(57)【要約】  計量された量の酸化剤溶液及びアミン溶液を規定領域114に適用することを含む、モノクロラミンを生成するプロセスのために活性酸化剤濃度（例えば、次亜塩素酸ナトリウム）を自動的に制御する、システム100及び方法。少なくとも第1の電極及び第2の電極並びに出力端子を備える電気化学測定装置が、酸化剤溶液に関連してかつ規定領域の前に提供される。第1の電極及び第2の電極にわたって所定の電圧電位が印加され、得られたアンペロメトリック測定値は、酸化剤溶液における活性酸化剤のリアルタイム濃度に対応する。出力端子を介して、得られた測定値に基づき、コントローラー108に対してフィードバック信号が生成され、コントローラー108は、規定領域に提供された酸化剤溶液の計量された量を、リアルタイムにかつ少なくとも一部には制御信号に基づいて、自動的に調節する。【選択図】図1
2020529026.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
計量された量の酸化剤溶液及びアミン溶液を規定領域に適用することを含む、モノクロラミンを生成するプロセスのために活性酸化剤濃度を自動的に制御する方法であって、
電気化学測定装置を前記酸化剤溶液に関連してかつ前記規定領域の前に提供することであって、該装置は、少なくとも第1の電極、第2の電極及び出力端子を備えることと、
前記酸化剤溶液における前記活性酸化剤のリアルタイム濃度に対応するアンペロメトリック測定値を得ることと、
前記得られた測定値に基づき前記出力端子を介してフィードバック信号を生成することと、
前記規定領域に提供された酸化剤溶液の前記計量された量を、リアルタイムにかつ少なくとも一部には前記フィードバック信号に基づいて、自動的に調節することと、
を含み、
前記自動調節は、前記活性酸化剤と前記アミン溶液に関連する活性アミンとの所望のモル比に対応する目標値に関して比較した、活性酸化剤の前記測定されたリアルタイム濃度に対応することを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記測定装置からアンペロメトリック測定値を得るステップは、前記第1の電極及び前記第2の電極にわたって所定の電圧差を印加することを更に含み、それによって誘導される電流は、前記酸化剤溶液における前記活性酸化剤のリアルタイム濃度に対応するものとして測定される、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記第1の電極はホウ素ドープダイヤモンド電極を含むことを更に特徴とする、請求項1又は2に記載の方法。
【請求項４】
前記活性酸化剤及び活性アミン源の前記所望のモル比は1：1であることを更に特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記酸化剤溶液における前記活性酸化剤の前記リアルタイム濃度は、検知されるpH値とは無関係に求めることができることを更に特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記得られた測定値は、陽極酸化プロセスに関連する陽極測定値であることを更に特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記得られた測定値は、陽極酸化プロセスに関連する陽極測定値と陰極還元プロセスに関連する陰極測定値との合計であることを更に特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記陽極測定値及び前記陰極測定値は同時に取得されることを更に特徴とする、請求項7に記載の方法。
【請求項９】
前記陽極測定値及び前記陰極測定値のうちの1つ以上は、前記第2の電極に関して複数の第1の電極を使用して得られることを更に特徴とする、請求項8に記載の方法。
【請求項１０】
前記規定領域に提供される前記計量された量の酸化剤溶液において推奨される調整値を生成することと、
前記推奨される調整値の電子通知をユーザーインターフェースに送信することと、
前記推奨される調整値のユーザーによる承認又は該推奨される調整値に対するユーザーによる変更を受け取ると前記自動調節を開始することと、
