JP2017227577A - 水処理システムにおける水中の有機物評価方法及び水処理システム - Google Patents
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Abstract
【課題】水処理システムにおける水中の有機物において特に問題となる腐植質や界面活性剤等について、短時間で簡便に含有量の把握が可能となる評価方法及び該評価方法を適用した水処理システムを提供する。【解決手段】水処理システムにおける水中に含まれる有機物を評価する方法であって、水から有機炭素測定法により測定される有機炭素濃度が異なる複数のサンプルを準備する工程と、複数のサンプルを蛍光光度法により測定し、各有機炭素濃度における特定の有機物の蛍光強度を得る工程と、各有機炭素濃度と特定の有機物の各有機炭素濃度における蛍光強度から検量線を得る工程と、を有し、蛍光光度法により水中の前記特定の有機物の蛍光強度を測定し、水中の特定の有機物の同定と、検量線に基づいて蛍光強度から水中の全有機炭素濃度を推定することを特徴とする。【選択図】図６
Description
本発明は、水処理システムにおける水中に含まれる有機物を評価する方法及び該方法を適用した水処理システムに関する。
イオン交換樹脂を用いた水処理システムは、原水として工業用水を使用しており、河川水や湖沼水を起源とする工業用水には、土壌分解性の有機物を１ｍｇ／Ｌ程度含んでいる場合がある。工業用水は、凝集沈殿、砂ろ過などで処理された後、活性炭塔にて有機物の除去を行う。また昨今、回収水を原水槽に戻し、再度処理を行うことで、水の使用量や排水量を削減しているシステムもある。
活性炭塔は、内部に活性炭を充填して有機物を除去しているが、すべての有機物が活性炭で除去できることはなく、また有機物が活性炭の有機物除去容量を超えると、後段のシステムに有機物が漏れ始める。後段のイオン交換樹脂、特に陰イオン交換樹脂は、土壌分解性の有機物の一種である、タンニン酸や界面活性剤に汚染されると、再生剤で使用した薬品が樹脂に残留し、洗浄に使用する純水量の増加や洗浄時間の延長といった問題が生じる。
図１にタンニン酸鉄で汚染された陰イオン交換樹脂の通薬後の洗浄カーブ、図２に界面活性剤で汚染された陰イオン交換樹脂の通液後の洗浄カーブを示す。Ｙ軸は樹脂塔出口の電気伝導率、Ｘ軸は洗浄開始後の時間を示す。
汚染物質がイオン交換樹脂に吸着することにより、再生薬品の洗浄性が低下し、出口電気伝導度が低下しにくくなる現象が発生する。よって、このような有機物について、樹脂塔前段で有機物量を管理することは、水処理システムを管理する上で重要である。
原水中の有機物量や活性炭塔の有機物の除去能力は、水中の全有機炭素濃度（以降ＴＯＣ濃度）で管理されるのが一般的であるが、ＴＯＣ濃度管理では、有機物の分類は実施できず、樹脂の性能を低下させる可能性がある有機物であるかは評価できない。
有機物の分類及び濃度の把握方法として、有機炭素検出型サイズ排除クロマトグラフ法（ＬＣ−ＯＣＤ）による有機物評価方法が提案されている（特許文献１）。ＬＣ−ＯＣＤは、ゲルろ過クロマトグラフィーの原理を利用して有機物濃度を評価する手法である。ゲルろ過クロマトグラフィーは、化合物による充填剤との親和性や分子の大きさが異なることを利用して有機物の分離を行うものであるが、炭化水素、油分、界面活性剤などの有機物は一般的に測定できないといわれている。
蛍光光度法による有機物評価は、天然水いわゆる河川、湖沼、地下水の有機物評価として実施されている（非特許文献１〜３）。
BUNSEKI KAGAKU Vol.56 pp.143-150(2007)
インターネット：http://www.city.osaka.lg.jp/suido/cmsfiles/contents/0000245/245422/55-7.pdf
BUNSEKI KAGAKU Vol.46 pp.335-342(1997)
北海道大学 衛生工学シンポジウム論文集、9:128-132 (2001)
特許文献１では、フルボ酸と同等の分子量を有する化合物は区別できないため、三次元蛍光分光分析（ＥＥＭ）にてイオン交換樹脂入口水と出口水のスペクトルを観察することが記載されているが、この測定はあくまでも定性分析である。つまり、定性分析の結果、フルボ酸と同等の分子量を有する化合物の存在がないことを確認して、ＬＣ−ＯＣＤでの評価を行っている。
