Development of new photochemical reaction model for predicting water quality transformation efficiency

开发新的光化学反应模型来预测水质转化效率

• 批准号: 21H01462
• 负责人: 吉村 千洋
• 金额: $ 11.23万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01462/
• 关键词: 光化学反応; モデル化; 水環境; 水処理; ラジカル; 溶存有機物; 光学特性; 微量有機汚染物質; 病原ウイルス

本研究では水中における各種ラジカルの生成およびそれらと有機化合物・病原微生物の反応を記述するモデルを開発することを目的としている。2022年度は昨年度に構築した反応装置を活用して、1)水中におけるラジカル生成反応の定量、2)各種ラジカルの量子収率のモデル化、3)病原微生物不活化モデリング、4)光化学反応を再現するための湖沼水質モデルの開発を実施した。全国57の湖沼やダム貯水池から表層水を対象として基礎的水質および光学特性を測定し、その上で、一重項酸素と三重項溶存有機物の量子収率の定量を完了した。たとえば、ダム貯水池の一重項酸素の量子収率は平均で2.55×10-2、励起三重項溶存有機物の量子収率は平均で61.2 M-1であった。これらと水質特性との関係を定式化したところ、一重項酸素の量子収率は吸光特性や蛍光特性を示す指標と高い相関を示し、重回帰式やランダムフォレストモデルにより精度良く推測できることが示された。また、水中における病原微生物不活化モデリングとして、対象ウイルスをロタウイルスとして、水質パラメータを説明変数とした回帰モデルを構築した。その結果、正則化回帰モデルの適用により予測精度が向上することが見出された。さらに、光化学反応を明示的に計算する湖沼水質モデル（MyLake-Photo、鉛直一次元）を世界で始めて開発した。本モデルを用いた応答分析の結果、水温躍層と有機化学物質の分解速度や濃度の関係、また植物プランクトンの増殖と有機汚染物質の光分解プロセスの関係を定量的に示すことを可能とした。

This study で は water に お け る various ラ ジ カ ル の generated お よ び そ れ ら と organic compounds, pathogenic microorganisms の anti 応 を account す る モ デ ル を open 発 す る こ と を purpose と し て い る. 2022 annual に は yesterday to construct し た reverse 応 device を use し て, 1) the water に お け る ラ ジ カ ル generated against 応 の quantitative, 2) various ラ ジ カ ル の quantum 収 rate の モ デ ル, 3) pathogenic microorganisms inactive モ デ リ ン グ, 4) photochemical 応 を reappearance す る た め の limnetic water モ デ ル の open 発 を be applied し た. The 57 の limnetic や ダ ム cisterns か ら surface water を like と seaborne し て based water quality お よ び optical properties を し, そ の で, relating to a heavy acid element と triple soluble deposit rate of organic matter の quantum 収 の finished quantitative を し た. た と え ば, ダ ム cisterns の 1 heavy acid element の average rate of quantum 収 は で 2.55 x 10-2, the excitation of the triple a soluble deposit rate of organic matter の quantum 収 は で average 61.2 M - 1 で あ っ た. Of quality characteristics of こ れ ら と と の masato is を demean し た と こ ろ quantum 収 rate, a heavy acid element の は absorbance characteristics や 蛍 light features high を shown す index と い phase masato を し, return to 帰 type や ラ ン ダ ム フ ォ レ ス ト モ デ ル に よ り く speculation accuracy good で き る こ と が shown さ れ た. ま た, water に お け る pathogenic microorganisms inactive モ デ リ ン グ と し て, like ウ seaborne イ ル ス を ロ タ ウ イ ル ス と し て, water quality パ ラ メ ー タ を と - number し た back 帰 モ デ ル を build し た. The そ そ result, regularized back to 帰モデ 帰モデ 帰モデ <e:1> application によ <s:1> pre-test accuracy が upward する とが とが とが とが are shown in された. さ ら に, photochemical 応 を express に computing す る limnetic water モ デ ル (MyLake - Photo, straight a yuan) を world beginning で め て open 発 し た. This モ デ ル を with い た 応 の a analysis, water thermocline と の decomposition speed of organic chemicals や concentration の masato, ま た plant プ ラ ン ク ト ン の raised colonization と decomposition of organic pollutants の light プ ロ セ ス の masato is を quantitative に shown す こ と を may と し た.

项目成果

Potential effect of atmospheric condition on incident light and photo-production of reactive intermediates in freshwater systems

• DOI: 10.1016/j.envadv.2023.100346
• 发表时间: 2023-01
• 期刊: Environmental Advances
• 作者: Luthfia Shofi Albi;Zhongyu Guo;Guo Chen;C. Yoshimura

Hierarchical Bayesian modeling for predictive environmental microbiology toward a safe use of human excreta: Systematic review and meta-analysis

用于预测环境微生物学的分层贝叶斯模型，以安全使用人类排泄物：系统评价和荟萃分析

• DOI: 10.1016/j.jenvman.2021.112088
• 发表时间: 2021
• 期刊: Journal of Environmental Management
• 影响因子: 8.7
• 作者: Oishi Wakana;Kadoya Syun-suke;Nishimura Osamu;B. Rose Joan;Sano Daisuke
• 通讯作者: Sano Daisuke

Modeling quantum yield for photo-production of reactive intermediates in reservoirs in Japan

日本储层中反应中间体光生产的量子产率建模

• 发表时间: 2022
• 作者: Guo Z;Yoshimura C
• 通讯作者: Yoshimura C

河川や湖沼の水環境を保全～生態系を組み込む環境管理を研究～ ―吉村千洋

保护河流和湖泊的水环境 - 研究与生态系统相结合的环境管理 - 吉村千寻

Regularized regression analysis for the prediction of enterovirus inactivation efficiency in wastewater by chlorine disinfection

正则回归分析预测氯消毒废水中肠道病毒灭活效率

• 发表时间: 2022
• 作者: Atsuhiro Ishii;Syun-suke Kadoya;Daisuke Sano
• 通讯作者: Daisuke Sano