湖および海洋向けマルチパラメータオンライン監視

製品開発の背景

世界中の広大な水域——海洋や湖沼を問わず——は、さまざまな程度の汚染に直面しています。その主な原因は、人類がこうした広大な水系の自己浄化能力を過大評価し、誤った安心感に基づく違法な排水行為を行ってきたことにあります。近年、典型的な水質汚染危機が、各大陸で頻繁に発生しています。

オーストラリア・グレートバリアリーフ：2025年の環境調査により、深刻な富栄養化が明らかになりました。窒素やリンなどの栄養塩が極めて高濃度で検出され、繰り返し発生するサンゴの白化現象およびヒトデの大発生を引き起こしました。海底のサンゴ群集は広範囲にわたり甚大な被害を受けています。

ナイジェリア – ニジェール川デルタ：石油および重金属汚染により、マングローブの広範な枯死が発生しています。国内の漁業はほぼ壊滅状態に陥っており、地域住民の癌発症率が著しく上昇しています。

ヨーロッパ – バルト海：窒素およびリンによる汚染が毎年ほぼ確実に大規模な藻類ブルームを引き起こし、漁業に深刻な影響を及ぼしています。しかし、周辺都市からの下水放流は依然として規制されていません。

中国では、滇池（てんち）、太湖（たいこ）、洪湖（こうこ）などの主要な水域で、富栄養化に起因する藻類ブルームが相次いで発生しています。また、南シナ海および東シナ海も、下水放流や油流出による深刻な汚染を受けており、漁業、生態系、観光産業に計り知れない経済的損失をもたらしています。

大規模な水域の監視需要の高まりに対応し、JIDE社は海洋および湖沼向けに特化した多項目オンラインセンサーシステムを開発しました。現在の技術的制約により、全リンや全窒素などのパラメーターは、センサーによる直接測定が依然として困難です。そのため、広大な海洋や大型湖沼の中心部では、本システムを大型ブイ式観測所に設置します。

測定可能な主要パラメーターには以下が含まれます：

• 温度

• pH

• ORP（酸化還元電位）

• 電気伝導率／TDS

• 溶存酸素

• 浴度／SS（懸濁物質）

• クロロフィル

• ブルーグリーンアレルゲン（藍藻）

• カリウムイオン（K⁺）

• アンモニウムイオン（NH₄⁺）

• ニトレートイオン（NO₃⁻）

• 塩化物イオン（Cl⁻）

• フルオライドイオン（F⁻）

これらの測定により、栄養塩濃度の過剰、富栄養化、藻類ブルーム、および溶存酸素濃度の低下をリアルタイムで監視し、早期警戒が可能になります。

JDMPA - 6S – 最高仕様

JDMPA - 6Sモデルは、本シリーズにおける最高仕様の製品です。メインユニットには最大7つのセンサーを搭載できます。各センサーは電気化学的、光学的、物理的な検出原理に基づいて、それぞれ対応するパラメーターを測定します。

メインユニットのすべてのセンサーポートには、汎用インターフェースが採用されています。センサーは任意のポートに取り付けることができ、メインユニットが自動的にセンサータイプを認識します。JDMPA-6S メインユニットは、センサーデータの読み取り、センサーのパラメーター設定、およびキャリブレーション操作を実行できます。ユーザーの設定に応じて、データをローカルに保存したり、データ収集プラットフォームへ送信したり、PCまたはスマートフォンへ直接送信することが可能です。データ通信は、有線伝送およびBluetooth無線伝送の両方に対応しています。

各パラメーターの測定原理

1. 水深

JIDE社では、ステンレス鋼製の波形ダイアフラムで絶縁されたピエゾ抵抗式検出素子を備えた圧力センサーを用いて水深を測定しています。センサーの一方の面は水中に向けられ、他方の面は真空状態にさらされて圧力を測定します。水深は、水圧から大気圧を差し引くことで算出されます。

