JP2006242627A - 流動電位測定装置および凝集状態検知システム - Google Patents

Abstract

【課題】 長期間使用した場合であっても安定的に被処理水の流動電位を測定することができる流動電位測定装置、および長期間使用した場合であっても安定的に被処理水の凝集状態を検知することができる凝集状態検知システムを提供すること。
【解決手段】 流動電位測定装置１０は、被処理水が流される絶縁性直管１１と、絶縁性直管１１の内部に、この絶縁性直管１１の内周面との間に間隙を形成するよう設けられ、当該絶縁性直管１１の長さ方向に延びる芯棒１２とを備えている。この流動電位測定装置１０は、絶縁性直管１１内において芯棒１２の端部１２ａ、１２ｂの近傍に各々設けられた一対の電極１５ａ、１５ｂと、一対の電極１５ａ、１５ｂに接続され、一対の電極１５ａ、１５ｂ間の被処理水に生じる電位差を計測する電位差計測部１８とを有している。凝集状態検知システム２０は、上述の流動電位測定装置１０が組み込まれている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、被処理水の流動電位を測定する流動電位測定装置、および被処理水中のコロイド粒子の凝集状態を検知する凝集状態検知システムに関する。

従来より、河川等から送られた原水等の被処理水を浄化するために、被処理水に凝集剤を添加してこの被処理水の懸濁物質等のコロイド粒子を凝集させて沈殿除去する方法が用いられている。このような凝集沈殿処理について具体的に説明すると、まず被処理水にアルミ系や鉄系の無機凝集剤または高分子凝集剤を注入して比較的短時間で急速撹拌を行い、濁質粒子を核とするマイクロフロックを生成する。その後、この被処理水の緩速撹拌を行い、マイクロフロック同士の衝突、結合を行ってこのマイクロフロックをさらに巨大化して沈降を促進する。このようなコロイド粒子の沈殿除去を行うことにより清澄な上澄み水を得ることができる。

凝集沈殿処理においては、凝集剤の添加量、撹拌速度、撹拌時間、被処理水の水温、被処理水のｐＨ等の凝集条件を適切なものとする必要がある。ここで、被処理水に凝集剤を添加した後の被処理水中のコロイド粒子の凝集状態を迅速かつ正確に検知することができれば、凝集剤の添加量を適切な量とすることができ、かつ清澄な上澄み水を得ることができる。

被処理水中のコロイド粒子の凝集状態を検知する方法としては、光学的にコロイド粒子の粒子径を直接的に計測する方法（特許文献１参照）、または被処理水のゼータ電位を測定する方法が知られている。後者の被処理水のゼータ電位を測定する方法について以下に詳述する。

ゼータ電位は、コロイド粒子表面の溶液すべり面の溶液バルクに対する電位であり、コロイド粒子の凝集が進んで不安定な状態となった場合にはコロイド粒子表面の溶液すべり面の電位が溶液バルクの電位とほぼ同一となるため、ゼータ電位はほぼ０の値となる。
すなわち、被処理水中のコロイド粒子は、ゼータ電位の絶対値が大きいと静電的な反発力が強くなるため分散性が強まり、他方、ゼータ電位が０に近づくと静電的な反発力が弱くなるため凝集しやすくなる。このように、コロイド粒子の凝集状態はゼータ電位の大きさに基づいて検知することができる。

被処理水中のコロイド粒子のゼータ電位を測定する方法としては、例えば電気泳動している粒子に対してレーザー光を照射し、散乱光における泳動速度を測定して電気移動度を求める電気泳動光散乱法が知られている。しかしながら、この方法ではリアルタイムで被処理水中のコロイド粒子のゼータ電位を測定することができず、またコロイド粒子が大きすぎる場合や凝集状態が不安定な状態である場合には、この方法を適用することができない。

コロイド粒子のゼータ電位を測定する他の方法としては、電気浸透法、流動電位法あるいは沈降電位法が知られているが、凝集沈殿処理においては、このうち流動電位法が主に用いられている。流動電位法とは、被処理水の流動電位とゼータ電位が比例関係にあることを利用して、被処理水の流動電流を測定することによりゼータ電位を検出する方法である。
被処理水の流動電位を測定する方法としては、例えば、分散系に機械的エネルギー（振動エネルギー）を与え、発生する電気出力を測定する方法（特許文献２参照）が用いられる。この分散系に機械的エネルギーを与える具体的な方法としては、例えば、コロイド粒子に超音波を照射する方法、ポンプにより脈動流を送る方法、機械的にショックを与える方法等が知られている（特許文献３乃至６参照）。

次に、被処理水の流動電位を測定する従来の流動電位測定装置について図１１を用いて具体的に説明する（特許文献７参照）。図１１は、特許文献７に示す従来の流動電位測定装置の構成を示す断面図である。
図１１に示すように、従来の流動電位測定装置８０は、コロイド粒子を含む被処理水が流されるシリンダ８４と、シリンダ８４の内部に同軸となるよう設けられ、このシリンダ８４の軸方向に往復運動するピストン８５と、ピストン８５の往復運動の駆動を行うモータ８３と、シリンダ８４の内周面においてこのシリンダ８４の軸方向に距離を隔てて設けられた一対のリング状の電極８６ａ、８６ｂとを備えている。また、一対の電極８６ａ、８６ｂには、この一対の電極８６ａ、８６ｂ間の被処理水に生じる電位差を計測する電位差計測部８７が接続されている。電位差計測部８７としては、実際には、一対の電極８６ａ、８６ｂ間の被処理水に生じる電位差を増幅して出力する例えばオペアンプが用いられる。また、電位差計測部８７には、この電位差計測部８７から送られる信号を増幅する信号増幅器８８と、信号増幅器８８から送られる信号からノイズを低減するアンプ８９とが順に接続されている。

次に、流動電位測定装置８０の作用について以下に説明する。
モータ８３がピストン８５を駆動してこのピストン８５がシリンダ８４の軸方向に沿って往復運動を行うことにより、被処理水がシリンダ８４とピストン８５との間の間隙を通過して流れる。このときに、一対の電極８６ａ、８６ｂ間の被処理水の電位差である流動電位が、この一対の電極８６ａ、８６ｂに接続された電位差計測部８７によって計測され、この電位差計測部８７によって計測された信号が信号増幅器８８およびアンプ８９を介して外部に出力される。

