特別研究

５．湖沼において増大する難分解性有機物の発生原因と影響評価に関する研究

〔担当者〕

〔期　間〕
平成９〜１１年度（１９９７〜１９９９年度）

〔目　的〕
近年，琵琶湖や十和田湖等の多くの湖沼において，流域発生源対策が行われているにもかかわらず，湖水中の有機物濃度（ＣＯＤ）の増大傾向が観察されている。何らかの難分解性有機物による水質汚濁が進行している。湖沼環境では，近年，植物プランクトン種組成変化を含む生態系の変化が著しい。難分解性有機物の蓄積に示される湖水有機物の質的，量的変化も湖沼生態系の変化に大きな影響を及ぼしていると推察される。また，水道水源としての湖沼水に着目すると，湖水中有機物濃度の上昇は，浄水過程の塩素処理によって生成する発がん物質トリハロメタン等による健康リスクの懸念を増大させている。湖沼環境および水質保全上，緊急にこの新しい有機汚濁現象を把握する必要がある。
　本研究の目的は，湖沼水中の有機物の特性や起源を適切に把握する手法を確立し，湖沼水中での難分解性有機物濃度上昇の原因を解明し，さらに湖水有機物の質的，量的変化が湖沼生態系やトリハロメタン等の有害物質の生成能に及ぼす影響を明らかにすることである。

〔内　容〕
本年度は以下に示すような研究を行った。
課題１　湖水中難分解性有機物の発生原因の解明
（１）湖水有機物の特性および動態
　霞ヶ浦湖水を生分解試験（１００日間）とＤＯＣ分画手法に供した。すなわち，湖水ＤＯＣを疎水性−親水性，酸性−塩基性，易−難分解性の違いに基づいて分画した。本実験手法を用いて，霞ヶ浦湖水中のＤＯＣ，難分解性ＤＯＣ，各分画成分ＤＯＣの濃度およびその季節的変動特性を明らかにした。また，各分画に対して紫外部吸光度とＤＯＣの比（ＵＶ：ＤＯＣ比）を測定し，この比が溶存有機物の起源的情報を反映するかを検討した。霞ヶ浦と比較するために，琵琶湖と諏訪湖の湖水サンプルについても上記と同様な実験を行った。
（２）起源の明白なサンプルの特性評価
　霞ヶ浦河川水，生活雑排水，森林渓流水，田面水等の起源の明白なサンプルのろ過水に生分解試験＋ＤＯＣ分画手法を適用し，ＤＯＣ，難分解性ＤＯＣ，各分画成分のＤＯＣ濃度および分画分布を明らかにした。植物プランクトン由来の溶存有機物の特性を評価するために，藍藻類を無菌培養し，培養後の培地ろ過液にＤＯＣ分画手法を適用した。また，水草等由来有機物特性を検討するために，ヨシ・ガマが繁茂する池の水のろ液に生分解＋ＤＯＣ分画手法を適用した。
課題２　湖水中難分解性有機物の湖沼生態系，水道水源水としての湖沼水質に及ぼす影響
（１）難分解性有機物の植物プランクトン増殖・組成に及ぼす影響
　霞ヶ浦における藍藻類の増殖制限物質として鉄の存在形態が重要と推察される（前年度成果）。湖水中の生物利用可能鉄（あるいは有機態鉄）濃度を定量する手法の開発を行った。
（２）難分解性有機物のトリハロメタン生成能に及ぼす影響
　霞ヶ浦湖水およびＤＯＣ分画手法により分離されたフミン物質および親水性画分のトリハロメタン生成能を測定した。

