トップ >第126号> 水体堆積物重金属汚染リスク評価の研究の進展(その1)

水体堆積物重金属汚染リスク評価の研究の進展(その1)

2017年 3月28日

陳明:江西理工大学江西省砿冶環境汚染控制重点実験室 副教授

博士。主な研究テーマは水処理技術。

蔡青雲,徐慧,趙玲,趙永紅:江西理工大学江西省砿冶環境汚染控制重点実験室

概要:

 堆積物は、水体中の重金属の主要な凝集地であり、水体堆積物の重金属のリスク評価を行うことは、水体中の重金属汚染状况を知る有効な手段であり、管理部門への政策決定の根拠の提供を可能とする。本稿は、中国の水体堆積物の重金属のリスク評価の研究対象と評価基準を分析し、中国内外で現在常用されている水体堆積物の重金属汚染のリスク評価方法を総合的に論じたものである。中国で現在、水体堆積物のリスク評価がかかわる水体には主に、湖沼と河川、ダム、海洋があり、湖沼と河川の重金属汚染リスク評価研究はダムと海洋よりも多い。水体堆積物の重金属リスク評価にかかわる重金属にはHgやCd、Cr、Pb、Mn、Cu、Zn、Ni、Co、Asなどがあり、このうち90%以上の水体堆積物重金属リスク評価にはPb、Cu、Znがかかわり、この3種の重金属汚染が広まっていることがわかる。これに続くのはCd、Cr、Asだった。重金属Wの水体中のリスクはまだ重視されていない。水体堆積物の重金属汚染リスク評価にかかわる評価指標には、重金属の含有量、重金属の形態分布・空間分布の特徴などがあり、重金属の含有量が主にリスク評価の指標とされている。重金属の空間分布の特徴の分析がこれに続き、重金属の形態分布の分析は比較的少ない。中国の水体堆積物の重金属リスク評価の基準はまだ整っておらず、基準の選択は多様で、評価の目的や水体の状況に基づいて適切な評価基準を選ばなければならない。中国内外で現在よく用いられている水体堆積物重金属汚染リスク評価方法は主に、土壌蓄積指数法、堆積物濃縮係数法、堆積物クオリティ基凖法、潜在生態リスク指数法、汚染負荷指数法、ネメロー総合指数法、二次相・原生相比較法などが含まれる。本稿では各評価方法の長所と短所を分析した。土壌蓄積指数法と堆積物濃縮係数法、汚染負荷指数法、ネメロー総合指数法はバイオアベイラビリティが取り入れられておらず、潜在生態リスク指数法は生物の毒性学と生態学の内容を考慮したものだが不足している部分がある。水体の堆積物中の重金属の毒害についての健康リスク評価は少なく、異なる毒性データの統一のための方法と原理にもさらなる研究が待たれている。

キーワード:水体堆積物;重金属;評価対象;評価基準;評価方法

 重金属は、自然界において危害の比較的深刻な汚染物の一種であり、危害の長期性、比較的強い生物毒性、食物連鎖の濃縮拡大効果などの特性を持っている(EDGARら、2010;張傑ら、2014)。重金属汚染物は、水文学的循環過程を通じて水体系統に入り、一定の時間の凝集・沈殿を経て、受納水体底部の堆積物に蓄積する。堆積物の重金属の濃度は一般的に、水体中よりも何桁も高く(賈振邦ら、2000)、自然の退化過程によって遷移・分解せず、堆積物中に長期的に蓄積・保存され、水体汚染の内因となり、一連の物理的・化学的・生物的な作用を通じて、水体生態環境に持続的に危害を加え、食物連鎖を通じて人類の健康を害する可能性がある(KAUSHIKら、2009;尚林源ら、2012)。水体中の重金属は主に堆積物中に濃縮されることから、水体堆積物中の重金属の含有量と分布、リスク評価などの研究は、水体中の重金属汚染状况を知る有効な手段であり、人為的な活動の水体汚染の程度を反映することができ、管理部門に政策決定の根拠を提供することを可能とする(牛燕霞ら、2014;宋学兵ら、2014)。米国環境保護局(EPA)は、水体堆積物の重金属検査測定を水体環境評価の重要な手段としている(EPA/600/R-12/11)。水体堆積物の重金属の汚染評価はすでに、現在の水環境研究のホットな問題となっている。

