JP7841855B2 - 水処理薬品の測定装置および測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、冷却塔の循環冷却水中の水処理薬品の濃度の測定を行う水処理薬品の測定装置および測定方法に関する。

周知のように、あらゆる産業において工業用水等の用水は重要な役割を果しており、循環水系で用いられることも多く、多用される循環水系には、ボイラー水系、開放系や閉鎖系の冷却水系等がある。

これら循環水系の水質管理には、各種センサーが用いられている。冷却塔において、これらのセンサーは、冷却塔の下部の水槽に設置されて水質測定が行われている。

また、これらの循環水系の水処理には、腐食、スケール、スライム等の水に起因する障害を抑制するために、種々の水処理用薬品（薬剤）が使用されている。これらの水処理用薬品の有する効果を持続させるためには、任意の位置、時間等におけるこれらの薬剤濃度をできるだけ正確に把握し、適切な濃度管理を行うことが必要である。また、水処理用薬品としてそれ自身の濃度の測定が不可能あるいは困難な薬剤を用いた場合の濃度管理方法として、簡単に濃度測定できる物質をトレーサーとして用いることが行われている。

特許文献１では、冷却塔の下部水槽に設置されるセンサーとして、導電率計や酸化還元電位計が使用されている。

トレーサー物質としては、蛍光物質であるスルホン化ピレン化合物を用いる方法が提案されている。例えば、特許文献２，３では、このスルホン化ピレン化合物の測定方法として、蛍光光度計を循環水系の流路に設置して使用する方法が提案されている。

また、別のトレーサー物質としては、リチウムを用いる方法がある。例えば、特許文献４では、このリチウムの測定方法として、リチウムイオン電極を冷却塔の下部水槽に垂直に浸漬させる方法が提案されている。また、特許文献４では、リチウムイオン感応膜への生物膜付着を抑制するために、リチウムイオン感応膜を遮光性のカバーで覆っている。

特許文献５では、センサーの設置方法として、溶存酸素電極の検出面が曝気槽における気泡の上昇方向と同じ方向となるように設置する方法が提案されている。この方法では、検出面が縦向きになるため気泡の滞留がなく、したがって安定して正確な水質計測を測定することができるとしている。

特許文献１では、図２に示されるように、ｐＨ計、導電率計、酸化還元電位計が冷却塔の下部水槽に設置されているが、これらは蛍光光度計ではない。特許文献４では、リチウムイオン官能膜を用いて光学的に測定するセンサーを冷却塔の下部水槽に設置しているが、イオンオプトードを利用しており、被処理水中に存在する蛍光物質の蛍光を光学的に測定する蛍光光度計ではない。

特許文献２では、蛍光光度計を循環水系の流路である配管に差し込んで使用している。しかしながらこの方法では、以下のような問題があった。
（１）水温と外気温とに差がある場合、温度ドリフトが生じ、正確に測定できないことがあった。
（２）透明配管を使用した際に外光が差し込み、光学的な影響により正確に測定できないことがあった。
（３）透明配管を使用した際に外光が差し込むのを防ぐため、取り付け箇所に制限が生じた。
（４）ティーフィッティングを水平に取り付けた場合、空気溜まりが生じてしまい、正確に測定できないことがあった。
（５）ティーフィッティングの取り付け方向に制限があり、周囲の状況によっては取り付けることが困難である場合もあった。
（６）メンテナンスや校正のときに配管から蛍光光度計を取り出す必要があり、作業が煩雑であったり、被処理水が系外に漏れ出る可能性があった。

特許文献３には、被処理水を自動的にサンプリングし、流路において蛍光光度計で測定する方法が記載されている。しかしながら、この方法では、上記（２），（３），（６）と同様の問題の他に、以下のような問題があった。
（７）サンプリングしてから蛍光測定を行うまでに時間がかかり、その間に水温が変化してしまい、正確に測定できないことがあった。

特許文献５では、検出面が曝気槽における気泡の特定の進行方向（上昇方向）と同じ方向となるように溶存酸素電極を設置して気泡の滞留を抑制している。しかしながら、冷却塔の下部水槽は曝気槽とは異なり、曝気を行っていない。冷却塔内部では冷却塔上部から水を散布しているため、冷却塔の下部水槽内の気泡は舞っており、特定の進行を有していない気泡が多い。したがって、この方法を冷却塔の下部水槽に適用する場合、以下のような問題があった。
（８）検出面の方向が定まらず、取り付けることが困難であった。

特許文献４では、リチウムイオン感応膜への生物膜付着を抑制するために、リチウムイオン感応膜を遮光性のカバーで覆っている。しかしながら、この方法では、以下のような問題があった。
（９）一度付着してしまった生物膜を取り除くことは困難である。

特開２００６－０９８００３号公報 米国特許第７，０９９，０１２号明細書 特表２００３－５３２０４９号公報 特開２００４－００４０４５号公報 実公平７－０１０２８８号公報

本発明の目的は、冷却塔の循環冷却水中の蛍光物質濃度を温度、外光、気泡に影響されにくく、精度よく測定することができる水処理薬品の測定装置および測定方法を提供することにある。

