JPH041558A - 液体中に含まれる複数成分の凝集過程を検出する方法とその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は浄水処理などの際に、原水中に含まれる懸濁質
または溶解性有機物など複数の被凝集成分に凝集剤を添
加した後の凝集過程の検出方法およびその装置に関する
。

〔従来の技術〕

従来、懸濁液体中の懸濁物質の濃度を計測する手段とし
て、一般に次のものが知られている。

（１）よく知られている濁度計の代表的なものは、試料
液の光透過率を測定し、Ｌａ■ｂｅｒ−Ｂｅｅｒの式（
１１に従って懸濁物質の濃度を求めるものである。

−ｊｌｎＴ−ＫＣ Ｔ：光透過率（Ｉ／１．） 但し、■は透過光強度＋　　Ｉｌｌは照射光強度 に：懸濁物質の種類と照射光断面積および照射光路長に
よって決まる定数 Ｃ：懸濁物質濃度（濃度） （２）液体中の懸濁物質の個数濃度を計測する手段とし
ては、レーザーの微粒子による散乱光検出を原理とする
パーティクルカウンターのほかに、レーザーやＬＥＤの
ビームを微粒子が通過することによって生ずる透過光強
度の減少を、パルスとしてカウントする光遮断法に基づ
くパーティクルカウンター、ピンホールを粒子が通過す
ることによって生ずる電気伝導度の変化をカウントする
コールタ−カウンターなどが知られている。

（３）濁度計の一種で、透過光強度のＤＣ成分とＡＣ成
分を分離して、照射光内を粒子が通過する際の透過光強
度のゆらぎをＲＭＳ値（自乗平均値）として出力するも
のもあり、単成分の被凝集性粒子については平均粒径が
計算できることが、Ｊ。

Ｇｒｅｇｏｒｙにより雑誌Ｊ、Ｃ，１，Ｓ、１０５（２
）、１９８５．Ｐ３５７３７１に記載されている。

（４）フミン質に代表される熔解性有機物（生物代謝有
機物）の濃度指数としては、紫外光（２６０ｎｍ）の吸
光度が用いられ、分光光度計によって測定することがで
きる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、以上の手段により得られる情報は懸濁液
中の平均的な懸濁物質濃度や粒径分布。

吸光度、光透過率などであって、懸濁液に凝集剤を添加
して懸濁物質を凝集させる過程では次のような問題があ
る。以下に前記の（１）〜（４）に対応するこれらの問
題点を述べる。

〔１〕凝集に伴って懸濁質の個数濃度は低下するが同時
に粒径は大きくなり、濁度に対してこれら二つのパラメ
ータは相殺するように変化する。そのため、濁度計から
は凝集過程の直接的な情報を得ることは困難であり、実
際には凝集沈殿後の濁度を計測してプロセス条件の良否
を判断している。

したがって、その結果が出るまでに時間を要し、速やか
なフィードバック制御は不可能である。

〔２〕パーテイクルカウンターでは、基本的にビームま
たはピンホールを通過する懸濁質粒子は１個でなければ
ならないが、凝集沈殿過程で扱う殆どの懸濁液の濃度は
高く、その条件を満足することができないために、希釈
操作が必要となる。また、得られる情報は懸濁粒子濃度
および粒径分布であり、凝集剤と被凝集成分間の集塊に
関する情報を得ることはできない。

〔３〕濁度変動計測では、統計的なゆらぎ量を計測する
ため高濃度の懸濁物質をそのまま使うことはできるが、
やはり凝集体に関しては何ら情報は得られない。

〔４〕溶解性の成分の凝集の進行は前述の方式では評価
することができない０分光光度計による測定も濃度変化
を示すのみであり、凝集過程の挙動は計測できない。

本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、その目
的は浄水処理などにおける複数成分からなる懸濁物質や
溶解性有機物の凝集過程を速やかに計測することが可能
な方法と装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題を解決するために、本発明は互いに異なる複
数の波長を含む光を発する光源、この光源から出射する
光を伝達し被測定液に照射する光学的手段、被測定液が
流れるフローセル、このフローセルと被測定液を透過し
た光を照射光光軸上で受光し所定の複数の波長に分光し
て光電変換部に伝達する光学的手段、光電変換部から出
力される複数の波長のそれぞれの透過光強度に対応する
電気信号を演算し出力する電気回路手段とを備えた検出
装置により、複数成分を含む被測定液の流れに対して二
つ以上の異なる波長の光を照射して、それぞれの波長に
ついて透過光強度、吸光度の平均値、標準偏差、変動係
数および透過光強度間の相関係数を出力させる。また、
被測定液中の懸濁性成分のみ吸収する波長の吸光度の平
均値Ｅｌ　＋標準偏差Ｅ　ｒｌ＋前記被測定液中の懸濁
性成分と溶解性成分との双方を吸収する波長の吸光度の
平均値り、標準偏差Ｅ　ｒｌｌ＋　およびこれら二つの
波長の吸光度の時系列的な相関係数ｒｒｘから、懸濁質
に吸着することなく被測定液中に均一に存在する成分（
未凝集溶解性成分）の吸光度Ｅ益を（１１式により計算
し、出力するものである。

