JP6389137B2 - 繊維状物測定装置及びその測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、繊維状物測定装置及びその測定方法に関し、詳細には、流動体の粘度から濃度を測定する繊維状物測定装置及びその測定方法に関する。

従来、一般に下水処理場の水処理システムは、処理場に流入する被処理水を最初沈殿池にて沈降分離した上澄み液を反応槽にて微生物を利用して有機物を分解・浄化し、最終沈殿池にて沈降分離した後、河川等に放流している。一方、汚泥処理システムは、最初沈殿池の初沈汚泥と最終沈殿池の余剰汚泥とを、それぞれ濃縮工程を経た後混合し、必要に応じて消化槽にて減容化する。その後、脱水機にて固液分離して、脱水機で生成した脱水ケーキを焼却あるいは埋め立て処分している。

下水処理場の汚泥にはトイレットペーパーに由来する多量のセルロース系の繊維状物が含有されている。脱水機で安定的に低含水率の脱水ケーキを生成するためには、汚泥中に含まれる繊維分（セルロース成分）が大きく影響することが知られており、汚泥に含まれる繊維状物の含有率を把握すれば、必要最低限の凝集剤にて脱水前の汚泥を最適に改質でき、後段の脱水機にて安定的に低含水率の脱水ケーキを生成することができる。

なお、従来の技術に関する特許文献１の発明は、一次側領域と二次側領域とを隔てるフィルタの一次側領域に繊維分を含有する汚泥を提供し、一次側領域と二次側領域とにおける圧力差および圧力差が目標値に達するまでの経過時間を測定することによって汚泥に含有される繊維分濃度を測定するようになっている。

特許第５３０５８７８号

ところで、下水処理場に流入する被処理水は、日間変動、季節変動、天候等により、流入量や被処理水中の成分（繊維状物等）が変動するという問題がある。

また、上記特許文献１のものは汚泥に含有されている繊維分以外の固形分も圧力に影響している可能性が高く信頼性が低いという問題があった（フィルタでろ過されて一次側領域に残留する様々な固形分により圧力が影響を受ける）。また、測定後に洗浄ポンプを駆動してフィルタを洗浄する必要があると共に、フィルタの目詰まり等により定期的にフィルタを交換する必要があるという問題がある。

したがって、汚泥中に含まれる繊維分濃度を正確に測定できる装置が望まれていた。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、汚泥粘度が固形物の量や濃度に依存するものではなく、固形物中の繊維分のみに依存することを知見で得たもので、汚泥粘度を測定し、その測定値から繊維分濃度（量）を算出する方法を提供する。

請求項１に記載の発明は、繊維状物を含有している流動体が収容される収容槽と、供給バルブを備え、前記収容槽に流動体を供給する供給管と、排出バルブを備え、前記収容槽から流動体を排出する排出管と、前記収容槽に収容されている流動体の汚泥濃度を測定する濃度測定部と、前記濃度測定部での汚泥濃度の測定結果に応じて、前記収容槽に収容されている流動体を希釈する希釈部と、前記収容槽に収容されている希釈された流動体の粘度を測定する粘度測定部と、前記粘度測定部で測定した粘度と、前記希釈部での希釈の割合と、予めメモリ記録されている演算式とを用いて、前記収容槽に収容されている流動体中の繊維状物の濃度を算出する演算システムとを有し、前記濃度測定部で前記収容槽に収容されている流動体の汚泥濃度を測定するときは前記供給バルブおよび前記排出バルブを閉じ、前記粘度測定部で前記収容槽に収容されている希釈された流動体の粘度を測定するときは前記供給バルブおよび前記排出バルブを閉じている繊維状物測定装置である。

