JP2015017901A

JP2015017901A - 水質測定装置

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Publication number: JP2015017901A
Application number: JP2013145596A
Authority: JP
Inventors: 長尾　信明; Nobuaki Nagao; 信明長尾
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2013-07-11
Filing date: 2013-07-11
Publication date: 2015-01-29
Anticipated expiration: 2033-07-11
Also published as: JP6225522B2

Abstract

【課題】機構が簡単で測定精度も高い水質測定装置を提供する。【解決手段】非測定期にあっては、清水弁８は開とされ、受入室４内に常時清水が供給されている。受入室４内に供給された清水は、小開口２ａから容器２内に流出する。測定時期になった場合、制御器１０からの信号により清水弁８が閉となると共に、発光素子５及び受光素子６が作動を開始する。清水弁８を閉として清水供給が停止されることにより、容器２内の水が受入室４内に拡散し、受入室４内の水質が徐々に容器２内の水質に近づいてくる。そのため、受光素子６の受光強度は、清水弁８の閉弁と同時に急激に低下し、その後、この低下の度合いが徐々に緩慢となる。受光素子６の受光強度値の経時変化を予測し、実測値がこの予測値に近接したならば測定を終了し、この予測値を容器２内の水質測定値とする。【選択図】図１

Description

本発明は、試料水中に存在する有機汚濁物質量（濃度）を測定する紫外線吸光度測定装置などの水質測定装置に関するものである。

河川水や各種排水の水質分析を行なうために、試料水中の有機汚濁物質量を紫外線吸光度を利用して測定する紫外線吸光度測定装置などの光学的測定装置が用いられる。紫外線吸光度測定装置は、試料水を流通させたフローセルに紫外線を照射してその吸光度を測定することにより試料水に含まれる有機物の定量を行なうものである（特許文献１，２）。

紫外線吸光度測定装置では、試料水として河川水や排水などをくみ上げてフローセルを流通させるため、フローセルの壁面に有機物や浮遊物が付着して光透過性が悪くなり、紫外線吸光度測定に影響を与える。そこで、フローセル内の汚れをワイパーなどを用いて除去する洗浄機構を装置に設けることが提案されている（特許文献１，２）。

しかしながら、ワイパーでフローセル表面を擦ることにより、フローセル表面に傷がつくおそれがある。

特許文献２には、測定時に、フローセル内を空にした後、試料水を導入し、測定終了後は試料水を排出した後、フローセルを洗浄機構で洗浄し、フローセル内を純水で満たし次回の測定まで待機するよう構成した水質測定装置が記載されている。しかしながら、この水質測定装置では、純水の受入・排出及び試料水の導入・排出を行うための機構が必要であり、機構が複雑となる。

また、特許文献２では、フローセル内は清浄な純水で満たされるものの、次回の測定まで試料水の導入系に試料水が滞留するため、試料水の導入系内が汚泥やスカムで閉塞したり、次回測定時の測定精度が悪化するおそれがある。

特公平６−５８３２３号公報ＷＯ２００９／１５７０５７

本発明は、機構が簡単で測定精度も高い水質測定装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、その一態様において、測定時間を短いものとすることができる水質測定装置を提供することを目的とする。

本発明の水質測定装置は、測定対象水が流れる流路又は測定対象水を貯留する容器内に連通するように設けられた受入室と、該受入室内の水の水質を測定するための測定器と、該受入室内に清水を供給する清水供給手段と、水質の測定時には該清水供給手段を停止させ、非測定時には清水供給手段を作動させる制御手段とを有するものである。

本発明の一態様では、前記制御手段は、前記測定器の水質測定値の経時変化からその後の水質測定値を予測し、予測値と測定値とが近接した場合に測定を打ち切って前記清水供給手段を作動させるよう構成されている。

本発明の別の一態様では、前記制御手段は、前記測定器の水質測定値の変化率が所定値以下となった場合に測定を打ち切って前記清水供給手段を作動させるよう構成されている。

本発明のさらに別の一態様では、前記制御手段は、前記測定器の水質測定値の予め設定した所定時間内における経時変化からその後の水質測定値を予測し、該所定時間経過後に測定を打ち切って前記清水供給手段を作動させるよう構成されている。

