JP6678250B2 - 水サンプルの化学的沈殿および急速ろ過を行うための一体型装置 - Google Patents

Description

本発明は、水サンプルの化学的沈殿およびろ過を行うための装置に関し、特に水サンプルの化学的沈殿および急速ろ過を行うための一体型装置に関する。

化学的沈殿は、海洋環境モニタリングにおいて一般に用いられる前処理方法の1つであり、特に目的要素（または核種）の含有量が非常に少ない場合には、数リットルから数十リットル、さらには数百リットルという多量の水サンプル中の目的要素（または核種）を濃縮および富化させる必要がある。したがって、化学的沈殿の後に固液分離を行わなければならない。

現在の海洋環境モニタリングの実作業では、多量の水サンプルを迅速に固液分離させるための効率的な方法が存在しないため、一般に用いられる固液分離法ではまず、化学的沈殿後の処理済みの溶液を、沈殿の収束後にある時間にわたって（総じて数日間）静置させ、上清をサイホンで除去し、次いで残りの溶液をより小型のろ過容器に移す。この方法には主な欠点が２つある。すなわち、（１）サンプル量が多すぎて現場作業が行えない場合には、これを地上の実験室に持ち帰った後で処理しなければならないが、これによって適時性が低下するとともに、資源が非常に無駄になること、（２）このプロセスには時間が長くかかりすぎ、これによって不確実性が高まることである。

さらに、第１のサイホンプロセスの非効率的な条件下では、溶液が２度目の静置処理に供されるものと考えられ、これによってさらに処理全体の困難性が増す。

同様に、いくつかの先進国（例えばドイツ、ギリシャ、イギリス、ロシアなど）では、現場において水の要素（または核種）を富化させるために例えばイオン交換法などの方法が用いられているが、こうした方法は、処理時間が長いという同一の欠点を共有しており、こうした欠点は、現場における迅速な前処理には適さない。

したがって、海洋国の戦略の急速な推進に伴って、このことは、水サンプルの化学的沈殿および迅速な固液分離を行うための方法および技術の研究において非常に重要であり、これは、国内での環境モニタリングにおける喫緊の要求事項となっている。

国内外で用いられている現行の関連する方法における適時性の低さや作業の困難性といった課題に鑑み、本発明の一目的は、水サンプルの化学的沈殿反応および急速ろ過を行うための一体型装置であって、現場における環境水の化学的沈殿反応および急速ろ過を実現し、且つ現場における作業の困難性を大幅に低減させるとともに現場における作業の適時性を効率的に向上させる一体型装置を提供することである。

本発明に係る水サンプルの化学的沈殿および急速ろ過を行うための一体型装置は、反応容器と、反応容器の蓋と、薬剤添加およびガス漏出用の開口部と、通気管と、支持部と、液相除去部と、固相捕集部と、液相除去部の制御カバーと、固相捕集部の制御カバーとを含む。

反応容器は、液体を収容するために用いられており、反応容器の蓋は、反応容器を封止するとともに、反応溶液の溢流を防ぐために用いられており、薬剤添加およびガス漏出用の開口部は、反応容器の蓋に設けられており、該薬剤添加およびガス漏出用の開口部は、薬剤の添加および化学反応時の外気との連通に用いられており、通気管は、外気を吹き込むことにより沈殿時の溶液の均一な混合を確実に行うとともに、外気を吹き込むことによりろ過時に液相除去部の表面上の固相粒子を吹き飛ばすために用いられており、支持部は、反応容器を支持するために用いられる。

液相除去部の制御カバーは、固液分離時に液相除去部の上部を開閉することにより反応溶液を液相除去部と連通させて、液相の除去を容易にするために用いられる。

固相捕集部の制御カバーは、固相捕集部の上部を開閉することにより反応溶液を固相捕集部と連通させて、固相粒子の捕集を容易にするために用いられる。

液相除去部の上には、孔径が固相粒子の直径よりも小さいろ過膜が配置されており、液相除去部の上部は、反応容器と密閉状態で接続されており、液相除去部は、固液分離時に液相を速やかに除去してその表面への固相の付着を防止することで液相の除去速度を向上させるために用いられる。

