JP4461247B2 - Water quality measuring device - Google Patents
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Description
本発明は、酸性雨等の水質を測定する水質測定装置に関する。 The present invention relates to a water quality measuring device for measuring water quality such as acid rain.
近年、環境問題の1つとして、酸性雨に関する関心が高まっており、PHや導電率等の雨水の水質を測定する様々な装置が提案されている。雨水の水質を測定する装置として、例えば、非特許文献1に記載されている図6に示すような酸性雨自動測定機600が製品化されている。
In recent years, as one of the environmental problems, interest in acid rain has increased, and various apparatuses for measuring the quality of rainwater such as pH and conductivity have been proposed. As a device for measuring the quality of rain water, for example, acid rain
この酸性雨自動測定機600は、前・横1.5〜2mの筐体に収納されたもので、水質の測定だけでなく、雨量計としての機能を持っており、雨量を計測する機構と、雨水の水質を測定する機構等から構成されている。
This automatic acid
雨量を計測する機構は、酸性雨自動測定機600の筐体の上部に受水口を上に向けて配設された受水漏斗601と、当該受水漏斗601の下方に配設された、所定の容積の左右一対の転倒升604、605から構成されている。当該左右一対の転倒升604、605は支軸606を挟んで対称に構成され、当該支軸606は上記受水漏斗601の導水口601aの直下で、左右一対の転倒升604、605が水平となるように筐体の器枠に保持された状態になっており、左右一対の転倒升604、605の重量の均衡が僅かに崩れた状態で、いずれか一方が受水漏斗601の導水口601aの直下に位置する構成となっている。
The mechanism for measuring the rainfall includes a
この構成により、一方の転倒升604、605に所定量の雨水が受水され、その受水量が所定の量になったとき、当該転倒升604、605が上記支軸606を中心に排出位置にまで転倒して、雨水を排出するとともに、他方の転倒升605、604が上記受水漏斗601の導水口601aの直下に位置するようなる。
With this configuration, when a predetermined amount of rainwater is received by one of the overturning
従って、所定時間内の上記転倒升604、605の転倒回数を計数することによって雨量を測定することが出来るようになっている。
Therefore, it is possible to measure the rainfall by counting the number of falls of the
上記各転倒升604、605の排出位置に対応して、酸性雨自動測定機600の筐体に排水筒607、608が配設されており、当該排水筒607、608から排出される雨水が、雨水の水質を測定する機構を構成する回収管を介して貯留セル614に導かれる。この貯留セル614に貯留された雨水は、PHセンサ、導電率センサ、温度センサ等により物理量が計測され、計測された物理量が増幅制御信号変換器611にて外部に出力される。
Corresponding to the discharge positions of the overturning
また、酸性雨自動測定機600には、降雨のないときは上記受水漏斗601の受水口を蓋610で覆い、降雨センサ609が降雨を検知したときは当該蓋610を受水口から外す受水漏斗開閉機構や、受水漏斗601、転倒升604、605、排水筒607、608を洗浄する自動洗浄機構等を備えている。
1転倒升毎に水質を測定するためには、左右一対の転倒升604、605の一回の転倒によって転倒升604、605から排出された雨水のみが上記貯留セル614に貯留された状態になければならない。しかし、図7に示す従来の貯留セル614は、転倒升604、605に比べて容積が大きいため、数回の転倒によって排出された雨水が貯留される。よって、貯留セル614において、各転倒によって排出された雨水が互いに混ざり合うために、上記のPHセンサ等は、混ざった雨水の水質を測定することになる。そのため、雨水の水質が1転倒升毎に変化しても、上記増幅制御信号変換器611の出力する測定結果に、水質の変化が明確に表れない。
In order to measure the water quality for each fall overfall, only rainwater discharged from the
また、酸性雨自動測定機600は、受水漏斗開閉機構や、自動洗浄機構等の複雑でかつ大きい機構をいくつも備えているので非常に高価であり、また、酸性雨の測定は、多数の地点で行う必要があることから、酸性雨自動測定機600のような高価な測定装置を多数の地点に設置することは、経済的な観点から不可能である。
Moreover, the acid rain
そこで、本発明は、雨水の水質を1升毎に正確に測定することができ、かつ安価である水質測定装置を提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the water quality measuring apparatus which can measure the water quality of rain water correctly for every 1 meter, and is cheap.
