JP4232361B2

JP4232361B2 - 水質計測器

Info

Publication number: JP4232361B2
Application number: JP2001243701A
Authority: JP
Inventors: 尚北本; 順子平野; 保子荻原
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2001-08-10
Filing date: 2001-08-10
Publication date: 2009-03-04
Anticipated expiration: 2021-08-10
Also published as: JP2003057230A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、濁度計、色度計および残留塩素計（残塩計）として使用する水質計測器に関し、特に、同一の測定セルを用いて濁度計及び色度計としての光学的測定と残塩計としての電気化学的測定とを同時に行うことができる水質計測器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、水質の評価には、濁度、色度及び残留塩素濃度が使用されている。これらの評価値のうち、濁度及び色度は、所定波長を有する光が測定液を通過するときの吸光度を測定することにより得られ（光学的測定）、残留塩素濃度は測定液を電気分解したときに流れる電流の大きさを測定することにより得られる（電気化学的測定）。
【０００３】
色度及び濁度の測定には、一般に、上水試験法に定められる白金・コバルト法色度標準液が用いられる。図２は、色度及び濁度を測定するために従来使用されている色度・濁度計の測定原理を説明するための概略図である。同図において、色度・濁度計２００は、白色光源であるランプ２１０と、測定対象を収容する測定セル２３０及び比較セル２２０と、複数のフィルタが設けられるフィルタホイール２４０と、フィルタホイール２４０上に設けられたフィルタを透過した光を検出する検出器２５０と、ランプ２１０から照射された光を反射して平行光として測定セル２３０及び測定セル２２０へそれぞれ導く凹面鏡２６０及び２６１と、測定セル２３０又は比較セル２２０から出てフィルタホイール２４０上のフィルタを通過した光をそれぞれ反射して検出器２５０へ導く凹面鏡６２２及び６２３とから主に構成されている。
【０００４】
フィルタホイール２４０には、色度を測定するための所定の波長の光のみを透過するフィルタ２４１と、濁度を測定するための、色度測定用波長とは異なる他の所定波長の光のみを透過するフィルタ２４２とが設けられている。色度測定用フィルタ２４１は例えば３９０ｎｍの波長の光を透過し、濁度測定用フィルタ２４２は例えば６６０ｎｍの波長の光を透過するものである。フィルタホイール２４０は円盤状に形成されており、上記フィルタ２４１、２４２は、交互に、互いに９０度の角度をもって取りつけられる。そして、フィルタホイール２４０が一定速度で回転することにより、測定セル２３０を出た測定光及び比較セル２２０を出た比較光は一定の時間間隔で周期的に検出器２５０により検出される。
【０００５】
色度の測定に例えば３９０ｎｍの光を用い、濁度の測定に例えば６６０ｎｍの光を用いるのは、波長により測定液内の透過率特性が異なることによる。図３は、色度１０度の白金・コバルト法標準液の透過率特性を示す図である。同図から明らかなように、３９０ｎｍの光の透過率は約６０％、すなわち吸収率は約４０％であり、これにより色度の変化を検出することが可能である。一方、６６０ｎｍの光の透過率は１００％であるため、色度の変化に影響されることなく濁度のみを検出することが可能となる。
【０００６】
図４は、検出器２５０により検出された光の強度すなわち測定セル２３０又は比較セル２２０を透過した光の透過光量を示す図である。同図において、ＩＣは色度の検出に使用される色度検出光であり、Ｉｔは濁度の検出に使用される濁度検出光である。また、沿え字のＲは比較セル２２０を透過した光であることを示し、沿え字のＭは測定セル２３０を透過した光であることを示している。これらの信号から、色度光（３９０ｎｍ）及び濁度光（６６０ｎｍ）の有効セル長における吸光度（Ａｃ、Ａｔ）は、それぞれ次式で表される。
【０００７】
【数１】

