濁度・SSセンサーの選び方｜透過光方式と散乱光方式

濁度やSS（Suspended Solids：浮遊物質）は、工場排水・浄水・下水処理・汚泥処理など、あらゆる水処理工程で重要な管理指標です。
これらを連続的に測定するために用いられる光学式水質センサーには、表面散乱光方式・積分球式など、測定原理の異なる複数の方式があります。
その中でも、工場排水などの現場で広く使用されているのが、透過光方式と散乱光方式です。

一見するとどちらも「濁りを測るセンサー」に見えますが、適した濃度範囲・誤差要因・設置条件・メンテナンス性は大きく異なります。
方式を誤って選定すると、測定値が安定せず、実際の水質とは異なる値として検出されることがあり、現場トラブルにつながる場合があります。

本コラムでは、
・濁度とSSの基礎知識
・透過光方式と散乱光方式（後方散乱・90度散乱）の測定原理と特長
・気泡・着色・汚れ（ファウリング）など、現場で起こりやすい誤差要因
・用途別・水質条件別のセンサー選定ポイント
を、水質管理担当者の実務視点で分かりやすく解説します。

初めて濁度・SSセンサーを選定する方から、既存設備の見直しを検討している方まで、「失敗しない方式選定」の参考としてご活用ください。

1. はじめに — 正しく測るカギは「方式」にあり。濁度・SS測定に2種類の原理が必要なわけ
2. 用語の整理 — 知っておきたい基礎知識
3. 透過光方式の測定原理と特徴
4. 散乱光方式の測定原理と特徴
5. 現場で起こりやすい測定誤差と対策
6. 校正・メンテナンスのポイント
7. 現場での活用事例
8. FAQ（よくあるご質問）
9. 現場条件から選ぶオプテックスの濁度計・SS計ラインアップ早見表

水質測定における光学式センサーとは、水中の粒子による光の減衰や散乱を検出し、濁度やSSを連続・リアルタイムで把握するための測定手法です。
透過光方式と散乱光方式は、測定濃度域と用途が根本的に異なるため、目的に応じた使い分けが不可欠です。

工場排水監視や浄水場の水質管理では、連続測定・自動制御を目的として光学式センサーが広く採用されています。
光を照射して水中粒子による光の変化を測定する点は共通ですが、その「変化の捉え方」によって透過光方式と散乱光方式に大別されます。

例えば、浄水場の低濁度水と活性汚泥処理中の高濁度水では、粒子濃度が100〜1,000倍以上異なります。
同一方式を無理に適用すると、測定不能や大きな誤差を招くため、測定原理を理解したうえでの方式選定が重要です。

水質測定で使われる透過光方式・散乱光方式と、濁度・SSは、それぞれ定義と測定原理が異なります。
これらの違いを正しく理解することが、方式選定ミスや現場トラブルを防ぐ最短ルートです。

透過光方式・散乱光方式はいずれも、センサーの投光部から赤外線などの光を試料水に照射し、受光部で検出される光量の変化から、濁度や懸濁物の状態を光学的な指標として測定する方式です。
両方式の主な違いは、「受光する光（透過光または散乱光）」という測定原理にあり、その違いにより測定に適した範囲が異なります。

• 濁度（度、FTU、NTU、FNU）
  水中の粒子による「にごりの程度」を光学的に表した指標です。
  「度」は標準液と比較してにごりの程度を表す相対的な指標で、一般的にはホルマジン標準液が用いられます。
  測定方式や規格の違いにより、FTUやNTU、FNUといった単位も使用されます。
• SS（mg/L）
  水中に浮遊する固形物の量を質量で表した指標です。
  ろ過した懸濁物を乾燥させて重さを測る乾燥重量法が基準となります。

