JP2019132702A - Analytical method for water-soluble selenium and wastewater treatment system for selenium-containing wastewater using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、セレン化水素ガス検知器を利用し水溶性セレンの定量分析方法並びにそれを利用したセレン含有排水の排水処理システムに関する。さらに詳述すると、本発明は、硫黄化合物を含む排水、例えば石炭火力発電所から排出される脱硫排水等に含まれる6価セレンを定量分析するに有用な水溶性セレンの分析方法並びにそれを利用したセレン含有排水の排水処理システムに関する。 The present invention relates to a method for quantitative analysis of water-soluble selenium using a hydrogen selenide gas detector and a wastewater treatment system for selenium-containing wastewater using the same. More specifically, the present invention relates to a method for analyzing water-soluble selenium useful for quantitative analysis of hexavalent selenium contained in wastewater containing sulfur compounds, for example, desulfurization wastewater discharged from a coal-fired power plant, and the like. The present invention relates to a wastewater treatment system for selenium-containing wastewater.
排水中のセレン含有量については、排水基準によって厳しく規制されており、その排水基準値を遵守するために排水中のセレン濃度の継続的な監視及び管理が必要となる。例えば、電気事業においては、石炭火力発電所の排煙脱硫排水には石炭に含まれる微量のセレンに起因して水溶性セレン(4価セレン:SeO3 2−、6価セレン:SeO4 2−)が含まれ、その水溶性セレン濃度が使用する炭種等によって変動することから、水溶性セレン濃度を適切に現場で継続的に監視・管理し、水溶性セレン濃度を低減するための適切な対策等を講じる必要があり、セレン濃度を現場で自動監視するプロセスモニターが求められている。 The selenium content in the wastewater is strictly regulated by the wastewater standards, and continuous monitoring and management of the selenium concentration in the wastewater is required to comply with the wastewater standard values. For example, in the electric power business, the flue gas desulfurization effluent of a coal-fired power plant has water-soluble selenium (tetravalent selenium: SeO 3 2− , hexavalent selenium: SeO 4 2− due to a small amount of selenium contained in the coal. ) And the water-soluble selenium concentration varies depending on the type of coal used, etc., so it is appropriate to continuously monitor and manage the water-soluble selenium concentration on site and to reduce the water-soluble selenium concentration. It is necessary to take measures, and a process monitor that automatically monitors the selenium concentration on site is required.
一般に、水溶性セレンの分析に関しては、公定法で定められているが、公定法による分析には時間がかかり過ぎると共に大がかりな設備を必要とするため、現場での排水中のセレン濃度の継続的な監視及び管理には適していないという問題がある。セレン濃度を現場で監視する自動測定機(プロセスモニター)を実現するためには、排水基準値をカバーできる検出感度があり、使用する薬品の管理が容易であること、ランニングコストが低いこと、測定器およびユーティリティが大型・高価にならないことを兼ね備え、しかも、迅速かつ簡易にセレンの定量分析を行うことができる手法の確立が急務である。 In general, analysis of water-soluble selenium is stipulated by the official method, but analysis by the official method takes too much time and requires large-scale equipment, so the selenium concentration in the wastewater at the site continues. There is a problem that it is not suitable for proper monitoring and management. In order to realize an automatic measuring machine (process monitor) that monitors the selenium concentration on site, it has detection sensitivity that can cover the wastewater standard value, easy management of chemicals used, low running cost, measurement There is an urgent need to establish a method that enables the quantitative analysis of selenium to be performed quickly and easily, as well as having a large and expensive instrument and utility.
そこで、本件出願人は、公定法に代わる簡易測定手法として、排水中の4価のセレンを水素化ホウ素ナトリウムと反応させてセレン化水素に還元気化させ、市販のガスセンサー・セレン化水素ガス検知器を用いて検出し、予め既知のセレン濃度から得られた検量線に基づいて分析用試料に溶存している4価のセレン濃度を定量分析する簡易な分析法を提案している(特許文献1参照)。 Therefore, as a simple measurement method that replaces the official method, the applicant of the present invention reacts tetravalent selenium in the wastewater with sodium borohydride to reduce it to hydrogen selenide, which is a commercially available gas sensor / hydrogen selenide gas detection. We propose a simple analysis method for quantitative analysis of tetravalent selenium concentration dissolved in an analytical sample based on a calibration curve obtained from a known selenium concentration in advance (Patent Document) 1).
しかしながら、脱硫排水中には、4価セレンのみならず6価セレンも含まれる場合もあれば、硫黄化合物が含まれる場合もある。このような排水(採取した検査用の試料)に対して酸性条件下で水素化ホウ素ナトリウム(NaBH4)を加えて水素化処理を行うと、4価セレンがセレン化水素になると同時に硫黄化合物に由来する硫化水素も発生してしまうこととなる。セレン化水素ガス検知器は、硫化水素にもセレン化水素と同等の感度を有することから、硫化水素が妨害成分(妨害物質)となってセレン化水素だけを測定することができない問題が生ずる。即ち、セレン化水素ガス検知器を利用したセレンモニターでは、排水中に硫黄化合物が存在すると、硫化水素の妨害によってセレン化水素を正確に測定できず、正確な分析値を得られない場合がある。しかも、排水に6価セレンが含まれていても、その濃度を求めることができない。 However, desulfurization waste water may contain not only tetravalent selenium but also hexavalent selenium, and may contain sulfur compounds. When such wastewater (collected sample for inspection) is subjected to hydrogenation treatment under the acidic condition by adding sodium borohydride (NaBH 4 ), tetravalent selenium becomes hydrogen selenide and at the same time becomes a sulfur compound. The derived hydrogen sulfide will also be generated. Since the hydrogen selenide gas detector has the same sensitivity to hydrogen sulfide as hydrogen selenide, hydrogen sulfide becomes a disturbing component (interfering substance), resulting in a problem that only hydrogen selenide cannot be measured. That is, in a selenium monitor using a hydrogen selenide gas detector, if there is a sulfur compound in the wastewater, hydrogen selenide cannot be measured accurately due to the interference with hydrogen sulfide, and accurate analytical values may not be obtained. . Moreover, even if hexavalent selenium is contained in the waste water, the concentration cannot be obtained.
そこで、本件出願人は、排水に過マンガン酸カリウム(KMnO4)と硫酸とを添加して加熱することにより、排水中の硫黄化合物を酸化分解して安定な硫酸イオンとすると共に、4価セレンを酸化して6価セレンとし、その後塩酸を添加して加熱し6価セレンを4価セレンに還元する還元処理で全セレンを4価セレンに揃え、その後排水に含まれる4価セレンを水素化ホウ素ナトリウムと反応させてセレン化水素ガスを発生させ、このセレン化水素ガスをセレン化水素ガス検知器に導いて、セレン化水素ガス検知器により検出された信号値に基づいて、排水の全セレン濃度を定量分析することを提案している(特許文献2参照)。 Therefore, the applicant of the present invention added potassium permanganate (KMnO 4 ) and sulfuric acid to the wastewater and heated them to oxidatively decompose the sulfur compounds in the wastewater into stable sulfate ions, and tetravalent selenium. Is oxidized to hexavalent selenium, then added with hydrochloric acid and heated to reduce all hexavalent selenium to tetravalent selenium by reducing the hexavalent selenium to tetravalent selenium, and then hydrogenate the tetravalent selenium contained in the waste water. It reacts with sodium boron to generate hydrogen selenide gas, which is then introduced to a hydrogen selenide gas detector, and based on the signal value detected by the hydrogen selenide gas detector, Proposed to quantitatively analyze the concentration (see Patent Document 2).
しかしながら、特許文献2記載のセレン化水素ガス検知器を利用したセレンモニターは、排水中の全セレン(4価セレンと6価セレンとが合算されたもの)の濃度を定量分析することはできるが、4価セレンだけあるいは6価セレンだけを定量分析することはできない。 However, the selenium monitor using the hydrogen selenide gas detector described in Patent Document 2 can quantitatively analyze the concentration of all selenium (a sum of tetravalent selenium and hexavalent selenium) in the waste water. Only tetravalent selenium or hexavalent selenium cannot be quantitatively analyzed.
ところが、4価セレンは通常の排水処理(凝集沈殿処理)によって除去できるのに対し、6価セレンは処理が難しく、専用の排水処理設備において6価セレンを4価セレンもしくは金属セレンに還元する必要がある。それにも拘わらず石炭火力発電所の排煙脱硫排水には、含まれる6価と4価のセレンの割合が定まっておらず、6価と4価のセレンが半分半分のケースもあれば、6価セレンが大部分を占めるケースもある。このことから、セレン処理設備を効率的に運用するためには、処理対象である6価セレンの濃度の精確なモニタリング(定量分析)が有効であり、排水のセレン濃度を化学形態別に自動測定する技術(化学形態別セレンモニター)が求められる。 However, while tetravalent selenium can be removed by ordinary wastewater treatment (coagulation sedimentation treatment), hexavalent selenium is difficult to treat, and it is necessary to reduce hexavalent selenium to tetravalent selenium or metal selenium in a dedicated wastewater treatment facility. There is. Nevertheless, the proportion of hexavalent and tetravalent selenium contained in the flue gas desulfurization effluent of coal-fired power plants is not fixed, and in some cases the valence of selenium in six and four valences is halved. In some cases, selenium occupies the majority. Therefore, in order to efficiently operate the selenium treatment facility, accurate monitoring (quantitative analysis) of the concentration of hexavalent selenium to be treated is effective, and the selenium concentration of wastewater is automatically measured by chemical form. Technology (selenium monitor by chemical form) is required.
そこで、本発明は、セレン化水素ガス検知器を利用して排水中の6価セレン濃度を簡易に定量分析し得る水溶性セレンの分析方法を提供することを目的とする。また、本発明は、セレン処理設備を効率的に運用し得るセレン含有排水の排水処理システムを提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the analysis method of the water-soluble selenium which can carry out the quantitative analysis of the hexavalent selenium density | concentration in waste water easily using a hydrogen selenide gas detector. Another object of the present invention is to provide a wastewater treatment system for selenium-containing wastewater that can efficiently operate selenium treatment equipment.
かかる課題を解決するため、本願発明の水溶性セレン分析方法は、脱硫排水から採取された分析用試料に水素化ホウ素ナトリウムと塩酸とを添加して常温で反応させ分析用試料中の4価セレンをセレン化水素ガスとして分析用試料中から離脱させると同時に分析用試料中の硫黄化合物も硫化水素ガスとして分析用試料中から離脱させる水素化除去工程と、セレン化水素ガス並びに硫化水素ガスを除去した分析用試料中にさらに塩酸を添加して加熱し分析用試料中に残存する6価のセレンを4価セレンに還元する塩酸還元工程と、さらに6価のセレンを4価セレンに還元させた分析用試料に水素化ホウ素ナトリウムを添加して常温下で反応させセレン化水素ガスを発生させるセレン水素化工程とを有し、セレン水素化工程で発生したセレン化水素ガスをセレン化水素ガス検知器に導いて等価6価セレン濃度を定量分析するようにしている。 In order to solve such a problem, the water-soluble selenium analysis method of the present invention is based on tetravalent selenium in an analysis sample by adding sodium borohydride and hydrochloric acid to an analysis sample collected from desulfurization effluent and reacting at room temperature. Is removed from the sample for analysis as hydrogen selenide gas, and at the same time the sulfur compound in the sample for analysis is also separated from the sample for analysis as hydrogen sulfide gas, and the hydrogen selenide gas and hydrogen sulfide gas are removed. Further, hydrochloric acid is added to the analyzed sample and heated to reduce the hexavalent selenium remaining in the analyzed sample to tetravalent selenium, and the hexavalent selenium is further reduced to tetravalent selenium. Selenide water generated in the selenium hydrogenation process, comprising adding sodium borohydride to the sample for analysis and reacting at room temperature to generate hydrogen selenide gas. So that quantitative analysis of the equivalent hexavalent selenium concentrations lead gas to a hydrogen selenide gas detectors.
また、本発明のセレン含有排水の排水処理システムは、6価セレン専用排水処理設備と4価セレンを処理する凝集沈殿排水処理設備とを備える排水処理ラインに、6価セレン濃度を定量化する6価セレン濃度定量化ラインと全セレン濃度を定量化する全セレン濃度定量化ラインとの2つのセレンモニター並びに排水の流路を切り替える制御部とを備え、6価セレン濃度定量化ラインは、排水から採取された分析用試料に対し、水素化ホウ素ナトリウムと塩酸とを添加して反応させ分析用試料中の4価セレンをセレン化水素ガスとして排水中から離脱させると同時に分析用試料中の硫黄化合物も硫化水素ガスとして分析用試料中から離脱させる水素化除去部と、セレン化水素ガス並びに硫化水素ガスを除去した分析用試料にさらに塩酸を添加して加熱し分析用試料中に残存する6価のセレンを4価セレンに還元する塩酸還元部と、さらに6価のセレンを4価セレンに還元させた分析用試料に水素化ホウ素ナトリウムを添加して常温で反応させセレン化水素ガスを発生させるセレン水素化部と、セレン化水素ガスを検知して等価6価セレン濃度を求めるセレン化水素ガス検知器とを有し、全セレン濃度定量化ラインは、排水から採取された分析用試料に対し、過マンガン酸カリウムと硫酸とを添加して加熱する酸化処理部と、塩酸を添加して加熱し6価セレンを4価セレンに還元する還元処理部と、分析用試料に含まれる4価セレンを水素化ホウ素ナトリウムと反応させてセレン化水素ガスを発生させるセレン水素化部と、このセレン化水素ガスを検知して分析用試料の全セレン濃度を求めるセレン化水素ガス検知器とを有し、制御部は、全セレン濃度定量化ラインで検出した全セレン濃度が排水基準を満たしていると判断したときにはセレン専用排水処理設備をバイパスさせて排水し、全セレン濃度が排水基準を満たしておらず且つ6価セレン濃度定量化ラインで検出される等価6価セレン濃度が排水基準を満たさないときには6価セレン専用排水処理設備と凝集沈殿排水処理設備とでセレン除去処理を施してから排水し、全セレン濃度が排水基準を満たしていないが、等価6価セレン濃度が未検出のときあるいは検出された等価6価セレン濃度が排水基準を満たすときには6価セレン専用排水処理設備をバイパスさせて凝集沈殿排水処理設備で4価セレンを除去してから排水するようにしている。 The selenium-containing wastewater treatment system of the present invention quantifies the concentration of hexavalent selenium in a wastewater treatment line equipped with a wastewater treatment facility exclusively for hexavalent selenium and a coagulation sedimentation wastewater treatment facility for treating tetravalent selenium. Equipped with two selenium monitors, a selenium concentration quantification line and a total selenium concentration quantification line that quantifies the total selenium concentration, and a control unit that switches the drainage flow path. To the collected sample for analysis, sodium borohydride and hydrochloric acid are added and reacted to release tetravalent selenium in the sample for analysis from the wastewater as hydrogen selenide gas and at the same time sulfur compounds in the sample for analysis Hydrochloric acid is also added to the hydrogenation removal section that separates from the analysis sample as hydrogen sulfide gas, and the analysis sample from which hydrogen selenide gas and hydrogen sulfide gas have been removed. Heating and reducing the 6-valent selenium remaining in the sample for analysis to hydrochloric acid reducing part, and further adding sodium borohydride to the sample for analysis obtained by reducing 6-valent selenium to tetravalent selenium It has a selenium hydrogenation section that reacts at room temperature to generate hydrogen selenide gas, and a hydrogen selenide gas detector that detects hydrogen selenide gas and obtains equivalent hexavalent selenium concentration. , An oxidation treatment part for adding potassium permanganate and sulfuric acid to the sample for analysis collected from waste water and heating, and a reduction treatment part for adding and heating hydrochloric acid to reduce hexavalent selenium to tetravalent selenium A selenium hydrogenation unit that reacts tetravalent selenium contained in the analysis sample with sodium borohydride to generate hydrogen selenide gas, and detects the hydrogen selenide gas to determine the total selenium concentration in the analysis sample. When the control unit determines that the total selenium concentration detected by the total selenium concentration quantification line meets the effluent standards, the selenium wastewater treatment facility is bypassed to If the total selenium concentration does not meet the wastewater standard and the equivalent hexavalent selenium concentration detected by the hexavalent selenium concentration quantification line does not meet the wastewater standard, the wastewater treatment facility exclusively for hexavalent selenium and the coagulation sedimentation wastewater treatment facility The selenium removal treatment is performed and then drained, and the total selenium concentration does not meet the drainage standard, but when the equivalent hexavalent selenium concentration has not been detected or when the detected equivalent hexavalent selenium concentration satisfies the drainage standard, 6 The wastewater treatment equipment dedicated to selenium is bypassed and the selenium is drained after the tetravalent selenium is removed by the coagulation sedimentation wastewater treatment equipment.
