JP2006337344A - 脱水ケーキの含水率測定方法および測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】脱水機から連続的に排出される脱水ケーキの含水率を直接的かつ連続的に測定する含水率測定方法及び装置を提供する。
【解決手段】連続圧入式脱水機３から排出される脱水ケーキの含水率を測定する含水率測定方法であって、前記連続圧入式脱水機３における脱水ケーキ排出部５にマイクロ波含水率計２を配設し、このマイクロ波含水率計２３に対向して備えた一対の送受信アンテナ２９Ａ，２９Ｂの間を、前記脱水ケーキ排出部７内の圧密された脱水ケーキの一部を連続的に通過させて脱水ケーキの含水率を直接的かつ連続的に測定し、前記一対の送受信アンテナ２９Ａ，２９Ｂ間で送受信されるマイクロ波の送信と受信との位相差により脱水ケーキの含水率を測定するものである。
【選択図】 図２

Description

本発明は、例えば下水処理場や工場等の排水処理設備から発生する汚泥を、連続圧入式脱水機により脱水し、この脱水機から排出される脱水ケーキの含水率を連続的に測定する測定方法及び測定装置に関する。

従来、例えば下水処理場や工場等の排水処理設備から発生する汚泥の脱水処理は、ベルトプレスあるいは遠心脱水機、スクリュープレス、回転加圧脱水機等の連続圧入式の脱水機を使用して処理を行なっている。そして、脱水機から排出される脱水ケーキは埋立や焼却、あるいはコンポストとして処理されている。これら脱水ケーキの含水率が変動すると、埋立処分の場合、運送費や埋立地の容量に影響する。そして、焼却処分の場合には、燃料の使用量に影響を及ぼし、コンポスト処理の場合にはコンポスト時間や製品の品質に影響を及ぼすものである。

脱水機から排出される脱水ケーキの含水率を測定する方法として、サンプリングした試料ケーキを定温乾燥機等で加熱乾燥させ、乾燥前後の試料ケーキの重量差から算出した水分量に基づき、試料ケーキの含水率を測定する方法は良く知られている。しかし、前記の方法では、含水率の測定に時間を要し、脱水ケーキの含水率を連続して測定することができず、含水率をリアルタイムに監視することは困難であった。このため、脱水ケーキの含水率をリアルタイムに監視できることが要望されていた。
特開平０６−２２９９１８号公報 特開２００３−１７７１０５号公報

脱水機から排出される脱水ケーキの含水率を連続して測定する方法として、特許文献１に記載されているように、ベルトプレス型脱水機の脱水ケーキ排出口近傍に赤外線水分計と色差計を配設し、脱水ケーキの色を色差計で測定し、色差計が出力する色情報とあらかじめ情報を記憶した赤外線水分計の検量線に基づき、脱水ケーキの含水率を即座に測定する赤外線測定方法がある。

また、特許文献２にはスクリュープレス、ベルトプレス、遠心脱水機等から排出された脱水ケーキの一部をサンプリングして、このサンプリングしたケーキを圧送ポンプにより、平板状の測定用ダイスに圧送する。そして、測定用ダイスの両面にはマイクロ波の透過部材を張設しており、この透過部材の両側にはマイクロ波透過型水分計の発信器と検波器を対設している。測定用ダイスを通過する脱水ケーキのマイクロ波の減衰量を計測し、あらかじめ設定している検量線データーと比較演算して脱水ケーキの含水率を連続して測定する方法が記載されている。

しかし、特許文献１に記載されている赤外線水分計と色差計を用いた脱水ケーキの含水率測定方法では、色差変動への対応は容易であるが、排水処理施設から排出される汚泥は、季節や時間によって流入量や汚泥性状が変動するため、脱水ケーキの厚みが一定にはならず、ケーキの性状も常に変化している。さらに、経過時間と温度によってもケーキ性状が変動するので、膨大な情報を記憶させておかなければ、正確な含水率の測定が困難であるという課題がある。

