(57)【要約】【課題】特に逆浸透膜透過水又は純水中の全炭酸濃度を、薬品を使用することなく長期間連続的又は断続的に測定することができる全炭酸濃度測定装置を提供する。【解決手段】全炭酸濃度測定装置は、電解装置１と炭酸濃度測定手段９とを有する。電解装置１は、電極（陽極２，陰極３）の間にアニオン交換膜（Ａ膜）４とカチオン交換膜（Ｃ膜）５とを配置して、両膜の間に脱塩室６を形成するとともに、脱塩室６の両側に陽極室７と陰極室８とを形成してなる。被測定水Ｗは、２方向に分岐して、一方は脱塩室６の入口に、他方は陰極室８に上向流として導入される。そして、脱塩室６の処理水Ｗ１は脱塩室６の出口から陽極室７に通水され、この陽極室７の流出水Ｗ２の炭酸濃度を炭酸濃度測定手段９で計測する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極と陰極との間に陰イオン交換膜と陽イオン交換膜で区画された陽極室と脱塩室と陰極室とを有し、前記脱塩室入口から流入した被測定水が脱塩室出口から陽極室に流入した後排出される経路を有する電解装置と、
前記電解装置の陽極室出口に連通した測定経路と、
前記測定経路に設けられた炭酸濃度測定手段と
を有することを特徴とする全炭酸濃度測定装置。
【請求項２】
前記電解装置の脱塩室に陽イオン交換体が充填されていることを特徴とする請求項１に記載の全炭酸濃度測定装置。
【請求項３】
前記炭酸濃度測定手段が、ＣＯ２測定器であることを特徴とする請求項１又は２に記載の全炭酸濃度測定装置。
【請求項４】
前記炭酸濃度測定手段が、導電率又は比抵抗を測定する測定器と、この測定器の測定値から全炭酸濃度を算出する演算手段とを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の全炭酸濃度測定装置。
【請求項５】
陽極と陰極との間に陽イオン交換膜と陰イオン交換膜で区画された陽極室と脱塩室と陰極室とを有し、脱塩室入口から流入した被測定水が脱塩室出口から陽極室に流入した後排出される経路を有する電解装置の前記脱塩室に被測定水を流入させ、該被測定水中の陽イオンを陰極室に移動させて除去するとともに、被測定水中のＨＣＯ３−及びＣＯ３２−を陽極室に移動させ、陽極電極面で電気化学反応により生じたＨ＋と反応させることでＨ２ＣＯ３に平衡移動させて、炭酸由来の成分を全てＨ２ＣＯ３として、このＨ２ＣＯ３の濃度を直接的又は間接的に測定することを特徴とする全炭酸濃度測定方法。
【請求項６】
電気脱イオン装置を有する純水製造装置の該電気脱イオン装置よりも前段で炭酸濃度を測定することを特徴とする請求項５に記載の全炭酸濃度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全炭酸濃度測定装置及びそれを用いた全炭酸濃度測定方法に関し、特に逆浸透膜透過水又は純水中の全炭酸濃度を、薬品を使用することなく長期間連続的又は断続的に測定することができる全炭酸濃度測定装置、及びそれを用いた全炭酸濃度の測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子産業分野等で使用される純水は、例えば次のようにして製造されている。まず、原水として用いられる市水や工業用水、井水、河川水を前処理装置に導入し、当該原水中の懸濁物質が取り除かれる。この処理水は、活性炭ろ過器、逆浸透膜、脱炭酸装置及び電気脱イオン装置を用いてイオンをはじめとする不純物が取り除かれて純水として供給される。
【０００３】
このような純水の製造過程において、処理水中の炭酸の濃度が高いと電気脱イオン装置の膜面に炭酸カルシウム等が析出し、スケール障害を起こしやすくなるため、通常は原水の条件に応じて電気脱イオン装置の運転条件等を設定しているが、原水の条件が変動すると電気脱イオン装置のイオン交換膜の膜面やイオン交換樹脂にカルシウムスケール等が発生することがある。そこで、活性炭ろ過器の透過水や脱炭酸装置の処理水中の炭酸濃度を正確に把握し、監視することが求められている。特に、近年これらの純水製造装置は、これらの全炭酸濃度を長期間安定的に遠隔監視して、電気脱イオン装置の運転条件を遠隔制御することが求められており、そのためには長期間連続的又は断続的に全炭酸濃度を監視できることが必要である。
【０００４】
これら水中の炭酸は、ＨＣＯ３−やＣＯ３２−等の炭酸系のイオンの他に、Ｈ２ＣＯ３などの中性分子も存在しているため、全炭酸濃度を測定するのは困難である。そこで、水中の全炭酸濃度の測定方法として、特許文献１には、被測定水中に酸を添加することで、ＨＣＯ３−やＣＯ３２−等のイオン性の炭酸成分をＨ２ＣＯ３などの中性分子に変換して、この炭酸成分をアルカリ溶液と反応させた後のアルカリ溶液の導電率に基づき炭酸濃度を測定することが開示されている（特許文献１参照）。