を更に特徴とする、請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記規定領域は、前記モノクロラミンを生成するための反応混合物を含む第1の規定領域として容器を含み、前記酸化剤溶液における前記活性酸化剤のリアルタイム濃度に対応する前記測定値を得るために、前記第1の規定領域の前に第2の規定領域が提供される、請求項1〜10のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記規定領域に提供された酸化剤溶液の前記計量された量と、該規定領域に提供されたアミン溶液の前記計量された量とのうちの1つ以上を、リアルタイムにかつ少なくとも一部には前記フィードバック信号に基づいて、自動的に調節することを更に含む、請求項1〜11のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記電気化学測定装置とコントローラーとを備え、該コントローラーは、請求項1〜12のいずれか一項に記載の方法のステップを実行するように構成されている、システム。
【請求項１４】
前記第1の電極及び前記第2の電極、前記出力端子並びに前記コントローラーの各々が配置されるハウジングを更に備える、請求項13に記載のシステム。
【請求項１５】
前記第1の電極及び前記第2の電極、前記出力端子、並びに、前記酸化剤溶液における前記活性酸化剤の前記リアルタイム濃度に対応するアンペロメトリック測定値を得るように、かつ、該得られた測定値に基づいて前記出力端子を介して第2のコントローラーに対して前記フィードバック信号を生成するように構成された第1のコントローラーの各々が配置される、ハウジングを更に備える、請求項13に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、包括的には、モノクロラミンの生成に対して濃縮酸化剤源をモニタリングし制御する方法に関する。さらに、本発明は、こうしたモニタリング及び制御のステップ及び機能を提供する装置及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
モノクロラミン（MCA）は、例えば、パルプ製紙業界、食品及び飲料加工、水処理及び産業廃棄物処理施設等を含む様々な業界にわたって、微生物増殖の制御のための従来の塩素処理に対する代替物として実施されてきた。モノクロラミンは、遊離塩素よりはるかに安定しており、遊離塩素ほど迅速に消散せず、有機物質をクロロホルム及び四塩化炭素等のクロロカーボンに変換する傾向がはるかに低い。
【０００３】
モノクロラミンはまた、環境に蒸発せず、むしろ、水溶液に溶解した場合は溶液に残り、弱酸を形成するようにイオン化しない。この特性は、広いpH範囲にわたるモノクロラミンの殺生効果に対して少なくとも部分的に貢献する。
【０００４】
モノクロラミンを生成する従来の方法の1つの例は、酸化剤（例えば、次亜塩素酸ナトリウムの溶液）、アミン源（例えば、アンモニア含有物質の混合物）及び水を、モノクロラミン発生装置を使用して特定の比率で混合することを含む。最大の再現性、安定性及び効率で所望の化合物、すなわちモノクロラミンが生成されるのを確実にするために、活性酸化剤（次亜塩素酸イオン）及び活性アミン（アンモニウムイオン）は、好ましくは、1：1モル比で計量される。モノクロラミンの発生に使用される塩素源は、好ましくは、濃度範囲が概して10パーセント〜16パーセント（塩素として）である工業用漂白剤（次亜塩素酸ナトリウム）である可能性がある。しかしながら、このプロセスにおける主な難題の1つは、漂白剤溶液が、経時的に活性濃度を喪失し、温度、UV（太陽光）及び不純物の存在等の要因によって悪化する、ということである。漂白剤溶液の活性塩素濃度を求めるために、手作業による試験を定期的に行う必要があり、この濃度を使用して、漂白剤がアミン源と1：1モル比で反応するのを確実にするために漂白剤の流量が調整される。この手作業によるプロセスは、時間がかかるとともに、モノクロラミン発生プロセスが最適化された状態であり続けるのを確実にするために、熟練した専門技術者の介入を必要とする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、オンラインの状況で漂白剤溶液の濃度を直接測定し、さらに、漂白剤溶液の流量を自動的にかつ実質的にリアルタイムに調節することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書に開示する様々な例示的なシステム及び方法によれば、電気化学測定装置は、酸化剤（漂白剤）溶液において次亜塩素酸イオンの濃度をオンラインで検知するように構成されている。漂白剤溶液の活性塩素含有量は、定期的に求めることができ、その値は、アミン源との1：1モル比を達成するように漂白剤溶液の最適な流量を自動的に計算するために更に使用することができる。それにしたがって、測定値の適切なフィードバックを使用して、この1：1モル比が一貫して維持されるのを確実にするように、例えば漂白剤計量ポンプを自動的に調整することができる。これにより、望ましくは、漂白剤溶液の活性塩素濃度を求め、漂白剤の流量を調整するために、手作業による介入の必要がなくなり、システムが常に実質的に最適化されるのが更に確実になる。
