JPH0852481A - 下水又は排水処理における色度測定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 下水等の高度処理監視，制御用として、自動
的且つ連続的に色度の測定を可能とし、しかも白金・コ
バルト法による測定と相関性が高い下水又は排水処理に
おける色度測定方法及び装置を提供することを目的とす
る。 【構成】 試料水の波長３７０ｎｍ〜４１０ｎｍ及び波
長４６０ｎｍの２点の吸光度を測定し、この吸光度を演
算式により透過光率に換算してから該透過光率に各波長
の感度係数を掛けて色透過度を算出し、標準液の色度に
対して色透過度をプロットした色度検量線から色度を求
める色度測定方法と、測定セルの一方に光源，他方に受
光素子を配置して、２つ以上の波長から目的とする波長
を選択する波長選択フィルタ及び選択された特定の波長
における吸光度を受光素子の受光データとして受け入れ
て、演算手段及び検量線手段により色度値を算定して出
力する演算及び制御信号出力部とを具備した色度測定装
置を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は下水処理又は排水処理工
程における色度測定方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に河川などから取水した原水とか下
水２次処理水を浄化するには、凝集沈殿池で原水中に凝
集剤を注入，混合し、撹拌及び滞留処理により原水中の
懸濁物質（砂，粘土，藻類等の有機物等）を凝集して沈
澱，分離する。このプロセスでは殺藻処理や鉄，マンガ
ンなどの色度成分の除去を目的とした塩素処理が組み込
まれている。

【０００３】一方、近年下水道の普及率が高くなるのに
つれて、都市域における水資源として下水処理水の有効
活用が期待されている。特に年間８０億ｍ³を越すとい
われる下水処理水は、都市域における安定した水資源と
しての可能性を有しており、さまざまな形態での処理水
再利用の期待がかけられているが、その一つとして修景
用水とか親水用水等への再利用がある。

【０００４】修景用水としての再利用形態は、既存水路
への処理水導入とか堀等の滞水としての利用、公園等の
アメニティ施設の池とか噴水、せせらぎ等の用水として
の使用が考えられる。又、親水用水とは水遊び等の人間
が触れることを前提とした再利用水である。

【０００５】このように下水処理水を修景用水・親水用
水として再利用するには、再利用水の衛生学的安全性と
か感覚的快適性及び再利用技術、補完的な方策について
十分な検討を行う必要がある。

【０００６】下水処理水を再利用するため留意すべき基
本的水質項目には、これまでの下水処理水に求められて
いた処理水質に加えて、大腸菌群数とか臭気及び色度等
の除去が問題となる。特に上記大腸菌とか臭気及び色度
の除去には高度処理，例えばオゾン処理により有機物，
無機物の分解を行う方法が考えられ、且つ実際のプラン
トにも採用されている。即ち、オゾンは強い酸化力と殺
菌力を持ち、他の方法に比べて効果的に殺菌、脱臭及び
脱色を行うことができる。特に浄水の分野では、塩素処
理に起因するＴＨＭ（トリハロメタン）対策と原水の水
質悪化対策を目的として近時オゾン処理が実用化されて
いる。

【０００７】このような背景から、上述した物質の除去
を目的とする高度処理システムの監視及び制御を実施す
るに際して、色度は重要な指標の一つであり、この色度
を自動的且つ連続的に測定する方法の実現が望まれてい
る。

【０００８】色度は本来上水処理において使用されてい
る指標であり、上水試験方法（１９８５年版）には「色
度とは水中に含まれる溶解性物質及びコロイド性物質が
呈する類黄色ないし黄褐色の程度をいい、主として地質
に由来するフミン質による呈色と同じ色調の色について
測られるものである。」と定義されている。通常精製水
１リットルに色度標準液中の白金１ｍｇ及びコバルト
０．５ｍｇを含む時の呈色に相当するものを１度として
いる。

