「効率的排水管理のための毒性評価と
毒性削減手法の開発」
毒性削減手法の開発」
日中共同研究プロジェクトの概要
O tli
d
lt
f
Outline and results of
the Japan‐China joint research project
“Toxicity assessment and toxicity reduction
for effective wastewater management”
for effective wastewater management
横浜国立大学 環境情報研究院
横浜国立大学 環境情報研究院
益永茂樹
Shigeki Masunaga
Yokohama National University
科学技術振興機構（JST）
戦略的国際科学技術協力推進事業（SICP）
戦略的国際科学技術協力推進事業（SICP）
（Strategic International Research Cooperative Program）
• JSTが、環境など国際的な取り組みが求められ
る分野
研究
国際展開を支援する制度
る分野で、研究の国際展開を支援する制度。
• 政府間協定や大臣会合での合意等に基づく協
政府間協定や大臣会合での合意等に基づく協
力国・地域・分野の国際研究交流プロジェクトを
支援
支援
• 平成15年度から小規模な国際研究交流の支援
• 支援対象：研究交流プロジェクト（500～1000万
円/年 3年間程度） 研究集会の開催
円/年、3年間程度）、研究集会の開催
戦略的国際科学技術協力推進事業
の仕組み （Setup of SICP）
の仕組み （Setup of SICP）
Counterpart country
Japan
Agreement
Selection of a field of
中国国家自然
科学基金
National
Selection of a field of
cooperation
Natural Science
Foundation of
China （NSFC）
Funding Agency
Support
Support
Mutual cooperation
Support
戦略的国際科学技術協力推進事業の
相手国 （Counterpart countries in SICP）
相手国 （Counterpart countries in SICP）
米州： アメリカ（
0+
28
） ブラジル（
5+
0
） カナダ
米州： アメリカ（
0+
28
）、ブラジル（
5+
0
）、カナダ
（
1+
0
）、メキシコ（
2+1）
アジア 中国(
16
57
) 韓国(
0
5
) 日中韓(0
14
)
アジア： 中国(
16
+
57
)、 韓国(
0+
5
)、 日中韓(0+
14
)、
インド(0+
18
)、シンガポール(3+
3
)、タイ(3+
2
)
欧州： EU(1+
0
)、 イギリス(3+
40
)、 クロアチア(0+
3
)、
スイス(6+
イ (
8
)、スウェーデン(0+
)、 ウ
デン(
27
)、スペイン(4+
)、
イン(
13
)、
)、
デンマーク(0+
10
)、 ドイツ(10+
23
)、フィンランド
(6+
16
)、フランス(1+20)
(6+
16
)、フランス(1+20)
大洋州・中東・アフリカ： オーストラリア(0+
3
)、ニュー
ジ ランド(0+
4
) イスラエル(6+
7
) 南アフリカ(3+
7
)
ジーランド(0+
4
)、イスラエル(6+
7
)、南アフリカ(3+
7
)
（課題数
実施中の数［2014年5月］
＋
終了数
）
日本（JST）－中国（NSFC）研究交流
JST NSFC Research exchange
JST‐NSFC Research exchange
協力分野： 「環境保全及び環境低負荷型社会の構築
負
構
のための科学技術」
2004年度 「大気環境関連技術」 「水環境関連技術」 「自然エネル
2004年度 「大気環境関連技術」、「水環境関連技術」、「自然エネル
ギー利用に関する技術」
2005年度 「生活環境の健康への影響」、「環境に配慮した新エネル
ギー技術」
2006年度 「流域圏の汚染・劣化に関する影響評価と対策技術」
2007年度 「エネルギーの持続可能な利用に関する基礎研究」
2008年度 「生体機能を利用した環境保全及び修復技術」
年度 「都市や社会基盤 お る地震
び台 災害 環境
2009年度 「都市や社会基盤における地震及び台風災害の環境への
インパクト評価と緩和技術」