【０００７】
計量された量の酸化剤溶液及びアミン溶液を規定領域に適用することを含む、モノクロラミンを生成するプロセスのために活性酸化剤濃度を自動的に制御する、本明細書に開示する方法の1つの特定の実施形態を提供する。電気化学測定装置が、酸化剤溶液に関連してかつ規定領域の前に提供され、上記装置は、少なくとも第1の電極、第2の電極及び出力端子を備える。酸化剤溶液における活性酸化剤のリアルタイム濃度に対応するものとして、アンペロメトリック測定値が得られる。出力端子を介して、得られた測定値に基づきフィードバック信号が生成され、規定領域に提供された酸化剤溶液の計量された量は、リアルタイムにかつ少なくとも一部には制御信号に基づいて、自動的に調節される。フィードバック信号（又は制御出力信号）は、活性酸化剤とアミン溶液に関連する活性アミンとの所望のモル比に対応する目標値に関して比較した、活性酸化剤の測定されたリアルタイム濃度に対応する。
【０００８】
別の例示的な実施形態では、上述した方法における測定装置からアンペロメトリック測定値を得るステップは、第1の電極及び第2の電極にわたって所定の電圧差を印加することを更に含み、それによって誘導される電流は、酸化剤溶液における活性酸化剤のリアルタイム濃度に対応するものとして測定される。
【０００９】
別の例示的な実施形態では、少なくとも第1の電極はホウ素ドープダイヤモンド電極を含む。
【００１０】
別の例示的な実施形態では、活性酸化剤及び活性アミン源の所望のモル比は1：1である。
【００１１】
別の例示的な実施形態では、酸化剤溶液における活性酸化剤のリアルタイム濃度は、検知されるpH値とは無関係に求めることができる。
【００１２】
別の例示的な実施形態では、得られた測定値は、陽極酸化プロセスに関連する陽極測定値である。
【００１３】
代替実施形態では、得られた測定値は、陽極酸化プロセスに関連する陽極測定値と陰極還元プロセスに関連する陰極測定値との合計である。
【００１４】
上述した実施形態によれば、陽極測定値及び陰極測定値は逐次取得される。代替的に、陽極測定値及び陰極測定値は、第2の電極に関して複数の第1の電極を使用して同時に得られる。
【００１５】
別の例示的な実施形態では、規定領域は、モノクロラミンを生成するための反応混合物を含む第1の規定領域として容器を含み、酸化剤溶液における活性酸化剤のリアルタイム濃度に対応する測定値を得るために、第1の規定領域の前に第2の規定領域が提供される。
【００１６】
別の例示的な実施形態は、規定領域に提供された酸化剤溶液の計量された量と、規定領域に提供されたアミン溶液の計量された量とのうちの1つ以上を、リアルタイムにかつ少なくとも一部には制御信号に基づいて、自動的に調節することを含む。
【００１７】
別の例示的な実施形態では、上記電気化学測定装置とコントローラーとを備えるシステムが提供され、上記コントローラーは、方法の上述した実施形態のうちの任意の1つ以上のステップを実行するように構成されている。
【００１８】
別の例示的な実施形態では、システムは、第1の電極及び第2の電極、出力端子並びにコントローラーの各々が配置されるハウジングを更に備える。代替的に、システムは、第1の電極及び第2の電極、出力端子、並びに、酸化剤溶液における活性酸化剤のリアルタイム濃度に対応するアンペロメトリック測定値を得るように、かつ、得られた測定値に基づいて出力端子を介して第2のコントローラーに対してフィードバック信号を生成するように構成された第1のコントローラーが配置される、ハウジングを更に備えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本明細書に開示するシステムの第1の実施形態を表す簡易ブロック図である。
【図２】図1のシステムの実施形態のための例示的な電気化学測定装置を表す簡易ブロック図である。
【図３】本明細書に開示する方法の例示的な実施形態を表すフローチャートである。
【図４】pHレベルに関して示す、水中における次亜塩素酸（HOCl）及び次亜塩素酸イオン（OCl-）のスペシエーションを表すグラフ図である。
【図５】活性酸化剤及び活性アミンの変化するモル比に対する、5 mL溶液におけるMCAとして総酸化剤値を表すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
概して図1〜図5を参照すると、ここで、発明の様々な例示的な実施形態について詳細に説明することができる。様々な図は、他の実施形態と様々な共通の要素及び特徴を共有する実施形態について記載している可能性がある場合、同様の要素及び特徴には同じ参照数字を与え、その冗長な説明は以下省略する場合がある。
【００２１】
