JP6532787B2 - 水質計保護システム及び水質測定システム - Google Patents

Description

本発明は、水道水を供給する水道管路内の水質を測定する水質計に係る水質計保護システム及び水質測定システムに関する。

水道管路内の水質検査を行うための装置が従来から知られている。例えば、特許文献１では、取水配管を介して装置に導かれた水道水について、複数のセンサで評価を行う水質自動監視装置について開示されている。

特開平９−２１０７８７号公報

しかしながら、水道管路の工事等により水道管路内の水に濁りが生じた場合、水質測定用の機器に濁質等が付着する場合がある。特に、水質を光学的手法により測定する水質計では、濁質の付着は測定精度に大きく影響を与える可能性がある。したがって、付着した濁質を除去する必要があるが、人手による作業であるために清掃に係るコストが増大する。

本発明は上記を鑑みてなされたものであり、水道管路内の水の水質を光学的手法により測定する水質計を保護することが可能な水質計保護システム及び水質測定システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る水質計保護システムは、水道管路内の水の水質を光学的手法により測定する水質計よりも上流側に設けられ、非光学的手法により前記水の濁りを検知する濁り検知手段と、前記濁り検知手段における検知の結果に基づいて、前記水質計に対する前記水道管路からの前記水の流入可否を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明の一形態に係る水質測定システムは、水道管路内の水の水質を光学的手法により測定する水質計と、前記水質計よりも上流側に設けられ、非光学的手法により前記水の濁りを検知する濁り検知手段と、前記濁り検知手段における検知の結果に基づいて、前記水質計に対する前記水道管路からの前記水の流入可否を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。

上記の水質計保護システム及び水質測定システムによれば、濁り検知手段において水道管路内の水の濁りを検知した場合には、制御手段によって水質計に対する水道管路からの水の流入を止めることができる。また、水道管路内の水の濁りが通常に戻ったことを濁り検知手段において検知した場合には、制御手段によって水質計に対する水道管路からの水の流入を再開させることができる。このように、水道管路内の水の濁りの変化に応じて、水質計に対する水道管路からの水の流入が制御可能となるので、水道管路内の水の水質を光学的手法により測定する水質計を保護することが可能となる。

ここで、上記作用を効果的に奏する構成として、具体的には、前記濁り検知手段と前記水質計との間の水の流れを遮断可能な流路変更手段を備え、前記制御手段は、前記流路変更手段を制御することで、前記水質計に対する前記水道管路からの前記水の流れを遮断する態様とすることが挙げられる。

上記のように、流路変更手段により濁り検知手段と水質計との間の水の流れを遮断可能な構成とすることで、濁り検知手段における検出結果に基づいて水質計に対する水道管路からの水の流入の制御を簡便に行うことができる。

また、前記流路変更手段よりも上流側に接続された前記水道管路内の前記水を排出可能な排水管を備え、前記制御手段は、前記排水管からの前記水の排出可否を制御する態様とすることができる。

上記のように、制御手段が排水管からの水の排出可否を制御する構成とした場合、排水管から水道管路内の水を排出することで、水道管路内の水の通常状態への復帰を促進することができる。

また、前記制御手段は、前記排水管からの水の排出を開始した後に、前記流路変更手段において前記水質計に対する前記水道管路からの前記水の流れを遮断する態様とすることができる。

上記のように、排水管からの水の排水と、流路変更手段における水質計に対する水道管路からの水の流れの遮断との順序を切り替える構成とすることで、流路変更手段の上流側の水を好適に排出することができる。したがって、流路変更手段の上流側に排水前の水が滞留した状態で流路変更手段を開くことで流路変更手段の上流側の水が水質計に到達することを防ぐことができるため、水質計のより確実な保護が可能となる。

