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JP7425565B2 - Analysis method for microorganisms in groundwater - Google Patents
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Description

本発明は、地下水中の微生物の分析方法に関する。 The present invention relates to a method for analyzing microorganisms in groundwater.

近年、高レベル放射性廃棄物の地層処分に関する技術開発の一環として、地下深部の科学的データの収集、及び、収集した科学的データに基づく地質環境の解釈が進められている。その成果の一つとして、「科学的特性マップ」(経済産業省資源エネルギー庁:2017年7月28日)が公開されている。しかしながら、地下深部の微生物データについては、既存の知見が少なく、広域的なデータベースの作成が困難であったため、現状、「科学的特性マップ」の対象とされていない。
一方、国際的動向を見ると、高レベル放射性廃棄物の地層処分を考える上で、微生物データを基礎データの一つとして組み込むことの必要性が指摘されている。ここで、微生物データを基礎データの一つとして組み込むためには、微生物データの蓄積が必須であり、特に、広域的なデータベースの作成が必須となる。そのためには、地質特性データ、水理データ、水質データ等と同様に、微生物データについても、基礎データとして効率的に収集することが求められ、基礎データの収集について体系化が必要となる。
従来、微生物データは、微生物数の計数、微生物の群集構成の解析、微生物の群集構造の分析、微生物の活性の分析等の分析項目について、各分析項目の分析が、順次、実施されることにより収集される。すなわち、図6に示すように、微生物データは、時期を異ならせて実施される複数回の調査に基づいて収集される。各回の調査では、一の分析項目を対象として分析・データ収集が実施され、その分析・データ収集の結果に応じて、次回の調査の内容(具体的には、分析・データ収集の対象とする分析項目等)が計画される。
ここで、微生物数の計数方法としては、例えば、特許文献1に開示されている方法が知られている。また、微生物の群集(群集構成・群集構造)の解析方法としては、例えば、特許文献2,3に開示されている方法が知られている。また、微生物の活性の分析方法としては、例えば、特許文献4に開示されている方法が知られている。
In recent years, as part of the technological development for geological disposal of high-level radioactive waste, efforts have been made to collect scientific data deep underground and to interpret the geological environment based on the collected scientific data. As one of the results, the "Scientific Characteristics Map" (Ministry of Economy, Trade and Industry, Agency for Natural Resources and Energy: July 28, 2017) has been published. However, as there is little existing knowledge about microbial data deep underground and it has been difficult to create a wide-area database, it is not currently included in the "Scientific Characteristics Map."
On the other hand, looking at international trends, it has been pointed out that it is necessary to incorporate microbial data as one of the basic data when considering geological disposal of high-level radioactive waste. Here, in order to incorporate microbial data as one of the basic data, it is essential to accumulate microbial data, and in particular, it is essential to create a wide-area database. To this end, it is necessary to efficiently collect microbial data as basic data in the same way as geological property data, hydraulic data, water quality data, etc., and it is necessary to systematize the collection of basic data.
Conventionally, microbial data is obtained by sequentially performing analysis of each analysis item such as counting the number of microorganisms, analyzing microbial community composition, analyzing microbial community structure, and analyzing microbial activity. collected. That is, as shown in FIG. 6, microbial data is collected based on multiple surveys conducted at different times. In each survey, analysis and data collection are carried out targeting one analysis item, and depending on the results of that analysis and data collection, the content of the next survey (specifically, the target of analysis and data collection) is determined. analysis items, etc.) are planned.
Here, as a method for counting the number of microorganisms, for example, the method disclosed in Patent Document 1 is known. Further, as methods for analyzing microbial communities (community composition/community structure), for example, methods disclosed in Patent Documents 2 and 3 are known. Furthermore, as a method for analyzing the activity of microorganisms, for example, the method disclosed in Patent Document 4 is known.

特開2011-92104号公報Japanese Patent Application Publication No. 2011-92104 特開2006-94830号公報Japanese Patent Application Publication No. 2006-94830 特開2005-65605号公報Japanese Patent Application Publication No. 2005-65605 特開2006-238771号公報Japanese Patent Application Publication No. 2006-238771

しかしながら、従来の方法では、分析期間が長期化する恐れがある。
すなわち、従来の方法では、各分析項目の分析を実施するときに、その都度、試料とする地下水の採水が実施される。これによって、分析項目が増加するほど、採水を実施する回数が増加し、その結果、分析期間が長期化する恐れがある。特に、地下水の採水の対象とする地盤(以下、「対象地盤」とする)の透水性が低い場合や、対象地盤の深度が深い場合には、各回の採水の実施に要する期間が長期化するため、分析期間が更に長期化する恐れがある。
本発明の課題は、地下水中の微生物を分析するにあたって、分析期間を短縮することにある。
However, with the conventional method, the analysis period may become long.
That is, in the conventional method, groundwater is sampled each time each analysis item is analyzed. As a result, as the number of analysis items increases, the number of times water sampling is performed increases, and as a result, the analysis period may become longer. In particular, when the permeability of the ground targeted for groundwater sampling (hereinafter referred to as "targeted ground") is low, or when the depth of the target ground is deep, the period required for each water sampling may be long. Because of this, the analysis period may become even longer.
An object of the present invention is to shorten the analysis period when analyzing microorganisms in groundwater.

上記目的を達成するために、第一の発明に係る地下水中の微生物の分析方法は、地下水を採水する採水工程と、前記採水工程により採水された地下水を試料として本分析を実施する本分析工程と、を含み、前記本分析の分析項目として、微生物数計数、微生物群集解析及び微生物活性分析のうち、少なくとも一つを含む複数の分析項目が含まれ、前記採水工程では、予備採水により採水された地下水を試料として前記本分析に含まれる各分析項目に必要となる地下水の採水量を決定するための分析である予備分析現地にて実施、前記予備分析の結果に基づいて前記本分析に含まれる各分析項目に必要となる地下水の採水量決定、決定した採水量に応じて前記本分析に含まれる全ての分析項目に必要となる地下水を採水する本採水を実施するにあたって、一連の採水作業により前記予備採水及び前記本採水が実施され、前記予備分析の分析項目として、微生物数計数が含まれことを特徴とする。
第一の発明に係る地下水中の微生物の分析方法では、予備採水により採水された地下水を試料として予備分析が実施され、予備分析の結果に基づいて本分析に含まれる各分析項目に必要となる地下水の採水量が決定され、決定された採水量に応じて本分析に含まれる全ての分析項目に必要となる地下水を採水する本採水が実施される。この際、一連の採水作業により予備採水及び本採水が実施される。
これによって、本分析に必要となる試料が不足する事態の発生が防止される。したがって、不足する試料を補充するための採水の実施を回避することができ、その結果、分析期間を短縮することが可能となる。
また、1回の採水の実施により、本分析に含まれる各分析項目に必要となる試料を採水することができる。したがって、本分析において複数の分析項目が含まれている場合であっても、分析項目ごとに採水を実施する必要がない。よって、採水を実施する回数が低減され、その結果、分析期間を短縮することが可能となる。
特に、対象地盤の透水性が低い場合や、対象地盤の深度が深い場合に、分析期間を大きく短縮することが可能となる。
さらに、第一の発明に係る地下水中の微生物の分析方法では、予備分析の分析項目に、微生物数計数が含まれている。
これによって、本分析に必要となる地下水の採水量を適切に決定することが可能となる。すなわち、微生物数の計数、微生物の群集(群集構成、群集構造)の解析、微生物の活性の分析等の各種分析を実施するにあたっては、試料となる地下水の単位水量あたりに存在する微生物の数が、当該分析に必要となる試料の量(すなわち、採水量)の決定に大きく影響する。この際、単位水量あたりに存在する微生物の数が少ないほど、必要となる試料の量が多くなる。そこで、予備分析の分析項目に微生物数計数を入れることで、本分析に必要となる試料の量を適切に決定することが可能となる。
ここで、採水工程としては、後述する第2予備採水及び本採水が該当する。本分析とし
ては、後述する微生物数の計数、微生物の群集(群集構造、群集構成等)の解析、微生物の活性の分析、微生物の機能の分析等が該当する。本分析工程としては、後述する微生物数計数工程、微生物の群集構造分析工程、微生物の群集構成解析工程、微生物の活性分析工程等が該当する。予備分析としては、後述する予備分析が該当する。微生物数計数としては、後述する微生物数の計数が該当する。微生物群集解析としては、後述する微生物の群集(群集構造、群集構成等)の解析が該当する。微生物活性分析としては、後述する微生物の活性の分析が該当する。現地とは、後述する採水現場が該当する。
In order to achieve the above object, the method for analyzing microorganisms in groundwater according to the first invention includes a water sampling step of sampling groundwater, and a main analysis using the groundwater sampled in the water sampling step as a sample. The main analysis step includes a plurality of analysis items including at least one of microbial counting, microbial community analysis, and microbial activity analysis as analysis items of the main analysis, and in the water sampling step, A preliminary analysis, which is an analysis to determine the amount of groundwater sampled for each analysis item included in the main analysis, was conducted on site using the groundwater sampled in the preliminary water sampling. Based on the results , determine the amount of groundwater required for each analysis item included in the main analysis, and according to the determined amount of water , collect the groundwater required for all analysis items included in the main analysis. In carrying out the main water sampling, the preliminary water sampling and the main water sampling are performed through a series of water sampling operations, and the preliminary analysis includes microbial counting.
In the method for analyzing microorganisms in groundwater according to the first invention, preliminary analysis is performed using groundwater sampled by preliminary water sampling , and based on the results of the preliminary analysis, necessary for each analysis item included in the main analysis. The amount of groundwater to be sampled is determined, and main water sampling is carried out to sample the groundwater required for all analysis items included in the main analysis according to the determined amount of sampled water. At this time, preliminary water sampling and main water sampling will be carried out through a series of water sampling operations.
This prevents the occurrence of a shortage of samples necessary for the main analysis. Therefore, it is possible to avoid sampling water for replenishing a missing sample, and as a result, it is possible to shorten the analysis period.
Furthermore, by performing water sampling once, it is possible to sample water samples required for each analysis item included in this analysis. Therefore, even if multiple analysis items are included in this analysis, there is no need to sample water for each analysis item. Therefore, the number of times water sampling is performed is reduced, and as a result, the analysis period can be shortened.
In particular, when the permeability of the target ground is low or when the target ground is deep, the analysis period can be significantly shortened.
Furthermore, in the method for analyzing microorganisms in groundwater according to the first invention, the analysis items of the preliminary analysis include counting the number of microorganisms.
This makes it possible to appropriately determine the amount of groundwater required for this analysis. In other words, when performing various analyzes such as counting the number of microorganisms, analyzing microbial communities (community composition, community structure), and analyzing microbial activity, it is necessary to calculate the number of microorganisms present per unit volume of groundwater as a sample. , greatly influences the determination of the amount of sample (i.e., the amount of water sampled) required for the analysis. At this time, the smaller the number of microorganisms present per unit amount of water, the larger the amount of sample required. Therefore, by including microorganism count as an analysis item in the preliminary analysis, it becomes possible to appropriately determine the amount of sample required for the main analysis.
Here, the water sampling process corresponds to the second preliminary water sampling and main water sampling described later. This analysis includes counting the number of microorganisms, analyzing the microbial community (community structure, community composition, etc.), analyzing the activity of the microorganisms, analyzing the functions of the microorganisms, etc., which will be described later. This analysis process includes a microorganism counting process, a microbial community structure analysis process, a microbial community composition analysis process, a microbial activity analysis process, etc., which will be described later. The preliminary analysis corresponds to the preliminary analysis described below. The counting of the number of microorganisms corresponds to the counting of the number of microorganisms described below. Microbial community analysis corresponds to the analysis of microbial communities (community structure, community composition, etc.) described below. The microbial activity analysis corresponds to the analysis of microbial activity described below. The field refers to the water sampling site described later.

の発明に係る地下水中の微生物の分析方法では、第の発明に係る地下水中の微生物の分析方法において、前記採水工程では、大深度に存在する地下水が採水され、事前採水により採水された地下水について、金属イオン濃度の簡易測定が実施され、当該簡易測定の結果に応じて前記予備採水により採水された地下水に対して金属イオンのキレート剤が添加され、前記キレート剤が添加された地下水を試料として、前記予備分析が実施され、一連の採水作業により前記事前採水、前記予備採水及び前記本採水が実施されることを特徴とする。
の発明に係る地下水中の微生物の分析方法では、キレート剤が添加された地下水を試料として、予備分析が実施される。
これによって、採水された地下水中に溶存している金属イオンの析出が抑制され、予備分析を実施する際に、析出した金属イオンが顕微鏡観察を阻害する事態の発生を防止することが可能となる。
ここで、金属イオン濃度の簡易測定としては、後述する溶存鉄イオン濃度の簡易測定が該当する。金属イオンとしては、後述する鉄イオンが該当する。キレート剤としては、後述するEDTA(エチレンジアミン四酢酸)が該当する。
In the method for analyzing microorganisms in groundwater according to the second invention, in the method for analyzing microorganisms in groundwater according to the first invention, in the water sampling step, groundwater existing at a deep depth is sampled, A simple measurement of the metal ion concentration is carried out on the groundwater sampled by the method, and according to the result of the simple measurement, a metal ion chelating agent is added to the groundwater sampled by the preliminary water sampling. The preliminary analysis is performed using groundwater to which the agent has been added as a sample, and the preliminary water sampling, preliminary water sampling, and main water sampling are performed through a series of water sampling operations .
In the method for analyzing microorganisms in groundwater according to the second invention, a preliminary analysis is performed using groundwater to which a chelating agent has been added as a sample.
This suppresses the precipitation of metal ions dissolved in the sampled groundwater, making it possible to prevent precipitated metal ions from interfering with microscopic observation during preliminary analysis. Become.
Here, the simple measurement of metal ion concentration corresponds to the simple measurement of dissolved iron ion concentration described below. Examples of metal ions include iron ions, which will be described later. As the chelating agent, EDTA (ethylenediaminetetraacetic acid), which will be described later, is applicable.

本発明によれば、地下水中の微生物を分析するにあたって、分析期間を短縮することが可能となる。特に、対象地盤の透水性が低い場合や、対象地盤の深度が深い場合に、分析期間を大きく短縮することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to shorten the analysis period when analyzing microorganisms in groundwater. In particular, when the permeability of the target ground is low or when the target ground is deep, the analysis period can be significantly shortened.

本発明の実施形態に係る地下水中の微生物の分析方法の手順を示すフローチャートである。1 is a flowchart showing the procedure of a method for analyzing microorganisms in groundwater according to an embodiment of the present invention. 金属イオン析出抑制工程の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of a metal ion precipitation suppression process. 予備分析により算出された微生物数と、本分析の各分析項目に必要となる採水量と、の対応を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the correspondence between the number of microorganisms calculated by a preliminary analysis and the amount of water sampled required for each analysis item in the main analysis. 採水装置1の概略構成を示す図である。1 is a diagram showing a schematic configuration of a water sampling device 1. FIG. 揚水ケーシング10内にポンプPが設置された状態の採水装置1を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the water sampling device 1 in a state in which a pump P is installed in a pumping casing 10. FIG. 従来例に係る地下水中の微生物の分析方法の手順を示すフローチャートである。1 is a flowchart showing the procedure of a conventional method for analyzing microorganisms in groundwater.

