倉田奨励金研究報告書 第 52 集
2020 年度（第 52 回）助成

自然科学・工学－都市・交通：1 年助成

奨励金№1442

水域生態系への安全性を考慮した下水中の抗菌剤分解除去法の開発
石川奈緒

岩手大学准教授

Development of degradation and removal method of
antibiotics in sewage that ensures the safety ofaquatic ecosystem
Nao Ishikawa,Iwate university, Associate Professor

本研究では、下水処理水中に含まれる抗菌剤除去を目的として、天然鉱物による接触除去処理と水中プラズマ放電による分解除去を検討した。ゼオライトによる接触除去処理は 5 種類中 3 種類の抗菌剤は除去可能であった。
一方、水中プラズマ放電処理では全ての抗菌剤を分解除去可能であるが、処理水に生成された過酸化水素により放流水の生物への安全性が確保できない可能性が示された。今後実用性に向けて課題の改善を実施する予定である。
This study aims antibiotic removal from treated sewage. We investigated antibiotic removal treatment with naturalclay minerals and pulsed plasma discharge. Three out of the five antibiotics were removed by the removal treatment
with zeolite. On the other hand, all types of antibiotics were degraded with the pulsed plasma discharge, however,
H2O2 was generated in the process. The treated water with much H2O2 has possibly an adverse effect of organism
in aquatic environment. It is necessary to improve these treatment systems for practical use.

1．研究内容る。1 つ目は天然鉱物による接触除去処理である。

1.1 目的

ここではイライトとゼオライトを使用した。これ

抗菌剤は人と家畜に多く使用されており、人からの鉱物は高い吸着能を持つだけでなく、触媒作らの主要な移行経路は人−下水処理場−水域環境用による分解も期待でき、低コストで実施できるが考えられる。抗菌剤の種類によっては既存の処利点がある。2 つ目は水中プラズマ放電による分理で十分に除去されず、一部の抗菌剤は下水処理解除去である。水中プラズマ放電はコストがかか水とともに水域環境へ放流されている。さらに、る一方、抗菌剤の種類によらず分解できる可能性

河川水中で検出された抗菌剤濃度が水域に生息しが考えられる。この 2 つの処理により下水処理水ている藻類、甲殻類、魚類に対して生態リスクを中の抗菌剤の除去試験を実施した。加えて、鉱物有するレベルであるとの報告もあり、下水処理場または水中プラズマ放電による抗菌剤の分解が生において抗菌剤を適切に分解除去する技術の開発じた場合、分解生成物の安全性も考慮する必要がが求められている。

ある。そこで、除去処理後の処理水を用いて淡水本研究では、下水処理水中に含まれる抗菌剤除緑藻 Raphidocelis subcapitata を試験生物とした短去を目的として 2 つの方法で抗菌剤の除去を試み期毒性試験を行い、生長阻害の有無により処理水倉田奨励金研究報告書 第 52 集
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ファメトキサゾール（SMX）とスルファピリジン（SPD））である。これら 5 種類の抗菌剤を対象と1.2 イライトとゼオライトを用いた抗菌剤除去処
理試験し、下水処理水中の抗菌剤除去処理をゼオライト接触処理にて実施した。抗菌剤溶液中でも下水処

天然鉱物としてイライトとゼオライトを使用し、理水中でも ROX、CLR および LEV は除去率が高

マクロライド系抗菌剤のタイロシン（TYL）およく、ゼオライト処理の有効性が示された一方、びテトラサイクリン系抗菌剤のオキシテトラサイ

SMX と SPD はほとんど除去することができず、ゼクリン（OTC）とクロルテトラサイクリン（CTC）

オライト処理はサルファ剤には不適であることがを対象抗菌剤とした抗菌剤除去試験を行った。各示唆された（図 1）。加えて、ゼオライト処理後の抗菌剤溶液とイライトまたはゼオライトを一定期処理水を用いた淡水緑藻 Raphidocelis subcapitata

間接触混合した後、液相中に残留した抗菌剤濃度での短期毒性試験では R. subcapitata への生長阻害を測定して抗菌剤除去率や除去速度を求めた。

は見られず、ゼオライト処理により R. subcapitata

TYL は初期濃度が 5 mg/L 以下および処理時間 1への生長阻害を引き起こす物質が生成されないこ時間で、どちらの鉱物でも除去率が 90％以上ととを確認した。

なった。また、鉱物への TYL の吸着を確認するた
1,000

し、その TYL 量を測定した結果、イライトでは80070％程度が、ゼオライトではほぼ全てが抽出され濃度 [ng/L]め、処理後の鉱物を抽出液と混合して TYL を抽出処理前
処理後
除去率

100806040040

OTC と CTC はどちらの鉱物でも除去可能である

20020が、ゼオライトの方が除去率は高く、鉱物接触処0でなく分解による可能性が示唆された。また、理にはゼオライトがより効果的であることが示された。結果として対象とした 3 種類の抗菌剤はゼ

図1

除去率 [%]

