(57)【要約】  本発明は、液体処理システムの操作を監視するため、および／または当該液体処理システムによって加工または処理される液体の特質、特徴、特性などを監視するための遠隔監視システムを提供する。本発明はまた、カーボン・ナノチューブ・センサに関する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサ装置を備えた装置であって、１以上の作用電極、該１以上の作用電極の各作用電極は、
基板と、
前記基板に結合されたカーボン・ナノチューブのアレイと
を備え、
前記カーボン・ナノチューブのアレイの各カーボン・ナノチューブは一端で前記基板に結合され、
前記カーボン・ナノチューブのアレイは、２以上の行のカーボン・ナノチューブを備え、
前記２以上の行のカーボン・ナノチューブの第１の行の第１のカーボン・ナノチューブはそれぞれ、第１の官能性を有し、
前記２以上の行のカーボン・ナノチューブの第２の行の第２のカーボン・ナノチューブはそれぞれ、第２の官能性を有し、
前記第１の官能性は前記第２の官能性とは異なることを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、前記カーボン・ナノチューブのアレイの前記カーボン・ナノチューブは親水性であることを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１記載の装置において、前記２以上の行のカーボン・ナノチューブは、第３の行の第３のカーボン・ナノチューブを備え、それぞれは第３の官能性を有し、
前記第３の官能性は、前記第１の官能性および前記第２の官能性とは異なることを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１記載の装置において、前記２以上の行のカーボン・ナノチューブは、第３の行の第３のカーボン・ナノチューブを備え、それぞれは第３の官能性を有し、
前記第３の官能性は、前記第１の官能性または前記第２の官能性のいずれかと同じであることを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項４記載の装置において、前記第１、第２および第３のカーボン・ナノチューブからなる群の少なくとも１部分は、有機置換基を各カーボン・ナノチューブに結合させることによって官能基化されることを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項４記載の装置において、前記第１、第２および第３のカーボン・ナノチューブからなる群の少なくとも１部分は、有機金属置換基を各カーボン・ナノチューブに結合させることによって官能基化されることを特徴とする装置。
【請求項７】
１以上の作用電極を備えたセンサ装置を備えた装置であって、該１以上の作用電極の各作用電極は、
基板と、
前記基板に結合されたカーボン・ナノチューブのアレイと
を備え、
前記カーボン・ナノチューブのアレイの各カーボン・ナノチューブは一端で前記基板に結合され、
前記カーボン・ナノチューブのアレイは、２以上の行のカーボン・ナノチューブを備え、
前記２以上の行のカーボン・ナノチューブの第１の行の第１のカーボン・ナノチューブはそれぞれ、１以上の検体を備えた水溶液にさらされたときに陽子を生成するアノードであり、
前記２以上の行のカーボン・ナノチューブの第２の行の第２のカーボン・ナノチューブはそれぞれ、１以上の検体を備えた前記水溶液にさらされたときに、前記１以上の検体の第１の検体を感知することを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項７記載の装置において、前記第２のカーボン・ナノチューブはそれぞれ、有機置換基によって官能基化されることを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項７記載の装置において、前記第２のカーボン・ナノチューブはそれぞれ、有機金属置換基によって官能基化されることを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項７記載の装置において、前記カーボン・ナノチューブのアレイは、第１のカーボン・ナノチューブおよび第２のカーボン・ナノチューブの交互の行を備えたことを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項７記載の装置において、前記カーボン・ナノチューブのアレイの前記カーボン・ナノチューブは親水性であることを特徴とする装置。
【請求項１２】
１以上の作用電極を備えたセンサ装置を備えた装置であって、該１以上の作用電極の各作用電極は、
基板と、
前記基板に結合されたカーボン・ナノチューブのアレイと
を備え、
前記カーボン・ナノチューブのアレイの各カーボン・ナノチューブは一端で前記基板に結合され、
前記カーボン・ナノチューブのアレイは、２以上の行のカーボン・ナノチューブを備え、
前記２以上の行のカーボン・ナノチューブの第１の行の第１のカーボン・ナノチューブは、それぞれアノードであり、
前記２以上の行のカーボン・ナノチューブの第２の行の第２のカーボン・ナノチューブは、それぞれカソードであり、
前記第１のカーボン・ナノチューブまたは前記第２のカーボン・ナノチューブのいずれかは、１以上の検体を備えた水溶液にさらされたときに、前記１以上の検体の第１の検体を感知することを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項１２記載の装置において、前記第１のカーボン・ナノチューブは、１以上の検体を備えた前記水溶液にさらされたときに、前記１以上の検体の前記第１の検体を感知することを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項１２記載の装置において、前記カーボン・ナノチューブは親水性であることを特徴とする装置。
【請求項１５】
請求項１４記載の装置において、前記第１のカーボン・ナノチューブは、それぞれ有機置換基によって官能基化されることを特徴とする装置。
【請求項１６】
請求項１４記載の装置において、前記第１のカーボン・ナノチューブは、それぞれ有機金属置換基によって官能基化されることを特徴とする装置。
【請求項１７】
請求項１２記載の装置において、前記第２のカーボン・ナノチューブは、１以上の検体を備えた前記水溶液にさらされたときに、前記１以上の検体の前記第１の検体を感知することを特徴とする装置。
【請求項１８】
請求項１７記載の装置において、前記第１のカーボン・ナノチューブは、それぞれ有機置換基によって官能基化されることを特徴とする装置。
【請求項１９】
請求項１７記載の装置において、前記第１のカーボン・ナノチューブは、それぞれ、有機金属置換基によって官能基化されることを特徴とする装置。
【請求項２０】
請求項１２記載の装置において、前記カーボン・ナノチューブのアレイは、第１のカーボン・ナノチューブおよび第２のカーボン・ナノチューブの交互の行を備えたことを特徴とする装置。
【請求項２１】
１以上の作用電極を備えた作用電極アセンブリを備えたセンサ装置を備えた装置であって、該１以上の作用電極の各作用電極は、
基板と、
前記基板に結合されたカーボン・ナノチューブのアレイと
を備え、
前記カーボン・ナノチューブのアレイの各カーボン・ナノチューブは一端でで前記基板に結合され、
前記１以上の作用電極の各前記作用電極は、１以上の検体を備えた水溶液にさらされたときに、検体を感知することを特徴とする装置。
【請求項２２】
請求項２１記載の装置において、
前記２以上の作用電極は、第１のカーボン・ナノチューブの第１のアレイを備えた第１の作用電極と、第２のカーボン・ナノチューブの第２のアレイを備えた第２の作用電極とを備え、
前記第１の作用電極は、１以上の検体を備えた前記水溶液にさらされたときに、前記１以上の検体の第１の検体を感知し、
前記第２の作用電極は、１以上の検体を備えた前記水溶液にさらされたときに、前記１以上の検体の第２の検体を感知することを特徴とする装置。
【請求項２３】
請求項２１記載の装置において、
前記２以上の作用電極は、第３のカーボン・ナノチューブの第３のアレイを備えた第３の作用電極を備え、
前記第３の作用電極は、１以上の検体を備えた前記水溶液にさらされたときに、前記１以上の検体の第３の検体を感知することを特徴とする装置。
【請求項２４】
請求項２３記載の装置において、
前記２以上の作用電極は、第４のカーボン・ナノチューブの第４のアレイを備えた第４の作用電極を備え、
前記第４の作用電極は、１以上の検体を備えた前記水溶液にさらされたときに、前記１以上の検体の第４の検体を感知することを特徴とする装置。
【請求項２５】
請求項２１記載の装置において、該装置は、対向電極と、基準電極と、前記１以上の作用電極とを備えた電極セル・アセンブリを備えたことを特徴とする装置。
【請求項２６】
請求項２１記載の装置において、装置はアセンブリ基板を含み、基準電極および前記１以上の作用電極は該アセンブリ基板に取り付けられることを特徴とする装置。
【請求項２７】
請求項２６記載の装置において、対向電極は前記アセンブリ基板に取り付けられ、
前記装置は、前記基準電極と、前記対向電極と、前記１以上の作用電極と、前記アセンブリ基板とを備えた電極セル・アセンブリを備えたことを特徴とする装置。
【請求項２８】
請求項２７記載の装置において、前記アセンブリ基板は円盤型であることを特徴とする装置。
【請求項２９】
請求項２８記載の装置において、前記電極セル・アセンブリは該装置のセンサ基台の凹部に取り付けられ、該電極セル・アセンブリは該センサ基台の端部に取り付けられたリング状のキャップにより該凹部の適所に保持されたことを特徴とする装置。
【請求項３０】
請求項２７記載の装置において、前記電極セル・アセンブリは第１の作用電極と第２の作用電極とを備え、該第１の作用電極は前記基準電極のいずれかの側にあり、前記対向電極は前記基準電極と該第１および第２の作用電極とを囲むことを特徴とする装置。
【請求項３１】
請求項３０記載の装置において、該装置は１以上の境界領域を含み、第１の作用電極および前記第２の作用電極はお互いに境界を接することを特徴とする装置。
【請求項３２】
請求項２１記載の装置において、装置はアセンブリ基板を含み、対向電極および前記１以上の作用電極は、該アセンブリ基板に取り付けられたことを特徴とする装置。
【請求項３３】
請求項２１記載の装置において、
前記作用電極アセンブリは、前記１以上の作用電極の各作用電極用にそれぞれの電気的接続を備え、
前記作用電極アセンブリは、前記それぞれの電気的接続のそれぞれに対応する接点を含む該装置のセンサ基台の凹部に取り付けられたことを特徴とする装置。
【請求項３４】
請求項３３記載の装置において、基準電極は、前記センサ基台の凹部に取り付けられ、前記作用電極アセンブリが該凹部に取り付けられるときに、該作用電極アセンブリの開口を貫通して延在することを特徴とする装置。
【請求項３５】
請求項３４記載の装置において、前記センサ基台の端部に取り付けられ、リング状である対向電極をさらに備えたことを特徴とする装置。
【請求項３６】
請求項２１記載の装置において、
前記作用電極アセンブリは、該装置のフロー・セルの対向する壁に取り付けられた、前記１以上の作用電極の第１および第２の作用電極を備え、
該装置は、対向電極と、前記フロー・セルの底部壁に取り付けられた基準電極とを備えたことを特徴とする装置。
【請求項３７】
請求項２１記載の装置において、前記作用電極アセンブリは、管の内部表面に取り付けられた１以上の作用電極を備えたことを特徴とする装置。
【請求項３８】
請求項２１記載の装置において、管に取り付けるための挿入部を備えたことを特徴とする装置。
【請求項３９】
請求項２１記載の装置において、該装置は前記１以上の作用電極の選択された１以上の作用電極を覆うフィルタ材を備え、該フィルタ材は該選択された１以上の作用電極の前記カーボン・ナノチューブのアレイを覆うことを特徴とする装置。
【請求項４０】
請求項３９記載の装置において、
該装置は、基準電極と、対向電極と、アセンブリ基板と、前記作用電極アセンブリとを備えた電極セル・アセンブリを備え、
前記基準電極、対向電極および作用電極アセンブリは、前記アセンブリ基板に取り付けられたことを特徴とする装置。
【請求項４１】
請求項２１記載の装置において、該装置は前記１以上の作用電極の選択された１以上の作用電極の各カーボン・ナノチューブを覆うフィルタ材を備えたことを特徴とする装置。
【請求項４２】
請求項４１記載の装置において、
該装置は、基準電極と、対向電極と、アセンブリ基板と、前記作用電極アセンブリとを備えた電極アセンブリを備え、
前記基準電極、対向電極および前記作用電極アセンブリは、前記アセンブリ基板に取り付けられたことを特徴とする装置。
【請求項４３】
請求項２１記載の装置において、
該装置は、電極セル・アセンブリと、試薬源と、１以上の検体を備えた水溶液源と、感知領域とを備え、
前記電極セル・アセンブリは、基準電極と、対向電極と、前記作用電極アセンブリとを備え、
前記作用電極セル・アセンブリは、混合物が前記感知領域を通って流れるときに、前記試薬と１以上の検体を備えた前記水溶液との前記混合物にさらされることを特徴とする装置。
【請求項４４】
請求項４３記載の装置において、前記感知領域はチャンバであることを特徴とする装置。
【請求項４５】
請求項４３記載の装置において、前記感知領域は流路であることを特徴とする装置。
【請求項４６】
１以上の作用電極を備えた作用電極アセンブリを備えた装置であって、
前記１以上の作用電極の各作用電極は、
基板と、
前記基板に結合されたカーボン・ナノチューブのアレイと
を備え、
前記カーボン・ナノチューブのアレイの各カーボン・ナノチューブは一端で前記基板に結合され、
前記１以上の作用電極の前記作用電極のそれぞれは、１以上の検体を備えた水溶液にさらされたとき、検体を感知することを特徴とする装置。
【請求項４７】
請求項４６記載の装置において、前記カーボン・ナノチューブのアレイの前記カーボン・ナノチューブは親水性であることを特徴とする装置。
【請求項４８】
請求項４６記載の装置において、
前記２以上の作用電極は、第１のカーボン・ナノチューブの第１のアレイを備えた第１の作用電極と、第２のカーボン・ナノチューブの第２のアレイを備えた第２の作用電極とを備え、
前記第１の作用電極は、１以上の検体を備えた前記水溶液にさらされたときに、前記１以上の検体の第１の検体を感知し、
前記第２の作用電極は、１以上の検体を備えた前記水溶液にさらされたときに、前記１以上の検体の第２の検体を感知することを特徴とする装置。
【請求項４９】
請求項４８記載の装置において、
前記２以上の作用電極は、第３のカーボン・ナノチューブの第３のアレイを備えた第３の作用電極を備え、
前記第３の作用電極は、１以上の検体を備えた前記水溶液にさらされたときに、前記１以上の検体の第３の検体を感知することを特徴とする装置。
【請求項５０】
請求項４９記載の装置において、
前記２以上の作用電極は、第４のカーボン・ナノチューブの第４のアレイを備えた第４の作用電極を備え、
前記第４の作用電極は、１以上の検体を備えた前記水溶液にさらされたときに、前記１以上の検体の第４の検体を感知することを特徴とする装置。
【請求項５１】
請求項４６記載の装置において、該装置はさらに、前記１以上の作用電極の各作用電極のためにそれぞれピン型の電気的接続を備えたことを特徴とする装置。
【請求項５２】
基板に取り付けられた１以上の作用電極と、
前記１以上の作用電極の１つ１つを囲む環境を改変するためのそれぞれの駆動電極と
を備えた装置であって、
前記１以上の作用電極の各作用電極および各それぞれの駆動電極は、前記基板に結合されたカーボン・ナノチューブのアレイを備え、
カーボン・ナノチューブの各アレイの各カーボン・ナノチューブは一端で前記基板に結合され、
前記１以上の作用電極の前記作用電極のそれぞれは、１以上の検体を備えた水溶液にさらされたときに、検体を感知することを特徴とする装置。
【請求項５３】
請求項５２記載の装置において、前記カーボン・ナノチューブのアレイの前記カーボン・ナノチューブは親水性であることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
本出願は、本発明の実施の形態と共に用いてもよい技術を記載する次の出願および特許を参照する。２０１０年２月２３日出願の米国特許出願第１２／７１０，４５１号、米国特許第７，６９８，０７３号、米国特許第７，４５４，２９５号、米国特許第６，５６０，５４３号、米国特許第６，３３２，１１０号、２００９年９月２３日出願の米国特許出願第１２／５６５，０９１、２００６年１月１３日出願の２００９年米国特許出願第１１／３３１，７２１号。２００８年１１月１７日出願の米国特許出願第１２／２７２，０１８号、米国特許第６，９５４，７０１号および２００３年３月１９日出願の米国特許出願第１０／３９２，１１２号。上記各出願／特許の内容および開示全体は参照することにより本明細書を構成する。
【０００２】
技術分野
本発明は液体処理および安全性の分野に関し、ある実施の形態では、液体処理および安全性のデータを、直接および／または遠隔から、監視および／または保管可能なカーボン・ナノチューブ・センサの方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
製造の態様の多くは、その寿命と共に水に依存することは周知である。水はカチオンおよびアニオン、金属、濁度、溶解固形物などの量を特徴としてもよく、これらすべてが組み合わさって独特の水の化学的特徴を形成する。技術によって、特定の適用において用いるための水を効率的に調整するために、このような特質を調整、低減、または除去することができる。適切な水処理システムは、特定の適用に必要とされる所定の品質レベルに水を調節する経済的な方法を提供する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
システムまたは機器の故障、および不注意または故意の汚染から給水を保護することは重要な懸案事項である。水の汚染物質を分析する装置および方法は存在するものの、そのような装置を広範に配備することは費用がかかり、困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の広範な態様によれば、監視される水処理システム内に位置する１以上のセンサと、該水処理システムから第１遠方位置に配置された遠隔コンピュータと、該水処理システムの該１以上のセンサから取得されたデータを操作するアナライザとを備えた遠隔監視システムであって、該１以上のセンサは１以上のカーボン・ナノチューブ・センサを備えており、該データは該水処理システムから該遠隔コンピュータへ送信方式を用いて送信され、該遠隔コンピュータは該操作されたデータから出力を生成することを特徴とする遠隔監視システムを提供する。
本発明の第２の広範な態様によれば、水処理システムを監視する方法であって、
（ａ）該水処理システム内の１以上のセンサから収集されたデータを、該水処理システムから第１遠方位置に配置された遠隔コンピュータへ送信するステップと、
（ｂ）該データに基づいて出力を生成するステップであって、該データは該水処理システムから該遠隔コンピュータへ送信方式を用いて送信されるものであり、該１以上のセンサは１以上のカーボン・ナノチューブ・センサを備えたステップとを備えたことを特徴とする方法を提供する。
【０００６】
本発明の第３の広範な態様によれば、電気化学検出機器であって、１以上の圧力センサと、１以上の温度センサと、１以上の対向電極と、１以上の作用電極とを含む電極本体を備え、該１以上の作用電極の各作用電極は、１以上のカーボン・ナノチューブのアレイを備えたことを特徴とする。
【０００７】
本発明の第４の広範な態様によれば、１以上の作用電極のセンサ装置を備えた装置であって、該１以上の作用電極の各作用電極は、基板と、該基板に結合されたカーボン・ナノチューブのアレイとを備えており、カーボン・ナノチューブの該アレイの各カーボン・ナノチューブは該基板へ一端で結合され、カーボン・ナノチューブの該アレイは２以上のカーボン・ナノチューブの行を備え、該２以上のカーボン・ナノチューブの行の第１の行の第１のカーボン・ナノチューブは各々第１の官能性（functionality）を有しており、該２以上のカーボン・ナノチューブの行の第２の行の第２のカーボン・ナノチューブは各々第２の官能性を有しており、第１の官能性は第２の官能性とは異なることを特徴とする装置を提供する。
【０００８】
本発明の第５の広範な態様によれば、１以上の作用電極を備えた作用電極アセンブリを備えたセンサ装置を備えた装置であって、該１以上の作用電極の各作用電極は、基板と、該基板に結合したカーボン・ナノチューブのアレイとを備え、カーボン・ナノチューブの該アレイの各カーボン・ナノチューブは該基板に一端で結合されており、該１以上の作用電極の作用電極の各々は、１以上のアナライト（analyte）を備えた水溶液にさらされた場合、アナライトを感知することを特徴とする装置を提供する。
【０００９】
本発明の第６の広範な態様によれば、１以上の作用電極を備えた作用電極アセンブリを備えたセンサ装置を備えた装置であって、該１以上の作用電極の各作用電極は、基板と、該基板に結合するカーボン・ナノチューブのアレイとを備え、カーボン・ナノチューブの該アレイの各カーボン・ナノチューブは該基板に一端で結合され、該１以上の作用電極の作用電極の各々は、１以上のアナライトを備えた水溶液にさらされた場合、アナライトを感知することを特徴とする装置を提供する。
【００１０】
本発明の第７の広範な態様によれば、基板に取り付けられた１以上の作用電極と、該１以上の作用電極の１つ１つを囲む環境を改変するそれぞれの駆動電極とを備えた装置であって、該１以上の作用電極の各作用電極および各それぞれの駆動電極は、該基板に結合されたカーボン・ナノチューブのアレイを備え、カーボン・ナノチューブの各アレイの各カーボン・ナノチューブは該基板と一端で結合され、該１以上の作用電極の作用電極の各々は、１以上のアナライトを備えた水溶液にさらされた場合、アナライトを感知することを特徴とする装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
添付図は、本明細書に組み込まれ、本明細書の継続した一部を構成し、本発明の代表的な実施の形態を例示し、そして、前述の一般的な説明および下記の詳細な説明と共に、本発明の特徴を説明するために役立つものである。
【００１２】
【図１】従来技術の活性電極（作用電極）および従来技術の基準電極の簡略化した形状の例示図である。
【００１３】
【図２】単一電極／センサｐＨ計の概略形の例示図である。
【００１４】
【図３】本発明の一実施の形態による遠隔監視システムの実施の形態の図である。
【００１５】
【図４】本発明の一実施の形態による、ローカル・コンピュータを備えた遠隔監視システムの実施の形態の図である。
【００１６】
【図５】本発明の一実施の形態によるカーボン・ナノチューブのアレイを備えたセンサ装置の作用電極の簡略化した形状の斜視図である。
【００１７】
【図６】本発明の一実施の形態による電極セル（cell）・アセンブリの簡略化した形状の斜視図である。
【００１８】
