目次
4

巻頭言

水環境事業（技術）を未来へ繋ぐ
取締役兼執行役員 水環境事業本部 副本部長

6

表流水系浄水場への紫外線消毒装置の適用
14

今川 洋介

論文 2

下水汚泥処理における凝集剤の役割について
22

高尾 大

製品紹介 1スーパー繊維ろ過器（PCF Filter）
26

渡邊 彰彦

論文 1

西田 幸雄

製品紹介 2

処理場のメンテナンス（遠隔監視システム）
32

復興支援報告36

コーヒーブレイク 月島茶房

東日本大震災からの下水処理場復興支援報告今井 勝彦
倭 常郎・小林 雅道

酢酸のあれこれ
38

会社概要・編集後記

No.16 2012

CONTENTS
4

Foreword

6

Paper1

Watanabe Akihiko, Board Member, Executive Officer
General Manager, Environmental Business Division

Application of UV Disinfection System at Surface Water Purification Plant
IMAGAWA Yosuke

14

Paper2The Role of Flocculants in Sewage Sludge Treatment
22

Super Fiber Filter (PCF Filter)
26

TAKAO Dai

Product1
NISHIDA Yukio

Product2

Using Remote Monitoring Systems to Handle the Maintenance of Water Treatment
Facilities
IMAI Katsuhiko
32

Report of reconstruction support

Report on the Support Efforts to Help Rebuild the Wastewater Treatment Plants Damagedby the Great East Japan Earthquake
YAMATO Tsuneo / KOBAYASHI Masamichi

表紙の写真

36

Coffee Break38

Corporate Profile / Editor’s Note2011 年、世界遺産に登録された平泉。
写真は中尊寺金色堂の冬の風景

TSK 技報 2012 no.16

3

巻 頭 言水環境事業（技術）を未来へ繋ぐ

渡邊彰彦
取締役兼執行役員
水環境事業本部 副本部長

4 TSK 技報 2012 no.16

10月20日、恒 例 の「月島 会 」が 開 催された。

おいては、上下水道事業は長年に渡って公設公いう絶対的「弱み」
を素直に受け入れ、「弱み」だかOB、現役合わせて総勢 161 名の出席を得た。久々営で実施されてきたが、海外では民間資本によるらこそ可能な迅速、俊敏、チーム連携を極限までに先輩諸氏にお会いして懐かしい思いと同時に、事業（民設民営）参入は当たり前に行われている。

鍛えて「強み」にしたこと。そこには相手の「強み」を創業から現在まで途切れることなく連綿と繋がって

最近新聞紙上を賑わせている「環太平洋戦略的「強み」とさせないチーム戦略が存在している。そきた月島変遷の歴史を垣間見ることができた。現在

経済連携協定（TPP）」への交渉参加を巡ってはの結果が、アメリカ戦での奇跡ともいえるゴール際の月島から未来の月島へと、どのように繋いでいく

推進派、消極派による議論が白熱化している。国での澤選手の同点劇と、最も緊張を強いられるＰＫ

べきか、我々現役に課せられた使命は重大である。

内上下水道において、最も影響が大きいと考えら戦勝利を生んだのではないか。二つ目：リーダーで1905 年、創業当時の製糖技術（蒸発・晶析・れるのは「政府調達」分野であろう。公共事業などある佐々木監督のリーダーシップ。指導者が目指す

分離・濾過・乾燥）が月島の原点であり、その後の入札では、既に世界貿易機関（WTO）の基準

べき目標を明確に全員に示したこと。サッカーはチーの化学、食品、鉄鋼分野等での産業技術が水環に従い、海外企業の参入を認めているが、交渉でム戦であり、いわば会社と同じである。選手（従業

境技術に活かされてきた。月島の水環境事業へ

はその基準の緩和が検討されている。そう遅くな員）の様々な能力を適材適所で生かし切ったこと。

の参入は今から47 年前、昭和 39 年へと遡る。そい将来、日本も世界基準に巻き込まれていくことは秀逸なのは澤選手である。
「苦しくなったら、私の背の後の高度成長下、国の積極的下水道普及政

想像に難くない。

中をみてほしい。
」言葉ではなく自分の行動で成す策に相まって、月島も大きく事業を伸ばし、現在のではどうやって水環境事業（技術）を未来へとべきことを示した。果たして自分に言えるだろうか。

水環境技術の礎を築いたのである。月島の水環繋いでいくべきか。実は 2004 年本技報創刊号の己の自信だけでは言えない言葉だと思う。そこには境事業への参入は、当時の状況からも当然の帰特集は「汚泥特集」で始まっている。それを今一仲間（部下）との確固たる信頼関係が存在し、かつ結ともいえるものであった。これまでの月島技術の度読み返してみた。未来へ繋ぐ水環境技術の大仲間（部下）の能力・気力を信じていることが伺える。

変遷から、水環境技術は「蒸発・晶析・分離・

きな鍵の一つは「たかが汚泥、されど汚泥」に求先頭に立つ幹部（上司）が体を張って仕事を進め

濾過・乾燥」を基にした汚泥処理（固液分離）技

めることができる。この「たかが汚泥」技術を、今る事、そして部下との信頼関係がいかに重要かと術にあると理解できる。個人的見解として、月島の後も更に大きく進化させていくことが、未来へ繋げ

思い知らされる。現在の月島機械の水環境事業は

研究開発は一部事業を除けば、産業・水環境事る一つの近道と成り得るはずである。「汚泥を制

大きな転機にある。汚泥の燃料化事業はそのいい

業共に製糖技術（蒸発・晶析・分離・濾過・乾燥）するものは水環境を制する」とは、決して大げさな例である。コスト削減と研究開発、この二つが相という原点に大きな意味があると思う。私にはこの言い方ではない。「汚泥の月島ブランド」の更なる乗効果を発揮してこそ、強い会社となって生き残っ確立を目指したい。顧客や競合他社に「汚泥処理ていける。最近は、若干「汚泥の月島ブランド」がは月島にお願いしたい。
」と言わせたいものである。

揺らいではいないだろうか。月島の技術者には常に発による放射能汚染問題、戦後最大の円高等、そのためには、汚泥処理技術・単体機器において、高い目標に向かってチャレンジしてほしい。技術を日本は今激動の只中にある。しかし頭を抱えるこ「ナンバーワンとオンリーワン」が求められる。ある売る会社として、最大の「鍵」は研究開発の正否にとばかりではなく、「なでしこジャパン」のワールド

事業仕分けで「科学技術は2 番ではいけないのか」掛かっている事は間違いない。我々幹部（上司）がカップ優勝という大きな感動があったことは記憶にということが大きな話題になった。私個人の見解と先頭に立って明るい未来を切り開いていきたい。

新しい。被災地のみならず日本人全員を奮起させしては、「ナンバーワンとオンリーワン」を目指さぬる大変な快挙であった。今回の特集において、月限り、決してトップは取れないと思う。

ことは大変重要なことに思われる。
3 月11日の東日本大震災、それに起因した原

最後に、ＴＳＫ技報は7 年前の 2004 年 4月に創島による被災地での復興支援の報告が掲載され「なでしこジャパン」の快挙については、連日テレビ、刊された。そしてこの技報の生みの親である西田ている。月島の被災地での素早い行動力と結束

新聞、週刊誌などで報じられている。優勝圏外で克範氏が 8月1日ご逝去された。ここに改めてご冥力、そして長年培ってきた技術が、こうして社会にあったはずの日本が「優勝という快挙を何故成し福をお祈り申し上げます。

大きく役立っていることは大変喜ばしいことである。

遂げられたのか」。連日各界の有識者、専門家に月島の顧客である国や自治体の財政難は危機

様々なことが論じられている。月島の現状に照らし的状況にあり、今後も好転の兆しは伺えず、回復て「なでしこジャパン優勝」から学ぶべきことを二つには多大な期間を要するものと予想される。日本にに整理してみた。一つ目：体格が劣り、背が低いとTSK 技報 2012 no.16

5

論文

1

当該指針で規定されていた対応措置は、『ろ過による濁度管理（0.1 度

1 はじめに

以下）』のみであり、導入コストや維持管理負荷増大といった問題から、

表流水系浄水場への紫外線消毒装置の適用
Application of UV Disinfection System at Surface Water
Purification Plant

紫外線は肌の老化原因となるなど、あまり好ましくない側面ばかりがクローズアップされているが、産業分野においてはその特徴を生かし、古く

技術的基準を定める省令」が改正され、地表水以外（地下水、伏流水から利用されてきた技術である。月島機械でも、製糖プロセスにおける等）を水道の原水とする施設との限定条件付きで紫外線処理設備の糖液殺菌に始まり、浸出水処理等の排水処理分野への適用、合流式

適用が認められ、小規模施設を中心に導入件数は増加傾向にある。

下水道の雨天時越流水対策など、多岐に渡る分野で関わってきた経緯

一方、表 1に示す様に欧米における紫外線消毒導入は日本と比べがある。本稿では、紫外線の適用分野として、今最も注目を集めている

先行しており、導入事例も多い 2）。一例として、原虫類対策に先進的上水道における展開について、その背景を概説するとともに、将来的なな北米では マルチバリア と呼ばれる概念に基づいたアプローチが展開が見込まれる表流水系浄水場で行ったフィールド試験の結果と、そ採用されている。 マルチバリア とは水源管理等の複合的な施策にれに基づくケーススタディについて報告する。

より水道水の安全性を高めるという概念であり、浄水処理においては2 背景を図ることが必要である と定義している。この概念を基に米国環境保処理技術を組み合わせ、相互補完させることにより、安全の多重化

Abstract
Chlorine-resistant protozoa such as Cryptosporidium pose a great risk because they can leadto massive waterborne infections. In light of this danger, implementing effective measures to対策の進捗は充分と言えなかった。そこで2007 年 4月、「水道施設の護庁（以下、USEPA）が施行したLong Term 2 Enhanced Surface
上水道分野における最近のトピックとして、クリプトスポリジウム（以Water Treatment Rule（LT2-ESWTR）3）では、汚染リスクが高い

prevent the proliferation of these microorganisms is one of most the pressing issues countries

下、クリプト）等の耐塩素性原虫類問題が挙げられる。浄水処理に原水の場合、従来型の砂ろ過だけでは処理が不十分とし、上乗せ基

around the world face today. In Japan municipal governments are moving to address this issue

おいて一般的に用いられてきた塩素による不活化が困難であることか準に応じて追加処理が必要と規定している。この結果、米国では表流in accordance with the water purification guidelines (partially revised in April 2007) issued by

ら、1993 年にミルウォーキー（米国）で40 万人超、1996 年に埼玉県越水を原水とする大規模施設を対象として、コストパフォーマンスが高い

the Ministry of Health, Labor and Welfare. While these guidelines are a useful reference, the

生町で8 千人超の集団感染を引き起こし、大きく注目されるに至った。

紫外線処理の追加導入が飛躍的に増加している。

technology that can be used differs by raw water source. Facilities that take in ground water

先進国を含めて、大規模な水系感染を引き起こすリスクを秘めている今川 洋介

are allowed to use filtration-based turbidity control (not greater than 0.1°) or UV disinfection,

ことから、その対策は世界各国で喫緊の課題とされている。

IMAGAWA Yosuke

but facilities that take in surface water are only permitted to use turbidity control. In contrast,

水環境事業本部
ソリューション技術部
上水グループクリプトは楕円形、もしくは類円形（長径 3 〜 8μm）をした原虫の一濃度が一時的に増大することは周知の事実であり、こうした不測の事

more advanced forms of control measures for chlorine resistant protozoa are already in place in

種で、ヒトへの感染が報告されているCryptosporidium parvum 等、態を想定した場合、マルチバリアの概念に基づいた対応が、「安全

前述の通り、日本では現状、表流水を対象とした場合には濁度管理による対応のみが認められている。しかし、降雨直後に流入クリプト

North America. These countermeasures are based on the “multi-barrier” concept, which means

を有複数種が確認されている 。環境中では強固な殻（オーシスト壁）

that multiple systems which are mutually supportive are set up to provide an enhanced degreeするオーシストとなっており、この殻により防護されていることで、塩素等

そこで、我々は将来的な展開を見据え、表流水を原水とする浄水of safety. As a result, regulations are set according to the influent Cryptosporidium concentra-に対し耐性を有している。このため、対策には膜などによるろ過分離の場に紫外線消毒装置を備えた試験プラントを設置し、2009 年 4月よりtion and the corresponding Cryptosporidium removal percentage of conventional filtration. UV

他、オゾン処理、紫外線処理が必要である。
特に紫外線は殻を透過し、2011 年 3月までの2 年間に渡り、実設備検討を行った。既に諸外国に

disinfection is implemented as a supplementary “barrier” to provide an added level of safety.
This study discusses the full-scale test of the UV disinfection system implemented at a1）

でおいしい水」を供給する観点から望ましいと考えられる。

内部のDNAに直接作用するため、低いエネルギーで高い不活化率

おいて表流水を対象とした長期稼働実績はあるが、日本での実稼働を示す有効な技術として認知されている。

データは少ないことから、適用性の確認と共に、実設備検討段階におsurface water purification plant. The aim of this test was to evaluate the performance of the

日本では越生町での集団感染を受け、1996 年に厚生労働省より「水

system, its stability during extended periods of operation, and the disinfection byproducts it

道におけるクリプトスポリジウム暫定対策指針」が通知された。
しかし、ける基礎データの収集を主目的とした。

produced. For the purposes of this test, it was assumed the system would be installed at a large
plant which processes more than several tens of thousands (m3) of water daily. Thus, a medium
pressure UV lamp was used because it has proven to be especially suited to large-scale plants.