【濁度の標準物質とは?】

濁度は標準物質と比較して値を決める相対的な指標であり、用途や規格に応じて複数の標準が使われています。
代表的なものには以下があります。

●ホルマジン濁度標準：化学的に合成されたホルマジンからなる標準液を基準に測定した濁度の単位です。粒子径が比較的均一で測定の再現性が高いことから、現在では多くの濁度計で基準として用いられています。
●カオリン濁度標準：天然の白陶土（カオリン）を水に分散させた標準液を基準に測定した濁度の単位です。天然物のため粒子の形や大きさを揃えにくく、測定結果にばらつきが生じやすい特徴があります。
●ポリスチレン濁度標準：ポリスチレン系の微粒子を水中に分散させた標準液を基準に測定した濁度の単位です。粒子径や性状が比較的均一に管理されており、安定した測定が可能であることから、主に上水道分野などで使用されています。


【濁度の単位（度・NTU・FNU）とは？】

濁度は、水のにごりの程度を数値で表した指標ですが、その数値はどの標準物質を基準に、どの測定方式で求めたかによって「度」「NTU」「FNU」の単位で表記されます。

●度
 ・標準液：カオリン、ポリスチレン、またはホルマジン。
 ・光源：指定なし（一般的にはタングステンランプなど）。
 ・測定方式：透過光方式、散乱光方式など測定器に依存。
 ・規格：日本独自の慣用的な表記（水道法では「度（ポリスチレン）」が用いられる）。
 ・特徴：日本で広く使われてきた表記ですが、標準液や測定方式により意味が異なるため、条件確認が必要です。

●FTU
 ・標準液：ホルマジン。
 ・光源：指定なし（測定器の仕様に依存します）。
 ・測定方式：透過光方式、散乱光方式など測定器に依存。
 ・規格：日本産業規格 JIS K 0801（濁度自動計測器）に記載あり 。
 ・特徴：JIS K 0801では、ホルマジン標準液を用いた「度（ホルマジン）」をFTUで表すことがあるとされている。国内の濁度計の仕様書や現場でも、実質的な同義語として広く慣用されています。

●NTU（Nephelometric Turbidity Units）
 ・標準液：ホルマジンのみ。
 ・光源：白色光（タングステンランプ）。
 ・測定方式：90度散乱光方式。
 ・規格：米国環境保護庁（EPA）規格 180.1に準拠。
 ・特徴：世界的に最も普及している「濁り」の単位。可視光を使うため、水の色（着色）の影響を受けやすい性質があります。

●FNU（Formazin Nephelometric Units）
 ・標準液：ホルマジンのみ。
 ・光源：近赤外線（860 nm付近）。
 ・測定方式：90度散乱光方式。
 ・規格：国際規格 ISO 7027に準拠。
 ・特徴：赤外線を使用するため、着色の影響を受けにくく、欧州を中心に高精度な水質管理で広く用いられています。



図3 ホルマジン標準液による濁度の比較
（注：画像は参照用です。見え方は背景・光の当たり方などによって変わります。）

透過光方式とは、光源から照射した光を試料水に通し、受光部で検出される光量の減少（減衰）から、濁度やSSの状態を把握する測定方式です。
水中の粒子が多くなるほど、光は吸収・散乱によって通りにくくなり、受光される光量は小さくなります。

この「粒子が増えると、光が弱くなる」という関係は、光学分野で広く知られているランベルト・ベールの法則に基づいています。
透過光方式の濁度計・SS計は、この考え方を水質測定に応用したものです。

下に示すシミュレーターでは、粒子の濃度や光が通る距離を変えることで、透過光がどのように弱くなるかを視覚的に体感できます。
透過光方式が「低濃度域の変化に強い」と言われる理由を、数式ではなくイメージとして理解する助けになるはずです。

散乱光方式とは、光源から照射した光が試料水中の粒子に当たり、四方に散乱した光のうち、特定の角度（後方や90度など）に戻ってくる光量を検出して、濁度やSSの状態を把握する測定方式です。
水中の粒子が多くなるほど、散乱する光の量が増え、受光部で検出される反射光の強さは大きくなります。
この「粒子が増えると、光が強くなる」という関係は、透過光方式とは逆の相関を持っています。
散乱光方式の濁度計・SS計は、この散乱光の強さを数値化することで、低濃度から高濃度までの水質変化を捉えることができます。