【０００９】上水試験方法による色度測定方法は、一般
に白金・コバルト法を採用するのが通例である。この方
法は色度標準原液として、塩化白金酸カリウム（Ｋ₂Ｐ
ｔＣｌ₆）２．４９ｇ及び塩化コバルト（ＣｏＣｌ₂・６
Ｈ₂Ｏ）２．０２ｇをメスフラスコ１リットルに採り、
塩酸２００ｍｌで溶かした後、精製水を加えて全量を１
リットルとし、この色度標準原液１００ｍｌをメスフラ
スコ１リットルに採り、精製水を加えて全量を１リット
ルとして色度標準液として、試料液を比色法により測定
する方法である（上水試験方法４．色度の項を参照）。

【００１０】即ち、色度の主原因となるフミン酸の光吸
収の極大は紫外部にあり、可視光の吸収は極めて小さい
が、色度自体は人の感覚に訴える色の程度をいうもので
あるから肉眼により測らなければならない。

【００１１】更に上水試験方法「５．色の単色表示」及
び工場排水試験方法（ＪＩＳ Ｋ０１０２）「１１．色
度」によれば、「色の単色表示とは主波長（色相），刺
激純度及び明度によって表したものをいい、色度の測定
ができない着色水の色の状態を示すもの」と規定されて
いる。主波長とは試料の呈色に最も寄与している光の波
長をいい、色相とは主波長によって呈せられる色の鮮や
かさをいい、明度とは明るさをいう。

【００１２】単色表示の測定は、光電分光光度計を用い
て可視光線（４００〜７００ｎｍ）の各波長における検
水の透過率を測定して３刺激値を求め、これから刺激純
度を算定し、併せて明度及び主波長（色相）を求める方
法である。

【００１３】更に修景用水・親水用水の色度測定法とし
て、平成２年に建設省から出された「下水処理水の修景
・親水利用水質検討マニュアル（案）」では、前記上水
試験方法の「４．色度」の測定方法にしたがうとされて
いる。但し染色排水等が流入する下水処理水については
検討を要する旨の記述がある。

【００１４】又、水道協会雑誌，第６２巻第２号（平成
５年２月号）には、厚生省による「水道水質に関する基
準の制定について」と題する記事があり、これによれば
波長３９０ｎｍ付近で吸光度を測定し、色度標準液で作
成した検量線から試料水の色度を算定する方法（以下、
透過光測定法と略称する）が記載されている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
な下水又は排水再利用における色度測定法は、試料水の
連続的な測定は出来ない上、水質等の変動に対する敏速
な対策が不十分となって下水等の高度処理監視，制御用
として必ずしも満足することができないという課題があ
る。更に色調に影響されずに色度を求めることが困難で
あるという問題点がある。

【００１６】例えば前記白金・コバルト法は肉眼での目
視による比色法であり、この目視を透過光量に置き換え
ることは可能であるが、色調の区別はできない。上水処
理では類黄色ないし黄褐色を評価すれば良いが、下水又
は排水再利用の場合には、可視光領域全般の範囲で色度
を評価する必要があり、単なる比色だけでは不十分であ
るものといえる。

【００１７】特に下水又は排水を高度処理システムによ
り修景用水・親水用水として利用するための監視・制御
用として採用するに際しては、連続的な測定とともに類
黄色，黄褐色以外の色調に対しても評価できることが挙
げられる。オゾン処理等により高度処理された処理水
は、ほとんど類黄色ないし黄褐色であるが、監視・制御
用としては高度処理前の色度も測定する必要があるた
め、他の色調も評価することが要求される。染色排水が
流入する場合は特に上記色調評価の必要性が高い。

【００１８】又、下水等の水質は処理場とか季節、曜日
毎に色調が変化することが多く、この変化に応じて測定
波長とか色度換算式を変更することは煩瑣であって、作
業者の混乱を招く原因となる。

【００１９】ＪＩＳ法（単色表示法）は、色調を評価す
ることができるが、可視光の４００〜７００ｎｍの範囲
で２０ｎｍ間隔でのデータが必要であるため、連続的に
測定するには装置が大型化してしまうという難点があ
る。

【００２０】色度測定装置に求められる他の要件とし
て、前記白金・コバルト法による測定と相関性が高いこ
とが挙げられる。即ち、前記建設省から出された「下水
処理水の修景・親水利用水質検討マニュアル（案）」で
は白金・コバルト法を基本としているため、一般的な統
一性を考慮しても上記マニュアルに準拠し、相関性があ
ることが好ましいものと考えられる。