ＬＣ−ＯＣＤでの評価では、前述の通り炭化水素、油分、界面活性剤などの有機物は分画できないために評価できない。さらに、フルボ酸等の腐植質にしても、蛍光分析との併用によって他の同等分子量の成分が存在しない場合にのみ可能である。さらに、ＬＣ−ＯＣＤ分析には１００分近くの時間を要する。
そこで、本発明では水処理システムにおける水中の有機物において特に問題となる腐植質や界面活性剤等について、短時間で簡便に含有量の把握が可能となる評価方法及び該評価方法を適用した水処理システムを提供することを目的とする。
本発明は、水処理システムにおける水中の有機物をＴＯＣ濃度と蛍光光度法による評価法を用いてシステムを管理する方法である。
すなわち、本発明の一態様によれば、
水処理システムにおける水中に含まれる有機物を評価する方法であって、
前記水から有機炭素測定法により測定される有機炭素濃度が異なる複数のサンプルを準備する工程と、
前記複数のサンプルを蛍光光度法により測定し、各有機炭素濃度における特定の有機物の蛍光強度を得る工程と、
前記各有機炭素濃度と前記特定の有機物の各有機炭素濃度における蛍光強度から検量線を得る工程と、
を有し、
蛍光光度法により前記水中の前記特定の有機物の蛍光強度を測定し、水中の前記特定の有機物の同定と、前記検量線に基づいて前記蛍光強度から前記水中の全有機炭素濃度を推定することを特徴とする方法、が提供される。
水処理システムにおける水中に含まれる有機物を評価する方法であって、
前記水から有機炭素測定法により測定される有機炭素濃度が異なる複数のサンプルを準備する工程と、
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前記各有機炭素濃度と前記特定の有機物の各有機炭素濃度における蛍光強度から検量線を得る工程と、
を有し、
蛍光光度法により前記水中の前記特定の有機物の蛍光強度を測定し、水中の前記特定の有機物の同定と、前記検量線に基づいて前記蛍光強度から前記水中の全有機炭素濃度を推定することを特徴とする方法、が提供される。
また、本発明の別の態様によれば、
有機物の含まれる原水を処理する水処理システムであって、
水処理システムに流入する原水及びその下流水の少なくとも一つを採取する機構と、
該採取した水中の有機物炭素濃度を測定する有機物炭素濃度計と、
該採取した水中の蛍光光度法による蛍光強度を測定する蛍光光度計と、
を備え、
前記有機炭素濃度に対する前記蛍光強度の検量線を生成する機構を有することを特徴とする水処理システム、が提供される。
有機物の含まれる原水を処理する水処理システムであって、
水処理システムに流入する原水及びその下流水の少なくとも一つを採取する機構と、
該採取した水中の有機物炭素濃度を測定する有機物炭素濃度計と、
該採取した水中の蛍光光度法による蛍光強度を測定する蛍光光度計と、
を備え、
前記有機炭素濃度に対する前記蛍光強度の検量線を生成する機構を有することを特徴とする水処理システム、が提供される。
本発明によれば、極めて短時間で測定可能な蛍光光度法により特定の有機物の蛍光強度を測定することにより、水処理システムで使用する原水及び下流水中の特定の有機物の同定と同時に、有機物量を把握することができる。
この結果、水処理システムにおける有機物汚染に曝される構成部材のメンテナンス管理が可能となる。
この結果、水処理システムにおける有機物汚染に曝される構成部材のメンテナンス管理が可能となる。
非特許文献１〜３に記載されているように、土壌由来の有機物は、地域によって組成が異なることが一般的に知られており、総称してフミン質といわれている。フミン質とは植物などが微生物によって分解されるときの最終分解生成物で、直鎖の炭化水素と多環芳香族化合物（分子量１００〜１０万程度）の難分解性高分子化合物である。土壌と同じ褐色のフミン酸やフルボ酸があり腐植質ともいう。フミン酸の多くは、凝集沈殿、急速ろ過等による一般的な処理法で除去できるが、フルボ酸等は除去できない。フミン酸は酸に不溶であるが、フルボ酸は酸に可溶でＣＯＯＨ基、ＯＨ基が多く親水性が高く、分子量は小さい。
土壌分解性の有機物を含む水を蛍光光度法にて測定した場合、土壌由来のフルボ酸は、励起波長３０５−３３０ｎｍ／蛍光波長４１５−４３５ｎｍ、励起波長２５５−２７５ｎｍ／蛍光波長４４０−４５５ｎｍに２つのピークが見られる。
