ISS N 1 346-7 32 8
国総研資料 第1210号
令 和 4 年 7 月

国土技術政策総合研究所資料
TECHNICAL NOTE of
National Institute for Land and Infrastructure Management

No. 1210

July 2022

陸上発生土に含まれる陰イオン界面活性剤の分解実験手法の留意点

内藤了二・秋山吉寛・岡田知也

Method for Measuring the Degradation of Polyoxyethylene Alkyl Ether Surfactants inSoil Excavated at Construction Sites

NAITO Ryoji, AKIYAMA B. Yoshihiro, OKADA Tomonari

国土交通省

国土技術政策総合研究所

National Institute for Land and Infrastructure Management
Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism, Japan

国土 技 術政 策 総合 研 究所 資 料
No. 1210

2022 年 7 月(YSK-N-461)

陸上発生土に含まれる陰イオン界面活性剤の分解実験手法の留意点

内藤了二 ＊ ・秋山吉寛 ＊ ・岡田知也 ＊＊要旨

陸上発生土は，海域の環境改善材として有効活用できる可能性がある．しかし，シールドトンネル工法から発生する土砂は界面活性剤を含むことが，水生生物の観点からは課題である．本研究では，土砂中の界面活性剤の分解特性を把握する実験的検討に先立ち，界面活性剤のうち代表的な主成分であるAES（ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩）に着目し，土砂中のAES の分解性を評価す
る実験手法に関する留意点を検討した．その結果，AES の土砂試料は含水比を液性限界に調整すること，溶出試験における振とう操作を5℃の冷暗所で実施すること，振とう時間は最低でも2 時間は必要であること等が示された．また，粘性土および砂質土でそれらの留意点を検証したところ，AESの分解量を適切に把握できる実験系であることが確認された．
キーワード：AES，分解，実験，陸上発生土，海域の環境改善＊＊＊

沿岸海洋・防災研究部
沿岸海洋・防災研究部

主任研究官
海洋環境・危機管理研究室長〒239-0826 横須賀市長瀬3-1-1 国土交通省国土技術政策総合研究所
電話：046-844-5019 Fax：046-842-9265 e­mail：ysk.nil-46pr@gxb.mlit.go.jpiTechnical Note of NILIM
No. 1210

July 2022(YSK-N-461)

Method for Measuring the Degradation of Polyoxyethylene Alkyl Ether Surfactants inSoil Excavated at Construction Sites
NAITO Ryoji*
AKIYAMA B. Yoshihiro*
OKADA Tomonari***

Synopsis

Soil excavated during construction is likely to be used for environmental improvements in marine
areas. However, soil excavated in conjunction with the use of a tunneling shield often contains
surfactants. In this study, we focused on polyoxyethylene alkyl ether surfactants (AES), which are
typically the main components of surfactants. We considered experimental methods to assess thedegradation of AES in soil. The results of a degradability experiment suggested that the following
procedures would facilitate AES degradation: (1) keeping the moisture content of the soil at the liquid
limit; (2) shaking the soil in a dark place at 5℃; and (3) shaking the soil in water for at least twohours. We then examined the use of these procedures with cohesive soil and sandy soil. We confirmedthat our experimental methods for assessing the degradation of AES could correctly quantify theextent of AES decomposition.
Key Words: Surfactant, AES, Degradation, Experiment, Soil, Marine Environmental Remediation* Senior Researcher, Coastal, Marine and Disaster Prevention Department** Head of Coastal Marine Environment Division, Coastal, Marine and Disaster Prevention Department
3-1-1 Nagase, Yokosuka, 239-0826 Japan
Phone: +81-46-844-5019 Fax: +81-46-842-9265

e-mail: ysk.nil-46pr@gxb.mlit.go.jp

ii

目

次

1. 研究背景と目的 ······································································ 1
1.1

研究背景 ········································································ 11.2

界面活性剤について ······························································ 11.3

界面活性剤を含む土砂の利用に関する研究課題 ······································ 2

1.4

本研究の目的 ···································································· 2

2. 分解実験手法の検討 ·································································· 3
2.1

AES を添加した土砂試料の作製方法 ················································· 32.2

メチレンブルー吸光光度法による AES の測定精度 ···································· 4

2.3

AES 水溶液保管について ··························································· 42.4

シリンジフィルターへの吸着 ······················································ 5

2.5

振とう時間および振とう操作環境 ·················································· 52.6

土砂試料の静置日数 ······························································ 6

2.7

AES の分解実験手法の留意点 ······················································· 7

3. 分解実験手法の適用性の確認 ·························································· 93.1

実験条件 ········································································ 93.2

分解実験手法の適用性の検討結果 ·················································· 9

3.3

今後の課題 ······································································ 9

4. 結論 ················································································ 10
参考文献 ··············································································· 10
付録 A AES の化学分析手法および実験に用いた機器 ········································ 11
付録 B 振とう溶出液中の水質指標（DOC, pH，ORP）の監視結果 ····························· 13

iii

iv

国総研資料 No. 1210

1. 研究背景と目的主成分とする気泡材を8倍発泡させて使用することとされている（シールド工法技術協会，2020）．排出された気1.1 研究背景
豊かな海域環境の次世代への継承のために生物の生泡材の混合土は時間とともに消泡していく．図-1.2には気泡材に使用されている主要な界面活性剤の種類を示

息場等の再生が求められている．また循環型社会の構築す（化学日報社，2019）．気泡材の主剤は，AESが多く利の観点から，建設副産物の有効活用が求められている．

用されており，気泡の持続性を保持するため助剤にAEが建設副産物の一つである建設発生土は，富栄養化した海用いられている．

域での覆砂材や干潟，藻場等の造成基盤材として，海域の環境改善材として有効活用できる可能性がある．
東京湾では浅場造成材に東京外郭環状道路工事の開(3)界面活性剤の分解性
界面活性剤は微生物によって分解される特徴がある

