JP4378204B2 - 水質監視システム - Google Patents

Description

本発明は、下水処理水、工場排水、プール水等に含まれる残留塩素等の不純物濃度を監視する水質管理システムに関するものである。

従来、下水処理水、工場排水、プール水等の水質管理は、定期的に検査用の水（以下、検水という）を採取し、下記の特許文献１に記載されたような残留塩素測定装置で残留塩素濃度を測定し、その測定結果に基づいて塩素系殺菌剤の添加量を決定し、残留塩素濃度が基準値内に収まるように調整する方法が採られていた。

特開２０００−２７５２１４号公報

しかしながら、従来から水質管理で用いられている残留塩素測定装置は、検水中に対向して配置した電極間に直流の測定電圧を印加し、この電極間に流れる酸化還元電流を測定することによって、試料中の残留塩素濃度を測定するものである。このため、下水処理水や工場排水のように主成分が異なる水質を測定する場合、残留塩素濃度以外の成分の相違によって電気導電率や水素イオン濃度が異なり、測定対象の水によってベースとなる電流値が相違する。このため、測定毎に残留塩素測定装置を較正する必要があり、これが極めて手間のかかる作業となっていた。

また、これらの作業を自動化する場合には、測定毎の残留塩素測定装置の較正処理を不要とするために、監視対象毎に独立した残留塩素測定装置を設置する必要があり、システムのコストが増加するという課題があった。

本発明は、１台の測定装置を共用して、水質の異なる複数の試料を自動的に監視することができる水質管理システムを提供することを目的としている。

本発明の水質監視システムは、複数系統の水を選択信号に従って切り替えて採取する取水手段と、前記取水手段で採取された水に含まれる特定成分の濃度に応じた電気信号を出力する検出手段と、前記検出手段から出力された電気信号をディジタル値に変換して測定値として出力する変換手段と、前記複数系統の水に対する較正データ取得時に、前記変換手段から出力された測定値を該系統毎に較正用測定値として記憶する第１の記憶手段と、前記較正データ取得時に前記取水手段で採取された水に含まれる特定成分の濃度を評価基準となる検査法で検査して得られた濃度検査値を前記系統毎に記憶する第２の記憶手段と、水質監視時に前記取水手段で採取された前記各系統の水に対して、前記変換手段から出力された測定値を、その系統に対応する前記較正用測定値及び前記濃度検査値を用いて較正し、対応する濃度値を算出する濃度算出手段と、予め与えられた稼働計画データに基づいて、前記取水手段に対する前記選択信号を出力すると共に全体の動作シーケンスを制御する制御手段とを備えたことを特徴としている。

本発明では、較正データ取得時に、複数の系統毎に採取した検水に含まれる特定成分の濃度を、検出手段で検出して変換手段で変換して得られた較正用測定値を記憶する第１の記憶手段と、その同じ検水に含まれる特定成分の濃度を評価基準となる検査法で検査して得られた濃度検査値を記憶する第２の記憶手段を有している。これにより、水質監視で検査用の水を定期的に採取し、その採取した水の特定成分の測定値を、較正データとして記憶された較正用測定値と濃度検査値を用いて較正することにより、評価基準となる検査法に対応した濃度値を算出することができる。従って、１台の測定装置で、水質の異なる複数の試料を自動的に監視することができるという効果がある。

検水が採取されていないときに変換手段から出力される測定値であるゼロ点調整値をＳｚ、較正データ取得時に該当する系統の水に含まれる特定成分の濃度をセンサで測定して得られた較正用測定値をＳａ、同じ水に含まれる特定成分の濃度を評価基準となる検査法で検査して得られた濃度検査値をＫａとする。そして、定期的に行う水質監視で採取した検水の測定値をＸとし、その検水の濃度値Ｙを、Ｙ＝Ｋａ（Ｘ−Ｓｚ）／（Ｓａ−Ｓｚ）の式を用いて算出する。

この発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、次の好ましい実施例の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、より完全に明らかになるであろう。但し、図面は、もっぱら解説のためのものであって、この発明の範囲を限定するものではない。

図１は、本発明の実施例を示す残留塩素濃度監視システムの構成図である。
この残留塩素濃度監視システムは、例えば温泉浴槽１ａやプール１ｂ等の水質の異なる複数の系統の水に含まれるそれぞれの残留塩素濃度を監視・制御するものである。

温泉浴槽１ａ中の水は循環ポンプ２ａで循環されると共に、その一部が流量調整弁３ａから送水管４ａを通して取水手段（例えば、電磁弁）１１ａに送られるようになっている。同様に、プール１ｂ中の水は循環ポンプ２ｂで循環されると共に、その一部が流量調整弁３ｂから送水管４ｂを通して電磁弁１１ｂに送られるようになっている。

