JP7712088B2 - 検体用貯留水槽 - Google Patents

Description

本発明は、検体用貯留水槽に関し、特に濾過後の検体を一時的に貯留し、その検体の濾過性能を監視可能な検体用貯留水槽に関する。

従来、廃水等に含まれる固形分は、濾過装置で除去され、除去分以外の検体は一時的に水槽に貯留されている。また、その際、濾過装置が安定した濾過性能となっているかを監視している。
例えば、特許文献１では、フィルタに中空糸膜モジュールを用いており、このフィルタの目詰まりを圧力センサで常時監視することが開示されている。
また、特許文献２では、中空ファイバフィルタの目詰まりを流量計が示す流量で監視し、設定基準値より低ければ目詰まりと判定することが開示されている。
さらに、特許文献３では、濁度センサ、流量センサ、水位センサ、圧力センサ等による計測に基づいて濾過装置の状態を監視することが開示されている。

特開２００１－２８１２４０号公報 国際公開第２００７／１１９９２８号 特開２０１８－６５１２０号公報

しかしながら、特許文献１で開示されるフィルタの目詰まり監視は、濾過用の吸引ポンプで生じる吸引圧を圧力センサで見るため、１リットル程度の検体を採取する濾過の場合、フィルタへの負荷が高くなる。

また、特許文献２で開示される流量計を用いた監視は、フィルタの目詰まりを監視することはできるが、フィルタの破損等による固形分の漏れまでは監視することができない。

また、生コンクリート製造工場等で発生するセメントを含んだ廃水を濾過して検体水槽に貯留する場合、濾過後に検体を上方から水槽に貯留していく過程で、液滴が生じ空気中の二酸化炭素との接触面が多くなることで炭酸カルシウムの固形分が析出しやすくなる。

さらに、検体を上方から注ぐ際の液面の振動によって液面に生じた固形分が沈降し、水槽内は、炭酸カルシウムによって白濁した状態となる。

そして、このような状態の検体を後工程の分析装置で硫酸、カルシウム、アルミニウム、鉄、塩素、カルボン酸、糖質等の溶解成分の分析を行ったとしても、析出した固形分の影響を受けて分析に適しにくい問題がある。

本発明は、かかる事情を鑑みてなされたものであり、セメントを含んだ廃水の濾過後の濾過性能を監視でき、且つ、水槽内で貯留されている濾過された検体が分析に適した状態を維持可能な検体水槽を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、濾過後の検体を一時的に貯留する検体用貯留水槽が提供される。この検体用貯留水槽は、供給口と、水位センサと、濁度センサとを備え、供給口は、濾過後の検体を水槽内に供給可能に水槽の下方側面に設けられ、水位センサは、水槽内に溜まった検体の水位を検知するように構成され、濁度センサは、発光部と受光部とを備え、水槽内の検体の濁度を検知可能に水槽の外周面に発光部と受光部とが互いに対向するように構成される。

本発明の構成では、水位センサと濁度センサによって、濾過装置の目詰まりや破損等による固形分の漏れを監視することができる。また、濾過された検体を水槽の下方側面から供給することで水槽内が白濁しにくくなり、分析に適した検体となる。

オンライン測定用の全体構成概略図。 本発明の検体用貯留水槽を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は上面図。 図２（ｂ）の変形例を示す検体貯留水槽の上面図。 図２の変形例を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は上面図。

以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態中で示した各種特徴事項は、互いに組み合わせ可能である。

１．全体構成
第１節では、廃水等に含まれる検体の成分分析をオンラインで測定可能に構成される全体構成について概略説明する。図１は、オンライン測定用の全体構成概略図である。

図１に示すように、オンライン測定用の全体構成１は、検体用貯留水槽１０、濾過装置２０、分析装置３０、洗浄水タンク４０、排水タンク５０などで構成される。

（濾過装置）
濾過装置２０によって濾過された検体は、一時的に検体用貯留水槽１０に貯留され、その一部が分析装置３０によって分析される。

（洗浄水タンク）
洗浄水タンク４０は、分析後、検体用貯留水槽１０や分析装置３０の洗浄用に使用される。また、排水タンク５０は、分析用に適した検体にするために、検体の一部を排水したり、洗浄時の前に検体を排水したりする際に使用される。

濾過装置２０は、本出願人が特願２０２０－１０１７８１において発明したものを採用しても良いが、クロスフロー濾過や全量濾過等、濾過方式に限定されるものではなく、固液分離が行え、清澄な検体が得られるものであれば良い。

