JPS62288568A - 水中の窒素化合物の分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 〔発明の属する技術分野〕 この発明は水中に含有される微量の窒素化合物の分析装
置に係り、詳細にはオゾンにより水中の窒素化合物を硝
酸イオン（以下Ｎ　Ｏｘ−と略す）に酸化分解し、この
ＮＣｈ−を定量することにより水中の窒素化合物を求め
る分析装置に係り、さらに詳細にはオゾン化空気中に含
有される五酸化窒素（以下Ｎ　ｚ　Ｏｓと略す）を除去
するための洗浄水の補充あるいは交換の手間を必要とし
ない水中の窒素化合物の分析装置に関する。

〔従来技術とその問題点〕

近年、湖沼や内海等の閉鎖性水域では豊栄養化が問題と
なっており、水道水の異臭味の発生、魚貝類の死滅等の
障害が発生している。このため、環境庁では豊栄養化防
止対策の一環として昭和５７年１２月に［湖沼の窒素及
び燐に係る環境基準ｊを告示し、今後はさらに海域の環
境基準、排水基準などの告示も予定している。したがっ
て、これらの告示により水中の低濃度の窒素、燐を精度
よく測定する必要が生じてきた。

このうち窒素に関しては出願人はすでにオゾン酸化法と
紫外線吸光度法からなる水中の窒素化合物の分析方法及
び装置を考案した。これは試料水のＰＨをアルカリ性に
してオゾンを試料中に通気し、窒素化合物をＮＯ２−に
分解した後、生成したＮＯ３−を紫外線吸光度法で定量
し、水中の窒素化合物を求めるようにしたもので、懸濁
物質を含む水中の微量の窒素化合物を簡便に、しかも精
度よく測定できるものである。

窒素化合物をＮ０ｆｆ−に酸化するためのオゾンは酸素
または空気を原料としてオゾナイザ−で発生させるが、
オゾナイザ−で得られるオゾン濃度は原料の酸素濃度の
平方根にほぼ比例することから酸素を原料とした場合に
は空気を原料とした場合の約２倍のオゾン濃度が得られ
る。しかしながら、酸素は高価であり、かつ輸送、貯蔵
の面でも取扱いに注意を払わなければならないため、オ
ゾンの原料としては空気を用いることが多い。オゾン原
料として空気を用いる場合には乾燥度が低いとオゾン発
生効率を低下させるために、除湿してから使用される。

また、空気中の窒素はオゾナイザ−で一部Ｎ２０．に酸
化される。窒素のＮ２０．への転換率は原料となる空気
の乾燥度に依存し、乾燥度が高いと転換率は低くなるが
、通常径られる範囲の乾燥度ではＮ２０．の生成は避け
られない、このＮ　ｔ　Ｏｓは極めて水溶性が高く、次
式に示すように水に？容けてＮ　Ｏ！−になる。

Ｎｆｆ１Ｏ，＋Ｈ２０→２Ｈ”２ＮＯ，−したがって、
窒素化合物をＮＯ３−に分解するために、試料中に直接
オゾン化空気を吹き込むと、Ｎ２０．に起因するＮ　Ｏ
ａ−分だけ正誤差を与える。

このため、窒素化合物を分解する前に一度オシン化空気
を水洗してＮ　＊　Ｏｓを除去しなければならない。

このような空気をオゾン発生原料としたときの水中の窒
素化合物の分析装置として従来、第４図に示すものが知
られている。今、Ｎ！Ｏ８除去のための水洗部分につい
てのみ説明すると、第４図においてオゾンの原料となる
空気はブロワ−１で除湿器２に送られ、ここで除湿され
た後、オゾナイザ−３でオゾン化空気となる。このとき
空気中の窒素の一部は酸化されてＮｚｏｓになっている
。オゾン化空気は切換コック４を通って洗浄ビン５に吹
き込まれて水洗され、Ｎ　ｔ　Ｏｓが除去される。Ｎｔ
Ｏ３の除去されたオゾン化空気は次いで、反応槽６内の
試料水６ａに一定時間散気され、試料水６ａ中の窒素化
合物をＮＯ３−に酸化する。

第４図の従来の分析装置では水洗部分が前述のように構
成されており、このため、乾燥度の高いオゾン化空気が
洗浄ビン５の出口ではほぼ飽和濃度になることから洗浄
液は次第に減少し、さらにまた、Ｎｏ、−の蓄積も起こ
る。

ここで、洗浄液の減少とＮＯ３−の蓄積についてさらに
詳細に説明する。オゾンの原料となる空気は通常、露点
−４０℃以下に除湿されることから原料空気の露点を一
４０℃とすると、飽和湿度は１．１７ＸＩＯ−’ｋｇ／
ｋｇ　（乾燥空気）と与えられる。また、水洗後のオゾ
ン化空気の温度を２５℃とすると、飽和湿度は２．０１
Ｘ１０−”Ｉｑｒ／ｋｇ　（乾燥空気）となる。