〔作用〕

本発明では、複数の凝集成分を含む試料液の流れに光を
照射して、測定対象とするそれぞれの凝集成分に、特有
もしくは支配的な吸収や散乱を生しさせる波長について
、同時に透過光量を測定する。それぞれの波長における
透過光量は平均化信号（ＤＣ成分）と変動信号（ＡＣ成
分）に弁別され、ＤＣ成分からは吸光度が求められ、測
定対象である各成分のそれぞれの波長における吸収係数
が既知であれば、連立方程式により容易に各成分の濃度
を計算することができる。ＡＣ成分は、凝集反応によっ
て生ずる各成分の透過光光路内における空間的局在化に
起因するものである０本発明は多波長について同時にこ
れらの測定を行なうことにより、複数の成分の凝集によ
る濃度変化および凝集体の大きさをモニターできるよう
にしてあり、上述のようにＡＣ成分は凝集体の光路的通
過に基づくものであるから、異なる２成分間で凝集が起
きていれば、それぞれのＡＣ成分の変動は同期する０本
発明はこの点に着目して異なる２波長のＡＣ信号間で相
関係数を出力することにより、各成分間の凝集過程の指
標を得る。また（１）式によって、未凝集溶解性成分の
吸光度を算出することができ、凝集過程の前後で比較す
ることにより、凝集による溶解性成分の除去率を計算す
ることができる。

〔実施例〕

以下本発明を実施例に基づき説明する。

本発明の方法は試料液の流れに光を照射し、試料液各成
分の主吸収波長の透過光信号の間の相関係数を実時間で
計測することによつて、凝集過程の進行状況を把握する
ものであり、はじめに２波長の場合を例として本発明の
詳細な説明する。

二つの異なる波長λ８．λヨの２種類の懸濁成分Ａ、Ｂ
の吸光係数を（α１．βｌ）、（α３．βよ）とすると
、それぞれの波長での吸光度Ｅ　＋　、Ｅ　ｘは次のよ
うに表わされる。

Ｅｔ　−αｌ（Ｃａ　十〇ａｂ）＋β＋　（Ｃｍ　＋０
口）・−（２）Ｅ舅　−αｔ（Ｃ烏　＋Ｃ１，）　＋β
＊　　（Ｃｍ　　＋Ｃｍ５）・−（３）但し、ＣＡ　：
単独で存在する成分Ａの濃度ＣａｂｘＨＡ集体中の成分
Ａの濃度 Ｃ１：単独で存在する成分Ｂの濃度 Ｃｏ：凝集体中の成分Ｂの濃度 ところで、吸光度のゆらぎ（偏差）Ｅｔ、Ｅｘは、凝集
に伴うそれぞれの成分の濃度の局在に起因していること
から、次のように表わすことができる。

〜　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　〜　　　　ｆ＼ＪＥ＋　−α＋　
（ＣＡ　＋　Ｃａｂ）十βＩ（Ｃｍ　＋　Ｃｔａ）−（
４１〜　　　　ｌ＼） Ｅ、−αｔ　　（ＣＡ　　＋　ＣａＪ　　＋βｔ（Ｃｍ
＋Ｃ□）　−−−（５）ここで〜は偏差を表わす（以下
同様） 〜１／Ｓ＋３ したがって分散（偏差自乗平均）Ｅｔ、Ｅｔ（＝は平均
値を表わす、以下同様）は、成分Ａ、Ｂが互に独立であ
り、ＣＡｂとＣ１ａが互いに従属で相関係数が１である
ことを考慮すると、 スン　　　　Ｗ　　−〕　　−諺　　　　寡　　スン　
　７Ｃ１Ｅ１−α＋　　（Ｃｍ　　＋　ＣａＪ　　＋β
Ｉ　（Ｃｗ　　”Ｃ１，）＋２・１β１ｊご：・詫　−
・（６） て２　　　ｔ　　スノ　　で　　　　！　　疋：　　ス
〕Ｅ８−αｚ　（Ｃａ　　＋　Ｃａｂ）　　＋βｔ　　
（Ｃｍ　　＋Ｃｍａ）＋２．ｘｌ＊圧「Ｗ　・−・（η となる。