本発明によれば、水道管路の水の水質を光学的手法により測定する水質計を保護することが可能な水質計保護システム及び水質測定システムが提供される。

本発明の実施形態に係る水質計保護システムを含む水質測定システムの概略構成図である。 水質測定システムにおける処理手順を示すフローチャートである。 水質測定システムの動作による水の流れを説明する図である。 水質測定システムにおける処理手順の変形例を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１に示すように、本実施形態に係る水質計保護システムを含む水質測定システム１００は、電気伝導率計１と、濁度／色度計２と、流路変更手段３と、排水手段５と、制御手段７と、を備えている。水質測定システム１００を構成する各装置は、水道水を供給する水道管路１０から分岐されて水道管路１０内の水を排出可能な排水管１１、又は、排水管１１から分岐する測定管１２に設けられる。水質測定システム１００は、水道管路１０内の水の水質検査を実施するシステムである。また、水質測定システム１００は、測定管１２に設けられる濁度／色度計２の保護をする機能も有する。すなわち、水質測定システム１００のうち、濁度／色度計２を除く各装置が、本実施形態に係る水質計保護システムとして機能する。

電気伝導率計１（Ｅ）は、水道管路１０から分岐した排水管１１に設けられている。電気伝導率計１は、排水管１１に対する測定管１２への分岐点よりも上流側（水道管路１０側）に設けられる。電気伝導率計１は排水管１１内の電気伝導率を測定する。電気伝導率計１により測定される排水管１１内の電気伝導率は、水道管路１０内を流れる水の濁りの推定に用いられるが、その詳細は後述する。

なお、電気伝導率計１とは異なる機器を濁り検知手段として排水管１１に配置してもよい。ただし、濁り検知手段として排水管１１に配置される機器では、少なくとも非光学的手法を用いて水の濁りに関連する測定を行う。非光学的手法による水の濁りの評価とは、水の濁りの評価に光に係る情報を利用しない手法のことをいう。このような濁り検知手段としては、例えば、濁りに対応して変動するパラメ―タを測定する各種センサが挙げられる。また、物理的に濁りを測定するためにフィルタ等を用いた測定機器を濁り検知手段として設ける構成としてもよい。本実施形態では、水の濁りに対応して変化し、且つ、測定が容易であるという観点から、電気伝導率を水の濁りの評価に利用している。

濁度／色度計２（Ｔ）は、電気伝導率計１よりも下流側で排水管１１から分岐する測定管１２に設けられている。濁度／色度計２は、水道管路１０から測定管１２内に導入された水の濁度及び色度について、光学的手法を用いて測定する。正常な水道水は外観がほぼ無色透明であるが、水道管路１０内の水に何らかの物質が混ざった場合、濁度又は色度、若しくは濁度及び色度の両方が変化する可能性が考えられる。すなわち、濁度／色度計２は、本実施形態に係る水質測定システム１００において水道管路１０内の水の水質を測定する水質計として機能する。

なお、濁度／色度計２とは異なる機器（例えば、残留塩素濃度計、ｐＨ計等）を水質計として測定管１２に配置してもよい。ただし、水質計として測定管１２に配置される機器では、少なくとも光学的手法を用いて水質に関連する測定を行う。光学的手法による水質の評価とは、水質の評価の際に光源から出射する光を用いて評価を行う手法のことをいう。また、例えば、水質計として複数の測定機器を配置して、水道法施行規則において毎日検査を行うことが決められている項目の検査（濁度（濁り）、色度（色）、及び残留塩素濃度（消毒の残留効果））を全て行うような構成としてもよい。

流路変更手段３は、測定管１２において、濁度／色度計２よりも上流側に設けられて、モータ（Ｍ１）により駆動する電動弁４を有する。電動弁４を開くことにより、水道管路１０から排水管１１内に導入された水を測定管１２内へ導入する。また、電動弁４を閉じることにより、測定管１２への水の導入を遮断する。なお、電動弁４は、電磁弁、エアー弁、油圧弁等の他の自動弁に置き換えることができる。

排水手段５は、排水管１１において測定管１２への分岐よりも下流側に設けられてモータ（Ｍ２）により駆動する電動弁６を有する。この電動弁６を開くことにより、水道管路１０内から排水管１１内に導入された水を排出し、電動弁６を閉じることにより、排水を停止する。電動弁６を通過した水は、排水管１１から、例えば、排水枡、側溝、緑地等に排出される。なお、電動弁６は、電磁弁、エアー弁、油圧弁等の他の自動弁に置き換えることができる。