この出力された被処理水の流動電位を用いることにより当該流動電位と比例関係にあるゼータ電位の検出を行うことができ、このことにより被処理水中のコロイド粒子の凝集状態をリアルタイムで検知することができる。
このような流動電位測定装置８０を用いた凝集剤注入制御システムとしては、例えば特許文献８乃至１２等に開示されたものが知られている。

特開平１０−２０２０１３号公報 特開昭６１−７７７５２号公報 特開平５−７４７７６号公報 特開平５−７４７７７号公報 特開平７−４３３３４号公報 特開平７−４３３３５号公報 米国特許第３３６８１４５号 特開平３−２８４３０４号公報 特開平３−２８４３０５号公報 特開平７−３５７２１号公報 特開平８−１７０９５６号公報 特開２００２−２３９３０７号公報

上述の図１１に示す流動電位測定装置８０においては、モータ８３がピストン８５を駆動してこのピストン８５がシリンダ８４の軸方向に沿って往復運動を行うことにより、被処理水がシリンダ８４とピストン８５との間の間隙を通過して流れるようになっている。しかしながら、この流動電位測定装置８０を長期間使用すると、シリンダ８４の内周面に付着した汚れ等によりピストン８５の軸がシリンダ８４の軸に対してずれることがある。ピストン８５の軸のシリンダ８４の軸に対するずれが生じると、シリンダ８４とピストン８５との間の間隙の大きさが異なるようになり、安定的に被処理水の流動電位を測定することが困難となる。また、この流動電位測定装置８０は構造が複雑であるため、シリンダ８４の内周面や一対の電極８６ａ、８６ｂの洗浄作業が煩雑であるという問題がある。

本発明は、このような点を考慮してなされたものであって、単純な構成となっていることにより長期間使用した場合であっても安定的に被処理水の流動電位を測定することができ、しかも絶縁性直管の内周面や一対の電極等の洗浄作業を容易に行うことができる流動電位測定装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、単純な構成となっていることにより長期間使用した場合であっても安定的に被処理水の凝集状態を検知することができ、しかも絶縁性直管の内周面や一対の電極等の洗浄作業を容易に行うことができる凝集状態検知システムを提供することを目的とする。

本発明は、被処理水が流される絶縁性直管と、絶縁性直管の内部に、この絶縁性直管の内周面との間に間隙を形成するよう設けられ、当該絶縁性直管の長さ方向に延びる芯棒と、絶縁性直管内において芯棒の両端部の近傍に各々設けられた一対の電極と、一対の電極に接続され、一対の電極間の被処理水に生じる電位差を計測する電位差計測部と、を備えたことを特徴とする流動電位測定装置である。
このような流動電位測定装置によれば、単純な構成となっていることにより長期間使用した場合であっても安定的に被処理水の流動電位を測定することができ、しかも洗浄作業を容易に行うことができる。

このような流動電位測定装置においては、絶縁性直管と芯棒との間に形成された間隙の大きさは、０．１５ｍｍ以上であって０．２５ｍｍ以下であることが好ましい。

このような流動電位測定装置においては、絶縁性直管と芯棒との間の間隙内の被処理水の流れを案内する案内部材が、絶縁性直管の内周面および／または芯棒の外周面に設けられていることが好ましい。
このことにより、絶縁性直管内における被処理水の流れを安定させることができ、このため被処理水の流動電位を安定的に計測することができる。

本発明は、被処理水が流され、流路の断面が偏平な形状となっている偏平流路部と、この偏平流路部の入口および出口に接続された入口管および出口管と、偏平流路部の入口および出口の近傍における入口管内および出口管内に設けられた一対の電極と、一対の電極に接続され、一対の電極間の被処理水に生じる電位差を計測する電位差計測部と、を備えたことを特徴とする流動電位測定装置である。
このような流動電位測定装置によれば、単純な構成となっていることにより長期間使用した場合であっても安定的に被処理水の流動電位を測定することができる。

このような流動電位測定装置においては、偏平流路部の断面における対向する一対の辺間の幅の大きさが０．１５ｍｍ以上であって０．２５ｍｍ以下であることが好ましい。

このような流動電位測定装置においては、偏平流路部は弾性部材からなることが好ましい。
このことにより、偏平流路部を自在に変形させることができ、このため偏平流路部内の洗浄作業を容易に行うことができる。

本発明は、被処理水が流され、流路の断面が偏平な形状となっている並列に設けられた複数の偏平流路部と、この複数の偏平流路部の入口および出口に接続された入口管および出口管と、各偏平流路部の入口および出口の近傍における入口管内および出口管内に設けられた一対の電極と、一対の電極に接続され、一対の電極間の被処理水に生じる電位差を計測する電位差計測部と、を備えたことを特徴とする流動電位測定装置である。
このような流動電位測定装置によれば、単純な構成となっていることにより長期間使用した場合であっても安定的に被処理水の流動電位を測定することができ、また偏平流路部が複数設けられているため、一の偏平流路部に目詰まり等の問題が生じた場合であっても被処理水の流動電位の測定を中断することなく行うことができる。

このような流動電位測定装置においては、各偏平流路部の断面における対向する一対の辺間の幅の大きさが０．１５ｍｍ以上であって０．２５ｍｍ以下であることが好ましい。

本発明は、被処理水が流され、流路の断面が円形となっている並列に設けられた複数の円形流路部と、この複数の円形流路部の入口および出口に接続された入口管および出口管と、各円形流路部の入口および出口の近傍における入口管内および出口管内に設けられた一対の電極と、一対の電極に接続され、一対の電極間の被処理水に生じる電位差を計測する電位差計測部と、を備えたことを特徴とする流動電位測定装置である。
このような流動電位測定装置によれば、単純な構成となっていることにより長期間使用した場合であっても安定的に被処理水の流動電位を測定することができ、また円形流路部が複数設けられているため、一の円形流路部に目詰まり等の問題が生じた場合であっても被処理水の流動電位の測定を中断することなく行うことができる。

