(57)【要約】【課題】ホウ素濃度が１ｐｐｍ以下の微量で、ホウ素よりも高濃度の共存イオンが存在するホウ素含有水であっても、ホウ素を検出することができる方法および装置を提供する。【解決手段】ホウ素含有水中のホウ素をホウ素吸着材により吸着し、前記ホウ素吸着材からホウ素を酸により溶離してホウ素濃縮液を生成し、前記ホウ素濃縮液中のホウ素濃度を検出し、前記ホウ素濃縮液中のホウ素濃度から前記ホウ素含有水中のホウ素濃度を演算する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホウ素含有水中の微量のホウ素を検出するホウ素検出方法であって、
前記ホウ素含有水中のホウ素をホウ素吸着材により吸着するステップと、
前記ホウ素吸着材からホウ素を酸により溶離してホウ素濃縮液を生成するステップと、
前記ホウ素濃縮液中のホウ素濃度を検出するステップと、
前記ホウ素濃縮液中のホウ素濃度から前記ホウ素含有水中のホウ素濃度を演算するステップと、
を備える、ホウ素検出方法。
【請求項２】
前記ホウ素濃縮液を生成するステップにおいて、前記ホウ素濃縮液を中和するステップをさらに備える、請求項１に記載のホウ素検出方法。
【請求項３】
ホウ素含有水中の微量のホウ素を検出するホウ素検出装置であって、
前記ホウ素含有水中のホウ素を吸着するホウ素吸着材と、
前記ホウ素吸着材からホウ素を溶離してホウ素濃縮液を生成するための酸を供給する酸タンクと、
前記ホウ素濃縮液中のホウ素濃度を検出するセンサーと、
前記ホウ素濃縮液中のホウ素濃度から前記ホウ素含有水中のホウ素濃度を演算するホウ素濃度演算装置と、
を備える、ホウ素検出装置。
【請求項４】
前記ホウ素濃縮液を中和するための塩基を供給するタンクをさらに備える、請求項３に記載のホウ素検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホウ素含有水のホウ素を検出する技術に関し、従来のホウ素検出装置では検出不可能な微量のホウ素を検出する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
環境意識の高まりにより、ホウ素を取り扱う事業者において、排水中のホウ素濃度を１ｐｐｍ以下に抑える処理が行われている。そこで、排水中のホウ素濃度が１ｐｐｍ以下であることを確認するために、排水中のホウ素の検出が行われている。また、排水中のホウ素の検出にあたっては、排水中にホウ素の他にも共存イオンが含まれることが多いため、共存イオンの存在下であっても精度よくホウ素を検出することが要求される。
【０００３】
ここで、従来のホウ素を検出する方法として次の例が知られている。
【０００４】
（１）ホウ素含有水に試薬を添加して発色反応をさせた後、吸光度を測定する方法（特許文献１参照）。この方法では、検出可能なホウ素濃度は１〜３ｐｐｍであり、共存イオンの影響を受ける。
【０００５】
（２）ホウ素含有水に硫酸およびフッ素源を塩化してＢＦ４-を生成し、反応初期におけるＢＦ４-の濃度変化をイオン電極によって測定し、ＢＦ４-の生成速度を近似するＨ３ＢＯ３濃度に関する関係式を、測定した反応初期におけるＢＦ４-の濃度変化に対応させることで被検溶液中のホウ素濃度を求める方法（特許文献２参照）。この方法では、検出可能なホウ素濃度は１〜１０００ｐｐｍであり、共存イオンの影響を受ける。
【０００６】
（３）作用電極を備えた電気化学セルに水とホウ素錯化剤とを含む導電性緩衝液を導入し、ホウ素錯体とホウ素錯化剤とのアノードピークをボルタンメトリーによって測定する方法（特許文献３参照）。この方法では、検出可能なホウ素濃度は数ｐｐｂであり、共存イオンの存在は不可である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２７９５５７号公報（平成１５年１０月２日公開）
【特許文献２】特開２００４−３２５２６４号公報（平成１６年１１月１８日公開）
【特許文献３】特開２０１０−７８５９８号公報（平成２２年４月８日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記のホウ素検出方法の例では、ホウ素濃度が１ｐｐｍ以下である場合にホウ素を検出することは困難である。また、ホウ素含有水中にホウ素よりも高濃度の共存イオンが存在する場合には、１ｐｐｍ以下のホウ素濃度を測定することはさらに一層困難となる。