請求項1記載の発明によれば、分析用試料に対し水素化ホウ素ナトリウムと塩酸とを添加して常温で反応させることにより、分析用試料中の4価セレンがセレン化水素ガスとなって分析用試料中から離脱し、同時にセレン化水素ガス検知器の測定妨害要因となる分析用試料中の不安定な硫黄化合物も硫化水素(ガス)となって分析用試料中から離脱する。結果、分析用試料中には6価セレンのみが残ることから、これを塩酸還元工程で四価セレンに還元してから、再び水素化ホウ素ナトリウムを添加して反応させセレン化水素ガスを発生させ、このセレン化水素ガスをセレン化水素ガス検知器に導いて、セレン化水素ガス検知器により検出された信号値に基づいて、等価6価セレン濃度を求めることができる。つまり、本発明にかかる方法によれば、6価セレン濃度を直接的に定量分析できる。 According to the first aspect of the invention, sodium borohydride and hydrochloric acid are added to the analytical sample and reacted at room temperature, whereby the tetravalent selenium in the analytical sample is analyzed as hydrogen selenide gas. At the same time, the unstable sulfur compound in the analytical sample that becomes a measurement disturbing factor of the hydrogen selenide gas detector is also separated from the analytical sample as hydrogen sulfide (gas). As a result, since only hexavalent selenium remains in the sample for analysis, this is reduced to tetravalent selenium in the hydrochloric acid reduction step, and sodium borohydride is added again to react to generate hydrogen selenide gas. The hydrogen selenide gas is introduced into a hydrogen selenide gas detector, and an equivalent hexavalent selenium concentration can be obtained based on the signal value detected by the hydrogen selenide gas detector. That is, according to the method of the present invention, the hexavalent selenium concentration can be directly quantitatively analyzed.
請求項2記載の発明によれば、分析用試料から採取された分析用試料の一部を使って6価セレン濃度を直接的に定量分析する一方で、分析用試料の一部を使って全セレン濃度を直接的に定量分析できるので、脱硫排水システムのセレン処理設備の適切な運用を可能とすることができる。つまり、6価セレン処理が不要である場合には、6価セレン専用排水処理設備をバイパスさせることで排水処理経費を節減できる。 According to the second aspect of the present invention, the hexavalent selenium concentration is directly and quantitatively analyzed using a part of the analytical sample collected from the analytical sample, while the whole part of the analytical sample is used for the quantitative analysis. Since the selenium concentration can be directly quantitatively analyzed, it is possible to appropriately operate the selenium treatment facility of the desulfurization drainage system. That is, when the hexavalent selenium treatment is unnecessary, the wastewater treatment cost can be reduced by bypassing the hexavalent selenium dedicated wastewater treatment facility.
以下、本発明の構成を図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the drawings.
図1に、本発明にかかる排水中の六価セレンを定量分析する水溶性セレンの分析方法の工程の一実施形態を示す。この実施形態にかかる水溶性セレン分析方法は、脱硫排水から採取された分析用試料Aに対し、水素化ホウ素ナトリウムと塩酸とを添加して常温で反応させることにより、分析用試料中の4価セレンをセレン化水素ガスとして分析用試料中から離脱させると同時にセレン化水素ガス検知器の測定妨害要因となる分析用試料中の不安定な硫黄化合物も硫化水素ガスとして分析用試料中から離脱させる水素化除去工程S1と、4価セレン及び硫黄化合物を除去した分析用試料(以下、水素化除去済み分析用試料Bと呼ぶ)中に塩酸を添加して加熱し残存する6価のセレンを4価セレンに還元させる塩酸還元工程S2と、さらに塩酸還元処理後の分析用試料(以下、還元処理済み分析用試料Cと呼ぶ)に水素化ホウ素ナトリウムを添加して反応させセレン化水素ガスを発生させるセレン水素化工程S3と、セレン水素化工程S3において得られたセレン化水素ガスを図示していないセレン化水素ガス検知器に導いてセレン化水素ガス検知器により検出された信号値に基づいて等価6価セレン濃度を定量分析する分析工程(図示省略)とを有している。尚、還元処理済み分析用試料Cに水素化ホウ素ナトリウムを添加してセレン化水素ガスを発生させた分析用試料を水素化済み分析用試料Dと呼ぶ。 FIG. 1 shows an embodiment of a process of a water-soluble selenium analysis method for quantitatively analyzing hexavalent selenium in waste water according to the present invention. In the water-soluble selenium analysis method according to this embodiment, sodium borohydride and hydrochloric acid are added to a sample A for analysis collected from desulfurization effluent and reacted at room temperature, whereby tetravalent in the sample for analysis is added. Selenium is separated from the sample for analysis as hydrogen selenide gas, and at the same time, unstable sulfur compounds in the sample for analysis that interfere with the measurement of the hydrogen selenide gas detector are also separated from the sample for analysis as hydrogen sulfide gas. Hydrochloric acid is added to the hydrogenation removing step S1 and the analytical sample from which tetravalent selenium and sulfur compounds have been removed (hereinafter referred to as hydrogenated and removed analytical sample B) and heated to convert the remaining hexavalent selenium to 4 Hydrochloric acid reduction step S2 for reducing to selenium valent, and further, the sodium borohydride is added to the analytical sample after the hydrochloric acid reduction treatment (hereinafter referred to as analytical sample C after the reduction treatment) and reacted. Selenium hydrogenation step S3 for generating hydrogen selenide gas, and the hydrogen selenide gas obtained in the hydrogen selenide step S3 are guided to a hydrogen selenide gas detector (not shown) and detected by the hydrogen selenide gas detector. And an analysis step (not shown) for quantitatively analyzing the equivalent hexavalent selenium concentration based on the obtained signal value. An analytical sample in which sodium borohydride is added to the analytical sample C after reduction treatment to generate hydrogen selenide gas is referred to as a hydrogenated analytical sample D.
脱硫排水例えば石炭火力発電所の排煙脱硫分析用試料Aには石炭に含まれる微量のセレンに起因して水溶性セレン(4価セレン:SeO3 2−、6価セレン:SeO4 2−)並びに硫黄化合物が含まれているが、4価セレン及び硫黄化合物の水素化除去処理において4価セレン及び硫黄化合物が水素化されてセレン化水素ガスと硫化水素ガスとして飛ばされ除去される結果、水素化除去済み分析用試料Bには6価セレンのみが残る。同時に、セレン化水素ガス検知器でセレン化ガスを測定する際の妨害物質となる不安定な硫黄化合物を予め硫化水素として除去しておくことでその影響を取り除くことができる。そこで、水素化除去済み分析用試料Bに塩酸を添加して加熱して分析用試料中に残存する6価セレンを塩酸還元工程で4価セレンに還元してから(還元処理済み分析用試料C)、再び水素化ホウ素ナトリウムを添加して反応させセレン化水素ガスを発生させる。そして、このセレン化水素ガスをセレン化水素ガス検知器に導いて、セレン化水素ガス検知器により検出された信号値に基づいて、予め求められている検量線(例えば図6参照)を利用して等価6価セレン濃度を求めることができる。つまり、本発明にかかる水溶性セレンの分析方法によれば、6価セレン濃度を直接的に定量分析できる。 Desulfurization wastewater, for example, sample A for flue gas desulfurization analysis of coal-fired power plant, water-soluble selenium (tetravalent selenium: SeO 3 2− , hexavalent selenium: SeO 4 2− ) due to a small amount of selenium contained in coal. As a result of hydrogenation and removal of tetravalent selenium and sulfur compounds as hydrogen selenide gas and hydrogen sulfide gas in the hydrogenation removal treatment of tetravalent selenium and sulfur compounds. Only hexavalent selenium remains in the analytical sample B which has been converted to be removed. At the same time, it is possible to remove the influence by removing in advance an unstable sulfur compound that becomes an interfering substance when measuring the selenization gas with a hydrogen selenide gas detector as hydrogen sulfide. Therefore, hydrochloric acid is added to the hydrogenated analytical sample B and heated to reduce hexavalent selenium remaining in the analytical sample to tetravalent selenium in the hydrochloric acid reduction step (reduced analytical sample C). ), Again, sodium borohydride is added and reacted to generate hydrogen selenide gas. Then, the hydrogen selenide gas is guided to the hydrogen selenide gas detector, and a calibration curve (see, for example, FIG. 6) obtained in advance based on the signal value detected by the hydrogen selenide gas detector is used. Thus, the equivalent hexavalent selenium concentration can be obtained. That is, according to the method for analyzing water-soluble selenium according to the present invention, the hexavalent selenium concentration can be directly quantitatively analyzed.
これによって、本願出願人によって既に確立された全セレン濃度を定量分析できるセレンモニター(特許文献2)と併用することで、脱硫排水中のセレンを化学形態別に測定することが可能となる。即ち、セレン化水素ガス検知器(ガスセンサと呼ぶ。)を利用した化学形態別水溶性セレンの分析システムを、6価セレン濃度を定量化する処理工程と、全セレン濃度を定量化する処理工程とで構成すれば、6価セレン定量化処理工程で求められた等価6価セレン濃度と、全セレン定量化処理工程において求められた全セレン濃度とを求めることができる。したがって、この2系統のセレンモニターを利用して脱硫排水システムのセレン処理設備の適切な運用を可能とすることができる。 This makes it possible to measure selenium in desulfurized effluent by chemical form by using it together with a selenium monitor (Patent Document 2) that can quantitatively analyze the total selenium concentration already established by the applicant of the present application. That is, an analysis system for water-soluble selenium by chemical form using a hydrogen selenide gas detector (referred to as a gas sensor) includes a processing step for quantifying hexavalent selenium concentration, and a processing step for quantifying total selenium concentration. If it comprises, the equivalent hexavalent selenium density | concentration calculated | required at the hexavalent selenium quantification process process and the total selenium density | concentration calculated | required at the total selenium quantification process process can be calculated | required. Therefore, it is possible to appropriately operate the selenium treatment facility of the desulfurization drainage system using these two selenium monitors.
ここで、全セレン定量分析ラインは、脱硫排水から採取された分析用試料に対し過マンガン酸カリウムと硫酸とを添加して加熱し不安定な硫黄化合物を硫酸イオンとする酸化処理工程と、酸化処理済み分析用試料に塩酸を添加して加熱し6価セレンを4価セレンに還元して4価セレンに揃える還元処理工程と、還元処理済み分析用試料に水素化ホウ素ナトリウムを添加して反応させ4価セレンをセレン化水素ガスにするセレン水素化工程と、発生したセレン化水素ガスをセレン化水素ガス検知器に導いて得られた検出信号値に基づいて、予め求められている検量線を利用して全セレン濃度を求める定量分析工程とを有し、6価セレンを4価セレンに揃えてから全セレンとして定量するものである。 Here, the total selenium quantitative analysis line consists of an oxidation treatment process in which potassium permanganate and sulfuric acid are added to an analytical sample collected from desulfurization effluent and heated to convert unstable sulfur compounds into sulfate ions, A hydrochloric acid is added to the treated analytical sample and heated to reduce the hexavalent selenium to tetravalent selenium to prepare the tetravalent selenium, and the sodium borohydride is added to the reduced analytical sample for reaction. A selenium hydrogenation step in which tetravalent selenium is converted to hydrogen selenide gas, and a calibration curve obtained in advance based on a detection signal value obtained by introducing the generated hydrogen selenide gas to a hydrogen selenide gas detector. And a quantitative analysis step for determining the total selenium concentration using hexagonal selenium, and quantifying the total selenium after aligning hexavalent selenium with tetravalent selenium.
図2及び図3に、セレン化水素ガス検知器を利用した化学形態別水溶性セレンの分析システムの一実施形態を示す。本実施形態にかかる水溶性セレンの分析システムは、ガスセンサーの妨害物質となる硫黄化合物が混在する若しくは混在する虞のある水溶性セレン含有排水から採取された分析用試料に対して6価セレン濃度を定量化するライン(図2参照)と、全セレン濃度を定量化するライン(図3参照)とを逐次稼働しあるいは並行して稼働し、分析用試料中の6価セレン濃度と全セレン濃度とを求めるようにしたものである。 2 and 3 show an embodiment of an analysis system for water-soluble selenium according to chemical form using a hydrogen selenide gas detector. The water-soluble selenium analysis system according to the present embodiment has a hexavalent selenium concentration with respect to an analytical sample collected from water-soluble selenium-containing wastewater containing sulfur compounds that may interfere with gas sensors. The line for quantifying the amount of selenium (see Fig. 2) and the line for quantifying the total selenium concentration (see Fig. 3) are operated sequentially or in parallel, and the hexavalent selenium concentration and the total selenium concentration in the sample for analysis Is to ask for.
(6価セレンモニター)
図2に示す6価セレン定量化ライン1は、大きく分けて排水採取部3と、水素化除去処理部4と塩酸還元処理部5とセレン水素化処理部6及び分析部7とで構成されている。尚、図中の符号50,51は廃液ポンプ、52は低濃度廃液ライン、53高濃度廃液ラインである。
(Hexavalent selenium monitor)
The hexavalent selenium quantification line 1 shown in FIG. 2 is roughly composed of a drainage collection unit 3, a hydrogenation removal processing unit 4, a hydrochloric acid reduction processing unit 5, a selenium hydrogenation processing unit 6, and an analysis unit 7. Yes. Reference numerals 50 and 51 in the figure are waste liquid pumps, 52 is a low concentration waste liquid line, and 53 is a high concentration waste liquid line.
