JP5118262B1 - 汚泥処理システム、汚泥処理システムの運転制御用プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】汚泥を濃縮する遠心分離装置と、濃縮汚泥を熱処理する炉と、を含む汚泥処理システムにおいて、遠心分離装置の操業条件を、炉の操業状態に則した最適条件に自動制御することのできる汚泥処理システムを提供する
【解決手段】前記炉から濃縮汚泥の熱処理状況に関する情報を受け取って、遠心分離装置のボウルが汚泥に付与する遠心力、遠心分離装置のスクリューコンベアの濃縮汚泥搬送トルク、遠心分離装置のボウルとスクリューコンベアの差速、凝集剤等の薬注率から選択される１つ以上の制御値を調整する自動制御装置を備えた構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、汚泥を濃縮する遠心分離装置と、濃縮汚泥を熱処理する炉とを含む汚泥処理システムに関し、特に、濃縮汚泥の熱処理状況に応じて遠心分離装置を自動制御する技術に関する。

例えば上下水、産業排水、し尿などの水処理過程で発生する汚泥は、焼却炉で焼却処理される。汚泥は、含水率を低下させるための濃縮処理を行ってから焼却するのが好ましい。汚泥濃縮装置（脱水の場合も含む）としては、デカンタと称される遠心分離装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

図１０は、横型のデカンタの概略構造を示す（例えば、特許文献２参照）。横型のデカンタ１００は、図１０に示されるように、水平軸廻りに回転可能なボウル１０１と、このボウル１０１内に同じ回転軸上に配置されたスクリューコンベア１０２が、ケーシング１０３の内部に収容されている構造である。

処理対象物である汚泥に遠心力を付与するボウル１０１は、一端側がコニカル状に形成されている。このコニカル状に形成されている部位は、スクリューコンベア１０２によって移送される濃縮汚泥が液溜まりから離脱するビーチ部を形成しており、その先端側に濃縮汚泥の排出口１０４が形成されている。また、ボウル１０１の胴部は、汚泥の液溜り（プール部）を形成しており、他端側の端面に分離液の排出口１０５が形成されている。一方、スクリューコンベア１０２の胴部には、螺旋状のスクリュー羽根１０２ａと、汚泥（供給汚泥）をボウル１０１内に供給するための吐出口１０２ｂが形成されている。

このような構成において、回転するボウル１０１内に汚泥（供給汚泥）を連続供給すると、ボウル１０１内のプール部において、遠心力の作用により汚泥の固形物がボウル１０１周壁面に沈降する。そして、ギアボックス１０６を介してボウル１０１とは相対的な差速をもって回転するスクリューコンベア１０２によって、ボウル１０１内の濃縮汚泥はビーチ部に向かって移送される。ビーチ部で液溜まりから離脱した濃縮汚泥は、濃縮汚泥の排出口１０４から排出される。一方、分離液は、排出口１０５からオーバーフローして排出される。

ボウル１０１は、主駆動モータ１０７によって回転される。主駆動モータ１０７は、インバータ制御によってボウル１０１の回転速度（Ｎ）を制御する。一方、スクリューコンベア１０２は、ボウル１０１と相対的な差速（ΔＮ）をもって回転するように、ギアボックス１０６とバック駆動モータ１０８によって回転速度が制御される構成になっている。

デカンタ１００は、濃縮汚泥の含水率が予め決めた目標値を満足するように、スクリューコンベア１０２の搬送トルク及び／又は差速（ΔＮ）を可変制御するのが一般的である。しかしながら、汚泥処理システム全体の効率的な操業を目指し、省エネ化やＣＯ_２排出量の低減化等を推進する場合、これまでのようにデカンタ１００を単一制御ループで制御するのは好ましくない。焼却炉の操業状態に則したデカンタ１００の最適運転を実行できればよいが、そのような制御手段は未だ具現化に至っていない。

特開２００９−２１４０８８号公報 特開２０１１−２３００４０号公報

本発明は、一例として挙げた上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、汚泥を濃縮する遠心分離装置と、濃縮汚泥を熱処理する炉と、を含む汚泥処理システムにおいて、遠心分離装置の操業条件を、炉の操業状態に則した最適条件に自動制御することのできる汚泥処理システムを提供することにある。