図３に、和光純薬製のフミン酸を溶解した溶液の三次元蛍光スペクトルと国際腐植物質学会（ＩＨＳＳ）のフミン酸溶液の三次元蛍光スペクトルを示す。
物質名が同じフミン酸であっても、フミン酸は土壌腐植性物質（腐植質）の総称であるため、蛍光スペクトルのピーク位置が多少異なる。またＴＯＣ濃度０．４ｍｇＣ／Ｌの溶液の励起波長２６０ｎｍ／蛍光波長４３０ｎｍのピーク強度は、前者が３１０、後者が４２と異なる。
物質名が同じフミン酸であっても、フミン酸は土壌腐植性物質（腐植質）の総称であるため、蛍光スペクトルのピーク位置が多少異なる。またＴＯＣ濃度０．４ｍｇＣ／Ｌの溶液の励起波長２６０ｎｍ／蛍光波長４３０ｎｍのピーク強度は、前者が３１０、後者が４２と異なる。
前述のように、腐植質は、それが存在する環境により組成が異なり、蛍光光度法におけるその最大強度および波長位置が異なることは一般的である。そのため、このような腐植質を含む有機物の評価を行うには、同一の水処理システムでの評価が必要であると考えられる。
本発明者は、同一の水処理システムでは、ＴＯＣ濃度と蛍光強度とに相関があると予測し、実際に確認したところ、相関が確認された。
本発明者は、同一の水処理システムでは、ＴＯＣ濃度と蛍光強度とに相関があると予測し、実際に確認したところ、相関が確認された。
全有機炭素量（ＴＯＣ濃度）を測定するための有機物炭素濃度計（ＴＯＣ計）は、有機物を燃焼や紫外線等により酸化させ、変換された炭酸ガスを赤外分析計等で定量することで、試料中の有機物の総量を求めるものである。この時、水中の無機炭素（例えば、炭酸イオン、炭酸水素イオン等）は曝気等により予め除去される。このように、ＴＯＣ計によるＴＯＣ濃度の測定は、その前処理や測定にある程度の時間を要する方法である。
一方、蛍光光度計を用いる分析は、長くても数分間の分析時間で結果を得ることができる。蛍光光度計には、一つの励起波長に対して所定範囲の蛍光波長の強度変化を示す二次元蛍光スペクトルを測定するものと、励起波長を可変して各励起波長に対する蛍光波長の強度変化を示す三次元蛍光スペクトルを測定するものがあるが、本発明では三次元蛍光スペクトルを測定可能な蛍光光度計を用いることが好ましい。
そこで、ＴＯＣ濃度を測定すると共に、そのときの蛍光強度を求め、ＴＯＣ濃度と蛍光強度の検量線を作成し、以降は、蛍光強度のみの測定で、有機物の同定と、有機物濃度の推定とを行う方法を見出した。
本発明に係る評価方法は、例えば、以下を含む。
測定対象の原水等の有機物を含む水（以下、測定対象水という）を複数の希釈倍率で希釈し、有機炭素濃度の異なる複数のサンプル水を準備する。
次に、それぞれのサンプル水の特定の有機物について蛍光光度法によりそれぞれの蛍光強度を求める。蛍光光度法による蛍光強度は濃度と相関することが知られているが、従来、定量分析には用いられておらず、定性分析に用いられているに過ぎなかった。
得られた蛍光強度と有機炭素濃度とから検量線を作成する。
以降は、測定対象水の蛍光強度を測定することで、特定の有機物の同定と、蛍光強度を得られた検量線に照らし合わせることで、測定対象水中の有機物濃度の推定が可能となる。水処理システムに使用する原水、例えば工業用水は、成分比が急激に変化することはないため、時間を要する有機炭素濃度の測定はある程度の期間を空けて随時測定することで、検量線を修正することが好ましい。
測定対象の原水等の有機物を含む水（以下、測定対象水という）を複数の希釈倍率で希釈し、有機炭素濃度の異なる複数のサンプル水を準備する。
次に、それぞれのサンプル水の特定の有機物について蛍光光度法によりそれぞれの蛍光強度を求める。蛍光光度法による蛍光強度は濃度と相関することが知られているが、従来、定量分析には用いられておらず、定性分析に用いられているに過ぎなかった。
得られた蛍光強度と有機炭素濃度とから検量線を作成する。
以降は、測定対象水の蛍光強度を測定することで、特定の有機物の同定と、蛍光強度を得られた検量線に照らし合わせることで、測定対象水中の有機物濃度の推定が可能となる。水処理システムに使用する原水、例えば工業用水は、成分比が急激に変化することはないため、時間を要する有機炭素濃度の測定はある程度の期間を空けて随時測定することで、検量線を修正することが好ましい。