本発明は、冷却塔の循環冷却水中の水処理薬品の濃度の測定を行う水処理薬品の測定装置であって、水処理用薬品とトレーサー物質として蛍光物質とを前記循環冷却水中に添加する添加手段と、蛍光受光部を含む測定部を有し、前記循環冷却水中に存在する前記蛍光物質の蛍光を光学的に測定する蛍光光度計と、を備え、前記測定部の少なくとも前記蛍光受光部は、前記冷却塔における前記循環冷却水を貯留する下部水槽において、稼働中の前記冷却塔内の前記循環冷却水の流速が０．００１ｍ／ｓ以上である箇所に浸漬され、前記冷却塔の外部から入光した外光が前記蛍光光度計の前記蛍光受光部に入光するのを抑制するように遮光されている、水処理薬品の測定装置である。

前記水処理薬品の測定装置において、前記蛍光光度計は、前記蛍光受光部を洗浄する洗浄機能を有することが好ましい。

前記水処理薬品の測定装置において、前記蛍光光度計の測定値に基づいて前記循環冷却水中の前記水処理用薬品の濃度管理を行うことが好ましい。

本発明は、冷却塔の循環冷却水中の水処理薬品の濃度の測定を行う水処理薬品の測定方法であって、水処理用薬品とトレーサー物質として蛍光物質とを前記循環冷却水中に添加する添加工程と、蛍光受光部を含む測定部を有する蛍光光度計によって、前記循環冷却水中に存在する前記蛍光物質の蛍光を光学的に測定する蛍光測定工程と、を含み、前記測定部の少なくとも前記蛍光受光部は、前記冷却塔における前記循環冷却水を貯留する下部水槽において、稼働中の前記冷却塔内の前記循環冷却水の流速が０．００１ｍ／ｓ以上である箇所に浸漬され、前記冷却塔の外部から入光した外光が前記蛍光光度計の前記蛍光受光部に入光するのを抑制するように遮光されている、水処理薬品の測定方法である。

前記水処理薬品の測定方法において、前記蛍光光度計は、前記蛍光受光部を洗浄する洗浄機能を有することが好ましい。

前記水処理薬品の測定方法において、前記蛍光光度計の測定値に基づいて前記循環冷却水中の前記水処理用薬品の濃度管理を行うことが好ましい。

本発明により、冷却塔の循環冷却水中の蛍光物質濃度を温度、外光、気泡に影響されにくく、精度よく測定することができる水処理薬品の測定装置および測定方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係る水処理薬品の測定装置を備える冷却塔の一例を示す概略構成図である。 本発明の実施形態に係る水処理薬品の測定装置における蛍光光度計の測定部の一例を示す概略構成図である。 本発明の実施形態に係る水処理薬品の測定装置における蛍光光度計の測定部の他の例を示す概略構成図（（ａ）：側面図、（ｂ）：平面図）である。 本発明の実施形態に係る水処理薬品の測定装置における蛍光光度計の測定部の他の例を示す概略構成図（（ａ）：側面図、（ｂ）：平面図）である。 本発明の実施形態に係る水処理薬品の測定装置における蛍光光度計の測定部の浸漬方法の一例を示す概略図である。 本発明の実施形態に係る水処理薬品の測定装置における蛍光光度計の測定部に取り付ける遮光部材の一例を示す概略図である。 実施例１、比較例１で用いた開放循環冷却塔模擬装置を示す概略構成図である。 実施例１、比較例１における運転時間（ｈｒ）に対する水温（℃）と測定誤差（％）を示すグラフである。 実施例２、比較例２で用いた開放循環冷却塔模擬装置を示す概略構成図である。 実施例２、比較例２における運転時間（ｈｒ）に対する水温（℃）と測定誤差（％）を示すグラフである。 比較例３で用いた開放循環冷却塔模擬装置を示す概略構成図である。 実施例３で用いた開放循環冷却塔模擬装置を示す概略構成図である。 比較例３、実施例３における蛍光光度計の回転角度（°）に対するＰＴＳＡの測定値（μｇ／Ｌ）を示すグラフである。 比較例３における蛍光光度計の蛍光受光部への入光の様子を示す概略図である。 実施例３における蛍光光度計の蛍光受光部への入光の様子を示す概略図である。 実施例４で用いた開放循環冷却塔模擬装置を示す概略構成図である。 実施例４における運転時間（ｈｒ）に対する菌対数（ＣＦＵ／ｍＬ）と測定誤差（％）を示すグラフである。

本発明の実施の形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。

本発明の実施形態に係る水処理薬品の測定装置を備える冷却塔の一例の概略を図１に示し、その構成について説明する。

図１に示す冷却塔１は、例えば、循環冷却水と外気とを接触させて循環冷却水を冷却する開放循環式冷却水系の冷却塔である。冷却塔１は、下部に下部水槽１０を備え、上部に、外気を冷却塔１の内部に取り入れるためのファン１２を備え、塔の外周部に充填材１６と、充填材１６の上方に散水槽１４とを備える。下部水槽１０の水面の上方に所定の距離で板状部材である渡り板１８が水面に平行になるように設置されていてもよい。下部水槽１０の例えば下部側面と散水槽１４とは、循環ポンプ２２、熱交換器２４を介して循環配管３０によって接続されている。

水処理薬品の測定装置３は、冷却塔１の循環冷却水中の水処理薬品の濃度を、トレーサー物質である蛍光物質の濃度を測定することによって、測定する装置である。水処理薬品の測定装置３は、水処理用薬品とトレーサー物質として蛍光物質とを循環冷却水中に添加する添加手段として、薬液槽２６と、薬液ポンプ２８と、薬液配管３２を備え、蛍光受光部を含む測定部４６を有し、循環冷却水中に存在する蛍光物質の蛍光を光学的に測定する蛍光光度計２０を備える。

