JP3525013B2 - 汚泥の発熱量演算装置 - Google Patents
汚泥の発熱量演算装置Info
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Description
装置に関し、特に、下水、し尿又は産業排水処理施設な
どから発生する汚泥を固液分離して得られた脱水ケーキ
等の汚泥を消却する際に好適に用いられる汚泥の発熱量
演算装置に関する。
ら発生する汚泥は、ベルトプレス型脱水機や遠心脱水
機、或いはフィルタプレス等を利用して脱水処理され、
脱水ケーキとなった後に焼却処分又は埋立処分などの次
工程に移送される。
処分する場合には焼却の際の燃料の使用量に影響を及ぼ
し、また、脱水ケーキを埋立処分する場合には運搬や処
分地の容積に重大な影響を及ぼすため、脱水ケーキは、
夫々の処分方法に見合った所定の含水率(水分含有率)
とした後に排出することが望まれている。
いは脱水ケーキを搬送するベルトコンベア上に赤外線水
分計を設置し、赤外線の入射光量と反射光量の比率に基
づいて水分量を求めている。この方法は、例えば、特開
平6−229918号公報、特開平7−159314号
公報等に記載されており、被測定物の水分含有率を非接
触で測定できる利点を有する。
は産業排水処理施設等から発生する汚泥は、汚泥発生源
等の相違に起因して、その性状や組成が個々に異なる。
特に、脱水ケーキの有機物含有率は、脱水ケーキの焼却
処分等の際にその発熱量に大きな影響を及ぼすことが知
られている。このため、脱水ケーキを焼却処分する場合
には、前述のように脱水ケーキを所定の含水率として排
出しても、有機物含有率の相違のために脱水ケーキ焼却
の際の発熱量が大きく異なり、焼却設備等において脱水
ケーキ焼却の際に使用する燃料の量の制御、つまり燃焼
制御が困難であった。
設などから発生する脱水ケーキの焼却処理における燃焼
制御を容易にすることが出来る汚泥の発熱量演算装置を
提供することを目的とする。
に、本発明の汚泥の発熱量演算装置は、測定対象汚泥に
向けて蛋白質、脂質、繊維質、及び、水分の各含有比率
に応じた吸収特性を夫々示す複数波長の赤外光を個別に
照射する光照射装置と、測定対象汚泥を透過又は反射し
た前記各波長の赤外光を受光する受光装置と、測定対象
汚泥について前記受光装置で得られた各波長の赤外光の
光量に基づいて測定対象汚泥の有機物含有率及び水分含
有率を演算する含有率演算部と、前記含有率演算部で演
算された測定対象汚泥の有機物含有率及び水分含有率に
基づいて、測定対象汚泥の発熱量を演算する発熱量演算
部とを備えることを特徴とする。
測定対象汚泥を透過又は反射した各波長の赤外光の光量
を個別に測定することにより、測定対象汚泥の蛋白質、
脂質及び繊維質の各含有率に応じた有機物含有率と水分
含有率とを非接触で求め、この有機物含有率及び水分含
有率に基づいて汚泥の発熱量を演算することが出来る。
例では、前記発熱量演算部は、複数のサンプル汚泥につ
いて各波長の赤外光の光量に基づいて得られた、蛋白
質、脂質及び繊維質の各吸光度に応じた有機物含有率を
示す検量線、並びに、水分、蛋白質、脂質及び繊維質の
各吸光度に応じた水分含有率を示す検量線を記憶してお
り、リアルタイムで前記測定対象の汚泥の発熱量を演算
する。
び繊維質の各含有率及び水分含有率を測定し、蛋白質、
脂質及び繊維質の含有率に応じた有機物含有率の関係
式、ならびに、有機物含有率及び水分含有率と発熱エネ
ルギーとの関係式を予め検量線として演算部に記憶して
おくことにより、発熱量のリアルタイムの測定が可能に
なり、これに基づいて、焼却の際の燃焼制御がリアルタ
イムで行われる。
いて、本発明の汚泥の発熱量演算装置について更に詳細
に説明する。
の発熱量演算装置を示すブロック図である。本測定装置
は、複数の所定波長の赤外光の内の近赤外光を順次に照
射する光照射装置10と、測定対象を成す脱水ケーキ5
0からの反射光を受光する受光装置20と、受光装置2
