JP2015205237A - 水質管理装置、水質管理システム、及び水質管理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却水やボイラー水等の循環水系の複数種の水質パラメータを現場で分析し、分析結果に基づいて適切な対策を速やかに提示できる水質管理装置、水質管理システム、及び水質管理方法を提供する。
【解決手段】水質管理装置は、水処理設備から採取された試料水について測定された複数の水質パラメータが入力される入力部１１２と、複数の水質パラメータの変化と、前記水処理設備における水処理状況とを組み合わせた対策データを記憶する記憶部１１８と、前記対策データを参照し、入力された複数の水質パラメータに対応する水処理状況を選択する演算部１１６と、演算部１１６により選択された水処理状況を表示する表示部１１４と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷却水やボイラー水等の循環水系の水質管理装置、水質管理システム、及び水質管理方法に関する。

各種工場、ビル等では、冷凍機等の各種の熱交換器を含む水系が設けられ、循環水（冷却水）と被冷却体とを熱交換器を介して接触させて、被冷却体を冷却している。近年、循環水系においては、節水を図るために、循環水がより高濃縮で運転されるようになってきているが、このような運転条件下では、循環水の蒸発に伴ってイオン成分が濃縮し、スケールが析出して冷凍機内に付着することがある。

スケールが冷凍機内に付着すると、被冷却体から循環水への伝熱が阻害される。これにより、凝縮器において、被冷却体凝縮量が減少したり、圧力が上昇したり、被冷却体温度の上昇に伴い圧縮機の負荷が上昇して高圧カット（一定以上で圧縮機が停止する。）に至ったりする等の事態が生じ得る。また、スケールの付着により、冷凍機の冷凍能力が低下して消費電力量が増加し、エネルギー効率が低下する。このため、循環水系の濃縮管理及びスケール防止剤の濃度管理を適切に行い、スケールの析出を抑制する必要がある。

開放循環冷却水系では、水を蒸発させるためファンで大気を吸引しており、大気中に含まれる土砂や粉塵、有機溶媒等のＢＯＤ（Biochemical Oxygen Demand）成分が循環水系に溶け込んだり、日光により藻類やスライムが発生したりすることにより、熱交換器でのエネルギー効率の低下や腐食など、種々の障害が発生する。このため、開放循環冷却水系においては、スライムコントロール剤の濃度を適切に管理することが重要である。

例えば、循環水中に含まれる有機物濃度を測定し、測定値に基づいて水処理薬品の添加量を決定することで、循環水中に存在する水処理薬品の濃度を制御する方法が知られている（特許文献１参照）。また、冷却水の酸化還元電位を測定し、この測定値に基づいて冷却水中に浸漬した電極への通電を制御し、水中に含まれる塩化物イオンから塩素系酸化剤を生成させた電解処理水を冷却水系の冷却水に含有させることで、冷却水中の塩素系酸化剤濃度を適正範囲に制御し、冷却水系内のスライムの発生を防止する方法が知られている（特許文献２参照）。

特開２００２−２１０４５４号公報 特許第３５２１８９６号公報

冷却水系で発生する障害を防止するには、水処理薬品注入量の調整だけでなく、殺菌剤やスケール防止剤等の消耗薬品の残留濃度など、多種多様な情報に応じた正確な対応が必要であり、特許文献１や２のように、有機物濃度や酸化還元電位等の水質の１項目だけに着目した制御では、誤った判断を行い、水処理設備を適切に管理できない場合があった。

そこで、現場で採取した水を持ち帰った後、複数の水質パラメータの分析を行い、これらの値に基づいて各種薬剤の注入量やブロー量を調整することが行われているが。しかし、この場合、分析から対応策の実行までのタイムラグが数日程度と長くなり、この間に障害が発生する状態へ移行するおそれがあった。また、実行する対応策の判断が個人の裁量や経験レベルに負うところが大きく、判断ミスが起こり得るという問題があった。

本発明は、以上の実情に鑑みてなされたものであり、冷却水やボイラー水等の循環水系の複数種の水質パラメータを現場で分析し、分析結果に基づいて適切な対策を速やかに提示できる水質管理装置、水質管理システム、及び水質管理方法を提供することを課題とする。

本発明の水質管理装置は、水処理設備から採取された試料水について測定された複数の水質パラメータが入力される入力部と、複数の水質パラメータの変化と、前記水処理設備における水処理状況とを組み合わせた対策データを記憶する記憶部と、前記対策データを参照し、入力された複数の水質パラメータに対応する水処理状況を選択する演算部と、前記演算部により選択された水処理状況を表示する表示部と、を備える。

本発明の一態様では、前記対策データは、複数の水質パラメータの変化と、前記水処理設備における水処理状況と、前記水処理設備に施す対策とが組み合わされており、前記演算部は、入力された複数の水質パラメータに対応する対策を選択し、前記表示部は、前記演算部により選択された対策を表示することを特徴とする。

本発明の一態様では、前記記憶部は、前記入力部を介して入力された水質パラメータを記憶し、前記演算部は、前記記憶部に記憶されている過去の水質パラメータを含むトレンドを用いて、水処理状況又は対策の選択を行うことを特徴とする。

本発明の一態様では、試料水の複数の水質パラメータを測定する複数の水質測定器をさらに備え、前記演算部は、前記対策データを参照し、前記複数の水質測定器により測定された複数の水質パラメータに対応する水処理状況を選択することを特徴とする。

本発明の一態様では、前記水質測定器として、透過率又は吸光度を測定するための光学的測定器、１種又は２種のイオン電極、及び電気伝導率計のうちの少なくとも２個を備えたことを特徴とする。

