JPH0682367A

JPH0682367A - 水質測定方法

Info

Publication number: JPH0682367A
Application number: JP23441892A
Authority: JP
Inventors: Shoji Watanabe; 昭二渡辺; Kenji Baba; 研二馬場; Toshio Yahagi; 捷夫矢萩; Mikio Yoda; 幹雄依田; Naoki Hara; 直樹原; Fumitomo Go; 文智呉; Ichirou Enbutsu; 伊智朗圓佛; Misako Oobuchi; 美砂子大淵; Shunsuke Nokita; 舜介野北
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-09-02
Filing date: 1992-09-02
Publication date: 1994-03-22

Abstract

(57)【要約】【目的】検出部に汚れが付着せず、信頼性の高い計測値
が得られる水質測定方法を提供する。【構成】被検体液を空中に落下させ、落下途中の被検体
液に光を照射し、受光した光量と予め求めた特性関係に
基づいて被検体液中の水質濃度を測定する。【効果】高い測定精度を長期間維持できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、汚れがなく、洗浄を必
要としない液中の水質濃度を自動的に測定する水質測定
方法及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】上下水，廃水処理，培養プラントなど、
水溶液を対象とするシステムは多い。これらのシステム
を効率的に運転し、性能を最大源に発揮させるには水溶
液中の溶解性及び浮遊物質濃度を高精度で、かつ長期間
安定して計測できる水質計器が不可欠である。

【０００３】従来、これらの水システムの監視・制御に
おいて、光学式や超音波方式の水質計器が濁度，透視
度，浮遊物質濃度や溶解性物質濃度の自動測定に広く用
いられている。これらのうち、光学式水質計器は溶解性
及び浮遊性を問わず、広く適用されている。この光学式
水質計器は光透過材料、例えば透明なガラスやアクリル
で作られた導水管を流れる被検体液に、管壁外あるいは
管壁の一部として設置した光源部から光を照射し、その
透過光や散乱光の強度を測定して液中の溶解性あるいは
浮遊物質濃度を計測する。超音波方式の水質計器も同様
で、導水管を流れる被検体液に超音波を充て、その透過
波や散乱波の強度から主に浮遊物質濃度を測定してい
る。

【０００４】《引用文献；東芝レビュー、Ｖｏｌ．３
６、Ｎo.１２（１９８１）》

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、光あ
るいは超音波発生器と受光（あるいは波）器からなる検
出部が直接あるいは間接的に被検体液に接触する方式で
あるため、検出する窓部分が経時的に汚れるという共通
の問題を抱えている。例えば下水処理プロセスでは、流
入水や活性汚泥混合液、処理水とで水質条件が大きく異
なるが、設置場所を問わず水質計器の汚れによる保守点
検の頻度増大、計測精度の低下が維持管理の課題となっ
ている。これに対処するため、検出部にワイパーを設置
したり、空気流や水流を噴射して定期的に洗浄する、あ
るいは検出部をピストン方式にして、ピストンの先端に
設置したワイパーで管壁を洗浄するなどの自動洗浄機構
を備えた水質計器が開発されている。しかし、このよう
な方式でも長期的にみると汚れの進行を無くすことがで
きず、また、機械及び計装要素が増えることによる故障
の多様化が新たな問題となり、抜本的な対策が求められ
ていた。

【０００６】本発明は上記従来技術の問題点に対処した
もので、その目的とするところは、検出部に汚れが付着
せず、長期間安定して信頼性の高い計測値が得られる水
質測定方法及びその装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は被検体液の流量を調節する液移送手段と、
移送された被検体液を分配する液分配手段と、分配され
た被検体液を整流して流水膜を形成させる水膜形成手段
と、垂直に落下する流水膜に光を照射する光照射手段
と、流水膜を透過した光を受光する手段と、流水膜を受
けて排出する手段、を有する。

