アルミニウムの自動測定装置
【課題】浄水プロセスにおけるアルミニウム濃度の管理のため、固形成分と溶解成分を含む高濃度のアルミニウムを測定するためのアルミニウムの自動測定装置を提供する。
【解決手段】試料水を採水する試料水ポンプ５１と、エリオクロムシアニンレッド（ＥＣＲ）溶液を添加するためのＥＣＲ溶液ポンプ５７と、ＥＣＲ溶液を貯留するためのＥＣＲ溶液タンク５６と、試料水及びＥＣＲ溶液が供給される第一攪拌槽５２と、緩衝液を添加するための緩衝液ポンプ５９と、緩衝液を貯留するための緩衝液タンク５８と、第一攪拌槽５２で攪拌、混合した液と緩衝液が供給される第二攪拌槽５３と、第二攪拌槽５３で攪拌，混合した液が供給される吸光度測定装置５４と、を備える。
【解決手段】試料水を採水する試料水ポンプ５１と、エリオクロムシアニンレッド（ＥＣＲ）溶液を添加するためのＥＣＲ溶液ポンプ５７と、ＥＣＲ溶液を貯留するためのＥＣＲ溶液タンク５６と、試料水及びＥＣＲ溶液が供給される第一攪拌槽５２と、緩衝液を添加するための緩衝液ポンプ５９と、緩衝液を貯留するための緩衝液タンク５８と、第一攪拌槽５２で攪拌、混合した液と緩衝液が供給される第二攪拌槽５３と、第二攪拌槽５３で攪拌，混合した液が供給される吸光度測定装置５４と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浄水プロセス中の水に含まれるアルミニウムを自動測定可能なアルミニウムの自動測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
浄水場では、取水した原水に凝集剤を注入して原水中の濁質分を凝集させてフロックを形成させ、形成したフロックを沈殿池で沈降分離する凝集沈殿処理が行われている。フロックが沈降分離された沈殿水は、次の浄水施設であるろ過池に導入されて、ろ過される。
この凝集沈殿処理では、原水水質に応じて決定される凝集剤注入率が重要である。
【０００３】
凝集沈殿処理では、一般に原水水質（濁度、アルカリ度、ｐＨなど）の計測結果から予め設定した凝集剤注入モデル式に従い凝集剤注入率を演算し、この凝集剤注入率に基づいて凝集剤を注入するフィードフォワード制御と、沈殿池出口での濁度の計測結果に基づいて、凝集剤注入率を補正するフィードバック制御を組み合わせた、フィードフォワード・フィードバック制御が採用されている。しかし、凝集沈殿処理の特質上、凝集剤を注入してから最終的な沈殿池出口の濁度として判明するまで約３〜４時間と時間遅れが大きい。
このため、フィードバックによる凝集剤注入率の補正を困難としている。
【０００４】
沈殿池出口での濁度の計測結果をフィードバックするのでは、時間遅れが大きいため、凝集剤注入後の微小フロックを指標とする凝集剤注入制御方法が、例えば〔特許文献１〕に記載のように提案されている。この制御方法は、凝集剤が注入された原水を、沈殿地出口よりも早い段階で採水することでフィードバック補正の時間遅れを短縮し、原水水質が変動しても早期に凝集剤注入率の補正を可能とするものである。
【０００５】
凝集剤が注入された原水に微小フロックが多く形成されると、以降のフロック成長が遅くなり、結果的に沈殿池出口の濁度が高くなる。したがって、フィルタなどの分級手段により微小フロックを分級してその量を測定することで、高精度で凝集剤注入率の補正ができる。ここで、微小フロックの定量は、固形成分のアルミニウム濃度を測定することで可能である。
【０００６】
この凝集剤注入制御方法を実現するためには、固形成分のアルミニウム濃度を簡便に自動測定できる測定装置が必要であり、さらに安価であることが望まれる。
【０００７】
試料水中のアルミニウム濃度の測定方法としては、原子吸光光度法、ＩＣＰ発光分光分析法、ＩＣＰ質量分析法および吸光光度法などがある。このうち、吸光光度法としてエリオクロムシアニンレッド（Ｃ23Ｈ15Ｎａ3Ｏ9Ｓ、以下、ＥＣＲと称する）を呈色試薬として用いる方法がある。これは溶解性アルミニウムがｐＨ４.６〜５.６の領域において、ＥＣＲ試薬と呈色反応を起こし錯体を生成して、その吸光度を求めて定量するものである。
【０００８】
ＥＣＲ試薬によるアルミニウム濃度の測定方法として、例えば〔特許文献２〕に、試料水の温度を調節可能な金属イオン濃度測定装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１０−１３７１１５号公報
【特許文献２】特開２００８−９６３９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
試料水中のアルミニウム濃度の測定方法である原子吸光光度法、ＩＣＰ発光分光分析法、ＩＣＰ質量分析法及び〔特許文献２〕に記載の方法は、試料水に固形成分が含まれると測定が困難であり、固形成分のアルミニウムを測定したい場合は、予め酸を注入して固形成分を溶解させる必要がある。そのため、自動化するには酸の注入ポンプ、酸のタンク、溶解槽を備えることが必要となり、測定装置が複雑で高価になる課題がある。
【００１１】
本発明の目的は、フロック中のアルミニウムが測定可能で、簡便で安価なアルミニウムの自動測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明のアルミニウムの自動測定装置は、試料水を採水する試料水ポンプと、ＥＣＲ溶液を添加するためのＥＣＲ溶液ポンプと、前記ＥＣＲ溶液を貯留するためのＥＣＲ溶液タンクと、前記試料水および前記ＥＣＲ溶液が供給される第一攪拌槽と、緩衝液を添加するための緩衝液ポンプと、前記緩衝液を貯留するための緩衝液タンクと、前記第一攪拌槽で攪拌、混合した液と前記緩衝液が供給される第二攪拌槽と、前記第二攪拌槽で攪拌、混合した液が供給される吸光度測定装置と、を備えるものである。
【００１３】
又、試料水を採水する試料水ポンプと、ＥＣＲ溶液を添加するためのＥＣＲ溶液ポンプと、前記ＥＣＲ溶液を貯留するためのＥＣＲ溶液タンクと、緩衝液を添加するための緩衝液ポンプと、前記緩衝液を貯留するための緩衝液タンクと、供給された前記試料水、前記ＥＣＲ溶液、前記緩衝液を攪拌・混合するための攪拌槽と、前記攪拌槽で攪拌、混合した液を供給するための供給ポンプと、前記攪拌槽で攪拌、混合した液が供給される吸光度測定装置と、を備えるものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、酸性のＥＣＲ試薬をｐＨ調整用の緩衝液より先に試料水に添加する構成とすることで、固形成分のアルミニウム濃度の測定が、簡便かつ安価なアルミニウムの自動測定装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例１であるアルミニウムの自動測定装置を説明する図である。
【図２】吸光度測定の試験フローを示す図である。
【図３】呈色反応した試料水の測定波長と吸光度の関係を示す図である。
【図４】本発明の実施例１である吸光度の連続測定試験の試験フローを示す図である。
【図５】本発明の実施例１である吸光度の連続測定結果を示す図である。
【図６】アルミニウム濃度と吸光度の関係を示す図である。
【図７】本発明の実施例２であるアルミニウムの自動測定装置を説明する図である。
【図８】本発明の実施例３であるアルミニウムの自動測定装置を説明する図である。
【図９】本発明の実施例４であるアルミニウムの自動測定装置を説明する図である。
【図１０】本発明の実施例５であるアルミニウム濃度の測定までの処理フローを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明のアルミニウムの自動測定装置の各実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１７】