【００２１】そこで本発明は上記の問題点に鑑み、特に
自動的且つ連続的な測定を可能として下水等の高度処理
監視，制御用として適しており、しかも前記白金・コバ
ルト法による測定と相関性が高い下水又は排水処理にお
ける色度測定方法及び装置を提供することを目的とする
ものである。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、先ず請求項１により、試料水の波長３７
０ｎｍ〜４１０ｎｍ及び波長４６０ｎｍの２点の吸光度
を測定し、得られた吸光度を演算式に基づいて透過光率
に換算してから該透過光率に各波長の感度係数を掛けて
色透過度を算出し、標準液の色度に対して色透過度をプ
ロットした色度検量線から色度を求めるようにした下水
又は排水処理における色度測定方法を提供する。

【００２３】更に請求項４により、試料水が流入する測
定セルの一方に集光レンズを介在して配置された光源
と、該測定セルの他方に集光レンズを介在して配置され
た受光素子と、該受光素子と集光レンズとの間に配置さ
れ、２つ以上の波長から目的とする波長を選択する波長
選択フィルタと、選択された特定の波長における吸光度
を受光素子の受光データとして受け入れて演算手段によ
り色度値を算定し、得られた吸光度を演算式に基づいて
透過光率に換算し、各波長の感度係数を掛けて色透過度
を算出し、標準液の色度に対して色透過度をプロットし
た色度検量線から色度を求めて出力する演算及び制御信
号出力部とを具備した下水又は排水処理における色度測
定装置を提供する。

【００２４】

【作用】かかる色度測定方法及び測定装置によれば、色
度を測定すべき試料水が測定セル内に入り、波長選択フ
ィルタによって予め設定された波長を選択してから光源
を点灯することにより、光源から発した光が集光レンズ
から測定セル内に入り、試料水を透過してから集光レン
ズ及び波長選択フィルタを介して受光素子に受け止めら
れ、選択された特定の波長における吸光度が受光素子の
受光データとして得られる。この吸光度が演算及び制御
信号出力部に入力されて演算式に基づいて透過光率に換
算され、各波長の感度係数を掛けて色透過度が算出さ
れ、標準液の色度に対して色透過度をプロットした色度
検量線から色度値が求められる。

【００２５】

【実施例】以下図面に基づいて本発明にかかる色度測定
方法を適用した測定装置の具体的な実施例を説明する。

【００２６】図１は本実施例を適用した色度自動測定装
置の構成例を示す概要図であり、図中の１は測定セルで
あって、この測定セル１の両側には集光レンズ２，３が
配置されている。４は集光レンズ２に近接して配置され
た光源，５は集光レンズ３に近接して配置された受光素
子，６は集光レンズ３と受光素子５間に配置された波長
選択フィルタ，７はステッピングモータ，８は演算及び
制御信号出力部，９は浮遊物除去フィルタである。波長
選択フィルタ６は２つ以上の波長から目的とする波長を
選択するために配置されている。

【００２７】これを具体的に述べると、詳細は後述する
ように、波長選択フィルタ６は可視光波長域内での一つ
又は二つ以上の波長での吸光度を測定するためのもので
あって、本例では試料水の波長３７０ｎｍ〜４１０ｎｍ
及び波長４６０ｎｍの２点の吸光度を測定することを基
本としている。

【００２８】かかる測定装置による色度測定時の操作概
要は以下の通りである。即ち色度を測定すべき試料水１
０は先ず浮遊物除去フィルタ９によって濾過された後、
管路１１を経由して測定セル１の底壁側からセル内に入
る。この時に余分な試料水１０はオーバーフロー管１２
を介して溢流する。

【００２９】そしてステッピングモータ７の駆動により
波長選択フィルタ６を回転させ、この波長選択フィルタ
６により、予め設定された波長を選択してから光源４を
点灯する。これらステッピングモータ７の駆動及び光源
４の点灯は、演算及び制御信号出力部８の出力信号に基
づいて行われる。

