門屋俊祐君（D3）の論文が出版されました。

2020年10月22日

博士課程３年・門屋俊祐君の論文が出版されました。概要は以下の通りです。

OPEN ACCESS!!!
Regularized Regression Analysis for the Prediction of Virus Inactivation Efficiency by Chloramine Disinfection
（正則化回帰を用いたクロラミン消毒によるウイルス不活化効率予測モデルの開発）
Syun-suke Kadoya, Osamu Nishimura, Hiroyuki Kato and Daisuke Sano
Environmental Science: Water Research & Technology

[背景] 感染者糞便に含まれるウイルスはトイレから下水管を介して下水処理場へ流入します。下水処理場において生物処理後に施される消毒処理は水中ウイルスの不活化に対しても有効とされていますが、消毒強度が不十分である場合は放流水中ウイルス濃度が十分低減されず、放流水への直接・間接的曝露による感染リスクが許容レベルを超過する可能性があります。世界保健機関（World Health Organization：WHO）が推奨している衛生安全計画（Sanitation Safety Planning：SSP）では、下水処理に関わる健康被害リスク管理のために「危害分析重要管理点（Hazard Analysis and Critical Control Point：HACCP）」を採用していますので、SSPを下水処理水によるウイルス感染リスク管理に適用する際には、許容感染リスクをもとに消毒処理に割り当てられる目標不活化効率（log₁₀ reduction value: LRV）を設定し、その目標LRVを達成可能な消毒強度を特定した上で、常時モニタリングすることが求められます。そのためには、ウイルスごとに目標LRVの達成に必要な消毒条件を逆算できるツールの開発が必要と考えました。

[成果] 本研究では、下水処理水を次亜塩素酸ナトリウムで消毒する際の主な有効消毒成分となるクロラミンに着目し、消毒剤濃度等の操作条件及びpH等の水質条件を説明変数とすることで、ノロウイルス、アデノウイルス、ポリオウイルス、コクサッキーウイルス、エコーウイルスそれぞれについてのLRV予測モデルを構築しました。各変数の係数（回帰係数）は、通常の最小二乗法に罰則項（正則化項）を付加する正則化回帰を用いて推定し、三種類の正則化法の予測精度を比較しました。その結果、不必要な変数をモデルから排除することのできるスパース回帰は予測精度が高く、且つ過剰適合を回避する性能を持つことが示唆されました。正則化回帰のみではポリオウイルスに対するモデルは依然として予測性能が低かったため、ウイルスの遺伝子型特異的な感受性等を仮定できる階層ベイズを適用したところ、90パーセンタイル値を利用することで、特に高いLRVの予測値が観測値に近づくという示唆が得られました。また、予測値と観測値の残渣の確率分布を用いて、各モデルの予測性能の傾向を把握し、予測値の補正を行う方法も併せて提案しました。本研究で開発された水中ウイルス不活化予測モデルの構築手法は、未処理下水中から遺伝子が検出されている新型コロナウイルスに対しても、消毒による減衰データを揃えることができれば適用可能なものです。下水道分野におけるSSPの導入は水ビジネスの視点からも好ましいものですので、今後の普及が望まれます。

なお、本研究は国土交通省・下水道技術研究開発（Gesuido Academic Incubation to Advanced Project：GAIA）により行われ、英国・王立化学会発行のEnvironmental Science: Water Research & Technology誌上で2020年10月21日に公開されました。