本発明者らは上述した課題を解決するために、ＥＣＲ試薬のｐＨに着目した。一般的にＥＣＲ試薬は、その劣化を防止するためにｐＨ２以下の酸性となっている。試料水と酸性のＥＣＲ試薬を混和して、まず、固形成分のアルミニウムを溶解させる。その後、ｐＨ調整用の緩衝液を添加し、吸光度を測定する。これにより、安価で簡便なアルミニウムの自動測定装置を実現できる。
【００１８】
すなわち、酸性のＥＣＲ試薬をｐＨ調整用の緩衝液より先に試料水に添加することで、固形成分のアルミニウムを溶解し、溶解成分と固形成分のアルミニウムを合わせて測定可能としている。
【実施例１】
【００１９】
本発明の実施例１について図１から図６を用いて説明する。図１は、本発明の実施例１におけるアルミニウムの自動測定装置を示す図である。
【００２０】
本実施例のアルミニウムの自動測定装置は、次のように構成されている。試料水を供給するための配管が第一攪拌槽５２に接続され、その途中に試料水ポンプ５１が設けられる。ＥＣＲ溶液タンク５６はＥＣＲ溶液を試料水ポンプ５１の後流側の配管に供給するための配管が設けられ、配管の途中にＥＣＲ溶液ポンプ５７が設けられている。
【００２１】
第一攪拌槽５２には混合液ａを供給する配管が第二攪拌槽５３に接続され、第二攪拌槽５３には混合液ｂを供給する配管が吸光度測定装置５４に接続され、配管の途中には電磁弁６２が設けられている。緩衝液タンク５８は配管により、混合液ａを供給する配管に接続され、配管の途中に緩衝液ポンプ５９が設けられている。純水タンク６０は配管により、電磁弁６２に接続され、配管の途中に純水ポンプ６１が設けられている。吸光度測定装置５４は配管により廃液タンク５５に接続されている。吸光度測定装置５４は信号線によりデータ記録手段６３に接続されている。
【００２２】
試料水は試料水ポンプ５１により、一定流量で第一攪拌槽５２に供給される。ここで、試料水ポンプ５１は、チュービングポンプやプランジャーポンプなど一定流量で連続的に供給できる手段が適用される。又、試薬の使用量を低減するために、５〜１００ｍＬ／min、好ましくは１０〜４０ｍＬ／minの流量供給するようになっている。
【００２３】
第一攪拌槽５２には、ＥＣＲ溶液タンク５６からＥＣＲ溶液ポンプ５７を用いてＥＣＲ溶液が供給される。ここで、ＥＣＲ溶液ポンプ５７は、試料水ポンプ５１と同様に、一定流量で連続的に供給できる手段であればよい。
【００２４】
ＥＣＲ溶液は、ＥＣＲ試薬を溶媒に設定量添加して調整している。ここで、ＥＣＲ溶液は時間経過とともに構成物質が還元型の化学種に変化して退色するため、退色防止としてｐＨを２.０以下に調整する必要がある。したがって、溶媒としては塩酸など酸性液体を使用することができる。
【００２５】
ＥＣＲ溶液は、試料水中のアルミニウムと錯体を生成する他にも、固形成分のアルミニウムを溶解させる役割を有する。したがって、試料水にＥＣＲ溶液を添加したとき、固形成分のアルミニウムを溶解させることが可能なｐＨとなるように、ＥＣＲ溶液のｐＨおよび添加率を決定する必要がある。
【００２６】
ＥＣＲ試薬の濃度は、必要なアルミニウム濃度のとき、その吸光度が吸光光度計の測定範囲内となるように設定する。ＥＣＲ試薬の濃度は、試料水に添加後０.００５〜０.２０mg／ｍＬ、好ましくは０.０１〜０.１０mg／ｍＬがよい。
【００２７】
ＥＣＲ溶液は、ｐＨ１.９で、試料水量に対して１０％添加することで、試料水のｐＨは３程度になる。ｐＨが４以下ならばフロック中のアルミニウム化合物が溶解することができる。ＥＣＲ溶液のｐＨは劣化防止とアルミニウム化合物の溶解の点から２以下、好ましくは１〜２がよい。
【００２８】
酢酸緩衝液の濃度はアルミニウムがＥＣＲと呈色反応し、錯体を生成するｐＨ範囲とするために、０.２〜５mol／Ｌ、好ましくは０.５〜５mol／Ｌがよい。この酢酸緩衝液を添加後に試料水のｐＨが４.６〜５.６になるように添加量を調節する。例えば、ｐＨ１.９のＥＣＲ溶液の添加量に対して酢酸緩衝液のモル量（酢酸緩衝液の濃度×添加量）は０.５〜４mol／Ｌ、好ましくは１〜３.５mol／Ｌがよい。
【００２９】
試料水およびＥＣＲ溶液は、第一攪拌槽５２で攪拌、混合される。ここで、攪拌手段としては良好な攪拌を得られる手段ならばよく、例えば、攪拌子とマグネチックスターラーを用いる手段などがある。第一攪拌槽５２での試料水の滞留時間は５min以内、好ましくは１〜３minがよい。
【００３０】
試料水とＥＣＲ溶液を混合した混合液ａは、第二攪拌槽５３に供給される。第二攪拌槽５３には、緩衝液タンク５８から緩衝液ポンプ５９を用いて緩衝液が供給される。ここで、緩衝液ポンプ５９は、試料水ポンプ５１やＥＣＲ溶液ポンプ５７と同様に、一定流量で連続的に供給できる手段であればよい。
【００３１】
緩衝液を添加する目的は、アルミニウムがＥＣＲ試薬と呈色反応し、錯体を生成するｐＨ範囲である４.６〜５.６にするためである。したがって、緩衝液のｐＨは４.６〜５.６の範囲で決定する。また、緩衝液の濃度および添加率は、ＥＣＲ溶液添加後の試料水のｐＨが４.６〜５.６の範囲に収まるように決定する必要がある。緩衝液は設定ｐＨの範囲にすることが重要だが、環境への対応からＰＲＴＲ対象物質の対象外であることが望ましく、例えば、酢酸と酢酸ナトリウム溶液を混合した酢酸緩衝液などを用いるとよい。
【００３２】
混合液ａおよび緩衝液は第二攪拌槽５３で攪拌、混合される。ここで、攪拌手段としては第一攪拌槽５２と同様に良好な攪拌を得られる手段ならばよい。また、第二攪拌槽５３は、第一攪拌槽５２と同様に試料水の滞留時間は５min以内、好ましくは１〜３minがよい。
【００３３】
混合液ａと緩衝液を混合した混合液ｂは、吸光度測定装置５４に供給される。吸光度測定装置５４では、混合液ｂの吸光度を測定する。ここで、吸光度の測定に用いるセルは混合液ｂの流量および測定精度に影響されるものの、一般に市販されている１〜５cmのものが望ましい。測定波長は高い吸光度を示す範囲から決定する必要がある。
【００３４】
吸光度測定装置５４には、定期的に純水タンク６０から純水ポンプ６１により、純水が供給されて吸光度のゼロ点を調整する。ゼロ点を調整するとき、図示しない制御手段により純水ポンプ６１および電磁弁６２が制御される。また、第二攪拌槽５３に図示しない排水口を取り付け、ゼロ点を調整している間は、混合液ｂは吸光度測定装置５４を通過せず、直接、廃液タンク５５に排水されるようになっている。
【００３５】
図２に、本実施例の方法による吸光度測定の試験フローを示す。Ｓ１で、試料水としてアルミニウム濃度０.１５mg／Ｌのアルミニウム標準液を５ｍＬ採水する。Ｓ２で、試料水に０.０５ｗｔ.％のＥＣＲ溶液を０.５ｍＬ添加する。Ｓ３で、ＥＣＲ溶液を添加後直ちに攪拌し、３min待機する。Ｓ４で、ｐＨ５.０に調整した２mol／Ｌの酢酸緩衝液を０.８ｍＬ添加する。Ｓ５で、酢酸緩衝液を添加後直ちに攪拌し、４min待機する。Ｓ６で、最後に測定波長２００〜６００ｎｍの範囲で吸光度測定する。ここで、吸光光度計は、純水にて吸光度をゼロに調整している。
【００３６】
図３に、呈色反応した試料水の測定波長と吸光度の関係を示す。図３から分かるように、吸光度は、測定波長が５３０ｎｍ付近にピークを持つ結果となった。したがって、測定波長は４９０〜５５０ｎｍ、好ましくは５１５〜５３５ｎｍとする。
【００３７】
図４に、本実施例における吸光度の連続測定フローを示す。Ｓ７で、吸光度測定装置５４を起動する。Ｓ８で、電磁弁６２を操作して、Ｓ９で、純水を流して吸光度をゼロに調整する。Ｓ１０で、電磁弁６２を操作して、Ｓ１１で、２５ｍＬ／minの流量で試料水ポンプ５１を運転する。Ｓ１２で、２.５ｍＬ／minの流量でＥＣＲ溶液ポンプ５７を運転する。ここで、ＥＣＲ溶液は０.０５ｗｔ％であり、第一攪拌槽５２の容量は５０ｍＬである。Ｓ１３で、４ｍＬ／minの流量で緩衝液ポンプ５９を運転する。ここで、緩衝液は、酢酸と酢酸ナトリウム溶液を混合して、ｐＨ５.０に調整した２mol／Ｌの酢酸緩衝液を用いる。また、第二攪拌槽５３の容量は５０ｍＬである。