固相捕集部の底部には、孔径が固相粒子の直径よりも小さいろ過膜が配置されており、固相捕集部の上部は、反応容器と密閉状態で接続されており、固相捕集部は、固液分離時に固相粒子を捕集するために用いられる。

反応容器は、ステンレス鋼、テフロン(登録商標)またはプレキシガラス(登録商標)などの材料で作製することができ、反応容器の容積は、１０〜１００Ｌであることができる。

反応容器の蓋は、ステンレス鋼、テフロン（登録商標）またはプレキシガラス（登録商標）などの材料で作製することができ、反応容器の蓋のサイズは、反応容器の上方開口部と適合する。

薬剤添加およびガス漏出用の開口部の位置およびサイズは、実際の要求に基づいて決めることができる。

通気管は、プレキシガラス（登録商標）管やプラスチックホースなどの材料で作製することができる。

支持部は、ステンレス鋼や他の耐食性および高強度の材料で作製することができる。

液相除去部の制御カバーの材料は、反応容器の材料と同じであってもよく、液相除去部の制御カバーの開閉方式は、手動、半自動または自動である。

固相捕集部の制御カバーの材料は、反応容器の材料と同じであってもよく、固相捕集部の制御カバーの開閉方式は、手動、半自動または自動である。

液相除去部は、ステンレス鋼、テフロン（登録商標）またはプレキシガラス（登録商標）などの材料で作製することができる。

固相捕集部は、ステンレス鋼、テフロン（登録商標）またはプレキシガラス（登録商標）などの材料で作製することができる。

従来技術と比較して、本発明の顕著な利点は以下の通りである。
（１）本発明によって、現場における環境水の化学的沈殿反応および急速ろ過が実現されるとともに、現場での即時の処理が実現される。
（２）本発明を船上プラットフォームでも実験室プラットフォームでも用いることができる。
（３）本発明によって、現場における作業の困難性が大幅に低減するとともに、現場における作業の適時性が効率的に向上する。

本発明の一実施形態の構造構成を示す概略図である。 本発明の一実施形態の液相除去部に関するろ過膜の設置概略図である。 本発明の一実施形態の固相捕集部に関するろ過膜の設置概略図である。

本発明の理解を深めるための論拠を提供するために、以下の実施例を図面と組み合わせて本発明をさらに説明する。

図１〜図３に示すように、本発明の実施形態は、反応容器１と、反応容器の蓋２と、薬剤添加およびガス漏出用の開口部３と、通気管４と、支持部５と、液相除去部８と、固相捕集部９と、液相除去部の制御カバー６と、固相捕集部の制御カバー７とを含む。

反応容器１は、液体を収容するために用いられており、反応容器の蓋２は、反応容器１を封止するとともに、反応溶液の溢流を防ぐために用いられており、薬剤添加およびガス漏出用の開口部３は、反応容器の蓋２に設けられており、該薬剤添加およびガス漏出用の開口部３は、薬剤の添加および化学反応時の外気との連通に用いられており、通気管４は、外気を吹き込むことにより沈殿時の溶液の均一な混合を確実に行うとともに、外気を吹き込むことによりろ過時に液相除去部の表面上の固相粒子を吹き飛ばすために用いられており、支持部５は、反応容器1を支持するために用いられる。

液相除去部の制御カバー６は、固液分離時に液相除去部の上部を開閉することにより反応溶液を液相除去部と連通させて、液相の除去を容易にするために用いられる。

固相捕集部の制御カバー７は、固相捕集部の上部を開閉することにより反応溶液を固相捕集部と連通させて、固相粒子の捕集を容易にするために用いられる。

液相除去部８の上には、孔径が固相粒子の直径よりも小さいろ過膜８１が配置されており、液相除去部８の上部は、反応容器１と密閉状態で接続されており、液相除去部８は、固液分離時に液相を速やかに除去してその表面への固相の付着を防止することで液相の除去速度を向上させるために用いられる。

