JP2001066298A

JP2001066298A - 水質測定装置

Info

Publication number: JP2001066298A
Application number: JP24179799A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Yoshimasu; 正博吉益; Hiroshi Miyata; 洋宮田
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1999-08-27
Filing date: 1999-08-27
Publication date: 2001-03-16

Abstract

(57)【要約】【課題】排水のｐＨなどの水質測定を精度よく行う。【解決手段】ｐＨ測定装置２０を、貯槽２１内を仕切
板２４で仕切り、流入管２２から流入する藻類や汚れな
どが直接付着しない位置に配置する。ｐＨ測定装置２０
側の貯槽２１の底部には流出管２３が開口し、上部には
オーバフロー管２６が設けられる。流入管２２から流入
する排水は、流出管２３とオーバフロー管２６とから排
出され、仕切板２４の下方を通じてｐＨ測定装置２０の
周囲の排水は入換わる。流入管２２側では、藻類３０な
どが水面に浮上し、オーバフロー管２５から排出され
る。また蓋２９を閉じて、貯槽２１に入る光を遮断する
ことができ、光を遮断することによって藻類３０の光合
成活動を停止させ、排水中の炭酸の減少によるｐＨの測
定値の上昇を抑えることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排水の水質管理な
どに用いる水質測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に工場などでは、水を大量に利用し
ている。大量に利用する水は、一般に海水や工水の形で
供給され、利用が終了した水は排水となる。排水の水質
は、周囲の環境に与える影響が大きいので、法的に水質
管理が義務づけられている。

【０００３】図６は、海水を多量に使用する場合の一例
として、液化天然ガス（以下、「ＬＮＧ」と略称する）
気化装置１の概略的な構成を示す。ＬＮＧ気化装置１で
は、ＬＮＧタンク２に蓄えられるＬＮＧを気化させるた
めの熱源として、海水が有する熱量を利用する。ＬＮＧ
タンク２には、天然ガスの産地から液化されたＬＮＧが
ＬＮＧタンカーなどで運搬されて供給される。ＬＮＧタ
ンク２へのＬＮＧの補給の便宜上、ＬＮＧ気化装置１
は、海岸に近い場所に設けられる。このためＬＮＧの気
化の熱源として、海水が利用される。

【０００４】ＬＮＧ気化装置１の熱源として使用する海
水は、ポンプ３によって海から汲上げられ、ＬＮＧ気化
装置１に供給される。ＬＮＧ気化装置１でＬＮＧと熱交
換して冷却された海水は、排水ピット４に一時的に貯留
された後、元の海に戻される。海に戻す排水のｐＨは、
一定の範囲内、たとえば管理値７．０〜８．５などに保
つことが重要である。なお、水質汚濁防止法の規定で
は、ｐＨ＝５．８〜８．６の範囲である。

【０００５】海水のｐＨは、通常８．１〜８．２であ
る。海水はｐＨの緩衝作用をもっているので、ｐＨは大
きく変動することはない。しかしながら、大量の排水が
流入し、排水中のｐＨが、通常の海水のｐＨの値と異な
ると、局所的に海水のｐＨが変動して、環境上好ましく
ない影響が生じやすくなる。海水中のｐＨの増加は、い
わゆる赤潮と呼ばれる現象に伴って生じる。表層海水で
赤潮が増殖している場合には、ｐＨ８．５前後となり、
時にはｐＨは８．９になることも知られている。これ
は、植物プランクトンの光合成による炭酸の取込みによ
って、ｐＨが上がるからである。

【０００６】排水のｐＨが低下すると、多量の排水が流
入する海水でも局所的にｐＨの低下が生じる。海水中の
ｐＨの低下は、溶存酸素量の低下を招く。なお、河川水
や湖沼水などの淡水のｐＨは７付近か、大気中の二酸化
炭素の影響でわずかに酸性側となる場合が多い。ｐＨは
排水の基本的な水質指標の一つである。水が酸性である
かアルカリ性であるかは、金属の腐食や生態系への影響
などにも関係する。したがって多量の排水では、海水や
淡水のｐＨを変動させないように、ｐＨを管理すること
が重要である。

