総 括

本 研 究 で は ，渡 良 瀬 川 流 域 で の 有 害 元 素 ，主 に 重 金 属 類 の 環 境 中 で の 動 態 に つ い て ，桐 生 市 水 道 局 が 水 質 管 理 の 一 環 と し て 長 期 間 に 亘 り 実 施 し て き た ，平 水 時 及 び 高 濁 度 時 の 渡 良 瀬 川 原 水 の 水 質 試 験 結 果 を 基 に 解 析 し 評 価 し た ． そ の 結 果 ，「 日 本 の 公 害 問 題 の 原 点 」 と 称 さ れ て い る 渡 良 瀬 川 流 域 の 今 日 の 水 質 を 濁 度 と 重 金 属 濃 度 の 関 係 か ら 考 察 す る こ と で ，内 陸 鉱 山 の も た ら す 環 境 影 響 の 継 続 性 を 評 価 す る こ と が 出 来 た ．併 せ て 2 0 11 年 3 月 1 1 日 の 東 日 本 大 震 災 に お け る 東 京 電 力 福 島 第 一 原 子 力 発 電 所 の 事 故 に よ る ， 放 射 性 C s の 環 境 影 響 に つ い て も ， 流 域 の 底 質 等 の 放 射 性 C s 濃 度 調 査 を 基 に 考 察 し た ．本 論 文 は そ の 成 果 を ま と め た も の で あ り ，以 下 に 各 章 の 結 果 に つ い て 総 括 す る ．

第 1 章 序 論

渡 良 瀬 川 研 究 の 背 景 と な る ，鉱 毒 問 題 に つ い て の 資 料 か ら ，江 戸 期 ，明 治 期 ，大 正 期 そ し て 昭 和 期 と 年 代 順 に 渡 良 瀬 川 の 水 質 に 関 連 す る 歴 史 的 資 料 を 抜 き 出 し 並 べ て 考 察 す る こ と で ，渡 良 瀬 川 の 水 質 の 変 移 を 確 認 す る と と も に ，第 2 章 か ら 第 3 章 で 述 べ る 本 研 究 の 位 置 付 け を 明 ら か に し た ．

第 2 章 1970 年 （ ヒ 素 に つ い て は 19 6 7 年 ） か ら 201 0 年 ま で 実 施 し た ，渡 良 瀬 川 河 川 水 の 定 点 観 測 の 結 果 か ら 上 流 の 足 尾 銅 山 と 密 接 な 関 係 に あ る ，銅 及 び ヒ 素 濃 度 に つ い て 検 討 し ，以 下 の こ と を 明 ら か に し た ．

1) 調 査 を 開 始 し た 19 70 年 か ら 10 年 間 の 銅 と ヒ 素 と の 濃 度 推 移 を

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比 較 す る と 銅 の 濃 度 は 1 9 75 年 か ら 1 9 80 年 の 間 で 大 き く 減 少 し て い た の に 対 し ， ヒ 素 の 濃 度 は 197 0 年 か ら 既 に 減 少 を し て い た ． 2) 1970 年 か ら 2 010 年 ま で 1 0 年 ご と の 渡 良 瀬 川 赤 岩 地 点 に お け る バ ッ ク グ ラ ウ ン ド 値 を 求 め た 結 果 ， 40 年 間 で 銅 及 び ヒ 素 の バ ッ ク グ ラ ウ ン ド 値 は 10 分 の 1 以 下 ま で 低 下 し て い る こ と が 分 か っ た ．

第 3 章 渡 良 瀬 川 赤 岩 地 点 か ら 取 水 す る 元 宿 浄 水 場 原 水 の 濁 度 が 台 風 等 の 影 響 に よ っ て 10 0 度 を 超 え る ，い わ ゆ る 高 濁 度 時 で の 原 水 の 濁 度 ， 懸 濁 物 質 ( SS) 及 び 重 金 属 （ 銅 ， 亜 鉛 ， ヒ 素 ， 鉛 ） 濃 度 の 推 移 並 び に 相 互 の 関 係 を 基 に ，渡 良 瀬 川 水 系 の 環 境 変 化 に つ い て 検 討 し 以 下 の こ と を 明 ら か に し た ．

