水浄化プロジェクト向けTOCアナライザーは、水質管理や汚染物質の監視において重要な役割を果たします。エンドユーザーは、効率向上、新たな規制への対応、そして顧客へのより高品質な製品提供を目指して、プロセスの改良、更新、置き換えを継続的に進めています。それに伴い、ユーティリティ担当部門には、特に水質管理や汚染物質が存在しないことの確認において、これまで以上に高い要求が寄せられています。
こうしたプロセス管理は、純水および超純水（UPW）を使用する業界にとって特に重要です。製薬、マイクロエレクトロニクス、および電力分野では、水質のわずかな変動であっても、水システムや最終製品、あるいは発電プロセスに大きな影響を及ぼす可能性があります。
これらの環境における重要な汚染指標の一つが全有機炭素（TOC）です。水浄化プロジェクト向けTOCアナライザーは、システム性能を見失うことなく、TOCを効果的に監視するためのデータを提供します。
ユーティリティチームがエンドユーザーにとって不可欠なTOC制御の必要性に対応する一方で、浄水スキッドのシステムエンジニアや製作業者も、効率的で費用対効果の高い分析ソリューションを見つける必要があります。これを実現するために、システム製作業者はしばしば、以下をサポートできるソリューションを採用します:
業界で認められている供給業者の使用
プロジェクト全体コストの削減
統合、立ち上げ、運用の容易さ
明確な利点をもたらす高度な機能
保守・メンテナンスの容易さ
システム製造業者にとって重要なのは、広く受け入れられている技術を有しているだけでなく、業界団体と緊密に連携しながら業界のニーズを把握し、技術的な専門知識も提供できるパートナーを選定することです。これにより、システム設計者は設計の標準化を進めることができ、TOCアナライザーや関連機器に対する顧客承認待ちによるプロジェクト遅延のリスクを低減できます。
オンライン連続測定型のTOCアナライザーは、マルチチャンネル送信器と組み合わせて使用することで、プロセス分析における監視コストを削減できます。複数のセンサーを1台の送信器に接続することで、複数の測定ポイントを監視できるため、測定ポイント当たりのコストを低減できます。さらに、マルチチャネル機能により、設置コスト、交換部品コスト、および保守コストの削減にもつながります。
一般に、TOCアナライザーは初期設定、ソフトウェア更新、機器交換のたびに手動で設定を行う必要があります。これは、プロジェクト内に複数のセンサーが設置されている場合、特に多くの時間を要します。さらに、設置やプログラミングに複数のユーザーや技術者が関与すると、設定の不整合やプログラミングミスが発生するリスクも高まります。こうした作業を効率化し、エラーを最小限に抑える仕組みを導入することで、より付加価値の高い業務に活用できる時間とリソースを確保できます。
TOCアナライザーは、単に測定を行うだけでなく、コスト削減や水質監視の向上といった顧客の重要な目標達成を支援する付加価値機能を提供できることが重要です。設置、立ち上げ、保守の各段階において、これらの機能は使いやすさを向上させるとともに、今後必要となる保守や修理を予測するための指標を提供する必要があります。これにより、ユーザーは問題が発生してから対応に追われるのではなく、計画的かつ効率的にリソースを配分できるようになります。
これらの機能に加えて、システム製造業者とその顧客は、技術、用途、アフターサービスに関する課題へ迅速に対応できる高度な技術サポートを利用できることが重要です。設置場所を問わず、現地またはリモートでサポートを受けられる体制が整っていれば、大幅な時間とリソースの節約につながるだけでなく、優れたユーザーエクスペリエンスの提供にも貢献します。
測定要件の把握
こうした顧客ニーズを踏まえ、業界ガイドラインや必要な測定ポイントおよびプロセスを十分に理解しているシステムエンジニアは、顧客の水システムに適したTOCアナライザーを選定できます。監視対象の業界やプロセスに応じて、TOC監視は図1、図2、図3に示す特定の測定ポイントで必要となります。
製薬業界では、製品製造に使用できる水の化学的組成を規定する各国または国際的な薬局方規格に準拠する必要があります。これには、米国薬局方（USP）、欧州薬局方、日本薬局方、中国薬局方、インド薬局方、およびその他の関連国の薬局方が含まれます。
図1: 製薬用水システムにおける水処理工程