図４は、本発明に係る水処理システムの概要を説明するフロー図である。ここでは、純水製造システムの一例について説明するが、本発明はこれに限定されず、様々な水処理システムに適用できる。
図４に示すように、まず、工業用水などの原水は砂ろ過装置１０により粗ろ過される。ろ過後の被処理水に含まれる不純物は活性炭塔２０にて吸着される。その後、陽イオン交換樹脂を充填したカチオン塔３０にて、被処理水に含まれるカチオン種の除去が行われる。カチオン塔３０を通過した処理水は次の陰イオン交換樹脂を充填したアニオン塔５０でさらに処理されるが、その前に陰イオン交換樹脂に影響する炭酸が脱炭酸塔４０で除去される。
本発明における測定対象水は、原水、砂ろ過出口水、活性炭塔出口水、カチオン塔３０の出口水、脱炭酸塔４０の出口水、アニオン塔５０の出口水のいずれでも良い。
本発明における測定対象水は、原水、砂ろ過出口水、活性炭塔出口水、カチオン塔３０の出口水、脱炭酸塔４０の出口水、アニオン塔５０の出口水のいずれでも良い。
このように、本発明は、有機物の含まれる原水を処理する水処理システムであって、水処理システムに流入する原水及びその下流水の少なくとも一つを採取する機構と、該採取した水中の有機物炭素濃度を測定する有機物炭素濃度計と、該採取した水中の蛍光光度法による蛍光強度を測定する蛍光光度計と、を備え、前記有機炭素濃度に対する前記蛍光強度の検量線を生成する機構を有することを特徴とする水処理システムに関する。
本発明に係る水処理システムは、上記の通り、イオン交換樹脂を充填した樹脂塔を含む水処理システムであることが好ましい。イオン交換樹脂を充填したカチオン塔３０やアニオン塔５０などの樹脂塔における樹脂の汚染度については、入口水と出口水の評価以外に該樹脂塔に充填した樹脂自体の評価も重要となる。しかしながら、実機で評価するには、処理塔に充填した樹脂量が多く、樹脂のサンプリング場所によって有機物の汚染度が異なるため評価が難しく、有機物汚染するまでの時間を要する。そこで、実機に樹脂量１〜３Ｌ程度の樹脂を充填した樹脂塔（カラム）を含む評価装置を別途設置し、有機物汚染量を評価することで、実機における樹脂塔の通薬再生の頻度の最適化を行い、安定した管理を供給する。フルボ酸等の陰イオン交換樹脂への影響の大きい有機物については、陰イオン交換樹脂の劣化を評価する評価装置を設けることが好ましい。この評価装置１００は、図４に示すように、陰イオン交換樹脂を充填したアニオン塔５０の入口の水の一部を取り出して評価することができる。評価装置１００の詳細については実施例３にて説明する。
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
（実験例）
水源を霞ヶ浦としている工業用水の蛍光光度法による分析結果を図５に示す。分析に使用した蛍光光度計および測定条件を以下に示す。
水源を霞ヶ浦としている工業用水の蛍光光度法による分析結果を図５に示す。分析に使用した蛍光光度計および測定条件を以下に示す。
測定機器：分光蛍光光度計 Ｆ−７０００ （日立製）
測定条件：励起開始波長 ２００ｎｍ
励起終了波長 ６００ｎｍ
蛍光開始波長 ２００ｎｍ
蛍光終了波長 ６００ｎｍ
スキャンスピード ６００００ｎｍ／ｍｉｎ
励起側スリット １０．０ｎｍ
蛍光側スリット １０．０ｎｍ
ホトマル電圧 ４００Ｖ
測定条件：励起開始波長 ２００ｎｍ
励起終了波長 ６００ｎｍ
蛍光開始波長 ２００ｎｍ
蛍光終了波長 ６００ｎｍ
スキャンスピード ６００００ｎｍ／ｍｉｎ
励起側スリット １０．０ｎｍ
蛍光側スリット １０．０ｎｍ
ホトマル電圧 ４００Ｖ
図５に示すように、励起波長２５５−２７５ｎｍ／蛍光波長４４０−４５５ｎｍ付近にピークが確認できる。非特許文献１〜４に示されているように、土壌分解性の有機物を含む水を蛍光光度法にて測定した場合、土壌分解性有機物は、励起波長３０５−３３０ｎｍ／蛍光波長４１５−４３５ｎｍ、励起波長２５５−２７５ｎｍ／蛍光波長４４０−４５５ｎｍに２つのピークが見られる。したがって、図５に示すこれらのピークは土壌分解性の有機物に帰属される。
次に、上記工業用水を純水で希釈して複数種のＴＯＣ濃度のサンプルを調製する。同様に各サンプルについて蛍光硬度計で蛍光強度を求める。各ＴＯＣ濃度における蛍光強度（Ｅｘ２７５／Ｅｍ４３０）をプロットした結果を図６に示す。図６に示すように、ＴＯＣ濃度と蛍光強度には相関が確認され、一次近似式からｙ＝７９８．１７ｘ＋１０．５７２の検量線が得られる。
