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多摩川等の環境ホルモン問題に関する研究（その11）
下水処理場におけるエストロジェンの収支
嶋津暉之和波一夫

柳 田 房 洋＊田村基＊（＊埼玉工業大学）

要旨

下水処理場におけるエストロジェンの収支を明らかにするため、多摩川流域の三つの処理場を対象として、処理工程別の24時間調査を行った。この結果、主に次のことが明らかになった。
流入水ではエストロンはエストラジオールの３〜５倍、最初沈殿池出口では３〜８倍、放流水では３〜５倍の値を示し、いずれもエストロンが占める割合が非常に大きかった。
延べ６回の調査による下水処理場のエストロジェン平均除去率は69％で、処理場別にみると、除去率は45〜

90％の間にあった。その除去のほとんどはばっ気槽での分解によるものであって、汚泥に移行する割合はわずかであった。
下水処理場のエストロジェン除去率に影響する重要な要因はばっ気槽の処理時間であって、処理時間が長くな



れば、放流水のエストロジェン濃度が低下することが示唆された。

キーワード：エストロジェン、17β- エストラジオール、エストロン、下水処理場、ELISA 法、酵母法、LC−MS/MS法

１

はじめにれ、排出されているかを知るため、多摩川流域の三下1998年、多摩川のコイに関する生殖異変の調査結果

水処理場を対象として、工程別の24時間調査を行った。

が横浜市立大等のグループから発表された。その発表

この調査により、下水処理場におけるエストロジェンを受けて、当研究所では、多摩川を中心に、河川におの収支が明らかになり、エストロジェン除去率を向上けるコイ等の生殖異変の実態、その原因物質とされるさせるための方向性が得られたので、その結果を報告

内分泌かく乱化学物質の河川中の挙動と下水処理場かする。

らの排出実態について調査を行ってきた。これらの調査の結果、内分泌かく乱化学物質のうち、魚類の生殖２

方異変を起こす可能性の高い物質は天然エストロジェン

調査の対象と方法（女性ホルモン）であり、そのほとんどは下水処理場
1）2）から排出されていることが明らかになった法

多摩川流域にあるＡ、Ｂ、Ｃ下水処理場を調査対象。また、とした。三処理場の一日平均処理水量はそれぞれ一日

下水処理場放流水のエストロジェンの濃度は時間変化約２〜５万m3である。図１のとおり、各処理場の最が非常に大きく、その排出量を把握するためには24時

初沈澱池入口（流入水）、最初沈殿池出口、放流口の3）間調査が必要であることも明らかになった 。

３カ所にそれぞれ自動採水器を設置して１時間ごとに今回、以上の調査結果を踏まえて、下水処理場の24回自動採水を行い、翌日、採水試料を回収した。更処理工程においてエストロジェンがどのように除去さに、汚泥関係については初沈汚泥（最初沈殿池からの東京都環境科学研究所年報2002

−76−引き抜き汚泥）、余剰汚泥（最終沈殿池からの引き抜き汚泥）、汚泥濃縮槽上澄液、汚泥脱水機分離液、汚泥脱水ケーキの手採取を１日目と２日目に各１回行った。なお、24時間採水試料は３時間ごとに均等混合して、汚泥関係は１日目と２日目を均等混合して分析に供した。
３処理場の24時間調査を2001年10月と2002年の１〜
図１２月に実施した。

下水処理場の調査方法

分析の方法

内分泌かく乱化学物質については既報4）の図１のフローで試料の濃縮を行った上で、次の項目を分析した。
・17β−エストラジオール・エストロン・エストロジェン総合作用強度
17β−エストラジオールとエストロンは天然エストロジェンであって、河川水や下水処理水のエストロジェン作用強度の大半はこの二つの物質に由来すると考えられている。これらはELISA 法（抗原抗体反応を利用した酵素免疫法）で測定した。また、一部の試料についてはLC-MS/MS法でも17β−エストラジオールとエストロンの分析を行った。
ELISA法の分析に用いたキットは次のとおりである。
・17β − エストラジオール： TAKEDA17β−Estradiol
ELISAキットを使用した。
・エストロン：①TAKEDA Estrogen ELISA キットと②TAKEDA17β−Estradiol ELISAキットの両キットを使用し、①の分析値から②の分析値を引いてエストロンを求 めた。
LC-MS/MS法の分析はWaters 2690 alliance systemにより行った。検出器はSciex APX 3000 MS-8 、カラムはL-Column ODSを用いた。
図２