（分析装置）
分析装置３０は、廃水等の液体部分を検体として使用するものであれば良く、例えば、液体クロマトグラフィ、水素イオン濃度、分光光度計、溶存酸素濃度計等が挙げられ、種々の分析に使用できれば良い。

（排水タンク）
排水タンク５０は、分析終了後の検体、及び検体用貯留水槽１０の洗浄に使用した水を一時的に溜め、不図示の排水ポンプで検体や洗浄水を離れた場所の排水場に移送するために用いられ、材質、形状、また容量に制限はない。尚、排水場が近くにある場合は、排水タンクを用いず、検体や洗浄水を検体用貯留水槽から直接、排水管やホース等で排水場に流しても構わない。

２．検体用貯留水槽
第２節では、本発明の検体用貯留水槽１０について説明する。図２は、本発明の検体用貯留水槽を示した図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は上面図を示す。
本発明に係る検体用貯留水槽１は、直方体形状をしており、上述のように廃水等に含まれる成分分析に用いるオンライン測定用の一構成であり、濾過装置２０と分析装置３０との間に設置される。
図２に示すように、主に検体用貯留水槽１０は、供給口１１、オーバーフロー壁１２、水位センサ１３、濁度センサ１４、ガイド壁１５で構成される。

（供給口）
供給口１１は、上流で濾過された検体が、検体用貯留水槽１０に供給されるためのものであり、検体用貯留水槽１０の下方側面に設けられている。具体的には、供給口１１は、検体用貯留水槽１０の側面において、載置面より所定の高さに設けられている。ここで、所定の高さとは、検体を供給する際に、液面が波立ちにくければ良く、載置面に近いほど好ましい。

これによって、上方から検体を供給する場合と比べて、水槽内に供給される検体の液面が波立ち難くなるため、例えば検体がセメントを含んだ成分の場合、空気中の二酸化炭素と接触する量が減り、それによって炭酸カルシウムの析出量を減らすことができる。
また、液面の乱れを最小限に抑えられ、液面に析出物が生じても沈降せず、水槽内部には析出しないため、検体の清浄性を保ちやすい。
また、液面が波立ち難くなるため、後述の水位センサ１３の測定が安定して行うことができる。
また、好ましくは、水槽内への供給速度は１リットル／分以下である。これによって、より液面が波立ち難くなり、また析出物が沈降し難くなる。

（オーバーフロー壁）
オーバーフロー壁１２は、検体用貯留水槽１０内を貯留室１０ａと排出室１０ｂとに区分けするように設けられ、これによって、検体が貯留室１０ａ内に所定量以上貯留されると、液面に析出された析出物がオーバーフロー壁１２を乗り越えて排出室１０ｂへと重力によって排出するようになっている。具体的にいうと、例えば分析用の検体がセメントを含んだ成分の場合、液面には二酸化炭素と接触することで炭酸カルシウムが析出されている。このような状態で検体を貯留室１０ａの下方に設けられた排出口１７から排出すると、内壁面には上から下にむけて炭酸カルシウムが付着する問題がある。そして、それによって、洗浄に手間がかかる。

したがって、液面に析出された炭酸カルシウムをオーバーフロー壁１２から乗り越えさせて排出することで、換言すると、上方に溜まっているものは、上方から排出することで、効率の良い洗浄が行え、貯留室１０ａ内の検体の濾過後の清浄性を維持させることができる。

また、好ましくは、オーバーフロー壁１２の奥行Ｄは、広いほど液面に生じた析出物を排出しやすくなるが、周辺環境に応じて適宜変更可能である。

（水位センサ）
水位センサ１３は、貯留室１０ａ（検体用貯留水槽１０）内に溜まった検体や洗浄水の水位を検知するように構成される。具体的には、水位センサ１３は、オーバーフロー壁１２の高さより下位に満水を検知するように設けられる。

これによって、貯留室１０ａ（検体用貯留水槽１０）内に検体を溜め始めた開始時間から水位センサ１３が検知するまでの経過時間によって濾過装置２０における濾過フィルタの目詰まり状況を監視することができる。
また、検知信号によって、検体や洗浄水の供給を停止させたり、停止させるまでの時間をタイマーで設定することもできる。また、検体が溜まった際の検知信号を用いて、分析装置３０を起動させたり、洗浄水が溜まった際の検知信号を用いて、分析装置のライン洗浄を開始させたりできる。