またＥｔ　とＥ８の相関係数ｐは、 〜Ｖ、□　／Ｖ で表わされ、Ｅ、とＥ、の共分散Ｅｌ　’Ｅｔは次式で
与えられるや −１］　　　　　　　　：ノ　　スフ Ｅ、・Ｅ、−α、α言ＣＡ＋ＣＡＪ＋β１β禽（Ｃｍ　
＋ｃｇａ）ここで、透過光の光電変換出力をＶ、懸濁質
を含まない清浄水の光電変換出力をＶ、とすると、Ｅ−
１，１（Ｖ、　／Ｖ）　　　　　　（１０）Ｅ−＝Ｊｆ
ｉ（ｖ。／Ｖ）　　　　　　（１１）と表わすことがで
きるから、 −Ｅ−Ｅ −１゜（Ｖ／Ｖ） −ｔ、　　（Ｖ／（ＶｌＶ）） ＋ｍｊ、１　（１＋Ｖ／Ｖ） ’＝−Ｖ／Ｖ　　　　　　　　　　　　（１２）となり
、 スフ　　；２　−ｔ Ｅ　　　−Ｖ　　／Ｖ なる関係が得られる。

そこで、＋６１．　＋７１．　（９１式に（１４）　、
　（１５）式を代入する。

ｔ　；ｚ　　心　　　！　；寥　スフ （Ｖ＋ｒ＋ｍｓ　／Ｖ＋）”　−（Ｘｒ　（Ｃｍ　＋Ｃ
ａＪ　＋Ｉ＋　（（４＋ｃｍａ）−Ｖｌ　　ｖ＊　　／
（Ｖ１、、、ＶＷ、＠、＞　　−・−−−−−−−−−
（１９）（１６）　、　（１７）　、　（１８）式の右
辺から、α、−α、かつβ１−β、の場合、換言すれば
成分Ａ、Ｂの透過光が波長依存性を持たない場合を除い
て相関係数ρは各成分の凝集体中の濃度およびバルク中
の濃度の影響を受ける。即ち、各成分が全て単独で存在
するときは、照射光路中に各成分がそれぞれ存在する事
象は独立であり、それらの共分散値はそれぞれの標準偏
差の積より小さくなり、したがって、相関係数は１以下
である。一方、各成分Ａ、Ｂが完全に凝集すれば、透過
光の変動はそれぞれの成分で時間的に同期し、しかも個
々の凝集体の各成分の組成比がほぼ一定となるので相関
係数は１となる。したがって、 を対角優位型にとることによりて、相関係数を凝集時に
１．非凝集時に０に近い値とすることができる。

次に未凝集溶解性成分吸光度の１夏式（１１について説
明する。前述の二つの波長λ、とλ８をそれぞれ懸濁性
成分のみを吸収する波長、懸濁性成分と溶解性成分の両
方を吸収する波長として選択するものとする。ところで
、フローセル中を通過する懸濁粒子の個数はＰｏｌｓｓ
ｏｎ分布に従って変動することが一般に知られている。

したがって、懸濁質の個数濃度をＣ１個数をｎとして Ｃｍｋｎ　　　（ｋは定数）　　　　　　　　（２０）
とし、個数濃度Ｃの変動の標準偏差Ｃ，とすると、Ｃ，
−にν　　　　　（２１） Ｃ，ｍｋ　ａ””　ｗｋ　ｙ””　　　　　（２２）但
し、σ　：フローセル中の懸濁質の個数の分散Ｖ　：フ
ローセル中の懸濁質の平均個数Ｃ１：個数濃度の平均値 （２１）　、　（２２）より Ｃ，／Ｃ，−シー１′ｍ　　　　　　　（２３）が成立
する。吸光度と濃度との間には比例関係があるので Ｅ、　／Ｅ−シー１／ｌ　　　　　　（２４）となる。

ここで波長λ、で計測される懸濁質の個数濃度ν、は ν８−シ□＋シｇ−（２５） 但し、 シ□：Ｍ、濁質と溶解性成分のへテロ 凝集体の個数濃度 ν。：溶解性成分のみで形成する凝 集体の個数濃度 ν富　：波長λ寥で計測される凝集体 の個数濃度 と表わされる。また、波長λ１と波長λ、で計測される
懸濁質の個数濃度は、懸濁性成分と溶解性成分のへテロ
凝集が完全に終了していれば一致するから、 シ□−シ＋　　　　　　（２６） であり、（２５）式は次式に書き換えることができる。

シ、−シ、＋ν。　　　　（２７） ここで、成分２１と２２の吸収（散乱）断面積が等しい
と仮定すると、（２４）式の関係から（２７）式を吸光
度で表現でき、次式のようになる。