（実施例１）
図７に水処理システムでの腐食性有機物の挙動を示す。ここでは、原水である工業用水を引き込み、砂ろ過、活性炭塔、陽イオン交換樹脂塔、陰イオン交換樹脂塔を経て、純水を製造するシステムについて説明する。本実施例の水処理システムは図４に示す評価装置１００を除く構成を有し、工業用水、砂ろ過出口水、活性炭塔出口水、カチオン塔３０の出口水、アニオン塔５０の出口水のそれぞれについてＴＯＣ濃度と腐植性有機物を対象とした蛍光光度計による測定を行った。ＴＯＣ濃度と蛍光光度計による測定結果はいずれの場合も同様の傾向が得られた。
図７に水処理システムでの腐食性有機物の挙動を示す。ここでは、原水である工業用水を引き込み、砂ろ過、活性炭塔、陽イオン交換樹脂塔、陰イオン交換樹脂塔を経て、純水を製造するシステムについて説明する。本実施例の水処理システムは図４に示す評価装置１００を除く構成を有し、工業用水、砂ろ過出口水、活性炭塔出口水、カチオン塔３０の出口水、アニオン塔５０の出口水のそれぞれについてＴＯＣ濃度と腐植性有機物を対象とした蛍光光度計による測定を行った。ＴＯＣ濃度と蛍光光度計による測定結果はいずれの場合も同様の傾向が得られた。
図８に活性炭塔入口、図９に活性炭塔出口のＴＯＣ濃度と蛍光光度計に通水量による月ごとの推移を示す。活性炭塔の入口においては、変動なく腐植性有機物が存在している。
図９からＴＯＣ濃度、蛍光強度ともに８月〜１１月までは一定で推移しており、活性炭塔から除去容量を超えた土壌腐植性有機物がリークしているのがわかる。１１月中旬に活性炭の入替作業を実施した直後の１２月には、ＴＯＣ濃度および蛍光強度も低下し、活性炭塔からのリークは見られないが、３ヵ月経過した時点でＴＯＣ濃度が１００μｇＣ／Ｌを超過していることから、腐植性物質が活性炭塔よりリークしていると判断する。
図９からＴＯＣ濃度、蛍光強度ともに８月〜１１月までは一定で推移しており、活性炭塔から除去容量を超えた土壌腐植性有機物がリークしているのがわかる。１１月中旬に活性炭の入替作業を実施した直後の１２月には、ＴＯＣ濃度および蛍光強度も低下し、活性炭塔からのリークは見られないが、３ヵ月経過した時点でＴＯＣ濃度が１００μｇＣ／Ｌを超過していることから、腐植性物質が活性炭塔よりリークしていると判断する。
本システムにおいて、脱炭酸塔４０の出口水を、陰イオン交換樹脂を充填した評価装置１００に所定時間通水した。通水後、評価装置１００から陰イオン交換樹脂を抜き出し、その陰イオン交換樹脂を別のカラムに充填した。そして、このカラムに通薬再生後にＳＶ９で純水を通水し、カラムの出口付近の処理水の電気伝導率を測定した。その測定結果を図１０に示す。
図１０より、出口水質が２μＳ／ｃｍに達するまでの時間でイオン交換樹脂の性能を評価した場合、有機物負荷量０ｍｇＣ／Ｌ−Ｒに比べ、負荷量８５０ｍｇＣ／Ｌ−Ｒでは約２倍の時間を要している。例えば１０分を劣化の閾値とした場合、負荷量８５０ｍｇＣ／Ｌ−Ｒは劣化傾向と判断する。負荷量０ｍｇＣ／Ｌ−Ｒ、５５０ｍｇＣ／Ｌ−Ｒ、８５０ｍｇＣ／Ｌ−Ｒの２μＳ／ｃｍへの到達時間から、洗浄に１０分を要する有機物量は、約７５０ｍｇＣ／Ｌ−Ｒとなる。したがって、アニオン塔５０の入口の被処理水に含まれる有機物の濃度が、土壌腐植性有機物のみに基づき判定できれば、濃度とアニオン塔５０の樹脂量より、樹脂劣化にいたる積算流量が算出でき、樹脂の通薬再生の頻度の調整が可能となる。
図１０より、出口水質が２μＳ／ｃｍに達するまでの時間でイオン交換樹脂の性能を評価した場合、有機物負荷量０ｍｇＣ／Ｌ−Ｒに比べ、負荷量８５０ｍｇＣ／Ｌ−Ｒでは約２倍の時間を要している。例えば１０分を劣化の閾値とした場合、負荷量８５０ｍｇＣ／Ｌ−Ｒは劣化傾向と判断する。負荷量０ｍｇＣ／Ｌ−Ｒ、５５０ｍｇＣ／Ｌ−Ｒ、８５０ｍｇＣ／Ｌ−Ｒの２μＳ／ｃｍへの到達時間から、洗浄に１０分を要する有機物量は、約７５０ｍｇＣ／Ｌ−Ｒとなる。したがって、アニオン塔５０の入口の被処理水に含まれる有機物の濃度が、土壌腐植性有機物のみに基づき判定できれば、濃度とアニオン塔５０の樹脂量より、樹脂劣化にいたる積算流量が算出でき、樹脂の通薬再生の頻度の調整が可能となる。
