水処理

水処理とは、特定の用途に適した水質にするためのあらゆる工程を指します。用途は、飲料水、工業用水、灌漑、河川流量の維持、水上レクリエーションなど多岐にわたり、環境に安全に還流させることも含まれます。水処理は、汚染物質や不要な成分を除去するか、あるいはその濃度を低減することで、水がそれぞれの用途に適した状態になるようにします。この処理は人間の健康にとって不可欠であり、飲料水と灌漑用水の両方から人間が恩恵を受けることを可能にします。

近年、マイクロプラスチック、医薬品、パーフルオロアルキル物質（PFAS）などの新たな汚染物質に対する懸念の高まりを受けて、高度な水処理方法が開発されてきた。これには、高度酸化プロセス、膜ろ過、および特殊なナノ材料や活性炭などの材料を利用した吸着ベースの技術が含まれる。さらに、特に水が不足し、環境要求が高まっている地域では、水処理システムのエネルギー効率、資源回収、および持続可能性がより注目されている。^{[ 1 ]}

水から有害化学物質を除去するために、多くの処理手順が適用されてきました。^{[ 9 ]}

汚染物質を除去するプロセスには、沈殿やろ過などの物理的プロセス、 消毒や凝集などの化学的プロセス、緩速砂ろ過などの生物学的プロセスが含まれる。

世界中の都市の飲料水処理には、季節や原水に含まれる汚染物質や化学物質に応じて、以下の処理方法から選択された組み合わせが用いられています。

化学薬品

汚染物質を安全に処分するために、最終製品への変換や汚染物質の除去のためのさまざまな化学的手順が使用されています。^{[ 10 ]}

• 藻類の抑制と生物の増殖阻止のための前塩素処理。
• 比較的少量のマンガンが存在する場合、溶存鉄を除去するために、曝気と前塩素処理を併用する。
• 塩素、オゾン、紫外線を用いて、細菌、ウイルス、その他の病原体を殺菌する消毒法。

多くの先進国は、自国で適用する基準を定めている。ヨーロッパでは、これには欧州飲料水指令^{[ 28 ]}が含まれ、米国では、米国環境保護庁（EPA）が安全飲料水法で義務付けられている基準を定めている。このような基準に関する立法または行政の枠組みがない国については、世界保健機関が達成すべき基準に関するガイドラインを公表している^{[ 29 ]} 。中国は、2002年に環境保護部によって制定された独自の飲料水基準GB3838-2002（タイプII）を採用した^{[ 30 ]。}

飲料水の水質基準が存在する場合でも、そのほとんどは要件ではなくガイドラインや目標として表現されており、法的根拠を持つ水質基準や、執行の対象となる水質基準はごくわずかである。^{[ 31 ]}例外として、欧州飲料水指令と米国の安全飲料水法があり、これらは特定の基準への法的遵守を義務付けている。

水処理における適切な技術オプションには、コミュニティ規模と家庭規模のポイントオブユース（POU）または自給式設計の両方が含まれます。^{[ 32 ]}このような設計では、太陽光照射を利用して有害な水系微生物を直接不活性化する太陽光水消毒法が採用されることがあります。これは主に太陽光スペクトルのUV-A成分によるものです。または、酸化物光触媒の存在を介して間接的に行われます。通常、アナターゼ相またはルチル相のTiO2_が担持されています。^{[ 33 ]} SODIS技術の進歩にもかかわらず、ERDLatorのような軍用余剰水処理装置は、依然として発展途上国で頻繁に使用されています。より新しい軍用スタイルの逆浸透水浄化装置（ROWPU）は、持ち運び可能で自己完結型の水処理プラントであり、公共利用がますます可能になっています。^{[ 34 ]}

水系感染症の減少を持続させるためには、研究開発グループが開発途上国で開始する水処理プログラムは、その国の住民によって持続可能なものでなければならない。多くの地域は遠隔地にあるため監視が困難であり、研究チームが撤退した後もプログラムの有効性を確保するためには、住民による支援が不可欠である。

エネルギー消費: 水処理施設は、エネルギーを大量に消費する可能性があります。カリフォルニア州では、州の電力消費量の4%以上が、中程度の水質の水を長距離輸送し、その水を高い基準に処理することに費やされています。^{[ 35 ]}重力によって消費地点まで流れる高品質の水源がある地域では、コストははるかに低くなります。エネルギー要件の大部分はポンプによるものです。ポンプを必要としないプロセスは、全体的にエネルギー需要が低くなる傾向があります。非常にエネルギー要件が低い水処理技術には、散水フィルター、緩速砂フィルター、重力式水道などがあります。

2021年の研究では、メキシコの都市部における大規模な水道水塩素消毒プログラムにより、小児下痢症による死亡率が大幅に減少したことが明らかになった。^{[ 36 ]}

304L型や316L型などのステンレス鋼は、水や消毒に使用される塩素の腐食に対する耐性があるため、浄水場の製造に広く使用されています。^{[ 37 ] [ 38 ]}

• 水質汚染対策– 水域の汚染 
• 浄水法– 1972年制定の米国連邦法で、水質汚染を規制する。 
• ピークウォーター– 淡水資源の質と利用可能性に関する概念 
• パルス電力水処理– 冷却水に電磁場を利用する 
• 太陽光を利用した水消毒– 太陽光で動く携帯型浄水器 
• 原水#処理– 自然環境に存在する未処理の水 
• 水浄化– 水から不純物を取り除くプロセス 
• 水質– 使用基準に対する評価 
• 軟水化– 硬水からプラスイオンを除去する 
• 給水– 公共事業体、商業組織、その他による水の供給 

• 国際水協会専門家／研究機関
• NSFインターナショナル– 独立した非営利の規格策定機関
• WHO.int、WHOガイドライン
• グランドバレー州立大学が運営する、ハイチのための安全で持続可能な水に関するウェブサイト
• さまざまな種類の浄水システムを比較