JP5816890B2 - 汚泥の分析要素量測定方法及び汚泥の分析要素量測定装置 - Google Patents
汚泥の分析要素量測定方法及び汚泥の分析要素量測定装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5816890B2 JP5816890B2 JP2011046582A JP2011046582A JP5816890B2 JP 5816890 B2 JP5816890 B2 JP 5816890B2 JP 2011046582 A JP2011046582 A JP 2011046582A JP 2011046582 A JP2011046582 A JP 2011046582A JP 5816890 B2 JP5816890 B2 JP 5816890B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- wavelength
- sludge
- amount
- wavelength range
- analysis
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000010802 sludge Substances 0.000 title claims description 233
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 34
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 127
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 72
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 claims description 48
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 37
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 37
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 33
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 32
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims description 19
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 18
- 238000000611 regression analysis Methods 0.000 claims description 16
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 15
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 7
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims description 4
- 239000012491 analyte Substances 0.000 claims description 3
- 239000010432 diamond Substances 0.000 claims description 3
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 3
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 3
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 20
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 20
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 description 11
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 11
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 11
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 8
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 8
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 7
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 6
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 4
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 4
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 4
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 4
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 4
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 4
- 239000010800 human waste Substances 0.000 description 3
- 239000010842 industrial wastewater Substances 0.000 description 3
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 3
- 230000001932 seasonal effect Effects 0.000 description 3
