JP5182195B2 - 排ガス中の水銀分析装置 - Google Patents
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Description
金属水銀の沸点は約360℃である。そのため、例えばロータリーキルンなどのごみ焼却場やセメント製造設備の燃焼系に投入された水銀はその大半がここで気化し、燃焼ガスとともに煙道を通って煙突から大気開放されてしまう。従って、水銀の排出規制が実施されれば、セメント原料の調達、および、ロータリーキルンなどに系外から投入され焼却されている産業廃棄物の選択に対して、制約が発生することは必至である。
図2に示すように、水銀連続測定装置100によれば、吸引ポンプ101の吸引力により、まず水銀や有機物などを含む排ガスが、第1の排ガス流通管A1が配管されたプローブユニット102に導入される。プローブユニット102では、ダストフィルタ103により排ガス中のダストが除去される。その後、排ガスは分解反応器104へ導入される。ここでは排ガス中の水銀が約200℃の雰囲気で分解充填剤104aと接触し、二価水銀化合物が金属水銀に分解される。次いで、排ガスは気液分離器105の気液分離路105aを通過中に気液分離され、さらに除湿・有機物除去部106により2℃程度に冷却され、排ガス中の水分が除去される。次に、排ガスは第1のメンブレンフィルタ107を透過し、略完全に湿気が取り除かれた後、連通管120を通って、プローブユニット102から洗気ユニット108へと導かれる。
測定部109では、まず第2のメンブレンフィルタ110を透過することで水酸化カリウム溶液のミストが取り除かれる。次に、排ガスは水銀濃度を測定する原子吸光分析器111の吸光セル112に供給される。原子吸光分析器111では、この排ガスに光(水銀ランプ113などの紫外線領域の光線)を照射し、その透過光を光電管により受光することで、金属水銀の特定波長(254nm)の光の吸収量を連続的に検出し、排ガスに含まれる金属水銀の濃度が求められる。
すなわち、(1)水銀連続測定装置100には、排ガス中の有機物を専ら除去するものが存在せず、例えば洗気ユニット108のを通過中に、有機物の一部が水酸化カリウム溶液に溶けて除去される程度であった。そのため、排ガス中に残った有機物により、例えば各配管A1,A2,120の流路が詰まったり、両メンブレンフィルタ107,110の膜フィルタが目詰まりしたり、吸光セル112の内周面を汚して測定誤差が発生していた。
(2)排ガス中の二価水銀化合物を分解するとき、分解反応器104内の温度は200℃程度で、ある種の有機物が気化する温度より低かった。そのため、分解充填剤104aの表面に排ガス中の有機物が付着し易く、分解充填剤104aの分解機能が低下していた。
この発明は、有機物の分解充填剤表面への付着を防止し、この有機物の付着による分解充填剤の機能低下を防止することができる排ガス中の水銀分析装置を提供することを目的としている。
排ガスとしては、例えばセメント製造設備からの排ガス、ごみ焼却場からのそれである。
分解充填剤としては、例えば活性炭、錫などを採用することができる。
分解充填剤の形状としては、例えば粉形状、粒形状、塊形状、繊維形状などを採用することができる。
分解反応器内の温度は任意である。例えば、200℃程度でもよいし、それ以上でもよい。
除湿路内の温度は、気液分離された排ガスに含まれた水分を液化可能な温度であれば任意である。例えば2℃程度である。冷却方法としては、例えば空冷、水冷などを採用することができる。その他、ペルチェ素子(ペルチェ効果を有する熱電変換素子)を使用して冷却する電子クーラによる冷却でもよい。
有機物付着材の素材としては、例えば耐熱金属、耐熱セラミックス、耐熱プラスチックなどを採用することができる。
有機物付着材の形状は任意である。例えば、各種のブロック形状(例えば球、立方体、直方体、円錐、角錐)、板形状などが挙げられる。
セラミックスボールは、例えば、セラミックスの塊を球状に加工して作製されたものでもよいし、セラミックスの粒体を焼成し、その後、これを球状に付形したものでもよい。
