JP2006201070A

JP2006201070A - 水中重金属のモニタリング方法

Info

Publication number: JP2006201070A
Application number: JP2005014173A
Authority: JP
Inventors: Masaru Kinugawa; 勝衣川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-01-21
Filing date: 2005-01-21
Publication date: 2006-08-03

Abstract

【課題】連続的に水をサンプリングする際に動力を用いることなく、工場排水路や下水路等の任意箇所において水中の重金属を捕集して測定する、水中重金属のモニタリング方法を提供する。
【解決手段】端部に重金属フィルターを取り付けたシリンダーと、このシリンダー内を摺動するピストンと、このピストンの重金属フィルターから遠い側の面に接続されたバネとを有するサンプリング容器を用い、ピストンを任意の位置に保持しながらバネを延伸する第一ステップと、バネの延伸状態を保持しながらサンプリング容器を水中に投下する第二ステップと、所定時間後にサンプリング容器を水中から引上げてシリンダーから重金属フィルターを取り外す第三ステップと、この重金属フィルターへの重金属付着量とシリンダー内の水量とから水中の重金属濃度を求める第四ステップとを備えるようにした。
【選択図】図１

Description

この発明は、工場排水や下水等の重金属を捕集して測定する、水中重金属のモニタリング方法に関するものである。

従来、工場排水や下水等に含まれる重金属のモニタリングは、水をサンプリングして持ち帰り、誘導結合高周波プラズマ質量分析計（ＩＣＰ−ＭＳ）、誘導結合高周波プラズマ発光分光分析装置（ＩＣＰ−ＯＥＳ）、原子吸光法（ＡＡＳ）等によって分析するのが一般的であった。また、特許文献１に示すように、重金属を選択的に捕るフィルターで、サンプリングした水を濾過し、蛍光Ｘ線にて測定する方法も提案されている。

ただし、このようなモニタリング方法では、水をサンプリングした時点のみの重金属濃度が得られるだけで、たとえ毎日測定しても、サンプリングとサンプリングの間に高濃度の重金属が流れた場合には、これを検知することはできない。すなわち、サンプリングが行なわれない期間に、突発的に高濃度の重金属含有水が排水された場合、これを検知することは困難である。

そこで、水をポンプで一定期間連続的にサンプリングし、その水を分析することが容易に考えられる。こうすれば、突発的に高濃度の重金属含有水が排水されても、これを検知することができる。

特開２００４−９３２７２号公報

しかしながら、ポンプを用いて連続的に水をサンプリングすれば、ポンプのための動力を必要とする。そのため、ポンプの設置箇所は動力源近傍に制約され、工場排水路や下水路等の任意箇所で水をサンプリングできないという問題があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、連続的に水をサンプリングする際に動力を用いることなく、工場排水路や下水路等の任意箇所において水中の重金属を捕集して測定する、水中重金属のモニタリング方法を提供する。

この発明における水中重金属のモニタリング方法は、端部に重金属フィルターを取り付けたシリンダーと、このシリンダー内を摺動するピストンと、このピストンの重金属フィルターから遠い側の面に接続されたバネとを有するサンプリング容器を用い、ピストンを任意の位置に保持しながらバネを延伸する第一ステップと、バネの延伸状態を保持しながらサンプリング容器を水中に投下する第二ステップと、所定時間後にサンプリング容器を水中から引上げてシリンダーから重金属フィルターを取り外す第三ステップと、この重金属フィルターへの重金属付着量とシリンダー内の水量とから水中の重金属濃度を求める第四ステップとを備えるものである。

この発明によれば、連続的に水をサンプリングする際に動力を用いることなく、工場排水路や下水路等の任意箇所において水中の重金属を捕集して測定する、水中重金属のモニタリング方法を提供できる。

実施の形態
図１は、本発明が適用される実施の形態において、連続的に水をサンプリングする際に用いるサンプリング容器の断面図である。サンプリング容器１００のシリンダー３の図示上端部には、ディスクフィルターとサポーター９がクリップ２によって取り付けられている。ディスクフィルターは、重金属フィルター１０及び１１と、目詰まり防止用フィルター１２及び１３とから構成されている。サポーター９は、平坦な金属メッシュでできており、水を濾過するときのディスクフィルターの変形や破損を防止する。さらに、ディスクフィルターの周囲を覆うように、金網カバー１が取り付けられている。金網カバー１は、水中の砂利等からディスクフィルターを保護するとともに、水中の枯葉や浮遊物等がディスクフィルターに接触して水が濾過できなくなる問題を回避するために設けられる。