【０００７】図６のＬＮＧ気化装置１では、排水を一時
的に貯留する排水ピット４に、ｐＨ測定装置５を設け、
排水のｐＨを監視している。ＬＮＧ気化装置１では、海
水の有する熱を利用しているだけなので、ｐＨの変動は
本質的には小さい。何らかの原因でｐＨが大きく変動す
るときには、発生源の原因を調査し、処置をすることと
なっている。

【０００８】図７は、図６のｐＨ測定装置５で用いるｐ
Ｈ測定電極１０の基本的な構成を示す。ｐＨの測定は、
アンチモン電極法、キンヒドロン電極法、比色法などに
よって行うこともできるけれども、ガラス電極法が広く
用いられている。ｐＨ測定電極１０では、ガラス電極１
１と比較電極１２とによって排水中の水素イオン濃度に
対応する起電力を測定する。ガラス電極１１の起電力
は、温度によっても変動するので、温度センサ１３を設
け、温度も検出する。比較電極１２は、一定の電位を示
す。ガラス電極１１と比較電極１２との電位差は、入力
インピーダンスが極めて高い直流増幅回路１４で増幅さ
れる。直流増幅回路１４の感度は、感度調整回路１５に
よって調整される。ガラス電極１１と比較電極１２との
電位差を増幅する際に生じるオフセットである不斉電位
は、不斉電位調整回路１６によって調整される。表示部
１７には、直流増幅回路１４の出力がｐＨの値に変換さ
れて表示される。温度センサ１３の検出値に基づく温度
補償は、温度補償回路１８によって行われる。感度調整
回路１５や不斉電位調整回路１６による調整は、予めｐ
Ｈの値が調整されたｐＨ標準液を用いて較正の際に行わ
れる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】図６に示すような排水
ピット４では、排水を外部に排出する前にｐＨ測定装置
５でｐＨの測定を行う。このため排水ピット４には、少
なくとも一時的に排水が滞留し、藻や水草などの植物が
溜まりやすくなる。排水ピット４内に藻などの植物が増
殖すると、ｐＨ測定用のガラス電極などの表面に付着し
て、測定精度を低下させるおそれがある。ガラス電極の
表面に汚れが付着しても、測定精度は低下する。さら
に、排水ピット４内のガラス電極の周囲で植物が増殖す
ると、その光合成によって前述のように水中の炭酸が消
費され、局所的にｐＨが増加するので、ｐＨの計測値が
真実の値からずれてしまうおそれがある。特に植物の光
合成の活動が盛んな日中には、ずれが大きくなってしま
う。

【００１０】排水中の油分や浮遊物質の付着によるガラ
ス電極の応答性の遅れは、超音波による自動洗浄装置な
どを設ければ、改善することは可能である。しかしなが
ら、植物の光合成によるｐＨの上昇は、ガラス電極の表
面に付着している植物を除去することができたとして
も、解消させることはできない。また、排水ピット４内
などに洗浄装置を設けることは、排水ピット４の構成を
複雑にし、設備費用を増大させたり、運転のための手間
を増加させたりしてしまう。

【００１１】本発明の目的は、簡単な構成で、水質測定
の精度を向上させることができる水質測定装置を提供す
ることである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、排水の水質
を、電気的に測定する水質測定装置において、表層に排
水の流入部が設けられ、該流入部から間隔をあけた底部
に排水の流出部が設けられる貯槽と、貯槽内で、該流入
部と該流出部との間に設けられ、水面上から底部付近ま
での間で、該流入部側と該流出部側とを仕切る仕切部材
と、仕切部材によって仕切られる貯槽の流出部側に配置
される水質測定用の電極と、仕切部材によって仕切られ
る貯槽の流入部側に開口するオーバフロー管とを含むこ
とを特徴とする水質測定装置である。

【００１３】本発明に従えば、対象となる排水は、貯槽
内に貯留される。貯槽には、表層に流入部が設けられ、
流入部から間隔をあけた底部に流出部が設けられる。貯
槽の流入部と流出部との間には、仕切部材が設けられ、
水面上から底部付近までの間で流入部側と流出部側とを
仕切る。仕切部材によって仕切られる流出部側には、水
質測定用の電極が配置され、流入部側にはオーバフロー
管が開口する。流入部から貯槽内に流入する排水は、仕
切部材の流入部側に流入し、藻や水草などは、流入部側
の水面付近に溜まる。流入部から流入した排水は、仕切
部材の下方を通って流出部側に流れ、流出部から排出さ
れる。水質測定用の電極は流出部側に配置されているの
で、流入部から貯槽内に流入する排水に含まれる汚れや
植物に直接触れることはなく、表面への付着を防ぐこと
ができる。

