JP6684426B2 - 水質分析装置及び水質分析方法 - Google Patents

Description

本発明は、水質分析装置に関するとともに、水質分析装置を用いて水質を分析する方法に関する。

特許文献１には、岩石を収納した反応セルとシリンジとが連通管によって連結され、その連通管には採取バルブが設けられた溶出元素採取装置が開示されている。この溶出元素採取装置の使用の際には、採取バルブを開状態にして、岩石の中を透水した二酸化炭素溶解溶液をシリンジによって吸引する。

特許文献２には、収納容器に取水口が設けられ、その取水口にシリンジが連結された間隙水抽出装置が開示されている。間隙水抽出装置の使用の際には、岩石及び超純水を収納容器に収容し、岩石に含まれる間隙水を超純水に抽出し、その超純水をシリンジによって吸引する。そして、シリンジに採取した水に含まれる間隙水の水質を分析する。

特許文献３には、地盤のボーリング孔内にサンプラーボトルを沈降させて、地下水をそのサンプラーボトルに採取し、そのサンプラーボトルを地上に引き上げ、そのサンプラーボトルとｐＨ計とＯＲＰ計を窒素充填グローブボックスに収容し、そのグローブボックス内でサンプラーボトルを開封することで地下水のｐＨとＯＲＰをｐＨ計及びＯＲＰ計に寄って測定することが開示されている。

特開２００９−５８４４１号公報 特開２００９−５８４４０号公報 特開２０１５−１７９０５号公報

ところで、特許文献２に記載の技術では、採取現場の岩石を収納容器に収納するまでの過程で、岩石中の間隙水に空気中の酸素が接触してしまうので、間隙水の溶存成分が変化して、間隙水の水質を正確に分析することができなかった。
特許文献３に記載の技術では、地下水のｐＨ及びＯＲＰを測定するのに多くの工程を経る必要があり、その測定に時間を要していた。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、水を可能な限り気中に暴露させずに、その水の水質を短時間で測定できるようにすることを目的とする。

以上の課題を解決するための主たる発明は、取水部と、前記取水部に接続されたセンサ収容部と、前記センサ収容部に接続され、前記センサ収容部内の空気を吸引する吸引機器と、前記センサ収容部に収容され、水質指標を検知するセンサ部と、前記取水部から前記センサ収容部までの経路に設けられ、その経路を開閉可能な栓と、を備える水質分析装置である。
また、前記水質分析装置を用いた水質分析方法は、前記取水部を測定地に設置する設置工程と、前記設置工程後に、前記吸引機器により前記センサ収容部内の空気を吸引することによって前記測定地の水を前記センサ収容部内に吸い上げる吸い上げ工程と、前記吸い上げ工程によって前記センサ収容部に吸い上げられた水の水質指標を前記センサ部によって検知する検知工程と、を備える。

本発明によれば、センサ収容部内の空気を吸引機器により吸引すると、センサ収容部内が負圧になるので、その負圧により測定地の水がセンサ収容部内に吸引される。そして、センサ部がセンサ収容部に収容されているので、測定地の水がセンサ収容部に採取してすぐに、その水の水質指標をセンサ部によって検知することができる。また、採取した水の気中への暴露を抑えることができ、水質指標の測定値が正確になる。

図１は、水質分析装置の一部を破断した状態で示した概略側面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。

図１は、水質分析装置１の使用状態を示した図面である。
水質分析装置１は採水器及び水質計器を備え、その採水器はフィルタ１０、吸引機器２０、センサ収容部３０及び可撓性チューブ６０，７０を備え、その水質測定器はセンサ部４０、分析機本体５０及びケーブル８０を備える。

取水フィルタ１０は、セラミック製の多孔質な濾材により構成されている。

センサ収容部（センサホルダ）３０は、センサ部４０が装着される有底筒状の透明なハウジング３１と、そのハウジング３１の開口の内周面に周方向に設けられた止水材３２と、を有する。そのハウジング３１の開口にはセンサ部４０が挿入され、センサ部４０の先端面及び外周面とハウジング３１の内面との間には空隙３６が形成される。止水材３２はリング状に形成されたゴム材からなり、その止水材３２によってハウジング３１の開口の内周面とセンサ部４０の外周面との間が止水されている。ハウジング３１の底面には、ハウジング３１の内部空間に通じる連結ポート３３が形成され、ハウジング３１の外周面には、ハウジング３１の内部空間に通じる連結ポート３４が形成されている。連結ポート３３には、連結ポート３３を開閉する栓３５が設けられている。