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 2
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 2
- 150000002632 lipids Chemical class 0.000 description 2
- 238000012845 near infrared spectroscopy analysis Methods 0.000 description 2
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 2
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 2
- 238000004497 NIR spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
- G01N21/359—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light using near infrared light
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
- G01N21/3577—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing liquids, e.g. polluted water
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
- Y02W10/30—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
- Y02W10/37—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar energy
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Optical Measuring Cells (AREA)
Description
これは、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し、測定対象汚泥を透過又は反射した各波長の赤外光を受光し、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し、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している。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、測定対象の汚泥の発熱量等の分析要素量を直接的に測定できるようにし、演算効率を向上させるとともに測定精度の向上を図った汚泥の分析要素量測定方法及び汚泥の分析要素量測定装置を提供することを目的とする。
予め、測定に係る分析要素量既知のサンプル汚泥に近赤外線を照射し、該サンプル汚泥からの反射光あるいは透過光を受光し、受光した光の吸光度における二次微分スペクトルの重回帰分析により当該測定に係る分析要素量に直接起因する帰属波長に係る回帰式を算出しておき、
測定対象の汚泥に近赤外線を照射し、測定対象の汚泥からの反射光あるいは透過光を受光し、受光した光の吸光度を測定し、これらの吸光度と上記回帰式とから当該測定対象の汚泥の測定に係る分析要素量を算出する構成としている。
本願発明は、例えば、低位発熱量の特定においては、下水試験法による規算出方法によって行われるが、JIS他の何れの算出方法に対しても対応できる。
また、高位発熱量及び低位発熱量については、水分量,灰分量,イオウ分量,水素量,炭素分量の値が分かれば、計算によって算出することができ、そのため、各分析要素量を利用して、検算することができ、それだけ測定精度の向上を図ることができる。
この結果、測定データを用いて、汚泥の状態を把握でき、例えば脱水汚泥の焼却の際に使用する燃料の量の制御を確実に行うことができるようになる。また、脱水汚泥の炉投入汚泥総発熱量の変化と炉燃料使用量の関係をフィードバック制御でのみコントロールするのに対して、炉投入総発熱量を事前に把握することができるので、フィードフォワード制御もできるようになる。
即ち、本発明は、汚泥の高位発熱量,低位発熱量,水分量,灰分量,イオウ分量,水素量,炭素分量の分析要素量を、近赤外線の1100nm〜2200nmの範囲の波長域でもって直接的に算出しており、従来のように汚泥の有機物含有率及び水分含有率に基づいて発熱量を演算しているのとは算出の概念を異にする。
第1波長(λ1)を1200〜1222nm、1376〜1390nm、1418〜1498nm、1612〜1696nm、1744〜1752nm、1762〜1776nm、1806〜1810nm、1826〜1868nm、1894〜1910nmの波長範囲から選択し、第2波長(λ2)を2158〜2164nmの波長範囲から選択し、第3波長(λ3)を1370〜1392nm、1416〜1490nm、1538nm、1578〜1580nm、1616〜1618nm、1624nm、1658〜1668nm、1746nm、1766〜1780nm、1824〜1914nmの波長範囲から選択し、第4波長(λ4)を1324〜1326nm、1502〜1516nmの波長範囲から選択し、且つ、第1波長(λ1)乃至第4波長(λ4)の組み合わせの相関係数が0.9以上になるようにしている。
第1波長(λ1)を1202〜1226nm、1234〜1248nm、1650〜1678nmの波長範囲から選択し、第2波長(λ2)を1602〜1636nm、1718〜1736nmの波長範囲から選択し、第3波長(λ3)を1808〜1834nm、1994〜2008nmの波長範囲から選択し、第4波長(λ4)を1330〜1386nm、2058〜2066nmの波長範囲から選択し、且つ、第1波長(λ1)乃至第4波長(λ4)の組み合わせの相関係数が0.9以上になるようにしている。
