JP4533238B2 - 水質測定装置及びその方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば活性汚泥処理で用いられる曝気槽内の被測定液のＣＯＤ（有機性化学的酸素要求量）、ＤＯ（溶存酸素）、ｐＨ、ＯＲＰ（酸化還元電位）等の水質を測定するのに好適な水質測定装置及びその方法に関する。

例えば製鉄所や化学工場においてコークス炉で石炭を乾留してコークスを製造する際に、安水が発生する。安水は、石炭に付着している水分と乾留工程で石炭成分の分解によって発生する水分等に由来するもので、フェノール、クレゾール、キシレノール等の有機物及びアンモニア化合物、チオシアン化合物、硫化物等の化合物を含有しており、ＣＯＤも高く、そのままでは公共水域に排出することができない。

この安水の処理として、蒸留法によってアンモニア化合物の一部を除去し、海水又は淡水により希釈した後に、バクテリアを利用する活性汚泥処理を行う方法が採られている。活性汚泥処理に際しては、曝気槽内の安水を含む混合液のＣＯＤ、ＤＯ、ｐＨ、ＯＲＰ等を指標にして操業管理を行うようにしている（特許文献１等）。

特公昭６２−２１５９７号公報 特開昭５２−６０６９１号公報

ところで、曝気槽内の混合液のＣＯＤ、ＤＯ、ｐＨ、ＯＲＰ等を操業管理の指標とする場合、それらの値を定期的に測定する必要があるため、測定装置の電極を曝気槽混合液に浸漬（連続接触）させた状態にしている。

しかしながら、曝気槽混合液は汚泥（バクテリア）を含むものであり、測定装置の電極を浸漬させた状態にしておくと、電極が汚れ、電極劣化するとともに、測定精度が低下するおそれがある。

特に夏場になると、曝気槽内に藻（植物プランクトン）が付着することもあり、それが電極に付着すると測定精度が悪くなったり、極端な場合には測定そのものが不能になったりするおそれもある。

これまでは、定期的に（例えば１週間に１回の割合で）、人手により測定装置の電極の洗浄及び機器校正を行うようにしているが、それでは測定装置を曝気槽から引き上げなければならず、手間がかかるだけでなく、洗浄の間は測定が不能になってしまう。

また、例えば特許文献２には、液体及び気体を同時に電極のまわりに供給し、電極のよごれを取り除くようにしたｐＨ計電極の自動洗浄装置が開示されている。このように測定装置に液体や気体の噴射洗浄装置を設置しておき、電極に向けて噴射して洗浄を行うこと等が考えられるが、曝気槽混合液に浸漬した状態にある電極に向けて液体や気体を噴射しても、十分な洗浄効果が得られないことがある。

本発明は上記のような点に鑑みてなされたものであり、電極に汚泥や藻を付着しにくくし、測定装置の電極劣化や測定精度が低下を抑えるとともに、短時間で精度精度良く被測定液の水質を測定できるようにすることを目的とする。さらには、人手により測定装置の電極の洗浄を行う必要がなく、自動的に効果的な洗浄を行うとともに、短時間で精度精度良く被測定液の水質を測定できるようにすることを目的とする。

本発明の水質測定装置は、電極を被測定液中に位置させた状態にして前記被測定液の水質を測定する水質測定装置であって、前記電極のまわりの空間を周囲から隔てる隔壁部材と、前記隔壁部材に設けられたフィルタと、前記隔壁部材に設けられ、前記電極を液体洗浄する洗浄手段と、前記電極を液体洗浄した後、前記隔壁部材内に滞留している洗浄液体を前記フィルタを介して前記隔壁部材外に排出する気体供給手段とを備えたことを特徴とする。
本発明の水質測定方法は、被測定液中に位置させた電極のまわりの空間を周囲から隔てる隔壁部材と、前記隔壁部材に設けられたフィルタと、前記隔壁部材に設けられ、前記電極を液体洗浄する洗浄手段と、前記隔壁部材内に滞留している洗浄液体を前記フィルタを介して前記隔壁部材外に排出する気体供給手段とを備えた水質測定装置による水質測定方法であって、前記被測定液の水質を測定する前に、前記洗浄手段から洗浄液体を噴射させて前記電極を洗浄する前洗浄手順と、前記前洗浄手順の後に、前記気体供給手段から気体を充填して前記隔壁部材内に滞留している洗浄液体を前記フィルタを介して前記隔壁部材外に排出する排液手順と、前記排液手順の後に、前記気体供給手段からの気体の充填を停止することにより前記フィルタを介して前記隔壁部材内に前記被測定液を流入させて、前記電極を用いて前記被測定液の水質を測定する水質測定手順とを有することを特徴とする。