2011年度 「廃棄物・廃熱などによるエネルギーリサイクル技術」
2011年度 「廃棄物・廃熱などによるエネルギーリサイクル技術」
2012年度 「水質汚染対策技術」
「日本－中国研究交流」 2012年度新規課題
New projects selected in 2012
New projects selected in 2012
「水質汚染対策技術」 応募33件から5件が採択
水質汚染対策技術」 応募33件から5件が採択
（１）「協奏機能により色素汚染水を常時清浄化可能な光触媒材料の開発」
大阪大学 教授 山下 弘巳 ＋ 上海師範大学 教授 リ・ヘキシン
（２）「効率的排水管理のための毒性評価と毒性削減手法の開発」
横浜国立大学 大学院環境情報研究院 教授 益永 茂樹
大連理
大学 化
環境生命学部 教授
シ
大連理工大学 化工・環境生命学部 教授 チュェン・シェ
（３）「高性能微生物を導入した無酸素ろ過および膜分離活性汚泥法を用い
たコ クス化廃水からの難分解性物質と高濃度窒素の除去」
たコークス化廃水からの難分解性物質と高濃度窒素の除去」
神戸大学 教授 松山 秀人 ＋ 北京大学 教授 ニー・ジンレン
（４）「放射性汚染水処理用高効率多機能吸着剤の開発および適用性評価」
（４）「放射性汚染水処理用高効率多機能吸着剤の開発および適用性評価」
東北大学 教授 三村 均 ＋ 上海交通大学 主席教授 ウェイ・ユェジョウ
（５）「湖沼の溶存有機物がたどる運命：特に、有機物負荷・汚染について」
（５） 湖沼の溶存有機物がたどる運命 特に、有機物負荷 汚染に いて」
京都大学 教授 中野 伸一 ＋ 中国科学院 教授 ウー・フォンチャン
「効率的排水管理のための毒性評価
と毒性削減手法の開発」 メンバー
と毒性削減手法の開発」 メンバ
Members of our project
中 国
日 本
中 国
日 本
大連理工大学 化工・環境生命学部
横浜国立大学 環境情報研究院
全 燮
益永 茂樹
全 燮
益永 茂樹
張 瑛
韓 書平
王 棟
：
王 棟
：
陳 碩
国立環境研究所 環境リスク研究センター
張 耀斌
鑪迫 典久
張 耀斌
鑪迫 典久
那 春紅
渡部 春奈
鄭 敏傑
：
鄭 敏傑
：
：
産業技術総合研究所 安全科学研究部門
：
林 彬勒
林 彬勒
内藤 航
「効率的排水管理のための毒性評価と
毒性削減手法の開発」研究体制
横浜国立大学（YNU）
大連理工大学（DUT）
毒性原因の探索
毒性削減手法の開発」研究体制
環境情報研究院
強み：
化工・環境生命学部
強み：
水環境共同調査
化学物質の分析
野外調査に基づくリスク評価
工場排水
高度排水処理技術の開発
処理技術（毒性
削減）の評価
WETトレーニング
工場排水
処理実験
中国河川への評価手法、
評価モデルの適用
産業技術総合研究所
（AIST）
安全科学研究部門
国立環境研究所（NIES）
環境リスク研究センター
安全科学研究部門
強み：
生態リスク評価手法
生態リスク評価モデルの開発
強み：
水生生物毒性試験施設
WET 試験
生態リ ク評価 デルの開発
実験室－野外を見通したリスク評価
（毒性試験と現場・生物利用性）
「効率的排水管理のための毒性評価と毒性削減手法の開発」
主な研究交流実績
ワークショップ ＆ シンポジウム
Records of research exchange
ワ クショップ ＆ シンポジウム
第1回ワークショップ 大連理工大学（2012/12/11～15） 日本側５名訪中
第2回ワークショップ 横浜国立大学（2013/8/7～14）
中国側２名来日
第2回ワ クショップ 横浜国立大学（2013/8/7 14）
中国側２名来日
第3回ワークショップ 大連理工大学（2014/7/24～30）
日本側４名訪中
国際シンポジウム
横浜 （2015/8/1～7）
中国側４名来日
国際シンポジウム
横浜 （2015/8/1 7）
中国側４名来日
共同研究
研究
WET（アッセイ）試験研修
国立環境研究所 （2013/6/10～7/9）
中国側３名来日（教員１名＋院生２名）
排水中毒性物質の同定
横浜国立大学 （2014/12/24～12/22）
中国側３名来日（教員１名＋院生２名）
排水処理とWET試験
国立環境研究所 （2015/5/12 6/9）
排水処理とWET試験
国立環境研究所 （2015/5/12～6/9）
中国側３名来日（教員１名＋院生２名）
「効率的排水管理のための毒性評価と毒性削減手法の開発」
主な研究成果
共著論文
Major publications
共著論文
• Han, S
.,
Zhang, Y.