第1波長(λ1)を1140〜1144nm、1190〜1226nm、1236〜1258nm、1302〜1336nm、1366〜1390nm、1414〜1502nm、1610〜1696nm、1744〜1752nm、1760〜1778nm、1806〜1868nm、1892〜1910nmの波長範囲から選択し、第2波長(λ2)を1746〜1752nm、2160〜2164nmの波長範囲から選択し、第3波長(λ3)を1306〜1334nm、1344〜1390nm、1404〜1496nm、1552〜1630nm、1654〜1668nm、1746nm、1764〜1784nm、1822〜1868nm、1886〜1914nmの波長範囲から選択し、第4波長(λ4)を1984〜1994nmの波長範囲から選択し、且つ、第1波長(λ1)乃至第4波長(λ4)の組み合わせの相関係数が0.9以上になるようにしている。
温度変化があっても、例えば、一日の温度変化、季節ごとの温度変化などの温度変化あっても、その測定の変化量は比較的少ないが、基準温度における分析要素量を算出するので、汚泥の状態を安定的に把握でき、例えば脱水汚泥の焼却の際に使用する燃料の量の制御を確実に行うことができるようになる。
(Tは測定対象の汚泥の測定時の温度、T0は予め設定した基準温度、Ct,C0は該当する温度の分析要素量(高位発熱量、低位発熱量はJ/g、水分量は重量%−WB、水素量他は重量%−DB)、a,bは温度と測定値との最小二乗法の解)
により算出する。
測定対象の汚泥を保持する汚泥保持部と、該汚泥保持部に保持された測定対象の汚泥に近赤外領域の光を照射する照光部と、この汚泥からの反射光あるいは透過光を受光する受光部と、該受光部が受光した光の吸光度に基づいて汚泥の分析要素量を算出する制御部とを備え、
上記制御部を、予め、測定に係る分析要素量既知のサンプル汚泥に近赤外線を照射されるとともに該サンプル汚泥から反射あるいは透過された光の近赤外線領域の波長に対する吸光度における二次微分スペクトルの重回帰分析により算出され当該測定に係る分析要素量に直接起因する帰属波長に係る回帰式を記憶する回帰式記憶機能と、上記受光部が受光した光の吸光度と上記回帰式とから当該測定対象の汚泥の測定に係る分析要素量を演算する分析要素量演算機能とを備えて構成している。
温度変化があっても、例えば、一日の温度変化、季節ごとの温度変化などの温度変化あっても、その測定の変化量は比較的少ないが、基準温度における分析要素量を算出するので、汚泥の状態を安定的に把握でき、例えば脱水汚泥の焼却の際に使用する燃料の量の制御を確実に行うことができるようになる。
この構成において、上記ウインドウを、石英,サファイアガラス,ダイヤモンドから選択される材料で形成したことが有効である。耐圧性が良く、また、光の透過性に優れ、データ取得を確実に行うことができる。
また、高位発熱量及び低位発熱量については、水分量,灰分量,イオウ分量,水素量,炭素分量の値が分かれば、計算によって算出することができ、そのため、各分析要素量を利用して、検算することができ、それだけ測定精度の向上を図ることができる。
この結果、測定データを用いて、汚泥の状態を把握でき、例えば脱水汚泥の焼却の際に使用する燃料の量の制御を確実に行うことができるようになる。また、脱水汚泥の炉投入汚泥総発熱量の変化と炉燃料使用量の関係をフィードバック制御でのみコントロールするのに対して、炉投入総発熱量を事前に把握することができるので、フィードフォワード制御もできるようになる。
実施の形態に係る汚泥の分析要素量測定装置は、下水,し尿や産業排水処理施設などから発生する汚泥の処理システムに用いられる。この処理システムにおいては、汚泥は、ベルトプレス型脱水機,遠心脱水機あるいはフィルタプレス等を用いて脱水処理されて脱水汚泥として生成され、その後、この脱水汚泥は、例えば焼却炉で焼却処理される。実施の形態に係る汚泥の分析要素量測定装置は、焼却炉に搬送管を通して搬送される測定対象の汚泥(脱水汚泥)からの反射光あるいは透過光を受光し、近赤外領域の波長に対する吸光度を測定し、この測定値に基づいて汚泥の高位発熱量,低位発熱量,水分量,灰分量,イオウ分量,水素量,炭素分量の分析要素量のうち少なくとも何れか1つの分析要素量を測定する。
全体の信号処理は以下のようにして行なわれる。各受光部3によって拡散反射光が検出され、受光部3の光ファイバ8によって分光部17に送られる。この分光部17では、光を波長域毎に分光するとともに、その光の強さによる電気信号に変換して抽出する。その後、制御ケーブル18を介して制御部20内の電気回路に接続され、所定の処理を行う。
<高位発熱量>
測定に係る分析要素量が高位発熱量である場合、先ず、第1波長(λ1)においては、図5に示すように、高位発熱量の分析値と高い相関係数−0.7以下、0.7以上を示す波長範囲を選択する。即ち、第1波長(λ1)を1200〜1222nm、1376〜1390nm、1418〜1498nm、1612〜1696nm、1744〜1752nm、1762〜1776nm、1806〜1810nm、1826〜1868nm、1894〜1910nmの波長範囲から選択する。
測定に係る分析要素量が低位発熱量である場合、先ず、第1波長(λ1)においては、図6に示すように、低位発熱量の分析値と高い相関係数−0.7以下、0.7以上を示す波長範囲を選択する。即ち、第1波長(λ1)を1202〜1226nm、1234〜1248nm、1650〜1678nmの波長範囲から選択する。
次に、第2波長(λ2)を1602〜1636nm、1718〜1736nmの波長範囲から選択し、第3波長(λ3)を1808〜1834nm、1994〜2008nmの波長範囲から選択し、第4波長(λ4)を1330〜1386nm、2058〜2066nmの波長範囲から選択する。これらの選択においては、第1波長(λ1)乃至第4波長(λ4)の組み合わせの相関係数が0.9以上になるようにする。
測定に係る分析要素量が水分量である場合、先ず、第1波長(λ1)においては、図7に示すように、水分量の分析値と高い相関係数−0.7以下、0.7以上を示す波長範囲を選択する。即ち、第1波長(λ1)を1718〜1732nm、2002〜2044nmの波長範囲から選択する。
次に、第2波長(λ2)を1558〜1600nm、1624〜1696nm、2060〜2068nmの波長範囲から選択し、第3波長(λ3)を1720〜1736nm、2120〜2160nmの波長範囲から選択し、第4波長(λ4)を1290〜1302nm、1394〜1408nmの波長範囲から選択する。これらの選択においては、第1波長(λ1)乃至第4波長(λ4)の組み合わせの相関係数が0.9以上になるようにする。