そして、特許文献２に記載されているマイクロ波を用いた脱水ケーキの含水率測定方法として、マイクロ波は自由に空間を直進するが、金属面では反射し、誘電体中ではそのエネルギーが減衰しながら伝播するという特性を利用したものである。そして、誘電体中でも水は特に高い誘電率を示す物質であり、脱水ケーキ中の水分量によってマイクロ波の送信と受信の位相差が明確に示されるという原理を利用したものであり、リアルタイムで脱水ケーキの含水率が測定できるものである。

しかし、特許文献２に記載の構成においては、脱水機から排出される脱水ケーキの一部をサンプリングして、圧送ポンプで測定装置に移送する必要がある。このため、別途圧送ポンプが必要であり、余分なランニングコストが必要である。また、開口面積が小さい測定装置では、長時間停止時には脱水ケーキが詰まる恐れがあり、脱水ケーキの除去作業が必要であるという課題がある。

本発明は前述のごとき従来の問題に鑑みてなされたもので、連続圧入式脱水機から排出される脱水ケーキの含水率を測定する含水率測定方法であって、前記連続圧入式脱水機における脱水ケーキ排出部にマイクロ波含水率計を配設し、このマイクロ波含水率計に対向して備えた一対の送受信アンテナの間を、前記脱水ケーキ排出部内の圧密された脱水ケーキの一部を連続的に通過させて脱水ケーキの含水率を直接的かつ連続的に測定することを特徴とするものである。

また、前記脱水ケーキの含水率測定方法において、前記一対の送受信アンテナ間で送受信されるマイクロ波の送信と受信との位相差により脱水ケーキの含水率を測定することを特徴とするものである。

また、連続圧入式脱水機から排出される脱水ケーキの含水率を測定する含水率測定装置であって、前記連続圧入式脱水機における脱水ケーキ排出部に、先端部に対向した一対の送受信アンテナを備えたマイクロ波含水率計を備え、前記一対の送受信アンテナの対向方向を、前記脱水ケーキ排出部を移動する脱水ケーキの移動方向に対してほぼ直交する方向に設けたことを特徴とするものである。

また、前記含水率測定装置において、前記マイクロ波含水率計は、前記脱水ケーキ排出部に着脱可能な接続管に備えられていることを特徴とするものである。

また、前記含水率測定装置において、前記マイクロ波含水率計は、前記脱水ケーキの移動方向に対応して前記一対の送受信アンテナの取付角度が調整可能なように回動可能に設けられていることを特徴とするものである。

また、前記含水率測定装置において、前記マイクロ波含水率計は、前記脱水ケーキ排出部又は前記接続管の外部に突出して備えた取付管内に配置してあり、前記マイクロ波含水率計の本体は、先端側の断面積が次第に小さくなる錐形状に形成してあることを特徴とするものである。

本発明によれば、連続圧入式脱水機において脱水処理されて排出されつつある脱水ケーキの含水率を、簡単な構成でもって直接的かつ連続的に測定することができるものである。

本発明の実施形態に係る脱水ケーキの含水率測定装置を概念的、概略的に示す図１を参照するに、本実施形態に係る含水率測定装置１は、連続圧入式脱水機３において脱水ケーキ（図示省略）を排出する脱水ケーキ排出部５に設けられている。

より詳細には、前記連続圧入式脱水機３の一例として、本例においては、スクリーン外筒７の内部にスクリュー９を備えたスクリュー駆動軸１１を回転自在に備えたスクリュープレスにて例示してある。このスクリュープレスにおいては、汚泥等の原液を前記スクリーン外筒７内へ供給すると共に、モータ１３の駆動によりチェンスプロケット等の動力伝達機械１５を介して前記スクリュー駆動軸１１を回転駆動し、前記スクリーン外筒７の一端側から他端側方向（図１において右側から左側方向）へ前記原液（汚泥）を移送しつつ次第に圧縮して、汚泥の脱水を行うものである。