【図７】本発明の一実施の形態によるナノチューブのアレイを備えた作用電極の簡略化した形状の上面図である。
【００１９】
【図８】本発明の一実施の形態によるナノチューブの２つのアレイを備えた作用電極の簡略化した形状の上面図である。
【００２０】
【図９】本発明の一実施の形態によるナノチューブの４つのアレイおよび対向電極を備えた作用電極の簡略化した形状の上面図である。
【００２１】
【図１０】本発明の一実施の形態によるナノチューブの９つのアレイを備えた作用電極の簡略化した形状の上面図である。
【００２２】
【図１１】本発明の一実施の形態によるナノチューブのｔｗｐアレイを備えた作用電極の簡略化した形状の上面図である。
【００２３】
【図１２】本発明の一実施の形態による電極セル・アセンブリの簡略化した形状の上面図である。
【００２４】
【図１３】本発明の一実施の形態による電極セル・アセンブリの簡略化した形状の上面図である。
【００２５】
【図１４】本発明の一実施の形態によるセンサ装置の斜視図である。
【００２６】
【図１５】本発明の一実施の形態によるセンサ装置の斜視図である。
【００２７】
【図１６】本発明の一実施の形態によるセンサ装置の斜視図である。
【００２８】
【図１７】本発明の一実施の形態による電極セル・アセンブリの簡略化した形状の上面図である。
【００２９】
【図１８】本発明の一実施の形態による電極セル・アセンブリの簡略化した形状の斜視図である。
【００３０】
【図１９】本発明の一実施の形態による電極セル・アセンブリの簡略化した形状の上面図である。
【００３１】
【図２０】本発明の一実施の形態による開口管センサ（open pipe sensor）部分の簡略化した形状の斜視図である。
【００３２】
【図２１】本発明の一実施の形態による電極セル・アセンブリの簡略化した形状の上面図である。
【００３３】
【図２２】図２１の電極セル・アセンブリの断面図である。
【００３４】
【図２３】本発明の一実施の形態による電極セル・アセンブリの簡略化した形状の断面図である。
【００３５】
【図２４】本発明の一実施の形態による作用電極アセンブリの簡略化した形状の上面図である。
【００３６】
【図２５】本発明の一実施の形態による電極セル・アセンブリが内部に取り付けられた水分析装置（water analyzing device）を示す。
【００３７】
【図２６】図２５の水分析装置の電極セル・アセンブリである。
【００３８】
【図２７】図２５の水分析装置の一部の簡略化した形状の断面図である。
【００３９】
【図２８】本発明の一実施の形態による水分析装置の一部の断面図である。
【００４０】
【図２９】図２８の水分析装置の作用電極の断面図である。
【００４１】
【図３０】本発明の一実施の形態によるカーボン・ナノチューブを官能化するために、カーボン・ナノチューブに結合することができる官能基を示す表である。
【００４２】
【図３１】本発明の一実施の形態による無作為の構成のカーボン・ナノチューブのアレイの簡略化した形状の上面図である。
【００４３】
【図３２】本発明の一実施の形態による平行積層構成（horizontally stacked configuration）のカーボン・ナノチューブのアレイの簡略化した形状の上面図である。
【００４４】
【図３３】本発明の一実施の形態による垂直積層構成（vertically stacked configuration）のカーボン・ナノチューブのアレイの簡略化した形状の上面図である。
【００４５】
【図３４】本発明の一実施の形態によるカーボン・ナノチューブの開口端の斜視図である。
【００４６】
【図３５】本発明の一実施の形態によるカーボン・ナノチューブの開口端の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
定義
用語の定義がその用語が一般的に用いられる意味から逸脱している場合は明確な指示がない限り、出願人は下記に示す定義を使用することを意図する。
【００４８】
本発明の目的のため、本明細書が提示する内容が明らかに別段の指示をする場合を除き、「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」の単数形は、複数形への言及も含むことに留意されたい。
【００４９】
本発明の目的のため、方向を示す用語、例えば「上部」、「底部」、「上側」、「下側」、「上」、「下」、「左」、「右」、「平行」、「垂直」、「上へ」、「下へ」などは、本発明の様々な実施の形態を説明するにあたり、単に便宜上用いるものである。本発明の実施の形態は様々な方法で指向されてもよい。例えば、図に示された線図、機器などは、反転、任意の方向に９０°回転、裏返しなどされてもよい。例えば、行および／または列は任意の方向に指向されてもよい。
【００５０】
本発明の目的のため、値、特徴またはその他の要因を用いて数学的計算または論理的決定を行うことによって、値が導かれる場合には、その値または特徴は、具体的な値、特徴、条件の満足、またはその他の要因に「基づく」。
【００５１】
本発明の目的のため、用語「分析報告書」は、本発明の遠隔監視システムの遠隔コンピュータ上のアナライザによって生成または操作された１以上のセンサから取得された、または収集されたデータに基づく、任意の組織化されたデータの提示、生のデータ（raw data）または履歴データ、操作されたデータ、観測データ、情報、分析結果などを指す。分析報告書は、例えば選出された役人、水処理システムの管理者または操作者、顧客、一般人など、任意の対象とする受領者のために準備することができる。ある実施の形態によれば、「分析報告書」は任意の必要な書式において監督および／または法執行機関に提出することができる。
【００５２】
本発明の目的のため、用語「分析結果」は、本発明の遠隔監視システムのローカル・コンピュータおよび／または遠隔コンピュータ上のアナライザによって実行された、１以上のセンサから取得されたまたは収集されたデータまたは情報の集合、計算、アルゴリズム、分析、操作などにより生成された任意の情報、値、関係、積などを指す。例えば、「分析結果」は、ローカル・コンピュータによって分析、操作などを行った観測データを含むことができる。
【００５３】
本発明の目的のため、用語「アナライザ」は、本発明の遠隔監視システムのローカル・コンピュータまたは遠隔コンピュータの一部であり、ローカル・コンピュータおよび／または遠隔コンピュータ上に格納され得る、１以上のセンサから取得されたデータ、生のデータ、観測データ、履歴データ、または任意のその他の情報を分析、操作することができる１以上のソフトウェア・プログラムもしくはその他のルーチン、ファームウェア、および／またはハードウェアなどを指す。ローカル・コンピュータはロガー装置である場合、「アナライザ」はロガー装置上に置いてもよい。
【００５４】
本発明の目的のため、用語「カーボン・ナノチューブ（carbon nanotube : ＣＮＴ）」は、別段の特定がない限り、任意の種類のカーボン・ナノチューブを指す。ＣＮＴは一般的に、グラフェン・シート（graphen sheets）の単層または多層の同軸管状の層として存在する。個別のシートは、階層化および官能性において異なっていてもよい。例えば、ＣＮＴはシングルウォール（single-walled）ＣＮＴ（ＳＷＣＮＴ）、およびマルチウォール（multi-walled）ＣＮＴ（ＭＷＣＮＴ）として存在することができる。さらに、ＣＮＴは導電性、半導電性、または絶縁であり得る。ＣＮＴはまた、キラルまたはアキラルでもあり得る。ＣＮＴは様々な形状で製造されることができる。それぞれ一端で基板に取り付けられ、規則的に行および／または列に構成されたように取り付けられたＣＮＴのアレイに加えて、ＣＮＴのアレイは、ランダムであっても（図３１参照）、水平に積層されても（図３２参照）または垂直に積層されてもよい（図３３参照）。アレイのＣＮＴは、キラル、アキラル、頭部開口（図３４参照）、ふた付き（図３５参照）、こぶ付き、被膜、未被膜、官能基化、適切、固定、未固定、基台、端面、段部、または任意の別の既知の構成であってもよい。
【００５５】
本発明の目的のため、用語「対向電極」または「補助電極」は、電流が印加されるか、または測定される作用電極を備えた回路を供給する電極を指す。
【００５６】
本発明の目的のため、用語「データ」は、１以上のセンサから最終的に取得された、またはそのようなデータから導かれた任意の情報、読取り、測定、値などを指す。用語「データ」は任意のデータまたは情報を含み、この任意のデータまたは情報は、１以上のセンサから操作をせずに直接取得された生のデータ、１以上のセンサから前もって取得された履歴データまたは以前の時点もしくは期間に取得されたデータから入力もしくは導かれた履歴データ、および分析または操作されたデータ、例えばアナライザによって操作、分析などをされたデータもしくは情報を含む。用語「データ」は、例えば、分析結果または観測データを含んでいてもよい。
【００５７】
本発明の目的のため、用語「データベース」は、データ、生のデータ、履歴データ、操作されたデータおよび／または情報を論理的または順序化した配列または構成で格納するために使用された本発明の遠隔監視システムの装置または機器を指す。データベースは、遠隔コンピュータと接続されまたは通信していたとしても、遠隔コンピュータの一部であってもよく、または分離していてもよい。
【００５８】
本発明の目的のため、遠隔コンピュータおよび／または遠隔データベースに関する用語「遠方（distant）」は、物理的に水処理システムとは分離した遠隔コンピュータおよび／または遠隔データベースを指す。用語「遠方」は、水処理システムおよび／または水処理中心施設の場所から離れて位置している遠隔コンピュータおよび／または遠隔データベースを指してもよい。用語「遠方」は、１つの送信方式を介して、水処理システムにのみ接続または連結する（または水処理システム内に位置する１以上のセンサ、電子制御システム、および／またはローカル・コンピュータにのみ接続または連結する）遠隔コンピュータおよび／または遠隔データベースを指してもよい。
【００５９】
本発明の目的のため、用語「電子制御システム」は、機器の操作および水処理システムの操作を制御し得る水処理システムの一部を指す。ある実施の形態によれば、本発明の遠隔コンピュータは、電子制御システムを介して１以上のセンサからのデータにアクセスしてもよく、またはデータを収集してもよい。電子制御システムは、社内の監視制御およびデータ収集システム（Supervisory Control and Data Acquisition System : ＳＣＡＤＡ）またはプログラマブル・ロジック・コントローラ（Programmable logic Controller : ＰＬＣ）を含んでいてもよい。
【００６０】
本発明の目的のため、用語「官能基化カーボン・ナノチューブ」または「官能基化ＣＮＴ」は、置換基が結合したカーボン・ナノチューブを指す。ＣＮＴは、有機、有機金属または無機置換基によって官能基化され得る。例えば、ＣＮＴは任意の有機（例えばＳＮ２）または無機（塩）反応によって修飾されてもよい。
【００６１】
本発明の目的のため、用語「官能性」は、カーボン・ナノチューブと結合、複合、またはその他の方法で関連する１以上の置換基の有無を指す。２以上のカーボン・ナノチューブに結合した置換基または基が異なる場合は、２以上のカーボン・ナノチューブは異なる官能性を有する。例えば、第１の置換基が結合した第１のカーボン・ナノチューブと、第２の置換基が結合した第２のカーボン・ナノチューブと、置換基が結合しない第３のカーボン・ナノチューブとは、すべて異なる官能性を有する。また、第１の置換基が結合した第１のカーボン・ナノチューブと、第２の置換基および第１の置換基の両方が結合した第２のカーボン・ナノチューブとは異なる官能性を有する。
【００６２】
本発明の目的のため、用語「ハードウェアおよび／またはソフトウェア」は、ディジタル・ソフトウェア、ディジタル・ハードウェア、またはディジタル・ハードウェアとディジタル・ソフトウェアとの両方の組み合わせによって実行され得る機能を指す。
【００６３】
本発明の目的のため、用語「ローカル・コンピュータ」は、水処理システムに物理的に位置し、またはその近くにある（つまり遠隔には位置しない）、１以上のセンサに直接的にまたは間接的に接続された任意の種類のコンピュータ、プロセッサ、または装置を指す。ローカル・コンピュータは、データを本発明の遠隔監視システムの遠隔コンピュータへ送信する前に、本発明の遠隔監視システムの１以上のセンサからデータを集め、収集し、合計し、操作し、または分析してもよい。「ローカル・コンピュータ」は以下の任意のコンピュータなどであってもよく、（１）１以上のセンサからのデータを少なくとも一時的に格納し、集め、収集し、合計することができ、（２）１つの送信方式を介して、データまたは情報を遠隔コンピュータ（または遠隔コンピュータに関連する遠隔データベース）へ送信することができるコンピュータなどであってもよい。このように、「ローカル・コンピュータ」は、（１）少なくとも一時的にデータを格納し、集め、収集し、合計するなどのための１以上のメモリ装置と、（２）データまたは情報を直接的にまたは間接的に１以上のセンサから受信するための１以上のポートまたは入力部と、（３）データまたは情報を遠隔コンピュータへ送信するための１以上の送信インタフェースとを含有または含んでいてもよい。「ローカル・コンピュータ」は、ローカル・コンピュータ上に位置するアナライザまたはソフトウェアなどによって、データまたは情報を遠隔コンピュータおよび／または遠隔データベースへ送信する前に、１以上のセンサから取得されたデータを処理し、操作し、分析などを行う能力をさらに有していてもよい。「ローカル・コンピュータ」は、本明細書に記載するようにロガー装置であってもよい。
【００６４】
本発明の目的のため、用語「通信方式」は、データ、情報、分析結果、分析報告書、警報、警告などを含む出力を、遠隔コンピュータから本発明の遠隔監視システムの遠隔観察装置まで、送信、アップロードまたは通信するための任意の適切な技術を指す。通信方式は、送信方式に用いられる任意の技術を含んでいてもよい。例えば、ある実施の形態によれば、「通信方式」として機能するための適切な技術は、インターネットまたはワールド・ワイド・ウェブであってもよい。この場合、出力はインターネット・サーバ・コンピュータ上にアップロードされてもよく、インターネット・サーバ・コンピュータは本発明の遠隔監視システムの遠隔コンピュータであってもよく、またはインターネット・サーバ・コンピュータは遠隔コンピュータとは分離されていてもよい。別の実施の形態によれば、遠隔観察装置に出力を送信するための「通信方式」、または遠隔観察装置によって出力にアクセスを認める「通信方式」は、以下の任意の有線または無線接続および任意のプロトコルを含むが、これらに限定されるものではない。インターネット；ＴＣＰ／ＩＰ；ＭＯＤＢＵＳ  ＲＴＵ、ＭＯＤＢＵＳ  ＡＳＣＩＩ、およびＭＯＤＢＵＳ  ＴＣＰ；ＸＭＬ；イーサネット（登録商標）；ファイル転送プロトコル（ＦＴＰ）；ブルートゥース（登録商標）；ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）；ＳＭＴＰなどのｅメール；ＣＤＭＡおよびＴＤＭＡなどの携帯電話ネットワーク；無線周波数送信器に連結した無線信号または遠隔端末装置（ＲＴＵ）；携帯電話モデム；ＳＤＩ−１２；衛星送信；既存の電話または通信ネットワークまたは有線、標準公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）；無線ネットワーク；広域ネットワーク（ＷＡＮ）；無線ローカル・エリア・ネットワーク（ＷＬＡＮ）；ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）；または都市規模ネットワーク（ＭＡＮ）；ケーブル・インターネット接続；ショート・メッセージ・システム（ＳＭＳ）；ダイアルアップ・モデム；ポイント・ツー・ポイント・リンク；モバイル通信用グローバル・システム（ＧＳＭ（登録商標）、３ＧＳＭ（登録商標））、汎用パケット無線サービス（ＧＰＲＳ）、エボリューション・データ最適化（ＥＶ−ＤＯ）、ＧＳＭ（登録商標）エボリューション用エンヘンスド・データ・レート（enhanced data retes for GSM（登録商標）evolution :
ＥＤＧＥ）、ディジタル・エンヘンスド・コードレス遠距離電気通信（digital enhanced cordless telecommunications : ＤＥＣＴ）、統合ディジタル・エンヘンスド・ネットワーク（ｉＤＥＮ）、ユニバーサル携帯遠距離電気通信システム（ＵＭＴＳ）、高度携帯電話システム（ＡＭＰＳ）；または出力を遠隔観察装置へ送信、アップロード、または通信するために、当業者に既知である任意のその他の適切な手段。
【００６５】
本発明の目的のため、用語「送信方式」は、データおよび情報を本発明の遠隔監視システムの遠隔コンピュータへ送信するための、技術的に公知であり利用可能な任意の適切な技術または装置を指す。データおよび情報は、送信方式によって、直接１以上のセンサから、電子制御システムから、または、電子制御システムおよび／または１以上のセンサに接続されたローカル・コンピュータから、のいずれかから送信されてもよく、ローカル・コンピュータはそれぞれ送信インタフェースを利用してもよい。送信方式は、通信方式に用いられる任意の技術を含んでいてもよい。送信方式の例は、任意の有線または無線接続および任意のプロトコルなどの、任意の適切な媒体を経て実現または実行されてもよく、適切な媒体には以下を含むがこれらに限定されるものではない。：インターネット；ＴＣＰ／ＩＰ；ＭＯＤＢＵＳ  ＲＴＵ、ＭＯＤＢＵＳ  ＡＳＣＩＩ、およびＭＯＤＢＵＳ  ＴＣＰ；ＸＭＬ；イーサネット（登録商標）；ファイル転送プロトコル（ＦＴＰ）；ＳＭＴＰなどのｅメール；携帯電話モデム；ブルートゥース（登録商標）；ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）；ＣＤＭＡおよびＴＤＭＡなどの携帯電話ネットワーク；無線周波数送信器に連結した無線信号または遠隔端末装置（ＲＴＵ）；衛星送信；ＳＤＩ−１２；既存の電話または通信ネットワークまたは有線、標準公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）；地上通信線または電話を用いるダイヤルアップ；ｗｉ−ｆｉなどの無線ネットワーク；広域ネットワーク（ＷＡＮ）；無線ローカル・エリア・ネットワーク（ＷＬＡＮ）；ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）；または都市規模ネットワーク（ＭＡＮ）；ケーブル・インターネット接続；ショート・メッセージ・システム（ＳＭＳ）；ダイアルアップ・モデム；ポイント・ツー・ポイント・リンク；モバイル通信用グローバル・システム（ＧＳＭ（登録商標）、３ＧＳＭ（登録商標））、汎用パケット無線サービス（ＧＰＲＳ）、エボリューション・データ最適化（ＥＶ−ＤＯ）、ＧＳＭ（登録商標）エボリューション用エンヘンスド・データ・レート（ＥＤＧＥ）、ディジタル・エンヘンスド・コードレス遠距離電気通信（ＤＥＣＴ）、統合ディジタル・エンヘンスド・ネットワーク（ｉＤＥＮ）、ユニバーサル携帯遠距離電気通信システム（ＵＭＴＳ）、高度携帯電話システム（ＡＭＰＳ）；またはデータを遠隔コンピュータへ送信するために、当業者に既知である任意のその他の適切な手段。的確な送信方式は状況に応じて変化し得る。本発明の実施の形態によれば、送信方式は、条件付きで、またはユーザの要求に応じて、データまたは情報を継続して、リアルタイムで、周期的にまたは選択された間隔で送信してもよい。
【００６６】
本発明の目的のため、用語「観測データ」は、ローカル・コンピュータ上のアナライザなどのローカル・コンピュータによって、遠隔コンピュータおよび／または遠隔データベースへ送信する前に、１以上のセンサから取得された生のデータまたは情報から、分析、操作などを行ったデータまたは情報を指す。
【００６７】
本発明の目的のため、用語「出力」は、任意の製品、公開、提出、アップロード内容などを指し、任意の情報、データ、分析結果、分析報告書、などを含み、出力は、本発明の遠隔監視システムの遠隔コンピュータから遠隔観察装置まで、遠隔観察装置がユーザに対して表示するのに適切なフォーマットで通信されてもよい。
【００６８】
本発明の目的のため、用語「遠隔コンピュータ」は、データ、生のデータまたは履歴データを格納し、処理し、および／または操作などを行うことができる本発明の遠隔監視システムのコンピュータ、サーバなどの電子装置を指し、そのようなシステムによって監視される水処理システムの位置から物理的に離れており、つまり遠隔または遠方位置にある。例えば、「遠隔コンピュータ」は、ウェブまたはインターネット・サーバを含んでいてもよい。「遠隔コンピュータ」は、データベースおよび／またはアナライザをさらに含んでいてもよい。
【００６９】
本発明の目的のため、用語「遠隔データベース」は、例えば論理的または順序化した配列または構成において、データ、生のデータ、履歴データ、操作されたデータおよび／または情報を格納するために用いられる、本発明の遠隔監視システムの装置または機器を指す。遠隔データベースは、遠隔コンピュータに接続または通信しているにも関わらず、遠隔コンピュータの一部または分離したものであってもよい。そのようなものとして、「遠隔データベース」は、水処理システムの位置から物理的に離れている、つまり、遠隔または遠方位置にある。
【００７０】
本発明の目的のため、用語「遠隔監視システム」は、同じ場所にない水処理システムの動作および機器、またはデータを収集するセンサを用いる、同じ場所にない水処理システム内の水品質、該システムに入る水品質、もしくは該システムから排出される水品質、を遠隔監視するためのシステムを指し、該データはユーザ用の遠隔観察装置へ分析、操作および通信のために遠隔コンピュータへ送信される。
【００７１】
本発明の目的のため、用語「遠隔観察装置」は、遠隔コンピュータからの本発明の遠隔監視システムの出力を観察するために用いることができる、従来技術で既知の任意の装置または機器を指し、例えば、パーソナル・コンピュータまたは端末、サーバなど、ならびに携帯電話、ポケットベル（pagers）、ＰＤＡ、ブラックベリー（登録商標）、パーム（登録商標）装置、アイフォン（登録商標）など様々な携帯パーソナル通信機器が例示される。
【００７２】
本発明の目的のため、用語「センサ」は、水品質または水処理システムの動作に関連するパラメータまたは値を検出または測定するための装置、プローブ、または機器を指す。用語「センサ」は、ロガー装置などのローカル・コンピュータに接続された装置、プローブ、または機器を指してもよい。
【００７３】
本発明の目的のため、用語「送信インタフェース」は、データまたは情報を遠隔コンピュータまで任意の適切な送信方式を介して送信することができる遠隔監視システムのローカル・コンピュータ、電子制御システム、および／または１以上のセンサの一部を指す。
【００７４】
本発明の目的のため、用語「処理する」、「処理された」、「処理中」、「処理」などは、水処理システムによって、水処理システム内の水または水処理システム内の水に関連して実施されてもよい任意のプロセス、処理、生成、製造、排出またはその他の操作を指す。
