JP4036373B2

JP4036373B2 - 水質分析装置

Info

Publication number: JP4036373B2
Application number: JP2003270255A
Authority: JP
Inventors: 博之橋本
Original assignee: Toray Engineering Co Ltd
Current assignee: Toray Engineering Co Ltd
Priority date: 2003-07-02
Filing date: 2003-07-02
Publication date: 2008-01-23
Anticipated expiration: 2023-07-02
Also published as: JP2005024489A

Description

ＴＯＣ計、ＴＮ計など燃焼酸化方式の水質分析装置に用いられる触媒上部に置く触媒床に関する。

工場排水や下水道排水等の水質汚染物質を含む排水、および工程中に使用される工程水の汚濁度を測定する水質分析装置において、上記排水および工程水から微量の試料（以下、被測定液という）をサンプリングし、試料注入部より所定の温度に保持された燃焼管内に滴下することにより、水分を蒸発気化するとともに被測定液中に含まれる水質汚濁物質をＣＯ_２、ＮＯまたはＮＯ_２等に燃焼分解させ、キャリアガスを用いてガス分析計まで搬送し、キャリアガス中のＣＯ_２、ＮＯまたはＮＯ_２等の測定が必要なガス濃度を測定し、上記排水および工程水の汚濁度を測定することが行なわれている。

ＴＯＣ計、ＴＮ計など燃焼酸化方式の水質分析装置においては、通常、燃焼管部に白金を用いた触媒を配置し、水質汚濁物質を効率良くＣＯ_２、ＮＯまたはＮＯ_２等に燃焼分解する様にハニカム状の構造にする等の工夫がされている。（例えば、特許文献１）。また、触媒の寿命を延ばすための工夫もされている。（例えば、特許文献２）。

特開２００１−１５３８５９号公報実公平７−４０２１３号公報

上記水質分析装置において、ＴＯＣ計、ＴＮ計など燃焼酸化方式の水質分析装置においては、通常、燃焼管部に白金を用いた触媒を配置し、水質汚濁物質を効率良くＣＯ_２、ＮＯまたはＮＯ_２等に燃焼分解する様にしているが、該触媒は、被測定液中の水質汚濁物質内の無機塩分等により徐々に侵され、最終的には触媒に直接試料が付着し、該触媒の劣化によって正確な測定値が得られなくなったり、触媒の寿命の短期化によって頻繁な交換を余儀なくされていた。

上記課題を解決する為に、本発明に係る水質分析装置では、請求項１に記載の様に、試料注入部とキャリアガス供給部と加熱炉内に設置され且つ内部に触媒を保持した燃焼管とガス中の所定成分濃度を検出するガス検出器よりなる燃焼酸化分解方式の水質分析装置において、燃焼管内の触媒上部にセラミックファイバーからなる触媒床を設けたことを特徴としている。

これにより、燃焼管内の触媒に直接海水などを含んだ試料が接する前にセラミックファイバからなる触媒床に接し、触媒の急激なダメージを抑制でき、ついては触媒の寿命を大幅に延ばすことが出来る。

また、セラミックファイバーはシリカ・アルミナ系からなるものが一般的であるが本発明では、請求項１に記載の様に、触媒床の材料のセラミックファイバーがジルコニア系セラミックファイバーであることを特徴としている。

耐久性の高いジルコニア系セラミックを用いることにより、塩分等を含んだ試料の場合でも大幅に寿命を延ばすことが出来る。

上記ジルコニア系セラミックファイバーについて請求項２に記載の様に、ファイバー長が５ミリメートル以上の範囲であることを特徴としている。

触媒は従来の技術に記載の様に、効率よく触媒と反応させる構造としてハニカム構造になっている為、触媒床のセラミックファイバーの長さが短いと触媒に絡んでしまうという現象を回避するため、５ミリメートル以上、好ましくは２０ミリメートル以上のファイバー長を保持することが効果的である。

本発明の燃焼酸化分解方式水質分析装置においては、燃焼管内の触媒の上部にジルコニア系セラミックファイバーからなる触媒床を設けたことにより、無機塩分などを多く含む測定試料が直接触媒に接することが無くなり、反応を促進させる触媒が侵されたりする割合を低くすることができ、測定値の干渉なども無くすことができた。また、触媒の耐久時間が長くなり、燃焼管及びその中の触媒に関するメンテナンス周期が長くなり、長期連続測定が可能となった。

以下に、本発明の望ましい実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の燃焼酸化分解方式水質分析装置の全体を示す図である。当該燃焼酸化分解方式水質分析装置は
、キャリアガス供給部１、試料注入部２、触媒３および本願発明の触媒床４を充填した燃
焼管５、燃焼管５を加熱する加熱炉６、水分凝縮除去部７、ＣＯ_２やＮＯ等からなる測定
するガスの検出部８および信号処理部９からなる。