本発明の汚泥処理システムは、以下の技術的特徴を備えている。
（１）汚泥を濃縮する遠心分離装置と、濃縮汚泥を熱処理する炉と、前記炉から濃縮汚泥の熱処理状況に関する情報を受け取り、受け取った情報に基づいて前記遠心分離装置を制御する自動制御装置と、を含む汚泥処理システムにおいて、
前記遠心分離装置が、汚泥に遠心力を付与して濃縮汚泥と分離液とに遠心分離するボウルと、前記ボウル内の濃縮汚泥を排出口に向けて搬送するスクリューコンベアと、前記ボウルを回転させる駆動モータと、前記スクリューコンベアが前記ボウルと相対的な差速をもって回転するようにする差速発生装置と、を備え、
前記炉が自動制御装置に送る情報は、濃縮汚泥の含水率変更要求を含み、
前記自動制御装置が、前記含水率変更要求に応じて以下の（ａ）〜（ｃ）の制御を実行することを特徴とする汚泥処理システム。
（ａ）濃縮汚泥の含水率、遠心力、及び濃縮汚泥搬送トルクの相関関係を示す情報を予め有しており、前記ボウルとスクリューコンベアの差速の可変範囲を設定して、この可変範囲において前記スクリューコンベアの濃縮汚泥搬送トルクが、前記炉が要求する含水率に対応付けたトルクとなるように前記差速を可変制御する；
（ｂ）前記差速が予め設定された一定範囲内で変化し、且つ、予め設定された一定時間、前記スクリューコンベアの濃縮汚泥搬送トルクが、前記炉が要求する含水率に対応付けたトルクを維持していたときに、遠心力の制御値を下げると共に、新たな制御値に設定された遠心力における前記炉が要求する含水率に対応するトルクとなるように前記差速を可変制御する；
（ｃ）前記差速が前記可変範囲の最小値のままで、前記スクリューコンベアの濃縮汚泥搬送トルクが、前記炉が要求する含水率に対応付けたトルクよりも低いときには遠心力の制御値を上げると共に、新たな制御値に設定された遠心力における前記炉が要求する含水率に対応するトルクとなるように前記差速を可変制御する。
（２）前記自動制御装置は、前記炉が要求する含水率となるように薬注率を調節する制御を更に実行することを特徴とする。
（３）前記遠心分離装置は、前記ボウルからの分離液排出レベルを調節する可変ダム機構を更に備えており、前記自動制御装置は、前記炉が要求する含水率となるように前記ボウルからの分離液排出レベルを調節する制御を更に実行することを特徴とする。
（４）前記炉が前記自動制御装置に送る濃縮汚泥の含水率変更要求は、前記遠心分離装置と炉の消費電力、ＣＯ_２排出量、及びランニングコストのいずれか一つ以上に基づいて行われることを特徴とする。
（５）汚泥を濃縮する遠心分離装置と、濃縮汚泥を熱処理する炉と、前記炉から濃縮汚泥の熱処理状況に関する情報を受け取り、受け取った情報に基づいて前記遠心分離装置を制御する自動制御装置と、を含む汚泥処理システムにおいて、
前記遠心分離装置が、汚泥に遠心力を付与して濃縮汚泥と分離液とに遠心分離するボウルと、前記ボウル内の濃縮汚泥を排出口に向けて搬送するスクリューコンベアと、前記ボウルを回転させる駆動モータと、前記スクリューコンベアが前記ボウルと相対的な差速をもって回転するようにする差速発生装置と、を備え、
前記炉が自動制御装置に送る情報は、炉に供給されている濃縮汚泥の含水率と、濃縮汚泥のＶＴＳ／ＴＳ（Volatile Total Solids／Total Solids）又はＶＴＳ／ＴＳを算出するのに必要な情報を含み、前記自動制御装置は、前記濃縮汚泥のＶＴＳ／ＴＳに基づいて含水率の現在の目標値を維持するか或いは新たな目標値を設定するかを決定し、以下の（ａ）〜（ｃ）の制御を実行することを特徴とする汚泥処理システム。
（ａ）濃縮汚泥の含水率、遠心力、及び濃縮汚泥搬送トルクの相関関係を示す情報を予め有しており、前記ボウルとスクリューコンベアの差速の可変範囲を設定し、前記ＶＴＳ／ＴＳに基づいて決定された遠心力で運転を行い、前記可変範囲において前記スクリューコンベアの濃縮汚泥搬送トルクが、前記目標含水率に対応付けたトルクとなるように前記差速を可変制御する；
（ｂ）前記差速が予め設定された一定範囲内で変化し、且つ、予め設定された一定時間、前記スクリューコンベアの濃縮汚泥搬送トルクが、前記目標含水率に対応付けたトルクを維持していたときに、遠心力の制御値を下げると共に、新たな制御値に設定された遠心力における前記目標含水率に対応するトルクとなるように前記差速を可変制御する；
（ｃ）前記差速が前記可変範囲の最小値のままで、前記スクリューコンベアの濃縮汚泥搬送トルクが、前記目標含水率に対応付けたトルクよりも低いときには遠心力の制御値を上げると共に、新たな制御値に設定された遠心力における前記目標含水率に対応するトルクとなるように前記差速を可変制御する。
（６）前記自動制御装置は、ＶＴＳ／ＴＳをパラメータとした濃縮汚泥の含水率と前記ボウルの遠心力との相関関係を示す情報を予め有しており、前記ＶＴＳ／ＴＳと目標含水率に対応する最適遠心力に基づいて、前記ボウルの遠心力の制御値を設定することを特徴とする。
（７）前記自動制御装置は、ＶＴＳ／ＴＳと濃縮汚泥の自燃含水率との相関関係を示す情報を予め有しており、前記ＶＴＳ／ＴＳに基づいて自燃含水率を算出し、その含水率を新たな濃縮汚泥の目標含水率に設定することを特徴とする。
（８）前記濃縮汚泥のＶＴＳ／ＴＳを算出するのに必要な情報は、炉の助燃剤使用量と炉への供給汚泥量、及び炉に供給されている濃縮汚泥の含水率の情報であることを特徴とする。
（９）前記自動制御装置は、ＶＴＳ／ＴＳと薬注率との相関関係を示す情報を予め有しており、前記炉から送られてくるＶＴＳ／ＴＳの情報又は算出されたＶＴＳ／ＴＳに対応する最適薬注率を制御値に設定して、前記薬剤の添加量を調節する制御を更に実行することを特徴とする。
（１０）前記遠心分離装置は、前記ボウルからの分離液排出レベルを調節する可変ダム機構を更に備えており、前記自動制御装置は、前記目標含水率となるように前記ボウルからの分離液排出レベルを調節する制御を更に実行することを特徴とする。

また、本発明の汚泥処理システムの運転制御用プログラムは、以下の技術的特徴を備え
ている。
（１１）汚泥を濃縮する遠心分離装置と、濃縮汚泥を熱処理する炉と、前記炉から濃縮汚泥の熱処理状況に関する情報を受け取り、受け取った情報に基づいて前記遠心分離装置を制御する自動制御装置と、を含む汚泥処理システムの運転を制御するプログラムであって、
前記遠心分離装置が、汚泥に遠心力を付与して濃縮汚泥と分離液とに遠心分離するボウルと、前記ボウル内の濃縮汚泥を排出口に向けて搬送するスクリューコンベアと、前記ボウルを回転させる駆動モータと、前記スクリューコンベアが前記ボウルと相対的な差速をもって回転するようにする差速発生装置と、を備えており、
前記炉が自動制御装置に送る情報は、濃縮汚泥の含水率変更要求を含んでおり、
前記含水率変更要求に応じて前記自動制御装置に以下の（ａ）〜（ｃ）の制御を実行させることを特徴とする汚泥処理システムの運転制御用プログラム。
（ａ）濃縮汚泥の含水率、遠心力、及び濃縮汚泥搬送トルクの相関関係を示す情報を予め有しており、前記ボウルとスクリューコンベアの差速の可変範囲を設定して、この可変範囲において前記スクリューコンベアの濃縮汚泥搬送トルクが、前記炉が要求する含水率に対応付けたトルクとなるように前記差速を可変制御する；
（ｂ）前記差速が予め設定された一定範囲内で変化し、且つ、予め設定された一定時間、前記スクリューコンベアの濃縮汚泥搬送トルクが、前記炉が要求する含水率に対応付けたトルクを維持していたときに、遠心力の制御値を下げると共に、新たな制御値に設定された遠心力における前記炉が要求する含水率に対応するトルクとなるように前記差速を可変制御する；
（ｃ）前記差速が前記可変範囲の最小値のままで、前記スクリューコンベアの濃縮汚泥搬送トルクが、前記炉が要求する含水率に対応付けたトルクよりも低いときには遠心力の制御値を上げると共に、新たな制御値に設定された遠心力における前記炉が要求する含水率に対応するトルクとなるように前記差速を可変制御する。

