(57)【要約】【課題】０価水銀の検出のみにて測定対象ガスに含まれる水銀の分析を行う。【解決手段】第１分析装置５は、光源５３２と、検出器５３３と、演算制御部５５と、を備える。光源５３２は、０価水銀と相互作用する波長範囲を少なくとも含む測定光ＬＭを測定空間Ｍに照射する。検出器５３３は、測定空間Ｍを通過した測定光ＬＭを検出する。演算制御部５５は、測定空間Ｍに測定対象ガスが存在するときの測定光ＬＭの検出強度の時間的な変化を表す時間変化パターンに基づいて、測定対象ガス中に含まれる０価水銀と２価水銀との存在割合に関連する情報を算出する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
０価水銀と相互作用する波長範囲を少なくとも含む測定光を測定空間に照射する光源と、
前記測定空間を通過した前記測定光を検出する検出器と、
前記測定空間に測定対象ガスが存在するときに前記検出器にて検出された前記測定光の検出強度の時間的な変化を表す時間変化パターンに基づいて、前記測定対象ガス中に含まれる０価水銀と２価水銀の存在割合に関連する情報を算出する演算部と、
を備える分析装置。
【請求項２】
前記時間変化パターンは、前記検出強度が短時間に大きく変動する第１パターンを含む、請求項１に記載の分析装置。
【請求項３】
前記時間変化パターンが前記第１パターンであると判定したら、前記演算部は、前記測定対象ガス中に含まれる０価水銀の割合が高いことを示す第１信号を出力する、請求項２に記載の分析装置。
【請求項４】
前記時間変化パターンは、０価水銀を検出しないときの強度からの前記検出強度の変化量が第１閾値以上かつ第２閾値以下である状態が所定の期間継続する第２パターンを含む、請求項１〜３のいずれかに記載の分析装置。
【請求項５】
前記時間変化パターンが前記第２パターンであると判定したら、前記演算部は、前記測定対象ガス中に含まれる２価水銀の割合が高いことを示す第２信号を出力する、請求項４に記載の分析装置。
【請求項６】
前記測定対象ガスに含まれるダストを捕集するフィルタを有し、前記ダストを除去した前記測定対象ガスを前記測定空間に取り込むプローブ筐体と、
前記フィルタにブローバックガスを噴射することにより、前記フィルタに捕集された前記ダストを除去するブローバック装置と、
をさらに備える、請求項１〜５のいずれかに記載の分析装置。
【請求項７】
前記測定対象ガスを前記測定空間に導入する第１流路と、
一端が前記第１流路から分岐し、他端が前記測定対象ガスから水銀を除去するスクラバーを介して前記測定空間に接続された第２流路と、
前記第１流路と前記第２流路とを交互に切り替える切替部と、
をさらに備え、
前記演算部は、前記第１流路から前記測定対象ガスが前記測定空間に導入されたときの前記測定光の強度である測定強度と、前記第２流路を通過することで前記測定対象ガスから水銀が除去されたリファレンスガスが前記測定空間に導入されたときの前記測定光の強度であるリファレンス強度と、の差分に基づいて前記検出強度を算出する、
請求項１〜６のいずれかに記載の分析装置。
【請求項８】
前記測定対象ガスは、当該測定対象ガスに含まれる２価水銀を０価水銀に変換する還元プロセスを経ていないガスである、請求項１〜７のいずれかに記載の分析装置。
【請求項９】
前記演算部は、前記検出強度に基づいて０価水銀の検出濃度を算出し、当該検出濃度の時間的な変化を表す濃度時間変化パターンに基づいて、前記測定対象ガス中に含まれる０価水銀と２価水銀の存在割合に関連する情報を算出する、請求項１〜８のいずれかに記載の分析装置。
【請求項１０】
０価水銀と相互作用する波長範囲を少なくとも含む測定光を測定空間に照射するステップと、
前記測定空間を通過した前記測定光を検出するステップと、
前記測定空間に測定対象ガスが存在するときに検出された前記測定光の検出強度の時間的な変化を表す時間変化パターンに基づいて、前記測定対象ガス中に含まれる０価水銀と２価水銀の存在割合に関連する情報を算出するステップと、
前記０価水銀と２価水銀との存在割合に関連する情報に基づいて、水銀の除去方式を決定するステップと、
を含む、水銀の除去方法。
【請求項１１】
前記０価水銀と２価水銀との存在割合に関連する情報を算出するステップは、
前記時間変化パターンが前記検出強度が短時間に大きく変動する第１パターンであると判定したら、前記測定対象ガス中に含まれる０価水銀の割合が高いことを示す第１信号を出力するステップと、
前記時間変化パターンが、０価水銀を検出しないときの強度からの前記検出強度の変化量が第１閾値以上かつ第２閾値以下である状態が所定の期間継続する第２パターンであると判定したら、前記測定対象ガス中に含まれる２価水銀の割合が高いことを示す第２信号を出力するステップと、
を含む、請求項１０に記載の水銀の除去方法。
【請求項１２】
ごみを焼却する焼却炉と、
前記焼却炉から排出された排ガスに含まれる水銀を除去する水銀除去装置と、
前記排ガスをサンプリングして分析する分析装置と、を備え、
前記分析装置は、
０価水銀と相互作用する波長範囲を少なくとも含む測定光を測定空間に照射する光源と、
前記測定空間を通過した前記測定光を検出する検出器と、
前記測定空間に前記排ガスが存在するときに前記検出器にて検出された前記測定光の検出強度の時間的な変化を表す時間変化パターンに基づいて、前記排ガス中に含まれる０価水銀と２価水銀との存在割合に関連する情報を算出する演算部と、
を有する、焼却炉システム。
【請求項１３】
前記演算部は、
前記時間変化パターンが前記検出強度が短時間に大きく変動する第１パターンであると判定したら、前記排ガス中に含まれる０価水銀の割合が高いことを示す第１信号を前記水銀除去装置に出力し、
