JP4243112B2 - 試料水分析ユニット及び試料水分析装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料水分析ユニット及び試料水分析装置に関する。さらに詳しくは、本発明は、水質分析等において採取される試料水中に多量のＳＳ分があっても、検出器を用いた分析が可能な試料水分析ユニット及び試料水分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、河川の水や生活排水、工業廃水等の水について、様々な水質分析が行われている。このような水を試料水として水質分析を行う場合、採取される試料水中には、水面や水中に浮遊している木の葉、川底に堆積している泥や砂、ヘドロ等の固形分（以下、ＳＳ分という）が含まれている。これらのＳＳ分は、水質分析計に入ってしまうと配管等を閉塞させてしまうため、従来は、水質分析計に試料水を導入する前に、前処理として、試料水を砂ろ過装置等の前処理装置に通して、試料水中のＳＳ分を除去することが行われていた。
しかしながら、このような前処理を行うことは、前処理装置のメンテナンスに要する負担が大きい。
【０００３】
そこで、試料水の流量を大きくして、装置内にＳＳ分が滞留しにくくすると共に、配管径を大きくして閉塞の要因を減らすことにより、上述したような、砂ろ過装置等による前処理を不要とした無試薬式残留塩素計も開発されている（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２７５２１４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来の無試薬式残留塩素計が測定対象としているのは、下水道放流水のように、ある程度ＳＳ分が除去された、比較的きれいなものである。したがって、ＳＳ分の多い水を分析しようとすると、ＳＳ分によって正確な測定が妨げられ、また、測定開始後すぐに閉塞してしまうという問題もあった。
【０００６】
一方、雨水を生活排水等と合流させて処理する合流式下水道では、降雨での増水時に終末処理場の処理能力を超えてしまうため、処理対象水の一部を越流未処理水として塩素消毒や臭素消毒のみで公共水域に放流したり、簡易処理水として終末処理場での簡易処理後に塩素消毒や臭素消毒して公共水域に放流することが行われている。この越流未処理水や簡易処理水に含まれるＳＳ分をはじめとする汚れの量は、下水道放流水の比ではなく多い。したがって、越流未処理水や簡易処理水を分析するためには、上述の無試薬式残留塩素計を用いる場合であっても、汚れを除去するための前処理装置を設置する必要があった。
【０００７】
本発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、試料水中に多量のＳＳ分があっても、検出器を用いた分析が可能な試料水分析ユニット及び試料水分析装置を提供することを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する本発明の第一の発明は、側壁が略円筒形であり、試料水に接触させる検知部を有する検出器が上部に取り付けられるようになっているセルを備え、前記セルの底部には、開閉可能な排水弁を有する配管が接続された排出口が設けられており、前記セルの側壁の、前記検出器が取り付けられた際の前記検知部より上方の位置にはオーバーフロー口が設けられており、前記セルの側壁の、前記検出器が取り付けられた際の前記検知部より下方の位置には、試料水を該セル内に導入する導入管が接続されており、該導入管から導入された試料水が、該セル内を旋回する旋回流を生じるように構成されていることを特徴とする試料水分析ユニットである。
本発明によれば、試料水を、セル内に導入して旋回流を生じさせる。この旋回流は、セルの上方にオーバーフロー口が設けられているので、旋回流はセル内を徐々に上昇していく。また、この旋回流により、セルの中心部に下降流が生じる。そのため、試料水に含まれている、水より比重の小さいＳＳ分（木の葉など）は水面へと上昇し、一方、水より比重の大きい砂や泥などのＳＳ分は、セル内を沈降していき、結果として、ＳＳ分が試料水から分離される。したがって、ＳＳ分による分析の妨げや閉塞などを生じることなく、測定対象成分（塩素や臭素など）の正確な測定を行うことができる。