本発明の水質管理システムは、水処理設備から採取された試料水について測定された複数の水質パラメータが入力される入力部、入力された複数の水質パラメータを送信する通信部、及び表示部を有するデータ通信装置と、複数の水質パラメータの変化と、前記水処理設備における水処理状況と、前記水処理設備に施す対策とが組み合わされた対策データを記憶したデータベースを有し、前記データベースを検索して前記データ通信装置から受信した複数の水質パラメータに対応する水処理状況及び対策を選択し、選択した水処理状況及び対策を前記データ通信装置に通知するサーバ装置と、を備え、前記データ通信装置は、前記サーバ装置から通知された水処理状況及び対策を前記表示部に表示することを特徴とする。

本発明の一態様では、前記データ通信装置は、試料水の複数の水質パラメータを測定する複数の水質測定器を有する分析計に設けられていることを特徴とする。

本発明の水質管理方法は、１又は複数の分析計を用いて、水処理設備から採取した水について複数の水質パラメータを測定し、複数の水質パラメータの変化と、前記水処理設備における水処理状況と、前記水処理設備に施す対策とを組み合わせた対策データを記憶する水質管理装置が、前記対策データを参照し、測定された水質パラメータに対応する水処理状況及び対策を選択し、表示部が、前記選択された水処理状況及び対策を表示することを特徴とする。

本発明の一態様では、ｐＨ、電気伝導率、塩化物イオン濃度、硫酸イオン濃度、酸消費量(ｐＨ４．８)、酸消費量（ｐＨ８．３）、マグネシウム硬度、カルシウム硬度、シリカ濃度、鉄濃度、銅濃度、アンモニウムイオン濃度、残留塩素濃度、酸化還元電位、ＴＯＣ（全有機炭素）、ＣＯＤ（化学的酸素要求量）、ポリマー濃度、全りん酸濃度、亜鉛濃度、及び濁度からなる群より選ばれる２種以上の水質パラメータを測定することを特徴とする。

本発明によれば、複数の水質パラメータの変化と、水処理設備における水処理状況と、水処理設備へ施すべき対策とを組み合わせた対策データを参照し、分析計により現場で検出された２種以上の水質パラメータに対応する水処理状況及び対策を表示部に自動で表示するため、ユーザは、自身の裁量や経験レベルによらず、適切な対策を現場で速やかに確認し、実行することができる。また、２種以上の水質パラメータを用いることで、１種の水質パラメータの変化のみでは判断できない（見落としてしまう）障害の発生を検知することができ、水処理装置に対して適切な処置を速やかに実行し、循環水系に発生する障害を抑制することができる。

また、分析計が複数の水質測定器を有することで、１台の分析計で複数の水質パラメータの測定を行うことができる。さらに、この分析計に水質管理装置の機能を搭載することで、現場において、１台の分析計で、複数の水質パラメータの分析、水処理設備における水処理状況の判断、及び水処理設備へ施すべき対策の提示を行うことができる。

本発明の実施形態に係る水質管理システムの概略図である。 開放循環式冷却水系の構成図である。 本発明の実施形態に係る水質管理装置のブロック図である。 対策データの一例を示す図である。 複数の水質パラメータを測定可能な分析計の斜視図である。 図５の分析計を用いた測定方法を説明する斜視図である。 図５の分析計のブロック図である。 変形例による水質管理システムの概略図である。

以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る水質管理システムの概略図である。図１に示すように、水質管理システムは、水処理設備１００、水処理装置１０２、複数の分析計１０４、及び水質管理装置１１０を備えている。

水処理設備１００は、循環水（冷却水）と被冷却体とを熱交換器を介して接触させて、被冷却体を冷却させる循環式冷却水系である。図２に、循環式冷却水系の一例を示す。図２は、循環式冷却水系の１種である開放循環式冷却水系の模式図である。

図２に示すように、開放循環式冷却水系では、熱交換器６１における熱交換により温度が上昇した水が冷却塔６０に供給される。冷却塔６０に供給された温水は充填材６２を流下し、空気と向流接触して一部が蒸発する。蒸発潜熱によって冷却された水は冷却塔６０の下部のピットに貯留され、ポンプ６３により熱交換器６１に供給される。ブロー水配管６４のブロー弁（図示略）を開とすることによりブローが行われる。蒸発量とブロー水量との合計量に相当する補給水が補給水配管６５からボールタップ（図示略）を介して冷却塔６０に供給される。

図１に示す水処理装置１０２は、水処理設備１００で使用される水にスケール防止剤、防食剤、スラッジ分散剤、殺菌剤、スライム防止剤等の水処理薬品を注入する。例えば、図２に示す冷却塔６０に貯留されている水に水処理薬品が注入される。

分析計１０４は、水処理設備１００の循環水又は補給水の水質パラメータの分析を行う。分析計１０４は複数設けられており、複数種類の水質パラメータの分析が行われる。分析対象の水質パラメータは、水処理設備１００の用途や、水処理装置１０２が注入する水処理薬品の種類に応じたものであり、例えば、ｐＨ、電気伝導率、塩化物イオン濃度、硫酸イオン濃度、酸消費量(ｐＨ４．８)、酸消費量（ｐＨ８．３）、マグネシウム硬度、カルシウム硬度、シリカ濃度、鉄濃度、銅濃度、アンモニウムイオン濃度、残留塩素濃度、酸化還元電位、ＴＯＣ（全有機炭素）、ＣＯＤ（化学的酸素要求量）、ポリマー濃度、全りん酸濃度、亜鉛濃度、及び濁度からなる群より選ばれる２種以上、より好ましくは３種以上である。各水質パラメータの分析は、公知の方法に従って行えばよく、詳細な説明を省略する。

分析計１０４は、水処理設備１００から採取された試料水の水質パラメータの分析を行う。例えば、図２に示す冷却塔６０のピット内の水、ポンプ６３により熱交換器６１に供給される水、又は熱交換器６１から冷却塔６０に供給される水、好ましくはピット内の水の一部を採取して、循環水の試料水とする。また、配管６５から冷却塔６０に供給される補給水の一部を採取して、補給水の試料水とする。