蛍光光度計２０の構造としては、例えば、励起光源と、蛍光物質および蛍光物質の蛍光の性質と合うように特定の励起波長を選択するための光学フィルターと、励起光を蛍光光度計外に放出させる励起光放出部と、被処理水（ここでは、循環冷却水）中に存在する蛍光物質の蛍光を蛍光光度計内に入光させる蛍光受光部と、特定の蛍光波長を選択するための光学フィルターと、蛍光の状態を電気信号へ変換する機能を有する受光素子と、含む測定部４６と；電気信号を受信して水処理用薬品濃度を算出する演算部３６と；を含んで構成される。蛍光光度計２０は、測定部４６の受光素子から入力された信号を受信する受信部３４、被処理水へ添加する水処理用薬品の添加量を決定する制御部３８を備えてもよい。

蛍光光度計２０は、例えば、図２に一例を示すように、円筒形状等の測定部４６の一端部の面に励起光放出部／蛍光受光部４０を備え、さらに、励起光源４２と、受光素子４４とを備え、励起光源４２から放出された励起光を励起光放出部／蛍光受光部４０を透過させて放出し、測定対象が励起光を吸収した後に蛍光を放出し、励起光放出部／蛍光受光部４０を透過された蛍光を受光素子４４で受光することができる構成となっている。励起光放出部／蛍光受光部４０の放出面／受光面は、平坦な形状である。

蛍光光度計２０の別の構造としては、図３に示すように、測定部４６の中空の円筒形状の一端部の内側に、励起光放出部／蛍光受光部４０の放出面／受光面が弯曲して設けられた構造であってもよい。励起光源４２から放出された励起光を例えば弯曲した励起光放出部／蛍光受光部４０を透過させて放出し、弯曲した励起光放出部／蛍光受光部４０を通過する測定対象が励起光を吸収した後に蛍光を放出し、弯曲した励起光放出部／蛍光受光部４０を透過された蛍光を受光素子４４で受光することができる構成となっている。励起光源４２と、受光素子４４とがなす角度については、特に限定されない。

蛍光光度計２０の別の構造としては、図４に示すように、円筒形状等の測定部４６の一端部の面または内側に、励起光放出部／蛍光受光部が励起光放出部４０ａと蛍光受光部４０ｂとに分離され、例えばＬ字型に配置されている構造であってもよい。励起光源４２から放出された励起光を励起光放出部４０ａを透過させて放出し、測定対象が励起光を吸収した後に蛍光を放出し、蛍光受光部４０ｂを透過された蛍光を受光素子４４で受光することができる構成となっている。励起光放出部４０ａと蛍光受光部４０ｂとがなす角度については、特に限定されない。励起光源４２と受光素子４４とがなす角度については、特に限定されない。

図１に示すように、蛍光光度計２０の測定部４６は、冷却塔１における循環冷却水を貯留する下部水槽１０に浸漬されている。すなわち、測定部４６の少なくとも励起光放出部／蛍光受光部は、下部水槽１０に浸漬されている。また、後述するように、冷却塔１の外部から入光した外光が測定部４６の蛍光受光部に入光するのを抑制するように遮光されている。

ここで外光とは、冷却塔の外側から直射、反射、散乱、または透過して内側に入る光である。外光の種類としては、例えば、太陽光や、蛍光灯、ＬＥＤ灯、水銀灯、ハロゲン灯等から発せられる直接光、およびこれらの光が冷却塔の外側の環境において反射、散乱、または透過した光、加えてこれらの組み合わせが挙げられる。

薬液槽２６の例えば下部側面の薬液出口と冷却塔１の下部水槽１０の例えば上部側面の薬液入口とは、薬液ポンプ２８を介して、薬液配管３２によって接続されている。

水処理薬品の測定装置３は、受信部３４、演算部３６、制御部３８を備える。受信部３４と測定部４６とは、有線または無線の電気的接続等によって通信可能に接続されている。制御部３８と薬液ポンプ２８とは、有線または無線の電気的接続等によって通信可能に接続されている。

冷却塔１および水処理薬品の測定装置３の動作について説明する。

冷却塔１において、冷却塔１の下部水槽１０に貯留された循環冷却水は、循環冷却水出口から循環ポンプ２２によって配管３０を通して熱交換器２４に送液され、熱交換器２４において高温、高圧の冷媒と熱交換され、水温が上昇した冷却水となり、熱交換器２４から配管３０を通して冷却塔１の上部の散水槽１４に送液される。散水槽１４に貯留された冷却水は、冷却塔１の上部から充填材１６内へ散水される。散水された循環冷却水は、ファン１２により外部から取り込まれた空気と充填材１６内で接触し、一部が蒸発し、蒸発潜熱を放出することによって水温が低下した冷却水となって、冷却塔１の下部水槽１０に落下し、貯留される。下部水槽１０に貯留された循環冷却水は、上記の通り、循環ポンプ２２によって配管３０を通して熱交換器２４に送液される。このようにして、循環冷却水が循環される。