したがって、乾燥空気１　ｋｇを水洗すると、２．０１
　Ｘ　１０−”−１，１７Ｘ　１０−”ｑ　２．００　
Ｘ　１０−”ｋｇ　−２０ｇの洗浄水が減少する。今、
オゾンによる試料水の酸化条件をオゾン化空気通気量を
２．０１１／分、１試料当りの通気時間を５０分／試料
、１日当り２４試料を分析するものとすると、１日当り
のオゾン化空気量は２．ＯＸ　５０　Ｘ　２４−２４０
０　Ｊ　／日となる。一方、１　ｋｇの乾燥空気は２５
℃では約８４３１であるから、１日当りの洗浄水の減少
量は 従来の分析装置ではこのように減少した洗浄水を頻繁に
補充しなければならず、さらにまたＮ　Ｏ３−が蓄積さ
れて高濃度になることから時々洗浄水の交換を行わなけ
ればならず、非常に手間がかかるという問題があった。

（発明の目的〕 この発明の目的は、オゾン化空気中に含まれるＮ　ｔ　
Ｏｓを除去するための洗浄水の補充あるいは交換の手間
を必要としない、従来技術に存する欠点を改良した水中
の窒素化合物の分析装置を提供することにある。

〔発明の要点〕

前述の目的を達成するため、本発明によれば、酸化分解
反応槽と、この反応槽に連結された、それぞれ、反応槽
に窒素化合物を含有する試料水を導入する試料水導入系
統と、反応槽にアルカリ剤を供給するアルカリ供給系統
と、反応槽にオゾン発生部からのオゾンをオゾン化空気
洗浄部を経て供給するオゾン供給系統と、試料水中の窒
素化合物を定量する硝酸イオン定量部とから構成され、
前記反応槽に導入された試料水中の窒素化合物をアルカ
リ性の条件下でオゾンと接触させて硝酸イオンに酸化分
解し、生成された硝酸イオンを硝酸イオン定量部で定量
する水中の窒素化合物の分析装置において、前記試料水
導入系統とオゾン化空気洗浄部とを連結して試料水を前
記洗浄部に導入し、前記試料水を直接オゾン化空気洗浄
部の洗浄水とすることを特徴とする。

前述の本発明は溶解度が小さく、溶液のＰＨが中性から
酸性域では自己分解速度も小さいというオゾンの特性に
着目したもので、オゾン化空気を水洗してＮ　ｔ　Ｏｓ
を除去するための洗浄水として試料水を直接利用するこ
とにより、洗浄水の補充あるいは交換を不要としたもの
である。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を添付図面を用いて詳述する。

第１図は本発明にかかる分析装置の一興体例のフローシ
ートであり、第２図はオゾン酸化によるＮＨ４”の分解
率の試料水ＰＨとの関係を表したグラフであり、第３図
はＮ０ｆｆ−の検量線を表したグラフであり、第４図は
公知にかかる分析′ｖｔ置のフローシートである。

第１図および第４図において、Ａは試料水導入系統、Ｂ
はアルカリ供給系統、Ｃはオゾン供給系統、Ｄは硝酸イ
オン定量部、Ｅはオゾン化空気洗浄部であって、試料水
導入系統Ａは酸化分解反応槽６に連結され、この反応槽
６に窒素化合物を含有する試料水６ａをポンプ１０によ
って一定量導入して採取する０本発明装置では、第１図
のように、試料水導入系統Ａと後述のオゾン化空気洗浄
部已における洗浄ビン５とをバイブ２４によって連結し
て試料水６ｂを洗浄ビン５に一定量採取し、試料水６ｂ
を直接オゾン化空気洗浄部Ｅの洗浄水とする。

アルカリ供給系統Ｂは酸化分解反応槽６に連結され、ア
ルカリ供給タンク１１内の水酸化ナトリウム溶液等のア
ルカリ剤１１ａがポンプ１２によって反応槽６内の試料
水６ａに添加され、試料水６ａのＰＨを約１２に調整す
る。

次に、バルブ１９．２０が閉じられ、試料水６ａ中にオ
ゾン供給系統Ｃからオゾンが通気され、試料水６ａ中の
窒素化合物をアルカリ性の条件下でＮ０１−に酸化分解
する。オゾン供給系統Ｃは反応槽６と連結され、この反
応槽６中の試料水６ａにオゾンを供給する。オゾンはオ
ゾン供給系統Ｃにおいて、空気をブロワ−１で除湿器２
に送り、乾燥度を高めた後にオゾン発生部としてのオゾ
ナイザ−３で発生させ、次いでオゾン化空気洗浄部Ｅに
おける洗浄ビン５内の洗浄水６ｂに散気管７から散気さ
れ、Ｎ　２０　ｓが除去される。このときの洗浄水６ｂ
は前述のとおり試料水そのものである。