〔成　果〕
課題１　霞ヶ浦湖水，流入河川水，森林渓流水（ＦＳ），畑地浸透水（ＰＦＰ），田面流入水（ＰＦＩ）田面流出水（ＰＦＯ），生活雑排水（ＤＳ），下水処理水（ＳＴＰＥ），ヨシ・ガマの繁茂する池水（ＰＯＮＤ），Ｍ．ａｅｒｕｇｉｎｏｓａ培養後の培地ろ過水（ＭＳＭ）を，ＤＯＣ分画手法により，フミン物質（ＡＨＳ），疎水性中性物質（ＨｏＮ），親水性酸（ＨｉＡ），塩基（ＢａＳ），親水性中性物質（ＨｉＮ）に分画した（図１）。すべてのサンプルで有機酸画分（ＡＨＳ＋ＨｉＡ）が優占していたが，ＡＨＳとＨｉＡの存在比はサンプル起源により顕著に異なった。土壌との接触が顕著である森林渓流水や畑地浸透水では，ＡＨＳが圧倒的に優占した。河川水ではＡＨＳとＨｉＡが同程度存在したが，湖水ではＨｉＡの存在比が上回った。生活雑排水，下水処理水および池水でＨｉＡが優占し，藻類培養液ではＨｉＡが顕著に優占した。このＡＨＳとＨｉＡの関係はサンプルのＤＯＣ濃度とも関連していた。ＡＨＳが優占するほどＤＯＣ濃度は低くＨｉＡが優占するほどＤＯＣ濃度が高い傾向を示した。すなわち，きれいな水ではＡＨＳが優占し，有機汚濁の顕著な水ではＨｉＡが優占するの である。生分解性の高い生活雑排水と藻類培養液は特徴的な分画分布を示した。生活雑排水ではＨｏＮの存在比が大きく，藻類培養液ではＡＨＳが極めて低くＨｉＮが著しく高かった。ＨｏＮは生活雑排水中のＬＡＳ等の洗剤，ＨｉＮは藻類代謝物の糖類物質と考えられる。
　霞ヶ浦湖心におけるＤＯＣ，ＡＨＳ，ＨｉＡおよび難分解性ＤＯＣ，ＡＨＳ，ＨｉＡの動態を検討した。ＤＯＣ，ＡＨＳ，ＨｉＡの生分解率の平均は，それぞれ，１２．１％，％，１５．１％であった。湖水ＤＯＣおよびＨｉＡの分解率は７〜９月が最大で冬季に極めて低くなった。７〜９月の大きな分解率は，この期間に藻類由来の易分解性ＨｉＡが生産されたことを示唆する。ＡＨＳは全期間を通じて分解率が低かった。ＡＨＳが難分解性であることは予想通りの結果であったが，ＨｉＡも極めて難分解性であることは新しい知見と言える。１９９７年に限って言えば，難分解性ＤＯＣが夏季から徐々に湖水中に蓄積し，１年間で約０．８ｍｇＣ／ｌ増大した。この期間，難分解性ＡＨＳは約０．２ｍｇＣ／ｌ，難分解性ＨｉＡは約０．８ｍｇＣ／ｌ上昇した。従って，湖水中の難分解性ＤＯＣの増大は，主に難分解性ＨｉＡの増大によるものと言える。
課題２　霞ヶ浦ろ過湖水，フミン物質および親水性画分（ＨｉＡ＋ＢａＳ＋ＨｉＮ）をＭｉｌｌｉ−Ｑで１ｍｇＣ／ｌに調整し，ｐＨ７，２４ｈ，遊離塩素が１〜２ｍｇ／ｌ残存する条件で塩素処理した後，ヘッドスペースＧＣ／ＭＳによりトリハロメタン生成能（ＴＨＭＦＰ＝ＣＨＣｌ３＋ＣＨＣｌ２Ｂｒ＋ＣＨＣｌＢｒ２＋ＣＨＢｒ３）を測定した。霞ヶ浦浄水場取水地点に近いＳｔ．７におけるろ過湖水，フミン物質，親水性画分の平均トリハロメタン生成能は，それぞれ２８．４，２６．９，３１．４μｇＴＨＭ／ｍｇＣであった（図２）。親水性画分のＴＨＭＦＰはフミン物質のそれよりも有意に大きかった（Ｐ＜０．０１）。他のサンプリング地点でも同様な結果が得られた。霞ヶ浦では親水性画分のほうがフミン物質より約２倍ＤＯＣ濃度が高いことを考えると，トリハロメタン前駆物質として親水性画分はフミン物質よりも重要と言える。この結果は，代表的なトリハロメタン前駆物質はフミン物質とする既成学説を乗り越えた新しい発見と言える。
〔発　表〕Ｂ−１３９， Ｇ−１２， ｂ−１０２〜１０７， ２３３〜２３６