JP2008134119A - 水質自動監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の試験魚は毒物反応に誤差生じ、異状の類似行動で誤警報を出していた、また監視水槽の内壁面に藻が発生付着して撮影不能になったり、試験魚が短期間で死亡したり、保守管理が面倒であったりして、信頼性を損ねていた。
【解決手段】水槽は受水槽とポンプ水槽と監視水槽とで構成し、原水は順次通過して給水量と同じ量を排水する、水中ポンプで原水を監視水槽に噴出し、角につば板を装着したことでスムーズに回流させる、約２０匹のヒメダカを試験魚とし、毒性に侵されると捕獲ネットに掛止し、俯瞰する監視カメラと画像処理装置で解析し段階的なアラームを発報する、監視水槽とポンプ水槽の水位を上限水位８センチメートル下限水位５センチメートルで保持し、監視水槽の構造で保守管理を容易にし、コンパクトな装置とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、河川湖沼水の原水に有害物質が含有したとき、監視水槽のヒメダカの異状をいち早く感知するための装置であって、住民の危険を未然に防止する水道水の安全供給のための水質自動監視装置の技術に関する。

河川湖沼水の原水に有毒物質が混入する事故が起こっている、有毒物質はＰＣＢ（ポリ塩化ビフェニール）などの有機塩素系化合物、水銀、カドミュム、鉛、亜鉛、六価クロムなどの有害重金属、史上最悪といわれるダイオキシン、急性毒物であるシアン化カリウムや農薬などである。またこれらが複合した有毒物質であり、水道水の原水として使用するためには、いち早く有毒物質の原水含有を感知して受水や配水を停止する必要がある。そのため魚類を使った原水監視のバイオアッセイ法は広く認知され、魚類を監視水槽に飼育して自動で監視をする装置が実用に供されている。
特開平６３−１６９５５９号公報 特開平０７−０６３７４７号公報 特開平０９−２２９９２４号公報 特開２００２−２５７８１５号公報 特開２００４−１２５７５３号公報

しかし、従来の魚類を監視水槽に飼育して自動で監視をする装置は以下の問題があった。

（１）監視水槽の魚類によっては魚類が大きく成長して毒物反応が鈍くなる、また大きさが不揃いで毒物反応にバラつきがあるなど毒物反応に誤差が生じていた、また自然界で生息している魚類は入手が困難でもあった。

（２）毒物に反応した魚類の異常行動としては、鼻上行動や狂奔行動や忌避行動や横転行動や停止行動と言われているが、正常の状態でもこれらの異常行動と類似した行動で誤警報を発報していた。

（３）透明な監視水槽の側面に監視カメラを設置して撮影する手段は、監視水槽の内壁面に藻が発生付着して撮影不能の状態を起こしていた。

（４）前記、（２）項の毒物に反応した魚類の異常行動を画像処理するには魚類を１匹使用するが、縦長で奥行の浅い監視水槽は魚類本来の習性や生息環境を考慮していないために短期間で死亡した。

（５）前記、（２）項の毒物に反応した魚類の異常行動を画像解析するには魚類を１匹使用するが、前記（４）項で魚類の頻繁な死亡により、１匹では魚類自体の病気なのか毒物含水なのか判定に迷いが生じ装置の信頼性を損ねていた。

（６）前記、（２）項に記載した毒物に反応した魚類の異常行動を解析するにはコンピューター（以後ＰＣ又はパソコンと記す）を使用するが、ＰＣのキーボードによる各種の機能設定は専門のＰＣ技能者で行われ、現場の水質管理者では操作が困難であった。

（７）前記、（４）項に記載した、縦長で奥行の浅い監視水槽は洗浄の折、装置から監視水槽を取り出すのも面倒な作業を必要とし、監視水槽を洗浄するとき手が入らずに洗浄が困難とか、季節によっては頻繁な洗浄を必要とするなど、保守管理が面倒であった。

