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日本下水文化研究会 分科会 屎尿・下水研究会
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環境講座(8)

企画:屎尿・下水研究会

コーディネーター 地田 修一(日本下水文化研究会会員)

水道・水環境に関する講話(1)

I くらしと飲み水
      (平成24年10月21日,野田功氏)

 東京の区部, 多摩地区さらには島嶼部における上水道事業及び簡易水道事業について,具体的に語っていただきました。講師は,技報堂出版(株)より出版された『みんなで考える 飲み水のはなし」の共同執筆者(アクア研究会)の一人です。

水の日
 8月1日は「水の日」です。水道水は厚生労働省,工業用水は経済産業省,農業用水は農林水産省が所管しています。三園浄水場には工業用水を専門に浄水する系列があり,主として下町の工場へ供給しているが,一部はトイレの水洗水として大規模団地にも送水しています。
 給水人口が5,000人を超える場合は上水道事業,これ以下の場合は簡易水道事業となります。式根島は,新島(水源は井戸水)からの海底送水管で水道水を確保しています。
 水道水源の割合は,全国ベースで河川水:26%.ダム湖水:47%,井戸水:20%,伏流水:4%です。東京都では利根川・荒川水系が3/4を占めています。給水系統間や浄水場間をループ化して相互に融通できるバックアップ体制をとっています。
 水道メーターより外側は水道局の管轄,それより内側は私有財産です。一般家庭での水使用量は4人家族で約1u/日であり,そのうちトイレの水洗用が28%を占めています。

水質基準
 水質基準は平成15年現在,健康関連が30項目,生活上支障関連が20項目あります。
 このほか水質管理目標設定項目として,健康関連14項目(農薬類102物質は1項目としてカウントされている)+生活上支障関連13項目があり,さらに要検討項目が48項目あげられています。
 給水栓において遊離残留塩素を0.1mg/l以上保持していることが,水道法によって定められています。主な消毒剤は,液化塩素,次亜塩素酸ナトリウムです。浄水場から送水されるときの濃度は,0.7〜0.8mg/l程度です。塩素消毒の際,浄水にわずかながら含まれているある種の有機物と反応して,トリハロメタンなどの副生成物が生じるおそれがあるので,塩素注入量をむやみに増やすことはできません。

緩速ろ過と急速ろ過
 1u当たり1日4〜5m3の緩やかな速さでろ過する方法が緩速ろ過です。砂層表面や砂層内に生息している微生物の働きで,臭い成分や有機物が分解されます。この方法は境浄水場で実施されています。急速ろ過は,凝集剤を加えて濁りを除去した後,1u当たり1日120〜150m3でろ過する方法です。

高度浄水処理
 利根川水系の金町浄水場などでの異臭味障害を解消するため,高度浄水処理(オゾン処理+生物活性炭処理)が導入されるようになりました。
 オゾン処理:オゾンの強い酸化力で臭い物質や有機物を分解します。
 生物活性炭処理:基本的には,細孔を有する活性炭の吸着能力によって臭い物質や有機物を処理する方法であるが,粒状活性炭の表面に微生物を繁殖させて微生物による浄化能力(有機物やアンモニア性窒素の分解)を加味させ,ひいては活性炭の吸着機能をより持続させる効果があります。

膜ろ過法
 近年,膜ろ過法(精密ろ過,限外ろ過,逆浸透など)が,島嶼部での井戸水の塩水障害対策への適用ばかりでなく,区部や多摩地区における小規模浄水場においても注目されるようになり8箇所で採用されています。メンテナンス性に優れているためです。砧浄水場の緩速ろ過法も膜ろ過法に変更されました。
 ポリエチレン,ポリプロピレンなどからできている有機膜と,アルミナ系の無機膜とがあり,形状にはスパイラル状や中空糸状があります。細孔径の大きさによって異なるが,細菌,ウイルスばかりでなく,分子,イオンまでも除去することができます。

直結給水と水質データの自動計測
 「飲み水はペットボトル入りの水で!」と云った風潮が起こり,ミネラルウォーターの消費量が増加傾向にあります。水道事業者としては「蛇口からの水を飲み水に!」との思いで,できるだけ貯水タンクを経由させずに直接,浄水を蛇口に送水する「直結給水」を実施しました(現在は3階まで)。
 浄水場には毒物検知水槽が設置されており,魚をセンサーとして用いてその活動電位を連続的に測定することによって,毒物混入の有無を監視しています。さらに,残留塩素,電気伝導度,濁度などを自動的に計測する「水質計器」が都内131箇所の給水栓に設置され.テレメータによりそのデータが水質センターに送られています。
 なお,各家庭での浄水器の普及が進んでいるが,蛇口へ直結する型は手軽である反面,浄水器によって残留塩素が除去されてしまい微生物繁殖の温床となることがあるので,浄水器の交換は早めにすべきです。

