) 水中のウイルスモニタリングとその不活化効果の評価

## 1 )下水処理水放流先水域における指標細菌と病原ウイルスの挙動の比較

全ての水域において、大腸菌群、大腸菌が冬期にかけて減少していき、夏期にむけて増加する傾向をした。この傾向は、調査水域の水温に依存するものと考えられ、大腸菌群および大腸菌が環境水中で増殖している可能性が示唆された。腸球菌の濃度は大腸菌群や大腸菌に比べ低く、変動の幅は小さいものの同様の傾向が確認された。一方でファージは、それぞれの水域における共通した傾向は確認されなかった。ウイルスでは、AiVが全ての水域で他の調査時期に比べ、冬期に濃度が高い可能性がみられた。ウイルス同士の比較では、AdVの検出頻度がAiVよりも高かった。しかし、AiV、AdV共にそれぞれの水域において濃度変動に共通した傾向は確認されなかった。

復旧された3浄化センターの放流先水域において、大腸菌群、大腸菌、腸球菌の濃度は処理復旧後に減少する傾向が確認された地点があるものの、それらは復旧伴う変化ではなく、塩素流入率等が影響していると考えられる。実際、復旧後の試料において、細菌の濃度増加が確認されている。F-phageは全ての水域で、検出頻度が低く復旧前後の濃度変化を確認することが困難であったが、Somaticは水域によって差はあるものの復旧後に減少する傾向が確認された。一方、ウイルスは、AiVおよびAdV共に、復旧前後に共通した変化は確認されなかった。ウイルスの定量方法は、遺伝子検出法であり濃度変化は下水流入水に存在するウイルス量に依存するものと考えられる。ファージの測定方法は培養法であり、復旧に伴う消毒効果の改善・変化により検出傾向が変化すると考えられる。ファージは、放流先水域により差はあるものの処理復旧後に濃度が減少する共通の傾向が確認され、下水処理効果改善に伴い濃度が低下したものと考えられる。

放流口からの距離と微生物濃度の関係を比較した結果、全ての水域で大腸菌群、大腸菌、腸球菌が、放流口からの距離に依存せず一定の濃度で存在している事が明らかになった。一方で、ファージとウイルスは距離に
依存した濃度減少が見られ、希釈による影響を受けていると考えられた。また、ファージの方が減少の傾きが大きく、希釈と共に不活化の影響が考えられた。SomaticはF-phageに比べ高頻度に検出され、比較的遠方の地点でも検出された。しかし、F-phageは水域での検出頻度が低く、比較的放流口に近い調査地点でも検出下限以下である事が多かった。この事から、F-phageはSomaticに比べ水域における耐性が低く、不活化されやすい可能性が考えられた。一方でウイルスは、Somaticに比べAiV、Adv共に微小な低減傾向が確認された。ファージはホストを用いた感染性があるものを測定しているのに対して、ウイルスは遺伝子を対象とした定量を行っているため、低減傾向に差が生じたものと考えられる。しかし、感染性のあるファージが検出されていることから、検出されたウイルスも感染性を有している可能性が示唆された。また、処理場内および放流先水域の検出傾向からウイルスに対しての指標性はF-phageよりもSomaticの方が高い可能性が示唆された。

2013年6月に石巻および南蒲生で採取した大容量ウイルス濃縮試料におけるウイルス検出の結果、小容量ウイルス濃縮試料で陽性結果であった試料は、大容量試料でも全て陽性結果が得られた。石巻の試料は小容量ウイルス濃縮では全ての測定したウイルスが陰性であったが、大容量ウイルス濃縮試料では4試料が陽性であった。南蒲生の大容量ウイルス試料においてAiV陽性であった全ての試料からGI、およびGII NoVが検出された。即ち、AiVは小容量ウイルス濃縮試料において陽性であった場合、その試料がNoV陽性であることを示していた。故に、AiVはNoVを含めた他の腸管系ウイルスの存在を示すのに有効である可能性が示唆された。

## 2 ) 被災処理場の段階的復旧に伴う処理効率および処理水質の改善状況

4浄化センターで採取した試料から得られた細菌、ファージ、ウイルスの検出・定量結果は共有し、下水処理の復旧に伴う下水処理効率の改善状況、および指標微生物の病原微生物に対する指標性の評価について、サブグループ(3)の東北大学により解析された。

