JP6105681B2 - 無人自動アルカリ度測定システム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、定期的な成分測定が必要な水質(アルカリ度)を無人・自動で測定する無人自動アルカリ度測定システム及び方法に関し、より詳しくは、上下水処理場、ごみ埋立地の浸出水、 家畜埋沒地の浸出水、放射性廃棄物埋立場の地下水、CO2地中貯蔵敷地の地下水、湧出水(自然水、泉)、及び飲み水として利用される地下水などのように、定期的に水質を検査又は測定する必要性のある試料(水質)のアルカリ度を、無人・自動で採取、測定、及び排水する過程を周期的に行うことにより、試料測定の便利性及び効率性を向上した無人自動アルカリ度測定システム及び方法に関する。

周知のように、上下水処理場、ごみ埋立地の浸出水、家畜埋沒地の浸出水、放射性廃棄物埋立場の地下水、CO2 地中貯蔵敷地の地下水などは、水質環境に大きく影響を及ぼすので、定期的な測定又は検査により管理する必要がある。また、湧出水(自然水、泉)及び飲み水として利用される地下水も、利用者の健康に影響を及ぼすことがあるので、食用水として適合であるか否かを、定期的な測定又は検査を通じて管理する必要がある。従来のアルカリ度測定方式は、測定者が一々に対象地域を訪問しなければならないため、煩わしいだけでなく、測定人力の人件費などを考えると、測定費用が過多にかかって、非経済的な問題がある。特に、ごみ埋立地、家畜埋沒地、放射性廃棄物埋立場などは、短い周期の定期的なアルカリ度測定が求められるが、試料採取のための人間の接近が酷く制限されて、水質のアルカリ度測定をしばしばすることができないという不都合がある。

一般に、既存の水質溶液測定又はアルカリ度測定は、測定者が対象地域を訪問して試料を採取し、その後、所定の測定方式で試料を測定し、データを記録して保管する方式である。アルカリ度を除く水質項目の場合、イオン選択電極(ion selective electrode)や光学センサ方式で、無人自動測定をすることができる。しかし、アルカリ度の場合、成分の化学的な特性上、イオン選択電極などで、地下水の筒井や、浸出水の観測孔内部で直接測定することが不可能である。また、アルカリ度の場合、温度、ｐＨ変化に敏感であるので、現場ですぐ測定することが望ましいという特徴がある。従来のアルカリ度測定方法は、一定量の水試料を取った後、成分及び濃度が知られている酸溶液を投与し、これによるｐＨ変化を記録し、正確な当量点を決定した後、アルカリ度濃度(meq/L)を計算して得る。これをグラン滴定法(Gran titration)とし、これは、公知されており、アルカリ度測定方法に対しては、説明の単純・明瞭化のため、具体的に説明しないことにし、アルカリ度測定は、従来技術に準することにする。

本発明に関わる水質測定に関連する従来技術は、特許公開番号2001-0086342、同2001-0032693、及び特願10-2007-0065791に公開されている。

本発明は、従来技術の問題点を解決するために創出したものであって、上下水処理場、ごみ埋立地の浸出水、家畜埋沒地の浸出水、放射性廃棄物埋立場の地下水、 CO2 地中貯蔵敷地の地下水、湧出水(自然水、泉)、及び飲み水として利用される地下水などのように、定期的にアルカリ度を検査又は測定する必要性のある試料を、無人・自動で採取、測定、及び排水する過程を周期的に行うことにより、試料測定の便利性及び効率性を向上した無人自動アルカリ度測定システム及び方法を提供することにその目的がある。

前記目的を達成するため、本発明による無人自動アルカリ度測定システムは、測定対象試料を収納するための試料容器と、前記測定対象試料を取水するための取水部と、前記測定対象試料を測定するための検査溶液を投入するための検査溶液投入部と、前記検査溶液により測定されたデータを格納し、前記無人自動アルカリ度測定システムを制御するための制御部と、前記測定対象試料の測定完了の後、前記試料容器から排水するための排水部とを含むことを特徴とする。

望ましくは、前記試料容器内に設けられ、前記測定対象試料及び検査溶液を均一に希釈するための希釈部を含むことができる。

望ましくは、前記制御部は、測定データを格納するための格納部と、前記格納部に格納されたデータを、有線又は無線通信で遠隔地に伝送するためのデータ伝送部とを含むことができる。

望ましくは、前記取水部は、前記測定対象試料を揚水するためのモータと、前記モータにより揚水される前記測定対象試料を、前記試料容器に案内するためのバルブ及び配管と、前記測定対象試料に含まれている気泡を除去するための排出管とを含むことができる。

