JP7192906B2 - 制御装置及び制御方法 - Google Patents

Description

本開示は、制御装置及び制御方法に関する。

例えば水処理インフラにおける処理水の水質を管理したり、海洋などの水域の水質を検査したりすることを目的とした試料水の採水に関連する技術が知られている。例えば、特許文献１には、水処理設備の水質を自動で測定する測定機器に検水を供給するための採水装置であって、採水管の詰まり防止機能を備えた採水装置が記載されている。例えば、非特許文献１には、バンドン採水器及びニスキン採水器などを含む典型的な採水器では一度に採水できない量の試料水を必要とするときに、採水チューブを目的の場所又は水深まで到達させて、吸引ポンプの駆動により連続的に採水する方法が記載されている。

特許第６４１１６２３号公報

Inoue et al, "Spatial and temporal profiles of enteric viruses in the coastal waters of Tokyo Bay during and after a series of rainfall events", Science of The Total Environment, 2020年7月, Vol. 727, 138502

水処理システムでは、最悪又は最大の微生物学的負荷に対してどれだけの制御性能が発揮可能であるかに関する情報が必要となる。しかしながら、特許文献１に記載の従来技術では、採水は間欠的に行われる。非特許文献１に記載の従来技術では、いかに素早く短時間に試料水を得るかに主眼が置かれている。すなわち、いずれの場合も、最悪又は最大の微生物学的負荷を含む試料水を漏れなく適切に得るために、試料水の流速を定常的に維持しながら採水を行うことについては十分に考慮されていなかった。結果として、試料水の水質変動を適切に把握することが困難であった。

本開示は、試料水の水質変動の適切な把握に寄与することができる制御装置及び制御方法を提供することを目的とする。

幾つかの実施形態に係る制御装置は、流路を流れる試料水の流量及び流速の少なくとも一方を測定する測定部と、前記流路を流れる前記試料水の流速を調整する調整部と、前記測定部により測定された前記試料水の流量及び流速の少なくとも一方に基づいて前記調整部を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記試料水の流速が所定の範囲に維持されるように前記調整部を制御する。

これにより、制御装置は、試料水の水質変動の適切な把握に寄与することができる。例えば、制御装置は、流路を流れる試料水の流速が所定の範囲に維持されるように調整部を制御する。このような制御装置による制御によって、採水システムは、試料水の流速及び流量を定常的に維持しながら長期にわたって採水処理を実行することができる。採水システムは、試料水を少量ずつ定常的に採水しながら長期にわたって採水量の目標値を達成することも可能となる。

したがって、採水システムは、最悪又は最大の微生物学的負荷を含む試料水を漏れなく適切に回収することができる。採水システムによる上記のような採水方法によって、試料水の水質に関する突発的な変動を検出したり、ワーストケースを検出したりすることも可能となる。採水時に発生した水質の最悪条件が試料水に反映され、最悪の事態によってもたらされる質的リスクを逃さないことが可能となる。採水システムは、目的とする流体全体の汚染状況を反映した、代表的サンプル及び平均的サンプルとして試料水を回収することができる。結果として、試料水の水質変動及び水処理システムの制御性能を適切に把握することが容易となる。

一実施形態では、前記測定部は、前記流路上に配置され、かつ前記試料水の流量を測定する流量計を含んでもよい。これにより、制御装置は、流速が所定の範囲に維持されるように調整部を制御するときに、流量計により測定された流量を参照しながら制御処理を実行することができる。

一実施形態では、前記調整部は、前記流路上に配置され、かつ前記試料水の流速を調整する送液ポンプを含んでもよい。これにより、採水システムは、流路上でより大きな流速及び流量を達成することが可能である。したがって、試料水に含まれる濁質及び沈殿物などによる、流路を構成する配管の閉塞が抑制される。例えば、所定の範囲が１ｍ／ｓｅｃ以上の範囲に含まれることで、このような効果が顕著になる。採水システムでは、送液ポンプを使用することにより、試料水を下流側に送るために十分な圧力を確保しやすくなる。

一実施形態では、前記調整部は、前記流路上で前記試料水をろ過するフィルタの下流側に配置される吸引ポンプを含んでもよい。これにより、採水システムは、流路上に配置されるフィルタを用いて吸引ろ過を行うことができる。

一実施形態では、前記調整部は、前記流路上で前記試料水をろ過するフィルタの上流側に配置される加圧ポンプを含んでもよい。これにより、採水システムは、流路上に配置されるフィルタを用いて加圧ろ過を行うことができる。

一実施形態では、前記調整部は、前記流路上に配置され、かつ前記試料水の流速を調整する絞り弁と、前記絞り弁を通過しない余剰の前記試料水を排水する排水流路と、を含んでもよい。これにより、制御装置は、送液ポンプなどのポンプを用いることなく、試料水の流速を所定の範囲に維持することが可能である。

一実施形態では、制御装置は、前記絞り弁及び前記排水流路よりも上流側の前記流路を洗浄水によって洗浄する洗浄部を備えてもよい。これにより、制御装置は、採水システムによる採水処理により試料水に含まれる濁質及び沈殿物などが流路を構成する配管に蓄積したとしても、これらを洗い流すことができる。したがって、試料水に含まれる濁質及び沈殿物などによる、流路を構成する配管の閉塞が抑制される。

一実施形態では、制御装置は、前記流路において前記測定部及び前記調整部よりも下流側に配置され、かつ分岐した第１流路及び第２流路のいずれか一方に前記試料水の流れを切り替える切替部を備えてもよい。これにより、制御装置は、採水終了後に試料水の測定が行われ、時間ごと、日ごと、及び月ごとなどの定期的なモニタリングが行われる場合に、試料水の流路を自動的に切り替えることが可能となる。このとき、ユーザは、採水に使用されていない流路側に配置されているフィルタ、容器、及び薬剤などの消耗品を交換することもできる。

一実施形態では、前記制御部は、前記試料水が前記流路を１日にわたり常時流れるように前記調整部を制御してもよい。これにより、採水システムは、バルブを介して得られた試料水を、例えば１日という所定期間ごとに採水容器に回収することも可能となる。例えば、採水システムは、試料水の所定期間ごとの採水を３６５日継続して、時間ごと、日ごと、及び月ごとなどの変動を長期的に評価するために用いることも可能である。