一方、薬液槽２６に貯留された水処理用薬品とトレーサー物質として蛍光物質とが薬液ポンプ２８によって薬液配管３２を通して冷却塔１の下部水槽１０に貯留された循環冷却水中に添加される（添加工程）。冷却塔１の下部水槽１０に少なくとも蛍光受光部が浸漬された測定部４６を有する蛍光光度計２０によって、循環冷却水中に存在する蛍光物質の蛍光が光学的に測定される（蛍光測定工程）。具体的には、図２～４に示す測定部４６の励起光源４２から放出された励起光が励起光放出部／蛍光受光部４０または励起光放出部４０ａを透過して放出され、測定対象が励起光を吸収した後に蛍光を放出し、励起光放出部／蛍光受光部４０または蛍光受光部４０ｂを透過した蛍光が受光素子４４で受光される。

受信部３４は、測定部４６の受光素子４４から入力された信号を受信する（受信工程）。演算部３６は、受信部３４により受信された信号を、例えば、予め記憶させた検量線を用いて循環冷却水中に含まれる蛍光物質の濃度を換算した後に、前もって水系に対しての水処理用薬品の添加量と蛍光物質の添加量との比率を既知の係数（蛍光物質による薬品濃度換算係数）として把握している際には、蛍光物質の濃度に係数を乗じることによって、水処理薬品の濃度を計算する。また、予め記憶させておいた別の検量線を用いて循環冷却水中に含まれる水処理薬品の濃度を換算してもよい（演算工程）。制御部３８は、演算部３６で計算された水処理用薬品の濃度に基づいて必要な水処理用薬品の添加量を計算する。制御部３８は、計算した水処理用薬品の添加量に基づいて、制御ラインを通じて、薬液ポンプ２８の駆動を制御してもよい（制御工程）。

このように、トレーサー物質である蛍光物質の循環冷却水中の濃度が測定されることによって、水処理用薬品の循環冷却水中の濃度が測定される。蛍光光度計により測定された水処理用薬品の循環冷却水中の濃度に基づいて、循環冷却水中の水処理用薬品の濃度管理が行われ、必要な量の水処理用薬品が添加されてもよい。

本実施形態に係る水処理薬品の測定装置および測定方法によって、冷却塔１の循環冷却水中の蛍光物質濃度を温度、外光、気泡に影響されにくく、精度よく測定することができる。

蛍光光度計２０の測定部４６の少なくとも励起光放出部／蛍光受光部４０を、冷却塔１の下部水槽１０に浸漬することによって、測定部４６が外気温に触れるのが抑制され、温度ドリフトを解消することができる（上記（１）の解消）。また、循環冷却水のサンプリングをしなくてもよく、測定までの時間のロスを低減することができ、測定のときの水温の変化を抑制することができる（上記（７）の解消）。下部水槽１０内の気泡の流れは均一でないため、気泡溜まりが生じにくく、正確に測定ができる（上記（４）の解消）。下部水槽１０内において測定部４６の検出面（励起光放出部／蛍光受光部４０または蛍光受光部４０ｂ）の方向を任意に定めることができ、取り付けの制限がほとんどない（上記（３），（５），（８）の解消）。下部水槽１０から容易に測定部４６を取り出すことができ、作業が楽になり、循環冷却水が系外に漏れ出ることもほとんどない（上記（６）の解消）。

また、後述するように測定部４６の励起光放出部／蛍光受光部４０が遮光されていることによって、光学的な影響が低減され、正確な測定を行うことができる（上記（２）の解消）。

本実施形態に係る水処理薬品の測定装置および測定方法において、励起光放出部／蛍光受光部４０の表面に付着する生物膜等が測定精度に影響を与える場合があることから、蛍光光度計２０は、測定部４６の励起光放出部／蛍光受光部４０を洗浄する洗浄機能を有してもよい。励起光放出部／蛍光受光部４０の表面を洗浄する洗浄機能を備え付けることによって、測定精度を大幅に向上させることができる。洗浄機能としては、測定部４６の励起光放出部／蛍光受光部４０の表面を洗浄することができる構成であればよく、特に制限はないが、例えば、測定部４６の励起光放出部／蛍光受光部４０を洗浄するゴム等で構成されたワイパーまたは空気等の気体を吹き付けるジェット（パルス）噴射機を備え付けた構成等が挙げられる。ワイパーまたはジェット（パルス）噴射機等の洗浄機能を備え付けることによって、励起光放出部／蛍光受光部４０に付着してしまった生物膜を容易に取り除くことができる（上記（９）の解消）。

本実施形態に係る水処理薬品の測定装置および測定方法では、上記の通り、蛍光光度計２０の測定値に基づいて循環冷却水中の水処理用薬品の濃度管理を行うことができる。時間のロスがほとんどなく、正確な測定値が得られることによって、正確な濃度管理を行うことができる。

励起光源４２は、選択された波長範囲内の光を発する光源である。

特定の励起波長を選択するための光学フィルターが、例えば、励起光源４２と励起光放出部／蛍光受光部４０との間に設置されてもよい。この光学フィルターは、励起光源４２から所定の波長を透過させる機能を有する。

励起光放出部／蛍光受光部４０における励起光放出部または励起光放出部４０ａは、励起光を透過させればよく、例えば、ガラスやプラスチック等により構成される。

励起光放出部／蛍光受光部４０における蛍光受光部または蛍光受光部４０ｂは、蛍光を透過させればよく、例えば、ガラスやプラスチック等により構成される。

励起光放出部／蛍光受光部４０の角度は、任意の角度で設置されてもよい。

特定の蛍光波長を選択するための光学フィルターが、例えば、励起光放出部／蛍光受光部４０と受光素子４４との間に設置されてもよい。この光学フィルターは、蛍光から所定の波長を透過させる機能を有する。