本発明の測定装置によれば、電極のまわりの空間を隔壁部材により周囲から隔てるとともに、隔壁部材にフィルタを設けるようにしたので、電極に汚泥や藻が付着しにくくなり、測定装置の電極劣化や測定精度が低下を抑えることができる。しかも、気体供給手段により、電極を液体洗浄した後、隔壁部材内に滞留している洗浄液体をフィルタを介して隔壁部材外に排出するようにしたので、短時間で精度精度良く被測定液の水質を測定することが可能になる。

本発明の水質測定方法によれば、人手により測定装置の電極の洗浄を行う必要がなく、自動的に効果的な洗浄を行うとともに、短時間で精度精度良く被測定液の水質を測定することが可能になり、測定装置の電極劣化や測定精度の低下を抑えることができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
図１には、本実施形態のＯＲＰ（酸化還元電位）測定装置の概略構成を示す。なお、本実施形態ではＯＲＰ測定装置を例にするが、ＣＯＤ（有機性化学的酸素要求量）、ＤＯ（溶存酸素）測定装置、ｐＨ測定装置等に本発明を適用してもかまわない。

図１に示すように、ＯＲＰ測定装置は、ＯＲＰを測定するための電極１を具備する装置本体２と、電極１を曝気槽内の安水を含む混合液（被測定液）Ｌ中に位置させるように装置本体２を保持する電極ホルダ３とを備える。

また、装置本体２のまわりには、装置本体２の外周面のフランジ部２ａに支持されるようにして筒体４が設けられる。筒体４は底部が閉塞するものであり、これにより電極１のまわりの空間が周囲から隔てられる。すなわち、本実施形態においては、筒体４が本発明でいう隔壁部材に相当する。

また、筒体４には適所に開口部４ａが形成されており、その開口部４ａにフィルタ５が設けられる。フィルタ５は、曝気槽内の被測定液Ｌの汚泥（バクテリア）や藻（植物プランクトン）を濾過するものであり、その網目は１０〜１００[μｍ]程度とするのが好ましい。

さらに、筒体４の底部には電極１を液体洗浄する洗浄装置６が配設される。図２に洗浄装置６の構成例を示す。洗浄装置６は直列的に配置される第１の流路６ａ及び第２の流路６ｂを具備し、第１の流路６ａにバルブ７ａを介してエア源７が接続する。バルブ７ａを開くと、圧力のあるエアが第１の流路６ａに導かれ、第２の流路６ｂに接続する噴射ノズル６ｃから電極１に向かって噴射する。

また、第１の流路６ａと第２の流路６ｂとがつながる位置で、バルブ８ａ、９ａを介して洗浄水源８、液状の薬剤源９がそれぞれ接続する。エアが噴射ノズル６ａから噴射している状態でバルブ８ａ、９ａを開くと、エジェクタ効果によりエアに洗浄水（通常の淡水或いは純水）や薬剤が吸引されて、気液混合状態で噴射ノズル６ｃから電極１に向かって噴射する。

本実施形態のＯＲＰ測定装置により測定されたＯＲＰは情報処理装置１００に取り込まれ、情報処理装置１００はそれを指標にして活性汚泥処理の操業管理を行う。また、情報処理装置１００は、以下に説明するシーケンスに従ってバルブ７ａ、８ａ、９ａの開閉制御を行う。

次に、本実施形態のＯＲＰ測定方法について説明する。図３はＯＲＰ測定装置による１回のＯＲＰ測定処理を説明するためのフローチャートであり、図４は１回のＯＲＰ測定処理を説明するためのシーケンス図である。

情報処理装置１００は、タイマ等から測定開始信号を受けたならば、曝気槽内の被測定液ＬのＯＲＰを測定する前に、バルブ７ａ、８ａを開いて、洗浄装置６からエア及び洗浄水を噴射させて気液混合状態で電極１を洗浄する（ステップＳ１：前洗浄手順）。この場合に、エア及び洗浄水が供給されるに従って筒体４内にもともとあった液体（後述するように主に洗浄水である）、さらには筒体４内に充填したエア及び洗浄水がフィルタ５を介して筒体４外に流出するので、そのときにフィルタ５の外側面に付着している汚泥や藻を取り除く効果が得られる。