600なかったため、TYL の除去メカニズムは吸着だけ

ROX

CLR

LEV

SMX

SPD0

ゼオライト接触処理前後の抗菌剤濃度と除去率オライトで除去可能であり、除去速度を比較すると TYL＞OTC＞CTC の順であった。

1.4 水中プラズマ放電処理による抗菌剤除去および処理水の安全性評価

1.3 ゼオライト接触処理による抗菌剤除去および処理水の安全性評価

リアクタに下水処理水 500 mL を入れ、ガラス管内に線電極を挿入し、ガラス管内にアルゴンガ

岩手県内の浄化センターにて消毒処理前の下水スを注入した。線電極にパルス電圧を印加するこ処理水を採取し、液体クロマトグラフ−四重極飛とにより、ガラス管先端で生成する気泡内で放電行時間型質量分析装置および自動同定定量データを 3 時間発生させた。処理水中の抗菌剤濃度を測ベースシステム（AIQS-LC）を用いたターゲット定するとともに、処理水の短期毒性試験を行った。

スクリーシング法により、1 ng/L 以上として 5 種

プラズマ処理では、処理時間 3 時間ではどの抗類の抗菌剤を検出した。マクロライド系抗菌剤 2菌剤もほとんど分解除去された（図 2）。抗菌剤の種類（ロキシスロマイシン（ROX）、クラリスロマ

種類によらず適用できる点がゼオライト処理と異イシン（CLR））、ニューキノロン系 1 種類（レボなる。一方で処理水を用いた短期毒性試験では、フロキサシン）およびサルファ剤 2 種類（スルR. subcapitata へ著しい生長阻害が見られた。これ

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は、水中プラズマ放電によって生成された過酸化笹本誠、伊藤歩、粘土鉱物との接触処理による水素が主要因であると考えられ、今後は過酸化水

畜産廃水中抗菌剤の除去特性、土木学会論文集素の除去も同時に行うことができるよう検討する

G（環境）、77 巻、7 号、III_83-III_91（2021）必要がある。
2.2 学会発表

濃度 [ng/L]

800

処理前
処理後除去率600100（1）伊藤朋子、菊池一馬、岩渕勝己、石川奈緒、

80

伊藤歩、ユニークイオンに着目した下水処理水

60

除去率 [%]

1,000

中マクロライド系抗菌薬及びその類縁体の検索とゼオライトによる処理、第 2 回 環境化学物質

400

40200

20

（2）石川奈緒、小林大晟、加藤輔、野村咲希、伊0

藤朋子、岩渕勝己、高橋律久、笹本誠、伊藤歩、

0
図2

ROXCLR

LEV

SMX

SPD

水中プラズマ放電処理前後の抗菌剤濃度と除去率

3 学会合同大会（2023）

ゼオライトによる下水処理水中の抗菌剤除去と藻類を用いた生態毒性評価、第 59 回環境工学研
究フォーラム（土木学会）（2022）

1.5 まとめ（3）加藤輔、小林大晟、笹本誠、石川奈緒、伊藤

本研究では天然鉱物による接触処理と水中プラ

歩、伊藤朋子、岩渕勝己、高橋津久、ゼオライ

ズマ放電処理を検討した。イライトとゼオライト

トを用いた下水放流水中の抗菌剤除去に関するではゼオライトの方が抗菌剤除去に適しており、研究、2021 年度土木学会東北支部技術研究発表

実際の下水処理水においてもマクロライド系 2 種会（オンライン、2022）

類とニューキノロン系の LEV は除去される一方、（4）小林大晟、奥村颯吾、斎藤晴天、石川奈緒、サルファ剤 2 種類は除去できなかった。水中プラ

笹本誠、伊藤歩、粘土鉱物との接触処理によるズマ放電処理では全ての抗菌剤を分解除去可能で畜産廃水中抗菌剤の除去特性、第 58 回環境工学あるが、コスト面の問題に加え、処理水は過酸化研究フォーラム（土木学会）（2021）

水素濃度が高くそのまま水域環境へ放流すると藻（5）野村咲希、高橋克幸、榊原哲、笹本誠、石川類などに悪影響を与える可能性が示された。2 種奈緒、伊藤歩、伊藤朋子、岩渕勝己、高橋津久、類の除去処理法について利点や課題を抽出するこ

鉱物接触及びプラズマ放電による下水放流水中とができたため、今後実用性に向けて課題の改善

抗菌剤除去処理水の藻類への安全性評価、2021を実施する予定である。

年度土木学会東北支部技術研究発表会（オンライン、2022）

2．発表（研究成果の発表）（6）小林大晟、石川奈緒、笹本誠、伊藤歩、奥村

2.1 学術論文

颯吾、ゼオライトを用いた廃水中テトラサイク（1）石川奈緒、小林大晟、加藤輔、野村咲希、伊リン系抗菌剤の除去、環境科学会 2021 年会

藤朋子、岩渕勝己、高橋律久、笹本誠、伊藤歩、（オンライン、2021）

ゼオライトによる下水処理水中の抗菌剤除去と（7）Taisei Kobayashi, Sogo Okumura, Harutaka

藻類を用いた生態毒性評価、土木学会論文集 G

Saito, Nao Ishikawa, Makoto Sasamoto,（環境）、78 巻、7 号、III_297-III_306（2022）

Ayumi Ito, Removal of oxytetracycline and（2）小林大晟、奥村颯吾、斎藤晴天、石川奈緒、

chlortetracycline from swine wastewater using倉田奨励金研究報告書 第 52 集
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illite and zeolite, The Water and Environment
Technology Conference 2021（online, 2021）
2.3 受賞（1）2021 年度土木学会東北支部 技術研究発表会
技術開発開発賞
受賞者：加藤輔、小林大晟、石川奈緒、伊藤歩
発表題目：ゼオライトを用いた下水放流水中の抗菌剤除去に関する研究

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