1 水体堆積物重金属汚染リスク評価の研究対象

 本稿は、CNKI中国学術雑誌全文データベースと維普中文科技学術雑誌全文データベースからここ30年の関連文献を検索し、EXCELを用いて分析・統計し、水体堆積物重金属汚染リスク評価にかかわる水体類型と重金属元素、関連評価指標の分布を得た(図1~図3)。

 図1からは、中国の水体堆積物重金属リスク評価にかかわる水体は主に、河川と湖沼、海洋、ダムがあり、湖沼と河流の重金属汚染に対するリスク評価の研究がダムと海洋よりも多いことがわかる。これは主に、中国の湖沼と河川が比較的多く、人類の居住区とのかかわりが広く、人類の活動の影響が大きいことと関係している。

図1

図1 リスク評価中の各水体の割合

Fig.1 Proportion of various water bodies in risk assessment

 水体堆積物重金属汚染リスク評価にかかわる主要重金属は図2に示す通りである。危害の比較的大きいものとしてHg、Cd、Cr、Pb、危害の比較的小さいものとしてMn、Cu、Zn、Ni、Coがある。Asは原子価が可変で、性質が金属と類似しているため、評価対象に入れられている。図2のように、水体堆積物重金属汚染リスク評価の90%以上の堆積物にはPb、Cu、Znが見られ、この3種の重金属の汚染が広がっていることがわかる。評価対象での比率がこれに次いで高かったのはCd、Cr、Asだった。

図2

図2 リスク評価中の各種重金属の割合

Fig.2 Proportion of various heavy metals in risk assessment

 注目すべき点は、タングステンは、一種の水不溶性金属で化学的惰性を示すことから、かなり長期にわたって顕著な生態毒性と環境影響はないと考えられ、生態環境安全性は基本的に無視されていたということである。21世紀に入って以降、先進国で発生したタングステン汚染事件から、タングステンの生態安全性は徐々に幅広い関心を集め、重視されることとなった。例えば米国ネバダ州ファロン市(Fallon、Nevada)などの地区で発生した環境タングステン汚染による児童の白血病の高罹患事件(2005)などが挙げられる。米国環境保護庁(USEPA)は2008年、タングステンを正式に新興環境汚染物とし、タングステンの生態環境安全性に対する全面的な審査と再評価を行うことを決定した。ロシアはすでにタングステンを危険性の高い水体汚染物と認定している(STRIGUL、2010)。

 現在、水体堆積物の重金属のリスク評価でタングステンを扱った研究はほとんど発表されていない。中国は、世界のタングステン資源国であり、タングステン生産大国であり、関連地域で水体堆積物重金属Wのリスク評価を行うことは、重金属汚染の防止に重要な意義を持っている。

 水体堆積物の重金属汚染リスク評価にかかわる評価指標には主に、重金属の含有量、重金属の形態分布・空間分布の特徴などがあり、比率は図3に示すとおりである。図3からわかるように、評価においては主に重金属の含有量がリスク評価の指標とされ、重金属汚染リスクの空間分布の特徴の分析が続いている。堆積物中の重金属はさまざまな化学形態で存在しており、重金属の賦存形態はその生物毒性と生態影響にかかわる主な要素の一つとなる。賦存形態の違いに応じて、化学反応や遷移性、生物的利用可能性、潜在的毒性の面で、異なる物理的・化学的挙動を示す。そのため重金属の形態を生態リスクの大きさに影響する重要な要素とする必要がある(WANGら、2007;廖天鵬ら、2014;王爽ら、2012)。現在、重金属の形態分布の汚染リスクの分析は少ない。

