JP2004354232A

JP2004354232A - 汚れ測定装置及びそれを用いた水処理方法

Info

Publication number: JP2004354232A
Application number: JP2003152890A
Authority: JP
Inventors: Norihiko Onishi; 則彦大西
Original assignee: Hakuto Co Ltd
Current assignee: Hakuto Co Ltd
Priority date: 2003-05-29
Filing date: 2003-05-29
Publication date: 2004-12-16
Anticipated expiration: 2023-05-29
Also published as: JP4330930B2

Abstract

【課題】水系における汚れの度合いを迅速かつ連続的に測定することができ、測定値のバラツキが小さく、正確な測定が可能な汚れ測定装置及びそれを用いた水処理方法を提供する。
【解決手段】無色透明のアクリル製の汚れ測定用セル１の側壁１ｂの外側には白色ＥＬ発光体２が貼り付けられており、側壁１ｂに対向する側壁１ｃの外側には白色ＥＬ発光体２と対面する位置に光電池３が貼り付けられている。光電池３は電圧計に接続されている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、汚れ測定装置及びそれを用いた水処理方法に関する。この汚れ測定装置及び水処理方法は、製紙工程や冷却水等の工業工程水系における汚れの測定及び水処理に使用して好適である。
【０００２】
【従来の技術】
工程水、冷却水等、産業活動に伴って用いられる水には、カルシウム分やケイ素分等が含まれており、これらに起因して配管内や熱交換器内にはスケールが沈着することとなる。また、水の中に存在する微生物によって産出されたスライムと称される粘度の高い塊が配管等に付着する場合もある。こうした配管等に付着した汚れは、様々なトラブルを引き起こすこととなる。例えば、製紙工程における配管の汚れが剥がれて製品に付着すると、製品の品質が著しく低下してしまう。また、冷水塔において、熱交換器に冷却水中の汚れが付着すると、熱交換効率が低下してしまう。このため、配管等に付着した汚れを測定し、その測定結果に応じて適切な量の殺菌剤や分散剤等の薬剤を添加することが必要となる。
【０００３】
従来、こうした配管等に付着した汚れの付着量を測定するための汚れ測定装置として、透明な通水管と、通水管に光を照射する発光体と、発光体から通水管に照射されて透過した光を受光し、光の強さに応じた電気信号を発生する受光体とを備えた汚れ測定装置が知られている（例えば、特許文献１〜３）、
【特許文献１】
特開平５−２０９７２５号公報
【特許文献２】
特開平９−２３６５４６号公報
【特許文献３】
特開平１０−２６７８４３号公報
【０００４】
上記公報記載の汚れ測定装置では、通水管が汚れているほど光の透過率が低下し、測定される光の強さは低下するため、その強さの低下の程度を把握することにより、汚れの程度を測定することができる。
【０００５】
すなわち、これらの汚れ測定装置によれば、汚れを電気信号の強度変化によっ直接的に測定することができる。このため、汚れの度合いをある程度正確に測定することができる。
【０００６】
さらに、これらの汚れ測定装置は、汚れの度合いを迅速かつ連続的に測定することができるため、汚れの急激な変化に対する対処が可能となる。
【０００７】
また、これらの汚れ測定装置の受光部から発生する電気信号に基づき、水処理に適切な量の水処理剤を添加する水処理剤制御手段を駆動させれば、汚れの発生を効果的に防止することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の汚れ測定装置では、電球、ＬＥＤ、半導体レーザー、あるいはそれらを光ファイバーで導いたもの等の、小さな光源を使用しているため、光は通水管の極めて狭い範囲にしか照射されない。このため、その狭い範囲における測定結果のみから全体の汚れを推定することとなり、測定値にバラツキが生じやすいとともに、汚れの測定が不正確となりやすい。
