(57)【要約】【課題】試料水中のＳＳ分を、微細な大きさに粉砕することができる試料水前処理装置を提供すること。【解決手段】試料水前処理装置１は、外容器２内に収容されたＴ字型の分岐パイプ３と、分岐パイプ３を回転させるモーター４とを備えている。外容器２は、試料水を貯留する試料水貯留部２ａと、分岐パイプ３のアーム部３ｂの回転範囲を囲む円盤状のアーム回転部２ｂとを備えている。アーム回転部２ｂの周縁部分には、アーム部３ｂの他端３ｄから放出された試料水が衝突する周壁２ｃが設けられている。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
分岐パイプと、該分岐パイプを回転させるモーターと、周壁とを備え、
前記分岐パイプは、試料水中に浸漬される開口部を下端部側に有する軸部と、該軸部の上端側から分岐し、他端が開口した２つ以上のアーム部とからなり、
前記周壁は、前記アーム部の回転範囲を囲むように、前記アーム部の他端近傍に設けられており、
前記分岐パイプを、前記軸部を回転軸として回転させることによって、試料水が、前記軸部内を上方に移動し、前記アーム部の他端から放出されて、前記周壁に衝突するように構成されていることを特徴とする試料水前処理装置。
【請求項２】
前記試料水が前記周壁に衝突する速度が３０〜６０ｍ／秒であることを特徴とする請求項１記載の試料水前処理装置。
【請求項３】
前記周壁の下部に、周壁に衝突した試料水の受水溝が設けられており、該受水溝から試料水が採水されることを特徴とする請求項１又は２記載の試料水前処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料水前処理装置に関する。さらに詳しくは、本発明は、水質分析等において採取される試料水中に含まれる塊状の固形分、例えば砂や泥等の浮遊粒子状物質を微細な大きさに粉砕する試料水前処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
河川の水等の水質分析を行う場合、採取される試料水中には、水中に浮遊していたり、川底に堆積している泥や砂、ヘドロ等の固形分（以下、ＳＳ分という）が含まれている。
これらのＳＳ分は、水質分析計に入ってしまうと流路の閉塞や損傷などの原因となってしまう。そのため、従来、試料水中のＳＳ分を、目の細かいメッシュフィルターを用いて濾過したり、特開平９−１５１２０号公報に記載のように金属製の回転翼で粉砕分離するなどして、水質分析計に供給する前に除去することが行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、流路の目詰まりを防ぐために、できるだけ目の細かいフィルター、例えば目の大きさが１ｍｍ以下のようなフィルターを用いる場合、フィルター自体が目詰まりを起こしやすくなるという問題がある。
また、流路の目詰まりを起こさない程度の大きさのもの以外全てのＳＳ分を除去してしまうと、ＳＳ分の中に含まれている有機物等まで除去されてしまい、水質を正確に反映した分析を行うことができないという問題があった。例えば、ＣＯＤの分析の場合、ＳＳ分を濾過、除去すると、ＳＳ分中に含まれている有機物まで除去されてしまうため、試料水中に溶解している有機物についてのみＣＯＤ測定され、ＣＯＤの正確な値が測定できない。
さらに、有機物等を含むＳＳ分は、流路やフィルターの目詰まりを起こしやすく、また、その目詰まりは洗浄しても容易に取り除くことができない。このような有機物等を含んだ目詰まりは、さらに、その後の測定値にも影響し、正確な測定の妨げとなる。
また、金属製の回転翼を用いてＳＳ分を粉砕する場合、数千ｒｐｍという高速回転のモーターで負荷の大きい回転翼を回転させる必要があるため、寿命が短かった。また、回転によりエアを巻き込むため、分析計にエアが入ってしまう恐れがあった。また、先端の構造が複雑な回転翼を用いる必要があり、この場合、回転翼の先端に糸状の混入物が絡みつくなどの問題があり、さらに、有機物等を含むＳＳ分の付着による回転翼の汚れは、重芯がかたより、安定な高速回転が得られない原因となった。
