JP2017146307A - 濃度測定方法、濃度測定用プログラム、濃度測定システム、及び濃度測定装置 - Google Patents
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Abstract
Description
かかる連続測定に用いられる測定装置としては、例えば特許文献1に記載されているように、試薬を用いることなく槽内に浸漬された状態で連続測定を行なえる、いわゆるイオン電極法を用いたものが適している。
また、専門の器具や専用のスキルを必要としないため、第2受付ステップでバッチ測定値を受け付けた場合に相関値を逐次算出することができ、この相関値を用いて第1測定装置に対象成分濃度の算出又は連続測定値の補正を行なわせることで、その時々で適切な相関値を用いた高精度の測定が可能となる。
このような方法であれば、複数の連続測定値と複数のバッチ測定値とに基づいて相関値を算出するので、相関値としてより適切な値を得ることができる。
そのうえ、上述した濃度測定システムであれば、情報処理装置が、相関値を前記第1測定装置に送信する相関値送信部、又は、相関値を用いて連続測定値を補正する補正部とを有しているので、算出された相関値をユーザがわざわざ第1測定装置に入力しなくても、自動的に相関値を用いた対象成分濃度を得ることができる。
電極の寿命に影響するこのような現象は、例えば酸化−還元電位(ORP)、溶存酸素量(DO)の値が上昇している場合や、微生物活性が高い条件(例えば液体の温度が30℃〜40℃)のときなども起こり得る。
そこで、このような異常を検知するためには、前記情報処理装置が、前記対象成分濃度とは別の分析結果を取得する分析結果受信部と、前記分析結果に基づいて前記第1測定装置の異常を検知する異常検知部を有していることが好ましい。
このような構成であれば、第1測定装置にメンテナンスが必要であることや、メンテナンス時期が近いことをユーザに自動で報知することができる。
詳細なデータは後述するが、上述した構成であれば、連続測定値及びバッチ測定値で示されるデータ点数が少ない場合であっても、相関値を精度良く求めることができ、この相関値を用いて連続測定値を補正することで、連続測定値を高精度に測定することができる。
前記相関値を用いて前記対象成分濃度を算出する濃度算出部とを有していることを特徴とするものである。
以下に本発明に係る濃度測定システム100の第1実施形態について図面を参照して説明する。
本実施形態の濃度測定システム100は、例えば排水処理工程において微生物によりアンモニア態窒素の生物反応処理が行われる生物反応槽T(例えば曝気槽)において処理中の排水(以下、サンプル液ともいう)に含まれる対象成分の濃度を連続モニタするために用いられるシステムである。なお、生物反応槽Tとしては、上述した生物反応処理が行なわれるものには限られず、好気槽(硝化槽)、嫌気槽(無酸素層・脱窒槽)、亜硝酸化槽、アナモックス槽などであっても良い。
アンモニア態窒素計10は、図1に示すように、サンプル液にセンサ部Sが浸漬された状態でアンモニウムイオン濃度を連続測定するとともに、その測定値(以下、連続測定値ともいう)を後述する情報処理装置20に出力するものである。
情報処理装置20は、CPU、メモリ、入力手段、通信インタフェース、表示器などを備えた、汎用又は専用のコンピュータであり、前記メモリの所定領域に格納されたプログラムに従ってCPUや周辺機器が協働することにより、図3に示すように、第1受付部21、連続測定値記憶部22、第2受付部23、バッチ測定値記憶部24、相関値算出部25、及び相関値送信部26としての機能を発揮するように構成されている。
具体的にこの連続測定値記憶部22は、第1受付部21が受け付けた連続測定値と、この連続測定値がアンモニア態窒素計10により測定された測定時間(つまり、演算部14が連続測定値を演算した時間)とを結びつけて記憶する。
本実施形態では、このバッチ測定に用いられる測定装置を第2測定装置30としており、具体的にこの第2測定装置30は、隔膜式のもので、試薬が必要であるため連続測定に不向きであるものの、前記アンモニア態窒素計10よりも高精度に測定可能なものである。
なお、バッチ測定値は、無線又は有線で第2測定装置30から情報処理装置20に入力されるようにしても良い。
具体的にこのバッチ測定値記憶部24は、第2受付部23が受け付けたバッチ測定値と、このバッチ測定値の測定対象たるサンプル液が生物反応槽Tから採取された採取時間とを結びつけて記憶する。なお、この採取時間は、ユーザが前記入力手段を用いて情報処理装置20に入力しても良いし、バッチ測定スケジュール情報として前記バッチ測定値記憶部24に予め記憶させておいても良い。