（８）従来装置は、透明な監視水槽の側面に監視カメラを設置して撮影するため、撮影距離を必要とした、そのため装置自体が大型になり設置場所を限定されていた。

本発明は、上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、水槽全体は受水槽とポンプ水槽と監視水槽とで構成され、原水は受水槽からポンプ水槽と監視水槽を順次通過して排水される、ポンプ水槽の水中ポンプから原水が監視水槽の内壁面に向かって噴出し、噴出した原水は監視水槽の角につば板を装着したことでスムーズに回流する、約２０匹のヒメダカを試験魚として監視水槽で飼育し、含水中の毒性に侵されたヒメダカは回流に流され捕獲ネットに掛止する、掛止したヒメダカ以外の行動中のヒメダカの数を監視水槽の上部から俯瞰する監視カメラの映像を画像処理装置で解析することで段階的に警報を発報する、一つの筐体に電子部を上部に原水循環部を下部に配置して装置本体をコンパクトにした、ことを特徴とする。

また請求項２記載の発明は、請求項１記載の水槽全体は不透明な乳白のアクリル板で成型し、監視水槽とポンプ水槽間は多数孔を具備した仕切板で区切り、監視水槽とポンプ水槽の水位は常に一定に保持されている、また監視水槽の水中ポンプ噴出し口の角を除く３ヶ所の角に原水が回流し易いための三日月形状のつば板を装着し、そのうち１ヶ所のつば板はヒメダカが通過しない多数孔を具備し、この多数孔を通過した原水はオーバーフロー管と水位調整管から排水する、監視水槽とポンプ水槽の水位は８センチメートルを上限とし下限は５センチメートルとし、監視水槽の底部の中心部に排水口を具備し、捕獲ネットと一体になった着脱可能なヒメダカが通過しない支持固定管を冠着する、などを特徴とする監視水槽を備えた。

本発明装置の試験魚をヒメダカに特定しているのは、（１）微量の毒にすばやく反応し、高精度の検査が可能である。（２）個体差が少なく、毒性反応の誤差が少ない。（３）養殖メダカであるため遺伝的要因を排除した純正魚類である。（４）ヒメダカはＯＥＣＤ（経済協力開発機構）の検査対象魚の指定魚でもあり世界的に認められた試験魚である。（５）大学や研究機関で研究使用事例が多く、データーも豊富にそろっている。（６）学術的に生態が解明されている。（７）毒物試験の試験魚として各種の検査機関で一般的に使用されている。（８）最長５年の生存事例もあり長寿命である。（９）半年で成魚になるため繁殖が容易で専門の養殖業者で多量に養殖されている。（１０）ヒメダカは成魚でも５センチメートル前後と小さいので装置をコンパクトに製造可能である。などを理由とする。

ヒメダカは成魚になっても５センチメートル前後でこれ以上は体長が大きくならない、そのため毒物反応の誤差が少なく、入手も専門の数十社の養殖業者で多数養殖しているため容易である。

従来の感知方法である毒物に侵されたヒメダカの異常行動を判定するのではなく、毒物に侵されたヒメダカは回流によって捕獲ネット１６で掛止し、元気に行動するヒメダカの数だけを解析するため、誤警報を解決できる。

監視カメラ１８は監視水槽４の上部から、直接水面を透して俯瞰で撮影するため藻の水槽内壁面の付着による撮影不能を解決できる。

またヒメダカの原種の自然界のメダカは群れで生息する魚類であり、本発明装置はヒメダカを約２０匹、群れで飼育することで、メダカ本来の習性に合わせ長期間の生存を可能とした。

またメダカを含めて河川に生息する魚類の多くが水流に向かって行動する習性をもつが、本発明装置の監視水槽４内に回流を発生させることで自然界に似た環境をつくり、監視水槽４の回流によってヒメダカ群は、活性力を高め病気や死亡の原因を排除でき、長期間の生存を可能とした。

またメダカは田圃や小川に生息する魚類で、田圃や小川の浅い水位で行動することを習性的に好み生息環境にしている、本発明装置の監視水槽４は水位をメダカ本来の生息環境に合わせて下限５センチメートルから上限８センチメートルの範囲にしたことで、長期間の生存を可能とした。

まれにヒメダカの１〜２匹程度の死亡は、固有の病気や寿命と判定し、誤差範囲内として、警報を発報しないことで誤警報を解決した。

監視水槽４の約２０匹のヒメダカの全部が捕獲ネット１６に掛止したときは、原水中の毒物含有を確実に判定できる。

例えば、毒物含水が起こったとき約２０匹のヒメダカ群は、時間の経過とともに捕獲ネット１６に数を除々に増やしながら掛止していく、この捕獲ネット１６の掛止の増加は、逆に行動するヒメダカ群の減少であり、画像処理装置Ｆは行動するヒメダカ群の数を解析するため段階的な警報を発報することができる。