前記時間変化パターンが、０価水銀を検出しないときの強度からの前記検出強度の変化量が第１閾値以上かつ第２閾値以下である状態が所定の期間継続する第２パターンであると判定したら、前記排ガス中に含まれる２価水銀の割合が高いことを示す第２信号を前記水銀除去装置に出力する、
請求項１２に記載の焼却炉システム。
【請求項１４】
０価水銀と相互作用する波長範囲を少なくとも含む測定光を測定空間に照射するステップと、
前記測定空間を通過した前記測定光を検出するステップと、
前記測定空間に測定対象ガスが存在するときに検出された前記測定光の検出強度の時間的な変化を表す時間変化パターンに基づいて、前記測定対象ガス中に含まれる０価水銀と２価水銀の存在割合に関連する情報を算出するステップと、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水銀の存在に関する情報を算出する分析装置、排ガス中に含まれる水銀の除去方法、及び、ごみを燃焼する焼却炉を含む焼却炉システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ごみを焼却する焼却炉と、焼却炉からの排ガス中に含まれる水銀を検出する測定装置と、水銀を除去する物質（例えば、活性炭）を排ガスの煙道に投入する水銀除去装置とを備える焼却炉システムが知られている。
排ガス中の水銀の測定装置としては、例えば、特許文献１に開示された測定装置が知られている。この測定装置では、０価水銀が紫外光を吸収するとの特性を用いて水銀の検出を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２６８４２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
排ガス中において、水銀は、０価水銀、２価水銀、及び／又は粒子状水銀との形態で存在することが知られているが、排ガスを何らの処理も施すことなく上記の測定装置で測定しても、２価水銀の存在についての情報を得ることはできないと考えられていた。なぜなら、２価水銀は、紫外光と相互作用しない（例えば、光を吸収も蛍光もしない）からである。
【０００５】
本発明の目的は、排ガスに含まれる０価水銀の検出のみにて、排ガス中の０価水銀と２価水銀の存在割合に関連する情報を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一見地に係る分析装置は、光源と、検出器と、演算部と、を備える。光源は、０価水銀と相互作用する波長範囲を少なくとも含む測定光を測定空間に照射する。検出器は、測定空間を通過した測定光を検出する。演算部は、測定空間に測定対象ガスが存在するときに検出器にて検出された測定光の検出強度の時間的な変化を表す時間変化パターンに基づいて、測定対象ガス中に含まれる０価水銀と２価水銀の存在割合に関連する情報を算出する。
これにより、測定対象ガスに含まれる０価水銀と測定光との相互作用を検出強度として測定するだけで、測定対象ガス中の０価水銀と２価水銀の存在割合についての情報を得ることができる。
【０００７】
時間変化パターンは、検出強度が短時間に大きく変動する第１パターンを含んでもよい。これにより、急激な検出強度の変化から０価水銀と２価水銀の存在割合に関連する情報を得ることができる。
【０００８】
時間変化パターンが第１パターンであると判定したら、演算部は、測定対象ガス中に含まれる０価水銀の割合が高いことを示す第１信号を出力してもよい。これにより、測定対象ガス中の０価水銀の割合が高いことを外部に通知できる。
【０００９】
時間変化パターンは、０価水銀を検出しないときの強度からの検出強度の変化量が第１閾値以上かつ第２閾値以下である状態が所定の期間継続する第２パターンを含んでもよい。これにより、０価水銀を検出しないときの強度からの検出強度の変化量が第１閾値以上かつ第２閾値以下である状態が所定の期間継続する検出強度の時間変化から、０価水銀と２価水銀の存在割合に関連する情報を得ることができる。
【００１０】
時間変化パターンが第２パターンであると判定したら、演算部は、測定対象ガス中に含まれる２価水銀の割合が高いことを示す第２信号を出力してもよい。これにより、測定対象ガス中の２価水銀の割合が高いことを外部に通知できる。
【００１１】
測定対象ガスに含まれるダストを捕集するフィルタを有しダストを除去した測定対象ガスを測定空間に取り込むプローブ筐体と、フィルタにブローバックガスを噴射することにより、フィルタに捕集されたダストを除去するブローバック装置と、をさらに備えていてもよい。
これにより、ダストがほとんど含まれない測定対象ガスを高速に測定空間に導入して、測定対象ガスに含まれる０価水銀を高速に検出できる。また、測定対象ガスにダストが多く含まれる環境においても、分析装置を使用できる。
【００１２】
測定対象ガスを測定空間に導入する第１流路と、一端が第１流路から分岐し、他端が測定対象ガスから水銀を除去するスクラバーを介して測定空間に接続された第２流路と、第１流路と第２流路とを交互に切り替える切替部と、をさらに備えていてもよい。
このとき、演算部は、第１流路から測定対象ガスが測定空間に導入されたときの測定光の強度である測定強度と、第２流路を通過することで測定対象ガスから水銀が除去されたリファレンスガスが測定空間に導入されたときの測定光の強度であるリファレンス強度と、の差分に基づいて検出強度を算出する。