表 1 欧米諸国の紫外線消毒 導入状況
Table1 The introduction situation of UV disinfection system in Europe and North America

クリプトスポリジウム等の耐塩素性原虫類は、大規模な水系感染の懸念から各国で対策が急がれている。日本では 2007年 4月に一部指針が改正され、対策が進められているが、原水の種類により適用可能な対策技術が異なっている。地下水等を原水とする施設では濁度管理（0.1度以下）、もしくは紫外
線処理のいずれかを選択可能である。一方、表流水を原水とする場合、濁度管理による対応のみが認められている状況である。これに対し、耐塩素性原虫類対策に先進的な北米等では 原水の種類にかかわらず、『マルチバリア』という概念に基づいた対応が一般的となっている。これは、各技術を組み合わせ、相互補完させることによって、安全の多重化を図るという考え方である。このため、流入するクリプト濃度、ろ過によるクリプト除去率を元に上乗せ基準を求め、紫外線により補完するといった対応が広く採用されている。
そこで、本研究では将来的な展開を見据え、実設備規模の紫外線消毒装置を用いて、表流水を原水とする浄水場に適用した場合の消毒性能、連続運転時安定性、消毒副生成物評価を行った。なお、日量数
万 m3 以上の大規模施設への適用を想定し、ランプ出力が高く、大規模向けに優位性を発揮する中圧ランプを備えた装置を適用した。
キーワード：紫外線消毒、中圧紫外線ランプ、クリプトスポリジウム、紫外線照射量制御、消毒副生成物
Keyword ：Ultraviolet disinfection, medium pressure UV lamps, Cryptosporidium , UV dose control,
disinfection byproduct

6 TSK 技報 2012 no.16

TSK 技報 2012 no.16

7

論文 1

Application of UV Disinfection System at Surface Water Purification Plant

表流水系浄水場への紫外線消毒装置の適用

3 試験方法

換算紫外線照射量）を算出した。「紫外線透過率」、「処理水量」、「ラ
ンプ点灯本数」、「ランプ出力」を変化させ、各条件下で同様の試験を

生物線量計とは国内でも既に地下水への導入事例は多く、数年間に渡って順調に行った。なお、供試水の紫外線透過率調整は薬品沈でん池引抜スラッ

紫外線に関連する単位は以下の2 種類がある。

稼働していることが報告されている。そこで、本研究では、地下水と表ジを用いた。また、MS2は人体に無害であるが、混入排水は全量浄水

流水との差違を考慮し、紫外線消毒装置の適用に与える影響についフローの系外に排出した。

・紫外線照度（強度）[mW/cm2]：紫外線照度計により測定が可能
・紫外線照射量 [mJ/cm2]：紫外線照度と照射時間の積により算出て検討を行った。表流水にて想定される事象を下記に列記する。
厚生労働省指針にもあるように、
紫外線消毒装置の性能は紫外線照射量によって規定されることが一般的である。
しかし、紫外線照度分布や滞留時間分布が均一な理想系でない限り、単純な計算で紫外線照射量を求めることは

1）処理水量規模、及び日間、年間変動

不可能である。このため、簡易的な測定手法として用いられているのが生物線量計である。

2）流入水質の変動（濁度、紫外線透過率）

生物線量計は微生物による紫外線照射量測定手法である。用いられる微生物は人体に無害であり、紫外線耐

3）凝集剤の共存による影響性が既知で、ハンドリングが容易なものが適しており、大腸菌ファージ MS2、B . subtilis 等が広く使われている。

4）前塩素、中間塩素の影響

試験手順は以下の通りである。
①理想系に近い照射装置（例 . 図 3）を用い、微生物の不活化率と紫外線照射量の相関グラフを作成する。

表流水の場合、地下水と比較して処理水量は格段に大きくなり、日②測定対象となる紫外線消毒装置に点灯状態で微生物を通水し、不活化率を求める

量数十万 m3 以上の浄水場も対象となる。水量の増大に伴い、日間、③手順①にて作成したグラフを用い、手順②で測定した不活化率から逆算して、紫外線照射量を求める

年間変動も大きくなることが予想される。また、降雨や渇水等、気候の影響を受けやすいことから、流入水の濁度、及び紫外線透過率の変動も無視できない要素である。これより、紫外線消毒装置の適用に際

図 1 消毒性能確認試験／消毒副生成物確認試験における試験フロー
Fig.1 Test ﬂow of disinfection performance and DBP conﬁrmation

国内外の装置認証制度においても、生物線量計による測定が必須項目とされており、現時点では最も確実な手

図 3 コリメートビーム照射ユニット
Fig.3 Collimated beam unit

法として認知されている。

しては、最大負荷条件下（水量大、紫外線透過率低）において所定の消毒性能を発揮できること、経済性を考慮して負荷変動に応じた運用が可能であること、を確認する必要があると考えた。
また、凝集剤の共存は主にランプ保護管への付着が懸念されるため、

3.1.2 連続運転時安定性確認試験

3.1.3 消毒副生成物確認試験

本試験ではランプ3 本点灯、ランプ出力一定の条件で5,000 時間の本試験では、臭素酸、塩素酸、総トリハロメタン等の紫外線消毒に物の生成リスクを増大させるため、臭素酸等の照射後濃度を調査する

連続運転を行い、UVセンサによる紫外線照度測定、ランプ保護管透より生成する可能性が指摘されている項目について検討した。図 1の必要がある。

過率／付着物測定等により、安定性評価を行った。試験フローは図 2

フローを用い、薬品沈でん池流出末端より採取した水に紫外線を照射に示す通りとし、薬品沈でん池流出末端から取水した水を紫外線消毒

し、被照射水の分析を行った。紫外線照射量は40, 200, 800mJ/cm2

装置に通水し、着水井に返送する連続式にて実施した。ランプ保護の3 条件とした。

長期連続運転時の影響評価が必要であり、塩素の共存は消毒副生成以上の想定を元に、本研究では下記 3 項目について詳細に検討を行った。

表 2 試験装置仕様
Table2 The speciﬁcation of UV equipment

管等の洗浄用ワイパ稼働周期は1 回 /hrとし、UV センサ校正を1 回 /①消毒性能

月にて実施した。また、洗浄効果の確認を目的とした対照試験として、②連続運転時の安定性

同一の点灯条件にて洗浄装置を全く稼働させずに7日間運転を行っ③消毒副生成物

た。すべての保護管について、目視確認、透過率測定に加え、塩酸に1 晩浸漬し、塩酸中の成分分析による付着物総量測定を行った。

3.2 試験装置
本試験で用いた装置仕様を表 2に示す。
表流水系では比較的規模の大きい浄水場が多いと想定されることか
ら、大規模水量対応時においてもランプ本数が少なく、コンパクトな装各検討では同一の紫外線消毒装置を用い、テストプラントのフロー

置で対応可能である中圧ランプを備えた紫外線消毒装置を適用した。

を一部変更することにより試験を行った。詳細について次項で説明す

ランプ出力、点灯本数可変であり、水量、透過率等の変動に応じた制る。なお、本研究では薬品沈でん池流出末端よりサンプリングした水御運転に対応できる仕様となっている。
図 4に紫外線消毒装置照射槽外観を、図 5に照射槽内部を示す。

を試験に供した。紫外線消毒を導入する場合、紫外線透過率が極力高いことが望ましいため、一般的には急速ろ過池等のろ過処理後段配管接続により設置するタイプであり、ランプは流れに対し垂直配置でが最善とされている。しかし、設置スペース上の制約等により自由に選ある。UV センサはランプ1 本あたり1 台、石英製ランプ保護管はステン択できない施設もあると想定し、試験ではより厳しい条件と予想されるレス製ワイパによる自動洗浄装置を備え、任意の周期により洗浄を行う。

図 4 紫外線消毒装置 センチネル300 型 照射槽外観
Fig.4 Exterior design of UV disinfection system SENTINEL 12

当該装置はCalgon Carbon 社（米国）より技術導入したものであり、

薬品沈でん池後段を対象とした

USEPAのガイドラインに則り、第三者機関による装置認証を取得して3.1 試験フローいる。また、財団法人水道技術研究センターの技術審査基準認定を

3.1.1 消毒性能確認試験

取得済みである。

本試験では、紫外線消毒装置の消毒性能を評価するため、大腸菌
ファージ MS2（以下、MS2）を用いた生物線量計【詳細後述】により紫外線照射量の測定を行った。試験フローは図 1に示す通りとし、バッチ

図 2 連続運転時の安定性確認試験における試験フロー
Fig.2 Test ﬂow of stability conﬁrmation in a continuous run

式にて実施した。薬品沈でん水を調整水槽に貯留後、MS2を添加、ランプを点灯した状態で所定の水量にて通水し、MS2の不活化率を測
定、換算紫外線照射量（RED-MS2：MS2を生物線量計として求めた

8 TSK 技報 2012 no.16

図 5 紫外線消毒装置 センチネル300 型 照射槽内部
Fig.5 Internal design of UV disinfection system SENTINEL 12

TSK 技報 2012 no.16

9

論文 1

Application of UV Disinfection System at Surface Water Purification Plant

表流水系浄水場への紫外線消毒装置の適用

3.3 試験場所

4.2 消毒性能確認試験

神奈川県内広域水道企業団

綾瀬浄水場（神奈川県綾瀬市）

4 試験結果4.1 実浄水場の水量・水質データ

主に付着し、その他、ケイ素やカルシウムの付着も確認された。一方、

図 6、7で示した通り、表流水系浄水場では処理水量変動が大きく、洗浄ありの場合、付着物はほぼ無視できるレベルに抑制されていた。

数倍の変動幅となることが想定される。また、濁度管理が確実になされ以上の結果より、表流水を対象とした場合においても、適正な周期ている場合、紫外線透過率は97 〜 98% Tを示し、紫外線照射装置

でワイパによる洗浄を行うことにより、安定した連続運転が可能である

JWRC 技術審査基準にて標準とされている95% Tと比較して良好なことが確認された。

値で安定していると想定される。

綾瀬浄水場における時間処理水量（2009 年浄水場データ）と、紫

そこで、紫外線透過率、処理水量変動の紫外線消毒に及ぼす影響

外線透過率変動（月島機械測定値）を図 6、7に示す。時間処理水量を評価し、その結果を元に、消毒性能（安全性）と経済性を両立させは1 〜 9月にかけて比較的安定していたが、10 〜 12月にかけて減少た運転方法の検討を行った。

3

傾向がみられた。また、同じ一日で最大 5,000m /hrの差があり、年間33と最大値（16,500m /hr）とで3を通してみると、最小値（6,000 m /hr）

図 9 処理水量と必要ランプ出力の関係
Fig.9 Relation between ﬂow rate and requisite lamp output

4.2.1 紫外線透過率変動への適応
図 8に紫外線透過率と必要ランプ出力の関係を示す。この図では、倍近い変動が見られた。紫外線透過率（λ=254nm、1cm セル：以後、

紫外線透過率の変動による影響評価のため、ランプ点灯本数：1 本、全て同条件）は、原水が 74 〜 96% Tの範囲で変動がみられたにも関

紫外線照射量：25mJ/cm2 の条件に適合するデー
処理水量：3m3/min、2

前記結果より、所定の消毒性能を維持するためには、紫外線透過

わらず、薬品沈でん水で97% T 以上、砂ろ過水で98% T 以上と安定タを抽出している。なお、紫外線照射量 25mJ/cm という値は実験に率の低下や処理水量の増大に応じて、ランプ出力を上げる必要がある

した値を維持していた。いずれもきわめて良好な水質であり、紫外線用いた装置の厚生労働省指針（95%の水量に紫外線照射量 10mJ/

ことが確かめられた。特に、紫外線透過率は数ポイントの差でも照射消毒の導入に適した水準であることが確認された。

cm2 以上）適合値に相当しており、当該値以上であれば所定の消毒性量に大きく影響することから、実際の紫外線透過率が 97% T、もしくは能を満たしていると言える。

98% Tと良好であるにもかかわらず、運転条件を95% Tと安全側に設

図 8より、所定の消毒性能を保つためには、紫外線透過率の低下に伴って、ランプ出力を上げる必要がある。25mJ/cm2を維持するために

図 10 UV センサ測定値の経時変化
Fig.10 UV intensity data of duty sensor

定した場合、消費電力が過剰となることが懸念される。
以上の結果を踏まえると、表流水へ紫外線消毒装置を導入する場

必要なランプ出力は、紫外線透過率 97% Tにおいて1.6kWであった合、紫外線透過率や処理水量を常時 モニタリングし、負荷変動に応のに対し、透過率 94% Tでは2.0kWを要した。紫外線透過率としてはじてランプ出力を適正に制御可能なシステムを組み込むことが、消わずか 3ポイントの差であるが、消費電力としては20%の差を示し、透毒性能（安全性）と経済性を両立させたプロセスとして有効であると過率が大きな影響を及ぼすことが確認された。

考えられる。

4.3 連続運転時の安定性確認試験
紫外線消毒装置の連続運転時安定性評価における必要な確認項
目は主にランプ保護管への付着影響であり、具体的には下記に挙げ

図 11 ランプ保護管写真 A）
洗浄なし-168hr 運転後、B）
洗浄あり
【1 回 /hr】-5,000hr 運転後
Fig.11 Lamp sleeve: A) No cleaning (after 168hr),
B) Hourly cleaning (after 5,000hr)

る項目となる。

図 6 綾瀬浄水場の時間処理水量
Fig.6 Hourly treatment quantity of Ayase WTP

1）UV センサによる測定値（紫外線照度）の安定性
2）
自動洗浄の適正周期3）
ランプ保護管の表面状態の確認、及び付着成分の分析
図 8 紫外線透過率と必要ランプ出力の関係
Fig.8 Relation between UV transmittance and requisite lamp output

図 10に連続運転時のUV センサ測定値（紫外線照度）の経時変化を示す。なお、当該値は運転開始直後の値を100%とする相対値で表しており、対象水の紫外線透過率変動も反映している。自動洗浄の周期は予備調査結果を踏まえて、1 時間毎に1 回と設定した。校正周期

4.2.2 処理水量変動への適応
図 9に処理水量と必要ランプ出力の関係を示す。処理水量の変図 7 綾瀬浄水場の紫外線透過率変動
Fig.7 UV transmittance data of Ayase WTP

はメーカー標準である1ヶ月毎に1 回と設定した。
（校正実施時期は図中に矢印を記した）動による影響評価のため、ランプ点灯本数：1 本、紫外線透過率：5000 時間の連続運転を通して、UV センサ測定値は安定した値で95% T 固定、紫外線照射量：45mJ/cm2 の条件に適合するデータを抽推移した。
図 11に洗浄を全くせず168 時間（1 週間）
運転した後のスリー出した。
（前項にて触れたように、所定の消毒性能を満たす紫外線照ブと1 回 /hrの洗浄周期で5000 時間運転した後のスリーブの写真を示

射量は25mJ/cm2 であるが、データの都合上、45mJ/cm2としている）

す。洗浄なしの系は1 週間で全体的に白色の付着物がみられた。一方、

図 9より、同等の消毒性能を維持するためには、処理水量の増大に

1 回 /hrの洗浄周期の系は、5000 時間の通水後においてもランプ保護

応じて、ランプ出力を上げる必要がある。処理水量 3m3/minと1m3/管への付着はほとんど見られなかった。その差は目視にて明らかである

minそれぞれにおける必要ランプ出力を比較すると、処理水量 1/3としが、透過率測定の結果からも、洗浄なし：10%低下、洗浄あり：0%（低た場合、消費電力は50%削減可能であることが示された。

