JP2014215248A - 重金属処理剤の必要量決定装置 - Google Patents
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Abstract
【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、検出器が可視光レーザーである装置を用いる。
【選択図】 図１
【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、検出器が可視光レーザーである装置を用いる。
【選択図】 図１
Description
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。
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。
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。
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。
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ってしまっている。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く、必ずしも十分な方法とは言えなかった。
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。
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。
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。
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、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、検出器を可視光レーザーとすることで、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。
以下、本発明の装置について詳細に説明する。
本発明は、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、検出器として可視光レーザーを用いる重金属処理剤の必要量決定装置に関するものである。
本発明では濁度変化を検出可能な検出器として可視光レーザーを用いる。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。
本発明で使用する可視光の波長は、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、透過率に影響を及ぼすことがある。
本発明では、重金属含有物質から重金属を溶出した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。
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。
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、また段階的でも良い。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。
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。
本発明における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。
本発明の装置によれば、重金属含有物質から重金属が溶出した溶液に、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、その透過光強度を可視光レーザーにより測定し、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。
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溶解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。
重金属の溶出溶液のｐＨは特に限定されないが、重金属含有物質中の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。
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。
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。
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。
本発明の装置を用いれば、重金属含有物質から重金属が溶出した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。
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。
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。
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。
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。
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。
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の間に設置した。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）を使用した。その溶液を攪拌しながら、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０．０５８ｇ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０．０５８ｇ×３＝０．１７４ｇであり、飛灰０．２ｇに対して重金属処理剤ＴＳ−２７５は０．１７４ｇ／２５＝６．９６ｍｇ必要、すなわち、飛灰に対して、３．４８ｗｔ％（６．９６ｍｇ／０．２ｇ×１００）であった。
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の間に設置した。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）を使用した。その溶液を攪拌しながら、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０．０５８ｇ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０．０５８ｇ×３＝０．１７４ｇであり、飛灰０．２ｇに対して重金属処理剤ＴＳ−２７５は０．１７４ｇ／２５＝６．９６ｍｇ必要、すなわち、飛灰に対して、３．４８ｗｔ％（６．９６ｍｇ／０．２ｇ×１００）であった。
飛灰Ｂ５０ｇに対して、重金属処理剤の必要量３．４８ｗｔ％（１．７４ｇ）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。
１ 受光器
２ 投光器
３ アンプユニット
４ スターラー
５ 測定容器（ガラスビーカー）
６ 攪拌子
７ 重金属処理剤注入ユニット（重金属処理剤、ポンプ、制御ユニット等）
２ 投光器
３ アンプユニット
４ スターラー
５ 測定容器（ガラスビーカー）
６ 攪拌子
７ 重金属処理剤注入ユニット（重金属処理剤、ポンプ、制御ユニット等）
Claims (3)
- 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、検出器が可視光レーザーであることを特徴とする重金属処理剤の必要量決定装置。
- 可視光レーザーの波長が６００〜７６０ｎｍ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。
- 重金属処理剤の主成分がアミンのカルボジチオ酸塩であ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。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013094484A JP2014215248A (ja) | 2013-04-26 | 2013-04-26 | 重金属処理剤の必要量決定装置 |
| CN201420213547.5U CN203981585U (zh) | 2013-04-26 | 2014-04-28 | 重金属处理剂的所需量确定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2013094484A JP2014215248A (ja) | 2013-04-26 | 2013-04-26 | 重金属処理剤の必要量決定装置 |
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| JP2013094484A Pending JP2014215248A (ja) | 2013-04-26 | 2013-04-26 | 重金属処理剤の必要量決定装置 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017181504A (ja) * | 2016-03-29 | 2017-10-05 | 住重環境エンジニアリング株式会社 | キレート剤の定量方法、及びキレート剤定量システム |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0694615A (ja) * | 1991-05-01 | 1994-04-08 | Fuyo Kaiyo Kaihatsu Kk | 濁度計 |
| US5678234A (en) * | 1991-05-13 | 1997-10-14 | Associated Universities, Inc. | Process for the encapsulation and stabilization of radioactive, hazardous and mixed wastes |
| JP2000046736A (ja) * | 1998-07-30 | 2000-02-18 | Japan Organo Co Ltd | 水溶性高分子の定量方法及び水処理薬剤の添加量の制御方法 |
| JP2006000829A (ja) * | 2004-05-17 | 2006-01-05 | Tosoh Corp | 重金属処理剤の必要添加量決定方法並びにそれに用いる装置 |
| JP2012161724A (ja) * | 2011-02-04 | 2012-08-30 | Kurita Water Ind Ltd | 重金属捕集剤の薬注制御方法 |
-
2013
- 2013-04-26 JP JP2013094484A patent/JP2014215248A/ja active Pending
Patent Citations (5)
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