JP2014002069A - 活性炭の濃度関連パラメータ測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】活性炭の濃度関連パラメータを容易かつ迅速に測定することができる濃度関連パラメータ測定装置、測定システム、測定方法、及び、これらを利用した活性炭スラリーの調製方法を提供する。
【解決手段】活性炭スラリー中に浸漬し、互いに対向して対となる電極２１、２２を有する電気伝導率センサ２と、前記電極２１、２２を活性炭スラリーに接触させて電流を流した際に前記電極２１、２２間に生じる電位差に基づいて活性炭の濃度関連パラメータ値を算出する濃度関連パラメータ算出部３３、３７と、を備えているようにした。
【選択図】図３

Description

この発明は、浄水場等で活用できる活性炭の濃度関連パラメータ測定装置、測定システム、測定方法、及び、これらを利用した活性炭スラリーの調製方法に関するものである。

活性炭は、石炭やヤシ穀等の炭素物質を原料として高温でガスや薬品と反応させて作られる、孔径が１〜２０ｎｍ程度の微細孔が形成された炭素である。このような活性炭は比表面積が大きく優れた吸着能を備えている。活性炭の吸着能は、浄水場でも利用されるが、浄水場では主として粒状活性炭処理と粉状活性炭処理の二つの方法が用いられる。

このうち粉状活性炭処理では、着水井等に粉末状の活性炭を加え不純物を吸着させ、その後、凝集処理をして粉状活性炭を懸濁質として沈殿、ろ過し、吸着された溶解成分とともに除去するが、着水井等に粉末状の活性炭を加える際には、粉末状の活性炭を直接加えずに、一旦水と混合しスラリー状にした後、その活性炭スラリーを着水井に注入する（特許文献１）。

活性炭スラリー中の活性炭の濃度（以下、単に「活性炭スラリーの濃度」ともいう。）は、着水井の流出口に設けられたフィルターで補足された活性炭の質量を測定し、当該質量をフィルターを通過した水の体積で割ることによって算出することができる。

特開２００８−２２９５８１号公報

しかし、活性炭スラリーを調製しながら、その濃度を連続的に測定するための有効な手段は従来知られていない。スラリーやコロイド等の濃度を測定する方法としては光学的な測定法があるが、光学的に活性炭スラリーの濃度を測定するためには活性炭スラリーの濃度は０．５質量％以下程度でなければならない。しかし、粉状活性炭処理に用いるために調製される活性炭スラリーの濃度は３質量％程度であるので、この活性炭スラリーの濃度を光学的に測定するのは難しい。また、活性炭が測定用セルに付着して光の透過が妨げられると正確な測定ができなくなるので、光学的に活性炭スラリーの濃度を測定するには測定用セルは常に清浄にしておかなければならず手間がかかる。

そこで本発明は、活性炭スラリー中の活性炭の濃度等の活性炭の濃度関連パラメータを容易かつ迅速に測定することができる活性炭の濃度関連パラメータ測定装置、測定システム、測定方法、及び、これらを利用した活性炭スラリーの調製方法を提供すべく図ったものである。

活性炭を水等の分散媒に分散させると、活性炭に含まれるリンや、窒素、カリウム等が分散媒中に溶け出して、電気伝導率（導電率）が上昇する。そして、本発明者が検討したところ、この電気伝導率と活性炭スラリーの濃度とには相関関係があることが見出された。本発明はこの新規な知見に基づき完成されたものである。

すなわち本発明に係る活性炭の濃度関連パラメータ測定方法は、活性炭スラリーの電気伝導率を測定することを特徴とする。なお、本発明において、「活性炭の濃度関連パラメータ」には、例えば、活性炭スラリー中の活性炭の濃度、当該濃度に依存する値、活性炭スラリーの電気伝導率等が含まれる。そして、例えば、活性炭の濃度関連パラメータとして活性炭スラリーの電気伝導率が得られた場合は、その値を予め設定された所定の閾値や濃度換算表と比較して活性炭の濃度を把握することができる。

このようなものであれば、活性炭スラリーの電気伝導率を測定すれば、当該電気伝導率に基づき活性炭スラリー中の活性炭の濃度を測定又は推測することができるので、極めて容易かつ迅速に活性炭スラリーの濃度を把握することができる。