<排水採取部>
排水採取部3は、例えば調整槽11と標準試料貯留槽12とを有し、バルブの開閉によって、脱硫排水から採取された分析用試料Aまたは標準試料が排水送液装置14を備える排水送液ライン13並びに試料計量計15を経て所定量が第一処理槽16に送液されるものとされている。尚、本実施形態では、2つの調整槽11及び標準試料貯留槽12を備えることで、条件の異なる排水を採取して、これら分析用試料を連続測定することでセレン除去処理の状況を検討しやすくなる利点があるが、調整槽等を2つ備えることは必須条件ではない。また、採取された分析用試料の一部は分岐管8を経て全セレン分析ライン2へ供給される。
<Drainage collection unit>
The wastewater collection unit 3 includes, for example, an adjustment tank 11 and a standard sample storage tank 12, and an analysis sample A or standard sample collected from the desulfurization wastewater includes a drainage liquid feeding device 14 by opening and closing a valve. A predetermined amount is fed to the first processing tank 16 via the line 13 and the sample meter 15. In this embodiment, by providing the two adjustment tanks 11 and the standard sample storage tank 12, the state of selenium removal treatment is examined by collecting waste water having different conditions and continuously measuring these analytical samples. Although there is an advantage which becomes easy, providing two adjustment tanks etc. is not an essential condition. A part of the collected sample for analysis is supplied to the whole selenium analysis line 2 through the branch pipe 8.
<水素化除去処理部>
水素化除去処理部4は、第一処理槽16内で分析用試料Aに対し、水素化ホウ素ナトリウムを含む溶液18と塩酸20とを添加して攪拌し混合液(以下、第一混合液と呼ぶ)を生成して常温で反応させ、セレン化水素ガス並びに硫化水素ガスを発生させて槽外に取り出すことで、分析用試料中から4価セレン及び硫黄化合物を除去する処理を行う。この処理によって得られる水素化除去済み分析用試料Bには、6価セレンのみが残留している。ここで、水素化ホウ素ナトリウム18と塩酸20との添加量は、分析用試料Aの4価セレンと硫黄化合物とを水素化して排出し得る量で且つ塩酸還元処理部5での還元を阻害しない量である。尚、図中の符号16は分析用試料を収容する第一処理槽、17は水素化ホウ素ナトリウムを貯留するタンク、19は塩酸を貯留するタンク、21,22は第一処理槽16内に水素化ホウ素ナトリウム18と塩酸20とを所定量ずつ供給するシリンジポンプ、24及び25は水素化除去済み分析用試料Bを塩酸還元処理部5に向けて送液する第一送液装置及び第一送液ライン、55は水素化ホウ素ナトリウム18を冷温貯蔵する冷蔵庫である。また、第一処理槽16中における分析用試料Aと水素化ホウ素ナトリウム18と塩酸20との攪拌は、本実施形態の場合、エアコンプレッサ54から噴気管23を介して供給されるキャリアガス(空気)によりバブリングで行われるようにしているが、これに特に限られず、攪拌翼などによる機械的攪拌やスターラーでの撹拌でも良い。
<Hydrogen removal processing unit>
The hydrogenation removal processing unit 4 adds the solution 18 containing sodium borohydride and hydrochloric acid 20 to the sample A for analysis in the first processing tank 16 and agitates the mixture (hereinafter referred to as the first mixture and the first mixture). The hydrogen selenide gas and the hydrogen sulfide gas are generated and taken out of the bath to remove tetravalent selenium and sulfur compounds from the sample for analysis. Only the hexavalent selenium remains in the hydrogenated and removed analytical sample B obtained by this treatment. Here, the addition amount of sodium borohydride 18 and hydrochloric acid 20 is an amount capable of hydrogenating and discharging tetravalent selenium and sulfur compound of sample A for analysis, and does not inhibit the reduction in hydrochloric acid reduction treatment unit 5. Amount. In the figure, reference numeral 16 denotes a first processing tank for storing a sample for analysis, 17 denotes a tank for storing sodium borohydride, 19 denotes a tank for storing hydrochloric acid, and 21 and 22 denote hydrogen in the first processing tank 16. Syringe pump for supplying sodium borohydride 18 and hydrochloric acid 20 in predetermined amounts, 24 and 25 are a first liquid feeding device and a first feed for feeding the hydrogenated and removed analytical sample B toward the hydrochloric acid reduction treatment unit 5. The liquid line 55 is a refrigerator for storing the sodium borohydride 18 at a low temperature. In the case of the present embodiment, stirring of the sample A for analysis, the sodium borohydride 18 and the hydrochloric acid 20 in the first treatment tank 16 is carried out by a carrier gas (air) supplied from the air compressor 54 via the blast tube 23. However, the present invention is not limited to this, and mechanical stirring with a stirring blade or stirring with a stirrer may be used.
水素化ホウ素ナトリウムを含む溶液18は、水素化ホウ素ナトリウムのみを含むアルカリ性の溶液としてもよいが、例えば、エチレンジアミン四酢酸、水酸化ナトリウムを含むものとしてもよい。水素化ホウ素ナトリウムは、還元剤として広く用いられている安価で入手し易い物質である反面、分解し易い性質がある。そこで、エチレンジアミン四酢酸を加えることによって、0.1mol/Lの水酸化ナトリウム溶液に溶解させて室温で30日間安定に保存できることが知られている(A. D.Idowu, P. K. Dasgupta, Z. Genfa, and K. Toda: “A Gas-Phase Chemiluminescence -Based Analyzer for Waterborne Arsenic”, Anal. Chem., 78, 7088-7097 (2006))。つまり、使用の簡便性と安定性とを兼ね備えた試薬であり、現場分析に用いる試薬として非常に好適である。また、水素化ホウ素ナトリウムを含む溶液を長期に亘って一定の場所に貯蔵して用いる場合には、0℃〜25℃、好適には0℃〜10℃に冷却可能な冷蔵庫55に入れて貯蔵することが好適である。これにより、水素化ホウ素ナトリウムを含む溶液20を分析環境に影響されることなく、保存することができ、分解劣化していない安定な水素化ホウ素ナトリウムを長期に亘って添加することができる。 The solution 18 containing sodium borohydride may be an alkaline solution containing only sodium borohydride, but may contain, for example, ethylenediaminetetraacetic acid and sodium hydroxide. Sodium borohydride is an inexpensive and readily available material that is widely used as a reducing agent, but has the property of being easily decomposed. Therefore, it is known that ethylenediaminetetraacetic acid can be dissolved in a 0.1 mol / L sodium hydroxide solution and stably stored at room temperature for 30 days (ADIdowu, PK Dasgupta, Z. Genfa, and K Toda: “A Gas-Phase Chemiluminescence -Based Analyzer for Waterborne Arsenic”, Anal. Chem., 78, 7088-7097 (2006)). That is, it is a reagent having both ease of use and stability, and is very suitable as a reagent used for on-site analysis. When a solution containing sodium borohydride is stored and used in a certain place for a long time, it is stored in a refrigerator 55 that can be cooled to 0 ° C. to 25 ° C., preferably 0 ° C. to 10 ° C. It is preferable to do. As a result, the solution 20 containing sodium borohydride can be stored without being affected by the analysis environment, and stable sodium borohydride that is not decomposed and deteriorated can be added over a long period of time.
<塩酸還元処理部>
塩酸還元処理部5は、水素化除去処理済み分析用試料Bに残る6価セレン(元々脱硫排水Aに含まれていた6価セレン)を4価セレンに還元する処理を行うものである。水素化ホウ素ナトリウム水溶液(NaBH4)は、4価セレンと反応してセレン化水素ガスを生成させることはできるものの、6価セレンとは反応しない。そこで、還元剤として塩酸を添加することで、水素化除去処理済み分析用試料Bに含まれる6価セレンを4価セレンに還元して、水素化ホウ素ナトリウムとの反応を可能にする。
<Hydrochloric acid reduction treatment section>
The hydrochloric acid reduction treatment unit 5 performs a process of reducing hexavalent selenium (hexavalent selenium originally contained in the desulfurization waste water A) remaining in the hydrogenation-removed analysis sample B to tetravalent selenium. A sodium borohydride aqueous solution (NaBH 4 ) can react with tetravalent selenium to produce hydrogen selenide gas, but does not react with hexavalent selenium. Therefore, by adding hydrochloric acid as a reducing agent, the hexavalent selenium contained in the analytical sample B subjected to the hydrogenation removal treatment is reduced to tetravalent selenium, thereby allowing reaction with sodium borohydride.
還元処理における塩酸の添加量は、水素化除去処理済み分析用試料の塩酸濃度が4mol/L〜6.7mol/Lとなる量とすることが好適であり、6.7mol/Lとなる量とすることがより好適である。塩酸濃度が低すぎると、6価セレンの全量を4価セレンに還元できないことがある。塩酸濃度を高め過ぎると、塩酸の添加量が多くなりすぎて、水素化除去処理済み分析用試料の総量が増加し、分析時間の長時間化を招くこととなる。具体例を挙げると、脱硫排水5mLを分析用試料とした場合、濃塩酸(12mol/L)を5mL程度添加することが好適である。 The amount of hydrochloric acid added in the reduction treatment is preferably such that the concentration of hydrochloric acid in the analytical sample subjected to the hydrogenation removal treatment is 4 mol / L to 6.7 mol / L, and the amount to be 6.7 mol / L. More preferably. If the hydrochloric acid concentration is too low, the total amount of hexavalent selenium may not be reduced to tetravalent selenium. If the concentration of hydrochloric acid is excessively increased, the amount of hydrochloric acid added is excessively increased, and the total amount of the analysis sample subjected to the hydrogenation removal treatment is increased, resulting in a longer analysis time. As a specific example, when 5 mL of desulfurization waste water is used as an analysis sample, it is preferable to add about 5 mL of concentrated hydrochloric acid (12 mol / L).
また、塩酸添加後の水素化除去処理済み分析用試料の加熱温度は、100℃以上とすることが好適である。これよりも低い温度だと、4価セレンに還元されない6価セレンが残り、分析精度が低下し得る。尚、加熱温度を高めすぎると、分析用試料が激しく沸騰することから、加熱温度は、100〜120℃とすることが好適である。さらに、加熱時間は、上記温度で10分以上とすることが好適である。これよりも短いと、4価セレンに還元されない6価セレンが残り、分析精度が低下することがある。尚、6価セレンを4価セレンに還元する時間を長くし過ぎても、特に有利な効果は見られず、むしろ分析時間の長時間化につながる。したがって、6価セレンを4価セレンに還元する時間は、上記温度で概ね10分〜15分程度とすればよい。 Moreover, it is preferable that the heating temperature of the hydrogenation-removed analytical sample after addition of hydrochloric acid is 100 ° C. or higher. If the temperature is lower than this, hexavalent selenium that is not reduced to tetravalent selenium remains, and the analysis accuracy may be lowered. If the heating temperature is too high, the analytical sample will boil vigorously, so the heating temperature is preferably 100-120 ° C. Furthermore, the heating time is preferably 10 minutes or more at the above temperature. If it is shorter than this, hexavalent selenium that is not reduced to tetravalent selenium remains, and the analysis accuracy may be lowered. Note that even if the time for reducing hexavalent selenium to tetravalent selenium is too long, no particularly advantageous effect is seen, but rather the analysis time is prolonged. Therefore, the time for reducing hexavalent selenium to tetravalent selenium may be about 10 to 15 minutes at the above temperature.
本実施形態の塩酸還元処理部5は、水素化除去処理済み分析用試料を収容する第二処理槽26と、第二処理槽26内に還元剤としての塩酸28を添加するシリンジポンプ30と、塩酸28を貯留するタンク27と、第二処理槽26の中で水素化除去処理済み分析用試料Bと塩酸28とを噴気管29を介して供給されるキャリアガス(空気)によるバブリングで攪拌する攪拌手段と、水素化除去処理済み分析用試料Bと塩酸28との混合液(以下、第二混合液と呼ぶ)を第三処理槽34に向けて送液する第二送液装置31及び第二送液ライン33、並びに第二送液ライン33を通過中の第二混合液を6価セレンの4価セレンへの還元反応が進行する温度に加熱する加熱装置32とで構成され、水素化除去処理済み分析用試料Bに残された6価セレンを4価セレンに還元してからセレン水素化処理部6に還元処理済み分析用試料Cとして供給するものである。尚、本実施例では、加熱反応器32は、水素化除去処理済み分析用試料Bに含まれる6価セレンを4価セレンに還元する還元処理時間を制御するようにした。例えば、キャピラリとして、内径1mm、長さ6mのPTFE製キャピラリを用い、流量は1.5mL/分に設定し、ヒーターの加熱温度を100℃として、第二混合液が100℃で10分間加熱されるようにした。 The hydrochloric acid reduction treatment unit 5 of the present embodiment includes a second treatment tank 26 that stores the hydrogenation-removed analysis sample, a syringe pump 30 that adds hydrochloric acid 28 as a reducing agent in the second treatment tank 26, The tank 27 for storing the hydrochloric acid 28, the hydrogenation-removed analytical sample B and the hydrochloric acid 28 in the second processing tank 26 are agitated by bubbling with a carrier gas (air) supplied through the blast tube 29. The second liquid feeding device 31 and the second liquid feeding device 31 for feeding a liquid mixture (hereinafter referred to as a second liquid mixture) of the agitation means, the hydrogenation-removed analytical sample B and the hydrochloric acid 28 toward the third treatment tank 34. A second liquid feed line 33, and a heating device 32 that heats the second liquid mixture passing through the second liquid feed line 33 to a temperature at which the reduction reaction of hexavalent selenium to tetravalent selenium proceeds, and hydrogenation The hexavalent cell remaining in the sample B for analysis after removal And supplies as reducing the processed analytical sample C after reduction of emissions to the tetravalent selenium selenium hydrotreating unit 6. In this embodiment, the heating reactor 32 controls the reduction treatment time for reducing the hexavalent selenium contained in the hydrogenation-removed analytical sample B to tetravalent selenium. For example, a PTFE capillary with an inner diameter of 1 mm and a length of 6 m is used as the capillary, the flow rate is set to 1.5 mL / min, the heating temperature of the heater is 100 ° C., and the second mixture is heated at 100 ° C. for 10 minutes. It was to so.
