最良の技術を、多彩な分野へ
TSK技報
no.11

技報

2009 SPRINGTSK TECHNICAL REVIEW

特集

膜ろ過と活性炭の組合せによる高度な浄水技術の開発
ジメチルエーテルを利用した高水分炭・下水汚泥・PCBs
汚染底質の省エネルギー脱水技術の開発
低動力型高効率遠心脱水機（CA-G型）
製品紹介

横浜市南部汚泥資源化センターにおける情報統合システムの運用について

ww w. ts k -g . c o . j p

TSK TECHNICAL REVIEW

エアモールド装置、
アクアモールド装置
キルンガス化炉

2009
SPRING

No . 11
月島機械株式会社

月島機械株式会社

目次
4

巻頭言

開発雑感
6

取締役 兼 常務執行役員 産業事業本部長 本橋 時男

特集 1

膜ろ過と活性炭の組合せによる高度な浄水技術の開発
15

中山 雄之

特集 2

ジメチルエーテルを利用した高水分炭・下水汚泥・PCBs 汚染底質の省エネルギー脱水技術の開発
森田 真由美20

特集 3

低動力型高効率遠心脱水機（CA-G型）
25

梅染 俊行

製品紹介 1横浜市南部汚泥資源化センターにおける情報統合システムの運用について
金井 清貴・林 丈憲

31

製品紹介 2

エアモールド装置、
アクアモールド装置
36

製品紹介 338

ティーブレイク 月島茶房

4042

月島機械の製品カタログ一覧

キルンガス化炉

板倉 正治
阿部 隆一

リン資源について
会社概要・編集後記

NO.11 2009

CONTENTS
4

Foreword

6

Paper1

MOTOHASHI Tokio, Board Member, Managing Executive Officer,
Senior General Manager, Industrial Business Division

Development of Advanced Purified Water Technology by Combining Membrane
Filtration and Activated Carbon Treatment
NAKAYAMA Tsuyoshi
15

Paper2

Energy-saving Dewatering with Dimethyl Ether for High Moisture Coal and Sewage
Sludge and Sediment with PCBs
MORITA Mayumi
20

Paper3

Low Power, High Efficiency Centrifugal Dehydrator (Type CA-G)
25

UMEZOME Toshiyuki

Product1

Operation of Plant Information Integration System of Nambu Sludge
Recycle Center of Yokohama City
KANAI Kiyotaka / HAYASHI Takenori
表紙の写真

31

Product2

Airmould:Gas-assisted injection moulding process machine
Aquamould:Water-assisted injection moulding process machine
36

Product3

38
40

Tea Break42

Corporate Profile / Editor’s Note

Kiln Gasifier“Resources of Phosphorus”

ITAKURA Masaharu

ABE Takaichi

List of product catalog

古都京都の世界遺産に登録されている
仁和寺の春の風景

TSK 技報 2009 no.11

3

巻 頭 言昨年来の金融危機は、未曾有の経済と同時に、温室効果が CO 2 の 200 倍とい第二の留意点は、開発に要する時間が

当時の経営者は、後に「経営はHopeful

危機となって世界の経済界を瞬く間に震撼

われるN 2Oを触媒や吸着に因らずに低減

長くなると言う点と開発費用も大きくなるとい（ 希 望を持って）で無ければならないがさせ、その底の深さと期間の長さは未だ見できるという特徴を持っている。これらは、う点にある。時間と費用を掛けて開発して

Wishful（願望、神頼み）であってはならな

いだすことが難しい。かってこの様に世界当社の開発技術が新しい社会のニーズとも市場要求に間に合わなければ意味がない」と本件を振り返っている。「経営」と言うが同時に、しかもこれだけのスピードを伴っ共に着実に変革を遂げてきた或いは遂げい。タイムリーに開発商品を提供できて始文字を「研究開発」と言う文字に置きかえてて落ち込むことがあっただろうかと、ややようとしている証左でもあり、更に技術のめて収益貢献への期待をもてるのである。

読めば、研究開発に携わる技術者の戒めもすると悲観的な気持ちに陥りがちになる。

完成度を高め、社会貢献へと繋げていき

いづれも研究開発そのものの有り様を問うともなろうし、経営に携わるものの一人とししかし、中期的には21 世紀社会の有るべたいと考えている。

ものであり、だからこそ研究開発に携わるて、この反省を次代の研究開発に活かしあらゆる階層がこの変化に心して当たらねていきたいと考えている。

き姿への本格的産業構造転換が始まったと考えればどうであろうか。現在の状況を【技術開発での変化】

ばなるまいと思っている。

してこの危機をチャンスに変える絶好の機会と捉えたいものであると思いつつ「巻頭取締役 兼 常務執行役員

産業事業本部長

4 TSK 技報 2009 no.11【『熱意の持続』が大切】『環境とエネルギー』であろうし、当社の技の多くは、長年に渡る豊富な経験を持つ単位操作技術の下で、市場ニーズに合致す

ちょっと古い話で恐縮だが、「熱意の持を100 有余年支えてきた技術開発手法を【技術開発の方向性】

る商品 ( 技術）をいち早く、主として海外か続が閃きを生む（Serendipity）」と言う言見直す絶好の機会である。またその必然

術開発はその方向に向かっている」、「当社ら導入し、それらに改良・改善を加え適用

葉が鮮烈に耳に残っている。時期は定か性が生じている」、「熱意の持続が目標達成

分野の拡大を図るという「適用開発型」のではないが、オイルショック後の著しい経には欠かせない」等々、開発に係わる思いへのソリューションを見出すことにあると言わ技術開発であった。核となる単位操作技術・済停滞時期であったか、都市ゴミ熱分解を雑感として記した。目前にある未曾有のれている。この経済危機下にあってもこの機器やプロセスは既に手元にあり、それらを処理設備の後遺症で経営が危機に瀕して経済情勢の悪化は危機として捉えざるを得

社会の流れは普遍の様に感じている。太顧客ニーズに合わせてどの様に適合させていた時期に営業部門で多用された言葉でないが、むしろ新しい時代への幕開けとし

陽光・風力等自然エネルギーの有効利用・

行くかを求める技術開発の形態である。技あったと思う。目標を決めたらそれを徹底て認識したいものだ。

自動車燃料の転換等「代替エネルギー開術導入後 50 年を経ても今尚主力商品であ的にやり抜く「熱意」、目標を達成する「情「我々の挑戦は新しいものかもしれない。

発」を始め、工場、オフィスや家庭での節

り続けるSTD（間接加熱型回転乾燥機）や熱」があれば、目前の障害を克服する解

我々がそれに立ち向かう手段も新しいもの

電等の「省エネルギー対策」に至るまで、あ

流動焼却炉、押出型遠心分離機等はその決策は必ず閃くと言う意味であったと記憶かも知れない。しかし、我々の成功は、誠らゆる場面でCO2 削減を目指した取り組み

代表例であり、これらは当社技術史：「月島している。情熱だけで全てが解決できる訳

実や勤勉、勇気、公正、寛容、好奇心、が推進されている。新しいビジネスチャンス

機械 百年の技術」に詳しく記述されている。

ではないが、不可欠な要素であることには

忠誠心、愛国心といった価値観にかかっての到来であり産業構造の転換は既に始まっ

一方、近年の当社の技術開発は、前違いない。

いる。これらは、昔から変わらぬ真実であていると改めて見据える必要がある。

開発雑感

当社 100 余年の歴史における技術開発言」の筆を執ることにした。

21 世紀最大の課題は地球温暖化問題

本橋 時男「21 世紀の新しい時代を担うテーマは述の低温炭化技術や過給式流動焼却技

振り返れば当時当社は、世界初の都市る。これらは、歴史を通じて進歩を遂げる

この様に考えると、「 環 境 保 全に寄 与術、トルネードプレス脱水機等に見られるよゴミ熱分解処理装置を受注し手痛い失敗

ため静かな力となってきた。必要とされるのし、社会に貢献する」との企業理念を掲

うに、自社での独自開発が多くなってきていをおかしている。長年の研究開発の成果

は、そうした真実に立ち返ることだ」（訳文

げ、かねてより「創エネルギー」に焦点をる。ボーダレスな時代にあって、誰しもがとして、また、受注低迷に喘ぐ経営環境

はYOMIURI ONLINEより抜粋）とはオバ当ててきた当社の開 発の方 向 性は極め

世界各国からより良い商品を直ちに購入での下での大型受注として期待されたが、マ米国新大統領の就任演説の一節だが、て明快であると同時に社会のニーズに合きる状況を勘案すると当然の帰結ではある

試運転当初よりトラブルに継ぐトラブルが発あらゆる観点から当を得ていると思いながら筆を置くことにする。

致しているものである。本技報においてが、独自開発に取り組む際には留意しなけ

生し、引渡しに至るまで約 3 年を要した。

も紹介されてきた「低温炭化技術」は廃ればならないことも多い。

当社の社史：「新たな時代への挑戦〜月

棄物としての下水汚泥を発電燃料として第一の留意点は、プロセスそのものや

島機械 90 年の歩み」や「月島機械 100 年の有価物に転換する技術であるし、「エタ

核となる機器そのものを当社が基礎から開の経営」によれば、開発段階における技

ノール転換技術」は非可食植物や廃棄発を行わなければならない点にある。顧客術的詰めの甘さや経営判断のまずさ等が系セルロースからのアルコール転換技術

ニーズに基づくことや得意な単位操作技術

赤裸々に述懐されている。当時の経営的であり、いずれも当 社で言う「 創 エネルを駆使すること、各種の実験を重ねていく

ダメージは筆舌に尽くし難いが、何よりも関ギー技術」に類するものである。また、「過開発手法等は従前と同じなのだが、その係者の昼夜を厭わない解決のための不断給式流動焼却技術」は従前の流動焼却

ベースとなる基礎理論から築き上げていくの努力、「技術を完成させるという熱意の技術と比し画期的にエネルギー消費量を（技術オーナーとなる）と言う点で過去のそ

持続と責任感」が技術を完成させ、設備セーブできる「省エネルギー技術」である

れと大きな違いがある。

の引渡しにこぎ着けさせたのだと思う。

TSK 技報 2009 no.11

5

特集

1

浄水に関する研究プロジェクト「e-Water」（2002-2004）が、厚生労働省の外郭団体である（財）水道技術研究センターの主催により行わ

膜ろ過と活性炭の組合せによる高度な浄水技術の開発
Development of Advanced Purified Water Technology by Combining
Membrane Filtration and Activated Carbon Treatment

れた。このプロジェクトは、参加 30 社という大規模なもので当社も参画した。膜ろ過の浄水への適用に関して、浄水場に実験ヤードを設置して各社持ち込み実験を行った。当社は、他 2 社とのグループにて大規模浄水場に適用する浸漬型膜ろ過装置の共同実験を行った。
また、「e-Water」とは別にそれと並行して、当社独自の膜ろ過技術、膜ろ過装置の開発を当社単独で行った。当社は、上水膜ろ過の分野においては後発であり、従来の膜ろ過装置での技術では大きく遅れていた。そこで従来には無いコンセプトの膜ろ過装置として、「月島ユニット式浸漬型膜ろ過装置」を開発した。
「e-Water」に続くプロジェクトとして「e-WaterⅡ」（2005-2007）が行わ

Abstractれた。当社はこれに参画し、持ち込み実験においても当社単独でのTSK has devised new membrane filtration system that can be adopted to the existing building frames

実験を行った。「月島ユニット式浸漬型膜ろ過装置」にさらなる付加価

of water purification by direct installation of required number of membrane units.The membrane unit is

値をもたせる目的で、膜ろ過と活性炭処理を組み合わせた高度な浄水

composed of a submerged membrane module stored inside a unit case with an entrance that is open andプロセスについて検討を行った。

shut.Installation position of the membrane units is such as the rear-end of coagulation-sedimentation

本報告では、「月島ユニット式浸漬型膜ろ過装置」の概要を説明した
後に、「e-WaterⅡ」持ち込み実験における膜ろ過と活性炭処理の組み

pond or the sand filtration basin.
Inside and outside of the unit case are blocked off by shutting the entrance of the membrane unit at
the time of physically washing of the membrane and draining inside the unit case. This function allows

合わせについての検討結果および、実験の中で開発した浄水装置プ
ロセスについて述べる。

中山 雄之

the membrane unit to install directly to the existing sedimentation basin and sand filtration basin. So

NAKAYAMA Tsuyoshi

that, new building for the membrane unit is not necessary, and construction of membrane equipment

水環境事業本部
ソリューション技術部
上水グループ

installation can be facilitated. The membrane unit is applied efficiently to the existing building frame.
Continuous demonstrated operation was conducted for over one year with a demonstration test system

上水に膜ろ過を用いる場合、膜本来の高度なろ過機能を発揮させ

技術士（生物工学部門）（上下水道部門）

of membrane unit named “Tsukishima unit type submerged membrane filter system” built inside the

膜の寿命を確保する為には、膜ろ過を行う原水の濁質をできるだけ除

water purification plant area. Consequently, system of the membrane unit was certified by a third-party

去しておくことが重要である。特に中空糸膜の場合には、膜束の中に

organization, the Japan Water Research Center as filtration system for the drinking water.

濁質が溜まるとその排出が困難になるからである。

日本生物工学会
化学工学会
日本醸造学会

図１ 膜ユニット
Fig.1 Membrane unit

Furthermore, advanced water purification process of combing the membrane filtration with active
carbon treatment was studied by using “Tsukishima unit type submerged membrane filter system” as

2 「月島ユニット式浸漬型膜ろ過装置」概要
2.1 コンセプト

河川表流水、ダム水、湖沼水といった比較的濁質が多く含まれた原水を用いる浄水場に膜ろ過を適用する場合、大量の水から濁質を除去するのに最も合理的と考えられる既設の凝集沈殿地を活用し、砂follows;

図２ 既設躯体への膜ユニットの設置イメージ
Fig.2 Installation image of membrane unit to the existing building ﬂame

ろ過池を膜ろ過装置に切り替えることが有効であると考えられた。しか(1) charging powdered activated carbon into the casing of membrane unit

し従来の膜ろ過装置を用いるには、新たなスペースに膜ろ過装置を設(2) setting granular activated carbon cartridge unit before the membrane unit.