0で検出された各波長毎の近赤外光の光量から脱水ケー
キ50の有機物含有率及び発熱量をリアルタイムで演算
する信号処理部30と、その他の付属装置とから構成さ
れる。
各波長を含む白色光を発生する光源を成すランプ11、
ランプ11からの白色光を集光する1対のレンズ12及
び13、モータ14で回転駆動されて、ランプ11から
の白色光を受け複数の所定波長の赤外光及び可視光を順
次に透過させるフィルタホイール15、及び、照射光学
系から成る。照射光学系は、レンズ16、反射鏡17及
びレンズ18から構成され、フィルタホイール15を透
過した各所定波長の赤外光又は可視光を、測定対象を成
す脱水ケーキ50に照射する。
面図として示している。フィルタホイール15には、6
つの円形フィルタ19がホイール15の外周に沿って順
次に配列されており、モータ14の回転に従って選択さ
れた1枚のフィルタ19によって対応する特定波長の光
を透過させる。6つのフィルタ19は、水分で吸収を受
ける特定波長(水分測定用波長)の赤外光のみを透過す
る第1フィルタ、蛋白質測定用波長の赤外光のみを透過
させる第2フィルタ、脂質測定用波長の赤外光のみを透
過させる第3フィルタ、繊維質測定用波長の赤外光のみ
を透過させる第4フィルタ、水分、蛋白質、脂質及び繊
維質の何れにも吸収されない波長の赤外光のみを透過さ
せる第5フィルタ、及び可視光を透過させる第6フィル
タから成る。第6フィルタは、近赤外線が人間の目では
見えないため、ランプが正常に点灯していることを随時
視認する目的で組み込まれている。フィルタホイール1
5は、信号処理部30からの同期信号に基づいて、これ
らフィルタ19の内の1枚が光源11と照射光学系16
〜18との間の光路に挿入されるように、モータ14に
よって駆動される。
射鏡22及び可視光カットフィルタ23から成る受光光
学系と、PbSから成る光電変換素子24とから構成さ
れる。光電変換素子24は、水分、蛋白質、脂質及び繊
維質で吸収される各波長の近赤外光及びこれらに吸収さ
れない波長の近赤外光を順次に受光し、これら各近赤外
光の光量に比例した出力を順次に与える。
の信号を増幅する交流増幅器31、フィルタホイール1
5の回転に同期して交流増幅器31の出力をサンプリン
グするサンプル・ホールド回路32、サンプル・ホール
ド回路32の出力をA/D変換するA/D変換器33、
並びに、その出力を受けて所定の演算を行うCPU34
及びこれに付属するメモリ35を含む演算装置から構成
される。付属装置には、測定対象の周囲環境を測定する
湿度検出器41、温度検出器42、及び、受光装置の温
度を制御する温度検出器43等が含まれる。
は、まず、フィルタホイール15を透過して複数の所定
波長の近赤外光となって順次に脱水ケーキ50に照射さ
れる。脱水ケーキ50から反射した各特定波長の近赤外
光は、脱水ケーキ内の水分、蛋白質、脂質、及び、繊維
質の各含有率に比例する光量が夫々吸収されることによ
り、各成分の含有率に比例して光電変換素子24で検出
される反射光の光量が増減する。サンプル・ホールド回
路32は、特定波長のフィルタ19の挿入に対応して、
受光量をサンプリングしA/D変換器33を経由してC
PU34に与える。CPU34は、その受光量に基づい
て、脱水ケーキ内の蛋白質、脂質及び繊維質の各含有率
に応じた有機物含有率を演算で求める。この場合、これ
ら成分の何れにも吸収されない赤外光は、各赤外光の吸
収度の基準値として用いられる。これら有機物含有率及
び同様に求めた水分含有率に基づいて脱水ケーキ50の
発熱量が求められる。
有率の演算は、下記式に基づいて行われる。 Y=a0+a2x2+a3x3+a4x4 −−−−−−−−−(1) Z=b0+b1x1+b2x2+b3x3+b4x4 −−−−−(2) ここで、(1)式におけるYは有機物含有率(%)を、
a0及びa2〜a4は定数を、x2〜x4は各波長における
吸光度を夫々示し、x2は蛋白質、x3は脂質、x4は繊