【００７５】
本発明の目的のため、用語「ユーザ」は、遠隔コンピュータから本発明の遠隔監視システムの遠隔観察装置へ通信されたデータ、情報、分析結果、または分析報告書を観察する個人、法人、または機関を指す。
【００７６】
本発明の目的のため、用語「水処理システム」は、特定の応用に対する水または水性の製品を処理し、扱い、または生成するために設計されもしくは用いられる任意のシステムを指す。「水処理システム」は、純度などの特徴、特質、または特性の所定の、所望の、または好ましい一式を有する水を生成するために用いられてもよい。例えば、「水処理システム」は、飲用に適した飲料水を生成し、公衆に配給するための水処理施設と、製造プロセスなどのために水を生成するように設計されたシステムとを含んでいてもよい。飲用に適した飲料水を生成するための水処理施設の場合は、水処理システムは飲用に適した飲料水を公衆に配給するための配給システムをさらに含んでいてもよい。「水処理システム」はまた、水性物質を製品に処理または扱うために用いられる任意のシステムであってもよく、製品は、例えば、集中排水処理プラント（wastewater treatment plant）（ＷＷＴＰ）などに例示される環境に排出されてもよい。ＷＷＴＰの場合は、水処理システムは、排水を収集し、集中ＷＷＴＰに集めるための収集システムをさらに含んでいてもよい。水処理システムは、公的または自治体のシステムを含んでいてもよく、または業界、工場、または特定の不動産開発に専用の民間システムを含んでいてもよい。例えば、水処理システムは、最新の分離、ろ過、透析、イオン交換処理、または任意のその他の基礎、技術、もしくは機構に基づく機器を用いて、関連するパラメータにしたがって水を処理し、扱い、検出し、浄化し、単離し、分離などを行うため任意のシステム、プラント、または施設を含んでいてもよい。
【００７７】
本発明の目的のため、用語「水処理中心施設」は、排水を処理または扱うための集中排水処理プラント（ＷＷＴＰ）などの大規模な収集または配給システム、または飲用に適した飲料水を生成するための施設などの水処理施設とは対照的に、水を処理し、扱い、生成する等を行う集中施設を指す。
【００７８】
本発明の目的のため、用語「水」は、水処理システムによって処理され、扱われ、生成され、製造され、排出され等を行われてもよい水または任意の液体を指す。例えば、用語「水」は、公衆に飲用に適した飲料水を配給するために、水処理施設によって扱われまたは処理される水を指してもよく、または、用語「水」は、集中排水処理プラント（ＷＷＴＰ）によって処理または扱われる汚水または排水を指してもよい。このように、「水」は、任意の数の溶質、沈殿物、混濁、有機物などを場合によっては含んでいてもよい。
【００７９】
本発明の目的のため、用語「作用電極」または「活性電極」は、関心がある反応が発生する水監視システムの電極を指す。
説明
【００８０】
給水を保護するための多くのプロセスおよび応用は、汚染物質または有害物質のレベルが十分に低いかあるいは存在しない水を用いることを必要とし、したがって適切なレベルの水純度、品質、および／または安全性を確保するために水処理システムを用いることに依存する。これらの水処理システムは、所望の水品質を達成するために、最新の分離、ろ過、逆浸透、および／またはイオン交換プロセス、ならびに物質または殺菌剤の導入などの技法を一般的に用いてもよい。ただし、機器の故障またはこれらのシステムの干渉によって、所与の応用に対する水品質が悪くなり、または危険となることもある。したがって、任意のそのような応用のために水を浄化または処理するために用いられた任意の水処理システムを、適切に監視して所望のレベルの水純度、品質、および／または安全性が確実に適用されるようにすることが重要である。水品質が重要となる１つの応用は、飲用に適した飲料水を公衆に供給することである。飲料水を製造し、公衆に配給するためのほとんどの水処理システムは、例えば、殺菌剤などの物質を水システムに導入して維持し、生物的または化学的汚染を防ぐことに依存する。気体、または次亜塩素酸塩もしくは次亜塩素酸の形状の塩素は、この目的のために用いられる最も一般的な物質である。クロラミン、オゾン、過酸化水素、過酢酸、二酸化塩素、および様々な混合酸化物などの代替物質も用いられる。これらの物質の多くはある程度一般的な作用機序（mode of action）を有する。これらは、生物有機体の非活性化および処理される水内に存在するその他の有機化合物の破壊をもたらすために、ある種類の酸化に依存する。殺菌化合物などの様々な物質の反応速度は、合理的に周知であり、十分に特徴付けられている。ただし、これらの物質を過剰に用いると、物質自体の問題を生じることもある。そのため、十分ではあるが過剰ではない量のこれらの物質または殺菌剤を水処理システム内に維持することを保証するために適切な監視を行うことが重要である。
【００８１】
水処理システム、および監視システムは、溶液内のイオン濃度を測定するセンサを含むことが多い。溶液は、本質的に水溶性でも、有機でもよい。一般的に監視されるイオンの１つはヒドロニウムイオンであるが、任意のカチオンまたはアニオンが水処理または監視システムにとって重要となることもある。
【００８２】
水処理システム、およびほとんどの化学的反応は全般的に、反応環境のヒドロニウムイオン濃度（Ｈ３Ｏ＋、またはＨ＋）、またはｐＨに強く影響を受ける。溶液のｐＨはまた、検査される液体の酸性度とよばれることも多い。定義から、ｐＨ＝−ｌｏｇ［Ｈ３Ｏ＋］または、ヒドロニウムイオンのモル濃度の負の対数である。ｐＨスケールでは、酸性の高い溶液は、ゼロまたは１などの低ｐＨ値を有し、高濃度の水素イオン（Ｈ+）に対応する。反対に、塩基性の高い溶液は高ｐＨ値を有し、微少数の水素イオンに対応する（または対応して多数のＯＨ−イオンに対応する）。実質的な純水などの中性溶液は、約７のｐＨ値を有する。
【００８３】
適正な濃度の酸が溶液内に存在すると、多くの形態の触媒反応を誘発することができ、例えば、アセタール形成、アセタール加水分解、アルコールの脱水、アミド加水分解、エポキシド開環、エステル加水分解、エステル化、エーテル形成、およびグリコシド形成があるが、これらに限定されるものではない。適正なｐＨ濃度はまた、水和触媒反応も含むことがあり、アルケン、アルキン、ニトリル、求核アシル置換、アルデヒドおよびケトンへの求核付加を含むがこれらに限定されるものではない。
【００８４】
多くの政府では、飲用に適した飲料水のｐＨは報告が必要なパラメータであり、排水のｐＨ範囲を厳しく制御している。例えば、米国では、環境保護庁は飲用に適した水の排出に対して特定の範囲を設定しており、当該水のｐＨがその範囲外である場合は、人間および動物の消費には安全ではなくなり得るものである。
【００８５】
自治体の飲料水は、様々な水源から取得してもよく、適切な水処理機器を用いて飲用に適したものとすることができる。例えば、最低限の前処理を行った海水からの総溶解固形物を低減するために逆浸透システムを用いて、飲用に適した飲料水を製産してもよい。海水前処理が高度化しても、不適切な監視または操作によって、海水をすぐに膜に付着させてしまうことになる。付着物が発生しても迅速に発見すると、膜を清掃することができ、水の汚染および関連する水処理の修理を回避することができる。ただし、適切な監視によって付着物を迅速に検出しないと、膜は修復不能に損傷することもあり、高価な部分的な、または全部の膜交換が必要となる。予定外の膜交換の費用によって、停止時間に一般的に関連する減収を別としても、このようなシステムの費用が非常に高くなることもある。
【００８６】
水品質が重要となるその他の応用は、排水処理プラント（Waste Water Treatment Plants）（ＷＷＴＰ）である。排水の処理およびその後の再利用は、工業世界における生活の質の基盤である。都市、工業、および農業活動によって、大量の排水が発生し、これらはすべて、水を再利用に適切にする前、または小川、川、海などの環境に排出するために適切にする前に、混入物質または汚染物質を除去するためにある程度まで処理されなくてはならない。大都市圏では、中央排水処理プラントは、都市、工業、および農業排水を含む様々な水源からの水を処理しなくてはならない。多くの事例では、工業排水の排出者は、中央水収集システムに排出する前に、排水処理プラントを自社の敷地に設置して稼働させることが求められている。中央水収集システムでは、産業廃棄物は、一般的に、家庭または都市排水およびその他の未処理排水源と混合されてもよい。これらの混合排水は次に、中央排水プラントまたは下水処理施設に輸送され、排出前に最終処理される。
【００８７】
次第に、純水に対する需要によって、ますます多くの自治体が、自治体のＷＷＴＰ排水を飲用に適した飲料水または農業用水として用いるために適切な品質の水に戻して再利用するための排水回収プロセスを設置している。例えば、このような回収プロセスでは、逆浸透を用いて二次処理した自治体の排水を回収し、次に、帯水層に注入して戻してもよい。これらの設置は次々と、米国中、およびその余の世界中で計画されている。
【００８８】
自治体の排水流出を処理することが難しい局面の１つは、流量も汚染物質の混合も一定ではないと言うことである。これは、自治体のＷＷＴＰの収集システムが、家庭、事業所、学校などからの通常の衛生的排水に加えて、様々な工業排水源を含む場合に特に該当する。衛生的排水は、組成および処理可能性に関して十分に特徴付けられているが、産業廃棄物の付加は、ＷＷＴＰが広範な種類の汚染物質に対して計画しなければならないということを意味する。一般的に、ほとんどのＷＷＴＰシステムはすべての状況に効率的に対処することはできない。優良な設計および工学を備えていても、ＷＷＴＰに到達する汚染物質の種類および量が大幅な変動すると、ＷＷＴＰからの排出において効果的な処理のレベルが変動することが多い。ＷＷＴＰからの排水を処理する第３の水回収プラントでは、多くの汚染物質は逆浸透などのプロセスによってさえも容易に除去されないため、これは特に困難である。さらに、一定の汚染物質はまた、逆浸透、限外ろ過、および精密ろ過膜に付着するため、性能損失または膜損傷を引き起こす。したがって、ＷＷＴＰを監視し、環境に排出し、または再利用の戻す前に確実に汚染物質を適切に除去し、高価な機器の損傷を防止することを保証することが重要である。
【００８９】
水はまた、原子炉において蒸気生成のために必要である。これらの原子炉のボイラは極めて高温で動作し、非常に高品質な水を必要とする。処理システムを適切に監視し、高価なボイラ洗浄および関連する停止時間を回避することが重要である。このようなシステムはまた、ヒドラジンなどの有害なボイラ化学物質を監視する必要性を含み、高い技能を持つ人材を必要としてもよい。これらの例は、十分な水品質を保証するだけではなく、高価な機器修理または交換を防ぐために、水処理システムの操作を監視する重要性を強調する。
【００９０】
水品質はまた、多くの製造プロセスにとって重要である。例えば、半導体の製造には、超純水品質が必要となる。再度、水処理システムを適切に監視し、半導体などの製品の製造において、潜在的欠陥を回避することが重要である。
【００９１】
別の例として、水品質の監視はまた、給水を汚染するテロ行為などによる、機器の故障または故意の改ざんの結果を回避または軽減するために重要である。適切な監視によって、危害を回避し、適切な措置が取れることを保証するために、そのような給水の汚染を検知することを補助してもよい。
【００９２】
水中のイオンの存在およびイオン濃度を検出するために、電気化学センサの多くの形態が今日存在する。そのような一般的な電気化学センサの１つは、ｐＨを測定することを目的とする。図１は、作用電極１１２と、基準電極１１４とを含む従来技術のｐＨ計プローブ１０２の一部を示す。作用電極１１２は、イオン感応性ガラス球１２４を１つの端部に含むガラス管１２２を備える。ガラス管１２２は、電解質１２６と、電極１２８とを含有する。イオン感応性球１２４外部のガラスはイオンを試験対象の液体（図１に不図示）と交換する。これによって、球外側の水和層に電荷が生じる。内部電解質は、イオン感応性ガラスと相互作用し、ガラス外側のイオンから生じる電位を反映する。基準電極１１４は、作用電極１１２に類似し、個別のチャンバ１３４に取り付けられた電極１３２と、溶液１３６とを備え、イオン橋（ionic bridge）１３８を経て試験される液体とイオン連通（ionic communication）も行う。作用電極１１２と基準電極１１４との間の電位は、したがって、バッテリと類似して形成される。作用電極１１２と基準電極１１４との間に生じる電位は、溶液のイオン濃度に直接関連する。基準電極１１４は、作用電極１１２を比較することができる、安定電位を供給する。
【００９３】
電位は、例えばｐＨ値などのイオン濃度測定になるように、表、計算式、またはその他のアルゴリズムにしたがって処理することができる。イオン回路は作用電極と接地電極との間に形成され、測定可能な電位が生じる。基準電位は既知であり、プロセス電圧（つまり、電圧測定）が従来技術のｐＨ計によって比較し解釈することができるのに対して、実質的に一定量である。作用電極と基準電極との間の電位は、外部の試験液体内のイオン濃度を決定するために処理することができる。イオンおよび／またはｐＨ測定の精度は、例えば、温度および／または汚染された電解質溶液などを含む、様々な要因によって影響を受けることがある。不正確さの一般的な原因は、基準電極から生成された不適切または不正確な基準信号である。基準信号が不正確であると、結果として生じるｐＨまたはイオン測定が影響を受ける。結果的に、適切かつ正確な基準値を得ることが非常に重要である。
【００９４】
塩橋などの基準電極のイオン橋によって、基準電極と外部の試験液体との間のイオン連通が可能となる。ただし、イオン橋によって、一部の液体が交換し、内部緩衝液が汚染され、内部基準電極が汚染され、測定される液体が汚染される可能性がある。ｐＨプローブの主要な問題は、基準電極アセンブリの内部充填溶液と外部の試験液体との間の接合部である。接合部の詰まりまたは故障によって、通常非常に遅いまたは過った測定値が生じる。接合部によって、また、充填溶液が測定媒体によって汚染されることもある。これは、基準電極を劣化させ、それによってｐＨプローブが不正確になり、通常はｐＨプローブを交換する必要が生じる。
【００９５】
従来技術の１つの解決策は、複数の接合部およびチャンバを基準電極と外部媒体との間に用いることであった。その他の従来技術の解決策は、充填溶液の継続的な供給が基準電極区画に送られ、小穴または導管から排出される流動接合部を用いることであった。これは、充填溶液および基準電極の汚染を防ぐという利点を有するが、電極の煩雑な配置および測定媒体が充填溶液によって汚染されるため、測定媒体を廃棄する必要性があるという欠点を有する。
【００９６】
最近の手法では、作用電極と基準電極の両方を、例えばガラスチャンバなどの防水チャンバ内に納めている。これは、Ｈａｒｍａｎ米国特許第４，６５０，５６２号に示されており、参照により本明細書を構成する。Ｈａｒｍａｎの基準電極は、作用電極１１２の構造と同様に、外部の試験液体とｐＨ感応ガラス球によってインタフェースされている。外部の試験液体は、したがって基準電極の内部充填溶液とは混ざらず、汚染もしない。図２は、センサ電極２１２と電子的メータ２１４を備える単一電極／センサｐＨ計２０２を概略的に示す。センサ電極２１２は、作用電極（図２には不図示）と、対向電極（図２には不図示）と、基準電極（図２には不図示）とを備える。
【００９７】
別のｐＨ電極は米国仮特許出願第６０／９８１，３３４号に記載されており、同出願は、塩橋を含まない複数の電極イオン計を記載している。この仮特許出願の全内容および開示は、参照により本出願を構成する。
【００９８】
前述のガラス電極に加えて、溶液内のイオンを検出するためにその他の物質も存在する。カーボン・ナノチューブ（ＣＮＴｓ）は、可能性のあるイオン検出物質として従来技術に広範に記載されてきた。
【００９９】
Ｇｒｅｇｏｒｙ  Ｇ．  Ｗｉｌｄｇｏｏｓｅ、  Ｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ  Ｍｏｄｉｆｉｅｄ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ  ｆｏｒ  Ｕｓｅ  ｉｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏａｎａｌｙｓｉｓ、１５２  Ｍｉｃｒｏｃｈｉｍ  Ａｃｔａ、１８７−２１４（２００６）では、電解分析において用いられたＣＮＴの歴史および数が記載されている。共有または物理吸着、電気重合、およびその他の諸方法を介してＣＮＴを改変する様々な方法が示されており、それらの方法によって、ＣＮＴを様々なコンパニオン化合物と相互作用するために特別に改変可能である。ＣＮＴは、次のような形態で官能基化されることができ、ＣＮＴのＨ３Ｏ＋との直接的な相互作用が、検出可能な修飾されたボルタンメトリー反応を生じ、その反応を用いて、次に溶液内のｐＨ濃度を決定し、ｐＨ電極を効率的にもたらす。ＣＮＴはまた、前述の方法によって修飾されることもでき、特に複数のその他のカチオン、アニオン、気体、およびヌクレオシド、ヌクレオチド、核酸、糖などの生体分子、および任意のその他の認識可能な化合物または現代の化学で測定の価値がある化合物などと相互作用する。
【０１００】
ＣＮＴはグラフェン・シートからなり、グラファイトは電気的特性を持つことは既知であるため、ＣＮＴは独特の電気的特性を有する。ＣＮＴの構造をＣＮＴのグラフェン構造、サブ高分子アセンブリ、キラリティを直接修飾することによって変化させると、または官能基化によって変化させると、ＣＮＴの修飾された電気的特性がもたらされる。この電気的特徴および操作するための広範な順応性のあるプラットフォームによって、ＣＮＴは電極を設計および構築するために所望の物質になる。
【０１０１】
さらに、ダイヤモンドのＳｐ３構成とは対照的に、ＣＮＴはＳｐ２構成を有するため、ＣＮＴは重量に対して顕著に強く、弾力的である。強さおよび耐久性が増加することで、ＣＮＴは、環境的および厳しい工業的応用において電極を設計および構築するために所望の物質となる。センサがアクセスすることが危険であり高価である応用に配置されることが多いため、電極に耐久性があることが望ましい。センサが長持ちするほど、消費者の経費が少なくなり、したがって、センサにＣＮＴを用いることは経済的にも推奨される。
【０１０２】
センサにおいて用いてもよいＣＮＴおよびＣＮＴのアレイを合成し、成長させる方法は、２００５年１月１１日発行のＭａｒｇｒａｖｅらの米国特許第６，８４１，１３９号；２０４年９月１４日発行のＳｍａｌｌｅｙらの米国特許第６，７９０，４２５号；２００６年６月２７日発行のＣｏｌｂｅｒｔらの米国特許第７，０６７，０９８号；および米国特許第７，４６５，４９４号にも記載されており、これらの特許の全内容および開示は、参照により本出願を構成する。
【０１０３】
システムは個別の分析のために、離間し、独立した処理現場位置をローカルに監視するために存在するが、これらのシステムは、同時に排水をＷＷＴＰの中央水収集システムへ放出する収集システム全体の１以上の水処理現場の遠隔監視を考慮しない。ＣＮＴに基づくセンサを介してＷＷＴＰを遠隔監視するシステムを設計する必要性があり、センサは、総合水処理システムとして見て、分析された、１以上の遠隔工業または水処理現場からのデータを収集および解釈してもよい。
【０１０４】
最新処理機器を維持することの問題の１つは、その動作を監視するために高い技能を持つ個人が必要となることである。正社員を雇用することは費用がかかり、そのような監視は反復的であり、高い技能を持つ個人は容易に退屈し、気が散ることもありうるため、問題となる可能性がある。このため、最新分離プロセスは、戦略的に配置されたＣＮＴに基づくセンサの幅広い取り合わせを含んでいてもよく、このセンサは一般的に、ＣＮＴセンサ値を事前に設定した品質レベルに対して比較することが可能なコンピュータシステムに組み込まれる。ただし、操作者が通知を受けず、具体的な警告を認識せず、または異常な条件を認識しなければ、複雑な監視機器アレイは事実上無用である。
【０１０５】
ＣＮＴセンサに関する技術の現在の状態の別の問題は、従来技術のセンサは、検体をろ過して取り除き、および／または引きつけるために、ＣＮＴの独特の疎水性および親水性特徴を用いることができないことであり、したがって、センサ感度が増加し、測定精度が向上する。今まで、液体中のイオン測定を、本発明が提供する特徴および利点を有するＣＮＴ疎水性設計を用いて行うプロセスは記載されていない。
【０１０６】
ＣＮＴセンサに関する技術の現在の状態が対処していない別の問題は、ＣＮＴに基づくセンサに一体化された管センサである。今まで、液体中のイオン測定を、本発明が提供する特徴および利点を有するＣＮＴ疎水性設計を用いて行うプロセスは記載されていない。
【０１０７】
ＣＮＴセンサに関する技術の現在の状態が対処していない別の問題は、ＣＮＴセンサから飲料に適した水を保護することである。水または空気のどちらかを通して起こり得るＣＮＴへの暴露が、ほ乳類に対して有害であるかもしれないという点を鎮める研究もある。今まで、本発明が提供する特徴および利点を有するセンサにおいてＣＮＴの損失を検出することを含めて、飲料に適した水をＣＮＴから保護する方法は記載されていない。
【０１０８】
ＣＮＴセンサに関する技術の現在の状態が対処していない別の問題は、液体、気体、空気、または超臨界相においてＣＮＴに関連するマーカを介してＣＮＴを検出することである。ＣＮＴが水および工業監視応用に一体化され、ＣＮＴがほ乳類に対して有害であることが示される場合は、ＣＮＴ損失の検出が必要となる。今まで、本発明が提供する特徴および利点を有する様々な物質においてＣＮＴを検出する方法は記載されていない。
【０１０９】
ＣＮＴセンサに関する技術の現在の状態が対処していない別の問題は、色度分析およびＣＮＴ検出を利用する液体の混成分析である。２つの方法を組み合わせると、精度が向上し、自己診断センサ機能が向上する。今まで、本発明が提供する特徴および利点を有する混成ＣＮＴおよび色度分析を利用する液体分析の方法は記載されていない。
【０１１０】
ＣＮＴセンサに関する技術の現在の状態が対処していない別の問題は、特定の水分析方法に対してＣＮＴを特注に官能基化することである。ほとんどの現在の水分析方法は有機化合物の修飾に関与し、色の変化を伴う。次に、色の変化は対象となる検体の濃度を示す。今まで、本発明が提供する特徴および利点を有する水分析方法のためにＣＮＴを官能基化することは記載されていない。
【０１１１】
カーボン・ナノチューブが親水性であることの利点は、カーボン・ナノチューブが水をアレイに引き込むことに役立ち、その結果として、水中にある次の対象となる物質を引き込むことに役立つことである。例えば、水はアレイに一体化され、それに伴い、様々な濃度の［Ｈ３Ｏ＋］（ｐＨ、またはＣＬ２、またはＨＯＣｌ２などの場合）が一体化され、したがってセンサ感度が増加し、したがって低イオン検体濃度において高品質測定が可能となる。
【０１１２】