（Ｅｌ　／Ｅｒａ）”−（Ｅｌ　／Ｅｒ＋）”　＋（Ｅ
ｆｔ／ＥＦ！ｔ）”　−・・（Ｅところで、波長λ、と
波長λ８の吸光度の相関係数ｒｌ！は次式で表わされる
。

ｒ　＋＊＝　Ｅ　ｌ’　Ｅｔ　／　ＥＦｌ　’　Ｅｒａ
　−”−”’（２９）ここで共分散Ｅ、・Ｅｌは次のよ
うに表わされる。

〜　　　〜　　　　〜　　　　ハ＼２　　−＼ノ　　　
　　〜　　　戸＼ノＥ１・Ｅｔ−Ｅｒ・（Ｅ□＋Ｅｇｇ
）−Ｅｌ・ＥＦｌ　　・−・（３０）（Ｅｌ　とＥ寞２
は互いに独立事象） 故に（２９）式は次式となる。

ｒ　＋ｔ−Ｅ＋　・Ｅｉ＋／　（ＥＦｌ　’　Ｅｒａ）
　　−−（３１）また、Ｅ、とＥ□は互いに従属変数で
あるから、これらの押開係数は１となり次式が得られる
。

Ｅ、　・Ｅｘｔ／　　（ＥＦｌ−Ｅ、り　　−１−−−
（３２）（３１）式と（３２）式より ＥｒＨ＝　ｒ　Ｉ！・Ｅ　ｒ　！　−・−・・−＝−＝
　（３３）また、波長λ、で計測される吸光度、９分散
Ｅｒｇは次式で表わされる。

Ｅ、寡−Ｅｒｔ＋　’　＋Ｅｒｔｉ　　・・・・・・・
−・（３４）（３３）式を代入して Ｅ、ｘ　−、／Ｅ＝−７・ＥＦｌ・・・−・・（３５）
が得られる。一方波長λ諺で計測される吸光度の平均値
Ｅ、は次式で表わされる。

Ｅ２、Ｅ□＋Ｅロ　　−・−・−（３６）ここで（２８
）式の右辺第２項は、（３５）式の関係から次式で表わ
される。

（＆　／Ｅ−Ｊ”−（Ｅｌ　／Ｅｒ１）茸＋〔（乙−＆
＋）　／Ｅ−ｔ・Ｊ可フ）冨−□□□また、（２６）式
の関係から Ｅｘｔ／　Ｅｒｆｆ１＋　　　−Ｅ　　ｌ　　／　Ｅ　
ｔ＋　　・・・−−−−−−−（３８ン故に Ｅ□−Ｅ、　・Ｅ、□　／Ｅ、　　　・−・・（３９）
さらに、（３３）式より Ｅ＊＋　−ｒ　ｒｍ　・Ｅｌ　−Ｅｒ、／　ＥＦｌ　・
−−−・（４０）したがって、（３７）式は次式に示す
ことができる。

（＆　／Ｅ−Ｊ”−（Ｅｌ　／Ｅ、、＋）！＋　　（（
＆　−ｒ　ｕ　’　Ｅｔ　　’　Ｅｒｔ／Ｅｒｔン／Ｅ
−１・、／コ１＝コｒ７ｇ’　）　”　−（４Ｄ（４１
）式はＥｌ（波長λ、で計測される凝集体の吸光度の平
均値）を除く他の変数は全て針側可能な統計量であるか
ら、Ｅ、を未知数とする２次方程式とみることができる
。　（４１）式の解（負の解は物理的意味を持たないの
で無視する）は、Ｅｘ　＝　Ｅｌ　・Ｅｒａ／　（ｒ　
＋１Ｅｒａ）　−−−−（４２）となる、一方、波長λ
８で計測される吸光度の平均値Ｅ８゜、７は次式で表わ
されるからＥ８゜ｈｌｌ−Ｅ、＋Ｅ８−・・−−−−・
−（４３）未凝集溶解性成分の吸光度は Ｅｘ’　−Ｅ２、ｈ−Ｅｌ−Ｅｒｔ／　（ｒ　＋ｘ　・
Ｅ−＋）　−−＜４４）で与えられる。

但し、溶解性成分のみで形成する凝集体が存在し得ない
場合はく２８）式は （Ｅｘ　／　Ｅ−ｘ）”−（Ｅｌ　／　Ｅ□）！・・−
・−（４５）となり Ｅｌ　　−Ｅｌ　　・Ｅ−ｔ／Ｅ−＋　　　−−−−−
・−・−・（４６）故に Ｅｌ−Ｅｘ。ｂ＠−Ｅｌ・Ｅ、／Ｅｒ＋　　・−・・・
−（４７）が得られる。この式は２波長の吸光度の相関
係数が１、即ち二つの波長それぞれで計測される凝集体
が完全に同一であると仮定した場合の式と一致する。し
たがって、（４４）式〔前述の（１）式〕は厳密解とし
て妥当であると言える。

