JPH0543269B2 - - Google Patents

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JPH0543269B2
JPH0543269B2 JP61148253A JP14825386A JPH0543269B2 JP H0543269 B2 JPH0543269 B2 JP H0543269B2 JP 61148253 A JP61148253 A JP 61148253A JP 14825386 A JP14825386 A JP 14825386A JP H0543269 B2 JPH0543269 B2 JP H0543269B2
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liquid
water
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electrode
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Ryohei Tanuma
Hidefumi Toyoshima
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Co Ltd
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  • Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)
  • Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は水中のアンモニア性窒素(以下、
NH3−Nと略記する)濃度をオンライン測定す
る水中アンモニア分析方法に係り、特に、メンテ
ナンスが容易で長期にわたつて安定した測定が可
能であるとともに、NH3−Nの低濃度の測定に
も適用し得る水中アンモニア分析方法に関する。
〔従来技術とその問題点〕
生物学的脱窒プロセスでは、プロセスを監視す
るために処理水中のアンモニア性窒素(以下、
NH3−Nと略記する)濃度を測定する必要があ
る。一方、浄水場では原水の汚染の指標として
NH3−Nの重要性が知られている。このように
NH3−N濃度の測定、特にオンラインで長期に
わたり自動分析が可能な装置に対する必要性が各
方面で指摘されている。
このような要求を満たすために本出願人はガス
バージ型アンモニア分析計に関する提案を行い、
特願昭59−281422号(特開昭61−151454号公報参
照)として特許出願中である。この装置は検水を
アルカリ性にして空気でバブリングし、排出ガス
中に含まれるNH3濃度を測定することを基本原
理とし、これに標準添加法を応用したものであ
る。
第3図に前記特許出願に係る分析装置の構成図
を示す。第3図において、検水1がサンプリング
ポンプP1により一定量サンプリングされ、気液
接触槽2に注入される。この検水1中にデイフユ
ーザ3を通して空気が注入され、ばつ気が行われ
る。P2は空気を供給するためのエアポンプ、4
は空気流量を調整するためのバルブ、5は背圧弁
である。サンプリング後、アルカリ剤注入機構6
により検水1中に水酸化ナトリウムが添加され、
検水1のPHを11以上にする。水中のNH3−Nは
NH3およびNH4 +として存在し、両者の関係は、 NH3+H2ONH4 +OH- (1) と表される。ところが、PH>11では反応はほぼ完
全に左側にシフトする。すなわち、NH3−Nは
溶存NH3ガスとして存在することになる。この
状態で上述のようなばつ気を行うと、上昇気泡中
へ水中のNH3が放出され、排出ガス中にはNH3
が含まれる。今、水中のNH3−N濃度をχL、排
ガス中のNH3−N濃度をχGとすると、 χG=κχL (2) となる。ここでκは比例定数である。排ガスはガ
ス透過形HN3電極7が挿入されている電極ハウ
ジング8内を通過して大気中へ放出される。した
がつて、電極7はχGに対応する出力Eを発生す
る。χGとEとの関係は E=E0−SlnχG S=RT/nF (3) となる。ここでRはガス定数、Tは絶対温度、F