下なし）、と裏付けられた。また、図 12にそれぞれの保護管への付着物

図 12 ランプ保護管付着成分 分析結果
Fig.12 Attached metals amount on the lamp sleeve

総量を示す。洗浄なしの保護管は、凝集剤に起因するアルミニウムが10 TSK 技報 2012 no.16

TSK 技報 2012 no.16

11

論文 1

Application of UV Disinfection System at Surface Water Purification Plant

表流水系浄水場への紫外線消毒装置の適用

4.4 消毒副生成物確認試験

表 4『自動制御モード』
イメージ
Table4 The image of Auto dose pasing mode

紫外線消毒による副生成物に関しては、水道技術研究センターの原
ら5）により、詳細な検討がなされている。遊離塩素、臭化物イオン、TOC

件数が増加していくと考えられる。表流水への適用検討も各機関にて始められており、今後さらなる本格化が見込まれ、本研究が参考データ
としてその一助となれば幸いである。

を添加し、任意の値に調整した条件で副生成物量を測定しており、クリ
プトスポリジウム対策に必要な紫外線照射量では副生成物の懸念は少ないと結論づけている。この報文を参考として、本試験では、遊離塩
素等の各成分は調整を行わず、紫外線照射量のみを変化させた条件
で評価を行った。設定紫外線照射量−40、200、800mJ/cm2−3 条件の内、800mJ/cm2 は通常運用では非現実的な水準だが、止水状態でランプの点灯だけが数十秒間継続した状態を想定した値である。
結果を表 3に示す。
いずれの照射量条件においても臭素酸、塩素酸、

検討結果を表 5に示す。

トリハロメタンは定量下限値以下であった。これまでの知見を総合す『出力固定モード』と比較して、『自動制御モード』の方が年間消費ると、紫外線消毒による副生成物の懸念は基本的に問題ないが、生成電力量を30%程度削減可能との試算結果が得られ、経済性の面からリスクをさらに低減するため、紫外線照射量が過剰とならないような装その有効性を確認することができた。

置設計をすること、遊離塩素濃度が極力低いポイントに紫外線を設置

2011 年 4月より実稼働開始している岐阜市雄総水源地向け案件（図すること、臭化物イオン濃度、TOCの変動を把握し、運用に反映する

13 参照）では、既に自動制御を組み込んだ運転を採用している。平均

こと、等が重要であると考えられる。

水量は20,000m3/日前後と、最大水量 55,296m3/日の半分以下であり、水質も年間を通して良好であるため、稼働開始から5ヶ月経過した現図 13 岐阜市雄総水源地 実績写真 （最大水量：55,296m3/日）
Fig.13 Operational UV equipment at Gifu Pref.
(Maximum ﬂow rate: 55,296m3/day)

謝辞

在で最大負荷における消費電力の半分以下で運用されている。
表 3 消毒副生成物確認試験結果
Table3 Disinfection byproducts data

本研究にご協力頂いた神奈川県内広域水道企業団殿、立命館大学
神子教授ならびに研究室の皆様にこの場をお借りしてお礼申し上げる。
表 5 ケーススタディ
Table5 Result of case study

なお、本研究は（財）水道技術研究センター主催 Aqua10プロジェクトへの持ち込み研究である。

参考文献
1）紫外線照射−水の消毒への適用性−, 技報堂出版（2008）
2）安井宣仁, 神子直之: 第5 回IUVA（国際紫外線協会）
国際会議参加報告〜海外

5 ケーススタディの技術動向〜, 日本紫外線水処理技術協会ニュースレターNo.3, pp.3-7（2010）
3）Ultraviolet disinfection guidance manual for the final long term 2以上より、表流水系浄水場への紫外線消毒装置の適用は安全性、

enhanced surface water treatment rule, USEPA（2006）
4）伊藤禎彦：オランダにおける塩素を使用しない水道システムの管理, 水道協会雑誌,

安定性の観点から全く問題ないことが確認された。加えて、経済的な第79 巻, 第10 号, pp.12-22（2010）

運用をするためには、処理水量、紫外線透過率といった負荷に応じた

5）原敬一, 藤原正弘, 他: 紫外線照射試験による副生成物量の評価, 第61 回全国

ランプ出力、点灯ランプ本数の適正制御が有効であることも確かめら

水道研究発表会講演集, pp.188-189（2010）れた。そこで、有効性評価のため、負荷に応じた自動制御の採用有無と消費電力の関係について、ケーススタディを行った。
検討条件を示す。

6 まとめ
1）流入条件は綾瀬浄水場データを採用した
2）運転条件は『出力固定モード』と『自動制御モード』の2 種類とした。

本研究により、下記事項が確認できた。

『出力固定モード』： 常時安全側（処理水量：最大値、紫外線透過率：95% T）と設定し、ランプ出力、本数を固定『自動制御モード』： 処理水量、紫外線透過率の変動に応じてラン
プ出力、本数を自動制御※表 4にそれぞれのイメージを示す

1）
表流水系浄水場への適用において、紫外線消毒は充分な消毒性能（安全性）、安定性を確保することが可能である
2）負荷変動が大きい浄水場を対象とした場合、負荷に応じた自動制
御が経済性の面で有効である

3）
自動制御モードにおける省エネルギー効果は消毒性能確認試験結果を反映した図 13は月島機械の実績であるが、国内でも地下水を対象としたケー
スで日量 5 万 m3を超える規模の施設が既に稼働しており、今後、導入

12 TSK 技報 2012 no.16

TSK 技報 2012 no.16

13

論文

2

2 凝集処理の理論的な背景

この電気二重層はすべての粒子の周りに形成されていると考えられ、粒子同士の凝集と分散現象を支配している。

下水汚泥処理における凝集剤の役割について
The Role of Flocculants in Sewage Sludge Treatment

2.1 汚泥の特性

もし、全く同じ帯電状況にある2 つの粒子を近づけて凝集させようと汚泥粒子はよく『負に帯電したコロイド粒子で構成される』と表現されした場合、粒子間には電気二重層の重なり合いによる反発力 VRとることが多いが、一様に同じ組成のものが存在しているわけではない。

London-vanderWaals 引力（分子間引力）VAの２つの力が存在し、下水汚泥をミクロ的な視点で見てみると、無機分 ( 砂や金属水酸化物、これらの総和 Vが作用している。

金属酸化物 )、有機分 ( 蛋白質、微生物細胞 )そして分離すべき対象となっている水分から構成され、これらの混合物を総称して汚泥と呼んで

V＝VA＋VRいる。ただし、一般的には固形物の80％程度が有機分であるため、分離すべき対象物として、有機分特に微生物細胞と水分の存在状態に焦詳論は専門書を参考にするのが望ましいが、図 4に示すようにこれら点を当てて議論されることが多い。ここでも、この２点について解説する。

の力は粒子表面から離れるにつれて徐々に小さくなる。ただし、粒子間の距離により支配的な力は異なり、粒子からある一定距離以上では反1 はじめに

2.1.1 汚泥の帯電発力VRがそれよりも近い場合は引力VAが支配的である。

汚泥の存在状態について模式的に示したものが図 2である。汚泥粒
下水処理は生物学的な処理と物理化学的な手法により汚水を浄化し子、特に微生物や蛋白質の表面にはアニオン性の官能基があり、中性

清浄な水を再生することを目的とした処理プロセスと定義できる。ただ、こ付近ではカルボキシル基が解離し負に帯電していると考えられている。

れは下水処理の一面のみを説明したに過ぎない。
なぜなら、前述した
『生

高尾

大

TAKAO Dai
水環境事業本部
ソリューション技術部
下水グループ

物学的、物理化学的な手法』において、分離、濃縮した『汚泥』を如何に処理するかという大きな課題が共存しているからである。つまり、下水処理のもう一面とは、この汚泥の分離工程をいかに効率よくかつ低コストで行うかということに集約される。
図 1は、下水処理のフローを固形物の濃度という観点で整理したものである。

図 4 汚泥粒子に働く力と距離の関係３）
Fig.4 The Relationship between the force acting on sludge particle and distancefrom sludge particle
図 2 汚泥粒子の表面荷電状態
Fig.2 The condition on surface of sludge particle

このことは、通常、汚泥粒子は分散しているが、何らかの手法で汚Abstract

泥粒子を接近させると逆に引力により凝集状態にすることが可能である

The sewage treatment process consists of using biological and

この負に帯電した汚泥粒子が水中に存在すると、その電荷を中和

physicochemical methods to treat sewage water. When sewage water

しようとして逆符号（つまりプラス）イオンが粒子表面にあつまる。これ

常に作用しており、『反発力の大きさ』及び『粒子間の距離』に依存し、is treated, sludge is generated as a byproduct. Even after the sludge

をちょうど平行板コンデンサが形成される状態と仮定したモデルを電どちらにでも作用する紙一重の関係であると言える。

thickens, it is still composed of 97-98% water. For this reason,

気二重層 1）と呼んでいる。電気二重層モデルには複数の解釈が提

the basis of sludge treatment is solid/liquid separation technology

唱されていているが、粒子表面近傍に形成される特異吸着イオン層

designed to separate water from sludge. One of the most important（Stern 層）とその外側にプラスイオンとマイナスイオンが共存する

technologies used in this process is flocculation technology, which

拡散二重層で説明される2）ことが多い。

helps to enhance the efficiency of separation. This paper examines

図 1 下水処理過程における固形物濃度（例）
Fig.1 Dry substance of sludge in sewage sludge treatment process

ことを示している。つまり、凝集と分散現象に寄与する力は汚泥粒子に2.1.2 水分の存在状態
次に、水分についてだが、これも汚泥中に一様に存在しているわけではない。図 5に汚泥中の水分の存在状態を示す。

flocculation technology and discusses its theoretical background, thekind of flocculants used, and information about equipment for using
these flocculants.
下水処理では生物学的な処理と物理化学的な手法により水を浄化するのと同時に、副次的に汚泥が発生する。汚泥は濃縮過程を経ても 97 〜 98％

流入した下水の固形物濃度は、わずか0.01 〜 0.015％程度であるのに対し、様々な処理過程を経て3.5％程度（重力濃縮汚泥の場合は1.5％程度）
まで濃縮され、脱水後は25％程度にまで達する。こうしたことからもが水分であり、
その処理技術の根幹はこの水分を除去する固液分離技術であ分かるように、大部分が水である汚泥の処理は、その殆どが固液分離プると言える。こうした処理過程においてその効率を高める手段として凝集処理

ロセスに該当し、従来より沈降 ( 遠心分離も含む)、濾過、圧搾が試みらは極めて重要な技術の１つである。本稿ではこの凝集操作に焦点を当て、凝れている。これらのポイントとなっているのは汚泥粒子と水の分離であり、集の理論的な背景、凝集剤の種類はもとより、凝集剤を使用するための実設
備における知見についてまとめたものである。
キーワード：下水汚泥、凝集、分散、無機凝結剤、ポリマー凝集剤
Keyword ：Sewage sludge, ﬂocculant 、dispersion, inorganic ﬂocculant, polymer
ﬂocculant

14 TSK 技報 2012 no.16

図 5 汚泥中の水分の存在状態４）
Fig.5 Existing condition of water content in sludge

凝集処理はこの分離性を飛躍的に高める手法として下水処理には無くてはならない技術の一つとなっている。
本稿は当社が取り組んできたこの凝集処理に焦点を当て、一般的な事項から最新の技術動向までを纏めたものである。

図 3 汚泥粒子表面の電位と距離の関係３）
Fig.3 The Relationship between Zeta-potential and distance from surface ofsludge particle

水分は細胞内に取り込まれている内部水にはじまり、表面付着水、結合水、間隙水そして自由水から構成され、この順番に分離が容易になり、TSK 技報 2012 no.16

15

論文 2

The Role of Flocculants in Sewage Sludge Treatment

下水汚泥処理における凝集剤の役割について

自由水が最も分離しやすい。特に、内部水は現在の凝集技術では自由

図 7に高分子の吸着量が少ない系における凝集現象の模式図を水に変換することは難しく、凍結乾燥、熱処理、あるいは抽出等の技術示す。高分子の吸着量が少ない系では粒子表面は高分子が吸着しに頼らざるを得ない。つまり、凝集処理の対象となるのは内部水以外のた部分と空いている部分が存在する。これらの粒子同士が接近し合水分(表面付着水、結合水及び間隙水)であり、これらを如何に自由水

うと一方の吸着層のテールが他の粒子の吸着層の空いている部分にの形に近づけ、固液分離を容易にするかという点が重要なポイントとなる。

吸着し、2 つの粒子の凝集が起きる。これが『橋かけ』とか『架橋』凝3 凝集剤の種類

更に、Fe（Ⅲ）
イオンはリン酸イオンと次式の様な沈殿を生ずることから、リンの固定化のために添加されることもある。

3.1 凝集剤の分類
凝結と凝集について言及したが、図 10にこれらの処理に用いられる

Fe3+ + PO43+ ⇒ FePO4

薬剤の一般的なものを系統図として示した。
3.2.2 PAC

集と呼ばれる原理である。

2.2 凝集方式とその原理

ポリ塩化アルミニウムの略称であり、多木化学（株）によりPACと命名

2-1で言及したように水中で負に帯電した汚泥粒子と様々な形態でされた。
その主成分はアルミニウムイオン（Al2O3として10 〜 11％程度）

存在した水分をそのままの状態で分離しようとすると多大な時間とエネ

及び塩化物イオン（塩基度 47 〜 57％）から構成され、pHは3.6 〜 4.6でルギーが必要になることから、凝集処理が必要となってくる。下水処理ある。ただし、塩化物イオンが共存するため、腐食には十分気を付けでいう凝集処理は、大別してFeやAl 塩などの無機凝集剤を使った凝る必要がある。

結と有機高分子凝集剤を使った凝集の２つがある。これらの処理の理凝集原理はポリ硫酸第二鉄に酷似しており、更に次式によりリン酸論的な背景を以下に説明する。
2.2.1 凝結について

イオンの固定化作用も有している。
図 7 橋かけ凝集の模式図 5）Fig.7 Pattern diagram of bridging eﬀect

Al3+ + PO43+ ⇒ AlPO4鉄（Ⅲ）やAl 塩が添加された場合の凝集原理は以下のように解釈で3.2.3 塩化第二鉄

きる。
鉄（Ⅲ）やAl 塩は溶液中では解離し、鉄（Ⅲ）やAl イオン（プラスイ

逆に高分子濃度が高まった場合の凝集モデルを図 8に示す。このオン）となり、汚泥粒子のマイナスの電荷部分で中和反応が生じる。こ場合高分子の吸着量が増加するため、吸着層の空いている部分が図 10 下水処理に用いられる主な凝集剤
Fig.10 Typical coagulant using in sewage sludge treatment process

