情報コーナー

飲料水の塩素添加
? Drinking Water Chlorination ?

はじめに

実験動物用の飲水は消毒のために常時塩素添加されることがあります。無添加の飲水が供給されることもありますが、自動給水システムは定期的に塩素消毒されます。Edstrom Industries は常時塩素添加装置(Central Proportioner, Chlorine Injection Stations)あるいは定期的消毒装置(Chlorine-flush Stations, Portable Sanitizers)を提供しています。このパンフレットは実験動物への塩素添加の応用に関してよく出される質問に答えるために書かれたものです。

 以下のような質問があります。

 ● “どれだけの塩素濃度を用いなければならないか?”

 ● “実験動物の健康に及ぼす塩素の影響はなにか?”

塩素添加の利点

合衆国における最も一般的な消毒剤である塩素はほとんどの病原性細菌およびウイルスを殺すのに有効です。市営飲料水供給施設は通常、残留濃度が0.5-2.0 ppmになるように塩素添加を行っています。塩素はクリプトスポリジウムのようなある種の原虫には無効です。

実験動物の飲水になぜ塩素を添加するのか?

ほとんどのの飲料水がすでに塩素添加されて供給されているならば、実験動物の飲水になぜさらに塩素を加えるのか?以下の理由から、塩素が追加して添加されます。:

  • 市営水道管システム内における消散によって失われた塩素を補給する
    しばしば、水道水中の塩素が消散してしまい、自動給水しシステムに到達した時点ではもはや塩素が存在しません。実験動物用飲水中の細菌数を低く維持するために低濃度の塩素を飲水に添加します。
  • 塩素耐性微生物に打ち勝つ
    低濃度の塩素に抵抗性の緑膿菌のようなある種の細菌を殺すためには、高濃度の塩素が必要です。ある製薬会社の研究所では、緑膿菌フリーの水を供給するためには RO 水に 2 ppm 以上に塩素添加をする必要があると検査を通じて判断しました。
  • バイオフィルムを最小限にする
    自動給水システム内に塩素が常に存在するとバイオフィルムが最小限に抑えられます。
  • pHが高いときの消毒効果を確実にする
    遊離塩素はHOClが主要形態であるpH 5-7で最も効果的です。pHが増加するに伴い有効性が減退します。水のpHが高いときに消毒効果を確実にするにはより高濃度の塩素濃度が必要です。E.R. BAUMAN (1962)は短時間(5-10分)の接触時間でpH 7.0-8.5のとき病原性の細菌やウイルスを確実に破壊するには5 ppmの残留濃度の遊離塩素を維持するよう推奨しています。

常時消毒に推奨される塩素濃度は?

一般的ガイドラインとして、自動給水システムのどこにおいても飲水は2-3 ppmの塩素を含有していなければなりません。この推奨は以下のことに基づいています。

  1. Edstrom Industries の微生物学的調査 (1996)
    9動物施設におけるこの調査において、0.15 ppmから2-3 ppmの幅の塩素濃度の範囲が微生物学的品質目標を満足していました。
  2. Hombergerら(1993)
    マウスにおける緑膿菌の防圧のための塩素添加に関すする試験において、この試験は給水ボトル中の水の中の塩素濃度は、濃度が2 ppm以下にならないように調節しなければならないと結論づけています。
  3. 未公表口頭通信
    ある製薬会社の研究所では、緑膿菌のような塩素耐性の微生物の数を低く抑えておくためには最低残留塩素濃度を2 ppmに維持する必要があると検査を通じて判断しました。

さらに、この2-3 ppmの塩素推奨濃度は一般的ガイドラインあるいは出発点である。適切な塩素添加のための最終チェックとして水サンプルの微生物学的水質を検査しなければなりません。定期的に再検査して、飲水の消毒が維持されていることを確認しなければなりません。

定期的消毒

Edstrom Industries は 20-ppm 塩素で 30-60 分間消毒することを推奨しています。当社の経験から、316ステンレススチールの腐食はこの用量では問題ではありませんでした。より高濃度あるいはより長い浸漬時間では消毒の効果が増しますが、どのような場合でも50-ppm以上の濃度の塩素を用いることは当社は推奨しません。より高濃度で反復消毒すると自動給水システムにおけるステンレススチール製の飲水バルブ、マニホールドおよび室内配管の腐食を起こすおそれがあります。

塩素は多いほどよいか?