また、エストロジェン総合作用強度の測定法につい4）ては既報 で述べたとおり、三種類の方法、すなわち、エストロジェン（ELISA法）の時間変化（B処理場 2002年1月）

バインディングアッセイ法、大阪大学の遺伝子組み換
え酵母法、Brunel大学の遺伝子組み換え酵母法を比較ナライザー、ＴＯＣはＴＯＣ計を使用し、その他の項検討した結果、最も感度の高いBrunel大学の酵母法を目はＪＩＳ−K0102 にしたがって分析を行った。

5）4）採用した 。測定手順は既報 のとおりである。
その他に、C-ＢＯＤ、ＣＯＤ、ＴＯＣ、Ｔ−Ｎ、Ｎ

３

結果と考察

Ｈ4−Ｎ、ＮＯx−Ｎ、Ｔ−Ｐ、ＰＯ4−Ｐの一般項目も分17β−エストラジオールとエストロン

析した。分析の方法は窒素・りんの各項目はオートア

天然エストロジェンは、女性の体内では17β−エス

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トラジオール（以下、エストラジオールと記す）が主同様に、LC-MS/MS法によるエストラジオールとエ分泌産物であるが、その一部は肝臓でエストロン、エストロンの分析値を図３に示す。ELISA 法の分析値ストリオールに代謝される。人体等から排出された後と比較すると、多少の傾向の違いがある。LC-MS/MS

1）の環境中ではエストリオールは微量であって 、天然法の結果では処理工程が進むにつれて、エストロンよエストロジェンはエストラジオールとエストロンで構りもエストラジオールの方の減少率が高く、その結果、成される。流入水、最初沈澱池出口、放流水の時間別エストロンの占める割合が大きくなっている。

試料のエストラジオールとエストロンをELISA 法で測定した結果の例を図２に示す（Ｂ処理場の2002年１月調査結果．後出の図３、４、６〜９も同じ）。

三つの分析法によるエストロジェン作用強度
酵母法で得られたエストロンのエストロジェンとしての作用強度はエストラジオールの0.27倍であるの

流入水ではエストロンはエストラジオールの３〜５で、この比をエストロンの濃度に乗じてエストラジ倍、最初沈殿池出口では３〜８倍、放流水では３〜５オールの濃度に加算し、２成分のエストロジェン作用倍の値を示し、いずれもエストロンが占める割合が非強度を求めた。流入水、最初沈殿池出口、放流水の２常に大きい。放流水だけでなく、流入水においてもエ成分作用強度の時間変化を図４に示す。同図には酵母

ストロンの割合が高いことは処理場内での微生物分解法で得られたエストロジェン総合作用強度の時間変化や酵素分解ではなく、人体からの天然エストロジェンも示した。この作用強度もエストラジオール換算濃度の排出特性に由来するものと考えられる。

で表示した。

図３

エストロジェン（LC-MS/MS法）の時間変化（B処理場 2002年1月）

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図４

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エストロジェン作用強度の時間変化（B処理場 2002年1月）

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酵母法によるエストロジェン総合作用強度にはエストロジェン2成分の他にノニルフェノール、ビスフェノールＡ、オクチルフェノール等の人工化学物質や経口避妊薬の主成分であるエチニルエストラジオー
ルによるものも含まれているが、既報4）のとおり、これらの人工化学物質のエストロジェン作用強度は小さく、また、エチニルエストラジオールはほとんど検出されていないので、総合作用強度の大半はエストロジェン２成分によるものと考えられる。図４をみると、ELISA法、LC-MS/MS法、酵母法の結果は一部を除いて異なる値を示し、流入水と最初沈澱池においてはELISA法はLC-MS/MS法の1.5 〜2倍、酵母法はLC-MS/MS法の2〜2.5倍の値、放流水においてはELISA法はLC-MS/MS法の2 〜2.5倍の値、酵母法はLC-MS/MS法とほぼ同じ値であった。このように分析値に差が生じる理由として、ELISA法や酵母法の場合はエストロジェンおよびエストロジェン様物質以

図５

各測定法によるエストロジェン作用強度の相関図

外の物質にも反応してしまうことや、エストロジェンそのものが構造変化を起こしてLC-MS/MS法では完全に把握できないことなどが考えられるが、現段階では詳細は不明である。
ELISA法 とLC-MS/MS法、 酵 母 法 とLC-MS/MS法についてエストロジェン作用強度の相関図を図５に示す。それぞれの関係はバラツキがあるけれども、相関係数として前者が0.90、後者が0.94の値が得られており、危険率5％で相関が認められた。したがって、相対的にはそれぞれの分析法の結果でエストロジェンの動向を判断することは可能と考えられる。
エストロジェンの時間変化