分析計１０４は、持ち運びが可能なものでもよいし、オンライン分析が可能な装置による常時分析計でもよい。

水質管理装置１１０は、分析計１０４の分析結果に基づき、水処理設備１００における水処理状況を推定し、推定した状況に応じ、水処理設備１００へ施すべき対策を提示する。また、提示された対策の実施履歴を記録することで、プラント管理のエビデンスとして残してもよい。

図３に水質管理装置１１０のブロック図を示す。水質管理装置１１０は、入力部１１２、表示部１１４、演算部１１６、及びメモリ１１８を備え、例えばノート型ＰＣ（パーソナルコンピュータ）やタブレット端末等の携帯可能な装置により構成することができる。入力部１１２は、例えばボタン、スイッチ、テンキー等により構成され、分析計１０４により求められた水質パラメータをユーザが入力できるようになっている。分析計１０４から水質管理装置１１０へ水質パラメータを無線／有線ネットワークを介して転送するようにしてもよい。入力された水質パラメータはメモリ１１８に記憶される。

また、演算部１１６が、入力された循環水の水質パラメータと補給水の水質パラメータとを用いて濃縮倍数を算出し、算出した濃縮倍数をメモリ１１８に記憶してもよい。また、演算部１１６は、ランゲリア指数、リズナー指数、マットソン比などを算出してメモリ１１８に記憶してもよい。

例えば、循環水系のランゲリア指数（飽和指数）は、酸消費量（ｐＨ４．８）、ｐＨ、カルシウム硬度、及び電気伝導率を用いて算出できる。ランゲリア指数は、循環水のｐＨと炭酸カルシウムの飽和ｐＨ（ｐＨｓ）との差であり、水系における配管や熱交換器等の金属材料の腐食性を測る指標となる。ｐＨｓは、簡便計算法（ノーデル法）により、以下の数式１で求められる。

ｐＨｓ＝（９．３＋Ａ値＋Ｂ値）−（Ｃ値＋Ｄ値） …（１）

ここで、Ａ値は、蒸発残留物の濃度により定まる値であり、電気伝導率から求まる。Ｂ値は循環水の水温から定まる値である。Ｃ値は、カルシウム硬度により定まる値である。Ｄ値は、酸消費量（ｐＨ４．８）により定まる値である。

また、水の腐食性とスケール生成の傾向の指標となるリズナー指数ＲＳＩ（Ryznar Stability Index）は、循環水のｐＨと炭酸カルシウムの飽和ｐＨ（ｐＨｓ）とを用いて、以下の数式２により算出できる。

ＲＳＩ＝２ｐＨｓ−ｐＨ …（２）

ＲＳＩが６未満のとき水はスケール生成傾向にあることを示し、ＲＳＩが６以上７未満のとき水は安定状態にあることを示し、ＲＳＩが７以上のとき水は腐食傾向にあることを示す。

また、銅の孔食発生の指標となるマットソン比は、硫酸イオン濃度、酸消費量（ｐＨ４．８）、及び酸消費量（ｐＨ８．３）を用いて算出できる。マットソン比は水中の炭酸水素イオン濃度と硫酸イオン濃度の比（［ＨＣＯ_３ ⁻］／［ＳＯ_４ ^２−］）であり、炭酸水素イオン濃度ＨＣＯ_３ ⁻（ｍｇＨＣＯ_３ ⁻／Ｌ）は以下の数式３により求めることができる。

ＨＣＯ_３ ⁻（ｍｇＨＣＯ_３ ⁻／Ｌ）＝１．２２×（酸消費量（ｐＨ４．８）−２×酸消費量（ｐＨ８．３）） …（３）

マットソン比が１以下で、残留塩素が存在するとき、６０℃程度の温水で、銅に孔食が生じやすいと判断される（出展：ＪＲＡ−ＧＬ０２（１９９４） （社）日本冷凍空調工業会）。

水質管理装置１１０の表示部１１４は、例えば液晶ディスプレイであり、後述する演算部１１６により推定された水処理状況や、水処理設備１００へ施すべき対策を表示する。

メモリ１１８は、入力部１１２を介して入力された水質パラメータや、演算部１１６により算出された濃縮倍数等を記憶する。また、メモリ１１８は、複数の水質パラメータの項目名と、水質パラメータの変化と、水処理設備１００における推定される水処理状況と、水処理設備１００へ施すべき対策とを組み合わせた対策データを記憶する。なお、水質パラメータの変化とは、測定値が変化することだけでなく、測定値が所定の基準値を維持し続けることも含むものとする。図４に対策データの例を示す。

［対策データＤ１、Ｄ２］
対策データＤ１、Ｄ２では、ポリマー濃度と亜鉛濃度／全りん酸濃度に着目し、ポリマー濃度が基準値濃度を維持していても、亜鉛濃度／全りん酸濃度が、ポリマー濃度及び水処理剤の配合率から算出される濃度より低い場合、水処理設備１００において腐食が発生し始めている可能性があると推定され、防食剤の注入量増加が推定された状況への対策となる。

水処理設備１００に亜鉛、りん酸、ポリマーが一剤で注入され、水処理薬品の注入をポリマー濃度のみで制御する場合、上述のように、亜鉛濃度／全りん酸濃度の低下が起きていても、ポリマー濃度が基準値濃度を維持していることで、問題が無いと判断し、腐食発生の検知が遅れる。しかし、ポリマー濃度とあわせて、亜鉛濃度／全りん酸濃度を監視することで、ポリマー濃度が基準値濃度を維持していても、亜鉛濃度／全りん酸濃度の低下により腐食発生を早期に検知し、適切な対処をとることができる。

［対策データＤ３］
対策データＤ３では、塩化物イオン濃度、硫酸イオン濃度、及びマットソン比に着目し、塩化物イオン濃度及び硫酸イオン濃度が基準値濃度を維持していても、マットソン比が１以下である場合、水処理設備１００において銅材の腐食が発生し始めていると推定され、ブロー量増加による濃縮倍数の低減と防食剤の注入量増加が推定された状況への対策となる。

