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濁度とは、空気中の煙のように、肉眼では見えない多数の個々の粒子によって引き起こされる液体の曇りまたはかすみのことです。濁度の測定は、水の透明度と水質の両方を測る重要なテストです。
液体には、さまざまな大きさの粒子からなる浮遊固形物が含まれることがあります。浮遊物質の中には、液体サンプルを放置しておくと容器の底に急速に沈むほどの大きさと重さのものもあります (沈降性固形物)。一方、サンプルを定期的に撹拌したり、粒子がコロイド状になったりすると、非常に小さな粒子はゆっくりとしか沈まないか、まったく沈みません。これらの小さな固形粒子は、液体を濁らせます。
濁度（またはヘイズ）は、ガラスやプラスチックなどの透明な固体にも適用されます。プラスチックの製造において、ヘイズは入射光の方向から2.5°以上偏向した光の割合として定義されます。[1]
原因と結果
開放水域の濁度は、植物プランクトンの成長によって引き起こされる可能性がある。建設、採鉱、農業など、土地を撹乱する人間の活動は、暴風雨の際に雨水の流出により水域に流入する堆積物のレベルを高める可能性がある。堤防侵食率が高い地域や都市化された地域も、道路、橋、駐車場、空港などの舗装面からの雨水汚染を通じて、近くの水域に大量の濁度をもたらす。 [2]採石、鉱業、石炭回収などの一部の産業は、コロイド状の岩石粒子から非常に高いレベルの濁度を生成する可能性がある。
飲料水では、濁度が高いほど、胃腸疾患を発症するリスクが高くなります。[3]これは免疫不全の人にとって特に問題です。ウイルスや細菌などの汚染物質が浮遊物質に付着する可能性があるためです。浮遊物質は、粒子がウイルスや細菌の盾として機能するため、塩素による水の消毒を妨げます。同様に、浮遊物質は水の紫外線（UV）殺菌から細菌を保護することができます。[要出典]
湖、川、貯水池などの水域では、濁度が高いと深度まで届く光の量が減少し、水中の水生植物の成長が阻害され、その結果、魚や貝類など、それらに依存する種に影響を及ぼす可能性があります。濁度が高いと、魚のえらが溶存酸素を吸収する能力にも影響が及ぶ可能性があります。この現象は、米国東部のチェサピーク湾全体で定期的に観察されています。 [4] [5]
多くのマングローブ地域では、幼魚を捕食者から守るなど、特定の種を支えるために高い濁度が必要です。オーストラリア東海岸沿いのほとんどのマングローブ、特にモートン湾では、生態系の健全性を維持するために、600 NTU (比濁度単位) もの濁度レベルが必要です。[要出典]
測定
濁度の測定は、水の透明度と水質の両方を測る重要なテストです。[要出典]濁度を報告するための標準単位には、ISO 7027 のフォルマジン比濁単位 (FNU) と USEPA メソッド 180.1 の比濁濁度単位 (NTU) の 2 つがあります。ISO 7027と FNU は主にヨーロッパで広く使用されていますが、NTU は主に米国で広く使用されています。ISO 7027 は、水質における濁度の測定方法を規定しています。これは、サンプルから直角に散乱した入射光を測定することで、水サンプル内の浮遊粒子の濃度を測定するために使用されます。散乱光はフォトダイオードによって捕捉され、濁度に変換される電子信号を生成します。ISO 7027 法に従って、 Arduinoマイクロコントローラと安価なLED を使用して濁度を信頼性高く測定するオープンソース ハードウェアが開発されています。[6]
水質を検査する実際的な方法はいくつかあるが、最も直接的な方法は、サンプルの水柱を通過する際の光の減衰（つまり、強度の低下）を測定することである。 [7]代わりに使用されるジャクソンキャンドル法（単位：ジャクソン濁度単位またはJTU）は、本質的には、ろうそくの炎を完全に隠すために必要な水柱の長さの逆数を測定するものである。必要な水が多いほど（水柱が長いほど）、水はより透明になる。もちろん、水だけでもいくらかの減衰が生じ、色を生成する水に溶解した物質は、いくつかの波長を減衰させる可能性がある。現代の機器はろうそくを使用しませんが、水柱を通過する光線の減衰というこの方法は、JTUで較正され報告されるべきである。[7]
粒子が光線を集束させて散乱させる傾向は、現在では水中の濁度のより意味のある指標と考えられています。この方法で測定される濁度は、光線の横に検出器を設置したネフェロメーターと呼ばれる機器を使用します。光源の光線を散乱させる小さな粒子の数が多いほど、少ない場合よりも多くの光が検出器に到達します。較正されたネフェロメーターの濁度の単位は、使用される標準方法に応じて、NTU または FTU のいずれかになります。ある程度、特定の量の粒子に対して反射する光の量は、粒子の形状、色、反射率などの特性に依存します。この理由 (および重い粒子はすぐに沈降し、濁度の測定値に寄与しない理由) により、濁度と全浮遊物質(TSS) の相関関係は、場所や状況ごとに多少異なります。[7]