【０００９】
前記第一の発明において、前記セルの底部がテーパー状であることが好ましい。これにより、旋回流がセル内を上昇しやすくなる。また、沈降したＳＳ分が底部中央に集中しやすくなり、セル内からの除去が容易となる。
【００１０】
前記第一の発明において、前記排出口に、排水量を調節可能なスローリーク弁を備えた配管が接続されていることが好ましい。この配管から、連続的に又は間欠的に、少しづつセル内の試料水を排水することにより、下降流の流れが強まり、比重の大きいＳＳ分が沈降しやすくなる。
【００１１】
前記第一の発明において、前記オーバーフロー口に、前記旋回流の流出方向に沿って配管が接続されていることが好ましい。水面付近に上昇した比重の小さいＳＳ分は、旋回流の流れる方向に沿ってセル内壁付近の水面を旋回するので、旋回流の流れる方向と平行な方向に配管が接続されていることにより、これらのＳＳ分がオーバーフロー口から排出されやすくなる。
【００１２】
前記第一の発明において、前記セルの上部の、該セルの内壁と前記検出器との間に、少なくとも１つの洗浄水噴射ノズルが設けられていることが好ましい。これにより、試料水の分析後に、セル内壁の水面部分の洗浄と、検出器の検知部の洗浄とを同時に行うことができる。また、自動洗浄を行うことが可能となる。
【００１３】
前記第一の発明において、前記セルが遮光されていることが好ましい。これにより、セル内での、藻などの微生物の増殖を抑制することができる。
【００１４】
前記課題を解決する本発明の第二の発明は、上述した第一の発明の試料水分析ユニットと、試料水に接触させる検知部を有する検出器とを備えた試料水分析装置である。
本発明の試料水分析装置は、試料水中のＳＳ分を除去する機能を有しており、ＳＳ分による分析の妨げや閉塞などを生じることなく、測定対象成分の正確な測定を行うことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明するが、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
図１は、本発明の第１実施形態に係る試料水分析装置１の概略図である。
試料水分析装置１は、検知部２ａを有する検出器２と、試料水分析ユニット３とを備えている。
試料水分析ユニット３は、側壁７ａが略円筒形で、底部７ｂを有するセル７を備えており、セル７の上部に検出器２が取り付けられている。
【００１６】
セル７は、試料水Ｗの導入口４と、オーバーフロー口５と、排出口６とを有している。
導入口４は、側壁７ａの、検知部２ａより下方の位置に設けられている。導入口４の位置は、検知部２ａより下方であれば特に制限はないが、好ましくはセル側壁７ａの下方、なるべく底部７ｂに近い位置に設けることが好ましい。
導入口４には、試料水をセル７内に導入する導入管８が接続されている。この導入管８は、図２に示すように、側壁７ａに対する垂線ｌから側壁７ａの接線方向に、角度θ_１の傾きを持って略水平に接続されている。このため、導入管８からセル７内に導入された試料水Ｗが、セル７内を旋回する旋回流Ｆを生じるようになっている。角度θ_１＝４０〜９０°、好ましくは８０〜９０°である。
なお、導入管８の接続方向は、略水平方向から上下に多少ずれていてもよいが、導入管８による試料水Ｗの導入方向が上向きすぎると、水より比重の大きいＳＳ分のうちの比較的比重の小さいものが沈降しにくくなるおそれがある。また、ＳＳ分の分離（浮上や沈降）にはある程度の時間が必要であるため、旋回流Ｆがある程度の時間をかけて水面にまで上昇することが必要である。しかしながら、導入方向が上向きすぎると、その時間が短くなるため、ＳＳ分が十分に分離されないおそれがある。
一方、導入管８による試料水Ｗの導入方向が下向きすぎると、水より比重の小さいＳＳ分が浮上しにくくなるおそれがある。また、旋回流Ｆが水面に上昇するまでの時間が長くなってしまうため、試料水のおきかわりが悪くなり、正確な分析ができないおそれがある。
これらを考慮すると、導入管８の接続方向は、水平方向に対して＋５°〜−５°の範囲内であることが好ましい。
