JP6069570B1 - 水質自動監視装置 - Google Patents
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Abstract
Description
また,油膜の検知法として,浮上油を油膜として検出する比誘電率法,水面に光を照射し反射光を測定する光反射法などがあるが、いずれも形状が大きく高額であったりして、現在実用に供されている有毒物質を魚類の行動などで解析するバイオアッセイ法(生物検定法)による水質自動監視装置に具備するような小型、高性能で安価な装置はなく、バイオアッセイ装置メーカーと油分検知装置メーカーも技術分野が違うことから毒物検知と油分検知を合体する発想も試みも今まで無かった。しかし使用者側からは毒物検知装置と油分検知装置が一体になれば設置スペースも少なく価格も安くなるとの思いで開発の要請が多く聞かれたものである。
油類が浄水場などの着水井やろ過池等に一旦入ると清掃しても残臭が除去できなくて水道水を使用する住民の苦情で困っていた。そのため油分検知装置を設置しているが高額で設置スペースも大きく保守管理も大変なため広く実用に供されている魚類によるバイオアッセイの毒物監視装置で油類の検知もできないかとの要望が以前から多く寄せられていた。本発明者は油分に関して灯油とエンジンオイルを使ってメダカに暴露試験を行った。12リットルの試料水(純水または水道水の24時間以上の汲み置き)に灯油60mL(ミリリットル)を混入した水に対しては死亡しないが動きが止まりアラームを発報した。同じように12リットルの試料水にエンジンオイル60mL(ミリリットル)に対してもメダカは死亡しないが動きが止まりアラームを発報した。しかし微量の油分例えば上記記載の灯油とエンジンオイル1.0mLに対してメダカは正常で動きが止まることもなくアラームも発報しなかった。上記試験及び以後の試験もメダカ(学名Oryzias latipes)は養殖メダカの通称ヒメダカを使用したが、バイオアッセイに使用する小型生物(メダカ、ファトヘッドミノー、ゼブラフィッシュ、無脊椎生物のミジンコや甲殻類生物など)は多種多様にある。実験に使用されたメダカは日本では多量に養殖され品質が安定して入手が容易なヒメダカを使用したが、上記記載した小型生物も適応できる。水道水を使用する住民の苦情で油臭と同じほどに苦情が多いのがカビ臭である。カビ臭においてはカビ臭の原因はカビそのものではなく、水道水源であるダム、湖沼、貯水池、及び河川等で繁殖する藻類等が産生する物質が原因であり藍藻類の中でも問題となる種類は、Pholmi-dium(フォルミディウム)、Anabena(アナベナ)等が知られており、これらが増殖すると、ジェオスミンと2-MIB(2-メチルイソボルネオール)が産生されカビ臭が発生する。
下表によって水質汚染事故の種類が調査されている。(水質汚染事故総件数の現象別内訳(総発生件数1006件)、(突発水質汚染の監視対策指針2002 P34 社団法人 日本水道協会)
下表がその設定事例である。
また、前記臭い検知水槽4a内に流通する原水を温めるヒーター4bを備えている。
また、前記臭い検知水槽4aは、原水の入出口以外は外気から遮断されている。
また、 前記臭いセンサは、臭いセンサ検知素子部3と臭いセンサ制御部2とを備え、
前記臭いセンサ検知素子部3と臭いセンサ制御部2は分割され、両者間がケーブル3gで接続され、
前記臭いセンサ検知素子部3は、臭い検知水槽4a内に備えられている。
また、前記臭いセンサ検知素子部3は、金属酸化物半導体表面の還元性ガスの化学吸着による電気抵抗との変化を測定する半導体センサが用いられている。
また、前記臭いセンサ制御部2は、臭いの感度を調整する感度調整ボリューム2aと感度レンジ調整ツマミ2bを備えている。
また、前記臭いセンサ検知素子部3が検知している臭いの濃度をレベル表示するLED表示器2dと数値表示する濃度LEDバー2cを備えている。
また、前記臭いセンサ検知素子部3からの信号はケーブル3gにより臭いセンサ制御部2に内蔵されているマイコン2hによって制御され、