望ましくは、前記検査溶液投入部は、濃度を、予め決定しておいた酸溶液を投入し、前記試料容器の上部は、コーン状であり、前記試料容器の上部には、余分の試料を排出し、圧力を維持することができる圧力調節バルブを含むことができる。

そして、前記目的を達成するための本発明による無人自動アルカリ度測定方法は、制御信号で駆動されるモータにより、測定対象試料を取水するステップと、前記測定対象試料が試料容器に満たされると、取水を中断し、検査溶液を自動で注入するステップと、前記検査溶液を注入しながら、前記測定対象試料のｐＨを測定するステップと、測定された測定対象試料の成分データを格納媒体に格納し、格納された測定データを遠隔で伝送するステップと、前記測定対象試料の測定が終了したら、前記測定対象試料を排水して、前記試料容器を空にするステップと、設定された時間が経過した後、前記ステップらを順次繰返し行うステップとを含むことを特徴とする。

望ましくは、前記試料容器内には、前記測定対象試料及び検査溶液を均一に希釈するための希釈部が設けられ、前記希釈部により、前記測定対象試料と前記検査溶液とを均一に希釈するステップを含むことができる。

望ましくは、前記した測定の前後に、試料容器を３回以上洗浄するステップを含むことができる。

本発明によると、上下水処理場、ごみ埋立地の浸出水、家畜埋沒地の浸出水、放射性廃棄物埋立場の地下水、CO2 地中貯蔵敷地の地下水、湧出水(自然水、泉)、及び飲み水として利用される地下水などのように、定期的にアルカリ度を検査又は測定する必要性のある試料を、無人・自動で採取、測定、及び排水する過程を周期的に行うことにより、試料測定の便利性及び効率性を向上することができる。

図１は、本発明による無人自動アルカリ度測定システムの構成図である。 図２は、本発明による無人自動アルカリ度測定方法のフローチャートである。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明による無人自動アルカリ度測定システム及び方法の望ましい実施例を詳細に説明する。本発明を説明することに当たり、関連する公知技術又は構成に関する具体的な説明が、本発明の要旨を不要に濁すと判断される場合は、その詳細な説明は省略することにする。

図１を参照すると、本発明による無人自動アルカリ度測定システム１００は、測定対象試料を収納するための試料容器１０と、前記測定対象試料を取水するための取水部２２、２４、２６、２７と、前記測定対象試料を測定するため、検査溶液を投入するための検査溶液投入部３２、３４と、前記検査溶液により測定されたデータを格納し、前記無人自動アルカリ度測定システム１００を制御するための制御部４０と、前記測定対象試料の測定完了の後、試料容器１０から排水するための排水部５０、５２と、試料容器１０内に設けられ、前記測定対象試料と検査溶液とを均一に希釈するための希釈部６０と、測定対象試料のｐＨを測定するためのｐＨ測定器７０とを含むことができる。

試料容器１０の上部には、コーン状の蓋体１２が設けられる。蓋体１２には、試料容器１０に存在する圧力を維持するための圧力維持バルブ１４が設けられる。圧力維持バルブ１４は、制御部４０により制御されることができる。

試料容器１０及び蓋体１４の材質は、設計的な側面を考えて、プラスチック、ステンレス、鉄など、様々であり、望ましくは、耐化学性に優れるものがいい。

取水部２２、２４、２６、２７は、埋立地、又は自然水発生地 、又は井戸などのような取水地において、測定対象試料を試料容器１０で揚水するためのモータ２２と、モータ２２により揚水される前記測定対象試料を、試料容器１０に案内するためのバルブ２４及び配管(パイプ)２７と、配管２７と取水地で存在する気泡及びガスを除去又は排出するための排出管２６とを含むことができる。

検査溶液投入部３２、３４は、検査溶液を収納するための検査溶液筒３２と、検査溶液筒３２に収容されている検査溶液を、試料容器１０に所定の条件で注入するための検査溶液注入器３４とからなることができる。検査溶液注入器３４は、制御部４０の制御により、検査溶液を試料容器１０に注入することができる。前記検査溶液は、望ましくは、試料のｐＨを変化する酸溶液であることができる。

希釈部６０は、測定対象試料と検査溶液とを希釈させるための回転羽根６２が取り付けられた回転モータであることができる。回転モータ６０は、制御部４０の所定の制御条件により制御されることができる。