本発明の水質測定装置では、非測定時には受入室内に清水を常時供給しているので、受入室内に汚泥が溜ったり受入室内面にスライム等が付着することがない。そのため、測定時には精度の高い水質測定値を得ることが可能となる。

測定時には、清水の供給を停止する。そうすると、流路又は容器内の測定対象水が受入室内に拡散してくるので、受入室内の水質が徐々に流路又は容器内の測定対象水と同質となってくる。そこで、この受入室内の水の水質を測定することにより、流路又は容器内の測定対象水の水質が測定される。測定終了後は、受入室内に再度清水を供給する。これにより、受入室内が清水となり、受入室内での汚泥堆積やスカム付着が防止される。

本発明の水質測定装置は、特許文献２のものに比べて構成が簡易である。

本発明では、測定時における測定器の水質測定値の変化率が小さくなった場合や、予測値が実測値に近接した場合に測定完了としてもよい。また、所定時間を設定しておき、この所定時間経過時に予測値を演算し、測定完了としてもよい。このようにすれば水質測定を短時間で行うことができる。

実施の形態に係る水質測定装置の断面図である。実施の形態に係る水質測定装置のタイミングチャートである。別の実施の形態に係る水質測定装置の斜視図である。図３の水質測定装置の分解図である。図３のＶ−Ｖ線断面図である。

以下、図１，２を参照して第１の実施の形態に係る水質測定装置１について説明する。

排水等を貯留したり処理したりするための容器（槽）２の側壁又は底面に小開口２ａが設けられ、該小開口２ａの外面側に水質測定装置１が取り付けられている。具体的には、小開口２ａに臨むようにして水質測定装置１の微小なセル３が接続されている。該セル３内が測定対象水を受け入れるための受入室４となっている。この受入室４は、小開口２ａを介して常に容器２内に連通している。セル３の１対の対峙壁面は透光部３ａ，３ｂとなっており、各透光部３ａ，３ｂに対面して紫外線（ＵＶ）等の発光素子５と受光素子６が設置されている。

セル３の小開口２ａと反対側に清水吐出用ノズル７が設置され、清水弁８及び清水配管９を介して該ノズル７から受入室４内に清水が供給可能とされている。発光素子５、受光素子６及び清水弁８は制御器１０によって作動が制御される。また、受光素子６の検出信号は制御器１０によって処理される。

図２に示されるように、水質測定は間欠的に行われる。非測定期にあっては、清水弁８は開とされ、受入室４内に常時清水が供給されている。受入室４内に供給された清水は、小開口２ａから容器２内に流出する。受入室４内の容積は容器２内の容積に比べて微小であり、容器２内の水質が清水によって影響されることはない。なお、この非測定期には発光素子５及び受光素子６を作動停止状態とし、各発光素子５及び受光素子６の劣化を防止するのが好ましい。

測定時期になった場合、制御器１０からの信号により清水弁８が閉となると共に、発光素子５及び受光素子６が作動を開始する。清水弁８を閉として清水供給が停止されることにより、容器２内の水が受入室４内に拡散し、受入室４内の水質が徐々に容器２内の水質に近づいてくる。そのため、受光素子６の受光強度は、図２の通り、清水弁８の閉弁と同時に急激に低下し、その後、この低下の度合いが徐々に緩慢となる。

受光強度が略一定値となった時点まで測定を行ってもよいが、それでは測定時間が長くなってしまうので、この実施の形態では、受光素子６の受光強度値の経時変化を予測し、実測値がこの予測値に近接したならば測定を終了し、この予測値を容器２内の水質測定値とすると共に、非測定時の状態（清水弁８を開、発光素子５及び受光素子６を停止）に復帰する。これにより、測定時間を大幅に短縮することができる。

