No.

巻頭言

167

2008

エネルギー･環境特集

第三世代のエネルギー･環境技術のあるべき姿を目指して

三本

昇エネルギー･環境特集
論文・報告 新エネルギー燃料焚き循環流動層ボイラの運転事例

伊藤一芳，中谷好宏，矢野和明

1ロータリーキルンを用いた金属回収

鉄山一州，河上勇

5R
高速凝集沈殿装置 スミシックナー○

安部俊彦，中野

淳

9

知久治之

13

三井昌文，島本敦史

17

UASB系排水処理システム
高負荷対応のメタン発酵システムの検討

欣

21

噴射式揚砂機 スミジェッターの最適化

柄澤俊康

25

下水汚泥脱水機用スクリュープレスの開発

柄澤俊康

29

メンブレンパイプ式超微細気泡散気装置

松祐子，真鍋教市，鈴木

茂，富田

33

会社紹介 住友重機械エンバイロメント株式会社

論文・報告 水素高排気速度タイプクライオポンプの開発

及川

健

35

技 術 解 説 油圧ショベルの省エネ油圧制御

塚本浩之

39

クーラント浄化装置（FSU）の開発

宮川和彦

41

新製品紹介 太陽電池用成膜装置

43

油圧ショベル SH120−5

44

油圧ショベル SH75 125 135 225−3B

45

油圧ショベル SH330−5 SH350HD−5

46

フォークリフト用低排出ガスのガソリン･LPGエンジンシステム

47

Sumitomo Heavy Industries
No. 167 2008
Technical Review
Special Section of Energy & Environment
On Publishing Special Section of Energy & Environment
Special Sectionof Energy & Environment
T/PAPER

Noboru MIMOTO

Operational Example of Renewable Fuel Boilers
Kazuyoshi ITO, Yoshihiro NAKATANI, Kazuaki YANO

1

Isshu TETSUYAMA, Isamu KAWAKAMI

5

Toshihiko ABE, Atsushi NAKANO

9Haruyuki CHIKU

13

Masafumi MITSUI, Atsushi SHIMAMOTO

17

Yuko MATSUZAKI, Kyoichi MANABE, Shigeru SUZUKI, Yasushi TOMIDA

21

Metal Recovery Using Rotary Kiln
High Capacity Clarifier Sumi-Thickener
UASB Processing Wastewater Treatment Systems
Examination of High-Load Methane Fermentation Systems
Ultra Fine Bubble Membrane Tube Diffuser
Optimization of Jet Pump Sumi Jetter
Toshiyasu KARASAWA

25

Toshiyasu KARASAWA

29

Development of Screw Press for Sewage Sludge Dehydrator
C/PROFILE

Sumitomo Heavy Industries Environment Co.，Ltd.

T/PAPER Development of High Hydrogen Pumping Speed Type Cryopump
T/INVITATION Hydraulic Control for Saving Energy in Hydraulic Excavator

33
Ken OIKAWA

35

Hiroyuki TSUKAMOTO

39

Kazuhiko MIYAGAWA

41

Development of FSU Type Coolant Separator

NEW PRODUCT Thin Film Coating System for Photovoltaic Cell

43

Hydraulic Excavator SH120−5

44

Hydraulic Excavator SH75 125 135 225−3B

45

Hydraulic Excavator SH330−5 SH350HD−5

46

Low Exhaust Emission - Gasoline･LPG Engine System for Forklift Truck47

エネルギー･環境特集号の発行に当たって第三世代のエネルギー･環境技術のあるべき姿を目指して

常務執行役員三本昇

さきの洞爺湖サミットの最大テーマ｢地球温暖化対策｣については，曲がりなりにも半減と言う長期目標に一歩踏み込んだ宣言が出されました。そのようなときに本特集号が発行されるのは誠に時宜を得ており，改めて我々の果たすべき役割を原点に戻って考えてみたいと思います。
当社のエネルギー・環境技術も，時代の要請に応えて変遷してまいりました。スタートは高度経済成長に伴う大気汚染や水質汚濁の防止技術であり，集塵および下水排水処理などで現在も進化しつつ継続中ですが，いわば第一世代の技術と言うことになります。
第１次石油危機を契機として省エネルギーのニーズが高まり，省エネルギー技術開発に基づく機器および設備を提供してまいりました。本特集にも幾つかが紹介されていますが，第二世代の技術と言えるものです。
現在地球規模では温暖化だけでなく，原燃料の枯渇リスクを背景とする価格の暴騰
および燃料問題とリンクした食料問題など，難問が山積しています。時代の要請は狭義のエネルギー・環境技術ではなく，広くこの難問に対応できる技術だと言えます。
例えば，化石燃料代替技術，自然エネルギー，廃棄物や廃液からの燃料や希金属回収技術および高効率食料生産技術など，いわば創エネルギー，創資源型で，これを大胆に第三世代の技術と言いましょう。本特集には，この範疇の技術も多数紹介されています。
当社は上記の製品を国内のお客様を中心に提供してまいりましたが，世界的にも優位性のある商品が多数あります。今後は，世界の市場に広く提供し，環境保護および資源エネルギーの保全に貢献していきたいと思っています。これは，当社の中期計画「グローバル21」の趣旨そのものであります。
さらに，我々が重視したいのはカスタマーサービス（CS）です。我々が納入させて戴く機器や設備は，永いものでは30年強もお使い戴きます。この間適切なメンテナン
スにより事故を未然に防止して上手にお使い戴くべく，診断技術を始めサービス技術の向上に努めてまいります。
地球と人類の未来に向け，地球環境と顧客価値への貢献を基本理念として今後とも努力してまいる所存でございますので，引き続き当社製品のご愛顧とご指導をよろしくお願い申し上げます。

エネルギー・環境特集 論文･報告

新エネルギー燃料焚き循環流動層ボイラの運転事例

新エネルギー燃料焚き循環流動層ボイラの運転事例
Operational Example of Renewable Fuel Boilers
●伊

藤

一

芳＊ 中

Kazuyoshi ITO

谷

好

宏＊ 矢

Yoshihiro NAKATANI

野

和

明＊

Kazuaki YANO

Super heaters
layout & velocity by fuels（Deposit & corrosion）

Furnace design by fuels（Heatingsurface & erosion）

Super heaters（INTREX）（Corrosion & erosion）

Furnace bottom design（Contaminations）

循環流動層ボイラ（CFB）
Circulating fluidized bed boiler（CFB）

Step grid nozzle

地球温暖化防止を目的としたCO 2排出量低減に向け，
当社はバイオマス燃料およびリサイクル燃料を活用する
循環流動層ボイラを納入している。設計面では，過熱器
管の腐食対策として最終過熱器を外部循環材中に設置し腐食性ガスとの接触を避ける方式（INTREX型過熱器）の採用および廃棄物由来の燃料の特性から，炉内異物混入対策としてステップグリッドと呼ばれる階段状の炉底構造の採用などの考慮をしている。
本技術を備えた実績例として，日本初の電力小売事業
用大型バイオマス発電所が既に 3 年間の安定操業を実現している。さらに，新エネルギー燃料（TDF，建設系
廃材，バークおよびペーパースラッジ）焚きの工場熱電併給用ボイラにおける運転開始後 1 年間の稼働実績により，多種の燃料に対する本技術の有効性が確認できた。
本報では，これらの運転事例について述べる。

We supply circulating fluidized bed (CFB) boilers, which
can utilize biomass fuels and recycled fuels in order tocomply with the world-wide requirement of CO2 reduction.
Major features of the CFB consist of INTREX for mitigatingheater tube corrosion and Step-grid nozzles for preventing
an accumulation of contaminations which is brought inwith recycled fuels in the furnace. INTREX super heaters
are installed on the bed of recirculation materials to isolate
tube surface from corrosive gas. Step-grid is installed likestairs on the furnace bottom. As an example of a facility
equipped with these technologies, the first large scale biomass boiler for the power generation and supply has beenin stable operation for these three years. Other examples
comprise the boiler for supplying both heat and electricity
generated by new energy fuels (TDF, construction waste
wood, bark, paper sludge). This report describes the features of our newly developed boilers and their associatedoperational examples.

キーワード：バイオマス燃料，CO2削減，運転実績

１

まえがき

的として廃タイヤを燃料化したTDF(Tire Derived Fuel)や，

1990年代から地球温暖化防止を目的に温室効果ガスの削減

廃プラスチック系の燃料であるRPF（Refused Paper &が注目され始め，日本においても経済産業省の新エネルギー

Plastic Fuel）などのいわゆる新エネルギー燃料を使用した

利用促進政策を背景に循環流動層（Circulating Fluidized

ボイラも2006年より稼働し始め，2006年より稼働している当Bed CFB）ボイラを使用したバイオマス燃料を主とする発社納入の 2 缶の実績では，総TDF使用量は年に10万〜15万

電設備の導入が開始された。 2007年度末時点での当社納入トンに及んでいる。

のボイラでの総バイオマス使用量は，年に20万〜25万トンにも達し，CO2の削減量は年に約50万トンに達するものと推定1される。また，バイオマス燃料に加え，化石燃料の削減を目＊エネルギー環境事業部

本報では，新エネルギーボイラの特長を紹介するとともに，次の二つのボイラを実証事例として紹介する。
住友重機械技報 No.167 2008

論文・報告新エネルギー燃料焚き循環流動層ボイラの運転事例

35
Petroleum coke

Polyolefin
Coloredplastics
or printed（PE, PP, PC..） plastics,
clean

Coloredor printed
mixed
plastics

Heating value, MJ/kg

Consumer REF PVC

REFpellets

Bituminous coal
20
Chip
board

REF
commercial &industrial

Ply
wood

Wood &
plastics

Brown coal,ligniteDemolitionwood

10
Wood biomass

Mixedplastics

RDF

Paper &
wood

MSW

Peat

ChickenlitterCow
manureBark
Biomass &fiber
sludge501Deinking
sludgeSewagesludge2Some challenges

Standard design

図１

循環流動層ボイラの適用可能燃料
Applicable fuels for SHI―FW CFB

表１

納入実績表およびCO2削減量
Project list and CO2 reduction

5
10 N/AFor fluidized bed
Multiple challenges

Steam output

Servicestarting

Fuels

Capacity

Temp.

Press.

t/h℃

kg/cm2G

Coal

Wood

TDF

CO2 reduction＊
RPF

SludgeBiomass

Incl.recycle

t-CO2/yt-CO2/y221300221300○44700

223700○19260019260030600

1834000158300

Customer

Location

04.10

サミット明星パワー

糸魚川

196

513

103

06.05

王子製紙

日南

130

541

117

06.09

北越製紙

勝田

195

513

102

○

◎

06.10

中越パルプ

二塚

130

530

124

○

○

07.08

ダイセル化学

大竹

300

541

128

◎

07.10

日本製紙

富士

230

505

104

○

◎

○

223200297600

07.11

日本製紙

岩沼

230

505

104

◎

◎

○

168000252000

08.03

高砂製紙

茨城

65

450

63

75000

10710008.05

日本大昭和板紙

秋田

180

480

80

◎

○

○

33300

33300

08.09

日本製紙

白老

280

536

130

◎

○

○

○

45800

68600

08.12

日本製紙

旭川

170

510

104

○

◎

○

○

152000215500

09.01

王子製紙

富岡

300

485

70

◎

○

14530024690009.03

Kumho（韓国）

麗水

250×2

540

130

◎

0

11110009.07

日本大昭和板紙

芸防

280

535

100

◎

day

◎：Max. ratio fuel○○：Co-firing

◎
○

◎

◎

○

○

○

◎

○

○

○
○

（45000） （45000）（○）＊CO2 reduction is estimated from the design condition by SHI.

一つは，日本初の電力小売事業用大型バイオマス発電所

較的大型で高温高圧ボイラへの適用は避けられてきた。

（サミット明星パワー株式会社向け 発電出力50 MW 2004年

一方で，1990年代より欧米でのバイオマス燃料の高温高圧納入）である。既に，3 年間の安定操業を実現している。他化（10 MPa， 500 ℃以上）への需要が高まり，当社技術提携の一つは，当社初の脱化石燃料の新エネルギー混合燃料

先のフォスターウィラ社を中心にバイオマス焚きボイラの開（TDF，建設系廃材，バークおよびペーパースラッジ）焚き

発が進み実用化されてきた。

の工場熱電併給用ボイラ（王子製紙株式会社日南工場 2006年
納入）である。

２

バイオマス焚きボイラの開発経緯

バイオマス焚きボイラの開発は，電力小売事業自由化および国策としての新エネルギー開発事業用途に対応するべく行われた。
循環流動層ボイラでの対応可能な燃料は，図１に示す通り

国内においては，当社は燃料性状の安定性を補完するとともに腐食抑制を目的として石炭混焼によるバイオマス燃料の適用を開始し，さらに広範囲な燃料へ展開を実践している。

３

国内のバイオマス燃料および廃棄物燃料の使用実績

表１に，当社納入循環流動層ボイラの燃料使用実績を示す。
バイオマス燃料からTDF，RPFおよびスラッジなどの幅広い燃料対応をしている。

多種多様であるが，新エネルギー燃料は発熱量の不安定性や表１に示すべてのボイラが稼働した時点でのバイオマス燃多くの重金属類や腐食を引き起こす成分を含むことから，比料でのCO2削減は約1300000 t/yと推測され，さらに新エネル
住友重機械技報 No.167 20082

論文・報告表２

新エネルギー燃料焚き循環流動層ボイラの運転事例

主要仕様
Major specifications

BoilerSHI−FW compact CFB
INTREX type

Power generation

50 MW

Steam output

196 t/h

Steam press.

10.1 MPa

Steam temp.

513 ℃

Fuels

Demolition wood（70-90％）（Heat base ％）Semi-anthracite（10-30％）

Plant efficiency

37.05 ％（Performance test data）

ギー燃料の使用による化石燃料（石炭）からのCO2削減を考

図２2 次過熱器Second super heater

図３

4 次過熱器Final super heater

4.5

炉内伝熱および摩耗対策

慮すれば，約2300000 t/yのCO2削減が期待されることになる。

４

新エネルギー燃料使用のリスクとボイラ設計考慮点

バイオマスを含む新エネルギー燃料の使用に際して，最も重要なことは燃料成分の管理であるが，事実上の管理の困難さから，その燃料ごとに燃焼特性だけでなく，腐食成分や異物混入特性を把握・評価し，設計的な考慮をする必要がある。
大別すれば，次の 5 点があげられる。
4.1

過熱器管の腐食対策

バイオマス燃料では，生物由来のアルカリ金属類（Na，K）
および塩素などが混在し，低融点灰の生成・付着による過熱器管の溶融塩腐食のリスクが高く設計的な配慮が不可欠となる。当社の場合，最終過熱器を腐食性ガスと遮断された外部
循環材中に設置することにより，腐食環境の低減を目的とした方式（INTREX型過熱器）を採用している。さらに，INTREX型過熱器は保守点検を容易にするべく管板一体構造を採用
し，外部に引き抜くことを可能としている。
4.2

炉内循環材のアグロメレーション防止対策

アルカリ金属および塩素の化合物は，上記の腐食のほかにる。新エネルギー燃料のなかには炉内循環材の比重を重くす

低溶融点化合物を生成し，炉内循環媒体の凝集および粗大化るものも存在し，炉内伝熱特性が経時的に変化をする場合も（アグロメレーション）の発生により，炉内循環材の流動不ある。炉内循環材の比重の増加とともに火炉伝熱管の摩耗リ

良の懸念から，循環材中アルカリ金属類の濃度管理が必要とスクも増加することから，伝面設計時における伝面配置計画なる。具体的には，必要に応じ炉内に砂の供給を行い，循環と伝熱設計には考慮が必要とされる。

材の抜出量を増加させることにより，循環材中のアルカリ金属類の濃縮を防止している。
4.3

廃棄物由来の燃料に対する炉内異物混入対策

５

サミット明星パワー株式会社の運転実績

代表例として，サミット明星パワー株式会社バイオマス発

建設系廃材を主としたバイオマス燃料では，釘，蝶番およ

電所向けのボイラを紹介する。サミット明星パワー株式会社

び電線などの金属異物の混入があり，炉底空気ノズルの摩耗

バイオマス発電所は，2002年度の新エネルギー補助対象事業や炉底でのネスティングの発生による流動障害の懸念から安として設計・建設され2004年より営業運転を開始している。

定的な異物排出が不可欠の条件となる。さらに，TDFでは

設備概要は，表２に示す通り，建設系廃材燃料を主燃料とし燃料重量の10 ％を超えるワイヤが炉内に投入されることかている。循環流動層ボイラによる高効率燃焼により，本発電

ら，そのリスクは飛躍的に増大する。

所でのプラント発電効率は石炭焚き並みの35 ％以上の高効

当社の場合は，ステップグリッドと呼ばれる階段状の炉底率を実現している。冒頭の図に，ボイラ概要を示す。前述の構造を採用し，燃焼空気の供給と同時に複数設置された大型対策を考慮した，バイオマス焚き用に開発されたボイラとな排出口に向かって異物の円滑な移動を可能とし，異物の確実っている。

で容易な排出，流動障害の防止を実現している。
4.4

過熱器管のデポジット生成防止および運転障害対策

前述の低溶融点を持つ化合物は，過熱器へのデポジット付

3

循環流動層ボイラでは，火炉内伝熱において輻射伝熱とともに，炉内循環材による水管への伝熱が大きな寄与をしてい次に，本発電設備の運転実績および定期点検から得られた知見を述べる。
5.1

過熱器の腐食状況

着対策が合わせて必要になる。この対策には，燃料ごとに化バイオマス燃料を使用していることから，塩素分およびア

学的な付着のほかに物理的な衝突による付着の考慮が必要とルカリ金属分の持込みは避けられないが，運転 3 年を経たなり，最適な流速選定や管配置が重要となる。

状態での過熱器への付着は軽微であった。現在まで，懸念す住友重機械技報 No.167 2008

論文・報告図４

排出異物
Contamination

表３

主要仕様
Major specifications

Boiler

図５

新エネルギー燃料焚き循環流動層ボイラの運転事例

TDF
Tire derived fuel

SHI−FW compact CFB
INTREX type

Steam output

130 t/h

Steam press.

11.5 MPa

Steam temp.

541 ℃
2 "×2 " TDF with wires（80 ％）Fuels（Heat base ％）Demolition wood and bark（17 ％）Paper sludge（3 ％）べき腐食兆候は見られていない。図２に2007年定期点検時の2 次過熱器，図３に4次過熱器を示す。
5.2

炉内からの異物排出

図６

炉内への異物の持込みは主に建設廃材からの釘や番線屑な排出ワイヤ
Discharged wire

どであるが，磁選処理の困難な非磁性異物の混入も多く見ら

設計当初においては，TDF由来の重金属とバイオマス由れる（図４）。 1 日での異物の発生量は約200 kg程度であり，来のNa，Kなどのアルカリ金属類によるデポジットの発生やほぼ全量が炉内から排出され炉底での流動障害を発生してい腐食を懸念したが，運転開始 1 年後の点検結果では，顕著ない。

なデポジットの成長や腐食兆候は見られていない。

5.3

摩耗状況

試運転での調整では，投入されたTDFが炉内に十分に拡

炉底部のステップグリッドノズルには一部に摩耗を生じて散せずに局所燃焼を起こし，石灰石消費量の増大などの問題

いるが，年 1 回の点検時に肉盛りなどの補修を実施するこが発生したが，炉底の空気分配調整により解決した。燃料サとで安定した連続操業を確保している。

イズによる流動燃焼の違いを再認識した点もあった。

5.4

運転運用

本発電所は小売電力事業用電力を供給するものであり，送電出力（小売電力）をスケジューラに登録し，そのスケジュ

７むすび（１） 循環流動層による燃焼技術は，バイオマスを含む新エールに合わせて自動追従運転をしている。その際，隣接する

ネルギー燃料を使用しても石炭同等の発電効率が得ら

明星セメント株式会社にも送電をしていることから，工場のれ，CO2削減と同時に化石燃料の代替燃料として資源有負荷変動を吸収しつつ小売電力供給するボイラ自動追従制御
運転となっている。

６

王子製紙株式会社向けボイラの運転事例

王子製紙株式会社日南工場向けボイラは，主燃料をTDF

効利用に大きく貢献できることが実証できた。
（２） 新エネルギー燃料の安定燃焼運転には，各燃料性状に応じてボイラ設計上の技術面の考慮および対策が必要である一方，操業面では，燃料品質の把握および管理も重要である。

として脱化石燃料を目標に工場の熱電併給用に設計建設され（３） 今日の新エネルギー燃料焚きボイラの安定燃焼は，客た。循環流動層ボイラにおいて，主燃料にTDFを適用した

先およびメーカーの相互協力により，今まで発電ボイラ

日本での 1 号機である。表３に，ボイラ仕様を示す。本ボに燃料として使用できなかったエネルギー源でも有効利イラは，バイオマス焚きボイラの設計に加え，更なる耐腐食用できることの実証事例と解釈している。

性およびデポジットの付着への配慮，炉内への異物持込み対

今後とも循環流動層ボイラの多種多様な燃料への高い対応策が強化されている。TDFに含まれるワイヤは，炉内で粉性を追いつつ，一方で客先を通じて地球環境を守るボイラの化までは至らないことから，ベット材の強制循環・磁選分別提供を目指したい。

により炉内のワイヤ濃度を制御することで，ワイヤの堆積および鳥の巣のように絡んでしまうネスティングによる流動障害などの発生は十分に抑えられている。図５および図６に，燃料および排出されたワイヤの状態を示す。
住友重機械技報 No.167 20084

エネルギー・環境特集 論文･報告

ロータリーキルンを用いた金属回収

ロータリーキルンを用いた金属回収
Metal Recovery Using Rotary Kiln
●鉄

山

一

州＊ 河

Isshu TETSUYAMA上勇＊Isamu KAWAKAMI

ロータリーキルン
Rotary kiln

循環型社会形成推進や近年の金属価格高騰に伴って急In response to the rapidly increasing demand for recovery

速に高まっている金属含有廃棄物からの有価金属回収ニof valuable metals from waste containing metals, we haveーズに応えて，金属リサイクルに関連してロータリーキ

developed two methods by adopting rotary kilns for metal

ルンを新たな二つの用途に適用する開発を行い，極めて

recycling. The first method is improvement of a rotary kiln to

良好な結果を得ている。
一つは，ロータリーキルンを高負荷高性能焙焼炉としたもので，廃触媒からニッケル，バナジウムおよびモリ
ブデンを経済的に回収することに成功し，実用機が順調に稼働している。
他の一つは，ロータリーキルン内にて廃棄物系還元材

a high-load, high-performance roasting furnace. We havesucceeded in economically recovering nickel, vanadium andmolybdenum from spent catalysts. The commercial plant
has been operated with high efficiency to recover rare
metals. The second method is recovery of iron and zinc

により，電気炉ダスト中の酸化鉄を金属鉄に還元して回from the electric furnace dust. Refuse plastics are utilized as

収すると同時に亜鉛を気相へ分離し，後段のフィルタにboth fuel and reduction agent in the rotary kiln. The stableて濃縮回収するもので，安定的に経済的なリサイクル事

operation has been confirmed through the demonstration

業が可能となることを実証テストにて確認した。

test and it is expected to enable an economical recycling.