幾つかの実施形態に係る制御方法は、流路を流れる試料水の流量及び流速の少なくとも一方を測定する測定ステップと、前記測定ステップにおいて測定された前記試料水の流量及び流速の少なくとも一方に基づいて前記流路を流れる前記試料水の流速を制御する制御ステップと、を含み、前記制御ステップにおいて、前記試料水の流速が所定の範囲に維持される。

これにより、試料水の水質変動の適切な把握に寄与することができる。このような制御方法によって、採水システムは、試料水の流速及び流量を定常的に維持しながら長期にわたって採水処理を実行することができる。採水システムは、試料水を少量ずつ定常的に採水しながら長期にわたって採水量の目標値を達成することも可能となる。

したがって、採水システムは、最悪又は最大の微生物学的負荷を含む試料水を漏れなく適切に回収することができる。採水システムによる上記のような採水方法によって、試料水の水質に関する突発的な変動を検出したり、ワーストケースを検出したりすることも可能となる。採水時に発生した水質の最悪条件が試料水に反映され、最悪の事態によってもたらされる質的リスクを逃さないことが可能となる。採水システムは、目的とする流体全体の汚染状況を反映した、代表的サンプル及び平均的サンプルとして試料水を回収することができる。結果として、試料水の水質変動及び水処理システムの制御性能を適切に把握することが容易となる。

本開示によれば、試料水の水質変動の適切な把握に寄与することができる制御装置及び制御方法を提供することができる。

本開示の第１実施形態に係る制御装置を含む採水システムの概略構成図である。 図１の制御装置の概略構成を示す機能ブロック図である。 本開示の第１実施形態に係る制御方法を説明するためのフローチャートである。 制御装置を含む図１の採水システムの第１変形例を示す概略構成図である。 制御装置を含む図１の採水システムの第２変形例を示す概略構成図である。 制御装置を含む図１の採水システムの第３変形例を示す概略構成図である。 本開示の第２実施形態に係る制御装置を含む採水システムの概略構成図である。 図６の採水システムにより採水処理が実行されているときの流体の流れを示す図６に対応する概略図である。 図６の採水システムによる採水処理の後に洗浄処理が実行されているときの流体の流れを示す図６に対応する概略図である。 制御装置を含む図６の採水システムの変形例を示す概略構成図である。

背景技術及び課題についてより詳細に説明する。

例えば、特許文献１では、水処理設備において、試料水が生物処理槽から採水管を通過して、試料測定を行うための膜分離槽に間欠的に供給されることも記載されている。より具体的には、採水装置は、採水管の吐出口を、試料測定を行うための膜分離槽及び取水するための生物処理槽の液面よりも上方に位置させるとともに、採水ポンプ手段を間欠運転する。採水ポンプ手段の停止時には採水管内の残留水が自重によって生物処理槽側に逆流する。これにより採水管内の逆洗が行われる。この定期的な逆洗により採水管の詰りが防止される。採水装置は、残留水が全て逆流する前に採水管の取水側に配置された開閉弁を閉動作し、残留水の逆流を停止する。これにより、再稼働時の送水負荷が軽減する。

例えば、非特許文献１では、採水された大量の試料水を採水容器に保管することができない場合、目的のウイルス又は粒子などを陰電荷膜に吸着させて回収し、透過した試料水を現場に排水することも記載されている。

以上のような特許文献１及び非特許文献１に記載の従来技術に加えて、試料水の採水に関連する技術として例えば以下のものも知られている。

例えば、試料水を採水する典型的な採水器として、バンドン採水器及びニスキン採水器が知られている。このような典型的な採水器は、ロープの先端に取り付けられた状態で、プール、海洋、及び河川などの水域において目的の水深へ沈められる。典型的な採水器は、ロープに沿ってメッセンジャーが採水器まで落下することで蓋を閉じる。典型的な採水器は、試料水を取得したい地点又は水深における特定のタイミングの試料を取得する。

例えば、プログラムされたタイミングで１０ｍＬから１０Ｌの試料水を採水可能な自動採水装置も知られている。このような自動採水装置は、採水した試料水を冷蔵保存することも可能である。

例えば、原虫のモニタリングに限定した技術として、英国では飲用水に用いる供給水に対して１時間あたり４０リットル（Ｌ）の採水が実施される。クリプトスポリジウムのオーシストが平均して１ｏｏｃｙｓｔ／１０Ｌ以下であることが定められている。そのサンプリングに用いられるフィルタシステムは、最大１０００Ｌの試料水をろ過することが可能であるが、３μｍ程度のオーシストを捕獲する専用フィルタを必要とする。このような専用フィルタは、圧縮及び伸縮によって捕獲したオーシストを溶出する。

水処理システムでは、最悪又は最大の微生物学的負荷に対してどれだけの制御性能が発揮可能であるかに関する情報が必要となる。しかしながら、上記の従来技術のいずれにおいても、最悪又は最大の微生物学的負荷を含む試料水を漏れなく適切に得るために、試料水の流速を定常的に維持しながら採水を行うことについては十分に考慮されていなかった。結果として、試料水の水質変動を適切に把握することが困難であった。

例えば、特許文献１に記載の従来技術では、取水するための生物処理槽から試料測定を行うための膜分離槽へ間欠的に送水が行われる。送水停止時に逆洗が行われることで、採水管の詰まりが防止される。したがって、特許文献１に記載の発明は、試料水の流速を定常的に維持しながら試料水を連続的に常時採水する用途に適しておらず、このような観点が欠落している。

例えば、非特許文献１に記載の従来技術では、採水時間は、数秒から数十分以内に限定される。したがって、処理水又は水域の水質の解析可能範囲は、採水時点のものに限定される。すなわち、採水した試料水は、水処理インフラ及び水域などでその水質を把握する目的に適合した代表的なサンプルであるとはいえない。とりわけ、河川水及び下水などでは、工場排水及び家庭排水を含む流域からの流出負荷並びに天候の影響を受けやすい。したがって、採水時点に限定した瞬間的な採水では、水質を実態的に反映していない可能性が高い。

このような問題は、上述した典型的な採水器にも同様に当てはまる。一方で、このような典型的な採水器を用いて長時間にわたり大量の採水を行うには、採水者への負担が大きい。

