地下水硝酸汚染・亜酸化窒素発生の機構解明と対策技術の検討

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亜酸化窒素(以下N_2O)は、硝化反応における副生成物として、また脱窒反応における中間生成物として発生することから、昨年度に引き続き高知県内の施設園芸ハウスを対象とした詳細な現地調査を実施し、湛水にともなうN_2Oの発生機構の解明を試みた。その結果、湛水直後にN_2Oフラックスの非常に大きなピーク(170μgN/m2/min)が観察されたものの、その後速やかにフラックスは減少し、湛水にともなうN_2Oの急激な放出は比較的短期間で終了することが示された。地下水水質に関しては、湛水直後に溶存N_2O、硝酸性窒素、溶存酸素の全てが鋭い濃度ピークを示した。溶存N_2Oのピークが硝酸性窒素のピークと一致しており、かつ溶存酸素濃度はこのとき2mg/L以上であったことから、この濃度ピークは硝化反応における副生成物として地表面付近で生成したN_2Oの浸透に起因すると判断された。一方、湛水終了後には硝酸性窒素濃度の減少にもかかわらず、溶存N_2O濃度は一時的に増加した。粘土層を含む本調査地点では、畑地土壌ではあるが地下水中で脱窒による自浄作用が生じうることが昨年度の調査結果より明らかになっている。そこで、地表面からの浸透の影響が無視できると考えられる期間のデータに基づき、解析モデルによって脱窒速度係数を推定するとともに、この期間の溶存酸素濃度を考慮した結果、この溶存N_2O濃度の上昇は地下水中での脱窒反応の中間生成物として発生したものに起因すると推察できた。溶存N_2O濃度はその後再び減少したが、これは脱窒反応の進行にともないN_2OがN_2まで還元されたことによると考えられた。脱窒時の溶存N_2O濃度の上昇は湛水直後の濃度ピークと比較して小さく、湛水時の主要なN_2O発生要因は硝化反応であることが明らかになった。以上より、N_2O発生抑制をも考慮した硝酸性窒素による汚染地下水の浄化技術の開発に際して、粘土層の自浄作用を活用した原位置浄化技術の有望性が示された。