【００１４】また本発明で前記電極は、ｐＨ測定用であ
り、前記貯槽は、光を遮断できる構造であることを特徴
とする。

【００１５】本発明に従えば、ｐＨ測定用の電極を、貯
槽の内部を仕切部材で仕切って、排水の流入部側ではな
く排水の流出部側に配置するので、排水の流入部側に溜
まる植物の光合成活動によって水中の炭酸が減少してｐ
Ｈが増大する影響を受けにくくすることができる。さら
に貯槽は光を遮断できる構造であるので、植物の光合成
に必要な日光を遮断することができ、仮に、貯槽内に植
物が溜まったとしても、光合成活動を抑えて水中の炭酸
の減少を避け、ｐＨの増加を防ぐことができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態と
してのｐＨ測定装置２０の概略的な構成を示す。ｐＨ測
定装置２０は、貯槽２１内に流入管２２から流入し、流
出管２３から流出する排水のｐＨを測定する。流入管２
２は、貯槽２１の水面付近の水中に開口し、流出管２３
は貯槽２１の底部に、流入管２２の開口部から間隔をあ
けて開口する。流入管２２の開口部と流出管２３の開口
部との間には、仕切部材である仕切板２４が設けられ
る。仕切板２４は、貯槽２１の水面から上の部分と、底
部近くまでの部分とを仕切る。仕切板２４によって仕切
られる貯槽２１の流入管２２側と流出管２３側とは、仕
切板２４と貯槽２１の底部との間に設けられる隙間を介
して連通している。仕切板２４によって仕切られる流入
管２２側および流出管２３側の水面付近には、オーバフ
ロー管２５，２６がそれぞれ開口する。

【００１７】貯槽２１に貯留される排水のｐＨは、ｐＨ
表示器２７を備えるｐＨ測定器２８によって測定され、
ｐＨ表示器２７では測定値が、たとえば「７．９３」な
どとデジタル値で表示される。貯槽２１の上部には蓋２
９が開閉可能に設けられ、蓋２９を閉じると、貯槽２１
内に入る光を遮断することができる。蓋２９を閉じて光
を遮断すると、仕切板２４によって仕切られる流入管２
２側に藻類３０などの植物が溜まっていても、光合成の
活動を抑えて、排水中の炭酸が減少するのを防ぎ、ｐＨ
測定器２８で測定するｐＨの値のずれを防ぐことができ
る。

【００１８】図２は、図１のｐＨ測定装置２０が設けら
れる排水設備の概要を示す。ｐＨ測定装置２０は、排水
ピット３０に貯留されて排出される海水のｐＨを測定す
るために設けられる。図６に示すようなｐＨ測定装置５
が排水ピット４に貯留される海水のｐＨを直接測定する
のに対し、本実施形態では汲上げポンプ３２によって排
水ピット３１内の海水を汲上げ、貯槽２１に滞留させ
て、排水管３３から外部に排水する前に測定している。
排水ピット３１は、かなりの容量を有するので、地上を
掘削して形成される。貯槽２１は、ｐＨ測定に必要な容
積を有すればよいので、比較的小形化され、地上に設置
することができる。貯槽２１を地上に設置し、図１に示
すように蓋２９を開閉可能に設けておけば、蓋２９を開
いて、電極に付着した藻類や汚れを容易に清掃し、ｐＨ
測定器２８の測定値の精度を高めることができる。

【００１９】また、図１に示すように、流入管２２から
貯槽２１に排水が流入する部分は、仕切板２４によって
ｐＨ測定電極４０が配置されている部分と仕切られてい
るので、流入する排水中に含まれる汚れや藻類などが、
ｐＨ測定電極４０の表面に付着しにくくすることができ
る。汚れや藻類は、仕切板２４の流入管２２側に滞留
し、藻類３０などは水面に浮かんで、オーバフロー管２
５から容易に排出することもできる。さらに、蓋２９を
閉じれば、貯槽２１に入る光を遮断することができ、藻
類３０の付着があっても光合成が行われないようにし
て、ｐＨ測定器２８の測定値が常時正確な値を示すよう
にすることができる。