削工事で発生した掘削土を利用している（加藤，2016）．

（伊藤ら，1979；近藤ら，2019）．この点が、重金属やダ道路および浅場造成の事業者が連携し，建設発生土約イオキシン等の分解し難い物質との大きな相違点であ

550万m3のうち，浅場造成に140万m3有効活用している．

る．界面活性剤それ自体は洗剤等の主成分として使用さ大阪湾では窪地修復の覆砂材に，河川での掘削土を有効れているが，河川や海に排出される前に下水処理を経て活用している（内藤ら，2020a）．

いる．下水処理では，活性汚泥に含まれる微生物類のう

このように建設発生土の海域における環境改善材と

ち従属栄養細菌類による分解により，界面活性剤濃度をしての利用実績はあるものの，良質な環境改善材のより低減させている（ぎょうせい，1994）．

一層の確保のためには，有効利用の対象となる建設発生
土をさらに広げていくことが求められる．建設発生土の中で大きな割合を占めるのは，鉄道や道路，下水道等の

界⾯活性剤

陰イオン系

⾼級脂肪酸塩（⽯鹸）

シールドトンネル工事である．ところが，シールドトン
直鎖アルキルベンゼンスル
ホン酸（LAS）

ネル工法から発生する土砂には界面活性剤が含まれており，高濃度の場合には水生生物への影響がある（菊池，1993；大矢，2007）．

アルキル硫酸エステル塩（AS）

1.2 界面活性剤について(1)界面活性剤の特徴
界面活性剤は，液体に添加すると表面張力を低下させポリオキシエチレンアルキ
ルエーテル硫酸塩（AES）

る物質である．水溶液中で親水基が解離して生じるイオ

αーオレフィンスルホン酸（AOS）

ンの種類（吉村，1993）により，陰イオン界面活性剤，
非イオン界面活性剤に分類される（図-1.1）．これらの界面活性剤のうち，陰イオン系では，ポリオキシエチレン

⾮イオン系

アルキルエーテル硫酸エステル塩（AES），α－オレフィ
ンスルホン酸（AOS），非イオン系ではポリオキシエチレ

ポリオキシエチレンアルキ
ルエーテル（AE）

ポリオキシエチレンアルキ
ルフェニルエーテール（APE）

ンエーテール（AE）が気泡材に使用されている．
図-1.1(2)トンネル工事における界面活性剤の利用
界面活性剤のうちシールドトンネル工事の気泡材と界面活性剤の分類．灰色部分は気泡材に利用されている界面活性剤を示す．

して利用されているのが陰イオン界面活性剤である．気
気包材中の
界⾯活性剤

泡の持続性を維持するための助剤として使用されてい

主剤：陰イオン

るのが非イオン界面活性剤である．シールドトンネル工

ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩
Polyoxyethylene alkyl ether sulfate (AES)
C12H25EO3SO4Na

事における，気泡シールド工法は切羽およびチャンバー
助剤：⾮イオン

内に，気泡を注入しながら掘進する工法である．これにより切羽より発生する掘削土を気泡の添加によりスムーズに掘進することができる（木村ら，2020）．土質の性図-1.2状により気泡材添加量を管理するが，一般的にはAESを-1-

ポリオキシエチレンアルキルエーテル
Polyoxyethylene alkyl ether (AE)C12H25O(CH2CH2O)6H

主要な界面活性剤の種類

陸上発生土に含まれる陰イオン界面活性剤の分解実験手法の留意点/内藤了二・秋山吉寛・岡田知也

陰イオン界面活性剤の一つである AES は，水温 15℃

土砂中のAESの分解性を評価する実験手法に関する留意条件では 5 日で AES 残存率が 1%，10℃条件では 9 日目

点を検討することを目的とする．なお，本稿は，内藤ら

で 1%の生分解性のある化学物質であり，下水処理の過（2020b）及び内藤ら（2021）の内容をもとに補足説明し

程では 93％から 95％の AES が生分解される（日本石鹸

たものである．そのため，本研究を引用する際には，内洗剤工業会，2011）．

藤ら（2020b）及び内藤ら（2021）も参考文献に挙げられたい．

1.3 界面活性剤を含む土砂の利用に関する研究課題
前述のように洗剤等に含まれる界面活性剤は下水処理を経由することによって低濃度化されるが，界面活性剤を含む土砂を海域で利用する場合，下水処理による分解過程を経ることなく海水中へ直接投入することは，水生生物への影響が懸念され，問題である．そのため，界面活性剤を含む土砂の投入前には，土砂中の界面活性剤
濃度を測定し，水生生物への影響が無い濃度であることを評価する必要がある．特に，環境改善材として陸上建設発生土を活用する際には，この評価は重要となる．
一方で，土砂に含まれる界面活性剤の濃度を低減させる方法としては，界面活性剤の分解特性を利用する目的
で土砂を海域へ投入する前に一定期間仮置きし，生分解を促すことが考えられる．この方法の実用に向けては，
土砂性状や気温等の種々の環境条件が異なる仮置状況
における界面活性剤の生分解特性を把握しておく必要がある．
そこで著者らの一連の研究では，気泡材に使用されている代表的な主成分である陰イオン界面活性剤のうちAES（ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩）にまず着目し，土砂中の界面活性剤濃度の分解性を評価することを研究課題とした．ところが，既往研究では，陰イオン界面活性剤の AES を気泡させて土砂に添加する
標準的な実験手法は存在しないため，土砂試料の作製，静置方法，土砂中 AES 濃度の分析方法など，実験における各操作過程の妥当性を検討しなければならない． AESの化学的な特徴として，分解速度が比較的早いため温度による分解により，実験操作中の濃度低減が懸念される．
いわゆる疎水性有機化合物とは異なる化学特性である
ため，実験操作中に AES の濃度変化が生じない実験系を設計しなければならない．
1.4 本研究の目的
AESを含む土砂を海域で有効活用するためには，土砂中の分解特性を定量的に把握する必要があるが，土砂中の界面活性剤の分解特性に関する研究はそれほど多くなく，先述したとおり実験手法も確立されていない．そこで本研究では，分解実験手法の確立に資するために，界面活性剤のうち代表的な主成分であるAESに対して，-2-