,
Natio, W.,
Zhou, S
.,
Masunaga, S.
: Relating metal
bioavailability to risk assessment for aquatic species: Daliao River
y
q
p
Watershed, China, Environmental Pollution 189, 215‐222 (2014)
• Zhou, S.
,
Watanabe, H.
,
Wei, C.
,
Wang, D.
,
Zhou, J.
,
Tatarazako, N.
,
Masunaga, S.
,
Zhang, Y.
: Reduction in toxicity of coking wastewater
to aquatic organisms by vertical tubular biological reactor,
E t i l
& E i
t l S f t 115 217 222 (2015)
Ecotoxicology & Environmental Safety 115, 217‐222 (2015)
• Deng, M.
,
Zhang, Y.
,
Quan, X.
,
Wang, S.
,
Na, C.
,
Wei, C.
,
Chen, S.
,
Liu W
Han S Masunaga S :
Removal of acute toxicity and typical
Liu, W.
,
Han, S.
,
Masunaga, S.:
Removal of acute toxicity and typical
chemicals in pigment wastewater during anaerobic‐anoxic‐aerobic
(A/A/O) treatment process (in preparation)
( / / )
p
( p p
)
金属の生態リスク評価と管理
金属の生態リスク評価と管理
Ecological Risk Assessment and
Management of metals
韓書平
内藤航
2
益永茂樹
韓書平
1
、内藤航
2
、益永茂樹
1
張瑛
3
、周思韵
3
1
横浜国立大学 環境情報研究院
1
横浜国立大学 環境情報研究院
2
産業技術総合研究所 安全科学研究部門
3
大連理工大学 化工・環境生命学部
大連理工大学 化工 環境生命学部
金属の生態リスク管理における課題
Issues in ecological risk management
Issues in ecological risk management
• 金属汚染への対応は済み、膨大な数の有機化学物
質に注目が移行したという認識
• 金属は生物にとって必須元素の場合があり、人の生
金属は生物にとって必須元素の場合があり、人の生
活にも不可欠 → 禁止という対応が不可能
• 有機物のように分解し消滅することがない
• 有機物のように分解し消滅することがない。
• 金属には種々の形態があり、生物の取り込み易さ（生
物利用性 bioavailability）が異なる
物利用性：bioavailability）が異なる。
自由イオン、非イオン、錯体、有機物と複合態、有機
金属化合物
金属化合物
• 金属の形態により毒性が異なる。
• 有用性も考慮して丁寧なリスク評価が必要
金属が水生生物に毒性を発揮するまで
Biotic Ligand Model
Biotic Ligand Model
pH
有機物
無機イオン
Competitive
bi di
Water Chemistry Parameter 水質パラメータ
H
+
, Ca
2+
, Mg
2+
p
alkalinity
DOC, POC
Gill, エラ
binding
結合競争
Formation of Metal complexes
Me
2+
MeCO
自由イオン
Free ion
無機金属
Dissolved
Water Phase
Plasma
MeCO
3
[Me(NH
3
)
4
]
2+
無機金属
Inorganic metal
無機錯体
Metal complex
Toxic effect
毒性影響
fraction
溶存態
Total
Humic acid‐Me
Fulvic acid‐Me
p
有機錯体
Organic metal
complex
metal
総金属
bioavailability
生物利用性
懸濁態‐Me
complex
粒子態金属
Particulate metal
Particulate
fraction
懸濁態
元素状金属
元素状‐Me
Biological membrane
懸濁態
DGT (diffusive gradient thin films)による
生物利用性金属濃度の測定
生物利用性金属濃度の測定
Measurement of bioavailability by DGT
Diffusive gel
Membrane filter
20 mm
Diffusive gel
Resin gel layer
(Chelex resin)
(
)
Piston base
Outer sleeve with window
DGT unit
Structure of DGT unit
DGT
Concentration
DGT
liable
Concentration
= 自由イオン（free ions）
+ 無機金属錯体（inorganic‐metal complexes）
無機金属錯体（inorganic metal complexes）
遼寧省、大遼河における調査地点
Daliao River Watershed in Liaoning Province
Daliao River Watershed in Liaoning Province
Liaoning Province
Shenyang City Fushun City
X-2
X-1
H-1
Benxi City
X-3
H-2
Anshan City
Yingkou City
X-4
T-1
T-2
T-3
Daliao River Watershed
D-1
D-2
D-3
D-4
T 3
● Sampling sites
●
City
■
P t ti l
ll ti
D 3
D 4
■
Potential pollution sources
大遼河の総、溶存、DGT
labile
金属濃度
