(57)【要約】【課題】  下水処理水の着色度、色相の確認を、高精度かつ視覚的に容易に把握できるようにする。【解決手段】  着色監視対象の処理水の透過光濁度（ＴＰr，ＴＰg，ＴＰb）を赤色、緑色、青色の三色光源によって計測し、各色の吸光バランスを算定し、該算定した値をもとに算出したＸＹ座標系上でのトリダイヤグラムの三角形重心位置Ｇと原点Ｏとの距離ＯＧを、色度図上にプロットし、前記処理水の着色度として判定し、処理水の着色変化を連続監視するようにした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
着色監視対象の処理水の透過光濁度と散乱光濁度を赤色、緑色、青色の三色光源によって計測し、各色の吸光バランスを算定し、該算定した値をもとに色度図上の着色度を求め、前記処理水の着色変化を連続監視するようにしたことを特徴とする下水処理水の着色監視方法。
【請求項２】
前記三色の透過光濁度値をもとに算出したＸＹ座標系上でのトリダイヤグラムの三角形重心位置と原点との距離を、前記色度図上にプロットし、前記処理水の着色度として判定することを特徴とする請求項１記載の下水処理水の着色監視方法。
【請求項３】
前記色度図は、正六角形の第I象限の辺の中点を青色（Ｂ）、その対辺の中点を黄色（Ｙ）、Ｙ軸と正値側で交わる辺の中点をシアン（Ｃ）、その対辺の中点を赤色（Ｒ）、第II象限の辺の中点を緑色（Ｇ）、その対辺の中点をマゼンタ（Ｍ）とし、加法混色により原点が白色となるように、前記正六角形内が連続的に混色表示された表色系からなることを特徴とする請求項１に記載の下水処理水の着色監視方法。
【請求項４】
処理水槽から処理水が導かれる検水槽と、該検水槽内の処理水の透過光濁度と散乱光濁度を赤色、緑色、青色の三色光源によって計測する濁度センサと、該濁度センサからの受光信号を透過光出力、散乱光出力として演算し、前記各色の吸光バランスを算定する演算出力部と、演算出力結果を送信する送信部とを有する現場監視部と、該現場監視部からの信号を受信し、前記演算値を画面表示された色度図上に着色度として表示する表示手段とを備えたことを特徴とする下水処理水の着色監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は下水処理水の着色監視方法及び着色監視装置に係り、分光濁度センサによって得られた下水処理水の着色度、色相の確認をコンピュータグラフィックスにより、ビジュアルに行えるようにした下水処理水の着色監視方法及び着色監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、下水処理施設等では、施設の維持管理上、施設において処理された下水（以下、処理水と記す。）の監視作業の効率化を目的として、たとえば、処理水の濁度、ＳＳ、色度等の計測管理項目において自動計測可能な各種検査装置が開発されている（特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
特許文献１に開示された着色度の測定装置は、純水と被検液との各透過光量を捉え、そのときの検出素子の出力差が所定値になるときの被検液における試料の希釈倍率をその試料の着色度と定義した希釈法による着色度測定方法である。
【０００４】
特許文献２に開示された着色度測定方法では、試料が流れるフローセルまたはサンプリングした試料を入れたガラスセルに可視光線を投射し、その透過光を分光、またはＸ値、Ｙ値、Ｚ値の三刺激値を検出する三刺激値フィルタを用い、その三刺激値からたとえばＸ，Ｙ，Ｚ吸光度の総和と希釈度法で求めた着色度との関係を示す検量線から試料の着色度を求めることを特徴としている。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２１８４９８号公報。