本発明の遠心分離装置と炉を含む汚泥処理システムによれば、炉から濃縮汚泥の熱処理状況に関する情報を受け取り、受け取った情報に基づいて遠心分離装置のボウルが汚泥に付与する遠心力、スクリューコンベアの濃縮汚泥搬送トルク、ボウルとスクリューコンベアの差速、薬注率から選択される１つ以上の制御値を調整する自動制御装置を設けたことにより、遠心分離装置の操業条件を、炉の操業状態に則した最適条件に自動制御することができる。その結果、汚泥処理システム全体の省エネ化、ＣＯ_２排出量の低減化、ランニングコストの低減化を図ることが可能となる。

本発明の一実施形態に沿う汚泥処理システムの全体構成を示す。 本発明の一実施形態に沿うデカンタの全体構成を示す図である。 上記汚泥処理システムの制御装置を示す図である。 含水率測定結果に基づいて行う自動制御を説明する図である。 トルク測定結果に基づいて行う自動制御を説明する図である。 助燃剤，焼却量及びＶＴＳ／ＴＳの相関関係を示す特性図である。 ＶＴＳ／ＴＳに基づいて行う自動制御を説明する図である。 ＶＴＳ／ＴＳと自燃含水率の相関関係を示す図である。 ＶＴＳ／ＴＳと最適薬注率の相関関係を示す図である。 従来のデカンタを示す概略図である。

以下、本発明の好ましい実施形態による汚泥処理システムについて、添付図面を参照しながら詳しく説明する。但し、以下に説明する実施形態によって、本発明の技術的範囲は何ら限定解釈されることはない。

図１は、汚泥を濃縮する遠心分離装置と、濃縮した汚泥を熱処理する炉を備えた汚泥処理システム２００の全体構成を示す概略図である。以下の説明では、汚泥を熱処理する炉として、焼却炉を用いた構成を一例に挙げて説明する。但し、炉が焼却炉に限定されることはなく、汚泥を炭化させる炭化炉、汚泥を乾燥させる乾燥炉、溶融炉等であってもよい。

図１は、汚泥処理システム２００の全体構成を示す概略図である。汚泥処理システム２００は、汚泥の濃縮処理を実行する濃縮部と、濃縮された汚泥（以下、「濃縮汚泥」と称する）を焼却する焼却部とに大別される。濃縮部は、遠心分離装置の好ましい一例であるデカンタ１を備えている。処理対象物である汚泥は、図示しない汚泥ポンプによってデカンタ１に供給され、濃縮汚泥を機外に排出する。濃縮効率を向上するために、薬注ポンプ２０１を用いて凝集剤等の薬液を汚泥に添加することができる。凝集剤としては、一例として高分子凝集剤やポリ鉄等の無機凝集剤を使用することができる。機外に排出された濃縮汚泥は、例えばポンプ等の移送手段を用いて焼却部の焼却炉２０２へ搬送してもよく、或いは既述の特許文献１のように濃縮汚泥の自重を利用した搬送方法で焼却炉２０２へ搬送してもよい。なお、処理後の汚泥の含水率によって「濃縮処理」と「脱水処理」を区別する文献等も存在するが、本明細書では区別はせず「脱水処理」も「濃縮処理」の一態様であると定義する。

焼却部は、濃縮汚泥を燃焼する焼却炉２０２、燃焼を促進させる助燃剤を焼却炉２０２に供給する供給手段２０３を備えている。焼却部は、さらに焼却炉２０２から排出される高温の燃焼ガスから熱を回収する熱回収手段を備えている。熱回収手段としては、例えば燃焼ガスと熱回収媒体（例えば、水）との熱交換を行う熱交換器２０４を採用することができる。熱回収された排ガスは、集塵装置２０５、排煙処理装置２０６などで無害化処理された後、煙突２０７を通じて大気へ放出される。なお、焼却炉２０２は、濃縮汚泥を燃焼することができれば特別な構造を必要とせず、公知の焼却炉を使用することができる。一般的に、焼却炉２０２は、安定した燃焼状態を維持するために、炉の燃焼状況に応じて助燃剤の添加量を変える制御が行われる。

続いて、デカンタ１の好ましい構成について、図２を参照しながら説明する。デカンタ１は、図２に示すように、濃縮汚泥出口２１と分離液出口２２のそれぞれが下方に形成されているケーシング２と、ケーシング２内に配置された回転筒状体をなすボウル３と、ボウル３内で遠心力が付与された濃縮汚泥の搬送手段であるスクリューコンベア４を備えている。ボウル３は、例えばケーシング２に取付けられたベアリング等の軸受機構２３によって支持され、スクリューコンベア４はコンベアベアリング（不図示）によって支持されており、ボウル３とスクリューコンベア４のそれぞれが独立して水平軸周りに回転可能となっている。

そして、駆動機構である駆動モータ２４の動力が回転ベルト２４ａを介してボウル３側のプーリー２４ｂに伝達されることによって、ボウル３が所定の回転速度で回転し、さらに差速発生装置であるギアボックス２５及びスプラインシャフト２６を通じてスクリューコンベア４に動力が伝達され、ボウル３とスクリューコンベア４が相対的な差速をもって回転するように構成されている。

ギアボックス２５には、バックドライブモータ２７と称される駆動モータが回転ベルト２７ａ及びプーリー２７ｂを介して連結されている。バックドライブモータ２７は、モータの回転シャフトを回転ベルト２７ａが回転するときのトルクを利用して、スクリューコンベア４がボウル３よりも遅く回転するようにブレーキをかけるためのものである。ブレーキをかけることによってモータ２７に発生する回生電力は、駆動モータ２４に供給し、これにより装置全体の消費電力を抑えるようにしている。但し、ギアボックス２５のギア比のみで差速を形成する場合は、バックドライブモータ２７を設けなくともよい。

