JP5828904B2 - 濁水及びプロセス流のオンライン連続塩素分析のための装置 - Google Patents

Description

「関連出願の相互参照」
なし。
「連邦により補助された研究又は開発の言明」
なし。

本発明は所定の水の容積中に存在する殺生物剤及び特定の酸化剤の量を正確に監視するための方法及び装置に関する。次亜塩素酸ナトリウム及び他のハロゲンに基づく組成物（限定はされないが、アクチブロム（Ａｃｔｉｂｒｏｍ）、ＢＣＤＭＨ、及びスタブレックス（Ｓｔａｂｒｅｘ）を含む）などの酸化剤は、水中及び工業的プロセス内の微生物の成長及び他の生物学的堆積の形成を制御するために、しばしば用いられる。効率的及び効果的なこれらの組成物の使用は、しかしながら、適正な濃度が維持されることを要求する。このことは、リアルタイムで最新の濃度情報を提供するオンライン・システムによりもっともよく達成される。

水中の濃度を監視するための１つのオンラインの方法は、合計のハロゲン量及び遊離ハロゲン残量を決定することを含む。このことは、多くの市販品として入手可能な、さまざまな技術を用いる装置により達成できる。ＨＡＣＨＣＬ１７は、遊離及び合計塩素量を、比色法及びＮ，Ｎ−ジエチル−ｐ−フェニレンジアミン（ＤＰＤ）指示試薬を用いて測定する。残念なことに、そのような比色及び指示試薬の使用は、固体分が少なく、及び濁度値が５比濁分析濁度単位（ｎｅｐｈｅｌｏｍｅｔｒｉｃ ｔｕｒｂｉｄｉｔｙ ｕｎｉｔｓ：ＮＴＵ）未満のものに限られる。製紙プロセス水は、最も清澄な部分でさえも０．１〜０．５％の固体分を含み、この値は利用可能な技術の限界をはるかに超えるものである。

別の方法は、酸化還元電位（ＯＲＰ）である。しかしながら、ＯＲＰは酸化剤濃度の間接的な測定を与えるのみである。ＯＲＰはハロゲン濃度以外の因子にも影響を受けるために、特定の状況の下では、特に濁度の高い環境では、不正確となる。

さらに別の方法は、電流測定である。電流測定は、導体素子センサー（典型的には銅及びプラチナ又は金の電極）を有する。微量の電圧がセンサー電極に加えられる。次いで、電荷が酸化剤の化学的還元により生成される。生成する電荷はサンプル中に存在する残留ハロゲンに直接線形比例する。しかしながら、電流測定は膜キャップを必要とし、多くの工業的プロセスで連続的に使用されたときには急速に汚染される。電流測定には、限られた実用的使用しかない。

したがって、水サンプル中の酸化剤濃度をよりよく検知するための方法、及び装置を提供することは有用であり、望ましい。このセクションに記述される技術は、具体的にそのように指定されない限り、本明細書において参照される、特許、刊行物、又は他の情報が、本発明に関する「先行技術」であることを受け入れることを構成することを意図していない。加えて、このセクションは、検索が行われたか、又は米国特許施行規則（３７ＣＦＲ）第１．５６条（ａ）に定義される関連情報が存在しないと解釈されるべきではない。

本発明の少なくとも１つの実施形態は、濁水サンプル中の酸化剤の存在及び濃度を正確に検出する方法を指向しており、その方法は以下のことを含む：１）フィルター・アレーに水を通過させることであって、このフィルター・アレーは、水サンプルから、酸化剤はそのままに、濁度を生じる物質だけを取り除くように構築され配置されている、少なくとも１つのフィルターを含み、２）次いで、フィルター・アレーでろ過された水を、もし水が前記のようにろ過されていなかったら酸化剤濃度を正確に測定できない酸化剤モニターを通過させること、及び３）濃度の測定をモニターから戻すこと。