図3

図3 リスク評価中の各評価指標の割合

Fig. 3 Proportion of various assessment indexes in risk assessment

2 水体堆積物重金属汚染リスク評価の基準

 評価基準は、評価結果の科学性と有効性に直接関係する。そのため評価基準の選択は極めて重要となる。国外では、1980年代前まで主に、バックグラウンド値を評価基準としており、80年代以降、環境基凖に基づく標準の研究が始められた。米国は1991年、最初の水体堆積物地域性環境基準、ピュージェット湾堆積物環境管理基準を発表した。中国は、水体堆積物重金属汚染評価基準の研究で一定の成果を上げ、2002年には「海洋堆積物質量標準」を打ち出した。だがその他の水体堆積物の面では統一的な評価基準がなく、河川などの水体堆積物の環境評価は通常、環境バックグラウンド値と関連基準を評価基準に選んでいる。環境バックグラウンド値を評価基準に採用することは、直観的ではっきりとしており、操作が簡単だが、生態影響が考慮されていない。関連基準を評価基準とすることは、堆積物が環境機能の要求に合致するかを大まかに評価することを可能とするだけで、照準を欠いている。

 現在、堆積物の重金属汚染に関する評価基準の選択は多様で、実際の応用においては一般的に、評価の目的や水体の状況に基づいて適切な評価標凖が選ばれている。喬敏敏ら(2013)は、北京市の土壤バックグラウンド値を基準とし、密雲ダムに流れ込む河川の堆積物中の重金属リスクを評価した。安立会ら(2010)は、近海の漁業産品の品質に対する渤海湾河口の堆積物の重金属の影響を研究した。国家の無公害食品・水産品のための有毒・有害物質制限量「NY5073─2001」と海産鮮魚品質基準「GB/T18108─2008」が採用された。李梁ら(2010)は、底質ガイドライン(SQGs)を採用し、テン池の底泥の重金属汚染のリスク評価を行った。胡国成ら(2011)は、「土壤環境質量標準」(GB15618─1995)I級基準を利用して、長潭ダム堆積物中の重金属の汚染状況を評価した。田海涛ら(2014)は、茅尾海の表層堆積物中の重金属の潜在的な危害を評価し、世界的によく用いられている工業化以前の堆積物中の重金属の世界最高バックグラウンド値を基準とした。

その2へつづく)

参考文献

ACEVEDO-FIGUEROA D, JINENEZ B D, RODRIGUEZ-SIERRA C J. 2006. Trace metals in sediments of two estuarine lagoons from Puerto Rico [J]. Environmental Pollution (Barking, Essex: 1987), 141(2): 336-342.

BAUDO R. 2008. The bioassaybased approach in sediment quality assessment [J]. Ann Is1 Super Sanita,44(3): 233-238.

BUAT-MENARD P, CHESSELET R. 1979. Variable influence of the atmospheric flux on the trace metal chemistry of oceanic suspended matter [J]. Earth Planet ScilLett, 42: 398-411.

CHEMOFF H. 1973. The use of faces to represent points in k-dimensional space graphically [J]. Journal of the American Statistical Association, 68(342): 361-368.

EDGAR HILLER, ĽUBOMÍR JURKOVI Č, MICHAL Š UTRIEPKA. 2010. Metals in the Surface Sediments of Selected Water Reservoirs, Slovakia [J]. Bulletin of environmental contamination and toxicology, 84(5):635-640 .

HILTON J, DAVISON W, OCHSENBEIN U. 1985. A Mathematical model for analysis of sediment coke data: implications for enrichment factor calculations and trace metal transport mechanisms [J]. Chemical Geology, 48(2): 281-291.

JARA-MARTIN ME, SOTO-JIMENEZ ME, PAEZ-OSUNA F. 2008. Bulk and bioavailable heavy metals (Cd, Cu, Pb, and Zn) in surface sediments from Mazatlan Harbor (SE Gulf of California) [J]. Bull Environ Contam Toxicol, 80(2): 150-153.

