JP2009063333A - 水質監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安価で、構造が簡単でありながら、水質の検知が正確に出来るとともに、水槽内の保守管理が容易にできるようにした。
【解決手段】原水が注入される水槽１１の外側壁には、階段状に形成された光学センサからなる発光／受光部取付体１２が設けられる。光学センサからなる発光／受光部取付体１２には、６つの光学センサからなる発光／受光部構成体１３₁〜１３₆が装着される。光学センサからなる発光／受光部構成体１３₁〜１３₆は、水槽１１内での魚の狂乱（狂奔）状態を検出する魚狂乱状態検出部である。水槽１１内に形成された堰部２２には、堰魚停滞検出部を構成する光学センサからなる発光／受光部構成体を設け、この構成体で堰部２２に仮死状態となって漂ってきて魚を検出したときに、原水に異常があったと判断して、警報などを報知する。
【選択図】図１

Description

この発明は、特に毒性に敏感な魚類を使用して、その魚類の挙動から水質を検知する水質監視装置に関するものである。

近時、水道水源の汚染が、廃棄物の不法投棄などの環境悪化で拡がりつつあるとともに、テロリズム対策としての水源防備も怠ってもならない。一方、ユーザーニーズとしては、「おいしい水」の要望も、近年、強くなって来ている。

このため、水源の汚染を早期に検知するには、河川から採取した水を、計器により水質の検査を行う手段が採られている他に、魚などを使用して、魚の挙動をカメラにより撮影し、撮影した画像を処理することにより、魚の異常行動から水質の異常状態を検知する手段も採られている。

特に、毒物が水に混入されると、魚は、狂乱状態の行動を起こすとともに、仮死状態となって、液面を漂ったり、沈下したりする。このような魚の状態を撮影して、水質に何らかの異常が生じたと判断する手段について多数の特許文献がある。その代表的な３つの文献を次に示す。
特開平０９−１０１３００号公報 特開平１１−０８３８３７号公報 特開２００７−１８７５７５号公報

上記文献は、いずれも魚を水槽に入れて、水槽内の魚の挙動を撮影し、その撮影した画像処理状態から原水の水質の善し悪しを判断するようにしたものである。このため、撮影装置や、画像処理装置を使用するため、比較的装置全体が高価になる問題があるとともに、装置全体が大型化する問題もある。

また、水槽に魚を遊泳させるために、水槽内が、魚の糞などにより汚れてくる。このため、水槽内の清掃が簡単にできないと、魚の挙動の撮影が困難となり、画像処理ができなくなるおそれがある。従って、水槽の清掃などの保守管理を速やかに行なうことが必要であるが、現状では、この保守管理が速やかに出来なかった。

この発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、安価で、構造が簡単でありながら、水質の検知が正確に出来るとともに、水槽内の清掃などの保守管理が容易にできる水質監視装置を提供することを課題とする。

この発明は、上記の課題を達成するために、第１発明は、原水が注入されると共に、魚を遊泳させる水槽と、水槽内に配設され、常時一定の水面となるように原水を越流させる堰部と、水槽の外側壁面から一定の間隔を隔てて配設され、水槽内の水質に異常が発生すると、遊泳している魚が狂乱状態の挙動を呈したことを検出する狂乱状態検出部とを備え、
魚の狂乱状態の挙動が予め設定された時間継続したことを狂乱状態検出部が出力したなら水質異常であると判定することを特徴とする。

第２発明は、魚が狂乱状態の後に仮死状態になって、前記堰部に魚が停滞することを検出する堰部魚停滞検出部を設け、この検出部と前記狂乱状態検出部が検出出力を送出したときに水質異常であると判定することを特徴とする。

第３発明は、前記水槽の底部に排水口を設け、この排水口近辺に一定時間仮死状態で魚が停滞することを検出する排水口魚停滞検出部を設け、この検出部の出力、堰部魚停滞検出部の出力および狂乱状態検出部の各出力があったときに水質異常であると判定することを特徴とする。

第４発明は、原水が注入されると共に、魚を遊泳させる水槽と、水槽内に配設され、常時一定の水面となるように原水を越流させる堰部と、この堰部に魚が一定時間以上停滞したことを堰部魚停滞検出部とを備え、
堰部魚停滞検出部が出力を送出したときに、水質異常であると判定することを特徴とする。

