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公害防止管理者 大気関係第1種 大規模大気特論の練習問題20問
公害防止管理者 大気関係第1種の試験科目「大規模大気特論」の問題を20問掲載しています。 本番の出題数は10問です。すべての問題に「なぜそうなるか」「ここだけ覚える」の解説と、根拠となる出典を付けています。 このうち20問は、法令の条文や公的な技術資料にあたって内容を確認済みです。
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乱流拡散係数は平均化時間で変わる
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乱流拡散についての記述として、誤っているものはどれか。
- 大気中の大小さまざまな渦の不規則な運動による拡散を乱流拡散という
- 広がる速さは、乱れの大きさや変わり方の周期で決まる
- 乱流拡散は分子拡散よりはるかに速い
- 乱流拡散係数は、煙濃度を測定する時間に関係なく一定である
- 横方向の乱れには、数時間を超えるゆっくりした変動もある
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正解 4乱流拡散係数は、煙濃度を測定する時間に関係なく一定である
乱流拡散係数は、測定する時間(平均化時間)に応じて変わります。長い時間で平均すると、ゆっくりした大きな渦の効果まで含まれるためです。
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「時間に関係なく一定」としてしまうと、短時間の濃度も長時間の濃度も同じ式で扱えることになり、実際と合いません。
自由対流と強制対流の説明として、正しいものはどれか。
- 強制対流は日射による熱対流である
- 自由対流は、地面の凹凸による風速の差から起こる
- 両者に違いはない
- 自由対流は、日ざしで暖まった地面の上に起こる熱による対流である
- どちらも風がないときに起こる
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正解 4自由対流は、日ざしで暖まった地面の上に起こる熱による対流である
自由対流は「暖められて軽くなった空気が浮き上がる」もの、強制対流は「風が地面にこすられて生じる乱れ」です。原因が違います。
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強制対流が卓越する風速では大気安定度は中立に近づき、気温減率は乾燥断熱減率に近づきます。強制対流で作られる中立層の厚さは一般に数百メートル以下です。
煙の拡散幅と平均化時間の関係として、正しいものはどれか。
- 拡散幅は平均化時間に関係しない
- 拡散幅は煙突の高さだけで決まる
- 拡散幅は風速だけで決まる
- 平均化時間を長くすると拡散幅は小さくなる
- 横方向の広がりは、風のふらつきにより平均する時間が長いほど大きくなる
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正解 5横方向の広がりは、風のふらつきにより平均する時間が長いほど大きくなる
短い時間で見れば煙は細い帯ですが、長く平均すると風向のふらつき(蛇行)まで含まれるため、見かけの幅は広がります。
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SO₂やNO₂の濃度分布シミュレーションでは、一般に平均化時間1時間に相当する拡散幅が用いられます。爆発性ガスの漏出のように短時間の濃度が問題になる場合は、数秒〜数分で扱います。
拡散シミュレーションで扱う平均化時間について、正しいものはどれか。
- 年平均だけを使う
- 危険なガスの漏れを扱うときは、数秒から数分という短い時間の濃度を見る必要がある
- どの目的でも1時間平均を使えばよい
- 平均化時間は結果に影響しない
- 平均化時間という考え方はない
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正解 2危険なガスの漏れを扱うときは、数秒から数分という短い時間の濃度を見る必要がある
爆発性ガスは、瞬間的に濃度が高くなれば危険です。1時間の平均で薄まって見えても意味がありません。目的によって必要な時間スケールが違います。
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一般の大気汚染では1時間平均や日平均、年平均が使われます。「何を守りたいか」で時間の取り方が決まります。
正規形プルームモデルを使った長期平均濃度の予測について、正しいものはどれか。
- 風向きは16方位で記録されることが多く、その16方向にだけ濃度の山ができてしまう
- 風速だけで濃度が決まる
- 風向は考慮しない
- 風向きは細かい角度で記録されるので、方位による偏りは出ない
- 長期平均濃度は計算できない
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正解 1風向きは16方位で記録されることが多く、その16方向にだけ濃度の山ができてしまう
16方位で記録されたデータをそのまま使うと、その16方向だけに濃度の山ができてしまいます。実際の風は連続的に変わるのに、データが飛び飛びだからです。