分子構造はFeCl3 で示されるように第二鉄イオン及び塩化物イオンから構成され、一般的に使用されるものの有効濃度は38％程度であの場合、図 3の電気二重層は電位自体の絶対値が低くなるためその殆どなくなる。これらの粒子同士が接近するとこれらの吸着層が重なりり、pHは2 〜 3 程度と酸性である。ステンレス材料に対しても腐食性

影響範囲が狭まることから、図 4での反発力 VRが小さくなる。これによあう領域（図中では点線で囲まれた部分）が生じ、逆に反発作用を及が強いため取扱いに注意を要する薬剤であると言える。単体で使用さり、汚泥粒子が接近しやすくなり、結果的に分子間引力 VA が支配的

ぼし分散剤として機能してしまうことになる。

無機凝集剤（凝結剤）
としては比較的安価な硫酸第二鉄が広く使われることは殆ど無く、石灰等の脱水助剤と併用され、真空、加圧脱水な領域になることで凝集が生じる。また、反発力 VRの影響範囲を決定れている一方、高分子凝集剤ではカチオン系が最も広く使われ、アク機の調質剤として広く普及していたが、現在は高分子凝集剤の適用している拡散二重層の厚さは、液側の電解質濃度が高い程、更にイ

リル酸エステルとアクリルアミドの共重合体やメタクリル酸エステル

と共に使用される割合は減少の一途を辿っている。

オン価が高い程、薄くなるため、鉄（Ⅲ）やAl イオンを用いた凝結操作

重合体が汚泥種や機器の特性によって使い分けられている。

3.3 高分子凝集剤

は電気二重層の観点からも非常に理に適った手法であると言える。

3.2 無機凝集剤

この現象は後述する高分子を介した凝集と区別するために凝結作用と呼ばれている。
2.2.2 凝集について

図 8 分散の模式図 5）Fig.8 Pattern diagram of dispersion

現在は無機凝集剤（凝結剤）は単品で使用されるケースは極めて

凝集剤は一般的に高分子凝集剤もしくは単にポリマーと呼ばれる

少なく、高分子凝集剤と併用する形で使用され、通称 2 液調質と呼ばが、その基本的な特性はそれらを構成するモノマーの種類とその比れている手法がこれに該当する。現在下水処理過程でよく使われてい率から分類される。

る薬剤に絞って以下に主な性質を紹介する。

凝集では数百万程度の分子量を持ち多数のイオン性基を併せ持っ

3.3.1 凝集剤の分類

図 11にその模式図を示す。

た高分子凝集剤が使われる。この凝集原理はイオン性基による荷電中3.2.1 ポリ硫酸第二鉄

和作用と高分子の吸着・架橋作用から構成されると考えられているが、このため、高分子を用いた凝集現象では、図 9に示すように凝集最一般的な処理では前者の中和反応の効果は汚泥の全荷電量の10％

適濃度を境にそれより高い高分子濃度（つまり凝集剤の添加率）の場合といった名称で現場では取り
日鉄鉱業（株）の商品名で『ポリテツ ® 』

程度にすぎず、むしろ高分子系での分散、凝集原理が支配的である。

は分散剤として寄与し、逆に処理効率を低下させることが知られている。

扱われることが多い。主な成分は文字通りと第二鉄イオン（Fe 分として汚泥中に高分子凝集剤が添加された場合、粒子表面に吸着した高分子の状態は図 6のように推定されている。
その吸着形態によりトレイン、ループおよびテールと分類され、一番外

つまり、凝結では荷電の中和を主としているのに対し、凝集ではこれ

11w％）及び硫酸イオン（24 〜 29％）から構成され、pHは2 〜 3 程度とに加え吸着・架橋作用を同時に行っている点で大きく異なり、この作酸性である。ただし、同じ鉄系の塩化第二鉄との腐食性を比較すると用により飛躍的に分離効率を改善していると言える。

ステンレス材料に対しての腐食性は低い薬剤と言える。
凝集原理としては、先述した第二鉄イオンによる凝結作用が主であ側に位置するテール層が凝集現象において重要な役割を担っている。

る。
また、pHが 4 〜 7 程度の下水汚泥に添加されると中和作用を受け、第二鉄イオンは水酸化第二鉄として茶褐色の沈殿物となる。この沈殿物が汚泥粒子の架橋作用も有することもこの薬剤の特徴である。
また、副次的な効果としては、汚泥中の硫化水素を次式に示すような沈殿物として固定化し、脱臭効果を示すこともよく知られており、これが目的で添加される事例も少なくない。

図 6 吸着した高分子の存在状態 5）
Fig.6 Pattern diagram of adsorbing high molecular

16 TSK 技報 2012 no.16

図 9 粒子の分散安定度と高分子濃度の関係５）
Fig.9 The relationship between stability of dispersion and concentration ofpolymer ﬂocculant

図 11 ポリマー凝集剤の分子構造のイメージ
Fig.11 Image of molecular structure of polymer ﬂocculant

H2S + 2Fe3+ ⇔ S0 + 2Fe2+ + 2H+
H2S + Fe2+ ⇔ FeS + 2H+

TSK 技報 2012 no.16

17

論文 2

The Role of Flocculants in Sewage Sludge Treatment

下水汚泥処理における凝集剤の役割について

下水処理で用いられる凝集剤は大別するとマイナス（−）の解離基を持つアニオン性、プラス（＋）の解離基を持つカチオン性そして両方の解離基を持つ両性に分類されている。

体で用いられることは少なく、カチオン性ポリマーと併用した2 剤法や凝結剤と併用されることが多い。
次のカチオン性ポリマーが現在下水処理過程で最も広く使用され所定量の溶解水に粉末状薬品を添加し、2 時間程度の撹拌操作が一方、液体は粉末同様の回分式の溶解装置も適用できるが、槽内必要であり、所定の溶解時間を確保するために溶解槽容量が決定さを2ないし3 区分に仕切を入れて所定の滞留時間を確保したり、薬品

れて、設備外形が大きくなるデメリットがある。

溶解水のライン中に液体凝集剤を注入し混合することで、連続的に溶また、カチオン性ポリマーではカチオン度が異なるものが多数用意ている種類である。大別すると、カチオン性基の部分にメタクリル酸エ

解処理が可能である。粉末系と比較して容易に連続溶解設備を構築されている。カチオン強度はカチオン度のモル％で示すが、これは構

ステルを用いたものとアクリル酸エステルを用いたものが広く用いられすることが可能である。

造式中のカチオン性部分のモル数 Nと非イオン性の部分のモル数 Mている。近年ポリアミジン系も普及してきているが、これは分子構造中を使って以下のように示された指標である。

に疎水基を持つことと、カチオン度が100モル％（つまり全て解離基を持った構造）であるため、荷電中和と架橋機能何れも優れた性能を発先述したように凝結と凝集ではその分離特性は大きく異なり、プロセ

カチオン度モル％＝N ／（N+M）
×100

揮する。
特に腐敗した汚泥等に効果を発揮することが多いが、価格も高スで使われる機器にも多大な影響を与えてきた。特に脱水処理においく、添加量も多くなることから限定的な利用に留まっている状況にある。

ては、凝集剤の変遷はそのまま脱水機の変遷であると言っても過言で当然この数値が高いほど解離基の割合が高く、荷電中和能力に優れた薬品であると言える。

4.2 脱水設備はない。

最後に両性ポリマーであるがこれはカチオン性ポリマーに加え、ア凝結剤と脱水助剤を併用した無機凝集方式として真空、加圧脱水

ニオン性モノマーであるアクリル酸ソーダを更に重合させ、カチオンと機を組合せた手法が下水汚泥脱水機の草分け的な存在である。これ

アニオンどちらの特性も持っていることが大きな特徴である。
3.3.2 凝集剤の化学的構造
図 12に下水処理で一般的に用いられる各ポリマーの構造を示す。

らの機器では凝結剤の欠点である自由水の分離性の悪さをカバーするために、長時間の脱水時間を確保する必要があり、大きな機器外

3.3.3 製品形態について

形や設置面積が欠点であった。

高分子凝集剤は大別すると液体系と粉末系に分類することができ、表１にそれぞれの特徴を示した。現状日本国内の下水処理では粉末

その後、下水普及率の高まりとともに汚泥発生量が増加し、より処系が主流である一方、海外ではハンドリング性などを重視し液体系の理効率を求められる時代となった。また同時に高分子凝集剤の適用シェアが高い国もある。

及び性能向上とともに凝集させた汚泥を濾過圧搾するベルトプレス
脱水機が適用されはじめた。この際に用いられたのはメタクリル酸 エ

元々凝集剤は重合させた直後は液体の状態であるがこれを乾燥・ステル系のポリマー凝集剤であった。

粉末化処理したものが粉末状の製品であり、粒子径としては1mm 程度になるような工夫が施されている。一方、液体系は有効濃度最大40％程度の液状で分散安定状態を維持できるような工夫が施されてお図 13 粉末系高分子凝集剤の溶解作業に用いられる定量供給機及び分散混合器 6）
Fig.13 Volumetric feeder and dispersive mixer used to dissolve powder-type
polymer ﬂocculant

更により高い凝集性能を有するアクリル酸 エステル系凝集剤が適用されるにつれ、遠心場により固液分離を行う遠心脱水機が適用されり、いわば溶けた状態のままで保存することができる。（ただし、一定時た。これら高分子凝集剤を使った機種では処理時間が 10 〜 15 分と間ごとに分離を防ぐ目的で撹拌操作が必要である。）

いう極めて短い時間により脱水汚泥を得ることが可能であり、無機凝
ただし、近年になって、図 14に示すように溶解水に添加した粉末凝集剤を未溶解状態のまま機械的にメッシュ状フィルタに押し当て、透過

表 1 高分子凝集剤の製品形態とその特性
Table1 The variation and its characteristic of polymer ﬂocculant

結剤を用いた機器に対して機器の小型化が図られた。
近年では食品廃棄物やパルプ工程の脱水技術として使われてきたしたものを連続的に溶解液として供給する瞬間連続溶解装置が開発

金属濾材系脱水機が適用されるようになってきた。これは凝集剤の更されている。回分式の設備に対して、設備の縮小化や溶解液の劣化なる高機能化により、より強度の高い凝集フロックを形成し、金属製濾を防ぐ手段として注目を集めている。

材で形成されたろ室に汚泥を圧入しその差圧で濾過を行うことが可能になったことが主な要因として推察される。
上記の事例を見ても分かるように、凝集方式や凝集剤の性能に伴い最適な脱水方式や機種が変遷していった過程を見ても凝集処理の重要性が分かる。

4.3 凝集操作
4.3.1 高分子凝集剤による1 液調質について
濾過系の脱水機では凝集混和槽と呼ばれる汚泥と薬品を一定時間混合する槽を設置する場合が多い。一方、遠心脱水機では特定
図 12 代表的なポリマー凝集剤の分子構造 4）Fig.12 Molecular structure of typical polymer ﬂocculantの槽を設置せず、汚泥配管もしくは機内中に直接注入する方式がとら

4 凝集剤廻りの設備れている。

4.1 凝集剤の溶解装置
まず、ノニオン性ポリマーは全ての凝集剤の基本となるアクリルアミ

前述したように凝集剤には粉末系及び液体系があるが、使用にあドから構成されるものが代表的な種類と言える。イオン性は無く、下水たっては希釈水を加え有効濃度として0.1 〜 0.3％に溶解するための処理では単体で用いられることは殆どないが、現在市場で入手できる設備が必要である。

下水汚泥用のポリマーのノニオン部分はこのアクリルアミドである。

混合手法により、緩速撹拌のみの場合と急速⇒緩速撹拌を組合せ
た2 パターンに大別される。

粉末状を扱う装置は図 13に示すような粉体の定量供給機、分散混

次にアニオン性ポリマーは先のアクリルアミドとアクリル酸ソーダの合器及び撹拌機付溶解槽から構成される。この溶解装置を2セット以重合体であり、当然後者がアニオンとしての特性を発揮する。これも単上設け、交互に溶解作業を行う回分式の溶解設備が一般的である。

18 TSK 技報 2012 no.16（1）凝集混和槽を設置する場合（濾過系脱水機）

図 14 連続溶解装置 7）
Fig.14 Continuous dissolving equipment of polymer ﬂocculant

TSK 技報 2012 no.16

19

論文 2

The Role of Flocculants in Sewage Sludge Treatment

下水汚泥処理における凝集剤の役割について

図 19 遠心脱水機への適用事例９）
Fig.19 Application to centrifuge decanter

図 17 二液調質における処理フロー
Fig.17 Schematic ﬂow of inorganic and polymer ﬂocculant conditioning method（2）高分子凝集剤→無機凝集剤添加

5 さいごに近年、高分子凝集剤により形成した凝集フロックをある程度の含水率まで濃縮・脱水した後、無機凝集剤を添加する手法が開発されて

図 16 遠心脱水機における高分子凝集剤の注入方式 8）
Fig.16 Injection method of polymer ﬂocculant on centrifuge decanter

4.3.2 無機凝集剤と高分子凝集剤を用いた2 液調質について前述したように無機凝集剤は単品で使用されるケースは少なく、高分子凝集剤と併用されることが多い。ただし、2 つの凝集剤の添加方

下水処理過程における凝集処理の重要性から、凝集の理論的な背きた。従来の凝集操作時に高分子→無機凝集剤の順番で添加され景及び実際の使用方法について主に解説してきた。ただし、これはあくた場合、凝集フロックが分散することより濾過性の悪化や分離水側 SSまで一般的な事例であり、現在では様々な改良が加えられている。

濃度が上昇する弊害があった。これに対し、この手法では濾過・濃縮

近年、焼却設備での温室効果ガス削減や汚泥の燃料化利用などが殆ど終わった領域（含水率では90％前後）に無機凝集剤を添加し、の熱処理技術が注目を集めている。これらの熱処理技術では脱水汚

先述した汚泥粒子の荷電中和反応を生じさせることから、更なる含水

泥中の水分の蒸発潜熱が補助燃料消費量を支配しており、言い換え率の低減が可能となる。適用機種としては濾過圧搾を主体とするベル

れば前段の脱水・濃縮工程で如何に汚泥の低含水率化をはかるか

トプレス、スクリュープレスはもちろんであるが、最近では遠心脱水機

が、燃費を左右する。こうしたことからも、固液分離プロセスである汚にも適用されるようになった。いずれの脱水機においても、以下の点が泥処理において、水との分離効率を飛躍的に向上させる凝集処理の技術的なポイントと考えられる。

