JP2005024357A

JP2005024357A - 水系処理剤濃度の自動測定装置

Info

Publication number: JP2005024357A
Application number: JP2003189181A
Authority: JP
Inventors: Kazumi Ogura; 和美小倉; Tatsuya Kawaguchi; 達也川口
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2003-07-01
Filing date: 2003-07-01
Publication date: 2005-01-27

Abstract

【課題】水系の処理剤濃度を連続的に高精度で測定できる水系処理剤濃度の自動測定装置を提供すること。
【解決手段】ボイラ水系、冷却水系、集塵水系、紙パルプ工場の水系、製鉄工場の水系等を構成する水路１から測定対象となる試料水Ｓ_１を導入経路４０１に取り込み、該導入経路４０１を介して光学測定部４０４へ連続的に又は一定時間通水させる手段と、試料水Ｓ_１に光学測定用の試薬Ｒ（Ｒ_１，Ｒ_２）を添加する手段と、この試薬Ｒ（Ｒ_１，Ｒ_２）が添加された測定用の試料水Ｓ_２中に含まれる処理剤Ｃの濃度を前記光学測定部４０４において自動測定する手段と、を少なくとも備え、導入経路４０１には、前記試料水Ｓ_１と試薬Ｒ（Ｒ_１，Ｒ_２）とを混合するための静的混合機構Ｍ（Ｍ_１，Ｍ_２）が設けられた水系処理剤濃度の自動測定装置４を提供する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水系の処理剤濃度を自動測定する技術に関する。より詳細には、処理剤が添加される水系プラントから取り込まれた試料水を光学測定部へ、連続的に又は一定時間通水させながら、該試料水中の処理剤濃度を自動測定する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ボイラ水系、冷却水系、集塵水系、紙パルプ工場の水系、製鉄工場の水系等の水系プランントに対して、当該水系プラント設備の金属腐食防止、スケール析出防止、汚れ防止等の目的から、アクリル酸共重合体、マレイン酸重合体又は共重合体等のアニオン性高分子電解質を含む処理剤等が添加される場合がある。
【０００３】
この場合、前記処理剤が水系において充分な効果を発揮するためには、該処理剤の濃度を適正に維持する必要がある。このため、従来から水系の処理剤濃度を正確かつ迅速に測定するために、蛍光トレーサー又はリチウムトレーサーを用いたり、紫外分光計を用いたりして処理剤濃度を測定する技術が提案され、更には処理剤濃度をリアルタイムにオンストリーム監視できる技術も提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−３３２５９５号公報。
【０００５】
この技術は、水系プラントから得られた試料水を、一定時間毎に一定量、測定セル（比色セル）内に貯留して攪拌する構成が採用され、アニオン性高分子電解質を含む処理剤と所定の反応試薬（第四アンモニウム塩）とを反応させると不溶性物質が生成して白濁することを利用し、その白濁の程度から処理剤濃度を自動的に比色（比濁）測定することによって、水系中の処理剤濃度を適正に維持するという構成を備えている。
【０００６】
即ち、前記技術は、測定時に、水系から供給されてくる試料水の流れを一時的に止めて、測定セル内に試料水を貯留し、測定セル内で試料水と反応試薬とを均一に混合するために、磁石式スターラー、振とう撹拌装置、気体吹き込み装置、撹拌モーター等から選択される攪拌手段を設ける必要がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術では、試料水と反応試薬を均一にするために、測定セル内には、磁石式スターラー、振とう撹拌装置、気体吹き込み装置、撹拌モーター等から選択される攪拌手段が設けられているので、測定部自体の構成も複雑であった。
【０００８】
そこで、本発明では、光学測定部が簡易な構成であって、処理剤濃度を高精度で測定できる水系処理剤濃度の自動測定装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成し、上記技術的課題を解決するために、本発明では、次の手段を採用する。
【００１０】
