JP2003149146A

JP2003149146A - 油膜検出装置

Info

Publication number: JP2003149146A
Application number: JP2001348292A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Nakanishi; 正和中西; Naoki Hara; 直樹原
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-11-14
Filing date: 2001-11-14
Publication date: 2003-05-21

Abstract

(57)【要約】【課題】油膜検出範囲を広げること。【解決手段】発光手段５０から水面へ照射されるレーザ
ー光の角度を一定周期で変化させ、該水面からの反射光
を受光手段７０が受光する。検出手段３０は水面との距
離を一定にするため架台１０に対して昇降手段２０によ
り上下に移動出来る構造とすると共に水位計４０と連動
させることにより水位変動が大きくても水面と光源との
距離を一定に保つことができる。これによりレーザー光
の水面に照射する位置が変化するので、油膜の検出を広
範囲に渡って実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、海，河川，湖沼な
ど公共用水域、あるいは浄水処理の取水や排水処理の排
水などの油膜を検出する油膜検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】河川，湖沼，海など公共水域に有害物質
が流入する水質汚染事故が増加しており、これら水質汚
染事故の大半が油流出事故である。水質汚染は、環境破
壊，生態系の変化など様々な問題を引き起こす。そのな
かでも最も深刻な問題は飲料水の汚染である。

【０００３】浄水場では河川などから取水した原水に対
し、通常、凝集沈殿処理により濁質の除去，塩素注入に
よるアンモニアや重金属の除去と滅菌を行い浄水を作
り、飲料水として需要家に配水している。また、原水に
油などが混入している場合は、例えば活性炭を注入して
油分を除去する。原水中に油が多く活性炭で処理しきれ
ない場合は、飲料水に油分が含まれるという重大事故に
至ってしまうため、取水を停止しなければならない。ま
た、浄水場に油が流入し、沈殿池やろ過池に付着した場
合はその除去のために池を洗浄せねばならず、長時間断
水に至ることもある。

【０００４】このように、公共水域から取水して飲料水
を製造する浄水場では、取水原水の油有無を２４時間連
続監視し早期検知が重要である。また、原水中の油が浄
水場に流入しても早期に対策を講じられるように、でき
るだけ上流側、取水場では接合井や沈砂部，浄水場では
着水井などの入口で油の有無を検知しなければならな
い。また、公共水域に油の流出させる危険性のあるプラ
ントの排水口にも当然２４時間連続監視せねばならな
い。

【０００５】従来、油の監視方法としては、水面の目視
監視，水中の有機成分ガスクロマトグラフで直接計測す
る方法、一定容積の池の静電容量の変化で油を検出する
比誘電率測定法、水面に接触させた複数の電極間の電気
抵抗値の変化で油を検出する抵抗検知法がある。水中の
有機成分をガスクロマトグラフで直接計測するには前段
で試料水のサンプリングと濃縮が必要なため、２４時間
連続で計測可能装置の実用化は困難である。また、比誘
電率測定法では、大量の油が存在しないと静電容量の変
化が表われないため、微量の油の検出が求められる飲料
水用の原水監視には適用できない。

【０００６】抵抗検知法としては特開昭６１−１５３５
３８号公報のように、浮子に２本の電極を設け、この２
本の電極間の電気抵抗値の変化によって水面の油膜を検
知する方式が提案されている。しかし電気抵抗値は前記
の比誘電率測定法と同様に大量の油膜が存在しないと変
化しないため、微量の油膜の検出には適用できない。

【０００７】油の量は分からないが、油膜を検出する方
法として反射率測定法がある。反射率測定法は、油膜の
反射率が水の反射率よりも高いことを利用した方式で、
原理は、水面に発光ダイオード光などを照射して、その
反射光を受光し、反射光量の強度を計測し、反射量が水
面の値よりも高くなったときは油膜ありと判定する。現
在、発光手段と受光手段は発光手段と受光手段の２つを
１つの検出器内に配置した方式が実用化されている。水
面の反射率を精度良く測定するためには、発光手段，水
面、及び受光手段の相対位置に適切に合わせる必要があ
る。