本発明の水質測定装置は、容積が転倒升より小さい貯留空間に雨水を流入させて、貯留空間で雨水の水質を測定する。容積が転倒升より小さければ、新しい雨水が貯留空間に流入する際に、新しい雨水によって以前から貯留されている雨水が押し出されて流出すれば、新しい雨水と以前から貯留されている雨水の両方が混ざり合って貯留することを防ぐことができる。 The water quality measurement device of the present invention causes rainwater to flow into a storage space whose volume is smaller than that of a tip over and measures the quality of rainwater in the storage space. If the volume is smaller than the tip of the fall, when new rainwater flows into the storage space, if the rainwater previously stored is pushed out by the new rainwater and flows out, both the new rainwater and the rainwater previously stored will be It can prevent mixing and storing.
しかし、貯留空間の容積が転倒升より小さくても、転倒升から排出された雨水が、以前から貯留されている雨水を貯留空間から押し出して、貯留空間に流入するとは限らない。例えば、図8に示すように、雨水が貯留されている貯留空間814bに転倒升から排出された雨水が流れ込むと、流れ込んだ雨水は、貯留されている雨水の表面を通って流出口814cから流出してしまう場合がある。 However, even if the volume of the storage space is smaller than that of the overturning ridge, the rainwater discharged from the overturning ridge does not necessarily push the rainwater that has been stored before from the storage space and flow into the storage space. For example, as shown in FIG. 8, when rainwater discharged from a tumble bag flows into a storage space 814 b in which rainwater is stored, the rainwater that flows in flows out from an outlet 814 c through the surface of the stored rainwater. May end up.
このようなことが発生するのは、貯留されている雨水と貯留空間814bを形成する底や側壁等に摩擦力が発生し、貯留されている雨水が動き難くなっているからである。 This occurs because friction force is generated in the bottom and side walls that form the stored rainwater and the storage space 814b, and the stored rainwater is difficult to move.
貯留されている雨水が動き難くなっていても、転倒升から排出される雨水の量が多ければ、転倒升から排出された雨水が流れ込む勢いで、貯留されていた雨水を動かすことができる。 Even if the stored rainwater is difficult to move, if the amount of rainwater discharged from the overturned ridge is large, the stored rainwater can be moved with the momentum of the rainwater discharged from the overturned ridge.
図6に示す酸性雨自動測定機600は、0.5mm単位で降水量を計測することができるように、転倒升604、605の容量は、受水漏斗601が降水量0.5mmの雨を受水した量と等しくなっている。酸性雨自動測定装置600の受水漏斗601の受水口は、直径が20cmとなっており、降水量0.5mmの雨をこの受水漏斗601で受水すると、受水した量は15.7mlとなり、よって転倒升604、605の容量は15.7mlとなっている。
The automatic acid
このように転倒升604、605の容積が15.7mlと少量であるために、転倒升604、605から流出する雨水で、貯留された雨水を動かすことができない。
Thus, since the volume of the overturning
本発明の水質測定装置では、図2に示すように、貯留されている雨水の表面を通って貯留空間114bから雨水が流出してしまうことを防ぐために、貯留空間114bの上面に流路形成蓋体116を設け、流出口114cが、貯留空間114bの上端に、かつ、貯留空間114bを挟んで転倒升から流出された雨水が流入する流入口114aと反対側に設けられている。
In the water quality measuring apparatus of the present invention, as shown in FIG. 2, in order to prevent rainwater from flowing out of the
貯留空間の容積を転倒升より小さくし、流出口をこのような位置に設けると、転倒升から排出された雨水は、貯留空間を満たし、一部が貯留空間からあふれて流出口から流出する。貯留空間に貯留される雨水は、貯留空間を満たすために、雨水は、貯留空間の底面や側壁を形成する受け皿や、貯留空間の天井を形成する流路形成蓋体の下面と接する。 When the volume of the storage space is made smaller than the overturning ridge and the outlet is provided at such a position, rainwater discharged from the overturning ridge fills the storage space, partly overflows from the storage space and flows out from the outflow outlet. In order to fill the storage space, the rainwater stored in the storage space comes into contact with the bottom surface of the flow path forming lid that forms the bottom of the storage space and the tray that forms the ceiling of the storage space.
