凝集状態検知システム
【課題】 長期間に渡って凝集状態を安定して検知することができる凝集状態検知システムを提供する。
【解決手段】 凝集状態検知システムは、非導電体からなる外筒１１と、外筒１１内に配置された非導電体からなるコア１２と、外筒の両端部に設けられた一対の電極１５、１５と、外筒１１内に流体を脈流状態で供給するダイヤフラム式ポンプ２１とを備えている。一対の電極１５、１５間に、流体の凝集状態を検知する制御演算部が接続されている。制御演算部は一対の電極１５、１５から得られた波形データに基づいて、ピーク時の積分値を求め、この積分値により凝集状態を検知する。
【解決手段】 凝集状態検知システムは、非導電体からなる外筒１１と、外筒１１内に配置された非導電体からなるコア１２と、外筒の両端部に設けられた一対の電極１５、１５と、外筒１１内に流体を脈流状態で供給するダイヤフラム式ポンプ２１とを備えている。一対の電極１５、１５間に、流体の凝集状態を検知する制御演算部が接続されている。制御演算部は一対の電極１５、１５から得られた波形データに基づいて、ピーク時の積分値を求め、この積分値により凝集状態を検知する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は流体の凝集状態を長期間に渡って安定して検知することができる凝集状態検知システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、河川水、湖沼水等の表流体を原水とする浄水処理あるいは工業用水や排水の処理において、凝集沈殿処理方法が広く採用されている。この凝集沈殿処理方法は、以下のように行われる。まず、原水にアルミ系や鉄系の無機凝集剤或いは高分子凝集剤を添加して急速攪拌し、濁質粒子を核とするマイクロフロック（小塊）を生成させる。次に緩速攪拌を行い、マイクロフロック同士の衝突、結合により小塊を粗大化し、沈降速度を大きくして沈澱処理を行うことで、清澄な上澄み水を得る。この凝集処理水をさらにろ過処理して、沈澱しきれなかった粒子を除去している。
【０００３】
凝集沈澱処理方法においては、凝集剤添加量、攪拌強度、攪拌時間、水温、ｐＨ等の凝集条件を適切にしなければならない。凝集剤を添加した後の凝集状態を迅速かつ正確に検知することにより添加する凝集剤の量を削減し、かつ清澄な処理水を得ることができる。このため凝集状態検知センサは、凝集沈澱処理プロセスにおいて重要な役割を担っている。
【０００４】
凝集状態検知センサとしては、大別して次の２通りの方法がある。１つは光学的に濁質の粒子径を直接計測する方法（特許文献１参照）である。もう１つは被検水中の濁質粒子の荷電状態をゼータ電位に関連したいわゆる流動電流として測定する方法である。
【０００５】
後者の方式はオンラインで連続的に測定可能なセンサとしてGerdesにより考案されたもので、ピストン型のセンサに被検水が流入することにより、ピストンを包むシリンダーの管壁の両端に配置した電極間の流動電流を計測する方式となっている。このピストン型のセンサは簡単な構造で流動電流を検知できることから海外の浄水場において広く用いられ、国内においても最近数箇所の浄水場で用いられるようになってきた。
【０００６】
このピストン型のセンサにおいては、ピストン駆動のため長期に亘って連続運転した場合、ピストンの中心がシリンダー管壁の汚れ等により初期の位置からズレてしまう。又これによりピストンとシリンダーの間隙の距離が部分的に変わってしまい安定した流動電位（電流）が測れなくなるという問題があった。
【０００７】
オンライン凝集センサとしては、従来このピストン型のセンサが唯一広く使用されてきた。これに対し、絶縁性の直管内に芯となる円筒を配し、管両端部に電極を置き、芯と直管の間隙を被検水の脈流を流通させることにより流動電流を検出する方式が新たに提案された。このセンサは以下のような構造をしている。
【０００８】
直管のパイプ内にコアとなる無垢の丸棒をコア保持治具により固定し、さらにパイプの両端内側にリング状の電極を設置することによりセンサが構成される。
【０００９】
直管パイプとコアとの間隙は０．３±０．１mmとなり、パイプ径は３０mm程度、長さは４５mm程度となっている。このセンサにダイヤフラム式のポンプにより流体が脈流で供給され、流体はパイプとコアとの間の間隙を流通する。この間、パイプの両端に生じた起電力を増幅し、流動電流が得られる。そしてこの流動電流により凝集状態が検知される。
【特許文献１】特開平１０−２０２０１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来より、このようにシンプルな構造のセンサにより流動電流を検知することができ、安定して流体の凝集状態を検知することができる。
【００１１】
しかしながら、現在長期間に渡って安定して流体の凝集状態を検知することができる凝集状態検知システムは開発されていないのが実情である。
【００１２】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、長期間に渡って安定して流体の凝集状態を検知することができる凝集状態検知システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、非導電体からなる外筒と、外筒内に配置された非導電体からなるコアと、外筒の両端部に設けられた一対の電極と、外筒内に流体を脈流状態で供給する流体供給部と、一対の電極間に接続され、流体の凝集状態を検知する制御演算部とを備え、制御演算部は一対の電極間から得られた波形データから、波形データのピーク時の積分値により流体の凝集状態を検知することを特徴とする凝集状態検知システムである。
【００１４】
本発明は、制御演算部は一対の電極から得られた信号を記録し処理する信号処理回路と、信号処理回路からのデータに基づいて凝集状態を求めるパソコンとを有することを特徴とする凝集状態検知システムである。
【００１５】
本発明は、信号処理回路は流体供給部に、駆動信号を出力するとともに、一対の電極から波形データを求め、パソコンは信号処理回路からの波形データから、波形データのピーク時の積分値を求めることを特徴とする凝集状態検知システムである。
【００１６】
本発明は、パソコンは、波形データのピーク開始およびピーク終了時の平均値に基づいてベースラインを求め、このベースラインに基づいてピーク時の積分値を求めることを特徴とする凝集状態検知システムである。
【００１７】
本発明は、パソコンは、波形データから波形データのピーク時の積分値を求める際、波形データの勾配が一定値以上の領域の部分の面積を除外して積分値を求めることを特徴とする凝集状態検知システムである。
【００１８】
本発明は、外筒とコアとの間の間隙は、０．４mm以下となることを特徴とする凝集状態検知システムである。
【００１９】
本発明は、外筒を電磁シールド用金属網で覆うとともに、一方の電極と、金属網およびアース線が接続されていることを特徴とする凝集状態検知システムである。
【００２０】
本発明は、非導電体からなる外筒と、外筒内に配置された非導電体からなるコアと、外筒の両端部および両端部間に各々設けられた少なくとも３つの電極と、外筒内に流体を脈流状態で供給する流体供給部と、各電極間に接続され、各電極間から得られた信号に基づいて流体の凝集状態を検知する制御演算部とを備えたことを特徴とする凝集状態検知システムである。
【００２１】
本発明は、コアは、各電極間に設置され、互いに異なる材料からなる第１コアおよび第２コアを有することを特徴とする凝集状態検知システムである。
【００２２】
本発明は、制御演算部は電極間から得られた２以上の電位差信号に基づいて流体の凝集状態を検知することを特徴とする凝集状態検知システムである。
【００２３】
本発明は、制御演算部は一方の電極間の電位差信号と、他方の電極間の電位差信号とを比較して、一方の電極間の凝集状態と他方の電極間の凝集状態を検知することを特徴とする凝集状態検知システムである。
【００２４】
本発明は、制御演算部は一方の電極間の電位差信号と、当該電極間の過去の電位差信号とを比較して、当該電極間の凝集状態を検知することを特徴とする凝集状態検知システムである。
【００２５】
本発明によれば、電極間の電位差から得られるピーク波形は流体の脈流が流通する時の応答を表しているが、それは流通の速度を表現しているものであり、濁質が界面を流動する時の流動特性はピークの積分値により表現される。
【００２６】
この積分値をとることにより、ピーク波形中に含まれるノイズ成分或いはピーク基底のバックグラウンド成分等を除去できる。またピーク先端部の流速が大きく、濁質が器壁に十分吸着していない領域での応答を除去することが可能となり、通常の定常電流を記録する場合よりも感度の高い計測が可能となった。
【００２７】
本発明によれば電極間に汚れが付着しているのか、そしてどの程度付着が進行しているのかについて不明な場合でも、すなわち流動電流の変化が凝集状態によるものなのか、付着によるものなのかの判断ができない場合にも、この付着による変化を認識することができる。付着の状態を確認すると、被処理水の汚濁状態や流速や流れ方にもよるが、付着の状態は必ずしも一様にならない場合が多い。この付着状態の違いを複数の電極を用いて各々測定することにより、付着や汚れた部分を含む電極間と、そうでない電極間の流動電位の差を認識して、付着や汚れの状態を検知することが可能になる。
【発明の効果】
【００２８】
以上のように本発明によれば、長期間に渡って安定して流体の凝集状態を検知することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