はフアラデイ定数、nは電極内反応に関与するイ
オンの電荷数、E0はχG=1におけるEである。
この式は一般にネルンストの式と呼ばれている。
式(3)に式(2)を代入すると、 E=E′0−SlnχL E′0=E0−Slnκ (4) を得る。すなわち、χLとEの関係も式(3)と同様、
ネルンストの式で表すことができる。したがつ
て、検水1をアルカリ性にしてばつ気を行い、電
力出力が定常値になつた時点では式(4)が成り立
つ。電極出力は変換器9を介して演算器10に入
力されており、演算器10はこの時点の電極出力
をホールドする。このホールド値をE1とすると、 E1=E′0−SlnχL (5) となる。次に標準溶液注入機構11が作動し、既
知濃度のNH4Cl溶液が一定量注入される。これ
により検水1中のNH3−N濃度は増加し、電極
出力も変化する。NH3−N濃度変化を△χL、変
化後の電力出力をE2とすると、 E2=E′0−Sln(χL+△χL) (6) となる。式(6)から式(5)を引くと、 △E=E2−E1=−Sln(1+△χL/χL) (7) となる。△Eと△χLは既知であり、温度センサ1
2により電極ハウジング内の温度を測定すること
によりSも求めることができる。
χL=△χL/e−△E/S−1 (8) により目的とするχLが測定される。測定が終わる
とピンチ弁13が開いて検水1が排出され、次の
測定に移る。
上述のアンモニア分析計は排ガス中のNH3
N濃度を測定することにより、水中のNH3−N
濃度を測定するため、検水とセンサが接触せず電
極膜の汚染によるトラブルを防止することができ
る。また、電極の特性変化、水質変動等によるκ
の変化はE′0の変動として現れるが、標準溶液添
加方式によりE′0の変化に影響されないで測定が
可能である。
以上のように、本出願人にかかる前述のNH3
分析計は優れた特徴を有するが、反面、以下のよ
うな欠点をも有している。
まず第1に、式(2)に示したように、χGはχLに比
例するが、χGはχLに対する平衡濃度よりも低い。
すなわち、排ガス中のNH3分圧は水中のそれよ
りも低い。このことはNH3電極の定量下限付近
での測定では、電極を直接、液中に挿入する通常
の測定法(水中のNH3分圧を測定する)に比較
して不利となる。
第2の欠点はばつ気による気液接触槽内での発
泡の問題である。特に、廃水を対象とした測定で
は泡が生じ易く、泡が液面上に蓄積して電極ホル
ダー8内にまで達することがある。発泡は気液接
触槽2および配管内部を濡らして汚染する。汚染
された部分にはNH3が吸収されやすいため、χL
の変化に対するχGの応答が著しく遅れ、ついには
測定不能となる。
第3の欠点は標準添加法で精度良く測定を行う
ためには標準液の添加によりNH3−Nの濃度が
2乃至3倍になるように添加量を調節する必要が
あるということに関連する。すなわち、この方法
で信頼性の高い測定を行うためにはあらかじめ検
水のNH3−Nを予測し、その予測値に基づき標
準液添加量を設定しなければならない。したがつ
て、NH3−N濃度の変動が激しい場合には添加
量が最適値からはずれる場合が生じてくる。
〔発明の目的〕
本発明は上述のような従来のアンモニア分析装
置の欠点を解決するためになされたものであつ
て、その目的はメンテナンスが容易で長期にわた
り安定な測定が可能であるとともに、低濃度の
NH3−N濃度の測定にも適用し得るオンライン
用水中アンモニア分析方法を提供することにあ
る。
〔発明の要点〕
前述の目的を達成するため、本発明によれば、
検水とアルカリ剤とを混合してなる被測定液が連
続的に導入され、この被測定液との間に一定容積
の気相部が形成されるように構成された測定セル
と、この測定セルに前記気相部と接触するように
装着されたアンモニア電極と、前記測定セルと連
結され、この中の被測定液にアンモニア性窒素濃
度が既知の標準溶液を任意の混入率で混入する標
準溶液混入機構とを備え、まず、前記標準溶液の
混入率を一定にした状態で電極出力をホールド
し、次いで、電極出力がそのホールド値から一定
量だけ変化するように前記混入率を調節し、制御
動作による混入率変化から検水中のアンモニア性
窒素濃度を求めることを特徴とする。
上述の先願にかかる水中アンモニア分析計がば