前出の図４において３時間ごとの変化をみると、流入水においてはELISA法、LC-MS/MS法、酵母法とも最大値は最小値の2.5〜３倍、最初沈澱池においては３方法とも２倍前後、放流水においてはELISA法

図６

有機物質の時間変化（B処理場2002年1月）

では２倍、LC-MS/MS法、酵母法では３〜４倍の値を示しており、エストロジェンは時間変化が大きいこ4とが特徴である。

程を通過することによって変動が吸収されていく様子

参考までに、流入水と放流水のC-ＢＯＤ、ＣＯＤ、−Ｎを除くと、時間変化がかなり小さくなり、処理工が伺える。

ＴＯＣの時間変化、Ｔ−Ｎ、ＮＨ4−Ｎ、ＮＯx-Ｎの時

これに対して、エストロジェンの場合は放流水にお間変化、Ｔ−Ｐの時間変化を図６、７、８に示す。こいても時間変化が大きい。2000年度に行った下水処理れらの図をみると、流入水では有機物質、窒素、りん場放流水の24時間調査では放流水中のエストロジェンの成分は時間変化が非常に大きいが、放流水ではＮＨの時間変化が大きくなる原因を毎時データの解析から

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3）

次のように推定した 。「エストロジェンは除去率が比較的小さいため、流入水濃度の変化が放流水の濃度に反映する。また、流入水量が小さくなって処理時間が長くなると、エストロジェンの分解が進むので、放流水の濃度が低下する。両者の影響で放流水のエストロジェンの時間変化が生じる。」
流入水量と放流水量の時間変化を図９に示す。同図と図４を対比させてみると、今回は毎時の水質データ
ではなく、３時間ごとの平均水質データであるので、2000年度の調査結果のような傾向は明瞭ではないが、放流水エストロジェン濃度における11:00〜13:00の最小値は、流入水量の4:00〜6:00の極小化によるエストロジェンの分解進行を（処理工程の通過時間を経て）反映したものであり、2:00〜4:00の最大値は最初沈殿池出口の17:00〜19:00におけるエストロジェン濃度のピークを反映したものであると推測される。

図７

窒素成分の時間変化（B処理場2002年1月）

図８

全りんの時間変化（B処理場2002年1月）

このように、エストロジェンは放流水でも時間変化が大きいので、その排出実態を知るためには24時間調査が必須である。
エストロジェンの収支



図４に例示した24時間調査データと汚泥関係のエストロジェン分析値および水量・汚泥処理量のデータから、各処理場についてエストロジェンの収支を求めた。
その結果を表１に示す。
延べ６回の調査の平均値をみると、酵母法とELISA法の平均エストロジェン作用強度は流入水39ng/Ｌ、最初沈澱出口37ng/Ｌ、放流水12ng/Ｌであり、最初沈殿池ではエストロジェンはほとんど除去されていない。ばっ気槽と最終沈殿池を通過することにより、全体として27ng ／Ｌのエストロジェンが除去されている。このうち、汚泥移行分は放流水量１Ｌあたり1.8ngであり、わずかであった。延べ６回の調査によるエストロジェン平均除去率は69％、汚泥移行率の平均は図９4.7％であった。

流入水量と放流水量の時間変化（B処理場2002年1月）

各処理場のデータをみると、エストロジェンの除去率は45〜90％の間にあり、処理場とその時の処理エストロジェンの収支を図示した結果を図10に示す。

状況によってエストロジェンの除去率に大きな差があ

上述のとおり、最初沈殿池でのエストロジェンの除去る。汚泥移行率は0.7 〜8.0％であり、これも処理場等はわずかで、エストロジェンは主にばっ気槽以後の工によって大きな差があるが、いずれも10％以下であっ程で除去されている。そして、最終沈殿池から引き抜た。

かれた余剰汚泥に含まれるエストロジェン量もわずか延べ６回の調査の平均値を用いて処理場におけるであるから、エストロジェンの除去のほとんどはばっ

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気槽での分解によるものである。初沈汚泥や余剰汚泥へのエストロジェン移行量が非常に少ないため、汚表１ エストロジェンの収支（放流水量1Lあたりの換算量（ng）を示す）