制御手段７は、電気伝導率計１、濁度／色度計２、流路変更手段３、及び、排水手段５に入力可能に接続されると共に、流路変更手段３及び排水手段５に出力可能に接続され、流路変更手段３及び排水手段５を制御する。具体的には、濁り検知手段である電気伝導率計１における検知の結果に基づいて、水質計である濁度／色度計２に対する水道管路１０からの水の流入可否を制御する。その詳細手順については後述する。制御手段７は、例えば、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）等の制御装置により実現される。

また、制御手段７は、電気伝導率計１からの電気伝導率の測定結果、及び、濁度／色度計２からの濁度及び色度の測定結果を蓄積する機能を有する。さらに、制御手段７は、図示しない外部装置との通信機能を有し、制御手段７に蓄積された電気伝導率、濁度及び色度の測定結果を定期的に所定の外部端末（図示せず）に送信する機能を有する。このような構成を備えることで、外部端末において、例えば複数の制御手段７から送信される測定結果をまとめて管理することが容易となる。なお、制御手段７から外部端末に対して濁度、色度及び残留塩素濃度の測定結果を送信する機能を保持していなくてもよい。

また、制御手段は、電気伝導率計１からの電気伝導率の測定結果、並びに、濁度／色度計２からの濁度及び色度の測定結果のいずれかに異常がある場合や、流路変更手段３又は排水手段５の動作に異常がある場合に、当該異常を水道管路１０の設置者等へ通報する機能を備えていてもよい。

制御手段７は、水質を評価する水質計である濁度／色度計２を保護する機能を有する。制御手段７による「保護」とは、濁度／色度計２の測定部に対して濁度又は色度が非常に高い水が流入することを防止することを指す。濁度又は色度が非常に高い水とは、例えば水道管路１０の工事等により発生する異常濁水のことをいう。光学的手法により水質を測定する水質計の測定系に対して異常濁水が流入すると、異常濁水に含まれる成分（濁質）等が測定系に設けられた光学部品等に付着することによって、水質計による測定精度が大きく低下する可能性がある。この場合、水質計の測定精度を通常状態に復帰させるためには、測定系を含む水質計を洗浄する必要がある。しかしながら、水質計の洗浄は時間的及びコスト的な負担が発生するため、水質計の洗浄をできるだけ避けることが望まれる。

そこで、制御手段７では、光学的手法により水質を評価する水質計とは別の手法により水道管路１０の水の濁りを推定し、その推定結果から水質計に対する水の流入の可否を判断し、判断結果に基づいて流路変更手段３による測定管１２への水の流入を制御する。具体的には、電気伝導率計１により測定される電気伝導率（導電率）から水の濁りを推定し、電気伝導率が閾値を超えた場合（すなわち、水の濁りが所定の値を超えたと推定される場合）には、制御手段７によって、流路変更手段３を制御して、測定管１２への水の流入を防ぐ。

水道管路１０内の水の濁りを評価する手法は、濁度／色度計のような光学的手法が一般的である。しかし、本実施形態では、光学的手法とは異なる手法（非光学的手法）を用いて水道管路１０内の水の濁りを検知し、当該結果に基づいて、流路変更手段３を制御して、測定管１２への水の流入を防ぐ。非光学的手法を用いることにより、流路変更手段３の制御に用いられる水の濁りに関する情報を取得するための測定機器についても水の濁りによる影響（濁質の付着等）を防ぐことができる。

なお、流路変更手段３の制御を行うか否かの判断基準となる電気伝導率の閾値は、水道管路１０における水質として許容される範囲（水質基準）よりも広くなるように（水質基準が外れたものも一部含まれるように）設定されることが好ましい。ただし、水質基準よりも十分広くなるように電気伝導率計１における閾値を設定すると、濁りが非常に大きな水が濁度／色度計２に流れる可能性があるということになるので、濁度／色度計２（等の水質計）の都度のメンテナンスが不要となる程度のレベルで電気伝導率計１における閾値を設定することが好ましい。

