JP2005265413A - 分析用試験液を濾過するためのフィルター自動送り機能付き濾過装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フィルターの目詰まりが未然に防止され、濾過に要する手間が大幅に軽減されると共に、安定した濾液性状が得られる分析用試験液の濾過装置を提供する。
【解決手段】分析用試験液を濾過する方法において、フィルターの閉塞状況をモニターし、閉塞の度合いが決められた基準を超えた場合に自動的にフィルターを送る。または、分析用試験液を濾過する方法において、一定時間経過毎に自動的にフィルターを送る。
【選択図】 図１

Description

本発明は、フィルターを自動的に送りながら分析用試験液を濾過するための装置に関する。

土壌汚染対策法では、有害物質使用特定施設がその使用を廃止する場合、若しくは都道府県知事が人の健康に係る被害が生ずるおそれがあると認めた場合には、その土地の調査の調査を義務付けている。そして、その測定方法は、環境省告示（環境庁告示第４６号、環境庁告示第１３号、環境省告示第１６号、環境省告示第１９号）等で厳密に規定されている。

例えば、土壌あるいは廃棄物の溶出試験法においては、ガラス製容器又は測定対象とする物質が吸着しない容器に収めて試料を採取し、風乾する。得られた試料とその１０倍量の水又はｐＨを５．８〜６．３に調整した溶媒とを混合し、６時間振盪して試料液を得た後、この試料液を遠心分離する。得られた上澄み液を、土壌については孔径０．４５μｍのメンブレンフィルターで、廃棄物については孔径１μｍのメンブレンフィルターで濾過して試験液（検液）を調製する。

また、土壌含有量調査に係る測定方法においては、試料をポリエチレン製容器又は測定の対象とする物質が吸着若しくは溶出しない容器に収めて試料を採取し、風乾する。得られた試料に重量体積比で３％となるように１ｍｏｌ／ｌの塩酸若しくは六価クロム化合物の測定のためには炭酸ナトリウム＋炭酸水素ナトリウムの混合溶媒を加えて混合し、２時間振盪して試料液を得た後、１０分から３０分程度静置後、必要に応じてこの試料液を遠心分離する（特開２００３−１１２０８１号公報参照）。得られた上澄み液を、孔径０．４５μｍのメンブレンフィルターで濾過して試験液（検液）を調製する。

前記試料液の遠心分離には、通常、回転数が数千回転の遠心分離機が使用されており、また、前記上澄み液の濾過には、吸引瓶を利用した吸引濾過法が一般的に採用されているが、フィルターの孔径が小さいため、後者の濾過に多くの時間がかかるという問題がある。特に、粘土質の土壌（特に０．１〜０．２μｍの粒子を多く含むもの）を試験する場合には、フィルターが目詰まりし易く、頻繁にフィルターを交換しなければならない。フィルターの交換を怠ると、濾過時間が非常に長くなるだけでなく、目詰まりによりフィルターの見掛けの孔径が小さくなり、濾液の性状が変化するため分析値が低く出るという問題も発生する。

また、フィルターに掛かるテンションに対応して送り速度を変化させ、連続的に送るフィルターを用いる濾過器も提案されている（特開平８−２７６１０９号公報参照）。
特開２００３−１１２０８１号公報 特開平８−２７６１０９号公報 環境庁告示第４６号 環境庁告示第１３号 環境省告示第１６号 環境省告示第１９号

本発明の課題は、上記従来技術の問題点に鑑み、フィルターの目詰まりが未然に防止され、濾過に要する手間が大幅に軽減されると共に、安定した濾液性状が得られる分析用試験液の濾過装置を提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究した結果、本発明を完成するに至った。即ち、本発明によれは、以下に示す分析用試験液の濾過装置が提供される。
（１）分析用試験液を濾過する方法において、フィルターの閉塞状況をモニターし、閉塞の度合いが決められた基準を超えた場合に自動的にフィルターを送ることを特徴とする分析用試験液の濾過装置。
（２）分析用試験液を濾過する方法において、フィルターの閉塞速度があらかじめわかっている場合に、一定時間経過毎に自動的にフィルターを送ることを特徴とする分析用試験液の濾過装置。
（３）該分析用試験液が、土壌溶出液、廃棄物溶出液、土壌含有量調査試験液のいずれかである前記（１）〜（２）のいずれかに記載した濾過装置。
（４）フィルターの閉塞状況のモニター方法が、濾過される液の液面変化、濾過部分での流速、濾過操作によって得られた濾液の液面変化、濾過操作によって得られた濾液の重量変化のいずれかの方法である前記（１）に記載の濾過装置。
（５）ロール状のフィルターを用いてフィルターを自動送りすることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載した濾過装置。
（６）分析用試験液供給部とフィルター部分の間にバルブを設けて隔離することにより、フィルター送り時に分析用試験液が漏れ出すのを防ぐ機構を有する前記（１）〜（５）のいずれかに記載した濾過装置。