電磁弁１１ａ，１１ｂの出口側には、残留塩素濃度を検出するための検出手段（例えば、センサ）１２が接続され、これらの電磁弁１１ａ，１１ｂで選択して採取された検水が、センサ１２を通って排出されるようになっている。

センサ１２は、検水の流通経路中に２つの電極を対向して配置し、これらの電極間に直流電圧を印加して、この電極間に流れる微弱電流を検出するものである。センサ１２で検出された微弱電流に対応する微弱電圧は直流増幅器で増幅され、変換手段（例えば、ＡＤＣ：アナログ・ディジタル変換器）１３によってディジタル値に変換され、測定値Ｘとして出力されるようになっている。

ＡＤＣ１３の出力側には、較正データ入力部１４と濃度算出手段（例えば、塩素濃度算出部）１５が接続されている。較正データ入力部１４は、較正データ取得時に、後述する制御手段（例えば、シーケンス制御部）２０から与えられるタイミング信号に基づいて、ＡＤＣ１３から出力された測定値Ｘを読み取って、較正用測定値として第１の記憶手段（例えば、較正用測定値記憶部）１６に格納するものである。

塩素濃度算出部１５は、水質監視時に、ＡＤＣ１３から出力される測定値Ｘを、シーケンス制御部２０から与えられるタイミング信号に基づいて、較正用測定値と濃度検査値に従って較正し、残留塩素の濃度値Ｙを算出するものである。塩素濃度算出部１５で算出された濃度値Ｙは、濃度判定手段（例えば、濃度判定部）１７に与えられるようになっている。濃度判定部１７は、濃度値Ｙが設定された管理範囲にあるか否かを判定し、下限値を下回ったときは下限検出信号ＬＬを、上限値を上回ったときは上限検出信号ＵＬを、それぞれシーケンス制御部２０に出力するものである。

更に、この残留塩素濃度監視システムでは、較正データ取得時に、センサ１２から排出された検水の残留塩素濃度をＤＰＤ法（ジエチル−Ｐ−フェニレンジアミン比色法）で検査し、その検査で得られたＰＤＰ法検査値を手作業で入力するための検査データ入力部１８を有している。なお、ＤＰＤ法は評価基準となる残留塩素濃度の検査法で、検水を測定用比色セルに採取してこれにＤＰＤ試薬を加え、ピンク色の発色の度合いを色見本と比較して、残留塩素濃度を求める目視・手作業による検査方法である。操作員によって検査データ入力部１８から入力されたＰＤＰ法検査値は、濃度検査値として第２の記憶手段（例えば、濃度検査値記憶部）１９に格納されるようになっている。

シーケンス制御部２０は、稼働計画データ記憶部２１に格納された１日の稼働予定や１年間のカレンダ等の稼働計画データに基づいて、電磁弁１１ａ，１１ｂを開閉するための選択信号を出力すると共に、較正データ入力部１４、塩素濃度算出部１５及び濃度判定部１７の動作シーケンスを制御するものである。更に、シーケンス制御部２０は、濃度判定部１７から下限検出信号ＬＬや上限検出信号ＵＬが出力されたときには、水質保持のために温泉浴槽１ａやプール１ｂ等に設けられた塩素注入ポンプ５ａ，５ｂを制御し、殺菌用の塩素の注入量を加減するようになっている。なお、シーケンス制御部２０には、操作員に対する警告や表示を出力すると共に、操作員からの制御を受け付けるためのタッチパネル２２等の操作部が接続されている。

次に、この残留塩素濃度監視システムの動作・機能を説明する。

（１） 塩素濃度算出用の較正データの取得
まず、タッチパネル２２を通して行われる操作員の指示により、すべての電磁弁１１ａ，１１ｂを閉じた状態で、ＡＤＣ１３から出力された測定値Ｘを較正データ入力部１４で取り込み、ゼロ点調整値Ｓｚとして、較正用測定値記憶部１６に格納する。

これは、センサ１２の電極間に検水が存在しなければ、この電極間に電流が流れることはないが、これを測定するための直流増幅器のオフセット電圧や、ＡＤＣ１３の特性の影響により、得られた測定値Ｘが必ずしも０とならないためである。

次に、温泉浴槽１ａの水の較正用測定値を求めるために、シーケンス制御部２０から電磁弁１１ａを開かせる選択信号を出力する。これにより、温泉浴槽１ａの水がセンサ１２に流れ、ＡＤＣ１３から測定値Ｘが出力される。この測定値Ｘを、較正データ入力部１４で取り込み、較正用測定値Ｓａとして較正用測定値記憶部１６に格納する。