## 3 ) 水質基準項目に対する新規細菌指標および検査方法の検討

都内下水処理場で採取した処理後の下水放流水において、現行の水質基準項目である大腸菌群の測定の際に用いられているデソ法に比べ、クロモアガー法とコリラート法を用いたほうがより多くの大腸菌群が検出された。河川水における各手法による大腸菌群の検出結果は、濃度が減少傾向にある試料において、デソ法に比べクロモアガー法とコリラート法を用いた方がより高濃度で検出され、下水放流水と同様の傾向が確認された。一方で、濃度が上昇傾向にある試料において、全ての測定方法の値に大きな違いはなかった。この傾向は、季節変動による可能性が高く、特に水温上昇に伴い生じている可能性が示唆された。また、このような季節変動に伴い、試料中にデソ法で検出されない大腸菌群の菌叢が増加している可能性があり、デソ法での測定が過小評価になっている可能性が考えられ、デソ法では検出されていない大腸菌群が存在している可能性が考えられた。河川水浴場においても河川水、下水放流水と同様の結果が得られた。また、大腸菌群の検出結果から調査4地点の全ての試料において水浴基準は満たしているものの、環境基準は満たしていない事が確認された。海水浴場の試料において塩分影響を低減することを目的に試料を10倍希釈し検出を行った結果、糞便性連鎖球菌数が比較的高濃度かつ高頻度で検出されたことから、糞便性連鎖球菌が海域での指標として、検出感度の観点からは有効である可能性が示唆された。

## (3) 海域での病原微生物汚染の把握と影響

1) 被災下水処理場の段階的復旧に伴う処理効率および処理水質の改善状況

### a. 被災浄化センターの放流水質

物理化学的水質項目については、下水処理の復旧にともない処理水中の濃度が改善された。塩素濃度は処理復旧にともない低下した。これは、下水処理の復旧にともない二次処理水の水質が改善し、塩素添加量を削減できたためと考えられる。指標細菌濃度の処理前後の変化には一貫した傾向が見られなかった。F特異ファージと体表面ファージの濃度は処理復旧にともない低下したが、アイチウイルスとアデノウイルスの濃度には一貫した傾向が見られなかった。微生物濃度の幾何平均値（全試料）を比較すると、細菌では大腸菌群、大腸菌、腸球菌の順で濃度が高く、ファージおよびウイルスではアデノウイルス、F特異RNAファージ、体表面ファージ、アイチウイルスの順であった。

### b. 下水処理の復旧に伴う下水処理効率の改善状況

復旧後に行われていた処理法（嫌気好気法、純酸素曝気法）と比較して、復旧段階で行われていた簡易曝気および接触酸化法の除去率が低かった。物理化学指標と比較して微生物指標の処理効率低下が著しく、復旧前後の処理効率には指標細菌で平均約80倍、ファージやウイルスで平均約8倍の差がみられた。

復旧前後の塩素処理効率を比較すると、指標細菌の不活化率は復旧前の方がそれぞれ54倍、77倍、46倍高かった。二次処理効率の低下を補うため塩素処理を強化していたことが見て取れる。しかし、ファージの不活化率はF特異ファージで1.2倍、体表面ファージで5.1倍にしかなっておらず、指標細菌と比較して塩素処理強化の影響は軽微であった。ウイルスは定量PCR法で測定しているため活性は評価できないが、検出される遺伝子濃度から算出した処理効率はファージと同程度（アイチウイルス：0.47倍、アデノウイルス：6.6倍）であった。
### c. 指標微生物の病原微生物に対する指標性の評価

同じグループ（指標細菌、ファージ、ヒトウイルス）内の相関係数は異なるグループに属する微生物間の相関係数よりも高かった。類似した微生物は似た挙動をとっているためと考えられる。ヒトウイルスと微生物指標との相関係数を比較すると、全試料を用いた場合と放流先水域試料のみを用いた場合において指標細菌よりもファージとの相関係数の方が高かったが、浄化センター内のデータのみを用いた場合、ファージの指標微生物としての優位性は認められなかった。

## 2 ) 遺伝子マーカーを用いた水域糞便汚染源評価

南蒲生浄化センター周辺4カ所において糞便汚染遺伝子マーカーであるBacteroides由来遺伝子を定量したところ、今回定量した2種類の遺伝子マーカー（全てのBacteroidesを対象としたTotal Bac及びヒト由来Bacteroidesを対象としたHuman Bac）濃度には明確な差が認められなかったことから、現地における糞便汚染はヒトに由来する割合が高いことが明らかである。また、PMA処理によりHuman Bac濃度が著しく低下したことから、海水中のHuman Bacは安定度が低いと言える。Human Bacは、今回の調査対象地域におけるごく最近の糞便汚染を示すマーカーとして活用可能であると言える。

