新たな懸念の汚染物質

新たな懸念のある汚染物質（CEC）とは、水質専門家が環境モニタリングサンプルで検出された汚染物質のうち、生態系や人間の健康に影響を及ぼす可能性があり、現在の環境法では一般的に規制されていないものを指すために使用する用語です。これらの汚染物質の発生源には、農業、都市排水、一般家庭用品（石鹸や消毒剤など）、医薬品などがあり、これらは下水処理場に廃棄され、その後表層水に排出されます。^{[1] [2]}

CEC には、医薬品、パーソナルケア製品、産業副産物、農薬など、さまざまな物質が含まれます。これらの物質は通常の検出および処理プロセスを回避し、意図せずに環境中に残留することがよくあります。CEC の複雑さは、化学的性質が異なるだけでなく、生態系や人間の健康に複雑に作用することにも起因しています。そのため、CEC は、その長期的な影響を理解して効果的な介入策を開発したいと考えている研究者、政策立案者、公衆衛生当局による調査の対象となっています。世界保健機関(WHO) や米国環境保護庁(US EPA) などの世界的な取り組みでは、CEC がもたらす課題に対処するために、国際基準と効果的な環境政策を作成する必要性を強調しています。一般の認識と擁護は、CEC の研究課題と政策策定を推進し、製造方法の更新と、より多くの修復および検出方法の開発の必要性を強調する上で重要な役割を果たします。

CECの概念は、分析技術の進歩により、さまざまな環境マトリックス中の微量レベルでこれらの物質を検出できるようになったため、21世紀初頭に大きな注目を集めました。CECに対する認識が高まった理由の1つは、都市化、産業活動、医薬品やパーソナルケア製品の広範な使用により、廃水、表層水、地下水、飲料水にCECが豊富に存在することです。^[3] CECがもたらす潜在的なリスクの認識により、CECの発生源、運命、環境への影響を理解し、管理と除去の戦略を開発するための研究が増えています。^[4]

• 19世紀から20世紀初頭にかけて、 アスベストは 多くの製品や建築物に使用されていましたが、人体や環境への脅威とはみなされていませんでした。アスベストによる死亡や肺疾患は、20世紀初頭に初めて記録されました。^[5] アスベスト産業に対する最初の規制は、1930年代に英国で発行されました。^[6] 米国でのアスベスト規制は、1980年代まで行われませんでした。^[7]
• 1970年代、米国のいくつかの州、特にサクラメント・サンホアキン川デルタを水源とする南カリフォルニアでは、水処理インフラに深刻な問題がありました 。^[8] 家庭用の水は塩素処理によって消毒されていました。これは微生物汚染物質やバクテリアを殺すのに効果的でしたが、場合によっては、流出化学物質や有機物と反応して トリハロメタン（THM）を形成しました。その後の数年間の研究で、このカテゴリの化合物の発がん性と有害性が示唆され始めました。EPAは1979年に公共水道システム に適用されるTHMの最初の基準を発行し 、 ^{[8] 、1998年[9]} と2006年 にはより厳しい基準を発行しました。 ^[10]
• 業界の急速な変化も、CECの処理と規制を特に困難にしています。たとえば、最近規制されたPFASであるパー​​フルオロオクタン酸（ PFOA） の代替物質（ GenX ）は、より有害な環境影響を及ぼしたため、その後 GenXも禁止されました 。^[11] したがって、CECの処理と管理を世界的な傾向に追いつくことが急務となっています。

化合物が新規汚染物質として認定されるためには、少なくとも2つの要件を満たす必要がある：^[12]

1. ある化合物は人体への健康への悪影響が指摘されている。
2. 化合物のプラス効果とマイナス効果の間には確立された関係があります。

新規汚染物質とは、これまで水質分析で検出されていなかったもの、あるいはその影響が不確かな低濃度で検出されたものを指します。これらが人体や環境の健康に及ぼすリスクは十分に理解されていません。^[12]

新たな懸念のある汚染物質（CEC）は、医薬品やパーソナルケア製品、シアノトキシン、ナノ粒子、難燃剤など、いくつかの化学物質のカテゴリーに大まかに分類できます。^[13]しかし、新しい汚染物質（または影響）が発見され、過去の新たな汚染物質の優先順位が低くなるにつれて、これらの分類は常に変化しています。これらの汚染物質は、一般的に、最近発見され研究されたばかりの真に「新しい」汚染物質、知られていたが環境への影響は十分に理解されていなかった汚染物質、またはリスクに関する新しい情報が生じている「古い」汚染物質に分類できます。^[13]