1) 1 971 年 か ら 201 1 年 ま で 2 8 回 発 生 し た 台 風 ， 集 中 豪 雨 等 を 原 因 と す る 高 濁 度 時 に お い て ，2 時 間 お き に 実 施 さ れ た 水 道 原 水 の 水 質 検 査 結 果 か ら ，各 高 濁 度 発 生 時 で の 最 大 濁 度 当 り の 重 金 属 濃 度 が 経 年 変 化 に 伴 い 半 減 し て い た こ と が 分 か っ た ．

2) 高 濁 度 時 で の 各 重 金 属 濃 度 と 濁 度 と の 相 関 は ，毎 日 検 査 で 行 わ れ た 平 水 時 の 重 金 属 濃 度 と 濁 度 の 相 関 と 比 べ て 強 く ，経 年 変 化 に 伴 い そ の 相 関 を 維 持 し な が ら 減 少 し て い た ．

3) 渡 良 瀬 川 に お け る 高 濁 度 時 の 重 金 属 の 流 下 特 性 は ，足 尾 鉱 山 廃 棄 施 設 堆 積 物 で あ る 廃 石 ，精 錬 カ ラ ミ 等 に 由 来 し て い る こ と が 推 定 さ れ ， そ の 濃 度 は 様 々 な 行 政 施 策 に よ っ て 確 実 に 減 少 し て い た ． 4) こ れ よ り ，高 濁 度 時 に お い て も 水 質 が 改 善 傾 向 に あ り ，本 研 究 を 通 し て 河 川 高 濁 度 時 に お け る 水 質 管 理 の 有 効 性 が 示 さ れ た ．

第 4 章 群 馬 県 で は 北 部 ，西 部 の 山 間 部 を 中 心 に ，福 島 第 一 原 子 力 発 電 所 事 故 に よ る 放 射 性 セ シ ウ ム が 降 下 し て い る こ と が ，国 や 県 等

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の 調 査 に よ り 明 ら か と な っ た こ と か ら ，浄 水 発 生 土 の 放 射 性 セ シ ウ ム の 調 査 と と も に 取 水 口 上 流 の 湖 沼 や 河 川 底 質 の 調 査 を 実 施 し た ． ま た ， 浄 水 場 の 浄 水 発 生 土 に つ い て ， p H 調 整 溶 媒 に よ る 溶 出 試 験 と 逐 次 抽 出 法 に よ る 化 学 形 態 別 分 析 を 行 い ，浄 水 発 生 土 か ら の 放 射 性 セ シ ウ ム の 再 溶 出 の 可 能 性 を 調 査 し た ．こ れ ら の 検 討 か ら 以 下 の こ と を 明 ら か に し た ．

1) 発 生 土 の 放 射 性 セ シ ウ ム 濃 度 は ，震 災 発 生 直 後 に 比 べ 減 少 傾 向 に あ る ．

2) 原 水 濁 度 の 月 間 平 均 値 と 発 生 土 中 の 放 射 性 セ シ ウ ム と の 間 に 正 の 相 関 が あ る ．

3) 多 段 階 の pH 調 整 溶 媒 を 用 い た 溶 出 試 験 よ り ， 最 終 処 分 場 に お い て 酸 性 雨 等 の 侵 入 に よ る 再 溶 出 の 危 険 性 は 低 い ．

4） 逐 次 抽 出 試 験 に よ る 放 射 性 セ シ ウ ム の 化 学 形 態 別 分 析 よ り ，発 生 土 の ほ と ん ど は 自 然 界 に は 溶 出 さ れ に く い 残 留 物 態 あ る い は 酸 化 物 態 の 形 態 で 存 在 し て い る ．