【０００４】
本発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、試料水中のＳＳ分を、微細な大きさに粉砕することができる試料水前処理装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための本発明は、分岐パイプと、該分岐パイプを回転させるモーターと、周壁とを備え、前記分岐パイプは、試料水中に浸漬される開口部を下端部側に有する軸部と、該軸部の上端側から分岐し、他端が開口した２つ以上のアーム部とからなり、前記周壁は、前記アーム部の回転範囲を囲むように、前記アーム部の他端近傍に設けられており、前記分岐パイプを、前記軸部を回転軸として回転させることによって、試料水が、前記軸部内を上方に移動し、前記アーム部の他端から放出されて、前記周壁に衝突するように構成されていることを特徴とする試料水前処理装置である。
本発明によれば、分岐パイプを、下端部側の開口部を試料水中に浸漬し、軸部を回転軸として回転させると、分岐パイプ内が負圧力となり、開口部から軸部内に導入された試料水が、回転によって生じる遠心力等によって、軸部内壁に沿って上方に移動し、アーム部の他端から放出され、周壁にたたきつけられる。この、周壁との衝突によって発生する衝撃により、試料水中のＳＳ分が粉砕され、また、ＳＳ分中に含まれている有機物等が試料水中に放出される。そのため、ＳＳ分による水質分析計の閉塞や損傷を生じることなく、有機物等の成分の正確な測定を行うことができる。
また、有機物に比べて比較的比重の重い砂や泥などの無機物は、有機物が含まれていない状態では、試料水内を比較的急速に沈降するので、試料水から分離させやすい。したがって、処理後の試料水を静置し、砂や泥などの無機物を沈降させた後に試料水を採取した場合、採取された試料水中には、比重の重い砂や泥などの無機物がほとんど含まれていない。したがって、砂や泥などの無機物による水質分析計の閉塞や損傷をほとんど生じることがない。
【０００６】
本発明において、前記試料水が前記周壁に衝突する速度は３０〜６０ｍ／秒であることが好ましい。これにより、試料水中に含まれる比較的大きな塊状のＳＳ分、例えば凝集径１〜５ｍｍの河川底ヘドロ等の径を、０．５ｍｍ以下の微細な大きさに粉砕することができる。
【０００７】
本発明においては、前記周壁の下部に、周壁に衝突した試料水の受水溝が設けられており、該受水溝から試料水が採水されることが好ましい。試料水中の砂や泥などの無機物は、水質分析の測定値に関係しないので除去することが好ましいが、非常に微細な大きさのものは、上述のような濾過や粉砕によって取り除くことは困難であった。しかしながら、前記受水溝を設け、そこから採水することにより、ＳＳ分の粉砕処理後の試料水を、粉砕処理前の試料水を混入させることなく、連続的に採水することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明するが、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
図１は、第１実施形態に係る試料水前処理装置１の使用状態における縦断面図である。
試料水前処理装置１は、外容器２と、該外容器２内に収容されたＴ字型の分岐パイプ３と、該分岐パイプ３を回転させるモーター４とを備えている。
【０００９】
本実施形態において、外容器３は、試料水Ｗを貯留する試料水貯留部２ａと、その上方に設けられた、分岐パイプ３の回転範囲を囲む円盤状のアーム回転部２ｂとを備えている。アーム回転部２ｂの周縁部分には、試料水Ｗが衝突する周壁２ｃが設けられている。
試料水貯留部２ａは、試料水貯留部２ａに試料水Ｗを供給するための給水管５が下端に取り付けられた底部２ｄと、該底部２ｄとアーム回転部２ｂとを連絡する、該底部２ｄよりも径の大きい胴部２ｅとからなる。