循環水中の腐食性アニオンを塩化物イオン濃度及び硫酸イオン濃度のみで監視する場合、上述のように、マットソン比が１以下となっても、塩化物イオン濃度及び硫酸イオン濃度が基準値濃度を維持していることで、問題が無いと判断し、銅材の腐食発生の検知が遅れる。しかし、塩化物イオン濃度及び硫酸イオン濃度とあわせて、マットソン比を監視することで、塩化物イオン濃度及び硫酸イオン濃度が基準値濃度を維持していても、マットソン比が１以下となることで銅材の腐食発生を早期に検知し、適切な対処をとることができる。

［対策データＤ４、Ｄ５］
対策データＤ４、Ｄ５では、濁度と鉄濃度／銅濃度に着目し、濁度及び鉄濃度／銅濃度が上昇した場合、水処理設備１００において腐食、又は持込み鉄による二次腐食が発生し始めていると推定され、防食剤の注入量増加が推定された状況への対策となる。

水処理薬品の注入を濁度のみで制御する場合、上述のように、濁度が上昇しても、その原因には、補給水質の悪化、濃縮倍数の上昇、プロセスリーク等、様々なものがあり、原因を特定できず、腐食発生の検知が遅れる。しかし、濁度とあわせて、鉄濃度／銅濃度を監視することで、濁度の上昇原因が鉄／銅に起因するものと特定でき、腐食発生を早期に検知し、適切な対処をとることができる。

［対策データＤ６］
対策データＤ６では、ポリマー濃度及びＣＯＤに着目し、ポリマー濃度が基準値濃度を維持していても、循環水中のポリマー濃度に対するＣＯＤが上昇している場合、水処理設備１００において外部からのＣＯＤ成分の混入によりスライムが発生し始めている可能性があると推定され、スライム防止剤の注入量増加が推定された状況への対策となる。

水処理薬品の注入をポリマー濃度のみで制御する場合、上述のように、循環水中のポリマー濃度に対するＣＯＤが上昇していても、ポリマー濃度が基準値濃度を維持していることで、問題が無いと判断し、スライム発生の検知が遅れる。しかし、ポリマー濃度とあわせて、ＣＯＤを監視することで、ポリマー濃度が基準値濃度を維持していても、循環水中のポリマー濃度に対するＣＯＤが上昇することで、スライム発生を早期に検知し、適切な対処をとることができる。

［対策データＤ７］
対策データＤ７では、遊離残留塩素濃度及び補給水アンモニウムイオン濃度に着目し、遊離残留塩素濃度が低下した場合、スライムが発生している可能性があると推定され、補給水アンモニウムイオン濃度から循環水系に必要な次亜塩素酸量を求め、次亜塩素酸ナトリウムの添加を行う。

水処理薬品の注入を遊離残留塩素濃度のみで制御する場合、上述のように、遊離残留塩素濃度が低下し、次亜塩素酸ナトリウムの添加量を増やしても、遊離残留塩素濃度は上昇せず、遊離残留塩素濃度の調整が遅れ、スライム発生量が増加する。しかし、遊離残留塩素濃度とあわせて、補給水アンモニウムイオン濃度を監視し、補給水アンモニウムイオン濃度から循環水系に必要な次亜塩素酸量を求めることで、スライム発生量の増加を防止できる。

［対策データＤ８］
対策データＤ８では、シリカ濃度及びマグネシウム硬度に着目し、シリカ濃度及びマグネシウム硬度が低下した場合、水処理設備１００においてケイ酸マグネシウムでのスケールが析出していると推定され、ケイ酸マグネシウムスケール防止剤の注入量増加又はブロー量増加による濃縮倍数の低減が推定された状況への対策となる。

水処理設備１００の管理をシリカ濃度のみで行う場合、上述のように、シリカ濃度が低下すると、濃縮倍数が低下したと判断し、ブロー率を下げて濃縮倍数を上げるような対策をとり、スケール析出を検知できないばかりか、かえってスケール付着を悪化させるおそれがある。しかし、シリカ濃度とあわせて、マグネシウム硬度を監視することで、シリカ濃度及びマグネシウム硬度が低下した場合にケイ酸マグネシウムでのスケール析出を早期に検知し、適切な対処をとることができる。

［対策データＤ９］
対策データＤ９では、濁度及びＣＯＤに着目し、濁度及びＣＯＤが上昇した場合、水処理設備１００においてスライムが発生している可能性があると推定され、スライム防止剤の注入量増加が推定された状況への対策となる。

濁度のみを監視する場合、上述のように濁度が上昇するとブロー量を増加させるような対策をとり、スライム発生を検知できないばかりか、系内のスライム防止剤の濃度が低下し、かえってスライム障害を悪化させるおそれがある。しかし、濁度とあわせてＣＯＤを監視することで、濁度とともにＣＯＤが上昇することによりスライム発生を早期に検知し、適切な対処をとることができる。

水質管理装置１１０の演算部１１６は、メモリ１１８に記憶されている対策データを参照し、入力された水質パラメータの変化が、対策データ内の水質パラメータ変化と一致した場合、この水質パラメータ変化に対応する水処理状況及び対策を表示部１１４に表示する。ユーザは、表示部１１４に表示された対策に基づいて、水処理設備１００に対して適切な処置を施すことができ、循環水系に発生する障害を抑制することができる。

演算部１１６が参照する対策データは、ユーザが入力部１１２を用いて選択してもよい。対策データが選択されると、入力すべき水質パラメータの入力画面が表示部１１４に表示される。

このように、本実施形態による水質管理装置１１０は、複数の水質パラメータの項目名と、水質パラメータの変化と、水処理設備１００における推定される水処理状況と、水処理設備１００へ施すべき対策とを組み合わせた対策データをメモリ１１８に記憶し、分析計１０４により現場で検出された２種以上の水質パラメータが入力されると、対策データを参照し、入力された水質パラメータに対応する水処理状況及び対策を表示部１１４に自動で表示する。２種以上の水質パラメータを用いることで、１種の水質パラメータの変化のみでは判断できない（見落としてしまう）障害の発生を検知することができ、水処理装置１００に対して適切な処置を速やかに実行し、循環水系に発生する障害を抑制することができる。

