JP3757133B2

JP3757133B2 - 水中試料採取装置

Info

Publication number: JP3757133B2
Application number: JP2001170966A
Authority: JP
Inventors: 泰造内村; 孝裕中薗; 亮一大江; 健次八井
Original assignee: Toyo Roshi Kaisha Ltd; Chugai Technos Corp
Current assignee: Toyo Roshi Kaisha Ltd; Chugai Technos Corp
Priority date: 2001-06-06
Filing date: 2001-06-06
Publication date: 2006-03-22
Anticipated expiration: 2021-06-06
Also published as: JP2002365176A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として環境水中の成分を測定するために試料水を採取する採取装置に関するものであり、更に詳しくは、河川水や海水、湖沼水中等に極微量に含まれる有害物質（例としてダイオキシン類及びコプラナＰＣＢ等）を測定するために、その場で直接、試料水中の対象とする有害物質を濾過及び／または吸着し濃縮し得る装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
近年、河川水、海水、湖沼水等日常生活で身近な水の安全性の評価が問われ、各方面でその測定・分析が行われている。特に、ゴミ等の燃焼過程で生成するダイオキシン類及びコプラナＰＣＢは、その毒性の高さに加え、一旦生成すると環境中に長く留まるため、その汚染は大気、土壌から水圏へと広がって来ている。
【０００３】
これらの有害物質の内、河川水や海水、湖沼水中等のダイオキシン類及びコプラナＰＣＢは、一般に環境中で希釈され濃度が極めて低いことから、分析値の定量下限を確保するため、数十Ｌもの大量な試料水を採取する必要がある。従来はガラス瓶にステンレス鋼製やＰＴＦＥコーティングされた柄杓により採水し、分析室等のクリーンな環境に移送して測定対象物質の濾過及び濃縮が行われている。
【０００４】
採水現場で微量成分の濾過及び吸着による濃縮を行う装置として、実用新案登録第３０７１４２６号には、主に濾過部、吸着部、流量制御部から構成され、配管を含む接液部は全て採取成分の吸着が少ないステンレス鋼から成る装置や、特開２０００−２７５２２６には、濾過部と吸着部からなる容器を水上に浮かべ、一定の空間容量を持つ容器が自重で水中に沈むことにより、吸着部に試料水を導き、測定対象物質を抽出・採取する装置が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、試料水の採取は、前記のように採水量が多くなるために手作業によると採取、移送及び抽出操作に多くの労力を要する。しかも、保管用として別途同量の試料水を保管するための冷暗所等保管スペースの確保が問題となっている。
【０００６】
一方、実用新案登録第３０７１４２６号記載の装置は、装置全体の重量が重く、移動性や簡便性、操作性に難があり、また、装置への試料水導入の為に採水用ポンプを用いた場合、ポンプ及び配管内に測定対象物質が吸着或いは堆積し、測定精度に影響を及ぼすおそれがある。また、特開２０００−２７５２２６記載の装置は、試料水の処理量が容器の内部空間容量に限定されるため、ダイオキシン類及びコプラナＰＣＢの様な、大容量の採水を必要とする試料採取には対応できない。
【０００７】
【課題を解決しようとする手段】
本発明は、上記課題を解決するため、水面に浮遊するためのフロート１１を備えたポンプ６に、目的成分を捕集するフィルター１及び／または吸着材２を収納した試料採取容器３の試料採取口４が水面下となるように接続した構成の水中試料採取装置とすることにより、任意の採取地点で容易に、且つ大容量の試料水を直接濾過及び／または吸着により濃縮処理することができる。更に、ポンプ６と試料採取容器３とを着脱自在に接続できる構成とすることにより、作業性の向上が図れる。
【０００８】
即ち本発明は、水中の微量成分を濾過及び／または吸着し採取する装置において、水面に浮遊するためのフロート１１を備えたポンプ６と、水に溶解もしくは懸濁した目的成分を捕集するフィルター１及び／または吸着材２を収納した試料採取容器３とから成り、前記ポンプ６の吸引口６ａに前記試料採取容器３の試料水排出口５が接続されて、該容器３の試料水採取口４より水面下の試料水を連続的に吸引されるようにした水中試料採取装置である。
【０００９】
又、上記構成において、試料採取容器３がポンプ６の吸引口６ａに着脱自在に接続されるようにした水中試料採取装置である。
【００１０】
更に、ポンプ６に流量センサー７及び流量調整バルブ８を備えた水中試料採取装置である。
【００１１】
又、上記各構成において、試料採取容器３の試料水採取口４に逆止弁体４ａを備えた水中試料採取装置である。
【００１２】
更に又、上記構成において、ポンプ６、流量センサー７及び流量調整バルブ８の制御部１３を装置本体と分離させた水中試料採取装置である。
【００１３】
そして更に又、装置本体に連結紐１６を繋いで、該紐１６の長さの許容範囲で浮遊自在とした水中試料採取装置である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を、ダイオキシン類及びコプラナＰＣＢの採取を例にとり図面で具体的に説明する。但し、目的とする成分により、使用するフィルターや吸着材は種々選択されるため、本発明の水中試料採取装置は以下の実施形態に限られるものではない。
【００１５】
図１は、測定対象物質をダイオキシン類及びコプラナＰＣＢとした場合の本発明の水中試料採取装置を湖沼等の水面に浮かせた状態における一部破断した断面図である。
【００１６】
本装置は、主に試料水中の懸濁粒子に吸着したダイオキシン類及びコプラナＰＣＢを捕集するフィルター１と試料水中に溶解したダイオキシン類及びコプラナＰＣＢを吸着する吸着材２を収納した上流側に試料水採取口４を、下流側に試料水排出口５を設けた円筒状の試料採取容器３と、試料水を前記容器３に導くためのフロート１１を備えたポンプ６とから成る。
【００１７】
