(57)【要約】【課題】  飛灰等の重金属含有物質中の重金属を不溶化する際に、重金属処理剤の必要量を簡便、迅速、安価かつ正確に決定する。【解決手段】  重金属含有物質から重金属を溶出した溶液の濁度変化を検出可能な検出器及び濁度変化が一定となる終点もしくは濁度変化の変曲点における重金属処理剤の添加量から重金属処理剤の必要量を算出する機能を有する重金属処理剤の必要量決定装置において、重金属溶液を供給する透明測定容器、重金属溶液を混合する機能を有する攪拌機、その上部から濁度測定用重金属処理剤溶液を供給する薬剤注入部、及び透明測定容器の側方部にレーザー光源部と受光部を有する装置を用いる。【選択図】    図１
2015000376.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
重金属含有物質から重金属を溶出した溶液（以下、「重金属溶液」と表記する）の濁度変化を検出可能な検出器及び濁度変化が一定となる終点もしくは濁度変化の変曲点における重金属処理剤の添加量から重金属処理剤の必要量を算出する機能を有する重金属処理剤の必要量決定装置において、重金属溶液を供給する透明測定容器、重金属溶液を混合する機能を有する攪拌機、その上部から濁度測定用重金属処理剤溶液を供給する薬剤注入部、及び透明測定容器の側方部にレーザー光源部と受光部を有することを特徴とする重金属処理剤の必要量決定装置。
【請求項２】
薬剤注入部の注入口が重金属溶液の液面より上であることを特徴とする請求項１に記載の重金属処理剤の必要量決定装置。
【請求項３】
透明測定容器の上部が密閉又は半密閉されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の重金属処理剤の必要量決定装置。
【請求項４】
請求項１〜３に記載の装置を用い、透明測定容器中の重金属溶液を攪拌し、そこに重金属処理剤溶液を連続的又は断続的に供給し、透明測定容器の側方部からレーザー光を照射して透過光強度を測定し、光透過率の低下（濁度の上昇）度合いから、重金属処理剤の必要量を決定する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、重金属含有物質に重金属処理剤を加えて重金属を不溶化処理する際に、重金属処理剤の必要量の決定に用いる装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
都市ゴミ焼却工場などから排出される飛灰は重金属含有率が高く、重金属の溶出を抑制する処理を施すことが必要である。その様な処理方法のひとつとして薬剤処理法があり、キレート系薬剤などの重金属処理剤を添加して重金属を不溶化する方法が用いられている。このような薬剤処理方法において、確実に重金属の不溶化処理を行うためには重金属処理剤の必要量を把握することが重要である。
【０００３】
これまで重金属処理剤の必要量を決定する方法としては、机上試験にて飛灰に重金属処理剤を添加して、加湿水添加、混練等の前処理を施し、さらに昭和４８年２月１７日環境庁告示第１３号法で定められる方法で重金属の溶出試験を行い、その溶出液中の重金属濃度を測定する方法が用いられてきた。しかし、環境庁告示第１３号法（以下、「１３号試験」と表記する）で重金属処理剤の必要量を決定する方法では、時間がかかり、刻々と変化する飛灰に迅速に対応することは困難であった。
【０００４】
その様な中で、重金属飛灰中の重金属濃度をＩＣＰや原子吸光法、蛍光エックス線等で測定し、重金属処理剤の必要量を決定する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、これらの方法では、重金属濃度を測定する装置が大型で、かつ高価なため、オンサイトで安価に測定することは困難であった。
【０００５】
また、用いるキレート剤が有する特有な吸収波長の吸光度を測定する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。しかし、キレート剤特有の吸収波長を測定するためには、キレート剤が有する特有かつ特定の吸収波長に制御できる光学装置が必要なため、装置が高価なものとなる。また、これらの方法は遊離したキレート剤を測定する方法であり、直接重金属類の量を検出する方法ではないため、必ずしも十分な方法とは言えなかった。
【０００６】
さらに、飛灰と水のスラリーに重金属処理剤を加え、酸化還元電位（ＯＲＰ）を測定する方法（例えば、特許文献３参照）、あるいはＯＲＰとは異なる電位を検知する金属イオン電極により測定する方法（例えば、特許文献４参照）が提案されている。しかし、これらの電位測定は妨害イオンの影響を強く受けるため、必ずしも十分な方法とは言えなかった。