固相捕集部９の底部には、孔径が固相粒子の直径よりも小さいろ過膜９１が配置されており、固相捕集部９の上部は、反応容器1と密閉状態で接続されており、固相捕集部９は、固液分離時に固相粒子を捕集するために用いられる。

反応容器１は、ステンレス鋼、テフロン（登録商標）またはプレキシガラス（登録商標）などの材料で作製することができ、反応容器1の容積は、１０〜１００Ｌであることができる。

反応容器の蓋２は、ステンレス鋼、テフロン（登録商標）またはプレキシガラス（登録商標）などの材料で作製することができ、反応容器の蓋２のサイズは、反応容器の上方開口部と適合する。

薬剤添加およびガス漏出用の開口部３の位置およびサイズは、実際の要求に基づいて決めることができる。

通気管４は、プレキシガラス（登録商標）管またはプラスチックホースなどの材料で作製することができる。

支持部５は、ステンレス鋼または他の耐食性および高強度の材料で作製することができる。

液相除去部の制御カバー６の材料は、反応容器の材料と同じであってもよく、液相除去部の制御カバー６の開閉方式は、手動、半自動または自動であってもよい。

固相捕集部の制御カバー７の材料は、反応容器の材料と同じであってもよく、固相捕集部の制御カバー７の開閉方式は、手動、半自動または自動であってもよい。

液相除去部８は、ステンレス鋼、テフロン（登録商標）またはプレキシガラス（登録商標）などの材料で作製することができる。

固相捕集部９は、ステンレス鋼、テフロン（登録商標）またはプレキシガラス（登録商標）などの材料で作製することができる。

反応容器に水サンプルを注入した後、まず通気機能部を始動させ、次いで関連する規定にしたがって化学薬剤を添加し、十分な反応の後に沈殿物が生じ、さらに、反応溶液の液相を除去するために用いる液相除去部と、反応溶液の固相を捕集するために用いる固相捕集部とを反応容器に接続して、処理すべき沈殿物を捕集する。

本発明を、現場作業のために船上で用いることも、実験のために地上の実験室で用いることもできる。

本発明では、様々な使用目的を果たすための様々な要求に応じて様々な形状およびサイズを設計することができる。

本発明の実施形態の作業プロセスは、以下の通り提供される。
反応容器に水サンプルを注入した後、まず通気機能部を始動させ、次いで関連する基準／規定にしたがって化学薬剤を添加し、十分な反応の後に沈殿物が生じ、通気機能部を停止させ、対応するろ過膜を液相除去部（図２）および固相捕集部（図３）に設置し、次いで液相除去部および固相捕集部を反応容器に密閉状態で接続し、液相除去部の制御カバーおよび固相捕集部の制御カバーを開放し、通気機能部を再始動させることで、液相除去部のろ過膜の表面に固相が付着しないようにし、大半の液相が確実に液相除去部から流れるようにする。液相の除去にともなって、固相粒子が固相捕集部へと移され（このプロセスの際には、反応容器の内壁上の残留物の除去に留意すべきである）、反応容器内の溶液の表面が固相捕集部の上端よりも低くなったら通気機能部を停止させ、適切な時点で固相捕集部を下ろし、ろ過膜上の沈殿物を次のプロセスのために捕集して処理する。除去液相を、関連する要求にしたがって廃棄するか、または次のプロセスに向けて待機させる。

水サンプル中の不純物粒子のろ過に本発明を用いることもでき、実施時には薬剤を添加しないが、それ以外のステップは上記のろ過プロセスと同じである。

Claims (10)

