JP2016052647A - 水質センサ、水処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】利用者が水の用途を直接的に知ることを可能にする。
【解決手段】水質センサ１０は、検査対象の水が導入される検査室１２０と、検査室１２０に導入された水の用途に応じた水質レベルを水質の管理項目に基づいて分類する分類部１３と、分類部１３が分類した水質レベルを表示する表示部１４とを備える。管理項目の計測値ではなく、水の利用可能性を表す水質レベルが利用者に示されるから、利用者にとっては、検査対象の水をどのように扱うべきかがただちにわかる利便性が得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、検査対象の水質を評価する水質センサ、および水質センサを用いた水処理システムに関する。

今日、人が生活する上で必要な水を確保することが重要な課題になってきている。とくに、著しく人口が増加し始めているアジアおよびアフリカなどの一部の地域では、利用に適さない不純物が陸水に混入していることが多い。したがって、これらの地域では、他の地域以上に利用可能な水を確保することが喫緊の課題になっている。

採取可能な水が利用可能か否かを客観的に認識するには、水質センサが必要である。水質センサには、濁度、ｐＨ、水に含まれる成分などを計測するための様々な構成が知られている。たとえば、発光素子と受光素子とを備え、検査対象である水の透過率を求めるようにした水質センサが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１には、硝酸イオンの濃度が高いほど、紫外光が吸収され、浮遊物質、生物化学的酸素要求量が高いほど、近赤外光の減衰が強いことが記載されている。そして、特許文献１に記載された構成では、発光強度を段階的に変化させ、受光強度に対して同じ閾値を用いた判定を行うことによって、水質の良否について段階的に判断している。

特開２０１１−２２０８３号公報

特許文献１に記載された技術は、水質に関して特定の管理項目（硝酸イオンの濃度、浮遊物質、生物化学的酸素要求量など）について、単独あるいは区別せずに水質の良否について段階的に判断している。そのため、利用者にとっては、水質センサによって得られた結果を知っても、その水をどう扱うべきかがわからないという問題がある。

本発明は、結果から水の扱い方がわかるようにした水質センサを提供することを目的とし、さらに、水の利用効率を高めることを可能にした水処理システムを提供することを目的とする。

本発明に係る水質センサは、検査対象の水が導入される検査室と、前記検査室に導入された前記水の用途に応じた水質レベルを水質の管理項目に基づいて分類する分類部と、前記分類部が分類した前記水質レベルを表示する表示部とを備えることを特徴とする。

本発明に係る水処理システムは、生活排水を排出元ごとに流す第１の流路と、前記第１の流路を通して前記生活排水が導入され水の行き先を振り分ける分離装置と、前記分離装置から取り出された水を前記行き先ごとに流す第２の流路と、前記分離装置から取り出す水の前記行き先を水質の管理項目に基づいて分類する水質センサと、前記水質センサが分類した前記行き先に応じて前記第２の流路に水を流すように、前記分離装置を制御する制御部とを備えることを特徴とする。

本発明の構成によれば、管理項目の計測値ではなく、水の利用可能性を表す水質レベルが利用者に示されるから、利用者にとっては、検査対象の水をどのように扱うべきかがただちにわかるという利便性が得られる。

実施形態の水質センサを示す概略構成図である。 実施形態の水質センサにおける表示例を示す図である。 実施形態の水質センサにおける表示例を示す図である。 実施形態の水質センサにおける表示例を示す図である。 実施形態に用いるセンシング部の例を示す概略図である。 実施形態に用いるセンシング部の例を示す概略図である。 実施形態に用いる分類部の構成例を示す図である。 実施形態に用いる分類部の構成例を示すブロック図である。 実施形態に用いる分類部の構成例を示すブロック図である。 実施形態の水処理システムを示す概略構成図である。

以下では、検査対象の水を評価する水質センサについて説明し、さらに、生活排水を無駄なく利用するための水処理システムについて説明する。以下に説明する水質センサは、単独で使用することが可能であり、また、水処理システムに組み込んで使用するように水質センサを構成することが可能である。この水質センサは、水処理システムではない他のシステムに組み込んで使用することも可能である。

水質センサは、生活用水の水質を監視する目的で使用することを想定しているが、たとえば灌漑用水のような植物育成に用いる水の水質を監視する目的で使用することも可能である。植物育成に用いる水は、農業工場のように建物内で使用する水であってもよい。

また、以下に説明する水処理システムは、住宅、集合住宅、オフィスビル、商業ビルのような建物で使用することを想定している。水処理システムは、井戸水、河川水、または雨水を集落などで生活用水として共用する場合にも使用することが可能である。

（水質センサ）
図１に示すように、水質センサ１０は、主要なハードウェア要素が収納される容器１１と、容器１１の一部から突出するプローブ１２とを備える。プローブ１２は、内部が空洞である筒状に形成され、外壁の一部に孔１２１が形成されている。したがって、検査対象である水に、プローブ１２の孔１２１を浸けることにより、孔１２１を通してプローブ１２の内部に水が導入される。プローブ１２は、複数個の孔１２１を備えており、この構成により、プローブ１２を水に浸けたときに内部に水が入りやすく、またプローブ１２を水から出すと内部から水が迅速に排出される。この目的のために、少なくとも孔１２１の１つは、プローブ１２の先端面に形成されていることが望ましい。

プローブ１２は、水が導入される検査室１２０と、水質に関する複数の管理項目を監視するセンシング部１３１とを内部空間に備える。センシング部１３１は、検査室１２０に導入された水について管理項目ごとの評価を行う。管理項目は、水に含まれる成分の種類および成分の種類ごとの濃度が主体であるが、水質を表す種々の指標を管理項目に含めてもよい。