国総研資料 No. 1210

2. 分解実験手法の検討

積増加率（発泡率），RV：発泡した AES 水溶液と土砂の体積比 ( %v/v) である．

分解特性を評価する実験手法の留意点として，陰イオ

本研究では，現場で一般的に使われる値を参考にして

ン界面活性剤のひとつであり，気泡材に使用されている

mAES /V ＝ 400 mg/L，F = 8，RV = 30 とした．この場合のAES を添加した土砂試料の作製方法（2.1 節），メチレン

CAES は 400×100×8 / 30 = 10.67×103 mg/L= 10.67 mg/mL

ブルー吸光光度法による AES の測定精度（2.2 節），AESとなる．エマール 20C は 25% （250 mg/mL）であるので水溶液保管方法（2.3 節），シリンジフィルターへの吸着（表-2.1），4.267%に希釈することになる．

（2.4 節），振とう時間および振とう操作環境（2.5 節），

土砂の体積 V に対する水溶液の容積は式(2)で与えら

土砂試料の静置日数（2.6 節）を検討した．

れる．V = 0.5 L の土砂に対しては，W = 0.5×30 / 100 / 8= 18.75×10-3 L となり，0.8×10-3 L のエマール 20C を

2.1 AESを添加した土砂試料の作製方法(1)課題および目的
分解実験における試料毎のサンプリング誤差を極力

17.95×10-3 L の純水で希釈した AES 水溶液を用いることになる．

低減させるためには，均一な試料を作製する必要がある．

容器に上記の方法で得られた粘性土または砂質土をしかし，土砂に AES を均等に添加することは容易ではな

入れ，AES 水溶液を加えた後に，へらを用いて混合した．

い．そこで本検討では，土砂に AES を均等に添加する方

また，均等な混合を促すため純水を加えた．その際，水法を確立することを目的とする．

量に留意した．土砂中の AES の均等さは気泡の偏りの程度に基づき評価した．

(2)方法
AES としてエマール 20C（花王株式会社）を使用した(3)結果
粘性土の場合，発泡化したAESを土砂に混合しただけ（表-2.1）．土砂には粘性土および砂質土の 2 種類を用いた（表-2.2, 表-2.3）．粘性土（西嶋ふるい黒土：西嶋

では，泡と土砂が均等に混じり合わず偏りがみられた．

建設興業）は神奈川県相模原市の黒土であり，使用前にそこで，液性限界付近まで純水を追加し液性限界付近に2 mm のふるいを用いて木片や石などの不純物を除去ししたところ，泡と土砂が均等に混じり合い，気泡の偏り

た．砂質土（豊浦硅砂：豊浦硅石鉱業株式会社）は旧 JISがなくなっていた．一方，砂質土の場合は，発泡したAES

Z 8801 の豊浦標準砂と同等の品質を持つ人工的な粉砕をを土砂に混合したところ，泡と土砂が容易に混じり合い，

施していない天然のシリカサンドで，0.3 mm のふるいを粘性土ほど厳密な加水調整が不要であった．
したがって，粘性土および砂質土を用いて，AESの濃通過させたものである．
溶媒は Milli-Q Advantage A10（メルクミリポア社製）

度が均等な土砂試料を作製するためには加水調整が必

で 精 製 し た 超 純 水 を オ ー ト ク レ ー ブ 装 置 （ Autoclave

要であり，特に粘性土の場合は，液性限界付近での厳密SP300，ヤマト科学株式会社製）用いて滅菌した．溶媒中

な加水調整が必要であった．なお，後述する振とう溶出に含まれる微生物の影響を避けるため，温度：121℃，時試験において正確な溶出量を分析するためには，振とう

間：30 分，圧力：約 0.1 Mpa の条件で滅菌処理をした．

溶出操作時の液相の量から液性限界付近にするためになお，本研究における以後の滅菌処理は同様の処理をし加えた水の量を差し引く必要がある．また，土の湿潤状ている．

態を観察しておくことが望ましい．

土砂に添加する AES の濃度 CAES （mg/L）は式（1）で与えられる．

C AES W 

m AES m AES 100  F


W
V
RV

（式 1）

V  RV100  F

（式 2）

ここで， mAES：AES の重量(mg)，W：AES 水溶液の容積（L），V：土砂の体積（L），F：AES 水溶液の発泡時の体-3-

陸上発生土に含まれる陰イオン界面活性剤の分解実験手法の留意点/内藤了二・秋山吉寛・岡田知也

表-2.1

AES（エマール 20C）の化学性状項目を使用した．
メチレンブルー吸光光度法の検量線はドデシル硫酸

諸元ナトリウム（CH3(CH2)11OSO3Na；以下，SDS と示す）に成分

ポリオキシエチレン（3）ラウリルエーテル硫酸ナトリウム
塩化ナトリウム（添加物）

含有量

25%

質が全て SDS であると仮定し，求めた濃度を MBAS mg/L

化学式

C12H25EO3SO4Na

CAS番号

9004-82-4

物理的状態ついて作成した．本分析手法ではメチレンブルー活性物で表した．エマール 20C の分子量から SDS の濃度を換算すると，希釈した後のエマール 20C の AES の濃度 E