置するための建屋を建設しなければならない。
そこで、開閉式流入口を持ったオープンタイプのケーシングに浸漬型

図 3は、開発実験に用いた実証実験装置である。図 4に実証実験

ducted.For these tests, the improved membrane unit was used. As a result, the character of each method

膜モジュールを収納して膜ユニットとし、この膜ユニットを凝集沈澱池

装置のフローを示す。膜ユニットを設置した実験水槽は、浄水場の凝was able to grasp by demonstration tests. And the membrane system has got an additional value by com-

後端部や砂ろ過池等の浄水場既設躯体に必要な本数だけ直接設置

集沈澱殿池後端部より取水した水を通水しており、浄水場の既設躯

bining the membrane filtration and the active carbon treatment.

する膜ろ過装置を考案した。膜の物理洗浄時やユニットケース内排水体を想定している。膜ろ過用原水の実験水槽への通水量は、ろ過水時に、膜ユニットの流入口を閉じユニットケース内外を遮断する。この量より僅かに多い水量とした。越流堰でのオーバーフローによって実験

The membrane test unit for each method was set on the test plant , and the continuous tests were con-

キーワード：膜ろ過、ＭＦ膜、ユニットケース、浄水場、既設躯体、粉末活性炭、粒状活性炭
Keyword ：Membrane ﬁltration, micro ﬁltration membrane, unit case, water puriﬁcation plant, existing building frame, powdered
activated carbon, granular activated carbon

1 はじめに機能により既設の沈殿池や砂ろ過池に直接設置することができる。そ水槽の水位を一定にした。オーバーフローとなった水は、返送水タンクのため新たな建屋は必要無く、また設備設置工事も容易になる。本を経て着水井に返送した。膜ユニットからの膜ろ過水は、膜ろ過水タ装置は既設躯体を有効に用いたものである。

ンク（5㎥）に貯留して逆流洗浄の際には逆洗水として用いた。膜ろ過

図１に膜ユニットのイメージ図を示す。図２には、浄水場の既設躯

水タンクからのオーバーフローは、返送水タンクへ流下させ着水井に体へ膜ユニットを設置した場合のイメージ図を示す。浄水場の一般的返送した。膜ユニットの物理洗浄を行った際の膜洗浄廃水は、排水ポ

近年、より安全な水への要求が高まっており、信頼性が高く維持管

なフローのイメージ図に並べて、凝集沈殿池の後端部に膜ユニットをンプによって浄水場の排水池に排出した。

理が容易な浄水設備が求められている。そうした中、浄水の膜ろ過

設置した場合、ろ過砂と配管等を撤去した砂ろ過池に膜ユニットを設

は、クリプトスポリジウムなどの原虫や細菌などを完全に除去することが置した場合、それぞれの設置イメージを示した。

でき、安全な水を安定して供給できる方法として注目されている。

6 TSK 技報 2009 no.11

2.2「月島ユニット式浸漬型膜ろ過装置」の開発

膜ユニットに内蔵した膜モジュールの仕様について表 1に示す。膜モジュールは、膜エレメント（膜面積 34㎡）を組んで外壁板で囲み接続配管を配置したものである。

TSK 技報 2009 no.11

7

特集 1

Development of Advanced Purified Water Technology by Combining Membrane Filtration and Activated Carbon Treatment

膜ろ過と活性炭の組合せによる高度な浄水技術の開発

図 5に膜エレメントと膜エレメント4 本からなる膜モジュールを示す。

2.3「月島ユニット式浸漬型膜ろ過装置」の特徴

3 膜ろ過と活性炭処理の組み合わせによる高度な浄水技術の開発

3.3.1 粉末活性炭添加システムの検討

膜モジュールは、6 段までの積み重ねが可能であり、曝気装置を持っ「月島ユニット式浸漬型膜ろ過装置」は、膜ユニットを用いることで、たベース（設置面積：1200ｍｍ×400mm）の上に設置され、ベースご

既設躯体へのろ過膜の直接設置が可能となっている。それにより以下と吊り上げられる。図 6に膜ユニット（膜モジュールを4 段積んだものをの特徴を有する。

3.1 背景する方法について検討した。凝集沈澱を行い懸濁物が除去された水内蔵）の外観を、図 7に膜ユニットを実験水槽上に吊り上げた状態を、① 膜ろ過施設を設置するための大規模な建屋の建設が不要であり、「月島ユニット式浸漬型膜ろ過装置」は中規模や大規模の浄水場

では、原水に比べて活性炭処理に必要な粉末活性炭添加量の低減

既設施設内へコンパクトに膜ろ過設備を設置することができる。

に適応することを容易にした装置であるが、そうした浄水場では季節が期待される。そこで最初にラボ実験にて、凝集沈澱によって粉末② 従来の装置に比べ、膜ろ過設備の設置工事が容易であり短工期的、恒常的に臭気を問題としているところが少なくない。
（財）水道技活性炭添加量が低減できることの確認を行った。実験方法を図 10に

図 8に膜ユニットを実験水槽に設置した状態を、図 9に膜ユニットから膜モジュールを引き上げた状態を示す。

膜ユニットのケーシング内に粉末活性炭を投入することで、凝集沈澱を行った水の活性炭処理を行うとともに、膜で粉末活性炭を除去

3

術研究センターが行った39 事業体 100 浄水場（1 万 m /日未満：5ヶ所、示す。原水および凝集沈澱を行った原水に粉末活性炭を2mg/L かろ過装置」
として、財団法人 水道技術研究センターによる第三者機関③ 膜ユニットの基数によりあらゆる規模の浄水場に対応可能である。

1 万〜 100 万 m 3/日：87 ヶ所、100 万 m 3/日以上：8 ヶ所）に対する

ら100mg/Lまで変化させて添加し、緩やかな撹拌を行った。10 分 ,20での水道用膜ろ過装置の認定（認定登録番号 ： 装認第 1074 号）を④ 膜ユニットのケーシングを薬液槽とすることにより、浄水場におけるオ

アンケート調査において季節的、恒常的に臭気を問題としているのは、

分 ,40 分の各時間にサンプリングを行い、孔径 0.2μmのメンブレンで76 浄水場に及んでいた。そして大半の54 浄水場では粉末活性炭のろ過を行った後、TOCを測定した。TOCの減少量を比較することで、1 年以上の連続ろ過の実証運転を行い、「月島ユニット式浸漬型膜で行うことができる。

ンサイトでの薬液洗浄が可能である。

取得した。

本装置は、従来膜ろ過の対応が困難であった中規模や大規模の浄水場に適応することを容易にした装置である。
チェーンブロック

添加が行われており、粉末活性炭の添加が行われていない浄水場に

凝集沈澱により粉末活性炭添加量が低減できることの確認を行った。

おいては、粒状活性炭設備やオゾン設備での対応が行われていた。1）

図 11に粉末活性炭添加システムを示す。検討に用いた実験装置

こうした浄水場への膜ろ過の適応を考えた場合、活性炭処理との有には、膜エレメント4 本組の膜モジュール（膜面積：136㎡）
を4 段積（膜効な組合せを検討することが重要と考えられた。

面積：544㎡）にして内蔵した膜ユニット（図 6 〜 9）を用いた。粉末活性炭の添加は濁質を負荷した運転になることから、濁質負荷への対膜ろ過水タンク（5m3）

3.2 実験目的策を検討した後、連続ろ過運転における膜ろ過差圧の変化および水「月島ユニット式浸漬型膜ろ過装置」を用いて、膜ろ過と活性炭処質の確認を行い、システムの検討を行った。

理を組み合わせた高度な浄水プロセスについての検討を行い、装置にさらなる付加価値をもたせることを目的とした。

返送水タンク（5m3）

図５ 膜エレメントと膜モジュール
Fig.5 Membrane element and membrane module

膜ユニット内への粉末活性炭の添加は、粉末活性炭懸濁液を送液する添加装置（図 12）にて行った。ろ過運転では、定時間毎に膜の物

粉末活性炭および粒状活性炭について、「月島ユニット式浸漬型膜

理洗浄（エアスクラビング＆逆流洗浄）を行い、物理洗浄後は排水を行ろ過装置」と組み合わせるのに適した使用方法を考え、実証実験を通わずそのままろ過を再開した。設定回数の物理洗浄後にユニット内のして安定した運転方法を確立することにより、膜ろ過と活性炭処理を排水を行った。排水において粉末活性炭を懸濁水としてユニット内か組み合わせた高度な浄水技術の開発を目的とした。

ら排出した。排水後の新規な原水に対し、粉末活性炭を懸濁液で一定量添加した。添加した粉末活性炭は、次の排出まで膜ユニット内に

3.3 実験装置および実験方法

留まることになる。

実験は、「月島ユニット式浸漬型膜ろ過装置」を開発した実証実験

実験水槽

図３ 実証実験装置
Fig.3 Demonstration experiment plant

装置（図 3）を用いて行った。膜ユニットを用いた膜ろ過運転において、①膜ユニットのケーシング内に粉末活性炭を投入する方法、②膜ユニットの前段に粒状活性炭カートリッジのユニットを設置する方法、の検討
によって膜と活性炭との最適な組み合わせを見いだすこととした。それ
ぞれの実験のための膜ユニット実験装置を実験水槽に設置し、連続膜ろ過運転による膜ろ過と活性炭の組み合わせの実証実験を行った。

図６ 膜ユニット
Fig.6 Membrane unit

図11 粉末活性炭添加システム
Fig.11 Powdered activated carbon addition system

図７ 膜ユニット吊上げ状態
Fig.7 Hanging state of membrane unit

図４ 実証実験装置フロー
Fig.4 Demonstration experiment plant ﬂow

表１ 膜モジュール仕様
Table1 Speciﬁcation of membrane module

図８ 膜ユニット設置状態
Fig.8 Installation state of membrane unit

8 TSK 技報 2009 no.11

図９ 膜モジュール引上げ状態
Fig.9 Liﬁting state of membrane module

図 10 粉末活性炭添加効果の比較実験方法
Fig.10 Comparative experiment method of powdered activated carbon
supplemental eﬀect

図12 粉末活性炭懸濁液の添加装置
Fig.12 Addition equipment of powdered activated carbon suspending liquid

TSK 技報 2009 no.11

9

特集 1

Development of Advanced Purified Water Technology by Combining Membrane Filtration and Activated Carbon Treatment

膜ろ過と活性炭の組合せによる高度な浄水技術の開発

3.3.2 粒状活性炭カートリッジ設置システムの検討

4.1.2 濁質負荷への対策の検討結果

図 13に粒状活性炭カートリッジ設置システムを示す。検討に用い

粉末活性炭の添加は濁質を負荷した運転になることから、濁質負た実験装置では、膜エレメント1 本の膜モジュール（膜面積：34㎡）を荷への対策を検討した。検討の結果、粉末活性炭の添加を行わない

内蔵した膜ユニットの前段に、活性炭カートリッジを内蔵したユニットを通常運転でも、濁質対応の性能が向上した装置となった。

設置した。図 14に実験水槽に設置した実験装置を示す。図 15に粒

（1）曝気装置の改良状活性炭カートリッジ設置システム実験装置の覆蓋を外したところを示

物理洗浄のエアスクラビングを行う際に、中空糸膜が充分に揺動す。図 16に活性炭ユニットと膜ユニットを接続した構造図を示す。膜する様に、曝気装置の改良を行った。図 18に改良前と改良後の曝モジュールにはろ過ポンプと逆洗ポンプが、曝気装置にはブロワが接続

気状態を示す。改良後は、膜モジュールの底面全体に気泡が分散される。連続ろ過運転を行い膜ろ過差圧の変化および水質の確認とシしている。

ステムの検討を行った。ろ過運転では、定時間毎に膜ユニットと活性（2）膜モジュール端部の曝気

炭ユニットの間の開閉装置を閉じて膜の物理洗浄（膜ユニット内エアス
クラビング＆逆流洗浄）を行った。物理洗浄後はそのままろ過運転を再開し、膜ユニット内の水位が逆洗前まで低下した後にユニット間の開閉

図18 曝気装置の改良結果
Fig.18 Improvement result of the aeration equipment

膜モジュールの中空糸膜端部に粉末活性炭が蓄積するのを抑制
図 16 活性炭ユニットと膜ユニットの接続構造図
Fig.16 Connection structural drawing of the activated carbon unit
and the membrane unit

装置を開けた。設定回数の物理洗浄後に膜ユニット内の排水を行った。

するために、膜モジュール最下部の端部に独立した散気管を設置
して曝気を行い、固定された中空糸膜端部の間隙に気泡流を発生させた。また、曝気により膜ユニット内の粉末活性炭ができるだけ分散状態になるようにした。図 19に膜モジュール端部の曝気のイメー

4 実験結果ジを示す。
（3）物理洗浄廃水排出方法の検討

図13 粒状活性炭カートリッジ設置システム
Fig.13 Granular activated carbon cartridge installation system

