水化学部会 第１３回定例研究会

オンライン化学センサーによるプラントの水質管理例
平成23年6月
オルガノ株式会社
開発センター 第一開発部

本日の内容• オンライン化学センサーの種類• 各種センサーの特徴• 薬品濃度制御システム（オルチェイサー）の紹介

本資料の目的外の複写・開示・公開の禁止 オルガノ株式会社

系統水中の薬品濃度をリアルタイムで監視・管理するためには…
• プロセス計器の指示値から換算して濃度を管理…電気伝導度でのAVT薬品濃度管理など• 化学分析装置で化学的濃度を測定して管理…イオンクロマト、シリカ計などの分析機器をオンラインで使用して濃度を測定• 濃度を直接測定できる計器で濃度管理…ナトリウムイオン電極など
本資料の目的外の複写・開示・公開の禁止 オルガノ株式会社

〜プロセス計器の開発例①〜

カチオン導電率測定用
電気脱塩式カチオン除去装置

本資料の目的外の複写・開示・公開の禁止 オルガノ株式会社

電気脱塩式カチオン除去装置開発の経緯＜従来法の課題＞
高pH運用（pH9.8）が主流になり、従来のカチオンパス（カチオン交換樹脂を充填したカラム）では運用が困難。

＜電気脱塩式カチオン除去装置を開発＞• カチオン交換樹脂カラムのメンテナンス（交換、再生他）が不要。
• 高pH条件（pH9.8）でも連続処理が可能。
• コンパクトな脱塩セルでカチオン成分をほぼ完全に除去可能。
本資料の目的外の複写・開示・公開の禁止 オルガノ株式会社

5.830電気再生式ｶﾁｵﾝ除去装置出口
ｶﾁｵﾝ交換樹脂塔出口
入口

処理水導電率（uS/cm）

5.6

28
26

5.5

245.4

225.3

20

NaCL 無しNaCL 無し

5.2

185.1

16

入口導電率（uS/cm）

5.7

NaCL 注入5144.9

124.8

1002

468
経過時間(hr)

101214• 高pH条件下でも従来法（カチオン交換樹脂カラム）と同等の除去性能を示す。
本資料の目的外の複写・開示・公開の禁止 オルガノ株式会社

〜プロセス計器の開発例②〜

プロセスイオンクロマト

本資料の目的外の複写・開示・公開の禁止 オルガノ株式会社プロセスイオンクロマト（PIC）の設置例
２次系のイオン種を全自動、リアルタイムで測定。
＜特徴＞
・ｻﾝﾌﾟﾘﾝｸﾞ8カ所を自動切り替えで測定。
・濁質除去用ﾌｨﾙﾀを装備。
・3ヶ月ﾒﾝﾃﾅﾝｽﾌﾘｰで連続測定可能。
・溶離液の調整、ｲｵﾝｸﾛﾏﾄの校正を全自動で 実施。
＜2000 EPRI Workshop より引用＞

火力プラントを中心に実績
本資料の目的外の複写・開示・公開の禁止 オルガノ株式会社

2000
2000EPRIEPRIWorkshop
Workshop発表資料より引用
発表資料より引用

Amb.200CT / IRA900

Amb.XT1006CP / IRA900CP

Na 2.0ppb (at NH4 Form)

Na 0.5ppb (at NH4 Form)

Cl 0.3ppb (at NH4 Form)

Cl <0.01ppb (at NH4 Form)

SO4 1.0ppb (at H Form)

Same system SO4 <0.05ppb (at H Form)

A-column(R-4)

5H-FormNH4-Form

421Ｃｌ
ＳＯ4ＮａNH4-Form

H-FormH,NH4Chengeover Point

305Ｃｌμg/l
ClＳＯ4SO4 μg/l
Na μg/lＮａConcentration(ppb)

Concentration(ppb)

4A-column(R-4)

H,NH4Chengeover Point

32

10

50,000100,000

150,000

200,000

250,000

Treated water quantity(T)300,000

350,000

400,000

00

50,000100,000

150,000

200,000

250,000

Treated water quantity(T)300,000

350,000

400,000

2000
2000EPRIEPRIWorkshop
Workshop発表資料より引用
発表資料より引用

Amb.200CT / IRA900
Na 2.0ppb (at NH4 Form)