そして、前記連続圧入式脱水機３において脱水処理を行った直後の汚泥（脱水ケーキ）を外部へ排出する前記脱水ケーキ排出部５には、排出される脱水ケーキに背圧を作用させるためのテーパーコーン状のプレッサー（押圧板）１７が備えられている。このプレッサー１７は、エアーシリンダあるいは油圧シリンダ等のごとき流体圧シリンダ１９によって軸方向（図１において左右方向）へ往復動自在に設けられている。したがって、前記流体圧シリンダ１９によって前記プレッサー１７を押圧し、前記脱水ケーキ排出部５から排出される脱水ケーキに作用する背圧を調整することにより、脱水ケーキの脱水性に応じた加圧圧力に調整することができる。

換言すれば、前記流体圧シリンダ１９に加える流体圧を制御して、前記脱水ケーキ排出部５から排出される脱水ケーキに作用する圧力を調節することにより、脱水ケーキの含水率を調節することができるものである。なお、この種の連続圧入式脱水機は公知であるから、上記脱水機についての詳細な説明は省略する。

前記脱水機３において、前記脱水ケーキ排出部５には、前記スクリュー外筒７の端部に着脱可能な接続管２１が設けられている。そして、この接続管２１には、脱水ケーキ排出部５から排出される脱水ケーキの含水率を測定するための含水率測定手段としてのマイクロ波含水率計２３が備えられている。より詳細には、前記接続管２１は、前記スクリーン外筒７とはフランジを介して着脱可能に接続してあり、この接続管２１に対する前記マイクロ波含水率計２３の取付部には、当該接続管２１の軸心に対して直交する放射方向に長い円筒形状の取付管２５（図２参照）が一体的に取付けてある。

前記マイクロ波含水率計２３は、発信器から発信されたマイクロ波が受信器で受信されるとき、前記発信器と受信器との間に水分が存在すると、マイクロ波の送信と受信との間に位相差が生じ、この位相差と含水率とが相関関係にあることを利用して脱水ケーキの含水率を測定するものである。なお、この種の含水率計は公知であるので、含水率計のより詳細な構成についての説明は省略する。

上記マイクロ波含水率計２３は、前記取付管２５内へ挿入自在な円柱形状の本体２７を備えており、この本体２７の先端部には、一対の送受信アンテナ２９Ａ，２９Ｂを対向して備えたアンテナ支持部３１Ａ，３１Ｂが突出して備えられている。上記アンテナ支持部３１Ａ，３１Ｂは、前記本体２７を前記取付管２５内へ取付けたときに、前記接続管２１内へ突出するように設けられている。

そして、前記送受信アンテナ２９Ａ，２９Ｂの対向方向は、前記接続管２１内を移動（流動）する脱水ケーキの移動方向に対してほぼ直交する方向となるように設けられている。換言すれば、対向した一対の送受信アンテナ２９Ａ，２９Ｂの間を、この一対の送受信アンテナ２９Ａ，２９Ｂの対向面に沿う方向へ脱水ケーキが移動するように設けられている。なお、前記アンテナ支持部３１Ａ，３１Ｂの形状は、前記接続管２１内を移動する脱水ケーキがアンテナ支持部３１Ａ，３１Ｂの外表面から剥離することなく前記外表面に沿って流動するように適宜の流線形状に設けることが望ましい。

前記マイクロ波含水率計２３における前記本体２７の上部には、前記取付管２５の先端部に備えた取付フランジ３３と接合自在なフランジ３５が一体的に備えられており、このフランジ３５の上部には、測定部３７が備えられている。前記取付フランジ３３とフランジ３５は、ボルト、ナット等のごとき複数の取付固定具３９によって一体的に固定可能である。

前記一対の送受信アンテナ２９Ａ，２９Ｂの対向方向の方向性が調節可能であるように、前記本体２７は取付管２５に対して回動可能に設けられている。すなわち、前記取付固定具３９が貫通した取付フランジ３３側の貫通孔３３Ｈは円弧状の長穴に形成してある。そして、前記フランジ３５には、当該フランジ３５を回動するためのレバー４１が備えられている。したがって、前記取付固定具３９を緩めた状態においてレバー４１を操作することにより、マイクロ波含水率計２３における本体２７を回動することができる。よって、この本体２７の先端部に備えた一対の送受信アンテナ２９Ａ，２９Ｂの対向方向、すなわち、上記送受信アンテナ２９Ａ，２９Ｂの間の溝２９Ｇの方向性を、接続管２１内を移動（流動）する脱水ケーキの移動方向に合せるように調節することができる。