これにより、０価水銀と相互作用する波長範囲において測定光と相互作用する干渉成分の影響を除去することで測定光に対する０価水銀の相互作用のみを検出して、０価水銀の検出強度を精度よく算出できる。
【００１３】
測定対象ガスは、当該測定対象ガスに含まれる２価水銀を０価水銀に変換する還元プロセスを経ていないガスであってもよい。これにより、０価水銀を高速に検出できる。
【００１４】
演算部は、検出強度に基づいて０価水銀の検出濃度を算出し、当該検出濃度の時間的な変化を表す濃度時間変化パターンに基づいて、測定対象ガス中に含まれる０価水銀と２価水銀の存在割合に関連する情報を算出してもよい。
これにより、０価水銀の検出濃度という０価水銀の存在量に基づく情報から、測定対象ガス中に含まれる０価水銀と２価水銀の存在割合に関連する情報を算出できる。
【００１５】
本発明の他の見地に係る水銀の除去方法は、以下のステップを含む。
◎０価水銀と相互作用する波長範囲を少なくとも含む測定光を測定空間に照射するステップ。
◎測定空間を通過した測定光を検出するステップ。
◎測定空間に測定対象ガスが存在するときに検出された測定光の検出強度の時間的な変化を表す時間変化パターンに基づいて、測定対象ガス中に含まれる０価水銀と２価水銀との存在割合に関連する情報を算出するステップ。
◎０価水銀と２価水銀との存在割合に関連する情報に基づいて、水銀の除去方式を決定するステップ。
これにより、測定対象ガスに含まれる０価水銀と測定光との相互作用を検出強度として測定するだけで、測定対象ガス中の０価水銀と２価水銀の存在割合についての情報を得て、水銀の除去方式を決定できる。
【００１６】
０価水銀と２価水銀との存在割合に関連する情報を算出するステップは、時間変化パターンが検出強度が短時間に大きく変動する第１パターンであると判定したら、測定対象ガス中に含まれる０価水銀の割合が高いことを示す第１信号を出力するステップと、時間変化パターンが０価水銀を検出しないときの強度からの検出強度の変化量が第１閾値以上かつ第２閾値以下である状態が所定の期間継続する第２パターンであると判定したら、測定対象ガス中に含まれる２価水銀の割合が高いことを示す第２信号を出力するステップと、を含んでもよい。
これにより、測定対象ガス中に０価水銀の割合が多いか又は２価水銀の割合か多いかについての情報を外部に通知できる。
【００１７】
本発明のさらに他の見地に係る焼却炉システムは、焼却炉と、水銀除去装置と、分析装置と、を備える。焼却炉は、ごみを焼却する。水銀除去装置は、焼却炉から排出された排気ガスに含まれる水銀を除去する。分析装置は、排ガスをサンプリングして分析する。
分析装置は、光源と、検出器と、演算部と、を有する。光源は、０価水銀と相互作用する波長範囲を少なくとも含む測定光を測定空間に照射する。検出器は、測定空間を通過した測定光を検出する。演算部は、測定空間に排ガスが存在するときに検出器にて検出された測定光の検出強度の時間的な変化を表す時間変化パターンに基づいて、排ガス中に含まれる０価水銀と２価水銀との存在割合に関連する情報を算出する。
これにより、排ガスに含まれる０価水銀と測定光との相互作用を検出強度として測定するだけで、排ガス中の０価水銀と２価水銀の存在割合についての情報を得ることができる。
【００１８】
演算部は、時間変化パターンが検出強度が短時間に大きく変動する第１パターンであると判定したら、測定対象ガス中に含まれる０価水銀の割合が高いことを示す第１信号を水銀除去装置に出力し、時間変化パターンが０価水銀を検出しないときの強度からの検出強度の変化量が第１閾値以上かつ第２閾値以下である状態が所定の期間継続する第２パターンであると判定したら、測定対象ガス中に含まれる２価水銀の割合が高いことを示す第２信号を水銀除去装置に出力してもよい。
これにより、分析装置は、排ガス中に０価水銀の割合が多いか又は２価水銀の割合か多いかについての情報を水銀除去装置に通知できる。
【００１９】
本発明のさらに他の見地に係るプログラムは、以下のステップをコンピュータに実行させるためのプログラムである。
◎０価水銀と相互作用する波長範囲を少なくとも含む測定光を測定空間に照射するステップ。
◎測定空間を通過した前記測定光を検出するステップ。
◎測定空間に測定対象ガスが存在するときに検出された測定光の検出強度の時間的な変化を表す時間変化パターンに基づいて、測定対象ガス中に含まれる０価水銀と２価水銀の存在割合に関連する情報を算出するステップ。
【発明の効果】
【００２０】
排ガスに含まれる０価水銀の検出のみにて、排ガス中の０価水銀と２価水銀の存在割合に関連する情報を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】焼却炉システムの構成を示す図。
【図２】第１分析装置の構成を示す図。
【図３】０価水銀の検出濃度の時間的変化パターンの一例を示す図。
【図４】焼却炉システムにおける水銀の除去動作を示すフローチャート。
【図５Ａ】検出濃度の立ち上がり速度に基づく濃度時間変化パターンの判定方法を模式的に示す図。
【図５Ｂ】検出濃度の最大値に基づく濃度時間変化パターンの判定方法を模式的に示す図。
【図５Ｃ】検出濃度が所定の値から上昇して戻ってくるまでの時間に基づく濃度時間変化パターンの判定方法を模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
１．第１実施形態
（１）焼却炉システム
以下、第１実施形態に係る焼却炉システム１００について、図１を用いて説明する。図１は、焼却炉システムの構成を示す図である。焼却炉システム１００は、廃棄物などのごみを焼却するためのシステムであって、ごみ焼却設備１と、システム演算制御部３と、第１分析装置５と、を備える。
