JP3506650B2 - 脱水ケーキの乾燥速度推定方法及び蒸発速度測定方法 - Google Patents

脱水ケーキの乾燥速度推定方法及び蒸発速度測定方法

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【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、下水汚泥等の活性
汚泥処理由来の有機性汚泥を脱水して得られる脱水ケー
キの乾燥速度推定方法及び蒸発速度測定方法に関するも
のである。なおここでいう乾燥速度とは、脱水ケーキを
パドルドライヤーのような間接乾燥機や、ロータリード
ライヤーのような実機の乾燥機で乾燥させたときの乾燥
速度を意味するものである。
【０００２】
【従来の技術】下水汚泥処理場等においては、脱水ケー
キをパドルドライヤーやロータリードライヤーで乾燥し
たうえ焼却炉等に送っているが、脱水ケーキの種類や性
状により乾燥速度や蒸発速度が異なるため、新規設備の
設計に際してはこれらの値を正確に把握することが求め
られる。また既設設備の運転に際しても、これらの値を
正確に把握しておくことが好ましい。ところが従来は、
汚泥脱水ケーキの乾燥速度を机上で事前に予測する手だ
ては皆無であり、小型実験機による確認が行われてい
た。しかし、ケーキ搬送の問題から現地実験が多く、費
用が多大で、しかも多くの実験員やショベルローダーな
どを必要とするという問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記した従来
の問題点を解決し、脱水ケーキの乾燥速度及び蒸発速度
を、現地実験を要することなく正確に把握することがで
きる脱水ケーキの乾燥速度推定方法及び蒸発速度測定方
法を提供するためになされたものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めになされた本発明の脱水ケーキの乾燥速度推定方法
は、脱水ケーキの平均蒸発速度を測定するとともに、こ
れら脱水ケーキの水分、粗脂肪、多糖類、粗蛋白、粗繊
維、強熱減量、ＳｉＯ2のうち、少なくとも水分、粗脂
肪、粗蛋白、ＳｉＯ2を含む４成分以上の濃度を測定し
て、脱水ケーキの平均蒸発速度と成分の関係を示す多重
回帰式を作成した後、試料の前記成分を測定して、測定
成分に対応した回帰式から平均蒸発速度を求めることに
より、当該試料の乾燥速度を推定することを特徴とする
ものである。なお、平均蒸発速度を測定する乾燥物の水
分区間を、７５％以上の初期水分または７５％以上の定
点を出発点とし、３０％を終点とした区間とすることが
好ましい。
【０００５】また上記の課題を解決するためになされた
本発明の脱水ケーキの蒸発速度測定方法は、試料の置か
れた乾燥皿の表面付近の温度を１０５〜１１０℃に制御
できる加熱装置、天秤、記録計からなる乾燥速度試験器
より出力された時間と試料重量の減量割合の関係を０．
５〜２分間隔でデータ採取して二次回帰により回帰式を
作成した後、 得られた二次回帰式をデータ処理して初期
蒸発速度、平均蒸発速度、乾燥時間を求めることを特徴
とするものである。
【０００６】本発明の脱水ケーキの乾燥速度推定方法に
よれば、予め作成した多重回帰式に試料となる脱水ケー
キの成分測定値を代入することにより、その脱水ケーキ
の乾燥速度を正確に推定することができる。また本発明
の脱水ケーキの蒸発速度測定方法は、通常の赤外線水分
計を利用して、脱水ケーキの乾燥に関する情報である、
初期蒸発速度、平均蒸発速度、乾燥時間を簡便に求める
ことができる。以下に各発明を詳細に説明する。
【０００７】