前記マイコン2hは、臭いセンサ検知素子部3で検知した検知データーをLED表示器2dに表示するための変換プログラムを作成し、ロータリー式の感度調整ボリューム2aによる検知データーの段階毎の演算加工による濃度LEDバー2cを濃度に合わせて表示するように構成されている。
また、前記臭い検知水槽4aは、魚類を飼育している魚類水槽4dへの原水受入側の流路に備えられている。
前記臭いセンサ制御部2は、水質自動監視装置の表示パネル1dに併設されていることを特徴とする。
前記ヒーター4bの電源の自動でのON−OFF切り替えにより臭い検知水槽4a内の原水温度を制御するサーモスタット4kを備えることを特徴とする水質自動監視装置。
請求項3記載の水質自動監視装置は、請求項1又は2に記載の水質自動監視装置において、前記ヒーター4bがセラミックヒーターであることを特徴とする水質自動監視装置。
請求項4に記載の水質自動監視装置は、請求項1〜3のいずれか1項に記載の水質自動監視装置において、臭いセンサ制御部2で解析され、警報条件を満たしたときは外部に警報を自動的に出力する警報装置2kを備えたことを特徴とする水質自動監視装置。
即ち、本発明者は長年メダカを使った水質自動監視装置の研究開発から実用化までを担ってきたが水道管理者の近々の課題でもある油類流失事故やカビ臭の苦情などの解決のために既に製品化され広く実用に供されているメダカを使った水質自動監視装置に臭いセンサを具備することで既に稼働中のメダカを使った水質自動監視装置にも付加設置できるメリットがある。
また、本発明の臭いセンサは小型かつ軽量であるため、従来例の油分検知装置に比べて水質自動監視装置内に具備できることでスペースの狭小化が可能になる。
水道施設の例えば浄水場の機械室や水質検査室などには多くの測定器や検査機器が並ぶため省スペースは運営する側からも大きなメリットになる。
また、臭いセンサは従来例の油分検知装置に比べて安価であるため、装置価格の低減化が可能になる。
即ち、臭いセンサ検知素子部3は水分や蒸気や湿気の発生する劣悪な場所に設置するため通常の使い方と比べて劣化が早いが、臭いセンサ検知素子部3のみを交換が可能であるため、安価で容易な保守作業が可能になる。
この魚類による自動監視装置1の監視水槽は、受水槽4mと、ポンプ水槽を兼ねた臭い検知水槽4aと魚類水槽4dで構成されている。
下表が日本国内で使用される試験魚の評価表である。
小型の5Wの蛍光灯4gによって光合成が抑制され魚類水槽4d内の藻の発生を抑えることができる。
コンピュータメーカーの定期的に更新するOS(オペレーションシステム)の影響を受けることなく長期安定して専用の3個のボタン操作で誰でもが容易に操作ができる。
この実施例1では、上述のように、既に製品化され今後納入される又は既に納入されている既存の水質自動監視装置1内にある監視水槽4内の魚類水槽4dにメダカ4eを約20匹常時飼育しておき、この魚類水槽4dに河川表流水や湖沼水や地下水等の水道原水を常時連続的に入排水し原水に有毒物質が含有していると飼育しているメダカが群れで固まって動かなくなったり忌避行動をしたり狂奔行動や死亡などの異常行動をCCDビデオカメラ1aで撮影し、その映像信号をデジタル変換し画像処理により異常と判定し警報を自動発報する装置に臭いセンサを具備することで毒物混入と油臭やカビ臭等の混入をも自動検知することができ、これにより、冒頭に表記した水質汚染事故の大半を自動検知することで水道技術者の初期対応が可能となり大きな水質事故に結びつかないことで住民の生命や健康を守ることに供することが可能となる。
しかしながら、実用化は現在のところ見当たらず水道利用者(市民)や水道管理者などが人の鼻で臭って検知するのが現状である。
即ち、この実施例1の臭いセンサは、小型軽量にした臭いセンサ検知素子部3と、臭いセンサ制御部2を備え、臭いセンサ検知素子部3と臭いセンサ制御部2は分割され、両者間をケーブル3gで接続されている。
