Study on comprehensive evaluation and control of algal-derived disinfection byproducts in water supply systems
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21H01470
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 22060:Environmental systems for civil engineering-related
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| Research Institution | National Institute of Public Health |
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Principal Investigator |
小坂 浩司 国立保健医療科学院, その他部局等, 上席主任研究官 (60370946)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
浅田 安廣 国立保健医療科学院, その他部局等, 主任研究官 (60610524)
越後 信哉 京都大学, 工学研究科, 准教授 (70359777)
多田 悠人 京都大学, 地球環境学堂, 助教 (70943611)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
Fiscal Year 2021: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
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| Keywords | 消毒副生成物 / 藻類由来有機物 / 塩素処理 / 消毒副生成物生成能 / 水道 / ラフィド藻類 / リスク管理 |
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| Outline of Research at the Start |
気候変動影響による水源での藻類の異常増殖や、ラフィド藻類等の特定の藻類の発生により、水道水中の消毒副生成物濃度の上昇が問題となっている。本研究では、水源に存在する可能性のある多種の藻類について、消毒副生成物生成ポテンシャルを網羅的に評価する。また、生成ポテンシャルが高かった消毒副生成物について、未知前駆物質の構造を特定する。特定した消毒副生成物前駆物質の水源での存在実態を調査し、浄水プロセスによる消毒副生成物前駆物質や生成ポテンシャルの低減策について検討する。これにより、水道における藻類由来の消毒副生成物のリスクの全体像を明らかにし、その具体的な対応策について提案する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
2022年度は、昨年度検討した国立環境研究所微生物系統施設の微生物保存株（NIES株）5種の藻類について、藻類由来有機物の抽出方法として、超音波抽出法と凍結融解法＋超音波法を比較し、塩素処理による消毒副生成物の生成ポテンシャル（トリハロメタン、ハロ酢酸、ハロアセトニトリル、ハロアルデヒド）を評価した。消毒副生成物の総濃度は、いずれも凍結融解法＋超音波法の方が高かったことから、細胞内の有機物の抽出には、凍結融解法＋超音波法が適していることが示された。細胞外有機物と細胞内有機物を比較した場合、細胞内有機物の方が消毒副生成物前駆物質として重要であることが明らかとなった。
凍結融解法＋超音波法で前処理した、NIES株5分類15種（藍藻類5、緑藻類5、珪藻類2、ミドリムシ1、ラフィド藻類2）を培養し、消毒副生成物の生成ポテンシャルを比較したところ、各分類内で違いは認められたが、総濃度の平均値はラフィド藻が最も大きく、続いて、緑藻類、藍藻類、ミドリムシ、珪藻類の順であった。ラフィド藻類は、トリクロロ酢酸の生成ポテンシャルが高いことが報告されているが、今回検討した2種のラフィド藻類のいずれもトリクロロ酢酸の生成ポテンシャルは高かった。また、秋～冬季に浄水場の水源でラフィド藻類が発生し、その水を採取し消毒副生成物生成ポテンシャルを評価したところ、トリクロロ酢酸生成ポテンシャルは非常に高い値を示した。
NIES株のラフィド藻類（Gonyostomum semen）が生成するトリクロロ酢酸前駆物質について、実験室実験で、凝集沈殿処理、粉末活性炭処理、オゾン処理を行った。凝集沈殿処理、オゾン処理は前駆物質の除去に有効であったが、粉末活性炭処理の場合、高分子用の粉末活性炭ではわずかに除去性が確認されたが、効果は限定的であった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究は、藻類からの消毒副生成物生成の全体像を踏まえたリスク評価、前駆物質の構造的特徴、制御方法を明らかにすることを目的に、①多種の藻類に対する消毒副生成物の生成ポテンシャルの網羅的評価、②藻類由来有機物中の消毒副生成物前駆物質の特定、③藻類由来の消毒副生成物前駆物質の存在実態の把握と対応可能な浄水システムの構築の3つの課題に取り組むことを計画している。
これまで、課題①については、5分類15種の藻類を対象に、藻類由来有機物の消毒副生成物生成ポテンシャルを評価し、分類間の違いを示した。また、藻類由来有機物の抽出方法について検討し、凍結融解法＋超音波法が有効であることを示すとともに、細胞内有機物が重要な消毒副生成物前駆物質であることを明らかにした。ラフィド藻類が発生した水源を入手し、トリクロロ酢酸の生成ポテンシャルが高いことを示した。課題②については、ラフィド藻類（Gonyostomum semen）を対象とし、前駆物質の多くは高分子量画分に存在していることを明らかにし、また、高分子画分の濃縮・精製手法として、膜処理と陽イオン交換カートリッジの組み合わせ方法を構築した。濃縮・精製した試料について、NMR、FTIRによる解析により、構造推定につながるスペクトルを確認した。課題③については、ラフィド藻類を対象に、3種の処理法（凝集沈殿処理、粉末活性炭処理、オゾン処理）によるトリクロロ酢酸前駆物質の除去性を評価し、凝集沈殿処理、オゾン処理は前駆物質の除去に有効であることを示した。以上の結果から、2022年度までは実施計画に沿っておおむね順調に研究を遂行することができたと判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
2023年度は、2022年度までの結果を発展させ、対象藻類をNIES株だけでなく野生株等にも拡張して、消毒副生成物の生成ポテンシャルを検討する。藻類の細胞内有機物の抽出方法は、これまでの検討で確立した、凍結融解+超音波抽出法で行う。対象とする消毒副生成物、生成ポテンシャルの条件も、これまでと同じ条件とする。
2022年度までに引き続き、トリクロロ酢酸生成ポテンシャルが高い所有済みのラフィド藻類（NIES-1380）について、トリクロロ酢酸前駆物質の特性解析を進める。これまでの検討で、前駆物質の多くは高分子量画分に存在しているため、対象試料は膜処理と陽イオン交換カートリッジにより、濃縮・精製する。トリクロロ酢酸前駆物質は糖鎖を基本骨格としフェノール性水酸基を持つと仮定されたため、熱分解や加水分解を行い、分解産物の高分解能質量分析（LC-Orbitrap/MS）によるマススペクトルを解析することで、それら部分構造の存在を確認する。
ラフィド藻類（NIES-1380）について、トリクロロ酢酸前駆物質を代謝しやすい環境条件の検討を行う。培養後のトリクロロ酢酸生成ポテンシャルを比較することで環境水中のどの成分がラフィド藻類のトリクロロ酢酸前駆物質の代謝を促進するかを確認する。
トリクロロ酢酸前駆物質の低減効果について、実験室実験で、凝集沈殿処理、粉末活性炭処理、オゾン処理、前塩素処理について検討する。また、消毒副生成物の生成ポテンシャル試験により、ラフィド藻類以外にも消毒副生成物を高濃度で生成することが明らかとなった藻類について、同様に塩素処理による生成特性、低減策について検討する。
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Report
(2 results)
Research Products
(4 results)