このような流動電位測定装置においては、各円形流路部における断面の直径の大きさが０．１５ｍｍ以上であって０．２５ｍｍ以下であることが好ましい。

上記の流動電位測定装置においては、被処理水の導電率、被処理水の温度および被処理水の電極間における圧力損失のうち少なくともいずれか一つを測定する補正用測定部を更に備え、電位差計測部により計測された電位差が補正用測定部により測定された情報に基づいて補正されるようになっていることが好ましい。
このような流動電位測定装置によれば、補正用測定部が設けられていることにより電位差計測部により計測された電位差を被処理水の状態に応じて補正することができる。

本発明は、被処理水中のコロイド粒子の凝集状態を検知する凝集状態検知システムにおいて、被処理水が流される絶縁性直管と、絶縁性直管の内部に、この絶縁性直管の内周面との間に間隙を形成するよう設けられ、当該絶縁性直管の長さ方向に延びる芯棒と、絶縁性直管内において芯棒の両端部の近傍に各々設けられた一対の電極と、一対の電極に接続され、一対の電極間の被処理水に生じる電位差を計測する電位差計測部とを備え、被処理水中のコロイド粒子の凝集状態を、電位差計測部により計測された電位差に基づいて検知することを特徴とする凝集状態検知システムである。
このような凝集状態検知システムによれば、単純な構成となっていることにより長期間使用した場合であっても安定的に被処理水の凝集状態を検知することができ、しかも絶縁性直管の内周面や一対の電極等の洗浄作業を容易に行うことができる。

本発明の流動電位測定装置によれば、単純な構成となっていることにより長期間使用した場合であっても安定的に被処理水の流動電位を測定することができ、しかも絶縁性直管の内周面や一対の電極等の洗浄作業を容易に行うことができる。

また、本発明の凝集状態検知システムによれば、単純な構成となっていることにより長期間使用した場合であっても安定的に被処理水の凝集状態を検知することができ、しかも絶縁性直管の内周面や一対の電極等の洗浄作業を容易に行うことができる。

第１の実施の形態
図１乃至図３は、本発明の第１の実施の形態による流動電位測定装置および凝集状態検知システムを示す図である。ここで図１は、第１の実施の形態による流動電位測定装置の構成を示す断面図であり、図２は、図１の流動電位測定装置のＡ−Ａ矢視断面図であり、図３は、図１の流動電位測定装置を用いた凝集状態検知システムである。

まず、本発明の第１の実施の形態による流動電位測定装置１０について図１および図２を用いて説明する。
図１に示すように、流動電位測定装置１０は、コロイド粒子を含む被処理水が一定速度で内部を流れる絶縁性直管１１と、絶縁性直管１１の内部に設けられ、この絶縁性直管１１の長さ方向に延びる芯棒１２と、絶縁性直管１１内において芯棒１２の端部１２ａ、１２ｂの近傍に各々設けられた一対の電極１５ａ、１５ｂとを備えている。また、この一対の電極１５ａ、１５ｂに、一対の電極１５ａ、１５ｂ間の被処理水に生じる電位差を計測する電位差計測部１８が接続されている。

絶縁性直管１１は、アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂等の非導電性で耐食性の材料から構成されており、その内径は例えば３０ｍｍ、軸方向長さは例えば４５ｍｍとなっている。図１に示すように、この絶縁性直管１１の両端には、芯棒１２をその端部１２ａ、１２ｂにおいて保持する芯棒保持部材１４、１４が設けられている。
芯棒保持部材１４、１４の外方には中空部１３ａ、１３ａを有するキャップ１３、１３が例えばねじ込み方式で取り付けられている。各芯棒保持部材１４には被処理水を流通させる複数の貫通孔１４ａが設けられており、この貫通孔１４ａを介して絶縁性直管１１の内部空間とキャップ１３の中空部１３ａが連通している。
キャップ１３、１３にはホースニップル１６、１６が設けられており、ホースニップル１６、１６に入口側および出口側のホース１７、１７がキャップ１３、１３の中空部１３ａ、１３ａに連通するよう取り外し自在に取り付けられている。

芯棒１２は、絶縁性直管１１の内部に、この絶縁性直管１１の内周面との間に間隙を形成するよう設けられている。この芯棒１２は絶縁性直管１１と同軸となっていることが好ましい。前述のように、芯棒１２はその端部１２ａ、１２ｂにおいて芯棒保持部材１４、１４に保持されている。

芯棒１２の外径は絶縁性直管１１の内径よりも少しだけ小さなものとなっており、具体的には、芯棒１２の外周面と絶縁性直管１１の内周面との間に形成される間隙の幅（図１および図２の幅ａ）は０．１５ｍｍ以上であって０．２５ｍｍ以下となっている。
絶縁性直管１１と芯棒１２との間の間隙の幅ａが短すぎるときには、十分な量の被処理水が絶縁性直管１１と芯棒１２との間の流路を通過することが難しくなる。他方、絶縁性直管１１と芯棒１２との間の間隙の幅ａが長すぎるときには、絶縁性直管１１と芯棒１２との間の流路が後述するような毛細管としての機能を果たすことが難しくなる。
なお、この芯棒１２の外周面と絶縁性直管１１の内周面との間に形成される間隙の幅ａは、芯棒１２の外径または絶縁性直管１１の内径を変更することにより自在に調整することができる。

図２に示すように、絶縁性直管１１の内周面および芯棒１２の外周面には、絶縁性直管と芯棒との間の間隙内の被処理水の流れを案内する案内部材１１ｃ、１２ｃがそれぞれ設けられている。この案内部材１１ｃ、１２ｃは図２に示すように各々絶縁性直管１１の内周面および芯棒１２の外周面から突出する凸状のものとなっているが、絶縁性直管１１の内周面および芯棒１２の外周面に溝を掘ることにより形成される凹状のものであってもよい。絶縁性直管１１と芯棒１２との間に案内部材１１ｃ、１２ｃが設けられていることにより、絶縁性直管１１内における被処理水の流れを安定させることができ、このため被処理水の流動電位を安定的に計測することができる。

