JP2004093194A - Column treatment apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水、工場排水、環境水などに含まれる微量有害成分を測定するための前処理としてそれら有害成分を捕捉・抽出する前処理装置の改良に関するもので、特に、現場におけるモニタリングに利用できる前処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、流入下水、初沈越流水、二次処理水、放流水などの下水、工場排水、道路排水など各種の排水や、河川水、湖沼水、地下水、海水など各種の環境水には、微量有害物質が含まれることが多い。これら有害物質には、環境ホルモン、ダイオキシン、PCB、PAHs(多環芳香族炭化水素)、農薬などがある。
【0003】
これらの有害物質を測定するには、SSなどの固形分や夾雑物を多く含む試料水から特定の有害物質を捕捉、抽出して濃縮する必要があり、その代表的な手法として、固相抽出法が用いられている。本件出願人は、2001−315478号特許出願として、このような目的に合った固相抽出法とそれに用いる固相充填剤を充填したカラムについて提案している。
【0004】
その概要を図5によって説明すると、固相抽出カラム1の中に、上層にSS捕捉材11、下層に固相充填剤12を充填し、その上方から、試料水ポンプ13、純水ポンプ14、メタノールポンプ15、温風パージ16などに連なる送給経路を接続し、下方には切替え弁1a、脱水ポンプ17、メインポンプ18、回収ポンプ19a(以下、濃縮・溶媒調整19b、検出器19cに接続されている)などに導かれる排出経路を接続している。
【0005】
そして、その有害物質の捕捉、抽出方法は、概ね次の通りである。先ず、試料水をこの固相抽出カラム1に導入し、測定対象物質のSS吸着分および溶解分をそれぞれ上層の前記SS捕捉材11と下層の固相充填剤12に捕捉する。次いで、純水またはメタノールなどで洗浄し、温風パージ16から温風を供給しながら脱水ポンプ17を作動しカラム1内を乾燥する。次いで、カラム1内にアセトン、メタノール、ジクロロメタンなど有機溶媒の抽出液を導入し捕捉されていた成分を抽出する。
【0006】
ところが、このようなカラム処理装置を自動化するに際して、次のような問題が生じた。それは、先ず第1に、SSを相当量含む試料水を送給するための試料水ポンプ13が目詰まりし易く安定して使用できない、送給液量を精度よく制御できないといった問題があった。第2に、試料水ポンプ13、純水ポンプ14、メタノールポンプ15、温風パージ16などの送給経路や、切替え弁1a、脱水ポンプ17、メインポンプ18、回収ポンプ19などの排出経路とカラム1との接続をその都度マニュアルで行う必要があった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、目詰まりを防止し、精度よく試料水を送給できる試料水の送給ポンプを備え、前記供給経路と排出経路の接続を自動化可能としたカラム処理装置を提供する。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記の問題は、SSを含む試料水中の微量有害物質を捕捉、抽出するため、少なくとも試料水、洗浄液、加温ガスおよび抽出液を送給する送給経路と、排出ポンプなど排出経路と、それらに着脱自在に配設されるカラムを具備したカラム処理装置であって、前記送給経路に接続された送給ソケットと、排出経路に接続された排出ソケットを、前記カラムを移動可能な空間を介して上下に配置し、その空間には、前記カラムを装着して搬入搬出可能な搬送手段を配設するとともに、試料水送給経路には、気体の減圧加圧によって試料水を定量送給する試料水送給手段を配設したことを特徴とする本発明のカラム処理装置によって、解決することができる。
【0009】
そして、本発明は、前記試料水送給手段が、シリンジポンプの減圧により試料水をトラップに定量吸入し、加圧によりトラップから定量吐出するようにした形態に具体化でき、また、前記カラムの搬送手段が、ターンテーブル、巡回コンベヤ、または前進後退移動可能な架台である形態に好ましく具体化される。
【0010】
【発明の実施の形態】
次に、本発明のカラム処理装置に係る実施形態について、図1〜4を参照しながら説明する。
この実施形態のカラム処理装置は、SSを含む試料水a中の微量有害物質を捕捉、抽出するため、少なくとも試料水a、洗浄液として純水b、および抽出液メタノールdを送給する送給経路21と加温ガスとして窒素ガスcを送給する送給経路22、排出ポンプp3、p4、p5などに接続された排出経路61と、それらに着脱自在に配設されるカラム5を具備したカラム処理装置である。送給経路21は、試料水a、純水b、および抽出液メタノールdの送給経路を兼用しているがそれぞれを個別に設置してもよい。なお、ここでは、コンディショニング用メタノールeを送給するためのポンプp2と経路23も設けられているが、抽出液メタノールdを送給する送給経路21を兼用してもよい。
【0011】
次に、本発明を、試料水の送給手段に係る事項と、カラムの搬送手段に係る事項とに分けてその特徴を説明する。
(試料水送給手段)
先ず、本発明の特徴とするところは、試料水の送給経路21には、シリンジポンプなどにより気体の減圧加圧によって試料水を定量送給する試料水送給手段4を配設した点にあり、具体的には、図2に示すように、この試料水送給手段4は、シリンジポンプp1の減圧により試料水aをトラップ41に空気溜り41cを介して定量吸入(上流側の弁41aを開き、下流側の弁41bを閉じて)し、加圧によりトラップ41から定量吐出(弁41aを閉じ、弁41bを開いて)するよう、シリンジポンプp1とトラップ41とを組み合せている。
【0012】
このような試料水送給手段4によれば、空気溜り41cを介して試料水を吸入吐出できるので、ポンプが目詰まりしたり、ポンプによって試料水が汚れることがない。また、シリンジポンプを利用するので精度よく試料水を送給できる。さらに、シリンジポンプp1の吸引、吐出操作と、弁41a、41bの開閉操作をプログラムすれば、ポンプの運転を容易に自動化できる利点が得られる。
【0013】
(カラムの搬送手段)
次に、カラムの搬送手段について図3、4によって説明する。
この実施形態では、前記送給経路21、22、23などに接続された送給ソケット2と、排出経路61に接続された昇降可能な排出ソケット6を、前記カラム5を移動可能な空間を介して 上下に配置し、その空間には、前記カラム5を装着して搬入搬出可能な搬送手段3を配設した点に特徴がある。この搬送手段3としては、ターンテーブル、巡回コンベヤ、または前進後退移動可能な架台など適宜な搬送装置が利用される。
