JP5399725B2

JP5399725B2 - 水質推定装置および水質推定方法

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Publication number: JP5399725B2
Application number: JP2009013685A
Authority: JP
Inventors: 英幸吉本; 文雄武藤; 真砂郎平井
Original assignee: Nihon Suido Consultants Co Ltd
Current assignee: Nihon Suido Consultants Co Ltd
Priority date: 2009-01-23
Filing date: 2009-01-23
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2029-01-23
Also published as: JP2010169598A

Description

本発明は、雨水時の水質を推定するための水質推定装置および水質推定方法に関する。

下水道法施行令の改正により、合流式下水道について、省令で定める降雨による雨水の影響が大きいときにおける放流水の水質基準（生物化学的酸素要求量）が規定されると共に、基準値を満足する放流水質が得られていることを確認するために少なくとも年１回の水質検査を行うことが規定された。

しかし、雨天時流出水のモニタリングは、降雨時に人手による採水を行う方法が一般的であり、自然現象の予測が難しい現状において、法令に定められた条件を満たす適切な採水を行うことは、時間的にも費用的にも、地方公共団体等の水質検査を義務づけられているものにとって大きな負担となっている。

一方、今後、貯留施設・処理施設の導入及び分流化など、合流式下水道の改善対策の進捗に伴い、当該施設の運転管理や対策効果の把握を目的とした水質計測へのニーズが高まり、モニタリングの必要性はさらに増すものと考えられる。したがって、時間及び費用の低減を目的とする雨水時流出水のモニタリングの効率化は、喫緊の課題である。

雨水時流出水のモニタリングの効率化の手法としては、濁度計を用いた生物化学的酸素要求量（Biochemical Oxygen Demand: BOD）の推定が、従来から検討されている（例えば、特許文献１参照）。また、濁度が水の気泡等の影響を受けやすい短所を改善するために、濁度と電気伝導度との相関性を利用し、電気伝導度の検出に基づき水質汚濁を評価する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００６−１２５９３０（特許請求の範囲）特開２００２−００５８６３（特許請求の範囲、図３）

しかし、水の濁度とＢＯＤとの相関については、相関が高いところもある一方で、相関が極めて低いところもある。したがって、上記特許文献１の方法では、濁度によるＢＯＤの推定を正確に行うことは難しい。また、上記特許文献２の方法のように電気伝導度から濁度をより正確に求めることができたとしても、上記特許文献１の方法と同様、ＢＯＤの推定を正確に行うことは難しい。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、評価対象の水のＢＯＤを実測することなく、より正確なＢＯＤを把握することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明の水質推定装置は、水の濁度、水の電気伝導度、水に溶存する溶存酸素の濃度、および生物化学的酸素要求量の各実測値を受け付けると共に、水の生物化学的酸素要求量を推定する式を作成するための演算装置を少なくとも備え、当該演算装置は、晴天時の電気伝導度に対するその晴天時と同時間帯の雨天時の電気伝導度の比率を算出する比率算出部と、その比率が所定値より少ない時間帯を選択する時間帯選択部と、選択された時間帯における生物化学的酸素要求量の実測値、濁度の実測値および溶存酸素の濃度の実測値を取得する実測値取得部と、取得した生物化学的酸素要求量および濁度の各実測値を各座標とする複数の点を最近接で通る第一累乗回帰式を作成する第一累乗回帰式作成部と、第一累乗回帰式に濁度の実測値を代入して、生物化学的酸素要求量の推定値を算出する生物化学的酸素要求量算出部と、生物化学的酸素要求量の推定値に対する生物化学的酸素要求量の実測値の比率と溶存酸素の濃度の実測値を各座標とする複数の点を最近接で通る第二累乗回帰式を作成する第二累乗回帰式作成部と、第一累乗回帰式と第二累乗回帰式を用いて、濁度および溶存酸素の濃度の各実測値から、生物化学的酸素要求量の推定値を算出するための生物化学的酸素要求量推定式を作成する推定式作成部とを備える。このため、この水質推定装置を用いることにより、雨水時に水のＢＯＤを測定することなく正確なＢＯＤの情報を得るための推定式を作成することができる。

本発明の水質推定装置は、さらに、比率算出部が晴天時の電気伝導度に対するその晴天時と同時間帯の測定対象となる雨天時の電気伝導度の比率を算出し、時間帯選択部が、その比率が所定値より少ない時間帯を選択し、実測値取得部が、測定対象時の選択された時間帯における濁度および溶存酸素の濃度の各実測値を取得し、推定式作成部にて作成された生物化学的酸素要求量推定式に、取得した濁度および溶存酸素の濃度の各実測値を代入し、測定対象となる雨天時の生物化学的酸素要求量を推定する生物化学的酸素要求量推定部を備える。このため、この水質推定装置を用いることにより、ＢＯＤを測定したい雨水時の水の電気伝導度、濁度および溶存酸素濃度を実測するだけで、より正確かつ迅速にＢＯＤの情報を得ることができる。