【００３８】
図５に本実施例における吸光度の連続測定結果を示す。測定を開始してから吸光度が安定となった後、試料水のアルミニウム濃度を０.０１mg／Ｌから０.０５mg／Ｌに切替えると、吸光度が高くなり、切替えてから１０minで吸光度は安定して一定となった。アルミニウム濃度を０.１５、０.３０、０.５０mg／Ｌと、順次２０min間隔で切替えた場合も、同じく１０minで吸光度は安定して一定となった。この結果から、本実施例のアルミニウムの自動測定装置は、１０min程度でアルミニウム濃度の変化に対応可能であることが分かる。
【００３９】
図６にアルミニウム濃度と吸光度の関係を示す。アルミニウム濃度と吸光度は、アルミニウム濃度が０.０１〜０.５０mg／Ｌの範囲で比例関係にある。したがって、本実施例の方法で、浄水場内のアルミニウム濃度の測定に必要な範囲をカバーできる。
【００４０】
測定された吸光度は、データ記録手段６３により記録される。ここで、吸光度からアルミニウム濃度への変換は予め作成した吸光度−アルミニウム濃度の検量線を用いるが、その変換はデータ記録手段６３内で行ってもよく、図示しないデータ変換手段などを用いて行ってもよい。検量線は図４に示すＳ９で、ゼロ点を調整したときに更新する。
【００４１】
吸光度を測定した後の混合液ｂは、廃液タンク５５に排水される。廃液は、ｐＨ５程度の溶液のため、必要ならば中和処理を実施する。
【００４２】
本実施例では、酸性のＥＣＲ試薬をｐＨ調整用の緩衝液より先に試料水に添加する構成とすることで、固形成分のアルミニウムを反映したアルミニウム濃度の測定ができる。
【実施例２】
【００４３】
本発明の実施例２について図７を用いて説明する。図７は、実施例２におけるアルミニウムの自動測定装置の構成図である。
【００４４】
実施例１が試料水および試薬を供給する連続式なのに対して、実施例２は、試料水および試薬を定期的に供給するバッチ式に変更したものである。
【００４５】
本実施例のアルミニウムの自動測定装置は、次のように構成されている。試料水を供給するための配管が攪拌槽６４に接続され、その途中に試料水ポンプ５１が設けられる。
【００４６】
ＥＣＲ溶液タンク５６にはＥＣＲ溶液を攪拌槽６４に供給するための配管が設けられ、配管の途中にＥＣＲ溶液ポンプ５７が設けられている。緩衝液タンク５８には緩衝液を攪拌槽６４に供給するための配管が設けられ、配管の途中に緩衝液ポンプ５９が設けられている。
【００４７】
攪拌槽６４には混合液ｂを供給する配管が設けられ吸光度測定装置５４に接続されている。この配管の途中には、供給ポンプ６５、電磁弁６２及び電磁弁６８が設けられている。純水タンク６０は配管により、電磁弁６２に接続され、配管の途中に純水ポンプ６１が設けられている。洗浄液タンク６６は配管により、電磁弁６８に接続され、配管の途中に洗浄液ポンプ６７が設けられている。
【００４８】
本実施例では、攪拌槽６４、試料水ポンプ５１、ＥＣＲ溶液タンク５６、ＥＣＲ溶液ポンプ５７、緩衝液タンク５８、緩衝液ポンプ５９、吸光度測定装置５４、供給ポンプ６５、電磁弁６２、電磁弁６８、純水タンク６０、純水ポンプ６１、洗浄液タンク６６及び洗浄液ポンプ６７は、温度調整槽１１０内に設置されている。
【００４９】
吸光度測定装置５４は配管により廃液タンク５５に接続されている。吸光度測定装置５４は信号線によりデータ記録手段６３に接続されている。
【００５０】
実施例２におけるアルミニウムの自動測定装置について詳細に説明する。
【００５１】
試料水は試料水ポンプ５１により一定量、攪拌槽６４に供給される。ここで、試料水ポンプ５１は、チュービングポンプもしくはプランジャーポンプなどが用いられるが、図示しない制御手段により攪拌槽６４へ一定量、試料水を供給、停止するようになっている。
このときの試料水の必要量は、試薬量の低減ため、５〜１００ｍＬ、好ましくは１０〜４０ｍＬとしている。
【００５２】
試料水が攪拌槽６４に供給されると、ＥＣＲ溶液タンク５６からＥＣＲ溶液ポンプ５７により、攪拌槽６４にＥＣＲ溶液が供給される。ここで、ＥＣＲ溶液ポンプ５７は、試料水ポンプ５１と同様に、図示しない制御手段により攪拌槽６４へ一定量、試料水を供給、停止するようになっている。
【００５３】
試料水およびＥＣＲ溶液は、攪拌槽６４で攪拌、混合される。攪拌手段としては実施例１と同様に良好な攪拌を得られる手段ならばよく、例えば、攪拌子とマグネチックスターラーを用いる手段などがある。このとき、滞留時間は５min以内、好ましくは１〜３minがよい。
【００５４】
試料水とＥＣＲ溶液を攪拌、混合後、攪拌槽６４には緩衝液タンク５８から緩衝液ポンプ５９を用いて緩衝液が供給される。緩衝液ポンプ５９は、試料水ポンプ５１及びＥＣＲ溶液ポンプ５７と同様に、図示しない制御手段により攪拌槽６４へ一定量、試料水を供給、停止するようになっている。また、攪拌、混合操作は試料水及びＥＣＲ溶液を攪拌、混合する時と同様である。
【００５５】
試料水、ＥＣＲ溶液及び緩衝液が攪拌、混合された混合液ｂは、供給ポンプ６５により吸光度測定装置５４に供給される。吸光度測定装置５４では、混合液ｂの吸光度を測定する。
【００５６】
吸光度測定装置５４には、実施例１と同様に定期的に純水タンク６０から純水ポンプ６１により純水が供給され、吸光度のゼロ点が調整される。ゼロ点を調整するとき、図示しない制御手段により純水ポンプ６１及び電磁弁６２が制御される。混合液ｂは、攪拌槽６４に図示しない排水口を取り付け、ゼロ点を調整している間は、吸光度測定装置５４を通過せず、直接、廃液タンク５５に排水される。
【００５７】
測定された吸光度は、データ記録手段６３により記録される。ここで、吸光度からアルミニウム濃度への変換は予め作成した吸光度−アルミニウム濃度の検量線を用いるが、その変換はデータ記録手段６３内で行っても、図示しないデータ変換手段などを用いて行ってもよい。検量線は実施例１と同様に、ゼロ点を調整したときに更新する。
【００５８】
吸光度を測定した後の混合液ｂは、廃液タンク５５に排水される。実施例２の場合、図示しない制御手段により、定期的に洗浄液ポンプ６７及び電磁弁６８が制御され、洗浄液タンク６６から吸光度測定装置５４に洗浄液が供給される。ここで、洗浄液としては、純水および酸など、吸光度測定装置５４のセルを清浄にできるものが使用される。このとき、混合液ｂは、ゼロ点を調整するときと同様に、直接廃液タンク５５に排水される。
【００５９】
なお、上述の洗浄操作において、洗浄液として酢酸緩衝液を使用してもよく、酢酸緩衝液でセルを洗浄することで、洗浄液ポンプ６７及び洗浄液タンク６６を取り外すことができる。廃液はｐＨ５程度の溶液のため、必要ならば中和処理を実施する。
【００６０】
次の吸光度の測定に移るときには、攪拌槽６４に残存した液は、試料水ポンプ５１を運転することで試料水と置換され、その後、同様の操作を繰り返す。
【００６１】
以上の操作は、温度調整槽１１０内で実施する。温度調整槽１１０内の温度は０〜４０℃、好ましくは１０〜３０℃に調整する。
【００６２】
実施例２では、図示しない制御手段により設定間隔でアルミニウム濃度を測定する。実施例２のアルミニウムの自動測定装置は、実施例１と比較して装置の運転操作は複雑になるが、試薬の使用量は低減できる。また、定期的な洗浄でセルの汚染が防止され、安定した吸光度の測定が可能となる。
【実施例３】
【００６３】
本発明の実施例３について図８を用いて説明する。図８は、実施例３におけるアルミニウムの自動測定装置の構成図である。
【００６４】
実施例３は、実施例１と同様に構成されているが、実施例３のアルミニウムの自動測定装置においては、第一攪拌槽５２に加熱器８０と温度測定手段９０を取り付け、図示しない温度の制御手段に温度測定手段を設けている。
【００６５】