測定に係る分析要素量が水素量である場合、先ず、第1波長(λ1)においては、図8に示すように、水素量の分析値と高い相関係数−0.7以下、0.7以上を示す波長範囲を選択する。即ち、第1波長(λ1)を1140〜1144nm、1190〜1226nm、1236〜1258nm、1302〜1336nm、1366〜1390nm、1414〜1502nm、1610〜1696nm、1744〜1752nm、1760〜1778nm、1806〜1868nm、1892〜1910nmの波長範囲から選択する。
(Tは測定対象の汚泥の測定時の温度、T0は予め設定した基準温度、Ct,C0は該当する温度の分析要素量(高位発熱量、低位発熱量はJ/g、水分量は重量%−WB、水素量他は重量%−DB)、a,bは温度と測定値との最小二乗法の解)
により算出する。
温度変化があっても、例えば、一日の温度変化、季節ごとの温度変化などの温度変化あっても、その測定の変化量は比較的少ないが、基準温度における分析要素量を算出するので、汚泥の状態を安定的に把握でき、例えば脱水汚泥の焼却の際に使用する燃料の量の制御を確実に行うことができるようになる。
実施例は、30種類の脱水汚泥について予め成分量を化学分析し、基準温度を20℃とし、この基準温度と同じ20℃に調整した汚泥サンプルに、1100〜2200nmの近赤外線を脱水汚泥に照射しその反射光を光検出器で検出するような近赤外線分光分析システムを用いて各波長での光強度を得て吸光度算出、ノイズ処理、二次微分処理を施し、二次微分スペクトルと高位発熱量、低位発熱量、水分量、水素量について、重回帰分析により回帰式を求めた。
高位発熱量の回帰式の算出に係り、第1波長(λ1)を1418〜1498nmの範囲から選択し、1440nmとした。第2波長(λ2)を2158〜2164nmから選択し、2162nmとした。第3波長(λ3)を1370〜1392nmから選択し、1372nmとした。第4波長(λ4)を1502〜1516nmから選択し、1504nmとした。図9に示すように、この条件において、回帰係数がK0=19438.61、K1=−399500.00、K2=−1464952.64、K3=−102432.58、K4=−75560.21で、重相関係数は0.965、標準誤差1154.272となる検量線を構築した。
低位発熱量の回帰式の算出に係り、第1波長(λ1)を1234〜1248nmから選択し、1238nmとした。第2波長(λ2)を1718〜1736nmから選択し、1726nmとした。第3波長(λ3)を1994〜2008nmから選択し、2002nmとした。第4波長(λ4)を2058〜2066nmから選択し、2062nmとした。図10に示すように、この条件において、回帰係数がK0=−1223.83、K1=982305.99、K2=−141170.16、K3=255168.71、K4=−410541.72で、重相関係数0.951、標準誤差446.359となる検量線を構築した。
水分量の回帰式の算出に係り、第1波長(λ1)を1718〜1732nmから選択し、1726nmとした。第2波長(λ2)を2060〜2068nmから選択し、2062nmとした。第3波長(λ3)を2120〜2160nmから選択し、2142nmとした。第4波長(λ4)を1394〜1408nmから選択し、1394nmとした。図11に示すように、この条件において、回帰係数がK0=77.335、K1=1518.19、K2=600.23、K3=−1357.24、K4=324.20で、重相関係数0.930、標準誤差2.323となる検量線を構築した。
水素量の回帰式の算出に係り、第1波長(λ1)を1440nm、第2波長(λ2)を1750nm、第3波長(λ3)を1584nm、第4波長(λ4)を1986nmとした。図12に示すように、この条件において、回帰係数がK0=1.54、K1=−81.58、K2=144.07、K3=−211.49、K4=174.66で、重相関係数0.922、標準誤差0.420となる検量線を構築した。
高位発熱量の回帰式の算出に係り、第1波長(λ1)を1750nm、第2波長(λ2)を2160nm、第3波長(λ3)を1390nm、第4波長(λ4)を1510nmとした。図13に示すように、この条件において、回帰係数がK0=21380.59、K1=452677.54、K2=−1365790.6、K3=155574.9、K4=−214934.3で、重相関係数は0.963、標準誤差1195.789となる検量線を構築した。
低位発熱量の回帰式の算出に係り、第1波長(λ1)を1668nm、第2波長(λ2)を1726nm、第3波長(λ3)を2002nm、第4波長(λ4)を2062nmとした。図14に示すように、この条件において、回帰係数がK0=−2139.80、K1=171764.30、K2=−141741.66、K3=306325.42、K4=−303717.60で、重相関係数0.967、標準誤差369.070となる検量線を構築した。
水分量の回帰式の算出に係り、第1波長(λ1)を2014nm、第2波長(λ2)を2064nm、第3波長(λ3)を1730nm、第4波長(λ4)を1396nmとした。図15に示すように、この条件において、回帰係数がK0=79.93、K1=−2660.45、K2=2853.30、K3=693.51、K4=104.14で、重相関係数0.928、標準誤差2.354となる検量線を構築した。
水素量の回帰式の算出に係り、第1波長(λ1)を1748nm、第2波長(λ2)を2162nm、第3波長(λ3)を1388nm、第4波長(λ4)を1988nmとした。図16に示すように、この条件において、回帰係数がK0=4.54、K1=56.78、K2=−279.66、K3=46.99、K4=170.61で、重相関係数0.967、標準誤差0.278となる検量線を構築した。
次に実験例を示す。上記の高位発熱量、低位発熱量、水分量、水素量について求めた実施例5乃至8に係る回帰式(検量線)にて、成分量の未知の脱水汚泥を測定し、その脱水汚泥について化学分析にて成分量を特定し比較した。結果を図17に示す。この結果から、高位発熱量では相関係数0.930、標準誤差1172.8、低位発熱量では相関係数0.920、標準誤差460.6、水分量では相関係数0.930、標準誤差3.0、水素量では相関係数0.976、標準誤差0.2という結果となり、高位発熱量、低位発熱量、水分量、水素量の何れにおいても相関係数も高く、標準誤差(SEP)も低い値を示しており、優位であることが証明された。
