公害防止管理者 水質関係第1種 ⑤ 汚水処理特論1 処理計画と物理・化学的処理法

汚水処理特論を三分割した最初の分野。排水の分別や向流多段洗浄の段数といった処理計画から入り、沈降分離ではストークスの式、表面積負荷、傾斜板の有効分離面積、シックナーの質量沈降速度を扱う。凝集ではコロイドの大きさ、無機凝集剤ごとの適正pH、高分子凝集剤のイオン性、ジャーテストの手順が問われる。ほかに加圧浮上、砂ろ過の有効径・均等係数とコゼニー・カルマンの式、溶解度積とpH、遊離塩素と不連続点、活性炭のミクロ孔とフロイントリッヒの式、イオン交換のSV、MF・UF・NF・ROと電気透析、汚泥脱水と焼却まで及ぶ。収録72問は計算問題の比率が高い。

この分野の問題72問を、選択肢・正解・解説つきで掲載しています。まず自分で解答を考えてから「正解と解説を見る」を開いて答え合わせをしてください。

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259工場内における排水の分別に関する記述として、最も適切なものはどれか。

  1. A製造排水と衛生排水のみを混合して処理を一本化する。
  2. B製造排水、冷却排水、衛生排水を混合せずに区別する。
  3. C冷却排水と衛生排水を混合し、製造排水のみを個別に処理する。
  4. Dすべての排水を大規模な調整槽に集めて水質を均一化する。
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正解:B製造排水、冷却排水、衛生排水を混合せずに区別する。

排水は製造排水、冷却排水、衛生排水の3つに大別され、これらを混合して処理することは得策ではありません。

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260各段の洗浄水量が2000L、製品の持ち出し水量が100Lの向流多段洗浄を行う。製品中の不純物質量を原料中の不純物質量の1/400以下にするために必要な最小洗浄段数(整数値)はどれか。

  1. A1
  2. B3
  3. C2
  4. D4
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正解:C2

洗浄水量と持ち出し水量の比rは20です。n=1のとき(20-1)/(400-1)=19/399で条件を満たさず、n=2のとき19/7999となり1/400以下を満たします。

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261多段階で製品の洗浄を行う方式に関する記述として、誤っているものはどれか。

  1. A並流洗浄は各洗浄槽に新水を使うため、向流洗浄に比べて排水量が著しく減少する。
  2. B向流洗浄では、製品と洗浄水とが反対方向に移動するように処理を行う。
  3. C多段階の向流洗浄では、最終の洗浄槽のみに最もきれいな新水が供給される。
  4. D並流洗浄方式を採用すると、向流多段洗浄に比べて排水量が多くなってしまう。
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正解:A並流洗浄は各洗浄槽に新水を使うため、向流洗浄に比べて排水量が著しく減少する。

並流洗浄は各洗浄槽に新水を使う方式であり、向流洗浄と比較して排水量が多くなります。

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262工場内の有機性排水における処理プロセスの選定手順として、正しいものはどれか。

  1. Aろ液のBOD、CODが目的値より高い場合は、物理・化学的方法を選定する。
  2. B浮遊物質があっても沈降試験は行わず、直ちに膜分離法を選定する。
  3. C浮遊物質を除去した後の排水が有害物質を含有している場合は、イオン交換を直ちに検討する。
  4. Dろ紙でろ過したろ液のBOD、CODが目的値以下の場合は、物理・化学的方法を選定する。
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正解:Dろ紙でろ過したろ液のBOD、CODが目的値以下の場合は、物理・化学的方法を選定する。

有機性排水において、ろ液のBOD、CODが目的値以下であれば浮遊物質が除去できる物理・化学的方法を選定します。

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263無機性排水において、静置沈殿による沈降試験で目的の水質が得られなかった場合の次の検討手順として、最も適切なものはどれか。

  1. Aただちに生物処理設備の導入を決定する。
  2. B凝集沈殿の適用を試みる。
  3. C活性炭吸着による溶解性物質の除去を試みる。
  4. D静置浮上試験で遊離油の分離を試みる。
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正解:B凝集沈殿の適用を試みる。

無機性排水において静置沈殿で目的の水質が得られない場合は、凝集沈殿を試みます。

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264処理プロセスの検討および選定に関する記述として、誤っているものはどれか。

  1. A無機性排水で浮遊物質があれば、まず沈降試験(静置沈殿)を行う。
  2. Bろ液のBOD、CODが目的値より高い有機性排水は、生物処理の必要があると判断する。
  3. C排水が油分を含むときは、まず静置浮上試験で遊離油を分離する。
  4. D有機性排水でろ液のBOD、CODが目的値より低い場合は、生物処理の必要があると判断する。
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正解:D有機性排水でろ液のBOD、CODが目的値より低い場合は、生物処理の必要があると判断する。

ろ液のBOD、CODが目的値より高い場合に生物処理の必要があると判断します。低い場合は物理・化学的方法を選定します。

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265排水濃度の低減対策に関する記述として、誤っているものはどれか。

  1. A副産物を回収するかどうかは、排水処理コストを除外して生産工程のみのコストで評価する。
  2. B排水中の汚濁物質に製品成分が含まれる場合、歩留りを向上させることで汚濁負荷が比例的に減少する。
  3. Cめっき工場では、シアン系とクロム系の排水を分別して処理する。
  4. D濃度や水質が時間的に変動する場合は、調整槽を設けて平均化するとよい。
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正解:A副産物を回収するかどうかは、排水処理コストを除外して生産工程のみのコストで評価する。