実施例３のアルミニウムの自動測定装置は、第一攪拌槽５２にて試料水を加熱することで、酸による固形成分のアルミニウム化合物の溶解を促進させることができる。ここで、加熱温度としては、室温より高い４０〜８０度がよい。
【実施例４】
【００６６】
本発明の実施例４について図９を用いて説明する。図９は、実施例４におけるアルミニウムの自動測定装置の構成図である。
【００６７】
実施例４は、実施例１と同様に構成されているが、実施例４のアルミニウムの自動測定装置においては、第二攪拌槽５３と吸光度測定装置５４の間に不溶物除去手段１００を取り付けている。
【００６８】
実施例４のアルミニウムの自動測定装置では、吸光度測定装置５４の前で酸に不溶である濁質などを除去する。これにより、セルの汚染を防止されて安定した吸光度の測定が可能となる。ここで、不溶物除去手段１００とはフィルタなどであり、目開き１０μｍ以下、好ましくは０.４５〜５μｍのフィルタがよい。不溶物除去手段１００は単体で取り付けても、配管を並列にして複数取り付けてもよい。また、フィルタの性能を長期間維持するために、逆洗装置を取り付けてもよい。
【実施例５】
【００６９】
本発明の実施例５について図１０を用いて説明する。図１０は、実施例５におけるアルミニウム濃度の測定までの処理フローである。
【００７０】
実施例５は、実施例１のアルミニウムの自動測定装置において、吸光度測定装置５４が単一波長ではなく、複数の波長で測定する構成としたもので、アルミニウム濃度を補正するデータ変換手段を備えている。
【００７１】
試料水中に障害物質が存在すると、吸光度の測定は妨害される。例えば、アルミニウム濃度が０.１５mg／Ｌのアルミニウム標準液と、障害物質としてフミン酸（有機物）を紫外線吸光度で０.２５cm-1含むアルミニウム濃度が０.１５mg／Ｌのアルミニウム標準液を用いて、図２で示した吸光度測定の試験を実施すると（吸光光度計は、純水にて吸光度をゼロに調整）、測定波長５３５ｎｍの吸光度は、有機物を含まない場合は０.７３６cm-1であり、有機物を含む場合は０.７７６cm-1となり、同じ吸光度とならない。そのため、有機物を含む場合はアルミニウム濃度を補正する必要がある。
【００７２】
次に、アルミニウム濃度の補正の方法を説明する。
【００７３】
図１０に示すアルミニウム濃度の測定の処理フローでは、Ｓ１４で、吸光度測定装置５４を起動する。実施例５における吸光度測定装置５４は、異なる波長の２つの測定系を有している。ここで、異なる波長とは、一方は障害物質を定量可能な測定波長、例えば紫外線吸光度（２６０ｎｍ）であり、もう一方はアルミニウムを測定可能な波長である。ここで、障害物質を定量可能な測定波長の測定系を系列１、アルミニウムを測定可能な波長の測定系を系列２とする。
【００７４】
Ｓ１５で、電磁弁６２を操作する。Ｓ１６で、純水にて系列１と系列２の吸光度をゼロに調整する。Ｓ１７で、電磁弁６２を操作する。
【００７５】
Ｓ１８で、試料水ポンプ５１を運転する。ここで、実施例１では試料水は第一攪拌槽５２に供給されるが、実施例５では試料水の一部が別配管にて系列１側に供給され、残りは実施例１と同様に第一攪拌槽５２に供給される。
【００７６】
Ｓ１９で、ＥＣＲ溶液ポンプ５７を運転する。Ｓ２０で、緩衝液ポンプ５９を運転する。Ｓ２１で、吸光度ａを測定し、Ｓ２２で、吸光度ｂを測定する。
【００７７】
Ｓ２３で、測定した吸光度ａと吸光度ｂを用いて、データ補正手段によりアルミニウム濃度が補正される。アルミニウム濃度を補正可能なデータ変換手段は、受信した吸光度ａのデータから、例えば数１を用いてアルミニウム濃度の補正値を演算する。
【００７８】
〔数１〕
（補正値）＝Ａ×（吸光度ａ） …（１） ここで、Ａは係数である。
【００７９】
また、アルミニウム濃度を補正可能なデータ変換手段は、受信した吸光度ｂのデータから検量線を用いてアルミニウム濃度を演算する。そして、例えば数２を用いてアルミニウム濃度を演算する。
【００８０】
〔数２〕
（アルミニウム濃度）＝
（吸光度ｂから演算したアルミニウム濃度）−（補正値） …（２） Ｓ２４で、アルミニウム濃度がデータ記録手段に格納される。
【００８１】
以上説明したようなアルミニウム濃度を補正可能なデータ変換手段を示したが、アルミニウム濃度を補正できるならば他の数式を用いてもよい。
【００８２】
実施例５では、２つの測定系を有している吸光度測定装置５４を例にとり説明したが、１つの測定系で、測定波長を変更可能な吸光度測定装置５４を用いてもよい。
【００８３】
実施例５では、試料水そのものの吸光度を測定し、データ変換手段にて補正値を演算しているが、ＥＣＲ溶液と緩衝液添加後の液を使って、吸光度を測定し、同様の処理により補正値を演算してもよい。
【００８４】
実施例５のアルミニウムの自動測定装置は、吸光度測定装置５４が単一波長ではなく、複数の波長を測定する構成としたもので、吸光度測定装置５４とアルミニウム濃度を補正可能なデータ変換手段から構成される、これにより、試料水中に障害物質が存在しても、アルミニウム濃度を測定することが可能である。
【符号の説明】
【００８５】
５１ 試料水ポンプ
５２ 第一攪拌槽
５３ 第二攪拌槽
５４ 吸光度測定装置
５５ 廃液タンク
５６ ＥＣＲ溶液タンク
５７ ＥＣＲ溶液ポンプ
５８ 緩衝液タンク
５９ 緩衝液ポンプ
６０ 純水タンク
６１ 純水ポンプ
６２、６８ 電磁弁
６３ データ記録手段
６４ 攪拌槽
６５ 供給ポンプ
６６ 洗浄液タンク
６７ 洗浄液ポンプ
８０ 加熱器
９０ 温度測定手段
１００ 不溶物除去手段
１１０ 温度調整槽
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浄水プロセス中の水に含まれるアルミニウムを自動測定可能なアルミニウムの自動測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
浄水場では、取水した原水に凝集剤を注入して原水中の濁質分を凝集させてフロックを形成させ、形成したフロックを沈殿池で沈降分離する凝集沈殿処理が行われている。フロックが沈降分離された沈殿水は、次の浄水施設であるろ過池に導入されて、ろ過される。
この凝集沈殿処理では、原水水質に応じて決定される凝集剤注入率が重要である。
【０００３】
凝集沈殿処理では、一般に原水水質（濁度、アルカリ度、ｐＨなど）の計測結果から予め設定した凝集剤注入モデル式に従い凝集剤注入率を演算し、この凝集剤注入率に基づいて凝集剤を注入するフィードフォワード制御と、沈殿池出口での濁度の計測結果に基づいて、凝集剤注入率を補正するフィードバック制御を組み合わせた、フィードフォワード・フィードバック制御が採用されている。しかし、凝集沈殿処理の特質上、凝集剤を注入してから最終的な沈殿池出口の濁度として判明するまで約３〜４時間と時間遅れが大きい。
このため、フィードバックによる凝集剤注入率の補正を困難としている。
【０００４】
沈殿池出口での濁度の計測結果をフィードバックするのでは、時間遅れが大きいため、凝集剤注入後の微小フロックを指標とする凝集剤注入制御方法が、例えば〔特許文献１〕に記載のように提案されている。この制御方法は、凝集剤が注入された原水を、沈殿地出口よりも早い段階で採水することでフィードバック補正の時間遅れを短縮し、原水水質が変動しても早期に凝集剤注入率の補正を可能とするものである。
【０００５】
凝集剤が注入された原水に微小フロックが多く形成されると、以降のフロック成長が遅くなり、結果的に沈殿池出口の濁度が高くなる。したがって、フィルタなどの分級手段により微小フロックを分級してその量を測定することで、高精度で凝集剤注入率の補正ができる。ここで、微小フロックの定量は、固形成分のアルミニウム濃度を測定することで可能である。
【０００６】
この凝集剤注入制御方法を実現するためには、固形成分のアルミニウム濃度を簡便に自動測定できる測定装置が必要であり、さらに安価であることが望まれる。
