水質調査の考察例｜pH・溶存酸素・COD・窒素・リン・誤差原因

河川上流の地点A、住宅地付近の地点B、流れの少ない池の地点Cについて、水温、pH、電気伝導度、溶存酸素、COD、窒素、リンを測定した。

水温は地点Aで17.6℃、地点Bで20.8℃、地点Cで23.9℃であり、流れの少ない地点Cで最も高かった。

pHは地点Aで7.2、地点Bで7.5、地点Cで8.3であった。

電気伝導度は地点Aで78 µS/cm、地点Bで215 µS/cm、地点Cで328 µS/cmであり、地点Cで最も高かった。

溶存酸素濃度は地点Aで9.4 mg/L、地点Bで7.1 mg/L、地点Cで5.2 mg/Lであり、地点Cで最も低かった。

CODは地点Aで1.4 mg/L、地点Bで3.8 mg/L、地点Cで7.2 mg/Lであった。

リン酸態リンは地点Aで0.015 mg/L、地点Bで0.080 mg/L、地点Cで0.160 mg/Lであり、地点Cほど高い値を示した。

以上より、地点Aは溶存酸素が高く、CODと栄養塩濃度が低かった。一方、地点Cは溶存酸素が低く、COD、電気伝導度、アンモニウム態窒素、リン酸態リンが高かった。

本調査では、環境条件の異なる3地点について、水温、pH、電気伝導度、溶存酸素、COD、窒素、リンなどを測定し、水質の違いを比較した。

地点Aは河川上流に位置し、水温17.6℃、溶存酸素9.4 mg/L、COD 1.4 mg/Lであった。

地点Aで溶存酸素が高かった理由として、水温が低いこと、流れが速く水面での曝気が起こりやすいこと、有機物負荷が比較的小さいことが考えられる。

一般に、水温が低いほど酸素は水に溶けやすい。また、瀬や落差のある流れでは、水と空気が接触するため酸素が供給されやすい。

地点AのCODは3地点中で最も低く、硝酸態窒素、アンモニウム態窒素、リン酸態リンも低かった。

このことから、地点Aは有機物や栄養塩の流入が比較的少なく、良好な水質を保っていたと考えられる。

地点Bは住宅地付近にあり、水温20.8℃、電気伝導度215 µS/cm、COD 3.8 mg/Lであった。

地点Aより電気伝導度が高かったことから、水中の溶存イオン量が増加していたと考えられる。

この原因としては、周辺地質の違いに加え、道路排水、生活域からの流入、肥料成分などが考えられる。ただし、電気伝導度だけではイオンの種類を特定できないため、塩化物イオンや窒素化合物などの測定結果と合わせて判断する必要がある。

地点Bの硝酸態窒素は1.20 mg/Lで、3地点中で最も高かった。

硝酸態窒素が高かった原因として、住宅地や農地からの流出、土壌中で生成した硝酸の流入などが考えられる。

一方、アンモニウム態窒素は地点Cより低かった。流れがあり、酸素が比較的多い地点Bでは、アンモニウムが硝化によって硝酸へ変化しやすかった可能性がある。

地点Cは流れの少ない池で、水温23.9℃、溶存酸素5.2 mg/L、COD 7.2 mg/Lであった。

地点Cの溶存酸素が低かった理由として、高水温、流れの少なさ、底泥や有機物の分解による酸素消費が考えられる。

地点Cでは藻類臭があり、透明度も低かった。また、pHは8.3と3地点中で最も高かった。

昼間に藻類や水生植物の光合成が活発になると、水中の二酸化炭素が消費され、pHが上昇することがある。

一方、夜間には光合成が停止し、生物の呼吸によって酸素が消費されるため、溶存酸素がさらに低下する可能性がある。

したがって、地点Cの水質を詳しく評価するには、昼間だけでなく早朝や夜間にも測定し、日変化を確認することが望ましい。

地点Cではアンモニウム態窒素0.42 mg/L、リン酸態リン0.160 mg/Lと高い値を示した。

流れの少ない水域では、落葉、藻類、水生生物の死骸などが底部に蓄積し、分解によって窒素やリンが水中へ放出される場合がある。

底層の酸素が不足すると、底泥からリンが溶出しやすくなることもある。その結果、藻類の増殖をさらに促進する可能性がある。

地点CのCODが地点Aの約5.1倍であったことから、酸化されやすい物質の量が多いと考えられた。

ただし、CODには有機物だけでなく、一部の無機還元性物質も影響するため、CODのみから有機汚濁の原因を断定することはできない。

水の濁りや色、底質、クロロフィル量、生物化学的酸素要求量なども合わせて調べると、より詳しい評価が可能になる。

降雨後には、地点Bの濁りとCOD、硝酸態窒素が上昇し、電気伝導度は低下した。

濁りやCODの上昇は、雨水によって土砂や有機物が流入したためと考えられる。

電気伝導度が低下した理由として、イオン濃度の低い雨水によって河川水が一時的に希釈された可能性がある。

一方、硝酸態窒素が上昇したことから、降雨によって周辺土壌や地表面から窒素成分が流出した可能性がある。

このように、降雨は希釈と物質流入の両方を引き起こすため、項目によって増減の方向が異なる。

反復測定では、地点Bの溶存酸素の平均値は7.1 mg/L、標準偏差は0.10 mg/L、変動係数は約1.4%であった。

反復間のばらつきが比較的小さかったことから、同一試料に対する測定の再現性はおおむね良好であったと考えられる。

ただし、水域そのものには空間的・時間的な不均一性がある。採水地点や深度が少し変わるだけでも値が異なる可能性があるため、機器測定の反復だけでなく、複数地点・複数時刻の試料を比較する必要がある。

本調査の結果から、地点Aは低水温、高溶存酸素、低COD、低栄養塩であり、3地点の中では比較的良好な水質であった。

地点Bは電気伝導度と硝酸態窒素が地点Aより高く、周辺の人間活動や土地利用の影響を受けている可能性が示された。

地点Cは高水温、低溶存酸素、高COD、高リン濃度を示し、有機物の蓄積や富栄養化の影響が強いと考えられた。

ただし、今回の調査は1日の限られた時間帯に行ったものであり、季節変化や日変化を十分に反映していない。

今後は、春夏秋冬の継続調査、降雨前後の比較、早朝と昼間の測定、生物相調査を組み合わせることで、水質変化の原因をより詳しく検討できると考えられる。

溶存酸素が低かった原因として、水温の上昇、流れの停滞、有機物分解による酸素消費、水生生物の呼吸、底泥の還元状態などが考えられる。早朝と昼間の値を比較し、日変化を確認する必要がある。

pHが高かった原因として、藻類や水生植物の光合成による二酸化炭素の消費が考えられる。日照の強い昼間はpHが上昇しやすいため、測定時刻、藻類量、溶存酸素と合わせて評価する必要がある。

CODが高かった場合、水中に酸化されやすい有機物や還元性物質が多い可能性がある。生活排水、落葉、藻類、底泥の巻き上がりなどが原因として考えられる。濁り、におい、栄養塩、底質の状態も確認する必要がある。

電気伝導度が高かったことは、水中の溶存イオン量が多いことを示す。原因として、生活排水、肥料、道路排水、地質、塩水の影響などが考えられるが、電気伝導度のみでは成分を特定できないため、個別イオンの分析が必要である。

地点間の差が小さかった場合、各地点が同じ水系に属し、水の交換が速かった可能性がある。また、採水時刻や直前の降雨条件が共通していたことも影響すると考えられる。季節や流量の異なる条件で再調査する必要がある。