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対策として、32方位などに補間・分散させる、±11.25度の範囲で乱数を与えて平準化する、角度幅で均一化した「横風方向一様分布式」を使う、といった方法があります。
16方位の風向データを使うときの平準化の方法として、正しいものはどれか。
- 風速をゼロとして扱う
- 風向データを使わない
- 平準化は不要である
- 風向を8方位に減らす
- 風向±11.25度の範囲で乱数データを与え、出現確率分布を平準化する
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正解 5風向±11.25度の範囲で乱数データを与え、出現確率分布を平準化する
16方位は22.5度刻みなので、その半分の±11.25度の範囲に散らせば、方位の間を埋められます。
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16方位を32方位に補間する方法もあります。いずれも「データが飛び飛びであることの影響」をならすのが目的です。
「横風方向一様分布式」の考え方として、正しいものはどれか。
- 1つの風向が受け持つ角度の幅の中で、濃度を横方向にならして与える
- 風下方向にのみ濃度を与える
- 風向を無視して同心円状に濃度を与える
- 煙突の高さを無視する
- 濃度を一律ゼロとする
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正解 11つの風向が受け持つ角度の幅の中で、濃度を横方向にならして与える
1つの風向が受け持つ角度の幅の中で、濃度を横方向にならしてしまう方法です。方位ごとの山を消せます。
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長期平均を求めるときには、1回ごとの細かい分布より、方位ごとの合計が正しいことのほうが大切になります。
大気安定度が中立に近づく条件として、正しいものはどれか。
- 逆転層が発達しているとき
- 風速がゼロのとき
- 夜間に地表面が冷えているとき
- 強制対流が卓越する強い風速のとき
- 無風で日射が強いとき
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正解 4強制対流が卓越する強い風速のとき
風が強いと機械的な乱れが支配的になり、温度による浮力の影響が相対的に小さくなります。その結果、気温減率は乾燥断熱減率に近づき、安定度は中立になります。
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無風で日射が強いときは不安定、夜間の放射冷却時は安定になります。安定度は「風」と「日射・放射」の兼ね合いで決まります。
低層大気中の対流について、正しいものはどれか。
- 自由対流は、地面の凹凸によって生まれる乱れである
- 自由対流は、日ざしで温まった地面の上に起こる、熱による対流である
- 強制対流は、日射による加熱で発生する
- 強制対流が卓越すると大気安定度は不安定に近づく
- 強制対流によってできる中立の層は、厚さが数千メートルにおよぶ
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正解 2自由対流は、日ざしで温まった地面の上に起こる、熱による対流である
地面が日射で暖まると、その上の空気が軽くなって上がります。これが自由対流です。一方、地表面の凹凸で風速に差ができて生まれる乱れが強制対流です。
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強制対流が卓越する強い風のときは、大気安定度は中立に近づきます。このとき作られる中立層の厚さは一般に数百メートル以下です。
乱流拡散係数の大きさについて、正しいものはどれか。
- 分子拡散係数の10²〜10³倍にとどまる
- 分子拡散係数とほぼ同じ
- 分子拡散係数よりけた違いに大きく、10²〜10³倍をはるかに超える
- 分子拡散係数の10分の1程度
- 平均化時間に関係なく一定の値になる
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正解 3分子拡散係数よりけた違いに大きく、10²〜10³倍をはるかに超える
大気の中で煙を広げているのは分子の熱運動ではなく、大小さまざまな渦の動きです。そのため乱流拡散係数は分子拡散係数よりけた違いに大きく、「10²〜10³倍」程度ではありません。
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公表問題では「乱流拡散係数は分子拡散係数の10²〜10³倍に達する」が誤りとされています。また乱流拡散係数は、煙濃度を測る時間(平均化時間)に応じて変わります。分子拡散は実務上ほとんど無視でき、拡散の話は乱流を前提に進みます。
大気汚染モデルで、時間とともに変化する排出を扱うのに適した考え方はどれか。
- 風向を無視するモデル
- パフモデル(一定量の塊が次々に放出されると考える)
- 排出量を無視するモデル
- 定常状態だけを仮定するモデル
- 地形を無視するモデル
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正解 2パフモデル(一定量の塊が次々に放出されると考える)
プルームモデルは煙が連続した帯として定常的に流れると考えるため、状況が刻々変わる場合には向きません。パフモデルは煙の塊を次々に飛ばす考え方なので、変動を追えます。