キーワード：廃棄物溶融，希少金属回収，溶融還元

まえがき

１

廃棄物の焼却溶融処理用に1992年にスイスから技術導入したスラグ排出型ロータリーキルンは，既に多数の納入実績が（６）。また，製鉄所内の酸化金属ダストからNi，Cr，てきた（５）

Fe，Znを回収する溶融還元システムを開発し，1998年に実機（240 t/d）を納入している。

あり，残渣の溶融スラグ化による土木資材への再資源化（マこうしたロータリーキルンの特長を生かして，近年の金属

テリアルリサイクル）や余熱回収・発電（サーマルリサイク

価格高騰に伴って急速に高まっている金属含有廃棄物からのル）などの特徴により，循環型社会形成推進に貢献している

有価金属回収ニーズに応え，当社では継続的に新用途への技

（１）
（２）
（３）
（４）

術適用開発を行っている。

。さらに，この技術を国内市場特有の灰溶融ニーズに対応させる改善改良開発を行い，オリジナル技術を越えた長5期間の溶融運転が可能で，燃費のよい商品に生まれ変わらせ＊エネルギー環境事業部

本報では，実用化段階の二つの開発技術，
住友重機械技報 No.167 2008

論文・報告ロータリーキルンを用いた金属回収

Motion of catalyst

Radiation heat

Air

Spent
catalyst

Exhaust gas

Oil vaporto burn
Oil

S

SO2

SO2
S

S
SO2
Metal
V, Ni, MoS

使用済み触媒焙焼の原理
Principle of roasting spent catalyst

図１

Fe-NiMo(Ferro-nickelmolybdenum)

Roasting capacity 54800t/y
Main raw material
Raw material mix●Used desulfurization
catalyst●Boiler ash, etc.
Roasting
process（Rotary kiln）
Exhaust gas
processing equipment●Nickel compoundMo
Roasting furnaceSub-raw material

C

Si

P

S

Weight％Cu Co

Range 20.0〜30.0 20.0〜30.0 ＜2.0 ＜0.3 ＜0.1 ＜0.1 ＜0.5 ＜3.0
Roasted metals
Semi-finishedproduct（●Coal●Steel scrap, etc.

Standard 25.0

）

25.0

0.10 0.10 0.02 0.01 0.01 1.50

Fe-V(Ferro-vanadium)

Product
Ferroalloy
Ferro-nickel/Ferromolybdenum（

Melting/
separation
process
Smelting electric furnace

Vanadium
recoveryprocess
Ladle furnace

図２

Ni

（

）

Ferroalloy
Ferrovanadium）

Desulfurizer
for steelmanufacture
Calcium
aluminate（

Weight％V
Range）

Standard

C

Si

P

S

Al

Ni

Mo

45.0〜55.0 ＜0.2 ＜2.0 ＜0.1 ＜0.1 ＜4.0 ＜1.0 ＜1.050.0

0.15 1.80 0.08 0.07 0.01 0.70 0.80

使用済み触媒資源化設備の概要と製品（合金鉄）
Metal recovery process for spent catalyst and its product（１） 使用済み脱硫触媒からの希少金属回収と硫黄分が燃焼し，ロータリーキルン内部は適切な温度に保（２） 電気炉ダストからの鉄・亜鉛回収

たれ，十分な滞留時間の後排出される金属は，硫黄分が規定について報告する。

値以下の濃度となって，後段の金属精錬工程へ送られる。高

２2.1

使用済み脱硫触媒からの希少金属回収
開発の目的・原理

負荷高効率な焙焼が可能なことから，設備がコンパクトで燃
費も良い。
2.2

使用済み触媒資源化設備の概要と特長

製油所内で発生する使用済み脱硫触媒には，希少金属のニ

メタルテクノロジー株式会社（JFEマテリアル株式会社，ッケル，モリブデンおよびバナジウムが含まれている。これ

三菱商事株式会社および鹿島北共同発電株式会社の出資）にら希少金属は，従来，湿式法により回収されてきたが，より本技術が納入され，順調に稼働している。同社は，産業廃棄簡便で経済的な資源回収ができる乾式冶金精錬法を適用する物などに含有される希少金属を再資源化し，循環型社会形成

べく，JFEマテリアル株式会社と共同してロータリーキルンに貢献する目的で設立された。

を用いた新プロセスを開発した。

図２に，同社の使用済み触媒資源化設備（７）の 概要と製品

図１に，ロータリーキルンによる使用済み触媒焙焼の原理（合金鉄）を示す。前処理である焙焼工程は，当社が納入しを示す。使用済み触媒に付着した硫黄分は，精錬プロセスのたロータリーキルンで，焙焼能力は54800 t/yである。金属阻害物質であり，これを焙焼して効率よく分離するのが，前精錬部分は，ニッケル・モリブデン回収工程とバナジウム回処理としてのロータリーキルンの役割である。わずかな傾斜収工程で構成されて，JFEマテリアル株式会社の長年培ってを持つロータリーキルン内では，使用済み触媒が転動しながきた合金製造技術を応用した高温下の乾式冶金精錬法によりら強い攪拌を受けてゆっくりと前進する。付着している油分

バナジウム，ニッケルおよびモリブデンとの合金鉄などを製
住友重機械技報 No.167 20086

論文・報告図３

バッチテスト用試験機（ロータリーファーネス）Bench scale test equipment（Rotary furnace）

図４

ロータリーキルンを用いた金属回収

連続テスト用多目的試験設備（ロータリーキルン）
Demonstration test equipment（Rotary kiln）

造している。
従来，使用済み触媒などの産業廃棄物は，ソーダ焙焼法＋湿式法にて希少金属類の回収（モリブデンおよびバナジウム）が行われていたが，本開発技術では回収品の用途を合金鉄の添加剤とすることで，希少金属の再資源化をモリブデンおよ

Water spray control temp.
Gas（N2, CO2, CmHn, H2）

Air（N2, O2）

Reducing atmosphere

びバナジウムに加えてニッケルにまで拡大した。資源回収面

Vaporized
to burnのほか，本プロセスでは添加剤コストや水処理コストが大幅

Waste plasticsに低減され，経済面でも優れている。

Dust（Fe2O3, ZnO）

Zn
ZnO

また，希少金属の含有により注目されている使用済み触媒

Fe, FeO, C

は，付着している油分や臭気により，排出国とリサイクル国間の移動を制限されるケースがある。本プロセスの適応で，前処理工程の焙焼設備のみを排出国に設置し，使用済み触媒の可燃性や臭気の除去および不純物（油分および硫黄分）の

図５

電気炉ダスト資源化の原理
Principle of reduction in electric furnace dust

除去による回収金属の濃縮（減量）を行い，精錬工程側へ輸入するようにすれば，付加価値が増加するとともに適正な資源循環の国際ビジネスが展開できると考えられる。

３3.1

電気炉ダストからの鉄・亜鉛回収開発技術の概要・目的・原理

炭素が強い還元作用を及ぼし，電気炉ダストに含まれる酸化鉄を金属鉄に還元し，酸化亜鉛を還元揮発させる。気体側へ移行した亜鉛は，排ガス処理工程にて高純度の亜鉛原料とし大阪製鐵株式会社と当社が共同で開発している電気炉ダス
トからの鉄・亜鉛回収システムは，廃プラスチックなどの廃て回収される。
3.2

本プロセスの特長

棄物を熱源と還元材に利用して，経済的に電気炉ダスト中のコークスや石油など新たな化石燃料および還元材を加えず酸化鉄の還元と酸化亜鉛の還元分離を行うことを目的としてに可燃性廃棄物を用いて，電気炉ダスト（これも廃棄物）のいる。多くのケースについて，実際の電気炉ダストを用いて再資源化を行う資源効率が極めて高いプロセスである。廃棄（８）

バッチテスト（図３）および連続テスト（図４） を行い，物で廃棄物の資源化処理を行い，しかも 2 次廃棄物の発生

原理確認と性能予測を実施している。図３のバッチテスト用がほとんどない。循環型社会推進に寄与するとともに鉄鋼メ

試験機はロータリーキルンを輪切りにしたような回転炉で，ーカーなどに廉価な鉄源の供給を可能にし経済性にも優れて

1 バッチ50〜200 kgの試料をバーナにより加熱し燃焼や溶融いる。

状況の観察が可能である。時間経過を炉内での移動と見立てシステムの特長としては，次の 4 点があげられる。

るシミュレータで，各種処理対象物の最適処理条件を探索す（１） 廃プラスチックが熱分解して発生する水素および炭化ることができる。図４の連続テスト用多目的試験設備は実機

水素により，従来の還元法よりも低温で効率的な反応でと同様の構造を持つ実証試験機で，10〜15 t/dの処理能力があり，設計条件の最終確認などに用いる。
図５に，本技術の原理を示す。廃プラスチックなどの可燃性廃棄物と電気炉ダストをロータリーキルン内に投入し，内部を強還元雰囲気とするとともに固体還元温度域に保つ。電7

気炉ダストの近傍で可燃物から発生した熱分解ガスや一酸化ある。
（２） 低温運転により，従来のキルン還元法（ウェルツ法）

で運転の障害になっていた炉内のクリンカトラブルを抑制している。
（３） ウェルツ法で必要であった前処理（乾燥および成型）

住友重機械技報 No.167 2008

論文・報告ロータリーキルンを用いた金属回収

Lime Activatedsilocarbon
silo
Crane
Hoist
Fan

Plastics
Silo & feeder

EFD(Dust)
Silo & feeder

Quencher

HopperDustcollector

SCC

Conveyer

ID fanStorage pit

Stack

Rortary kiln

Zinc oxide

CoolerConveyer
Reduced iron

図６

電気炉ダスト再資源化施設
Metal recovery process of electric furnace dustが不要で，図６に示すフローシートの通り，システムが（参考文献）

シンプルである。

（１） 河上勇, 石川是孝. シュレッダーダストおよび廃家電製品焼却溶融処（４） 前処理設備の省略と新たな化石燃料（還元材）を使用しないことによる優れた経済性を有している。

４

今後の取組み今回紹介した 2 件の共同開発プロセスでは，当社の試験設備が技術検証するうえで大きな役割を果たしている。
当社の金属回収プロセス開発への取組みには長い歴史があり，これまでに鉄鋼ダストのリサイクル設備（固体還元および溶融還元）および廃乾電池のリサイクル設備の開発と納入

理テスト. 財団法人クリーンジャパンセンター, リサイクル技術研究発
表会論文集, 1995.
（２） 河上勇, 鉄山一州, 酒井伸一. シュレッダーダストと土砂の混合物の焼却溶融テスト. 第18回全国都市清掃研究発表会講演論文集, p.319〜
321, 1997.
（３） 小田切克己, 岩田昇, 住友実. 愛媛県廃棄物処理センター焼却溶融施設. 第11回廃棄物学会研究発表会講演論文集, p.950〜952, 2000.
（４） 黒豆伸一. 灰溶融炉における廃プラスチック混焼による重金属揮散促進効果. 第15回廃棄物学会研究発表会講演論文集, p.1006〜1008,
2004.
（５） 阿川隆一, 鉄山一州, 岩田 昇, 河上 勇, 小沢昭治, 平山直道. スラグ排出型ロータリーキルンによる焼却灰と飛灰等の混合溶融処理. 日本機を行ってきた。これらのノウハウや多数の産業廃棄物処理設

械学会第 8 回環境工学シンポジウム 98講演論文集, p.280〜283, 1998.

備実績で蓄積された膨大なデータを生かして，「金属資源の（６） 藤田健司, 河上勇, 藤吉秀昭, 武田信生, 八木美雄, 大島康司. 廃棄物処再生」をテーマに従来のプロセスの応用および水平展開を中心に，経済的で確実な有価金属・希少金属の回収・再資源化技術の研究開発を進めている。

５むすび（１） 使用済み触媒からの希少金属回収について，従来法理残さ中のダイオキシン類の分解・安定化に関する調査−広域灰溶融
先進事例−. 第23回全国都市清掃研究発表会講演論文集, p.195〜197,
2002.
（７） 株式会社メタルテクノロジー. 入手先＜http://www.metatech.co.jp/＞ ,（参照2008-06-18）（８） 鉄山一州. ロータリーキルンの廃棄物再資源化への適応. 住友重機械
技報, 158号, p.19〜22, 2005.

（湿式）よりも経済性のある乾式の新方式をJFEマテリ
アル株式会社と共同開発し，実用施設が順調に稼働している。
（２） 廃プラスチックなど廃棄物を燃料および還元材に用いた電気炉ダストからの金属鉄・亜鉛原料回収という資源効率および経済性に優れた新技術を，大阪製鐵株式会社と共同開発した。
（３） ロータリーキルン試験設備の活用により，ここに紹介した二つの用途開発以外にも数多くある新規用途開発に
邁進し，顧客の要望に応えていく。
住友重機械技報 No.167 20088

エネルギー・環境特集 論文･報告

R
高速凝集沈殿装置 スミシックナー○

高速凝集沈殿装置 スミシックナー○R
High Capacity Clarifier Sumi-Thickener
●安

部

俊

彦＊ 中

Toshihiko ABE

野淳＊

Atsushi NAKANO

R
スミシックナー○（φ22 m）
Sumi-Thickener（φ22 m）

スミシックナー○R は省スペース型の高速凝集沈殿装置
であり，170基以上の納入実績を有している。
次の構造上の特長により，一般的な凝集沈殿装置と比べて，高い表面積負荷とすることができる。その特長とは，ミキシングチャンバの槽内設置と高分子凝集剤の分割添加による沈降性の良好な凝集フロックの形成，回転するディストリビュータによる槽内への原水の均一分散
供給，および槽内均一上昇流による表面積の有効活用の三つである。また，原水の種類によっては，ブランケッ
トゾーンを形成することにより，処理水の清澄性が向上する。
最近の代表的な用途として，雨水排水処理，活性汚泥
スミスラッジ○R システム，用水用処理（河川水の濁度除去）および沈殿濃縮による固形物の回収などがある。

Sumi-Thickener is a space-saving high-speed coagulation system, and more than 170 Sumi-Thickener units havebeen installed. Because of its structural features described
below, Sumi-Thickener is operable under higher surface
loading than ordinary coagulation systems. The features
include: 1) good flocculation for excellent sedimentation,achieved through the installation of a mixing chamber
inside the tank and polymer coagulant dosing at several
points; 2) a uniformly distributed supply of raw wastewater
to the tank using a rotating distributor; and 3) effective
utilization of the surface area through a uniform upward
stream formed inside the tank. In addition, the formationof a blanket zone increases the clarity of the treated water
depending on the type of raw wastewater used. Recent
representative applications of Sumi-Thickener include
rainwater drainage, activated sludge treatment using theSumi-Sludge system, the diversion of water (turbidity
removal from river water), and solid recovery by coagulation and thickening.

キーワード：排水処理，沈降分離装置，活性汚泥処理

１

まえがき

R
は，一般的な凝集沈殿装置と比較して，より少シックナー○

排水処理の主な単位操作として，凝集沈殿装置がある。円ない表面積で大容量の固液分離が可能になるように開発され形や矩形の水槽を利用し，工場排水などの液体中に浮遊するた装置である。一般的な凝集沈殿装置より少ない面積で処理（注）を液体と固体の比重差により固液分離す
懸濁物質（SS）

可能なことから，高速凝集沈殿槽と呼ばれている。各種排水る装置は，一般的に沈殿装置と呼ばれている。そのなかで，処理，用水用処理および生産工程における沈降分離装置としSSを無機凝結剤および高分子凝集剤などの効果を利用してて，170基以上の納入実績を有している。

フロック状にし，フロックを沈降させ液体から分離する装置
が凝集沈殿装置である。
凝集沈殿装置は，少ない表面積でより多くの固液分離が可能になるように，さまざまな工夫がなされている。

9

住友重機械エンバイロメント株式会社（SHI−EV）のスミ＊住友重機械エンバイロメント株式会社

凝集沈殿装置の利用目的は液体の清澄用と固形物回収用（または濃縮用）の二つに大別され，主に工場排水を河川や海域に放流する清澄用として利用されている。特殊用途として，パルプ製造苛性化工程の清澄槽や苛性ソーダ製造原料工
住友重機械技報 No.167 2008

論文・報告表１

R
高速凝集沈殿装置 スミシックナー○R
スミシックナー○の代表的用途Typical application of Sumi-Thickener

大分類

中分類

活性汚泥

小分類

分離スラッジ（SS）

3 次処理沈殿用

活性汚泥

最初沈殿用

排水夾雑物

接触酸化沈殿用

活性汚泥

ヤード散水・雨水清澄用

石炭，鉱石，コークス，水砕スラグ

処理水SS濃度※（mg/L）〜20

スクラバ排水清澄用

排水処理
無機スラッジ

金属加工排水

切削・研磨

〜30

製紙排水
フッ素排水

フッ化カルシウム

半導体製造排水

水回収

原料回収

生産設備

固形物回収・濃縮

清澄用途

用水・濁度処理―

RH（真空脱ガス）循環水清澄用

鉄鋼

CCM（連続鋳造機）循環水清澄用

鉄鋼

圧延循環水清澄用

鉄鋼

集塵機洗浄水循環用

鉄鋼

金属精錬回収用

銅，銀

水酸化アルミ回収用

水酸化アルミニウム

紙料（白水）回収用

紙料

水酸化マグネシウム

水酸化マグネシウム

酸化チタン

酸化チタン

粗塩水清澄用

〜30

〜10

〜10

水酸化マグネシウム
炭酸カルシウム

緑液清澄用

ドレックス

河川水濁度除去用

泥、藻類

〜15

〜20

※代表的な数値で，条件により異なる。

程の清澄槽として利用されているものもある。
近年，設置面積が小さいことが評価され，半導体洗浄排水などの電子業界向けに納入が増加している。

２

凝集沈殿装置の評価

凝集沈殿装置は，単位表面積当たり単位時間当たりの処理
32（４） ミキシングチャンバ（５） タービン（６） ディストリビュータ（７） レーキ（８） コーンスクレーパ（９） ディスチャージコーン）で表わし，この数値が大き水量を表面積負荷（m /（m ･h）（１０） 集水樋

いほど少ない表面積（小さな水槽）で多くの液体（処理量（１１） 駆動部（m /h））を処理できることになる。水槽内は，表面積負荷

R
スミシックナー○は，一般的な凝集沈殿槽と比較して，高に応じた上昇流速（m/h）となり，SSは上昇流速以上の沈分子凝集剤でSSをフロック化するミキシングチャンバが槽降速度となった場合に，沈降し液体より分離される。

内に配置されていることと，処理対象液体（原水）を槽内に3

表面積負荷は処理水量（m 3/h）÷水槽表面積（m2）で計算されるが，実際は水槽表面積に対して均等に液体が流れないことから，部分的に計算上の数値よりも大きな上昇流速で流れている。少ない表面積で大容量の固液分離を実現するには，表面積を有効に利用する必要があり，それには凝集沈殿
R
は，この槽内を均一流にする必要がある。スミシックナー○

点に着目して開発された凝集沈殿装置である。
Rの代表的な適用例を表１に，代表的な設スミシックナー○

計表面積負荷を表２に示す。

３

構造

均一に分散させる回転するディストリビュータが設置されていることが大きく異なっている。

４

各部位の特長R
次に，スミシックナー○の各部位の特長を述べる。

4.1

ミキシングチャンバ

流入管より流入した処理対象液体（原水）を受入れ，ター
ビンにより攪拌しながら，高分子凝集剤を添加してSSをフロック化する。
一般的な凝集沈殿槽は凝集槽と呼ばれる攪拌水槽を凝集沈殿槽の手前に設置し，緩速攪拌機により攪拌しながら高分子

R
スミシックナー○の概略を，図１に示す。

凝集剤を添加してSSをフロック化する。沈降性のよい凝集

Rは，主に次の部位により構成される。
スミシックナー○フロックの形成には，処理対象のSSに適したイオン性（カ（１） 槽本体

チオン，アニオンおよびノニオン）の高分子凝集剤を選定し，（２） 流入管

凝集フロックが形成される高分子凝集剤の添加率（処理水量（３） センターシャフト）に合わせて添加する。
当たりの高分子凝集剤添加量（mg/L）
住友重機械技報 No.167 200810

論文・報告表２

R
高速凝集沈殿装置 スミシックナー○

代表的な設計表面積負荷
Typical design load

排水の処理

）※
設計表面積負荷（m3/（m2･h）
0

2

4

6

8

処理水SS濃度1030（mg/L）

活性汚泥 3 次処理〜20

抄紙・脱墨排水・白水回収〜30

電子・硝子研磨排水〜20（エッチング，シリコン，フッ酸排水を含む）
非鉄金属排水〜20（メッキ，ガス洗浄を含む）
鉄鋼直接系排水〜30（RH，CCM，圧延循環水）
原料ヤード

〜30

（石炭，鉱石，スラグ）
用水処理・濁度除去〜20※代表的な数値で，条件により異なる。

この場合，高分子凝集剤の添加は凝集槽内で任意の位置 1 箇
駆動部

所に添加することから，高分子凝集剤とSSが十分に反応しポリマない場合や未反応の場合がある。また，凝集槽から凝集沈殿

ミキシングチャンバ
タービン
集水樋

槽への通水過程で形成された凝集フロックが破壊される場合
もある。

処理水

原水

R
は，より効果的に凝集フロックを形成さ
スミシックナー○R槽内に設せるべく，ミキシングチャンバをスミシックナー○

置し，かつ高分子凝集剤をミキシングチャンバの数箇所に分割添加できるようにしている。高分子凝集剤の数箇所への分

流入管

上昇流

槽本体

センターシャフト
スラッジ沈降ディストリビュータ
レーキ

割添加は段階的に凝集フロックを形成できることから，少ない添加率で沈降性のよい凝集フロックを形成できる。
4.2

コーンスクレーパ
ディスチャージコーン

スラッジ

ディストリビュータ

回転するディストリビュータにより，槽内に均一に原水を分散させる。

図１

R
スミシックナー○Sumi-Thickener

一般的な凝集沈殿槽は，槽内に設置されたフィードウェルと呼ばれる内塔に原水を受入れ，フィードウェル下部（図１
R
スミシックナー○のミキシングチャンバ下部）より原水を分なることから，SSを含み着色された液体となる。法規上は，散させている。したがって，槽内の中心から外側に向う上昇

雨水はそのまま放流可能な場合もあるが，放流口付近には大流となり，表面積を有効に使用することができない。

量の着色水が流出することから，環境対策として雨水処理設

R
は，槽内を均一な上昇流とし表面積を有スミシックナー○

効に使うことで，表面積負荷を大きくすることができるようR
は，大量の雨水を小さな設置面積で処理
スミシックナー○な構造とした。

可能なことから，雨水処理設備用凝集沈殿槽として数多く採

4.3

用されている。

レーキ

沈降したSS（スラッジ）を槽中央部にかき寄せ，ディス

雨水排水に含まれるSSの性質により表面積負荷は変わる

チャージコーンからスラッジを回収する。沈降スラッジをかが， 5 〜15 m3/(m2･h)で設計している。一般的な凝集沈殿槽

き寄せる際に，共回り（沈降スラッジが一体となりレーキとでは， 1 〜 5 m3/(m2･h)程度の表面積負荷で設計されるので，ともに回転する現象）によりレーキが過トルクとならないよ

設置面積で 2 〜 5 倍の差になっている。

うに，レーキに取付けられているかき寄せブレードの形状および配置を工夫している。

５
5.1

R
最近のスミシックナー○
代表的用途

雨水排水処理製鉄所，発電所および化学工場では，所内に石炭や鉄鉱石

11備を設置する工場が増加している。

本用途では，降雨時と晴天時の流入水量が大きく異なることから，流量変動対策を考慮したシステムとしている。また，
SSの密度が大きいので，沈降スラッジは濃縮し易く，スラッジ引抜きの閉塞対策についても考慮したシステムとしてい
る。
5.2

R
活性汚泥処理用スミスラッジ○のヤードを所有している場合が多く，降雨時にはヤードから有機性排水を好気性処理する方法として，一般的に活性汚大量の雨水が排出されている。ヤードから排出される雨水は泥法が使われている。活性汚泥は有機物を分解する微生物が

ヤード内鉱物（石炭や鉄鉱石）がSSとして含まれた雨水とフロック状になったもので，曝気槽内に保持されている。曝住友重機械技報 No.167 2008

論文・報告無機凝結剤

R
高速凝集沈殿装置 スミシックナー○

また，処理水量が小さい場合でも装置点数が削減でき，設

高分子凝集剤R
シス
置スペースが小さくできることにより，スミスラッジ○

処理水

原水

テムが採用されている。
R
システムは，凝集沈殿処理による処理水質
スミスラッジ○

曝気槽

反応槽

R
○

スミシックナー
返送汚泥の安定化および曝気槽の汚泥濃度を高くすることによる汚泥処理の安定化が期待できる。
5.3

図２

R
スミスラッジ○システム
Sumi-Sludge system

用水用処理（河川水濁度除去用）

工業用水や飲料水（上水）を河川水から精製する処理場では，河川水のSSの除去に沈殿槽を設置する。沈殿槽処理水
は，工業用水用途では砂ろ過器で処理後に工場に供給され，気槽内に保持されている活性汚泥により排水中の有機物を分飲料水用途ではさらに活性炭吸着塔や精密膜により処理後に解後，沈殿槽で活性汚泥フロックを沈降分離し，清澄な処理