このようにして決定された未凝集溶解性成分の吸光度Ｅ
８．凝集荊注入前の初期溶解性成分の吸光度を１：とし
凝集反応による溶解性成分の除去率Ｐを次式を用いて計
算することができる。

Ｐ　＝１００　Ｘ　Ｅｘ　／　Ｆ、：　　　　（４８）
続いて以下に本発明の方法が適用される装置とその作動
について述べる。

第１図は装置の光学系を示した模式図である。

第】図において、Ｘｅランプ１から出る照射光２をリフ
レクタ３で集光しコリメータ４に導き、さらにスリット
５で所定の断面形状に整形して溶融石英製フローセル６
中を矢印Ｐの方向に流れる試料液７に照射する。その透
過光８をスリット５と全く等しいもう一つのスリット９
を通してハーフミラ−１０に入射する。ハーフミラ−１
０によって２方向に分離した光をそれぞれ透過波長帯域
の異なる干渉フィルター１１．１２を介してフォトダイ
オード１３．１４に入射し、負荷抵抗１５．１６の両端
から電圧信号ｖｌ＋　ｖＮとして出力することができる
。

第１図の装置では観測すべき波長を干渉フィルター１１
．１２により得ているために、波長選択の自由度が制約
されるという欠点はあるものの、光学系とここでは図示
してない信号処理回路が単純であるなどの長所をもって
いる。

第２図は受光系に分光器２１を用いた装置の光学系を示
した模式図であり、第１図と共通部分を同一符号で表わ
しである。第２図では第１図のハーフミラ−１０の代わ
りに集光レンズ２０を用いて透過光８を分光器２Ｉに入
射させ、分光器２１の出射口２２で得られる透過光８の
スペクトル２３をフォトダイオードアレイ２４で受光し
光電変換するものである。

第２図の装置は分光器２１０波長校正やフォトダイオー
ドアレイ２４の図示してないドライバー回路など、第１
図の光学系に比べて煩雑な面が多いが、透過光８がスペ
クトル２３として観測されるため波長選択が容易に可能
であるという利点を存する。

次に第１図の装置を例として以降の信号処理回路につい
て説明する。

第３図は第１図の光学系で得られる異なる２波長の透過
光信号ｖＩ＋　ｖＩの処理回路ブロック図である。第３
図において、プログラマブルゲインアンプ（ＰＧＡ）お
よびローパスフィルター　（ＬＰＦ）で構成されるアナ
ログ信号処理回路３１．サンプルホールド回路　（Ｓ／
Ｈ）、マルチプレクサ−（Ｍ　Ｕ　Ｘ　）、　Ａ　／　
Ｄコンバータおよび高速シークエンサで構成される高速
ＡＤ変換部３２．バッファメモリ、インターフェイス、
メインメモリおよびＣＰＵで構成されるデジタル信号処
理部３３．さらにＣＲＴ、　プリンター、キイボードな
どマンマシーンインターフェイス３４により全体を構成
しである。

アナログ信号処理回路３１は入力電圧信号Ｖ　ｌ　＋　
Ｖ　１に増幅とノイズ除去を施してＶ、、Ｖ、として出
力し、高速ＡＤ変換部３２によりデジタル信号に変換し
た後デジタル信号処理部３３によって演算処理され、そ
の結果をＣＲＴやプリンターに表示する。

また、演算に必要な種々のパラメータの入力やシステム
全体の操作はキイボードからＣＰＵを介して行なうよう
になっている。

デジタル処理の過程をさらに詳しく説明する。

Ｖ、、Ｖ、はそれぞれ同時にサンプリング時間Ｔの間Ａ
Ｄ変換され、Ｎ個の離散データとしてバッファメモリに
記憶される。ＣＰＵはデータサンプリング終了後直ちに
データを読み込み次の演算を行なう。

ＸｌｉＸｇｉ　−Σ　　（ＸＩＪ−ＸＩり　　　（Ｘ　
□−Ｘｍｔ）／Ｎ　　　　−・−（５１）ｊ＠１ さらに、Ｍ回のサンプリング終了後、それぞれの平均値
を計算し、相関係数ρを計算する。

