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長野県・松代温泉におけるバイオマットへのホウ素 の濃縮

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全文

(1)

の濃縮

著者 佐藤 和也, 田崎 和江, 奥野 正幸, 久保 博

著者別表示 Satoh Kazuya, Tazaki Kazue, Okuno Masayuki, Kubota Hiroshi

雑誌名 地球科学

巻 64

号 2

ページ 63‑75

発行年 2010‑03‑25

URL http://doi.org/10.24517/00061690

doi: 10.15080/agcjchikyukagaku.64.2_63

(2)

球科学64

63

752010年)

Earth ScienceChikyu Kagakuvol

. 64,63−75.2010 63

長野県 松代温 泉 お ける イ オ

の ホ ウ 素 の 濃縮 佐 藤 和

崎和

奥 野 正 幸

久保  博

* *

The

 

microbes

 

purify

 

high

 

concentration

 ofmetaboric  acid  water

     on

 

the

 

microbial

 

mats

 

of

 

Matsushiro

 

Hot

 

Springs

       Nagano

 

PrefectUre

 

Japan

SArOH

 

Kazuya

 

TAZAKI

 

Kazue

 

OKUNO

 

Masayuki

and

 

KUBO

 

Hiroshi

* *

Abstract Matsushiro Hot Springs 

in

 Nagano Pre偽 cture

 Japan js known as one  ofthe  hot springs in which the concentratioll of boron (B )

is

 

quite

 hjgh

 The 

hot

 spring water drainage ditch was  covered  with  dark brown

microbial  mats

 Befre the draiiiage meets  the river

 the microbiah ats deposit is more  than 2 m  in depth

 The

microbial  mats  

dcrposit

 

has

 two 

layers .

 In the upper  parts

 

dark

 brQwn microbial  mats  covered 血 e surface

Underncath are black microbial  mats  which  make  up a portion

 of 

the

 two 

layer

 stru

cture

 At thejunetion of the drailage  and  river wate

 oDly  

black

 microbial  mats  occurrcd

 The aim of this study was  to reduce  the boron

collcentration  of the dfainage water  wi 丗 microbial mats at Matsushiro Hot Springs

 ASS aalysis showed hat

microbial  mats  collected  f沁 m five different points contain  854 mg  Bkg

,8628

 mg  Fe

kg,120

 mg  

As

kg,

 and

912mg

 

Mg

kg

 on average

 

ED −XRF

 allalysis showed  

that

 all microbial  mats ontained  more  than 50 wt % of

Ca

 XRD  analysis  and FT

IR spectra  of the microbial  mats  indicated the 

presence

 of calcite

 Observations by optical and electron microscopy  showed  that oyanobacteria  inhabited dak brown mjcrobial  mats

 whereas

cyanebacteria and 

diatoms

 

inhabj .

ted 

in

 

black

 mi ¢robial mats

 

Cyanobacteria

 use an enzymc  naod carbonate anhydrase (CA )

HCO3

dissolved

 in the hot sprlng  water  was  

broken

 

down

to 

CO2

 and 

OH

 

by

 

CA .

 That OH

 made  temporary alkaline conditions around tbe cyanobacteria

 Such alkalinc  conditions  facLlitate the break dQwn of HBO2 ito H

l

 and  BO2

. .

 BO2

 can form many  chemical  compounds

 The concentration  of 

boron described

 

in

 this study  might  

havc

 profound implications for bioremediation of boron contaminated  sites

. Key

 

Words

boron

 

Matsuhshiro

 

Hot

 

Springs

 cyanobacteria  

diatom

 microbial  mats

 concentration

1 .

  は じ めに

 長 野松代む長地質

古くか ら

多数研 究 者に よ 調 査 さ れお り

20万 分

1

長野 県

質図(長野県地 学会

1962

長 野 地 域地 質(加 藤

赤 羽

1986

> な ど総 括 さ れ

地 域 は

t

フ ォ

ナ 地域

Tl

) 中新 阯以降

T

系 が 堆積し て

,2

)中新世以 降火成活動顕 著 なこ と

, 3

) 地 殻 活 動 が 最 近地 質 時 代 ま継 続 し とな ど

特微

し か し

り細く見る と

こ の 地多少性 格異 な た 次

2

地 質 区分 けとが

1

長 野 盆 地南東山 地と そ西 延 長 (飯 島

1962

に よ る央 隆 起 帯1

2

) 長 野 盆 地 西方帯 (飯 島 (

1962

長 野 堆 積 区

1

部 )