散乱光方式は、散乱光を受光する角度によって2種類に大別されます。

濁度・SSの測定では、水中の粒子量そのものだけでなく、測定環境や物理・化学的な要因によって値が変動することがあります。
これらの影響はセンサーの異常ではなく、測定原理に起因する特性として発生するものであり、方式によって現れ方が異なります。
そのため、誤差の要因と特徴を正しく理解し、適切な対策を講じることが安定した測定には不可欠です。

• 透過光方式への影響
  光源と受光素子の間に気泡が入り込むと光が遮られます。
  センサーはこれを「粒子によって光が遮られた」と判断するため、濁度やSSの値が実際より高くなります。
• 散乱光方式への影響
  粒子を含まない透明な水であっても、気泡に光が当たると強い散乱が発生します。
  センサーはこの散乱光を粒子として検知してしまい、濁度やSSが過大に測定されます。
• 測定値のハンチング（不安定化）
  気泡は水流によって移動すると、光の当たり方が瞬間ごとに変化します。
  その結果、測定値が大きく上下し、安定した測定ができなくなります。

• 水流の落差・乱流域
  沈殿池の流入部や越流堰など、水流が落下・攪拌される場所では空気を巻き込みやすくなります。
  このときに発生した微細な気泡が、水中に滞留します。
• 曝気・エアレーション（意図的な空気供給）
  ブロワー（送風機）やエアレーターを用いる曝気工程では、常に大量の微細気泡が発生します。
• 化学反応
  脱窒反応や中和反応、薬品分解などの過程で気体が発生し、微細な気泡として水中に現れることがあります。
  特にCO₂（中和）やN₂（脱窒）は微細で、水中に長く残留しやすい傾向があります。
• 圧力変化による脱気（ポンプ・配管）
  ポンプ吸込み部や圧力が急激に低下する箇所では、溶存していた気体が気泡として析出します。
  キャビテーション（空洞現象）が発生すると、微細な気泡が大量に発生します。
• 温度変化による脱気（加温・混合）
  水温が急激に上昇すると、溶存ガスを水中に保持できなくなり、過飽和状態になります。
  その結果、目に見えにくい微細気泡（マイクロバブル）が発生しやすくなります。
  また、温水排水との混合部や日射で温められた配管周辺では、測定値が不安定になる場合があります。

• 設置場所の選定
  ポンプ吐出口直後・落水部・曝気槽内を避け、流れが安定した直管部や気泡が抜けやすい下流側への設置を基本とします。
• サンプリング配管による気液分離
  試料水をサンプリング管に引き込み、気泡を自然に抜いてからセンサで測定する方法です。
  配管途中に脱気装置を設けることで、微細気泡の影響を大きく低減できます。
• 信号出力応答時間の調整（データの平均化）
  測定値を一定時間平均化してから出力することで、気泡や水流による急激な変動を抑え、表示値や出力信号を安定させる方法です。
  ただし急激な水質変化の検出が遅れるため、プロセスの応答速度とのバランスを考慮してください。

• 透過光方式への影響
  透過光方式では、粒子が光路をどれだけ遮るかが測定値に影響します。
  同じ濃度でも、粒径が大きい粒子は光を強く遮り、微細粒子は遮蔽効果が弱いため、濁度やSSの値が異なって表示されることがあります。
• 散乱光方式への影響
  散乱光方式では、粒子の表面で発生する散乱光の量が測定値に反映されます。
  粒径や形状が異なると散乱の方向や強さが変わるため、粒子の種類によって同濃度でも測定差が生じる場合があります。
• 濃度が高くなると測定値が比例しなくなる
  濃度が低い範囲では、粒子の量が増えると測定値もほぼ比例して増加します。
  しかし濃度が高くなると、粒子同士の影響で光が複雑に散乱・遮光されるため、測定値が直線的に増えなくなることがあります。
  この影響は特に高濃度域で顕著に現れ、実際の濃度変化に対して測定値の変化が小さくなったり、ばらつきが大きくなる原因となります。
  
