JP4777483B2 - 排水油膜検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、排水表面の油膜の有無を光学的に検出する、排水油膜検出装置に関する。
本願は、２００８年１１月２０日に、日本に出願された特願２００８−２９６３１８号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

水域汚染事故防止のために、公共用水域、浄水処理の取水、排水処理の排水、養魚場・養殖場の取水・排水などの水質監視用に各種の油膜検出装置が提案されている。特に油流出事故を簡単、正確かつ連続的に監視するために、水面の反射率を光学的に検知する反射率測定方法が広く採用されている。

例えば特許文献１には、水路に浮かべたフロートに油膜検知器を搭載した、フロート型の油膜検出装置が開示されている。しかし、このようなフロート型の油膜検出装置は平滑な水面以外では油膜検出が困難であることや、検出精度が水面油膜の連続性により左右されることや、フロートを浮かべることができる面積の水面が必要であること等の問題があった。

また、特許文献２には、サンプリングした排水を試料水槽に導き、励起光照射手段と蛍光受光手段とによって油膜の有無を検知するサンプリング型の油膜検出装置が開示されている。しかし、排水中に汚泥が含まれる場合には、頻繁に内部清掃を行わないと汚泥の詰まりが生じて安定した油膜検出が不可能となる。従ってメンテナンスに多くの手数を要し、その間は油膜検知ができないという問題があった。

特開平１１−２２３５９８号公報 特開２００６−１４５３４６号公報

本発明の目的は、上記した従来の問題点を解決し、排水表面の油膜の有無を、正確かつ容易に検出することができ、しかも排水中に汚泥が含まれていても内部で詰まりが生じにくくメンテナンスの容易な排水油膜検出装置を提供することである。

本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
（１）本発明の、排水油膜検出装置は、排水を取り込んで流入室、測定室、流出室の順に流しながら前記排水上の油膜を検出し、前記流入室と前記測定室と前記流出室とが内部に配される測定槽と；前記測定槽の外より前記排水を前記流入室内に流入させる流入管と；前記流入室と前記測定室との間を仕切る第１仕切板と；前記測定室と前記流出室との間を仕切る第２仕切板と；前記測定室から前記流出室に向かう前記排水の水面を前記測定室内の油膜検出部に向かって導く誘導板と；前記測定室の底部に設けられた、前記測定室内の堆積物を排出する排出部と；前記油膜検出部に導かれた前記水面上の前記油膜を検出する検出器と；を備え、前記流入管は、前記測定槽を平面視した場合に前記排水をその流れ方向に対して左右に分散させ；上側凹部と、下側凹部とは、前記第１仕切板に形成され；前記第２仕切板の上縁は、前記第１仕切板の上縁よりも低くて、且つ、前記上側凹部の底部よりも高い位置に設けられる。

（２）上記（１）の排水油膜検出装置では、前記上側凹部及び下側凹部は、前記第１仕切板の左右方向中央に各々設けられても良い。

（３）上記（１）の排水油膜検出装置では、前記流入管は、前記排水を前記流入室の左右側壁の方向に分散して流入させるＴ字管であり、その噴出角度を水平面に対して上方に２０°〜下方に９０°の範囲としても良い。

（４）上記（１）の排水油膜検出装置では、前記誘導板は、前記流入室から前記流出室に向かって先細りするように配置される２つの板部材であり、その２つの誘導板を平面視した場合における角度αを５０°〜８０°の範囲としても良い。