デカンタ１は、処理対象物である汚泥（供給汚泥）、及び凝集剤をボウル３内に供給するための供給ノズル５をさらに備えている。供給ノズル５は、例えば２重管構造であり、内側に供給汚泥，外側に凝集剤の流路が割り当てられている。供給汚泥は、上下水、産業排水、し尿などの水処理過程で発生する汚泥であり、含水率は９５％〜９９．５％程度である。凝集剤は、例えば高分子凝集剤やポリ鉄等の無機凝集剤が用いられる。

ボウル３の胴部は、一端側に円錐部３１が形成され、他端側に円筒部３２が形成されている。そして、他端側の開口部は、フロントハブ３３と称される平面が円形の部材によって塞がれている。フロントハブ３３と円筒部３２は、ボウル３内に供給される汚泥が滞留するプール部（液溜まり）を形成する。フロントハブ３３には分離液の排出口３４が形成されており、汚泥を連続的にボウル３内に供給することによって分離液を排出口３４からオーバーフローさせる。排出口３４には分離液の排出レベル高さを可変制御する可変ダム機構を設けることも可能である。

一方、ボウル３の円錐部３１は、スクリューコンベア４によって移送される濃縮汚泥が液溜まりから離脱するビーチ部を形成しており、ビーチ部の先端側に濃縮汚泥の排出口３５が形成されている。但し、本実施形態は、円錐部３１を有さず、円筒部３２のみで構成されるボウル３にも適用可能である。

ボウル３内で汚泥を搬送・圧搾するスクリュー羽根４１は、スクリューコンベア４の胴部４２の外周面に螺旋状に形成されている。スクリューコンベア４の胴部４２は、内部に不図示の空洞（バッファ部）を有し、バッファ部内まで供給ノズル５の先端が延設されている。そして、供給ノズル５からの汚泥がバッファ部に供給されると、バッファ部から胴部４２の外周面まで貫通する吐出口および、胴部４２の中央部付近に形成されているショートコーン４３を介して遠心力の作用によってボウル３内に汚泥が供給されるようになっている。凝集剤も、汚泥とは別経路でショートコーン４３内に供給され、ショートコーン４３内で汚泥と混合されてボウル３内に供給される。なお、ショートコーンに代えてロングコーンとすることも可能であり、コーン自体を省略した構成のデカンタ１であってもよい。

説明を図１に戻すと、デカンタ１は、ボウル３の回転速度を計測する速度計を有する。速度計は、一例として非接触式回転センサーを採用することができる。ボウル３が汚泥に付与する遠心力（Ｇ）は、ボウル３の回転速度（Ｎ）と、回転軸からラジアル方向の距離（すなわち、ボウル内径ｒ）とによって、遠心力（Ｇ）＝ｒ×ω^２／ｇ＝（ｒ×Ｎ^２）／８９４の計算式で算出することができる。ボウル３の内径（ｒ）は設計仕様によって決まっているので、前記算出式を用いて遠心力（Ｇ）と回転速度（Ｎ）との対応関係を予め求めておくことができる。本実施形態では、遠心分離実行時に遠心力（Ｇ）の設定値を決め、その遠心力（Ｇ）に対応する回転速度（Ｎ）を設定値に決める手順を実行する。そして決められた設定値でボウル３が回転するように、速度計の計測値を参照して駆動モータ２４をインバータ制御する。

デカンタ１は、スクリューコンベア４の搬送トルクを計測するトルク計を有する。トルク計は、一例としてインバータトルクモニタ出力を採用することができる。スクリューコンベア４の搬送トルクは、ボウル３内の汚泥の濃縮状態によって変化する。より詳しくは、濃縮が進行し過ぎのときは、ボウル３内の汚泥の含水率が低いため搬送トルクが大きくなる。反対に、濃縮が不足し過ぎのときは、ボウル３内の汚泥の含水率が高いため搬送トルクが小さくなる。

汚泥処理システム２００は、図３に示すように、デカンタ１と焼却炉２０２の最適運転制御を行う自動制御装置としての制御装置６をさらに備えている。制御装置６は、濃縮汚泥の熱処理状況の情報として焼却炉２０２から濃縮汚泥の燃焼状況に関する情報を受け取り、ボウル３が汚泥に付与する遠心力（Ｇ）、スクリューコンベア４の搬送トルク、ボウル３とスクリューコンベア４の差速、薬注率から選択される１つ以上の制御値を調整する。これらの制御値は、最適値から上限値と下限値をもたせた範囲で設定してもよく、最適値を上限値（又は下限値）に設定してもよい。制御装置６は、例えばＣＰＵとメモリを備えたコンピューター装置で構成することができる。制御装置６は、後述する自動制御を実行するためのシーケンスプログラムをメモリに格納している。制御装置６は、更に、デカンタ１の全体的動作を制御するシーケンスプログラムをメモリに格納しておくことができる。

（含水率の変更要求に基づく制御）
濃縮汚泥の燃焼状況に関する情報は、炉内に供給されている濃縮汚泥の含水率と、焼却炉２０２が希望する含水率の情報を含めることができる。焼却炉２０２が希望する含水率の情報は、含水率の希望値であってもよく、単に含水率を上げること（又は、下げること）の要求であってもよい。制御装置６は、焼却炉２０２からの含水率変更要求を受け取ると、焼却炉２０２が希望する含水率（目標含水率）の濃縮汚泥が得られるように、ボウル３が汚泥に付与する遠心力（Ｇ）、スクリューコンベア４の搬送トルク、ボウル３とスクリューコンベア４の差速、薬注率から選択される１つ以上の制御値を調整する。焼却炉２０２からの情報が単に含水率を上げること（又は、下げること）の要求である場合、制御装置６は、予め決めた値（例えば１％）だけ上げた（又は、下げた）含水率を目標含水率に設定し、目標含水率の濃縮汚泥が得られるように制御値を調整し、焼却炉２０２からの次の要求を待つフィードバック制御を行う。