【０００９】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであり、水系において汚れの度合いを迅速かつ連続的に測定することができ、測定値のバラツキが小さく、正確な測定が可能な汚れ測定装置及びそれを用いた水処理方法を提供することを解決すべき課題としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の汚れ測定装置は、光の透過が可能な汚れ測定用セルと、該汚れ測定用セルに対して光を照射するための発光体と、該発光体から該測定用セルに照射されて透過した光を受光し、該透過した光の強さに応じた電気信号を発生する受光体と、該電気信号の強度を測定する測定部とを備えた汚れ測定装置において、前記発光体は面で発光する面発光体であり、前記受光体は面で受光することによって前記電気信号が発生する面受光体であることを特徴とする。
【００１１】
本発明の汚れ測定装置では、受光体から発生する電気信号の強度変化を測定部によって連続的に測定しているため、汚れの度合いを迅速かつ連続的に測定することができる。また、発光体は面という広い範囲での発光が可能な面発光体とされているため、汚れ測定用セルに対し、従来の点光源から光を照射する汚れ測定装置の場合よりも広い範囲に光が照射される。さらに、受光体は面という広い範囲で受光する面受光体とされているため、汚れ測定用セルの広い範囲を透過した光を広い範囲で受光して、電気信号が発生する。このため、この測定装置による汚れの測定値は、汚れ測定用セルの広い範囲に照射され、透過した光に基づく平均化された値となる。
【００１２】
したがって、本発明の汚れ測定装置によって水系における汚れの測定をした場合、汚れの度合いを迅速かつ連続的に測定することができ、測定値のバラツキが小さく、正確な測定が可能となる。
【００１３】
汚れ測定用セルは、通水可能な透明部材からなり、面発光体及び面受光体は該汚れ測定用セルの外側に密接又は近接して設けられることができる。こうであれば、面発光体及び面受光体を水の中に入れる必要はないため、容易に面発光体及び面受光体を配置することができる。このような例としては、例えば、測定しようとする水系の配管の一部を透明管としたり、配管にバイパス管を設けてそのバイパス管を透明管としたりして、それらの透明管の外側に対面する位置で面発光体及び面受光体を貼り付けたり、透明管を断面ドーナツ形状とし、その内側及び外側に面発光体及び面受光体が対面する位置で貼り付ける等の手法を用いることができる。
【００１４】
通水可能な透明部材の材質については特に限定はなく、無機ガラス、アクリル樹脂、透明塩化ビニル樹脂、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、フッ素樹脂等を用いることができる。フッ素樹脂は耐薬品性に優れているため強酸や強アルカリ等の環境下で使用する場合に好適である。
【００１５】
また、透明部材を透明管とする場合、透明管の断面形状については特に限定はなく、例えば矩形や円形等のものを採用することができる。断面形状が矩形であれば、平面形状の発光体や受光体を配管の一面側及び他面側に極めて近接して配設することができるため、汚れ測定装置の感度がより高くなり好適である。
【００１６】
面全体が発光する面発光体としては、例えば有機電界（エレクトロルミネッセンス：ＥＬ）発光体、無機電界（エレクトロルミネッセンス：ＥＬ）発光体、発光ダイオードを同一平面状に集合させて面での発光を可能とさせた集合体等が挙げられる。また、ガラス板や透明樹脂板の表面にレーザ光等で互いに平行する断面がＶ字状の溝を形成し、蛍光灯の光をこれらの板と平行方向から照射し、入射した光をその溝で反射させて面発光を可能にしたもの等を用いることもできる。これらの内でも有機電界（エレクトロルミネッセンス：ＥＬ）発光体は薄いシート形状で柔軟性があり、自由な大きさに切断して使用することもできるため、使用箇所の形状に合わせ易く好適である。
【００１７】
なお、面発光体における発光面の面積は１００ｍｍ^２〜１０００００ｍｍ^２の範囲が好ましい。発光面の面積が１００ｍｍ^２未満では、測定値のバラツキが大きくなり、正確な測定が困難となる。また、発光面の面積が１０００００ｍｍ^２を超えた場合、測定値のバラツキは小さくなり、正確な測定はできるものの、測定用セルが大きくなり製造コストが高騰化するとともに、設置場所の確保も困難となる。より好ましくは１５０ｍｍ^２〜２００００ｍｍ^２の範囲である。