役割は今後もその重要性を増していくと考えられる。

法について、①無機凝集剤を先に添加する手法と②高分子凝集剤を
図 15 凝集混和槽の形式
Fig.15 Schematic ﬂow sheet of ﬂocculation tank

先に添加する手法の2 パターンが知られている。ここではこの2 手法①ろ過濃縮操作が終わった位置で無機凝集剤を添加すること、について解説する。

②添加された凝集剤と濃縮された汚泥の混合性を考慮すること、③凝集剤を多く含む分離水を高分子凝集剤で凝集した領域に混合さ（1）無機凝集剤→高分子凝集剤添加
前者は特に凝集フロックの外形を保持することに主眼を置いたもの

せないこと

1）H.v.Helmholz:wied.Ann.7,337（1879）
2）O.Stern:Z.Elektrochem.,30,508（1924）;渡邊ら：表面,10,61（1972）

この場合、まず汚泥に凝集剤を添加・撹拌し、凝結や pH 調整を行っで、金属濾材系脱水機に利用されてきた。これは2-2で解説した凝集た後、高分子凝集剤を添加することが多い。図 17に2 液調質を行う

図 18はスクリュープレスでの適用事例である。上述の解決技術と原理に基づいて考えれば、一度に汚泥と薬品を完全に混合しないこと

設備フローを示す。ここでは高分子凝集剤を添加する槽において造して、予備濃縮し濃度が高まった汚泥にポリ硫酸第二鉄を添加するから、汚泥粒子表面に吸着相と非吸着相が存在し、架橋凝集を生じ粒機能と濃縮機能を有したものを紹介している。

手法がとられている。

やすい反応槽であると言える。特徴としては粗大な凝集フロックを形成させることが可能であるが、汚泥粒子の荷電中和反応が進み難く、凝集剤の添加率が高まる傾向にある。

この場合、2 段目で添加される凝集剤はカチオン性よりむしろ両性系が使用される。
場合、金属イオンの中和により形成される水酸化物（プラスに帯電）とる手法であり、主にベルトプレスに適用されてきた。基本的な凝集原

汚泥（マイナス）を架橋する必要があり、カチオン性では両者を架橋

理は急速撹拌部において均一な吸着相を形成させた後、緩速撹拌部でこれらを衝突凝集させ、凝集フロックの粗大化を図るものである。
近年では金属濾材系脱水機にも適用される事例 10）がある。

また、図 19は遠心脱水機への適用事例であり、同じくある程度遠心濃縮された部分に添加されるような工夫が施されている。

これは無機凝集剤の添加率が高い際に凝集フロックの架橋を行う

一方、後者は汚泥と高分子を一度完全混合し、その後で架橋させ

参考文献

3）北原ら : 界面電気現象、p51（1972）
4）東京都下水道サービス株式会社：ポリマー凝集剤 使用の手引き
5）北原ら：界面・コロイ
ド化学の基礎、p120
6）赤武エンジニアリング：イートップ・サンフロー カタログ
7）財団法人 下水道新技術推進機構：建設技術審査証明報告書 高分子凝集剤
溶解装置 高分子凝集剤瞬間連続溶解装置（RCSS装置）
8）財団法人下水道新技術推進機構：低動力型高効率型遠心脱水機技術マニュアル-2007年8月9）社団法人日本下水道協会：第 48 回下水道研究発表会講演集平成 23 年度、
p851、875
10）社団法人日本下水道協会：第46回下水道研究発表会講演集平成 21年度、
p796

するには限界があるためである。
経験的に両性とカチオン性凝集剤の使分けの目安となるのは、ポリ硫酸第二鉄を一例に挙げれば、汚泥中の対固形物量当りの製品重量換算の添加率が 10 〜 15％程度となることが多い。ただし、これはあ（2）凝集混和槽を設置しない場合（遠心脱水機）
遠心脱水機では図 16に示すように汚泥供給配管に高分子凝集剤を添加するライン注入方式と脱水機内に注入する機内注入方式の2パターンがある。

20 TSK 技報 2012 no.16

くまで目安であり、汚泥中に荷電状態の汚泥粒子や細胞外代謝物（アニオン性高分子）が多く存在する場合、凝集剤の添加率が高まる傾向にある。
図 18 スクリュープレスへの適用事例９）
Fig.18 Application to screw press

TSK 技報 2012 no.16

21

製品紹介

1

スーパー繊維ろ過器（PCF Filter）
Super Fiber Filter (PCF Filter)1 はじめに下水処理施設のろ過設備は、処理場内で処理された水の中に含まれている浮遊物質（SS）分を除去し、水を再利用するために必要な設備である。再利用水の用途は、下水処理場内の機械用水、雑用水だ
けでなく、場外での利用を目的とした親水用水、修景用水とその用途は広く、下水処理水の再利用施設は今後起こりうる水不足に備えた

図 2 PCF Filter
Fig.2 Photo of PCF Filter

渇水対策施設としても広く利用されていくと思われる。

西田 幸雄
NISHIDA Yukio
水環境事業本部
ソリューション技術部
水処理グループ

本製品は、従来機種の宿命である「機器投影断面積（πr2）＝ろ過面積」という考え方と異なり、集水円筒管面積（2πrh）がろ過面となるため、設置面積当たりのろ過面積が従来機種より大きくとれることを特3 ろ過原理徴とする繊維ろ過器である。
本稿にてPCF Filterの製品紹介を行う。

ろ過器の運転は、ろ過工程と逆洗浄工程の2 工程（図 3 参照）に分

Abstract
TSK introduced the PCF Filter (Pore Controllable Fiber Filter), a
product of SSENG CO., Ltd in the Republic of Korea.
This filter features flexible fiber bundles that are placed around a water

2 構造
従来のろ過器は、ろ過器の投影面がろ過面積（πr ）となる。PCF
Filterは、図 1に示すようにろ過器中央に配置した集水円筒管面をろ過面積（2πrh）とするろ過器である。

3.1 ろ過工程
ろ過工程時は、集水管の縦方向に設置した長繊維の束をエアシリ

The flexible fiber bundles are drawn up vertically (via tensile逆洗工程）の模式図を示す。ろ過部は無数に開けた孔を有する集水

force) to reduce the clearance between each fiber. After the fibers

円筒管の周囲に、集水管縦方向に無数の長い繊維束を配置した構へ排出される。

are drawn up, filtration is performed by pumping raw water through造となっている。この集水管が密閉の外部円筒内に内蔵された構造と

the clearance between the fiber bundles.

なっており、原水は外部円筒部に供給され、ろ過水はろ過部集水管
下部より排出される。

cleaning the fiber bundles. After the release of the tensile force,the system reverses the flow of water containing air and sends it
through the collecting pipe to thoroughly clean the fiber bundles.

空気と洗浄水により浮遊物質を捕捉した固定ろ材を強力に洗浄できるため、短時間（約 5 分程度）の逆洗時間でろ材を洗浄できる。

4.4 優れた維持管理性
従来型ろ過器は、ろ材に砂等の粒状ろ材を使用しており逆洗浄工
程の際、ろ材が外部に流出するため、定期的にろ材を補充している。
PCF フィルターのろ材は繊維の束を集水管の上下で集水管に固定し3.2 逆洗浄工程（ろ材洗浄）ているためろ材が外部に流出することはない。またろ材が固定されてい逆洗浄工程時は、ろ過工程時に上部に牽引して繊維束を固定したるため空気と洗浄水により強力な洗浄が可能となり、ろ過の障害となる

エアシリンダを下方に移動させることで繊維束を弛緩させる。弛緩した

マッドボール、ミミズ、ヒル等の発生がなく、常時次亜塩素酸ソーダの繊維は装置の下部から供給される圧縮空気により、下部から上部に向注入を行う必要はない。また異物が入ってきた場合繊維ろ材で捕捉でかってもみ洗いされる。洗浄水は集水管を通りろ過方向とは逆方向にきるため従来型ろ過器で必要なオートストレーナーも不要である。

洗浄水が供給される。洗浄工程で繊維に捕捉された浮遊物質は繊維

この繊維ろ過器は韓国のSSENG 社からの導入製品である。

から剥離され逆洗水とともに装置の外に排出される。

5 浮遊物質（SS）の除去能力

4 特徴

5.1 性能確認方法

4.1 高い処理能力

水を用いて連続テストを行い確認した。同下水処理施設の二次処理

PCF FilterとはPore Controllable Fiber Filterの頭文字をとったものである。
ストレーナーの周囲に配置されているフレキシブルな繊維の束を縦方向に引っ張ることで繊維間のクリアランスを微細穴状態になるまで狭める。その狭まった繊維束に原水を通過させることでろ過をおこなう。
本ろ過器は、縦方向に引っ張り緊張していた繊維をゆるめた後、空気を伴っろ過面積は機器の投影面積に依らず、高さに比例するため、機高がた逆洗水で繊維束を確実に強力な洗浄ができるろ材の洗浄機構をもっている。

22 TSK 技報 2012 no.16

処理が可能なコンパクトなろ過装置となっている。

ンダにより縦方向に牽引する。繊維を牽引することにより繊維間のクリ
中の浮遊物質を捕捉する。ろ過水は集水管にて集められろ過器の外キーワード：水処理、繊維、ろ過、省スペース、維持管理
Keyword：Water treatment, ﬁbers, ﬁltration, space conservation,easy operation and maintenance

機器の投影面積当たりのろ過速度が高いため省スペースで大容量

4.3 短時間洗浄
2

アランスを狭め、狭まった繊維束に原水を通過させ繊維ろ材にて原水The PCF Filter is equipped with a back washing system for

4.2 コンパクトけられる。以下にろ過工程と逆洗浄工程の原理について説明する。

図 2にPCF Filter の本体を示す。 図 3にろ過器断面（ろ過工程、

collecting pipe (punched pipe), which is positioned inside the filter.

図 3 ろ過工程／逆洗浄工程
Fig.3 Filtration process and Back-wash process

高い程省スペースで大量のろ過が可能となる。投影面積換算のろ過
図 1 ろ過器の構造概要
Fig.1 Structural outline of ﬁlter

速度は、砂ろ過器 200m/日に対し、機種によって異なるが 1000m/
日〜 3000m/日のろ過能力を出すことができる。

PCF フィルターのSSの除去性能は下水処理施設からの二次処理
水にて、ろ過速度 200m/日で運転中の砂ろ過設備におけるSSの除去性能と比較しながら性能確認を行なった。
砂ろ過の能力と比較するため、性能は機器の投影断面積におけるろ
過速度
（m/日）
に換算した。

TSK 技報 2012 no.16

23

製品紹介 1 スーパー繊維ろ過器（PCF Filter）

Super Fiber Filter (PCF Filter)

過圧はろ過初期時の圧力に回復していることから短時間で効率よくろ5.2 浮遊物質（SS）の経時変化
図 4に原水、砂ろ過水、繊維ろ過水のSSの経時変化を示す。 砂
ろ過器はろ過速度 200m/日にて運転し、PCF filterはろ過速度 1500

材の洗浄がおこなわれているといえる。また洗浄水量の比率
（洗浄水÷
処理量）
は砂ろ過の5 〜10％に対して3 〜 5％である。

7 実績
PCF Filterは、韓国の SSENG 社で開発されたろ過器である。 韓
国内では1000 機以上の実績があり、中国、ロシアとインドネシア（m/日）
にて運転した結果である。
本結果よりPCF Filterからのろ過水は、ろ過速度が砂ろ過器の7.5倍でありながらろ過水中のSSが下廻り、砂ろ過水を上廻るろ過水質を5.4 PCF Filterの能力
以下にPCF Filterの能力についてまとめる。

を主としたアジア地区を中心に実績をのばしている。 用途としては下水処理施設向けがメインであるが、鉄鋼業界を中心に民間排水処示している。

①装置の投影面積が同一の場合、砂ろ過器の約 7.5 倍以上の処理

5.3 浮遊物質
（SS）
の除去率

②ろ過速度
（m/日）
に係らず安定したSS 除去能力を有する。

る。PCF Filter の姉妹機種としてGFF Filter（Gravity Flow Fiber③少ない洗浄水で短時間に逆洗ができる効率のよい逆洗システムをFilter）「重力式繊維ろ過装置」があり、下水処理施設の全量ろ過施能力を有する。
図 5にろ過速度を変化させた場合のSS 除去率に及ぼす影響を示す。
本図は、2か月毎に3 回行った調査データを元に、プロットしたものである。

有する。

PCF FilterのSS 除去能力は、ろ過速度（m/日）の影響を受けること

PCF Filterのろ過面積の大小は機高に影響を受けるため、機種によ5.4 逆洗効率
本ろ過装置の運転ろ過圧は（0.014 〜 0.075MPa）である。SS 捕り投影面積当たりのろ過速度（m/日）は異なる。PCF Filterのユニッ

捉許容値は約 80 〜 120g-SS/m2 であり、SS 捕捉量が許容値に達

ト構成はPCF600Nまでは 1 塔 / ユニット、PCF1250N 〜 5000N

するとろ過圧力は0.075MPaとなり逆洗浄がはじまる。洗浄はエアーを

は4 塔 / ユニットの構成となっている。

供給しながら洗浄水にて逆洗させるものである。約 5 分の洗浄後のろ利用の前処理、プール水のろ過等、業界を問わず幅広い実績があ設のろ過装置として採用されている。
PCF Filter の日本での実績は民間で５件以上あり、今後下水処理

6 浄機器のラインアップ

なく安定したSS 除去性能を得ることができる。

理施設にも多くの実績がある。他の用途としてはRO 膜による下水再表 1にPCF Filterのラインアップを示す。

施設にも広く採用されていくものと思われる。

8 まとめ
下水処理施設から排出される二次処理水の高度処理水は、処理場
内のリユースだけでなく、処理場外施設である公園等で、親水利用、修景水利用されており、水の有効利用として広がってゆくものと思われる。
また閉鎖性水域対応としての下水処理水の全量ろ過施設用途も広がりつつあり、ろ過装置の市場はますます成長してゆくものと思われる。
本ろ過装置は、従来の砂ろ過器とコンセプトが異なる構造となっておりコンパクトで大容量処理が可能なろ過器であることから広く市場に認知していただけるとものと確信している。

図 5 浮遊物質の除去率
Fig.5 Relation of ﬁltration velocity and SS removal eﬃciency
図 4 浮遊物質の比較
Fig.4 Comparison of SS concentration in raw water and ﬁltrate