【発明の実施の形態】（請求項１及び請求項２の説明）
請求項１及び請求項２に記載の本発明の脱水ケーキの乾
燥速度推定方法は、予め脱水ケーキの平均蒸発速度と成
分の関係を示す多重回帰式を作成しておき、試料となる
脱水ケーキの組成濃度を測定し、上記の多重回帰式に代
入して平均蒸発速度を求めた後、実機乾燥機の乾燥速度
と平均蒸発速度の関係から試料の乾燥速度を推定する方
法である。この多重回帰式の作成には、脱水ケーキの平
均蒸発速度を測定するとともに、これら脱水ケーキの水
分、粗脂肪、多糖類、粗蛋白、粗繊維、強熱減量、Ｓｉ
Ｏ2のうち、少なくとも水分、粗脂肪、粗蛋白、ＳｉＯ2
を含む４成分以上の濃度を使用する。
【０００８】ここで用いられる脱水ケーキの平均蒸発速
度を測定する乾燥物の水分区間は、７５％以上の初期水
分から７５％迄を出発点とし、３０％を終点とした区間
とすることが好ましい。この水分区間の出発点が７５％
を越えるか７５％であるかによって、脱水ケーキの平均
蒸発速度と成分の関係を示す多重回帰式の具体的な形
は、下記のようになる。
【０００９】まず水分区間の出発点が７５％以上の初期
水分の場合には、成分数に応じて多重回帰式は例えば下
記の数１〜数４に示されるようになる。
【数１】
【数２】
【数３】
【数４】
【００１０】ここに、 Ｊ ：平均蒸発速度（ＫｇH2O ／ｍ2 皿．Ｈｒ） X1 ：水分（Ｗ．Ｂ．％：Ｗｅｔ ｂａｓｅ ％） X2 ：粗脂肪（Ｄ．Ｂ．％：ｄｒｙ ｂａｓｅ ％） X3 ：多糖類（Ｄ．Ｂ．％） X4 ：粗蛋白（Ｄ．Ｂ．％） X5 ：粗繊維（Ｄ．Ｂ．％） X6 ：強熱減量（Ｄ．Ｂ．％） X7 ：ＳｉＯ2（Ｄ．Ｂ．％）である。
【００１１】例として、７成分で重回帰したとき算出さ
れた平均蒸発速度と測定値との関係を図１に示す。この
図１に示されるように、本発明の方法による計算値と実
測値は正確に一致することが分かる。このようにして成
分濃度から計算した初期水分〜３０％間の平均蒸発速度
から乾燥速度を推定するには、７因子の例では数５とし
て示す次式による（図２）。
【数５】 ここに、Ｊt： 実機の乾燥速度予測値（ＫｇH2O／
ｍ2．Ｈｒ） Ｊ ： 平均蒸発速度（ＫｇH2O／ｍ2皿．Ｈｒ）
【００１２】また水分区間の出発点が例えば７５％の定
点である場合には、成分数に応じて多重回帰式は例えば
下記の数６〜数９に示されるようになる。
【数６】
【数７】
【数８】
【数９】
【００１３】ここに、 Ｊ ：平均蒸発速度（ＫｇH2O ／ｍ2皿．Ｈｒ） X1 ：水分（Ｗ．Ｂ．％） X2 ：粗脂肪（Ｄ．Ｂ．％） X3 ：多糖類（Ｄ．Ｂ．％） X4 ：粗蛋白（Ｄ．Ｂ．％） X5 ：粗繊維（Ｄ．Ｂ．％） X6 ：強熱減量（Ｄ．Ｂ．％） X7 ：ＳｉＯ2（Ｄ．Ｂ．％）である。
【００１４】例として、７成分で重回帰したとき算出さ
れた平均蒸発速度と測定値との関係を図３に示す。ま
た、成分濃度から計算した水分７５〜３０％間の平均蒸
発速度から乾燥速度を推定するには７因子の例では数１
０として示す次式による（図４）。
【数１０】
【００１５】ここに、 Ｊｔ ：実機の乾燥速度予測値（ＫｇH2O ／ｍ2．Ｈ
ｒ） Ｊ ：平均蒸発速度（ＫｇH2O ／ｍ2皿．Ｈｒ） いずれの場合でも、成分を３因子以下にすると、多重回
帰式の相関係数が極端に低下するので、少なくとも、水
分，粗脂肪，粗蛋白，ＳｉＯ2の４因子は回帰に必要と
なる。
【００１６】なお、平均蒸発速度と成分濃度の重回帰を
行ううえで、平均蒸発速度算出のための出発点を７５％
以上の初期水分または７５％以上の定点と限定している
のは、７５％未満を出発点にすると図５に示すように、
相関係数が極端に低下するためであるが、通常、７５％