液体(mg/L) は 0.69E (mg/L) MBAS となる．これから，AES の

色

淡黄色透明

臭い

わずかな（若干）特異臭pH

7 ～8（1%水溶液）

濃度 1.0 mg/L と 0.4 mg/L は，それぞれ 0.69( mg/L) MBAS

1.051 g/mL （30 ℃）と 0.28(mg/L)MBAS となる．

密度
水溶解性

溶解

測定精度として，一般的な精度に加えて，真度についても確認した．精度は測定値のばらつきを示すものであ

表-2.2
土試料種類

n

砂質土

粘性土

土砂試料の粒度組成

り，真度は測定値の偏りを示すものである．
50%粒径

粒度組成（%）
礫質

粗砂

中砂

細砂

シルト

粘土

mm

1

0.0

0.0

4.8

90.8

2.5

1.9

0.178

2

0.0

0.0

7.8

85.8

4.2

2.2

0.189

3

0.0

0.0

3.5

81.4

10.9

4.2

0.158

1

0.0

0.5

3.3

8.1

44.9

43.2

0.0071

2

0.0

0.6

3.4

7.2

44.6

44.2

0.0069

3

0.0

0.6

3.6

6.9

44.1

44.8

0.0066（3）結果および考察
AES の濃度分析の真度および精度の結果を表-2.4 に示す．メチレンブルー吸光光度法による AES の濃度の測定値の範囲および平均値±標準偏差は，AES の添加濃度が 1.0 mg/L (0.69 mg/L MBAS) の場合 0.66～0.77(mg/L)
MBAS および 0.714 ± 0.041(mg/L) MBAS，0.4 mg/L (0.28表-2.3(mg/L) MBAS の場合 0.21～0.30 (mg/L) MBAS および土砂試料の物理・化学特性
土の密度

含水比

塑性限界

液性限界 全有機炭素量

g/cm

3

%

%

%

g/kg dry

0.252 ± 0.029 (mg/L) MBAS であった．

土試料種類

n

砂質土

1

2.65

0.1

－

－

0.26

2

2.64

0.1

－

－

0.25

3

2.61

0.1

－

－

0.17

1

2.43

91.9

48.6

108

79

2

2.41

91.6

49.7

108

79

3

2.44

91.8

50.0

107

79

MBAS の濃度の測定値は AES の濃度が低い方が真値

1

2.46

95.0

50.7

111

90

2

2.44

95.2

50.2

110

89

から大きくずれた．MBAS の濃度の分析値を解釈する場

3

2.44

96.2

50.6

112

87

粘性土

粘性土（滅菌）MBAS の濃度の真度は，AES の濃度が 1.0 mg/L の場合
104.8%，0.4 mg/L の場合 89.3%であった．また，測定精度は，AES の濃度が 1.0 mg/L の場合 5.8%，0.4 mg/L の場合 11.6%であった．

合は，この真値からのずれを考慮する必要がある．JIS
K0102 のメチレンブルー吸光光度法における精度は 5～2.2

メチレンブルー吸光光度法によるAESの測定精度(1)課題および目的
AES 濃度はメチレンブルー吸光光度法で測定される．

10％である．本検討の測定精度は，濃度 1.0 mg/L の場合
では JIS の測定精度を満たしたが，濃度 0.4 mg/L の場合
は JIS の測定精度を満たさなかった．よって，定量下限

分解実験では，生分解によって AES の濃度が大きく低下

値付近では，10%以上の変動が生じることを認識しておすることにより，定量下限値付近の AES 濃度を分析する

く必要がある．

ことが想定される．そこで本検討では，メチレンブルー
2.3 AES水溶液保管について(1)課題および目的分解特性を評価するための試料の作成には，振とう溶

吸光光度法の定量下限値付近における測定精度を事前に把握することを目的とする．

出試験後にろ過作業を行うなど 1 日を要する．そのため，(2)方法
メチレンブルー吸光光度法の定量下限値は 0.05(mg/L)

分析が翌日以降になることがあるが，分析までの試料の保管中に試料中の AES の分解が生じることは避けなけである．そこで，AES の濃度が 1.0 (mg/L)および 0.4 (mg/L)

ればならない．そこで本検討では，5℃以下の冷暗所でのの水溶液をそれぞれ 250 mL 作製した．両水溶液から無AES の保存性（ぎょうせい，1994）を確認することを目

作為に 0.25 ml を 5 回ずつ採水して，以下の分析に供し的とする．

た．分析には吸光光度計（V-550；日本分光株式会社製）-4-

国総研資料 No. 1210

(2)方法
0.625 mg/L の AES 水溶液を 3 つのガラス容器に入れ

表-2.5てそれぞれ密閉し，温度 5℃の冷暗所に入れ，各水溶液

冷暗条件における AES 水溶液濃度の結果

IDの AES の濃度を実験開始から 0 日目，2 日目，5 日目に測定値（ mg/L）M BAS
0日目

2日目

5日目

測定した．本試験では微生物以外の分解影響を調べるた

1

0.58

0.65

0.60

め，滅菌処理をした純水を水溶液の溶媒として用いた．

2

0.61

0.56

0.75

つまり，AES の分解を測定するには，生分解に影響する

3

0.65

0.67

0.68

平均値

0.61

0.63

0.68

標準偏差(±)

0.04

0.06

0.08

微生物を除去しないと正確な AES の分解量を評価できないそのため，滅菌処理した溶媒および容器を用いることとした．
(3)結果および考察
3 回の繰り返しのうち，AES の濃度(MBAS)が 0 日目と比べて低下したケースは 2 日目の 1 ケースだけであった

2.4 シリンジフィルターへの吸着(1)課題および目的
固液分離におけるろ過操作において，シリンジフィル

が，5 日目を含むその他のケースでは低下しなかった（表ターを用いる．本検討では，シリンジフィルターに AES-2.5）．2 日目および 5 日目の MBAS の平均値は，0 日目

が吸着しないことを事前に確認することを目的とする．

の MBAS の平均値と比べて，それぞれ 0.02 mg/L および(2)方法
シリンジ型の親水性メンブレンシリンジフィルター0.07 mg/L 増加していた．しかし，その増加の程度は各日の不偏標準偏差（2 日目 0.06 mg/L；5 日目 0.08 mg/L）

Supra Pure（リーセンテック株式会社製）を用いて，注射の範囲内であり，有意な増加ではなかった．
AES 水溶液は作成からろ過までの作業を速やかに行器により手動で加圧してろ過を行った．フィルターの材い,分析開始までの間，暗所で操作することにより，微生質は親水性 PTFE（メンブレン），孔径 0.45 μm，直径 25