請求項２に記載の発明は、供給バルブを備えた供給管から繊維状物を含有している流動体が供給され、排出バルブを備えた排出管で前記流動体を排出する収容槽を備え、前記供給バルブと前記排出バルブとを閉じている状態で、前記収容槽に収容されている流動体の粘度を測定する第１粘度測定工程と、前記第１粘度測定工程での粘度の測定結果に応じて、前記収容槽に収容されている流動体を希釈する流動体希釈工程と、前記供給バルブと前記排出バルブとを閉じている状態で、前記流動体希釈工程で希釈された前記収容槽に収容されている流動体の粘度を測定する第２粘度測定工程と、前記第２粘度測定工程で測定した粘度と、前記流動体希釈工程での希釈の割合と、予めメモリ記録されている演算式とを用いて、前記収容槽に収容されている流動体中の繊維状物の濃度を算出する濃度算出工程とを有する繊維状物測定方法である。

請求項３に記載の発明は、供給バルブを備えた供給管から繊維状物を含有している流動体が供給され、排出バルブを備えた排出管で前記流動体を排出する収容槽を備え、前記供給バルブと前記排出バルブとを閉じている状態で、前記収容槽に収容されている流動体の汚泥濃度を測定する濃度測定工程と、前記濃度測定工程での汚泥濃度の測定結果に応じて、前記収容槽に収容されている流動体を希釈する流動体希釈工程と、前記供給バルブと前記排出バルブとを閉じている状態で、前記流動体希釈工程で希釈された前記収容槽に収容されている流動体の粘度を測定する粘度測定工程と、前記粘度測定工程で測定した粘度と、前記流動体希釈工程での希釈の割合と、予めメモリ記録されている演算式とを用いて、前記収容槽に収容されている流動体中の繊維状物の濃度を算出する濃度算出工程とを有する繊維状物測定方法である。

本発明によれば、リアルタイムに性状変動する汚泥から繊維分濃度を正確に算出できるという効果を奏する。また、基礎となる関係式を繊維分のみで試算しているので正確な演算が可能であり、下水処理場に用いた場合、脱水機の前段で繊維分濃度を測定することにより、安定的に低含有率の脱水ケーキを生成可能な汚泥に改質できるという効果を奏する。

そして、安定的に低含水率の脱水ケーキを生成するので、脱水ケーキの搬送、処分するためのランニングコストを低減できるという効果を奏する。

さらに、消化槽の前段で繊維分濃度を測定すれば、消化ガスの生産量を予測できるという効果を奏する。

繊維状物測定装置の概略を示す概略図である。 濃度と粘度の関係を説明する説明図である。

本発明の実施形態に係る繊維状物測定装置１は、図１で示すように、収容槽（収容タンク）２と粘度測定部（粘度測定センサ）３と演算システム（ＣＰＵとメモリとを備えて構成されている演算部）４とを備えて構成されている。

収容槽２には、繊維状物Ｓを含有している流動体Ｒ（液状体；たとえば、下水汚泥（単に「汚泥」という場合がある。））が収容されるようになっている。粘度測定部３は、収容槽２に収容されている流動体Ｒの粘度を測定するようになっている。

演算システム４は、粘度測定部３で測定した粘度と、予めメモリに記録されている演算式とを用いて、（たとえば、粘度測定部３で測定した粘度を、予め別途もとめられてメモリ記録されている粘度と濃度との関係式に代入して）、収容槽２に収容されている流動体Ｒ中の繊維状物の濃度を算出するようになっている。

上記関係式として、たとえば、図２に線図Ｇ１で示すものを掲げることができる。線図Ｇ１は、「ｙ＝０．０１５１ｘ−４５．１２９」で表される。「ｙ」は粘度であり、「ｘ」はＳＳ濃度（繊維状物濃度）である。

粘度と濃度における関係を説明する。一般の下水処理場に流入する下水汚泥（汚水）には、食品残渣や排泄物等の「有機物」、搬送中に混入する砂礫等の「無機物」、主に溶解したトイレットペーパーの主成分で構成されたセルロース系の「繊維状物Ｓ」が含有されている。