本発明によれば、フィルター交換に要する手間をなくすことができると共に、フィルターの閉塞を起こすことなく濾過が進行することから、確度の高い分析値を与える安定した性状の濾液（検液）を得ることができる。

本発明において、分析用試験液を濾過するために用いる濾過装置は、分析用試験液を収容させる容器と、濾液を受ける容器を収納した真空瓶、真空瓶を排気するための真空ポンプ、ロール状メンブレンフィルターの取付ロールと巻上げロールとからなる。次に、この濾過機構について図面を参照しながら詳述する。

図１は、本発明の濾過装置の１例についての説明図である。図１において、１はメンブレンフィルターロール、２は試験液の液面センサー、３は試験液を収容する容器、４，８は三方電磁弁、５はフィルターを保持するシンターガラス、６は真空瓶、７は濾液を受ける容器、９はフィルター巻上げロール、１０は真空ポンプを示す。

試験液容器３は、被処理液である分析用試験液を収容させて、この分析用試験液を濾過装置に供給するものである。その材質は、金属、ガラス、プラスチック等の各種の材質であることができるが、通常は、分析用試験液中の溶解成分が吸着しにくいプラスチック、特にポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート又はポリスチレンの使用が好ましい。

試験液容器３には、分析用試験液の残量及びフィルターの閉塞状況をモニターするための液面センサー２を取付けるが、この方式に限定されるものではない。三方電磁弁４若しくはシンターガラス５の下部等の通液部分に流速計を付けて濾液の流速をモニターする方法や、液面センサー２を濾液受容器７に取付けて、得られた濾液の液面変化をモニターする方法、あるいは濾液受容器７を天秤に乗せ、濾液の重量変化をモニターする方法をとることもできる。閉塞が設定値まで進んだ場合には、自動的にフィルターを送るが、フィルターの閉塞速度があらかじめわかっている場合には、一定時間毎にフィルターを送る機構をとることもできる。

試験液容器３は、上下に駆動する構造をとり、濾過時は下降してフィルターと密着させ、フィルター送り時は上昇させてフィルターとの密着を解除するが、この方式に限定されるものではない。シンターガラス５を上下させる方法をとることもできる。

試験液容器３の下部には三方電磁弁４を取付け、濾過時は濾過部に分析用試験液を供給し、フィルター送り時は電磁弁４を切り替えて、分析用試験液の供給を停止するとともに、上部を大気に開放してフィルター上部に残っている分析用試験液の濾過を完了させる。

メンブレンフィルターロール１は、自動的にフィルターを送るために、常に新しいフィルターを供給する。このロールは、試験液による汚染を防ぐために濾過部より上方に配置するのが好ましい。また、このロールは、市販のメンブレンフィルターロールを好ましく用いることができる。フィルターの送り時には、フィルター巻上げロール９によりフィルターを巻き取るが、途中のガイドロールへのスラリーの付着を防ぐため、下方に配置するのが好ましい。

シンターガラス５は、濾過面積を多く取れるシンターガラスを用いるが、これに限定されるものではない。多数の孔を明けたプラスチック板やガラス板を用いることもできる。

真空瓶６の中に、濾液受容器７を収納し濾過を行う。真空瓶６には真空ポンプ１０を接続するが、その接続の途中に三方電磁弁８を取付け、フィルター送り時には電磁弁を切り替えて、真空瓶６の真空を解除する。