（実施例２）
蛍光光度法により回収水中の有機物の同定を実施した。
図１１の（ａ）〜（ｃ）に、工業用水の三次元蛍光スペクトル、砂ろ過出口水の三次元蛍光スペクトル、活性炭塔出口水の三次元蛍光スペクトルを示す。図１１（ａ）の三次元蛍光スペクトルには、励起波長２３０ｎｍ／蛍光波長３００ｎｍにピークは見られないが、図１１（ｂ）及び（ｃ）の三次元蛍光スペクトルには、ピークが見られる。回収水は、一般的に電気伝導率で管理を行い、原水槽に戻すシステムが多い。工業用水に検出されないピークが、回収水を合流させた砂ろ過出口水で検出された評価事例より、樹脂の有機物による汚染原因を調査する際に、システムの処理工程水を評価することで、回収水の有機物量を低減する工程を追加し、システムの管理が可能となる。
蛍光光度法により回収水中の有機物の同定を実施した。
図１１の（ａ）〜（ｃ）に、工業用水の三次元蛍光スペクトル、砂ろ過出口水の三次元蛍光スペクトル、活性炭塔出口水の三次元蛍光スペクトルを示す。図１１（ａ）の三次元蛍光スペクトルには、励起波長２３０ｎｍ／蛍光波長３００ｎｍにピークは見られないが、図１１（ｂ）及び（ｃ）の三次元蛍光スペクトルには、ピークが見られる。回収水は、一般的に電気伝導率で管理を行い、原水槽に戻すシステムが多い。工業用水に検出されないピークが、回収水を合流させた砂ろ過出口水で検出された評価事例より、樹脂の有機物による汚染原因を調査する際に、システムの処理工程水を評価することで、回収水の有機物量を低減する工程を追加し、システムの管理が可能となる。
図１２に界面活性剤の三次元蛍光スペクトルを示す。界面活性剤を蛍光光度法で測定すると励起波長２３０ｎｍ／蛍光波長３００ｎｍにピークが検出される。（参考文献：「三次元励起・蛍光スペクトル法による下水中の界面活性剤および蛍光増白剤の分析」北海道大学衛生工学シンポジウム論文集、９：１２８−１３２ ２００１（非特許文献４））
図１３（Ａ）、（Ｂ）には、図１１の（ａ）〜（ｃ）に対応する励起波長３２０ｎｍ、２３０ｎｍにおける二次元蛍光スペクトルを示す。図１３（Ａ）における蛍光波長４３０ｎｍのピーク（矢印）は、腐植性有機物のピークであり、工業用水に含まれる有機物が砂ろ過、活性炭で処理され、蛍光強度が減少していることが判る。一方、図１３（Ｂ）における蛍光波長３００ｎｍのピーク（矢印）は、図１２に示すように界面活性剤のピークであり、工業用水の強度（ａ）より回収水と混合した砂ろ過出口水の強度（ｂ）の方が高くなり、それが活性炭塔出口水の強度（ｃ）で低下していることから、界面活性剤が活性炭塔で処理されていることが確認できる。
図１４に界面活性剤のＴＯＣ濃度と蛍光強度の相関を示す。ここでは、界面活性剤を純水で希釈して複数のＴＯＣ濃度のサンプルを調製し、それぞれの蛍光強度を実験例に準じて測定した。蛍光強度は、励起波長２２０ｎｍ／蛍光波長３１０ｎｍの強度で評価した。このように蛍光光度法では、有機物の同定に加え構造既知の物質に関しては、定量分析も可能である。
このように、構造既知の物質についてもその同定と濃度を蛍光分析における蛍光ピークの存在と、その強度から速やかに確認することができる。
このように、構造既知の物質についてもその同定と濃度を蛍光分析における蛍光ピークの存在と、その強度から速やかに確認することができる。
（実施例３）
アニオン塔５０に充填した陰イオン交換樹脂の劣化状況を確認する評価装置１００を用いた実施形態について実施例を挙げて説明する。
アニオン塔５０に充填した陰イオン交換樹脂の劣化状況を確認する評価装置１００を用いた実施形態について実施例を挙げて説明する。
評価装置の概要を図１５に示す。図１５に示すように、評価装置１００は、流路１０１Ａ〜１０１Ｅを有する。流路１０１Ａの一端は脱炭酸塔４０の出口に接続され、流路１０１Ａの他端は連結部１０２に接続されている。流路１０１Ａには減圧弁１０３が設けられている。カチオン塔３０の出口水に含まれる炭酸の陰イオン交換樹脂への影響を除去する目的で、脱炭酸塔４０の出口の水を使用する。アニオン塔５０への通水で使用するポンプの水圧は高圧であるため、減圧弁１０３を使用する。
流路１０１Ｂ〜１０１Ｄの一端は連結部１０２に接続されている。すなわち、流路１０１Ｂ〜１０１Ｄは流路１０１Ａから分岐された流路となる。流路１０１Ｂには連結部１０３側から順に弁１０４Ａ、樹脂搭１０５Ａ、弁１０６Ａ、積算流量計１０７Ａ、ＴＯＣ計１０８Ａ及び蛍光光度計１０９Ａが設けられている。