最初に図1を参照して、ここでは、本明細書に開示するシステム100の例示的な実施形態について、より詳細に説明することができる。上述したように、多くの酸化剤生成物は、比較的短い寿命を有する可能性があり、したがって、処理済み溶液における酸化剤濃度を、その適切な効力を維持するために、常にモニタリングすることが重要である。本明細書に開示するシステム100は、例えば、漂白剤溶液における活性酸化剤の総濃度を、オンラインで、かつ、例えばモノクロラミン等の最終生成物の生成に関連する規定領域内に漂白剤溶液を供給する前に、常にモニタリングするために使用することができる。本明細書で用いる「オンライン」という用語は、概して、例えば、手作業による又は自動化されたサンプル収集、及び、実験室における又は1人以上のオペレーターによる視覚的観察を通しての「オフライン」分析とは識別されるように、漂白剤溶液に近接して位置しかつ漂白剤溶液における活性酸化剤濃度に対応する出力信号をリアルタイムに生成する、特別に形成された電極等、検知装置又は少なくとも検知装置の素子の使用を指す場合がある。分析結果は、比較的短い期間で得ることができ、分析結果に基づいてプロセス制御のためのフィードバック信号を迅速に生成するために使用することができる。
【００２２】
例示的なシステム100は、少なくとも図1の非限定的な図において、漂白剤溶液を含む第1の供給部102と、アミン溶液を含む第2の供給部104とを備え、漂白剤溶液及びアミン溶液の各々は、規定領域114に供給されて、反応混合物等の混合物を形成し、この混合物から、モノクロラミン生成物が生成される。様々な実施形態において、モノクロラミン生成物は、例えば、水、パルプ、水含有（aqueous containing）流等、最終水溶液の処理に適用することができ、いくつかの特定の代替実施形態では、モノクロラミン生成物を作成するために使用される、供給される酸化剤及びアミン反応物は、処理生成物のin-situ生成のために最終溶液において直接結合することができ、又は、反応物は、現場でかつ最終溶液に先立って結合することができる。反応物が結合されるように示されている規定領域114は、例えば、タンク、パイプ、導管、反応器、槽、流れ又はコンテナ等、容器又は管路を含むことができる。関係する反応化学作用に応じて、この図には示さない更なる供給反応物を使用することができる。
【００２３】
アンペロメトリック測定装置106は、酸化剤溶液102における活性反応生成物（すなわち、次亜塩素酸イオン）の量に正比例するフィードバック信号を生成するように構成される。フィードバック信号は、コントローラー108に提供され、コントローラー108は、例えば、測定装置106から受け取られるか又は他の方法で取得されるフィードバック信号を、アミン溶液104における既知の量の活性アミン（アンモニウムイオン）と組み合わせて規定領域114において所望の又は選択された濃度のモノクロラミン生成物を生成するために必要な、活性酸化剤（次亜塩素酸塩）の所望のレベルに対応することができる信号と、比較するように更にプログラムされる。これに関して、コントローラー108は、規定領域114への酸化剤溶液の供給量を調整するために、フィードバック信号に基づいて、弁若しくはポンプ110又は同様の流量制御手段に制御信号を送信することができる。
【００２４】
規定領域114へのアミン溶液の供給量は、例えば、別個の弁又はポンプ112を使用して、制御することができる。代替実施形態（図示せず）では、コントローラー108は、モノクロラミン生成プロセスの要件により、活性酸化剤のオンライン測定に基づき、更に所望のモル比を考慮して、酸化剤溶液及びアミン溶液のいずれか又は両方の供給量を調節するように構成することができる。
【００２５】
コントローラー及び／又は電気化学測定装置に、ユーザーインターフェース（図示せず）を更に結合することができ、ユーザーインターフェースは、測定結果、制御パラメーター、酸化剤流量等を表示し、場合によってはさらに、測定値及び／又は制御パラメーターに関するオペレーター入力を可能にするように構成することができる。本明細書で用いる「ユーザーインターフェース」という用語は、別段の定めのない限り、コントローラー又はコントローラーに結合されたホストされるデータサーバーに関する任意の入出力モジュールを含むことができ、限定されないが、キーデータ入力、タッチスクリーン、ボタン、ダイヤル等を備える固定オペレーターパネル、個々のウェブページ又はホストされたウェブサイトをまとめて定義するウェブページ等のウェブポータル、モバイルデバイスアプリケーション等を含む。
【００２６】
