(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
飛灰及び希釈水を受け入れる攪拌機構付き計測槽と、
該計測槽内のｐＨ計測手段と、
該ｐＨ計測手段の計測ｐＨ値が所定値に達するまで該計測槽内に滴定試薬を添加する滴定試薬添加手段と、
該計測槽内に供給された飛灰の重量と該滴定試薬の添加量とに基づいて重金属固定剤の薬注量を演算する演算手段と、
該演算手段の演算値に基づいて薬注を行う薬注手段と
を備えてなる重金属固定剤の自動薬注装置。
【請求項２】
請求項１において、前記計測槽へ供給される飛灰の重量を計測する重量計測手段が設けられており、この重量計測手段の計測値が前記演算手段に入力されることを特徴とする重金属固定剤の自動薬注装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記計測槽の前段に、飛灰と希釈水とを混合し該計測槽に供給する供給手段を設けたことを特徴とする重金属固定剤の自動薬注装置。
【請求項４】
請求項３において、前記供給手段は、飛灰を定量的に採取する１種類又は複数種類のサンプラを備えており、該サンプラで採取された飛灰と前記希釈水とを混合し、前記計測槽に供給することを特徴とする重金属固定剤の自動薬注装置。
【請求項５】
請求項３において、前記供給手段は、ホッパーから飛灰を抜き出す一次サンプラと、該一次サンプラから飛灰を定量的に採取する二次サンプラとを備えており、該二次サンプラで採取された飛灰と前記希釈水とを混合し、前記計測槽に供給することを特徴とする重金属固定剤の自動薬注装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項において、前記滴定試薬添加手段は、前記ｐＨ計測手段の計測ｐＨ値に基づいて、滴定試薬の添加速度を調節可能であることを特徴とする重金属固定剤の自動薬注装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、焼却場等から発生する飛灰に重金属固定剤を添加するための重金属固定剤の自動薬注装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
焼却場より発生する灰には、焼却残渣である焼却灰と集塵機等により捕集された飛灰がある。
【０００３】
これらの飛灰には鉛、カドミウム等の有機重金属類が多量に含有されており、定められた溶出試験において定められた埋め立て基準を満たす適切な処理が義務づけられている。
【０００４】
飛灰には排ガス処理のために吹き込まれる消石灰により多量の未反応の消石灰が含まれている。このため溶出試験においてｐＨが上昇し両性金属である鉛などが溶出する傾向にあり、これらの重金属類を不溶化するために重金属固定剤を添加する方法が広く用いられている。
【０００５】
最適なコストで処理するために飛灰中に含まれる未反応消石灰を中和する硫酸バンド、ポリ鉄等の中和剤を添加することがある。
【０００６】
消石灰を吹き込まない湿式処理の場合は、発生する飛灰の溶出液のｐＨが低いため消石灰や水酸化マグネシウム等の中和剤を添加することがある。
【０００７】
重金属固定剤及び中和剤の必要添加率は、適宜サンプリングされた飛灰を一定希釈率（液固比１００〜１０００）で水により希釈し、次いで酸又はアルカリによる滴定で特定ｐＨとするのに必要な試薬量より算出することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来、飛灰を性状測定し薬注量を設定する作業を人手で行っているため、オペレーターによる分析値のばらつきが問題になったり、灰性状の変動を細やかに把握するための人的負担が現場担当者に要求されてきた。
【０００９】
本発明は、上記のような問題点に鑑み、人の実施する作業を自動化することで、常に安定した操作で必要となる薬注率を算出し、薬注することを可能にするとともに飛灰性状の変動に対応したきめ細かな薬注を行える重金属固定剤の自動薬注装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、飛灰及び希釈水を受け入れる攪拌機構付き計測槽と、該計測槽内のｐＨ計測手段と、該ｐＨ計測手段の計測ｐＨ値が所定値に達するまで該計測槽内に滴定試薬を添加する滴定試薬添加手段と、該計測槽内に供給された飛灰の重量と該滴定試薬の添加量とに基づいて重金属固定剤の薬注量を演算する演算手段と、該演算手段の演算値に基づいて薬注を行う薬注手段とを備えてなるものである。