また、排水手段５を開として排水管１１からの排水を行うことで、流路変更手段３より前段に滞留する水を排出することで、正常な水質の水への復帰を早めると共に、測定管１２を再度開放したときに濁度／色度計２に対して異常濁水の残留分が流入することを防ぐことができる。

以下、図２及び図３を参照しながら、水質計保護システムを含む水質測定システム１００における具体的な制御の方法について説明する。図２は、水質測定システム１００における流路変更手段３及び排水手段５の制御について説明するフローチャートである。また、図３は、流路変更手段３及び排水手段５の制御による水の移動を説明する図である。

まず、濁度／色度計２による測定開始時には、測定管１２側に水が流れるように、測定管１２側の流路変更手段３における電動弁４を開とすると共に排水管１１側の排水手段５における電動弁６を閉とする（Ｓ０１）。このとき、図３（Ａ）に示すように、水道管路１０からの水が測定管１２側へ流入する。

次に、濁度／色度計２による測定と同時に電気伝導率計１による電気伝導率（導電率）の測定も開始し、制御手段７において、電気伝導率が閾値以内であるか否かに基づいて、水の濁りを評価する（Ｓ０２）。電気伝導率が閾値を超えた場合（水の濁りが所定の値を超えたと推定される場合）（Ｓ０２−ＮＯ）には、制御手段７の指示により、測定管１２側への水の流入を止め、排水管１１側への排水に切り替える（Ｓ０３）。電気伝導率が閾値を超えていない場合（水の濁りが所定の値以下である場合）（Ｓ０２−ＹＥＳ）の場合には、測定終了か否かを判断し（Ｓ０６）測定終了まで電気伝導率の測定を継続する（Ｓ０６−ＮＯ）。

測定管１２側への水の流入を止め、排水管１１側への排水に切り替える（Ｓ０３）際には、制御手段７により、排水管１１側の排水手段５の電動弁６を閉から開へと切り換えた後に、測定管１２側の流路変更手段３の電動弁４を開から閉へと切り換える制御を行うことが好ましい。この結果、図３（Ｂ）に示すように、排水管１１側の排水手段５の電動弁６が開であって、測定管１２側の流路変更手段３の電動弁４が閉の状態が発生する。このとき、測定管１２において流路変更手段３の電動弁４の前段に到達していた水が測定管１２を逆流して排水管１１側へ流れ、排水手段５の下流側へ移動する。すなわち、排水管１１と測定管１２との分岐部分がエジェクタポンプのように動作する。排水管１１と測定管１２との分岐部分をエジェクタポンプのように機能させるには、測定管１２に対して排水管１１への流れやすさが大きくなる（流路抵抗が小さくなる）ように、管径等が調整される。これにより、測定管１２の上流側に水が滞留することが防止され、測定管１２の流路変更手段３の電動弁４を再度開けた際に、濁った水が濁度／色度計２側へ移動することを防ぐことができる。

なお、排水管１１側の排水手段５の電動弁６を閉から開へと切り換えるのと同時に測定管１２側の流路変更手段３の電動弁４を開から閉へと切り換えてもよい。また、測定管１２側の流路変更手段３の電動弁４の開から閉への切り換えを先行して行った場合でも、流路変更手段３により測定管１２への濁りの高い水が流れることを防止することができる。

その後、水道管路１０内の水の濁りが通常状態に復帰してくると、電気伝導率計１による電気伝導率（導電率）の測定結果も改善する。そこで、制御手段７において、電気伝導率が閾値以内であるか否かに基づいて、水の濁りを評価する（Ｓ０４）。電気伝導率が閾値を超えた場合（水の濁りが所定の値を超えたと推定される場合）（Ｓ０４−ＮＯ）には、引き続き排水手段５による排水を継続する。一方、電気伝導率が閾値以下であった場合（水の濁りが所定の値以下であった場合）には、制御手段７により、排水管１１側の排水手段５の電動弁６を開から閉へと切り換えると共に、測定管１２側の流路変更手段３の電動弁４を閉から開へと切り換える制御を行う（Ｓ０５）。この際には、電動弁の切り換えの順序は特に限定されない。その後、測定終了か否かを判断し（Ｓ０６）測定終了まで電気伝導率の測定を継続する（Ｓ０６−ＮＯ）。

