专利名称：异常水质检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在将被检测水保持为预先设定的温度范围的状态下检 测其水质异常的有无的异常水质检测装置。
背景技术：
以往的净水场中，作为常规的处理，是从河流水等中取水，并使该取 得的水通过沉淀过滤槽而供给饮用水。当在河流水中混入了无法利用此种 常规的处理除去的有害物质，例如各种重金属或农药及环境激素等物质时， 就会导致取水停止这样的紧急事态。
另一方面，在污水处理场中，如果因突发事故或不小心，在作为被处 理水的工厂或化工厂的排水中混入各种重金属离子或有机溶剂及砷化氰 等，并使它们流入时，则污水处理工艺中的活性污泥微生物就会受到很大 的损害。其结果是，活性污泥的活性降低，需要花费很多时间才能达到处 理能力的恢复。
所以，在净水场及污水处理场等中，在上述各种有害物质混入的情况 下，期待有从流入水中迅速并且灵敏度优良地检测出各种有害物质的装置。
根据这样的要求，在净水场中，正在使用鱼行动监测型的毒物检测装 置、或者将各种微生物膜安装在溶解氧电极上并根据对其呼吸活性的测定 来检测出毒物的装置等。另外，在污水处理场中，在各个取水口等处设置 有检测混入了特定化学物质的排水的各种传感器。
它们当中，对于设于净水场中的鱼行动监测型的毒物检测装置，由于 到达鱼类对毒物产生反应之前要花费时间，因此毒物的检测需要较长的时 间。另外，鱼类的反应灵敏度也随着所饲养的鱼类的种类或个体差异以及 饲养的环境状态而有很大不同。另外，鱼行动监测型的毒物检测装置因其 装置本身庞大，因而会有在鱼类的饲养或管理方面需要大量的必要经费等 问题。所以，开发出了生物传感器型的异常水质检测装置。作为一例，有日
本专利公开公报日本特开2004—271441中所示的装置。该异常水质检测 装置将可以在有害物质或杂菌等难以繁殖且pH比较低的情况下进行动作 的铁氧化细菌作为探针使用。
对于该生物传感器型水质监测装置，首先，在散气水槽中向被检测水 中扩散空气或将氧浓度调整为一定值的气体，将溶解氧浓度形成为饱和的 状态。向如此处理了的被检测水中供给含有硫酸亚铁的溶液而与被检测水 混合。该混合液在溶解氧浓度达到饱和状态的状态下流入测定槽内。
在测定槽中设置氧电极，总是使被检测水达到饱和溶解氧浓度，从而 使氧电极的输出的最大值稳定。氧电极在头端安装有微生物膜，其头端以 浸渍于测定槽内的被检测水中的状态设置。微生物膜保持有可以利用氧将 硫酸亚铁变为硫酸铁的铁氧化细菌(也称作铁细菌)。来自该氧电极的输出 电力被变换运算机构放大和变换，进行规定的运算后就可以判别被检测水 的异常水质。
在测定槽中，由与被检测水接触的微生物膜中的铁细菌产生的化学行 为的化学反应式如下所示。
4FeS04+02+2H2S04—2Fe2 (S04) 3+2H20 (1)
上述(1)式中，2Fe2 (S04) 3在水中电离，生成Fe"离子。该F,离 子进一步与水(H20)反应，形成氢氧化铁Fe (OH) 3而沉淀。
该异常水质检测装置中，向将铁氧化细菌作为探针而安装的溶解氧电 极输送被检测水和铁液的混合液，监测该送液时的来自氧电极的输出电力。 即，在被检测水中未混入有害物质的情况下，由于被检测水中的溶解氧被 消耗在铁的氧化中，因此利用氧电极检测出的值变得极低。与之相反，在 被检测水中混入了水溶性的有害物质的情况下，该有害物质会降低微生物 膜上的铁氧化细菌的呼吸活性。其结果是，由于未被铁氧化细菌消耗的氧 透过微生物膜，因此到达氧电极的氧量增加，氧电极所输出的电流值增加。 因而，通过将氧电极的输出电流值与阈值比较来判断有害物质的混入。
当此种生物传感器型异常水质检测装置被连续运转时，被检测水中的 污浊物质就会附着在各配管的内壁上而堆积起来。另外，铁液中的硫酸亚 铁的一部分被氧化为硫酸铁，它也会慢慢地堆积起来。它们会导致配管系统的堵塞、异常水质检测的灵敏度降低，成为使检测精度降低的原因。为 此，进行如下的"酸清洗"，即，向输送被检测水和含有硫酸亚铁的溶液的 混合液的被检测水导入管中供给酸性溶液，将附着堆积在被检测水导入管 或测定槽等被检测水流路中的污浊物质及氧化铁除去、排出。
