自動溶存Mnモニターのメカニズムと特徴

自動溶存マンガン(Mn)濃度計 Model MNR-001(説明書)

自動溶存マンガン濃度計 Model MNR-001
自動溶存マンガン濃度計 MNR-001
  • 浄水処理水(検水)を導入
  • 31a:検水導入・電磁弁を開く。
  • オゾン発生器にて空気中O3に高電圧を印加し、O3ガスを発生させる。・・・231、232
  • 25:加減圧ポンプにて、オゾン(O3)噴霧-接触酸化条件を効果的にします。
  • 検水をO3酸化・・濃度二段階・接触時間変更
  • 制御装置により、電磁弁31aを開き、加減圧ポンプ25が開き、検水が導入、また追い出しに使われる。
  • セル221に対し、LED光源222からの測定
    光が照射され、ブランク吸光度が分光光度計223により測定される。
  • ブランク吸光度や、検水のMn濃度は演算処理部224で求められる。
  • 求められたMn濃度は制御装置29に送る。
  • O3分解槽へ排出する。O3の外部漏出防止。
  • O3ガスのみを脱オゾン槽へ送る。
  • 測定後、薬液(アスコルビン酸Na)送液を電磁弁を開き、洗浄する。
  • 測定後、オゾン接触槽・測光セルを洗浄。薬液洗浄後、電磁弁31eを開き、純水にて自動洗浄する。

はじめに

地下水・伏流水、ダム水、湖沼水には粘土からマンガン(Mn)が溶解し、1mg/L~10mg/Lの高濃度のMnを含む水があります。河川水では上流のダム・湖沼水・鉱山湧出水が流れてくる地点や、堰から取水する原水にもMn含有水が見られます。

 水中のMnは、重炭酸Mn(MnHCO3)の化学形態で水中に溶解しており、溶存マンガンと言います。
マンガンの水道水質基準値は0.05mg/Lで、水質管理目標は0.05mg/Lです。この基準値の根拠は健康影響ではなく、Mnの酸化物、黒色のMn水酸化物に起因する黒水障害の抑制のために設定されています。

 しかし、Mnによる黒水障害を発生させないようにするには、浄水のMn濃度を0.001mg/L以下に水質管理することが必要で、十分な水質管理に取り組む浄水場や、広域水道では、Mn濃度は0.001mg/Lになるよう浄水処理されています。

Ⅰ.Mnの濃度測定メカニズム

1.空気中の酸素からオゾンガスを生成

 自動溶存マンガン濃度計MNR-001は、エアーコンプレッサーにより、大気を吸い込み、空気中の酸素に高電圧を掛け、オゾンガス(O3)を常時、生成させています。

本装置の特徴は空気中の酸素をオゾンガスしていることで、小さな消費電力で済み、エコシステムになっていることが特長の第一です。

2.水中の溶存MnをO3酸化し、二酸化Mnとし、その光吸吸収を測光します。

溶存Mn含有水をポリエチレンチューブにて常時取り込み、O3接触酸化槽、「反応槽」にて、一旦、貯留した検水に一定時間オゾンガスを接触させ、溶存Mnを二酸化Mn(MnO2)に酸化させます。

このオゾン酸化したMnに測光波長を照射し、その吸収を測光器にて吸光光度を測定し、分析します。
溶存Mn含有水を、最大15分に1回の繰り返し頻度(30分、1hrなど測定頻度に選択も可能)

図-2.自動Mnモニターの測定順序

自動Mnモニターの測定順序

3.バブリングノズルによるO3噴霧

バブリングノズルによるO3ガス噴霧装置を取り付けました。これにより、水中のMnと効果的・効率的なO3接触酸化作用の促進ができる優れた特長を持つ自動溶存Mn濃度計を、提供できることになりました。 これが第二の特長です。

4.酸化Mnの吸光光度法の波長選択と安定化

水中に存在する酸化Mnは波長約250~600nm(ピーク波長:370nm付近)の波長帯の光を強く吸収します。

当社の自動Mn濃度計の特長の第三は、測光波長域のうち、妨害因子による影響の少ない400~500nmの単色光である光波長、これを測定光として照射し、測光することが特長です。
検水中に残留塩素が存在すると、370nm波長に光吸収がある次亜塩素酸ソーダによる影響を受けます。本Mnモニターの開発過程において、波長390nmにおいても、次亜塩素酸ソーダによるMn濃度測定に影響があることが分かりました。
本MnモニターによるMn濃度測定は、この370nm波長域を避け、より正確なMn測定が可能となったことが、本機による「吸光光度測定法」の重要な特長です。