焼却炉２０２に供給する濃縮汚泥の含水率が低過ぎると炉内での発熱量が大きく、冷却の負荷が大きくなる。発熱量を発電等新たにエネルギ利用することもある。反対に、含水率が高過ぎると燃焼せず、助燃剤を多く必要とする。従って、炉内の燃焼が良好に行えているかに基づいて、含水率変更要求をデカンタ１に送る。含水率の適正値は、炉自体の種類や設計仕様に応じて決定される。なお、更なる効率化を実現するために、汚泥処理システム２０２全体の運転モードとして、例えば省エネ化（省電力）を促進する運転モード、ＣＯ_２排出量の低減化を促進する運転モード、システム全体のランニングコストの低減化を促進する運転モードを設け、運転モードに基づいて含水率変更要求を行うことが好ましい。

省エネ化（省電力）を促進する運転モードは、デカンタ１の消費電力と焼却炉２０２の消費電力の合計消費電力の目標値を設定し、設定した目標値となるようにデカンタ１と焼却炉２０２の運転条件を制御する。一例として、含水率の目標値を上げてデカンタ１の消費電力を下げるように制御する。

ＣＯ_２排出量の低減化を促進する運転モードは、下記の算出式を用いて最適ポイントとなるＣＯ_２排出量の目標値を設定し、設定した目標値となるようにデカンタ１と焼却炉２０２の運転条件を制御する。
ＣＯ_２排出量＝［デカンタと焼却炉の合計消費電力×電力ＣＯ_２原単位］＋［凝集剤使用量×凝集剤ＣＯ_２原単位］＋［助燃剤使用量×助燃剤ＣＯ_２原単位］

システム全体のランニングコストの低減化を促進する運転モードは、下記の算出式を用いて最適ポイントとなるランニングコストの目標値を設定し、設定した目標値となるようにデカンタ１と焼却炉２０２の運転条件を制御する。
ランニングコスト＝［デカンタと焼却炉の合計消費電力×電力単価］＋［凝集剤使用量×凝集剤単価］＋［助燃剤使用量×助燃剤単価］

［含水率計による制御］
目標含水率の濃縮汚泥が得られるように制御する方法としては、デカンタ１から排出される濃縮汚泥の含水率を例えば含水率計で測定し、測定結果が目標含水率となるようにボウル３が汚泥に付与する遠心力（Ｇ）、スクリューコンベア４の搬送トルク、ボウル３とスクリューコンベア４の差速、薬注率から選択される１つ以上を可変制御する。

好ましくは、低い遠心力（Ｇ）で目標含水率を達成できると省エネ（省電力）効果が大きいので、より低い遠心力（Ｇ）を選んだ上で、図４（ａ）に模式的に示すように、差速の可変範囲（例えば、１〜８ｍｉｎ^−１）を予め設定し、この可変範囲内で目標含水率の濃縮汚泥が得られるように差速を変化させる。より詳しくは、遠心力（Ｇ）、搬送トルク及び含水率は、図４（ｂ）及び図４（ｃ）に模式的に示す相関関係がある。この相関関係は、実機試験を行って取得することができる。取得した相関関係の情報は、制御装置６のメモリに予め格納しておくことが好ましい。制御装置６は、相関関係を利用して含水率一定制御（又はトルク一定制御）を行う。含水率計と後述するトルク制御を併用してもよい。

好ましい一例として、目標含水率を例えば７８％とし、遠心力（Ｇ）を２０００Ｇとして運転していたときに、差速が予め決めた範囲（例えば、５〜８ｍｉｎ^−１）で変化して一定時間（例えば、一時間）、目標含水率（又は目標範囲内）に制御されていた場合、制御装置６は遠心力（Ｇ）を下げることが可能と判断し、遠心力（Ｇ）を例えば１９００Ｇに下げる。そして、遠心力（Ｇ）が１９００Ｇで目標含水率となるように差速を可変制御する。

そして遠心力（Ｇ）を１９００Ｇとして運転したときに、差速が予め決めた範囲（例えば、３〜６ｍｉｎ^−１）で変化して一定時間（例えば、一時間）、目標含水率（又は目標範囲内）に制御されていた場合、制御装置６はさらに遠心力（Ｇ）を下げることが可能と判断し、遠心力（Ｇ）を例えば１８００Ｇに下げて、目標含水率となるように差速を可変制御する。遠心力１８００Ｇにおいて差速が予め決めた範囲（例えば、１〜３ｍｉｎ^−１）で変化していればそのまま運転を継続するが、可変範囲の最小値（この例では１ｍｉｎ^−１）のままで含水率が目標含水率よりも高いときは遠心力（Ｇ）を上げるように制御する。このように、制御装置６は、設定した差速の可変範囲内で、より低い遠心力（Ｇ）で目標含水率の濃縮汚泥が得られるように段階的に遠心力（Ｇ）を下げる制御を繰り返し実行する。

［設定トルクによる制御］
目標含水率の濃縮汚泥が得られるように制御する他の方法としては、含水率を測定することに代えて、トルク計で測定する搬送トルク（検出値）を用いた制御を行うこともできる。精度の高い含水率計が見つからない場合に有効な制御方法である。より詳しくは、遠心力（Ｇ）、搬送トルク及び含水率は、図５（ｂ）及び図５（ｃ）に模式的に示す相関関係があるので、搬送トルクの検出値から含水率を推定することができる。従って、目標含水率に対応する搬送トルクを相関関係から求めて、搬送トルクの制御値に設定し、図５（ａ）に模式的に示すように、遠心力（Ｇ）の設定値に応じてトルク計で測定する搬送トルク（検出値）が設定トルクとなるように差速を可変制御する。すなわち、差速の可変範囲（最小値、最大値）を決めておき、遠心力（Ｇ）の設定値が種々設定されても（例えば、２０００Ｇや１８００Ｇなど）、この可変範囲で差速が変化して設定トルクに維持されるように制御する。設定トルクは、最適値となるように制御してもよく、上限値と下限値を決めてその範囲内に納まるように可変制御してもよい。目標含水率に対応する搬送トルクの値は、遠心力（Ｇ）の大きさによって異なるので、遠心力（Ｇ）の制御値に合った搬送トルクを設定トルクにする。

