神鋼パンテツク技報
2002年度･Vol.46･No.1

148

SHINKOPANTECENGINEERINGREPORTS次
1<巻頭言>
環境のワールドカップと技術開発

2

固形残廼の発生しない食品廃棄物のメタン発酵システム】パメデイスー

CONTENTS

New

fe｢mentation

methanefo｢f00d

waste

without

systems01id｢esFdue

gene｢∈ヨtion‑PAMEDIS‑

8

14

22

三菱化学(株)黒崎事業所殿同Ope｢ating工ステプロセス⑳の運転状況

delive｢ed̀̀FMモジュール''の膜分離活性汚泥法への適用

回転型膜分離装置｢ROTOSEP+のハッブル挿入効果

Repo｢ttoApplicatFon

Effectof

S一丁巨P｢OCeSS⑳

on

MitsubishiChemicalCo｢po｢a七onof■■FM

module''tobaffleinbio｢eacto｢memb｢anerotarymembrane

separation

SyStem̀̀ROTOSEP

31

北九州市水道局殿向上向流式生物接触ろ過施設

Uppe｢COunte｢‑f10W

一施設概要と水質改善効果【0fammonjamanganese

3645

高速繊維ろ過による合流式下水道越流水対策

超臨界水酸化大型パイロットプラントの1000時間
下水汚泥処理運転

Cont｢010f

Combined

H垣h‑Rate

Fibe｢MediaThe

decomposing
fo｢1000hou｢SSludgebjo

tyPe

nFt｢ogen,mOldy
fo｢Kitakyushu‑Cjty

Sewage51

濾過機能付PVミキサーの開発

60

68

73

79

神鋼神戸発電所向け総合排水処理設備の紹介

ope｢ationof munFcipalsewage
by thesupe｢c｢柑calwate｢using

地域冷暖房用新型重層式冷却塔の紹介‑製品紹介一蓄熱式燃焼脱臭装置RT0

TECHNICAJNOT巨

POPs分析評価技術

of

MlXER

fF】tration

fo｢Shinko

Kobe

Powe｢Statjon

New

Double‑Deck

Comp｢ehensiveType】nt｢oduction

thelarge‑SCale

PVF

with

A

w什h

p【∂nt

Development(PV

Ove｢†lowFFlt｢atFon○×ida廿0∩(SCWO)processdemonst｢ationf‖te｢fo｢｢emova1

contact

diss01ved
odo｢andWate｢wo｢ksBu｢eaufunction)

Wastewate｢T｢eatment

ofRegene｢ative

C001】ng

SystemTowe｢fo｢DHC

The｢malOxidFze｢

こ巻頭言>

環境のワールドカップと技術開発

岡山大学大学院自然科学研究科
工学博士

教授

田

中

Masam

Tanaka勝

私も加わった経済財政諮問会議の専門調査会で,循環型経済社会については,｢豊かな環境を守りつつ,資源を無駄なく活用し,新たな制度やルールの下に,広範な分野で市場と雇用の拡大が実現されていく社会+と位置付けている｡そして国民共有の目標として,安全･安心な生活環境を整備し,活気に満ち,魅力あふれた｢美しい日本+の建設をし,革新的技術や製品が世界のモデルとして評価され,国際社会をリードすることを掲げている｡
先ほど開かれたサッカーのワールドカップでは日本の技術レベルの高さを世界に遺憾なく示すことができた｡日本のレベルはヨーロッパや南米に比べて低い,と思っていたのが今回の戦いで速さ,
シュート力,戦略,精神力など繚合的な技術レベルの高さが世界トップレベルであることを証明した｡

経済のワールドカップでは,戟彼のゼロからの出発で経済を驚異的なべースで発展させ,世界のトップレベルに追いついた｡環境のワールドカップでも,水俣病やイタイイタイ病を引き起こした公害問題を解決した日本の環境技術は世界トップレベルとして評価されて良いのではないだろうか｡