なお、焼却炉システム１００は、図１に示すように、バグフィルタ１２（後述）と煙突１４とを接続する第２排ガス管路Ｒ２に、第２分析装置７と、第３分析装置９と、をさらに設けてもよい。これらの分析装置により、バグフィルタ１２より排出された排ガス中の水銀と、煙突１４から排出される直前の排ガス中の水銀とを分析できる。
【００２３】
（２）ごみ焼却設備
ごみ焼却設備１は、ごみを焼却して発生した排ガスを排出する設備である。ごみ焼却設備１は、焼却炉１１と、第１水銀除去装置１３と、バグフィルタ１２と、を有する。焼却炉１１は、廃棄物などのごみを焼却するための炉である。焼却炉１１には、ごみを焼却することにより発生する排ガスを排出するための第１排ガス管路Ｒ１が接続されている。バグフィルタ１２は、第１排ガス管路Ｒ１の焼却炉１１が接続された側とは反対端に接続され、排ガスからダストを除去し、ダストを除去した排ガスを、第２排ガス管路Ｒ２を経由して煙突１４から外部に排出する。
【００２４】
第１水銀除去装置１３は、第１排ガス管路Ｒ１のバグフィルタ１２の直前に接続され、水銀の除去剤（例えば、活性炭、キレート剤）を第１排ガス管路Ｒ１に導入して、バグフィルタ１２に入る直前の排ガス中の水銀を除去する装置である。第１水銀除去装置１３は、第１分析装置５において算出された０価水銀と２価水銀の存在割合に関連する情報に基づいて、どの種類の水銀の除去剤をどのように投入するかを選択する。
【００２５】
上記の構成を有することにより、ごみ焼却設備１は、第１分析装置５の分析結果に基づいて適切な水銀の除去方法を選択して排ガスから水銀を効率的に除去し、水銀及びダストを除去した排ガスを煙突１４から外部へ排出できる。
【００２６】
一実施形態において、ごみ焼却設備１は、第２排ガス管路Ｒ２の途中に第２水銀除去装置１５を有していてもよい。第２水銀除去装置１５は、例えば、活性炭や、アンモニア及び／又はキレート剤を含む水に排ガスを通過させて、排ガス中の水銀を除去する装置である。第２水銀除去装置１５を有することにより、焼却炉１１からの排ガス中の水銀をより確実に除去できる。
一実施形態において、ごみ焼却設備１は、第１排ガス管路Ｒ１の第１水銀除去装置１３の直前に減温塔１６を有していてもよい。減温塔１６を有することにより、焼却炉１１からの排ガスの温度を低減できる。
【００２７】
（３）システム演算制御部
システム演算制御部３は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、その他記憶装置、各種インターフェース、操作盤などを有する、ごみ焼却設備１を制御するためのシステムである。システム演算制御部３は、ごみ焼却設備１の各構成要素を制御する。
【００２８】
（４）第１分析装置
（４−１）第１分析装置の概要
第１分析装置５は、第１排ガス管路Ｒ１からサンプリングした排ガス（測定対象ガスの一例）中に含まれる０価水銀の濃度を、０価水銀が紫外光を吸収するとの特性を用いて測定するための装置である。具体的には、図２に示すように、第１分析装置５は、プローブユニット５１と、分析計ユニット５３と、演算制御部５５と、を有する。図２は、第１分析装置の構成を示す図である。
【００２９】
（４−２）プローブユニット
プローブユニット５１は、焼却炉１１から排出された排ガスを、例えば、第１排ガス管路Ｒ１のバグフィルタ１２の直前にてサンプリングして、分析計ユニット５３に導入する。プローブユニット５１は、プローブ筐体５１１と、プローブ５１３と、一次フィルタ５１５と、ブローバック管５１７と、を有する。
プローブ筐体５１１は、一端が第１ポンプＰ１に接続され、他端が中空の管であるプローブ５１３と接続された内部空間を有する。一次フィルタ５１５は、プローブ筐体５１１の内部空間のプローブ５１３に近い側に配置される。
【００３０】
上記の構成において第１ポンプＰ１を動作させると、その吸引により、第１排ガス管路Ｒ１内を流れる排ガスは、プローブ５１３と一次フィルタ５１５とを通過して、プローブ筐体５１１の内部空間に取り込まれる。排ガスが一次フィルタ５１５を通過することにより、排ガスからダストなどの微粒子を除去し、ダスト（微粒子）をほとんど含まない排ガスを内部空間に取り込んで、分析計ユニット５３に導入できる。
【００３１】
ブローバック管５１７は、一端が一次フィルタ５１５の直前に配置され、他端がブローバックガス供給装置ＧＳ１（例えば、空気、窒素ガスなどの供給装置）に接続された中空管部材である。
ブローバックガス供給装置ＧＳ１からブローバックガス（例えば、空気、窒素ガスなど）が供給されると、ブローバック管５１７は、ブローバックガスを一次フィルタ５１５に噴射し、一次フィルタ５１５に捕集されたダストなどの微粒子を除去する。
上記のブローバック管５１７とブローバックガス供給装置ＧＳ１を合わせて「ブローバック装置」と呼ぶことにする。
【００３２】
ブローバック装置を有することにより、一次フィルタ５１５の目詰まりを防止して、排ガスのサンプリング流量を高い状態に維持できる。その結果、第１分析装置５は、ダストがほとんど含まれない排ガスを高速に測定空間Ｍに導入して、排ガス中の０価水銀を高速に検出できる。
【００３３】
プローブユニット５１が上記の構成を有することにより、焼却炉１１から排出された（バグフィルタ１２を通過する前の）排ガスのような、多くのダストを含む排ガスが流れる環境において第１分析装置５を使用できる。
【００３４】
本実施形態において、プローブユニット５１はバグフィルタ１２の手前の排ガスをサンプリングしていたが、例えば、プローブユニット５１を焼却炉１１に取り付けて、焼却炉１１中の排ガスをサンプリングしてもよい。