試験方法は図6により説明する。臭い検知水槽4aに水を入れ底部にセラミックヒーター4bを水没させ、試験温度設定をサーモスタット4kで行い、臭いセンサを構成する臭いセンサ検知素子部3と臭いセンサ制御部2をケーブル3gで接続した。
臭いセンサの評価機として米国RAESYSTEMS社製の携帯用VOC(揮発性有機化合物(Volatile Organic Compounds)の略称)モニター 型番Toxira Pro PIDを臭い検知水槽4aの上部に臭いセンサ検知素子部3と並べて設置し評価機のVOC測定数値(ppm)をパーソナルコンピューター2iに取り込んだ、また臭いセンサ制御部2の検知測定値(mV)も同じようにパーソナルコンピューター2iに取り込んだ。パーソナルコンピューター2iにより測定表の左側の縦軸は臭いセンサのmVの数値を表記し右側の縦軸はVOC測定数値ppmを表記した。
まず臭いセンサの温度特性試験に関して、臭い検知水槽4aに水を入れ底部にセラミックヒーター4b(ヒーター)を水没させ、試験温度設定をサーモスタット4kで行い、水温の変化で臭いセンサの検知機能を確認した。油種は軽油を使い軽油濃度1mg/Lを水温の5℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、の6段階で感度は低感度で測定した。表7の試験表によれば明らかに温度差で検知の差が出ていることが分かる。温度試験表の横軸は時間(秒)で0秒から10秒ごとに最長300秒まで測定した。左の縦軸は臭いセンサの測定値(mV)で最少を250mVから50mVで刻み上限を500mVにした。試験開始と同時に水温が最も低い5℃のとき臭いセンサの測定値は277mVで水温が最も高い35℃では294mVであった。開始から300秒後では水温が最も低い5℃のとき臭いセンサの測定値は333mVで水温が最も高い35℃では482mVであった。表7の測定値をグラフにしたのが表8である。水温が高いほど臭いセンサの感度機能が上がることが読み取れる。
次に臭いセンサ制御部2の感度調整ボリーム2aと感度レンジ調整ツマミ2bによる感度を最も高い高感度にした測定表が表9である。開始と同時に水温が最も低い5℃のとき臭いセンサの測定値は343mVで水温が最も高い35℃では393mVであった。開始から300秒後では水温が最も低い5℃のとき臭いセンサの測定値は468mVで水温が最も高い35℃では640mVであった。表7の低感度設定と表8の高感度設定を比較しても臭いセンサ制御部2の感度調整ボリーム2aと感度レンジ調整ツマミ2bによる感度調整機能は正常に動作していることが分かる。
前記臭い検知水槽4aは、外気が入らいないキャビネットなどに収納することで臭いが飛散したり外気に混ざった雑臭から保護し油臭やカビ臭といった目的物で反応させることができる。
また、マイコン2hは臭いセンサ検知素子部3の検知データーを液晶表示器2dに表示するための変換プログラムを作成する。またマイコンは感度調整警報ボリューム2aの6段階の感度に切り替える作業を行い、更に感度レンジ調整ツマミ2bによる上限と下限のレンジ幅の調整も行う。また臭いセンサ検知素子部3の検知データーを演算加工によりLEDバー2cに濃度の高低に合わせてバー表示をする。またマイコンは感度調整警報ボリューム2aと感度レンジ調整ツマミ2bによって設定された感度に至った臭いセンサ検知素子部3の検知データーを警報として外部に信号を出力するプログラムも備えている。
また、図3にあるように臭いセンサ制御部2はパネル式とボックス式があり、図1にある魚類による自動監視装置1の表示パネル1dにパネル式を併設することで毒物監視と臭い監視が同時にできることで操作と監視が容易になり見損ないや見誤りや誤操作を排除できる。
またボックス式は既に稼働中の魚類による自動監視装置にオプション機器として取り付けるには簡易な作業にて短時間で済むメリットがある。
この実施例2の水質自動監視装置は、上述の臭いセンサが組み込まれた魚類による水質自動監視装置とは独立した臭いセンサのみによる水質自動監視装置であり、図4に示すように、コンパクトな収容ケースに収められている。
1a CCDビデオカメラ
1b 画像処理装置
1c 周辺制御装置