例えば、上述した自動採水装置では、ポンプの性質上、プログラムされたタイミングでの採水量について±５％の誤差が生じるため、プログラム可能な採水量は最大でも１０Ｌに限定される。自動採水装置は、定められた採水量を得るためのものであり、採水速度を調整することはできない。

例えば、原虫のモニタリングに限定した上述の技術では、最大で１０００Ｌの採水が可能であるが、使用するフィルタが特殊であり、対象がクリプトスポリジウム及びジアルジアなどの原虫に限定される。加えて、採水速度の調整は考慮されていない。

以下では、これらの問題を解決可能な制御装置１０及び制御方法について説明する。本開示の一実施形態について、図面を参照して説明する。

以下で説明する制御装置１０及び制御方法は、多様な分野及び用途に応用可能である。例えば、制御装置１０及び制御方法は、浄水場、下水処理場、水再生施設、及び海水淡水化施設などを含む水処理インフラにおいて水質管理及び処理性能を把握するための採水に用いることができる。制御装置１０及び制御方法は、例えば、河川、海洋、親水域、プール、及び水浴場などの環境調査における動態を把握するために、微粒子、コロイド分散系、及び微生物などの水質の検査に用いる試料水の採水に応用可能である。

制御装置１０及び制御方法は、例えば、水域及び環境インフラを網羅する都市の微生物感染リスクを把握するために、微粒子、コロイド分散系、及び微生物などの水質の検査に用いる試料水の採水に応用可能である。制御装置１０及び制御方法は、飲料用又は加工食品の製造に使用される液体の質的リスク、安全把握、及び品質管理などを目的として、リスクを定量化したり、安全と判定できる閾値との比較検証を行ったりするために、微粒子、コロイド分散系、及び微生物などの水質の検査に用いる試料水の採水に応用可能である。

制御装置１０及び制御方法は、工業用水及び灌漑・農業用水などの水質の検査に用いる試料水の採水に応用可能である。制御装置１０及び制御方法は、ミスト散布、加湿装置、及び打ち水などの、温湿度管理に用いる液体の質的リスク、安全把握、及び品質管理などを目的とした検査に用いる試料水の採水に応用可能である。制御装置１０及び制御方法は、医薬品の製造及び人工透析療法などの品質管理検査に用いる試料水の採水に応用可能である。

本明細書において、「微生物」は、例えば原虫、細菌、及びウイルスなどを含む。「原虫」は、例えばクリプトスポリジウム及びジアルジアなどを含む。「細菌」は、例えば大腸菌、ブドウ球菌、コレラ菌、結核菌、及びピロリ菌などを含む。「ウイルス」は、例えばノロウイルス、アデノウイルス、腸管系ウイルス、及びトウガラシ微斑ウイルス（Pepper Mild Mottle Virus：ＰＭＭｏＶ）などを含む。

（第１実施形態）
図１は、本開示の第１実施形態に係る制御装置１０を含む採水システム１の概略構成図である。図１を参照しながら、第１実施形態に係る制御装置１０及び採水システム１の構成及び機能について主に説明する。図１において、構成部同士を結ぶ実線は流体の経路を示し、構成部同士を結ぶ破線は電気信号の経路を示す。

採水システム１は、例えば水処理インフラにおける処理水などを試料水として採水するために用いられるシステムである。採水システム１では、試料水として採水される流体は、配管２を一方向に流れる。例えば、このような流体の水質は、時間によって変化するとする。配管２は、採水システム１において主要な流路を構成してもよいし、主要な流路から分岐したバイパス流路を構成してもよい。配管２の側面には、着脱式のバルブ３が取り付けられる。着脱式のバルブ３から採水容器４まで連続して配置される配管によって流路５が構成される。採水システム１では、配管２によって構成される流路から着脱式のバルブ３及び流路５を介して採水容器４へと試料水が採水される。このとき、試料水は、流路５上でバルブ３と採水容器４との間に配置される制御装置１０によって採水容器４へと引き込まれる。

図２は、図１の制御装置１０の概略構成を示す機能ブロック図である。図１及び図２を参照しながら、制御装置１０の構成及び機能について主に説明する。制御装置１０は、測定部１１、調整部１２、入力部１３、出力部１４、記憶部１５、及び制御部１６を有する。

測定部１１は、流路５を流れる試料水の流量及び流速の少なくとも一方を測定する。測定部１１は、測定した情報を制御部１６に送信する。本明細書において、「流量」は、例えば流路５を構成する配管を単位時間あたりに通過する試料水の体積を意味し、Ｌ／ｓｅｃ又はｍ^３／ｓｅｃの単位で表される。「流速」は、例えば流路５を構成する配管の断面積で流量を除算したものを意味し、ｍ／ｓｅｃの単位で表される。例えば、測定部１１は、流路５において調整部１２の下流側に配置され、かつ試料水の流量を測定する流量計１１ａを含む。これに限定されず、測定部１１は、流路５上に配置され、かつ試料水の流速を測定する流速計を含んでもよい。

調整部１２は、制御部１６から受信した制御信号に基づいて、流路５を流れる試料水の流速を調整する。流路５を構成する配管が同一のものであり内径が一定であれば、調整部１２は、流路５を流れる試料水の流速を調整することでその流量を調整することになる。例えば、調整部１２は、流路５において流量計１１ａの上流側に配置され、かつ試料水の流速を調整する送液ポンプ１２ａを含む。

送液ポンプ１２ａは、流路５を流れる試料水を下流側に送液する。送液ポンプ１２ａは、例えば、軟質チューブをローラーでしごいて送液するペリスタポンプ（登録商標）であってもよいし、所定の試料水を送液可能な他の任意のポンプであってもよい。送液ポンプ１２ａの形式として、加圧及び吸引のいずれか一方が試料水の性質によって選択されてもよい。調整部１２は、試料水に応じて加圧及び吸引形式の送液ポンプ１２ａのいずれか一方に組み換え可能に構成されてもよい。

入力部１３は、ユーザの入力操作を受け付けて、ユーザの操作に基づく入力情報を取得する１つ以上の入力インタフェースを含む。例えば、入力部１３は、物理キー、静電容量キー、出力部１４のディスプレイと一体的に設けられたタッチスクリーン、及び音声入力を受け付けるマイクなどを含むが、これらに限定されない。