## 3 ) 遺伝子解析による大腸菌群の指標性の評価

単離した大腸菌群株の16S遺伝子の塩基配列に対してクラスター分析を行った結果、下水および下水処理水由来の株が属するクラスターが2つ、広瀬川上流部由来の株が属するクラスターが1つ形成され、広瀬川下流部では双方が混在していた。したがって、糞便由来の大腸菌群と非糞便由来の大腸菌群は種構成が全く異なっていることが示された。上流部で得た単離株が属するクラスターには魚類やネズミといった野生動物にみられる種に加え、ヒト病原細菌を含むYersinia属やSerratia属がヒットしたが、下水に見られたヒト糞便由来の細菌がほとんど存在しなかったことから、これらの株は野生動物由来であると考えられる。

本調査により、ヒト糞便に由来する大腸菌群と非糞便由来の大腸菌群は種構成が全く異なることが明らかとなった。これにより、特に糞便汚染がないと考えられる河川上流部等では、糞便に由来しない腸内細菌科の細菌が大腸菌群として多く検出されるため、糞便汚染指標としての大腸菌群の指標性が低下することが示唆された。

## 4 ) 太陽光による微生物不活化の評価

PBS中では大腸菌と大腸菌群が顕著な不活化傾向を示したのに対して、MS2は6時間後でもほとんど不活化しなかった。人工海水中では、腸球菌以外はPBSと比較してより速く濃度が減少した。大腸菌群と大腸菌は太陽光による不活化について、ほぼ同じ傾向を示すことが確認された。腸球菌は大腸菌や大腸菌群と比べ太陽光や塩分に対しての耐性が高いことが示された。MS2においては上記の3種の細菌は全く違う挙動を示した。このことから、太陽光による不活化を考慮する必要がある環境では、ウイルスの指標として細菌を使用することは難しいと考えられる。可視光照射による不活化機構として、細胞内のポルフィリンが細胞内で光増感剤として作用し、光励起によるエネルギー移動によって一重項酸素が発生し、細菌が不活化すると考えられている。ウイルスは粒子中にポルフィリンを持たないため、MS2はほぼ不活化しなかったと考えられる。

今回得られた不活化速度が正しいとすると、河川流下に伴い指標微生物濃度は減少することになる。しかし、一般に河川流下に伴い指標微生物濃度が上昇することが知られており、今回の実験結果と矛盾する。この原因として、天候の変化や川底の石・水深等により太陽光が遮蔽されていること、太陽光による指標微生物の不活化速度よりも環境水中での増殖速度や光回復速度の方が大きいことなどが考えられる。

### 5. 本研究により得られた主な成果

## (1) 科学的意義

東日本大震災の被災下水処理場で採取した試料を用いて、生物処理が不十分な下水について各種消毒技術の検討を行い、消毒効果と生態毒性影響の両方の側面から評価を行った。塩素消毒については、指標細菌には消毒効果が見られるが、簡易曝気や接触酸化処理では塩素消費量を下げる効果はあるが、CT値をもとにした消毒効果の改善が見られないこと、指標ウイルスについてほとんど消毒効果がないこと、また生態毒性影響については塩素消毒による生態影響が見られるが、脱塩素によって毒性は低減できることが明らかとなった。また、紫外線消毒では指標ウイルスおよび指標細菌に対する消毒効果が高く、生態毒性の上昇も観察されないこと、さらにオゾン消毒では指標ウイルスに対する消毒効果は高いが、指標細菌に対しては消毒効果が低いこと、また試料中に塩分が混入した場合には次亜塩素が生成して生態毒性が高くなる場合があることが明らかとなった。これらの成果は、消毒効果と生態影響のトレードオフを議論する貴重な研究成果となり、震災などの廃水処理設備の緊急対策に貢献することはもちろん、日常的に類似の事態が発生している可能性がある合流式下水道の越流水対策や生物処理レベルが十分でない畜産排水対策などでの今後の消毒技術を考える上で科学的な意義を持つ成果となる。

震災後の段階的復旧において用いられた様々な下水処理方法（暫定的な二次処理や強化された塩素処理
等)による衛生学的水質項目の処理効率や放流水質を詳細に解明し、被災した下水処理場において、中級処理の段階で塩素消毒により水質基準項目の大腸菌群は十分に処理されていることが確認されたが、ファージやウイルスに対しての消毒効果は低く、生物処理が再開されるまでは、放流先海水域に通常よりも高濃度でウイルスが排出されている可能性が確認され、微生物学的安全性の観点での危険性が示された。また、SomaticとF-phageの検出頻度、減少傾向から、ウイルスの感染性に対する指標としてSomaticが有効である可能性が示された。さらに、次世代シーケンサーによる下水、下水処理水、環境水でのバクテリア群集解析手法は、環境での病原微生物の拡散、消長を把握する有効な手法となる可能性があり、化学マーカーや他の微生物定量手法と組み合わせることで、水域での病原微生物や指標微生物の動態把握に有効なツールとなると期待される。