 こ の

松代

,1

隆起帯西 縁 部 に位置 す われ

中新 世 後 期 以 降海 生 成 層 が 堆 積して

中新世 後 期迸 入 固結 し粉 岩閃 緑 岩 が か な り広 く地 ド 存在す特 徴 (森本ほ か

1966

地 域

1965

年 か ら

1971

年 まで にか け

松 代 群 発 地 震 が 発 生 し

.1966

4

1活動山 を迎えこ ろ

1日 に無 感 地 震

6000

有 感 地 震

1000

回 を超 える 日が あ

(森 本

1967

群 発 地 震 は

, CO

成 分 を主 成分 と し

,CH4

を 数 十

千 ppm 含ガ ス を付 随した

分 濃 度地 下 水 を湧 出 す るこ とが 特 徴 (細 野

1968

野 ロ ほ

1969,1970

鶴 見

1979

Yoshioka et a 】

. 1970

で あ り

し た 地

指摘 されて い る

1ケ

1976

 こ の周 辺地 域で は ほう素 (B化 合 物あ る タ ほう 酸 (HBO2 ) 濃 度 が 全 国 的も高温 泉 が 湧 出 す

2008年12月16受付

2010年2月26受 理

沢 大 学 大 学 院 自 然科 学研 究 科  920

ll92 沢 市 角 間町

Gaduate School of Scicnce and Techllology

 Kanazawa University

 Kakuma

achi Kanazawa

eity

shilawa  920

1192

 Japan

* *株 式会社 大林紐 技術研 究所 204

−8558

清 瀬市4

−64e

Obayash

i

 Corporation Technical Research lnstitUte

4

640 Shimokiyoto

 Kiyosc

city

 Tokyo 204

8558

11

(3)

64 佐藤和 也

1畸和 江

奥 野正幸

久保  博

も知 られ

,B

地 球 表 層 部 におい ては酸 化 物存在

泉 水中 で はHBO2 存在す

従 来

B 関 し は主に 工排 水 な処 理 学 的 に除 去 すrF法論じら れ

し か し

,2001

水質汚濁防 止

水 中お ける に おる ほ う素

ア ン モ

硝酸 硝酸化合 物排出基準

た に設定さ れ た

こ の

B お よ化合 物つ い

海 域 以 外公 共 用 水 域 排 出

10mg12

以 下め ら (環境省

2001

し か し

B は 日温泉

温 泉 水中 に は

 

. 01 〜O. lg

kg

存 在 すれ て おり (湯 原

瀬 野1985

10mg

e

う値温 泉 水 ま ま し て旅館 て は準値

そ れ は

地 下り汲 み 上 げ た温泉を加 温 や加水 などせ ま ま浴槽

あ ふ れ たは そま ま河川 な ど

ゆ るれ る温 泉 が

本各 多 く存 在 す る か ら

法律施行され たで は

処 理 が可 欠 とな

 

一 一

B

粘 七鉱物や ゼ オ除去法 (Boman

2003

酸 化 グ ネ シ ウ を 用 B 去法 (Garcia

Soto

Eugenio 

2006

AI20 を用 た 除 去 法 (

Yoldas

et al

.2006

)な

な物 質い て吸着さ せ る方法が と

られ て お

そ れ ぞ れ

一 一

しなが ら

れ ら除 去 方 法ず れ も前 処 理時 間が と や

煩雑な作 業

化学 薬 品使用

pH

実験 室 内 を想 定 した もが 多 く

現 実 的 に は 逆 浸 透 膜 法 や イ オ 交換樹脂法を利用 する こ

維 持 管理 運用に は莫 大 な トが か か

現 地絶 え 間 な く流 れ排 水 を処 理 する に は トがか りす ぎ

細 な経 営 な どで は

の よう な設備非 現 実 的 な もの であ り

業 界 団 体 など は政 府対 し

t

規 制再考

な お

こ の法律

2001

施行

設 備備 期 間め に暫 定 排 出濃 度

500mg

をが現在も適用 さ れ

 また

B 処 理 は化 学 薬 品使 用 も

処 理 後 放 流 す

と を 環境 面か ら問 題

B 処理 する た め

「持 続能」で か

「低

そ し て 「安シ ス

を考 案 す るこ とが 急 が れ

 長 野温 泉

前 述温 泉 中れ る HBO 905

7mgゑ と

全 国 的 も高濃度示 す 温 泉 (長 野 県 薬剤 師 会

2008

う酸化 合 物 を含 む 温泉t 長野県

岩手県

青森 県

北 海道多く見ら れ る特 徴 が あ り

リ性 著 量

Na ,

 

Cl,

 