前記フィルター・アレーは、少なくとも２つのフィルターを含むことができ、これらのフィルターは、水の下流への流れに対して、互いに直列である。少なくとも１つの下流側から離れたフィルターは、より下流側のフィルターに比較して、より大きく、及びより粗い濁度を生じる物質をろ過するように構築され、及び配列されることができる。このフィルター・アレーは帯状のフィルターを含むことができる。前記フィルター・アレーは回転するように、構築され及び配置され、この回転は、濁度を生じる物質との継続的な接触による、フィルターの上の累積及び付着物を防止する。

酸化剤は、ハロゲンに基づくことができ、及び次亜塩素酸ナトリウムであることができる。モニターは酸化剤濃度を、合計ハロゲン量及び遊離ハロゲン残量を決定することに依存するアルゴリズムを用いることで決定する。フィルター・アレーを通過する流速は、残りのサンプル流が、モニターが濃度を測定するために必要とする時間間隔と両立し得るように、水の一部分を側部の放水路に迂回させることで調節できる。

この方法は、以下のことよりなるリスト：測定された酸化剤濃度が、高濃度が通過する前に測定された量の０〜４０％と同程度の量である；所定の時間が経過する；分析器の時間間隔の所定の倍数が経過する；及びそれらの任意の組み合わせ：から選ばれる１つの項目が発生するまでは、測定された酸化剤量が、測定された酸化剤量であることをその後は、表示しないようにモニターが構築及び配列されている場合には、高濃度の酸化剤を間歇的にモニターを通過させる工程をさらに含むことができる。前記高濃度の酸化剤は、モニター、ポンプ、ホース、及びそれらの任意の組み合わせよりなるリストから選ばれる少なくとも１つの項目の付着物を軽減することができる。水サンプルは、製紙工場プロセス流からの水であってよい。前記濁度を生じる物質は、セルロース繊維、無機充填剤、性質増強ポリマー、サイズ剤、木材チップ、及びそれらの任意の組み合わせよりなるリストから選ばれることができる。

追加的な特徴及び利点が本明細書に記載され、以下の発明の詳細な説明から明白となるであろう。

本発明の詳細な記載が、以下に図面への具体的な参照とともに記載されるが、図１は、分析器システムの模式的な図面である。
図１は、分析システムの構成図である。

本出願のための用語の定義は以下のとおりである：
「付着物」は、水中又は表面の、任意の有機又は無機物質の望ましくない存在、又は堆積である。

「モニター」は、少なくとも１つの物理的又は化学的特性を測定するため、並びにその測定に応じて信号を出力するために構築され及び配列された装置である。

上記の定義又は本出願の他の場所で言明されている記載が、通常使用される（明示的な又は黙示的な）意味、辞書中の意味、又は参照により本出願中に組み込まれるソースの中に言明されているもの、とりわけ本出願、及び請求項の用語と万一矛盾している場合には、通常の定義、辞書の定義、又は参照により組み込まれた定義には従わず、本出願中の定義又は記載に従うと解釈されるものと理解されるべきである。上記を考慮すると、もし用語が辞書によってのみ理解され得ると解釈される場合、もしその用語がＫｉｒｋ−Ｏｔｈｍｅｒ Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，第５版，（２００５），（Ｗｉｌｅｙ，Ｊｏｈｎ ＆ Ｓｏｎｓ，Ｉｎｃ．発行）により定義されている場合は、その定義が、その用語が請求項においてどのように定義されるかを支配する。

図１を参照するが、少なくとも１つの実施形態は、一定容積の水中の酸化剤の量を正確に測定するための方法及び装置（１）であることが示されている。水は源（２）から流れ、及び従来技術の酸化剤分析器、又はその「均等論」の等価物による分析の前に、複数の前置ろ過の処理を受ける。前置ろ過は、水をフィルター・アレー（４）を通過させることにより達成される。この水は、１つ以上のポンプ（３）の効果の影響により流れる。前記前置ろ過は、取り除かれなければ分析器（６）を詰まらせるか、測定を不正確にするであろう物質を除去する。同時に前置ろ過は、サンプルの酸化剤濃度を変化させない様式で行われるので、酸化剤サンプルは、分析される水の真の容積を表す。