実験動物施設の中には 10 ppm 以上まで実験動物の飲水を常時塩素添加しているところがあります。塩素添加水の効果に関する試験で 10 ppm では動物に健康問題は見つかっていないけれども、適切な消毒が得られる必要最小限の塩素用量を用いることが賢明です。塩素用量に限度を設ける理由は以下のとおりです。

  • 実験動物の健康に及ぼす影響を最小限にする。1996年10月に、合衆国環境保護局(EPA) の Drinking Water Regulations and Health Advisories は塩素に4 ppmの最大汚染水準を提唱しました。
  • 腐食や材料の劣化を最小限にする。過剰の塩素はステンレススチールをも腐食します。過剰の塩素は配管システムにおけるシール、ダイアフラム、および O-リングとして一般的に使用される多くの弾力材にとっても問題です。材料と両立させるには、塩素は少ないほうがよいのです。

いつ/どこで塩素を測定するか?

最悪の場合として(濃度が最低の場合)、フラッシング直前で供給水の取り入れ口から最も離れたポイントで測定しなければなりません。プロポーショナーから最も離れた動物室の最後の相互接続 QD あるいはラック・マニホールドのドレーン・バルブからサンプルを採取します。塩素測定のためには、サンプルのサンプリング前にはサンプリングポイントでフラッシングは行わずに、サンプルはすぐに測定します。同時に、プロポーショナー出口での塩素を測定して濃度を比較します。自動給水システム内における塩素の消散を補うためにプロポーショナー出口は高濃度にセットしておかなければならないことがわかるでしょう。たとえば配管システムのどこでも 2-3 ppm にするにはプロポーショナーでの塩素濃度は 5 ppm が必要です。

サンプルの保持時間

塩素を測定するためには、サンプルをすぐに検査しなければなりません。水中の塩素は不安定であり、濃度は急速に減少します。日光またはその他の強い光に暴露したり撹拌すると塩素の減少が促進されます。それゆえに、サンプリング後すぐに、過剰な光や撹拌を避けて、塩素の測定を始めなければなりません。塩素を測定するためのサンプルを保存してはなりません。

自動給水装置内でなぜ塩素が消散するのか?

塩素は供給水中や配管システム内における有機物や他の酸化性汚染物と反応して使いつくされるかもしれません。塩素の安定性は供給水の水質や自動給水装置の大きさと条件に依存しています。

水の塩素要求量は水に注入された塩素の量と特定の接触時間、一般に20分、の終わりに残っている塩素の量との差として定義されます。化学的汚染物をあまり含んでいないので、逆浸透(RO)純水の塩素要求量は水道水のそれよりも少ない。このように、必要な残留濃度を維持するために純水に注入する必要のある塩素量は少ない。配管内にバイオフィルムが蓄積している古い自動給水装置は新しく設置した配管よりも塩素要求量が高く、少なくとも最初だけは、多くの塩素を注入しなければなりません。

健康への影響

塩素添加水がマウスに及ぼす影響について書かれた論文がいくつかあります。これらの試験は全て10 ppm またはそれ以上の塩素濃度を用いています。これは細菌をコントロールするために飲水に通常必要とされる塩素濃度よりも高い。さらに詳細については参考文献をご覧ください。

  • Blabaum and Nichols (1956):
    飲水中の塩素のこの初めての対照のある試験において、マウスに飲水中に 100 および 200 ppm の塩素濃度(pH 5.9-6.5)を50日まで給与しました。“体重または肉眼病変にまったく影響がなかった”と報告されています。しかし、試験の実施はまったくでたらめであり、データは結果を独立して評価できない方法で提示されています。”[Bull and Kopfler, 1991]
  • Les (1968):
    酸処理・塩素添加水(pH 2.5 および 10 ppm 塩素)が C3H/HeJ および C57BL/6J マウスの繁殖に及ぼす影響を6カ月にわたって調べたこの試験は水処理の悪影響はまったくないことを示しています。
  • 注意:自動給水装置では、塩素添加水を pH 5.0 以下に酸性化してはなりません。それよりもpHが低いと、塩素は溶解塩素ガス(Cl2)として存在し、これは実験動物の飲水バルブのシリコン製シールの膨潤を起こす可能性があります。
  • Fidler (1977):
    この試験によって、塩素濃度を25-30 ppmまで上げたときに初めてマウスの腹腔ウマクロファージの数が減少することがわかりました。塩素濃度が 12-16 ppm のときには有害作用はまったく観察されませんでした。
  • Hermann (1982):
    この試験の目的は、30-ppm の塩素を含む飲水を長期に摂取するとマウスにおける in vitro の免疫応答に変化があるかどうかを調べることでした。全体として、有意な影響はまったく観察されませんでした。

