【汚水処理特論の出題傾向】初心者でもわかる！重要ポイントをやさしく解説

水質関係の公害防止管理者試験の中でも、一気に専門性が上がるのが「汚水処理特論」です。処理技術の仕組みや計算問題への理解が必要になるため、最初は難しく感じる方も多いと思います。この記事では、押さえておきたい分野と、処理の仕組みと計算の考え方を公的機関の資料に基づいて整理しました。

この記事で分かること

汚水処理特論で扱う主な処理技術の全体像

物理・化学処理法の仕組みと薬品・条件

BOD容積負荷・SVI・汚泥返送率の計算と、汚泥生成量・必要酸素量の考え方

硝化・脱窒・嫌気性処理などその他の生物処理

BOD・COD・SSなどの測定方法

汚水処理特論とは

汚水処理特論は、一般社団法人産業環境管理協会（JEMAI）が実施する公害防止管理者等国家試験のうち、水質関係区分の試験科目の一つです。水質関係第1種の試験は5科目で構成されており、汚水処理特論では物理化学的・生物学的な処理技術と、水質測定法についての専門知識が問われます。[1]

水質概論が水質汚濁防止のための制度・現状を扱うのに対し、汚水処理特論はその汚れを実際にどう処理するかという技術・計算問題が中心です。

試験で押さえたい主要分野

汚水処理特論が扱う範囲は多岐にわたるため、この記事では学習しやすいよう次の4つに整理して紹介します。この分類はJEMAIの公式な科目区分ではなく、EcoLog独自の学習用整理である点にご注意ください。

分野	主な内容
物理・化学処理法	沈降分離・凝集沈殿・ろ過・中和・酸化還元など
生物処理法	活性汚泥法（計算問題含む）・硝化脱窒・嫌気性処理・生物膜法
汚水処理施設の維持管理	運転管理・汚泥処理
測定技術	BOD・COD・SS測定法、重金属等の分析法

物理・化学処理

沈降・凝集・ろ過

沈降分離は、重力によって固形物を沈殿させる最も基本的な処理法です。凝集沈殿では、硫酸アルミニウムやPAC（ポリ塩化アルミニウム）などの凝集剤を使ってコロイド粒子を集め、フロックとして沈殿させます。ろ過は、砂や活性炭などを用いてSS（浮遊物質）を除去する処理で、凝集沈殿の後処理として使われることが多い処理法です。

中和・酸化還元

中和処理は、酸性・アルカリ性の廃水のpHを調整する処理です。酸性廃水には石灰や水酸化ナトリウム（NaOH）などが使用されます。

六価クロムを含む廃水は、亜硫酸水素ナトリウムなどで三価クロムへ還元した後、pHを調整して水酸化物として沈殿させます。還元と沈殿では必要な条件が異なり、pHを高くしすぎると再溶解する場合もあります。[2]水質汚濁防止法の六価クロム化合物に関する排水基準は、2024年4月1日から0.5mg/L以下から0.2mg/L以下へ強化されています（電気めっき業には暫定基準として0.5mg/Lが3年間適用）。[3]

シアンを含む廃水の処理には、次亜塩素酸ナトリウムなどを使うアルカリ塩素法があります。シアンをシアン酸に酸化し、さらに窒素ガスと二酸化炭素へ分解する2段階の反応を利用します。ただし、鉄と結びついたシアン錯体など、この方法では分解しにくいものもあります。対象物質と各段階のpH条件を確認する必要があります。[4]

汚泥処理

処理の過程で発生する汚泥は、重力濃縮・遠心脱水・加圧脱水などの方法で減量化されます。それぞれの脱水法は、対象となる汚泥の性状によって使い分けられます。

活性汚泥法

基本フロー

活性汚泥法は、微生物（活性汚泥）を含む混合液を曝気槽で有機物と接触させて分解し、最終沈殿池で汚泥と処理水を分離する処理法です。沈殿した汚泥の一部は曝気槽へ返送汚泥として戻され、残りは余剰汚泥として系外へ引き抜かれます。

BOD容積負荷

BOD容積負荷は、曝気槽の容積1m³あたり、1日に流入するBODの質量（kg）です。汚泥の質量あたりで表す「BOD汚泥負荷」とは分母と単位が異なります。[5]

項目	内容
式	BOD容積負荷（kg/m³・日）＝流入BOD濃度（mg/L）× 流量（m³/日）÷ 曝気槽容量（m³）÷ 1000
単位換算の注意	mg/Lとm³を組み合わせるため、最後に1000で割ってkg単位へ揃える必要があります。この換算を忘れると計算結果の桁数が1000倍ずれてしまいます
読み方	値の適否は処理方式や設計条件によって異なります。計算例の結果を一律の運転目標にはしません

編集部の計算例：流入BOD濃度200mg/L、流量1,000m³/日、曝気槽容量2,000m³の場合、BOD容積負荷＝200×1,000÷2,000÷1,000＝0.1kg-BOD/m³・日となります。[5]