【０００７】
試料水中のアルミニウム濃度の測定方法としては、原子吸光光度法、ＩＣＰ発光分光分析法、ＩＣＰ質量分析法および吸光光度法などがある。このうち、吸光光度法としてエリオクロムシアニンレッド（Ｃ23Ｈ15Ｎａ3Ｏ9Ｓ、以下、ＥＣＲと称する）を呈色試薬として用いる方法がある。これは溶解性アルミニウムがｐＨ４.６〜５.６の領域において、ＥＣＲ試薬と呈色反応を起こし錯体を生成して、その吸光度を求めて定量するものである。
【０００８】
ＥＣＲ試薬によるアルミニウム濃度の測定方法として、例えば〔特許文献２〕に、試料水の温度を調節可能な金属イオン濃度測定装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１０−１３７１１５号公報
【特許文献２】特開２００８−９６３９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
試料水中のアルミニウム濃度の測定方法である原子吸光光度法、ＩＣＰ発光分光分析法、ＩＣＰ質量分析法及び〔特許文献２〕に記載の方法は、試料水に固形成分が含まれると測定が困難であり、固形成分のアルミニウムを測定したい場合は、予め酸を注入して固形成分を溶解させる必要がある。そのため、自動化するには酸の注入ポンプ、酸のタンク、溶解槽を備えることが必要となり、測定装置が複雑で高価になる課題がある。
【００１１】
本発明の目的は、フロック中のアルミニウムが測定可能で、簡便で安価なアルミニウムの自動測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明のアルミニウムの自動測定装置は、試料水を採水する試料水ポンプと、ＥＣＲ溶液を添加するためのＥＣＲ溶液ポンプと、前記ＥＣＲ溶液を貯留するためのＥＣＲ溶液タンクと、前記試料水および前記ＥＣＲ溶液が供給される第一攪拌槽と、緩衝液を添加するための緩衝液ポンプと、前記緩衝液を貯留するための緩衝液タンクと、前記第一攪拌槽で攪拌、混合した液と前記緩衝液が供給される第二攪拌槽と、前記第二攪拌槽で攪拌、混合した液が供給される吸光度測定装置と、を備えるものである。
【００１３】
又、試料水を採水する試料水ポンプと、ＥＣＲ溶液を添加するためのＥＣＲ溶液ポンプと、前記ＥＣＲ溶液を貯留するためのＥＣＲ溶液タンクと、緩衝液を添加するための緩衝液ポンプと、前記緩衝液を貯留するための緩衝液タンクと、供給された前記試料水、前記ＥＣＲ溶液、前記緩衝液を攪拌・混合するための攪拌槽と、前記攪拌槽で攪拌、混合した液を供給するための供給ポンプと、前記攪拌槽で攪拌、混合した液が供給される吸光度測定装置と、を備えるものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、酸性のＥＣＲ試薬をｐＨ調整用の緩衝液より先に試料水に添加する構成とすることで、固形成分のアルミニウム濃度の測定が、簡便かつ安価なアルミニウムの自動測定装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例１であるアルミニウムの自動測定装置を説明する図である。
【図２】吸光度測定の試験フローを示す図である。
【図３】呈色反応した試料水の測定波長と吸光度の関係を示す図である。
【図４】本発明の実施例１である吸光度の連続測定試験の試験フローを示す図である。
【図５】本発明の実施例１である吸光度の連続測定結果を示す図である。
【図６】アルミニウム濃度と吸光度の関係を示す図である。
【図７】本発明の実施例２であるアルミニウムの自動測定装置を説明する図である。
【図８】本発明の実施例３であるアルミニウムの自動測定装置を説明する図である。
【図９】本発明の実施例４であるアルミニウムの自動測定装置を説明する図である。
【図１０】本発明の実施例５であるアルミニウム濃度の測定までの処理フローを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明のアルミニウムの自動測定装置の各実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１７】
本発明者らは上述した課題を解決するために、ＥＣＲ試薬のｐＨに着目した。一般的にＥＣＲ試薬は、その劣化を防止するためにｐＨ２以下の酸性となっている。試料水と酸性のＥＣＲ試薬を混和して、まず、固形成分のアルミニウムを溶解させる。その後、ｐＨ調整用の緩衝液を添加し、吸光度を測定する。これにより、安価で簡便なアルミニウムの自動測定装置を実現できる。
【００１８】
すなわち、酸性のＥＣＲ試薬をｐＨ調整用の緩衝液より先に試料水に添加することで、固形成分のアルミニウムを溶解し、溶解成分と固形成分のアルミニウムを合わせて測定可能としている。
【実施例１】
【００１９】
本発明の実施例１について図１から図６を用いて説明する。図１は、本発明の実施例１におけるアルミニウムの自動測定装置を示す図である。
【００２０】
本実施例のアルミニウムの自動測定装置は、次のように構成されている。試料水を供給するための配管が第一攪拌槽５２に接続され、その途中に試料水ポンプ５１が設けられる。ＥＣＲ溶液タンク５６はＥＣＲ溶液を試料水ポンプ５１の後流側の配管に供給するための配管が設けられ、配管の途中にＥＣＲ溶液ポンプ５７が設けられている。
【００２１】
第一攪拌槽５２には混合液ａを供給する配管が第二攪拌槽５３に接続され、第二攪拌槽５３には混合液ｂを供給する配管が吸光度測定装置５４に接続され、配管の途中には電磁弁６２が設けられている。緩衝液タンク５８は配管により、混合液ａを供給する配管に接続され、配管の途中に緩衝液ポンプ５９が設けられている。純水タンク６０は配管により、電磁弁６２に接続され、配管の途中に純水ポンプ６１が設けられている。吸光度測定装置５４は配管により廃液タンク５５に接続されている。吸光度測定装置５４は信号線によりデータ記録手段６３に接続されている。
【００２２】
試料水は試料水ポンプ５１により、一定流量で第一攪拌槽５２に供給される。ここで、試料水ポンプ５１は、チュービングポンプやプランジャーポンプなど一定流量で連続的に供給できる手段が適用される。又、試薬の使用量を低減するために、５〜１００ｍＬ／min、好ましくは１０〜４０ｍＬ／minの流量供給するようになっている。
【００２３】
第一攪拌槽５２には、ＥＣＲ溶液タンク５６からＥＣＲ溶液ポンプ５７を用いてＥＣＲ溶液が供給される。ここで、ＥＣＲ溶液ポンプ５７は、試料水ポンプ５１と同様に、一定流量で連続的に供給できる手段であればよい。
【００２４】
ＥＣＲ溶液は、ＥＣＲ試薬を溶媒に設定量添加して調整している。ここで、ＥＣＲ溶液は時間経過とともに構成物質が還元型の化学種に変化して退色するため、退色防止としてｐＨを２.０以下に調整する必要がある。したがって、溶媒としては塩酸など酸性液体を使用することができる。
【００２５】
ＥＣＲ溶液は、試料水中のアルミニウムと錯体を生成する他にも、固形成分のアルミニウムを溶解させる役割を有する。したがって、試料水にＥＣＲ溶液を添加したとき、固形成分のアルミニウムを溶解させることが可能なｐＨとなるように、ＥＣＲ溶液のｐＨおよび添加率を決定する必要がある。
【００２６】
ＥＣＲ試薬の濃度は、必要なアルミニウム濃度のとき、その吸光度が吸光光度計の測定範囲内となるように設定する。ＥＣＲ試薬の濃度は、試料水に添加後０.００５〜０.２０mg／ｍＬ、好ましくは０.０１〜０.１０mg／ｍＬがよい。
【００２７】
ＥＣＲ溶液は、ｐＨ１.９で、試料水量に対して１０％添加することで、試料水のｐＨは３程度になる。ｐＨが４以下ならばフロック中のアルミニウム化合物が溶解することができる。ＥＣＲ溶液のｐＨは劣化防止とアルミニウム化合物の溶解の点から２以下、好ましくは１〜２がよい。
【００２８】
