JFE 技報 No. 37（2016 年 2 月）p. 55-59

水生生物を用いたスラグの環境影響評価技術
Ecotoxicological Assessment of Iron- and Steelmaking Slag
Using Bioassays
八尾泰子

YAO Yasuko

JFE スチール

スチール研究所

井澤智生

ISAWA Tomoo

JFE スチール

スラグ事業推進部

環境プロセス研究部

主任研究員（課長）・博士（農学）主任部員（副部長）・Ph.D.

要旨
鉄鋼スラグの水生環境における利用や輸送においては，従来から評価されている有害重金属の含有量や溶出量に加えて，水生生物を用いたバイオアッセイで水生環境有害性の有無を確認して明示することが，国際条約の改正によって求められている。鉄鋼スラグの抽出液の藻類，甲殻類，魚類への影響を評価した結果，生育や繁殖に有意な影響は認められなかった。この試験結果を国際連合勧告に従って分類することにより，急性水生毒性ならびに慢性水生毒性がないことを証明し，鉄鋼スラグの水生環境への安全性をバイオアッセイによっても明らかにした。

Abstract:Prior to being transported by sea and put to practical use in an aquatic environment, the ecotoxicity of iron- andsteelmaking slag was assessed by bioassay in addition to the chemical analysis. The slag leachate assay results on
algae, daphnia, and fish revealed no significant influence on the growth or propagation. Thus, acute and chronic
toxicity data confirmed that iron- and steelmaking slag was categorized as non-hazardous to aquatic environments
under the United Nations classification.

2）

1． はじめにChemicals） に則して記載された安全データシート（SDS：
Safety data sheet）で判断される。
また，2013 年 1 月 1 日の海洋汚染防止条約（MARPOL 条

鉄鋼スラグの安全性は，スラグの直接摂取やスラグから3）の溶出水を飲用することを想定し，有害重金属の含有量や約）附属書 V水への溶出量で確認している。これは有害物質の溶出挙動については，その船倉の洗浄水や残渣の海洋投棄が禁止さを把握し，有害物質の濃度ごとの生物への影響と比較するれた。荷主は貨物が海洋環境に有害か否を判定して，海送ことで有害性を評価する方法である。しかしながら，これらする船の船長に文書として通知することが求められる。スラの方法は水生環境における未規制の有害物質や，複数の物グについても海洋環境に対する影響を文書にまとめる必要

質が共存した状態での生物への影響を評価することはできがでてきた。の改正により，海洋環境に有害である貨物ない。そのため，従来からの物理的・化学的分析に追加して，以上により，鉄鋼スラグの SDS には，すでに記載されてスラグの生物学的な安全性評価を直接実施し，人の健康にいる物理的・化学的危険性情報に追加して，人に対する健対する有害性や環境毒性を評価する要求が増えてきた。

康有害性や水生環境に対する有害性がないことを生物試験

固 体 ばら 積 み 貨 物 を 安 全 に 海 上 輸 送 するため の 規 則で証明して明記する必要がある。しかしながら，鉄鋼スラグ（IMSBCコ ー ド：International Maritime Solid Bulk Cargoesの急性・慢性毒性，長期健康有害性，水生環境有害性につ

1）

4-6）

。鐵鋼スラグ協会おCode） は，海上人命安全条約に基づくもので，2011 年 1

いては情報やデータが限られている

月 1 日以降，国際的に強制化された。規則は積み荷の偏りよび協会の会員各社では，国際連合勧告 GHS の要件に従っによる転覆リスクの回避と，船員が積載貨物から健康上のた急性・慢性毒性や急性・慢性水生毒性の判定を進め，そ被害を受けないようにすることを目的としている。スラグをの結果に基づいて鉄鋼スラグの SDS を改訂している 。

2）7）海上輸送する場合には，貨物であるスラグの水生生物なら本報告では，水生生物を用いた影響評価方法（バイオアッ

びに人に対する影響が，国際連合勧告である化学品の分類セイ）を鉄鋼スラグの水生環境に及ぼす影響評価に適用しお よ び 表 示 に 関 す る 世 界 調 和 シ ス テ ム（GHS：Globallyた結果についてまとめる。

Harmonized System of Classification and Labelling of2015 年 7 月 27 日受付－ 55 －Copyright © 2016 JFE Steel Corporation. All Rights Reserved.