DeZuane (1990) は飲水中の塩素が 1,000 ppm であると致死的であるが、“50 mg/L の塩素を含む飲水を摂取しても有害作用は起きない”と述べています。The American Water Works Association による資金援助を受けたある研究(Bull and Kofler, 1991)は飲水中の塩素で認められる毒性学的影響について以下の総説を行っています。ここにこの研究の抜粋を示します。

塩素をラットとマウスに投与しても、250 mg/l以上の濃度で特定の毒性反応が起きなかった(Druckrey 1968; Furukawa et al, 1990; Hasegawa et al. 1986; Kurokawa et al. 1986b)。高濃度では増体重が抑制される徴候があったが、これは飲水摂取量が減少したことに関係しており、これらの濃度ではその水を嫌うことを反映している。The National Toxicology Program (NTP) によって支援されたもっと最近の研究(Southern Research Institute 1988a, 1988b)によると、飲水中 275 mg/L の塩素で腎の変化が観察されたが、140 mg/L ではまったく影響が観察されなかった。これらの結果は NTP の Pathology Working Group によってまだ確認されていないが、一応考慮に入れておかなければならない。ある研究によれば、比較的低用量の次亜塩素酸ナトリウムによってマウスにおける精子頭の奇形が生じることが示されている(Meier et al. 1985)。しかし、この影響と他の遺伝的あるいは繁殖的障害の徴候との間にはまったく関係がなかった(Muier et al. 1985b; Carton et al. 1986)。多数の疫学的試験は消毒薬としての塩素の使用と癌のリスクの増大との間に関係のあることを認めている(NAS 1987)。十分な知識とパワーを持って行われた唯一の試験は Cantorら(1987)の試験であり、合衆国における塩素添加地上水と非塩素添加地下水について膀胱癌の関係を調べた。しかし、この試験も他の試験も水質を測定するという点で焦点が狭すぎるために、(1)結果を全ての塩素添加水について一般化できない、あるいは(2)原因となる変数を特定できない(たとえば、残留塩素とその副産物を区別できない)。

[Bull R.J. and F.C. Kopfler 1991]

現在の事実に基づくと、自動給水システムで一般的に見られる濃度(10 ppm以下)では塩素それ自体では実験動物に健康障害が起きるとは考えられません。健康に及ぼす影響の危険性は塩素添加の副産物によって起きます。

塩素添加の副産物

微生物のコントロールにあたって生じる一つの問題は消毒プロセス中に形成される副産物です。塩素添加副産物は塩素と水中に存在する有機物との反応によって生じる化学物質です。トリハロメタン類(THMs)はほぼ全ての公共水道水にある程度まで存在する消毒副産物の1つのクラスを指しています。これは天然に存在する有機汚染物が高濃度に含まれる地上水に高濃度に含まれます。表1は一般的な塩素添加副産物を示しています。もっとも広く存在するものはクロロホルム(トリクロロメタン)です。これはラットとマウスに発癌性のある THM の一つです。

表1.塩素消毒の副産物 [Bull and Kopfler, 1991]