給水管５には弁６が介装されており、試料水Ｗは、弁６を介して給水管５から供給されるようになっている。
胴部２ｅには、所定の試料水貯留上限ラインＬより下の位置に、水質分析計等に送る試料水Ｗを採取するための採取管７が取り付けられており、採取管７には弁８が介装されている。そして、試料水Ｗは、弁８を介して採取管７から採取されるようになっている。
外容器３の材質は、試料水に対する耐食性と、試料水の衝突によって生じる衝撃力に対する耐久性を有するものであれば特に制限はないが、例えば、硬質プラスチック、金属、セラミック等が好ましく用いられる。
【００１０】
分岐パイプ１３はＴ字型で、その軸部３ａの下端部の開口部３ｃから、該軸部３ａの上端から分岐した２つのアーム部３ｂ，３ｂの他端３ｄ，３ｄまでが導通している。
分岐パイプ３の径は、径が小さいほど、モーター４にかかる負荷が小さくなり、また、試料水が軸部３ａ内を上昇しやすくなるので好ましいが、小さすぎると、試料水中のＳＳ分やゴミ等による閉塞が生じる恐れがある。したがって、分岐パイプ３の径は、使用するモーター４の出力や、前処理を行う試料水に含まれるＳＳ分やゴミ等の大きさ等を考慮して決定することが望ましい。例えば、５〜６ｍｍのゴミが含まれているような場合には、分岐パイプ３の内径を８〜１０ｍｍとすることが好ましい。
【００１１】
モーター４は、外容器２の上面の中心部分に固定され、分岐パイプ３を、軸部３ａを回転軸として回転させるように、駆動軸９を介して分岐パイプ３に接続されている。
【００１２】
なお、本実施形態では、アーム部３ｂが２つのＴ字型の分岐パイプ３を用いているが、アーム部の数は３つ以上であってもよい。その場合、回転時に軸部３ａ及びモーター４の回転に対し重芯バランスを取ることができるように、各アーム部３ｂは、長さが均等であり、軸部３ａに対して等角度で配置されていることが好ましい。
【００１３】
本実施形態の試料水前処理装置１では、試料水Ｗを、弁６を開いて、給水管５を介して一定量試料水貯留部２ａに導入した後、弁６を閉じる。その後、モーター４を駆動して分岐パイプ３の回転させると、遠心力によって、アーム部３ｂ，３ｂ内が負圧になる。その結果、試料水Ｗが、開口部３ｃから軸部３ａ内に導入され、軸部３ａ内を上昇し、アーム部３ｂ，３ｂを通過して、その他端３ｄ，３ｄから放出される。放出された試料水Ｗは、周壁２ｃにたたきつけられ、そこで生じた衝撃力によって、試料水Ｗ中の塊状のＳＳ分が粉砕され、微細化される。例えば、試料水が周壁２ｃに衝突する速度（以下、衝突速度という）を数十、例えば３０〜６０ｍ／秒とすると、試料水中に含まれる比較的大きな塊状ＳＳ分、例えば凝集径１〜５ｍｍの河川底ヘドロ等の径を、約０．５ｍｍ以下にまで微細化することができる。また、ＳＳ分に含まれている有機物等を砂や泥から分離させ、試料水中に遊離させることができる。
試料水の衝突速度は、アーム部３ｂの長さとモーター４の回転数を調節することによって調節することができる。例えば、アーム部３ｂの長さが１５ｃｍの場合、すなわち分岐パイプ３の横方向の長さが３０ｃｍの場合、モーター４の回転数を約５０回転／秒とすることにより、衝突速度を約５０ｍ／秒とすることができ、回転数を約１００回転／秒とすることにより、衝突速度を約１００ｍ／秒とすることができる。また、アーム部３ｂの長さをより長くすれば、より少ない回転数で同様の衝突速度を達成することができる。
【００１４】
試料水Ｗが衝突する際に生じる衝撃力は、試料水の衝突速度すなわち遠心力の大きさに比例する。一般に、回転軸のまわりの角速度をω、物体から回転軸に下した垂線の長さをｒ、質量をｍとすれば、遠心力は、垂線の方向で回転軸から遠ざかる向きをもち、その大きさはｍｒω２で表される。したがって、アーム部３ｂの長さをより長くすれば、低回転数でも高い遠心力が生じるので、衝突速度を高め、衝撃力を大きくすることができる。
したがって、モーター４への負荷が小さくすることが可能であるため、モーター４を長く使用することができる。
【００１５】