飲料水として供給される。

水と活性汚泥とを固液分離する。

沈殿槽の一般的な運転方法は，取水した河川水に水道用ポ

活性汚泥フロックは沈降速度が小さく，固液分離するには，

リ塩化アルミニウム（Poly Aluminum Chloride for water

表面積負荷 8 〜12 m3/(m2･d)程度の大きな沈殿槽を設置する

works PAC）を添加することにより，河川水中の濁質をフ必要がある。また，放流規制値が厳しい地域では，さらに凝ロック化し沈降分離させる。工業用水用途では高分子凝集剤

集沈殿装置を設置する必要があり，通常，活性汚泥沈殿槽とを使用する場合もあるが，多くの場合はPACのみの添加でフ凝集沈殿槽は分けて設置している。したがって，このようなロックを形成させる。形成されたフロックは，微細で軽いの

地域における排水処理設備は広大な敷地を必要とする。

で固液分離が困難で，清澄な処理水（沈殿槽処理水の要求水

活性汚泥沈殿槽と凝集沈殿装置を組み合わせて沈殿槽を削Rを適用する
減し，さらに凝集沈殿槽としてスミシックナー○

質は高く，濁度で 5 〜10 mg/L以下が一般的）を得るのに，
スラッジブランケットによるろ過効果で清澄する。

ことで，大幅な省スペース化を実現した。このシステムを，Rシステムとして納入している。
SHI−EVではスミスラッジ○

ここでスラッジブランケットとは，槽内に形成フロックを堆積させ，堆積フロック中を通水させることで，フロック層

Rシステムのフローを，図２に示す。
スミスラッジ○によるろ過効果で微細フロックを補足させるものである。

曝気槽から流出する曝気処理水に直接無機凝結剤および高5.4

固形物回収用途

分子凝集剤を添加して，フロックの沈降速度を高め，スミシ

基板洗浄排水などのフッ素含有排水の処理は，水酸化カル

Rに流入させて固液分離を行うことにより，従来法
ックナー○

シウム（Ca（OH）2）により水中に溶解しているフッ化物イオ

Rと比べて大幅な省スペースを実現している。スミシックナー○

ンをフッ化カルシウム（CaF2）として析出させ沈降分離する。
フッ素は放流基準値が低く，析出したCaF2はできるだけは，一般的には活性汚泥沈殿槽から流出するような，微細なフロックでも沈降分離することが可能である。
R
システムでは，汚泥を高濃度に濃縮するこ
スミスラッジ○

補足したいので，用水用処理と同様にスラッジブランケットによるろ過効果で清澄化する。

とができることから，曝気槽内の活性汚泥濃度（MLSS）を高く保つことで，より多くの活性汚泥微生物を曝気槽内に維持する。また，硝化菌のように増殖速度が遅く，沈殿槽から流出しやすい微生物でも，曝気槽内に容易に保持することができるようになった。したがって，活性汚泥の容積負荷（曝スラッジブランケットにおいても，未反応のCaとFの反応の進行により，Ca（OH）2を有効利用することができる。

６

R（１） スミシックナー○は高い表面積負荷で沈殿処理を行うことを可能とした，省スペース型凝集沈殿装置である。

気槽単位容積当たり単位時間当たりの有機物処理量）
R）を，スミスラッジ ○システムを採用しな（kgBOD/（m3･d）

むすび（２） その特長は，ミキシングチャンバと高分子凝集剤の分い標準活性汚泥法と比較して 2 〜 3 倍とすることができ，割添加による沈降性の良好な凝集フロック形成，回転す生物処理の安定化とともに，バルキングなどによる汚泥流出

るディストリビュータによる原水の槽内への均一分散供トラブルのない処理が可能となった。

給および槽内均一上昇流による表面積の有効活用であ沈降した活性汚泥を 2 〜 3 %に濃縮して引抜くことが可能る。
Rの特長を生かし， 各種排水処理，
今後もスミシックナー ○で，活性汚泥返送量が一般的な活性汚泥沈殿槽と比較して30〜50 ％程度にすることができ，汚泥返送ポンプの動力を削減

用水用処理および生産分野における沈降分離のアプリケーシ可能である。

ョン拡大に努めていきたい。

凝集沈殿処理では，無機凝結剤の添加から活性汚泥の無機分の比率が高いものとなるが，沈降性に優れた汚泥であるので，濃度を高くしても沈殿槽から流出することはない。
紙パルプ産業向けなど，処理水量が大きくなるほど設備投注

SSとは浮遊物質，水の中に存在する粒径 2 mm以下の固形物の総称である。

資金額の削減効果が大きくなることから，大水量処理ではス
R
システムが数多く納入されている。また，曝気
ミスラッジ○
R
システ
槽を酸素曝気とした処理システムにもスミスラッジ○

ムを採用することができる。
住友重機械技報 No.167 200812

エネルギー・環境特集 論文･報告

UASB系排水処理システム

UASB系排水処理システム
UASB Processing Wastewater Treatment Systems
●知

久

治

之＊

Haruyuki CHIKUUASB系排水処理システム
UASB processing wastewater treatment systems

1980年代にUASB法の試験研究が始められてから30
年弱が経過した。この間に超高負荷型のEGSB法などが開発され，現在では世界の嫌気性排水処理設備の６割程度をUASBプロセスが占めていると言われている。
住友重機械エンバイロメント株式会社（SHI−EV）で
R
R
R
R，Biothane○，AquaSAT○，Biobed○−Uおは，Biobed○

よびBiothane○R −Uの５機種の商品で，工場で排出されるさまざまな排水濃度および排水量に合わせ適性機種を提案可能としており，排水BOD濃度 約200 mg/L〜数万
mg/L，また排水量 数m3/d〜15000 m3/d以上と幅広い濃度および範囲での実績を有している。
近年，周辺技術開発も手掛けており，それらを含む
SHI−EVのUASBプロセス概要を紹介する。

It has been almost 30 years since the start of test
research on the UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket)
method in the 1980s. During this period, various systems,
including a super high load type of EGSB (Expanded
Granular Sludge Bed), have been developed, and it issaid that UASB processes currently account for approximately 60% of all anaerobic wastewater treatment systems
worldwide. With five models of UASB-based systems:
R
R
R
R
Biobed○, Biothane○, AquaSAT○, Biobed○-U andR○
Biothane -U, Sumitomo Heavy Industries Environment
Co., Ltd. (SHI−EV) is capable of offering the optimum
model according to the concentration and quantity of
wastewater discharged from the plant, ranging from 200
mg/L to over 10000 mg/L in BOD concentration and froma few m3/d to over 15000 m3/d in wastewater. This report
describes an overview of SHI−EV's UASB processes,
including the peripheral technology developments．

キーワード：有機性排水処理，嫌気性処理，エネルギー回収

１

13

まえがき

ネルギーを必要とし，余剰汚泥発生量も多い活性汚泥法および好気性ラグーンが主流とされていた。

2007年は日本から世界へ向けて「クールアース50」の発信，その後，オランダのLettinga博士の研究によりUASB

2008年は洞爺湖サミットも開かれ，近年，国内企業において（Upflow Anaerobic Sludge Blanket）法の排水処理設備が開も環境に対する意識がめざましく向上してきている。

発され，1980年代後半には実用化されている。UASBは高負1980年代前半までの産業排水処理は単なる公害防止装置と荷運転が可能で，エネルギー効率がよく，余剰汚泥発生量がして位置づけられ，排出基準を達成することのみが重視され，少ないという特長があり，1990年代前半から全世界で適用拡

省エネルギーに関しては問題視されていなかった。このこと大されてきている。2000年には国内でも高負荷型UASB法とから，従来の有機性排水処理では曝気ブロワなどの大きなエされるEGSB（Expanded Granular Sludge Bed）法などを含＊住友重機械エンバイロメント株式会社

住友重機械技報 No.167 2008

論文・報告UASB系排水処理システム

バイオガス
100000

原水
R
AquaSAT○

水量（m3/d）

10000

処理水

R
Biobed○（EGSB）

1000

R
Biobed○―U

好気処理

R
Biothane○（UASB）

100
酸生成槽

反応槽

R
―U
Biothane○R
Biothane○
設備フローR
Diagrammatical view of Biothane○

図２
0

100

1000
10000
100000
有機物濃度（BOD：mg/L）

バイオガス
処理水

図１

UASB系排水処理システムのセグメント
Segmentation of UASB systems

めると180基以上が稼働していると言われている（１）。

原水

住友重機械エンバイロメント株式会社(SHI−EV)はUASB系
排水処理システムにおいて多種多様な経験を有し，食品，ビール/飲料，化学および製紙業界ほかに計70基以上の納入実績を誇り，国内主力メーカーとして位置づけられている。

２

UASB系排水処理システム

1980年代，SHI−EVの前身である住友重機械エンバイロテ
ック株式会社は独自でUASBの試験研究を重ねており，1989

酸生成槽

反応槽

年にオランダのBSI（Biothane System International社，当時
R（UASB）の技術提携を
GIST−BROCADES社）とBiothane○

図３

R（EGSB）の技術提携を行った。1995年には同社とBiobed ○R
Biobed○
設備フロー
R
Diagrammatical view of Biobed○

行い，数々の試験研究・設計製作・販売を行ってきている。
2004年には車上渡しも可能なユニット商品Biothane ○R −U

オガス，処理水およびグラニュールを分離する構造としてい

R−U（EGSBユニット）を自（UASBユニット）およびBiobed○

る。CODCr（注２）容積負荷 7 〜15 kg/(m3･d)と活性汚泥法の社開発し，2006年には，これまで嫌気性処理が適用不可とさ

数倍〜十数倍の高負荷運転が可能であり，処理設備は非常にれていた低濃度有機性排水にも対応できる嫌気性処理設備とコンパクトとなる。

Rをアサヒビール株式会社と共同開発，実機化
してAquaSAT○

2.2

した。このほかにも，これら処理に関係するさまざまな周辺
装置や周辺機器の開発も行っている。
SHI−EV保有のUASB系排水処理システムのセグメントを，図１に示す。排水BOD（注１）約200 mg/L〜数万mg/L，ま
3

3

R
R
（バイオベット○）
Biobed○R
R
は，EGSB型排水処理装置である。Biothane○
以上
Biobed○の高負荷運転を目的としている。この概略を，図３に示す。
Rに対して縦方向に容積を確保し，保持
この装置はBiothane○

汚泥量を高め，液流速を高く維持できることによりCODCr容た排水量 数m /d〜15000 m /d以上と幅広い濃度および範囲

積負荷10〜30 kg/(m3･d)と超高負荷を実現させている。上部での実績を有し，工場で排出されるさまざまな排水濃度およセトラへの負荷はUASBよりも高くなることから，セトラはび排水量に合わせ，適性機種を提案可能としている。

高性能な分離構造としている。

SHI−EVのUASB系排水処理システム，近年開発されている周辺設備および周辺機器を次に説明する。
2.1

RR（バイオタン○）
Biothane○

2.3

RR（アクアサット○）
AquaSAT○R
はBOD500 mg/L以下の低濃度排水に対応させ
AquaSAT○た装置である。この概略を，図４に示す。パイロット試験でR
Biothane○
は，UASB型排水処理装置である。設備の概略

はビール工場のEGSB処理水を対象とし 3 〜 9 kg/(m3･d)のを，図２に示す。安定的なメタン発酵を維持するのに，前段負荷でCOD Cr除去率は約85 ％，飲料工場排水を対象とし 3に酸生成槽を持つ二相式の嫌気性発酵槽としている。反応槽〜 6 kg/(m3･d)の負荷でCODCr除去率は80 ％以上（２），紙パル

下部より排水を流入させ，グラニュール汚泥（直径0.5〜3 mm

プ工場（DIP）排水を対象とし負荷 8 〜10 kg/(m3･d)の負荷程度の自己造粒汚泥）床にて，排水中の有機物をメタン発酵

でCODCr除去率は約65〜72 ％，また紙パルプ工場（KP）排水させて除去し，上部の三相分離装置（セトラ）により，バイを対象とし負荷10 kg/(m3･d)の負荷でCODCr除去率は約86 ％
住友重機械技報 No.167 200814

論文・報告UASB系排水処理システム

バイオガス

余剰汚泥

余剰汚泥

60 kgCOD

原水
処理水

10 kgCOD

100 kgCOD
10 kgCOD

10 kgCOD

20 ℃

20 ℃
処理水

20℃

原水

嫌気性反応槽
メタンガス
31m3

100kWh
熱回収

曝気電力

電力回収

85℃
最大195 kWh

酸生成槽

図４

反応槽

好気性処理

R
AquaSAT○
設備フロー
R
Diagrammatical view of AquaSAT○

2.4

最大78 kWh

嫌気性処理

好気性処理と嫌気性処理のエネルギー収支
Energy balance of aerobic and anaerobic treatment

図５

NaOH
蒸気

と良好な処理結果が得られている。

処理水

35℃

原水

好気性反応槽P
TIS pHIS

濃縮SS

可溶化液

UASB系排水処理システムの特長

図５に好気性処理（活性汚泥）と嫌気性処理（UASB系含LSむ）の比較を示すが，これは100 kgのCODを90 ％処理したP場合の参考エネルギー収支である。好気性処理と比べ嫌気性P

SS可溶化槽

処理は余剰汚泥発生量が低く，バイオガス中のメタンガスによりエネルギー回収が可能となる。

SS可溶化装置フロー
Flow diagram of reactor for dissolving SS

図６

R
R
R
，Biothane○
および AquaSAT○の特長をまと次にBiobed○

める。
（１） 高負荷運転が可能で省スペースである。
R
Biobed○Biothane

10〜30 kg/(m3･d)
R○

特殊ケーブル

7 〜15 kg/(m3･d)

カメラボディ
（アルミ合金）R
AquaSAT○
3 〜7.5 kg/(m3･d)

CCDセンサ（カラー）（２） 曝気動力が不要で省電力を実現している。
（３） 余剰汚泥発生量が少ない。
（活性汚泥の約 1 /10〜 1 / 6）（４） バイオガスよりエネルギー回収が可能である。
（５） 濃度変動および流量変動に強い。

2.5

SS可溶化装置
LEDランプSS（注３）の回収，減容およびメタンガス回収システムを
R
R
R，Biobed○およびAquaSAT○
構築し，オプションでBiothane○

汚泥監視カメラSludge camera

図７

システムへ組込みを可能としている。装置フローを，図６に示す。比較的大規模の排水処理においてはこの設備を採用す
ることにより，大幅な余剰汚泥の削減が見込める。

荷試験を次に説明する。

2.6

3.1.1

汚泥監視カメラ

嫌気性処理の反応槽は基本的に密閉型であり，内部状況の把握が困難である。運転中でもこれを手軽に観察できる水中カメラを独自に開発，製造，販売している（図７）。

試験条件（１） 試験開始の負荷を5 kg/(m3･d)とし，40 kg/(m3･d)まで確認を行った。
（２） 3 〜 9 日ごとに負荷を増加させた。

このカメラは内部の流動状態の確認ができるよう最適に設（３） 酸生成槽の設定温度は38 ℃とした。

計されており，嫌気性および好気性を問わず，反応槽内の流（４） 酸生成槽の設定pHは約7.0とした。

動状態の確認が手軽に可能となった。

3.1.2

３
3.1

処理設備運転最大負荷は40 kg/(m3･d)であり，CODCr除去率は約70 ％，
処理水VFA（注４）は約300 mg/Lであった。

R
Biobed○
の処理性能

R
○

R
○

試験結果

（１） 負荷試験の結果を，図８および図９に示す。試験でのR○

Biobed ，Biothane および AquaSAT では，高負荷型で（２） CODCr除去率85 ％を超える安定負荷としては25〜30あるということが一つのポイントとなる。さまざまな排水にkg/(m3･d)と判断され，処理水VFAは100 mg/L以下であ適用するべく，膨大な数の試験を行ってきているが，そのなった（３）。

R負
かでも代表的ともいえるビール排水を対象としたBiobed○

15

住友重機械技報 No.167 2008

（kg/（m3・d）
）

論文・報告

図８

UASB系排水処理システム

42 43
45
40
32 33
35
25
36
30
23
27
28
25
11
25
11 21 22
20
6
15
11
83%
0
10
6
92% 87% 84% 76% 66%
5 93% 93% 91%
0
CODCr容積負荷
12
34
CODCr容積除去量
5
6
7
8
9
Run No.

CODCr容積負荷と除去率
CODCr loading and removal

1000

931

（mg/L）

800
668
600
400

140 186 178 208

308

425

200
0

459

図10
253

0
1

11 10 31 53 109
2

3

4

5

6

Run No.

図９

586

123
7

8

シミュレーションによる流れ解析
Flow simulation

CODCr
VFA

9

処理水CODCrとVFA
CODCr and VFA of effluent

R（ｄ）
Biobed○−U

小〜中型工場向けの超高負荷型である。
R（ｅ）
Biothane○−U

小〜中型工場向けの高負荷型である。
（２） 有機性排水処理において，これらUASB系排水処理シ

４

ステムを用いた場合、大きなCO2削減効果があり，低ラ

その他解析技術

ンニングコストかつメタンガスとしてエネルギー回収もUASB系排水処理システムの高性能化を目的に，種々の解可能となる。産業排水処理設備のなかで今後も一層注目析を行っている。ここでは 2 例を紹介する。
4.1

されるプロセスと思われる。

シミュレーションによる流動解析

反応槽内部の流動状態およびセトラの性能などを解析する
べく，コンピュータシミュレーションによる流れ解析を行っRの開発などでは低濃度排水条件をインプている。AquaSAT○

ットし，コンピュータシミュレーションにてセトラ分離状態の確認を行っており，実機でも良好な分離能力を発揮させている（図10）。
4.2

群集解析（参考文献）（１） 原田秀樹ほか. 超高速メタン発酵バイオリアクターの開発と汚泥菌叢の分子微生物生態解析. 環境バイオテクノロジー学会誌, vol. 4, no. 1,
p.19〜27, 2004．
（２） ほか. 低濃度排水への嫌気性処理システムの開発. 第39回日本水処理学会年会, p.339, 2005.
（３） 栗栖治夫ほか. Application of the BIOBED EGSB Reactor to Brewery
Waste Water. 8th International Conference on Anaerobic Digestion,
IAWQ, 1997.

排水処理設備の流入水には環境中の雑菌が多く含まれており，生物反応槽は，常にコンタミネーションにさらされた状態となり，反応槽内の微生物は純粋培養とはなり得ない。こ注１のことから従来から生物処理はブラックボックス的に取り扱われており，経験値を頼りに設計，運転されている。

BODとはBiochemical Oxygen Demand（生物化学的酸素要求量）のことで，生物易分解性の有機物の指標である。

注２

CODCrとはChemical Oxygen Demand（化学的酸素要求量）の分

近年，微生物の遺伝子解析技術も進歩し，同定に用いられ析方法の一つで，重クロム酸カリウムを酸化剤とした酸素要求量る遺伝子データの蓄積も整ってきた。SHI−EVでは， 4 種類である。生物難分解性の有機物も含めた有機物全体を示す指標での遺伝子解析方法を適用し，反応槽内の微生物相の解析を行ある。

い，微生物相による実設備運転状態の把握に役立てている。

５むすび（１） UASB系排水処理システムは，次の通りである。
R（ａ）
Biobed○

注３

SSとはSuspended Solid（浮遊性物質）のことで，いわば水中で浮遊している細かなゴミを示す。

注４

VFAとはVolatile Fatty Acid（揮発性脂肪酸）のことで，酢酸，プ
ロピオン酸，酪酸および吉草酸有機酸などの揮発性有機酸の総量を示す。

中〜大型工場向けの超高負荷型である。
R（ｂ）
Biothane○

中〜大型工場向けの高負荷型である。
R（ｃ）
AquaSAT○

中〜大型工場向けの低濃度対応型である。
住友重機械技報 No.167 200816

エネルギー・環境特集 論文･報告

高負荷対応のメタン発酵システムの検討

高負荷対応のメタン発酵システムの検討
Examination of High-Load Methane Fermentation Systems
●三

井

昌

文＊ 島

Masafumi MITSUI

本

敦

史＊＊

Atsushi SHIMAMOTO

サンプリングポンプ
P

余剰汚泥

原料投入ポンプ
P

pH計
DO計
原料

pH計

M

原料投入ポンプ

M

ORP計

P

HCl

ガス流量

原料

沈殿槽
（2 L）

NaOH

メタン発酵槽（30 L）

温水ジャケットP
引抜きポンプ
P
エアポンプ

ガスバッグ

図１

処理水槽
反応槽
（6 L）

試験装置概要Device for experiment

地球温暖化防止の観点から，バイオマス活用の推進が重要となっている。バイオマスの代表的な資源化技術であるメタン発酵は，処理対象物の固形物濃度によって，固形物濃度が低い廃液の処理に用いるUASB法およびEGSB法と，固形物濃度が高い有機性廃棄物の処理に用いる完全混合型メタン発酵法がある。従来から用いられている完全混合型メタン発酵法では，UASB法やEGSB法のような高い負荷がとれず，メタン発酵槽が大型になり，建設コストが高い，広い敷地面積が必要であるといった問題がある。
こうした問題に対応するべく，メタン発酵槽内の汚泥濃度を高く維持することにより，メタン発酵槽内の菌体濃度を高く維持し，高負荷運転を可能とすることを目的
としてメタン発酵試験を実施した。また，試験結果に基づき，実際の施設を建設した場合について検討した。

From the viewpoint of global warming prevention, it
has become important to promote the practical use of
biomasses. Methane fermentation, which is a representative technology for recycling biomasses, is classified by
the solid concentration of biomass into the UASB and
EGSB methods used in treating effluents with low solid
concentrations, and the complete mixing methane fermentation used in treating organic wastes with high solid
concentrations. The complete mixing methane fermentation, which has been used for many years, involves problems such as the inability to allow high loading achieved
with the UASB and EGSB methods, and the need for alarge methane fermentation tank, the high construction
cost and the large site area. To address these problems,
Sumitomo Heavy Industries Environment Co., Ltd. (SHI−EV)
conducted a methane fermentation test with the aim ofmaintaining the fungus concentration inside the methane
fermentation tank to enable high-load operation. Basedon the test findings, SHI−EV also studied a case in which
an actual facility was constructed.