また、ユーザは、水質管理装置１１０を用いることで、自身の裁量や経験レベルによらず、適切な対策を現場で速やかに確認し、実行することができる。

上記実施形態では、複数の分析計１０４を用いていたが、複数の水質パラメータを求めることができる分析計を用いてもよい。このような分析計を図５〜図７を用いて説明する。

図５、６は複数の水質パラメータを測定可能な分析計の外観斜視図であり、図７は分析計のブロック図である。図７の通り、分析計は、吸光度測定部１、電極測定部２、電気伝導率測定部３、操作部４、表示部５、演算部６、及びメモリ７を備えており、これらが筐体Ｈに設置されている。

図５、６の通り、筐体Ｈは、略々直方体形状の合成樹脂製のケースよりなり、その上面の一半側に操作部４と、液晶ディスプレイ等よりなる表示部５とが設けられている。操作部４は、ユーザによって操作されるボタン、スイッチ、タッチパネル等によって構成されている。

筐体Ｈの上面の他半側には、セル設置部１０が凹段部状に設けられ、開閉回動可能なカバー１１で覆われている。また、筐体Ｈの上面の他半側には、試料水容器２０の配置部２１が設けられており、この配置部２１の上方に起立方向回動可能なセンサ設置盤１５が設けられている。カバー１１及びセンサ設置盤１５はヒンジによって筐体Ｈに対し回動可能に取り付けられている。

セル設置部１０には、吸光度測定用セル１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃの差込穴１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃが設けられている。筐体Ｈ内には、各差込穴１２Ａ〜１２Ｃを挟んで対峙するようにそれぞれ発光素子、分光器及び受光素子が設けられている。分光器は省略される場合がある。セル１２Ａ〜１２Ｃには予め規定量の発色試薬が封入されている。セル１２Ａ〜１２Ｃ内の発色試薬は互いに別種のものである。

発色試薬は、測定対象成分によって異なり、例えば測定対象成分がシリカの場合はモリブデンを含有するものを使用することができ、酸消費量（ｐＨ４．８）を求める場合はブロモフェノールブルーを含有するものを使用することができ、酸消費量（ｐＨ８．３）を求める場合はフェノールフタレインを含有するものを使用することができる。また、硫酸イオンを測定する場合は、クロム酸バリウムを含有するものを使用することができる。

セル１２Ａ〜１２Ｃのキャップを開け、セル１２Ａ〜１２Ｃ内に規定量の試料水を注入した後、キャップを閉じ、試料水と発色試薬とを混合した後、セル１２Ａ〜１２Ｃを差込穴１３Ａ〜１３Ｃに差し込み、吸光度を測定することができる。このセル１２Ａ〜１２Ｃと、各発光素子、分光器及び受光素子と、各素子の駆動回路と、受光信号処理回路とによって吸光度測定部１が構成されている。

センサ設置盤１５はヒンジによって、図５の起立状態と、図６の倒伏状態とをとりうるように上下方向に回動可能となっている。センサ設置盤１５には、電極測定部２を構成するイオン電極１６、１７、ｐＨガラス電極１８及び比較電極２３と、電気伝導率測定部３を構成する電気伝導率計１９とが、各々の下端側が倒伏装置のセンサ設置盤１５の下面から下方に突出する形態にて設置されている。

この実施の形態では、イオン電極１６は２価陽イオン選択性電極であり、イオン電極１７はカルシウムイオン選択性電極である。

倒伏状態のセンサ設置盤１５の下方には、試料水容器２０が配置されており、センサ設置盤１５が倒伏すると、イオン電極１６，１７、ｐＨガラス電極１８、比較電極２３、及び電気伝導率計１９の下端側が容器２０内の試料水Ｗ（図５）に浸漬されるように構成されている。試料水容器２０には把手２０ａが設けられており、この把手２０ａを摘んで試料水容器２０を筐体Ｈの容器配置部２１に出し入れすることが可能である。また、容器２０に隣接するスペースＳに各種電極の保護キャップが収納できるようになっている。

吸光度測定部１の発光素子には、ＬＥＤ、キセノンフラッシュランプやハロゲンランプ等を用いることができる。分光器には、干渉フィルタや色ガラスフィルタ等のフィルタ、水晶や溶融石英等のプリズム、又は平面回折格子や凹面回折格子等の回折格子を用いることができる。受光素子は、例えばフォトダイオードであり、試料からの透過光を電気信号に変換する。この電気信号に基づく透過光の強度、及び試料への入射光強度から、吸光度が求まる。吸光度の代りに透過率を求めてもよい。

予め測定対象成分の標準液の吸光度を測定して検量線が作成され、この検量線のデータがメモリ７に記憶されている。この検量線を参照することで、算出された吸光度から、試料水における測定対象成分の溶存成分濃度を求めることができる。吸光度や溶存成分濃度の算出は、吸光度測定部１の演算部（図示せず）が行ってもよいし、演算部６が行ってもよい。

電極測定部２を構成するイオン選択性電極及び比較電極は、測定対象イオンに対して高度の選択性を持ち、イオン濃度（溶存成分濃度）に応じた電位を生じる。イオン選択性電極は、比較電極と組み合わせることによって電池を構成し、その起電力（両電極間に生じる電位差）Ｅが電位差計により測定される。イオン選択性電極の電極電位をＥ_ｉｎｄ、比較電極の電極電位をＥ_ｒｅｆ、試料水Ｗと比較電極との間の電位差をＥ_ｊとすると、起電力Ｅは以下の数式４のようになる。

