JP3620856B2 - 液体試料の検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも１つの検査機器を内蔵する試料室と、制御および評価装置と、その都度液体から液体試料を試料室に供給し、この試料室から液体試料を排出する充填および排出装置とを備えた、液体試料を検査する装置に関する。
このような検査装置の代表的な使用分野は廃水分析装置である。この場合、廃水から液体試料を抽出し、試料室内で測定する必要がある。この場合しばしば、試薬が試料室に添加され、液体試料の反応が実施されかつ測定される。試料室内での測定のために、通常は、ガス感知式またはイオン感知式センサ、pHセンサ、光学式センサおよび他のセンサが使用される。反応時に発生するガス状の反応生成物は、そのために設けられた測定ユニット、例えばCO₂検出器に供給可能である（定期刊行物公表物M.Levermann著“オンライン方法でのTOC測定（TOC−Messung im on−line−Verfaharen）”、定期刊行物“化学、環境、技術（Chemie,Umwelt,Technik"1994年、第12〜15頁）。
試料室に液体試料を充填するために、液体試料は供される液体、例えば廃水から、供給管とポンプを介して、装置内に設けられた試料室に運ばれる。試料室からの液体試料の排出は同様な液体管を経て逆方向に行われる。
特に廃水試料を検査する際に、試料室への液体試料の充填および排出のために必要な液体管が汚染されることが不可避である。定期的に洗浄しないと、この管が閉鎖するという危険がある。この定期的な洗浄には比較的に大きなコストがかかる。
そこで、本発明の課題は、液体管の閉塞の危険がなく、かつ多大の洗浄コストを必要とせずに、試料室への液体試料の充填および排出をきわめて簡単に行うことができる、冒頭に述べた種類の装置を形成することである。
この課題は本発明に従い、試料室が液体に浸漬可能な測定ブイ内に設けられ、かつ室開口を経て測定ブイの外側と連通し、少なくとも１個の検査機器が測定ブイ内に設けられ、充填および排出装置がガス交換装置を備え、このガス交換装置によって、液体試料を押しのけるガスが試料室に供給されかつ試料室から排出されることによって解決される。
液体の外側に配置された測定機器から、液体に浸漬可能な測定ブイ内に試料室を移動させたことにより、汚染される傾向がある液体管が不要となる。検査すべき液体内に設けた試料室には直接的に液体試料を充填および排出することができ、そのために液体管は不要である。
少なくとも、試料室を含む測定ブイの部分が、検査すべき液体に浸漬されるので、試料室に液体試料を充填するためには、試料室に含まれるガスを排出することで充分である。すなわち、最も簡単な場合には、試料室は大気に開口している。測定ブイを取り囲む液体の静圧は、液体試料を試料室に押込む。試料室を空にするために、ガス、例えば空気がガス交換装置によって圧力を加えて供給され、それによって液体試料は試料室から押し出される。その際、ガス供給の強さは、試料室に液体試料の渦乱流が形成されるように選択可能である。それによって、試料室と室開口の効果的な洗浄および清掃が達成される。従って、室開口の閉塞が事実上回避される。
制御および評価装置は測定ブイから離して配置可能であり、かつ導体を介してこの測定ブイに接続可能である。測定ブイから離して配置された接続および評価装置と測定ブイを接続する導線を介して、電気的な測定信号や電気的な制御パルスまたは電気的な駆動エネルギーのほかに、場合によっては試薬およびまたはガスが搬送される。この物質の搬送は、液体試料の搬送と比べて全く問題がなく、汚染または閉塞の危険がない。上記の代わりに、制御および評価装置を測定ブイ内に設けてもよい。