医薬品は、環境中に継続的に放出され、一般的に規制されていないため、CECとしてますます注目を集めています。^[14]これらの化合物は水域に低濃度で存在することが多く、慢性的な暴露による環境および健康への影響については現在のところほとんどわかっていません。医薬品は、非常に低い濃度を検出できる分析技術の向上により、ようやく現在、毒物学の焦点になりつつあります。 ^[14]環境中には医薬品の発生源がいくつかあり、最も顕著なのは下水処理場、水産養殖場、農業用排水からの排水です。^[15]

パーソナルケア製品には、防腐剤（パラベンなど）、紫外線吸収剤（オキシベンゾンなど）、可塑剤（フタル酸エステルなど）、抗菌剤（トリクロサンなど）、香料、着色料などの化学物質が複雑に混ざっていることが多い。 ^[16]これらの化合物の多くは、自然界には通常存在しない合成化学物質である。パーソナルケア製品からの化学物質は、さまざまな経路で環境に侵入する可能性がある。使用後は、排水溝に流され、廃水の流れに流れ込む可能性がある。これらの物質は、従来の廃水処理プロセスでは完全に除去されないため、自然の水域に放出される。これらの化学物質の中には、環境中に残留し、生物の組織に蓄積して生態系を混乱させる可能性があるものもある。また、野生生物や人間のホルモン系に干渉する内分泌かく乱作用を持つ場合もある。^[17]

近年、世界中で表層水の富栄養化（または栄養レベルの上昇）により、シアノバクテリアの大発生が増加しています。 ^[18]窒素やリンなどの特定の栄養素の増加は、農地からの肥料の流出に関連しており、都市空間の洗剤などの特定の製品にも含まれています。^[19]これらのブルームは、水質を低下させ、人間や野生動物の健康に危険をもたらす可能性のある毒素を放出する可能性があります。^[18]さらに、飲料水源に許容される最大汚染物質レベル（MCL）に関する規制が不足しています。 ^[19]シアノトキシンは急性および慢性の両方の毒性作用を持つ可能性があり、これらのブルームが発生する環境の健康に多くの影響を与えることがよくあります。^[19]

さまざまな産業から出る工業化学物質は、人体や環境に害を及ぼすことが知られている有害な化学物質を生産します。1,4-ジオキサン、パーフルオロオクタンスルホン酸 (PFOS)、パーフルオロオクタン酸 (PFOA)などの一般的な工業化学物質は、さまざまな水源によく含まれています。

ナノ材料には、炭素系材料、金属酸化物、金属、量子ドットなどが含まれる。^{[20]ナノ材料は、製造、消費者による使用、または廃棄の過程で環境に放出される可能性がある。ナノ材料はサイズが小さいため、より大きな粒子とは異なる挙動を示す。 [21]}表面積と体積の比率が高いため、反応性が高まり、環境全体に移動する可能性がある。ナノ材料はサイズが大きく、さまざまな媒体での存在と濃度を測定する標準化された方法がないため、検出と監視が困難である。^[5]

農業排水は、CECが環境に流入する主な経路です。^[22]農薬や肥料に含まれる医薬品などの化合物は、農場から水によって周囲の土壌や水域に運ばれます。^[23]次に、雨や灌漑の後に流出が起こり、投棄された土壌から化学物質が漏れ出し、川、湖、地下水に流入します。^[23]流出水には、規制されていない、または環境への影響が十分に理解されていないCECが含まれる可能性があり、^[12]水生生態系の汚染に寄与し、人間の水源に影響を及ぼす可能性があります。大きな課題は、水域のCECレベルを監視することです。全国調査では、土壌浸食、栄養素の損失、アメリカの広大な農地からの農薬流出が水質汚染の主な原因であることが明らかになりました。米国の川や小川の約46％は、水生生物に有害な状態にあります。さらに、これらの水域のうち、生物群集に基づいて「健康」と評価されているのはわずか28％程度です。^[24]

産業排出とは、製造施設や化学処理施設から廃棄物が環境に放出されることです。^[25]この廃棄物には、重金属、溶剤、標準的な処理プロセスでは定期的に検出または除去されないさまざまな有機化合物など、さまざまなCECが含まれる可能性があります。^[26]これらの汚染物質は堆積物や生物に蓄積し、水生生物や人間の健康にリスクをもたらします。産業排出の複雑さと多様性により、CECによる環境汚染を防ぐには、高度な処理技術とより厳格な規制枠組みが必要です。高度な酸化プロセスと膜技術が研究され、産業排出からのCECを削減できることが示されていますが、この技術を既存の処理施設に改造するには過度のコストがかかります。^[27]