副産物の回収は、排水処理のコストも包含したシステム全体として評価したうえで行う必要があります。

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266水中で単一の粒子が重力を受けて沈降する際の「ストークスの式」において、粒子の沈降速度が反比例する要素はどれか。

  1. A重力加速度
  2. B粒子の直径の2乗
  3. C水の粘度
  4. D粒子の密度と水の密度の差
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正解:C水の粘度

ストークスの式において、粒子の沈降速度は水の粘度に反比例し、粒子の直径の2乗などに比例します。

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267水中で粒子がストークスの式に従って沈降している。粒子の直径が3倍になった場合、粒子の沈降速度は元の何倍になるか。

  1. A3倍
  2. B6倍
  3. C27倍
  4. D9倍
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正解:D9倍

ストークスの式では、粒子の沈降速度は粒子の直径の2乗に比例するため、直径が3倍になると沈降速度は9倍になります。

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268理想的な上昇流式沈殿池において、上昇流速(表面積負荷)をu0とした場合、粒子の沈降速度がu0より小さい粒子の挙動として正しいものはどれか。

  1. A池の底にすべて沈積し、完全に除去される。
  2. Bすべて沈殿池から流出し、分離することができない。
  3. C一部が沈殿池から流出し、一部は除去される。
  4. D池内で水平方向に移動し、滞留し続ける。
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正解:Bすべて沈殿池から流出し、分離することができない。

上昇流式沈殿池では、粒子の沈降速度が上昇流速より小さい粒子はすべて流出して分離できません。

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269理想状態にある横流式沈殿池における固形物の分離効率に関する記述として、誤っているものはどれか。

  1. A沈降速度が表面積負荷より小さい粒子は、すべて沈殿池から流出する。
  2. B除去率は表面積負荷と粒子の沈降速度との比によって計算できる。
  3. C沈降速度が表面積負荷より大きい粒子は、すべて沈降分離される。
  4. D沈降速度が表面積負荷より小さい粒子でも、低い位置から流入した場合は除去されることがある。
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正解:A沈降速度が表面積負荷より小さい粒子は、すべて沈殿池から流出する。

横流式沈殿池では、沈降速度が表面積負荷より小さい粒子でも、低い位置から流入した場合には部分的に除去されます。

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270沈殿池内に面積5平方メートルの傾斜板を20枚、傾斜角60度になるように挿入した。このとき増加する有効分離面積は何平方メートルか。

  1. A25平方メートル
  2. B86平方メートル
  3. C50平方メートル
  4. D100平方メートル
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正解:C50平方メートル

増加する有効分離面積はnAcosθで計算されます。20枚×5平方メートル×cos60度(0.5)=50平方メートルとなります。

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271汚泥濃縮槽(シックナー)における沈降状態に関する記述として、誤っているものはどれか。

  1. A濃度が希薄な場合は、個々の粒子が固有の速度で沈降する自由沈降となる。
  2. B濃度が高い場合は、明瞭な界面を形成して沈降する界面沈降となる。
  3. C初期の汚泥濃度が高いほど、初期の界面沈降速度は大きくなる。
  4. D粒子同士が集合し、干渉しながら沈降する状態を干渉沈降ともいう。
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正解:C初期の汚泥濃度が高いほど、初期の界面沈降速度は大きくなる。

回分沈降曲線において、汚泥の初期濃度が高いほど初期の界面沈降速度は小さくなります。

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272円形沈殿池の特徴として、正しいものはどれか。

  1. A汚泥のかき寄せ機構は簡単であるが、池内の水の流れを均一に保つことがやや困難である。
  2. B長方形の沈殿池に比べて、池内の水の流れを均一に保つことが容易である。
  3. C汚泥のかき寄せや排出の機構が複雑になるため、維持管理が困難である。
  4. D一般的な大きな水量を扱う下水処理場において、最も好んで採用されている。
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正解:A汚泥のかき寄せ機構は簡単であるが、池内の水の流れを均一に保つことがやや困難である。

円形の沈殿池は汚泥のかき寄せ機構が簡単ですが、池内の水の流れを均一に保つことがやや困難です。

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273シックナー内部における「質量沈降速度」の定義として正しい計算式はどれか。

  1. A汚泥濃度(C) と その沈降速度(R) の和
  2. B汚泥濃度(C) と その沈降速度(R) の積
  3. C汚泥濃度(C) を その沈降速度(R) で割った商
  4. Dその沈降速度(R) を 汚泥濃度(C) で割った商
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正解:B汚泥濃度(C) と その沈降速度(R) の積

質量沈降速度は、汚泥濃度(C)とその沈降速度(R)を掛け合わせたCR(kg・m-2・h-1)で定義されます。

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274凝集処理の主な対象となるコロイド粒子の大きさの範囲として、正しいものはどれか。

  1. A0.0001〜0.001マイクロメートル
  2. B1〜10マイクロメートル
  3. C10〜100マイクロメートル
  4. D0.001〜1マイクロメートル
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正解:D0.001〜1マイクロメートル

1マイクロメートル以下の粒子は凝集法を用いなければ機械的分離ができず、特に0.001〜1マイクロメートルのコロイドが凝集処理の対象です。

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275水中の安定なコロイド粒子と凝集剤の作用に関する記述として、誤っているものはどれか。