深度測定に影響を与える要因には、気圧、水の密度、および温度が含まれます。「ゼロ」キャリブレーションを空気中で行うことで、当地の大気圧に対する基準値が得られます。

2. 導電率

JIDEは、4つのグラファイト電極を用いて溶液の導電率を測定します。そのうち2つの電極が電流を測定し、残り2つが電圧を測定します。導電率は、これらの測定値から算出されます。得られた導電率値はセル定数（単位：1／cm）を乗じることで、ミリジーメンス／センチメートル（mS／cm）単位の導電率に換算されます。

各センサーには内蔵温度センサーが搭載されています。ただし、このセンサーで測定された温度値は記録・表示されず、センサー補正専用に使用されます。温度値のキャリブレーションは、導電率プローブに搭載された温度センサーを基準として行われます。

3. 溶存酸素

JIDE社の光学式溶存酸素センサーは、蛍光消光原理に基づいています。特定波長の青色光をガラス基板上に固定された蛍光物質に照射すると、その物質が蛍光を発します。酸素が存在しない場合、蛍光持続時間は最も長くなります。一方、センサーメンブレン上に酸素が存在すると、蛍光持続時間が短縮されます。

精度と安定性を確保するため、各測定サイクルにおいて赤色光を蛍光物質に向けて照射し、これを基準として蛍光持続時間を決定します。

酸素濃度は蛍光持続時間に反比例します。この関係は、スターン＝ヴォルマー（Stern–Volmer）の式によって定量的に記述できます。

((T₀／T) – 1) 対 O₂分圧。

これは厳密な直線関係ではなく（特に高酸素圧において）、関連するデータには多項式非線形回帰分析が必要です。この非線形特性は時間の経過とともに著しく変化せず、長期間にわたって測定精度に影響を及ぼしません。

4. pH／ORP／AMMO（アンモニウム）－オプション

このシステムは、水の酸性度／アルカリ性度を測定するためのpH電極およびフロントエンド回路モジュール、または酸化還元電位（ORP）を測定するためのORP電極およびフロントエンド回路モジュールで構成されています。ORPは、媒体中に溶解しているすべての物質の持つ電位を総合的に表す、非化学的な測定値です。

あるいは、アンモニウム（NH₄⁺）センサを選択することもできます。このセンサは、アンモニウム電極およびフロントエンド回路モジュールで構成されています。アンモニウム電極を参照電極とともに使用すると、ミリボルト単位の電圧が測定され、特定の計算手法を用いてイオン濃度値に変換されます。

保守作業を容易にするため、このセンサーは電極または膜キャップを現場で交換可能な独自設計を採用しています。上部の回路モジュールと電極の間にコネクタが配置されています。電極を交換する際には、古い電極を緩めて取り外し、新しい電極を取り付けるだけで完了します。その他の手順は一切不要です。

5. 浄化度（濁度）

浄化度（濁度）は、水中の懸濁固形物濃度を間接的に測定する指標です。濁度センサーは赤外線を試料に照射し、水中の粒子によって散乱された光を測定します。浄化度（濁度）は、水質の重要な指標であると同時に、環境変化を評価するための基本的なパラメーターでもあります。自然水域中の懸濁固形物は、シルト、粘土、堆積物、アオミドロ、有機物など、多様かつ不確実な起源から生じますが、これらすべての粒子が光の透過に影響を与え、濁度信号を生成します。

6. 総藻類量

全藻類センサーは、2波長励起を用いて、クロロフィル濃度と青緑色藻類濃度を同時に測定します。

• クロロフィル分子は青色光にさらされると蛍光を発し、その蛍光強度からクロロフィル濃度を算出します。

• フィコシアニン（青緑色藻類に含まれる色素）はオレンジ色光にさらされると蛍光を発し、その蛍光強度から青緑色藻類濃度を算出します。

現場導入

JIDE社のJDMPAシリーズオンライン分析計は、現在中国の海洋および大型湖沼で広く採用されています。エンジニアの方々は、堅牢で耐久性に優れた筐体、ネットワーク構築を容易にするオープンなMODBUS通信プロトコル、および保守・交換が容易なモジュール式設計を高く評価しています。これらの特長により、JDMPAシリーズは現場の専門家から高い支持を得ています。