出力部１４は、ユーザに対して情報を出力する１つ以上の出力インタフェースを含む。例えば、出力部１４は、情報を画像で出力するディスプレイ、及び情報を音声で出力するスピーカなどを含むが、これらに限定されない。

記憶部１５は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）、ＲＯＭ（Read-Only Memory）、及びＲＡＭ（Random Access Memory）を含む任意の記憶モジュールを含む。記憶部１５は、例えば、主記憶装置、補助記憶装置、又はキャッシュメモリとして機能してもよい。記憶部１５は、制御装置１０の動作に用いられる任意の情報を記憶する。例えば、記憶部１５は、システムプログラム及びアプリケーションプログラムなどを記憶する。記憶部１５は、制御装置１０に内蔵されるものに限定されず、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）などのデジタル入出力ポートによって接続される外付け型の記憶モジュールを含んでもよい。

制御部１６は、１つ以上のプロセッサを含む。一実施形態において「プロセッサ」は、汎用のプロセッサ、又は特定の処理に特化した専用のプロセッサであるが、これらに限定されない。制御部１６は、制御装置１０を構成する各構成部と通信可能に接続され、制御装置１０全体の動作を制御する。

制御部１６は、測定部１１により測定された試料水の流量及び流速の少なくとも一方に基づいて調整部１２を制御する。より具体的には、制御部１６は、測定部１１から送信された測定に関する情報を受信する。制御部１６は、受信した測定に関する情報に基づいて調整部１２に制御信号を送信する。制御部１６は、流路５において試料水の流速が所定の範囲に維持されるように調整部１２を制御する。

より具体的には、制御部１６は、流量計１１ａにより測定された試料水の流量に基づいて送液ポンプ１２ａを制御する。制御部１６は、流量計１１ａから送信された流量の情報を受信する。制御部１６は、受信した流量の情報に基づいて送液ポンプ１２ａに制御信号を送信する。制御部１６は、流路５において試料水の流速が所定の範囲に維持されるように送液ポンプ１２ａを制御する。すなわち、制御部１６は、送液ポンプ１２ａと流量計１１ａとを互いに関連させながら、流路５を流れる試料水の採水速度及び瞬時的な採水量を調整する。

例えば、制御部１６は、あらかじめ取得した配管情報及び採水情報に基づいて所定の範囲を算出してもよい。本明細書において、「配管情報」は、例えば流路５を構成する配管の内径などを含む。「採水情報」は、採水期間、採水量の目標値、及び採水量に関する目標値からの許容範囲などを含む。

本明細書において、「所定の範囲」は、例えばあらかじめ設定された採水期間で設定された採水量の目標値に達するように流路５上で試料水を定常的に流すときの流速の範囲を含む。例えば、１日にわたり少量ずつ最大で１０００Ｌの採水量を達成したいとき、１秒あたりに必要となる平均的な流量が算出可能である。加えて、流路５を構成する配管の内径に基づいて平均的な流速が算出可能である。例えば、所定の範囲は、このような平均的な流速に対して、あらかじめ設定された採水量に関する目標値からの許容範囲に基づき定められる誤差の範囲として算出されてもよい。例えば、制御部１６は、試料水の流速が所定の範囲に維持されながら、試料水が流路５を１日にわたり常時流れるように調整部１２を制御してもよい。

制御部１６は、算出された上記の平均的な流速に対する現在の流速の変化量をリアルタイムに検知しながら、あらかじめ設定された採水期間で設定された採水量の目標値に達するように調整部１２を制御してもよい。制御部１６は、現在の流速を、測定部１１から送信された測定に関する情報に基づいて算出してもよい。

例えば、制御部１６は、流路５における試料水の現在の流速が平均的な流速から低下して所定の範囲を下回ったことをリアルタイムに検知すると、配管２から採水容器４へと試料水を引き込む力を強めるために、調整部１２に含まれる送液ポンプ１２ａの動力を上げてもよい。例えば、制御部１６は、低下した現在の流速を平均的な流速に増加させるために必要となる送液ポンプ１２ａの動力の増加量を算出してもよい。例えば、制御部１６は、流路５における試料水の現在の流速が平均的な流速から増加して所定の範囲を上回ったことをリアルタイムに検知すると、配管２から採水容器４へと試料水を引き込む力を弱めるために、調整部１２に含まれる送液ポンプ１２ａの動力を下げてもよい。例えば、制御部１６は、増加した現在の流速を平均的な流速に低下させるために必要となる送液ポンプ１２ａの動力の減少量を算出してもよい。

制御部１６は、上記のような平均的な流速からの変化量に基づく制御に限定されず、任意の方法で調整部１２を制御してもよい。例えば、制御部１６は、現在までの総採水量の単位時間あたりの変化量をリアルタイムに検知しながら、あらかじめ設定された採水期間で設定された採水量の目標値に達するように調整部１２を制御してもよい。制御部１６は、現在までの総採水量の単位時間あたりの変化量を、測定部１１から送信された測定に関する情報に基づいて算出してもよい。

図１のように配管２から流路５を経由して採水容器４に試料水が回収される場合、試料水に含まれる濁質及び沈殿物などにより、流路５を構成する配管が閉塞される可能性がある。このような配管の閉塞を抑制するために、流路５を流れる試料水の流速が１ｍ／ｓｅｃ以上となるように流路５を構成する配管及び調整部１２が設計されてもよい。例えば、流路５を構成する配管の内径が１５ｍｍの場合、流速１ｍ／ｓｅｃに対応する流量は、約１７０ｍＬ／ｓｅｃ（約１０Ｌ／ｍｉｎ）である。したがって、第１実施形態では、所定の範囲は、１ｍ／ｓｅｃ以上の範囲に含まれてもよい。

図３は、本開示の第１実施形態に係る制御方法を説明するためのフローチャートである。図３を参照しながら、図１の制御装置１０を用いて実行される制御方法について主に説明する。

ステップＳ１００では、制御装置１０の制御部１６は配管情報を取得する。例えば、このような配管情報は、ユーザにより入力部１３を用いて入力され、入力部１３から制御部１６へと送信されてもよい。