経済と環境問題を解決した国として,開発途上国からの環境分野での技術援助要請は多い｡下水道や浄化槽の整備で河川の水質は大幅に改善され,焼却炉の煙突から黒煙は見られず,ダイオキシン類対策まで徹底され,最近の廃棄物処理技術は高度な処理技術,ガス化溶融技術をものにし,リサイクル技術の開発や環境を配慮した動脈産業のグリーン化も進展している｡
しかしこの分野で築いた日本の技術は海外ではあまり活躍していない｡なぜかアジア諸国も含めた海外では,欧米の環境産業企業や廃棄物処理会社が進出して,日本からの技術が活用されていな
い｡日本の技術は複雑すぎるとか,高すぎるとかいわれ,そもそもその国の環境問題を解決するための貢献がまだ少ないように見受けられる｡また一方もっとその国にあった海外で通用する技術の開発も必要かもしれない｡
日本でも循環型社会にマッチした技術として,そもそも廃棄物の発生抑制につながるリデュース
技術,修理などするリユース技術,再生するリサイクル技術の開発が促進されている｡処理施設のリユースやリサイクル技術と,もっと省エネの運転や維持管理の技術開発も必要であろう｡廃棄物の処理によって,環境負荷の低減を図り,豊かな環境を守ることにつながるが,その処理そのものに資源やエネルギーの消費をできるだけ抑制し環境負荷をもたらさないような施設の整備や運転であることも求められる｡環境のワールドカップのチャンピオンになるためにはまだまだ技術開発すべき課題はたくさんありそうである｡

b王.46加b.1(20α2/8)

神鋼パンテツク技報

固形残蓮の発生しない

鬱

食品廃棄物のメタン発酵システム
ーパメディスー
New
for

food

fermentation

methane
waste

solid

without

systemresidue(技)第2研究開発部第5研究室

桂健
監e叫iEatsura
佐藤朋

generation‑PAMEDIS‑

Tomohiro

治
弘

Sato

当社は,従来のメタン発酵技術に当社で開発した汚泥可溶化技術(エステ技術)を組合わせることにより,固形残建の完全消滅も可能な新しいメタン発酵システム『パメデイス』(PAMEDIS:

担ntec些些tbane些SSOlution阜ystem)を開発した｡本システムにおいては,発生した固形残遼を好熱性細菌(好熟菌)が分泌する酵素によって可溶化し,可溶化液をメタン発酵槽に返送してメタンガスに転換することにより,メタンガス回収率を向上できるとともに,固形残撞を大幅に減量することができる｡本システムの実証を目的に,食品加工工場においてパイロット実験を実施し,固形残蔭を消滅できるとともに,メタンガス回収率を約90%まで向上できる可能性をえた｡

A

new

degradation

tecb皿010gy,S‑TE,弧dgeneratedsolidresidueis
methanesystemmethane托rmentation

gas

by

named
the

PAMEDISmethanebeen

developed

conventionalmetbane托mentation

solubilizedbyenzyme
bacteria･A

haspilot testbycombiningtechnology.In

oursludgethis system,

secretedfromthe皿Ophilicbacteriaandconverted'tooftbe

systemcondncted

SuggeSted血epossibilityofcompleteremovalofsolidresidue皿dtbemetbanerecoveryrateatafbodザrOCeSSlngねctoryofapprox.

90%.

食

品 廃 棄

物

Food

資源リサイクル
メ

固

タ

ン

形

waste

Recyclingofresources

発酵

Methane托mentation

残

遼

Solid

residue可溶化Solubilization

好

熟

菌

Tbermophilic

素Enzyme酵bacteria

処理されている｡そこで,食品廃棄物の資源リサイ

まえがき
食品加工工場から発生する動植物性残渡や食品のクルを促進するため,2001年5月に農林水産省から流通および消費により発生する生ゴミ(売れ残りや｢食品循環資源の再生利用などの促進に関する法律

残飯)等のいわゆる食品廃棄物は年間約2000万ト(通称:食品リサイクル法)+が施行された1)｡食品

ンが排出されており,その90%以上が焼却･埋立廃棄物のリサイクル技術としては,堆肥化,飼料化
神鋼パンテツク技報lわヱ.4β肋.J(20α〜/β)およびメタン発酵技術が検討されているが,なかで(未分解の食品廃棄物および余剰汚泥)を消滅し,も,メタン発酵技術は発生したメタンガスを汎用的かつ,メタンガスの回収率を90%以上に向上するなエネルギー(電気,熟など)に転換して利用できことを目標とした｡