図1に示した濾過装置を用いて分析用試験液を濾過するには、試験液容器３内に分析用試験液を収容させ、真空瓶６内に濾液受容器７を収納した後、試験液容器３を下降させてフィルターと密着させる。

次に、電磁弁４及び８を切り替えるとともに真空ポンプ１０を稼動させることにより、分析用試験液を濾過部に供給するとともに、真空瓶６内の真空度を上げて吸引濾過を進行させる。

液面センサー２により液面をモニターし、濾過速度が設定した値以下になったら、電磁弁４を切り替えて分析用試験液の供給を停止するとともに、上部を大気に開放してフィルター上部に残っている分析用試験液の濾過を完了させる。なお、濾過速度の設定値については、現状の濾過操作におけるフィルターの交換頻度を考慮して設定すればよく、すべての試料において同じ設定値を適用することにより、安定した分析値を得ることができる。

真空ポンプ１０を停止させた後、バルブ８を切り替えて真空瓶６内の真空を解除する。続いて試験液容器３を上昇させた後、フィルター巻上げロール９によりフィルターを巻上げてフィルターの送りを行う。

再び、試験液容器３を下降させてフィルターと密着させ、電磁弁４及び８を切り替えるとともに真空ポンプ１０を稼動させることにより、分析用試験液を濾過部に供給するとともに、真空瓶６内の真空度を上げて吸引濾過を再開する。

前記段落「００２３」〜「００２５」の操作を試験容器３内の試験液がなくなるまで繰り返す。

試験容器３内の分析用試験液がなくなり、濾過が終了した場合は、前記段落「００２４」の操作を行った後、濾液受容器７を取り出して濾液を得る。

次の分析用試験液の濾過に移る場合は、試験液容器に純水を入れた後、試験液容器３を下降させてフィルターと密着させ、電磁弁４及び８を切り替えるとともに真空ポンプ１０を稼動させることにより、純水を濾過部に供給するとともに、真空瓶６内の真空度を上げて吸引濾過し、系内を洗浄する。純水がすべて吸引されたら、真空ポンプ１０を停止させた後、バルブ８を切り替えて真空瓶６内の真空を解除する。続いて試験液容器３を上昇させた後、フィルター巻上げロール９によりフィルターを巻上げてフィルターの送りを行い、次の分析用試験液の濾過に移る。

前記のようにして、本発明の濾過装置を用いて分析用試験液の濾過を行う場合、フィルターの閉塞をモニターしながらフィルターを自動的に送ることにより、フィルター交換にかかる煩雑な操作を排除するとともに、フィルターを閉塞させることなく濾過を行うことができる。

本発明で用いる分析用試験液には各種のものがあり、各種排水の他、土壌や廃棄物の溶出液や土壌含有量調査試験液等が包含される。環境庁告示第４６号（土壌の溶出試験法）、環境省告示第１６号（土壌の溶出試験法）や環境庁告示第１３号（廃棄物の溶出試験法）、環境省告示第１９号（土壌含有量調査試験法）等においては、検液を得るために、その溶出液を濾過することが定められている。本発明の濾過装置は、このような試験液に対して有利に適用することができる。例えば、環境庁告示第４６号（土壌の溶出試験法）では、検液を得るために、土壌の溶出液を回転数３０００ｒｐｍで２０分間遠心分離した後、その上澄み液を孔径０．４５μｍのメンブレンフィルターで濾過することとされているが、３０００ｒｐｍ、２０分間の遠心分離では沈降しない０．１〜０．２μｍの粒子もフィルターの閉塞に寄与している。本発明によれば、遠心分離では取り除くことのできない粒子によるフィルターの閉塞を効果的に排除することができる。

