💧 水道水質基準
水道法に基づく水道水質基準は「水質基準に関する省令」で定められており、51項目あります。
| 分類 | 主な項目 |
|---|---|
| 病原性に関する基準 | 一般細菌、大腸菌（検出されないこと）、クリプトスポリジウム |
| 有害物質 | ヒ素、鉛、カドミウム、水銀、トリクロロエチレン |
| 消毒副産物 | トリハロメタン（クロロホルム等）、クロラミン |
| 臭気・外観 | カビ臭（ジェオスミン・MIB）、pH値 |
✅ 水道水の大腸菌は「検出されないこと」が基準！アルキル水銀も「検出されないこと（ND）」
🔬 大腸菌の特異的検出法（MUG基質）
水道水質基準において、大腸菌を特異的に検出するための酵素基質が出題されます。
| 項目 | 内容 |
|---|---|
| MUG基質 | 4-メチルウンベリフェリル-β-D-グルクロニド（MUG） |
| 検出原理 | 大腸菌が持つ β-グルクロニダーゼにより分解 → 蛍光発光（UV照射で確認） |
| 特異性 | 大腸菌に特異的（一般細菌では反応しない） |
| 一般細菌の検出 | コロニー計数法（標準寒天培地） |
✅ MUG → β-グルクロニダーゼ → 蛍光発光！構造式にグルクロン酸が含まれていたらMUG
🌿 水源のカビ臭と藍藻類
カビ臭の原因物質
| 物質 | 産生生物 | 特徴 |
|---|---|---|
| ジェオスミン（geosmin） ⭐ | 藍藻類（シアノバクテリア）・放線菌 | 湖沼・貯水池のカビ臭の主な原因 |
| 2-メチルイソボルネオール（MIB） | 藍藻類・放線菌 | カビ臭（ジェオスミンとともに問題となる） |
⚠️ カビ臭の原因はジェオスミン・MIB！トリハロメタンやクロラミンではない
- クロラミン → 消毒副産物（塩素＋アンモニア）
- トリハロメタン → 消毒副産物（塩素＋有機物）
- ミクロシスチン → 藍藻類が産生する肝毒素（カビ臭ではない！）
藍藻類（シアノバクテリア）と富栄養化
| 項目 | 内容 |
|---|---|
| 富栄養化 | 窒素・リンの過剰流入 → 藻類の異常増殖 |
| アオコ | 藍藻類の大発生 → 湖沼の表面が青緑色に |
| ミクロシスチン | 藍藻類（Microcystis属）が産生する肝毒素 → アルカリホスファターゼ阻害 |
📊 水質汚濁の指標（BOD・COD）
| 指標 | 正式名称 | 内容 | 適用水域 |
|---|---|---|---|
| BOD | 生物化学的酸素要求量 | 微生物が有機物を分解するのに必要な酸素量 | 河川 ⭐ |
| COD | 化学的酸素要求量 | 酸化剤で有機物を酸化するのに必要な酸素量 | 湖沼・海域 ⭐ |
✅ BOD＝河川、COD＝湖沼・海域！環境基準の根拠法は環境基本法（水質汚濁防止法ではない）
水質測定法の対応
| 測定法 | 測定対象 | 特徴 |
|---|---|---|
| ウィンクラー法 ⭐ | DO（溶存酸素量） | 硫酸マンガン＋アルカリ性ヨウ化カリウムで固定→チオ硫酸ナトリウム滴定 |
| インドフェノール法 | アンモニア態窒素 | — |
| EDTA滴定法 | 硬度（Ca²⁺・Mg²⁺） | キレート滴定 |
| モール法（硝酸銀滴定法） | 塩素イオン（Cl⁻） | 水道水の塩素イオン測定 |
| ピリジン・ピラゾロン法 | シアン（CN⁻） | — |
COD測定での注意点
| 操作 | 目的 |
|---|---|
| 酸性高温過マンガン酸法で硝酸銀を添加 | 塩化物イオン（Cl⁻）の干渉を除くため |
| BOD測定で植種水を添加 | 好気性微生物を補給するため |
🚰 浄水処理プロセス
水道水を作る浄水処理の標準的な流れ：
原水 → 凝集沈殿 → 急速ろ過 → 塩素処理 → 浄水
各段階の処理と追加処理
| 段階 | 処理内容 | 目的 |