以下、本発明の実施形態に係る地下水中の微生物の分析方法について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, a method for analyzing microorganisms in groundwater according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

(地下水中の微生物の分析方法の手順)
まず、本発明の実施形態に係る地下水中の微生物の分析方法の手順を説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る地下水中の微生物の分析方法の手順を示すフローチャートである。図2は、金属イオン析出抑制工程の手順を示すフローチャートである。図3は、予備分析により算出された微生物数と、本分析の各分析項目に必要となる採水量と、の対応を示す図である。
本発明に係る地下水中の微生物の分析方法は、対象地盤から湧出する地下水(以下、「対象地下水」とする)を試料として、微生物に関する分析(以下、「本分析」とする)を実施し、微生物に関するデータを取得することを目的として実施される。
特に、本発明に係る地下水中の微生物の分析方法は、大深度(具体的には、数百[m]以上)の地盤(対象地盤)から湧出する地下水(対象地下水)を試料とする場合に好適な方法となっている。
ここで、本発明に係る「微生物」は、人の肉眼により個々の存在を識別できない微小な生物を指し、原核生物、真核生物(ユーカリア)等が含まれる。
「原核生物」とは、核膜を持たず、細胞内にむき出しの状態でDNAが存在する細胞によって構成される生物を指し、バクテリア(真正細菌)、及び、アーキア(古細菌)が含まれる。
「真核生物」は、細胞の内部に核膜を持ち、核と細胞質が明確に区分されている細胞によって構成される生物を指す。
本実施形態では、原核生物(バクテリア及びアーキア)を対象として、微生物に関する分析を実施し、微生物に関するデータを取得する場合の一例を説明する。
また、本発明に係る「微生物に関する分析(本分析)」の分析項目には、微生物数の計数、微生物の群集(群集構造、群集構成等)の解析、微生物の活性の分析、微生物の機能の分析等の分析項目のうち、少なくとも一つ以上(好ましくは、複数)の分析項目が含まれる。
本実施形態では、本分析の分析項目として、微生物数の計数、微生物の群集の解析、及び、微生物の活性の分析が含まれる場合の一例を説明する。
「微生物数」は、試料の単位水量あたりに存在する微生物の数をいう。
「微生物の群集」は、試料中に存在する微生物群の内容(微生物の種類(分類)、各種類に属する微生物の割合、各種類に属する微生物の数等)をいう。
本実施形態では、微生物の群集の解析として、微生物の群集構造の分析、及び、微生物の群集構成の解析が実施される。
「微生物の群集構造」は、試料中に存在する微生物群中に占める対象とする分類に属する微生物の割合(または、数)となっている。本実施形態では、微生物の群集構造の分析により、試料中に存在する微生物群中に占めるバクテリアの割合・アーキアの割合が分析される。
「微生物の群集構成」は、試料中に存在する微生物の種類となっている。本実施形態では、微生物の群集構成の解析により、試料中に存在するバクテリアの種類・アーキアの種類が解析される。
(Steps for analyzing microorganisms in groundwater)
First, the procedure of a method for analyzing microorganisms in groundwater according to an embodiment of the present invention will be explained.
FIG. 1 is a flowchart showing the procedure of a method for analyzing microorganisms in groundwater according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a flowchart showing the procedure of the metal ion precipitation suppression step. FIG. 3 is a diagram showing the correspondence between the number of microorganisms calculated by the preliminary analysis and the amount of water sampled required for each analysis item in the main analysis.
The method for analyzing microorganisms in groundwater according to the present invention uses groundwater gushing out from the target ground (hereinafter referred to as "target groundwater") as a sample, and conducts an analysis regarding microorganisms (hereinafter referred to as "main analysis"), The purpose is to obtain data on microorganisms.
In particular, the method for analyzing microorganisms in groundwater according to the present invention is applicable when the sample is groundwater (target groundwater) gushing out from the ground (target ground) at a great depth (specifically, several hundred meters or more). This is the preferred method.
Here, the term "microorganisms" according to the present invention refers to minute organisms whose individual existence cannot be identified with the naked eye, and includes prokaryotes, eukaryotes (eucaria), and the like.
The term "prokaryote" refers to an organism composed of cells that do not have a nuclear envelope and have DNA exposed inside the cell, and includes bacteria (eubacteria) and archaea (archaea).
"Eukaryotes" refer to organisms that are composed of cells that have nuclear membranes inside them and clearly distinguish the nucleus and cytoplasm.
In this embodiment, an example will be described in which microorganism-related analysis is performed on prokaryotes (bacteria and archaea) to obtain data regarding the microorganisms.
In addition, the analysis items of "Analysis related to microorganisms (main analysis)" according to the present invention include counting the number of microorganisms, analysis of microbial communities (community structure, community composition, etc.), analysis of microbial activity, and analysis of microbial functions. Among analysis items such as analysis, at least one (preferably plural) analysis items are included.
In this embodiment, an example will be described in which the analysis items of the main analysis include counting the number of microorganisms, analyzing the community of microorganisms, and analyzing the activity of microorganisms.
"Number of microorganisms" refers to the number of microorganisms present per unit amount of water in a sample.
"Microbial community" refers to the contents of the microbial group present in a sample (types (classifications) of microorganisms, proportion of microorganisms belonging to each type, number of microorganisms belonging to each type, etc.).
In this embodiment, as microbial community analysis, microbial community structure analysis and microbial community composition analysis are performed.
The "microbial community structure" is the proportion (or number) of microorganisms belonging to the target classification in the microbial group present in the sample. In this embodiment, the proportion of bacteria and the proportion of archaea in the microbial group present in the sample is analyzed by analyzing the community structure of microorganisms.
"Microbial community composition" is the type of microorganisms present in the sample. In this embodiment, the types of bacteria and archaea present in the sample are analyzed by analyzing the community composition of microorganisms.

図1に示すように、本実施形態に係る地下水中の微生物の分析方法は、採水準備工程と、採水工程と、前処理工程と、各種の本分析工程と、を含んで構成されている。
ここで、一般的に、地下水を試料として微生物分析を実施する際には、採水現場で採水した試料を、分析を実施する実験室へ輸送する必要がある。この際、採水現場と実験室との距離が離れているほど、輸送に要する時間が長くなり、その結果、輸送中において、試料中に存在する微生物の状態が変化するリスクが高くなる。
そこで、本実施形態に係る地下水中の微生物の分析方法では、採水現場において現場実験室を仮設し、迅速な対応が要求される処理(具体的には、後述する金属イオン析出抑制工程、予備分析、採水量決定、前処理工程)、及び、本分析の分析項目のうち迅速な実施が要求される分析(具体的には、後述する微生物の活性分析工程)について、現場実験室で実施する構成としている。
As shown in FIG. 1, the method for analyzing microorganisms in groundwater according to the present embodiment includes a water sampling preparation process, a water sampling process, a pretreatment process, and various main analysis processes. There is.
Generally, when performing microbial analysis using groundwater as a sample, it is necessary to transport the sample collected at the water sampling site to the laboratory where the analysis will be performed. In this case, the farther the distance between the water sampling site and the laboratory, the longer the time required for transportation, and as a result, the risk that the state of microorganisms present in the sample will change during transportation increases.
Therefore, in the method for analyzing microorganisms in groundwater according to the present embodiment, an on-site laboratory is temporarily set up at the water sampling site, and processes that require a quick response (specifically, the metal ion precipitation suppression process, preliminary analysis, water sampling amount determination, pretreatment process), and analyzes that require prompt implementation among the analysis items of this analysis (specifically, the microbial activity analysis process described below) will be conducted in the on-site laboratory. It is structured as follows.

(採水準備工程)
採水準備工程では、対象地下水の採水のための準備を実施する。
具体的に、採水準備工程では、まず、ボーリング孔(裸孔)を掘削し、採水用の井戸を構築する。この際、ボーリング孔は、対象地盤の深度より深い深度まで掘削される。また、ボーリング孔(裸孔)を、そのままの状態で、井戸としても、ボーリング孔内にケーシングパイプを配置して井戸を構築しても、どちらでも構わない。また、井戸の構築時には、井戸内の残留水(井戸内に残留する雨水・掘削水等)に対して蛍光色素が添加される。
採水準備工程では、次に、井戸内において採水装置を設置する。ここで、採水装置としては、採水ポンプを用いて採水を実施する方式の採水装置、採水器を投入して採水を実施する方式の採水装置、パッカーシステムを利用した採水装置等、公知のあらゆる採水装置を用いることが可能である。特に、大深度(具体的には、数百[m]以上)の地盤(対象地盤)から湧出する地下水(対象地下水)を採水する場合には、後述する採水装置1を用いることが好ましい。
採水準備工程では、次に、予備排水を実施する。すなわち、構築された井戸内には、残留水が溜まっている状態となっている。これによって、採水装置の設置の完了時には、井戸内に溜まっていた残留水が採水装置内へ浸入している状態となる。そこで、予備排水により、採水装置内の残留水を対象地下水に置換する(採水装置内へ対象地下水を呼び込む)必要がある。
予備排水は、排水ポンプを採水装置内に挿入し、当該排水ポンプを作動して、採水装置内の残留水を排水することにより実施する。
予備排水中には、水質モニタリング装置により、排水された地下水(残留水)の水質(物理化学パラメータ)を、経時的に測定・監視する。本実施形態では、水質(物理化学パラメータ)として、EC(電気伝導度)、温度、水圧、pH(水素イオン指数)、ORP(酸化還元電位)、DO(溶存酸素濃度)等が測定・監視される。また、予備排水中には、排水された地下水(残留水)中の蛍光色素濃度を、経時的に測定・監視する。さらに、予備排水中には、排水された地下水(残留水)の総量を計測する。
そして、(1)排水された地下水の水質(物理化学パラメータ)が安定したこと、(2)排水された地下水中の蛍光色素濃度が十分に低下したこと、(3)システムボリューム(具体的には、採水装置の容積又は井戸の容積)に対して十分な量の地下水が排水されたこと、の全ての条件を満たすことにより、予備排水を終了する。すなわち、これらの条件を満たす場合には、採水装置内において、残留水が対象地下水に置換されたものと判断することができる。
そして、予備排水の終了により、対象地下水の採水が可能な状態となり、採水準備工程を終了する。
(Water sampling preparation process)
In the water sampling preparation process, preparations are made for sampling the target groundwater.
Specifically, in the water sampling preparation process, first, a borehole (bore hole) is excavated to construct a well for water sampling. At this time, the borehole is drilled to a depth deeper than the depth of the target ground. Further, the borehole (borehole) may be used as a well as it is, or a well may be constructed by arranging a casing pipe within the borehole. Furthermore, when constructing a well, a fluorescent dye is added to residual water in the well (rainwater, excavated water, etc. remaining in the well).
In the water sampling preparation step, next, a water sampling device is installed in the well. Here, water sampling devices include water sampling devices that use a water sampling pump to sample water, water sampling devices that use a water sampling device to sample water, and water sampling devices that use a packer system. It is possible to use any known water sampling device, such as a water device. In particular, when sampling groundwater (target groundwater) gushing out from the ground (target ground) at a great depth (specifically, several hundred meters or more), it is preferable to use the water sampling device 1 described below. .
In the water sampling preparation process, preliminary drainage is next performed. In other words, residual water remains in the constructed well. As a result, when the installation of the water sampling device is completed, the residual water that had accumulated in the well has entered the water sampling device. Therefore, it is necessary to replace the residual water in the water sampling device with the target groundwater by preliminary drainage (drawing the target groundwater into the water sampling device).
Preliminary drainage is performed by inserting a drainage pump into the water sampling device, activating the drainage pump, and draining the remaining water in the water sampling device.
During preliminary drainage, a water quality monitoring device measures and monitors the water quality (physicochemical parameters) of the drained groundwater (residual water) over time. In this embodiment, water quality (physicochemical parameters) such as EC (electrical conductivity), temperature, water pressure, pH (hydrogen ion index), ORP (oxidation reduction potential), DO (dissolved oxygen concentration), etc. are measured and monitored. Ru. Additionally, during preliminary drainage, the fluorescent dye concentration in the drained groundwater (residual water) is measured and monitored over time. Furthermore, during preliminary drainage, the total amount of drained groundwater (residual water) is measured.
Then, (1) the water quality (physicochemical parameters) of the drained groundwater has stabilized, (2) the fluorescent dye concentration in the drained groundwater has decreased sufficiently, and (3) the system volume (specifically , the volume of the water sampling device or the volume of the well), and that a sufficient amount of groundwater has been drained. That is, if these conditions are met, it can be determined that the residual water has been replaced with target groundwater in the water sampling device.
Then, upon completion of the preliminary drainage, the target groundwater becomes ready for sampling, and the water sampling preparation process is completed.

(採水工程)
採水工程では、対象地下水の採水を実施する。
具体的に、採水工程では、まず、対象地下水の採水を開始する。すなわち、井戸内に設置した採水装置に応じた手法により、対象地下水の採水を開始する。
ここで、対象地下水の採水は、後述する溶存鉄イオン濃度の簡易測定の試料となる対象地下水を採水する第1予備採水と、後述する予備分析の試料となる対象地下水を採水する第2予備採水と、後述する本分析(各分析項目)の試料となる対象地下水を採水する本採水と、が含まれる。そして、対象地下水の採水は、本採水の完了により終了される。この際、対象地下水の採水は、その開始から終了まで、一連の工程として実施される。
すなわち、対象地下水の採水の開始から終了までの一連の工程の中で採水される対象地下水が、順次、溶存鉄イオン濃度の簡易測定の試料とされ、予備分析の試料とされ、本分析の試料とされる。したがって、本実施形態では、第1予備採水、第2予備採水、及び、本採水は、一連の工程であり、明確に区分されていない。
そして、後述する金属イオン析出抑制工程、予備分析、採水量決定等は、対象地下水の採水に対して、時期的に並行して実施される。
なお、第1予備採水、第2予備採水、及び、本採水が、個別の工程(時間的に区切られた工程)として実施される構成としても構わない。
(Water sampling process)
In the water sampling process, target groundwater will be sampled.
Specifically, in the water sampling process, first, sampling of target groundwater is started. That is, sampling of the target groundwater is started using a method suitable for the water sampling device installed in the well.
Here, the sampling of target groundwater includes the first preliminary sampling, in which target groundwater is sampled for simple measurement of dissolved iron ion concentration, which will be described later, and the target groundwater, which will be a sample for preliminary analysis, which will be described later. This includes a second preliminary water sampling and a main water sampling in which target groundwater is sampled for the main analysis (each analysis item) to be described later. Then, sampling of the target groundwater is terminated upon completion of the main sampling. At this time, sampling of the target groundwater is carried out as a series of steps from start to finish.
In other words, the target groundwater sampled during a series of processes from the start to the end of sampling target groundwater is sequentially used as a sample for simple measurement of dissolved iron ion concentration, as a sample for preliminary analysis, and then as a sample for main analysis. It is said to be a sample of Therefore, in this embodiment, the first preliminary water sampling, the second preliminary water sampling, and the main water sampling are a series of steps and are not clearly separated.
Then, the metal ion precipitation suppression process, preliminary analysis, water sampling amount determination, etc., which will be described later, are carried out in parallel with the sampling of target groundwater.
Note that the first preliminary water sampling, the second preliminary water sampling, and the main water sampling may be implemented as separate steps (temporally separated steps).