【００１１】
かかる重金属固定剤の自動薬注装置によれば飛灰の性状変化に迅速に追従して最適薬注率での薬注が行われる。
【００１２】
この重金属固定剤の自動薬注装置においては、計測槽へ供給される飛灰の重量を計測する重量計測手段が設けられており、この重量計測手段の計測値が前記演算手段に入力されるのが好ましい。
【００１３】
本発明では、サンプリングした飛灰を直接に計測槽に供給しても良い。この場合、該計測槽に一定量の水を飛灰とは別に供給する。なお、飛灰は一定容量方式、一定重量方式のいずれの方式によって計測槽へ供給されても良い。
【００１４】
また、本発明では、計測槽の前段に、飛灰と希釈水とを混合し該計測槽に供給する供給手段を設けても良い。
【００１５】
この供給手段は、飛灰を定量的に採取する１種類又は２種類以上のサンプラを備えており、該サンプラで採取された飛灰と前記希釈水とを混合し、前記計測槽に供給するものであることが好ましい。
【００１６】
また、この供給手段は、ホッパーから飛灰を抜き出す一次サンプラと、該一次サンプラから飛灰を定量的に採取する二次サンプラとを備えており、該二次サンプラで採取された飛灰と前記希釈水とを混合し、前記計測槽に供給するものであることが好ましい。
【００１７】
これらのサンプラとしては、スクリュフィーダ式、トレイ式、コンベア式、重力落下式、エア吸引式、圧送式など各種のものが挙げられるが、スクリュフィーダ式又はトレイ式のものが好適である。
【００１８】
前記演算手段においては、飛灰のサンプリング量（容量、重量）をもとに希釈液の正確な希釈率を算出する機能を持たせることにより、より精度良く薬注を実施することが可能である。
【００１９】
また、前記演算手段は、前記ｐＨ計測手段より入力した計測値（ｐＨ）をもとに前記滴定試薬添加手段の試薬注入量を予め定められた関係式の基づき算出して制御する機能を有することが好ましい。この機能を有することにより、注入した薬品の総量をより精度よく計測することが可能になる。
【００２０】
本発明では、滴定試薬添加手段を、前記ｐＨ計測手段の計測ｐＨ値に基づいて滴定試薬の添加速度を調節可能なものとすることにより、注入した滴定試薬量を精度よく計測することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は実施の形態に係る重金属固定剤の自動薬注装置の構成図である。この重金属固定剤の自動薬注装置は、飛灰を投入して希釈するための計測槽２と、この計測槽２に投入された飛灰の重量を計測する重量計測部３と、計測槽２に必要量の希釈水を導入する電磁弁Ｖ１，Ｖ３及び水槽１により構成された希釈機構と、計測槽２に付属し希釈水を攪拌することでサンプル（飛灰）中の可溶性成分を溶解させる攪拌機４と、計測槽２内の希釈水のｐＨを計測するｐＨ計５と、計測槽２に滴定試薬を注入する滴定試薬タンク６及びポンプＰ１よりなる滴定手段と、滴定試薬の注入量と前記ｐＨ計５のｐＨ値を入力し、ｐＨ計５からのｐＨ値が予め定められた値に到達したときに該滴定手段が注入した試薬の総量を求めることで、予め定められた関係式に基づいて薬注量を算出する演算処理部７と、演算処理部７からの出力に従って薬注を実施する薬剤タンク８及び薬注ポンプＰ２よりなる薬注部により構成される。
【００２２】
演算処理部７は作業者によって制御に必要となる各種設定（薬注量算出のための演算式や滴定動作のための関係式等）を受けるとともに、制御の開始指示を受ける。また逆に操作者に対して現在の装置の運転状態を提示する（これにより操作者は灰の投入タイミングを知ることが可能となる）。同時に演算処理部７は装置内の各計測部品（ｐＨ計５、重量計測部３等）からの出力信号を受け、各制御部品（電磁弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３、ポンプＰ１，Ｐ２、攪拌機４等）に対して必要となる信号（薬注ポンプ制御信号、滴定ポンプ制御信号、電磁弁等の制御タイミング等）を出力し制御する。なお、薬注ポンプＰ２としては、演算処理部７からの信号により吐出量を調整可能なポンプ（例えばインバータポンプ）が用いられる。
