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I 水環境における水質リスク評価に関する研究

→個別課題の成果要旨

研究期間:平成13年度~17年度
プロジェクトリーダー:水循環研究グループ上席研究員(水質) 田中宏明
研究担当グループ:水循環研究グループ(河川生態、水質)、材料地盤研究グループ(リサイクル)

1. 研究の必要性
 
近年、水を経由した微量化学物質や病原性微生物などの汚染によって、人の健康や野生生物の生態系への影響が懸念されている。このため、水環境における微量化学物質や病原性微生物の汚染状況の把握、汚染原因の究明、影響の評価、対策の必要性の判断、さらには必要に応じて対策の実施が求められている。

2. 研究の範囲と達成目標
 
本重点プロジェクト研究では、水環境に含まれるエストロゲン作用をもつ内分泌攪乱化学物質(以下、環境ホルモンという)、ダイオキシン類、および病原性微生物を対象として、その検出試験方法、影響評価方法を開発し、水環境での挙動を解明するとともに下水処理の効果を明らかにすることを研究の範囲とし、以下の達成目標を設定した。
    (1) 環境ホルモン、ダイオキシン類の挙動の解明とホルモン作用の包括的評価指標の開発
    (2) 環境ホルモン、ダイオキシン類の簡便な試験手法の開発
    (3) 下水中の環境ホルモンが淡水魚に与える影響と下水処理場における処理効果の解明
    (4) 下水汚泥の再利用などにおける病原性微生物のリスク評価手法の開発

3. 個別課題の構成
 本重点プロジェクト研究では、上記の目標を達成するため、以下に示す研究課題を設定した。
    (1) 都市排水由来の化学物質の水環境中での挙動に関する研究(平成13~17年度)
    (2) ダイオキシン類の存在形態とモニタリング・分析手法に関する研究(平成12~14年度)
    (3) 下水道における微量化学物質の評価に関する調査(平成13~17年度)
    (4) 都市排水に含まれるエストロゲン様物質が魚類に及ぼす影響と指標化に関する研究(平成14~17年度)
    (5) 病原性微生物の同定方法および挙動に関する研究(平成11~17年度)
このうち、平成13年度は(1)、(2)、(3)、(5)の4課題を実施している。

4. 研究の成果
本重点プロジェクト研究の個別課題の成果は、以下の個別論文に示すとおりである。なお、「2. 研究の範囲と達成目標」に示した達成目標に関して、これまでに実施してきた研究と今後の課題について要約すると以下のとおりである。

(1) 環境ホルモン、ダイオキシン類の挙動の解明とホルモン作用の包括的評価指標の開発
 
「下水道における微量化学物質の評価に関する調査」において、環境ホルモンのうち、女性ホルモン(エストロゲン)作用による水環境に棲息する野生生物、特に魚類への影響が懸念されるエストロゲン、ノニルフェノールを対象に、水中での挙動を解明するため、その生成過程を検討した。その結果、これらの前駆体を含めた水、底質試料の高感度で、高分解能な分析方法の確立がまず必要であることが判明した。このため、LC/MS/MSやGC/MSなどの機器を用いた分析方法の開発に取り組み、17βエストラジオール、エストロン、エチニルエストラジオール、ノニルフェノール、ノニルフェノールエトキシレート、ノニルフェノールエトキシ酢酸などの分析方法を開発した。なお、今後は、これら分析方法の検出感度の向上と前処理法などの簡易化、およびエストロゲン包合体などの分析方法の開発を進める予定である。
 また、「都市排水由来の化学物質の水環境中での挙動に関する研究」においては、複雑な分解経路を有するノニルフェノール類の水環境での挙動を理解するためのモデルの開発に着手した。今後は、作成したモデルの解析精度を高めるため、ノニルフェノール類の分解経路の解明、ノニルフェノール類の分解速度などの物理定数の測定、実際の水環境での挙動との比較などを行う予定である。
 「ダイオキシン類の存在形態とモニタリング・分析手法に関する研究」においては、河川底質のダイオキシン類の存在形態を過去に実施した実態調査結果をもとに検討した。その結果、河川ごとに、河川底質に含まれるダイオキシン類の含有濃度(TEQ)とその地点での底質の有機物指標である強熱減量との間に相関性が見られた。ただし、ダイオキシン類が高濃度に含まれると、はずれ値となる場合があるが、限定したエリアで用いれば、代替指標として利用できることが示唆された。今後は、河川中のダイオキシン類の代替指標による簡易モニタリング手法について検討していく予定である。