センサ収容部３０と取水フィルタ１０は可撓性チューブ６０によって連結されている。つまり、可撓性チューブ６０の一端が取水フィルタ１０に連結され、その可撓性チューブ６０の他端がセンサ収容部３０の連結ポート３３に連結されている。

吸引機器２０は、シリンダ２１、プランジャ２２、プランジャロッド２３、フランジ２４、取水ポート２５及び栓２６等を有するシリンジからなる。シリンダ２１は、一端側に底部を有するとともに他端側が開口した筒状体に形成されている。シリンダ２１の一端部には、シリンダ２１の内部空間に通じる取水ポート２５が形成され、その取水ポート２５には、取水ポート２５を開閉する栓２６が設けられている。プランジャロッド２３の一端にプランジャ２２が取り付けられ、プランジャロッド２３の他端にフランジ２４が設けられている。プランジャロッド２３の一端側がシリンダ２１に挿入され、プランジャ２２がシリンダ２１の内周面に対して摺動可能となってシリンダ２１に嵌め込まれている。プランジャ２２は少なくともその外周面にゴムを有し、そのゴムによってシリンダ２１の内周面とプランジャ２２の外周面との間が止水されている。

センサ収容部３０と吸引機器２０は可撓性チューブ７０によって接続されている。つまり、可撓性チューブ７０の一端がセンサ収容部３０の連結ポート３４に連結され、可撓性チューブ７０の他端が吸引機器２０の取水ポート２５に連結されている。

センサ部４０は、水質を表す指標を検知する検知部である。センサ部４０と分析機本体５０がケーブルによって接続され、センサ部４０の検知結果が分析機本体５０に転送される。分析機本体５０はセンサ部４０に電力を供給したり、センサ部４０を制御したり、各種の演算処理をしたりする。また、分析機本体５０には液晶ディスプレイ等の表示部５１が設けられており、検知された水質指標が表示部５１に表示される。

具体的には、センサ部４０には、水質指標の測定原理に応じた構造体と、その構造体に取り付けられているとともに、物理量を電気信号に変換する一又は複数のセンサ等とが設けられている。水質指標としては、例えば導電率、電気抵抗率、総溶解不純得物濃度、塩分濃度、温度、水素イオン濃度指数（ｐＨ）、酸化還元電位（ＯＲＰ）、溶存酸素量（ＤＯ）、浮遊物質量（ＳＳ）、濁度、透明度、色、残留塩素等である。構造体は、水質を表す指標の測定に適した構造を有する。センサとしては、例えば、電気抵抗センサ、電流センサ、電圧センサ、光センサ、フォトダイオード、光電変換素子、イメージセンサ、温度センサ、熱電対、サーミスタ、圧力センサ、磁気センサ等である。分析機本体５０には電子回路が内蔵されており、その電子回路はセンサ部４０のセンサによって出力された電気信号を増幅・処理等することによって水質の指標を演算する。電子回路がディスプレイ５１を駆動することによって、電子回路によって演算された水質の指標がディスプレイ５１に表示される。また、分析機本体５０にはメモリが内蔵されており、電子回路がそのメモリを駆動することによって、電子回路によって演算された水質の指標がメモリに記録される。
なお、センサ部４０、分析機本体５０及びケーブル８０のセットには、市販されたポータブル水質計を用いることができる。

続いて、水質分析装置１を用いた間隙水の分析方法について説明する。
まず、吸引機器２０を組み立てる。つまり、栓２６を開けた上で、プランジャ２２をシリンダ２１の開口に嵌め込んで、プランジャ２２及びプランジャロッド２３をシリンダ２１に押し込むことによって、プランジャ２２をシリンダ２１の底部にまで移動させる。これにより、プランジャ２２よりもシリンダ２１の底部側の領域内の空気を排出し、その領域の容積をほぼ０にする。
次に、可撓性チューブ７０の一端をセンサ収容部３０の連結ポート３４に連結し、可撓性チューブ７０の他端を吸引機器２０の取水ポート２５に連結する。また、可撓性チューブ６０の一端を取水フィルタ１０に連結し、可撓性チューブ６０の他端をセンサ収容部３０の連結ポート３３に連結する。
次に、栓３５を開けた上で、センサ部４０をセンサ収容部３０のハウジング３１の開口に挿入して、センサ部４０をセンサ収容部３０に取り付ける。そして、センサ部４０と分析機本体５０をケーブル８０によって接続する。

