JP2008232711A - 水質検査システム - Google Patents

Abstract

【課題】送液停止などに起因する水質異常の誤報発生を未然に防止する。
【解決手段】水質検査部４で、河川水の水質を検査しつつ、排液量測定部５ａでは水質検査部４の排水量を監視する。単位時間当たりの排水量が基準排水量以下になったとき、送液停止などが発生したと判定して、異常検出信号を送信する。
【選択図】図１

Description

本発明は、浄水場や下水処理場等において、その取水口から混入する有害物質をバイオセンサを用いて検知する水質検査システムに関する。

従来、浄水場では河川水を取水し、この取水を沈殿ろ過槽に通して飲料水を供給している。このような通常の処理では除去できない有害物質、すなわち、各種の重金属や農薬および環境ホルモン等といった物質が河川水中に混入した場合は、取水停止という非常事態に至る。

一方、下水処理場では、突発事故や不注意により、工場あるいは化学プラントの排水に各種の重金属イオンや有機溶媒およびヒ素シアン等が混入することがあり、これらが流入すると、下水処理プロセスにおける活性汚泥微生物が大きな阻害を受ける。その結果、活性汚泥の活性が低下してしまい、処理能力の回復までに多大の時間を必要とする。

したがって、浄水場および下水処理場等において、上記各種の有害物質が混入したとき、これを迅速かつ感度良く検出する装置が望まれていた。

この要望に応えて、浄水場では魚行動監視型の毒物検出装置、あるいは各種の微生物膜を溶存酸素電極に取付けて、その呼吸活性の測定から毒物を検出する装置が設置されている。また、下水処理場では、特定化学物質の混入した排水を検知する各種のセンサが、それぞれの取水口等に設置されている。

これらのうち、浄水場に設置されている魚行動監視型の毒物検出装置は、魚類が毒物に反応するまでに時間がかかるため、その検出に長時間を要する。また、魚類の反応感度も飼育されている魚類の種類や個体差、および飼育の環境状態によってかなり異なり、さらに魚行動監視型の毒物検出装置は、その装置自体が大掛かりで、魚類の飼育や管理面において必要経費が大きい等の問題がある。

そこで、このような問題を解決する方法として、種々の水質検査システムが開発されている。一例として、有害物質や雑菌等が繁殖し難い比較的低いｐＨ値のところで作動させることができる鉄酸化細菌を選択し、これをプローブとして用いた水質検査システムがある。

この水質検査システムでは、図３に示すように、河川水供給ポンプ１０２によって、検査すべき水源すなわち被検水源の被検水（例えば、河川の流入や、浄水場への流入水、下水処理場への流入水など）が取り込まれる。取り込まれた被検水は導入管１０３を介して散気水槽１０４に送給される。散気水槽１０４に送られた被検水には、気体供給器１０５から空気あるいは酸素濃度を一定に調整した気体が供給され、溶存酸素濃度が飽和の状態で、電磁弁１０６を介し、被検水供給ポンプ１０７により被検水導入管１０８に送出される。さらに、薬液供給ポンプ１１４により、鉄液パック１１１から電磁弁１１２、薬液導入管１１３を介して硫酸第一鉄含有溶液が供給され、被検水導入管１０８で被検水と混合される。この混合液は、気体供給器１０５から供給される気体によって溶存酸素濃度が飽和状態とされた後、被検水導入管１０８から測定槽１１５内に流入される。

測定槽１１５は、温度調整器１１６によって温度調整される。測定槽１１５に被検水を供給する前に、空気あるいは酸素濃度を一定に調整した気体を気体供給器１０５から供給して、常に被検水を飽和溶存酸素濃度にして、酸素電極１１７の出力の最大値を安定させる必要がある。ここで、飽和溶存酸素濃度は液温度により変化するため、この点において、温度調整器１１６によって測定槽１１５を一定の温度に維持することは重要なことである。測定槽１１５内には、酸素を利用して硫酸第一鉄を硫酸第二鉄に変えることができる鉄バクテリアを保持する微生物膜１１８が取付けられた酸素電極１１７が設けられている。さらに、酸素電極１１７からの電気出力が取り出され、その電気出力が変換演算器１１９によって増幅・変換され、演算を施して被検水の異常水質が判別される。微生物膜１１８に保持される鉄バクテリアは、例えば、Thiobacillusferrooxidansである。測定槽１１５を通った被検水は排出管１２０を介して排出される。