【特許文献２】特開平９−４３１４０号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、一般的な下水処理水は通常、黄〜黄褐色を呈するが、工場排水による化学物質等に由来する着色した汚水等が流入した場合、処理水の色相が通常と異なることが考えられる。そのような処理水の色相の変化は、その変化が顕著な場合、目視によっても容易なこともあり、それらを視認した地域住民からの苦情の対象となるばかりでなく、処理施設自体の処理性能が汚染に対して対応できていない、あるいは性能低下が生じている等の問題を有していることも考えられる。
【０００７】
これらに対応するために、上述の特許文献１，２に開示された着色度測定方法を採用することもできるが、特許文献１の場合、純水と被検液とを比較するために常に精度の良いサンプリングを行い、それぞれの試料についての官能測定による希釈法測定を行う必要があるため、純水、被検液等、多くの試料についての監視、試験を行う必要がある。
【０００８】
一方、特許文献２に開示された方法では、予め希釈度法により求めた色相の異なる試料の着色度との検量線を求め、それに基づいて試料の着色度を測定する必要がある。
【０００９】
ところで、出願人は、下水処理水の管理手法として、すでに分光濁度センサを用いた粒度測定方法等を提案している。この分光濁度センサは従来の単色光源を、赤色、緑色、青色の３波長光源とし、３波長の透過光濁度、散乱光濁度、及び積分球濁度の７濁度データを用いた計測に対応した装置である。この分光濁度センサを用いた下水処理水の計測では、濁度、粒度指数を指標とした汚泥性状についての提案を行った。しかし、この分光濁度センサに備わる計測機能を利用した処理水の着色度、色相の計測については、センサに備わった機能を十分発揮できるような計測手法が確立されていなかった。そこで、本発明の目的は上述した従来の装置の機能を効果的に活用すべく、装置が備えた赤色、緑色、青色の３波長光源を用いて得られる透過光濁度値を求める際の吸光バランスを把握することで、処理水の着色度、色相の評価を容易に行えるようにした着色監視方法とその監視装置を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は着色監視対象の処理水の透過光濁度と散乱光濁度を赤色、緑色、青色の三色光源によって計測し、各色の吸光バランスを算定し、該算定した値をもとに色度図上の着色度を求め、前記処理水の着色変化を連続監視するようにしたことを特徴とする。
【００１１】
このとき、前記三色の透過光濁度値をもとに算出したＸＹ座標系上でのトリダイヤグラムの三角形重心位置と原点との距離を、前記色度図上にプロットし、前記処理水の着色度として判定することが好ましい。
【００１２】
また、前記色度図は、正六角形の第I象限の辺の中点を青色（Ｂ）、その対辺の中点を黄色（Ｙ）、Ｙ軸と正値側で交わる辺の中点をシアン（Ｃ）、その対辺の中点を赤色（Ｒ）、第II象限の辺の中点を緑色（Ｇ）、その対辺の中点をマゼンタ（Ｍ）とし、加法混色により原点が白色となるように、前記正六角形内が連続的に混色表示された表色系とすることが好ましい。
【００１３】
上述の監視方法を実現するために、処理水槽から処理水が導かれる検水槽と、該検水槽内の処理水の透過光濁度と散乱光濁度を赤色、緑色、青色の三色光源によって計測する濁度センサと、該濁度センサからの受光信号を透過光出力、散乱光出力として演算し、前記各色の吸光バランスを算定する演算出力部と、演算出力結果を送信する送信部とを有する現場監視部と、該現場監視部からの信号を受信し、前記演算値を画面表示された色度図上に着色度として表示する表示手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、赤色、緑色、青色の三色光源によって計測された検水の透過光出力の吸光バランスから、前記検水の着色度、色相を、色度図を用いて簡易に判定できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の下水処理水の着色監視方法を実施するための最良の形態として、以下の実施例について添付図面を参照して説明する。