|---|---|---|
| 前塩素処理（凝集前） | 塩素を前添加 | アンモニア態窒素の除去・藍藻類の繁殖抑制 |
| 凝集沈殿 | 硫酸アルミニウム等で懸濁物を凝集・沈殿 | 濁り・大型粒子の除去 |
| 急速ろ過 | 砂・礫層でろ過 | 微細粒子の除去（主に物理的除去） |
| オゾン処理＋粒状活性炭（ろ過後）⭐ | オゾン酸化→活性炭吸着 | 溶解性有機物・臭気物質（ジェオスミン等）の除去に有効 |
| 塩素処理（最終） | 次亜塩素酸ナトリウム等で消毒 | 残留病原体の殺菌 |
⚠️ 急速ろ過は主に物理的ろ過（砂・礫層による粒子捕捉）。微生物による有機物分解が主体なのは緩速ろ過
トリハロメタンの生成と対策
| 項目 | 内容 |
|---|---|
| 生成機序 | 塩素消毒 ＋ 有機物（腐植物質等）→ トリハロメタン（CHCl₃等）生成 |
| 対策 | 塩素添加前の段階（凝集沈殿・活性炭処理）で前駆物質を除去 |
| 注意 | 塩素処理後（Ｄ段階）に粉末活性炭を注入しても手遅れ！前段階での除去が正しい |
✅ オゾン処理＋粒状活性炭 → 臭気・溶解性有機物の除去に最有効！
🏭 下水処理
| 処理法 | 微生物 | 特徴 |
|---|---|---|
| 標準活性汚泥法（曝気槽） | 好気性微生物 | 有機物の生物分解が主体 |
| 嫌気性消化（消化槽） | 嫌気性微生物 | 余剰汚泥の処理；メタンガス発生（燃料利用可） |
| 嫌気・無酸素・好気法（A₂O法） | 複合 | 窒素・リンの同時除去 |
A₂O法のポイント ⭐
| 槽 | 特徴 |
|---|---|
| 嫌気槽 | リン蓄積菌がリンを放出 |
| 無酸素槽 | 脱窒菌が硝酸を還元→窒素として除去 |
| 好気槽 | リン蓄積菌がリンを取り込む→汚泥とともに除去 |
⚠️ リン蓄積菌は「嫌気槽でリン放出・好気槽でリン取り込み」。逆ではない！
標準活性汚泥法の仕組み
- 最終沈殿池で沈殿した活性汚泥の一部を返送汚泥として曝気槽に戻し、微生物濃度を維持
- 沈降性の低下（バルキング）は処理効率の低下を招く
💦 水道水源と水質環境基準
水道水源の取水量
| 水源 | 割合 | 特徴 |
|---|---|---|
| 河川水 ⭐ | 最多（約75%） | 地表水；取水量が最大 |
| ダム水 | 約15% | 貯水・調節可能 |
| 地下水（井戸水） | 約5% | 水質安定；地盤沈下リスク |
| 伏流水・湖沼水 | 少ない | — |
水質汚濁の環境基準
| 項目 | 内容 |
|---|---|
| 根拠法 ⭐ | 環境基本法（水質汚濁防止法は排水規制の法律） |
| 河川の有機物指標 | BOD |
| 湖沼・海域の有機物指標 | COD |
| 底層溶存酸素量 ⭐ | 湖沼・海域に基準値設定（底層の水生生物保護目的） |
| LAS（直鎖アルキルベンゼンスルホン酸） ⭐ | 公共用水域の生活環境保全に関する環境基準に含まれる |
| 地下水 | 「人の健康の保護に関する環境基準」（生活環境保全の基準はない） |
⚗️ トリハロメタンと消毒副産物
| 消毒副産物 | 生成条件 | 原因物質 |
|---|---|---|
| クロロホルム（最多） | 塩素＋有機物（フミン質） | 河川・湖沼の有機物 |
| ブロモジクロロメタン ⭐ | 塩素＋臭化物イオン（Br⁻） | 海水混入・温泉水 |
| ジクロロブロモメタン | 塩素＋Br⁻ | 同上 |
| ブロモホルム | 塩素＋Br⁻（多量） | 同上 |
| ジクロロ酢酸 | 塩素＋有機物（フミン質） | フミン質等（ジクロロメタンからではない） |
✅ Br⁻を含む原水に塩素消毒 → 臭素系トリハロメタン（ブロモジクロロメタン等）が生成
📋 国試頻出まとめ
| # | テーマ | 重要ポイント |
|---|---|---|