【０００７】
これらの課題に対して、濁度を測定する方法（例えば、特許文献５参照）が提案されている。しかしながら、従来の濁度を測定する方法では、重金属濃度が低濃度の場合、必ずしも十分な方法とは言えなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−７０３７４号公報
【特許文献２】特開平１０−３３７５５０号公報
【特許文献３】特開平８−３０９３１２号公報
【特許文献４】特開２００３−３３４５１３公報
【特許文献５】特許第４５９９９１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、飛灰等の重金属含有物質中の重金属を不溶化する際に、重金属処理剤の必要量を簡便、迅速、安価かつ正確に決定するための装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者等は、飛灰等の重金属含有物質中の重金属を不溶化するために必要な重金属処理剤量を決定する方法について鋭意検討を重ねた結果、
（１）重金属含有物質から重金属を溶出した溶液（以下、「重金属溶液」と表記する）の濁度変化を検出可能な検出器及び濁度変化が一定となる終点もしくは濁度変化の変曲点における重金属処理剤の添加量から重金属処理剤の必要量を算出する機能を有する重金属処理剤の必要量決定装置において、重金属溶液を供給する透明測定容器、重金属溶液を混合する機能を有する攪拌機、その上部から濁度測定用重金属処理剤溶液を供給する薬剤注入部、及び透明測定容器の側方部にレーザー光源部と受光部を有することを特徴とする重金属処理剤の必要量決定装置。
【００１１】
（２）薬剤注入部の注入口が重金属溶液の液面より上であることを特徴とする上記（１）に記載の重金属処理剤の必要量決定装置。
【００１２】
（３）透明測定容器の上部が密閉又は半密閉されていることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の重金属処理剤の必要量決定装置。
【００１３】
（４）上記（１）〜（３）に記載の装置を用い、透明測定容器中の重金属溶液を攪拌し、そこに重金属処理剤溶液を連続的又は断続的に供給し、透明測定容器の側方部からレーザー光を照射して透過光強度を測定し、光透過率の低下（濁度の上昇）度合いから、重金属処理剤の必要量を決定する方法。
とすることで、オンサイトで短時間、かつ簡便に、さらには重金属含有量が低濃度の場合においても正確に、重金属処理剤の必要量を決定できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１４】
以下、本発明の装置について詳細に説明する。
【００１５】
本発明は、重金属溶液の濁度変化を検出可能な検出器及び濁度変化が一定となる終点もしくは濁度変化の変曲点における重金属処理剤の添加量から重金属処理剤の必要量を算出する機能を有する重金属処理剤の必要量決定装置において、重金属溶液を供給する透明測定容器、重金属溶液を混合する機能を有する攪拌機、その上部から濁度測定用重金属処理剤溶液を供給する薬剤注入部、及び透明測定容器の側方部にレーザー光源部と受光部を有する重金属処理剤の必要量決定装置に関するものである。
【００１６】
本発明では濁度変化を検出可能な検出器として赤外光レーザー又は可視光レーザーを用いる。特に可視光レーザーを使用することにより、重金属含有物質から溶出した重金属と重金属処理剤が反応することによって生じる濁度を高感度に検出することができ、より低濃度の重金属を検出することが可能となり、従来困難であった、重金属含有量が低濃度の重金属含有物質に対しても、オンサイトで短時間、かつ簡便に、さらには高精度に重金属処理剤の必要量を決定することができる。
【００１７】
本発明で使用する光の波長は、濁度変化を検出可能であれば特に限定されるものではないが、６００〜７６０ｎｍの範囲であることが好ましい。６００ｎｍ未満の波長を使用した場合、添加する重金属処理剤によっては、透過率に影響が出ることがある。
【００１８】
また、本発明において透明測定容器の側方部にレーザー光源部と受光部を有するとは、レーザー光の光源部（照射部）と受光部とが透明測定容器の横に位置することを意味しており、レーザー光が光源部を発し、透明測定容器を通過して測定媒体（重金属溶液）を通り、また反対側の透明測定容器を通過して受光部に到達する形態を示している。
【００１９】
本発明では、重金属溶液に重金属処理剤を添加し、該溶液の濁度を測定して重金属含有物質の不溶化に必要な重金属処理剤の必要量を決定する。
【００２０】