本明細書に開示するシステムのいくつかの特定の実施形態は、例えばユーザーインターフェースを介する人間の介入を要求することも促すこともなく、実施を完全に自動とすることができる。他の場合では、システムは、1つ以上の中間ステップに対して選択的に構成することができ、そこでは、オペレーター又は他の権限のある担当者が、自動化された制御調整を承認するか又は変更することができる。例えば、コントローラーは、漂白剤制御弁の推奨される調整の量及び方向を決定し、オペレーターダッシュボード、電話のモバイルアプリ等、指示されたユーザーインターフェースに送信するための通知を生成するように構成することができる。権限のある担当者に対して、それに応じて、例えば推奨された調整に対する承認又は編集を介して、フィードバックを提供するように促すことができ、そこでは、コントローラーは、そうしたフィードバックに基づいて漂白剤制御弁の自動化制御を再開する。
【００２７】
ここで、さらに図2を参照することにより、本明細書に開示するアンペロメトリック電気化学測定装置106の例示的な実施形態について説明することができる。この例では、電気化学測定装置106は、少なくとも1つの第1の（すなわち、作用）電極201と第2の（補助）電極202とを有するハウジングを備えた密閉ユニットを備え、それら電極は、ハウジングが酸化剤水溶液に関連して配置されると酸化剤水溶液に実質的に関与するように、作用面に沿って配置されている。例えば参照電極204等とともに、更なる1つ以上の作用電極203を任意選択的に設けることができる。様々な電極は、例えばデジタル信号処理能力を有する内部コントローラー205に結合される。内部コントローラー205は、出力端子に結合され、それにより、フィードバック信号を生成し、内部コントローラーから（外部）プロセスコントローラー108に送信することができる。
【００２８】
1つの例では、装置ハウジングは、概して長尺状であり、作用面が、ハウジングの1つの端面に設けられた第1の電極201及び第2の電極202を有することができる。別の例では、第1の電極201及び第2の電極202は、内部コントローラー205に対して本質的に分散されているように構成され、例えば、電極は、酸化剤溶液に対してかつ専用の装置ハウジングなしで個々に配置することができる。したがって、装置106は、様々な実施形態において、携帯型かつ独立型ユニットとして、又は分散型かつモジュール式ユニットとして、等しく本開示の範囲内で有効に記載することができる。
【００２９】
1つの構成例では、1つ以上の作用電極201は、作用面の幾何学的中心部分に又はその周囲に配置することができ、補助電極202は、作用面にかつ1つ以上の作用電極201を包囲して環状リングとして更に配置することができる。第1の電極及び第2の電極は、酸化剤水溶液の流れに直接露出させることができ、酸化剤水溶液の流れは、例えば、測定面に対して実質的に垂直な経路に沿って近づき、少なくとも第1の電極及び第2の電極を横切って分散させることができる。代替的に、第1の電極及び第2の電極は、密閉するか、又は、多孔質膜を介して酸化剤水溶液の流れから分離して他の方法で提示することができ、次亜塩素酸塩は、多孔質膜を通って測定領域の面まで拡散する。膜は、一実施形態では、当該特定の活性酸化剤、すなわち、次亜塩素酸及び次亜塩素酸イオンの各々に関して選択的に透過性とすることができる。特定の活性酸化剤の電気化学的検出のための化学反応を潜在的に促進するように、多孔質膜と測定面との間に電解質を更に設けることができる。
【００３０】
特定の望ましい実施形態では、少なくとも第1の（作用）電極は、ホウ素ドープダイヤモンド（BDD）を含む。例えば、更に後述するように陰極−陽極測定の組合せを考慮して、比較的高い陰極及び陽極電位範囲を有する電極材料を提供することが望ましい。BDDは、特に、陰極アンペロメトリック測定及び陽極アンペロメトリック測定の両方に対して実施することができる広範囲の電圧電位にわたって、低いネイティブなバックグラウンド電流を提供する。
【００３１】
次に図3を参照して、方法300の例示的な実施形態についてより詳細に更に説明することができる。実施形態に応じて、本明細書に記載するアルゴリズムのうちの任意のもののいくつかの特定の行為、事象又は機能は、異なる順序で実行することができ、追加し、併合し、又は全体的に除外することができる（例えば、アルゴリズムの実施に対して、記載する行為又は事象の全てが必要であるとは限らない）。さらに、いくつかの特定の実施形態では、行為又は事象は、逐次にではなく、同時に、例えば、マルチスレッド処理、割込み処理、又は複数のプロセッサ若しくはプロセッサコアを通して、又は他の並列アーキテクチャで実行することができる。
【００３２】
