京都大学 / 新制・論文博士 / 博士(工学) / 乙第13492号 / 論工博第4201号 / 新制||工||1785(附属図書館) / (主査)教授 米田 稔, 教授 高野 裕久, 教授 松井 康人 / 学位規則第4条第2項該当 / Doctor of Philosophy (Engineering) / Kyoto University / DFAM

Drinking water companies have the technology and responsibility to deliver safe and high-quality drinking water to the water distribution systems network (WDN). However, many events within the WDN, such as cross-connections and backflow, might degrade water quality and pose public health risks to consumers. Cross-connection and backflow events may occur if there is physical contact between the external non-potable water source and the drinking water. When the pressure in the external source is greater than in the WDN, and when there are inadequate cross-connections controls, cross-connections and backflows may occur. This project aimed to investigate the circumstances that influence cross-connection and backflow events and estimate the health risk of infection. The method used for this study included hydraulic and water quality modeling EPANET to simulate the fate and transport of pathogens in the WDN during the outbreak. Besides, the quantitative microbial risk assessment QMRA was used to evaluate the health risks associated with cross-connections and backflow events due to ingestion of contaminated water. The modeled events included four reference pathogens (viruses: Norovirus and Rotavirus, bacteria: Campylobacter, and protozoa: Cryptosporidium) from four water types (wastewater, greywater, treated wastewater, and treated greywater). The simulation considered three potential pathogen load risk levels entering WDN: extreme, evaluated, and endemic. The results indicate that the factors that influence pathogen intrusion and consequently the risk of infection were the duration and intensity of the low-pressure event, the location of the cross-connection, and the pathogen concentration in water sources. The estimated daily risk of infection from cross-connection and backflow events generally exceeded the acceptable target level of 10−6 per person per day for all reference pathogens and modeled events. The exception was for the endemic risk level during the cross-connections with treated wastewater and greywater, where the risk was 10−7 and 10−10. Several measures can be implemented to manage and mitigate the risk of cross-connections, such as demanding plumbing installation procedures and backflow prevention devices and developing an early detection system to predict the cross-connection earlier before the outbreak happens to the system, for instance, by applying a machine learning system. / Vattenreningsindustrin har tekniken och ansvaret för att leverera säkert och högkvalitativt dricksvatten till nätverket för vattendistributionssystem (WDN). Däremot många händelser inom WDN, såsom korskopplingar och återflöde, kan försämra vattenkvaliteten och utgöra folkhälsorisker för konsumenterna. Korskoppling och återflödeshändelser kan inträffa om det finns fysisk kontakt mellanden externa vattenkällan för icke dricksvatten och dricksvattnet. När trycket i den externa källan är högre än i WDN, och när det finns otillräckliga korskopplingskontroller, kan korskopplingar och återflöden inträffa. Syftet med detta projekt var att undersöka omständigheterna som påverkar korskopplings- och återflödeshändelser samt uppskatta hälsorisken för infektion. Metoden som användes för denna studie inkluderade hydraulisk och vattenkvalitetsmodellering med EPANET för att simulera transporten och förekomsten av patogener i WDN under utbrottet. Dessutom användes kvantitativ mikrobiell riskbedömning (QMRA) för att utvärdera hälsoriskerna i samband medkorskopplingar och återflödeshändelser på grund av intag av förorenat vatten. De modelleradehändelserna inkluderade fyra referenspatogener (virus: Norovirus och Rotavirus; bakterier:Campylobacter; och protozoer: Cryptosporidium) från fyra vattentyper (avloppsvatten, gråvatten, renatavloppsvatten och renat gråvatten). Simuleringen beaktade tre potentiella patogenbelastningsrisknivåer som kommer in i WDN: extrem, utvärderad och endemisk. Resultaten tyder på att de faktorer som påverkar patogenavbrott och följaktligen risken för infektionvar lågtryckshändelsens varaktighet och omfattning, platsen för korskopplingen och patogenkoncentrationen i vattenkällor. Den uppskattade dagliga risken för infektion från korskopplingoch återflödeshändelser översteg i allmänhet den acceptabla målnivån på 10e6 per person och dag föralla referenspatogener och modellerade händelser. Undantaget var den endemiska risknivån vidkorskopplingarna med renat avloppsvatten och gråvatten, där risken var 10e7 och 10e10. Flera åtgärder kan implementeras för att hantera och minska risken för korskopplingar, såsom atttillämpa krav på installationsprocedurer för VVS och anordningar för att förhindra återflöde samt attutveckla ett system för tidig upptäckt för att förutsäga korskopplingen tidigare innan utbrottet inträffarmed systemet, till exempel genom att tillämpa ett maskininlärningssystem.