この化学的挙動の化学反応式は、
４ＦｅＳＯ_４＋０_２＋２Ｈ_２ＳＯ_４→２Ｆｅ_２（ＳＯ_４）_３＋２Ｈ_２０
のようになり、２Ｆｅ_２（ＳＯ_４）_３は水中で電離し、Ｆｅ^３＋イオンが生成される。このＦｅ^３＋イオンがさらに水（Ｈ_２０）と反応して、水酸化鉄Ｆｅ（ＯＨ）_３となり沈殿することになる。微生物膜１１８に保持される鉄バクテリアとしては、Thiobacillus ferrooxidans以外にも、上記化学反応式の働きを持つすべての微生物が適用可能である。例えば、Gallionella ferruginea、Leptospirillum ferrOoxidans、Leptothrix、Sphaerotilus等が適していることが確認されている。

なお、鉄バクテリアの活性、すなわち鉄の酸化量は、温度の影響によっても変化する可能性があるため、測定槽１１５は温度調整器１１６によって、鉄バクテリアの活性が安定するような温度に維持されるのが望ましい。温度調整器１１６は、そういう意味で設けられているものである。

図３の水質検査システム１０１では、鉄酸化細菌をプローブとして取付けた酸素電極１１７に被検水と鉄液の混合液を被検水供給ポンプ１０７および薬液供給ポンプ１１４によって送液し、この送液時における酸素電極１１７からの電気出力を監視するものである。その場合、被検水中の水溶性の有害物質が混入した場合、その有害物質が微生物膜１１８上の鉄酸化細菌の呼吸活性を低下させる。その結果、鉄酸化細菌に消費されなかった酸素が微生物膜１１８を透過するため、酸素電極１１７に到達する酸素量が増加する。その結果、酸素電極１１７が出力する電流値が増加するので、これによって有害物質の混入を判断する。

このような水質検査システム１０１は連続運転されると、被検水中の汚濁物質が各配管の内壁に付着し堆積してくる。また、鉄液中の硫酸第一鉄の一部が硫酸第二鉄に酸化されて、これも徐々に堆積してくる。これらは、配管系の閉塞や、異常水質検出の感度低下につながり、検出精度を低下させる原因となる。そのため、図３に示す水質検査システム１０１には、被検水と硫酸第一鉄含有溶液の混合液が送液される被検水導入管１０８に、酸性溶液パック１０９から電磁弁１１０、薬液導入管１１３、薬液供給ポンプ１１４を介して酸性溶液を供給し、被検水導入管１０８や測定槽１１５などの被検水通流路に付着堆積している汚濁物質および酸化鉄を除去し、排出する「酸洗浄」を行なうことができるようにしている。
特開２００５−２４９６６４号公報

ところで、このような水質検査システム１０１では、一度『水質異常』の警報が発報されると、例えば浄水場ではテロ対策処置等の緊急体制が敷かれ、取水停止かそれに相当する臨時処置がとられる。しかし、その『水質異常』警報が誤警報となった場合、装置を設置している施設に多大な迷惑が掛かるだけでなく、取水停止により、施設内設備の稼動が一時的にストップし、損害が発生する。それゆえ『水質異常』警報に対する信頼性が要求される。

その反面、水質検査システム１０１の被検水は、河川水等の濁質や有機物を含む汚れた水を取り扱うことがほとんどであり、かつ、センサ部の鉄バクテリアを保持する微生物膜１１８に供給する栄養源（硫酸第一鉄）の消費量をできるだけ少なくしてランニングコストを抑える必要もあり、微少の流量を取り扱う装置にならざるを得ない。そのため、装置内の送液配管径も小さくなり、配管閉塞を誘発する因子が多い。