（５）上記（１）の排水油膜検出装置では、前記第１仕切板と、前記第２仕切板と、前記誘導板と、が前記測定槽に対して着脱自在であっても良い。

（６）上記（５）の排水油膜検出装置では、前記排出部に、バルブを設けても良い。

（７）上記（１）の排水油膜検出装置では、前記流出室に、排水管を設けても良い。

（８）上記（１）に記載の排水油膜検出装置では、前記誘導板の下縁が前記上側凹部の底部よりも低くて、且つ、前記下側凹部の頂部よりも高い位置に配置されても良い。

上記（１）に記載の排水油膜検出装置によれば、流入室内に取り込まれる排水は、流入管によってその流れが左右方向に分散かつ曲げられる。その際、排水の流れに生じる圧力損失増大などにより、流入室内に流れ込む際の流速が下がるので、流入室内の波立が測定室内にまで及ぶのを抑制出来る。また、測定室内の排水の水面が誘導板により油膜検出部に向かって確実に誘導され、しかも、前記第２仕切板の上縁が、前記第１仕切板の上縁よりも低くて、且つ、前記上側凹部の底部よりも高い位置に設けられるので、誘導後の排水を、第２仕切板を乗り越えさせて流出室内に排出することができる。さらには、例え排水内に汚泥が含まれていて、第１仕切板の下側凹部を介して測定室内に入り込んだとしても、排出部を介してこれを測定槽外に排出することができる。
したがって、上記（１）に記載の排水油膜検出装置によれば、測定室内の波立を抑制できるので、排水の水面上の油膜の有無を正確かつ容易に検出することができる。しかも、排水中に汚泥が含まれていても、排出部を介して測定槽外に排出できるので、内部で詰まりが生じにくく、メンテナンスを容易にすることができる。

上記（２）の発明によれば、流入室内の波立が測定室内にまで及ぶのを更に抑制出来る。

上記（３）の発明によれば、流入水による液面の変動を効果的に抑制することができる。このため、安定した油膜検出が可能となる。

上記（４）の発明によれば、油膜を効率よく測定点に集めることができる。

上記（５）の発明によれば、装置全体の分解掃除をより容易に行うことができる。

上記（６）の発明によれば、容易に汚泥等の堆積物を、排出部を介して測定槽外に排出できる。

上記（７）の発明によれば、容易に流出室から排水を行なうことができる。

上記（８）の発明によれば、誘導板が測定室の底部の汚泥等により汚れることを防ぐことができ、又、メンテナンスのための洗浄又は交換を容易に行なうことができる。

本発明の排水油膜検出装置の一実施形態を示す斜視図である。 同排水油膜検出装置の平面図である。 同排水油膜検出装置の垂直断面図である。 誘導板間の角度と油膜形成率との関係を示すグラフである。 油膜検知器の構成説明図である。 上下方向の噴出角度が０°の場合の流出口を示す図である。 上下方向の噴出角度が０°の場合の波高を示す図である。 上下方向の噴出角度が０°の場合の指示値を示す図である。 噴出角度が上向き３０°の場合の流出口を示す図である。 噴出角度が上向き３０°の場合の波高を示す図である。 噴出角度が上向き３０°の場合の指示値を示す図である。 噴出角度が下向き３０°の場合の流出口を示す図である。 噴出角度が下向き３０°の場合の波高を示す図である。 噴出角度が下向き３０°の場合の指示値を示す図である。 上下方向の噴出角度と波高との関係を示すグラフである。

以下に本発明の好ましい実施形態を説明する。図１は本発明の排水油膜検出装置の一実施形態を示す斜視図、図２は平面図、図３は垂直断面図である。これらの図において、符号１は直方体状の測定槽である。この測定槽１の内部は、鉛直方向にそって配された第１仕切板２と、鉛直方向にそって配された第２仕切板３とによって、流入室４と測定室５と流出室６とに区画されている。これら流入室４、測定室５、流出室６の、測定槽１に対する容積比率は特に限定されるものではないが、測定室５の容積比率を最も大きくしておくことが好ましく、測定室５の測定槽１に対する容積比率を５０〜８０％としておくことが好ましい。尚、測定槽１やその他部材は、透明な部材で構成されても良い。

測定槽１には、流入室４側の側壁を貫通する流入管７が設けられている。この流入管７は、サンプリングされた排水を流入室４内に流入するために設けられている。この実施形態では、流入管７としてＴ字管が用いられており、流入管７の先端８は左右の側壁９に向かって延在し、左右それぞれの端部で開口している。排水は流入管７の先端８から２つに分かれて噴出する。好ましい噴出方向については後述する。尚、本実施形態では流入管７としてＴ字管を用いるが、本発明の流入管７はＴ字管に限られず、例えばＹ字型の管など流れを分散できる管であっても良い。