図１に示すように、絶縁性直管１１内において芯棒１２の端部１２ａ、１２ｂの近傍に一対の電極１５ａ、１５ｂが各々設けられている。この一対の電極１５ａ、１５ｂはリング状の形状を有し、主として例えば銀、銅または白金等からなっている。一対の電極１５ａ、１５ｂには導電線１８ａを介して流動電位検出用の電位差計測部１８が接続され、この電位差計測部１８は一対の電極１５ａ、１５ｂ間の被処理水に生じる電位差（流動電位）を計測する。電位差計測部１８としては、実際には、一対の電極１５ａ、１５ｂ間の被処理水に生じる電位差を増幅して出力する例えばオペアンプが用いられる。

また、入口側および出口側のホース１７、１７には、絶縁性直管１１内を流れる被処理水の導電率、被処理水の温度および被処理水の電極１５ａ、１５ｂ間における圧力損失のうち少なくともいずれか一つを測定する補正用測定部１９が設けられている。そして、補正用測定部１９は測定された情報を電位差計測部１８に送り、この情報に基づいて当該電位差計測部１８により計測された電位差を補正するようになっている。このことにより、電位差計測部１８により計測された電位差を被処理水の状態に応じて補正することができる。

次に、このような構成からなる本発明による流動電位測定装置１０が組み込まれた凝集状態検知システム２０全体について図３を用いて説明する。凝集状態検知システム２０は、後述する凝集剤添加設備から送られた被処理水中のコロイド粒子の凝集状態を検知するものである。

凝集剤添加設備は、図３に示すように、被処理水を貯留する原水タンク２１と、凝集剤を貯留する凝集剤タンク２４と、原水タンク２１に原水送液ポンプ２３を介して接続されるとともに、凝集剤タンク２４に凝集剤送液ポンプ２５を介して接続された混合槽２６とを有している。混合槽２６内には、原水タンク２１から原水送液ポンプ２３により送られた被処理水と、凝集剤タンク２４から凝集剤送液ポンプ２５により送られた凝集剤とを混合して急速撹拌する攪拌機２７が設置されている。混合槽２６の下流側には、凝集剤と混合した被処理水を一旦貯留する貯留槽２８が接続され、貯留槽２８には例えばダイヤフラム式の送液ポンプ２９を介して本発明による流動電位測定装置１０が接続されている。この場合、貯留槽２８に貯留された被処理水は送液ポンプ２９により流動電位測定装置１０に送られる。

原水タンク２１に貯留される被処理水としては、例えば水道水にコロイド粒子としてカオリンを５０ｍｇ／Ｌ溶かした溶液が用いられ、この溶液は原水タンク２１に設けられた攪拌機２２によって１５０ｒｐｍで５分間急速撹拌され、その後、攪拌機２２によって５０ｒｐｍで１５分間緩速撹拌される。また、凝集剤タンク２４に貯留される凝集剤としては、例えば０．５〜１０ｍｇ／Ｌのポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）が用いられている。攪拌機２７は、混合槽２６内において混合された被処理水と凝集剤とを例えば約２７０ｒｐｍで急速撹拌する。
また、送液ポンプ２９の出口側には流動電位測定装置１０のホース１７が接続されており、例えば毎分１リットル（Ｌ）の速度でホース１７を介して貯留槽２８内の被処理水を流動電位測定装置１０に送るようになっている。

凝集状態検知システム２０には、前述のように流動電位測定装置１０が組み込まれており、この流動電位測定装置１０の電位差計測部１８により測定された電位差に基づいて凝集剤添加設備から送られた被処理水中のコロイド粒子の凝集状態を検知するようになっている。

また、凝集状態検知システム２０において、図３に示すように、流動電位測定装置１０の電位差計測部１８にアンプ３１を接続してもよい。このアンプ３１はアンプ電源３２から電力が供給されたときに作動する。また、アンプ３１は凝集剤添加装置の送液ポンプ２９にも接続されており、送液ポンプ２９はアンプ３１により制御されて起動および停止を行うようになっている。
アンプ３１は流動電位測定装置１０の電位差計測部１８から送られる信号のうち送液ポンプ２９の動作に同期した成分だけを取り出す処理を行い、ノイズを低減している。
アンプ３１からの出力は、このアンプ３１に接続された記録計３３に送られるようになっている。

次にこのような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。

まず、凝集状態検知システム２０の全体の作用について述べる。図３に示すように、原水タンク２１内に貯留され攪拌機２２により撹拌された被処理水が、原水送液ポンプ２３により混合槽２６に送られる。同時に、凝集剤タンク２４内に貯留された凝集剤が、凝集剤送液ポンプ２５により凝集剤注入率が設定値となる流量で混合槽２６に送られる。次に、混合槽２６において、被処理水に凝集剤が添加され、凝集剤が混合された被処理水に対して攪拌機２７により急速撹拌が行われる。混合槽２６内の急速撹拌が行われた混合液は貯留槽２８に送られて一旦貯留され、送液ポンプ２９により脈動流で流動電位測定装置１０に送られる。

次に、図１により流動電位測定装置１０の作用について説明する。流動電位測定装置１０においては、図１に示すように、貯留槽２８から入口側のホース１７を通って送られた被処理水が入口側のキャップ１３の中空部１３ａおよび芯棒保持部材１４の貫通孔１４ａを介して絶縁性直管１１内に送られる。絶縁性直管１１に送られた被処理水は、この絶縁性直管１１の内周面と芯棒１２の外周面との間の間隙を通って当該絶縁性直管１１の軸方向に流れ、出口側のキャップ１３の中空部１３ａおよび芯棒保持部材１４の貫通孔１４ａを介して出口側のホース１７から排出される。

この間、一対の電極１５ａ、１５ｂ間の被処理水の電位差（流動電位）が、この一対の電極１５ａ、１５ｂに導電線１８ａを介して接続された電位差計測部１８によって計測される。
ここで、被処理水の流動電位の測定とは、一般的には被処理水を絶縁性の毛細管に流し、この毛細管内に一定距離を隔てて配置された一対の電極における被処理水の電位の差を測定することをいう。
本実施の形態の流動電位測定装置１０においては、毛細管に被処理水を流す代わりに、絶縁性直管１１とこの絶縁性直管１１の内部に設けられた芯棒１２との間の例えば０．１５ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下の大きさの狭小な間隙に被処理水を流すことにより、毛細管に被処理水を流す場合と同様の作用効果が得られるようになっている。