まず、水系中の液体に添加された処理剤濃度を光学的に自動測定する装置であって、水系から測定対象となる試料水を導入経路に取り込み、該導入経路を介して光学測定部へ連続的に又は一定時間通水させる手段と、前記試料水に光学測定用の試薬を添加する手段と、前記試薬が添加された試料水中に含まれる処理剤濃度を前記光学測定部において自動測定する手段と、を少なくとも備え、前記導入経路には、前記試料水と前記試薬とを混合するための静的混合手段を備える水系処理剤濃度の自動測定装置を提供する。なお、本発明において、前記光学測定部は、比色反応、比濁反応、蛍光分析、吸光度分析その他の光学測定手段を適宜採用することが可能である。
【００１１】
本発明では、光学測定部に種々の撹拌装置を設ける構成ではなく、導入経路を介して光学測定部に通水されて流れている状態の試料水に対して、試薬を添加する構成によって自然撹拌効果を得ることができる。更に、前記導入経路に設けられたスタティックミキサーその他の静的混合手段によって、動力を一切使用せずに、試薬を試料水に効率的に混合させることができる。
【００１２】
以上のように、本発明に係る水系処理剤濃度の自動測定装置では、光学測定部を極めて簡易な構造とすることが可能となる。具体的には、試料流入部と試料排出部を備える測定セルと、該測定セルに対向するように配設される光源と受光部のみから構成されただけの簡易な光源測定部とすることが可能となる。
【００１３】
なお、本発明において「試薬」とは、防食やスケール発生防止等の目的で水系に添加される処理剤と化学反応する第四級アンモニウム塩のような光学測定用の反応試薬に加え、該試薬とともに用いられるキレート剤、ｐＨ調整剤等の補助剤が含まれる概念として定義する。
【００１４】
次に本発明では、水系に防食剤とスケール防止剤を別々に添加している場合のように処理剤が試料水中に複数種含有され、これらの処理剤の濃度を測定するために異種の反応試薬を用いる場合、また、反応試薬（例えば、第四級アンモニウム塩）とキレート剤を組み合わせて用い、これらを別経路で添加するような場合、更には、反応試薬に加えてｐＨ調整剤を用い、これらを別経路で添加する場合等のように、試料水に対して試薬を複数添加する場合に好適な水系処理剤濃度の自動測定装置を提供する。
【００１５】
具体的には、水系処理剤濃度の自動測定装置において、複数の試薬が、それぞれ別個独立の試薬添加経路を介して前記導入経路に添加される構成を備えるようにし、前記試薬の各添加箇所後方側の導入経路部分に、スタティックミキサーその他の静的混合手段を設けるように工夫した。
【００１６】
この手段では、試料水に対して所定目的で添加される各試薬が、添加直後に試料水に効率よく混合され、各試薬が備える反応作用が充分に発揮されるので、安定かつ高精度の処理剤濃度の光学測定を実現できる測定用試料水を得ることが可能となる。
【００１７】
次に、本発明では、上記した水系処理剤濃度の自動測定装置によって得られた処理剤濃度に係る測定データに基づいて、水系に対する処理剤添加量が制御されるように工夫された処理剤添加手段を設ける。
【００１８】
この手段では、水系中のリアルタイムの処理剤濃度に係わる正確な測定データに基づいて、以後に水系に順次添加される処理剤の量を決定するという構成が採用されている。このため、水系プラントの防食やスケール発生防止に必要な処理剤が、水系において過不足無く保持されるようになる。
【００１９】
以上のように、本発明は、極めて簡易な装置構成で、種々の目的で水系に添加された処理剤の濃度を、リアルタイムで、オンストリーム監視できるとともに、該水系に適切な処理剤濃度を保持できる水系処理技術を水処理産業界に提供できるという技術的意義を有している。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の好適な実施形態について、添付した図面を参照しながら、説明する。図１は、本発明に係る水系処理剤濃度の自動測定装置の構成を簡略化して示す図、である。
【００２１】
まず、図１中に示された符号１は、ボイラ水系、冷却水系、集塵水系、紙パルプ工場の水系、製鉄工場の水系等に備わる水路の一部を表している。この水路１からは、符号２で表された流量調整バルブによって流量が調整されて、試料水Ｓ_１が導入経路４０１に取り込まれる。この試料水Ｓ_１には、水系に添加された処理剤Ｃが含まれている。
【００２２】
取り込まれた前記試料水Ｓ_１は、少なくとも測定時においては、ストレーナー３によって混入している夾雑物の粒子が除去され、後続の本発明に係る水系処理剤濃度の測定装置４（以下、単に「測定装置４」と称する。）に向けて、連続的に又は一定時間通水されるように構成されている。