ＸＩＸ！　　−Σ Ｘ＋Ａｘｔｉ／ＭＩＩＩＶ。

ｖ、　　−−−−−（５４） ρ−Ｘ＋　Ｘｓ　／　（ＸＩｒ−Ｘｍ−−−）・−・・
−・・・（５５） このようにして相関係数ρを針算し、ＣＲＴ。

プリンタにグラフまたはデータとして出力することがで
きる。また計算の過程で導かれるＶ　、、　Ｖ　、。

Ｖ、、、、／Ｖ＋およびＶ　＊、、−／　Ｖ　ｘの値は
、先に従来の方法について述べた濁変ゆらぎ計測法によ
り求められる変動係数と同一であり、凝集体の平均粒径
を計算することができる。

また、２波長の透過光信号をそれぞれ対数変換すること
により、吸光度レベルで統計的演算を行う１〕とができ
る。具体的には第３図のアナログ信号処理回路３１の前
段に、第４図に示すような対数変換回路を付加すること
によって実現される。第４図においてＶ　Ｉ　＋　Ｖ　
Ｍはそれぞれ波長λ、と波長λ、のフローセル透過信号
、ｖｌＰＩｆ＋　　ｖｔ、、ｏｆはそれぞれの波長の光
源からの直接の光量モニター信号、■０．い　　６．、
ｃ！は対数変換出力信号および　　ｖ Ｋ　＋　、　Ｋ　ｇはスケールファクター信号であり簡
単化するため１とする。光量モニター信号と透過光信号
の比を対数変換することでよって、、光源のそれぞれの
波長の光量変動の影響を除去することができる。測定液
の吸光度は清浄水を塊したときの対数変換出力信号を記
憶しておき、次式により計算することができる。

Ｖ慮　　　　　　　　　　Ｖシ　　　　　　　　ＶＪ但
し、１＝１ｏｒ２．波長λ１．Ｊｔに対応（４９）式は
前述の（１０）式、（１１）式と同等である。

このように、対数変換すれば（１２）式のような近似を
用いる必要がない、　（４９）〜（５５）式に示した計
算で、変数Ｘ、ｘに吸光度の値を用いることにより、理
論的に厳密な統計的諸量を決定することができる。また
吸光度を変数とすることによって、先に述べた溶解性成
分のバルク吸光度Ｅ、やその除去率Ｐを（４４）式、　
（４Ｂ）式により計算できることになる。

一方、相関係数ρのみの出力を得たい場合は、光電変換
された透過光信号を交流結合によって直流成分を除去し
、平均値をゼロとすればその後の処理は容易であり、（
１９）式によりそれぞれの実効値と両信号の積から相Ｎ
係数ρを計算することができるので、簡単なアナログ回
路のみで装置の構成が可能となる。その回路ブロック図
を第４図に示す、第４図において、光電変換信号ｖＩ＋
　ｖｔはバイパスフィルタ　（！（Ｐ　Ｆ）４１．４２
により直流成分を除去し、増幅器（Ａ　Ｍ　Ｐ　）４３
．４４で適当な振幅に増幅する。このとき、それぞれの
増幅率は相関係数ρの値に対しては何ら影響を及ぼすこ
とはない。

したがって、増幅率は十分なＳＮ比の得られる程度に調
整すればよい。かくして得られたそれぞれの交流信号は
Ｌ　Ｐ　Ｆ４５．４６によって不用な高周波ノイズを除
去した後、Ｖ、、Ｖ、としてＲＭＳ−ＤＣコンバータ４
７．４８に入力し、次の演算によりそれぞれの実効値に
変換する。

（ｉ＝ｉｏｒ２） また、Ｖ、、Ｖ、は乗算器４９と積分器５ｏによって次
の演算を施し、共分散値に変換することができる。

宕曹−（１／Ｔ）　Ｊ　ｖ７何ｄｔ−・−・−（５８）
以上のようにして得られたそれぞれの実効値■け、□　
Ｖ　Ｉｒａｎおよびそれらの共分散値Ｖ、Ｖ。

は乗算器５１と割算器５２に入力し、次式により相関係
数ρとして出力される。

Ｐ　”’Ｖ＋　　Ｖｓ　　／（Ｖ＋。ＩＶｌｒｍ＊）　
　’−・・−−−−（５９）次に既に述べた第１図およ
び第３図の回路構成を存する装置を用いて、実際に凝集
反応を測定した例について述べる。凝集条件は２１の撹
拌槽に５０ｐｐ−のカオリン懸濁液を調製し、強攪拌状
態で凝集剤の硫酸アルミニウム３　ｐｐｍを添加した。