第１仕切板２の上部には上側凹部１０が設けられ、また、下部には下側凹部１１が設けられる。尚、上側凹部１０及び下側凹部１１は、仕切板２の幅方向中央部に設けられることが好ましい。流入管７から流入室４に流入された排水はこれらの上側凹部１０、下側凹部１１を通じて測定室５に流入する。上側凹部１０の両側は水面よりも高い防波堤１２として機能する。従って、流入する排水の勢いによって流入室４の液面が波立ったとしても、その影響が測定室５に及びにくくなっている。上側凹部１０の幅は槽内幅の１／５〜１／３程度とすることが好ましい。

第１仕切板２の下部に形成された下側凹部１１は、排水中に含まれる汚泥Ｓを流入室４内に堆積させず、測定室５内に流動させる機能を持つ。下側凹部１１の幅も槽幅の１／５〜１／３程度とすることが好ましい。これらの上側凹部１０，下側凹部１１の幅は上記範囲よりも狭すぎると本来の機能を発揮しにくくなり、広すぎると流入室４の液面の波立ちが測定室５に及び易くなる。尚、測定室５内に流動された汚泥Ｓは、測定室５の底部に配される開閉可能な汚泥排出口２２から排出される。この汚泥排出口２２は、通常時は開閉バルブ等によって閉鎖し、メンテナンス時等にバルブを開いて汚泥を除去して良い。

槽内幅の全体に亘って延在している第２仕切板３の高さは、第１仕切板２の防波堤１２の高さ、即ち第１仕切板２の上側凹部１０以外の部分（防波堤１２）の高さよりも低く設計されている。また、上側凹部１０の底部（深さ）は、第２仕切板３の高さよりも低いことが好ましい。このような設計により、測定室５内の排水は流入室４内の排水と同じ水位を保ちつつ、第２仕切板３の上端をオーバーフローして流出室６に流下する。従って、測定室５内の水面高さは、第２仕切板３の高さによって決定される。なお、流出室６には排水管１３が設けられてることが好ましく、これにより測定槽１の外部に排水が行われる。この排水管１３は、好ましくは第２仕切板３の高さよりも低い箇所に設けられ、より好ましくは流出室６の底面あるいは側壁下部に設けられる。なお、本実施形態においては排水管１３により排水を行なっているが、流出室から排水を吸い上げる構成などを採用しても良い。

左右一対の誘導板１４、１４は、その下縁が測定室５の水面下に沈むように設けられる。これらの誘導板１４、１４は、水面内に上下にそって配置され、測定室５内の水面に浮かんでいる油膜を第２仕切板３付近の測定点１５に集める役割を持つ。このために図２に示すように、一対の誘導板１４、１４は、第１仕切板２側から第２仕切板３側に向かって互いの間隔が狭くなるように設置されている。即ち、流入室４から流出室６に向かって先細りするように配置されている。測定室５の内部で排水は第２仕切板３に向かって流れるため、このように誘導板１４、１４を配置することによって油膜を効率よく測定点１５に集めることができる。なお、下縁部の沈む深さは、前記第２仕切板の上側凹部よりも低く、前記第１仕切板の前記下側凹部よりも高い位置に配置されることが好ましい。

一対の誘導板１４，１４を平面視した場合における角度αは５０°〜８０°の範囲とすることが好ましい。その理由は、図４のグラフに示すとおりである。角度αが５０°未満では油膜形成率（後述）が低下するため測定点１５に安定した油膜を形成しにくくなる。逆に角度αが８０°を越えると測定点１５における流速が低下するので水面が盛り上がりやすく、やはり安定した油膜を形成しにくくなる。なお、第２仕切板３上における誘導板１４，１４間の距離ｄは、次に述べる油膜検知器１６の照射光の径φよりもやや大きめに設定される。