本発明における濁度とは、溶液中に存在する懸濁物量を溶液の単位容量又は単位重量当たりで表す一般的な指標である。
【００２１】
濁度は、重金属が溶出した溶液に重金属処理剤を添加して測定するが、その添加は連続的でも良く、また断続的でも良い。特に、段階的に添加し、添加した重金属処理剤による懸濁物の生成が安定化してから測定することが好ましい。添加時間の間隔としては数分、特に１〜１０分程度の間隔で添加し、攪拌をすることが好ましい。
【００２２】
また、本発明の方法では必ずしも濁度の絶対値を測定する必要はなく、溶液中の濁度の変化が測定できれば良い。
【００２３】
本発明で用いる透明測定容器とは、内容物である重金属溶液を撹拌できる透明な容器であれば特に限定されるものではないが、撹拌手段としては電磁式スターラー、機械式撹拌翼等が例示され、透明な容器としては透明ガラス製の容器や透明プラスチック製の容器が例示される。破損が起きにくい点で透明プラスチック製の容器が好ましい。さらに、透明測定容器は、重金属溶液の蒸発又は飛散を防ぐ目的で、その上部が密閉又は半密閉されていることが好ましい。ここで、半密閉とは、透明測定容器の上部解放部の一部が蓋等により覆われていることを意味する。
【００２４】
本発明において重金属処理剤溶液を供給する薬剤注入部は、透明測定容器の上部に設置されており、重金属処理剤は薬剤タンクからチューブ等を経由してポンプ等の注入手段により供給される。そして、薬剤注入部の注入口は重金属溶液の液面より上にあることが好ましい。重金属処理剤の添加方法は、精度向上の点で自動滴下方式が好ましい。自動滴下の場合、重金属処理剤を注入するポンプとして、シリンジポンプ、ベローズポンプ、ピストンポンプ、ギアポンプ、油圧式ポンプ等を例示することができる。特に１回の量を０．００５〜０．２００ｍｇの範囲で調節添加でき、標準偏差が０．００１ｇ以下の高精度となるポンプが好ましく、例えば、パルスモーターによる送りねじ駆動方式シリンジポンプ等を例示することができる。
【００２５】
本発明の装置によれば、重金属溶液に、重金属処理剤を段階的に添加し、徐々に重金属の懸濁物を生成させ、その透過光強度をレーザー光により測定し、それ以上加えても懸濁物量が増加しない、即ち光透過率の低下（濁度の上昇）がなくなった時点の重金属処理剤の添加量から必要量を決定することができる。つまり、濁度変化が一定となる終点、もしくは濁度変化の変曲点における重金属処理剤の添加量をそのまま必要量とすることができる。
【００２６】
本発明において、重金属含有物質から重金属を溶出する溶液に特に限定はないが、例えば、硝酸、塩酸等の鉱酸水溶液、リンゴ酸、フタル酸等の有機酸水溶液、あるいはアンモニア、苛性等の塩基を例示することができる。重金属含有物質中に存在している重金属を溶出させる上で、カルボキシル基を一つ以上有し、非対称構造を有するカルボン酸及び／又はヒドロキシカルボン酸を用いることが好ましい。カルボキシル基を一つ以上有し、非対称構造を有するカルボン酸及び／又はヒドロキシカルボン酸としては、水に溶解するカルボキシル基を一つ以上有し、非対称構造を有するカルボン酸及び／又はヒドロキシカルボン酸であれば特に限定はなく、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、ヘキサン酸、ヘプタン酸、オキサロ酢酸、ピルビン酸、安息香酸等のカルボン酸の無水物、水和物、水溶液；グリコール酸、乳酸、グリセリン酸、ヒドロキシ酪酸、リンゴ酸、グルコン酸、マンデル酸等のヒドロキシカルボン酸の無水物、水和物、水溶液を挙げることができ、取り扱いの点でヒドロキシカルボン酸が好ましく、特に固体状であるグリコール酸、グリセリン酸、ヒドロキシ酪酸、リンゴ酸、グルコン酸、マンデル酸が好ましい。
【００２７】
重金属の溶出溶液のｐＨは特に限定されないが、重金属含有物質から溶出する重金属を処理するのに必要な重金属処理剤の必要量を決定する上で、可能な限り溶出しやすいｐＨとすることが好ましい。また、当該溶液をｐＨ７以上とした上で重金属処理剤を添加し、濁度を測定する。濁度を測定する溶液のｐＨは７以上、特に８以上、さらに１０以上が好ましく、一方ｐＨ１４を越えないことが好ましい。重金属処理剤を添加して濁度を測定する前に溶液は一旦濾過し、濁りをなくしておくことが好ましい。ｐＨ７以上とするために用いるアルカリは水に溶解するものであれば特に限定はなく、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム等の金属水酸化物の無水物、水和物、水溶液等を挙げることができる。
【００２８】