## (2) 環境政策への貢献

## ＜行政が既に活用した成果＞

本研究の成果は、環境省で現在、水質環境基準の生活環境基準項目の変更を検討している大腸菌の指標検討を行うための平成24年度生活環境項目新規基準等検討会の衛生指標WGおよび平成25年度大腸菌環境基準検討会において、これまでの大腸菌群や腸球菌、ファージ、ウイルスなどの水域の存在実態や動態、下水処理過程や消毒過程での動態の相違を示し、リクレーション利用、水産用水、水道原水の視点からの水質環境基準の検討の基礎的知見の一部を提供している。

また、下水道行政を所管する国土交通省とは、国土交通省からの日本水環境学会受託事業、続いて実施した本研究課題についての情報交換を行ってきた。この成果の一部は、すでに下水道施設の災害時の緊急対応をまとめた「災害時における下水の排除・処理に関する考え(案)」の中で平成24年9月に国土交通省国土技術政策総合研究所から公開されている。また下水道の放流水質の今後の在り方を検討している「下水道における水系水質リスク検討会」においても平成24年度に下水放流水質のうち、大腸菌群が大腸菌に変更となることが予想されるため、下水道法での放流水質基準での衛生指標の基準値設定に関して、本研究課題の知見の一部を提供した。

さらに、調査対象の下水処理場の実施主体の公共団体である宮城県および仙台市とは、「東日本大震災による下水処理施設の被害からの復旧・復興に向けた取り組み（2013年3月27日、仙台市）」および「震災からの復旧に取り組む下水道と放流先の水質状況（2014年3月20日、仙台市）」を共同開催し、本研究成果を還元することで、現場の下水処理場の管理者の緊急対応や水質管理に活用されたと考えている。

## ＜行政が活用することが見込まれる成果＞

現在、東日本大震災で被害を受けた水産産業の復旧が急速に進んだ。しかし、懸念される事項として、下水処理場の機能が依然不十分な下水処理場もあり、下水処理水には有機物、浮遊物質とアンモニアが高濃度に残留する中で塩素消毒が行われている。本研究で示されたようにクロラミン消毒では、指標細菌には消毒効果が期待できるが、ウイルスへの不活化効果が極めて低い。このため、放流先でのリクレーションや水産養殖などの水利用に与える衛生学的安全性への監視が必要である。また同時に、クロラミンの水環境での残留性が高いために、ノリ養殖等の水生生物影響も懸念されるが、海域での残留塩素の測定結果や希釈容量を考えるとその影響は広範囲には及んでいないことが示唆された。

今後、発生が懸念されている南海トラフ巨大地震や首都直下地震などの大規模な地震によって、被災する廃水処理設備の緊急対策に貢献することが行政的に期待できる。その際、被害の発生が予見される水環境の監視、また被害発生に備えた代替消毒方法の検討について、本研究成果は有用な知見を提供できる。このため、環境省水環境課はもちろん、国土交通省下水道部などの水質と廃水管理に関わる部局への知見の提供と意見交換が是非今後とも期待される。

また、日常的に震災時の下水機能の喪失と類似の事態が発生している恐れがあるのは、合流式下水道の越流水対策や生物処理レベルが十分でない畜産排水対策などである。今後のこれらの衛生学的水質管理に対しても本研究成果は行政的な意義を持つと考えている。

本研究では、環境省で検討されている新しい衛生指標である大腸菌と、大腸菌群や腸球菌、ファージ、ウイルスなどを水域の存在実態や動態、下水処理過程や消毒過程での動態の相違を示し、環境基準での衛生指標の選定、基準値設定に役立つ知見を提供できる。また、環境基準の改定後に、排水規制の見直しが想定されるが、その際の規制を達成するのに必要な技術的検討に本研究は役立てられる。また、公共用水域の測定結果と環境基準の判定が行われる際に、達成が見込めない場合、水質管理計画の立案が必要となると想定される。そのために必要な、水環境での衛生指標や病原微生物の動態の理解に本研究は知見を与える。その際、環境での微生物動態は発生源からの排出実態の把握と合わせて重要になる。次世代シーケンサーによる下水、下水処理水、環境水でのバクテリア群集解析手法は、環境での病原微生物の拡散、消長を把握する有効な手法である可能性があり、化学マーカーや他の微生物同定定量手法と組み合わせることで、水域での病原微生物や
指標微生物の動態把握に有効なツールとなると期待される。

さらに、今後の導入の検討がなされている全排水毒性試験(WET)と、衛生指標の排水基準の達成のために生じるトレードオフが懸念される消毒について、消毒効果が認められかつ、水生生物影響を軽減する消毒方法の選択に対しても、本研究は知見を提供できる。