測定点１５の上方には、光学式の油膜検知器１６が設置される。本実施形態の油膜検出装置１６は、水面の反射率を光学的に検知することによって油膜の有無を検知する方式を用いている。図５は、本実施形態の油膜検知器１６の構成を示す説明図である。光源１７は、発振回路２４からの信号を受けて照射光Ｌ１を集光レンズ１８に向けて照射する。この照射光Ｌ１は集光レンズ１８により所定径Φを有するパルス光線Ｌ２に変換される。このパルス光線Ｌ２は、水面Ｗの測定点１５に照射される。このパルス光線Ｌ２の反射光Ｌ３は、集光レンズ１９で集められ、受光器２０がその集められた光Ｌ４を受光する。受光器２０で得られる反射光の強度は、反射光強度信号としてパルス増幅回路２５を介してピークホールド回路２１へ送られる。このピークホールド回路は、反射光強度のピーク値等を記録する記録計２７と、反射光強度から水面の反射率を算出し、この反射率を指示値（％）として示す指示計２８と、に接続される。尚、一般に、水面に油膜が張っていない状態で測定した際の指示値は２％であり、水面に油膜が張った状態で測定した際の指示値は３〜５％である。水面Ｗの反射率は油膜があると大きくなるので、ピークホールド回路２１により反射光強度の最大値が検出できる。この方式において正確な油膜検出を行うためには、油膜形成率が９５％以上であることが好ましい。尚、ここで言う油膜形成率とは、一対の誘導板１４，１４の間における、水面の面積に対する油膜の形成面積の割合を指す。即ち、一対の誘導板１４，１４の間において油膜が一切形成されていない場合の油膜形成率は０％であり、一方、一対の誘導板の間において油膜が全体に亘り形成されている場合の油膜形成率は１００％である。前述した誘導板１４、１４は油膜形成率を向上させるために用いられる。更に、ピークホールド回路２１は警報回路２９等を備えても良い。この警報回路はピークの値が閾値を越えるとアラーム３０へ信号を出力し、油膜が閾値レベルを超えたことをオペレータ等に知らせることができる。また、パルス増幅回路を解してピークホールド回路へ送られた反射光強度信号は、電圧電流変換回路２６により電気信号に変換され、遠く離れた計測機器（図示せず）などに４〜２０ｍＡの出力信号を用いて信号伝送されても良い。なお、油膜検知器１６の形式は必ずしも本実施形態の構造のみに限定されず、各種の油膜検知器を用いることができる。

このように水面の反射率による油膜検知を正確に行うためには、流入管７から流入された排水の勢いによって生じる水面の波立ちをできるだけ小さくすることが必要である。図６Ａ、図７Ａ、図８Ａは、上下方向の噴出角度θを０°、上向きに３０°、下向きに３０°とした場合の流入管７の先端８の正面図をそれぞれ示す。図６Ｂ、図７Ｂ、図８Ｂは、上下方向の噴出角度θを０°、上向きに３０°、下向きに３０°とした場合それぞれの、測定点における波高ｐ−ｐ（ｍｍ）を、時間ｔを横軸に取って示したグラフである。図６Ｃ、図７Ｃ、図８Ｃは、上下方向の噴出角度θを、０°、上向きに３０°、下向きに３０°とした場合それぞれの、測定点における油膜検知器１６の指示値を、時間ｔを横軸に取って示したグラフである。また、図９は、流入管７の先端８からの噴出方向を上下方向に変化させたときの、噴出方向と、水面の波高及び油膜検知器１６の指示値と、の関係を測定した結果を示している。図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃ、図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃに示すように、噴出方向が水平であるか下向き３０°の場合には波高ｐ−ｐが小さく、指示値も安定している。しかし図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃに示すように、噴出角度を上向きに３０°とすると波高ｐ−ｐが大きくなり、指示値の変動も大きい。図９はその結果を集約したグラフであり、許容できる波高ｐ−ｐの基準値を１ｍｍに設定すると、上向きの場合には水平面に対して上向きに２０°が限界であり、下向きの場合には水平面に対して下向きに９０°としても差し支えないことを示している。

