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炭素系および窒素系生物化学的酸素要求量（cBODおよびnBOD）

1940

（画像はイメージです）

合計生化学的酸素要求量（BOD）は、炭素系BOD（cBOD）と窒素系BOD（nBOD）という2つの主要なプロセスの合計です。cBODは、微生物が有機炭素化合物を酸化するために消費する酸素です。nBODは、特定の独立栄養細菌による窒素化合物（主にアンモニア）の後期酸化（硝化）に使用される酸素です。これらを区別することは、高度な廃水処理において重要です。

標準 BOD5 この試験では主にcBODを測定します。これは、nBODの原因となる硝化細菌は誘導期が長く、増殖速度が遅いためです。硝化は通常、5～8日間の培養後に本格的に始まります。そのため、標準的な5日間の試験では、アンモニアを多く含む排水の総酸素要求量を過小評価する可能性があります。cBODのみを測定するには、硝化阻害剤（例：アリルチオ尿素）を試料に添加し、硝化細菌の活性を抑制します。この結果得られる測定値をcBOD5とします。nBODは、並行して測定した阻害剤なしの試料の総BODからcBODを差し引くことで算出できます。この測定は、多くの場合、より長い期間（例：20日間）にわたって行われます。硝化の化学量論は明確に定義されており、約4.57 mgのO₂が硝化に関与します。₂ アンモニア態窒素1mgが硝酸塩に酸化されるごとに、nBODが消費されます。この高い酸素要求量のため、nBODの制御は、深刻な酸素欠乏を防ぎ、受水域の水生生物を保護するために、現代の廃水処理において重要な目標となっています。

生分解性プラスチック, バイオリアクター, 化学, 環境工学, 富栄養化, 汚染, 持続可能な取り組み, 廃棄物削減, 水質汚染

UNESCO Nomenclature: 2501

化学

タイプ

化学プロセス

混乱

増分

使用法

広く普及している

前駆物質

セルゲイ・ヴィノグラツキーによる硝化作用の生物学的プロセスとしての発見（19世紀後半）
理解 microbial 代謝と呼吸
標準BOD試験の開発により、後に硝化作用によって説明される矛盾が明らかになった。
アンモニアおよび硝酸塩濃度を測定するための化学的方法

アプリケーション

栄養塩除去段階を備えた高度な廃水処理プラントの設計
排水が受水域に及ぼす酸素消費の可能性を総合的に評価する
生物反応器における硝化プロセスの監視と制御
活性汚泥システムの運転上の問題点の診断

特許:

潜在的なイノベーションのアイデア

developing microbial sensors that specifically detect nitrifying bacteria activity
engineering novel bioreactors that optimize simultaneous nitrification-denitrification (snd)
using genomic tools to identify and enhance the efficiency of nitrifying microbial communities
creating models that predict nBOD based on real-time ammonia sensor readings
designing treatment wetlands specifically to maximize nitrification processes
developing inhibitors that can be selectively applied to control nitrification in specific industrial processes
using nBOD measurements to assess the environmental impact of agricultural runoff
creating a tiered water quality standard based on separate limits for cbod and nbod
developing 触媒 that accelerate ammonia oxidation for industrial water treatment
integrating nBOD control into systems for recovering nitrogen from wastewater as fertilizer

関連キーワード：cBOD、nBOD、炭素系BOD、窒素系BOD、硝化、廃水処理、アンモニア、独立栄養細菌、栄養塩除去、アリルチオ尿素。

歴史的背景

Scientist measuring solar panel performance related to Air Mass Coefficient in a laboratory.

気塊係数（AM）

大気質量係数 (AM) は、太陽光が地球の大気を通過する際の直接的な光路長を定量化したものです。これは、特定の天頂角 [latex]theta[/latex] における光路長と、太陽が真上にあるとき (天頂) の光路長の比です。約 60° までの角度では、[latex]AM approx sec(theta)[/latex] で近似できます。AM0 は、大気圏外のスペクトルを指します。

BOD5 test setup in a laboratory for water quality assessment.

BOD5テスト

生化学的酸素要求量（BOD）は、水中の有機物を分解する際に好気性微生物が消費する溶存酸素量を測定する指標です。標準試験であるBOD5は、20℃の暗所で5日間培養した密閉試料中の酸素消費量を測定します。この標準期間は、規制上の実用的な妥協点として、また一般的な河川の航行時間を表すものとして選択されました。

Geophysicist studying Earth's geodynamo mechanism and magnetic field generation.

地球のジオダイナモ理論

地球の磁場は、地磁気ダイナモ機構によって生成されます。地球の自転によるコリオリ効果の影響を受けた、外核内の電気伝導性溶融鉄の対流電流が、自己維持型の電流系を形成します。これらの電流は、巨大な電磁石のように振る舞い、地球の大規模な磁場を生み出します。この過程は、磁気流体力学（MHD）によって説明されます。

炭素系および窒素系生物化学的酸素要求量（cBODおよびnBOD）

Urban street scene depicting photochemical smog effects in 1950, highlighting atmospheric chemistry.

光化学スモッグ

光化学スモッグは、太陽光、窒素酸化物（NOx）、揮発性有機化合物（VOC）が関与する複雑な一連の反応によって形成されます。このプロセスは、太陽光が二酸化窒素（[latex]NO_2[/latex]）を一酸化窒素（NO）と酸素原子（O）に分解することから始まります。この遊離酸素原子は、分子状酸素（[latex]O_2[/latex]）と結合して、スモッグの主要成分である地上オゾン（[latex]O_3[/latex]）を形成します。

Geological site of the Siberian Traps with ancient marine fossils, relevant to Palaeontology.