(金属イオン析出抑制工程)
採水工程では、第1予備採水の完了後(貯留された対象地下水の量が、溶存鉄イオン濃度の簡易測定を実施するために必要な量に達した後)に、金属イオン析出抑制工程を実施する。金属イオン析出抑制工程では、第1予備採水により採水された対象地下水を試料として、溶存鉄イオン濃度を簡易測定する。そして、溶存鉄イオン濃度の簡易測定結果に応じて、試料(予備分析・本分析の試料)に対する金属イオンのキレート剤の添加の有無、及び、試料(予備分析・本分析の試料)に対する金属イオンのキレート剤の添加量を決定する。
一般的に、大深度(具体的には、数百[m]以上)に存在する地下水は、嫌気的な環境下(還元環境下)にあるため、地上へ揚水されて大気中に晒されると、急速に酸化が進行し、地下水中に溶存していた金属イオン(具体的には、鉄イオン)が析出する。これによって、大深度に存在する地下水を試料として各種の本分析を実施する際には、析出した金属イオンにより顕微鏡観察が阻害される恐れがある。
そこで、試料となる対象地下水の溶存鉄イオン濃度を簡易測定し、その測定結果に応じて、試料に対して金属イオンのキレート剤を添加することにより、試料における金属イオンの析出を抑制することができ、その結果、顕微鏡観察が阻害される事態の発生を防止することが可能となる。
(Metal ion precipitation suppression process)
In the water sampling process, after the first preliminary sampling is completed (after the amount of target groundwater stored has reached the amount required to carry out a simple measurement of dissolved iron ion concentration), a metal ion precipitation suppression process is carried out. Implement. In the metal ion precipitation suppression step, the dissolved iron ion concentration is simply measured using the target groundwater sampled in the first preliminary water sampling as a sample. Then, depending on the simple measurement results of dissolved iron ion concentration, whether or not a metal ion chelating agent is added to the sample (preliminary analysis/main analysis sample), and metal ion to the sample (preliminary analysis/main analysis sample) are determined. Determine the amount of chelating agent added.
Generally, groundwater that exists at great depths (specifically, several hundred meters or more) is in an anaerobic environment (reducing environment), so if it is pumped to the ground and exposed to the atmosphere, , oxidation progresses rapidly, and metal ions (specifically, iron ions) dissolved in the groundwater precipitate. As a result, when performing various main analyzes using groundwater existing at great depths as a sample, microscopic observation may be hindered by the precipitated metal ions.
Therefore, it is possible to suppress the precipitation of metal ions in the sample by simply measuring the dissolved iron ion concentration in the target groundwater sample and adding a metal ion chelating agent to the sample according to the measurement result. As a result, it becomes possible to prevent the occurrence of a situation in which microscopic observation is obstructed.

図2に示すように、金属イオン析出抑制工程では、まず、第1予備採水により採水された対象地下水の一部(5[mL])を試料(以下、「第1試料」とする)として、第1試料に対してFerrozine溶液(0.5[mL])を添加して、バイアル瓶で混合する。次に、Ferrozine溶液を混合した第1試料について、第1着色判定を実施する。
そして、第1着色判定の結果、着色が確認されなかった場合(着色なしの場合)には、試料(予備分析・本分析の試料)に対して金属イオンのキレート剤を添加しないことを決定する。
本実施形態では、金属イオン(具体的には、鉄イオン)のキレート剤として、EDTA(エチレンジアミン四酢酸)を使用する。
一方、第1着色判定の結果、着色が確認された場合(着色ありの場合)には、新たに、第1予備採水により採水された対象地下水の一部(0.5[mL])を試料(以下、「第2試料」とする)として、第2試料に対して蒸留水(4.5[mL])を添加することにより、第2試料を1/10希釈する。次に、1/10希釈した第2試料に対してFerrozine溶液(0.5[mL])を添加して、バイアル瓶で混合する。次に、Ferrozine溶液を混合した第2試料について、第2着色判定を実施する。
そして、第2着色判定の結果、着色が確認されなかった場合(着色なしの場合)には、試料(予備分析・本分析の試料)に対して、この試料の1/200量のEDTA(0.06[M])を添加すること(最終濃度=0.3[mM])を決定する。
一方、第2着色判定の結果、薄いピンク色の着色が確認された場合(薄いピンク色の場合)には、試料(予備分析・本分析の試料)に対して、この試料の1/100量のEDTA(0.06[M])を添加すること(最終濃度=0.6[mM])を決定する。
一方、第2着色判定の結果、濃いピンク色の着色が確認された場合(濃いピンク色の場合)には、試料(予備分析・本分析の試料)に対して、この試料の1/100量のEDTA(0.6[M])を添加すること(最終濃度=6.0[mM])を決定する。
As shown in FIG. 2, in the metal ion precipitation suppression step, first, a portion (5 [mL]) of the target groundwater sampled in the first preliminary water sampling is sampled (hereinafter referred to as the "first sample"). First, Ferrozine solution (0.5 [mL]) is added to the first sample and mixed in a vial. Next, a first coloring determination is performed on the first sample mixed with the Ferrozine solution.
If no coloration is confirmed as a result of the first coloration determination (no coloration), it is decided not to add the metal ion chelating agent to the sample (preliminary analysis/main analysis sample). .
In this embodiment, EDTA (ethylenediaminetetraacetic acid) is used as a chelating agent for metal ions (specifically, iron ions).
On the other hand, if coloring is confirmed as a result of the first coloring determination (in the case of coloring), a portion of the target groundwater newly sampled in the first preliminary water sampling (0.5 [mL]) As a sample (hereinafter referred to as "second sample"), the second sample is diluted 1/10 by adding distilled water (4.5 [mL]) to the second sample. Next, a Ferrozine solution (0.5 [mL]) is added to the second sample diluted 1/10 and mixed in a vial. Next, a second coloring determination is performed on the second sample mixed with the Ferrozine solution.
If no coloration is confirmed as a result of the second coloration determination (no coloration), 1/200 amount of EDTA (0 .06 [M]) (final concentration = 0.3 [mM]).
On the other hand, if light pink coloration is confirmed as a result of the second coloration determination (in the case of light pink color), 1/100 of the sample (preliminary analysis/main analysis sample) should be of EDTA (0.06 [M]) (final concentration = 0.6 [mM]).
On the other hand, if dark pink coloration is confirmed as a result of the second coloration determination (in the case of dark pink color), 1/100 of the sample (preliminary analysis/main analysis sample) should be It is decided to add EDTA (0.6 [M]) (final concentration = 6.0 [mM]).

その後、金属イオン析出抑制工程により決定された内容にしたがって、試料(予備分析・本分析の試料)が処理される。この際、金属イオン析出抑制工程によりEDTAの添加が決定された場合には、試料(予備分析・本分析の試料)に対して、金属イオン析出抑制工程により決定された内容にしたがってEDTAが添加される。一方、金属イオン析出抑制工程によりEDTAの添加を実施しないことが決定された場合には、試料(予備分析・本分析の試料)に対するEDTAの添加が実施されない。
本実施形態では、金属イオン析出抑制工程によりEDTAの添加が決定された場合には、採水工程において、採水された対象地下水に対するEDTAの添加が実施される。すなわち、金属イオン析出抑制工程によりEDTAの添加が決定された場合には、採水された対象地下水が所定量に達するごとに、この所定量の対象地下水に対して、金属イオン析出抑制工程により決定された内容にしたがってEDTAが添加され、試料(予備分析・本分析の試料)として貯留・保存される。一方、金属イオン析出抑制工程によりEDTAの添加を実施しないことが決定された場合には、採水された対象地下水が、そのままの状態で、試料(予備分析・本分析の試料)として貯留・保存される。
Thereafter, the samples (preliminary analysis/main analysis samples) are processed according to the content determined in the metal ion precipitation suppression step. At this time, if the addition of EDTA is determined in the metal ion precipitation suppression process, EDTA is added to the sample (preliminary analysis/main analysis sample) according to the content determined in the metal ion precipitation suppression process. Ru. On the other hand, if it is determined in the metal ion precipitation suppression step not to add EDTA, EDTA is not added to the sample (preliminary analysis/main analysis sample).
In this embodiment, when the addition of EDTA is determined in the metal ion precipitation suppression step, EDTA is added to the sampled target groundwater in the water sampling step. That is, when it is decided to add EDTA in the metal ion precipitation suppression process, each time the sampled target groundwater reaches a predetermined amount, the metal ion precipitation suppression process determines the addition of EDTA to this predetermined amount of target groundwater. EDTA is added according to the content determined, and stored and stored as a sample (preliminary analysis/main analysis sample). On the other hand, if it is decided not to add EDTA in the metal ion precipitation suppression process, the sampled target groundwater will be stored and preserved as a sample (preliminary analysis/main analysis sample). be done.

(予備分析)
採水工程では、第2予備採水の完了後(貯留された対象地下水の量が、予備分析を実施するために必要な量に達した後)に、予備分析を実施する。予備分析では、本分析に必要となる採水量(試料の量)を決定するための分析を実施する。本実施形態では、予備分析として、微生物数の計数を実施する。
具体的に、予備分析では、まず、第2予備採水により採水された対象地下水を試料(以下、「予備分析試料」とする)として、微生物数(単位水量あたりに存在する微生物の数)の計数・評価を実施する。ここで、金属イオン析出抑制工程によりEDTAの添加が決定された場合には、EDTAが添加された対象地下水が、予備分析試料とされる。
微生物数の計数方法としては、フローサイトメトリー法、全菌数計測法(TDC:Total direct count)、最確数法(MPN:Most probable number)等の公知のあらゆる方法を用いることが可能である。
本実施形態では、原核生物(バクテリア及びアーキア)を対象として、全菌数計測法(TDC)により、微生物数の計数を実施する。具体的には、予備分析試料を、ヌクレポアフィルター(孔径=0.2[μm])でろ過し、核酸染色剤によって、染色を実施し、落射型蛍光顕微鏡を用いて、フィルターの300[cells]以上について、原核生物数を計数する。そして、下記の(式1)に基づいて、予備分析試料1[mL]あたりの原核生物数(N)を算出する。
N[cells/mL]=n×(A/a)×(1/V) ・・・(式1)
ここで、「N」は、1[mL]あたりの原核生物数となっている。
「n」は、100グリットあたりの平均原核生物数となっている。
「A」は、ろ過面積[μm]となっている。
「a」は、100グリットあたりのフィルターの面積[μm]となっている。
「V」は、予備分析試料のろ過量[mL]となっている。
核酸染色剤としては、「4,6-diamidino-2-phenylindole(DAPI)」、「Acridine Orange(AO)」、「SYBR Green I」等を用いることができる。
(Preliminary analysis)
In the water sampling step, a preliminary analysis is performed after the second preliminary water sampling is completed (after the amount of stored target groundwater reaches the amount necessary for conducting the preliminary analysis). In the preliminary analysis, an analysis is performed to determine the amount of water sampled (amount of sample) required for the main analysis. In this embodiment, the number of microorganisms is counted as a preliminary analysis.
Specifically, in the preliminary analysis, first, the target groundwater sampled in the second preliminary water sampling is used as a sample (hereinafter referred to as the "preliminary analysis sample"), and the number of microorganisms (the number of microorganisms present per unit water volume) is determined. Carry out counting and evaluation. Here, when it is decided to add EDTA in the metal ion precipitation suppression step, the target groundwater to which EDTA has been added is used as a preliminary analysis sample.
As a method for counting the number of microorganisms, it is possible to use any known method such as flow cytometry, total direct count (TDC), and most probable number method (MPN). .
In this embodiment, the number of microorganisms is counted using total bacterial count (TDC) for prokaryotes (bacteria and archaea). Specifically, a preliminary analysis sample was filtered through a Nuclepore filter (pore size = 0.2 [μm]), stained with a nucleic acid stain, and 300 [cells] of the filter were stained using an epifluorescence microscope. ] For the above, count the number of prokaryotes. Then, the number of prokaryotes (N) per 1 [mL] of the preliminary analysis sample is calculated based on the following (Equation 1).
N [cells/mL] = n x (A/a) x (1/V) (Formula 1)
Here, "N" is the number of prokaryotes per 1 [mL].
"n" is the average number of prokaryotes per 100 grit.
"A" is the filtration area [μm 2 ].
"a" is the area [μm 2 ] of the filter per 100 grit.
"V" is the filtration amount [mL] of the preliminary analysis sample.
As the nucleic acid stain, "4,6-diamidino-2-phenylindole (DAPI)", "Acridine Orange (AO)", "SYBR Green I", etc. can be used.

ここで、採水された地下水は、採水直後から、原位置に対して異なる環境に晒され、物理化学的特性が変化する。そこで、本実施形態では、予備分析、及び、本分析に必要となる採水量(試料の量)の決定を、現場実験室で実施する。これによって、原位置における微生物の状態(具体的には、微生物数)を、より正確に把握することができ、その結果、本分析に必要となる採水量(試料の量)を、より適切に見積ることが可能となる。
また、本実施形態では、固定されていない試料(生存している状態の微生物も含む試料)に基づいて、予備分析を実施する。これによって、より迅速に予備分析を開始することができ、その結果、原位置における微生物の状態(具体的には、微生物数)を、より迅速に把握することが可能となる。
Immediately after the sampled groundwater is sampled, it is exposed to an environment different from its original location, and its physicochemical properties change. Therefore, in this embodiment, preliminary analysis and determination of the amount of water sampled (amount of sample) necessary for the main analysis are performed in an on-site laboratory. This allows us to more accurately understand the state of microorganisms in situ (specifically, the number of microorganisms), and as a result, we can more appropriately determine the amount of water (sample amount) required for this analysis. It becomes possible to estimate.
Further, in this embodiment, a preliminary analysis is performed based on an unfixed sample (a sample containing living microorganisms). Thereby, preliminary analysis can be started more quickly, and as a result, the state of microorganisms in situ (specifically, the number of microorganisms) can be grasped more quickly.