| 1 | MUG基質 | β-グルクロニダーゼで分解→蛍光発光。大腸菌の特異的検出 |
| 2 | カビ臭 | ジェオスミン・MIB（藍藻類・放線菌産生）。ミクロシスチンは肝毒素（カビ臭ではない） |
| 3 | BOD vs COD | BOD＝河川、COD＝湖沼・海域 |
| 4 | DO測定法 | ウィンクラー法（硫酸マンガン→チオ硫酸ナトリウム滴定） |
| 5 | 急速ろ過 | 主に物理的ろ過。微生物分解が主体なのは緩速ろ過 |
| 6 | オゾン＋活性炭 | 臭気物質・溶解性有機物の除去に有効 |
| 7 | THM対策 | 塩素添加前に前駆物質を除去。塩素後では手遅れ |
| 8 | A₂O法 | 嫌気槽でリン放出→好気槽でリン取り込み（逆でない！） |
| 9 | 水道水源 | 河川水が最多（約75%） |
| 10 | 環境基準の根拠 | 環境基本法（水質汚濁防止法は排水規制） |
| 11 | ブロモジクロロメタン | Br⁻を含む原水に塩素消毒で生成 |
| 12 | 返送汚泥 | 最終沈殿池の活性汚泥を曝気槽へ戻し微生物濃度を維持 |
📝 国試過去問チェック
第110回 問23（必須問題）
水道水質基準の基準項目に定められている大腸菌を特異的に検出するための基質はどれか。1つ選べ。
（選択肢：5つの化学構造式が示される）
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正答：4（MUG：4-メチルウンベリフェリル-β-D-グルクロニド）
大腸菌はβ-グルクロニダーゼを特異的に産生する。MUGはその基質で、分解されると蛍光物質（4-メチルウンベリフェロン）が生成する。構造式ではグルクロン酸（6員環のウロン酸）とメチルウンベリフェリルの結合が特徴。
第110回 問24（必須問題）
湖沼で藍藻類や放線菌が産生するカビ臭の原因物質はどれか。1つ選べ。
- クロラミン
- ジェオスミン
- トリハロメタン
- クロロフェノール
- ミクロシスチン
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正答：2
2✅ ジェオスミンは藍藻類（シアノバクテリア）と放線菌が産生するカビ臭物質。湖沼や貯水池のかび臭の主な原因
1❌ クロラミンは塩素とアンモニアが反応して生成する消毒副産物。カビ臭ではない
3❌ トリハロメタンは塩素消毒と有機物が反応して生成する消毒副産物。発がん性が問題
5❌ ミクロシスチンは藍藻類（Microcystis属）が産生する肝毒素。カビ臭物質ではない
第110回 問138（一般問題）
薬品沈殿-急速ろ過方式の浄水過程（A:凝集沈殿前 → B:凝集沈殿後 → 急速ろ過 → C:急速ろ過後 → D:塩素処理後 → 浄水）に関する記述として、正しいのはどれか。2つ選べ。
- Aの段階で前塩素処理を追加すると、アンモニア態窒素を除去したり、藍藻類の繁殖を抑制したりすることができる
- Bの段階で中塩素処理、次いで粒状活性炭処理を追加すると、生物膜を形成した生物活性炭による有機物の除去に有効である
- 急速ろ過の過程では、主に砂層及び礫層に繁殖した微生物によって有機物が除去される
- Cの段階でオゾン処理及び粒状活性炭処理を追加すると、溶解性の有機物や臭気物質の除去に有効である
- トリハロメタン前駆物質の除去を目的として、Dの段階で粉末活性炭を注入する
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正答：1・4
1✅ 前塩素処理（A段階）でアンモニア態窒素の除去と藍藻類の繁殖抑制が可能
4✅ C段階（急速ろ過後）でのオゾン処理＋粒状活性炭は、溶解性有機物（腐植物質等）や臭気物質（ジェオスミン等）の除去に有効
2❌ 生物活性炭の形成にはオゾン処理後の活性炭処理が適切。中塩素処理では活性炭上の微生物が死滅してしまう