表 1 PCF Filter のラインアップ
Table1 Lineup of PCF Filter

24 TSK 技報 2012 no.16

TSK 技報 2012 no.16

25

製品紹介

2

2 浄化センターへの取組み
処理場のメンテナンス（遠隔監視システム）ている。本システムは情報共有による効率化を実現することを目的に「2.4 遠隔監視システム（DCSの遠隔操作・監視ツール）」、「2.5 遠隔監視システム（機器の遠隔操作・監視システム）」、「2.6 設備の遠2.1 施設の概要
浄化センター（処理量：220,000m /日、
敷地面積：約140,000m ）は、
32隔監視システム」、「2.7 自動水分計」の4ツールで構成されている。

マンホールポンプ施設（以下マンホール P）、汚水送水施設から送られUsing Remote Monitoring Systems to Handle
the Maintenance of Water Treatment Facilities
Abstract

る汚水・雨水の水処理から汚泥の濃縮、消化、脱水、焼却処理までの全設備をTTMSが包括委託（維持管理・小修繕）を受けて運転を行って

2.3 浄化センターのシステム構成図
浄化センターを区分すると水処理設備、汚泥処理設備、焼却処理いる。浄化センターの包括委託において、夜間の省人化によるコスト削

設備と、場外設備に分類される。これら設備（棟）間にLAN ケーブル減の実現に新技術 PJが開発した「遠隔監視システム」（以下、本シス

を3 系統（映像系、DCS 操作系、情報共有系）に分けて敷設した。ネッテム）を導入した。

トワーク負荷を考慮したことと、総延長 3.8ｋｍと長いことから断線時の予備回線としての意味も持たせている。設備（棟）には以下に述べる各The “life cycle business (LCB)” concept is a new business model that is becoming an increasingly important part of the water environmental business of the Tsukishima Kikai Group.
In the midst of this trend, there are a growing number of instances in which a comprehensive evaluation

ツールを導入し、場外設備には携帯電波を利用した無線通信装置を設

2.2 導入の目的
水処理施設、汚泥処理施設、焼却処理施設は敷地内に独立して置して接続した（図 1）。

おり、各施設の監視室は24 時間体制で人員を配置し設備監視を行っmethod is being employed within the conventional construction work of plants. This rise is largely due to theneed to improve the efficiency of plant operation and maintenance work while effectively lowering costs.
At the same time, the attitudes of local governments towards investing in public work projects are currently

表 1 開発した各種ツール一覧
Table1 The list of various developed toolschanging. While governments tended to place construction costs first in the past, they are now beginning to今井 勝彦
IMAI Katsuhiko
月島テクノメンテサービス株式会社
維持管理技術部
第 2 課グループ

give higher priority to “life cycle costs (LCC)”, such as the expenses for plant operation and maintenance.
At Tsukishima Techno Maintenance Service Co., Ltd we are currently working to address these customer
needs by providing manpower saving systems and various tools for automation. This report highlights the ways
in which these systems and tools are being introduced and utilized. It also discusses the respective tools we
intend to develop for our business dedicated to creating ways to use sewage sludge as an alternative to coal.
月島機械グループの水環境事業において、ＬＣＢが重要なビジネスモデルになりつつある。
一方、プラント設備のみの受注工事においても、総合評価方式の採用が増加し、運転管理や補修工事の効率化およびコスト低減のニーズが高まり、地方自治体の公共投資に対する考え方が、従来の建設費重視から維持管理費を含めたＬＣＣの最適化に移行しつつある。
月島テクノメンテサービスは、
これらのニーズに対応するため、自動化や省人化を可能にする各ツールを導入し活用を図っている。
本書では、これらの導入および運用の状況を報告するとともに、今後、下水汚泥燃料化事業に展開する各ツールについて紹介する。
キーワード：ライフサイクルビジネス、効率化、遠隔監視
Keyword：Life cycle business, improve the eﬃciency, remote monitoring

1 はじめに

1.1 新技術 PJのメンバー
新技術 PJは関連部門横断型の月島グループ内プロジェクトであり、昨今、包括的管理委託（以下、包括委託）、PFI、DBOのライフサ

両社の各部門から選出されたメンバーで自動化・省人化を実現する各

イクルビジネス（以下、LCB）にかかわる運転管理の効率化が求められ

種ツールの機材選定・試験導入・検証と水平展開を行なっている。

ている。新規・更新プラントの総合評価方式にも運転管理、補修工事の効率化、コスト低減が重要であり、これまでのイニシャルコスト重視からライフサイクルコスト（以下 LCC）
重視に移行しつつある。

1.2 新技術 PJが開発した各種ツール
汎用ツールを活用し試験導入を行い実用化すること（以下、開発）で

月島テクノメンテサービス（以下、TTMS）
は、これらに対応するため

運転管理の効率化を図る。即ち現場環境で使える「耐久性と機能、操部門を越えて課題に取り組むべく「新しい運転管理技術の開発プロジェ

作性」を検証するため現場に導入し評価を行った。本稿では浄化セン

クト（以下、新技術 PJ）」
を2007 年より３カ年計画で立ち上げた。（現ターと汚泥燃料化設備に導入した表 1のNo.6 〜 11のツール（着色項

在は汚泥燃料化案件対応のため期間延長中）新技術 PJで開発した自目）について紹介する。

*1 社内 LANと同等のセキュリティ機能を持たせることで、データの安全を確保している。
*2 各設備（棟）に点在する監視室のPCをネッ
トワークに接続し、センター共有サーバー
にて情報を共有している。

動化・省人化を実現する各種ツールのC 市 N 浄化センター（以下、浄化センター）への導入状況と、汚泥燃料化設備に導入した各種ツールについて紹介する。

26 TSK 技報 2012 no.16

図 1 システム構成図
Fig.1 System conﬁguration chart

TSK 技報 2012 no.16

27

製品紹介 2 処理場のメンテナンス（遠隔監視システム）

2.4 遠隔監視システム（DCSの遠隔操作・監視ツール）
KVM スイッチ（Keyboard Video Mouse（図 3））とは、機器（PC）

Using Remote Monitoring Systems to Handle the Maintenance of Water Treatment Facilities

水処理監視室に設置した監視用 PCから遠隔操作・監視が行える（図

現場機器の状態をリアルタイムで確認することで、細かな調整運転2、図 3、表 2）。

とコンソールデバイス（キーボード、モニター、マウス）の間に接続することによって、その機器へのリモートアクセスを実現するリモートア
クセスユニットである。

・測定範囲：水分 65 〜 100％

蔵したカメラと、カメラ固定アームを使用することで、取り付け方法の自・耐圧：1.6MPa 〜 10MPa

由度を高めた。また複数の下水処理施設での試験運用により、硫化水・口径：50A 〜 300A

素等の腐食性ガス環境下での耐久性確認が行えた（図 9〜12、表 3）。

KVM スイッチと接続された機器はWeb ブラウザや 専用アプリケー

運転調整が必要となった。このためフロック形成状態を確認しながら運転調整や無人運転が行えるように既設現場操作盤を改良した。現場に制限はなく(Windows、Mac、Linux、Sun、シリアル対応 )、接続イ

盤と汚泥処理監視室に設置したタッチパネル（以下 TP）で双方から操

ンターフェースはPS/2とUSBの両方に対応し、様々な機器（PC）に作可能とした。また、監視カメラを導入したことで、監視室からリアルタ

接続できる
（図 4）
。
（本機器はサーバーの遠隔操作用に開発された。）

イムで濃縮汚泥の状態を把握できるようにした（図 5 〜図 8）。

ボード、モニター、マウスの間にKVM スイッチを取りつけることで、・測定方法：マイクロ波式が行えるようになった。防滴構造（IP66）に対応した赤外線灯光器を内ベルト濃縮機は現場操作のみであったが、汚泥の性状に合わせた

2.5 遠隔監視システム（機器の遠隔操作・監視システム）

ションを使用して他のPCからリモートアクセスが行え、対象機器のOS

汚泥処理施設、焼却処理施設の DCS 本体（PC）とDCS 用キー【水分計の仕様】

2.6 設備の遠隔監視システム

TP 間はLAN ケーブルで接続する。汚泥監視室のTPは2 台あるベルト濃縮機用 TPを切り替えて使用する。

高圧 100A 〜 200A
【マイクロ波式水分計の特徴】

2.7 自動水分計
焼却炉の安定した運転管理にはケーキ水分の管理が重要である。
ケーキ水分を安定維持することで汚泥焼却設備の補助燃料が削減できるため、ケーキ水分の常時監視を行えるようにした。ケーキ圧送配管

・マイクロ波式は光学式と比較して汚れの影響が少ない（送受信部がセラミック性であるため､ 汚泥の付着が少ない）・洗浄等のメンテナンスが不要の一部に水分計本体を設置し、本機のアナログデータをデータロガー

公共の下水道施設で4 年以上メンテナンスフリーの実績有（TTMS

で記録しネットワーク経由で汚泥処理監視室にて遠隔監視を行う。

が管理する事業所の運用実績）

実測データは３日間の測定で手分析と水分計との差違が少なく十分実用性があると判断できたため、通年テストを実施し確認した（図 13）。

・測定時に測定物質の「色」に影響を受けない
・他社にはない耐圧 10MPaの高圧タイプがあり､ 脱水ケーキ等の測定が可能（図 14、15）図 2 汎用 PC（水処理監視室）
Fig.2 Monitoring by computer in themonitoring room

図 3 KVM スイッチ
（汚泥棟監視室）
Fig.3 KVM switch in the monitoringroom

図 5 タッチパネルシステム構成図
Fig.5 Conﬁguration chart of touch panel system
図 9 監視室のモニタによる監視
Fig.9 Monitoring screen from cameras

図 10 ⑦ケーキ圧送 PGの監視
Fig.10 Monitoring for the pressuregauge of cake pump
図 13 水分計の実測データ
Fig.13 Monitoring data of water content meter

図 4 KVM スイッチの導入概要
Fig.4 Outline of KVM switch installation

図 6 現場盤にある操作用 TP
Fig.6 Touch panel for operating on
the local control panel

図 11 ②マンホール P 内の監視
Fig.11 Monitoring for manhole pump

図 12 ④しさ脱水機用ホッパの監視
Fig.12 Monitoring for the hopper ofdebris dewatering machine

図 14 自動水分計の設置状況
Fig.14 State of installation of automatic water content meter

表 3 監視カメラ*の導入状況
Table3 The installation of Surveillance cameras
表 2 DCS遠隔監視・操作ツールの導入状況
Table2 The installation of remote monitoring and remote control tools for
DCS(Distributed Control System)

図 8 ベルト濃縮機のケーキ排出部に設置した監視カメラと固定アーム
Fig.8 Monitoring camera and arm forﬁxation set up in sludge dischargepart of belt thickener
図 7 汚泥処理監視室内の遠隔操作用
TPと映像用 PC
Fig.7 Touch panel for remote
operating and computer for monitoring*DCSの機器仕様が合わず（端子規格が古く接続できない）、
代わりにWEBカメラによる監視を行った。

28 TSK 技報 2012 no.16* カメラのタイプ（固定式、可動式、防水、防爆等）については現地調査で最適なタイプを選定した

図 15 ケーキ水分のモニタリング画面
Fig.15 Monitoring of water content meter

TSK 技報 2012 no.16

29

製品紹介 2 処理場のメンテナンス（遠隔監視システム）

Using Remote Monitoring Systems to Handle the Maintenance of Water Treatment Facilities

3 導入効果と今後の課題

設備の状況を把握することで迅速な対応が可能になる。しかし客先

4.2 システム紹介（図 17）

行うだけでなく、将来の設備運用計画に利用し、運営管理の効率化の視点からすれば情報がネットワークを介して漏洩することに対する①歩く監視室を図る。

3.1 導入効果

心配が絶えず付きまとう。セキュリティ機能の強化と客先との情報

場内に無線 LAN 環境を構築し、巡回点検時や保守作業時においての取扱いに関する取り決めが必要である。

も、モバイル PCにて中央監視操作室と同等の操作環境を作ること

浄化センターにおける本システムの導入による効果は安全性の確保
と省人化
（効率化）
の両立にある。水処理施設・汚泥処理施設・焼却で、中央監視操作室に作業員が常駐する必要性を無くし、人員コス

4 汚泥燃料化設備に導入中の遠隔監視システム紹介

トの縮減を図る。

集中させることで省人化（効率化）を行った。本システムを使うことで汚泥処理施設・焼却処理施設における現場作業等の対応が必要な場

4.1 システム導入の背景② WEB サーバーによる遠隔監視処理施設の各監視室の夜勤人員を再編成し、水処理監視室に人員を合、水処理施設の監視室で汚泥処理施設・焼却処理施設を遠隔監視し、異常があれば通報や遠隔操作を行うことが可能になった（表 4）。

PFI（DBO）方式での発注となる汚泥燃料化案件においては、運営

TSK グループの社内 LAN（以下、社内 LAN）と事業所内のLANを管理（運転管理、補修工事）期間が２０年間にわたり、ライフサイクル

繋げることで、日常監視の2 重化による設備安定稼働を行うだけでな

コストの最適化を図ることが最も重要な課題となっている。運営管理のく、夜間遠隔監視操作による現場夜勤者ゼロを目指し、人員コスト

3.2 今後の課題中でも特に重要な部分を占める、運転管理（現場作業負荷監視・夜間の縮減を図る。

（1）
技術者の育成体制）のコスト最適化を図るためには、新技術 PJにて得た自動化・省③転倒検知・通報本ツールを使用する場合、監視元である水処理監視室のオペレータ

人化の成果を本設備に展開し各種ツールの導入を行い活用していく必

少人数管理でも作業員の急病・転倒発生時の早期発見を行うため、は汚泥・焼却設備の運転管理ができなければ遠隔監視が行えない。

要がある。また、一つの燃料化案件だけでなく、複数の将来案件にも転倒の検知→警報発報→電話回線による自動通報し、事業所長やそのため、浄化センターの維持管理に精通した技術者の育成が必展開することによって、期待される効果が発揮されることになる。ただし、担当者へ通報を行うことで作業員の安全を確保する。

要になる。

これを実現するためには設計・建設が運営管理と一体となり設備の完

（2）
客先の理解

成度を高める必要がある（図１６）。

④ WEB カメラ、画像解析

本ツールを使用する場合、客先への十分な説明を行い、理解していWEB カメラによる設備監視を行うことで、夜間無人時でも遠方監視

ただく必要がある。ネットワークを経由してTTMS・TSKの技術者がを可能にする。また、画像解析により運転員が常時監視しなくても異常発生の予兆を感知できるシステム開発を検討している。
⑤設備の自動化（フェイルセーフ）
重故障発生時に設備を安全に自動停止（内部残留物除去や機器