4.1 粉末活性炭添加システムの検討結果

膜モジュールの物理洗浄廃水を排出する方法にて、従来の下部

4.1.1 粉末活性炭添加効果の比較実験の結果

からの全排水の場合（図 20）には、水面の低下に伴い中空糸膜の原水として河川堰水を用いた。原水は、濁度 10.4, ｐＨ 7.8, TOC

束の中に懸濁物が保持されて残る場合があった。そこで、エアスク

3.2mg/L（0.2μm メンブレンにて除濁）であった。実験室にて凝集沈

ラビングを行いながら膜モジュールの上部から排水を行った。流入

殿を行った上澄水は、濁度 0.7, ｐＨ 7.6, TOC 2.7mg/L（0.2μm メン

口より水を流入させ濯ぎ状態になるようにした（図 21）。この方法によブレンにて除濁）であった。

りエアスクラビングによって上昇した懸濁物の効率的な排出を行うこ図 17に粉末活性炭の添加におけるTOC 減少量の経時的変化をとができた。また、排水時における膜ユニット内への流入を止める示す。沈澱処理上澄水に粉末活性炭を5，25，50mg/L 添加したもの必要が無くなったこと、逆洗時の膜ユニットからの逆流を防げばいいと、原水に粉末活性炭を10，50，100mg/L 添加したものが、それぞれことから、膜ユニットの流入口を従来の開閉式から逆止弁とすること同様のTOC 減少曲線を示している。このことから、沈澱処理上澄水で無動力化しシーケンスを不要とすることでコストを大きく下げることへは原水に比べ約半分量の粉末活性炭添加でのTOC 除去処理がができた。メンテナンス等で膜ユニット内の全排水が必要になった場可能であることを確認した。

合は、流入口に止水板を設置して下部より排水を行った。

図19 膜モジュール端部の曝気
Fig.19 Aeration at the edge of membrane module

活性炭への吸着においては、吸着平衡から吸着物濃度の高い方が活性炭への吸着量が多くなる。今回は、TOC 低減量で比較してい図14 実験水槽に設置した各実験装置
Fig.14 Each laboratory equipment installed in an experimental water tank

4.1.3 粉末活性炭添加システムの連続運転の結果

るが、原水の方が沈澱処理上澄水よりもTOC 濃度は高い。このこと

膜ユニットを用いた実験において、膜ユニット内の粉末活性炭の懸を鑑みると、濁質の凝集沈澱処理による粉末活性炭量低減効果はさ

濁水は一連の自動運転（ろ過−物理洗浄−排水）で実験水槽側に流らに大きいものと考えられる。

出することはなかった。また膜ユニット内の上部排水による連続運転も順調に行うことができた。以下にＲｕｎ1 からＲｕｎ3の結果について報告する。それぞれ約 2ヶ月の連続運転である。表 2に各Ｒｕｎにおける運転条件を示した。

図 20 下部排水（全排水）Fig.20 Drainage from the lower part(whole drainage)

図 21 上部排水（濯ぎ排水）
Fig.21 Drainage from the upper part(rinsed drainage)

表 2 粉末活性炭添加実験における連続運転条件
Table2 Conditions of continuous operation for the adding powdered activated carbon experiment

図15 活性炭ユニットと膜ユニット
Fig.15 The activated carbon unit and the membrane unit.

10 TSK 技報 2009 no.11

図 17 粉末活性炭添加による TOC 減少量の経時的変化
Fig.17 Time-dependant change at the TOC decrease by
the powdered activated carbon addition

TSK 技報 2009 no.11

11

特集 1

Development of Advanced Purified Water Technology by Combining Membrane Filtration and Activated Carbon Treatment

膜ろ過と活性炭の組合せによる高度な浄水技術の開発（1）
Ｒｕｎ1の結果（2）
Ｒｕｎ2の結果（3）
Ｒｕｎ3の結果ており、そして回復していない値は大きくなっていた。中空糸膜内にＲｕｎ１の結果を図 22に示す。膜間差圧は徐々に増大したが、約Ｒｕｎ2の結果を図 25に示す。粉末活性炭の膜ユニット内濃度を

Ｒｕｎ3の結果を図 28に示す。Ｒｕｎ３では、原水にダム水の凝集

有機物が蓄積しているためと考えられたので、0.4％濃度の次亜塩素

２ヶ月で10kPa 程度であった。Ｒｕｎ1の終了時における膜モジュー

20mg/Lとしていた。膜間差圧は約 2ヶ月で18kPa 程度の上昇となっ沈殿処理水を用いた。膜間差圧の増大は、Ｒｕｎ1よりも大きかった

酸ソーダ溶液による薬液洗浄（曝気撹拌 10 分、静置 50 分を１サイルの状態を図 23に示す。主に中空糸膜の端部に粉末活性炭が付た。Ｒｕｎ2の終了時における膜モジュールの状態を図 26に示す。Ｒが、Ｒｕｎ2は下回った。Ｒｕｎ3 終了時の膜モジュールの状態を図 29

クルとして6サイクル）を行った。その結果、膜間差圧はほぼ初期の着していた。粉末活性炭は、PAC 由来の水酸化アルミニウムフロッ

ｕｎ1に比べかなり上回る量の付着がみられた。粉末活性炭とPACに示す。中空糸膜全体が黒ずんだ程度の状態で、Ｒｕｎ1、Ｒｕｎ2値に回復した。

クとの混合状態で付着物となっていた。膜モジュールを0.15％濃度

由来の水酸化アルミニウムフロックとの混合物が、端部の中空糸膜と比べると、粉末活性炭とPAC 由来の水酸化アルミニウムフロックとＲｕｎ3では原水がダム水の凝集沈殿処理水でありTOC が溶存しのクエン酸溶液にて薬液洗浄（曝気撹拌 10 分、静置 20 分を1サイの間に充満した状態であった。膜表面の付着物は放水によって容の混合物の付着は大幅に減少していた。付着物は散水によって容ていたので、粉末活性炭添加によるTOC 除去効果の確認を行った。0.1 〜 0.2mg/LのTOCの低減効果がみられた。

クルとして6サイクル）を行ったところ、付着していた粉末活性炭と水易に除去できた。膜モジュールのクエン酸溶液による薬液洗浄を行っ

易に除去された。また、中空糸膜が黄土色に変色した部分が見ら

酸化アルミニウムフロックの混合物は全て除去することができた。図た。0.2％濃度にて２回、0.15％濃度にて１回の合計 3 回の洗浄を行っれた。0.1％濃度のクエン酸溶液で薬液洗浄（曝気撹拌と静置のサイ24に薬液洗浄後の膜モジュールの状態を示す。また、図 22に示す

た。曝気撹拌と静置のサイクルは、Ｒｕｎ1と同様に行った。薬液洗

クルは、Ｒｕｎ1と同様）を行ったところ、図 30に示すように付着してように膜間差圧もほぼ運転開始時の値に回復した。

浄後の膜モジュールの状態を図 27に示す。付着していた粉末活性

いた粉末活性炭と水酸化アルミニウムフロックの混合物は全て除去

本実験では、粒状活性炭カートリッジ設置による定性的な影響の把4.2 粒状活性炭カートリッジ設置システムの検討結果

炭と水酸化アルミニウムフロックの混合物は全て除去することができすることができた。また中空糸膜が黄土色に変色した部分も初期の握を行った。したがって粒状活性炭カートリッジのサイズ等の定量的なた。また、図 25に示すように膜間差圧は回復したが、完全には回白色に回復した。クエン酸洗浄によって、図 28に示すように膜間差検討は行っていない。

復しなかった。

圧は回復したが完全には回復しなかった。これはＲｕｎ2に引き続い4.2.1 粒状活性炭カートリッジ設置システムの連続運転の結果
活性炭ユニットの設置によって、膜ユニットへの原水は濁度が常に低く保持され安定した水質となった。活性炭ユニットを通過した膜ろ過
原水のアルミニウム濃度が低く保たれていた。連続運転における膜間差圧の変化を図 31に示す。膜ろ過運転は安定し膜間差圧の上昇も少なかった。活性炭ユニットの設置によって0.1 〜 0.2mg/LのTOCの低減が確認された。
連続運転において、粒状活性炭カートリッジの活性炭層表面に白い

図 22 Run1における膜間差圧の変化
Fig.22 Change of transmembrane pressure diﬀrence in Run1

堆積物が薄くたまることがあった。この堆積物は、PAC 由来の水酸化
図 25 Run2における膜間差圧の変化
Fig.25 Change of transmembrane pressure diﬀrence in Run2

図 28 Run3における膜間差圧の変化
Fig.28 Change of transmembrane pressure diﬀrence in Run3

アルミニウムのフロックであると考えられた。粒状活性炭カートリッジの
定期的な物理洗浄によって、水酸化アルミニウムのフロックは比較的容易に排出された。
粒状活性炭カートリッジの物理洗浄においては、微粉炭が発生し膜ユニットへ流出したが、後段の膜ろ過によって完全に除去された。
また、膜ろ過原水の次亜塩素酸ソーダが消失した時期において、活性炭カートリッジの粒状活性炭内に微小な線虫類（nematodes）の生存が確認された。

図 23 Run1の連続ろ過運転終了時の状態
Fig.23 The condition of after continuous ﬁltration at Run1

図 26 Run2 連続ろ過運転終了時の状態
Fiig.26 The condition of after continuous ﬁltration at Run2

図 29 Run3 連続ろ過運転終了時の状態
Fig.29 The condition of after continuous ﬁltration at Run3

図 31 粒状活性炭カートリッジ設置における膜間差圧の変化
Fig.31 Change of transmembrane pressure diﬀrence under
the granular activated carbon cartridge installation

図 24 Run1の薬液洗浄後の状態
Fig.24 The condition of after liquid medicine washing at Run1

12 TSK 技報 2009 no.11

図 27 Run2 薬液洗浄後の状態
Fig.27 The condition of after liquid medicine washing at Run2

図30 Run3 薬液 ( クエン酸 ) 洗浄後の状態
Fig.30 The condition of after liquid medicine (Citric acid) washing at Run3

TSK 技報 2009 no.11

13

特集 1

膜ろ過と活性炭の組合せによる高度な浄水技術の開発

特集
5

考察

6.1 粉末活性炭添加システムの検討①濁質を含んだ原水に粉末活性炭を添加する場合、凝集沈殿により5.1 粉末活性炭添加システムの検討
連続運転において、Ｒｕｎ3ではＲｕｎ1，Ｒｕｎ2と比べ膜への付着物が大幅に減少したのは、余剰 PAC 量が少なかったためと考えられた。

膜ろ過を組み合わせた連続運転が可能であった。

浄水場の原水が、Ｒｕｎ1，Ｒｕｎ2では山間部河川水と比較的清澄な③粉末活性炭の添加は濁質負荷になることから、濁質対策の検討により、粉末活性炭の添加を行わない通常運転でも、濁質対応の性能が向上した装置となった。

実験水槽（膜ろ過用原水）のアルミニウム測定値が、Ｒｕｎ1，Ｒｕｎ2で④ PAC が余剰になった場合、粉末活性炭とPAC 由来の水酸化アルは0.2mg/L 付近であったのに対し、Ｒｕｎ3では0.05mg/L 付近であっミニウムフロックとの混合物が中空糸膜に付着した。PAC 添加量管たことから伺えた。

理の重要性が示唆された。膜への付着物は低濃度のクエン酸洗浄

膜ユニットへの粉末活性炭添加は、中空糸膜の揺動を大きくできる
浸漬型膜モジュールの特徴を活かしたもので、溶存物質低減効果も確認された。連続添加を行う場合は定期的な薬洗が必要であった。

ジメチルエーテルを利用した高水分炭・
下水汚泥・PCBs 汚染底質の省エネルギー
脱水技術の開発②膜ユニットへの粉末活性炭懸濁液の添加によって、粉末活性炭とためPAC が余剰ぎみだったのに対し、Ｒｕｎ3ではダム水で比較的濁質を含んでおりPAC が十分に消費された為と考えられた。このことは

2

TOC 除去に必要な粉末活性炭量が約半分にできることを確認した。

Energy-saving Dewatering with Dimethyl Ether for High Moisture
Coal and Sewage Sludge and Sediment with PCBs

によって容易に除去できた。
⑤膜ユニットへの粉末活性炭添加は、連続添加よりも緊急時添加としての位置付けが適していると考えられた。

粉末活性炭添加は、連続添加よりも緊急時添加としての位置付けが適していると考えられた。

森田 真由美6.2 粒状活性炭カートリッジ設置システムの検討

MORITA Mayumi①粒状活性炭ユニットの設置によって、膜ユニットへの原水水質が向

5.2 粒状活性炭カートリッジ設置システムの検討
活性炭ユニットを通過した膜ろ過原水のアルミニウム濃度が低く保た

上し膜ろ過運転は安定した。
②条件によって粒状活性炭は生物活性炭（BAC）化したが、粒状活れていたのは、粒状活性炭カートリッジが余剰となったPAC 由来の水性炭から漏洩する微生物やリークする微粉炭は、後段の膜ろ過に酸化アルミニウムのフロックを除去していた為であり、膜間差圧の上昇

よって完全に除去された。

抑制に大きな役割を果たしていたと考えられた。
原水の次亜塩素酸ソーダが消失した時期において、粒状活性炭内③膜ろ過の前段に粒状活性炭を設置することは、浄水において非常

reduce energy costs, and Tsukishima Kikai Co., Ltd. together

技術士（上下水道部門）(CRIEPI) focused on the drying process for sewage treatment.

廃棄物学会

dimethyl ether (DME) was developed, which is more superior

生物活性炭による水質の向上が期待されるとともに、リークする微粉炭や微生物を膜ろ過によって確実に除去できることから、膜ろ過のwith the Central Research Institute of Electric Power Industry
An energy-saving method of water extraction using liquefied
to traditional drying using heat energy. In this method, waterに有効な組み合わせになると考えられた。

is extracted into liquefied DME and separated from solids.
Liquefied DME and water are easily separated by flash distil-7 おわりに大下 和徹

lation. High-moisture coal, dewatered sewage sludge, andKANDA Hideki

OSHITA Kazuyuki

sediment containing PCBs were tested.