受光素子４４は、蛍光を電気信号へ変換する機能を有する部分であり、アナログ信号またはデジタル信号に変換して出力する機能を有する。受光素子４４として、フォトダイオード、フォトトランジスタ、光電子増倍管等を用いてもよい。

受信部３４は、測定部４６の受光素子４４から入力された信号を受信する機能を有する。

演算部３６は、受信部３４により受信された信号を、例えば、予め記憶させた検量線を用いて循環冷却水中に含まれる蛍光物質濃度に換算する機能を有する。

制御部３８は、演算部３６で計算された蛍光物質濃度を用いて水処理用薬品の添加量を計算し、制御ラインを通じて、薬液ポンプ２８等の駆動を制御する機能を有する。

演算部３６は、受信部３４を分離して考えることができるものでもよく、受信部３４を分離して考えることができないもの、すなわち、受信部３４を包含するものでもよい。

受信部３４、演算部３６および制御部３８、または演算部３６および制御部３８は、同一の単位装置であってもよく、プログラマブルコントローラーやコンピューター等の利用が好ましい。

蛍光物質の濃度算出方法としては、前もって蛍光物質の濃度と蛍光光度計２０の電気信号との関係（例えば検量線）を把握していれば、例えば、適切な採取位置、時間で、被処理水（ここでは、循環冷却水）中の蛍光物質の濃度を検出することができる。

水処理薬品の濃度の算出方法としては、前もって水系に対しての水処理用薬品の添加量と蛍光物質の添加量との比率を既知の係数（蛍光物質による薬品濃度換算係数）として把握しておけば、例えば、適切な採取位置、時間で、被処理水（ここでは、循環冷却水）中の蛍光物質の濃度を検出して、その値に係数を乗じることによって、水処理用薬品の濃度を算出することができる。この算出値に応じて、必要になった水処理用薬品と蛍光物質の循環冷却水への添加量を算出することができる。

水処理薬品の測定装置３は、温度の測定を目的とするセンサー、ｐＨの測定を目的とするセンサー、電気伝導度の測定を目的とするセンサー、塩化物イオンの測定を目的とするセンサー、硫酸イオンの測定を目的とするセンサー、酸およびアルカリのうちの少なくとも１つ消費量の測定を目的とするセンサー、硬度の測定を目的とするセンサー、シリカの測定を目的とするセンサー、鉄の測定を目的とするセンサー、銅の測定を目的とするセンサー、アンモニウムイオンの測定を目的とするセンサー、炭酸の測定を目的とするセンサー、酸化還元電位（ＯＲＰ）の測定を目的とするセンサー、酸化剤の測定を目的とするセンサー、腐食の測定を目的とするセンサー、スケールの測定を目的とするセンサー、スライムの測定を目的とするセンサーのうち少なくとも１つを必要に応じて備えてもよい。

蛍光物質としては、スルホン化ピレン化合物（代表的な物質として１，３，６，８－ピレンテトラスルホン酸ナトリウム塩）、ウラニン、フルオレセイン、フィコエリスリン、フィコシアニン、ローダミン等が挙げられる。蛍光物質は、特定の波長を吸収し、その波長とは異なる波長（蛍光）を発する化学物質であればよく、特に制限はない。

循環冷却水中の蛍光物質の濃度としては、０．１～１００００μｇ／Ｌ（ｐｐｂ）程度の範囲の極微量でトレーサーとして十分に機能するので、このような濃度範囲であればよい。このような濃度範囲において、通常は蛍光物質濃度に対する検量線は充分な再現性を有する。０．１μｇ／Ｌ未満では受光感度が不十分となる場合があり、経済性等の観点から、循環冷却水中の蛍光物質の濃度は、０．１～１００００μｇ／Ｌとすればよい。

蛍光光度計２０の測定部４６の設置個所としては、測定部４６の少なくとも励起光放出部／蛍光受光部４０が冷却塔１の下部水槽１０内に浸漬されていればよい。測定部４６全体が冷却塔１の下部水槽１０内に浸漬されることが好ましい。

冷却塔１の下部水槽１０内での浸漬箇所については、測定部４６の少なくとも励起光放出部／蛍光受光部４０が下部水槽１０内の水面下に浸漬されていればよく、好ましくは、稼働中の冷却塔１内の循環冷却水が静止していない箇所に浸漬するのがよく、より好ましくは稼働中の冷却塔１内の循環冷却水の流速が０．００１ｍ／ｓ以上ある箇所に浸漬するのがよい。