第１の実施の形態
以下、図１乃至図６により本発明による凝集状態検知システムの第１の実施の形態について説明する。
【００３０】
凝集状態検知システムは、図１および図５に示すように、凝集状態検知センサ１０と、この凝集状態検知センサ１０に流体を脈流状態で供給するダイヤフラム式ポンプ（流体供給部）２１と、凝集状態検知センサ１０に接続され流体の凝集状態を検知する制御演算部とを備えている。
【００３１】
このうち制御演算部は、凝集状態検知センサ１０の後述する一対の電極１５間に接続され、一対の電極１５から得られた信号を記録して処理する信号処理回路２２と、信号処理回路２２からの出力信号に基づいて流体の凝集状態を求めるパソコン２３とからなっている。
【００３２】
また凝集状態検知センサ１０に接続されたダイヤフラム式ポンプ２１には被検水槽２５から被検水が送られ、凝集状態検知センサ１０で検出された被検水は、排水管２６ａを介して排水槽２６内へ排出される。
【００３３】
次に図５により、凝集状態検知センサ１０について詳述する。この凝集状態検知センサ１０は絶縁性の円筒状直管パイプ（外筒）１１と、この直管パイプ１１内に配管された無垢の絶縁性の円筒状コア１２と、直管パイプ１１の両端に設けられ、コア１２を直管パイプ１１に保持するとともに流通孔１４ａを有するコア保持具１４、１４と、一対のコア保持具１４、１４を外方から保持して直管パイプ１１に固定する一対のキャップ１３、１３とを備えている。
【００３４】
また、一対のキャップ１３には、直管パイプ１１内に流体を送りかつ排出するホース１７がホースニップル１６を介して脱着自在に取付けられている。なお、一対のキャップ１３、１３は直管パイプ１１にねじ込み取付けられている。
【００３５】
さらに、直管パイプ１５の両端部内面に、一対のリング状電極１５、１５が取付けられている。
【００３６】
直管パイプ１１の材料は絶縁性でかつ耐食性を有するものからなり、塩ビ、テフロン（登録商標）、デルリン（ポリアセタール樹脂）が用いられ、電極１５、１５としてはステンレス（ＳＵＳ３０４）が用いられる。
【００３７】
コア１２の材料としては、直管パイプ１１の材料と同様のものが選択される。
【００３８】
直管パイプ１１とコア１２との間の間隙Ｇは０．３±０．１ｍｍとなっており、直管パイプ１１の内径は３０ｍｍ程度、長さは４５ｍｍ程度となっている。
【００３９】
次に実験機としての凝集状態検知システムを、図６に示す。図６に示す実験機としての凝集状態検知システムは、被検水槽２５として混合槽を用いたものであり、他の構成は図１に示す凝集状態検知システムと略同一である。
【００４０】
図６において、図１に示す凝集状態検知システムと同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。図６に示すように、被検水槽２５内に攪拌機２５ａが設けられ、被検水槽２５には凝集剤タンク３４が凝集剤送液ポンプ３５を介して接続されている。
【００４１】
また被検水槽２５には、攪拌機３１ａを有する原水タンク３１が、原水送液ポンプ３３を介して接続されている。
【００４２】
次にこのような構成からなる本実施例の作用について説明する。
【００４３】
まず図１に示すように、被検水槽２５からの被検水（流体）がダイヤフラム式ポンプ２１により凝集状態検知センサ１０内へ送られる。凝集状態検知センサ１０へ送られた被検水は、その後排水槽２６へ排出される。
【００４４】
この間、ダイヤフラム式ポンプ２１により被検水は凝集状態検知センサ１０へ脈流状態で供給される。このとき凝集状態検知センサ１０の一対の電極１５、１５間において電位差が生じる。一対の電極１５、１５間で生じた電位差は信号処理回路２２において波形データに変換される。
【００４５】
また信号処理回路２２は、ダイヤフラム式ポンプ２１に駆動信号を出力するとともに、波形データをパソコン２３に送る。
【００４６】
パソコン２３では信号処理回路２２において求められた波形データに基づいて、凝集状態を求める。
【００４７】
パソコン２３では、この波形データに基づいて、図２に示すようにピーク開始時及び終了時の平均値を基に定めたベースラインＢを決め、このベースラインＢより上部のピーク面積を求めてこれらを総和した積分値に基づいて被検体の凝集状態を求める。
【００４８】
次に本発明の具体的実施例について述べる。
【００４９】
本発明による凝集状態検知手法を用いて、以下のようにしてカオリンで調整した濁度６０の被検水に対して凝集剤であるＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）を１ｍｇ／ｌ，５ｍｇ／ｌ，４０ｍｇ／ｌと順次高濃度に添加していった時の凝集状態を調べた。また、そのときの被検水をジャーテスターにかけ、濁度を測定した。凝集状態を調べるために、図６に示す実験機としての凝集状態検知システムを用いた。
【００５０】
図６において、原水タンク３１内のサンプル水（カオリン懸濁液、濁度３〜１００ｍｇ／ｌ）を攪拌機３１ａにて十分混合し、かつ攪拌したものを原水送液ポンプ３３によって（３ｌ／ｍｉｎ．）の運転条件で混合槽となる被検水槽２５に送った。被検水槽２５には凝集剤タンク３４から、凝集剤送液ポンプ３５により注入率が規程値となるよう一定濃度の凝集剤（ＰＡＣ原液、比重１．２）が２０ｍｌ／ｍｉｎ．で注入され、被検水槽２５では、攪拌機２５ａにより８００ｒｐｍにて急速攪拌が行われる。
【００５１】
被検水槽２５内の被検水がダイヤフラム式ポンプ２１により汲み出され、凝集状態検知センサ１０内へ脈動流で送液される。
【００５２】
ポンプ２１の起動はパソコン２３に接続された信号処理回路２２により行われる。また凝集状態検知センサ１０からの信号は信号処理回路２２へ送られる。ジャーテスターによる凝集状態の検知は被検水槽２５からセル流通水をサンプリングし、攪拌機２５ａにより緩速攪拌５０ｒｐｍで１５分行った後、３０分間静値してから濁度を測定した。
【００５３】
パソコン２３において求めた凝集結果を図３（ａ）に示す。又、この結果を基にＰＡＣ注入率に対するセンサ応答値を図３（ｂ）に示す。これらの図３（ａ）、（ｂ）より明らかなように、ＰＡＣを１ｍｇ／ｌ注入することにより応答は大きく変化するが、ＰＡＣを１→５ｍｇ／ｌへ変化させた場合の応答変化は小さい。その後ＰＡＣの注入率を５→４０ｍｇ／ｌに増加させると、再び大きな応答変化があらわれた。
【００５４】
図４は被検水槽２５から分取した被検水をジャーテスターにかけた結果を示す。
【００５５】
図３（ｂ）に示す結果と図４に示す結果を照合してみると良好な対応関係が得られており、パソコン２３において求めた凝集状況検出結果は、ジャーテスターにより検出した結果と良く対応していることがわかる。
【００５６】
第２の実施の形態
次に本発明の第２の実施の形態を示す。
【００５７】
第１の実施の形態において、図５に示す凝集状態検知センサ１０は円筒状の直管パイプ１１と、円筒状コア１２とを有しているが、コア１２を図５に示すものと同様な材質の直方体とし、これを２枚の平板からなる外筒１１で挟み込んだ構造とし、上下の平板の両端部に電極１５を配置してもよい。
【００５８】
このような構造の凝集状態検知センサ１０に被検水を脈流状態で流通させて、その過渡応答を記録し、出力ピークの積分値から凝集状態を検知する。この場合でも、第１の実施の形態と同様に精度良い検知を行うことができる。この場合、コア１２と外筒１１との間隙は、円筒型の直管パイプを用いた場合よりもより簡単に調節できる。
【００５９】
外筒１１とコア１２との間の間隙Ｇの値としては、０．４ｍｍ以下とすることが適当であった。この値以上に間隙Ｇを広げると界面動電現象の抵抗が小さくなり、測定感度が得られない。キャピラリー電気泳動法においてゼータ電位を測定する際も試料溶液は毛細管中を移動させるものであるが、被検水の流通するセンサ内の間隙はこの程度の値以下でないと感度良く計測できないことが確認された。
【００６０】
第３の実施の形態
次に本発明による第３の実施の形態について説明する。
【００６１】
図１乃至図６に示す第１の実施の形態において、信号処理回路２２内で出力を記録する際、過渡応答をみているので従来の定常応答を記録する場合に比べ、ノイズの影響が特に問題となる。
【００６２】
ノイズの除去についてその原因を調べたところ、センサ１０からの排水が排水槽２６に流入する際、センサ１０からの排水が排水槽２６の水面との導通が起こり、水面の振動をノイズとして拾うことになることが明らかになった。そこで、センサ１０からの排水管２６ａを２段以上の接続とし、センサ２０からの排水が排水槽面と導通しないようにした。これにより、排水槽２６面の振動がノイズとして拾われることなく、ノイズの少ない良好な出力を得ることができるようになった。
【００６３】
図１乃至図６に示す第１の実施の形態において、センサ１０外部からのノイズを除去するため、センサ１０の外筒１１を電磁シールド用のフレキシブルな金属網１１ａで覆い、電極１５の一端とこの金属網１１ａ及びアース線を接続することによりノイズを低減してもよい。
【００６４】
第４の実施の形態
以下、図１、図７および図８により本発明による凝集状態検知システムの第４の実施の形態について説明する。ここで図８は図７のＡ−Ａ線断面図である。
【００６５】
凝集状態検知システムは図１に示すように、凝集状態検知センサ１０と、この凝集状態検知センサ１０に流体を脈流状態で供給するダイヤフラム式ポンプ（流体供給部）２１と、凝集状態検知センサ１０に接続され流体の凝集状態を検知する制御演算部とを備えている。