ステップＳ１０１では、制御部１６は採水情報を取得する。例えば、このような採水情報は、ユーザにより入力部１３を用いて入力され、入力部１３から制御部１６へと送信されてもよい。

ステップＳ１０２では、制御部１６は、ステップＳ１００において取得した配管情報及びステップＳ１０１において取得した採水情報に基づいて所定の範囲を算出する。

ステップＳ１０３では、制御部１６は、測定部１１を用いて流路５を流れる試料水の流量及び流速の少なくとも一方を測定する。

ステップＳ１０４では、制御部１６は、ステップＳ１０３において測定された試料水の流量及び流速の少なくとも一方に基づいて流路５を流れる試料水の流速を制御する。制御部１６は、ステップＳ１０４において、試料水の流速がステップＳ１０２において算出した所定の範囲に維持されるように調整部１２を制御する。

図４Ａは、制御装置１０を含む図１の採水システム１の第１変形例を示す概略構成図である。図４Ｂは、制御装置１０を含む図１の採水システム１の第２変形例を示す概略構成図である。図４Ａ及び図４Ｂにおいて、構成部同士を結ぶ実線は流体の経路を示し、構成部同士を結ぶ破線は電気信号の経路を示す。上記では、採水システム１は、配管２から採水容器４へと試料水を回収すると説明したが、これに限定されない。

採水システム１は、試料水を回収する採水容器４に代えて、試料水に含まれるウイルス粒子などを流路５において捕獲するフィルタ６を有してもよい。フィルタ６は、流路５を流れる試料水をろ過する。フィルタ６は、流路５において着脱式のバルブ３よりも下流側に配置される。フィルタ６は、例えば、ウイルス粒子などを吸着させて回収することが可能な陰電荷膜を含んでもよい。フィルタ６を透過した試料水は排水されてもよい。

図４Ａに示す変形例では、調整部１２に含まれる送液ポンプ１２ａは、流路５上で試料水をろ過するフィルタ６の上流側に配置される加圧ポンプであってもよい。送液ポンプ１２ａは、フィルタ６の上流側で加圧状態を作り出すことによりフィルタ６へと試料水を供給してもよい。すなわち、図４Ａに示す変形例では、加圧ろ過が行われてもよい。このとき、フィルタ６は、流路５において送液ポンプ１２ａ及び流量計１１ａよりも下流側に配置される。

図４Ｂに示す変形例では、調整部１２に含まれる送液ポンプ１２ａは、流路５上で試料水をろ過するフィルタ６の下流側に配置される吸引ポンプであってもよい。送液ポンプ１２ａは、フィルタ６の下流側で減圧状態を作り出すことによりフィルタ６へと試料水を供給してもよい。すなわち、図４Ｂに示す変形例では、吸引ろ過が行われてもよい。このとき、フィルタ６は、流路５において送液ポンプ１２ａ及び流量計１１ａよりも上流側に配置される。

図５は、制御装置１０を含む図１の採水システム１の第３変形例を示す概略構成図である。図５において、構成部同士を結ぶ実線は流体の経路を示し、構成部同士を結ぶ破線は電気信号の経路を示す。図５に示す第３変形例では、採水システム１の流路５は、送液ポンプ１２ａ及び流量計１１ａの下流側で第１流路５ａ及び第２流路５ｂに分岐する。第１流路５ａ側には第１採水容器４ａが配置される。第２流路５ｂ側には第２採水容器４ｂが配置される。

制御装置１０は、図２に示す構成部に加えて切替部１７を有してもよい。切替部１７は、流路５において測定部１１及び調整部１２よりも下流側に配置されてもよい。より具体的には、切替部１７は、流路５において、送液ポンプ１２ａ及び流量計１１ａよりも下流側であって、かつ第１流路５ａ及び第２流路５ｂへの分岐点に配置されてもよい。切替部１７は、制御部１６から受信した制御信号に基づいて、分岐した第１流路５ａ及び第２流路５ｂのいずれか一方に試料水の流れを切り替える。

例えば、切替部１７は、第１流路５ａにおいて分岐点直後に配置される第１電磁弁と、第２流路５ｂにおいて分岐点直後に配置される第２電磁弁と、を含んでもよい。切替部１７は、このような構成に限定されず、試料水の流れを切り替えることが可能な任意の機構を含んでもよい。

例えば、制御部１６は、上述した制御方法に基づいて調整部１２を制御しながら、流路５から第１流路５ａへと試料水を常時流す。このとき、制御部１６は、第２流路５ｂ側の第２電磁弁を閉状態にしたまま、第１流路５ａ側の第１電磁弁を開状態に維持する。第１流路５ａを流れる試料水は、第１採水容器４ａにより回収される。

制御部１６は、ユーザによりあらかじめ設定された採水期間に達したと判定すると切替部１７を制御し、第１流路５ａから第２流路５ｂへと試料水の流れを切り替える。例えば、制御部１６は、第１流路５ａ側の第１電磁弁を開状態から閉状態へと切り替え、第２流路５ｂ側の第２電磁弁を閉状態から開状態へと切り替える。制御部１６は、上述した制御方法に基づいて調整部１２を制御しながら、流路５から第２流路５ｂへと試料水を常時流す。第２流路５ｂを流れる試料水は、第２採水容器４ｂにより回収される。

例えば、水質管理者としてのユーザは、自身が所望する試料水の回収時間に応じて採水期間を入力部１３により入力する。ユーザが試料水に関して日ごとの水質挙動を把握したいと所望し、例えば午前９時に試料水を回収する場合、ユーザは、９：００から翌日の８：５９までを採水期間として指定してもよい。制御部１６は、ユーザにより指定された９：００から翌日の８：５９までの試料水を回収できるように採水期間を設定する。制御部１６は、ユーザにより指定された例えば９：００から翌日の８：５９までの採水期間で第１流路５ａを介して第１採水容器４ａにより採水を行ってもよい。第１採水容器４ａによる採水が終了すると、制御部１６は、翌日の９：００から翌々日の８：５９までの採水期間で第２流路５ｂを介して第２採水容器４ｂにより続けて採水を行ってもよい。