その他にも配管内のエア溜まり、配管の折れ、ポンプや電磁弁の故障、メンテナンス後の配管の接続間違い、断水など、装置トラブルの潜在的な因子を多く抱えている。

これら種々のトラブルが単独で、あるいは複数が影響を及ぼして、鉄酸化細菌の栄養源（硫酸第一鉄）が供給されない場合、応答上は鉄酸化細菌が有害物質によりダメージを受けて栄養源が消費できない場合と同じ反応を示すために、装置は『水質異常』と誤認して警報を発報する。

技術的には硫酸第一鉄の流量を常に監視すれば誤警報を未然に防ぐことは可能であるが、その流量が微少であるため、流量計は精密で高価になり、装置の製造コストが高くなる。また、検出部に導入する被検水のｐＨを監視する方法では、ｐＨ計の導入だけでなく、その定期的なメンテナンスも必要となる。そして、それらの機器の故障自体が装置トラブルの新たな因子になりかねない。

本発明は上記の事情に鑑み、検査工程から排出される排液の量を測定することにより、送液停止などに起因する水質異常の誤報などの発生を未然に防止することができる水質検査システムを提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために本発明は、微生物膜を透過する酸素量を溶存酸素電極によって測定することにより、導入された被検水中における有害物質の混入有無を検査するバイオセンサ型の水質検査システムにおいて、前記検査終了後に排出される排液の量を測定し、単位時間当たりの排液量が基準排液量以下であるとき、異常発生と判定する排液量測定部を備えたことを特徴としている。

本発明の一態様として、前記排液量測定部は、片側が封止され開口側から前記排液を受ける円筒管、およびこの円筒管を回動自在に支持する支点から成り、円筒管内に貯留される排液量が一定量になると自重により回動して前記開口側から排液を排出し排液の排出完了によって元の位置に戻るししおどし型片側封止円筒管と、このししおどし型片側封止円筒管内に貯留される排液量を測定する圧力センサと、この圧力センサで検出される単位時間当たりの排液量が基準排液量以下であるとき、異常発生と判定する異常判定手段とを備えるものである。

また、本発明の他の態様として、前記排液量測定部は、検査工程から排出される排液滴の有無を検出する光電センサと、この光電センサにより基準時間以上に渡って排液滴が検出されないとき、異常発生と判定する異常判定手段とを備えるものである。

本発明による水質検査システムによれば、検査工程から排出される排液の量を簡易的に測定することにより、送液停止などに起因する水質異常の誤報などの発生を未然に防止することができる。

《第１実施形態》
図１は本発明による水質検査システムの第１実施形態を示す概略構成図である。

この図に示す水質検査システム１ａは、水質検査対象となる河川水などの被検水を取り込んで酸素を注入する被検水導入部２と、硫酸第一鉄含有溶液、洗浄液（酸性溶液）を貯留する薬液／洗浄液供給部３と、薬液／洗浄液供給部３から供給される硫酸第一鉄含有溶液を使用して、被検水導入部２から供給される被検水の水質を検査する水質検査部４と、水質検査部４の排液量を計測する排液量測定部５ａとを備えている。そして、水質検査部４で、被検水の水質を検査させ、水質異常が見つかったとき、中央監視装置などに判定結果を送信する。また、排液量測定部５ａで排液の量を計測し、単位時間当たりの排液量が極端に少なくなったとき、送液停止などが発生したと判定して、中央監視装置などに判定結果を送信する。

被検水導入部２は、河川水を取り込む河川水供給ポンプ６と、河川水供給ポンプ６によって取り込まれた河川水を被検水として貯留する散気水槽７と、散気水槽７内の被検水に酸素を含む気体を送り込み、溶存酸素濃度を飽和させる気体供給器８と、散気水槽７内の被検水を取り込み、水質検査部４に導く電磁弁９とを備えている。