セラミックスボールの直径は1〜5mmである。1mm未満では、有機物が全面に付着した場合に通気性が悪くなる。また、5mmを超えると、効率の問題から、除湿路を大きく、または長くしなければならない。セラミックスボールの好ましい直径は2〜4mm程度である。この範囲であれば、前記の不都合は生じない。
と、沸騰の場合がある。
有機物の気化温度以上とは、例えば400℃以上をいう。
有機物の気化温度以上でも分解作用が得られる分解充填剤としては、例えば特開昭63−201552号公報に記載された「活性炭と酸化カルシウムとの混合物」を使用することができる。
プローブユニット11は、外装用の大型ケーシング13内に配管された第1の排ガス流通管14の上流から下流へ向かって順に、電気集塵機からの排ガスに含まれたダストを除去するダストフィルタ15と、有機物を含む排ガスをこの有機物の気化温度以上に加熱しながら、分解充填剤16bにより排ガス中の二価水銀化合物を金属水銀に分解する分解反応器16と、分解反応器16により分解された排ガスを気液分離路17aに通して気液分離する気液分離器17と、気液分離器17により気液分離された排ガスを除湿路18aを通しながら冷却し、かつそのガス中の湿気を除去するとともに、除湿路18aに充填されたアルミナボール(有機物付着材)50に排ガス中の有機物を付着させて除去する除湿・有機物除去部18と、気液分離路17aおよび除湿路18aを所定時間ごとに水洗する水洗手段19と、除湿・有機物除去部18により除湿された排ガスを濾過し、排ガス中の水分を略完全に除去するメンブレンフィルタ20とが順次配設されている。
分解反応器16は、カプセル形状のケーシング16a内に、400℃の高温でもその分解作用が低下しない分解充填剤16b、例えば特開昭63−201552号公報に記載されている「活性炭と酸化カルシウムとの混合物」を充填している。
気液分離器17は、U字形状に屈曲した気液分離管17bを本体とし、その上流部に水洗手段(蒸留水タンク19)から供給された蒸留水(洗浄水)の流入管19aが連通されている。また、この気液分離管17bの材質は、有機分が付着しにくいテフロン(登録商標)に変更されている。
水洗手段は、1時間に1回、蒸留水タンク19に貯液された蒸留水を、図示していない排水ポンプによって吸い込んで流入管19aへ圧送する。気液分離管17bのU字の屈曲部には、使用済みの蒸留水を管外へ排出する横向きの短尺なドレン管17cが連通されている。気液分離管17bの管内の空間が、気液分離路17aを構成している。
メンブレンフィルタ20は、軸線方向が垂直な縦向きの円盤形状のケーシング内に、多数の微細孔を有する例えばニトロセルロースなどの膜フィルタ20aが展張されたものである。
測定部12は、別の外装用の大型ケーシング13A内に配管された第2の排ガス流通管14Aの上流から下流へ向かって順に、フィルタリングされた排ガス中の水銀濃度を測定する原子吸光分析用の吸光セル21と、流量コントローラ22と、排ガス中の水銀分析装置全体における排ガスの吸引ポンプ23と、所定時間が経過する毎に、吸光セル21による水銀濃度0値の調整を行うゼロ調整手段24と、原子吸光分析時の測定値から排ガス中の水銀濃度を得る際に利用する検量線を求めるため、所定時間毎に、金属水銀を含むキャリアガスを所定量だけ分解反応器16に供給する水銀標準ガス発生器25とを備えている。
ゼロ調整手段24は、第2の排ガス流通管14Aのうち、吸光セル21の取り付け位置より上流部に設けられたバイパス管26と、バイパス管26の下流部と第2の排ガス流通管14Aとの連通部分に配された流路切換弁27と、バイパス管26の途中部に設けられ、吸光セル21に導入される直前の排ガスをバイパス管26を通して導き、排ガスを金と接触させることで、排ガス中の水銀を金アマルガムとして除去する水銀除去器28とを有している。
水銀標準ガス発生器25は、原子吸光分析時の測定値から排ガス中の水銀濃度を得る際に利用される検量線を求めるため、例えば1日に1回、ダストフィルタ15へ例えば60μg/m3の金属水銀を含むキャリアガス(空気)を所定量だけ供給する機器である。