未満の脱水ケーキの例はフィルタープレスのケーキくら
いしかないので、本発明の対象からは除外した。また、
乾燥物水分が３０％になる点を終点としているのは、実
機の乾燥機の乾燥物がこの程度の水分だからである。
【００１７】このように、本発明の乾燥速度推定方法に
よれば、予め作成した多重回帰式に試料となる脱水ケー
キの成分測定値を代入して平均蒸発速度を求め、更に乾
燥速度を算出することにより、その脱水ケーキの成分測
定を行うだけで乾燥速度を正確に推定することができ
る。
【００１８】（請求項３の説明）請求項３に記載の本発
明の脱水ケーキの蒸発速度測定方法は、通常の記録計付
きの赤外線水分計にデータ処理装置を連結した装置によ
り、当該脱水ケーキの乾燥に関する情報を得る方法であ
る。この方法では、図６に示す赤外線水分計の乾燥皿１
に試料となる脱水ケーキをセットし、赤外線ランプ２に
より試料の置かれた乾燥皿１の表面付近の温度を１０５
〜１１０℃に制御して乾燥を行いながら電子天秤部３で
０．５〜２分間隔で重量を測定する。そしてデータを記
録部４に記録するとともに、データ処理装置５で演算す
る。その結果、例えば図７のように、時間に対応した初
期試料重量に対する減量割合が出力される。これを二次
回帰すると相関性の高い二次式が得られる。この関係式
が一次式、三次式、高次式でもなく、また、他の指数
式，対数式等でもない、二次式であることが重要であ
る。
【００１９】この二次式を、蒸発面積（乾燥皿面積）を
考慮して単位蒸発面積当たりの重量の変化に変換する。
この二次式を微分すれば、蒸発速度を表わす一次式とな
り、ｔ＝０とおけば初期蒸発速度が、また、Ｊ＝０とお
けば乾燥時間を示すｔが求まる。また、別途の計算式か
ら乾燥物（皿上試料）の出発及び終点の水分に対応する
時間を求めて、ｔに関して一次式を定積分すれば平均蒸
発速度を求めることができる。なお、試料の乾燥温度を
１０５〜１１０℃としたのは、その範囲未満の温度では
乾燥効率が悪く、また、その範囲を越えると試料表面か
らの発火の恐れがあるためである。また測定間隔を０．
５〜２分としたのは、高い精度を確保するためである。
この発明における具体的な計算式は次の通りである。
【００２０】
【数１１】 ｙ：試料重量に対する減量割合（％） ｔ：時間（ｍｉｎ）
【数１２】 ｙ,：試料重量の変化（ＫｇH2O／ｍ2皿。Ｈｒ） Ｋ：換算係数 Ｋ＝６０・１０-1・（Ｈ0＋ＤＳ）／ｓ Ｈ0：試料水分量（ｇ） ＤＳ：試料固形物量（ｇ） ｓ：蒸発面積[乾燥皿面積] （ｃｍ2）
【数１３】 Ｊ：蒸発速度（ＫｇH2O／ｍ2皿。Ｈｒ）
【数１４】
【００２１】ここに， Ｊｍ：平均蒸発速度（ＫｇH2O ／ｍ2皿。Ｈｒ） ｔ：設定乾燥物水分に対応する経過時間（ｍｉｎ） Ｊt：設定乾燥物水分に対応する経過時間における蒸発
速度（ＫｇH2O／ｍ2 皿。Ｈｒ） H0+DS ：初期試料重量（ｇ） Ｗ：設定乾燥物水分（％）
【００２２】なお、図７のように相関性の高い二次回帰
式を得るには０．５〜２分間隔程度の測定が必要で、 蒸
発速度が大きい場合には、特に、必要となる。蒸発速度
が小さいときは４〜５分間隔でもよい。このように本発
明によれば、通常の記録計付きの赤外線水分計にデータ
処理装置を連結した装置により、脱水ケーキの乾燥に関
する正確な情報を得ることができる。
【００２３】
【実施例】以下に、請求項１及び２の発明の実施例を示
す。ある下水処理場から発生した脱水ケーキの実機乾燥
機（間接乾燥）の乾燥速度は、１３．１ＫｇH2O ／
ｍ2。Ｈｒであった。また、水分区間８１．６％→３０
％の平均蒸発速度の計算値は、３．８３ＫｇH2O ／ｍ2