また、この間、入口側および出口側のホース１７、１７に設けられた補正用測定部１９は絶縁性直管１１内を流れる被処理水の導電率、被処理水の温度および被処理水の電極１５ａ、１５ｂ間における圧力損失のうち少なくともいずれか一つを測定する。そして、電位差計測部１８により計測された電位差が補正用測定部１９により測定された情報に基づいて適正な値となるよう補正される。

このようにして電位差計測部１８において計測され補正用測定部１９により補正された被処理水の流動電位の信号は、流動電位測定装置１０の電位差計測部１８からアンプ３１に送られる。アンプ３１はこの流動電位の信号のうち送液ポンプ２９の起動に同期した成分だけ取り出す処理を行い、流動電位の信号のノイズを低減する。また、アンプ３１により処理された流動電位の信号は記録計３３に送られて、この記録計３３により流動電位の値が記録用紙や記憶媒体等に記録される。

以上のように、本実施の形態の流動電位測定装置１０によれば、絶縁性直管１１と芯棒１２との間の間隙を通る被処理水の電位差を一対の電極１５ａ、１５ｂにより検知する単純な構造となっているため、安定的に被処理水の流動電位を測定することができる。

次に、被処理水の流動電位と被処理水中のコロイド粒子の凝集状態との関係について説明する。

被処理水中のコロイド粒子は、後述するゼータ電位（ζ）の絶対値が大きいと静電的な反発力が強くなるため分散性が強くなる。一方、ゼータ電位が０に近づくと静電的な反発力が弱くなるため凝集しやすくなる。このように、コロイド粒子の凝集状態はゼータ電位の大きさに基づいて検知することができる。

ゼータ電位（ζ）は、コロイド粒子表面の溶液すべり面の溶液バルクに対する電位であり、コロイド粒子の凝集が進んで不安定な状態においてはコロイド粒子表面の溶液すべり面の電位が溶液バルクの電位に等しくなるため、ゼータ電位はほとんど０の値になる。
被処理水の流動電流（ｉ）とゼータ電位（ζ）の簡略化した関係は下記式（１）により示される（Ｓ．Ｋ．Ｄｅｎｔｅｌ、Ｗａｔｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ ｖｏｌ．９ ５７１−５７５ページ、１９９１年）。また、流動電位（Ｅ）と流動電流（ｉ）との関係は下記式（２）により示される。

ｉ＝−４εζｗｓＲ^２／ｃ^２ ・・・式（１）
Ｅ＝ｉ×Ｒ ・・・式（２）
ここで、εは被処理水の誘電率、ｗは駆動モータの回転速度、ｓは絶縁性直管１１の軸方向長さ、Ｒは芯棒１２の半径、ｃは絶縁性直管１１と芯棒１２との間の隙間の大きさである。

上記式（１）（２）により、被処理水のゼータ電位（ζ）は流動電位（Ｅ）に比例していることがわかる。
すなわち、流動電位測定装置１０によって被処理水の流動電位を測定することにより、この流動電位に比例するゼータ電位（ζ）に基づいて、コロイド粒子の凝集状態を検知することができる。

次に、流動電位測定装置１０の洗浄方法について説明する。
流動電位測定装置１０を長期間使用すると、絶縁性直管１１の内周面や電極１５ａ、１５ｂに汚れが付着し、安定して被処理水の流動電位を測定することが困難となる場合がある。そこで、定期的に絶縁性直管１１内を洗浄する必要がある。

絶縁性直管１１内の洗浄にあたっては、まず、入口側および出口側のホース１７、１７をキャップ１３、１３に設けられたホースニップル１６、１６から取り外す。次に、絶縁性直管１１の両端に取り付けられた一対の芯棒保持部材１４、１４およびキャップ１３、１３を絶縁性直管１１から取り外し、その後、絶縁性直管１１内から芯棒１２を引き抜く。
そして、中空状態となった絶縁性直管１１内の洗浄を行い、絶縁性直管１１の内周面や電極１５ａ、１５ｂに付着した汚れを取り除く。

ここで、本実施の形態においては、内径が１０ｍｍ以下である従来の毛細管の内部の洗浄を行う代わりに、内径が例えば３０ｍｍである絶縁性直管１１の洗浄を行うので、容易に絶縁性直管１１内の洗浄を行うことができる。
また、流動電位測定装置１０の分解にあたっては、一対の芯棒保持部材１４、１４およびキャップ１３、１３を取り外し、次に、絶縁性直管１１内から芯棒１２を引き抜く作業を行うだけであるので、洗浄のための流動電位測定装置１０の分解作業を容易に行うことができる。

第２の実施の形態
以下、図面を参照して本発明の第２の実施の形態について説明する。図４は、第２の実施の形態による流動電位測定装置の構成を示す断面図であり、図５は、図４の流動電位測定装置のＢ−Ｂ矢視断面図である。

本実施の形態による流動電位測定装置４０は、図４に示すように、絶縁性直管１１および芯棒１２を用いる代わりに、流路の断面が偏平な形状となっている偏平流路部４１を有しており、この偏平流路部４１の入口４１ａおよび出口４１ｂに入口管４２および出口管４３を接続した点が異なるのみであり、他の構成は、図１および図２に示す第１の実施の形態と略同一である。
図４および図５に示す第２の実施の形態において、図１および図２に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
この流動電位測定装置４０について図４および図５を用いて以下に説明する。

偏平流路部４１は、非導電性で耐食性の例えば円筒形の弾性部材を、図４に示すように、上下方向からそれぞれ一対の押圧部材４４、４４によって押圧することにより形成され、偏平流路部４１の流路の断面は横方向に細長い偏平な形状（図５参照）を有している。この偏平流路部４１の流れ方向の長さは例えば４５ｍｍである。

図５に示すように偏平流路部４１の断面は偏平な形状を有し、互いに対向する平行な一対の辺ｂ１と、一対の辺ｂ１の両端に設けられた一対の半円部ｂ２とからなり、対向する一対の辺ｂ１間の幅ｂは、０．１５ｍｍ以上であって０．２５ｍｍ以下となっている。この幅ｂが短すぎるときには十分な量の被処理水が偏平流路部４１内を通過することが難しくなる。また、この幅ｂが長すぎるときには偏平流路部４１が前述した毛細管としての機能を果たすことが難しくなる。
なお、この偏平流路部４１の断面の対向する一対の辺ｂ１間の幅ｂは、押圧部材４４、４４の偏平流路部４１に対する押圧力を変更することにより自在に調整することができる。