Br,

1

,HCO3

な どを含ん で お

起 源る と推定さ れ (武藤

1956

酸性 温泉水中較 的 多 量 B あ り

地 質 温 泉 構 造 などか ら考

処 女水系 推測さ れ て

(武 藤

1954

松代温泉つ い て の研 究

1965

松 代 群 発 地 震か ら地 震 よ る地 ド水影 響調 査 が始 ま り

群 発地 震に よ 噴出し た地 下水成分分析などが 行 わた (口 ほ か

1969,1970

松 代 温 泉高 濃 度

HBO2 い て

起 源 も含研 究さ れ た報 告

 研 究で は

地 域に おHBO2 を含む温泉 水つ い

HBO2 含有 量 なを測 定 する こ と に よ

源 泉

成分に そ排 水で みHBO2 の バ イ オ

に よ濃 縮 明か

B 新 し 除去方

検討 する こ と を目的と した

排水溝

排水され河 川形 成す ト と

B

含有 報 告 する と と

温泉排 水

HBO2

微 生 物者 が 混 合

し た環 境系 素 化 合 物濃 集つ い て も明 か に した

2 ,試 料

採取

 本 研 究調 査 対地 域あ る 長野松 代 温 泉 は

長 野 市

南 部位 置

第1図示 す長 野 電 鉄 松 代 駅か ら

lkm

場所

こ の近 を千 曲蛭 川

藤 沢 川 が流 れ

温 泉掘 削 によ る自噴泉

源 泉無 色 透 明る が

出後化 す

泉 分 析 表れ ば

温 泉 水

HBO2

以外

多 種 多様 な イ オが 溶 け 込 み

溶 存 成 分 総 計

1674

 mg 昭 と非 常 に高

長 野

2008

温泉

2

示 し

第 2図 (A )温泉水 を揚 水 し る タ

2

図 (B)浴 槽か ら温 泉施設内排 水 溝れ て 排 水 さ れ

第2図 (

C

見 られる よ

こ の

茶褐色の バ イ オ トをる こ と

2

図(D ) は温 泉 施 設 内最 後排 水 溝地 点

こ こは温 泉 排水 が

地 下

m 道路を 隔て て

排 水 溝れ る (第

2

図 (E ))

排水溝れ て

付近 を流 れ る藤 沢 川前 処 理 も無 く排 出 さ れ(第

2

図 (

F

))

こ こ で は長年温泉排水排 出に よ

排水付近 イ オ 層 が形 成 され

松 代 温 泉排水

テ ム の概 略

3

し た

排 水 溝に は温 泉水 以外流 入

瓜 四

rS7g

°

56§6

1 長 野県松 代泉 周地 形調 査 地

Fig

1 Location map  o t

 the study  area  in Matsushiro 

Hot

Springs

 Nagano

 

Japan .

(4)

長野県

松代温 泉に お け るイ オマ ッ ホ ウ

65

第2  長野 県代 温に お排 水状 況取 地 点

A温 泉 水 を 引 き揚

貯水 タ ン ク

B温 泉浴槽内

C

 D

 E泉水排水路

F排 水 が 藤 沢 川 (写 真 奥) に放 流 さ れ分 岐 点

 

  料 採集

Fi

2

 

Sampling

 po

’ ints

 at the 

drainage

 system  

in

 Matsushiro Hot Springs

AHot spring  water  

pump,

 BBath tUb of Matsu

shire Hot Springs

 C

 D

 EDrainage of the 

hot

 springs wate FCtog

 s peint ofdrainagc (fregroundand Fujisawagawa

River

opposite

    sam

pling points

し て

また

水 門付 近河 原

表 面

10cm

一 .

茶 褐の バイ オ わ れ

下 は黒 色 イ オ トが存在す (第

4

図)

イ オ ト の厚 さ

3m

 

2007

7

16

, 2008

7

6

9

15

松 代 調

源 泉口 よ泉水

ま た 温

排 水れ る排 水 路排 水合 流 す藤 沢 川 付 近水 門 付 近 河 原見 られ る茶 褐 色

黒 色

2

図 矢 印

3

図)

藤沢 川温泉水合流 す地 点ら れ た黒色

イ オ

L

温泉 排 水

さ らに排 水 と合 流 す る前 後藤 沢

水 をそ れ ぞ れ採 取し た

イ オ トに て は

茶 褐 色 黒て い る構 造を な る く破 壊

各層か ら

10cm

どを丁寧採取

観察用試 料

2.

5

ル ア ル ド溶 液固 定 し

分 析 用 試 料 は排 水 と と も採 取 し

常温研 究 室持 ち 帰 た 後 採 取 後

24

時 間以 内 に

4

℃ 以 下 で保存し た

3 ,実験方 法

     

3・ 1.