<セレン水素化処理部>
セレン水素化処理部6は、還元処理済み分析用試料Cに含まれる4価セレンを水素化ホウ素ナトリウムで水素化してセレン化水素ガスを生成するものであり、還元処理済み分析用試料Cが送液されて収容される密閉構造の反応槽34と、反応槽34内のヘッドスペース41に溜まるセレン化水素ガスをセレン化水素ガス検知器43に送り込むためのガス導入管42と、ガス導入管42にキャリアガスを供給してセレン化水素ガス検知器43までのガス流通経路をキャリアガスで置換するキャリアガス供給手段45と、セレン化水素ガス生成剤としての水素化ホウ素ナトリウムを含む溶液38を還元処理済み分析用試料Cに添加するセレン化水素ガス生成剤添加手段55とで構成されている。セレン化水素ガス生成剤添加手段55は、水素化ホウ素ナトリウムを含む溶液38を貯蔵するタンク36及びタンク36と共に溶液38を0℃〜10℃に冷却して貯蔵する冷蔵庫37と、水素化ホウ素ナトリウムを含む溶液38を供給するポンプ39とで構成されている。ここで、セレン化水素ガス生成剤添加手段55による水素化ホウ素ナトリウムの添加は、反応槽34内とガス導入管42内のガス流通経路をキャリアガスで置換した後に行われる。尚、セレンでも硫黄化合物でもNaBH4で水素化するには、酸性条件(酸性溶液)でNaBH4を添加する必要がある。前処理(4価セレンの水素化除去と硫酸以外の硫黄化合物の水素化除去)では、酸性条件にするために塩酸を添加している。一方、最後の工程の4価セレンの水素化では、水素化工程の前の6価セレンの(4価セレンへの)還元工程で、塩酸を添加している。したがって、還元工程後の試料は(塩酸は過剰に添加されているため)既に酸性溶液になっているため、塩酸を追加添加する必要はない。
<Selenium hydrogenation processing unit>
The selenium hydrogenation processing unit 6 generates hydrogen selenide gas by hydrogenating tetravalent selenium contained in the reduction-treated analysis sample C with sodium borohydride, and the reduction-treated analysis sample C is sent. A sealed reaction tank 34 that is stored in a liquid state, a gas introduction pipe 42 for sending hydrogen selenide gas accumulated in the head space 41 in the reaction tank 34 to the hydrogen selenide gas detector 43, and a gas introduction pipe 42 A carrier gas supply means 45 for supplying the carrier gas to the gas flow path to the hydrogen selenide gas detector 43 with a carrier gas, and a solution 38 containing sodium borohydride as a hydrogen selenide gas generator is reduced. And a hydrogen selenide gas generator addition means 55 to be added to the processed analysis sample C. The hydrogen selenide gas generator addition means 55 includes a tank 36 for storing a solution 38 containing sodium borohydride, a refrigerator 37 for storing the solution 38 together with the tank 36 after cooling to 0 ° C. to 10 ° C., and sodium borohydride. And a pump 39 for supplying a solution 38 containing Here, the addition of sodium borohydride by the hydrogen selenide gas generator addition means 55 is performed after replacing the gas flow path in the reaction vessel 34 and the gas introduction pipe 42 with the carrier gas. In order to hydrogenate selenium or sulfur compounds with NaBH 4 , it is necessary to add NaBH 4 under acidic conditions (acid solution). In the pretreatment (hydrogenation removal of tetravalent selenium and hydrogenation removal of sulfur compounds other than sulfuric acid), hydrochloric acid is added in order to achieve acidic conditions. On the other hand, in the hydrogenation of tetravalent selenium in the last step, hydrochloric acid is added in the reduction step of hexavalent selenium (to tetravalent selenium) before the hydrogenation step. Therefore, since the sample after the reduction step is already an acidic solution (since hydrochloric acid is added in excess), it is not necessary to add additional hydrochloric acid.
キャリアガス供給手段45は、キャリアガスの加湿のために通過させる2つの水タンク46と、加湿済みキャリアガスをガス導入管42に供給する配管44と、エアコンプレッサ54から供給されるキャリアガスの流量を調整するマスコントローラ49及び配管48で構成されている。キャリアガスで置換することにより、セレン化水素ガス検知器43の信号のベースラインを安定させて、安定した信号値に基づいて精度良く分析を行うようにしている。また、ヒーティングライン47によって、ガス導入管42の内壁に結露が生じない温度(70〜80℃)に加熱すると共に、セレン化水素ガス検知器43のセンサ部の電解液が蒸発乾固しない温度(50℃)に加熱する図示しない加熱装置を備えることが好ましい。尚、図示していないが、必要に応じて還元処理済み分析用試料からの塩化水素ガスの発生を抑制し得る量の水を予めセル35に供給することにより塩化水素ガスの発生を抑えて、セレン化水素ガス検知器において異常ピークが生じることによる分析の妨害を排除することが好ましい。 The carrier gas supply means 45 includes two water tanks 46 through which the carrier gas is humidified, a pipe 44 for supplying the humidified carrier gas to the gas introduction pipe 42, and a flow rate of the carrier gas supplied from the air compressor 54. It is composed of a mass controller 49 and a pipe 48 for adjusting the above. By substituting with the carrier gas, the baseline of the signal of the hydrogen selenide gas detector 43 is stabilized, and the analysis is performed with high accuracy based on the stable signal value. In addition, the heating line 47 heats the inner wall of the gas introduction pipe 42 to a temperature at which dew condensation does not occur (70 to 80 ° C.), and the temperature at which the electrolyte in the sensor portion of the hydrogen selenide gas detector 43 does not evaporate and dry. It is preferable to provide a heating device (not shown) for heating to (50 ° C.). Although not shown in the figure, the generation of hydrogen chloride gas is suppressed by supplying the cell 35 with an amount of water that can suppress the generation of hydrogen chloride gas from the analytical sample subjected to the reduction treatment if necessary. It is preferable to eliminate interference in the analysis due to the occurrence of abnormal peaks in the hydrogen selenide gas detector.
水素化除去処理部4並びにセレン水素化処理部6における、それぞれの水素化ホウ素ナトリウムの添加量については、分析用試料に存在していると考えられる4価セレンの全量をセレン化水素に還元しうる量以上の量が適宜選択される。1molのH2SeO3(SeO3 2−)を還元させてセレン化水素を発生させるためには、3/4molのNaBH4(BH4 −)が必要である。したがって、4価セレン1mgに対して最低でも0.38mgのNaBH4が必要である。ここで、セレン水素化処理部6における水素化ホウ素ナトリウムの添加量については、分析用試料に存在している4価セレンの全量を確実にセレン化水素に還元するためには、前処理済み分析用試料に含まれていると考えられる4価セレンの全量に対して過剰量の水素化ホウ素ナトリウムの量を添加することが好ましい。即ち、塩酸還元処理済み分析用試料の4価セレン濃度が1mg/L以下であると仮定した場合には、塩酸還元処理済み分析用試料1Lに対して0.38mg〜6.7gの水素化ホウ素ナトリウムを添加することが好ましく、3.8mg〜3.4gとすることがより好ましく、38mg〜2.0gとすることがさらに好ましい。6.7gを超える量の水素化ホウ素ナトリウムを添加しても、セレン化水素の測定に影響を及ぼすことは無いが、セレン化水素発生反応には関与しないので、無駄である。 Regarding the addition amount of each sodium borohydride in the hydrogenation removal processing unit 4 and the selenium hydrogenation processing unit 6, the total amount of tetravalent selenium considered to be present in the sample for analysis is reduced to hydrogen selenide. An amount larger than the amount that can be used is appropriately selected. In order to reduce 1 mol of H 2 SeO 3 (SeO 3 2− ) to generate hydrogen selenide, 3/4 mol of NaBH 4 (BH 4 − ) is required. Therefore, a minimum of 0.38 mg NaBH 4 is required for 1 mg of tetravalent selenium. Here, with respect to the amount of sodium borohydride added in the selenium hydrogenation treatment unit 6, in order to reliably reduce the total amount of tetravalent selenium present in the sample for analysis to hydrogen selenide, pretreated analysis It is preferable to add an excessive amount of sodium borohydride with respect to the total amount of tetravalent selenium considered to be contained in the sample for use. That is, assuming that the tetravalent selenium concentration of the analytical sample subjected to hydrochloric acid reduction treatment is 1 mg / L or less, 0.38 mg to 6.7 g of borohydride with respect to 1 liter of analytical sample subjected to hydrochloric acid reduction treatment. Sodium is preferably added, more preferably 3.8 mg to 3.4 g, and even more preferably 38 mg to 2.0 g. Even if sodium borohydride in an amount exceeding 6.7 g is added, it does not affect the measurement of hydrogen selenide, but it is useless because it does not participate in the hydrogen selenide generation reaction.
また、分析用試料への水素化ホウ素ナトリウムの添加開始時からセレン化水素ガス検知器による測定が終了するまでの間は、分析用試料を撹拌し続けることが好ましい。撹拌を十分に行わないと、分析用試料に添加した水素化ホウ素ナトリウムが十分に拡散することができずに、分析用試料中の4価セレン及び硫黄化合物をセレン化水素ガス並びに硫化水素ガスとして除去することが不完全となったり、還元処理済み分析用試料との間の反応が不均一となってセレン化水素ガス検知器によるセレン化水素の信号強度が低下する虞がある。そこで、反応槽34には、反応槽34内の還元処理済み分析用試料Cと水素化ホウ素ナトリウム38とを撹拌する第三撹拌装置(撹拌翼)35が備えられている。 Moreover, it is preferable to continue stirring the analysis sample from the start of the addition of sodium borohydride to the analysis sample until the measurement by the hydrogen selenide gas detector is completed. If stirring is not sufficiently performed, sodium borohydride added to the sample for analysis cannot be sufficiently diffused, and tetravalent selenium and sulfur compounds in the sample for analysis are converted into hydrogen selenide gas and hydrogen sulfide gas. There is a possibility that the removal will be incomplete, or the reaction with the reduction-treated analytical sample will be non-uniform, and the signal intensity of hydrogen selenide by the hydrogen selenide gas detector will decrease. Therefore, the reaction tank 34 is provided with a third stirring device (stirring blade) 35 that stirs the reduction-treated analytical sample C and the sodium borohydride 38 in the reaction tank 34.
<分析部>
分析部7は、反応槽34内のヘッドスペース41のセレン化水素ガスをガス導入管42を介してセレン化水素ガス検知器43に送り込み、セレン化水素ガス検知器43により測定された測定値(信号値)に基づいて、分析用試料の水溶性セレン濃度を検量線法により分析するものである。
<Analysis Department>
The analysis unit 7 sends the hydrogen selenide gas in the head space 41 in the reaction tank 34 to the hydrogen selenide gas detector 43 through the gas introduction pipe 42, and the measurement value ( Based on the signal value), the water-soluble selenium concentration of the analysis sample is analyzed by the calibration curve method.
セレン化水素ガス検知器43としては、セレン化水素ガスを検出することができる各種方式の検知器を用いることができるが、特に、隔膜ガルバニ方式又は濃淡電池方式のセンサ部を有するセレン化水素ガス検知器の使用が好適である。この方式の検知器は、センサ自身が電池を構成するために、検知対象ガスが存在しない場合には残余電流が極めて少なく、そのためゼロ点の安定性が高いと共に、ランニングコストも低いという利点を有している。このような検知器としては、例えばバイオニクス機器製の1GWA/V70等が挙げられるが、これに限定されるものではない。例えばセンサ部が定電位電解方式である新コスモス電機製PS−7(セレン化水素専用センサユニットCDS−7)等を用いるようにしてもよい。 As the hydrogen selenide gas detector 43, various types of detectors capable of detecting hydrogen selenide gas can be used. In particular, hydrogen selenide gas having a diaphragm galvanic or concentration cell type sensor unit. The use of a detector is preferred. This type of detector has the advantage that since the sensor itself constitutes a battery, there is very little residual current when there is no gas to be detected, so that zero point stability is high and running cost is low. doing. An example of such a detector is 1GWA / V70 manufactured by Bionics, but is not limited thereto. For example, a new Cosmos Electric PS-7 (dedicated hydrogen selenide sensor unit CDS-7) having a constant potential electrolysis method may be used.
セレン化水素ガスは、セレン化水素ガス検知器により随時測定され、測定値が出力される。ここで、発生したセレン化水素ガスには、キャリアガスを供給し、キャリアガスに同伴させてセレン化水素ガスをセレン化水素ガス検知器に導くのが好適である。さらには、セレン化水素ガス検知器のガス吸引機能を利用してセレン化水素ガスを単独であるいはキャリアガスと共に吸引することが好適である。キャリアガスとしては、窒素やアルゴンなどの不活性ガスだけでなく、空気を利用することもできる。また、センサ感度の低下抑制策としてキャリアガスは加湿しておくことが好ましい。 The hydrogen selenide gas is measured at any time by a hydrogen selenide gas detector, and a measured value is output. Here, it is preferable to supply a carrier gas to the generated hydrogen selenide gas, and guide the hydrogen selenide gas to the hydrogen selenide gas detector along with the carrier gas. Furthermore, it is preferable to suck the hydrogen selenide gas alone or together with the carrier gas using the gas suction function of the hydrogen selenide gas detector. As the carrier gas, not only an inert gas such as nitrogen or argon but also air can be used. Further, it is preferable to humidify the carrier gas as a measure for suppressing the decrease in sensor sensitivity.
検量線法に用いる検量線は、水溶性セレン濃度が既知の複数の標準試料から予め求めた水溶性セレン濃度とセレン化水素ガス検知器により検出された信号値との相関に基づいて作成されたものである。さらに具体的に説明すると、水溶性セレン濃度が既知の複数の標準試料それぞれに対し、実際に分析用試料を分析する際と同じ条件で分析を行い、水溶性セレン濃度とセレン化水素ガス検知器により検出された信号値との相関を例えば最小二乗法などの公知の手法によりフィッティングして検量線を得ることで、分析用試料を分析した際の信号値から、この検量線を利用して、分析用試料の水溶性セレン濃度を求めることができる。例えば、セレン標準試料を用いた場合、0.01〜0.5mg-SeL−1の濃度範囲において直線性に優れた検量線が得られ、検出下限は0.003mg-SeL−1であった(排水基準値は0.1mg-SeL−1)。 The calibration curve used for the calibration curve method was created based on the correlation between the water-soluble selenium concentration obtained in advance from a plurality of standard samples with known water-soluble selenium concentrations and the signal value detected by the hydrogen selenide gas detector. Is. More specifically, each of a plurality of standard samples with known water-soluble selenium concentrations is analyzed under the same conditions as when actually analyzing the sample for analysis, and the water-soluble selenium concentration and hydrogen selenide gas detector are analyzed. By fitting the correlation with the signal value detected by the known method such as the least square method to obtain a calibration curve, from the signal value when analyzing the sample for analysis, using this calibration curve, The water-soluble selenium concentration of the sample for analysis can be determined. For example, when a selenium standard sample, excellent calibration curve linearity is obtained in the concentration range of 0.01 to 0.5-SeL -1, lower detection limit was 0.003 mg-SeL -1 ( The drainage standard value is 0.1 mg-SeL −1 ).
