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水処理場における天然有機物除去のモニタリングのための革新的なツールとしてのPARAFACモデル
PARAFAC model as an innovative tool for monitoring natural organic matter removal in water treatment plants.
PMID: 32644971 PMCID: wst_2020_136. DOI: 10.2166/wst.2020.136.
抄録
飲料水の処理中に蛍光性天然有機物（fNOM）画分が増加すると、凝集剤の投与量の増加やフィルターの目詰まりにつながる可能性があり、消毒副産物の前駆体となる可能性がある。その結果、効率的なfNOM除去が不可欠であり、そのためにはfNOM画分の特性評価が極めて重要である。本研究は、水処理プロセス全体でfNOM画分を評価するための堅牢なモニタリングツールを開発することを目的としている。これを達成するために、冬と夏の間に南アフリカの6つの水処理場（WTP）から、春の間にベルギーの2つの水処理場から水サンプルを採取した。fNOM の除去は、並列因子分析を用いて蛍光励起-放出マトリックスデータセットを評価することでモニターした。南アフリカのWTPでは、夏期のfNOMの除去率は69-85%の範囲であり、冬期には42-64%に減少した。ベルギーのWTPでは、fNOMの除去率は74-78％の範囲であった。主成分分析の結果、全蛍光と全有機炭素（TOC）の間には正の相関が認められた。しかし、TOCはfNOM除去に影響を与える要因にはあまり寄与していなかった。全体的に、本研究は最終的な塩素化水にfNOMが出現していることを示し、fNOMのモニタリングにはカスタマイズされた技術が必要であることを示した。
The increase of fluorescent natural organic matter (fNOM) fractions during drinking water treatment might lead to an increased coagulant dose and filter clogging, and can be a precursor for disinfection by-products. Consequently, efficient fNOM removal is essential, for which characterisation of fNOM fractions is crucial. This study aims to develop a robust monitoring tool for assessing fNOM fractions across water treatment processes. To achieve this, water samples were collected from six South African water treatment plants (WTPs) during winter and summer, and two plants in Belgium during spring. The removal of fNOM was monitored by assessing fluorescence excitation-emission matrices datasets using parallel factor analysis. The removal of fNOM during summer for South African WTPs was in the range 69-85%, and decreased to 42-64% in winter. In Belgian WTPs, fNOM removal was in the range 74-78%. Principal component analysis revealed a positive correlation between total fluorescence and total organic carbon (TOC). However, TOC had an insignificant contribution to the factors affecting fNOM removal. Overall, the study demonstrated the appearance of fNOM in the final chlorinated water, indicating that fNOM requires a customised monitoring technique.