  ※このように、濃度の増加に対して測定値の変化が比例しなくなる現象を、専門的には「非線形性」と呼びます。

• 原水が季節や天候で変化する場合
  降雨や取水条件の変化によって、細かな土砂や有機物が一時的に増え、粒子の種類や大きさが大きく変わると、同じ濃度でも測定値が変動することがあります。
• 凝集・フロック形成の変化
  凝集工程などでは凝集剤の添加条件や撹拌状態により、微細粒子がフロック^※化する度合いが変わります。
  フロックの粗大化や破壊（細分化）は、光の散乱・透過効率を大きく変動させます。
  この変化により、光学式センサーで得られる濁度・SSの値と、重量法などで定義される実際の懸濁物質量との間にずれが生じる場合があります。
  
  ※微細な汚れや有機物、微生物が集まってできる塊

標準液と測定対象の粒子の大きさ・種類が異なる場合
光学系水質センサーはカオリンやポリスチレンなど、粒径や光学特性が一定の標準液で校正されています。
実際の現場では、処理工程中の水と標準液では粒径や形状、性状が異なるため、光の散乱・遮光特性が変化し、校正値と実測値にずれが生じることがあります。

• 用途・水質に適した測定方式と機種の選定
  微細粒子中心の低濁度域では透過光方式や90度散乱光方式を、高濃度・粗大粒子を含む水質では後方散乱光方式を選定することで、粒径による影響を抑えやすくなります。
• 実サンプル水による補正
  標準液だけでなく、実際に測定対象となる水（実サンプル水）を用いて補正を行うことで、測定値のずれを低減できます。
  また、手分析結果とセンサーの測定値との相関関係を把握し、その関係に基づいて補正を行う方法もあります。
  詳細については、「校正の基本：ゼロ校正・スパン調整・2 点調整」を参照してください。
• 設置位置の最適化
  粒子の偏在や沈降の影響を受けにくい位置にセンサーを設置し、できるだけ均一な状態の水を測定することが重要です。

• 透過光方式への影響
  着色成分は光を吸収するため、粒子が少ない場合でも透過光量を減少させます。
  センサーはこれを粒子による遮光と区別できないため、測定値が実際より高めになります。
• 後方散乱光方式への影響
  後方散乱光方式でも着色の影響は受けますが、着色による光の吸収は、測定値を低めに表示させる方向に作用します。
• 90度散乱光方式への影響
  後方散乱光方式と同様に、測定値が低めになります。
  特に米国環境保護庁（EPA）規格 180.1に準拠した白色光（タングステンランプ）が光源の場合、着色の影響は大きくなります。

• 有機物を多く含む排水
  着色成分を含む工場排水や生活排水では、見た目に濁っていなくても光の吸収が大きくなり、濁度やSSが高く測定される場合があります。
• 薬品添加工程や反応工程
  凝集剤や中和剤の添加、化学反応、生物処理の進行による着色の発生で測定値に影響を与えます。
• 原水の水質が時間的に変動する場合
  取水源の変化や季節要因により着色成分が増減すると、同じ濁度条件でも測定値が変動することがあります。
• 高濃度・長時間滞留
  水が長時間滞留することで、有機物の分解が進み、着色成分が増加することがあります。
  貯留槽や沈殿池などでは、時間経過による影響が現れる場合があります。

• 用途・水質に適した測定方式と機種の選定
  着色の影響を受けにくい「後方散乱光方式」や「90度散乱光方式」を検討します。
  これらの方式は「反射した光」を見るため、光路長が短くなり、透過光方式に比べて色の影響を抑えられる場合があります。
• 着色成分を考慮した実液校正
  定期的に手分析とセンサー値を比較し、測定値を補正する運用が有効です。
  