ステップＳ１の後に、バルブ７ａは開いたままでバルブ８ａを閉じて、洗浄装置６からエアだけを噴射させて筒体４内にエアを充填することにより、筒体４内に滞留している洗浄水をフィルタ５を介して筒体４外に排出する（ステップＳ２：排液手順）。このように筒体４内に滞留している洗浄水を排出することにより、短時間で精度良くＯＲＰを測定することが可能になる。すなわち、ステップＳ２の排液手順を行って洗浄水を積極的に追い出す場合、被測定液が直ちに筒体４内に流入して測定可能な状態となるのに対して、洗浄水を追い出さない場合には、筒体４内の洗浄水が被測定液に置換されるまでに長時間を要し、それまでは測定を完了することができず、また、完全に置換されるまでの時間も一定ではなく、洗浄水が残った状態での測定となる可能性もあり、精度が悪くなってしまう。

ステップＳ２の後に、バルブ７ａを閉じて、洗浄装置６からのエアの噴射を停止する。これにより、液圧により曝気槽内の被測定液Ｌがフィルタ５を介して筒体４内に徐々に流入するので、電極１を用いて被測定液ＬのＯＲＰを測定する（ステップＳ３：測定手順）。このときのＯＲＰの測定値は、図４に示すように、筒体４内の被測定液Ｌの量が増えるに従って徐々に高くなる。測定時間は筒体４内に被測定液Ｌが充填するのに十分な時間とし、測定終了時に前回の測定ホールド値と切り替える。情報処理装置１００は、次回の測定処理が開始されるまでは、今回取得された測定ホールド値を指標として操業管理を行う。

ステップＳ３の後に、バルブ７ａ、８ａ、９ａを開いて、洗浄装置６からエア及び洗浄水、薬剤を噴射させて気液混合状態で電極１を洗浄する（ステップＳ４：後洗浄手順）。この場合も、エア及び洗浄水、薬剤が供給されるに従って筒体４内にもともとあった液体（ステップＳ２において流入した濾過された被測定液Ｌである）、さらには筒体４内に充填したエア及び洗浄水、薬剤がフィルタ５を介して筒体４外に流出するので、そのときにフィルタ５の外側面に付着している汚泥や藻を取り除く効果が得られる。

ステップＳ４の後に、バルブ８ａは開いたままでバルブ７ａ、９ａを閉じて、洗浄装置６から洗浄水だけを導入する（ステップＳ５：置換手順）。これにより筒体４内を洗浄水で充満させることができ、電極１は洗浄水内で保管された状態となるので、電極１の被測定液Ｌへの連続接触を避け、これによるトラブルを回避することができる。

以上述べたステップＳ１〜ステップＳ５までの手順を一定時間間隔で繰返し実行する。一例を挙げれば、ステップＳ１〜ステップＳ５までの手順を３０分間隔で繰返し実行し、４８回／日でＯＲＰを測定する。また、１回の測定処理として、例えばステップＳ１、２、４、５の前洗浄手順、排液手順、後洗浄手順、置換手順をそれぞれ２０秒で行い、ステップＳ３の測定手順を１６０秒で行うようにすればよい（全体で２８０秒）。

また、ステップＳ５の置換手順を、次回の測定処理が開始されるまで継続することが好ましい。この場合には、次回の測定処理が開始されるまで洗浄水が連続的に供給されることになるので、電極１が常に清浄な洗浄水内で保管された状態となり、被測定液Ｌへの連続接触を避けることができるより効果的である。

以上述べたように、電極１のまわりの空間を筒体４により周囲から隔てるとともに、筒体４にフィルタ５を設けるようにしたので、電極１に汚泥や藻が付着しにくくなり、ＯＲＰ測定装置の電極劣化や測定精度が低下を抑えることができる。しかも、電極１を洗浄した後、洗浄装置６からエアだけを噴射させて筒体４内にエアを充填することにより、筒体４内に滞留している洗浄水をフィルタ５を介して筒体４外に排出するようにしたので、短時間で精度精度良く被測定液の水質を測定することが可能になる。

また、洗浄装置６としては、エア等の気体を噴射する気体噴射洗浄装置、洗浄水等を噴射する液体噴射洗浄装置、ブラシにより電極１を洗浄するブラシ洗浄装置、超音波を利用した超音波洗浄装置のいずれ一つ又は複数の組み合わせが可能であるが、特に上述したように筒体４内に気体（エア）及び液体（洗浄水、薬剤）を噴射或いは導入可能なものとして、ステップＳ１〜５の手順を行うようにすれば、人手により測定装置の電極１の洗浄を行う必要がなく、自動的に効果的な洗浄を行うとともに、短時間で精度精度良く被測定液のＯＲＰを測定することが可能になり、測定装置の電極劣化や測定精度の低下を抑えることができる。