ＣＮＴセンサの１つの実施の形態において、ＣＮＴアレイは親水性である。まず、ＣＮＴを炭素および水素のみを備え、非官能化して成長させる。次に、一般的に少なくとも２５％のＣＮＴの末端が、親水性官能基で官能基化される。親水性官能基は一般的に極性および／またはイオン性であり、正または負電荷を有していてもよい。水もまた、極性官能基との水素結合を生じる極性分子であるため、官能基の極性および／またはイオン性の性質は水に引きつけられ、したがって、官能基が水に溶解可能である。適切な親水性基の例は、（非イオン性構造として記載される）アミノ、ヒドロキシル、カルボキシル、リン酸塩、スルフヒドリル、アルデヒド、ケトンなどを含む。
【０１１３】
本発明の実施の形態は、水品質および／または処理に関連し、水処理システムの複数のセンサから取得した生のデータから導かれる情報およびデータを遠隔監視し、格納し、分析し、操作し、アップロードし、報告などを行うための方法およびシステムを提供するものであり、複数のセンサは、分析または操作に必要なデータまたは情報を収集するために、戦略的に配置されてもよい。このような情報およびデータは、１以上の遠隔コンピュータ上で、遠隔格納、操作などされてもよく、および／または、１以上の遠隔コンピュータと関連付け得る１以上の除去されたデータベース上で格納されてもよい。本発明の実施の形態による水処理システムは、具体的な応用のために所定の、所望の、または好適な一式の特徴、特質、特性などを有する水または水性の製品を生成するために設計され、または用いられる、任意のシステムを含んでいてもよく、具体的な応用としては、例えば、自治体の引用に適した飲料水処理施設、製造プロセスのための水を生成するシステムなど、ならびに任意の配水システムである。水処理システムはまた、水性物質を環境に排出される製品に加工または処理するために設計され、または用いられる、例えば、集中排水処理プラント（ＷＷＴＰ）など、ならびに任意の収集システムなどの任意のシステムを含んでいてもよい。水処理システムは、公的または自治体のシステム、ならびに不動産開発専用のシステムを含んでいてもよい。例えば、水処理システムは、関連するパラメータにしたがって水の加工、処理、検出、浄化、単離、分離などを行うために、最新の分離、ろ過、透析、イオン交換プロセス、または任意のその他の基礎、技術、もしくは機構に基づく機器を用いる任意のシステム、プラント、または施設を含んでいてもよい。
【０１１４】
図３に示す本発明の実施の形態によれば、遠隔監視システム３０２は、水処理システム内に位置する１以上のセンサ３１２からの生のデータを収集し、その生のデータを１以上の遠隔コンピュータ３１４に任意の既知の技術または送信方式３１８を介して送信する。図に示す実施の形態は、センサ３１２からのデータが遠隔コンピュータ３１４まで任意の電子制御システム（ＥＣＳ）３２０を介して送信されるところを描いているが、センサ３１２は、データを直接遠隔コンピュータ３１４まで送信してもよいことを理解されたく、これは、任意の電子制御システム（ＥＣＳ）３２０がないときに生じてもよい。ある実施の形態によれば、遠隔コンピュータ３１４は、例えば、インターネット・サーバ・コンピュータであってもよい。遠隔コンピュータ３１４は、生のデータを格納および／または操作して、１以上の分析結果を生成してもよい。遠隔コンピュータ３１４はデータを格納するための遠隔コンピュータ３１４上に位置する遠隔データベース３２６上に、データを格納してもよい。代替的に、データは、遠隔コンピュータ３１４によって、遠隔コンピュータ３１４と関連する遠隔データベース３２８上に格納されてもよい。データの操作または分析は、遠隔コンピュータ３１４上に位置するアナライザ３３２によって、または遠隔コンピュータ３１４に関連するアナライザ３３４上で実施されてもよい。アナライザはまた、遠隔コンピュータ３１４によって直接実行されるソフトウェアであってもよい。ある実施の形態によれば、１以上のセンサ３１２は、電子制御システム３２０を介して、任意に生のデータを遠隔コンピュータ３１４に転送してもよく、電子制御システム３２０はまた、水処理システムの機器の操作を制御してもよい。
【０１１５】
図３に示される本発明の実施の形態におけるアナライザは、ハードウェアおよび／またはソフトウェアを備えていてもよい。
【０１１６】
データが遠隔コンピュータ３１４、遠隔コンピュータ３２６上の遠隔データベース、および／または遠隔データベース３２８のいずれかに格納されると、遠隔コンピュータ３１４上の、または遠隔コンピュータ３１４によって実行されるアナライザ３３２、３３４は、次に、データを分析または操作して、操作されたデータおよび／またはデータおよび情報を含む出力を生成してもよく、これらのデータまたは出力は、１以上の分析結果または１以上の分析報告書などであり、水処理システムの処理されている水、および／または操作の特質、特徴、特性などを提示、または示す。アナライザ３３２、３３４によるデータの操作または分析は、継続して、リアルタイムで、定期的にまたは選択した間隔で、条件付きで、またはユーザに提示するためにオンデマンドで、実施されてもよい。アナライザ３３２、３３４による分析または操作に続いて、情報、データ、および／または１以上の分析結果または１以上の報告を、次に遠隔観察装置３３８に、任意の既知の通信方式３４２を用いて送信してもよい。ただし、ある実施の形態によれば、生のデータまたは直接的な測定結果を、分析または操作を行わずに、または、電子制御システム３２０などによってローカルにのみ分析または操作を行って、直接ユーザ３３８に報告してもよいことを理解されたい。
【０１１７】
ある実施の形態によれば、情報、データ、および／または１以上の分析結果を、任意に操作し、１以上の分析報告書などの出力に所定の書式で表示してもよく、その出力を次に、例えば、消費者、役人、権限のある人材、または規制機関などのユーザに送信してもよい。実際には、操作されたデータまたは分析結果は、規制機関に提出するために必要とされるように、出力または分析報告書に書式化されてもよい。ある実施の形態によれば、データの分析または操作を、ウェブ・サーバ上にアップロードし、例えば、役人、消費者、または関心のある一般人に提示するために、ウェブ・ブラウザを介してアクセス可能となる出力として提示してもよい。代替的に、ある実施の形態によれば、データの分析または操作は、単に、問題または逸脱をユーザに警告するための警報の形式で出力を送信してもよい。
【０１１８】
図４に示すある実施の形態によれば、本発明の遠隔監視システム４０２は、図３に示される遠隔監視システム３０２と同様に動作してもよいが、さらにローカル・コンピュータ４０４を含み、これは送信方式４１８によって遠隔コンピュータ４１４に送信される前に、水処理システムの１以上のセンサ４１２から取得した生のデータをローカルに格納、処理、アクセス、分析、および／または操作してもよい。これらの実施の形態のその他の態様は、図３に関連して前述した態様と同様、または同一であってもよい。遠隔監視システム４０２は、センサ４１２に結合する電子制御システム４２０を任意に含んでいてもよく、ローカル・コンピュータ４０４は、１以上のセンサ４１２からのデータを、ローカル接続４２２を用いて電子制御システム４２０を介して、および／または、特に電子制御システム４２０がない場合に、センサ４１２からローカル接続４２４を介して直接的に、アクセスし、収集し、または受信してもよい。ローカル・コンピュータ４０４は、次に、データを任意の適切な送信方式４１８によって、遠隔コンピュータ４１４に送信してもよく、データは、遠隔コンピュータ４１４上に位置する遠隔データベース４２６に格納されてもよい。代替的に、データは、遠隔コンピュータ４１４と関連する遠隔データベース４２８上の遠隔コンピュータ４１４によって格納されてもよい。アナライザ４３２、４３４による分析または操作に続いて、ユーザが視聴するために情報、データ、および／または１以上の分析結果または１以上の報告を、次に、任意の適切な通信方式４４２を用いて、出力として遠隔観察装置４３８に送信してもよい。アナライザは、ハードウェアおよび／またはソフトウェアを備えていてもよい。
【０１１９】
ある実施の形態によれば、アナライザ４３２は、遠隔コンピュータ４１４上に位置してもよく、または遠隔コンピュータ４１４によって実行されてもよい。代替的に、アナライザ４３２、４３４は遠隔コンピュータ４１４および／またはローカル・コンピュータ４０４上に位置してもよく、遠隔コンピュータ４１４および／またはローカル・コンピュータ４０４によって実行されてもよい。ローカル・コンピュータ４０４上に位置するか、またはローカル・コンピュータ４０４によって実行されるアナライザ４３４を有する実施の形態によれば、ローカル・コンピュータ４０４は、データのその他の情報に加えて観測データを遠隔コンピュータ４１４に１つの送信方式を介して送信してもよい。このような観測データは、アナライザ４３４によって分析または操作された１以上のセンサ４１２から取得した生のデータから導かれる、または合成されたデータまたは情報であってもよい。ローカル・コンピュータ４０４から遠隔コンピュータ４１４へ送信されたデータは、処理される水および／または水処理システムの操作の、特質、特徴、特性などに関連する１以上の分析結果または１以上の分析報告書などのデータおよび情報を含んでいてもよい。
【０１２０】
図４に示される本発明の実施の形態におけるアナライザは、ハードウェアおよび／またはソフトウェアを備えていてもよい。
【０１２１】
図３および４を参照すると、本発明の実施の形態によれば、遠隔監視システム３０２、４０２の遠隔コンピュータ３１４、４１４は、ローカル・コンピュータ４０４を含んでいてもよい水処理システムから物理的に離間および遠隔した様々な位置に位置する。遠隔監視システム３０２、４０２の遠隔コンピュータ３１４、４１４は、電子制御システム３２０、４２０などの水処理システムを、遠隔制御するまたは直接的に制御するために用いられてはならない。実際に、本発明の実施の形態によれば、（１）遠隔コンピュータと、（２）水処理システムまたはセンサ、電子制御システム、および／または水処理システム内に位置するローカル・コンピュータとの間の唯一の伝達リンクまたは電子リンクまたは接続は、本発明の遠隔監視システムの送信方式であってもよい。複数の利益および利点は、本発明の遠隔コンピュータおよび／または遠隔データベースの機能を保管し、操作し、分析し、報告などを行うことを、水処理システム内のデータ収集の１以上の現場または１以上の位置（つまり、センサ）から物理的に分離することによって、実現し得るものであり、水処理システムは、広範な配水または収集システムをさらに含んでいてもよい。
【０１２２】
本発明の実施の形態によれば、ローカル・コンピュータは、（１）１以上のセンサからのデータを少なくとも一時的に格納し、集め、収集し、合計などを行うことができ、（２）データまたは情報を遠隔コンピュータ（または遠隔コンピュータに関連する遠隔データベース）へ１つの送信方式を介して送信可能な任意の種類のコンピュータ、プロセッサ、または装置であってもよい。このように、ローカル・コンピュータは、（１）データを少なくとも一時的に格納し、集め、収集し、合計などを行う１以上の記憶装置と、（２）データまたは情報を、直接的にまたは間接的に１以上のセンサから受信するための１以上のポートまたは入力と、および（３）データまたは情報を遠隔コンピュータへ送信するための１以上の送信インタフェースとを含有または含んでいてもよい。このようなローカル・コンピュータは、１以上のセンサから取得したデータを、データまたは情報を遠隔コンピュータおよび／または遠隔データベースへ送信する前に、ローカル・コンピュータ上に位置するアナライザまたはソフトウェアなどによって処理し、操作し、分析などを行う能力をさらに有していてもよい。ローカル・コンピュータから遠隔コンピュータおよび／または遠隔データベースへ送信されたデータは、１以上のセンサから導かれたデータから合成された観測データであってもよい。ローカル・コンピュータは、水処理システムおよび／または水処理システム内の１以上のセンサの１以上の現場に、またはその近くに位置してもよく、水処理システムは、配水システムまたは収集システムを含んでいてもよい。本発明の遠隔監視システムは、１以上のローカル・コンピュータを備えていてもよく、それぞれのローカル・コンピュータは、１以上のセンサと関連し、１以上のセンサから導かれるデータまたは情報を収集し、格納し、および／または遠隔コンピュータへ１つの送信方式を介して送信する。１以上のローカル・コンピュータのそれぞれは、データまたは情報を遠隔コンピュータへ、同じ通信方式または異なる１以上の送信方式を介して送信してもよい。
【０１２３】
ある実施の形態によれば、ローカル・コンピュータは、少なくとも１つのセンサの１以上の現場に位置するか、またはその近くに位置するロガー装置を備えていてもよい。このようなロガー装置は、１以上のセンサから、ケーブル、ワイヤなどを経てデータを受信するための１以上のセンサ・ポートを含んでいてもよい。代替的に、このようなロガー装置は、無線で１以上のセンサからデータを受信可能であってもよい。１以上のセンサから最後に受信され、および／または操作され、または分析されたデータまたは情報を（少なくとも一時的に）格納または記録するために、ロガー装置は、ドライブ、フラッシュまたはＳＩＭカードなどの従来技術で既知の任意の種類の記憶装置を有していてもよい。このように、ロガー装置は、１以上のセンサからのデータを分析または操作するためにアナライザまたはソフトウェアをさらに含んでいてもよい。ロガー装置は、１つの送信方式を介して遠隔コンピュータまたはサーバと通信するための、ワイヤレス連結性またはアンテナまたはその他の接続出力などの送信インタフェースを有していてもよい。
【０１２４】
ある実施の形態によれば、ロガー装置は、少なくとも４つのセンサなどの複数のセンサのための入力、コネクタ、またはポートを有していてもよく、自動的にプラグ・アンド・プレイ・オプションを検出してもよい。ロガー装置は、１６個の値までなどの、ポートよりも多い数の値または測定値のためのデータを格納またはログ可能であってもよい。各センサ・ポートは、データを複数の個別のセンサを備えたセンサから受信してもよい。ロガー装置は、バッテリ電源、補助（外部）バッテリ電源、再利用電源（例えば、太陽発電パネルなど）、および／または電源切り替え（つまり、バッテリまたは予備として補助電源を用いて）と組み合わせてもよい電気グリッドからの電源などの様々な電源オプションを有していてもよい。ロガー装置はさらに、入力、コネクタ、またはユーザのコンピュータまたはラップトップに接続するための補助電源またはデータ通信リンクを受信するためのポートを有していてもよい。ロガー装置はまた、装置またはセンサの状態、接続などの基本的な指示／情報を提供するためのユーザ・インタフェースを有していてもよい。ロガー装置は、防水であってもよく、封入されてもよく、および／または頑丈な構造を有してもよく、装置内の湿気を制御する乾燥剤を含有してもよく、および／または装置を取り付けるための手段を含んでいてもよい。フロー・ロガーの一例は、従来技術で既知の任意のＦＬＯ−ＬＯＧＧＥＲ（Ｒ：登録商標）製品を含んでいてもよい。
【０１２５】
本発明の実施の形態によれば、水処理システムの操作に関する生のデータ、または水処理システムによって加工または処理された水の特徴、条件、特質、特性などを、水処理システムの内部またはその全体にわたる１以上の現場または場所に配置された１以上のセンサまたはプローブによって、獲得し、収集し、検出し、測定などを行ってもよく、現場または場所は水処理システムの内部またはその全体にわたる複数の位置などであり、当該分野における現場、つまり、収集または配水システムにおける現場を含んでいてもよい。センサは、適切な現場または位置における関連するデータおよび情報を収集するため、および／または論理的な機能的グループ分けを検証および分析のために提供するために戦略的に配置されてもよい。
【０１２６】
本発明の実施の形態によれば、１以上のセンサは、水処理システムの操作に関する、および／または加工され、処理され、受領され、配水などを行われる水の品質に関する、生のデータを取得するように用いられてもよく、生のデータは、分析結果、分析報告書、警告などの出力を生成する際のデータの分析、操作、および評価に関連する。例えば、１以上のセンサのそれぞれは、水の以下の特徴、条件、特質、特性などを計測、定量化、または検出するために用いられてもよい。１以上のセンサによって計測されてもよい水の特徴、条件、特質、特性などの例は、以下を含んでいてもよいが、これらに限定されるものではない。：水温、全有機炭素（ＴＯＣ）を含む化学的組成、総浮遊粒子、量、流量、および排水処理または工業現場から一般的に小川に排出されるような廃棄物の種類および量。１以上のセンサによって計測されてもよい水の特徴、条件、特質、特性などの別の例は、１以上の汚染物質、伝導性、ｐＨ、圧力、濁度、透過水量、溶解酸素、塩素またはフッ素の１以上の濃度、タンクまたは水の１以上のレベル、および機器の状態および操作を含んでいてもよい。ある実施の形態によれば、１以上のセンサは、規制機関が処理水の操作パラメータおよび品質および量を決定するために必要となる規制報告書のためのデータまたは情報、例えば、水製造（流）量、処理水の消費（流）量、処理水の保管量、保存可能量（現在の製造率および消費率で）、最終処理水品質、規制順守および／またはＱＡ／ＱＣ文書のための報告書およびアーカイブ・データを、生成するために選択されてもよい。本発明の実施の形態によれば、本発明の遠隔監視システムと共に用いられてもよいセンサの例は、従来既知であり、用いられている任意のセンサを含んでいてもよい。さらに、前述の変形に加え、１以上のセンサは、水レベルおよび／または流速を、従来既知であるか、または後ほど開発された任意の技術を用いて測定するために用いてもよい。このような測定は、例えば、容積流量をその他の既知の条件および定数と共に決定するために、組み合わせて用いてもよい。センサの一例は、雨量計をさらに含んでいてもよい。本発明の実施の形態と共に用いられてもよい流速または面積流速センサの例は、ドップラまたは超音波、レーダ、圧流、電磁気（ＥＭ）、磁気（例えば、過電荷）、などの技術または検出に基づくウェハ・センサおよび任意のセンサを含んでいてもよい。本発明の実施の形態と共に用いられてもよいレベル、高さ、または深さセンサの例は、超音波（ルック・ダウン、水中ルック・アップ、管内、など）、圧力（例えば、バブラ、過電荷、ダイヤフラム転位など）、レーダなどの技術または検出に基づく任意のものを含んでいてもよい。ある実施の形態によれば、高さまたはレベルセンサは、既知の関係および定数に基づき、水レベルに加えて速度などのその他の測定または状態を推定するために、水路および堰などのその他の構造的要素または装置と組み合わせてもよい。ある実施の形態によれば、任意の１以上のセンサは、例えば、センサによる任意の一次測定に対する温度効果を自動修正することを提供するために、内部または外部の温度センサをさらに含んでいてもよい。本発明のある実施の形態によるセンサは、それぞれ複数のセンサを備えていてもよく、複数のセンサは、次に、まとめてロガー装置などのローカル・コンピュータに供給されてもよい。
【０１２７】
本発明の実施の形態によれば、１以上のセンサは、例えば、Ｈａｃｈ（ＴＭ：登録商標）、Ｓｉｇｍａ（ＴＭ：登録商標）またはＡｍｅｒｉｃａｎ  Ｓｉｇｍａ（ＴＭ：登録商標）、Ｍａｒｓｈ−ＭｃＢｉｒｎｅｙ（ＴＭ：登録商標）などによる従来既知のまたは後で開発される、販売されている、販売された、製造された、または商標の付いた任意の製品を含んでいてもよい。１以上のセンサの具体的な例は、ＦＬＯ−ＤＡＲ（Ｒ：登録商標）、ＦＬＯ−ＴＯＴＥ（Ｒ：登録商標）、ＦＬＯ−ＭＡＴＥ（Ｒ：登録商標）、などのセンサを含んでいてもよい。センサの一部の種類の別の説明は、例えば、米国特許第５，５０６，７９１号、第５，６３３，８０９号、第５，６９１，９１４号、第６，２０８，９４３号、第５，６４４，０８８号、第５，８１１，６８８号、第５，５４４，５３１号、および第５，３１５，８８０号を参照されたく、これらの内容および開示は、その全体が参照により本出願を構成する。
【０１２８】
水域の場合は、電子センサは、保管量、システムからの排出圧力および排出流量を検出または測定するために用いられてもよい。その他のパラメータは、分析試験によって測定されてもよい。水処理操作を継続して監視するために用いられる多くのセンサは、検体を検出するために濃縮する選択的イオン膜を用いる最新分離プロセスに基づく。例えば、塩素の検出は、イオン選択膜によって媒介されてもよく、イオン選択膜は、容易におよび明確に、遊離塩素または次亜塩素酸（ＨＯＣｌ）などの検体を通過させてもよく、したがってバルク溶液からの検体を分離して濃縮する。センサは、複数のセンサを単一検出ユニットの一部として組み込んでもよい。
【０１２９】
給水の濁度の有無は、生物的有機体の不活性化を実現するために必要な殺菌剤の量に大きく影響することがある。濁度の原因となる浮遊粒子は、消毒剤を加える前に水処理プロセスで通常は除去される。ただし、濁度の急な上昇が発生し、迅速に消毒剤投与レベルを上昇させないと、十分に消毒されない残留物が配水システムに到達することになる。これは、特に飲料水供給が故意にまたは不注意に汚染される場合には、公衆衛生に対する脅威を示す。
【０１３０】
本発明の実施の形態によれば、１以上のセンサは、任意に電子制御システムと一体化され、または接続されてもよい。電子制御システムは、一般的に、現地の操作者によって水処理システムの操作を制御するために用いられてもよい。電子制御システムの例は、社内の監視制御データ収集システム（ＳＣＡＤＡ）またはプログラマブル・ロジック・コントローラ（ＰＬＣ）を含んでいてもよい。電子制御システムは、アナログをディジタルに変換するための任意の利用可能な、測定器の指示値またはデータをコンピュータ読取り可能なフォーマットに変換するために特に設計されたアナログ・ディジタルボードなどの市販の装置から構成されてもよい。このように、本発明の遠隔監視システムは、既存の機器および制御システムならびに既存の通信装置を用いてもよい。電子制御システムは、生のデータの基本的な分析を実行して、分析パラメータを生成し、次に分析パラメータを遠隔コンピュータに送信してもよい。ある実施の形態によれば、電子制御システムは、センサデータを継続してスキャンし、自動的にデータを特定の間隔で記録し、アーカイブ化してもよい。ある実施の形態によれば、センサから取得した生のデータは、その後の分析または操作を支援するために、１以上の独特の識別子などの時間および位置情報をスタンプされても、またはラベル付けされてもよい。センサから取得した生のデータはまた、具体的な順序にしたがってラベル付けされ、データは遠隔コンピュータに送信されてもよい。ある実施の形態によれば、電子制御システムは、データを遠隔コンピュータへ送信するように機能する送信インタフェースを含んでいてもよい。
【０１３１】