【００２３】
測定装置４は、まず、前記ストレーナー３に連設された前記導入経路４０１を備えており、この導入経路４０１には、試薬添加経路４０３が連結されている。この試薬添加経路４０３は、試薬Ｒが貯留されている試薬槽４０２から前記導入経路４０１に向けて延設されている。
【００２４】
試薬Ｒは、前記試料水Ｓ_１中に含まれている防食剤、スケール防止剤等の処理剤Ｃと化学反応し、反応生成物（例、白濁不溶性物質）をつくり、光学測定用の試料水Ｓ_２を形成する役割を果たす。
【００２５】
試薬添加経路４０３の途中には、試薬Ｒの添加量を調整するための注入ポンプＰが付設されている。これにより、試薬Ｒは、測定時に、前記注入ポンプＰによって液量が調整されながら導入経路４０１へ添加される。試薬Ｒの添加量は、試料水Ｓ_１中に含まれている処理剤Ｃの濃度に応じて定められる。
【００２６】
なお、試料水Ｓ_１中に、防食剤とスケール防止剤が別々に水系に添加されている場合のように処理剤Ｃが複数種存在し、各処理剤Ｃの各濃度を測定するために異種の試薬（反応試薬）を用いる場合、また、複数の試薬（例えば、第四級アンモニウム塩とキレート剤）を組み合わせて用い、各試薬を別経路で添加するような場合、前述したこれらの試薬に加えてｐＨ調整剤を添加する場合等では、試薬槽４０２及び試薬添加経路４０３を、複数設けることが可能である。
【００２７】
測定装置４の変形例を簡略化して示す図２に基づいて、具体的に説明する。まず、二つの試薬槽４０２ａ，４０２ｂを並設する。試薬槽４０２ａ，４０２ｂからそれぞれ導入経路４０１に向けて、試薬添加経路４０３ａ，４０３ｂを延設し、これら試薬添加経路４０３ａ，４０３ｂの途中には、液量調整用の注入ポンプＰ_１、Ｐ_２をそれぞれ付設する。このようにして、試薬槽４０２及び試薬添加経路４０３を二つに限らず、それ以上設けることもできる。
【００２８】
ここで、前記導入経路４０１へ添加された試薬Ｒは、該試料水Ｓ_１の流れの作用によって自然撹拌されながら、導入経路４０１中を通水されている試料水Ｓ_１に混合されていく。試薬Ｒの試料水Ｓ_１に対する混合の程度は、試料水Ｓ_１中の処理剤Ｃと試薬Ｒの化学反応に影響を及ぼし、ひいては光学測定の精度にも影響を及ぼす。
【００２９】
そこで、本発明では、試薬Ｒの添加箇所Ｄよりも後方側の導入経路部分Ｘには、添加された試薬Ｒの撹拌作用を積極的に高めるための静的混合機構Ｍを設けるように工夫する（図１参照）。
【００３０】
例えば、流速を高める作用を発揮するオリフィス状の構造、渦流を形成するような羽構造その他のスタティックミキサー（例えば、実公平８−９７５号公報の図３参照）、ガラス製のコイルチューブ（例えば、図３に示すような形態のもの）、ゴム管等を採用することができる。これらの静的混合機構Ｍは、動力を一切用いないので、故障がなく、エネルギー的にも有利である。
【００３１】
上記工夫により、導入経路４０１において、試薬Ｒの撹拌作用が一層促進されるため、処理剤Ｃと試薬（反応試薬）Ｒの化学反応が促進される。また、キレート剤、ｐＨ調整剤その他の補助的な試薬Ｒによって発揮される反応（キレート剤によるマスキング反応及びｐＨ緩衝作用、ｐＨ調整剤によるｐＨ調整作用等）が促進される。この結果、水系の処理剤Ｃの濃度をより正確に測定できる試料水Ｓ_２を得ることが可能となる。
【００３２】
なお、図２に示す実施形態のように、複数の試薬添加経路４０３ａ、４０３ｂが設けられた構成では、該経路４０３ａ，４０３ｂのそれぞれから添加される試薬Ｒ_１，Ｒ_２の各添加箇所Ｄ_１，Ｄ_２のそれぞれの後方側導入経路部分Ｘ_１，Ｘ_２に、スタティックミキサーその他の静的混合機構Ｍ_１，Ｍ_２を配設するように工夫する。
【００３３】
この構成では、試料水Ｓ_１に対して所定目的で添加される試薬Ｒ_１，Ｒ_２が、添加直後に試料水Ｓ_１に効率よくそれぞれ混合され、これらの試薬Ｒ_１，Ｒ_２が備える反応作用が充分に発揮される。
【００３４】
このようにして得られた測定用として好適な試料水Ｓ_２は、導入経路４０１から吐出され、符号４０４で示された光学測定部内部のセル４０５内に導入され、比濁法等に基づく光学測定が行われながら、試料水Ｓ_２は、順次セル４０５内を通過して排出経路４０８から排出される。
【００３５】
ここで、本発明では、処理剤濃度のオンストリーム監視に適する測定装置を開発することを最終的な目的とするものであるから、長期間の連続的な測定を可能とするために、セル４０５を自動洗浄できるように工夫してもよい。即ち、セル４０５に洗浄液注入装置（図示せず）を付設して、一定時間毎に洗浄液をセル４０５内に注入できるようにしてもよい。