【００３０】すると光源４から発した光が集光レンズ２
から測定セル１内に入り、試料水１０を透過してから集
光レンズ３及び波長選択フィルタ６を介して受光素子５
に受け止められ、選択された特定の波長における吸光度
が受光素子５の受光データとして演算及び制御信号出力
部８に入力されて、以下に説明する測定原理に基づいて
色度値が算定される。

【００３１】以下に本実施例における色度測定の根拠と
なる各種データの解析結果を説明する。

【００３２】図２は下水２次処理水を一定の条件下でオ
ゾン処理し、各オゾン処理時間毎（図示例では２０分ご
と）に試料を採水して白金コバルト法（比色法）と透過
光測定法を用いて色度を測定した結果を比較したグラフ
である。図２によれば上記両測定法の測定結果が一致し
ておらず、且つオゾンによる脱色の過程も異なっている
ものと考えられる。

【００３３】上記の測定結果の相違を白金コバルト標準
液と試料水との吸光度スペクトルの比較に基づいて説明
する。図３は図２と同じ試料水と白金コバルト標準液に
ついて、波長３５０ｎｍ〜８００ｎｍの５０ｍｍセルに
おける吸光度スペクトルを示したグラフであり、両グラ
フを比較すると、透過光測定法での測定波長である３９
０ｎｍの吸光度はほぼ一致しているが、白金コバルト標
準液は波長４６０ｎｍでいったん弱いピークを示した
後、５５０ｎｍから長波長側で吸光度がゼロになってい
るのに対して、試料水では８００ｎｍ付近まで吸光度が
裾を引いた状態になっている。

【００３４】比色法によっても上記吸光度スペクトルの
差に相当する色調の相違が見られ（試料水はくすんだ黄
褐色となった）、白金コバルト法での色度の決定が困難
であることが判明した。

【００３５】そこで図３に示した吸光度スペクトルが人
の視覚にどのように映るか考察する。図４は視覚細胞の
光の波長に対する感度、即ち人の視覚細胞が受ける３刺
激値の感度係数（％）と波長（ｎｍ）の相関をプロット
したグラフであり、この例では感度が最大のものを１０
０％とし、相対的な割合で表わしている。

【００３６】３刺激値とは、眼が色から受ける刺激が主
として赤色に強く感じるもの、緑色に強く感じるもの及
び青紫色に強く感じるものとがあり、これら３種類の刺
激の混合の割合によって感覚的に識別されるものである
ため、眼に対してそれぞれの刺激を与える光の波長群を
Ｘ，Ｙ，Ｚの系列にまとめ、各波長の光における検水の
透過率を系列毎に集計して得た値に係数を乗じて求めた
ものである。

【００３７】これを更に述べると、人の網膜には錘体と
いう視覚に関与する視細胞があり、３つの色に反応す
る。これを通常３刺激と呼び、赤に反応するＸは５８０
ｎｍ付近の波長の光に最大の感度を持ち、緑に反応する
Ｙは５４０ｎｍ、青に反応するＺは４４０ｎｍ付近の波
長の光に最大の感度をもっている。上記３色の合成で人
は色を感じ、区別することができる。そして同じ強さの
光を受けても視覚細胞が受け取る光の量は波長によって
異なってくることが明らかとなっている（技報堂出版発
行，色のはなし編集委員会編，色のはなし１を参照）。

【００３８】そこで本実施例では、上記に鑑みて人の視
覚感度を考慮した色度換算方法を求めることを主眼とし
て以下の方法を実施した。先ず白金コバルト標準液の特
徴的な傾向を示す３９０ｎｍと、４６０ｎｍの測定波長
について試料水の吸光度を前記図１の測定装置を利用し
て測定する。実際に人の視覚に映るのは試料を透過して
くる光の波長である。次に次式を用いて吸光度（Ａｂ
ｓ）を透過光率（％）に換算する。