以下に、実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。

（土壌試料）金属元素により汚染されていると思われる敷地Ａ、Ｂより、それぞれ約２ｋｇの土壌試料Ａ、Ｂを採取して風乾した。また、弗素及び硼素により汚染されていると思われる敷地Ｃ、Ｄより、それぞれ約２ｋｇの土壌試料Ｃ、Ｄを採取して風乾した。
実施例１、２
土壌試料（Ａ又はＢ）４００ｇをガラス容器に入れ、水４Ｌを加えて蓋を閉め、振盪器で６時間振盪して上澄み液を採取した。この上澄み液を遠心管に入れた後、遠心管を遠心機にセットし、回転数３０００ｒｐｍで２０分間遠心した。この上澄み液３Ｌを図１に示した濾過装置における試験液容器３に入れた後、幅１００ｍｍ、孔径０．４５μｍのロール状メンブレンフィルター１により濾過を行った。濾過速度が１０ｍｌ／分以下になった時点でフィルターを自動的に送るように装置をセットした。得られた検液中のＣｒ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｐｂを、ＪＩＳ Ｋ０１０２に記載された方法（Ｃｒ、Ｃｄ、ＰｂについてはＩＣＰ質量分析法、Ａｓ、Ｓｅについては水素化物発生−ＩＣＰ発光分析法、Ｈｇについては還元気化一原子吸光法を使用）で分析、定量した。
実施例３、４
フィルターを１０分毎に自動的に送るように装置をセットした以外は、実施例１と同様の操作を行って、分析、定量した。
実施例５、６
三方電磁弁４の通液部分に流速計を付けて濾液の流速をモニターし、濾過速度が１０ｍｌ／分以下になった時点でフィルターを自動的に送るように装置をセットした以外は、実施例１と同様の操作を行って、分析、定量した。
実施例７、８
液面センサー２を濾液受容器７に取付けて、得られた濾液の液面変化をモニターし、濾過速度が１０ｍｌ／分以下になった時点でフィルターを自動的に送るように装置をセットした以外は、実施例１と同様の操作を行って、分析、定量した。
実施例９、１０
濾液受容器７を天秤に乗せ、濾液の重量変化をモニターし、濾過速度が１０ｍｌ／分以下になった時点でフィルターを自動的に送るように装置をセットした以外は、実施例１と同様の操作を行って、分析、定量した。
実施例１１、１２
土壌試料（Ｃ又はＤ）４００ｇをポリプロピレン容器に入れ、水４Ｌを加えて蓋を閉め、振盪器で６時間振盪して上澄み液を採取した。この上澄み液を遠心管に入れた後、遠心管を遠心機にセットし、回転数３０００ｒｐｍで２０分間遠心した。この上澄み液３Ｌを図１に示した濾過装置における試験液容器３に入れた後、幅１００ｍｍ、孔径０．４５μｍのロール状メンブレンフィルター１により濾過を行った。濾過速度が１０ｍｌ／分以下になった時点でフィルターを自動的に送るように装置をセットした。得られた検液中の弗素、硼素を、環境庁告示第５９号に記載された方法（弗素についてはイオンクロマトグラフ法、硼素についてはＩＣＰ質量分析法を使用）で分析、定量した。
実施例１３、１４
フィルターを１０分毎に自動的に送るように装置をセットした以外は、実施例１１と同様の操作を行って、分析、定量した。
実施例１５、１６
三方電磁弁４の通液部分に流速計を付けて濾液の流速をモニターし、濾過速度が１０ｍｌ／分以下になった時点でフィルターを自動的に送るように装置をセットした以外は、実施例１１と同様の操作を行って、分析、定量した。
実施例１７、１８
液面センサー２を濾液受容器７に取付けて、得られた濾液の液面変化をモニターし、濾過速度が１０ｍｌ／分以下になった時点でフィルターを自動的に送るように装置をセットした以外は、実施例１１と同様の操作を行って、分析、定量した。
実施例１９、２０
濾液受容器７を天秤に乗せ、濾液の重量変化をモニターし、濾過速度が１０ｍｌ／分以下になった時点でフィルターを自動的に送るように装置をセットした以外は、実施例１１と同様の操作を行って、分析、定量した。
比較例１、２
土壌試料（Ａ又はＢ）４００ｇをガラス容器に入れ、水４Ｌを加えて蓋を閉め、振盪器で６時間振盪して上澄み液を採取した。この上澄み液を遠心管に入れた後、遠心管を遠心機にセットし、回転数３０００ｒｐｍで２０分間遠心した。この上澄み液を直径９０ｍｍ、孔径０．４５μｍのメンブレンフィルターをセットした吸引濾過器で濾過して検液を作成した。得られた検液中のＣｒ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｐｂを、実施例１と同様にして分析、定量した。尚、この場合、検液を得るために要した時間は実施例の場合の５倍であった。
比較例３、４
土壌試料（Ａ又はＢ）４００ｇをガラス容器に入れ、水４Ｌを加えて蓋を閉め、振盪器で６時間振盪して上澄み液を採取した。この上澄み液を遠心管に入れた後、遠心管を遠心機にセットし、回転数３０００ｒｐｍで２０分間遠心した。この上澄み液を直径９０ｍｍ、孔径０．４５μｍのメンブレンフィルターをセットした吸引濾過器で濾過して検液を作成した。濾過する際、フィルターの閉塞が確認される毎にフィルターを交換した。得られた検液中のＣｒ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｐｂを、実施例１と同様にして分析、定量した。尚、この場合、検液を得るために要した時間は実施例の場合の１．５倍であった。
比較例５、６
土壌試料（Ｃ又はＤ）４００ｇをポリプロピレン容器に入れ、水４Ｌを加えて蓋を閉め、振盪器で６時間振盪して上澄み液を採取した。この上澄み液を遠心管に入れた後、遠心管を遠心機にセットし、回転数３０００ｒｐｍで２０分間遠心分離した。この上澄み液を直径９０ｍｍ、孔径０．４５μｍのメンブレンフィルターをセットした吸引濾過器で濾過して検液を作成した。得られた検液中の弗素及び硼素を、実施例１１と同様にして分析、定量した。尚、この場合、検液を得るために要した時間は実施例の場合の５倍であった。
比較例７、８
土壌試料（Ｃ又はＤ）４００ｇをポリプロピレン容器に入れ、水４Ｌを加えて蓋を閉め、振盪器で６時間振盪して上澄み液を採取した。この上澄み液を遠心管に入れた後、遠心管を遠心機にセットし、回転数３０００ｒｐｍで２０分間遠心分離した。この上澄み液を直径９０ｍｍ、孔径０．４５μｍのメンブレンフィルターをセットした吸引濾過器で濾過して検液を作成した。濾過する際、フィルターの閉塞が確認される毎にフィルターを交換した。得られた検液中の弗素及び硼素を、実施例１１と同様にして分析、定量した。尚、この場合、検液を得るために要した時間は実施例の場合の１．５倍であった。