当該水質分析装置の作用は次ぎからなる。測定する試料を一定量計量し、触媒床４および触媒３が充填された燃焼管５に送られる。燃焼管５はあらかじめ加熱炉６によって加熱されており、燃焼管５に送られた試料は燃焼管５内で燃焼し、触媒３に接触して反応を促進される。測定する試料は、加熱炉６による加熱により燃焼管５内で燃焼し且つ触媒３により反応を促進され測定するガスとして生成される。生成されたガスはキャリアガス供給部１から送られるキャリアガスによって燃焼管５から水分凝縮部７に運ばれ、十分水分除去した後、検出部８に送られる。

キャリアガスとともに検出部８に送られた生成された測定するガスは、検出部のガス分析計にて分析され、ガス分析計から濃度に対応した電気信号が検出部８から信号処理部９に送られ信号処理部９にて演算され、その結果が表示もしくは記録される。

上記水質分析装置における構成で、測定ガスには、無機塩分などあらゆる種類の成分を含んでいるので、特に加熱された状態で燃焼管５内で、触媒３を用いて反応促進させるにおいて、燃焼管５や触媒３が侵されやすいので、触媒３の上に触媒床４を備え、燃焼管５や触媒３を保護している。

次ぎに、燃焼管５内の構造について述べる。図２に示す様に、燃焼管５の中では触媒３が定位置に位置する様に燃焼管５の下部を絞った形状とし、アルミナボールを配してあると共に、キャリアガスとともに生成された測定ガスが速やかに検出部８に送られる様に構成されている。該触媒３の上部に触媒３を保護する為に触媒床４としてジルコニア系セラミックファイバー４０が配置されている。

また、図３は図２の変形例であり、さらに良く触媒を保護する為、触媒３の上部にシリカ−アルミナ系セラミックファイバー５０が配置されている。その上に本発明にある触媒床４としてのジルコニア系セラミックファイバー４０を配置してある。同時に、圧力損失を得る為および／または触媒３を安定的に固定する為、触媒３の下部にシリカ−アルミナ系セラミックファイバー５０が配置されている。

上記の様に、燃焼管５の内部では触媒３に直接測定ガスがかからない様に、触媒床４が設けられている。

本発明の実施例として、東レエンジニアリング製オンラインＴＯＣ自動分析装置（モデル、ＴＯＣ−１００）をオフラインＴＣモードにて測定周期を５分周期に設定し、当該装置に本発明にある様に、触媒床４を配置して実施した。触媒床４としてのジルコニア系セラミックファイバーは、直径が２ミクロンメートルから１０ミクロンメートル、ファイバー長が５ミリメートル以上のもの、充填量として０．４グラムとした。

試料としては、ＪＩＳＫ０８０５に沿って、海水１リットルにＫＨＰ（フタル酸水素カリウムＪＩＳＫ８８０９）を１．７グラム混入したものを用い連続して流し測定したところ、１００時間連続して測定しても触媒３の劣化は認められなかった。１００時間連続測定をしたところで、試料注入部２から燃焼管５へ試料注入している滴下チューブが汚れ、清掃を必要としたため、測定を中止したが、触媒床４を配置した場合の当該実施における触媒３の劣化は抑制されさらに長時間の寿命があることを確認することができた。

また、比較例として、実施例の触媒床４の材料にファイバー径２．５ミクロンメートルで、ファイバー長が不揃いのシリカアルミナ系のファイバーを用い実施例と同等の条件で、海水１リットルにＫＨＰ（フタル酸水素カリウムＪＩＳＫ８８０９）を１．７グラム混入したものを用い連続して流し測定したところ、触媒３の耐久時間は４０時間であった。

本発明の水質分析装置の構成を表す全体図である。本発明の燃焼管内の構成の一例を表す図である。本発明の燃焼管内の構成の変形例を表す図である。

符号の説明

１キャリアガス供給部
２試料注入部
３触媒
４触媒床
５燃焼管
６加熱炉
７水分凝縮辞去部
８検出部
９信号処理部
１０アルミナボール
２０シリカ−アルミナ系セラミックファイバー
４０ジルコニア系セラミックファイバー

Claims

試料注入部とキャリアガス供給部と加熱炉内に設置され且つ内部に触媒を保持した燃焼管とガス中の所定成分濃度を検出するガス検出器よりなる燃焼酸化分解方式の水質分析装置において、燃焼管内の触媒上部にジルコニア系セラミックファイバーからなる触媒床を配置したことを特徴とする水質分析装置。
ジルコニア系セラミックファイバーのファイバー長が５ミリメートル以上の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の水質分析装置。