同様に、流路１０１Ｃには連結部１０２側から順に弁１０４Ｂ、樹脂搭１０５Ｂ、弁１０６Ｂ、積算流量計１０７Ｂ、ＴＯＣ計１０８Ｂ及び蛍光光度計１０９Ｂが設けられている。流路１０１Ｄには連結部１０２側から順に弁１０４Ｃ、樹脂搭１０５Ｃ、弁１０６Ｃ、積算流量計１０７Ｃ、ＴＯＣ計１０８Ｃ及び蛍光光度計１０９Ｃが設けられている。また、流路１０１Ｅには連結部１０２側から順に弁１０４Ｄ、ＴＯＣ計１０８Ｄ及び蛍光光度計１０９Ｄが設けられている。各流路１０１Ｂ〜１０１Ｄに設けられた積算流量計１０７Ａ〜１０７Ｃ、ＴＯＣ計１０８Ａ〜１０８Ｄ、蛍光光度計１０９Ａ〜１０９Ｄより得られたデータは制御部１１０に送られる。制御部１１０は、コンピュータ等により構成され、積算流量計１０７Ａ〜１０７Ｃ、ＴＯＣ計１０８Ａ〜１０８Ｄ、蛍光光度計１０９Ａ〜１０９Ｄから得られたデータを取得する。制御部１１０は、取得したデータに基づき有機炭素濃度に対する蛍光強度の検量線を生成し、保持する。なお、制御部１１０は複数設けられていても良い。
弁１０４Ａ〜１０４Ｃの各々は樹脂搭１０５Ａ〜１０５Ｃのそれぞれに被処理水を流入させる際に開状態とされ、弁１０４ＤはＴＯＣ計に被処理水を流入させる際に開状態とされる。アニオン塔５０に充填されている樹脂と同種類の樹脂が、樹脂搭１０５Ａ〜１０５Ｃに充填されている。樹脂搭１０５Ａ〜１０５Ｃの充填容量は、アニオン塔５０の充填容量よりも小さい。樹脂搭１０５Ａ〜１０５Ｃへの通水速度が低速、中速、高速（０．３Ｌ／分〜３Ｌ／分）になるように、弁１０６Ａ〜弁１０６Ｃの開度は調整されている。
次に、評価装置１００の動作について説明する。先ず、脱炭酸塔４０の出口からの被処理水は、流路１０１Ａを介して減圧弁１０３へと流入して減圧される。その後、被処理水は流路１０１Ｂ〜１０１Ｅへと導入される。流路１０１Ｂ〜１０１Ｄにおいては、開状態とされた弁１０４Ａ〜１０４Ｃを介して、弁１０６Ａ〜１０６Ｃにより調整された流速で被処理水は樹脂塔１０５Ａ〜１０５Ｃに流入される。そして、それぞれの樹脂塔１０５Ａ〜１０５Ｃの出口からの処理水は、積算流量計１０７Ａ〜１０７Ｃ、ＴＯＣ計１０８Ａ〜１０８Ｃ、蛍光光度計１０９Ａ〜１０９Ｃへと供給され、積算流量、ＴＯＣ濃度および蛍光強度が測定される。一方、流路１０１Ｅにおいては、開状態とされた弁１０４Ｄを介して、ＴＯＣ計１０８Ｄ及び蛍光光度計１０９Ｄに供給され、ＴＯＣ濃度および蛍光強度が測定される。
前述のように樹脂塔１０５Ａ〜１０５Ｃの通水速度は低速、中速、高速と設定されているため、樹脂塔１０５Ａ〜１０５Ｃの被処理水の通水開始から短期間で有機物の汚染量の違う複数の樹脂試料を作製できる。
本装置によれば、樹脂塔１０５Ａ〜１０５Ｃの入口および出口の有機物濃度と、樹脂塔１０５Ａ〜１０５Ｃの出口の積算流量に基づき、各樹脂搭１０５Ａ〜１０５Ｃ内の樹脂に付着した有機物濃度を算出できる。ここで、樹脂塔１０５Ａ〜１０５Ｃの入口および出口の有機物濃度は、蛍光光度計１０９Ａ〜１０９Ｃと、予め求めた検量線（有機炭素濃度に対する蛍光強度）に基づき算出される。また、樹脂塔１０５Ａ〜１０５Ｃの出口の積算流量は、積算流量計１０７Ａ〜１０７Ｃにより得られる。なお、樹脂塔１０５Ａ〜１０５Ｃの入口および出口の有機物濃度は、ＴＯＣ計１０８Ａ〜１０８Ｄによっても得ることも可能である。
更に、通水したイオン交換樹脂の通薬再生後の洗浄液の水質を評価し、有機物の付着量と洗浄性低下の相関関係を得ることで、実機の再生工程の最適な管理が可能となる。また、再生液中の有機物の分類の評価や樹脂からの有機物の脱離量を評価することが可能となる。
脱炭酸塔４０の出口水の三次元蛍光スペクトルを図１６、低流量の樹脂塔１０５Ａの出口水の三次元蛍光スペクトルを図１７、高流量の樹脂塔１０５Ｃの出口水の三次元蛍光スペクトルを図１８に示す。なお、低流量の樹脂塔１０５Ａには、イオン交換樹脂１Ｌあたり８００Ｌ、中流量の樹脂塔１０５Ｂには樹脂１Ｌあたり１６００Ｌ、高流量の樹脂塔１０５Ｃには、樹脂１Ｌあたり１００００Ｌ通水した。