【実施例】
【００１６】
［濁度計測の原理］
処理水の濁度計測は、上述の分光濁度センサを用いて行うこととした。この分光濁度センサは積分球濁度、赤色(６４０nm)・緑色(５２５nm)・青色(４７０nm)の各透過光濁度、各色散乱光濁度の７種類の濁度を計測可能な装置で、この装置を用いて、計測対象の処理水の赤色（以下、Ｒ）・緑色（以下、Ｇ）・青色（以下Ｂ）の吸光バランスを測ることにより、これらのＲ，Ｇ，Ｂの計測値をもとに処理水の着色度、色相検知を継続的に行うことで処理水の着色監視が可能となる。
［着色監視のためのキャリブレーション］
【００１７】
処理水の色相の検知を行うために、まず分光濁度センサによる透過光のＲ，Ｇ，Ｂの計測値に対してキャリブレーションを行う。具体的には、Ｒ，Ｇ，Ｂの各透過光濁度（ＴＰr，ＴＰg，ＴＰb）の計測値について、図１に示したようなトリダイヤグラムを描く。そしてこれら３点の透過光計測値で得られる三角形の重心位置Ｇを求め、その検水の色相の判断を、三角形の重心位置Ｇと原点Ｏからの距離（ＯＧ）で、処理水の色相濃淡の判断を行うこととした。
【００１８】
このとき、予備実験を参考に、Ｒ，Ｇ，Ｂ計測値に対して、以下の（式１）〜（式３）に示したように、透過光濁度計測値のバランスを補うための補正係数α、β、γを乗じて、ＸＹ座標上のトリダイヤグラムの重心座標Ｇ（Ｇx，Ｇy）と原点Ｏの距離ＯＧを求めることとした。以上のキャリブレーションを行った上で、後述する監視装置により、対象となる処理水から得られた検水の着色、色相を知ることができる。
なお、本実施例では既往実験をもとに補正係数α，β，γをα＝１．３７，β＝１．６９，γ＝２．２９として（式１）に適用した。
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【００１９】
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【００２０】
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【００２１】
［着色監視の判定方法］
上述のように、Ｒ，Ｇ，Ｂ透過光濁度から求められたＯＧ値を用いて、着色度、色相
の判定のために、本発明では、図２に示したような色度図を用い、ＯＧ値に対応する着色度、色相を把握できるようにした。この色度図は、刺激値を当てはめて色度を求めるＸＹ色度図（ＪＩＳ Ｚ８７０１による）と異なり、Ｇx，Ｇyに対応した座標に対応する色度図を正六角形とし、図２に示したように、Ｇx＝０，Ｇy＝０を原点とし、頂点まで所定長の正六角形のＹ軸上の辺の中点をＲとし，このＲと原点とを結ぶ線分と１２０°をなす角度で横切る辺の中点をそれぞれＧ，Ｂとし、Ｒを含む辺の対辺とＹ軸との交点を、加法混色により求められるシアン（青緑色、以下Ｃ）とし、同様にＧの対辺の中点をマゼンタ（赤紫色、以下Ｍ）、Ｂの対辺の中点をイエロー（黄色、以下Ｙ）とし、すべての色を加法混色した座標原点が白色Ｗとなるように、混色が連続的に遷移する。この色度図は、言い換えると、正六角形の第I象限の辺の中点を青色（Ｂ）、その対辺の中点を黄色（Ｙ）、Ｙ軸と正値側で交わる辺の中点をシアン（Ｃ）、その対辺の中点を赤色（Ｒ）、第II象限の辺の中点を緑色（Ｇ）、その対辺の中点をマゼンタ（Ｍ）とし、加法混色により原点が白色となるように、前記正六角形内が連続的に混色表示された表色系からなる。
【００２２】
この色度図は、図３に示したシステム構成の一例において、遠隔監視を行う管理棟の監視室等に設置されたパーソナルコンピュータの画面にフルカラーで表示され、検水のＯＧ値に対応する点がその色度図上に重ねて表示される。これにより、処理水に生じた異常着色等をビジュアルに検知可能になる。このとき色度図のレンジは、算出されたＯＧ値によって適宜選択することができ、それにより着色度の絶対色も把握することができる。
【００２３】
［監視装置のシステム構成］
