JP7259439B2

JP7259439B2 - 水質測定装置

Info

Publication number: JP7259439B2
Application number: JP2019051344A
Authority: JP
Inventors: 信明長尾
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2019-03-19
Filing date: 2019-03-19
Publication date: 2023-04-18
Anticipated expiration: 2039-03-19
Also published as: JP2020153763A

Description

本発明は、ｐＨ計、伝導率計などの水質センサと、この水質センサを用いた水質測定装置に関するものである。

排水処理における排水性状を安定して連続計測するためには、設置したセンサ類の計測部に排水中の汚染物質が与える影響を軽減することが大きな課題の一つである。特に、光を使うものであれば、発光部・受光部の表面を光学的に清澄に保つことが重要である。ｐＨ計のように電気化学反応を用いるものであれば、反応部であるガラス管表面へのＳＳ（ｓｕｓｐｅｎｄｅｄｓｏｌｉｄ）成分の付着を減らすことが重要となる。

特許文献１には、ｐＨ計が設置された槽内を浄水で洗浄した後、ｐＨ計を酸やアルカリなどの薬液で洗浄する方法が記載されている。しかし、この方法では、薬液をリザーブしておく必要があり、メンテナンス性に難がある。また、ｐＨ計にＳＳ等が多量に付着した場合には、薬液洗浄だけでは十分に除去できない場合もある。

電気化学的な計測装置であるｐＨ計や伝導率計においては、幾つかの計測器メーカーから、洗浄水を計測部に直接吹き付ける機構を備えたものが販売されている。しかし、実際の排水処理現場においては、前記機構では十分な効果が得られない場合がある。特にｐＨ計の場合は、計測値に従って酸性や塩基性の薬品を投入するため、計測値が異常となれば、薬品を過剰に投与することとなるため、高い信頼性が求められる。そのため、前記のような十分な洗浄効果が得られない現場においては、メンテナンス負荷が高まり、運用者に過剰な労力を招くこととなったり、信頼性が得られずに、直接担当者が定期的に現場でセンサを用いて計測を行うというような事態が発生している。

特開平７－２２２９９８号公報

本発明は、機構が簡単で高い測定精度を得ることができる水質センサと、この水質センサを用いた水質測定装置を提供することを目的とする。

本発明の水質センサは、測定対象水と接するセンサ本体を有する水質センサにおいて、該センサ本体を囲んでおり、該センサ本体との間にスペースを形成するカバーと、該スペースをカバー外に連通するように該カバーに設けられた開口と、該スペースに清水を供給する清水供給部とを備える。

本発明の水質センサの一態様では、前記センサ本体はロッド状であり、その先端側に検出部が設けられており、前記カバーは筒状であり、前記センサ本体の先端側に位置するカバー先端側に前記開口が設けられ、カバー基端側に前記清水供給部が設けられている。

本発明の水質測定装置は、本発明の水質センサと、該水質センサの前記清水供給部に接続された清水供給配管と、該清水供給配管に設けられた弁と、該弁の開閉を制御する制御手段とを備えてなる。

本発明の水質測定装置の一態様では、前記制御手段は、定期的に前記弁を閉弁させ、この閉弁から所定時間が経過したとき、又はセンサ出力の変化速度が所定値よりも小さくなったときに前記弁を開弁させるように構成されている。

本発明の水質測定装置の一態様では、前記弁の閉弁から所定時間が経過したとき、又はセンサ出力の変化速度が所定値よりも小さくなったときのセンサ検出値を次回の計測時までセンサ検出値として出力する手段を備える。

本発明によると、非測定時にはセンサ本体の周囲環境を清水としておくことができる。このため、センサ本体にスライム等が付着することが防止され、精度の高い水質測定値を得ることができる。

すなわち、本発明の水質センサ及び水質測定装置では、非測定時にはセンサ本体とカバーとの間のスペースに清水を常時供給することにより、スペース内に汚泥が溜ったりセンサ本体にスライム等が付着することが防止される。

本発明の水質センサ及び水質測定装置では、水質測定時には、該スペースへの清水の供給を停止する。そうすると、流路又は容器内の測定対象水がカバーの開口を通ってスペース内に拡散してくるので、スペース内の水質が徐々に流路又は容器内の測定対象水と同質となってくる。そこで、このスペース内の水の水質を測定することにより、流路又は容器内の測定対象水の水質が測定される。測定終了後は、スペース内に再度清水を供給する。これにより、スペース内が清水となり、スペース内での汚泥堆積やスライム等の付着が防止される。