財団法人 電力中央研究所

京都大学大学院工学研究科

神田 英輝

活性炭カートリッジからは微生物の漏洩が起きていると考えられたが、後段の膜ユニットでの膜ろ過によって完全に除去されていた。

For the global warming problem, various processes need to

研究開発本部
研究開発部
開発企画グループに微小な線虫類（nematodes）の生存が確認されたことから、粒状活性
炭カートリッジの粒状活性炭が生物活性炭化したと考えられた。粒状

Abstract

当社は、上水膜ろ過の分野においては後発であり、従来の膜ろ過装置による膜ろ過技術は大きく遅れていた。
しかしながら今回、従来に無い新しいコンセプトでの膜ろ過装置をThis achievement was awarded the state-of-the-art technology by Fuji Sankei Business i in 2008.

前段に粒状活性炭を設置することは、浄水において非常に有効な組独自開発して商品化することができた。更には、膜ろ過と活性炭処理

み合わせになると考えられた。図 32に既設砂ろ過池を粒状活性炭槽の組合せといった付加価値をつけた技術開発を行い、実用化の域に

DME process and test results of the above materials areとし、その後段に膜ろ過設備を設置した施設のイメージ図を示す。

達することができた。こうした一連の開発を通して、上水の水分野に

described. For high-moisture coal, moisture was reduced from

おける多くの技術を蓄積することができ、上水膜ろ過の分野において40.6% to 1.3%. For dewatered sewage sludge, moisture was

は他社と比べても遜色のない技術レベルに達したと言っても過言ではreduced from 78% to 30%. For sediment containing PCBs,

無いであろう。

99.1% of its concentration was removed.

上水の水分野は、月島機械にとって新市場として大きく開拓できる可能性がある。膜ろ過技術は、新市場開拓の非常に有効なツールとキーワード：ジメチルエーテル（DME）、脱水、脱水ケーキ、高水分炭、PCBs 含有底質
Keyword：Dimethyl ether (DME), Water extraction, Dewatered sewage sludge,
High-moisture coal, Sediment containing PCBs

して用いることができると考えられる。新市場においては、ユーザーの要望に対応できる技術を常に研鑽しておくことが重要である。
図 32 既設躯体を用いて粒状活性炭と膜ろ過を組合せたシステム
Fig.32 The combination system of membrane ﬁltration with granular
activated carbon using existing building ﬂame

今後は、立ち上げた新商品の受注に向けた注力がポイントである。
最後に、本技術開発に当たり多大なご協力を頂いた財団法人

1 はじめに水道技術研究センター殿、富津市水道部殿に厚く御礼を申し上げます。
地球温暖化防止対策の一つとして省エネルギー化が求められている

6 まとめ
膜ろ過と活性炭処理の組み合わによる高度な浄水技術の開発を行った結果を以下にまとめた。

なか、月島機械と財団法人 電力中央研究所は、ランニングコストを大
参考文献
1）安全でおいしい水を目指した高度な浄水処理技術の確立に関する研究（e-WaterⅡ ） 最終報告書（2 ／3） 平成二十年七月
財団法人 水道技術研究センター

14 TSK 技報 2009 no.11

幅に削減できるジメチルエーテルを用いた脱水技術の開発を行ってきた。
石炭については（財）電力中央研究所を中心に、汚泥に関する基礎研究は（財）電力中央研究所と月島機械が共同で、PCBs 除去に関する研究は京都大学を中心に進めている。これらの成果についてまと

TSK 技報 2009 no.11

15

特集 2

ジメチルエーテルを利用した高水分炭・下水汚泥・PCBs 汚染底質の省エネルギー脱水技術の開発めた論文が、2008 年 7月にフジサンケイビジネスアイが主催する「第 22
回 独創性を拓く 先端技術大賞表彰制度」においてフジサンケイ・ビジ
ネスアイ賞を受賞した。以下に、受賞論文の概要を記す。

的であったが近年コンポストや肥料化などの再利用が進められている。
日本の下水道の普及率は71.7％（2008 年 3月末データ）であり、現Energy-saving Dewatering with Dimethyl Ether for High Moisture Coal and Sewage Sludge and Sediment with PCBsが望ましいが、高水分で量が莫大ゆえに多くのエネルギーを要するため、「原位置固化＋封じ込め」法を適用せざるを得ないのが現状である。

在も上昇中である。排出量が増加する一方で、下水汚泥は、カーボ
ンニュートラルな非化石燃料であり、バイオマスとして有効利用が期待

2.4 共通項

2 背景

されている。仮に、省エネルギーで脱水・脱臭できれば、下水処理

これらの問題に共通するのは、対象物が高水分であるが故に、脱水・場外への搬出が容易になり、石炭代替燃料としてCO2 排出量を大幅燃料化・浄化が困難な点と、既存技術が高温処理のエネルギー消費

2.1 石炭に削減できる。既に国内でも、下水汚泥を石炭火力発電所の燃料石型な点にある。

日本の石炭火力発電所で用いられる石炭は、炭化度が高い瀝青

炭に混ぜる試みが始まっている。現在の下水汚泥の燃料化技術は、

ここで我々は、ジメチルエーテル（以下、DMEと呼ぶ）に着目した。

炭であり、水分は約 10 重量%なので燃えやすく、一般的な発電効率

ガス化や乾燥・炭化処理であるが、これらの処理でも消費エネルギー

DMEは常温・常圧では気体、常温でも5 〜 8 気圧で液化する。液は42%である。しかし、全世界の石炭の可採埋蔵量の4 割は高水分の削減や、乾燥処理物の悪臭の軽減など課題は多い。下水汚泥を、化状態では、水とも油とも混じるので、水やPCBsだけでなく親油性の炭（亜瀝青炭や褐炭）である。高水分炭は、米国・中国・豪州・ロシ

カーボンニュートラルな非化石燃料として本格的に利用するためには、悪臭成分も抽出可能である。また、DMEは煤を生じないLPG・ディー

ア・ドイツで多く産出され、特に褐炭では水分が 50 〜 70 重量%もある

省エネルギー（低コスト）で脱水するとともに、脱臭して処理場外へのゼル代替のクリーン燃料として、中華人民共和国では2010 年頃には

（図 1）。高水分炭は、水分重量が多いため輸送費が高くなり、炭坑搬出を容易にする技術が必要である。

2000 万 ton/ 年製造される計画があり、既に輸入 LPGより安価に量産から遠くに輸送できず炭坑に隣接する発電所で利用される。これらの発電所では、燃焼排ガスの余熱で水分を蒸発させ、その水蒸気が石され始め、LPG からの切替が急速に進んでいる。環境・安全面でも、

2.3 PCBs 汚染底質

DMEは過酸化物を作らないので、日本の家庭用ヘアスプレー噴射ガ

炭と共に火炉に投入される。この水蒸気により熱密度が低下するので、ポリ塩化ビフェニル類（PCBs）は猛毒であり（図 2）、過去にカネミ油スとして普及している。更に、大気中で自然分解し温室効果も無いな

例えば水分 67 重量%の褐炭を用いる豪州ビクトリア州の発電所の発電症事件などの社会問題・環境問題を引き起こし、国際条約で全廃がどの優れた特性を有する。また、DMEはバイオマス・炭層中メタン等

効率は28%に過ぎない。しかし、高水分炭は輸送費を除けば安価な決まっている。しかし、国内の都市河川や港湾の底質（ヘドロ）は、過からも製造できる。

ため、発電効率は低いが、多量のエネルギーを使用して脱水するより去の不法投棄や工場廃水などの人為的由来により、高濃度に汚染さ1）も全体的には低コストになる 。ただし高水分炭を利用すると、同じ発の1.5 倍に匹敵する。
電量でも、CO2 排出量では瀝青炭（低水分炭）

図 3 DME プロセスの基本概念
Fig.3 Basic concept of DME process

れている箇所がある。
底質中のPCBsに関しては、1975 年に暫定除去基準の10mg/kg が

特に、米国と中国は、この二ヶ国だけで世界のCO2 の4 割を排出し、定められ対策が行われてきた。2000 年に施行されたダイオキシン類特別

また、多くの高水分炭を消費している。これらの国々で高水分炭を省措置法では、PCBsの一部の毒性の高いCo-PCBs（コプラナー PCBs）

エネルギー（低コスト）で脱水できれば、発電効率も向上しCO2 排出がダイオキシン類としても含まれ、底質中のダイオキシン類の環境基準

量を大幅に削減できる。既存技術（UBC 法：改質褐炭法）では、高が 150pg-TEQ/gと定められた。これにより、基準値を上回る箇所の存

このクリーン燃料 DMEの特性を活かして、「液化 DMEを再生利用する高水分炭・下水汚泥・PCBs 汚染底質の常温省エネルギー脱水
プロセス」（以下、DME プロセスと呼ぶ）
を考案した。

図 4 DME 常温脱水浄化プロセス試作機（矢印と数字は DMEの循環ルート）
Fig.4 Pilot unit of DME process

3 DME プロセスの開発
0.4m3/h（ガス体積換算 134Nm3/h）である。抽出槽は内径 15cm、長3.1 DME プロセスの概念
DME プロセスは、（財）
電力中央研究所の基本特許

さ57cm（容積 10L）の円筒状である。抽出槽で水分を含んだDMEは
2、
3）

を元に、
（財）

貯留槽を経てフラッシュし、蒸発したDME ガスは圧縮機で加圧された

温加熱して水分を蒸発させた後に、水蒸気を再び凝縮させて生じる在が多数明らかになり、PCBs 汚染問題が再びダイオキシン類汚染問題

熱を回収し、省エネルギー化を図っている。しかし、回収効率は、20として顕在化した。現在、主な処理方法として「原位置固化＋封じ込

電力中央研究所と月島機械が考案した応用特許を組み合わせた技術

年以上かけて改善が進められており、これ以上の向上は難しい。まめ」処理があるが、これはコンクリートで汚染底質を密閉する方法であり、である。その基本概念を図 3に示す。

た、UBC 法の理論上の所要エネルギーは、水の蒸発潜熱とほぼ同じ

半永久的なモニタリングが必要となる。このため、汚染底質は浚渫し、本法では、常温・7 気圧程度で、液化 DMEを用いて脱水浄化し2,100kJ/kg 水である。更に、UBC 法では、微粉炭にする必要がある

浄化されることが望ましいが、汚染底質は高水分で量が膨大であるのた後に、常温のまま5 気圧程度に減圧してDMEだけを蒸発・回収し、同試作機を用いた高水分炭の脱水試験には、高水分のインドネシア

ので、脱水後にブリケット加工を要する。

で、浄化方法には省エネルギー化、低コスト化が要求される。

DME ガスを凝縮・液化して再利用する。一方で、水や親油性物質

産のワラ炭（粒径 4 〜 8mm）を用いた。ワラ炭は炭化度が低いため、後、冷却機で常温の水によって液化して再利用される。

3.3 試作機による高水分炭の脱水

汚染底質の分離無害化処理技術のうち、比較的省エネルギーな方は蒸発せずに液体のまま排出される。ここで、DMEを二段階に蒸発さ水分が 40.6%もあり、元素組成では水素・酸素の重量割合が高い。こ法の一つとして「溶媒抽出法」がある。これは常温で有機溶媒を用いせることで、液化 DMEへの溶解度に上限（約 8wt%）がある水を分離のワラ炭を抽出槽に充填し、脱水試験を6 回実施した。平均 5.02kgてPCBsを抽出する方法であるが、汚染底質に適用された例はほとん

した後に、液化 DMEと完全混合する親油性物質を分離することも可のワラ炭（水分量 2.04kg）に、液化 DMEを100L/hの流量で90 分間、

ど無い。さらに、溶媒抽出法ではアセトン等の有機溶媒を用いるが、こ能である。

総量 150Lを供給した。その結果、平均で2.00kgの水分が除去され、れらは有毒である。また、溶媒抽出の前工程としてのPCBs 汚染底質

DME プロセスでは、DME ガスの圧縮に要するエネルギーが、脱1.3%まで脱水できることが判明した。また、石炭の乾燥減量から測定の水分の除去と、後工程としての浄化底質中に残留した溶媒の除去

水エネルギーの大部分に相当する。脱水エネルギーは、神田らによする工業分析での水分量は13.1％となり、石炭内に残留したDMEをが必要である。これらの工程では、加熱して水や溶媒を蒸発させるのりDMEの理論上の溶解度を用いて計算すると水 1kgあたり1,109kJ

含んだ値として測定された。今後、脱水後の残留 DMEの除去方法を（UBC 法の半分のエネルギー）に過ぎないことが明らかにされている1）。

検討する必要がある。脱水後のワラ炭の性状を表 1に示す。水分の3.2 DME プロセス試作機が変化しないことが明らかになった。さらに、試験後の脱水炭を、再び

図 1 瀝青炭と褐炭との違い（円グラフは石炭中の重量割合）
Fig.1 Components of bituminous coal and brown coal

重量を除去した絶乾ベースで比較すると、脱水試験の前後で、性状このDME プロセスの妥当性を実証するため、同プロセスの試作機

湿度 100%で2 週間静置後も、水分は15.3%にとどまり、日本への海上を（財）電力中央研究所にて設計・製作した。試作機は、DME ガスの輸送時の課題である、高湿度条件での再湿潤を抑制できることも明ら

下水汚泥は、我が国で年間 4.3 億 m3 発生する、最も多い産業廃棄

圧縮機、DMEを液化させる冷却器、DME 貯留槽、送液ポンプ、抽出かになった。 また、本技術が 1cm 近い粒状の石炭を脱水できたことは、物である。最初沈殿池および最終沈殿池で発生する下水汚泥は、濃槽、フラッシュ蒸留塔から構成されている（図 4）。特別な機器が不要