上記汚泥は、一定の濃度範囲（たとえば、図２に示す計測限界汚泥濃度範囲）において、濃度の上昇に伴って粘度も上昇するという相関関係がある。

そこで、汚泥から「繊維状物Ｓ」のみを回収し、汚泥中の固形分が繊維状物を含まない「有機物」、「無機物」の状態で濃度と粘度の関係を実験した所、それぞれに相関関係が無い。具体的には、「有機物」や「無機物」の濃度を変化させても粘度が「０」付近に維持したまま上昇・下降がほとんど見られない（図２の線図Ｇ２参照）。

反対に、汚泥中の固形分が「繊維状物Ｓ」のみの状態で濃度と粘度の関係を実験した所、（一定の濃度範囲内において）濃度の上昇に伴って粘度も上昇するという相関関係があることが判明した（図２の線図Ｇ１参照）。

結果的に、繊維状物Ｓを含有する汚泥について、濃度−粘度の関係はほぼ「繊維状物Ｓ」の濃度のみに依存することがわかる。

さらに説明する。図２は、濃度と粘度の関係を表したグラフである。繊維状物Ｓが１００％の場合（線図Ｇ１）と繊維状物Ｓが０％の場合（線図Ｇ２）の濃度と粘度の関係を示している。実際には実験等で予め繊維状物Ｓのみを含ませた状態で、粘度と濃度の関係式を求めておく。粘度と濃度は比例するため、近似式を一次関数式（上述したｙ＝０．０１５ｘ−４５０１２９）で算出することができる。

以上により、粘度測定部３で測定した粘度と予めメモリ記録されている演算式とを用いて、収容槽２に収容されている流動体中の繊維状物Ｓの濃度を算出するように構成されているので、簡素な構成で流動体中の繊維状物Ｓだけの濃度を正確に測定することができる。

また、本実施形態では、繊維状物測定装置１に、収容槽２の収容されている流動体Ｒを希釈する希釈部５を設けてある。希釈部５では、たとえば、収容槽２内の下水汚泥に水を加えて希釈するようになっており、この希釈は、下水汚泥に対して所定の割合の水を加えることでなされる。希釈部５による希釈は、粘度測定部３での測定をするためになされる。

たとえば、繊維状物Ｓの濃度が高すぎると（たとえば、図２における「ｘ」の値が「１５００００」以上）、下水汚泥の粘度が高すぎて、粘度測定部３の測定範囲外になってしまう。そこで、希釈部（希釈水供給部）５でたとえば上水道水を用いて希釈し、粘度測定部３の測定可能な範囲の粘度にするようになっている。

粘度測定部３は、希釈部５で希釈された流動体Ｒの粘度を測定するように構成されている。すなわち、粘度測定部３は、収容槽２内に収容されている希釈された流動体Ｒの粘度を測定するようになっている。この場合、演算システム４は、希釈部４で希釈した割合を用いて収容槽２に収容されている流動体Ｒ中の繊維状物Ｓの濃度を算出するように構成されている。

たとえば、流動体Ｒを２倍に希釈した場合（流動体Ｒにこの流動体Ｒと同じ質量の希釈水を加えた場合）、希釈された流動体で測定した粘度から算出した繊維状物Ｓの濃度の値を２倍にするようになっている。

一般的な下水処理場の場合、流入する下水汚泥の濃度は濃淡の幅も含めてある程度推測できる。したがって、収容槽２に水位測定部１３を設けて所定の水位になるまで希釈することで、収容槽内の汚泥濃度を測定可能な設定範囲内に調整でき、容易に粘度を測定できる。

また、繊維状物測定装置１には、希釈部５での希釈前に、収容槽２に収容されている流動体Ｒの濃度（繊維状物Ｓとこれ以外の無機物と有機物との濃度）を測定する濃度測定部６を設けてもよい。繊維状物測定装置１では、濃度測定部６での測定結果に応じて、希釈部５での希釈の割合を変えるように構成できる。また、演算システム４によって希釈部５を制御するように構成できる。

下水汚泥の粘度と下水汚泥における繊維状物Ｓの濃度とは、ほぼ正の相関関係にある。これにより、粘度測定部３の測定範囲内になるように、希釈部５で加える水の量を決めることができる。また、粘度測定部３での測定結果に応じて、希釈部５での希釈の割合を変えてもよい。