【００３６】
なお、図１の符号４０６は、セル４０５中の試料水Ｓ_２に光を照射するための光源、符号４０７は、セル４０５中の試料水Ｓ_２に照射された光の透過光ないし散乱光の強度を検知し、この強度を電気信号として捕捉する受光部を表している。符号４０９は、前記受光部４０７に接続する解析部を表している。
【００３７】
図１に示すように、本発明においては、前記解析部４０９で得られた処理剤Ｃの濃度を電気信号Ｔに変換してＣＰＵ等が内蔵された制御部４１０に送信し、処理剤Ｃが貯留されている処理剤槽６に連結された処理剤添加経路７の途中に付設された処理剤注入用ポンプＰ_３の注入量を自動制御する。
【００３８】
これにより、水系中の処理剤Ｃの正確な濃度をリアルタイムで測定してオンストリーム監視し、水系に対する処理剤Ｃの適正な注入量をリアルタイムで自動補正しながら決定することができる。このため、常に処理剤Ｃが水系内に最も適正な濃度で保持されることになる。
【００３９】
この結果、当該水系のプラント設備においては、処理剤Ｃの作用効果が継続的に有効に発揮されるので、腐食やスケール発生を防止できる。また、この処理剤Ｃの注入を自動制御することで、添加作業の省力化、効率化も達成できる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、水系から取り込んだ試料水が通過する導入経路に、スタティックミキサーその他の静的混合手段を設けたので、動力を一切使用せずに試薬を試料水に効率的に混合させることができる。この結果、試料水は、充分に混合された状態で光学測定部に導入されるから、該光学測定部に、特に撹拌装置を付設しなくても、光学測定を安定かつ正確に行うことができる。
【００４１】
更に、本発明に係る水系処理剤の自動測定装置では、処理剤濃度に係る正確な測定データに基づいて、水系に対する処理剤添加量が決定、制御されるように工夫された処理剤添加手段が設けられているので、水系プラントの防食やスケール発生防止に必要な処理剤濃度を、確実に、水系中において過不足無く保持できる。
【００４２】
以上のように、本発明は、極めて簡易な装置構成で、種々の目的で水系に添加された処理剤の濃度を、リアルタイムで、オンストリーム監視できるとともに、防食やスケール発生防止のために適切な処理剤濃度を、水系において確実に保持できるという顕著な効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る水系処理剤濃度の自動測定装置（４）の構成を簡略化して示す図
【図２】同自動測定装置（４）の変形例を簡略化して示す図
【図３】本発明で採用可能な静的混合機構（Ｍ）の一例であるガラス製のコイルチューブの形態を示す簡略図
【符号の説明】
１（水系を構成する）水路
４水系処理剤濃度の自動測定装置（略称、測定装置）
７処理剤添加経路
４０１導入経路
Ｘ（Ｘ_１，Ｘ_２）試薬添加箇所後方側の導入経路部分
４０３（４０３ａ，４０３ｂ）試薬添加毛路
４０４光学測定部
Ｃ処理剤
Ｄ（Ｄ１，Ｄ２）（試薬）添加箇所
Ｍ（Ｍ_１，Ｍ_２）静的混合機構（静的混合手段）
Ｐ_３処理剤注入用ポンプ
Ｒ（Ｒ_１，Ｒ_２）試薬
Ｓ_１（水路１から取り込まれた）試料水
Ｓ_２（測定用の）試料水

Claims

水系中の液体に添加された処理剤濃度を光学的に自動測定する装置であって、
水系から測定対象となる試料水を導入経路に取り込み、該導入経路を介して光学測定部へ連続的に又は一定時間通水させる手段と、
前記試料水に光学測定用の試薬を添加する手段と、
前記試薬が添加された試料水中に含まれる処理剤濃度を前記光学測定部において自動測定する手段と、を少なくとも備え、
前記導入経路には、前記試料水と前記試薬とを混合するための静的混合手段が設けられたことを特徴する水系処理剤濃度の自動測定装置。
複数の前記試薬が、それぞれ別個独立の試薬添加経路を介して前記導入経路に添加される構成を備え、
前記試薬の各添加箇所後方側の前記導入経路部分には、前記静的混合手段が設けられたことを特徴とする請求項１記載の水系処理剤濃度の自動測定装置。
請求項１又は請求項２に記載の水系処理剤濃度の自動測定装置によって得られた処理剤濃度に係る測定データに基づいて、水系に対する処理剤添加量が制御される処理剤添加手段を備えたことを特徴とする水系処理剤濃度の自動測定装置。