泥濃縮槽上澄液や脱水分離液とともに汚泥処理工程から水処理工程に還元されるエストロジェンもわずかになっている。
エストロジェンの処理状況を一般の水質項目と比較するため、Ｔ−Ｎ、Ｔ−Ｐ、ＴＯＣ、ＢＯＤ、ＣＯＤの収支を表２に示す。平均除去率はそれぞれ53％、80％、88％、94％、86％であり、ＢＯＤの除去率が最も高く、次いでＣＯＤ、ＴＯＣ、Ｔ−Ｐ、Ｔ−Ｎの順序であり、エストロジェンの除去率はＴ−ＰとＴ−Ｎの中間にある。Ｔ−Ｎ、Ｔ−Ｐ、ＴＯＣの汚泥移行率の平均はそれぞれ31％、74％、34％であり、それと比べてエストロジェンの汚泥移行率は一桁小さく、汚泥への移行が非常に少ないのがエストロジェンの特徴である。
エストロジェン除去率の影響要因



上述のように、下水処理場におけるエストロジェンの除去はばっ気槽における分解によるものであり、除去率は処理場とその時の処理状況によって最小45％、最大90％になっている。エストロジェン除去率に差が

表２ 一般項目の収支（放流水量1Lあたりの換算量（mg）を示す）

生じる原因を探るため、ばっ気槽の処理時間（ばっ気槽容量／放流水量）、ばっ気槽のMLSS濃度、放流水の水温との関係を調べた。その結果を図11に示す。
まず、同図の処理時間と除去率との関係について
は６データのうち、５つが同程度の処理時間であるため、傾向を議論しにくいが、処理時間が10時間を越えた１データでは90％の除去率が得られており、処理時間がエストロジェンの除去に影響する重要な要因であることが伺える。
次に、同図において処理時間が同程度である５

図10 エストロジェンの収支（３処理場、延べ６回の平均）（酵母法とELISA法の平均エストロジェン作用強度
を放流水量1Lあたりの量（ng）で示す）
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データについてMLSS濃度と除去率との関係をみると、MLSSの上昇とともに除去率が高くなるという傾向はみられない。エストロジェンの分解が微生物分解によるものならば、MLSS濃度を引き上げてばっ気槽の微生物濃度を高めることは除去率の向上につながるはずであるが、同図ではそのような傾向が明らかではない。
また、同図においては水温の上昇とともに、除去率が低下する傾向がみられるけれども、水温の上昇が分解速度を低下させることはありえず、他の要因がつくりだした疑似的な傾向であると考えられる。
データが少ないため、エストロジェンの除去率を左右する要因を特定することはむずかしいけれども、既報3）でもばっ気槽の処理時間が影響要因であることを示唆するデータが得られており、処理時間が長くなれば、エストロジェンの除去率が低下すると推測される。
また、MLSS濃度の上昇がエストロジェン除去率の低下に結びつかないとすれば、ばっ気槽におけるエストロジェンの分解は微生物分解ではなく、酵素分解か又は他の分解機構によることになる。既報1）で報告したとおり、多摩川では下水処理場から放流されたエストロジェンが数時間の流下で半分以下まで低下するという結果が得られている。多摩川の場合、放流直後の河川水のエストロジェン濃度は10〜15ng/Ｌで、それ図11が数時間の流下で４〜５ng/Ｌまで低下しており、１

エストロジェン除去率の影響要因時間の減少濃度は２〜３ng/Ｌになる。一方、下水処法が85μgであった。2000年度の放流水24時間調査か理場の場合は、ばっ気槽での約６時間の滞留で15〜ら推測した一人あたり排出量は80〜190μg（ELISA30ng/Ｌ減少しているから、１時間あたりの減少濃度法）であり3）、今回の試算値はこの推測値に近い値には2〜５ng/Ｌになり、多摩川と大きな差はない。こなった。のことは、ばっ気槽においても河川と共通の分解機構

中央薬事審議会の資料6）によれば、女性のエストロによってエストロジェンが分解していくことを示唆しジェン排出量は一人一日数〜60μｇである。ただし、ている。この分解の機構については今後、室内実験で妊娠中の女性からは妊娠初期で200〜400μｇ、男性か検証していく予定である。

らも数μｇ程度が排出されるとされている。この文献

エストロジェンの排出量

値と比較して、今回の試算値も2000年度の推測値も高

今回の調査で得られた下水処理場へのエストロジェン流入量の値を用いて人体からのエストロジェン排出い値になっており、エストロジェン排出量については今後の検討が必要である。