【００１８】
また、面発光体の輝度は５０ｍＣｄ〜１００００ｍＣｄの範囲であることが好ましい。５０ｍＣｄ未満では、受光体から発せられる信号の強度が弱くなり測定誤差が大きくなる。また、１００００ｍＣｄを超える面発光体は価格が高く、汚れ測定装置が高騰化することとなる。
【００１９】
面受光体としては、ある程度の面積を有する面で受光することによって電気信号が発生する面受光体受であればどのようなものを採用しても良い。例えば、光電池、ＣｄＳを利用した受光体等が挙げられる。光電池は受光面の面積の大きなものが安価で市販されており、好適である。面受光体の受光面の面積は適宜決定されるが、１５０ｍｍ^２〜１０００００ｍｍ^２の範囲が好ましい。受光面の面積が１５０ｍｍ２未満では測定値のバラツキが大きくなりく、正確な測定が困難となる。また、発光面の面積が１０００００ｍｍ^２を超えた場合、測定値のバラツキは小さくなり、正確な測定はできるものの、測定用セルが大きくなり製造コストが高騰化するとともに、設置場所の確保も困難となる。より好ましくは２００ｍｍ^２〜２００００ｍｍ^２の範囲である。
【００２０】
また、面発光体の発光面の面積と面受光体の受光面の面積との比率については特に限定はなく、測定セルの形状等に合わせて適宜決めればよい。さらに、面発光体と面受光体との距離についても、測定セル内を流れる水の濁度や要求される感度等に合わせ、適宜決めることができる。
【００２１】
本発明の水処理方法は、請求項１記載の汚れ測定装置によって水系の汚れを測定し、該汚れ測定装置の測定結果に基づき水処理に適した量の水処理剤を水系に添加することを特徴とする。
【００２２】
本発明の水処理方法では、請求項１記載の汚れ測定装置によって水系の汚れを測定した結果に基づき、水処理に適した量の水処理剤を水系に添加される。具体的には、例えば薬注ポンプとその制御装置の組み合わせによって、水処理剤が添加される。このため、汚れの発生を効果的に防止することができる。水処理剤としては、例えばスライムの発生を防止するための殺微生物剤、腐食防止剤、スケールコントロール剤、消泡剤、汚れ付着防止剤等が挙げられる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の汚れ測定装置及び汚れ測定方法を具体化した実施例１及び比較例１について図面１〜８を参照しつつ説明する。
【００２４】
（実施例１）
実施例１の汚れ測定装置は、図１に示すように、無色透明のアクリル板からなり、高さ２０ｃｍ、幅２０ｃｍ、奥行き１０ｃｍの容器形状とされた測定用セル１を備えている。測定用セル１の内部には、仕切板１ｄが垂設されており、これにより容量が１：２に分割されている。この仕切板１ｄには、ＳＵＳ３０４製で３ｃｍ×５ｃｍの矩形形状とされた付着試験用テストピース４が側壁１ｂ、１ｃと平行に４枚づつ２列に合計８枚取り付けられている。底板１ａには、仕切板１ｄを挟んで両側に一ヶ所づつ内径３ｃｍの給水管１ｅと内径３ｃｍの排水管１ｆとが接続されている。給水管１ｅは図２に示すように、循環ポンプ５を介して貯留タンク６に接続されており、排水管１ｆは貯留タンク６に接続されている。測定用セル１の側壁１ｂの外側面には５ｍＣｄ／ｃｍ^２の白色ＥＬ発光体２（８ｃｍ×８ｃｍ）が貼り付けられている。また、測定用セル１の側壁１ｃの外側面には光電池３（５ｃｍ×７ｃｍ、ＳＡＮＹＯ（株）製）が白色ＥＬ発光体２と対面する位置に貼り付けられている。光電池３はリード線を介して電圧計２０に接続されている。
【００２５】
（汚れ測定試験）
以上のように構成された実施例１の汚れ測定装置を用い、汚れ測定試験を行った。すなわち、図２に示す貯留タンク６に製紙白水（ｐＨ＝６．７、ポイップ積分球式濁度５０ｐｐｍ）を１０００Ｌ入れ、図示しない温度制御装置によって３５°Ｃに保つ。そして、貯留タンク６の底に近い位置から循環ポンプ５によって製紙白水を汲み上げ、毎分２Ｌの流量で循環させた。貯留タンク６から汲み上げられた製紙白水は循環ポンプ５から給水管１ｅを通り、測定用セル１に入り、付着試験用テストピース４に接触することによって付着試験用テストピース４の表面に汚れが徐々に付着する。そして、仕切り板１ｄをオーバーフローし、排水管１ｆを通って貯留タンク６に貯留される。さらに、貯留タンク６内に貯留された製紙白水は循環ポンプ５によって再び循環される。なお、試験中において微生物の死滅を防ぐために、イーストエキストラクト１０００ｐｐｍとブドウ糖２００ｐｐｍとを含む混合溶液を１２時間ごとに１００ｍｌ添加した。結果を図３及び図４に示す。
