水环境对策概论-小暮幸雄

1第1章水环境对策概论河川、湖沼等水环境的水质污染现象是随着流域内的人口增加、形成城市化而带来的人口集中、以及产业的急剧扩大等，从如此丰富的生活中排出的污染负荷量的增加，在流域内对于处理增加的这些污染负荷量的相对应措施很晚，引起流出的污染负荷量超出了水域具有的自净能力，因此，导致污染的严重化。最终的就算是河水流入海域的场所也会发生连锁性的水质污染问题。这些水质污染问题，不但给生活和产业带来了重大的不良影响，而且对生态系的影响也很大，既抢夺了水生生物的栖息场所、障碍生物的多样性，又牵涉到水产资源的减少。对于改善被污染的水环境，通过利用像以下的实施场所及方法等，有各种各样的对策来进行。①在污染的发生源实行的方法②在污染流出过程中实施方法③直接的对最终污染的河川、湖沼进行对策的方法本章把基本的水环境保护技术，分为河川对策、湖沼对策、海域对策来表示，来讲述采用碳素纤维水质净化材的水环境保护技术。1、水质污染的现状和原因1-1水质污染的现状水质的污染会给人类的健康和生活环境以及水生生物带来很大的影响。在日本，国家根据颁发的环境基准法，对水的质量进行了规制。在1971年环境基准公布以来，河川的BOD（BiochemicalOxygenDemand，生物化学酸素要求量）环境基准达成率有显著的改善。至2007年上升至90%，但是湖沼的COD（ChemicalOxygenDemand）的环境基准达成率却十分低，虽然今年有所改善，但是至今也只维持在50%左右。湖沼、内弯、内海等的封闭性水域的富营养化的进行很显著，在环境基准的达成状况中，如果和河川、海域相比起来，达成率仍然很低，特别是湖沼的水质改善成为当务之急。2按发生源看污浊负荷量，虽然特定污染源（点源）负荷量有减少的倾向，但是非特定污染源（面源）负荷量的消减没有进展，对于全体的负荷量来说面源负荷量占的比例处于增加倾向。像这样的情况，今后，为了达到河川、湖沼的水质改善，加上以前实施的点源负荷对策、湖沼对策，推进市街地、农地等面源负荷对策认为是重要的。表1-1环境水质标准（生活环境项目）的内容1-2水质污染的原因水质污染问题一方面是由于人口的增加、密集化，流域的产业活动也变得活泼化；另一方，由于污染防治措施落后，来自河川、湖沼排出的污染负荷量急增，自然的净化功能不能发挥相对应的对策，导致污染现象表面化。被污染的河川、湖沼的水质问题是发生的恶臭、恶化水生生物的栖息生存环境；并且，给生态系带来无生物化等的不良影响、不适合工业、农业、生活用水等，导致阻碍生活和产业经济活动和破坏环境。再者，由于水质问题和因流水状况而发生的现象不同，即使在停滞水域，也会从固有的现象中产生问题。3水库湖和湖沼、河川里的堤坝上流停止水域等，虽然具有通过停止流速形成滞留而得到沉淀、消除悬浮颗粒物等净化功能，但是如果上流部有形成污染源的点源负荷的场合和由于流域的面源负荷含有氮、磷的水往停滞水域里供给的情况下，只要确保了太阳光和增殖时间，就会出现植物浮游生物的发生、富营养化现象的水质问题。给湖沼等水质带来的影响有各种各样的原因，大致可以分为；来自流域流进的「外部负荷」、由于湖沼内的生物等原因的「内部负荷」、以及由于降雨等原因的「直接负荷」。注释外部负荷：流入河川和从下流域往湖沼等流入的负荷注释）外部负荷：流入河川以及下流域等流入湖沼的负荷内部负荷：来自底泥的溶出、在湖内的生物生产等的负荷直接负荷：由于湖面上的直接降雨以及湖内的养殖等的负荷。也包括由于直接向湖沼等涌出的地下水而引起的负荷点源负荷：可以特定污染物质排出点的负荷面源负荷：难以确定污染物质排出点，具有面很广的负荷4如果考虑到公共用水域的水质污染背景的话，可以举以下例子。①因为封闭性水域的水是停留的，流进的污染物质很容易积存，其水质很敏感的受到污染负荷的影响。这个影响，对于湖沼来说，和河水等的流水水域相比起来，显示出需要更先进的水质保全措施。②造成水质污染的原因，除了工厂等的产业系排水之外，还有生活系排水、畜产、水产业的负荷等多种多样的因素。