キーワード：有機性廃棄物，汚泥濃度，メタンガス

１

濃度が1000 mg/L以下の濃度の低い有機性廃棄物の処理に用まえがきいられる，UASB（Upflow Anaerobic Sludge Blanket）法お

地球温暖化防止の観点から，バイオマス活用の推進が重要

よびEGSB（Expanded Granular Sludge Bed）法と，UASB法となっている。バイオマスはカーボンニュートラルという特やEGSB法では処理できないSS濃度が高い有機性廃棄物の処性をもっていることから，バイオマスを化石資源由来のエネ

理に用いられる完全混合型メタン発酵法がある。

ルギーや製品の代替として資源化することにより，二酸化炭素の発生を抑制できるものである。

17

完全混合型メタン発酵法は従来から用いられている方法であるが，UASB法やEGSB法のような高い負荷がとれず，メバイオマスの代表的な資源化技術であるメタン発酵は，処

タン発酵槽が大型になり，建設コストが高い，広い敷地面積

理対象とする有機性廃棄物の固形物濃度によって，SS（注１）が必要であるといった問題がある。こうした問題に対応する＊住友重機械エンバイロメント株式会社＊＊株式会社住重環境分析センター

住友重機械技報 No.167 2008

論文・報告92700 mg/L

VS

87300 mg/L

SS

20400 mg/L

T-CODCr

159000 mg/L

T-BOD

83500 mg/L

T-N

6550 mg/L

T-P

798 mg/L

5000

4000
3000
2000
1000
0
120
100
80
60
40
20
0
100
80
60

図２

COD負荷
希釈倍率

VFA
NH4-N

運転日数(日)

発生量
メタン濃度

80
70
60
50
40
30
20

メタン濃度（％）

3.90

TS

10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0

ガス発生量（NL/d）pH

VFA（mg/L）, NH4-N（mg/L） COD負荷（kg/（m3･d））
希釈倍率（倍）有機性廃棄物性状
Characteristics oforganic waste

COD分解率（％）

表１

高負荷対応のメタン発酵システムの検討

40
20
0
0

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140
運転日数

メタン発酵試験運転結果
Results of experiment on methane fermentation

べく，メタン発酵槽内の汚泥濃度を高く維持することにより，メタン発酵槽（容量30 L）は温水ジャケットによる加温にメタン発酵槽内の菌体濃度を高く維持し，高負荷運転を可能

より，約37 ℃で一定に保持した。またHCl，NaOHを添加すとすることを目的としてメタン発酵試験を実施した。また，ることによりpHを7.0〜7.3でほぼ一定に保持した。

試験結果に基づき，実際の施設を建設した場合について検討した。

２

メタン発酵槽から一定量汚泥を引き抜き，遠心分離機で分離し，上澄水は別途タンクに貯留して活性汚泥処理の試験の

試験内容

メタン発酵槽内の汚泥を濃縮することにより，汚泥濃度を原水として用い，沈降分離した汚泥の一部を濃縮汚泥としてメタン発酵槽に投入した。濃縮汚泥はメタン発酵槽内の消化汚泥濃度が約50000 mg/Lとなるように投入量を調整した。

高く維持した状態で，有機性廃棄物の投入量を段階的に増加

メタン発酵槽への有機性廃棄物の投入は， 1 日に 1 〜 2 回，させ，メタン発酵槽への最大CODCr（注２）負荷の確認試験

CODCr容積負荷が所定の値となるように行い，メタン発酵槽を実施した。また，窒素分を多く含む有機性廃棄物をメタンへのCODCr容積負荷を段階的に増加させた。

発酵した場合，アンモニア阻害が起こる可能性があるが，本発生したバイオガスは，ガス積算流量計で測定後，ガスバ

試験では高温発酵よりもアンモニア阻害に耐性がある中温発

ッグに 1 日分貯留し，CH 4 濃度を測定した。CH 4 濃度は，酵を採用し，希釈水を使用せずに負荷の確認を実施した。

CO2検知管で毎日 1 回測定した。

また，メタン発酵では窒素は除去できないことから，メタ

活性汚泥処理装置では，反応槽（ 6 L）で間欠曝気によりン発酵後の処理水を活性汚泥処理により窒素除去する必要が

窒素除去し，沈殿槽（ 2 L）で固液分離し，上澄水を処理水ある。そのことから，本試験のメタン発酵後の処理水を処理として性状を測定した。

対象として，活性汚泥処理試験も同時に実施し，活性汚泥処

2.3

理における負荷の確認を行った。
2.1

試験対象物質の性状表１に，処理対象物質として選定した有機性廃棄物の性状を示す。処理対象物質は液状で，前処理を必要とするような
夾雑物を含んでいない。

メタン発酵試験結果

図２に，運転結果としてCODCr容積負荷と希釈倍率，VFA（注５）濃度とNH4−N濃度，バイオガス発生量と発生ガス中のCH4濃度およびCODCr分解率の推移を示す。
試験は希釈水を用いることなく安定運転可能であることを確保するべく，いったんCODCr容積負荷 6 kg/（m3･d）で約40

VS/TS（注３）は94 ％，CODCr濃度は159000 mg/Lと高く，

日間定常運転を行った。その間，NH4−N濃度は約3000 mg/L

有機生物を多く含んだメタン発酵に適した物質である。またから約3500 mg/Lに緩やかに上昇傾向であったが，アンモニ

T−N（注４）濃度は6550 mg/Lと比較的高く，メタン発酵した

ア阻害の影響は見られず，VFAの蓄積傾向はなく，CODCr分

場合，アンモニアによる阻害が起こる可能性がある。

解率も80%前後であり，発酵状態は良好であると考えられる

2.2

ことから，段階的に負荷を上昇させた。

試験方法

試験装置概要を，図１に示す。

（m3･d）で，再度運転状況の安定性を
CODCr容積負荷 8 kg/
住友重機械技報 No.167 200818

論文・報告活性汚泥平均処理水
Results of treated water byactivated sludge treatment

処理水窒素濃度（mg/L）

容積負荷（kg/（m3･d））

表２

1.0

高負荷対応のメタン発酵システムの検討

BOD負荷
N負荷

SS

473 mg/L

T−CODCr

2860 mg/L

0.4

F−CODCr1890 mg/L

0.2

T−CODMn

1190 mg/L

0.0

T−BOD

112 mg/L

T−N

254 mg/L

NH4−N

124 mg/L

0.8
0.6

3000
2500
2000
1500
1000
500
0

T-N
NOX-N
NH4-N

り，実際の処理設備において曝気量，曝気時間をコントロー
ルすることで処理が可能であると考えられる。

窒素除去率（％）

以上のことを考慮して，0.35〜0.39 kg-N/（m3･d）の安定運
転時期において，処理水の平均T−N濃度は181〜278 mg/Lで，100
80

窒素除去率は94〜97%と良好な結果が得られた。

60

活性汚泥処理水の平均性状を，表２に示す。本試験では，

40
20
0

沈殿槽での固液分離が不十分であることから，処理水のSS
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170
運転日数が若干高く，SS由来のT−Nの占める割合が高いが，膜分離装置などで固液分離すれば，SS由来のT−Nを分離することができることから，さらに窒素除去率を高めることができる。
また，処理水のF−CODCr濃度は1890 mg/Lと高く，着色が

図３

活性汚泥試験運転結果
Results of experiment on activated sludge treatment

あることから，活性汚泥処理でも処理することができない難分解性の有機物が残留していることが分かった。それにより，実際の施設を計画する場合，凝集処理などによる難分解性有確認するべく約20日間定常運転を行った。その間，VFAの蓄積傾向はなく，CODCr分解率も80 %前後であり，発酵状態は良好であると考えられた。NH4−N濃度は約4000 mg/Lまで上３

実施設検討結果昇して安定しており，アンモニア阻害の影響なく安定して運以上の結果を基に，試験の対象物質として選定した有機性転が可能であると考えられることから，さらに段階的に負荷

廃棄物を処理対象物として，実際にバイオガス化施設を建設を上昇させた。

した場合について検討した。施設の計画処理量は，100 m3/d

CODCr容積負荷8.5 kg/（m3･d）では，若干VFAが検出されとした。処理対象物の温度が低い場合，加温により必要なエ

たものの，CODCr分解率も80%前後で発酵状態は良好である

ネルギーが増加するが，今回の評価では，処理対象物の温度

3（m ･d）に増加と考えられた。さらにCODCr容積負荷を 9 kg/

が高く，加温することなく中温発酵（約37 ℃）によるメタさせたところ，VFAが蓄積したので，限界負荷に達したと判

ン発酵を行うことができるものとした。

断し，運転を停止した。
以上の結果からメタン発酵槽の最大COD Cr 容積負荷は，8.5 kg/（m3･d）以下であることを確認した。またCODCr容積

放流水性状は，下水道放流が可能なレベルまで処理することを想定して，SS：300 mg/L以下，BOD：300 mg/L以下，
CODMn：300 mg/L以下，T−N：150 mg/L以下とした。

負荷が8.5 kg/（m3･d）の期間中のガス発生量は，投入量当た

施設概略フローを，図４に示す。

り約80 m3/t，CH4濃度は平均54 %であった。

原料は原水貯槽で貯留し，定量的にメタン発酵槽に移送す

2.4

活性汚泥試験結果

図３に，運転結果として窒素容積負荷，BOD容積負荷，処理水の窒素濃度および窒素除去率の推移を示す。

る。メタン発酵槽は約37 ℃で一定に保ち，中温発酵により有機物を分解しバイオガス化する。また，濃縮汚泥槽より汚泥濃縮機で濃縮した汚泥を返送することにより，メタン発酵

運転開始から約70日間は立上げ期間であり，処理を安定さ

槽内の汚泥濃度を高濃度に維持する。メタン発酵槽から発生せるとともに，窒素容積負荷を約0.25 kg-N/（m3･d）まで上昇

したガスは，いったんガスホルダに貯留し，脱硫塔でバイオさせた。立上げ期間後の70〜90日に，窒素容積負荷を約0.25

ガス中に含まれる硫化水素を除去後，蒸気ボイラの燃料とし〜0.28 kg-N/（m3･d）で処理の安定性を確認した。90〜105日て利用する。メタン発酵設備の余剰汚泥および汚泥濃縮機のにおいて窒素容積負荷を約0.36〜0.38 kg-N/（m3･d）に上昇さ

濃縮分離液は，活性汚泥処理設備の余剰汚泥とともに汚泥貯せ処理の安定性を確認した。105〜114日は試験の都合上いっ留槽に貯留し，脱水機で脱水後活性汚泥処理設備に移送する。

たん処理を停止し，115日より再度立上げを行い，0.35〜
0.39 kg-N/（m3･d）の窒素容積負荷で運転を確認した。
運転開始から90日目以降，NOx-N濃度は 0 mg/Lであるが，

19

機物の除去が必要であると考えられた。

活性汚泥処理設備は，低コストおよび省スペース化を図ることを目的として，住友重機械エンバイロメント株式会社独Rを採用した活性汚泥処
自の高速凝集沈殿槽スミシックナー○

若干処理水にアンモニアが残留したので処理水のT−N濃度がR
システムを採用するものと理システムであるスミスラッジ○

若干高くなった。これは槽内の曝気が不十分であることによRで凝集した。硝化・脱窒槽で窒素除去後，スミシックナー○

住友重機械技報 No.167 2008

論文・報告高負荷対応のメタン発酵システムの検討

蒸気2000 kg/h

ガスホルダ

バイオガス
70000 m3/d
CH4：60％

脱硫塔

蒸気ボイラ

汚泥脱水機

汚泥濃縮機

脱水汚泥
8.2 t/d

原水
100 m3/dR
スミシックナー○処理水
130 m3/d

原水貯槽

メタン発酵槽

混和機

濃縮汚泥槽
硝化・脱窒槽

汚泥貯留槽

図４

施設概略フロー
Process of feasible facilities

R
沈殿処理し放流する。スミシックナー○から引き抜いた汚泥

注１

称である。

は，硝化・脱窒槽の汚泥濃度を維持するべく硝化・脱窒槽に返送し，一部を余剰汚泥として汚泥貯留槽に移送する。

注２

3

CODとは化学的酸素要求量，排水中の被酸化物質，主として有機物によって消費される酸素の量である。二クロム酸カリウムによ原水100 m /dをメタン発酵設備で処理することにより，バ3り酸化して測定する酸素要求量（CODCr）と，過マンガン酸カリ

イオガスは70000 m /d（CH4濃度 60 ％）発生する。このバイウムにより酸化して測定する酸素要求量（CODMn）などがある。

オガスを蒸気ボイラの燃料として利用することにより2000
kg/hの蒸気を回収できる。本設備で処理することにより排SSとは浮遊物質，水の中に存在する粒径 2mm以下の固形物の総注３

VSとは強熱減量，汚水の水分を105 ℃〜110 ℃で蒸発乾固した後出される処理水は130 m3/dで，脱水汚泥は8.2 t/d（含水率 80の残留物をさらに約600 ℃で強熱してガス化発散させた物質を言％）である。

い，主として有機物を表示するもので揮発分とも言う。
TSとは全蒸発残留物，検水を蒸発乾固したときに残留する物質でなおCH4濃度は，メタン発酵槽への最大CODCr負荷の確認ある。

試験の平均54 %よりも若干高い値に設定したが，これは実施
設では試験装置よりも消化汚泥中に溶け込むCO2の量が多く

注４ T−Nとは全窒素量である。

なると考えられることによる。

注５

４

むすび

VFAとは揮発性脂肪酸である。メタン発酵では，有機物負荷が許容限度以上になると異常発酵を起こし，脂肪酸が蓄積されて処理が悪化する。

（１） メタン発酵試験の結果，メタン発酵槽内の汚泥（TS）

濃度を約50000 mg/Lまで濃縮することにより，最大
荷CODCr容積負荷を8.5 kg/(m3･d)まで高めることができることを確認した。また，このときのガス発生量は投入
量当たり約80 m3/t，CH4濃度は平均54 ％であった。
（２） メタン発酵処理水の活性汚泥試験の結果，窒素負荷

0.35〜0.39 kg-N/(m3･d)での安定運転を確認し，窒素除去率は94〜97 ％と良好な結果が得られた。
（３） 100 m3/dの処理規模の実施設を想定して試算を行い，以下の結果を得た。原水100 m3/dをメタン発酵設備で処理することにより，バイオガスは70000 m3/d（CH4濃度60 ％）が発生する。このバイオガスを蒸気ボイラの燃料として利用することにより，2000 kg/hの蒸気を回収できる。本設備で処理することにより排出される処理水は130 m3/dで，脱水汚泥は8.2 t/d（含水率 80 ％）である。
住友重機械技報 No.167 200820

エネルギー・環境特集 論文･報告

メンブレンパイプ式超微細気泡散気装置

メンブレンパイプ式超微細気泡散気装置
Ultra Fine Bubble Membrane Tube Diffuser
●松

祐

子＊ 真

Yuko MATSUZAKI

鍋

Kyoichi

教

市＊ 鈴

MANABE木茂＊ 富Shigeru SUZUKI

田欣＊

Yasushi TOMIDA

メンブレンパイプ式超微細気泡散気装置（D―2000）
Ultra fine bubble membrane tube diffuser（D―2000）

近年，地球温暖化問題への関心の高まりから，電力多Due to the growing interest in global warming, energy-

消費型の下水処理施設においても，電力消費量およびintensive wastewater treatment plants ( WWTPs) have

CO2発生量の削減が求められている。下水処理施設全体

been required to reduce their power consumption and CO2における電力消費量の30〜40 ％は反応タンクの散気に

emission. Since 30-40% of the total power consumption inより消費されることから，高効率の超微細気泡散気装置が導入され始めている。超微細気泡散気装置とは，細かいスリットの開いたメンブレンから微細気泡を発生させ，高い酸素溶解効率を得るものである。
本報では，高い酸素溶解効率を有し，さまざまな維持管理ニーズにも対応できる新たな超微細気泡散気装置に

the whole WWTPs is derived from the aeration process,efficient diffusers called ultra fine bubble diffusers havebeen introduced. The ultra fine bubble diffuser is intended
to achieve high oxygen transfer efficiency by generating
fine bubbles from a membrane with fine perforation slits.
This paper illustrates the availability of new ultra finebubble membrane tube diffuser which corresponds with

ついて，酸素溶解効率，攪拌能力および圧力損失特性な

the various maintenance needs, by examining its oxygen

どを実施設でのデータを踏まえて調査し，その有効性をtransfer efficiency, mixing ability and pressure loss in the

検証した。

actual WWTP.

キーワード：下水処理，活性汚泥，酸素溶解

１

21

まえがき

が国の下水道施設全体で年間約70億kWhの電力を消費している。これは100万kW級大型発電所の年間発電量に相当す

近年，地球温暖化は，人類が早急に対処すべき最も重要なる膨大なエネルギーが下水処理施設で消費されていることに環境問題になっている。京都議定書では2010年末までに1990

なり，下水道は日本の総電力消費量の約0.7 ％を占める電力

年ベースで 6 ％の温室効果ガス（CO2など）発生量の削減が多消費型事業といえる。

義務付けられており，さまざまな取組みが推進されている。

下水処理プロセスでは，反応タンクという水槽で微生物

一方，下水処理施設は，生活排水や工場排水などの汚水を（活性汚泥）を水中の酸素により活性化させ，汚水中の有機浄化することにより，生活環境や公共用水域水質を保全する

物などを処理する。この活性汚泥により消費される水中の酸重要な役割を果たすが，汚水 1 m3当たり平均0.45 kWh，我素を供給し，活性汚泥を水槽内で均一に攪拌するには，多量＊住友重機械エンバイロメント株式会社

住友重機械技報 No.167 2008

論文・報告メンブレンパイプ式超微細気泡散気装置＊

外径（mm） 全長（mm） 散気長さ
（m）

型式

散

気

D-1000

66

1200

1.0

D-1500

66

1700

1.5

D-2000

66

2200

2.0

バンド
（ステンレス）本体（ポリプロピレン）
固定金具（ステンレス）

部

取

付

け

部
空気分配溝

散

気

部

散気装置の構造と材質
Configuration and materials of diffuser

図２＊散気長さ：散気部の長さ

図１

散気装置
Diffuser

送風機

F
Ｆ

主気管

B
Ｂ

の空気を散気する必要がある。散気システムは，送風機と汚フィルタ

水中で気泡を散気する散気装置から構成されるが，送風機の

空気
ライザ管

電力消費量が下水処理施設全体の30〜40 ％を占めていることから，この散気に要する電力消費量を削減することが大き

ヘッダ管な課題となっている。
以上のような背景から，従来の多孔質セラミック製散気
板・散気筒に代わって，汚水中に噴き出す気泡を超微細化し，散気装置

水中への酸素溶解効率を高めた超微細気泡散気装置が導入さ
反応タンク
反応タ
ンク

れ始めている。酸素溶解効率が高くなれば，必要空気供給量の低減，さらには送風機の動力負荷の低減につながり，電力消費量（CO2発生量）を削減することができる。

散気システム構成例
Composition of aeration system

図３

現在主流となっているのは，パネル形状のポリウレタンゴ
ム製メンブレン（散気膜）から散気する，メンブレンパネル（１）式超微細気泡散気装置 と呼ばれるものである。

できる。
2.1.2

パイプ型本体本報では，パネル式と同等の高い性能を有しつつ，さまざ

円筒中空構造の本体は，散気時の浮力が中実構造に比べてまな設計ニーズや維持管理ニーズに対応できる新たな特長を

約 1 / 5 になり，振動を抑制できる。空気ヘッダ管への取付R有する，メンブレンパイプ式超微細気泡散気装置『ミクラス○』

け部は，穴を開けたヘッダ管にボルト付きの本体固定金具をの下水への適用について報告する。

直接差し込み，トルクレンチで締め込むだけのユニークな構

２
2.1

装置の概要
メンブレンパイプ式超微細気泡散気装置の概要

メンブレンパイプ式超微細気泡散気装置の外観・仕様を図１

造である。それによって，メンブレンパネル式で必要なヘッダ管との継手や散気装置用架台などが不要となる。
2.1.3

ラインナップ

反応タンクの形状に合わせて効率的な配置設計ができるよに，その構造・材質を図２に示す。本散気装置は，ポリプロ

うに， 3 種類のラインナップがある。

ピレン製のパイプ型本体，シリコンゴム製のチューブ型メン

本装置の散気原理を次に示す。

ブレン，本体固定金具およびメンブレン固定バンドなどの構（１） 散気時

成部品が一体化した構造である。

ヘッダ管からの空気は空気分配溝を通って散気装置先材質・構造的特長を次に示す。

端まで供給される。本体とメンブレンの間の空気圧が高

2.1.1

メンブレン

くなると，メンブレンが膨張してスリットが開き，そこ

耐熱性（140℃以下）・耐油性の高いシリコンゴムを採用しており，ポリウレタンゴムやEPDMゴムなどでは問題になから超微細気泡が発生する。
（２） 散気停止時

りやすい高温空気や腐食性の高い下水（工場排水や温泉排水

メンブレンの収縮と水圧によりスリットは閉じて本体などを含む）へも適用が可能である。メンブレンの表面は滑に密着し，止水性の高いスリット構造によってメンブレ

らかで生物スライムが付着しにくく，目詰まりを抑制する効

ン内への汚水浸入を防止する。

果がある。また，メンブレンをパイプ型本体に差し込み，両2.2

散気システムへの適用

端をバンドで固定するシンプルな構造で，メンブレンのみの本散気装置を組み込んだ散気システムは，散気装置を反応交換が可能である。側面にのみ発泡用スリットを多数有し，

タンク底部全面に設置した全面エアレーション式や，底部片散気停止時にも汚泥がスリット面に堆積しないことから，メ側のみに設置し散気により旋回流を発生させて攪拌する旋回

ンブレンパネル式に比べてスリットの目詰まりリスクを低減

流式に適用できる。図３に，旋回流式の全体構成例を示す。
住友重機械技報 No.167 200822

論文・報告メンブレンパイプ式超微細気泡散気装置

酸素溶解効率試験条件
Measurement conditions of oxygen transfer efficiency

表１
ワイヤ

全面エアレーション式

エアレーション方式
試験水槽

式

角型水槽

寸

法

6.0（W）×6.0（L）×5.5（D）m

寸法 φ66×2200 mm（D-2000）

散気長さ

散気装置

2 m/本
0.30 m2/本

発泡面積

20本

10本

8.0 ％

4.0 ％

散気装置本数
上部ユニバーサルジョイント

旋回流式

型

占有面積比
（＝散気装置投影面積／池面積）
散気水深

5m

設定通気量

（散気長さ当たり）2.1〜6.4 Sm3/m/h（投影面積当たり）31.8〜97.0 Sm3/m/h

散気装置吊上げシステム
Diffuser-hoisting system

標準通気量範囲

メンブレンパイプ式
メンブレンパネル式

0.0
2.0
4.0
6.0
8.0
通気量（膜長さ当たり）（Sm3/m/h）

散気装置

図４

40
35
30
25
20
15
10
5
0

酸素溶解効率（％）

酸素溶解効率（％）

下部ユニバーサルジョイント

40
35
30
25
20
15
10
5
0

（ａ）
全面エアレーション式

図５

標準通気量範囲
メンブレンパイプ式
メンブレンパネル式

0.0
2.0
4.0
6.0
8.0
通気量（膜長さ当たり）（Sm3/m/h）（b）
旋回流式

酸素溶解効率測定結果
Measurements of oxygen transfer efficiency in freshwater

フィルタを通して送風機により吸引された清浄な空気は，主気管および反応タンク内ライザ管を経て池底部近くのヘッダ管（１） 酸素溶解効率

へと分散され，ヘッダ管に配列された本散気装置から超微細気（２） 攪拌能力

2.3

初期圧損が低く，長期的に目詰まりし
にくい。

4.1

酸素溶解効率

当たりの通気量を幅広く制御でき，通気停止時でも目詰まり

全面エアレーション式および旋回流式の二つの散気方式にが生じにくいことから，標準活性汚泥運転はもちろん，擬似

おいて試験水槽での清水試験を行い，酸素溶解効率を非定常

嫌気好気運転，高度処理運転および硝化促進運転など，目的法（２）により測定した。その試験設備および試験の条件を，表や流入水質に合った運転に対応できる。運転時に用いること１に示す。

を推奨する標準通気量範囲は，膜長さ当たりの風量として
2.1〜6.4 Sm3/m/h（注）である。

３

特長

図５に，酸素溶解効率の測定結果を示す。全面エアレーシ
ョン式において平均31〜33 ％，旋回流式において平均22〜
31 ％となり，メンブレンパネル式と同等，かつセラミック
散気板（全面エアレーション式で20〜32 ％，旋回流式で14本散気装置を用いたシステムには，高い性能に加え，維持〜16 ％）（３）に比べ非常に高い効率が得られた。このときの管理性がよいという特長がある。取付けおよびメンブレンの気泡径を発泡面から300 mm上方で測定した結果，散気板の交換が容易なことや，耐熱性・耐油性に優れたシリコン製メ

約 3 mmに対し約1.2 mmと微細な気泡であった。

ンブレンを採用したことで，これまでのメンブレンパネル式
散気装置に比べ大幅に維持管理性が向上した。
また装置が軽量であることから，反応タンクの形状が適用
条件を満たせば，吊上げ機構との組み合わせが可能である。

既設としてセラミック散気板が稼働していた国内下水処理場に本散気装置を導入し，導入前後の空気倍率を調査した結果を，図６に示す。空気倍率とは，生物による処理の際に，汚水 1 m3当たりに吹き込む空気量を指す。

点検・交換が必要な場合でも，簡単な作業で散気装置をスラ

既設散気板を使用している期間に約4.6倍だった空気倍率

ブ上まで吊上げることで，運転を継続したまま，水抜きをせが本散気装置導入後には約3.2倍となり，30 ％の空気量削減

ずに行うことが可能となる（図４）。

効果が得られた。

４

性能

散気システムに求められる基本的な性能として，次の点を満足する散気装置を目標とした。

23（３） 圧力損失

運転方法

基本的な運転方法は従来の散気装置と同様であるが，装置

反応タンク底部流速0.1 m/s以上を確保する。

泡として散気される。その気泡の上昇によって酸素が水中に高効率で溶解され，同時に反応タンク内の攪拌が行われる。

メンブレンパネル式（１）と同等である。

4.2

攪拌能力

酸素溶解効率が高くなると，空気量を削減できる一方，反応タンク内の攪拌効果が低下するおそれがある。攪拌能力を確認するべく，実設備において標準通気量範囲内の最低通気
住友重機械技報 No.167 2008