一方、センサ１２を流れて排出される水を採取し、ＤＰＤ法の手分析によって残留塩素濃度を測定する。測定されたＤＰＤ法検査値は、操作員の手作業で検査データ入力部１８から入力され、濃度検査値記憶部１９に濃度検査値Ｋａとして格納される。

同様に、プール１ｂの水をセンサ１２で測定し、ＡＤＣ１３から出力される測定値Ｘを、較正用測定値Ｓｂとして較正用測定値記憶部１６に格納すると共に、同じ検水をＤＰＤ法で測定して得られた濃度検査値Ｋｂを濃度検査値記憶部１９に格納する。

以上の操作により、温泉浴槽１ａとプール１ｂの塩素濃度算出用の較正データ（ゼロ点調整値Ｓｚ、較正用測定値Ｓａ，Ｓｂ、及び濃度検査値Ｋａ，Ｋｂ）が得られて、較正用測定値記憶部１６と濃度検査値記憶部１９に格納される。なお、この操作は、監視対象の水系すべてに対して計画的に行われる。例えば、下水処理水のように、季節によって水温が大幅に変動するような場合、水温の変化によって残留塩素濃度以外の成分の分布が変化するので、比較的短い期間（例えば、２週間）毎に較正データを取り直す必要がある。

（２） 残留塩素濃度監視と制御
次に、温泉浴槽１ａやプール１ｂの水質を管理するため、周期的（例えば１時間毎）に残留塩素濃度監視を行う。これは、シーケンス制御部２０によって、稼働計画データ格納部２１に格納された稼働計画データに従って行われる。

まず、シーケンス制御部２０から電磁弁１１ａを開かせる選択信号が出力される。これにより、温泉浴槽１ａの水がセンサ１２に流れ、ＡＤＣ１３から測定値Ｘが出力される。測定値Ｘは、塩素濃度算出部１５に与えられ、較正用測定値記憶部１６と濃度検査値記憶部１９に格納された較正データに基づいて、残留塩素の濃度値Ｙが算出される。

ここで、温泉浴槽１ａの水の残留塩素の濃度値Ｙは、センサ１２に流れる微小電流に比例するものと仮定すると、次の（１）式で算出することができる。
Ｙ＝Ｋａ（Ｘ−Ｓｚ）／（Ｓａ−Ｓｚ） ・・（１）

塩素濃度算出部１５で算出された濃度値Ｙは、濃度判定部１７へ与えられ、この濃度値Ｙが適正な濃度範囲にあるか否かが判定される。もし濃度値Ｙが下限値を下回ったときは下限検出信号ＬＬが、上限値を上回ったときは上限検出信号ＵＬが、それぞれシーケンス制御部２０に出力される。

シーケンス制御部２０では、濃度判定部１７から下限検出信号ＬＬが出力されたときには、塩素注入ポンプ５ａの注入量を増加させるように制御し、上限検出信号ＵＬが出力されたときには、この塩素注入ポンプ５ａの注入量を減少させるように制御する。

温泉浴槽１ａの水質の測定及び制御が終わると、次にプール１ｂの水質の測定及び制御が同様の手順で行われる。なお、プール１ｂの検水の残留塩素の濃度値Ｙは、（１）式中の較正用測定値Ｓａと濃度検査値Ｋａに代えて、較正用測定値Ｓｂと濃度検査値Ｋｂを用いて算出される。

このようにして温泉浴槽１ａやプール１ｂ等の一連の水質監視が終わると、次の監視は、稼働計画データ記憶部２１に記憶された計画データに基づいて行われる。

このように、本実施例の残留塩素濃度監視システムは、ＤＰＤ法で検査した残留塩素濃度の濃度検査値Ｋａ，Ｋｂと、これと同時にセンサ１２で測定して得られた較正用測定値Ｓａ，Ｓｂ及びゼロ点補正値Ｓｚを較正データとして、周期的にセンサ１２で測定される測定値Ｘから残留塩素の濃度値Ｙを算出するようにしている。これにより、温泉やプールのように、水質が異なる複数系統の水の残留塩素の濃度値Ｙを、１つの残留塩素測定用のセンサ１２を用いて、次々に切り替えて監視することができる。従って、測定対象毎に高価な測定装置を用いることなく、簡素化したシステムで連続して高精度の水質監視ができるという利点がある。

以上説明した実施例は、あくまでも、この発明の技術内容を明らかにするためのものである。この発明は、上記実施例にのみ限定して狭義に解釈されるものではなく、この発明の特許請求の範囲に述べる範囲内で、種々変更して実施することができる。その変形例としては、例えば、次のようなものがある。