【００２３】
具体的な動作について次に説明する。
【００２４】
計測作業者は例えば、演算処理部７が出力する「サンプル投入許可」信号を確認した後、サンプリングした飛灰を計測槽２に投入し、演算処理部７に対して例えばスタートボタンの押下等により計測開始を指示する。
【００２５】
演算処理部７は、あらかじめ投入前の計測槽２及びこれに付属する電磁弁Ｖ２等も含めた計測部全体の重量を重量計測部３により精秤しており、前記作業者によって飛灰が投入されることによる重量計測部３の出力変化を検知し、サンプル量を精密に求める。また演算処理部は作業者によって起こされた計測開始の指示により投入が終了した事を確認する。
【００２６】
つぎに、演算処理部７は電磁弁Ｖ１を開放し、水槽１の希釈水（水道水等）を計測槽２に投入する。この場合は投入される希釈水の量は、水槽１の容量により決定される。なお、水量は飛灰重量の１００〜２０００倍が望ましい。希釈水量を制御する方法としてはこの他に水槽１と計測槽２との間に流量計を設け、流量計から入力される希釈水投入量を入力しながら制御する方法、または計測槽２にレベル計を設置し、これにより希釈水投入量を制御する方法でもよい。
【００２７】
飛灰と希釈水が計測槽２に投入された後、演算処理部７は攪拌機４を起動し、計測槽２内の飛灰と希釈水を攪拌し、飛灰中の可溶性成分を溶解させる。そして飛灰が溶解するのに十分な時間（例えば投入灰５ｇに対し希釈水５Ｌを加えたときの攪拌時間は約１０分）攪拌した後、滴定ポンプＰ１を起動し滴定試薬（硫酸等）を計測槽に滴下する。ｐＨ計５の値を演算処理部７は連続して計測し、ｐＨ値が設定値（実施例においてはｐＨ８．３）となるのに必要とした滴定試薬量Ｘを滴定速度と滴定時間から算出する。
【００２８】
この場合、滴定途上においてｐＨ計５から入力したｐＨ値をもとに前記滴定部の試薬注入速度を、予め定められた関係式に基づいて算出して制御する機能を前記演算部に持たせることで、注入した滴定試薬の総量を精度よく計測することが可能となる。
【００２９】
また、滴定試薬量の計測はこのように注入ポンプの動作時間から算出してもよいが、パルス流量計を滴定試薬注入ラインに設けることで、注入量を直接計測することも可能である。また、滴定試薬を注入したことで増した計測槽内の水位を超音波式液位計等の連続的な水位計測手段で計測しても良い。
【００３０】
このようにして算出された滴定試薬量Ｘを例えば下記式に代入し、薬注ポンプＰ２からの飛灰処理系への重金属固定化剤の必要薬注量を算出し、薬注ポンプＰ２を制御する。
（必要薬注量）＝ａ・Ｘ＋ｂ  （ａ，ｂは定数）
【００３１】
図２は別の実施の形態に係る重金属固定剤の自動薬注装置の系統図である。一般に、飛灰は、密度が小さく飛散しやすいため計測槽の汚染が生じやすい。この計測槽は汚染されないのが重要であるため、この実施の形態では希釈槽と計測槽を別個にしている。
【００３２】
オペレータからの運転開始指令により、ホッパー１０から飛灰が一次サンプラ１１で一定容量連続的に抜き出され、この一次サンプラから飛灰が二次サンプラ１２で一定重量ずつ抜き出される。この抜き出し量は、オペレータにより演算処理部７に予め与えられている。この飛灰は希釈槽１３に投入される。
【００３３】
この希釈槽１３へは、水槽１及び電磁弁Ｖ１，Ｖ３よりなる希釈機構から希釈水が予め定められた希釈率（例えば液固比１０００）となるように供給され、攪拌機１４により飛灰中の溶解性成分が溶解するのに十分な時間攪拌される。
【００３４】
その後、演算処理部７からの信号により電磁弁Ｖ４が開き、混合液が計測槽２へ投入される。演算処理部７からの信号により、攪拌機４が起動され、滴定試薬（例えば１Ｎ硫酸）がタンク６からポンプＰ１を経て滴下される。演算処理部７はｐＨ計５の検出ｐＨが所定値（例えば８．３）になるのに必要な滴定試薬量Ｘを算出し、これを次式に代入して薬注ポンプＰ２からの飛灰への薬注率を算出し、該ポンプＰ２を制御する。