冷却塔１の下部水槽１０内に浸漬された測定部４６の励起光放出部／蛍光受光部４０の放出面／受光面、励起光放出部４０ａの放出面または蛍光受光部４０ｂの受光面に、例えば図５に示すように角度をつけてもよい。励起光放出部／蛍光受光部４０の放出面／受光面、励起光放出部４０ａの放出面または蛍光受光部４０ｂの受光面に角度をつけることによって、より気泡溜りが生じにくくなる。例えば円筒形状の測定部４６の中心を軸に測定部４６を回転させた場合に、励起光放出部／蛍光受光部４０の放出面／受光面、励起光放出部４０ａの放出面または蛍光受光部４０ｂの受光面と下部水槽の静水面のなす角が、測定部４６の軸が水平のときを９０°としたときに励起光放出部／蛍光受光部４０の放出面／受光面、励起光放出部４０ａの放出面または蛍光受光部４０ｂの受光面と下部水槽の静水面のなす角度が例えば０°から１８０°の範囲であり、０°より大きく１８０°以下の範囲であることが好ましく、３０°以上１８０°以下の範囲であることがより好ましい。なお、図４に示す蛍光光度計２０を用いる場合は、励起光放出部４０ａの放出面よりも蛍光受光部４０ｂの受光面に関して前述の角度範囲とすることが好ましい。

ここで静水面とは、波の無い状態での水面である。冷却塔１の下部水槽１０においては、冷却塔１の上部から水を散布している場合や、冷却塔１の外部から冷却塔１の内部へ風が流入する場合や、冷却塔１の外部からの振動が冷却塔１の下部水槽１０に伝わった場合に水面に波が生じてしまうことがある。そのため下部水槽１０の静水面とは、冷却塔１の上部から水を散布していない場合や、冷却塔１の外部から冷却塔１の内部へ風が流入していない場合や、冷却塔１の外部からの振動が冷却塔１の下部水槽１０に伝わっていない場合において、水面に波が生じていない際の水面のことをいう。

測定部４６の励起光放出部／蛍光受光部４０の遮光方法としては、冷却塔１の内部への外光の直射光や、冷却塔１の内部での外光の反射光、散乱光が励起光放出部／蛍光受光部４０に入光するのを抑制する形態であればよく、例えば、図１に示すように、渡り板１８の下方や充填材１６の下方に励起光放出部／蛍光受光部４０が配置されるように設置してもよい。より外光、直射光、反射光、散乱光等の遮光性能を高めるために、測定部４６に専用の遮光部材を取り付けてもよい。

例えば図６に示すように、専用の遮光部材５０は、励起光放出部／蛍光受光部４０のみを覆う構造であってもよいし、また、測定部４６全体を覆う構造であってもよい。遮光部材５０は、励起光放出部／蛍光受光部４０に外光、直射光、冷却塔内での反射光、散乱光等が直接入らない構造であり、内部に循環冷却水が流通するように例えば流通孔を有する構造であればよく、特に制限はない。遮光部材５０は、例えば、２つ以上の筒状体が多重に配置された多重構造を有し、各筒状体の一端には、測定部４６を挿入するための挿入孔が形成され、少なくとも１つの筒状体の他端が密閉され、各筒状体の側面には、循環冷却水を通すための流通孔が形成され、最外の筒状体の流通孔の少なくとも一部が、他の筒状体の側面によって遮られている構造を有してもよいし、市販の塩ビ管用チーズ継手等を用いてもよい。遮光部材５０の素材は、蛍光光度計２０および循環冷却水系の双方に悪影響をできるだけ与えず、循環冷却水中で耐久性を有するものであればよく、特に制限はない。遮光部材５０の素材として、例えば、黒色等に着色されたプラスチック類や金属類を使用すればよい。

以下、実施例および比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

［実験１（センサーを浸漬させた際の影響確認試験）］
＜実施例１、比較例１＞
以下の条件で、蛍光光度計の測定部を浸漬させた際の影響を確認する試験を行った。

（実験条件）
原水：相模原市水
装置：開放循環冷却塔模擬装置（図７）
蛍光光度計：ターナーデザイン社製リトルディッパー２（測定部は図２の構成）
据え置き型蛍光光度計：島津製作所製ＲＦ－５３００ＰＣ
蛍光物質：１，３，６，８－ピレンテトラスルホン酸ナトリウム塩
蛍光物質濃度：循環冷却水中の濃度が７０μｇ／Ｌになるように調整

図７に示すように、水槽５２の下部の循環水出口と上部の循環水入口とを循環ポンプ５４を介して循環配管６０で接続した。蛍光光度計の測定部４６として同一のものを２式用意し、１つを開放循環冷却塔模擬装置の水槽５２内に全体を浸漬し（実施例１）、もう１つを循環配管６０の途中に設けたＴ字形状の管状部材５６に差し込んで（比較例１）使用した。それぞれの測定部４６をデータロガー５８と通信可能に電気的に接続した。水槽５２内に浸漬させた測定部４６は、励起光放出部／蛍光受光部４０と下部水槽の静水面のなす角度が９０°となるように設置した。水槽５２は、暗幕で覆蓋し、全体を遮光した。

２つの測定部４６のそれぞれを用いて循環冷却水の蛍光の測定を行った。また、据え置き型蛍光光度計を用いて循環冷却水の蛍光の測定を行った。測定誤差の計算を以下の式１を用いて行った。誤差の値が０％に近づくほど精度よく測定できていることを意味している。

誤差［％］＝（蛍光光度計での測定値－据え置き型蛍光光度計での測定値）／（据え置き型蛍光光度計での測定値） 式１

運転時間（ｈｒ）に対する水温（℃）と測定誤差（％）を図８に示す。蛍光光度計の測定部４６を水槽５２内に浸漬させた方が、循環配管６０に差し込んだ場合に比べて、測定誤差が小さくなった。これは、蛍光光度計の測定部４６を水槽５２内に浸漬させることによって、水温と外気温との温度差を解消できたためと考えられる。