既存技術にはない利点である。UBC 法では、石炭を粉末状にするの縮された後、圧搾や遠心分離等の機械的脱水によりケーキ状（粘土状）

であることを実証するため、圧縮機と送液ポンプは一般的な液化 LPG

で、輸送にはブリケット加工が必要であった。この場合、貯炭場でのに脱水しても、水分が 80 重量%残る。脱水された汚泥は、衛生面と費用レシプロ型を用いた。

自然発火、発電所のミルでの爆発の懸念があったが、本技術はこれを2.2 下水汚泥用面から乾燥・焼却により減容化した後に、埋立て処分するのが一般

16 TSK 技報 2009 no.11

図 2 ポリ塩化ビフェニル類（PCBs）とはFig.2 Characteristic of Polychlorinated biphenyls

圧縮機の最大送ガス量は30Nm3/h、送液ポンプの最大送液量は解決するものである。

TSK 技報 2009 no.11

17

特集 2

ジメチルエーテルを利用した高水分炭・下水汚泥・PCBs 汚染底質の省エネルギー脱水技術の開発

表 1 DME 脱水前後のワラ炭の性状
Table1 the test result of high-moisuture coal

Energy-saving Dewatering with Dimethyl Ether for High Moisture Coal and Sewage Sludge and Sediment with PCBs

DMEを蒸発させることで分離することが可能であると考えられる。
更に、DME プロセスは、DMEの液化と蒸発を繰り返して脱水を行う
ため、この液化と蒸発に要する常温での熱交換が重要である。ここで、を図 12に示す。液化 DMEによって、Co-PCBsだけでなく、他のダイオキシン類も除去できた。毒性等量では全体の92.0%除去でき、環境基準 150pg-TEQ/g-dryを下回ることに成功した。

下水は季節にかかわらず温度変動が小さいため、大気と下水の温度差が大きい真夏と真冬に、この温度差をDMEの液化と蒸発エネルギーとして利用可能となる。すると、DMEの液化時の圧縮機や、蒸発時の減圧の操作が不要になり、理論上、消費動力を大幅に削減できる
可能性ができる。
表 2 臭気成分分析結果（硫化成分および官能試験結果）
Table 2 The test result of odorous components

図 12 液化 DMEによる汚染底質からのダイオキシン類の除去結果
Fig.12 The test result of dioxin

4

結言

図 8 PCBs 汚染底質・常温脱水浄化試験装置の模式図
Fig.8 Laboratory test process for PCBs

高水分炭・下水汚泥・PCBs 汚染底質が、高水分であるため、それぞれ脱水・燃料化・浄化が困難な点と、既存技術が高温処理のエ
ネルギー消費型である共通点に着目し、これを解決するDME プロセスを考案・開発し、基礎試験を行った。

3.4 試作機による下水汚泥の脱水

高水分炭の脱水では、粒状のまま脱水でき、既存の粉末状より安全

同試作機による下水汚泥の脱水試験の結果を示す。水分 78 重量

な脱水炭を作ることに成功した。また、海上輸送の課題である再湿潤%の下水汚泥（図 5）を、同機の抽出槽に3.2kg 充填し、液化 DME性の抑制にも成功した。

を流速 100L/h、供給時間 90 分間の条件で接触させ、水分を30 重

下水汚泥の脱水では、水分 30%まで脱水することに成功すると共に、量%に低減することに成功した 4）。除去水分量としては初期含有量の悪臭成分の除去に成功した。これにより下水処理場からの外部搬出が88%に達する。
図 9 PCBs 汚染底質 ･ 常温脱水浄化試験装置
Fig.9 The picture of test process for PCBs

また、脱水以外の効果も確認できた。まず、表 2に示す通り、メチ
ルメルカプタンが 1/100 以下に、硫化メチルも1/10 以下に低減された。

圧縮機の投入エネルギーを大幅に削減できる可能性を見いだした。

DMEにより親油性成分であるメチルメルカプタンや硫化メチルが除去されたと考えられる。一方、脱水された汚泥は灰色となり
（図 6）
、悪臭
成分は排水中に移行し茶色に濁った（図 7）。この排水処理においても、

PCBs 汚染底質の脱水・浄化では、既存技術の問題であった高含
図 6 DME 脱水後の下水汚泥
Fig.6 Dewatered sludge cakeby DME

図 7 DME 脱水処理で生じた排水Fig.7 Separated water

水状態での浄化に成功した。水分を96.6%、PCBsを99.1%除去でき、
Co-PCBsを含む底質中のダイオキシン類の濃度を、環境基準以下にす

更なる工夫を加えた。下水汚泥をDMEで脱水した後、水を吸収した
DMEを水と分離させるために蒸発させる過程で、DMEを蒸発させていくと液化 DME中の水の濃度が高くなり、液化 DME中に水が完全に溶けない過飽和状態になる。この状態では、同じ液体であっても水と液化 DMEの相に分相する。メチルメルカプタンは親油性であるのでDMEに溶けやすく、水相とDME 相を分離する事により、悪臭成分をDME 相に濃縮することが可能である。さらに濃縮された悪臭成分は、容易になり、カーボンニュートラルな燃料としての利用が期待できる。また、下水熱や低温廃熱を熱源としてDMEの蒸発・凝縮を行うことで、ることができる。

3.5 試験管スケールでのPCBs 汚染底質の脱水・PCBs 除去

このように、DME プロセスは、様々な高含水物質から常温・省エネ

都市河川から採取したPCBs 汚染底質を対象に、液化 DMEによる

ルギーで脱水できるだけでなく、高含水物質の脱臭や環境浄化など、

汚染底質からのPCBsの除去性能を検討した。毒性が強いPCBsを扱

既存技術にない応用性があることも判明した。今後、今回の基礎試験

うことから安全性を重視し、試験管レベルの実験装置（図 8,9）を用い結果をベースに、装置設計を行うためラボテストでの知見を拡充し、プた。中央のカラム（内径 11mm、10cm3）に、直径 4mmの球形（図 10）ロセス実証に向けて進めていく予定である。

のPCBs 汚染底質（含水率 60.4%）を1g 充填し、液化 DMEを20℃・

図 10 PCBs 汚染底質充填カラム
Fig.10 Column for sludge included PCBs

0.51MPaで、供給速度 4.5mL/minに固定し、供給時間を変えて総流
量 30 〜 180mLの範囲で流した。汚染底質中のPCBs 濃度は8.70mg/

参考文献

kg-dry、ダイオキシン類濃度は630pg-TEQ/g-dryである。PCBsは環

1）H. Kanda, H. Makino,et al., Energy-saving drying technology for porous

境基準濃度 10mg/kg-dry 未満を満たしているが、ダイオキシン類濃度

media usingiquefied DME gas., Adsorption, Vol.14, pp.467-473 (2008)

は環境基準 150pg-TEQ/g-dryを超えている。これはPCBsの内、ダイ

2）H. Kanda, H. Shirai, Method for removing water contained in solid inusing liquefied material.Chinese Patent 100350996, Indonesian Patent

オキシン類にも分類されるCo-PCBsの濃度が高いためである。

0018953 (2002)

液化 DMEの総流量と、実験後の底質に残留した水分・PCBsの濃3）神田, 液化物を用いた含油物質の脱油方法, 特開2007-237129 (2007)

度を図 11に示す。図 11から、水分とPCBsを同時に抽出することが4）神田ら, 液化ジメチルエーテルを利用する下水汚泥ケーキの省エネルギー可能であるとともに、180mL 流通させた場合、水分を96.6%、PCBsを脱水技術, 廃棄物学会論文集,Vol.19, pp.409-413 (2008)5）H. Kanda, Super-energy-saving dewatering method for high-specific-

99.1%除去することに成功した。PCBsを高濃度の液体の形で分離でき
図 5 DME 脱水前の下水汚泥
Fig.5 Sewage sludge

18 TSK 技報 2009 no.11

たことで、その後のPCBsの分解工程が簡便になると考えられる。また、
PCBs 問題が再び顕在化した原因である、ダイオキシン類の除去結果

surface-area fuels by using dimethyl ether., Adsorption Science and
図 11 液化 DMEによる PCBs 汚染底質からの PCBsと水分の抽出特性
Fig.11 Extraction charasteristics for sediment included PCBs

Technology, Vol.25, pp.345-349 (2008)

TSK 技報 2009 no.11

19

特集

3

2 低動力型高効率遠心脱水機の特徴

低動力型高効率遠心脱水機（CA-G 型）

低動力型高効率遠心脱水機（以下、低動力型とする）の主構造を
図 2に示す。尚､ 従来の月島機械製高効率型遠心脱水機（以下、従来型とする）
に対する本遠心脱水機の主な特徴は、以下の3つである。

Low Power, High Efficiency Centrifugal Dehydrator (Type CA-G)（1）消費電力の低減（従来型比、20 〜 40％減）（2）
メンテナンス性の向上（回転体の現地分解が可能）（3）省スペース化（従来型比、50 〜 60％減）（1）消費電力の低減
図 3に遠心脱水機の消費動力の概念図を示す。遠心脱水機の動力基本式は式１（図 3 内）で表され、機械的動力損失、固形物（脱水汚泥）の搬送動力、流体（分離液）の加速動力の3 つに分けて考える

Abstract

ことができる。ここで、低動力型は、主として以下の2 つの工夫で省A low power, high efficiency centrifugal dehydrator was developed to deal with global

電力としている。

warming, realizing increased power savings and low-moisture cake at sewage treatment①分離液排出口の小半径化による流体の加速動力の低減

plants where about 800 centrifugal dehydrators have been operating in Japan to date, owing②回転体の軽量化による機械的動力損失の低減

図 2 低動力型高効率遠心脱水機（CA-G 型）の基本構造
Fig.2 Basic structure of Low Power, High Eﬃciency Centrifugal
Dehydrator(Type CA-G )to the large processing capacity per unit, easy odor control and operation.
Features of the developed dehydrator are described including benefits of improved maintenance by on-site dismantling of motors leading to shortened motor overhauling time thattook about a month or two, 20~40% less power consumption and 40~50% less installation

梅染 俊行

space.

遠心脱水機における流体の加速動力は式 2で表される。液体の排出口半径が大きいほど流体の速度は増加し、高い運動エネルギーを持つことになる。つまり、分離液の排出半径を小さくすることで、流体の加速動力を低下させ、消費電力を低減させることができる。低動力

UMEZOME Toshiyuki
水環境事業本部
ソリューション技術部
下水グループ①分離液排出口の小半径化

キーワード：下水処理場、遠心脱水機、低動力、維持管理、省スペース
Keyword：Sewage treatment plants, Centrifugal dehydrator, Low power consumption, Easy operation and maintenance,
small space型は、図 4に示すように、従来型に比べて、ボウルのL/Dを大きくする
ことで、分離液排出半径を小さくしている。
Pα＝ρQr2 ω2

1 はじめに我が国の下水処理場において、遠心脱水機は、自動化が容易で･･････････ 式 2

Pα

：加速動力
（ｋW）

ρ

：流体の密度（kg/m3）Q：流体の流量（m3/sec）ｒ：流体の排出口半径（ｍ）

ω：流体の角速度（rad/sec）

図 3 遠心脱水機の消費動力（概念図）
Fig.3 Diagram of power consumption of centrifuge dehydrator

運転管理しやすい脱水機として1970 年代から採用が増加した。1990
年代には、焼却や処分コストの低減を図るために、標準型より含水率②回転体の軽量化

を約 3 〜 4％低減した脱水汚泥を得る高効率型遠心脱水機が開発さまた、低動力型は新しいボウルデザインを採用したことで回転体全れたことで設置台数が大きく増え、現在、約 800 台の遠心脱水機が体が軽量化され、機械的動力損失 Phを低下し消費動力が低減した。

稼働中である。また、遠心脱水機は他の脱水機と比較して大型機（処なお、低動力型の標準運転遠心効果は2,300 〜 2,600G（型式によ3が製造可能であり、設置台数を低減できることか
理量：30 〜 80m /h）り異なる）であり、従来型の標準運転遠心効果 2,000Gに比べて高く設ら、中大規模処理場で普及している。

定している。遠心効果を高くすると消費電力は増加するが、低動力

近年、下水処理場においても、省エネルギー化、コスト削減が求め

型は標準運転遠心効果で従来型と比較して、消費電力が 20 〜 40％

られるようになった。そのため単位処理量あたりで比較すると、消費低減されている。

電力が大きく、維持管理費が高い遠心脱水機の新規採用は減少している。とりわけ、オーバーホールの際、回転体（ボウル、スクリューコン（2）
メンテナンス性の向上

ベヤ）を整備工場への持ち帰る必要があり、脱水機の運転停止期間

低動力型では、下記の改良により、
メンテナンス性を向上させている。

が 1 〜 2ヶ月におよぶことは、遠心脱水機の大きな欠点である。
低動力型高効率遠心脱水機（CA-G 型）は、これらの欠点を改善したものである。その特徴、性能について以下、報告する。図 1に低動力型高効率遠心脱水機の外観を示す。

20 TSK 技報 2009 no.11①回転体の現地分解（ボウルとスクリューコンベヤ）を可能とした。
図 1 低動力型高効率遠心脱水機外観Fig.1 Photograph of Low Power, High Eﬃciency Centrifugal Dehydrator②グリース潤滑方式を採用したため、潤滑ユニットと冷却水供給が不要になった。

図 4 低動力化の原理
Fig.4 Principle of lowering power consumption

TSK 技報 2009 no.11

21

特集 3

Low Power, High Efficiency Centrifugal Dehydrator (Type CA-G)