ある実施の形態によれば、遠隔監視システムは、水処理システムの物理的な位置および／または水処理システム内の１以上のセンサの１以上の現場に位置するか、またはその近くに位置するローカル・コンピュータをさらに含んでいてもよく、水処理システムは、配水システムまたは収集システムを含んでいてもよい。例えば、ローカル・コンピュータは、前述のロガー装置であってもよい。ローカル・コンピュータは、水処理システムの１以上のセンサから収集したデータを読み取り、問い合わせを行い、アクセスし、ローカル・コンピュータ上に位置するアナライザまたはソフトウェアなどによる１以上のセンサから取得したデータを少なくとも一時的に適切な電子フォーマットで格納し、処理、操作し、分析などを行い、および／またはデータを遠隔コンピュータに送信してもよい。例えば、データをローカル・コンピュータ上に保管することによって、オンサイトでのデータバックアップを提供してもよく、分析で用いるためにデータを履歴データ・ファイルに追加してもよく、それによって現在のデータ・ファイルを新しいデータ収集に再利用することができる。ある実施の形態によれば、ローカル・コンピュータは、電子制御システムに接続されてもよく、データに電子制御システムを介してアクセスしてもよい。電子またはその他の方法による任意の種類の接続を用いてもよく、例えば、シリアル・インタフェース・ボード、ＵＳＢインタフェース・カード、ネットワーク接続、有線などを用いてもよい。ある実施の形態によれば、ユーザは、遠隔コンピュータ上で格納され、および／または分析、操作などを行ったデータから生成されたデータまたは結果または報告書を観察または表示するためにローカル・コンピュータを用いてもよい。
【０１３２】
ある実施の形態によれば、ローカル・コンピュータ上のローカル構成ファイルは、電子制御システムのレジスタ・アドレスが示す、ローカル・コンピュータ上のプログラムに、適用すべき任意の換算係数、収集されるデータの物理的記述などにアクセスするように伝えてもよい。収集されたデータセットを次に、カンマで区切られた文字列値などのような送信するための形態に変換してもよく、おそらくローカルに格納し、場合によってはハードディスクなどの記録媒体上にセキュリティのために暗号化されてもよい。
【０１３３】
本発明の実施の形態によれば、１以上のセンサから取得し、獲得し、収集し、検出し、測定などを行ったデータおよび情報は、任意の既知のまたは利用可能な送信方式を用いて、オフサイトに位置する遠隔コンピュータに送信されてもよい。データおよび情報は、１以上のセンサから、電子制御システムから直接送信されてもよく、または電子制御システムおよび／または１以上のセンサに直接接続されたローカル・コンピュータから送信されてもよい。送信され、遠隔コンピュータによって受信されると、データおよび情報は次に、遠隔コンピュータ、および／または、遠隔コンピュータ上の、もしくは遠隔コンピュータに関連する遠隔データベース上に遠隔格納されてもよい。ある実施の形態によれば、データおよび情報を次に、遠隔コンピュータ上で操作して、分析結果、報告、警告などであって、ユーザに通信されてもよい出力を生成してもよく、および／または出力を生成するために用いられるデータおよび情報は、遠隔コンピュータに送信する前に、ローカル・コンピュータ上で操作されてもよい。ローカル・コンピュータから送信されたこのようなデータまたは情報は、１以上のセンサから導かれたデータからローカル・コンピュータ上のアナライザによって算出、操作された観測データを含んでいてもよい。ある実施の形態によれば、データおよび情報は、遠隔コンピュータおよびローカル・コンピュータ両方に位置する１以上のアナライザによって分析、操作などを行われてもよい。
【０１３４】
本発明の実施の形態によれば、本発明の遠隔監視システムは、データを保管するために、遠隔コンピュータに関連する遠隔データベースまたはソフトウェアで実装された遠隔データベースをさらに備えていてもよい。遠隔データベースは、遠隔コンピュータ上にあっても、または個別のユニットとして存在してもよく、１以上の遠隔コンピュータおよび／または１以上の遠隔データベースの数は、特定の応用、ネットワーク・トラフィック、または具体的な顧客の要望に合わせて変動してもよい。ある実施の形態によれば、例えば、遠隔コンピュータは、コンピュータと、ｆｔｐサーバと、遠隔データベースと、および／またはウェブまたはインターネット・サーバとを備えていてもよく、それぞれは同じ場所または異なる場所にあってもよく、任意の利用可能でかつ適切なオペレーティング・システムを用いてもよい。このように遠隔データベース上に保管することは、フラット・ファイル、スプレッドシート、および関係または非関係データベースなどの多くの形態をとってもよい。ある実施の形態によれば、例えば、遠隔データベースは、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ（登録商標）ＳＱＬサーバまたはＯｒａｃｌｅ（登録商標）データベース製品などの関係データベースであってもよい。
【０１３５】
本発明の実施の形態によれば、正確な送信方式は、環境に依存して変動してもよい。遠隔または物理的に分離したコンピュータへデータを送信するための、従来既知であり利用可能な任意の適切な技術または装置は、本発明の実施の形態による送信方式として使用するように考慮される。送信方式の例は、任意の適切な媒体を介して達成されてもよい。本発明の実施の形態によれば、データは、例えば、継続して、リアルタイムで、周期的にまたは選択した間隔で、条件付きで、またはユーザからの要求によって送信されてもよい。データはまた、追加のセキュリティのために、安全のために暗号化されてもよく、遠隔コンピュータおよび／または遠隔データベースによって復号化されてもよく、適切な位置に配置されてもよい。
【０１３６】
ある実施の形態によれば、データは、１以上のセンサを備えるセンサ・アセンブリによって、遠隔コンピュータに直接送信されてもよい。これらの実施の形態によれば、１以上のセンサは、センサがデータを直接遠隔コンピュータに送信できるようにする通信プロセッサに適合させてもよい。適切な機器は、ＬｏｎＷｏｒｋｓ（Ｒ：登録商標）．ＲＴＭネットワーク可変インタフェースなどのリアルタイムデータ送信に有効である送信インタフェースを有するセンサ・アセンブリを含んでいてもよい。適切なセンサはまた、例えば、Ｄａｓｃｏｒｅ、Ｉｎｃ．製Ｓｉｘ−ＣＥＮＳＥ（Ｒ：登録商標）．ＴＭおよびＣＴ−ＣＥＮＳＥ（Ｒ：登録商標）．ＴＭ、ならびにＳｅｎｓｉｃｏｒｅ、Ｉｎｃ．製マルチセンサ装置などを含んでいてもよい。この例では、センサは、データを遠隔コンピュータに、インターネット・サーバ・コンピュータなどの従来技術で既知の任意の適切な送信方式によって送信してもよく、センサは、専用のネットワーク接続または携帯電話ネットワーク上の既存の電話配線を介して、遠隔コンピュータに接続されてもよい。
【０１３７】
ある実施の形態によれば、データは、従来技術で既知の任意の適切な送信方式を用いて、１以上のセンサに接続または結合する電子制御システムを介して遠隔コンピュータに送信されてもよい。例えば、ラダー・ロジックまたは機能ブロック・プログラム・コードの一部を、電子制御システムに特定のデータを遠隔コンピュータおよび／またはデータベースに送信させる電子制御システムのコード・ベースに挿入してもよい。通信プロトコルは、送信を促進する電子制御システムがサポートする任意のプロトコルであってもよい。例えば、ＰＬＣによって送信を促進するために、遠隔データベース・コンピュータで動作可能なＲｏｃｋｗｅｌｌ  Ｓｏｆｔｗａｒｅ（登録商標）のソフトウェア・プログラムのＲＳＬｉｎｘ（Ｒ：登録商標）であってもよい。代替的に、民間プロバイダが製造するＫｅｐｗａｒｅ（Ｒ：登録商標）、Ｗｏｎｄｅｒｗａｒｅ（Ｒ：登録商標）などの任意の数の市販の通信ドライバを用いてもよい。Ｗｏｎｄｅｒｗａｒｅ（Ｒ：登録商標）、ＲＳＶｉｅｗ（Ｒ：登録商標）、ＷｉｎＣＣ（Ｒ：登録商標）、およびその他類似の製品などのＳＣＡＤＡ（Ｒ：登録商標）またはＨＭＩ（Ｒ：登録商標）製品によって代表される電子制御システムの事例では、オペレーティング・プログラムがデータを収集し、遠隔コンピュータにデータを送信できるようにするために、制御コードにコード・ブロックを追加してもよい。このように、データをローカルに収集し、場合によってはデータを一時的に格納し、次にこのデータを遠隔コンピュータに送信するステップを、電子制御システムに組み込んでもよい。
【０１３８】
ある実施の形態によれば、データは遠隔コンピュータに、１以上のセンサに直接的に接続または結合するローカル・コンピュータを介して、または１以上のセンサに接続または結合する電子制御システムを介して送信されてもよい。これらの実施の形態によれば、ローカル・コンピュータは、１以上のセンサから直接的にまたは間接的に取得または収集されるデータを、従来技術で既知の任意の適切な送信方式により遠隔コンピュータに送信してもよい。ある実施の形態によれば、例えば、ローカル・コンピュータは、少なくとも１つのセンサの１以上の現場に位置するか、またはその近くに位置する前述のロガー装置を備えていてもよい。
【０１３９】
本発明の実施の形態によれば、１以上のセンサから取得したデータおよび情報が遠隔監視システムの遠隔コンピュータに送信された後は、遠隔コンピュータは、操作されたデータ、分析結果、分析報告書、警告などの出力を生成するために、データを分析または操作してもよい。代替的に、ローカル・コンピュータは、１以上のセンサから取得したデータおよび情報を分析または操作してもよく、その後遠隔コンピュータに送信し、次に遠隔コンピュータはさらに、出力を生成するためにデータおよび情報を分析または操作してもよい。ただし、出力は、遠隔コンピュータによってさらに分析または操作されずに、遠隔コンピュータによって生成、提示、アップロードなどをされてもよい。データの分析、操作などは、ローカル・コンピュータ、遠隔コンピュータ、および／または遠隔コンピュータに関連する遠隔データベースに収容されてもよいソフトウェア・プログラムまたはルーチン、ファームウェア、および／またはハードウェアなどのアナライザによって実施されてもよい。
【０１４０】
本発明の実施の形態によれば、アナライザは、遠隔コンピュータ上および／またはローカル・コンピュータ上の１以上のソフトウェア・プログラムであってもよい。このようなアナライザは、水処理システムの監視に関連する分析結果、分析報告書、警告などの出力を生成するためにデータの分析、計算、比較、操作などを実行してもよく、分析、計算、比較、操作などは、継続して、リアルタイムで、周期的にまたは選択した間隔で、条件付きで、または要求に応じて実施されてもよい。本発明の実施の形態によれば、アナライザは、複数のセンサからの生のデータの組み合わせに基づく計算を行うために用いてもよい。アナライザがローカル・コンピュータ上に位置する場合は、アナライザは、複数のセンサから取得した生のデータから導かれる観測データを生成または合成するために用いられてもよい。例えば、複数のセンサによる（１）流量および（２）水レベルの独立したデータ測定は、組み合わせてもよく、水処理システム内の現場における水路、管などに関する既知の寸法およびその他の定数に基づいて、容積流量（時間当たりの容量単位）を算出するために用いてもよい。容積流量を測定するために用いられるこのような複数のセンサは、ロガー装置などの一般的なローカル・コンピュータに接続されてもよい。
【０１４１】
本発明の実施の形態によれば、１以上のセンサから取得または収集されるデータは、アナライザによって任意の既知の方程式、演算などを用いて、以下と比較されてもよい。予測される性能データまたは実績性能データまたは記録および／または既知のまたは予測される経過時間などの任意の既知の値および定数、位置−特有の流量およびパターン、および水処理システムの様々な部分内の距離、既知の物理的および化学的特性および水、汚染物質、殺菌剤、汚染物質などの特徴。方程式、演算などは、水処理システムの性能または水処理システムによって加工または処理された水の品質をモデリング、予測、または比較するために用いられてもよい。１以上のセンサから取得または収集されるデータは、お互いに、および／または履歴データに対して比較されてもよい。計算は、１以上の分析結果などの出力を生成するために実施されてもよい。本発明の実施の形態によれば、アナライザまたはソフトウェアは、任意の計算、演算処理、比較、分析などを実行してもよく、任意の計算、演算処理、比較、分析などは、水処理システムの動作の監視または水処理システム内の水の加工または処理に関連し、適しており、または適切である。
【０１４２】
ある実施の形態によれば、ローカル・コンピュータ、遠隔コンピュータ、および／または遠隔コンピュータに関連する遠隔データベース上のアナライザはまた、１以上のセンサから取得したデータから取得したデータの起源、位置、および時間を指示し、または識別してもよい、データと関連する任意の１以上の識別子または構成ファイルを解釈および考慮してもよい。データの分析および計算はさらに、水品質の監視に加えて、水処理システムまたは機器の動作の性能、評価、予防的維持、スケジューリング、最適化、およびトラブル・シューティングを決定し、または指示するために、アナライザによって実行されてもよい。例えば、データは、既知のまたは予測される性能データまたはパラメータと比較して、差を算出してもよく、差は、水処理システムが正常の範囲内で動作しているか、または所定の差を超えるときは限界を超えているかを決定するために用いてもよい。このような比較は、水処理システムの様々な位置に存在する例えば、殺菌剤、汚染物質、または汚染物の量または濃度に基づいてもよい。差が超過する場合は、適切な個人、操作者、および／または機関に警告してもよい。代替的に、例えば、データを、既知の、予測される、または履歴データまたは値と比較して、水処理システムの動作が最適化されているかどうかを判定してもよい。
【０１４３】
ある実施の形態によれば、アナライザは、データを一貫した一式のユニットに変換してもよく、したがって、すべての値を、適切な比較および計算ができるようなユニット変換サブプログラムを用いて、圧力に対する平方インチあたりのポンド（ｐｓｉ）などの一般的なフォーマットに翻訳する。さらに、データは、水処理システムの特定の構成および条件に正規化されてもよい。例えば、フィード圧は、システムが新しいときの性能を参照して、システムの将来および現在の性能を決定するために不可欠であってもよい。逆浸透膜に対しては、圧力の変化は寿命、製造率、および温度に関連し、その逆も同様である。このように、流量の変化は、システムが正規化され、システムの性能が新しいとき、または最近洗浄されたときと比較されるときに、システム全体の性能が変化することを示しても、示さなくてもよい。本発明以前には、これらの変換を行うための複雑な数学は、操作者の一部が正規化条件を計算するためにある程度の手動の介入を必要とした。本発明の実施の形態は、この計算を自動的に行い、正規化データを出力に報告してもよい。
【０１４４】
ある実施の形態によれば、本発明の遠隔監視システムのアナライザまたはソフトウェアは、特に履歴データまたは予測値との比較に基づくデータからの任意の適切な統計的な推測、誘導、結論、または予測を行うために用いてもよい。このようなデータの分析または操作は、正常または異常な水処理システムの動作、または水処理システムによって加工または処理された水の特徴、特性、特質などのいずれかの表示を提供してもよい。ある実施の形態によれば、アナライザは、水処理システム内の上流位置におけるセンサから取得したデータに基づき、時間が経過した時点での下流位置での殺菌剤、汚染物質、または汚染物の存在、量、または濃度などの条件を予測するために用いてもよい。
【０１４５】
例えば、飲用に適した飲料水を公衆に提供する水処理施設に関しては、処理施設および配水システムの両方からのデータ、殺菌濃度および濁度を分析してもよく、履歴情報ならびに既知の定数を用いて、処理施設の予測される遅延時間および排水条件に基づき、配水システム内の下流点で予測される条件を予測してもよい。例えば、データは、水処理施設から、化学物質投与量、ろ過された水の濁度、残留塩素などの関連する情報に関して収集されてもよく、ならびに配水システム内のセンサからの残留塩素などのデータを用いて比較してもよい。履歴データを基準点として、塩素要求量を化学物質投与量、流量、および残留物から現在のデータを用いて算出することができる。塩素要求量は、反応している塩素の実際の量として規定されてもよく、一般的には投与した遊離塩素から残留物を引いて算出される。塩素要求量は、温度、季節、およびろ過された水の濁度と関連してもよい。さらに、プラントから配水される残留塩素は、配水システム内の残留塩素と関連してもよい。配水システムの測定点で測定した実際の残留塩素が、処理施設から配水される残留塩素から予測される履歴値とは、設定したパーセントを超えて、または標準偏差の数と異なる場合は、警告または警報が本発明の遠隔監視システムによって発生されてもよい。
【０１４６】
公衆に飲用に適した飲料水を提供するための水処理施設に関する別の例として、１以上のセンサから取得したデータを、流量、滞留時間などの既知のシステム定数と組み合わせ、継続して、殺菌濃度かける接触時間Ｃ＊Ｔの積を計算してもよい。この単純な係数のみでも、生物的有機体を非活性化する量を予測する際に極めて有用である。
【０１４７】
排水処理プラント（ＷＷＴＰ）に関する別の例として、収集システムにおいて、水処理または工業排水プラントからの排出現場または位置などの上流位置でセンサから取得したデータの分析または操作は、汚染物質、汚染物の量を検出し、集中ＷＷＴＰに到達する水の将来の組成および流量を予測するために用いられてもよい。これは、単純な方法で、収集システム内および排出点で、またはその近くなどの各関連する現場または上流位置からの経過時間、流量およびパターンなどの既知のまたは予測される定数および情報ならびに履歴記録を用いて、達成されてもよい。このような分析または操作を用いて生成された任意の結果、結論、報告書などを用いて、収集システムから受領する排水を集中ＷＷＴＰの操作者に、過負荷の可能性を警告してもよく、それによって、適切な予防措置および動作の変更が行われてもよい。データ分析の当業者には容易に理解されるように、これは、ＷＷＴＰで予測される正常の条件または範囲外の条件のいずれかをはっきりと表示することができ、範囲外の条件によって、直ちに措置を取り、責任を持つ当事者に通知することが必要となることがある。
【０１４８】
別の実施の形態によれば、膜などの機器の予測されるまたは残りの寿命は、遠隔監視システムによって、動作性能データに基づき決定または推定されてもよい。全体としての機器または水処理システムの効率レベルは、遠隔監視システムによって、理論的可能性または効率に関して決定されてもよく、理論的に最小の水、電源、および化学物質の消費に対する算出した実際の消費に基づいてもよい。さらに、財政的および経済的報告書を、性能および／または消費データに基づいて生成してもよい。さらに、データを分析して、水品質および環境保護に対する連邦および／または州の規制の要件と比較してもよい。
【０１４９】
ある実施の形態によれば、情報およびデータは、所定のフォーマットで、1以上の分析結果および／または１以上の分析報告書などの出力として表示または提示されてもよく、次に例えば、消費者、役人、権限のある人材、または規制機関などのユーザに送信されてもよい。実際には、データは、規制機関に提出するために必要とされる出力または分析報告書の形式に操作し、合わせてもよい。ある実施の形態によれば、データの分析または操作は、出力として提示されてもよく、例えば、役人、消費者、または関心のある一般人に提示するために、ウェブ・サーバにアップロードされ、ウェブ・ブラウザによってアクセス可能にされる。代替的に、ある実施の形態によれば、警告の形の出力を、ユーザに問題または正常の条件からの逸脱を警告するために送信してもよい。
【０１５０】
本発明の実施の形態によれば、データを分析し、または分析結果もしくは分析報告書などの出力に操作すると、出力は、遠隔コンピュータから遠隔観察装置へ、ユーザが観察するために、任意の既知の、利用可能な、および／または適切な通信方式によって送信されてもよい。ある実施の形態によれば、出力は、遠隔観察装置に送信されてもよく、または遠隔観察装置によって継続して、リアルタイムで、周期的にまたは選択した間隔で、条件付きで、または要求に応じてアクセスされてもよい。例えば、出力は、警告イベントなどの通知、警告、または警報であってもよく、警告イベントは、緊急事態または異常、危害、または危険な品質、状態の条件で、または水処理システムに関する条件で送信される。このような出力は、故障、シャットダウン、危機的なパラメータの超過、機器の損傷などの通知を含んでいてもよい。代替的に、例えば、出力は、分析報告書として構成されてもよく、分析報告書は、監督および／または法執行機関に提出するための書式であってもよい。遠隔監視システムは、出力を、水処理システムの経営陣、または選出された役人、顧客、ベンダ、もしくは一般人によって監査されてもよい性能、水品質、またはその他の情報の、週刊、月刊、年刊などの要約として送信、提示、またはアップロードしてもよい。代替的に、遠隔監視システムは、継続して、条件付きで、またはユーザの要求に応じて出力を送信、提示、またはアップロードしてもよい。出力は送信または提示される場合、更新した情報および最近収集したデータを反映または示してもよい。
【０１５１】
ある実施の形態によれば、出力の提示の書式および高度化は、対象とする１以上の受領者または１以上のユーザにおそらく依存する。例えば、水処理システムの操作または水処理システムによって加工または処理された水の品質、特性などに関する任意の関連する情報、データ、分析、結果、報告書などを含んでいてもよい出力は、水処理システムの内部経営陣または操作者に提示されるときは、選出された役人、顧客、または一般人に提示されるときよりもより高度な形式で提示されてもよい。
【０１５２】
本発明の実施の形態によれば、１以上の出力は、そのような１以上の出力が同じデータまたは情報に関するとしても、１以上の遠隔観察装置に、様々な高度化または複雑さを有する１以上の書式で、対象とする受領者またはユーザに基づき、送信、提示、またはアップロードされてもよい。ある実施の形態によれば、現在のデータに関する分析結果または分析報告書などの出力は、履歴記録に沿って、および／またはそれと比較して、提示されてもよい。出力は、予定され、予測された維持報告書を提示するために用いてもよい。例えば、出力は、事前に構成された性能情報、維持、品質保証、品質制御、規制、費用報告書、性能評価、グラフ化、履歴傾向、プラントまたは施設処理の規制報告書、操作および経済的情報、予防的維持の指示およびスケジューリング、トラブルシューティングなどを提供または提示してもよい。ある実施の形態によれば、本発明の遠隔監視システムの出力にアクセスすることは、ログインおよびパスワードまたは他の識別基準などの適切な安全保護措置に依存してもよい。
【０１５３】
ある実施の形態によれば、特に、衛生安全の懸案事項に関する場合に、出力は、排水処理プラント（ＷＷＴＰ）内の操作または条件の情報または分析を報告または提示するために用いてもよい。分析結果は、多くの様々な形状をとってもよいが、１つの形状は、時間の関数としてＷＷＴＰに到達してもよい、対象となる選択したパラメータに関する水組成および流量の予測であってもよい。このように、例えば、遠隔コンピュータは、集中ＷＷＴＰに到着時の様々な成分の予測濃度を算出し、計算値を事前設定したおよび／または履歴パラメータと比較するために動作可能であってもよい。
【０１５４】