また、薬液／洗浄液供給部３は、硫酸第一鉄含有溶液を貯留する鉄液パック１０と、鉄液パック１０から硫酸第一鉄含有溶液を取り込み水質検査部４に導く電磁弁１１と、洗浄液となる酸性溶液を貯留する酸性溶液パック１２と、酸性溶液パック１２から酸性溶液を取り込み、水質検査部４に導く電磁弁１３とを備えている。そして、水質検査が指示されているとき、水質検査部４に硫酸第一鉄含有溶液を供給して、水質検査を実行し、また洗浄が指示されているとき、水質検査部４に酸性溶液を供給して、洗浄を実行する。

水質検査部４は、被検水導入部２から被検水を取り込む被検水供給ポンプ１４と、被検水供給ポンプ１４によって取り込まれた被検水を貯留する測定槽１５と、薬液／洗浄液供給部３から硫酸第一鉄含有溶液、または酸性溶液を取り込み、測定槽１５に送り込む薬液供給ポンプ１６と、測定槽１５の温度を一定に保持させる温度調整器２５と、測定槽１５内に配置され、被検水中の硫酸第一鉄を取り込み、硫酸第二鉄にする微生物膜１７と、測定槽１５内に配置され、微生物膜１７を透過した酸素の濃度に応じた電流を出力する酸素電極１８と、酸素電極１８から出力される電流を増幅した後、演算を行い被検水の水質が異常かどうかを判定する変換演算器１９とを備えている。

排液量測定部５ａは、開口側で、水質検査部４から排水される排液を受け、一定量が貯まる毎に、支点２０を中心にして回動し、貯まった排水を開口から排水溝２１に流した後、元の位置に戻るししおどし型片側封止円筒管２２と、ししおどし型片側封止円筒管２２の封止端側に配置され、ししおどし型片側封止円筒管２２の封止端によって押圧されなくなったとき、これを検出して、排水検出信号を出力する圧力センサ２３と、圧力センサ２３から出力される排水検出信号の時間間隔を測定して、単位時間当たりの排水量を算出し、これが予め設定されている基準排水量以下になったとき、送液停止などが発生したと判定して、異常検出信号を送信する送液停止検出器２４とを備えている。

そして、水質検査部４から、例えば１４０ｍｌ／ｈ程度が点滴状に排水される排液をししおどし型片側封止円筒管２２の開口側で受けて貯留させる。貯留量が一定量に達すると、その都度、ししおどし型片側封止円筒管２２が回転して、貯留された排液を排水溝２１に排水する。ししおどし型片側封止円筒管２２に貯留された排液の量は圧力センサ２３で測定されている。配管閉塞などが発生して、水質検査部４から排水される排液の量が減少し、単位時間当たりの排水量が基準排水量以下になると、送液停止検出器２４によって、送液停止などが発生したと判定され、異常検出信号が送信される。これにより、異常発生が通知されるのである。

このように、この第１実施形態では、水質検査部４で、河川水の水質を検査しつつ、排液量測定部５ａで、水質検査部４の排水量を監視し、基準排水量以下になったとき、送液停止などが発生したと判定して、異常検出信号を送信するようにしている。このため、送液停止などに起因する水質異常の誤報などの発生を未然に防止することができる。

《第２実施形態》
図２は本発明による水質検査システムの第２実施形態を示す概略構成図である。なお、この図に示す各部のうち、図１の各部と対応する部分には、同じ符号が付してある。

この図に示す水質検査システム１ｂが図１に示す水質検査システム１ａと異なる点は、ししおどし型片側封止円筒管２２を使用した排液量測定部５ａに代えて、光電センサ３０を使用した排液量測定部５ｂを設け、排液の有無を検出するようにしたことである。排液は鉄液、酸素溶液が混在したものであり、極めて酸化作用が大きい。このため、接触タイプの検出手段では酸化防止策を設ける必要があるため、非接触タイプの検出システムが望まれる。