【００３９】 透過光率（％）＝１０^-(Abs))・・・・・・・・・・・・・・（１） 次に得られた透過光率を図４によって求められる各波長
の感度係数を掛けて色透過度を算出する。この算出手順
を以下に説明する。即ち図４から３９０ｎｍにおける感
度係数Ｘ₃₉₀＝０（％）、Ｙ₃₉₀＝０（％）、Ｚ₃₉₀＝
１．５（％）であり、４６０ｎｍにおける感度係数Ｘ
₄₆₀＝１６（％）、Ｙ₄₆₀＝６．５（％）、Ｚ₄₆₀＝８８
（％）である。この値を用いて次式により色透過度を求
める。

【００４０】 色透過度（％）＝（Ｘ₃₉₀＋Ｙ₃₉₀＋Ｚ₃₉₀）×Ｔ₃₉₀＋
（Ｘ₄₆₀＋Ｙ₄₆₀＋Ｚ₄₆₀）×Ｔ₄₆₀・・・・・（２） ここでＸ，Ｙ，Ｚは感度係数、Ｔは透過光率、添字は波
長を示す。

【００４１】表１は白金コバルト色度標準液の各色度０
〜１００度について、吸光度（Ｅ３９０，Ｅ４６０）と
透過光率（Ｔ３９０，Ｔ４６０）及び色透過度（％）を
測定した結果を示している。

【００４２】

【表１】

【００４３】図５は表１に示された標準液の色度に対し
て色透過度をプロットした検量線グラフである。図示し
たように色度（度）と色透過度（％）は良い相関を示し
ており、この直線に基づいて色透過度から色度を求める
ことが可能となる。直線式及び相関係数は以下の通りと
なっている。

【００４４】 色透過度（％）＝−０．３０６２×（色度）＋１１１．
９８３７・・・・・（３） 相関係数＝０．９９８９６ 以上の方法を用いて実際の試料水の色度を求めた。図６
は図２，図３と同じ試料水について５０ｍｍセルで３９
０ｎｍと４６０ｎｍの吸光度を測定し、前記式（１）
（２）から色透過度を算出した後、前記（３）式によっ
て換算した色度のオゾン処理時間（分）に対する変化を
示しており、同時に比較のために白金コバルト法と透過
光測定法で求めた色度の変化も示した。

【００４５】図６によれば、色透過度から求めた色度が
白金コバルト法によって求めた色度とかなり一致してい
ることが分かる。特に色透過度から色度を求めた場合に
は、オゾン処理が進んでいない時に比色法では色度の決
定が困難な試料水でも評価が可能であるという利点を有
している。

【００４６】以上の結果から、本実施例では測定波長３
９０ｎｍ、４６０ｎｍの２点の吸光度（透過光率）を測
定し、人の視覚する光の波長に対する感度係数から色透
過度を算出して、白金コバルト色度標準液で検量して色
度に換算する方法を確立した。吸光度の測定に用いるセ
ルは５０ｍｍセルとしたが、試料水の色の濃度に応じて
適当なセル長を選択使用する。つまり色が薄い場合には
５０ｍｍ以上のセルを採用し、色が濃い場合には５０ｍ
ｍ以下のセルを採用して、新たに白金コバルト標準液を
用いた検量線を作成し、色度を求める。

【００４７】更に測定波長３９０ｎｍは上水の透過光測
定法に基づく波長であるが、通常は３７０ｎｍ〜４１０
ｎｍ付近の波長が色度の換算に適しているとされてお
り、従って測定は３９０ｎｍに限定されるものではな
く、上記の範囲内の任意の波長を採用すれば良い。

【００４８】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば色度を測定する試料水を測定セル内で波長選択フィ
ルタによって選択された波長に基づく光の透過と、選択
された特定の波長における受光素子の受光データに基づ
く吸光度から演算及び検量線手段によって色度値を連続
的に測定することができる。特に本実施例では人の視覚
感度を考慮した色度換算方法を採用しており、視覚に映
る試料を透過した光の波長である試料水の吸光度を透過
光率に換算し、この透過光率に各波長の感度係数を掛け
て色透過度を算出し、標準液の色度に対して色透過度を
プロットした色度検量線から色度を求めているため、人
の視覚が受ける印象により近い色度の評価が可能とな
る。