【０００５】
また、特許文献２には、イオン交換装置に流入する水及び流出する水の導電率又は比抵抗の測定値から全炭酸濃度を演算する水中の全炭酸濃度の測定方法が開示されている（特許文献２参照）。
【０００６】
さらに、特許文献３には、被測定水を水素イオン形強酸性陽イオン交換樹脂に接触させてＨＣＯ３−やＣＯ３２−などのイオン性の炭酸成分をＨ２ＣＯ３等の中性分子に変換して、この接触水を希釈して、その希釈水の導電率の値から炭酸イオン濃度を算出する水中の全炭酸濃度の測定方法が開示されている（特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平５−８０００９号公報
【特許文献２】特開平１１−１０１７６１号公報
【特許文献３】特開平１１−２５８１９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載された全炭酸濃度の測定方法では、被測定水を酸性にする薬品を断続的に添加しなければならず、薬品の取り扱いに留意する必要があるばかりか、薬品の定期的な補充、添加量の制御が必要であり、長期間の遠隔監視に適していないという問題がある。
【０００８】
また、特許文献２に記載された全炭酸濃度の測定方法は、酸を添加するものではないので、特許文献１のような問題はないが、被測定水のｐＨ等によってはＨＣＯ３−やＣＯ３２−の全てを測定できないため、被測定水の水質の影響を受けやすく、広い適用範囲の被測定水の遠隔監視に適していないという問題がある。
【０００９】
さらに、特許文献３に記載された全炭酸濃度の測定方法は、酸を添加する代わりに水素イオン形強酸性陽イオン交換樹脂により、ＨＣＯ３−やＣＯ３２−等の炭酸イオンをＨ２ＣＯ３などの中性分子に転換するものであるので、特許文献１のような問題はないが、水素イオン形強酸性陽イオン交換樹脂の消耗は被測定水（原水）の水質により大きく左右されるので、広い適用範囲の被測定水の遠隔監視に適していないという問題がある。さらに、長期間の遠隔監視にも適していないという問題もある。
【００１０】
上記問題点に鑑み、本発明は、特に逆浸透膜透過水又は純水中の全炭酸濃度を、薬品を使用することなく長期間連続的又は断続的に測定することができ、遠隔監視に好適な全炭酸濃度測定装置、及びそれを用いた全炭酸濃度測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、陽極と陰極との間に陰イオン交換膜と陽イオン交換膜で区画された陽極室と脱塩室と陰極室とを有し、前記脱塩室入口から流入した被測定水が脱塩室出口から陽極室に流入した後排出される経路を有する電解装置と、前記電解装置の陽極室出口に連通した測定経路と、前記測定経路に設けられた炭酸濃度測定手段とを有することを特徴とする全炭酸濃度測定装置を提供する（請求項１）。この電解装置は、陽極及び陰極間に直流電流を流すだけで長期間連続して、ＨＣＯ３−やＣＯ３２−等の炭酸イオンをＨ２ＣＯ３等の中性分子に転換することができるので、このＨ２ＣＯ３の濃度を測定することにより薬品を使用しなくても長期間安定して炭酸濃度測定手段により全炭酸濃度を測定することができる。しかも、被測定水の水質に対する依存性が少ないので広い被測定水の適用範囲及び用途に対する水質監視に適している。
【００１２】
上記発明（請求項１）においては、前記電解装置の脱塩室に陽イオン交換体が充填されていることが好ましい（請求項２）。これによりＮａ＋等の陽イオンを素早く除去することができるので、一層正確に炭酸濃度測定手段により全炭酸濃度を測定することができる。
【００１３】
さらに、上記発明（請求項１，２）においては、前記炭酸濃度測定手段が、ＣＯ２測定器であることが好ましい（請求項３）。また、前記炭酸濃度測定手段が、導電率又は比抵抗を測定する測定器と、この測定器の測定値から全炭酸濃度を算出する演算手段とを備えることが好ましい（請求項４）。このように炭酸濃度測定手段としては、汎用の手段を種々選択して用いることができる。
【００１４】
