(57)【要約】【課題】煩わしいメンテナンスを必要としないとともに、消費エネルギーが可及的に少なく、長期にわたって安定して所望のサンプル液をサンプリングすることのできる液体サンプリング方法および装置を提供すること。【解決手段】内部に所定の角度αで傾斜した複数の遮蔽板１２ａ，１２ｂからなる気泡除去部１２を備えた筒体７の上部に、内部に整流部１６を備えた沈降筒７を遊嵌した状態で接続し、その状態で筒体７および沈降筒８を液体２中に浸漬し、前記筒体７の下方開口７ａから流入する液体２に含まれる気泡１０を前記遮蔽板１２ａ，１２ｂで遮蔽板外方に誘導し、前記筒体７内を上昇する液体２を遮蔽板１２ａ，１２ｂの間の隙間１４を通って沈降筒８内に誘導し、この沈降筒８内において液体２中における固形物１１の沈降作用を利用して液体２と固形物１１とを分離した後、当該沈降筒８の上部から固形物１１を除去した液体２を導出するようにした。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に所定の角度で傾斜した複数の遮蔽板からなる気泡除去部を備えた筒体の上部に、内部に整流部を備えた沈降筒を遊嵌した状態で接続し、その状態で筒体および沈降筒を液体中に浸漬し、前記筒体の下方開口から流入する液体に含まれる気泡を前記遮蔽板で遮蔽板外方に誘導し、前記筒体内を上昇する液体を遮蔽板の間の隙間を通って沈降筒内に誘導し、この沈降筒内において液体中における固形物の沈降作用を利用して液体と固形物とを分離した後、当該沈降筒の上部から固形物を除去した液体を導出することを特徴とする液体サンプリング方法。
【請求項２】
内部に所定の角度で傾斜した複数の遮蔽板からなる気泡除去部を備えた筒体の上部に、内部に整流部を備えた沈降筒を遊嵌した状態で接続し、その状態で筒体および沈降筒を液体中に浸漬し、前記筒体の下方開口から流入する液体に含まれる気泡を前記遮蔽板で遮蔽板外方に誘導し、前記筒体内を上昇する液体を遮蔽板の間の隙間を通って沈降筒内に誘導し、この沈降筒内において液体中における固形物の沈降作用を利用して液体と固形物とを分離した後、当該沈降筒の上部から固形物を除去した液体を導出することを特徴とする液体サンプリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、河川、湖沼、海域あるいは各種の排水等の水質測定において、測定対象とする液体をサンプリングするために用いられる液体サンプリング方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開２００２−３５７８３号公報
例えば、河川の水質測定を行う場合、河川から適宜量の河川水をサンプリングし、このサンプリングされた河川水をサンプル液として測定装置に供給する必要がある。この場合、河川水中には、水中の粒子等各種の固形物が含まれているため、これを除去し、前記河川水を、その内部に固形物のような異物を可及的に含まない清澄な試料液体としてサンプリングする必要がある。このため、従来においては、液体を採取するための取水管の取水部にろ過膜を設け、前記取水部を河川水に浸漬した状態で取水管に接続された吸引ポンプで河川水を吸引する手法が一般的に用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従来の手法では、使用に伴ってろ過膜が固形物によって目詰まりし、固形物を除去する機能が低下するので、ろ過膜表面の洗浄を頻繁に行ったり、ろ過膜を所定の使用時間経過ごとに交換する必要があるなどメンテナンスが煩わしいといった問題点があった。また、上記手法においては、膜ろ過の性質上、ろ過膜の上流側を加圧したり、あるいは、下流側を減圧する必要があるので、エネルギー消費が大きいといった問題点もあった。
【０００４】この発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、煩わしいメンテナンスを必要としないとともに、消費エネルギーが可及的に少なく、長期にわたって安定して所望のサンプル液をサンプリングすることのできる液体サンプリング方法および装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明の液体サンプリング方法は、内部に所定の角度で傾斜した複数の遮蔽板からなる気泡除去部を備えた筒体の上部に、内部に整流部を備えた沈降筒を遊嵌した状態で接続し、その状態で筒体および沈降筒を液体中に浸漬し、前記筒体の下方開口から流入する液体に含まれる気泡を前記遮蔽板で遮蔽板外方に誘導し、前記筒体内を上昇する液体を遮蔽板の間の隙間を通って沈降筒内に誘導し、この沈降筒内において液体中における固形物の沈降作用を利用して液体と固形物とを分離した後、当該沈降筒の上部から固形物を除去した液体を導出するようにしている（請求項１）。