物以外の分解作用はないと考えられる．そのため 5℃以

mm である．濃度 6.3 mg/L の AES 水溶液をろ過し，ろ過下にすると，微生物分解はしないことが，既往の研究で前後で AES 水溶液の濃度を各 3 回分析し，分析値の 95％判っている（ぎょうせい，1994）．したがって，5℃の暗信頼区間を比較した．

所にすれば，微生物があっても分解を生じさせることな(3)結果
未ろ過試料およびろ過試料の比較結果を表-2.6 に示く保存できると考えられる．なお，分析試料の保管期間
は，AES の濃度変化による安全をみて 2 日以内が望まし

す．AES の濃度(MBAS)の 95%信頼区間は，ろ過前 3.7～

いと考えられる．
表-2.4

4.1(mg/L) MBAS，ろ過後 3.2～4.4 (mg/L)MBAS であり，前者の範囲は後者の範囲に含まれ，ろ過後の濃度が常に

AES の濃度分析の真度および測定精度
ID

ろ過前より低くなる関係は確認されなかった．これらの結果から，本実験ではシリンジフィルターへの AES の過測定値 mg/L (M BAS)
1.0mg/L (AES)

度な吸着は起こっていなかったと考えられる．したがっ

0.4mg/L (AES)て，ろ過操作においてシリンジフィルターを用いても
1

0.66

0.24

2

0.68

0.25

3

0.77

0.30

4

0.71

0.21

5

0.76

0.27

平均値

0.72

0.25

標準偏差

±0.041±0.029

測定精度

5.8%

11.6%

AES の吸着による濃度変化の影響はないと考えられる．
2.5 振とう時間および振とう操作環境(1)課題および目的
AES の分解量は，AES を添加した土砂試料を一定期間静置した後の土砂試料中の AES の残存量から求める．しかし，土砂試料中の AES の残存量を直接測定する方法が無いため，振とう溶出試験を行い，溶出量から AES の残存量を推定することとした．振とう溶出試験では，AES濃度が平衡に達する時間の把握が重要であるが，土砂試料に含まれる AES の振とう溶出試験に関する情報は多-5-陸上発生土に含まれる陰イオン界面活性剤の分解実験手法の留意点/内藤了二・秋山吉寛・岡田知也

くない．また，振とう溶出試験中に AES の分解を生じさ

表-2.7

振とう時間および操作環境の設定条件

せない工夫として，5℃の冷暗所での振とう溶出試験を項目

条件実施する方法を考案した．

5 ℃に管理下冷暗所

設定温度条件

そこで，本検討では，AES 濃度が平衡に達する時間にAES（エマール20C)

界面活性剤

ついて検討すること，および，振とう溶出試験中に AES

土試料1Lに対しAES 400mg

添加量の分解を生じさせない方法として，5℃の冷暗所での振土試料

粘性土及び砂質土

とう溶出試験の有効性を確認することを目的とする．

水試料

純水（AES添加時及び加水時に使用）

振とう時間

0.5時間，1時間，2時間，3時間，4時間，5時間，6時間(2)方法
表-2.7 に振とう時間および操作環境の設定条件の一振とう条件

水平振とう，振幅45mm ，回転数250r/min

固液比

乾燥重量体積比：3％（溶媒は純水）

覧を示す．2.1 節で作製した粘性土および砂質土に対し滅菌処理使用する容器は界面活性剤の分解を防止のためオートクレーブ滅菌処理て，7 段階（0.5，1，2，3，4，5，6 時間）の時間で振とう操作を行い，溶出液を分析した．振とう機は TS-10（タ表-2.8

分解を確認するための静置日数の検討条件

イテック株式会社製）を使用した．固液比は水底土砂判
項目定基準を参考に 3：100 とした．振とう操作に使用するガ条件

ラス容器による AES の分解を防止するため，滅菌処理さ

温度設定

15℃及び25℃れたガラス容器を用いた．振とう操作は暗条件かつ 5℃

界面活性剤

AES

冷蔵室で行った．

添加量

推奨添加量（土試料1Lに対しAES 400mg）

土試料

砂質土及び粘性土(3)結果
砂質土および粘性土ともに，振とう操作後の溶液中の水試料

純水（AES添加時及び加水時に使用）

測定時間

0日，2日，4日，7日，9 日，11日，15日の7段階

AES 濃度（溶出液濃度）は，2 時間まで増加していたが，固液比

乾燥重量体積比：3％（7.5g-dry，250mL）

以降は粘性土，砂質土ともほぼ横ばいであった．（図-振とう時間2.1）．砂質土および粘性土ともに，2 時間の振とう時間

備考

2時間①実験に用いる水試料及び容器はAESの分解を防ぐため滅菌して使用した．

で平衡状態に達しているとみなせることから，最低でも②容器を密閉した状態とするバッチ式とした．

2 時間の振とう時間は必要であると考えられる．また，③恒温槽を用いて設定温度で養生した．

両試料ともに振とう 2 時間以降に AES の濃度が顕著に④振とう操作はAESの分解を抑えるために冷蔵室（約5℃）で実施した．

減少していなかったことから，両試料ともに 5℃の冷暗所で振とう操作を行うことによって，振とう操作中の分解を防ぐことができるものと考えられる．

表-2.6

2.6 土砂試料の静置日数(1)課題および目的
AES の分解は土質性状によって異なると考えられる．
また，分解実験に供する試料の静置期間は，AES 濃度が未ろ過試料とろ過試料の比較結果
n

定量下限値未満に達するまでの期間内である．この期間測定値（M BAS mg/L）
未ろ過試料

ろ過試料

1

4.0

4.5

2

3.7

3.4

3

3.9

3.4

平均値

3.9

3.8

標準偏差(±)