对于此种生物传感器型异常水质检测装置，如果发出"水质异常"的 警报，例如就会在净水场中施行恐怖事件应对处置的紧急体制，采取取水 停止或与之相当的临时处置。但是，在该"水质异常"警报属于错误警报 的情况下，不仅会给设置装置的设施增添很大的麻烦，而且会因取水停止 而使设施内设备的工作暂时地停止，产生不少的损害。由此就要求对"水 质异常"警报的可靠性。
该错误警报会在传感器部的温度管理不充分的情况下发生。例如，通 常成为生物传感器的水质检查对象的净水场取水为河流表流水，夏季的水
温上升到20 25'C，而冬季则降低至4'C左右。特别是，在严寒地区的河 流中，由于河流表层冻结，要从其冰的下层取水，因此其水温冷到冰点以 下附近的情况也不少见。在不对此种低温的被检测水进行任何加温就直接 向传感器部的保持铁细菌的微生物膜供给的情况下，铁细菌的活性就会极 度地降低。如果铁细菌的活性极度地降低，则无法与有害物质混入时的氧 消耗的行为区分开来，从而无法进行恰当的水质监测。
为此，需要将传感器部和测定槽总是保持为3(TC左右的温度，使低温 的被检测水充分地通过以包围着测定槽的方式设置的具有热交换功能的流 动池(flowcdl)内，在加温到一定程度后向传感器部供给。
但是，如图4所示， 一般来说水越是低温则溶解空气量就越多。由此， 如果将低温的水急剧地加温，则因饱和溶解空气量的降低，未充分溶解掉 而出现的空气成为气泡，附着于传感器部或测定槽附近。如果像这样产生 气泡，则会阻碍铁氧化细菌的营养源(硫酸亚铁)的供给，在响应上显示 出与铁细菌受到有害物质的损害而无法消耗营养源的情况相同的反应。由 此，装置就会误认为是"水质异常"而发出错误警报。
如果只是气泡的问题，则只要在位于测定槽的上游侧的散气水槽内设 置加热器并总是加温，则由于气泡在散气水槽内产生，因此就可以解决该 问题。但是，由于被检测水是流通状态，因此容易产生流量变动等，极难
5将该流通状态的被检测水正确地加温到作为目标的温度。此种情况下，如 果增大散气水槽的容积、并增大热容量地形成为贮留状态，则可以将被检 测水正确地加温到目标温度，然而新产生如下所示的问题。
艮P，作为本装置的制约条件，迅速地检测出有害物质是不可欠缺的， 然而如果增大散气水槽，则在有害物质混入原水的情况下，原水在大容积 的散气水槽内扩散，有害物质浓度暂时地减少。该情况下，为了使原水与 散气水槽内被检测水的有害物质浓度达到相互同等，就需要花费相当多的 时间，因而有害物质的检测就会花费时间。这样，兼作缓冲罐的散气水槽 的容积最好保持为最小限度，因而，就需要在散气水槽的上游侧的流水中 加温。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种可以防止由气泡产生或低温状态等引起 的"水质异常"的错误警报的异常水质检测装置。
本发明的异常水质检测装置是在将被检测水保持为预先设定的温度范 围的状态下检测其水质异常的有无的异常水质检测装置，其特征在于，所 述异常水质检测装置具备水温调整装置，该水温调整装置向被检测水的导 入管路的周围供给控制为接近上述温度范围的温度的温度调整水，利用通 过上述导入管路的传热，使被检测水的温度接近上述温度调整水的温度。
上述水温调整装置形成为下述构成将上述被检测水的导入管路的规 定的长度部分形成为双层管构造，所述双层管构造由被检测水所流过的内 管、和覆盖该内管的周围的外管构成，而且在上述外管部分中流过上述温 度调整水。
另外，上述水温调整装置也可以是将上述被检测水的导入管路的规定 的长度部分设置于贮留了上述温度调整水的罐内的构造。
另外，也可以在上述导入管路的上述水温调整装置的上游侧，设置了 将流过该导入管路的被检测水加热的加热器。
根据本发明，由于可以与所流入的被检测水的温度及流量无关、且在 流入散气水槽前使水温渐渐地接近合适温度，因此可以防止测定槽内的气 泡的产生，而且可以将被检测水的温度保持为规定范围，从而可以不受发泡或低温状态影响地正确地检测出被检测水的异常状态。
图l是表示本发明的异常水质检测装置的第一实施方式的系统构成图。
图2是表示本发明的异常水质检测装置的第一实施方式中所用的水温 调整装置的构成例的局部图。