(採水量の決定)
採水工程では、予備分析の結果に基づいて、本分析に必要となる採水量(試料の量)を決定する。
一般的に、微生物に関する分析(本分析)では、分析対象となる微生物の数が少ないと、分析結果が、原位置における微生物の状態に対して乖離する恐れがある。したがって、適切な分析結果を導き出すためには、分析対象となる微生物の数を、ある程度、確保する必要がある。
そこで、本分析に必要となる採水量(試料の量)を決定するにあたっては、予備分析により算出された微生物数(対象地下水の単位水量あたりに存在する微生物の数)が多いほど、本分析に必要となる採水量(試料の量)を少なく決定する。換言すると、予備分析により算出された微生物数(対象地下水の単位水量あたりに存在する微生物の数)が少ないほど、本分析に必要となる採水量(試料の量)を多く決定する。
特に、本実施形態では、本分析において、複数の分析項目(具体的には、微生物数の計数、微生物の群集構造の分析、微生物の群集構成の解析、及び、微生物の活性の分析)が含まれている。そして、本分析に含まれる複数の分析項目について、個別に、採水量(試料の量)が決定される。すなわち、本分析に含まれる各分析項目について、当該分析項目に必要となる採水量(試料の量)が決定される。そして、本分析に含まれる全ての分析項目について決定された採水量(試料の量)の合計を、本分析に必要となる採水量(試料の量)としている。これによって、本分析に必要となる採水量(試料の量)を、より正確に見積ることが可能となる。
(Determination of water sampling amount)
In the water sampling step, the amount of water sampled (amount of sample) required for the main analysis is determined based on the results of the preliminary analysis.
Generally, in microorganism analysis (main analysis), if the number of microorganisms to be analyzed is small, the analysis results may deviate from the state of the microorganisms in situ. Therefore, in order to derive appropriate analysis results, it is necessary to secure a certain number of microorganisms to be analyzed.
Therefore, when determining the amount of water sample (amount of sample) required for the main analysis, the larger the number of microorganisms calculated in the preliminary analysis (the number of microorganisms present per unit volume of target groundwater), the more suitable it is for the main analysis. Decide on the required amount of water sampling (amount of sample). In other words, the smaller the number of microorganisms (the number of microorganisms present per unit volume of target groundwater) calculated by the preliminary analysis, the larger the amount of water sampled (amount of sample) required for the main analysis is determined.
In particular, in this embodiment, this analysis includes multiple analysis items (specifically, counting the number of microorganisms, analyzing microbial community structure, analyzing microbial community composition, and analyzing microbial activity). It is. Then, the amount of water sampled (amount of sample) is determined individually for multiple analysis items included in this analysis. That is, for each analysis item included in this analysis, the amount of water sampled (amount of sample) required for the analysis item is determined. The total amount of water sampled (amount of sample) determined for all analysis items included in this analysis is defined as the amount of sampled water (amount of sample) required for this analysis. This makes it possible to more accurately estimate the amount of water sampled (amount of sample) required for this analysis.

具体的には、図3に示すように、経験則に基づいて、予め、予備分析により算出された微生物数(N)と、本分析に含まれる各分析項目に必要となる採水量(試料の量)と、の対応関係を規定しておく。そして、予備分析の結果と、予め規定されている対応関係と、にしたがって、本分析に必要となる採水量(試料の量)を決定する。
詳細に、予備分析により算出された微生物数(N)が、10[cell/mL]未満である場合には、本分析の分析項目のうち、微生物数の計数に必要となる採水量(試料の量)として、0.5[L]が決定され、微生物の群集構造の分析に必要となる採水量(試料の量)として、0.5[L]が決定され、微生物の群集構成の解析に必要となる採水量(試料の量)として、100[L]が決定され、微生物の活性の分析に必要となる採水量(試料の量)として、0.2[L]が決定される。これによって、本分析に必要となる採水量(試料の量)として、101.2[L](0.5[L]+0.5[L]+100[L]+0.2[L]=101.2[L])が決定される。
一方、予備分析により算出された微生物数(N)が、10[cell/mL]以上、10[cell/mL]未満である場合には、本分析の分析項目のうち、微生物数の計数に必要となる採水量(試料の量)として、0.2[L]が決定され、微生物の群集構造の分析に必要となる採水量(試料の量)として、0.2[L]が決定され、微生物の群集構成の解析に必要となる採水量(試料の量)として、10[L]が決定され、微生物の活性の分析に必要となる採水量(試料の量)として、0.1[L]が決定される。これによって、本分析に必要となる採水量(試料の量)として、10.5[L](0.2[L]+0.2[L]+10[L]+0.1[L]=10.5[L])が決定される。
一方、予備分析により算出された微生物数(N)が、10[cell/mL]以上、10[cell/mL]未満である場合には、本分析の分析項目のうち、微生物数の計数に必要となる採水量(試料の量)として、0.2[L]が決定され、微生物の群集構造の分析に必要となる採水量(試料の量)として、0.05[L]が決定され、微生物の群集構成の解析に必要となる採水量(試料の量)として、5[L]が決定され、微生物の活性の分析に必要となる採水量(試料の量)として、0.01[L]が決定される。これによって、本分析に必要となる採水量(試料の量)として、5.26[L](0.2[L]+0.05[L]+5[L]+0.01[L]=5.26[L])が決定される。
一方、予備分析により算出された微生物数(N)が、10[cell/mL]以上である場合には、本分析の分析項目のうち、微生物数の計数に必要となる採水量(試料の量)として、0.1[L]が決定され、微生物の群集構造の分析に必要となる採水量(試料の量)として、0.01[L]が決定され、微生物の群集構成の解析に必要となる採水量(試料の量)として、1[L]が決定され、微生物の活性の分析に必要となる採水量(試料の量)として、0.01[L]が決定される。これによって、本分析に必要となる採水量(試料の量)として、1.12[L](0.1[L]+0.01[L]+1[L]+0.01[L]=1.12[L])が決定される。
Specifically, as shown in Figure 3, based on empirical rules, the number of microorganisms (N) calculated in advance through preliminary analysis and the amount of water sampled (sample amount) required for each analysis item included in the main analysis are calculated in advance. The correspondence relationship between Then, the amount of water sampled (amount of sample) required for the main analysis is determined according to the results of the preliminary analysis and the predefined correspondence relationship.
In detail, if the number of microorganisms (N) calculated by the preliminary analysis is less than 10 4 [cell/mL], the amount of water sampled (sample 0.5 [L] was determined as the amount of water collected (amount of sample) required for the analysis of the microbial community structure, and 0.5 [L] was determined as the amount of water sampling (amount of sample) required for the analysis of the microbial community structure. 100 [L] is determined as the amount of water sampled (amount of sample) required for the analysis of microbial activity, and 0.2 [L] is determined as the amount of water sampled (amount of sample) required for analysis of microbial activity. As a result, the amount of water sampled (amount of sample) required for this analysis is 101.2 [L] (0.5 [L] + 0.5 [L] + 100 [L] + 0.2 [L] = 101. 2[L]) is determined.
On the other hand, if the number of microorganisms (N) calculated by the preliminary analysis is 10 4 [cell/mL] or more and less than 10 5 [cell/mL], counting of the number of microorganisms is one of the analysis items of the main analysis. 0.2 [L] was determined as the amount of water sampled (amount of sample) required for the analysis of the microbial community structure, and 0.2 [L] was determined as the amount of water sampled (amount of sample) required for analysis of the microbial community structure. The amount of water sampled (amount of sample) required to analyze the microbial community composition was determined to be 10 [L], and the amount of water sampled (amount of sample) required to analyze the activity of microorganisms was determined to be 0.1 [L]. [L] is determined. As a result, the amount of water sampled (amount of sample) required for this analysis is 10.5 [L] (0.2 [L] + 0.2 [L] + 10 [L] + 0.1 [L] = 10. 5[L]) is determined.
On the other hand, if the number of microorganisms (N) calculated by the preliminary analysis is 10 5 [cell/mL] or more and less than 10 6 [cell/mL], counting of the number of microorganisms is one of the analysis items of the main analysis. 0.2 [L] was determined as the amount of water sampled (amount of sample) required for the analysis of the microbial community structure, and 0.05 [L] was determined as the amount of water sampled (amount of sample) required for analysis of the microbial community structure. The amount of water sampled (amount of sample) required to analyze the microbial community composition was determined to be 5 [L], and the amount of water sampled (amount of sample) required to analyze the activity of microorganisms was determined to be 0.01. [L] is determined. As a result, the amount of water sampled (amount of sample) required for this analysis is 5.26 [L] (0.2 [L] + 0.05 [L] + 5 [L] + 0.01 [L] = 5. 26[L]) is determined.
On the other hand, if the number of microorganisms (N) calculated by the preliminary analysis is 10 6 [cell/mL] or more, one of the analysis items of the main analysis is the amount of water sample required to count the number of microorganisms (N) of the sample. 0.1 [L] was determined as the amount of water collected (amount of sample) necessary for analyzing the microbial community structure, and 0.01 [L] was determined as the amount of water sample (amount of sample) required for analyzing the microbial community structure. 1 [L] is determined as the required amount of water sampling (amount of sample), and 0.01 [L] is determined as the amount of water sampling (amount of sample) required for analyzing the activity of microorganisms. As a result, the amount of water sampled (amount of sample) required for this analysis is 1.12 [L] (0.1 [L] + 0.01 [L] + 1 [L] + 0.01 [L] = 1. 12[L]) is determined.

本実施形態では、決定された本分析に必要となる採水量(試料の量)に基づいて、採水工程の終了時期を判定する。
すなわち、本採水により採水された対象地下水の量(貯留された対象地下水の量)が、先の工程で決定された本分析に必要となる採水量(試料の量)に達したことにより、本採水(採水工程)を終了する。
一般的に、大深度(具体的には、数百[m]以上)に存在する地下水の採水は、海水や河川水といった地表水の採水と比較して、ボーリング孔の掘削、採水装置の設置,予備排水等に膨大な時間と費用を要する。したがって、本分析の実施中に試料の不足が発生すると、再度、採水を実施する必要が生じ、その結果、本分析の分析期間及び分析コストが増大する。また、本分析に含まれる複数の分析項目について、個別に採水を実施すると、採水を実施する回数が増加し、その結果、本分析の分析期間及び分析コストが増大する。
そこで、本分析を実施する前に、本分析に必要となる採水量(試料の量)を決定し、決定された採水量にしたがって、採水を実施することにより、本分析の実施中に試料の不足が発生する事態を防止することが可能となる。特に、本分析に含まれる複数の分析項目について、一括で、採水を実施することにより、採水を実施する回数の増加を抑制することが可能となる。
In this embodiment, the end time of the water sampling process is determined based on the determined amount of water sampling (amount of sample) required for the main analysis.
In other words, the amount of target groundwater sampled in the main water sampling (the amount of target groundwater stored) has reached the amount of water sampled (amount of sample) required for the main analysis determined in the previous step. , the main water sampling (water sampling process) is completed.
In general, sampling groundwater that exists at great depths (specifically, several hundreds of meters or more) is more difficult than sampling surface water such as seawater or river water. Installation of equipment, preliminary drainage, etc. require a huge amount of time and expense. Therefore, if a shortage of samples occurs during the actual analysis, it will be necessary to sample water again, and as a result, the analysis period and analysis cost for the actual analysis will increase. Furthermore, if water is sampled individually for a plurality of analysis items included in this analysis, the number of times water sampling is performed will increase, and as a result, the analysis period and analysis cost of this analysis will increase.
Therefore, before carrying out the main analysis, the amount of water to be sampled (amount of sample) required for the main analysis is determined, and by sampling water according to the determined amount of water, the sample can be sampled during the main analysis. This makes it possible to prevent a situation where a shortage occurs. In particular, by performing water sampling at once for multiple analysis items included in this analysis, it is possible to suppress an increase in the number of times water sampling is performed.

ここで、予備分析の分析項目として、微生物数の計数に加えて、混入鉱物粒子量の分析が含まれる構成としても構わない。
「混入鉱物粒子量」とは、試料中に混入している鉱物粒子の量となっている。
すなわち、後述するように、微生物の群集構造の分析、及び、微生物の活性の分析では、混入鉱物粒子量に応じて、試料をろ過する量が決定される。この際、混入鉱物粒子量が多いほど、混入している鉱物粒子により顕微鏡観察が阻害される恐れが高くなるため、試料をろ過する量を減らす必要がある。
そこで、予備分析において、混入鉱物粒子量を分析・評価し、その結果に応じて、上記の工程で決定された本分析に必要となる採水量(試料の量)を修正する構成としても構わない。この際、混入鉱物粒子量が多いほど、上記の工程で決定された本分析に必要となる採水量(試料の量)を減少させる構成とする。
Here, in addition to counting the number of microorganisms, the analysis items of the preliminary analysis may include analysis of the amount of mixed mineral particles.
The "amount of mixed mineral particles" is the amount of mineral particles mixed in the sample.
That is, as will be described later, in analyzing the community structure of microorganisms and analyzing the activity of microorganisms, the amount of sample to be filtered is determined according to the amount of mixed mineral particles. At this time, the greater the amount of mixed mineral particles, the greater the possibility that microscopic observation will be obstructed by the mixed mineral particles, so it is necessary to reduce the amount of sample to be filtered.
Therefore, in the preliminary analysis, the amount of mixed mineral particles may be analyzed and evaluated, and the amount of water sampled (amount of sample) required for the main analysis determined in the above process may be corrected according to the result. . At this time, as the amount of mixed mineral particles increases, the amount of water sampled (amount of sample) required for the main analysis determined in the above step is reduced.