低位発熱量(Hu)は、例えば、下水処理法に基づき、高位発熱量(HuB)、水分量、水素量を用いた下記の数式により計算し利用されている。
数式・・・Hu=HuB×(100−W)/100−600(9h(%)+W(%))/100
実験例2では、低位発熱量を直接近赤外分光分析で測定したものと、高位発熱量、水分量、水素量を個別に測定した値から下水処理法を用いて計算した結果の化学分析値と比較した。その結果を図18に示す。図18に示すように、相関係数0.906、標準誤差498.0となり、直接測定のほうがより正確に測定が可能であると判断できる。
高位発熱量について、温度補正する前(実測値)と温度補正した後の値の違いを調べた。一般にフィールドで実施する場合は、環境温度が一定でない場合が多く、物質の分子の運動エネルギーも変化する。その場合は近赤外線分光分析で得られた測定値について、その測定の変化量は比較的少ないが、例えば、上記の補正式C0=a+b(T−T0)+Ctを用いて温度補正を施すことで、基準温度での測定値が得られる。
例えば、高位発熱量について、最小二乗法により一次方程式を解き、a、bそれぞれの係数を求めるとa=14.609、b=−307.31となり、温度変化による高位発熱量の変化量が求まる。この温度補正式を用いて高位発熱量について温度補正を施す。結果を図19に示す。また、脱水汚泥温度と発熱量測定値との関係を図20に、脱水汚泥温度変化と脱水汚泥高位発熱量測定値の変化量との関係を図21に示す。
2 照光部
3 受光部
4 管体
5 ウインドウ
6 押さえブロック
7,8 光ファイバ
10 照受光プローブ
11 ファイバ結合部
12 取付部
13 カバー
15 光源ボックス
16 制御ケーブル
17 分光部
18 制御ケーブル
19 温度センサ
20 制御部
21 表示部
22 撮像部
23 通信部
24 端末
30 ベルトコンベア
31 基台
32 カバー
Claims (15)
- 測定対象の汚泥からの反射光あるいは透過光を受光し、近赤外領域の波長に対する吸光度を測定し、この測定値に基づいて汚泥の高位発熱量,低位発熱量,水分量,水素量の分析要素量のうち少なくとも何れか1つの分析要素量を測定する汚泥の分析要素量測定方法であって、
予め、測定に係る分析要素量既知のサンプル汚泥に近赤外線を照射し、該サンプル汚泥からの反射光あるいは透過光を受光し、受光した光の吸光度における二次微分スペクトルの重回帰分析により当該測定に係る分析要素量に直接起因する帰属波長に係る回帰式を算出しておき、
測定対象の汚泥に近赤外線を照射し、測定対象の汚泥からの反射光あるいは透過光を受光し、受光した光の吸光度を測定し、これらの吸光度と上記回帰式とから当該測定対象の汚泥の測定に係る分析要素量を算出する構成とし、
上記回帰式を、互いに相関係数の高い第1〜n波長の吸光度を変数とする下記の一般式で構成し、
上記一般式において、第1波長(λ1)乃至第n波長(λn)を選択するに当たり、先ず、多種類の汚泥の被検体の化学分析による既知の分析要素量値と当該各被検体の吸光度との重回帰分析によって求められた上記多種類の汚泥の分析要素量に帰属し相関係数が0.7以上になる第1波長(λ1)の近赤外線の波長域を選択し、次に、当該第1波長(λ1)の近赤外線の波長域と、1100nm〜2200nmの範囲の波長域との重回帰分析によって、上記多種類の汚泥の分析要素量に帰属し上記第1波長(λ1)の近赤外線の波長域の相関係数以上の相関係数となる第2波長(λ2)の近赤外線の波長域を選択し、次に、上記第1波長(λ1)及び第2波長(λ2)の近赤外線の波長域と、1100nm〜2200nmの範囲の波長域との重回帰分析によって、上記多種類の汚泥の分析要素量に帰属し上記第1波長(λ1)の近赤外線の波長域の相関係数以上の相関係数となる第3波長(λ3)の近赤外線の波長域を選択し、このように、上記第1波長(λ1)乃至第(n−1)波長(λn−1)の近赤外線の波長域と、1100nm〜2200nmの範囲の波長域との重回帰分析によって、上記多種類の汚泥の分析要素量に帰属し上記第1波長(λ1)の近赤外線の波長域の相関係数以上の相関係数となる第n波長(λn)の近赤外線の波長域を選択する構成とし、
測定に係る分析要素量が高位発熱量である場合、
第1波長(λ1)を1200〜1222nm、1376〜1390nm、1418〜1498nm、1612〜1696nm、1744〜1752nm、1762〜1776nm、1806〜1810nm、1826〜1868nm、1894〜1910nmの波長範囲から選択し、
第2波長(λ2)を2158〜2164nmの波長範囲から選択し、
第3波長(λ3)を1370〜1392nm、1416〜1490nm、1538nm、1578〜1580nm、1616〜1618nm、1624nm、1658〜1668nm、1746nm、1766〜1780nm、1824〜1914nmの波長範囲から選択し、
第4波長(λ4)を1324〜1326nm、1502〜1516nmの波長範囲から選択し、
且つ、第1波長(λ1)乃至第4波長(λ4)の組み合わせの相関係数が0.9以上になるようにし、
測定に係る分析要素量が低位発熱量である場合、
第1波長(λ1)を1202〜1226nm、1234〜1248nm、1650〜1678nmの波長範囲から選択し、
第2波長(λ2)を1602〜1636nm、1718〜1736nmの波長範囲から選択し、
第3波長(λ3)を1808〜1834nm、1994〜2008nmの波長範囲から選択し、
第4波長(λ4)を1330〜1386nm、2058〜2066nmの波長範囲から選択し、
且つ、第1波長(λ1)乃至第4波長(λ4)の組み合わせの相関係数が0.9以上になるようにし、
測定に係る分析要素量が水分量である場合、
第1波長(λ1)を1718〜1732nm、2002〜2044nmの波長範囲から選択し、
第2波長(λ2)を1558〜1600nm、1624〜1696nm、2060〜2068nmの波長範囲から選択し、
第3波長(λ3)を1720〜1736nm、2120〜2160nmの波長範囲から選択し、