第２実施形態の排液量測定部５ｂは、水質検査部４から排水される排液の滴（排液滴）を受ける排水溝３１と、排液滴の通り道（滴下ルート）を挟むように配置された発光器３２、受光器３３によって構成され、光を用いて、排液滴の有無を検出する光電センサ３０と、予め決められている基準時間以上、光電センサ３０によって、排液滴が検出されなくなったとき、送液停止などが発生したと判定して、異常検出信号を送信する送液停止検出器３４とを備えている。

以上の構成において、水質検査部４で、河川水の水質を検査しつつ、排液量測定部５ｂで、水質検査部４から排水滴が排出されているかどうかが監視される。すなわち、光電センサ３０は、排液滴の有無を検出する。排液滴が検出された時点でタイマをスタートさせ、次の排液滴が検出されるまでの時間を計時する。この計時時間が基準時間以上であるとき、すなわち基準時間以上に渡って排液滴が検出されないとき、送液停止検出器３４は、送液停止などが発生したと判定して、異常検出信号を送信する。

このように、この第２実施形態では、基準時間以上、排水滴が排出されないとき、送液停止などが発生したと判定させて、異常検出信号を送信するようにしているので、送液停止などに起因する水質異常の誤報発生を未然に防止することができる。しかも排液とは非接触で検出が可能となるので、検出器の酸化防止手段を講じる必要がなき、簡易な構成によって安価な水質検査システムを提供することができる。

なお、第２実施形態では、非接触タイプの検出手段として、光電センサを用いる構成を説明したが、これに限られるものではない。受け皿の底部に圧力センサを設け、点滴状に落ちてくる排液をこの圧力センサで受け、一定時間以上に渡って排液有りが検出されない場合に、異常発生を警告するようにすれば良い。

本発明による水質検査システムの第１実施形態を示す概略構成図である。 本発明による水質検査システムの第２実施形態を示す概略構成図である。 従来から知られている水質検査システムの一例を示す概略構成図である。

符号の説明

１ａ，１ｂ：水質検査システム
２：被検水導入部
３：薬液／洗浄液供給部
４：水質検査部
５ａ，５ｂ：排液量測定部
６：河川水供給ポンプ
７：散気水槽
８：気体供給器
９：電磁弁
１０：鉄液パック
１１：電磁弁
１２：酸性溶液パック
１３：電磁弁
１４：被検水供給ポンプ
１５：測定槽
１６：薬液供給ポンプ
１７：微生物膜
１８：酸素電極
１９：変換演算器
２０：支点
２１：排水溝
２２：ししおどし型片側封止円筒管
２３：圧力センサ
２４：送液停止検出器
２５：温度調整器
３０：光電センサ
３１：排水溝
３２：発光器
３３：受光器
３４：送液停止検出器

Claims (3)

1. 微生物膜を透過する酸素量を溶存酸素電極によって測定することにより、導入された被検水中における有害物質の混入有無を検査するバイオセンサ型の水質検査システムにおいて、
   前記検査終了後に排出される排液の量を測定し、単位時間当たりの排液量が基準排液量以下であるとき、異常発生と判定する排液量測定部、
   を備えたことを特徴とする水質検査システム。
2. 請求項１に記載の水質検査システムにおいて、
   前記排液量測定部は、
   片側が封止され開口側から前記排液を受ける円筒管、およびこの円筒管を回動自在に支持する支点から成り、円筒管内に貯留される排液量が一定量になると自重により回動して前記開口側から排液を排出し排液の排出完了によって元の位置に戻るししおどし型片側封止円筒管と、
   このししおどし型片側封止円筒管内に貯留される排液量を測定する圧力センサと、
   この圧力センサで検出される単位時間当たりの排液量が基準排液量以下であるとき、異常発生と判定する異常判定手段と、
   を備えたことを特徴とする水質検査システム。
3. 請求項１に記載の水質検査システムにおいて、
   前記排液量測定部は、
   検査工程から排出される排液滴の有無を検出する光電センサと、
   この光電センサにより基準時間以上に渡って排液滴が検出されないとき、異常発生と判定する異常判定手段と、
   を備えたことを特徴とする水質検査システム。

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