ある実施の形態によれば、出力は、機関の報告要件に合致する必要な書式で規制機関に提出される視覚図、統計的な報告書、または順守カレンダなどの報告書であってもよく、出力のこのような報告または送信は、自動的に実施されてもよい。飲用に適した水のための品質および安全性基準は環境保護庁（ＥＰＡ）によって、公共用水システム監視プログラムにしたがって規制されている。基準は、現地機関によって施行されている。米国では１７０、０００を超える水域が存在し、これによって公共飲料水をアメリカ国民の９０％に提供している。ＥＰＡは、摂取すると人間に有害でありえる物質から公衆衛生を保護するために設計された一次基準を有する。ＥＰＡの二次基準は、味、臭い、または透明度などの水の感覚的な特質が合致することを保証する。ただし、各水域は、すべての飲料水基準を満たすことを保証するために、その区域の飲料水を監視することに責任を負う。飲料水の処理プロセスも監視されなければならない。したがって、本発明の遠隔監視システムは、これらの基準が満たされているかを定期的かつ継続した基準に基づいて監視するだけではなく、また必要な書式で機関への出力として規制報告書を自動的に生成することにおいて、有益となりえる。
【０１５５】
ある実施の形態によれば、本発明の遠隔監視システムは、規制要件を満たすことが必要な文書を自動的に作成してもよい。このような文書は、印刷および郵送または、ファクシミリ、ｆｔｐ、またはＥメールなどの適切な通信方式によって規制機関に送信されてもよく、それによって人為的なミスおよび／または不要な操作の機会を削減または除去する。規制試験カレンダを順守するために、水域は、一般的に、給水源によって、時間単位から年単位まで様々であるが、分析に基づく試験結果のリストを報告することが求められる。監視スケジュールは、所与の給水において提示されてもよい汚染物質の種類によって異なっていてもよい。時間単位の試験は、一般的に、自動的に計測または収集されてもよい塩素および濁度を含んでいてもよい。
【０１５６】
ある実施の形態によれば、遠隔監視システムの出力は、テロ行為などによって水処理システムが故意に改ざんされたことを示唆するように思われる状況において、国土安全保障省および／または法執行機関に送信される規制報告であってもよい。本発明の実施の形態は、高度な計算、操作、分析などを実行し、改ざんイベントを検出し、場合によっては、それらのイベントを通常の機能不良また失策から識別することが可能であってもよい。
【０１５７】
本発明の実施の形態によれば、出力は、特定の１以上のユーザのための、データもしくは分析の提示またはデータの操作を促進する、またはこれらに焦点を当てるために適切であるような、任意の書式であってもよく、表または図の表示を取り入れてもよい。ある実施の形態によれば、遠隔監視システムの出力は、水処理システムの操作に関して訓練を受けておらず、詳細な知識を持たない、技術者ではないユーザに対する単純化された提示であってもよく、このようなユーザは顧客、選出された役人、または一般人などである。例えば、自治体の水処理プラントは、最終的には選出された役人が責任を負う。ただし、これらの役人が、技術的な訓練を受けていることはまれであり、自分が責任を負うシステムの性能パラメータに直接アクセス可能な時間があることもあまりない。本発明の実施の形態は、自治体の水処理システムの現在の性能を容易に理解可能な提示出力を提供するために容易に用いられてもよい。このような出力は、ウェブ・ページにアップロードすることによって、インターネットを介してのように、公衆がアクセス可能であるようにしてもよく、したがって関心のある一般人は、自分自身の飲料水プラントの操作を、要望通りに監視することができる。データを簡略化して技術者ではないユーザに提示する際に、オペレーティング・パラメータは、色分けされた、図の表示、または表の書式などであってもよい。
【０１５８】
ただし、ある実施の形態によれば、遠隔監視システムの出力において、データを簡略化して提示することは、訓練を受けた操作者または水処理システムの経営者にとってさえも有利であってもよい。したがって、データまたはデータの分析もしくは操作の、図による表示および／または色分けされた表示は、場合によっては、任意の出力書式または報告書において用いられてもよい。図の提示は、出力または報告の提示を補助してもよい表、円グラフ、棒グラフなどの任意の適切な図の書式を含んでいてもよい。色分けは、例えば、正常または異常な操作の指示、ならびに警告状態または警告条件を提供するために用いられてもよい。遠隔監視システムの出力はまた、データまたはデータの分析もしくは操作を地理的なレイアウトまたは形状で示してもよく、問題の起源または原因を追跡または特定することに役立つ。履歴データまたは予測値はまた、比較のために現在のデータと共に示されてもよい。出力が、水処理システムの経営者または操作者などの訓練を受けたユーザに提供される場合は、データおよび／または分析は、データが警告を発生した、または発生点に近づいたすべての事例を示す例外報告として提示されてもよい。
【０１５９】
出力が経営陣に送信または提示される実施の形態によれば、出力または報告は、一般的に、３つの主要管理レベルのために生成されてもよい。（Ａ）処理システム操作、（Ｂ）プラント品質保証（ＱＡ）／品質制御（ＱＣ）、および（Ｃ）財政的監督。例えば、処理システムの操作に対する出力または報告は、プラント・システム性能の監視、維持、監督、およびトラブルシューティング処理に必要な情報を含有してもよい。このように、一般的な情報およびパラメータは、適宜、流量、圧力、デルタ圧力、浸透および／またはイオン交換品質、ｐＨ、警告条件、タンク・レベル、および適用可能なプロセス性能パラメータおよび傾向の図の提示を含んでいてもよい。
【０１６０】
プラントのＱＡ／ＱＣ出力または報告は、例えば、プラント管理者が効率的に下流の製造または配水プロセスを管理するために必要な情報を含有してもよい。さらに、品質保証担当者は、仕様および基準の順守を確認するために処理水の品質および量を監視可能である。この報告書の情報は、一般的に、処理水の製造（流）量、処理水消費（流）量、処理水保管容積、保存容量（現在の製造量および消費量で）、最終処理水の品質、規制順守および／またはＱＡ／ＱＣ文書のための報告書およびアーカイブ・データを含んでいてもよい。
【０１６１】
財政的監督は、プラントの経済的出力または報告書を用いて達成されてもよく、プラントの経済的出力または報告書には、損益または予算に対する責任を持つ管理者が必要とする情報を含有してもよく、それにより効率的に操作費用を追跡し、予算の変動が生じる場合にはそれを認識し、適時に是正措置が取れるようにする。そのために、プラント経済的報告に含まれる一般的な情報パラメータは、算出した電源消費（ｋＷｈで、実際の費用を現地通貨で表す）と、年度累計および前期のパーセントとの両方に基づいて算出したユーザの給水ポンプ／モータ効率と、前期に対する実際の相違および予算／実際の相違の両方とを含んでいてもよい。パラメータはまた、算出された化学物質の消費（消費量および現地通貨に換算して表す）と、ユーザが供給した量に基づいて算出された化学的投与量および取り込まれた給水流量とを含んでいてもよい。これは、年度累計として、前期のパーセントとして、または前期に対する実際の相違および予算／実際の相違の両方として、実施されてもよい。
【０１６２】
本発明の実施の形態によれば、データ、分析、結果、分析報告書などを含む出力は、従来技術で既知の任意の適切かつ適した通信方式を用いて、遠隔観察装置に送信されてもよい。出力は、任意の適切なファイル・フォーマットであってよく、出力の種類および／または遠隔観察装置に基づくｈｔｍｌ、ｊｐｅｇ、ｇｉｆ、ｐｄｆなどを含むが、これらに限定されるものではない。出力は、緊急事態または異常な条件または操作の発生時には、適切なおよび／または特注の書式で、水処理システムの権限のある人材または操作者、法執行機関、および／または規制機関などの事前に選択した受領者に送信されてもよい。出力の内容は、機密事項として維持されてもよく、データ、分析、結果、分析報告書などを含む出力へのアクセスは、暗号または適切なアカウント名、プロトコルおよびパスワードの使用によって制御されてもよい。複数の当事者または個人は、遠隔監視システムからの出力を通知されてもよく、これにアクセスしてもよく、または、これを受領してもよく、したがって通知、警告、分析結果、分析報告書などの送信において冗長性が認められる。
【０１６３】
ある実施の形態によれば、出力を遠隔観察装置に送信するための、または遠隔観察装置による出力へのアクセスを可能とする通信方式は、任意の適切な技術を変更してもよく、用いてもよい。例えば、ある実施の形態によれば、データ、分析結果、分析報告書などを含む出力は、インターネットまたはウェブ・サーバにアップロードされてもよく、ウェブ・ブラウザを用いることなどによって遠隔観察装置によってアクセス、視覚化、またはダウンロードされる。ある実施の形態によれば、インターネットまたはウェブ・サーバは、遠隔監視システムの遠隔コンピュータまたは個別のコンピュータもしくはサーバであってもよい。ある実施の形態によれば、出力は、インターネットまたはウェブ・サーバにアップロードされてもよく、遠隔コンピュータが操作または分析をほとんど行わず、または全く行わずにアクセスし、ユーザによって遠隔観察装置が視覚化、またはダウンロードを行う。これらの実施の形態によれば、例えば、１以上のセンサから導かれるデータまたは情報は、遠隔コンピュータに送信される前に、ローカル・コンピュータによってまず分析、または操作されてもよい。出力をインターネット・ウェブ・サーバ上で利用可能にすることで、データ、分析結果、分析報告書、警報、警告などを含む出力の通信または分散は、大きく促進されてもよく、任意の関心のあるまたは権限のある受領者に関与してもよい。例えば、任意の権限のある受領者は、インターネット・サーバ・コンピュータとは非同期的にデータ、情報、出力などにアクセスすることによって、出力のデータ、分析結果、分析報告書、警報、警告などにウェブ・ページ上でアクセスしてもよい。さらに、データ、分析、結果、分析報告書、警報、警告などを含む出力は、継続してまたは定期的に更新されてもよく、リアルタイムに近い方法で利用可能としてもよい。
【０１６４】
ある実施の形態によれば、出力を遠隔観察装置に送信するための、または遠隔観察装置による出力へのアクセスを可能とする通信方式は、例えば、ファクシミリ、ファイル転送プロトコル（ＦＴＰ）、音声もしくは文字メッセージ、文字−音声電話メッセージ、電子メール、ポケットベル、人間の音声での読み上げ、ＳＭＳメッセージ、インスタント・メッセージもしくはグループウェア・プロトコル、または電話線、公衆交換電話網（例えばテレファクス経由）、インターネット、携帯電話ネットワーク、無線または衛星通信、無線通信などに接続するコンピュータ・プログラムが介在可能なその他のメッセージ媒体などのその他の適切な技術を含んでいてもよい。通信方式の追加例については前述の説明を参照されたい。本発明の実施の形態と共に用いられてもよい遠隔観察装置の例は、例えば、パーソナル・コンピュータ、サーバなど、ならびにＰＤＡ、携帯電話、ポケットベル、ブラックベリー（Ｒ：登録商標）、パーム（Ｒ：登録商標）装置、アイフォン（Ｒ：登録商標）などの様々なパーソナル通信機器を含んでいてもよい。ある実施の形態によれば、遠隔観察装置は、本発明の遠隔監視システムの遠隔コンピュータと同じであってもよい。
【０１６５】
本発明の実施の形態の１つの利点は、水品質および処理データの遠隔保管および操作によって、水処理システムの操作および制御を、本発明のデータ分析、操作、および／または通信もしくは報告機能から切り離すことによって、水処理システムの操作が安全になり、権限のない個人または第三者による改ざんおよび制御を受けにくくなることである。例えば、この特徴は、個人または第三者による水処理システムに対するテロ行為などの直接的な改ざんを検出する際に有益であり得る。本発明の実施の形態によれば、遠隔監視システムの遠隔コンピュータは、水処理システムの操作とは物理的に分離されているため、水処理システムの個別の改ざんによって、本発明の遠隔監視システムにアクセスすることは、特に遠隔監視システムへのアクセスは、制御されてもよく、またはパスワードで保護されてもよいため、考えられない。これらの実施の形態によれば、ハッカーが本発明の遠隔監視システムに遠隔アクセスしたとしても、水処理システムの操作を直接アクセスおよび制御することはなく、なぜなら、遠隔コンピュータおよびデータベースは外部にあり、物理的に離間し、おそらく送信方式を除いて、監視される処理施設には接続されないためである。
【０１６６】
本発明の実施の形態のその他の利点は、例えば、水処理システムの操作に関する出力またはその他のデータ、情報などを遠隔観察装置に通信方式を介して送信する能力によって、操作者または権限のある人材が、監視、維持などが行われる水処理システムの現場を訪れる必要を低減できることである。これは、データを現地で収集する必要がある場合、または直接的に装置またはローカル・コンピュータに接続する場合に、水処理システムの監視に関連する費用を低減し得る。これは特に、遠隔監視システムがさらに、あまり維持およびサービスを必要としないセンサおよびその他の装置と組み合わさる場合に当てはまることであり、このようなセンサは、水と接触せず、維持またはサービスをせずに長期間にわたって確実に動作可能なセンサである。
【０１６７】
本発明の実施の形態のその他の利点は、本発明の遠隔監視システムが、冗長性の層を生成してもよいことであり、冗長性の層は、水処理システムまたは施設で有資格の個人が行う直接的な監視とは独立していてもよく、および／またはこれに補完的であってもよく、水処理システムの動作を保護する。冗長性は、場合によっては、分析されたまたは操作されたデータを、複数の個人および／または企業に、同じまたは異なる書式で、同時に、報告することによって達成されてもよい。さらに、遠隔監視システムは、直接的な人間の関与の必要性を低減または除去してもよい。遠隔監視システムが自動的に、生のデータの計算および操作を、リアルタイムで直接的な人間の関与なしに、実行することによって、水品質および水処理システムの操作の評価、分析などにおいて人為的なミスが減少し得る。
【０１６８】
本発明の実施の形態のさらに別の利点は、水処理システム全体にわたって複数の位置または現場、および広範な配水または収集システムの一部のフィールドに配置された、センサからのデータおよび情報を組み合わせ、プールし、蓄積等してもよいことである。ある実施の形態によれば、配水または収集システムは、水処理システムの水処理中心施設とは独立して操作してもよいが、配水または収集システム内の現場または位置は、水処理システムの一部として考慮されてもよい。複数の位置または現場に位置するこのようなセンサは、独立して操作してもよく、および／または本発明の遠隔監視システム以外のセンサとは通信しなくてもよい。これらの複数の独立した現場または位置からのデータを比較することによって、分析および結論のより最新の形態が実施されてもよく、または水処理および配水システム全体としての観点から行われてもよい。例えば、下流の汚染イベントのより良い予測および予想は、水処理システムに関連する収集または配水システム全体にわたる現場または位置から取得した複数のデータ点を有することによって、生成されてもよく、したがって、危険、有害または非衛生的な汚染物質を環境または飲料水に導入することなどの、汚染イベントによって生じる影響または損傷を低減し、または防ぐために、下流で適切な措置を取ることができる。
【０１６９】
例えば、水処理中心施設は、一般的な収集システムに集約し、それが集中ＷＷＴＰに給水される、上流の複数の水源から放出される廃棄物を受領する集中排水処理プラント（ＷＷＴＰ）であってもよい。収集システムは、集中ＷＷＴＰに供給される多数の排水処理現場または工業廃棄物現場のために機能してもよい。本発明の実施の形態によれば、複数のセンサは、水処理および工業廃棄物現場を含む収集システム全体にわたって配置されてもよく、一般的な収集システムへの排水を監視する。水処理現場は、一般的な収集システムに排出する前に排水を処理する都市、製造者、農業活動などを含んでいてもよい。ＷＷＴＰ操作者にとっては、流入する排水の組成の正確な予測は、ＷＷＴＰ施設を効率的に操作するために非常に有利である。
【０１７０】
本発明の実施の形態によれば、地理的に分散された排水収集システムのために機能するＷＷＴＰの流入水の組成は、一般的な収集システムに排水する排水処理現場または工業廃棄物現場に、またはその近くなどの、上流に位置するセンサからの測定から推測されてもよい。排水収集システム内のそれぞれの処理または工業現場から排出される水流パターン、経過時間、および水の組成は、既知であってもよいため、ＷＷＴＰに到達する流入水の予測される組成を算出することができ、正確におよび迅速に集中ＷＷＴＰの操作者に送信され、および／またはその他の企業または個人に対して、遠隔観察装置などを介して遠隔送信されることができる。既知の情報に加えて、容積流量は、１以上のセンサを用いて計測されてもよい。この事前の通知によって、ＷＷＴＰが様々な汚染物質または汚染物の導入に対して、現在よりもはるかに効率的な方法で反応することができるものであるところ、現在では、第１の知識または情報は、汚染物質がシステムにすでに投入された後、あるいはシステムを通過した後になって通知されている。ＷＷＴＰ下流の再生施設を稼働するＷＷＴＰ企業にとっては、この事前の知識はさらにいっそう価値があるものであり、なぜなら、事前の知識によって、再生施設は、処理施設に対する損傷を防ぐために必要なその操業の修正を行うことができるからである。集中施設を最高の効率で継続して稼働することを保証するために、流入排水の組成の知識は大きな利点であることが、ＷＷＴＰ操作者には容易に理解されるであろう。
【０１７１】
本発明の実施の形態のその他の利点は、問題の原因、範囲、もしくは位置、または汚染の源が、水処理中心施設ならびに収集または排水システム全体にわたる、つまり現地での現場または位置などの、水処理システム全体にわたる現場または位置のセンサから取得した基準の独立したデータ点をより多く有することによって、決定、追跡または識別がより行いやすくなってもよいことである。このような分析または決定は、水処理システムの操作に関する履歴データおよび既知の情報の存在によって、比較のために用いられてもよい環境に関連して、補助されてもよい。例えば、化学的または生物学的活性剤は、飲用に適した飲料水処理施設の下流点で配水システムに故意に注入されてもよい。高度なテロリストは、まず二亜硫酸ナトリウムなどの塩素消去剤を配水システムに注入して、正常に存在する残留塩素を除去する。メタ重亜硫酸注入点の下流のある点で、任意の残留物殺菌剤によって破壊されずに化学的または生物的薬剤を水に注入することができる。遠隔監視システムを排水システムにセンサと共に配置しないと、このような汚染は極めて長期間にわたって検出されず、生物的または化学的薬剤が配水システム全体に浸入する。反対に、遠隔監視システムは、センサにおける残留塩素がゼロになったことを検出し、警告をならすことが可能である。特に、比較するために利用可能な履歴データを用いると、遠隔監視システムは、処理施設で、および配水システム内で、センサから取得したデータを比較することができるため、偽のテロリストによる攻撃警告の事例を低減することができる。例えば、塩素濃度の低下が水処理プラントと配水システム内の点との両方で観測される場合は、塩素投与機器の故障を判定し、テロリストの攻撃と区別する。
【０１７２】
本発明の実施の形態のその他の可能性のある利点は、データが遠隔コンピュータに送信されてもよいことであり、遠隔コンピュータでは、分析結果、分析報告書、またはユーザに対する警告などの出力の報告、アップロードなどを行う前に、より最新の計算、操作、分析などが実施されてもよい。遠隔コンピュータ上のソフトウェア・プログラムは、水処理システム、プラント、または施設を制御および稼働するために用いられるローカル電子制御システムなどで、ローカルに達成されるよりも高度であってもよい。これにより、既存の制御システムの処理能力は、損なわれず、また影響を受けない。例えば、遠隔コンピュータ上のデータの操作によって生成された分析報告書は、機関が必要とする書式で報告要件に合うように規制機関に提出することを含んでいてもよく、このような報告は、自動的に実施されてもよい。遠隔分析、操作などは、迅速および自動的に実施されてもよく、操作および水条件をリアルタイムで、継続して、選択した、周期的な、または定期的な間隔で、条件付きで、またはユーザからの要求に応じて遠隔監視し、１以上のユーザに対する警告、分析結果、分析報告書などの複数の種類の出力を迅速に生成する。例えば、ソフトウェア・プログラムは、規制機関に提出するための詳細な規制報告を個別に生成してもよく、単純な警告を権限のある人材に送信して汚染または機器の警報を伝えてもよく、および／または水処理システムに関するデータおよび情報をウェブ・ページに記載し、一般市民がアクセスできるようにしてもよい。代替的に、データおよび情報の分析、操作などは、ロガー装置などのローカル・コンピュータ上でローカルに実施されてもよい。ある実施の形態によれば、このようなローカル・コンピュータ上のデータおよび情報の分析、操作などは、遠隔コンピュータのデータおよび情報のさらなる分析、操作などに加えて実施されてもよい。
【０１７３】
本発明の実施の形態のさらに別の利点は、既存のシステムよりも柔軟性が高く、アクセスしやすいことが達成され得ることであり、それによって、遠隔コンピュータにアクセスして、遠隔コンピュータから任意の既知の手段または通信方式によって送信されたデータ、情報、報告書などを受信できることである。データ、情報、報告書などにアクセスしやすく、通信しやすいことで、水処理システムの様々な部分と任意の関連する収集または排水システムとの間の調整がさらに達成されてもよく、収集または排水システムは、ＷＷＴＰの事例では、例えば工業廃棄物排出の遠隔現場または位置を含んでいてもよい。
【０１７４】
本発明の実施の形態のさらに別の利点は、遠隔監視システムが、中程度の費用で実装され得ることであり、遠隔監視システムは、水処理システムの既存のセンサおよび／または電子制御システムを、水処理システムの設計またはレイアウトに変更を加えずに、組み込んでもよく、または接続してもよいためである。さらに、水処理システムから収集されたデータは、例えば、既存の通信ネットワークを用いて、電子的に遠隔コンピュータに送信されてもよい。
【０１７５】
一実施の形態では、本発明はカーボン・ナノチューブの１以上のアレイを用い、そのそれぞれはセンサ装置の個別の作用電極として機能する。図５は、カーボン・ナノチューブのアレイ５０４を本発明の一実施の形態による基板５０６上に備えた作用電極５０２を示す。アレイ５０４は、カーボン・ナノチューブ５２２、５２４および５２６それぞれからなる行５１２、５１４および５１４を含む。カーボン・ナノチューブ５２２、５２４および５２６はそれぞれ一端５２８で基板５０６に結合されている。図５はまた、行５１２のカーボン・ナノチューブ５２２にリード５５４によって接続し、行５１６のカーボン・ナノチューブ５２６にリード５５６によって接続された電気的接続５５２を示す。電気的接続５５８は、行５１４のカーボン・ナノチューブ５２４にリード５６０によって接続されている。リード５５４、５５６および５６０は、基板５０６内またはその上に取り付けられてもよい。リード５５２、５５４および５６０は、上に基板５０６が取り付けられたプリント基板の一部であってもよい。電気的接続５５２および５５８は、ナノチューブの各行に所望の官能性に依存して、電源、測定機器などのセンサのその他の電子装置に接続されてもよい。