本明細書に開示する実施形態に関連して記載する方法、プロセス又はアルゴリズムのステップは、ハードウェアにおいて直接、プロセッサが実行するソフトウェアモジュールにおいて、又は2つの組合せで、具現化することができる。ソフトウェアモジュールは、RAMメモリ、フラッシュメモリ、ROMメモリ、EPROMメモリ、EEPROMメモリ、レジスター、ハードディスク、リムーバブルディスク、CD-ROM、又は本技術分野において既知である他の任意の形態のコンピューター可読媒体に存在することができる。例示的なコンピューター可読媒体はプロセッサに結合することができ、その結果、プロセッサは、メモリ／記憶媒体から情報を読み出し、メモリ／記憶媒体に情報を書き込むことができる。代替例では、媒体は、プロセッサに一体化することができる。プロセッサ及び媒体は、ASICに存在することができる。ASICは、ユーザー端末に存在することができる。代替例では、プロセッサ及び媒体は、ユーザー端末において別個のコンポーネントとして存在することができる。
【００３３】
例示的な第1のステップ301は、モノクロラミン生成のための規定領域に供給されている酸化剤溶液内に、又は他の方法でそうした酸化剤溶液に関連して、上述した電気化学測定装置106を提供することを含む。したがって、方法300の後続するステップは、好ましくは、モノクロラミン生成プロセスに関して、オンラインでかつ実質的にリアルタイムで実行される。
【００３４】
例示的な第2のステップ302は、酸化剤溶液における次亜塩素酸イオンの濃度に対応する測定値を提供するように陽極酸化プロセスを測定することを含み、例示的な第3のステップ303は、酸化剤溶液における次亜塩素酸の濃度に対応する測定値を提供するように陰極還元プロセスを測定することを含む。様々な実施形態において、陰極測定ステップ及び陽極測定ステップは、逐次、かつ述べられている順序で、又は述べられている順序に対して反対の順序で、単一の作用電極201を使用して実行することができる。代替的に、陰極測定ステップ及び陽極測定ステップは、本明細書に開示する方法によれば、2つの別個の作用電極201、203を使用して同時に実行することができる。
【００３５】
一実施形態では、ステップ302及び303における測定値は、少なくとも第1の（作用）電極201及び第2の（補助）電極202にわたって所定の電圧電位差を印加することによって得られ、電流は、第1の電極201を流れるように誘導される。補助電極202は、関連する作用電極201に対してバイアスをかけることができ、又はその逆も可能であり、他方の電極は、アンペロメトリック装置のための接地電位で又はその近くで保持される。
【００３６】
印加すべき電圧電位を求めるために、いくつかの特定の実施形態では、或る範囲の電圧電位にわたって、装置を較正することができ、又は、装置は他の方法で測定値の予備的な掃引を実行することができ、測定値は、その範囲を通して連続的に、定期的に、又は規定された間隔で収集される。電圧電位掃引は、一実施形態では線形とすることができ、又は代替的に、例えば階段状、曲線状、周期的等、非線形とすることができる。システムは、それに応じて、電圧電位掃引内の関連する測定点を特定し、又は言い換えれば、観察された陽極反応が理想的な線形回帰に関して実質的に線形である電圧電位を特定することができる。特定の実施形態では、反応曲線における方向の偏りが反転又は逆転する点において又は実質的にその点の周囲で実質的に線形の反応を生成するように、印加される電圧電位を調整することによって、アンペロメトリック測定装置を較正することができる。例えば、電圧電位が理想より低い場合、反応曲線は、理想的な線形回帰に対して第1の方向に確実に偏る可能性があり、電圧電位が理想より高い場合、反応曲線は、理想的な線形回帰に対して反対方向に確実に偏る可能性がある。したがって、較正又は予備動作ステップは、偏りの方向が反転又は逆転する点として所定の電圧電位を提供するステップを含むことができる。
【００３７】
測定プロセスに戻ると、装置によって、時間の関数として誘導電流が測定される。ステップ302の陽極（酸化）測定プロセスでは、測定値（すなわち、陽極から引き出される電子）は、酸化剤溶液における次亜塩素酸イオンの濃度を表すものとして処理され、ステップ303の陰極（還元）測定プロセスでは、測定値（すなわち、陰極において消費される電子）は、酸化剤溶液における次亜塩素酸の濃度を表すものとして処理される。
【００３８】