【０００８】

【作用】液移送手段はオーバーフロー型ヘッドタンク方
式とし、その底部から被検体液を排出することにより、
脈動がなく、常時一定量の被検体液が提供される。液移
送手段から供給された被検体液は底面を多孔構造とした
液分配手段に導き、水膜形成手段に被検体液を均一に散
水し、流れを安定化させている。水膜形成手段は傾斜さ
せ、一定幅のある一辺から被検体液をオーバーフローさ
せることにより、滑らかな流水膜が安定して形成され
る。水膜形成手段のオーバーフロー部に互いに平行する
案内板を設け、この案内板間に被検体液を導く、また、
オーバーフロー部から案内板に沿って薄膜を設置するこ
とにより、さらに、滑らかな流水膜を安定して得る効果
がある。水膜形成手段で形成された流水膜は垂直に流下
し、流下途中に光照射手段と受光手段を流水膜面を挟ん
で対向させる。照射された光は流水膜通過時に、液中物
質の状態に対応して吸光され、その透過光を対面の受光
手段で検知する。演算手段は、この受光量あるいは照射
量と受光量の差(吸光量)に基づいて被検体液中の物質濃
度を演算出力する。なお、光照射手段と受光手段は流水
膜に接触しないように配置させるが、照射側に拡散を防
止する導光筒を、受光側に集光筒を配置することにより
膜面の揺らぎの影響を小さくし、後方散乱光も集光で
き、計測精度を向上させることができる。

【０００９】このように、流水膜を形成させ、この流水
膜に接触しないように照射部と受光部を設け、流水膜に
よる吸光量を計測することにより、検知部に汚れが付着
せず、高精度の計測値が長期間安定して得ることができ
る。

【００１０】

【実施例】以下、本発明を図示する一実施例に基づき、
より詳細に説明する。

【００１１】本実施例の全体構成を図１を用いて説明す
る。図１において、１は被検体液ａを一定量貯えておく
貯槽、２は被検体液を均一に分散させる分配槽、３は分
配された被検体液を整流して流水膜を形成させる水膜形
成槽、４は流水膜、５は流水膜面に光を照射する光源発
生装置、６は透過光を受光して水質濃度を検出する検出
装置、７は検出後の流水膜を受けて系外に排出する排出
槽である。

【００１２】貯槽１にはプラント（図示せず）の特定工
程から分注した被検体液ａが導管１１を介して流入し、
一部はオーバーフローさせて導管１３から系外に排出す
る。貯槽１の水面レベルは一定に維持され、底部に配置
した導管１２を通してヘッド差に対応する流量の被検体
液ａが分配槽２に供給される。導管１１の端部を水面の
下に位置させることにより水面の波立ちなく、レベルが
安定する。このような構造により導管１２から流出する
被検体液の流量変化がなく、定量供給される。分配槽２
は貯槽１からの被検体液ａを水膜形成槽３の横方向に均
一に分配するもので、分配範囲の底面に多数の孔２０を
有する。孔の配置は規定するものでなく、一列にしても
よい。なお、図２に示すように、底面が多孔である内部
容器２２と外部容器２１を組み合わせた２重構造とし、
内部容器２２に被検体液を導いて分配した後、さらに外
部容器２１で分配しても良い。この構造により分配量の
均一性が高まり、水膜形成槽３の水面揺らぎを抑制でき
る。