また、導入管８の図示しない採水口側には、ストレーナーやメッシュフィルターが設けられており、これにより、大きめの砂、小石、木の葉、木片などが予め除去されるようになっている。
【００１７】
オーバーフロー口５は、セル７の側壁の、検知部２ａより上方の位置に設けられている。オーバーフロー口５には、配管９が接続され、セル７の容量を超えた試料水Ｗが、配管９を介して排出されるようになっている。
図２に示すように、この配管９は、試料水Ｗの旋回流の流出方向に沿うように、側壁７ａに対する垂線ｍから側壁７ａの接線方向に角度θ_２の傾きを持って略水平に接続されている。これにより、試料水Ｗの旋回流Ｆが、スムーズに配管９に導かれるようになっている。角度θ_２＝４０〜９０°、好ましくは８０〜９０°である。
【００１８】
排出口６は、セル７の底部７ｂの中央付近に設けられている。排出口６には、開閉可能な排水弁１０を有する配管１１が接続されており、排水弁１０を開けることにより、配管１１を介して、セル７内の試料水Ｗを排出できるようになっている。排水弁１０は、分析中は閉じられており、分析後に開放されるようになっている。
また、本実施形態において、セル７の底部７ｂは、排出口６方向に向けて下降傾斜したテーパー状になっている。
【００１９】
セル７、導入管８、配管９、１１の材質は、測定する試料水に対する耐食性や耐久性を有するものであれば特に制限はなく、プラスチック、金属、セラミック等を用いることができる。
セル７の容量は、特に制限はないが、例えば５Ｌ程度の容量とすると、多量の試料水の分析を行うことができるので好ましい。
導入口４及び導入管８の口径は、特に制限はないが、導入される試料水Ｗ中に含まれるＳＳ分による閉塞を防ぐためには、φ２０ｍｍ程度の大きさであることが好ましい。
配管９の口径は、特に制限はないが、水面部分に浮上した、比較的比重の軽いＳＳ分による閉塞が生じないように、φ２５ｍｍ程度の大きさであることが好ましい。
【００２０】
セル７は、セル内での藻などの微生物の増殖を抑制するために遮光されている。遮光するためには、セル７自体を遮光性の材質、例えばアクリル製で形成してもよいが、別途、ポリエチレン製の暗幕等の遮光幕を用意し、この遮光幕でセル７を覆うようにしてもよい。
【００２１】
また、試料水分析ユニット３には、検出器２とセル７の内壁との間に、セル７の内壁及び検出器２の検知部２ａを洗浄するための洗浄水噴射ノズル１２が設けられている。洗浄水噴射ノズル１２には、洗浄水を送る洗浄水ライン１３が接続されている。
【００２２】
検出器２の種類に特に制限はなく、試料水中の測定対象に応じて適宜選択することができる。例えば酸化還元電極、ｐＨ電極、イオン電極、導電率電極、溶存酸素電極、光学センサ等を挙げることができる。
【００２３】
次に、図１に示した試料水分析装置１の使用方法を、図３を用いて説明する。図３は、試料水分析装置１を使用している際の試料水分析ユニット３内の状態を示す図で、（ａ）はセル７の縦断面図及び（ｂ）セル７の、配管９が設けられた位置における横断面図である。
図３に示すように、試料水を導入管８から導入すると、セル７内を旋回する旋回流Ｆを生じる。旋回流Ｆの発生に伴い、試料水面のセル７周縁部分では水面が上昇する。
試料水を導入する際の流速は、旋回流を生じさせることができる流速であれば特に制限はなく、セル７の容積等に応じて適宜決定すればよい。例えばセル７の容積が５〜６Ｌの場合は、５〜１０Ｌ／ｍｉｎ程度とすることが好ましい。
試料水Ｗは、セル７上方のオーバーフロー口５から排出されるようになっていることから、旋回流Ｆは、セル７内を徐々に上昇していく。
ここで、底部７ｂの形状がテーパー状となっていることにより、旋回流Ｆがより生じやすく、また、旋回流Ｆがより上昇しやすくなっている。
【００２４】
このとき、旋回流Ｆ中のＳＳ分のうち、水より比重の小さいもの（木の葉など）は水面へと浮上し、図３（ｂ）に示すように、試料水面の、セル７の周縁部分に集まり、旋回流の方向にあわせて回遊する。そして、オーバーフロー口５から、配管９を介して排出される。ここで、配管９は、旋回流の流出方向に沿うように接続されているので、回遊しているＳＳ分が排出されやすい。
【００２５】