酢酸緩衝液の濃度はアルミニウムがＥＣＲと呈色反応し、錯体を生成するｐＨ範囲とするために、０.２〜５mol／Ｌ、好ましくは０.５〜５mol／Ｌがよい。この酢酸緩衝液を添加後に試料水のｐＨが４.６〜５.６になるように添加量を調節する。例えば、ｐＨ１.９のＥＣＲ溶液の添加量に対して酢酸緩衝液のモル量（酢酸緩衝液の濃度×添加量）は０.５〜４mol／Ｌ、好ましくは１〜３.５mol／Ｌがよい。
【００２９】
試料水およびＥＣＲ溶液は、第一攪拌槽５２で攪拌、混合される。ここで、攪拌手段としては良好な攪拌を得られる手段ならばよく、例えば、攪拌子とマグネチックスターラーを用いる手段などがある。第一攪拌槽５２での試料水の滞留時間は５min以内、好ましくは１〜３minがよい。
【００３０】
試料水とＥＣＲ溶液を混合した混合液ａは、第二攪拌槽５３に供給される。第二攪拌槽５３には、緩衝液タンク５８から緩衝液ポンプ５９を用いて緩衝液が供給される。ここで、緩衝液ポンプ５９は、試料水ポンプ５１やＥＣＲ溶液ポンプ５７と同様に、一定流量で連続的に供給できる手段であればよい。
【００３１】
緩衝液を添加する目的は、アルミニウムがＥＣＲ試薬と呈色反応し、錯体を生成するｐＨ範囲である４.６〜５.６にするためである。したがって、緩衝液のｐＨは４.６〜５.６の範囲で決定する。また、緩衝液の濃度および添加率は、ＥＣＲ溶液添加後の試料水のｐＨが４.６〜５.６の範囲に収まるように決定する必要がある。緩衝液は設定ｐＨの範囲にすることが重要だが、環境への対応からＰＲＴＲ対象物質の対象外であることが望ましく、例えば、酢酸と酢酸ナトリウム溶液を混合した酢酸緩衝液などを用いるとよい。
【００３２】
混合液ａおよび緩衝液は第二攪拌槽５３で攪拌、混合される。ここで、攪拌手段としては第一攪拌槽５２と同様に良好な攪拌を得られる手段ならばよい。また、第二攪拌槽５３は、第一攪拌槽５２と同様に試料水の滞留時間は５min以内、好ましくは１〜３minがよい。
【００３３】
混合液ａと緩衝液を混合した混合液ｂは、吸光度測定装置５４に供給される。吸光度測定装置５４では、混合液ｂの吸光度を測定する。ここで、吸光度の測定に用いるセルは混合液ｂの流量および測定精度に影響されるものの、一般に市販されている１〜５cmのものが望ましい。測定波長は高い吸光度を示す範囲から決定する必要がある。
【００３４】
吸光度測定装置５４には、定期的に純水タンク６０から純水ポンプ６１により、純水が供給されて吸光度のゼロ点を調整する。ゼロ点を調整するとき、図示しない制御手段により純水ポンプ６１および電磁弁６２が制御される。また、第二攪拌槽５３に図示しない排水口を取り付け、ゼロ点を調整している間は、混合液ｂは吸光度測定装置５４を通過せず、直接、廃液タンク５５に排水されるようになっている。
【００３５】
図２に、本実施例の方法による吸光度測定の試験フローを示す。Ｓ１で、試料水としてアルミニウム濃度０.１５mg／Ｌのアルミニウム標準液を５ｍＬ採水する。Ｓ２で、試料水に０.０５ｗｔ.％のＥＣＲ溶液を０.５ｍＬ添加する。Ｓ３で、ＥＣＲ溶液を添加後直ちに攪拌し、３min待機する。Ｓ４で、ｐＨ５.０に調整した２mol／Ｌの酢酸緩衝液を０.８ｍＬ添加する。Ｓ５で、酢酸緩衝液を添加後直ちに攪拌し、４min待機する。Ｓ６で、最後に測定波長２００〜６００ｎｍの範囲で吸光度測定する。ここで、吸光光度計は、純水にて吸光度をゼロに調整している。
【００３６】
図３に、呈色反応した試料水の測定波長と吸光度の関係を示す。図３から分かるように、吸光度は、測定波長が５３０ｎｍ付近にピークを持つ結果となった。したがって、測定波長は４９０〜５５０ｎｍ、好ましくは５１５〜５３５ｎｍとする。
【００３７】
図４に、本実施例における吸光度の連続測定フローを示す。Ｓ７で、吸光度測定装置５４を起動する。Ｓ８で、電磁弁６２を操作して、Ｓ９で、純水を流して吸光度をゼロに調整する。Ｓ１０で、電磁弁６２を操作して、Ｓ１１で、２５ｍＬ／minの流量で試料水ポンプ５１を運転する。Ｓ１２で、２.５ｍＬ／minの流量でＥＣＲ溶液ポンプ５７を運転する。ここで、ＥＣＲ溶液は０.０５ｗｔ％であり、第一攪拌槽５２の容量は５０ｍＬである。Ｓ１３で、４ｍＬ／minの流量で緩衝液ポンプ５９を運転する。ここで、緩衝液は、酢酸と酢酸ナトリウム溶液を混合して、ｐＨ５.０に調整した２mol／Ｌの酢酸緩衝液を用いる。また、第二攪拌槽５３の容量は５０ｍＬである。
【００３８】
図５に本実施例における吸光度の連続測定結果を示す。測定を開始してから吸光度が安定となった後、試料水のアルミニウム濃度を０.０１mg／Ｌから０.０５mg／Ｌに切替えると、吸光度が高くなり、切替えてから１０minで吸光度は安定して一定となった。アルミニウム濃度を０.１５、０.３０、０.５０mg／Ｌと、順次２０min間隔で切替えた場合も、同じく１０minで吸光度は安定して一定となった。この結果から、本実施例のアルミニウムの自動測定装置は、１０min程度でアルミニウム濃度の変化に対応可能であることが分かる。
【００３９】
図６にアルミニウム濃度と吸光度の関係を示す。アルミニウム濃度と吸光度は、アルミニウム濃度が０.０１〜０.５０mg／Ｌの範囲で比例関係にある。したがって、本実施例の方法で、浄水場内のアルミニウム濃度の測定に必要な範囲をカバーできる。
【００４０】
測定された吸光度は、データ記録手段６３により記録される。ここで、吸光度からアルミニウム濃度への変換は予め作成した吸光度−アルミニウム濃度の検量線を用いるが、その変換はデータ記録手段６３内で行ってもよく、図示しないデータ変換手段などを用いて行ってもよい。検量線は図４に示すＳ９で、ゼロ点を調整したときに更新する。
【００４１】
吸光度を測定した後の混合液ｂは、廃液タンク５５に排水される。廃液は、ｐＨ５程度の溶液のため、必要ならば中和処理を実施する。
【００４２】
本実施例では、酸性のＥＣＲ試薬をｐＨ調整用の緩衝液より先に試料水に添加する構成とすることで、固形成分のアルミニウムを反映したアルミニウム濃度の測定ができる。
【実施例２】
【００４３】
本発明の実施例２について図７を用いて説明する。図７は、実施例２におけるアルミニウムの自動測定装置の構成図である。
【００４４】
実施例１が試料水および試薬を供給する連続式なのに対して、実施例２は、試料水および試薬を定期的に供給するバッチ式に変更したものである。
【００４５】
本実施例のアルミニウムの自動測定装置は、次のように構成されている。試料水を供給するための配管が攪拌槽６４に接続され、その途中に試料水ポンプ５１が設けられる。
【００４６】
ＥＣＲ溶液タンク５６にはＥＣＲ溶液を攪拌槽６４に供給するための配管が設けられ、配管の途中にＥＣＲ溶液ポンプ５７が設けられている。緩衝液タンク５８には緩衝液を攪拌槽６４に供給するための配管が設けられ、配管の途中に緩衝液ポンプ５９が設けられている。
【００４７】
攪拌槽６４には混合液ｂを供給する配管が設けられ吸光度測定装置５４に接続されている。この配管の途中には、供給ポンプ６５、電磁弁６２及び電磁弁６８が設けられている。純水タンク６０は配管により、電磁弁６２に接続され、配管の途中に純水ポンプ６１が設けられている。洗浄液タンク６６は配管により、電磁弁６８に接続され、配管の途中に洗浄液ポンプ６７が設けられている。
【００４８】
本実施例では、攪拌槽６４、試料水ポンプ５１、ＥＣＲ溶液タンク５６、ＥＣＲ溶液ポンプ５７、緩衝液タンク５８、緩衝液ポンプ５９、吸光度測定装置５４、供給ポンプ６５、電磁弁６２、電磁弁６８、純水タンク６０、純水ポンプ６１、洗浄液タンク６６及び洗浄液ポンプ６７は、温度調整槽１１０内に設置されている。
【００４９】
吸光度測定装置５４は配管により廃液タンク５５に接続されている。吸光度測定装置５４は信号線によりデータ記録手段６３に接続されている。
【００５０】
実施例２におけるアルミニウムの自動測定装置について詳細に説明する。
【００５１】