さらに、前記マイクロ波含水率計２３の保守点検時に、前記マイクロ波含水率計２３を前記取付管２５から容易に取り外すことができるように、前記本体２７の先端部側の断面積が次第に小さくなる錐形状に、すなわちテーパ状に形成してある。したがって、前記取付フランジ３３とフランジ３５との間に例えばドライバ等のごとき取外し工具を挿入してフランジ３５を僅かに持上げること、又はフランジ３５の適数箇所に設けたねじ孔（図示省略）にボルト（図示省略）を螺入し、上記ボルトの先端部を取付フランジ３３に当接してフランジ３５を僅かに持上げることにより、前記取付管体２５の内周面と本体２７の外周面との間に脱水ケーキが詰まった状態にあっても、前記管体２５からマイクロ波含水率計２３を容易に取り外すことができるものである。

以上のごとき構成において、前述したように、前記スクリーン外筒７内に汚泥の原液を供給すると共にスクリーン駆動軸１１を回転駆動して、図１において左方向へ移動すると、次第に圧縮されて汚泥の脱水が行われ、脱水ケーキ排出部５においては、プレッサー１７によって脱水ケーキに背圧が付与されるので、接続管２１内の脱水ケーキは密に圧縮された状態すなわち大きな空隙や気泡等が存在しないような圧密状態になる。このように密に圧縮された状態の脱水ケーキにおける周縁部の一部がマイクロ波含水率計２３における送受信アンテナ２９Ａ，２９Ｂ間の溝２９Ｇ内を移動する。

この際、前記溝２９Ｇの方向性は、本体２７を回動調節して脱水ケーキの移動方向に合わせてあるので、また、前記アンテナ支持部３１Ａ，３１Ｂは、接続管２１内を流動する脱水ケーキが剥離しない形状に構成してあるので、前記送受信アンテナ２９Ａ，２９Ｂの間の脱水ケーキは前記溝２９Ｇから円滑に排出されることとなる。すなわち、前記溝２９Ｇ内に脱水ケーキの淀みや脱水ケーキの剥離などによる空隙を生じるようなことがなく、圧密状態を保持した状態でもって前記溝２９Ｇ内を脱水ケーキは流動（移動）するものである。

したがって、一対の送受信アンテナ２９Ａ，２９Ｂの間においてマイクロ波の送受信を行うと、送信波と受信波との間には脱水ケーキの含水率に対応した位相差が生じることとなる。よって、前記送信波と受信波の位相差を測定することにより、脱水ケーキの含水率を測定することができるものである。

既に理解されるように、前記マイクロ波含水率計２３によって測定した含水率をフィードバックして流体圧シリンダ１９へ供給する作動流体の圧力を制御し、前記プレッサー１７の加圧により脱水ケーキに付与する背圧を制御することにより、脱水ケーキ排出部５から排出される脱水ケーキの含水率を常にほぼ一定に制御することができ、前述したごとき従来の問題を解決することができるものである。

ところで、前記説明においては、連続圧入式脱水機の一例としてスクリュープレスの場合を例示し、かつスクリーン外筒７の端部に取付けた接続管２１にマイクロ波含水率計２３を装着した場合について例示した。しかし、前記接続管２１を省略して、脱水ケーキ排出部５の構成を、前記スクリーン外筒７の端部に前記接続管２１に相当する構成を一体に備えた構成として、脱水ケーキ排出部５に前記マイクロ波含水率計２３を備えた構成とすることも可能である。

また、連続圧入式脱水機としては、前述したごときスクリュープレスのみに限ることなく、遠心脱水機、回転加圧脱水機等とすることができ、これらの脱水機において脱水ケーキが圧密状態で排出される領域を設け、この圧密状態で排出される脱水ケーキ内に前記一対の送受信アンテナ２９Ａ，２９Ｂを埋没するようにマイクロ波含水率計２３を配置することにより、各種構成の連続圧入式脱水機に対して適用することができるものである。