るため,社会的ニーズが高まりつつある｡しかしな

1.2

使用した食品廃棄物

がら,メタン発酵技術には,メタン発酵工程および本実験では,処理対象として食品加工工場から発その後処理(活性汚泥処理)工程から発生する固形残連の処理の問題が残されている｡現在,固形残遼

生する食品廃棄物(植物性残蔭)を使用した｡処理量は1日あたり約80kg(湿潤ベース)とした｡の堆肥化などへの検討が進められているが,農地へ

1.3の施肥の許容量から安定した供給先を確保することは非常に困難であり,固形残直の処理がメタン発酵

システムの構成

写真1にパイロット実験装置を示す｡本装置は,
縦5m,横8.3m,高さ3.5mのスキッドマウント上技術の普及を図る上でのカギになると考えられていに据付け,食品加工工場の屋外に設置した｡図1にる2ト4)｡したがって,メタン発酵技術を普及させる

パイロット実験のシステムフローを示す｡本システには,メタン発酵システムから発生する固形残泣を消滅し,かつ,メタンガス発生量を大幅に増大できムは,前処理(破袋,分別,破砕)工程,メタン発酵処理工程,後処理(活性汚泥処理)工程および可る画期的な技術開発が必要とされていた｡

溶化処理工程の4つの工程から構成されている｡本

このような背景のもと,当社は従来のメタン発酵

システムの最大の特長は,従来のメタン発酵システ

技術に当社で開発･商品化した汚泥可溶化技術(エムに好熱菌を利用した可溶化処理工程を組込んだこ

ステ技術)を組合わせることにより,新しいメタンとにある｡

発酵システムを開発した｡今回,食品加工工場から

2.実験条件および実験方法

発生する食品廃棄物を用いてパイロット実験を実施

表1に各工程の実験条件の概要を示す｡また,各したので,以下にその結果を報告する｡

工程の操作方法の詳細を以下に述べる｡

1.パイロット実験の概要

2.1前処理(破袋,分別,破砕)工程

1.1目

食品廃棄物から発酵不適物(容器,ビニール袋)

標

食品廃棄物のメタン発酵処理工程および,その後を選別,除去するため,破袋･分別機をもちいた｡

処理である活性汚泥処理工程から発生する固形残査

破袋･分別機に投入された廃棄物は回転ブレードにSolubjlizationtank(0.5m3×2)
Metllane氏rmeⅡtationtank(5皿3)(a)wbole

写真1

パイロット実験装置

PhotoI

Pilottestplant

Vb王.4β肋.J(20α〜/β)(b)solubilization tank
(S‑TEtank)view

神鋼パンテツク技報

Methanefbrmentationtreatment

Foodwaste

prOCeSS

Biogas(Methanegas)‑●‑Forboiler
Tearing&
MethanePost‑treatmentprOCeSS

氏rmentatio
tankActivated

Thickener

Tb址enersludgeta血

Foodwaste
Treated

S血叩

Water

Dilutionwater

Crusbing
SolidTeSidue

equlpment

Pretreatme血process

Solidresidue

Solubilized(activatedsludge)

resid11e

A止Soltlbilizationtank
Solubilizationtreatme山process(S‑TEta止)

図1パイロット実験のシステムフロー
Fig.1Flow

diagramofpilot

test

表1実験条件
TablelExperimentalconditions
Process
Pretreatment
Metbane飴rment血ion
什eatment
Posトはeatment

Items

Unit

Amountoftreated氏)Odwastekg/d(wetbase)(S‑TEtreat皿ent)