  着色の変化が大きい場合は補正頻度を増やすことを検討してください。

• 透過光方式への影響
  透過光方式では、検出窓に汚れが付着すると、光が水中を通過する前後で遮られます。
  センサーはこれを粒子による光の減衰と判断するため、実際より値が高く測定されます。
• 後方散乱光方式への影響
  後方散乱光方式でも検出窓に汚れが付着すると、光が水中を通過する前後で遮られます。
  後方散乱光方式での受光量の減少は、実際の測定値より低下させます。
• 90度散乱光方式への影響
  低濁度水の管理を目的とする90度散乱光方式では、わずかな汚れでも測定値への影響が相対的に大きくなります。
  微小な変化を検出する用途では、検出窓の清浄度の維持が測定精度に直結します。

• 微生物を多く含む水質
  微生物が多い水では、藻やバイオフィルムが検出窓に形成されやすくなります。
  時間の経過とともに増殖面積が広がるため、影響度が大きくなります。
• スケールや析出物の発生
  水温変化や薬品添加により、カルシウムスケールなどの析出物が検出窓に付着する場合があります。
• 油分・有機物の存在
  油分や粘性のある有機物はセンサー表面に付着しやすく、粒子を巻き込んで汚れを増加させる要因となります。
  一度付着すると洗浄しにくい特徴があります。
• 流速が低く滞留しやすい設置場所
  流れが弱い場所では、粒子や汚れが沈降・付着しやすくなります。
  槽内の静水部や配管の死水域では特に発生します。

• 自動洗浄機構の採用
  ワイパーやエアパージ（空気吹き付け）による自動洗浄機構を備えた機種を選定することで、検出窓への付着を継続的に抑制できます。
  汚れが激しい環境では洗浄頻度の設定を短くすることを検討してください。
  特に汚れの厳しい排水現場では、ワイパー式による物理洗浄が効果を発揮します。
  
  
  
  
• 定期的な手動清掃とゼロ調整
  自動洗浄だけでは除去しにくい油膜・スケール・藻類は、定期的な手動清掃で対応します。
  清掃後は必ずゼロ調整（純水または清浄水による基準点補正）を行い、測定値の基準を確認してください。
• 設置環境の改善
  流速が確保できる直管部への設置や、検出窓が流れに正対する取付方向の工夫により、付着物が堆積しにくい環境をつくることが対策になります。
• トレンド監視による異常検知
  緩やかな値のドリフトを監視し、汚れによる影響を早期に把握することで、適切なタイミングで対応が可能になります。

光学式水質センサーは、カオリンやホルマジン、ポリスチレンなどの標準液を用いて校正されています。
しかし、実際の排水やプロセス水は粒径・形状・屈折率が異なるため、校正値と実測値が完全に一致しない場合があります。
そのため、校正は「絶対値を一致させる作業」ではなく、「基準を揃える作業」として捉えることが重要です。

光学式水質センサーの校正には、ゼロ校正とスパン調整、2点調整の3種類があります。

これらの校正や調整を行うことで、測定値の信頼性を維持できます。

• ゼロ校正
  ゼロ校正とは、蒸留水やイオン交換水などの純水をセンサーで測定したとき、測定値がゼロと表示・出力されるように調整する方法です。
  
  なぜ純水を使うのかというと、純水は粒子を含まないため、本来であれば濁度もSSもゼロのはずです。
  しかし実際にセンサーで測定すると、検出窓のわずかな汚れや光学系の経時変化によって、ゼロではない値が出力されることがあります。
  
  この「ゼロのはずなのに出ている値のずれ」を変換器側で調整し、純水のときに確実にゼロが表示・出力されるようにする方法がゼロ校正です。
  
  身近な例で言えば、体重計に何も乗せていないのに「0.5 kg」と表示されている状態と同じです。
  測定を始める前にゼロを合わせておかなければ、その後のすべての測定値にずれが生じてしまいます。
  
  ゼロ校正は、初めてセンサーを使用するときや、定期清掃のたびに実施することを基本とします。
  清掃後に検出窓の汚れが取り除かれた状態で行うことで、正確なゼロ点を設定できます。