まず、セメント製造設備の電気集塵機からの排ガスが、吸引ポンプ23の吸引力によりプローブユニット11のダストフィルタ15に導入され、ここで排ガス中のダストが除去される。ダストが除去された排ガスは分解反応器16に送られ、ここで、400℃の高温雰囲気に晒された分解充填剤16aにより、排ガス中の二価水銀化合物が金属水銀に分解される。このとき、分解反応器16内の温度は、多環芳香族炭化水素類の気化温度を超える400℃としたので、分解反応器16内の有機物はガス化し、粒子状の分解充填剤16aの表面に付着し難い。その結果、この有機物の付着による分解充填剤16aの機能低下を防止することができる。
除湿かつ有機物が除去された排ガスは、メンブレンフィルタ20に供給され、ここで膜フィルタ20aを透過することで、排ガス中の湿気(水分)が略完全に除去される。こうして前処理を終えた排ガスは、連通管31を経てプローブユニット11から測定部12へ供給される。具体的には、この前処理後の排ガスは、吸光セル21に常時供給される。吸光セル21内では、排ガスに水銀ランプ30からの紫外線領域の光線が照射される。その透過光は、光電管により受光される。これにより、金属水銀の特定波長(254nm)の光の吸収量が連続的に検出され、排ガスに含まれる金属水銀の濃度が求られる。
まず、流路切換弁27を操作し、吸光セル21に導入される直前の排ガスをバイパス管26へ導く。これにより、排ガスは水銀除去器28内へ導入され、ここで排ガスは金と接触し、排ガス中の水銀が金アマルガムとして除去される。しかも、有機物はそのまま排ガス中に残る。
金属水銀のみが除かれた排ガスは、吸光セル21に達し、ここで前述した吸光分析を行う。そのとき、金属水銀と同じ波長の光の強度を測定すれば、金属水銀の波長に重なる特定の有機物の光の強度が測定される。この測定値をゼロ調整用の調整値として求める。その後、制御装置において、その調整値に基づき、吸光セル21による水銀濃度0値の調整を行う。具体的には、有機物の光の強度分だけ嵩上げされていた金属水銀の波長部分から、有機物の光の強度分を差し引く。このゼロ調整を行うことで、水銀除去器28に活性炭を利用した従来技術の場合より長期間、有機物に起因した原子吸光分析器29の水銀濃度0値のドリフト補正効果が得られる。
なお、例えば1日に1回は排ガスの供給を止め、水銀標準ガス発生器25からダストフィルタ15へ60μg/m3の金属水銀を含むキャリアガスを流し、原子吸光分析時の測定値から排ガス中の水銀濃度を得る際に利用される検量線の修正を行う。
しかも、有機物付着材としてアルミナボールを採用したので、耐久性があり、長時間の使用が可能で、さらに、付着した有機物の除去・回収が容易であるという効果が得られる。
16 分解反応器、
16a 分解充填剤、
17 気液分離器、
17a 気液分離路、
18 除湿・有機物除去部、
18a 除湿路、
21 吸光セル、
29 原子吸光分析器、
50 アルミナボール(有機物付着材)。
Claims (3)
- 有機物を含む排ガス中の二価水銀化合物を、分解充填剤により金属水銀に分解する分解反応器と、
該分解反応器により分解された排ガスを気液分離路に通して気液分離する気液分離器と、
該気液分離器により気液分離された排ガスを冷却しながら通過させることで該排ガス中の水分を除去する除湿路を有し、該除湿路に前記排ガス中の有機物を付着させる有機物付着材が充填された除湿・有機物除去部と、
該除湿・有機物除去部により除湿および前記有機物が除去された排ガス中の水銀の濃度を測定する原子吸光分析用の吸光セルとを備えた排ガス中の水銀分析装置。 - 前記有機物付着材は、セラミックスボールである請求項1に記載の排ガス中の水銀分析装置。
- 前記分解反応器内の温度は、排ガス中の有機物の気化温度以上である請求項1または請求項2に記載の排ガス中の水銀分析装置。
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