有機廃水による江の口川の水質汚濁
畑 幸彦*・西島敏隆*・東野良介**(*農学部水族環境学研究室;**高知県立室戸岬水産高等学校)
On the Pollution of Enokuchi River
byOrganic Drainage
Yoshihiko Hata*. Toshitaka NiSHijiMA* and
Ryosuke HIGAsHINo**
*£必晩脚ワヅj卯αlie Environment Seienee,F,αご 「りofAgriculture; **がurotomisaki Fisheries HiかSchool, Kochi Prφμ町ε
Abstract
In order to elucidate the mechanism of the develop°e「1t of water pollution with organic matter in Enokuchi River recei゛ing a considerable amount of organic drainage from pulp 亀ctories and Kochi City, the the physical and chemical properties of the water and the bot-torn sediments were examined, with the special refference to the changes of organic‘ matter in the quality as well as in the quantity・
Stations where the present observations were carried out are shown in Fig・ I. Results obtained are as shown in Figs. 2 to 22, and may be summarized as follows: 1)The properties of the river water varied widely with time. It seems that at the upper course of the river the variations are directly controled by the drainages of pulp factories and at the lower course those result mainly 仔om the dilution effect of sea water with ebb and flow.
2)The maχimum organic pollution observed at the middle course of the river seems to be due to a concentrical addtion of the municipal drainage to pulp wastes which run from the upper course, and partial decomposition of cellulose debris sedimented onto the bottom mud.
3)The decrease in organic contents at the lower course may be attributable principally to the dilution effect of sea water rather than to a biochemical decomposition.
4) The results got in incubation experiments with the river water suggest the above in一 応rence. 緒 言 江の口川は高知市の中心部を貫流する都市河川であるが,上流に数社のパルプエ場および製紙工 場を控え,1日1万数干トンの,SP廃液を主とする廃水が放流されている.これに家庭下水の流人 が加わり,これら有機廃水による水質の汚濁は極度に発達し,都市景観の破壊,悪臭の発生,硫化 水素による金属製品の腐食,頭痛・はき気その他の健康被害など流域住民におよぼす影響は甚大で ある. この川の水質汚濁の状態については,すでに村岡1-3)村岡・堀川4)の報告および高知県公害課5) の調査がある. 筆者らは,この川におヽける水質状況を潮り干満などとの関連におヽいてより詳しく把握するととも に,この川において水質汚濁が発達する機構を主として有機物の質的ふヽよび量的変化を中心として
52 追究しようとした. 高知大学学術研究報告 農 第6号 実 験 方 法 水質の時間的変動についての調査 Fig. 1に示すSt.1および5において,24時間にわたり 3時間ごとに採水し,下の各項目をそれぞれの方法で試験した.
Fig. 1. Stations where examination was carried oUt:St. h Kurumase Br・,St. 2: Miyuki Br, St. 3: Takasaka Br., St. 4: Nakano Br., St. 5:Nijudai Br., St. 6: Ichimon Br。St. 8: Kazurajima Br. 水温.塩素イオン: Cl-1, 000 ppm以下の試水は解説水の分析6)による比色定量, 1,000 ppm 以上 の場合は水質汚濁調査指針7)の硝酸銀滴定法.PH: JlsK01028) 工場排水試験方法8.coD: Jis K 01028)13の過マンガン酸カリウム消費量.BOD: Jis K01028) 16.懸濁物質(ss):Jis K01028)10. 2,1のF紙による珊過法. 2.流下にともなう水質変化の調査 干潮時に,上流から下流にいたるSt. 