低動力型高効率遠心脱水機（CA-G 型）①回転体の現地分解が可能

たが、低動力型ではグリース潤滑とした。潤滑ユニットが不要になった

遠心脱水機は、運転状況によって変わるが、運転時間 20,000 時間

ことで、冷却水の供給も不要となり、必要ユーティリティは洗浄水のみ

または3 年毎にオーバーホールを要する。従来型では、その際に回転となる。そのため、低動力型は、本体周りがシンプルになり、メンテナ

体全体を整備工場に搬出し、スクリューコンベヤ刃先のチップの交換

ンス性が向上するほか、毎年のオイル交換も不要になる。

低動力型高効率遠心脱水機を処理場に仮設し、既設高効率型遠心脱水機（以下、既設高効率型とする）と性能を比較した。なお、Aおよび B 処理場共に、凝集剤は既設と同じものを用いて、同程度の薬をおこなう必要があった。しかし、低動力型では、現場でボウルとスク
リューコンベヤの分解を可能とした。従って、予備スクリューコンベヤ

3 脱水性能および省電力性能（3）省スペース化

注率で運転し、同程度のSS 回収率（97 〜 98％）で、脱水汚泥含水を用意することで、オーバーホール時の設備停止期間を、約 2ヶ月か

低動力型は、回転体と差速用電動機を直列に配置し、差速用電率および消費電力を測定した。

ら1 週間程度に短縮することができる。
（交換したスクリューコンベヤは、動機の同軸直上（または直下）に主電動機を配置することで、本体設実験条件を表 1に示す。

整備工場にてチップを交換し、バランス調整後、次回オーバーホール

置面積が従来の高効率型遠心脱水機の50 〜 60％となっている。ま

時に再使用する。
）図 5に現場での回転体の分解作業状況を示す。

た、従来型では回転体にベルト張力による水平方向の力が加わっていたが、この電動機配置により、回転体に加わる力は軸方向および垂②グリース潤滑方式

直方向のみになり、異常振動が起きにくい構造となっている。

メインベアリングの潤滑について、従来型では強制油潤滑としてい図 6に標準処理量 15m3/h 機における設置面積の比較例を示す。

（1）A 処理場（混合生汚泥）の例
A 処理場での運転事例を図 7に示す。
低動力型は、既設高効率型に対し、脱水汚泥含水率が 3 〜 4pt低下した。また、消費動力は、既設高効率型に比べて、標準処理量 7m3/hにおいて、約 40％低下した。
（2）B 処理場（嫌気性消化汚泥）の例
B 処理場での運転事例を図 8に示す。
低動力型は、既設高効率型に対し、脱水汚泥含水率が 2 〜 3pt低下した。また、消費電力は、既設高効率型に比べて、標準処理量 7m3/hにおいて、約 30％低下した。
A、B 処理場ともに、低動力型は、既設高効率型と同等以上の脱水性能をもち、処理量あたりの消費電力が、30 〜 40％削減されることを確認した。また、処理量 10m3/hまでは、1m3/hあたりの消費電力は

図 7 運転事例（A 処理場：混合生汚泥）
Fig.7 The Comparison of the dewatering performance with existing machine(Mixed raw sludge)

低下している。処理量増加による含水率の上昇は、いずれも1pt 以内と小さく、許容脱水汚泥含水率等の条件によっては、処理量を増加させることて、消費動力を下げることが可能である。

表 1 実験条件
Table1 Experimental condition

図 5 現場での回転体の分解作業状況
Fig.5 Rotor dismantling on site.(ex.CA309G,20m3/h)

図 6 標準処理量 15m3/h 機での比較
Fig.6 The comparison of space with 15m3/h centrifuge dehydrator

22 TSK 技報 2009 no.11

図 8 運転事例（B 処理場：消化汚泥）
Fig.8 The Comparison of the dewatering perfomance with existing machine(Digested sludge)

TSK 技報 2009 no.11

23

特集 3

低動力型高効率遠心脱水機（CA-G 型）

製品紹介（3）遠心効果と消費電力の関係
A 処理場において低動力型の遠心効果を変化させたときの脱水汚1

泥含水率と消費電力の変化を図 9に示す。
遠心効果を下げると消費電力も直線的に低下しているが、脱水汚泥含水率は、2,300Gと2,000Gでは変化が小さく、2,000G 以下で大きく上昇している。この対象汚泥の場合、遠心効果を2,000Gまで下げて運転することで、性能を維持したまま、省エネルギーをはかることができる。

4

横浜市南部汚泥資源化センターにおける情報統合システムの運用について
Operation of Plant Information Integration System of Nambu
Sludge Recycle Center of Yokohama City

温室効果ガス削減効果について一例として、処理量 30ｍ 3/ｈ機において、低動力型高効率遠心脱水機と高効率型遠心脱水機の運転時の温室効果ガス（GHGs）
排出量を試算した結果を、表 2に示す。低動力型高効率脱水機は省電力化によりGHGs 排出量を19％削減することができる。

図 9 遠心効果と消費電力の関係（A 処理場）
Fig.9 The relationship between centrifugal eﬀects and power consumption

Abstract

5 まとめ
低動力型高効率遠心脱水機は、従来型と比較し、消費電力を20

表 2 温室効果ガス排出量比較（A 処理場 流入水量 75,000m3/ 日）
Table2 The Comparison of greenhouse gas emmisions(A-plant,inﬂuent quantity 75,000m3/d)

Tsukishima Technology-Maintenance Service Co., Ltd. (TTMS) was entrusted by Yokohama
City with the inclusive operation management and maintenance of the city’s Nambu Sludge〜 40％削減できる他、メンテナンス性を大きく改善してあることに加え、Recycle Center. As a result, TTMS developed and introduced “Plant Information Integration

大幅な省スペース化もされている。

System,” a tool for monitoring the Center in realizing efficient operation and long life.

本遠心脱水機は平成 18 年 4月〜平成 19 年 7月に、「新高効率型遠心脱水機に関する研究」として、（財）下水道新技術推進機構殿と共The integrated system, composed of three functions that are “Operational Status, Infor-

同研究を行い、外部評価を受けている。そして、その内容は「低動mation Management, and Vibration Diagnosis,” manages operational status outline and up

力型高効率遠心脱水機

to details. The system and operating methods have been improved through many discus-

技術マニュアル」（図 10 参照）
として発刊さ

金井 清貴

れている。

KANAI Kiyotaka

下水処理場向け受注実績としては、消化汚泥用脱水機として

月島テクノメンテサービス（株）
包括委託管理部

3

20m /h 機（CA309G）1 台が 2010 年度から供用を開始する予定であsions with the customers during approximately one and a half years since adopting thesystem up to now. The system realizes the needs of customers for monitoring of the plantwith ease and verifying the status at any time.

る。今後、消化汚泥のような難脱水性の汚泥や、汚泥集約処理設

Future important task of TTMS is combining “safe and stable plant management” with

備のような大規模かつ性状変動の大きな下水処理場を対象に適用を“efficient operation management” in the inclusive consignment and Private Finance Initia-

見込んでいる。

tive (PFI). This system will be established and applied as a tool for plant monitoring, effi-

また、低動力型高効率遠心脱水機を活かし、下水汚泥以外に新cient operation management and increasing plant life, leading to orders and applications in

たな適用拡大が期待できる。民間工場等の産業排水処理より排出さthe inclusive consignments that will increase in the future.

れる汚泥脱水にはもちろんのこと、昨今の地球環境保全、CO2 削減でキーワード：情報統合システム、包括委託、モニタリング
Keyword：Plant information integration system, Inclusive private organization consignment, Monitoring

脚光を浴びているバイオエタノール製造工程への適用、さらには石油化学由来の各種化学品製造工程の固液分離装置として幅広く適用できるものと考える。

林 丈憲
参考文献

HAYASHI Takenori

1）経済産業省･ 環境省令第3 号、特定排出者の事業活動に伴う温室効果ガスの月島テクノメンテサービス（株）
維持管理技術部

排出量の算定に関する省令、第2 条第4 項（2006）
2）社団法人日本下水道協会、下水道における地球温暖化防止実行計画策定の

1 はじめに
月島テクノメンテサービス（以下、TTMS）では、横浜市南部汚泥資
源化センター（以下、南部センター）において包括的管理委託（以下、手引き、p.23（1999）

包括委託）を受託し、その業務遂行にあたり包括委託向けツールとして開発した「情報統合システム」（以下、本システム）を導入した。
包括委託では、総合的な管理を求められる。その為には各種情報の管理・活用による効率化が必要となる。本稿では横浜市環境創造
図 10 低動力型高効率遠心脱水機新技術研究成果証明書
Fig.10 The certiﬁcate for the research results of "Low Power, High Eﬃciency
Centrifugal Dehydrator"

24 TSK 技報 2009 no.11

局殿（以下、顧客）と共同で特許出願した本システムの概要と導入効
果を紹介する。

TSK 技報 2009 no.11

25

製品紹介 1 横浜市南部汚泥資源化センターにおける情報統合システムの運用について

Operation of Plant Information Integration System of Nambu Sludge Recycle Center of Yokohama City

2 南部汚泥資源化センターの施設概要及び包括委託内容ている「性能発注の考え方に基づく民間委託のためのガイドライン」に

2.1 施設概要

示されているレベル2に該当する。

が包括委託として業務が拡大された部分であり、国土交通省が発表し南部センターは、水再生センター（下水処理場）6 箇所及び浄水

この包括委託では運転管理だけでなく、施設の運営管理までを

場 1 箇所より発生する汚泥を送泥管にて圧送し、集約処理を行ってい

TTMSが行うものであり、運営管理が適正になされているかどうかを顧る。横浜市の半分の汚泥を処理しており、日本最大級の汚泥処理施

客に評価（モニタリング）
されることになる。前述のとおり南部センターは設である。表１に包括委託の範囲を示す。

大規模な施設であり、設備毎に建屋が別れている。「（６）場内 LAN

敷地面積
処理量

約 123,000m2
約 9,000 〜 10,000m3/日（汚泥濃度 1 〜 1.5%）

2.2 包括委託内容
南部センターの主な包括委託業務範囲を以下に示す。
（1）
対象施設の運転操作及び監視（４）
南部センターの運営に必要な管理業務（庁舎清掃、排ガス分析、

日々の監視業務・保守点検業務で得た運転概況情報
（表 2）
の中か
ら特に重要な情報を管理する機能であり、以下の特徴がある。
①各設備の異常の有無が一目でわかる（図 3）②設備情報管理システムから故障・点検時の異常データを自動で連携させる③設備の運転概況をダイジェスト版で報告する
（図 4）

の構築」
という仕様に対しては、図 1のようにネットワークを構築し、デー

運転概況システムでは稼働状況や異常の有無を把握すると共に全タの統一及び情報の共有化を図った。 場内 LANには、設備の運転

体概要が確認でき、さらに詳細情報が知りたい場合は、３．
２（1）で説

状況を閲覧できるツールとして、「運転概況システム」、設備の保守状明する設備情報管理システムの故障管理にて発生の経緯から対応、況を確認するツールとして「設備情報管理システム」を導入し、運転・処置、今後の対策まで細かく確認ができる。顧客と行う毎朝のミーティ

保守情報を迅速に提供可能な環境を整えた。これらは運転管理やモングで、このシステムに登録された情報を基に日々の運転状況報告をニタリングを容易にするツールでもある。

行い、情報の共有化を図っている。
（2）
予定表
（図 5）

（2）
対象施設の保守点検（3）
薬品・物品等の調達（1）
各設備の運転概況

3 システム概要

顧客・TTMS 双方の予定をカレンダー様式の画面に書き込み、誰でも閲覧が可能となっている。工事や点検・行事・会議等の予定を共有

電子計算機点検等）

本システムは、3つのシステム（①運転概況システム、②設備情報

（５）
軽微な修繕
（小規模修繕）管理システム、③振動診断システム）から構築されており設備状況の（６）
場内 LANの構築

概要から詳細までを管理するものである
（図 2）
。

（3）
掲示板
（図 6）

3.1 運転概況システム

要・配置図、外部委託点検スケジュールなど 顧客・TTMS 双方でや調達の柔軟化などによるコスト縮減が可能と言われている。
（３）
〜
（５）

し、詳しい内容については掲示板機能を利用し情報を補填している。
予定表の表示は、2 週間及び月間の切換えが可能である。
予定表からボタン一つで切換えができる。 工事の工程表や工事概包括委託は、電力費、薬品費や修繕費などを含めて委託することで、民間の創意工夫による効率的な維持管理が可能となり、人件費削減

図 4 各設備の状況※１
Fig.4 Situation of each plant

運転概況システムは、南部センターの運営状況の全容をダイジェス
ト版で報告・確認するものであり、以下の3つの機能からなる。

情報共有が必要なものをファイル形式で添付できる。掲示する期間が指定でき、掲示期間が終了すると自動的に掲示板より削除される。
表 2 運転概況情報
Table2 Operation general-condition information

表 1 委託範囲
Table1 Consignment range

図 5 予定表※ 1
Fig.5 Schedule

図 2 情報統合システム概要
Fig.2 Outline of Plant Information Integration System

図 1 南部センター場内ネットワーク
Fig.1 Local area network in Nambu Sludge Recycle Center

26 TSK 技報 2009 no.11

図 3 運転概況システム（メイン画面）※１
Fig.3 Plant operation outline system(main screen)

図 6 掲示板※１
Fig.6 Bulletin board

TSK 技報 2009 no.11

27

製品紹介 1 横浜市南部汚泥資源化センターにおける情報統合システムの運用について

3.2 設備情報管理システム

Operation of Plant Information Integration System of Nambu Sludge Recycle Center of Yokohama Cityシステムの機能として対応やメーカ調査報告書、故障時の写真を添に振動測定を行った。このとき振幅・速度は正常であったが加速度の3.3 振動診断システム