　ｐ［Ｉは凝集荊添加後に７となるように予め水酸化ナ
トリウム溶液をカオリン懸濁液に添加しておき、攪拌強
度は撹拌翼の回転数を変えることによって第１図に示す
試料液７を調整した。試料液７のフローセル６への導入
は図示してないポンプを用いて行ない、実験中の流量を
一定に保った。測定波長は前述の（α８．β、）、（α
８．β寥）を対角優位型とするため、２５５ｎ−および
８３０ｎｓ＋とした−　２５５ｎｓでは水酸化ナトリウ
ム　（硫酸アルミニウムの加水分解物）の吸収が大きく
　、　８３０ｎｍではカオリンの吸収が大きい。

得られた結果を第６図に示す、第６図は２波長の透過光
信号の相関係数ρと変動係数（Ｖ、−／Ｖ）を経過時間
に対してプロットＬ７た線図であり、曲線イは相関係数
ρを表わし、曲線口は波長８３０ｎ＠（・おける変動係
数（Ｖ、、、、／Ｖ）を表わしている。

なお第６閃には経過時間に対して凝集剤添加時からの撹
拌翼の回転数の変化を併記しである。

前述したように、変動係数は従来の濁度ゆらぎ法で測定
されるものと同一であり、凝集体の平均径の指標となる
ものであって、曲線口かられかるよう各、′、攪拌強度
を３０　Ｏｒ　ｐ　ｍおよび２００ｒｐｍの高速攪拌状
態から５Ｑｒｐｍおよび２０ｒｐ−の緩速攪拌状態と１
２１、τとにより、急激ｒ凝集体の平均径が大きくなる
。一方相関係数は本発明によって凝集反応の進行の度合
等示すものであり、凝集が完結すれば１に近い便となる
０曲線イから、カオリンと凝集剤の結合は凝集側添加直
後から急速に進み、十分な高速攪拌によって殆ど凝集が
完結することがわかる。したがって。緩速攪拌状態にお
ける凝集体の成長は微小な凝集体（マイクロフロック）
同士の衝突と合一に起因するものであると推測される。

次に溶解性成分の凝集による除去率を本発明の原理に基
づき測定した例について述べる。この実験は基本的に前
述の実旅例と同じであり、試料液とＬ７てカオリンと泥
炭地着色水の種々の濃度の混合水を用い、凝集剤に硼酸
アルミニウムを用いて凝集処理を行ったものである。

第７図はカオリン濃度５　＃ｇ／　ｌ　、色度（２６Ｑ
ｎ墾唆光度）０゜２の凝集剤注入率の変化による色度成
分の除去率の変化を示す線図である。第７図には本発明
の方法による計算値（Ｏ印）の他ム二、比較のために３
０分沈爪後の上澄み　（Δ印）、１２ｆｌメンブランフ
ィルタ−濾過法　（目印）、およびＧ３グラスフィルタ
ー濾過法（印）による除去率の測定値もプロットしであ
る。第７図から本発明の方法による計算値は、他の方法
と同様の傾向を示し、アルミニウム濃度の増加とともに
除去率が向上することがわかる。

第８図は種々の条件における本発明による色度成分の除
去率の値と、上述の他の方法による３０分沈殿後の上清
み　（目印）、１２ｊｒｍメンブランフィルター濾過法
（Δ印）、Ｇ３グラスフィルター濾過法（Ｏ印）の値と
の比較線図である。第８図かられかるように、本発明の
方法が他の方法とよい相関を示し、Ｔおり、特に３０分
沈殿による方法とは値がよく一致している。

以十述べてきたように本発明によれば、２成分系の懸濁
液の凝集過程を凝集の進行という観点から、′れを１渕
することが可能となり、同時に凝集体の大きさオー９測
定することができるものである。

さらＷ、本発明では例えば第２図に示した如く、！；４
　［３に多波長について観測を行なえるようにする（ｌ
　Ａに４、す、゛２．成分系に限ることなく多成分系の
懸濁液の凝集過程を千二ターすることは容易に考えられ
る。

零発１９４ニよる装置と検出方法を用いて、例えば浄水
処理における凝集プロセスを薬液注入または攪拌！ｔｄ
ｉｌＢする、°とによって、トリハロメタンの前駆物質
である生物代謝有機物や粘土などの濁質成分の除去を伴
実に効率よく行なうごとに大きな期待が持てる。

〔発明の効果〕

従来、ａ敗成分を含む懸濁液の凝集過程に関しては検出
方法がなく、その有効な情報が得られていなかったが、
本発明によれば実施例で述べたように、光透過率スペク
トルの異なる複数の被凝集成分を含む流体に対し、二つ
以上の波長を有する光を照射し、それぞれの波長につい
て透過光を受光、光電変換して電気信号を得、これら複
数系統のそれぞれの異なる信号間の相関係数を出力させ
ることにより、経過時間とどもに流体の凝集状態の進行
過程がａ便で迅速に検出されるようになった６、相関係
数は各信号の平均値に左右されないから、従来の光学的
測定器では問題となっているセルの汚染や光源の光強度
の変動による測定誤差は原理的に生乞二゛ない、さらに
相関係数の計算＠程で得られる種々の総置（禁、例えば
平均値、標準偏差。