1∼8 (Fig. 1)の各地 点てほぼ同時に採水するとともに,底土堆積物を採取し,上の項自jに下記項目を加えて試験した. 透視度:Jis K01028) 6.色度:No. 6のF紙による戸液についての420 mμにおける吸光度.リ グェン:多賀9)の改変したニトロソリグニン・テ不卜法ノ糖類:N0. 6 の炉紙によるF液につい てのフェノール硫酸法1o).全有機炭素:手塚11)の過硫酸塩による酸化定量法.アンモニア窒素: Jis K01028> 17.1.1の直接ネスラー法.全有機窒素:ケ・,レグール法1o).亜硫酸イオン:Jis K01028) 31. 2!ウ素消費量:水質汚濁調査指針7).硫化物:水質汚濁調査指針7)により水蒸気蒸留し, St. Lorant法12)で比色定量.溶存酸素:Jis K01028)24.3.有機懸濁物:上記懸濁物の強熱減量7).底 土のCOD:水質汚濁調査指針7)のアルカリ性過マンガン酸カリ・ウム消費量.底土の強熱減量:水 質汚濁調査指針7).底土の硫化物:上記の水の場合に準ず.る.水中の全従属栄養細菌:普通ブイヨ ンによるMPN法7).水中の大腸菌群:MPN法7)l ご/ 3.川水のincubationによる水質変化の実験 St.!よりかなり排水口よりの地点で採水した 川水を,20×14×18(深)cmのスチロール製バットに入れ,∧通気または静置条件下で25°Cに保温 し,上と同様の各種の水質変化の過程を追跡した. i. ・ ・ ●ゝ 結果および考察 1.水質の時間的変動 1969年11月13日正午から14白正午にいたる連続調査の結果はFig. 2∼ 7に示すとおヽりで,つぎのように要約される. (1)水温は昼間高く夜間は低く,上流で低く下流では2∼3°C・高かった.流下河川水の一般的傾 向を示している. (2)塩素イオンは上流では濃度も変動巾もともに小さかうたが,下流ではかなり高濃度で,かつ 潮汐と密接に対応して大きく変動し,海水が相当上流にまで湖ることがわかる.
( 0 . ) 1 9 有機廃水による江のロ川の水質汚濁(畑・西島・ ●へ ● /●\ ●/●\s7・ 5 O o、 il心 12 15 1S 21 0 3 6 9 DATS SOT.13 14 1969
Fig.2. Variation of temperature. ↓:lowtide ; ↑:high tide.
8 . 0 7.0 6.0 11 5.0 4.0 ? I 篁 B T l k ' t B 5 0 0
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12 15 18 21 B0V.J5 1969 ○ 1 4 6Fig. 4. Variation of pH value.
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TIUB 12 15 18 21 DATE HOT.15 1969 , Fig. 6. ○ 14 Variation of 6 BOD. 9 1 2 t ・/
1 2 1 0 . 0 0 ͡ 1 . 0 0 j − ; j o . t o 0 . 0 5 i・W● DA?B Fi 7 0 0 6 0 0 5 0 0 400 ` 200 g ma 'o) mo T I K E 以 ? 3 ( K i t i s .。ごふー-・、 12 15 18 21 D0V.13 1969 g。 3. 0 1 4 6 9 Variation of C1- content 12 15 18 21 HOT.13 ‘ 1969 0 14 6Fig. 5. Variation of COD.
TIMS 12 15 18 21 HATE HOT.13 1969 0 1 4 6 Fig. 7 Variation of ss. 9 1 2 1 2 9 1 2 53 (3) pH値は5∼7.5の間七変動した.上流での概して低い値はがルプエ場廃水によるもので,下 流では海水の影響を受けて高まるものと考えられる. (4)CODふヽよびBODの変化はともに大きく,この両者の変動のパターンはほぼ一致した.下
a o o / a o a 54 高知大学学術研究報告 第20巻 農 学 第6号 流における変化がことに著しかったが,これは潮汐.と密接に対応し,海水による希釈の影響を強く 受けていることを示している.一方,上流における変化は主としてパルプ工場の操業との関係を示 すものと思われ,夜中から朝にかけて低かった. (5) SSの変化も大きく,ことに上流で大きく変動したのは工場廃水の変化を直接反映しているよ うにみえる.下流では沈積するため総じて少最で,かつ潮汐と明瞭に相関した. 以上の結果から,この川の水質要素は時間的にかなり大きく変動することが明らかとなった.上 流における変化はことにCOD,BODおヽよびSSにおいて著しく,これらはノリレプエ場廃水の量と 質の変化を直接反映するものと考えられる.一方,下流に・おヽける変化も甚だ大きかったか,これら は潮汐に密接に対応し,下げ潮時には高く,上げ潮時には低く,主として海水の希釈作用に支配さ れることか明らかである. 2.流下にともなう水質の変化 1970年7月23日に上流から下流にいたる7点について調査し たが,水質の時間的変化の影9をできるだけ避けるため,流下速度の比較的大きな干潮時(10:30∼ 11:00)を選び,ほぼ同時に採水した.その結果はFig. 8∼18に示すとおりでyつぎのように要約さ れる. 8 . 0 7 . 0 6 . 0 翫 5 . 0 4 . 0 ゜\ ゜へ./゜ ゴ/゜之 '°N `○ O ’ / / ○
/
j)一一oヽ、。 / F ?ai?ERA?■URB 1 2 3 4 5 6 7 8 STA?101iruuBEiiFig.8. Temperature and pH value.