図３は、上述した処理水の着色監視を行うために、下水道処理施設の一部に設けるようにした一実施例としての下水処理水の着色監視装置の構成を概略的に示したシステム構成図である。同図に示したように、処理水槽１の処理水Ｗの着色度、色相を測定するために、処理水槽１本体と別に検水槽３が設けられており、この検水槽３にポンプ２を介して処理水Ｗが、設定時刻になると供給貯留され、計測後、処理水槽１に自然排水される。検水槽３内には前述した分光濁度センサ１０が設置されている。
【００２４】
分光濁度センサ１０では、その計測機能のうち、Ｒ，Ｇ，Ｂの３波長光源を用いた検水のＲ，Ｇ，Ｂの各透過光濁度（ＴＰr，ＴＰg，ＴＰb）が計測される。具体的には、分光濁度センサ１０は、光源としてのＲ，Ｇ，Ｂの各発光ダイオード１１，１２，１３からの測定光を、積分球中の検水を透過させ、透過光、散乱光を受光するフォトダイオード１４で構成され、その受光信号は現場の検水槽３近くに設置された監視装置２０に信号ケーブル１５で送られる。
【００２５】
監視装置２０はＲ，Ｇ，Ｂの計測値（透過光、散乱光）の演算出力部としての役割を果たし、受光信号増幅部２１、透過光ＴＰi信号検出回路２２、散乱光Ｔｄi信号検出回路２３、電流変換器２４、透過光ＴＰi出力・散乱光Ｔｄi出力送信部２５とから構成されている。電源としてはデータ通信等の安定性を考慮してＡＣ電源を利用するが、設置場所で独立稼働できるように、太陽電池パネル２６や蓄電池を補助電源として使用することも好ましい。信号送信手段としては、ＤｏＰａ通信網等の各種データ通信が送信状態の安定性、コスト面で好ましい。
【００２６】
一方、管理棟（監視室）３０には送信されたデータを受信する出力情報受信部３１が設けられ、ＬＡＮ等によるデータ転送手段により、表示部３３としてのパーソナルコンピュータにデータが送られ、各計測時のＯＧ値が、モニター画面上に所定のレンジで表示された上述の正六角形色度図上にプロットされる。これにより、官能検査等で判断できないような、処理水Ｗの着色度が数値処理され、ビジュアルに把握できる。
【００２７】
ここで、本発明による着色監視装置２０を用いた処理水Ｗの連続監視方法について、図３，図４を参照して説明する。図３に示したシステム構成が組み込まれた下水処理施設において、処理水Ｗの着色度の計測間隔を設定するが、通常は毎正時において、２４回／日の計測頻度を標準とする。したがって、毎正時に処理水槽１から検水槽３に処理水Ｗを送水し、検水槽３内の分光濁度センサ１０によりＲ，Ｇ，Ｂの透過光受光信号、散乱光受光信号の計測を行う。センサ１０で求められた各信号は演算出力部としての監視装置２０において、所定の透過光出力信号、散乱光出力信号に変換され監視装置２０の送信部としてのデータ送信手段により、遠隔の監視室３０の受信部３１にデータ送信され、パーソナルコンピュータに取り込まれたデータを入力値として上述の式１〜式３をもとに組み込まれた表示部３３のＣＧソフトウエアにより、上述のＯＧ値をもとにしたデータがフルカラーで表示された色度図上に検水の着色度として表示される。この結果が処理水の規定された濁質許容範囲以下であるか判断され、以下であれば次の正時に再度の計測が行われ、もし濁度、着色度に異常が検知されたら、その情報に対応した対策措置をとる。
［実験例１］
【００２８】
（処理水における着色度（赤色）の検出実験）
当初より淡黄色を示している沈殿池に赤色色素を投入し、本発明による処理水Ｗへの異常着色の検出の検証を行った。この実験では、溶解しておいた赤色色素（食紅）で着色された処理水（以下、着色水）を沈殿池からポンプで汲み上げ、この着色水を検水槽３内で所定時間の経過（５分ごと）ごとに計測した。これにより、着色水の希釈の影響を考慮することができる。４回の計測時における着色度（色度図からの読み取りによる）、ＯＧ値の変化を表−１に示す。
【００２９】
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【００３０】