表1の結果から明らかなように、本発明の方法で得られた分析値は、従来法でフィルターを交換せずに得られた分析値より高めの値が得られ、フィルターの閉塞状況を観察しながら頻繁にフィルターを交換した場合の分析値と同一の値が得られる。即ち、本発明によれは、フィルターの閉塞の影響を排除した確度の高い分析値を与える検液の調製を、高効率に行うことができる。

本発明の濾過装置の１つの例についての説明図である。

符号の説明

１ メンブレンフィルターロール
２ 試験液液面センサー
３ 試験液容器
４，８ 三方電磁弁
５ シンターガラス
６ 真空瓶
７ 濾液受容器
９ フィルター巻上げロール
１０ 真空ポンプ

Claims (6)

1. 分析用試験液を濾過する方法において、フィルターの閉塞状況をモニターし、閉塞の度合いが決められた基準を超えた場合に自動的にフィルターを送ることを特徴とする分析用試験液の濾過装置。
2. 分析用試験液を濾過する方法において、フィルターの閉塞速度があらかじめわかっている場合に、一定時間経過毎に自動的にフィルターを送ることを特徴とする分析用試験液の濾過装置。
3. 該分析用試験液が、土壌溶出液、廃棄物溶出液、土壌含有量調査試験液のいずれかであることを特徴とする請求項１〜２のいずれか１つに記載した濾過装置。
4. フィルターの閉塞状況のモニター方法が、濾過される液の液面変化、濾過部分での流速、濾過操作によって得られた濾液の液面変化、濾過操作によって得られた濾液の重量変化のいずれかの方法であることを特徴とする請求項１に記載の濾過装置。
5. ロール状のフィルターを用いてフィルターを自動送りすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載した濾過装置。
6. 分析用試験液供給部とフィルター部分の間にバルブを設けて隔離することにより、フィルター送り時に分析用試験液が漏れ出すのを防ぐ機構を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載した濾過装置。