採水期間はこれに限定されず、ユーザによる指定に基づいて任意に設定されてもよい。制御部１６は、ユーザにより指定された例えば０：００から２３：５９までの採水期間で第１流路５ａを介して第１採水容器４ａにより採水を行ってもよい。第１採水容器４ａによる採水が終了すると、制御部１６は、翌日の０：００から２３：５９までの採水期間で第２流路５ｂを介して第２採水容器４ｂにより続けて採水を行ってもよい。

以上のような第１実施形態によれば、試料水の水質変動の適切な把握に寄与することができる。例えば、制御装置１０は、流路５を流れる試料水の流速が所定の範囲に維持されるように調整部１２を制御する。このような制御装置１０による制御によって、採水システム１は、試料水の流速及び流量を定常的に維持しながら長期にわたって採水処理を実行することができる。採水システム１は、試料水を少量ずつ定常的に採水しながら長期にわたって採水量の目標値を達成することも可能となる。

したがって、採水システム１は、最悪又は最大の微生物学的負荷を含む試料水を漏れなく適切に回収することができる。採水システム１による上記のような採水方法によって、試料水の水質に関する突発的な変動を検出したり、ワーストケースを検出したりすることも可能となる。採水時に発生した水質の最悪条件が試料水に反映され、最悪の事態によってもたらされる質的リスクを逃さないことが可能となる。採水システム１は、目的とする流体全体の汚染状況を反映した、代表的サンプル及び平均的サンプルとして試料水を回収することができる。結果として、試料水の水質変動及び水処理システムの制御性能を適切に把握することが容易となる。

例えば、採水システム１は、膜ろ過水、処理プロセス、ろ過して逆洗、及び処理プロセスの運転変更などに伴う物理的又は機械的な衝撃に伴う流体の水質への影響を捉えることに寄与することができる。採水システム１は、膜の破断を見逃さず、膜の膨張に伴う孔径の変動及び破断といった水質の品質保証に関わる管理にも用いることができる。

採水システム１は、例えば１０００Ｌなどの大きな採水量を達成しつつ、クリプトスポリジウム及びジアルジアなどを含む原虫に限定されることなく、試料水の採水処理を実行することができる。

測定部１１が流量計１１ａを含むことで、制御装置１０は、流速が所定の範囲に維持されるように調整部１２を制御するときに、流量計１１ａにより測定された流量を参照しながら制御処理を実行することができる。

調整部１２が試料水の流速を調整する送液ポンプ１２ａを含むことで、採水システム１は、流路５上でより大きな流速及び流量を達成することが可能である。したがって、試料水に含まれる濁質及び沈殿物などによる、流路５を構成する配管の閉塞が抑制される。例えば、所定の範囲が１ｍ／ｓｅｃ以上の範囲に含まれることで、このような効果が顕著になる。採水システム１では、送液ポンプ１２ａを使用することにより、試料水を下流側に送るために十分な圧力を確保しやすくなる。

調整部１２がフィルタ６の下流側に配置される吸引ポンプを含むことで、採水システム１は、流路５上に配置されるフィルタ６を用いて吸引ろ過を行うことができる。

調整部１２がフィルタ６の上流側に配置される加圧ポンプを含むことで、採水システム１は、流路５上に配置されるフィルタ６を用いて加圧ろ過を行うことができる。

制御装置１０は、切替部１７を有することで、採水終了後に試料水の測定が行われ、時間ごと、日ごと、及び月ごとなどの定期的なモニタリングが行われる場合に、試料水の流路を自動的に切り替えることが可能となる。このとき、ユーザは、採水に使用されていない流路側に配置されているフィルタ、容器、及び薬剤などの消耗品を交換することもできる。

制御部１６が、試料水が流路５を１日にわたり常時流れるように調整部１２を制御することで、採水システム１は、バルブ３を介して得られた試料水を、例えば１日という所定期間ごとに採水容器４に回収することも可能となる。例えば、採水システム１は、試料水の所定期間ごとの採水を３６５日継続して、時間ごと、日ごと、及び月ごとなどの変動を長期的に評価するために用いることも可能である。

バルブ３は、着脱式であることで、採水システム１による採水処理が実行されていないときに取り外して洗浄可能である。

第１実施形態に係る採水システム１において、各構成部は着脱可能に構成されていてもよい。着脱可能に構成されていることにより、使用しない構成部については、取り外して洗浄するなどの作業を行うことができる。

（第２実施形態）
図６は、本開示の第２実施形態に係る制御装置１０を含む採水システム１の概略構成図である。図６を参照しながら、第２実施形態に係る制御装置１０及び採水システム１の構成及び機能について主に説明する。図６において、構成部同士を結ぶ実線は流体の経路を示し、構成部同士を結ぶ破線は電気信号の経路を示す。

第２実施形態に係る採水システム１は、制御装置１０の調整部１２が送液ポンプ１２ａに代えて絞り弁１２ｂを含む点で第１実施形態と相違する。第２実施形態に係る採水システム１では第１実施形態に係る採水システム１と異なり、採水速度が小さく、流路５に沈殿が生じる場合を想定している。より具体的には、流路５を流れる試料水の流速が１ｍ／ｓｅｃよりも小さくなる場合を想定している。その他の構成、機能、効果、及び変形例などについては、第１実施形態と同様であり、対応する説明が第２実施形態に係る制御装置１０及び採水システム１においても当てはまる。以下では、第１実施形態と同様の構成部については同一の符号を付し、その説明を省略する。第１実施形態と異なる点について主に説明する。

第２実施形態に係る制御装置１０の調整部１２は、送液ポンプ１２ａに代えて、流路５上に配置され、かつ試料水の流速を調整する絞り弁１２ｂを含む。例えば、絞り弁１２ｂは、流量計１１ａと一体的に構成される。すなわち、第２実施形態では、測定部１１と調整部１２とは、一の部品として一体的に構成されてもよい。これに限定されず、測定部１１と調整部１２とは、第１実施形態と同様に異なる部品として構成されてもよい。すなわち、絞り弁１２ｂは、流量計１１ａとは別部品として構成されてもよい。

絞り弁１２ｂは、絞り開度を変えることによって、下流側に流れる試料水の流量及び流速を無段階に調整可能な弁である。絞り弁１２ｂと一体化した流量計１１ａは、流量測定機能を有し、絞り弁１２ｂを通過する試料水の流量を測定可能である。