因此，为了保护湖沼的水资源，对于具有特定设施的工厂等大规模的发生源实施排水规制，只有水质污染防止法的法律法规是不够健全的，和根据各种污染原因取相应的措施相比起来，需要采取更具体的措施。③水质污染很显著的水域，因为各个污染的程度、污染原因的构成等各种条件的不同，如果用同样的措施来改善污染是很困难的。因此，考虑到有问题的每一个湖沼和其流域的自然社会条件，探讨研究最适当的措施，需要计划与措施向结合的方法。看关于发生源以外的污染负荷比例，通过水域可以观察到水质的区别，来自生活系统和产业系统等的点源负荷量虽然减少了，但是，来自市区和农业用地的流出所谓的面源负荷量的消减没有一点儿进展，来自面源的负荷量的比率具有增加的倾向。因此，削减来自面源的负荷量，成为新的挑战。51-3河川的水质污染以及影响本来，河川是通过水面把空气中的氧气溶解到水中的，具有利用植被和微生物等的自然的净化功能和水质改善的功能。急流等场所，水面荡起的波浪越大，氧的溶解效率越好，由于平原部流速很慢的静止水面，氧的溶解速度就会下降。溶存氧DO在20℃的清澈水的饱和度为8.84mg/L，在DO丰富的水域里，栖息在河床等的微生物活性化，分解合成流进的污染物的有机物，达到净化水质。如果流进河川里的有机污染物增加的情况下，微生物分解有机物时，利用的氧气量，就会超过来自空气中溶解的氧气量，在这样的场合水中的氧气变少，需氧微生物就会逐渐的死灭，不能正常的进行分解积蓄有机污染物造成腐坏。结果导致失去了透明度、发出难闻的气味，不但是外观上，而且连水质资料上，也都成为污染的状态。像这样的河川水质污染现象，会带来各种各样的不良影响。（1）对生活圈的影响河川被污染，失去了透明度、发出恶臭成为恶劣的环境，变成了失去良好的空间环境的因素情况。像这样的情况，很容易发生在城市中心等人口密集的地方的流速缓慢的平原部的河川等场所。（2）对鱼类等水生生物的影响鱼类和水生生物的大部分是需氧生物，水中的溶存氧气是不可缺少的，一般认为平时需要DO3mg/L以上。如果达不到DO3mg/L的情况时，不适合生物栖息的生活环境会形成无生物化，以水生生物为首，鱼卵等因ＤＯ的不足，而导致逐渐的灭死。另外，水生生物等由于污染等原因，得到的太阳光的透光率减小而不能进行光合作用，导致河床形成无氧状态，引起水生生物的根部腐烂等减少水生生物。对于生物来说，还要受到另外一个严重的打击就是，流进河水里的有害・有毒的污染物、重金属类等。即使是工厂等一时的操作错误，也有导致鱼类灭死等的例子，如果是对工厂等没有进行限制和监视的地方，经常流进河水里的有害・有毒物质时，一般认为很可能形成慢性的无生物状态。（3）对水利用的影响6对用水最多的农业灌溉用水最常见的影响是；有机物污染、营养盐污染、重金属污染等。含有大量的有机物的水体，导致土壤的厌气化，农作物的根腐烂；含有大量的氮的水体，造成水稻等发生叶过繁茂等成为问题。受到病原性细菌和重金属污染的河水，作为农业灌溉用水而利用的场合，恐怕会影响人体的身心健康。利用工业用水的是；冷却用水和洗净用水等，其中最成为问题的是由于配管系统发生的规模，导致降低通水能力和电腐蚀而引起的管路障碍等。因此，由于规模和电腐蚀影响的水质项目成为环境指标的所管之下。原料用水、精密、电子加工用品等冲洗水的场合，根据各个的用途，而规定指标。1-4湖沼的水质污染和影响湖沼以生活用水为先成为宝贵的水资源和其他生活用水的稳定来源，培育水产资源、或者和周围的自然环境融合一体，成为自然探访名胜等野外消遣的场所，通过支撑人类的生活和生产活动，可以称为是重要的资产。但是，（1984年）日本湖沼水质保全特别措施法制制定时；如果从以前的湖沼的水质状况来看，伴随着湖沼周围经营的公司的扩大以及经济活动的发展，增加了流进的污染负荷，导致污染的进行非常明显。在这些湖沼中，由于有显著的水质污染，发生上水道故障、水产损坏、降低旅游价值等导致发生各种各样的水域使用上的故障。