このように雨水で満たされた貯留空間に転倒升から新たな雨水が排出されると、新たな雨水は、図8に示すように雨水の表面を流れることができないので、貯留空間を満たしている雨水を押し出しながら貯留空間に流入しようとする。貯留空間を満たしている雨水は、上記のように受け皿と流路形成蓋体に接しているので、新たな雨水によって押されることで、貯留空間を満たしている雨水の周囲に均等な摩擦力が働く。従って、新たな雨水に押されると、貯留空間を満たしている雨水全体が均一に押し出されて流出口から排出される。 When new rainwater is discharged from the fall over the storage space filled with rainwater as described above, the new rainwater cannot flow on the surface of the rainwater as shown in FIG. It tries to flow into the storage space while pushing out rainwater. Since rainwater filling the storage space is in contact with the saucer and the flow path forming lid as described above, it is pushed by new rainwater, so that an even frictional force is generated around the rainwater filling the storage space. work. Therefore, when pushed by new rainwater, the entire rainwater filling the storage space is uniformly pushed out and discharged from the outlet.
上記のように貯留空間の容積は、転倒升より小さいので、新たな雨水は、貯留空間を満たしている雨水全部を貯留空間から押し出し、さらにその一部が貯留空間を満たしていた雨水と共に貯留空間から流出する。 As described above, since the volume of the storage space is smaller than that of the overturned trap, the new rainwater pushes out all the rainwater that fills the storage space from the storage space, and further, the storage space together with the rainwater that partially fills the storage space. Spill from.
以上のように、転倒升が転倒して雨水が排出されると、以前から貯留空間に貯留されている雨水が排出されて、今回の転倒によって転倒升から排出された雨水のみが貯留空間に貯留される。よって、雨水の水質を1升毎に正確に測定することができる。 As described above, when a fall overfall falls and rainwater is discharged, the rainwater that has been stored in the storage space from before is drained, and only rainwater discharged from the overturn by this fall is stored in the storage space. Is done. Therefore, it is possible to accurately measure the quality of rainwater every 1 km.
水質を測定する雨水の集水に、気象庁等が設置している既存の地上気象観測用転倒升型雨量計を用いれば、転倒升型雨量計に上記のような貯留セルを付加するだけで、雨量計測と同時に雨水の水質を1升毎に測定することができる。もちろん、貯留セルを付加しても、地上気象観測用転倒升型雨量計の雨量計としての機能が損なわれることもない。 If you use an existing overturning rain gauge for surface meteorological observation installed by the Japan Meteorological Agency, etc. to collect rainwater to measure water quality, just add the storage cell as above to the overturning rain gauge, Simultaneously with rainfall measurement, the quality of rainwater can be measured every 1 km. Of course, even if a storage cell is added, the function of the overturning rain gauge for ground weather observation as a rain gauge is not impaired.
また、このように既存の地上気象観測用転倒升型雨量計を使用すれば、水質測定装置を安価に製造することができる。 In addition, if the existing overturning rain gauge for ground weather observation is used in this way, the water quality measuring device can be manufactured at low cost.
図1は、本実施の形態の水質測定装置100を示す。図1に示すように、水質測定装置100は、転倒升型雨量計Aと、転倒升型雨量計Aの下方に設けられる酸性雨計測機構Bから構成されている。本実施の形態の水質測定装置100は、転倒升型雨量計Aとして、気象庁等が設置している地上気象観測用転倒升型雨量計を用いている。
FIG. 1 shows a water
転倒升型雨量計Aは、背景技術の欄で記載した酸性雨自動測定機600の雨量を測定する機構と基本的に同じ構成である。