【0014】
そして、図3の位置にあるカラム5を搬送して、送給ソケット2の直下に搬入し、例えば光センサを用いて位置決めした状態で、下方にある排出ソケット6を上昇させ、その排出経路61に連通したソケット口62をカラム5の下部排出ノズル51に押し付けO−リングなどでシールしながら嵌着させて、排出経路61を液漏れさせずに接続できるよう設定されている。そして、前記送給ソケット2に設けられた前記送給経路21、22、23などの送給口21a、22a、23aから、直下に搬入されたカラム5に試料水aや加温窒素ガスcなどを送給することができる。前記送給ソケット2にはカラム5内を大気に開放する解放経路24が接続されている。その開放経路24には、経路を完全に塞がぬように液面センサを固定することもできる。
【0015】
この送給ソケット2は、カラム5の上面を覆うように配置されるのが好ましいが、カラム上面に密接させる必要はない。
かくして、以下に詳述する通り、カラム5に対して、有害成分の捕捉、抽出など所定の操作を行うことができる。そして、それら処理が終了すれば、排出ソケット6を下降させ、そのソケット口62をカラム5の下部排出ノズル51から離脱させて、排出経路61との接続を切ることができ、ついで搬送手段3を操作して、用済みのカラム5を搬出し、新しいカラム5を搬入することができる。
【0016】
ここで、図1、3、4を参照してカラム操作手順を説明する。
(1)カラムのセット:カラム5(固相充填剤を充填)をターンテーブルなど搬送手段3にセットする。
(2)カラムの搬入:送給、排出ソケット2、6の間にカラム5を移動させ、排出ソケット6を上昇、カラム5に接続する。
(3)カラムのコンディショニング:メタノールe、純水bをカラム5に送給し、排出経路61で排液fとしてポンプ吸引して取り出す。
【0017】
(4)目的物質の捕捉:前記試料水送給手段4により、試料水の所定量をカラム5に流し込み、目的物質をカラム5内に捕捉させ、残余を同時に排液fとしてポンプ吸引して取り出す。
(5)カラムの洗浄:純水bをカラム5に送給して内部を洗浄し、排液fとしてポンプ吸引して取り出す。
(6)カラムの脱水・乾燥:加温窒素ガスcをカラム5に送給し、同時に排出経路61でドレンhとしてポンプ吸引して内部を脱水、乾燥させる。
【0018】
(7)目的物質の抽出:抽出液メタノールdの所定量をカラム5に送給し、所定時間カラム内で滞留させ、目的物質を抽出する。その後、回収液gとして取出し、分析装置(図示せず)に送る。
(8)カラムの搬出:排出ソケット6を外し、用済みカラムを搬出し、新しいカラムを搬入する。以下、これらの操作を繰り返す。
【0019】
ここで試料水、およびその成分が配管等装置内に吸着、残留し、次の試料水へのコンタミネーションを防止するため、用済みカラムを搬出後、装置洗浄用カラム(何も充填されていない空のカラム)を搬入し、純水b、メタノールdなどで毎回、装置洗浄を行うのが好ましい。この装置洗浄後は、装置洗浄用カラムを搬出し、新しいカラムを搬入、以降の操作を行う。
【0020】
以上説明したカラムの搬送手段3、送給ソケット2、排出ソケット6の組合せによれば、前記した(1)カラムのセット〜(8)カラムの搬出の一連の有害物質捕捉、抽出操作とその繰り返し操作をプログラムして自動化できるという利点が得られる。
【0021】
また、本発明によれば、以下の好ましい技術的メリットが得られるのである。
(1)カラム5の内部を大気圧下に解放しているので、従来の密閉系の場合に送給経路と排出経路の両方をカラムに緊密に接続しなければならなかったのに比較して、排出経路1箇所を緊密に接続すればよいので、装置構成が極めて容易になり、大幅なコストダウンが可能となる。
(2)送給経路と排出経路の運転を低圧(大気圧下)で操作可能となるので、この点もコストダウンの要因となる。
【0022】
(3)カラム内の目詰まり対策が容易になる。従来の密閉系では高価な圧力センサが必要であったうえ、内圧アップによって液漏れのおそれがあるので、耐圧接続が必要になるなどコスト面で問題があったが、本発明では目詰まり時の液面上昇を液面センサで検知すればよく、機器の構成が簡便で済み、コスト面で特に有利である。
【0023】
(4)カラム内の滞留液量を自由に可変できる。カラム操作において、途中で液を無くし、その後必要量を貯留する必要がある。具体的には脱水・乾燥操作と抽出操作である。これにより水を混入させずに、かつ効率よく目的物質を抽出、回収することが可能になるというメリットがある。
【0024】
【発明の効果】
本発明のカラム処理装置は、以上説明したように構成されているので、試料水の送給ポンプは、目詰まりすることなく、精度よく試料水を送給でき、自動化も容易になる。また、カラムと供給経路と排出経路との接続が簡便なので、カラム処理装置全体の自動化も容易となる。
【0025】
さらに、カラムを大気圧下に解放したものとしているので、従来の密閉系に比較して装置全体が簡素化でき、コスト面で有利になるという優れた効果がある。よって本発明は、従来の問題点を解消した、現場でモニタリングに利用できるカラム処理装置として、実用的価値はきわめて大なるものがある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態を示す要部ブロック図。
【図2】試料水の送給ポンプを示す要部ブロック図。
【図3】カラムの搬入搬出を説明するため要部断面略図。
【図4】カラムの装着状態を説明するため要部断面略図。
【図5】カラム処理装置の構成ブロック図。
【符号の説明】