本発明の水質推定装置は、比率算出部により、雨天時から遡った過去の同じ曜日の晴天時の電気伝導度を用いて前記の比率を算出する。このため、天候以外の他の条件（例えば、測定対象の水への外部水の流出状況）が水の電気伝導度に与える影響をより低減できるので、主として天候の違いに依存した電気伝導度の比率が得られる。

本発明の水質推定方法は、水質を推定するための演算を行うための演算装置を少なくとも備えた水質推定装置を用いて、水の生物化学的酸素要求量を推定するための水質推定方法であって、当該演算装置により、水の濁度、水の電気伝導度、水に溶存する溶存酸素の濃度、および生物化学的酸素要求量の各実測値を受け付ける第一受付ステップと、晴天時の電気伝導度に対するその晴天時と同時間帯の雨天時の電気伝導度の比率を算出する第一比率算出ステップと、上記比率が所定値より少ない時間帯を選択する第一時間帯選択ステップと、選択された時間帯における生物化学的酸素要求量、濁度の実測値および溶存酸素の濃度の各実測値を取得する第一実測値取得ステップと、取得された生物化学的酸素要求量および濁度の各実測値を各座標とする複数の点を最近接で通る第一累乗回帰式を作成する第一累乗回帰式作成ステップと、第一累乗回帰式に濁度の実測値を代入して、生物化学的酸素要求量の推定値を算出する生物化学的酸素要求量算出ステップと、生物化学的酸素要求量の推定値に対する生物化学的酸素要求量の実測値の比率と、溶存酸素の濃度の各実測値とを各座標とする複数の点を最近接で通る第二累乗回帰式を作成する第二累乗回帰式作成ステップと、第一累乗回帰式と第二累乗回帰式を用いて、濁度および溶存酸素の濃度の各実測値から、生物化学的酸素要求量の推定値を算出するための生物化学的酸素要求量推定式を作成する推定式作成ステップとを行う。このため、この水質推定方法を用いることにより、雨水時に水のＢＯＤを測定することなく正確なＢＯＤの情報を得るための推定式を作成することができる。

本発明の水質推定方法は、推定式作成ステップの後に、演算装置により、晴天時の電気伝導度に対するその晴天時と同時間帯の測定対象である雨天時の電気伝導度の比率を算出する第二比率算出ステップと、その比率が所定値より少ない時間帯を選択する第二時間帯選択ステップと、測定対象時の選択された時間帯における濁度および溶存酸素の濃度の各実測値を取得する第二実測値取得ステップと、推定式作成ステップにて作成された生物化学的酸素要求量推定式に、取得した濁度および溶存酸素の濃度の各実測値を代入し、測定対象の雨天時の生物化学的酸素要求量を推定する生物化学的酸素要求量推定ステップを、さらに行う。このため、この水質推定方法を用いることにより、ＢＯＤを測定したい雨水時の水の電気伝導度、濁度および溶存酸素濃度を実測するだけで、より正確かつ迅速にＢＯＤの情報を得ることができる。

本発明の水質推定方法は、第一比率算出ステップまたは第二比率算出ステップが、雨天時から遡った過去の同じ曜日の晴天時の電気伝導度を用いて、前記比率を算出する。このため、天候以外の他の条件（例えば、測定対象の水への外部水の流出状況）が水の電気伝導度に与える影響をより低減できるので、主として天候の違いに依存した電気伝導度の比率が得られる。

本発明によれば、評価対象の水のＢＯＤを実測することなく、より正確なＢＯＤを把握することができる。

図１は、本発明に係る水質推定装置の実施の形態を示す簡易外観図である。図２は、図１に示す演算装置の構成を機能に分けて示す機能ブロック図である。図３は、本発明に係る水質推定方法の実施の形態であって、ＢＯＤ推定式を作成するための主な処理の流れを示すフローチャートである。図４は、図３に示す各処理の過程で取得あるいは作成される情報例を示す図である。図５は、図４に続いて、図３に示す各処理の過程で取得あるいは作成される情報例を示す図である。図６は、本発明に係る水質推定方法の実施の形態であって、ＢＯＤを推定するための主な処理の流れを示すフローチャートである。図７は、ＢＯＤ推定式を用いて推定したＢＯＤが実測ＢＯＤに近いことを説明するためのグラフである。