そして、本発明に係る活性炭の濃度関連パラメータ測定方法を活性炭スラリーの調製時に利用すれば、活性炭の濃度関連パラメータを連続的又は間欠的に測定（モニタリング）して、その濃度を制御することも可能となる。このように本発明に係る活性炭の濃度関連パラメータ測定方法を利用した活性炭スラリーの調製方法もまた、本発明の一つである。

すなわち本発明に係る活性炭スラリーの調製方法は、所定の分散媒に活性炭を分散して活性炭スラリーを調製する方法であって、活性炭スラリーの電気伝導率を測定する工程と、活性炭スラリーの電気伝導率又は当該電気伝導率に基づき算出された活性炭の濃度関連パラメータが所定の値になるように、前記活性炭スラリーに分散媒又は活性炭を添加する工程と、を備えていることを特徴とする。

本発明に係る活性炭の濃度関連パラメータ測定方法や活性炭スラリーの調製方法に用いることができる活性炭の濃度関連パラメータ測定装置もまた、本発明の一つである。

すなわち本発明に係る活性炭の濃度関連パラメータ測定装置は、活性炭スラリー中に浸漬し、互いに対向して対となる電極を有する電気伝導率センサと、前記電極を活性炭スラリーに接触させて電流を流した際に前記電極間に生じる電位差に基づいて活性炭の濃度関連パラメータ値を算出する濃度関連パラメータ算出部と、を備えていることを特徴とする。

活性炭スラリーを調製する際の分散媒としては一般的に水道水等が用いられるが、水道水に含まれているイオン等により活性炭スラリーの電気伝導率が変動することがある。このため、本発明に係る活性炭の濃度関連パラメータ測定装置は、活性炭スラリーを被検液とする電気伝導率値を格納する実測値格納部と、活性炭スラリーの分散媒を被検液とする電気伝導率値を格納するバックグラウンド値格納部と、前記実測値格納部と前記バックグラウンド値格納部とから電気伝導率値データを取得してバックグラウンド補正を行うバックグラウンド補正部と、を備えていて、分散媒である水道水等に含まれるイオン等が活性炭スラリーの電気伝導率に及ぼす影響をキャンセルできるように構成してあることが好ましい。

また、本発明に係る活性炭の濃度関連パラメータ測定装置と、得られた活性炭の濃度関連パラメータ値と予め設定された所定の閾値とを比較して、得られた活性炭の濃度関連パラメータ値が閾値以上になっている場合にアラームを発する警報装置と、を備えている活性炭の濃度関連パラメータ測定システムもまた、本発明の一つである。

このように本発明によれば、活性炭スラリーの電気伝導率を測定すれば、当該電気伝導率に基づき活性炭スラリー中の活性炭の濃度を測定又は推測することができるので、極めて容易かつ迅速に活性炭スラリーの濃度を把握することができる。

本発明の一実施形態に係る活性炭の濃度関連パラメータ測定装置の外観斜視図。 同実施形態における浄水施設を示す部分模式図。 同実施形態に係る活性炭の濃度関連パラメータ測定装置の機器構成図。 他の実施形態に係る活性炭の濃度関連パラメータ測定システムの機器構成図。

以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態に係る活性炭の濃度関連パラメータ測定装置１は、例えば、図２に示すような浄水施設１０で用いられるものである。図２において、符号１１は水と粉末状活性炭とを混合して所定濃度の活性炭スラリーを調製する混和槽を示し、符号１２は調製された活性炭スラリーを１０倍程度に希釈する希釈槽を示し、符号１３は河川、湖沼、原水等からの水が収容される着水井を示す。本実施形態に係る活性炭の濃度関連パラメータ測定装置１は、主として混和槽１１において活性炭スラリーの濃度を把握する際に用いられる。

本実施形態に係る活性炭の濃度関連パラメータ測定装置１は、図１に示すように、交流４極法の電気伝導率センサ２と、電気伝導率センサ２にケーブルＣＬで接続された本体３とを備えたものである。

以下に各部を説明する。
電気伝導率センサ２には、一対のリング状及び円状の電流極２１ａ、２１ｂと、一対のリング状の電圧極２２ａ、２２ｂとが、間に絶縁体を挟んだ状態で所定の間隔を空けて同心円状に設けてある。これらの電極２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂは、ステンレス、チタン、モネル、ハステロイ等の金属電極からなる。活性炭スラリーの電気伝導率を測定する際には、これらの電極２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂが活性炭スラリーに接触するように、電気伝導率センサ２を活性炭スラリーに浸漬させる。