管理項目のうちの成分には、元素単体のほか化合物があり、細菌のような生物を含んでいてもよい。成分ごとに、濃度あるいは含有率の基準値が定められており、成分の種類および成分の濃度あるいは含有率（以下、「濃度」と記載する）に応じて、該当する水の用途が定められる。管理項目に含まれる成分は、たとえば、窒素化合物、アンモニア、重金属、有機化合物などから選択される。また、管理項目には、水質を表す指標として、濁度、色度、臭気、水素イオン濃度指数（ｐＨ）、電気伝導度、溶存酸素量（ＤＯ：Dissolved Oxygen）、化学的酸素要求量（ＣＯＤ：Chemical Oxygen Demand）などが含まれていてもよい。

上述した管理項目の内容は一例であって、管理項目の内容は、検査対象である水の採取場所に応じて適宜に選択される。たとえば、地下水あるいは表層水に、ヒ素、水銀、カドミウムのように、人が摂取すると重大な健康被害を及ぼす物質が含まれることが予想される地域では、この種の成分を重点的に監視する必要がある。

センシング部１３１は、水の採取場所に応じて選択された管理項目ごとに定量化した情報を抽出する。すなわち、センシング部１３１は、管理項目ごとに、最低でも２段階の計測値が得られるように構成される。

たとえば、ヒ素、水銀、カドミウムなどについては、センシング部１３１の構成によっては、比較的高い精度で濃度を計測することが可能であるが、利用目的から言えば、利用可能か利用不可かの２段階の結果が得られればよい。要するに、これらの成分は規定値以上の濃度で含まれていれば、どのような用途にも利用できず、これらの成分は簡易な水処理では除去することができない。したがって、この種の成分については、センシング部１３１からは濃度が基準値以上か基準値未満かを区別する出力が得られればよい。

また、濁り、アンモニア、界面活性剤、細菌、ｐＨなどについては、濾過、吸着、イオン交換、ｐＨ調整、発酵（浄化槽）などから選択される簡易な水処理で対応可能である。これらの管理項目については、程度に応じて用途を選択することが可能であり、また程度に応じて水処理の種類を選択することが可能である。そのため、この種の管理項目については、センシング部１３１は、３段階以上に区分した結果を出力することが望ましい。

管理項目がｐＨである場合、センシング部１３１は、検査紙を用いて構成することが可能であり、また、電気化学式のｐＨセンサを用いることが可能である。また、濁り、溶存酸素量などは、光学式のセンサをセンシング部１３１に採用することが可能である。

なお、上述した管理項目とセンシング部１３１の構成例との関係は一例であり、目的に応じて適宜に選択される。

センシング部１３１は、分類部１３の一部を構成している。分類部１３は、センシング部１３１から出力される管理項目ごとの計測結果を用いて水質レベルを分類する処理部１３０を備える。水質レベルは、２段階以上、望ましくは３段階以上に分類される。分類部１３は、水質レベルを２段階に分類する場合、飲用に利用可能な飲用レベルと、飲用に利用不能な非飲用レベルとに分類する。また、分類部１３は、水質レベルを３段階に分類する場合、非飲用レベルについて、浄水装置で再生処理によって何らかの用途に利用可能になる再生レベルと、浄水装置での再生処理に適さない排水レベルとに分類する。

排水レベルは、下水処理場のような高度な浄化処理を必要とするレベルであり、住宅等で用いられる簡易な浄水装置では再生することが困難な水質レベルを意味する。排水レベルの水は、固形物を含む場合があり、また浄水装置では除去できない成分を含む場合がある。水質レベルの具体例は後述する。

ところで、分類部１３は、センシング部１３１から与えられた複数の管理項目に関する計測結果を用いて水質レベルを分類するために、管理項目ごとに定められた条件を組み合わせて水質レベルを分類している。ここでは、水質レベルが、良好レベルと中間レベルと不良レベルとの３段階に分類される場合を例として説明する。良好レベルと中間レベルと不良レベルとは、たとえば、飲用レベルと再生レベルと不良レベルとに対応付けられる。

分類部１３は、たとえば、特定の管理項目において利用不能という測定結果であるときには、他の管理項目について評価することなく不良レベルに分類する。また、分類部１３は、上述した特定の管理項目を除いた他の管理項目において利用不能という測定結果である場合には、中間レベルに分類する。さらに、分類部１３は、すべての管理項目において利用可能という測定結果である場合には、良好レベルに分類する。

分類部１３が分類した水質レベルは、表示部１４に表示される。表示部１４は、たとえば図２のように、「良好」、「中間」、「不良」に対応した３個の表示領域１４１、１４２、１４３を備える。つまり、表示部１４は、分類部１３が分類した水質レベルを表示領域１４１、１４２、１４３で表す。いま、表示部１４が、表示領域１４１、１４２、１４３ごとに点灯と消灯とが選択可能になるように構成されているとする。この場合、表示部１４は、分類部１３が分類した水質レベルに対応する表示領域１４１、１４２、１４３の点灯を行い、他の表示領域１４１、１４２、１４３の消灯を行う。

ここに、点灯は該当する表示領域１４１、１４２、１４３を視認しやすくすることを意味する。したがって、点灯は、輝度を高める表示だけではなく、強調表示、マークを付与した表示、色を変える表示などの表示状態から適宜に選択される。表示部１４が、カラー表示を行う表示器１４４と、表示器１４４の動作を制御する表示制御部１４５を備えていてもよい。この場合、表示器１４４の表示領域１４１、１４２、１４３に対応付け、表示制御部１４５が水質レベルに応じた色を選択すれば、色によって水質レベルを認識させることが可能になる。表示領域１４１、１４２、１４３は、たとえば、緑、黄色、赤のような３色で区別すればよい。赤は危険色と認識されやすいから、緑が良好レベル、黄色が中間レベル、赤が不良レベルにそれぞれ対応付けられていると、水質レベルが直感的に認識される。