第4波長(λ4)を1290〜1302nm、1394〜1408nmの波長範囲から選択し、
且つ、第1波長(λ1)乃至第4波長(λ4)の組み合わせの相関係数が0.9以上になるようにし、
測定に係る分析要素量が水素量である場合、
第1波長(λ1)を1140〜1144nm、1190〜1226nm、1236〜1258nm、1302〜1336nm、1366〜1390nm、1414〜1502nm、1610〜1696nm、1744〜1752nm、1760〜1778nm、1806〜1868nm、1892〜1910nmの波長範囲から選択し、
第2波長(λ2)を1746〜1752nm、2160〜2164nmの波長範囲から選択し、
第3波長(λ3)を1306〜1334nm、1344〜1390nm、1404〜1496nm、1552〜1630nm、1654〜1668nm、1746nm、1764〜1784nm、1822〜1868nm、1886〜1914nmの波長範囲から選択し、
第4波長(λ4)を1984〜1994nmの波長範囲から選択し、
且つ、第1波長(λ1)乃至第4波長(λ4)の組み合わせの相関係数が0.9以上になるようにしたことを特徴とする汚泥の分析要素量測定方法。 - 測定に係る分析要素量が高位発熱量である場合、
第1波長(λ1)を1750nm±2nmの波長範囲から選択し、
第2波長(λ2)を2160nm±2nmの波長範囲から選択し、
第3波長(λ3)を1390nm±2nmの波長範囲から選択し、
第4波長(λ4)を1510nm±2nmの波長範囲から選択したことを特徴とする請求項1記載の汚泥の分析要素量測定方法。 - 測定に係る分析要素量が低位発熱量である場合、
第1波長(λ1)を1668nm±2nmの波長範囲から選択し、
第2波長(λ2)を1726nm±2nmの波長範囲から選択し、
第3波長(λ3)を2002nm±2nmの波長範囲から選択し、
第4波長(λ4)を2062nm±2nmの波長範囲から選択したことを特徴とする請求項1記載の汚泥の分析要素量測定方法。 - 測定に係る分析要素量が水分量である場合、
第1波長(λ1)を2014nm±2nmの波長範囲から選択し、
第2波長(λ2)を2064nm±2nmの波長範囲から選択し、
第3波長(λ3)を1730nm±2nmの波長範囲から選択し、
第4波長(λ4)を1396nm±2nmの波長範囲から選択したことを特徴とする請求項1記載の汚泥の分析要素量測定方法。 - 測定に係る分析要素量が水素量である場合、
第1波長(λ1)を1748nm±2nmの波長範囲から選択し、
第2波長(λ2)を2162nm±2nmの波長範囲から選択し、
第3波長(λ3)を1388nm±2nmの波長範囲から選択し、
第4波長(λ4)を1988nm±2nmの波長範囲から選択したことを特徴とする請求項1記載の汚泥の分析要素量測定方法。 - 測定対象の汚泥の測定時の温度をT、予め設定した基準温度をT0としたとき、基準温度T0の時の分析要素量C0を、温度Tにおける分析要素量Ctから温度補正して算出することを特徴とする請求項1乃至5何れかに記載の汚泥の分析要素量測定方法。
- 温度補正算出式: C0=a+b(T−T0)+Ct
(Tは測定対象の汚泥の測定時の温度、T0は予め設定した基準温度、Ct,C0は該当する温度の分析要素量(高位発熱量、低位発熱量はJ/g、水分量は重量%−WB、水素量は重量%−DB)、a,bは温度と測定値との最小二乗法の解)
により算出することを特徴とする請求項6記載の汚泥の分析要素量測定方法。 - 測定対象の汚泥からの反射光あるいは透過光を受光し、近赤外領域の波長に対する吸光度を測定し、この測定値に基づいて汚泥の高位発熱量,低位発熱量,水分量,水素量の分析要素量のうち少なくとも何れか1つの分析要素量を測定する汚泥の分析要素量測定装置であって、
測定対象の汚泥を保持する汚泥保持部と、該汚泥保持部に保持された測定対象の汚泥に近赤外領域の光を照射する照光部と、この汚泥からの反射光あるいは透過光を受光する受光部と、該受光部が受光した光の吸光度に基づいて汚泥の分析要素量を算出する制御部とを備え、
上記制御部を、予め、測定に係る分析要素量既知のサンプル汚泥に近赤外線を照射されるとともに該サンプル汚泥から反射あるいは透過された光の近赤外線領域の波長に対する吸光度における二次微分スペクトルの重回帰分析により算出され当該測定に係る分析要素量に直接起因する帰属波長に係る回帰式を記憶する回帰式記憶機能と、上記受光部が受光した光の吸光度と上記回帰式とから当該測定対象の汚泥の測定に係る分析要素量を演算する分析要素量演算機能とを備えて構成し、
上記制御部における回帰式記憶機能が記憶する回帰式と選択される近赤外線の波長の組み合わせは、上記請求項1乃至5何れかに記載の回帰式と波長との組み合わせであることを特徴とする汚泥の分析要素量測定装置。 - 上記制御部は、測定対象の汚泥の測定時の温度をT、予め設定した基準温度をT0としたとき、基準温度T0の時の分析要素量C0を、温度Tにおける分析要素量Ctから温度補正して算出する機能を備えたことを特徴とする請求項8記載の汚泥の分析要素量測定装置。
- 上記受光部を複数設け、上記制御部は、上記複数の受光部からの光の吸光度に基づいて汚泥の分析要素量を算出することを特徴とする請求項8または9記載の汚泥の分析要素量測定装置。
- 上記汚泥保持部を、汚泥を上記照光部に対して連続的に移動させて保持する構成にしたことを特徴とする請求項8乃至10何れかに記載の汚泥の分析要素量測定装置。
- 上記汚泥保持部を、汚泥が搬送される管体で構成し、該管体に光を透過可能なウインドウを設け、該ウインドウに上記照光部及び受光部を付設したことを特徴とする請求項11記載の汚泥の分析要素量測定装置。
- 上記ウインドウを、石英,サファイアガラス,ダイヤモンドから選択される材料で形成したことを特徴とする請求項12記載の汚泥の分析要素量測定装置。
- 上記汚泥保持部を、汚泥が搬送されるベルトコンベアで構成したことを特徴とする請求項11記載の汚泥の分析要素量測定装置。
- 上記制御部は、汚泥の搬送速度に基づいて汚泥の搬送量を算出する機能を備えたことを特徴とする請求項8乃至14何れかに記載の汚泥の分析要素量測定装置。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011046582A JP5816890B2 (ja) | 2011-03-03 | 2011-03-03 | 汚泥の分析要素量測定方法及び汚泥の分析要素量測定装置 |
