遊離塩素・全塩素・
モノクロラミンの比較
報告書の「塩素」は、いくつかの異なるものを意味する場合があります。誤った化学種を測定することは、書類上は残留濃度に問題がないのに、システムが異なる挙動を示す最も一般的な理由の一つです。ここではわかりやすく説明します。
4つの用語の定義
遊離塩素
消毒に利用できる塩素。化学的には次亜塩素酸（HOCl）、次亜塩素酸イオン（OCl⁻）、溶存Cl₂です。最も速く強い消毒剤であり、ほとんどの塩素処理システムが残留濃度として目標にするものです。
結合塩素
アンモニアや有機物と反応して、モノクロラミン、ジクロラミン、トリクロラミン、有機クロラミンなどのクロラミン類を形成した塩素。消毒力はある程度残っていますが、遊離塩素より弱くなります。
全塩素
単純に遊離塩素と結合塩素を足した、すべての合計です。ほとんどの分析計は遊離塩素と全塩素を直接測定し、結合塩素は両者の差として計算します。
モノクロラミン
クロラミン処理を行うシステムで意図的に生成される、特定の明確なクロラミン（NH₂Cl）です。多くの大規模なクロラミン処理システムでは、残留塩素のほぼすべてを占め、遊離塩素はほとんど存在しません。
覚えておくべき1つの式
全塩素＝遊離塩素＋結合塩素
分析計は通常、遊離塩素と全塩素を直接測定し、その差を結合塩素として報告します。クロラミン処理されたシステムでは、その結合塩素のほぼすべてがモノクロラミンです。そのため、消毒剤の残留濃度を反映するのは遊離塩素ではなく、全塩素です。
ブレークポイント塩素処理の概要
アンモニアを含む水に塩素を加えても、すぐに遊離残留塩素が生じるわけではありません。まずクロラミンが形成されるため、結合塩素（および全塩素）が増加します。さらに塩素を加えると、クロラミンは徐々に分解され、全塩素は実際に減少します。この過程は、ブレークポイントで塩素要求量が満たされるまで続きます。ブレークポイントを超えて初めて、追加した塩素が遊離塩素として残ります。
実務上の難点は、曲線が上昇し、下降し、再び上昇するため、3つの異なる塩素注入量で同じ総塩素測定値が生じ得ることです。単独の数値だけでは、ブレークポイントのどちら側にいるか判断できません。そのため、クロラミン処理の運転担当者は複数のパラメータを監視します。
どれを測定すべきですか？
遊離塩素 — 遊離塩素処理システム用
アンモニアがなく、遊離塩素で消毒している場合：遊離塩素を直接測定します。
全塩素またはモノクロラミン — クロラミン処理システム向け
遊離塩素のDPD反応はモノクロラミンにほとんど反応しないため、遊離塩素測定値はゼロ近くになります。実際の残留濃度を把握するには、全塩素またはモノクロラミンを測定してください。
複数の化学種 — 硝化リスクと切り替えに対応
遊離塩素、全塩素、モノクロラミンを同時に監視することで、硝化、不連続点からの逸脱、配水中の残留濃度低下を検出しやすくなります。
sensors1台のセンサーで3項目すべてを測定
Halogen MP-TOTALは、1台の電流測定式センサーから、pH、導電率、温度、ORPに加えて遊離塩素、全塩素、モノクロラミンを報告します。遊離塩素処理とクロラミン処理を切り替えるシステムや、硝化を監視する必要がある場合に役立ちます。
よくある質問
遊離塩素と全塩素の違いは何ですか？
遊離塩素は、まだ反応していない消毒剤、すなわち次亜塩素酸と次亜塩素酸イオンです。全塩素は、遊離塩素と結合塩素（塩素がアンモニアや有機物と反応して生成するクロラミン）の合計です。結合塩素は、全塩素から遊離塩素を差し引いた値です。
モノクロラミンと結合塩素は同じですか？
モノクロラミンは、クロラミン処理システムの結合塩素の主要かつ最も望ましい成分ですが、結合塩素にはジクロラミン、トリクロラミン、有機クロラミンも含まれます。適切に運転されたクロラミン処理システムでは、モノクロラミンが主となり、ほかのクロラミンは最小限に抑えられます。
不連続点塩素処理とは何ですか？
アンモニアを含む水に塩素を加えると、まずクロラミンが生成し、結合塩素が増加します。さらに塩素を加えると、そのクロラミンが分解され（曲線が下降）、ブレークポイントで塩素要求量が満たされます。ブレークポイントを超えると、追加の塩素は遊離残留塩素として残ります。3つの異なる注入量で全塩素が同じ値を示すことがあるため、クロラミン処理中は1つの全塩素測定値だけでは判断が曖昧になることがあります。
遊離塩素と全塩素のどちらを測定すべきですか？
システムにアンモニアがなく、遊離塩素で消毒している場合は、遊離塩素を測定してください。クロラミン処理を行う場合、DPDの遊離塩素反応はモノクロラミンに大きく応答しないため、全塩素（またはモノクロラミンの直接測定）が残留濃度を反映します。複数の化学種を測定すると、ブレークポイント曲線上の位置をより明確に把握できます。
クロラミン処理システムで遊離塩素がほとんど見られないのはなぜですか？
クロラミン処理システムでは、塩素を意図的にアンモニアと結合させてモノクロラミンにするため、遊離塩素はほとんど残りません。相当量の消毒剤残留濃度がモノクロラミンとして存在していても、遊離塩素の測定値はほぼゼロになります。そのため、正しい測定項目を選ぶことが重要です。
参考資料と出典
- 1.不連続点塩素処理を理解する — 遊離塩素、結合塩素、全塩素の定義、不連続点曲線とその各領域 — Kuntze USA. https://www.kuntzeusa.com/knowledge/understanding-breakpoint-chlorination
- 2.クロラミン処理とブレークポイント塩素処理曲線 — クロラミン処理を採用する理由（DBP削減、残留濃度の長期維持）とモノクロラミンの生成過程 — Hach Company. https://www.hach.com/industries/drinking-water/disinfection/chloramination
- 3.MP-TOTALマルチパラメータ塩素分析計 — 製品文書（1台の電流測定式センサーで遊離塩素、全塩素、モノクロラミンを測定） — Halogen Systems Inc.. https://halogensys.com/products/sensors/mp5-free-chlorine
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