(全セレンモニター)
図3に全セレン分析システム2の一実施形態を示す。この全セレン分析システム2は、本実施形態では、図2に示す6価セレン分析ライン1の上流側の排水採取部3で分岐された分析用試料Aが供給され、分析用試料Aに対して全セレン濃度を定量分析するものであり、分析用試料Aに対し過マンガン酸カリウム68と硫酸70とを添加して加熱し不安定な硫黄化合物を硫酸イオンとする酸化処理部57と、酸化処理済み分析用試料Eに塩酸79を添加して加熱し6価セレンを4価セレンに還元して4価セレンに揃える還元処理部58と、還元処理済み分析用試料Fに水素化ホウ素ナトリウムを添加して反応させ4価セレンをセレン化水素ガスにするセレン水素化処理部59と、発生したセレン化水素ガスをセレン化水素ガス検知器93に導いて得られた検出信号値に基づいて、予め求められている検量線を利用して全セレン濃度を求める分析部60とで構成され、6価セレンを4価セレンに揃えてから全セレンとして定量するものである。尚、本全セレン分析ライン2には、排水送液装置64及び試料計量計65を備える排水送液ライン8を経て分析用試料Aが第一処理槽66に送液される。
(All selenium monitors)
FIG. 3 shows an embodiment of the total selenium analysis system 2. In the present embodiment, the total selenium analysis system 2 is supplied with the analysis sample A branched by the waste water collection unit 3 on the upstream side of the hexavalent selenium analysis line 1 shown in FIG. Quantitative analysis of the total selenium concentration, an oxidation treatment unit 57 for adding potassium permanganate 68 and sulfuric acid 70 to the sample A for analysis and heating to convert unstable sulfur compounds into sulfate ions, and oxidation treatment Hydrochloric acid 79 is added to the already analyzed sample E and heated to reduce hexavalent selenium to tetravalent selenium to prepare tetravalent selenium, and sodium borohydride is added to the reduced analysis sample F Based on the detection signal value obtained by introducing the hydrogen selenide gas to the hydrogen selenide gas detector 93 and the selenium hydrogenation treatment part 59 that converts tetravalent selenium into hydrogen selenide gas by reaction. Sought after That by using a calibration curve is constructed by the analyzer 60 to determine the total selenium concentration is to quantify the total selenium and align hexavalent selenium tetravalent selenium. Note that the sample A for analysis is fed to the first processing tank 66 through the drainage feeding line 8 including the drainage feeding device 64 and the sample meter 65 to the total selenium analysis line 2.
<排水採取部>
排水採取部56は、6価セレン定量化ライン1から分岐された分析用試料Aを排水送液ライン8を経て第一処理槽66に送液するための排水送液装置64と試料計量計65とを備える。また、この排水採取部56には、標準試料貯留槽63が必要に応じて備えられている。
<Drainage collection unit>
The wastewater collecting unit 56 includes a wastewater feeding device 64 and a sample meter 65 for feeding the analytical sample A branched from the hexavalent selenium quantification line 1 to the first treatment tank 66 via the wastewater feeding line 8. With. In addition, the drainage collection unit 56 is provided with a standard sample storage tank 63 as necessary.
<酸化処理部>
酸化処理部57は、例えば分析用試料を収容する第一処理槽66と、この第一処理槽66内に硫黄化合物を硫酸イオンに分解し得る量で且つ還元処理部58における還元を阻害しない量の過マンガン酸カリウム68と硫酸70とをタンク67,69から供給して添加する硫黄化合物分解剤添加手段と、第一処理槽66内の排水と硫黄化合物分解剤とを撹拌混合して第一混合液とする第一撹拌手段と、第一混合液を還元処理部58に向けて送液する第一送液装置74を備える第一送液ライン76と、第一送液ライン76を通過中の第一混合液を、硫黄化合物が分解される温度に加熱する第一加熱装置75とで構成され、分析用試料A中の硫黄化合物を安定な硫酸イオンに変換して還元処理部58へ酸化処理済み分析用試料Eとして送り出すものである。分析用試料Aと過マンガン酸カリウム68と硫酸70との混合液(第一混合液E)は、還元処理部58の第二処理槽77へ向けて送液される過程で加熱されて硫黄化合物が安定な硫酸イオンに分解処理される。加熱反応器75内での加熱は、例えば第一混合液Eの流量を0.5mL/分に設定した場合、ヒーターの加熱温度を100℃として、20分間程度行われる。尚、分析用試料Aと過マンガン酸カリウム68と硫酸70との第一混合液Eが通過した後の第一送液ライン76には、過マンガン酸カリウム68に起因する二酸化マンガン等が析出して、内径を狭めたり閉塞させることから、図示していない洗浄剤供給手段によって洗浄剤として塩酸が供給される。また、過マンガン酸カリウム68と硫酸70との添加量はシリンジポンプ71,72により制御される。第一処理槽66内における分析用試料Aとマンガン酸カリウム68と硫酸70との攪拌は、本実施形態の場合、コンプレッサ54から供給される圧縮空気を噴気管73を通してバブリングさせることにより行なわれる。
<Oxidation treatment section>
The oxidation processing unit 57 includes, for example, a first processing tank 66 that stores an analysis sample, and an amount that can decompose the sulfur compound into sulfate ions in the first processing tank 66 and that does not inhibit the reduction in the reduction processing unit 58. The sulfur compound decomposing agent adding means for supplying and adding potassium permanganate 68 and sulfuric acid 70 from the tanks 67 and 69, the waste water in the first treatment tank 66, and the sulfur compound decomposing agent are stirred and mixed. Passing through the first liquid feeding line 76 including the first stirring means as the liquid mixture, the first liquid feeding device 74 that feeds the first liquid mixture toward the reduction processing unit 58, and the first liquid feeding line 76. And a first heating device 75 that heats the first mixed liquid to a temperature at which the sulfur compound is decomposed, and converts the sulfur compound in the sample A for analysis into stable sulfate ions and oxidizes them to the reduction processing unit 58. Sent out as processed sample E for analysis A. A mixed liquid (first mixed liquid E) of the sample A for analysis, potassium permanganate 68, and sulfuric acid 70 is heated in the process of being sent toward the second processing tank 77 of the reduction processing unit 58 to be a sulfur compound. Is decomposed into stable sulfate ions. For example, when the flow rate of the first mixed liquid E is set to 0.5 mL / min, the heating in the heating reactor 75 is performed for about 20 minutes at a heating temperature of the heater of 100 ° C. In addition, manganese dioxide etc. resulting from the potassium permanganate 68 are deposited on the first liquid feeding line 76 after the first mixed solution E of the sample A for analysis, potassium permanganate 68 and sulfuric acid 70 passes. Since the inner diameter is narrowed or closed, hydrochloric acid is supplied as a cleaning agent by a cleaning agent supply means (not shown). The addition amounts of potassium permanganate 68 and sulfuric acid 70 are controlled by syringe pumps 71 and 72. In the present embodiment, the analysis sample A, potassium manganate 68 and sulfuric acid 70 in the first processing tank 66 are agitated by bubbling the compressed air supplied from the compressor 54 through the blast tube 73.
過マンガン酸カリウム(KMnO4)と硫酸とを分析用試料に添加して加熱することによって、過マンガン酸カリウムの酸化力が増大して排水に含まれる硫黄化合物を酸化分解して安定な硫酸イオンにすると同時に、分析用試料に含まれる4価セレンが6価セレンに酸化されてしまうことが本発明者等によって明らかにされた。つまり、本実施形態の全セレン定量工程では、ガスセンサーの妨害成分となる硫化水素を発生させる排水中の前駆物質(不安定な硫黄化合物)を安定な硫酸イオンに変換することにより排除している。そして、4価セレンを酸化して6価セレンとし、排水中に存在していた水溶性セレン(4価セレン:SeO3 2−、6価セレン:SeO4 2−)を全て6価セレンに揃える。 Potassium permanganate (KMnO4) and sulfuric acid are added to the sample for analysis and heated to increase the oxidizing power of potassium permanganate and oxidatively decompose the sulfur compounds contained in the wastewater into stable sulfate ions. At the same time, it has been clarified by the present inventors that tetravalent selenium contained in the analytical sample is oxidized to hexavalent selenium. That is, in the total selenium quantitative process of the present embodiment, the precursor (unstable sulfur compound) in the waste water that generates hydrogen sulfide, which is a disturbing component of the gas sensor, is eliminated by converting it into stable sulfate ions. . The tetravalent selenium is oxidized to hexavalent selenium, and all the water-soluble selenium (tetravalent selenium: SeO 3 2− , hexavalent selenium: SeO 4 2− ) existing in the waste water is aligned with the hexavalent selenium. .
硫黄化合物の分解についてより詳細に説明すると、ジチオン酸やヒドロキシルアミンスルホン酸化合物(NS化合物)などの硫黄化合物は、硫酸により酸化力が増強された過マンガン酸カリウムによって酸化分解され、最終的に硫酸イオンとなる。硫酸イオンは化学的に安定であり、水素化ホウ素ナトリウムを添加しても硫化水素ガスは発生しない。したがって、硫酸により酸化力が増強された過マンガン酸カリウムによって、水素化ホウ素ナトリウムとの反応によって硫化水素ガスを発生し得る硫黄化合物、即ち、水素化ホウ素ナトリウムとは反応しない安定な硫黄化合物(硫酸やペルオキソ二硫酸等)以外の硫黄化合物によるセレン化水素ガスの測定の妨害を排除して、精度良く分析することが可能となる。 The decomposition of the sulfur compound will be described in more detail. Sulfur compounds such as dithionic acid and hydroxylamine sulfonic acid compound (NS compound) are oxidized and decomposed by potassium permanganate whose oxidizing power is enhanced by sulfuric acid, and finally sulfuric acid Become an ion. Sulfate ions are chemically stable, and hydrogen sulfide gas is not generated even when sodium borohydride is added. Accordingly, a sulfur compound that can generate hydrogen sulfide gas by reaction with sodium borohydride by potassium permanganate whose oxidizing power is enhanced by sulfuric acid, that is, a stable sulfur compound that does not react with sodium borohydride (sulfuric acid It is possible to eliminate the interference of the measurement of hydrogen selenide gas by a sulfur compound other than (such as peroxodisulfuric acid), and so on, and to perform accurate analysis.
過マンガン酸カリウムと硫酸の添加量は、分析用試料に含まれる硫黄化合物を安定な硫酸イオンに酸化分解し得る量で、且つ余剰分が還元処理における還元を阻害しない量である。過マンガン酸カリウムの添加量が多すぎると、余剰分が還元処理において還元剤である塩酸と反応し、塩酸の量が消費される結果、6価セレンの4価セレンへの還元反応が阻害することとなる。 The added amount of potassium permanganate and sulfuric acid is an amount that can oxidatively decompose the sulfur compound contained in the sample for analysis into stable sulfate ions, and the excessive amount does not inhibit the reduction in the reduction treatment. If the amount of potassium permanganate added is too large, the excess will react with hydrochloric acid, which is the reducing agent, in the reduction treatment, and the amount of hydrochloric acid will be consumed, thereby inhibiting the reduction reaction of hexavalent selenium to tetravalent selenium. It will be.
過マンガン酸カリウムの具体的な添加量については、例えば分析用試料中に含まれると予想される硫黄化合物を酸化処理するのに必要とされる量の100〜1000倍量とすることが好適であり、500〜5000倍量とすることがより好適である。 The specific amount of potassium permanganate added is preferably, for example, 100 to 1000 times the amount required to oxidize the sulfur compound expected to be contained in the analytical sample. It is more preferable that the amount is 500 to 5000 times.
硫酸の添加量は、例えば硫酸と過マンガン酸カリウム(水溶液)を添加した後の分析用試料の硫酸濃度が1.3〜3mol/Lに調整される量とすることが好適であり、2.3mol/Lに調整される量とすることがより好適である。硫酸濃度が低すぎると、硫酸による過マンガン酸カリウムの酸化力を高める効果が低くなるため、硫黄化合物の分解を十分に行うことができず、分析精度が低下し得る。硫酸濃度を高めすぎると、硫酸の添加量が多くなりすぎて、分析用試料の総量が増加し、反応時間の増加を招くこととなる。具体例を挙げると、硫黄化合物を含む分析用試料5mLを排水とした場合、6〜18mol/Lの硫酸を1〜2mL添加して上記濃度とすればよく、9〜12mol/Lの硫酸を1〜2mL添加して上記濃度とすることが好適であり、9mol/Lの硫酸を2mL添加して上記濃度とすることがより好適である。 The amount of sulfuric acid added is preferably such that the sulfuric acid concentration of the analytical sample after adding sulfuric acid and potassium permanganate (aqueous solution) is adjusted to 1.3 to 3 mol / L. More preferably, the amount is adjusted to 3 mol / L. If the sulfuric acid concentration is too low, the effect of increasing the oxidizing power of potassium permanganate by sulfuric acid is reduced, so that the sulfur compound cannot be sufficiently decomposed and the analysis accuracy can be lowered. If the sulfuric acid concentration is too high, the amount of sulfuric acid added becomes too large, increasing the total amount of the sample for analysis, leading to an increase in reaction time. As a specific example, when 5 mL of an analytical sample containing a sulfur compound is used as drainage, 1 to 2 mL of 6 to 18 mol / L sulfuric acid may be added to obtain the above concentration, and 1 to 9 to 12 mol / L sulfuric acid may be added. It is preferable to add ˜2 mL to the above concentration, and it is more preferable to add 2 mL of 9 mol / L sulfuric acid to the above concentration.
ここで、過マンガン酸カリウムと硫酸の添加は、分析用試料と硫酸を十分に撹拌混合してから過マンガン酸カリウムを添加すること、または分析用試料と過マンガン酸カリウムを十分に撹拌混合してから硫酸を添加することが好ましい。これにより、硫酸の中和反応による分析用試料の沸騰を抑制でき、かつ過マンガン酸カリウムと硫酸とが直接接触して固体生成が生じることによる硫黄化合物の分解能の低下を防ぐことができる。 Here, potassium permanganate and sulfuric acid can be added by thoroughly stirring and mixing the analytical sample and sulfuric acid before adding potassium permanganate, or by thoroughly stirring and mixing the analytical sample and potassium permanganate. It is preferable to add sulfuric acid after that. Thereby, it is possible to suppress the boiling of the analytical sample due to the neutralization reaction of sulfuric acid, and it is possible to prevent a reduction in the resolution of the sulfur compound due to the direct contact between potassium permanganate and sulfuric acid to generate solids.
酸化処理における過マンガン酸カリウム及び硫酸添加済みの分析用試料の加熱温度は、100℃以上とすることが好適である。これよりも低い温度だと、硫黄化合物を分解しきれず、分析精度が低下し得る。尚、加熱温度を高めすぎると、分析用試料が激しく沸騰することから、加熱温度は、100〜120℃とすることが好適である。 The heating temperature of the analytical sample to which potassium permanganate and sulfuric acid have been added in the oxidation treatment is preferably 100 ° C. or higher. If the temperature is lower than this, the sulfur compound cannot be completely decomposed, and the analysis accuracy can be lowered. If the heating temperature is too high, the analytical sample will boil vigorously, so the heating temperature is preferably 100-120 ° C.