  1. Aコロイド粒子は水中を移動する際、粒子表面に水分子の層を付着させて動く。
  2. B安定なコロイド粒子のゼータ電位は、通常+20〜+30mVの範囲にある。
  3. C反対電荷を持ったイオンを添加して荷電を中和し、ゼータ電位を±10mV以下にする。
  4. Dゼータ電位を低下させると、粒子間の引力(ファンデルワールス力)のほうが強くなり凝集が起こる。
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正解:B安定なコロイド粒子のゼータ電位は、通常+20〜+30mVの範囲にある。

水中の安定なコロイド粒子のゼータ電位は、通常「-20〜-30mV」の負の範囲にあります。

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276代表的な無機凝集剤である硫酸アルミニウムを水に溶かした場合の反応として、正しいものはどれか。

  1. A加水分解によって水中の酸が消費されるため、水のpHが上昇する。
  2. B水中のアルカリ分と反応して酸素ガスを発生させ、浮上分離を促進する。
  3. Cそのままの状態ではゲル状の沈殿を生じないため、必ず高分子凝集剤を併用する。
  4. D加水分解によって水中のアルカリが消費されるため、水のpHが低下する。
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正解:D加水分解によって水中のアルカリが消費されるため、水のpHが低下する。

硫酸アルミニウムは水中で加水分解して水酸化アルミニウムの沈殿を生じ、この過程でアルカリが消費されるためpHが低下します。

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277無機凝集剤の種類と凝集に適したpH範囲の組み合わせとして、誤っているものはどれか。

  1. A硫酸アルミニウム ── pH 6〜8
  2. B硫酸鉄(II) ── pH 9〜11
  3. Cポリシリカ鉄 ── pH 12〜14
  4. Dアルミン酸ナトリウム ── pH 6〜8
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正解:Cポリシリカ鉄 ── pH 12〜14

ポリシリカ鉄の凝集に適したpHは中性域を含む範囲であり、pH12〜14ではありません。鉄(II)塩は9〜11、アルミニウム塩は6〜8が目安です。

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278高分子凝集剤の分類において、「陽イオン性ポリマー」に該当するものはどれか。

  1. Aポリエチレンイミン
  2. Bポリアクリルアミド
  3. Cアルギン酸ナトリウム
  4. Dポリオキシエチレン
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正解:Aポリエチレンイミン

ポリエチレンイミンは陽イオン性の高分子凝集剤に分類されます。

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279非イオン性ポリマーによる凝集効果の主なメカニズムとして、最も適切なものはどれか。

  1. A負に帯電している懸濁粒子の表面荷電を完全に中和することによる。
  2. Bゲル状の金属水酸化物を形成し、物理化学的な吸着効果を発揮する。
  3. C無機凝集剤と併用され、粒子間に吸着架橋してフロックの粗大化に効果がある。
  4. Dゼータ電位をプラス側に大きくシフトさせ、静電的な引力を生じさせる。
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正解:C無機凝集剤と併用され、粒子間に吸着架橋してフロックの粗大化に効果がある。

非イオン性・陰イオン性ポリマーは無機凝集剤と併用され、粒子間に吸着架橋してフロックを粗大化させます。

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280凝集剤を選定するためのジャーテスト(凝集試験法)の操作手順として、誤っているものはどれか。

  1. Aフロックの成長を図るために空気を吹き込み、10〜20分間曝気する。
  2. Bビーカーに一定量の試料を採水し、ジャーテスターに並べる。
  3. C攪拌羽根を回転させながら、薬品を所定の濃度になるよう添加する。
  4. D最初は微小フロックを形成させるため急速に攪拌する。
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正解:Aフロックの成長を図るために空気を吹き込み、10〜20分間曝気する。

ジャーテストでは、フロックの成長を図るために「緩速で攪拌」を10〜20分間行います。曝気(空気を吹き込む)ではありません。

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281接触凝集沈殿装置に関する記述として、正しいものはどれか。

  1. A既成フロックが存在するとフロック同士が反発し合うため、反応速度は著しく低下する。
  2. Bフロック形成の場に既成フロックを懸濁させておくと、粒子の接触によって凝集反応の速度を上げることができる。
  3. C凝集反応の速度を上げるため、原水温度の変動を利用して常に高濃度のスラリーを意図的に流出させる。
  4. Dフロック形成に要する時間を長く設定することで、より低速で確実な沈降分離を行う装置である。
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正解:Bフロック形成の場に既成フロックを懸濁させておくと、粒子の接触によって凝集反応の速度を上げることができる。

接触凝集沈殿装置は、径の大きい既成フロックを懸濁させることで粒子の接触を促し、凝集反応の速度を上げて高速で分離します。

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282微細な油滴の浮上速度を算出するストークスの式に関する記述として、誤っているものはどれか。

  1. A油滴の浮上速度は、重力加速度に比例する。
  2. B油滴の浮上速度は、油滴の直径の2乗に比例する。
  3. C油滴の浮上速度は、水の粘度に反比例する。
  4. D油滴の浮上速度は、油の密度から水の密度を引いた値に比例する。
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正解:D油滴の浮上速度は、油の密度から水の密度を引いた値に比例する。

油滴の浮上速度は、水のほうが密度が大きいため、「水の密度から油の密度を引いた値」に比例します。

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283APIオイルセパレーターの構造を改良し、槽内に傾斜板を取り付けた構造になっている油水分離装置の名称はどれか。

  1. A加圧浮上分離装置
  2. BPPIオイルセパレーター
  3. C横流式沈殿池
  4. Dシックナー
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正解:BPPIオイルセパレーター