【０００８】
【数２】

【０００９】
ここで、ＩＣＭＭ及びＩｔＭＭは測定液を入れた時の測定セル２３０透過光量を示し、ＩＣＲＭ及びＩｔＲＭは測定液を入れた時の比較セル２２０透過光量を示し、ＩＣＭ０及びＩｔＭ０はゼロ液を入れた時の測定セル２３０透過光量を示し、ＩＣＲ０及びＩｔＲ０はゼロ液を入れた時の比較セル２２０透過光量を示す。また、ＩＭ及びＩＲはそれぞれ測定セル長及び比較セル長を示している。
【００１０】
この２つの吸光度から、色度及び濁度は次式のように演算される。
色度Ｃ＝β（Ａｃ−αＡｔ）・・・（式３）
濁度Ｔ＝γＡｔ・・・（式４）
ここで、αは濁度補償係数、βは色度係数、γは濁度係数を示す。
【００１１】
このように、２種類の波長を用いることにより、一台の装置を用いて、色度と濁度とを同時に測定することが、従来行われている。
【００１２】
また、残留塩素は、従来、検出極に回転電極を使用して溶液中の遊離有効塩素を測定する手法が用いられている。図５は、従来の残塩計の一例を示す断面図である。同図に示すように、残塩計５００は、ハウジングすなわちセル５１０と、回転電極５２０と、Ａｇ電極５３０と、測定液が収容される測定槽５４０と、回転電極５２０の電極面に汚れが付着することを防止するために設けられるセラミックビーズ５６０を収容しセラミックビーズ５６０の交換洗浄を容易にするビーズケース５７０と、測定液が測定槽５４０内に滞留するのを防止する目的で測定液を測定槽５４０からオーバーフローさせるために設けられるオーバーフロー槽５５０と、から主に構成される。
【００１３】
上記構成において、回転電極５２０では、次の還元反応が行われる。
Ｃｌ_２＋２ｅ⁻ → ２Ｃｌ⁻ ・・・（式５）
【００１４】
また、Ａｇ電極５３０では、次の電解酸化反応が行われる。
２Ａｇ → ２Ａｇ^＋＋２ｅ⁻ ・・・（式６）
【００１５】
このとき、検出される電流は印加電圧Ｖの増加に伴って増加するが、印加電圧値がある値に達すると、電圧を上げても電流値が上がらないプラトー特性を示す。図６は、プラトー特性（電流電位特性）を示す説明図である。これは、回転電極５２０部分にて濃度分極が発生し、回転電極５２０の表面に一定の厚さの拡散層ができるためである。拡散電流は測定物質の原子価、濃度、拡散定数、電極の面積及び回転数等の関数として表されるが、濃度以外は全て一定の値とみなすことができるので、拡散電流ｉｄは次のように表される。
ｉｄ＝ｋＣ・・・（式７）
ここで、Ｃは測定液の濃度であり、ｋは定数である。また、図６から明らかなように、印加電圧Ｖの値を選択することにより、結合形有効塩素及び溶存塩素を分離して、遊離有効塩素量のみが選択的に測定される。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したように、色度及び濁度は光学的測定により測定され、残留塩素濃度は電気化学的測定により測定されるため、従来の装置では同一の測定セルを用いて色度、濁度及び残塩濃度を測定することができなかった。また、色度及び濁度を測定する計測器と残塩計とでは測定セルを独立して設ける必要から、水質評価のための装置の小型化及び軽量化が困難であるという問題があった。また、濁度及び色度計はセル長が長いため、必要とされる水量が多いという問題があった。また、濁度と色度とを同時に測定する計測器においては複数のフィルタをフィルタホイールに搭載して回転させるため、モータの寿命が短いという問題があった。更に、残塩計においては、従来使用されてきたセルが非常に大きいため、必要水量が非常に多いという問題点があった。
【００１７】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、同一の測定セルで色度、濁度及び残留塩素濃度を測定することができる水質計測器を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る水質計測器は、以下の構成にすることである。
【００１９】
（１）測定対象である測定水と、前記測定水の色度又は濁度を測定する際の比較対象であるゼロ水とが所定周期ごとに交互に通過させる測定セルと、