### 6. 研究成果の主な発表状況

## (1) 主な誌上発表

## く査読付き論文>

1）端昭彦、稲葉愛美、片山浩之、古米弘明：土木学会論文集G(環境), 68(7), Ⅲ.285-Ⅲ.29（2012）「震災後の石巻沿岸域における腸管系ウイルス及び指標微生物の検出と検出阻害評価」

## (2) 主な口頭発表 (学会等)

1）朴仁久、朴耿洙、山下尚之、田中宏明：第49回下水道研究発表会（2012）「下水簡易処理水の消毒による水生生物への影響評価」

2) Kyoungsoo Park, Inkoo Park, Naoyuki Yamashita, Hiroaki Tanaka: 34th The Association of Environmental & Sanitary Engineering Research symposium, Kyoto, Japan, 2012 “Assessments on disinfection processes for sewage effluent during disaster restoration”

3）朴耿洙、朴仁久、山下尚之、田中宏明：第15回水環境学会シンポジウム（2012）「震災復旧中の下水処理場での消毒方法の評価」

4）朴仁久、朴耿洙、山下尚之、田中宏明：第15回水環境学会シンポジウム（2012）「下水簡易処理水の消毒と水生生物への影響」

5) Kyoungsoo Park, Inkoo Park, Naoyuki Yamashita, Hiroaki Tanaka: 4th IWA Young Water Professional Conference 2012, Tokyo, Japan, 2012, “Evaluation on suitable disinfection processes for sewage effluent during disaster restoration”

6) Masaru Ihara, Tomonari Matsuda, Suntae Lee, Hiroaki Tnaka: 4th IWA Young Water Professional Conference 2012, Tokyo, Japan, 2012, “Basic consideration of detection of pathogens using next generation sequencer”

7）朴耿洙、朴仁久、山下尚之、田中宏明：第47回水環境学会年会（2013）「震災復旧時の下水処理場の簡易ばっき処理による消毒効果改善の評価」

8）田中宏明:土木学会環境工学委員会・下水道関連震災調査小委員会シンポジウム(2013)「緊急事態と水質保全—震災時の下水処理場緊急対応の検討」

9）田中宏明：日本水環境学会水中健康微生物研究員会「東日本大震災による下水処理施設の被害からの復旧・復興に向けた取り組み」(2013)「被災時の暫定的下水処理における代替消毒技術の検討」

10) Kyoungsoo Park, Inkoo Park, Naoyuki Yamashita, Hiroaki Tanaka: 22th KKNN symposium, Seoul, Korea, 2013, “Health related microbial risk for emergency sewage treatment after Great East Japan Earthquake”

11）朴耿洙、朴仁久、山下尚之、田中宏明：第22回年次オゾン協会（2013）「震災復旧中の下水処理場でのオゾン消毒工程の評価」

12) Kyoungsoo Park, Inkoo Park, Naoyuki Yamashita, Hiroaki Tanaka: 17th IWA International Health Related Water Microbiology, Florianopolis, Brazil (2013) “Evaluation of disinfection processes for emergency sewage treatment after Great East Japan Earthquake”

13) Masaru Ihara, Suntae Lee, Yohei Katakawa, Naoyuki Yamashita, Tomonari Matsuda, Hiroaki Tanaka: 第3回NGS現場の会(2013)「下水中の微生物のメタゲノム解析および薬剤耐性遺伝子の検出」

14) Ihara M, Lee S, Katakawa Y, Yamashita N, Matsuda T, Tanaka H: Analysis of microbial community in wastewater treatment plant by next generation sequencing: 17th IWA International Health Related Water Microbiology, Florianopolis, Brazil (2013) "Analysis of microbial community in wastewater treatment plant by next generation sequencing"

15）井原賢、李善太、堅川陽平、花本征也、佐久間亮輔、松田知成、山下尚之、田中宏明：CREST横断ミーティング「病原微生物と持続可能な水利用」(2013)「次世代シーケンサーによる微生物群集構造解析」

16）井原賢、堅川陽平、李善太、松田知成、山下尚之、田中宏明：第16回日本水環境学会シンポジウム（2013）「次世代シーケンサーを用いた、下水処理場における薬剤耐性遺伝子の網羅的検出」

17）朴耿洙、朴仁久、山下尚之、田中宏明：第16回日本水環境学会シンポジウム（2013）「被害下水処理場での健康関連微生物の塩素消毒による不活化率の推定と代替方法による効果の評価」