ごみ焼却設備１が減温塔１６を有する場合、プローブユニット５１は、図１に示すように第１排ガス管路Ｒ１の焼却炉１１と減温塔１６との間に取り付けられてもよいし、減温塔１６とバグフィルタ１２との間に取り付けられてもよい。
【００３５】
（４−３）分析計ユニット
分析計ユニット５３は、サンプリングした排ガス中の水銀を検出するための装置である。具体的には、分析計ユニット５３は、主に、セル５３１と、光源５３２と、検出器５３３と、を有する。セル５３１は、測定空間Ｍと、これと流通可能な２つのガス口とを有する部材である。セル５３１の一方のガス口は第１切替バルブ５３４（後述）のガス口ｂ１に接続され、他方のガス口は排気ポンプＥＰに接続される。
【００３６】
上記の構成により、第１ポンプＰ１と、プローブユニット５１から延びる第１流路ＦＲ１の第１ポンプＰ１とセル５３１との間に配置された第２ポンプＰ２とにより、サンプリングされた排ガスが第１流路ＦＲ１を通り測定空間Ｍに導入される。その後、排ガスは、所定の時間だけ測定空間Ｍに存在した後、排気ポンプＥＰの吸引により排気口Ｅから外部へと排出される。一定の流量にて排ガスを測定空間Ｍに導入するために、測定空間Ｍの圧力は所定の一定圧力に調圧されている。
本実施形態においては、排ガスのサンプリング流量を高くするために第１ポンプＰ１と第２ポンプＰ２の２つのポンプが設けられている。その代わりに、高いサンプリング流量にて排ガスを吸引できる１つのポンプの吸引により、プローブユニット５１から排ガスをサンプリングしてもよい。
【００３７】
排気ポンプＥＰの排気側と排気口Ｅとの間には、測定空間Ｍから排出された排ガスに含まれる水銀を除去するための第１スクラバーＳＣ１（例えば活性炭）が取り付けられている。
【００３８】
光源５３２は、セル５３１の一端に取り付けられ、０価水銀に吸収（相互作用の一例）される波長範囲（例えば、２５３ｎｍを中心とした所定の範囲の波長）を少なくとも含む測定光ＬＭを測定空間Ｍに照射する、例えば、水銀ランプ、キセノンランプ、紫外線領域の光を発生できるＬＥＤ又はレーザダイオード（ＬＤ）である。
【００３９】
検出器５３３は、光源５３２に対向するようにセル５３１に取り付けられ、測定空間Ｍを通過した測定光ＬＭを検出する、例えば、紫外領域の光を検出可能なフォトダイオード又は光電子倍増管である。
【００４０】
本実施形態の分析計ユニット５３は、さらに、３つのガス口ａ１、ｂ１、ｃ１を有する第１切替バルブ５３４（切替部の一例）と、一端が第１流路ＦＲ１から分岐し、他端が第１切替バルブのガス口ｃ１に接続された第２流路ＦＲ２と、を有する。
第１切替バルブ５３４のガス口ａ１は第１流路に接続され、ガス口ｂ１はセル５３１（測定空間Ｍ）に接続される。第１切替バルブ５３４は、演算制御部５５からの指令により、ガス口ａ１とガス口ｂ１とを流通させるか、又は、ガス口ｃ１とガス口ｂ１とを流通させるかを切り替える。
【００４１】
第２流路ＦＲ２は、一端が第１流路ＦＲ１から分岐した側に接続され、他端がガス口ｃ１に接続された第２スクラバーＳＣ２を有する。第２スクラバーＳＣ２は、例えば、金を含浸した珪藻土を充填したカラムである。また、第２スクラバーＳＣ２は、所定の温度に加熱され、０価水銀が吸収する波長範囲の光と相互作用する０価水銀以外の干渉成分（例えば、ＳＯ２、炭化水素など）を捕捉しないようにしている。
【００４２】
第１切替バルブ５３４にてガス口ｃ１とガス口ｂ１とを流通させると、排ガスは、第２流路ＦＲ２から第２スクラバーＳＣ２を通過し、ガス口ｃ１とガス口ｂ１を経て測定空間Ｍに導入される。
第２流路ＦＲ２を経由して測定空間Ｍに導入される排ガスは、水銀以外の第２スクラバーＳＣ２を通過前の排ガスに含まれていた干渉成分が残留した状態となる。従って、第２流路ＦＲ２を経由した排ガスのことを、水銀のみが除去されたガスである「リファレンスガス」と呼ぶことにする。
【００４３】
一方、ガス口ａ１とガス口ｂ１とを流通させると、排ガスは、スクラバーを経ることなく測定空間Ｍに導入される。
【００４４】
上記の第２流路ＦＲ２を有する分析計ユニット５３で水銀を検出するときには、第１切替バルブ５３４が所定の周期（たとえば、１Ｈｚ）にて、ガス口ａ１とガス口ｂ１とを流通させるか、ガス口ｃ１とガス口ｂ１とを流通させるかを切り替えることで、測定空間Ｍに、排ガスとリファレンスガスとを交互に導入する（流体変調方式）。
【００４５】
一実施形態において、分析計ユニット５３は、プローブユニット５１からの排ガスのサンプリング流量を調整する流量調整バルブ５３５（例えば、ニードルバルブ）と、第１流路ＦＲ１の第２ポンプＰ２の出口側から分岐しセル５３１をバイパスして排気口Ｅに接続された第３流路ＦＲ３と、を有する。
流量調整バルブ５３５により、プローブユニット５１からの排ガスのサンプリング流量を調整できる。また、第３流路ＦＲ３により、サンプリングした排ガスの一部を第３流路ＦＲ３に導入してセル５３１をバイパスさせることができる。その結果、排ガスを高速にサンプリングしつつ、セル５３１に過剰な排ガスが導入されることを回避できる。
【００４６】
なお、上記の第３流路ＦＲ３は、排気口Ｅに近い側に第３スクラバーＳＣ３を有している。これにより、セル５３１をバイパスさせた排ガスに含まれる水銀を排出前に除去できる。また、第３流路ＦＲ３は、第１流路ＦＲ１からの分岐点の近傍に流量計ＦＭを有していてもよい。これにより、セル５３１をバイパスさせる排ガスの流量を監視できる。
【００４７】