空気倍率（m3/m3）

論文・報告

6.0
5.0

1

2.0
セラミック散気板での運転 本散気装置での運転
1.00-150 -120 -90 -60 -30 0
30 60 90 120 150 180 210 240
本散気装置での運転日数

実施設における空気倍率の変化
Change in air/wastewater ratio by installation of ultra fine bubble
membrane tube

量（2.1 Sm3/m/h）付近で運転し，反応タンク内の流速分布を測定した。
図７に，流速分布を示す。散気装置を底部から1.5 mの高

5000

4

5

260

227

231

100

215

221

269

179

138

190

206

271

204

140

224

255

184

199

155

183

190

196

206

76

1000

151

102

152

500

168

189

169
166

236

180

113

261

262

267

205

4500
4000

3000

2000

＋Z

113

100

ても活性汚泥が堆積しないとされる流速0.1 m/sを確保しており，十分な攪拌効果が得られていることが示された。

261

1500

さに設置した旋回流式の反応タンクであったが，底部におい4.3100mm/s

＋Y
3

2

30％削減

4.0
3.0

図６

メンブレンパイプ式超微細気泡散気装置

図７

反応タンク断面の流速分布
Velocity profile of aeration tank section

圧力損失特性10
圧力損失（kPa）

活性汚泥の付着などによりメンブレンのスリットが目詰まりすると，メンブレンの圧力損失が上昇する。圧力損失が送風機の吐出圧を上回ると運転ができず，装置の交換などが必要となる。それ故に，メンブレンの圧力損失は目詰まりや装置寿命の指標となる。

8
6
4

水温
約28〜33℃
MLSS 1000〜2000 mg/L
通気量 4〜5 Sm3/m/h

2

メンブレン引張り強さ（MPa） 清水における酸素溶解効率（％）

0

本装置を導入した国内下水処理場のなかでも，水温が高く，腐食性の下水を処理している処理場で，本装置の圧力損失を
4 年間調査した。図８に，経年変化を示す。ここで示されている圧力損失には，メンブレンだけでなくそのライザ管や元弁の圧力損失も含まれる。さらに，約 1 年および 4 年運転
後に散気装置を引き上げ，酸素溶解効率およびメンブレンの物性を調査した結果も同時に示す。
圧力損失は運転開始 6ヶ月目程度までは緩やかに上昇する傾向を示すものの，それ以降は安定的に一定の範囲内に維持された。また，長期の運転でも，メンブレンの強度および装置の酸素溶解効率は安定的に初期の特性を維持していること

10
8
6

旋回流式
通気量
4.3 Sm3/m/h
占有面積率 4 ％
散気水深
5m

7
2
10

軸方向
円周方向

8
6
4
2
0
0

1

が分かった。

2
3
運転時間（年）45

他の実績でも同様の特性を示しており，本装置は目詰まりによる圧力損失の上昇は少なく，長期間交換なしで運転できると考えられた。

５

むすび

図８

圧力損失，酸素溶解効率および引張り強さの経年変化
5-years trend in pressure loss, oxygen transfer efficiency and tensile
strength of membrane

た，2008年 3 月には公的な技術評価として，財団法人下水（１） 超微細気泡により，全面エアレーション式において平

道新技術推進機構の建設技術審査証明（下水道技術）を取得

均31〜33 ％，旋回流式において平均22〜31 ％（標準通した（４）。今後は，地球温暖化防止対策に貢献しうる本装置の気量範囲，散気水深 5 ｍ，清水）と高い酸素溶解効率が拡販に注力していく所存である。

得られた。酸素の供給に必要な空気量を削減でき，電力削減効果が期待できる。
（２） 反応槽内の活性汚泥混合液を十分攪拌可能である。
（３） 目詰まりによる圧力損失の上昇が少なく，安定した運転が可能である。
（４） チューブ型シリコン製メンブレンを採用し，従来のメ

ンブレンパネル式超微細気泡散気装置に比べて，大幅に維持管理性，据付け性および高温・腐食性下水への適用（参考文献）（１） 財団法人下水道新技術推進機構. メンブレンパネル式散気装置技術マニュアル. p.4〜30, 2004.
（２） 社団法人日本下水道協会. 下水道施設計画・設計指針と解説 後編 2001
年度版. p.93〜96, 2001.
（３） 社団法人日本下水道協会. 下水道試験方法 上巻 1997年版. p.275〜
276, 1997.
（４） 財団法人下水道新技術推進機構. 建設技術審査証明（下水道技術）
報告書 メンブレンパイプ式超微細気泡散気装置. 2007.

性が向上した。
本装置は現在までに国内下水処理場で 7 件（農業集落排水処理設備を含む）の実績があり，順調に稼働中である。ま注 Sm3：標準状態（温度20℃，絶対圧101.3 kPa，相対湿度65 ％）の空気量

住友重機械技報 No.167 200824

エネルギー・環境特集 論文･報告

噴射式揚砂機 スミジェッター の最適化

噴射式揚砂機 スミジェッターの最適化
Optimization of Jet Pump Sumi Jetter
●柄

澤

俊

康＊

Toshiyasu KARASAWA

実証試験設備Proof facilities

噴射式揚砂機スミジェッターは，下水道の沈砂池設備
において中核を成す機種である。
従来型スミジェッターは，効率を高めることを目標として開発されたが，揚砂に必要な圧力水量を多く必要とするという問題があった。本開発では，その問題を解決するべく，圧力水量削減を目標とした。スミジェッターの各構成要素を分析した結果，これまでそれほど重要視してこなかったノズルの形状に着目し，性能に与える影響を調査した。ノズル形状最適化に，流体シミュレーシ
ョン技術を活用し，多様な代替案・改善案を検討した。
その結果，ノズル内部角度，ノズル長さおよびノズル
径の最適化を図ることができた。シミュレーション結果
をもとにノズルを作成し，実証設備にて圧力水使用量を削減できることを確認した。

The jet pump "Sumi Jetter" described in this report is a
new model that serves as the core of grit chamber facilities for sewers. The previous Sumi Jetter model wasdeveloped in order to increase efficiency, but it was disadvantageous in that a large amount of pressurized water
was required to lift sand. In developing the new model,
Sumitomo Heavy Industries Environment Co., Ltd. (SHI−EV)
aimed at reducing the amount of pressurized water inorder to solve this problem. After analyzing the Sumi
Jetter components, SHI−EV focused attention on the
shape of the nozzle, and investigated how it affected theperformance of the pump. To optimize the nozzle shape,
the simulation technique was utilized to examine various
alternatives and improvements. As a result, SHI−EV havebeen able to optimize the inner angle, length and diameterof the nozzle. Based on the simulation, a new nozzle wasproduced, that reduced the consumption of pressurizedwater in a demonstration facility.

キーワード：下水処理，沈砂池設備，流体シミュレーション

１

25

まえがき

沈砂池では，汚水中砂分は沈砂池にて流速を低下させて沈降分離され，池底に沈殿する。その沈殿した砂（沈砂）は池

下水処理施設における沈砂池設備は，その後の下水処理プ

上まで揚げて沈砂貯留ホッパまで搬送される。その搬送には，ロセスを円滑にさせるとともにポンプや処理施設の摩耗や閉池底の沈砂を集砂してかき揚げるバケット式沈砂かき揚げ

塞を防ぐべく，下水処理プロセスの前処理として汚水中の砂機，沈砂を搬送する水平コンベヤやフライトコンベヤおよび分や夾雑物などを除去する役割を担っている。雨天時には雨

スキップホイストなどを組み合わせて，貯留ホッパまで搬送

水が沈砂池に流入し，雨水処理後に直接放流される場合が多するシステムがこれまで主に採用されてきた。しかし，機器

く，放流水域の汚染や土砂の堆積防止にも沈砂池が重要な役の過密化，悪臭の発生，機器の腐食および維持管理作業の動割を担っている。

線の複雑化などが起因して，作業環境の悪化および臭気問題＊住友重機械エンバイロメント株式会社

住友重機械技報 No.167 2008

論文・報告

吐出口

表１

スロート

噴射式揚砂機 スミジェッター の最適化

各構成要素と検証内容
Inspection items of components

No.

構成要素

検証内容

1

ハウジング

ノズル設置角度2

スロート

スロート内部角

3

ノズル

圧力水

ノズル数
ノズル径

ノズル

リーが合流し，高い流速・圧力損失となるが，それを軽減さハウジング

せる漸拡部である。
分岐管2.2

スミジェッターの揚砂原理

加圧水ポンプから供給される圧力水がノズルから高速噴流によりハウジング部が負圧となり，吸込み管よりスラリー化
した沈砂が揚砂される。沈砂はスロート部で噴流と混合され，漸拡部で圧力，速度を減らし，所定の揚程まで揚砂される。
吸込み

2.3
2.3.1

図１

スミジェッターの内部構造
Inner section of Sumi Jetter

スミジェッターの特長
粗大夾雑物の搬送が可能

吸込み口から吐出口まで管内に突起物がないので，粗大夾
雑物で閉塞することなく搬送することが可能である。

など，維持管理上の問題が顕在化している。
そこで，作業環境や悪臭などの問題が解消できる方法とし

2.3.2

搬送機器が不要吸込まれた沈砂はクローズド配管内で搬送されるので，搬て，噴射式揚砂機の導入，改築更新が増加している。噴射式

送機器が不要である。

揚砂機は，加圧水をノズルから高速噴流することにより負圧

2.3.3でスラリー化した砂を吸い込み揚砂するシステムである。沈沈砂洗浄効果の期待吸込まれた沈砂は高速噴流により攪拌されることから，管砂をクローズド配管で移送できることから，機械式搬送設備

内搬送中に洗浄効果が期待できる。

が省略でき，機器レイアウトがフレキシブルになり，作業環

2.3.4

境や悪臭が改善される。維持管理が容易な設備として，近年

駆動水は原水が使用可能

高速噴流を生み出すノズル口径が20 mm以上あることから，多く採用されているシステムである。住友重機械エンバイロ

駆動水はポンプ井水をストレーナ処理して使用可能である。

メント株式会社では，揚泥作業船で用いられていたマルチノ

2.3.5

保守点検が容易

ズル式のエジェクタを応用した噴射式揚砂機『スミジェッタ

構造が簡単なので故障がほとんどなく，また，搬送は配管ー』を商品化している。沈砂池設備の更新改修ニーズに大きで行うことから，保守点検は駆動水ポンプのみで容易である。

く貢献し，多くの実績を有している。沈砂池設備更新では，
噴射式揚砂機の高揚程化，高揚砂化および圧力水使用量削減などのニーズが高まりつつある。

３3.1

噴射式ポンプの改善
改善要素決定本報では，圧力水使用量削減に対応する目的で，流体シミ

スミジェッターにて要求される揚水量および揚程などの仕ュレーション解析技術を利用してその最適化を図った開発事様を満足させるには，各構成要素の最適化を図っていく必要

例について述べる。

２
2.1

スミジェッターの仕組み
構造および機能がある。これまでの実験で，表１に示すような構成部品の仕様の最適化を図ってきた結果，目標値としていた揚程20 m
以上で揚水量 1 m 3/minを達成することができた。しかし，
ジェットポンプ式揚砂機の稼働状況から，ポンプ場などでは

図１に，スミジェッターの構造を示す。

限られた用水をうまく使用しないと，ジェットポンプの運転各構成部品およびその機能を次に示す。

に支障が出るという課題などが指摘されている。そこで，加

2.1.1

ノズル部

圧力水をハウジング部に所定の角度で高速噴流として噴出

圧水ポンプの加圧水量を現状より削減できるジェットポンプ
構造を検討する必要があり，今回，構成要素のうちノズル形

する噴射口である。

状の効率化による加圧水量削減効果を検証したので報告す

2.1.2

る。

ハウジング部

圧力水がノズルから高速噴射した後，噴射流を所定の角度で誘導し絞り込んで，負圧吸引力を揚砂管内に効率的に生成させる誘導漸縮部である。
2.1.3

分岐管

圧力水ポンプからの圧力水を，二つのノズルに分散供給する滞留部である。
2.1.4

スロート部

ノズルからの高速噴流と吸込み管から吸引される沈砂スラ

４

流体シミュレーションによる検証

ノズル特性がジェットポンプ性能に与える影響を，流体シ
ミュレーション技術を活用して調査した。問題解決のフローを，図２に示す。
4.1

流体シミュレーションの活用

流体シミュレーションではノズル形状の変更は比較的容易にできることから，繰返し作業によるノズル形状の最適化を
住友重機械技報 No.167 200826

論文・報告噴射式揚砂機 スミジェッター の最適化

ノズル径
ノズル長さ設定

シミュレーションモデル化

シミュレーションモデル化

シミュレーション実施

シミュレーション実施

ノズル内部角度の違いによる効率変化
の交曲点
なし

ノズル長さ
の違いによる効率変化
の交曲点
なし

あり

あり

ノズル内部角度決定

図３

シミュレーションモデル
Simulation model

圧力水圧

狭角

ノズル角度

8.55
ノズル角度
8.50
−圧力水圧
8.45
ノズル角度
8.40
−効率
8.35
8.30
8.25
8.20
8.15
広角

吐出量（m3/min）

効率

圧力等高線

効率（％）

圧力水圧（MPa）

流線ベクトル

2.35
2.30
2.25
2.20
2.15
2.10
2.05
2.00
1.95
1.90

テストなど，実験にかかる費用を大幅に削減することが可能であることから，作業迅速化および費用削減が可能となる。
なお，流体シミュレーションにて導かれた結果と実測には，ズレを生じることが知られているが，パラメータ変更による性能変化の傾向は変わらないことから，流体シミュレーショ
ン上で結果の良いノズルにて実証試験を行うこととした。
シミュレーション方法

ノズルの大きなファクタであるノズル口径，ノズル内部角およびノズル長さのパラメータを変更しシミュレーションを行った。ソフトは，アンシス社製のフルーエントVer.6.3を使用した。
図３に，シミュレーションに使用した3 Dモデルを示す。本
モデルは対称系（シンメトリー）であり，シミュレーション

8.35

ノズル長さ−吐出量
ノズル長さ−効率

8.30
8.25
8.20

ノズル長さ
（b）
ノズル長さによる吐出量変化

長い

圧力水量および吐出流量をそれぞれ（Qn），（Qd）とすると，吸込流量（Qs）と（Qn）の流量比（M）は，
M＝（Qd−Qn）／Qn＝Qs／Qn
また，圧力比（N）は，
N＝（Pd−Ps）／（Pn−Pd）
ここでPは全圧を示し例えば（Pd）は，
Pd＝pd＋ρυd2/2
効率（η）は，
η＝M・N
図４に，ノズル角度と圧力水比較のグラフおよびノズル長高速化を図るべく対称面で分割し，半分のモデルにて実施しさによる吐出量変化を示す。

た。シミュレーション物理モデルは 3 次元，定常流および

4.2.1

ノズル内部角乱流（標準k-εモデル）とした。圧力水の水量および吐出口

ノズル内部角について，角度を 3 種類設定しシミュレーにかかる圧力（スミジェッターの揚程）を変化させ，各ノズションにより評価した。圧力水量一定の条件でシミュレーシ

ルにおける性能曲線を求めた。

ョンしていることから，圧力水圧が小さいと圧力水ポンプ動

また，各要素変更による性能比較にジェットポンプ全体の力が小さいことを意味する。また，効率はジェットポンプ全効率を算出した。ジェットポンプの効率は以下のように求め体の効率を示す。以上より，圧力水圧が小さく，ジェットポ

（１）

られる 。

27

8.45
8.40

シミュレーション結果
Results of simulation

迅速に行うことができる。また，ノズルの製作，交換および

4.2

8.55
8.50

短い

（ａ）
ノズル角度と圧力水比較

図４

圧力水入口
圧力水量を決定

ノズル長さ決定問題解決のフローProblem solving flow

1.155
1.150
1.145
1.140
1.135
1.130
1.125
1.120

出口圧入力

効率（％）

図２

ノズル角

ノズル長さ

ノズル内部角度設定

スミジェッター吐出管全体の揚程を設定）。
ンプの効率が高いノズル内部角を選定した（図４（ａ）
住友重機械技報 No.167 2008

論文・報告M

噴射式揚砂機 スミジェッター の最適化

スミジェッター揚程と圧力水圧の関係
140120
圧力水圧（m）

100

吐出圧力計
P
受水槽
圧力水圧力計

P

流量計

ジェット
ポンプ

圧力水
P ポンプ

60
40

標準機
従来機

20

新型機

0

計量槽

10

P

実証試験装置Flow of proof facilities

図５

80

25

圧力水圧特性Results of pressurized water head

図７

スミジェッター揚程と効率の関係

スミジェッター揚程と圧力水量の関係
4.0

16
スミジェッター効率（％）

3.5
圧力水量（m3/min）

15
20
スミジェッター揚程（m）

3.0
2.5
2.0
1.5
1.0

標準機

0.5

従来機
新型機

14
12
10
8
6
標準機

4

従来機

2

新型機

0

0.0
10

15
20
スミジェッター揚程（m）

10

25

15
20
スミジェッター揚程（m）

25

図６

圧力水量特性Results of pressurized water flow rate

図８

4.2.2

ノズル長さ

ジェッターの揚砂量−揚程に必要な圧力水仕様を得た。結果

ノズル長さは，前述ノズル角度で選定した内部角を持つ短，スミジェッター効率特性
Results of Sumi Jetter efficiencyを，図６，図７および図８に示す。

中，長の三つのノズルについてシミュレーションにより評価

スミジェッター揚程と圧力水量のグラフ図６より，圧力水した。ノズルの取付け位置はノズル出口先端位置を合わせての使用量は従来機に比べ最大15 ％削減され，改善の目的は達配置した。シミュレーションはスミジェッターの揚程を一定成された。スミジェッター揚程と圧力水圧のグラフ図７より，としており，吐出量が多いと性能が良いジェットポンプと判

圧力水圧は従来機に比べ高くなった。しかし，スミジェッタ断できる。そのことから，ノズル長さに対する吐出量と効率

ー揚程と効率のグラフ図８より，従来機と比較し同程度の効のピークがほぼ一致しており，その点のノズル長さを本ジェ率となっており，低揚程においては効率が向上した。また，）。
ットポンプにおける最適長さとした（図４（ｂ）

標準機との比較では 2 ％程度，効率が高いことが分かる。

ノズル径は圧力水のユーザ要求水量と従来型で必要な水量を比較し，Borda-Carnotの式（２）などを用い，口径を導き出した。

５

実機性能試験結果

６

むすび（１） 噴射式揚砂機スミジェッターのノズル開発について流体シミュレーションを行った。

シミュレーション結果により導き出されたノズルを製作（２） シミュレーション結果を参考に実証試験を行い，圧力し，実機性能試験を行った。実証試験設備の概要を，図５に水使用量を最大15 ％削減できることを確認した。

示す。
スミジェッターの吸込み水量と揚程ごとの圧力水の仕様を得るべく，シミュレーションと同様に圧力水量とスミジェッ
ターの揚程を変化させ実験を行った。圧力水量はインバータ（参考文献）（１） 社河内敏彦. 噴流工学−基礎と応用−. 森北出版, p.182, 2004.
（２） 水理公式集昭和60年版. 土木学会, p.395.

にて回転数を変化させ調整し，スミジェッターの揚程は吐出管出口のバルブ開度を調整して変化させた。決められた揚砂
量−揚程における圧力水の仕様を得るべく，変化させた圧力
水ポンプの仕様ごとに，決められた揚砂量前後の揚砂量−揚程を測定した。揚砂量−揚程は 1 次式で近似されることか
ら，設定した圧力水での揚砂量における揚程を算出し，スミ住友重機械技報 No.167 200828

エネルギー・環境特集 論文･報告

下水汚泥脱水機用スクリュープレスの開発

下水汚泥脱水機用スクリュープレスの開発
Development of Screw Press for Sewage Sludge Dehydrator
●柄

澤

俊

康＊

Toshiyasu KARASAWA

実証機
Dehydrator for on-site test

我が国では，下水汚泥の減容化に脱水処理を行っている。従来，フィルタプレスや遠心脱水機のように広いス
ペースや大きな動力が必要であった。昨今，凝集剤の性能向上によりスクリュープレスでも脱水可能となり，低動力，省スペースの機種が多く採用されている。
住友重機械エンバイロメント株式会社においても，汚泥脱水のスクリュープレスを開発した。本機は，スクリュープレスによる脱水ケーキの性状の安定化に，内部圧力の一定制御機構を有していることが特長である。脱水機出口の排出量を制御し，内部圧力が高くなれば排出量を多くし，圧力が低くなれば排出量を少なくすることで内部圧力を一定に保ち，脱水ケーキの含水率を安定化させる。
実証試験により，含水率82 %以下，SS回収率95 %以上の性能を有することを確認した。

In our country, sewage sludge is generally dewatered toreduce its volume. Conventionally, filter presses requiredlarge spaces and centrifugal dehydrators needed large
powers for dewatering sewage sludge. Recently, theincreased performance of flocculants has enabled evenscrew presses to dewater sewage sludge, and various
models of low-power, space-saving screw presses havebeen introduced. Sumitomo Heavy Industries Environment
Co., Ltd. (SHI−EV) lately developed a screw press designed
for sludge dewatering. This equipment is characterized byits mechanism for constant control of the internal pressure
to stabilize the properties of the dehydrated cake producedby the screw press. It maintains a constant internal pressure
and stabilizes the moisture content of the dehydrated cakeby controlling the discharge from the dehydrator outlet.
Specifically, it increases the discharge if the internal pressure
rises, and reduces the discharge if the pressure lowers. As aresult of conducting a demonstration test, SHI−EV confirmedthat the screw press achieves a moisture content of 82% orless and an SS recovery rate of 95% or higher.