［実験２（センサーの一部を浸漬させた際の影響確認試験）］
＜実施例２、比較例２＞
以下の条件で、蛍光光度計の測定部を浸漬させた際の影響を確認する試験を行った。

（実験条件）
原水：相模原市水
装置：開放循環冷却塔模擬装置（図９）
蛍光光度計：ターナーデザイン社製リトルディッパー２
据え置き型蛍光光度計：島津製作所製ＲＦ－５３００ＰＣ
蛍光物質：１，３，６，８－ピレンテトラスルホン酸ナトリウム塩
蛍光物質濃度：循環冷却水中の濃度が７０μｇ／Ｌになるように調整

図９に示すように、蛍光光度計の測定部４６として同一のものを２式用意し、１つを開放循環冷却塔模擬装置の水槽５２内に測定部４６の一部（励起光放出部／蛍光受光部４０）を浸漬し（実施例２）、もう１つを循環配管６０の途中に設けたＴ字形状の管状部材５６に差し込んで（比較例２）使用した。また、水槽５２の上方に散水管６４を設置し、開放循環冷却塔模擬装置内でシャワーリングを行った。それぞれの測定部４６をデータロガー５８と通信可能に電気的に接続した。水槽５２内に浸漬させた測定部４６は、励起光放出部／蛍光受光部４０と下部水槽の静水面のなす角が３０°となるように設置した。水槽５２は、暗幕で覆蓋し、全体を遮光した。

２つの測定部４６のそれぞれを用いて循環冷却水の蛍光の測定を行った。また、据え置き型蛍光光度計を用いて循環冷却水の蛍光の測定を行った。測定誤差の計算を式１を用いて行った。誤差の値が０％に近づくほど精度よく測定できていることを意味している。

運転時間（ｈｒ）に対する水温（℃）と測定誤差（％）を図１０に示す。蛍光光度計の測定部４６の一部を水槽５２内に浸漬させた方が、循環配管６０に差し込んだ場合に比べて、測定誤差が小さくなった。これは、開放循環冷却塔模擬装置内でシャワーリングを行うことによって、装置内の気相部の温度が上がり、外気温と水温との温度差を解消できたためと考えられる。

［実験３（遮光部材の効果検証）］
以下の条件で、遮光部材の効果を検証する試験を行った。

＜比較例３：遮光部材無し＞
原水：相模原市水
装置：開放循環冷却塔模擬装置（図１１）
蛍光光度計：ターナーデザイン社製リトルディッパー２
蛍光物質：１，３，６，８－ピレンテトラスルホン酸ナトリウム塩
蛍光物質濃度：循環冷却水中の濃度が１２０μｇ／Ｌになるように調整

図１１に示すように、蛍光光度計の測定部４６を開放循環冷却塔模擬装置の水槽５２内に全体を浸漬した。水槽５２の上方に人工太陽光光源６２を２台設置し、人工的に太陽光を発生させて水槽５２の上方から照射した。また、水槽５２の上方であって人工太陽光光源６２の下方に散水管６４を設置し、開放循環冷却塔模擬装置内でシャワーリングを行い、水槽５２内に気泡を発生させた。比較例３では、測定部４６に遮光部材を取り付けずに開放循環冷却塔模擬装置の水槽５２に浸漬させ、励起光放出部／蛍光受光部４０と下部水槽の静水面とのなす角度が、測定部４６の中心軸が水平のときを９０°としたときに、励起光放出部／蛍光受光部４０と下部水槽の静水面とのなす角度を０°から１８０°の範囲で回転させた。蛍光光度計の回転角度（°）に対するＰＴＳＡの測定値（μｇ／Ｌ）を図１３に示す。

０°では、測定部４６の蛍光受光部に泡が溜まり正確に測定できなかった。３０°～９０°においては、気泡溜まりがほとんど生じなかったものの、人工太陽光中に含まれる、蛍光物質の蛍光と同波長の光が、気泡による屈折、散乱によって角度が変化し蛍光受光部に入光してしまい、加えてこの角度の変化した蛍光物質の蛍光と同波長の光と、励起光によって発せられた蛍光物質の蛍光とを受光してしまったため、測定値が上振れしたものと想定される（図１４参照）。１３５°から１８０°においては、蛍光受光部が蛍光とともに外光も受光してしまったため、蛍光強度が相対的に減少し測定値が低下したと考えられる。

＜実施例３：遮光部材有り＞
原水：相模原市水
装置：開放循環冷却塔模擬装置（図１２）
蛍光光度計：ターナーデザイン社製リトルディッパー２
蛍光物質：１，３，６，８－ピレンテトラスルホン酸ナトリウム塩
蛍光物質濃度：循環冷却水中の濃度が１２０μｇ／Ｌになるように調整
遮光部材：市販の塩ビ管用チーズ継手

実施例３では、測定部４６の蛍光受光部を覆うように遮光部材５０を取り付けて開放循環冷却塔模擬装置の水槽５２に浸漬させた以外は比較例２と同様にして、励起光放出部／蛍光受光部４０と下部水槽の静水面とのなす角度を０°から１８０°の範囲で回転させた。結果を図１３に示す。