一実施形態において、分析計ユニット５３は、３つのガス口ａ２、ｂ２、ｃ２を有しガス口ａ２とガス口ｂ２とを流通させるか、又は、ガス口ｃ２とガス口ｂ２とを流通させるかを切り替える第２切替バルブ５３６と、ガス口ｃ２に接続された校正ガス供給装置ＧＳ２と、を有していてもよい。第２切替バルブ５３６がガス口ｃ２とガス口ｂ２とを開通させた状態で、校正ガス供給装置ＧＳ２から校正ガスを導入することにより、分析計ユニット５３の校正を実行できる。
【００４８】
一実施形態において、分析計ユニット５３は、第１流路ＦＲ１のセル５３１と第２ポンプＰ２との間にフィルタ５３７を配置してもよい。これにより、一次フィルタ５１５にて捕捉できなかったダストなどの微粒子を、フィルタ５３７でさらに捕捉して、よりダストフリーな排ガスを測定空間Ｍに導入できる。
【００４９】
（４−４）演算制御部
演算制御部５５（演算部の一例）は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、その他記憶装置、各種インターフェースなどを有し、第１分析装置５の各構成要素を制御し、分析計ユニット５３から入力した信号を処理するコンピュータシステムである。
分析計ユニット５３から入力した信号の情報処理として、演算制御部５５は、測定空間Ｍに排ガスとリファレンスガスとを所定の周期で交互に導入しているときに、排ガスを測定空間Ｍに導入しているときに取得した測定光の強度である測定強度と、リファレンスガスを測定空間Ｍに導入しているときに取得した測定光ＬＭの強度であるリファレンス強度と、の差分（例えば、これら２つの信号の差又は比）に基づいて０価水銀の存在により影響を受けた測定光ＬＭの検出強度を算出する。その後、当該検出強度に基づいて０価水銀の検出濃度を算出する。これにより、排ガスに含まれる上記の干渉成分による検出濃度（測定光ＬＭの検出強度）への影響を除去して測定光ＬＭに対する０価水銀の相互作用（吸収）のみを検出できる。その結果、０価水銀の検出濃度を精度よく算出できる。
【００５０】
また、演算制御部５５は、算出した０価水銀の検出濃度の濃度時間変化パターンに基づいて、排ガス中に含まれる０価水銀と２価水銀との存在割合に関連する情報を算出する。０価水銀の検出濃度の濃度時間変化パターンから当該情報を算出する方法については、後ほど詳しく説明する。
なお、演算制御部５５において実行される各種情報処理は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、及び／又は記憶装置に記憶されたプログラムにより実現されてもよい。
【００５１】
上記のように、本実施形態の第１分析装置５では、プローブユニット５１からの第１流路ＦＲ１にはスクラバーが設けられていない。すなわち、水銀を検出するために測定空間Ｍに導入される排ガスは、排ガスに含まれる２価水銀を０価水銀に変換する還元プロセスを経ていない。
スクラバーを第１流路ＦＲ１（及び／又はプローブユニット５１）に設けないことにより、排ガスを測定空間Ｍへ導入するときの流量を大きくできる。その結果、排ガス中の０価水銀を高速に検出できる。
【００５２】
一実施形態において、第１分析装置５は、図２に示すように、第１流路ＦＲ１に水分除去部５７を設けてもよい。水分除去部５７は、ドレンセパレータ及び電子冷却器（いずれも図示せず）にて構成され、排ガス中に含まれる水分を除去して分析計ユニット５３に導入できる。
【００５３】
（５）０価水銀の検出濃度の濃度時間変化パターン
以下、上記の第１分析装置５で第１排ガス管路Ｒ１から排ガスをサンプリングして０価水銀を検出した結果について説明する。
上記の第１分析装置５にて、第１排ガス管路Ｒ１から排ガスを所定の時間継続的にサンプリングし、連続して排ガス中の０価水銀の検出濃度を測定した結果、０価水銀の検出濃度は、図３に示すような、２種類の特徴的な時間的な変化（濃度時間変化パターン）を示すことが分かった。図３は、０価水銀の検出濃度の時間的変化パターンの一例を示す図である。
本実施形態における濃度時間変化パターンは、図３に示すように、所定の時間範囲内（例えば、数秒〜十数分の時間範囲内）において発生する０価水銀の検出濃度の時間的な変化である。
【００５４】
１種類目は、図３の（ａ）に示すように、検出濃度が短時間に大きく変動するパターン（第１パターンと呼ぶ）である。０価水銀の濃度とともに、排ガス中の他の成分の濃度も継続的に測定した結果、第１パターンが発生するときには、それに対応して、一炭化炭素の急激な濃度の変化も見られた。このことから、第１パターンは、焼却炉１１が不完全燃焼状態であることを示している。
【００５５】
焼却炉１１の不完全燃焼により排ガスが還元雰囲気（還元性の成分を含む状態）である場合、２価水銀（水銀化合物）は０価水銀に還元されやすく、また、２価水銀の発生も抑制される。一般的に、焼却炉１１から排出される排ガス中の０価水銀と２価水銀の割合は、２価水銀の割合が０価水銀の割合よりも大きい（例えば０価水銀：２価水銀＝１：９）ことが知られているが、還元雰囲気の排ガス中では、０価水銀の割合が増える（例えば、０価水銀：２価水銀＝１：１程度）。従って、第１パターンは、排ガス中の０価水銀の割合が高いことを示す指標となる。
【００５６】
２種類目は、図３の（ｂ）に示すように、検出濃度が所定の閾値を超えて小さい状態が所定の期間継続するパターン（第２パターンと呼ぶ）である。第２パターンの発生時には、一炭化炭素の発生は認められなかった。よって、第２パターンは、焼却炉１１が完全燃焼状態であり、排ガスが酸化雰囲気（例えば、ＳＯ２、ＨＣｌを多く含む）となっていることを示している。