図１６の結果では、脱炭酸塔４０の出口水には土壌分解性の有機物のピークと界面活性剤のピークが見られたが、図１７及び図１８の結果では、通水量が多くなっても土壌分解性の有機物が樹脂塔の出口で検出されず、イオン交換樹脂に蓄積されていることがわかる。界面活性剤のピークは、図１８に示すように通水量が多くなると検出される。図１９に通水量と励起波長２３０ｎｍの二次元蛍光波長スペクトルとの関係を示す。ａは低流量、ｂが中流量、ｃが高流量を示す。中流量及び高流量では３００ｎｍに蛍光波長のピークが確認され、通水量が多くなると界面活性剤の蛍光強度は高くなることが判る。
また、各樹脂塔からイオン交換樹脂を回収し、回収した樹脂を分析することによって樹脂を汚染した有機物の量や分類を行うこともできる。
さらに、本装置にて、有機物で汚染させた樹脂に通薬再生を行い、再生液を分析した結果を図２０に示す。蛍光光度法は、セルに試料を入れて測定を行う装置であるため、セルを侵食する薬品でなければ測定が可能である。今回通薬再生に使用した薬品は２％水酸化ナトリウム水溶液である。
土壌腐食性の有機物の特徴である、励起波長３２０−３５０／蛍光波長４１５−４４０ｎｍ、励起波長２５５−２７５ｎｍ／蛍光波長４４０−４５５ｎｍ付近に２つのピークが得られる。再生液のＴＯＣ濃度を測定し、樹脂への有機物負荷量を把握することで、通薬再生で樹脂への有機物蓄積量を算出し、アニオン塔の通薬再生のタイミングの最適化や樹脂交換の予測が可能となる。また、本実施例の方法及び評価装置は、アニオン塔に限定されず、カチオン塔についても適用することができる。
１０ 砂ろ過装置
２０ 活性炭塔
３０ カチオン塔
４０ 脱炭酸塔
５０ アニオン塔
１００ 水処理システムの評価装置
１０１Ａ〜１０１Ｅ 流路
１０２ 連結部
１０３ 減圧弁
１０４Ａ〜１０４Ｄ 弁
１０５Ａ〜１０５Ｃ 樹脂塔
１０６Ａ〜１０６Ｃ 流量調節弁
１０７Ａ〜１０７Ｃ 積算、瞬間流量計
１０８Ａ〜１０８Ｄ ＴＯＣ計
１０９Ａ〜１０９Ｄ 蛍光光度計
１１０ 制御部
２０ 活性炭塔
３０ カチオン塔
４０ 脱炭酸塔
５０ アニオン塔
１００ 水処理システムの評価装置
１０１Ａ〜１０１Ｅ 流路
１０２ 連結部
１０３ 減圧弁
１０４Ａ〜１０４Ｄ 弁
１０５Ａ〜１０５Ｃ 樹脂塔
１０６Ａ〜１０６Ｃ 流量調節弁
１０７Ａ〜１０７Ｃ 積算、瞬間流量計
１０８Ａ〜１０８Ｄ ＴＯＣ計
１０９Ａ〜１０９Ｄ 蛍光光度計
１１０ 制御部
Claims (9)
- 水処理システムにおける水中に含まれる有機物を評価する方法であって、
前記水から有機炭素測定法により測定される有機炭素濃度が異なる複数のサンプルを準備する工程と、
前記複数のサンプルを蛍光光度法により測定し、各有機炭素濃度における特定の有機物の蛍光強度を得る工程と、
前記各有機炭素濃度と前記特定の有機物の各有機炭素濃度における蛍光強度から検量線を得る工程と、
を有し、
蛍光光度法により前記水中の前記特定の有機物の蛍光強度を測定し、水中の前記特定の有機物の同定と、前記検量線に基づいて前記蛍光強度から前記水中の全有機炭素濃度を推定することを特徴とする方法。 - 前記蛍光強度は、三次元蛍光強度である請求項１に記載の方法。
- 前記特定の有機物が、腐植質又は界面活性剤である、請求項１又は２に記載の方法。
- 前記水処理システムは、イオン交換樹脂を充填した樹脂塔を含む、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
- 前記樹脂塔への入口水と出口水を評価することによって、イオン交換樹脂のメンテナンス時期を評価する請求項４に記載の方法。
- 前記樹脂塔に充填されるイオン交換樹脂の再生液を用いて再生し、樹脂塔出口の再生液を評価する請求項４に記載の方法。
- 有機物の含まれる原水を処理する水処理システムであって、
水処理システムに流入する原水及びその下流水の少なくとも一つを採取する機構と、
該採取した水中の有機物炭素濃度を測定する有機物炭素濃度計と、
該採取した水中の蛍光光度法による蛍光強度を測定する蛍光光度計と、
を備え、
前記有機炭素濃度に対する前記蛍光強度の検量線を生成する機構を有することを特徴とする水処理システム。 - 前記蛍光光度計は、三次元蛍光強度が測定可能な装置である請求項７に記載の水処理システム。
- イオン交換樹脂を充填した樹脂塔を含む、請求項７又は８に記載の水処理システム。
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