収容槽２には、必要に応じて収容槽２内を撹拌する撹拌部７（撹拌装置）を設けてもよい。撹拌部７で撹拌することで、水と下水汚泥とが均一に混じり合うようになっている。

ここで、繊維状物測定装置１等についてさらに詳しく説明する。

初めに、汚泥搬送ラインＭから分岐している供給管８から収容槽２に繊維分を含有している汚泥を供給する。供給管８にはバルブ１４を設けて汚泥の供給量を調整する。必要に応じて供給ポンプ９等を配設してもよい。一般の下水処理場（すでに公知であるめ詳しい説明は省略する）にて、本実施形態の繊維状物測定装置１を組み込む場合、最初沈殿池で沈降する初沈汚泥に繊維状分が多く含有されているため、最初沈殿池より重力濃縮槽への搬送管の途中に供給管８を設ける。

収容槽２は、所定の滞留時間で汚泥が均一に分散できるような形状であればよく、本実施形態では内部に撹拌部７（撹拌装置）を有しているので円筒形で構成している。汚泥は、収容槽２の上部から収容槽２内に供給されるようになっている。また、収容槽２内に供給され粘度等が検出された汚泥は、収容槽２の下部から排出管１１によって汚泥搬送ラインＭに戻される。なお、排出管１１の途中設けられているバルブ１２は、排出管１１を開閉するようになっている。

ここで、繊維状物測定装置１の動作について説明する。

バルブ１２を閉じておいて、収容槽２内に汚泥を供給する。収容槽２内に供給された汚泥は、全体が均一になるように撹拌部７にて撹拌される。撹拌部７は公知の撹拌装置（撹拌羽根や曝気による滞留作用等）を用いることができる。

収容槽２に供給された汚泥の濃度について濃度測定部６を用いて計測する。濃度測定部６は公知の計測装置（ＭＬＳＳ計やＴＳ計等）を用いることができる。

収容槽２の汚泥濃度が予め定めた所定範囲から外れている場合、希釈水配管１０から希釈水を供給し、汚泥濃度が設定範囲内に入るように調整する。設定範囲から外れると正確な粘度が測定できないためである。本実施の形態の汚泥濃度の設定範囲としては、３０００〜１５０００ｍｇ／Ｌであり、特に、５０００〜１３０００ｍｇ／Ｌが望ましい。なお、本実施の形態では、収容槽２に供給された汚泥濃度が予め定めた設定範囲より低いことはないが、汚泥濃度を所定の範囲まで高める場合、液分のみ通過するフィルタを計測槽内で上下することで容積を変動させる等の技術を用いることができる。

次に、収容槽２の汚泥濃度が設定範囲内であることを確認後、粘度測定部３にて汚泥粘度を計測する。粘度計側部３は公知の計測装置を用いることができる。

粘度計測値を演算システム４に送信し、予め求めていた関係式に代入し繊維分濃度を算出する。希釈した割合を差し引いて繊維状物量を算出する。

ところで、粘度は、汚泥中の繊維状物の濃度に加えて、汚泥の温度によっても変化するので、収容槽２内の汚泥の温度を温度測定部で測定し、この測定結果を用いて、汚泥の粘度や汚泥中の繊維状物の濃度を補正するようにしてもよい。この場合に補正も、予め求めておいて値（補正式）をメモリに記憶しておいてなされる。

また、上述した実施例を次に示す繊維状物測定方法として把握してもよい。

この繊維状物測定方法は、繊維状物を含有している流動体が収容される収容槽を備え、前記収容槽に収容されている流動体の粘度を測定する粘度測定工程と、前記粘度測定工程で測定した粘度と、予めメモリ記録されている演算式とを用いて、前記収容槽に収容されている流動体中の繊維状物の濃度を算出する濃度算出工程とを有する。

また、上記繊維状物測定方法は、前記収容槽の収容されている流動体を希釈する流動体希釈工程を有し、前記粘度測定工程は、流動体希釈工程で希釈された流動体の粘度を測定する工程であり、前記濃度算出工程は、前記流動体希釈工程での希釈の割合を用いて前記収容槽に収容されている流動体中の繊維状物の濃度を算出する。