また、原位置の地盤９０に取水フィルタ１０を埋設する。そうすると、地盤９０の間隙水が水圧により取水フィルタ１０に集水される。地盤９０は、河川、沼、池、湖、海等の水底の地盤でもよいし、地上の地盤でもよいし、堆積されたヘドロであってもよい。
次に、プランジャロッド２３を引いて、プランジャ２２をシリンダ２１の開口側（図中上方）へ移動させる。そうすると、負圧によってセンサ収容部３０のハウジング３１内の空気が吸引機器２０のシリンダ２１に吸引されるとともに、ハウジング３１内の負圧によって地盤９０中の間隙水が取水フィルタ１０に吸引される。取水フィルタ１０に吸引される間隙水は取水フィルタ１０によって濾過されて、ハウジング３１内に流入する。更にプランジャロッド２３を引くことによって、間隙水をハウジング３１内に充填するとともに、シリンダ２１内に吸引する。ここで、ハウジング３１が透明材からなるので、ハウジング３１内の間隙水を観察して、間隙水の充填を目視することができる。また、間隙水が取水フィルタ１０によって濾過されるので、土砂等が可撓性チューブ６０，７０やセンサ収容部３０等に詰まらない。
吸引機器２０による吸引によって目的の量の間隙水がシリンダ２１内に貯留されたら、プランジャ２２及びプランジャロッド２３の引きを終了する。
その後すぐに、栓２６，３５を閉める。これにより、シリンダ２１が密閉状態となり、取水ポート２５を通じた外気の侵入を抑えられる。センサ収容部３０についても同様に密閉状態となる。

次に、分析機本体５０を操作して、水質指標の測定を開始する。そうすると、センサ収容部３０内の間隙水の水資指標がセンサ部４０によって検知され、その水質指標が分析機本体５０の表示部５１に表示される。なお、吸引機器２０によって間隙水を吸い上げている時に、分析機本体５０及びセンサ部４０によって水質指標を測定してもよい。

次に、取水フィルタ１０を地盤９０から引き抜き、可撓性チューブ７０を取水ポート２５から取り外す。

採水後は、採取した間隙水を吸引機器２０ごと試験場に搬送し、試験場では、採取した間隙水を分析する。例えばＢＯＤ（生物化学的酸素消費量）分析、ＣＯＤ（化学的酸素要求量）分析、大腸菌群数分析、ヘキサン抽出物質分析、全りん分析等を行うが、特にセンサ部４０及び分析機本体５０によって測定できない水質指標を測定することが好ましい。間隙水の分析に際しては、シリンダ２１内に間隙水を収容した状態で水質試験を行う。

本実施形態によれば、地盤９０から間隙水を吸い上げてすぐにその間隙水の水質の指標を測定することができる。また、地盤９０から間隙水を吸引した直後にその間隙水の水質指標を測定したので、特に、ハウジング３１に間隙水が充填された直後に栓３５の閉栓によって間隙水を密閉したので、ハウジング３１内の間隙水が空気・酸素に接触する時間・機会が減る。よって、水質指標の測定値が正確となる。特に、測定する水質指標が溶存酸素量である場合に有効的である。

また、採水直後に栓２６の閉栓によってシリンダ２１内の間隙水を密閉したので、その間隙水の気中への暴露を抑制できる。よって、その後の試験場における水質検査の結果の正確性が向上する。

また、取水フィルタ１０が設けられているので、その取水フィルタ１０を原位置の地盤９０に埋設して、原位置の間隙水を直接採取することができる。それゆえ、間隙水の気中への暴露を抑えられ、センサ部４０及び分析機本体５０による測定結果が正確となる。