ペルム紀-三畳紀絶滅イベント

「大絶滅」として知られるペルム紀-三畳紀（PT）絶滅は、約2億5200万年前に発生し、地球史上最も深刻な絶滅でした。この絶滅により、海洋生物種の95%以上、陸生脊椎動物種の70%が絶滅しました。主な原因は、シベリア・トラップからの大規模な火山噴火であり、これが壊滅的な気候変動、海洋無酸素状態、海洋酸性化を引き起こしたと考えられています。

Satellite in low Earth orbit monitoring radiation in the South Atlantic Anomaly region.

南大西洋異常帯（SAA）

南大西洋異常帯（SAA）は、南大西洋と南米に広がる広大な領域で、地球の内側ヴァン・アレン帯が地表に最も接近する場所です。この領域では磁場強度が著しく弱く、地球全体の平均の約3分の1程度です。この磁場の弱さにより、荷電粒子はより低い高度まで侵入することができます。

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Flue-gas desulfurization system in atmospheric chemistry applications.

酸性雨生成の化学

酸性雨は、大気中の二酸化硫黄（SO2）と窒素酸化物（NOx）が水、酸素、その他の化学物質と反応することによって発生します。SO2は硫酸（[latex]H_2SO_4[/latex]）に酸化され、NOxは硝酸（[latex]HNO_3[/latex]）を生成します。これらの反応は、多くの場合太陽光によって触媒され、非常に酸性の強い化合物が生成され、湿性沈着または乾性沈着として地上に降り注ぎ、生態系に害を及ぼします。

Laboratory scene with Charles Fabry and Henri Buisson studying ozone absorption in 1910.

オゾン層の紫外線吸収における役割

地球の成層圏オゾン層は、太陽からの有害な紫外線放射の大部分を吸収するため、生命にとって極めて重要です。オゾン層は最もエネルギーの高いUVC線を完全に遮断し、UVB線の約95%を吸収し、比較的害の少ないUVA線のほとんどを透過させます。このろ過効果により、地上の生命は深刻なDNA損傷から守られています。

Chemist conducting experiment on PFAS in organic chemistry lab.

炭素-フッ素結合：PFASの安定性の源

パーフルオロアルキル物質（PFAS）は、フッ素原子に結合した炭素原子の鎖を特徴とする。炭素-フッ素（CF）結合は、有機化学において最も強い単結合の一つであり、結合解離エネルギーは約485 kJ/molである。この極めて強い結合力により、PFASは化学的、熱的、生物学的分解に対して非常に高い耐性を持ち、環境中で残留する。

Laboratory scene with chemist measuring fluorescent whitening agents in physical chemistry.

蛍光ホワイトニング剤（FWA）

蛍光増白剤（光学増白剤、OBAとも呼ばれる）は、白色の知覚を高める化学物質です。これらは人間の目には見えない紫外線（UV）領域の光を吸収し、可視光領域の青色の光として再放出します。この青色光は、素材に残る黄色やクリーム色の色合いを打ち消します。

Nuclear Magnetic Resonance spectrometer in an analytical chemistry laboratory.

核磁気共鳴（NMR）分光法

核磁気共鳴（NMR）分光法は、特定の原子核の磁気特性を利用した技術です。試料を強力で一定の磁場中に置き、電波を照射します。原子核は特定の共鳴周波数で電磁波を吸収・再放出します。この共鳴周波数は分子内磁場に依存しており、分子の構造、動態、化学環境に関する詳細な情報が得られます。

Laboratory analysis of volatile organic compounds in atmospheric chemistry.

対流圏オゾン形成におけるVOCの役割

VOCは、光化学スモッグの主要成分である対流圏（地表）オゾンの生成に不可欠な前駆物質です。太陽光（[latex]hnu[/latex]）と窒素酸化物（NOx）が存在すると、VOCはヒドロキシルラジカル（[latex]bullet OH[/latex]）によって酸化されます。このプロセスにより、一酸化窒素（NO）を二酸化窒素（[latex]NO_2[/latex]）に変換するペルオキシラジカル（[latex]RO_2bullet[/latex]）が生成され、これが光分解されてオゾン（[latex]O_3[/latex]）の生成に必要な酸素原子が生成されます。

Satellite in low Earth orbit illustrating Earth's magnetosphere and its protective role against solar radiation.

地球の磁気圏

磁気圏とは、地球を取り巻く宇宙空間のうち、太陽風の磁場ではなく地球自身の磁場が支配的な領域のことである。これは、太陽風と地球固有の磁場との相互作用によって形成される。この相互作用によってバウショックが発生し、太陽からの荷電粒子の大部分が偏向されるため、大気は侵食から守られる。

Environmental scientists conducting bioremediation at a contaminated soil site.

生物修復

生物修復とは、微生物、真菌、植物、またはそれらの酵素を用いて、汚染された環境を元の状態に戻すプロセスです。塩素系農薬などの特定の土壌汚染物質を除去するためにも、より広範囲の汚染物質を処理するためにも利用できます。生物修復は自然に起こる場合（自然減衰）もあれば、肥料の添加（生物刺激）や特定の微生物の添加（生物増強）によって促進される場合もあります。

（日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。）