少なくとも１つの実施形態では、前記水の源は、製紙工場からの大量のプロセス水である。そのようなプロセス水は、典型的には高度に濁り、並びに大量のセルロース及び他の繊維、紙、及び木材固体、充填剤、無機物、及びさまざまな性質の増強添加物を含んでおり、それらの全てが正確な、及び／又は長期のプロセス水の酸化剤含有量の分析を困難にするか又は不可能にする。このことは、今度は、酸化剤の添加を「盲滅法（ブラインド：blind）」にし、したがって、多すぎて不必要に無駄が多い（及び場合によっては毒性のある）か、又は少なすぎて十分に効果的でないかのどちらかにしてしまう。

少なくとも１つの実施形態では、前記前置ろ過は、１つ以上の帯状（バンド：band）フィルターの使用により達成される。帯状フィルターは、当技術分野では、液体が常に清浄なろ過材料を通過することを可能にするフィルター装置として知られている。この清浄さは、帯そのものが、液体が流れる開口部を横切って、常に引っ張られる（カセットテープの中のテープによく似ている）長い細長い一片であるためである。それが引っ張られるために、同一面積の所定のろ過表面のみが短い時間の間に液体と接触し、顕著な付着物を生じる時間を持たない。通常、帯状フィルターは、少なくとも部分的に、所定の位置に、液体の流れと同一方向の圧力勾配によって開口部に対して保持される。少なくとも１つの実施形態では、この勾配はフィルターの下流にあるポンプ（５）により引き起こされる。しばしば、帯は洗浄段階を含むループであり、帯の同一部分が開口部を通過して何回も循環するが、それは常に洗浄されるために、その効果として、液体が通過して流れるフィルター表面が永久に清浄になる。

少なくとも１つの実施形態では、帯状フィルターは、開口部を、０．５１ｃｍ／分〜１１ｃｍ／時間の速度で通過する。少なくとも１つの実施形態では、この帯状フィルターが、液体と使用するために構築され、及び配列される。

少なくとも１つの実施形態では、帯状フィルターを通過する液体は、２％（２％の繊維及び残りの９８％のほとんど／全てが水であることを意味する）を超えない。

少なくとも１つの実施形態では、前記帯状フィルターは回転され、及び継続的に洗浄されるので、濁度を生じる物質はフィルターを詰まらせない。

少なくとも１つの実施形態では、ただ１つのフィルターだけがある。少なくとも１つの実施形態では、２つ以上のフィルターが、水の経路に対して互いに直列に配置される。多重の直列に配置されたフィルターは、水サンプルから増加し続ける割合の濁度を生み出す物質を除去する。

少なくとも１つの実施形態では、前記フィルターは、濁度を生み出す物質の効果を低減することでも非常に効果的であるために、６％の高さの固体含有量を有するプロセス水でも効果的に測定できる。少なくとも１つの実施形態では、前記１つ以上のフィルターは、２〜４％の固体の濁度を生み出す物質をサンプルから除去するために配列される。

少なくとも１つの実施形態では、フィルターの下流にある前記分析器（６）は、ＨＡＣＨＣＬ１７分析器である。

少なくとも１つの実施形態では、前記１つ以上のフィルターを通過する水サンプルの流速は、分析器にとって最適流速に適合するために、構築され及び配列される。例えばＨＡＣＨＣＬ１７では、前記分析器は、残量を３分間の間隔で測定し、流速はその速度に適合するように調整される。少なくとも１つの実施形態では、もし水サンプルの流速が分析器の測定速度を超過すると、水サンプルの一部分が放水路（７）を下って迂回され、及び残りが分析器を通過する最適量になる。このようにして、分析器の間隔の速度を超える流速でも、正確な読み取りを提供できる。少なくとも１つの実施形態では放水路は、分析器を通過する液体が固定速度であることを確実にするために構築され、及び配列される。