以 上 ，本 研 究 で は ，平 水 時 及 び 高 濁 度 時 の 水 質 検 査 結 果 を 通 し て ， 19 7 0 年 代 か ら 2 01 0 年 代 の 渡 良 瀬 川 の 姿 を 浮 き 彫 り に し ，後 世 の 歴 史 資 料 と す る こ と を 追 究 し て き た ．こ の 研 究 過 程 で ，福 島 第 一 原 子 力 発 電 所 事 故 が 発 生 し た こ と か ら ，放 射 性 セ シ ウ ム に よ る 水 源 域 の 汚 染 状 況 の 調 査 及 び 浄 水 発 生 土 中 の 放 射 性 セ シ ウ ム の 安 定 性 に 関 す る 研 究 を 加 え 考 察 し た ．

最 後 に ，本 研 究 は 一 浄 水 場 で の 長 期 間 に わ た る 日 々 の 検 査 を 通 し て 積 み 重 ね て き た 検 査 結 果 を 解 析 し 評 価 し た も の で あ る が ，「 鉱 毒 の 川 」と 言 わ れ て き た 渡 良 瀬 川 の 今 日 の 姿 を 数 値 デ ー タ と し て 後 世 に 残 す こ と に よ り ， 次 代 の 渡 良 瀬 川 研 究 者 に と っ て の Bench m ark と し て 活 用 さ れ る こ と を 希 求 す る ．

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A B S T R A C T

E n v iro n me n t a l be h a v i or s of h e a vy me t a l s a n d r a di oc e s i u m i n Wa t ar a s e ri v er ba s i n

Yoi c h i S A I TO

T hi s t he s i s d e s c ri b e s o n t h e e n vi r o n m e nt a l b e ha vi o r s o f h ea v y me ta l s a n d ra d i oc e s i um i n Wa ta r a s e ri ve r b a s i n , w h ic h i s a m aj o r r i ve r i n t he n o rt h e r n Ka n t o r e gi o n o f J a p a n. T he ri ve r ga ve t he e n vi r o n m e n ta l d i sa s t e r t h at o c c u r re d a s a r e s u l t o f t he As h i o m i n i n g o p e r at i o n s i n t h e la te 1 9 t h a n d e a rl y 2 0 t h ce n t u r ie s . T h e po l l ut i o n of t he r i ve r ha s b ee n la rge l y r e d u c e d b y t h e c le a n u p o f t h e f a ci li t y a n d u p gr a d i n g o f t h e s u r r o u n d i n g e n vi r o n m e nt s b y i m pl em e n ti n g a d m i n i st r a ti ve p o l i ci e s a ft e r 1 9 7 0 . Ho w e ve r, t h e i n ve s t i ga t i o n s t o cl e a r t he r e a s o n s h o w t he c ha n ge s i n t h e h e a v y m e ta l c o n ce n t ra t i o n s w e r e re l at e d t o th o s e in t u rb i d it y a n d s u s p e n d e d s o l i d s i n t h e r i ve r w a te r w e re n o t o b ta i n e d t h o u gh t h e re a re ma n y d a t a o f th e w at e r q ua l it y.

Ac c o r d i n gl y, I i n ve s t i ga t e d r ec e n t c o nd i ti o n s o n e n vi r o n m e nt al b e ha vi o r s o f h e a v y m e t a l s i n t he u p s t re a m ba s i n o f t h e Wa t a ra s e R i ve r a ft e r 1 9 7 0 . In a d d i t i on , I a t te m pt e d cl a r i f yi n g t h e i m p ac t o f r ad i o ce s i u m i n s l u d ge o f wa t e r p u ri f i ca t io n p la n t i n t he Wa te r w o r k s Bu r e a u d a ma ge d f r o m Fu k u s h i ma D a ii c hi n u c le a r p o w e r p l a nt a c ci d e nt .