前記測定セル内へ所定波長を有する光を照射する光源と、
前記光源から照射され、前記測定セルを通過した光を検出する検出器と、
前記測定セル内を通過する前記測定水及びゼロ水を電気分解するための電圧を前記測定セルに印加する一対の電極と、
を備えることを特徴とする水質計測器。
（２）前記光源は、当該光源から照射される光を前記測定セルに対して所定の角度を以って入射可能な位置に配置されることを特徴とする（１）記載の水質計測器。
（３）前記光源は、色度測定のための第１の所定波長を有する光を照射する第１の光源と、濁度測定のための第２の所定波長を有する光を照射する第２の光源とを含むことを特徴とする（１）記載の水質計測器。
（４）前記第１の光源と前記第２の光源とは、前記所定周期より短い所定周期を以って交互にパルス点灯されることを特徴とする（３）記載の水質計測器。
（５）前記測定セルへ供給される前記測定水の流量及び前記ゼロ水の流量をそれぞれ制御する電磁弁を備えることを特徴とする（１）乃至（４）に記載の水質計測器。
【００２０】
このように構成することにより、単一の測定セルを使用して、色度、濁度及び残留塩素濃度を測定することが可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る水質計測の一実施形態を、図１を参照して説明する。
【００２２】
図１は、本実施形態に係る水質計測器の概略構成を示す説明図である。
【００２３】
同図において、計測器１００は、ハウジング１０１と、両端に光を通す窓１１１及び１１２を有する測定セル１１０とを有する。測定セル１１０の一方の窓１１１の外側には、色度を測定するための例えば６６０ｎｍ波長を有する光を照射する色度光源ＬＣと、濁度を測定するための例えば３９０ｎｍ波長を有する光を照射する濁度光源ＬＴとが設けられている。色度光源ＬＣ及び濁度光源ＬＴは、例えばＬＥＤから構成することができる。測定セル１１０の他方の窓１１２の外側には、測定セル１１０を通過した光を検出する濁度検出器ＤＴ及び色度検出器ＤＣとが設けられている。
【００２４】
測定セル１１０の側部であって、窓１１１の近傍には、色度及び濁度を測定する対象である測定水をハウジング１０１の外から測定セル１１０内へ導くパイプ１２０及び比較用の水（ゼロ水）をハウジング１０１の外から測定セル１１０内へ導くパイプ１２１が接続されている。パイプ１２０、パイプ１２１は、例えば図１に示すように互いに対面する位置に配設される。パイプ１２０へ測定水を供給する流路１２２には、パイプ１２０へ供給される測定水の流量を制御する電磁弁ＳＶ１が設けられ、パイプ１２１へゼロ水を供給する流路１２３には、パイプ１２１へ供給されるゼロ水の流量を制御する電磁弁ＳＶ２が設けられる。また、測定セル１１０の側部であって、窓１１２の近傍には、測定セル１１０を通された測定水又はゼロ水を排出するドレーンパイプ１２４が設けられている。
【００２５】
測定セル１１０の中央部には、測定セル１１０内を通される水に電圧を印加するための指示電極Ｍ及び対極Ｃが設けられており、また、指示電極Ｍの表面電位を一定に保持するための参照電圧を示す参照電極Ｒが指示電極Ｍの近傍に設けられている。
【００２６】
上記構成において、色度及び濁度を測定する場合は、電磁弁ＳＶ１及びＳＶ２を制御することにより、測定水とゼロ水とが、一定流量で交互に供給される。そして、色度光源ＬＣ及び濁度光源ＬＴが、供給される水が測定水及びゼロ水で切りかえられる間隔より短い間隔で、交互に点灯（パルス点灯）される。色度光源ＬＣ及び濁度光源ＬＤは、窓１１１に直面する位置ではなく、色度及び濁度を測定する際に、色度及び濁度を測定するための光を測定セル１１０に対して所定の角度を以って入射可能な位置に、すなわち、図１に示す測定セル１１０の軸線Ａ上ではなく軸線Ａに対して所定角度上方又は下方に配設される。従って、色度光源ＬＣ及び濁度光源ＬＴから照射された光は、窓１１１から測定セル１１０内に入射され、測定セル１１０の内壁で複数回反射して、窓１１２から出射される。測定セル１１０から出射された光は、色度検出器ＤＣ及び濁度検出器ＤＴにそれぞれ入射され、検出される。色度検出器ＤＣ及び濁度検出器ＤＴにより検出された光量に基づいた色度及び濁度の算出は公知の手法により行うことができる。