The overturning rain gauge A has basically the same configuration as the mechanism for measuring the rainfall of the automatic acid
各転倒升104、105の排出位置には、排水筒107、108が設けられ、各排水筒107、108は、酸性雨計測機構Bの導水手段111と連通されている。上記導水手段111は、漏斗112と漏斗112の下方に接続された回収管113とから構成され、該回収管113は、下方に行くに従い内径が細くなっており、その下端は、下記貯留セル114の流入口114aに導かれている。
酸性雨計測機構Bの測定セル114を図2(a)、図2(b)に示す。図2(a)は上記貯留セル114の正面縦断面図であり、図2(b)は図2(a)のX−X´断面図である。
The
上記貯留セル114は、図2(a)に示すように、上記回収管113からの雨水を流入口114aを介して受け皿115で受けるように構成されており、貯留セル114に流入した雨水は、受け皿115の上記流入口114aに対向する位置に設けられた流出口114cから流出されるようになっている。
As shown in FIG. 2 (a), the
当該受け皿115の上部面は流路形成蓋体116で蓋され、該流路形成蓋体の下面116aは上記流出口114cの上端より低い位置になるように構成され、さらに、上記流路形成蓋体116には各種の測定手段、例えばPHセンサ118a、温度センサ118b、導電率センサ118cが支持され、そのセンシング部位は上記貯留空間114bに突出している。従って、上記流入口114aから流入した雨水は、受け皿115の底面と上記流路形成蓋体の下面116aとに挟まれた貯留空間114bを介して流出口114cに導かれることになるとともに、上記各センサ118a〜118cで各種の物理量、化学量が測定されることになる。
The upper surface of the
上記貯留空間114bの容積は、上記転倒升104、105の容積より小さくなっている。すなわち、気象庁等が設置している地上気象観測用転倒升型雨量計の転倒升の容積は、15.7mlとなっているため、本実施の形態の貯留空間114bの容積は、約15.0mlとなっている。地上気象観測用転倒升型雨量計の転倒升104、105の容量が約15.7mlとなっているのは、酸性雨自動測定機600の転倒升604、605の容量が15.7mlであるのと同じ理由である。
The volume of the
貯留空間114bの寸法は、基本的には上記の容積に依存することになるが、その他各センサ118a〜118cの径や、流路形成蓋体の下面116aからの突き出た長さによって決定される。
The size of the
例えば、各センサ118a〜118cの径が12mmであり、各センサ118a〜118cの流路形成蓋体の下面116aから突き出た長さが20mmである場合、流入口114aから流出口114c方向の寸法は50mm程度に、図2(a)の紙面に対して垂直方向の寸法は15mm程度に、受け皿15と流路形成蓋体の下面116aの間の寸法を30mm程度にする。上記流路形成蓋体116に支持されるセンサの種類は、PHセンサ118a、温度センサ118b、導電率センサ118cに限られず、塩分センサ、硝酸センサ、硫酸センサ等であってもよい。
For example, when the diameter of each
転倒升104、105から排水筒107、108に排出された雨水は、1転倒升毎に上記導水手段111を通って、流入口114aから貯留空間114bに流入する。
Rainwater discharged from the overturning
このときに、既に貯留空間114bが雨水で満たされている場合、新たに転倒升104、105から排出された雨水は、既に貯留空間114bを満たしている雨水を押し出しながら貯留空間114bに流入する。このとき、新たに流れ込んだ雨水は、図2(b)に示すように、受け皿115の底面及び側面、さらに流路形成蓋体の下面116aの抵抗を受けながら、かつ、以前から溜まっていた雨水を押し出しながら、流出口114eの方向に進行する。
At this time, if the
これによって、新たに流れ込んだ雨水は、従来のように抵抗の少ない表面を流れることなく、貯留空間114bに均等に拡散しながら、既に溜まっている雨水を押し出すことになり、測定対象の雨水の交換が迅速に行われることになる。また、上記のように、貯留空間114bは転倒升104、105の容積より若干小さくなっているので、理論的には、1回の転倒によって転倒升104、105からは排出された新たな雨水のみが貯留セル114に貯留されることになるので、1転倒毎に雨水の水質を測定することができることになる。
As a result, the rainwater that has flowed in is pushed out from the rainwater that has already accumulated while being evenly diffused into the
上記転倒升104、105の転倒は、検知手段によって検知され、検知手段は、雨量を計測すると同時に、上記測定センサ118a〜118cで水質測定を開始し、雨量計測と同期して、水質信号を外部に出力する。
The fall of the overturning
なお、転倒升104、105からの雨水の排出と、貯留空間114bの雨水の貯留は、多少の時間差が発生する。この時間差は、転倒升104、105から貯留空間114bまでの距離や、導水手段111の形状等によって異なる。
Note that there is a slight time difference between the discharge of rainwater from the overturning
本実施の形態の水質測定装置100を使用する場合、このような時間差と各センサ118a〜118cの応答遅れを予め計測し、転倒升104、105が転倒した旨が通知された時より遅らせて、測定センサ118a〜118cでの水質を計測する。このように、転倒升104、105の転倒する時刻に基づいて、水質の測定を行うことで、転倒升104、105の転倒毎に雨水の水質を計測することができる。
When using the water
図3に、本実施の形態に記載した貯留セル114を使用した場合と、図8に示す貯留セル814を使用した場合の実験結果を表とグラフで示す。