維質による吸光度を夫々示している。式(1)は、メモ
リ35内に例えば検量線として記憶されている。また、
(2)式におけるZは水分含有率を、b0〜b4は定数
を、x1〜x4は各波長における吸光度を夫々示し、x1
は水分、x2は蛋白質、x3は脂質、x4は繊維質による
吸光度を示す。なお、x2〜x4は(1)式と共通の吸光
度である。式(2)は、同様にメモリ35内に検量線と
して記憶される。
め次の表に示すような基礎データを所定数のサンプルに
ついて収集する。
1を用意し、測定対象の位置にセットし、測定装置を実
際に稼動させて、各成分の含有率に応じたx21、x31及
びx41を順次に求める。このサンプルの赤外光が照射さ
れた部分を採取し、実際の有機物含有率をJIS法など
に定められた分析法によって求める。分析結果が出た
ら、その数値を上表の有機物含有率のY1の欄に入力す
る。同様の方法でサンプル2に関する諸数値を測定し且
つ実測値を入力する。同様の作業を所定数のサンプルに
対して行い、所定数のサンプルデータが集まった段階
で、有機物含有率を被説明変数(従属変数)とし、測定
されたx2 、x3 、x4 を説明変数(独立変数)として
重回帰演算を行い、各定数a0及びa2〜a4を決定し、
メモリ35内に記憶する。
即ち、脱水ケーキの有機物含有率を分析法で求める際
に、例えばサンプルを実際に燃焼させる等によりその単
位重量あたりの発熱量を同時に求める。分析は、同様に
所定数のサンプルについて行い、収集されたデータは下
記に例示するような表形式にまとめる。
数(従属変数)Zとし、有機物含有率を説明変数(独立
変数)Qとして単回帰演算を行い、 Z=b0+b1Q −−−−−−−(3) から成る式の各定数b0、b1を求め、メモリ35内に記
憶する。
には、測定装置を実際に稼動させ、有機物含有率及び発
熱量が未知のサンプルに対して、フィルタホイールを透
過した各波長の近赤外光を順次に照射する。各波長毎に
求められた吸光度に基づいて、(1)式で有機物含有率
を、(3)式で発熱量を夫々求めて、これを例えば表示
装置に表示する。或いは、求められた発熱量に基づい
て、焼却設備の燃焼制御を行う。
化物、脂肪(脂質)及び蛋白質から成る。炭水化物は糖
類から成り、そのうち多糖類が例えば化学式(C6H10
O5)2000で表わされる繊維質と呼ばれる。脂質は化学
式CmHn(CxHyCOO)zで表わされ、蛋白質は、例え
ば化学式CH2(NH2)COOH(グリシン)又はCOO
HCH(NH2)CH2SSCH2CH(NH2)・COOH
(シスチン)で表わされる。これらは、全て特定波長の
光に対してその量に応じた吸収特性を示す。本測定装置
は、これを利用するものである。
スペクトルの一例を示す線図である。横軸に波長(n
m)を縦軸に吸収度をとっている。試料は3種類あり、
図示の通りそれらはほぼ同様な吸収特性を示している。
スペクトル解析により有機物の上記各成分の比率を測定
するためには、例えば図2において、繊維質の測定には
1,780nm(λ1)、脂質の測定には2,290n
m(図示せず)、蛋白質の測定には2,148nm(λ
2)の波長の赤外光を使用する。なお、これら波長の他
にも、有機物含有量測定のために用いることが出来る、
繊維質、脂質及び蛋白質で吸収される各波長の光なら
ば、如何なる波長の光を用いてもよい。
ついて説明する。本演算式(2)を決定する場合も、演
算式(1)で説明したと同様の手法にて行い、任意の複
数のサンプル(JIS法などで求めた水分含有率が既知
のもの)を測定対象の位置にセットし、測定対象を移動
させて水分含有率(Z)を被説明変数(従属変数)と
し、x1、x2、x3、x4を説明変数(独立変数)として
重回帰演算を行い、各定数b0〜b4を決定し、メモリ3
5内に記憶する。なお、本水分含有率を求める式の決定
に関しては、特開平7−159314号公報を参照する
とよい。但し、特開平7−159314号公報では、赤
外光の反射光を用いて水分含有率を測定するにあたり、