18）小熊久美子、Sangsanont Jatuwat、稲葉愛美、片山浩之：第47回日本水環境学会年会（2013）「災害時利
用を想定した簡易下水消毒方法の検討」

19）稲葉愛美、片山浩之、端昭彦、古米弘明：第47回日本水環境学会年会（2013）「被災後石巻港沿岸環境における衛生微生物の分布調査」

20）端 昭彦・稲葉愛美・片山浩之・古米弘明：第16回日本水環境学会シンポジウム（2013）「東京都奥多摩地方の河川水浴場における腸管系ウイルス及び指標微生物の存在実態」

21）佐竹明日香、真砂佳史、大村達夫：平成24年度土木学会東北支部技術研究発表会（2013）「可視光照射による糞便汚染指標細菌の不活化」

22）真砂佳史、稲葉愛美：日本水環境学会水中健康微生物研究員会「東日本大震災による下水処理施設の被害からの復旧・復興に向けた取り組み」(2013)「衛生学的観点からの復旧期の下水処理効率の評価」

23）真砂佳史、稲葉愛美、風間しのぶ、片山浩之、大村達夫：第16回水環境学会シンポジウム（2013）「東日本大震災後の段階的復旧にともなう下水処理効率の回復状況」

24) H. Tanaka: Tsinghua University The Fourth Environment Safety High-end Forum Pre-announcement Renovation and Challenges for Wastewater Reclamation Treatment Technologies – Inspiration from the hundred years development of activated sludge- (2014) “Evaluation on suitability to manage pathogen pollution in water environment and disinfection processes of indicator microorganisms”

25）端 昭彦、稲葉愛美、片山浩之、古米弘明：第48回日本水環境学会年会（2014）「東京都奥多摩の河川水浴場における腸管系ウイルスの分子疫学調査」

26）真砂佳史、久保田健吾、勝又雅博、佐竹明日香、佐藤紀子、島田祐輔、袖野太士、原田秀樹、大村達夫：第48回水環境学会年会（2014）「人為汚染の有無が大腸菌群の種構成に与える影響」

27）山下尚之、田中宏明、井原賢、朴耿洙、朴仁久：震災からの復旧に取り組む下水道と放流先の水質状況（2014）「被災時の暫定的下水処理における各種消毒技術の消毒効果と水生生物影響」

28）真砂佳史、稲葉愛美：震災からの復旧に取り組む下水道と放流先の水質状況（2014）「被災浄化センターの復旧に伴う処理効率および放流水質の改善状況」

### 7. 研究者略壓

課題代表者:田中 宏明

京都大学大学院工学研究科修了、独立行政法人土木研究所水質チーム上席研究員、

博士(工学)、現在、京都大学大学院工学研究科教授

研究分担者

1）田中 宏明(同上)

2）片山 浩之

東京大学大学院工学系研究科修了、東京大学大学院新領域創成科学研究科講師博士（工学）、現在、東京大学大学院工学系研究科准教授

## 2 ）大村 達夫

东北大学工学部卒業、東北大学大学院工学研究科修了、

工学博士、現在、東北大学未来科学技術共同研究センター教授
## 5 ZC-1201 水系感染微生物による水環境汚染への指標生物管理の有効性と消毒技術の検討

（１）廃水中の衛生微生物の消毒技術と水生生物影響

京都大学工学研究科附属流域圏総合環境質研究センター 田中宏明

京都大学工学研究科附属流域圏総合環境質研究センター 山下尚之

京都大学工学研究科附属流域圏総合環境質研究センター 中田典秀

京都大学工学研究科附属流域圏総合環境質研究センター 井原 賢

<研究協力者>

独立行政法人土木研究所材料資源研究グループ 安井宣仁

平成24～25年度累計予算額：34,419 千円

（うち、平成25年度予算額：17,274 千円）

予算額は、間接経費を含む。

[要旨]

東日本大震災によって、東北地方の下水処理場は大きな被害を受けたため、震災直後下水は沈澱処理等の簡易処理の後、消毒がなされて水域へ放流され、その後の復旧段階では、沈殿後に簡易曝気処理や接触酸化処理など簡易処理と塩素消毒が行われた。本研究では、活性汚泥等による生物処理を行っていない下水や簡易処理しか行われていない下水を対象として、塩素消毒、紫外線消毒、オゾン消毒といった各種消毒技術の消毒効果を評価し、活性汚泥法など生物処理が復旧した処理水の消毒効果と比較した。一方で、生物処理を経ていない下水の衛生学的な安全を補うため、高い注入率の塩素等での消毒プロセスを経た下水は、放流先水域の水生生物に対して毒性影響を与える可能性があることから、塩素消毒とともにそれに代わる各種消毒技術の消毒効果を検討するとともに水生生物への影響について検討を加えた。また、次世代DNAシーケンサーを用いた16SrRNA配列に基づくバクテリア群集解析の系の適用を試み、被災した下水処理場およびその放流先海域でバクテリア群集構造が海域でどのように変化するかを調べた。