表 4 作業員の人員体制
Table4 Improvement of the worker formation after installation of new toolsに損傷を与えない停止）
させるシーケンスを組むことで、少人数管理
時・夜間無人時でも安全に設備停止を行う。
⑥スマートテレキャスター
突発故障等が発生した場合、スマートテレキャスター（映像の送信と、音声の双方向通話できる装置）を現場で使用し事業所 LANから社内

図 17 現場システム全体概要図
Fig.17 Outline of the whole system for site

LANを経由して、現場⇔本社（TTMS・TSK）間で迅速に情報共有する。それにより、初動対応や緊急対応を円滑に行うことで、設備停止期間を短くし、汚泥処理量減少にともなうペナルティー防止を図る。

4.3 今後の取組み
この様に、汚泥燃料化設備には数々の省人化（効率化）ツールを導⑦機器のデータ自動収集（場内 LANの活用）
1）
機器電流値

入している。2011 年 9月下旬より試運転を開始し、その中で各システ
ムの調整と効果検証と活用を行っている。これらはPFI（DBO）、包括

DCSには取り込まないが設備管理に必要（機器状態の把握のた委託や総合評価方式に活用できるものであるため、運用レベルを順次め）な機器の電流値データを自動収集し、機器状態の把握、予高めていきたい。本燃料化案件だけでなく将来案件も含め、複数の汚防保全を図る。

泥燃料化設備が稼働すれば、遠方監視センターの構築・運用も検討

2）
簡易オンライン振動診断ユニット
高速回転機器（循環ファン、誘引ファン、消化ガス昇圧ファン）する。 夜間の集中監視は省人化における重要な課題であり、今後のLCB、LCCに多大な影響を与えうる重要なファクターと考える。

に設置してリアルタイムにデータ収集し、振動診断を行うことで、故障・突発停止を予防するだけでなく、補修時期を見直すことで工事コストの縮減を図る。
⑧設備情報管理システム活用による運営管理
図 16 システム導入によるコストダウン効果イメージ
Fig.16 Concept in eﬀect of cost reduction using new system

30 TSK 技報 2012 no.16

点検データ、機器故障・補修履歴、予備品管理情報の一元管理を行うことで、書類（運転日報や各種報告書、故障対応など）の活用を

TSK 技報 2012 no.16

31

復興支援報告て汚泥処理を継続している（H24 年 1月現在）。仮設Ⅱ設備が立ち上

3 流入下水の汚泥処理についてがった後、仮設Ⅰ設備は最終沈殿池堆積汚泥の脱水処理に使用した。

3.1 汚泥処理フロー

東日本大震災からの下水処理場復興支援報告

ここでは緊急対応で設置した仮設汚泥処理設備
（仮設Ⅰ）
について紹
介する。図 4に仮設汚泥処理設備のフローシートを示す。月島機械のReport on the Support Efforts to Help Rebuild the Wastewater
Treatment Plants Damaged by the Great East Japan Earthquake

範囲としては、初沈汚泥ピットからの汚泥引抜き、重力濃縮槽の応急復
旧、仮設脱水設備（図 5）までの一連の汚泥処理設備全てを施工した。
また、1 階、地階の機器類は全て水没していたため、基本的に機器、制御盤、配管、配線の全てを仮設とした。
仮設脱水機については、下記理由により月島機械の低動力型高効を採用した（図 6）。
率遠心脱水機（10m3/h×2 台）

1 はじめに（1）汚泥性状の変動に強い
2011 年 3月11日に発生した東日本大震災。16 年前の阪神淡路大震
災を遙かに上回るその被害は、日本だけにとどまらず世界にまで影響を図 1 震災後の被害状況（最初沈殿池周り）
Fig.1 Damage around the primary sedimentation tank after the Great East Japan
Earthquake（2）低動力であるもたらした。加えて津波による被害は過去に類を見ない甚大なものであ

電気の供給がストップしており、供給できる電力に制限があるため。

り、重要な顧客の多い東北地区では迅速な状況把握ならびに復旧が（3）軽量かつコンパクトである

求められていた。

限られたスペースにスピーディな施工が求められたため。

月島機械は災害復旧対策室を3月14日に立ち上げ、3月18日には現

倭 常郎

小林 雅道

地での被害状況調査に着手した。そして、月島機械が既設汚泥脱水

YAMATO Tsuneo

KOBAYASHI Masamichi

設備を納入している仙台市南蒲生浄化センターと宮城県仙塩浄化セ

水環境事業本部
ソリューション技術部
下水グループ

水環境事業本部
ソリューション技術部
下水グループンターの復旧支援にいち早く着手した。この2ヶ所の下水処理場は大Abstract
Many of the sewage treatment plants in eastern Japan suffereddamage during the intense earthquake that struck on March 11th, 2011.
To quickly restore the original performance level of these facilities and通常時レベルの維持管理ができず汚泥性状の変動が予想されたため。

（4）使用水量が少ない
水の確保が困難なため。
仮設脱水機の1 台目は、市川事業所に保管されていたPR・実験用規模施設であり、被害状況が特に甚大であった。
本稿では、復旧支援の取り組みの内、仙台市南蒲生浄化センターのものを現地に運び込み4月14日に試運転を行い18日より本格運転しにおける汚泥脱水設備の応急復旧と場内堆積汚泥の浚渫処理につた。
2 台目については海外提携先のANDRITZ 社より最短納期で調達、いて報告する。

フランスから空輸して4月末の稼働にこぎつけた。補機類に関しては、
納期最優先であったため、
そのほとんどがリース品を転用したものであっ

2 応急復旧の流れについて

図 2 南蒲生浄化センター全体概略フロー
Fig.2 Overview ﬂow at Minami-Gamou wastewater treatment plant

た。4月中旬の時点で最初沈殿池の汚泥界面はオーバーフローレベルまで達しており、まさにギリギリのタイミングで汚泥処理が間に合った。

南蒲生浄化センターは仙台市の下水の約 7 割を処理する基幹処理

また、仮設脱水設備は屋外設置であり運転は仙台市殿で行うこと、場（流入下水量約 350,000m3/日）であるが、処理場は最臨海部に位

脱水ケーキの搬送はトラック受けすることから運転・操作管理性を考慮し、TSK acted swiftly to respond to this need, and on March 14th orga-

置していたため津波による被害は甚大であった（図 1）。一方、仙台市

仮設脱水設備全体をテントで覆った。

nized a disaster restoration team to assist sewage treatment plants. Thisの中心部は津波による被害が少なく、震災後 1ヶ月が経過した頃には仮設脱水設備の計画にあたっては、以下に示す 水の確保 およびteam first moved to collect information about the extent of the damage

水道、電気、ガスが復旧し、流入下水量は震災前とほとんど変わらな

高濃度汚泥の送泥 を考慮した設備構成とした。

in the area, and then used this information to set up an emergency res-

い状況となった。

provide service, a great deal of repair work needed to be done.

toration plan. After establishing a plan of action, the team set up and

図 2に全体概略フロー、図 3に応急復旧の手順を示す。まず、仙台

began operating temporary sewage dewatering facilities, thereby help-

市殿は、流入してきた下水を最初沈殿池まで通水し、上澄水を次亜塩

ing to contribute to the restoration of the sewage treatment plants dam-

素酸ソーダで消毒して海に放流する処理（簡易放流）を行った。その後、

aged by the earthquake. This report highlights the restoration support

最初沈殿池に沈んだ汚泥は日増しに増え、スカム発生により放流水質

efforts at the Minami-Gamou Sewage Treatment Center in Sendai City.

の悪化が懸念されたため、汚泥処理設備の早期復旧が課題となった。

3月11日に発生した東日本大震災で被害を受け、処理機能が停止した下

月島機械が 3月18日に既設脱水設備の被害状況調査を行った結水処理場では、一日も早い復旧が求められていた。月島機械は 3月14日には建屋の4 階部分に設置され果、脱水機（遠心脱水機 30m3/h×5 台）

災害復旧対策室を立ち上げ、被害状況の把握、応急復旧方法の検討、仮ていたため被害を免れていたが、1 階、地階の補機類は全て水没、冠設汚泥脱水設備の設置・運用などの一連の対応により、被災下水処理場の水していた。また、電力回復の見通しもこの時点では立っていなかった

応急復旧に貢献してきた。本稿では、仙台市南蒲生浄化センターにおいてことから、発電機を含む仮設汚泥脱水設備一式を提案、設置し、汚泥月島機械が実施してきた一連の復興支援対応について報告する。
キーワード：震災、応急復旧、仮設脱水機、節水技術、浚渫
Keyword：Earthquakes，emergency restoration，temporary dewatering machines，
water-saving techniques，dredging

32 TSK 技報 2012 no.16

処理機能の確保に貢献した（仮設Ⅰ工事）。
その後、汚泥処理容量の増強が必要になったため、既設汚泥処理設備の応急復旧を行い（仮設Ⅱ工事）、現在も応急復旧した本設備に

図 3 応急復旧の手順
Fig.3 Procedure of emergency restoration

図 4 仮設脱水設備 概略フロー
Fig.4 Overview ﬂow of the temporary dewatering plant

TSK 技報 2012 no.16

33

復興支援報告

Report on the Support Efforts to Help Rebuild the Wastewater Treatment Plants Damaged by the Great East Japan Earthquake

東日本大震災からの下水処理場復興支援報告

3.1.2 高濃度汚泥の送泥について機で処理する案も考えられたが、性状の不明な浚渫汚泥が既設脱水設備の前段で既設重力濃縮槽を経由させる処理フローとし本センターの流入汚泥は濃縮性が良好であり、重力濃縮後の汚泥

遠心脱水機の脱水性能に悪影響を及ぼし、汚泥処理全体がストッ

たことも功を奏した。重力濃縮槽で汚泥濃度を高めることにより良好

濃度（TS）
は5%を超え（最大でTS 8%程度）、配管抵抗が大きくなるた

プすることを懸念し、浚渫汚泥については仮設遠心脱水機で単独な脱水性能を確保した。また、重力濃縮槽は、発生時期や濃度のめ移送ポンプによる送泥が困難であった。このような場合、通常は汚泥配管中に処理水を注水し希釈して送泥するが、水が確保出来なかった
ため、重力濃縮槽の上澄水および最初沈殿池の上澄水で重力濃縮汚
泥の濃度調整を行い、連続かつ安定した送泥を可能とした。

処理することとした。
（2）脱水助剤の選定
最終沈殿池の汚泥は、古いものは震災当日から滞留しており、浚渫開始の時点で3 ヶ月以上が経過していた。汚泥性状分析を異なる汚泥の混合体である最終沈殿池堆積汚泥の性状均一化にも寄与した。汚泥性状のばらつきを重力濃縮槽で吸収することにより、脱水機供給汚泥性状の急激な変動を抑え、安定した脱水運転を行うことができた。

行ったところ、有機分が 32%と一般的な下水生汚泥を大きく下廻る

3.2 脱水機の運転状況について
図 5 仮設脱水設備 全景
Fig.5 Full view of the temporary dewatering machine値を示した（下水生汚泥の有機分の一般的な値は75 〜 80%）
。こ

脱水対象の汚泥は、TS 3 〜 5%程度の重力濃縮生汚泥であり脱水の汚泥に対する脱水助剤選定試験を行ったところ、通常の高分子性は極めて良好であった。無薬注での脱水も可能であったが、分離液

凝集剤単独では全く凝集せず、PAC（ポリ塩化アルミニウム）と両のSS 回収率を確保するため汚泥中の固形分（DS）に対し0.2%程度の性ポリマーによる2 液薬注方式が最適であるとの結果が得られた

割合で高分子凝集剤を添加し、そのとき含水率は70%程度であった。

ため、PAC 注入設備を急遽用意することとなった。

仮設脱水設備の稼働後、汚泥処理能力のさらなる増強の計画に対（3）臭気対策

5 おわりに
東日本大震災で被災した仙台市南蒲生浄化センターでの災害復旧支援の取り組みについて報告した。
仮設汚泥脱水設備においては 水の確保 が最大の課題であったが、節水型脱水機の採用、排水の再利用、計画的水使用管理などにより、し、既設脱水設備（遠心脱水機 30m3/h×2 台）の応急復旧を行った。

最終沈殿池に投入された汚泥は長期間の滞留により性状が変化

その後、仮設脱水設備については、当初の目的である緊急的な汚泥しており、これまでに経験したことのない強烈かつ独特な臭気を放っ

最終沈殿池堆積汚泥の浚渫処理においては、汚泥性状の把握、処理能力確保の役目を終え、水処理設備の本復旧に向けた場内の堆ていた。このため、作業環境を考慮し、消臭剤を用いることとした。

最適脱水助剤の選定、重力濃縮槽利用による脱水安定化など、基本

脱水前の汚泥の段階で液体消臭剤を注入することにより消臭効果

的かつ適正な対応により、順調な汚泥処理を行うことができた。

積汚泥の処理に使用した。

が脱水ケーキまで持続し、浚渫設備全般の消臭が可能となった。

用水不足を克服することができた。

震災時の応急対応とはいえ、このように、設備運用や汚泥処理における月島機械のノウハウを十分に活用したことが良好な結果に結びつ

4 場内堆積汚泥の浚渫処理いたのではないかと考える。
図 6 仮設脱水機運転の状況
Fig.6 Operational condition of the temporary dewatering machine

4.1 概要

現在、月島機械は、仙台市南蒲生浄化センターのほかに宮城県仙南蒲生浄化センターの水処理設備の内、曝気槽および最終沈殿池

塩浄化センターにおいても災害復旧支援に携わっており、南蒲生浄化は完全停止しており、最初沈殿池の上澄水を次亜塩素酸ソーダ消毒センター同様、既設汚泥脱水設備の応急復旧と場内堆積汚泥の浚渫後に放流する「簡易処理」が今なお続いている（H24 年 1月現在）。

処理を行った。二つの下水処理場とも仮設機器による汚泥処理が続い震災当日から1ヶ月以上の期間、汚泥処理が完全停止していたため、ているが、今後、本復旧工事へと移行していく。また、東北地区で今汚泥脱水設備を運転するためには、水（薬品溶解水、洗浄水、冷最初沈殿池に日々貯まる汚泥の行き場がない状況にあった。放流水

後月島機械が災害復旧支援に携わる下水処理場として、宮城県県南

却水など）が多量に必要であり、通常は水処理設備から得られる処

質の悪化が懸念されたため、仙台市殿は、最初沈殿池のスカムや汚浄化センター、気仙沼市気仙沼終末処理場、福島県新地町新地浄理水を使用している。震災後、上水は仮復旧したが、その給水量が泥をバキューム車により強制的に吸い上げ、被災により使用困難となっ化センター等がある。一日も早い復旧を願うお客様の思いに応えるべく、