より詳細には、前記ポンプ６は、流量を検出するセンサー７と流量を調整するバルブ８と共に防水構造の収納ボックス９に内蔵され、その収納ボックス９にフロート１１を装着した浮遊本体として構成され、これに本装置を作動させるための電源及び制御用ケーブル１２ａ、１２ｂと制御盤１３で構成される。
【００１８】
本装置のうち、フィルター１と吸着材２が装填される試料採取容器３の構成を図２に基づき説明する。
試料採取容器３は外径が約φ１００ｍｍ、長さが約２２０ｍｍであるステンレス製の円筒であり、前記容器３内面にはフィルター１を支えるための底桟３ａと試料水の採取口４を備えた蓋１４ａ及び排出口５を備えた蓋１４ｂで構成され、試料水採取口４までの全長は約３６０ｍｍである。
【００１９】
前記容器３に装着されるフィルター１は、例えば環境庁水質保全局が策定した「ダイオキシン類に係る水質調査マニュアル」で定められている捕捉粒子径が０．５μｍ程度のガラス繊維製の円形濾紙（φ９０ｍｍ）が使用できるが、懸濁粒子を多く含む試料水の場合は、前記フィルター１のみでは目詰まりして濾過抵抗の増大を招き、フィルター１を頻繁に交換する必要がある為、捕捉粒子径の大きいフィルターをプレフィルターとして組み合わせて使用することもできる。
【００２０】
前記プレフィルターは、水中に存在する懸濁粒子の濃度及び性状によって適正なものを選ぶことができるが、ダイオキシン類及びコプラナＰＣＢの捕集に使用する場合は４５０℃、４時間以上の加熱処理によるダイオキシン類及びコプラナＰＣＢの除去が可能な材質であることが望ましい。本装置においては、シリカ繊維もしくはガラス繊維を１〜３ｍｍ程度の厚さに重ねたものや、ステンレス鋼等の金属製繊維を１〜５ｍｍ程度の厚さに編み込みもしくは積層したフエルト状のものが好ましく使用できる。
【００２１】
また、前述の各フィルターは順番に重ねて使用することもできるが、これらを一体化したフィルターも使用できる。また、フィルター装着部の構造を変更することにより、濾過面積の大きいプリーツ型構造にしたフィルターを使用することも可能である。
【００２２】
一方、本装置において、溶存態ダイオキシン類及びコプラナＰＣＢを吸着する吸着材２としては、ポリウレタンフォームプラグ（ＰＵＦＰ）が使用される。前記ＰＵＦＰは外径約φ１００ｍｍ、高さ約５０ｍｍの円柱形で本実施の形態では４段装着している。前記ＰＵＦＰ以外にもダイオキシン類等の固相抽出に使用される吸着樹脂、例えばRohm and Haas Company社の商品名「ＸＡＤ樹脂」や住友スリーエム社の商品名「Ｅｍｐｏｒｅ^ＴＭＤＩＳＫ」等の単独またはこれらを組み合わせて使用することも可能である。ＸＡＤ樹脂のような顆粒状の吸着材を装着する場合は、前記樹脂を予め金網等のホルダーに充填した後、容器内に装着することにより使用できる。
【００２３】
フィルター１及び吸着材２を装着した試料採取容器３は、試料水の採取口４と排出口５の蓋１４ａ及び１４ｂとシール材を介して密接されクランプ１５ａ、ボルト１５ｂで固定される。そして、その試料水排出口５が前記ポンプ６の吸引口６ａと着脱自在に連結される。
【００２４】
ポンプ６の吸引流量は、懸濁粒子の捕集に伴い増加する濾過抵抗以上の吸引能力であることが望ましいが、軽量、且つコンパクトな大きさであることも必要であり、通常は懸濁粒子の捕集によりフィルター１に目詰まりを生じ濾過抵抗が上昇しても、０．５〜２．０Ｌ／ｍｉｎ程度の流量が確保できる能力があれば良い。
【００２５】
一方、収納ボックス９は、該収納ボックス９に設けたフック１０でフロート１１と接続固定し、試料採取容器３を接続した後、このまま採取現場まで移送し、例えば湖沼等の水面に装置を浮かせ必要量の試料水を濾過及び濃縮処理する。
【００２６】
本装置に用いられるフロート１１は前記ボックス９が水面に浮き、且つ装置自体が転倒しない浮力を持ち安定した形状であることが必要であるが、作業性や持ち運び等を考慮したコンパクトな構造であることが望ましい。実施の態様では、浮き輪形状の例を示しているが、構造、材質等も任意に選定できる。
【００２７】
遠隔操作の場合、収納ボックス９内のポンプ６、流量センサー７及び流量調整バルブ８の作動操作は、前記収納ボックス９に設けた接続端子９ａ、９ｂを介した電源及び制御用ケーブル１２ａ、１２ｂで配線した制御盤１３、或いはワイヤレスのリモコン装置を使用する態様が考えられる。
【００２８】
試料採取容器３に設けた試料水の採取口４に備えたステンレス鋼製で円筒型の浮子４ａは、逆止弁体として作用するもので、採取時には容器３を水中に沈める際に浮力で押し上がり、試料水採取口４が開き試料水を取り込む。この態様を図３（イ）、（ロ）に示す。この場合、浮子４ａが試料水採取口４を塞がないようにガイドリング４ｂで予め調整する。また、試料水の採取（濾過及び吸着による濃縮処理）が終了し、本装置を水中から引き上げると浮子４ａは自重で下がるため、試料水採取口４は閉められ、試料採取容器３内に試料水が満たされたままとなり、フィルター１で捕集された懸濁粒子が試料採取容器３から系外に散逸することを防止する。
尚、本実施の形態では、円筒型の浮子４ａの例を示しているが、逆円錐型で球状の栓を備えた構造のものも適用できる。
【００２９】
試料水を必要量採取した後、装置を水から引き上げ、或いは試料採取容器３を取り外して分析室に移送し、前記容器３からフィルター１及び吸着材２を取り出し、ダイオキシン類及びコプラナＰＣＢの分析を行う。
【００３０】
【実験例】
以下、湖沼の試料水を濾過及び吸着により濃縮処理し、ダイオキシン類及びコプラナＰＣＢを測定した結果を説明する。
表１記載のフィルター１及び吸着材２を試料採取容器３に装填し、制御盤１３を用い遠隔操作により１．５Ｌ／ｍｉｎで３０Ｌの試料水を採取（濾過及び吸着による濃縮処理）した。次に、本装置より前記容器３を取り外し、分析室に移送後、前記容器３よりフィルター１及び吸着材２を取り出した。合わせて、前記容器３内の接液部を溶剤で洗浄、回収し、「ダイオキシン類に係る水質調査マニュアル」（環境庁水質保全局）に準じ、ダイオキシン類及びコプラナＰＣＢを測定した。
【００３１】
【比較例１】
表１記載の吸着材を用い、実験例と同時に採取した３０Ｌの試料水をガラス瓶に分取し、分析室に移送した後、「ダイオキシン類に係る水質調査マニュアル」（環境庁水質保全局）に準じ、ダイオキシン類及びコプラナＰＣＢの測定を行った。
【００３２】
【表１】