酸化雰囲気での排ガスでは、排ガス中の０価水銀と２価水銀の存在割合は、上記の一般的に知られている２価水銀の割合が０価水銀の割合よりも大きい状態（例えば０価水銀：２価水銀＝１：９）の割合となる。よって、第２パターンは、排ガス中の２価水銀の割合が高いことを示す指標となる。
【００５７】
このように、測定光ＬＭを用いて０価水銀の検出濃度（又は測定光ＬＭの吸収強度）の時間的な変化を検出するだけで、排ガス中に含まれる０価水銀と２価水銀の存在割合に関連する情報を得ることができる。この０価水銀の検出のみで０価水銀と２価水銀の存在割合に関連する情報を得られるとの知見は、今回初めて得られたものである。
【００５８】
（６）焼却炉システムにおける水銀の除去動作
次に、第１分析装置の０価水銀の検出結果を用いた焼却炉システム１００における水銀の除去動作について、図４を用いて説明する。図４は、焼却炉システムにおける水銀の除去動作を示すフローチャートである。
ごみ焼却設備１を運転中、システム演算制御部３は、第１分析装置５に対して、ごみ焼却設備１の各段階における水銀の分析を実行するよう指令する。
【００５９】
当該指令を受けた第１分析装置５の演算制御部５５は、第１ポンプＰ１、第２ポンプＰ２、及び排気ポンプＥＰを動作させ、プローブユニット５１から排ガスをサンプリングする。その後、演算制御部５５は、排ガスとリファレンスガスとを交互に測定空間Ｍに導入させ、光源５３２から測定光ＬＭを測定空間Ｍに照射する。さらに、排ガスが測定空間Ｍに存在する時の測定光ＬＭの測定強度と、リファレンスガスが測定空間に存在する時の測定光ＬＭのリファレンス強度とに基づいて、０価水銀の検出濃度を算出する（ステップＳ１〜Ｓ４）。
【００６０】
次に、演算制御部５５は、所定の時間範囲（例えば、数秒〜十数分の時間範囲）毎に０価水銀の検出濃度の時間的変化を確認して、上記にて説明した２つの０価水銀の検出濃度の濃度時間変化パターンがいずれのパターンであるかを判定することで、排ガス中に含まれる０価水銀と２価水銀の存在割合に関連する情報を算出する（ステップＳ５）。検出濃度の濃度時間変化パターンがいずれのパターンであるかは、例えば、以下の３つの方法による判定方法が挙げられる。
【００６１】
１つ目は、０価水銀の検出濃度の立ち上がり速度（例えば、図５Ａの濃度時間変化パターンの点線にて囲んだ部分（所定値（図５Ａでは、Ｃｓ）を超えた時点から所定期間のデータ）の直線の傾き）が所定の値以上であれば第１パターンが発生し、所定の値より小さければ第２パターンが発生したと判定する方法である。検出濃度の立ち上がり速度は、例えば、過去（例えば、５秒前）から現在までに算出された複数の検出濃度をデータフィッティングして得られる直線の式の傾きとして算出できる。
これにより、０価水銀及び／又は２価水銀の発生を検出してから早い段階で、０価水銀と２価水銀のいずれの割合が高いかを判定できる。
【００６２】
２つ目は、図５Ｂに示すように、検出濃度の最大値（ピーク値）が所定の値（図５ＢのＣｓ１）以上であれば第１パターンが発生し、検出濃度の最大値が当該所定の値よりも小さいが所定の閾値（図５ＢのＣｓ２）以上であれば第２パターンが発生したと判定する方法である。検出濃度の最大値は、例えば、検出濃度が増加傾向から（一定値を経て）減少傾向に転じたタイミングまでの間における、検出濃度の最大値として算出できる（例えば、図５ＢのＣｍ、Ｃｍ’）。
【００６３】
この場合、検出濃度が増加傾向から（一定値を経て）減少傾向に転じたタイミングまでの複数の検出濃度の中に、ノイズ成分となる検出濃度（例えば、複数の検出濃度が有する傾向（増加傾向、減少傾向、一定値にて維持される傾向）から大きく外れる検出濃度）が存在する場合には、当該ノイズ成分である検出濃度は、最大値であるか否かの判定には用いない。
【００６４】
一実施形態において、演算制御部５５は、検出濃度を常に監視し、検出濃度が増加傾向から（一定値を経て）減少傾向に転じたタイミングまでの間に発生した検出濃度の最大値が所定の値以上であれば第１パターンが発生したと判定し、当該最大値が所定の値よりも小さいが所定の閾値以上であれば第２パターンが発生したと判定してもよい。
【００６５】
検出濃度の最大値により検出濃度の濃度時間変化パターンが第１パターンであるか又は第２パターンであるかを判定することにより、第１パターンのピーク値が第２パターンのピーク値よりも高くなる特性（第１パターンが発生するときは０価水銀の割合が高くなるため）を利用して、０価水銀と２価水銀のいずれの割合が高いかを判定できる。
【００６６】
３つ目は、図５Ｃに示すように、検出濃度が所定の値（例えば、検出濃度の最大値の半値）（図５Ｃにおいて、Ｃａ、Ｃａ’）以上となった後に当該所定の値まで戻ってくるまでの時間（図５のｔ１、ｔ２）が、所定の時間以下であれば第１パターンが発生し、所定の時間以上であれば第２パターンが発生したと判定する方法である。
これにより、濃度時間変化パターンにおける変化の長短に基づいて０価水銀と２価水銀のいずれの割合が高いかを判定できる。
【００６７】
上記の判定の結果、０価水銀の検出濃度の濃度時間変化パターンが第１パターンであると判定すると（ステップＳ４において「第１パターン」の場合）、演算制御部５５は、排ガス中に含まれる０価水銀の割合が高いことを示す第１信号を、システム演算制御部３を介して、第１水銀除去装置１３に出力する（ステップＳ６）。
第１信号を受信した第１水銀除去装置１３は、排ガス中の０価水銀をより効率よく除去するために、例えば、ハロゲンを含浸させた活性炭を第１排ガス管路Ｒ１に投入する（ステップＳ７）。
【００６８】