設備情報管理システムはTTMSが従来から開発・活用しているツー

付・閲覧できるようになっており、類似故障が発生した場合の対応時

設備の運転に重要な高速回転機器の診断として、振動診断システ

ピーク値が異常に高く精密診断で内輪のキズと特定できたため、振動

ルで、南部センターでは主に図 7の実線枠で示す4つの機能を利用し間の短縮や予防保全・再発防止に活用している。また故障管理機能

ム（JFE アドバンテック製：MK210）を使用し定期的に振動データの測測定を毎日実施し、経過観察を行った（図 11）。 経過観察の中ではている。

を利用し、月間報告時に月別の故障完了一覧・未完了一覧を顧客に定を行い、傾向管理やベアリングの精密診断を行っている。

加速度のピーク値、平均値ともに徐々に増加傾向にあり、キズが肥大

（1）
故障管理
（図 8）

提供している。

振動診断にて未然に故障を防止した事例を紹介する。

しているのがわかりベアリングの交換（図 12）を行うことにより、故障に

（2）
点検管理

昨年 11月に焼却 4 号炉の流動ブロワで異音が発生したため、臨時よる設備の緊急停止を回避することができた。

機器の故障情報を発生から対応・完了までをデータベース（以下、DB）化している。発生状況や処置・対応状況はTTMSにて入力、完

日常設備点検に携帯端末（以下、PDA）
を使い、現場で入力した情了確認は顧客で入力し、次に示す手順にて全てシステム内にて実施し報をDBに取り込むことで、機器の傾向管理や点検頻度の見直し等にている。

活用する。PDAでは過去 13 点のデータをグラフ表示する機能があり、①故障発生報告（TTMS）

機器異常の早期発見ができる（図 9）。また相関のある点検データを1②対応状況報告（TTMS）つのグラフに出力でき、号機ごとの比較等が可能で、点検データ活用③必要に応じて復旧方法等についてコメント（顧客）を容易にしている。

④復旧・修理報告（TTMS）（3）
予備品管理（図 10）⑤完了確認（顧客）※①から⑤の順に業務が流れる

消耗品（予備品）の入出庫情報を管理し年間使用量の把握や在庫管理に活用している。

図 11 精密診断結果※１
Fig.11 Precise diagnosis result

図 7 設備情報管理システムの機能
Fig.7 Function of Plant information management system

図 9 PDA データのグラフ表示※１
Fig.9 Graphical representation of PDA data

図 10 予備品管理画面※１
Fig.10 Screen of spare pants management
図 8 故障管理画面※１
Fig.8 Screen of trouble management

28 TSK 技報 2009 no.11

図 12 ベアリング写真
Fig.12 Bearing photograph

TSK 技報 2009 no.11

29

製品紹介 1 横浜市南部汚泥資源化センターにおける情報統合システムの運用について

表 3 施設・設備状況の報告・確認方法
Table3 Report and check method of facilities and plant situation

細かい運転や故障の状況を伝えることは難しく、双方の解釈が異なるこ製品紹介とがあった。現在は朝のミーティングを実施し、問題は解消している。

2

今後も日常や月間にて報告する事項、情報統合システムに掲載する事項それぞれを活用し、業務履行状況報告及び確認を迅速に進めていく予定である。

エアモールド装置、アクアモールド装置（2）システムのスピード

Airmould:Gas-assisted injection moulding process machine
Aquamould:Water-assisted injection moulding process machine

運転概況システムは、マイクロソフト社のAccesｓにてプログラムを製作している。日々のデータ（1日のデータ約 250 点、年間約 9 万点）が蓄積されるとデータの読み出し及び閲覧に時間が掛かる問題点があり、システム改良を検討している。
（3）
設備情報管理システムの更なる活用
設備管理の情報で重要なものに補修履歴がある｡ 現在の設備情4 活用状況及び今後の課題

報管理システムにはTTMSによる小修繕のみ履歴登録しているが、毎4.1 導入状況

きれば設備管理上の利便性は格段に向上する｡ これを実現する機能

4.1.1 システムの導入年行われる大規模修繕や設備更新の情報と図面類が簡単に活用でとして工事発注時に簡易ツールを使った工事情報の提出と工事資料の現在、導入後約 1 年半を経て、不具合や画面表示の修正・操作（図面類）の電子化を含めることで、これらの情報取り込みを容易にで性等について顧客と協議を重ね、改善を行い、システムとしての完成

きる｡ 今後は、外部発注仕様に上記を活用することにより情報取得す度を高めてきた。また改良と並行してシステムの運用方法についても、るよう顧客に提案していきたい｡

Abstract
Airmould, a nitrogen gas-assisted plastic foam injection molding process machine is

顧客との定例会にて構築を図ってきた。表 3にシステム導入前後の報

described, developed by Wittmann-Battenfeld GmbH based in Austria/Germany, and which

告及び確認方法の変化を示す。

Tsukishima Techno Machinery Co., Ltd. (TSTM) has been a distributing agent of Airmould

4.1.2 蓄積データの活用

5 おわりにfor about 20 years.

各システムの蓄積データは日常報告・月間報告及び提案書評価報

TTMSにとって重要な課題は包括委託やＰＦ
Ｉ等において「設備管理告（年間報告）の資料作成に活用している。システム導入 2 年目の今の安全 ･ 安定」と「効率的に運転管理すること」
を実現することである｡

年度は、蓄積したデータを分析し、業務の効率化を図った。 以下に本システムはこれらを実現すると共に、顧客のニーズである「モニタリン

事例を示す。

グの容易性といつでも確認できること」
を実現することができる。これは

板倉 正治

（1）
点検頻度の見直し（点検データの活用）

今年度の下水道研究発表会にて横浜市殿にて発表した「モニタリング

ITAKURA Masaharu

毎日点検を実施している機器について数値・状況に変化がないものの現状と課題」 の中で、情報統合システムをそのツールとして紹介をし

月島テクノマシナリー株式会社
産業機械事業部

は、点検回数を減らし週 1 回または月1 回の点検に変更した。 但し、ていることからも推測できる。今後は、本システムをモニタリングだけで

1)

The Airmould system features advantages in quality, quantity and cost of production:1) No visible moldings, and less warpage.
2) No visible sink marks of moldings.
3) Reduced production cost with less material used.
4) Reduced cycle time realizes increased production capacity.

点検回数の見直しは、設備が故障しても施設の稼働に問題がないもの

なく、施設の効率的な運転や設備の延命化を図るツールとして活用し、

Aquamould, a water-assisted system with more benefits than Airmould is described with

（例：予備機があるもの）
について実施している。

これから益々増えるであろう包括委託の受注・活用につなげていきたい。

such advantages as shorter cycle time and improved inner surface condition, further expand-

最後に、システム開発・改良にご協力いただいた横浜市環境創造

ing its application to automotive products process. From the middle of 2009, TSTM will start

見直しを行ったことで削減できた時間は、予防保全等、必要な保守に時間を割くことが出来るようになった。

局殿へ心より感謝申し上げます。

distribution of Aquamould.

※ 1 掲載図上のデータは現地情報を参考に作成したもので実運転

キーワード：発泡成形、ガス成形、水成形
Keyword：One of the foamed plastic injection moulding process, TSTM is distributing Airmould process（2）
定期修理・更新の要望（故障報告データ・振動診断データの活用）
2007 年 7月〜 2008 年 7月までの1 年間に発生した故障原因・内容をとりまとめ、経年劣化が原因である故障や部品の供給が終了してデータではありません。

おり修理が困難である機器を抽出した。
抽出した機器は、顧客にて計画・実施している定期修理（大規模修繕）や更新の要望事項として、次年度計画に反映してもらうよう要望

参考文献

書を顧客へ提出した。

1）横浜市

振動診断データについても予防保全への活用だけでなく、定期修
理実施時期を見極め、顧客へ提案していく予定である。

堀 義彦：＜横浜市南部汚泥資源化センター包括的管理委託「モニタリングの現状と課題」＞

社団法人日本下水道協会

発表会講演集,P.365（2008）

第45回下水道研究はじめにされた。月島テクノマシナリーはガスアシスト法をドイツ・オーストリアの
Wittmann-Battenfeld 社より輸入、営業・メンテナンス活動を通して

4.2 今後の課題（1）
運用方法について樹脂の射出成形に於ける成形上の諸問題解決方法として、この十数年、ガスアシスト法が採用されている。ガスアシスト法の採用は、成約 20 年になる。水アシスト法は今年より販売開始を予定している。
ガスアシスト法（成形）を採用した成形装置を『商品名：エアモールド

導入当初はシステムの活用徹底を図ることが第一になり、通常行って形品の外観向上、強度アップ、中空化による軽量化及びコストダウ

装置』、水アシスト法（成形）を採用した成形装置を『商品名：アクアモー

いた顧客とTTMSの日常報告（朝のミーティング）を実施せず、システム

ン、型締力を低め設定可能による設備投資の軽減など、多くの利点

ルド装置』
と言う。

に記載することが日常報告となっていた。しかし、システム閲覧だけでは、を生み出している。近年ガスの代わりに水を用いた水アシスト法が開発

30 TSK 技報 2009 no.11

それぞれの特長を以下に述べる。

TSK 技報 2009 no.11

31

製品紹介 2 エアモールド装置、アクアモールド装置

Airmould:Gas-assisted injection moulding process machine Aquamould:Water-assisted injection moulding process machine

1 エアモールド装置（ガスアシスト成形）

4）
薄板状成形が可能

1.1 概要ガスアシスト成形とは、金型への樹脂（材料）充填の適当な時（一般1.4 エアモールド装置の特長と役割で開発された基本プロセスをBattenfeld 社が、成形機とガスインジェ

残留応力が大きく歪みが発生し易い薄板状成形には、適度なリブ

１）ガスユニット：連続方式で37L アキュムレータ
（気蓄器）に蓄圧されクション装置を長年にわたり市場に送り出して来た実績と豊富なノウハ部分を設けてガスを注入することにより、ヒケの防止のみならず低圧にるので、中・大容量の時でも複数台の成形機に対してもガスの不足なウを基に実用化した装置であり、下記の特長を持っている。 尚 1 号

よる樹脂充填が可能になった。例として大型テレビ、パソコン、プリン

しで良好な成形が可能である。

Battenfeld 社デモ機は2001 年Ｋ展に展示され又 2002 年にはIKV

的には樹脂射出に続きノズルから、又は金型の製品部に直接）に成形

ター等の外枠。

２）圧力調整器：5 段階の圧力と時間をデジタルハンディパネル（ハンドに納 入され多くのテストが行われた。2007 年 K 展や2008 年ドイツ

厚肉部に高圧不活性ガスを注入、中空部を持つ製品を成形する技術

5）
不均衡な肉厚部ある板状成形が可能

ヘルドコントローラ）で各々設定が可能であり、多様な成形パターンに

KMO 展でも良好なデモが行われた。

である。高圧不活性ガスはその圧力で樹脂の流動を支援し、冷却時金型を加工・細工し部分的に厚い処へガスを注入して、肉厚部の適合させる事が出来、良好な成形が可能である。外形寸法が、W200の保圧を行う。従って中空部大きさは、製品設計と最初に射出する樹

ヒケを防止することが可能となった。例としてパチンコ台の外枠。

×D120×H270mmと小さく設置場所を問わず成形機機側（内）に設

脂量で決まる。（図 1）6）パイプ形状の成形品の軽量化置も可能。（消費するガス量は配管が短くなり、少なくなる。）

1.2 ガスアシスト成形の特長

紙送りや自動販売機商品送りシャフト。

1.5 適用材質

1.3 エアモールド装置の構成（以下の 5 つのユニットにより構成）

用途に応じ殆どの材質に適用可能。

ガスアシスト成形は、従来の射出成形に比べて、内部のプラスチックがガスによる中空になることで冷却時間が減少し等の値が大きく異なり、その為にガスインジェクションでは得られない多PC、PP、PE、PS、ABS、PMMA、PBT、PA 等耐熱・耐衝撃など
1）
コンプレッサーユニット（ガスを常用圧力29.4Mpa 迄昇圧する）

1）
サイクルタイムの短縮を成形機からの信号により5 段階迄の成形条件；時間・圧力設定可能）

2）
固化迄の間の保圧 / 圧力での金型への押し付けでヒケを解消

3）圧力調整器（ハンドヘルド等にて設定されたプログラムに従いノズル

2.1 概要3）
中空部分の材料の減少による軽量化と強度のアップやニードルへの高圧ガスを注入）

製品形状に対するガスアシスト成形の優位性は、ガスの分布が棒状成形品においては優れる為、ハンドル状成形品
に対して50%の重量軽減、冷却時間の短縮、ヒケ・反りの解消が2）
ハンドヘルドコントローラ又はモービルコントロールユニッ
ト（昇圧したガスくの特長がある。
上記比較について水とガスの数値を記す。（表 1）

2 アクアモールド装置（水アシスト成形）て、サイクルタイムの短縮がなされる。

水はガス（窒素ガス）と比較して熱伝導率（約 40 倍）、熱容量（約 4倍）、密度（約 500 倍）、粘度（約 30 〜 50 倍、温度・圧力による）ローラーシャフトの中空化と軽量化が可能となる。例としてプリンター

1）
サイクルタイムの短縮

2.2 水アシスト成形の特長

内部のプラスチックが水により直接冷却される為、サイクルタイムの短縮がなされる。（図 3）

アクアモールド装置はアーヘン工科大学プラスチック研究所（IKV）

4）
ノズルやニードル（金型に取付られガスをプラスチック内へ注入）
5）
窒素発生装置（オプション）（図 2）可能となる。例として車のアシストグリップやドアハンドル、冷蔵庫ドア

表 1 熱伝導率と熱容量等についてのガスとの比較
Table1 Comparison table between water and gas

ハンドル等がある。

図 1 エアーモールド（ガス）
・アクアモールド（水） 原理 / 概念図
Fig.1 Conceptual ﬁgure of water / Gas assist injection process