副産物 塩素添加水に存在する濃度
クロロホルム 範囲 0.7 - 540 μg/L, 平均 26.4 μg/L
ブロモジクロロメタン 範囲 1.9 - 183 μg/L, 平均 9.1 μg/L
クロロジブロモメタン 範囲 0.4 - 280 μg/L, 平均 5.7 μg/L
ブロモホルム 範囲 0.1 - 2.7 μg/L, 平均 0.5 μg/L
クロロ酢酸 範囲 <1 - 5μg/L
ジクロロ酢酸
範囲 12 - 79 μg/L, 平均 47 μg/L
トリクロロ酢酸
範囲 4 - 103 μg/L, 平均 38 μg/L
ジクロロアセトニトリル 範囲 1.9 - 24 μg/L, 平均 2 μg/L
m g/L = ppb (1/1,000,000,0000)
塩素添加副産物は実験動物施設に供給される塩素添加公共水道水にすでに存在することを知っておくことが大切です。実験動物の飲水に塩素を追加して注入すると消毒副産物が増加するかもしれないし増加しないかもしれません。クロロホルムのような塩素添加副産物を除去するための基本的な方法は活性炭素による吸着です。炭素フィルターは塩素も除去するので、フィルターは塩素注入の前に設置しなければならない。

水道水が塩素と反応する有機汚染物すなわち前駆物質を含んでいるならば、消毒副産物の形成はその有機物を除去することによって避けることができます。逆浸透は大きな有機前駆物質を除去するのに効果的ですが、小型の分子のクロロホルムや他のトリハロメタンを除去するにはあまり効果的ではありません。水道水と比べて、純化 RO 水を塩素添加するときには新しい塩素添加副産物は少量しか産生されません。

塩素添加副産物の健康影響とはなにか?

消毒副産物は、実験動物において、癌など、有害な健康影響とリンクしてきました。表2は塩素添加副産物の健康影響をまとめています。

表2.塩素消毒の副産物の健康影響 [Bull and Kopfler, 1991]

副産物 健康への影響
クロロホルム マウスにおいて肝腫瘍およびラットにおいて腎腫瘍を起こす動物の癌原物質
ブロモジクロロメタン マウスとラットの両方で肝と腎の障害を起こす。マウスとラットにおいて、腎、肝および腸の腫瘍を起こす癌原物質。
クロロジブロモメタン マウスとラットの両方で肝と腎の障害を起こす。マウスの肝に腫瘍を起こす。
ブロモホルム ラットに低率に腸腫瘍を起こす。
クロロ酢酸 動物に神経障害。腫瘍は増加しない。
ジクロロ酢酸
主要な毒性は神経系と肝に対する障害。マウスで肝腫瘍を起こす。
トリクロロ酢酸
雄マウスにおいて肝腫瘍の強力な誘発物質。
ジクロロアセトニトリル 特異的な毒性効果は報告されていないが、わずかに体重といくつかの臓器重量に対する非特異的な影響と繁殖に及ぼす影響が報告されている。

これらの化学物質は塩素添加公共飲料水に予想されるよりもかなり高濃度で動物で検出されていることを理解しておかなければなりません。飲料水の規制限界値を決めるに当たって、EPA (米国環境保護局)は控えめな安全ファクターを用いたリスク・アセスメントを行いました。飲料水中の総合トリハロメタンの現在の規制限界値は 0.1 mg/L (ppm)。1994年消毒薬と消毒副産物の提案規則では、総合 THMs は0.08 mg/L を越えてはならないとされています。

参考文献

American Public Health Association, 1992. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 18th edition. Washington, DC: American Public Health Association.

Bauman, E.R. 1961. Should small water supplies be superchlorinated?, Part I. Water and Sewage Works. (12):463-465.

Bauman, E.R. 1962. Should small water supplies be superchlorinated?, Part II. Water and Sewage Works. (1):21-24.

Blabaum C.J. and M.S. Nichols. 1956. Effect of highly chlorinated drinking water on white mice. J. AWWA, 48:1503-1506.

Bull, R.J. and F.C. Kopfler. 1991. Health Effects of Disinfectants and Disinfection By-products. AWWA Research Foundation and American Water Works Association.

Bywater, J.E.C., and B.S. Kellet. 1977. Inhibition of bacteria in mouse drinking water by chlorination. Lab. Anim. 11:215-217.

Cantor, K.P., R. Hoover, P. Hartage, et al. 1987. Bladder cancer, drinking water source, and tap water consumption: A case-control study. J. Natl. Cancer Inst., 79:1269-1279.

Carlton, B.D., A. Bartlett, A. Basaran, et al. 1986. Reproductive effects of alternative disinfectants. Environ. Health Persp., 69:237-241.

Druckrey, H. 1968. Chlorinated drinking water, toxicity tests, involving seven generations of rats. Food Cosmet. Toxicol., 6:147-154.