上記のように構成された本発明の油膜検出装置は、サンプリングされた排水の油膜の有無を正確かつ簡便に検出することができる。また排水に汚泥Ｓが混入している場合には、図３に示したように流入室４の内部に汚泥Ｓが堆積するおそれがあるが、本発明の油膜検出装置は第１仕切板２の下部に下側凹部１１を備えているため、汚泥は流入室４から測定室５に向かう水流とともに測定室５に流入する。このため測定室５の底面に汚泥排出口２２を設けて、バルブ等を用いて定期的に汚泥を排出すればよく、メンテナンスが容易になる。さらに第１仕切板２、第２仕切板３、誘導板１４、１４を測定槽１に対して着脱自在としておけば、全体の分解掃除を容易に行うことができる。

尚、本発明の技術範囲は上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、上記実施形態で挙げた具体例な構成等はほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。

本発明の排水の油膜検出器によれば、排水表面の油膜の有無を正確かつ容易に検出することができ、しかも排水中に汚泥が含まれていても内部で詰まりが生じにくくメンテナンスが容易であるため、産業上の利用可能性は極めて高い。

１ 測定槽
２ 第１仕切板
３ 第２仕切板
４ 流入室
５ 測定室
６ 流出室
７ 流入管
８ 先端
９ 側壁
１０ 中央上部凹部
１１ 中央下部凹部
１２ 防波堤
１３ 排水管
１４ 誘導板
１５ 測定点
１６ 油膜検知器
１７ 光源
１８ 集光レンズ
１９ 集光レンズ
２０ 受光器
２１ ピークホールド回路
２２ 汚泥排出口
２４ 発振回路
２５ パルス増幅回路
２６ 電圧電流変換回路
２７ 記録計
２８ 指示計
２９ 警報回路
３０ アラーム
Ｗ 水面
Ｓ 汚泥

Claims (8)

1. 排水を取り込んで流入室、測定室、流出室の順に流しながら前記排水上の油膜を検出する排水油膜検出装置であって、
   前記流入室と前記測定室と前記流出室とが内部に配される測定槽と；
   前記測定槽の外より前記排水を前記流入室内に流入させる流入管と；
   前記流入室と前記測定室との間を仕切る第１仕切板と；
   前記測定室と前記流出室との間を仕切る第２仕切板と；
   前記測定室から前記流出室に向かう前記排水の水面を前記測定室内の油膜検出部に向かって導く誘導板と；
   前記測定室の底部に設けられた、前記測定室内の堆積物を排出する排出部と；
   前記油膜検出部に導かれた前記水面上の前記油膜を検出する検出器と；
   を備え、
   前記流入管が、前記測定槽を平面視した場合に前記排水をその流れ方向に対して左右に分散させ；
   上側凹部と、下側凹部とが、前記第１仕切板に形成され；
   前記第２仕切板の上縁が、前記第１仕切板の上縁よりも低くて、且つ、前記上側凹部の底部よりも高い位置に設けられる；
   ことを特徴とする排水油膜検出装置。
2. 前記上側凹部及び下側凹部は、前記第１仕切板の左右方向中央に各々設けられることを特徴とする請求項１記載の排水油膜検出装置。
3. 前記流入管は、前記排水を前記流入室の左右側壁の方向に分散して流入させるＴ字管であり、その噴出角度を水平面に対して上方に２０°〜下方に９０°の範囲としたことを特徴とする請求項１記載の排水の油膜検出装置。
4. 前記誘導板は、前記流入室から前記流出室に向かって先細りするように配置される２つの板部材であり、その２つの誘導板を平面視した場合における角度αを５０°〜８０°の範囲としたことを特徴とする請求項１記載の排水の油膜検出装置。
5. 前記第１仕切板と、前記第２仕切板と、前記誘導板と、が前記測定槽に対して着脱自在であることを特徴とする請求項１記載の排水の油膜検出装置。
6. 前記排出部に、バルブを設けたことを特徴とする請求項１記載の排水の油膜検出装置。
7. 前記流出室に、排水管を設けたことを特徴とする、請求項１記載の排水の油膜検出装置。
8. 前記誘導板の下縁が前記上側凹部の底部よりも低くて、且つ、前記下側凹部の頂部よりも高い位置に配置されることを特徴とする請求項１に記載の排水の油膜検出装置。

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