図26 貯水槽水道方式と直結給水方式


U 玉川上水と清流復活事業
      (平成22年10月17日,地田修一氏)

玉川上水
 玉川上水は,江戸の町の人口増に伴う水需要の増大に合わせて開削されたものです。完成は承応2年(1653)と云われています。江戸に幕府が置かれてから50年後のことです。
 多摩川の羽村の取水堰(投げ渡し堰)から四谷大木戸(今の新宿御苑)までの約43km,高低差92mほどの流れです。江戸城をはじめ,四谷,麹町,赤坂,芝,京橋方面に,地下に石樋や木樋による配水管を埋設し,自然流下式で給水していました。
 明治に入っても明治34年までは,玉川上水は東京の重要な水道施設として引き続いて使用されていました。

 台地の馬の背を開削した玉川上水
 井の頭線の三鷹台駅から南にゆるやかな上り坂を行くと,玉川上水に出ます。自然河川の神田川よりも地理的に高い所を流れている用水路です。両側の地域に分水できるように,台地上の分水嶺(馬の背)を選んで開削されました。特に,代田橋(世田谷区)から下流では小さな谷が入り組んでおり,馬の背を選んで水路は迂回を繰り返しています。分水は江戸中期には33ヵ所にのぼり,武蔵野の新田開発の重要な柱になりました。
 江戸の6上水と云われるものには,この他に青山,三田,千川(以上の3つは玉川上水からの分水),本所(元荒川から取水)の各上水がありました。しかし,神田,玉川の2上水以外は江戸中期(1722年頃)に相次いで,飲料水源としては廃止されてしまいました。その理由としては,この頃,深い井戸を掘る技術(上総掘り)が開発され,飲料水源として上水(神田,玉川)と井戸とが併用されるようになったからだと考えられています。
 その後,千川上水,三田用水は農業用水の目的で復活されました。
 上水を利用するには,「水銀」といわれた一種の水道使用料金が課せられました。

 淀橋浄水場への原水導水路としての役割
 明治31年12月に近代的な改良水道が完成したことにより,若干の猶予期間を置いた明治34年6月30日をもって玉川上水の市中への給水の務めを終え,その後は昭和40年3月まで淀橋浄水場への原水導水路(日量30万m3)としての役割を果たしてきました。かつては,水路幅一杯に満々とした水がとうとうと流れていました。

 淀橋浄水場と玉川上水の新水路
 明治26年の淀橋浄水場の工事開始が,近代水道の始まりです。5年後の31年の暮,その最初の水が神田,日本橋地区に加圧給水されました。
 玉川上水を流れてきた水は.池に溜められ(沈澄池),きれいに濾過され(濾過池),蒸気ポンプで圧力をかけ鉄の水道管で市内に送られました。大正末までは,石炭を燃やす蒸気ポンプでした。大きな機関室の上にそびえる二本のレンガ造りの煙突から黒い煙がモクモクと出ていたそうです。
 沈澄池や濾過池の壁は,レンガで固められていました。掘り揚げた土はトロッコで運ばれ谷を埋めて,ほぼ真っ直ぐな土手を築いていきました。甲州街道の北側の代田橋から淀橋浄水場までの間は,この土手の中にコンクリートで固めた水路を新たに造り(新水路),玉川上水の水を取り込みました。既存の道路は,この土手の下をトンネルで潜るようになりました。今でもその様子を渋谷区本町で見ることができます。
 大正12年の関東大震災によって新水路に無数の亀裂が入り,2箇所が決壊してしまいました。幸い,旧水路の方は路肩が崩れる程度で送水に支障がなかったので,旧水路経由で上水の水を流し,あらかじめ緊急用として設置してあったポンプを用いて浄水場に汲み上げ,急場をしのいだといいます。新水路が復旧するまでの10日間は,代田橋から淀橋浄水場までの間の旧水路が代替の導水路となったのです。