特に、試料室に開口する少なくとも１つの試薬配量装置が測定ブイ内に設けられ、この試薬配量装置がホースを介して、測定ブイの外側に配置した試薬源に接続されている。それによって、特に廃水（汚水）検査の場合のように、１つまたは複数の試薬と液体試料との化学的反応を必要とするような検査を試料室内で行うことができる。液状またはガス状の試薬用の搬送管については、閉塞の危険はない。従って、測定ブイと供給ユニットの間の比較的に長い離隔距離を経て、試薬を案内することができる。
ガス交換装置は好ましくは測定ブイ内に配置され試料室に接続されたガスポンプ（コンプレッサ）を備えている。このガスポンプはホースを介して、測定ブイの外側に配置したガス源に接続されている。このようなホースは同様に閉塞の危険がなく、従って長い離隔距離にわたって敷設することができる。
本発明の有利な実施形では、試料室の室開口がその下方で測定ブイ内に設けた沈澱室に開口し、この沈澱室が底開口を備えている。特に、浄化設備の活性汚泥の水分を多く含んだ成分を検査する際に、固体成分を検査の前に分離する必要がある。試料室の手前に接続配置された沈澱室は、充填相の間液体試料を収容する働きをするので、活性汚泥は沈澱室の下側範囲に沈澱するかまたは濃縮される。その後、このようにして予備浄化された液体試料が試料室に入る。
試料室のこの時間的な充填経過を制御するために、特に沈澱室を試料室に接続する室開口の範囲に、充填レベルセンサが配置され、この充填レベルセンサがガス交換装置の制御装置に接続されている。充填レベルセンサにより、沈澱室がいつ充填されたかが確認される。この状態で、充填が中断され、それによって汚泥成分が沈澱室で沈澱可能である。このようにして設定された時間の後で、充填が続けられる。
絶えず気泡が上昇する活性汚泥の検査のために、鉛直方向に投影して見たときにすべての側で底開口から突出する偏向体（デフレクタ）が、底開口の下方に離して配置されていると合目的であることが判った。この偏向体により、気泡は沈澱室と試料室に入らなくなる。
本発明の他の有利な実施形では、試料室が反応ガスのためのガス供給管に接続され、室開口が弁によって閉鎖可能であり、弁によって閉鎖可能なガス排出管が試料室から、測定ブイから離して設けた評価装置に案内されている。それによって、室開口を閉鎖した後で、試料室に収容された液体試料を反応ガスと反応させ、その後でこの反応ガスを、測定ブイから離して設けた評価装置に案内することができ、評価装置で必要な分析を行うことができる。
本発明の他の有利な実施形は他の従属請求項の対象となっている。
次に、図に示した本発明の実施の形態を詳しく説明する。
図１は廃水中のNH₄を測定するための装置の垂直断面図、
図２は図１のII−II線に沿った断面図、
図３と図４は廃水の硝酸塩またはリン酸塩の含有量を測定する装置の、図１および図２と同様な図、
図５と図６は廃水中の硝酸塩を測定する装置の、図１および図２と同様な図、
図７と図８は廃水中のTOC含有量を測定する装置の、図１および図２と同様な図、
図９は廃水試料の生物学的酸素消費量（BSB）を測定する装置の概略垂直断面図、
図10は廃水試料のBSBを測定する装置の他の実施の形態の概略垂直断面図、そして
図11は廃水試料の化学的酸素消費量（CSB）を測定する装置の、前述の図に似た概略垂直断面図である。
図１と図２に示した、水のNH₄含有量を測定するための装置は、検査すべき廃水（汚水）１に浸漬可能な測定ブイ２を備えている。この測定ブイは略示した導線３を介して、それから離して配置された制御および評価装置４に接続されている。測定ブイ２には試料室５が設けられている。この試料室は検査すべき廃水試料を収容する。試料室５には攪拌器具６が挿入されている。試料室５は底に、室開口７を備えている。室開口７の下方において測定ブイ２内に沈澱室８が設けられている。この沈澱室の容積は試料室５よりも大きい。沈澱室８は底開口９を備えている。この底開口の下方には偏向体（デフレクタ）10が離して設けられている。この偏向体は鉛直方向に投影して見たとき、すべての側で底開口９を越えて突出し、そして活性汚泥検査の際に上昇する気泡が底開口９を通って沈澱室８に入らないようにする。沈澱室８と試料室５を接続する室開口７の範囲には、充填レベルセンサ11が配置されている。