【００２７】
一方、残留塩素濃度を測定する場合は、指示電極Ｍの表面電位が参照電極Ｒに対して一定の電位差を保つように制御しつつ指示電極Ｍと対極Ｃとの間に所定電圧が印加される。指示電極Ｍと対極Ｃとの間に印加された電圧により、測定セル１１０中を通される測定水中の残留塩素が電気分解されて、電流が発生するので、この電流を測定することにより、残留塩素濃度を算出することができる。残留塩素濃度の算出は、公知の手法により行うことができる。
【００２８】
以上説明したように、本実施形態によれば、単一の測定セル１１０を使用して、色度、濁度及び残留塩素濃度を測定することが可能となる。
【００２９】
また、色度及び濁度を測定する際に、色度及び濁度を測定するための光を窓１１１に対して垂直ではなく光路が傾斜するように入射し、測定セル１１０の内壁で数回反射して窓１１２から出射するので、測定セル１１０の長さに対して実効光路長が長くなる。すなわち、従来と同程度の実効光路長を得るためには測定セル１１０の長さを短くすることが可能となる。
【００３０】
また、測定水とゼロ水とを交互に測定セル１１０内に通すことにより、測定の度に、光学的測定のゼロドリフトを補正することが可能となる。
【００３１】
また、光源ＬＣ及びＬＴをパルス点灯するようにしたので、従来検出器への入射光の波長を変更するために使用されていたフィルタ、そのフィルタを一定の時間間隔で切りかえるためのフィルタホイール、及びフィルタホイールを回動させるためのモータを設ける必要がなくなる。
【００３２】
更に、残留塩素濃度を測る際にも測定水を流し続けるフローセルタイプなので、従来の残塩計と比較して、測定セルの小型化を図ることが可能となる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、水質計測器に単一の測定セルのみを設け、同じ測定セルを用いて色度、濁度及び残塩濃度を測定することが可能となるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る水質計測器の概略構成を示す説明図である。
【図２】色度及び濁度を測定するために従来使用されている色度・濁度計の測定原理を説明するための概略図である。
【図３】色度１０度の白金・コバルト法標準液の透過率特性を示す図である。
【図４】図２に示した検出器により検出された光の強度すなわち測定セル又は比較セルを透過した光の透過光量を示す図である。
【図５】従来の残塩計の一例を示す断面図である。
【図６】プラトー特性（電流電位特性）を示す説明図である。
【符号の説明】
１００計測器
１１０測定セル
１１１、１１２窓
ＬＣ色度光源
ＬＴ濁度光源
ＤＣ色度検出器
ＤＴ濁度検出器
Ｍ指示電極
Ｒ参照電極
Ｃ対極
ＳＶ１、ＳＶ２電磁弁

Claims

測定対象である測定水と、前記測定水の色度又は濁度を測定する際の比較対象であるゼロ水とが所定周期ごとに交互に通過させる測定セルと、
前記測定セル内へ所定波長を有する光を照射する光源と、
前記光源から照射され、前記測定セルを通過した光を検出する検出器と、
前記測定セル内を通過する前記測定水及びゼロ水を電気分解するための電圧を前記測定セルに印加する一対の電極と、
を備えることを特徴とする水質計測器。
前記光源は、当該光源から照射される光を前記測定セルに対して所定の角度を以って入射可能な位置に配置されることを特徴とする請求項１記載の水質計測器。
前記光源は、色度測定のための第１の所定波長を有する光を照射する第１の光源と、濁度測定のための第２の所定波長を有する光を照射する第２の光源とを含むことを特徴とする請求項１記載の水質計測器。
前記第１の光源と前記第２の光源とは、前記所定周期より短い所定周期を以って交互にパルス点灯されることを特徴とする請求項３記載の水質計測器。
前記測定セルへ供給される前記測定水の流量及び前記ゼロ水の流量をそれぞれ制御する電磁弁を備えることを特徴とする請求項１乃至４に記載の水質計測器。