1. 反応容器と、反応容器の蓋と、薬剤添加およびガス漏出用の開口部と、通気管と、支持部と、液相除去部と、固相捕集部と、液相除去部の制御カバーと、固相捕集部の制御カバーとを含み、
   前記反応容器は、液体を収容するために用いられており、前記反応容器の蓋は、前記反応容器を封止するとともに、反応溶液の溢流を防ぐために用いられており、前記薬剤添加およびガス漏出用の開口部は、前記反応容器の蓋に設けられており、前記薬剤添加およびガス漏出用の開口部は、薬剤の添加および化学反応時の外気との連通に用いられており、前記通気管は、外気を吹き込むことにより沈殿時の溶液の均一な混合を確実に行うとともに、外気を吹き込むことによりろ過時に前記液相除去部の表面上の固相粒子を吹き飛ばすために用いられており、前記支持部は、前記反応容器を支持するために用いられており、
   前記液相除去部の制御カバーは、固液分離時に前記液相除去部の上部を開閉し、前記液相除去部の上部を開くことにより反応溶液を前記液相除去部と連通させて、液相の除去を容易にするために用いられており、
   前記固相捕集部の制御カバーは、前記固相捕集部の上部を開閉し、前記固相捕集部の上部を開くことにより反応溶液を前記固相捕集部と連通させて、固相粒子の捕集を容易にするために用いられており、
   前記液相除去部の上には、孔径が固相粒子の直径よりも小さいろ過膜が配置されており、且つ前記液相除去部の上部は、前記反応容器と密閉状態で接続されており、前記液相除去部は、固液分離時に前記通気管で外気を吹き込むことにより液相を速やかに除去して前記ろ過膜の表面への固相の付着を防止することで液相の除去速度を向上させるために用いられており、
   前記固相捕集部の底部には、孔径が固相粒子の直径よりも小さいろ過膜が配置されており、且つ前記固相捕集部の上部は、前記反応容器と密閉状態で接続されており、前記固相捕集部は、固液分離時に固相粒子を捕集するために用いられる、水サンプルの化学的沈殿および急速ろ過を行うための一体型装置。
2. 前記反応容器は、ステンレス鋼、テフロン（登録商標）またはプレキシガラス（登録商標）で作製されている、請求項１に記載の水サンプルの化学的沈殿および急速ろ過を行うための一体型装置。
3. 前記反応容器の容積は、１０〜１００Ｌである、請求項１に記載の水サンプルの化学的沈殿および急速ろ過を行うための一体型装置。
4. 前記反応容器の蓋は、ステンレス鋼、テフロン（登録商標）またはプレキシガラス（登録商標）で作製されており、前記反応容器の蓋のサイズは、前記反応容器の上方開口部と適合する、請求項１に記載の水サンプルの化学的沈殿および急速ろ過を行うための一体型装置。
5. 前記通気管は、プレキシガラス（登録商標）管またはプラスチックホースである、請求項１に記載の水サンプルの化学的沈殿および急速ろ過を行うための一体型装置。
6. 前記支持部は、ステンレス鋼製の支持部である、請求項１に記載の水サンプルの化学的沈殿および急速ろ過を行うための一体型装置。
7. 前記液相除去部の制御カバーの材料は、前記反応容器の材料と同じであり、前記液相除去部の制御カバーの開閉方式は、手動、半自動または自動である、請求項１に記載の水サンプルの化学的沈殿および急速ろ過を行うための一体型装置。
8. 前記固相捕集部の制御カバーの材料は、前記反応容器の材料と同じであり、前記固相捕集部の制御カバーの開閉方式は、手動、半自動または自動である、請求項１に記載の水サンプルの化学的沈殿および急速ろ過を行うための一体型装置。
9. 前記液相除去部は、ステンレス鋼、テフロン（登録商標）またはプレキシガラス（登録商標）で作製されている、請求項１に記載の水サンプルの化学的沈殿および急速ろ過を行うための一体型装置。
10. 前記固相捕集部は、ステンレス鋼、テフロン（登録商標）またはプレキシガラス（登録商標）で作製されている、請求項１に記載の水サンプルの化学的沈殿および急速ろ過を行うための一体型装置。

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