図１と図２に示した実施の形態の場合には、試料室５にNH₄ゾンデ12が挿入されている。このゾンデは導線13を介して制御および評価装置４に接続されている。ホース14が測定ブイ２の外側に設けられた（図示していない）試薬源から電磁弁15に案内されている。この電磁弁は試薬を試料室５に供給するための試薬配量装置を形成している。同様に電磁弁16によって閉鎖可能なホース17は、校正用標準液を供給するために役立つ。
同様に試料室５内に達するpHゾンデ18は液体試料のpH値を測定するために役立つ。電磁弁19を配置した空気管が同様に、試料室に開口している。
廃水試料を検査するために、試料室５と沈澱室８は電磁弁19を開放して空気またはガスを供給することによって空にされる。同様に試料室５に接続された電磁弁20を開放した後、試料室５と沈澱室８内に含まれる空気がホース21を経て逃げ、充填レベルセンサ11が応答するまで、沈澱室８に液体試料が充填される。液体試料に含まれるスラッジ部分と、場合によって沈澱可能な他の物質が沈澱室８内で下方へ沈澱した沈澱相の後で、電磁弁20を新たに開放することによって、周囲の廃水の静圧の作用を受けて試料室５に液体試料が充填される。
そして、電磁弁15を開放することにより、ゾンデ18のpH値が約11になるまで、アルカリ液が試料室５に入れられる。pH値が11の場合、全体のNH₄は充分混合された後でNH₃として存在し、NH₃ゾンデ12によって測定され、コンピュータを経て制御および評価装置４で評価される。その後、新たな測定サイクルが上記の方法で実施可能である。
装置を校正するために、標準管17が電磁弁16を介して試料室５に接続可能である。それによって、標準液が供給されるので、自動校正を行うことができる。
類似の方法で、（図示していない）NO₃測定装置を構成可能である。その場合、上記のNH₃ゾンデ12の代わりにNO₃ゾンデが設けられている。更に、付加的な伝導度ゾンデが試料室５に取付けられている。
次のすべての実施の形態の場合、同じ部品は図１および図２の場合と同じ参照符号で示してある。
図３と図４は本発明の実施の形態として、廃水中の硝酸塩−リン酸塩含有量を測定するための装置を示している。試料室５には光学式測定セル22が設けられている。この測定セルは、液体試料が変色するときに、信号を制御および評価装置４に供給する。この変色はホース14と電磁片15を経て試薬が配量供給されることによって生じる。
図５、６は光学測定機器23を用いて廃水中の硝酸塩含有量を測定するための装置を示している。この測定機器は測定ブイ２内に設けられている。光波送信器24が光線を試料室５内の反射体25に放射する。この光線は反射体で反射し、光波受信器26に当たる。光学式測定機器23のための電気的な駆動エネルギーと、制御および評価装置４への信号伝送は、導電線27を経て行われる。試料室５と沈澱室８を充填し、空にするためのガス交換装置として、コンプレッサ28が役にたつ。このコンプレッサは電磁弁29を介して試料室５に接続されている。試料室５を空にした後で、基準（標準）測定が行われる。それによって、汚染によって光波送信器24、反射体25およびまたは光波受信器26に発生する信号変化を補償することができる。
図７と図８に示した本発明の実施の形態は、廃水中の酸化可能な炭素含有量（TOC含有量）を検査するための装置を示している。この場合、測定ゾンデ２は廃水１に浸漬される。試料室５にpHゾンデ30が挿入されている。反応ガス（O₃）を試料室５に案内するために、電磁弁31によって閉鎖可能なガス供給管32はフリット33の下方で試料室５の底に開口している。試料室５に入れられる反応ガスが試料室５を空にしないようにするために、室開口７の範囲に、弁34が設けられている。この弁は反応ガスが試料室５に供給されるときに、閉じられる。