好ましい一例としては、遠心力（Ｇ）を２０００Ｇとして運転していたときに、差速が予め決めた範囲（例えば、５〜８ｍｉｎ^−１）で変化して一定時間（例えば、一時間）、目標含水率（例えば７８％）に対応する設定トルク（又は目標範囲内）に制御されていた場合、制御装置６は遠心力（Ｇ）を下げることが可能と判断し、遠心力（Ｇ）を例えば１９００Ｇに下げる。但し、同じ含水率であっても遠心力（Ｇ）が変われば目標含水率に対応するトルクも変わるので、例えば図５（ｃ）の相関関係を利用して、遠心力１９００Ｇにおける目標含水率に対応したトルク（トルクＢ）に設定トルクを変更する。そして、遠心力（Ｇ）が１９００Ｇで設定トルク（トルクＢ）となるように差速を可変制御する。

そして遠心力１９００Ｇで運転したときに、差速が予め決めた範囲（例えば、３〜６ｍｉｎ^−１）で変化して一定時間（例えば、一時間）、設定トルク（又は目標範囲内）に制御されていた場合、制御装置６はさらに遠心力（Ｇ）を下げることが可能と判断し、遠心力（Ｇ）を例えば１８００Ｇに下げると共に、遠心力１８００Ｇにおける目標含水率に対応したトルク（トルクＣ）に設定トルクを変更し、差速を可変制御する。遠心力１８００Ｇにおいて差速が予め決めた範囲（例えば、１〜３ｍｉｎ^−１）で変化していればそのまま運転を継続するが、可変範囲の最小値（この例では１ｍｉｎ^−１）でも設定トルク未満のときは遠心力（Ｇ）を上げるように制御する（遠心力１９００Ｇ、トルクＢ）。そして、差速が変化範囲内で大きいときは遠心力（Ｇ）を下げると共に設定トルクも変更し、可変範囲の最小値でも設定トルク未満のときは遠心力（Ｇ）を上げることを繰り返し行う。遠心力（Ｇ）を上げるときも、上げた後の遠心力（Ｇ）における目標含水率に対応したトルクに設定トルクを変更する。

さらに、デカンタ１が既述の可変ダム機構を備えている場合、目標含水率（又は設定トルク）となるようにダム高さ（すなわち、分離液の排出レベル）を可変制御することもできる。

制御装置６は、濃縮汚泥の含水率と凝集剤の薬注率との相関関係を示す情報を予めメモリに格納しておくことができ、目標含水率に対応する最適薬注率を相関関係から求め、制御値に設定して添加量を制御することができる。濃縮汚泥の含水率と凝集剤の薬注率との相関関係は、使用する凝集剤の種類によって異なるため、実機試験等を行って相関関係を取得することが好ましい。

（ＶＴＳ／ＴＳに基づく制御）
上述の実施形態は、炉の含水率変更要求に応じて制御する例である。以下、制御の変形例として濃縮汚泥のＶＴＳ／ＴＳ（Volatile Total Solids／Total Solids）に基づいた自動制御方法について詳しく説明する。

すなわち、焼却炉２０２は、濃縮汚泥の燃焼状況に関する情報として、濃縮汚泥のＶＴＳ／ＴＳと、炉に供給されている濃縮汚泥の含水率の情報を、制御装置６に送る。ＶＴＳ／ＴＳに代えて、ＶＴＳ／ＴＳを算出するのに必要な情報を送るようにしてもよい。ＶＴＳ／ＴＳを算出するのに必要な情報は、例えば、助燃剤使用量と炉への供給汚泥量、炉に供給されている濃縮汚泥の含水率の情報である。濃縮汚泥の含水率がある一定の値のときに焼却量と助燃剤量との相関関係は、図６（ａ）に模式的に示す比例関係がある。さらに、単位焼却量当りの助燃剤量とＶＴＳ／ＴＳとの相関関係は、図６（ｂ）に模式的に示す曲線関係がある。これらの相関関係に基づけば、現在の焼却量と助燃剤量並びに濃縮汚泥の含水率から現在の濃縮汚泥のＶＴＳ／ＴＳを知ることができる。

既述のように、焼却炉２０２は、安定した燃焼状態を維持するために、焼却炉２０２の燃焼状況に応じて助燃剤の添加量を変える制御が行われる。助燃剤の必要量を変える因子としては、濃縮汚泥のＶＴＳ／ＴＳと含水率がある。濃縮汚泥のＶＴＳ／ＴＳが高い場合、濃縮汚泥自身の発熱量が高いので、含水率が一定であれば助燃剤の必要量は減少する。その反面、デカンタ１の難脱水性により濃縮効率が低下する。これに対し、濃縮汚泥のＶＴＳ／ＴＳが低い場合、助燃剤の必要量は増加してしまうが、脱水が容易でデカンタ１の濃縮効率が向上する利点がある。濃縮汚泥のＶＴＳ／ＴＳが一定の場合、含水率が高い方が助燃剤の必要量は増加し、反対に含水率が低い方が助燃剤の必要量は減少する。

このように、濃縮汚泥のＶＴＳ／ＴＳ及び含水率は、焼却炉２０２の安定操業に密接な関係がある。濃縮汚泥のＶＴＳ／ＴＳ及び含水率が変化すると、助燃剤の必要量が変わるので、焼却炉２０２の操業が不安定になる場合がある。従って、本実施形態では、炉から送られてくる濃縮汚泥のＶＴＳ／ＴＳと含水率の情報に基づいて燃焼に適した含水率を目標含水率に決定し、目標含水率が炉から送られてくる現在の含水率と合っていれば現在の含水率の制御値を維持し、異なる場合はＶＴＳ／ＴＳに基づく目標含水率を新たな制御値に設定する。目標含水率の濃縮汚泥を得るための自動制御は、ボウル３が汚泥に付与する遠心力（Ｇ）、スクリューコンベア４の搬送トルク、ボウル３とスクリューコンベア４の差速、薬注率から選択される１つ以上の制御値を調整することによって行う。好ましくは、上述の含水率変更要求に応じた自動制御方法と同様の制御を実行する。