(2) 環境ホルモン、ダイオキシン類の簡便な試験手法の開発
 
「下水道における微量化学物質の評価に関する調査」において、環境ホルモンのうち、エストロゲンを対象に、免疫抗体による物質識別と酵素標識による定量化を行うELISA(enzyme-linked immuno-sorbent assay)による簡易分析方法について民間と共同研究を実施し、下水や河川水などの環境試料に含まれる測定妨害物質を除去できる前処理方法を開発した。また、下水試料中の17βエストラジオールを簡便に測定するための方法としてELISAキットがあるが、下水試料からの固相抽出方法でメタノール溶出とする場合とジクロロメタン溶出とする場合を比較検討した。この結果、ジクロロメタン溶出の場合の方が交差反応・妨害を示す他の物質を分離することが可能であると判断された。また、従来実態調査で使われていたELISAキットと共同研究の対象としたELISAキットとを比較した結果、後者の測定結果の方が機器分析による測定結果に近い傾向が見られたが、依然として、ELISA法による測定結果は機器分析のそれを大きく上回る結果となった。このため、今後は、さらに一層のクリーンナップを検討していく予定である。
 「ダイオキシン類の存在形態とモニタリング・分析手法に関する研究」においては、ダイオキシン類の簡易分析方法を整理し、河川底質に含まれるダイオキシン類の対策実施にあたって必要となる測定系の条件をとりまとめた。また、このうち、ELISAおよびAh(aryl-hydro)レセプターを用いるダイオキシン類の簡易分析方法の底質試料への適用するための測定方法について民間との共同研究を開始した。さらに、底質からのダイオキシン類の抽出方法を複数検討した結果、高速溶媒抽出(Pressured Fluid Extraction)法が時間と抽出効率の点から有望な方法の一つであると判断した。今後は、簡易分析方法ごとの特徴と利用法の整理を行うとともに、前処理法を含めた簡易分析方法の改良を進める予定である。

(3) 下水中の環境ホルモンが淡水魚に与える影響と下水処理場における処理効果の解明
 
「下水道における微量化学物質の評価に関する調査」において、化学物質の下水処理過程での挙動を理解することを目的として作成した土木研究所モデルを用いて、ノニルフェノールのみが下水に含まれる場合で、生分解性を無視した場合について、活性汚泥法における概略の推定計算を行った。この結果、大気、水、汚泥への移行はそれぞれ、10 %、1 %、89 %程度であった。今後は、複雑な分解経路をたどるノニルフェノールエトキシレート、ノニルフェノールエトキシ酢酸類の変化機構を取り込んだ下水処理での機構解明を行う予定である。

(4) 下水汚泥の再利用などにおける病原性微生物のリスク評価手法の開発
 
「病原性微生物の同定方法および挙動に関する研究」において、下水処理水や再利用水に含まれる病原性ウイルスからの感染リスクを制御するために必要な制御要件と検出レベルの要件を検討した。この結果、これまでの培養法以上に高感度なPCR(Polymerase Chain Reaction)法を用いることが必要であることが判明した。また、病原性原虫であるクリプトスポリジウムのリアルタイムPCR法による定量検出方法を検討し、ハイブリダイゼーション法を用いることによって特異性の高い検出が可能であることが分かった。すなわち、本方法は、オーシスト数20個以上から検出可能であり、100個以上から定量可能となることが分かった。今後は、効果的な濃縮精製などの試料前処理方法を含め、PCR法を適用して極微量ウイルスを確実に検出、測定する手法の開発を目指し、クリプトスポリジウムについては、リアルタイムPCR法による検出限界と定量限界を向上させるとともに、実試料への適用を図りたいと考えている。


個別課題の成果

1.1 都市排水由来の化学物質の水環境中での挙動に関する研究

    研究予算:運営費交付金(一般勘定)
    研究期間:平13~平17
    担当チーム:水循環研究グループ(水質)
    研究担当者:田中宏明、小森行也、佐々木稔
【要旨】
 近年、水環境中での界面活性剤の分解物質や人畜由来のホルモンなどによって野生生物の内分泌攪乱が生じる場合があると報告されている。こうした内分泌攪乱物質について、発生源や排出源などで効率的なリスク削減対策を講じるためには、これら物質の水、底泥などの水環境での挙動を把握し、水域に与える影響を把握することが必要である。本プロジェクトでは、都市排水由来のこれら内分泌攪乱物質の、河川水・底質中などにおける調査分析手法の開発、また水環境中での分解・生成といった変化現象の把握を目的としている。
 13年度は、環境水試料を対象とした、LC/MS/MSによるエストロゲンの分析法の前処理法の簡易化を目的とした改良を行った。ノニルフェノキシ酢酸の分析法に関する検討を実施し、固相カラム及び陰イオン交換樹脂カラムを用いた前処理からのGC/MSによる分析手法を確立した。また、水環境中での挙動をシミュレートするための化学物質の挙動モデルの開発に着手した。
キーワード:NP、NPEO、NPEC、エストロゲン、内分泌攪乱物質


1.2 ダイオキシン類の存在形態とモニタリング・分析手法に関する研究(1)