また、本発明は、陽極と陰極との間に陽イオン交換膜と陰イオン交換膜で区画された陽極室と脱塩室と陰極室とを有し、脱塩室入口から流入した被測定水が脱塩室出口から陽極室に流入した後排出される経路を有する電解装置の前記脱塩室に被測定水を流入させ、該被測定水中の陽イオンを陰極室に移動させて除去するとともに、被測定水中のＨＣＯ３−及びＣＯ３２−を陽極室に移動させ、陽極電極面で電気化学反応により生じたＨ＋と反応させることでＨ２ＣＯ３に平衡移動させて、炭酸由来の成分を全てＨ２ＣＯ３として、このＨ２ＣＯ３の濃度を直接的又は間接的に測定することを特徴とする全炭酸濃度測定方法を提供する（請求項５）。この電解装置は、陽極及び陰極間に直流電流を流すだけで長期間連続して、ＨＣＯ３−やＣＯ３２−等の炭酸イオンをＨ２ＣＯ３等の中性分子に転換して、このＨ２ＣＯ３の濃度を測定することにより、長期間安定して炭酸濃度測定手段により全炭酸濃度を測定することができる。しかも、薬品を使用せずに、被測定水の水質に対する依存性も少ないので広い適用範囲及び用途の被測定水の水質監視に適している。
【００１５】
上記発明（請求項５）においては、電気脱イオン装置を有する純水製造装置の該電気脱イオン装置よりも前段で炭酸濃度を測定することが好ましい（請求項６）。これにより電気脱イオン装置に導入される処理水の全炭酸イオン濃度を把握することができるので、電気脱イオン装置の運転管理を遠隔で制御することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の全炭酸濃度測定装置によれば、特に逆浸透膜透過水又は純水中の全炭酸濃度を、薬品を用いることなく簡便かつ高精度に、しかも、濃度変動がある場合でも安定して継続的に測定することができる。
【００１７】
また、このような全炭酸濃度測定装置を用いた本発明の全炭酸濃度の測定方法によれば、電気脱イオン装置やイオン交換装置等における炭酸負荷量を連続的又は断続的に監視することにより、電気脱イオン装置の運転条件を処理水質に応じた条件で運転管理したり、イオン交換装置の寿命を正確に判断したりすることができる。そして、薬品を用いることなく簡便かつ高精度に、しかも、濃度変動がある場合でも安定して継続的に測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態に係る全炭酸濃度測定装置及び全炭酸濃度測定方法について、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る全炭酸濃度測定装置の概略系統図を示している。
【００１９】
図１に示すように、電解装置１は、電極（陽極２，陰極３）の間にアニオン交換膜（Ａ膜）４とカチオン交換膜（Ｃ膜）５とを配置して、両膜の間に脱塩室６を形成するとともに、脱塩室６の両側に陽極室７と陰極室８とを形成してなる。
【００２０】
ここで、本実施形態において用いるアニオン交換膜４及びカチオン交換膜５としては、従来公知のものを適宜使用することができ、それぞれ塩の分離に有効な膜を選択すればよい。アニオン交換膜４は、陰イオンを透過できるものであって、４級アンモニウム、３級アンモニウム、２級アンモニウムを含むものであれば従来のいかなる膜でもよい。また、カチオン交換膜５は、陽イオンを透過できるものであって、スルホン酸基等のカチオン交換基を導入したものであれば従来のいかなる膜でもよい。
【００２１】
脱塩室６には、イオン交換体が充填されているのが好ましい。イオン交換体を充填した方が、電圧が低くなり、また濃度分極が緩和される。このイオン交換体は、従来公知のものでよく、イオン交換樹脂やイオン交換繊維、又は任意の基材に放射線、電子線グラフト重合した後にイオン交換基を導入することにより製造したイオン交換体でよい。その中では安価なコストで入手可能なイオン交換樹脂が好ましい。具体的には、脱塩室６にはカチオン交換体、又はカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂との混合樹脂が充填されており、当該混合樹脂は、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とが、８：２〜５：５の比率にて混合されたものであるのが好ましい。また、陽極室２及び陰極室３には、イオン交換樹脂は充填されていなくてもよいが、充填されているのが好ましい。この陽極室２及び陰極室３に充填されるイオン交換樹脂は、アニオン交換樹脂であってもよいし、カチオン交換樹脂であってもよく、さらにはアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とを混合したものであってもよい。
【００２２】
このような電解装置１においては、被測定水が以下のように流通するように流路が設けられている。すなわち、被測定水Ｗは、２方向に分岐して一方は脱塩室６の入口に他方は陰極室８に上向流として導入される。そして、脱塩室６の処理水Ｗ１は脱塩室６の出口から陽極室７に通水され、この陽極室７の流出水Ｗ２は測定経路Ｒを通って炭酸濃度測定手段９で炭酸濃度が計測される。なお、陰極室８の流出水Ｗ３は系外へ排出される。
【００２３】