量を試算すると、一人あたりのエストラジオール＋エストロンの排出量は80〜230μgになる。ただし、各４おわりに処理場の現在処理人口の半数を女性とした。これは多摩川流域にある三つの下水処理場を対象として、ELISA法による値であって、LC-MS/MS法も併用し処理工程別の24時間調査を延べ６回行って、エストロ

たＢ処理場1月の値はELISA法が145μg 、LC-MS/MS

ジェンの収支について解析を行った。この結果、主に東京都環境科学研究所年報

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参考文献

次のことが明らかになった。
①

流入水ではエストロンはエストラジオールの３〜

１） 和波一夫ら：多摩川等の環境ホルモン問題に５倍、最初沈殿池出口では３〜８倍、放流水では３関する研究（その６）、東京都環境科学研究所年報〜５倍の値を示し、いずれもエストロンが占める割

2001, p.72〜81.

合が非常に大きかった。これは、人体からの天然エ２） 和波一夫ら：多摩川等の環境ホルモン問題にストロジェンの排出特性に由来するものと考えられ関する研究（その10）、東京都環境科学研究所年報

る。

2002, p.66〜74.

ELISA 法、酵母法、LC-MS/MS法の測定値から

３） 嶋津暉之ら：多摩川等の環境ホルモン問題に求めたそれぞれのエストロジェン作用強度を比較し関する研究（その７）、東京都環境科学研究所年報たところ、前二者は後者の２〜３倍の値になること

2001, p.82〜90.

②があるが、LC-MS/MS法に対するELISA法と酵母

４） 嶋津暉之ら：多摩川等の環境ホルモン問題に法の相関係数は0.9以上の値が得られたので、相対関する研究（その３）、東京都環境科学研究所年報

的にはそれぞれの分析法の結果でエストロジェンの2000, p.165 〜175 .

動向を判断することは可能と考えられる。
③

エストロジェン作用強度は流入水、最初沈澱池、放流水とも時間変動が非常に大きく、３時間平均の最大値は最小値の２〜３倍以上の値を示した。有機

５） Routledge,E.J.& Sumpter,J.P.：Yeast Screen
Protocol（1996）
６） 中央薬事審議会：ピルの内分泌攪乱化学物質としてのまとめ（1999年３月）

物質、窒素、りんの場合は放流水では最小値と最大値の比は1.5倍程度で小さく、それと比べて放流水でも時間変動が大きいことがエストロジェンの特徴である。
④

延べ６回の調査による下水処理場のエストロジェ
ン平均除去率は69％で、処理場別にみると、除去率は45〜90％の間にあった。

⑤

処理場内のエストロジェンの収支をみると、汚泥に移行するエストロジェンの割合は平均では流入量の約５％であり、エストロジェンの除去はほとんどがばっ気槽での分解によるものであった。
有機物質、窒素、りんと比較すると、エストロジェンの汚泥移行率は一桁小さく、エストロジェンは汚泥に移行しにくい成分である。

⑥

下水処理場のエストロジェンの除去率に影響する要因を検討したところ、ばっ気槽の処理時間が重要な要因であって、処理時間が長くなれば、放流水のエストロジェン濃度が低下することが示唆された。

今回の下水処理場の調査を実施するにあたり、各処理場の担当者の多大な協力を得た。また、本研究におけるELISA 法の分析の一部およびLC-MS/MS法の分析は㈱ヤクルト本社中央研究所への委託により行った。以上の方々に厚く謝意を表する。

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Study on Endocrine Disrupters in Tokyo's Rivers（11）Income and Outgo of Estrogen in Sewage Disposal Plants
Teruyuki Shimazu, Kazuo Wanami,
Husatoshi Yanagida＊ and Motoi Tamura＊（＊Saitama Institute of Technology）

Summary
A 24-hour investigation of each treatment process was conducted to clarify the income and outgo of estrogen inthree sewage disposal plants in the Tama River basin.
The estrone level was 3 to 5 times that of estradiol in the inﬂow water, 3 to 8 times in the efﬂuent of theﬁrst settling tank and 3 to 5 times in the discharged water. Any process water showed a high level ofestrone.

Estrogen removal rate ranged from 45 to 90% for each disposal plant while the average over the sixinvestigations was 69%. Very little of the estrogen shifted to sludge and most of the removal was dependent
on decomposition in the aeration tank.

The most important factor that inﬂuenced the rate of estrogen removal in the sewage disposal plants was
the processing time of the aeration tank. When this time was long, it was suggested that the estrogenconcentration in the discharged water fell.

Keywords: estrogen, 17β-estradiol, estrone, sewage disposal plant, ELISA method, yeast method, LC-MS/MSmethod

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