１水質推定装置
２演算装置
２１表示部
２２入力部
２３情報受付部
２４比率算出部
２５時間帯選択部
２６実測値取得部
２７第一累乗回帰式作成部
２８ＢＯＤ算出部（生物化学的酸素要求量算出部）
２９第二累乗回帰式作成部
３０推定式作成部
３１ＢＯＤ推定部（生物化学的酸素要求量推定部）
３２記録部

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。

１．水質推定装置
図１は、本発明に係る水質推定装置の実施の形態を示す簡易外観図である。

この水質推定装置１は、演算装置２と、濁度検出器３と、電気伝導度検出器４と、溶存酸素濃度検出器５とを備える。濁度検出器３は、水（この実施の形態では、一例として「下水」とする。以下、同様である。）の濁度を検出するための検出器である。電気伝導度検出器４は、下水の電気伝導度（Electrical Conductivity: EC）を検出するための検出器である。溶存酸素濃度検出器５は、下水に溶存する溶存酸素（Dissolved Oxygen: DO）の濃度を検出するための検出器である。ただし、濁度検出器３、電気伝導度検出器４および溶存酸素濃度検出器５は、水質推定装置１に必須ではなく、水質推定装置１からこれらの検出器３，４，５の内の１または２以上の検出器を除外しても良い。その場合、演算装置２に、後述の入力部２２を介して、各検出器で測定した実測値を入力できるようにするのが好ましい。

演算装置２は、表示部２１と、入力部２２とを備えると共に、濁度検出器３、電気伝導度検出器４および溶存酸素濃度検出器５との間で、電気信号を受信可能に接続されている。また、演算装置２は、濁度検出器３、電気伝導度検出器４および溶存酸素濃度検出器５からの各種検出信号と、生物化学的酸素要求量（Biochemical Oxygen Demand: BOD）の値の入力を受け付けると共に、下水のＢＯＤを推定する式を作成するための装置である。

図２は、演算装置２の構成を機能に分けて示す機能ブロック図である。

演算装置２は、上記の表示部２１および上記の入力部２２に加え、情報受付部２３、比率算出部２４、時間帯選択部２５、実測値取得部２６、第一累乗回帰式作成部２７、ＢＯＤ算出部２８、第二累乗回帰式作成部２９、推定式作成部３０、ＢＯＤ推定部３１および記録部３２を備える。

表示部２１は、使用者が入力した情報、上述の各種検出器３，４，５からの情報、各情報から演算により求めた情報等を表示する部分である。ただし、表示部２１は、必須の構成ではなく、表示部２１を備えていない演算装置２であっても良い。

入力部２２は、使用者が情報を入力するための構成部であり、キーボード、ポインティングデバイス、タッチパネル式のスイッチ、音声入力装置等の任意の形態を持つ部分である。入力部２２は、例えば、使用者がＢＯＤの実測値を入力する際に使用可能である。また、使用者は、濁度、ＥＣあるいはＤＯの濃度（以下、ＤＯ濃度という）の各データを入力部２２から入力することもできる。

情報受付部２３は、上述の各種検出器３，４，５からの検出信号、入力部２２から入力された信号を受け付ける構成部である。情報受付部２３は、受け付けた各種信号に基づく情報の１種または２種以上を記録部３２に送って記録する。

比率算出部２４は、晴天時のＥＣに対するその晴天時と同時間帯の雨天時のＥＣの比率（雨天時ＥＣ／晴天時ＥＣ）を算出する構成部である。晴天時のＥＣは、使用者が晴天時に測定して得られたＥＣ、あるいは晴天であることを湿度、気温その他の情報から自動的に判断して測定し得られたＥＣなど、どのような方法で得られたものであっても良い。雨天時のＥＣも同様である。好ましくは、天候とは無関係にＥＣを一定時間毎に測定し、天候の情報については、使用者により入力し、上述のような自動的な判断により決定し、あるいは通信回線等を利用して外部から受信し、それによって得られた天候の情報を検出された一定時刻毎のＥＣと対応付けるようにする。雨天時の下水は雨水に起因して外部から流入する水により希釈されるため、雨天時のＥＣは、かかる希釈が少ない晴天時のＥＣに比べて低い。このため、雨天時ＥＣ／晴天時ＥＣは、０〜１の範囲の値をとる。