PCT/JP2012/055482 WO2012118212A1 (ja) | 2011-03-03 | 2012-03-02 | 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 |
TW101107148A TW201243312A (en) | 2011-03-03 | 2012-03-03 | Sludge analysis element quantity measurement method and sludge analysis element quantity measurement device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011046582A JP5816890B2 (ja) | 2011-03-03 | 2011-03-03 | 汚泥の分析要素量測定方法及び汚泥の分析要素量測定装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012184950A JP2012184950A (ja) | 2012-09-27 |
JP5816890B2 true JP5816890B2 (ja) | 2015-11-18 |
Family
ID=46758136
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011046582A Active JP5816890B2 (ja) | 2011-03-03 | 2011-03-03 | 汚泥の分析要素量測定方法及び汚泥の分析要素量測定装置 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5816890B2 (ja) |
TW (1) | TW201243312A (ja) |
WO (1) | WO2012118212A1 (ja) |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5920110B2 (ja) | 2012-02-02 | 2016-05-18 | 株式会社デンソー | エジェクタ |
JP6119489B2 (ja) | 2013-07-30 | 2017-04-26 | 株式会社デンソー | エジェクタ |
JP6003844B2 (ja) | 2013-08-09 | 2016-10-05 | 株式会社デンソー | エジェクタ |
US11262342B2 (en) * | 2017-07-12 | 2022-03-01 | Accenture Global Solutions Limited | Waste material analysis system |
JP7078520B2 (ja) * | 2018-11-15 | 2022-05-31 | アンリツ株式会社 | 物質特性検査装置 |
WO2021114109A1 (zh) * | 2019-12-10 | 2021-06-17 | 深圳市能源环保有限公司 | 一种基于cielab色彩空间快速测算污泥热值的方法 |
JP7478692B2 (ja) * | 2021-03-03 | 2024-05-07 | 株式会社日立製作所 | 電子計算機、含水率計測方法、含水率計測システム |
WO2022208665A1 (ja) * | 2021-03-30 | 2022-10-06 | フロンティアソリューションズ株式会社 | 分析方法、プログラム及び分析装置 |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3525013B2 (ja) * | 1996-08-05 | 2004-05-10 | オルガノ株式会社 | 汚泥の発熱量演算装置 |
JP2001194301A (ja) * | 2000-01-05 | 2001-07-19 | Yokogawa Electric Corp | 紙・合成樹脂製シートの品質測定方法及び紙・合成樹脂製シートの品質測定装置 |
JP2002107296A (ja) * | 2000-10-03 | 2002-04-10 | Taisei Corp | 芝草葉の成分分析方法、芝草の診断方法および育成方法 |
JP2002257723A (ja) * | 2001-02-27 | 2002-09-11 | Kurabo Ind Ltd | 液体試料の濃度定量方法及び装置 |
JP2003156436A (ja) * | 2001-11-20 | 2003-05-30 | Japan Organo Co Ltd | 赤外線燃焼エネルギー測定装置 |
JP2004045038A (ja) * | 2002-04-12 | 2004-02-12 | Astem:Kk | 非接触含水率計 |
JP2006300569A (ja) * | 2005-04-15 | 2006-11-02 | Nagaoka Univ Of Technology | 水素貯蔵材料の評価装置及び評価方法 |
JP5195172B2 (ja) * | 2008-08-29 | 2013-05-08 | 住友電気工業株式会社 | 水分検出装置、生体中水分検出装置、自然産物中水分検出装置、および製品・材料中水分検出装置 |
-
2011
- 2011-03-03 JP JP2011046582A patent/JP5816890B2/ja active Active
-
2012
- 2012-03-02 WO PCT/JP2012/055482 patent/WO2012118212A1/ja active Application Filing
- 2012-03-03 TW TW101107148A patent/TW201243312A/zh unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
TW201243312A (en) | 2012-11-01 |
JP2012184950A (ja) | 2012-09-27 |