本実施形態では、互いに対応する連続測定及びバッチ測定は、バッチ測定におけるサンプル液が生物反応槽Tから採取された採取時間と、連続測定における測定時間とが略一致する連続測定及びバッチ測定である。
より詳細にこの相関値算出部25は、最新のバッチ測定から過去所定回遡ったバッチ測定までの間に得られた複数のバッチ測定値と、これらのバッチ測定それぞれに対応した連続測定において得られた複数の連続測定値とに基づいて相関値を算出するように構成されている。ここでは、相関値算出部25が、第2受付部23がバッチ測定値を受け付けた場合に逐次相関値を算出するようにしている。なお、ここでいう逐次算出するという意味は、第2受付部32がバッチ測定値を受け付けた場合に毎回相関値を算出することのみならず、第2受付部32がバッチ測定値を受け付けた複数回に一度相関値を算出する場合も含まれており、第1測定装置たるアンモニア態窒素計10の測定精度を担保するために必要な頻度で相関値の更新が行なわれるようにすれば良い。
そして、アンモニア態窒素計10は、相関値送信部26から送信された相関値を受信する受信部15を有しており、この受信部15で受信した相関値を用いて演算部14がアンモニウムイオン濃度を算出する。つまり、本実施形態のアンモニア態窒素計10は、相関値送信部26から送信される相関値を逐次受信して更新して(S5)、この相関値を用いて算出した連続測定値を情報処理装置20に逐次出力する(S1)。
これにより、例えば現場で専用の器具や専用のスキルを必要とする校正などを行うことなく、生物反応処理される下水中のアンモニア態窒素の濃度を従来よりも高精度に測定できるようになり、ひいては送風機の無駄な電力を削減することで省エネ化を図ることができる。
しかしながら、このように妨害イオンの干渉を補正したとしても、今後求められるであろう測定精度を満足させることができず、この点に鑑みても、本実施形態に係る濃度測定システム100により高精度な測定を可能とすることは、格別顕著な作用効果といえる。
従来は、低濃度側のみにおいて連続測定値の合わせ込みを行なっており、その結果、図5の上段に示すように、連続測定値とバッチ測定値との相関を回帰直線で表したときに、傾き(回帰係数)が1.15となり、相関係数Rは0.96となっている。
一方、本実施形態に係る濃度測定システム100は、上述したように低濃度側と高濃度側との両方で連続測定値をバッチ測定値に合わせ込んでおり、その結果、図5の下段に示すように、連続測定値とバッチ測定値との相関を回帰直線で表したときに、傾き(回帰係数)が1.02となり、相関係数Rは0.96となっている。
このように、従来と本実施形態とでは、相関係数Rには差が見られないものの、本実施形態の方が従来よりも傾きが1に近づいており、間違いなく連続測定値を高精度に測定できていることが看て取れる。
次に本発明に係る濃度測定システムの第2実施形態について説明する。
これに対して、バッチ測定値と、このバッチ測定値に対応する連続測定値とで示されるデータ点数が少なく、例えば1日目のデータと2日目のデータとの2点のみである場合について考える。この場合、実際に得られた2点の値によっては、これらの2点に基づき実際に求められる相関式(例えば回帰式)が、図6(a)や(b)の実線で示される直線になる。これらの実際の相関式は、理想の相関式と比較して傾きに大きな差が生じていたり、傾きが逆になっていたりしており、こうした実際の相関式を用いると測定精度の悪化を招来する。
本実施形態における仮の連続測定値及び仮のバッチ測定値は、仮の連続測定値をx、仮のバッチ測定値をyとしたときに所定の関数式を満たすx、yの組み合わせとなるように設定してある。より具体的には、過去のバッチ測定により得られた最大値、最小値、及び平均値をそれぞれ仮のバッチ測定値yとし、これらの最大値、最小値、及び平均値と等しい値をそれぞれ仮の連続測定値xとして、仮のバッチ測定値y=仮の連続測定値xという関数式を満たすようにしている。
具体的には、図10に示すように、仮の連続測定値及び連続測定値と、仮のバッチ測定値及びバッチ測定値とを用いて例えば回帰直線を算出し、その回帰係数を相関値として求める。
なお、上述した仮データ消去部2Xによって仮の連続測定値及び仮のバッチ測定値の全てが消去されている場合は、これらの値を用いることなく、前記第1実施形態と同様、バッチ測定値及び連続測定値に基づき相関値を算出する。