1d 表示パネル
1e モニターテレビ
1f 水温計
1g 漏水センサ
1h 温度センサ
2 臭いセンサ制御部
2a 感度調整ボリューム
2b 感度レンジ調整ツマミ
2c 濃度LEDバー
2d LED表示器
2e 端子台
2f プラグ端子
2g DC電源プラグ
2h マイコン
2i パーソナルコンピューター
2j 携帯型VOCモニター
2k 警報装置
3 臭いセンサ検知素子部
3a 素子部装着口
3b 臭い検知水槽フタ
3c 水位センサ
3d 素子
3e 接続プラグ
3f 接続ジャック
3g ケーブル
4 監視水槽
4a 臭い検知水槽
4b ヒーター
4c 水中ポンプ
4d 魚類水槽
4e 小型生物
4f 捕獲ネット
4g 蛍光灯
4h 電磁弁
4i 採水容器
4j 給餌器
4k サーモスタット
4l 換気フアン
4m 受水槽
4n 給水口
4o 給水孔
4p 受水槽オーバーフロー管
4q 魚類水槽オーバーフロー管
4r 水位調整管
4s 排水口
4t 半月板
Claims (4)
- 魚類水槽4dにメダカ4eを複数匹常時飼育しておき、この魚類水槽4dに河川表流水や湖沼水や地下水等の水道原水を常時連続的に受入水し原水に有毒物質が含有していると飼育しているメダカ4eが群れで固まって動かなくなったり忌避行動をしたり狂奔行動や死亡などの異常行動をCCDビデオカメラ1aで撮影し、その映像信号をデジタル変換し画像処理により異常と判定し警報を自動的に出力する水質自動監視装置に、前記原水が流通する臭い検知水槽4aを備え、
前記臭い検知水槽4aにカビ臭を検知する臭いセンサを備え、
前記臭い検知水槽4a内に流通する原水を温めるヒーター4dを備え、
前記臭いセンサは、臭いセンサ検知素子部3と臭いセンサ制御部2とを備え、
前記臭いセンサ検知素子部3と臭いセンサ制御部2は分割され、両者間がケーブル3gで接続され、
前記臭いセンサ検知素子部3は、臭い検知水槽4a内に備えられ、
前記臭いセンサ制御部2は、臭いの感度を調整する感度調整ボリューム2aと感度レンジ調整ツマミ2bを備え、
前記臭いセンサ検知素子部3が検知している臭いの濃度をレベル表示するLED表示器2dと数値表示する濃度LEDバー2cを備え、
前記臭い検知水槽4aは、原水の入出口以外は外気から遮断され
前記臭いセンサ検知素子部3からの信号はケーブル3gにより臭いセンサ制御部2に内蔵されているマイコン2hによって制御され、
前記マイコン2hは、臭いセンサ検知素子部3で検知した検知データーをLED表示器2dに表示するための変換プログラムを作成し、ロータリー式の感度調整ボリューム2aによる検知データーの段階毎の演算加工による濃度LEDバー2cを濃度に合わせて表示するように構成され、
前記臭い検知水槽4aは、魚類を飼育している魚類水槽4dへの原水受入側の流路に備えられ、
前記臭いセンサ検知素子部3は、金属酸化物半導体表面の還元性ガスの化学吸着による電気抵抗との変化を測定する半導体センサが用いられ、
前記臭いセンサ制御部2は、水質自動監視装置の表示パネル1dに併設されていることを特徴とする水質自動監視装置。 - 請求項1記載の水質自動監視装置において、
前記ヒーター4dの電源の自動でのON−OFF切り替えにより臭い検知水槽4a内の原水温度を制御するサーモスタット4kを備え、
前記臭い検知水槽4a内の原水温度を測定する温度センサ1hと原水温度を表示する水温計1fを備えていることを特徴とする水質自動監視装置。 - 請求項1又は2に記載の水質自動監視装置において、
前記ヒーター4dがセラミックヒーターであることを特徴とする水質自動監視装置。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の水質自動監視装置において、
前記臭いセンサ検知素子部3でカビ臭を検知すると臭いセンサ制御部2で解析され、警報条件を満たしたときは外部に警報を自動的に出力する警報装置2kを備えたことを特徴とする水質自動監視装置。
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