本発明では、測定時におけるセンサの水質測定値の変化率が小さくなったときの計測値、又はスペースへの清水供給停止から所定時間経過したときの計測値を、次回計測まで計測値として出力してもよい。

実施の形態に係る水質測定装置の断面図である。実施の形態に係る水質測定装置の作動を説明するタイミングチャートである。

以下、図１，２を参照して実施の形態について説明する。

ｐＨ計又は電気伝導率計よりなるセンサ１は、図１の通り、検水と接するロッド状のセンサ本体（この実施の形態ではプローブ）１ａと、該センサ本体１ａを囲む筒形状のカバー１ｂとを有している。カバー１ｂとセンサ本体１ａとの間にはスペースＳが存在する。カバー１ｂの基端側は、センサ本体１ａよりも大径のセンサベース１ｃに水密的に固着されている。

カバー１ｂの先端面と対峙するようにして開口２が設けられている。開口２の開口径は、カバー１ｂの内径よりも小さい。カバー１ｂの基端側には、スペースＳ内に清水を供給するための清水供給部としてノズル３が設けられている。ノズル３の後端は、カバー１ｂ外に突出しており、該後端に清水供給配管４が接続されている。該清水供給配管４は、合成樹脂等の硬質パイプであってもよく、軟質チューブであってもよい。

清水供給配管４の途中に電磁弁５が設けられている。この電磁弁５は、演算制御器６によって制御される。

センサ１の計測信号は、演算制御器６に入力される。演算制御器６は、計測信号の経時的な変化率を演算する演算部と、計測出力データを保持する出力保持回路と、電磁弁５の開閉を制御する電磁弁制御部（図示略）等を備えている。演算制御器６は、マイクロプロセッサを備えており、プログラムに従って後述の一連の動作を行う。

このセンサ１は、通常のｐＨ計、伝導率計と同様に、センサ本体１ａが槽内や配管内等の測定対象水と接するように設置されて使用される。

なお、清水としては、水道水、蒸留水、脱イオン水、純水、超純水などが用いられるが、これに限定されない。

このセンサ１を備えた水質測定装置において、演算制御器６は、定期的に電磁弁５を閉として計測工程を行い、この閉時点後の所定の時期に電磁弁５を開として洗浄工程を行う。

電磁弁５が開となっているときには、ノズル３からスペースＳに清水が連続的に供給される。ノズル３からスペースＳに供給された清水は、開口２から流出する。これにより、スペースＳ内に残存していた測定対象水が排出されると共に、センサ本体１ａが清水で洗浄される。また、開口２から清水が連続的に流出することにより、開口２から測定対象水がスペースＳに流入することが防止される。

電磁弁５を閉としてノズル３からの清水供給を停止すると、開口２から測定対象水が徐々にスペースＳ内に流入し、スペースＳ内の清水が測定対象水と入れ替わる。これにより、センサ本体１ａにより計測される計測信号値が上昇する。

図２の通り、計測信号値は、電磁弁５の閉弁当初は比較的急速に変動例えば上昇するが、この上昇は次第に緩慢となってくる。演算制御器６は、計測信号値の上昇速度が所定値よりも小さくなった時点、又はノズル３への清水供給停止から所定時間が経過した時点（後述のｔ_２又はｔ’_２）の計測信号値を計測出力値として出力する。

図２を参照して、水質測定の具体例を次に説明する。

予め設定した第Ｎ回目計測の開始時刻ｔ_１になると、電磁弁５を閉とし、スペースＳへの清水供給を停止する。そうすると、開口２から測定対象水がスペースＳ内に徐々に流入し、センサ本体１ａの計測信号値が徐々に上昇する。この上昇速度（℃／ｓｅｃ）が所定値以下になるか、又はｔ_１から所定時間が経過した時刻ｔ_２になると、更新信号が出力され、それまで出力保持回路に保持されていた計測出力値Ｄ_０を時刻ｔ_２における計測信号又はそれに基づく計測出力値Ｄ_１に更新する。

演算制御器６の出力保持回路は、次回（第Ｎ＋１回目）の計測までは、計測出力値をＤ_１に保持する。更新信号の立ち下り時（時刻ｔ_３）に電磁弁５を開とし、スペースＳへの清水供給を再開する。これに伴い、計測信号は急速に清水対応値にまで低下する。電磁弁５を開とするタイミングは時刻ｔ_３に限定されるものではなく、ｔ_２～ｔ_３間のいずれでもよい。