2 送給ソケット、21 送給経路、22 送給経路、23 送給経路、24 解放経路、3 搬送手段、4 試料水送給手段、41 トラップ、41a、41b 弁、41c 空気溜り、5 カラム、51 下部排出ノズル、6 排出ソケット、61 排出経路、62 ソケット口、a 試料水、b 純水、c 窒素ガス、d 抽出液メタノール、e コンディショニング用メタノール、p1 シリンジポンプ、p2 ポンプ、p3、p4、p5 排出ポンプ。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an improvement of a pretreatment device that captures and extracts harmful components as a pretreatment for measuring trace harmful components contained in sewage, industrial wastewater, environmental water, and the like, and is particularly used for on-site monitoring. It relates to a pretreatment device that can be used.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, various types of wastewater such as inflow sewage, first sinking runoff water, secondary treated water, effluent, factory drainage, road drainage, and various environmental waters such as river water, lake water, groundwater, seawater, etc. Often contains harmful substances. These harmful substances include environmental hormones, dioxins, PCBs, PAHs (polycyclic aromatic hydrocarbons), pesticides and the like.
[0003]
In order to measure these harmful substances, it is necessary to capture, extract and concentrate specific harmful substances from sample water containing a large amount of solids and impurities such as SS. Method is used. The applicant of the present application has proposed a solid phase extraction method suitable for such a purpose and a column packed with a solid phase filler used for the purpose as a patent application of 2001-315478.
[0004]
The outline thereof will be described with reference to FIG. 5. In the solid-phase extraction column 1, the upper layer is filled with the
[0005]
The method of capturing and extracting the harmful substances is generally as follows. First, sample water is introduced into the solid phase extraction column 1, and the SS adsorbed and dissolved components of the substance to be measured are captured by the upper
[0006]
However, when automating such a column processing apparatus, the following problems occurred. First, there is a problem that the
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and has a sample water feed pump capable of preventing sample clogging and accurately feeding sample water, and connecting the supply path and the discharge path. To provide a column processing apparatus capable of automating the process.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to capture and extract trace harmful substances in sample water containing SS, the above problems are at least a feed route that feeds sample water, a washing solution, a warming gas and an extract, and a discharge route such as a discharge pump. A column processing apparatus having a column detachably disposed in a feeding socket connected to the feeding path and a discharging socket connected to a discharging path, a space in which the column can be moved. In the space, there is provided a transport means capable of loading and unloading the column, and the sample water supply path is supplied with a fixed amount of sample water by depressurizing and pressurizing gas. This problem can be solved by the column processing apparatus according to the present invention, in which a sample water supply unit is provided.