キーワード：下水処理，汚泥減容，含水率

１

29

まえがき

ここで，スクリュープレスの採用に当たって，二つの課題が指摘されている。一つは，スクリュープレスの脱水工程で下水道事業は，水処理工程で消費する電力や汚泥焼却炉かはスクリュー軸方向の脱水に，スクリュープレス直径の約 8ら排出される二酸化炭素や一酸化二窒素など，温室効果ガス倍の長さが必要になり，ベルトプレスなどの設置スペースにの大きな排出源となっており，1997年の京都議定書発効によ比べて長さ方向が長くなり更新時に制約になってしまう。もり，これら温室効果ガスの削減が強く求められている。

う一つは，背圧板による圧搾圧力の調整によって汚泥排出目

下水汚泥処理設備に限ると，動力の少ない脱水機による消詰まりが起こりやすく，圧搾圧力も変動しやすいことから，費電力削減や，汚泥含水率低下による汚泥減容が求められて脱水汚泥の含水率が不安定となり，焼却処分時の受入れ条件いる。

を満足できない場合などがある。

一方，下水汚泥の脱水処理に用いられる脱水機には，真空

そこで，住友重機械エンバイロメント株式会社は，この 2ろ過機，フィルタプレス，ベルトプレス，遠心脱水機および点を解決するべく，濃縮ゾーンとしてスクリュー軸と平行にスクリュープレスなどさまざまな機種がある。これらのなか配置されたドラム濃縮機構を採用することによりスクリュー

でも，低動力脱水機としてスクリュープレスがあげられる。

プレスの全長を抑制し，圧搾圧力の調整にスクリューダイ機＊住友重機械エンバイロメント株式会社

住友重機械技報 No.167 2008

論文・報告スクリューダイ

ドラム濃縮機（水切りゾーン）

下水汚泥脱水機用スクリュープレスの開発

回転ドラム（目幅0.3㎜）

スクリュー本体（ろ過ゾーン、圧搾ゾーン）
凝集汚泥

投入ノズル

ろ液

ろ液

図１

ろ液

脱水ケーキ

脱水ユニットDehydration unit

排出シュート

排水ノズル

図２

ドラム濃縮機Drum type concentration machine

構（１）を採用することにより，汚泥含水率を安定化させたスク

濃縮・水切りされる。さらに，その濃縮汚泥はスクリュー本

リュープレスを開発した。

体に投入され，ろ過圧搾工程を経て脱水される。このプロセ

本報では，スクリューダイ式スクリュープレスの紹介と実証試験結果を報告する。

２スクリューダイ式スクリュープレスの脱水原理

スクリュープレスは高分子凝集剤の性能の向上とともに，スを一連のスクリュープレス脱水機ユニットとするべく，ドラム濃縮機をスクリュープレスの上に搭載し，ドラム濃縮機
からの濃縮汚泥をスクリュープレスの汚泥受入れ口で受け入れることができるようにユニット構成されている。
次に，本スクリュープレスの脱水原理をゾーンごとに詳し

多様な汚泥への適用範囲も広がり，脱水性能も向上してきたく説明する。

ことにより，その採用が増えてきている。スクリュープレス

2.1

水切り・濃縮ゾーン

は，一般にスクリーンとなる外筒の内側にスクリューが配置

混和凝集された汚泥はドラム濃縮機に投入され，せん断力

され，スクリューは後段に向けて外筒とスクリュー間の容積や圧力を加えることなく，10秒程度のドラム移送中に自然にを減少するように漸拡する構造となっている。スクリュープ

水切り・濃縮され，スクリュープレス受入れ口に投入される。

レスの脱水プロセスでは，スクリーン外筒とスクリューの間

これにより，約 6 割の水が回収される。

に投入された汚泥は，スクリューの回転により水切り・濃縮

2.2

ろ過ゾーン

ゾーン，ろ過ゾーンおよび圧搾ゾーンの各ゾーンを段階的に水切り・濃縮された汚泥は，スクリュープレスのろ過ゾー

通過しながら後段に移送され，加圧脱水が行われる。圧搾ゾ

ンに投入される。濃縮された汚泥はスクリュー羽根により外ーンの出口に設置された背圧板により汚泥出口の隙間を調整す

筒スクリーン内部で移送され，スクリュー羽根のせん断力にることで，脱水の圧搾圧力を調整する仕組みとなっている。

よりさらに水切りされる。

本スクリューの特徴であるスクリューダイについて説明す

2.3

圧搾ゾーン

る。装置を，図１に示す。スクリュープレスの一般的構造で濃縮・ろ過された汚泥は，最終部の圧搾ゾーンへ移送されは，出口部の背圧板により圧搾圧力調整することを述べたが，る。圧搾ゾーンでは，スクリュー羽根のせん断力に汚泥通過

本脱水機では背圧板機構の代わりに背圧生成ユニットとして面積の漸減やスクリューダイ機構による圧搾圧力が加わり，スクリュー軸と同軸で異なる回転速度で駆動するスクリュー

汚泥内部圧力を上昇させながら圧搾脱水される。

で構成された，スクリューダイ機構を採用している。スクリューダイを本体軸とは異なる回転数で回転させることにより，出口部における汚泥の送り量を制御することで，圧搾圧力の調整が可能となる。内部圧力を検知しながら汚泥内部圧

３3.1

スクリューダイ式スクリュープレス構造
ドラム濃縮機（１）
ドラム濃縮機の構造を，図２に示す。ドラム濃縮機は，力を容易に調整・制御することにより，汚泥性状に合わせたケーシング内に回転可能に固定された，（２）円筒ドラム，（３）駆安定した脱水運転を実現している。

（４）
洗浄スプレーにより構成される。
動装置および

上記のような特徴を持つスクリューダイ式スクリュープレ
スは，汚泥凝集混和槽，ドラム濃縮機およびスクリュープレ

3.1.1

ケーシング

本体の固定，ろ液の回収・排水，濃縮汚泥の排出・防臭おスから構成されている。水切り・濃縮ゾーンをドラム濃縮機

よび水飛散防止のカバーで構成している。

として，ろ過・圧搾ゾーンをスクリュープレスとして機能分

3.1.2

円筒ドラム

担した一体ユニットシステムである。これは，水切り・濃縮

目幅0.3 mmのウェッジワイヤスクリーンでドラム形状をゾーンとろ過・圧搾ゾーンを分離することにより従来のスク形成し，円筒内部に汚泥を排出するスクリューが設置されてリュープレスより全長を短くできるとともに，ドラム濃縮機

いる。汚泥は円筒内部に投入されることから内面がウェッジとスクリュープレスとを上下方向で一体化を図ることができ

ワイヤの平面となるように配置される。ドラムは，ケーシン

るという利点を優先した結果である。投入された汚泥は汚泥グに固定された 4 個の主ローラ上に設置され，サイドロー

凝集混和槽で混和凝集されて，図１に示すドラム濃縮機にてラにより横振れを防止する。
住友重機械技報 No.167 200830

論文・報告投入

スクリューダイ

0.205

0.8
0.7

0.200

圧力計
内部圧（MPa）

0.6
0.195

0.5

0.190

0.4
0.3

0.185
内部圧
スクリュー式ダイ回転数

0.180
排出
スクリュー駆動装置

図３

3.1.3

0.175
0

スクリューケーシング

スクリュープレス
Screw press

駆動装置

駆動軸に直結された減速機により駆動される。ドラム外周にピンギヤチェーンを巻き，駆動軸のピンギヤ用スプロケッ

図４

20

40

60

80 100 120 140 160 180
時間（s）

0.2
0.1

スクリュー式ダイ回転数（min-1）

本体スクリュー

下水汚泥脱水機用スクリュープレスの開発

0

制御特性
Characteristics of control

スクリューダイ制御方法

４スクリューダイは前述のように脱水機内圧を調整する要素

トで動力を伝達する。

で，脱水機内部圧を検出し，圧力一定となるよう制御してい3.1.4

る。脱水機内圧を検出するべく，スクリューダイ入り口部分

洗浄スプレー

円筒ドラム外側に設置されドラム中心に向かって洗浄水をスプレーし，ウェッジワイヤの目詰まりを防止する。
3.2

スクリュープレス本体構造にはピストンを設置し，ピストンを押す力をロードセルにて測定し，圧力に換算することで内圧を検出している。
内圧が設定値以下の場合，スクリューダイの回転数を落とスクリューダイ式スクリュープレスの構造を，図３に示す。

し出口部の排出量を減らすことで脱水機内部圧を高める。逆（１）
本体スクリュー，スクリューダイ式スクリュープレスは，に内圧が設定値以上となった場合，スクリューダイの回転数（２）スクリューダイ，（３）外筒スクリーン，（４）本体スクリュー駆を漸増させ出口部汚泥の排出量を増加し脱水機内部圧力を低（５）スクリューダイ駆動装置および（６）
洗浄スプレーよ
動装置，下させる。また，脱水機内部圧を設定値以上で制御することり構成される。

から，インバータによるスクリューダイ回転数を変更する場

3.2.1

合には増速時の目標回転数へゆっくりと変わり，減速時の目本体スクリュー

外筒スクリーン内部に投入された汚泥を移送し加圧脱水す

標回転数へ速く変わるように制御されている。図４に，制御るスクリューで，軸は円錐形状をしており，後段側ほど容積特性グラフを示す。設定圧力（0.2 MPa）以上でスクリューダが減少するよう配置される。スクリュー羽根はらせん形状で，イ回転数が漸増し，内圧を制御できていることが分かる。

スクリュー軸と一体となる。
3.2.2

スクリューダイ

脱水機出口部に設けられた背圧調整のスクリューで，軸はベアリングを介し本体スクリュー軸に別回転可能な状態で設置され，らせん状のスクリュー羽根が軸と一体となる。
3.2.3

外筒スクリーン

脱水機運転状況

５5.1

脱水設備仕様脱水機仕様および濃縮機仕様を，表１に示す。
5.2

試験条件

高分子凝集剤を数種採用し，脱水試験を実施した。汚泥濃パンチングメタルとフレームで構成された円筒状のスクリ

縮機＋脱水機の一連の試験として，脱水汚泥含水率82 ％以ーンで，圧搾ゾーンではさらに補強のパンチングメタルで覆下，SS回収率95 ％以上を目標とし，処理量，薬注率を調整われている。

した。

3.2.4

5.3

本体スクリュー駆動装置

濃縮機運転結果

本体スクリュー軸上に直結された減速機で，高トルクおよ

実験では，高分子凝集剤は強カチオン系ポリマの0.2 ％溶び低速回転を生み出す。回転数は，インバータにより可変と液を使用した。消化汚泥（汚泥濃度0.7〜1.2 ％）に高分子凝している。

集剤を約2.5 ％（対DS）を添加して，ドラム濃縮機の濃縮性3.2.5

能を調査した。その運転結果を，表２に示す。濃縮−脱水をスクリューダイ駆動装置

脱水機出口上部に設置された減速機で，スクリューダイは連続的に行うことから，機械濃縮だけを目的とする場合の薬チェーン掛けにて動力を伝達される。回転数は，インバータ

品注入率0.3〜0.5 ％（対DS）に比べて， 2 ％強と高い薬品注により可変としている。

入率が必要になる。しかし，濃縮汚泥濃度も 7 ％強と安定し3.2.6

た高い濃縮性能を達成でき，濃縮により得られる回収水の洗浄スプレー

スクリュー外筒周囲に配置され，外筒スクリューの目詰まりを防止する。運転中は間欠洗浄を行い，運転終了時も洗浄を行う。

SS回収率も95 ％以上を確保できることが確認できた。
5.4

スクリューダイ式スクリュープレス運転結果

スクリューダイ式スクリュープレスの運転結果を，表３に示す。原水濃度を変えて脱水性能特性（含水率）を調査した

31

住友重機械技報 No.167 2008

論文・報告脱水設備仕様Specifications of dehydration facilities

表１

ドラム濃縮機運転結果
Performances of concentration machine

表２

汚泥投入量（m3/h）

1.5

2

3

2

ドラム式濃縮機

原水濃度（％）

1.3

1.14

0.88

1.07

スクリュープレス

ドラム濃縮機式 スクリューダイ式スクリュープレス

形

下水汚泥脱水機用スクリュープレスの開発

3 m3/h

薬品名TC-833L

TC-833L

TC-833L

TC-590H

ドラム径 φ600 mm

薬注率（％（対DS）
）

3.49

3.51

2.95

1.87

処 理 性 能 含水率 82 ％以下

濃縮濃度 4 ％以上

濃縮汚泥濃度（％）

8.3

7.3

7.6

7.2

洗 浄 水 量 300 L/min

20 L/min

濃縮機SS回収率（％）

99.71

97.77

97.38

96.8

処 理 能 力 50 kgDS/h
径 スクリーン径 φ400 mm

外

回

転

電

動

数

数

機
量

スクリュー本体 最大1.39 min-1

最大20.7 min-1

スクリューダイ 最大4.2 min-1

スクリュープレス運転結果
Performances of screw press

表３

スクリュー本体 1.5 kW

0.4 kW

スクリューダイ 3.7 kW
2台

2台

汚泥投入量（m3/h）

1.5

2

3

2

原水濃度（％）

1.3

1.14

0.88

1.07
TC-590H

TC-833L

TC-833L

TC-833L

薬注率（％（対DS）
）

3.49

3.51

2.95

1.87

脱水ケーキ含水率（％）

79.7

79.57

82.5

82.87

濃縮機SS回収率（％）

97.79

97.32

97.41

97.97

薬品名

85

95.7
Y=-3.9X+87.6

95.6
SS回収率（％）

含水率（％）

84
83
82
81

95.5
95.4
95.3
95.2
95.1
95.0

80
1

図５

1.2
1.4
原水濃度（％）

1.5

原水濃度と含水率
Relation between density and dewatering rate123
処理量（m3/h）

4

処理量とSS回収率
Relation between sludge supply and SS recovery rate

Ｙ（薬注率％）＝−4.8Ｘ（原水濃度％）＋8.2
Y=-4.8X+8.2

3.0
薬注率（％対DS）

0

図７

3.5

となり，原水濃度1.5 ％では薬注率は約 1 ％になると推定さ

2.5

れる。

2.0

処理量とSS回収率のグラフを，図７に示す。SS回収率は1.5

処理量に関わらず95 ％以上の性能を有することが分かる。

1.0

以上の結果から，原水濃度が1.5 %までは，目標値である

0.5

含水率82 ％以下，SS回収率95 ％以上が達成可能である。

0.0
1

1.2

1.4
原水濃度（％）

図６

94.9

1.6

1.5

1.6

原水濃度と薬注率
Relation between density and flocculant injection rate

６

むすびスクリューダイ式スクリュープレスは，次の特長を有する
脱水機として開発された。
（１） 水切り・濃縮ゾーンをスクリュープレス上に配置したドラム濃縮機で機能させることにより，スクリュープレ
結果を，図５に示す。原水濃度により脱水性能（含水率）が影響されやすいことを示している。その関係を次に示す。

ス直径の約 5 倍の長さでの脱水を可能にした。
（２） スクリューダイによる圧搾圧力調整機能により，汚泥含水率を安定化させた。
Ｙ（含水率％）＝−3.9Ｘ（原水濃度％）＋87.6（３） 実証試験により，含水率82 %以下，SS回収率95 %以上の性能を有することを確認した。
となり，原水濃度1.5 ％では含水率は82 ％以下となると推定される。
また，原水濃度と薬注率のグラフを，図６に示す。原水濃（参考文献）（１） 白戸紋平. スクリュープレスによる連続圧搾研究.

度が濃くなれば薬注率は下がる傾向にあることが分かる。同様に補間直線式は，
住友重機械技報 No.167 200832

エネルギー・環境特集 会社紹介

住友重機械エンバイロメント株式会社■時代を先導する技術

初は主として大型プラントに取り組んだ。小型ユニット開発

2007年 1 月，住友重機械工業株式会社の水処理事業を分離，
住友重機械エンバイロメント株式会社（SHI−EV）として新
たなスタートを切った。

後，中小規模の工場の導入も進んでいる。
2.

R
スミシックナー○

排水中の懸濁物質を凝集，沈降分離する高速凝集沈殿処理

SHI−EVは，民間向け水処理施設に関する事業（環境シス装置である。沈降性の優れた凝集フロックを成長させ，沈殿テム事業），官公庁向け上下水施設に関する事業（上下水事

槽内で均一な上昇流を形成できる構造を開発したことによ業）および水質・大気・ガスなどの分析・測定に関する事業

り，従来型に比べてコンパクトで高性能な装置となった。

（分析・測定事業）の三つを柱としている。総合水処理メー特長

カーとしてプラントから各種ユニット機器まで市場ニーズに（１） コンパクトである。
（従来型と比べ表面積負荷 5 〜10

的確に対応し，水処理に関するトータルソリューションを提倍）（２） 凝集性の向上により処理水の清澄化が可能である。

供している。
住友重機械の水処理設備の歴史は古く，1916年に住友金属
鉱山株式会社にシックナーを納入したことに始まる。
そして1966年の環境衛生研究所（神奈川県・平塚市）の開（３） スラッジブランケット形成により更なる清澄化が期待できる。
（４） 汚泥の濃縮が可能である。

設は，住友重機械をして生物処理技術の先駆者としての評価（５） 多段添加により薬品添加量の削減が可能である。

を確たるものにする。1960年代から1970年代の経済高度成長

紙パルプ，鉄鋼，食品および電子業界と言った幅広い業種のなかで，産業界の水処理技術への期待は並々ならぬものがの工場での用排水処理や製造工程向けなど，150基以上の実あり，住友重機械の取組みは時代の要請でもあった。

績を有している。開発後20年以上が経過したが，活性汚泥と平塚での生物処理技術開発の開始は，住友重機械の「新しRシステムや，小型ユニット装置
組み合わせたスミスラッジ○

い地で」，「新しい技術を」，「新しい人々によって」開発，との開発，各種アプリケーション実績に基づいた改善を進め，いう進取の精神の成せるものと言ってよい。

実績を伸ばしている。

■環境システム事業

資源循環への挑戦

これからの社会では，資源循環型社会への対応が強く求められる。SHI−EVは，嫌気性処理を適用したエネルギー回収
Rによるマテリアル回収の実績をベー
およびスミシックナー○

スに，アプリケーションの拡大を目指す。
主要製品
環境システム事業では，用排水処理装置を中心とする，環境対策システムを，さまざまな業種の民間工場向けに提供している。
システムは，流入水の水量，水質および処理水基準値を基

嫌気性処理設備

高速凝集沈殿処理設備

浸漬膜処理設備

排水処理設備周辺システム

下水・沈砂池設備

下水・水処理設備に，微生物の有機物分解能を利用した生物処理や，物理・化学反応を利用した分解，分離などの単位操作を組み合わせて構成される。
1.

嫌気性処理装置（EGSBおよびUASB）
嫌気性菌を用いて，排水中の有機物をメタンと炭酸ガスに分解する排水処理装置である。反応槽内で，グラニュール状の菌体を高密度で維持する技術により，高負荷処理が可能となった。EGSB型の負荷は15〜30 kgCODCr/（m3･d）であり，従来の活性汚泥の 5 〜20倍の能力を有している。
特長（１） 高負荷でコンパクトである。
（２） 省電力である。
（３） バイオガスの有効利用（エネルギー回収）が可能である。
（４） 余剰汚泥など廃棄物発生量が少ない。
（５） 運転管理が容易である。

ビール，食品および飲料などの業界を中心に実績を伸ばし，
化学および紙パルプ工場などへ適用範囲を拡大している。当33

住友重機械技報 No.167 2008

Sumitomo Heavy Industries Environment Co.，Ltd.

■上下水事業

次世代コンポーネントを強化

多様化・高度化しつつある上下水道システムは，更なる性特長（１） 初期低負荷運転時対応が容易である。

能向上が求められている。SHI−EVは，次世代のニーズに応（２） 攪拌効率が向上する。

えて独自のコンポーネント商品（単品機器・ユニット）の商（３） 安定した高度処理運転が可能である。

品力を強化し，開発，拡販を推進する。

（４） 保守点検が容易である。
R
R
スミレーター○およびスミレーター○
UDは，その効率の良

主要製品
上下水事業では，独自のコンポーネント商品（ユニークなさを評価され，OD向け縦軸型曝気装置においてトップシェ

キー要素）を中心に，単品機器および処理ユニットを公官庁

アを維持している。

向け上下水道施設に提供している。

2.

1.

R
スミレーター○UD

カスケード式汚泥かき寄せ機
この設備は，比較的大規模の下水処理場で採用されている

R
スミレーター○は，比較的小規模な下水処理施設や集落排

矩形沈殿槽向けに開発されたものである。従来のフライトに水処理施設などの生物処理に利用されるオキシデーション

よる汚泥かき寄せ機構と往復動機構を組み合わせた，新しいディッチ（OD）に適した縦軸型機械式曝気装置である。

タイプのかき寄せ機である。

Rにインペラ（攪拌羽根）昇降機能を付加しスミレーター○

チェーンフライトに代表される従来型汚泥かき寄せ機とR
UDは，従来型スミレータ
た高度処理対応のスミレーター ○比較して，機器が池底に集約され，かつ部品点数が少なく，Rー○の特長および機能をそのまま継承し，無酸素攪拌時の動

シンプルな形状となっている。

力低減や低負荷運転対応をより容易にしている。
また，好気運転時は高速運転および無酸素攪拌運転時はイ

特長（１） 構造がシンプルで軽量である。

ンペラ水中位置で低速運転する。適切な酸素供給量と適切な（２） 保守点検が容易である。

無酸素攪拌を同時に実現し，安定した高度処理運転が可能と（３） 電力費が従来機に比べ削減できる。

なる。

（４） 機器がユニット化されており据付け施工が容易である。
（５） 新設，増設，更新のいずれの場合にも適用が可能である。

上市以来約 5 年が経過し，そのユニークな構造から，順調に受注を伸ばしている。

■分析・測定事業

水処理の新規技術を開発

社会では，環境改善への取組みが大きな流れとなっている。
SHI−EVは，長年培ってきた水処理技術，バイオマス技術および排ガス処理技術などに基づいた新規技術開発と各種分
析・測定事業を推進する。
主要製品
下水・汚泥処理設備

上水道設備

分析・測定事業では，ダイオキシン類，土壌・地下水汚染調査から一般水質分析，作業環境測定まで多種多様な分析・測定で自然環境と人間の調和を目指し，高度な技術による迅
速で信頼性の高い環境データを提供している。
1.

ダイオキシン類分析
ダイオキシン類の分析は，これまで培ってきたノウハウや豊富な経験をベースに，徹底した精度管理による分析，解析を行い，その結果を基にダイオキシン類の発生抑制やその対策についてコンサルティングも行っている。
農業集落排水処理設備

浸出水処理設備2.

土壌・地下水汚染調査
汚染土壌の調査計画を立案，現地調査，分析および評価に基づく修復を提案することで，お客様の要求するトータルソ
リューションを提供している。
本社 東京都品川区

設

立 2007年

事

業 民間向け、官公庁向け水処理に関係する事業および環境に関する分析・測定事業

資本金4 億 8 千万円

ＵＲＬ http://www.shiev.shi.co.jp/
ダイオキシン類分析

分析・測定事業（開発部長 加藤 仁）
住友重機械技報 No.167 200834

エネルギー・環境特集 論文･報告

水素高排気速度タイプクライオポンプの開発

水素高排気速度タイプクライオポンプの開発
Development of High Hydrogen Pumping Speed Type Cryopump
●及

健＊

川

Ken OIKAWA

クライオポンプ ANSI10
Cryopump system ANSI10

近年，イオン注入装置向けクライオポンプ市場では，
スループットの向上やイオンの注入量シフト対策から水
素高排気速度タイプのクライオポンプの要求が高まっている。
当社では，現在，イオン注入装置向けクライオポンプ
システムとして，水素高排気速度タイプをラインナップ
していないことから，これを開発する必要がある。今回，
ノーマルタイプの現行システムをベースに，排気速度シ
ミュレーションによるパネル形状の設計と，活性炭に対する水素分子の付着確率の検討を行うことによって，メインフランジがANSI10のクライオポンプについて目標の水素排気速度10000 L/sを達成した。
通常，水素高排気速度タイプのクライオポンプは冷凍機への熱負荷が大きいことから，ノーマルタイプに比べ大型の冷凍機を使用する。活性炭パネルへの熱負荷を低減させる方法などを開発することによって，ノーマルタ
イプと冷凍機を共通化することに成功し，省エネルギーなどを実現した。

In the ion implantation equipment market, the recent
demand for high hydrogen pumping speed type cryopump
has been increasing because of throughput enhancement
and implantation dose shift improvement. Under suchcircumstances, we have developed high hydrogen pumping
speed type cryopump based on the existing model which
is not high hydrogen pumping speed type cryopump.
Hydrogen pumping speed has been improved by designing
the charcoal panel using pumping speed simulation andparametric change in the sticking coefficient of hydrogenmolecule to charcoal. As a result, hydrogen pumping speed
has been increased to 10000 L/s with cryopump ANSI10.
Cryopumps with high hydrogen pumping speed needlarger than normal refrigerators because of the large
thermal loading. By developing the method for reducing
the thermal loading on the activated charcoal panel, we
succeeded in sharing the refrigerator with normal types
and achieved energy saving.