一方、０価水銀の検出濃度の濃度時間変化パターンが第２パターンであると判定すると（ステップＳ４において「第２パターン」の場合）、演算制御部５５は、排ガス中の２価水銀の割合が高いことを示す第２信号を、第１水銀除去装置１３に出力する（ステップＳ８）。
第２信号を受信した第１水銀除去装置１３は、排ガス中の２価水銀をより効率よく除去するために、例えば、第１排ガス管路Ｒ１により多くの活性炭を投入する（ステップＳ９）。
【００６９】
上記のステップＳ１〜Ｓ９を実行することにより、第１水銀除去装置１３は、排ガス中に含まれる０価水銀の割合が高いこと示す信号（第１信号）、又は、２価水銀の割合が高いことを示す信号（第２信号）のいずれかを受信して、０価水銀を効率よく除去する除去方式を採用するか、２価水銀を効率よく除去する除去方式を採用するかを、水銀の発生後の早い段階で決定できる。その結果、排ガスから水銀をより確実に除去できる。
【００７０】
上記のステップＳ１〜Ｓ９は、焼却炉システム１００を運転中継続的に実行される。また、メンテナンスなどで焼却炉システム１００を停止させる場合には、上記のステップＳ１〜Ｓ９の実行を停止してもよい。
【００７１】
２．他の実施形態
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態及び変形例は必要に応じて任意に組み合せ可能である。
（Ａ）例えば、第１分析装置５にて０価水銀が検出されない（あるいは設定レンジの関係で微量の０価水銀を検出できない）一方、第２分析装置７又は第３分析装置９にて０価水銀を検出したら、２価水銀の割合が極めて高いと判定してもよい。
【００７２】
（Ｂ）第１分析装置５からの第１信号及び第２信号を第２水銀除去装置１５に入力してもよい。これにより、第２水銀除去装置１５は、水銀の発生タイミングと、排ガス中の０価水銀の割合が高いか２価水銀が高いかを正確に把握して、必要に応じて必要な水銀の除去剤を導入できる。
【００７３】
（Ｃ）０価水銀は紫外光の蛍光を有しているので、第１分析装置５（第２分析装置７、第３分析装置９）において、０価水銀の紫外光の蛍光を検出し、当該蛍光の強度に基づいて０価水銀を分析してもよい。
【００７４】
（Ｄ）第１分析装置５は、例えば、高温プロセスのプラント（例えば、石油精製プロセス等、燃焼プロセスを有するプラントなど）からの排ガス中の水銀を除去するために、０価水銀及び／又は２価水銀を高速に検出する目的でも使用してもよい。
【００７５】
（Ｅ）第１分析装置５において、演算制御部５５は、０価水銀の検出濃度を算出することなく、測定光ＬＭの検出強度の時間変化パターンに基づいて、０価水銀と２価水銀との存在割合に関連する情報を算出してもよい。
【００７６】
この場合、濃度時間変化パターンとして第１パターンが得られるときの検出強度の時間変化パターンは、検出強度が短時間に大きく減少するか増加するかのいずれかとなる。０価水銀の検出により検出強度が減少するか増加するかは、バックグラウンド強度と測定強度との差分の取り方により異なる。
一方、濃度時間変化パターンとして第２パターンが得られるときの検出強度の時間変化パターンは、０価水銀を検出しないときの強度からの検出強度の変化量が第１閾値以上かつ第２閾値以下（すなわち、検出強度の変化量が、第１パターンのときよりも小さい所定の範囲内）である状態が所定の期間継続するパターンとなる。
【００７７】
演算制御部５５は、検出強度の時間変化パターンが上記のように２種類のパターンを示すことに基づいて、第１実施形態にて説明したのと同様の方法にて、検出強度の時間変化パターンがいずれのパターンであるかを判定できる。
【００７８】
演算制御部５５が、検出濃度を算出することなく検出強度の時間変化パターンに基づいて０価水銀と２価水銀との存在割合に関連する情報を算出することにより、より高速に当該情報を算出できる。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明は、水銀の存在に関する情報を算出する分析装置、及び、ごみを燃焼する焼却炉を含む焼却炉システムに広く適用できる。
【符号の説明】
【００８０】
１００        焼却炉システム
１     ごみ焼却設備
１１   焼却炉
１２   バグフィルタ
１３   第１水銀除去装置
１４   煙突
１５   第２水銀除去装置
１６   減温塔
３     システム演算制御部
５     第１分析装置
５１   プローブユニット
５１１ プローブ筐体
５１３ プローブ
５１５        一次フィルタ
５１７ ブローバック管
ＧＳ１ ブローバックガス供給装置
５３   分析計ユニット
５３１ セル
５３２ 光源
５３３        検出器
５３４ 第１切替バルブ
５３５        流量調整バルブ
５３６ 第２切替バルブ
５３７ フィルタ
ＥＰ   排気ポンプ
ＦＲ１ 第１流路
ＦＲ２ 第２流路
ＦＲ３        第３流路
ＧＳ２        校正ガス供給装置
ＬＭ   測定光
Ｍ     測定空間
Ｐ１   第１ポンプ
Ｐ２   第２ポンプ
Ｒ１   第１排ガス管路
Ｒ２   第２排ガス管路
ＳＣ１        第１スクラバー
ＳＣ２ 第２スクラバー
ＳＣ３        第３スクラバー
Ｅ     排気口
ＦＭ   流量計
ａ１、ｂ１、ｃ１、ａ２、ｂ２、ｃ２ ガス口
５５   演算制御部
５７   水分除去部
７     第２分析装置
９     第３分析装置
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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