【００６６】
このうち制御演算部は、凝集状態検知センサ１０の後述する一対の電極１５間に接続され、一対の電極１５から得られた信号を記録して処理する信号処理回路２２と、信号処理回路２２からの出力信号に基づいて流体の凝集状態を求めるパソコン２３とからなっている。
【００６７】
また凝集状態検知センサ１０に接続されたダイヤフラム式ポンプ２１には被検水槽２５から被検水が送られ、凝集状態検知センサ１０で検出された被検水は、排水管２６ａを介して排水槽２６内へ排出される。
【００６８】
次に図７および図８により、凝集状態検知センサ１０について詳述する。この凝集状態検知センサ１０は絶縁性の円筒状直管パイプ（外筒）１１と、この直管パイプ１１内に配置された無垢の絶縁性の円筒状コア１２と、直管パイプ１１の両端に設けられ、コア１２を直管パイプ１１に保持するとともに流通孔１４ａを有するコア保持具１４、１４と、一対のコア保持具１４、１４を外方から保持して直管パイプ１１に固定する一対のキャップ１３、１３とを備えている。
【００６９】
また、一対のキャップ１３には、直管パイプ１１内に流体を送りかつ排出するホース１７がホースニップル１６を介して脱着自在に取付けられている。なお、一対のキャップ１３、１３は直管パイプ１１にねじ込み取付けられている。
【００７０】
さらに、直管パイプ１５の両端部内面および両端部間の中央部内面に、３つのリング状電極１５ａ、１５ｃ、１５ｂが各々取付けられている。
【００７１】
直管パイプ１１の材料は絶縁性でかつ耐食性を有するものからなり、塩ビ、テフロン、デルリン（ポリアセタール樹脂）が用いられ、電極１５、１５としてはステンレス（ＳＵＳ３０４）が用いられる。
【００７２】
コア１２の材料としては、直管パイプ１１の材料と同様のものが選択される。
【００７３】
直管パイプ１１とコア１２との間の間隙Ｇは０．３±０．１ｍｍとなっており、直管パイプ１１の内径は３０ｍｍ程度、長さは４５ｍｍ程度となっている。
【００７４】
次にこのような構成からなる本実施例の作用について説明する。
【００７５】
まず被検水槽２５からの被検水（流体）がダイヤフラム式ポンプ２１により凝集状態検知センサ１０内へ送られる。凝集状態検知センサ１０へ送られた被検水は、その後排水槽２６へ排出される。
【００７６】
この間、ダイヤフラム式ポンプ２１により被検水は凝集状態検知センサ１０へ脈流状態で供給される。このとき凝集状態検知センサ１０の電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃ間において電位差が生じる。各電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃ間で生じた電位差は信号処理回路２２において波形データに変換される。
【００７７】
また信号処理回路２２は、ダイヤフラム式ポンプ２１に駆動信号を出力するとともに、波形データをパソコン２３に送る。
【００７８】
パソコン２３では信号処理回路２２において求められた各電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃ間の波形データに基づいて、凝集状態を求める。
【００７９】
すなわち、各電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃ間に生じる電位差は、コロイド粒子を含む被検水が流されたときに凝集剤（例えばＰＡＣ：ポリ塩化アルミニウムなど）の添加量に応じて変化する凝集状態に相関性のある応答をする。このため各電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃ間に生じる電位差を求めることにより、被検水の凝集状態を求めることができる。
【００８０】
さて、被検水を凝集状態検知センサ１０内に長期間流しつづけるとほとんどの場合、付着や汚れが発生するが、これによって電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃ間に生じる電位差が変化することも考えられる。しかし、このような電位差の変化は、実際に凝集状態の変化による応答なのか、付着・汚れによる影響なのかが、電位差だけからは判断することは困難であり、また被検水の状態や流れ方によって付着や汚れの状態が変化し、一様に分布しないことがある。
【００８１】
本発明においては、２つの電極だけではなく、３つの電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃを用い、電極１５ａ、１５ｂ間の電位差および電極１５ｂ、１５ｃ間の電位差を測定することにより、被検水の凝集状態を求める。このためいずれかの電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃ表面または電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃ間に付着や汚れが発生した場合には電位差に変化が生じるが、電極１５ａ、１５ｂ間の電位差と電極１５ｂ、１５ｃ間の電位差の変化を比較することにより、付着や汚れによる電位差への影響を検知することが可能となる。
【００８２】
なお本発明は上述した実施例におけるその要旨を変更しない範囲で変形してもよい。例えば、上記実施例では３つの電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃのうち一つの電極１５ｂを共有電極とするが、電極を４つ用意し、各電極間の電位差を測定するようにしてもかまわない。また、あらかじめ凝集状態と相関性のある各電位差の感度を同一とさせることにより、各電位差間の差を注視し、閾値などを設定することにより、それ以上大きくなったらアラームや洗浄を促すような信号を上位システムへ通知するなどの対応をとるようにすることも可能である。
【００８３】
第５の実施の形態
次に図９および図１０により、本発明の第５の実施の形態について説明する。
【００８４】
図９および図１０に示す第５の実施の形態において、図１、図７および図８に示す第４の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００８５】
ここで、図９は、凝集状態検知センサの構成を示す断面図であり、図１０は、図９のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【００８６】
図９に示すように凝集状態検知センサ１０は、直方体状のコア１２と、コア１２を挟み込む２枚の平板１１ａを有する外筒１１とからなり、上下の平板１１ａに３つの電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃが配置されている。
【００８７】
図９および図１０に示す凝集状態検知センサ１０において、直方体状のコア１２と、上下の平板１１ａ内面との間の間隙Ｇの調節をより簡単に行うことができる。また、この間隙Ｇの値としては０．４ｍｍ以下とすることが適当である。この値以上に間隙Ｇを広げると界面動電現象の抵抗が小さくなり測定感度が得られない。キャピラリー電気泳動法において、ゼータ電位を測定する際も試料溶液は毛細管中を移動させるものであるが、被検水の流通する凝集状態検知センサ１０内の間隙Ｇはこの程度の値以下でないと計測がむずかしい。
【００８８】
また、各電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃ間で計測される電位差は、コロイド粒子を含む被検水が流されたときに、凝集剤（例えばＰＡＣ：ポリ塩化アルミニウムなど）の添加量に応じて変化し、凝集状態に相関性のある応答を示す。
【００８９】
３つの電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃを用いて各電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃ間の電位差、つまり電極１５ａ、１５ｂ間の電位差と、電極１５ｂ、１５ｃ間の電位差を測定する構成とすることにより、いずれかの電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃ表面または電極１５ａ、１５ｂ間または電極１５ｂ、１５ｃ間に付着や汚れが発生した場合には２つの電位差に変化が生じるため、２つの電位差間の変化を比較することにより、付着や汚れによる電位差への影響を検知することが可能となる。
【００９０】
なお本実施の形態において、その要旨を変更しない範囲で変形してもよい。例えば３つの電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃのうちの一つが共有電極１５ｂとなっているが、電極を４つ用意し、各電極間の電位差を測定するようにしてもかまわない。また、あらかじめ凝集状態と相関性のある各電位差の感度を同一とさせることにより、各電位差間の差を注視し、閾値などを設定することにより、それ以上大きくなったらアラームや洗浄を促すような信号を上位システムへ通知してもよい。
【００９１】
第６の実施の形態
次に図１１により本発明の第６の実施の形態について説明する。図１１に示す第６の実施の形態において、図１、図７および図８に示す第４の実施の形態と同一部分には、同一符号を付して詳細な説明は省略する。ここで、図１１は、第６の実施の形態による凝集状態検知センサを示す断面図である。
【００９２】