由于水质污染，而表现出的富营养化现象的影响如下。（1）对上水（饮用水）的影响1）异臭味障碍各种植物浮游生物和放线菌、原生动物，是根据每一个物种而发出不同的气味。特别是关于饮用水发出的霉味，一般认为是植物浮游生物的蓝藻里面的一部分的种类发出的气味。这种霉气味，在一般的净水工程中是不能去除的，需要用特殊的处理方法活性碳和臭氧。这种方法不但需要设施费、维持管理费，而且还会带来很大的开支。2）过滤障碍物7利用净水处理厂在净水处理过程中过滤沙。含有大量的富营养化的植物浮游生物的水，做水处理时，原水中的浮游生物会堵塞过滤池。3）营养盐的溶出和Fe、Mn的溶出来自底泥的NH4-N和PO4-P以及Fe、Mn等的溶出，如果是底泥直上水成为厌气条件状态时，就会很明显的发生这样的情况。①NH4-N的溶出底泥中的有机物质的氮，不论是需氧分解或者是厌氧分解，都会以NH4-N的形态溶出。如果底泥直上水是需氧分解的情况下，溶出的NH4-N氧化成NO3-N；但是，如果是厌氧分解的情况下，NH4-N还是原来的样子。NH4-N即使在自来水水源标准中，也成为指定的项目，如果NH4-N很多时，在净化水质处理过程中，需要消耗很多杀菌的氯。②PO4-P的溶出导致水体富营养化原因的磷的释放速度，如果是厌氧条件下的场合，释放的量是需氧条件下的10倍左右。③Fe、Mn的溶出在水库湖等地方的底泥直上水，如果变成厌氧条件下的场合，有显著溶出Fe、Mn的例子。含有Fe、Mn的水作为原水进行水处理后的供水时供水管道内壁形成的氧化铁、氧化锰的溶出，会导致赤水、黑水等阻碍流水。在热带地区的水库湖和湖沼，凡是使用地下水作为水源的地方，会发生Fe、Mn的影响，一般认为即使在停滞水域，也会发生这种情况。（2）对亲水活动的影响（障碍景观等）由于修复和保全景观，推进城市环境发展，也达到了对下水道处理水的修饰景观用水和亲水使用水的有效利用。亲水使用水是以人们的戏水、玩水作为前提，追求确保感光和安全卫生方面。由于富营养化；可以观察到水的颜色、气味、浮游生物等的变化，导致透明度下降，影响景观障碍等亲水活动。在停滞水域，即成为景观上的问题、又成为社会上的问题的现象是植物浮游生物的异常发生，最具有代表性的是蓝藻现象和“淡水赤潮”。1）蓝藻8被称为Microcystis、Anabaena、Pediastrum、Aphanizomenon、Melosira、Euglena的绿藻、硅藻、蓝藻；一时的大量地发生，集聚在水面上呈现出与各自种类相应的颜色，形成条纹（斑块状）。这也是由于氮、磷等营养盐类的增加，而发生的现象。特别是蓝藻里面的Microcystis被称为“水花”的蓝藻，如果这个品种大量地集聚在水面上、呈现出深绿色，逐渐的开始腐坏，发出恶臭味，不但成为景观上的问题，还会影响湖泊利用等情况。2）淡水赤潮赤潮是在内弯等的海域中发生的，但是，同样的现象在各地的淡水系人工湖中也可以看到这种现象，被称为“淡水赤潮”。成为淡水赤潮原因的种类是一种大量的鞭毛藻类，被报道出的有Peridinium、Uroglena、Ceratium、Eudorina等。淡水赤潮和蓝藻不同的是，即使在水质比较干净的地方，也可以看到“淡水赤潮”的这种现象。（3）对水生生物的影响因为水生生物类包含动植物浮游生物和生活在底泥中的底栖生物、以及鱼类和苇子等大形的水生生物，因此，影响水质污染的内容和程度，涉及到许多方面。根据富营养化的程度，使生存的鱼类进行变化、大量发生的植物浮游生物一时大量的枯死、显著的消耗氧，如果形成水体缺氧的话，会逐渐导致生物的死亡。（4）带给水产业的影响水质污染所造成的水产损害有污染水的排出种类和鳞介类损害等诸方面的原因；在全国范围内以各种各样的形式进行发生。鱼类在受到多种多样的污染物质直接损害的同时，位于顶点的水生生态系统，也间接的受发生的蓝藻等藻类的影响，长期受到食物链锁的影响。给水产业带来的影响因素，有以下几点。①水温的影响②缺少溶存氧（DO低下）③氯的影响④富营养化损害⑤化学物质⑥二恶英类