SVI

SVI（汚泥容量指標）は、活性汚泥の沈降性の良し悪しを示す指標です。

項目	内容
式	SVI（mL/g）＝ 30分後の汚泥沈降容量（mL/L）÷ MLSS（g/L）
単位換算の注意	mL/LとMLSS（g/L）をそのまま割るとmL/gの単位になります。MLSSをmg/Lで入力する場合は1000を掛けますが、g/Lで入力する場合は不要です
評価の目安	高い値は沈降しにくい状態の手掛かりになります。ただし低ければ常に良いわけでもなく、処理水の濁りやフロックの状態などと合わせて判断します

編集部の計算例：30分後の汚泥沈降容量が300mL/L、MLSSが2g/Lの場合、SVI＝300÷2＝150mL/gとなります。[6]

汚泥生成量・必要酸素量の考え方

微生物が有機物を利用すると、一部は増殖に使われ、一部は呼吸によって分解されます。汚泥量を考える際には、微生物の増殖だけでなく、微生物自身の分解や流入水に含まれる固形物も区別する必要があります。[6]

曝気に必要な酸素は、有機物の酸化に使われる分だけではありません。国土交通省の資料では、BODの酸化、硝化、内生呼吸（微生物自身の成分を使う呼吸）、溶存酸素濃度の維持に必要な分に分けて整理されています。計算問題では、与えられた係数の単位と、どの過程を含む式なのかを確認しましょう。[7]

汚泥返送率

汚泥返送率は、流入水の流量に対する返送汚泥の流量の比です。沈殿した汚泥全体のうち何割を戻すか、という意味ではありません。QrとQは同じ流量単位（例：m³/日）にそろえます。

項目	内容
式	返送率 R（%）＝返送汚泥量 Qr ÷ 流入水量 Q × 100
目的	曝気槽内のMLSS濃度を一定に維持するために調整します

例えば、流入水量1,000m³/日に対して返送汚泥量が600m³/日の場合、返送率R＝600÷1,000×100＝60%となります。

計算の手順だけでなく、「なぜ返送するのか」という目的まで理解しておくと、応用問題にも対応しやすくなります。

その他の生物処理

硝化・脱窒

硝化は、微生物がアンモニアを亜硝酸、さらに硝酸へ変換する反応です。酸素が必要なため、溶存酸素（DO）を確保した好気条件で進みます。反応速度はpHだけでなく、水温やDOなどにも左右されます。米国EPAの設計マニュアルでは、pHの適域を7.5〜8.0とし、6.8未満では硝化速度が急速に低下すると説明しています。[8]

脱窒は、脱窒菌が硝酸を窒素ガスへ還元する反応です。脱窒は溶存酸素がほとんどない「無酸素（アノキシック）」条件で進みます。「嫌気」条件と表現されることもありますが、脱窒が必要とするのは硝酸を利用できる無酸素条件であり、後述する嫌気性処理（メタン発酵）が必要とする、酸素も硝酸もない厳密な嫌気条件とは異なる点に注意が必要です。[9]

嫌気性処理

嫌気性処理は、メタン生成菌などの働きにより、酸素を使わずに有機物を分解し、メタンガスを発生させる処理法です。高濃度の有機性廃水の処理に向いています。

生物膜法

生物膜法は、担体の表面に微生物の膜を形成させて処理を行う方法で、散水ろ床や回転円板法などがあります。活性汚泥法との違いとして、微生物を浮遊させず固定担体上で保持する点が出題されやすいポイントです。

水質測定

BOD測定

BOD（生物化学的酸素要求量）は、微生物による分解で消費される酸素量を表します。測定では試料を20℃の暗所で5日間培養し、その前後の溶存酸素量から求めます。試料を希釈した場合は、希釈倍率も考慮します。[10]

COD測定

COD（化学的酸素要求量）は、水中の物質を酸化剤で酸化するときの消費量を、酸素量に換算した指標です。海域の環境基準では、原則としてJIS K 0102-1の17.2に定める方法を用い、B類型の工業用水、および水産2級のうちノリ養殖の利水点ではアルカリ性法を用いると規定されています。したがって「海域では一律にアルカリ性法を使う」と覚えるのは不正確です。測定する水域の類型・利用目的と、適用される告示・規格を確認しましょう。[11]

SS測定

SS（浮遊物質量）は、孔径1μmのガラス繊維ろ紙で試料をろ過し、105〜110℃で2時間乾燥させ、ろ紙の質量増加分から算出します。[12]

重金属等の測定

カドミウムや鉛などの重金属の測定には、原子吸光法（AAS）やICP発光分光分析が用いられます。原子吸光法は元素固有の波長の光を吸収させて濃度を測定する方法、ICP発光分光分析は高周波プラズマで試料を発光させ、複数の元素を同時に定量できる方法です。

効率的な勉強法

汚水処理特論は覚える量が多く感じられますが、「処理法の仕組み」「計算式が何を求めているか」「測定法の使い分け」を一つずつ理解していくと、確実に得点できる分野になります。