【０００９】
そこで、本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ホウ素濃度が１ｐｐｍ以下の微量で、ホウ素よりも高濃度の共存イオンが存在するホウ素含有水であっても、ホウ素を検出することができる方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のホウ素検出方法は、上記課題を解決するために、ホウ素含有水中の微量のホウ素を検出するホウ素検出方法であって、ホウ素含有水中のホウ素をホウ素吸着材により吸着するステップと、前記ホウ素吸着材からホウ素を酸により溶離してホウ素濃縮液を生成するステップと、前記ホウ素濃縮液中のホウ素濃度を検出するステップと、前記ホウ素濃縮液中のホウ素濃度から前記ホウ素含有水中のホウ素濃度を演算するステップと、を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、前記ホウ素濃縮液を生成するステップにおいて、前記ホウ素濃縮液を中和するステップをさらに備えることが好ましい。
【００１２】
また、本発明のホウ素検出装置は、ホウ素含有水中の微量のホウ素を検出するホウ素検出装置であって、ホウ素含有水中のホウ素を吸着するホウ素吸着材と、前記ホウ素吸着材からホウ素を溶離してホウ素濃縮液を生成するための酸を供給する酸タンクと、前記ホウ素濃縮液中のホウ素濃度を検出するセンサーと、前記ホウ素濃縮液中のホウ素濃度から前記ホウ素含有水中のホウ素濃度を演算するホウ素濃度演算装置と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
また、前記ホウ素濃縮液を中和するための塩基を供給する塩基タンクをさらに備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ホウ素含有水に含まれるホウ素を選択的にホウ素吸着材により吸着した後に吸着したホウ素を溶離することで、ホウ素含有水中のホウ素のみが濃縮される。そのため、極めて低濃度のホウ素含有水から、共存イオンを含まない高濃度のホウ素濃縮液を得ることができる。
【００１５】
したがって、ホウ素濃縮液中のホウ素濃度から前記ホウ素含有水中のホウ素濃度を演算することによって、例えばホウ素濃度が１ｐｐｍ以下の微量で、ホウ素よりも高濃度の共存イオンが存在するホウ素含有水であっても、ホウ素を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態の一例を示すホウ素検出装置の概略断面図である。
【図２】ホウ素検出方法を説明するための本発明の実施形態におけるフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
まず、本発明の実施の形態にかかるホウ素検出装置の構成について説明する。
【００１８】
図１を参照して、本発明の実施の形態にかかるホウ素検出装置１００は、ポンプ１，１１，２１と、バルブ２，４，５，７，１２，２２，４１，５１，６１と、ホウ素吸着材３と、中和槽６と、センサー８と、酸タンク１０と、塩基タンク２０と、ホウ素濃度演算装置３０と、取水口４０と、排水口５０，６０とを備える。
【００１９】
ポンプ１は、バルブ２とバルブ４１との間に配管を介して接続される。
【００２０】
ホウ素吸着材３は、カラムに充填された状態でバルブ２とバルブ４との間に配管を介して接続される。ホウ素吸着材３として、水処理用の公知の吸着材を使用することができるが、特に特開２００９−１３２０４号公報に記載されているような、粒子状セルロース系吸着材を用いることが好ましい。この粒子状セルロース系吸着材は、結晶化度が８０％以上のセルロースを主成分とする粒子状セルロース系基材に、反応性モノマーを効率よく重合させて、キレート形成基やイオン交換基を導入したものであり、ホウ素含有水に対するホウ素吸着溶離速度を速めることができる。
【００２１】
酸タンク１０には、例えばＨＣｌ溶液等の酸が充填される。酸タンク１０は、ポンプ１１に配管を介して接続される。ポンプ１１の他方は、バルブ１２に配管を介して接続される。バルブ１２の他方は、バルブ２とホウ素吸着材３との間の配管に接続される。