Total dissolved and DGT
metals in Daliao River
100%
15
Total
Dissolved
DGT‐labile
DGT/Dissolved
Concentration
(μg/L)
Total, dissolved and DGT
labile
metals in Daliao River
DGT
labile
濃度
溶存態濃度
50%
100%
5
10
15
DGT/
Dissolved
Cu
87
24
←中国水質基準 10 μg/L
銅 Cupper
0%
0
50%
100%
20
30
40
DGT/
Zn
亜鉛 Zink
900
183
←日本環境基準 30 μg/L
←中国水質基準 50 μg/L
100%
0%
50%
0
10
20
Dissolved
Zn
亜鉛 Zink
ニッケル Nickel
58
59
←中国水質基準 20 μg/L
0%
50%
0
5
10
DGT/
Dissolved
Ni
ニッケル Nickel
0%
0
20%
40%
2
5
7.5
DGT/
Dissolved
Pb
鉛 Lead
50
←日本・中国環境基準 10 μg/L
0%
20%
0
2.5
Dissolved
上流
下流
16
まとめ：河川水中金属の生物利用性
Bioavailability of metals in river water
Bioavailability of metals in river water
• 調査河川では、河口の工業排水の流入域以外で
排
は、金属濃度は環境基準を満たしていた。
• DGT測定による生物利用性画分の溶存態に対する
DGT測定による生物利用性画分の溶存態に対する
割合は、
銅：20～30%、亜鉛：70～80%、ニッケル：40～80％、
銅：20 30%、亜鉛：70 80%、 ッケル：40 80％、
鉛：0～20% で、金属により大きく異なった。
銅や鉛では考慮することの必要性が示された。
銅や鉛では考慮することの必要性が示された。
• 生物利用性画分割合の水質パラメータとの関係は
明瞭ではなかった
明瞭ではなかった。
既存研究や私どもの日本の河川の研究では、溶存
有機物濃度の高い場合に生物利用性が低くなるこ
有機物濃度の高い場合に生物利用性が低くなるこ
とが知られている。
地点特異的な生態リスク評価へ
Biotic Ligand Model (BLM)の利用
Biotic Ligand Model (BLM)の利用
既存法
C
i
l
h d
地点特異的方法
Si
ifi
h d
試験水質
実験室毒性試験
Laboratory Toxicity Tests
地点特異的毒性値
Site specific toxicity
Conventional method
試験水質
Site‐specific method
での毒性値
BLMによる変換
Laboratory Toxicity Tests
Test‐NOEC
Site‐specific toxicity
Estimated site‐specific NOEC
地点水質での
予測毒性値
BLMによる変換
一般的種の感受性分布
Laboratory‐based Species
地点特異的種の感受性分布
Site‐specific Species
予測毒性値
Laboratory‐based Species
Sensitivity Distribution (SSD)
Test‐HC5
Site‐specific Species
Sensitivity Distribution (SSD)
Site‐specific HC5
一般的リスク評価
般的リスク評価
地点特異的リスク評価
Generic risk assessment
PEC / Test‐HC5
地点特異的リスク評価
Site‐specific risk assessment
PEC / Site‐specific HC5
一般的種の感受性分布（銅）
Generic species sensitivity distribution (Cu)
1
e
d
Plant Myriophyllum alterniflorumAlgae Chlorella vulgaris Myriophyllum alterniflorum Chlorella vulgaris
Generic species sensitivity distribution (Cu)
影響を受ける種の割合
0.8
0.9
af
fe
ct
e
Algae Chlorella vulgarisFish Morone saxatilis Fish Noemacheilus barbatulus Algae Chlamydomonas reinhardtii Fish Pimephales notatus Crustacea Ceriodaphnia_Dubia Fish Odontesthes bonariensis Algae Pseudokirchneriella subcapitata Crustacea Hyalella azteca
Chlorella vulgaris Morone saxatilis Noemacheilus barbatulus Chlamydomonas reinhardtii Pimephales notatus Ceriodaphnia_Dubia Odontesthes bonariensis Pseudokirchneriella subcapitata Hyalella azteca
0 5
0.6
0.7
pecies
yRotifer Brachionus calyciflorus
Insect Paratanytarsus parthenogeneticu Fish Perca fluviatilis
Fish Salvelinus fontinalis Algae Microcystis aeruginosa Plant Lemna minor Fish Gasterosteus aculeatus Fish Salvelinus namaycush
y Brachionus calyciflorus Paratanytarsus parthenogeneticus Perca fluviatilis Salvelinus fontinalis Microcystis aeruginosa Lemna minor Gasterosteus aculeatus Salvelinus namaycush