図 2 エアモールド・システム構成
Fig.2 System Conﬁgulation of the Gas assist injection

図 3 50 秒冷却後の温度分布
Fig.3 Temperature distribution ﬁgure after 50 seconds cool down

32 TSK 技報 2009 no.11

TSK 技報 2009 no.11

33

製品紹介 2 エアモールド装置、アクアモールド装置

Airmould:Gas-assisted injection moulding process machine Aquamould:Water-assisted injection moulding process machine

2）
均一な肉厚

ることでそこにあった 材料：余剰 となった材料を金型の別に設けた箇

ガスインジェクションにおいては均一な肉厚成形品を得る事は大変難し
く、特にパイプのベンドにおいては顕著に現れる事は良く知られている。

1）ウォータープレッシャーユニット（水を27.6Mpa 迄昇圧し、24.8Mpa

1）
ロッド形状の成形有効である。

以下で使用する）＊外径断面は50mm 以上も可。 内径は20mm 以上が適している。

2）
プレッシャーコントローラ（成形機からの信号とタッチスクリーンにて、9最小肉厚 2mm、肉厚は外径の10から50%（ガスの場合は外径のポイント迄の成形条件；時間・圧力設定可能）

15%程度）。円形、楕円形形状のもの。

言える。

3）
ウォーターモジュール（プレッシャーコントローラにより制御され、ウォー＊最短長は断面の5 倍。

3）
きれいな円筒内面

ターニードルへの圧水を注入）

2）
パネル形状の成形

IKVのテスト結果によると、アクアモールドを使用した場合肉厚分布はディレイタイム（遅れ時間）
を調節する事は決められた肉厚を得る有効な手段であり、水圧の調整よりも肉厚の決定に大きな影響をもたらすとガスに比べて均一な肉厚が得られる理由については以下の様に考え

2.5 水アシスト成形に適した製品形状

所に流す）させるプロセスか、ポリマー材をスクリューへ戻すプロセスがガスインジェクションに比べて遙かに均一で有ることが証明されている。
られる。

2.3 アクアモールド装置の構成（以下４つのユニットにより構成）（1）2 色成形の経験にてコアー材質の粘度がスキン材質より大きい場

高い粘度の水がポリマーの中心から注入され均一にポリマーを押し4）ウォーターニードル（金型に取付られ、プレッシャーコントローラからの＊厚さは3.5mm 以上。

合、コアー材質の均一な分布によりスキン材質の均一な分布が得られ広げながら前進してゆくためにきれいな内面が得られる。これは特に流油圧信号で稼働、圧水のシャットオフニードル弁）
が成形品の他に必要＊厚肉部分はウォーターチャンネルとなる。

ることはよく知られている。コアー材質の粘度が小さい場合コアー材の体を流す配管やダクト形状の製品を作る場合必要となる。

となる。

＊ウォーターチャンネルの大きさは製品に適合させることになる。

均一分布は難しいことも知られている。

4）
外観（型との当たり面）の仕上がりの良さ

2.4 水の排出2.6 適用材質

スキン材に比べてコアー材の粘度が小さい場合、コアー材は容易にショート、ショート成形の場合ガスインジェクションでは、ポリマーの注

フローパスの終点まで達し、スキン材を充分押し広げることは出来なく、入後高圧低粘度の窒素ガスが注入されると、ポリマーの流動速度が1）
ウォーターインジェクターにて重力により排出突然上昇することがあり、ヘジテーションマーク
（ポリマーの速度の変化

ポリマー流入路の形状、寸法により重力排出が困難な場合もある。

による表面のしわ）の原因となる。

2）
ウォーターインジェクター 2より圧縮空気（50から150bar）
により排出

このような現象はガスインジェクションでは経験済みである。
以上に記したことから、アクアモールドプロセスでは水がコアー材となりガスより高い粘度の為ポリマーの中心を流れ、ポリマーを均一な速度

アクアモールドプロセスは高い粘度（ポリマーよりは低いが）の為ポリ

この場合圧空はガスインジェクションを使用し、圧空注入時ポリで前に押す事になり均一な流動分布を得やすく、その結果均一な肉厚

マーの流動速度が突然上昇する現象はガスインジェクションに比べてマーを突き破る必要があるので水インジェクター 2 の位置がポイントを得やすくなる。

少なく、ヘジテーションマークが起こるのは少ないといえる。

となる。（図 5）（2）ベントのあるパイプの肉厚分布

5）
厚肉と薄肉の組み合わせが容易に得られる

3）
ウォーターインジェクター 2より圧空（3から5bar）
にて排出

ベント状のパイプの場合、内側部分は外側部分より冷却され難く、ポリマーの温度は高くなる。
この状態でガスが注入されるとガスは内側に流れ易く薄肉になり易い。
水が注入された場合はプラスチックの熱をより多く吸収し、ガスに比べ２つのウォーターインジェクター（水注入器）
を制御して注入する事と能。PA+ ガラス繊維の場合綺麗な内面は得られ難い。

3 むすび
エアモールド装置の適応・採用は、ほぼ飽和状態になりつつあるが今まで培った経験、技術を生かして新規顧客を開拓していく。

ウォーターインジェクター 2にてポリマーを突き破る必要があるのでイ

アクアモールド装置は新たな技術であり、今後適用範囲を追求し得

ウォターチャンネル
（水路）を適切に設計することにより得られる。

ンジェクターの位置、構造がポイントとなる。Battenfed 社にて開発中。

意とする60 〜 80φ三次元型配管やダクト成形への販売活動、エア

6）
適用分野

4）
べンチュリー、エジェクターにより排出モールドでの成形より優れた冷却効果の期待できる分野への展開等に

アクアモールドはあらゆる産業分野において、上記に記した形状にて内側部分の厚肉が得られる。（図 4）

適する製品を得るのに理想的な方法である。

（3）
肉厚の調整が可能＊肉厚ハンドル、パイプ、取っ手。

決められた肉厚を得るには、フルショット法（材料を金型に100%充＊流体用各種ダクト。

填させる）を使用しオーバーフロー（水によって材料を押出す/ 中空にす

＊パイプ形状の成形品。

図 4 エアモールド・アクアモールド
Fig.4 Airmould / Aquamould

34 TSK 技報 2009 no.11

PP、PE、PS、ABS、PMMA、PBT、PA 等 殆どの 材 質 に 適 用 可

空気を媒体としての当社の試験・テストでは良好な結果は得られなかった。（ルーラー製作時）

向けて営業活動を行っていく。平成 21 年夏迄には、日本にてデモンス
トレーション・試作・テストが行える状態となるので、これを機会にサービス体制を強化し広告・販売を進める。

図 5 ウォーターインジェクターより圧空にて排出
Fig.5 Water drainage by compressed air from the water injector 2

TSK 技報 2009 no.11

35

製品紹介

3

3 ガス化キルンの特徴

4.2 焼却性能

3.1 形式

10％であり、滞留時間を制御すれば2％以下になる。

内熱式部分燃焼ガス化方式

キルンガス化炉

4.3 構造3.2 ガス化性能

Kiln Gasifier
阿部 隆一
ABE Takaichi
月島環境エンジニアリング株式会社
執行役員
プロジェクト本部
プロジェクト第２部
技術士（機械部門）（化学部門）（衛生工学部門）

部分燃焼率

1 概要
定ばいじん等）を含め、5 品目に分類されている。
これらは一般廃棄物が比較的安定した廃棄物性状を示すのに比べ、化学的にも物理的にもその各々の性状は大きく変化する。このことが中間処理を行う上で技術的に難しく、選択的な焼却処理や運転ノウハ
れている。

Industrial wastes in Japan are classified into 19 items under the
Waste Management and Public Cleaning Law, and further classified
into five items that include Specified Toxic Industrial Wastes (PCB,
asbestos and specified dust, etc.) as Industrial Wastes Subject toSpecial Management.
Although properties of municipal wastes are comparatively

廃棄物低位発熱量 8,380kJ/kg 程度以上の廃棄物において

火格子面積は残渣の被り厚みを適性にとり、火格子の焼損防止を図

15 〜 35％程度る必要がある。

冷ガス効率

60 〜 70％程度

チャー化率

10％程度以下

寿命延長のため強制空冷装置を設置する。
4.3.2 クリンカ防止
ストーカ炉は燠燃焼が主体であるため、穏やかな燃焼状況を呈する。

3.3 クリンカ防止性能

ただし剥離効果の高い壁面構造としている。

酸化キルンにおけるクリンカの発生メカニズムは、燃切点（揮発分のガス化終了点 ) 以降に於いて灰分と共存する炭素が燃焼し灰分を融点以上に加熱することによる。
TSKE 式ガス化（還元）
キルンにおいてキルン内は還元雰囲気下であるために残留炭素の酸化は生じない。また酸化炉に比較してピーク温

5 ２次燃焼炉の特徴
5.1 形式
ガス化発生ガスのガス燃焼炉度が発生しないので残留炭素量が少ない。

ここでは月島環境エンジニアリング株式会社（TSKE）が多様な産業
廃棄物性状に適合する、コンパクトで高性能ガス化を特徴とするキル
ン焼却システムを商品化したので紹介する。

5.2 燃焼性能
3.4 廃液混焼性能
廃液はキルン炉内温度維持と2 次燃焼炉安定燃焼の2 条件で決まる量まで安定して噴霧処理できる。

2 システムの構成

蒸発した水蒸気はガス中に飛散する固定炭素と水性ガス反応を生じ

次燃焼炉

industrial wastes are large. Therefore, as intermediate treatment of

また、システムフローを図 2に示す。

industrial wastes is technically difficult due to the large property

その効果として、2 次炉出口温度を上げれば廃熱ボイラ温度効率が向3.5.1 キルンシール構造

上し廃熱回収率が増大する。

800℃以上の任意の温度制御が可能である。

ローラーチェーントレースシールを採用している。フリーエアの洩れ込が負荷されないよう工夫しており、通常の使用であれば寿命は2 〜 3volume reductions are conducted normally.
In response, a compact kiln gasifier has been developed and commercialized by Tsukishima Kankyo Engineering Ltd. (TSKE) that

2秒

3.5 構造消耗部品の金線入り耐火ジョイントシートにはメカニカル上無理な外力

operating know-how, as well as pretreatment such as crushing and「ガス化ガス + チャー」相当熱量
5.2.2 滞留時間
5.2.3 2 次燃焼炉出口温度制御性

みをほぼ0に制御できる。

changes, selective incineration and mixed incineration based on

5.2 1 燃焼室負荷

ガス改質効果が生じる。

以下設備より構成される。
ガス化（還元）キルン（図 1）+ 炭素残渣ストーカ炉 + ガス化ガス燃焼 2

stable, both chemical and physical changes in the properties of these

5.2.4 残留未燃分
CO 濃度は通常 0レベルでダイオキシンの生成量が非常に少ない。
5.2.5 窒素酸化物生成量
2 段燃焼により通常は50 〜 60ppm 以下である。

年以上の耐久性がある。また、1日で取替が可能で、費用も安価である。

有機窒素含有廃棄物の熱分解により発生するアンモニアが還元剤となお、シール装置が消耗した場合は、漏洩量が多くなると共にキルン

して作用している。

内温度が高温になるのでシールの保守は重要である。

can efficiently treat various types of industrial waste properties. A
rotary kiln is used as a gasifier and equipped with gas seal units and4.3.1 火格子面積
ストーカ炉の熱負荷は小さく、コンパクトなストーカ炉となる。

産業廃棄物は廃棄物処理法により19 品目に分類され、さらに特別管理産業廃棄物として特定有害産業廃棄物（PCB、アスベスト、特ウによる混合焼却処理、および破砕や減容等前処理が一般的になさ

Abstract

熱灼減量は、通常の産業廃棄物の場合、熱負荷が全熱量の5 〜3.5.2 廃棄物撹拌構造
図 1 ガス化キルン炉
Fig.1 Kiln gasiﬁer

単時間にガス化反応を終了させるためには廃棄物を撹拌し内部の未5.3 構造5.3.1 燃焼空気吹き込み構造

an agitating device. Heat volume of partial combustion is used as

反応可燃物を常に高温に晒す必要がある。

driving force of pyrolysis. Clinker generation is controlled under

このため特殊な攪拌装置を内装することにより、投入された廃棄物とキにより燃焼安定（内圧の安定、燃焼効率 UP）を図る。

reducing atmosphere. The size of the stoker is compact made pos-

ルン内壁との滑りを防止し、廃棄物が回転と共に内部から崩れるよう

5.3.2 炉形状

sible with highly efficiency gasifier and generates very little carbon

工夫している。

1 次空気、2 次空気によるマルチノズル多段燃焼、および旋回燃焼

円筒縦型自立構造により、クリンカ付着トラブルを防止する。

residue. Secondary combustion furnace realizes very high efficiency combustion with its fuel gas combustion furnace, generating
very low levels of dioxins and NOx. The compact sizes of kiln and

4 ストーカ炉の特徴

stokers allow space-savings for installation and cost-savings.

4.1 形式

キーワード：キルン、ストーカ、ガス化、2 次燃焼、水性ガス反応、ガスシール、ダ
イオキシン
Keyword：Kiln, stoker, gasification, gasifier, secondary combustion, water gas
shift reaction, gas seal, dioxin

36 TSK 技報 2009 no.11

水平階段ストーカ炉

6 産業財産権
以下の産業財産権を権利化している。
①シール装置、②撹拌装置 + 水性ガス反応ガス改質、③シール装置+ 部分燃焼ガス化

図 2 システムフロー
Fig.2 Shematic ﬂow sheet

TSK 技報 2009 no.11

37

ティーブレイク

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