 玉川上水の新々水路
 新水路の抜本的な改造が検討され,甲州街道の拡張工事に合わせて,昭和6年から8年にかけて鋼管製の導水管が新たに埋設されました。通称,新々水路と呼ばれるものです。

 かつての玉川上水の情景
 明治28年の夏,この「ふれあい下水道館」のすぐそばを流れている玉川上水縁を歩いた国木田独歩は,「武蔵野」の中で玉川上水の情景を次のように書き印しています。
「長堤三里の間,ほとんど人影を見ない。農家の庭先,或いは藪の間から突然,犬が現れて,自分等を怪しそうに見て,そしてあくびをして隠れて仕了う。林の彼方では高く羽ばたきをして雄鶏が時をつくる。それが米倉の壁や杉の森や林や藪に籠って,ほがらかに聞える。堤の上にも家鶏の群が幾組となく桜の陰などに遊で居る。上水を遠く眺めると,一直線に流れてくる水道の末は銀粉を撤いたやうな一種の陰影のうちに消え,真近くなるにつれてぎらぎら輝て矢の如く走くる。」

玉川上水の清流の途絶とその復活
 淀橋浄水場の廃止後,羽村取水堰から小平監視所までの区間(約12km)は東村山浄水場へ水道原水を送る導水路の一部として活用され,羽村の堰から取水した多摩川の水が流れていましたが,玉川上水の小平監視所より下流は昭和46年頃から一時空堀状態になっていました。
 しかし,昭和61年からの清流復活事業によって,小平監視所から浅間橋(杉並区,現在はこの橋はない)までの区間(約18km)は,多摩川上流水再生センターの高度処理水が環境保全用水として流れています(現在は,日量2万m3強で往時の十数分の一にもなりませんが)。浅間橋のところで暗渠(600m)に入った清流は神田川に放流されています。
 さらに,これより下流(約12km)では多くは暗渠化され,その上は高速道路や公園,遊歩道路などに活用されています。ほんの一部は開渠として残っているところもありますが,側岸は崩れ浅くなり,わずかな滲み出し水が細々と流れているのみです。

 清流復活事業
 中小河川や用水路は東京に残された貴重な水辺空間です。しかし近年,その水源が枯渇し水量が減少してきています。
 東京都の「清流復活事業」は,各種住民団体からの要望を受ける形で「マイタウン東京構想」の一環として,下水の高度処理水やビル湧水などを活用して,このような河川・用水路に清流を復活させ,都民の身近に親しめる水辺空間をよみがえらせようとして企画されたものです。「玉川上水の清流復活」もこの一環として実施されました。
 下水の高度処理水(多摩川上流水再生センターで〈嫌気・無酸素・好気法〉により高度処理したうえ,〈砂ろ過処理 + オゾン処理〉によりさらに脱臭・脱色したもの)を小平監視所の直下に圧送し,玉川上水に放流しています(昭和61年より開始)。
 このほか,玉川上水の分水である野火止用水(昭和59年)や千川上水(平成元年)にも導水しています。
 但し,当初は〈二次処理+砂ろ過処理〉でした。オゾン処理の追加は平成3年,〈嫌気・無酸素・好気法〉の導入は平成13年からです。

 小平監視所
11月の小春日和に.玉川上水駅から5分ほどの小平監視所を訪ねてみました。ここまでは,羽村で取水された多摩川の水が,江戸の昔と変わらずにとうとうと流れてきています。スクリーンでゴミを取り除かれた水は,全量,地下の導水管を通って東村山浄水場に送られています。
 落葉の季節になると,スクリーンはフル回転となります。上水の堤に繁茂しているクヌギ,ナラ,ケヤキ,サクラなどからの落ち葉が,ここに流れ着くからです。玉川上水を監視・管理する役所は,江戸時代には水番屋と呼ばれ,明治以降は水衛所となり,さらに昭和55年以降は監視所と名称が改められています。
 ちなみに,多摩川上流水再生センターの高度処理水(日量約23,000m3)がこのすぐ直下にまでポンプで圧送され,ここより下流の玉川上水(野火止用水,千川上水が分水)の清流を復活させています。新たに,上水小橋が架けられ水辺まで下りることができるようになりました。関東ローム(赤土)の厚い層を開削して,この用水路が造られていることを間近で見ることができます。
 ここから西武国分寺線の鷹の台駅付近までの約4kmの区間は,新堀用水(羽村の堰から取水した水を途中で分水)も並流しており,散策をするのにふさわしい景観を残しています。
 国の史跡に指定
 平成15年に,貴重な歴史的土木文化遺産である玉川上水は,文化財保護法に基づき「国の史跡」に指定されました。指定範囲は下流部の暗渠部分を除いた約30kmです。なお,土地の所有・管理者は東京都水道局です。
 また,これに先立ち平成11年には,玉川上水周辺の雑木林を含めた一帯が東京都歴史環境保全地域に指定されています。