【０００６】そして、この発明の液体サンプリング装置は、内部に所定の角度で傾斜した複数の遮蔽板からなる気泡除去部を備えた筒体の上部に、内部に整流部を備えた沈降筒を遊嵌した状態で接続し、その状態で筒体および沈降筒を液体中に浸漬し、前記筒体の下方開口から流入する液体に含まれる気泡を前記遮蔽板で遮蔽板外方に誘導し、前記筒体内を上昇する液体を遮蔽板の間の隙間を通って沈降筒内に誘導し、この沈降筒内において液体中における固形物の沈降作用を利用して液体と固形物とを分離した後、当該沈降筒の上部から固形物を除去した液体を導出するように構成されている（請求項２）。
【０００７】上記構成の液体サンプリング方法および装置においては、液体中における固形物の沈降作用を利用して液体と固形物とを分離するようにしているので、従来手法とは異なり、ろ過膜が不要になる。したがって、ろ過膜の目詰まり除去等のメンテナンスが不要になるとともに、固形物を除去した液体（処理水）を取り出すためのポンプの吸引力は、従来手法に比べて大幅に小さくて済み、それだけエネルギーコストを抑制することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、この発明の詳細を、図を参照しながら説明する。図１〜図５は、この発明の一つの実施の形態を示している。そして、図１〜図３は、この発明の液体サンプリング方法を実施するための装置の一例を示すものである。まず、図１において、１は貯水槽で、その適宜位置には、原水２を貯水槽２内にその上方から導入するための配管３および貯水槽２内の原水２を排出する配管４が設けられている。前記配管３には、吸引ポンプ５が設けられ、その上流側は、例えば好気槽など他の槽（図示していない）に接続されている。また、前記配管４は、原水２を下流側に導出するもので、その一端側が貯水槽１内の最底部に臨むように開口している。
【０００９】６は前記貯水槽１内の原水２中に浸漬された状態で設けられる液体サンプリング装置で、前記原水２の一部を、それに含まれる固形物を除去した処理水としてサンプリングするもので、例えば、図２および図３に示すように、主として、筒体７と、これと分離自在に結合される沈降筒８とからなり、沈降筒８が筒体７の上部に遊嵌された状態で設けられている。なお、９は結合手段としてのねじ部材である。
【００１０】まず、筒体７の構成を説明すると、この筒体７は、その両端の開口部７ａ，７ｂが長方形であり、適宜長さの直方体形状の角筒体である。つまり、両端の開口の一辺の長さがｘ、これに隣接する他の辺の長さがｙ（但し、ｘ＞ｙ）、全長がｚ（ｚ＞ａ）である角筒体で、例えば塩化ビニル樹脂よりなる。そして、この筒体７の内部には、その下部開口７ａから筒体７の内部に進入してくる原水２中に含まれる気泡１０を原水２から除去するためおよび原水２中に含まれる固形物１１を下方にガイドするための気泡除去部１２が設けられている。
【００１１】前記気泡除去部１２は、幅ｄが等しく長さが異なる長短二種の複数の塩化ビニル樹脂製の板部材１２ａ，１２ｂを互い違いに、かつ、水平方向とある一定の角度α（例えば、６０°）をなして傾斜するように、筒体７の長さ方向（上下方向）に設けられている。すなわち、図示する例においては、一方の遮蔽板１２ａが他方の遮蔽板１２ｂより長く、また、その板幅（図３中の符号ｄ参照）は、ともに等しく、筒体７の小さい辺の長さｙと等しくして設定されている。そして、これらの遮蔽板１２ａ，１２ｂは、それらの板幅側を筒体７の間隔ｙを形成する一対の側板７ｃに密着させた状態で、つまり、筒体７の間隔ｘを形成する他の一対の側板７ｄとの間に所定の隙間１３が形成されるように、しかも、対向する遮蔽板１２ａ，１２ｂの下方側に所定の隙間１４が形成されるように、下方が窄まり、下方側から上方側に末広がりとなるように設けられている。
【００１２】次に、沈降筒８の構成を説明すると、この沈降筒８は、下部側（筒体７側）が開口し、上部側が閉じられた構造となっており、図示例では、円筒よりなり、その外径は筒体７の短い辺ｙと同寸である。したがって、この沈降筒８を筒体７の上部開口７ｂ側から筒体７内に挿入したとき、筒体７の一対の辺７ｄ側との間に隙間１５が生じ、この隙間１５は筒体７の辺７ｄと遮蔽板１２ａ，１２ｂとによって形成される隙間１３と連なることとなる。この沈降筒８は、例えば塩化ビニル樹脂よりなる。そして、この沈降筒８の内部には、円周を６等分するように、適宜長さおよび幅を有する複数の塩化ビニル樹脂製の仕切り板１６ａを組み合わせてなる整流部１６が設けられている。