酸化剤溶液における総遊離塩素の濃度は、ステップ302及び303からの測定値を単に合計することによって求めることができる（ステップ304）。漂白剤水溶液における次亜塩素酸及び次亜塩素酸イオンの相対的比率は、水のpHによって主に制御され、温度もまた幾分かの影響を与える。図4は、この影響を例示し、相対的比率は、或る範囲のpH値にわたって分散される。図示するように、酸化剤溶液のpH値の変化は、次亜塩素酸（HOCl）種及び次亜塩素酸イオン（OCl-）種の相対濃度に劇的に影響を与える。溶液のpH値が増大すると、溶液における遊離次亜塩素酸の濃度が低減し、次亜塩素酸イオンの場合はその逆である。いくつかの特定の従来のアンペロメトリック検知技法は、例えば、化学試薬の適用を介して、陰極において溶液のpH値を固定するという調節を含む。しかしながら、本明細書で用いる電気化学測定装置の上述した実施形態は、溶液におけるpH値とは無関係に、次亜塩素酸（HOCl）種及び次亜塩素酸イオン（OCl-）種の相対濃度を求めるために、BDD作用電極を介して陰極測定及び陽極測定の両方を実施する。言い換えれば、関連する種の逐次又は同時測定を通して、構成種の相対濃度の合計として、溶液に対して許容されるpH値の有効範囲にわたって、溶液における活性酸化剤の量を求めることができる。溶液のpH値のバッファリング及び調節とともに、同じ結果を提供することができるが、こうしたステップは、本発明の方法には必要ではない。
【００３９】
実質的に約9であるpH値では、次亜塩素酸イオンは、溶液において次亜塩素酸に対する比率が著しく大きいことに留意することができる。したがって、水溶液のpH値が実質的に9に近いか又は更には9を超えるいくつかの特定のプロセスでは、ステップ303及び304を実施しなくても、酸化剤溶液における総遊離塩素の濃度を求めることができる。言い換えれば、陽極測定プロセスからの結果は、この場合、溶液における次亜塩素酸イオンの濃度を表し、さらに、次亜塩素酸イオンの量がより高いpH値での活性酸化剤の実質的に全てを表すため、およそ、上記濃度は、溶液における総遊離塩素の濃度である。
【００４０】
一実施形態では、総遊離塩素の求められた濃度は、測定装置からコントローラーに送信されるフィードバック信号に表される。代替的に、コントローラー、又は総遊離塩素の濃度が求められる他の分散処理回路に戻すように、フィードバック信号として生の値を送信することができる。
【００４１】
第5のステップ305において、コントローラーは、活性アミン（例えば、アンモニウムイオン）に対する活性酸化剤（例えば、次亜塩素酸イオン）の所望のモル比を達成するように、酸化剤（漂白剤）溶液の最適な流量を自動的に計算するように構成される。当業者であれば、反応混合物におけるモノクロラミン生成物の総酸化剤濃度が、混合物を準備するために使用された漂白剤及びアンモニアのモル比に非常に依存する可能性があることを理解することができる。例えば図4を参照すると、異なる混合比での漂白剤及びアンモニアのいくつかの混合物を準備し、混合物によって生成された反応生成物（すなわち、モノクロラミン）を、ヨウ素滴定処置を使用して分析しプロットした、試験からの結果が例示されている。
【００４２】
図5に示すように、漂白剤及びアンモニアの反応からもたらされる反応生成物における総酸化剤（モノクロラミン）の濃度は、最適な強度を達成することに関して反応物のモル混合比に対して非常に影響を受けやすい可能性があり、反応物の等モル混合の近くの最大値を有し、漂白剤の相対量が反応に使用されたアンモニアの量に対して高すぎるか又は低すぎる場合、効力が著しくかつ迅速に低下する。アンモニアに対する漂白剤のモル比を制御することは、安全機能としても特徴付けることができ、その理由は、漂白剤濃度がアンモニア濃度を著しく超えた場合、漂白剤及びアンモニアの反応が危険なほどに高温かつ強烈となる可能性があるためである。
【００４３】
したがって、本明細書に開示した例示的なシステム及び方法は、高濃度で酸化剤生成物を提供するために反応物混合比を理想的なモル比（すなわち、1：1）で又はその近くで維持する、改善されたプロセス制御（ステップ306）を更に提供する。例えば、アンモニア供給量が固定されている主な実施形態では、漂白剤供給量は、電気化学測定装置によって生成されかつ酸化剤溶液における次亜塩素酸塩の濃度に対応するフィードバック信号に基づいて、上下に調整することができる。プロセス制御動作は、本質的に比例することができ、コントローラーは、最適なモル比を得る（又は、システムを最適なモル比に向かって駆動する）ために、所望の補正の方向の態様を特定し、プロセス制御動作は、いくつかの特定の実施形態では、補正ステップが、実質的にオーバーシュートを防止するために経時的に変化率を考慮する、積分及び／又は微分態様を更に含むことができる。
【００４４】
代替実施形態では、アンモニア反応物は、電気化学測定装置からの同じフィードバック信号に基づいてコントローラーによって生成された、別個の制御信号に基づいてもまた、調整することができる。
【００４５】
本明細書及び特許請求の範囲を通して、以下の用語は、別段文脈から指示がない限り、少なくとも本明細書に明示的に関連する意味を有する。以下に特定する意味は、必ずしも用語を限定するものではなく、単に、その用語に対する例示的な例を提供する。
【００４６】
