宮城教育大学 環境教育研究紀要

第 18 巻 (2016)

有機汚濁と濁度の相関評価のための実験法の検討－水の濁りを観測するための簡易装置づくりとその利用－
三品佳子*・加藤慎也**・村松隆***

Examination of an Experimental Technique to Evaluate the Correlation between Organic Contamination
and Turbidity -Making and the Use of an Easy Device to Observe Impurities in WaterYoshiko MISHINA, Shinya KATO and Takashi MURAMATSU

要旨：閉鎖性淡水池（ため池）の汚濁の状況を視覚的に把握するために，青色発光ダイオードを用いて濁度を測定する簡易装置を製作した．この装置を使って，ため池の富栄養化・有機汚濁化と濁度との相関を調べた．
キーワード：ため池，有機汚濁，富栄養化，濁度

1. はじめに物プランクトン，動物プランクトン，微生物，植物の著者らは，閉鎖性淡水池（ため池）について，有機枯死により生じた微細な有機体（腐植質）などである．

汚濁・富栄養化，池内生態系による物質生産と浄化に

環境水の濁りは河川と湖沼で異なる．河川のような

１）

流水の濁度は，主に上流から運ばれてくる土粒子が原

池内では，植物プランクトンの発生と繁殖，食物連因となるが，ため池などの水塊の濁度は，鉱物質由来鎖過程での高次生産・分解によって，様々な形態の有よりもむしろ生物に起因する有機質が原因となる．特機物が池内に拡散していく．特に難溶解性の有機物がに，富栄養化が進行している水塊では，植物プランク停滞もしくは蓄積すると，水の透明度が低下していく．

トンの増殖により水の濁りが増加する．加えて，濁度

水の濁度は，水の透明度の低下の現状を表すものでの大きい停滞性の水塊には，病原性微生物など，人のあるが，池内生産性（光合成能力）の評価，水の有機健康に悪影響を及ぼすものも含まれる可能性もある．

汚濁の解釈，池内生態系のアクティビティ（汚濁化と人の暮らしに近接した水環境を保全するために，汚濁浄化）の解釈に有用な指標でもある．このような指標に関わる様々な指標のモニタリングが望ましい．

関わる体験型（実験）の教材づくりを行っている．

２）

は，体験型の学習（視認実験） を深めるのに役立つことから，本研究では，水の濁りを視認する実験装置

２． 簡易装置づくり

をつくり，有機汚濁と濁度の相関を調べ，ため池環境濁度は，工業用水試験方法３） で測定方法が定めらの実態把握と将来予測への利用を検討することとした．

れている．視覚濁度，透過光濁度，散乱光濁度，積分濁度は，水中に含まれる濁りの程度を示すものであ

球濁度など，測定原理によっていくつかの種類に区分る．可溶性の物質を水に溶かしても濁りがなく透明でされ，環境水の状態や用途によって使い分けられていあるが，水に難溶もしくは不溶の物質が分散すると，る．本研究では，視認による把握が容易になるように，その粒子の大きさと数によっては濁って見える．環境

散乱光を観測する方式の簡易装置づくりを検討した．

水の濁りの原因となる物質は，主に粘土性の物質（含ケイ酸塩），溶存物質が化学的に不溶化した物質，植* 宮城教育大学理科教育講座，** 宮城教育大学教職大学院，*** 宮城教育大学環境教育実践研究センター－ 25 －有機汚濁と濁度の相関評価のための実験法の検討

2-1． 光散乱観測装置③図１の試料管の外側（全体）を遮光ボックスで覆この観測装置は，図１に示すように，青色発光ダイい囲み，内部を暗くする．ボックスの一部に観測オードの光（ピーク波長 =465nm）を試料水の入った用の窓（破線で囲った部分）をつくり，散乱光の硝子製試料管（a）の底方向から図示するように照射し，強さ（輝度・明るさ）を肉眼で観測しやすくした．

試料水中の微粒子によって散乱される光（青色散乱光）の輝度・明るさを，ホルマジン標準液試（b）の輝度・

図２は，濁度の異なるホルマジン標準液に青色発光明るさと肉眼で比べることで，試料水の濁度を求めるダイオードの光をあて観測される光散乱の様子を示しものである．装置づくりは，次によう行った．

たものである．ホルマジン標準溶液として，400FAU,①直径 55mm のシリコン栓に２つの穴をあけ，そ200FAU, 100FAU, 50FAU, 25FAU, 12.5FAU, 6.25FAU,0FAU（精製水）（FAU: Formazin Attenuation Units（ホ