試料室５内に達する充填レベルセンサ35は、試料室５が完全に充填されるときに信号を発する。電磁弁36または37を経て酸またはアルカリ液を供給することができる。試料室５内にある廃水試料との反応の後で、反応ガスは電磁弁38とガス排出管39を経て、測定ブイ２から離して制御および評価装置４内に設けた評価装置に達する。そこで行われる、流出する反応ガスの分析は、検査された廃水のTOC含有量の測定値を提供する。
図７には、測定ブイ２の下側範囲に、沈澱室８が一点鎖線で示唆的に示してある。それによって、このような沈澱室８を省略できることが示してある。特にTOC測定の場合、固体成分をTOC含有量の測定時に考慮しなければならないときには、検査すべき廃水内で固体成分が沈澱しないようにする必要がある。
図９に示した装置は廃水の生物学的酸素消費量（BSB）を測定するために役立つ。装置は廃水内に沈降可能な測定ブイ２として形成されている。試料室５には駆動可能なロータ40が設けられている。このロータは垂直軸線42の回りに回転させるためにモータ41によって駆動される。ロータ40の外面43は生物学的生長面を形成している。ロータ40の外面43と試料室５の壁5aの間には、反応室を形成する狭い隙間44が設けられている。
試料室５は底に設けた室開口９を介して周囲の液体に直接連通している。試料室５は通気室45によって取り囲まれている。この通気室は使用される希釈水の通気と温度調節のために役立つ。そのために、空気供給弁47に接続された通気部材46と、加熱部材48が通気室45内に挿入されている。通気室45は溢流口49の上方で試料室５に開口している。ポンプまたは弁として形成可能な供給装置50を経て管51から、希釈水が通気室45に供給される。
上記の測定の終了後、温度調節された希釈水は通気室45内で通気される。その際、空気は溢流口49と試料室５の上側範囲と空気流出弁52を経て測定ブイ２から出る。
充分な通気の後で、空気供給弁47が閉鎖され、弁50が水流入のために開放される。接触センサによって充分な充填レベルが確認されると、空気流出弁52が閉じられる。
温度調節され通気された希釈水はそのとき、試料室５内の、先行する測定の廃水混合物を押しのける。この廃水混合物は室開口９を通って流出する。試料室５内の廃水混合物を希釈水と交換した後で、新たな測定が開始される。そして、配量ポンプ53によって廃水が試料室５に吸い込まれる。酸素ゾンデ54は単位時間あたりの酸素消費の測定とBSBの測定のために役立つ。
生物学的生長面の支持体としてロータ40を使用することにより、この生長面は試料室５内に含まれる試料と密に接触する。その際、試料室５の容積が非常に小さいと有利である。
図10に示した、BSBを測定するための装置は実質的に、希釈水を用いないで運転される点が、前述装置と異なっている。この場合にも、モータ41によって駆動可能なロータ40は試料室５内に設けられている。このロータの外面43は生物学的生長面を形成する。試料室５の底の室開口９は通気室55に開口している。この通気室は試料室５の周囲と底を取り囲んでいる。この通気室55は底に、廃水のための通過穴56を備えている。ロータ40は通気室55内に達する通気部材57に連結されている。空気供給弁58に連結された管は試料室５に開口している。更に、図９の実施の形態と同じ部品には同じ参照符号が付けてある。
反応室を形成する試料室５と、通気室55は、弁58を経て流入する空気によって空にされる。そして、廃水が周囲の廃水の静圧によって通過穴56を経て通気室56に押し込まれ、そこで通気されそして温度調節される。そして、通気された廃水は室開口９を通って試料室５に押し込まれる。酸素ゾンデ54によって単位時間あたりの酸素消費量が測定され、生物学的酸素消費量（BSB）に換算される。
図11は浸漬可能な測定ブイとして形成された、化学的酸素消費量（CSB）を測定するための装置を示している。試料室５には、弁58によって閉鎖可能な、空気またはオゾンを供給するための管が開口している。試薬弁59から試薬を供給することができる。試料室５にはpHゾンデ60が挿入されている。空気またはオゾンは排出弁61を経て試料室５から排出可能である。オゾン測定ゾンデ62はオゾン含有量を測定するために役立つ。試料室５の室開口９は弁63によって閉鎖可能である。