都市流出水とは、雨水が道路や庭園、その他の都市の表面を流れ、その途中でさまざまな汚染物質を拾い上げることである。^[28]これらの汚染物質には、合成材料からのマイクロプラスチック、自動車の排気ガスからの多環芳香族炭化水素（PAH）、不適切に廃棄された医薬品からの医薬品などのCECが含まれる可能性がある。^[29]この未処理の流出水は雨水排水管に入り、最終的には自然の水域に排出される可能性があり、多くの場合、下水処理施設を迂回して環境に蓄積され、野生生物に害を及ぼし、人間の食物連鎖に入り込む可能性がある。一部の都市部では、流出の影響を緩和し、汚染物質が水道システムに到達する前にろ過するのに役立ち、透水性舗装と雨水ガーデンが実装され、テストされている。^[30]

廃水処理場（WWTP）は、家庭や産業の廃水が環境に放出される前に、その廃水から汚染物質を除去するように設計されています。^[31]しかし、一部のWWTP、特に古いものや資源が不足しているものは、高度な医薬品、パーソナルケア製品の成分、特定の種類の工業用化学物質など、すべてのCECを効果的に除去する設備が整っていません。^[32]これらの物質は処理プロセスを通過して水生生態系に入り込む可能性があるため、^[33]水処理技術に課題が生じ、廃水からCECを除去するための継続的な研究とインフラの改善の必要性が強調されています。高度なろ過と化学物質の除去技術を組み込んだ三次処理段階などの進歩は、廃棄物中のCECの存在に対処するためにテストされていますが、目新しさ、コスト、ロジスティクスの課題のため、広範囲にわたる実装はまだ見られません。^[34]

人間が日常的にさらされている人為起源の化学物質の多くは重複しています。このため、健康への悪影響を特定の化合物に帰することは困難です。EPAは、公共水道システムで管理する必要がある可能性のある物質を確認するために、汚染物質候補リストを管理しています。^[35] EPAはまた、起源、健康への影響、および暴露手段が多岐にわたる、連邦施設における新たな懸念の汚染物質12種をリストアップしています。^[36]リストされている12種の汚染物質は次のとおりです。トリクロロプロパン（TCP）、ジオキサン、トリニトロトルエン（TNT）、ジニトロトルエン、ヘキサヒドロトリニトロトリアザン（RDX）、N-ニトロソジメチルアミン（NDMA）、過塩素酸塩、 ポリ臭化ビフェニル（PBB）、タングステン、ポリ臭化ジフェニルエーテル（PBDE）、およびナノマテリアル。

NORMANネットワーク^[37]は、新たな環境物質に関する情報交換を促進します。疑わしいリスト交換^[38]（SLE）は、新たな懸念のある多くの潜在的な汚染物質を共有できるようにするために作成されました。リストには10​​万種類以上の化学物質が含まれています。

表1は、現在EPAのウェブサイトとレビュー記事に掲載されている新興汚染物質の概要です。一般的に特定されているCECの詳細な使用法と健康リスクは、下の表に記載されています。^{[39] [40]}

CEC が水生生物に及ぼす環境影響は広範囲に及ぶ。例えば、内分泌かく乱化学物質 (EDC) は天然ホルモンを模倣する可能性があり、繁殖障害を引き起こし、最終的には魚類や両生類の個体数の減少または増加につながる可能性がある。EDC は、農薬や工業用化学物質など、さまざまな一般的な汚染物質に含まれており、水生生物の成長や繁殖の変化を引き起こすこともある (US EPA) (USGS.gov)。^{[41] [42]}マイクロプラスチックも懸念される問題で、水生生物の消化管に物理的な閉塞を引き起こし、他の毒素の通り道となるため、食物連鎖の各段階を上るにつれて生体内蓄積と濃度の増加につながる。^[41]これらの影響は生物多様性を脅かすだけでなく、多くの種が依存している水生生態系の安定性も脅かす。継続的な監視と規制の取り組みは、CECの影響の全容を評価し、水生生態系におけるその存在を軽減するための効果的な戦略を開発するために不可欠です（NOAA.gov）。^[43]