希釈部６０により、測定対象試料と検査溶液とが均一に希釈されたら、成分測定器７０が、測定対象試料のｐＨ値を測定し、その値を制御部４０に伝送する。

制御部４０は、測定データ、投入された検査溶液の体積とｐＨ値を格納するための格納部４２と、格納部４２に格納されたデータを、有線又は無線通信で遠隔地に伝送するためのデータ送信部４４と、各種の制御条件入力及びデータ操作のための設定操作部４６とを含むことができる。制御部４０は、システムの動作状態、及び操作条件などを表示するための表示部(図示せず)を含むことができる。

格納部４２には、ノートＰＣのような端末装置を接続して、格納部４２に格納されたデータを、読出/書込可能な端子が設けられることができる。

排水部５０、５２？は、測定が完了した測定対象試料と検査溶液とを排水するための排水バルブ５０と排水配管５２とからなる。排水バルブ５０は、制御部４０の制御により動作する。

制御部４０、モータ２２、６０、注入器３４、及びバルブ１４、２４、５０は、一般の常用電源、又はバッテリ、又は太陽電池により、駆動電源を供給されることができる。

前記のように構成された本発明による無人自動アルカリ度測定システムの作用を、図１及び図２を参照して説明する。

まず、本発明による無人自動アルカリ度測定システム１００は、水質(試料)の測定が必要な埋立地、自然水発生地、又は、井戸などに設置された後、設定操作部４６により、測定対象試料の測定周期が設定される。

設定操作部４６で設定された測定周期となると、制御部４０は、これを感知して、取水モータ２２を動作させて、取水地から測定対象試料を揚水して、試料容器１０に満たす(Ｓ１１０、Ｓ１２０)。この時、取水バルブ２４は、試料容器１０に測定対象試料が円滑に流入するように、制御部４０の制御により開放される。試料容器１０に測定対象試料が満たされる時、排水バルブ５０が閉じられていることは勿論である。

試料容器１０に測定対象試料が満たされたら、気泡又はガスなどは、排出管２６を介して排出することができ、揚水時に気泡又はガスが溜まらないように、揚水量も、制御部４０によって調節することができる。また、試料容器１０で発生した気泡の場合、コーン状の蓋体の上部に捕集され、圧力維持バルブ１４によって排出することができる。気泡のない試料が十分に試料容器１０に満たされると、圧力維持バルブ１４が閉じられ、試料の圧力は維持される。

測定対象試料が試料容器１０に満たされたら(Ｓ１２０)、制御部４０は、取水モータ２２を停止し、バルブ２４を閉じて、取水を止め、試料の初期ｐＨを測定し、記録格納する(Ｓ１３０)。

初期ｐＨの測定が完了すると、検査溶液注入器３４を動作させて、検査溶液筒３２にある検査溶液を、設定された量分ずつ、試料容器１０に注入する(Ｓ１４０)。

検査溶液が試料容器１０に注入されると、制御部４０は、モータ６０を駆動させて、測定対象試料と検査溶液とが均一に希釈されるようにする。ついで、制御部４０は、成分測定器７０により測定された測定対象試料の成分測定値、すなわち、ｐＨ値を測定して、格納部４２に記録格納する(Ｓ１４０)。

制御部４０は、測定対象試料の成分測定値が所定の値に至るまで、例えば、測定対象試料のｐＨ値が３．８となるまで(Ｓ１５０)、注入器３４を動作させて、所定の量分ずつ、検査溶液を試料容器１０に注入する。

前記のように測定対象試料のｐＨ測定値が、所定の値に到逹したら、制御部４０は、各ステップ別に注入された検査溶液の体積及びｐＨ測定値などを、格納部４２に記録格納し、記録格納された測定データを、有線又は無線通信で遠隔地に伝送して、遠隔地から測定対象地域の水質を把握することができるようにする(Ｓ１６０)。測定データの有線又は無線通信による伝送が、送信部４４により行われるということは、前述した通りである。

前記測定対象試料の測定が完了したら、制御部４０は、排水バルブ５０を開いて、試料容器１０に収納されている測定対象試料及び検査溶液を完全に排水し、後述するように、試料容器１０を洗浄する(Ｓ１７０)。

排水が完了すると、取水モータ２２を作動し、取水バルブ２４を開いて、試料を導入し、圧力維持バルブ１４を開いて、試料で試料容器１０を洗浄する。設定された時間の間、試料を流してから、取水モータ２２の作動を中断させて、取水バルブ２４を閉じ、排水バルブ５０を開いて、完全に排水させる。この洗浄過程を、少なくとも３回以上、繰り返す。

前記のように測定が終了した測定対象試料及び検査溶液を排水した後、設定された時間が経過したら、制御部４０は、上述したステップＳ１１０〜Ｓ１７０を順次繰返し行う(Ｓ１８０)。