以上、本発明を種々の実施形態とともに説明したが、本発明はこれらの実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更等が可能である。例えば、上記実施形態では、洗浄装置６が本発明でいう洗浄手段及び気体供給手段の機能を有するが、気体供給手段として、筒体４に気体供給専用のノズル等を設けるようにしてもよい。また、洗浄手段としても、気液混合でなく液体のみを噴射させて電極１を洗浄するようにしてもよい。なお、液体のみの場合は気液混合とする場合に比べて若干液圧を高くする必要がある。

また、上記実施形態では、測定手順（ステップＳ３）の前後で前処理（ステップＳ１、２）及び後処理（ステップＳ４、５）を行うようにしたが、前処理（ステップＳ１、２）のみを行うだけでもよい。

また、例えば曝気槽内の被測定液Ｌがタールや軽油等の油分を含むような場合には、上記実施形態のように洗浄水だけでなく薬剤を添加するのが有効である。もちろん、油分を含まない場合には、洗浄装置６から噴射させる液体として、洗浄水だけを用いるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、本発明をコークス製造時に発生する安水の活性汚泥処理に利用する例を説明したが、他の分野での活性汚泥処理に利用してもよく、さらには活性汚泥処理以外に利用してもかまわない。上記実施形態では、測定装置を被測定液中に潜漬させる潜漬タイプを説明したが、用途に応じて、被測定液が流通する配管内等に設置する流通タイプとしてもよい。

本実施形態のＯＲＰ測定装置の概略構成を示す図である。 洗浄装置の構成例を示す図である。 本実施形態のＯＲＰ測定装置による１回のＯＲＰ測定処理を説明するためのフローチャートである。 本実施形態のＯＲＰ測定装置による１回のＯＲＰ測定処理を説明するためのシーケンス図である。

符号の説明

１ 電極
２ 装置本体
３ 電極ホルダ
４ 筒体
５ フィルタ
６ 洗浄装置
７ エア源
８ 洗浄水源
９ 薬剤源

Claims (6)

1. 電極を被測定液中に位置させた状態にして前記被測定液の水質を測定する水質測定装置であって、
   前記電極のまわりの空間を周囲から隔てる隔壁部材と、
   前記隔壁部材に設けられたフィルタと、
   前記隔壁部材に設けられ、前記電極を液体洗浄する洗浄手段と、
   前記電極を液体洗浄した後、前記隔壁部材内に滞留している洗浄液体を前記フィルタを介して前記隔壁部材外に排出する気体供給手段とを備えたことを特徴とする水質測定装置。
2. 前記洗浄手段からの洗浄液体が気液混合であることを特徴とする請求項１に記載の水質測定装置。
3. 被測定液中に位置させた電極のまわりの空間を周囲から隔てる隔壁部材と、前記隔壁部材に設けられたフィルタと、前記隔壁部材に設けられ、前記電極を液体洗浄する洗浄手段と、前記隔壁部材内に滞留している洗浄液体を前記フィルタを介して前記隔壁部材外に排出する気体供給手段とを備えた水質測定装置による水質測定方法であって、
   前記被測定液の水質を測定する前に、前記洗浄手段から洗浄液体を噴射させて前記電極を洗浄する前洗浄手順と、
   前記前洗浄手順の後に、前記気体供給手段から気体を充填して前記隔壁部材内に滞留している洗浄液体を前記フィルタを介して前記隔壁部材外に排出する排液手順と、
   前記排液手順の後に、前記気体供給手段からの気体の充填を停止することにより前記フィルタを介して前記隔壁部材内に前記被測定液を流入させて、前記電極を用いて前記被測定液の水質を測定する水質測定手順とを有することを特徴とする水質測定方法。
4. 前記水質測定手順の後に、前記洗浄手段から洗浄液体を噴射させて前記電極を洗浄するとともに前記隔壁部材内を洗浄液体で充満させて、前記被測定液を洗浄液体で置換する手順を更に有することを特徴とする請求項３に記載の水質測定方法。
5. 前記前洗浄手順から前記置換手順までを一定時間間隔で繰返し実行することを特徴とする請求項４に記載の水質測定方法。
6. 前記洗浄手段からの洗浄液体が気液混合あることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の水質測定方法。

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