De Zuane, J., 1990. Handbook of Drinking Water Quality: Standards and Controls. New York: Van Nostrand Reinhold.

Fidler, I.J. 1977. Depression of macrophages in mice drinking hyperchlorinated water. Nature 270:735-736.

Furukawa, F., Y. Kurata, T. T. Kokubo, et al. 1980. Oral acute and subchronic toxicity studies for sodium hypochlorite in F-344 rats. Bull. Natl. Inst. Hyg. Sci., 98:62-69.

Hasegawa, R., M. Takahashi, T. Kokubo, et al. 1986. Carcinogenicity study of sodium hypochlorite in F344 rats. Food Chem. Toxicol., 24(12): 1295-1302.

Hermann, L.M., W.J. White, and C.M. Lang. 1982. Prolonged exposure to acid, chlorine, or tetracycline in drinking water: Effects on delayed-type hypersensitivity, hemagglutination titers, and reticulo-endothelial clearance rates in mice. Lab. Anim. Sci. 32:603-608.

Homberger, F.R., Z. Pataki, and P.E. Thomann. 1993. Control of Pseudomonas aeruginosa infection in mice by chlorine treatment of drinking water. Lab Anim. Sci. 43(6): 635-637.

Kurokawa, Y., S. Takayama, Y. Konishi, et. at. 1986. Long-term in vivo carcinogenicity tests of potassium bromate, sodium hypochlorite, and sodium chlorite conducted in Japan. Environ. Health Persp., 69:221-235.

Les, E.P. 1968. Effect of acidified chlorinated water on reproduction in C3H/HeJ an C57BL/6J mice. Lab. Anim. Care 18:210-213.

McPherson, C.W. 1963. Reduction of and coliform bacteria in mouse drinking water following treatment with hydrochloric acid or chlorine. Lab. Anim. Care 13:737-744.

Meier, J.R., R.B. Knohl, W.E. Coleman, et.al. 1985. Evaluation of chemicals used for drinking water disinfection for production of chromosomal damage and sperm-head abnormalities in mice. Environ. Mutagenesis, 7(2):201-211.

NAS. 1987. Drinking Water and Health: Disinfectants and Disinfectant Byproducts. Vol. 7. Washington, DC: National Academy Press.

Southern Research Institute, Birmingham, AL. 1988. A Final Report on Toxicity and Carcinogenicity Testing of Chloramine (C56382) in B6C3F1 Mice. Report to National Toxicology Program, Contract No. NO1-ES-45037.

Southern Research Institute, Birmingham, AL. 1988. A Final Report on Toxicity and Carcinogenicity Testing of Chloramine (C56382) in Fisher 344 Rats. Report to National Toxicology Program, Contract No. NO1-ES-45037.

White, G.C. 1986. Handbook of Chlorination, 2nd edition. New York: Van Nostrand Reinhold Company.

塩素関連リンク集

塩素添加に関する一般情報

http://www.awwa.org/govtaff/chldrpap.htm
American Water Works Association white paper "Chlorine for Drinking Water Disinfection", 1995

http://www.c3.org/aol/newsroom/whitepapers/groundisinfect.html
Chlorine Chemistry Council white paper "Groundwater Disinfection: Chlorine's Role in Public Health"

塩素添加の副産物

http://www.epa.gov/OGWDW/mdbp/mdbp.html
EPA Office of Water "Microbial and Disinfection Byproducts Rules"

http://www.lehigh.edu/~inenviro/waterstuff/chlrine2.htm
"Health Effects of Chlorine in Drinking Water" by Pure Water Solutions (equipment manufacturer)

http://c3.org/library/rachelchlor.html
"Rache's Folly: The End of Chlorine", by M. Malkin and M. Fumento. (Answer to anti-chlorine activists; discusses health benefits of chlorine vs. risk of disinfection byproducts).

http://www.nih.gov/news/pr/jun97/niehs-17.htm
"Planned Studies of Water Disinfection By-Products to Begin, but NIEHS, EPA Scientists Advise Public Health Balance". (Announced chronic exposure study of the chlorination byproduct MX in rats and mice.)


このページのTOPへ

© 2013 Edstrom Japan, Co., LTD. All rights reserved