【００１３】前記整流部１６は、沈降筒８内部における原水２を上向きの押し出し流れとなるようにして、原水２中に含まれる固形物１１を沈降作用によって除去するためのものである。そして、この沈降筒８の横断面積Ａは、沈降筒８の上部方向へ吸引する原水２の流量Ｆと、除去しようとする固形物１１の沈降速度Ｗとを勘案して、下記式（１）によって決定される。
Ａ＝Ｆ／Ｗ                                    ……（１）
例えば、流量Ｆを１ｍＬ／秒、沈降速度Ｗを０．１ｃｍ／秒以上とするとき、必要な横断面積Ｓは１０ｃｍ２  となる。
【００１４】前記Ｆ，Ｗは原水２の水質に応じて任意に設定することができる。また、固形物１１の沈降速度Ｗは、除去対象となる固形物１１の平均粒径ｄ、平均密度ρｓ  、水の平均密度ρｗ  、水の粘性係数η、重力加速度ｇを用いて、下記式（２）によって求められる。
Ｗ＝（ρｓ  −ρｗ  ）ｇｄ２  ／１８η              ……（１）
【００１５】そして、１７は上記機能を有する沈降筒８の上部を着脱自在に封止する蓋で、沈降筒８の上端に周設されたフランジ８ａに対応するようにフランジ１７ａが形成してあり、適宜のシール部材（図示していない）を介して例えばねじ止めされる。なお、この蓋１７も塩化ビニル樹脂よりなる。
【００１６】
また、１８は蓋１７に接続される適宜の素材よりなる配管で、この配管１８の途中には吸引ポンプ１９が設けられ、さらに、その下流側には水質分析部２０が設けられている。すなわち、水質分析部２０には、筒体７および沈降筒８を経た原水２が処理水（つまり、サンプル液）として沈降筒８に接続されるサンプリング配管１８を経て供給されるようにしてある。そして、前記吸引ポンプ１９としては、従来の膜ろ過方式の場合と異なり、強い減圧吸引力は必要とせず、前記液体サンプリング装置６が浸漬されている原水２の水面から吸引ポンプ１９が設置されている位置まで原水２をくみ上げるのに必要な揚程を有するものであればよい。
【００１７】上記構成の液体サンプリング装置６の作動について説明する。図１に示すように、液体サンプリング装置６を、その殆どが貯水槽１内の原水２中に浸漬した状態で設置する。吸引ポンプ１９を運転して吸引動作させることにより、液体サンプリング装置６の筒体７の下方から貯水槽１内の原水２が筒体７内に進入する。このとき、前記原水２に気泡１０が混入している場合、これも原水２とともに筒体７内に進入する。筒体７内には、下方が窄まるようにして複数の遮蔽板１２ａ，１２ｂを斜めに配置してなる気泡除去部１２が形成されているので、筒体７内に進入した原水２およびこれに含まれる気泡１０が筒体７を上昇するとき、前記気泡１０は、図１において矢印１０ａで示すように、遮蔽板１２ａ，１２ｂの下面側（外側）に沿って上昇し、原水２のみが、図１において矢印２ａで示すように、遮蔽板１２ａ，１２ｂの間の隙間１４および遮蔽板１２ａ，１２ｂの上面側（対向面側）を通って筒体７の上部の沈降筒８方向に上昇する。そして、前記気泡１０は、遮蔽板１２ａ，１２ｂと筒体７との間の隙間１３およびその上方の沈降筒８と筒体７との間の隙間１６を経て、矢印１０ｂに示すように、液体サンプリング装置６外の原水２に混じる。
【００１８】上述のように、筒体７内の下方から筒体７内に進入した原水２は、その内部に気泡１０が混入していても、筒体７内の気泡除去部１２を通過することにより、前記気泡１０が分離され、沈降筒８方向に上昇する。前記原水２は、沈降筒８内においては、上向きの押し出し流れとなるようにして流れ、それに含まれる固形物１１が沈降作用によって除去され、この固形物１１は、沈降筒８下方の遮蔽板１２ａ，１２ｂの上面側を滑るようにして下方にガイドされ、整流部１６側に上昇することはない。
【００１９】上述のように、液体サンプリング装置６内に導入された原水２は、筒体７および沈降筒８を経ることにより、それに含まれる気泡１０や固形物１１が除去され、所謂清澄な原水（処理水）２となって、サンプリング配管１８を経て水質分析部２０方向に流れていく。