[0009]
And, the present invention can be embodied in a form in which the sample water supply means sucks a fixed amount of sample water into the trap by depressurization of the syringe pump, and discharges a fixed amount of the sample water from the trap by pressurization. The conveying means is preferably embodied in the form of a turntable, a traveling conveyor, or a gantry capable of moving forward and backward.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, an embodiment of the column processing apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS.
In order to capture and extract trace harmful substances in the sample water a containing SS, the column processing apparatus of this embodiment supplies at least the sample water a, pure water b as a washing liquid, and a methanol d extraction liquid. A column having a
[0011]
Next, the features of the present invention will be described separately for items relating to a sample water supply unit and items relating to a column transport unit.
(Sample water supply means)
First, the feature of the present invention resides in that a sample water feeding means 4 for quantitatively feeding sample water by depressurizing and pressurizing gas with a syringe pump or the like is provided in the sample
[0012]
According to such a sample water feeding means 4, since the sample water can be sucked and discharged through the
[0013]
(Column transport means)
Next, the column transport means will be described with reference to FIGS.
In this embodiment, the
[0014]
Then, the
[0015]
The
Thus, as described in detail below, predetermined operations such as capturing and extracting harmful components can be performed on the
[0016]
Here, a column operation procedure will be described with reference to FIGS.
(1) Column setting: The column 5 (filled with a solid phase filler) is set on the transport means 3 such as a turntable.
(2) Loading of the column: The
(3) Conditioning of the column: methanol e and pure water b are fed to the
[0017]
(4) Capture of target substance: A predetermined amount of sample water is poured into the
(5) Washing of the column: Pure water b is supplied to the
(6) Dehydration and drying of the column: The heated nitrogen gas c is supplied to the
[0018]
(7) Extraction of the target substance: A predetermined amount of the extract liquid methanol d is fed to the
(8) Unloading of the column: The
[0019]
Here, in order to prevent the sample water and its components from adsorbing and remaining in the equipment such as pipes and contaminating the next sample water, after removing the used column, a column for cleaning the equipment (nothing is filled) (Empty column) is carried in, and the apparatus is preferably washed with pure water b, methanol d or the like every time. After the device cleaning, the column for device cleaning is carried out, a new column is carried in, and the subsequent operations are performed.
[0020]
According to the combination of the
[0021]
Further, according to the present invention, the following preferable technical advantages can be obtained.
(1) Since the inside of the
(2) Since the operation of the supply path and the discharge path can be operated at a low pressure (under the atmospheric pressure), this also causes a cost reduction.
[0022]
(3) Countermeasures against clogging in the column are facilitated. In the conventional closed system, an expensive pressure sensor was required, and there was a risk of liquid leakage due to an increase in the internal pressure. The rise in the liquid level may be detected by a liquid level sensor, which simplifies the configuration of the device and is particularly advantageous in terms of cost.
[0023]
(4) The amount of liquid retained in the column can be freely varied. In the column operation, it is necessary to eliminate the liquid on the way and then store the required amount. Specifically, a dehydration / drying operation and an extraction operation are performed. This has the advantage that the target substance can be efficiently extracted and recovered without mixing water.
[0024]
【The invention's effect】
Since the column processing apparatus of the present invention is configured as described above, the sample water supply pump can accurately supply the sample water without clogging, and automation becomes easy. In addition, since the connection between the column, the supply path, and the discharge path is simple, automation of the entire column processing apparatus is also facilitated.
[0025]
Further, since the column is released under the atmospheric pressure, there is an excellent effect that the entire apparatus can be simplified as compared with the conventional closed system, and the cost becomes advantageous. Therefore, the present invention has a very large practical value as a column processing apparatus which can solve the conventional problems and can be used for on-site monitoring.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a main block diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a main block diagram showing a sample water supply pump.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a main part for describing loading and unloading of a column.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a main part for describing a mounting state of a column.
FIG. 5 is a configuration block diagram of a column processing apparatus.
[Explanation of symbols]
2 feed socket, 21 feed route, 22 feed route, 23 feed route, 24 release route, 3 transport means, 4 sample water feed means, 41 trap, 41a, 41b valve, 41c air reservoir, 5 columns, 51 lower discharge nozzle, 6 discharge socket, 61 discharge path, 62 socket opening, a sample water, b pure water, c nitrogen gas, d extract methanol, e conditioning methanol, p1 syringe pump, p2 pump, p3, p4, p5 Discharge pump.
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