水槽全体１は受水槽２とポンプ水槽３と監視水槽４とで構成され、原水６は受水槽２からポンプ水槽３と監視水槽４を順次通過して排水するため、ヒメダカ群は常に新しい原水に曝されるため、原水中の毒物含有の監視手段として有効である。

原水６ｃはポンプ水槽３の水中ポンプ８から監視水槽４の内壁面に向かって噴出し、噴出した原水６ｄは、監視水槽４の角につば板９を装着したことでスムーズに回流する。

約２０匹のヒメダカ群を試験魚として監視水槽４で飼育し、例えば、含水中の毒性に侵されたヒメダカは回流に流され捕獲ネット１６に掛止する、掛止したヒメダカ１１ｄ以外の行動しているヒメダカの数を、監視水槽４の上部から俯瞰する監視カメラ１８の映像を画像処理装置Ｆで解析することで、段階的な警報出力Ｇで警報を発報する。

監視水槽４とポンプ水槽３間は多数孔１０ｂを具備した仕切板１４で区切られ、多数孔１０ｂから原水６ｇがポンプ水槽３に流れ込み、監視水槽４とポンプ水槽３の水位を常に一定に保持される。

また監視水槽４の水中ポンプ８の噴出し口の角を除く３ヶ所の角に原水が、回流し易いための三日月形状のつば板９を装着し、そのうち１ヶ所のつば板９ｃはヒメダカ１１が通過できない多数孔１０ａを具備し、この多数孔１０ａから原水６Ｆが流れ込み、オーバーフロー管１２と水位調整管１３から排水することで水位を常に一定に保持することができる。

オーバーフロー管１２と水位調整管１３の延長管と排水口１７の延長配管を監視水槽４の水位５センチメートルの位置で連結配管したため、監視水槽４とポンプ水槽３の水位は上限８センチメートル下限５センチメートルで水位保持が可能となる。

監視水槽４の底部の中心部に排水口１７を具備し、捕獲ネット１６と一体になった着脱可能なヒメダカ１１が通過しない網１６ｇを付着した支柱固定管１６ｆを冠着する。

小型の試験魚のヒメダカ１１を使用したことで監視水槽４が小型になり、監視水槽４を俯瞰で監視カメラ１８で撮影するため、横幅を削減し、筐体が小型化した、また上部に電子部と下部に原水循環部にしたことで、本体がコンパクトになり設置場所を選ばず何処にでも設置できる。

本発明に係る水質自動監視装置によれば、水道原水の有害物質の含有を見分ける手段として試験魚に約２０匹のヒメダカを使用し、ヒメダカの生息環境や習性を考慮した監視水槽とし、監視水槽につば板を装着してスムーズな回流を発生させ、ヒメダカを長期間生存させることを可能とした。

また毒物含水時は回流にヒメダカが流され捕獲ネットに掛止し、画像処理装置で行動しているヒメダカの数を解析することで、安定した水質自動監視を可能とした。

試験魚のヒメダカは長期間生存が可能となり、装置の誤警報を解決し、保守管理を容易にし、操作性を簡便にし、装置自体をコンパクトにしたことで実現した。

以下に実施例を挙げ、本発明の水質自動監視装置について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る水質自動監視装置の監視水槽の斜視図である。また図２は、本発明の実施の形態に係る水質自動監視装置の監視水槽の平面図である。また図３は、本発明の実施の形態に係る監視水槽の捕獲ネットの斜視図である。また図４は、監視水槽の側面から監視カメラで撮影する従来方式の参考図である。また図５は、本発明の実施の形態に係る水質自動監視装置のシステム図である。また図６は、本発明の実施の形態に係る水質自動監視装置の外観図である。

図１と図２において、水槽全体１は受水槽２とポンプ水槽３と監視水槽４で構成されている。

まず原水６は給水口５から原水６ａが給水され、受水槽２に溜まる。受水槽２には階段式に開孔された数個の給水孔７があり、水位状態に応じて階段式に開孔された給水孔７からポンプ槽３に原水６ｂを給水する。