    研究予算:運営費交付金(一般勘定)
    研究期間:平12~平14
    担当チーム:材料地盤研究グループ(リサイクル)
    研究担当者:鈴木穣、南山瑞彦、落修一
【要旨】
 近年、極微量でも高い毒性を持つとされているダイオキシン類による汚染が全国的に大きな問題となっており、建設事業に対応した、迅速に結果が得られる底質中のダイオキシン類の分析手法の検討、開発が求められている。13年度は、前年度に引き続き、底質試料中のダイオキシン類の分析の迅速化を目的として、乾燥、抽出工程の迅速化に関する比較検討を行った。その結果、高速溶媒抽出法(PFE法)での抽出条件の検討により、比較的短時間の操作で、多くの異性体で公定法より高めの分析結果を示す抽出条件があることが示唆された。
キーワード:ダイオキシン類、底質、分析、抽出、迅速化


1.3 ダイオキシン類の存在形態とモニタリング・分析手法に関する研究(2)

    研究予算:運営費交付金(一般勘定)
    研究期間:平12~平14
    担当チーム:水循環研究グループ(河川生態)
    研究担当者:尾澤卓思、伊藤弘之
【要旨】
 ダイオキシン類は、燃焼過程等で非意図的に生成される化合物であり、その毒性は発がん性や催奇形性等多岐にわたっている。我が国では「ダイオキシン類対策特別措置法」が施行され、ダイオキシン類汚染に対して適切な対応をとることが必要となった。このため、河川管理においても河川水、底質のダイオキシン類の対策実施を判断するための存在形態の解明と、対策実施時の簡便な分析手法およびモニタリング手法の開発が必要となっている。本研究では強熱減量等を代替指標として底質のダイオキシン類汚染状況をモニタリングする手法について検討し、同一の汚染源の影響を受けているエリアを選定すれば、代替指標とダイオキシン類濃度の間に比較的高い相関が成立することを確認した。
キーワード:ダイオキシン類、底質、強熱減量、モニタリング


1.4 ダイオキシン類の存在形態とモニタリング・分析手法に関する研究(3)

    研究予算:運営費交付金(一般勘定)
    研究期間:平12~平14
    担当チーム:水循環研究グループ(水質)
    研究担当者:田中宏明、小森行也、岡安祐司
【要旨】
 平成12年1月15日より「ダイオキシン類対策特別措置法」が施行され、ダイオキシン類汚染に対して適切な対応を取ることが必要となった。河川管理においても河川水・底質のモニタリングは重要であるが、調査試料は膨大でありこれらに対応するため安価でしかも短時間で結果が得られる簡易な分析手法が必要となっている。
 水や底質中のダイオキシン類を従来法と比較して簡易で迅速に、試料の前処理から測定まで行う分析技術の開発について民間との共同研究を実施している。また、現在、専門家が実施しているダイオキシン類の分析についての精度管理手法をパターン化、システム化し、比較的簡単に判定できる精度管理手法の検討を行った。
キーワード:ダイオキシン類、底質、モニタリング、簡易分析、精度管理


1.5 下水道における微量化学物質の評価に関する調査

    研究予算:受託経費(下水道事業調査費)
    研究期間:平13~平17
    担当チーム:水循環研究グループ(水質)
    研究担当者:田中宏明、小森行也、岡安祐司
【要旨】
現在、下水中には、人や生物に対して、内分泌かく乱作用や毒性作用を示す微量化学物質が含まれている可能性が指摘されているが、これら微量化学物質が原因物質と疑われる下水処理への影響もいくつか報告されている。我が国の下水処理は生物処理が主体であり、有害性のある微量化学物質の影響評価は重要な課題である。本調査は、下水道に流入する可能性のある微量化学物質の評価手法の開発を目的とし、(1)微量化学物質の検出方法の簡易化、迅速化、(2)微量化学物質の下水道での挙動把握と下水処理への影響把握、(3)下水道での微量化学物質の評価技術の開発を行う。本調査は、平成11年7月に公布されたPRTR法で対象となる物質を中心に、種々の化学物質を対象とする。
キーワード:内分泌攪乱物質、ELISA法、毒物センサ、PRTR、挙動推定モデル


1.6 病原性微生物の同定方法および挙動に関する研究

    研究予算:運営費交付金(一般勘定)
    研究期間:平11~平17
    担当チーム:材料地盤研究グループ(リサイクル)
    研究担当者:鈴木穣、北村友一、中村みやこ
【要旨】
水系病原ウイルスの検出にPCR法を適用するのに先立ち、比較対照として、現在一般的に用いられている培養法で得られたウイルスデータより、下水処理水再利用におけるウイルス感染の危険性の現状を把握し、さらにその制御手法の選定方法について検討した。また、クリプトスポリジウムのリアルタイムPCR法による定量検出方法を検討し、ハイブリダイゼーション法を用いることにより特異性の高い検出が可能となることがわかった。その精度は、オーシスト数20個以上から検出可能であり、100個以上から定量可能となることがわかった。
キーワード:ウイルス、クリプトスポリジウム、PCR法、下水処理水再利用、感染リスク