例えば、下水二次処理水を洗浄水としたときは、洗浄前
、つまりオゾナイザ−３出口のオゾン濃度４９．０■／
ｌに対し、洗浄後、つまり洗浄ビン５出口のオゾン濃度
は４７．５■／１であり、洗浄によるオゾン濃度の減少
は極めて小さく、反応槽６でのオゾン酸化能力に与える
影響は無視できる。

なお、本発明において、試料水６ａをアルカリ性にして
オゾンを通気するのはオゾンによる窒素化合物の酸化は
アルカリ性の条件下で行った方が反応速度が大きいため
である。第２図にアンモニウムイオン（Ｎ　Ｈ４”）　
１０ｇ　　Ｎ　／　１の、標準液のＰＨ２，５乃至１２
．８の範囲で変化させオゾンを６０分間通気したときの
ＮＨ，°の分解率を示す。この結果によれば、溶液のＰ
Ｈが４付近からＮＨ４”はオゾンにより酸化分解され、
ＰＨ１１以上ではＮ　Ｈａ　”の９０％以上が分解され
る。また分解されたＮＨ，”はＮ　Ｏｓ−になっている
、したがって、水中の窒素化合物をオゾンで分解するた
めには溶液のＰＨを１１以上にすればよいことがわかる
。

Ｎ２０．が除去されたオゾン化空気は切換コック４を経
て、反応槽６内の散気管８から試料水６ａ中に散気され
試料水６ａ中の窒素化合物をＮ　Ｏ、−に酸化分解する
。このようにして一定時間オゾンを通気して窒素化合物
の酸化が完了したら、バルブ２１を開けて酸供給タンク
１３内の塩酸等の酸をポンプ１４によって供給し、試料
水６ａのＰＨを２乃至３に調整する。このＰＨｍ整によ
り残留する水酸化物等のコロイド粒子は溶解し、有機物
の分解により生じた炭酸イオンは二酸化炭素として大気
中に放出される。

このようにして処理された試料水６ａは次いで、硝酸イ
オン定量部りにおいて紫外線の吸光度が測定サレ、Ｎ０
ｆｆ−の定量が行われる。すなわち、バルブ２２が開け
られ、試料水６ａはポンプ１５によって紫外線吸光度計
１６に送られて吸光度が測定される。この吸光度は記録
計１７に記録され、例えば第３図に示したＮＯ２−の検
量線からＮＯ３一定量が行われ、試料水６ａ中の窒素化
合物量が求められる。

定量が終了した試料水６ａは紫外線光度計１６から排液
として排出される。なお、一定量以上の洗浄液すなわち
、試料水６ｂもまた、オーバフローしてバルブ２３を通
して排液となる。第１図および第４図において、９はオ
ゾン分解炉であり、反応槽６の余剰のオゾンは切換コッ
ク１８を経てオゾン分解炉９で分解され、大気中に放出
される。

［発明の効果〕 以上のとおり、本発明は試料水導入系統とオゾン化空気
洗浄部とを連結して試料水を前記洗浄部に導入し、試料
水を直接オゾン化空気洗浄部の洗浄水として利用するよ
うにしたから、洗浄水の補充や交換の必要性がなくなり
、実用上極めて有用な装置である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一興体例のフローシート、第２図
はオゾン酸化によるＮＨ，”の分解に及ぼすＰＨの影響
を表したグラフ、第３図はＮ　Ｏｓ−の検量線、第４図
は従来装置のフローシートである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 酸化分解反応槽と、この反応槽に連結された、それぞれ
   、反応槽に窒素化合物を含有する試料水を導入する試料
   水導入系統と、反応槽にアルカリ剤を供給するアルカリ
   供給系統と、反応槽にオゾン発生部からのオゾンをオゾ
   ン化空気洗浄部を経て供給するオゾン供給系統と、試料
   水中の窒素化合物を定量する硝酸イオン定量部とから構
   成され、前記反応槽に導入された試料水中の窒素化合物
   をアルカリ性の条件下でオゾンと接触させて硝酸イオン
   に酸化分解し、生成された硝酸イオンを硝酸イオン定量
   部で定量する水中の窒素化合物の分析装置において、前
   記試料水導入系統とオゾン化空気洗浄部とを連結して試
   料水を前記洗浄部に導入し、前記試料水を直接オゾン化
   空気洗浄部の洗浄水とすることを特徴とする水中の窒素
   化合物の分析装置。