少なくとも１つの実施形態では、システムは洗浄サイクルを利用できる。この洗浄サイクルは、センサー、ホース、フィルターなどの１つ以上が清浄な状態に維持されることを可能にする。システムのさまざまな部分が連続的に潜在的に汚染された水を受けるため、微生物のぬめりが、この汚染された水に接触するさまざまな表面に沿って累積する可能性がある。少なくとも１つの実施形態では、前記洗浄サイクルは、プロセス流の水をシステムの１つ以上の部分から迂回させ、及びその代わりに、高濃度の酸化剤又は他の殺生物剤を含む液体を導入することにより達成される。

少なくとも１つの実施形態では、濃縮された次亜塩素酸ナトリウム（又は他の酸化剤又は殺生物剤）が、このシステムの少なくとも１つの部分に導入され、及びそれがその部分を洗浄する。少なくとも１つの実施形態では、濃縮された次亜塩素酸ナトリウム（又は他の酸化剤若しくは殺生物剤）が、このシステムの少なくとも１つの部分に導入され、及び導入された次亜塩素酸ナトリウム（又は他の酸化剤若しくは殺生物剤）が、連続して後続するシステムの下流の部分をたどり、及びそれらの下流の部分を洗浄する。このことは、化学物質の１回の注入が、システムの複数の部分の効果的洗浄を達成することを可能にする。少なくとも１つの実施形態では、濃縮された次亜塩素酸ナトリウム（又は他の酸化剤若しくは殺生物剤）が、少なくとも１つの前置ろ過段階の上流であるプロセス流中に導入される。少なくとも１つの実施形態では、次亜塩素酸ナトリウム（又は他の酸化剤若しくは殺生物剤）（８）が、それ自身のポンプ（９）内に導入される。

少なくとも１つの実施形態では、前記サンプル水ポンプ（３）、ろ過後ポンプ（５）、及び洗浄サイクルポンプ（９）が、同時に異なる流速で稼動するように協調されている。少なくとも１つの実施形態では前記サンプル水ポンプ（３）が、ろ過後ポンプ（５）の７５〜２５０倍の大きさの流速で稼動する。少なくとも１つの実施形態では洗浄サイクルポンプ（９）は、サンプル水ポンプ（３）の３ｘ１０^−７〜６ｘ１０^−７倍遅い流速で稼動する。例示的な実施形態では、前記サンプル水ポンプ（３）は、１Ｌ／分の速度で稼動し、ろ過後ポンプ（５）は、５〜１０ｍＬ／分、及び洗浄サイクルポンプ（９）は、３０ｍＬ／１２時間の速度で稼動する。

センサーを通じて、このぬめり除去の流れがセンサーを通じて流れなくなった後でも、はるかに高い酸化剤濃度が暫く続く。少なくとも１つの実施形態では、このセンサー（又はセンサーと通信するプロセス制御装置）は、センサーの時間間隔の倍数である時間間隔の後か、検出される酸化剤レベルが洗浄サイクル開始以前のレベル（例えば以前のものの０％〜５０％）に下がって戻るかの、いずれかまでは、不正確な酸化剤の読み出しを拒否するように設計されている。

少なくとも１つの実施形態では、前記時間間隔は１〜７分の長さである。

少なくとも１つの可能な洗浄サイクルの例は以下のとおりである：ホース及び分析器（６）のいくらか又は全体を洗浄するために、前記洗浄サイクルポンプ（９）が、次亜塩素酸塩（及び／又は他の酸化剤又は殺生物剤）をポンプする。その結果、分析器は、塩素レベルが標準よりも高い（例えば＞５ｐｐｍ）ことを検出する。装置（１）のプロセス制御システムとの通信後に、この装置は、時間間隔を定常状態（例えば３０分）に切り替える。時間間隔が一周後に、前記プロセス制御システムは、装置を通常状態に戻す。