時間帯選択部２５は、比率算出部２４によって算出した比率が所定値より少ない時間帯を選択する構成部である。ここで、所定値は、固定された特定の数値であるか、任意に設定可能な数値であるかを問わない。また、所定値は、特定の数値に限定されるものではないが、好ましくは、０．８〜０．９５、より好ましくは０．８５〜０．９２、さらに好ましくは０．９０である。比率が当該所定値より少なくなる時間帯は、下水が雨水の影響を受けている時間帯であり、ＢＯＤの測定対象となる時間帯である。時間帯選択部２５は、かかる時間帯を選択する。かかる時間帯は、適宜、記録部３２に記録される。

実測値取得部２６は、時間帯選択部２５により選択された時間帯におけるＢＯＤの実測値、濁度の実測値およびＤＯ濃度の実測値を取得する構成部である。例えば、選択された時間帯が「午前９時〜午後２時」と仮定すると、実測値取得部２６は、午前９時〜午後２時までの間のＢＯＤ、濁度およびＤＯ濃度を選ぶことになる。ＢＯＤは、通常、採水から約５日後にならないとその値がわからない。このため、推定式を作成する段階では、一定時間毎に採水して下水のＢＯＤを測定しておき、実測値取得部２６が選択した時間帯のＢＯＤが不存在とならないようにしておくのが好ましい。濁度およびＤＯ濃度については、ＢＯＤと比べて短時間で測定できる。このため、一定時間毎の測定を継続し、実測値取得部２６は、選択された時間帯におけるＢＯＤ、濁度およびＤＯ濃度を取得すれば良い。取得したＢＯＤ、濁度およびＤＯ濃度は、適宜、記録部３２に記録される。

第一累乗回帰式作成部２７は、実測値取得部２６により取得されたＢＯＤの実測値と濁度の実測値を各座標とする複数の点を最近接で通る第一累乗回帰式を求める構成部である。具体的には、第一累乗回帰式作成部２７は、濁度をｘ軸、ＢＯＤの実測値（実測ＢＯＤとする）をｙ軸とするｘ−ｙ平面に、上記複数の点をプロットし、各プロットに最も近接するような曲線の式であるＹ＝ａ×Ｘ^ｂ（Ｙ：濁度推定ＢＯＤ、ａ：係数、Ｘ：濁度、ｂ：Ｘの乗数）を求め、当該式のａおよびｂを特定する。

ＢＯＤ算出部２８は、生物化学的酸素要求量算出部に相当し、上記第一累乗回帰式に上記濁度の実測値を代入して、ＢＯＤの推定値（これを、濁度だけで推定したＢＯＤであることから、「濁度推定ＢＯＤ」という）を算出する構成部である。

第二累乗回帰式作成部２９は、濁度推定ＢＯＤに対する上記ＢＯＤの実測値の比率（実測ＢＯＤ／濁度推定ＢＯＤ）と上記ＤＯ濃度の実測値を各座標とする複数の点を最近接で通る第二累乗回帰式を求める構成部である。具体的には、第二累乗回帰式作成部２９は、ＤＯ濃度をｘ軸、実測ＢＯＤ／濁度推定ＢＯＤをｙ軸とするｘ−ｙ平面に、ＤＯ濃度の実測値と実測ＢＯＤ／濁度推定ＢＯＤをそれぞれｘ座標およびｙ座標とする複数の点をプロットし、各プロットに最も近接するような曲線の式であるＷ＝ｃ×Ｖ^ｄ（Ｗ：実測ＢＯＤ／濁度推定ＢＯＤ、ｃ：係数、Ｖ：ＤＯ濃度の実測値、ｄ：Ｖの乗数）を求め、当該式のｃおよびｄを特定する。

推定式作成部３０は、上記第一累乗回帰式（Ｙ＝ａ×Ｘ^ｂ）と上記第二累乗回帰式（Ｗ＝ｃ×Ｖ^ｄ）を用いて、濁度の実測値とＤＯ濃度の実測値から、ＢＯＤの推定値を算出するためのＢＯＤ推定式を作成する構成部である。この結果、「実測ＢＯＤ＝ａ×Ｘ^ｂ×ｃ×Ｖ^ｄ」というＢＯＤ推定式が得られる。ここで、「実測ＢＯＤ」は、推定しようとするＢＯＤに相当する。

ＢＯＤ推定部３１は、生物化学的酸素要求量推定部に相当し、取得した上記濁度の実測値および上記ＤＯ濃度の実測値を、それぞれ、ＢＯＤ推定式（実測ＢＯＤ＝ａ×Ｘ^ｂ×ｃ×Ｖ^ｄ）のＸおよびＶに代入することによって、測定対象の雨天時のＢＯＤを推定する構成部である。ここで推定されるＢＯＤは、濁度のみならずＤＯ濃度も考慮されている。ＢＯＤ推定部３１の上記処理に先立ち、情報受付部２３、比率算出部２４、時間帯選択部２５および実測値取得部２６は、次のような処理を行う。