Ｅ＝Ｅ_ｉｎｄ−Ｅ_ｒｅｆ＋Ｅ_ｊ …（４）

ここでＥ_ｒｅｆは一定値であり、Ｅ_ｊは適当な塩橋を用いることで無視できる。従って、ＥはＥ_ｉｎｄの値のみによって定まることになり、測定対象イオン濃度は、この電池の起電力として表すことができる。予め、標準液を用いてイオン濃度と、電極間電位差との関係（検量線）を求めておくことで、電位差計の測定値から試料中の測定対象イオン濃度を求めることができる。例えば、２価陽イオン選択性電極１６及び比較電極２３を用いることで、全硬度（総硬度＝カルシウム硬度＋マグネシウム硬度）を求めることができる。また、カルシウムイオン選択性電極１７及び比較電極２３を用いることでカルシウム硬度を求めることができる。また、全硬度とカルシウム硬度との差分からマグネシウム硬度を求めることができる。検量線のデータはメモリ７に記憶されている。測定対象イオン濃度の算出は、電極測定部２の演算部（図示せず）が行ってもよいし、演算部６が行ってもよい。

電極測定部２を構成するｐＨガラス電極１８及び比較電極２３は、いわゆるガラス電極法により、試料水ＷのｐＨを測定する。具体的には、水素イオン活量に応答する特殊なガラス膜で作られたｐＨガラス電極１８と、ｐＨに無関係に一定の電位を示す比較電極２３との間に発生した電位差を電位差計で測定し、ｐＨを算出する。

電気伝導率測定部３を構成する電気伝導率計１９は、いわゆる交流二電極法により試料水Ｗの電気伝導率を求める。具体的には、交流電源を用いて１対の電極間に交流電圧を印加し、この時に流れる電流を交流電流計により測定して試料水Ｗの液抵抗を求め、電気伝導率を算出する。電極にはステンレス鋼や白金などが用いられる。また、電気伝導率計１９には測温抵抗体等の温度センサが内蔵されている。

セル１２Ａ〜１２Ｃ及び試料水容器２０に収容される試料水Ｗは、図２に示すような循環式冷却水系の循環水又は補給水である。

分析計の操作部４は、循環水モードと補給水モードとの切り替え設定を行う。循環水モードの設定時に吸光度測定部１、電極測定部２、電気伝導率測定部３により測定された値は、循環水の測定値としてメモリ７に記憶される。また、補給水モードの設定時に吸光度測定部１、電極測定部２、電気伝導率測定部３により測定された値は、補給水の測定値としてメモリ７に記憶される。

演算部６は、循環水モード設定時の測定値及び補給水モード設定時の測定値に基づいて、循環水中の塩類濃度が補給水と比較して何倍になっているかを示す指標である濃縮倍数を算出する。例えば、同一の溶存成分について、循環水モード設定時に測定された溶存成分濃度を補給水モード設定時に測定された溶存成分濃度で除算することで、濃縮倍数が算出される。また、例えば、循環水モード設定時に測定された電気伝導率を補給水モード設定時に測定された電気伝導率で除算することでも、濃縮倍数が算出される。

この分析計は、複数の濃縮倍数を取得できる。即ち、セル１２Ａ〜１２Ｃの各吸光度から求めた溶存成分濃度に基づく濃縮倍数、イオン電極測定値により求めたイオン濃度に基づく濃縮倍数、電気伝導率に基づく濃縮倍数が算出される。

表示部５は、演算部６により算出された複数の濃縮倍数や、各測定部による測定値を表示する。メモリ７は、各測定部による測定値、検量線データ、演算部６により算出された複数の濃縮倍数などを記憶する。演算部６は、ランゲリア指数（飽和指数）、リズナー指数、マットソン比を求めてもよい。

ユーザは、表示部５に表示された複数の水質パラメータや濃縮倍数等を水質管理装置１１０に入力する。

図５〜７に示す分析計が、水質管理装置１１０の機能を備えていてもよい。すなわち、メモリ７に図４に示すような対策データが記憶され、演算部６は、メモリ７に記憶されている対策データを参照し、各測定部による測定値に対応する水処理状況及び対策を表示部５に自動で表示する。これにより、現場において、１台の分析計で、複数の水質パラメータの分析、水処理設備１００における水処理状況の判断、及び水処理設備１００へ施すべき対策の提示を行うことができる。

図８に示すように、水質管理システムに、水処理設備１００における水処理状況の判断及び水処理設備１００へ施すべき対策の選定を行う外部サーバ１２０と、分析計１０４の分析結果を有線／無線ネットワークを介して外部サーバ１２０へ送信するデータ通信装置１３０を設けてもよい。外部サーバ１２０は、対策データのデータベースを備え、データ通信装置１３０から分析計１０４の分析結果を受信すると、この分析結果に対応する水処理状況及び対策をデータ通信装置１３０に通知する。データ通信装置１３０には、スマートフォン等の携帯端末を用いることができ、外部サーバ１２０から通知された水処理状況及び対策を表示部に表示する。このように、水質管理装置１１０の機能の一部を外部サーバ１２０に持たせるようにしてもよい。また、現場で補給水の分析を実施しなかった場合には、過去の最新データをクラウド上から引用して使用してもよい。

また、図５〜７に示す分析計に通信部を設け、この通信部が、各測定部による測定値をメモリ７から取り出し、外部サーバ１２０へ出力してもよい。外部サーバ１２０は、分析計から測定値を受信すると、この測定値に対応する水処理状況及び対策を分析計に通知する。分析計は、通知された水処理状況及び対策を表示部５に表示する。ユーザが、現場において、表示部５に表示された対策を確認し、水処理装置１００に対して適切な処置を速やかに実行することで、循環水系に発生する障害を抑制することができる。