【０００８】そのためには、測定対象となる水面をでき
るだけ平滑にすること、水面と発光手段の距離を一定に
保つことを前提条件としている。しかし、一般に自然界
の河川の水位や浄水場の取水口の水位は大きく変動する
ので、適用に当たり、まず水面と発光手段の距離を一定
に保つ条件を満たさねばならない。この方法としては、
少しでも力を加えると水面と検出器の光軸がずれるため
微調整が困難である。加えて、水面の波や風によるフロ
ートの揺れが発生するため、調整は不可能と言わざるを
得ない。その結果、基準となる油膜の存在しない水面の
反射量が変動してしまう、反射量からは油膜の存在を検
知できない。一定量の原水をサンプリングして容器に流
し込みオーバーフローさせ、水面の高さを常に一定にし
た状態で反射率を測定するサンプリング方法が考えられ
る。

【０００９】しかし、サンプリング方法では、採水後の
再度油膜が形成するまでに時間を要するため迅速性に欠
ける。また、サンプリング時や容器への流入時には試料
水が撹拌されてしまうと、再度油膜を形成するとは限ら
ない。このように、本サンプリング方式には限界があ
る。特に、浄水場への流入油の対応は迅速性が要求され
るため、飲み水の安全を確保するための方式として適用
することはできない。

【００１０】一方、水面と発光手段の距離を一定に保つ
方法として、検出器をフロートの上に設置されている架
台に宙づり状態で自由端となるように支持し、検出器自
体を水面に浮かす浮遊方法が、例えば特開平１１−２２
３５９８号公報に提案されている。

【００１１】しかし、上に述べた反射率測定法では発光
ダイオード光などの照射位置が固定のため極めて狭い範
囲でしか測定することができない。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】浄水場では、朝昼夕夜
の時間帯，曜日，天候，季節などで水の需要量は大きく
変動するため、水需要量に合わせて原水の取水量を制御
している。取水量の変化は、取水場内の池の水位の変化
として表われる。従って、場内の水位変動は±１〜３ｍ
と大きい。また、原水は流動しているため水面には常に
波が存在しており、池が屋外開放されている場合は、風
雨の影響を受けて水面には複雑な波が発生する。このた
め、水面は平滑ではない。さらに、河川，湖沼，ダムか
ら取水した原水には木の葉などの様々の夾雑物（ゴミ）
が含まれているため、沈砂池の水面にはこれらのゴミが
浮遊し、水面の平滑を乱している。従って、河川などで
形成される油膜の監視のためには、水位変動，水面の
波，ゴミの浮遊に対応可能な油膜検出装置が不可欠であ
る。

【００１３】上記従来技術の検出器を水面に浮かせる浮
遊方法によれば、水位変動が大きくても水面と光源の距
離を一定に保つことができる。しかし、上に述べた反射
率測定法では発光ダイオード光などの照射位置が固定の
ため油膜検出範囲が極めて小さい。

【００１４】本発明は、上記従来技術に対処してなされ
たもので、その目的とするところは油膜検出範囲を広げ
ることを可能にした油膜検出装置を提供することにあ
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る油膜検出装置は、水面に光を照射する
発光手段と水面からの反射光を集光する集光手段と集光
した反射光を受光する受光手段とを収納した検出手段
と、検出手段を設置する架台と、受光手段に受光された
反射光量を求める反射量演算手段と、反射量演算手段の
測定値と設定値を比較して油膜の有無を判定する油膜判
定手段とを備え、発光手段から水面へ照射される光源の
角度を一定周期で変化させ、該水面からの反射光を受光
手段が受光することを特徴とする。

【００１６】また、発光手段がレーザーであることを特
徴とする。また、反射量演算手段は連続して受光する反
射光量を所定時間において測定しその最大値を出力する
こと特徴とする。また、反射光量は所定時間において光
源の角度変化を数周期繰り返して測定することを特徴と
する。また、水位計と、架台に対して検出手段を昇降す
る昇降手段とを設け、該昇降手段は水位計と連動させ前
記検出手段と水面との距離を常に一定にさせることを特
徴とする。