图3是表示本发明的异常水质检测装置的第二实施方式的系统构成图。
图4是表示普通水温与氧溶解度的关系的特性图。
符号说明
4:检测水质异常有无的测定槽，17:被检测水的导入管路，22:加热
器，23:水温调整装置，23a:内管，23b:外管，24:循环式温度调节器， 24a:温水的循环路
具体实施例方式
下面，使用附图对本发明的异常水质检测装置的实施方式进行详细说明。
图1表示本发明的第一实施方式的整体构成。该异常检测装置是在将 被检测水保持为预先设定的温度范围的状态下检测其水质异常的有无的装
置，作为其一个例子，使用在测定槽4内设置了氧电极10的构造的装置。 在该氧电极10的头端(测定槽4内的图示下端部)安装有微生物膜9。另 外，该测定槽4与被检测水导入管2连接，被检测水被导入。另外，该测 定槽4被设置于其周围的温度调整器5调整为规定温度。该温度调整器5 与循环式温度调节器24连接，加温到规定温度的温度调节水被循环供给。
上述微生物膜9保持有可以利用氧将硫酸亚铁变为硫酸铁的铁细菌。 氧电极10以将安装了该微生物膜9的头端部浸渍于测定槽4内的被检测水 中的状态设置。另外，在氧电极lO上连接有变换运算机构ll，该变换运算 机构11将从氧电极10中取出的输出电力放大、变换，进行规定的运算， 判别被检测水的异常水质。
散气水槽7如前所述，是兼作向测定槽4供给被检测水之时的缓冲器 的构件，应检査的水源的原水(例如来自河流的流入水、流向净水场的流入水、流向污水处理场的流入水等)穿过利用中空丝膜等的过滤器21而被 导入。S卩，在穿过过滤器21后，利用过滤水泵18而穿过在导入管路17上 构成的配管用的加热器22及水温调整装置23，作为被检测水被导入。
该散气水槽7中，从气体供给器8向所导入的被检测水供给空气或将 氧浓度调整为一定值的气体，将被检测水形成为溶解氧浓度达到饱和的状 态。像这样溶解氧浓度达到饱和的状态的被检测水经过电磁阀20由被检测 水供给泵6向被检测水导入管2送出，向测定槽4供给。
酸性溶液盒(pack) 12、铁液盒13经由对应的电磁阀14、 15、共用的 药液导入管19、以及药液供给泵16与该被检测水导入管2连通。
水温调整装置23是如下的装置，即，在被检测水所流通的管路的周围， 在其与循环式温度调节器24之间循环供给温度调整水，利用通过被检测水 所流通的管路的传热，使被检测水的温度接近温度调整水的温度。循环式 温度调节器24将温度调整水的温度控制为用于将测定槽4保持在规定的温 度范围的温度。
作为该水温调整装置23，将被检测水的导入管路17的规定的长度部分 如图2所示形成为由被检测水流动的内管23a、和覆盖该内管23a的周围 的外管23b构成的双层管构造。此外，在外管23b部分中流动着来自循环 式温度调节器24的温度调节水。
对于循环式温度调节器24，其具有未图示的加热器，为了将贮留在内 部的温度调整水维持在规定的温度而被加热控制。贮留于内部的温度调整 水通过循环路24a向测定槽4周围的温度调整器5及设置于散气槽7的上 游侧的水温调整装置23循环供给。
作为设置于水温调整装置23的上游侧的加热器22，使用在管路的周围 设置了电加热器的所谓配管加热器。如前所述，由于极难将流通状态的被 检测水正确地加温到作为目标的温度，因此在该加热器22中，不进行精细 的温度控制，而是采用如下的用法，艮P，如果原水温度为某一程度以下则 接通(ON)，如果为某一温度以上则断开(OFF)。例如，在冬季等时原水 (河流水等)达到l(TC以下的情况下，仅利用水温调整装置23将原水温度 升高到目标值(例如3(TC左右)的做法会带来所循环的温度调节水的降低， 从而产生难以进行测定槽4的温度维持等问题。所以，该加热器22首先是作为第一段的加热器，用于将原水温度加热到一定程度以上的温度。因而，
在原水温度超过2(TC的夏季等时，不使用该加热器22。
对于被检测水，如前所述，在散气水槽7中，利用从气体供给器8供 给的空气或将氧浓度调整为一定值的气体，总是处于饱和溶解氧浓度。另 外，从酸性溶液盒12供给酸性溶液，或者从铁液盒13供给含有硫酸亚铁 的溶液，在被检测水导入管2中与被检测水混合。该混合液如上所述地在 溶解氧浓度被形成为饱和状态的状态下从被检测水导入管2流入测定槽4 内。