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事故時の一時的な放出や、風向が急に変わる場面ではパフモデルが使われます。目的に合わせてモデルを選ぶことが重要です。
ごみ焼却施設の排ガス処理についての記述として、誤っているものはどれか。
- 窒素酸化物は、燃やし方を調整する方法や乾いた薬剤を使う方法で減らすことが多い
- 水銀とダイオキシン類には、バグフィルターを低い温度で使う方法や活性炭を組み合わせる方法が効く
- カドミウムや鉛は、ばいじんを取り除くことで排ガスから一緒に除かれる
- 塩化水素と硫黄酸化物を取り除くやり方は、水にアルカリを溶かして洗う湿式が今の主流である
- ダイオキシン類の防止指針が定められて以降、集じん設備はバグフィルターが中心になった
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正解 4塩化水素と硫黄酸化物を取り除くやり方は、水にアルカリを溶かして洗う湿式が今の主流である
塩化水素や硫黄酸化物は、消石灰などの粉を吹き込んでバグフィルターで受ける乾式が主流です。湿式が主流という記述が誤りです。
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窒素酸化物は燃焼制御や乾式法、重金属はばいじん除去、水銀とダイオキシン類は活性炭とバグフィルターの組合せ、と担当がおおよそ分かれています。
地表面粗度が大きい(建物や樹木が多い)場所での風の特徴として、正しいものはどれか。
- 風速の鉛直勾配が大きくなり、機械的な乱れが強くなる
- 風はまったく吹かなくなる
- 乱れがなくなる
- 風向が一定になる
- 風速の鉛直勾配が小さくなる
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正解 1風速の鉛直勾配が大きくなり、機械的な乱れが強くなる
地表に凹凸が多いほど、地面近くの風が強くこすられて遅くなります。その結果、上空との速度差(鉛直勾配)が大きくなり、乱れが生まれます。
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この乱れが強制対流のもとになります。市街地と平坦な海上で拡散のしかたが違うのはこのためです。
分子拡散と乱流拡散の関係として、正しいものはどれか。
- 大気中の煙の広がりは、分子拡散よりも乱流拡散が支配的である
- 分子拡散のほうが支配的である
- 両者は同じ大きさである
- 大気中では分子拡散しか起こらない
- どちらも起こらない
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正解 1大気中の煙の広がりは、分子拡散よりも乱流拡散が支配的である
分子の熱運動による広がりは非常に遅く、大気のスケールではほとんど効きません。実際の煙は、大小の渦による乱流拡散で広がります。
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だから拡散を扱うときは、まず風と乱れ(大気安定度)を見ます。分子拡散は静止した気体の中でしか主役になりません。
大気汚染の常時監視についての記述として、最も適切なものはどれか。
- 都道府県知事が大気の汚染の状況を常時監視し、その結果を公表する
- 市町村長が行う
- 事業者が自主的に行うもので、法令の定めはない
- 常時監視の制度はない
- 環境大臣が直接すべての地点で測定する
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正解 1都道府県知事が大気の汚染の状況を常時監視し、その結果を公表する
大気汚染防止法第22条は、都道府県知事が大気の汚染の状況を常時監視しなければならないと定めています。
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水質汚濁防止法第15条も、都道府県知事が公共用水域と地下水の汚濁の状況を常時監視すると定めています。大気と水質で同じ仕組みです。
総量規制の考え方として、最も適切なものはどれか。
- 濃度規制と同じものである
- 総量規制の制度はない
- 個々の施設が濃度基準を守っていても、地域全体の排出量が多ければ環境基準を達成できないため、地域全体の総量を規制する
- 施設ごとの濃度をさらに厳しくすることをいう
- 全国一律で適用される
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正解 3個々の施設が濃度基準を守っていても、地域全体の排出量が多ければ環境基準を達成できないため、地域全体の総量を規制する
濃度の規制だけでは、施設が増えれば地域全体の汚染は悪化します。そこで地域を指定し、そこから出る量の合計を抑える仕組みが設けられています。
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大気ではいおう酸化物と窒素酸化物が対象で、指定地域が定められています。水質のCOD・窒素・りんと同じ考え方です。
有効煙突高さHe=150m、排出量Q=3m³/sの煙源がある。風速u=2.0m/s、水平方向拡散幅σy=300m、鉛直方向拡散幅σz=150mのとき、正規形プルーム拡散式(地表での反射を含む)による煙流中心軸直下の地上濃度はおよそ何ppmか。ただし、exp(−1/2)=0.61とする。