（ａ） 評価基準となる残留塩素濃度の検査法は、ＤＰＤ法に限らず、ｏ−トリジン比色法や沃素滴定法等を用いることができる。

（ｂ） プールや温泉のように、季節、曜日、及び時間帯によって利用者数が変動するものに対しては、利用者数の予測値に基づいて、時間帯別に水質監視の頻度を変化させるようにしておくことにより、より安定した水質を維持することが可能になる。

（ｃ） 水質監視の結果、水質が管理限界を越えた場合には、測定値が正常な範囲に戻るまでの間、その系統を短い周期で監視するようにスケジュールを変更するようにしても良い。但し、大きなプールに殺菌用の塩素を注入するような場合、プール全体に塩素が均一に拡散するまでには長時間がかかるので、殺菌用の塩素注入位置と検査用の取水位置の関係などを考慮して、塩素注入ポンプの制御や監視時間の間隔設定を行う必要がある。

（ｄ） シーケンス制御部２０では、濃度判定部１７から出力される下限検出信号ＬＬ及び上限検出信号ＵＬに従って塩素注入ポンプ５を制御しているが、塩素濃度算出部１５から出力される残留塩素の濃度値Ｙに従って塩素注入ポンプ５の動作時間を制御しても良い。例えば、残留塩素濃度値Ｙを１０段階程度に区分し、各区分に対して塩素注入ポンプの動作時間（即ち、塩素注入量）を設定するようにしても良い。

（ｅ） センサの種類を変えることにより、残留塩素濃度の測定だけでなく水質管理用の他の要素の測定を行うようにしても良い。

（ｆ） ゼロ点補正値Ｓｚは、較正データの取得時に測定した値を用いるのではなく、残留塩素濃度の監視の度に、検水を採取する直前にＡＤＣ１３から出力される測定値を用いても良い。これにより、ゼロ点の変動による誤差を少なくすることができる。

本発明の活用例として、温泉やプール等の水質管理だけでなく、大気汚染の監視等にも利用することができる。

本発明の実施例を示す残留塩素濃度監視システムの構成図である。

符号の説明

１１ 電磁弁
１２ センサ
１３ ＡＤＣ（アナログ・ディジタル変換器）
１４ 較正データ入力部
１５ 塩素濃度算出部
１６ 較正用測定値記憶部
１７ 濃度判定部
１８ 検査データ入力部
１９ 濃度検査値記憶部
２０ シーケンス制御部
２１ 稼働計画データ記憶部
２２ タッチパネル

Claims (6)

1. 複数系統の水を選択信号に従って切り替えて採取する取水手段と、
   前記取水手段で採取された水に含まれる特定成分の濃度に応じた電気信号を出力する検出手段と、
   前記検出手段から出力された電気信号をディジタル値に変換して測定値として出力する変換手段と、
   前記複数系統の水に対する較正データ取得時に、前記変換手段から出力された測定値を該系統毎に較正用測定値として記憶する第１の記憶手段と、
   前記較正データ取得時に前記取水手段で採取された水に含まれる特定成分の濃度を評価基準となる検査法で検査して得られた濃度検査値を前記系統毎に記憶する第２の記憶手段と、
   水質監視時に前記取水手段で採取された前記各系統の水に対して、前記変換手段から出力された測定値を、その系統に対応する前記較正用測定値及び前記濃度検査値を用いて較正し、対応する濃度値を算出する濃度算出手段と、
   予め与えられた稼働計画データに基づいて、前記取水手段に対する前記選択信号を出力すると共に全体の動作シーケンスを制御する制御手段とを、
   備えたことを特徴とする水質監視システム。
2. 前記濃度算出手段は、前記取水手段で水が採取されていないときに前記変換手段から出力された測定値であるゼロ点調整値をＳｚ、該取水手段で採取された水に対応して該変換手段から出力される測定値をＸ、前記第１の記憶手段に記憶された該当する系統の水の較正用測定値をＳａ、及び前記第２の記憶手段に記憶された該当する系統の水の濃度検査値をＫａとして、前記濃度値を、Ｋａ（Ｘ−Ｓｚ）／（Ｓａ−Ｓｚ）の式を用いて算出することを特徴とする請求項１記載の水質監視システム。
3. 前記濃度値に応じて、該当する系統の水質保持のための制御を行う濃度判定手段を設けたことを特徴とする請求項１または２記載の水質監視システム。
4. 前記濃度値が予め定められた管理限界を外れたときに、警報を発し、或いは該当する系統の水質保持のための制御を行う濃度判定手段を設けたことを特徴とする請求項１または２記載の水質監視システム。
5. 前記特定成分は残留塩素であり、前記水質保持のための制御は該当する系統に注入する殺菌用塩素の量であることを特徴とする請求項３または４記載の水質監視システム。
6. 前記稼働計画データは、季節、曜日、及び時間帯別に構成されていることを特徴とする請求項５記載の水質監視システム。

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