本発明によると、埋立地、又は自然水発生地、又は、井戸などのような所のアルカリ度を定期的に測定又は検査することができる。

本発明は、図面に示されている実施例を参考して説明してきたが、これは、例示に過ぎず、当該技術の分野における通常の知識を有する者であれば、これより、様々な変形及び均等な他の実施例が可能であることを理解するだろう。

したがって、本発明の真正な技術的な保護範囲は、添付の特許請求の範囲の技術的思想により、定められるべできあろう。

１０: 試料容器
２２: 取水モータ
３２: 検査溶液筒
４０: 制御部
４２: 格納部
５０: 排水バルブ

Claims (7)

1. 無人自動アルカリ度測定システムであって、
   測定対象試料を収容するための試料容器と、
   前記測定対象試料を取水するための取水部と、
   前記測定対象試料を測定するための検査溶液を投入するための検査溶液投入部と、
   前記検査溶液により測定されたデータを格納し、前記無人自動アルカリ度測定システムを制御するための制御部と、
   前記測定対象試料の測定完了の後、前記試料容器から排水するための排水部と、
   前記試料容器内に設けられ、前記測定対象試料及び検査溶液を均一に希釈するための希釈部と、を含み、
   前記検査溶液は、ｐＨを変化することができる酸溶液を投入して、
   前記取水部は、前記測定対象試料に含まれている気泡を除去するための排出管を、含み、
   前記制御部は、揚水時に気泡又はガスが溜まらないように 揚水量を調節して、
   
   前記試料容器の上部には、コーン状の蓋体が設けられており、
   前記蓋体には、試料容器に存在する圧力を維持するための圧力維持バルブが設けられ、 前記試料容器で発生した気泡の場合、コーン状の蓋体の上部に捕集され、前記圧力維持バルブによって排出することができることを特徴とする無人自動アルカリ度測定システム。
2. 前記希釈部は、前記試料容器の底面に設けられ、前記測定対象試料と前記検査溶液とを希釈させるための回転羽が取り付けられた回転モータを備えることを特徴とする請求項１に記載の無人自動アルカリ度測定システム。
3. 前記制御部は、測定データを格納するための格納部と、前記格納部に格納されたデータを、有線又は無線通信で遠隔地に伝送するためのデータ伝送部とを含むことを特徴とする請求項１に記載の無人自動アルカリ度測定システム。
4. 前記取水部は、前記測定対象試料を揚水するためのモータと、前記モータにより揚水される前記測定対象試料を、前記試料容器に案内するためのバルブ及び配管とを、更に含むことを特徴とする請求項１に記載の無人自動アルカリ度測定システム。
5. 無人自動アルカリ度測定方法であって、
   制御信号で駆動されるモータにより、測定対象試料を取水するステップと、
   前記測定対象試料が試料容器に満たされると、取水を中断し、試料のｐＨを測定するステップと、
   試料のｐＨが測定されると、検査溶液を自動で注入し、前記測定対象試料と前記検査溶液とを均一に希釈するステップと、
   前記検査溶液が、希釈された前記測定対象試料のｐＨを測定するステップと、
   測定された測定対象試料のｐＨ及び成分データを格納媒体に格納し、格納されたｐＨ及び成分データを遠隔で伝送するステップと、
   前記測定対象試料の測定が終了したら、前記測定対象試料を排水して、前記試料容器を空にするステップと、
   試料容器が空になると、試料容器を洗浄するステップと、
   設定された時間が経過した後、前記ステップらを順次繰返し行うステップと、を含み、
   前記検査溶液は、ｐＨを変化することができる酸溶液であり、
   前記取水部は、前記測定対象試料に含まれている気泡を除去するための排出管を、含み、
   前記制御部は、揚水時に気泡又はガスが溜まらないように 揚水量を調節して、
   前記試料容器で発生した気泡の場合、コーン状の蓋体の上部に捕集され、圧力維持バルブによって排出されることを特徴とする無人自動アルカリ度測定方法。
6. 前記洗浄するステップは、前記試料容器に設けられた排水バルブを開いて、検査が完了した測定対象試料及び検査溶液を排水するステップと、排水が完了すると、設定された時間の間、測定対象試料を前記試料容器に導入しながら、測定対象試料で前記試料容器を洗浄するステップと、設定された時間が経過すると、前記洗浄するステップを中断し、測定対象試料を完全に排水するステップとからなることを特徴とする請求項５に記載の無人自動アルカリ度測定方法。
7. 前記洗浄するステップは、少なくとも３回以上繰り返すことを特徴とする請求項６に記載の無人自動アルカリ度測定方法。