制御部１６は、流量計１１ａにより測定された試料水の流量に基づいて絞り弁１２ｂを制御する。より具体的には、制御部１６は、流量計１１ａから送信された流量の情報を受信する。制御部１６は、受信した流量の情報に基づいて絞り弁１２ｂに制御信号を送信する。制御部１６は、流路５において試料水の流速が所定の範囲に維持されるように絞り弁１２ｂを制御する。より具体的には、制御部１６は、絞り弁１２ｂにおける絞り開度を調整することにより、試料水の下流側への流速及び流量を調整する。制御部１６は、絞り弁１２ｂと流量計１１ａとを互いに関連させながら、流路５を流れる試料水の採水速度及び瞬時的な採水量を調整する。

制御部１６は、算出された平均的な流速に対する現在の流速の変化量をリアルタイムに検知しながら、あらかじめ設定された採水期間で設定された採水量の目標値に達するように調整部１２を制御してもよい。制御部１６は、現在の流速を、測定部１１から送信された測定に関する情報に基づいて算出してもよい。

例えば、制御部１６は、流路５における試料水の現在の流速が平均的な流速から低下して所定の範囲を下回ったことをリアルタイムに検知すると、調整部１２に含まれる絞り弁１２ｂの絞り開度を上げてもよい。例えば、制御部１６は、低下した現在の流速を平均的な流速に増加させるために必要となる絞り弁１２ｂの絞り開度の増加量を算出してもよい。例えば、制御部１６は、流路５における試料水の現在の流速が平均的な流速から増加して所定の範囲を上回ったことをリアルタイムに検知すると、調整部１２に含まれる絞り弁１２ｂの絞り開度を下げてもよい。例えば、制御部１６は、増加した現在の流速を平均的な流速に低下させるために必要となる絞り弁１２ｂの絞り開度の減少量を算出してもよい。

制御部１６は、上記のような平均的な流速からの変化量に基づく制御に限定されず、任意の方法で調整部１２を制御してもよい。例えば、制御部１６は、現在までの総採水量の単位時間あたりの変化量をリアルタイムに検知しながら、あらかじめ設定された採水期間で設定された採水量の目標値に達するように調整部１２を制御してもよい。制御部１６は、現在までの総採水量の単位時間あたりの変化量を、測定部１１から送信された測定に関する情報に基づいて算出してもよい。

第２実施形態では、調整部１２は、絞り弁１２ｂに加えて、絞り弁１２ｂを通過しない余剰の試料水を排水する排水流路１２ｃを含んでもよい。排水流路１２ｃは、絞り弁１２ｂよりも上流側において、流路５から分岐するように流路５と連通して配置される。排水流路１２ｃは、可能な限り絞り弁１２ｂに近い位置で、流路５から分岐するように配置されることが好ましい。排水流路１２ｃが流路５から分岐する位置が絞り弁１２ｂに近いほど、流路５を流れる試料水を絞り弁１２ｂに近い位置で排水することができる。このように排水流路１２ｃが流路５から分岐する位置と絞り弁１２ｂとが互いに近接して試料水の流量が少なくなる配管距離が短くなることで、沈殿が生じ得る配管距離を可能な限り短くすることができる。

排水流路１２ｃは、採水システム１による試料水の採水処理が実行されている間、絞り弁１２ｂを通過しない余剰の試料水を排水する排水路として機能する。排水流路１２ｃは、採水処理の後に、後述する洗浄部１８から流路５に洗浄水が供給されている間、洗浄水を排水する排水路として機能する。

第２実施形態に係る制御装置１０は、図２に示す構成部に加えて洗浄部１８を有してもよい。洗浄部１８は、絞り弁１２ｂ及び排水流路１２ｃよりも上流側の流路５を洗浄水によって洗浄する。洗浄部１８は、試料水に含まれる濁質及び沈殿物などによる、流路５を構成する配管の閉塞を抑制する。洗浄部１８は、洗浄水の供給源１８ａと、当該供給源１８ａから延びる流路１８ｂと、流路１８ｂ上に配置される電磁弁１８ｃと、を含む。これらに加えて、洗浄部１８は、供給源１８ａの下流側で流路１８ｂ上に配置され、供給源１８ａから洗浄水を送液するための任意のポンプを含んでもよい。

流路１８ｂは、バルブ３よりも下流側で流路５と合流して洗浄水を流入させるために供給源１８ａと流路５との間に配置されている。洗浄水は、採水システム１による試料水の採水処理が実行された後、流路５を洗浄するために供給される流体である。洗浄水は、例えば、塩素系又はオゾンによる消毒剤、還元剤、アルカリ剤、及び酸剤などを含んでもよい。流路１８ｂは、可能な限りバルブ３に近い位置で流路５と合流するように配置されることが好ましい。流路１８ｂが流路５と合流する位置がバルブ３に近いほど、洗浄水を流路５のより上流側から供給し、流路５を洗浄することが可能となる。一方で、排水流路１２ｃが、可能な限り絞り弁１２ｂに近い位置で配置されることで、洗浄水を流路５のより下流側まで供給し、流路５を洗浄することが可能となる。

図７は、図６の採水システム１により採水処理が実行されているときの流体の流れを示す図６に対応する概略図である。採水システム１により採水処理が実行されているとき、制御部１６は、洗浄部１８の電磁弁１８ｃを閉状態に維持する。これにより、図７において流路１８ｂが二点鎖線で示されているとおり、洗浄水は供給源１８ａから流路５へと流れない。

一方で、採水システム１のバルブ３は、配管２に取り付けられたまま開状態となる。このとき、試料水は、配管２においてバルブ３が取り付けられている採水地点での残存圧力を利用して、流路５の下流側へと送液される。制御部１６は、上述したとおり、流路５において試料水の流速が所定の範囲に維持されるように絞り弁１２ｂを制御する。試料水は、一部が絞り弁１２ｂを通過して下流側の採水容器４へと流れる。絞り弁１２ｂを通過しない余剰の試料水は、排水流路１２ｃを介して採水システム１の外部に排水される。