2 0 1 8 1 6 μ 1 2 0 0 0 o d r t a 0 2 ≫ H I 沁 卯 S 0 0 0 a o H v s E O s a Y 0 . 0 4 0 . 0 2 0 3 4 5 Si▲TIOI mnc!SEB 6 7 ○ ふ 8 - ヽ 2 8 こ 272625 2 4 5 0 0 4 0 0 3 ° ゜ i 2 0 0 1 0 0 0
Fig. 10. Absorbance in 420 raμand lignin content. & ( l u d S o ) a o a ' a o o 2 3 4 5 6 7 etA?lOXVmOER Fig. 9. Cl- content. 戸 `、 ∼ 一 礼 ︰ 才 六 八 八 / X レ ○ 5 0 0 4 00 S I § 1 2 3 4 5 6 7 S?A?I㎝ZπXBZR
a s o o f f i o s v s H Y o n s ' b o b h v o d i u y d h o  ̄ 1 Fig. 12 1 6 1514131211109876 (HO) SSSHHYaiO ( H d d ) ︱ ' o S ' J I 0 I U M S H 0 3 ^ I GLUCOSE / ・一一 2 3 ? ○ ? A LC 有機 による江のロ川の水質汚濁(畑・西島・東野) ︵ M J H O S H V D o i n v o a o l Y i o i / J L M a s o o m o ) B O Q H Y D a i H Y O a O T V i O l / S a V 3 0 S S?ATIOHinJUBER
Total organic carbon and sugars.
2 3 4 5 6 STATIOS訊−3掴 Fig. 14. Clearness. 7 1 1 1 1 1 ) o a o 7 6 5 − 4i s ) s s a i J i Q S 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 7 STATIOnBUlCBEa
Fig. 16. DO, I2 consumption, sulfidesand sulfite. I j i 5 y ) 2 0 !͡ ヽ 一 U a O O H l I H l Y X 0 1 1 0 ○ 55 STATIOBntnisER
Fig. 13. Total organic nitrogen and ammo- ma. ͡ i 一 回 6 0 0 0 Q 〆 4 3 0 2 0 1 0 0
≒二
寸 m`”S’四60S40R S0O O (HauvH i&a io Hu 'o) aoo こ・。こ 1 2 5 2 0 u ^ ( a a u v n i h q i o % ) 10 5 nOlllBQI KO SSOT 2 3 4 5 StA?IOH HUHBSB Fig. 15. SS. χ −゛ x-''sDLPin・ L乙 4 5 6 7 ( H 3 U V I I Z H Q 0 a a j ( S I S ︶ a 9 8 64e4 S?'ATioninruBERFig. 17. COD, loss on ignition and sulfide contentsof sediments.
56 学術研究報告 第20巻 農 学 第6号 1 0 8 7 6 5 0 0 0 1 1 ! i n m i ! ○ 1 2 3 4 5 6 7 SIAIiaBmWBEB
Fig. 18. Total aerobic heterotrophs・ and coliform bacteria.