情報受付部２３は、測定対象である雨天時のＥＣ、濁度およびＤＯ濃度と、それより以前の晴天時のＥＣを受け付ける。当該雨天時のＥＣ、濁度およびＤＯ濃度は、通常、その当日に測定したデータである。一方、晴天時のＥＣは、当該雨天時より以前に測定されたデータである。比率算出部２４は、晴天時のＥＣに対するその晴天時と同時間帯の測定対象である雨天時のＥＣの比率（雨天時ＥＣ／晴天時ＥＣ）を算出する。時間帯選択部２５は、その比率が所定値（例えば、０．９）より少ない時間帯を選択する。実測値取得部２６は、測定対象時の選択された時間帯における濁度の実測値およびＤＯ濃度の実測値を取得する。その後、先に説明したように、ＢＯＤ推定部３１は、これらの取得した濁度の実測値およびＤＯ濃度の実測値を、ＢＯＤ推定式に代入し、ＢＯＤをわざわざ実測することなく推定することができる（この推定されたＢＯＤを、「推定ＢＯＤ」という）。

記録部３２は、濁度、ＤＯ濃度、ＥＣ、推定ＢＯＤなどの１以上を記録しておく構成部である。記録部３２は、上記以外のデータ、例えば、グラフ化する場合の画像、天候、気温、湿度、各種プログラムを記録することができる。

演算装置２は、コンピュータであり、以下のハード構成を少なくとも備える。すなわち、演算装置２は、中央処理装置（Central Processing Unit: CPU）、読み出し専用のメモリ（Read Only Memory: ROM）、読み書き可能なメモリ（Random Access Memory: RAM）を少なくとも備える。ＲＯＭは、ＥＥＰＲＯＭも含み得る。ＣＰＵは、ＭＰＵも含み得る。情報受付部２３、比率算出部２４、時間帯選択部２５、実測値取得部２６、第一累乗回帰式作成部２７、ＢＯＤ算出部２８、第二累乗回帰式作成部２９、推定式作成部３０およびＢＯＤ推定部３１の各処理は、主にＣＰＵと記録部３２に格納されるコンピュータプログラムとの協働によって行われる処理である。ＣＰＵは、受け付けた情報および記録部３２に記録されている種々の情報に基づき、そのコンピュータプログラムを読みながら後述の図３および図６に示す各処理を実行する。記録部３２は、ＲＯＭおよび/またはＲＡＭを含む広義のメモリに相当し、上述のコンピュータプログラムを格納する。入力部２２は、キーボード、ポインティングデバイス等の前述の入力手段に相当する。演算装置２がディスプレイを有する場合には、表示部２１は、ＣＰＵおよび当該ディスプレイに相当する。なお、表示部２１は必須の構成部ではないことから、ディスプレイが存在していなくても良い。

２．水質推定方法
２．１推定式の作成
図３は、本発明に係る水質推定方法の実施の形態であって、ＢＯＤ推定式を作成するための主な処理の流れを示すフローチャートである。図４および図５は、図３に示す各処理の過程で取得あるいは作成される情報例を示す図である。

情報受付部２３は、濁度検出器３、電気伝導度検出器４および溶存酸素濃度検出器５からの各種信号および入力部２２からＢＯＤのデータを受付ける（ステップＳ１０１：第一受付ステップ）。ステップＳ１０１は、好適には、ＢＯＤのデータの受付けと、各種信号の受け付けとを時を変えて行う。例えば、情報受付部２３は、最初に１回だけＢＯＤのデータを受け付け、その後、毎日あるいは隔日、計測各種検出器３，４，５からの信号を受け付けることができる。電気伝導度検出器４からの検出信号（ＥＣ信号）は、晴天時および雨天時の両天候時のものである。この実施の形態では、一例として、晴天時ＥＣおよび雨天時ＥＣを、共に２４時間にわたって１時間毎に測定したものとする。また、晴天時ＥＣの測定日は、雨天時ＥＣの測定日の一週間前の日とする。なお、雨天時の一週間前が晴天で無い場合には、情報受付部２３は、さらにその一週間前の日を検索して、過去の晴天の日のＥＣを探すことができる。図４のグラフＡおよびＢに示すように、午前０時から午後１２時までの２４時間の晴天時ＥＣは、同時間の雨天時ＥＣよりも高い。雨天時の下水は雨水の影響を受けやすく、そのときにはＥＣが低下するからである。また、濁度検出器３および溶存酸素濃度検出器５からの検出信号を、雨天時ＥＣの測定日のものとし、ＢＯＤのデータも、雨天時ＥＣの測定日のものとする。