【０１７６】
例示を簡略化するためにナノチューブの３つの行のみを図５に示すが、本発明のナノチューブのアレイは任意の数の行を有していてもよい。
【０１７７】
一実施の形態では、アレイ５０４の各行のカーボン・ナノチューブは、異なる官能性を有し、行５１２の各カーボン・ナノチューブ５２２は第１の官能性を有する。行５１４の各カーボン・ナノチューブ５２４は第１の官能性とは異なる第２の官能性を有する。行５１６の各カーボン・ナノチューブ５２６は第１および第２の官能性とは異なる第３の官能性を有する。行５１２、５１４および５１６の１つのカーボン・ナノチューブの官能性は、カーボン・ナノチューブが官能基化されていないことであってもよい。カーボン・ナノチューブの各行は、次に、検体を行５１２、５１４および５１６のカーボン・ナノチューブ５２２、５２４および５２６それぞれによって感知して、各行のカーボン・ナノチューブの官能性に依存して、センサとして機能してもよい。本実施の形態において、電気的接続５５２および５５８のそれぞれは、それぞれの測定装置に接続する。
【０１７８】
別の実施の形態において、ナノチューブのアレイの１以上のナノチューブの行は、アノードとして機能してもよく、アノードは陽子を生成し、陽子は１以上の検体のセンサとして機能するナノチューブのその他の行のｐＨ環境に影響する。例えば、カーボン・ナノチューブ５２４はアノードとして機能可能であり、カーボン・ナノチューブ５２２および５２６は検体のセンサとして機能可能である。電気的接続５５８は電圧を引き上げることができ、それによって、行５１４のカーボン・ナノチューブ５２４が陽子を生成する。行５１４のカーボン・ナノチューブ５２４にかかる電圧量が増加するため、行５１２および５１６のカーボン・ナノチューブ５２２および５２６によって感知される検体の濃度および／または量によって、ｐＨを増加させる効果が観測される。
【０１７９】
カーボン・ナノチューブ５２２および５２６がそれぞれ、共有の電気的接続の代わりに、それ自体の電気的接続を有する場合は、行５１２および５１６のカーボン・ナノチューブ５２２および５２６を、行５１２および５１６それぞれの異なる官能性を持つナノチューブを用いることによって、様々な検体のセンサとして用いることができる。
【０１８０】
別の実施の形態において、カーボン・ナノチューブの交互の行は、カソードおよびアノードとして機能してもよく、検体をそれぞれ還元および酸化し、それによって、検体の感知および再生の両方が行われるようになる。例えば、電気的接続５５２は還元反応を行５１２および５１６のカーボン・ナノチューブ５２２および５２６それぞれに駆動するために用いることができ、および電気的接続５５８は、酸化反応を行５１４のカーボン・ナノチューブ５２４に駆動するために用いることができる。感知する具体的な検体に依存して、カーボン・ナノチューブ５２２および５２６は、センサとして機能することができ、またはカーボン・ナノチューブ５２４はセンサとして機能することができる。
【０１８１】
カーボン・ナノチューブの３つの行のみを図５に示すが、本発明は任意の数のカーボン・ナノチューブの行があってもよいことを構想し、その交互の行は、還元反応および酸化反応を生じるように駆動される。
【０１８２】
図５に示される本発明の実施の形態では、カーボン・ナノチューブの各行には１つのみのリードがあるが、別の実施の形態では、各カーボン・ナノチューブに電気的リードがあってもよい。ある実施の形態では、ナノチューブごとに１つの電気的接続があってもよい。
【０１８３】
図６は、作用電極６１２と、対向電極６１４と、基準電極６１６とを備えた本発明の一実施の形態による電極セル・アセンブリ６０２を示す。作用電極６１２は、一端６２６で基板６２８と結合するカーボン・ナノチューブ６２４のアレイ６２２を備えている。各カーボン・ナノチューブ６２４は同じ官能性を有する。
【０１８４】
図７は、基板７１６に取り付けられたカーボン・ナノチューブ７１４の正方形アレイ７１２を備えた本発明の一実施の形態による作用電極７０２を示す。各カーボン・ナノチューブ７１４は同じ官能性を有する。
【０１８５】
それぞれがカーボン・ナノチューブのアレイを作成する複数の作用電極を備えた作用電極アセンブリは、様々な構成を有していてもよい。
【０１８６】
図８は、それぞれ基板８２６に取り付けられたカーボン・ナノチューブ８２２および８２４の２つの長方形アレイ８１２および８１４を備えた本発明の一実施の形態による作用電極アセンブリ８０２を示す。アレイ８１２および８１４はそれぞれ、個別の作用電極として機能する。カーボン・ナノチューブ８２２は第１の官能性を有する。カーボン・ナノチューブ８２４はカーボン・ナノチューブ８２２の官能性とは異なる第２の官能性を有する。
【０１８７】
図９は、その上に対向電極９０６が取り付けられた基板９０４を有する本発明の一実施の形態による作用電極アセンブリ９０２を示す。作用電極は、それぞれ基板９０４に取り付けられたカーボン・ナノチューブ９２２、９２４、９２６および９２８の４つの正方形アレイ９１２、９１４、９１６および９１８を備えている。アレイ９１２、９１４、９１６および９１８はそれぞれ、個別の作用電極として機能する。カーボン・ナノチューブ９２２は第１の官能性を有する。カーボン・ナノチューブ９２４は第２の官能性を有する。カーボン・ナノチューブ９２６は第３の官能性を有する。カーボン・ナノチューブ９２８は第４の官能性を有する。第１、第２、第３および第４の官能性は、すべて異なっていてもよく、２以上の官能性が同じであってもよい。
【０１８８】
図１０は、それぞれ基板１０５０に取り付けられたナノチューブ１０３２、１０３４、１０３６、１０３８、１０４０、１０４２、１０４４、１０４６および１０４８の９つの正方形アレイ１０１２、１０１４、１０１６、１０１８、１０２０、１０２２、１０２４、１０２６および１０２８を備えた本発明の一実施の形態による作用電極アセンブリ１００２を示す。アレイ１０１２、１０１４、１０１６、１０１８、１０２０、１０２２、１０２４、１０２６および１０２８は、それぞれ個別の作用電極として機能する。カーボン・ナノチューブ１０３２は第１の官能性を有する。カーボン・ナノチューブ１０３４は第２の官能性を有する。カーボン・ナノチューブ１０３６は第３の官能性を有する。カーボン・ナノチューブ１０３８は第４の官能性を有する。カーボン・ナノチューブ１０４０は第５の官能性を有する。カーボン・ナノチューブ１０４２は第６の官能性を有する。カーボン・ナノチューブ１０４４は第７の官能性を有する。カーボン・ナノチューブ１０４６は第８の官能性を有する。カーボン・ナノチューブ１０３８は第９の官能性を有する。第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７、第８および第９の官能性はすべて異なっていてもよく、２以上の官能性が同じであってもよい。
【０１８９】
図１１は、それぞれ、基板１１２６に取り付けられたカーボン・ナノチューブ１１２２および１１２４の２つの長方形アレイ１１１２および１１１４を備えた本発明の一実施の形態による作用電極アセンブリ１１０２を示す。アレイ１１１２および１１１４は、それぞれ個別の作用電極として機能する。カーボン・ナノチューブ８２２および８２４は同じ官能性を有する。長方形のアレイ１１１２および１１１４は、それぞれ点線の四角で示す異なる電気的環境１１３２および１１３４にあることによって、センサとして異なる特性を有する。例えば、電気的接続（図１１に不図示）によってカーボン・ナノチューブ１１２２および１１２４それぞれに印加される、またはそれらから引き出される電流によって、カーボン・ナノチューブ１１２２は還元環境にあってもよく、カーボン・ナノチューブ１１２４は酸化環境にあってもよい。
【０１９０】
図１２は、その上に対向電極１２０６と、圧力センサ１２０８と、基準電極１２１０とが取り付けられている基板１２０４を有する本発明の一実施の形態による電極セル・アセンブリ１２０２を示す。電極セル・アセンブリ１２０２は、基板１２０４に取り付けられた、それぞれカーボン・ナノチューブ１２３２、１２３４、１２３６および１２３８の４つの正方形アレイ１２２２、１２２４、１２２６および１２２８を備えている。アレイ１２２２、１２２４、１２２６および１２２８は、それぞれ個別の作用電極として機能する。カーボン・ナノチューブ１２３２は第１の官能性を有する。カーボン・ナノチューブ１２３４は第２の官能性を有する。カーボン・ナノチューブ１２３６は第３の官能性を有する。カーボン・ナノチューブ１２３８は第４の官能性を有する。第１、第２、第３および第４の官能性はすべて異なっていてもよく、２以上の官能性が同じであってもよい。
【０１９１】
図１３は、対向電極１３０６と、圧力センサ１３０８と、基準電極１３１０と、流量センサ１３１２とがその上に取付けられた基板１３０４を有する本発明の一実施の形態による電極セル・アセンブリ１３０２を示す。電極セル・アセンブリ１３０２は、それぞれ基板１３０４に取り付けられたカーボン・ナノチューブ１３３２、１３３４、１３３６および１３３８の４つの正方形アレイ１３２２、１３２４、１３２６および１３２８を備えている。アレイ１３２２、１３２４、１３２６および１３２８はそれぞれ個別の作用電極として機能する。カーボン・ナノチューブ１３３２は第１の官能性を有する。カーボン・ナノチューブ１３３４は第２の官能性を有する。カーボン・ナノチューブ１３３６は第３の官能性を有する。カーボン・ナノチューブ１３３８は第４の官能性を有する。第１、第２、第３および第４の官能性はすべて異なっていてもよく、２以上の官能性が同じであってもよい。
【０１９２】
図１４は、センサ基台１４１２と、作用電極アセンブリ１４１４と、対向電極１４１６とを備えた本発明のセンサ装置１４０２を示す。センサ基台１４１２は、プラスチックなどの絶縁物質からなる円筒形体１４２２と、センサ基台近位端１４２４と、センサ基台遠位端１４２６とを含む。センサ基台近位端１４２４に接続されているのは、センサ基台１４１２を監視装置（図１４に不図示）に接続する電気的接続１４３２である。円筒形体１４２２は、金属外部ねじ山接点１４３４を含む。外部ねじ山接点１４３４はワイヤ（不図示）と電気的に通信し、ワイヤは円筒形体１４２２を貫通して延在し、電気的接続１４３２においてそれぞれのワイヤ（不図示）と接続する。センサ基台遠位端１４２６は、正方形の形状の凹部１４３６を含む。円形の基準電極１４４２は正方形の形状の凹部１４３６に取り付けられ、円形の基準電極１４４２は金属などの導電性物質からなり、ワイヤ（不図示）と電気的に通信し、ワイヤは円筒形体１４２２を貫通して延在し、電気的接続１４３２においてそれぞれのワイヤ（不図示）と接続する。正方形の形状の凹部１４３８は、レセプタクル接点（不図示）を含む４つのピン接点レセプタクル１４４４を含み、レセプタクル接点はワイヤ（不図示）と電気的に通信し、ワイヤは円筒形体１４２２を貫通して延在し、電気的接続１４３２においてそれぞれのワイヤ（不図示）と接続する。
【０１９３】
作用電極アセンブリ１４１４は、正方形の形状の作用電極アセンブリ基台１４５２を含み、作用電極アセンブリ基台１４５２は円形の開口１４５４と、作用電極基台１４５２の近位側１４５８から垂直に延在する４つのピン接点１４５６（そのうち２つのみを図１４に示す）とを有する。作用電極アセンブリ基台１４５２の遠位側１４６０には、カーボン・ナノチューブの４つのアレイである、アレイ１４６２、アレイ１４６４、アレイ１４６６およびアレイ１４６８がある。アレイ１４６２、１４６４、１４６６および１４６８は、それぞれ個別の作用電極として機能する。カーボン・ナノチューブの各アレイにおけるカーボン・ナノチューブは、作用電極アセンブリ基台１４５２に一端で結合し、それぞれのピン接点１４５６と電気的に通信する。作用電極アセンブリ１４１４は正方形の形状の凹部１４３６に取り付けられ、ピン接点１４５６はピン接点レセプタクル１４４４によって受容され、それによって、各ピン接点１４５６は、それぞれのレセプタクル接点と接触する。作用電極アセンブリ１４１４が正方形の形状の凹部１４３６に取り付けられる場合は、基準電極１４４２は、作用電極アセンブリ１４１４の円形の開口１４５４を貫通して延在する。対向電極１４１６は金属などの導電性物質からなり、リング状である。対向電極は内部ねじ山１４７２を含み、内部ねじ山１４７２は、対向電極を外部ねじ山接点１４３４にねじ留めするために用いられてもよく、それによって電気的接点が対向電極１４１６と外部ねじ山接点１４３４とに生じる。対向電極１４１６内の開口１４７４によって、センサ装置１４０２を水試料内に浸水させると、１以上の対象となる検体を含有する水試料が、作用電極アセンブリ１４１４および基準電極１４４２と接触できる。アレイ１４６２のカーボン・ナノチューブは第１の官能性を有する。アレイ１４６４のカーボン・ナノチューブは第２の官能性を有する。アレイ１４６６のカーボン・ナノチューブは第３の官能性を有する。アレイ１４６８のカーボン・ナノチューブは第４の官能性を有する。第１、第２、第３および第４の官能性はすべて異なっていてもよく、２以上の官能性が同じであってもよい。
【０１９４】
図１５は、センサ基台１５１２と、作用電極アセンブリ１５１４と、対向電極１５１６とを備えた本発明のセンサ装置１５０２を示す。センサ基台１５１２は、プラスチックなどの絶縁物質からなる円筒形体１５２２と、センサ基台近位端１５２４と、センサ基台遠位端１５２６とを含む。センサ基台近位端１５２４に接続されているのは、センサ基台１５１２を監視装置（図１５に不図示）に接続する電気的接続１５３２である。円筒形本体１５２２は、金属外部ねじ山接点１５３４を含む。外部ねじ山接点１５３４はワイヤ（不図示）と電気的に通信し、ワイヤは円筒形体１５２２を貫通して延在し、電気的接続１５３２においてそれぞれのワイヤ（不図示）と接続する。センサ基台遠位端１５２６は、正方形の形状の凹部１５３６を含む。円形の基準電極１５４２は、正方形の形状の凹部１５３６に取り付けられ、円形の基準電極１５４２は金属などの導電性物質からなり、ワイヤ（不図示）と電気的に通信し、ワイヤは円筒形体１５２２を貫通して延在し、電気的接続１５３２においてそれぞれのワイヤ（不図示）と接続する。正方形の形状の凹部１５３８は、レセプタクル接点（不図示）を含む４つのピン接点レセプタクル１５４４を含み、レセプタクル接点（不図示）は、ワイヤ（不図示）と電気的に通信し、ワイヤは円筒形体１５２２を貫通して延在し、電気的接続１５３２においてそれぞれのワイヤ（不図示）と接続する。
【０１９５】
作用電極アセンブリ１５１４は、正方形の形状の作用電極アセンブリ基台１５５２を含み、作用電極アセンブリ基台１５５２は円形の開口１５５４と、作用電極アセンブリ基台１５５２の近位側１５５８から垂直に延在する４つのピン接点１５５６（そのうち２つのみを図１５に示す）とを有する。作用電極アセンブリ基台１５５２の遠位側１５６０には、カーボン・ナノチューブの４つのアレイである、アレイ１５６２、アレイ１５６４、アレイ１５６６がある。アレイ１５６２、１５６４および１５６６は、それぞれ個別の作用電極として機能する。カーボン・ナノチューブの各アレイにおけるカーボン・ナノチューブは、作用電極アセンブリ基台１５５２に一端で結合し、それぞれのピン接点１５５６と電気的に通信する。作用電極アセンブリ１５１４は正方形の形状の凹部１５３６に取り付けられ、ピン接点１５５６はピン接点レセプタクル１５４４によって受容され、それによって、各ピン接点１５５６は、それぞれのレセプタクル接点と接触する。作用電極アセンブリ１５１４が正方形の形状の凹部１５３６に取り付けられる場合は、基準電極１５４２は、作用電極アセンブリ１５１４の円形の開口１５５４を貫通して延在する。対向電極１５１６は金属などの導電性物質からなり、リング状である。対向電極１５１６は内部ねじ山１５７２を含み、内部ねじ山１５７２は、対向電極を外部ねじ山接点１５３４にねじ留めするために用いられてもよく、それによって電気的接点が対向電極１５１６と外部ねじ山接点１５３４とに生じる。対向電極１５１６内の開口１５７４によって、センサ装置１５０２を水試料内に浸水させると、１以上の対象となる検体を含有する水試料が、作用電極アセンブリ１５１４および基準電極１５４２と接触できる。アレイ１５６２のカーボン・ナノチューブは第１の官能性を有する。アレイ１５６４のカーボン・ナノチューブは第２の官能性を有する。アレイ１５６６のカーボン・ナノチューブは第３の官能性を有する。第１、第２、および第３の官能性はすべて異なっていてもよく、２以上の官能性が同じであってもよい。
【０１９６】
図１４および１５では、作用電極アセンブリは、センサ基台の正方形の形状の凹部内に、接着剤を用いることによって、係合構造を作用電極アセンブリ基台および／または正方形の形状の凹部の端部に提供することによって適所に保持されてもよく、それによって、作用電極アセンブリは適所にスナップ・フィット（snap-fitted）されてもよい。図１４および１５の作用電極アセンブリは４つおよび３つのカーボン・ナノチューブのアレイをそれぞれ有するが、作用電極アセンブリは、任意の数のカーボン・ナノチューブのアレイを有していてもよい。
【０１９７】
図１６は、センサ基台１６１２と、電極セル・アセンブリ１６１４と、リング状のキャップ１６１６とを備えた本発明のセンサ装置１６０２を示す。センサ基台１６１２は、プラスチックなどの絶縁物質からなる円筒形体１６２２と、センサ基台近位端１６２４と、センサ基台遠位端１６２６とを含む。センサ基台近位端１６２４に接続されているのは、センサ基台１６１２を監視装置（図１６に不図示）に接続する電気的接続１６３２である。円筒形本体１６２２は、外部ねじ山１６３４を含む。センサ基台遠位端１６２６は、円盤状の凹部１６３６を含む。
【０１９８】
電極セル・アセンブリ１６１４は、近位側１６４２と、遠位側１６４４と、外部縁部１６４６とを有する円盤状のアセンブリ基台１６４０を含む。近位側１６４２には、作用電極アセンブリ１６５２と、作用電極アセンブリ１６４２を囲む開口した長方形の形状の対向電極１６５４と、基準電極１６５６とが取り付けられている。作用電極アセンブリ１６５２は、カーボン・ナノチューブの２つのアレイである、アレイ１６６２と、１６６４とを備える。アレイ１６６２および１６６４はそれぞれ、作用電極として機能する。近位側１６４２は、対向電極１６５４、基準電極１６５６、アレイ１６６２およびアレイ１６６４と電気的に通信し、電極セル・アセンブリが凹部１６３６に取り付けられたときに、凹部１６３６のそれぞれの接点（不図示）と接触するそれぞれの接点を含む（不図示）。凹部１６３６の接点は、ワイヤと電気的に通信し、ワイヤは円筒形体１６２２を貫通して延在し、電気的接続１６３２においてそれぞれのワイヤ（不図示）と接続する。アレイ１６６２のカーボン・ナノチューブは第１の官能性を有する。アレイ１６６４のカーボン・ナノチューブは第２の官能性を有する。第１および第２の官能性は、アレイ１６６２および１６６４が用いられる方法に依存して、異なっていても、または同じであってもよい。
【０１９９】
キャップ１６１６はプラスチックなどの絶縁物質からなり、内部ねじ山１６７２を含み、内部ねじ山１６７２は、センサ基台１６１２に外部ねじ山１６３４を用いてねじ留めするために用いられてもよい。キャップ１６１６は開口１６７４を含み、開口１６７４によって、センサ装置１６０２を水試料内に浸水させると、１以上の対象となる検体を含有する水試料が、作用電極アセンブリ１６５２のアレイ１６６２および１６６４、対向電極１６５４および基準電極１６５６と接触できる。キャップ１６１６はリップ１６７６を含むため、開口１６７４はアセンブリ基台１６４０よりも直径が小さく、リップ１６７６は、キャップ１６１６がセンサ基台１６１２にねじ留めされると、外部縁部１６４６を超えて延在し、それによって電極アセンブリ１６１４は凹部１６３６の適所に保持される。センサ基台１６１２に完全にねじ留めされると、リップ１６７６はセンサ基台１６１２の遠位端１６２６と接触する。
【０２００】
ある実施の形態では、図１４、１５および１６に示されるように、作用電極アセンブリのアレイをお互いに隣接させる代わりに、以下の図１７および１８に示されるように、作用電極アセンブリのアレイをお互いに分離させてもよい。
【０２０１】
図１７は、本発明の一実施の形態による電極セル・アセンブリ１７０２を示す。電極セル・アセンブリ１７０２はプレート１７１２を含み、プレート１７１２上には、カーボン・ナノチューブの２つのアレイである、アレイ１７２４および１７２６を備えた作用電極アセンブリ１７２２が取り付けられている。アレイ１７２４および１７２６はそれぞれ、作用電極として機能する。アレイ１７２４および１７２６は、プレート１７１２に取り付けられた基準電極１７３２の両側にある。プレート１７１２に取り付けられた対向電極１７３４は、作用電極アセンブリ１７２２および基準電極１７３２を囲む開口した長方形の形状である。プレート１７１２の裏側（不図示）は、アレイ１７２４、アレイ１７２６、基準電極１７３２および対向電極１７３４と電気的に通信するそれぞれの接点を含む。アレイ１７２４のカーボン・ナノチューブは第１の官能性を有する。アレイ１７２６のカーボン・ナノチューブは第２の官能性を有する。第１および第２の官能性は、アレイ１７２４および１７２６が用いられる方法に依存して、異なっていても、または同じであってもよい。電極セル・アセンブリ１７０２は図１６の電極セル・アセンブリの代わりに用いることができ、または、小型の電極セル・アセンブリが所望の別の応用において用いることができる。
【０２０２】
図１８は、対象となる１以上の検体を含有する水試料のためのフロー・セル（不図示）の一部である、本発明の一実施の形態による電極セル・アセンブリ１８０２を示す。水試料は矢印１８０４の方向に流れる。電極セル・アセンブリ１８０２、作用電極アセンブリ１８２２は、フロー・セルの対向する壁にお互いに平行して取り付けられた、カーボン・ナノチューブの２つのアレイである、アレイ１８２４および１８２６を備えている。アレイ１８２４および１８２６は、それぞれ個別の作用電極として機能する。対向電極１８４２および基準電極１８４４は、フロー・セルの底部壁に取り付けられる。アレイ１８２４および１８２６に対するそれぞれの電気的接続１８５４および１８５６によって、センサ計測値をアレイ１８２４および１８２６からそれぞれ取得することができる。アレイ１８２４のカーボン・ナノチューブは第１の官能性を有する。アレイ１８２６のカーボン・ナノチューブは第２の官能性を有する。第１および第２の官能性は、アレイ１８２４および１８２６が用いられる方法に依存して、異なっていても、または同じであってもよい。
【０２０３】