上記の予測値に基く測定打ち切りの時点は、例えば受光強度を２次近次式で以下のように表わし、受光強度測定値が２次近似予測値の極値の所定割合値（例えば７０％値）以下になった時点とすることができる。なお、この７０％値は一例であり、これに限定されるものではなく、５０％以上の値に選定されればよい。

＜２次近似による受光強度の予測式＞
計測時間ｔ_０（計測開始時）、ｔ_１（現時点からΔｔさかのぼった時点）、ｔ_２（現時点）における受光強度が、それぞれｖ_０、ｖ_１、ｖ_２であるとした場合、
ｖ_０＝Ａｔ_０ ^２＋Ｂｔ_０＋Ｃ
ｖ_１＝Ａｔ_１ ^２＋Ｂｔ_１＋Ｃ
ｖ_２＝Ａｔ_２ ^２＋Ｂｔ_２＋Ｃ
Ａ、Ｂ、Ｃについてそれぞれを整理すると、
Ａ＝（Δｔ_２Δｖ_１−Δｔ_１Δｖ_２）／Ｅ
Ｂ＝｛（ｔ_０ ^２−ｔ_２ ^２）Δｖ_１−（ｔ_０ ^２−ｔ_１ ^２）Δｖ_２｝／Ｅ
Ｃ＝｛（ｔ_２ ^２Δｔ_１−ｔ_１ ^２Δｔ_２）ｖ_０＋ｔ_０ ^２（Δｔ_２ｖ_１−Δｔ_１ｖ_２）｝／Ｅ
ただし、
Ｅ＝Δｔ_１Δｔ_２Δｔ_１２
Δｔ_１＝ｔ_０−ｔ_１
Δｔ_２＝ｔ_０−ｔ_２
Δｔ_１２＝ｔ_１−ｔ_２
Δｖ_１＝ｖ_０−ｖ_１
Δｖ_２＝ｖ_０−ｖ_２
時刻ｔ（将来）の受光強度ｖは、このＡ、Ｂ、Ｃを用いて
ｖ＝Ａｔ^２＋Ｂｔ＋Ｃ
にて表わされる。本発明の一態様では、この２次関数ｖから演算される極値（Ａが正であるときには最小値、Ａが負であるときには最大値）ｖ_２と、時刻ｔにおけるｖとの比ｖ_２／ｖが
ｖ_２／ｖ≦０．７
となったならば測定打ち切りとし、ｖを測定値とする。

本発明の別の一態様では、図２の測定開始信号出力時刻と測定終了信号出力時刻との差を予め所定時間に定めておく。なお、この所定時間は、予察実験を行って誤差が大きくならない範囲でなるべく短い時間に定めておく。この測定開始信号出力時刻から測定終了信号出力時刻との間に上記と同様にして受光強度予測式ｖ＝Ａｔ^２＋Ｂｔ＋Ｃの定数Ａ，Ｂ，Ｃを演算する。そして測定終了信号を出力した後、２次関数ｖの極値を演算し、この極値を測定値とする。

このように、この実施の形態の水質測定装置では、非測定時には受入室４内に清水を常時供給しているので、受入室４内に汚泥が溜ったり受入室４の内面にスライム等が付着することがない。そのため、測定時には流路又は容器内の水質を高精度にて測定することができる。

また、この水質測定装置では、給水用の弁として清水弁８のみを動作させるので、構成がきわめて簡単である。

この実施の形態では、測定時における受光素子６の受光強度値の経時変化からその後の受光強度を予測するので、水質測定を短時間で行うことができる。

なお、本発明では、受光強度値の変化率すなわち時間による微分値（又は差分値）が所定値以下となったならば測定を打ち切り、この打ち切り時点での実測値を予想測定値としてもよい。この場合にも水質測定を短時間で行うことができる。

上記予測式は２次式となっているが、指数近似等の他の近似式を用いてもよい。

図１では容器（槽）２の側壁又は底面に水質測定装置１を取り付けるようにしているが、容器内に浸漬配置するタイプとすることもできる。図３〜５はその一例に係る水質測定装置１１を示すものである。