【００１７】本発明を構成する上記手段において、検出
手段に内蔵した発光手段からレーザー等の光を水面に照
射し、その反射光を集光手段で集光し、受光手段で受光
する。発光手段からの照射光の角度を一定周期で変化さ
せることで、集光手段により反射光を全て一点に集中さ
せ受光手段で受光することができる。

【００１８】このように、水面に照射する光の角度を一
定周期毎に変化させることにより、光を水面に照射する
位置が変化するので、油膜の検出を広範囲に渡って実現
できる。また、検出手段は水面との距離を一定にするた
め架台に対して昇降手段により上下に移動出来る構造と
すると共に水位計と連動させることにより水位変動が大
きくても水面と光源との距離を一定に保つことができ
る。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図１に
より説明する。図１に、本発明の一実施例を示す。図１
は本発明の油膜検出装置を河川水の水路に適用した一例
を示している。本実施例は、架台を陸上に設置した構造
であるが、架台を浮遊設置した構造にも適用可能であ
る。

【００２０】図１において、水路１には油膜の監視対象
となる河川水２が流入している。油膜検出装置は架台１
０、昇降手段２０、検出器３０、水位計４０からなる。
昇降手段２０は水位計４０と連動させ、水面と検出器４
０の距離を常に一定にしている。発光手段５０はレーザ
ー光を水面に向かって照射する。照射光は水面で反射さ
れ、反射光は集光手段６０により集光し受光手段７０で
受光される。

【００２１】反射量演算手段８０は受光手段７０で受光
した反射光を所定の計測時間に計測し、その計測時間内
の反射光量の最大値を反射量として判定手段９０に出力
する。反射量演算手段８０は、反射光量の最大値を保持
する。判定手段９０は反射量が油膜のない通常の水面の
値よりも高い場合に油膜ありの信号を出力し、反射量が
水面の値よりも低い場合に水面に異物が存在していると
しての異物ありの信号を出力する。油膜が存在するとき
の反射率は、通常の水面の２倍程度まで高くなるので、
この反射率の差から判定のしきい値を適切に設定すれば
油膜の有無が検出できる。

【００２２】図２に本発明を適用して、油膜なしの水面
と油膜ありの水面の計測例を示す。油膜なしＳ２（図中
実線）の反射光量は３２一定であるが、油膜ありＳ１
（図中破線）の場合は通常の水面に比べて明らかに高
い。本実施例では反射量のしきい値を例えばＬ１とすれ
ば油膜を検知できる。油膜の反射率は、油種，厚さ，異
物の影響を受けて異なるので、反射率が通常水面より５
〜１０程度とわずかに高いケースもある。このケースに
ついても、通常水面の反射量が安定して計測できるの
で、しきい値を低く設定すれば反射率の小さい油膜でも
検知可能である。また、ゴミ等の異物の反射率は水面よ
り明らかに低く図中の異物ありＳ３のように１０以下を
示す。反射量のしきい値をＬ２に設定すれば水面に木の
葉，ゴミなどの異物の存在を検知できる。

【００２３】図３に反射量演算手段８０と判定手段９０
の一実施例を示す。水面からの反射光は変換器８１によ
って光量から電気信号に変換され、最大値保持回路８２
に送られる。最大値保持回路８２は、計測時間設定回路
８３において設定された計測時間Ｔの間の反射光量の電
気信号の最大値を保持し、判定手段９０に反射量として
出力する。判定手段９０の比較回路９１は入力された反
射量が油膜しきい値設定回路９２に設定されているしき
い値よりも大きい場合に油膜ありの信号を出力する。ま
た、比較回路９３は入力された反射量が異物しきい値設
定回路９４に設定されているしきい値よりも小さい場合
に、異物ありの信号を出力する。