採取当初の着色水は用いられた赤色色素による赤色が明りょうに検出され（データNo.１）、その後の計測によるデータNo.２〜データNo.４では、着色が希釈され、使用したもとの処理水に近いほぼ黄色を呈すようになったが、データNo.２，データNo.３の計測結果では、当初処理水ＷよりＯＧ値が増加していることが確認された。
【００３１】
すなわち、着色水は時間経過とともに希釈され、図５に示した色度図（図２を簡易表示）にプロットしたように、時間経過とともに、淡赤色（橙色）→黄色（もとの処理水Ｗに近い色）の着色の変化が確認された。一方、データNo．１〜４について、ＸＹＺ表色系による色の表示方法（ＪＩＳ Ｚ８７０１）によって色度を求めたところ、ＸＹＺ表色系を利用した場合には、この赤色の色度はほとんど検出されなかった。このように、本発明によれば、従来の色度検出では検出されない程度の弱い色度（着色）も、色度図上において具体的に着色度、色相を確認することができることが確認された。
［実験例２］
【００３２】
（着色監視の測定許容範囲の確認実験）
処理水Ｗの着色監視を行うにあたって、検水から色度が検出されるための着色濃度、検水の濁度の許容範囲を確認するために、試薬による室内実験を行った。試薬としては、各原色Ｙ，Ｍ，Ｃの着色を実現可能なクロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）を用い、上述の実験例１と同様のシステムを利用し、検水槽３内の着色水の室内実験を行った。実験では、各物質とも、段階的に変化する３濃度（Ｃｕ：３，１．５，０．６，０．３(mg/l)，Ｍｎ：０．１，０．０５，０．０２，０．０１(mg/l)，Ｃｒ：２，１，０．４，０．２(mg/l)）の水溶液を用い、分光濁度センサ１０を備えた濁度計により透過光出力、散乱光出力，濁度を計測した。またこれらの水溶液の溶媒として、蒸留水と処理水Ｗの２種類を採用し、濁質による影響がどの程度かをあわせて比較、検証した。
【００３３】
その結果、Ｙ，Ｍ，Ｃの各色と、各色の濃淡をそれぞれ検出することができた。蒸留水による水溶液と処理水Ｗによる水溶液とではほとんど差異はなく、多少の濁質分があっても着色監視は可能であることが確認された。なお、透過光濁度、ＯＧ値を指標として現場監視の測定許容範囲を判断すると、透過光濁度の計測値が２０程度、ＯＧ＞１０であれば、色度が検出されるが、現場での監視継続には、確実に着色が認められる場合としてＯＧ＞２０となったとき、現場にて採水を行い、重心Ｇの座標位置、ＯＧ値との算出、着色度の確認を行うことが好ましい。また、検水の濁質許容範囲としては通常の処理水程度の濁度であれば、監視が可能である。また、現場処理水の濁度５０程度までなら、着色の変化を把握することが可能であることが確認できた。
【００３４】
以上の説明では、下水処理施設における処理水を対象とした着色度の検出等の監視について述べたが、着色排水が流入するおそれのある河川や湖沼における監視体制に用いることができることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の透過光濁度計測値をもとにして描かれたＸＹ座標上のトリダイヤグラム。
【図２】本発明で求められたＯＧ値を適用して着色度を求めることができる色度図。
【図３】本発明の監視方法を実現するためのセンサ部、監視装置、監視室の演算部・表示部の構成を模式的に示したシステム構成図。
【図４】本発明の下水処理水の着色監視方法の概略作業手順を示したフローチャート。
【図５】実験例１におけるＯＧ値と着色度との関係を示した着色度図
【符号の説明】
【００３６】
１  処理水槽
３  検水槽
１０  分光濁度センサ
２０  監視装置
３０  監視室
３３  表示部（モニター画面）
【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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