皿。Ｈｒであった。一方、この脱水ケーキの成分濃度
（７成分）は、水分：８１．６W.B.% 、粗脂肪：９．５
D.B.% ，多糖類１３．４D.B.% 、粗蛋白２８．１D.B.%
，粗繊維４．７D.B.% 、強熱減量８０．４D.B.% 、Ｓ
ｉＯ2４．４D.B.% であった。水分区間が７５％以上の
初期水分→３０％の７因子の重回帰式にこれらの成分の
測定値を代入して平均蒸発速度を求め、さらに、この平
均蒸発速度と実機乾燥機乾燥速度の関係式から実機乾燥
機の乾燥速度を予測したところ、乾燥速度予想値は１
４．０ＫｇH2O ／ｍ2。Ｈｒとなり、実際の値である１
３．１ＫｇH2O／ ｍ2。Ｈｒとよく一致することが確認
された。
【００２４】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明の脱水ケ
ーキの乾燥速度推定方法及び蒸発速度測定方法によれ
ば、脱水ケーキの乾燥速度及び蒸発速度を現地実験を要
することなく正確に把握することができるため、従来の
ように多くの人員や費用をかけて現地実験を行う必要が
なく、設備の設計や設備の運転を適切に行ううえで優れ
た効果を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】平均蒸発速度の実測値と計算値との関係を示す
グラフである。
【図２】平均蒸発速度の計算値と実機乾燥速度との関係
を示すグラフである。
【図３】平均蒸発速度の実測値と計算値との関係を示す
グラフである。
【図４】平均蒸発速度の計算値と実機乾燥速度との関係
を示すグラフである。
【図５】平均蒸発速度計算時の出発点水分が、平均蒸発
速度／実機乾燥速度の相関値に及ぼす影響を示すグラフ
である。
【図６】請求項３の発明に使用される乾燥装置の概要図
である。
【図７】乾燥装置からの出力例を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 乾燥皿、２ 赤外線ランプ、３ 電子天秤部、４
記録部、５ データ処理装置

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 脱水ケーキの平均蒸発速度を測定すると
    ともに、これら脱水ケーキの水分、粗脂肪、多糖類、粗
    蛋白、粗繊維、強熱減量、ＳｉＯ2のうち、少なくとも
    水分、粗脂肪、粗蛋白、ＳｉＯ2を含む４成分以上の濃
    度を測定して、脱水ケーキの平均蒸発速度と成分の関係
    を示す多重回帰式を作成した後、試料の前記成分を測定
    して、測定成分に対応した回帰式から平均蒸発速度を求
    めることにより、当該試料の乾燥速度を推定することを
    特徴とする脱水ケーキの乾燥速度推定方法。
  2. 【請求項２】 平均蒸発速度を測定する乾燥物の水分区
    間が、７５％以上の初期水分または７５％以上の定点を
    出発点とし、３０％を終点とした区間であることを特徴
    とする請求項１記載の脱水ケーキの乾燥速度推定方法。
  3. 【請求項３】 試料の置かれた乾燥皿の表面付近の温度
    を１０５〜１１０℃に制御できる加熱装置、天秤、記録
    計からなる乾燥速度試験器より出力された時間と試料重
    量の減量割合の関係を０．５〜２分間隔でデータ採取し
    て二次回帰により回帰式を作成した後、 得られた二次回
    帰式をデータ処理して初期蒸発速度、平均蒸発速度、乾
    燥時間を求めることを特徴とする脱水ケーキの蒸発速度
    測定方法。
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