図４に示すように、偏平流路部４１の入口４１ａおよび出口４１ｂには非導電性で耐食性の密閉体からなる入口管４２および密閉体からなる出口管４３が接続されている。この入口管４２および出口管４３にはホースニップル１６、１６が設けられており、ホースニップル１６、１６に入口側および出口側のホース１７、１７が入口管４２内および出口管４３内に各々連通するよう取り外し自在に取り付けられている。
そして、一対の電極１５ａ、１５ｂは、偏平流路部４１の入口４１ａおよび出口４１ｂの近傍における入口管４２内および出口管４３内にそれぞれ設けられている。

次にこのような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。

図４に示すように、入口側のホース１７から送られた被処理水は、まずホースニップル１６を介して入口管４２内に送られて、次に偏平流路部４１に送られる。さらに、偏平流路部４１からの被処理水は出口管４３に送られて、出口側のホース１７から排出される。

この間、一対の電極１５ａ、１５ｂ間の被処理水の電位差（流動電位）が、この一対の電極１５ａ、１５ｂに導電線１８ａを介して接続された電位差計測部１８によって検出される。
本実施の形態の流動電位測定装置４０においては、毛細管に被処理水を流す代わりに、断面の対向する一対の辺ｂ１間の幅ｂが例えば０．１５ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下となっている狭小な偏平流路部４１の流路に被処理水を流すことにより、第１の実施の形態において述べた毛細管に被処理水を流す場合と同様の作用効果が得られるようになっている。

以上のように、本実施の形態の流動電位測定装置４０によれば、押圧部材４４、４４によって上下方向から押圧されて変形した偏平流路部４１を通る被処理水の電位差を一対の電極１５ａ、１５ｂにより検知する単純な構造となっているため、安定的に被処理水の流動電位を測定することができる。

次に、この流動電位測定装置４０の洗浄方法について説明する。
流動電位測定装置４０における偏平流路部４１の洗浄にあたっては、まず、入口側および出口側のホース１７、１７を入口管４２および出口管４３に設けられたホースニップル１６、１６から取り外す。次に、偏平流路部４１を上下方向から押圧する押圧部材４４、４４をこの偏平流路部４１から離間させ、当該偏平流路部４１の形状を元の例えば円筒形の形状に戻す。
そして、元の形状に戻った偏平流路部４１の洗浄を行い、偏平流路部４１の内面や一対の電極１５ａ、１５ｂに付着した汚れを取り除く。

洗浄が終わった後に、元の例えば円筒形の形状に戻った偏平流路部４１を再び押圧部材４４、４４によって上下方向から押圧し、この偏平流路部４１を図５に示すような断面が偏平となる形状を有するものに戻す。

このように、本実施の形態においては、偏平流路部４１は弾性部材からなるので、偏平な形状の断面を有する偏平流路部４１を元の例えば円筒形の形状に戻して洗浄することにより、容易に偏平流路部４１内の洗浄を行うことができ、しかも、洗浄後に再び偏平な形状の断面を有するものに戻すことができる。

第３の実施の形態
以下、図面を参照して本発明の第３の実施の形態について説明する。図６は、第３の実施の形態による流動電位測定装置の構成を示す断面図であり、図７は、図６の流動電位測定装置のＣ−Ｃ矢視断面図である。

本実施の形態による流動電位測定装置５０は、図６に示すように、絶縁性直管１１および芯棒１２を用いる代わりに、流路の断面が偏平な形状となっている並列に設けられた複数の偏平流路部５１を有しており、この複数の偏平流路部５１の入口５１ａおよび出口５１ｂに入口管５２および出口管５３を接続した点が異なるのみであり、他の構成は、図１および図２に示す第１の実施の形態と略同一である。
図６および図７に示す第３の実施の形態において、図１および図２に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
この流動電位測定装置５０について図６および図７を用いて以下に説明する。

複数の偏平流路部５１は、アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂等の非導電性で耐食性の材料から構成されており、その流路の断面は各々横方向に細長い偏平な形状（図７参照）となっている。各偏平流路部５１の流れ方向の長さは、例えば４５ｍｍとなっている。

図７に示す各偏平流路部５１の断面は偏平な形状を有し、互いに対向する平行な一対の辺ｃ１と、一対の辺ｃ１の両端に設けられた一対の半円部ｃ２とからなり、対向する一対の辺ｃ１間の幅ｃは、それぞれ０．１５ｍｍ以上であって０．２５ｍｍ以下となっている。この幅ｃが短すぎるときには十分な量の被処理水が各偏平流路部５１内を通過することが難しくなる。また、この幅ｃが長すぎるときには各偏平流路部５１が前述した毛細管としての機能を果たすことが難しくなる。

図５に示すように、各偏平流路部５１の入口５１ａおよび出口５１ｂには非導電性で耐食性の入口管５２および出口管５３が互いに接続されている。この入口管５２および出口管５３は内部に密閉された空間を形成するものであり、入口管５２内の空間と出口管５３内の空間とが複数の偏平流路部５１によって連通している。入口管５２および出口管５３にはそれぞれホースニップル１６、１６が設けられており、このホースニップル１６、１６を介して入口側および出口側のホース１７、１７が各々取り付けられている。
そして、一対の電極１５ａ、１５ｂは、各偏平流路部５１の入口５１ａおよび出口５１ｂの近傍における入口管５２内および出口管５３内にそれぞれ設けられている。

次にこのような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。

図６に示すように、入口側のホース１７から送られた被処理水は、まずホースニップル１６を介して入口管５２内に送られて、次に並列に設けられた各偏平流路部５１に分岐して送られる。さらに、各偏平流路部５１からの被処理水は再び集合して出口管５３に送られて、出口側のホース１７から排出される。

この間、一対の電極１５ａ、１５ｂ間の被処理水の電位差（流動電位）が、この一対の電極１５ａ、１５ｂに導電線１８ａを介して接続された電位差計測部１８によって検出される。
本実施の形態の流動電位測定装置５０においては、毛細管に被処理水を流す代わりに、対向する一対の辺ｃ１間の幅ｃが例えば０．１５ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下となっている複数の狭小な偏平流路部５１の流路に分岐して被処理水を流すことにより、第１の実施の形態において述べた毛細管に被処理水を流す場合と同様の作用効果が得られるようになっている。