(1)水温は流下につれて概して上昇し,河川水の通常の傾向をみせた. (2)観測時には川水は全流程を通じてかなりの速度(表而で30 cm/sec 以上)で流下していたが, 塩素イオンは下流においてかなり高濃度で,このような状態でも海水が相当残留していることを示 している. (3) pH値は概して下流ほど大きく,主として海水の影響によると思われる. (4) 420 mμの吸光度による赤褐色∼黒褐色の強さは,上流よりも中流において最大で,下流で は著しく減少した.リグニンもほぼ同様に上流∼中流において甚だ大きく,下流では減少した.す なわち,赤褐色の主体は工場廃水中のリグェンにもとづくことが明・らかで,これにさらに中流にお ける腐敗生産物の色調が加わるものと思われる. (5)CODおヽよびBODは類似のパターンを示し,いずれも上流よりも中流にふヽいて最大で下流 では顕著に減少した.BOD/CODの価が, St.4を除いては下流ほど減少したことは,有機物のう ちでも易分解性の高い物質ほど急速に消失することを示すもので,このことから下流におヽけるCOD およびBODめ減少には海水の希釈効果のほかに生化学的分解作用がか畷り関与しているものと考 えられる. . (6)全有機炭素おヽよび糖類も,上と同様に中流において最大であうた.また糖類/全有機炭素も 下流ほど明らかに減少し,ここでも易分解性有機物の流下に伴う消失が明らかである. (7)アンモニアおヽよび全有機窒素も,中流で顕著に増大したのち下流で減少した.窒素化合物は 本来パルプ廃水中には少ないので,このような傾向は家庭下水の流人を示すものである. (8)透視度は中流付近までは流下に伴い上昇して懸濁物沈降の模様を示すか,中流を過ぎるとふ たたび急激に低下した.下流域において底土のまき上りにより懸濁物が増加することを反映してい るようにみえる. (9) SSは上流で甚だ大きかったが,流下につれて著しく減少し,そのあと下流での変化は大き くなかった.上流∼中流では殆どが有機SSであってパルプ滓が主体をなしていることが明らかで あるが,下流では有機SSの割合が減って鉱物質が増したことばに底土のまき上りによることを示 している.全SSの増加か殆どないにも拘らず下流で透視度が急減したのは,懸濁物粒子の種類と 大きさならびに凝集状態の相違にもとづくものであろう. ㈲ パルプ廃水に由来する亜硫酸塩は流下に伴いあまり変化せず,最下流ではじめて減少した. DOは最上流でも1 ppm以下であって,それ以外では事実上無酸素状態であった.また,ヨウ素 消費量おヽよび硫化物は中流において最大であり,これらの事実は中流域におヽいて極度の還元状態が 発達していることを示している. 帥)底土のCODおヽよび強熱減量は中流域に最大で.このあたりに有機物の集中的な沈積がおこ ることを示している.硫化物は中流∼下流に多量の集積がみられたが,ことに中流と最下流域に甚
有機廃水による江のロ川の 濁(畑.‘西島・東野) 57 だ高濃度であって,有機物の沈積と密接に相関した. ㈲ 水中の一般従属栄養細菌数も大腸菌群数も,ともにかなり多く,概して下流ほど増大した.海 水による希釈の効果を考慮すると,この増加は甚だ大きいようにみえる.これは中∼下流域におけ る汚濁負荷の増大と,有機物分解に伴う増殖とを示している. 結局,以上の結果をまとめると,この川における流下に伴う水質変化はつぎのようである. COD, BOD,糖類,全有機炭素,透視度,リグニン,色度,おヽよびアンモニア,全有機窒素などい ずれの要素からみても,中流域におヽいて有機物による汚濁が最高に発達している.これは,分解の 進まぬうちに中流に到達した多量のパルプ廃水に,上流の水わた痙ど汚水性微生物集落の細片がち ぎれて流下し,さらに家庭下水がこのあたりで集中的に付加されるためである.そして流速が落ち るにつれて懸濁有機物が底土に堆積し,水中でも底土中でも極度の嫌気的分解過程が進行する.そ のため甚だしい無酸素状態と硫化物など還元性物質の多量の集積かみられる.中流域における堆積 物の分解は,水中への有機物の溶出源となり,中流域における極度の汚濁状態の二次的原因となっ ているものと考えられる. 下流域では水質がかなり回復するか,この回復には微生物による有機物分解作用と海水の湖上に よる希釈作用がともにあずかっていると考えられる;前者については,流下につれて有機物のうち 易分解性低分子部分にかなりの減少のみられることから,生化学的分解の進行は否定できないが, その活性はあまり大きくないと思われる.