水生生物を用いたスラグの環境影響評価技術

2． スラグの水生環境への影響の評価法
2.1

負荷率）を測定し，この 3 試験の結果から GHS に従い水生2）

環境有害性を分類する 。

簡易生態影響試験方法（バイオアッセイ）

急 性 水 生 毒 性 のデ ータにお い ては，ヒメダ カ 96 時 間

物質の水生生物に対する毒性（水生毒性）評価は，水生LL50，オオミジンコ 48 時間 EL50，藻類 72 時間 ErL50 のいず

環境に対する物質の有害性を特定する基礎である。国際連れかが 1 mg/l 以下の場合，その物質は非常に強い水生毒性

合勧告 GHS では，短期曝露により生物に有害性をもたらすがあると考えられ，急性区分 1 または慢性区分 1 に分類さ急性水生毒性と，ライフサイクルに関連して決定された長れる。また，慢性水生毒性のデータが得られる場合は，無期間曝露によって水生生物に悪影響を及ぼす慢性水生毒性

影 響 濃 度（No observed effect concentration：NOEC） が2）を評価する必要がある 。また，GHS では淡水生物種と海0.1 mg/l 以下は慢性区分 1，1 mg/l 以下は慢性区分 2 に分水生物種の毒性データは同等と見なすことができるため，海類される。NOEC は対照区と比較して統計的に有意な差が上輸送や海域利用においても淡水生物種の試験でスラグを認められない試験最高濃度である。

評価する。

簡易生態影響試験より，急性区分 1，慢性区分 1 または慢

水 生 毒 性 の GHS 分 類 に は， 経 済 協 力 開 発 機 構（Organization for Economic Co-operation and Development：

性区分 2 の判定基準に適合する物質は，水生環境有害性があると分類される。

OECD）テストガイドラインに従って得られたデータが受け入れられる。OECD テストガイドラインは，物質の物理化

3.

学的性質，ヒト健康影響，ならびに生態系への影響に関すスラグの水生環境有害性の分類とSDS の改訂る知見を得るために国際的に合意された試験方法である。
水生毒性に関する主な試験方法を表 1 に示す。環境影響を鐵鋼スラグ協会では，代表的な鉄鋼スラグの水生毒性を評価するための簡易生態影響試験では，食物連鎖を構成す魚類，甲殻類，藻類の 3 種の OECD テストガイドラインでる捕食者，消費者，生産者の代表種として，それぞれ魚類，評価し，これらの試験結果より，鉄鋼スラグの水生生物に甲殻類，藻類を用いて急性毒性と慢性毒性を評価する。

対する有害性を GHS に従って分類した。その結果，急性区2.2分 1，慢性区分 1，慢性区分 2 のいずれにも該当しなかった。

GHS に基づく水生環境有害性の分類法

JFE スチールでは，鐵鋼スラグ協会で実施した GHS 分類

鉄鋼スラグの簡易生態影響試験では，実験生物の 50％にに基づき，鉄鋼スラグ製品の安全データシート SDS を改訂

影響を与えるスラグ負荷率（試験液 1 l に対するスラグ重量した 。SDS の環境影響情報に，急性水生毒性（魚類，甲比：mg/l）を求め，その濃度レベルに応じて毒性の強さを殻類，藻類）ならびに慢性水生毒性（藻類）に該当しない7）評価する。具体的には，魚類の 96 時間半数致死負荷率 LL50

試験結果を記載して，IMSBC コードの環境有害物質（水生（Median lethal loading rate：ヒメダカを 96 時間飼育したと環境）ならびに MARPOL 条約附属書 V の環境有害性のう，甲殻類のきにその死亡率が 50％以上となるスラグ負荷率）

ち水生毒性に該当しないことを明記している。

48 時間半数遊泳阻害負荷率 EL50（Median effective loadingrate：オオミジンコを 48 時間飼育したときにその遊泳阻害率

4． 各種スラグの藻類生長抑制試験による評価が 50％以上となるスラグ負荷率），そして藻類の 72 時間半数生長阻害負荷率 ErL50（Effective loading rate that causes

異なる工程で発生するスラグの水生生物への影響とその50％ reduction in algal growth rate：ムレミカヅキモを 72 時

影響要因の推定は，JFE スチールで藻類生長抑制試験を実間飼育したときにその生長阻害率が 50％以上となるスラグ施し，急性ならびに慢性水生毒性を評価した。藻類試験は，