第５発明は、前記各検出部は、光学センサからなる発光／受光部構成体と反射体とからなることを特徴とする。

この発明によれば、水質の検知に最も敏感にして、即応性ある魚を利用することにより、安価にして、簡単な機構で正確に水質を検知でき、しかも、清掃などの保守管理が容易に行なうことができ、かつ遠方監視が可能な水質監視装置が得ることができる。この他に水質の突然の濁り等も検知可能である。

以下この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、この発明の実施の形態を示す概略的な構成図であり、図２〜図５は実施の形態の詳細を示す正面図、平面図、右側面図及び左側面図である。図６は水槽内配設される水噴出孔が穿設された水噴出パイプの平面図及び側面図である。

図１において、１１は原水が注入される水槽で、この水槽１１の長辺方向の外側壁から一定間隔隔てた中央部近辺には、階段状に形成された光学センサからなる発光／受光部取付体１２が設けられ、この光学センサからなる発光／受光部取付体１２の階段部には、例えば６つの光学センサからなる発光／受光部構成体１３₁〜１３₆が装着されている。これらの光学センサからなる発光／受光部構成体１３₁〜１３₆は、水槽１１内での魚の狂乱（狂奔）状態を検出する魚狂乱状態検出部Ａである。この検出部Ａが一定時間検出したのち、出力を送出したときには、水質に異常があると判断する。

なお、光学センサからなる発光／受光部構成体１３₁〜１３₆の発光部から発光された光線は、水槽１１を貫いて水槽の外側壁から一定間隔隔てて配置された反射体（図示省略）で反射されて受光部にて受光される。

水槽１１の内壁の短辺方向には、原水取り入れ口１４が設けられ、この取入れ口１４にはＴ字型パイプ１５が接続、配置され、このパイプ１５には複数の水噴出孔が後述するように穿設されている。Ｔ字型パイプ１５の横方向のパイプ両端は閉塞され、縦方向のパイプには、詳細を図６に示す複数の水噴出孔が穿設された水噴出パイプ１６が接続され、その水噴出パイプ１６は水槽１１の底辺に沿って配設されている。

原水取入れ口１４には、原水がストップ弁１７、電磁弁１８、減圧弁１９、流量計２０、調整弁２１を介して供給され、これらの弁などにより水槽１１内への原水の流入が、一次側水圧の影響を受けないようになっている。

２２は水槽１１内に形成された堰部で、この堰部２２の水面直下には、水槽１１の側壁から光学センサからの光線が水平方向に照射されるように、光学センサからなる発光／受光部構成体と反射体（図示省略）とが水槽１１の両側壁に一定の間隔を隔てて設けられている。この光学センサからなる発光／受光部構成体は、堰部２２に魚が仮死状態となって水面上を漂ってきて、その位置で数秒間（約５秒）停滞したことを検出するための堰部魚停滞検出部Ｂで、この検出部Ｂが、数秒間魚が停滞していると検出し、出力したときには、原水に異常があったと判断して、警報などを報知する。なお、堰部２２を越流した水は排水パイプ２３を介して主排水パイプ２４に接続されて外部に放流される。

２５は水槽１１の底部に設けられた排水口で、この排水口２５には排水パイプ２６が接続され、ストップ弁２７、電磁弁２８を介して、主排水パイプ２４に接続されて、水槽１１を清掃したときなどに排水口２５からストップ弁２７、電磁弁２８を介して汚れた水が主排水パイプ２４に流れる。

また、排水口２５には、原水に異常があると、魚が仮死状態となって沈下してくるので、その魚の停滞状態を上記堰部２２の水面直下と同様に、光学センサからの光線を水槽１１の底辺に沿って水平方向に照射する光学センサからなる発光／受光部構成体と反射体（図示省略）を、水槽１１の両側壁に一定間隔隔てて配設し、排水口２５の位置で魚が数秒間停滞したことを排水口魚停滞検出部Ｃで検出する。この検出部Ｃが数秒後に検出出力を送出したときには、水質異常と判定する。

図２〜図５は水槽１１を架台３０に載置したときの正面図、平面図、右側面図及び左側面図で、図２〜図５においては、原水注入用のパイプや排水パイプは接続していない状態のものである。水槽１１の内部には、図１では図示しなかった整流壁３１が設けられている。３２は、堰部２２の水面直下を光線で照射する光学センサからなる発光／受光部構成体と反射体及び水槽の底辺の排水口の付近を光線で照射する光学センサからなる発光／受光部構成体と反射体が取り付けられた光学センサからなる発光／受光部構成体と反射体取付部材である。