(前処理工程)
前処理工程では、本採水により採水された対象地下水(試料)について、各分析項目に応じた前処理(保存処理)を施す。
本実施形態では、本分析に含まれる分析項目のうち、微生物数の計数、微生物の群集構造の分析、及び、微生物の群集構成の解析については、採水現場と離れた実験室で実施される。これによって、これらの各分析項目の試料については、採水現場から実験室へ輸送する必要がある。そこで、本実施形態では、これらの各分析項目の試料に対して、当該分析項目に応じた前処理を施す。
一方、本分析に含まれる分析項目のうち、微生物の活性の分析については、現場実験室で実施される。これによって、微生物の活性の分析の試料については、前処理が施されない。
具体的に、前処理工程では、本採水により採水された対象地下水から、微生物数の計数の試料と、微生物の群集構造の分析の試料と、微生物の群集構成の解析の試料と、を取得する(振り分ける)。この際、先の工程で決定された各分析項目に必要となる採水量(試料の量)にしたがって、各分析項目の試料が取得される(振り分けられる)。そして、微生物数の計数の試料、微生物の群集構造の分析の試料、及び、微生物の群集構成の解析の試料のそれぞれに対して、前処理を施す。
この際、微生物数の計数の試料については、まず、中性ホルマリンを添加し、試料を固定する(固定後の最終濃度=0.2[%])。次に、固定された試料を、冷蔵保存する。ここで、試料を固定することにより、試料中に存在する微生物が死滅する。これによって、試料中の微生物数の増加が阻止され、本分析において、原位置における微生物の状態(具体的には、微生物数)を、より正確に把握することが可能となる。
一方、微生物の群集構造の分析の試料については、まず、パラホルムアルデヒドを添加し、試料を固定・膜処理する(固定後の最終濃度=3[%])。次に、顕微鏡観察により、適切なろ過量を決定する。この際、混入鉱物粒子量が多いほど、ろ過量を減らす必要がある。そして、決定したろ過量にしたがって、固定・膜処理された試料を、ヌクレポアフィルター(孔径=0.2[μm])でろ過する。次に、ろ過された試料(フィルター)を、脱水した後に、冷凍保存する。
一方、微生物の群集構成の解析の試料については、ハウジングフィルター(粒子保持能=0.22[μm])で大量ろ過した後に、大量ろ過された試料(フィルター)を、冷凍保存する。
上記のように、採水された地下水は、採水直後から、原位置に対して異なる環境に晒され、物理化学的特性が変化する。そこで、本実施形態では、前処理工程を、現場実験室で実施する。これによって、本分析において、原位置における微生物の状態(具体的には、微生物数)を、より正確に把握することが可能となる。
(Pre-treatment process)
In the pretreatment process, the target groundwater (sample) collected in the main water sampling is subjected to pretreatment (preservation treatment) according to each analysis item.
In this embodiment, among the analysis items included in this analysis, counting the number of microorganisms, analyzing the community structure of microorganisms, and analyzing the community composition of microorganisms are performed in a laboratory separate from the water sampling site. . As a result, samples for each of these analysis items need to be transported from the water sampling site to the laboratory. Therefore, in this embodiment, samples for each of these analysis items are subjected to pretreatment according to the analysis item.
On the other hand, among the analysis items included in this analysis, the analysis of microbial activity will be conducted in the on-site laboratory. As a result, samples for analysis of microbial activity are not subjected to pretreatment.
Specifically, in the pretreatment process, samples for counting the number of microorganisms, samples for analyzing the community structure of microorganisms, and samples for analyzing the community composition of microorganisms are collected from the target groundwater sampled in the main water sampling. Acquire (distribute). At this time, samples for each analysis item are obtained (distributed) according to the amount of water sampled (amount of sample) required for each analysis item determined in the previous step. Then, pretreatment is performed on each of the sample for counting the number of microorganisms, the sample for analyzing the community structure of microorganisms, and the sample for analyzing the composition of microbial community.
At this time, for the sample for counting the number of microorganisms, first, neutral formalin is added to fix the sample (final concentration after fixation = 0.2 [%]). Next, the fixed sample is stored refrigerated. Here, by fixing the sample, microorganisms present in the sample are killed. This prevents the number of microorganisms in the sample from increasing, and in this analysis, it becomes possible to more accurately grasp the state of microorganisms in situ (specifically, the number of microorganisms).
On the other hand, for a sample for analysis of microbial community structure, first, paraformaldehyde is added, and the sample is fixed and membrane-treated (final concentration after fixation = 3%). Next, determine the appropriate amount of filtration by microscopic observation. At this time, the greater the amount of mixed mineral particles, the more it is necessary to reduce the amount of filtration. Then, according to the determined filtration amount, the fixed and membrane-treated sample is filtered with a Nuclepore filter (pore diameter = 0.2 [μm]). Next, the filtered sample (filter) is dehydrated and then stored frozen.
On the other hand, as for the sample for analysis of microbial community composition, after mass filtration is performed using a housing filter (particle retention capacity = 0.22 [μm]), the mass-filtered sample (filter) is stored frozen.
As mentioned above, sampled groundwater is exposed to an environment different from its original location immediately after sampling, and its physicochemical properties change. Therefore, in this embodiment, the pretreatment step is performed in an on-site laboratory. This makes it possible to more accurately grasp the state of microorganisms in situ (specifically, the number of microorganisms) in this analysis.

(各種の本分析工程)
各種の本分析工程では、本分析に含まれる各分析項目について、分析が実施される。本実施形態では、各種の本分析工程として、微生物数計数工程と、微生物の群集構造分析工程と、微生物の群集構成解析工程と、微生物の活性分析工程と、が実施される。
ここで、上記のように、採水された地下水は、採水直後から、原位置に対して異なる環境(例えば、温度、酸素の有無、圧力等)に晒される。例えば、深度1000[m]の地下環境は、地温勾配(30[℃/km])を考慮すると、地上環境と比較して、水温が30[℃]高いことが想定される。してみると、深度1000[m]に存在する地下水は、地上に揚水されることにより、温度環境が、30[℃]変化する。そして、かかる環境の変化は、特に、地下水中に存在する微生物の活性に対して大きな影響を与え、採水後の経過時間とともに、地下水中に存在する微生物の活性が大きく変化する。
そこで、本実施形態では、各種の本分析工程のうち、微生物の活性分析工程については、現場実験室で実施される。これによって、原位置における微生物の状態(具体的には、微生物の活性)を、より正確に把握することが可能となる。ここで、微生物の活性分析工程は、前処理工程に対して、時期的に並行して実施される。
一方、各種の本分析工程のうち、微生物数計数工程、微生物の群集構造分析工程、及び、微生物の群集構成解析工程の各工程については、採水現場と離れた実験室で実施される。
(Various main analysis processes)
In various main analysis steps, each analysis item included in the main analysis is analyzed. In this embodiment, as various main analysis steps, a microorganism number counting step, a microorganism community structure analysis step, a microorganism community composition analysis step, and a microorganism activity analysis step are performed.
Here, as described above, the sampled groundwater is exposed to different environments (for example, temperature, presence or absence of oxygen, pressure, etc.) compared to the original location immediately after the sampled groundwater is sampled. For example, in an underground environment at a depth of 1000 [m], considering the geothermal gradient (30 [°C/km]), it is assumed that the water temperature is 30 [°C] higher than that in the above-ground environment. As a result, when groundwater existing at a depth of 1000 [m] is pumped to the ground, the temperature environment changes by 30 [°C]. Such changes in the environment have a particularly large effect on the activity of microorganisms present in groundwater, and the activity of microorganisms present in groundwater changes significantly with the passage of time after water sampling.
Therefore, in this embodiment, among the various main analysis steps, the microorganism activity analysis step is carried out in an on-site laboratory. This makes it possible to more accurately grasp the state of microorganisms in situ (specifically, the activity of microorganisms). Here, the microbial activity analysis step is performed in parallel with the pretreatment step.
On the other hand, among the various main analysis steps, the microorganism count counting step, the microorganism community structure analysis step, and the microorganism community composition analysis step are performed in a laboratory separate from the water sampling site.

(微生物の活性分析工程)
微生物の活性分析工程では、試料中に存在する微生物の活性を分析する。
具体的に、微生物の活性分析工程では、本採水により採水された対象地下水から、微生物の活性の分析の試料(以下、「活性分析試料」とする)を取得する。この際、先の工程で決定された微生物の活性の分析(分析項目)に必要となる採水量(試料の量)にしたがって、活性分析試料が取得される。ここで、本実施形態では、金属イオン析出抑制工程によりEDTAの添加が決定された場合であっても、EDTAが添加されていない対象地下水が、活性分析試料とされる。
微生物の活性分析工程では、次に、取得された活性分析試料に基づいて、微生物の活性を分析・評価する。この際、微生物の活性の分析方法としては、培養法、LIVE/DEAD(登録商標)法、CTC法(CTC:5-cyano-2,3-ditolyl tetrazolium chloride)等の公知のあらゆる方法を用いることが可能である。
本実施形態では、細胞膜の健全性を評価することにより生菌の割合を算出するLIVE/DEAD法により、微生物の活性を分析する。具体的には、まず、顕微鏡観察により、適切なろ過量を決定する。この際、混入鉱物粒子量が多いほど、ろ過量を減らす必要がある。そして、決定したろ過量にしたがって、活性分析試料を、ヌクレポアフィルター(孔径=0.2[μm])でろ過する。次に、ろ過された活性分析試料を、SYTO9(最終濃度=0.334[μM])、及び、ヨウ化プロピジウム(PI)(2[μM])により、常温暗所において、15分間染色(培養)する。そして、落射型蛍光顕微鏡を用いて、20視野について、各視野中に占める微生物の総数(生菌及び死菌の合計)に対する生菌の割合を計数し、その平均値を、試料中の微生物の総数に対する生菌の割合(微生物の活性)として算出する。
(Microorganism activity analysis process)
In the microbial activity analysis step, the activity of microorganisms present in the sample is analyzed.
Specifically, in the microbial activity analysis step, a sample for microbial activity analysis (hereinafter referred to as "activity analysis sample") is obtained from the target groundwater sampled in the main water sampling. At this time, an activity analysis sample is obtained according to the amount of water sampled (amount of sample) required for the analysis of microbial activity (analysis item) determined in the previous step. Here, in this embodiment, even if the addition of EDTA is determined in the metal ion precipitation suppression step, target groundwater to which EDTA is not added is used as the activity analysis sample.
In the microorganism activity analysis step, the microorganism activity is then analyzed and evaluated based on the obtained activity analysis sample. At this time, all known methods such as culture method, LIVE/DEAD (registered trademark) method, CTC method (CTC: 5-cyano-2,3-ditolyl tetrazolium chloride) may be used to analyze the activity of microorganisms. is possible.
In this embodiment, the activity of microorganisms is analyzed using the LIVE/DEAD method, which calculates the percentage of viable bacteria by evaluating the health of cell membranes. Specifically, first, an appropriate amount of filtration is determined by microscopic observation. At this time, the greater the amount of mixed mineral particles, the more it is necessary to reduce the amount of filtration. Then, the activity analysis sample is filtered with a Nuclepore filter (pore size = 0.2 [μm]) according to the determined filtration amount. Next, the filtered activity analysis sample was stained with SYTO9 (final concentration = 0.334 [μM]) and propidium iodide (PI) (2 [μM]) at room temperature in the dark for 15 minutes (cultured). )do. Then, using an epifluorescence microscope, the ratio of viable bacteria to the total number of microorganisms in each field (total of live bacteria and dead bacteria) was counted for 20 fields of view, and the average value was calculated as the number of microorganisms in the sample. Calculated as the ratio of viable bacteria to the total number (microbial activity).

(微生物数計数工程)
微生物数計数工程では、試料中に存在する微生物数を計数する。
具体的に、微生物数計数工程では、前処理工程により前処理が施された微生物数の計数の試料(以下、「微生物数計数試料」とする)に基づいて、微生物数を計数・評価する。ここで、金属イオン析出抑制工程によりEDTAの添加が決定された場合には、EDTAが添加された対象地下水が、微生物数計数試料とされる。
微生物数の計数方法としては、フローサイトメトリー法、全菌数計測法(TDC:Total direct count)、最確数法(MPN:Most probable number)等の公知のあらゆる方法を用いることが可能である。
本実施形態では、原核生物(バクテリア及びアーキア)を対象として、全菌数計測法(TDC)により、微生物数の計数を実施する。具体的には、微生物数計数試料を、ヌクレポアフィルター(孔径=0.2[μm])でろ過し、核酸染色剤によって、染色を実施し、落射型蛍光顕微鏡を用いて、フィルターの300[cells]以上について、原核生物数を計数する。そして、上記の(式1)に基づいて、予備分析試料1[mL]あたりの原核生物数(N)を算出する。
核酸染色剤としては、「4,6-diamidino-2-phenylindole(DAPI)、「Acridine Orange(AO)」、「SYBR Green I」等を用いることができる。
(Microorganism count counting process)
In the microorganism counting step, the number of microorganisms present in the sample is counted.
Specifically, in the microorganism number counting step, the number of microorganisms is counted and evaluated based on the sample for counting the number of microorganisms that has been pretreated in the pretreatment step (hereinafter referred to as the "sample for counting the number of microorganisms"). Here, when it is decided to add EDTA in the metal ion precipitation suppression step, the target groundwater to which EDTA has been added is used as a sample for counting the number of microorganisms.
As a method for counting the number of microorganisms, it is possible to use any known method such as flow cytometry, total direct count (TDC), and most probable number method (MPN). .
In this embodiment, the number of microorganisms is counted using total bacterial count (TDC) for prokaryotes (bacteria and archaea). Specifically, a microbial count sample was filtered through a Nuclepore filter (pore size = 0.2 [μm]), stained with a nucleic acid stain, and an epifluorescence microscope was used to test the filter at 300 [μm]. [cells] and above, count the number of prokaryotes. Then, based on the above (Equation 1), the number of prokaryotes (N) per 1 [mL] of the preliminary analysis sample is calculated.
As the nucleic acid stain, "4,6-diamidino-2-phenylindole (DAPI)", "Acridine Orange (AO)", "SYBR Green I", etc. can be used.

(微生物の群集構造分析工程)
微生物の群集構造分析工程では、試料中に存在する微生物の群集構造を分析する。
具体的に、微生物の群集構造分析工程では、前処理工程により前処理が施された微生物の群集構造の分析の試料(以下、「群集構造分析試料」とする)に基づいて、微生物の群集構造を分析・評価する。ここで、金属イオン析出抑制工程によりEDTAの添加が決定された場合には、EDTAが添加された対象地下水が、群集構造分析試料とされる。
微生物の群集構造の分析方法としては、FISH法(FISH:Fluorescence in situ hybridization)、CARD-FISH法(CARD:Catalyzed reporter deposition)、qPCR法(qPCR:quantitative polymerase chain reaction)等の公知のあらゆる方法を用いることが可能である。
本実施形態では、原核生物(バクテリア及びアーキア)を対象として、FISH法により、微生物の群集構造の分析を実施する。FISH法は、rRNAにより細胞を検出するため、活性を持つ可能性のある細胞を、「single cell level」で評価することができる。培養操作に依存しない方法であるため、自然環境中の原核生物解析に有用である。
具体的には、群集構造分析試料について、バクテリア及びアーキアのそれぞれを標的として、各分類群のrRNAに特異的な配列をターゲットにしたプローブを用いて、ハイブリダイゼーションを行う。次に、DAPI(4’,6-Diamidino-2-phenylindole,dihydrochloride)で二次染色を行う。そして、落射型蛍光顕微鏡を用いて、全細胞数(全原核生物数)、及び、ハイブリダイズされた細胞数(細菌数)を計数する。さらに、全細胞数に対するハイブリダイズされた細胞の割合を算出し、標的とした分類群の割合とする。
(Microbial community structure analysis process)
In the microbial community structure analysis step, the microbial community structure present in the sample is analyzed.
Specifically, in the microbial community structure analysis step, the microbial community structure is determined based on the microbial community structure analysis sample (hereinafter referred to as "community structure analysis sample") that has been pretreated in the pretreatment step. Analyze and evaluate. Here, when the addition of EDTA is determined in the metal ion precipitation suppression step, the target groundwater to which EDTA has been added is used as the community structure analysis sample.
Methods for analyzing microbial community structure include the FISH method (FISH: Fluorescence in situ hybridization), the CARD-FISH method (CARD: Catalyzed reporter deposition), and the qPCR method (qPCR). All known methods such as quantitative polymerase chain reaction) It is possible to use
In this embodiment, the FISH method is used to analyze the community structure of microorganisms, targeting prokaryotes (bacteria and archaea). Since the FISH method detects cells using rRNA, cells that may have activity can be evaluated at a "single cell level." Since this method does not depend on culture operations, it is useful for analyzing prokaryotes in the natural environment.
Specifically, hybridization is performed on a community structure analysis sample, targeting bacteria and archaea, using probes targeting rRNA-specific sequences of each taxonomic group. Next, secondary staining is performed with DAPI (4',6-Diamidino-2-phenylindole, dihydrochloride). Then, using an epifluorescence microscope, the total number of cells (total number of prokaryotes) and the number of hybridized cells (number of bacteria) are counted. Furthermore, the ratio of hybridized cells to the total number of cells is calculated and used as the ratio of the targeted taxonomic group.