表 1 簡易生態影響試験方法
Table 1

Ecotoxicity test method

Fish
Rice fishOryzias latipes

Test organism

Secondary consumers

CrustaceaAlgae

Water flea
Daphnia magna

Green algaPseudokirchneriella subcapitata

Primary consumers

Producers

Toxicity

Acute

Chronic

Acute

Chronic

Acute, Chronic

Effect parameter

Mortality

Early-life stage mortality
and abnormality

Immobilisation

Reproduction and adultmortality

Growth inhibition

OECD Guideline

203

210

202

211

201

OECD: Organization for Economic Co-operation and Development
JFE 技報 No. 37（2016 年 2 月）

－ 56 －水生生物を用いたスラグの環境影響評価技術

表 1 に示すように，同一試験で急性毒性と慢性毒性を評価

m0-72h＝（lnN72h－lnN0h）/（72 h－0 h）することができるため，各種スラグの評価に適用した。スラ
グから溶出する成分の藻類生長への影響も評価し，スラグで求めた。72 時間の暴露期間を通じて藻類の生長を 50％阻の水生環境での利用において留意すべき点があるか考察し害するスラグ負荷率を藻類 72 時間半数生長阻害負荷率た。

ErL50 とした。試験区と対照区の生長速度が等分散か F 検定

4.1で検証後，スチューデントの t 検定で対照区との有意差を 5％試験方法で検定し，対照区と比較して統計的に有意な差が認められ

高炉水砕スラグ，高炉徐冷スラグ，溶銑脱リンスラグ，
8）

転炉スラグの 4 種を，OECD テストガイドライン 201 に準な い 試 験 最 高 濃 度 を 無 影 響 負 荷 率（No observed effectloading rate：NOELR）とした。

拠した藻類の生長抑制試験で評価した。スラグの水性画分

4.2に藻類を 72 時間暴露させて細胞数を測定し，藻類の増殖に各種スラグの影響評価結果

転炉スラグの藻類生長抑制試験結果を図 2 に示す。各ス及ぼす影響を 72 時間 ErL50 と無影響濃度 NOEC として求め

ラグ負荷率（0～100 mg/l）における 72 時間生長速度は平た。試験概要を図 1 に示す。
スラグは難水溶性の多成分物質であるため，スラグの構均値±標準偏差で表し，＊は対照区との有意水準 5％の t 検

成 成 分 の 一 部 が 水 に 溶 解 し て い る 水 性 画 分（Water定で統計的に有意な差があることを示している。転炉スラグ

Accommodation Fraction：WAF）を試験液として藻類に暴露は上限負荷率 100 mg/l でも藻類の生長を 50％阻害せず，9）した 。WAF 調製時のスラグと水の重量対容積比である負ErL50＞100 mg/l であった。また負荷率 47 mg/l で対照区と荷率を 5，11，22，47，100 mg/l とし，100 mm 以下に粉砕有意な生長抑制が認められたので，NOELR＝22 mg/l と決したスラグを温度 22℃で攪拌しながら 48 時間溶出させた。

定した。GHS の判定基準

水性画分の化学成分は高周波誘導結合プラズマ（ICP）発光

グの ErL50 は 1 mg/l より大きく，かつ NOELR も 1 mg/l よ分光分析法で分析した。

り大きいため，急性水生毒性も慢性水生毒性もないことが前もって 培 養した 単 細 胞 緑 藻 類 ムレミカヅ キモ

2）に照らし合わせると，転炉スラ証明された。

3同様の試験で，高炉水砕スラグ，高炉徐冷スラグ，溶銑

Pseudokirchneriella subcapitata を，最終濃度 5×10 cells/mlになるように，水性画分（試験区）または培地（対照区）が100 ml 入った 250 ml 三角フラスコに添加した。試験は各条件で 3 回繰り返して（対照区は 6 回繰り返し）実施し，振とう－1－2－1100 min ，温 度 22 ± 1 ℃，照 度 86 ± 8.6 mmol・m ・s

で毎日インキュベーター内の場所を変えながら，72 時間暴露した。試験終了時に細胞数を濁度（Optical density：OD）
750 nm で測定した。OD750 nm と細胞数は相関があることは確認済である。
藻類の生長速度 m は，t 時の細胞濃度 Nt より
図 2 転炉スラグのムレミカヅキモの生長に及ぼす影響
Fig. 2