（濁度センサ）
濁度センサ１４は、発光部１４ａと受光部１４ｂとを備える。これらは、互いに対向するように貯留室１０ａ（検体用貯留水槽１０）内における検体の濁度を検知可能に検体用貯留水槽１０の外周面に構成されている。濁度センサ１４は、これに限らず、光を照射するもので、光の透過量を計測するものや、光の反射量を計測するものであっても良い。

これによって、濾過装置２０における濾過フィルタの破損による固形分の漏れを監視することができる。
また、水位センサ１３及び濁度センサ１４によって、分析前に濾過性能を監視できるので、分析装置３０を保護することができる。

（水槽窓）
このような濁度センサ１４は、透明な水槽１０に設けるのが好ましいが、透明でない場合は、濁度センサ１４と対向する水槽１０の側面に、水槽窓１６を設けるのが好ましい。

（ガイド壁）
ガイド壁１５は、発光部１４ａと受光部１４ｂと対向する水槽１０の内周面または水槽窓１６に供給口１１から供給された洗浄水が誘導されて当たるように構成される。

これによって、水槽１０の内周面または水槽窓１６に汚れが付着しないように、分析毎に行う洗浄水の供給を開始するだけで、効率的に自動洗浄することができる。それによって、センサの信頼性を維持させることができる。

（動作）
本発明の検体用貯留水槽６０における代表的な動作を以下に説明する。
予め設定された分析開始時間になると、濾過装置２０で廃水の濾過が始まり、貯留室１０ａ内に供給口１１から濾過後の検体が供給される。また同時に、分析開始の信号でタイマーを作動させ、一定時間経過後に貯留室１０ａの下方に設けられた排出口１７の弁を閉じることで貯留室１０ａへの検体の貯留が開始される。

なお、タイマーの設定時間は、濾過装置２０から検体用貯留水槽１０までの配管内を検体で満たし、当該検体で残留している前回分析時の検体や洗浄水を置換するために十分な時間、例えば、配管の長さにもよるが３０秒程度を目安に設定すると良い。

また、貯留室１０ａに溜まり始めた検体の液面は徐々に上昇し、この時、空気中の二酸化炭素との接触で炭酸カルシウムが液面を覆うように膜状に析出し始めるが、液面が乱れないように供給速度を１リットル／分以下と緩やかにし、且つ下方側面から検体を供給することで、液面に生じた炭酸カルシウムの沈降が抑えられ、検体内を清浄に保つことが可能となる。

次に、上昇した液面が水位センサ１３に達すると満水信号が出るが、この満水信号でタイマーを作動させ、検体の一部がオーバーフロー壁１２を超えて液面の析出物が流れ出るまで供給を継続した後に検体の供給を停止することが好ましい。

この時、排出口１７の弁が閉じてから水位センサ１３の満水信号が出るまでの時間を計測することで濾過フィルタの目詰まりを、また、貯留水槽１０の外周面に配置された濁度センサ１４によって濾過フィルタの破損を監視することができる。

さらに、満水信号によってポンプ１９を稼働させることで分析装置３０に検体を吸い上げて成分を分析する。その後、分析動作の完了信号を受けて、排出口１７から検体を排水し、続いて供給口１１からオーバーフロー壁を十分に超えるまで洗浄水を供給することで残留する検体を洗い流し、次の分析に備える。

３．変形例１
第３節では、本発明の検体貯留水槽６０の変形例１を説明する。ただし、第２節の実施形態に係る検体貯留水槽１０との共通部分についてはその説明を省略する。

図３は、図２（ｂ）の変形例を示す検体貯留水槽の上面図である。図３に示すように、変形例１では、ガイド壁６５の位置と角度が異なっている。具体的には、ガイド壁６５は、供給口１１から遠い側（オーバーフロー壁１２側）に鏡像するように設けられている。
それに従って、水槽窓６６及び濁度センサ６４も、洗浄水が当たるように移動させている。これらの配置位置は、水槽のサイズなどにより適宜変更可能である。
本変形例１では、供給口１１からガイド壁６５の分岐点αまで距離を長くしている。
これによって、供給口１１から供給された洗浄水がガイド壁６５に当たることで、跳ね返りを伴った複雑な流水が発生し、これが濁度センサ６４を配置した水槽窓６６に誘導されるため、水槽窓６６の効果的な汚れ防止が可能となる。