【００２４】図４に反射量演算手段８０の動作の一例を
示す。図４の区間ａは、油膜がなく、かつ波の非常に少
ない水面における反射光量の時系列データの例で、反射
光量入力値は３２付近に一定である。区間ａ計測終了後
に反射量出力値として３２が出力される。また、区間
ｂ，ｃは油膜がなく、かつ波のある水面の例である。波
が存在すると反射光量入力値は２０以下に低下すること
もあるが、計測時間Ｔ内には必ず正しい水面の反射光量
を受光できるので、区間ｂまたはｃの終了時点には反射
量出力値は３２が出力される。一方、区間ｄは油膜があ
り、かつ波のある水面の例である。

【００２５】油膜の反射率は、水面より高く本実施例で
は反射量入力値が２回４３を示しているので、区間ｄ終
了時点において、反射量出力値は４３となる。１計測時
間Ｔの間に光源が１回角度変化する時間をtnとしたと
き、tnをｎ回繰り返すことにより、計測時間Ｔ内に広範
囲での油膜検出を行う。これにより光源を固定した場合
と同計測周期に広範囲の油膜検知が可能になる。また角
度変化を複数回繰り返すことにより通過時間の短い油膜
も検知できる。

【００２６】図５に発光手段、集光手段、受光手段の構
成図を示す。発光手段５０はレーザー５１から水面にレ
ーザー光を照射する。その際、レーザー光は角度変化を
繰り返し、光源の向きを変える。集光手段６０は水面か
らの反射光を反射鏡６１により反射させ光を一点の集め
る。受光手段は反射鏡６１からの一点に集光された反射
光を受光手段７０に送る。

【００２７】以上説明した実施例は、河川水を導く水路
への適用事例を説明したが、海域，湖沼，河川の水面の
計測に適用してもなんら支障はない。また、浄水場の取
水，石油化学プラントなど油を貯蔵した施設の排水，廃
水処理設備の排水など油を含む可能性のある水にも当然
適用できる。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、水位変動の大きい河川
や湖沼，海域における油膜の存在を精度良く広範囲で検
出できるので、油流出事故を早期に検知でき、対策を早
期に実施できる。浄水場であれば、取水の停止や活性炭
の散布であり、また、廃水処理設備や石油化学プラント
からの排水の場合は、オイルフェンスやオイルマットの
布設，油中和剤の散布などである。これらの対策は、油
膜検知信号を受けて自動的に実施させてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。

【図２】反射量の時系列変化を示す特性図である。

【図３】本発明の反射量演算手段と判定手段の一実施例
を示す機能図である。

【図４】反射量演算手段の動作を示す図である。

【図５】発光手段及び受光手段を示す構成図である。

【符号の説明】

１…水路、２…河川水、１０…架台、２０…昇降手段、
３０…検出器、４０…水位計、５０…発光手段、６０…
集光手段、７０…受光手段、８０…反射量演算手段、９
０…判定手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者原直樹茨城県日立市大みか町五丁目２番１号株式会社日立製作所情報制御システム事業部内Ｆターム(参考） 2G059 AA05 BB04 BB05 CC14 EE02 FF04 GG01 JJ13 KK01 MM01 MM04 MM05 MM10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水面に光を照射する発光手段と水面からの
反射光を集光する集光手段と集光した反射光を受光する
受光手段とを収納した検出手段と、前記検出手段を設置
する架台と、前記受光手段に受光された反射光量を求め
る反射量演算手段と、前記反射量演算手段の測定値と設
定値を比較して油膜の有無を判定する油膜判定手段と、
を備え、前記発光手段から水面へ照射される光源の角度を一定周
期で変化させ、該水面からの反射光を前記受光手段が受
光することを特徴とする油膜検出装置。
【請求項２】請求項１において、前記発光手段がレーザ
ーであることを特徴とする油膜検出装置。
【請求項３】請求項１において、反射量演算手段は連続
して受光する反射光量を所定時間において測定しその最
大値を出力すること特徴とする油膜検出装置。
【請求項４】請求項３において、反射光量は所定時間に
おいて光源の角度変化を数周期繰り返して測定すること
を特徴とする油膜検出装置。
【請求項５】請求項１において、水位計と、架台に対し
て検出手段を昇降する昇降手段とを設け、該昇降手段は
水位計と連動させ前記検出手段と水面との距離を常に一
定にさせることを特徴とする油膜検知装置。