JP5277432B2 - 浮遊物質解析方法 - Google Patents
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Description
ここで、rαが次式(B)を満たすとともに、
rαはα番目の粒径の相対粒子量(単位%)、tuは散乱光式濁度(mg/l)、β0は定数、βi偏回帰係数、miはi番目の周波数に対応する超音波減衰率(dB)、pは例えば0.5MHzごとの周波数(p=20)、nは粒度分析の粒径の数、εは残差である。
図1に示すように、浮遊物質解析システム10は、制御部11と、濁度測定装置20と、粒度測定装置30と、超音波減衰率測定装置40と、粒度解析装置50と、を備える。
以下に、各構成要素について詳細に説明する。
まず、超音波減衰率測定装置40で測定した周波数スペクトルを図3に示す。図3は、4つの試料((a)はNo.3L、(b)はNo.1R、(c)はNo.2L、(d)はNo.5R)について、横軸を周波数、縦軸を次式(1)で表される超音波減衰度を示している。これらの試料は、図4に示す、実際の水系の浮遊物質に基づいて作成した試料から選択したものであり、図4に示す試料の粒度分布は図5に示すとおりである。ここで、図5の縦軸の通過質量百分率(%)とは、株式会社島津製作所製SALD−3000Jを用いた実測粒度測定結果のふるい下(%)であって、横軸に示す粒径のふるいを通過する試料の割合を示す。
ここで、Mnは超音波減衰度(単位dB)、M0は水道水の超音波スペクトルの最大値、Mは各濃度の周波数スペクトルの値である。
図3においては、周波数スペクトルは1〜10MHzの広帯域において、濃度(mg/l)と、試料Noに対応する粒度(粒径(μm))と、によって変化している。したがって、この周波数スペクトルの減衰特性を分析することにより濃度の測定と粒度分析を行うことができる。
ここで、m(f)は周波数f(MHz)における超音波減衰率(dB)、M0(f)は周波数fの水道水の周波数スペクトルの大きさ、M(f)は周波数fの懸濁液の周波数スペクトルの大きさである。
また、浮遊物質濃度と超音波減衰率との関係を示した図7によれば、各周波数における超音波減衰率は濃度変化に比例して低下するが、2〜10MHzの範囲では10MHzの周波数における超音波減衰率が最も大きいことが分かる。
図8に示す超音波減衰率と散乱光式濁度との関係から、浮遊物質の相対粒子量と散乱光濁度との積を目的変数、各周波数に対応する超音波減衰率を説明変数とする、以下の式(3)で表される重回帰モデルを作成することができ、この式によって粒度分析をすることができる。
ここで、
であり、rαはα番目の粒径の相対粒子量(単位%)、tuは散乱光式濁度(mg/l)、β0は定数、βi偏回帰係数、miはi番目の周波数に対応する超音波減衰率(dB)、pは例えば0.5MHzごとの周波数(p=20)、nは粒度分析の粒径の数、εは残差である。
なお、相対粒子量は、粒度測定装置30の仕様に基づいて決定される。また、超音波減衰率測定装置40による測定データとしての超音波減衰率は、例えば、0.5〜10MHzの範囲において0.5MHzごとに20個(p=20)とする。
ここで、m(f)は周波数fにおける超音波減衰率(dB)、cは浮遊物質の濃度(mg/l)、λは浮遊物質の粒度によって定まる濃度換算率(定数)である。
ここで、λは濃度変換率、ψ0は定数、ψjは偏回帰係数、djはj番目の粒径の相対粒子料、nは粒度分布の粒径の数、εは残差である。
上記式(7)によって決定された濃度換算率としての定数λに超音波減衰率を乗じることによって、浮遊物質濃度を算出することができる。
ここで、図13は、粒度分析の流れを示すフローチャートであり、図14は、水系から実際に採取した試料の濃度を測定する流れを示すフローチャートである。
本実施形態では、図13に示す流れにしたがって、水系固有の粒度分布を解析して上記式(3)に示す重回帰分析式を作成するとともに、超音波減衰率測定装置40を用いて水系から実際に採取した試料の周波数解析を行った結果を、重回帰分析式に代入することによって、水系の粒径、粒度分布、及び、浮遊物質の濃度(SS量)を算出する。
以下に、図13、図14に沿って、解析の流れについて説明する。
11 制御部
12 記憶部
20 濁度測定装置
30 粒度測定装置
40 超音波減衰率測定装置
41 解析部
42 パルス発生部
43 エコーパルス収録・FFT処理部
44 データ送受信部
46 測定部
47 容器
48 超音波振動子
49 反射体
50 粒度解析装置
Claims (5)
- 浮遊物質を含む液体試料の濁度を測定する濁度測定工程と、
前記液体試料に含まれる前記浮遊物質の粒度を測定する粒度測定工程と、
前記液体試料に対して超音波パルス波を照射し、前記液体試料通過後の反射パルス信号が有する超音波減衰率を測定する超音波減衰率測定工程と、
前記濁度測定工程において得られた濁度と前記超音波減衰率測定工程において得られた超音波減衰率とに基づいて、前記浮遊物質の粒度を解析する粒度解析工程と、を備え、
前記粒度解析工程においては、前記濁度測定工程において得られた前記濁度と、前記粒度測定工程において得られた粒度に基づく相対粒子量と、の積を目的変数とし、前記超音波パルス波の各周波数に対応する超音波減衰率を説明関数とした重回帰分析式を生成することを特徴とする浮遊物質解析方法。 - 前記重回帰分析式は次式(1)で表される請求項1に記載の浮遊物質解析方法。
ここで、rαが次式(2)を満たすとともに、
rαはα番目の粒径の相対粒子量(単位%)、tuは濁度(mg/l)、β0は定数、βi偏回帰係数、miはi番目の周波数に対応する超音波減衰率(dB)、pは例えば0.5MHzごとの周波数、nは粒度分析の粒径の数、εは残差である。 - 前記液体試料は水系に対応した試料であって、
前記浮遊物質解析方法は、さらに、
前記水系から実際に採取した採取試料に対して超音波パルス波を照射し、前記採取試料通過後の反射パルス信号が有する超音波減衰率を用いて前記採取試料の濃度を測定する採取試料濃度測定工程と、
前記採取試料濃度測定工程で得られた超音波減衰率を、前記重回帰分析式に適用することによって、前記採取試料について、粒度に対応した濃度を算出する濃度算出工程と、を備える請求項1又は請求項2に記載の浮遊物質解析方法。 - 前記浮遊物質解析方法は、さらに、前記重回帰分析式を記憶部に保存する記憶工程を備え、
前記濃度算出工程では、前記重回帰分析式を前記記憶部から読み出して、前記採取試料濃度測定工程において得られた前記採取試料の濃度測定を前記重回帰分析式に適用する請求項3に記載の浮遊物質解析方法。 - 前記浮遊物質解析方法は、さらに、
前記水系における前記採取試料の採取ポイントの水温を測定する水温測定工程と、
前記水温測定工程において得られた水温を用いて、前記濃度算出工程において得られた前記採取試料の濃度を補正する濃度補正工程と、を備える請求項3又は請求項4に記載の浮遊物質解析方法。
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