【００１３】水膜形成槽３は角形構造で、分配槽２から
の被検体液供給側の位置が高くなるように全体を傾斜さ
せ、低位置となる前方の一辺から被検体液をオーバーフ
ローさせることにより流水膜４が形成される。水膜形成
槽３の役割は一様な厚みで、揺れのない滑らかな流水膜
４を安定して提供することである。その方策を図３に示
す一実施例で詳細を説明する。トレー３１は、全体が傾
斜しており、その一辺３１′から被検体液がオーバーフ
ローする。トレー３１の一部に整流板３２を横方向に設
置し、分配槽２から落下する被検体液の流れによる水面
の揺らぎを防止し、オーバーフロー部の水面を安定化さ
せる。また、オーバーフロー部の両端に案内板３３を設
けることにより、オーバーフローの水流幅が確保され、
液厚みの安定化が図れる。これらの案内板３３を設置し
ない場合、オーバーフローの一部が水切り状態なった
り、落下するにつれて円柱状に変化して水膜を得ること
ができなくなる。案内板３３の長さは、特に限定するも
のでなく、後述する光源発生装置５の位置より上部であ
っても構わない。さらに、２つの案内板３３間に薄膜状
の導水膜３４をトレー端３１′を基点として設置するこ
とにより、液厚みが安定した滑らかな流水膜４を形成す
る効果がある。

【００１４】水膜形成槽３で形成された流水膜４は重力
落下し、その途中に膜面を基準にして光源発生装置５と
検出装置６を対向させる。光源発生装置５は光発生ラン
プ５１と導光筒５２及び遮蔽板５３で構成される。光発
生ランプ５１にはレーザー，キセノンや水銀ランプなど
を利用できる。導光筒５２は流水膜４に接触しないよう
に配置させ、光発生ランプ５１からの光が拡散するのを
防止し、発生光を効率良く流水膜４に照射する。照射光
は流水膜４に一部が吸収されて、透過する。透過光は対
向する検出装置６で受光される。検出装置６はフォトダ
イオードなどの受光器６１と演算機６２，集光器６３で
構成される。集光器６３は導光筒５２と同面積の大きさ
でも良いが、導光筒５２から照射された光は広がりをも
ち、また、流水膜４を通過した後の光源像もさらに広が
りをもっていることから、導光筒５２より大きい断面積
とすることが計測精度を向上させるうえで有効である。
集光器６３の奥に受光器６１を配置し、透過光の強度を
測定する。なお、集光器６３の内部は集光した光の減衰
を極力なくすように、白色にしたり光吸収の少ない材料
をコーティングする、あるいは本体を光反射率の高い金
属材料で作製することもまた、計測精度向上に有効であ
る。これは、膜面の揺らぎにより生じる後方散乱光も集
光でき、揺らぎの影響を小さくなって計測精度が向上す
るものである。なお、集光器６３は流水膜４に接触しな
いように配置させる。このことにより、導光筒５２及び
集光器６３も流水膜４に接触せず、検出部が汚れること
なく長期間安定して測定データを得ることができる。演
算機６２は、受光器６１で検知した透過光量、あるいは
照射光量と透過光量の差分である吸収光量と、予め求め
た透過光量あるいは吸収光量と物質濃度の特性関係に基
づいて現在の被検体液の物質濃度を演算出力する。物質
濃度は光発生ランプ５１と受光器６１の組合わせにより
濁度，透視度，浮遊物質や溶解性物質を選択することが
できる。排出槽７は、検知後の流水膜４を受け、被検体
液を系外、例えば元のプラントに返流するなどして排出
する。なお、上述した吸収光量は、流水膜４の物質その
ものに吸収された光と、流水膜４の凹凸や揺らぎにより
散逸し、集光されなかった光量の合計とすることもでき
る。

【００１５】〈適用例〉本発明者らが、本実施例を実際
に適用した結果を以下に詳述する。

【００１６】図４は硝酸アンモニウム水溶液の吸収光量
（散逸光量）を測定した結果である。光発生ランプ５１
に低圧水銀ランプを用い、受光器６１に２５４ｎｍの紫
外光を検出できるフォトダイオードを使用している。こ
の適用例での流水膜４の厚さは１.２９mmから１.４４mm
であった。図４の縦軸は吸収光量を流水膜厚さｔで除し
て基準化したものである。基準化した吸収光量は平均値
４の上下に分布している。一方、図５は同じ水溶液にお
いて、流水膜厚さと吸収光量の関係を示すもので、吸収
光量は流水膜厚さに比例し、流水膜厚さ１.４mm 付近で
４近傍の吸収光量を示している。このことから、無機塩
である硝酸アンモニウムの吸収光量は無視できることが
分かった。

