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総溶解固形物（TDS）は、分子状、イオン化状、または微粒子状（コロイド状）の懸濁形態で液体中に存在するすべての無機物と有機物の溶解した合計含有量の測定値です。TDSは、多くの場合、百万分率（ppm）で測定されます。水中のTDSは、デジタルメーターを使用して測定できます。[1]
一般的に、運用上の定義は、固形物が 2 マイクロメートル (公称サイズ、またはそれ以下) の孔を持つフィルターを通過できるほど小さくなければならないというものです。総溶解固形物は通常、淡水システムについてのみ議論されます。これは、塩分がTDS の定義を構成するイオンの一部を含むためです。TDS の主な用途は、小川、川、湖の水質の研究です。TDS は一般に主要な汚染物質とは見なされていませんが(たとえば、健康への影響とは関係がないと見なされています)、飲料水の美的特性の指標として、またさまざまな化学汚染物質の存在を示す総合的な指標として使用されます。
受水域における TDS の主な発生源は、農業用排水や住宅（都市）排水、粘土質の山岳水、土壌汚染の浸出、および工業施設や下水処理場からの点源 水汚染排出です。最も一般的な化学成分は、カルシウム、リン酸塩、硝酸塩、ナトリウム、カリウム、および塩化物で、栄養塩流出、一般的な雨水流出、道路凍結防止塩が散布される積雪地帯の流出に含まれています。化学物質は、可溶性の微粒子が形成される限り、1,000 個以下のオーダーの陽イオン、陰イオン、分子または凝集体である可能性があります。TDS のより特殊で有害な要素は、表面流出から生じる農薬です。特定の天然に存在する全溶解固形物は、岩石や土壌の風化と溶解によって発生します。米国は、飲料水の嗜好性を確保するために 500 mg/L の二次水質基準を設定しました。
全溶解固形物は、全懸濁固形物（TSS）とは区別されます。TSSは2マイクロメートルのふるいを通過できず、溶液中に無期限に浮遊しています。沈降性固形物という用語は、動きのない貯蔵タンク内で浮遊または溶解したままにならないあらゆるサイズの物質を指し、TDSとTSSの両方を除外します。[2]沈降性固形物には、より大きな粒子状物質や不溶性分子が含まれる場合があります。
総溶解固形物には揮発性固形物と非揮発性固形物の両方が含まれます。揮発性固形物は、固体から気体状態に容易に変化できる固形物です。非揮発性固形物は、この状態変化を達成するために、通常550℃の高温に加熱する必要があります。非揮発性物質の例には、塩や糖類が含まれます。[3]
測定
総溶解固形物を測定する主な方法は、重量分析と導電率の2つです。[4]重量分析法は最も正確で、液体溶媒を蒸発させて残った残留物の質量を測定します。この方法は一般的に最も優れていますが、時間がかかります。無機塩がTDSの大部分を占める場合は、導電率に基づく方法が適しています。
水の導電率は、溶解したイオン化固体の濃度に直接関係しています。これらのイオンにより、水は電流を伝導します。この電流は、従来の導電率計またはTDS 計を使用して測定できます。実験室での TDS 測定値と相関させると、導電率は約 10% の精度で TDS濃度のおおよその値を提供します。
地下水の TDS と比電気伝導率の関係は、次の式で近似できます。
- TDS = k e EC
ここでTDSはmg/Lで表され、ECは25℃における電気伝導率（マイクロジーメンス/センチメートル）である。変換係数k e は0.55～0.8の範囲である。[5]
一部のTDSメーターは、上記の式を使用してppmまでの電気伝導率測定を使用しています。単位に関しては、1ppmは1,000gの水あたり1mgの溶解固形物を示します。[6]
水文学的シミュレーション
水文輸送モデルは、河川システム内の TDS の動きを数学的に分析するために使用されます。最も一般的なモデルは、土地利用タイプ、地形、土壌タイプ、植生被覆、降水量、土地管理方法 (例:肥料の施用率) の変化を考慮した表面流出を扱っています。流出モデルは精度の高いレベルにまで進化しており、河川水質への影響を考慮した代替土地管理方法を評価できます。
流域モデルは、集水域内の総溶解固形物と、さまざまな河川流域の動態をより包括的に評価するために使用されます。DSSAM モデルは、米国環境保護庁(EPA)によって開発されました。[7]この水文学的輸送モデルは、実際には「最大一日総負荷量(TMDL)」と呼ばれる汚染物質負荷指標に基づいており、TDS やその他の特定の化学汚染物質を扱っています。このモデルの成功は、米国の多くの河川システムの管理に関する国家政策において、基礎となる TMDL プロトコルの使用に対する同庁の取り組みの拡大に貢献しました。[8]