【００２０】図３は、図１に示すｐＨ測定電極４０の内
部構成を示す。ｐＨ測定電極４０は、図７に示すｐＨ測
定電極１０と同様に、ガラス電極４１および比較電極４
２を含んで構成される。さらに図７に示すような温度セ
ンサ１３などを含み、測定のための電気的構成は図７と
同様に行われる。

【００２１】ガラス電極４１および比較電極４２は、ガ
ラス製の支持管４３，４４内にそれぞれ形成される。支
持管４３，４４内には、内部電極４５，４６がそれぞれ
設けられる。内部電極４５，４６は、支持管４３，４４
の上部を封止するキャップ４７，４８によって吊下げら
れるように支持され、リード線４９，５０がそれぞれ外
部に引出される。ガラス電極４１の支持管４３内には、
内部液５１として、ｐＨ緩衝液としての塩化カリウム
（ＫＣｌ）溶液が蓄えられる。比較電極４２の支持管４
４内にも、内部液５２としてＫＣｌ溶液が蓄えられる。
ガラス電極４１の支持管４３の先端部は、ガラスの厚み
が薄くなり、ガラス膜５３を形成する。比較電極４２の
支持管４４の先端部には、小さな透孔としての液絡部５
４が設けられ、液絡部５４を介して内部液５２と外部の
排水とが電気的に接触している。液絡部５４を介して内
部液５２が流出するので、比較電極４２には内部液補充
口５５が設けられ、内部液５２が減少すると補充するこ
とができるようになっている。

【００２２】図４は、図３に示すようなガラス電極４１
と比較電極４２とを用いるｐＨ測定の原理を示す。比較
電極４２は、液絡部５４で貯槽２１内の排水と導通して
いるので、ガラス電極４１および比較電極４２の内部電
極４５，４６は、ガラス膜５３によって隔てられている
ことになる。ガラス膜５３のガラス電極４１の内部電極
４５側は、内部液５１が貯留され、ガラス膜５３の比較
電極４２の内部電極４６側は、排水が貯留されているこ
とになる。

【００２３】ガラス膜５３の両面が水溶液に接している
ときに、膜の両側には各溶液のｐＨの差に比例する起電
力が発生する。ガラス電極４１側および比較電極４２側
の水素イオン濃度の対数値に対応するｐＨの値をｐＨｉ
およびｐＨｏとすると、内部電極４５，４６には、次の
第１式で表される起電力Ｅが発生する。Ｅ＝ α×（ｐＨｏ−ｐＨｉ）＋ｅ …（１）ここでＥは起電力［Ｖ］であり、αは感度［Ｖ／ｐＨ］
であり、ｅは不斉電位で［Ｖ］である。ガラス膜５３の
表面に汚れが付着すると、第１式の感度αなどが低下
し、ｐＨの測定値が正しい値からずれてしまう。

【００２４】以上の実施形態では、ＬＮＧ気化装置で海
水から熱を回収するために用いる場合の排水中のｐＨ測
定に関連して説明しているけれども、海水を熱源として
ではなく、火力発電所などで、海水を熱源としてではな
く、冷熱源として利用する場合も本発明を同様に適用す
ることができる。

【００２５】図５は、本発明の実施の他の形態として用
いることができる水質測定用のイオンセンサ６０，７０
の構成を示す。図３に示すようなガラス電極４１では、
特定のイオンである水素イオンにガラス膜５３が感応し
て電位差を発生している。ｐＨ測定用のガラス電極４１
と同様にイオン感応膜としてガラス膜を使用するイオン
センサとして、ナトリウムイオンＮａ⁺測定用が市販さ
れている。

【００２６】図５（ａ）のイオンセンサ６０では、ガラ
ス製の支持管６１の上方にキャップ６２が設けられ、キ
ャップ６２からリード線６３が外部に引出されると同時
に、支持管６１内部の内部リード線６４が下部の導電性
接着剤６５に接続される。導電性接着剤６５は、イオン
感応膜としての加圧成形膜６６に接続される。加圧成形
膜６６は、難溶性金属塩を材料として形成される。この
ような加圧成形膜６６をイオン感応膜として用いるイオ
ンセンサ６０は、塩素イオンＣｌ^-、臭素イオンＢｒ^-、
ヨウ素イオンＩ^-、青酸イオンＣＮ^-、硫黄イオンＳ^2-、
銀イオンＡｇ⁺、銅イオンＣｕ²⁺、カドミウムイオンＣ
ｄ²⁺、チオシアンイオンＳＣＮ^-、鉛イオンＰｂ²⁺など
の検出用のものが市販されている。