(微生物の群集構成解析工程)
微生物の群集構成解析工程では、試料中に存在する微生物の群集構成を解析する。
具体的に、微生物の群集構成解析工程では、前処理工程により前処理が施された微生物の群集構成の解析の試料(以下、「群集構成解析試料」とする)に基づいて、微生物の群集構成を解析・評価する。ここで、本実施形態では、金属イオン析出抑制工程によりEDTAの添加が決定された場合であっても、EDTAが添加されていない対象地下水が、群集構成解析試料とされる。
微生物の群集構成の解析方法としては、DGGE法(DGGE:Denaturing gradient gel electrophoresis)、クローニング法、TRFLP法(TRFLP:Terminal restriction fragment length polymorphism)、NGS法(NGS:Next generation sequencer)等の公知のあらゆる方法を用いることが可能である。
本実施形態では、「16S rRNA遺伝子」を対象として、NGS法により、微生物の群集構成の解析を実施する。具体的には、まず、試料を大量濾過したフィルター(群集構成解析試料)に、リゾチーム、プロテナーゼK、及び、SDS(Sodium dodecyl sulfate)を添加し、インキュベート後に、フェノール抽出によりDNAを抽出する。次に、抽出したDNAを、PCI(Phenol chloroform isoamyl alcohol)、CAIで精製後、エタノール沈殿を行い,TE緩衝液に溶解する。次に、「16S rRNA遺伝子」のV3-V4領域を対象としたプライマーを用いて、PCR(Polymerase chain reaction)反応を行い、ライブラリー作成を行う。次に、次世代シーケンサーを用いて、2x300bpの条件で、シーケンシングを行う。そして、得られたリードについて、低クオリティリードやキメラ配列を除去した後に、OTUs(Operational taxonomic units)解析、及び、系統推定を行う。
(Microbial community composition analysis process)
In the microbial community composition analysis step, the community composition of microorganisms present in the sample is analyzed.
Specifically, in the microbial community composition analysis step, the microbial community composition is determined based on the microbial community composition analysis sample (hereinafter referred to as "community composition analysis sample") that has been pretreated in the pretreatment step. Analyze and evaluate. Here, in this embodiment, even if the addition of EDTA is determined in the metal ion precipitation suppression step, target groundwater to which EDTA is not added is used as the community composition analysis sample.
Methods for analyzing microbial community composition include the DGGE method (DGGE: Denaturing gradient gel electrophoresis), the cloning method, and the TRFLP method (TRFLP: Terminal restriction fragment length polymer). phism), NGS method (NGS: Next generation sequencer), etc. It is possible to use a method.
In this embodiment, the microbial community composition is analyzed using the NGS method, targeting the "16S rRNA gene." Specifically, first, lysozyme, proteinase K, and SDS (sodium dodecyl sulfate) are added to a filter (a sample for community composition analysis) obtained by mass-filtering a sample, and after incubation, DNA is extracted by phenol extraction. Next, the extracted DNA is purified using PCI (Phenol chloroform isoamyl alcohol) and CAI, followed by ethanol precipitation and dissolved in TE buffer. Next, a PCR (Polymerase chain reaction) reaction is performed using primers targeting the V3-V4 region of the "16S rRNA gene" to create a library. Next, sequencing is performed using a next-generation sequencer under the condition of 2 x 300 bp. Then, after removing low-quality reads and chimeric sequences from the obtained reads, OTUs (Operational Taxonomic Units) analysis and phylogenetic inference are performed.

(地下水中の微生物の分析方法の作用・効果)
本実施形態に係る地下水中の微生物の分析方法では、採水された対象地下水を試料として予備分析が実施され、予備分析の結果に基づいて本分析(微生物数計数工程、微生物の群集構造分析工程、微生物の群集構成解析工程、及び、微生物の活性分析工程)に必要となる対象地下水の採水量が決定され、決定された採水量に応じて対象地下水が採水される。
これによって、本分析に必要となる試料が不足する事態の発生が防止される。したがって、不足する試料を補充するための採水の実施を回避することができ、その結果、分析期間を短縮することが可能となる。
また、1回の採水の実施により、本分析に必要となる試料を採水することができる。したがって、本分析において複数の分析項目が含まれている場合であっても、分析項目ごとに採水を実施する必要がない。よって、採水を実施する回数が低減され、その結果、分析期間を短縮することが可能となる。
特に、対象地盤の透水性が低い場合や、対象地盤の深度が深い場合に、分析期間を大きく短縮することが可能となる。
さらに、本実施形態に係る地下水中の微生物の分析方法では、予備分析の分析項目に、微生物数の計数が含まれている。
これによって、本分析に必要となる地下水の採水量を適切に決定することが可能となる。すなわち、微生物数の計数、微生物の群集(群集構成、群集構造)の解析、微生物の活性の分析等の各種分析を実施するにあたっては、試料となる地下水の単位水量あたりに存在する微生物の数が、当該分析に必要となる試料の量(すなわち、採水量)の決定に大きく影響する。この際、単位水量あたりに存在する微生物の数が少ないほど、必要となる試料の量が多くなる。そこで、予備分析の分析項目に微生物数の計数を入れることで、本分析に必要となる試料の量を適切に決定することが可能となる。
(Actions and effects of analysis method for microorganisms in groundwater)
In the method for analyzing microorganisms in groundwater according to the present embodiment, a preliminary analysis is performed using sampled target groundwater as a sample, and the main analysis (microorganism counting step, microorganism community structure analysis step) is performed based on the result of the preliminary analysis. , microorganism community composition analysis step, and microorganism activity analysis step) is determined, and the target groundwater is sampled according to the determined water sampling amount.
This prevents the occurrence of a shortage of samples necessary for the main analysis. Therefore, it is possible to avoid sampling water for replenishing a missing sample, and as a result, it is possible to shorten the analysis period.
Furthermore, by performing water sampling once, a sample required for this analysis can be collected. Therefore, even if multiple analysis items are included in this analysis, there is no need to sample water for each analysis item. Therefore, the number of times water sampling is performed is reduced, and as a result, the analysis period can be shortened.
In particular, when the permeability of the target ground is low or when the target ground is deep, the analysis period can be significantly shortened.
Furthermore, in the method for analyzing microorganisms in groundwater according to the present embodiment, the analysis items of the preliminary analysis include counting the number of microorganisms.
This makes it possible to appropriately determine the amount of groundwater required for this analysis. In other words, when performing various analyzes such as counting the number of microorganisms, analyzing microbial communities (community composition, community structure), and analyzing microbial activity, it is necessary to calculate the number of microorganisms present per unit volume of groundwater as a sample. , greatly influences the determination of the amount of sample (i.e., the amount of water sampled) required for the analysis. At this time, the smaller the number of microorganisms present per unit amount of water, the larger the amount of sample required. Therefore, by including the counting of the number of microorganisms in the analysis items of the preliminary analysis, it becomes possible to appropriately determine the amount of sample required for the main analysis.

また、本実施形態に係る地下水中の微生物の分析方法では、予備分析の結果に基づいて、本分析に含まれる複数の分析項目のそれぞれについて、採水量が決定される。
これによって、本分析に必要となる試料の量を詳細に決定することができ、各分析項目について、試料が不足する事態の発生を防止することが可能となる。
さらに、本実施形態に係る地下水中の微生物の分析方法では、金属イオン析出抑制工程において、採水された対象地下水について、金属イオン濃度の簡易測定結果に応じて金属イオンのキレート剤が添加され、キレート剤が添加された地下水を試料として、予備分析が実施される。
これによって、採水された対象地下水中に溶存している金属イオンの析出が抑制され、予備分析を実施する際に、析出した金属イオンが顕微鏡観察を阻害する事態の発生を防止することが可能となる。
Furthermore, in the method for analyzing microorganisms in groundwater according to the present embodiment, the amount of water sampled is determined for each of the plurality of analysis items included in the main analysis based on the results of the preliminary analysis.
Thereby, the amount of sample required for the main analysis can be determined in detail, and it is possible to prevent the occurrence of a shortage of samples for each analysis item.
Furthermore, in the method for analyzing microorganisms in groundwater according to the present embodiment, in the metal ion precipitation suppression step, a metal ion chelating agent is added to the sampled target groundwater according to the simple measurement result of the metal ion concentration, Preliminary analysis will be conducted using groundwater samples to which chelating agents have been added.
This suppresses the precipitation of metal ions dissolved in the sampled groundwater, making it possible to prevent precipitated metal ions from interfering with microscopic observation during preliminary analysis. becomes.

(採水装置1)
次に、本実施形態に係る地下水中の微生物の分析方法に適した採水装置1を説明する。
図4は、採水装置1の概略構成を示す図である。
採水装置1は、井戸w内において採水区間sを形成し、対象地盤から採水区間sへ湧出する対象地下水を採水するための装置となっている。
図4に示すように、採水装置1は、井戸w内に挿入される採水ユニット100と、地上に配置されるコンプレッサー200と、を含んで構成されている。
採水ユニット100は、揚水ケーシング(ケーシングパイプ)10と、揚水ケーシング10の外周面に配置された一対のパッカー20a,20bと、揚水ケーシング10内に配置された水質モニタリング装置40と、揚水ケーシング10に連通する採水管50と、揚水ケーシング10に対して着脱可能な加圧ヘッド60と、を含んで構成されている。
(Water sampling device 1)
Next, a water sampling device 1 suitable for the method for analyzing microorganisms in groundwater according to the present embodiment will be described.
FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of the water sampling device 1. As shown in FIG.
The water sampling device 1 forms a water sampling section s in a well w, and is a device for sampling target groundwater flowing from the target ground into the water sampling section s.
As shown in FIG. 4, the water sampling device 1 includes a water sampling unit 100 inserted into a well w, and a compressor 200 disposed above ground.
The water sampling unit 100 includes a pumping casing (casing pipe) 10, a pair of packers 20a and 20b arranged on the outer peripheral surface of the pumping casing 10, a water quality monitoring device 40 arranged inside the pumping casing 10, and a pumping casing 10. It is configured to include a water sampling pipe 50 that communicates with the water sampling pipe 50 and a pressurizing head 60 that is detachable from the water pumping casing 10.

揚水ケーシング10は、スチール、ステンレス等の金属材料により形成されている。揚水ケーシング10は、全体として、直線的に延びる管状(パイプ状)に形成されている。揚水ケーシング10は、井戸w内において、鉛直方向に沿って延びるように配置される。そして、揚水ケーシング10内には、その下端部から上端部まで、鉛直方向に沿って直線的に延びる流路(揚水路)が形成されている。これによって、揚水ケーシング10内において、後述するストレーナ部11から浸入した対象地下水を、地上に向かって揚水することが可能となる。
揚水ケーシング10は、ストレーナ部(ストレーナ管)11と、ストレーナ部11の上方に配置された揚水部(揚水管)12と、ストレーナ部11及び揚水部12の間に配置された孔内バルブ30及びセンサ配置部(センサ配置管)40aと、を含んで構成されている。
ストレーナ部11は、直線的に延びる管状(パイプ状)に形成されている。ストレーナ部11の下端は、閉止されている。ストレーナ部11の外周面には、一対のパッカー20a,20bが配置されている。そして、ストレーナ部11における一対のパッカー20a,20bの間の領域には、採水部hが構成されている。採水部hは、ストレーナ部11の周壁において、複数(多数)の浸入孔(図示せず)が設けられることにより構成されている。これによって、各浸入孔を介して、対象地盤から湧出した地下水を、ストレーナ部11の内部へ浸入させる(呼び込む)ことが可能となっている。
The pumping casing 10 is made of a metal material such as steel or stainless steel. The pumping casing 10 is formed into a tubular shape (pipe shape) that extends linearly as a whole. The pumping casing 10 is arranged within the well w so as to extend along the vertical direction. In the pumping casing 10, a flow path (pumping channel) is formed that extends linearly in the vertical direction from its lower end to its upper end. As a result, target groundwater that has entered from the strainer section 11, which will be described later, can be pumped toward the ground within the pumping casing 10.
The pumping casing 10 includes a strainer part (strainer pipe) 11, a pumping part (pumping pipe) 12 arranged above the strainer part 11, an in-hole valve 30 arranged between the strainer part 11 and the pumping part 12, and It is configured to include a sensor placement section (sensor placement tube) 40a.
The strainer portion 11 is formed into a tubular shape (pipe shape) that extends linearly. The lower end of the strainer section 11 is closed. A pair of packers 20a and 20b are arranged on the outer peripheral surface of the strainer section 11. A water sampling section h is configured in the area between the pair of packers 20a and 20b in the strainer section 11. The water sampling section h is configured by providing a plurality of (many) infiltration holes (not shown) in the peripheral wall of the strainer section 11. This allows groundwater gushing out from the target ground to infiltrate (draw) into the strainer section 11 via each infiltration hole.

揚水部12は、分岐部(分岐管)12dと、分岐部12dの上方に配置された小径部(小径管)12aと、小径部12aの上方に配置された大径部(大径管)12bと、を含んで構成されている。
分岐部12dは、いわゆる分岐管(分配管)により構成されている。具体的に、分岐部12d内には、鉛直方向に沿って延びる主流路と、主流路の途中から分岐する副流路と、が形成されている。主流路の下端は、孔内バルブ30の後述する出水口に連結(連通)している。主流路の上端は、小径部12aの下端に連結(連通)している。副流路の一端は、主流路に連結(連通)している。また、副流路の他端は、採水管50の下端に連結(連通)している。
小径部12aは、直線的に延びる管状(パイプ状)に形成されている。小径部12aの下端は、分岐部12dの主流路の上端に連結(連通)している。小径部12aの上端は、レデューサ12eを介して、大径部12bの下端に連結(連通)している。
後述するように、小径部12aは、対象地盤の深度に応じて、複数本の小径管体(パイプ)を連結して構成される。各小径管体は、所定の長さの管体(パイプ)となっている。
大径部12bは、直線的に延びる管状(パイプ状)に形成されている。大径部12bの下端は、レデューサ12eを介して、小径部12aの上端に連通している。大径部12bの上端は、地上における所定の高さまで延びている。
後述するように、大径部12bは、対象地盤の透水性(具体的には、後述するポンプPを設置する深度)に応じて、複数本の大径管体(パイプ)を連結して構成される。各大径管体は、所定の長さの管体(パイプ)となっている。
大径部12bの内径は、ポンプPを挿入することが可能となるように構成されている。一方、小径部12aの内径は、大径部13bの内径より小さく(ポンプPを挿入することができないように)構成されている。これによって、揚水ケーシング10の容積の増加を抑制することが可能となる。
The pumping part 12 includes a branch part (branch pipe) 12d, a small diameter part (small diameter pipe) 12a arranged above the branch part 12d, and a large diameter part (large diameter pipe) 12b arranged above the small diameter part 12a. It is composed of and.
The branch portion 12d is constituted by a so-called branch pipe (distribution pipe). Specifically, within the branching portion 12d, a main flow path extending in the vertical direction and a sub flow path branching off from the middle of the main flow path are formed. The lower end of the main flow path is connected (communicated) to a water outlet of the in-hole valve 30, which will be described later. The upper end of the main flow path is connected (communicated) with the lower end of the small diameter portion 12a. One end of the sub-channel is connected (communicated) with the main channel. Further, the other end of the sub-channel is connected (communicated) to the lower end of the water sampling pipe 50.
The small diameter portion 12a is formed into a tubular shape (pipe shape) that extends linearly. The lower end of the small diameter portion 12a is connected (communicated) with the upper end of the main flow path of the branch portion 12d. The upper end of the small diameter portion 12a is connected (communicated) to the lower end of the large diameter portion 12b via the reducer 12e.
As will be described later, the small diameter portion 12a is configured by connecting a plurality of small diameter tube bodies (pipes) according to the depth of the target ground. Each small-diameter tube body is a tube body (pipe) having a predetermined length.
The large diameter portion 12b is formed into a tubular shape (pipe shape) that extends linearly. The lower end of the large diameter portion 12b communicates with the upper end of the small diameter portion 12a via the reducer 12e. The upper end of the large diameter portion 12b extends to a predetermined height above the ground.
As described later, the large diameter portion 12b is constructed by connecting a plurality of large diameter pipes (pipes) depending on the permeability of the target ground (specifically, the depth at which the pump P described below is installed). be done. Each large-diameter tube body is a tube body (pipe) having a predetermined length.
The inner diameter of the large diameter portion 12b is configured such that the pump P can be inserted therein. On the other hand, the inner diameter of the small diameter portion 12a is smaller than the inner diameter of the large diameter portion 13b (so that the pump P cannot be inserted). This makes it possible to suppress an increase in the volume of the pumping casing 10.