- 6.5
- 3.2
- 10.6
- 0.65
- 65
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正解 16.5
中心軸直下の地上(y=0、z=0)では、式が C=Q/(2πuσyσz)×2exp(−He²/2σz²)×10⁶ にまとまります。He=σz=150mなので指数部分は exp(−1/2)=0.61。3÷(2π×2.0×300×150)≒5.31×10⁻⁶ に 2×0.61 をかけて ≒6.47×10⁻⁶、10⁶倍して約6.5ppmです。
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地表で煙が跳ね返る効果(反射)の2倍を忘れると3.2ppm、exp の項を忘れると10.6ppmになります。He=σz のように、指数の中身が−1/2になる条件で出題されることが多いので、exp(−1/2) の値が与えられたら「He と σz が等しい」と気づけると速く解けます。
我が国の石炭火力発電所の脱硫装置として一般的な方式はどれか。
- 安価な炭酸カルシウム(石灰石)を使う湿式石灰石こう法
- 水酸化ナトリウム溶液で吸収し、亜硫酸ナトリウムを回収する方式
- 排ガスを冷却して硫黄を凝縮させて取り出す方式
- 尿素を吹き込んで硫黄酸化物を還元する方式
- 燃料に水を混ぜて燃焼温度を下げる方式
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正解 1安価な炭酸カルシウム(石灰石)を使う湿式石灰石こう法
石炭火力は排ガス量がとても多いので、薬剤の安さが決め手になります。石灰石(炭酸カルシウム)のスラリーでSO₂を吸収し、石こうとして回収する湿式石灰石こう法は、薬剤が安く副生物も利用できるため広く使われています。
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設備によって対策は異なります。ごみ焼却設備ではSO₂をアルカリ剤と反応させて生成物を回収し、鉄鋼の焼結炉では活性コークスを使う乾式脱硫の導入例もあります。製油所の水素化精製で出る酸性ガスは、硫化水素を除いてから燃料ガスとして使います。「セメント製造では活性炭の乾式吸着が主流」は公表問題で誤りとされた文です。
低低温形電気集じん装置を使う微粉炭火力の高性能排煙処理システムで、ボイラー出口からの機器の並び順として、正しいものはどれか。
- 脱硝 ⇒ GGH(熱回収側) ⇒ 電気集じん ⇒ 脱硫 ⇒ GGH(再加熱側)
- 電気集じん ⇒ 脱硝 ⇒ GGH(熱回収側) ⇒ 脱硫 ⇒ GGH(再加熱側)
- GGH(熱回収側) ⇒ 電気集じん ⇒ 脱硝 ⇒ 脱硫 ⇒ GGH(再加熱側)
- 脱硝 ⇒ 電気集じん ⇒ GGH(熱回収側) ⇒ 脱硫 ⇒ GGH(再加熱側)
- GGH(熱回収側) ⇒ 脱硝 ⇒ 電気集じん ⇒ 脱硫 ⇒ GGH(再加熱側)
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正解 1脱硝 ⇒ GGH(熱回収側) ⇒ 電気集じん ⇒ 脱硫 ⇒ GGH(再加熱側)
アンモニア接触還元の脱硝触媒は300〜400℃程度の高温で働くので、ボイラーのすぐ後に置きます。次にGGH(ガス・ガス熱交換器)で熱を回収して排ガスを約90℃まで冷やし、その低い温度で電気集じん装置を動かすのが「低低温形」です。そのあと湿式の脱硫装置を通り、最後に回収した熱で再加熱して煙突から出します。
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排ガスを冷やすとダストの見かけの電気抵抗率が下がり、逆電離が起きにくくなるので、電気集じん装置の性能が上がります。冷やすことで硫酸ミスト(SO₃)がダストに付着して一緒に取れる利点もあります。
都市ごみを焼却したときに発生する有害物質等と、その発生濃度(処理前)の概略値の組合せとして、正しいものはどれか。
- ダイオキシン類 ― 1〜10 ng-TEQ/m³N
- ばいじん ― 80〜200 ppm
- 窒素酸化物 ― 2〜5 g/m³N
- 水銀 ― 250〜1000 ppm
- 塩化水素 ― 1〜10 ng-TEQ/m³N
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正解 1ダイオキシン類 ― 1〜10 ng-TEQ/m³N
ダイオキシン類は毒性の強さで重みづけした量(TEQ)で表し、処理前でもナノグラム(10億分の1グラム)単位の1〜10 ng-TEQ/m³N程度です。単位の桁を見れば、どの物質か見当がつきます。
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処理前の概略値は、塩化水素250〜1000ppm、窒素酸化物80〜200ppm、水銀0.1〜0.5mg/m³N、ばいじん2〜5g/m³N、ダイオキシン類1〜10ng-TEQ/m³Nです。ガス状物質はppm、粒子はg、微量の水銀はmg、ダイオキシン類はng-TEQと、単位で見分けられます。
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掲載問題は公式過去問の転載ではなく、同じ論点を問うオリジナル問題です。
内容には万全を期していますが誤りが含まれる可能性があります。受験にあたっては必ず公式資料をご確認ください。
問題データ最終更新:2026-08-14