以上のように、本実施の形態の流動電位測定装置５０によれば、複数の偏平流路部５１を通る被処理水の電位差を一対の電極１５ａ、１５ｂにより検知する単純な構造となっているため、安定的に被処理水の流動電位を測定することができる。しかも、偏平流路部５１が複数設けられているため、一の偏平流路部５１に目詰まり等の問題が生じた場合であっても被処理水の流動電位の測定を中断することなく行うことができる。

第４の実施の形態
以下、図面を参照して本発明の第４の実施の形態について説明する。図８は、第４の実施の形態による流動電位測定装置の構成を示す断面図であり、図９は、図８の流動電位測定装置のＤ−Ｄ矢視断面図である。

本実施の形態による流動電位測定装置６０は、図８に示すように、絶縁性直管１１および芯棒１２を用いる代わりに、流路の断面が円形となっている並列に設けられた複数の円形流路部６１を有しており、この複数の円形流路部６１の入口６１ａおよび出口６１ｂに入口管６２および出口管６３を接続した点が異なるのみであり、他の構成は、図１および図２に示す第１の実施の形態と略同一である。
図８および図９に示す第４の実施の形態において、図１および図２に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
この流動電位測定装置６０について図８および図９を用いて以下に説明する。

複数の円形流路部６１は、アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂等の非導電性で耐食性の材料から構成されており、その流路の断面は各々円形（図９参照）となっている。各円形流路部６１の流れ方向の長さは例えば４５ｍｍとなっている。

図９に示す各円形流路部６１の断面の直径ｄは、それぞれ０．１５ｍｍ以上であって０．２５ｍｍ以下となっている。この断面の直径ｄが短すぎるときには十分な量の被処理水が各円形流路部６１内を通過することが難しくなる。また、この直径ｄが長すぎるときには各円形流路部６１が前述した毛細管としての機能を果たすことが難しくなる。

図８に示すように、各円形流路部６１の入口６１ａおよび出口６１ｂには非導電性で耐食性の入口管６２および出口管６３が接続されている。この入口管６２および出口管６３は内部に密閉された空間を形成するものであり、入口管６２内の空間と出口管６３内の空間とが複数の円形流路部６１によって互いに連通している。入口管６２および出口管６３にはそれぞれホースニップル１６、１６が設けられており、このホースニップル１６、１６を介して入口側および出口側のホース１７、１７が各々取り付けられている。
そして、一対の電極１５ａ、１５ｂは、各円形流路部６１の入口６１ａおよび出口６１ｂの近傍における入口管６２内および出口管６３内にそれぞれ設けられている。

次にこのような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。

図８に示すように、入口側のホース１７から送られた被処理水は、まずホースニップル１６を介して入口管６２内に送られて、次に並列に設けられた各円形流路部６１に分岐して送られる。さらに、各円形流路部６１からの被処理水は再び集合して出口管６３に送られて、出口側のホース１７から排出される。

この間、一対の電極１５ａ、１５ｂ間の被処理水の電位差（流動電位）が、この一対の電極１５ａ、１５ｂに導電線１８ａを介して接続された電位差計測部１８によって検出される。
本実施の形態の流動電位測定装置６０においては、毛細管に被処理水を流す代わりに、断面の円形形状の直径ｄが例えば０．１５ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下となっている複数の狭小な円形流路部６１の流路に分岐して被処理水を流すことにより、第１の実施の形態において述べた毛細管に被処理水を流す場合と同様の作用効果が得られるようになっている。

以上のように、本実施の形態の流動電位測定装置６０によれば、複数の円形流路部６１を通る被処理水の電位差を一対の電極１５ａ、１５ｂにより検知する単純な構造となっているため、安定的に被処理水の流動電位を測定することができる。また円形流路部６１が複数設けられているため、一の円形流路部６１に目詰まり等の問題が生じた場合であっても被処理水の流動電位の測定を中断することなく行うことができる。

以下、本発明の流動電位測定装置の実施例および比較例について図１０を用いて説明する。この実施例は、図１乃至３に示す第１の実施の形態に対応している。図１０は、第１の実施の形態による流動電位測定装置を用いて測定した被処理水の流動電位（ＳＣＤ値）および従来の流動電位測定装置を用いて測定した被処理水の流動電位をそれぞれ経時的に示すグラフである。

図１０のグラフＡは、図３に示す凝集剤添加設備から送られた被処理水について、第１の実施の形態による流動電位測定装置１０（図１参照）により測定された流動電位を経時的に示すグラフである。
具体的に説明すると、まず原水タンク２１内において濁度が５０ｍｇ／Ｌであるカオリン懸濁液を攪拌機２２により十分に撹拌し、毎分４リットルで原水送液ポンプ２３により混合槽２６に送る。同時に、凝集剤タンク２４に貯留されたポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）からなり比重が１．２４１６である凝集剤を毎分２０ミリリットルで凝集剤送液ポンプ２５により混合槽２６に送る。
混合槽２６において、凝集剤が添加された被処理水を攪拌機２７により２７０ｒｐｍで急速撹拌を行い、撹拌された被処理水を貯留槽２８に送って一旦貯留する。そして、貯留槽２８に貯留された被処理水を送液ポンプ２９により脈動流で流動電位測定装置１０に送る。

流動電位想定装置１０において、一対の電極１５ａ、１５ｂ間の被処理水の電位差が電位差計測部１８により計測される。電位差計測部１８により計測された流動電位の信号はアンプ３１に送られ、アンプ３１により処理された流動電位の信号が記録計３３に送られる。この記録計３３により記録された流動電位の経時的な変化が図１０のグラフＡに示されている。

図１０のグラフＢは、図３に示す凝集剤添加設備から送られた被処理水について、第１の実施の形態による流動電位測定装置１０を用いる代わりに図１１に示す従来の流動電位測定装置８０を用いて測定した流動電位を経時的に示す比較例のグラフである。
この比較例においては、図３に示す凝集剤添加設備は上述の実施例における凝集剤添加設備と同様のものを用いている。