必要薬注率（ｗｔ％−灰）＝ｃ・Ｘ／Ｖ＋ｄ
ただし、ｃ，ｄ：定数
Ｖ：希釈槽１３への供給希釈水量
【００３５】
この図２の装置においては、ホッパー１０内で湿気や圧迫により圧密化した飛灰を少量かつ定量的にサンプリングするために、一次サンプラ１１としてスクリューフィーダー式のサンプラ、二次サンプラ１２としてトレイ式のサンプラを用いるのが好ましい。
【００３６】
なお、図１の実施の形態の場合と同じく、重量計測部３から入力した計測値（重量）をもとに希釈液の正確な希釈率を算出する機能を演算処理部７に持たせることにより、より精度よく薬注を実施することが可能になる。
【００３７】
また、演算処理部において、ｐＨ計５より入力したｐＨ計測値をもとに滴定試薬の注入速度を予め定められた関係式に基づいて算出して制御する機能を持たせることで、注入した試薬の総量を精度よく計測することが可能となる。
【００３８】
図３はさらに別の実施の形態に係る重金属固定剤の自動薬注装置の構成図である。この重金属固定剤の自動薬注装置は、飛灰ホッパー１０から混練機３０へ向う飛灰の一部をサンプリングするサンプラ１２と、このサンプラ１２からの飛灰が投入される計測槽２と、この計測槽２へ希釈水（例えば水道水）を供給するためのポンプＰ３と、計測槽２に付属し希釈水を攪拌することでサンプル（飛灰）中の可溶性成分を溶解させる攪拌機４と、計測槽２内の希釈水のｐＨを計測するｐＨ計５と、計測槽２に滴定試薬を注入する滴定試薬タンク６及びポンプＰ１よりなる滴定手段と、滴定試薬の注入量と前記ｐＨ計５のｐＨ値を入力し、ｐＨ計５からのｐＨ値が予め定められた値に到達したときに該滴定手段が注入した試薬の総量を求めることで、予め定められた関係式に基づいて薬注量を算出する演算処理部７と、演算処理部７からの出力に従って重金属固定化剤の薬注を実施する薬剤タンク８及び薬注ポンプＰ２よりなる薬注部により構成される。
【００３９】
図１、２の場合と同様に、演算処理部７は作業者によって制御に必要となる各種設定（薬注量算出のための演算式や滴定動作のための関係式等）を受けるとともに、制御の開始指示を受ける。また逆に操作者に対して現在の装置の運転状態を提示する（これにより操作者は灰の投入タイミングを知ることが可能となる）。同時に演算処理部７はｐＨ計５からの出力信号を受け、各制御部品（電磁弁Ｖ２、ポンプＰ１，Ｐ２，Ｐ３、攪拌機４等）に対して必要となる信号を出力し制御する。
【００４０】
図３の装置の具体的な動作について次に説明する。
【００４１】
計測作業者は例えば、演算処理部７が出力する「サンプル投入許可」信号を確認した後、演算処理部７に対して例えばスタートボタンの押下等により計測開始を指示する。
【００４２】
これにより、まずサンプラ１２から一定量の飛灰が計測槽２へ投入される。
【００４３】
つぎに、演算処理部７はポンプＰ３を作動させ、水槽１の希釈水（水道水等）を計測槽２に投入する。この場合は投入される希釈水の量は、水槽１の容量により決定される。なお、水量は飛灰重量の１００〜２０００倍が望ましい。
【００４４】
以下の手順は図１の場合と同様である。即ち、飛灰と希釈水が計測槽２に投入された後、演算処理部７は攪拌機４を起動し、計測槽２内の飛灰と希釈水を攪拌し、飛灰中の可溶性成分を溶解させる。そして飛灰が溶解するのに十分な時間攪拌した後、滴定ポンプＰ１を起動し滴定試薬（硫酸等）を計測槽に滴下する。ｐＨ計５の値を演算処理部７は連続して計測し、ｐＨ値が設定値（実施例においてはｐＨ８．３）となるのに必要とした滴定試薬量Ｘを滴定速度と滴定時間から算出する。
【００４５】
この場合、滴定途上においてｐＨ計５から入力したｐＨ値をもとに前記滴定部の試薬注入速度を、予め定められた関係式に基づいて算出して制御する機能を前記演算部に持たせることで、注入した滴定試薬の総量を精度よく計測することが可能となる。
【００４６】
このようにして算出された滴定試薬量Ｘを例えば下記式に代入し、薬注ポンプＰ２からの飛灰処理系への重金属固定化剤の必要薬注量を算出し、薬注ポンプＰ２を制御する。