上記実施形態では、栓２６が取水ポート２５に設けられていたが、可撓性チューブ７０に設けられていてもよい。栓３５についても可撓性チューブ６０に設けられてもよい。
また、可撓性チューブ６０の代わりに、剛性の高い非可撓性の管によって取水フィルタ１０とセンサ収容部３０が接続されてもよい。可撓性チューブ７０も非可撓性管に変更してもよい。
また、多孔質な取水フィルタ１０をストレーナ型フィルタに変更してもよい。
また、シリンダ２１の他端がキャップ等の蓋部材によって閉塞され、プランジャロッド２３が蓋部材を貫通し、その蓋部材に通気孔が形成されていてもよい。
また、可撓性チューブ６０を省略し、取水フィルタ１０がセンサ収容部３０の連結ポート３３に直接接続されてもよい。可撓性チューブ７０についても同様であり、センサ収容部３０の連結ポート３４と吸引機器２０の取水ポート２５が直接接続されてもよい。

また、吸引機器２０を手動又は電動の揚水ポンプに変更してもよい。この場合、シリンダ２１のような採水容器がその揚水ポンプ自体に設けられていないときには、その揚水ポンプの下流側に採水容器を接続することが好ましい。そうすれば、その揚水ポンプで揚水した間隙水を採水容器に貯留することができる。

また、取水フィルタ１０を河川、湖、沼、池、海、井戸、受水槽等の原位置（測定地）の水に浸漬し、吸引機器２０によって原位置の水を揚水し、その揚水した水の水質の指標をセンサ部４０及び分析機本体５０によって測定してもよい。

上記実施形態では、栓２６，３５を開けた状態でプランジャ２２をシリンダ２１の開口側（図中上方）へ引き、間隙水をハウジング３１及びシリンダ２１に吸い上げたが、次のようにしてもよい。つまり、まず栓２６を開けて、栓３５を閉じる。次に、プランジャ２２をシリンダ２１の開口側へ引くと、ハウジング３１内の空気が吸引機器２０のシリンダ２１に吸引されるので、ハウジング３１内が負圧になる。そして、プランジャ２２を引いた状態を保って、栓３５を開栓する。そうすると、ハウジング３１内の負圧によって地盤９０中の間隙水が取水フィルタ１０に吸引されて、センサ収容部３０のハウジング３１内に流入する。更にプランジャロッド２３を引くことによって、間隙水をハウジング３１内に充填するとともに、シリンダ２１内に吸引する。所定量の間隙水がシリンダ２１内に貯留されたら、上記実施形態の場合と同様に、プランジャ２２及びプランジャロッド２３の引きを終了し、すぐに栓２６，３５を閉め、その後、分析機本体５０を操作することによってセンサ収容部３０内の間隙水の水資指標をセンサ部４０によって検知する。

１…水質分析装置， １０…取水フィルタ（取水部）， ２０…吸引機器， ３０…センサ収容部， ３１…ハウジング， ３２…止水材 ４０…センサ部， ５０…分析機本体， ９０…地盤

Claims (7)

1. 取水部と、
   前記取水部に接続されたセンサ収容部と、
   前記センサ収容部に接続され、前記センサ収容部内の空気を吸引する吸引機器と、
   前記センサ収容部に収容され、水質指標を検知するセンサ部と、
   前記取水部から前記センサ収容部までの経路に設けられ、その経路を開閉可能な栓と、を備える水質分析装置。
2. 前記センサ収容部が、有底筒状に設けられたハウジングと、前記ハウジングの開口に周方向に設けられた止水材と、を有し、
   前記センサ部が前記止水材に嵌め込まれた状態で前記ハウジングの開口に挿入され、前記止水材が前記センサ部と前記ハウジングとの間に挟み込まれている請求項１に記載の水質分析装置。
3. 前記ハウジングが透明材からなる請求項２に記載の水質分析装置。
4. 前記取水部が水を濾過するフィルタである請求項１から３の何れか一項に記載の水質分析装置。
5. 前記吸引機器がシリンジである請求項１から４の何れか一項に記載の水質分析装置。
6. 請求項１から５の何れか一項に記載の水質分析装置を用いた水質分析方法であって、
   前記取水部を測定地に設置する設置工程と、
   前記設置工程後に、前記吸引機器により前記センサ収容部内の空気を吸引することによって前記測定地の水を前記センサ収容部内に吸い上げる吸い上げ工程と、
   前記吸い上げ工程によって前記センサ収容部に吸い上げられた水の水質指標を前記センサ部によって検知する検知工程と、を備える水質分析方法。
7. 前記吸い上げ工程において前記栓を開けた状態とし、前記検知工程前に前記栓を閉じる請求項６に記載の水質分析方法。

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