表示器１４４が３個の表示領域１４１、１４２、１４３を備えることは必須ではなく、分類部１３が分類する水質レベルの種類に応じて、表示領域の個数は適宜に変えることが可能である。たとえば、分類部１３で分類される水質レベルが２段階であれば、２個の表示領域に分けておけばよい。この場合、２個の表示領域は、たとえば、赤と緑との２色で区別してもよい。

さらに、センシング部１３１が、水質の管理項目について多段階の計測結果を出力する構成である場合には、図３に示すように、特定の管理項目について、時間経過に伴う水質の推移をグラフで表示するようにしてもよい。図示例は、地下水あるいは河川水に関する特定の管理項目について、年間の水質の推移（特性Ａ１）を表している。また、グラフには、水質レベルを分類するためのゾーンＺ１、Ｚ２、Ｚ３が設けられ、センシング部１３１の計測結果がどのゾーンＺ１、Ｚ２、Ｚ３に属しているかに応じて水質レベルが分類される。なお、ゾーンＺ１は表示領域１４１に対応し、良好レベルであることを表し、ゾーンＺ２は表示領域１４２に対応し、中間レベルであることを表し、ゾーンＺ３は表示領域１４３に対応し、不良レベルであることを表す。

図３に示すようなグラフの形式で水質の推移を表すための構成を水質センサ１０に設けると、水質センサ１０に設ける記憶部に比較的大きい記憶容量が必要であり、また、表示部１４にも解像度の比較的高い表示器１４４が必要になる。つまり、水質センサ１０のコストが増加する。

そのため、水質センサ１０は、電波を媒体とする無線通信を行う通信部１５（図１参照）を備えることが望ましい。通信部１５は、インターネットのような電気通信回線に直接接続する構成を採用することが可能であるが、比較的大きい電力が必要になり、長期にわたって水質を監視することが困難になる。

したがって、通信部１５は、スマートフォン、タブレット端末、パーソナルコンピュータなどから選択される端末装置との間で通信可能になるように構成されていることが望ましい。この種の端末装置は、電波を伝送媒体とした近距離の無線通信を行う機能を有している場合がある。このような端末装置を水質センサ１０に近づけることにより、水質センサ１０から所要のデータを端末装置に取り込み、端末装置から適宜のウェブサーバ、あるいはクラウドコンピューティングシステムに送信して水質に関するデータを蓄積すればよい。また、ウェブサーバあるいはクラウドコンピューティングシステムに蓄積したデータのダウンロードを端末装置で行えば、図３のようなグラフを端末装置の画面に表示することが可能になる。

すなわち、水質センサ１０では水質に関して記憶する情報量が低減されるから、水質センサ１０には容量の大きい記憶部が不要であり、水質センサ１０においてグラフを表示する必要がないから、水質センサ１０には解像度が高い表示器１４４が不要である。

上述した構成例は一例であって、たとえば水質レベルを２段階に分類する場合、検査対象の水によっては、飲用として沸かす必要があるか否かを区分してもよい。すなわち、地下水または河川水などを利用している場所、あるいは上水道の設備における技術レベルが不十分な場所では、通常は飲用レベルの水であっても、一時的に細菌が増加し生水が飲用に適さなくなることがある。この種の水は、たいていは沸騰させて殺菌すれば、飲用として利用できる。したがって、水を沸かす必要があるか否かを分類する水質センサ１０が利用できれば、安全な水を飲用に供することが可能になる。

また、上述した構成例は、水質センサ１０が１個の表示器１４４を備えている構成を想定しているが、水質の管理項目ごとに水質レベルを示すようにしてもよい。すなわち、表示器１４４に複数の管理項目について水質レベルが表示される構成、あるいは、図４に示すように、複数個の表示器１４４に異なる管理項目の水質レベルが表示される構成であってもよい。図示例は、１個の表示器１４４に２個の管理項目が表示される構成を例示しており、管理項目として、溶存酸素量（ＤＯ）と硝酸イオン（ＮＯ３）とを示している。この構成では、溶存酸素量に関する水質レベルと硝酸イオンに関する水質レベルとがそれぞれ表示される。

ところで、水質センサ１０は、検査対象である水の水質レベルを１回ずつ求めるバッチ型と、検査対象である水について水質レベルを継続的に求める連続型とのいずれかの型式に構成される。バッチ型は、検査室１２０に検査対象の水が導入され、水質レベルが求められた後は、検査室１２０から水が排出される。つまり、水質の検査が必要になるたびに検査室１２０に水を導入するように構成される。一方、連続型は、検査室１２０への水の導入と排出とが連続的に行われる。連続型の水質センサ１０は、検査対象の水にプローブ１２を浸けた状態が維持される。連続型であっても、水質レベルをリアルタイムで求める必要はなく、場所および目的に応じて、通常は、１時間程度から１週間程度の時間間隔で水質レベルを求めればよい。水質レベルを求める時間間隔は、利用者によって適宜に設定される。この時間間隔は、後述する内蔵時計により計時され、時間間隔の設定は、たとえば、スマートホン、タブレット端末、パーソナルコンピュータのような端末装置との間で通信部１５を通した通信によって行われる。

水質センサ１０がバッチ型か連続型かに応じてセンシング部１３１の構成は異なり、また水質の管理項目によってもセンシング部１３１の構成は異なる。センシング部１３１が水質を計測する原理は、おおむね物理的方法と化学的方法と生物学的方法とのいずれかに分類することができる。

物理的方法には、検査対象に含まれる成分の種類および濃度を、分光分析によって計測する技術が知られている。すなわち、複数の波長を含む光について、波長ごとの吸収率を計測すれば、検査対象に含まれる成分の種類および濃度が計測される。センシング部１３１が光学式である場合、スマートフォン、タブレット端末のような端末装置に付属したカメラを用い、発光部と、アプリケーションプログラム（いわゆる、アプリ）とを別途に用意して水質を検査してもよい。この種のセンシング部１３１は、端末装置と接続するためのインターフェイス部を備える。インターフェイス部は、有線、無線のどちらでもよい。また、端末装置の電源であるバッテリの電力を消費しないように、電源は別に備えることが望ましい。