変動係数などのうち、特Ｖ変動係数はそのまま平均粒径
の指標となり得イので、本発明では多成分のｍ集過稈を
成分間の集塊の状況と、生成した凝集体の大きさの二つ
の観点から同時に追跡することが可能となるという優れ
た利点を持っている。

また、本発明によれば、凝集による有機色度成分の除去
率をリアルタイムで計算することができるため、上述の
相関係数や変動係数とともに制御指標とし、迅速な薬液
注入Ｉｌｌ前またはｆ！を拌制御を行うことが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の光学系の一例を示した模式図、
第２図は第１図とは異なる光学系の例を示した模式図、
第３図は第１図の光学系で得られる２波長の透過信号の
処理回路ブロック図、第４図は透過光信号を吸光度とす
るための対数変換回路ブロック図、第５図は出力として
相関係数を得る回路ブロック図、第６図は第１図および
第３図の回路構成を有する装置を用い、カオリン懸濁液
の凝集反応を測定した結果の経過時間に対する相関係数
と変動係数との関係を示す＆１図、第７図は凝集剤のア
ルミニウム濃度と色度成分除去率の関係を本発明の方法
と他の方法との比較で示した線図、第８図は本発明によ
る色度成分の除去率と他の方法による除去率との比較を
示す線図である。 １：Ｘｅランプ、２：照射光、３：リフレクタ、４：コ
リメータ、５１９ニスリツト、６：フローセル、７：試
料液、８：透過光、ｌ〇二ハ・−゛クミラー、１１．１
２：干渉フィルター、！、３．１４Ｆフォトダイオード
、１５，１６：負荷抵抗、２ｏ：集光レンズ、２１：分
光器、２２：出射口、２３ニスベクトル、２４二フオト
ダイオードアレイ、３１：アナログ信号処理回路、３２
；高速ＡＤ変換部、３３：ｆジタル信号処理部、３４：
マンマシーンインターフェイス、４１゜４２：　ＨＰＦ
、４３，４４ｊ　ＡＭＰ、４５，４６：　ＬＰＦ、、４
７．４８：　ＲＭＳ−ＤＣコンバータ、４９，５１：乗
算器、５０：積分器、５２：割算器。 代理人弁理士　山　口　　巌　　・ニ ー、Ｚン′ 第５図 Ｐ 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）複数成分を含む被測定液の流れに二つ以上の異なる
   波長の光を光軸を一致させて照射し、それぞれの前記波
   長について前記被測定液の流れを透過する光を光電変換
   手段を用いて電気信号に変え、前記各波長の透過光強度
   、吸光度の平均値、標準偏差、変動係数および透過光強
   度間の相関係数を出力させることを特徴とする液体中に
   含まれる複数成分の凝集過程を検出する方法。 ２）請求項１記載の方法を実施するに当たり、被測定液
   中の懸濁性成分のみ吸収する波長の吸光度の平均値＠Ｅ
   ＿１＠、標準偏差Ｅ＿ｒ＿１、前記被測定液中の懸濁性
   成分と溶解性成分との双方を吸収する波長の最光度の平
   均値＠Ｅ＿２＠、標準偏差Ｅ＿ｒ＿２、およびこれら二
   つの波長の吸光度の時系列的な相関係数ｒ＿１＿２から
   、懸濁質に吸着することなく被測定液中に均一に存在す
   る成分（未凝集溶解性成分）の吸光度Ｅ’＿２を（１）
   式により計算することを特徴とする液体中に含まれる複
   数成分の凝集過程を検出する方法。 ▲数式、化学式、表等があります▼（１） ３）互いに異なる複数の波長を含む光を発する光源、こ
   の光源から出射する前記光を伝達し被測定液に照射する
   光学的手段、前記被測定液が流れるフローセル、このフ
   ローセルと前記被測定液を透過した光を前記照射光光軸
   上で受光し所定の複数の波長に分光して光電変換部に伝
   達する光学的手段、前記光電変換部から出力される前記
   複数の波長のそれぞれの透過光強度に対応する電気信号
   により前記各透過光強度毎に平均値、標準偏差、変動係
   数、前記透過光強度間の相関係数、およびこれらにより
   計算される未凝集溶解性成分の吸光度を演算し出力する
   電気回路手段とを備えたことを特徴とする液体中に含ま
   れる複数成分の凝集過程を検出する装置。