酸化処理における加熱時間は、上記温度で15分以上とすることが好適である。これよりも短いと、硫黄化合物を分解しきれず、分析精度が低下し得る。尚、分解処理時間を長くし過ぎても、特に有利な効果は見られず、むしろ分析時間の長時間化に繋がる。したがって、分解処理時間は、上記温度で概ね15〜30分程度とすればよく、15分〜20分とすることが好適であり、分解処理の確実性を考慮すると、20分程度とすることがより好適である。 The heating time in the oxidation treatment is preferably 15 minutes or more at the above temperature. When shorter than this, a sulfur compound cannot be decomposed | disassembled and an analysis precision may fall. It should be noted that even if the decomposition processing time is too long, no particularly advantageous effect is seen, but rather the analysis time is lengthened. Therefore, the decomposition treatment time may be approximately 15 to 30 minutes at the above temperature, preferably 15 minutes to 20 minutes, and considering the certainty of the decomposition treatment, it may be approximately 20 minutes. More preferred.
<還元処理部>
還元処理部58は、図2の六価セレン分析システム1の還元処理部5と同様の構成であり、図2の六価セレン分析ライン1と異なるのは、第二処理槽77に供給される前段の酸化処理済み分析用試料Eには硫黄化合物が分解処理された安定な硫酸イオンと元々存在する6価セレンと酸化により4価セレンから6価セレンとなったものとを含んでいることである。したがって、酸化処理済み分析用試料Eを還元処理することで、分析用試料に含まれていた全セレン(6価セレンと4価セレン)が全て4価セレンとされる。尚、図中の符号78は塩酸79を貯留するタンク、80は所定量の塩酸79を第二処理槽77に供給するシリンジポンプ、81は第二処理槽77内の酸化処理済み分析用試料Eと塩酸79とをバブリングにより攪拌する攪拌手段を構成する噴気管、82及び84は酸化処理済み分析用試料Eと塩酸79との混合液Fを第三処理槽85に向けて送液する第二送液装置及び第二送液ライン、83は第二送液ライン84を通過中の酸化処理済み分析用試料Eと塩酸79との混合液(第二混合液F)の6価セレンを4価セレンへの還元反応が進行する温度に加熱する加熱装置である。
<Reduction processing unit>
The reduction processing unit 58 has the same configuration as the reduction processing unit 5 of the hexavalent selenium analysis system 1 of FIG. 2, and is different from the hexavalent selenium analysis line 1 of FIG. The sample E for analysis in the previous stage contains a stable sulfate ion obtained by decomposing a sulfur compound, hexavalent selenium originally present, and one obtained by oxidation from tetravalent selenium to hexavalent selenium. is there. Therefore, by reducing the oxidized analytical sample E, all selenium (hexavalent selenium and tetravalent selenium) contained in the analytical sample is all converted to tetravalent selenium. In the figure, reference numeral 78 is a tank for storing hydrochloric acid 79, 80 is a syringe pump for supplying a predetermined amount of hydrochloric acid 79 to the second processing tank 77, and 81 is an oxidized analytical sample E in the second processing tank 77. Are blown tubes constituting stirring means for stirring by stirring bubbling and hydrochloric acid 79, and 82 and 84 are the second for feeding the mixed solution F of the oxidized analytical sample E and hydrochloric acid 79 toward the third processing tank 85. The liquid feeding device and the second liquid feeding line 83 are tetravalent hexavalent selenium of a mixed liquid (second mixed liquid F) of the oxidized analysis sample E and hydrochloric acid 79 passing through the second liquid feeding line 84. It is a heating device that heats to a temperature at which the reduction reaction to selenium proceeds.
<セレン水素化処理部>
セレン水素化処理部59は、図2の六価セレン分析システムにおけるセレン化水素化処理部と同様の構成である。図中の符号85は還元処理済み分析用試料が収容される密閉構造の反応槽、92はガス導入管、95はキャリアガス供給手段、86は撹拌翼(第三撹拌装置)、61はセレン化水素ガス生成剤添加手段である。セレン化水素ガス生成剤添加手段61は、水素化ホウ素ナトリウムを含む溶液89を貯蔵するタンク87及び冷蔵庫88と、水素化ホウ素ナトリウムを含む溶液89をセレン化水素ガス検知器93にて検出される信号値のピークが分裂する速度未満で供給するポンプ90とで構成されている。また、キャリアガス供給手段95は、キャリアガスの加湿のための2つの水タンク96と、加湿済みキャリアガスをガス導入管42に供給する配管94と、エアコンプレッサ54から供給されるキャリアガスの流量を調整するマスコントローラ49及び配管98で構成されている。また、ヒーティングライン97によって、ガス導入管42の内壁に結露が生じない温度に加熱すると共に、セレン化水素ガス検知器43のセンサ部の電解液が蒸発乾固しない温度に加熱する図示しない加熱装置を備えられている。
<Selenium hydrogenation processing unit>
The selenium hydrogenation processing unit 59 has the same configuration as the hydrogen selenization processing unit in the hexavalent selenium analysis system of FIG. In the figure, reference numeral 85 denotes a sealed reaction tank in which a reduction-processed analytical sample is accommodated, 92 is a gas introduction pipe, 95 is a carrier gas supply means, 86 is a stirring blade (third stirring device), and 61 is selenized. This is a hydrogen gas generator addition means. The hydrogen selenide gas generator addition means 61 detects a tank 87 and a refrigerator 88 that store a solution 89 containing sodium borohydride, and a solution 89 containing sodium borohydride by a hydrogen selenide gas detector 93. The pump 90 is supplied at a speed less than the speed at which the peak of the signal value splits. The carrier gas supply means 95 includes two water tanks 96 for humidifying the carrier gas, a pipe 94 for supplying the humidified carrier gas to the gas introduction pipe 42, and a flow rate of the carrier gas supplied from the air compressor 54. It is composed of a mass controller 49 and a pipe 98 for adjusting the above. Further, the heating line 97 heats the inner wall of the gas introduction pipe 42 to a temperature at which no dew condensation occurs, and also heats the electrolyte of the sensor part of the hydrogen selenide gas detector 43 to a temperature at which the electrolyte does not evaporate to dryness. Equipped with equipment.
<分析部>
分析部は、図2の六価セレン分析システムにおけるセレン化水素ガス生成部と同様の構成であるので、詳細な説明は省略する。
<Analysis Department>
Since the analysis unit has the same configuration as the hydrogen selenide gas generation unit in the hexavalent selenium analysis system of FIG. 2, detailed description thereof is omitted.
(セレン含有排水の排水処理システム)
上述の6価セレン定量化ライン1で求められる等価6価セレン濃度と全セレン定量分析ライン2で求められる全セレン濃度とは、例えば図5に示すセレン含有排水処理システムにおいて、セレン処理設備の運用に用いることができる。
(Wastewater treatment system for selenium-containing wastewater)
The equivalent hexavalent selenium concentration determined in the above-described hexavalent selenium quantification line 1 and the total selenium concentration determined in the total selenium quantitative analysis line 2 are, for example, operations of the selenium treatment facility in the selenium-containing wastewater treatment system shown in FIG. Can be used.
セレン含有排水処理システムは、6価セレン専用排水処理設備101と凝集沈殿排水処理設備102とを備える排水処理ライン100において、例えば制御部103からの指示に基づいて制御可能な切り替え弁104と、6価セレン専用排水処理設備101をバイパスする迂回路105とを備えて、6価セレン専用排水処理設備101と凝集沈殿排水処理設備102とを経由して排水されるラインと、6価セレン専用排水処理設備101を迂回して凝集沈殿排水処理設備102のみを経て排水されるラインとに切り替え可能とされている。尚、制御部103は、例えばプログラマブル・ロジック・コントローラ(PLC)や、記憶装置上にあるプログラムを読み込んで以下の比較演算、判断、制御対象物の制御処理を実行する中央処理装置(CPU)などによって構成される。 The selenium-containing wastewater treatment system is a wastewater treatment line 100 that includes a hexavalent selenium wastewater treatment facility 101 and a coagulation sedimentation wastewater treatment facility 102. A detour 105 for bypassing the monovalent selenium wastewater treatment facility 101, a line drained via the hexavalent selenium wastewater treatment facility 101 and the coagulation sedimentation wastewater treatment facility 102, and a hexavalent selenium wastewater treatment It is possible to switch to a line that bypasses the facility 101 and drains only through the coagulation sedimentation wastewater treatment facility 102. Note that the control unit 103 is, for example, a programmable logic controller (PLC), a central processing unit (CPU) that reads a program on a storage device and executes the following comparison calculation, determination, and control processing of a control target. Consists of.
ここで、排水処理設備においては一般に4価セレン専用の排水処理設備はなく、重金属イオンを処理する通常の凝集沈殿装置で4価セレンは処理される。他方、6価セレンは通常の凝集沈殿装置では処理できないことから、6価セレンを4価セレン(さらに還元度が高い0価セレンになることもある)に還元する専用排水処理設備を必要とする。したがって、排水中に6価セレンが含まれている場合には、6価セレン専用排水処理設備で6価セレンを4価セレンにしてから、元々排水中に存在した4価セレンと6価から4価に変換された4価セレンとを含めた全セレンを、重金属イオンを処理する通常の凝集沈殿装置(既に発電所には設置済みのもの)で処理する。 Here, in general, there is no wastewater treatment facility dedicated to tetravalent selenium in the wastewater treatment facility, and tetravalent selenium is treated by a normal coagulating sedimentation apparatus for treating heavy metal ions. On the other hand, since hexavalent selenium cannot be treated with a normal coagulation sedimentation apparatus, a dedicated wastewater treatment facility for reducing hexavalent selenium to tetravalent selenium (which may be further reduced to zero-valent selenium) is required. . Therefore, when hexavalent selenium is contained in the wastewater, the hexavalent selenium is converted into tetravalent selenium by the exclusive wastewater treatment facility for hexavalent selenium, and then the tetravalent selenium originally present in the wastewater and the 6 to 4 All selenium including tetravalent selenium converted to valence is treated with a normal coagulating sedimentation apparatus (already installed in a power plant) that treats heavy metal ions.
そこで、制御部103は、セレンの排水基準を閾値とし、各セレンモニター1,2からの等価6価セレン濃度と全セレン濃度との各々の出力値を例えば比較演算素子あるいは中央演算素子などで比較演算し、全セレン濃度定量化ライン2で検出した全セレン濃度が排水基準を満たしていると判断したときには6価セレン専用排水処理設備101をバイパスさせて排水し、全セレン濃度が排水基準を満たしておらず且つ6価セレン濃度定量化ラインで検出される等価6価セレン濃度が排水基準を満たさないときには6価セレン専用排水処理設備101と凝集沈殿排水処理設備102とでセレン除去処理を施してから排水し、全セレン濃度が排水基準を満たしていないが、等価6価セレン濃度が未検出のときあるいは検出された等価6価セレン濃度が排水基準を満たすときには6価セレン専用排水処理設備102をバイパスさせて凝集沈殿排水処理設備102で4価セレンを除去してから排水するように制御する。これによって、6価セレン専用排水処理設備102と凝集沈殿排水処理設備102とを併用している場合に、各々の排水処理設備の運転の最適化が図れる。 Therefore, the control unit 103 uses the selenium drainage standard as a threshold value, and compares the respective output values of the equivalent hexavalent selenium concentration and the total selenium concentration from the selenium monitors 1 and 2 with, for example, a comparison operation element or a central operation element When it is determined that the total selenium concentration detected by the total selenium concentration quantification line 2 satisfies the drainage standard, the wastewater treatment equipment 101 dedicated to hexavalent selenium is bypassed and drained, and the total selenium concentration satisfies the drainage standard. If the equivalent hexavalent selenium concentration detected by the hexavalent selenium concentration quantification line does not satisfy the drainage standard, the selenium removal treatment is performed by the hexavalent selenium dedicated wastewater treatment facility 101 and the coagulation sedimentation wastewater treatment facility 102. The total selenium concentration does not meet the effluent standard, but the equivalent hexavalent selenium concentration is detected when the equivalent hexavalent selenium concentration is not detected or detected. There is controlled so as to waste water after removing the tetravalent selenium hexavalent selenium dedicated wastewater treatment facility 102 with coagulation-sedimentation waste water treatment facility 102 is bypassed when meeting the effluent standard. As a result, when the hexavalent selenium dedicated wastewater treatment facility 102 and the coagulation sedimentation wastewater treatment facility 102 are used in combination, the operation of each wastewater treatment facility can be optimized.
勿論、セレン処理設備を効率的に運用するためには、6価セレン専用の排水処理設備102において、6価セレンを4価セレンもしくは金属セレンに還元する必要があるので、6価セレンの濃度の精確なモニタリング(定量分析)が有効である。他方、通常の排水処理(凝集沈殿処理)によって除去できる4価セレンの濃度は、6価セレンと区別して独自に求めなくとも、元々排水中に存在した6価セレンであったものが還元された分を含めた全セレン濃度として定量分析されたもので足りる。通常の凝集沈殿では、4価セレンと同時に他の高濃度の金属イオンも除去するので、余裕をみて薬剤を過剰添加(添加量固定)しているため、他の金属イオンに比べて低濃度の4価セレン濃度に合わせて薬剤の添加量を変えることはない。したがって、排水のセレン濃度を化学形態別に自動測定する化学形態別セレンモニターは、少なくとも6価セレン濃度を定量化するラインと、全セレン濃度を定量化するラインとの2つの系統を有していれば足りる。 Of course, in order to efficiently operate the selenium treatment facility, it is necessary to reduce the hexavalent selenium to tetravalent selenium or metal selenium in the wastewater treatment facility 102 dedicated to hexavalent selenium. Accurate monitoring (quantitative analysis) is effective. On the other hand, the concentration of tetravalent selenium that can be removed by ordinary wastewater treatment (coagulation sedimentation treatment) was reduced from what was originally hexavalent selenium present in the wastewater, even if it was not uniquely determined separately from hexavalent selenium. A quantitative analysis of the total selenium concentration including the minute is sufficient. In normal agglomeration and precipitation, other high-concentration metal ions are removed at the same time as tetravalent selenium, so the drug is excessively added (addition amount is fixed) with a margin, so it has a lower concentration than other metal ions. There is no change in the amount of drug added according to the tetravalent selenium concentration. Therefore, the selenium monitor classified by chemical form that automatically measures the selenium concentration of wastewater by chemical form has two systems, a line that quantifies at least hexavalent selenium concentration and a line that quantifies the total selenium concentration. It's enough.
尚、上述の制御部による自動制御に代えて、等価6価セレン濃度と全セレン濃度とはセレン形態別モニターで表示され、その値を読み取った操業者自身が流路の切り替えを行うようにしても良い。この場合においても、6価セレン専用排水処理設備101をバイパスさせることで排水処理経費を節減できる。 Instead of the automatic control by the control unit described above, the equivalent hexavalent selenium concentration and the total selenium concentration are displayed on the selenium type monitor, and the operator himself who reads the values switches the flow path. Also good. Even in this case, wastewater treatment costs can be reduced by bypassing the hexavalent selenium wastewater treatment facility 101.