物理的方法では、イオン感応型電界効果トランジスタを用いて、検査対象に含まれる成分の種類および濃度を監視することなども可能である。このように、分光分析あるいはイオン感応型電界効果トランジスタを用いると、検査対象に含まれる成分の種類および濃度が、電気的物理量に変換される。また、電気化学的に検査対象に含まれる成分の種類および濃度を電気的物理量に変換することが可能である。

物理的方法としては、明度が連続的に変化する帯状の領域を検査基材１３３に形成しておき、帯状の領域が視認できる範囲と視認できない範囲との境界の位置を求めることによって、検査対象である水の濁りの程度を求めてもよい。すなわち、検査対象に含まれる成分の濃度を物理的に計測してもよい。

化学的方法を採用する場合、たとえば、図５に示すように、水に含まれる成分と反応することにより、成分の種類と濃度とに応じて色が変化する物質を保持した検査領域１３２を備えた検査基材１３３を用いてセンシング部１３１が構成される。すなわち、検査基材１３３が保持する物質は、対応する成分が含まれているか否かに応じて色相の異なる色を呈し、成分の濃度に応じて明度あるいは彩度が変化するように選択される。なお、管理項目がｐＨのように、成分の濃度のみの指数である場合、濃度に応じて色相が変化する物質が用いられることもある。

この種の検査基材１３３は、カード状であって、検査領域１３２が形成される。検査領域１３２は、異なる成分に反応する物質を保持した複数個の区画に分割されていることが望ましい。つまり、検査対象の水にそれぞれの区画に対応する成分が含まれている場合に、該当する区画の色が変化する。この検査基材１３３は、検査室１２０に導入された後に検査室１２０から取り出される。

また、検査基材１３３は、テープ状またはリボン状に形成されていてもよい。検査基材１３３には、複数個の検査領域１３２が長手方向に沿って並べて形成される。それぞれの検査領域１３２は、カード型の検査基材１３３と同様に、異なる成分に反応する物質を保持した複数個の区画に分割されていることが望ましい。この検査基材１３３は、たとえば、ボビン（芯）に重ねて巻かれ、端部のみを引き出すことができるカートリッジに収納される（１３５フィルムのフィルムカートリッジに類似した構成）。

検査基材１３３は、検査領域１３２ごとにカートリッジから引き出され、検査領域１３２が検査室１２０に導入された後に検査室１２０から取り出される。検査基材１３３は、適宜の箇所にミシン目などが設けられており、カートリッジから引き出された検査領域１３２が、残りの検査領域１３２から分離可能になるように構成されている。なお、検査室１２０に導入される検査領域１３２と残りの検査領域１３２とを分離するタイミングは、検査領域１３２を検査室１２０に導入する前と後とのどちらでもよい。

さらに、図６に模式的に示すように、検査基材１３３は、テープ状またはリボン状であって、無端状（環状）に形成されていてもよい。この構成においても、複数個の検査領域１３２が並べて形成される。ただし、個々の検査領域１３２は他の検査領域１３２から分離されることはなく、１つの検査領域１３２が検査室１２０に導入された後に検査領域１３２から引き出されると、検査室１２０に他の検査領域１３２を導入することが可能になるように構成されている。

隣接する一対の検査領域１３２の間の寸法は、検査基材１３３の送り幅であるか、あるいは送り幅の２倍以上に設定される。前者の構成では、１つの検査領域１３２が検査室１２０から取り出されると同時に、次の検査領域１３２が検査室１２０に導入される。後者の構成では、１つの検査領域１３２が検査室１２０から取り出された時点では、どの検査領域１３２も検査室１２０には導入されず、検査基材１３３をさらに送ることによって、次の検査領域１３２が検査室１２０に導入される。

ここに、図６に示す検査基材１３３は無端であって、検査領域１３２を物理的に分離することができない。そのため、検査領域１３２が検査室１２０の外部に引き出されている間に、次に検査室１２０に導入される場合に備えて、検査領域１３２の物質が再利用可能になるように再生する再生部１３４が設けられる。再生部１３４における再生方法は、検査領域１３２の物質に応じて、化学反応を利用する構成、適宜波長の光あるいは熱を利用する構成などから適宜に選択される。

生物学的方法としては、たとえば、検査対象の水に含まれる成分に感応する微生物を用い、成分の種類と濃度との少なくとも一方を計測してもよい。たとえば、検査対象の水に含まれる特定の成分を取り込んで色が変化する微生物を、該当成分が透過しかつ微生物が透過できない程度の微細孔を有したマイクロカプセルに閉じ込め、このマイクロカプセルを検査基材１３３に保持させた構成を採用することができる。

センシング部１３１において、化学的方法あるいは生物学的方法のように、管理項目の計測結果が色の変化として得られる場合には、図７に示すように、管理項目ごとに成分の種類および濃度に応じた色の標準状態が記録された記録媒体１３５が設けられる。

検査対象の水を簡易に検査する場合、検査領域１３２の色の変化は目視によって確認されることがある。そのため、記録媒体１３５は、検査領域１３２について、反応した成分の種類および濃度に応じた色の標準状態が印刷された印刷物を用いることが可能である。この印刷物には、成分の種類および濃度に応じた水質レベルも示されている。したがって、検査領域１３２の色にほぼ一致する色を記録媒体１３５から見つけ、該当する色が属する水質レベルを確認することによって、利用者は検査対象である水の水質レベルを知ることができる。すなわち、この構成では、記録媒体１３５は、表示部１４を兼ねていると言える。