APIの槽内に傾斜板を取り付けた構造になっているものはPPIオイルセパレーターとよばれます。

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284加圧浮上分離装置における溶解槽の常用圧力(ゲージ圧)の範囲として、正しいものはどれか。

  1. A20〜50 kPa程度
  2. B1000〜2000 kPa程度
  3. C200〜500 kPa程度
  4. D5000〜8000 kPa程度
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正解:C200〜500 kPa程度

空気を溶解するための溶解槽の常用圧力は、ゲージ圧で200〜500kPa程度です。

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285加圧浮上法と凝集沈殿法の一般的な比較に関する記述として、正しいものはどれか。

  1. A加圧浮上法で得られる処理水の清澄度は、凝集沈殿法と比べて常に優れている。
  2. B凝集沈殿法は滞留時間が15〜30分程度で済むが、加圧浮上法は1〜2時間を要する。
  3. C加圧浮上法では微細な気泡を発生させるため、凝集剤を添加することはできない。
  4. D加圧浮上法での滞留時間は15〜30分程度であり、凝集沈殿法よりも短い時間で処理できる。
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正解:D加圧浮上法での滞留時間は15〜30分程度であり、凝集沈殿法よりも短い時間で処理できる。

加圧浮上法の滞留時間は15〜30分程度であり、1〜2時間を要する凝集沈殿法に比べて短時間で足ります。処理水の清澄度はやや劣ります。

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286加圧浮上分離装置において、凝集剤を加える必要がある場合の添加位置として、誤っているものはどれか。

  1. A加圧ポンプの吸入側で添加する。
  2. B減圧弁の下流で添加する。
  3. C溶解槽の内部に直接高圧で添加する。
  4. D浮上分離槽の直前で添加する。
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正解:C溶解槽の内部に直接高圧で添加する。

凝集剤を加える場合は、加圧ポンプの吸入側または減圧弁の下流で添加します。溶解槽の内部に直接添加するとはされていません。

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287加圧浮上法の適用例として、通常対象とならない排水はどれか。

  1. A高濃度の無機溶解塩類のみを含む排水
  2. B機械加工工場から排出される含油排水
  3. C製紙工場から排出される排水
  4. Dカーボン粒子を含む排水
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正解:A高濃度の無機溶解塩類のみを含む排水

加圧浮上法は懸濁物質や油分を浮上させるものであり、溶解塩類のみを含む排水には適用されません。

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288上水道の清澄ろ過に用いられるろ材(砂)の望ましい有効径の範囲として、正しいものはどれか。

  1. A0.05〜0.1 mm
  2. B0.5〜0.7 mm
  3. C1.5〜2.5 mm
  4. D5.0〜7.0 mm
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正解:B0.5〜0.7 mm

上水道のろ過において、砂の有効径は0.5〜0.7mmが望ましいとされています。

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289ろ過砂の粒度分布を表す指標に関する記述として、誤っているものはどれか。

  1. A砂の粒度が不ぞろいなものほど均等係数が小さくなり、ろ材として好ましい。
  2. B有効径とは、全質量の10%が通過するふるい目の大きさに相当する粒子径である。
  3. C均等係数は、全質量の60%が通過する粒子径と有効径との比である。
  4. D砂ろ過において、均等係数は1.7以下が望ましいとされている。
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正解:A砂の粒度が不ぞろいなものほど均等係数が小さくなり、ろ材として好ましい。

砂の粒度が不ぞろいなものほど均等係数は「大きく」なり、ろ材としては好ましくありません。

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290ろ過抵抗を表すコゼニー・カルマンの式に基づいた現象の説明として、正しいものはどれか。

  1. Aろ過速度が低下すると、ろ過抵抗は比例して増大する。
  2. Bろ材の粒子径が小さくなると、ろ過抵抗は減少する。
  3. Cろ材層の厚さが増加すると、ろ過抵抗は減少する。
  4. Dろ層の空隙率が減少すると、ろ過抵抗は増大する。
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正解:Dろ層の空隙率が減少すると、ろ過抵抗は増大する。

コゼニー・カルマンの式から、懸濁物質が抑留されて空隙率が減少すると、ろ過抵抗が増大することがわかります。

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291砂ろ過機のろ材を洗浄する際の「最適逆洗速度」の目安として、正しいものはどれか。

  1. Aろ材単一粒子の沈降速度と等しい速度
  2. Bろ材単一粒子の沈降速度の1/10の速度
  3. Cろ材単一粒子の沈降速度の2倍の速度
  4. Dろ材単一粒子の沈降速度の1/2の速度
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正解:Bろ材単一粒子の沈降速度の1/10の速度

逆流洗浄の効果が最大となる最適な逆洗速度は、ろ材単一粒子の沈降速度の10分の1といわれています。

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292ろ過装置設計の際の基礎となる「初期損失水頭」の定義として、正しいものはどれか。

  1. Aろ層に懸濁物を許容量まで抑留した時点でのろ過抵抗
  2. B逆流洗浄を開始する直前に記録される最大のろ過抵抗
  3. Cろ層にまだ懸濁物を抑留していない段階のろ過抵抗
  4. Dろ層内の空隙率が最小になったときの動水勾配
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正解:Cろ層にまだ懸濁物を抑留していない段階のろ過抵抗

初期損失水頭とは、ろ層にまだ懸濁物を抑留していない段階のろ過抵抗のことをいいます。

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293理想的な多層ろ過のろ層構成に関する記述として、誤っているものはどれか。