【００２７】図５（ｂ）に示すイオンセンサ７０は、ガ
ラス製の支持管７１の上部をキャップ７２で封止し、外
部にリード線７３が引出されるとともに、内部支持管７
４内に内部電極７５が設けられる。内部支持管７４内に
は、内部液７６が貯留され、内部支持管７４と外部の支
持管７１との間にはイオン交換体７７が貯留される。支
持管７１の底部には、多孔性膜７８が設けられる。この
イオンセンサ７０では、液体膜がイオン感応膜となる。
このような液体膜をイオン感応膜とするイオンセンサ７
０としては、硝酸イオンＮＯ₃ ^-、塩素イオンＣｌ^-、カ
ルシウムイオンＣａ²⁺、カリウムイオンＫ⁺、アンモニ
アイオンＮＨ₄ ⁺等の検出用のものが市販されている。こ
のような図５に示す各種のイオンセンサ６０，７０を、
図１のｐＨ測定装置のｐＨ測定装置２０に対するｐＨ測
定電極４０のガラス電極４１と置換えて使用すれば、ｐ
Ｈ以外の水質測定に対しても、本発明を同様に適用する
ことができる。

【００２８】また以上の説明では、海水を排水する場合
の水質測定に本発明を適用しているけれども、河川水、
水道水、工水、あるいは汲上げた井戸水などを使用した
後、排水を排出する場合にも同様に本発明を適用するこ
とができる。

【００２９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、排水の水
質測定を、排水中の汚れが水質測定用の電極表面に付着
して、測定精度を低下させることを防いで、精度よく行
うことができる。電極の周囲には測定装置などを設けな
くても、長い時間にわたって精度よく水質測定を行うこ
とができるので、水質測定装置の構成を簡略化し、運転
に要する手間を軽減して、信頼性を高めることができ
る。

【００３０】また本発明によれば、排水のｐＨ測定の際
に、植物の光合成による計測値のずれを防ぎ、ｐＨ測定
値の精度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態としてのｐＨ測定装置２
０の概略的な構成を示す簡略化した断面図である。

【図２】図１のｐＨ測定装置２０を用いる海水の排水設
備の概略的な構成を示すブロック図である。

【図３】図１のｐＨ測定装置２０に用いるｐＨ測定電極
４０の構成を示す簡略化した断面図である。

【図４】図３のｐＨ測定電極４０でｐＨを測定する原理
を示す図である。

【図５】本発明の実施の他の形態で水質測定電極として
使用することが可能なイオンセンサ６０，７０の構成を
示す簡略化した断面図である。

【図６】従来からのｐＨ測定装置５を用いるＬＮＧ気化
装置１の概略的な構成を示すブロック図である。

【図７】図６のｐＨ測定装置５の電気的構成を示すブロ
ック図である。

【符号の説明】

２０ｐＨ測定装置２１貯槽２２流入管２３流出管２４仕切板２５，２６オーバフロー管２７ｐＨ表示器２８ｐＨ測定器２９蓋３０藻類３１排水ピット４０ｐＨ測定電極４１ガラス電極４２比較電極４３，４４支持管４５，４６内部電極５１，５２内部液５３ガラス膜５４液絡部６０，７０イオンセンサ６６加圧成形膜７７イオン交換体７８多孔性膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０１Ｎ 27/416 Ｇ０１Ｎ 27/46 ３５３Ｚ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排水の水質を、電気的に測定する水質測
定装置において、表層に排水の流入部が設けられ、該流入部から間隔をあ
けた底部に排水の流出部が設けられる貯槽と、貯槽内で、該流入部と該流出部との間に設けられ、水面
上から底部付近までの間で、該流入部側と該流出部側と
を仕切る仕切部材と、仕切部材によって仕切られる貯槽の流出部側に配置され
る水質測定用の電極と、仕切部材によって仕切られる貯槽の流入部側に開口する
オーバフロー管とを含むことを特徴とする水質測定装
置。
【請求項２】前記電極は、ｐＨ測定用であり、前記貯槽は、光を遮断できる構造であることを特徴とす
る請求項１記載の測定装置。