給水口５の給水量が給水孔７からポンプ槽３に給水する水量より多い場合は、原水６ａは受水槽オーバーフロー管１５から排水される。

ポンプ水槽３に給水された原水６ｂは、水中ポンプ８の運転可能水位５センチメートル以上になると原水６ｃを吸込み、勢いよく原水６ｄを監視水槽４の内壁面に向かって噴出する。

四角形の監視水槽４の水中ポンプ８の噴出口の一角以外の三角に、つば板９ａ、つば板９ｂ、つば板９ｃが装着される。

つば板９ａ、つば板９ｂ、つば板９ｃは三日月形状で形成されているため原水は四角形の角に滞留せずにスムーズに監視水槽４内を回流する。

監視水槽４に飼育されているヒメダカ群のうち、ヒメダカ１１ａは水中ポンプ８で噴出された原水６ｄの位置に好んで現れる。メダカを含めて河川に生息する魚類の多くが水流に向かって行動する習性をもつためである。

原水６ｄは原水６ｅとなり、最初のつば板９ａにあたり監視水槽４の内壁面に沿って回流する。

例えば、つば板９を装着しなければ角に原水が滞留し腐敗を起こし、アンモニア等の発生でヒメダカの早期の死亡原因につながる。

水中ポンプ８で噴出された原水６ｄはまず一番目のつば板９ａにあたり、原水６ｅはスムーズな回流となって二番目のつば板９ｂにあたる、原水６ｅはスムーズな回流となって三番目のつば板９ｃにあたる、原水６ｅは原水６ｇとなり、回流となって最初の原水６ｄに合流して監視水槽４内を回流する。

監視水槽４の内壁面に沿って回流する原水６ｄや原水６ｅや原水６ｇに対して、水流に向かって行動する習性をもつヒメダカ群の、ヒメダカ１１ａやヒメダカ１１ｂやヒメダカ１１ｃが好んで現れる、これらのヒメダカは一定の場所に留まるのではなく行動する場所を移動する。

つば板９ｃは多数孔１０ａを具備する、つば板９ｃの多数孔１０ａからは原水６ｆが常時流れ込み、例えば監視水槽４の水位が８センチメートル以上になると、つば板９ｃの対面のオーバーフロー管１２から原水６ｆが排水される。

つば板９ｃの多数孔１０ａの一つの孔の直径はヒメダカ１１より小径であるためヒメダカ１１が多数孔１０ａの孔を通過することはない。

オーバーフロー管１２の下部に水位調整管１３が接続され、水位調整管１３の延長配管と排水口１７の延長配管を監視水槽４の下限水位５センチメートルの位置で連結配管したため、下限水位５センチメートル以下になると原水６ｆと原水６ｈは排水を停止し、下限水位５センチメートルを保持する。

監視水槽４は最低水位５センチメートルを保持するため、ヒメダカ群が乾水で死亡することはない。

回流する原水６ｅは原水６ｇとなり、監視水槽４の内壁面に沿って回流し、原水６ｇは捕獲ネット１６の網目１６ｅを通過して原水６ｄに合流する。

捕獲ネット１６の網目１６ｅは、原水６ｇは通過するが、ヒメダカ１１ｄより小さな密目で構成されているためヒメダカ１１ｄは通過できない。

原水６ｇの一部は監視水槽４とポンプ水槽３間の仕切板１４の多数孔１０ｂからポンプ水槽３に流れ込む、仕切板１４の多数孔１０ｂの一つの孔の直径はヒメダカ１１より小径であるためヒメダカ１１が多数孔１０ｂの孔を通過することはない。

監視水槽４の上限水位は８センチメートルで下限水位は５センチメートルで設定されているが、下限水位５センチメートルの設定は、ヒメダカの生存可能最低水位である。

ポンプ水槽３の下限水位５センチメートルは、水中ポンプ８の空運転故障防止の最低運転可能水位でもある、例えば水位が５センチメートル以下になると、水中ポンプ８は空運転となり、水中ポンプの歯車が加熱し回転停止となる。