生物処理が十分ではない下水を対象とした塩素消毒については、大肠菌群や大肠菌、腸球菌といった指標細菌は塩素注入率の増加に伴い、消毒効果が認められるが、指標ウイルスである大肠菌ファージMS2については消毒効果が低いことが分かった。一方、水生生物への毒性影響については、発光細菌への毒性や緑藻の成長阻害への毒性の増加が塩素注入率の増加とともに認められたが、チオ硫酸ナトリウムの添加によって脱塩素することで毒性の増加は低減された。このことから、高濃度の塩素剤が添加される場合には、還元剤による脱塩素が、環境での希釈拡散とともに影響低減に有効であると考えられた。また、紫外線消毒については、指標細菌および指標ウイルスともに不活化効果が照射時間の増加とともに見られ、生態毒性の面からも、水生生物への毒性の明確な増加は認められなかった。一方、オゾン消毒については、指標ウイルスへは消費オゾン量の増加とともに消毒効果が見られたが、指標細菌についてはオゾン消費量が増加しても十分な消毒効果が見られなかった。またオゾン消毒は、生態毒性の面から見ると消費オゾン量の増加とともに水生生物への毒性影響が低減される傾向が見られたが、下水の塩分濃度が高くなると毒
性が増加する場合が見られた。

また、次世代シーケンサーによるバクテリア群集解析を行った結果、バクテリアDNAの海域での減衰傾向は、アイチウイルス、アデノウイルス等のウイルスの減衰傾向と一致おり、ヒト病原ウイルスのゲノム存在量の指標として、バクテリアDNA量が利用できる可能性が示唆された。

## [キーワード]

病原微生物、消毒技術、生態毒性、東日本大震災、次世代シーケンサー

### 1. はじめに

東日本大震災によって、東北地方の下水処理場は大きな被害を受けたため、震災直後、下水は沈澱処理等の簡易処理の後、消毒がなされて水域へ放流されていた。下水処理水の放流先水域は、魚介類の豊富な地域も多く、またカキやノリの養殖もなされている海域もあることから、不十分な対策のまま下水中の病原微生物が水域に放流された場合には、病原微生物のヒトへの感染リスクが高まる懸念がある。したがって、下水中に存在する病原微生物に対する対策として、下水の消毒プロセスは非常に重要となる。その一方で、塩素消毒等の消毒プロセスを経た下水は、放流先水域の水生生物に対して毒性影響を与える可能性があり、放流先水域の水生生物影響を考慮した消毒技術の適用が求められる。これらのことから、震災時における下水処理場が機能不全に陥った場合にも適用可能な消毒技術の検討とともに、水生生物影響を軽減する消毒方法の選択に対しても考慮する必要がある。

## 2 ．研究開発目的

上記の背景を鑑みて、本研究では、活性汚泥法等による生物処理を行っていない下水や接触酸化処理や簡易曝気処理などの簡易処理を行っている下水を対象として、塩素消毒、紫外線消毒、オブン消毒といった各種消毒技術の消毒効果について評価を行った。また、塩素消毒プロセスを経た下水は、放流先水域の水生生物に対して影響を与える可能性があることから、消毒効果とトレードオフの関係となる生態毒性についても評価を行うとともに、水生生物影響を軽減する消毒方法の選択に対しても考察を加えた。また、次世代シーケンサーを用いた16SrRNA配列に基づくバクテリア群集解析を被災した下水処理場およびその放流先海域のサンプルに適用し、バクテリア群集構造が海域でどのように変化するか把握した。さらに、下水の混入を示すマーカーとして利用可能な医薬品類の濃度と比較することで、バクテリア群集構造の変化とクロタミトン濃度の変化との相関を調べた。

### 3. 研究開発方法

## （１）各種消毒技術に関する消毒効果の評価

## 1 ）試料の採水時期、採水地点

本研究では地震及び津波などによって下水処理場が被災した場合に、生物処理が不十分で病原微生物を高濃度に含むと思われる下水を環境に放流することになる。このような生物処理が十分ではない下水に対して消毒を行うための基礎情報を得るため、塩素、紫外線、オゾンの消毒効果と生態毒性を把握することを目的とした。東日本大震災に伴う津波により被害を受けた宮城県内
の4つの浄化センター(県南浄化センター、仙塩浄化センター、南蒲生浄化センター、石巻東部浄化センター)において、復旧段階にある平成24年9月から25年12月まで試料を採水し、塩素消毒、紫外線消毒およびオゾン消毒の室内実験を行った。試料の採水時期および地点は表(1)-1に示す。