必要薬注率（ｗｔ％−灰）＝ｅ・Ｘ／Ｖ＋ｆ
ただし、ｅ，ｆ：定数
Ｖ：計測槽２への供給水量
【００４７】
【実施例】
実施例１
飛灰として、都市ゴミ焼却設備から発生した飛灰で、ストーカー炉乾式飛灰を用いた。この無処理飛灰の１３号溶出試験の結果は次の通りである。
ｐＨ＝１２．５，Ｐｂ＝５０ｍｇ／Ｌ，Ｃｄ＝０．０５ｍｇ／Ｌ未満
【００４８】
図１の装置により自動薬注を行った。試験条件は次の通りである。
採取した飛灰の量：約１０ｇ
希釈水量：１０Ｌ
滴定試薬：１Ｎ硫酸
設定ｐＨ：８．３
滴定試薬消費量：４０．５ｍｌ
重金属固定化剤：アッシュナイトＲ（登録商標。栗田工業株式会社製。リン酸系）
【００４９】
この試験の結果、重金属固定化剤の薬注率は２０重量％対飛灰となり、処理飛灰の１３号溶出試験の結果は次の通りきわめて低いものとなった。
ｐＨ＝１１．５，
Ｐｂ＝０．０５ｍｇ／Ｌ未満，
Ｃｄ＝０．０５ｍｇ／Ｌ未満
【００５０】
実施例２
図２の装置において、二次サンプラ１２での１回のサンプリング飛灰量を５ｇとすると共に、希釈槽１３への飛灰と希釈水との投入時の固液比を１０００とし、希釈槽１３での攪拌時間を１０分とした。また、計測槽での滴定目標ｐＨを８．３とした。その他は実施例１と同様にして飛灰への薬注を行った。
【００５１】
本実施例における自動薬注制御装置の測定値及び出力値を表１に、本実施例における重金属固定化剤により処理を行った飛灰の溶出試験結果を表２に示す。
【００５２】
【表１】
0003957097.tif 000002
【００５３】
【表２】
0003957097.tif 000003
【００５４】
実施例３
図３の装置において、サンプラ１２での１回のサンプリング飛灰量を４ｇとすると共に、計測槽２への飛灰と希釈水との投入時の固液比を１０００とし、計測槽２での攪拌と滴定の時間を６分とした。また、計測槽での滴定目標ｐＨを８．３とし、滴定試薬は０．１Ｎ硫酸とした。その他は実施例１と同様にして飛灰への薬注を行った。
【００５５】
本実施例における自動薬注制御装置の測定値及び出力値を表３に示す。本実施例における重金属固定化剤により処理を行った飛灰の溶出試験結果は前記表２と同一であった。本実施例では６分ときわめて短い時間で計測が可能であった。また、オペレータからの運転開始指令から薬注制御までの時間も短くなった。
【００５６】
【表３】
0003957097.tif 000004
【００５７】
比較例１
実施例１の飛灰中の未反応消石灰分を測定し、アッシュナイトＲの必要薬注率を算出し、上記装置の薬注ポンプ（Ｐ２）を手動調整にて運転し、処理灰をサンプリングした。処理灰を溶出試験に供し溶出液の分析を行った。結果を表３に示す。手分析により飛灰中の未反応消石灰分を定量し得られた薬注率は、実施例１の結果とほぼ一致した。また、得られた薬注率により処理を施した飛灰の溶出試験結果も実施例１の結果とほぼ一致した。
【００５８】
【表４】
0003957097.tif 000005
【００５９】
【発明の効果】
以上の通り本発明の自動薬注装置によれば、オペレーターは装置を起動させるだけで常に適切な重金属固定剤の薬注が可能になり、作業上の負荷を軽減することができる。また、タイマー等により定期的に起動させることにより飛灰の性状変動に対応したきめ細かな薬注率の調整が可能となり、ひいては薬剤処理コストを軽減することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施の形態に係る重金属固定剤の自動薬注装置の系統図である。
【図２】  別の実施の形態に係る重金属固定剤の自動薬注装置の系統図である。
【図３】  さらに別の実施の形態に係る重金属固定剤の自動薬注装置の系統図である。
【符号の説明】
１  水槽
２  計測槽
３  重量計測部
４，１４  攪拌機
５  ｐＨ計
６  滴定試薬タンク
７  演算処理部
１０  ホッパー
１１  一次サンプラ
１２  二次サンプラ
１３  希釈槽
３０  混練機
【図１】
0003957097.tif 000006
【図２】
0003957097.tif 000007
【図３】
0003957097.tif 000008