つ気方式を採用しているのは気液間でNH3を平
衡状態とするためには長期間を要するという考え
に基づいている。すなわち、ばつ気方式では排ガ
ス中のNH3−N濃度は水中のNH3−N濃度に対
する平衡濃度とはならないが、式(2)の比例関係は
成り立つ。平衡関係ではないから、κは水質、気
泡径等により変化するが、標準添加法によりκの
変動に依存しない形で測定できればよいという考
え方である。
これに対して、本発明者らは実験、研究を重ね
た結果、NH3の場合、ばつ気あるいは機械撹拌
等により気液接触効率を高める手段を用いること
なく、自由水面における気液接触で容易に気液平
衡に達することを見出した。本発明はこのような
知見に基づくものであり、以下実施例により詳細
に説明する。
〔発明の実施例〕
第1図は本発明に用いられる分析装置の構成図
であり、第2図は第1図における測定セルの拡大
断面図である。第1図中、実線は物質の流れを、
破線は信号の流れをそれぞれ表す。検水は採水ポ
ンプP1によりくみ上げられ、分析装置ロツク外
に設置された採水槽21に導入される。ロツカ内
へは少量の検水が導入され、ピンチ弁V1、チユ
ーブポンプP3を通つて測定セル22に入る。そ
の過程でNH4Cl標準溶液およびNaOHを混入す
る。NaOHはアルカリタンク23から定量ポン
プP4によりチユーブポンプP3の吐出側の検水
流路に注入される。注入流量は被測定液のPHが11
以上になるように定められる。このようにして検
水とアルカリ剤とを混合してなる被測定液が測定
セル22に連続的に導入される。
一方、第1図のAは標準溶液混入機構であり、
標準溶液が標準溶液タンク24からピンチ弁V2
を通つてチユーブタンクP3の吸引側流路に入
る。
被測定液は第2図示の液流入口31から測定セ
ル22内に導入され、液滞留部32を通つて液排
出口33から流出する。液滞留部32の被測定液
は外部マグネツト34との磁気カツプリングによ
り回転する撹拌マグネツト35により緩速撹拌さ
れる。
また、第2図において、25はアンモニア電
極、例えば隔模式アンモニア電極であつて、これ
は測定セル22内に後述の気相部42と接触する
ように装着される。例えば、第2図示のようにス
テンレススチール製の電極ホルダー36に挿入さ
れ、フツ素樹脂製のスペーサー37により支持さ
れることにより装着される。電極ホルダー36は
バンドヒータ38で加熱されるようになつてお
り、白金測温抵抗体39とこの図には示していな
い温度調節計を用いて電極ホルダー36の温度が
被測定液の温度より高く保たれるようになつてい
る。これはスペーサー内面および電極測定面40
の水蒸気が凝縮してNH3が吸収されるのを防ぐ
とともに、温度ドリフトによる測定誤差が出ない
ようにするためである。
この測定セル22の内部には水面41、スペー
サー37および電極測定面40により一定容積の
気相部42が形成される。この測定セル22に被
測定液を流通すると気相部42のNH3−N濃度
χGは被測定液中のNH3−N濃度χLと平衡状態と
なる。
すなわち、 χG=1/HχL (9) となる。ここでHはヘンリー定数である。したが
つて、アンモニア電極25の出力Eは E=E″0−SlnχL E″0=E0+SlnH (10) であり、この信号が第1図の演算装置26に入力
される。運算装置26はピンチ弁V1とV2を交
互に開くためのオンオフ信号を発生し、そのオン
オフ比率を調節することにより、標準溶液混入率
rを調節する。本実施例では1測定周期を1時間
としている。そしてその前半30分が基準化モー
ド、後半30分が測定モードである。基準化モード
ではrを一定値r1に固定する。r1は被測定液の
NH3−N濃度がアンモニア電極の測定限界以上
になるように決める。したがつて、検水のNH3
−N濃度が測定限界以上であれば、r1=0とし、
以下ではr1≠0として議論を進めるが、式中のr1
を零とおくことによりr1=0の場合も同様に扱え
ることはもちろんである。
基準化モードでは被測定液のNH3−N濃度χL1
は χL1=(1−r1)χ0+r1χS =χ0+r1(χS−χ0) (11) となる。ここでχ0は検水のNH3−N濃度、χS
標準溶液のNH3−N濃度である。