下限水位５センチメートルが保持されているため、たとえ給水口５から原水６ａの給水が停止しても水中ポンプ８は運転を持続し、監視水槽４内の回流も持続することでヒメダカ群は生存が可能となる。

また監視水槽４の上限水位８センチメートル下限水位５センチメートルは、メダカが田圃や小川の浅い水位を好んで生息する習性に合わせている。

また自然界のメダカは、群れで生息する習性をもち、水の流れがある田圃や小川を好んだ生息環境と習性をもつため、本発明の監視水槽４は約２０匹のヒメダカを群で飼育し、監視水槽４内の水位を浅くして、原水を常に回流している。

図３において、捕獲ネット１６は支柱１６ａに網目１６ｅを繋着し、網目１６ｅの周辺を縁布１６ｂ、縁布１６ｃ、縁布１６ｄで付着することで網目１６ｅを水流で形状が変化しないように強化している、網目１６ｅは原水６ｇは通過するが、ヒメダカ１１ｄより小さな密目で構成されているためヒメダカ１１ｄは通過できない。

前記、支柱１６ａは支柱固定管１６ｆに固着され、支柱固定管１６ｆは網１６ｇを付着してヒメダカ１１の通過を防止し、支柱固定管１６ｆは監視水槽４の底部の中心部に具備した排水口１７に冠着する。

縁布１６ｄは監視水槽４の底部に密着し、縁布１６ｂは監視水槽４の上限水位８センチメートルと同じ位置にあり、縁布１６ｃは仕切板１４に掛着するため、ヒメダカ１１ｄが捕獲ネット１６の隙間から通過することはない。

監視水槽４を原水６ｄ、原水６ｅ、原水６ｇ、は回流しながら給水量と同じ水量を排水して常に新しい原水にヒメダカ群を曝す状態で原水中の毒物含有の監視を可能とする。

例えば、原水に毒物や有害物質が含有すると、ヒメダカは含水中の毒性に侵され監視水槽４内の回流に流され捕獲ネット１６に掛止する、ヒメダカ１１ｄは死亡しているわけではないが、回流の水圧によって捕獲ネット１６に掛止した状態で捕持される。

表１において、実験水槽を空間で縦４、横４の１６に区分し、シアン化カリウム２ｐｐｍを暴露したとき、３分間でヒメダカが水槽のどの位置を行動するのか６回繰り返し平均値を表記した実験データーである。実験水槽の１−１、１−２、１−３、１−４、は水槽上部で４−１、４−２、４−３、４−４は水槽底部である。

シアン化カリウム２ｐｐｍ濃度は２４時間半数致死の濃度であり、原水中に毒物や有害物質の含有を監視するのにヒメダカの死亡の判定では、長時間を要し、緊急対応という面では即応性に問題がある。

因みにヒメダカが短時間に死亡する濃度はシアン化カリウム２００ｐｐｍを暴露したとき１７分で死亡する。河川や湖沼水の場合は、シアン化カリウム２００ｐｐｍの高濃度の流入は稀で、表流中に薄められて流れ込む可能性が高いため、シアン化カリウム２ｐｐｍ程度の希薄な濃度で警報を発報する必要がある。

シアン化カリウム２ｐｐｍを暴露したときヒメダカは、実験水槽上部の１−１、１−２、１−３、１−４、の位置で行動していることが表１で確認できる。シアン化カリウムはヒメダカのエラ組織を破壊するため、水中での呼吸が困難になり空気中から呼吸をするために水面に口をあける（この異常行動を鼻上行動という）ために実験水槽上部で行動する。

ヒメダカの死亡を判定して警報を出す方法は、長時間を要するため緊急対応が不可能である。

そのため異常行動の鼻上行動を感知すれば早い警報で有効な緊急対応が図れることから、実用化の事例があるが、警報の誤発報の問題が起こっている。

図４において、従来の透明な監視水槽Ｘの側面に監視カメラ１８ａを設置して撮影する手段においては、異状行動の鼻上行動に似た類似行動が度々見られる、例えば原水にアオコ等の藻類が発生すると水中に溶存酸素が少なくなり酸素欠乏でヒメダカ１１ｅは水面に口をあけて呼吸をする、この行動は鼻上行動と酷似した行動であり、警報を誤発報する。