表(1)-1 被災した4浄化センターにおける下水の採水時期、地点

探水時期	処理場	試料名	採取地点
H24年9月	県南	初沈越流水	塩素添加前①
簡易曝気処理水	塩素添加前②
仙塩	初沈越流水	最初沈殿池後1系
簡易曝気処理水	塩素添加前1系
H25年1月	南蒲生	流入下水	流入下水
接触酸化処理水	塩素添加前
石巻	初沈越流水	最初沈殿池後
生物処理水	塩素添加前
県南	初沈越流水	塩素添加前①
生物処理水	塩素添加前②
仙塩	初沈越流水	最初沈殿池後1系
生物処理水	塩素添加前1系
H25年6月	石巻	初沈越流水	最初沈殿池後
生物処理水	塩素添加前
県南	初沈越流水	塩素添加前①
生物処理水	塩素添加前②
仙塩	初沈越流水	最初沈殿池後1系
生物処理水	塩素添加前1系

探水時期	処理場	試料名	採取地点
H25年8月	南蒲生	流入下水	流入下水
接触酸化
処理水	塩素添加前
H25年10月	石巻	初沈越流水	最初沈殿池後
生物処理水	塩素添加前
県南	初沈越流水	塩素添加前①
生物処理水	塩素添加前②
仙塩	初沈越流水	最初沈殿池後1系
生物処理水	塩素添加前1系
H25年12月	南蒲生	流入下水	流入下水
接触酸化
処理水	塩素添加前

各処理場における具体的な採水地点は図(3)-1,(3)-3,(3)-5,(3)-7を参照。(県南：県南浄化センター、仙塩：仙塩浄化センター、石巻：石巻東部浄化センター、南蒲生：南蒲生浄化センター)

## 2 ）塩素消毒実験

ビーカーに下水試料を1L入れ、次亜塩素酸ナトリウム(和光純薬：有効塩素12%)が塩素注入濃度で、2、5、10mg/Lとなるよう希釈して注入した後、シューカーで攪拌を行った。各塩素濃度条件において0、5、10、15、25分と経時的に試料を採取し、大腸菌、大腸菌群、腸球菌、大腸菌ファージの濃度を培養法により測定した。試料採取に当たっての具体的な手順は以下のとおりである。残留塩素による微生物濃度の減衰を防ぐため、試料でのチオ硫酸ナトリウムが2.5mg/Lとなるよう10%のチオ硫酸ナトリウム溶液を適量、採水後直ちに添加して脱塩素した。大腸菌、大腸菌群、腸球菌、大腸菌ファージの測定方法については(1)-5「糞便性汚染指標の測定項目および測定方法」を参照。微生物濃度を測定する試料とは別に、残留塩素濃度を測定するための試料も採取し、試料採取後直ちに全残留塩素および遊離残留塩素の濃度を測定した。

残留塩素はHACH社の残留塩素計(ClorimeterTM2)を用いて測定した。具体的には、遊離残留塩
素と全残留塩素をそれぞれ発色試薬HACH0578、HACH0582を用いて測定した。また、全残留塩素と遊離残留塩素の濃度の差をとることにより結合塩素濃度を求めた。

注入した塩素は下水中のアンモニアなどと直ちに反応し、遊離残留塩素濃度は不検出(ND)になったため、大半が結合塩素の形で存在したため、結合塩素濃度‘C(mg/L)’と接触時間‘T(分)’の積(CT値)に対して消毒効率を評価した。図(1)-1に接触時間に伴う全残留塩素濃度の変化を示す。T=0分の時点で採水した試料の塩素注入量と全残留塩素の濃度の間に差が見られることがわかる。前述のように、この濃度差は塩素添加後に直ちに試料中のアンモニアなどと反応して消費された量を反映していると考えられる。本研究では、この全残留塩素の濃度と塩素注入量の差が‘塩素消費量’である。

図(1)-1 塩素注入量と接触時間に伴う下水中の全残留塩素の濃度 南蒲生浄化センター流入下水における測定結果。

## 3 ）紫外線消毒実験

紫外線消毒は図(1)-2に示す実験装置を用いて行った。反応槽に下水試料を22L入れ、254nmを波長とした出力0.384mW/cm²の低压水銀ランプで照射し、攪拌しながら回分式実験を行った。照射時間0、3、5、10、15、30分毎に試料を採取して、大腸菌、大腸菌群、腸球菌、大腸菌ファージの濃度を測定した。微生物の測定については(1)-5「糞便性汚染指標の測定項目および測定方法」を参照。