作用電極アセンブリ、基準電極、対向電極およびカーボン・ナノチューブのアレイは、広範に異なる形態を有していてもよい。例えば、図１９は、楕円形の形状である作用電極アセンブリ１９１２と、楕円形の形状に開口し、作用電極を囲む対向電極１９１４とを有する電極セル・アセンブリ１９０２を示す。円形の基準電極１９１６は、作用電極アセンブリ１９１２内の開口１９１８に位置する。作用電極アセンブリ１９１２は、カーボン・ナノチューブの２つのアレイである、アレイ１９２２および１９２４を備えている。アレイ１９２２および１９２２は、それぞれ個別の作用電極として機能する。アレイ１９２４のカーボン・ナノチューブは第１の官能性を有する。アレイ１９２６のカーボン・ナノチューブは第２の官能性を有する。第１および第２の官能性は、アレイ１９２２および１９２４が用いられる方法に依存して、異なっていても、または同じであってもよい。アレイ１９２４および１９２６は、アレイ１９２４および１９２６がお互いに接する、２つの境界縁部１９５２および１９５４を有する。
【０２０４】
図２０は、管２０１２（水管など）に取り付けられた、内部表面２０１４を有する開口した管センサ２００２を示す。内部表面２０１４の遠位端２０１６には、作用電極アセンブリ２０１６が、内部表面２０１４の全円周の回りに、矢印２０２２で示されるように、取り付けられている。作用電極アセンブリ２０１６は、カーボン・ナノチューブの複数のアレイ２０３２を備えている。各アレイ２０３２は、個別の作用電極として機能し、様々な検体を検出するために用いられてもよい。例示を簡略化するために、２、３のアレイ２０３２のみを図２０に示す。基準電極２０４２および対向電極２０４４もまた、内部表面２０１４に取り付けられる。アレイ２０３２が用いられる方法に依存して、それぞれのアレイ２０３２のカーボン・ナノチューブは異なっていてもよく、または２以上のアレイのカーボン・ナノチューブは同じ官能性を有していてもよい。本発明の様々なアレイは、対象となる水分析パラメータと相互相関してもよく、したがって一線に並んだ水品質分析キットを提供する。
【０２０５】
図２０の開口した管センサは、管の一部として製造されてもよく、または、管に挿入される個別の円形の挿入部として形成されてもよい。開口した管センサは、管の内部表面に接着する１枚のテープの形状であってもよい。
【０２０６】
本発明のカーボン・ナノチューブ・アレイはまた、全体としてアレイ全体を修正する単一のフィルタと共に用いられてもよく、またはアレイの各カーボン・ナノチューブに対する個別のフィルタと共に用いられてもよい。
【０２０７】
図２１および２２は、作用電極２１１２と、基準電極２１１４と、基板２１２０に取り付けられた対向電極２１１８とを備えた本発明の一実施の形態による電極セル・アセンブリ２１０２を示す。対向電極２１１８は、開口した長方形の形状を有し、作用電極２１１２および基準電極２１１４を囲む。作用電極２１１２は、作用電極基台２１２６に取り付けられたカーボン・ナノチューブ２１２４のアレイ２１２２を備えている。作用電極２１１２はまた、アレイ２１２２すべてを覆うフィルタ材２１３２を含む。応用によっては、カーボン・ナノチューブ２１２４は、それぞれ異なる官能性を有していてもよく、または２以上のカーボン・ナノチューブは同じ官能性を有していてもよい。
【０２０８】
図２３は、カーボン・ナノチューブのアレイ２３１２を備えた作用電極アセンブリ２３０２を示し、そのうち５つのカーボン・ナノチューブ２３２２、２３２４、２３２６、２３２８および２３３０のみを示す。カーボン・ナノチューブ２３２２、２３２４、２３２６、２３２８および２３３０はそれぞれ、作用電極アセンブリ２３０２の基板２３３６に結合している。カーボン・ナノチューブ２３２２、２３２４、２３２６、２３２８および２３３０はセンサ装置（不図示）に、基板２３３６を貫通して延在する、それぞれの電気的接続２３４２、２３４４、２３４６、２３４８および２３５０によって接続する。電気的接続２３４２、２３４４、２３４６、２３４８および２３５０がお互いに接続する場合は、カーボン・ナノチューブ２３２２、２３２４、２３２６、２３２８および２３３０は一緒に、単一の作用電極として機能する。電気的接続２３４２、２３４４、２３４６、２３４８および２３５０がお互いに独立する場合は、カーボン・ナノチューブ２３２２、２３２４、２３２６、２３２８および２３３０は、それぞれ独立した作用電極として機能してもよい。それぞれのフィルタ材被膜２３６２、２３６４、２３６６、２３６８および２３７０は、それぞれのカーボン・ナノチューブ２３２２、２３２４、２３２６、２３２８および２３３０を被膜する。応用によっては、フィルタ材被膜２３６２、２３６４、２３６６、２３６８および２３７０は、それぞれが異なっていてもよく、または２以上のフィルタ材被膜は同じであってもよい。応用によっては、カーボン・ナノチューブ２３２２、２３２４、２３２６、２３２８および２３３０は、それぞれ異なる官能性を有していてもよく、または２以上のカーボン・ナノチューブは同じ官能性を有していてもよい。
【０２０９】
用いてもよいフィルタ材は、任意の応用特有のイオンまたは検体選択的物質を含む。例えば、クロム分析では、フィルタ材は、適切な高分子繊維に埋め込まれたイオン選択物質に基づくビス（アセチルアセトネート）カドミウムＩＩを含んでいてもよい。酵素検出では、フィルタ材は、気体透過性のシリコーン・ラバー物質を含んでもよい。カチオン検出では、フィルタは、適切なポリマに埋め込まれたコンパニオン・イオン透過孔を含んでいてもよい。ナトリウム検出では、フィルタはクラウン・エステルおよび／または適切なポリマに埋め込まれたジベンゾピリンド（dibenzopyrindo）−１８−クラウン−６を含んでいてもよい。カリウム検出では、フィルタは、適切なポリマに埋め込まれたバリノマイシンを含んでいてもよい。ベリリウム検出では、フィルタは、適切なポリマに埋め込まれたベンゾ−９−クラウン−３を含んでいてもよい。Ｈ３Ｏ＋検出では、フィルタは、アミノ化およびカルボキシル化ポリ（塩化ビニル）を含んでいてもよい。これらの例は例示を目的とするものであり、ただし、任意のイオン選択性、または生物活性レセプタ・モデル、基盤物質はフィルタ材の成分として用いることができる。
【０２１０】
別の実施の形態では、被膜物質は金属または金属酸化物被膜であってもよい。例えば、ＴｉＯ２もしくはＲｕＯ２、または金、銀、または任意のその他の元素被膜であってもよい。ＣＮＴを被膜することによって、サブ構造として、金属酸化物または金属を用いると、直接分析に用いることができ、または付加的な検体特異性のために官能基化される三次元構造を生成する可能性がある。この構成は、４つの（４）電極伝導性センサとして用いられてもよい。
【０２１１】
図２４は、カーボン・ナノチューブのアレイの環境を変更する別の方法を示す。図２４は、基板２４０４と、駆動電極２４１２と、感知電極２４１４と、駆動電極２４１６と、感知電極２４１８とを備え、そのそれぞれがカーボン・ナノチューブのアレイを備えた作用電極アセンブリ２４０２を示す。駆動電極２４１２は、カソードまたはアノードからなり、感知電極２４１４の回りのｐＨ環境に影響してもよい。同様に、駆動電極２４１６は、カソードまたはアノードからなり、感知電極２４１８の回りのｐＨ環境に影響してもよい。
【０２１２】
［０２１２］図２５、２６および２７は、、ＨａｃｈモデルＣＬ１７（ＴＭ：登録商標）塩素アナライザなどの比色水分析装置と共に用いてもよい、それぞれアレイ・カーボン・ナノチューブ・アレイを備えた１以上の作用電極を電極セル・アセンブリがいかに用いるかを示す。図２５、２６および２７は、電極セル・アセンブリ２５１２が取り付けられた比色分析装置２５０２を示し、電極セル・アセンブリ２５１２は、作用電極アセンブリ２５２２と、対向電極２５２４と、基準電極２５２６とを備え、そのすべてがセル・アセンブリ基板２５２８に取り付けられる。対向電極２５２４は、開口した長方形の形状を有し、作用電極アセンブリ２５２２を囲む。作用電極アセンブリ２５２２は、２つの作用電極である、作用電極２５３２および２５３４を備えている。作用電極２５３２は、カーボン・ナノチューブ２５４２のアレイを備えている。作用電極２５３４は、カーボン・ナノチューブ２５４４のアレイを備えている。カーボン・ナノチューブ２５４２および２５４４は基板２５４６に結合されている。応用によっては、カーボン・ナノチューブ２５４２および２５４４は、同じまたは異なる官能性を有していてもよい。図２７は、比色分析装置２５０２の感知領域として機能するチャンバ２５５２に取り付けられた電極セル・アセンブリ２５１４を示す。水試料２５５６の供給源２５５４およびｐＨ指示薬などの試薬２５６０の供給源２５５８は、チャンバ２５５２に供給され、チャンバ２５５２において、水試料２５５６および試薬２５６０は混合され、作用電極２５４２および２５４４によって感知される。カーボン・ナノチューブ２５４２および２５４４の官能性が異なる場合は、作用電極２５３２および２５３４は、水試料２５５６内の異なる検体を感知し得る。一実施の形態では、作用電極２５３２および／または作用電極２５３４は、水試料２５５６に存在するＣｌ２を感知してもよい。排水管２５７２によって、水試料２５５６および試薬２５６０の廃棄混合物２５７４は、チャンバ２５５２を介して流れる。
【０２１３】
本発明の一実施の形態では、水分析装置は、比色分析のための成分を含まずに、図２６および２７に示される種類の電極セル・アセンブリおよびチャンバをただ用いてもよい。このような水分析装置は非常に小型に形成されてもよい。
【０２１４】
図２８および２９は、水分析装置２８０２を示し、水分析装置２８０２には、分析装置２８０２の本体２８１８に取り付けられ、感知領域として機能する水路２８２０と接触して、作用電極アセンブリ２８１２と、対向電極２８１４と、基準電極２８１６とが取り付けられている。作用電極アセンブリ２８１２は、２つの作用電極である、作用電極２８２２および２８２４を備えている。作用電極２８２２は、カーボン・ナノチューブ２８３２のアレイを備えている。作用電極２８２４は、カーボン・ナノチューブ２８３４のアレイを備えている。カーボン・ナノチューブ２８３２および２８３４は、基板２８３６に結合している。応用によっては、カーボン・ナノチューブ２８３２および２８３４は、同じまたは異なる官能性を有していてもよい。水試料２８５６の供給源２８５４およびｐＨ指示薬などの試薬２８６０の供給源２８５８は、矢印２８６２によって示される流れ方向で、流路２８２０に供給され、流路２８２０では、水試料２８５６および試薬２８６０は混合され、作用電極２８４２および２８４４によって感知される。カーボン・ナノチューブ２８４２および２８４４の官能性が異なる場合は、作用電極２８３２および２８３４は、水試料２８５６内の異なる検体を感知してもよい。一実施の形態では、作用電極２８３２および／または作用電極２８３４は、水試料２８５６に存在するＣｌ２を感知してもよい。排水管２８７２によって、水試料２８５６および試薬２８６０の廃棄混合物２８７４は、流路２８２０を介して流れる。
【０２１５】
図３０の表１は、本発明のカーボン・ナノチューブが、特定の検体を検出するために官能基化される際に用いるいくつかの置換基を示す。例えば、ｐＨを検出するためには、カーボン・ナノチューブは、ビニルフェロセンまたはフェロセンカルボキシアルデヒド、つまり、有機金属置換基をカーボン・ナノチューブと結合させることによって、官能基化されてもよい。塩素を検出するためには、置換基３１１２は、カーボン・ナノチューブのアレイに結合されてもよい。フッ素を検出するためには、置換基３０１４は、カーボン・ナノチューブのアレイに結合されてもよい。
【０２１６】
図３１は、基板３１１４上で、カーボン・ナノチューブ３１１２が無作為の構成で成長する、本発明の一実施の形態によるカーボン・ナノチューブ３１１２のアレイ３１０２を示す。
【０２１７】
図３２は、基板３２１６上で、平行積層構成で成長する、カーボン・ナノチューブ３２１２および３２１４の２つのアレイ３２０２および３２０４をそれぞれ示す。カーボン・ナノチューブ３２１２はカーボン・ナノチューブ３２１４より短い。カーボン・ナノチューブ３２１２および３２１４は矢印３３２２で示す方向に成長する。
【０２１８】
図３３は、カーボン・ナノチューブ３３１２が、基板３３１４で、垂直積層構成で成長する、本発明の一実施の形態によるカーボン・ナノチューブ３３１２のアレイ３３０２を示す。
【０２１９】
図３４は、頭部開口構成を有するカーボン・ナノチューブ３４０４の端部３４０２を示す。図３５は、ふた付き構成を有するカーボン・ナノチューブ３５０４の端部３５０２を示す。
【０２２０】
本発明の一実施の形態では、基板はシリコンまたはグラファイトからなってもよく、その上にカーボン・ナノチューブが成長する。
【０２２１】
本発明の態様によれば、次のステップを備える方法が提供される。（ａ）水処理システムの１以上のカーボン・ナノチューブ・センサから収集したデータを水処理システムから離間する第１の位置に配置される遠隔コンピュータに送信するステップ、（ｂ）データに基づいて出力を生成するステップであって、データは水処理システムから遠隔コンピュータに送信方式を用いて送信されるステップ。ある実施の形態によれば、遠隔コンピュータは、水処理システムにのみ送信方式を介して接続、またはリンクされてもよい。ある実施の形態によれば、アナライザは、出力を生成するために、データを分析または操作してもよい。アナライザは、ソース・コードまたはソフトウェア・プログラムを備えていてもよい。ある実施の形態によれば、アナライザは、データを継続して、リアルタイムで、周期的に、または選択した間隔で、条件付きで、またはユーザからの要求によって比較してもよい。ある実施の形態によれば、出力は、データ、警告、分析結果、または分析報告書の１以上を備えていてもよい。
【０２２２】
方法の実施の形態のいくつかによれば、水処理システムは、水処理中心施設を備えていてもよく、水処理中心施設は、公衆に飲用に適した飲料水を配水するための水処理施設であり、水処理システムはさらに、配水システムを備えていてもよい。ある実施の形態によれば、水処理システムは、水処理中心施設を備えていてもよく、水処理中心施設は、排水処理プラント（ＷＷＴＰ）であり、水処理システムはさらに、収集システムを備えていてもよい。
【０２２３】
本発明の方法の実施の形態によれば、遠隔コンピュータは、水処理システムとは離間位置において、物理的に分離されていてもよく、および／または遠隔コンピュータは、送信方式を介して水処理システムにのみ接続またはリンクされてもよい。本発明の方法の実施の形態によれば、遠隔コンピュータ自体は、コンピュータ、インターネットもしくはウェブ・サーバ、データベース、またはｆｔｐサーバのうち少なくとも１つを備えていてもよい。１以上のカーボン・ナノチューブ・センサは、水処理システムの水の特質を検出または測定する。ある実施の形態によれば、１以上のカーボン・ナノチューブ・センサは、水処理システムの以下の水の特質のうち１または複数を検出または測定する。温度、化学的組成、全有機炭素（ＴＯＣ）、液体量、流量、廃棄物製品、汚染物質、伝導性、ｐＨ、溶解酸素、圧力、濁度、透過水量、塩素もしくはフッ素濃度、水もしくはタンク・レベル、または機器状態もしくは操作。１以上のカーボン・ナノチューブ・センサは、水処理システム内の複数の位置に位置してもよい。ある実施の形態によれば、水処理システムは、水処理システムの水と接触しない、１以上のセンサの少なくとも１つを含む。水と接触しない１以上のセンサの少なくとも１つは、レーダ技術を用いてもよい。
【０２２４】
本発明の方法の実施の形態によれば、送信方式は変更してもよく、以下の１以上を介してもよい。インターネット、ＴＣＰ／ＩＰ、イーサネット（登録商標）、ファイル転送プロトコル（ｆｔｐ）、ＳＭＴＰなどのＥメール、携帯電話ネットワーク、無線周波送信器に結合された無線または遠隔末端ユニット（ＲＴＵ）、衛星送信、既存の電話または通信ネットワークまたは配線、標準公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）、無線ネットワーク、広域ネットワーク（ＷＡＮ）、無線ローカル・エリア・ネットワーク（ＷＬＡＮ）、ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）、または都市規模ネットワーク（ＭＡＮ）、ケーブル・インターネット接続、ショート・メッセージ・システム（ＳＭＳ）、またはダイアルアップ・モデム。送信方式の追加例を含め、前述の説明を参照されたい。本発明のある実施の形態によれば、データは、水処理システムから遠隔コンピュータに、継続して、リアルタイムで、周期的に、または選択した間隔で、条件付きで、またはユーザからの要求によって、送信方式を用いて送信されてもよい。データは、１以上のカーボン・ナノチューブ・センサから遠隔コンピュータに送信方式を用いて、直接送信されてもよい。
【０２２５】
本発明の方法の実施の形態はさらに、（ｃ）アナライザを用いてデータを比較し、分析し、操作などを行うステップを備えていてもよい。ある実施の形態によれば、操作ステップ（ｃ）は、データを、予測もしくは履歴データまたは情報と比較し、および／またはデータを、継続して、リアルタイムで、周期的に、または選択した間隔で、条件付きで、またはユーザからの要求によって比較することを備えていてもよい。ある実施の形態によれば、ステップ（ｃ）はさらに、データならびに履歴データ、予測される性能などの任意のその他の情報またはデータを操作して、出力を生成することを備えていてもよい。
【０２２６】
ある実施の形態によれば、出力は、次の１以上を備えていてもよい。データ、警告、分析結果、および／または分析報告書。ある実施の形態によれば、操作ステップ（ｃ）は、送信ステップ（ａ）の後に実施されてもよい。これらの実施の形態によれば、アナライザは、水処理システムから離れた第２の離間位置に位置してもよい。これらの実施の形態によれば、第１および第２の離間位置は、同じ場所に位置してもよい。ある実施の形態によれば、アナライザは、遠隔監視システムの遠隔コンピュータと関連してもよい。これらの実施の形態のいくつかによれば、アナライザは、遠隔コンピュータ上に位置してもよい。
【０２２７】
本発明の実施の形態によれば、水処理システムは、水処理システムに位置するか、またはその近くに位置するローカル・コンピュータを含んでいてもよい。ある実施の形態によれば、データは、水処理システムに位置するか、またはその近くに位置するローカル・コンピュータから、遠隔コンピュータに送信されてもよい。ある実施の形態によれば、操作ステップ（ｃ）は、送信ステップ（ａ）の前に実施されてもよい。ローカル・コンピュータは、ロガー装置であってもよい。これらの実施の形態によれば、アナライザは、ロガー装置上に位置してもよい。ロガー装置は、１以上のカーボン・ナノチューブ・センサからのデータを受信するための１以上のセンサ・ポートを有していてもよい。ローカル・コンピュータから遠隔コンピュータに送信されるデータは、観測データを含んでいてもよい。ある実施の形態によれば、アナライザは、遠隔監視システムのローカル・コンピュータに関連してもよく、またはその上にあってもよい。このように、ある実施の形態によれば、データは、水処理システムから、１以上のカーボン・ナノチューブ・センサ、電子制御システム、および／またはローカル・コンピュータなどの水処理システムからのデータにアクセスする遠隔コンピュータによって送信されてもよい。
【０２２８】
本発明のある方法の実施の形態によれば、水処理システムは、電子制御システムを含んでいてもよい。電子制御システムは、監視制御データ収集システム（ＳＣＡＤＡ）またはプログラマブル・ロジック・コントローラ（ＰＬＣ）であってもよい。ある実施の形態によれば、データは、電子制御システムから遠隔コンピュータに送信方式を用いて送信されてもよい。
【０２２９】
本発明の方法の実施の形態はさらに、（ｄ）出力を遠隔観察装置に通信方式を用いて通信するステップを備えていてもよく、ステップ（ｄ）は生成ステップ（ｂ）の後に実行される。ある実施の形態によれば、出力は、遠隔コンピュータ、または遠隔観察装置によるデータベースからアクセスされてもよい。遠隔観察装置は、以下の１以上であってもよい。パーソナル・コンピュータもしくは端末、ウェブもしくはインターネット・サーバ、ファイル転送プロトコル（ｆｔｐ）サーバ、携帯電話、ポケットベル、または携帯装置。ある実施の形態によれば、出力は、ダウンロードされてもよく、または遠隔観察装置を用いて観察されてもよい。ある実施の形態によれば、出力は、遠隔観察装置に、継続して、リアルタイムで、周期的に、または選択した間隔で、条件付きで、またはユーザからの要求によって、通信方式を用いて送信またはアップロードされてもよい。通信方式は、以下の１以上であってもよい。インターネット、ファクシミリ、ファイル転送プロトコル（ｆｔｐ）、音声もしくは文字メッセージ、文字・音声メッセージ、電子メール、ポケットベル、人間の音声読み上げ、ＳＭＳメッセージ、インスタント・メッセージもしくはグループウェア・プロトコル、公衆交換電話網、携帯電話ネットワーク、無線もしくは衛星通信、または無線通信。通信方式の追加例を含め、前述の説明を参照されたい。例えば、ステップ（ｄ）で通信された出力を遠隔観察装置上で観察するユーザは、次の任意の１以上であってもよい。監督機関、法執行官、選出された役人、水処理システムの経営者または操作者、製造業顧客、一般人など。ある実施の形態によれば、出力は、ステップ（ｄ）において、監督および／または法執行機関に通信または提出されてもよい。
【０２３０】
本発明の方法の実施の形態はさらに、（ｅ）データを遠隔コンピュータに関連する遠隔データベース上に格納するステップを備えていてもよく、ステップ（ｅ）は、生成ステップ（ｂ）の後に実施されてもよい。ある実施の形態によれば、ステップ（ｅ）は、操作ステップ（ｃ）の後、および／または通信ステップ（ｄ）の前に実施されてもよい。
【０２３１】
本発明の別の広範な態様によれば、次のステップを備える水処理システムを監視するための方法が提供される。（ａ）水処理システム内に位置する１以上のカーボン・ナノチューブ・センサからのデータを収集し、（ｂ）データを水処理システムから離間する第１の位置に配置される遠隔コンピュータに送信方式を用いて送信する。ある実施の形態によれば、当該方法はさらに、（ｃ）データに基づいて出力を生成するステップを備えていてもよく、ステップ（ｃ）は、送信ステップ（ｂ）の後に実施される。ある実施の形態によれば、当該方法はさらに、（ｄ）出力を遠隔観察装置に通信方式を用いて通信するステップを備えていてもよく、ステップ（ｄ）は送信ステップ（ｂ）の後に実施される。
【０２３２】
本発明の方法の実施の形態はさらに、（ｅ）データを、アナライザを用いて操作するステップを備えていてもよい。ある実施の形態によれば、ステップ（ｅ）はステップ（ｂ）の前に実施される。これらの実施の形態によれば、アナライザは、ローカル・コンピュータに関連してもよい。別の実施の形態によれば、ステップ（ｅ）は、送信ステップ（ｂ）の後に実施されてもよい。これらの実施の形態によれば、アナライザは、遠隔コンピュータに関連してもよい。
【０２３３】
本発明の多くの実施の形態を記載してきたが、修正、変形、代替、および変化は、添付の請求の範囲に規定する発明の全範囲およびその均等物から逸脱することなく可能であることは明らかであろう。本開示のすべての例は、本発明の多くの実施の形態を例示するが、非限定的な例として提供され、したがって、例示される様々な態様に限定されるものと解釈してはならないことを理解されたい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【国際調査報告】
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