  1. A上層には比重が小さく粒径の大きいろ材を配置する。
  2. B下層に行くほど細粒のろ材を配置する。
  3. C逆流洗浄によって各ろ材の上下の層が逆転しない組み合わせにする。
  4. D上層に密度の大きいザクロ石の細砂を置き、下層に密度の小さいアンスラサイトを置く。
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正解:D上層に密度の大きいザクロ石の細砂を置き、下層に密度の小さいアンスラサイトを置く。

多層ろ過では、上層に密度が小さく粒径の大きいアンスラサイトを、下層に密度が大きく粒径の細かい砂やザクロ石を置きます。

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294上向流ろ過に関する記述として、最も適切なものはどれか。

  1. A複数のろ材を必ず組み合わせて使用しなければ機能しない。
  2. B一定の流速を超えると、ろ材が流動化してろ過能力を失う問題がある。
  3. C懸濁物質は上層の細かい粒子層のみに捕捉され、下層は機能しない。
  4. D沈殿池を経由せずに全ての浮遊物質を完全に除去できる。
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正解:B一定の流速を超えると、ろ材が流動化してろ過能力を失う問題がある。

上向流ろ過は、一定の流速を超えるとろ材が流動化してろ過能力を失うため、流動化をいかに抑えるかが問題となります。

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295pHに関する記述として、誤っているものはどれか。

  1. A金属イオンを含む排水は一般にアルカリ性であり、酸を加えてpHを下げて処理する。
  2. B常温(25℃)において、pH=7.0は中性を表す。
  3. C温度が同じであれば、水素イオンと水酸化物イオンのモル濃度の積はpHに関係なく一定値である。
  4. DpH調節の目的には、排水基準への適合や凝集沈殿の予備処理などがある。
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正解:A金属イオンを含む排水は一般にアルカリ性であり、酸を加えてpHを下げて処理する。

金属イオンを含む排水は一般に「酸性」であり、これにアルカリを加えてpHを上げて水酸化物の沈殿を生じさせます。

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296金属イオンの溶解度積 (Ksp) とpHの関係式において、pHと直線関係が成立するものはどれか。

  1. A金属イオンのモル濃度 [M+] の対数 log[M+]
  2. B金属イオンのモル濃度 [M+] の逆数
  3. C水酸化物イオンのモル濃度 [OH-] の逆数
  4. D溶解度積 Ksp の2乗
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正解:A金属イオンのモル濃度 [M+] の対数 log[M+]

溶解度積と水のイオン積の式から導かれる式により、pHと金属イオンモル濃度の対数 log[M+] の間に直線関係が成立します。

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297両性化合物に該当する金属水酸化物の性質として、正しいものはどれか。

  1. A低いpHの領域でのみ水酸化物イオンと反応し、強固な沈殿を形成する。
  2. BいかなるpHの領域においても、完全に不溶解性の沈殿を維持し続ける。
  3. CpHに依存せず、常に金属錯イオンとして水中に安定して溶存する。
  4. D高いpHの領域では過剰の水酸化物イオンと反応して金属錯イオンとなり、再溶解する。
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正解:D高いpHの領域では過剰の水酸化物イオンと反応して金属錯イオンとなり、再溶解する。

両性化合物の金属水酸化物は、高いpHでは過剰の水酸化物イオンと反応し、金属錯イオンとなって再溶解してしまいます。

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298金属イオンを含む排水の処理に関する記述のうち、誤っているものはどれか。

  1. Aアルミニウム、鉛、亜鉛の水酸化物は両性化合物である。
  2. BFe2+はpH9〜10まで上げないと十分に除去されない。
  3. Cクロムの水酸化物は両性化合物ではないため、高pHでも再溶解しない。
  4. DFe2+を酸化してFe3+とすると、pH4程度で処理できるようになる。
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正解:Cクロムの水酸化物は両性化合物ではないため、高pHでも再溶解しない。

アルミニウム、鉛、亜鉛と同様に、クロムの水酸化物も両性化合物であり、高いpHで再溶解するため注意が必要です。

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299酸化と還元に関する基本的な定義として、正しいものはどれか。

  1. A酸化剤とは、他の物質に電子を与える物質である。
  2. B還元剤とは、自らが還元される物質である。
  3. C他の物質から電子を奪う変化を、還元と定義する。
  4. Dある反応系で酸化が行われる場合、必ず還元も同時に起こっている。
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正解:Dある反応系で酸化が行われる場合、必ず還元も同時に起こっている。

電子のやり取りにおいて、ある反応系で酸化が行われる場合は、必ず還元も同時に起こっています。

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300標準酸化還元電位に関する記述として、誤っているものはどれか。

  1. A酸化還元対を含んだ溶液に白金電極と水素電極を入れると、両極間に電位差を生じる。
  2. B標準酸化還元電位が高いものほど、強い酸化剤であるといえる。
  3. C標準酸化還元電位がより高い系は、より低い系を還元することができる。
  4. Dオゾン(O3)の標準酸化還元電位は、塩素(Cl2)の標準酸化還元電位よりも高い。
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正解:C標準酸化還元電位がより高い系は、より低い系を還元することができる。

標準酸化還元電位の高い系は、より低い系を「酸化」することができます。還元するというのは誤りです。

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301塩素を水に溶かした際に生じる「遊離塩素」に含まれない物質はどれか。

  1. Aクロロアミン (NH2Cl)
  2. B塩素分子 (Cl2)
  3. C次亜塩素酸 (HClO)
  4. D次亜塩素酸イオン (ClO-)
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正解:Aクロロアミン (NH2Cl)