シリンダー３内を摺動するピストン４の重金属フィルターから遠い側の面（図示下側の面）には、バネ５が接続されている。バネ５には、ハンドル６が接続されている。また、シリンダー３の図示下端部の内側には、ストッパー７ａ〜７ｃが設けられている。ハンドル６を引くことでバネ５が延伸し、その延伸状態でハンドル６をストッパー７ａ〜７ｃのいずれかに固定することで、バネ５の延伸状態を保持できるようにしている。

続いて、このサンプリング容器１００を用いた水中重金属のモニタリング方法について説明する。
まず、ピストン４をシリンダー３内の任意の位置に保持する。ここでは、ピストン４を図示上側に押して、シリンダー３内の最もディスクフィルターに近い位置に保持するものとする。続いて、ピストン４を任意の位置に保持しながら、ハンドル６を引いてバネ５を延伸し、ストッパー７ａ〜７ｃのいずれかにハンドル６を固定する。例えば、ハンドル６の固定位置は、サンプリング容器１００を水中に放置する時間により選択すればよい。放置時間を短くする場合、固定位置をディスクフィルターからより離れた位置（この実施の形態では７ｃ）とすることで、ピストン４を引く力が強くなり、シリンダー３内がより負圧になるため、水の濾過速度が上がる。このため、放置時間が短くても分析に必要な水量を濾過することができる。

なお、重金属フィルター１０、１１、目詰まり防止用フィルター１２、１３は、あらかじめ水で濡らしておくことが好ましい。これは、バネ５の延伸後、サンプリング容器１００を水中に投下するまでの間に、空気がディスクフィルターを通してシリンダー３内に進入するのを防止するためである。

次に、バネ５の延伸状態を保持しながらサンプリング容器１００を水中に投下する。このとき、ディスクフィルター全体を水中に漬けることは言うまでもない。また、サンプリング容器１００にはロープ２０が結び付けられており、ロープ２０のもう一方の端は作業者の手の届く範囲に固定しておく。

サンプリング容器１００が水中にある間、ピストン４がバネ５の力で引かれるため、シリンダー３内が負圧になったところに、水がディスクフィルターを通ってシリンダー３内に進入する。このとき、水中の重金属の錯体、コロイド、懸濁態や重金属を含まない微粒子は、目詰まり防止用フィルター１２、１３で捕集される。また、重金属イオンは、重金属フィルター１０、１１に付着する。シリンダー３内に水が入ると負圧は一旦解消されるが、ピストン４をバネ５で引き続けている限り、再びシリンダー３内は負圧になるため、水を吸引濾過し続ける。

なお、目詰まり防止用フィルターには、例えばＭＩＬＬＩＰＯＲＥ製ＮＹ３００４７００の３０ミクロンメッシュのナイロンフィルターと、ＡＤＶＡＮＴＥＣ製ＧＳ２５の１ミクロンメッシュのガラスフィルターを用いる。重金属フィルターには、例えば３Ｍ製Ｎｏ．２２７１のキレートフィルターと、３Ｍ製Ｎｏ．２２５２の陰イオン用フィルターを用いる。この組み合わせにより、Ｐｂ、Ｈｇ、６価Ｃｒ、Ａｓ、Ｃｄなどの健康に被害を及ぼす重金属イオンを捕集することができる。この計４枚のフィルターを重ねて用いる。フィルターの順序は、外側からＭＩＬＬＩＰＯＲＥ製ＮＹ３００４７００、ＡＤＶＡＮＴＥＣ製ＧＳ２５、３Ｍ製Ｎｏ．２２５２、３Ｍ製Ｎｏ．２２７１の順で重ねる。これは、目詰まり防止用フィルターが目の粗い順に濾した後、重金属フィルターで濾過するためである。重金属フィルターの順序はこの逆でもよい。また、３Ｍ製Ｎｏ．２２７１のキレートフィルターの代わりに３Ｍ製Ｎｏ．２２５１の陽イオン用フィルターを用いてもよい。

サンプリング容器１００を水中に投下してから所定時間後に、ロープ２０を手繰り寄せてサンプリング容器１００を水中から引上げる。続いて、ディスクフィルターをシリンダー３から取り外し、さらにディスクフィルターの中から重金属フィルター１０及び１１、目詰まり防止用フィルター１２及び１３をそれぞれ分離する。