図１１に示す第６の実施の形態において、直管パイプ１１内にコア１２が配置され、このコア１２は直管パイプ１１内を往復運動する。図１１において、直管パイプ１１内を往復運動するコア１２によって被検水を脈流状態で供給する流体供給部が構成される。
【００９３】
図１１において、被検水のコロイド粒子等が、モータ４３によって駆動されるコア１２の往復運動により、直管パイプ１１内部に被検水の脈流が誘起される。この被検水の脈流により流動電流が生じ、コア１１を囲む３つの電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃ間に電位差が生じる。この計測される電位差を信号処理回路２２で計測し、パソコン２３により凝集状態が求められる。
【００９４】
なお、モータ４３は信号処理回路２２により制御される。
【００９５】
図１１に示すように、直管パイプ１１に３つの電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃを設置することにより、電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃに汚れが付着しても電位差を検知可能とすることができる。
【００９６】
本実施の形態においても、その要旨を変更しない範囲で変形してもよい。例えば、本実施の形態では３つの電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃのうち一つが共有電極１５ｂとなっているが、電極を４つ用意し、各電極間の電位差を測定するようにしてもかまわない。また、あらかじめ凝集状態と相関性のある各電位差の感度を同一とさせることにより、各電位差間の差を注視し、閾値などを設定することにより、それ以上大きくなったらアラームや洗浄を促すような信号を上位システムへ通知してもよい。
【００９７】
第７の実施の形態
次に図１２により第７の実施の形態について説明する。
【００９８】
図１２に示す本発明の第７の実施の形態において、図１、図７及び図８に示す第４の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。ここで、図１２は、凝集状態検知センサを示す断面図である。
【００９９】
図１２に示すように、直管パイプ１１内にコア１２が配置されている。このコア１２は電極１５ａから電極１５ｂまで延びる第１コア１２ａと、電極１５ｂから電極１５ｃまで延びる第２コア１２ｂとを有し、第１コア１２ａと第２コア１２ｂは、絶縁性で互いに異なる材料からなっている。
【０１００】
ここで、凝集状態検知センサ１０において、コア１２が互いに異なる材料からなる第１コア１２ａと第２コア１２ｂとからなることにより、被検水に凝集剤を添加したときの凝集状態に相関の有る各電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃ間に現れる電位差の変化幅が各材質の特性により異なる。また、被検水の凝集状態に対する感度が異なるだけで、多くの材質が凝集状態を検出できる可能性がある。
【０１０１】
そこでコア１２を構成する第１コア１２ａと第２コア１２ｂの材質を付着や汚れの発生しにくい材質、またはあえて発生しやすい材質を選定することができる。付着の汚れの発生しにくい材質として、ＰＴＦＥやＰＦＡなどのフッ素系樹脂などがよく知られている。そこでこれらのＰＴＦＥやＰＦＡなどの付着しにくい材質を第２コア１２ｂの材質として選定し、第１コア１２ａの材質として通常のものを選ぶと、第２コア１２ｂは第１コア１２ａと比較して付着や汚れが発生しにくいため、測定している電極１５ｂ、１５ｃ間の電位差が安定する。一方第１コア１２ａの両端近傍の電極１５ａ、１５ｂ間の電位差は、付着や汚れが発生しやすいためにその影響を受けやすくなる。
【０１０２】
これを利用することにより、あらかじめ設置当初や洗浄後間もないときの付着やよごれが比較的少ない状況で凝集状態を測定している時の各電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃ間の電位差を記録しておく。その後の各電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃ間の電位差を測定と比較することにより、付着しにくい材質を採用した第２コア１２ｂに比較して、第１コア１２ａ表面上には付着や汚れが発生し、電位差や電位差の変化に差が生じるために、付着や汚れによる影響を容易に検知することが可能となる。
【０１０３】
本実施の形態において、要旨を変更しない範囲で変形してもよい。例えば、上記実施例では３つの電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃのうち一つが共有電極１５ｂとなっているが、電極を４つ用意し、各電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃ間の電位差を測定するようにしてもかまわない。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】本発明による凝集状態検知システムの第１乃至第３の実施の形態を示す概略図。
【図２】凝集状態検知センサの応答ピークと積分領域を示す図。
【図３】ピーク積分値による凝集状態検知センサ応答の経時変化およびＰＡＣ注入率と凝集状態検知センサ応答の定常値を示す図。
【図４】被検水のジャーテスト結果を示す図。
【図５】凝集状態検知センサを示す断面図。
【図６】実験機としての凝集状態検知システムを示す概略図。
【図７】本発明による凝集状態検知システムの第４の実施の形態を示す概略図。
【図８】図７のＡ−Ａ線断面図。
【図９】本発明による凝集状態検知システムの第５の実施の形態を示す概略図。
【図１０】図９のＢ−Ｂ線断面図。
【図１１】本発明による凝集状態検知システムの第６の実施の形態を示す概略図。
【図１２】本発明による凝集状態検知システムの第７の実施の形態を示す概略図。
【符号の説明】
【０１０５】
１０ 凝集状態検知センサ
１１ 直管パイプ
１１ａ 金属網（電磁シールド用）
１２ コア
１３ キャップ
１４ コア保持治具
１４ａ 被検水流通路
１５ 電極
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ 電極
１６ ホースニップル
１７ ホース
２１ ダイヤフラム式ポンプ
２２ 信号処理回路
２３ パソコン
２５ 被検水槽（急速撹拌槽）
２５ａ 撹拌機
２６ 排水槽
２６ａ 排水管
３１ 原水タンク
３１ａ 撹拌機
３３ 原水送液ポンプ
３４ 凝集剤タンク
３５ 凝集剤送液ポンプ
４３ モータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は流体の凝集状態を長期間に渡って安定して検知することができる凝集状態検知システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、河川水、湖沼水等の表流体を原水とする浄水処理あるいは工業用水や排水の処理において、凝集沈殿処理方法が広く採用されている。この凝集沈殿処理方法は、以下のように行われる。まず、原水にアルミ系や鉄系の無機凝集剤或いは高分子凝集剤を添加して急速攪拌し、濁質粒子を核とするマイクロフロック（小塊）を生成させる。次に緩速攪拌を行い、マイクロフロック同士の衝突、結合により小塊を粗大化し、沈降速度を大きくして沈澱処理を行うことで、清澄な上澄み水を得る。この凝集処理水をさらにろ過処理して、沈澱しきれなかった粒子を除去している。
【０００３】
凝集沈澱処理方法においては、凝集剤添加量、攪拌強度、攪拌時間、水温、ｐＨ等の凝集条件を適切にしなければならない。凝集剤を添加した後の凝集状態を迅速かつ正確に検知することにより添加する凝集剤の量を削減し、かつ清澄な処理水を得ることができる。このため凝集状態検知センサは、凝集沈澱処理プロセスにおいて重要な役割を担っている。
【０００４】
凝集状態検知センサとしては、大別して次の２通りの方法がある。１つは光学的に濁質の粒子径を直接計測する方法（特許文献１参照）である。もう１つは被検水中の濁質粒子の荷電状態をゼータ電位に関連したいわゆる流動電流として測定する方法である。
【０００５】
後者の方式はオンラインで連続的に測定可能なセンサとしてGerdesにより考案されたもので、ピストン型のセンサに被検水が流入することにより、ピストンを包むシリンダーの管壁の両端に配置した電極間の流動電流を計測する方式となっている。このピストン型のセンサは簡単な構造で流動電流を検知できることから海外の浄水場において広く用いられ、国内においても最近数箇所の浄水場で用いられるようになってきた。
【０００６】
このピストン型のセンサにおいては、ピストン駆動のため長期に亘って連続運転した場合、ピストンの中心がシリンダー管壁の汚れ等により初期の位置からズレてしまう。又これによりピストンとシリンダーの間隙の距離が部分的に変わってしまい安定した流動電位（電流）が測れなくなるという問題があった。
【０００７】
オンライン凝集センサとしては、従来このピストン型のセンサが唯一広く使用されてきた。これに対し、絶縁性の直管内に芯となる円筒を配し、管両端部に電極を置き、芯と直管の間隙を被検水の脈流を流通させることにより流動電流を検出する方式が新たに提案された。このセンサは以下のような構造をしている。
【０００８】
直管のパイプ内にコアとなる無垢の丸棒をコア保持治具により固定し、さらにパイプの両端内側にリング状の電極を設置することによりセンサが構成される。