れぞれに青色発光ダイオードを埋め込む．

ルマジン減衰単位））の溶液を用意し，試料水の濁度②ダイオード発光部に，硝子製試料管の低部が固定されるように，シリコン栓上部の２つの穴に，そ決定に用いた．

れぞれセルホルダー（手作り，ポリエチレン製）
2-2. 手づくり光散乱濁度計を取り付ける．

図１の装置は，環境水の濁りの現状を簡単に視認で遮光ボックスab

きる．標準溶液列と目視による比較を通して濁りの把握（濁りの有無，濁りの程度）を行う．しかし，環境

長さ100㎜、外径10mm
硝子製試料管（栓付試験管）水の経日・経月変化の追跡，似通った環境にある試料水の濁度のわずかな違いを見るような場合には，利用上の限界がある．そこで，散乱光の強度をフォトトランジスターで読み取るデジタル型の安価な濁度計を製青色発光ダイオード作することとした．
50 mm

濁度計の製作にあたっては，以前，著者らが製作したクロロフィル蛍光光度計を参考にした４）．クロロシリコン栓

フィル蛍光光度計は，紫外発光ダイオードを使ってク

55 mm

ロロフィル溶液に紫外線を照射し，クロロフィル溶液
図１． 視認のための光散乱観察装置
図１ 視認のための光散乱観察装置
試料セルｂ ： ホルマジン標準液
ｂ ： ホルマジン標準液
a a: :試料セル
破線枠内が観察部位、試料管下部の青色発光ダイオード
破線枠内が観察部位、 試料管下部の青色発光ダイオード（λ～465nmの青色光) の照射で生ずる青色散乱光の明るさ（輝（λ～465nmの青色光）の照射で生ずる青色散乱光の明るさ度）を 濁度標準液と比較して、およその濁度を見積もる。
（輝度）を濁度標準液と比較して、およその濁度を見積もる。

から発する赤色蛍光の強度をフォトトランジスターで検出し，これをデジタルアンメーターで読み取る方式である．散乱光測定の場合も蛍光測定と原理的によく似ており，紫外発光ダイオードを青色発光ダイオードに交換すればよい．青色散乱光が最も感度よく測定できるように種々試行改良を重ねた結果，図３のような濁度計を製作した．２個の青色発光ダイオードを中央の試料管に向かい合って置き，両側より試料溶液に光を照射する．入射光軸と直角方向にフォトトランジスターを置き，試料溶液内の散乱光の強さを計測する．
このとき，フォトトランジスターに入射光が入らない

abcd

図2． 光散乱観察装置（図１）を用いて測定した
図2
光散乱観察装置(図１）を用いて測定した
ホルマジン標準液の光散乱
ホルマジン標準液の光散乱
a: １00 FAU, b: ５0 FAU, c: ２５ FAU, d: 12.5 FAU
a: １00 FAU, b: ５0 FAU, c: ２５ FAU, d: 12.5 FAU

よう発光ダーオードの発光部に光遮蔽板を置き，散乱強度のバックグラウンドを低下させた．

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宮城教育大学 環境教育研究紀要

第 18 巻 (2016)

500

散乱強度

4003002001000050100150200250300350400

Hormazine/ FAU
ホルマジン/ＦＡＵ

図４． 光散乱濁度計 （自作装置） を用いて測定したホルマジン
図４． 光散乱濁度計（自作装置）を用いて測定したホルマ
標準液の濁度ジン標準液の濁度

図３に示す装置を用いて測定したホルマジン標準液の検量線を図４に示す．濁度が 50FAU 以下（通常のため池の濁度範囲）の溶液でも，マイクロアンメーターで値 0 ～ 40 カウント（再現性のある有意な値）で計測でき，目視法に比べて高い精度の測定が行える．

図３

光散乱濁度計（自作装置）

a:試料セル部、散乱光検出部
３． 有機汚濁と濁度の相関

青色発光ダイオード（日亜化学、青色LED）、フォトトランジスター
図３に示した自作装置の測定感度は，市販装置（多（シャープ PT５５０F）、 ｂ：定電圧発生部(定電圧電源パーツ）、
ｃ：ACアダプター、 ｄ：マイクロアンメータ（MT-322C)
項目迅速水質分析計（セントラル科学））の感度（散乱強度の強さ）と同程度の実用的な装置であり，有機汚濁と濁度の相関を調べることが可能である．本研究では，自作した濁度計を使用し，ため池水の有機汚濁と濁度との相関を図５に示す手順で調べた．
池水
採水 ろ紙 ろ過
試料水
化学的酸素要求量（COD)測定

ワットマン（GF/F）
ろ過

植物プランクトン

溶存態

化学的酸素要求量（COD)測定
濁度測定

洗浄済 メンブレン
フィルターろ過

クロロフィル測定
溶解性化合物

化学的酸素要求量（COD)測定
濁度測定

図３． 光散乱濁度計 （自作装置）
図３ 光散乱濁度計（自作装置）
a: 試料セル部、 散乱光検出部
a:試料セル部、散乱光検出部
青色発光ダイオード （日亜化学、青色 LED）、フォトトランジスター
青色発光ダイオード（日亜化学、青色LED）、フォトトランジスター（シャープ PT ５５０F）、 ｂ：定電圧発生部 ( 定電圧電源パーツ）、（シャープｃ ： ACPT５５０F）、アダプター、 ｄｂ：定電圧発生部(定電圧電源パーツ）、： マイクロアンメータ （MT-322C）