また、上記繊維状物測定方法は、前記希釈工程での希釈前に、前記粘度測定工程にて前記収容槽に収容されている流動体の粘度を測定し、前記粘度測定工程での粘度の測定結果に応じて、前記希釈工程での希釈の割合を変える。

また、上記繊維状物測定方法は、前記希釈工程での希釈前に、前記収容槽に収容されている流動体の濃度を測定する濃度測定工程を有し、前記濃度測定工程での濃度の測定結果に応じて、前記希釈工程での希釈の割合を変える。

１ 繊維状物測定装置
２ 収容槽
３ 粘度測定部
４ 演算システム
５ 希釈部
６ 濃度測定部
７ 撹拌部
８ 供給管
９ 供給ポンプ
１０ 希釈水配管
１１ 排出管
１２ バルブ
１３ 水位測定部
１４ バルブ

Claims (3)

1. 繊維状物を含有している流動体が収容される収容槽と、
   供給バルブを備え、前記収容槽に流動体を供給する供給管と、
   排出バルブを備え、前記収容槽から流動体を排出する排出管と、
   前記収容槽に収容されている流動体の汚泥濃度を測定する濃度測定部と、
   前記濃度測定部での汚泥濃度の測定結果に応じて、前記収容槽に収容されている流動体を希釈する希釈部と、
   前記収容槽に収容されている希釈された流動体の粘度を測定する粘度測定部と、
   前記粘度測定部で測定した粘度と、前記希釈部での希釈の割合と、予めメモリ記録されている演算式とを用いて、前記収容槽に収容されている流動体中の繊維状物の濃度を算出する演算システムと、
   を有し、
   前記濃度測定部で前記収容槽に収容されている流動体の汚泥濃度を測定するときは前記供給バルブおよび前記排出バルブを閉じ、
   前記粘度測定部で前記収容槽に収容されている希釈された流動体の粘度を測定するときは前記供給バルブおよび前記排出バルブを閉じていることを特徴とする繊維状物測定装置。
2. 供給バルブを備えた供給管から繊維状物を含有している流動体が供給され、排出バルブを備えた排出管で前記流動体を排出する収容槽を備え、
   前記供給バルブと前記排出バルブとを閉じている状態で、前記収容槽に収容されている流動体の粘度を測定する第１粘度測定工程と、
   前記第１粘度測定工程での粘度の測定結果に応じて、前記収容槽に収容されている流動体を希釈する流動体希釈工程と、
   前記供給バルブと前記排出バルブとを閉じている状態で、前記流動体希釈工程で希釈された前記収容槽に収容されている流動体の粘度を測定する第２粘度測定工程と、
   前記第２粘度測定工程で測定した粘度と、前記流動体希釈工程での希釈の割合と、予めメモリ記録されている演算式とを用いて、前記収容槽に収容されている流動体中の繊維状物の濃度を算出する濃度算出工程と、
   を有することを特徴とする繊維状物測定方法。
3. 供給バルブを備えた供給管から繊維状物を含有している流動体が供給され、排出バルブを備えた排出管で前記流動体を排出する収容槽を備え、
   前記供給バルブと前記排出バルブとを閉じている状態で、前記収容槽に収容されている流動体の汚泥濃度を測定する濃度測定工程と、
   前記濃度測定工程での汚泥濃度の測定結果に応じて、前記収容槽に収容されている流動体を希釈する流動体希釈工程と、
   前記供給バルブと前記排出バルブとを閉じている状態で、前記流動体希釈工程で希釈された前記収容槽に収容されている流動体の粘度を測定する粘度測定工程と、
   前記粘度測定工程で測定した粘度と、前記流動体希釈工程での希釈の割合と、予めメモリ記録されている演算式とを用いて、前記収容槽に収容されている流動体中の繊維状物の濃度を算出する濃度算出工程と、
   を有することを特徴とする繊維状物測定方法。

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