０°では、測定部４６の蛍光受光部に泡が溜まり正確に測定できなかった。３０°～１８０°においては、遮光部材５０をつけることによって、人工太陽光中に含まれる、蛍光物質の蛍光と同波長の光を遮光させることによって蛍光受光部への入光を抑制するとともに、外光による相対強度の減少を抑制することができるため、測定値が安定したものと考えられる（図１５参照）。

［実験４（洗浄の効果検証）］
以下の条件で、洗浄の効果を検証した。

＜実施例４＞
原水：相模原市水（ブイヨンを１日１回添加）
装置：開放循環冷却塔模擬装置（図１６）
蛍光光度計：ピクシス社製ＳＴ－５００
蛍光物質：１，３，６，８－ピレンテトラスルホン酸ナトリウム塩
蛍光物質濃度：循環冷却水中の濃度が１００μｇ／Ｌになるように調整
生菌測定：サンアイバイオチェッカーＴＴＣ
洗浄機能：ジェット洗浄
洗浄間隔：１日１回

実施例３、比較例３と同様にして、開放循環冷却塔模擬装置内でシャワーリングを行い、水槽５２内に気泡を発生させた。また、実施例３、比較例３と同様にして、人工的に太陽光を発生させて照射した。人工太陽光は、１２時間照射し、１２時間消灯した。

加えて、蛍光光度計の測定部４６として同一のものを２式用意し、開放循環冷却塔模擬装置の水槽５２内に浸漬させた。浸漬させたうちの１つの測定部４６には洗浄機能を取り付けた。もう１つの測定部４６には洗浄機能を取り付けなかった。洗浄機能として、空気供給配管６６を通して空気を測定部４６の蛍光受光部の表面に当たるように供給した。測定誤差の計算を上記式１を用いて行った。図１７に、実施例４における運転時間（ｈｒ）に対する菌対数（ＣＦＵ／ｍＬ）と測定誤差（％）を示す。

このように、洗浄機能を取り付けた方が測定誤差を抑制することができた。

以上の通り、実施例では、冷却塔の循環冷却水中の蛍光物質濃度を温度、外光、気泡に影響されにくく、精度よく測定することができた。

１ 冷却塔、３ 測定装置、１０ 下部水槽、１２ ファン、１４ 散水槽、１６ 充填材、１８ 渡り板、２０ 蛍光光度計、２２，５４ 循環ポンプ、２４ 熱交換器、２６ 薬液槽、２８ 薬液ポンプ、３０，６０ 循環配管、３２ 薬液配管、３４ 受信部、３６ 演算部、３８ 制御部、４０ 励起光放出部／蛍光受光部、４０ａ 励起光放出部、４０ｂ 蛍光受光部、４２ 励起光源、４４ 受光素子、４６ 測定部、５０ 遮光部材、５２ 水槽、５６ 管状部材、５８ データロガー、６２ 人工太陽光光源、６４ 散水管、６６ 空気供給配管。

Claims (6)

1. 冷却塔の循環冷却水中の水処理薬品の濃度の測定を行う水処理薬品の測定装置であって、
   水処理用薬品とトレーサー物質として蛍光物質とを前記循環冷却水中に添加する添加手段と、
   蛍光受光部を含む測定部を有し、前記循環冷却水中に存在する前記蛍光物質の蛍光を光学的に測定する蛍光光度計と、
   を備え、
   前記測定部の少なくとも前記蛍光受光部は、前記冷却塔における前記循環冷却水を貯留する下部水槽において、稼働中の前記冷却塔内の前記循環冷却水の流速が０．００１ｍ／ｓ以上である箇所に浸漬され、
   前記冷却塔の外部から入光した外光が前記蛍光光度計の前記蛍光受光部に入光するのを抑制するように遮光されていることを特徴とする水処理薬品の測定装置。
2. 請求項１に記載の水処理薬品の測定装置であって、
   前記蛍光光度計は、前記蛍光受光部を洗浄する洗浄機能を有することを特徴とする水処理薬品の測定装置。
3. 請求項１または２に記載の水処理薬品の測定装置であって、
   前記蛍光光度計の測定値に基づいて前記循環冷却水中の前記水処理用薬品の濃度管理を行うことを特徴とする水処理薬品の測定装置。
4. 冷却塔の循環冷却水中の水処理薬品の濃度の測定を行う水処理薬品の測定方法であって、
   水処理用薬品とトレーサー物質として蛍光物質とを前記循環冷却水中に添加する添加工程と、
   蛍光受光部を含む測定部を有する蛍光光度計によって、前記循環冷却水中に存在する前記蛍光物質の蛍光を光学的に測定する蛍光測定工程と、
   を含み、
   前記測定部の少なくとも前記蛍光受光部は、前記冷却塔における前記循環冷却水を貯留する下部水槽において、稼働中の前記冷却塔内の前記循環冷却水の流速が０．００１ｍ／ｓ以上である箇所に浸漬され、
   前記冷却塔の外部から入光した外光が前記蛍光光度計の前記蛍光受光部に入光するのを抑制するように遮光されていることを特徴とする水処理薬品の測定方法。
5. 請求項４に記載の水処理薬品の測定方法であって、
   前記蛍光光度計は、前記蛍光受光部を洗浄する洗浄機能を有することを特徴とする水処理薬品の測定方法。
6. 請求項４または５に記載の水処理薬品の測定方法であって、
   前記蛍光光度計の測定値に基づいて前記循環冷却水中の前記水処理用薬品の濃度管理を行うことを特徴とする水処理薬品の測定方法。