Effect of converter slag leachate on growth of
Pseudokirchneriella subcapitata

表 2 各種スラグの急性ならびに慢性影響負荷率
Table 2

図 1 藻類ムレミカヅキモ生長抑制試験
Fig. 1

Ecotoxicological bioassay for Pseudokirchneriellasubcapitata

Acute and chronic effective loading rate of various
slags
Slag

ErL50(0─72h)－1(mg-slag l )NOELR(0─72h)－1(mg-slag l )Granulatedblastfurnace

10047

Air-cooledblastfurnace10022Pre-treatment

10022Converter

100

22

ErL50: Effective loading rate that causes 50％ reduction in algal
0─72 h growth rate
NOELR: No observed effect loading rate in algal 0─72 h growth－ 57 －JFE 技報 No. 37（2016 年 2 月）

水生生物を用いたスラグの環境影響評価技術

表 3 転炉スラグ水性画分の化学成分
Table 3Loading rate

CaMg

Composition of converter slag WAF

Mn(mg/l )

AlFeCrZn

Ni

05.2

3.0

0.12

0.04

0.01

0.03

0.4

0.04

228.8

3.0

0.09

0.14

0.01

0.03

0.40.04

10022.4

4.1

0.01

0.440.010.03

0.40.04

WAF: Water accommodation fraction

脱リンスラグを評価した。ErL50 と NOELR を表 2 にまとめた。
いずれのスラグでも ErL50 は試験上限負荷率に設定されている 100 mg/l より大きいことがわかり，急性水生毒性はないと判定した。また，NOELR も 22～47 mg/l と 1 mg/l より大きいため，慢性水生毒性もないことがわかった。異なる 4種類のスラグの藻類生長抑制試験結果から，鉄鋼スラグには水生毒性はないと判定した。

4.3

スラグからの溶出成分の影響評価結果

図 3 Ca，Mg，Al のムレミカヅキモの生長に及ぼす影響

鉄鋼スラグには急性ならびに慢性水生毒性がないことがFig. 3証明されたが，転炉スラグの高負荷率区では藻類の生長速

Effects of Ca, Mg, and Al on growth ofPseudokirchneriella subcapitata

度がやや抑制されたため，スラグからの溶出成分の影響に下では植物や藻類への生長阻害作用が報告されている

ついてさらに検討を進めた。

10-12）。

転炉スラグを各負荷率で水に 22℃で 48 時間溶出させた水

一方，実際のスラグを考えてみると，多量に存在するスラグ性画分を分析して，スラグからの溶出成分濃度を培地の成の CaO（水和物である Ca（OH）
2，炭酸化物である CaCO3 が分 濃 度 と比 較した。その 結 果，表 3 に 示 すように，Ca，共存）は水に触れると周辺水はアルカリ性になる。藻類生

Mg，Al がスラグから溶出していた。逆に培地中の Mn 濃度長抑制試験では硝酸溶液に Al を溶解して高濃度条件を実現

はスラグの添加で低下していた。これは，スラグの添加でしたが，スラグが存在するアルカリ性の条件では Al は溶解培地中の Mn が沈殿したと考えられる。なお，Mn 試薬を培しにくく，また利用形態である数十ミリメートルの塊状スラ地に溶解させた実験で Mn 減少は藻類生長への影響はない

グからはさらに溶解しにくくなることから，実際にスラグをことを確認している。異なる濃度の Ca，Mg，Al を含有する

使用する環境では，スラグからの Al の溶解は促進されない（NO3）
培地は CaCl2・2H2O，MgCl2・6H2O，Al3・9H2O を用と考えられる。

いて調製し，スラグを添加していない培地中の濃度（Ca以上の結果より，スラグの主成分である Ca や Mg が溶出5.2 mg/l，Mg 3.0 mg/l，Al 0.04 mg/l）を対照として，藻類しても藻類ムレミカヅキモへの影響はないが，Al が溶出す生長抑制試験を実施した。

る環境，つまり酸性河川などでスラグを使用する場合は水結果を図 3 に示す。72 時間生長速度は平均値±標準偏差

生生物への影響を留意する必要があることがわかった。スで表し，＊は対照区との有意水準 5％の t 検定で統計的に有ラグの海域利用や海上輸送においては，海水は弱アルカリ意な差があることを示している。スラグの主成分である Ca性でスラグからの Al の溶出は促進されないことから，スラは多量の溶出が想定されるので，最大負荷率として 80 mg/l