比率算出部２４は、晴天時ＥＣに対する雨天時ＥＣの比率（雨天時ＥＣ／晴天時ＥＣ）を算出する（ステップＳ１０２；第一比率算出ステップ）。その算出結果を、図４のグラフＣに示す。グラフＣは、深夜から朝にかけて、当該比率は低下し、それ以降はその低下した比率を維持するグラフである。次に、時間帯選択部２５は、上記比率が所定値（ここでは、０．９とする）より少ない時間帯（下水に与える雨水の影響が大きい時間帯）を選択する（ステップＳ１０３：ステップ第一時間帯選択ステップ）。この結果、図４のグラフＣに示すように、当該比率が０．９より小さくなる午前４時から午後１２時までの時間帯が選択される。次に、実測値取得部２６は、記録部３２に記録されている実測値の中から、選択された上記時間帯におけるＢＯＤの実測値、濁度の実測値およびＤＯ濃度の実測値を取得する（ステップＳ１０４：第一実測値取得ステップ）。

第一累乗回帰式作成部２７は、取得したＢＯＤの実測値（実測ＢＯＤ）および濁度の実測値を各座標とする複数の点を最近接で通る第一累乗回帰式（濁度推定ＢＯＤ＝ａ×濁度^ｂ）を作成する（ステップＳ１０５：第一累乗回帰式作成ステップ）。各点およびそれらを最近接で通る曲線の一例は、図５のグラフＡに示すとおりである。次に、ＢＯＤ算出部２８は、上記第一累乗回帰式に濁度の実測値を代入して、ＢＯＤ推定値を算出する（ステップＳ１０６：生物化学的酸素要求量算出ステップ）。これにより、濁度によって推定されたＢＯＤ（濁度推定ＢＯＤ）が得られる。

濁度のみでは、正確なＢＯＤを推定することが難しいため、次に、ＤＯ濃度の実測値を用いた補正を行う。上記濁度推定ＢＯＤに対するＢＯＤの実測値（実測ＢＯＤ）の比率と、ＤＯ濃度の実測値を各座標とする複数の点を最近接で通る第二累乗回帰式（実測ＢＯＤ／濁度推定ＢＯＤ＝ｃ×ＤＯ^ｄ）を求める（ステップＳ１０７：第二累乗回帰式作成ステップ）。各点およびそれらを最近接で通る曲線の一例は、図５のグラフＢに示すとおりである。次に、上記第一累乗回帰式と上記第二累乗回帰式を用いて、濁度の実測値とＤＯ濃度の実測値から、ＢＯＤの推定値を算出するためのＢＯＤ推定式（ＢＯＤ＝ａ×濁度^ｂ×ｃ×ＤＯ^ｄ）を作成する（ステップＳ１０８：推定式作成ステップ）。これらの一連の処理をもって、ＢＯＤ推定式の作成が終了する。

２．２ＢＯＤの推定
図６は、本発明に係る水質推定方法の実施の形態であって、ＢＯＤを推定するための主な処理の流れを示すフローチャートである。

情報受付部２３は、ＢＯＤの測定を行う雨天時に、濁度検出器３、電気伝導度検出器４および溶存酸素濃度検出器５からの各種信号を受付ける（ステップＳ２０１：第二受付ステップ）。比率算出部２４は、測定日から例えば一週間前の晴天時のＥＣに対する、上記ステップで受け付けた電気伝導度検出器４からの検出信号（雨天時ＥＣ）の比率を算出する（ステップＳ２０２：第二比率算出ステップ）。測定日（雨天）の一週間前が晴天で無い場合には、情報受付部２３は、さらにその一週間前の日を検索して、過去の晴天の日のＥＣを探すことができる。次に、時間帯選択部２５は、上記比率が所定値（ここでは、０．９とする）より少ない時間帯（下水への雨水の影響が大きい時間帯）を選択する（ステップＳ２０３：第二時間帯選択ステップ）。

次に、実測値取得部２６は、上記選択された時間帯における濁度の実測値およびＤＯ濃度の実測値を記録部３２から取得する（ステップＳ２０４：第二実測値取得ステップ）。ステップＳ２０１〜ステップＳ２０４は、記述のＢＯＤ推定式を作成する際のステップＳ１０１〜ステップＳ１０４に類似するが、ＢＯＤの実測値を取得しない点で異なる。次に、ＢＯＤ推定部３１は、記録部３２に格納されたＢＯＤ推定式を読み出し、当該ＢＯＤ推定式にステップＳ２０４にて取得した濁度の実測値およびＤＯ濃度の実測値を代入し、測定対象の雨天時のＢＯＤを推定する（ステップＳ２０５：生物化学的酸素要求量推定ステップ）。これらの一連の処理をもって、ＢＯＤの推定が終了する。