試料水は試料水ポンプ５１により一定量、攪拌槽６４に供給される。ここで、試料水ポンプ５１は、チュービングポンプもしくはプランジャーポンプなどが用いられるが、図示しない制御手段により攪拌槽６４へ一定量、試料水を供給、停止するようになっている。
このときの試料水の必要量は、試薬量の低減ため、５〜１００ｍＬ、好ましくは１０〜４０ｍＬとしている。
【００５２】
試料水が攪拌槽６４に供給されると、ＥＣＲ溶液タンク５６からＥＣＲ溶液ポンプ５７により、攪拌槽６４にＥＣＲ溶液が供給される。ここで、ＥＣＲ溶液ポンプ５７は、試料水ポンプ５１と同様に、図示しない制御手段により攪拌槽６４へ一定量、試料水を供給、停止するようになっている。
【００５３】
試料水およびＥＣＲ溶液は、攪拌槽６４で攪拌、混合される。攪拌手段としては実施例１と同様に良好な攪拌を得られる手段ならばよく、例えば、攪拌子とマグネチックスターラーを用いる手段などがある。このとき、滞留時間は５min以内、好ましくは１〜３minがよい。
【００５４】
試料水とＥＣＲ溶液を攪拌、混合後、攪拌槽６４には緩衝液タンク５８から緩衝液ポンプ５９を用いて緩衝液が供給される。緩衝液ポンプ５９は、試料水ポンプ５１及びＥＣＲ溶液ポンプ５７と同様に、図示しない制御手段により攪拌槽６４へ一定量、試料水を供給、停止するようになっている。また、攪拌、混合操作は試料水及びＥＣＲ溶液を攪拌、混合する時と同様である。
【００５５】
試料水、ＥＣＲ溶液及び緩衝液が攪拌、混合された混合液ｂは、供給ポンプ６５により吸光度測定装置５４に供給される。吸光度測定装置５４では、混合液ｂの吸光度を測定する。
【００５６】
吸光度測定装置５４には、実施例１と同様に定期的に純水タンク６０から純水ポンプ６１により純水が供給され、吸光度のゼロ点が調整される。ゼロ点を調整するとき、図示しない制御手段により純水ポンプ６１及び電磁弁６２が制御される。混合液ｂは、攪拌槽６４に図示しない排水口を取り付け、ゼロ点を調整している間は、吸光度測定装置５４を通過せず、直接、廃液タンク５５に排水される。
【００５７】
測定された吸光度は、データ記録手段６３により記録される。ここで、吸光度からアルミニウム濃度への変換は予め作成した吸光度−アルミニウム濃度の検量線を用いるが、その変換はデータ記録手段６３内で行っても、図示しないデータ変換手段などを用いて行ってもよい。検量線は実施例１と同様に、ゼロ点を調整したときに更新する。
【００５８】
吸光度を測定した後の混合液ｂは、廃液タンク５５に排水される。実施例２の場合、図示しない制御手段により、定期的に洗浄液ポンプ６７及び電磁弁６８が制御され、洗浄液タンク６６から吸光度測定装置５４に洗浄液が供給される。ここで、洗浄液としては、純水および酸など、吸光度測定装置５４のセルを清浄にできるものが使用される。このとき、混合液ｂは、ゼロ点を調整するときと同様に、直接廃液タンク５５に排水される。
【００５９】
なお、上述の洗浄操作において、洗浄液として酢酸緩衝液を使用してもよく、酢酸緩衝液でセルを洗浄することで、洗浄液ポンプ６７及び洗浄液タンク６６を取り外すことができる。廃液はｐＨ５程度の溶液のため、必要ならば中和処理を実施する。
【００６０】
次の吸光度の測定に移るときには、攪拌槽６４に残存した液は、試料水ポンプ５１を運転することで試料水と置換され、その後、同様の操作を繰り返す。
【００６１】
以上の操作は、温度調整槽１１０内で実施する。温度調整槽１１０内の温度は０〜４０℃、好ましくは１０〜３０℃に調整する。
【００６２】
実施例２では、図示しない制御手段により設定間隔でアルミニウム濃度を測定する。実施例２のアルミニウムの自動測定装置は、実施例１と比較して装置の運転操作は複雑になるが、試薬の使用量は低減できる。また、定期的な洗浄でセルの汚染が防止され、安定した吸光度の測定が可能となる。
【実施例３】
【００６３】
本発明の実施例３について図８を用いて説明する。図８は、実施例３におけるアルミニウムの自動測定装置の構成図である。
【００６４】
実施例３は、実施例１と同様に構成されているが、実施例３のアルミニウムの自動測定装置においては、第一攪拌槽５２に加熱器８０と温度測定手段９０を取り付け、図示しない温度の制御手段に温度測定手段を設けている。
【００６５】
実施例３のアルミニウムの自動測定装置は、第一攪拌槽５２にて試料水を加熱することで、酸による固形成分のアルミニウム化合物の溶解を促進させることができる。ここで、加熱温度としては、室温より高い４０〜８０度がよい。
【実施例４】
【００６６】
本発明の実施例４について図９を用いて説明する。図９は、実施例４におけるアルミニウムの自動測定装置の構成図である。
【００６７】
実施例４は、実施例１と同様に構成されているが、実施例４のアルミニウムの自動測定装置においては、第二攪拌槽５３と吸光度測定装置５４の間に不溶物除去手段１００を取り付けている。
【００６８】
実施例４のアルミニウムの自動測定装置では、吸光度測定装置５４の前で酸に不溶である濁質などを除去する。これにより、セルの汚染を防止されて安定した吸光度の測定が可能となる。ここで、不溶物除去手段１００とはフィルタなどであり、目開き１０μｍ以下、好ましくは０.４５〜５μｍのフィルタがよい。不溶物除去手段１００は単体で取り付けても、配管を並列にして複数取り付けてもよい。また、フィルタの性能を長期間維持するために、逆洗装置を取り付けてもよい。
【実施例５】
【００６９】
本発明の実施例５について図１０を用いて説明する。図１０は、実施例５におけるアルミニウム濃度の測定までの処理フローである。
【００７０】
実施例５は、実施例１のアルミニウムの自動測定装置において、吸光度測定装置５４が単一波長ではなく、複数の波長で測定する構成としたもので、アルミニウム濃度を補正するデータ変換手段を備えている。
【００７１】
試料水中に障害物質が存在すると、吸光度の測定は妨害される。例えば、アルミニウム濃度が０.１５mg／Ｌのアルミニウム標準液と、障害物質としてフミン酸（有機物）を紫外線吸光度で０.２５cm-1含むアルミニウム濃度が０.１５mg／Ｌのアルミニウム標準液を用いて、図２で示した吸光度測定の試験を実施すると（吸光光度計は、純水にて吸光度をゼロに調整）、測定波長５３５ｎｍの吸光度は、有機物を含まない場合は０.７３６cm-1であり、有機物を含む場合は０.７７６cm-1となり、同じ吸光度とならない。そのため、有機物を含む場合はアルミニウム濃度を補正する必要がある。
【００７２】
次に、アルミニウム濃度の補正の方法を説明する。
【００７３】
図１０に示すアルミニウム濃度の測定の処理フローでは、Ｓ１４で、吸光度測定装置５４を起動する。実施例５における吸光度測定装置５４は、異なる波長の２つの測定系を有している。ここで、異なる波長とは、一方は障害物質を定量可能な測定波長、例えば紫外線吸光度（２６０ｎｍ）であり、もう一方はアルミニウムを測定可能な波長である。ここで、障害物質を定量可能な測定波長の測定系を系列１、アルミニウムを測定可能な波長の測定系を系列２とする。
【００７４】
Ｓ１５で、電磁弁６２を操作する。Ｓ１６で、純水にて系列１と系列２の吸光度をゼロに調整する。Ｓ１７で、電磁弁６２を操作する。
【００７５】
Ｓ１８で、試料水ポンプ５１を運転する。ここで、実施例１では試料水は第一攪拌槽５２に供給されるが、実施例５では試料水の一部が別配管にて系列１側に供給され、残りは実施例１と同様に第一攪拌槽５２に供給される。
【００７６】
Ｓ１９で、ＥＣＲ溶液ポンプ５７を運転する。Ｓ２０で、緩衝液ポンプ５９を運転する。Ｓ２１で、吸光度ａを測定し、Ｓ２２で、吸光度ｂを測定する。
【００７７】
Ｓ２３で、測定した吸光度ａと吸光度ｂを用いて、データ補正手段によりアルミニウム濃度が補正される。アルミニウム濃度を補正可能なデータ変換手段は、受信した吸光度ａのデータから、例えば数１を用いてアルミニウム濃度の補正値を演算する。