KAUSHIK A, KANSAL A, SANTOSH, et al. 2009. Heavy metal contamination of river Yamuna, Haryana, India: Assessment by Metal Enrichment Factor of the Sediments [J]. Journal of hazardous materials, 164(1): 265-270.

LARS HAKANSON. 1980. An ecological risk index for aquatic pollution control: a sedimentological approach [J]. Water research. 14(8): 975-1001.

LOSKA K, WIECHULA D. 2003. Application of principle component analysis for the estimation of source of heavy metal contamination in surface sediments from the Rybnik Reservoir [J]. Chemosphere, 51(8): 723-733.

MÜLLER G. 1969. Index of geoaccumulation in sediments of the Rhine River [J]. Geojournal, (2): 108-118.

RAFIEI B, GHOMI F A, ARDEBILI L,et al. 2012. Distribution of Metals (Cu, Zn, Pb and Cd) in Sediments of the Anzali Lagoon,North Iran [J]. Soil and Sediment Contamination, 21(6): 768-787.

SHAH B A, SHAH A V, CHIRAG B, et al. 2013. Assessment of heavy metals in sediments near Hazira industrial zone at Tapti River estuary, Surat, India [J].Environmental Earth Sciences, 69(7): 2365-2376.

STRIGUL N. 2010. Does speciation matter for tungsten ecotoxicology? [J]. Ecotoxicology and Environmental Safety, 73(6): 1099-1113.

WANG C, LI X C, ZOU L M, et al. 2007. Pb, Cu, Zn and Ni concentrations in vegetables in relation to their extractable fractions in soils in suburban areas of Nanjing, China [J]. Polish Journal of Environmental Studies, 16(2): 199-207.

WU Y H, HOU XH, CHENG X Y, et al. 2007. Combining geochemical and statistical methods to distinguish anthropogenic source of metals in lacustrine sediment: a case study in Dongjiu Lake Taihu Lake catchment [J]. China Environ Geol, 52(8): 1467-1474.

安立会, 鄭丙輝, 張雷, 等. 2010. 渤海湾河口沈積物重金属汚染及潜在生態風険評価[J]. 中国環境科学, 30(5): 666-670.

鄭海健, 呉艶宏, 劉恩峰, 等. 2010. 長江中下游不同湖泊沈積物中重金属汚染物的累積及其潜在生態風険評価[J]. 湖泊科学, 22(5): 675-682.

陳豪, 左其亭, 竇明. 2014. 河流底泥重金属汚染研究進展[J]. 人民黄河, 36(5): 71-75.

鄧保楽, 祝凌燕, 劉慢, 等. 2011. 太湖和遼河沈積物重金属質量基凖及生態風険評估[J]. 環境科学研究, 24(1): 33-42.

樊梦佳, 袁興中, 祝慧娜, 等. 2010. 基于三角模糊数的河流沈積物中重金属汚染評価模型[J]. 環境科学学報, 30(8): 1700-1706. 高博, 李強, 周懐東, 等. 2013. 水体沈積物重金属質量基凖研究綜述[J]. 中国水利水電科学研究院学報, 11(2): 99-106.

胡国成, 許振成, 彭暁武, 等. 2011. 広東長潭水庫表層沈積物重金属汚染特征與潜在生態風険評価研究[J]. 農業環境保護 , 30(6): 1166-1171.

賈英, 方明, 呉友軍, 等. 2013. 上海河流沈積物重金属的汚染特征與潜在生態風険[J]. 中国環境科学, 33(1): 147-153.

賈振邦, 霍文毅, 趙智傑, 等. 2000. 応用次生相富集系数評価柴河沈積物重金属汚染[J]. 北京大学学報(自然科学版), 36(6): 808-812.

金艶, 何徳文, 柴立元, 等. 2007. 重金属汚染評価研究進展[J]. 有色金属, 59(2): 100-104.

李蓮芳, 曽希柏, 李国学, 等. 2007. 北京市温楡河沈積物的重金属汚染風険評価[J]. 環境科学学報, 27(2): 289-297.

李梁, 胡小貞, 劉娉婷, 等. 2010. 滇池外海底泥重金属汚染分布特征及風険評価[J]. 中国環境科学, 30(Z1):46-51.