３３は、光学センサからなる発光／受光部構成体を動作させる信号や魚が毎分当り何回光線を横切ったかを計数し記憶する装置などが組み込まれた回路装置で、この回路装置３３は、魚狂乱状態検出部Ａ、堰部魚停滞検出部Ｂおよび排水口魚停滞検出部Ｃからの計数した値が毎分当り、予め設定した値以上なら、原水に何らかの異常があったこととして警報ブザー３４で報知する。３５はタイマである。

図６（ａ）（ｂ）は、水槽１１内部に配設される水噴出孔が穿設された水噴出パイプ１６で、水噴出孔は図６（ｂ）に示すような角度で噴出されるように構成されている。

なお、上記実施の形態には、図示していないが、水槽１１内の底部に防塵網を布設してあり、これにて金魚の糞などのゴミを簡便に清掃できるようにした。また、水槽１１には、液面リレー（図示省略）が設置されていて、水槽の水位異常を監視するように構成されている。さらに、金魚への給餌を自動的に行なう給餌方式を採用して、給餌の際には、原水の流入・流出を一時的に停止するようにして、餌が無駄に流出しないように設定している。

上記液面リレーや給餌時に原水の流入・流出を停止する制御は、回路装置３３からの信号により行われる。

上記のように構成された実施の形態において、水槽１１内に原水を注入し、数匹の魚、例えば金魚を七、八匹入れ、回路装置３３から光学センサからなる光線発光部に動作電圧を印加する。発光部からは所定の光線が照射され、金魚がその所定の光線を遮ると、受光部でその光線が受光されなくなる。この受光されなくなる回数を計数し、その計数値が毎分当たりどのくらいになるかを計数する。

通常は毎分当り１０〜２０回ぐらいであるが、原水に毒性の物質が入ってくると、金魚が狂乱（狂奔）状態になって水槽内を急速に動き回る。このため、所定の光線を遮る回数が増加し、毎分当りの計数値が４０回以上に達したときには、回路装置３３から原水に毒性の物質などが混入してきたとして、警報が報知される。この場合をケース１とする。このケース１における誤動作を防ぐために、堰部２２に仮死状態になった金魚が水面を浮いて漂ってきて、この位置で数秒間停滞していると、警報が発せられるようにする。この場合をケース２とする。

このケース２の場合、金魚が狂乱状態の際に、排水口２５にも仮死状態となって数秒間停滞することも、上記判定条件に入れて警報の報知とすることにより、誤報知することが防止できる。なお、この排水口２５における仮死状態での停滞は、数秒以上停滞する仮眠状態の時を除外する。

ケース３は、排水口２５の条件を考慮しないケース２の場合と同様に、堰部２２における仮死状態と狂乱状態から警報を報知する。

ケース４は、堰部２２の位置で金魚が仮死状態のまま数十秒間停滞していることを検出部が２回以上検出したときに、警報を報知する。この場合、排水口における検出部での仮死状態を条件に入れなかったのは、金魚が仮眠状態で排水口に停滞して誤動作するのを防止するためである。

なお、上記金魚の挙動は、原水に毒性の物質が流入する場合、水槽全体に一斉に整流状態で流入するものとし、片寄った流れの場合には、金魚の挙動は若干異なってくる。

上記のように構成したこの発明の実施の形態では、次のような作用効果が得られる。
（ａ）従来から魚類を利用した水質検知方式は、種々存在しているが、魚類の挙動の捉え方として、この実施の形態では、魚類の狂乱（狂奔）、仮死状態の組み合わせにより、確実、正確な水質汚染検知が実現できた。
（ｂ）水槽内における原水噴流方式は、水噴出パイプ１６のような形状にした噴水ノズルに形成したことによる整流により水質汚染検知が速やかにできるようになった。
（ｃ）この実施の形態は、水槽内に金魚を入れるので、金魚の生息環境保持も重要で清掃等平素の手入れ維持と観賞用をも兼ね備えるとともに、安価にして維持管理の容易さも特徴になっている。