一方後者については,水質の回復が塩素イオン量と密接 に相関したことから,海水の希釈効果の甚だ大きいことが明らかである. 3.川水のincubation中における水質の変化 上の流下に伴う水質変化の過程を説明するた め, St.1よりパルプ工場の排水口に近い地点で採った川水を実験室内で25°Cにincubateしたと きの結果はFig. 19および20に示すとおヽりである.またこの川水の上澄だけを同様にincubateし た場合の結果は, Fig. 21おヽよび22のとおヽりである. すなわち,川水をそのままincubateした場合には,通気の有無に拘らず色度か徐々に上昇しDO が急速に減少した.ヨウ素消費量と亜硫酸イオンも減少した.亜硫酸イオンはSP廃液中に含まれ ている還元性物質である.糖類は一旦半減したのち再び増大したが,これはおそらく可溶性有機物 が分解無機化して減少する一方,パルプ滓など懸濁有機物が分解可溶化して再び糖類量の増大を招 いたものと考えられる.それに対して,懸濁物を除いた上澄だけをincubateした場合には,糖類 量は減少して1週間後には約1/2∼1/3 Jlとなったのは,この間の事情を示すものである.この場 合,糖類の減少に拘らずCODの減少は顕著で痙かったが,これはPH値における甚だしい低下か らみて,糖類はおそらく有機酸類への変化に止まり無機化か十分進んでいないためであろう.リグ ニンはこの間にむしろ増大し,難分解性であるこ・とが明白である. 0 . 4 い aSSYSHOSBT 0 . 2 ゛ m m 1 003 S S S 。 ( l U i ) _ ' o a ' B o i i n m s s c K ) * i j 軋 7 ︰ h t t p : / / w w w . . l i U d ) o a ABSOBBARCBIll430●l o-o―o゛O-―°- o―o>ヽ、 ∼40′^o `○゛″ 0 1 S 0 1 S 2 4 4 畠 n O O U T I O f T I K I( B X : ・ , ) 7 2 1 4 4 6 0 0 5 0 0 4 ° ゜ 1 , 。 。 l S I E S T f i t l f i g I
Fig. 19. Changes in contents of various compounds during the incubation of river water(not aerated).
58 高知大学学 4 3 I φ 0 0 ( t J 0 Z > I t S O X n E O S S T 0 . 2 S S S ! i 8 S S 0 4 0 s 。 − い い 6 0い 一 ︰ 一 い 一 一 一 一 一 。 告 第20巻 農・ 学 第6号 ABSOBBUCB11420>tt 。o o c/'-o”○` ̄ ̄○’ ̄’○’ ̄○゛゛o''' 0 1 3 5 - 一 一 1 0 1 S 2 4 4 S 6 0 0 w o 4 0 0 ͡ J 2 ° ゜; ・ ・ , 1 χHCUIUTIOITl・(「s」
Fig. 20. Changes in contents of various compounds during the incubation of river water (aerated). Fig. 21. 貯恍・一一・-*o ?。。一一--一一一一-4 | 。 ンべこJニミこ:犬: ( E U ) ︱ ^ ・ K i i i o s s m a ' i − l t S S 4 3 2 1 [ u j ] o a い`い″j j `四 こ こ I ° 1 I M U ) n o n ' t a o x i a n a n c a i i i s s a g . 一 。 ZχllStχ・n魯(on.)
Changes in contents of various compounds during the incubation of filtered river water (notaerated).
︱ J4JJ OQ60 la4s` SQIIR SQSS4 l u l l ' o t ・ m u j e a K o * i ︱ J J J J J J J J O S 7 6 1 4 5 2 1 ( a u ) < a 8e・t-r-^‘'s ぞ'づ`‘゛:ニニ: `○゛″'譜SZI卜14加− 0 4 S 3 加 4 1 5 7 l 略 iicntTici tt・t(KB.) Fig. 22. Changes in contents of various compoun river water (aerated).