センサ配置部40aは、直線的に延びる管状(パイプ状)に形成されている。センサ配置部40aの下端は、ストレーナ部11の上端に連結(連通)している。センサ配置部40aの上端は、孔内バルブ30の後述する入水口に連結(連通)している。そして、センサ配置部40a内には、水質モニタリング装置40が配置されている。これによって、センサ配置部40a内に揚水される水の水質を、水質モニタリング装置40により測定することが可能となっている。
孔内バルブ30は、弁箱(バルブ室)12cと、弁箱12c内に配置された弁体30a及び弁座(図示せず)と、を含んで構成されている。
弁箱12cの底面には、入水口(図示せず)が設けられており、弁箱12cの天面には、出水口(図示せず)が設けられている。そして、入水口には、センサ配置部40aの上端が連結(連通)し、出水口には、分岐部12dの主流路の下端が連結(連通)している。
孔内バルブ30の弁体30aは、入水口を開閉する。入水口が開放されているときには、ストレーナ部11から、センサ配置部40a及び孔内バルブ30を介して、揚水部12への対象地下水の揚水(浸入)が可能となる。一方、入水口が閉止されているときには、揚水部12からストレーナ部11への対象地下水の逆流(浸入)が阻止される。
The sensor arrangement portion 40a is formed in a tubular shape (pipe shape) that extends linearly. The lower end of the sensor arrangement section 40a is connected (communicated) with the upper end of the strainer section 11. The upper end of the sensor arrangement portion 40a is connected (communicated) to a water inlet of the in-hole valve 30, which will be described later. A water quality monitoring device 40 is arranged within the sensor arrangement section 40a. This allows the water quality monitoring device 40 to measure the quality of water pumped into the sensor arrangement section 40a.
The in-hole valve 30 includes a valve box (valve chamber) 12c, and a valve body 30a and a valve seat (not shown) arranged in the valve box 12c.
A water inlet (not shown) is provided on the bottom surface of the valve box 12c, and a water outlet (not shown) is provided on the top surface of the valve box 12c. The upper end of the sensor arrangement part 40a is connected (communicated) to the water inlet, and the lower end of the main flow path of the branch part 12d is connected (communicated) to the water outlet.
The valve body 30a of the in-hole valve 30 opens and closes the water inlet. When the water inlet is open, target groundwater can be pumped (infiltrated) from the strainer section 11 into the pumping section 12 via the sensor arrangement section 40a and the in-hole valve 30. On the other hand, when the water inlet is closed, backflow (infiltration) of target groundwater from the pumping section 12 to the strainer section 11 is prevented.

水質モニタリング装置40は、ストレーナ部11から揚水される地下水の水質を測定し、測定結果を有線又は無線により地上に配置された電子計算機(図示せず)に対して送信する。ここで、電子計算機は、地上に設置された観測室内に配置されている。
本実施形態では、水質モニタリング装置40により、電気伝導度(EC)、温度、水圧、pH(水素イオン指数)、ORP(酸化還元電位)、DO(溶存酸素濃度)等を測定することが可能となっている。
採水管50は、スチール、ステンレス等の金属材料からなる管体(パイプ)、又は、ナイロン、テフロン(登録商標)等の地下水の水質に影響を与えることがない材質により形成されたチューブにより構成されている。採水管50は、一連に構成されていても、深度に応じて複数本の管体(または、チューブ)を連結して構成されていても、どちらでも構わない。
採水管50の下端は、分岐部12dの副流路に連結(連通)されている。また、採水管50の上端は、地上まで延びており、採水管50の他端から排出される対象地下水を、採水容器(図示せず)により受水することが可能となっている。また、採水管50の上端部には、採水管50の流路を開閉するバルブb1が配置されている。
The water quality monitoring device 40 measures the quality of groundwater pumped from the strainer unit 11 and transmits the measurement results by wire or wirelessly to a computer (not shown) located on the ground. Here, the electronic computer is placed in an observation room installed on the ground.
In this embodiment, the water quality monitoring device 40 can measure electrical conductivity (EC), temperature, water pressure, pH (hydrogen ion index), ORP (oxidation-reduction potential), DO (dissolved oxygen concentration), etc. It has become.
The water sampling pipe 50 is composed of a pipe made of a metal material such as steel or stainless steel, or a tube made of a material such as nylon or Teflon (registered trademark) that does not affect the quality of groundwater. ing. The water sampling pipe 50 may be configured in a series, or may be configured by connecting a plurality of pipe bodies (or tubes) depending on the depth.
The lower end of the water sampling pipe 50 is connected (communicated) to the sub-channel of the branch portion 12d. Further, the upper end of the water sampling pipe 50 extends to the ground, and the target groundwater discharged from the other end of the water sampling pipe 50 can be received by a water sampling container (not shown). Furthermore, a valve b1 that opens and closes the flow path of the water sampling pipe 50 is arranged at the upper end of the water sampling pipe 50.

加圧ヘッド60は、大径部12bの上端部に対して着脱可能となるように構成されている。大径部12bの上端部に加圧ヘッド60が装着されると、揚水ケーシング10(大径部12b)の上端側が密閉される。加圧ヘッド60には、加圧口(図示せず)が設けられている。
コンプレッサー200は、エアチューブtを介して、加圧ヘッド60の加圧口へ圧縮気体を供給(加圧)する。これによって、揚水ケーシング10(大径部12b)の上端部に加圧ヘッド60が装着されている状態で、コンプレッサー200から加圧ヘッド60の加圧口へ圧縮気体が供給されると、揚水ケーシング10(大径部12a)の上端部が加圧される。
The pressure head 60 is configured to be removable from the upper end of the large diameter portion 12b. When the pressurizing head 60 is attached to the upper end of the large diameter portion 12b, the upper end of the pumping casing 10 (large diameter portion 12b) is sealed. The pressure head 60 is provided with a pressure port (not shown).
The compressor 200 supplies (pressurizes) compressed gas to the pressurizing port of the pressurizing head 60 via the air tube t. As a result, when compressed gas is supplied from the compressor 200 to the pressurizing port of the pressurizing head 60 with the pressurizing head 60 attached to the upper end of the pumping casing 10 (large diameter portion 12b), the pumping casing 10 (large diameter portion 12a) is pressurized.

(採水装置1を用いた対象地下水の採水方法)
次に、採水装置1を用いた対象地下水の採水方法を説明する。
図5は、揚水ケーシング10内にポンプPが設置された状態の採水装置1を示す図である。
採水装置1を用いて対象地下水を採水する際には、上記の採水準備工程において、まず、採水ユニット100を、井戸w内に設置(構成)する。
これには、まず、小径部12a及び大径部12bが取り外された状態の採水ユニット100を、井戸w内に挿入する。この際、孔内バルブ30の弁体30a(入水口)は、開放されており、ストレーナ部11から揚水部12への対象地下水の揚水が可能な状態となっている。さらに、採水管50のバルブb1は、開放されている。
次に、予め決定された採水区間sを形成する深度(以下、「採水深度」とする)に応じて、分岐部12dの主流路の上端に対して、複数本の小径管体を継ぎ足すことによって、小径部12aを構成するとともに、小径部12aの上端に対して、複数本の大径部12bを継ぎ足すことによって、大径部12bを構成する。この際、レデューサ12eを介して、小径部12aの上端及び大径部12bの下端が連結される。これによって、ストレーナ部11が採水深度に配置される。
次に、各パッカー20a,20bを膨張させて、採水区間sを形成する。
以上により、井戸w内における採水ユニット100の設置が完了する。採水ユニット100の設置が完了すると、揚水ケーシング10(大径部12b)の上端が、地上から所定の高さに配置される。この際、加圧ヘッド60は、揚水ケーシング10(大径部12b)の上端部に装着されていない。そして、採水ユニット100の設置が完了すると、水質モニタリング装置40によるストレーナ部11から揚水される地下水の水質の監視が開始される。
(Target groundwater sampling method using water sampling device 1)
Next, a method for sampling target groundwater using the water sampling device 1 will be explained.
FIG. 5 is a diagram showing the water sampling device 1 in a state where the pump P is installed inside the pumping casing 10.
When sampling target groundwater using the water sampling device 1, the water sampling unit 100 is first installed (configured) in the well w in the water sampling preparation process described above.
To do this, first, the water sampling unit 100 with the small diameter part 12a and the large diameter part 12b removed is inserted into the well w. At this time, the valve body 30a (water inlet) of the in-hole valve 30 is open, and the target groundwater can be pumped from the strainer section 11 to the pumping section 12. Furthermore, the valve b1 of the water sampling pipe 50 is open.
Next, a plurality of small-diameter pipe bodies are connected to the upper end of the main channel of the branching part 12d according to the depth forming the predetermined water sampling section s (hereinafter referred to as "water sampling depth"). By adding the plurality of large diameter parts 12b, a small diameter part 12a is formed, and by adding a plurality of large diameter parts 12b to the upper end of the small diameter part 12a, a large diameter part 12b is formed. At this time, the upper end of the small diameter portion 12a and the lower end of the large diameter portion 12b are connected via the reducer 12e. This places the strainer section 11 at the water sampling depth.
Next, each packer 20a, 20b is expanded to form a water sampling section s.
With the above steps, the installation of the water sampling unit 100 in the well w is completed. When the installation of the water sampling unit 100 is completed, the upper end of the water pumping casing 10 (large diameter portion 12b) is placed at a predetermined height from the ground. At this time, the pressurizing head 60 is not attached to the upper end of the pumping casing 10 (large diameter section 12b). When the installation of the water sampling unit 100 is completed, the water quality monitoring device 40 starts monitoring the quality of the groundwater pumped from the strainer section 11.

次に、予備排水を実施する。
これには、図5に示すように、まず、揚水ケーシング10(大径部12b)の上端から、ポンプPを挿入し、ポンプPを、大径部12bの下端部に設置する。次に、ポンプPを作動させて、大径部12bの下端部に揚水されている残留水の排水(予備排水)を開始する。この際、孔内バルブ30の弁体30a(入水口)は、開放されている。また、採水管50のバルブb1は、開放されている。
ここで、ポンプPにより排水(吸引)された残留水は、揚水管T1を介して、地上に導かれる。揚水管T1の上端には、分岐管T2が接続されている。そして、分岐管T2内には、主流路r1と、主流路r1の途中から分岐する2本の副流路(具体的には、水質測定路r2及び採水路r3)と、が形成されている。
主流路r1の一端は、揚水管T1の上端に連結(連通)している。また、主流路r1の他端は、排水口(下水溝等)に連結(連通)している。また、主流路r1の他端部部には、流量計F及び流量制御バルブb2が配置されている。
水質測定路r2の一端は、主流路r1に連結(連通)している。また、水質測定路r2の他端は、排水口(下水溝等)に連結(連通)している。また、排水路水質測定路r2には、第2の水質モニタリング装置80が配置されている。第2の水質モニタリング装置80は、水質測定路r2を通過する残留水(ポンプPにより排水された残留水)の水質を測定する。本実施形態では、第2の水質モニタリング装置80により、CTD(電気伝導度、温度、水深)、pH(水素イオン指数)、ORP(酸化還元電位)、DO(溶存酸素量)等が測定される。
採水路r3の一端は、主流路r1に連結(連通)している。そして、採水路r3の他端から排出される対象地下水を、採水容器(図示せず)により受水することが可能となっている。また、採水路r3の他端部には、採水路r3を開閉するバルブb3が配置されている。
予備排水の実行時には、採水路r3のバルブb3が閉止されるとともに、主流路r1の流量制御バルブb2が開放される。これによって、ポンプPにより排水された残留水は、揚水管T1を介して、主流路r1へ流入する。そして、主流路r1へ流入した残留水は、流量計F及び流量制御バルブb2を通過して、排水口へ排出される。この際、主流路r1へ流入した残留水の一部は、水質測定路r2へ流入する。そして、水質測定路r2へ流入した残留水は、第2の水質モニタリング装置80により水質が測定された後に、排水口へ排出される。
Next, perform preliminary drainage.
To do this, as shown in FIG. 5, first, the pump P is inserted from the upper end of the pumping casing 10 (large diameter section 12b), and the pump P is installed at the lower end of the large diameter section 12b. Next, the pump P is operated to start draining (preliminary draining) of the residual water pumped to the lower end of the large diameter portion 12b. At this time, the valve body 30a (water inlet) of the in-hole valve 30 is open. Further, the valve b1 of the water sampling pipe 50 is open.
Here, the residual water drained (suctioned) by the pump P is guided to the ground via the water pump T1. A branch pipe T2 is connected to the upper end of the lift pipe T1. In the branch pipe T2, a main flow path r1 and two sub flow paths (specifically, a water quality measurement path r2 and a sampling path r3) that branch from the middle of the main flow path r1 are formed. .
One end of the main flow path r1 is connected (communicated) with the upper end of the water pump T1. Moreover, the other end of the main flow path r1 is connected (communicated) with a drainage port (sewer etc.). Furthermore, a flow meter F and a flow control valve b2 are arranged at the other end of the main flow path r1.
One end of the water quality measurement path r2 is connected (communicated) with the main flow path r1. Further, the other end of the water quality measurement path r2 is connected (communicated) to a drainage outlet (sewer etc.). Further, a second water quality monitoring device 80 is arranged in the drainage water quality measuring path r2. The second water quality monitoring device 80 measures the quality of residual water (residual water drained by pump P) passing through water quality measurement path r2. In this embodiment, the second water quality monitoring device 80 measures CTD (electrical conductivity, temperature, water depth), pH (hydrogen ion index), ORP (redox potential), DO (dissolved oxygen amount), etc. .
One end of the sampling channel r3 is connected (communicated) with the main channel r1. The target groundwater discharged from the other end of the sampling channel r3 can be received by a water sampling container (not shown). Furthermore, a valve b3 that opens and closes the sampling channel r3 is arranged at the other end of the sampling channel r3.
When performing preliminary drainage, the valve b3 of the sampling channel r3 is closed, and the flow rate control valve b2 of the main channel r1 is opened. As a result, the residual water drained by the pump P flows into the main flow path r1 via the pumping pipe T1. The residual water that has flowed into the main flow path r1 passes through the flow meter F and the flow control valve b2, and is discharged to the drain port. At this time, a portion of the residual water that has flowed into the main flow path r1 flows into the water quality measurement path r2. Then, the residual water that has flowed into the water quality measuring path r2 is discharged to the drain after the water quality is measured by the second water quality monitoring device 80.