Amb.XT1006CP / IRA900CP
Same system Na 0.5ppb (at NH4 Form)

Ran between 1996 to 1998

Ran between 1998 to 2000

A lot of white scales

Negligible white scales

〜プロセス計器の開発例③〜

リチウムイオン電極
および薬品濃度制御システムの開発

本資料の目的外の複写・開示・公開の禁止 オルガノ株式会社

リチウムイオンの特徴
リチウムイオン・アルカリ金属（原子番号３）：Na､ K、等と同属
・自然界には鉱石に存在する・イオン化傾向大きい → 水中で Li+ として存在し、安定 した物質
・排水規制の対象外
リチウムの主な用途
・ＰＷＲ１次系のｐＨ調整剤
・医薬品のトレーサー物質
・リチウムイオン電池
本資料の目的外の複写・開示・公開の禁止 オルガノ株式会社

Liイオンの測定原理
Liイオンの安価＆簡便な測定方法→イオン電極法を採用
Liイオン選択性電極と参照電極間に生じる電位差E (単位mV)を測定
E＝E0＋S Log [Li+]
Liイオン選択性物質
E0 : イオン電極に固有の値
S : 電位差勾配(理論値は59)(TTD-14-crown-4)

Liイオン選択性電極
Liイオン測定系
参照電極

内部電極

E
内部液

Li+Li+Li+ スッポリ収まる大きさ

Li+Li+Li+OOOO

C14H29Li+液膜
Liイオン選択性物質をポリ塩化ビニルで固定化した膜

慶応大・鈴木教授開発品
特許第3307687号(1992/8/31出願)
本資料の目的外の複写・開示・公開の禁止 オルガノ株式会社

開発したLiイオン電極の性能
Li+応答 (検量線)

pH 依存性100

90
in 0.01M NH 4Cl
水温 21 ℃
pH 5.5

水温21±1 ℃
8550+

81 ± 2mV

E / mV

E / mV

E＝44＋58 Log [Li ]800
理想的な状態での定1.0 ± 0.1mg/L
量下限は 0.03 mg/L

-500.01

0.11+[Li ] / mg/L

10

pH 2.5 〜 10.0 の領

75

域でほぼ一定7024681012pH

E＝E0＋S Log [Li+]E0 : イオン電極に固有の値
S : 電位差勾配(理論値は59)

本資料の目的外の複写・開示・公開の禁止 オルガノ株式会社

リチウムイオン電極の用途
１．薬注濃度制御システムへの適用事例紹介
２．ＰＷＲ１次系リチウムイオン濃度の連続監視モニターへの可能性検討

本資料の目的外の複写・開示・公開の禁止 オルガノ株式会社

リチウムイオン電極の適用例（薬注濃度制御システム）
イオン電極

冷却塔

遠隔監視・計測

オルチェイサー３
測定値

管理情報

Eメール

循環ポンプ

P

制御信号
薬剤タンク

運転信号
P
冷凍機

オルガノ

薬注ポンプ

コンセプト
・小型（360×230×60mm）
・イオン電極投げ込み式
・電源：AC100/200V
・薬注ポンプ出力×２：AC100/200V・データ保存可能（約1万件）
・運転信号入力・薬剤濃度アナログ出力
・遠隔監視・計測可能
本資料の目的外の複写・開示・公開の禁止 オルガノ株式会社

寿命＆汚れ耐性 試験
場所：開発センター屋上クーリングタワー

1.0E / mV

600.440Li free

Li投入 Li投入

2001020[Li ] / mg/L

2.0+800.2
Liイオン電極の指示値
Liイオン濃度分析値(原子吸光法)

30400.1

経過日数 / 日
本資料の目的外の複写・開示・公開の禁止 オルガノ株式会社

ＰＷＲ１次系リチウムイオン濃度の連続監視への可能性
504030BO3 500ppm
BO3 1000ppm
BO3 2500ppm
BO3 5000ppm

応答電位(mV)20100

ほう酸濃度に影響されることなくLi濃度に応じた電位を示す。

-10-20-30-400.1

110

Li濃度(ppm)

ほう酸共存下におけるLi濃度測定結果
本資料の目的外の複写・開示・公開の禁止 オルガノ株式会社

ご静聴ありがとうございました。

本資料の目的外の複写・開示・公開の禁止 オルガノ株式会社