0.2

0.6

95%信頼区間

3.7〜4.1

3.2〜4.4

を土質条件に応じて設定できれば，実験を効率的に（無駄に長い静置期間をとることなく）行うことができる．
そこで本検討では粘性土と，砂質土に対し AES の分解を適切に評価するために必要な静置日数を把握することを目的とする．
(2)方法
2.1 節で作製した粘性土および砂質土を密閉容器に入れ，15℃および 25℃の恒温槽内に，0，2，4，7，9，11，15 日間静置した．各静置時間経過後に，振とう操作を行い，溶出液をメチレンブルー法により分析した（表-2.8）．

-6-

国総研資料 No. 1210

静置期間の土砂中の AES 残存量の推移は，静置後の土砂に溶媒を加えた試料を冷暗所で 2 時間の振とう操作を行

100

振とう溶出液濃度（ mg/L）MBASい，振とう溶出液濃度(mg/L)MBAS の変化より把握することとした．
(3)結果
粘性土 25℃条件の場合，初期濃度は 10(mg/L) MBASであった（図-2.2）．静置 4 日目に溶出液濃度は 1 桁減
少し，7 日目に 0.5(mg/L)MBAS を下回り，9 日目以降に定量下限値 0.05(mg/L)MBAS 以下になった．粘性土 15℃
条件の場合は，9 日目に 1 桁濃度が減少した．15 日目では 0.1(mg/L) MBAS であった．

粘性土-15℃
粘性土-25℃

10

1

定量下限値

0.1

0.01
0

砂質土の場合，初期濃度は 3(mg/L)MBAS であり，両温度条件共に初期から 15 日間の静置では一定の溶出液

5
10
15
20
土砂試料の静置日数（day）

濃度で推移しており，顕著な分解は生じておらず，AES

図-2.2

は安定的に残存した（図-2.3）．

灰色丸印は定量下限値未満の値を示す．

静置日数と振とう溶出液濃度の関係（粘性土）

これらの実験結果より，AES 濃度が定量下限値未満に達するまでに必要とされる静置期間は，温度および土砂試料の種類によって異なっており，粘性土 15℃の場合は15 日程度，25℃の場合は 9 日程度であると考えられる．

100
振とう溶出液濃度（ mg/L）MBAS

一方，砂質土の場合は，温度条件に依らず，AES の分解
速度は粘性土と比べて相対的に遅く，15 日以上の静置期間が必要である．これらは各土質性状および温度における分解実験に供する試料の静置期間の参考値である．

振とう溶出液濃度（MBAS mg/L）

20
粘性土
平衡状態

15

砂質土

10

1

0.1

砂質土-15℃
砂質土-25℃

0.01
0

図-2.3

10

5
10
15
20
土砂試料の静置日数（day）

静置日数と振とう溶出液濃度の関係（砂質土）

2.7 AESの分解実験手法の留意点
2.1 節から 2.6 節での検討結果から，分解実験に関する5

留意点を以下に示す．
・AES が均一に混合された土砂試料を作製するためには，

0
0

2

4

6

8

混合時の土試料の含水比を液性限界付近に調整するこ

振とう時間（hour）

図-2.1とが肝要である．その際，振とう操作の液相の水の量から，含水比調整分の水を差し引く必要がある．また，土

振とう時間と振とう溶出液濃度の関係の湿潤状態を観察しておくことが望ましい．
・メチレンブルー吸光光度法における分析では，定量下限値付近で 10%以上の変動が生じることを認識することに留意する．

-7-

陸上発生土に含まれる陰イオン界面活性剤の分解実験手法の留意点/内藤了二・秋山吉寛・岡田知也

・AES の分析試料（水溶液）の分解を防ぐために，5℃以下の冷暗所で保管することに留意する．保管期間は AESの濃度変化による安全をみて 2 日以内が望ましい．
・固液分離操作においてシリンジフィルターへの AES の
過度な吸着は起こっていなかったと考えられる．したがって，ろ過操作においてシリンジフィルターを用いてもAES の吸着による濃度変化の影響はないと考えられる．
・砂質土および粘性土ともに，2 時間の振とう時間で平衡状態に達していることから，最低でも 2 時間の振とう操作が必要であることに留意する．なお，5℃の冷暗所で振とう操作を行うことによって，振とう操作中の分解を防ぐことができる．
・AES の分解に要する静置期間は，温度および土砂試料の種類によって異なっており，粘性土 15℃の場合は，15日程度，25℃の場合は 9 日程度の静置期間を設定することで，定量下限値未満となる日数を適切に評価できると考えられる．一方，砂質土の場合は，温度条件に依らず，
AES の分解速度は粘性土と比べて相対的に遅く，15 日以
上の静置期間が必要である．

-8-

国総研資料 No. 1210

3. 分解実験手法の適用性の確認

表-3.1

3.1 実験条件
2 章で示した分解実験手法の留意点の妥当性を確認す

分解を確認するための実験条件

項目

条件

界面活性剤

るため，温度条件を 2 条件とした分解実験を行った．実

AES

土試料

粘性土，砂質土ール 20C を使用した．土砂試料は，粘性土および砂質土

添加量

推奨添加量（土試料1L に対し400mg）とした．温度条件は，15℃および 25℃とした．静置日数

水試料（加水時）は，2 章での検討結果を踏まえ，粘性土の場合は，15℃

静置日数

験条件を表-3.1 に示す．界面活性剤は 2.1 節同様にエマ

純水
粘性土
純水15℃：0,2,4,7,9,11,14,16,18,21,23日目
純水25℃：0,1,2,4,7,8,9,11日目

条件で 23 日，25℃条件では 9 日とした．砂質土の場合は，15℃および 20℃条件ともに静置期間は 28 日とした．

砂質土
各ケース：0,4,9,14,21,28日目
各ケースに対してn=3 で実施

固液比は 3%，振とう条件は振とう幅 4－5 cm とし，1分間に 2500 回転とした．振とう時の溶媒試料は純水と15 ℃，25℃（純水）

温度設定

した．AES の定量は，メチレンブルー吸光度法を用いて，固液比（振とう溶出時） 乾燥重量体積比：3%（7.5g-dry，250mL）

吸光光度計（セル長 10 mm）により定量した．定量下限

振とう溶出時間値は 0.05 (mg/L) MBAS である．

2時間

水試料（振とう溶出時） 純水

3.2 分解実験手法の適用性の検討結果
粘性土における静置日数と AES 溶出液濃度の関係を
図-3.1 に示す．温度条件 15℃および 25℃の両ケースと100
102