上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。 The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
本発明にかかる水溶性セレン分析方法を実施する水溶性セレン分析システム(セレンモニターと呼ぶ。)を用いて脱硫排水中に含まれる全セレンの化学形態別セレン濃度を求めた。 The water-soluble selenium analysis system (referred to as selenium monitor) that implements the water-soluble selenium analysis method according to the present invention was used to determine the selenium concentration by chemical form of all selenium contained in the desulfurization effluent.
まず、図3に示す構成のセレンモニター使用して排水中の全セレンを定量分析する試験を行った。尚、これまでの経験から、(硫酸イオン以外の)硫黄化合物を硫酸イオンまで酸化せずに水素化した場合には硫化水素が生成することがわかっている。そこで、硫黄化合物を添加した実験は行っていない。
このセレンモニターによる全セレン定量分析測定フローは、
(1)分析用試料の採取・計量、
(2)酸化分解試薬(過マンガン酸カリウム(KMnO4)溶液と硫酸(H2SO4)溶液)の添加、
(3)酸化分解(105℃)、
(4)Se還元試薬(塩酸(HCl)溶液)の添加、
(5)Seの還元(105℃)、
(6)Seの水素化(水素化ホウ素ナトリウム(NaBH4)溶液の添加)、
(7)Seの検出・定量、
の各工程から成る。
尚、Se水素化で発生したH2Seの検出、定量には、バイオニクス機器(株)の隔膜ガルバニ電池式電気化学センサGT-3260Hを用いた。また、センサの電解液は、バイオニクス機器が提供する市販品(E-3260-1)を使用した。ガスセンサのテフロン(登録商標)製隔膜は膜厚200 μmのものを使用した。
First, a test for quantitative analysis of total selenium in waste water was performed using a selenium monitor having the configuration shown in FIG. It is known from experience so far that hydrogen sulfide is produced when a sulfur compound (other than sulfate ions) is hydrogenated without oxidation to sulfate ions. Therefore, no experiment was conducted in which a sulfur compound was added.
The total selenium quantitative analysis measurement flow by this selenium monitor is
(1) Collecting and weighing samples for analysis,
(2) Addition of oxidative degradation reagents (potassium permanganate (KMnO 4 ) solution and sulfuric acid (H 2 SO 4 ) solution),
(3) Oxidative decomposition (105 ° C),
(4) Addition of Se reducing reagent (hydrochloric acid (HCl) solution),
(5) Reduction of Se (105 ° C),
(6) Hydrogenation of Se (addition of sodium borohydride (NaBH 4 ) solution),
(7) Se detection / quantification,
It consists of each process.
For detection and quantification of H 2 Se generated by Se hydrogenation, a diaphragm galvanic cell type electrochemical sensor GT-3260H manufactured by Bionics Instruments Co., Ltd. was used. The sensor electrolyte used was a commercial product (E-3260-1) provided by bionics equipment. The gas sensor made of Teflon (registered trademark) having a film thickness of 200 μm was used.
国内の石炭火力発電所にセレンモニターを3ヶ月間設置し、セレンを対象とする化学的排水処理工程の還元塔供給槽排水(セレン処理前排水)のセレン濃度を測定した(図4参照)。セレンモニターは空調設備を備えたコンテナハウス内に設置した。 A selenium monitor was installed at a domestic coal-fired power plant for three months, and the selenium concentration in the reduction tower supply tank wastewater (drainage before selenium treatment) in the chemical wastewater treatment process for selenium was measured (see Fig. 4). The selenium monitor was installed in a container house equipped with air conditioning equipment.
試験の諸元を以下に示す。
試験期間:2016年9月26日〜2016年12月26日
分析用試料:セレンを対象とする排水処理工程における還元塔供給槽排水
(セレン処理入口)
測定頻度:3時間毎
試料採取量:5.0 mL
キャリヤガスの加湿:あり(室温でのバブリング)
定量計算:測定時センサ信号の最大出力値による(ピーク高計算)
校正:ブランク試料とセレン標準試料による2点校正。
校正頻度:24時間毎
セレン標準試料:SeO3 2-溶液0.200 mg-Se/L
試料の前処理温度:105℃
使用試薬および1測定あたり使用量:9.0 mol/L H2SO4溶液 2 mL
6.0 g/L KMnO4溶液 1 mL
12 mol/L HCl溶液 5 mL
3.0 g/L NaBH4溶液 10 mL
The specifications of the test are shown below.
Test period: September 26, 2016-December 26, 2016 Sample for analysis: Reduction tower supply tank wastewater in the wastewater treatment process for selenium (Selenium treatment inlet)
Measurement frequency: Every 3 hours Sample volume: 5.0 mL
Carrier gas humidification: Yes (Bubbling at room temperature)
Quantitative calculation: Based on the maximum output value of the sensor signal during measurement (peak height calculation)
Calibration: Two-point calibration with blank sample and selenium standard sample.
Calibration frequency: Every 24 hours Selenium standard sample: SeO 3 2- solution 0.200 mg-Se / L
Sample pretreatment temperature: 105 ° C
Reagents used and amount used per measurement: 9.0 mol / LH 2 SO 4 solution 2 mL
6.0 g / L KMnO 4 solution 1 mL
12 mol / L HCl solution 5 mL
3.0 g / L NaBH 4 solution 10 mL
セレンモニターの測定値を検証するため、セレンモニターに供給される排水250 mLをセレンモニター側面のサンプリング貯槽から一日一回採取した。分析用試料のセレン濃度は、公定法(工場排水試験法JIS K0102)に従ってICP発光分光法(ICP-OES)により確定した。セレンモニターの定期メンテナンスは、月1回の頻度で実施した。ガスセンサは、2個のセンサ(#17および#18)を交互に使用し、メンテナンス時に交換した。使用後センサは電解液と隔膜を交換した後、乾電池による課電状態で待機させ(エージング)、次回使用に備えた。 In order to verify the measured value of the selenium monitor, 250 mL of waste water supplied to the selenium monitor was collected once a day from the sampling reservoir on the side of the selenium monitor. The selenium concentration of the sample for analysis was determined by ICP emission spectroscopy (ICP-OES) according to the official method (factory drainage test method JIS K0102). Regular maintenance of the selenium monitor was performed once a month. The gas sensor used two sensors (# 17 and # 18) alternately and was replaced during maintenance. After use, the sensor exchanged the electrolyte solution and the diaphragm, and then waited for the battery to be charged (aging) to prepare for the next use.
(結果と考察)
(標準試料による定量性)
図3に示すセレンモニターを用いて、SeO3 2-標準試料を測定し、定量性を評価した。標準試料のSe濃度は、0.00、0.05、0.10、0.20 mg/Lとした。その結果を図6と表1に示す。セレン濃度0〜0.2 mg/Lの範囲において直線性の高い検量線(図6参照)が得られ(繰り返し数n=5、相関係数r2 = 0.990)、各濃度の相対標準偏差は3〜9%であった。
0.00〜0.50 mg/L(0.00、0.05、0.10、0.20、0.40、0.50 mg/L)の範囲において直線性の高い検量線(繰り返し数n=3、相関係数r2 = 0.992)が得られ、各濃度の相対標準偏差は3〜14%であった。ガスセンサ隔膜(200μm)の膜厚である。
(Results and discussion)
(Quantitative with standard sample)
Using a selenium monitor shown in FIG. 3, a SeO 3 2- standard sample was measured and its quantitative property was evaluated. The Se concentration of the standard sample was 0.00, 0.05, 0.10, 0.20 mg / L. The results are shown in FIG. A calibration curve with high linearity (see Fig. 6) was obtained in the selenium concentration range of 0 to 0.2 mg / L (repetition number n = 5, correlation coefficient r 2 = 0.990), and the relative standard deviation of each concentration was 3 to 9%.
A calibration curve with high linearity in the range of 0.00 to 0.50 mg / L (0.00, 0.05, 0.10, 0.20, 0.40, 0.50 mg / L) (repetition number n = 3, correlation coefficient r 2 = 0.992) was obtained. The relative standard deviation of each concentration was 3-14%. It is the film thickness of the gas sensor diaphragm (200 μm).
(排水セレン濃度の経時変化)
図7に公定法による排水セレン濃度の経時変化を示す。セレンモニターに供給されるセレン処理入口排水のセレン濃度は0.02〜0.16 mg/Lの範囲で概ね緩やかに変動した。グラフ中の濃いグレーは、セレンモニターに対する排水供給が停止した期間を示す。試験中にセレン濃度が不連続に変化する箇所もあったが、これは、セレンモニターに供給する還元塔供給槽(排水系統1、排水系統2)の切替など、排水処理設備の運転状況を反映していると考えられた。なお、排水中のセレンをICP-OESにて化学形態別に定量した結果、セレンの化学形態はほぼ6価だった(図8)。
(Change in selenium concentration over time)
FIG. 7 shows the change with time of the selenium concentration by the official method. The selenium concentration in the selenium treatment wastewater supplied to the selenium monitor generally fluctuated gradually in the range of 0.02 to 0.16 mg / L. The dark gray color in the graph indicates the period when the wastewater supply to the selenium monitor was stopped. There were places where the selenium concentration changed discontinuously during the test, but this reflected the operating status of the wastewater treatment equipment, such as switching the reduction tower supply tank (drainage system 1, drainage system 2) to be supplied to the selenium monitor. It was thought that As a result of quantifying selenium in wastewater by ICP-OES by chemical form, the chemical form of selenium was almost hexavalent (Fig. 8).
(セレンモニターによるモニタリング)
図8にセレンモニターによる排水セレン濃度のモニタリング結果を示す。グラフには校正時のガスセンサの信号出力(図9、上グラフ)とモニターによるセレン濃度測定値(図9、下グラフ)を示した。濃度グラフには公定法による測定値も示した。
因みに、試験期間中、セレンモニターは、構成部品の動作不良とセンサ寿命に起因して断続的に測定不良が16日間(図9の薄く網掛けした部分)発生した。濃い網掛け部分はセレンモニターの排水供給が停止された期間を示す。
本試験中に発生したトラブルは以下の通りである。
(1)2016年10月23〜25日に、電磁弁故障による測定不良(塩酸無添加)が発生した。
(2)2016年10月31日〜11月2日に、反応槽の撹拌機の停止による測定不良が発生した。
(3)2016年12月15日未明より、センサ寿命と推測される不具合により、1流路切替時の信号出力(ベースライン)低下と2信号出力超過(スケールオーバー)が発生した。
なお、流路切替時の信号出力低下は12月20日以降も解消されず、測定不良が継続した。試験終了後の検討により、流路切替時の信号出力低下は、反応槽内のHClガスの置換不足によることを確認した。一方、12月20日のトラブル対応においては、電磁弁3個、排液用ダイヤフラムポンプ1個の動作不良も確認した。
(Monitoring with selenium monitor)
FIG. 8 shows the results of monitoring the selenium concentration with a selenium monitor. The graph shows the signal output of the gas sensor at the time of calibration (FIG. 9, upper graph) and the measured selenium concentration by the monitor (FIG. 9, lower graph). The concentration graph also shows the measured values by the official method.
Incidentally, during the test period, the selenium monitor intermittently suffered measurement failures for 16 days (lightly shaded portion in FIG. 9) due to malfunction of the component parts and sensor life. The dark shaded area indicates the period when the selenium monitor drainage supply was stopped.
The troubles that occurred during this test are as follows.
(1) On October 23-25, 2016, a measurement failure (no addition of hydrochloric acid) occurred due to a solenoid valve failure.
(2) From October 31 to November 2, 2016, measurement failure occurred due to the stop of the agitator in the reaction tank.
(3) Since dawn on December 15, 2016, the signal output (baseline) drop and the two signal output excess (scale over) occurred at the time of switching one flow path due to a failure estimated to be the sensor life.
Note that the decrease in signal output at the time of switching the channel was not resolved after December 20, and measurement failures continued. Examination after completion of the test confirmed that the decrease in signal output at the time of switching the flow path was due to insufficient replacement of HCl gas in the reaction tank. On the other hand, in response to the trouble on December 20, we also confirmed the malfunction of three solenoid valves and one drainage diaphragm pump.
セレンモニター測定値も公定法測定値と同様に試験中にセレン濃度が不連続に変化する場合があった。これは、セレンモニターに供給する還元塔供給槽(排水系統1、排水系統2)の切替の影響に加え、供給槽からセレンモニターに排水を供給する送液ポンプの停止(および起動)の影響も反映していると考えられた。送液ポンプの停止時にはモニター側面の試料供給槽の液面の低下により排水試料の採取不可となるためである。 The selenium monitor measurement value, as well as the official method measurement value, sometimes caused the selenium concentration to change discontinuously during the test. In addition to the effect of switching the reduction tower supply tank (drainage system 1 and drainage system 2) supplied to the selenium monitor, the effect of the stop (and activation) of the feed pump that supplies wastewater from the supply tank to the selenium monitor It was thought to reflect. This is because when the liquid feed pump is stopped, it becomes impossible to collect a drainage sample due to a drop in the liquid level of the sample supply tank on the side of the monitor.
図10にセレンモニターの測定値と公定法による測定値との相関を示す。測定不良データを除くと、傾き0.949、決定係数r2 = 0.978の相関(データ数69)が得られた。因みに、11月11日のセレンモニター測定値(0.075 mg/L)は公定法濃度(0.016 mg/L)と著しく異なった(外れ値)。濃度検証用の公定法試料を試験終了後にモニターで再測定したところ、濃度0.026 mg/Lであり、公定法との相関性を確認した。当該試料の試験中の濃度相違は、モニターが公定法と同一の試料を測定していないことに起因すると考えられた。 FIG. 10 shows the correlation between the measured value of the selenium monitor and the measured value by the official method. Excluding measurement failure data, a correlation (data number 69) with a slope of 0.949 and a coefficient of determination r 2 = 0.978 was obtained. By the way, the selenium monitor measured value (0.075 mg / L) on November 11 was significantly different from the official method concentration (0.016 mg / L) (outlier). When the official method sample for concentration verification was measured again on the monitor after the test was completed, the concentration was 0.026 mg / L, and the correlation with the official method was confirmed. It was considered that the difference in concentration during the test of the sample was caused by the monitor not measuring the same sample as the official method.
この実験の結果、本発明にかかる水溶性セレン分析方法を実施するセレンモニターを用いて公定法と同程度の精度で排水のセレン濃度を監視できることがわかった。 As a result of this experiment, it was found that the selenium concentration of the waste water can be monitored with the same accuracy as the official method using the selenium monitor that performs the water-soluble selenium analysis method according to the present invention.
また、6価セレンの定量分析について実験した。この実験は、簡便なものとするため、図2に示すセレンモニターによらず、テフロン製ビーカ等を用いた簡易なものとした。まず、4価セレンの水素化除去について実験した。
セレン含有水溶液(4価セレンと6価セレンを含有)に水素化ホウ素ナトリウム水溶液(NaBH4)と塩酸を添加して常温で反応させることにより、試料中の4価セレンをセレン化水素(H2Se)に変換(水素化)して溶液から除去した。セレン含有酸性溶液にNaBH4を添加すると4価セレンのみが水素化され、6価セレンは水素化されない現象を活用している。
この水素化除去後の試料には6価セレンのみが残存すると仮定し、公定法(JIS K0102)で求めた除去後試料の全セレン濃度を6価セレン濃度とみなした(図1)。
測定試料には、脱硫排水2種(表2、脱硫排水AおよびB)、および、これに所定濃度の6価セレン、もしくは4価セレンと6価セレンの両方を標準添加したものを用いた。
Moreover, it experimented about the quantitative analysis of hexavalent selenium. In order to make this experiment simple, it was made simple using a Teflon beaker or the like without using the selenium monitor shown in FIG. First, an experiment was conducted on hydrogenation removal of tetravalent selenium.