次に上述したような本実施形態に係る全炭酸濃度測定装置を用いた全炭酸濃度の測定方法について説明する。
まず、被測定水Ｗを電解装置１の脱塩室６の入口と陰極室８とに流入する。このとき水中の炭酸は、以下のように解離している。
【００２４】
【化１】
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【００２５】
純水中で炭酸が溶解した場合のｐＨは５〜７程度であるため、イオン平衡状態から、全炭酸はＨＣＯ３−、ＣＯ３２−、Ｈ２ＣＯ３として水中に存在する。
【００２６】
このため、陽極２と陰極３との間に直流電流を流すと、脱塩室６中の被測定水Ｗは、酸性水とアルカリ水としてそれぞれ陽極室７及び陰極室８に分離する。すなわち、ＨＣＯ３−、ＣＯ３２−等のアニオンは、脱塩室６のアニオン交換膜４を透過して陽極室７に至り、この陽極室７では陽極反応（２Ｈ２Ｏ→Ｏ２＋４Ｈ＋）により、Ｈ＋イオンが供給されるため、前述した化学平衡反応式が左側に進行し、水中でＨ２ＣＯ３となる。一方、Ｎａ＋やその他金属イオン等の陽イオンは、脱塩室６のカチオン交換膜５を透過して陰極室８に至り、分岐した被測定水Ｗと合流して排水Ｗ３として系外に排出される。特に、脱塩室６に陽イオン交換体を充填することで、これらの陽イオンを素早く除去することができ、このとき、本実施形態のように被測定水Ｗを電解装置２に上向流として導入することにより、陰極２及び陽極３で発生した気体を速やかに除去することができて好ましい。
【００２７】
続いて、脱塩室６で処理された処理水Ｗ１が陽極室７に流入する。この処理水Ｗ１には初期のＨ２ＣＯ３も残存しているので、陽極室７にて陽極電極面で発生したＨ＋と反応しＨＣＯ３−及びＣＯ３２−がＨ２ＣＯ３となるとともに、陽極室７からの流出水Ｗ２として流出する。すなわち、流出水Ｗ２中では炭酸成分の全てがＨ２ＣＯ３となっているので、このＨ２ＣＯ３の濃度を炭酸濃度測定手段９で測定することにより、純水中の全炭酸濃度を測定することができる。なお、全炭酸濃度を測定した後の流出水Ｗ２については排出すればよい。
【００２８】
ここで、炭酸濃度測定手段９としては、ＣＯ２検出器や導電率又は比抵抗を測定する測定器等を用いることができる。なお、比抵抗計を用いた場合には、被測定水Ｗの水質により測定される比抵抗値が異なるので、予め被測定水Ｗの比抵抗値を測定しておき、両比抵抗値の値からパーソナルコンピュータ等の演算手段で算出すればよい。
【００２９】
次に、上述したような全炭酸濃度測定装置の適用例について説明する。図２は本実施形態の全炭酸濃度測定装置を設置可能な純水製造装置を示すフロー図である。
図２において、純水製造システムは、活性炭ろ過器１２と逆浸透膜１３と脱炭酸装置１４と電気式脱イオン装置１５とを備えてなり、原水１１をこれらの各装置にて順次処理することにより、純水ＰＷを製造する。
【００３０】
このようなシステムにおいて活性炭ろ過器１２の後段又は脱炭酸装置１４の後段に全炭酸濃度測定装置を設ける。そして、ここで得られた全炭酸濃度のデータは、制御機構１６に送信され、この制御機構１６は、この全炭酸濃度が電気脱イオン装置１５に与える影響を予測して、電気脱イオン装置１５の運転制御を行う。
【００３１】
特に、本実施形態の全炭酸濃度測定装置は、商用電源さえ確保できれば、薬品を用いることなく、連続的又は断続的に全炭酸濃度を測定することができるので、遠隔監視、遠隔制御に好適なものとなっている。
【００３２】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されず、種々の用途の全炭酸濃度の測定に有用であり、純水製造装置においては電気脱イオン装置の運転制御に限らず、イオン交換装置（デミナ）の寿命の測定等にも適用することができる。さらに純水製造装置以外にも、ボイラ、冷却水等の用途にも用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態に係る全炭酸濃度測定装置を示すフロー図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る全炭酸濃度測定装置を適用可能な純水製造装置を示すフロー図である。
【符号の説明】
【００３４】
１…電解装置
２…陽極
３…陰極
４…アニオン交換膜（Ａ膜）
５…カチオン交換膜（Ｃ膜）
６…脱塩室
７…陽極室
８…陰極室
９…炭酸濃度測定手段
Ｗ…被測定水
Ｗ１…処理水
Ｗ２…流出水
Ｒ…測定経路
【図１】
2007240366.tif 000004
【図２】
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