【００２０】図４および図５は、上記実施の形態に係る液体サンプリング装置６の作用効果を説明するための図である。まず、図４は前記液体サンプリング装置６を、下水処理場の曝気槽に設けたときの結果を示すもので、筒体７に気泡除去部１２を設けない場合は、同図において右側に示すように、固形物除去効果は殆どなかったが、筒体７に気泡除去部１２を設けた場合には、同図において左側に示すように、９７．２％の固形物１１を除去することができており、前記液体サンプリング装置６が効果的に稼働することが分かる。
【００２１】また、図５は、下水処理場の無酸素槽において除去対象となる固形物１１の「設計上の除去しようとする固形物の沈降速度」を変化させたときの処理水の水質の変化を示すもので、この図から、前記「設計上の除去しようとする固形物の沈降速度」を変化を適宜変化させることにより、任意の処理水が得られることが分かる。
【００２２】そして、この発明は、上述の実施の形態に限られるものではなく、種々に変形して実施することができる。例えば、筒体７の断面形状は、正方形であってもよく、また、円形や楕円形など任意の形状とすることができ、フッ素樹脂などを用いても形成してあってもよい。つまり、原水２や固形物１１などに冒されたり、原水２を変質させたりしないような素材で形成してあればよい。
【００２３】また、筒体７内に設けられる気泡除去部１２は、原水２中に含まれる気泡１０の除去および沈降作用によって原水２から分離される固形物１１を下方に好適に落下させるものであればよい。したがって、遮蔽板１２ａ，１２ｂの傾斜角度αは、上記６０°である必要はなく、遮蔽板１２ａ，１２ｂの素材や除去対象とする固形物１１の大きさや種類に応じて適宜設定すればよい。さらに、前記傾斜角度αを遮蔽板１２ａ，１２ｂ個々に異ならせてあってもよい。必ずしも等しくなくてもよい。また、遮蔽板１２ａ，１２ｂの素材は、前記筒体７と同様に、原水２や固形物１１などに冒されたり、原水２を変質させたりしないような素材であれば何でもよい。
【００２４】さらに、前記沈降筒８は、筒体７の上部に適宜の隙間１５が形成されるようにして遊嵌されるものであれば、その断面形状は任意である。そして、沈降筒８の内部に設けられる整流部１６は、沈降筒８内部における原水２を上向きの押し出し流れとなるようにして、原水２中に含まれる固形物１１を沈降作用によって除去するようにしてあればよく、したがって、整流部１６を構成する仕切り板１６ａの数やその形状は任意である。また、これら沈降筒８および整流部１６の素材についても、筒体７や遮蔽板１２ａ，１２ｂと同様に原水２や固形物１１などに冒されたり、原水２を変質させたりしないような素材であれば何でもよい。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように、この発明の液体サンプリング方法および装置においては、原水中に含まれる気泡を除去した後の原水を沈降筒に供給し、液体中における固形物の沈降作用を利用して液体と固形物とを分離するようにしているので、従来手法とは異なり、ろ過膜が不要になる。したがって、ろ過膜の目詰まり除去等のメンテナンスが不要になるとともに、固形物を除去した液体（処理水）を取り出すためのポンプの吸引力を小さくすることができ、それだけエネルギーコストを抑制することができる。
【００２６】そして、処理水流量と沈降筒断面積を変化させることにより、処理水水質を必要に応じて設定することができる。また、固形物とともに気泡を多く含むような原水に対しても適用することができる。
【００２７】したがって、この発明は、河川、湖沼、海域あるいは各種の排水等の水質測定において、測定対象とする液体のサンプリングに好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の液体サンプリング装置の全体構成を示す図である。
【図２】前記液体サンプリング装置の要部の構成を示す図で、（Ａ）は正面断面図、（Ｂ）は側面断面図、（Ｃ）は上面図である。
【図３】前記液体サンプリング装置の要部の透視斜視図である。
【図４】気泡除去部の有無と固形物除去率との関係を示す図である。
【図５】設計上の除去しようとする固形物の沈降速度と固形物除去率との関係を示す図である。
【符号の説明】２…液体、６…液体サンプリング装置、７…筒体、７ａ…下方開口、８…沈降筒、１０…気泡、１１…固形物、１２…気泡除去部、１２ａ，１２ｂ…遮蔽板、１４…隙間、１６…整流部、α…傾斜角度。
【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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