これに対して、仮のデータを用いずに相関値を算出し、この相関値を用いて連続測定値を補正した場合に、バッチ測定値と、このバッチ測定値に対応する補正後の連続測定値とで示される点をプロットしたものが、図11のグラフにおける「△」である。また、連続測定値を補正せずに、バッチ測定値と、このバッチ測定値に対応する連続測定値とで示される点をプロットしたものが、図11のグラフにおける「×」である。
これにより、より直近の測定データを用いて回帰を行うことができるので、その時のセンサ状態により適した回帰式の算出や相関値の算出が可能となる。
このメンテナンス報知部29は、連続測定値及びバッチ測定値と、相関値算出部25により算出された相関値とを取得するとともに、これらの値に基づいてメンテナンス時期を判断する。より具体的には、連続測定値とバッチ測定値との偏差が所定値以上になった場合、又は、相関値が所定値以上或いは所定値以下になった場合にアラートを出すようにしている。
なお、連続測定値及びバッチ測定値、又は、相関値とのいずれか一方を取得して、その値に基づいてメンテナンス時期を判断するようにしても良い。
電極の寿命に影響するこのような現象は、例えば酸化−還元電位(ORP)、溶存酸素量(DO)の値が上昇している場合や、微生物活性が高い条件(例えば液体の温度が30℃〜40℃)のときなども起こり得る。
そこで、図15に示すように、情報処理装置20は、生物反応処理されている液体中の浮遊物質量(SS)、溶存酸素量(DO)やORPやpHなどを分析する別の種々の分析計50(SS計、DO計、ORP計、pH計など)による分析結果を受信する分析結果受信部210と、この分析結果に基づいてアンモニア態窒素計10の異常を検知する異常検知部211とを有していても良い。
なお、種々の分析計50は、濃度測定システム100に備えさせたものであっても良いし、生物反応槽Tなどに別途設けられたものであっても良い。濃度測定システム100とは別に予め設けられている分析計50からの分析結果を受信するためには、前記分析結果受信部210は、例えばクラウドに格納された分析結果を受信できるように構成されていることが好ましい。
かかるアンモニア態窒素計10の具体的実施態様としては、図16に示すように、アンモニウムイオン電極及び基準電極の電位差に基づいて補正前のアンモニウムイオン濃度を連続的に演算する演算部14と、この演算部14により得られる連続測定値を記憶する記憶部16と、当該アンモニア態窒素計10とは別の第2測定装置30を用いて、生物反応槽Tから採取した液体に含まれるアンモニウムイオン濃度をバッチ測定したバッチ測定値を受け付ける受付部17と、前記バッチ測定値を記憶するバッチ測定値記憶部18と、連続測定値及びバッチ測定値の相関を示す相関値を算出する相関値算出部19と、前記相関値を用いて補正前のアンモニウムイオン濃度を補正して補正後のアンモニウムイオン濃度を算出する濃度算出部110とを備えた構成が挙げられる。
加えて、第1測定装置は、例えば生物反応槽内のアンモニア態窒素濃度を知るべく、アンモニア態窒素の濃度に応じて増減する例えばカリウムイオンの濃度を測定するものであっても良い。
なお、上述した第1測定装置を用いた場合の妨害イオンを附言すると、ナトリウムイオン電極に対してはカリウムイオン、リチウムイオン、アンモニウムイオンが妨害イオンとなり、カリウムイオン電極に対してはセシウムイオンが妨害イオンとなり、カルシウムイオン電極に対しては鉄イオン、亜鉛イオンが妨害イオンとなり、銅イオン電極に対しては鉄イオンが妨害イオンとなり、カドミウムイオン電極に対しては鉛イオン、鉄イオンが妨害イオンとなり、鉛イオン電極に対しては鉄イオン、クロムイオン、カドミウムイオンが妨害イオンとなる。
また、関数式を用いることなく、過去(例えば校正前)に実際に得られたバッチ測定値及びこのバッチ測定値に対応する連続測定値を、それぞれ仮のバッチ測定値及び仮の連続測定値としても構わない。この場合、バッチ測定値に対応する連続測定値が異常値(外れ値)であるか否かを判断した上で、その値が異常値であった場合には、それ以外の尤もらしい連続測定値を選択するようにしても良い。
T ・・・生物反応槽
10 ・・・アンモニア態窒素計
20 ・・・情報処理装置
21 ・・・第1受付部
22 ・・・連続測定値記憶部
23 ・・・第2受付部
24 ・・・バッチ測定値記憶部
25 ・・・相関値算出部
26 ・・・相関値送信部
Claims (8)
- 液体中の対象成分濃度を測定する方法であって、
センサ部を前記液体に浸漬させた第1測定装置を用いて前記対象成分濃度を連続測定した連続測定値を受け付ける第1受付ステップと、
前記第1測定装置とは別の第2測定装置を用いて、前記液体から採取された一部に含まれる前記対象成分濃度をバッチ測定したバッチ測定値を受け付ける第2受付ステップと、
互いに対応する複数の前記連続測定及び複数の前記バッチ測定においてそれぞれ得られた複数の前記連続測定値及び複数の前記バッチ測定値の相関を示す相関値を、前記第2受付ステップでバッチ測定値を受け付けた場合に逐次算出する相関値算出ステップとを具備し、
前記第1測定装置が、前記相関値を用いて前記対象成分濃度を算出する、又は、前記相関値を用いて前記連続測定値を補正することを特徴とする濃度測定方法。 - 前記第1受付ステップで受け付けた連続測定値を記憶する連続測定値記憶ステップと、
前記第2受付ステップで受け付けたバッチ測定値を記憶するバッチ測定値記憶ステップとをさらに具備し、
前記相関値算出ステップにおいて、記憶されたバッチ測定値のうち最新のバッチ測定から過去所定回遡ったバッチ測定までの間に得られた複数のバッチ測定値と、これらのバッチ測定それぞれに対応した連続測定において得られた連続測定値とに基づいて相関値を算出することを特徴とする請求項1記載の濃度測定方法。 - 液体中の対象成分濃度を測定するために用いられるプログラムであって、
センサ部を前記液体に浸漬させた第1測定装置を用いて前記対象成分濃度を連続測定した連続測定値を受け付ける第1受付部と、
前記第1測定装置とは別の第2測定装置を用いて、前記液体から採取された一部に含まれる前記対象成分濃度をバッチ測定したバッチ測定値を受け付ける第2受付部と、
互いに対応する複数の前記連続測定及び複数の前記バッチ測定においてそれぞれ得られた複数の前記連続測定値及び複数の前記バッチ測定値の相関を示す相関値を、前記第2受付部が前記バッチ測定値を受け付けた場合に逐次算出する相関値算出部と、
前記相関値を前記第1測定装置に送信する相関値送信部、又は、前記相関値を用いて前記第1受付部が受け付けた連続測定値を補正する補正部と、としての機能をコンピュータに発揮させることを特徴とする濃度測定用プログラム。 - 液体中の対象成分濃度を測定するシステムであって、
センサ部が前記液体に浸漬した状態で前記対象成分濃度を連続測定する第1測定装置と、
前記第1測定装置との間でデータを授受する情報処理装置とを具備し、
前記情報処理装置が、
前記第1測定装置を用いて前記対象成分濃度を連続測定した連続測定値を受け付ける第1受付部と、
前記第1測定装置とは別の第2測定装置を用いて、前記液体から採取された一部に含まれる前記対象成分濃度をバッチ測定したバッチ測定値を受け付ける第2受付部と、
互いに対応する複数の前記連続測定及び複数の前記バッチ測定においてそれぞれ得られた複数の前記連続測定値及び複数の前記バッチ測定値の相関を示す相関値を、前記第2受付部が前記バッチ測定値を受け付けた場合に逐次算出する相関値算出部と、
前記相関値を前記第1測定装置に送信する相関値送信部、又は、前記相関値を用いて前記第1受付部が受け付けた連続測定値を補正する補正部とを有することを特徴とする濃度測定システム。 - 前記情報処理装置が、
前記対象成分濃度とは別の分析結果を取得する分析結果受信部と、
前記分析結果に基づいて前記第1測定装置の異常を検知する異常検知部とを有していることを特徴とする請求項4記載の濃度測定システム。 - 前記情報処理装置が、前記相関値、又は、前記連続測定値及び前記バッチ測定値を取得するとともに、前記相関値、又は、前記連続測定値及び前記バッチ測定値に基づいて前記第1測定装置のメンテナンスを促す報知信号を出力するメンテナンス報知部をさらに有していることを特徴とする請求項4又は5記載の濃度測定システム。
- 前記相関値算出部が、予め入力された仮のバッチ測定値と、この仮のバッチ測定値に対応する連続測定値として予め入力された仮の連続測定値とをさらに用いて前記相関値を算出することを特徴とする請求項4乃至6のうち何れか一項に記載の濃度測定システム。
- センサ部が液体に浸漬した状態で前記液体中の対象成分濃度を連続測定する濃度測定装置であって、
当該濃度測定装置とは別の第2測定装置を用いて、前記液体から採取された一部に含まれる前記対象成分濃度をバッチ測定したバッチ測定値を受け付ける受付部と、
互いに対応する複数の前記連続測定及び複数の前記バッチ測定においてそれぞれ得られた複数の連続測定値及び複数の前記バッチ測定値の相関を示す相関値を、前記受付部が前記バッチ測定値を受け付けた場合に逐次算出する相関値算出部と、
前記相関値を用いて前記対象成分濃度を算出する濃度算出部とを有していることを特徴とする濃度測定装置。
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