４．変形例２
第４節では、本発明の検体貯留水槽７０の変形例２を説明する。ただし、第２節の実施形態に係る検体貯留水槽１０との共通部分についてはその説明を省略する。

図４は、図２の変形例を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は上面図である。図４に示すように、変形例２では、第２節の実施形態のオーバーフロー壁１２とガイド壁１５の機能を１つにしたものである。具体的には、オーバーフロー壁７２は円弧状に形成されている。そして、円弧面に洗浄水が当たり、洗浄水が円弧面に誘導されて水槽窓１６に当たるように構成されている。これによって、水槽窓１６を洗浄可能となっている。

５．結言
以上のように、本実施形態によれば、セメントを含んだ廃水の濾過後の濾過性能を監視でき、且つ、水槽内で貯留されている濾過された検体が分析に適した状態を維持可能な検体水槽を提供することができる。

検体用貯留水槽は、次に記載の各態様で提供されてもよい。
検体用貯留水槽において、オーバーフロー壁をさらに備え、オーバーフロー壁は、水槽内を貯留室と排出室とに区分するように構成され、検体が貯留室内に所定量以上貯留されると、液面に析出された析出物がオーバーフロー壁を乗り越えて排出室へと重力によって排出する、もの。
検体用貯留水槽において、析出物が、検体と空気中の二酸化炭素によって、析出された炭酸カルシウムである、もの。
検体用貯留水槽において、濾過後の検体を供給口から貯留室に供給する際、供給速度が１リットル／分以下である、もの。
検体用貯留水槽において、貯留室は、ガイド壁を備え、ガイド壁は、発光部と受光部と対向する水槽の内周面に供給口から供給される液体が誘導されて当たるように構成される、もの。
検体用貯留水槽において、供給口と濁度センサは、水槽の載置面から同じ高さに設けられる、もの。
検体用貯留水槽において、濁度センサと対向する水槽の側面には、水槽窓が設けられる、もの。
もちろん、この限りではない。

最後に、本発明に係る実施形態及び変形例を説明したが、これらは、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。当該新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。当該実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ 全体構成
１０ 検体用貯留水槽
１０ａ 貯留室
１０ｂ 排出室
１１ 供給口
１２ オーバーフロー壁
１３ 水位センサ
１４ 濁度センサ
１４ａ 発光部
１４ｂ 受光部
１５ ガイド壁
１６ 水槽窓
１７、１８ 排出口
２０ 濾過装置
３０ 分析装置
４０ 洗浄水タンク
５０ 排水タンク

Claims (4)

1. 濾過装置と、
   前記濾過装置によって濾過された検体を一時的に貯留する検体用貯留水槽と、
   前記濾過装置で濾過された検体を前記水槽内に供給する供給口と、
   前記水槽内に溜まった検体の水位を検知する水位センサと、
   前記水槽内の検体の濁度を検知する濁度センサと
   を備え、
   前記供給口は、前記水槽の下方側面に設けられ、
   前記濁度センサは、発光部と受光部とを備え、前記水槽の外周面に前記発光部と前
   記受光部とが互いに対向するように構成された、
   検体測定システム。
2. 請求項１に記載の検体測定システムにおいて、
   前記水槽は、オーバーフロー壁をさらに備え、
   前記オーバーフロー壁は、前記水槽内を貯留室と排出室とに区分するように構成され、
   前記オーバーフロー壁の高さは、前記水槽の高さより低く構成され、
   前記検体が前記貯留室内に所定量以上貯留されると、液面に析出された炭酸カルシウムが前記オーバーフロー壁の上面を乗り越えて排出室へと重力によって排出する、検体測定システム。
3. 請求項２に記載の検体測定システムにおいて、
   前記濾過装置で濾過された検体を前記供給口から前記貯留室に供給する際、
   供給速度が１リットル／分以下であり、
   前記水槽の下方側面からの供給と前記供給速度によって、液面の乱れを抑え、液面に析出された前記炭酸カルシウムの沈降を抑えられる、検体測定システム。
4. 請求項３に記載の検体測定システムにおいて、
   前記貯留室は、ガイド壁を備え、
   前記ガイド壁は、前記発光部と前記受光部と対向する水槽の内周面に供給口から供給さ
   れる液体が誘導されて当たるように構成される、検体測定システム。