ｃ：ACアダプター、ｄ：マイクロアンメータ（MT-322C)－ 27 －

図５．有機汚濁と濁度の相関調査のための実験手順
図５ 有機汚濁と濁度の相関調査のための実験手順

ため池（岩沼朝日山公園池「荒井堤」）水について測定結果を以下に示す．

クロロフ

素要求量測定

有機汚濁と濁度の相関評価のための実験法の検討

４． さいごに池水

本研究で取り上げたため池の有機汚濁は，水の富栄

ワットマンろ紙(No1) ろ過養化が原因している．富栄養化によって発生する植物

COD＝16 mg/L
濁度= ４8 FAU

試料水

プランクトン（水の濁りの原因）は，腐植質（難生物分解性有機物でフルボ酸やフミン酸のようなもの）を

ワットマン硝子フィルター（GF/F） ろ過増加させる．水の濁りは池内部への光を遮蔽し，好気粒径約１μm 以下

植物プランクトン的雰囲気を低下させ，池内生態系のアクティビティを溶存態

COD=６.４ mg/L
濁度= 8 FAU

クロロフィル量= 167 μg/L

下げる．結果として，水の生物浄化能力の低下をもたらす．ため池の濁度は，COD やクロロフィルなどのメンブレンフィルター (45μm)

素要求量
測定

溶解性化合物

有機汚濁・富栄養化関連項目とともに池の浄化能力に

COD=６.０
濁度= 8 FAU

関わる生態系のアクティビティの強さを推察しうる指標である．高価な濁度測定装置を購入しなくとも，手図６． 有機汚濁と濁度の測定結果
有機汚濁と濁度の測定結果
試料水図６： 岩沼朝日山公園池「荒井堤」 （H27.11.16 採水）
試料水：岩沼朝日山公園池「荒井堤」（H27.11.16採水)
ＣＯＤ測定はＣＯＤメーター（酸化還元電量滴定法） 使用、
ＣＯＤ測定はＣＯＤメーター（酸化還元電量滴定法）使用、クロロフィル量は、クロロフィル蛍光光度計 （ターナー型） をクロロフィル量は、クロロフィル蛍光光度計（ターナー型）を使用 （中性クロロフィル測定）
使用(中性クロロフィル測定）づくり装置で濁りの現状を視認でき，環境理解や環境の実態把握を行うことができる．

図６に示す測定結果から，ため池の汚濁の様子につ

引用文献
１）a）三品佳子・三好直哉・村松隆，2014，ため池

いて以下のことが推察された．
１）採水直後の試料水（大きなゴミを除去した水）の水中の溶存態有機物の分画と同定に関する実験法のCOD 値は１６mg/L である．ワットマン硝子フィル

開発（II）- 腐植物質の物性評価に関する簡易実験

ターで植物プランクトンを取り除いたろ液の COD

法 -，環境教育研究紀要，16, pp.1-6. b）三好直哉・

値は９ mg/L と低値化しており，ため池の COD の三品佳子・村松隆，2013, ため池水中の溶存態有機およそ 3 割が植物プランクトン由来ということになる．

物の分画と同定に関する実験法の開発，環境教育研

２）また，濁度は硝子フィルターろ過で 48FAU から究紀要，15, pp. 49-55.

8FAU へ減少しており，COD の低値化傾向と符号し２） a）三品佳子・加藤慎也・村松隆，2015, 視認性ている．

を重視したサイエンス教材の開発（１）- 二酸化炭

３）溶存態溶液をメンブレンフィルター（45 μm）で素の発生と性質に関する実験，宮城教育大学環境教

ろ過した溶液の COD 値は 6.0mg/L で，ろ過の前育研究紀要 , 17, pp.73-80．b）三品佳子・加藤慎也・の値 6.4mg/L と有意な差は認められない．加えて，

村松隆，2016，視認性を重視したサイエンス教材のメンブレンフィルターろ過前後での濁度の値（８開発（２）- オゾンの発生と性質に関する実験，宮FAU）も変わらない．溶存有機物による汚濁は，主城教育大学環境教育研究紀要，18，印刷中．

１）に腐植由来の難生物分解性有機物である．

３） JISK0101 工業用水試験方法，1998.
４）村松隆・早坂知恵・安達菜央，2007，湖沼の富栄養化状態の把握を目的としたクロロフィルの定量 蛍光光度計の試作とその利用 -，宮城教育大学環境教育研究紀要，7, pp. 84-90.

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