なお、測定管１２側の流路変更手段３の閉じた後の復帰については、水質計からの情報も利用した制御方法に変更することもできる。図４を参照しながら、水質計保護システムを含む水質測定システム１００における具体的な制御の方法の変形例について説明する。図２に示す方法と同一の制御を行う部分については、説明を省略する。

まず、濁度／色度計２による測定開始時には、測定管１２側に水が流れるように、測定管１２側の流路変更手段３における電動弁４を開とすると共に排水管１１側の排水手段５における電動弁６を閉とする（Ｓ１１）。

次に、濁度／色度計２による測定と同時に電気伝導率計１による電気伝導率（導電率）の測定も開始し、制御手段７において、電気伝導率が閾値以内であるか否かに基づいて、水の濁りを評価する（Ｓ１２）。電気伝導率が閾値を超えた場合（水の濁りが所定の値を超えたと推定される場合）（Ｓ１２−ＮＯ）には、制御手段７の指示により、測定管１２側への水の流入を止め、排水管１１側への排水に切り替える（Ｓ１３）。このとき、制御手段７により、排水管１１側の排水手段５の電動弁６を閉から開へと切り換えた後に、測定管１２側の流路変更手段３の電動弁４を開から閉へと切り換える制御を行う。電気伝導率が閾値を超えていない場合（水の濁りが所定の値以下である場合）（Ｓ１２−ＹＥＳ）の場合には、測定終了か否かを判断し（Ｓ１８）測定終了まで電気伝導率の測定を継続する（Ｓ１８−ＮＯ）。

その後、水道管路１０内の水の濁りが通常状態に復帰してくると、電気伝導率計１による電気伝導率（導電率）の測定結果も改善する。そこで、制御手段７において、電気伝導率が閾値以内であるか否かに基づいて、水の濁りを評価する（Ｓ１４）。電気伝導率が閾値を超えた場合（水の濁りが所定の値を超えたと推定される場合）（Ｓ１４−ＮＯ）には、引き続き排水手段５による排水を継続する。一方、電気伝導率が閾値以下であった場合（水の濁りが所定の値以下であった場合）には、制御手段７により、まず、測定管１２側の流路変更手段３の電動弁４を閉から開へと切り換える制御を行う（Ｓ１５）。

上記の操作により、測定管１２に設けられた濁度／色度計２による測定が可能となるので、制御手段７により、濁度／色度計２による測定結果を参照しながら、排水手段５の制御実施要否を判断する。具体的には、排水手段５による排水が不要なレベルまで水質が復帰したかを判断し（Ｓ１６）、水質が復帰した判断した場合には（Ｓ１６−ＹＥＳ）、制御手段７により、排水管１１側の排水手段５の電動弁６を開から閉へと切り換える制御を行う。一方、水質の復帰が不十分である判断した場合には（Ｓ１６−ＮＯ）、引き続き排水手段５による排水を継続しながら水質が復帰するまで待機する。その後、測定終了か否かを判断し（Ｓ０６）測定終了まで電気伝導率の測定を継続する（Ｓ０６−ＮＯ）。

図４に示す処理の場合、排水管１１側の排水手段５による排水の終了のタイミングを濁度／色度計２による測定結果に基づいて判断する点が、図２に示す処理と相違する。排水手段５による排水管１１からの排水は、水道管路１０内の水の水質の向上（復帰）を促すものである。したがって、濁度／色度計２による測定結果を参照しながら排水を終了する構成とする場合、水道管路１０内の水の水質向上を早めることができる。