規制要件に基づき管理すべき重要な汚染指標の一つがTOCです。TOCは、水浄化工程だけでなく、使用点を含む水循環ループにおいても管理する必要があります。USPでは、第<643>章において、製品管理および追加の工程・システム管理のためにオンラインTOC計測機器の使用を推奨しています。TOCの代表的な測定ポイントは、その他の規制対象パラメータとともに図1に示されています。
発電用途で使用される水については、タービンメーカーの保証要件を満たすために、運転担当者が蒸気／水サイクルにおける水質を適切に管理する必要があります。さらに、水質は、水系全体における腐食および付着の制御にとって極めて重要であり、安全な運転環境の確保に加え、タービン、配管、ボイラー、バルブの長寿命化にも貢献します。
水処理工程および水／蒸気サイクルでは、さまざまなパラメータが測定・監視されますが、TOCは工程に対する腐食や汚損の影響を考慮すると、継続的に監視すべき重要なパラメータ の一つです。処理水中のTOC濃度が高い状態で水／蒸気サイクルへ供給されると、有機物の分解によってpHが低下することがあります。これにより、重要なプラント設備の腐食や損傷が発生する可能性があります。さらに、これらの有機物は熱交換面に付着して熱効率を低下させ、発電コストを増加させることがあります。また、TOCは復水脱塩装置の樹脂を汚染して性能を低下させ、再生頻度の増加につながる可能性があります。
図2. 発電所におけるTOCの代表的な測定ポイント
水処理工程では、有機物がRO膜を汚染し、膜寿命の短縮や保守頻度の増加につながります。処理工程の末端でTOCを監視することは極めて重要です。これにより、処理水中の有機物が水／蒸気サイクルへ流入し、プラント設備へ損傷を与えることを防ぐことができます。
システム内のTOCは、プラント設備の寿命だけでなく、プラントの収益性にも影響を及ぼします。設備損傷への対応のため、長期間にわたる保守停止が必要となる場合があります。このような事態を防ぐため、適切な監視および制御を実現する発電所におけるTOCの代表的な測定ポイントを図2に示します。
一般的な発電所におけるこれらのTOC監視ポイントに加えて、プラントがコージェネレーション施設である場合には、追加の測定ポイントが必要になります。コージェネレーションプラントでは、タービンを通過した蒸気は通常、電力を供給している製造設備へ送られ、生産工程で利用されます。その後、蒸気凝縮水はコージェネレーションプラントへ戻され、水／蒸気サイクル内の復水脱塩装置を通過した後、再びサイクル内で使用されます。この凝縮水には通常、生産工程由来のTOC汚染物質が含まれているため、その濃度を監視し、許容値を超えて水／蒸気サイクルに損傷を与えることがないよう管理することが重要です。
マイクロエレクトロニクス施設では、生産に大量の水が使用されるため、最大の歩留まりを実現するために求められる厳格な純度基準を満たすには、汚染物質を含まないことが不可欠です。また、製造工程の中断を防ぐために、給水システムは停止することなく稼働し続ける必要があり、そのためには水質の継続的なオンライン監視が求められます。
TOCは、このような施設において水質を確保するための重要なパラメータの一つです。TOC汚染は製造中の製品に損傷を与え、多大な損失につながる可能性があります。この測定の重要性は、水処理工程全体にわたるTOC測定ポイントの多さ（図3）と、極めて低く設定された許容基準値（表1）からも明らかです。
図3：超純水（UPW）の製造・供給・使用におけるマイクロエレクトロニクス用途
メトラー・トレド ThorntonのTOC分析計は、リアルタイムのオンライン監視により、水質の変化を包括的に把握できます。UV酸化と高度な導電率測定技術を用いることで、試薬や化学薬品を使用することなくTOCを高精度に測定できます。また、可動部品が少ないため、運用コストおよび保守コストの削減にも貢献します。さまざまな技術要件や予算要件に対応できるよう設計されており、多様な業界の測定ニーズに効果的に対応します。
システム構築業者向けに提供されている他のTOC分析機器では、6分ごとに1回しか測定できない場合がありますが、メトラー・トレド ThorntonのTOCセンサーシリーズは60秒で測定結果を提供し、その後は1秒ごとに更新されます。これにより、水質の状態をこれまでにないレベルで可視化でき、規格外の事象が発生した場合にも迅速な対応が可能になります。