遊離塩素はCl2、HClO、ClO-を指します。アンモニア等と結合してできるクロロアミンは結合塩素とよばれます。

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302水中の遊離塩素の存在割合とpHの関係として、正しいものはどれか。

  1. ApHが上昇すると、Cl2が増加し、HClOが減少する。
  2. BpHが5程度までの領域では、Cl2が減少しHClOが増加する。
  3. CpHが5.6以下では、ClO-が最も多く存在する。
  4. DpHに関わらず、HClOとClO-の存在割合は常に1:1である。
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正解:BpHが5程度までの領域では、Cl2が減少しHClOが増加する。

塩素を水に溶かした反応はpHに依存し、pH5程度まではCl2が減少してHClOが増加します。さらにpHが上がるとHClOが減少しClO-が優勢になります。

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303アンモニアを含む水に塩素を注入した際の残留塩素の変化(不連続点曲線)において、不連続点を過ぎた後の現象として正しいものはどれか。

  1. Aクロロアミンが生成され続け、残留塩素が急激に減少する。
  2. B有効塩素がすべて消費され、残留塩素はゼロのまま維持される。
  3. Cアンモニアの濃度が極大に達し、結合塩素のみが蓄積される。
  4. D還元性物質が存在しなくなるため、再び残留塩素が増加する。
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正解:D還元性物質が存在しなくなるため、再び残留塩素が増加する。

不連続点(残留塩素の極小点)を過ぎると還元性物質が存在しなくなるため、再び遊離塩素として残留塩素が増加します。

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304活性炭の細孔構造における「ミクロ孔」の大きさの範囲として、正しいものはどれか。

  1. A0.01 nm以下
  2. B2〜50 nm
  3. C2 nm以下
  4. D50 nm以上
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正解:C2 nm以下

ミクロ孔(マイクロ孔)は細孔直径2nm以下の細孔で、吸着に主として寄与します。2〜50nmはメソ孔、50nm以上はマクロ孔です。

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305活性炭の表面の性質と吸着されやすい物質の傾向として、正しいものはどれか。

  1. A疎水性が強く、分子量が大きい物質ほど吸着されやすい。
  2. B親水性が強く、分子量が大きい物質ほど吸着されやすい。
  3. C親水性が強く、分子量が小さい物質ほど吸着されやすい。
  4. D疎水性が強く、分子量が小さい物質ほど吸着されやすい。
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正解:A疎水性が強く、分子量が大きい物質ほど吸着されやすい。

活性炭の表面は疎水性が強いため、疎水性が強く分子量が大きい物質ほど吸着されやすくなります。

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306フロイントリッヒの式(X = kC^n)において、良好な吸着材とされる定数の条件はどれか。

  1. Anが大きく、kが小さい
  2. Bnが小さく、kが大きい
  3. Cnとkの両方が小さい
  4. Dnとkの両方が大きい
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正解:Bnが小さく、kが大きい

フロイントリッヒの式において、nが小さく、kが大きいほうが良好な吸着材であるとされています。

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307活性炭の原料による特徴の違いとして、誤っているものはどれか。

  1. A木質系(ヤシ殻炭など)は、3nm以下の細孔が多い。
  2. B木質系(ヤシ殻炭など)は、高分子量の物質が除去されやすい。
  3. C石炭系は、3nm〜大きな細孔まで幅広く存在する。
  4. D石炭系は、高分子量の物質も除去されやすい。
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正解:B木質系(ヤシ殻炭など)は、高分子量の物質が除去されやすい。

木質系は3nm以下の細孔が多く、低分子量の物質が除去されやすい特徴があります。高分子量ではありません。

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308活性炭吸着装置の「移動層吸着」方式の特徴として、正しいものはどれか。

  1. A廃炭を槽外へ抜き出し、同量の再生炭を補給するため充填炭量を多く必要としない。
  2. B粉末活性炭に用いられ、機械的な攪拌によって固液を接触させる。
  3. C破過点に達したら、活性炭を全量取り出して新炭と交換する必要がある。
  4. D装置が小型で設置面積も小さいが、活性炭の性能劣化が著しく早い。
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正解:A廃炭を槽外へ抜き出し、同量の再生炭を補給するため充填炭量を多く必要としない。

移動層吸着は、通水と逆方向に活性炭を移動させ、廃炭の抜き出しと再生炭の補給を行うため、固定層のような充填炭量を必要としません。

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309イオン交換処理において用いられるイオン交換体の大部分を占める材質はどれか。

  1. A無機質のゼオライト
  2. B粉末状の活性炭
  3. C有機質のイオン交換樹脂
  4. D無機質のアルミナ
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正解:C有機質のイオン交換樹脂

処理に用いられるイオン交換体の大部分は、有機質のイオン交換樹脂です。

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310イオン交換樹脂と活性基の組み合わせとして、誤っているものはどれか。

  1. A強酸性陽イオン交換樹脂 ── スルホン酸基
  2. B弱酸性陽イオン交換樹脂 ── カルボキシル基
  3. C強塩基性陰イオン交換樹脂 ── 第四級アンモニウム基
  4. D弱塩基性陰イオン交換樹脂 ── スルホン酸基
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正解:D弱塩基性陰イオン交換樹脂 ── スルホン酸基

弱塩基性陰イオン交換樹脂の活性基は第三級・第二級アミンなどです。スルホン酸基は強酸性陽イオン交換樹脂の活性基です。

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311キレート樹脂の主な適用目的として、正しいものはどれか。