グに含有される Al は藻類の生長に影響しないと考えている。

まで試験したところ，いずれの濃度区の生長速度には対照区との有意差はなかった。Mg も 12 mg/l まで試験したが，5． おわりに対照区との有意差は認められなかった。一方，Al は 0.2 mg/l
濃度区で 72 時間藻類生長速度が 7％抑制され，有意水準 5％海上輸送の国際条約の改正により，鉄鋼スラグの物理的・で対照区と有意差があった。100 mm 以下に粉砕した転炉ス

化学的な評価に加えて，人の健康および環境を保護するた

ラグの水性画分の Al 濃度は，生長速度が抑制されたスラグめの生物的な評価も求められている。海域利用や海上輸送

負荷率 100 mg/l で 0.44 mg/l であったことから，高負荷率に必須な情報である鉄鋼スラグの水生環境有害性を，簡易の転炉スラグ水性画分が藻類の生長を抑制した原因は，ス生態影響試験方法（バイオアッセイ）で評価した。

ラグから溶出した Al である可能性が示された。

（1）鐵鋼スラグ協会では，鉄鋼スラグの水生毒性を魚類，

Al は水質環境基準の項目ではないが，酸性から中性環境
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ミジンコ類，藻類の 3 種の OECD テストガイドライン

水生生物を用いたスラグの環境影響評価技術で評価し，国際連合勧告 GHS の分類より急性ならびにrisks posed by the uses of steel-industry slags in the environment. Hum.
Ecol. Risk Assess. 2002, vol. 8, p. 681-711.
6）Wendling, Laura A. et al. Geochemical and ecotoxicological assessment

慢性水生毒性がないことを証明した。
この結果を受けて，JFE スチールは，鉄鋼スラグ製

of iron-and steel-making slags for potential use in environmentalapplications. Environ. Toxicol. Chem. 2013, vol. 32, p. 2602-2010.

品安全データシート SDS を改訂し，環境影響情報にス

7）たとえば，JFE スチール．安全性データシート製鋼スラグ．
8）OECD guidelines for the testing of chemicals 201, Freshwater alga andラグが水生環境有害物質に該当しないことを明記した。
（2）異なる製造工程で発生する高炉水砕スラグ，高炉徐冷

cyanobacteria, growth inhibition test. 2006.
9）OECD guidance document No. 23, Guidance document on aquaticスラグ，溶銑脱リンスラグ，転炉スラグを藻類生長抑制試験で評価した結果，4 種とも急性水生毒性ならびに慢性水生毒性は認められなかった。
また，スラグの主成分である Ca，Mg が溶出しても藻類に影響しないが，Al が溶出しやすい酸性河川などでスラグを使用する場合は水生生物への影響を留意す

toxicity testing of difficult substances and mixtures. 2000.
10）佐々木貴史ほか．付着藻類の指標としたアルミニウムの河川生態系への影響に関する基礎研究．環境工学研究論文集．2006, vol. 43, p. 493499.
11）Lindemann, J. et al. The impact of aluminium on green algae isolated
from two hydrochemically dif ferent headwater streams, Bavaria,Germany. Environ. Pollut. 1990, vol. 67, p. 61-77.
12）Helliweli, Stuart. et al. Speciation and toxicity of aluminium in a model

る必要がある。

fresh water. Environ. Sci. Technol. Lett. 1983, vol. 4, p. 141-144.

参考文献
1）IMSB コード未掲載の固体ばら積み貨物の審査について．国土交通省．
http://www.mlit.go.jp/maritime/safetyenv/kotaishinsa/kotaishinsatop.
html.
2）United Nations. Globally harmonized system of classification andlabelling of chemicals（GHS）. 5th revised ed., 2013.
3）港湾における船内廃棄物の受入に関するガイドライン（案）．
国土交通省．
http://www.mlit.go.jp/kowan/kowan_tk6_000014.html.
4）Julli, Moreno. Ecotoxicity and chemistry of leachates from blast furnaceand basic oxygen steel slags. Australas. J. Ecotoxicol. 1999, vol. 5, p.
123-132.
5）Proctor, Deborah M. et al. Assessment of human health and ecological－ 59 －

八尾泰子

井澤智生

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