この後、重金属フィルター１０、１１への重金属付着量を、蛍光Ｘ線装置によって計測する。ここで、過般型の蛍光Ｘ線装置を用いると、複数箇所でサンプリング容器１００を水中に投下した場合、それぞれを所定時間ごとに巡回しながら、その場計測が可能である。ここで、蛍光Ｘ線で得られるのは各重金属固有の蛍光Ｘ線ピークである。重金属付着量が多いほど、その蛍光Ｘ線ピークの面積が広くなり、またピーク高さが高くなる。前もって重金属濃度が既知の水を一定量濾過し、重金属フィルターへの重金属付着量と蛍光Ｘ線ピークの面積または高さとの関係を調べて検量線を求めておけば、蛍光Ｘ線のピーク面積または高さより、重金属フィルターへの重金属付着量を求めることができる。このとき、ピーク高さよりもピーク面積を用いる方が、より精度よく重金属付着量を求めることができる。

また、同時にシリンダー３内の水量を、例えばメスシリンダーを用いた既知の方法で測定する。このようにして得られた、重金属フィルター１０、１１への重金属付着量と、シリンダー３内の水量とから、水中の重金属濃度を求めることができる。

なお、重金属が例えば下水中の固形成分に吸着する割合が無視できない場合、目詰まり防止用フィルター１２、１３についても重金属付着量を計測する。このときは、目詰まり防止用フィルター１２、１３、重金属フィルター１０、１１への重金属付着量と、シリンダー３内の水量とから、水中の重金属濃度を求めることになる。

ところで、蛍光Ｘ線による分析領域は直径５ｍｍより小さく、重金属フィルターの直径はこれより十分大きい。よって、濾過する領域は直径５ｍｍ以上であればよい。濾過面積を小さくすれば、濾過する水量も少なくでき、サンプリング容器全体のサイズを小さくできる。

例えば、濾過する領域を直径５ｍｍ（濾過面積約０．２ｃｍ^２）とした場合について述べる。Ｃｒ、Ａｓ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｈｇなどの重金属について、下水道法による排出基準は、Ｃｒ（６価）では０．５ｍｇ／Ｌ以下、Ａｓでは０．１ｍｇ／Ｌ以下、Ｐｂでは０．１ｍｇ／Ｌ以下、Ｈｇでは０．００５ｍｇ／Ｌ以下、Ｃｄでは０．１ｍｇ／Ｌ以下である。また、蛍光Ｘ線を用いて１μｇ／Ｌのオーダーの分析を行うには、約２００ｃｃ／ｃｍ^２の水量が必要であることが実験の結果わかった。これを、濾過面積約０．２ｃｍ^２に換算すると、必要な水量は約４０ｃｃ程度である。シリンダーを例えば内径３ｃｍとすれば、４０ｃｃの水が入ると、ピストンの位置の移動は約５．７ｃｍである。初期のバネの伸び量を３０ｃｍにすることで、５．７ｃｍのピストン移動に対しても力の変化は２割以内に収まり、水の濾過速度の変化も少なくてすむ。

このように、この実施の形態では、サンプリング容器１００が電源を要しないため、電源が必要なポンプを用いて水を採取する場合に比べて、電源供給用の配線やバッテリーが必要なく、設置の制約が少ない特徴がある。すなわち、連続的に水をサンプリングする際に動力を用いることなく、工場排水路や下水路等の任意箇所において水中の重金属を捕集して測定する、水中重金属のモニタリング方法を提供できる。さらに、可搬型の蛍光Ｘ線装置を自動車で運搬して複数の測定箇所を所定時間ごとに巡回し、ディスクフィルター交換時に重金属の分析を行うことを繰り返すことで、効率的にその場計測できる。

実施の形態を説明するためのサンプリング容器の断面図である。

符号の説明

１金網カバー、２クリップ、３シリンダー、４ピストン、５バネ、６ハンドル、７ａ〜７ｃストッパー、９サポーター、１０〜１１重金属フィルター、１２〜１３目詰まり防止用フィルター、２０ロープ、１００サンプリング容器。

Claims

端部に重金属フィルターを取り付けたシリンダーと、前記シリンダー内を摺動するピストンと、前記ピストンの前記重金属フィルターから遠い側の面に接続されたバネとを有するサンプリング容器を用い、前記ピストンを任意の位置に保持しながら前記バネを延伸する第一ステップと、前記バネの延伸状態を保持しながら前記サンプリング容器を水中に投下する第二ステップと、所定時間後に前記サンプリング容器を水中から引上げて前記シリンダーから前記重金属フィルターを取り外す第三ステップと、前記重金属フィルターへの重金属付着量と前記シリンダー内の水量とから水中の重金属濃度を求める第四ステップとを備えることを特徴とする水中重金属のモニタリング方法。
前記重金属付着量は、過般型の蛍光Ｘ線装置によって計測することを特徴とする請求項１記載の水中重金属のモニタリング方法。