予備排水の進行により、対象地盤から採水区間sへ湧出した対象地下水が、採水部hを介して、ストレーナ部11内へ呼び込まれる。そして、ストレーナ部11内へ呼び込まれた対象地下水は、揚水ケーシング10内において、上方に向かって引き上げられる。すなわち、ストレーナ部11内へ呼び込まれた対象地下水は、センサ配置部40a(水質モニタリング装置40)及び孔内バルブ30を介して、揚水部12の下端部へ引き上げられ、さらに、揚水部12内を上方に向かって引き上げられる。
この際、対象地盤の透水性が低い場合には、予備排水の進行中に、大径部12b内において、残留水の水位が、ポンプPの吸込口が設置されている深度より低くなり、ポンプPによる排水ができなくなる恐れがある。このときには、ポンプPの作動を一時停止して、残留水の水位の回復を待った後に、ポンプPの作動を再開する必要がある。このとき、対象地盤の透水性が低いほど、単位時間あたりに湧出する対象地下水の量が少なくなるため、残留水の水位の回復に要する時間が長くなる。
そして、予備排水の進行中には、水質モニタリング装置40により測定される水質(小径部12aの下端部に揚水されている地下水の水質)の経時的な変化が監視されるとともに、第2の水質モニタリング装置80により測定される水質(ポンプPにより排水された残留水の水質)の経時的な変化が監視される。また、予備排水の進行中には、水質モニタリング装置40の測定結果と、第2の水質モニタリング装置80の測定結果と、が比較される。
As preliminary drainage progresses, target groundwater that has gushed out from the target ground to the water sampling section s is drawn into the strainer section 11 via the water sampling section h. Then, the target groundwater drawn into the strainer section 11 is pulled upward within the pumping casing 10. That is, the target groundwater drawn into the strainer section 11 is pulled up to the lower end of the water pumping section 12 via the sensor arrangement section 40a (water quality monitoring device 40) and the in-hole valve 30, and then further pumped into the water pumping section 12. can be pulled upwards.
At this time, if the permeability of the target ground is low, the water level of the residual water in the large diameter section 12b becomes lower than the depth where the suction port of the pump P is installed during preliminary drainage, and the pump Drainage due to P may become impossible. In this case, it is necessary to temporarily stop the operation of the pump P and wait for the level of the residual water to recover before restarting the operation of the pump P. At this time, the lower the permeability of the target ground, the smaller the amount of target groundwater gushing out per unit time, and therefore the longer the time required to restore the water level of the residual water.
While the preliminary drainage is in progress, the water quality monitoring device 40 monitors changes over time in the water quality (the quality of groundwater pumped to the lower end of the small diameter section 12a), and also monitors the second water quality. Changes over time in the water quality measured by the monitoring device 80 (the quality of the residual water drained by the pump P) are monitored. Further, while preliminary drainage is in progress, the measurement results of the water quality monitoring device 40 and the measurement results of the second water quality monitoring device 80 are compared.

予備排水は、少なくとも揚水部12の下端部において、残留水が対象地下水に置換されていることを条件に終了される。
具体的に、水質モニタリング装置40により測定される水質について、安定状態が所定時間継続したことにより、予備排水を終了する。すなわち、この条件を満たす場合には、揚水ケーシング10内のうち、少なくとも揚水部12の下端部において、残存水が対象地下水に置換されているものと判断することができる。ここで、「安定状態」とは、水質の径時的な変化が少ない状態をいう。
そして、予備排水の終了後に、揚水ケーシング10内(大径部12bの下端部)からポンプPを回収し、その後、上記の採水工程において、対象対価水の採水を実施する。
The preliminary drainage is completed on the condition that the residual water is replaced with target groundwater at least at the lower end of the pumping section 12.
Specifically, when the water quality measured by the water quality monitoring device 40 remains stable for a predetermined period of time, the preliminary drainage is terminated. That is, when this condition is satisfied, it can be determined that the residual water has been replaced with target groundwater at least in the lower end of the pumping section 12 within the pumping casing 10. Here, the term "stable state" refers to a state in which there is little change in water quality over time.
After the preliminary drainage is completed, the pump P is recovered from the inside of the pumping casing 10 (the lower end of the large diameter portion 12b), and thereafter, target consideration water is sampled in the water sampling process described above.

採水工程では、揚水ケーシング10の上端部を加圧することにより、採水管50を介して、対象地下水を採水する。
これには、まず、孔内バルブ30の弁体30a(入水口)を閉止する。これによって、揚水部12からストレーナ部11への対象地下水の逆流が阻止される。なお、採水管50のバルブb1は、開放されている。これによって、採水管50の上端から対象地下水を採水することが可能な状態となる。
次に、加圧ヘッド60を揚水ケーシング10(大径部12b)の上端部に装着する。これによって、揚水ケーシング10の上端側が密閉される。
次に、コンプレッサー200を作動させて、揚水部12の下端部に揚水されている対象地下水の採水(本採水)を開始する。すなわち、コンプレッサー200が作動すると、コンプレッサー200から、加圧ヘッド60の加圧口を介して、揚水ケーシング10の上端部に気体が圧入される。これによって、揚水ケーシング10内の残留水の水面が下方に向かって加圧される。この際、孔内バルブ30の弁体30aが閉止されていることにより、揚水部12からストレーナ部11への対象地下水の逆流が阻止されているため、揚水部12の下端部に揚水されている対象地下水が、採水管50を介して、地上に押し出される。これによって、採水管50の上端から排出された対象地下水を、採水容器内に貯留(受水)することが可能となる。
この際、採水管50内には、残留水が浸入している恐れがある。そこで、本採水の開始時には、採水管50の上端から排出される水について、少なくとも採水管50の容積分に相当する量の水を廃棄した後に、採水容器内への貯留(受水)を開始する。これによって、採水された対象地下水への残留水の混濁を防止することが可能となる。
また、採水中には、加圧による採水量が多くなると、揚水部12内に揚水されている残存水が採水される恐れがある。そこで、採水中には、所定量の対象地下水が採水されるごとに、コンプレッサー200の作動を一時停止(本採水を一時停止)して、孔内バルブ30の弁体30aを開放して、揚水ケーシング10(大径部12b)内における残留水の水位の回復(揚水部12の下端部への対象地下水の呼び込み)を待った後に、孔内バルブ30の弁体30aを閉止して、コンプレッサー200の作動を再開(本採水を再開)する必要がある。
以上により、対象地下水の採水(第1予備採水、第2予備採水、及び、本採水)を実施することが可能となる。
In the water sampling process, target groundwater is sampled through the water sampling pipe 50 by pressurizing the upper end of the pumping casing 10 .
To do this, first, the valve body 30a (water inlet) of the in-hole valve 30 is closed. This prevents the target groundwater from flowing backward from the pumping section 12 to the strainer section 11. Note that the valve b1 of the water sampling pipe 50 is open. This makes it possible to sample the target groundwater from the upper end of the water sampling pipe 50.
Next, the pressurizing head 60 is attached to the upper end of the pumping casing 10 (large diameter portion 12b). Thereby, the upper end side of the pumping casing 10 is sealed.
Next, the compressor 200 is operated to start sampling the target groundwater pumped to the lower end of the pumping section 12 (main water sampling). That is, when the compressor 200 operates, gas is pressurized from the compressor 200 into the upper end of the pumping casing 10 through the pressurizing port of the pressurizing head 60. As a result, the water surface of the residual water in the pumping casing 10 is pressurized downward. At this time, the valve body 30a of the in-hole valve 30 is closed, which prevents the target groundwater from flowing back from the pumping section 12 to the strainer section 11, so that the water is pumped to the lower end of the pumping section 12. Target groundwater is pushed out to the ground via the water sampling pipe 50. This makes it possible to store (receive) target groundwater discharged from the upper end of the water sampling pipe 50 in the water sampling container.
At this time, there is a possibility that residual water may have entered the water sampling pipe 50. Therefore, at the start of the main sampling, after discarding at least an amount of water equivalent to the volume of the water sampling pipe 50 from the upper end of the water sampling pipe 50, the water is stored in the water sampling container (receiving water). Start. This makes it possible to prevent turbidity of residual water in sampled target groundwater.
Furthermore, during water sampling, if the amount of water sampled due to pressurization increases, there is a risk that residual water pumped into the water pumping section 12 may be sampled. Therefore, during sampling, every time a predetermined amount of target groundwater is sampled, the operation of the compressor 200 is temporarily stopped (main water sampling is temporarily stopped), and the valve body 30a of the in-hole valve 30 is opened. After waiting for recovery of the level of residual water in the pumping casing 10 (large diameter section 12b) (drawing of target groundwater to the lower end of the pumping section 12), the valve element 30a of the in-hole valve 30 is closed, and the compressor It is necessary to restart the operation of 200 (restart main water sampling).
As described above, it becomes possible to perform target groundwater sampling (first preliminary water sampling, second preliminary water sampling, and main water sampling).

(採水装置1の作用・効果)
次に、採水装置1の作用・効果を説明する。
採水装置1では、揚水部12からストレーナ部11への地下水の逆流を阻止する孔内バルブ30と、揚水部12の下端部から地上へ地下水を導く採水管50と、揚水ケーシング10の上端部に圧縮気体を供給するコンプレッサー200と、を備えている。
これによって、揚水部12からストレーナ部11への地下水の逆流が阻止されている状態で、揚水ケーシング10の上端部に対して圧縮気体を供給することで、揚水部12の下端部に揚水されている対象地下水が、気体の圧力により押し出され、採水管50を介して、地上に導かれる。
したがって、揚水ケーシング10内の全体の残留水が対象地下水に置換されていなくても、揚水部12の下端部の残留水が対象地下水に置換されていれば、地上において対象地下水を採水できる。よって、揚水ケーシング10内の全体の残留水を対象地下水に置換する必要がなくなり、対象地下水の採水に要する時間を短縮することが可能となる。
特に、対象地盤の透水性が低い場合や、対象地盤の深度が深い場合であっても、対象地下水の採水にあたって、揚水部12の下端部の残留水を対象地下水に置換すれば足りるため、対象地下水の採水に要する時間を大幅に短縮することが可能となる。
(Functions and effects of water sampling device 1)
Next, the functions and effects of the water sampling device 1 will be explained.
The water sampling device 1 includes an in-hole valve 30 that prevents backflow of groundwater from the pumping section 12 to the strainer section 11, a water sampling pipe 50 that guides groundwater from the lower end of the pumping section 12 to the ground, and an upper end of the pumping casing 10. and a compressor 200 that supplies compressed gas to.
This prevents underground water from flowing backward from the pumping section 12 to the strainer section 11, and by supplying compressed gas to the upper end of the pumping casing 10, water is pumped to the lower end of the pumping section 12. The target groundwater is pushed out by gas pressure and guided to the ground via the water sampling pipe 50.
Therefore, even if the entire residual water in the pumping casing 10 is not replaced with the target groundwater, if the residual water at the lower end of the pumping part 12 is replaced with the target groundwater, the target groundwater can be sampled above ground. Therefore, there is no need to replace the entire residual water in the pumping casing 10 with target groundwater, and it becomes possible to shorten the time required to sample target groundwater.
In particular, even if the permeability of the target ground is low or the depth of the target ground is deep, it is sufficient to replace the residual water at the lower end of the pumping section 12 with the target groundwater when sampling the target groundwater. It becomes possible to significantly shorten the time required to sample target groundwater.

1 採水装置
10 揚水ケーシング
11 ストレーナ部
12 揚水部
12a 小径部
12b 大径部
12c 弁箱
20a,20b パッカー
40 水質モニタリング装置
50 採水管
60 加圧ヘッド
30 孔内バルブ
100 採水ユニット
200 コンプレッサー
1 Water sampling device 10 Pumping casing 11 Strainer part 12 Pumping part 12a Small diameter part 12b Large diameter part 12c Valve box 20a, 20b Packer 40 Water quality monitoring device 50 Water sampling pipe 60 Pressurizing head 30 In-hole valve 100 Water sampling unit 200 Compressor

Claims (2)

地下水を採水する採水工程と、
前記採水工程により採水された地下水を試料として本分析を実施する本分析工程と、を含み、
前記本分析の分析項目として、微生物数計数、微生物群集解析及び微生物活性分析のうち、少なくとも一つを含む複数の分析項目が含まれ、
前記採水工程では、予備採水により採水された地下水を試料として前記本分析に含まれる各分析項目に必要となる地下水の採水量を決定するための分析である予備分析現地にて実施、前記予備分析の結果に基づいて前記本分析に含まれる各分析項目に必要となる地下水の採水量決定、決定した採水量に応じて前記本分析に含まれる全ての分析項目に必要となる地下水を採水する本採水を実施するにあたって、一連の採水作業により前記予備採水及び前記本採水が実施され、
前記予備分析の分析項目として、微生物数計数が含まれことを特徴とする地下水中の微生物の分析方法。
A water sampling process of sampling groundwater;
A main analysis step of performing the main analysis using the groundwater sampled in the water sampling step as a sample,
The analysis items of the main analysis include a plurality of analysis items including at least one of microbial counting, microbial community analysis, and microbial activity analysis,
In the water sampling process, a preliminary analysis is conducted on-site to determine the amount of groundwater required for each analysis item included in the main analysis, using the groundwater sampled through preliminary water sampling as a sample . Based on the results of the preliminary analysis, determine the amount of groundwater required for each analysis item included in the main analysis, and determine the amount of groundwater required for all analysis items included in the main analysis according to the determined water sampling amount. In carrying out the main water sampling to sample groundwater, the preliminary water sampling and the main water sampling are carried out through a series of water sampling operations,
A method for analyzing microorganisms in groundwater, characterized in that the preliminary analysis includes counting the number of microorganisms.
前記採水工程では、大深度に存在する地下水が採水され、事前採水により採水された地下水について、金属イオン濃度の簡易測定が実施され、当該簡易測定の結果に応じて前記予備採水により採水された地下水に対して金属イオンのキレート剤が添加され、前記キレート剤が添加された地下水を試料として、前記予備分析が実施され、一連の採水作業により前記事前採水、前記予備採水及び前記本採水が実施されることを特徴とする請求項に記載の地下水中の微生物の分析方法。 In the water sampling step, groundwater existing at great depth is sampled, and a simple measurement of metal ion concentration is performed on the groundwater sampled by preliminary water sampling , and the preliminary water sampling is performed according to the result of the simple measurement. A metal ion chelating agent is added to the groundwater sampled by , and the preliminary analysis is performed using the groundwater to which the chelating agent has been added as a sample. The method for analyzing microorganisms in groundwater according to claim 1 , wherein preliminary water sampling and the main water sampling are performed .
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