导入测定槽4的被检测水需要总是达到饱和溶解氧浓度，使氧电极10 的输出的最大值稳定。由于饱和溶解氧浓度随着液体温度而变化，因此如 前所述，利用温度调整器5将测定槽4维持为一定的温度是重要的。
在测定槽4内，在设于氧电极10的头端的、保持有可以利用氧将硫酸 亚铁变为硫酸铁的铁细菌的微生物膜9与被检测水之间，产生如下的反应。 由微生物膜9保持的铁细菌例如为氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus ferrooxidans)。该化学行为的化学反应式如上述(1)式所示，2Fe2 (S04) 3在水中电离，生成F^+离子。该F^+离子进一步与水(H20)反应，变为 氢氧化铁Fe (OH) 3而沉淀。
而且，作为由微生物膜9保持的铁细菌，除了氧化亚铁硫杆菌以外， 也可以应用具有上述化学反应式的作用的所有微生物。例如，经确认，适 合铁锈色披毛菌(Gallionella ferruginea)、氧化亚铁钩端螺旋菌 (Leptospirillum ferrooxidans )、 纤毛菌属 (Leptothrix )、 球衣菌属 (Sphaerotilus )等。
由于铁细菌的活性，即铁的氧化量有可能因温度的影响而变化，因此 最好将测定槽4利用温度调整器5维持在铁细菌的活性稳定的温度。从这 一意思考虑，温度调整器5的设置也是重要的。
像这样，异常水质检测装置利用被检测水供给泵6及药液供给泵16向 将铁氧化细菌作为探针安装的溶解氧电极10输送被检测水和铁液的混合 液，监测该送液时的来自氧电极10的输出电力。此外，在被检测水中的水 溶性的有害物质混入的情况下，该有害物质会降低微生物膜9上的铁氧化 细菌的呼吸活性。其结果是，由于未被铁氧化细菌消耗的氧透过微生物膜9，因此到达氧电极10的氧量增加，氧电极10所输出的电流值增加。根据该
电流值的增加来判断有害物质的混入。
下面，对装置整体的动作进行说明。异常水质检测装置将如前所述地
从被检测水源得到的被检测水与铁液或酸性溶液混合而导入测定槽4，在水 质检査后，经由排出管3排出。该实施方式中，将用中空丝膜过滤器21过 滤了原水后的被检测水首先用配管加热器22加温+l(TC左右。然后，禾IJ用 双层管式热交换器方式的水温调整装置23，通过管壁与由循环式温度调节 器24供给的循环温水进行热交换，逐渐接近地加温到作为目标的温度，例 如30。C附近。
通常来说，成为被检测水的河流原水的温度根据设置地域、季节、天 气、时间单位的气温变动，在0 25-C之间变动。这里，如果是仅利用配管 加热器22的加温，则很难灵活地追随水温变动，将流水状态的被检测水总 是维持、控制在30。C附近。B卩，在配管加热器22的输出的选定计算中，如 果将流入水的温度条件设定为靠近低温，则由于当流入条件达到某一程度 的高温时，很容易超过30'C，因此配管加热器22的ON/OFF的频率增高， 继电器开关等机器的消耗变得剧烈。另一方面，如果将流入水的温度条件 设定为靠近高温，则虽然可以全年地避免配管加热器22的频繁的ON/OFF， 但是很难将低温的被检测水维持、控制在30'C附近。
另外，由于流水状态的被检测水是利用中空丝膜过滤器21的过滤水， 因此流过量随着原水浊度的状况而变化，由此，向配管加热器22中的流入 流量条件就会大幅度变动。由于流量越小、加温效率就越提高，因此单独 利用配管加热器22很难维持、控制在3(TC附近。另外，由于对配管加热器 22的高度控制会使装置的成本大幅度上升，因此难以采用。
所以，本实施方式中，在配管加热器22的后段(下游侧)设有双层管 式热交换器方式的水温调整装置23。该双层管式热交换器方式的水温调整 装置23形成双层管构造，在覆盖被检测水配管的外侧的配管流过循环温水 (温度调整水)，利用循环温水与被检测水配管(内管)23a的接触，将被 检测水加温。在流向双层管式热交换器方式的水温调整装置23的循环温水 的流入温度不超过3(TC的条件下，即使被检测水的温度逐渐接近3(TC附近， 也不会达到30'C以上。在像夏季那样成为被检测水的原水温度达到20'C以上的情况下，可以通过将配管加热器22总是设为OFF来应对。