  1. A高濃度の海水から真水を分離する。
  2. B水中の懸濁物質や油分を物理的にろ過する。
  3. C微量の重金属をキレート結合によって選択的に捕捉する。
  4. D水溶性の高分子物質やタンパク質を凝集沈殿させる。
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正解:C微量の重金属をキレート結合によって選択的に捕捉する。

キレート樹脂は、微量の重金属を選択的に吸着する目的で開発され、金属とキレートを形成して強く結合します。

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312イオン交換処理が適している原水のイオン濃度の目安として、正しいものはどれか。

  1. A1000 mg/L以下
  2. B2000〜5000 mg/L
  3. C5000〜10000 mg/L
  4. D10000 mg/L以上
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正解:A1000 mg/L以下

イオン交換はイオン濃度が1000mg/L以下のものに適しており、2000mg/Lを超える場合は電気透析法などを検討します。

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313イオン交換処理における通水速度を表す「空間速度(SV)」の計算式として、正しいものはどれか。

  1. A充填樹脂量(m3) ÷ 流量(m3/h)
  2. B流量(m3/h) ÷ 充填樹脂量(m3)
  3. C流量(m3/h) × 充填樹脂量(m3)
  4. D充填樹脂の表面積(m2) ÷ 流量(m3/h)
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正解:B流量(m3/h) ÷ 充填樹脂量(m3)

空間速度(SV)は、流量(m3/h)を充填樹脂量(m3)で割った値で表示されます。

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314膜分離法のうち、駆動力として「直流電圧」を用いるものはどれか。

  1. A精密ろ過
  2. B限外ろ過
  3. C逆浸透法
  4. D電気透析法
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正解:D電気透析法

電気透析法は直流電圧を用いてイオンを膜透過させ、溶解塩類を除去する技術です。

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315精密ろ過(MF)と限外ろ過(UF)の比較に関する記述として、誤っているものはどれか。

  1. A精密ろ過の膜の孔径は0.01〜1μm程度である。
  2. B精密ろ過は微細な懸濁物質や細菌の除去に用いられる。
  3. C限外ろ過の膜の孔径は1〜10μm程度である。
  4. D限外ろ過は多糖類、タンパク質等の水溶性の高分子物質の除去に用いられる。
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正解:C限外ろ過の膜の孔径は1〜10μm程度である。

限外ろ過の膜の孔径は0.01μm以下であり、1〜10μm程度というのは誤りです。

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316ナノろ過法の特徴として、逆浸透法と比較した場合の正しい記述はどれか。

  1. A操作圧力が高く、塩化ナトリウムの除去率も高い。
  2. B操作圧力が低く、塩化ナトリウムの除去率も低い。
  3. C操作圧力が高いが、塩化ナトリウムの除去率は低い。
  4. D操作圧力が低いが、塩化ナトリウムの除去率は極めて高い。
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正解:B操作圧力が低く、塩化ナトリウムの除去率も低い。

ナノろ過法は逆浸透法と比べて操作圧力が低く、塩化ナトリウムなどの除去率も低くなります。

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317電気透析法で除去できない物質はどれか。

  1. A塩化ナトリウムなどの溶解塩類
  2. B陽イオンとして溶存する重金属
  3. C陰イオンとして溶存する化合物
  4. D水溶性電解質でない懸濁物質
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正解:D水溶性電解質でない懸濁物質

電気透析法は溶解塩類の除去には用いられますが、水溶性電解質でない懸濁物質は除去できません。

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318多孔性支持材を内蔵した封筒状の膜をのり巻き状に巻き込んだ膜モジュールの形式はどれか。

  1. Aスパイラル形
  2. B平膜形
  3. Cチューブラー形
  4. D中空糸形
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正解:Aスパイラル形

封筒状の膜をのり巻き状に巻き込んだものはスパイラル形モジュールとよばれます。

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319沈降分離によって生じる汚泥の固形物濃度の一般的な値として、正しいものはどれか。

  1. A10 wt%前後
  2. B30〜40 wt%
  3. C80 wt%以上
  4. D2 wt%以下
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正解:D2 wt%以下

沈降分離によって生じる汚泥の固形物濃度は2wt%以下のものが多く、そのまま固体として取り扱うことが困難です。

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320ケーキ比抵抗に関する記述として、誤っているものはどれか。

  1. Aろ過脱水のしやすさの目安となる。
  2. Bヌッチェ試験によって、ろ液量とろ過時間の関係から計算で求めることができる。
  3. Cケーキ比抵抗の値が大きい汚泥ほど、ろ過脱水が容易で連続ろ過に適している。
  4. Dケーキ固定分1kgが加わることによって生じるろ過抵抗のことである。
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正解:Cケーキ比抵抗の値が大きい汚泥ほど、ろ過脱水が容易で連続ろ過に適している。

ケーキ比抵抗の値が大きい汚泥は、連続ろ過ができないため脱水が困難であり、値を引き下げる工夫が必要です。

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321汚泥の前処理において「凍結・融解」を行う主な目的はどれか。

  1. Aコロイド的な性質を一変させ、濃縮と脱水を容易にする。
  2. B高温で酸化分解し、有機物を完全に無機化する。
  3. C無機凝集剤と反応させて、瞬時に巨大なフロックを形成させる。
  4. Dアルカリ度を急激に高め、殺菌と同時に悪臭を除去する。
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正解:Aコロイド的な性質を一変させ、濃縮と脱水を容易にする。

汚泥を凍結してから融解することにより、コロイド的な性質が一変し、濃縮と脱水が容易になります。

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322「加圧ろ過(フィルタープレス)」の運転上の特徴として、正しいものはどれか。