次の第Ｎ＋１回目の計測開始時刻ｔ’_１になると、同様にして電磁弁５が閉となり、計測が行われ、出力保持回路に保持されていた計測出力値Ｄ_１が時刻ｔ’_２の計測信号又はそれに基づく計測出力値Ｄ_２に更新される。この次の第Ｎ＋２回目の計測まで、センサ１の計測出力値はＤ_２に保持される。時刻ｔ’_３に電磁弁５が再び開とされ、スペースＳへの清水供給が再開し、計測信号が急速に清水対応値にまで低下する。

第Ｎ＋２回目以降の計測も同様に行われる。

通常の市販のｐＨ計又は伝導率計をセンサ本体とした水質測定装置を用いて、ｐＨ又は電気伝導率測定を行う場合、センサ本体１ａとカバー１ｂとの間隔は検水中のＳＳによる閉塞が発生しない大きさとして１～１０ｍｍ、特に３～５ｍｍであり、開口２の口径（直径）は５～２０ｍｍ、特に６～１０ｍｍ程度が好ましい。この水質測定装置によると、１時間に１～２０回、特に５～１０回程度の頻度で、１回の計測時における測定対象水との接触時間（ｔ_３－ｔ_１）を３０～３００ｓｅｃ、特に６０～１２０ｓｅｃ程度として十分に精度の高い測定を行うことができる。

この場合、センサ本体１ａが測定対象水と接触する時間は、最長でも１時間に合計で３０～３００ｓｅｃ程度であり、センサ本体１ａに水中の懸濁物質が付着することが殆どない。また、仮にセンサ本体に若干の汚れが付着しても、洗浄工程においてノズル３から導入される清水によってセンサ本体１ａが洗浄されたときに汚れが除去される。

なお、通常は、センサ本体１ａの先端部にｐＨ電極等の検出部が位置する。この実施の形態では、カバー１ｂの先端部に口径の小さい開口２が設けられているので、センサ本体１ａの先端近傍での清水流速が大きいものとなり、乱流状態となった清水によりセンサ検出部が十分に洗浄される。

本発明では、洗浄工程の好ましくは末期の水質センサ計測値Ｑ_１を、予め測定しておいた清水の水質値Ｑ_０と対比してオフセット値Ｑ_１－Ｑ_０を算出し、計測工程での計測値Ｑを［Ｑ－（Ｑ_１－Ｑ_０）］と補正してもよい。

また、本発明では、Ｑ_１－Ｑ_０で算出されるオフセット値を監視し、このオフセット値が所定値以上になったときには、警告又は校正要求信号を発生させるようにしてもよい。

本発明の水質センサ及び水質測定装置は、各種排水処理設備や純水製造装置等に好適に用いることができるが、これら以外の用途にも用いることができる。

上記実施の形態は本発明の一例であり、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。本発明は、ｐＨや電気伝導率以外の水質測定にも適用することができる。

１センサ
１ａセンサ本体
１ｂカバー
２開口
３ノズル
４清水供給配管
５電磁弁
６演算制御器

Claims

測定対象水と接するセンサ本体を有する水質センサにおいて、
該センサ本体を囲んでおり、該センサ本体との間にスペースを形成するカバーと、
該スペースをカバー外に連通するように該カバーに設けられた開口と、
該スペースに清水を供給する清水供給部と
を備えた水質センサと、
該水質センサの前記清水供給部に接続された清水供給配管と、
該清水供給配管に設けられた弁と、
該弁の開閉を制御する制御手段を備え、該水質センサの計測信号が入力される演算制御器と
を備えてなる水質測定装置であって、
前記演算制御器は、定期的に前記弁を閉弁させて計測工程を行い、センサ出力の変化速度が所定値よりも小さくなったときに前記弁を開弁させて洗浄工程を行い、かつ、該洗浄工程の末期の水質センサ計測値Ｑ _１を、予め測定しておいた清水の水質値Ｑ _０と対比してオフセット値Ｑ _１－Ｑ _０を算出し、該計測工程での計測値Ｑを［Ｑ－（Ｑ _１－Ｑ _０）］と補正するように構成されている水質測定装置。
前記センサ本体はロッド状であり、その先端側に検出部が設けられており、
前記カバーは筒状であり、
前記センサ本体の先端側に位置するカバー先端側に前記開口が設けられ、カバー基端側に前記清水供給部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載に水質測定装置。
前記センサ出力の変化速度が所定値よりも小さくなったときのセンサ検出値を次回の計測時までセンサ検出値として出力する手段を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の水質測定装置。