【０００９】
直管パイプとコアとの間隙は０．３±０．１mmとなり、パイプ径は３０mm程度、長さは４５mm程度となっている。このセンサにダイヤフラム式のポンプにより流体が脈流で供給され、流体はパイプとコアとの間の間隙を流通する。この間、パイプの両端に生じた起電力を増幅し、流動電流が得られる。そしてこの流動電流により凝集状態が検知される。
【特許文献１】特開平１０−２０２０１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来より、このようにシンプルな構造のセンサにより流動電流を検知することができ、安定して流体の凝集状態を検知することができる。
【００１１】
しかしながら、現在長期間に渡って安定して流体の凝集状態を検知することができる凝集状態検知システムは開発されていないのが実情である。
【００１２】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、長期間に渡って安定して流体の凝集状態を検知することができる凝集状態検知システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、非導電体からなる外筒と、外筒内に配置された非導電体からなるコアと、外筒の両端部に設けられた一対の電極と、外筒内に流体を脈流状態で供給する流体供給部と、一対の電極間に接続され、流体の凝集状態を検知する制御演算部とを備え、制御演算部は一対の電極間から得られた波形データから、波形データのピーク時の積分値により流体の凝集状態を検知することを特徴とする凝集状態検知システムである。
【００１４】
本発明は、制御演算部は一対の電極から得られた信号を記録し処理する信号処理回路と、信号処理回路からのデータに基づいて凝集状態を求めるパソコンとを有することを特徴とする凝集状態検知システムである。
【００１５】
本発明は、信号処理回路は流体供給部に、駆動信号を出力するとともに、一対の電極から波形データを求め、パソコンは信号処理回路からの波形データから、波形データのピーク時の積分値を求めることを特徴とする凝集状態検知システムである。
【００１６】
本発明は、パソコンは、波形データのピーク開始およびピーク終了時の平均値に基づいてベースラインを求め、このベースラインに基づいてピーク時の積分値を求めることを特徴とする凝集状態検知システムである。
【００１７】
本発明は、パソコンは、波形データから波形データのピーク時の積分値を求める際、波形データの勾配が一定値以上の領域の部分の面積を除外して積分値を求めることを特徴とする凝集状態検知システムである。
【００１８】
本発明は、外筒とコアとの間の間隙は、０．４mm以下となることを特徴とする凝集状態検知システムである。
【００１９】
本発明は、外筒を電磁シールド用金属網で覆うとともに、一方の電極と、金属網およびアース線が接続されていることを特徴とする凝集状態検知システムである。
【００２０】
本発明は、非導電体からなる外筒と、外筒内に配置された非導電体からなるコアと、外筒の両端部および両端部間に各々設けられた少なくとも３つの電極と、外筒内に流体を脈流状態で供給する流体供給部と、各電極間に接続され、各電極間から得られた信号に基づいて流体の凝集状態を検知する制御演算部とを備えたことを特徴とする凝集状態検知システムである。
【００２１】
本発明は、コアは、各電極間に設置され、互いに異なる材料からなる第１コアおよび第２コアを有することを特徴とする凝集状態検知システムである。
【００２２】
本発明は、制御演算部は電極間から得られた２以上の電位差信号に基づいて流体の凝集状態を検知することを特徴とする凝集状態検知システムである。
【００２３】
本発明は、制御演算部は一方の電極間の電位差信号と、他方の電極間の電位差信号とを比較して、一方の電極間の凝集状態と他方の電極間の凝集状態を検知することを特徴とする凝集状態検知システムである。
【００２４】
本発明は、制御演算部は一方の電極間の電位差信号と、当該電極間の過去の電位差信号とを比較して、当該電極間の凝集状態を検知することを特徴とする凝集状態検知システムである。
【００２５】
本発明によれば、電極間の電位差から得られるピーク波形は流体の脈流が流通する時の応答を表しているが、それは流通の速度を表現しているものであり、濁質が界面を流動する時の流動特性はピークの積分値により表現される。
【００２６】
この積分値をとることにより、ピーク波形中に含まれるノイズ成分或いはピーク基底のバックグラウンド成分等を除去できる。またピーク先端部の流速が大きく、濁質が器壁に十分吸着していない領域での応答を除去することが可能となり、通常の定常電流を記録する場合よりも感度の高い計測が可能となった。
【００２７】
本発明によれば電極間に汚れが付着しているのか、そしてどの程度付着が進行しているのかについて不明な場合でも、すなわち流動電流の変化が凝集状態によるものなのか、付着によるものなのかの判断ができない場合にも、この付着による変化を認識することができる。付着の状態を確認すると、被処理水の汚濁状態や流速や流れ方にもよるが、付着の状態は必ずしも一様にならない場合が多い。この付着状態の違いを複数の電極を用いて各々測定することにより、付着や汚れた部分を含む電極間と、そうでない電極間の流動電位の差を認識して、付着や汚れの状態を検知することが可能になる。
【発明の効果】
【００２８】
以上のように本発明によれば、長期間に渡って安定して流体の凝集状態を検知することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
第１の実施の形態
以下、図１乃至図６により本発明による凝集状態検知システムの第１の実施の形態について説明する。
【００３０】
凝集状態検知システムは、図１および図５に示すように、凝集状態検知センサ１０と、この凝集状態検知センサ１０に流体を脈流状態で供給するダイヤフラム式ポンプ（流体供給部）２１と、凝集状態検知センサ１０に接続され流体の凝集状態を検知する制御演算部とを備えている。
【００３１】
このうち制御演算部は、凝集状態検知センサ１０の後述する一対の電極１５間に接続され、一対の電極１５から得られた信号を記録して処理する信号処理回路２２と、信号処理回路２２からの出力信号に基づいて流体の凝集状態を求めるパソコン２３とからなっている。
【００３２】
また凝集状態検知センサ１０に接続されたダイヤフラム式ポンプ２１には被検水槽２５から被検水が送られ、凝集状態検知センサ１０で検出された被検水は、排水管２６ａを介して排水槽２６内へ排出される。
【００３３】
次に図５により、凝集状態検知センサ１０について詳述する。この凝集状態検知センサ１０は絶縁性の円筒状直管パイプ（外筒）１１と、この直管パイプ１１内に配管された無垢の絶縁性の円筒状コア１２と、直管パイプ１１の両端に設けられ、コア１２を直管パイプ１１に保持するとともに流通孔１４ａを有するコア保持具１４、１４と、一対のコア保持具１４、１４を外方から保持して直管パイプ１１に固定する一対のキャップ１３、１３とを備えている。
【００３４】
また、一対のキャップ１３には、直管パイプ１１内に流体を送りかつ排出するホース１７がホースニップル１６を介して脱着自在に取付けられている。なお、一対のキャップ１３、１３は直管パイプ１１にねじ込み取付けられている。
【００３５】
さらに、直管パイプ１５の両端部内面に、一対のリング状電極１５、１５が取付けられている。
【００３６】
直管パイプ１１の材料は絶縁性でかつ耐食性を有するものからなり、塩ビ、テフロン（登録商標）、デルリン（ポリアセタール樹脂）が用いられ、電極１５、１５としてはステンレス（ＳＵＳ３０４）が用いられる。
【００３７】
コア１２の材料としては、直管パイプ１１の材料と同様のものが選択される。
【００３８】
直管パイプ１１とコア１２との間の間隙Ｇは０．３±０．１ｍｍとなっており、直管パイプ１１の内径は３０ｍｍ程度、長さは４５ｍｍ程度となっている。
【００３９】
次に実験機としての凝集状態検知システムを、図６に示す。図６に示す実験機としての凝集状態検知システムは、被検水槽２５として混合槽を用いたものであり、他の構成は図１に示す凝集状態検知システムと略同一である。
【００４０】
図６において、図１に示す凝集状態検知システムと同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。図６に示すように、被検水槽２５内に攪拌機２５ａが設けられ、被検水槽２５には凝集剤タンク３４が凝集剤送液ポンプ３５を介して接続されている。
【００４１】
また被検水槽２５には、攪拌機３１ａを有する原水タンク３１が、原水送液ポンプ３３を介して接続されている。
【００４２】
次にこのような構成からなる本実施例の作用について説明する。
【００４３】
まず図１に示すように、被検水槽２５からの被検水（流体）がダイヤフラム式ポンプ２１により凝集状態検知センサ１０内へ送られる。凝集状態検知センサ１０へ送られた被検水は、その後排水槽２６へ排出される。
【００４４】
この間、ダイヤフラム式ポンプ２１により被検水は凝集状態検知センサ１０へ脈流状態で供給される。このとき凝集状態検知センサ１０の一対の電極１５、１５間において電位差が生じる。一対の電極１５、１５間で生じた電位差は信号処理回路２２において波形データに変換される。
【００４５】
また信号処理回路２２は、ダイヤフラム式ポンプ２１に駆動信号を出力するとともに、波形データをパソコン２３に送る。
【００４６】
パソコン２３では信号処理回路２２において求められた波形データに基づいて、凝集状態を求める。