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C h a pt e r 1

I n t ro d u c t i on

T hi s c ha p t e r d e s c ri b e s t he im p a ct o f t h e h e a v y m e t a l p o l lu t i o n i n A s h i o m i ne t o w a t e r q u al i t y o f Wa t a ra s e R i ve r, i n ve s t i ga ti n g t h e h i s to r i ca l ma t e ri al s f r o m E d o p e ri o d t o S h o w a p e r i o d . T h e se i n ve s t i ga t i on s c o u l d re c o gn i ze t h e c h a n ge s i n t h e w at e r q ua l it y o f Wa t a ra s e R i ve r. Al s o , t h i s c ha p t e r p r o vi d e s t h e pl ac e o f a s e r ie s o f s t u di e s d i s c u s s e d f r om C h a p te r 2 t o Ch a p te r 4 .

C h a pt e r 2

R e la t i on s h i p be tw ee n C o p pe r a n d A r s e n i c C on c e n t r a ti o n s a n d Tu r bi di ty i n t h e S u r f a c e Wa t er o f Wa t a r a s e R i v er f ro m 1 9 7 0 t o 2 0 1 0

T he ai m o f t h i s s t u d y i s t o d e te r mi n e th e re l at i o n s h i p o f t h e va r i at i o n i n t he c o nc e n t ra ti o n s o f c o p p e r ( C u ) a n d ar s e n i c ( As ) t o t he t u rb i d it y i n w a t e r s a m pl e s c o ll ec t e d f r om 1 9 7 0 t o 2 0 1 0 a t Ak a i w a a l o n g Wa t a ra s e R i ve r, i n cl u d i n g d a ta f r om 1 9 6 7 t o 1 9 6 9 f o r A s . T he r el at i o n s h i p s w e r e e va l u a te d b y t he c o r re l at i o n c o e ffi c ie n t s o b ta i n e d f r om t h e a pp r o x i ma ti o n s o f t h e m et al c o n ce n t ra t i o n s t o t h e d e gr e e s o f t u rb i d it y. T h e va r i a ti o n s i n t h e c o n ce n t ra t i on s o f C u a n d A s i n t he r i ve r w a te r s a m p le s f o r 4 0 ye a r s w e r e r el at e d t o t he t u r b i di t y. Ho w e ve r, t h e r ed u c ti o n s o f t h e c o n ce n t ra t i o n s w e re s o m e w h at d i ffe r e nt b e t w ee n C u a n d A s . C u h a d si gn i f i c a nt l y r e d u ce d s i nc e Ku s a k i d a m b e ga n s t o r i n g w a te r i n 1 97 6 . In c o n t r a s t , As h a d r ed u c e d be f o r e t h i s e ve n t . Fr o m 1 9 8 0 t o 2 0 1 0 , t h e a ve r a ge C u a n d As c o n ce n t ra t i o n s h a ve b ee n s ta b le a t va l u e s < 0. 0 1 4 m g/ L a n d < 0 . 0 04 m g/ L, r e s p e ct i ve l y, a n d t h e t u r bi d it y h a s b e e n l o w e r t ha n 1 7 . Ho w e ve r, t h e e ve n t s o f h i gh t u r b i di t ie s a n d t h e

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h i gh c o n c en t r at i o n s h a ve o c c u r re d i r r e gu l a r l y i n s e ve r al ye a r s , e s pe c ia l l y i n 1 9 9 0 . T he s e a ffe ct e d t he d i s c ha rge o f w a t e r f r o m Ku s a k i -d a m a f te r t he t yp h o o n s i n Au gu s t a n d /o r S e p te m be r i n t h e c or r e s p o n d i n g ye a r s .

C h a pt e r 3

C h a n g e s of Tu r bi di ty, S u s pe n de d S ol i ds a n d H e a vy Me t a l s D u r i n g Hi g h - Tu r bi di t y P h e n o me n a i n Wa t ar a s e R i v er Fro m 1 9 7 1 t o 2 0 11