流入弁58が開放され、流出弁61が開放されると、試料室５に廃水試料が充填される。pH値は３〜５の範囲の予め定めた値に調節される。
試料室５に含まれる廃水はオゾンでガス処理される。充分なガス処理の後で、（図示していない）オゾン発生器が遮断され、三方弁として形成された流入弁58を切換えた後でこの流入弁から、空気または酸素だけが水表面に所定量押しつけられる。弁63の開放時に、室開口９で測定された単位時間あたりのオゾン消費量は、CSBの程度を示す。空になった後で測定が新たに開始される。

Claims (14)

1. 少なくとも１つの検査機器を内蔵する試料室（５）と、制御および評価装置（４）と、その都度液体から液体試料を試料室（５）に供給し、この試料室から液体試料を排出する充填および排出装置とを備えた、液体試料を検査する装置において、試料室（５）が液体（１）に浸漬可能な測定ブイ（２）内に設けられ、室開口（７）を経て測定ブイ（２）の外側と連通し、少なくとも１個の検査機器が測定ブイ（２）内に設けられ、かつ充填および排出装置がガス交換装置を備え、このガス交換装置によって、液体試料を押しのけるガスが試料室（５）に供給されかつ試料室から排出されることを特徴とする装置。
2. 制御および評価装置（４）が測定ブイ（２）から離して配置され、かつ導体（３）を介してこの測定ブイに接続されていることを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 制御および評価装置（４）が測定ブイ内に設けられていることを特徴とする請求項１記載の装置。
4. 試料室（５）に開口する少なくとも１つの試薬配量装置（15）が測定ブイ（２）内に設けられ、この試薬配量装置がホース（14）を介して、測定ブイ（２）の外側に配置した試薬源に接続されていることを特徴とする請求項１記載の装置。
5. ガス交換装置が測定ブイ（２）内に配置され試料室（５）に接続されたガスポンプ（28）を備えていることを特徴とする請求項１記載の装置。
6. 室開口（７）がその下方で測定ブイ（２）内に設けた沈澱室（８）に開口し、この沈澱室が底開口（９）を備えていることを特徴とする請求項１記載の装置。
7. 沈澱室（８）を試料室（５）に接続する室開口（７）の範囲に、充填レベルセンサ（11）が配置され、この充填レベルセンサがガス交換装置の制御装置に接続されていることを特徴とする請求項６記載の装置。
8. 鉛直方向に投影して見たときにすべての側で底開口（９）から突出する偏向体（10）が、底開口（９）の下方に離して配置されていることを特徴とする請求項６記載の装置。
9. 試料室（５）が反応ガスのためのガス供給管（32）に接続され、室開口（７）が弁（34）によって閉鎖可能であり、弁（38）によって閉鎖可能なガス排出管（39）が試料室（５）から、測定ブイ（２）から離して設けた評価装置に案内されていることを特徴とする請求項２記載の装置。
10. 試料室（５）内に駆動可能なロータ（40）が設けられ、このロータの外面（43）が生物学的生長面を形成していることを特徴とする請求項１記載の装置。
11. ロータ（40）の外面と試料室（５）の壁（5a）との間に、狭い隙間（44）が設けられていることを特徴とする請求項10記載の装置。
12. 試料室（５）が室開口（９）を介して周囲の液体に直接連通し、かつ希釈水用の通気室（45）によって取り囲まれ、この通気室が溢流口（49）を経て試料室（５）に開口していることを特徴とする請求項10記載の装置。
13. 試料室（５）の室開口（９）が通気室（55）に開口し、この通気室が廃水のための通過穴（56）を備えていることを特徴とする請求項10記載の装置。
14. 試料室（５）の室開口（９）が弁（63）によって閉鎖可能であることを特徴とする請求項１記載の装置。

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