【００４７】
パソコン２３では、この波形データに基づいて、図２に示すようにピーク開始時及び終了時の平均値を基に定めたベースラインＢを決め、このベースラインＢより上部のピーク面積を求めてこれらを総和した積分値に基づいて被検体の凝集状態を求める。
【００４８】
次に本発明の具体的実施例について述べる。
【００４９】
本発明による凝集状態検知手法を用いて、以下のようにしてカオリンで調整した濁度６０の被検水に対して凝集剤であるＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）を１ｍｇ／ｌ，５ｍｇ／ｌ，４０ｍｇ／ｌと順次高濃度に添加していった時の凝集状態を調べた。また、そのときの被検水をジャーテスターにかけ、濁度を測定した。凝集状態を調べるために、図６に示す実験機としての凝集状態検知システムを用いた。
【００５０】
図６において、原水タンク３１内のサンプル水（カオリン懸濁液、濁度３〜１００ｍｇ／ｌ）を攪拌機３１ａにて十分混合し、かつ攪拌したものを原水送液ポンプ３３によって（３ｌ／ｍｉｎ．）の運転条件で混合槽となる被検水槽２５に送った。被検水槽２５には凝集剤タンク３４から、凝集剤送液ポンプ３５により注入率が規程値となるよう一定濃度の凝集剤（ＰＡＣ原液、比重１．２）が２０ｍｌ／ｍｉｎ．で注入され、被検水槽２５では、攪拌機２５ａにより８００ｒｐｍにて急速攪拌が行われる。
【００５１】
被検水槽２５内の被検水がダイヤフラム式ポンプ２１により汲み出され、凝集状態検知センサ１０内へ脈動流で送液される。
【００５２】
ポンプ２１の起動はパソコン２３に接続された信号処理回路２２により行われる。また凝集状態検知センサ１０からの信号は信号処理回路２２へ送られる。ジャーテスターによる凝集状態の検知は被検水槽２５からセル流通水をサンプリングし、攪拌機２５ａにより緩速攪拌５０ｒｐｍで１５分行った後、３０分間静値してから濁度を測定した。
【００５３】
パソコン２３において求めた凝集結果を図３（ａ）に示す。又、この結果を基にＰＡＣ注入率に対するセンサ応答値を図３（ｂ）に示す。これらの図３（ａ）、（ｂ）より明らかなように、ＰＡＣを１ｍｇ／ｌ注入することにより応答は大きく変化するが、ＰＡＣを１→５ｍｇ／ｌへ変化させた場合の応答変化は小さい。その後ＰＡＣの注入率を５→４０ｍｇ／ｌに増加させると、再び大きな応答変化があらわれた。
【００５４】
図４は被検水槽２５から分取した被検水をジャーテスターにかけた結果を示す。
【００５５】
図３（ｂ）に示す結果と図４に示す結果を照合してみると良好な対応関係が得られており、パソコン２３において求めた凝集状況検出結果は、ジャーテスターにより検出した結果と良く対応していることがわかる。
【００５６】
第２の実施の形態
次に本発明の第２の実施の形態を示す。
【００５７】
第１の実施の形態において、図５に示す凝集状態検知センサ１０は円筒状の直管パイプ１１と、円筒状コア１２とを有しているが、コア１２を図５に示すものと同様な材質の直方体とし、これを２枚の平板からなる外筒１１で挟み込んだ構造とし、上下の平板の両端部に電極１５を配置してもよい。
【００５８】
このような構造の凝集状態検知センサ１０に被検水を脈流状態で流通させて、その過渡応答を記録し、出力ピークの積分値から凝集状態を検知する。この場合でも、第１の実施の形態と同様に精度良い検知を行うことができる。この場合、コア１２と外筒１１との間隙は、円筒型の直管パイプを用いた場合よりもより簡単に調節できる。
【００５９】
外筒１１とコア１２との間の間隙Ｇの値としては、０．４ｍｍ以下とすることが適当であった。この値以上に間隙Ｇを広げると界面動電現象の抵抗が小さくなり、測定感度が得られない。キャピラリー電気泳動法においてゼータ電位を測定する際も試料溶液は毛細管中を移動させるものであるが、被検水の流通するセンサ内の間隙はこの程度の値以下でないと感度良く計測できないことが確認された。
【００６０】
第３の実施の形態
次に本発明による第３の実施の形態について説明する。
【００６１】
図１乃至図６に示す第１の実施の形態において、信号処理回路２２内で出力を記録する際、過渡応答をみているので従来の定常応答を記録する場合に比べ、ノイズの影響が特に問題となる。
【００６２】
ノイズの除去についてその原因を調べたところ、センサ１０からの排水が排水槽２６に流入する際、センサ１０からの排水が排水槽２６の水面との導通が起こり、水面の振動をノイズとして拾うことになることが明らかになった。そこで、センサ１０からの排水管２６ａを２段以上の接続とし、センサ２０からの排水が排水槽面と導通しないようにした。これにより、排水槽２６面の振動がノイズとして拾われることなく、ノイズの少ない良好な出力を得ることができるようになった。
【００６３】
図１乃至図６に示す第１の実施の形態において、センサ１０外部からのノイズを除去するため、センサ１０の外筒１１を電磁シールド用のフレキシブルな金属網１１ａで覆い、電極１５の一端とこの金属網１１ａ及びアース線を接続することによりノイズを低減してもよい。
【００６４】
第４の実施の形態
以下、図１、図７および図８により本発明による凝集状態検知システムの第４の実施の形態について説明する。ここで図８は図７のＡ−Ａ線断面図である。
【００６５】
凝集状態検知システムは図１に示すように、凝集状態検知センサ１０と、この凝集状態検知センサ１０に流体を脈流状態で供給するダイヤフラム式ポンプ（流体供給部）２１と、凝集状態検知センサ１０に接続され流体の凝集状態を検知する制御演算部とを備えている。
【００６６】
このうち制御演算部は、凝集状態検知センサ１０の後述する一対の電極１５間に接続され、一対の電極１５から得られた信号を記録して処理する信号処理回路２２と、信号処理回路２２からの出力信号に基づいて流体の凝集状態を求めるパソコン２３とからなっている。
【００６７】
また凝集状態検知センサ１０に接続されたダイヤフラム式ポンプ２１には被検水槽２５から被検水が送られ、凝集状態検知センサ１０で検出された被検水は、排水管２６ａを介して排水槽２６内へ排出される。
【００６８】
次に図７および図８により、凝集状態検知センサ１０について詳述する。この凝集状態検知センサ１０は絶縁性の円筒状直管パイプ（外筒）１１と、この直管パイプ１１内に配置された無垢の絶縁性の円筒状コア１２と、直管パイプ１１の両端に設けられ、コア１２を直管パイプ１１に保持するとともに流通孔１４ａを有するコア保持具１４、１４と、一対のコア保持具１４、１４を外方から保持して直管パイプ１１に固定する一対のキャップ１３、１３とを備えている。
【００６９】
また、一対のキャップ１３には、直管パイプ１１内に流体を送りかつ排出するホース１７がホースニップル１６を介して脱着自在に取付けられている。なお、一対のキャップ１３、１３は直管パイプ１１にねじ込み取付けられている。
【００７０】
さらに、直管パイプ１５の両端部内面および両端部間の中央部内面に、３つのリング状電極１５ａ、１５ｃ、１５ｂが各々取付けられている。
【００７１】
直管パイプ１１の材料は絶縁性でかつ耐食性を有するものからなり、塩ビ、テフロン、デルリン（ポリアセタール樹脂）が用いられ、電極１５、１５としてはステンレス（ＳＵＳ３０４）が用いられる。
【００７２】
コア１２の材料としては、直管パイプ１１の材料と同様のものが選択される。
【００７３】
直管パイプ１１とコア１２との間の間隙Ｇは０．３±０．１ｍｍとなっており、直管パイプ１１の内径は３０ｍｍ程度、長さは４５ｍｍ程度となっている。
【００７４】
次にこのような構成からなる本実施例の作用について説明する。
【００７５】
まず被検水槽２５からの被検水（流体）がダイヤフラム式ポンプ２１により凝集状態検知センサ１０内へ送られる。凝集状態検知センサ１０へ送られた被検水は、その後排水槽２６へ排出される。
【００７６】
この間、ダイヤフラム式ポンプ２１により被検水は凝集状態検知センサ１０へ脈流状態で供給される。このとき凝集状態検知センサ１０の電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃ間において電位差が生じる。各電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃ間で生じた電位差は信号処理回路２２において波形データに変換される。
【００７７】
また信号処理回路２２は、ダイヤフラム式ポンプ２１に駆動信号を出力するとともに、波形データをパソコン２３に送る。
【００７８】
パソコン２３では信号処理回路２２において求められた各電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃ間の波形データに基づいて、凝集状態を求める。
【００７９】
すなわち、各電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃ間に生じる電位差は、コロイド粒子を含む被検水が流されたときに凝集剤（例えばＰＡＣ：ポリ塩化アルミニウムなど）の添加量に応じて変化する凝集状態に相関性のある応答をする。このため各電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃ間に生じる電位差を求めることにより、被検水の凝集状態を求めることができる。
【００８０】