T hi s s t u d y w a s c o n d u c te d t o e l u ci d at e t h e c h a n ge s o f t u r bi d i t y a n d c o nc e nt r at i o n s o f s u s p e n d e d s o l i d s ( S S s ) a n d h ea v y m e ta l s ( C u , Zn , A s , a n d P b ) i n Wa ta r a s e Ri ve r a t A k ai w a d u r i n g t h e r ap i d el e va t i o n i n t u rb i d it y f r o m 1 9 7 1 t o 2 0 11 , w h i c h w a s t h e r e s u lt o f t yp h o o n s a n d l o ca l h ea v y r a i n f al l s . In t h i s s t u d y, h i g h -t u r b i d it y p h e n o m e n a c o r r e s p o n d t o t u rb i d it y o f o ve r 1 0 0 i n r i v e r w at e r. In t h e Wa t a ra s e R i ve r, h i gh -t u r b i d i t y p h e n om e n a o b s e r v e d 2 8 t i me s f r o m 1 9 7 1 t o 2 011 . T he Ki r yu C i t y Wa t e r w o r k s Bu r e a u o f Wa t er w o r k s m e a s u r e d t h e t u r b i d it y, a n d t he c o n c e nt r at i o n s o f S S s a n d he a v y m e t al s i n r a w w at e r sa m p le s c ol le c te d e ve r y 2 h . T h e r el a t i o n s hi p s b e t we e n t u r b i di t y a n d S S c o nc e nt r at i o n a n d be t w e e n t u r bi d it y a n d h ea v y m e ta l c o n ce n t ra t i o n d u ri n g t h e h i gh -t u r b i d it y p h e n o me n a w e r e c o n si d e r a bl y s t r o n ge r c or r e la t io n s t h a n t h o s e a t n o r ma l t u r bi d i t y, a l t ho u gh t h e s l o pe s o f t he a p pr o x i ma t io n s d e c re a s e d w i t h t h e p a s s a ge o f ti m e . Fu r t h e rm o r e , t h e s o u r ce o f h ea v y m e ta l s w e re e x p ec te d to ma i nl y b e w a s te ma te r ia l s f r om t h e As h i o m i n e s e di m e nt -d i s p o s a l f a c il it y, b e c a u se t h e c o nc e nt r at i o n s o f t h e h e a v y m e t al s , a s w e l l a s t h e t u r b i di t ie s a n d S S s , r ed u c e d a f te r t he c le a n u p o f t he f ac i li t y a n d u p gr a d i n g o f t he

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s u r r o u n d i n g e n vi r o n m e nt s b y i m pl em e nt i n g a d m i ni s t r at i ve p o l ic i e s .

C h a pt e r 4

A s s e s s me n t on S t a bi l i t y of R a di oc e s i u m i n S l u dg e f ro m Wa t er P u ri f ic a t i on P l a n t by Le a c h a t e Te s t a n d S e qu e n t i a l E xt r a c t i on

Me t h o d

R a di o ce s i u m re l ea s e d b y t h e Fu k u s h im a D a ii c hi n u c le a r p o w e r p la n t a cc i de n t h a d f a ll e n i n m o u n ta i n o u s a r ea s l oc a te d i n n o rt h e r n a n d w e s te r n o f Gu n m a P r e fe c t u re . T h e re f o r e , s e ve r a l r e s ea r c h gr o u p s h a ve me a s u r e d t h e r a di o c e si u m i n s e d im e nt s i n l a k e s a n d ri ve r s , a n d s o il s a ro u n d r i ve r s , l a ke s a n d m o u n ta i n s . In t h i s s t u d y, w e h a ve i n ve s t i ga te d n o t o nl y c o n ce n t r at i o n o f r a d io c e s i u m c o n t ai n e d i n t he w a s t e d -s l u d ge s a mp l e f ro m w a te r p u ri f i ca ti o n p la n t b ut al s o t h e l e ac h at e be h a vi o r s f r om t he s l u d ge t o w at er. T he c o n ce n t r at i o n s o f r a d i oc e s i um i n w a s te d - s l u d ge s a m p l e s c o ll ec t e d f r o m w at e r p u r i fi ca t i o n pl a n t at Ki r yu Bu r e a u o f Wa te r w o r k s o n 2 0 1 3 w e r e o b vi o u s l y l o w e r t ha n t ha t o n 2 0 11 . Ad d i t i o n al l y, t h e d e gr e e s o f r a d i o ce s i u m c o nc e nt r a ti o n s w e r e r e la te d o n t h o se o f t u r b i di ti e s i n r a w w a te r o f w a te r s u p p l y. T h r o u gh l e a c ha t e t e s t o f r a di o c e s i um u s i n g a q u e o u s s o l u ti o n s a d j u s t e d f r om p H 2 t o p H 1 0 , t he r i s k le ac h i n g f r o m t h e wa s t e d - s l u d ge t o w a te r w e re c o n s i de r e d t o b e l o w w i t h o ut r e ga r d i n g t o p H va l u e s o f t h e s o l u ti o n s . Fu r t h e r m o r e , t he c he mi c al f o r m s o f r a d i o ce s i u m i n t he s l u d ge b y s e q u e n ti a l e x t r ac ti o n me t h o d w e re e x pe ct e d t o m ai n l y e x i s t a s re s i d u e a n d o x i de f o r m s , w h ic h a r e c la s s i f i e d a s f r a ct i o n s h a rd l y e l u te d i n na t u r e .