実用的な意味
軟水器で処理した水を測定する場合、総溶解固形物（TOS）のレベルが高いことは硬水と相関しません。これは、軟水器がTDSを低下させないからです。むしろ、硬水の原因となるマグネシウムイオンとカルシウムイオンを、等価のナトリウムイオンまたはカリウムイオン（例：Ca 2+ ⇌ 2 Na +）に置き換え、全体的なTDSは変化せず[9]、増加することもあります。硬水は、パイプ、バルブ、フィルターにスケール蓄積を引き起こし、性能を低下させ、システムのメンテナンスコストを増加させる可能性があります。これらの影響は、水槽、スパ、プール、逆浸透 水処理システムで確認できます。通常、これらのアプリケーションでは総溶解固形物が頻繁に検査され、悪影響を防ぐためにろ過膜がチェックされます。
水耕栽培や養殖の場合、生物の生産性に適した水質環境を作り出すために、TDS が監視されることがよくあります。淡水、カキ、マス、その他の高価値の魚介類の場合、それぞれの種の本来の環境のTDS とpHレベルを模倣することで、最高の生産性と経済的利益が達成されます。水耕栽培の場合、総溶解固形物は、栽培されている水生植物の栄養素の利用可能性を示す最良の指標の 1 つと考えられています。
人間の飲料水の許容可能な審美基準の閾値は500 mg/L であるため、害を及ぼすレベルよりはるかに低いレベルでは、一般的に臭い、味、色について懸念されることはありません。いくつかの研究が行われており、さまざまな種の反応は、TDS の上昇による不耐性から完全な毒性までの範囲に及ぶことが示されています。正確な毒性結果は特定の化学成分に関係するため、数値結果は慎重に解釈する必要があります。それでも、いくつかの数値情報は、水生生物や陸生動物を高 TDS レベルにさらすことのリスクの性質を理解するのに役立つガイドです。混合魚類を含むほとんどの水生生態系は、1000 mg/L の TDS レベルに耐えることができます。[10]
例えば、ファットヘッドミノー（Pimephales promelas）は、96時間の暴露でLD50濃度が5,600 ppmになります。LD50とは、暴露された個体群の50％に致死効果をもたらすのに必要な濃度です。食物連鎖の主要メンバーの良い例であるミジンコは、体長約0.5 mm（0.020インチ）の小さなプランクトン性甲殻類で、96時間の暴露でLD50が約10,000 ppm TDSです。[11]
産卵中の 魚や幼魚は、高TDSレベルに対してより敏感であるように思われる。例えば、サンフランシスコ湾デルタ地域では、TDS濃度が350 mg/Lになるとシマスズキ（Morone saxatilis）の産卵が減り、200 mg/L以下の濃度ではさらに健康的な産卵環境が促進されることがわかった。[12]トラッキー川では、EPAは、ラホンタン・カットスロート・トラウトの幼魚が、高総溶解固形物濃度と組み合わされた熱汚染ストレスにさらされると、死亡率が高くなることを発見した。 [7]
陸生動物の場合、家禽類のTDS曝露の安全上限は通常約2,900 mg/Lですが、乳牛の安全上限は約7,100 mg/Lと測定されています。研究によると、異常なpH、高濁度、または溶存酸素の減少などの他のストレス要因が存在する場合、TDSへの曝露は毒性が増すことが示されていますが、後者のストレス要因は動物の場合のみに作用します。[13]
水道水が安全でない、または不潔なことが多い国では、技術者が飲料水の TDS を頻繁にチェックして、RO/水ろ過装置がどれだけ効果的に機能しているかを測定します。TDS の測定値では、水のサンプルに存在する微生物の数はわかりませんが、TDS の存在によってフィルターの効率性を示すことができます。
水質分類
[14] 水は水中の総溶解固形物（TDS）のレベルによって分類することができます。
飲料水の TDS は通常 500 ppm 未満です。TDS が高い淡水は飲用可能ですが、味が気に入らない場合があります。
参照
参考文献
- ^ 「飲料水中の許容総溶解固形物（TDS）レベルはいくらですか？」The Berkey。2020年2月22日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2020年2月22日閲覧。
- ^ デズーネ、ジョン（1997）。飲料水水質ハンドブック（第2版）。ジョン・ワイリー・アンド・サンズ。ISBN 0-471-28789-X。
- ^ Wetzel, RG (2001). 陸水学: 湖と川の生態系. サンディエゴ: アカデミックプレス.