さて、被検水を凝集状態検知センサ１０内に長期間流しつづけるとほとんどの場合、付着や汚れが発生するが、これによって電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃ間に生じる電位差が変化することも考えられる。しかし、このような電位差の変化は、実際に凝集状態の変化による応答なのか、付着・汚れによる影響なのかが、電位差だけからは判断することは困難であり、また被検水の状態や流れ方によって付着や汚れの状態が変化し、一様に分布しないことがある。
【００８１】
本発明においては、２つの電極だけではなく、３つの電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃを用い、電極１５ａ、１５ｂ間の電位差および電極１５ｂ、１５ｃ間の電位差を測定することにより、被検水の凝集状態を求める。このためいずれかの電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃ表面または電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃ間に付着や汚れが発生した場合には電位差に変化が生じるが、電極１５ａ、１５ｂ間の電位差と電極１５ｂ、１５ｃ間の電位差の変化を比較することにより、付着や汚れによる電位差への影響を検知することが可能となる。
【００８２】
なお本発明は上述した実施例におけるその要旨を変更しない範囲で変形してもよい。例えば、上記実施例では３つの電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃのうち一つの電極１５ｂを共有電極とするが、電極を４つ用意し、各電極間の電位差を測定するようにしてもかまわない。また、あらかじめ凝集状態と相関性のある各電位差の感度を同一とさせることにより、各電位差間の差を注視し、閾値などを設定することにより、それ以上大きくなったらアラームや洗浄を促すような信号を上位システムへ通知するなどの対応をとるようにすることも可能である。
【００８３】
第５の実施の形態
次に図９および図１０により、本発明の第５の実施の形態について説明する。
【００８４】
図９および図１０に示す第５の実施の形態において、図１、図７および図８に示す第４の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００８５】
ここで、図９は、凝集状態検知センサの構成を示す断面図であり、図１０は、図９のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【００８６】
図９に示すように凝集状態検知センサ１０は、直方体状のコア１２と、コア１２を挟み込む２枚の平板１１ａを有する外筒１１とからなり、上下の平板１１ａに３つの電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃが配置されている。
【００８７】
図９および図１０に示す凝集状態検知センサ１０において、直方体状のコア１２と、上下の平板１１ａ内面との間の間隙Ｇの調節をより簡単に行うことができる。また、この間隙Ｇの値としては０．４ｍｍ以下とすることが適当である。この値以上に間隙Ｇを広げると界面動電現象の抵抗が小さくなり測定感度が得られない。キャピラリー電気泳動法において、ゼータ電位を測定する際も試料溶液は毛細管中を移動させるものであるが、被検水の流通する凝集状態検知センサ１０内の間隙Ｇはこの程度の値以下でないと計測がむずかしい。
【００８８】
また、各電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃ間で計測される電位差は、コロイド粒子を含む被検水が流されたときに、凝集剤（例えばＰＡＣ：ポリ塩化アルミニウムなど）の添加量に応じて変化し、凝集状態に相関性のある応答を示す。
【００８９】
３つの電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃを用いて各電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃ間の電位差、つまり電極１５ａ、１５ｂ間の電位差と、電極１５ｂ、１５ｃ間の電位差を測定する構成とすることにより、いずれかの電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃ表面または電極１５ａ、１５ｂ間または電極１５ｂ、１５ｃ間に付着や汚れが発生した場合には２つの電位差に変化が生じるため、２つの電位差間の変化を比較することにより、付着や汚れによる電位差への影響を検知することが可能となる。
【００９０】
なお本実施の形態において、その要旨を変更しない範囲で変形してもよい。例えば３つの電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃのうちの一つが共有電極１５ｂとなっているが、電極を４つ用意し、各電極間の電位差を測定するようにしてもかまわない。また、あらかじめ凝集状態と相関性のある各電位差の感度を同一とさせることにより、各電位差間の差を注視し、閾値などを設定することにより、それ以上大きくなったらアラームや洗浄を促すような信号を上位システムへ通知してもよい。
【００９１】
第６の実施の形態
次に図１１により本発明の第６の実施の形態について説明する。図１１に示す第６の実施の形態において、図１、図７および図８に示す第４の実施の形態と同一部分には、同一符号を付して詳細な説明は省略する。ここで、図１１は、第６の実施の形態による凝集状態検知センサを示す断面図である。
【００９２】
図１１に示す第６の実施の形態において、直管パイプ１１内にコア１２が配置され、このコア１２は直管パイプ１１内を往復運動する。図１１において、直管パイプ１１内を往復運動するコア１２によって被検水を脈流状態で供給する流体供給部が構成される。
【００９３】
図１１において、被検水のコロイド粒子等が、モータ４３によって駆動されるコア１２の往復運動により、直管パイプ１１内部に被検水の脈流が誘起される。この被検水の脈流により流動電流が生じ、コア１１を囲む３つの電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃ間に電位差が生じる。この計測される電位差を信号処理回路２２で計測し、パソコン２３により凝集状態が求められる。
【００９４】
なお、モータ４３は信号処理回路２２により制御される。
【００９５】
図１１に示すように、直管パイプ１１に３つの電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃを設置することにより、電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃに汚れが付着しても電位差を検知可能とすることができる。
【００９６】
本実施の形態においても、その要旨を変更しない範囲で変形してもよい。例えば、本実施の形態では３つの電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃのうち一つが共有電極１５ｂとなっているが、電極を４つ用意し、各電極間の電位差を測定するようにしてもかまわない。また、あらかじめ凝集状態と相関性のある各電位差の感度を同一とさせることにより、各電位差間の差を注視し、閾値などを設定することにより、それ以上大きくなったらアラームや洗浄を促すような信号を上位システムへ通知してもよい。
【００９７】
第７の実施の形態
次に図１２により第７の実施の形態について説明する。
【００９８】
図１２に示す本発明の第７の実施の形態において、図１、図７及び図８に示す第４の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。ここで、図１２は、凝集状態検知センサを示す断面図である。
【００９９】
図１２に示すように、直管パイプ１１内にコア１２が配置されている。このコア１２は電極１５ａから電極１５ｂまで延びる第１コア１２ａと、電極１５ｂから電極１５ｃまで延びる第２コア１２ｂとを有し、第１コア１２ａと第２コア１２ｂは、絶縁性で互いに異なる材料からなっている。
【０１００】
ここで、凝集状態検知センサ１０において、コア１２が互いに異なる材料からなる第１コア１２ａと第２コア１２ｂとからなることにより、被検水に凝集剤を添加したときの凝集状態に相関の有る各電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃ間に現れる電位差の変化幅が各材質の特性により異なる。また、被検水の凝集状態に対する感度が異なるだけで、多くの材質が凝集状態を検出できる可能性がある。
【０１０１】
そこでコア１２を構成する第１コア１２ａと第２コア１２ｂの材質を付着や汚れの発生しにくい材質、またはあえて発生しやすい材質を選定することができる。付着の汚れの発生しにくい材質として、ＰＴＦＥやＰＦＡなどのフッ素系樹脂などがよく知られている。そこでこれらのＰＴＦＥやＰＦＡなどの付着しにくい材質を第２コア１２ｂの材質として選定し、第１コア１２ａの材質として通常のものを選ぶと、第２コア１２ｂは第１コア１２ａと比較して付着や汚れが発生しにくいため、測定している電極１５ｂ、１５ｃ間の電位差が安定する。一方第１コア１２ａの両端近傍の電極１５ａ、１５ｂ間の電位差は、付着や汚れが発生しやすいためにその影響を受けやすくなる。
【０１０２】