ただし、目視では、利用者の個人差、利用者の体調、周囲光の影響などによって、結果にばらつきが生じる可能性がある。そのため、検査領域１３２と記録媒体１３５との色を定量的に比較する構成が設けられる。すなわち、分類部１３は、検査領域１３２と記録媒体１３５とから色の情報を抽出するカラーセンサ１３６と、カラーセンサ１３６が抽出した色の情報を比較することにより水質レベルを分類する処理部１３０とを備える。この構成では、検査基材１３３とカラーセンサ１３６とがセンシング部１３１に相当する。カラーセンサ１３６は、異なる波長選択性を有したフィルタを通して受光する２個以上のフォトダイオードを用いて構成されている。ただし、カラーセンサ１３６は、リニア型あるいはエリア型のイメージセンサで構成してもよい。

カラーセンサ１３６を用いる場合、図８のように、記録媒体１３５に代えて記憶部１３７を用いてもよい。記憶部１３７は、検査対象の水に含まれる成分に応じた色を検出したときにカラーセンサ１３６から得られるデータの標準状態があらかじめ格納されている。つまり、記憶部１３７は、水に含まれる成分に対応した色の標準状態を記憶しており、記憶部１３７に記憶された標準状態は、水質レベルに応じて分類されている。

処理部１３０は、カラーセンサ１３６により得られた色の情報を含むデータを、記憶部１３７が記憶している標準状態に照合し、該当する標準状態に対応する水質レベルを抽出することによって、検査対象である水の水質レベルを分類する。

上述した構成のセンシング部１３１に代えて、図９に示すように、水に含まれる成分の種類および濃度を計測して電気的物理量に変換する計測部１３８を用いてもよい。この種の計測部１３８は、上述したように、イオン感応型電界効果トランジスタを用いる構成、電気化学的技術を用いる構成が知られている。後者は、ｐＨセンサなどにおいて周知である。また、図９に示す構成例は、検査室１２０に照射する光を出力する光源１５１と、検査室１２０からの光を受光する受光部１５２とを備えている。この構成は、光の吸収率を用いることにより、成分の種類および濃度を電気的物理量（受光出力）に変換するように構成されている。光の吸収率は、光の波長ごとに求められる。すなわち、分光分析によって水に含まれる成分の種類および濃度を計測するように構成される。

上述したセンシング部１３１の構成は一例であって、水質の管理項目および検査対象である水の種類に応じて、適宜の原理のセンシング部１３１が構成される。また、上述した構成例では、プローブ１２に検査室１２０を設けているが、バッチ型の構成であれば、検査室１２０は、少量（たとえば、０．１〜１ｍＬ：Ｌはリットル）の水を入れる容器であってもよい。容器の形状は、箱状、皿状などから選択される。

上述した処理部１３０は、プログラムに従って動作するプロセッサを備えるデバイスを主なハードウェア要素とする。このプロセッサは、メモリ、インターフェイス用のデバイスなどとともに用いてコンピュータを構成する。あるいはまた、プロセッサは、メモリ、インターフェイスなどと一体化されたマイコン（Microcontroller）であってもよい。また、プログラムは、ＲＯＭ（Read Only Memory）にあらかじめ記録された状態で提供されるか、インターネットのような電気通信回線を通して提供される。あるいはまた、プログラムは、コンピュータで読取可能な記録媒体を用いて提供される。

以上説明した本実施形態の水質センサ１０は、検査対象の水が導入される検査室１２０と、検査室１２０に導入された水の用途に応じた水質レベルを水質の管理項目に基づいて分類する分類部１３と、分類部１３が分類した水質レベルを表示する表示部１４とを備える。

この構成によれば、分類部１３が、水質の管理項目に基づいて水質レベルを分類するから、たとえば、飲用に適しているか、飲用ではないまでも再生処理によって利用可能になるかなどの区別が可能になる。そして、分類された水質レベルは、表示部１４の表示内容によって利用者は直接的に知ることができる。すなわち、管理項目の計測値ではなく、水の利用可能性を表す水質レベルが利用者に示され、利用者にとっては、検査対象の水をどのように扱うべきかがただちにわかるという利便性が得られる。

この水質センサ１０において、表示部１４は、カラー表示を行う表示器１４４と、水質レベルを表示器１４４に色分けして表示させる表示制御部１４５とを備えることが望ましい。

この構成によれば、水質レベルが色で示されるから、文字が認識できない場合でも、水質レベルを知ることができる。

この水質センサ１０において、分類部１３が分類した水質レベルの情報を無線により送信する通信部１５を備えることが望ましい。

この構成によれば、水質センサ１０が求めた水質レベルを、通信部１５により他装置に通知することができる。そのため、水質センサ１０と通信可能な端末装置を用いることによって、水質センサ１０が計測した水質レベルを他装置で解析することが可能になる。とくに、通信部１５がスマートフォン、タブレット端末のような端末装置との間で通信するように構成されていれば、端末装置を用いて水質レベルのデータを収集することが可能になる。また、水質センサ１０を多くの場所に設置し、水質センサ１０を移動させることなく、水質レベルのデータを収集することが可能になる。

この水質センサ１０において、分類部１３は、水質レベルを、飲用に利用可能な飲用レベルと、飲用に利用不能な非飲用レベルとに分類することが望ましい。また、分類部１３は、水質レベルを、飲用に利用可能な飲用レベルと、飲用に利用不能であって浄水装置での再生処理により利用可能になる再生レベルと、飲用に利用不能であって浄水装置２３での再生処理に適さない排水レベルとに分類してもよい。

この構成によれば、水質レベルによって、水をどのように使用できるか、あるいはどのように処理すべきかがわかる。

上述した水質センサ１０において、管理項目が水に含まれる成分の種類および濃度である場合に、分類部１３は、検査基材１３３と記録媒体１３５とを備えていてもよい。検査基材１３３は、水に含まれる成分の種類と濃度との少なくとも一方に応じて色が変化する物質を保持している。記録媒体１３５は、水に含まれる成分に応じた色の標準状態が記録され、標準状態が水質レベルに応じて分類されている。この構成において、表示部１４は、記録媒体１３５と兼用される。