【００２２】
塩基タンク２０には、例えばＮａＯＨ溶液等の塩基が充填される。塩基タンク２０は、ポンプ２１に配管を介して接続される。ポンプ２１の他方は、バルブ１２に配管を介して接続される。バルブ１２の他方は、バルブ４とバルブ５との間の配管に接続される。
【００２３】
中和槽６は、バルブ５とバルブ７との間に配管を介して接続される。中和槽６には、図示しないｐＨ計が接続されていてもよい。このｐＨ計により中和槽６中のホウ素濃縮液のｐＨが確認される。
【００２４】
センサー８は、バルブ７とバルブ６１との間に配管を介して接続される。センサー８には公知のホウ素検出器が用いられ、例えばＢＦ４-を用いたホウ素検出器を適用することができる。
【００２５】
なお、センサー８によるホウ素濃縮液のホウ素濃度の測定において、センサー８が酸性のホウ素濃縮液であってもホウ素濃度を測定可能である場合には、塩基タンク２０とその付帯構成であるポンプ２１、バルブ２２、および中和槽６とその付帯構成であるバルブ５を省略することができる。
【００２６】
ホウ素濃度演算装置３０は、センサー８に接続され、センサー８で測定されたホウ素濃度が送信される。ホウ素濃度演算装置３０には、ホウ素吸着材からホウ素を溶離して得られるホウ素濃縮液のホウ素濃度を、ホウ素吸着材に通水する前のホウ素含有水のホウ素濃度に換算する演算プログラムが入力される。
【００２７】
取水口４０は、バルブ４１に配管を介して接続され、この配管のもう一端はホウ素検出対象となるホウ素含有水に繋がっている。そして、ホウ素含有水が、取水口４０からホウ素検出装置１００内に導入される。
【００２８】
排水口５０は、バルブ５１に配管を介して接続される。バルブ５１は、バルブ４とバルブ５との間の配管に接続される。また、排水口６０はバルブ６１に配管を介して接続される。排水口５０，６０からは、ホウ素検出装置１００内の不要な液が排水される。
【００２９】
なお、ホウ素検出装置１００は、ポンプ１，１１，２１のオン／オフと、バルブ２，４，５，７，１２，２２，４１，５１，６１の開閉を制御するための図示しない制御装置を備えている。
【００３０】
次に、本発明の実施の形態にかかるホウ素検出装置の動作、すなわちホウ素検出方法について説明する。
【００３１】
図１、図２を参照して、ホウ素検出装置１００のポンプ１を所定時間オンにし、バルブ２，４，４１，５１を開ける。そうすると、所定量のホウ素含有水が、取水口４０からホウ素検出装置１００内に導入され、ホウ素吸着材３を通過して、排水口５０から排出される。このとき、ホウ素吸着材３は、ホウ素含有水中のホウ素のみを選択的にほぼすべて吸着する。所定量のホウ素含有水を取水口４０から導入し排水口５０から排出した後は、ポンプ１をオフにし、バルブ２，４１，５１を閉じる（ステップＳ１）。
【００３２】
次に、ポンプ１１を所定時間オンにし、バルブ５，１２を開ける。そうすると、酸タンク１０内の所定量の酸がホウ素吸着材３を通過して中和槽６に溜まる。このとき、ホウ素吸着材３に吸着していたホウ素は、酸によりほぼすべて溶離し、この溶離液はホウ素濃縮液となる。このようにして、ホウ素含有水中のホウ素のみがホウ素濃縮液に含まれる。したがって、極めて低濃度のホウ素含有水からでも、共存イオンを含まない高濃度のホウ素濃縮液を生成することができる。このホウ素濃縮液のホウ素濃度は、ホウ素含有水のホウ素濃度の１０〜１００００倍となり、１ｐｐｍ以上に濃縮される。所定量の酸を流した後は、ポンプ１１をオフにし、バルブ４，１２を閉じる（ステップＳ２）。
【００３３】
そして、ポンプ２１をオンにし、バルブ２２を開ける。そうすると、塩基タンク２０内の所定量の塩基が中和槽６に溜まり、中和漕６に溜まっていた酸性のホウ素濃縮液は、塩基と混合して中和する。所定量の塩基を流した後は、ポンプ２１をオフにし、バルブ５，２２を閉じる（ステップＳ３）。なお、この酸性のホウ素濃縮液を塩基により中和するステップＳ３は必須ではなく、後述するセンサー８が酸性のホウ素濃縮液であってもホウ素濃度を問題なく測定できるのであれば省略することができる。
【００３４】