キーワード：クライオポンプ，排気速度，水素，省エネルギー

１

まえがき

するが，近年，スループットの向上やイオンの注入量シフト対策に効果のある，水素高排気速度タイプのクライオポンプ

クライオポンプとは，極低温冷凍機により冷却したパネルの要求が高まっている。現在，水素高排気速度タイプをライに気体を凝縮・吸着させることによってチャンバの真空排気

ンナップしていない当社としては，早急にこれを開発し，ラを行う真空ポンプで，主に半導体・FPD製造装置に使用されインナップに加える必要がある。

る。当社では，現在，スパッタリング装置，イオン注入装置

本報では，ノーマルタイプの現行モデルに対し，水素の排および蒸着装置向けのクライオポンプをラインナップしてい気速度を向上させた水素高排気速度タイプのクライオポンプ

るが，本報では，イオン注入装置向けクライオポンプのみをの開発について説明する。

対象とする。イオン注入装置はアウトガスとして水素を発生

35＊精密機器事業部

住友重機械技報 No.167 2008

論文・報告水素高排気速度タイプクライオポンプの開発

Cryopump controller

Temperature sensor

2nd stage

LouverInverterPressure controller

Inverter
1st stage

Pressure sensor
Cryopump

Charcoal panel

Refrigerator motor

Refrigerator

Compressor
motor

EnclosureCompressor unit

２

クライオポンプシステム
Cryopump system

図２

クライオポンプの内部構造
Inner layout of cryopump

7000

当社クライオポンプシステムの特徴

Calculation result
Pumping speed (L/s)

図１

1st shield

当社のクライオポンプシステムを，図１に示す。当社クライオポンプシステムには，クライオポンプと圧縮機ユニットにそれぞれインバータ制御を採用しているという他社にはない特徴がある。クライオポンプは，冷凍機モータの回転数を操作することで 1 段ステージの温度を一定に制御する。また，
圧縮機ユニットは，差圧が一定値になるよう圧縮機本体の運

6500
6000
5500
5000
4500

転周波数を操作する。これによって，クライオポンプの性能

60

65

70

が安定するとともに，クライオポンプが消費するガス量が小7580Ratio (%)

85

90

95

さいとき，システムの消費電力を抑えることができる。
また，イオン注入装置では 1 装置当たり 3 〜 4 台のクラ

図３

排気速度と活性炭パネル径の比率
Pumping speed vs. diameter ratio of charcoal panel and bore

イオポンプが搭載される。競合他社のシステムでは 2 台の圧縮機が必要であるのに対し，ノーマルタイプの現行システム
はインバータ制御を採用することで，クライオポンプが消費用いることで試作・実験を最小限に抑えることができた。

するガス量が大きいとき，圧縮機の運転周波数を他社のもの

3.1

排気速度シミュレーション

より高くできることから，同クラスの圧縮機が 1 台で済む。

シミュレーションは，入射させた分子の捕獲の有無を計算

よって，当社クライオポンプシステムは省エネルギーと省ス

し，それを繰り返すことで捕獲確率（N）を求める。そして，
ポンプ開口部の面積（A）と分子の平均速度（c）の積の 4 分のペースというメリットがある。

３

1 である流入コンダクタンスと捕獲確率（N）によって排気速

水素排気速度度（S）を求める。ここで，水素分子の活性炭に対する付着確

当社ノーマルタイプANSI10の水素排気速度は5500 L/sで率をパラメータとして指定する必要がある。

あるが，水素高排気速度タイプでの目標は，顧客の要望および競合他社の仕様をターゲットにANSI10で10000 L/sとした。図２に，クライオポンプの内部構造を示す。ルーバおよ

捕獲確率（N）＝

吸着分子数
総分子数

び 1stシールドは冷凍機1段ステージに接続され，活性炭パネルは2段ステージに接続され，それぞれ冷却される。水素（１）分子は，活性炭パネルに吸着することで排気される 。

排気速度（S）＝

cA
4

×N

クライオポンプの排気速度の計算は，分子流領域の場合，
モンテカルロ法を利用したシミュレーションにより行うこと

シミュレーションは，ルーバおよび活性炭パネルの形状の（３）。活性炭パネルの製作と排気速度の測定を繰りができる（２）

代表的な寸法をパラメータとして，排気速度を計算すること

返す試作・実験は多くの時間とコストを要するが，設計段階

で，水素の高排気速度を実現する条件を導く。例として，あでシミュレーションを用いることで時間とコストを省くことるパネル形状についてポンプ開口径と活性炭パネルの径の比ができる。事実，今回の開発においてもシミュレーションを率を変化させたときの排気速度のグラフを，図３に示す。図住友重機械技報 No.167 200836

論文・報告水素高排気速度タイプクライオポンプの開発

2000

Charcoal A

TYPE 1（B）

Pumping speed (L/s)

TYPE 2（B）

Charcoal B

TYPE 3（B）

1500

TYPE 1（A）
TYPE 2（A）
TYPE 3（A）

1000

500

0

Adhesive10

1
H2(sccm)
Cryopanel (10K)

図５

図４

径の異なる活性炭の比較
Charcoal size comparison

活性炭径によって起こる排気速度の変化
Pumping speed as a function of charcoal size

より活性炭パネルを設計し，水素の排気速度を測定した。その結果，目標の水素排気速度10000 L/sを達成することがで

より，比率が70〜75％のとき，排気速度は最大となっている。

きた。表１に，ノーマルタイプと水素高排気速度タイプの排

このパネルは，放射による熱負荷を防ぐ目的で天板が付いて気性能の比較を示す。

いるタイプであることから，比率が大きいと天板が入射分子の抵抗となり，排気速度が低下する。一方，比率が小さいと活性炭パネルの表面積が小さくなることを意味することから，活性炭パネルに入射する分子が減り排気速度は減少する。
3.2

水素の付着確率４

その他の仕様4.1

冷凍機の 2 段温度

水素高排気速度タイプは，排気速度を向上させる目的でル

活性炭に対する水素分子の付着確率とは，水素分子が活性ーバ外径を減らし，ポンプ内部への流入コンダクタンスを大炭に衝突したときに吸着される確率で，通常0.2〜0.3程度ときくするとともに，吸着面積を増やす目的で活性炭パネルをいわれている。開発当初，活性炭はノーマルタイプと同じ図大きくしたので，活性炭パネルへの放射による熱負荷が増加

４に示すAの円柱状活性炭を使用していたが，排気速度が出し，ノーマルタイプに比べ 2 段温度が上昇した。 2 段温度をなかったことから，径の小さいBの活性炭も同時に評価した

下げるには，冷凍機の周波数を上げる必要があるが，当社クところ，同じ形状のパネルにもかかわらず排気速度に大きなライオポンプは 1 段温度に対するインバータ制御を採用し変化が現れた。これは，活性炭形状によって付着確率が異なていることから，冷凍機周波数は 1 段に対する熱負荷によることを表している。

ってほぼ決まる。そこで，2 段温度を下げるべく次の方法をそこで，活性炭への入射分子温度および放射による熱負荷が異なる 3 種類のパネル形状で活性炭による水素の排気速開発した。
（１） 放射の低減方法の開発度の違いを測定したところ，図５のような結果となった。こ

活性炭パネルに対面する表面の放射率を上げること

こで，入射分子温度はTYPE 2 >TYPE 1 > TYPE 3 の順で大きで，活性炭パネルへの熱負荷を減少させる方法を開発し

く，活性炭に対する放射による熱負荷もTYPE 2 >TYPE 1 >た。また，ルーバの位置を工夫することで排気速度を低TYPE 3 の順で大きい。結果より，ノーマルタイプのように下させることなく，活性炭パネルへの熱負荷を減少させる方法を開発した。

活性炭への放射による熱負荷が小さく入射分子温度も小さい
場合は活性炭の径による排気速度の変化は見られないが（２） 冷凍機モータ周波数制御法の開発（TYPE 3 ），活性炭への熱負荷が大きく入射分子温度も大き

1stシールドの内側表面は，活性炭パネルへの熱負荷

い場合では活性炭の径が小さい程，排気速度は大きくなるこを抑えるべく放射率を高くして，外側表面は1段への熱とが分かった（TYPE 2 ）。これは，活性炭の径が大きい程，負荷を抑えるべく放射率を低くするが，1stシールド外

熱負荷に対して活性炭表面の温度が上昇し，水素の付着確率

側表面の吸収率を調整して，冷凍機周波数を目標の値にする方法を開発した。

が減少することが理由と考えられる。したがって，水素高排気速度タイプのように放射による熱負荷や入射分子温度が高再生時間くなる傾向にあるパネル形状では，活性炭の径が小さい方がクライオポンプは組込み式の真空ポンプであることから，

排気速度は大きくなることが分かった。また，図５において，定期的に吸蔵したガスを放出し再生させる必要がある。クラ

導入ガス流量の増加とともに排気速度が減少しているのは，

イオポンプの再生中は装置を止めなければならないので，装ガスによる熱負荷と圧力上昇による熱負荷の増加で活性炭温置の稼働率は低下する。図６に，本開発において製作した活度が上昇したことによって水素の付着確率が減少し，排気速性炭パネルの活性炭面積と水素排気速度を示す。グラフより，度が減少したことが理由と考えられる。

水素の排気速度は活性炭面積の対数関数にほぼ近似できるこ

3.3とが分かるが，同じ活性炭面積でも排気速度が大きく異なる

結果

3.1のシミュレーションおよび3.2の付着確率に関する検討

37

4.2

場合もある。活性炭面積が大きいとパネル重量が増加するの
住友重機械技報 No.167 2008

論文・報告ノーマルタイプと水素高排気速度タイプの性能比較
Comparison of pumping speed

表１

12000

Model

NormalMain flange

ANSI10ANSI10

Pumping

N2

3600

4000

speed

H2O

9500

9500

for 20K gas

H2

5500

10000

(L/s)

Ar

3000

3300

Pumping speed (L/s)

10000

High pumping
speed

水素高排気速度タイプクライオポンプの開発

y = 4108.1・Ln(x) - 40883
R2 = 0.8585

8000
6000
4000
2000
0
1.E+04

1.E+05

1.E+06

Total charcoal surface area (mm2）で，クライオポンプの再生時間は長くなる。よって，同じ排図６

活性炭面積と水素排気速度の関係
Pumping speed vs. total charcoal surface area

気速度であれば活性炭面積は少ない方がよい。今回開発した
高排気速度タイプの再生時間は，活性炭パネルの軽量化によって，ノーマルタイプに比べ若干の延長に抑えることに成功

段温度の調整方法を開発した。

した。
4.3

（３） インバータ制御のクライオポンプに対する，1 段・2省エネルギー（４） ノーマルタイプと水素高排気速度タイプのクライオポ

当社クライオポンプシステムの特徴で述べた通り，ノーマ

ンプについて，冷凍機を共通化することに成功した。こルタイプの現行システムは，クライオポンプと圧縮機ユニッ

れによって，ノーマルタイプでの省エネルギーおよび省

トにインバータ制御を採用しているので，省エネルギーおよスペースを水素高排気速度タイプでも実現した。

び省スペースというメリットがある。しかし，水素高排気速度タイプでは活性炭パネルへの熱負荷が大きくなるので，（参考文献）（１） 2 段温度の上昇（１） 株式会社アルバック編. 真空ハンドブック. 株式会社オーム社, July,（２） 再生時間の増加（３） 1 段と 2 段の冷凍能力のバランスという問題から，大型の冷凍機を用いる必要があるが，大型の冷凍機は消費するガス量が大きいので，イオン注入装置 1

2002.
（２） 秋山好胤, 中山勝矢, 斎藤真人. モンテカルロ法によるクライオポン
プ排気速度の算出. 真空, 第12巻, 第4号, p.20, Dec., 1968.
（３） 間仁田栄子, 中山勝矢. 真空技術におけるモンテカルロ法. 真空, 第11巻, 第2号, p.9, Dec., 1967.

装置当たり 2 台の圧縮機ユニットが必要になり，省エネル
ギーおよび省スペースのメリットが消えてしまう。
しかし，4.1および4.2で述べた通り，活性炭パネルへの放射による熱負荷の低減方法の開発，パネルの軽量化および冷凍機周波数を目標の値にする方法の開発によって，これらの諸問題を解決することで，冷凍機をノーマルタイプと共通化することに成功した。これによって，水素高排気速度タイプのクライオポンプシステムにおいても，省エネルギーおよび省スペースのメリットを維持することができた。

５

口径の異なるクライオポンプの開発

水素高排気速度クライオポンプの需要は，クライオポンプのメインフランジがANSI10のほかにISO320やISO250などがある。これらは，ポンプの開口径が異なることからすべての仕様が異なるが，ANSI10をベースにこれまで述べた技術を用いることで水素排気速度，2 段温度および再生時間などについて目標となる仕様を達成することができた。また，冷凍機もノーマルタイプと共通化することができた。

６

むすび（１） 排気速度シミュレーションによる活性炭パネルの設計と，水素付着確率の温度依存性に関する検討から，ANSI10のクライオポンプについて，水素排気速度10000 L/sを達成した。
（２） 活性炭パネルへの放射による熱負荷を低減させる方法を開発した。
住友重機械技報 No.167 200838

油圧ショベルの省エネ油圧制御

エネルギー・環境特集 技術解説

油圧ショベルの省エネ油圧制御
Hydraulic Control for Saving Energy in Hydraulic Excavator
●塚

本

浩

之＊

Hiroyuki TSUKAMOTO

図１

SH200-5 LEGEST

１

はじめに

油圧ショベルLEGEST SH200−5は，その高い省エネルギ
ー性能が評価され，経済産業省が主催する「平成19年度省エネ大賞 省エネルギーセンター会長賞」を受賞した（図１）。
本機は，SIH：S（シーズ SUMITOMO Intelligent Hydraulic
System）という独自の油圧制御システムにより油圧ロスを徹Ａ底的に低減させ，さらに，SPACE 5（スペース 5 ）という新型エンジンシステムと合わせて，従来機に対して作業量をアップしながら燃費を20 ％改善した。
本報では，油圧制御システムについて紹介する。

２

LEGESTの油圧制御技術

図２

再生回路
Regeneration circuit

SIH：Sの省エネルギーに関する特筆すべき事項は次の 6
項目であり，これらについて解説する。

力確保を両立させた。

（１） 再生回路の充実

2.2（２） 操作系全体のヒートアップ性向上による暖機時間低減（３） ポンプ過渡負荷制御

温まった戻り油を新型クッション弁に導き，タンクに接続さ（４） 旋回リリーフ流量低減

れた回路中に絞りを設けた。これにより，より多くの温まっ（５） ポンプスタンバイ圧低減た油をパイロットラインを経由させ，リモコン弁自体を温ま（６） ポンプリーク量低減

り易くし，操作系全体のヒートアップ性能を向上させた（図2.1３）。この改良で，従来機に対して約30 ％の暖機時間の短縮

再生回路の充実

前モデルのSH200− 3まではブーム下げおよびアーム閉じ
において，自重を利用して油を再生させる回路を設定し，ポ39

操作系全体のヒートアップ性向上による暖機時間低減

各アクチュエータやコントロール弁内の摩擦や損失によりが可能になった。
2.3

ポンプ過渡負荷制御

ンプ吐出量を増加させることなく軽負荷時の速度アップを実エンジン馬力は一定であることから，油圧ポンプはエンジ現させていた。バケット閉じについても多くのユーザより速ン馬力を超えないように，圧力の変動に伴って吐出量との積度アップの要求があり，本機ではバケット閉じにも再生回路が一定になるよう制御されている。（馬力一定制御）ここでを搭載し，自重落下するすべてのアクチュエータに再生回路

低負荷，最大速度でアクチュエータが作動している場合，油を設定した（図２）。特に，アームにおいては回路Ａを設け，圧ポンプは馬力一定制御外の最大吐出状態にあり，この状態

掘削時に負荷圧が上昇した場合は回路をタンクに開放し，背で作業機が急に高負荷になると，ポンプは斜板を小傾転側に圧を低減することで，軽負荷時の速度確保と重負荷時の掘削移動させ吐出量を制限して馬力を一定に保とうとする。とこ＊住友建機製造株式会社

住友重機械技報 No.167 2008

技術解説

温まった戻り油

油圧ショベルの省エネ油圧制御

ネガコン絞り可変リリーフ弁

クッション弁

作業時
未作業時
A

A
B

B

コントロール弁
絞り

リモコン弁

コントローラパイロットライン
操作検出手段

図３

ヒート回路付き新型クッション弁
New cushion valve with heat circuit
図５
SH200-3

新ネガコン制御回路
New negative control circuit

SH200-5

ポンプ
吐出量

ンプ流量制御部に作用させてポンプ吐出量を最小に保持している（図５）。SIH：Sでは上記絞りに平行して可変リリーフ

ポンプ
吐出圧

弁を設置し，未作業時はリリーフ圧を上記任意の圧力より低い設定とし，さらにシャトル弁を介して制御用ギヤポンプ圧

ネガコン
圧を流量制御部に作用させ，ポンプ油量を最小に保持するよう時間時間にしたことから，未操作時の消費馬力を約 1 / 3 に抑えることが可能となった。

図４

旋回リリーフ流量低減
Swing relief cut-off control

2.5

ポンプリーク量低減

油圧ポンプにおける各摺動部のリーク量の分析をポンプメーカーで実施し，リーク量に対する影響度の高い部位についろが斜板の応答遅れによりエンジン馬力をオーバしてしまてクリアランスの最小化を実施した。これにより約60 ％まい，エンジン回転数ダウンが発生し，回転を戻すには過剰なでリーク量が低減され，効率にして約 2 ％の改善効果があ

燃料が消費される。本機では圧力センサにより圧力上昇の時った。

間的変化を検出し，この変化量が任意の値以上の場合は，馬力一定制御外でも先行してポンプの斜板を小傾転側に移動させるようにして馬力オーバを防止し，過剰な燃料消費の低減を可能にさせた。
2.4

旋回リリーフ流量低減

３

おわりに

（１） SIH：Sは，最適化された油圧回路に最先端の電気制御技術を融合させることで成し得た省エネルギー技術である。

油圧ショベルは旋回の慣性モーメントが非常に大きいこと（２） 現在SIH：Sを搭載したLEGESTシリーズが全世界でから，旋回開始時はポンプ吐出量のほとんどが旋回モータ付稼働中であり，国内をはじめ各国のお客様に実作業でのきのリリーフ弁より捨てられる（図４ハッチング部）。本機

低燃費で好評を得ている。

では圧力センサにより旋回操作と駆動圧を検出してポンプ油（３） 今後とも油圧ショベルには，原油の高騰および地球温量を徐々に増やすことにより，タンクへ捨てる油量を最小限暖化などにより更なる燃費低減が求められる。世界中でに抑え，消費馬力を低減し，旋回作業時の燃料消費を最小と日本の油圧ショベル技術が席巻している現状においてした。特に，油圧ショベルは作業機の姿勢・負荷の有無によは，この分野の技術革新は世界規模での効果をもたらす

り慣性モーメントが大きく変動することから，通常であればであろうと考えている。

姿勢・負荷の大小を検出し，そのときの慣性モーメントに合わせた油量制御が必要であるが，本機は制御ソフトのアルゴ
リズムを最適化することにより，圧力センサ信号のみで最適な流量制御を可能にしている。
2.5

ポンプスタンバイ圧低減

住友建機製造株式会社の油圧ショベルは人間の感覚に最もマッチすると言われているネガティブコントロールシステム（ネガコン）を採用しており，回路最下流に絞り（ネガコン絞り）を設けて任意の圧力を発生させ，未作業時はこれをポ
住友重機械技報 No.167 200840

クーラント浄化装置（FSU）の開発

エネルギー・環境特集 技術解説

クーラント浄化装置（FSU）の開発
Development of FSU Type Coolant Separator
●宮

川

和

彦＊

Kazuhiko MIYAGAWA

ファインセミクロユニット FSU型
Fine Semi-closed Unit FSU type

１

はじめに

工作機械

環境問題，省エネルギーおよびリサイクル化が叫ばれるな
か，工作機械に用いられるクーラント浄化装置は，クーラン
浄化ポンプ

ト液から研削屑などを分離する装置として利用されている。

スラッジ箱
吸入

収できない微細研削屑および非磁性の砥粒粉などは，タンク

吸入

内に沈殿・攪拌分離を行い回収する場合や，サイクロン装置

セミクローズドホッパ

でのろ過が一般的である。
クーラント浄化装置は２槽タンク方式が一般的であるが，

図１

P

スラッジ
タンク

るが，一般的な鉄系の磁性材料にはマグネットセパレータが広く用いられている。また，マグネットセパレータで分離回

送水ポンプ

ファインマグ

研削屑などは，加工条件によってさまざまな形状を有していP

ドレン
クリーンタンク

液面計

FSU方式システム
System configuration of FSU type

この方式には次の問題点がある。
（１） 2 槽式タンク構造によりタンクの設置スペースが拡大する。
（２） 除去できなかった研削屑や砥粒粉がタンク内に沈殿し，沈殿した研削屑や砥粒粉からバクテリアが発生し悪臭が発生する。

２構造

システム構成を，図１に示す。
その構造は，クリーンタンク内にセミクローズドホッパを配置し，工作機械からの戻りクーラント液はファインマグ

（３） 沈殿物の除去により，クーラント液の交換，タンク内（マグネットセパレータ）で 1 次ろ過し，セミクローズドホ

清掃の工数，廃液処理費用および副資材費が発生する。

ッパへ供給される。ホッパ内の液は浄化ポンプで吸い上げら（４） 定寸装置や治具などへの研削屑や砥粒粉堆積による精れ，ファインクロン（サイクロン装置）へ供給され，微細研度悪化への影響もみられる。

削屑および非磁性の砥粒粉などを効率よく除去後クリーンタ

本開発は，従来方式で課題となっている「クーラントタン

ンクへ戻される。このように，汚染濃度の高い液をタンク内

クの省スペース化」，「クーラント交換およびタンク清掃インへ直接拡散させずに，セミクローズドホッパ内部に溜めてろ

ターバルの延長」および「磁性研削屑の再利用化」を目標と過させることから，タンク内の液を清浄に保つことが可能にしている。

なっている。セミクローズドホッパは側面上部にタンク内部

次に，開発したクーラント浄化装置FSU（Fine Semiclosed Unit）について述べる。

の液を流入させる吸込み口が設けられ，開閉式仕切り板によりホッパ内部の汚染液を流出させない逆流防止機構となっている。また，この吸込み口よりタンク液面に浮上しているス

41＊住友重機械ファインテック株式会社

住友重機械技報 No.167 2008

技術解説

クーラント浄化装置（FSU）の開発

浮上スカムの吸引

スカムが浮遊開閉式仕切り板
から液を吸収（ａ）2 槽式

セミクローズドホッパ
Semi-closed hopper

図４

磁性体研削屑回収率

回収率（％）

100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0

93％ 93.5％
80％ 82％
64％ 64％FSU
従来型 2 槽式

43％
27％

5〜15

15〜25 25〜50 50〜100
粒子径（μm）

スカム捕捉性能比較
Comparison of performance on capturing scam

砥粒粉回収率98％ 97％

100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0

回収率（％）

図２

100〜

92％

97％

64％

65％

74％
60％

5〜15

68％
60％

15〜25 25〜50 50〜100
粒子径（μm）

FSU
従来型 2 槽式

100〜

（b）
砥粒

粒子径別回収率
Comparison of capture rate for particles

れた（図３（a））。

カム（槽の液面に浮上した固形物や油脂分の凝集物）を効率よくホッパ内部に吸入することができる（図２）。

３

95％

52％

（ａ）
磁性体

図３

（b）
FSU方式

特長

また，砥粒粉の回収率は，5 μｍ〜100 μｍの粒子径において8〜35 ％まで改善された（図３（b））。
（３） クーラント液の浄化度向上（１） 1 次槽が省け，クーラント総液量の削減およびタンク

加工直後に採取されたクーラント液とファインセミクの省スペース化が可能となる。（省エネルギーおよび省ロユニットにて処理されたクーラント液との沈殿物の比スペース）較を行い，ろ過処理後のサンプル瓶底にはほとんど沈殿（２） セミクローズドホッパをタンク中央に配置し，浮上ス

カムを効率よく回収している。これによりクーラント液

物は確認されなかった。
（４） 浮上スカムの捕捉率向上の空気接触を促進し，嫌気性バクテリアの発生を抑制

ファインセミクロユニットの特長であるセミクローズ

している。

ドホッパの内側開閉式吸込み口から，浮上スカムを効率（３） タンク内沈殿物の大幅削減により，クーラントの悪臭激減およびクーラント交換頻度を大幅に削減している。
（油脂使用量削減）（４） マグネットセパレータより回収された磁性研削屑は，原材料へのリサイクルを可能としている。

４

性能評価

ユーザにおけるベンチマークおよびサンプリングにより，次の評価を得た。
（１） 省スペース

従来型タンクユニットや 2 槽式タンクユニットに比よく吸引している（図４）。

５

おわりに

（１） 環境問題や省エネルギーなど地球温暖化につながる油

脂削減問題や廃液処理問題を，ファインセミクロユニッ
トを使用することで解決することができた。
（２） 資源のリサイクル化を促進するなかで，従来産業廃棄物としていた磁性研削屑などを原材料へリサイクルすることができた。
今後も工場内環境改善に対応した機器や，地球温暖化防止につながる商品を継続して提供していく所存である。

べて，ファインセミクロユニットでは設置面積を10〜50％に削減できた。
（２） 磁性体研削屑および砥粒粉の回収率向上

磁性体研削屑の回収率は，5 〜15 μｍで16 ％改善さ

（参考文献）（１） 中原司. ファインセミクロユニット FSU−110. 住友重機械技報, p.31,
vol.163, no.163, 2007.