本体３は、ハードウェア構成として、ＣＰＵ、Ａ／Ｄ変換器３２、記憶装置、入力手段、ディスプレイ３９等を一体的に備えた専用のものである。そして前記ＣＰＵや必要に応じてその周辺機器が、前記記憶装置に格納されたプログラムに基づいて動作することにより、図３に示すように、電気伝導率値算出部３３、実測値格納部３４、バックグラウンド値格納部３５、バックグラウンド補正部３６、濃度算出部３７、表示部３８等としての機能を発揮する。本体３は、更に、交流電源、演算増幅器等（これらは図示しない。）から構成される測定回路３１も備えている。

電気伝導率値算出部３３は、電気伝導率センサ２を活性炭スラリーに浸漬した状態で、電圧極２２ａ、２２ｂ間に生じる電位差に基づいて電気伝導率値を算出する。具体的には、一対の電流極２１ａ、２１ｂによって活性炭スラリー中に電流を流し、一対の電圧極２２ａ、２２ｂによって活性炭スラリー中の電位差を測定する。そして、前記電位差（電圧）の値に対する電流値の比（電流値／電圧値）から、この比に比例する活性炭スラリーの電気伝導率値を求める。なお、活性炭スラリーの電気伝導率は温度によって変化するので、電気伝導率値算出部では、２５℃の電気伝導率の推定値を算出するよう温度補償している。

実測値格納部３４は、被検液が活性炭スラリーである場合に得られた電気伝導率値データを電気伝導率値算出部３３から取得し、これを格納する。

バックグラウンド値格納部３５は、被検液が活性炭スラリーの分散媒である場合に得られた電気伝導率値データを電気伝導率値算出部３３から取得し、これを格納する。

バックグラウンド補正部３６は、実測値格納部３４とバックグラウンド値格納部３５とから電気伝導率値データを取得して、活性炭スラリーを被検液とする電気伝導率値から、活性炭の分散媒である水道水等を被検液とする電気伝導率値を差し引き、バックグランドの影響を排除した真の電気伝導率値を算出する。

濃度算出部３７は、バックグラウンド補正部３６から真の電気伝導率値データを取得して、当該電気伝導率値から所定の関数に基づき活性炭スラリー中の活性炭の濃度値を算出する。なお、本実施形態に係る濃度測定装置１は、既知濃度の活性炭スラリーを用いて前記所定の関数を校正するスパン校正機能を備えている。

表示部３８は、ディスプレイ３９を制御して、バックグラウンド補正部３６で算出された真の電気伝導率や濃度算出部で算出された濃度をディスプレイ３９に表示する。

以下に本実施形態に係る活性炭の濃度関連パラメータ測定装置１を用いて活性炭スラリーの濃度を測定する方法及び活性炭スラリーを調製する方法を説明する。

本実施形態に係る活性炭の濃度関連パラメータ測定装置１を用いて活性炭スラリーの濃度を測定し、活性炭スラリーを調製するには、まず、活性炭を分散する分散媒である水道水等に電極２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂが接触するように電気伝導率センサ２を浸漬して電気伝導率を測定する。すると、得られた電気伝導率値データはバックグラウンド値格納部３５に格納される。

次いで、混和槽１１中の活性炭スラリーに電極２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂが接触するように電気伝導率センサ２を浸漬して電気伝導率を測定する。すると、得られた電気伝導率値データは実測値格納部３４に格納される。

活性炭スラリーの電気伝導率値データが実測値格納部３４に格納されると、バックグラウンド補正部３６が、実測値格納部３４とバックグラウンド値格納部３５から電気伝導率値データを取得し、活性炭スラリーの電気伝導率値から分散媒の電気伝導率値を差し引き、活性炭スラリー中の活性炭の濃度に依存する真の電気伝導率値を算出する。