【００４９】更に下水又は排水再利用のように類黄色な
いし黄褐色のみの評価では不十分であって可視光領域全
般の範囲で色度を評価したり色調の区別をするという要
求にも満足することができ、水質の変動に関係なく吸光
度のみから色度が換算されるので汎用性が高いという効
果が得られる。

【００５０】従来の単に肉眼での目視による比色法とは
異なって客観的な測定が可能であり、可視光の４００〜
７００ｎｍの範囲での吸光度測定データを装置の大型化
を必要とせずに連続的に測定可能で、しかも類黄色，黄
褐色以外の色調に対しても評価可能となり、オゾン処理
を含む下水等の高度処理監視，制御用として求められる
要件を満足しており、且つ白金・コバルト法による測定
と相関性が高いので、一般的な統一性の面からも好まし
い色度測定方法及び装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例にかかる色度測定装置の構成例を示す
概要図。

【図２】試料を各オゾン処理時間毎に白金コバルト法と
透過光測定法を用いて色度を測定した結果を比較したグ
ラフ。

【図３】試料水と白金コバルト標準液について、波長３
５０ｎｍ〜８００ｎｍの吸光度スペクトルを示すグラ
フ。

【図４】人の視覚細胞が受ける３刺激値の感度係数と波
長の相関をプロットしたグラフ。

【図５】標準液の色度に対して色透過度をプロットした
検量線グラフ。

【図６】本実施例に基づいてオゾン処理時間に対する試
料水の色度変化をプロットしたグラフ。

【符号の説明】

１…測定セル ２，３…集光レンズ ４…光源 ５…受光素子 ６…波長選択フィルタ ７…ステッピングモータ ８…演算及び制御信号出力部 ９…浮遊物除去フィルタ １０…試料水 １２…オーバーフロー管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野口 寛 東京都品川区大崎２丁目１番17号 株式会 社明電舎内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料水の波長３７０ｎｍ〜４１０ｎｍ及
   び波長４６０ｎｍの２点の吸光度を測定し、得られた吸
   光度を演算式に基づいて透過光率に換算してから該透過
   光率に各波長の感度係数を掛けて色透過度を算出し、標
   準液の色度に対して色透過度をプロットした色度検量線
   から色度を求めるようにしたことを特徴とする下水又は
   排水処理における色度測定方法。
2. 【請求項２】 前記により測定された吸光度（Ａｂｓ）
   を透過光率（％）に換算するための演算式は 透過光率（％）＝１０^-(Abs)・・・・・・・・（１） である請求項１記載の下水又は排水処理における色度測
   定方法。
3. 【請求項３】 波長として３９０ｎｍと４６０ｎｍを用
   いた場合の色透過度の算出手順は、波長３９０ｎｍにお
   ける３刺激値の感度係数をＸ₃₉₀、Ｙ₃₉₀、Ｚ₃₉₀とし、
   波長４６０ｎｍにおける感度係数をＸ₄₆₀、Ｙ₄₆₀、Ｚ
   ₄₆₀とし、透過光率をＴとして 色透過度（％）＝（Ｘ₃₉₀＋Ｙ₃₉₀＋Ｚ₃₉₀）×Ｔ₃₉₀＋
   （Ｘ₄₆₀＋Ｙ₄₆₀＋Ｚ₄₆₀）×Ｔ₄₆₀・・・・・（２） 式によって求めた請求項１記載の下水又は排水処理にお
   ける色度測定方法。
4. 【請求項４】 試料水が流入する測定セルの一方に集光
   レンズを介在して配置された光源と、該測定セルの他方
   に集光レンズを介在して配置された受光素子と、該受光
   素子と集光レンズとの間に配置され、２つ以上の波長か
   ら目的とする波長を選択する波長選択フィルタと、選択
   された特定の波長における吸光度を受光素子の受光デー
   タとして受け入れて演算手段により色度値を算定し、得
   られた吸光度を演算式に基づいて透過光率に換算し、各
   波長の感度係数を掛けて色透過度を算出し、標準液の色
   度に対して色透過度をプロットした色度検量線から色度
   を求めて出力する演算及び制御信号出力部とを具備して
   成ることを特徴とする下水又は排水処理における色度測
   定装置。