周壁に衝突した試料水Ｗは、その後、試料水貯留部２ａに流下する。
有機物等が取り除かれた砂や泥などの無機物は、有機物や、有機物等を含むＳＳ分に比べて比重が大きい（３〜４ｇ／ｃｍ３程度）ので、試料水Ｗ内を沈降し、試料水貯留部２ａの底部に堆積する。したがって、モーター４を一定時間回転させ、試料水貯留部２ａ内の試料水Ｗの前処理がほぼ終了した時点で回転を停止させて試料水Ｗをしばらく静置すれば、比重の比較的大きい砂や泥などの無機物は沈降してしまうので、試料水貯留部２ａの上部（胴部２ｅ）に設けられた採取管７から弁８を開いて採取した試料水Ｗ中には、これらがほとんど含まれていない。
【００１６】
本実施形態では、試料水貯留部２ａ内の試料水Ｗ中のＳＳ分が十分に粉砕される前に試料水Ｗを採取すると、処理前の試料水中に含まれる塊状のＳＳ分が混入する可能性があるため、十分に粉砕処理を行った後にモーター４の回転を止め、試料水を採取することが望ましい。
【００１７】
以下、図２に基づいて、本発明に係る試料水前処理装置の第２実施形態を説明する。尚、以下に記載する第２実施形態において、第１実施形態に対応する構成要素には、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００１８】
本実施形態は、アーム回転部２ｂの形状と採取管７の位置が異なり、胴部２ｅにオーバーフロー１０が設けられている点において上記第１実施形態と異なっている。すなわち、アーム回転部２ｂの周壁２ｃの下部には受水溝１１が設けられている。採取管７は、受水溝１１の部分に取り付けられている。オーバーフロー１０は、試料水貯留上限ラインＬの位置に設けられている。尚、上記以外の構成は第１実施形態と同一である。
【００１９】
本実施態様では、試料水Ｗは、アーム部３ｂ，３ｂの他端３ｄ，３ｄから放出されて周壁２ｃに衝突した後、受水溝１１から採水される。また、過剰に供給されて試料水貯留上限ラインＬを越えた試料水Ｗは、オーバーフロー１０から取り出される。これにより、粉砕されたＳＳ分を含む試料水に、試料水貯留部２ａ内の粉砕処理前の試料水Ｗが混じらないので、試料水を連続的に採取することができる。また、試料水の採取を調節する弁８を設ける必要がない。
この場合、採取された試料水中には、微細化されたＳＳ分が含まれているので、これを除く必要がある場合は、別途、貯水槽等で一定時間静置し、ＳＳ分を沈降させることが好ましい。
上述のように、本実施形態の試料水前処理装置１においては、試料水を連続的に採取できるので、試料水Ｗを、試料水貯留部２ａに連続的に供給することができる。
【００２０】
【発明の効果】
上述のように、本発明の試料水前処理装置は、水質分析等のために採取される試料水中のＳＳ分を微細な大きさにまで粉砕することができ、ＳＳ分中に含まれている有機物等を試料水中に放出させることができる。したがって、水質分析計等の分析計の流路の閉塞等を引き起こすことなく、試料水中の有機物等に関する測定値の信頼性を向上させることができる。さらに、試料水中の砂や泥などの無機物を容易に分離、除去することもできるので、分析計の損傷等を防ぐことができる。さらに、本発明の試料水前処理装置は、試料水中には、複雑な回転翼ではなく単純なパイプが挿入されていることから、破損しにくく、また、汚れにくく、汚れに対する回転の安定度も高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る試料水前処理装置の縦断面図である。
【図２】第２実施形態に係る試料水前処理装置の縦断面図である。
【符号の説明】
１…試料水前処理装置、２…外容器、２ａ…試料水貯留部、２ｂ…アーム回転部、２ｃ…周壁、２ｄ…底部、２ｅ…胴部、３…分岐パイプ、３ａ…軸部、３ｂ…アーム部、３ｃ…開口部、３ｄ…他端、４…モーター、５…給水管、６…弁、７…採取管、８…弁、９…駆動軸、１０…オーバーフロー、１１…受水溝
【図１】
2004093296.tif 000003
【図２】
2004093296.tif 000004