湖沼、貯水池、水路、海洋の濁度はセッキディスクを使って測定できる。この白黒のディスクは、見えなくなるまで水中に沈められ、その深さ（セッキ深度）が水の透明度（濁度と反比例）の尺度として記録される。セッキディスクには、濁度を深さ（濁度層が存在する場合）にわたって積分できる、手早く簡単に使える、安価であるといった利点がある。セッキ深度を3等分することで、有光層の深さを大まかに示すことができるが、ディスクが底に見えてしまう浅瀬では使用できません。[8]
浅瀬の濁度を測定するのに役立つもう1つの装置は濁度管です。[9] [8]濁度管は段階的に水を凝縮し、その底にあるコントラストディスクに基づいて濁度を測定できるもので、セッキディスクに似ています。
大気の濁度は太陽光の減衰を引き起こし、汚染の指標として利用される。ビーム放射の減衰をモデル化するために、リンケ濁度係数（T L）を含むいくつかの濁度パラメータが導入されている。[10] [11]
規格と試験方法
飲料水基準
政府は飲料水の許容濁度に関する基準を設定している。米国では、従来型または直接ろ過法を使用する公共水道システムでは、処理場出口での濁度が 1.0 NTU を超えてはならず、また、どの月でもすべてのサンプルの少なくとも 95 パーセントの濁度が 0.3 NTU 以下でなければならない。従来型または直接ろ過以外のろ過を使用するシステムは、濁度が 5 NTU を超えてはならないことを含む州の制限に従う必要がある。多くの飲料水事業者は、0.1 NTU という低いレベルを達成するよう努めている。[12]欧州の濁度基準は 4 NTU である。[13]
環境水質基準
アメリカ合衆国
米国環境保護庁（EPA）は濁度に関する水質基準を公表している。[14]これらの基準は濁度の影響に関する科学的評価であり、各州が水域の水質基準を策定する際に使用されている。（州が独自の基準を公表することもある。）一部の州では濁度に関する水質基準を公布しており、その中には以下が含まれる。
- ルイジアナ州。水域に応じて25、50、150NTU、または背景値に10パーセントを加えた値。[15]
- バーモント州。水域の分類に応じて10NTUまたは25NTU。[16]
- ワシントン。背景値より5NTU多い（背景値が50NTU以下の場合）、または背景値が50NTUを超える場合は10%増加。[17]
分析方法
濁度に関する公開された分析試験方法には以下のものがあります。
- ISO 7027「水質：濁度の測定」[18]
- 米国EPA法180.1「濁度」[19]
- 「標準方法」第2130B号[20]
処理
濁度は、一般的に沈殿または濾過プロセス、もしくは沈殿と濾過の両方を使用して処理されます。用途に応じて、凝集剤を水流に投入して、沈殿または濾過プロセスの効率を高めることができます。[21] [22] 飲料水処理場や都市下水処理場では、沈殿タンク、粒状媒体濾過、および清澄装置を組み合わせて濁度を除去することがよくあります。
原位置水処理または濁度処理のための直接投与は、影響を受ける水体が分散している場合（小規模な飲料水貯水池など、多数の水体が地理的領域に分散している場合）、問題が一貫していない場合（雨期中および雨期後にのみ水体の濁度がある場合）、または低コストのソリューションが必要な場合に一般的です。 濁度の原位置処理では、試薬（通常は凝集剤）を追加し、水体の表面に均一に散布します。その後、凝集物は水体の底に沈殿してそこに留まるか、水体が排水されたときに除去されます。この方法は、季節的に濁度の問題がある雨水収集池がある炭鉱や石炭積み込み施設でよく使用されます。多くの企業が、原位置水処理または試薬の直接投与用のポータブル処理システムを提供しています。
試薬
濁度を処理するために使用できる化学試薬は多数あります。濁度を処理するために使用できる試薬には、硫酸アルミニウムまたはミョウバン（Al 2 (SO 4 ) 3 ·nH 2 O）、塩化鉄（FeCl 3）、石膏（CaSO 4 ·2H 2 O）、ポリ塩化アルミニウム、長鎖アクリルアミドベースのポリマー、および多数の専用試薬が含まれます。[23]ミョウバンなどの一部の試薬は水の pHを変えるため、化学薬品を投与する際には水の化学的性質を慎重に考慮する必要があります。
試薬を使用する場合は、過剰な混合によって凝集物が分解される可能性がある ため、投与プロセスも考慮する必要があります。
参照
- マクファーランド標準 - 濁度測定の尺度 - 微生物学的分析の基準
- 海洋光学
- 透明性と半透明性 – 散乱を最小限に抑えて光を透過する物体または物質の特性
- 水の透明度
- 水質
参考文献
- ^ Thermallaminatingfilms.com. ヘイズの技術的定義 2015年8月22日アーカイブ、Wayback Machine
- ^ 都市部からの非点源汚染を制御するための国家管理措置（報告書）。ワシントン DC：米国環境保護庁（EPA）。2005 年 11 月。EPA 841-B-05-004。第 7 章から第 8 章。
- ^ Mann, AG; Tam, CC; Higgins, CD; Lodrigues, LL (2007-09-21). 「飲料水の濁度と胃腸疾患の関連性：系統的レビュー」BMC Public Health . 7 (256). Springer Nature: 256. doi : 10.1186/1471-2458-7-256 . PMC 2174477 . PMID 17888154.