本明細書で用いる「コントローラー」、「制御回路」及び「制御回路構成」という用語は、本明細書に記載した機能を実施するか又はその実施をもたらすように設計されかつプログラムされた、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（DSP）、特定用途向け集積回路（ASIC）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（FPGA）若しくは他のプログラマブルロジックデバイス、ディスクリートゲート若しくはトランジスタロジック、ディスクリートハードウェアコンポーネント、又は上記の任意の組合せ等、機械を指すことができ、そうした機械によって具現化することができ、又は他の方法でそうした機械に含めることができる。
【００４７】
汎用プロセッサはマイクロプロセッサとすることができるが、代替例では、プロセッサは、マイクロコントローラー又は状態機械、それらの組合せ等とすることができる。プロセッサはまた、コンピューティングデバイスの組合せ、例えば、DSP及びマイクロプロセッサの組合せ、複数のマイクロプロセッサ、DSPコアと併用される1つ以上のマイクロプロセッサ、又は他の任意のこうした構成としても実施することができる。
【００４８】
数量を特定していないもの（"a," "an," and "the"）の意味は、複数の指示対象を含むことができ、「における（in）」の意味は、「内（in）」及び「上（on）」を含むことができる。
【００４９】
本明細書で用いる「1つの実施形態では」という言い回しは、必ずしも同じ実施形態を指すとは限らないが、指す場合もある。
【００５０】
特に、「できる」、「してもよい」、「する場合がある」、「例えば」等の本明細書において使用される条件用語は、別段の指定がない限り、又は使用される文脈内で他の形で理解されない限り、一般に、或る特定の実施形態が、或る特定の特徴、要素、及び／又は状態を含むのに対し、他の実施形態はそれらを含まないことを伝えることを意図される。したがって、そのような条件用語は、一般に、特徴、要素、及び／又は状態が1つ以上の実施形態に何らかの形で必ず必要とされることを意図するものでもなければ、1つ以上の実施形態が、これらの特徴、要素、及び／又は状態が任意の特定の実施形態に含まれるか否か、又は実行されるべきであるか否かを、作者の入力又はプロンプトあり又はなしで決定する論理を必然的に含むことの暗示を意図するものでもない。
【００５１】
以上の詳細な説明は、例示及び説明の目的で提供されたものである。したがって、新規のかつ有用な発明の特定の実施形態について記載しているが、こうした言及は、添付の特許請求の範囲に示すものを除き、本発明の範囲に対する限定として解釈されるようには意図されていない。
【符号の説明】
【００５２】
図面訳
図1
102 Oxidant Solution  酸化剤溶液
104 Amine Solution  アミン溶液
106 Active Concentration Measuring Device  活性濃度測定装置
108 Controller  コントローラー
114 Chloramine Solution  クロラミン溶液
図3
301 Provide Online Measuring Device in Chlorinated Solution  塩素化溶液にオンライン測定装置を提供する
302 Measure Anodic Oxidation Response via Induced Current  誘導電流を介して陽極酸化反応を測定する
303 Measure Cathodic Reduction Response  陰極還元反応を測定する
304 Determine Free Chlorine Concentration  遊離塩素濃度を求める
305 Automatically Calculate Optimal Flow of Solution To Achieve Desired Molar Ratio  所望のモル比を達成するように溶液の最適な流量を自動的に計算する
306 Regulate Flow Rate of Chlorinated Solution to MCA Solution  MCA溶液に対する塩素化溶液の流量を調節する
図4
% of Species  種の%
pH Level  pHレベル
図5
Total Oxidant Numbers  総酸化剤数
mg Monochloramine in 5 ml Solution  5 ml溶液におけるmgモノクロラミン
Molar Ratio, Oxidant-Amine  モル比、酸化剤−アミン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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