廖天鵬, 祝星, 祁先進, 等. 2014. 銅汚泥中重金属形態分布及浸出毒性分析[J]. 化工進展, 33(3): 762-768.

牛燕霞, 楊柳, 張洪, 等. 2014. 子牙河干沈積物重金属分布特征和風険評価[J].安全與環境学報, 14(1): 253-257.

喬敏敏, 季宏兵, 朱先芳, 等. 2013. 密雲水庫入庫河流沈積物中重金属形態分析及風険評価[J]. 環境科学学報, 33(12): 3324-3333.

尚林源, 孫然好, 王趙明, 等. 2012. 海河流域北部地区河流沈積物重金属的生態風険評価[J]. 環境科学, 33(2): 606-611.

宋学兵, 施沢明, 闞沢忠, 等. 2014. 邛海湖泊表層沈積物重金属来源解析及環境風険評価[J]. 地球與環境, 42(4): 532-539.

唐暁嬌, 黄瑾輝, 李飛, 等. 2012. 基于盲数理論的水体沈積物重金属汚染評価模型[J]. 環境科学学報, 32(5):1104-1112.

田海涛, 胡希声, 張少峰, 等. 2014. 茅尾海表層沈積物中重金属汚染及潜在生態風険評価[J]. 海洋環境科学, 33(2): 187-191.

王爽, 李暢游, 史小紅, 等. 2012. 烏梁素海沈積物中重金属形態分布特征及汚染状况評価[J]. 環境化学, 31(10): 1555-1561.

呉斌, 宋金明, 李学剛, 等. 2011. 一致性沈積物質量基凖(CBSQGs)及其在近海沈積物環境質量評価中的応用[J].環境化学, 30(11): 1949-1956.

※本稿は陳明,蔡青雲,徐慧,趙玲,趙永紅「水体沉積物重金属汚染風険評価研究進展」(『生態環境学報』第24卷第6期(2015年6月)、pp.1069-1074)を『生態環境学報』編集部の許可を得て日本語訳・転載したものである。記事提供:同方知網(北京)技術有限公司


さくらサイエンスプランウェブサイト

さくらサイエンスプランウェブサイト

 

日中大学フェア&フォーラムin CHINA 2017

 

中国関連ニュース 関連リンク

柯隆が読み解く

2017/2/3更新
「中国の環境汚染問題、被害者=加害者の事実」

富坂聰が斬る!

2017/2/16更新
「新社会階層」

和中清の日中論壇

2017/2/16更新
「中国経済の変化と逆行する日本の中国離れ(その2)」

田中修の中国経済分析

2017/2/1更新
「2017年の経済政策」

服部健治の追跡!中国動向

2016/12/12更新
「中国企業家の性格と行動様式」

川島真の歴史と現在

2016/10/25更新
「民国史研究の苦渋」

露口洋介の金融から見る中国経済

2017/3/22更新
「人民元為替レートは安定」

青樹明子の中国ヒューマンウォッチ

2017/3/7更新
「我が家に二人目がやって来た!」

科学技術トピック

New

2017/3/29更新
最新テーマ: 環境技術

取材リポート

2017/3/23更新
「金融リスク回避と構造改革提言 OECDが中国経済報告書公表」

中国の法律事情

2017/3/23更新
「徴税と公益的寄付」

日中交流の過去・現在・未来

2017/3/14更新
「春の日の友情」

日中の教育最前線

2017/1/25更新
「中国の「創新創業教育改革」について―当事者に聴く中国教育事情」

中国国家重点大学一覧

New

2017/3/23
「中国の主要800大学」

文化の交差点

New

2017/3/28更新
「建窯」

中国実感

2017/3/6更新
「実務と忍耐が生んだ「残存者利益」―杭州のある日系紡績加工企業の模索」

CRCC研究会

New

過去の講演資料・レポート

CRCC中国研究サロン

New

過去の講演資料・レポート

アクセス数:50,053,333