- ^ Stevenson, J. Court; Piper, Catherine B.; Confer, Nedra (1979). 「チェサピーク湾の沈下植物の減少」。メリーランド州アナポリス：米国魚類野生生物局。2019年4月28日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- ^ 「堆積物」。メリーランド州アナポリス：チェサピーク湾プログラム。2009年8月6日。2011年9月27日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- ^ Wijnen, Bas; Anzalone, GC; Pearce, Joshua M. (2014-05-09). 「オープンソースのモバイル水質検査プラットフォーム」。Journal of Water, Sanitation and Hygiene for Development . 4 (3). ロンドン: IWA Publishing: 532–537. doi :10.2166/washdev.2014.137. S2CID 111183462.
- ^ abc 「濁度、TSS、水の透明度の測定」。オハイオ州フェアボーン：Fondriest Environmental、Inc。2021年2月1日閲覧。
- ^ ab Myre, E, Shaw, R. 濁度管: 現場での濁度の簡単かつ正確な測定。「濁度管」は 2015-10-17 にWayback Machineでアーカイブされています。
- ^ Waterwatch Australia、モジュール 4 - 物理的および化学的パラメータ「濁度の測定方法」[リンク切れ]
- ^ HelioClim (エネルギーおよびプロセスセンター)。パリ、フランス。「Linke Turbidity Factor」。2011-07-23 にWayback Machineでアーカイブ
- ^ Kasten, F. (1996 年 3 月). 「積分レイリー光学厚さの改良値に基づくリンク濁度係数」.太陽エネルギー. 56 (3). Elsevier: 239–244. Bibcode :1996SoEn...56..239K. doi :10.1016/0038-092X(95)00114-7.。
- ^ 「国家一次飲料水規制」EPA 2022年1月26日。
- ^ 「飲料水基準とは何か？」（PDF）。ロンドン：飲料水検査局（英国）。2017年6月。2020年11月11日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。
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- ^ ルイジアナ州環境品質局。ルイジアナ州バトンルージュ。「地表水質基準。」ルイジアナ州行政法典 (LAC)。タイトル 33、パート IX、章 11。2007 年 8 月 6 日。
- ^ バーモント水資源委員会。バーモント州モンペリエ。「バーモント州水質基準」。 2006年1月25日、 Wayback Machineで2013年12月31日にアーカイブ。
- ^ ワシントン州環境局。ワシントン州オリンピア。「ワシントン州の表層水の水質基準」ワシントン州行政法典 (WAC)。第 173-201A 章。1997 年 11 月 18 日。
- ^ 国際標準化機構。ジュネーブ、スイス。「ISO 7027-1:2016 水質 – 濁度の測定 – パート 1: 定量的方法」2016 年および「ISO 7027-2:2019 水質 – 濁度の測定 – パート 2: 水の透明度を評価するための半定量的方法」2019 年。
- ^ EPA。環境監視システム研究所。オハイオ州シンシナティ。「方法 180.1: 比濁法による濁度の測定; 改訂 2.0」1993 年 8 月。
- ^ イートン、アンドリュー・D.、グリーンバーグ、アーノルド・E.、ライス、ユージン・W.、クレセリ、レノア・S.、フランソン、メアリー・アン・H.、編（2005年）。水と廃水の検査のための標準方法（第21版）。アメリカ公衆衛生協会。ISBN 978-0-87553-047-5CD-ROM およびオンライン購読でもご利用いただけます。
- ^ 水処理、グレード1。米国コロラド州デンバー：アメリカ水道協会。2016年。
- ^ Darshan Singh Sarai (2006).オペレーターにとってシンプルな水処理。John Wiley。
- ^ Earth Systems、Clear Solutionsニュースレター - 濁度に焦点を当てる [1] 2003年。
外部リンク
無料辞書『ウィクショナリー』で濁度を調べてください。
- ウェブ上の水：「濁度」（ミネソタ大学ダルース校およびレイク スペリオル カレッジ）
- 「濁度と水」米国地質調査所（USGS）
- 濁度測定に関する USGS フィールドマニュアル
- 水質 - 雨水、ワシントン州