もに，静置時間の経過に伴い，AES 溶出液濃度は片対数

粘性土15℃

上で線形に減少していた．25℃条件では，9 日目で定量

粘性土25℃

溶出液濃度（MBAS mg/L）

下限値未満に達していた．15℃条件では，23 日で定量下限値未満に達していた．AES の分解は，強い温度依存性があった．これらの関係から土砂に含まれる AES の温度
別の分解速度を算定することができる．
砂質土における静置日数と AES 溶出液濃度の関係を
図-3.2 に示す．温度条件 15℃および 25℃の両ケースと線形回帰直線（15℃）

10101

線形回帰直線（25℃）

1010

10
0.1-1

定量下限：0.05mg/L

もに，静置時間が経過しても，AES 溶出液濃度は減少しなかった．砂質土の場合，土砂に含まれる AES は分解し

10-2
0.01
0

ない（分解が非常に遅い）と考えられる．

10

20

30

40

静置日数（Day）

これらの実験結果により，粘性土の場合における分解
図-3.1

実験手法を確認したところ，静置日数の経過とともに粘性土における静置日数と振とう溶出液濃度の関係

AES の濃度が低減しており，分解量を評価できるものと考えられる．なお砂質土の場合では，粒度組成の条件が異なるため，AES の分解挙動に違いが生じているものの，
2.6 節での検討結果と同様の傾向であり分解実験の適用性はあると考えられる．
3.3 今後の課題
粘性土および砂質土の結果より，AES の分解には土質性状の違いが影響するものと考えられる．しかしながら，その要因の特定には，有機物量，土中の細菌類の多寡に着目した実験により解明をしていくことが今後望まれる．

-9-

陸上発生土に含まれる陰イオン界面活性剤の分解実験手法の留意点/内藤了二・秋山吉寛・岡田知也

加藤健治（2016）：東京湾外かく環状道路（千葉県区間）

10110

溶出液濃度（MBAS mg/L）

における建設発生土の利活用‐港湾事業との連携‐，土木学会誌，Vol. 101，No.7，pp.14－17.
菊地幹夫（1993）：界面活性剤の生分解性および水生生物

1010

に対する毒性，水環境学会誌，16 巻，5 号，pp.10－
15.
化学工業日報社（2019）: 2019 年版

砂質土15℃0.1-110

線形回帰直線（15℃）

木村志照・三浦俊彦・鈴木一明・保高徹生・野田泰史・

線形回帰直線（25℃）

0.01
10-2

0

10

20

30

足立とう子・高橋宏和（2020）: 気泡シールド工事で40発生する気泡混合土の環境影響評価，材料 Vol.69，

静置日数（Day）

図-3.2

17019 の化学商品，

pp.1400－1408.

砂質土25℃

No1，pp.47－52.

砂質土における静置時間と振とう溶出液濃度

ぎょうせい（1994）: Q＆A 水環境と洗剤（社）日本水環の関係

境学会編集，pp.149.
近藤俊介，高畑陽，西田与志雄（2019）：気泡混合土に含まれる界面活性剤の溶出試験方法に関する基礎的4. 結論

検討，第 25 回 地下水・土壌汚染とその防止対策に関する研究集会.
シールド工法技術協会（2020）:気泡シールド工法－技術

本研究では，シールドトンネル工事掘削の際に用いら

資料－ 2020，pp.23.

れる界面活性剤のうち陰イオン界面活性剤（AES）に着

内藤了二・宇野健司・酒井康彦・中村由行（2020a）：閉

目し，土砂試料中の AES の分解特性を評価するための実

鎖性内湾における窪地修復に用いる土砂の品質管験手法に関する留意点を示した．また，粘性土および砂理を含めた順応的工程管理，土木学会論文集 B3（海質土でそれらの留意点を検証したところ，AES の分解量洋開発）,Vol.76，No.2，Ⅰ_756－Ⅰ_761.

を適切に把握できる実験系であることが確認された．

内藤了二・秋山吉寛・吉村香菜美・萩野裕基・田村明・

今後は本研究で提案した実験手法に基づき，AES の分

岡田知也（2020b）：陸上発生土に含まれる陰イオン

解特性について微生物および有機物などの条件を変化

界面活性剤（AES）の分解および吸着に関する実験

させた実験系で検討を行なう予定である．

手法の検討，土木学会論文集 B3（海洋開発），Vol.76，

本実験の手順の詳細を付録にまとめている．付録 A にNo.2，Ⅰ_750－Ⅰ_755．

AES の化学分析手法および実験に用いた機器を示した．

内藤了二・秋山吉寛・萩野裕基・新井功・田村明・岡田

付録 B には，振とう溶出液の水質指標（DOC，pH，ORP）

知也（2021）：土砂に含まれる陰イオン界面活性剤のの監視結果を示している．

分解特性の基礎的検討，土木学会論文集 B3（海洋開発），土木学会論文集 B3（海洋開発），Vol.77 _Ⅰ_607（2022 年 6 月 2 日受付）

－Ⅰ_612．
日本油化学会（2012）油脂・脂質・界面活性剤データブ
ック，丸善出版株式会社，pp.679.

参考文献
大矢勝（2007）：水環境系に対する界面活性剤の影響，オ

日本石鹸洗剤工業会（2011）: ポリオキシエチレンアル
キルエーテル硫酸塩（AES）のヒト健康影響と環境

レオサイエンス，第 7 巻，第 1 号，pp.19－26.