図８は、図６の採水システム１による採水処理の後に洗浄処理が実行されているときの流体の流れを示す図６に対応する概略図である。採水システム１により採水処理の後に洗浄処理が実行されているとき、制御部１６は、絞り弁１２ｂの絞り開度をゼロにして絞り弁１２ｂを閉状態に維持する。加えて、採水システム１のバルブ３は、配管２に取り付けられたまま閉状態となるか、又は配管２から取り外される。以上により、図８において流路５が二点鎖線で示されているとおり、試料水は配管２から採水容器４へと流れない。

一方で、制御部１６は、洗浄部１８の電磁弁１８ｃを開状態に維持する。これにより、洗浄水は、供給源１８ａから流路１８ｂを介して流路５に供給され、流路５を洗浄する。洗浄水は、流路５の下流側に流れ、排水流路１２ｃを介して採水システム１の外部に排水される。

図９は、制御装置１０を含む図６の採水システム１の変形例を示す概略構成図である。図９において、構成部同士を結ぶ実線は流体の経路を示し、構成部同士を結ぶ破線は電気信号の経路を示す。図９に示す変形例では、採水システム１の流路５は、絞り弁１２ｂ及び流量計１１ａの下流側で第１流路５ａ及び第２流路５ｂに分岐する。第１流路５ａ側には第１採水容器４ａが配置される。第２流路５ｂ側には第２採水容器４ｂが配置される。

制御装置１０は、図２に示す構成部に加えて第１実施形態と同様に切替部１７を有してもよい。切替部１７に関する構成、配置、機能、及び効果などの第１実施形態での説明は、第２実施形態に係る制御装置１０の切替部１７に対しても同様に当てはまる。

以上のような第２実施形態によれば、第１実施形態と同様に試料水の水質変動の適切な把握に寄与することができる。制御装置１０は、調整部１２が絞り弁１２ｂと排水流路１２ｃとを含むことで、送液ポンプ１２ａなどのポンプを用いることなく、試料水の流速を所定の範囲に維持することが可能である。

制御装置１０は、洗浄部１８を有することで、採水システム１による採水処理により試料水に含まれる濁質及び沈殿物などが流路５を構成する配管に蓄積したとしても、これらを洗い流すことができる。したがって、試料水に含まれる濁質及び沈殿物などによる、流路５を構成する配管の閉塞が抑制される。

本開示を諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形及び改変を行うことが可能であることに注意されたい。したがって、これらの変形及び改変は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成又は各ステップに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成又はステップを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

例えば、本開示は、上述した制御装置１０の各機能を実現する処理内容を記述したプログラム又はプログラムを記録した記憶媒体としても実現し得る。本開示の範囲には、これらも包含されると理解されたい。

例えば、上述した各構成部の形状、配置、向き、及び個数は、上記の説明及び図面における図示の内容に限定されない。各構成部の形状、配置、向き、及び個数は、その機能を実現できるのであれば、任意に構成されてもよい。

例えば、上述した一実施形態に係る採水システム１に基づいて、微生物の生死に関わらず、その存在個体数に基づいて汚染状況及び除去実態が把握されてもよい。

採水システム１では、水道、食品、及び飲料水などを含む上記の様々な分野への応用を可能とするために、試料水の採水期間は可変であってもよい。採水のためのバルブ３の形状は可変であってよい。

１ 採水システム
２ 配管
３ バルブ
４ 採水容器
４ａ 採水容器
４ｂ 採水容器
５ 流路
５ａ 第１流路
５ｂ 第２流路
６ フィルタ
１０ 制御装置
１１ 測定部
１２ 調整部
１２ａ 送液ポンプ
１２ｂ 絞り弁
１２ｃ 排水流路
１３ 入力部
１４ 出力部
１５ 記憶部
１６ 制御部
１７ 切替部
１８ 洗浄部
１８ａ 供給源
１８ｂ 流路
１８ｃ 電磁弁

Claims (7)

1. 流路を流れる試料水の流量及び流速の少なくとも一方を測定する測定部と、
   前記流路を流れる前記試料水の流速を調整する調整部と、
   前記測定部により測定された前記試料水の流量及び流速の少なくとも一方に基づいて前記調整部を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記試料水の流速が所定の範囲に維持されるように前記調整部を制御し、
   前記調整部は、前記流路上で前記試料水をろ過するフィルタの上流側に配置され、前記試料水の流速を調整する加圧ポンプを含む、
   制御装置。
2. 前記測定部は、前記流路上に配置され、かつ前記試料水の流量を測定する流量計を含む、
   請求項１に記載の制御装置。
3. 流路を流れる試料水の流量及び流速の少なくとも一方を測定する測定部と、
   前記流路を流れる前記試料水の流速を調整する調整部と、
   前記測定部により測定された前記試料水の流量及び流速の少なくとも一方に基づいて前記調整部を制御する制御部と、
   絞り弁及び排水流路よりも上流側の前記流路を洗浄水によって洗浄する洗浄部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記試料水の流速が所定の範囲に維持されるように前記調整部を制御し、
   前記調整部は、
   前記流路上に配置され、かつ前記試料水の流速を調整する前記絞り弁と、
   前記絞り弁を通過しない余剰の前記試料水を排水する前記排水流路と、
   を含む、
   制御装置。
4. 前記測定部は、前記流路上に配置され、かつ前記試料水の流量を測定する流量計を含む、
   請求項３に記載の制御装置。
5. 前記流路において前記測定部及び前記調整部よりも下流側に配置され、かつ分岐した第１流路及び第２流路のいずれか一方に前記試料水の流れを切り替える切替部を備える、
   請求項１乃至４のいずれか１項に記載の制御装置。
6. 前記制御部は、前記試料水が前記流路を１日にわたり常時流れるように前記調整部を制御する、
   請求項１乃至５のいずれか１項に記載の制御装置。
7. 流路を流れる試料水の流量及び流速の少なくとも一方を測定する測定ステップと、
   前記測定ステップにおいて測定された前記試料水の流量及び流速の少なくとも一方に基づいて前記流路を流れる前記試料水の流速を制御する制御ステップと、
   を含み、
   前記制御ステップにおいて、前記試料水の流速が所定の範囲に維持され、
   前記流路上で前記試料水をろ過するフィルタの上流側に配置される加圧ポンプにより、前記試料水の流速が調整される、
   制御方法。

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