３．ＢＯＤ推定の実験データ
次に、第一回目の実験で図３に示す処理によりＢＯＤ推定式を構築し、第二回目の実験で当該推定式を利用して図６に示す処理によりＢＯＤを推定したときの推定精度を検証した。その検証結果を図７に示す。従来法および本法ともに第一回目および第二回目の各実験を行った。

図７のグラフＡは、第一回目の実験で得た濁度と実測ＢＯＤとをプロットし、従来法により最近接の直線を引き、濁度と実測ＢＯＤの一次式（ｙ＝ａｘ＋ｂ、ｙ：実測ＢＯＤ、ｘ：濁度、ａ：0.3323、ｂ：27.217）を求めたグラフである。また、同図のグラフＢは、上述の一次式の実測ＢＯＤを推定ＢＯＤとし、第二回目の実験で得た濁度に基づいて当該推定ＢＯＤ（「従来法推定ＢＯＤ」という）と実測ＢＯＤとの相関を調べたグラフである。一方、同図のグラフＣは、第一回目の実験で得た濁度と実測ＢＯＤとをプロットし、本法により最近接の累乗回帰曲線を引き、第一累乗回帰式（ｙ＝7.2037ｘ^0.4678、ｙ：実測ＢＯＤ、ｘ：濁度）を作成したものである。また、同図のグラフＤは、ＤＯ濃度による補正を行う趣旨で、第一回目の実験で得たＤＯ濃度の実測値と実測ＢＯＤ／濁度推定ＢＯＤの比（ここで、濁度推定ＢＯＤは、第一累乗回帰式により推定したＢＯＤ）とをプロットし、第二累乗回帰式（ｙ＝1.6472ｘ^-0.4182、ｙ：実測ＢＯＤ／濁度推定ＢＯＤ、ｘ：ＤＯ濃度）を求めたグラフである。同図のグラフＥは、上記第一累乗回帰式と上記第二累乗回帰式から推定式を作成して、第二回目の実験に基づき、当該推定式から求めた推定ＢＯＤ（「ＤＯ補正濁度推定ＢＯＤ」という）と、実測ＢＯＤとの相関を調べたグラフである。

図７のグラフＢとグラフＥを比較すると明らかなように、グラフＥの方がグラフＢに比べて、推定ＢＯＤと実測ＢＯＤとの相関が高い。すなわち、グラフＥでは、プロットした点が推定ＢＯＤ：実測ＢＯＤ＝１：１の直線上に、より近い。この結果から明らかなように、ＤＯ濃度による補正を行うことにより、より正確なＢＯＤを推定できることが実証された。

４．その他の実施の形態
本発明は、上述の実施の形態に限定されることなく、種々変形を施して実施することができる。上述の水質推定装置１は、推定式の作成とその後にＢＯＤの推定を行うことができる装置であるが、本発明の水質推定装置は、推定式を作成する装置のみであっても良い。その場合、ＢＯＤ推定部３１を水質推定装置１に備えず、図２に示す他の構成部も、ステップＳ２０１〜ステップＳ２０４の処理を行わなくても良い。さらに、本発明の水質推定装置は、別の装置にて作成した推定式を外部から入力して、当該推定式を利用してＢＯＤの推定を行う装置であっても良い。

また、水量値が入力可能な場合あるいは高い精度が要求されない場合には、電気伝導度検出器４を備えず水量のデータを用いて、ＢＯＤを推定しても良い。その場合、雨天時ＥＣ／晴天時ＥＣを雨天時水量／晴天時水量に替えて、比率算出部２４は雨天時水量／晴天時水量の比率を算出し、時間帯選択部２５はその比率が所定値より少ない時間帯を選択する。