そして、バルブ７を開け、中和槽６内の中性のホウ素濃縮液をセンサー８に送り込み、ホウ素濃縮液のホウ素濃度を測定する。測定したホウ素濃度のデータは、ホウ素濃度演算装置３０に送信され、ホウ素検出装置１００内に導入したホウ素含有水のホウ素濃度が演算される（ステップＳ４）。このとき、ホウ素濃縮液のホウ素濃度は、ステップＳ２により１ｐｐｍ以上に濃縮されている。したがって、センサー８として、検出可能なホウ素濃度が１ｐｐｍ以上であるものを用いることができる。このようにして、ホウ素検出装置１００によりホウ素含有水のホウ素が検出される。
【００３５】
この演算では、ホウ素検出装置１００内に導入したホウ素含有水の量と、センサー８でホウ素濃度を測定したホウ素濃縮液の量が用いられる。これらの量は、所定量として予め決まっていればホウ素濃度演算装置３０に登録しておいてもよく、そうでなければ、量のデータを測定毎にホウ素濃度演算装置３０に送信するようにしてもよい。また、別の演算方法として、センサー８で測定したホウ素濃縮液のホウ素濃度と、予め調査したホウ素含有水のホウ素濃度との検量線をホウ素濃度演算装置３０に登録しておき、この検量線からホウ素含有水のホウ素濃度を求めるようにしてもよい。
【００３６】
ホウ素濃縮液のホウ素濃度の測定が完了した後は、バルブ６１を開けて排水口６０からホウ素濃縮液を排水する。そして、バルブ７，６１を閉じる（ステップＳ５）。以上の動作により、ホウ素検出装置１００によるホウ素含有水のホウ素の検出が完了する。
【００３７】
なお、ホウ素吸着材３は、その使用後に塩基を通水することで再生される。そこで、ステップＳ５の後にポンプ２１をオンにし、バルブ２，４，２２，４１を開けてもよい。そうすると、塩基タンク２０中の塩基が、ホウ素吸着材３を通過しホウ素吸着材３を再生して取水口４０から排出される。
【００３８】
次に、本発明の実施の形態にかかるホウ素検出方法およびホウ素検出装置の実施例について説明する。
【００３９】
実施例のホウ素検出装置１００として、図１に示す構成の装置を準備した。ホウ素検出対象となる試料にはホウ素濃度０．１ｐｐｍのホウ素水溶液を用いた。そして、酸タンク１０には１ｍｏｌ／Ｌ  ＨＣｌを充填し、塩基タンク２０には１ｍｏｌ／Ｌ  ＮａＯＨを充填した。ホウ素吸着材３には特開２００９−１３２０４号公報に記載されている粒子状セルロース系吸着材を用い、これをカラムに充填した。また、センサー８には東亜ディーケーケー社製のフッ化物イオン測定装置（フッ化ホウ素イオン電極：７４６４Ｌ型）を用いた。
【００４０】
まず、実施例のホウ素検出装置１００のポンプ１をオンにし、バルブ２，４，４１，５１を開けて、ホウ素含有水を１．５Ｌ／ｍｉｎで３０分間（４５Ｌ）、ホウ素吸着材に通過させた。その後、ポンプ１をオフにし、バルブ２，４１，５１を閉じた。
【００４１】
次に、ポンプ１１をオンにし、バルブ５，１２を開けて、酸タンク１０内の１ｍｏｌ／Ｌ  ＨＣｌを７５ｍＬ、ホウ素吸着材３に通過させた。その内の３０ｍＬ〜６０ｍＬのみを中和槽６に溜め、酸性のホウ素濃縮液を得た。その後、ポンプ１１をオフにし、バルブ４，１２を閉じた。
【００４２】
そして、ポンプ２１をオンにし、バルブ２２を開けて、塩基タンク２０内の１ｍｏｌ／Ｌ  ＮａＯＨを約３０ｍＬ、中和槽６に送り込み酸性のホウ素濃縮液を中和した。ホウ素濃縮液が中性となったことをｐＨ計で確認した後、ポンプ２１をオフにし、バルブ５，２２を閉じた。
【００４３】
そして、バルブ７を開け、中和槽６内の中性のホウ素濃縮液をセンサー８に送り込み、ホウ素濃縮液のホウ素濃度を測定した。そして、このホウ素濃度の測定値から、予め準備したホウ素含有水試料のホウ素濃度と中性のホウ素濃縮液のホウ素濃度との検量線を用いて、ホウ素含有水試料の濃度である０．１ｐｐｍに換算できたことを確認した。その後、バルブ６１を開けて排水口６０からホウ素濃縮液を排水するとともに、バルブ７，６１を閉じた。
【符号の説明】
【００４４】
１，１１，２１  ポンプ
２，４，５，７，１２，２２，４１，５１，６１  バルブ
３  ホウ素吸着材
６  中和槽
８  センサー
１０  酸タンク
２０  塩基タンク
３０  ホウ素濃度演算装置
４０  取水口
５０，６０  排水口
１００  ホウ素検出装置
【図１】
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【図２】
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