ただし、χSはχLに比べて十分高く(χS≫χL)設
定するため、 χL1χ0+r1χS (12) となる。そして、電極25は出力 E1=E″0−SlnχL1 (13) を発生する。基準化モードの終了時点でこの値を
ホールドし、測定モードに入る。測定モードでは
電極出力がE1から一定量△E変化してE2=E1
△Eとなるように標準溶液混入率rを制御する。
制御動作が平衡に達した時点でのrをr2=r1+△
rとすると、被測定液のNH3−N濃度は χL2=χL1+△r(χS−χ0) χL1+△rχS (14) であり、 E2=E″0=Sln(χL1+△rχS) (15) となる。したがつて、式(15)から(13)を引き、 △E=−Sln(1+△rχS/χL1) (16) であるから、 χL1=△rχS/e−△E/S−1 (17) によりχL1が求められる。さらに式(12) すなわち、 χ0=χL1−r1χS (18) から目的とするχ0が求められる。演算装置26は
以上の演算を行い、χ0を測定値として発信する。
〔発明の効果〕
従来法によるNH3分析装置がばつ気排ガス中
のNH3−N濃度と水中のNH3−N濃度の比例関
係、すなわち、式(2)を利用しているのに対して、
本発明では気液平衡の式(9)を用いる。したがつ
て、κ>1/Hであるため、同じχLに対して後者
のχGは前者のχGより大きい。さらに本発明では基
準化モードにおいて、r1≠0とすることにより従
来のアンモニア電極では測定不能であつた低濃度
領域の測定が可能になつた。
また、本発明では、ばつ気や急速撹拌を用いな
いため、発泡あるいは飛沫による測定セル内面の
汚れも少なく、NH3の吸収による応答の遅れも
ほとんど生じない。
従来法によるNH3分析装置と本発明の他の相
違点は前者では式(7)、(8)の△χLを一定にして△E
を求めるのに対し、後者では式(16)、(17)の△Eを一
定にして△rχS、すなわち△χを求めえる点であ
る。このことによる利点は次のとおりである。
(1) △Eを設定すればl−△E/Sは定数として扱 えるための指数関数を計算する必要がない。
(2) △Eを決めることにより△rχS/χL1が決まる
ため、標準添加法の条件、すなわち、標準液の
添加によりNH3−N濃度が2乃至3倍変化す
るという条件を常に満たすように△Eを設定す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に用いられる装置の一具体例の
構成図を示し、第2図は第1図における測定セル
の拡大断面図を示し、第3図は従来にかかる装置
の構成図を示す。 22……測定セル、23……アルカリタンク、
24……標準溶液タンク、25……アンモニア電
極、26……演算装置、31……液流入口、33
……液排出口、34……外部マグネツト、35…
…撹拌マグネツト、40……電極測定面、41…
…水面、42……気相部、A……標準溶液混入機
構、P1……採水ポンプ、P3……チユーブポン
プ、V1,V2……ピンチ弁。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 検水とアルカリ剤とを混合してなる被測定液
    が連続的に導入され、この被測定液との間に一定
    容積の気相部が形成されるように構成された測定
    セルと、この測定セルに前記気相部と接触するよ
    うに装着されたアンモニア電極と、前記測定セル
    と連結され、この中の被測定液にアンモニア性窒
    素濃度が既知の標準溶液を任意の混入率で混入す
    る標準溶液混入機構とを備え、まず、前記標準溶
    液の混入率を一定にした状態で電極出力をホール
    ドし、次いで電極出力がそのホールド値から一定
    量だけ変化するように前記混入率を調節し、制御
    動作による混入率変化から検水中のアンモニア性
    窒素濃度を求めることを特徴とする水中アンモニ
    ア分析方法。
JP61148253A 1986-06-26 1986-06-26 水中アンモニア分析方法 Granted JPS636456A (ja)

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