本発明は、水質検査、水質のモニタリングに利用することができる。

Claims

水の濁度、水の電気伝導度、水に溶存する溶存酸素の濃度、および生物化学的酸素要求量の各実測値を受け付けると共に、水の生物化学的酸素要求量を推定する式を作成するための演算装置を少なくとも備え、
当該演算装置は、
晴天時の上記電気伝導度に対するその晴天時と同時間帯の雨天時の上記電気伝導度の比率を算出する比率算出部と、
上記比率が所定値より少ない時間帯を選択する時間帯選択部と、
選択された上記時間帯における上記生物化学的酸素要求量の実測値、上記濁度の実測値および上記溶存酸素の濃度の実測値を取得する実測値取得部と、
取得した上記生物化学的酸素要求量および上記濁度の各実測値を各座標とする複数の点を最近接で通る第一累乗回帰式を作成する第一累乗回帰式作成部と、
上記第一累乗回帰式に上記濁度の実測値を代入して、上記生物化学的酸素要求量の推定値を算出する生物化学的酸素要求量算出部と、
上記生物化学的酸素要求量の推定値に対する上記生物化学的酸素要求量の実測値の比率と上記溶存酸素の濃度の実測値を各座標とする複数の点を最近接で通る第二累乗回帰式を作成する第二累乗回帰式作成部と、
上記第一累乗回帰式と上記第二累乗回帰式を用いて、上記濁度および上記溶存酸素の濃度の各実測値から、上記生物化学的酸素要求量の推定値を算出するための生物化学的酸素要求量推定式を作成する推定式作成部と、
を備えることを特徴とする水質推定装置。
さらに、
前記比率算出部は、晴天時の前記電気伝導度に対するその晴天時と同時間帯の測定対象となる雨天時の前記電気伝導度の比率を算出し、
前記時間帯選択部が、その比率が所定値より少ない時間帯を選択し、
前記実測値取得部が、測定対象時の選択された上記時間帯における前記濁度および前記溶存酸素の濃度の各実測値を取得し、
前記推定式作成部にて作成された前記生物化学的酸素要求量推定式に、取得した前記濁度および前記溶存酸素の濃度の各実測値を代入し、測定対象となる雨天時の前記生物化学的酸素要求量を推定する生物化学的酸素要求量推定部を、備えることを特徴とする請求項１に記載の水質推定装置。
前記比率算出部は、前記雨天時から遡った過去の同じ曜日の晴天時の前記電気伝導度を用いて、前記比率を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の水質推定装置。
水質を推定するための演算を行うための演算装置を少なくとも備えた水質推定装置を用いて、水の生物化学的酸素要求量を推定するための水質推定方法であって、
当該演算装置により、
水の濁度、水の電気伝導度、水に溶存する溶存酸素の濃度、および生物化学的酸素要求量の各実測値を受け付ける第一受付ステップと、
晴天時の上記電気伝導度に対するその晴天時と同時間帯の雨天時の上記電気伝導度の比率を算出する第一比率算出ステップと、
上記比率が所定値より少ない時間帯を選択する第一時間帯選択ステップと、
選択された上記時間帯における上記生物化学的酸素要求量、上記濁度の実測値および上記溶存酸素の濃度の各実測値を取得する第一実測値取得ステップと、
取得された上記生物化学的酸素要求量および上記濁度の各実測値を各座標とする複数の点を最近接で通る第一累乗回帰式を作成する第一累乗回帰式作成ステップと、
上記第一累乗回帰式に上記濁度の実測値を代入して、上記生物化学的酸素要求量の推定値を算出する生物化学的酸素要求量算出ステップと、
上記生物化学的酸素要求量の推定値に対する上記生物化学的酸素要求量の実測値の比率と上記溶存酸素の濃度の各実測値を各座標とする複数の点を最近接で通る第二累乗回帰式を作成する第二累乗回帰式作成ステップと、
上記第一累乗回帰式と上記第二累乗回帰式を用いて、上記濁度および上記溶存酸素の濃度の各実測値から、上記生物化学的酸素要求量の推定値を算出するための生物化学的酸素要求量推定式を作成する推定式作成ステップと、
を行うことを特徴とする水質推定方法。
前記推定式作成ステップの後に、
前記演算装置により、
晴天時の前記電気伝導度に対するその晴天時と同時間帯の測定対象である雨天時の前記電気伝導度の比率を算出する第二比率算出ステップと、
その比率が所定値より少ない時間帯を選択する第二時間帯選択ステップと、
測定対象時の上記選択された上記時間帯における前記濁度および前記溶存酸素の濃度の各実測値を取得する第二実測値取得ステップと、
前記推定式作成ステップにて作成された前記生物化学的酸素要求量推定式に、取得した前記濁度および前記溶存酸素濃度の各実測値を代入し、測定対象の雨天時の前記生物化学的酸素要求量を推定する生物化学的酸素要求量推定ステップを、さらに行うことを特徴とする請求項４に記載の水質推定方法。
前記第一比率算出ステップまたは前記第二比率算出ステップは、前記雨天時から遡った過去の同じ曜日の晴天時の前記電気伝導度を用いて、前記比率を算出することを特徴とする請求項４または５に記載の水質推定方法。