また餌を与えると餌が水面に浮き、それをヒメダカ１１ｅが水面に口をあげて食べる、この採餌行動も鼻上行動と酷似した行動であり、警報を誤発報する。

前記のように、鼻上行動を異常行動として水質情報に応用することは、早い警報で有効な緊急対応が図れるが、正常時の行動と類似し警報の誤発報が多発し、信頼性を損なう原因になっている。

異常行動と言われる鼻上行動以外の狂奔行動や忌避行動や横転行動や停止行動なども、鼻上行動と同じように正常なときでも類似行動が度々生じ、警報を誤発報する。

また、図４において、鼻上行動などの異常行動を感知するには透明な監視水槽Ｘの側面に監視カメラ１８ａを設置して撮影するのが最も有効な撮影手段であるが、一般的に原水は藻類の種子を多く含んでいる。

透明な監視水槽Ｘの成型材のプラスチックは、電子顕微鏡で見ると表面は高分子化合物の網状構造で形成されている。

透明な監視水槽Ｘの表面は、藻類の種子が入り込み藻類が発生し易い、藻類が発生すると透明な監視水槽Ｘ内のヒメダカ１１ｅは監視カメラ１８ａで撮影不能となる。

高分子化合物の網状構造は洗浄しても種子が除去されずに頻繁に発生し、特に夏場は藻類の成長が早く、例えば一ヶ月に４回から６回程度水槽を洗浄しなければならず、保守管理の困難さの原因になっている。

また、図４が示すように、従来の透明な監視水槽Ｘは縦長で奥行が浅い形状で異常行動を感知するには適当な監視水槽であるが、洗浄などの保守の場合は、本体装置から取りはずさなければならず面倒な作業であった、また縦長で奥行が浅い透明な監視水槽Ｘは手が入らないなど保守管理を面倒なものにしていた。

また、図４が示すように、鼻上行動や狂奔行動や忌避行動や横転行動や停止行動を解析するのに画像解析ボードＺとコンピューターＹを接続してコンピューターＹのキーボード操作で機能設定を行わなければならないため、専門のコンピューター技能者を必要とした。

本発明の監視水槽４は上部が開放され、四角形の浅い箱状の形状で水槽全体１を含めて不透明な乳白のアクリル板で成型したもので、透明なプラスチック板より藻の発生を抑えられる．

また監視水槽４は装置本体から取り外さなくても洗浄が可能な構造であり、監視カメラ１８は監視水槽４の上部から俯瞰で水面を透して撮影するため、従来の藻類で撮影不能な状態を解決できる。

監視水槽４内を回流する原水に向かってヒメダカ群が行動する習性は、前記で記載したが、例えばシアン化カリウム２ｐｐｍ程度の濃度のものが原水に含有したときヒメダカ１１は、回流の流れに向かって行動する力が弱まり、回流に流されて捕獲ネット１６にヒメダカ１１ｄが掛止する。

本発明においては、鼻上行動は特定できないが、毒物に侵されたヒメダカと正常に行動するヒメダカとを区別することができる。

シアン化カリウム２ｐｐｍ濃度は２４時間半数致死であるため掛止した時点ではヒメダカ１１ｄは死亡しているわけではないが、回流の水圧によって捕獲ネット１６から抜け出すことができずに掛止した状態にあり、行動するヒメダカと区別される。

監視水槽４のヒメダカ群は、掛止したヒメダカ１１ｄと行動するヒメダカ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、に区別され画像処理装置は行動するヒメダカ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、の数を解析する、掛止したヒメダカ１１ｄの数が多くなると、行動するヒメダカ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、の数が減少し段階的に警報が発報される。

行動するヒメダカ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、の数が徐々に減少すると段階的に警報が発報されるが、これはヒメダカ固有の病気や寿命による行動数の減少とは現象が違うため原水中の毒物含有と判定され警報が発報される。

図５において、本発明の水質自動監視装置の全体のシステムの系統を簡単に説明する。１分間に約１．５リットルの原水６を受水槽２に給水し、ポンプ水槽３の水中ポンプ８によって監視水槽４の内壁面に向かって噴出する。