WO2012118212A1 (ja) | 2012-09-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5816890B2 (ja) | 汚泥の分析要素量測定方法及び汚泥の分析要素量測定装置 | |
KR101684407B1 (ko) | 광학 센서를 이용한 수질 오염 측정 시스템 및 수질 오염 측정 장치 | |
US9625376B2 (en) | System for and method of combined LIBS and IR absorption spectroscopy investigations | |
EP1693665B1 (en) | Method and apparatus for trace gas detection | |
Xiong et al. | Determination of low-level water content in ethanol by fiber-optic evanescent absorption sensor | |
Greensill et al. | Calibration transfer between PDA-based NIR spectrometers in the NIR assessment of melon soluble solids content | |
US11592434B2 (en) | Apparatus and method for performing gas analysis using optical absorption spectroscopy, such as infrared (IR) and/or UV, and use thereof in apparatus and method for performing dissolved gas analysis (DGA) on a piece of electrical equipment | |
EP1199555A1 (en) | Analytical method and apparatus for liquid samples using near infrared spectroscopy | |
CN101403696A (zh) | 一种基于拉曼光谱的测量汽油烯烃含量的方法 | |
KR20190040278A (ko) | 수질 감지 | |
CN108444976B (zh) | 一种基于拉曼光谱的天然气热值测量方法 | |
Kim et al. | Determination of organic compounds in water using ultraviolet LED | |
EP2213999A1 (en) | Calculation method for absorbance via spectroscopic analysis apparatus | |
JP2010245527A (ja) | 光透過性基板上のシリコン薄膜の特性評価を行う方法及び装置 | |
Tripathi et al. | Reflection–absorption-based near infrared spectroscopy for predicting water content in bio-oil | |
KR20200105597A (ko) | 광 커플러를 이용한 수질 오염 측정 시스템 | |
Kuzniz et al. | Instrumentation for the monitoring of toxic pollutants in water resources by means of neural network analysis of absorption and fluorescence spectra | |
US4733084A (en) | Method of detection and quantitative determination of sulfur and sulfur monitor using the method | |
JP3525013B2 (ja) | 汚泥の発熱量演算装置 | |
Guryanova et al. | Quantitative analysis of total hydrocarbons and water in oil‐contaminated soils with attenuated total reflection infrared spectroscopy | |
FI125535B (en) | Method and apparatus for determining the siloxane content of a gas | |
JP2004279339A (ja) | 濃度測定装置 | |
US20170307522A1 (en) | Optical detector module, measurement system and method of detecting presence of a substance in a test material | |
JP5407794B2 (ja) | テラヘルツ光を用いた物質成分の解析装置及びテラヘルツ光を用いた物質成分の解析方法 | |
CN215493147U (zh) | 一种多物质参数的检测装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20131211 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20131211 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20150106 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150306 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20150714 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20150807 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5816890 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |