JP3358577B2

JP3358577B2 - 水質監視装置及び水質監視方法

Info

Publication number: JP3358577B2
Application number: JP03467899A
Authority: JP
Inventors: 正嗣駒井
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1999-02-12
Filing date: 1999-02-12
Publication date: 2002-12-24
Anticipated expiration: 2019-02-12
Also published as: JP2000235026A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、浄水槽、河川、
あるいは工場廃液等の水源の水質を監視する水質監視装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】上記のような水質監視装置の従来例とし
ては、例えば大阪府水道部で採用され磯島取水場に設置
されたものを挙げることができる。図６は、この従来の
水質監視装置の構成を示す概略図である。河川から沈砂
池を介して濾過器３１に採取された採取水は、この濾過
器３１で濾過された後、ばっ気器３２で酸素が供給され
て温水器３３に至る。そしてこの温水器３３で、後述す
るコイ３９の活動に適した１０〜１５℃の水温とされ
る。その後、前記採取水の流れは二手に分かれて、一方
は監視水槽３６に供給され、他方は観察水槽３５に供給
される。前記監視水槽３６は、半円球状をなす５つの水
槽４１、４２、４３、４４、４５を連設して成り、前記
温水器３３から供給された採取水が第１水槽４１から第
５水槽４５に向かって順次に流れ込むようになってい
る。これらの監視水槽３６及び観察水槽３５には、それ
ぞれ複数匹のコイ３９が放たれている。そして給餌器３
４によって、前記第１水槽４１にコイ３９の餌が供給さ
れる。また前記監視水槽３６には、コイ３９を監視する
ためのテレビカメラ３７、３７・・が各水槽４１、４２
・・毎に設置されている。そして前記観察水槽３５に
も、コイ３９を観察するためのテレビカメラ３８が設置
されている。

【０００３】前記水質監視装置では、給餌器３４から第
１水槽４１に餌を供給し続けることにより、監視水槽３
６中のコイ３９は、常に第１水槽４１側に偏在するよう
習慣づけられている。従って採取水の水質が正常であれ
ば、コイ３９は常に第１水槽４１側に偏在することにな
る。ところが採取水に有害物質が含まれると、第１水槽
４１から流入してくる有害物質に対してコイ３９が忌避
行動を開始し、次第に第５水槽４５側へ移動する。その
ため監視水槽３６中におけるコイ３９の分布が正常時と
は異なるようになる。そこで監視水槽３６中のコイ３９
をテレビカメラ３７、３７・・で撮影し、その分布を画
像処理によって監視するようにしている。図７に、前記
テレビカメラ３７、３７・・で撮影されることとなる監
視水槽３６中のコイ３９の分布を示している。同図
（ａ）では、第１水槽４１と第２水槽４２とに存在する
コイ３９の合計数が、第３水槽４３から第５水槽４５ま
でに存在するコイ３９の合計数よりも多い。つまりコイ
３９は通常どおり第１水槽４１側に偏在しているという
ことであり、この場合には前記採取水、ひいては前記河
川の水質が正常であると判断できる。一方、同図（ｂ）
では、第１水槽４１と第２水槽４２とに存在するコイ３
９の合計数が、第３水槽４３から第５水槽４５までに存
在するコイ３９の合計数よりも少ない。つまり第１水槽
４１側から流入する有害物質に対してコイ３９が忌避行
動を起こしているということであり、この場合には前記
河川の水質が異常であると判断できる。そこでこのよう
にして水質が異常であると判断されたときは、さらに前
記観察水槽３５中のコイ３９の動きをテレビカメラ３８
で観察するなどして前記判断に誤りがないことを確認し
た後、浄水場へ水質の異常を知らせるようになってい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記水質監視装置で
は、コイ３９の忌避行動に基づいて採取水に有害物質が
含まれていないかどうかを判断している。コイ３９を用
いたのは、コイ３９が有害物質に比較的敏感で、かつ群
をなして泳ぐ習性があるからである。しかしながらコイ
３９には個体差があるため、全体として前記のような習
性があるとしても、常に一定の高精度で有害物質を検知
することは困難である。またテレビカメラ３７でコイ３
９を撮影してその分布を監視しているから、夜間はコイ
３９に照明を当てなければ水質の監視をすることができ
ない。ところが夜のない生活によってコイ３９の生態リ
ズムが崩れ、一定した感度による有害物質の検知がます
ます期待できなくなる。このような問題を避けるため
に、赤外線カメラを用いることも考えられる。しかしな
がら赤外線は熱エネルギーに変換されやすいため、これ
を常時照射すると水温が上昇してコイ３９の飼育環境が
変化してしまい、精度の高い安定した有害物質の検知が
困難であるという前記の課題は依然として解決できない
のである。さらにテレビカメラ３７でコイ３９を撮影
し、その分布を視認で判断するという手法によっている
ため、２４時間体制で人的監視が必要になるというコス
ト面の問題もあった。

【０００５】また他の従来例として、特開昭６３−６６
４６１号、特開平６−３２４０３１号、特開平７−３０
６１９４号の各公報記載の水質監視装置を挙げることも
できる。しかしながらこれらの公報に記載のものも、す
べて有害物質に対する生物の反応を視認又は画像処理
し、これによって水質の異常を検知するものである。従
って、精度の高い水質の監視を安定して行うことができ
ないという上記の課題を解決しうるものではなかった。

【０００６】この発明は、上記従来の課題を解決するた
めになされたものであって、その目的は、精度の高い水
質の監視を安定して行うことが可能な水質監視装置及び
水質監視方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで本発明に係る水質
監視装置は、所定の水源から採取した採取水に、所定の
有害物質と反応して沈殿物を生じさせる試薬をマイクロ
ミキサで反応させる反応部と、この反応部で生じた沈殿
物を検知する検知部とを備えたことを特徴としている。

【０００８】ここで「所定の有害物質と反応して沈殿物
を生じさせる試薬」には、採取水に含まれる有害物質と
直接に反応して沈殿物を生じさせる試薬だけでなく、採
取水に含まれる有害物質と段階的に反応して沈殿物を生
じさせる各段階の試薬も含まれる。またここで「反応
部」と「検知部」とは、それぞれ別々の部位に設けられ
ていてもよいが、互いに部位を共有したもの、すなわち
採取水と試薬とを反応させる部位で沈殿物を検知するよ
うな構成となっていてもよい。

【０００９】この水質監視装置では、採取水に含まれる
有害物質と試薬とをマイクロミキサで反応させ、これに
よって発生した沈殿物を検知するようにしている。その
ため、わずかの有害物質であっても確実に反応を起こし
て沈殿物を発生させることができ、従来のように生物の
個体差や生態変化等に左右されることなく有害物質を確
実に検知することが可能となる。

【００１０】また本発明に係る水質監視装置は、前記検
知部が、超音波センサによって沈殿物を検知することを
特徴としている。

【００１１】この水質監視装置では、超音波によって沈
殿物の検知を行うので、夜間においても照明を当てるこ
となく有害物質を検知することが可能となる。

【００１２】さらに本発明に係るの水質監視装置は、前
記超音波センサは、２次元超音波アレイセンサであるこ
とを特徴としている。

【００１３】この水質監視装置では、２次元超音波セン
サで沈殿物を検知しているので、発生した沈殿物を立体
的に把握することが可能となる。

【００１４】本発明に係る水質監視装置は、複数の反応
部を備え、各反応部は、それぞれ異なる有害物質に反応
して沈殿物を生じさせる試薬と前記採取水とを反応させ
るものであることを特徴としている。

【００１５】この水質監視装置では、採取水に含有され
る各種の有害物質を同時に検知することが可能となる。

【００１６】本発明に係る水質監視装置は、前記検知部
で検知された沈殿物に基づいて前記水源に基準値以上の
有害物質が含有されているか否かを判断する水質判断部
と、この水質判断部で基準値以上の有害物質が含有され
ていると判断されたときに所定の異常制御を行う異常制
御部とを備えたことを特徴としている。

【００１７】この水質監視装置では、水源に基準値以上
の有害物質が含有されていると判断した場合には、例え
ば警報を発したり水源からの給水を停止させたり等の異
常制御を行うことが可能となる。

【００１８】本発明に係る水質監視方法は、所定の水源
から採取した採取水に、所定の有害物質と反応して沈殿
物を生じさせる試薬をマイクロミキサで反応させる反応
過程と、この反応過程で生じた沈殿物を２次元超音波ア
レイセンサで検知する検知過程とを有することを特徴と
している。

【００１９】ここでも「所定の有害物質と反応して沈殿
物を生じさせる試薬」には、採取水に含まれる有害物質
と直接に反応して沈殿物を生じさせる試薬だけでなく、
採取水に含まれる有害物質と段階的に反応して沈殿物を
生じさせる各段階の試薬が含まれる。

【００２０】この水質監視方法では、採取水に含まれる
有害物質と試薬とを反応させ、これによって発生した沈
殿物を検知するようにしている。そのため従来例のよう
に生物の個体差や生態変化等に左右されることなく有害
物質を検知することが可能となる。またマイクロミキサ
で試薬を反応させるようにしているので、わずかの有害
物質であっても確実に反応を起こし、沈殿物を発生させ
ることが可能となる。さらに２次元超音波センサで沈殿
物を検知しているので、夜間においても照明を当てるこ
となく、しかも発生した沈殿物を立体的に把握すること
が可能となる。

【００２１】

【発明の実施の形態】次に、この発明の水質監視装置の
具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に
説明する。

【００２２】（実施形態１）図１は、実施形態１の水質
監視装置の構成を示すブロック図である。水源となる浄
水槽１には、採取管７が接続されている。この採取管７
は４本の採取支管７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄに分岐し、各
採取支管７ａ、・・にはポンプ６が介設されている。ま
たマイクロミキサ２には、図４を用いて後述するよう
に、サンプル流入ポート２ａ、試薬流入ポート２ｂ、及
び混合液流出ポート２ｃが設けられている。そしてこの
うちのサンプル流入ポート２ａに、前記各採取支管７
ａ、・・が接続されている。一方、前記マイクロミキサ
２の試薬流入ポート２ｂには、試薬ポット４から延設さ
れポンプ６の介設された試薬管８が接続され、また混合
液流出ポート２ｃには、ポンプ６の介設された排液管９
が接続されている。そしてこの排液管９の出口側に、廃
液タンク５が配置されている。さらに前記マイクロミキ
サ２に向かって超音波ビームを発するように、２次元超
音波アレイセンサ３が設けられている。この２次元超音
波アレイセンサ３は、後述する制御装置１０に接続され
たものである。

【００２３】図２は、前記２次元超音波アレイセンサ３
を説明するための模式斜視図である。この２次元超音波
アレイセンサ３は、同図に示すｘ−ｙ平面上に、４×４
のアレイ状に並置された１６個の振動子１１を備えて成
るものである。各振動子１１は圧電体から成り、それぞ
れ超音波領域のパルス波をｘ−ｙ平面と交差する方向に
送信するとともに、送信したパルス波が物体に衝突して
反射した場合、反射によって戻ってきた信号波を受信す
る働きを有している。また各振動子１１には、それぞれ
遅延回路１２（図３参照）が接続されていて、各振動子
１１から送信されるパルス波にそれぞれ異なる遅延を与
えることができるようになっている。各振動子１１毎に
前記遅延時間を制御すれば、前記パルス波の波頭を各振
動子１１毎に相前後させることができる。そして２次元
超音波アレイセンサ３から送信される超音波ビームは、
各振動子１１から出力されるパルス波の波頭を結ぶ波面
を有して進行する。従ってこの２次元超音波アレイセン
サ３では、前記遅延時間を制御することにより、送信す
る超音波ビームを同図に示す３次元のｘ−ｙ−ｚ空間で
自在に偏向させ、任意の位置にその焦点を形成すること
ができる。

【００２４】次に図３は、前記制御装置１０を示すブロ
ック図である。マイクロコンピュータの機能を有する制
御部１６の指令により、送信回路１３からパルス信号が
出力される。遅延回路１２がこのパルス信号に与える遅
延時間は、超音波ビームの焦点を形成しようとする位置
に応じて、前記制御部１６により予め各振動子１１毎に
設定されている。そしてこのような遅延をパルス信号に
与えることにより、前記２次元超音波アレイセンサ３か
ら送信された超音波ビームは、所定の位置にその焦点を
形成する。ところでこの焦点位置に物体２０が存在する
と、送信された超音波ビームはこれに衝突して反射さ
れ、再び前記２次元超音波アレイセンサ３で受信するこ
とになる。２次元超音波アレイセンサ３の各振動子１１
で受信したパルス状の信号波には時間差が生じている
が、前記遅延回路１２を再度通過することでこの時間差
が除去され、電気信号として受信回路１３で受信され
る。受信回路１３は、与えられた各受信パルスを増幅・
検波してアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１４に与
え、このＡ／Ｄ変換器１４でデジタル信号に変換させ
る。Ａ／Ｄ変換器１４から出力されたデジタル信号は、
フレームメモリ１５に２次元展開されて画像信号が生成
される。この画像信号が表示装置１７に与えられ、表示
装置１７に超音波検査画像が表示される。

【００２５】図４は、前記マイクロミキサ２を示してい
る。同図（ａ）はその透過平面図であり、同図（ｂ）は
断面図である。マイクロミキサ２は、１μｌ程度の微量
な試薬をサンプル液に混合するため主として分析化学の
分野で用いられてきたものであり、全体が数ｍｍ程度の
大きさに成されている。そしてこのマイクロミキサ２で
は、サンプル液Ｓがサンプル流入ポート２ａを介してマ
イクロミキサ２の上側部分に流入する一方、試薬Ｒが試
薬流入ポート２ｂを介してマイクロミキサ２の下側部分
に流入する。流入した試薬Ｒは、マイクロミキサ２の中
間部に形成されたマイクロノズル１８からサンプル液Ｓ
が流入した前記上側部分に拡散する。そしてこの拡散に
より、前記サンプル液Ｓと微量の試薬Ｒとが数秒で略均
一に混合するようになっている。またサンプル液Ｓと試
薬Ｒとの混合液Ｅは、混合液流出ポート２ｃから流出す
る。

【００２６】次に、上記のような水質監視装置を用いて
行う水質監視方法を説明する。前記浄水槽１の浄水に含
有されるおそれのある有害物質としては、例えばHg₂ ²⁺
が挙げられる。そこで前記試薬ポット４の一つに、試薬
としてHClを貯溜する。そして各ポンプ６を駆動する
と、浄水槽１からの採取水が採取支管７ａを介してマイ
クロミキサ２に流入するとともに、試薬管８を介して試
薬HClが前記マイクロミキサ２に流入する。このとき前
記採取水に有害物質Hg₂ ²⁺が含有されていると、前記マ
イクロミキサ２で次式、 Hg₂ ²⁺ ＋ 2HCl → 2H⁺ ＋ Hg₂Cl₂↓ の反応を生じ、これによってHg₂Cl₂の白色沈殿が発生す
る。つまり、マイクロミキサ２、試薬ポット４、ポンプ
６の介設された採取支管７ａ及び試薬管８等によって反
応部が構成されているということである。そしてこの反
応過程で生成された沈殿物が図３に示す物体２０とな
り、２次元超音波アレイセンサ３から送信された超音波
ビームを反射することになる。従ってこの２次元超音波
アレイセンサ３を検知部として機能させ、前記沈殿物を
検知できることになる。そして２次元超音波アレイセン
サ３を用いれば、この検知過程で物体２０を立体的に把
握できるのは上述の通りである。そこで前記沈殿物の検
知をある程度の時間継続して行う等により、発生した沈
殿物の分布状況、体積等を前記制御部１６で把握する。
これらのパラメータが把握できれば所定量の採取水中に
含有されていた有害物質Hg₂ ²⁺の質量を推定できるの
で、前記制御部１６では、推定された有害物質Hg₂ ²⁺の
質量が所定の基準値以上であるか否かを判断する。つま
り制御部１６が水質判断部として機能するということで
ある。そして有害物質Hg₂ ²⁺の前記質量が所定の基準値
以上であるときには、前記制御部１６は浄水槽１に貯溜
されている浄水の水質が異常であると判断し、所定の警
報を発するとともに浄水槽１からの給水を停止させると
いう異常制御を行う。つまり、この制御部１６は異常制
御部としても機能するということである。

【００２７】また図１に示す水質監視装置の他の３つの
試薬ポット４には、他の有害物質に反応して沈殿物を生
じる試薬を貯溜しておく。例えば有害物質Cd²⁺に対する
試薬H₂S、有害物質Mn²⁺に対する試薬(NH₄)₂S、有害物質
Sr²⁺に対する試薬(NH₄)₂CO₃等である。このようにする
と、採取水に各有害物質Hg₂ ²⁺、Cd²⁺、Mn²⁺、Sr²⁺が混
在していた場合、同図に示す４つのマイクロミキサ２で
それぞれ沈殿物Hg₂Cl₂、CdS、MnS、SrCO₃を生じる。そ
こでこれらの沈殿物を前記２次元超音波アレイセンサ３
で検知し、上記と同様にして浄水の水質に異常がないか
どうかを判定するのである。なおマイクロミキサ２の混
合液流出ポート２ｃから廃液管９を介して流出した混合
液は、廃液タンク５に貯溜される。

【００２８】上記水質監視装置では、有害物質と反応し
て沈殿物を発生させる試薬を浄水槽１からの採取水に混
合している。そしてこのようにして発生した沈殿物を、
浄水槽１に貯溜されている浄水の水質に異常がないかど
うかを判断するためのマーカとしている。従ってコイ３
９の忌避行動を水質の異常を判断するためのマーカとし
ていた上記従来例のように、生物の個体差や生態変化等
の影響を受けることがない。また前記忌避行動はコイ３
９が有害物質に対して起こす生体反応であるが、このよ
うな生体反応を生じるには有害物質が浄水に混入してか
らある程度の時間経過を要する。これに対し上記水質監
視装置では、採取水と試薬との化学反応で生じた沈殿物
を有害物質検知のためのマーカとしている。従って有害
物質が混入してから前記マーカが発生するまでのタイム
ラグは従来例に比してきわめて短く、リアルタイム性に
優れた水質の監視に資することになる。これは、浄水槽
１から供給される浄水が３０〜６０分程で一般家庭に達
する通常の浄水場を考えると、きわめて有用といえる。
さらに上記のように試薬との反応で生じた沈殿物をマー
カとする手法によれば、前記採取水を分流させ、複数の
マイクロミキサ２でそれぞれ異なる試薬と混合すること
も容易である。従って採取水に各種の有害物質が混在し
ているような場合にも、異なる試薬によって各有害物質
に対応するマーカをそれぞれ同時に発生させることがで
きる。従ってこのマーカを検知すれば採取水中の有害物
質をもれなく知ることができるとともに、含まれる有害
物質の毒性等に応じて、より適切な異常制御を行うこと
ができる。

【００２９】そして上記水質監視装置では、採取水と試
薬とをマイクロミキサ２で混合している。マイクロミキ
サ２を用いれば微量の採取水と試薬とを混合することが
できるので、きわめて高濃度の試薬を容易に採取水と混
合することができる。従って採取水に含有される有害物
質が微量であっても、前記マーカとしての沈殿物を高感
度で発生させることができる。しかも沈殿物はマイクロ
ミキサ２内という限られた領域で生じる。従って２次元
超音波アレイセンサ３による前記マーカの検知を容易か
つ確実なものとし、浄水槽１に貯溜されている浄水の水
質に異常がないかどうかを正確に、かつ安定して判断す
ることができる。

【００３０】また上記水質監視装置では、超音波ビーム
の反射によって沈殿物を検知している。従って、夜間で
も照明や赤外線を照射することなく水質を監視すること
ができる。照明等をマイクロミキサ２に照射し続ける
と、マイクロミキサ２の微小空間内で異常な温度上昇を
生じ、有害物質と試薬との反応以外の不要な反応を生じ
たり、マイクロミキサ２が破損したりするおそれもあ
る。しかしながら上述のように照明等を照射せずに沈殿
物の検知ができるので、これらの問題が誘発されるのを
確実に回避することができる。しかも照明の照射で藻の
繁殖等が促進されて採取水に濁りが生じ、これによって
有害物質の検知精度が低下するということもないから、
高い検知精度を安定して維持することができる。また夜
間照明が不要となるので、省エネルギーを図ることもで
きる。

【００３１】さらに上記水質監視装置では、前記超音波
センサとして２次元超音波アレイセンサ３を用いてい
る。２次元超音波アレイセンサ３を用いれば、発生した
沈殿物を立体的に把握することができるのは上述の通り
である。従って沈殿物の存在又は不存在のみならず、そ
の分布状況、体積等まで正確に把握することができる。
従って採取水に含有されている有害物質を定量的に評価
でき、浄水槽１に貯溜された浄水に異常がないかどうか
を所定の安全基準値と比較して正確に判断することがで
きる。そしてこのようになされた判断に従って警報を発
したり給水を停止させたりという異常制御を行うように
しているから、利用者にとってきわめて安全な浄水の供
給制御を行うことができる。また制御部１６での信号処
理によって浄水に異常がないかどうかを判断できるか
ら、人的監視を不要としてコストダウンを図ることがで
きる。

【００３２】（実施形態２）図５は、実施形態２の水質
監視装置の構成を示すブロック図である。この実施形態
の水質監視装置が前記実施形態１のものと異なるのは、
その反応部が、採取水に対して各種の試薬を段階的に混
合し、これによって検知対象となる沈殿物を生じさせる
よう構成されている点である。浄水槽１に接続された採
取管７からは採取支管７ａ、７ｂが分岐しているが、こ
こでは一方の採取支管７ａに設けられた反応部及び検知
部について説明する。なお他方の採取支管７ｂにも同様
の構成の反応部及び検知部を設けることができる。

【００３３】この水質監視装置の反応部の構成は次のよ
うなものである。まず前記採取支管７ａにはポンプ６が
介設され、その端部が第１マイクロミキサ２１のサンプ
ル流入ポートに接続されている。そしてこの第１マイク
ロミキサ２１の試薬流入ポートには、第１試薬ポット４
ａから延設されポンプ６の介設された第１試薬管８ａが
接続されている。また第１マイクロミキサ２１の混合液
流出ポートには、第１混合液管９ａが接続されている。
この第１混合液管９ａにもポンプ６が介設され、第２マ
イクロミキサ２２のサンプル流入ポートに接続されてい
る。そしてこの第２マイクロミキサ２２の試薬流入ポー
トには、第２試薬ポット４ｂから延設されポンプ６の介
設された第２試薬管８ｂが接続されている。また第２マ
イクロミキサ２２の混合液流出ポートには、第２混合液
管９ｂが接続されている。この第２混合液管９ｂにはポ
ンプ６とフィルタ２４とが介設され、第３マイクロミキ
サ２３のサンプル流入ポートに接続されている。そして
この第３マイクロミキサ２３の試薬流入ポートには、第
３試薬ポット４ｃから延設されポンプ６の介設された第
３試薬管８ｃが接続されている。また第３マイクロミキ
サ２３の混合液流出ポートにはポンプ６の介設された排
液管９が接続され、この排液管９の出口側に廃液タンク
５が配置されている。そして前記第３マイクロミキサ２
３に向かって超音波ビームを発するように、検知部とし
て機能する２次元超音波アレイセンサ３が設けられてい
る。この２次元超音波アレイセンサ３も、前記実施形態
１で説明したのと同様の制御装置１０に接続されてい
る。

【００３４】次に、上記水質監視装置を用いて行う水質
監視方法を説明する。前記浄水槽１の浄水に複数種類の
有害物質が陽イオンとして含有されるおそれのある場合
に、この水質監視方法が特に有用である。ここでは、Ag
⁺とHg²⁺との含有が問題になる場合を例に挙げて説明す
る。まず前記第１試薬ポット４ａ及び第３試薬ポット４
ｃには試薬としてそれぞれHClを貯溜し、第２試薬ポッ
ト４ｂには試薬としてNH₄OHを貯溜しておく。そして各
ポンプ６を駆動すると、浄水槽１からの採取水が採取管
７及び採取支管７ａを介して第１マイクロミキサ２１に
流入するとともに、第１試薬管８ａを介して試薬HClが
第１マイクロミキサ２１に流入する。このとき前記採取
水に有害物質としてAg⁺とHg²⁺とが含有されていると、
前記第１マイクロミキサ２１では、 Hg₂ ²⁺ ＋ 2HCl → 2H⁺ ＋ Hg₂Cl₂↓ Ag⁺ ＋ HCl → H⁺ ＋ AgCl↓ の反応を生じ、Hg₂Cl₂の白色沈殿と、AgClの白色沈殿と
が生じる。

【００３５】しかしながら、このままではどちらの白色
沈殿が生じているのか不明である。そこで次に、これら
の沈殿物を含む混合液を、第１混合液管９ａを介して第
２マイクロミキサ２２に流入させる。この第２マイクロ
ミキサ２２には第２試薬ポット４ｂからNH₄OHが供給さ
れるので、次式 AgCl ＋ 2NH₄OH → Ag(NH₃)₂ ⁺ ＋ 2H₂O ＋ Cl^- の反応によって前記AgClの沈殿物が溶解される。一方、
溶解されないHg₂Cl₂の沈殿物は、第２混合液管９ｂに介
設された前記フィルタ２４によって除去される。従って
第３マイクロミキサ２３には、Hg₂Cl₂の沈殿物が除去さ
れる一方でAg(NH₃)₂ ⁺を含んだ混合液が流入することに
なる。

【００３６】第３マイクロミキサ２３には、Ag(NH₃)²⁺
を含む前記混合液と試薬HClとが供給される。従って、
次式に示すような上記と逆方向の反応が生じることにな
る。 Ag(NH₃)₂ ⁺ ＋ Cl^- → AgCl↓ ＋ 2NH₃ そしてこの反応によって、前記第３マイクロミキサ２３
ではAgClの白色沈殿が生じる。すると、この反応過程で
生じた沈殿物が前記物体２０となり、続く検知過程で２
次元超音波アレイセンサ３から送信された超音波ビーム
を反射することになる。このようにして複数種類の有害
物質の中からAg⁺の存在を選択的に検出し、これに基づ
いて浄水槽１に貯溜されている浄水の水質が正常である
か異常であるかを前記制御部１６で判断する。そして異
常と判断されたときには所定の警報を発するとともに、
浄水槽１からの給水を停止させるという異常制御を行う
ようになっている。また２次元超音波アレイセンサ３を
用いているので、有害物質Ag ⁺を定量的に把握できるの
は上記と同様である。

【００３７】この実施形態の水質監視装置では、採取水
に対して各種の試薬を段階的に反応させることにより、
前記採取水の中に特定種類の有害物質が含有されている
か否かを正確に判断できる。有害物質の種類によってそ
の毒性や安全基準値が異なるから、前記水質監視装置で
は、有害物質を特定することによって水質の異常を一段
と正確に判断することができる。従って、きわめて的確
な異常制御、ひいては浄水の供給制御を行うことができ
る。また浄水に含有されている有害物質を特定できるの
で、汚染源を容易に特定して適切な汚染対策を実施する
ことも容易となる。

【００３８】以上にこの発明の具体的な実施の形態につ
いて説明したが、この発明は上記各実施形態に限定され
るものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施
することができる。上記では浄水槽１の水質を監視して
いるが、例えば工場排水が流入しているような河川の水
質を監視するようにしてもよい。また上記ではマイクロ
ミキサ２、２１、２２、２３によってサンプルと試薬と
を混合しているが、このマイクロミキサとして、混合し
たサンプルと試薬とをヒータで加熱する機能等をさらに
備えたマイクロセルを用いてもよい。すなわち、この明
細書でいうマイクロミキサは、前記のようなマイクロセ
ルを含むものだということである。

【００３９】

【発明の効果】上記のように本発明に係る水質監視装置
は、所定の水源から採取した採取水に、所定の有害物質
と反応して沈殿物を生じさせる試薬をマイクロミキサで
反応させる反応部と、この反応部で生じた沈殿物を検知
する検知部とを備えたことを特徴としている。これによ
って、生物の個体差や生態変化等に左右されることなく
有害物質を確実に検知することができるので、精度の高
い水質の監視を安定して行うことが可能となる。

【００４０】また本発明に係る水質監視装置は、前記検
知部が、超音波センサによって沈殿物を検知することを
特徴としている。これによって、超音波によって沈殿物
を検知することにより、夜間においても照明を当てるこ
となく検知することができる。従って水温の上昇によっ
て試薬の反応に変化が生じる等の不具合を回避して、さ
らに精度の高い水質の監視を行うことが可能となる。

【００４１】さらに本発明に係る水質監視装置は、前記
超音波センサは、２次元超音波アレイセンサであること
を特徴としている。これによって、発生した沈殿物を２
次元超音波センサによって立体的に把握することができ
る。従って有害物質の定量的な評価ができ、これによっ
て一段と精度の高い水質の監視を安定して行うことが可
能となる。

【００４２】本発明に係る水質監視装置は、複数の反応
部を備え、各反応部は、それぞれ異なる有害物質に反応
して沈殿物を生じさせる試薬と前記採取水とを反応させ
るものであることを特徴としている。これによって、各
種の有害物質を同時に検知することができる。従って各
種の有害物質が複合して含有されているような場合に
も、確実な水質の監視を行うことが可能となる。

【００４３】本発明に係る水質監視装置は、前記検知部
で検知された沈殿物に基づいて前記水源に基準値以上の
有害物質が含有されているか否かを判断する水質判断部
と、この水質判断部で基準値以上の有害物質が含有され
ていると判断されたときに所定の異常制御を行う異常制
御部とを備えたことを特徴としている。これによって、
水源に基準値以上の有害物質が含有されていると判断し
た場合に異常制御を行い、これによって確実な給水制御
を図る等が可能となる。

【００４４】本発明に係る水質監視方法は、所定の水源
から採取した採取水に、所定の有害物質と反応して沈殿
物を生じさせる試薬をマイクロミキサで反応させる反応
過程と、この反応過程で生じた沈殿物を２次元超音波ア
レイセンサで検知する検知過程とを有することを特徴と
している。これによって、生物の個体差や生態変化等に
左右されることなく、またマイクロミキサによってわず
かの有害物質であっても確実に反応を起こし、沈殿物を
発生させることができる。さらに２次元超音波センサで
沈殿物を検知しているので、夜間においても照明を当て
ることなく、しかも発生した沈殿物を定量的に評価する
ことができる。従って、きわめて精度の高い水質の監視
を安定して行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施形態１の水質監視装置の構成を
示すブロック図である。

【図２】上記水質監視装置に用いられる２次元超音波ア
レイセンサを示す模式斜視図である。

【図３】上記水質監視装置に備えられた制御装置を示す
ブロック図である。

【図４】上記水質監視装置に用いられるマイクロミキサ
を示し、同図（ａ）は透過平面図であり、同図（ｂ）は
断面図である。

【図５】この発明の実施形態２の水質監視装置の構成を
示すブロック図である。

【図６】従来例の水質監視装置の構成を示す概略図であ
る。

【図７】上記従来例の水質監視装置におけるコイの分布
を示し、同図（ａ）は正常時の分布図であり、同図
（ｂ）は異常時の分布図である。

【符号の説明】

１浄水槽２マイクロミキサ３２次元超音波アレイセンサ４試薬ポット６ポンプ７ａ採取支管８試薬管１３送信／受信回路１６制御部

フロントページの続き (56)参考文献特開平９−276875（ＪＰ，Ａ) 特開平10−99817（ＪＰ，Ａ) 特開平４−264235（ＪＰ，Ａ) 実開昭61−197539（ＪＰ，Ｕ) 水の分析（第３版）日本分析化学会北海道支部 1989年４月１日発行第110 −112頁 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 33/18

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の水源から採取した採取水に、所定
の有害物質と反応して沈殿物を生じさせる試薬をマイク
ロミキサで反応させる反応部と、この反応部で生じた沈
殿物を検知する検知部とを備え、前記検知部は、二次元超音波アレイセンサと、前記二次元超音波アレイセンサの各振動子に接続された
遅延回路と、前記遅延回路を介して各振動子に超音波パルスを送信す
ることにより、超音波ビームを三次元の空間で自由に偏
向させ、任意の位置にその焦点を形成させるとともに、
検知を時間継続して行い、前記超音波ビームの反射に基
づいて前記沈殿物を示す画像信号を生成する制御手段と
を有することを特徴とする水質監視装置。
【請求項２】複数の反応部を備え、各反応部は、それ
ぞれ異なる有害物質に反応して沈殿物を生じさせる試薬
と前記採取水とを反応させるものであることを特徴とす
る請求項１の水質監視装置。
【請求項３】前記検知部で検知された沈殿物に基づい
て前記水源に基準値以上の有害物質が含有されているか
否かを判断する水質判断部と、この水質判断部で基準値
以上の有害物質が含有されていると判断されたときに所
定の異常制御を行う異常制御部とを備えたことを特徴と
する請求項１又は２記載の水質監視装置。
【請求項４】所定の水源から採取した採取水に、所定
の有害物質と反応して沈殿物を生じさせる試薬をマイク
ロミキサで反応させる反応過程と、この反応過程で生じ
た沈殿物を、２次元超音波アレイセンサで超音波ビーム
を三次元の空間で自由に偏向させ、任意の位置にその焦
点を形成することにより、検知を時間継続して立体的に
把握して検知する検知過程とを有することを特徴とする
水質監視方法。