【００２６】
図３から分かるように、汚れ布着試験用テストピース４の付着物の増加量は時間の経過とともに増大した。一方、光電池パネル３の起電力は時間の経過とともに低下した。汚れ付着試験用テストピース４の付着物の増加量と光電池３の起電力の低下電圧とを比較した場合、図４に示すように良い相関を示すことが分かった。
【００２７】
（比較例１）
比較例１の汚れ測定装置は、図５に示すように、発光体としてのＬＥＤ７が側壁１ｂの外側に近接して設けられており、受光体としてのフォトトランジスタ８がＬＥＤ７に対向し、側壁１ｃの外側の位置に設けられている。ＬＥＤ７の発光面の直径は３ｍｍ（面積＝７．１ｍｍ^２）であり、フォトトランジスタ８の受光面の直径は４ｍｍ（面積＝１２．６ｍｍ^２）である。その他の構成は図１に示す実施例１の汚れ測定装置と同様であり、同一の構成については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００２８】
以上のように構成された比較例１の汚れ測定装置を用い、実施例１と同様の条件で汚れ測定を行った。結果を図６に示す。
【００２９】
図６から分かるように、汚れ付着試験テストピース４の付着物の増加量は時間の経過とともに増大しているのに対し、フォトトランジスタ８の出力電圧は大きく変動し、汚れ付着試験テストピース４の付着物の増加量との相関は認められなかった。この原因は、次のように考えられる。すなわち、この汚れ測定装置では、発光体として直径３ｍｍ（面積＝７．１ｍｍ^２）という小さな光源であるＬＥＤ７を用いているため、ＬＥＤ７から照射される光は測定セル１の極めて狭い範囲にしか当たらない。また、受光体として直径４ｍｍ（面積＝１２．６ｍｍ^２）という小さなフォトトランジスタ８を使用しているため、測定用セル１の極めて狭い範囲において汚れを測定していることとなる。そして、この狭い範囲にたまたま汚れ粒子が付着したり、付着している汚れ粒子が剥離したりすることにより、フォトトランジスタ８の出力電圧が大きく変動してしまう。このため、測定値がばらつき、汚れの測定が困難となったものと考えられる。
【００３０】
（実施例２）
実施例２では、実施例１で使用した汚れ測定装置を実際の水処理システムに適用した。すなわちこの水処理システムは、図７に示すように、貯留タンク６の近傍に次亜塩素酸ナトリウム溶液（有効塩素濃度１．２％）を貯留する薬剤タンク１０が設置されており、薬注ポンプ１１を介して貯留タンク６に次亜塩素酸ナトリウム溶液を添加可能とされている。薬注ポンプ１１は制御装置１２に接続されており、制御装置１２は光電池パネル３の起電力が一定の閾値以下で薬注ポンプ１１が駆動し、貯留タンク６内に次亜塩素酸ナトリウム溶液を添加するようにされており、残留塩素濃度が０．３ｍｇＣｌ／Ｌ（ＪＩＳＫ０１０１ＤＰＤ比色法による測定）以上となった場合、薬注ポンプ１１が停止するようにされている。
【００３１】
以上のように構成された水処理システムを用い、貯留タンク６に製紙白水を入れ、実施例１と同様の条件で汚れ測定試験を行った。結果を図８に示す。
【００３２】
図８から分かるように、汚れ付着試験テストピース４の付着物の増加量は時間が経過しても、ほとんど増加せず、汚れを防止できることが分かった。また、光電池３の起電力もほとんど変化せず、汚れ付着試験テストピース４の付着物の増加量との相関性も有していた。これらのことから、この水処理装置によれば、汚れの度合いをフィードバックして薬注ポンプ５を制御することにより、汚れの発生を防止できることが分かる。
【００３３】
（実施例３）
実施例３では、汚れ測定装置を小型冷水塔の開放循環式冷却水（保有水量約２００Ｌ）の水処理システムに適用した。この小型冷水塔の開放循環式冷却水の回路は、図９にに示すように、小型冷水塔２０に設けられた循環水貯留ピット２０ａから循環ポンプ２１を介して熱交換器２２を通り、小型冷水塔２０の散水板２０ｂの間を流下して再び循環水貯留ピット２０ａに戻る回路で形成されている。また、熱交換器２２から小型冷水塔２０に至る配管の途中には、バイパス管２３が分岐して接続されており、バイパス管２３の他端は循環水貯留ピット２０ａに接続されている。バイパス管２３の途中には汚れ測定装置１３が設けられている。