バックグラウンド補正部３６で算出された真の電気伝導率値データは濃度算出部３７に送られ、そこで所定の関数に基づき活性炭スラリーの濃度値が算出される。

濃度算出部３７で算出された活性炭スラリーの濃度値データやバックグラウンド補正部３６で算出された真の電気伝導率値データは表示部３８に送られて、活性炭スラリーの濃度や電気伝導率がディスプレイ３９に表示される。

そして、ディスプレイ３９に表示された活性炭スラリーの濃度や電気伝導率を監視しながら、その値が所定の目標値となるように、活性炭や分散媒である水道水等の混和槽１１中への添加量を調節することにより、所定濃度の活性炭スラリーを連続的に調製することができる。

このように構成した本実施形態に係る活性炭の濃度関連パラメータ測定装置１によれば、活性炭スラリーの電気伝導率に基づき、活性炭スラリー中の活性炭の濃度を得ることができるので、活性炭の濃度が変動する活性炭スラリーにおいても極めて容易かつ迅速に活性炭の濃度を測定することができる。このため、本実施形態に係る活性炭の濃度関連パラメータ測定装置１を用いれば、浄水施設１０の混和槽１１中で活性炭スラリーを調製する際に、その濃度を連続的又は間欠的に監視（モニタリング）しながら濃度を制御することができる。

また、本実施形態に係る活性炭の濃度関連パラメータ測定装置１は、分散媒に起因する電気伝導率をキャンセルするバックグラウンド補正機能を備えているので、分散媒である水道水等に含まれるイオンにより活性炭スラリーの電気伝導率が変動しても、その影響を排除して、活性炭スラリーの電気伝導率や活性炭スラリー中の活性炭の濃度等の活性炭の濃度関連パラメータを正確に測定することができる。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

例えば、前記実施形態では、交流４極法の電気伝導率センサ２を用いたが、これに代えて交流２極法の電気伝導率センサを用いてもよい。また、前記実施形態では、電気伝導率の測定方式として交流電圧法を用いたが、電磁誘導式により電気伝導率を測定してもよい。

また、図４に示すように、前記実施形態に係る活性炭の濃度関連パラメータ測定装置１に加え、得られた電気伝導率値や濃度値等の活性炭の濃度関連パラメータ値と予め設定された所定の閾値とを比較して閾値以上になっていればアラームを発するように設定された警報装置１０１を設け、これらによって活性炭の濃度関連パラメータ測定システム１００を構成しもよい。

本発明は、その他、前述した実施形態の一部又は全部を適宜組み合わせてもよく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

１・・・濃度測定装置
２・・・電気伝導率センサ
３３・・・電気伝導率値算出部
３７・・・濃度算出部

Claims (5)

1. 活性炭スラリー中に浸漬し、互いに対向して対となる電極を有する電気伝導率センサと、
   前記電極を活性炭スラリーに接触させて電流を流した際に前記電極間に生じる電位差に基づいて活性炭の濃度関連パラメータ値を算出する濃度関連パラメータ算出部と、を備えていることを特徴とする活性炭の濃度関連パラメータ測定装置。
2. 活性炭スラリーを被検液とする電気伝導率値を格納する実測値格納部と、
   活性炭スラリーの分散媒を被検液とする電気伝導率値を格納するバックグラウンド値格納部と、
   前記実測値格納部と前記バックグラウンド値格納部とから電気伝導率値データを取得してバックグラウンド補正を行うバックグラウンド補正部と、を備えている請求項１記載の活性炭の濃度関連パラメータ測定装置。
3. 請求項１又は２記載の活性炭の濃度関連パラメータ測定装置と、
   得られた活性炭の濃度関連パラメータ値と予め設定された所定の閾値とを比較して、得られた活性炭の濃度関連パラメータ値が閾値以上になっている場合にアラームを発する警報装置と、を備えていることを特徴とする活性炭の濃度関連パラメータ測定システム。
4. 活性炭スラリーの電気伝導率を測定することを特徴とする活性炭の濃度関連パラメータ測定方法。
5. 所定の分散媒に活性炭を分散して活性炭スラリーを調製する方法であって、
   活性炭スラリーの電気伝導率を測定する工程と、
   活性炭スラリーの電気伝導率又は当該電気伝導率に基づき算出された活性炭の濃度関連パラメータが所定の値になるように、前記活性炭スラリーに分散媒又は活性炭を添加する工程と、を備えていることを特徴とする活性炭スラリーの調製方法。