本発明における重金属処理剤は特に限定されないが、重金属と反応して不溶化させる効果を有する薬剤一般を用いることができる。例えば、キレート系薬剤（アミンのカルボジチオ酸塩や酢酸塩等）、無機系の硫化物（硫化ソーダ、硫化鉄等）が例示でき、特に重金属不溶化能に優れたピペラジンのカルボジチオ酸塩（モノ体、ビス体、あるいはその混合物等）を用いることが好ましい。
【００２９】
本発明で処理される重金属含有物質は特に限定されるものではないが、飛灰、土壌、その他廃棄物等を例示することができる。
【００３０】
本発明で処理される重金属の種類も特に限定されないが、例えば、鉛、銅、カドミウム、亜鉛、ニッケル、水銀、クロム、ひ素の他、環境保全上溶出が規制される金属成分を例示することができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の装置を用いれば、重金属溶液に重金属処理剤を添加し、該溶液の濁度を測定することにより、オンサイトで短時間かつ簡便、高精度に重金属含有物質の不溶化処理に必要な重金属処理剤の添加量を決定することができる。
【実施例】
【００３２】
以下に、本発明を実施例によって説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３３】
参考例１
飛灰Ａ（Ｐｂ＝６４００ｐｐｍ、Ｃｕ＝２２００ｐｐｍを含む）０．２ｇとＤＬ−リンゴ酸（和光純薬工業（株）製）３．５ｇを純水２００ｇに添加し、１分間撹拌し、飛灰中の重金属を溶出させた。当該スラリーをメンブレンフィルター（ＡＤＶＡＮＴＥＣ社製：メンブレンフィルター孔径０．４５μｍ）で濾過した後、２０％水酸化ナトリウム溶液を添加し、ｐＨ１２に調整した。次に、当該溶出液に重金属処理剤ＴＳ−２７５（東ソー（株）製）の２５倍希釈液をパルスモーターによる送りねじ駆動方式シリンジポンプにて０．５８ｇ添加し、３０分間撹拌し、懸濁物を生成させた。懸濁物の含有液３ｇを石英セル（１ｍｍ×１ｍｍ×４５ｍｍ）に写し、ＵＶ−３１００（（株）島津製作所製）にて、可視光波長である６５０ｎｍにおける透過率を測定した結果、７０％であった。
【００３４】
参考例２
測定波長を７８０ｎｍ（赤外領域）とした以外は参考例１と同様の操作を行った、その結果、透過率は７９％であった。同濃度の懸濁物を含有するにもかかわらず、可視光の６５０ｎｍに比べ透過率が９％も高く、濁度としては低く検出された。
【００３５】
実施例１
飛灰Ｂ（未知試料）０．２ｇと、ＤＬ−リンゴ酸（和光純薬工業（株）製）３．５ｇを純水２００ｇに添加し、１分間攪拌し、飛灰中の重金属を溶出させた。当該スラリーをメンブレンフィルター（ＡＤＶＡＮＴＥＣ社製：メンブレンフィルター孔径０．４５μｍ）で濾過した後、該溶出液を２００ｍＬのガラスビーカーに入れ、２０％水酸化ナトリウム溶液を添加し、ｐＨ１２に調整した。次に、そのガラスビーカーを図１のように投光器と受光器よりなる可視光レーザーセンサを備えた攪拌機に設置した。レーザーセンサはセンサヘッドとしてＩＢ−１０（キーエンス社製）、アンプユニットとしてＩＢ−１０００（キーエンス社製）、攪拌機としてＨＳ−３０Ｄ（アズワン社製）、撹拌子として全長２５ｍｍ、径φ８ｍｍ（アズワン社製）を使用した。その溶液を攪拌しながら、液面より上部から重金属処理剤ＴＳ−２７５（東ソー（株）製）の２５倍希釈液をパルスモーターによる送りねじ駆動方式のシリンジポンプにて３分間隔で０．０３８ｇずつ１０回滴下していき、その懸濁物量の変化をセンサ部の受光量より検出した。結果を表１、図２に示す。３回滴下した時点で明確な変曲点が観測された。変曲点における滴下量の総量は０．０３８ｇ×３＝０．１１４であり、飛灰０．２ｇに対して重金属処理剤ＴＳ−２７５は０．１１４ｇ／２５＝４．５６ｍｇ必要、すなわち、飛灰に対して、２．２８ｗｔ％（４．５６ｍｇ／０．２ｇ×１００）であった。
【００３６】
飛灰Ｂ５０ｇに対して、重金属処理剤の必要量２．２８ｗｔ％（１．１４ｇ）及び水１２．５ｇを添加し、環境庁告示１３号試験を実施した結果、重金属の溶出は確認されず、本装置によって重金属含有量が未知である飛灰を不溶化処理するために必要な重金属処理剤の必要量を決定することができた。
【００３７】
【表１】
2015000376.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】重金属処理剤必要量決定装置の概略図である。
【図２】飛灰Ｂにおける重金属処理剤必要量決定装置を用いた試験結果である。
【符号の説明】
【００３９】
１  受光部
２  レーザー光源部
３  アンプユニット
４  攪拌機
５  透明測定容器
６  攪拌子
７  薬剤注入部
８  薬剤注入ノズル
９  容器上蓋
【図１】
2015000376.tif 000004
【図２】
2015000376.tif 000005