この水質測定装置１１は、略円筒状のセンサブロック１２と、該センサブロック１２に外嵌したシュラウド１３とを有する。センサブロック１２は両端側にセンサ収容室１２ａ，１２ｂを有し、それぞれ発光素子５と受光素子６とが設置されている。センサ収容室１２ａ，１２ｂ同士の間のスペースは、シュラウド１３によって囲まれることにより受入室１２ｃとなる。センサ収容室１２ａ，１２ｂの該受入室１２ｃに臨む面にそれぞれ透光部３ａ，受光部３ｂが設けられている。

シュラウド１３は、センサブロック１２に外嵌する円筒部１３ａと、該円筒部１３ａの図の上面側に設けられた小開口１３ｂと、円筒部１３ａの小開口１３ｂと反対側（図の下面側）に設けられたノズル１３ｃとを有する。円筒部１３ａはセンサ収容室１２ａ，１２ｂに跨がる長さを有している。小開口１３ｂ及びノズル１３ｃはそれぞれ受入室１２ｃに連通している。

このノズル１３ｃにホース（図示略）の一端を接続し、該ホースの他端を清水弁を介して清水源に接続する。このようにホースを接続した水質測定装置１１を容器（槽）内に浸漬し、受入室１２ｃ内に清水を供給する。水質測定時に清水供給を停止し、小開口１３ｂを介して受入室１２ｃ内に槽内の液を拡散させ、発光素子５及び受光素子６を作動させ、図１の場合と同様にして水質測定及び予測を行う。なお、素子５，６は図示しないケーブルを介して制御装置に接続されている。

上記実施の形態では、容器２内の水質を測定しているが、配管等の流路内を流れる水の水質を測定することも可能である。

図１，３〜５の水質測定装置１，１１にあっては、受入室４，１２ｃの容積は１〜１０ｍＬ、受入室４，１２ｄへの清水の供給量（ＳＶ）は１０〜３００ｍＬ／分程度が好適である。受入室４，１２ｄの容積は容器（槽）２の容積の１／１０以下であることが好ましい。

配管等の流路の水質を測定する場合、清水の供給量は流路内の流量の１／１０以下であることが好ましい。

上記実施の形態では、発光素子５と受光素子６とを有した光学式センサによって水質測定を行っている。光としてＵＶを用いることによりＣＯＤを検知することができる。ただし、この光はＵＶに限らず、ＳＳや色度等を測定するための可視光であってもよい。光学式センサ以外の導電率計やｐＨ計などの水質測定器によって水質を測定してもよい。

上記の清水としては、純水、超純水、水道水、スライム防止剤含有水などが例示されるが、これに限定されない。

本発明の水質測定装置は、水質測定頻度が１時間に１〜６回程度である場合に好適であるが、これに限定されない。

１，１１水質測定装置
２容器
２ａ，１３ｂ小開口
３セル
３ａ，３ｂ透光部
４，１２ｃ受入室
５発光素子
６受光素子
１２センサブロック
１３シュラウド

Claims

測定対象水が流れる流路又は測定対象水を貯留する容器内に連通するように設けられた受入室と、
該受入室内の水の水質を測定するための測定器と、
該受入室内に清水を供給する清水供給手段と、
水質の測定時には該清水供給手段を停止させ、非測定時には清水供給手段を作動させる制御手段と
を有する水質測定装置。
請求項１において、前記制御手段は、前記測定器の水質測定値の経時変化からその後の水質測定値を予測し、予測値と測定値とが近接した場合に測定を打ち切って前記清水供給手段を作動させるよう構成されていることを特徴とする水質測定装置。
請求項１において、前記制御手段は、前記測定器の水質測定値の変化率が所定値以下となった場合に測定を打ち切って前記清水供給手段を作動させるよう構成されていることを特徴とする水質測定装置。
請求項１において、前記制御手段は、前記測定器の水質測定値の予め設定した所定時間内における経時変化からその後の水質測定値を予測し、該所定時間経過後に測定を打ち切って前記清水供給手段を作動させるよう構成されていることを特徴とする水質測定装置。