試験対策上のアドバイスとして、公式を丸暗記するのではなく、まず「この式は何の量を求めているのか」を言葉で説明できるようにすることをおすすめします。BOD負荷やSVIのように単位の扱いが紛らわしい式は、具体的な数値を代入して一度自分で計算してみると、感覚として身につきやすくなります。

よくある質問

汚水処理特論と水質概論の違いは何ですか？: 水質概論は水質汚濁防止のための法制度・環境基準・現状を扱う科目です。汚水処理特論はその汚れを実際にどう処理するかという処理技術・計算問題が中心です。
BOD負荷の計算で単位を間違えないコツはありますか？: mg/L・m³/日・m³という異なる単位を扱うため、最後にkg単位へ揃える1000での割り算を忘れないことが重要です。慣れるまでは、単位を式の横に書きながら計算する方法がおすすめです。
脱窒はなぜ「嫌気」ではなく「無酸素」と呼ぶのですか？: 脱窒菌は硝酸を酸素の代わりに利用して呼吸するため、溶存酸素はなくても硝酸は必要とします。この状態を「無酸素（アノキシック）」と呼び、酸素も硝酸も存在しない厳密な「嫌気」状態とは区別されます。

まとめ

汚水処理特論は専門的で難しく感じる科目ですが、「処理法の仕組み」「計算式の意味」「測定法の使い分け」を一つずつ理解すれば、確実に得点源にできる分野です。特に活性汚泥法の計算式は、単位換算まで含めて正確に理解しておくことが得点への近道です。

水質概論とあわせて学習することで、水質汚濁防止の「制度」と「技術」の両面を理解できます。

この記事の用語

BODとCOD: 水の汚れを酸素量で表す指標です。BODは微生物による分解、CODは酸化剤による酸化を利用します。測定条件が違うため、同じ数値として置き換えることはできません。環境省のCOD測定方法。国土交通省のBOD解説
BOD容積負荷: 反応槽の容積1m³あたりに、1日で流入するBODの質量です。汚泥の質量あたりで表すBOD汚泥負荷とは区別します。東京都下水道局のテキスト p.117
SVI（汚泥容量指標）: 30分間沈降させた活性汚泥の容積を、固形物1gあたりで表した指標です。単位はmL/gで、沈降性を調べるために使います。米国EPAの報告書 §2.3.2
活性汚泥法: 水中に浮遊させた微生物の集まりで有機物を処理する方法です。沈殿池で分離した汚泥の一部を反応槽へ戻し、微生物を保持します。米国EPAの報告書 §1.2
硝化: 微生物がアンモニアを亜硝酸、さらに硝酸へ変える反応です。酸素を必要とし、水温やpHなどの条件に左右されます。米国EPA Nutrient Control Design Manual
脱窒: 微生物が硝酸などを還元して窒素ガスに変える反応です。排水処理では、溶存酸素がほとんどない条件を利用します。米国EPA Nutrient Control Design Manual

参考資料・出典

一般社団法人産業環境管理協会（JEMAI）「国家試験｜公害防止管理者」　JEMAI公式サイトを見る
東京都下水道局「水質管理責任者資格講習テキスト」（2024年4月）、pp.83–84：クロムの還元・沈殿処理。原典を見る
環境省「水質汚濁防止法施行規則等の一部を改正する省令の公布について」　環境省の発表資料を見る
東京都下水道局「水質管理責任者資格講習テキスト」（2024年4月）、pp.81–82：シアンの処理。原典を見る
東京都下水道局「水質管理責任者資格講習テキスト」（2024年4月）、p.117「BOD負荷」：容積負荷と汚泥負荷の区別。原典を見る
米国環境保護庁（US EPA）「Summary Report: The Causes and Control of Activated Sludge Bulking and Foaming」（1987年7月、EPA/625/8-87/012）、§1.2、§2.3.2。原典を見る
国土交通省「参考資料4 下水道分野の省エネ・創エネ対策に関する技術情報データベース（案）」PDF 6ページ「散気装置（攪拌機）の制御方法の改善」：必要酸素量の内訳。原典を見る
米国環境保護庁（US EPA）「Nutrient Control Design Manual」（2010年8月、EPA/600/R-10/100）、§4.6：硝化に影響する環境条件。原典を見る
環境省「生物学的脱窒素処理技術・システム」　環境省の資料を見る
国土交通省関東地方整備局江戸川河川事務所「水質用語集：生物化学的酸素要求量（BOD）」。原典を見る
環境省「水質汚濁に係る環境基準」別表2「2 海域」、ア・測定方法および備考1（PDF 1–2ページ）。原典を見る
環境省「浮遊物質量（SS）の測定方法」　環境省の資料を見る

訂正（2026年10月1日）：海域のCOD測定方法の適用条件を修正しました。資料を特定できなかった出典7件を公的機関の資料に差し替え、その資料で裏付けられる範囲に処理条件・指標の説明を整えました。数値を代入した例は編集部による計算例です。