2019 Fiscal Year Research-status Report
Development of tracking method for water pollution sources using fluorescence analysis focused on shorter wavelength region
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18K04419
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| Research Institution | Center for Environmental Science in Saitama |
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Principal Investigator |
池田 和弘 埼玉県環境科学国際センター, 水環境担当, 専門研究員 (60422987)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
日下部 武敏 京都大学, 工学研究科, 助教 (40462585)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 蛍光分析 / 起源推定 / PARAFAC解析 / 水質モニタリング / 有機汚濁 / 短波長領域 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、短波長領域に絞った蛍光分析とPARAFAC解析を行うことで、従来の研究よりも多くの短波長領域の蛍光成分を分離し、これらを用いて各種負荷源を推定する新しい水質モニタリング手法を開発する。
本年度は、各種負荷源および河川の蛍光分析を実施し、1325個の蛍光データを取得し、各種負荷源の蛍光成分データベースを作成した。定量下限を満足しつつ内部遮蔽効果を正しく補正するような希釈とPARAFAC解析により、蛍光波長400nm以下の短波長領域に、B1、B2、B3、T、N1、N2という６成分を分離検出することができた。それぞれのピーク波長を励起/蛍光(nm)で示すと、<200/319、<200/294、222/293、<200/343、238/361、204/369であった。文献等からB1とTはそれぞれチロシン様、トリプトファン様物質に対応すると考えられた。
下水流入水、下水処理水、合併処理浄化槽の多い地域の水路水および単独処理浄化槽の多い地域の水路水を比較すると、成分N1の強度は各負荷源で同レベルであり、処理の影響を受けないことから河川における生活排水混入率の指標として使用できる可能性が示唆された。また、成分B2とB3は下水流入水と単独処理浄化槽地域水路水では同レベルであり、合併処理浄化槽地域水路水と下水処理水では低いことから、未処理の生活雑排水の混入率の指標となると考えられた。
下水処理場の工程水の調査から、N1が処理でほとんど減少しないこと、一方、B1は大きく減少することが確認された。B1は河川においてBODと最も強い相関が確認されたことから、有機汚濁の良い指標となることが分かった。
各蛍光成分に対応する有機物の特性把握のために、疎水性樹脂への吸着のpH依存性を評価した。全ての蛍光成分がpH2の酸性条件でよく吸着した。また、成分B1とTは下水処理を受けることで疎水性が上昇した。
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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
本研究のこれまでの2年間の目標は、「１．蛍光成分のデータベースを作成し、各負荷源の指標となる蛍光成分を提案する。２．各成分の環境中での残存性などを評価し、その指標としての有効性を確認する。３．蛍光成分に対応する有機物の特性解析を進め、成分の描像を得ることで各成分の指標性に関する科学的裏付けを得る。」ことである。
これまで、短波長領域の蛍光成分の検出に最適な分析条件を決定し、1300以上の蛍光データを取得した。PAFAFAC解析により、６成分を分離定量し、河川の汚濁起源を推定するのに必要な、負荷源ごとに特徴的な蛍光成分群によるフィンガープリントを得ることができた。また、下水処理水や合併処理浄化槽排水のような処理済みの生活排水と単独処理浄化槽排水の河川水中混入率をそれぞれ推定することが可能となる指標蛍光成分を決定した。また、各蛍光成分の下水処理工程や河川流下過程での強度変化を把握し、残存性を評価した。各指標の挙動とBODの挙動を比較することで、流量ベースに加えて汚濁負荷量ベースの指標となる成分を決定した。さらに、蛍光成分の特性評価や同定のために、膜分画による分子量分布測定、FT-MS分析、疎水性樹脂への吸着性評価を実施した。
これまでのところ、研究計画に沿って順調に研究が進んでおり、蛍光分析により汚濁を検知し起源を推定する手法を構築するための、重要なデータを取得できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度は、いくつかの流域において短波長領域蛍光成分の空間的分布を調査する。河川各地点の各負荷源から排水量と負荷量を、指標蛍光成分を用いて推測し、実際の水質測定による実測値や行政データと比較することで、作成した汚濁起源推測手法の有効性を評価する。はじめに、下水処理水が流入し、藻類量も多い河川を対象とし、両負荷を分離定量できるか確認する。次いで、単独処理浄化槽の排水を多く含む河川を対象とする。また、各蛍光成分の指標性に関する科学的裏付け、他流域への適用できることの確認のため、LC/MS等による各成分の同定と特性解析も実施する。各指標の残存性も評価し、汚濁起源推測手法の適用範囲について整理し、最終的に手法をまとめて提案する。
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| Causes of Carryover |
短波長領域蛍光成分に対応する有機物の特性解析のため、アミノ酸組成分析を実施する予算を計上していた。前処理を自所で実施し、アミノ酸組成分析を委託する予定であった。しかしながら蛍光成分を精査した結果、蛍光成分はアミノ酸だけではなく、タンニン等の可能性もあり、まずは、成分の疎水性等の評価を行うことが必要と判断し関連する実験を優先して実施した。これにより差額が発生し、次年度使用額が生じた。
成分の特性評価が進んだため、最終年度は、保留していたアミノ酸組成分析を委託により実施する。また、試料を濃縮する必要があるため、関連する前処理装置を購入する。次年度使用額はこれらに使用する予定である。
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Research Products
(2 results)