汚泥の性質に基づいて補正する因子として蛋白質と脂質
のみを用いているが、本発明の有機物含有率を求める際
には繊維質の吸光度も測定しているので、この繊維質の
吸光度も汚泥の性状を補正する因子として加えてある点
が特開平7−159314号公報と若干異なる。
図1に示した汚泥の発熱量演算装置において、上記特定
波長の近赤外光を透過するフィルタ等を搭載したフィル
タホイールを用い、所定の試料について測定を実施し
た。
用した。各試料について、測定装置による各成分の含有
率の測定とは別に、分析法により固形物中の有機物含有
率(VTS)を測定した。各試料と分析法で求めた有機
物含有率とを表3に示す。
各試料における各成分の吸光度を測定し、有機物含有率
(Y)を表す重回帰演算式を求めた。測定装置による測
定は、各試料について夫々6回行った。これによって得
られた式は、 Y=−42.5+1029x2+5784x3−2513x4 −−−(4) となった。但し、x2、x3及びx4は夫々、脱水ケーキ
の固形物中の蛋白質、脂質、繊維質の吸光度である。そ
の時の回帰結果を図4に示す。
含有率の実測値を示し、縦軸は測定装置による有機物含
有率の測定結果を示している。測定は同じ試料について
夫々6回行った。グラフ中に注記したSは偏差値を、R
は相関係数を、nはデータ数を示し、夫々、S=2.6
55、R=0.982、n=30と示されている。Rの
この数値から、双方のデータ間に強い相関関係が存在す
ることが理解できる。
用して、成分が未知の脱水ケーキの有機物含有率を測定
することが出来る。まず、脱水ケーキに対して前記波長
の近赤外光を順次に照射し、各波長の吸光度を測定す
る。その結果から各成分の含有率を求め、式(4)によ
る演算を行うことで、有機物含有率が求められる。本測
定装置をコンベア上で搬送される脱水ケーキに使用する
ことで、脱水ケーキの固形物中の有機物含有率がリアル
タイムで求められる。
率とその総発熱量との間の相関関係を求めた。従来、こ
の相関関係を定量的に示すデータは知られていなかっ
た。そこで、複数の汚泥処理場から得られた各試料につ
いて、有機物含有率と発熱量との関係を実際に調査し
た。その結果を表4に示す。
発熱量(y(cal/g))との関係式が y=400.0+51.0x −−−(5) と得られた。その相関係数(R)は0.93であり、強
い相関関係が認められた。式(5)を更にメモリに記憶
しておき、前述の各波長毎の情報から求めた有機物含有
率演算値と式(5)とを用いて脱水ケーキの発熱量が得
られる。
融炉に供給する燃料の量を制御する燃焼制御を行うこと
が出来る。なお、上記発熱量は総発熱量(高位発熱量)
を表すもので、低位発熱量(Hud)は、次式によって
求められる。 Hud=高位発熱量−600×9h −−−−(6) ここで、hは乾燥汚泥1kg中の水素量(kg)を示
す。なお、元素分析値がない場合には、一般的に、h=
0.03として計算しても差しつかえない。
によって求められる。 Hu=Hud(1−w)−600w −−−−(7) ここで、wは元の試料1kg中の水分(kg)を示す。
試料の含水率(%)とその搬送量(kg)とを測定する
ことによって、水分量wが求められ、上式(7)に基づ
いてHuが算出できる。
固液分離して得られた脱水ケーキの有機物含有率の測定
に好適に利用できる。しかし、脱水ケーキには特に限定
されず、その他の廃棄物等にも利用できる。
の蛋白質、脂質、繊維質、水分の量に応じた赤外光の反
射光を受光装置によって計測する例を挙げて説明した
が、被測定試料に対応する赤外光を透過させ、各赤外光
の吸収量を計測しても差し支えない。
づいて説明したが、本発明の汚泥の発熱量演算装置は、
上記実施形態例の構成にのみ限定されるものではなく、
上記実施形態例の構成から種々の修正及び変更を施した
汚泥の発熱量演算装置も、本発明の範囲に含まれる。
発熱量演算装置によると、測定対象汚泥の有機物含有率
及び水分含有率に基づいて、測定対象汚泥の発熱量が演