By adding sodium borohydride aqueous solution (NaBH 4 ) and hydrochloric acid to a selenium-containing aqueous solution (containing tetravalent selenium and hexavalent selenium) and reacting at room temperature, the tetravalent selenium in the sample is converted to hydrogen selenide (H 2 Converted to Se) (hydrogenated) and removed from the solution. When NaBH 4 is added to the selenium-containing acidic solution, only tetravalent selenium is hydrogenated, and the phenomenon that hexavalent selenium is not hydrogenated is utilized.
It was assumed that only hexavalent selenium remained in the sample after this hydrogenation removal, and the total selenium concentration of the sample after removal determined by the official method (JIS K0102) was regarded as the hexavalent selenium concentration (FIG. 1).
As the measurement sample, two types of desulfurization waste water (Table 2, desulfurization waste water A and B) and a standard concentration of hexavalent selenium of a predetermined concentration, or both tetravalent selenium and hexavalent selenium were used.
水素化除去は以下の手順で実施した。
(1)分析用試料25mLを100mLのテフロン製ビーカに分取した(溶液A)。
(2)塩酸(HCl、12mol/L)25mLを分取し、溶液Aに添加した(溶液B)。
(3)溶液Bをスターラーで撹拌しながら所定濃度(3.0、6.0、12.0g/L)のNaBH4溶液(0.1mol/L NaOHと1mmol/L EDTAを含有)を所定量(3.0g/L NaBH4は50mL、6.0g/L NaBH4は25mL、12.0g/L NaBH4は12.5mL)添加し、5分撹拌した。
(4)回収率は次式から算出した。
回収率(%)=(C0 −C1)/C0×100
C0:試料中セレンの設定濃度
(mg/L、排水セレン濃度の実測値に標準添加濃度を加算したもの)
C1:試料のセレン濃度測定値(mg/L)
なお、水素化除去した分析用試料の全セレンおよび6価セレンの設定濃度は、水素化除去前試料の6価セレン濃度設定値とした。
The hydrogenation removal was carried out by the following procedure.
(1) 25 mL of a sample for analysis was dispensed into a 100 mL Teflon beaker (solution A).
(2) 25 mL of hydrochloric acid (HCl, 12 mol / L) was collected and added to Solution A (Solution B).
(3) A predetermined amount of NaBH 4 solution (containing 0.1 mol / L NaOH and 1 mmol / L EDTA) with a predetermined concentration (3.0, 6.0, 12.0 g / L) while stirring the solution B with a stirrer (3.0g / L NaBH 4 is 50mL, 6.0g / L NaBH 4 is 25mL, 12.0g / L NaBH 4 is 12.5 mL) was added and stirred for 5 minutes.
(4) The recovery rate was calculated from the following equation.
Recovery rate (%) = (C 0 -C 1 ) / C 0 × 100
C 0 : Set concentration of selenium in the sample
(Mg / L, measured value of drainage selenium concentration plus standard addition concentration)
C 1 : selenium concentration measured value of sample (mg / L)
The set concentration of all selenium and hexavalent selenium in the analytical sample removed by hydrogenation was set to the hexavalent selenium concentration set value of the sample before hydrogenation removal.
( 結果と考察)
分析用試料にHClとNaBH4溶液を添加して、分析用試料中の4価セレンをH2Seに水素化して気化除去させた。水素化除去によって、分析用試料中の4価セレンは全て除去され、水素化除去後試料に残存するセレンは全て6価セレンであると仮定した。このため、水素化除去後の分析用試料の全セレン濃度を6価セレン濃度と読み替えた。
( Results and discussion)
HCl and NaBH 4 solution were added to the analysis sample, and tetravalent selenium in the analysis sample was hydrogenated to H 2 Se to be vaporized and removed. It was assumed that all tetravalent selenium in the analytical sample was removed by hydrogenation removal, and all selenium remaining in the sample after hydrogenation removal was hexavalent selenium. For this reason, the total selenium concentration of the analytical sample after hydrogenation removal was read as the hexavalent selenium concentration.
表3に分析用試料Aを3.0 g/LのNaBH4溶液で4価セレンを水素化除去した結果を示す。水素化除去後試料の6価セレン設定濃度0.06〜0.26 mg/Lに対して、測定値は0.07〜0.31 mg/L、回収率は100〜120%となり、やや過大評価する傾向を示した。6価セレン回収率が過大評価される要因として、4価セレンの水素化除去の際に、4価セレンの一部が水素化されずに残存することが考えられる。 Table 3 shows the results of hydrogenating and removing tetravalent selenium from Sample A for analysis with a 3.0 g / L NaBH 4 solution. The measured value is 0.07 to 0.31 mg / L and the recovery rate is 100 to 120% with respect to the hexavalent selenium set concentration of 0.06 to 0.26 mg / L of the sample after hydrogenation removal. The tendency to evaluate was shown. As a factor for overestimating the hexavalent selenium recovery rate, it is considered that a part of the tetravalent selenium remains without being hydrogenated when the tetravalent selenium is removed by hydrogenation.
表4には分析用試料Bを3.0 g/LのNaBH4溶液で4価セレンを水素化除去した結果を示す。水素化除去後分析用試料の6価セレン設定濃度0.04〜0.24 mg/Lに対して、測定値は0.04〜0.28mg/L、回収率は100〜112%であった。 Table 4 shows the result of hydrogenating and removing tetravalent selenium from the analytical sample B with a 3.0 g / L NaBH 4 solution. The measured value was 0.04 to 0.28 mg / L and the recovery rate was 100 to 112% with respect to the hexavalent selenium set concentration of 0.04 to 0.24 mg / L of the analysis sample after hydrogenation removal. .
表5には分析用試料Aおよび分析用試料Bを6.0 g/LのNaBH4溶液で4価セレンを水素化除去した結果を示す。水素化除去後分析用試料の6価セレン濃度回収率は105〜114%であった。 Table 5 shows the results of hydrogenating and removing tetravalent selenium from analytical sample A and analytical sample B with a 6.0 g / L NaBH 4 solution. The hexavalent selenium concentration recovery rate of the analysis sample after hydrogenation removal was 105 to 114%.
表6には分析用試料Aを6.0 g/Lおよび12.0 g/LのNaBH4溶液で4価セレンを水素化除去した結果を示す。水素化除去後試料の6価セレン濃度回収率は6.0 g/LのNaBH4溶液を用いた場合で106〜110%、12.0 g/LのNaBH4溶液を用いた場合で104〜112%であった。6.0 g/LのNaBH4溶液を用いた場合と12.0 g/LのNaBH4溶液を用いた場合の回収率は同等であった。 Table 6 shows the results obtained by hydrogenating and removing tetravalent selenium from analytical sample A with 6.0 g / L and 12.0 g / L NaBH 4 solutions. The recovery rate of the hexavalent selenium concentration of the sample after hydrogenation removal is 106 to 110% when a 6.0 g / L NaBH 4 solution is used, and 104 to 10 when a 12.0 g / L NaBH 4 solution is used. It was 112%. The recovery rate when using 6.0 g / L NaBH 4 solution was the same as when using 12.0 g / L NaBH 4 solution.
以上より、6.0 g/Lもしくは12.0 g/LのNaBH4溶液を用いて測定試料中の4価セレンを水素化除去すれば、回収率100〜110%の精度で分析用試料中の6価セレン濃度を得られることがわかった。また、全セレン濃度と6価セレン濃度の差分から4価セレン濃度が得られるため、分析用試料のセレン濃度を4価セレンと6価セレンに分離できる。分別性能を最大化する条件においては、最大10%程度の誤差で4価セレンと6価セレンの濃度を測定できることがわかった。 From the above, if tetravalent selenium in a measurement sample is hydrogenated and removed using a 6.0 g / L or 12.0 g / L NaBH 4 solution, the recovery rate is 100 to 110% in the analysis sample. The hexavalent selenium concentration was obtained. Further, since the tetravalent selenium concentration is obtained from the difference between the total selenium concentration and the hexavalent selenium concentration, the selenium concentration of the analysis sample can be separated into tetravalent selenium and hexavalent selenium. It was found that the concentration of tetravalent selenium and hexavalent selenium can be measured with an error of about 10% at maximum under conditions that maximize the fractionation performance.
このことから、本実施形態にかかるセレン分析方法を実施するオンラインセレンモニターによれば、排水のセレン管理に必要な濃度データをリアルタイムで提供でき、プロセスモニターとして利用可能であることが実証された。 From this, it was proved that the online selenium monitor that implements the selenium analysis method according to the present embodiment can provide concentration data necessary for wastewater selenium management in real time and can be used as a process monitor.
S1 4価セレン及び硫黄化合物の水素化除去工程
S2 塩酸還元工程
S3 セレン水素化工程
A 分析用試料
B 水素化除去済み分析用試料
C 還元処理済み分析用試料
D 水素化済み分析用試料
1 6価セレンモニター(6価セレン定量化ライン)
2 全セレンモニター(全セレン定量分析ライン)
100 排水処理ライン
101 6価セレン専用排水処理設備
102 凝集沈殿排水処理設備
103 制御部
104 切り替え弁
105 迂回路
S1 Hydrogenation removal process of tetravalent selenium and sulfur compound S2 Hydrochloric acid reduction process S3 Selenium hydrogenation process A Sample for analysis B Sample for analysis after dehydration C Sample for analysis after reduction treatment D Sample for analysis after hydrogenation 1 Hexavalent Selenium monitor (hexavalent selenium quantification line)
2 Total selenium monitor (total selenium quantitative analysis line)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Waste water treatment line 101 Waste water treatment equipment only for hexavalent selenium 102 Coagulation sedimentation waste water treatment equipment 103 Control part 104 Switching valve 105 Detour
Claims (2)
前記6価セレン濃度定量化ラインは、排水から採取された分析用試料に対し、水素化ホウ素ナトリウムと塩酸とを添加して反応させ分析用試料中の4価セレンをセレン化水素ガスとして排水中から離脱させると同時に前記分析用試料中の硫黄化合物も硫化水素ガスとして分析用試料中から離脱させる水素化除去部と、セレン化水素ガス並びに硫化水素ガスを除去した前記分析用試料にさらに塩酸を添加して加熱し前記分析用試料中に残存する6価のセレンを4価セレンに還元する塩酸還元部と、さらに6価のセレンを4価セレンに還元させた前記分析用試料に水素化ホウ素ナトリウムを添加して常温で反応させセレン化水素ガスを発生させるセレン水素化部と、セレン化水素ガスを検知して等価6価セレン濃度を求めるセレン化水素ガス検知器とを有し、
前記全セレン濃度定量化ラインは、排水から採取された分析用試料に対し、過マンガン酸カリウムと硫酸とを添加して加熱する酸化処理部と、塩酸を添加して加熱し6価セレンを4価セレンに還元する還元処理部と、前記分析用試料に含まれる4価セレンを水素化ホウ素ナトリウムと反応させてセレン化水素ガスを発生させるセレン水素化部と、このセレン化水素ガスを検知して前記分析用試料の全セレン濃度を求めるセレン化水素ガス検知器とを有し、
前記制御部は、前記全セレン濃度定量化ラインで検出した全セレン濃度が排水基準を満たしていると判断したときには前記セレン専用排水処理設備をバイパスさせて排水し、前記全セレン濃度が排水基準を満たしておらず且つ前記6価セレン濃度定量化ラインで検出される等価6価セレン濃度が排水基準を満たさないときには前記6価セレン専用排水処理設備と凝集沈殿排水処理設備とでセレン除去処理を施してから排水し、前記全セレン濃度が排水基準を満たしていないが、前記等価6価セレン濃度が未検出のときあるいは検出された等価6価セレン濃度が排水基準を満たすときには前記6価セレン専用排水処理設備をバイパスさせて前記凝集沈殿排水処理設備で4価セレンを除去してから排水することを特徴とするセレン含有排水の排水処理システム。 A hexavalent selenium concentration quantification line for quantifying the hexavalent selenium concentration and a total selenium concentration in a wastewater treatment line equipped with a hexavalent selenium dedicated wastewater treatment facility and a coagulation sedimentation wastewater treatment facility for treating tetravalent selenium. Two selenium monitors with a total selenium concentration quantification line and a controller that switches the drainage flow path,
In the hexavalent selenium concentration quantification line, sodium borohydride and hydrochloric acid are added to and reacted with an analytical sample collected from wastewater, and tetravalent selenium in the analytical sample is used as hydrogen selenide gas in the wastewater. At the same time, the sulfur compound in the sample for analysis is separated from the sample for analysis as hydrogen sulfide gas, and hydrochloric acid is further added to the sample for analysis from which the hydrogen selenide gas and hydrogen sulfide gas have been removed. A hydrochloric acid reducing part that reduces the hexavalent selenium remaining in the analytical sample to tetravalent selenium by adding and heating, and the analytical sample further reducing hexavalent selenium to tetravalent selenium. Hydrogen selenide gas detector that detects hydrogen selenide gas and obtains equivalent hexavalent selenium concentration by adding sodium and reacting at room temperature to generate hydrogen selenide gas It has a door,
The total selenium concentration quantification line includes an oxidation treatment section for adding and heating potassium permanganate and sulfuric acid to an analytical sample collected from waste water, and adding and heating hydrochloric acid to heat 4 hexavalent selenium. A reduction treatment unit for reducing to selenium valence, a selenium hydrogenation unit for reacting tetravalent selenium contained in the analytical sample with sodium borohydride to generate hydrogen selenide gas, and detecting the hydrogen selenide gas. And a hydrogen selenide gas detector for determining the total selenium concentration of the analytical sample,
When the control unit determines that the total selenium concentration detected in the total selenium concentration quantification line satisfies a drainage standard, the control unit bypasses the selenium dedicated wastewater treatment facility and drains the drainage, and the total selenium concentration satisfies the drainage standard. When the equivalent hexavalent selenium concentration detected by the hexavalent selenium concentration quantification line does not satisfy the effluent standard, selenium removal treatment is performed by the hexavalent selenium dedicated wastewater treatment facility and the coagulation sedimentation wastewater treatment facility. When the total selenium concentration does not meet the drainage standard, but the equivalent hexavalent selenium concentration is not detected or the detected equivalent hexavalent selenium concentration satisfies the drainage standard, the hexavalent selenium dedicated drainage Drainage of selenium-containing wastewater, characterized in that the treatment facility is bypassed and tetravalent selenium is removed by the coagulation sedimentation wastewater treatment facility and then drained. Management systems.
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