【００３３】
【比較例２】
フィルター１及び吸着材２の前段にＰＴＦＥチューブを介してステンレス鋼製の水中ポンプを接続し、実験例と同時に１．５Ｌ／ｍｉｎで３０Ｌの試料水を採取した。その後、分析室に移送してフィルター１及び吸着材２を回収し、合わせてフィルター等が充填された容器及び接続配管の接液部を溶剤で洗浄し回収した。更に、水中ポンプ及びＰＴＦＥチューブの接液部も全て溶剤で洗浄し、これらの洗浄液は前記回収したフィルター１及び吸着材２と共に実験例と同じ方法にてダイオキシン類及びコプラナＰＣＢの測定を行った。
【００３４】
【実験例及び比較例１，２の測定結果】
表２に示すように、実験例と比較例１の測定結果はほぼ同等であり、本発明装置が十分適用できる結果が得られた。一方、比較例２は本発明装置や比較例１より値が低い結果であり、その原因は水中ポンプ及び配管類の接液部に残留する或るいは推積したダイオキシン類及びコプラナＰＣＢの回収が十分に行われなかったためと考える。
尚、実験例では、水中のダイオキシン類及びコプラナＰＣＢの捕集を対象に説明したが本発明の水中試料採取装置は適正なフィルター１及び吸着材２を選定使用することにより、他の水中に溶解もしくは懸濁している成分、例えば環境ホルモンと言われる内分泌撹乱化学物質等の捕集にも適用できる。
【００３５】
【表２】