監視水槽４には約２０匹のヒメダカ群が長期間飼育される。行動するヒメダカの数を２４時間連続自動で、画像処理装置で解析することで含水毒物を監視する。

水槽全体１に給水した水量だけ排水することでヒメダカ群は常に新しい原水に曝される、例えば、原水に毒物が含有するとヒメダカ群の行動数が減少し、減少数によって段階的に自動発報する、段階的な自動発報は「注意１」「注意２」「注意３」「異状」の４段階である。

例えば、原水に毒物が含有すると約２０匹のヒメダカ群の行動数が減少し、行動数がゼロかゼロに近い数のとき、警報出力Ｇは「異状」と判定し、このとき電磁弁Ａを開いて監視水槽４の原水を検査水にするために採水容器Ｂに自動的に保管すると共に、表示パネルＩの「異状」のランプ点滅やブザー放鳴や外部出力Ｋで管理者に知らせる。

監視水槽４のヒメダカ群の餌は採餌器Ｃから自動的に毎日１〜２回電気的に給餌する。

監視水槽４のヒメダカ１１を監視カメラ１８で撮影するが、撮影効果を上げるために５Ｗの小型の蛍光灯Ｄが２４時間連続点灯している。

小型の５Ｗの蛍光灯によって光合成が抑制され監視水槽４内の藻の発生を抑えることができる。

監視水槽４のヒメダカ１１を監視カメラ１８で２４時間連続撮影し、映像信号は映像分配器Ｅに入力し、その一つの映像を四つの同一の映像に分割し、画像処理装置Ｆに入力する。

画像処理装置Ｆは四つの映像を順次解析する、一映像の解析時間は二分の一秒を必要とし、四映像全てを解析し終わるのに２秒間を要する。

解析方法は映像を四分の一秒間隔で取り込み、最初の映像と次の映像を重ね合わせ、ヒメダカの行動を画面全体に配置された３５８４点のセンサードットでとらえ、センサードットが所属するブロックの数を解析する。センサードットは縦５６点、横６４点で配置され、ヒメダカの動きを電気信号に変換した濃度差で計る。

ブロックは全画面に縦７個、横８個の計５６個で区分し、ヒメダカの行動したブロック数を解析し、四映像ごとに予め設定したブロックの数より減少すると、４段階の「注意１」「注意２」「注意３」「異状」のそれぞれの警報を発報する。

例えば一映像の設定を、０を「異状」にして、実際に０の解析であれば、全画面の５６個に区分したブロック内で一匹のヒメダカも動いていない、そのため一映像の警報出力は「異状」の警報となる。

ただし、最初の２秒間１回で０と判定しても本当に一匹のヒメダカも行動いていないのかどうかを確認しなければならない、そのための確認機能としてタイマー設定Ｈで時間を設定する、例えば２０秒で設定すれば、１０回繰り返し確認し、０が連続して判定結果になれば最終的な「異状」警報として発報する、この機能によって信頼できる警報を発報することができる。

例えば、７を「注意１」にして、５を「注意２」にして、３を「注意３」にして、０を「異状」に設定すれば、ヒメダカ群の行動の減少数によって段階的に自動発報を可能とする、段階的なアラームは水質管理者の事前対応と言う面で効果がある。

表示パネルＩは事前警報の「注意１」「注意２」「注意３」と緊急対応の「異状」を表示する、監視水槽４内のヒメダカ１１と映像の解析表示のブロックはモニターテレビＪに重畳して映し出される。

画像処理装置Ｆの機能確認やヒメダカ１１の行動確認が、モニターテレビＪ画面上で確認できる、４段階の警報は外部出力Ｋから外部に発信する。

ヒメダカ１１の行動の解析は画像処理装置Ｆで行い、ＰＣを接続することなく、画像処理装置Ｆのボタン操作で誰でもが容易に操作できる。

表示パネルＩは、水質の警報出力Ｇ以外に装置警報Ｌとして、漏水や水位異状や蛍光灯断なども表示する、漏水警報は漏水パットの漏水センサーで感知して漏水警報とし、水位異状警報は監視水槽４に装着した水位センサーで感知して水位異状警報とし、蛍光灯断警報は通電センサーで感知して蛍光灯断警報とする、水位センサーは水位調整管１３の下部に設置する、装置警報Ｌも外部出力Ｋから外部に発信する。