さらに好ましい制御方法としては、図７に模式的に示すＶＴＳ／ＴＳをパラメータとする含水率と遠心力（Ｇ）の相関関係に基づいて、目標含水率とするのに最適な遠心力（Ｇ）を決定する。ＶＴＳ／ＴＳが８０％であって、炉から送られてくる含水率が８２％である場合、図７（ａ）の例では、最適な遠心力（Ｇ）は１５００Ｇである。さらに、目標含水率を８０％に設定した場合、最適な遠心力（Ｇ）は１８００Ｇであるため、遠心力（Ｇ）の制御値を１８００Ｇに変更する。

最適な遠心力（Ｇ）が決まると、図７（ｃ）に基づき、目標含水率と遠心力（Ｇ）に基づいて搬送トルクの制御値を決定する。そして、図７（ｂ）に模式的に示すように、前述の設定トルクによる制御と同様に、トルク計で測定する搬送トルク（検出値）が制御値で一定となるように差速を可変制御する。設定トルクは、最適値となるように制御してもよく、上限値と下限値を決めてその範囲内に納まるように可変制御してもよい。そして、可能であれば、図７（ｂ）に併せて示すように、前述の設定トルクによる制御と同様に、より低い遠心力で設定トルクとなるように遠心力を段階的に下げていく制御を行う（例えば、１８００Ｇから１６００Ｇへ変更）。設定トルクによる制御に代えて、上述の含水率計による制御を行うようにしてもよい。設定トルクによる制御と含水率計による制御を併せて行うようにしてもよい。

ＶＴＳ／ＴＳに基づいて決定される目標含水率としては、例えばＶＴＳ／ＴＳから導き出せる自燃含水率とすることができる。すなわち、濃縮汚泥のＶＴＳ／ＴＳと自燃含水率との相関関係は、図８に模式的に示す比例関係がある。この相関関係に基づいて、目標含水率を決定すると共に、自燃含水率を達成できる遠心力（Ｇ）を求める。また、ＶＴＳ／ＴＳと薬注率は、図９に模式的に示す相関関係があるので、ＶＴＳ／ＴＳに対応する最適薬注率を制御値に設定して、薬剤の添加量を制御することもできる。

さらに、目標含水率は、既述したように、汚泥処理システム２０２の運転モードに基づいて決定することもできる。

上述の実施形態によれば、焼却炉２０２から濃縮汚泥の燃焼状況に関する情報を受け取って、ボウル３が汚泥に付与する遠心力（Ｇ）、スクリューコンベア４の濃縮汚泥搬送トルク、ボウル３とスクリューコンベア４の差速、薬注率から選択される１つ以上の制御値を調整する制御装置６を備えたことにより、デカンタ１の操業条件を、焼却炉２０２の操業状態に則した最適条件に自動制御することができる。その結果、汚泥処理システム全体の省エネ化、ＣＯ_２排出量の低減化、ランニングコストの低減化を図ることが可能となる。

以上、本発明を具体的な実施形態に則して詳細に説明したが、形式や細部についての種々の置換、変形、変更等が、特許請求の範囲の記載により規定されるような本発明の精神及び範囲から逸脱することなく行われることが可能であることは、当該技術分野における通常の知識を有する者には明らかである。従って、本発明の範囲は、前述の実施形態及び添付図面に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載及びこれと均等なものに基づいて定められるべきである。

１ デカンタ
２ ケーシング
３ ボウル
４ スクリューコンベア
５ 供給ノズル
６ 制御装置
２００ 汚泥処理システム
２０２ 焼却炉

Claims (11)