5.O3注入後、3分の静置時間を置き、測光。

水中の溶解性Mnにオゾン注入したとき、O3を停止した後も、酸化反応槽中に残ったオゾンがMn酸化を150秒くらい進めているため、O3ガス停止後、3分間の静置時間を置き吸光度を測定する設定にしました。これにより、自動溶存MnモニターMNR-001は、安定的で正確な測定をすることができます。
また、オゾンと試料水の接触時間は測定レンジ毎に設定されますが、オゾン濃度を制御することなく、安定した計測が出来るように調整しました。
これが第四の特長です。

6.計測用光源として長寿命・低消費電力のLEDを使用しているためランニングコストが僅かな、エコシステムです。

これが第五の特長です。第五の特長は、LED光源による吸光度測定。
2頁の図-1.自動溶存Mnモニター機器構成図の番号222がLED光源で、測定波長400~500nmの光を照射します。

本機のLEDは、消費電力コストは 100円/年以下となり、非常にランニングコストが僅かな、エコシステムです。

7.新技術の洗浄法でセルは黒変しません。

化学的な安全性を有し、Mn酸化物を強い還元性の力でMn酸化物を再溶解し、洗浄する新技術の洗浄方法を開発しました。

自動Mnモニターにおける測定精度の確保や、安定的な測定における問題点を保持するうえで必要なことは、黒食酸化物、をMnスラッジによって測定セルが汚染されることです。
Mn濃度測定のためオゾン注入して生成したMn酸化物を含む水のMn濃度測定や、(2)「塩素酸化し除Mn急速ろ過水」のMn濃度測定において、反応槽に内面、配水チューブの内面に、Mn酸化物が付着し、黒変化すると、吸光度測定が出
来なくなり、Mn濃度計を開発するうえにおいて、最も大きな障害になります。

本自動Mn濃度計の第六の特長は、成分的に安全で、なおかつ洗浄力の強い薬液を用いたことで、酸化Mnによるセル、チューブの黒変化、汚染問題を解消したことです。
洗浄液は濃度0.02%アスコルビン酸ナトリウム溶液が有する強い還元性を活用するため、想定対象水が5mg/L濃度と言う高濃度の検水でも繰り返し、長期の現場実験によって安定的な連続計測を実現しています。

8.自動Mnモニターの操作画面

図3メイン画面
図3 メイン画面
図4 メニュー画面
図4 メニュー画面
図5 設定画面
図5 設定画面

9.オゾン接触後の静置時間による測定安定化

図8.Mn 0.1mg/Lの水の静置時間による吸光度測定するまでの時間

図6.Mn 0.1mg/Lの水の静置時間による吸光度測定するまでの時間

図-8は溶解性Mnが0.1mg/Lの水にオゾンガスを接触させた後、吸光度を測定するまでの時間と吸光度の関係を示すグラフです。

オゾン接触後の静置時間が100秒までは、吸光光度が大きく上昇します。

図9.Mn 2.0mg/Lの水の静置時間による吸光度測定するまでの時間

Mn 2.0mg/Lの水の静置時間による吸光度測定するまでの時間

図-9は溶解性Mnが2.0mg/Lの水にオゾンガスを接触させた後、吸光度を測定するまでの時間と吸光度の関係を示すグラフです。

オゾン接触後の静置時間が100秒までは、吸光光度が大きく上昇します。そして、150秒を超えたあたりから吸光度は安定度を増します。オゾンガスを停止した後も、酸化反応槽中に残ったオゾンがMn酸化を進めているため、オゾンガス停止後、3分間の静置時間を置き吸光度を測定する設定にしたため、自動溶存MnモニターMNR-001は、安定的で正確な測定をすることができます。

10.自動溶存Mn濃度計MNR-001型の特長

  • 水中の溶解Mnをオゾン酸化し、その酸化Mnを吸光光度分析することが第一の特長。
  • バブリングノズルによるO3噴霧によるO3接触酸化の効果的促が第二の特長。
  • 妨害因子の少ない測定波長域400nm~500nmを選定したことが第三の特長。
  • O3注入後、3分の静置時間を置き、測光し、安定した計測が出来るようにした第四の特長。
  • LEDを発光光源としたことが第五の特長。
  • アスコルビン酸Naは強い還元性でMn酸化物を溶解し、反応槽、測定セルやチューブの洗浄効果が高く、Mnによる黒変化を発生させず、長期間の使用が可能です。安全性が高く、強力な洗浄力を持つアスコルビン酸ソーダによる洗浄が第六の特長です。
  • 本機の通常測定濃度は0.01~0.5mg/Lですが、最大3.0mg/Lまで測定が可能です。測定セルを変えるだけで、この1台で低濃度域と高濃度域のMn濃度測定が出来ることが第七の特長です。
  • 小型軽量・省設置スペース
  • 試薬交換 2回/月(作業はお客様でも可能)低試薬コスト
  • 洗浄水は水道水でOK
    浄水器・イオン交換塔など不要。配管があれば補充も不要。

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