図５において、本発明の水質自動監視装置は、小型の試験魚のヒメダカ１１を使用したことで監視水槽４が小型になり、従来は図４で示すように透明な監視水槽Ｘの側面に監視カメラ１８ａを設置するため、横幅寸法が長くなり、筐体全体を大きくする必要があつた。

本発明では監視水槽４を俯瞰で監視カメラ１８で撮影し、上部に電子部と下部に原水循環部を配置したことで、横幅寸法を削減でき、筐体の小型化が可能になり、一つの筐体に全ての機器を収納し、自立型のコンパクトな形状は設置場所を選ばず何処にでも設置ができる。

本発明は、水道原水の有害物質の含有を見分ける手段として試験魚に多数匹のヒメダカを使用し、ヒメダカの生息環境や習性を取り入れた監視水槽と画像解析によって安定した自動監視が可能となり、水道事業体以外にも飲料水メーカーや食品メーカーなど水を使用する産業に利用が可能である。

本発明の実施の形態に係る水質自動監視装置の監視水槽の斜視図である。 本発明の実施の形態に係る水質自動監視装置の監視水槽の平面図である。 本発明の実施の形態に係る監視水槽の捕獲ネットの斜視図である。 監視水槽の側面から監視カメラで撮影する従来方式の参考図である。 本発明の実施の形態に係る水質自動監視装置のシステム図である。 本発明の実施の形態に係る水質自動監視装置の外観図である。

符号の説明

１ 水槽全体
２ 受水槽
３ ポンプ水槽
４ 監視水槽
５ 給水口
６、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ、６ｆ、６ｇ、６ｈ 原水
７ 給水口
８ 水中ポンプ
９、９ａ、９ｂ、９ｃ つば板
１０ａ、１０ｂ 多数孔
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ ヒメダカ
１２ オーバーフロー管
１３ 水位調整管
１４ 仕切板
１５ 受水槽オーバーフロー管
１６ 捕獲ネット
１６ａ 支柱
１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ 縁布
１６ｅ 網目
１６ｆ 支柱固定管
１６ｇ 網
１７ 排水口
１８、１８ａ 監視カメラ
Ａ 電磁弁
Ｂ 採水容器
Ｃ 給餌器
Ｄ 蛍光灯
Ｅ 映像分配
Ｆ 画像処理装置
Ｇ 警報出力
Ｈ タイマー設定
Ｉ 表示パネル
Ｊ モニターテレビ
Ｋ 外部出力
Ｌ 装置警報
Ｘ 透明な監視水槽
Ｙ コンピューター
Ｚ 画像解析ボード

Claims (2)

1. 水槽全体は受水槽とポンプ水槽と監視水槽とで構成され、原水は受水槽からポンプ水槽と監視水槽を順次通過して排水される、ポンプ水槽の水中ポンプから原水が監視水槽の内壁面に向かって噴出し、噴出した原水は監視水槽の角につば板を装着したことでスムーズに回流する、約２０匹のヒメダカを試験魚として監視水槽で飼育し、含水中の毒性に侵されたヒメダカは回流に流され捕獲ネットに掛止する、掛止したヒメダカ以外の行動中のヒメダカの数を監視水槽の上部から俯瞰する監視カメラの映像を画像処理装置で解析することで段階的に警報を発報する、一つの筐体に電子部を上部に原水循環部を下部に配置して装置本体をコンパクトにした、ことを特徴とする水質自動監視装置。
2. 請求項１記載の水槽全体は不透明な乳白のアクリル板で成型し、監視水槽とポンプ水槽間は多数孔を具備した仕切板で区切り、監視水槽とポンプ水槽の水位は常に一定に保持されている、また監視水槽の水中ポンプ噴出し口の角を除く３ヶ所の角に原水が回流し易いための三日月形状のつば板を装着し、そのうち１ヶ所のつば板はヒメダカが通過しない多数孔を具備し、この多数孔を通過した原水はオーバーフロー管と水位調整管から排水する、監視水槽とポンプ水槽の水位は８センチメートルを上限とし下限は５センチメートルとし、監視水槽の底部の中心部に排水口を具備し、捕獲ネットと一体になった着脱可能なヒメダカが通過しない支持固定管を冠着する、などを特徴とする監視水槽を備えた水質自動監視装置。