一方、水より比重の大きいＳＳ分（砂や小石など）は、旋回流Ｆの中心方向に集まりつつ、重力により、矢印Ｄのようにセル７の底部７ｂ上へと沈降する。
【００２６】
分析後、排水弁１０を開放することにより、セル７内の試料水Ｗ及び沈降したＳＳ分を排出することができる。
ここで、底部７ｂの形状がテーパー状となっていることにより、沈降したＳＳ分は排出口６方向へと流動しやすくなっている。そのため、該ＳＳ分を排出口６から容易に除去することができる。
試料水Ｗ及び沈降したＳＳ分の排出と同時に、又は排出後、洗浄水噴射ノズル１２を用いてセル７内及び検出器２の洗浄を行う。
洗浄水噴射ノズル１２が検出器２とセル７の内壁との間に設けられていることにより、試料水の分析後に、図４に示すように、セル内壁の水面部分の洗浄と、検出器の検知部の洗浄を同時に行うことができる。
【００２７】
以下、図５に基づいて、本発明に係る第２の実施形態の試料水分析装置１’を説明する。尚、以下に記載する実施形態において、第１の実施形態に対応する構成要素には、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
本実施形態は、排出口６に、排水量を調節可能なスローリーク弁２０を備えた配管２１が接続されている点と、２つの洗浄水噴射ノズル１２，１２が設けられている点において上記第１実施形態と異なっている。
【００２８】
スローリーク弁２０は、試料水の分析中、持続的に又は間欠的に開放される。スローリーク弁２０を開けると、試料水が排出口６から排出される。
スローリーク弁２０を調節することにより、試料水の排水量（スローリーク量）を調節することができる。この際、スローリーク量が多すぎると、導入口から導入された試料水Ｗがそのまま排出され、水面へと上昇しにくくなり、セル７内の試料水Ｗの置き換わりが悪くなるおそれがある。したがって、スローリーク量は、試料水の導入量の１０〜５０％程度とすることが好ましい。
【００２９】
試料水が排出口６から排出される際には、セル７の鉛直方向中心付近に下降流が生じる。この下降流により、水より比重の大きいＳＳ分の重力による沈降が加速されるので、水よりも比重の大きいＳＳ分がより沈降しやすくなる。中でも、水よりも若干比重が大きい程度のＳＳ分は、通常は沈降しにくいが、スローリーク弁２０を開け、下降流を生じさせることにより、比較的素早く沈降させることができる。
下降流の強さは、スローリーク量が多いほど強く、スローリーク弁２０を調節することにより調節することができる。
【００３０】
本実施形態において、２つの洗浄水噴射ノズル１２，１２は、それぞれ、セル７上部のセル側壁７ａ内に、検出器２を中心として対称位置に配置されている。これにより、第１の実施形態の場合よりも広範囲の洗浄を行うことができる。
【００３１】
なお、上述した第１及び第２の実施形態においては、セル７の側壁７ａの、導入口４とオーバーフロー口５の間の任意の位置に、手分析を行うための採水口が設けられていてもよい。これにより、ＳＳ分が除去された試料水を採取して手分析に供することができる。
【００３２】
また、上述した第１及び第２の実施形態では、セル７の底部７ｂの形状をテーパー状としているが、本発明はこれに限定されず、例えば、セル縦断面が略Ｕ字状となるような半球状としてもよい。
【００３３】
また、洗浄水噴射ノズル１２は、第１の実施形態では１つ、第２の実施形態では２つ設けられているが、洗浄水噴射ノズル１２を好ましくは２つ以上、より好ましくは２〜５個程度設けておくと、より広い範囲を確実に洗浄できる。
【００３４】
【実施例】
本発明の効果を明らかにするため、以下のような試験を行った。
試験１
図５に示した試料水分析装置１’と同様に試料水分析ユニット３に測定電極（ＣＬＲ−２１−１、東亜ディー・ケー・ケー（株）製）を取り付けたものを用い、以下の条件で、下記の操作を行った。