3❌ 急速ろ過は主に物理的ろ過（砂・礫層による粒子捕捉）が主体。微生物による有機物分解が主体なのは緩速ろ過
5❌ トリハロメタン前駆物質（腐植物質等）は塩素添加前の段階で除去する。D段階（塩素処理後）では既にトリハロメタンが生成してしまう
第109回 問137（一般問題）
下水処理に関する記述のうち、正しいのはどれか。2つ選べ。
- 標準活性汚泥法の曝気槽では、主に嫌気性細菌が有機物質を分解している
- 標準活性汚泥法の最終沈殿池では、活性汚泥の沈降性が低下することにより、有機物質の除去効率が上がる
- 標準活性汚泥法において、最終沈殿池の汚泥の一部は、返送汚泥として曝気槽に戻され再利用されている
- 標準活性汚泥法に比べて嫌気・無酸素・好気法は、リン及び窒素の除去効率が高い
- 嫌気・無酸素・好気法において、リン蓄積菌は嫌気槽でリンを取り込み、好気槽でリンを放出している
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正答：3・4
3✅ 最終沈殿池で沈殿した活性汚泥の一部が返送汚泥として曝気槽に戻され、微生物濃度を維持する
4✅ **A₂O法（嫌気・無酸素・好気法）**は窒素（脱窒）とリン（リン蓄積菌による取込）を同時除去できる→標準活性汚泥法より除去効率が高い
1❌ 曝気槽では好気性微生物が有機物を分解（「曝気」＝空気を吹き込む→好気性）
2❌ 沈降性低下（バルキング）は処理効率が低下する
5❌ リン蓄積菌は嫌気槽でリンを放出し、好気槽でリンを取り込む（問題文は逆）
第109回 問138（一般問題）
水質汚濁に係る環境基準に関する記述のうち、正しいのはどれか。2つ選べ。
- 水質汚濁防止法に基づいて、定められている
- 河川では化学的酸素要求量（COD）、湖沼及び海域では生物化学的酸素要求量（BOD）が採用されている
- 底層溶存酸素量の基準値が、湖沼及び海域において定められている
- 地下水には、「生活環境の保全に関する環境基準」が定められている
- 公共用水域には、直鎖アルキルベンゼンスルホン酸及びその塩の「生活環境の保全に関する環境基準」が定められている
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正答：3・5
3✅ 底層（水底付近）の溶存酸素量の基準が湖沼・海域に定められており、底層を利用する水生生物の保護が目的
5✅ **LAS（直鎖アルキルベンゼンスルホン酸）**は公共用水域の生活環境保全に関する環境基準に含まれる
1❌ 水質汚濁の環境基準は環境基本法に基づく（水質汚濁防止法は排水規制の法律）
2❌ 河川はBOD、湖沼・海域はCOD（問題文は逆）
4❌ 地下水の環境基準は「人の健康の保護に関する環境基準」（生活環境保全の基準ではない）
第108回 問23（必須問題）
近年、我が国において水道の水源として年間取水量が最も多いのはどれか。1つ選べ。
- 河川水
- 伏流水
- ダム水
- 湖沼水
- 井戸水
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正答：1
1✅ 河川水は日本の水道水源のうち年間取水量が最も多い（全体の約75%）。安定供給できる地表水として最も利用されている
2❌ 伏流水は少量
3❌ ダム水は調整機能があるが河川水より少ない
5❌ 地下水（井戸水）は地盤沈下リスクもあり割合は少ない
第108回 問24（必須問題）
水質汚濁指標である溶存酸素量（DO）の測定法はどれか。1つ選べ。
- インドフェノール法
- ウィンクラー法
- EDTA滴定法
- 硝酸銀滴定法（モール法）
- ピリジン・ピラゾロン法
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正答：2