影響に関するリスク評価結果について pp. 28.

伊藤伸一・節田節子・宇都宮暁子・内藤昭治（1979）：化

吉村孝一（1993）：化学物質としての界面活性剤－その基学物質の生分解度試験に関する研究（第 2 報） 発生
CO2 を指標とした界面活性剤の生分解性の検討，油本的理解のために－，水環境学会誌，16 巻，5 号，化学，第 28 巻，第 3 号，pp.194－204.

pp.2－9.

- 10 -

国総研資料 No. 1210

付録A

AESの化学分析手法および実験に用いた機器

AES の化学分析の手法を図-A.1 に，使用した試薬一覧を表-A.1 に示す．

分液ロート

ー

メ
チ
レ
ン
ブ
ル
溶
液
の
洗
浄

100mL（分液ロートA）
200mL（分液ロートB）
H2O 25mL（分液ロートA）
H2O 50mL（分液ロートB）
アルカリ4ほう酸ナトリウム 5mL
メチレンブルー溶液 2.5mL
クロロホルム 10mL

振とう

30秒振とう後、クロロホルム層を捨てる
クロロホルム 5mL

振とう

30秒振とう後、
クロロホルム層を捨てる

クロロホルム層が無色透明になるまで2～3回繰り返す(1+35)硫酸 1.5mL（Bの分液ロートのみ）

洗浄終了
分液ロート（A）
試料 ～25mL（総量が25mLになるように水を加える）
クロロホルム 10mL

振り混ぜ

1分間緩やかに

有機層
抽
出
操
作

分液ロート（B）
2回繰り返す振り混ぜ

1分間緩やかに

有機層
比色管

定容（25mL）

測
定

図-A.1

吸光度測定（650nm）※濃度既知のドデシル硫酸ナトリウムを検量線とし，MBAS濃度を計算．

AES の化学分析手法の手順（メチレンブルー法）- 11 -

陸上発生土に含まれる陰イオン界面活性剤の分解実験手法の提案/内藤了二・秋山吉寛・岡田知也

表-A.1

化学分析に使用した試薬

名称

メーカー

規格

用途

ドデシル硫酸ナトリウム

富士フイルム和光純薬株式会社

生化学用

検量線

メチレンブルー

関東化学

特級

陰イオン界面活性剤との複合体を形成

クロロホルム

関東化学

特級

陰イオン界面活性剤とメチ
レンブルーの複合体の抽出

硫酸

関東化学

特級

pH調節

水酸化ナトリウム

関東化学

特級

pH調節

四ほう酸ナトリウム十水和物

関東化学

特級

クロロホルムの洗浄分解実験における試料を温度管理するために用いた恒温装置使用を表-A.2 に示す．振とう操作に用いた振とう機の仕様を表-A.3 に示す．
表-A.2

実験試料の静置に用いた恒温槽の仕様

項目

仕様

内寸

幅620×奥行386×高さ1075mm

有効内容積

254 L

器内温度範囲-10℃～50℃

器内温度分布

±0.5℃

温度調節幅

±0.2℃

表-A.3

振とう用いた振とう機器の仕様

項目

仕様

回転数

50～250 r/min

振幅

45 mm

許容負荷重量10 kg- 12 -

国総研資料 No. 1210

付録B

振とう溶出液中の水質指標（DOC, pH，ORP）の監視結果

分解実験におけるAESを含んだ土試料を，振とう操作によりAESの濃度を定量するための水溶液を作製する．その際，振とう溶出液中の水質指標を測定した結果を以下に示す．

100
振とう溶出液のDOC (mg/L)

純水15℃
純水25℃

80
60
40
20
0
0

図-B.1
表-B.1

5
10
15
20
試料の静置日数（day）

静置日数と溶出液 DOC の結果（粘性土）
静置日数と溶出液ｐH，ORP の結果（粘性土）

溶出液のpH （‐）
静置日数

25

純水15℃

純水25℃

0

6.6

6.6

1

－

2

溶出液のORP （mV）
静置日数

純水15℃

純水25℃

0

+479

+456

6.5

1

－

+497

6.5

6.4

2

+499

+499

4

6.6

6.5

4

+499

+499

7

6.6

6.6

7

+492

+494

8

－

6.7

8

－

+499

9

6.6

6.5

9

+479

+479

11

6.6

6.6

11

+481

+483

14

6.7

－

14

+464

－

16

6.6

－

16

+456

－

18

6.6

－

18

+484

－

21

6.7

－

21

+459

－

23

6.6

－

23

+471

－

- 13 -

陸上発生土に含まれる陰イオン界面活性剤の分解実験手法の提案/内藤了二・秋山吉寛・岡田知也

表-B.2

静置日数と溶出液 DOC の結果（砂質土）

溶出液のDOC濃度（mg/L）
静置日数

表-B.3

純水15℃

純水25℃

0日

3.5

3.5

28日

2.9

2.9

静置日数と溶出液ｐH，ORP の結果（砂質土）

溶出液のpH （‐）
静置日数

純水15℃

純水25℃

0日

6.9

6.7

4日

6.8

6.8

溶出液のORP（mV）
静置日数

純水15℃

純水25℃

0日

+444

+442

4日

+431

+442

9日

6.7

6.7

9日

+498

+527

14日

6.9

6.9

14日

+530

+535

21日

6.9

6.7

21日

+538

+543

28日

6.7

6.7

28日

+509

+510

- 14 -

国土技術政策総合研究所資料
TECHNICAL NOTE of N I L I M
No. 1210
編集・発行

Juｌｙ 2022©国土技術政策総合研究所

本資料の転載・複写のお問い合わせは〒239-0826 神奈川県横須賀市長瀬 3-1-1
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E-mail:ysk.nil-46pr@gxb.mlit.go.jp

国土技術政策総合研究所資料

No.1210

陸上発生土に含まれる陰イオン界面活性剤の分解実験手法の留意点

July 2022