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C h a pt e r 5 S u m ma ry

Fr o m t h e r e s u lt s i n c h a pt e r s 2 -4 , t h e s u m ma r y o f t h i s t h e s i s i s d e sc r i b e d a s f o l l o w s :

a ) C h ap t e r 2 di s c u s s e d t he r el a ti o n s h i p be t w ee n t he va r i a ti o n o f C u a n d A s c o n ce n t r at i o n s a n d d e gr e e o f t u r b i d it y i n w a t e r s am p le s d a i r y c ol le c te d at Ak a i w a p o i n t i n Wa t a r a se R i ve r f r o m 1 9 7 0 t o 2 0 1 0 ,

i nc l u di n g d a t a f r om 1 9 6 7 t o 1 9 6 9 f o r As . T h e b ac k gr o u n d va l u e s o f C u and As for 40 years was decreased from 42.7μg/L to 3.50 μ g/ L , and from 28.8μ g/ L to 2.60μ g/ L, respectivel y, relating on the decrease of the t u rb i d it y.

b ) C h ap t e r 3 di s c u s s e d c ha n ge s o f t u r b id i t y, S S s a n d h ea v y m e t al s d u ri n g h i gh -t u r b i d it y p h e n o m e na i n t h e Wa ta r a s e Ri ve r f r o m 1 9 7 1 t o 2 0 11 . T h e re la t i o n s hi p s b e t w ee n t u r bi d i t y a n d S S c o n ce n t r at i o n a n d b et w e e n t u r b i di t y a n d h ea v y m e t a l c o n ce n t ra t i o n i n t he h i gh -t u r b i di t y p h en o m e na w e r e c o n s i d e ra b l y s t r o n ge r c o r re l at i o n s t ha n t h o s e a t n o rm a l t u r b i di t y, t h o u gh t h e s lo p e s o f a p p r o xi ma t i o n s de c r ea s e d w it h t he p a s s a ge o f t im e .

c ) C h ap t e r 4 di s c u s s e d s t a bi l it y o f r a di o ce s i u m i n s l u d ge f r o m w a te r p u ri f i ca t io n p l a nt b y l e ac h a te te s t a nd s e q u e nt i al e xt r a ct i o n m e t h od . T he r i s k o f re -e l u t i o n o f r a d i oc e s i u m wi t h ac i d ra i n w a s f o u n d t o b e ve r y l o w f r o m t h e l ea c hi n g t e s t f o r t he w a t e r p u r i fi c at i o n w a s te d - s l u d ge . Al s o , t h e ma i n c he mi c al f o r m o f r a di o ce s i u m i n t h e sl u d ge b y

s e q ue n t ia l e x t r ac ti o n t e st w a s p r e d ic te d t o be a n o xi d e o r a r e s i d ue s t at e s h a rd l y e l u te d i n na t u r e .

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