また、この実施の形態においては、水質異常や装置の故障時には、警報を発生して報知すると共に、水槽内の原水は、流入・流出を同時に停止し、水質試験の試料として保留し、状態確認の上、手動解除まで機能をロックするように構成されている。この他に、下記のような機能を備えている。

（１）一次側水圧変動の影響を受けない一定流量とした。このために、水槽１１の原水流入部に減圧弁１９を設置し、更に、流量計２０を設けて、定流量を確保して水槽１１内の流水方式を安定させることと、全幅堰部２２の水面水位を一定に保つようにした。

（２）水槽１１の水の整流を図６に示すような水噴出孔を備えた水噴出パイプ１６を配置して確保した。

（３）無害にして微調整容易な所定の光線を用いた。

（４）水槽内での金魚の挙動の捉え方に驚愕、狂乱（狂奔）、仮死状態による二段方式を採用して、誤動作の防止を図った。

（５）水槽内の底部に防塵網を敷設し、金魚の糞などの清掃を簡便にできるようにして維持管理を容易にした。この他、清掃用具も付属として設けた。

（６）水槽の側壁面の結露を防いで、誤動作防止を図るためにファンを設けて水槽の側壁面に送風した。

（７）水槽に液面リレーを設置して水槽の水位異常を検出して、高水位、低水位を防止するようにしている。

（８）金魚への給餌中は、水の流入・流出を同時に停止し、餌の流出を防止して或一定時間の給餌時間を設定して、餌の無駄を防止した。

（９）電磁弁１８，２８は通電閉方式を採用して、消費電力の節減を図っている。

（１０）回路装置３３には、シーケンサーを用いて、タイマ設定などの調整や数値設定を容易にした。

（１１）ＩＴＶやテレコンなどによる遠隔無人機場用としても適用可能とした。

この発明の実施の形態を示す概略的な構成図。 実施の形態の詳細を示す正面図。 実施の形態の詳細を示す平面図。 実施の形態の詳細を示す右側面図。 実施の形態の詳細を示す左側面図。 水槽内に配設される水噴出孔が穿設された水噴出パイプを示す平面図及び側面図。

符号の説明

１１…水槽
１２…光学センサからなる発光／受光部取付体
１３₁〜１３₆…６つの光学センサからなる発光／受光部構成体
１４…原水取り入口
１５…Ｔ字型パイプ
１６…水噴出パイプ
１７、２７…ストップ弁
１８、２８…電磁弁
１９…減圧弁
２０…流量計
２１…調節弁
２２…堰部
２３、２６…排水パイプ
２４…主排水パイプ
２５…排水口
Ａ…魚狂乱状態検出部
Ｂ…堰部魚停滞検出部
Ｃ…排水口魚停滞検出部

Claims (5)

1. 原水が注入されると共に、魚を遊泳させる水槽と、水槽内に配設され、常時一定の水面となるように原水を越流させる堰部と、水槽の外側壁面から一定の間隔を隔てて配設され、水槽内の水質に異常が発生すると、遊泳している魚が狂乱状態の挙動を呈したことを検出する狂乱状態検出部とを備え、
   魚の狂乱状態の挙動が予め設定された時間継続したことを狂乱状態検出部が出力したなら水質異常であると判定することを特徴とする水質監視装置。
2. 魚が狂乱状態の後に仮死状態になって、前記堰部に魚が停滞することを検出する堰部魚停滞検出部を設け、この検出部と前記狂乱状態検出部が検出出力を送出したときに水質異常であると判定することを特徴とする請求項１記載の水質監視装置。
3. 前記水槽の底部に排水口を設け、この排水口近辺に一定時間仮死状態で魚が停滞することを検出する排水口魚停滞検出部を設け、この検出部の出力、堰部魚停滞検出部の出力および狂乱状態検出部の各出力があったときに水質異常であると判定することを特徴とする請求項２に記載の水質監視装置。
4. 原水が注入されると共に、魚を遊泳させる水槽と、水槽内に配設され、常時一定の水面となるように原水を越流させる堰部と、この堰部に魚が一定時間以上停滞したことを堰部魚停滞検出部とを備え、
   堰部魚停滞検出部が出力を送出したときに、水質異常であると判定することを特徴とする水質監視装置。
5. 前記各検出部は、光学センサからなる発光／受光部構成体と反射体とからなることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の水質監視装置。

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