以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。

［実施例１］
図１に示す装置により、パイロットプラント（以下、第１プラント）の冷却水系の循環水で、スケール防止剤としてアクリル酸を主体とするポリマーの濃度を連続して分析し、分析した結果が一定となるように薬品注入量を自動制御した。この系では、別途、持ち運び可能な分析計によりＴＯＣをバッチで測定した。なお、第１プラントの脇で、測定開始後の２６日以降から、近辺での有機溶剤の取り扱いを想定して、冷却塔脇に有機溶剤の排気ダクトの一部を引っ張り、運転を継続した。測定結果を表１に示す。

表１の通り、第１プラントでは、測定開始から２８日以降で大気中から循環水系に流入した有機溶剤由来と推定されるＴＯＣの増加が判明した。ここで、ポリマー濃度ではなく、ＴＯＣのみを指標とした薬品注入量の制御を実施していた場合、ＴＯＣの増加に伴って薬品注入量を減少させることで、循環水系内のポリマー濃度が減少してスケール付着のリスクが著しく上昇していたと推定される。

本プラントでは、ＴＯＣに加えて、ポリマー濃度を同時測定していたために、誤って薬品注入量を低減する判断を行うことがなく、適切な薬品の注入量が維持できた。

［実施例２］
図１に示す装置により、第１プラントとは別のパイロットプラント（以下、第２プラント）の冷却水系の循環水で、ＯＲＰ測定値に基づいて、モノクロロスファミン酸を主体とするスライム防止剤を含む水処理薬品の注入量を制御した。この系では、別途、持ち運び可能な分析計によりｐＨをバッチで測定した。なお、第２プラントでは、測定開始後の４日後にプロセスからのリークを模擬して冷却水系内に塩酸を添加した。測定結果を表２に示す。

表２の通り、第２プラントでは、５日以降にプロセスからの塩酸の混入を模擬した塩酸の投入を行ったため、ｐＨの急激な低下が起こった。ここで、ＯＲＰのみを指標として薬品注入量を増加する制御を実施していた場合、塩酸の混入に気づかず、循環水系内のｐＨ低下に加えて、酸化剤の過剰添加により、系内配管および熱交換器の腐食のリスクが著しく上昇していたことがわかった。

本プラントでは、ＯＲＰに加えて、ｐＨを同時に測定することで、迅速にプロセスリークを模擬した塩酸の混入を検知することができた。

［実施例３］
図１に示す装置により、第１、２のプラントとは別のパイロットプラント（以下、第３プラント）に設置された循環水系の循環水及び補給水について、残留塩素およびシリカを測定した。本プラントでは、モノクロロスファミン酸を主体とするスライム防止剤を含む水処理薬品をタイマー注入した。また、夏場の渇水時期を想定して、実機冷却水の濁質をバッチで毎日投入した。それぞれの分析結果とシリカから算出した濃縮倍数の経時変化を表３に示す。

表３の通り、第３のプラントでは、シリカ濃度から算出した濃縮倍数が５．１〜５．３倍で推移し、薬品注入量も期間中は同じ設定値で注入されていたにもかかわらず、全残留塩素の濃度が経時的に減少した。測定開始から２２日の時点では、本プラントの管理値である全残留塩素濃度５ｍｇＣＬ／Ｌ）以上の条件を満足していたが、１〜２２日における低下傾向を考慮すると、全残留塩素濃度が管理値を下回ることが予測されたため、薬品注入量を増加する対策を提示した。

ここで、本循環水系より分岐させた別の循環水系で、提示された対策に従って薬品注入ポンプのストロークを上げ、全残留塩素濃度が５ｍｇＣＬ／Ｌ以上を維持する調整を行った。試験開始から４３日後の冷却塔ピットは清浄に保たれており、付属するスライムセンサ（センサに内蔵されている抵抗に電流を周期的に供給して発熱させ、加熱時温度と非加熱時温度を温度センサで測定するセンサ。センサにスライムが付着すると伝熱阻害を受けて、加熱時温度と非加熱時温度との温度差が上昇することからスライムの付着傾向を検知する）の温度上昇も認められなかったため、熱交換器を含めた循環水系が清浄に維持できていたことを確認した。

一方、ポンプストロークを現状のまま維持して運転を続けた循環水系では、全残留塩素濃度が２９日後に３．５ｍｇＣＬ／Ｌとなり、管理値の５ｍｇＣＬ／Ｌを下回ったため、ポンプストロークを上げて調整したが、３６日後では１．４ｍｇＣＬ／Ｌと依然として管理値以下であり、ポンプストロークをさらに上げたところ、４３日後には５．３ｍｇＣＬ／Ｌと管理値まで回復した。このとき、冷却塔ピット内に藻類が見られ、スライムセンサ温度は０．４℃（伝熱効率やや不良の領域）となり、好適な水処理が実施できていなかった。

このように、過去の傾向を利用して薬注量を事前に変更することで、管理値を容易に維持することができ、かつ伝熱効率も維持できることが確認できた。

［実施例４］
図１に示す装置により、第１〜３のプラントとは別のパイロットプラント（以下、第４プラント）に設置された循環水系の循環水及び補給水について、持ち運び可能な分析計によりバッチでｐＨ、薬品濃度、およびシリカ濃度を測定した。さらに測定したシリカ濃度から濃縮倍数を算出した。測定結果及び算出結果を以下の表４に示す。なお、本プラントでは、アルカリを含んだ冷却水用薬品をタイマー注入した。

表４の通り、第４プラントでは、循環水のｐＨが９．５と銅材が腐食する領域であり、また、注入されている薬品量も７５０ｍｇ／Ｌと目標値の３００ｍｇ／Ｌと比較して大幅に高くなっていた。この２項目からのみ判断すると、系内の薬品濃度の低減とｐＨの低下を目的として、薬品注入の設定タイマー間隔の延長とブロー量のアップ対応をする可能性が高いが、本プラントでは同時に測定しているシリカ濃度から循環水が濃縮していないことが判明していた。そのため、水質管理装置は、冷却塔の負荷が低く、薬品のみが注入され続けていたと判断し、系内の水をブローすることと、冷却塔が冬季等の停止状態である場合には冷却水を抜いて乾燥保管することを対策として提示した。