- ^ 「総溶解固形物（TDS）：EPA法160.1（重量法、180℃で乾燥）」ワシントンDC：米国環境保護庁（EPA）。1999年11月16日。2016年2月23日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- ^ Atekwanaa, Eliot A.; Atekwanaa, Estella A.; Roweb, Rebecca S.; Werkema Jr., D. Dale; Legalld, Franklyn D. (2004). 「炭化水素で汚染された帯水層における総溶解固形物測定値とバルク電気伝導率の関係」( PDF)。Journal of Applied Geophysics。56 (4). Elsevier: 281–294. Bibcode :2004JAG....56..281A. doi :10.1016/j.jappgeo.2004.08.003. 2014年8月1日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。 2016年2月15日閲覧。
- ^ 「よくある質問」。2017年6月18日時点のオリジナルよりアーカイブ。2017年5月23日閲覧。
{{cite web}}: CS1 メンテナンス: 不適切 URL (リンク) - ^ ab CM Hogan、Marc Papineau 他「トラッキー川の動的水質シミュレーションモデルの開発」、Earth Metrics Inc.、環境保護庁技術シリーズ、ワシントン DC (1987)
- ^ EPA。「水質に基づく決定のためのガイダンス：TMDL プロセス」。Wayback Machineで 2017 年 7 月 6 日にアーカイブ。文書番号 EPA 440/4-91-001。1991 年 4 月。
- ^ W. Adam Sigler、Jim Bauder。「TDS ファクトシート」。モンタナ州立大学。2015 年 4 月 29 日時点のオリジナルよりアーカイブ。2015年1 月 23 日閲覧。
- ^ Boyd, Claude E. (1999).水質：入門オランダ：Kluwer Academic Publishers Group. ISBN 0-7923-7853-9。
- ^ 総溶解固形物に関する立場表明書、アイオワ州、IAC 567 61.3 (2)g et sequitur 2003年3月27日更新
- ^ カイザーエンジニアズ、カリフォルニア州、カリフォルニア州への最終報告書、サンフランシスコ湾デルタ水質管理プログラム、カリフォルニア州、サクラメント、カリフォルニア州 (1969)
- ^ Hogan, C. Michael; Patmore, Leda C.; Seidman, Harry (1973 年 8 月). 「標準気象データベースを使用した動的熱平衡温度の統計的予測」. EPA. 2016 年 2 月 23 日時点のオリジナルよりアーカイブ。2016年 2 月 15 日閲覧。
{{cite journal}}:ジャーナルを引用するには|journal=(ヘルプ)環境保護技術シリーズが必要です。文書番号 EPA-660/2-73-003。 - ^ “Saline Water and Salinity | US Geological Survey”. 2020年8月18日時点のオリジナルよりアーカイブ。2020年2月12日閲覧。
外部リンク
ウィキメディア・コモンズにおける総溶解固形物に関連するメディア