3.1.1 水の確保について

約 100L/minであるのに対し、仮設脱水設備の使用水量は約 700L/

た最終沈殿池に運搬、投入する作業を始めた。1日あたり数十回に及minであった。水処理設備の復旧は全く見通しが立たない状況であっ

ぶ運搬、投入作業が長期間続き、最終沈殿池に汚泥が堆積する状たため、水の確保が深刻な問題となった。

態となった。

図 7 最終沈殿池堆積汚泥の浚渫処理フロー
Fig.7 Dredging operation ﬂow for mud at ﬁnal sedimentation tankなどが少なからず堆積していることが推測された。

従来の高効率型遠心脱水機の場合は油圧 ユニット冷却水やリこうした堆積汚泥を除去しないことには水処理設備の本復旧に進む

ンス水が必要であるが、今回設置した低動力型高効率遠心脱水

ことができない。仙台市殿の要望もあり、最終沈殿池堆積汚泥の浚渫機の場合は不要である。これは、差速機がインバーター制御であ処理工事を月島機械が請け負うこととなった。浚渫対象汚泥量は約

りメインベアリングがグリス潤滑のため油圧 ユニットが不要である

20,000m3。1日平均 480m3 の処理を行う設備を仮設することとした。

脱水機から排出される分離液は、遮蔽板の入った20m3タンク

4.2 浚渫処理方法（1）浚渫処理フロー（再利用水槽）に送液し、分離液中のSS（ 浮遊物質）を沈降させ

南蒲生浄化センターで採用した浚渫処理フローを図 7に示す。

てきれいな上澄水を得ることで分離液を再利用できる設備とした。

最終沈殿池から汚泥を吸い上げる水中ポンプ、夾雑物や砂を除（3）計画的な運転管理を実施
仮設脱水設備の使用水量 700L/minは瞬時最大水量である。
各給水先の使用水量、時間、頻度をタイムチャートとしてまとめ、
薬品溶解時には脱水機の洗浄を行わないなど、計画的な運転管理を実施した。

34 TSK 技報 2012 no.16

祈りするとともに、被災された皆様に心よりお見舞い申し上げます。

4.3 運用状況（1）前処理設備
浚渫開始数日後に幾つかの問題が発生した。
①一次スクリーンおよび除砂装置のスクリーン目幅が狭く、夾雑物
や砂による閉塞が発生。
→スクリーン目幅をやや大きくすることにより解決。

こと、軸封構造の違いによりリンス水が不要であることによる。
（2）排水（分離液）の再利用

械の総合技術力を今後ますます発展させ社会に貢献していきたい。
最後に、東日本大震災によりお亡くなりになられた方々のご冥福をおまた、最終沈殿池には、津波により運ばれた海砂や防風林の松の葉（1）節水型の脱水機を設置

今後も汚泥処理を中心とした復旧支援に全力で取り組みたい。月島機去するための一次スクリーンおよび除砂装置といった前処理設備を新たに仮設し、前処理後の汚泥は【仮設Ⅰ工事】で設置した仮設
遠心脱水機で脱水処理することとした。
浚渫処理フローの検討段階で、一次スクリーンおよび除砂装置
で前処理した汚泥を既設汚泥処理フローに戻して既設遠心脱水②最終沈殿池の底に松の葉が大量に混入しており、水中ポンプや中継ポンプが閉塞。
→カッター機能付き水中ポンプを導入することにより解決。
このように、問題発生と解決を繰り返しながら浚渫処理運転は軌道に乗り、現在に至っている。
（2）仮設遠心脱水設備
汚泥性状の面で心配された仮設遠心脱水機による脱水処理
は、2 液薬注の効果もあり、脱水運転は良好であった（脱水ケーキ
水分 70%台前半）。

TSK 技報 2012 no.16

35

ティーブレイク

近年は発酵技術が進み、国内では表面発酵法（静置発酵法）と深部発酵法で製造されている。表面発酵法は 2KL 規模の容器で表層に酢酸菌膜を成長させて2 週間程度かけて製造する方法である。深部発酵法は槽内下部に設置したローターと中空の軸を介したステーターにより、ローターの回転により発酢酸のあれこれ

図3 メタノールカルボニル化反応

生する負圧でステーターより空気を導入して槽内に微細気泡を噴出する方式である。これにより通気ブロア無しに酸化発酵を促進することができる方法である。

3 酢酸の用途（1）食酢

本号では月島機械と関わりのある化学品で家庭でも身近な酢酸についてふれてみる。
身近な酢酸についてふれてみる。
酢酸は工業的にはメタノールのカルボニル化、アセトアルデヒドの酸化、エチレンの酸化により製造されるが、食用に用いられる食酢は古くから酢酸発酵で製造されている。

（2）酢酸の工業的製造法

5wt%〜18wt% 濃度の酢酸溶液は、酢として調味料や野現在工業的に実施されている酢酸の製造プロセスは大別す

菜などの漬物を作るのに用いられている。全世界で酢としてると1）アセトアルデヒド酸化法、2）炭化水素液相酸化法、3）用いられる酢酸の量はそれほど多くはないが、歴史的に最もメタノールカルボニル化法（BASF 法および Monsanto 法）で古く、また良く知られている用途である。また韓国では、氷酢あり、この順に工業化された。

酸がのり巻きや刺し身のたれを作る材料として食用に販売されている。

０ 酢酸の歴史

2.1 酢酸の生産量

自然界には酢酸産生菌がいたるところに存在し、アルコー（1）
食酢の生産量1）
アセトアルデヒド酸化法
Pd 触媒を用いてエチレンを酸化してアセトアルデヒドを生（2）工業用酢酸の用途

ルの歴史とともに発見、利用されてきた。普段の生活でも経

食酢は平成 22 年度に約 40 万 KL が国内で生産され、その成した後、酸化して酢酸を合成する2 段のプロセスである。

多くの化合物を作る際の薬品として用いられており、主に験があるようにビール、ワインなどの醸造酒を大気に晒して約半分が穀物酢と呼ばれる米などを原料とする醸造酢である。

パラジウム触媒を反応工程中に再生する方式であり、反応式

酢酸ビニルモノマーの製造、酢酸エチルなどのエステル類製

おくと酢酸に変わっていく、これが酢酸の発見となった。また

濃度が低いこともあり純酢酸ベースの生産量は工業用途の 1で示すと図 -2 のとおりである。

造ならびにアセチル化反応の原料となる無水酢酸製造へのワインを鉛の壺で煮沸して生成するsapaと呼ばれる酢酸鉛を割程度である。

用途が多い。当社と関わるところでは、ポリエチレンテレフタ

主として含む甘味料が古代ローマ時代に発見された。後にこレート（PET）の原料であるテレフタル酸の製造の際の溶媒との sapaを含むワインを飲んだためにベート−ベンが難聴に（2）
工業用酢酸の生産量して用いられている。この溶媒である酢酸を乾燥機（STD）のなったとも伝えられている。近年は各工業的製法が開発され、工業用酢酸は国内で約 45 万トン生産されており、設備の統前段でろ過洗浄する工程に月島機械の固液分離機器が使用

中間有機原料として重要な化学品と位置付けられている。

廃 合から生 産 は 大 手 3 社 に 限られている。世 界では 年 間されている。テレフタル酸用での使用量は全生産量の 5-10%

400-500 万トン生産されており、その約 1 割が日本で生産さとされているが、PET の生産量が増加されると重要な用途とれていることになる。

して増加するとされている。

１ 酢酸の基本性質
酢酸（Acetic acid）
は脂肪酸の一種で簡単なカルボン酸の

他の酢酸からの誘導品を下表に示す。

ひとつである。基本性状は右表の通りである。常温で無色の

2.2 酢酸の製造法

液体で刺激臭、酸味がある。水、エタノール、エーテルとは任（1）食酢の製造法

表2 酢酸の用途意の割合で混合でき、腐食性、可燃性がある。融点が低いた

食酢は塩と並ぶ人類最古の調味料と言われている。歴史的めに 高 濃 度 のものは 低 温で凍ってしまい 氷 酢 酸（Glacialには酢酸はアセトバクター属（Acetobacter）の細菌によってacetic acid）と呼ばれる。
表1 酢酸の性質

作られ、十分な量の酸素を供給することでそれらのバクテリ

図2 アセトアルデヒド酸化法の反応

2）炭化水素液相酸化法

アは様々なアルコールを含む食材から酢を作り出す。普通にn-ブタンやナフサを原料として触媒（酢酸コバルトまたは酢使われるのはリンゴ酒、ワイン、発酵させた穀物、麦芽、米、酸マンガン）のもと液相で酸化させる製法である。酢酸の選択

すりつぶしたジャガイモである。でんぷん原料からの食酢の率が約 50% 程度と低いために副産物の生成が多い。原料の基本反応を図-1に示す。原料が果汁の場合、糖化工程はない。

コストならびに副産物の付加価値化次第で酢酸のコストが左右される。
3）
メタノールカルボニル化法
メタノールを原料としてカルボニル化反応で酢酸を生成する

２ 酢酸の生産量と製造法

もので、反応式としては図 -3 の通り。高圧反応下、ヨウ化コバ

酢酸の用途は身近なところでは食酢である。また工業用途

ルトを触媒としてBASFが最初に工業化した。後に Monsantoでは有機中間体製品のひとつとして化学工業分野で使用されている。

36 TSK 技報 2012 no.16

が触媒をロジウム系に変えることで反応選択率を高め、原料・
図1 食酢生産の主反応

エネルギー効率の優れたプロセスとして完成させた。

参考文献
1）ウィキペディア http://ja.wikipedia.org/wiki/ 2011 年 12月現在
2）柴垣明典，“ 酢酸製造プロセスの進歩 ”, 有機合成化学 ,vol.41（6）,p553-560,1983
3）影山脩，“ 酢酸製造プロセス”, 化学工学 ,vol.45（2）,p112-116,1981
4）山田巳喜男，“ 酢酸発酵から生まれる食酢 ”, 醸協 ,vol.102（2）,p115-120,2007

TSK 技報 2012 no.16

37

会社概要
名称

月島機械株式会社

資本金６６億４６８０万円（TSUKISHIMA KIKAI CO.,LTD.）

従業員数

620名（グループ2,189名）（平成23年3月末現在）

売上高

単体：379億円 連結：650億円（平成23年3月期）

代表取締役社長 山田 和彦
創業

明治３８年８月

札幌

中国

事業所

ハノイ

台湾

ムンバイ

本社

〒104-0051 東京都中央区佃2-17-15
TEL.03-5560-6511 FAX.03-5560-6591

東京支社〒104-0051 東京都中央区佃2-17-15

大阪支社〒541-0045 大阪市中央区道修町2-6-6（塩野日生ビル）TEL.06-6229-1331 FAX.06-6229-1415

札幌支店〒060-0807 札幌市北区北七条西1-1-2（SE山京ビル）TEL.011-726-0510 FAX.011-726-0520

仙台支店〒980-0014 仙台市青葉区本町1-11-2（SK小田急ビル）
TEL.022-227-9267 FAX.022-223-0316

横浜支店〒231-0015 横浜市中区尾上町4-47（リスト関内ビル）
TEL.045-651-7331 FAX.045-664-5086

名古屋支店〒045-0003 名古屋市中村区名駅南1-17-29（広小路ESビル）
TEL.052-581-2378 FAX.052-581-1624

広島支店〒730-0015 広島市中区橋本町10-10（広島インテス）
TEL.082-227-3093 FAX.082-223-8771

福岡支店〒810-0062 福岡市中央区荒戸2-1-5（大濠公園ビル）TEL.092-741-5736 FAX.092-761-4806

TEL.03-5560-6541

沖縄営業所

市川事業所（工場）〒272-0127 千葉県市川市塩浜1-12
TEL.047-397-6111 FAX.047-397-3354

タイランド

（研究所）

〒272-0127 千葉県市川市塩浜1-12
TEL.047-359-1651 FAX.047-359-1661

シンガポール（環境プロセス
開発センター）〒272-0011 千葉県市川市高谷新町6-4
TEL.047-328-8761 FAX.047-328-8789

FAX.03-5560-6593〒901-2131 沖縄県浦添市牧港1-5-12
TEL.098-874-5793 FAX.098-874-5793

マレーシア

ジャカルタ

〈海外〉
TSKジャカルタ駐在員事務所
Tsukishima Kikai Co.,Ltd.Jakarta Representative Oﬃce
Sequis Plaza 22nd Fl.Suite 2203 JI. Jend. Sudirman Kav. 25 Jakarta Selatan
12920
TEL: +62-21-526-7732/7734 FAX: ＋62-21-526-7790

仙台

TSKハノイ駐在員事務所
Tsukishima Kikai Co.,Ltd.Hanoi Representative Oﬃce
Unit 13-03A, Prime Centre, 53 Quang Trung Street,
Hai Ba Trung District, Hanoi, Viet Nam
TEL：+84-(0)4-3766-9965/9967/9968 FAX：+84-(0)4-3766-9969
TSKムンバイ駐在員事務所
Tsukishima Kikai Co.,Ltd.Mumbai Liaison Oﬃce
8,Krishna Kunj 1st ﬂoor above HDFC Bank Near Fly over Bhayandar(W)Thane-401 104
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編集後記

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佐藤 正則

編集委員長

東日本大震災と福島原発事故による甚大な被害、電力不足からのエネルギー構造の再構築と国民総意識改革の2011年であったと言える。復興や今後のエネルギー・環境政策は当社とも関わりの深い分野であり、当社技術基盤の強化、利活用に向けた技術力を発揮する場面にある。
その技術の総元締めであり本技報の総責任者であった西田
元取締役が８月１日に逝去された。技術者として最前線に長くいた同氏の言葉に「失敗も成功も幾年月 顧客に育てられる」がある。技術者は常に現場に立ち直面する技術課題の克服や顧客との関係の中で感性を磨き自己研鑽や技術レベルの向上に努めることの重要性を説いている。月島機械の技術者として常に心するものとしたい。

Editor's Note
TSK技報 NO.16 2012
年2回発刊
問い合わせ先：giho@tsk-g.co.jp
発行：月島機械株式会社 技報編集委員会
総 責 任 者：佐野広

編集委員長：佐藤 正則
編 集 委 員：荒井
加藤
小林
橋口
石井

健
善二
亨
秀之
究

高橋 正純
佐藤 教子
近藤 洋正
佐藤 剛
高尾 ひろ子12021750GMW

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