以上のように、本実施形態に係る水質計保護システムを含む水質測定システム１００では、濁り検知手段である電気伝導度計１において水道管路１０内の水の濁りを検知した場合には、制御手段７によって水質計である濁度／色度計２に対する水道管路１０からの水の流入を止めることができる。また、水道管路１０内の水の濁りが通常に戻ったことを電気伝導度計１において検知した場合には、制御手段７によって濁度／色度計２に対する水道管路１０からの水の流入を再開させることができる。このように、水道管路１０内の水の濁りの変化に応じて、濁度／色度計２に対する水道管路１０からの水の流入が制御可能となるので、水道管路１０内の水の水質を光学的手法により測定する水質計を保護することが可能となる。

また、上記の水質測定システム１００では、流路変更手段３により電気伝導度計１と濁度／色度計２との間の水の流れを遮断可能な構成とすることで、電気伝導度計１における検出結果に基づいて濁度／色度計２に対する水道管路からの水の流入の制御を簡便且つ確実に行うことができる。

また、排水手段５を利用して排水管１１からの水の排出可否を制御する構成を備えていることにより、排水管１１から水道管路１０内の水を排出することで、水道管路１０内の水の通常状態への復帰を促進することができる。なお、上記実施形態では、排水手段５を開として排水管１１から外部へ水を排出する構成としているが、排水手段５を備えていない場合であっても、濁り検知手段による検出結果に基づいて、制御手段７が流路変更手段３の電動弁４を開閉することにより、水質計の保護が可能である。

また、上記実施形態のように、排水手段５を利用した排水管１１からの水の排水を開始した後に、流路変更手段３による水質計に対する水道管路１０からの水の流れを遮断するように切り替える構成とすることで、流路変更手段３の上流側の水を好適に外部に排出することができる。したがって、流路変更手段３の上流側に排水前の水が滞留した状態で流路変更手段３を開くことで流路変更手段３の上流側の水が水質計に到達することを防ぐことができるため、水質計のより確実な保護が可能となる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られない。例えば、上記実施形態では、制御手段７では、電気伝導率慶１からの情報に基づいて、流路変更手段３における電動弁４の動作の制御要否（保護の要否）を判断しているが、水道管路１０内の水の濁りに係る他の情報（例えば、ｐＨ、臭気等）を取得し、これらの測定結果を組み合わせて判断を行う構成としてもよい。

また、上記実施形態では、１台の制御手段７が含まれた水質測定システム１００について説明をしたが、制御手段７は、複数台の装置の組み合わせによって実現されていてもよい。また、水質測定システム１００に含まれる水質計保護システムは、濁度計、色度計等が設置された既存の水道管路に対して適用することもできる。

１…電気伝導率計、２…濁度／色度計、３…流路変更手段、５…排水手段、７…制御手段、１００…水質測定システム。

Claims (5)

1. 水道管路内の水の水質を光学的手法により測定する水質計よりも上流側に設けられ、非光学的手法により前記水の濁りを検知する濁り検知手段と、
   前記濁り検知手段における検知の結果に基づいて、前記水質計に対する前記水道管路からの前記水の流入可否を制御する制御手段と、
   を備えた水質計保護システム。
2. 前記濁り検知手段と前記水質計との間の水の流れを遮断可能な流路変更手段を備え、
   前記制御手段は、前記流路変更手段を制御することで、前記水質計に対する前記水道管路からの前記水の流れを遮断する請求項１に記載の水質計保護システム。
3. 前記流路変更手段よりも上流側に接続された前記水道管路内の前記水を排出可能な排水管を備え、
   前記制御手段は、前記排水管からの前記水の排出可否を制御する請求項２に記載の水質計保護システム。
4. 前記制御手段は、前記排水管からの水の排出を開始した後に、前記流路変更手段において前記水質計に対する前記水道管路からの前記水の流れを遮断する請求項３に記載の水質計保護システム。
5. 水道管路内の水の水質を光学的手法により測定する水質計と、
   前記水質計よりも上流側に設けられ、非光学的手法により前記水の濁りを検知する濁り検知手段と、
   前記濁り検知手段における検知の結果に基づいて、前記水質計に対する前記水道管路からの前記水の流入可否を制御する制御手段と、
   を備えた水質測定システム。

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