濁度閾とは水質管理の基準と測定法を解説

濁度閾とは基準値の設定と測定

濁度閾とは、水の濁り具合を示す濁度において、特定の用途や目的に対して設定される**基準値（閾値）**のことを指します。濁度は水中に含まれる土砂、微生物、化学物質などの微小な粒子や浮遊物が光の透過を妨げることで生じる水の濁りの程度を数値化したものです。
参考）濁度とは？ - 後志総合振興局森林室

 

金属加工分野において濁度閾は、冷却水や洗浄水の品質管理において重要な役割を果たします。適切な濁度管理により、加工精度の向上や工具寿命の延長が期待できるため、製造業にとって欠かせない管理指標となっています。

 

濁度の単位はNTU（Nephelometric Turbidity Unit：比濁計濁度単位）で表され、数値が大きいほど水が濁っていることを示します。一般的な基準として、10NTU以下であれば見た目には透き通って見え、100NTU程度で明らかな濁りとして判断されます。

濁度閾の測定原理と光学的特性

濁度の測定は主に光学的な原理に基づいて行われます。測定方式には以下のような種類があります：
参考）濁度計とは？測定単位や種類別の原理・注意点を分かりやすく解説…

 

• 表面散乱光方式：液体表面から反射される散乱光を測定
• 透過散乱光方式：透過光と散乱光の両方を同時に検知
• 透過光方式：光の透過度を直接測定
• 散乱光方式：90度角度に配置された検出器で散乱光をキャッチ
• 積分球方式：全方向の散乱光を総合的に測定

最も一般的な方法は、LEDなどの光源と90度の角度に配置された光検出器を用いる散乱光方式です。光源から発せられた光が液体中に入射し、浮遊する微小粒子によって散乱される光を検出器がキャッチして濁度を数値化します。
参考）濁度・SS濃度計とは？濁度とSSの違いや測定原理を丁寧に解説…

 

この測定原理は、粒子の大きさや形状、屈折率によって散乱パターンが変化することを利用しており、レイリー散乱やミー散乱といった物理現象が関係しています。粒子サイズが光の波長より小さい場合はレイリー散乱が支配的となり、大きい場合はミー散乱が主要となります。

 

濁度閾の基準値設定と管理方法

濁度閾の設定は、用途や目的に応じて異なる基準値が設けられています。主な基準値は以下の通りです：
参考）水質調査の指標「濁度」とは？SS（浮遊物質量）との違いと測定…

 

🚰 水道水関連基準

• 水道水質基準：2NTU以下

  参考）水道水質基準等について｜吹田市公式ウェブサイト

   

• 浄水処理目標：0.2NTU程度

🏭 工業用水基準

• 冷却水：5-10NTU以下
• 洗浄水：1-5NTU以下
• 超純水：0.1NTU以下

🌊 環境水基準

• 河川水：通常5-50NTU
• 工業排水：業種により異なる基準

濁度閾の管理方法には、連続監視システムと定期測定があります。金属加工現場では、リアルタイムで水質を監視できる連続監視システムの導入が推奨されます。これにより、基準値を超えた場合の即座な対応が可能となり、品質トラブルの未然防止につながります。

 

管理項目として、濁度値のトレンド監視、アラーム設定、記録保存が重要です。また、測定機器の定期校正や保守点検も欠かせません。

 

濁度閾と浮遊物質量の相関関係

濁度とSS（Suspended Solids：浮遊物質量）は密接な関係がありますが、測定原理と表す内容が異なります。
濁度の特徴：

• 光学的測定による濁りの程度
• 単位：NTU、度（ホルマジン）
• リアルタイム測定が可能
• 粒子の大きさや屈折率に影響を受ける

SSの特徴：

• 物理的測定による浮遊物の質量
• 単位：mg/L
• ろ過・乾燥による重量測定
• 直径2mm以下の不溶解性物質が対象

両者の相関関係は水質や粒子特性により変化しますが、一般的には以下のような関係があります。

• 清澄な工業用水：濁度1NTU ≒ SS 1-2mg/L
• 通常の河川水：濁度10NTU ≒ SS 10-20mg/L
• 高濁度水：濁度100NTU ≒ SS 50-150mg/L

この相関関係を活用することで、濁度測定からSSを推定することが可能となり、より効率的な水質管理が実現できます。ただし、粒子の性質により相関係数が変化するため、定期的な校正が必要です。

 

濁度閾測定における誤差要因と対策

濁度閾の正確な測定には、様々な誤差要因を理解し適切な対策を講じることが重要です。
参考）301 Moved Permanently

 

主な誤差要因：
📊 測定環境要因

• 温度変化による屈折率の変動
• 気泡の混入による散乱光の増加
• 測定セルの汚れや傷による光学的ノイズ

🔬 機器特性要因

• 光源の経年劣化
• 検出器の感度変化
• 校正用標準液の劣化

⚗️ 試料特性要因

• 粒子サイズ分布の違い
• 粒子形状の不均一性
• 色度の影響による光吸収

対策方法：

1. 定期校正の実施：標準液を用いた月次校正
2. 測定環境の安定化：恒温室での測定、気泡除去装置の設置
3. 機器保守の徹底：光学部品の清掃、消耗品の交換
4. 複数点測定：同一試料の複数回測定による平均値算出
5. 相互検証：異なる測定方式による結果比較

特に高精度が要求される半導体製造用超純水では、0.01NTUレベルの管理が必要となるため、これらの対策が特に重要となります。

 

濁度閾の最新技術動向と応用展開

濁度閾測定技術は近年大きく進歩しており、AI技術やIoTとの融合により、より高度な水質管理が可能となっています。

 

🤖 AI活用技術

• 機械学習による異常値検出
• 予測保全システムの構築
• パターン認識による汚染源特定

最新の研究では、ディープラーニングを活用した濁度予測モデルが開発されており、過去のデータから将来の濁度変化を予測することが可能となっています。これにより、予防的な水質管理が実現され、製造ラインの停止リスクを大幅に削減できます。

 

📡 IoT統合システム

• クラウドベースの監視システム
• リアルタイムアラート機能
• 多点同時監視ネットワーク

金属加工分野では、スマートファクトリーの一環として濁度監視システムが統合され、他の製造データと連携した総合的な品質管理が進んでいます。

 

🔬 新測定技術

• レーザー散乱方式の高精度化
• 多波長測定による粒子特性解析
• 画像解析技術との組み合わせ

これらの技術革新により、従来の測定限界を超えた超高感度測定が可能となり、ppbレベルの微小な濁度変化も検出できるようになっています。

 

また、環境分野では衛星データとの組み合わせにより、広域の水質監視システムが構築されており、河川や湖沼の濁度変化を宇宙から監視することが可能となっています。
参考）https://essd.copernicus.org/articles/14/79/2022/essd-14-79-2022.pdf

 

これらの技術進歩により、濁度閾管理はより精密で効率的なものとなり、金属加工業界においても品質向上とコスト削減の両立が期待されています。