1. 汚泥を濃縮する遠心分離装置と、濃縮汚泥を熱処理する炉と、前記炉から濃縮汚泥の熱処理状況に関する情報を受け取り、受け取った情報に基づいて前記遠心分離装置を制御する自動制御装置と、を含む汚泥処理システムにおいて、
   前記遠心分離装置が、汚泥に遠心力を付与して濃縮汚泥と分離液とに遠心分離するボウルと、前記ボウル内の濃縮汚泥を排出口に向けて搬送するスクリューコンベアと、前記ボウルを回転させる駆動モータと、前記スクリューコンベアが前記ボウルと相対的な差速をもって回転するようにする差速発生装置と、を備え、
   前記炉が自動制御装置に送る情報は、濃縮汚泥の含水率変更要求を含み、
   前記自動制御装置が、前記含水率変更要求に応じて以下の（ａ）〜（ｃ）の制御を実行することを特徴とする汚泥処理システム。
   （ａ）濃縮汚泥の含水率、遠心力、及び濃縮汚泥搬送トルクの相関関係を示す情報を予め有しており、前記ボウルとスクリューコンベアの差速の可変範囲を設定して、この可変範囲において前記スクリューコンベアの濃縮汚泥搬送トルクが、前記炉が要求する含水率に対応付けたトルクとなるように前記差速を可変制御する；
   （ｂ）前記差速が予め設定された一定範囲内で変化し、且つ、予め設定された一定時間、前記スクリューコンベアの濃縮汚泥搬送トルクが、前記炉が要求する含水率に対応付けたトルクを維持していたときに、遠心力の制御値を下げると共に、新たな制御値に設定された遠心力における前記炉が要求する含水率に対応するトルクとなるように前記差速を可変制御する；
   （ｃ）前記差速が前記可変範囲の最小値のままで、前記スクリューコンベアの濃縮汚泥搬送トルクが、前記炉が要求する含水率に対応付けたトルクよりも低いときには遠心力の制御値を上げると共に、新たな制御値に設定された遠心力における前記炉が要求する含水率に対応するトルクとなるように前記差速を可変制御する。
2. 前記自動制御装置は、前記炉が要求する含水率となるように薬注率を調節する制御を更に実行することを特徴とする請求項１に記載の汚泥処理システム。
3. 前記遠心分離装置は、前記ボウルからの分離液排出レベルを調節する可変ダム機構を更に備えており、
   前記自動制御装置は、前記炉が要求する含水率となるように前記ボウルからの分離液排出レベルを調節する制御を更に実行することを特徴とする請求項１又は２に記載の汚泥処理システム。
4. 前記炉が前記自動制御装置に送る濃縮汚泥の含水率変更要求は、
   前記遠心分離装置と炉の消費電力、ＣＯ_２排出量、及びランニングコストのいずれか一つ以上に基づいて行われることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の汚泥処理システム。
5. 汚泥を濃縮する遠心分離装置と、濃縮汚泥を熱処理する炉と、前記炉から濃縮汚泥の熱処理状況に関する情報を受け取り、受け取った情報に基づいて前記遠心分離装置を制御する自動制御装置と、を含む汚泥処理システムにおいて、
   前記遠心分離装置が、汚泥に遠心力を付与して濃縮汚泥と分離液とに遠心分離するボウルと、前記ボウル内の濃縮汚泥を排出口に向けて搬送するスクリューコンベアと、前記ボウルを回転させる駆動モータと、前記スクリューコンベアが前記ボウルと相対的な差速をもって回転するようにする差速発生装置と、を備え、
   前記炉が自動制御装置に送る情報は、炉に供給されている濃縮汚泥の含水率と、濃縮汚泥のＶＴＳ／ＴＳ（Volatile Total Solids／Total Solids）又はＶＴＳ／ＴＳを算出するのに必要な情報を含み、前記自動制御装置は、前記濃縮汚泥のＶＴＳ／ＴＳに基づいて含水率の現在の目標値を維持するか或いは新たな目標値を設定するかを決定し、以下の（ａ）〜（ｃ）の制御を実行することを特徴とする汚泥処理システム。
   （ａ）濃縮汚泥の含水率、遠心力、及び濃縮汚泥搬送トルクの相関関係を示す情報を予め有しており、前記ボウルとスクリューコンベアの差速の可変範囲を設定し、前記ＶＴＳ／ＴＳに基づいて決定された遠心力で運転を行い、前記可変範囲において前記スクリューコンベアの濃縮汚泥搬送トルクが、前記目標含水率に対応付けたトルクとなるように前記差速を可変制御する；
   （ｂ）前記差速が予め設定された一定範囲内で変化し、且つ、予め設定された一定時間、前記スクリューコンベアの濃縮汚泥搬送トルクが、前記目標含水率に対応付けたトルクを維持していたときに、遠心力の制御値を下げると共に、新たな制御値に設定された遠心力における前記目標含水率に対応するトルクとなるように前記差速を可変制御する；
   （ｃ）前記差速が前記可変範囲の最小値のままで、前記スクリューコンベアの濃縮汚泥搬送トルクが、前記目標含水率に対応付けたトルクよりも低いときには遠心力の制御値を上げると共に、新たな制御値に設定された遠心力における前記目標含水率に対応するトルクとなるように前記差速を可変制御する。
6. 前記自動制御装置は、ＶＴＳ／ＴＳをパラメータとした濃縮汚泥の含水率と前記ボウルの遠心力との相関関係を示す情報を予め有しており、
   前記ＶＴＳ／ＴＳと目標含水率に対応する最適遠心力に基づいて、前記ボウルの遠心力の制御値を設定することを特徴とする請求項５に記載の汚泥処理システム。
7. 前記自動制御装置は、ＶＴＳ／ＴＳと濃縮汚泥の自燃含水率との相関関係を示す情報を予め有しており、
   前記ＶＴＳ／ＴＳに基づいて自燃含水率を算出し、その含水率を新たな濃縮汚泥の目標含水率に設定することを特徴とする請求項５又は６に記載の汚泥処理システム。
8. 前記濃縮汚泥のＶＴＳ／ＴＳを算出するのに必要な情報は、炉の助燃剤使用量と炉への供給汚泥量、及び炉に供給されている濃縮汚泥の含水率の情報であることを特徴とする請求項５に記載の汚泥処理システム。
9. 前記自動制御装置は、ＶＴＳ／ＴＳと薬注率との相関関係を示す情報を予め有しており、前記炉から送られてくるＶＴＳ／ＴＳの情報又は算出されたＶＴＳ／ＴＳに対応する最適薬注率を制御値に設定して、前記薬剤の添加量を調節する制御を更に実行することを特徴とする請求項５〜８のいずれか１項に記載の汚泥処理システム。
10. 前記遠心分離装置は、前記ボウルからの分離液排出レベルを調節する可変ダム機構を更に備えており、
    前記自動制御装置は、前記目標含水率となるように前記ボウルからの分離液排出レベルを調節する制御を更に実行することを特徴とする請求項５〜９のいずれか１項に記載の汚泥処理システム。
11. 汚泥を濃縮する遠心分離装置と、濃縮汚泥を熱処理する炉と、前記炉から濃縮汚泥の熱処理状況に関する情報を受け取り、受け取った情報に基づいて前記遠心分離装置を制御する自動制御装置と、を含む汚泥処理システムの運転を制御するプログラムであって、
    前記遠心分離装置が、汚泥に遠心力を付与して濃縮汚泥と分離液とに遠心分離するボウルと、前記ボウル内の濃縮汚泥を排出口に向けて搬送するスクリューコンベアと、前記ボウルを回転させる駆動モータと、前記スクリューコンベアが前記ボウルと相対的な差速をもって回転するようにする差速発生装置と、を備えており、
    前記炉が自動制御装置に送る情報は、濃縮汚泥の含水率変更要求を含んでおり、
    前記含水率変更要求に応じて前記自動制御装置に以下の（ａ）〜（ｃ）の制御を実行させることを特徴とする汚泥処理システムの運転制御用プログラム。
    （ａ）濃縮汚泥の含水率、遠心力、及び濃縮汚泥搬送トルクの相関関係を示す情報を予め有しており、前記ボウルとスクリューコンベアの差速の可変範囲を設定して、この可変範囲において前記スクリューコンベアの濃縮汚泥搬送トルクが、前記炉が要求する含水率に対応付けたトルクとなるように前記差速を可変制御する；
    （ｂ）前記差速が予め設定された一定範囲内で変化し、且つ、予め設定された一定時間、前記スクリューコンベアの濃縮汚泥搬送トルクが、前記炉が要求する含水率に対応付けたトルクを維持していたときに、遠心力の制御値を下げると共に、新たな制御値に設定された遠心力における前記炉が要求する含水率に対応するトルクとなるように前記差速を可変制御する；
    （ｃ）前記差速が前記可変範囲の最小値のままで、前記スクリューコンベアの濃縮汚泥搬送トルクが、前記炉が要求する含水率に対応付けたトルクよりも低いときには遠心力の制御値を上げると共に、新たな制御値に設定された遠心力における前記炉が要求する含水率に対応するトルクとなるように前記差速を可変制御する。

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