本発明は、多くの異なる形態において実施可能であるが、その詳細は、本発明の具体的な好適な実施形態において、図面に示されかつ記載されている。本開示は本発明の原理の例示であり、本発明を説明された特定の実施形態に限定することを意図するものではない。本明細書において言及された、任意の及び全ての特許、特許出願、科学的文献、及び他の参考文献は、参照によりその全体が本願に組み込まれる。更に、本発明は、本願に記載され及び組み込まれた、さまざまな実施形態のいくつか、又は全ての、可能な任意の組み合わせを包含する。

上記に開示されたものは、説明的であることを意図しており、網羅的なものを意図していない。この記載は当業者に多くの変形及び代替物を示唆するであろう。全てのこれらの代替物及び変形も、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」が「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ，ｂｕｔ ｎｏｔ ｌｉｍｉｔｅｄ ｔｏ〜：含むが、〜に制限されない」を意味する、請求範囲に含まれることが意図される。当業者は、特定の実施形態に対して他の等価物を認識し得るであろうが、それらもまた請求範囲に包含されることが意図される。

本明細書において開示される全ての範囲及びパラメータは、任意及び全ての部分的範囲、その中に部分的に集計されるもの、及び終点までの全ての数字を包含するものと理解される。例えば、「１〜１０」の範囲とは、最小値である１から、最大値である１０までの間の（１及び１０を含む）、任意及び全ての部分的範囲、即ち、最小値である１又はより大きな値から始まり（例えば１〜６．１など）、最大値である１０又はそれ未満の値で終了する（例えば、２．３〜９．４、３〜８、４〜７など）、そして最終的には、その範囲内に含まれる、１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０の各数を含むものと考慮されるべきである。

このことは、本発明の好適な、及び変更された実施形態の記述を完成する。当業者は、本明細書に記載された具体的な実施形態の等価物を認識するであろうが、そのような等価物も本明細書に添付された特許請求の範囲に包含されることが意図される。

Claims (1)

1. 濁水サンプル中の酸化剤の存在及び濃度を正確に検出する方法であって、
   前記濁水サンプルにフィルター・アレーを通過させるステップであって、このフィルター・アレーは、第１の回転輪と第２の回転輪とを有する帯状フィルタ型のフィルタである、少なくとも１つのフィルタを含み、前記２つの回転輪の周囲には透水性テープが巻回され、これらの回転輪が同一方向に回転するように構成及び配置されることにより、前記テープは前記第１の回転輪から巻き解かれてさらに前記第２の回転輪に巻かれ、さらに前記テープは、濁度を生じる物質を除去した後、クリーニングステージによって必ず洗浄されてから前記第１の回転輪に戻るので、濁度を生じる物質で前記テープが詰まることはなく、該テープは、前記第１の回転輪から巻き解かれる前には本質的にクリーンな状態であり、水にこの本質的にクリーンなテープを通過させるように前記テープは前記クリーニングステージで洗浄され、前記水が通過するのは本質的にクリーンなテープだけであり、該テープは透水性であるので、前記濁水サンプルから酸化剤は除去せずに、濁度を生じる物質だけを除去するステップと、
   次いで、フィルター・アレーでろ過された水に、酸化剤モニタを通過させるステップであり、該酸化剤モニタは、前記水がろ過されていないと酸化剤濃度を正確に測定できず、かつ、該酸化剤モニタはＮ，Ｎ−ジエチル−ｐ−フェニレンジアミン（ＤＰＤ）指示試薬を用いて酸化剤レベルを測定するステップと、
   前記帯状フィルタ型フィルタの少なくとも一部を、ポンプによって生じる圧力勾配により所定位置に保持するステップであり、前記圧力勾配は、前記テープを前記フィルター・アレーから前記酸化剤モニタまで濁水サンプルの流れ方向に引っ張るステップと、
   前記濃度の測定値を前記モニタから得るステップと、
   を含む方法。

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