公害防止管理者の過去問｜令和3年 水質概論 問８ 問題と解説
問題８
富栄養化した湖沼の水質に関する記述として、誤っているものはどれか。
- 光合成によって二酸化炭素が消費されると、pHは低下する。
- 表層に近い好気的な環境の下では、植物プランクトンの死骸などは微生物によって分解・無機化していく。
- 水域が成層すると、表層から酸素が深層に供給されにくくなる。
- 貧酸素化した底質で行われる嫌気分解は、好気分解に比べ効率が悪いので、完全に無機化されない懸濁(けんだく)態有機物が蓄積されやすい。
- 底質が長期にわたり貧酸素状態となると、鉄やマンガンのイオン態の溶出、脱窒による窒素ガスの発生などが起こりやすくなる。
問題８の解答
正解は「１」です。
問題８の解説
この問題は、富栄養化が進んだ湖沼の水質や底質で起こる現象についての記述です。結論から申し上げますと、(1)の「pHは低下する」という記述が誤りです。正しくは「pHは上昇（アルカリ化）する」となります。
なぜ(1)が誤りなのか？
これを理解するには、「二酸化炭素は水に溶けると酸性（炭酸）になる」という基本性質を思い出してください。
- 光合成の役割: 植物プランクトンは、太陽光を浴びて水中の二酸化炭素を消費（吸収）します。
- 酸の減少: 水の中から酸性物質である二酸化炭素が減っていくということは、酸性が弱まる（＝アルカリ性に傾く）ことを意味します。
- pHの変化: その結果、pHの数値は上昇します。
化学平衡の式で見ると、以下のようになります。
光合成で左端の二酸化炭素が減ると、平衡は失った分を補おうとして左へ移動します。すると、右側にあった水素イオンも消費されて減るため、pHは上がります。
その他の選択肢の確認
これらはすべて「正しい記述」です。富栄養化湖沼の「あるある」としてセットで覚えましょう。
- (2) 表層での好気分解
- 表層は空気に触れており、光合成で酸素も作られるため「好気的（酸素たっぷり）」です。ここでは微生物が有機物をどんどん分解（無機化）します。これはBOD（生物化学的酸素要求量）の原理そのものです。
- (3) 成層と酸素供給
- 夏場など、表層が温められると、冷たく重い深層の水と混ざらなくなる「成層現象」が起きます。
- 蓋をされたような状態になるため、表層の酸素が深層まで届かなくなります。
- (4) 嫌気分解の効率と堆積
- 深層に酸素がなくなると、微生物は「嫌気分解（酸素を使わない分解）」を始めます。
- 嫌気分解は、好気分解に比べて分解速度が遅く、エネルギー効率が悪いのが特徴です。そのため、分解しきれない有機物が底にヘドロとして溜まりやすくなります。
- (5) 貧酸素による溶出と脱窒
- 金属の溶出: 底泥が貧酸素（還元状態）になると、酸化されていた鉄やマンガンが還元され、水に溶けやすい形（イオン）になって溶け出します。
- 脱窒: 硝酸性窒素などが、嫌気性菌の働きで窒素ガスになり、大気中へ逃げていきます。
問題を解くポイント
この分野の正誤判定では、以下の「対義語のセット」を整理しておくことが合格への近道です。
- pHの変動
- 光合成（昼・表層）：二酸化炭素減る：pH上昇
- 呼吸・分解（夜・深層）：二酸化炭素増える：pH低下
- 分解の速度
- 好気性（酸素あり）：速い・完全分解
- 嫌気性（酸素なし）：遅い・不完全分解（堆積しやすい）
- 底質からの溶出
- 酸素があるとき：鉄・マンガンは沈殿したまま。
- 酸素がないとき：鉄・マンガン・リンが溶け出す。
(1)の「光合成＝pH低下」という引っかけは、公害防止管理者試験の超頻出パターンです。「炭酸が抜けるからアルカリになる」というイメージを持っておけば、間違えることはないでしょう。
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