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下水処理施設における3つの透明度指標の違いとは？濁度、SS、透明度の違いについて
下水処理施設では、濁度、透明度、浮遊物質（SS）の3つの明瞭度指標が頻繁に言及されます。これらは、それぞれ質量濃度、光学的性質、感覚的知覚という異なる3つの観点から明瞭度を評価するものです。浮遊物質の標準試験法は重量分析法であり、一定の孔径を持つフィルターメンブレンを用いて水試料をろ過し、その後乾燥して一定重量になるまで加熱することによって測定します。単位はmg/Lです。理論的には、この質量濃度指標はオンラインでモニタリングできず、必ず乾燥・秤量が必要です。浮遊物質に影響を与える物質には、シルト、粘土、および大きな半径を持つ微生物などが含まれます。濁度とは、水中の浮遊粒子による光の散乱の程度を示す指標です。標準試験法は90°散乱光法であり、浮遊粒子が光の伝播に与える干渉能力を測定します。単位はNTU（またはFTU：ホルマリン濁度単位）です。濁度に影響を与える物質には、シルト、微生物、アオコ、微粒状有機物、微小気泡などがあります。
なぜ90°散乱光法がオンライン濁度測定の主流ソリューションなのか？
この方法では、光源から水試料に方向性のある平行光ビームを照射します。光検出器は入射光に対して直角（90°）の位置に配置されます。光が水試料中の浮遊粒子に当たると、光は散乱されます。この散乱光は全方向に広がりますが、光検出器は横方向（側方）に散乱された光の強度のみを検出し、その値から濁度を算出します（横方向散乱光の強度は水中の懸濁物質濃度に比例します）。これはオンライン濁度測定において最も主流のソリューションであり、E+H、Hach、JIDE、OPTEXなど、水質モニタリング市場の主要ブランドで採用されています。
各国の濁度水質基準の比較
各国の濁度基準は、以下の3つの分野に焦点を当てています：
1．飲用水（義務付けられた基準、高水準）；
2. 地表水（水体の機能に応じて分類され、通常は透明度とともに管理される）
3. 産業廃水（通常は浮遊固形物（TSS）で算出される）
以下に、主要国および地域の基準例を示します。米国環境保護庁（EPA）の基準では、河川・湖沼などの一般的な地表水の濁度は25～150 NTUに、飲料水の濁度は1 NTU未満に、産業排水口における基準は浮遊固形物（TSS）で、その管理値は30～100 mg/Lと定められています。
中国の地表水質基準では、V類水の濁度は25 NTU未満、III類水の濁度は10 NTU未満と定められています。都市下水処理施設の放流基準はTSSで算出し、最も厳しい放流基準は10 mg/L未満であり、前処理ネットワークへの放流限界値は50 mg/Lです。また、飲料水供給口における濁度の上限値は1 NTUです。
EUのEN ISO 7027規格では、適用される水の導引限界値を4 FNU未満と定めています。都市型下水処理施設からの通常の放流水については、TSS（全懸濁固形分）で算出された要件が35 mg/L未満であり、高基準の感度の高い水域では15 mg/L未満です。表流水については、透明度と濁度の両方を連携して制御する必要があります。水源水の要件は一般的に5 NTU未満です。
なぜあなたの濁度測定値は常に不正確なのでしょうか？
課題点1：一部産業から排出される工業廃水は着色されており、透明度が低い傾向があります。代表的な例として、コークス製造廃水、染色廃水、あるいは大きな粒子を多く含む廃水などが挙げられます。このような廃水では、濁度センサーの測定値が不安定となり、著しいばらつきが生じ、全体的に明らかに低い数値が得られることがあります。
干渉メカニズム：散乱光の原理に基づく従来の濁度計は、検出器に戻る光信号の強度を測定します。水中に色が付いている場合、一部の散乱光が事前に吸収され、検出器で受信される光信号が弱まり、測定値が低くなることがあります。また、大きな浮遊粒子が光の透過路を通過する際にも、読み取り値のばらつきを引き起こす可能性があります。
解決策：860nm近赤外光を用いた濁度計は、色による干渉を効果的に回避します。さらに、比率測定方式を用いたアルゴリズムを設定し、大きな粒子の動きおよび色による誤差を補正するための光信号補償アルゴリズムを調整する必要があります。現在、この解決策を採用した主流の機種には、ハッハ社のTSS-Sc、エンデュース・アンド・ハウザー社（E+H）のCUS51D Turbimax、およびジード社のWQ3000-TSS／Turbがあります。
課題点2：膜処理、MBR（膜生物反応槽）、逆浸透膜の給水、二次沈殿池処理などの高度な廃水処理工程において、放流水が非常に澄んでいる場合（通常、濁度が1 NTU未満）には、濁度計の応答速度が低下したり、水試料が安定しているにもかかわらず測定値が急激に上昇することがあります。
干渉メカニズム：気泡による干渉。流量の不安定により発生した気泡は、低濁度域における濁度測定に著しく干渉し、虚偽の高値を示す原因となります。また、校正されていない機器では、内部の光信号が乱れ、もともと極めて微弱な散乱光を検出する低濁度測定において、さらに応答速度の低下を招きます。
解決策： 脱泡流路槽（重力式または加圧式）を設置し 、流路設計を最適化するとともに、超純水を用いた定期的なゼロ点校正を実施します。
現場では、他にも多くの困難な濁度測定の課題が存在します。詳しくは当社ウェブサイトからエンジニアまでお問い合わせください。さまざまな業界のお客様からの事例提供を歓迎しており、製品の改善および現場での応用経験の拡充に活かしてまいります。