【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の水中試料採取装置は、水面に浮遊させるためのフロート１１を備えたポンプ６に、目的成分を捕集するフィルター１及び／または吸着材２を収納した試料採取容器３が水面下となるように配することにより、ポンプ及び配管類への測定対象物質の吸着や堆積による測定誤差を回避すると共に、大容量の試料水を連続的に採取しながら濾過及び／または吸着により濃縮することができる。更にポンプ６と試料採取容器３とを着脱自在に接続できる構成とすることにより、所望の採取場所や多地点の試料採取が簡便化され、労力が大幅に軽減される。また、ポンプ６の濾過液出口に流量センサー７及び流量調整バルブ８を備えることにより、試料水の濾過流量や濾過量を調整することができ、更に、ポンプ６、流量センサー７及び流量調整バルブ８の制御部を本体と分離させたことにより、遠隔操作で、試料水を採取することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置本体より試料採取容器３を取り外した実施の形態を示す一部切欠側面図。
【図２】本発明に係わる試料採取容器のみの態様を示し、（イ）が縦割側面図、（ロ）が平面図。
【図３】同上試料採取容器の逆止弁体の作動状態を示し、（イ）が水中時の、（ロ）が引き上げ時の各縦断側面図。
【符号の説明】
１フィルター
２吸着材
３試料採取容器
３ａ底桟
４試料水採取口
４ａ浮子
４ｂガイドリング
５試料水排出口
６ポンプ
６a 吸引口
７流量センサー
８流量調整バルブ
９収納ボックス
９a,９b 接続端子
１０フック
１１フロート
１２a 電源ケーブル
１２b 制御用ケーブル
１３制御盤
１４a 採取口蓋
１４b 排出口蓋
１５a クランプ
１５b ボルト
１６連結紐

Claims

水中の微量成分を濾過及び／又は吸着し採取する装置において、水面に浮遊するためのフロート（１１）を備えたポンプ（６）と、水に溶解若しくは懸濁した目的成分を捕集するフィルター（１）及び／又は吸着材（２）を収納した試料採取容器（３）とから成り、前記試料採取容器（３）の試料採取口（４）に水中では浮子の浮力で開き空中では浮子の自重で閉じる逆止弁体（４ａ）を備え、前記ポンプ（６）の吸引口（６ａ）に前記試料採取容器（３）の排出口（５）が着脱自在に接続されて、該容器（３）の採取口（４）より水面下の試料水を連続的に吸引されるようにした水中試料採取装置。
ポンプ（６）に流量センサー（７）及び流量調整バルブ（８）を備えた請求項１に記載の水中試料採取装置。
ポンプ（６）、流量センサー（７）及び流量調整バルブ（８）の制御部（１３）を装置本体と分離させた請求項１又は２に記載の水中試料採取装置。
フロート（１１）を備えたポンプ（６）から成る装置本体に連結紐（１６）を繋いで、該連結紐（１６）の長さの許容範囲で浮遊自在とした請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の水中試料採取装置。