［実施例５］
図１に示す装置により、第１〜４のプラントとは別のパイロットプラント（以下、第５プラント）に設置された循環水系の循環水及び補給水について、電気伝導率、カルシウム硬度、酸消費量（ｐＨ４．８）及びシリカ濃度を測定し、さらにそれぞれの測定値から濃縮倍数を算出した。測定結果を以下の表５に示す。

第５プラントでは、電気伝導率から算出した濃縮倍数（５．５倍）が、シリカ濃度から算出した濃縮倍数（５．２倍）と比較して高くなっていた。これは、薬品由来の電気伝導率の上昇があったためであり、現状の濃縮倍数は５．２倍と判断した。

また、シリカ濃度および電気伝導率から算出した濃縮倍数が５．２倍以上であったのに対し、カルシウム硬度および酸消費量（ｐＨ４．８）から算出した濃縮倍数は３．７〜３．８倍と大幅に低かった。水質管理装置は、カルシウム硬度成分と酸消費量（ｐＨ４．８）成分とが循環水系内で反応し、炭酸カルシウムの析出が起こっていると判断し、濃縮倍数を下げる操作を促す対策を提示した。

ここで、本循環水系より分岐した別の循環水系で、提示された対策に従って、各水質項目の濃縮倍数が３．８倍になるようブロー量を増加し、以下の表６の水質を維持した。１ヵ月後に開放点検した結果、熱交換器に炭酸カルシウムを主成分とするスケールの付着は認められなかった。

一方、各水質項目が表５に示す値のまま運転を続けた循環水系を、１ヵ月後に開放点検した結果、熱交換器に炭酸カルシウムを主成分とするスケールの付着が認められた。

１ 吸光度測定部
２ 電極測定部
３ 電気伝導率測定部
４ 操作部
５ 表示部
６ 演算部
７ メモリ
１０ セル設置部
１２Ａ〜１２Ｃ セル
１５ センサ設置盤
１６，１７ イオン電極
１８ ｐＨガラス電極
１９ 電気伝導率計
２０ 試料水容器
２１ 試料水容器配置部
２３ 比較電極
６０ 冷却塔
１００ 水処理設備
１０２ 水処理装置
１０４ 分析計
１１０ 水質管理装置
１１２ 入力部
１１４ 表示部
１１６ 演算部
１１８ メモリ

Claims (9)

1. 水処理設備から採取された試料水について測定された複数の水質パラメータが入力される入力部と、
   複数の水質パラメータの変化と、前記水処理設備における水処理状況とを組み合わせた対策データを記憶する記憶部と、
   前記対策データを参照し、入力された複数の水質パラメータに対応する水処理状況を選択する演算部と、
   前記演算部により選択された水処理状況を表示する表示部と、
   を備える水質管理装置。
2. 前記対策データは、複数の水質パラメータの変化と、前記水処理設備における水処理状況と、前記水処理設備に施す対策とが組み合わされており、
   前記演算部は、入力された複数の水質パラメータに対応する対策を選択し、
   前記表示部は、前記演算部により選択された対策を表示することを特徴とする請求項１に記載の水質管理装置。
3. 前記記憶部は、前記入力部を介して入力された水質パラメータを記憶し、
   前記演算部は、前記記憶部に記憶されている過去の水質パラメータを含むトレンドを用いて、水処理状況又は対策の選択を行うことを特徴とする請求項２に記載の水質管理装置。
4. 試料水の複数の水質パラメータを測定する複数の水質測定器をさらに備え、
   前記演算部は、前記対策データを参照し、前記複数の水質測定器により測定された複数の水質パラメータに対応する水処理状況を選択することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の水質管理装置。
5. 前記水質測定器として、透過率又は吸光度を測定するための光学的測定器、１種又は２種のイオン電極、及び電気伝導率計のうちの少なくとも２個を備えたことを特徴とする請求項４に記載の水質管理装置。
6. 水処理設備から採取された試料水について測定された複数の水質パラメータが入力される入力部、入力された複数の水質パラメータを送信する通信部、及び表示部を有するデータ通信装置と、
   複数の水質パラメータの変化と、前記水処理設備における水処理状況と、前記水処理設備に施す対策とが組み合わされた対策データを記憶したデータベースを有し、前記データベースを検索して前記データ通信装置から受信した複数の水質パラメータに対応する水処理状況及び対策を選択し、選択した水処理状況及び対策を前記データ通信装置に通知するサーバ装置と、
   を備え、
   前記データ通信装置は、前記サーバ装置から通知された水処理状況及び対策を前記表示部に表示することを特徴とする水質管理システム。
7. 前記データ通信装置は、試料水の複数の水質パラメータを測定する複数の水質測定器を有する分析計に設けられていることを特徴とする請求項６に記載の水質管理システム。
8. １又は複数の分析計を用いて、水処理設備から採取した水について複数の水質パラメータを測定し、
   複数の水質パラメータの変化と、前記水処理設備における水処理状況と、前記水処理設備に施す対策とを組み合わせた対策データを記憶する水質管理装置が、前記対策データを参照し、測定された水質パラメータに対応する水処理状況及び対策を選択し、
   表示部が、前記選択された水処理状況及び対策を表示することを特徴とする水質管理方法。
9. ｐＨ、電気伝導率、塩化物イオン濃度、硫酸イオン濃度、酸消費量(ｐＨ４．８)、酸消費量（ｐＨ８．３）、マグネシウム硬度、カルシウム硬度、シリカ濃度、鉄濃度、銅濃度、アンモニウムイオン濃度、残留塩素濃度、酸化還元電位、ＴＯＣ（全有機炭素）、ＣＯＤ（化学的酸素要求量）、ポリマー濃度、全りん酸濃度、亜鉛濃度、及び濁度からなる群より選ばれる２種以上の水質パラメータを測定することを特徴とする請求項８に記載の水質管理方法。

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