【００１７】一方、図６は有機物の１種であるグルタミ
ン酸ナトリウム水溶液の吸収光量を測定した結果であ
る。この適用例での流水膜４の厚さは１.２３mmから１.
４４mmであった。図６の吸収光量は流水膜自身の吸収量
４を差し引いた値である。この図から、グルタミン酸ナ
トリウム濃度と吸収光量の間には比例関係が有り、254
ｎｍの波長域において吸収光量と有機物濃度が相関関係
を有することが分かった。

【００１８】これらの適用例の結果から、特定波長を選
定、例えば２５４ｎｍを選定することにより有機物濃度
を検出することができる。図６の関係を演算機６２に記
憶させておくことにより、吸収光量から有機物濃度を検
知することができる。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、検出部である光源発生
装置５と検出装置７が流水膜に接触することがないこと
から、検出部の汚れに対する保守点検の労力が省け、さ
らに高い測定精度を長期間維持できる。また、液厚みが
安定した滑らかな流水膜を常に形成することができるた
め、測定精度を向上できる効果が有る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す構成図。

【図２】分配槽の詳細を説明する実施例の一例。

【図３】流水膜を形成する水膜形成槽の一例を示す構造
図。

【図４】無機物質と吸収光量の特性を示す実験結果の一
例。

【図５】流水膜厚みと吸収光量の特性を示す実験結果の
一例。

【図６】有機物質と吸収光量の特性を示す実験結果の一
例。

【符号の説明】

１…貯槽、２…分配槽、３…水膜形成槽、４…流水膜、
５…光源発生装置、６…検出装置、７は排出槽。

フロントページの続き (72)発明者依田幹雄茨城県日立市大みか町五丁目２番１号株式会社日立製作所大みか工場内 (72)発明者原直樹茨城県日立市大みか町五丁目２番１号株式会社日立製作所大みか工場内 (72)発明者呉文智茨城県日立市大みか町五丁目２番１号株式会社日立製作所大みか工場内 (72)発明者圓佛伊智朗茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者大淵美砂子茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者野北舜介茨城県日立市水木町二丁目13番17号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検体液を空中に落下させ、落下途中の被
検体液に光を照射し、被検体液で変化した光を受光し、受光した光量と予め求
めた特性関係に基づいて被検体液中の水質濃度を測定す
ること、を特徴とする水質測定方法。
【請求項２】被検体液を空中に落下させ、落下途中の被
検体液に特定波長の光を照射し、被検体液で変化した光を受光し、受光した光量と予め求
めた特性関係に基づいて被検体液中の水質濃度を測定す
ること、を特徴とする水質測定方法。
【請求項３】被検体液を空中に落下させ、落下途中の被
検体液に特定波長の光を照射し、被検体液で変化した光を受光し、照射光量と受光量から
吸収光量を求め、吸収光量に基づいて被検体液中の水質
濃度を測定すること、を特徴とする水質測定方法。
【請求項４】被検体液を膜状に流下させること、を特徴
とする請求項１〜３記載の水質測定方法。
【請求項５】請求項４において、流水膜の前方から光を
照射し、流水膜の後方で受光すること、を特徴とする水質測定方
法。
【請求項６】請求項４において、互いに平行する案内板
を設け、この案内板間に被検体液を導いて流水膜を形成させるこ
と、を特徴とする水質測定方法。
【請求項７】請求項６において、案内板間に薄膜を設
け、この薄膜に沿って被検体液を導いて流水膜を形成させる
こと、を特徴とする水質測定方法。
【請求項８】請求項１〜３において、被検体液中の水質
が有機物濃度であること、を特徴とする水質測定方法。