0.3
0.4
0.5
on of s
y Crustacea Daphnia_Pulex Bivalve Villosa irisFish Erimonax monachus Bivalve Dreissenia polymorpha Insect Chironomus riparius Fish Pimephales promelas Fish Ictalurus punctatus Crustacea Daphnia_Magna y Daphnia_Pulex Villosa iris Erimonax monachus Dreissenia polymorpha Chironomus riparius Pimephales promelas Ictalurus punctatus Daphnia_Magna
0.1
0.2
0.3
ro
p
o
rt
i
Fish Oncorhynchus mykissCrustacea Gammarus pulex Fish Oncorhynchus kisutch Insect Clistoronia magnifica Algae Chlamydomonas sp. Snail Campeloma decisum Fish Danio rerio
Fish Etheostoma fonticola Oncorhynchus mykiss Gammarus pulex Oncorhynchus kisutch Clistoronia magnifica Chlamydomonas sp. Campeloma decisum Danio rerio Etheostoma fonticola
●
：Test‐NOEC
（毒性試験－最大無影響濃度）
0
1
10
100
1000
10000
P
(
C / )
Molluscs Juga plicifera Algae Chlorella sp.
Juga plicifera Chlorella sp.
（毒性試験
最大無影響濃度）
地点特異的感受性分布への変換（D‐1）
Transformation to site specific SSD
1
d
Plant Myriophyllum alterniflorumMyriophyllum alteTransformation to site‐specific SSD
影響を受ける種の割合
0.8
0.9
aff
ect
e
d
y p y Algae Chlorella vulgaris Fish Morone saxatilis Fish Noemacheilus barb Algae Chlamydomonas re Fish Pimephales notatu Crustacea Ceriodaphnia_Dub Fish Odontesthes bona Algae Pseudokirchneriell Chlorella vulgaris Morone saxatilis Noemacheilus barbatulus Chlamydomonas reinhardti Pimephales notatus Ceriodaphnia_Dubia Odontesthes bonariensis Pseudokirchneriella subcap●
：Test‐NOEC
（毒性試験－無影響濃度）
■
：Site‐specific NOEC
0.6
0.7
p
ecies
a
Crustacea Hyalella aztecaRotifer Brachionus calycifl Insect Paratanytarsus par Fish Perca fluviatilis Fish Salvelinus fontinal Algae Microcystis aerugi Plant Lemna minor Fish Gasterosteus acule
Hyalella azteca Brachionus calyciflorus Paratanytarsus parthenoge Perca fluviatilis Salvelinus fontinalis Microcystis aeruginosa Lemna minor Gasterosteus aculeatus l l h
■
：Site specific NOEC
（地点特異的最影響濃度）
0 3
0.4
0.5
o
n of s
p
Fish Salvelinus namaycCrustacea Daphnia_Pulex Bivalve Villosa iris Fish Erimonax monachu Bivalve Dreissenia polymo Insect Chironomus ripariu Fish Pimephales prome Fish Ictalurus punctatus
h Salvelinus namaycush Daphnia_Pulex Villosa iris Erimonax monachus Dreissenia polymorpha Chironomus riparius Pimephales promelas Ictalurus punctatus D h i M
0.1
0.2
0.3
roporti
o
Crustacea Daphnia_MagnaFish Oncorhynchus myk Crustacea Gammarus pulex Fish Oncorhynchus kisu Insect Clistoronia magnif Algae Chlamydomonas s Snail Campeloma decisu Fish Danio rerio
Fi h E h f i Daphnia_Magna Oncorhynchus mykiss Gammarus pulex Oncorhynchus kisutch Clistoronia magnifica Chlamydomonas sp. Campeloma decisum Danio rerio Eth t f ti l
0
0.1
0.1
1
10
100
1000
10000
P
r
Fish Etheostoma fonticMolluscs Juga plicifera Algae Chlorella sp. Etheostoma fonticola Juga plicifera Chlorella sp.
