塩素消毒

微生物の不活化・抑制

塩素による消毒の基本原理は、微生物の細胞膜や細胞内の酵素・タンパク質を酸化して破壊することです。塩素が水中で次亜塩素酸（HClO）と次亜塩素酸イオン（OCl⁻）を生成し、特に次亜塩素酸が強力な殺菌成分として働きます。

次亜塩素酸の効果
• 次亜塩素酸（HClO）は、無電荷のため細胞膜を比較的容易に通過し、内部の酵素やタンパク質を酸化、DNAやRNAを損傷し、微生物を不活化します。
pHと消毒効果
• 次亜塩素酸はpH 6～7の中性付近で最も効果的です。pHが高いと次亜塩素酸イオン（OCl⁻）が増え、消毒効果が低下します。
アンモニアの除去
• 水中のアンモニアは塩素と反応してクロラミン（NH₂Cl）を生成し、アンモニアを無害化します。クロラミンは殺菌力が遊離塩素より弱いものの、消毒効果が長く持続します。
鉄・マンガンの除去
• 鉄やマンガンは酸化されると不溶性の酸化物になり、ろ過や沈殿によって除去が容易になります。塩素はこの酸化反応を促進し、水質を改善します。
有機物の分解
• 塩素は水中の有機物と反応し、これを分解します。ただし、有機物が多い場合、塩素との反応によってトリハロメタン（THM）などの副生成物が発生しやすくなります。THMの生成を防ぐため、塩素処理は慎重に管理されなければなりません。

次亜塩素酸ナトリウム（NaOCl）

次亜塩素酸ナトリウムは液体の形で使用可能であり、取り扱いやすく水中で分解して次亜塩素酸（HClO）を生成します。有効塩素濃度は12～15％程度の市販品が一般的で、小規模施設や緊急時の消毒に利用されます。

液化塩素（Cl₂）

液化塩素は塩素ガスを加圧して液体にしたもので、特に大規模な浄水施設で利用されています。塩素が水中で溶解すると塩酸と次亜塩素酸が生成されますが、塩素ガス漏れのリスクがあるため、取り扱いには厳重な安全管理が必要です。

有効塩素

有効塩素は水中で実際に消毒効果を発揮する塩素成分のことです。次亜塩素酸（HClO）と次亜塩素酸イオン（OCl⁻）が有効塩素の主体であり、特に次亜塩素酸が強力な殺菌効果を持ちます。

有効塩素濃度と温度・時間経過

時間とともに有効塩素濃度は減少します。これは、塩素が水中の有機物やアンモニア、病原体と反応して消費されるためです。

温度の影響
• 水温が高いと反応速度が速まり、有効塩素の減少が早くなります。さらに、高温環境では塩素の揮発が進み、濃度低下が顕著になります。

保持すべき残留塩素濃度

消毒処理が完了した後も水中に残っている塩素を残留塩素と呼びます。日本の水道法では、供給水中において0.1mg/L以上の残留塩素濃度が必要とされています。通常、0.1～0.4mg/Lの範囲で管理され、二次汚染の防止が図られます。

まとめ

塩素消毒は、微生物の殺菌やアンモニア・鉄・マンガンの除去に有効な手法です。次亜塩素酸は最も強力な殺菌成分として作用し、水中で効果を発揮しますが、pHや温度によってその効力が左右されるため、適切な条件管理が必要です。クロラミンの生成や有機物との反応で副生成物が発生するリスクがあるため、塩素処理は慎重な管理が求められます。

さらに、残留塩素濃度の適切な維持により、消毒後の再汚染を防ぐことができるため、水道水の安全性を確保するためには有効塩素のモニタリングが重要です。