FIG. 3 is a table and a graph showing experimental results when the
この実験は、貯留空間114、814を雨水αで満たした状態で、雨水αと水質の異なる雨水βを受水漏斗101に滴下し、転倒升104、105が転倒した転倒回数と、各回数の転倒があったときの貯留空間114bに貯留されている雨水全体に占める雨水βの割合を測定するものである。
In this experiment, in a state where the
図3から明らかなように、本実施の形態の貯留セル114を使用すると、転倒升104、105が多くとも2回転倒すると、貯留空間114bを満たす雨水が雨水βにほぼ完全に置換され、1回の転倒で90%以上の置換が確認された。一方、図8に示す貯留セル814を使用すると、貯留空間114bを満たす雨水が完全に雨水βとなるには、少なくとも7回の転倒が必要で、1回の転倒では40%程度しか置換されない。従って、本実施の形態の貯留セル114を使用すると、貯留空間114bに貯留された雨水が入れ替わり易いので、1転倒升毎の雨水の水質をより正確に測定することができる。
As apparent from FIG. 3, when the
また図4に、PH4.00の雨水で満たされた本実施の形態に記載した貯留空間114bに、PH6.88の雨水を受水漏斗101に滴下し、左右一対の転倒升104、105の転倒回数と、各回数の転倒があったときの貯留空間114bの雨水のPHを示す。図4に示すように、2回の転倒によりPH指示値が6.85を示すことが証明された。
In addition, in FIG. 4, PH6.88 rainwater is dropped onto the receiving
また図5は、本実施の形態に記載した貯留空間114bにおいて、PHセンサの応答時間を計測した実験結果を示す。
FIG. 5 shows the experimental results of measuring the response time of the PH sensor in the
図5の実験結果1は、貯留空間114bがPH7に調整した調節水道水で満たされた状態で、PH4に調整した調節水道水50mlを一時に受水漏斗101に流し込んだ場合、流し込んでから貯留空間114bの雨水のPHが4になるまでに要する時間を示す。図5の実験結果1に示すように、貯留空間114bの雨水のPHは、1分以内でPHが4になった。
The
実験結果2は、貯留空間114bがPH4に調整した調節水道水で満たされた状態で、PH7に調節した調節水道水50mlを一時に受水漏斗101に流し込んだ場合、流し込んでから貯留空間114bの雨水のPHが7または7±0.1になるまでに要する時間を示す。
図5の実験結果2に示すように、貯留空間114bの雨水がPH7になるまでには、5分を要し、PH7±0.1には1.5分であった。PH7からPH4になるまでに要した時間が、PH4からPH7になるまでに要した時間より長くなるのは、PH7溶液は純粋に近く電解質がほとんど含まれないことによる。
As shown in the
ところで、酸性雨の測定においては、PH±0.1程度のずれは許容されるので、貯留空間114bに貯留された雨水より中性に近い雨が降った場合であっても、貯留空間114bに貯留された雨水より強い酸性の雨が降った場合とほとんど同じ精度のPH測定を行うことができる。
By the way, in the measurement of acid rain, since a deviation of about PH ± 0.1 is allowed, even when it is raining more neutral than rainwater stored in the
100 水質測定装置
101 受水漏斗
102 ろ水器
104、105 転倒升
114 貯留セル
114a 流入口
114b 貯留空間
114c 流出口
115 受け皿
116 流路形成蓋体
116a 流路形成蓋体の下面
DESCRIPTION OF
Claims (2)
上記貯留セルは、受け皿と、当該受け皿に対する流路形成蓋体と、上記受け皿の底面と流路形成蓋体の下面とで形成された上記転倒升より容積の小さい貯留空間と、上記転倒升から排出された雨水を上記貯留空間に流入させる流入口と、上記貯留空間を挟んで上記流入口と反対側の上記貯留空間の上端に設けられた流出口とから構成されることを特徴とする水質測定装置。 Each time it is filled with rainwater, it falls over, and a pair of overturning traps that discharge the filled rainwater by a predetermined amount, a storage cell that stores the discharged rainwater, and a measurement sensor that measures the quality of the stored rainwater In the equipped water quality measuring device,
The storage cell includes a receiving tray, a flow path forming lid for the receiving tray, a storage space having a smaller volume than the falling tub formed by the bottom surface of the receiving tray and the lower surface of the flow path forming lid, and the falling tub. Water quality comprising: an inflow port for allowing discharged rainwater to flow into the storage space; and an outflow port provided at an upper end of the storage space on the opposite side of the inflow port across the storage space measuring device.
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