源 泉水 質 測 定

源泉 お よび温 泉 排 水

さ らそ れ が 流 れ 込 む 川水 質測 定

13

(5)

66

佐藤和也

1晦和江

・奥

野止幸

 

3

図   長 野 県 松 代 温 泉調 脊 地 点 にお け る排 水 シ概 略 図     第2図試料採収 地 点

Fig

3 Schematic diagram ef the drainage system  at Matsushiro

Hot

 

Springs ,

 

Nagano,

 

Japan

 

 

sampling  Pints in Fig

、 2

,2008

7

6

,2008

9

15

冂 の

2

回行

,2

も同 じ水質測 定 器 を使 用 し

測 定 項 目pH (水 素 イ オ 濃 度)

Eh (the standard  hydrogen e ] ectrode ) (酸 化還 元電 位

EC (electrical  conductivity )(電 気 伝 導 度 )T水 温

pH

 EC 測 定に は pH

EC

D

−54

(堀場製 作 所 )

Eh測 定

Eh

D

−55

(堀 場 製作 所 )

t

水 温測 定に は棒 温 度計 を使 用 した

3

2

茶 褐色 黒 色バ イ オ トお よ び河 川 水含 有 元 素 と                鉱 物

  イ オ

温泉排水 い て

ED

XRF 日本 電 子

u 分 散 型 蛍 光X 線 分 析 装 置JSM

−3201,

 Rb

K α

線 源を用

イ オ ト につ い は 乾さ せ た後 乳 鉢 粉 砕し た も

ま た

温 泉水 い て イ ラ

フ ィル ム

HORIBA

社 製

Cell

 

Window

1

直接 滴下 し

B

4図   長県 松 代 温 泉排 水 (第2

  )か ら採 取し た表 面

茶褐 色 (A)と底 面黒 色 (B)イ オマ ッ

Fig

. 4

  Darkblown and  

black

 microbial  mats on the polnt  in Fig

. 2

 at Matsushiro Hot Springs

 Nagano Japan

A

Dark

 

blown

 microbiamats inhablt surface ofthe se廿ments  in pojnt  in Fig

. 2.

BBlack microbial mats inhabit 

bottorn

 of the sediments 

in

 point   inFig

. 2

蒸 発 させ たを そぞ れ加速 電 圧

30kV

フ ァ

ル パ

FP )

バ ルよ り定 量 分 析 を

なお検 出る の は Na り質量元素あ り

水素 有機物や ガ ス分 を 除 で あ り

回 の よ

イ オ 液 体蒸 発 乾 固 物 よ う な有 機 材 料

Na

 Mg

 Al

1wt

 Si

 P

 S

0. 1wt

 Ca か らRh

0. 001wte

 Pd か らU まで は

O. 01wt°

1

ま た 含 有CX 線 管 球Rh で でて いる た め ピ

重 な り検

で き な

  ま た

源 泉

地 点   地 点  

地 点  

地 点   地 点   排水

,10me

テ ル モ シ リ (PP 製)取 り

シ リ

ン ジリ ポ ア社 製 ス シフ ィ ル

0,

45μ

m )を取 り付 け

く りジ に圧 力 をか け過 した

こ の ろ液 を

検 量

SC

 

O,1,5,

 

IO

 mg1  

e ,

249. 8

 

条件下 HITACHI 社 製グ ラ イ トフ ァ

原 子 吸 光 光度計 (Z

−2700

使用 し て

B 濃度

 さ ら イ オ い て粉 末

X

ru

th

(XRD )

含有する 鉱同定

X 線回折 分析

理 学 篭機 社 製RINTI200 を使 用 し

対 陰極 はCu (K α) を使 用 し た

ま た

点  ら れ た茶褐 イ オ

イ オ

お よ び点  れ たの バ イ オ

湿 潤状 態 ま ま乾 燥 重 量

0 . 3g

に な る よ う に容 器採 り

こ に

1mol−

H2SO を加

,10

分 間

,90

せ ん加 温 す

放 冷

10me ル モ シ 溶 液け を吸

ン ジ の先 端社 製 シ リフ ィ ル

O. 45

μ m取り付け

く り ジ に圧 力 を加 えて ろ過 す

液 を

B

は 検 量 線 濃 度

O, L5 ,10

 mg

e ,

波 長

249. 8

 nm

  As 線濃度

0,

5

,10,

50 mgt  

e ,

波 長

193.

7 nm 条 件 下 HI

TACHI 社 製 グ

原 子 吸 光 光 度 計 (Z

− 2700

使用し て

濃度

Fe に

検量 線 濃 度

0,

1

, 5,

10mg

e ,

波 長

248. 3

 nm

 

Mn

て は

検 量 線 濃

js

 

O,2. 5,5,10

g12

波長

279. 6

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