  1. Aろ枠の組み立てが不要なため、汚泥を連続的に供給して脱水できる。
  2. B間欠的な運転であるため、汚泥を連続的に供給することはできない。
  3. C遠心力を利用するため、凝集剤を添加しなくても高効率で脱水できる。
  4. D多重円盤を用いて、入口から出口へ向けて連続的に圧縮脱水する。
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正解:B間欠的な運転であるため、汚泥を連続的に供給することはできない。

フィルタープレスは一定時間ごとに停止しケーキを排出して組み立て直す間欠的な運転であり、汚泥を連続的に供給できません。

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323ベルトプレス脱水機による処理工程で、事前に重力による予備濃縮を行う理由はどれか。

  1. A遠心力を最大限に高めるため
  2. B高分子凝集剤の溶解を早めるため
  3. C液状の汚泥がロールの圧搾でベルトの間からはみ出るのを防ぐため
  4. D酸化還元電位を低下させるため
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正解:C液状の汚泥がロールの圧搾でベルトの間からはみ出るのを防ぐため

液状の汚泥をいきなりロールで圧搾するとベルトの間からはみ出てしまうため、予備濃縮によって流動性をなくしておく必要があります。

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324多重円盤形脱水機の原理として、正しいものはどれか。

  1. A出口に近づくにつれてろ体の回転速度を遅くすることで、ケーキ内部に圧縮力を生じさせて脱水する。
  2. B円盤を高速回転させて遠心沈降により汚泥を分離する。
  3. C減圧によって汚泥を円盤の表面に吸引し、空気を吹かして剥離させる。
  4. D外側の固定されたケージの中でウォーム軸を回転させ、らせん溝に沿って圧搾する。
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正解:A出口に近づくにつれてろ体の回転速度を遅くすることで、ケーキ内部に圧縮力を生じさせて脱水する。

多重円盤形脱水機は、出口に近づくにつれてろ体の回転速度を遅くすることにより、ケーキ内部に圧縮力を生じて脱水させます。

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325下水汚泥(発熱量約10.5 MJ/kg)を補助燃料なしで自燃させるために必要な脱水後の水分条件はどれか。

  1. A10%以下
  2. B25%以下
  3. C40%以下
  4. D60%以下
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正解:D60%以下

下水汚泥を補助燃料なしで自燃させるには、脱水によって水分を60%以下まで下げる必要があります。

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326主な汚泥焼却炉の種類とその特徴の組み合わせとして、誤っているものはどれか。

  1. A横形回転炉 ── 汚泥は燃焼用空気と向流に移動しながら乾燥され着火する。
  2. B流動焼却炉 ── 階段状の火格子の上を下降移動しながら乾燥、焼却される。
  3. C立形多段炉 ── 6〜10段の耐火性のろ床からなり、脱水ケーキは下方からの燃焼ガスと向流接触する。
  4. D階段式ストーカー炉 ── 汚泥の撹拌作用がないため、高含水率の汚泥については予備乾燥が必要となる。
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正解:B流動焼却炉 ── 階段状の火格子の上を下降移動しながら乾燥、焼却される。

階段状の火格子の上を下降移動するのは階段式ストーカー炉です。流動焼却炉は砂などの流動媒体を入れて流動化させて燃焼させます。

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327汚泥を焼却する際、ダイオキシン類の発生を抑制するために留意すべき適正な燃焼温度管理の目安はどれか。

  1. A200℃程度
  2. B850℃程度
  3. C500℃程度
  4. D1200℃程度
正解と解説を見る

正解:B850℃程度

ダイオキシン類の発生を抑制するためには、850℃程度での適正な燃焼温度管理に留意しなければなりません。

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328各段の洗浄水量Vが製品の持ち出し水量vの5倍(r=5)である向流多段洗浄において、洗浄段数を2段(n=2)とした。第2段の洗浄槽を出る製品中の不純物質量X_nは、供給原料中の不純物質量X_0の何倍になるか。

  1. A1/16倍
  2. B1/20倍
  3. C1/25倍
  4. D1/31倍
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正解:D1/31倍

(r-1)/(r^(n+1)-1) の式に r=5, n=2 を代入すると、(5-1)/(125-1) = 4/124 = 1/31 となります。

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329汚泥のろ過脱水において、ろ過の能率をよくするために添加される「ろ過助剤」に該当するものはどれか。

  1. A硫酸アルミニウム、塩化鉄(III)
  2. Bポリアクリルアミド、ポリエチレンイミン
  3. Cケイ藻土、おがくず、フライアッシュ
  4. D水酸化カルシウム、水酸化ナトリウム
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正解:Cケイ藻土、おがくず、フライアッシュ

ろ過助剤としては、ケイ藻土、おがくず、フライアッシュ(石炭灰の微粉末)などが添加されます。

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330汚泥の前処理として「水洗」を行った場合の効果に関する記述として、誤っているものはどれか。

  1. Aケーキ比抵抗が著しく上昇し、ろ過が困難になる。
  2. B汚泥を3〜4倍の水で水洗して行う。
  3. Cアルカリ度が低下する効果がある。
  4. Dコロイド性微粒子が除去される。
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正解:Aケーキ比抵抗が著しく上昇し、ろ過が困難になる。

汚泥を水洗すると、アルカリ度が低下したりコロイド性微粒子が除去されたりして、ケーキ比抵抗が下がります。「上昇し」は誤りです。

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