另一方面，在仅利用双层管式热交换器方式的水温调整装置23加温的 情况下，为了拓宽温度上升幅度，双层管的长度变长，从而需要循环式温 度调节器24或过滤水泵18的容量增加。所以，如前所述，用前段的配管 加热器22加温到某一程度(4'C—2(TC附近)，接着用双层管式热交换器方 式的水温调整装置23使之逐渐接近3(TC附近的做法，在装置的机器实际安 装空间及成本方面是有利的。
如上所述，在氧电极10的头端保持有微生物膜9，用溶解氧电极10 测定透过该微生物膜9的氧量，检测有害物质的混入的生物传感器型异常 水质检测装置1中，由于作为将被检测水加温的方式，在前段配置了配管 加热器22，在后段配置了双层管式热交换器方式的水温调整装置23,因此 可以与所流入的被检测水的温度及流量无关，在流入散气水槽7之前使水 温逐渐接近合适温度。由此，就可以防止测定槽4内的气泡的产生，从而 防止由其引起的"水质异常"的错误警报。
图3是表示本发明的第二实施方式的异常水质检测装置的概略构成图。 第二实施方式的异常水质检测装置中，将从被检测水源得到的被检测水与 铁液或酸性溶液混合而导入测定槽4，在被检测水的水质检査后，经由排出 管3排水，该主要构成与图1的构成相比没有改变。该第二实施方式中， 未使用第一实施方式中所用的双层管式热交换器方式作为水温调整装置 23，作为水温调整装置23，在循环式温度调节器24的循环温水贮留罐上， 设置热效率良好的螺旋状配管。即，将该螺旋状配管作为水温调整装置23 使用，利用循环式温度调节器24的循环温水贮留罐内的循环温水，使在螺 旋状配管内流动的被检测水逐渐接近作为目标温度即30'C。
该第二实施方式的构成中，与图1中所示的第一实施方式相比，可以 进一步节约机器实际安装空间，可以与所流入的被检测水的温度及流量无 关，在流入散气水槽7之前使被检测水温度逐渐接近合适的水温。所以， 可以防止测定槽4内的气泡的产生，从而能够防止由气泡的产生引起的"水 质异常"的错误警报。
ii
权利要求
1、一种异常水质检测装置，其在将被检测水保持为预先设定的温度范围的状态下检测其水质异常的有无，其特征在于，所述异常水质检测装置具备水温调整装置，该水温调整装置向被检测水的导入管路的周围供给控制为接近所述温度范围的温度的温度调整水，利用通过所述导入管路的传热，使被检测水的温度接近所述温度调整水的温度。
2、 根据权利要求1所述的异常水质检测装置，其特征在于， 在所述水温调整装置的上游侧，设置了将流过该导入管路的被检测水加热的加热器。
3、 根据权利要求1所述的异常水质检测装置，其特征在于，所述水温调整装置形成为下述构成将所述被检测水的导入管路的规 定的长度部分形成为双层管构造，所述双层管构造由被检测水所流过的内 管和覆盖该内管的周围的外管构成，而且在所述外管部分中流过所述温度 调整水。
4、 根据权利要求3所述的异常水质检测装置，其特征在于， 在所述导入管路的所述双层管构造部分的上游侧，设置了将流过该导入管路的被检测水加热的加热器。
5、 根据权利要求1所述的异常水质检测装置，其特征在于， 所述水温调整装置是将所述被检测水的导入管路的规定的长度部分设置于贮留了所述温度调整水的罐内的构造。
6、 根据权利要求5所述的异常水质检测装置，其特征在于， 在所述导入管路的设置于贮留了所述温度调整水的罐内的部分的上游侧，设置了将流过该导入管路的被检测水加热的加热器。
全文摘要
本发明提供一种异常水质检测装置，其在将被检测水保持为预先设定的温度范围的状态下检测其水质异常的有无，所述异常水质检测装置具备水温调整装置，该水温调整装置向被检测水的导入管路的周围供给控制为接近所述温度范围的温度的温度调整水，利用通过所述导入管路的传热，使被检测水的温度接近所述温度调整水的温度。其结果是，由于可以防止测定槽内的气泡的产生，而且将被检测水的温度保持为规定范围，因此可以防止由气泡或低温等引起的“水质异常”的错误警报。
文档编号G01N33/18GK101587115SQ20091020304
公开日2009年11月25日 申请日期2009年5月19日 优先权日2008年5月19日
发明者上野修 申请人:株式会社东芝