CECが水ろ過システムを迂回して飲料水を汚染したり、食物連鎖の中で蓄積したりすると、人体へのリスクも引き起こす可能性がある。低用量のCECへの慢性的な曝露は、さまざまな健康問題に関連している。例えば、特定の医薬品CECとEDCは、ホルモンの不均衡、特定の癌のリスク増加、発達障害に関連している。^[41]環境中に存在する抗生物質は、抗生物質耐性菌の発生にも寄与し、抗生物質治療の有効性を低下させることで人体への深刻な脅威となる。^[41]研究では、低濃度であっても、飲料水中のCECの存在は神経疾患と相関し、時間の経過とともに認知機能を低下させる可能性があることがわかっている。^[44] CECの一種である特定のパーフルオロアルキル物質（PFAS）は、コレステロール値の上昇、肝酵素の変化、ワクチンの有効性の低下など、さまざまな健康への悪影響に関連しており、これらの化学物質への広範な曝露に対する懸念を引き起こしている。^[45] CDCはまた、高レベルのCECへの曝露が、感染症と闘う身体の能力を損ない、リウマチ性疾患のリスクを高めることで、免疫系に悪影響を及ぼすことも明らかにしている。^[44]汚染された飲料水や食物連鎖を通じて起こる可能性のあるさまざまなCECの組み合わせへの曝露は、まだ十分に解明されていない人体への累積的な健康被害につながる可能性がある。^{[44] [45]}

野生生物、特に水生環境に依存する種は、CECによって引き起こされる混乱に対して非常に脆弱です。陸生種は、汚染された食物、水、土壌を通じてCECにさらされる可能性があります。これらの汚染物質は、死亡につながる可能性のある汚染を引き起こしたり、摂食や交尾などの重要な活動に影響を与える行動の変化を間接的に引き起こしたりする可能性があります。渡り鳥は、CECの影響をさまざまな生態系に広げる可能性があるため、特に危険にさらされています。^{[41] [42]}野生生物の個体群の健康は環境の質の重要な指標であり、CECの存在は注意を必要とするより広範な生態学的問題の兆候となる可能性があります。

CEC の検出と監視は、さまざまな高度な分析技術によって行われます。高性能液体クロマトグラフィー (HPLC) と質量分析 (MS) を組み合わせると、感度と選択性が高く、有機 CEC の特定に役立ちます (EPA)。揮発性および半揮発性化合物の場合、ガスクロマトグラフィー (GC) と MS の組み合わせが一般的に使用されます (FDA)。金属と半金属は通常、誘導結合プラズマ質量分析 (ICP-MS) などの技術を使用して分析され、複数の元素を同時に分析できます (USGS)。CEC の監視に伴う複雑さは、検出だけにとどまりません。さまざまな環境を横断する経路も監視する必要があります。これは、時間の経過とともに汚染物質を蓄積し、さまざまな場所の汚染物質レベルの包括的なビューを提供するパッシブ サンプリング デバイスを使用して実行できます (NOAA)。バイオセンサーも使用および統合され、特定の汚染物質を迅速に検出します。これは、オンサイト監視アプリケーションにとって重要です (NIH)。空間分析のためのリモート センシングと地理情報システム (GIS) の使用が拡大しており、これらのツールは汚染の拡散を追跡するのに役立ちます (NASA Earth Science)。ナノテクノロジーの最近の進歩により、微量の CEC を検出できるナノセンサーが開発されました (Nature Nanotechnology)。  

廃棄物の浄化と地下水面や周囲の 生物圏へのさらなる浸透や汚染の防止に何百年もかかる場所がある。米国では、連邦レベルの環境規制機関が、住民や環境が有害な化合物にさらされるのを防ぐための州の政策と管理の指針となる基準と法律を決定する主な責任を負っている。新興汚染物質は、規制が本来の役割を果たさず、地域社会が健康への悪影響に対して脆弱なままになっている例である。多くの州が新興汚染物質に対して何ができるかを評価し、現在これを深刻な問題と見なしているが、新興汚染物質に対処するための具体的なリスク管理プログラムを持っているのは8州のみである。^[46]

これらは、環境全体での移動を防止したり、特定の環境システムでの濃度を制限したりすることで、特定の、またはすべての CEC の影響を修復することを目的とした戦術と方法です。汚泥が陸地に拡散して環境に侵入する別の経路を提供する可能性があることを考慮すると、水処理アプローチによって単に汚染物質が排水から汚泥に移動しないようにすることが特に重要です。