0 0 0 0 9 I → 1 5 ゛ 4 j C u i ) n a n ' n o a f f i s n n m a I I S S S S l g 捧 如 ○ 。 i = f 2 e ・ §
ds during the incubation of filtered
結局,以上のincubationの結果から,パルプ廃液中の有機物はリグ呉ンはもちろん,糖類でも 分解無機化にはか左りの長時間を要し,1週間ぐらいではCODに殆ど減少があらわれず,ノリレプ 滓が存在すればこれが部分的に可溶化して糖類mはかえって増大することが明らかとなった.そし て,この間に色度の増強がみられたが,おヽそらく亜硫酸イオンの減少とも関係があるのではなかろ うか.上の2.でみたようにこの川では中流域において汚濁か最高となるのは,中流域で都市下水 が加わることと相まって,以上のように水中の懸濁有機物および底土に堆積した有機物の部分的分 解か大きな原因であろうと考えられる. ダ. 総 以上の諸実験を総括すると,つぎのとおヽりである. 括
有機廃水による江の口川の水質汚濁(畑・西島・東野) 59 この川の汚濁は典型的な有機物汚染であって, BOD. CODの増加とそれに伴うDOの消滅およ び硫化物などの還元性物質の増大とが顕著である.そして流下に伴い汚濁は容易に回復せず,むし ろ中流域において汚濁状態か最高であるが,これは未分解のまま流下するパルプ廃水に中流域で都 市下水が加わるのが一因であり,さらに中流域で底土に堆積した有機物か部分的に分解してこれが 水質に二次的悪変を与えているためである. 水質の回復は下流域において多少みられるが,これは中流域での懸濁物の沈降と,潮汐に伴う海 水の湖上による物理的希釈によるものであって,有機物の分解無機化は余り進行していないと考え られる. この川を浄化するには; (1)パルプ廃水中の懸濁有機物を殆ど完全に除去するとともに, (2)パル プ廃水中に濃厚に含まれている可溶性糖類を生物化学的に高度に処理することがまず必要である. そして, (3)すでに堆積している中流域∼下流域の堆積物を浚渫除去し, (4)中流域での家庭下水の 流人と塵芥の役人を禁止し, (5)さらにこの川の流況を改善するため,他から水を導入して水量を増 加させ,あるいは傾斜を大きくして流速を増大させる座どの方策を実行しなければ,水質の回復は 望み得ないものと思われる. 要 約 パルプ廃水と家庭下水の流人による汚濁の著るしい高知市の江の口川において,有機物の質的お よび量的変化を中心として水質変化の過程を追跡し,つぎの結果を得た. 1)この川の水質要素は大きな時間的変化を示した.上流における変化は主としてパルプ廃水の 量と質の変化に支配されるものと考えられ,下流における変化は主として潮汐による海水の希釈作 用の結果である. 2)この川の流下に伴う水質変化については,どの要素からも中流域で最高の汚濁状態か示され たが,これは,未分解のまま中流に到達したパルプ廃水に家庭下水が加わり,さらに底土に堆積し た有機物の部分的分解が水を二次的に汚染するためと考えられる. 3)下流域において水質がかなり回復したか,これには生化学的分解作用よりも海水の湖上によ る希釈作用が支配的であろう. 4)川水のincubationによる室内実験の結果も,上の推論を支持している. ふヽわりに,水質調査を実施するにあたり種々のご援助を得た本学農学部三好英夫助教授ならびに 高知女子大学作田芳次教授に深謝するとともに,水質分析の一部を分担された卒業生鷲谷宗昭,岡 本敬三の諸君に謝意を表する. j j j j 1 2 3 4 intot^-coo^o'^co' 文 献 村岡猛男,高知市の都市衛生工学に関する研究−1.高知学芸高校研究報告, No. 4, 53-60 (1963). 村岡猛男,高知市の都市衛生工学に関する研究−2.高知学芸高校研究報告, No. 5, 51-63 (1964)・ 村岡猛男,高知市の都市衛生工学に関する研究−3.高知学芸高校研究報告, No. 7, 57-63 (1966)・ 村岡猛男・堀川定満,高知市の都市衛生工学に関する研究−4.高知学芸高校研究報告, No. 8, 53-62 (1967). 高知県厚生労働部公害課,公害調査報告書(1970). ・・ 日本分析化学会北海道支部(編),解脱水の分析,化学同人,京都(1966)・ 松江吉行(編),水質汚濁調査指針,恒星社厚生閣,東京(1965)・ JISK 0102-1964 工場排水試験方法,日本規格協会,東京, (1964)・ 多賀信夫,パルプ廃水による水質汚濁の有害性.水処理技術, 7, No. 8,1-19 (1966)・ 日本化学会(編),実験化学講座23,生物化学I , p. 421-422,丸善,東京(1967). 手塚泰彦,過硫酸塩酸化法による汚濁水中有機炭素の簡易定量法.用水と廃水, 6, 905-910 (1964). 田宮信雄,硫化水素.関根ほか(編),光電比色法,各論2, p. 1-2, 南江堂,東京(1964). (昭和46年9月30日 受理)