2✅ ウィンクラー法（Winkler法）はDO（溶存酸素量）の測定に用いる古典的な容量法。硫酸マンガンとアルカリ性ヨウ化カリウムで酸素を固定し、チオ硫酸ナトリウムで滴定する
1❌ インドフェノール法はアンモニア態窒素の測定
3❌ EDTA滴定法は水の硬度（Ca・Mg）測定
4❌ モール法は塩素イオン測定
5❌ ピリジン・ピラゾロン法はシアンの測定
第108回 問138（一般問題）
水道水質基準の基準項目に関する記述のうち、正しいのはどれか。2つ選べ。
- テトラクロロエチレンは、フミン質を含む水道原水の塩素消毒により生成する
- ブロモジクロロメタンは、臭化物イオンを含む水道原水の塩素消毒により生成する
- ジクロロ酢酸は、水道原水の塩素消毒によりジクロロメタンから生成する
- 2-メチルイソボルネオールは、藍藻類や放線菌が産生するカビ臭物質である
- 1,4-ジオキサンは、フェノール類を含む水道原水の塩素消毒により生成する悪臭物質である
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正答：2・4
2✅ ブロモジクロロメタンは**臭化物イオン（Br⁻）**を含む原水に塩素消毒することで生成する臭素系トリハロメタン
4✅ 2-メチルイソボルネオール（MIB）は藍藻類（シアノバクテリア）や放線菌が産生するカビ臭物質
1❌ テトラクロロエチレンは工業溶剤の地下水汚染が原因（塩素消毒副産物ではない）
3❌ ジクロロ酢酸は有機物（フミン質）の塩素消毒で生成（ジクロロメタンからではない）
5❌ 1,4-ジオキサンは工業排水・有機溶剤の分解産物（塩素消毒副産物ではない）
第107回 問24（必須問題）
公共用水域の水質汚濁に関する「人の健康の保護に関する環境基準」において、基準値が「検出されないこと」と定められているのはどれか。1つ選べ。
- カドミウム
- ヒ素
- アルキル水銀
- トリクロロエチレン
- 硝酸性窒素及び亜硝酸性窒素
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正答：3
3✅ アルキル水銀：「検出されないこと」（ND）。有機水銀は毒性が極めて強いため最も厳しい基準が設定されている
水銀（総量）：0.0005 mg/L以下 アルキル水銀：検出されないこと（ND）
1❌ カドミウム：0.003 mg/L以下（具体的な数値基準あり）
2❌ ヒ素：0.01 mg/L以下
4❌ トリクロロエチレン：0.01 mg/L以下
5❌ 硝酸性窒素及び亜硝酸性窒素：10 mg/L以下
第107回 問139（理論問題）
上水道における浄水処理に関する記述のうち、正しいのはどれか。2つ選べ。
- 凝集沈殿とろ過処理の間に行う塩素処理を前塩素処理という
- 水中のアンモニウムイオンは、塩素消費量増加の原因となる
- 不連続点塩素処理の目的は、トリハロメタンの生成を抑制することである
- オゾンによる高度浄水処理では、臭気物質などが酸化分解により除去される
- 水中のアルカリ分と硫酸アルミニウムが反応して、水酸化アルミニウムゲルが生成し沈降性フロックが形成される
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正答：4・5
4✅ オゾン処理：強力な酸化力で臭気物質（2-メチルイソボルネオール等）・農薬・色度成分を酸化分解により除去。オゾン→活性炭処理のセットが高度浄水処理の標準
5✅ 凝集沈殿：硫酸アルミニウム（Al₂(SO₄)₃）＋水中アルカリ分（HCO₃⁻等）→Al(OH)₃フロック形成
1❌ 凝集沈殿前に行う塩素処理が「前塩素処理」。凝集沈殿とろ過の間は「中間塩素処理」
3❌ 不連続点（ブレークポイント）塩素処理の目的：クロラミンを分解してNH₄⁺を除去し遊離残留塩素を確保すること（THM生成抑制ではない）