この構成によれば、検査基材１３３を検査対象の水に接触させ、記録媒体１３５に示された色の標準状態と比較するだけで、水質レベルを分類することができる。

また、上述した水質センサ１０において、管理項目が水に含まれる成分の種類および濃度である場合に、分類部１３は、検査基材１３３とカラーセンサ１３６と処理部１３０と記憶部１３７とを備えていてもよい。検査基材１３３は、水に含まれる成分の種類と濃度との少なくとも一方に応じて色が変化する物質を保持している。記憶部１３７は、水に含まれる成分に対応した色の標準状態を記憶し、標準状態が水質レベルに応じて分類されている。カラーセンサ１３６は、検査室１２０に導入された後の検査基材１３３の色を読み取る。処理部１３０は、カラーセンサ１３６が読み取った色を記憶部１３７に照合することにより水の水質レベルを分類する。この構成において、表示部１４は、処理部１３０が分類した結果を表示する。

この構成によれば、検査基材１３３を検査対象の水に接触させ、カラーセンサ１３６で検査基材１３３の色を検出するだけで、水質レベルが客観的に判定される。

検査基材１３３は、物質を保持した検査領域１３２を備えるように構成されていることが望ましい。この検査基材１３３は、検査領域１３２が検査室１２０に導入された後に検査室１２０から取り出される。また、検査基材１３３は、複数個の検査領域１３２が並べて形成され、検査領域１３２ごとに物質を保持し、かつ検査領域１３２が残りの検査領域１３２から分離されるように構成されていてもよい。この検査基材１３３は、検査領域１３２ごとに検査室１２０に導入された後に検査室１２０から取り出される。

これらの構成によれば、検査基材１３３は検査室１２０に導入して取り出して色を確認するだけで水質レベルがわかるから、複雑な構成を必要とせず、低価格で提供することが可能である。

上述のように、複数個の検査領域１３２が並べて形成された検査基材１３３であって、検査領域１３２ごとに物質を保持している場合に、検査室１２０から取り出された検査領域１３２が検査室１２０に再度導入される構成であってもよい。この水質センサ１０は、検査領域１３２を検査室１２０に再度導入できるように、検査室１２０から取り出された検査領域１３２が保持している物質を再利用可能な状態に戻す再生部１３４を備える。

この構成によれば、検査基材１３３が再利用可能であるから、検査基材１３３を長期にわたって使用することが可能になる。

検査領域１３２は、複数の区画に区分されており、区画ごとに管理項目である成分に応じて色が変化する物質が保持され、かつ検査領域１３２は、２種類以上の成分に対応した区画を含むことが望ましい。

この構成によれば、検査領域１３２を検査対象の水に１回接触させると、複数種類の管理項目について計測することが可能になる。

上述した水質センサ１０において、管理項目が水に含まれる成分の種類および濃度である場合に、分類部１３は、処理部１３０と記憶部１３７と計測部１３８とを備えていてもよい。計測部１３８は、水に含まれる成分の種類および濃度を計測し電気的物理量に変換する。記憶部１３７は、水に含まれる成分の種類および濃度に対応した電気的物理量の標準値を記憶し、標準値が水質レベルに応じて分類されている。処理部１３０は、計測部１３８が計測した成分の種類および濃度を記憶部１３７に照合することにより水の水質レベルを分類する。この構成において、表示部１４は、処理部１３０が分類した結果を表示する。

この構成によれば、検査対象の水の水質に関する情報を電気的物理量に変換しているから、再現性のよい結果が得られる。

計測部１３８は、分光分析によって水に含まれる成分の種類および濃度を計測することが望ましい。

この構成を採用すると、検査対象である水とは非接触で水質レベルを分類することが可能になる。

（水処理システム）
以下に説明する水処理システムは、生活排水の一部を簡易な浄化処理によって再利用可能にするように構成されている。この水処理システムでは、生活排水が浄化処理に適しているか否かを判断し、浄化処理に適した水は浄化して再利用可能にすることによって、水の利用効率を高めている。

生活排水を浄化する浄水装置は、簡易かつ低価格で提供することができる構成であり、砂により微小な不純物を濾過する構成、活性炭により臭気成分を吸着する構成、限外濾過膜により細菌の除去を行う構成などから選択される。生活排水は、たとえば、調理材料の洗浄、食器の洗浄、洗面、洗濯、風呂などの用途に使用された排水であって、ここでは用便の際の便器の洗浄水は含まない。

ここで、この種の生活排水の成分を評価する。野菜などの調理材料を洗浄した水には農薬の成分が含まれている可能性があり、食器を洗浄した水には油脂、酢酸、クエン酸などが含まれている可能性がある。したがって、この種の生活排水は、浄水装置での再処理に適さない場合がある。すなわち、個々の用途で使用された生活排水は、水質レベルを評価した上で、排水レベルでない場合に、浄水装置に導入しなければならない。また、食器の洗浄、洗面、洗濯、風呂などの用途で使用された生活排水の一部には界面活性剤が含まれる。界面活性剤は、上述したような浄水装置では除去が難しいから、この種の生活排水も浄水装置に適さない場合がある。

一方、浄水装置による浄化後の水の用途は、便器の水洗、自動車の洗浄、住宅の床あるいは外壁の洗浄、植物への散水などを想定している。便器の水洗に用いる水は、固形物が含まれていなければ濁りなどは許容されるから、浄水装置で浄化された水のうちでも最低限の水質レベルで対応可能である。また、自動車の洗浄に用いる水は、便器の水洗に用いる水よりは水質レベルが高く、臭気がなければ、界面活性剤が少量残留していてもよい。住宅の床あるいは外壁の洗浄についても同様であるが、これらの用途では界面活性剤の残留は望ましくない。植物への散水に用いる水は、さらに水質レベルが高いことが望ましいが、有機物の残留は許容される。