【００７８】
〔数１〕
（補正値）＝Ａ×（吸光度ａ） …（１） ここで、Ａは係数である。
【００７９】
また、アルミニウム濃度を補正可能なデータ変換手段は、受信した吸光度ｂのデータから検量線を用いてアルミニウム濃度を演算する。そして、例えば数２を用いてアルミニウム濃度を演算する。
【００８０】
〔数２〕
（アルミニウム濃度）＝
（吸光度ｂから演算したアルミニウム濃度）−（補正値） …（２） Ｓ２４で、アルミニウム濃度がデータ記録手段に格納される。
【００８１】
以上説明したようなアルミニウム濃度を補正可能なデータ変換手段を示したが、アルミニウム濃度を補正できるならば他の数式を用いてもよい。
【００８２】
実施例５では、２つの測定系を有している吸光度測定装置５４を例にとり説明したが、１つの測定系で、測定波長を変更可能な吸光度測定装置５４を用いてもよい。
【００８３】
実施例５では、試料水そのものの吸光度を測定し、データ変換手段にて補正値を演算しているが、ＥＣＲ溶液と緩衝液添加後の液を使って、吸光度を測定し、同様の処理により補正値を演算してもよい。
【００８４】
実施例５のアルミニウムの自動測定装置は、吸光度測定装置５４が単一波長ではなく、複数の波長を測定する構成としたもので、吸光度測定装置５４とアルミニウム濃度を補正可能なデータ変換手段から構成される、これにより、試料水中に障害物質が存在しても、アルミニウム濃度を測定することが可能である。
【符号の説明】
【００８５】
５１ 試料水ポンプ
５２ 第一攪拌槽
５３ 第二攪拌槽
５４ 吸光度測定装置
５５ 廃液タンク
５６ ＥＣＲ溶液タンク
５７ ＥＣＲ溶液ポンプ
５８ 緩衝液タンク
５９ 緩衝液ポンプ
６０ 純水タンク
６１ 純水ポンプ
６２、６８ 電磁弁
６３ データ記録手段
６４ 攪拌槽
６５ 供給ポンプ
６６ 洗浄液タンク
６７ 洗浄液ポンプ
８０ 加熱器
９０ 温度測定手段
１００ 不溶物除去手段
１１０ 温度調整槽
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料水を採水する試料水ポンプと、ＥＣＲ溶液を貯留するためのＥＣＲ溶液タンクと、該ＥＣＲ溶液タンクからＥＣＲ溶液を添加するためのＥＣＲ溶液ポンプと、前記試料水および前記ＥＣＲ溶液が供給される第一攪拌槽と、緩衝液を貯留するための緩衝液タンクと、該緩衝液タンクから緩衝液を添加するための緩衝液ポンプと、前記第一攪拌槽で攪拌、混合した液と前記緩衝液が供給される第二攪拌槽と、前記第二攪拌槽で攪拌、混合した液が供給される吸光度測定装置と、を備えることを特徴とするアルミニウムの自動測定装置。
【請求項２】
試料水を採水する試料水ポンプと、ＥＣＲ溶液を貯留するためのＥＣＲ溶液タンクと、該ＥＣＲ溶液タンクからＥＣＲ溶液を添加するためのＥＣＲ溶液ポンプと、緩衝液を貯留するための緩衝液タンクと、該緩衝液タンクから緩衝液を添加するための緩衝液ポンプと、供給された前記試料水、前記ＥＣＲ溶液、前記緩衝液を攪拌、混合するための攪拌槽と、前記攪拌槽で攪拌、該混合した液を供給するための供給ポンプと、前記攪拌槽で攪拌、混合した液が前記供給ポンプにより供給される吸光度測定装置と、を備えることを特徴とするバッチ方式のアルミニウム濃度の自動測定装置。
【請求項３】
前記ＥＣＲ溶液のｐＨが１〜２、前記ＥＣＲ溶液を添加後の試料水のｐＨが４以下の範囲で運転することを特徴とする請求項１又は２に記載のアルミニウムの自動測定装置。
【請求項４】
前記ＥＣＲ試薬の添加量が０.００５〜０.２０mg／ｍＬであることを特徴とする請求項３に記載のアルミニウムの自動測定装置。
【請求項５】
前記第一攪拌槽内に供給された前記試料水および前記ＥＣＲ溶液を加熱するための加熱器と、前記第一攪拌槽内の温度を測定するための温度測定手段と、を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のアルミニウムの自動測定装置。
【請求項６】
前記吸光度測定装置が複数の波長を測定するものであって、第一の波長で障害物質の吸光度を、第二の波長でアルミニウムと障害物質の吸光度を測定し、該測定結果からアルミニウム濃度を演算することを特徴とする請求項１又は２に記載のアルミニウムの自動測定装置。
【請求項７】
前記第一の波長が２５４〜２６０ｎｍであることを特徴とする請求項６に記載のアルミニウムの自動測定装置。
【請求項８】
各装置構成の一部ないしは全体を、温度調節された環境下で実施するための温度調整槽内に設置することを特徴とする請求項１又は２に記載のアルミニウムの自動測定装置。
【請求項１】
試料水を採水する試料水ポンプと、ＥＣＲ溶液を貯留するためのＥＣＲ溶液タンクと、該ＥＣＲ溶液タンクからＥＣＲ溶液を添加するためのＥＣＲ溶液ポンプと、前記試料水および前記ＥＣＲ溶液が供給される第一攪拌槽と、緩衝液を貯留するための緩衝液タンクと、該緩衝液タンクから緩衝液を添加するための緩衝液ポンプと、前記第一攪拌槽で攪拌、混合した液と前記緩衝液が供給される第二攪拌槽と、前記第二攪拌槽で攪拌、混合した液が供給される吸光度測定装置と、を備えることを特徴とするアルミニウムの自動測定装置。
【請求項２】
試料水を採水する試料水ポンプと、ＥＣＲ溶液を貯留するためのＥＣＲ溶液タンクと、該ＥＣＲ溶液タンクからＥＣＲ溶液を添加するためのＥＣＲ溶液ポンプと、緩衝液を貯留するための緩衝液タンクと、該緩衝液タンクから緩衝液を添加するための緩衝液ポンプと、供給された前記試料水、前記ＥＣＲ溶液、前記緩衝液を攪拌、混合するための攪拌槽と、前記攪拌槽で攪拌、該混合した液を供給するための供給ポンプと、前記攪拌槽で攪拌、混合した液が前記供給ポンプにより供給される吸光度測定装置と、を備えることを特徴とするバッチ方式のアルミニウム濃度の自動測定装置。
【請求項３】
前記ＥＣＲ溶液のｐＨが１〜２、前記ＥＣＲ溶液を添加後の試料水のｐＨが４以下の範囲で運転することを特徴とする請求項１又は２に記載のアルミニウムの自動測定装置。
【請求項４】
前記ＥＣＲ試薬の添加量が０.００５〜０.２０mg／ｍＬであることを特徴とする請求項３に記載のアルミニウムの自動測定装置。
【請求項５】
前記第一攪拌槽内に供給された前記試料水および前記ＥＣＲ溶液を加熱するための加熱器と、前記第一攪拌槽内の温度を測定するための温度測定手段と、を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のアルミニウムの自動測定装置。
【請求項６】
前記吸光度測定装置が複数の波長を測定するものであって、第一の波長で障害物質の吸光度を、第二の波長でアルミニウムと障害物質の吸光度を測定し、該測定結果からアルミニウム濃度を演算することを特徴とする請求項１又は２に記載のアルミニウムの自動測定装置。
【請求項７】
前記第一の波長が２５４〜２６０ｎｍであることを特徴とする請求項６に記載のアルミニウムの自動測定装置。
【請求項８】
各装置構成の一部ないしは全体を、温度調節された環境下で実施するための温度調整槽内に設置することを特徴とする請求項１又は２に記載のアルミニウムの自動測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−４７６５７（Ｐ２０１２−４７６５７Ａ）
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９１６４９（Ｐ２０１０−１９１６４９）
【出願日】平成２２年８月３０日（２０１０．８．３０）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月３０日（２０１０．８．３０）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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