以上のごとき説明より理解されるように、マイクロ波含水率計２３における一対の送受信アンテナ２９Ａ，２９Ｂは、脱水ケーキが流動（移動）する管体の内周面から脱水ケーキ内に僅かに没入された状態において、前記送受信アンテナ２９Ａと２９Ｂとの間の溝２９Ｇ内を移動する脱水ケーキの含水率を測定するものであるから、前記送受信アンテナ２９Ａ，２９Ｂが脱水ケーキの移動を阻害するようなことがないものである。

そして、測定部としての送受信アンテナ２９Ａ，２９Ｂの間に脱水ケーキの淀みや乱れ等を生じることなく円滑に移動している圧密状態の脱水ケーキの含水率を測定するものであるから、流動している脱水ケーキの含水率を直接的にかつ連続的に正確に測定することができるものである。

なお、前記説明より明らかなように、脱水機における脱水ケーキ排出部に取付管２５を取付けて、この取付管２５にマイクロ波含水率計２３を装着するものであるから、既存の脱水機に対しても容易に適用することが可能である。

本発明の実施形態に係る含水率測定装置を適用した連続圧入式脱水機の全体的構成を概念的、概略的に示した説明図である。 本実施形態に係るマイクロ波含水率計の取り付け状態を示す断面説明図である。 同上の側断面説明図である。

符号の説明

３ 連続圧入式脱水機
５ 脱水ケーキ排出部
７ スクリーン外筒
９ スクリュー
１１ スクリュー駆動軸
１７ プレッサー（押圧板）
１９ 流体圧シリンダ
２１ 接続管
２３ マイクロ波含水率計
２５ 取付管
２７ 本体
２９Ａ，２９Ｂ 送受信アンテナ
３３ 取付フランジ
３５ フランジ
４１ レバー

Claims (6)

1. 連続圧入式脱水機から排出される脱水ケーキの含水率を測定する含水率測定方法であって、前記連続圧入式脱水機における脱水ケーキ排出部にマイクロ波含水率計を配設し、このマイクロ波含水率計に対向して備えた一対の送受信アンテナの間を、前記脱水ケーキ排出部内の圧密された脱水ケーキの一部を連続的に通過させて脱水ケーキの含水率を直接的かつ連続的に測定することを特徴とする脱水ケーキの含水率測定方法。
2. 請求項１に記載の脱水ケーキの含水率測定方法において、前記一対の送受信アンテナ間で送受信されるマイクロ波の送信と受信との位相差により脱水ケーキの含水率を測定することを特徴とする脱水ケーキの含水率測定方法。
3. 連続圧入式脱水機から排出される脱水ケーキの含水率を測定する含水率測定装置であって、前記連続圧入式脱水機における脱水ケーキ排出部に、先端部に対向した一対の送受信アンテナを備えたマイクロ波含水率計を備え、前記一対の送受信アンテナの対向方向を、前記脱水ケーキ排出部を移動する脱水ケーキの移動方向に対してほぼ直交する方向に設けたことを特徴とする脱水ケーキの含水率測定装置。
4. 請求項３に記載の含水率測定装置において、前記マイクロ波含水率計は、前記脱水ケーキ排出部に着脱可能な接続管に備えられていることを特徴とする脱水ケーキの含水率測定装置。
5. 請求項３又は４に記載の含水率測定装置において、前記マイクロ波含水率計は、前記脱水ケーキの移動方向に対応して前記一対の送受信アンテナの取付角度が調整可能なように回動可能に設けられていることを特徴とする脱水ケーキの含水率測定装置。
6. 請求項３，４又は５に記載の含水率測定装置において、前記マイクロ波含水率計は、前記脱水ケーキ排出部又は前記接続管の外部に突出して備えた取付管内に配置してあり、前記マイクロ波含水率計の本体は、先端側の断面積が次第に小さくなる錐形状に形成してあることを特徴とする脱水ケーキの含水率測定装置。

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