課題3：濁度計はキャリブレーション直後には非常に高精度ですが、自然水／廃水にわずか1週間程度設置した後には、測定値が変動し、上向きにドリフトします。
干渉メカニズム：自然水域や海洋におけるバイオフィルムによる一般的な干渉、あるいは高硬度の廃水中で付着するカルシウム・マグネシウム化合物による干渉です。このような干渉により、光信号の送信・受信部が容易に遮られ、測定結果に影響を与えます。
解決策：自動洗浄ブラシ付き濁度計を選択します。このタイプのシリコーン製洗浄ブラシは耐久性が高く、交換も容易で、必要に応じて光学窓を定期的に清掃できるため、バイオフィルムによる干渉を効果的に低減できます。硬度の高い廃水中では、メンテナンス頻度を高める必要があります。チタン合金などの耐食性材料で封止された濁度計を選択してください（ここでは、コストパフォーマンスに優れたJIDE WQ3000-turb-Tiチタン合金自動洗浄式オンライン濁度計が推奨されます）。日常的なメンテナンスでは、酸洗浄によりカルシウムおよびマグネシウム化合物を効果的に溶解できます。
課題4：実験室での測定結果とオンライン分析計の測定値を比較できず、誤差が10％を超えるため、いずれの測定結果も信頼できません。
干渉メカニズム：濁度および浮遊物質は、動的かつ活性なパラメーターであり、沈降しやすいため、測定前に十分に振り混ぜることが不可欠です。また、測定の安定性を維持するには磁気スターラーの使用が必要な場合があります。さらに、オンライン濁度計を実験室で校正する際には、メーカーが提供する遮光用校正カップを用いる必要があります。また、標準フォルマリン溶液の測定は完全な暗所環境下で行い、周囲光による干渉を回避しなければなりません。一部の複雑な運用条件下では、実験室での測定データと厳密な一致が求められる場合や、装置が実験室の標準溶液測定（実験室の測定原理は赤外線法ではなく白熱灯法である可能性があります）と一致しない場合には、実際の水試料を用いて校正を行うことで、比較結果が検証を通過することを保証できます。
下水処理施設における複雑な運用条件下で高精度濁度センサーを選定する方法
産業廃水処理施設の全体プロセスシステムにおいて、濁度は全懸濁物質（TSS）の除去効果、汚泥の沈降性能、流入水の水質監視、および放流水の水質が基準を満たしているかどうかを直接反映する重要なプロセス指標です。手動によるサンプリングおよび測定では、水質の変動に対して正確なフィードバックを得ることができず、排出基準を超えるリスクが生じます。また、精度の低い濁度センサーは、色、粘性付着物、有機物、気泡など、さまざまな干渉要因の影響を受けやすく、長期使用において頻繁に不安定になる可能性があります。特に複雑な運転条件下では、不確実性が著しく高まります。
一方、高精度濁度センサーは、干渉を排除し、データのドリフトや誤差を軽減することを目的とした、コアとなる監視原理および技術的詳細に基づいて設計されています。本セクションでは、JIDE社のWQ3000シリーズ濁度／懸濁物質分析装置およびハッハ社の1720E型下水処理施設向け基準低範囲濁度計を例に挙げます。
JIDE WQ3000シリーズ濁度・懸濁物質分析装置は、860nmの近赤外LED光源を採用しており、この光は下水の黄褐色や染色廃水の色度の影響を受けず水中へ照射されるため、可視光検出に起因する固有の誤差を回避します。
入射光に対して90°の直角位置に光電受光モジュールが配置されており、水中の懸濁物質およびコロイド粒子によって生じる横方向散乱光を特異的に検出します。
散乱光の強度は、水の濁度に比例します。このチップは温度補償およびアルゴリズムによるフィルタリングを用いて、濁度をNTU（ネフロゼルミット単位）という標準濁度単位に高精度で変換します。
回路設計には周囲光による干渉を防ぐための絶縁システムが採用されており、低濁度域（0～50 NTU）において極めて高い検出精度を実現し、分解能は最大0.01 NTUです。
ハッジ社製Hach 1720E低濁度分析計は、90°散乱光方式を採用しており、消泡・脱気システムを内蔵することで、低範囲濁度測定における気泡の干渉を効果的に除去します。この装置の測定範囲は0～100 NTU、低濁度時の測定精度は0.001 NTUであり、飲料水の極めて高い品質基準および放流水の最高レベルの規制基準を監視するのに適しています。本製品は現在、業界内で最大の市場シェアと高い認知度を誇りますが、現場で使用される一部の試料タンクではスケールが付着しやすく、頻繁な保守管理が必要となるという課題が業界から報告されています。また、現場の水質に対して一定の要件が存在します。
比較・選定ガイド
| 測定方法 | 基本原理 | メリット | 欠点／制約事項 | 下水処理場での応用シナリオ |
| 90°散乱方式 | 90°方向の垂直側方散乱光を検出 | 高濃度および低濃度の両方の測定範囲に対応し、低濁度測定において極めて高い精度を実現 | スケールや気泡による干渉を考慮する必要があります。 | 流入水および流出水の水質を標準的に監視 |
| 送信方法 | 水中を透過する光の減衰を測定 | 基本的な高濁度測定に適しています | 低濁度領域での感度が劣り、色による干渉を受けやすい。 | 放流水の精密な監視には不向きです。 |
| 後方散乱方式 | 約180°の広角で散乱した光を検出 | 超高濃度測定に非常に適しています | 低濁度範囲での直線性が劣る。 | 高濃度のスラッジおよび流入水にのみ適用可能。 |