これを利用することにより、あらかじめ設置当初や洗浄後間もないときの付着やよごれが比較的少ない状況で凝集状態を測定している時の各電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃ間の電位差を記録しておく。その後の各電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃ間の電位差を測定と比較することにより、付着しにくい材質を採用した第２コア１２ｂに比較して、第１コア１２ａ表面上には付着や汚れが発生し、電位差や電位差の変化に差が生じるために、付着や汚れによる影響を容易に検知することが可能となる。
【０１０３】
本実施の形態において、要旨を変更しない範囲で変形してもよい。例えば、上記実施例では３つの電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃのうち一つが共有電極１５ｂとなっているが、電極を４つ用意し、各電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃ間の電位差を測定するようにしてもかまわない。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】本発明による凝集状態検知システムの第１乃至第３の実施の形態を示す概略図。
【図２】凝集状態検知センサの応答ピークと積分領域を示す図。
【図３】ピーク積分値による凝集状態検知センサ応答の経時変化およびＰＡＣ注入率と凝集状態検知センサ応答の定常値を示す図。
【図４】被検水のジャーテスト結果を示す図。
【図５】凝集状態検知センサを示す断面図。
【図６】実験機としての凝集状態検知システムを示す概略図。
【図７】本発明による凝集状態検知システムの第４の実施の形態を示す概略図。
【図８】図７のＡ−Ａ線断面図。
【図９】本発明による凝集状態検知システムの第５の実施の形態を示す概略図。
【図１０】図９のＢ−Ｂ線断面図。
【図１１】本発明による凝集状態検知システムの第６の実施の形態を示す概略図。
【図１２】本発明による凝集状態検知システムの第７の実施の形態を示す概略図。
【符号の説明】
【０１０５】
１０ 凝集状態検知センサ
１１ 直管パイプ
１１ａ 金属網（電磁シールド用）
１２ コア
１３ キャップ
１４ コア保持治具
１４ａ 被検水流通路
１５ 電極
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ 電極
１６ ホースニップル
１７ ホース
２１ ダイヤフラム式ポンプ
２２ 信号処理回路
２３ パソコン
２５ 被検水槽（急速撹拌槽）
２５ａ 撹拌機
２６ 排水槽
２６ａ 排水管
３１ 原水タンク
３１ａ 撹拌機
３３ 原水送液ポンプ
３４ 凝集剤タンク
３５ 凝集剤送液ポンプ
４３ モータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非導電体からなる外筒と、
外筒内に配置された非導電体からなるコアと、
外筒の両端部に設けられた一対の電極と、
外筒内に流体を脈流状態で供給する流体供給部と、
一対の電極間に接続され、流体の凝集状態を検知する制御演算部とを備え、
制御演算部は一対の電極間から得られた波形データから、波形データのピーク時の積分値により流体の凝集状態を検知することを特徴とする凝集状態検知システム。
【請求項２】
制御演算部は一対の電極から得られた信号を記録し処理する信号処理回路と、信号処理回路からのデータに基づいて凝集状態を求めるパソコンとを有することを特徴とする請求項１記載の凝集状態検知システム。
【請求項３】
信号処理回路は流体供給部に、駆動信号を出力するとともに、一対の電極から波形データを求め、
パソコンは信号処理回路からの波形データから、波形データのピーク時の積分値を求めることを特徴とする請求項２記載の凝集状態検知システム。
【請求項４】
パソコンは、波形データのピーク開始およびピーク終了時の平均値に基づいてベースラインを求め、このベースラインに基づいてピーク時の積分値を求めることを特徴とする請求項３記載の凝集状態検知システム。
【請求項５】
パソコンは、波形データから波形データのピーク時の積分値を求める際、波形データの勾配が一定値以上の領域の部分の面積を除外して積分値を求めることを特徴とする請求項３記載の凝集状態検知システム。
【請求項６】
外筒とコアとの間の間隙は、０．４mm以下となることを特徴とする請求項１記載の凝集状態検知システム。
【請求項７】
外筒を電磁シールド用金属網で覆うとともに、一方の電極と、金属網およびアース線が接続されていることを特徴とする請求項１記載の凝集状態検知システム。
【請求項８】
非導電体からなる外筒と、
外筒内に配置された非導電体からなるコアと、
外筒の両端部および両端部間に各々設けられた少なくとも３つの電極と、
外筒内に流体を脈流状態で供給する流体供給部と、
各電極間に接続され、各電極間から得られた信号に基づいて流体の凝集状態を検知する制御演算部とを備えたことを特徴とする凝集状態検知システム。
【請求項９】
コアは、各電極間に設置され、互いに異なる材料からなる第１コアおよび第２コアを有することを特徴とする請求項８記載の凝集状態検知システム。
【請求項１０】
制御演算部は電極間から得られた２以上の電位差信号に基づいて流体の凝集状態を検知することを特徴とする請求項８記載の凝集状態検知システム。
【請求項１１】
制御演算部は一方の電極間の電位差信号と、他方の電極間の電位差信号とを比較して、一方の電極間の凝集状態と他方の電極間の凝集状態を検知することを特徴とする請求項８記載の凝集状態検知システム。
【請求項１２】
制御演算部は一方の電極間の電位差信号と、当該電極間の過去の電位差信号とを比較して、当該電極間の凝集状態を検知することを特徴とする請求項８記載の凝集状態検知システム。
【請求項１】
非導電体からなる外筒と、
外筒内に配置された非導電体からなるコアと、
外筒の両端部に設けられた一対の電極と、
外筒内に流体を脈流状態で供給する流体供給部と、
一対の電極間に接続され、流体の凝集状態を検知する制御演算部とを備え、
制御演算部は一対の電極間から得られた波形データから、波形データのピーク時の積分値により流体の凝集状態を検知することを特徴とする凝集状態検知システム。
【請求項２】
制御演算部は一対の電極から得られた信号を記録し処理する信号処理回路と、信号処理回路からのデータに基づいて凝集状態を求めるパソコンとを有することを特徴とする請求項１記載の凝集状態検知システム。
【請求項３】
信号処理回路は流体供給部に、駆動信号を出力するとともに、一対の電極から波形データを求め、
パソコンは信号処理回路からの波形データから、波形データのピーク時の積分値を求めることを特徴とする請求項２記載の凝集状態検知システム。
【請求項４】
パソコンは、波形データのピーク開始およびピーク終了時の平均値に基づいてベースラインを求め、このベースラインに基づいてピーク時の積分値を求めることを特徴とする請求項３記載の凝集状態検知システム。
【請求項５】
パソコンは、波形データから波形データのピーク時の積分値を求める際、波形データの勾配が一定値以上の領域の部分の面積を除外して積分値を求めることを特徴とする請求項３記載の凝集状態検知システム。
【請求項６】
外筒とコアとの間の間隙は、０．４mm以下となることを特徴とする請求項１記載の凝集状態検知システム。
【請求項７】
外筒を電磁シールド用金属網で覆うとともに、一方の電極と、金属網およびアース線が接続されていることを特徴とする請求項１記載の凝集状態検知システム。
【請求項８】
非導電体からなる外筒と、
外筒内に配置された非導電体からなるコアと、
外筒の両端部および両端部間に各々設けられた少なくとも３つの電極と、
外筒内に流体を脈流状態で供給する流体供給部と、
各電極間に接続され、各電極間から得られた信号に基づいて流体の凝集状態を検知する制御演算部とを備えたことを特徴とする凝集状態検知システム。
【請求項９】
コアは、各電極間に設置され、互いに異なる材料からなる第１コアおよび第２コアを有することを特徴とする請求項８記載の凝集状態検知システム。
【請求項１０】
制御演算部は電極間から得られた２以上の電位差信号に基づいて流体の凝集状態を検知することを特徴とする請求項８記載の凝集状態検知システム。
【請求項１１】
制御演算部は一方の電極間の電位差信号と、他方の電極間の電位差信号とを比較して、一方の電極間の凝集状態と他方の電極間の凝集状態を検知することを特徴とする請求項８記載の凝集状態検知システム。
【請求項１２】
制御演算部は一方の電極間の電位差信号と、当該電極間の過去の電位差信号とを比較して、当該電極間の凝集状態を検知することを特徴とする請求項８記載の凝集状態検知システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００６−３１７３２４（Ｐ２００６−３１７３２４Ａ）
【公開日】平成１８年１１月２４日（２００６．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１４１０８２（Ｐ２００５−１４１０８２）
【出願日】平成１７年５月１３日（２００５．５．１３）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月２４日（２００６．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月１３日（２００５．５．１３）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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