国際的な調査によると、糞便物質によって汚染された淡水は、新しい技術を使用してより迅速かつ確実に測定できることが示されています。クレジット:Jiao ら、doi:10.1126/sciadv.abc7318 より。この作品は CC BY-NC の下でライセンスされています。
国際的な研究によると、糞便物質によって汚染された淡水は、新しい技術を使用してより迅速かつ確実に測定できることが示されています。
村や都市からの廃水が川や湖に流れ込むと、大量の脂肪、タンパク質、糖、その他の炭素を含む有機物が糞便とともに自然界にたどり着きます。これらの有機物は、酸素を消費するバクテリアによって分解されます。廃水の量が多いほど、バクテリアは繁殖しやすくなります。しかし、これは水中の酸素含有量が減少し続け、最終的に魚、ムール貝、ミミズが文字通り空気を使い果たすことを意味します.これにより、世界中の多くの川や湖に低酸素死地帯が生じています。
これまで測定のゴールド スタンダードなし
糞便からの有機物で水がどれほどひどく汚染されているかを測定するために、政府機関と環境研究者は定期的に水のサンプルを採取します。広く使用されている測定方法の 1 つは、化学反応を利用して有機物質の含有量を測定するものです。科学者の国際チームが現在示しているように、この確立された方法は、水質汚染の実際の程度をほとんど導き出すことができない値を提供します.ヘレオンの炭素循環研究所所長である Helmuth Thomas 教授もこの研究に貢献しており、この研究は現在、科学雑誌 Science Advances に掲載されています。 . 「そのため、この論文では、将来的に測定の信頼性を大幅に高めるための新しい方法も紹介しています」と彼は言います。
従来の測定方法を使用して、水のサンプルは、化学物質の過マンガン酸塩または重クロム酸塩と混合されます。これらは特に反応性が高く、短時間ですべての有機物質を分解します。消費された過マンガン酸塩または重クロム酸塩の量は、水サンプルに含まれる有機物質の量を決定するために使用できます。
専門家は、この測定値を「化学的酸素要求量」COD と呼んでいます。 COD 測定の問題点は、下水とともに水中にたどり着く有機物質と、木材が腐敗するときに放出されるリグニンやフミン酸などの自然に発生する有機物質とを区別できないことです。これは、水質汚染が有機物質の自然含有量とほとんど区別できないことを意味します.
「たとえば、韓国の漢江では、過去 25 年間に廃水からの有機物質による汚染が減少したことが示されました。しかし、COD 測定値は以前と同じように高い値を示しています」と Helmuth Thomas 氏は言います。
複雑な生物学的分析
しかし、実際の汚染をより確実に測定するにはどうすればよいでしょうか?ここでは数十年にわたって生物学的測定法が確立されてきましたが、COD 法よりもはるかに複雑であるため、政府機関や研究機関ではほとんど使用されていません。この場合、河川または湖沼から水サンプルを採取し、水の酸素含有量を初期値として測定します。もう 1 つの「パラレル サンプル」は、すぐに密閉されます。次に、この水サンプルを 5 日間休ませます。この間、バクテリアは有機物を分解し、水中の酸素を徐々に消費します。 5日後、容器を開けて酸素を測定します。水に大量の有機物が含まれている場合、バクテリアは特に活発です。酸素消費量は、それに対応して高かった。専門家は、この測定で「生物学的酸素要求量」 (BOD) を参照しています。
「BOD 測定は、COD よりもはるかに正確です。バクテリアは優先的に廃水から小さな有機分子を分解しますが、リグニンなどの天然分子はそのままにしておくからです」と Thomas は言います。しかし、BOD測定にもデメリットがあります。一方では、BOD 測定には 5 日かかりますが、COD 値は数分後に利用可能になります。一方、水のサンプルを充填、保管、および測定する際には、周囲の空気からの酸素がサンプル内に巻き上げられて測定値が誤ったものにならないように細心の注意を払う必要があります。 「実験室での経験が豊富で、BOD 測定を完全に処理する方法を習得している人はごくわずかです」と Thomas は言います。 「したがって、政府機関や研究者は、不確実性が高いにもかかわらず、今日でも COD を好んでいます。」
より高速で信頼性の高い方法
そのため、Helmuth Thomas と彼のチームは、従来の BOD 測定を改善する代替方法を導入しています。この方法の利点は、必要な水サンプルが 1 つだけで、すぐに密封され、サンプルに干渉することなく酸素消費量が測定されることです。したがって、酸素含有量を測定するために 5 日後に再度サンプルを開く必要はありません。これにより、サンプルが大気中の酸素と再び接触するのを防ぎます。
新しいアプローチでは、水サンプルが満たされるとすぐに、光ファイバーがサンプル容器に挿入されます。このファイバーを介して、光学効果を使用してサンプル内の酸素含有量を直接連続的に測定できます。 Thomas 氏は、「酸素含有量をノンストップで測定し、バクテリアによる酸素消費量をより正確に把握することができます」と述べています。
最初のテストでは、約 48 時間後に意味のある結果が得られることが示されました。これは、BOD 測定を大幅に加速するものです。全体として、光学的方法により、BOD 測定の信頼性が向上するだけでなく、より高速になります。 Helmuth Thomas は、今後数年間で新しい方法が新しい標準として確立され、COD と従来の BOD 測定の両方に取って代わると想定しています。将来的には、たとえば、水質汚濁対策が実際に成功しているかどうかを以前よりも確実に判断できるようになります。
参照:「天然水における有機炭素汚染の評価における重大なエラーの修正」Nianzhi Jiao、Jihua Liu、Bethanie Edwards、Zongqing Lv、Ruanhong Cai、Yongqin Liu、Xilin Xiao、Jianning Wang、Fanglue Jiao、Rui Wang、Xingyu Huang、 Bixi Guo、Jia Sun、Rui Zhang、Yao Zhang、Kai Tang、Qiang Zheng、Farooq Azam、John Batt、Wei-Jun Cai、Chen He、Gerhard J. Herndl、Paul Hill、David Hutchins、Julie LaRoche、Marlon Lewis、Hugh MacIntyre、Luca Polimene、Carol Robinson、Quan Shi、Curtis A. Suttle、Helmuth Thomas、Douglas Wallace、Louis Legendre、2021 年 4 月 14 日、Science Advances .
DOI:10.1126/sciadv.abc7318