図１０の実施例によるグラフＡおよび比較例によるグラフＢにより、本発明の流動電位測定装置においては、従来の流動電位測定装置に比べて流動電位の測定値のばらつきが小さく、安定的に被処理水の流動電位を測定することができることがわかる。

本発明の第１の実施の形態による流動電位測定装置の構成を示す断面図 図１の流動電位測定装置のＡ−Ａ矢視断面図 凝集剤添加設備および図１の流動電位測定装置を用いた凝集状態検知システム 本発明の第２の実施の形態による流動電位測定装置の構成を示す断面図 図４の流動電位測定装置のＢ−Ｂ矢視断面図 本発明の第３の実施の形態による流動電位測定装置の構成を示す断面図 図６の流動電位測定装置のＣ−Ｃ矢視断面図 本発明の第４の実施の形態による流動電位測定装置の構成を示す断面図 図８の流動電位測定装置のＤ−Ｄ矢視断面図 本発明の実施例および比較例を示すグラフ 従来の流動電位測定装置の構成を示す断面図

符号の説明

１０ 流動電位測定装置
１１ 絶縁性直管
１１ｃ 案内部材
１２ 芯棒
１２ａ、１２ｂ 端部
１２ｃ 案内部材
１３ キャップ
１３ａ 中空部
１４ 芯棒保持部材
１４ａ 貫通孔
１５ａ、１５ｂ 一対の電極
１６ ホースニップル
１７ ホース
１８ 電位差計測部
１８ａ 導電線
１９ 補正用測定部
２０ 凝集状態検知システム
２１ 原水タンク
２２ 攪拌機
２３ 原水送液ポンプ
２４ 凝集剤タンク
２５ 凝集剤送液ポンプ
２６ 混合槽
２７ 攪拌機
２８ 貯留槽
２９ 送液ポンプ
３１ アンプ
３２ アンプ電源
３３ 記録計
４０ 流動電位測定装置
４１ 偏平流路部
４１ａ 入口
４１ｂ 出口
４２ 入口管
４３ 出口管
４４ 押圧部材
５０ 流動電位測定装置
５１ 偏平流路部
５１ａ 入口
５１ｂ 出口
５２ 入口管
５３ 出口管
６０ 流動電位測定装置
６１ 円形流路部
６１ａ 入口
６１ｂ 出口
６２ 入口管
６３ 出口管
８０ 流動電位測定装置
８３ モータ
８４ シリンダ
８５ ピストン
８６ａ、８６ｂ 一対の電極
８７ 電位差計測部
８８ 信号増幅器
８９ アンプ

Claims (12)

1. 被処理水が流される絶縁性直管と、
   絶縁性直管の内部に、この絶縁性直管の内周面との間に間隙を形成するよう設けられ、当該絶縁性直管の長さ方向に延びる芯棒と、
   絶縁性直管内において芯棒の両端部の近傍に各々設けられた一対の電極と、
   一対の電極に接続され、一対の電極間の被処理水に生じる電位差を計測する電位差計測部と、
   を備えたことを特徴とする流動電位測定装置。
2. 絶縁性直管と芯棒との間に形成された間隙の大きさは、０．１５ｍｍ以上であって０．２５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の流動電位測定装置。
3. 絶縁性直管と芯棒との間の間隙内の被処理水の流れを案内する案内部材が、絶縁性直管の内周面および／または芯棒の外周面に設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の流動電位測定装置。
4. 被処理水が流され、流路の断面が偏平な形状となっている偏平流路部と、
   この偏平流路部の入口および出口に接続された入口管および出口管と、
   偏平流路部の入口および出口の近傍における入口管内および出口管内に設けられた一対の電極と、
   一対の電極に接続され、一対の電極間の被処理水に生じる電位差を計測する電位差計測部と、
   を備えたことを特徴とする流動電位測定装置。
5. 偏平流路部の断面における対向する一対の辺間の幅の大きさが０．１５ｍｍ以上であって０．２５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項４記載の流動電位測定装置。
6. 偏平流路部は弾性部材からなることを特徴とする請求項４または５記載の流動電位測定装置。
7. 被処理水が流され、流路の断面が偏平な形状となっている並列に設けられた複数の偏平流路部と、
   この複数の偏平流路部の入口および出口に接続された入口管および出口管と、
   各偏平流路部の入口および出口の近傍における入口管内および出口管内に設けられた一対の電極と、
   一対の電極に接続され、一対の電極間の被処理水に生じる電位差を計測する電位差計測部と、
   を備えたことを特徴とする流動電位測定装置。
8. 各偏平流路部の断面における対向する一対の辺間の幅の大きさが０．１５ｍｍ以上であって０．２５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項７記載の流動電位測定装置。
9. 被処理水が流され、流路の断面が円形となっている並列に設けられた複数の円形流路部と、
   この複数の円形流路部の入口および出口に接続された入口管および出口管と、
   各円形流路部の入口および出口の近傍における入口管内および出口管内に設けられた一対の電極と、
   一対の電極に接続され、一対の電極間の被処理水に生じる電位差を計測する電位差計測部と、
   を備えたことを特徴とする流動電位測定装置。
10. 各円形流路部における断面の直径の大きさが０．１５ｍｍ以上であって０．２５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項９記載の流動電位測定装置。
11. 被処理水の導電率、被処理水の温度および被処理水の電極間における圧力損失のうち少なくともいずれか一つを測定する補正用測定部を更に備え、
    電位差計測部により計測された電位差が補正用測定部により測定された情報に基づいて補正されるようになっていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の流動電位測定装置。
12. 被処理水中のコロイド粒子の凝集状態を検知する凝集状態検知システムにおいて、
    被処理水が流される絶縁性直管と、
    絶縁性直管の内部に、この絶縁性直管の内周面との間に間隙を形成するよう設けられ、当該絶縁性直管の長さ方向に延びる芯棒と、
    絶縁性直管内において芯棒の両端部の近傍に各々設けられた一対の電極と、
    一対の電極に接続され、一対の電極間の被処理水に生じる電位差を計測する電位差計測部とを備え、
    被処理水中のコロイド粒子の凝集状態を、電位差計測部により計測された電位差に基づいて検知することを特徴とする凝集状態検知システム。

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