図１０に例示する水処理システムは、生活排水を排出元ごとに流す第１の流路２１を備える。図示例において、第１の流路２１は、風呂に使用した生活排水を流す排水路２１１と、洗面に使用した生活排水を流す排水路２１２と、洗濯に使用した生活排水を流す排水路２１３とを備える。排水路２１１、２１２、２１３は、いずれも管状に形成される。排水路２１１には水質センサ１０１が配置され、排水路２１２には水質センサ１０２が配置され、排水路２１３には水質センサ１０３が配置される。水質センサ１０１、１０２、１０３の管理項目は異なっていてもよいが、ここでは同じ管理項目を計測する場合を想定する。

水質センサ１０１、１０２、１０３は、たとえば、ｐＨ、鉄、マンガン、硝酸イオン（ＮＯ３）、電気伝導度（ＥＣ：Electrical Conductivity）、溶存酸素量（ＤＯ：Dissolved Oxygen）、酸化還元電位（ＯＲＰ：Oxidation-reduction Potential）を管理項目とする。水質センサ１０１、１０２、１０３からは、排水路２１１、２１２、２１３を通る生活排水の水質レベルの情報が出力される。水質センサ１０１、１０２、１０３の出力は制御部２０に入力される。

また、排水路２１１、２１２、２１３には、分離装置２２としてのバルブ２２１、２２２、２２３が配置される。バルブ２２１は、排水路２１１を通る生活排水を、浄水装置２３に送るか、廃棄するかを選択する。同様に、バルブ２２２は、排水路２１２を通る生活排水を、浄水装置２３に送るか廃棄するかを選択し、バルブ２２３は、排水路２１３を通る生活排水を、浄水装置２３に送るか廃棄するかを選択する。廃棄される生活排水は、下水として下水路２４を通して下水処理場２５に送られる。

一方、浄水装置２３に送られた生活排水は、浄水装置２３を通して浄化され、第２の流路２６を通して再利用される。図示例において、第２の流路２６は、便器の洗浄用の水を流す給水路２６１と、自動車を洗浄する水を流す給水路２６２と、住宅の掃除用の水を流す給水路２６３と、植物への散水用の水を流す給水路２６４とを備える。給水路２６１、２６２、２６３、２６４は、いずれも管状に形成される。浄水装置２３の出口には、水質センサ１０４が配置されており、水質センサ１０４の出力は制御部２０に入力される。また、浄水装置２３の出口には、浄水装置２３からの水の行き先を、いずれかの給水路２６１、２６２、２６３、２６４に振り分けるための分離装置２７としてのバルブ２７１が配置される。

制御部２０は、水質センサ１０１、１０２、１０３、１０４の出力に基づいて、分離装置２２、２７を制御し、水質に応じた水の行き先を決定する。つまり、分離装置２２は、浄水装置２３に導入される前の生活排水を、廃棄するか浄水装置２３により再利用できるように再生するかの振り分けを行う。また、浄水装置２３で浄化された水は、水質センサ１０４が検出した水質レベルに応じて、分離装置２７により用途別に振り分けられる。便器の洗浄用に用いた水は、下水路２４に廃棄される。また、図示例において他の用途に使用された水は、地面に浸透するか蒸発して消滅する。

上述した構成例において、浄水装置２３を用いているが、生活排水の種類ごとに、浄水装置２３を用いることなく用途別に振り分けるようにしてもよい。たとえば、食材の洗浄あるいは浴槽からの排水を植物に散水する用途に用いることが可能であり、また、洗濯のすすぎに用いた水を便器の洗浄水として用いることが可能である。

上述した制御部２０は、プログラムに従って動作するプロセッサを備えたデバイスを主なハードウェア要素とする。このプロセッサは、メモリ、インターフェイス用のデバイスなどとともに用いてコンピュータを構成する。あるいはまた、プロセッサは、メモリ、インターフェイスなどと一体化されたマイコン（Microcontroller）であってもよい。また、プログラムは、ＲＯＭ（Read Only Memory）にあらかじめ記録された状態で提供されるか、インターネットのような電気通信回線を通して提供される。あるいはまた、プログラムは、コンピュータで読取可能な記録媒体を用いて提供される。

上述した水処理システムは、第１の流路２１と分離装置２２、２７と第２の流路２６と水質センサ１０１、１０２、１０３、１０４と制御部２０とを備える。第１の流路２１は、生活排水を排出元ごとに流す。分離装置２２、２７は、第１の流路２１を通して生活排水が導入され水の行き先を振り分ける。第２の流路２６は、分離装置２２、２７から取り出された水を行き先ごとに流す。水質センサ１０１、１０２、１０３、１０４は、分離装置２２、２７から取り出す水の行き先を水質の管理項目に基づいて分類する。制御部２０は、水質センサ１０１、１０２、１０３、１０４が分類した行き先に応じて第２の流路２６に水を流すように、分離装置２２、２７を制御する。

この構成によれば、水質センサ１０１、１０２、１０３、１０４で分類された水質レベルに応じて、生活排水を再利用することを可能にするから、水の利用効率を高めることになる。