【００３４】
汚れ測定装置１３は、白色ＥＬ発光体の発光面の面積は１５０ｍｍ^２であり、光電池３の受光面の面積は１５０ｍｍ^２とされている。その他の構成は図１に示す実施例１の汚れ測定装置と同様であり、同一の構成については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３５】
循環水貯留ピット２０ａの近傍には、洗浄剤（ヒドラジン２０％、ポリアクリル酸ナトリウム（分子量１００００）５％、水７５％）を貯留する薬剤タンク１９が設置されており、薬注ポンプ３０を介して循環水貯留ピット２０ａに洗浄剤を添加可能とされている。薬注ポンプ３０は制御装置２４に接続されており、この制御装置２４は、光電池３の起電力が１１０ｍＶ以下になった時に薬注ポンプ３０が１０分間の駆動と５０分間の停止を繰り返すようにされており、薬注ポンプ３０が駆動している間は、洗浄剤が１分間に循環水に対して３ｐｐｍの分量だけ添加される。そして、光電池３の起電力が再び１１０ｍＶを超えたとき、制御装置２４によって薬注ポンプ３０の駆動が停止されるように設定されている。
【００３６】
以上のように構成された水処理システムを用い、循環水として四日市工水を使用し、水温２６℃で７日間（１６８時間）連続運転を行った。その結果、図１０に示すように、運転開始から約４０時間で起電力が１１０ｍＶ以下になり、洗浄剤の添加が行なわれた。その後、微生物の死滅、減少により、汚れは消失し、起電力は上昇した。さらに循環を継続すると、再び汚れが徐々に付着し、起電力が再び低下し、循環開始から約１４０時間後に、２回目の洗浄剤の添加が行なわれた。その結果、再び起電力が上昇し、汚れが除去されたことが分かった。以上のことから、実施例３の汚れ測定装置１３を用い、制御装置２４によって洗浄剤を制御しながら添加することにより、連続的な水系の管理が可能となることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の汚れ測定装置の一部の模式斜視図である。
【図２】実施例１の汚れ測定装置の模式斜視図である。
【図３】実施例１における汚れ付着試験テストピースの付着物の増加量の経時変化及び光電池の起電力の経時変化を示すグラフである。
【図４】実施例１における汚れ付着試験テストピースの付着物の増加量と光電池パネルの起電力との関係を示すグラフである。
【図５】比較例１の汚れ測定装置の一部の模式斜視図である。
【図６】比較例１における汚れ付着試験テストピースの付着物の増加量の経時変化及びフォトトランジスタの起電力の経時変化を示すグラフである。
【図７】実施例２の水処理装置の模式図である。
【図８】実施例２における汚れ付着試験テストピースの付着物の増加量の経時変化及び光電池の起電力の経時変化を示すグラフである。
【図９】実施例３の水処理システムの模式図である。
【図１０】実施例３における光電池の起電力の経時変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１…汚れ測定用セル
２、７…発光体（２…白色ＥＬ発光体、７…ＬＥＤ）
３、８…受光体（３…光電池、８…フォトトランジスタ）

Claims

光の透過が可能な汚れ測定用セルと、該汚れ測定用セルに対して光を照射するための発光体と、該発光体から該測定用セルに照射されて透過した光を受光し、該透過した光の強さに応じた電気信号を発生する受光体と、該電気信号の強度を測定する測定部とを備えた汚れ測定装置において、
前記発光体は面で発光する面発光体であり、前記受光体は面で受光することによって前記電気信号が発生する面受光体であることを特徴とする汚れ測定装置。
汚れ測定用セルは通水可能な透明部材からなり、面発光体及び面受光体は該汚れ測定用セルの外側に密接又は近接して設けられていることを特徴とする請求項１記載の汚れ測定装置。
面発光体は電界（エレクトロルミネッセンス：ＥＬ）発光体であることを特徴とする請求項１又は２記載の汚れ測定装置。
面受光体は光電池であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の汚れ測定装置。
請求項１記載の汚れ測定装置によって水系の汚れを測定し、該汚れ測定装置の測定結果に基づき水処理に適した量の水処理剤を水系に添加することを特徴とする水処理方法。