新たな汚染物質の中には、超音波分解、光触媒^[40] 、フェントン酸化^[47]、オゾン処理などのいくつかの先進技術が実験室実験で汚染物質を処理しているものがある。^[48]もう1つの技術は「強化凝固」であり、処理機関は処理を通じて汚染の前駆物質を除去することで濾過を最適化するように努める。THMの場合、これはpHを下げ、凝固剤の供給速度を上げ、活性炭フィルターや逆浸透を実行できる装置を使用して家庭用システムを運用することを奨励することを意味した。^[49]これらの方法は効果的であるが、費用がかかり、処理施設が汚染の除去費用を支払うことに抵抗する例が多くある。特に、多くのECは流出水、過去の汚染源、およびパーソナルケア製品から発生するため、水処理プロセスで生成されたものではない場合はそうだ。また、スクリーニングおよび予防プロセスに州が費用を支払うことは負担になる可能性があるため、州が汚染に関する独自の政策を持つようにインセンティブを与えることも難しい。また、購買力や政治力の弱い低所得地域では、ろ過システムを購入できず、飲料水や食品に含まれる有害化合物に日常的にさらされているという、環境的不公平の要素もあります。^[50]しかし、光ベースのシステムの最近の動向は、そのような用途に大きな可能性を示しています。UV-LEDシステムのコストが低下し、太陽光発電システムが普及するにつれて、^[40]コストを低く抑えながらCECを除去できる大きな可能性が示されています。

研究者らは、金属有機構造体（MOF）とMOFベースのナノ吸着剤（MOF-NA）が、特に廃水処理において、医薬品やパーソナルケア製品などの特定のCECの除去に使用できる可能性があることを示唆している。CECに含まれる広範な物理化学的特性によって生じる複雑さのため、MOFベースのナノ吸着剤の広範な使用はまだ実装されていない。CECの除去は、MOF-NAの構造と多孔性、およびCECとMOF-NAの両方の物理化学的適合性に大きく依存する。^{[51] CECがMOF-NAと適合しない場合は、特定の官能基を化学的に追加して、2つの分子間の適合性を高めることができる。官能基の追加により、反応は}水素結合、酸塩基反応、複雑な静電気力などの他の化学プロセスとメカニズムに依存するようになる。 ^[51] MOFベースのナノ吸着剤による修復は、反応を効率的に実行するためにpHなどの水質に大きく依存します。MOF-NA修復は、廃水処理における他の重金属や有機化合物の効率的な除去にも使用できます。

CEC の修復方法としては、吸着と生分解のメカニズムによって作用する膜バイオリアクター(MBR)の使用が考えられます。膜バイオリアクターは、精密濾過法によって廃水から特定の溶質や化学物質を濾過できることが実証されていますが、CEC のサイズが非常に小さいため、MBR は CEC を確実に除去するために他のメカニズムに頼らなければなりません。MBR が廃水から CEC を除去するために使用するメカニズムの 1 つは吸着です。MBR システム内の汚泥堆積物に CEC が吸着すると、堆積物がそのまま残り、水にさらされ、最終的に膜内で CEC が生分解されます。特定の CEC が疎水性であれば、システム内での CEC の吸着がさらに効率的になり、廃水から汚泥堆積物への移動が速くなります。^[52]

CEC の管理は、公衆衛生と環境への潜在的な影響により、近年ますます注目を集めています。こうした懸念に応えて、さまざまな政府機関や国際機関が、研究、規制、一般への啓蒙活動を通じて CEC に対処する取り組みを開始しています。

2024年1月、ホワイトハウス科学技術政策局は、表層水中のCECに対処するための連邦政府の協調研究イニシアチブを発表しました。このイニシアチブは、CECの発生源、発生、影響についての理解を深め、CECの除去と管理のための効果的な戦略を開発することを目的としています。^[53]

さらに、経済協力開発機構（OECD）はCECの取り組みに積極的に関与している。表層水における新たな懸念汚染物質の管理に関するOECDワークショップでは、さまざまな国の専門家が集まり、CECに関連する課題と解決策について議論し、この地球規模の問題に取り組む上での国際協力の重要性を強調した。^[53]

こうした最近の動向は、公衆衛生と環境を保護するために CEC がもたらす課題に対処するための協調的な取り組みの必要性がますます認識されていることを強調しています。

CEC の規制を求める活動は、法律制定や規制措置を推進する上で重要です。環境保護団体は、CEC に関連する潜在的なリスクについての認識を高め、環境保護政策の推進を訴えています。これらの団体は、水質基準の強化、特に廃水処理施設の監視および処理プロトコルに CEC を含めるよう働きかけ、排水品質 NECRI の向上につながっています。さらに、包括的な検出フレームワークを推進し、有害な化学物質が環境に放出されるのを防ぐための予防政策を提唱しています (環境ワーキング グループ)。