分離装置２２、２７は、行き先として、水を再利用する利用先と、水を廃棄する処分先とが選択可能であることが望ましい。

この構成によれば、再利用に適さない水は廃棄することによって、生活排水を再利用しながらも、不都合のない利用が可能になる。

また、分離装置２２、２７は、第１の流路２１から導入された生活排水の水質を改善して取り出す浄水装置２３を備えることが望ましい。

この構成によれば、浄水装置２３を通した水は生活排水よりも水質レベルが向上しているから、生活排水を再利用できる用途の範囲が広がる。

なお、上述した実施形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることはもちろんのことである。

１０ 水質センサ
１３ 分類部
１４ 表示部
１５ 通信部
２０ 制御部
２１ 第１の流路
２２ 分離装置
２３ 浄水装置
２６ 第２の流路
２７ 分離装置
１０１、１０２、１０３、１０４ 水質センサ
１２０ 検査室
１３０ 処理部
１３２ 検査領域
１３３ 検査基材
１３４ 再生部
１３５ 記録媒体
１３６ カラーセンサ
１３７ 記憶部
１３８ 計測部
１４４ 表示器
１４５ 表示制御部

Claims (16)

1. 検査対象の水が導入される検査室と、
   前記検査室に導入された前記水の用途に応じた水質レベルを水質の管理項目に基づいて分類する分類部と、
   前記分類部が分類した前記水質レベルを表示する表示部とを備える
   ことを特徴とする水質センサ。
2. 前記表示部は、
   カラー表示を行う表示器と、
   前記水質レベルを前記表示器に色分けして表示させる表示制御部とを備える
   請求項１記載の水質センサ。
3. 前記分類部が分類した前記水質レベルの情報を無線により送信する通信部をさらに備える
   請求項１又は２記載の水質センサ。
4. 前記分類部は、
   前記水質レベルを、飲用に利用可能な飲用レベルと、飲用に利用不能な非飲用レベルとに分類する
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の水質センサ。
5. 前記分類部は、
   前記水質レベルを、飲用に利用可能な飲用レベルと、飲用に利用不能であって浄水装置での再生処理により利用可能になる再生レベルと、飲用に利用不能であって前記浄水装置での再生処理に適さない排水レベルとに分類する
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の水質センサ。
6. 前記管理項目は、前記水に含まれる成分の種類および濃度であって、
   前記分類部は、
   前記水に含まれる成分の種類と濃度との少なくとも一方に応じて色が変化する物質を保持している検査基材と、
   前記水に含まれる成分に応じた色の標準状態が記録され、前記標準状態が前記水質レベルに応じて分類されている記録媒体とを備え、
   前記表示部は、
   前記記録媒体と兼用されている
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の水質センサ。
7. 前記管理項目は、前記水に含まれる成分の種類および濃度であって、
   前記分類部は、
   前記水に含まれる成分の種類と濃度との少なくとも一方に応じて色が変化する物質を保持している検査基材と、
   前記水に含まれる成分に対応した色の標準状態を記憶し、前記標準状態が前記水質レベルに応じて分類されている記憶部と、
   前記検査室に導入された後の前記検査基材の色を読み取るカラーセンサと、
   前記カラーセンサが読み取った色を前記記憶部に照合することにより前記水の水質レベルを分類する処理部とを備え、
   前記表示部は、前記処理部が分類した結果を表示する
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の水質センサ。
8. 前記検査基材は、
   前記物質を保持した検査領域を備えるように構成されており、前記検査領域が前記検査室に導入された後に前記検査室から取り出される
   請求項６又は７記載の水質センサ。
9. 前記検査基材は、
   複数個の検査領域が並べて形成され、前記検査領域ごとに前記物質を保持し、かつ前記検査領域が残りの前記検査領域から分離されるように構成されており、前記検査領域ごとに前記検査室に導入された後に前記検査室から取り出される
   請求項６又は７記載の水質センサ。
10. 前記検査基材は、
    複数個の検査領域が並べて形成され、前記検査領域ごとに前記物質を保持し、かつ前記検査領域ごとに前記検査室に導入された後に前記検査室から取り出され、さらに前記検査室から取り出された前記検査領域が前記検査室に再度導入される構成であって、
    前記検査領域を前記検査室に再度導入できるように、前記検査室から取り出された前記検査領域が保持している前記物質を再利用可能な状態に戻す再生部をさらに備える
    請求項６又は７記載の水質センサ。
11. 前記検査領域は、複数の区画に区分されており、前記区画ごとに前記管理項目である成分に応じて色が変化する物質が保持され、かつ前記検査領域は、２種類以上の成分に対応した前記区画を含む
    請求項１０記載の水質センサ。
12. 前記管理項目は、前記水に含まれる成分の種類および濃度であって、
    前記分類部は、
    前記水に含まれる前記成分の種類および濃度を計測し電気的物理量に変換する計測部と、
    前記水に含まれる成分の種類および濃度に対応した前記電気的物理量の標準値を記憶し、前記標準値が前記水質レベルに応じて分類されている記憶部と、
    前記計測部が計測した前記成分の種類および濃度を前記記憶部に照合することにより前記水の水質レベルを分類する処理部とを備え、
    前記表示部は、前記処理部が分類した結果を表示する
    請求項１〜５のいずれか１項に記載の水質センサ。
13. 前記計測部は、
    分光分析によって前記水に含まれる前記成分の種類および濃度を計測する
    請求項１２記載の水質センサ。
14. 生活排水を排出元ごとに流す第１の流路と、
    前記第１の流路を通して前記生活排水が導入され水の行き先を振り分ける分離装置と、
    前記分離装置から取り出された水を前記行き先ごとに流す第２の流路と、
    前記分離装置から取り出す水の前記行き先を水質の管理項目に基づいて分類する水質センサと、
    前記水質センサが分類した前記行き先に応じて前記第２の流路に水を流すように、前記分離装置を制御する制御部とを備える
    ことを特徴とする水処理システム。
15. 前記分離装置は、
    前記行き先として、水を再利用する利用先と、水を廃棄する処分先とが選択可能である
    請求項１４記載の水処理システム。
16. 前記分離装置は、
    前記第１の流路から導入された前記生活排水の水質を改善して取り出す浄水装置を備える
    請求項１４又は１５記載の水処理システム。

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