まず、木の葉、種子及び土砂を無作為に混合したＳＳ分約３００ｍＬを３００ｍＬビーカーに計りとった。次に、容量約６Ｌ（直径１５ｃｍ、高さ３２ｃｍの円筒形）のセル７内に、導入管８（口径：φ２０ｍｍ、接続角度θ_１＝９０°）を介して、水を５Ｌ／ｍｉｎの流速で導入し、セル７内の水がオーバーフロー口５から、配管９（口径：φ２５ｍｍ、接続角度θ_２＝９０°）を介して排出されるようになった時点で、配管２１（口径：φ２５ｍｍ）のスローリーク弁２０を調節して、スローリーク量が１Ｌ／ｍｉｎとなるように調節し、セル７の上部からセル７内に上記ＳＳ分を投入した。ＳＳ分の投入を１分毎に２０分間繰り返して、ＳＳ分の投入開始から３０分間後、測定を終了した。測定終了後、弁１０を開き、配管１１（口径：φ２５ｍｍ）を介してセル７内の水と沈降した土砂を排出した。
この測定の間の、測定電極に対するＳＳ分の影響と、セル７内でのＳＳ分の挙動を目視で検証した。
その結果、比重が比較的小さい木の葉や種子は、水面上のセル内壁付近を旋回しながら徐々にオーバーフロー口５から排出された。
一方、比重が比較的大きい土砂は、旋回流の中心に集まりながら沈降し、排出口６から排出された。
また、測定中、測定電極に対するＳＳ分の付着は見られなかった。
【００３５】
試験２
カルシウムを主成分としたＳＳ分を多量に含む下水放流水を試料水として用いた以外は、試験１に用いたのと同様の試料水分析装置１’を用い、同じ条件で、残留塩素の分析を行った。
その結果、約９ヶ月間の連続運転の間、試料水分析装置１’に特にトラブルは生じなかった。
【００３６】
【発明の効果】
上述のように、本発明の試料水分析ユニット及び試料水分析装置は、試料水中のＳＳ分を容易に分離、除去することができる。そのため、砂ろ過装置等の前処理装置を設ける必要がないので、試料水に関する測定値の信頼性を向上させることができると共に、メンテナンスが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の実施形態に係る試料水分析装置の概略縦断面図である。
【図２】 図１に示した試料水分析装置の概略平面図である。
【図３】 図１に示した試料水分析装置の使用時における試料水分析ユニット内の状態を示す（ａ）縦断面図及び（ｂ）正面図である。
【図４】 洗浄水噴射ノズルによる、セル内壁の洗浄と、検出器の洗浄の様子を示す図である。
【図５】 第２の実施形態に係る試料水分析装置の概略図である。
【符号の説明】
１…試料水分析装置、１’…試料水分析装置、２…検出器、２ａ…検知部、３…試料水分析ユニット、４…導入口、５…オーバーフロー口、６…排出口、７…セル、７ａ…側壁、７ｂ…底部、８…導入管、９…配管、１０…排水弁、１１…配管、１２…洗浄水噴射ノズル、１３…洗浄水ライン、２０…スローリーク弁、２１…配管

Claims (7)

1. 側壁が略円筒形であり、試料水に接触させる検知部を有する検出器が上部に取り付けられるようになっているセルを備え、
   前記セルの底部には、開閉可能な排水弁を有する配管が接続された排出口が設けられており、
   前記セルの側壁の、前記検出器が取り付けられた際の前記検知部より上方の位置にはオーバーフロー口が設けられており、
   前記セルの側壁の、前記検出器が取り付けられた際の前記検知部より下方の位置には、試料水を該セル内に導入する導入管が接続されており、該導入管から導入された試料水が、該セル内を旋回する旋回流を生じるように構成されていることを特徴とする試料水分析ユニット。
2. 前記セルの底部がテーパー状である請求項１記載の試料水分析ユニット。
3. 前記排出口に、排水量を調節可能なスローリーク弁を備えた配管が接続されている請求項１又は２記載の試料水分析ユニット。
4. 前記オーバーフロー口に、前記旋回流の流出方向に沿って配管が接続されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の試料水分析ユニット。
5. 前記セルの上部の、該セルの内壁と前記検出器との間に、少なくとも１つの洗浄水噴射ノズルが設けられている請求項１〜４のいずれか一項に記載の試料水分析ユニット。
6. 前記セルが遮光されている請求項１〜５のいずれか一項に記載の試料水分析ユニット。
7. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の試料水分析ユニットと、試料水に接触させる検知部を有する検出器とを備えた試料水分析装置。

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