算できるので、測定対象汚泥の焼却処理等の際の燃焼制
御が容易になり、焼却設備の効率的な運転が可能とな
る。
のブロック図。
示す線図。
フ。
Claims (3)
- 【請求項1】 測定対象汚泥に向けて蛋白質、脂質、繊
維質、及び、水分の各含有比率に応じた吸収特性を夫々
示す複数波長の赤外光を個別に照射する光照射装置と、 測定対象汚泥を透過又は反射した前記各波長の赤外光を
受光する受光装置と、 測定対象汚泥について前記受光装置で得られた各波長の
赤外光の光量に基づいて測定対象汚泥の有機物含有率及
び水分含有率を演算する含有率演算部と、 前記含有率演算部で演算された測定対象汚泥の有機物含
有率及び水分含有率に基づいて、測定対象汚泥の発熱量
を演算する発熱量演算部とを備えることを特徴とする、
汚泥の発熱量演算装置。 - 【請求項2】 前記発熱量演算部は、複数のサンプル汚
泥について各波長の赤外光の光量に基づいて得られた、
蛋白質、脂質及び繊維質の各吸光度に応じた有機物含有
率を示す検量線、並びに、水分、蛋白質、脂質及び繊維
質の各吸光度に応じた水分含有率を示す検量線を記憶し
ており、リアルタイムで前記測定対象の汚泥の発熱量を
演算することを特徴とする、請求項1に記載の汚泥の発
熱量演算装置。 - 【請求項3】 前記有機物含有率(Y)及び水分含有率
(Z)を示す検量線は、それぞれ、 Y=a0+a2x2+a3x3+a4x4、 Z=b0+b1x1+b2x2+b3x3+b4x4 (a0及びa1〜a4は定数を、x1〜x4は各波長におけ
る吸光度を夫々示し、x1は水分、x2は蛋白質、x3は
脂質、x4は繊維質による吸光度をそれぞれ示す)で表
されることを特徴とする、請求項2に記載の発熱量演算
装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP22170496A JP3525013B2 (ja) | 1996-08-05 | 1996-08-05 | 汚泥の発熱量演算装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP22170496A JP3525013B2 (ja) | 1996-08-05 | 1996-08-05 | 汚泥の発熱量演算装置 |
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JPH1048127A JPH1048127A (ja) | 1998-02-20 |
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Family
ID=16770976
Family Applications (1)
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JP22170496A Expired - Lifetime JP3525013B2 (ja) | 1996-08-05 | 1996-08-05 | 汚泥の発熱量演算装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3525013B2 (ja) |
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WO2012118212A1 (ja) * | 2011-03-03 | 2012-09-07 | メタウォーター株式会社 | 汚泥の分析要素量測定方法および汚泥の分析要素量測定装置 |
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1996
- 1996-08-05 JP JP22170496A patent/JP3525013B2/ja not_active Expired - Lifetime
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