下水の処理
 下水の処理は,沈砂池→ 第一沈殿池(一次処理)→ 反応槽(活性汚泥処理)→ 第二沈殿池→消毒槽 を経て二次処理プロセスは完了し,処理水は河海に放流されます。
 しかし近年では,下水処理水の放流先である河 川城や海域の水質をさらに向上するには,二次処理水になお残存している「浮遊物」,「窒素」,「りん」成分を,今まで以上にさらに除去する高度処理プロセスを付加する必要があるとされるようになりました。
 これは,「窒素」や「りん」が放流水城の富栄養化を促し.植物プランクトンの異常増殖による二次汚染を引き起こす物質だったからです。
 標準活性汚泥法(二次処理)
 活性汚泥に含まれている多種多様の通性嫌気性細菌(酸素があっても無くても生存できる細菌)は,水中に遊離酸素(溶存酸素)と亜硝酸性窒素・硝酸性窒素に含まれている結合型酸素が混在している場合,遊離酸素を優先的に利用して,下水中の有機物を酸化分解するプロセスです。

 生物学的窒素除去法(高度処理)
 窒素の酸化(硝化)や酸化された窒素の還元(脱窒素)の反応が生じ,水中のアンモニア性窒素が最終的に窒素ガスになり,水中から除去されるプロセスです。活性汚泥の入れ替わり時間が長く,有機物負荷が低い条件では,水中の遊離酸素を利用する亜硝酸細菌・硝酸細菌が働いて,アンモニア性窒素は亜硝酸性窒素に,亜硝酸性窒素は硝酸性窒素にそれぞれ酸化されます。
 また,水中に遊離酸素がなく,且つ亜硝酸性窒素・硝酸性窒素に含まれている結合型酸素がある場合(これを無酸素状態という)には,脱窒細菌が結合型酸素を利用して,下水中の有機物を酸化分解します。このとき,亜硝酸性窒素・硝酸性窒素は還元されて,不活性な窒素ガスになります。このためには,生成した亜硝酸性窒素・硝酸性窒素を含む混合液(硝化液)を無酸素槽に循環する必要があります。

 生物学的リン除去法(高度処理)
 酸素のない状態(嫌気)と酸素のある状態(好気)を繰り返すことにより,リン含有率の高い活性汚泥をつくり出す(リンの過剰蓄積)プロセスです。活性汚泥は,好気的条件下(好気槽)では,必要とされる以上のリンを微生物体内に取り込みます。遊離酸素だけでなく,結合型酸素も存在しない嫌気的条件下(嫌気槽)では,その蓄積したリンを放出します。その速度は,活性汚泥中のリン濃度に比例します。

 生物学的窒素・リン同時除去法(A20法)【高度処理】
 流入下水と活性汚据とが,まず嫌気槽(遊離酸素も結合型酸素もない状態)に入り,リンの放出と有機物の吸着が行われます。
 次の無酸素槽には,好気槽から硝化液が循環されてきます。その中に含まれている亜硝酸性窒素・硝酸性窒素の結合型酸素が呼吸に使われ,脱窒が起きます。
 さらに,好気槽では有機物の酸化,リンの過剰蓄積,窒素の硝化が行われ,この槽の一部の混合液が無酸素槽へ循環されます。本法では,活性汚泥中に,生育条件の異なる「リン蓄積菌」,「硝化菌」,「脱窒菌」が共存しており,この三者の機能をバランスよく発揮させることのできる運転条件を設定することが必要となります。

図27 再生水が流れる玉川上水

砂ろ過法(高度処理)
 活性汚泥処理水に残存している浮遊物を,砂の層を通してさらに濾し取ります。

 オゾン処理法(超高度処理)
 活性汚泥処理水に含まれている色素成分(多くは,人体の血液成分に由来)や臭気成分(下水処理を担っている活性汚泥に生息している微生物がもっている臭気成分)を,オゾンの酸化力で除去します。