住友重機械技報 No.167 200842

エネルギー・環境特集 新製品紹介

太陽電池用成膜装置

太陽電池用成膜装置
Thin Film Coating System for Photovoltaic Cell

近年，太陽電池は結晶シリコン系が主流であるが，シリコ

オプション機能

ン材料供給問題や発電コストの低減問題で，シリコン使用量

基板加熱装置 加熱成膜用（パネルヒータ，ランプヒータ）が少ない薄膜シリコン系太陽電池やシリコンをまったく使用

基板冷却装置しない化合物系太陽電池への期待が高まり，各社で開発と実材料連続供給装置 長時間連続運転用用化が進められている。これらは構造上透明電極が必要で，これにZnO系薄膜が用いられており，安価で高性能な膜の生特低温成膜用（液体冷却式パネルクーラ）

長産装置が求められている。今回，低抵抗でかつ高透過率の（１） 低抵抗膜(2.4×10 - 4 Ω・cm)かつ高透過率(波長400〜ZnO膜を高成膜レートで生産可能なZnO用RPD（Reactive

1000nmにおいて85 ％以上)のZnO膜が低温で形成でき

Plasma Deposition）装置をラインナップに加えた。

る。

RPD装置は従来の蒸着装置，スパッタ装置およびCVDと（２） 成膜室にプラズマガンとプラズマビームコントローラ

は異なるRPD成膜法を適用した装置で，圧力勾配型プラズのユニットを適正に配置することで，ユニット 1 組で基マガンとプラズマビームコントローラを組み合わせ，蒸発源

板サイズが400 mm幅まで，ユニット 2 組で400〜1100の直上に高密度プラズマを集束させて蒸発材料を昇華させmm幅まで，1100 mmを超えると 4 組を配置して対応でる。そして，イオン化させて反応性を高めることで，均質なきる。

膜を形成できるものである。本装置の膜は緻密で表面平滑であり，ドープ元素を適正に添加することで更なる高品質の膜質が期待できる。

（３） インライン式装置構成で基板を連続搬送することで，小さなフットプリントで高い生産性が得られる。
（４） 成膜材料は自動供給機構により供給され，成膜材料の補給は装置運転を中断することなく行えることから，安主要仕様定した成膜速度で長時間運転が可能である。

プラズマ源

圧力勾配型プラズマガン

ハース

プラズマビームコントローラ式

基板姿勢

水平走行，デポアップタイプ成膜式

対応基板サイズ200×200mm，400×500mm，730×920mm
蒸発材料

ZnO焼結体(ドープ元素：Ga，Alなど)（量子機器事業部

43

三好

陽）

住友重機械技報 No.167 2008

エネルギー・環境特集 新製品紹介

油圧ショベル SH120−5

油圧ショベル SH120−5
Hydraulic Excavator SH120−5

本開発は，国内オフロード法，北米EPAおよび欧州EU排（Super Power）モードにより，かつてない大作業量をガス規制に適合した中型油圧ショベル12トン級を，「SH120−

実現，現行比2.5 ％の作業量アップを図っている。SPモ5 型」としてフルモデルチェンジして発売するものである。

ードへの切替えは，スロットルとモード切替えを連動さ

このフルモデルチェンジ機は，全世界に向けて供給する戦せた一体型スロットルボリュームにより簡単操作が可能

略主力機種であり，世界中の顧客要望を集め，開発の随所にとなった。さらに，油圧回路の最適化と操作状態のセン反映した。開発に当たり，先般発売の20トン級と同様に「運シングにより，オペレータの力加減をスムーズに伝える

動性能」，「経済性能」および「快適性能」という三つの性能

高い操作性を実現した。操作レバーの投入量に応じて走について徹底的にこだわり，「SPACE 5（スペース 5 ）」とい

行速度が変化，複合操作が必要な山間部や高い場所でのうエンジンシステムと「SIH：S（シーズ）」という油圧シス
テムを開発・融合することで，大作業量の発揮と燃費の15 ％ル超高圧燃料噴射システムとトータルの制御技術で 9 ％改善を実現した。

の燃費改善，新油圧システム「シーズ」によるポンプ制

主要仕様
機種名

作業も円滑に行える。
（２） 新エンジンシステム「スペース 5 」によるコモンレー

御関係の効率改善で 6 ％の燃費改善を実現し，二つのシ
SH120−5
3

ステムを高い次元で融合させることで現行機比15 ％のバケット容量0.50 m

運転質量12300 kg

らず地上からのメンテナンスが容易となり，清掃やパー

定格出力70.9 kW/2000min-1

ツ交換時間の短縮を図った。本体には管理用コントロー

最大掘削半径8310 mm

ラと通信機器を標準装備し，機械の状態を容易に確認で最大掘削深さ5540 mmき，管理コスト・メンテナンスコストを削減でき，幅広特

長

燃費改善を達成した。整備性としてはショベル上部に登い情報の入手で機械のトータルマネジメントを図った。
（３） ワイドキャブの採用により広く大きな前方視界および（１） 大作業量の実現とサイクルタイムの大幅アップ−バケ

右下視界を確保し，安全性能が大幅に向上した。さらに，ット掘削力 5 ％アップ，走行駆動力7.5 ％アップ，バケ

低騒音エンジンおよび低騒音マフラの搭載に加え，遮ット閉じスピード37 ％アップおよびアーム掘削力 6 ％音・吸音設計などの採用により超低騒音を実現した。

アップを実施したことで，力強い大作業量と大幅なサイ
クルタイムの短縮を実現した。また新たに追加したSP（住友建機製造株式会社

細江

雅義）

住友重機械技報 No.167 200844

エネルギー・環境特集 新製品紹介

油圧ショベル SH75 125 135 225−3B

油圧ショベル SH75 125 135 225−3B
Hydraulic Excavator SH75 125 135 225−3B

本開発は，国内オフロード法，北米EPAおよび欧州EU排

いては7.5 ％の走行駆動力アップも実現した。各モデル

ガス規制に適合した小旋回型油圧ショベル 7 〜20トン級を，において，標準シリーズと同等の作業量を確保したこと

それぞれ「SH75，SH125，SH135，SH225−3B型」としてモ

により，都心，林道工事のみならず，後端半径が短いとデルチェンジして発売するものである。

いう安全性を生かし，あらゆる現場に対応できるモデル

この小旋回型油圧ショベルシリーズは，旋回半径が小さくとなっている。

て済むことから狭い作業環境，都心の工事や林道工事におい（２） 新エンジンシステム「スペース 5 」によるコモンレーて威力を発揮し，近年海外においても需要の伸びているモデ

ル超高圧燃料噴射システムとトータルの制御技術ルである。開発に当たり標準シリーズと同じ低燃費，低騒音（SH75は除く）により，SH125，135においては新たに型のエンジン「SPACE 5（スペース 5 ）」を搭載，上記の排設定したEモード（燃費優先モード）で26 ％，またガス規制に対応するとともに，先般発売の20トン級と同様に

SH225では 5 ％（現行同等モード比）の燃費改善を達成「運動性能」，「経済性能」および「快適性能」という三つのした。整備性としてはショベル上部に登らず地上からの性能がセールスポイントである。

メンテナンスが容易となり，清掃やパーツ交換時間の短縮が図れる。本体には管理用コントローラと通信機器を主要仕様標準装備しているので（SH75は除く），機械の状態を容SH125/135−3B SH225−3B

易に確認でき，管理コスト・メンテナンスコストを削減

バケット容量（m3）SH75− 3B
0.28

0.45/0.50

し，幅広い情報が入手でき，機械のトータルマネジメン

運転質量（kg）

7330

12700/13200

22500

70.9/2000

114.4/1800

定格出力（kW/min-1） 40.0/2000

0.80

トが図れる。
（３） 撥水シート地の採用や内装カラーの変更，また特に市最大掘削半径（mm）

6520

8205

9910

街地使用の多いSH75については，キャブ内騒音5.3 dBの最大掘削深さ（mm）

4140

5470

6700

低減により快適な作業空間を提供する。また，エンジン

特長（１） 4 モデルとも，小旋回の弱点である安定性をクラスト

騒音の低減によりSH75は2.1 dB，SH125，135は 3 dBの周囲騒音低減を実現した。SH125，135については，国内
超低騒音認定を取得した。

ップ，標準機と同等以上の安定性を確保している。また，作業量（サイクルタイム）をSH125，135では 4 ％，SH225では 5 ％のアップを実現した。SH125，135につ45（住友建機製造株式会社

高嶋

康二）

住友重機械技報 No.167 2008

エネルギー・環境特集 新製品紹介

油圧ショベル SH330−5 SH350HD−5

油圧ショベル SH330−5 SH350HD−5
Hydraulic Excavator SH330−5 SH350HD−5

本開発は，国内・欧米の排出ガス 3 次規制，国内騒音規

チ，走行アラーム，大音量ホーンおよびゲートロックを制および欧州騒音規制などの環境規制に適合した油圧ショベ

標準装備し，視界性を飛躍的に向上させた新型オペレー

ル33トン・35トン級を，｢SH330−5 型｣および｢SH350−5 型｣

タキャブの搭載，後方確認を行えるバックカメラとモニとしてフルモデルチェンジして発売するものである。

タの装備を実施している。

このフルモデルチェンジ機は，インフラ整備などの大型土（２） 高まる地球環境への配慮に応えて，排出ガス規制適合

木工事，エネルギー資源開発や砕石現場などのハードな作業

エンジンを搭載，国内・欧州の騒音規制認定を取得して現場用として全世界に向けて供給する中大型クラスの戦略主いる。エンジン制御の改良と油圧機器の改善を実施し，力機種である。従来機から搭載の｢SPACE 5（スペース 5 ）｣

排出ガス量の低減や高周波領域の音圧を低減させ，環境というエンジンシステムと新油圧システムである｢SIH：S

への配慮を強化した。グリースや作動油の劣化による交（シーズ）｣を融合することで，かつてない大作業量の発揮と換・廃却量を抑えるべくEMS（Easy Maintenance System）

燃費の改善を実現した。

や高性能フィルタを採用することで，環境に与える影響を大幅に低減した。

主要仕様（３） 従来機で40 ％のエンジンオイル消費の低減と 5 ％の燃SH330 − 5

SH350HD − 5

費低減を実現した排出ガス 3 次規制適合エンジンのコモ

バケット容量（m ）1.4

1.6（HD）

ンレール電子制御システム｢スペース 5 ｣を搭載し，本機運転質量（t）

33.0

35.2

では新油圧システム｢シーズ｣を搭載したことで｢スペー3-1定格出力（kW/min ） 202/1900

202/1900

ス 5 ｣との高次元での融合を図り，さらに燃費低減を実最大掘削半径（mm）

11170

10670

現した。同時に油圧回路・油圧機器の改良を行い，操作最大掘削深さ（mm）

7340

6730

性の改良，バケット閉じスピード33 ％アップ，サイク

特長

ルタイム短縮を図り，かつてない大作業量を効率よく産出せる作業性を実現した。

（１） オペレータや工事現場周囲で働く人の安全環境を確保（４） デザインは，厳しい作業環境での安心感，軽快感のみすることを第一に考え，FOPS，OPS，アクセスおよび

ならず，都市部作業での周囲環境や景観との調和を配慮

視界性などの安全規格に準拠，オペレータ保護ガード設した。

定や手摺を充実，日常点検・定期点検部位の配置やアクセス方法の改良を実施している。集中配置の安全スイッ（住友建機製造株式会社

高橋

秀樹）

住友重機械技報 No.167 200846

エネルギー・環境特集 新製品紹介

フォークリフト用低排出ガスのガソリン･LPGエンジンシステム

フォークリフト用低排出ガスのガソリン･LPGエンジンシステム
Low Exhaust Emission - Gasoline･LPG Engine System for Forklift Truck

これまでフォークリフトを含む特殊自動車に関する排出ガf.

エンジン制御と車輌速度制御を統合したコントロール

ス規制は，出力19〜560 kWのディーゼルエンジン車のみがユニットを新開発した。（ユニットなし／性能向上・低排対象になっていたが，2006年から新たな排出ガス規制が導入

出ガス化）

され，ディーゼルエンジン車の排出基準強化とともに，ガソ

これらの施策を盛り込むことにより，新ガソリンおよびリンおよびLPGエンジン車に対する排出ガス規制が追加され

LPGシステムでは，排出ガス規制への適合と同時に，住友ナコ

た。（注）また，新排出ガス規制では，従来の規制にはなかMH従来車比で 5 〜10 ％の燃費改善も達成することができた。

ったシステムの耐久性に関する基準も追加され，厳しい内容（２） 新エンジンの排出ガス性能比較となっている。

排出ガス値 (g/kWh)

住友ナコ マテリアル ハンドリング株式会社（住友ナコMH）
で

CO

THC

NOx

は，ガソリン・LPGエンジンの排出ガス規制導入に先駆けて，

排出ガス規制値（ガソリン・LPG）

20.0

0.6

0.6

低排出ガス−LPGエンジンをオプション設定していたが，今従来の標準ガソリン車

36.2

4.4

22.1

回ガソリンエンジン用の排出ガス規制対応システムの開発に合

新排出ガス規制対応ガソリン車

2.0

0.05

0.01

わせて，基本システムの統合，性能／耐久性の向上を図った。

従来の標準車に対する低減率

94%

99%

99%

（１） 新ガソリン・LPGエンジンシステムの特徴

従来の標準LPG車

28.0

2.1

12.1

（

）内に，従来方式／新システムのメリットを示す。

従来のオプション低排ガスLPG車

1.5

0.15

0.36

a.

電子制御式燃料噴射装置をガソリンおよびLPGエン

新排出ガス規制対応LPG車

1.5

0.01

0.02

ジンともに採用した。（機械式キャブ・ミキサ／低排

従来の標準車に対する低減率

95%

99%

99%

出ガス化）
b.

エンジンコントローラにより点火時期の最適制御化

ISO 8187―4 C2モードテストによる排ガス測定値である。
数値は，代表的エンジンの一例を示す。

を図った。（機械式進角装置／性能向上・低排出ガス化）c.

空燃比センサを装備し，フィードバック制御を可能にした。
（制御なし／低排出ガス化）d.

三元触媒を採用した。
（触媒なし／低排出ガス化）e.

電子制御式ガバナを装備した。（機械式ガバナ／性
能向上・低排出ガス化）47

注

新排出ガス規制の適用時期は，エンジンの種類および出力区分によって分かれている。今回紹介するガソリン・LPGエンジン車は，対象となる19〜560 kWの全出力区分ともに切替え完了期限は2008年8月末である。

（住友ナコ マテリアル ハンドリング株式会社

加藤

恭正）

住友重機械技報 No.167 2008

住友重機械技報第167号発行にあたり

住友重機械技報第167号をお届け致します。

本誌は，当社が常々ご指導頂いている方々へ，最近の新製品，新技術をご紹介申し上げ，より一層のご理解とご協力を頂くよう編集したものです。
本誌の内容につきましては，さらに充実するよう努めたいと考えますが，なにとぞご批判賜りたく，今後ともよろしくご支援下さるよう，お願い申し上げます。
キリ

なお，貴組織名，ご担当部署などについては正確を期していますが，それらの変更がございトましたら裏面の用紙にご記入の上，F A X でお知らせ頂きたくお願い申し上げます。また，読リ

後感や不備な点を簡単に裏面用紙にご記入願えれば幸いに存じます。

線

2008年 8 月

〒141-6025 東京都品川区大崎2丁目1番1号（ThinkPark Tower）
住友重機械工業株式会社
技術本部

技報編集事務局

（宛先）

（発信元）
貴組織名
担当部署
氏
名
TEL No.
FAX No.

住友重機械工業㈱技術本部 技報編集事務局 行
ＦAX 横須賀（046）869 − 2355

住友重機械技報第167号の送付先の確認と読後感などの件
送付先
変（旧送付先）（新送付先）

送付番号

送付番号

組織名称

組織名称

担当部署

担当部署

所 在 地

所 在 地
〒

〒

キ

更

リ

新
新しい部署ができた場合ご記入下さい。
規

ト

組織名称
リ

送
付

担当部署
線

所 在 地
〒

必要部数

先
本
号
の
読
後

1 ．本号で，一番関心を持たれた記事は。
●論文･報告の中では●技術解説の中では●新製品紹介の中では
2 ．本号を読まれたご感想をお知らせ下さい。
（○印でご記入下さい。
）

感
に
つ
い
て

1

興味深かったその理由をお聞かせ下さい。

2

特に興味なし部

主要営業品目
変減速機,インバータ●機械式減速機：［同心軸］サイクロ減速機,サイクロギヤモータア
ルタックス, 精密制御用サイクロ減速機,プレストギヤモータ,コン
パワー遊星歯車減速機,［平行軸］パラマックス減速機,ヘリカルバ
ディボックス,［直交軸］パラマックス減速機,ハイポニック減速機,
アステロ直交ギヤヘッド,ベベルバディボックス,ライタックス減速機,HEDCONウォーム減速機,小形ウォーム減速機 ●変速機：［機械式変速機］バイエル無段変速機, バイエル･サイクロ可変減速機,［電気式変速機］インバータ,インバータ搭載ギヤモータ,サーボドラ
イブ,DCドライブ

物流･パーキングシステム●自動倉庫システム ●高速自動仕分システム ●FMS/FAシス
テム ●無人搬送システム ●機械式駐車場 ●動く歩道
金属加工機械
●鍛圧機械：フォージングプレス,油圧プレス,フォージングロール,
超高圧発生装置 ●工作機械,クーラント処理装置 ●SPS（放電プ
ラズマ焼結機）
運搬荷役機械
連続式アンローダ,港湾荷役クレーン（コンテナクレーン,タイヤマ
ウント式ジブクレーン,タイヤマウント式LLC）,トランスファクレーン,ジブクレーン,ゴライアスクレーン,天井クレーン,製鋼クレーン,
自動クレーン,ヤード機器（スタッカ,リクレーマ,スタッカ／リクレーマ）,シップローダ,ベルトコンベアおよびコンベアシステム,リフ
ティングマグネット装置
船舶海洋●船舶：油槽船,撒積運搬船,鉱石運搬船,鉱油兼用船,コンテナ船,自動車運搬船,LPG船,LNG船,カーフェリー,ラッシュ船,作業船,大型洋式帆船,巡視船,他 ●海洋構造物：海洋石油生産関連構造物,浮体式
防災基地,浮体式海釣施設,その他海洋構造物 ●海洋開発機器：各
種ブイ,舶用環境機器
インフラ整備関連●橋梁：一般橋,長大橋 ●海洋･港湾構造物：沈埋函,ケーソン
化学機械，プラント●一般プラント：紙・パルプ製造装置,化学装置,原子力装置 ●発電設備：循環流動層ボイラ ●圧力容器：リアクタ,塔,槽,熱交換器 ●撹拌混合システム：マックスブレンド撹拌槽,スーパーブレ
ンド（同心2軸型撹拌槽）,バイボラック（横型2軸反応装置）

サイクロ, アルタックス,コンパワー,パラマックス,バディボックス,ハイポニック
減速機,アステロ,ライタックス,HEDCON,バイエルおよびバイエル・サイクロは,
住友重機械工業株式会社の登録商標です。

プラスチック加工機械●プラスチック加工機械：射出成形機,射出吹込成形機,ディスク成形機,セラミックス成形機 ●フィルム加工機：押出機,フィルム製
造装置,ラミネート装置 ●IC封止プレス ●ガラスプレス ●成形システム･金型：射出成形用金型,PE Tシステム,インジェクショ
ンフロー成形システム,インモールドラベリング成形システム
レーザ加工システム●レーザドリルシステム ●レーザアニーリングシステム ●YAGレーザと加工システム ●エキシマレーザと加工システム●YAG高調波レーザと加工システム
半導体・液晶関連機器●イオン注入装置 ●放射光リング・AURORA,放射光ビームライ
ン ●成膜装置：（液晶フラットパネル用）プラズマ薄膜形成シス
テム ●精密XYステージNanoplaneシリーズ ●リニアモータ
Nanoplaneシリーズ ●マイクロマシン ●エキシマレーザアニー
リングシステム ●ウエハ研削装置 ●ウエハ洗浄装置

マックスブレンドおよびバイボラックは,住友重機械工業株式会社の登録商標です。

AURORAおよびNanoplaneは,住友重機械工業株式会社の登録商標です。

建設機械,産業車輛
油圧式ショベル,移動式環境保全およびリサイクル機械,杭打機,道路
舗装機械,フォークリフト
その他
航空用機器,精密鋳鍛造品,防衛装備品（各種機関銃,機関砲およびシ
ステム）

環境施設
●環境･エネルギー関連プラント：都市ごみ焼却施設,リサイクル施設, 流動層ガス化溶融炉, 産業用廃棄物処理施設 ●大気関連プラ
ント：電気集塵装置,灰処理装置,乾式脱硫･脱硝装置 ●水関連プ
ラント：上水処理施設,下水処理施設,浸出水処理施設 ●産業廃水処理装置
加速器，医療機器，精密機器，極低温機器，超電導磁石●イオン加速器：サイクロトロン,ライナック,シンクロトロン ●電子線照射装置 ●医療機器：PET診断用サイクロトロン･CYPRIS,
標識化合物合成装置,がん治療用陽子サイクロトロン,治療照射装置●精密XYステージNanoplaneシリーズ ●リニアモータNanoplaneシリーズ ●冷凍機：パルスチューブ冷凍機,4KGM冷凍機,スター
リング冷凍機,クライオボンプ用冷凍機,MRI用冷凍機 ●人工衛星搭載観測装置冷却システム ●超電導磁石：ヘリウムフリー超電導マグネットCYPRISおよびNanoplaneは,住友重機械工業株式会社の登録商標です。

事業所
本
社
関西支社
中部支社
九州支社
田無製造所
千葉製造所
横須賀製造所
名古屋製造所
岡山製造所
愛媛製造所
新居浜工場
西条工場

〒141-6025〒541-0041〒461-0005〒810-0801〒188-8585〒263-0001〒237-8555〒474-8501〒713-8501

東京都品川区大崎2丁目1番1号（ThinkPark Tower）
技術開発センター 〒237-8555 神奈川県横須賀市夏島町19番地
技術開発センター 〒188-8585 東京都西東京市谷戸町2丁目1番1号
大阪市中央区北浜4丁目7番26号（住友ビル2号館）（田 無）
名古屋市東区東桜1丁目10番24号（栄大野ビル）（明治安田生命福岡ビル）
福岡市博多区中洲5丁目6番20号
東京都西東京市谷戸町2丁目1番1号
千葉市稲毛区長沼原町731番地1
神奈川県横須賀市夏島町19番地
愛知県大府市朝日町6丁目1番地
本号に関するお問い合わせは，技術本部技報編集事務局（電話番号
岡山県倉敷市玉島乙島新湊8230番地は下記）宛お願い致します。

〒792-8588 愛媛県新居浜市惣開町5番2号〒799-1393 愛媛県西条市今在家1501番地

住友重機械工業株式会社のホームページhttp://www.shi.co.jp/※文章中のソフトウェア等の商標表示は，省略しております。

技 報 編 集 委 員
委 員 渡 辺
石 塚
増 田
大須賀
三 田
平 田
西 原
川 井
村 野
池 田
木 村
小 島

哲
正
雅
浩
秀
秀
浩
賢
一
宏

郎
之
之
幸
樹
徹
司
生
一
茂
博
志

住 友 重 機 械 技 報
委 員 太 田 朝 也
井 辻 孔 康木 村 良 幸梅 田 健太郎乃 美 和 博久 保
隆
日 南 敦 史古 川 竜 治事務局 技術本部
アシスト ＳＮＢＣ㈱千代田プランニング

第167号

非売品

2008年8月10日印刷
発

行

8月20日発行

住友重機械工業株式会社〒141-6025 東京都品川区大崎2丁目1番1号（ThinkPark Tower）
お問い合わせ電話発 行 人

横須賀(046)869-2302

吉 井 明 彦C
無断転載・複製を禁ず ○