• 光学式センサーの校正と公定法の関係
  光学式のSSセンサーは公定法（JIS K 0102の重量法）に基づく測定方式ではないため、センサーによる測定値を計量証明として使用することはできません。
  
  ただし、連続測定による水質の傾向管理（トレンド監視）には非常に有効です。
  スパン調整機能を使って重量法による手分析結果にセンサー値を合わせ込むことで、現場の水質特性に応じた精度管理が可能になります。
  
  計量証明が必要な場合は、公定法による手分析とセンサーによる連続監視を併用する運用を検討してください。

校正の精度は清掃の質に直結します。
検出窓に汚れが残った状態でゼロ調整を行うと、汚れた状態を「正常」として登録してしまうため、清掃→確認→校正の順序を守ることが重要です。

• センサー本体の点検
  ケーブルの被覆損傷・シール部材（Oリングなど）の劣化・コネクタ部への水の浸入・取付部のゆるみがないかを確認します。

オプテックスの水質センサーがどのように活用されているか、ソリューション事例をご紹介します。

手分析とは何ですか？　センサー測定とどのように使い分ければいいのですか？

手分析とは、採取した水を試薬や器具を使って実験室で測定し、濁度やSSなどの値を求める方法です。
一般に、採水、前処理、測定、記録の手順が必要で、結果が出るまでに手間と時間がかかります。

例えばSS測定では、試料水をろ過し、ろ紙に残った固形分を乾燥・重量測定することで濃度を算出します。
この方法は測定精度が高く、公定法として用いられる一方で、採水・前処理・測定に時間と手間がかかります。
この一連の作業には数時間から半日以上かかります。
そのため、測定は一定間隔ごとのスポット確認となり、水質の変化をリアルタイムで把握することは困難です。

一方、センサーによる測定は水中に設置することで連続的にデータを取得できるため、濁度やSSの変動傾向を常時監視することが可能です。
これにより、水質異常の早期検知や工程の変化を迅速に把握できる点が大きな特長です。

手分析とセンサーの測定値を合わせ込むことはできますか？

オプテックスのセンサーには下図のようなスパン調整機能がついており、この機能を使用することで手分析による測定結果にセンサーの測定値を合わせ込むことが可能です。

センサーの測定値を排水の計量証明に使用できますか？

使用できません。
光学式センサーは公定法に基づく測定方式ではないため、測定値を計量証明として使用することはできません。
ただし、排水処理の傾向管理や異常検知には非常に有効です。
計量証明が必要な場合は、公定法による手分析とセンサーによる連続監視を併用する運用をお勧めします。

校正はどのくらいの頻度で行えばよいですか？

水質条件と設置環境によって異なります。
汚れが多い環境では頻度を高める必要がありますが、一律の周期よりも、「どの誤差要因が起こりやすいか」を意識して頻度を決めることが重要です。

検出窓を清掃すると、測定値が下がりました。これは問題ないのでしょうか？

問題ありません。むしろ正常な状態に戻ったと考えられます。
検出窓に付着した汚れやスケール（水垢）は、濁度やSSを高めに検出する原因になります。

後方散乱光方式を使っていますが、値が高めに出ることがあります。

背景反射の影響を受けている可能性があります。
後方散乱光方式は、光源近くで後方に散乱した光を検出します。
そのため、配管内壁や槽壁に近い位置に設置すると、水中粒子ではなく壁面からの反射光（背景反射）を測定してしまうことがあります。
取扱説明書に記載された離隔距離を確保することで、この影響を低減できます。
また、チェーンなどで吊下げ方式で取り付けている場合、水流の影響でセンサーの向きが変わったり、壁面に近づくことがあります。
センサーをパイプに固定した取付方法に変更して、水流の影響を受けないようにしてください。

検出窓を清掃する頻度は、どのくらいが適切ですか？

水質によりますが、自動洗浄機能がない場合は「1週間に1回程度」、自動洗浄がある場合でも1ヶ月に1回は手洗いによる清掃を推奨します。
洗浄機能で落としきれない膜状の汚れ（バイオフィルム）を取り除くことで、安定した精度を維持できます。