80.0

Tempera山re

℃

54.0

Ey血a111icretentiontime

d

10.0

VolumetricCODcrloadingratekg/m3/d11.5

Volume山一icBOD510adingratekg/m3/d

0.5

℃

65.0

Tempera山reSolubilizationtreatment

Designvalue

Rateofaeration

ⅤVm

0.05

d

3.0

8y血aulicretentiontime

より破袋,破砕され,下部スクリーンより回収される｡一方,破袋された容券およびビニール袋は,回表

転ブレードにより発生する遠心力および風力によりTable2

食品廃棄物スラリーの性状2

Characteristics

orfoodwaste

排出,除去される｡回収された食品廃棄物はポンプ

Items

により破砕機へ移送され,希釈水を添加することに

TS

mg几

81100

76500‑

83400

より,TS(TotalSolids:蒸発残留物)濃度を所定

VS

mg几

77600

73200‑

81600

SS

mg几

65300

62200‑

68300

VSS

mg/L

63100

59500‑

65200

T‑CODcr

mg几

117000103000‑129000

T‑BOD5mg几

60200

56700‑

64000

表2に食品廃棄物スラリーの性状を示す｡TS

T‑N

mg/L

2200

2050‑

2410

濃度を約80000mg/L(80%)に調整した結果,

T‑P

mg/L

450

370‑

550

T‑CODDは約117000mg几(11.7%),T‑BOD5は約60000mg几(6%)であった｡

Hexaneex仕acts

mg几

6100

5200‑

6700

の濃度に調整し,その後破砕し,スラリー状に破砕された食品廃棄物はメタン発酵処理の原料として倶
給された｡

pIi

神鋼パンテツク技報

Average

slu汀y

Unit

4.2

Range

3.9‑4.4

1わJ.4β凡b.J(20α才/β)SuitableロIatter
fbrfbrmelltation
Organicsubstance:90%(recoverrate:93%)

Tearingandseparation

Foodwasteequlpment

Organicsubstance:97%

ロnsuitablematterfbr氏rmentation

Plasticbagandcontainer:3%

Forcmsb血geqtnpment
Plasticbagandcontainer:3%
Organicsubstance:7%

DomesticⅥ/aSte

図2

破袋･分別機の物質収支

Fig.2

2.2

Mass

bal皿CeOftearlng

andseparation

equlpment

表

メタン発酵処理工程
メタン発酵槽は,撹拝機により発酵液を撹拝する

3

メタン発酵槽の処理性能
Trea血entperfbrmanceonmethane良rmentationtank

Table3Items

完全混合方式を採用した｡操作温度は54℃の高温式で,ジャケットに温水を供給することにより温度調節をおこなった｡食品廃棄物スラリーは回分的に投入され,1回当たりの投入量を反応容積(2.Om3)の2%(40L)とし,1日あたりの食品廃棄物スラリーの投入回数を増やしてHRT(臼y血aulicRetention

Data

80%

Methanegasrecoveryrate(T‑COD｡rremOValrate)
6.6Nm3/dMethanegasproductionrate(0.34Nm3侭gremovedCOD｡r)Co皿pOS止ionofbiogas

60%

Metbane(CH｡)
Carbondioxide(CO2)
Ey血ogensu岨de伯2S)

Time:水力学的滞留時間)を短くすることにより,COD｡r容積負荷を上昇させた｡最終的に

40%
50pp皿

(<1ppm)*

HRTを10日に設定した結果,COD｡r容積負荷は約12kg/m3/dとなった｡なお,本実験では高温メタVFA(ascoD｡r)intheta止

ン発酵の種汚泥として,下水処理場の高温消化汚泥*Af亡er

800mg几

desul凡1rizationを使用した｡
2.3

後処理(活性汚泥処理)工程
メタン発酵処理液に凝集剤を添加して固液分離し,その上澄み液を活性汚泥槽(反応容積:2.5m3)に

3.1食品廃棄物の破袋･分別処理
食品廃棄物の分別処理の結果として,図2に破袋･より処理した｡最終的なBOD5容積負荷は約0.5分別機の物質収支を示す｡下部スクリーンから回収

kg/m3/dであった｡
2.4

3.実験結果および考察

可溶化処理工程

された食品廃棄物は細かく破砕されており,容器や本システムの最大の特長である可溶化槽には,撹

ビニール袋の混入はほとんど認められなかった｡最拝機により固形残直を撹拝する完全混合方式を採用

終的に食品廃棄物(内容物)の回収率は約93%とした｡操作温度は65℃とし,ジャケットに温水をなった｡また,分別された容器と袋への食品廃棄物

供給することにより温度調節をおこなった｡また,の混入は,麺類がわずかに見られた程度であり,回装置下部よりブロワにて0.05vvm(m3/m3/min)の空

収できなかった食品廃棄物の割合は投入量に対して気を倶給した｡メタン発酵処理工程から発生する固7%程度であった｡以上の結果から,本破袋･分別形残連(未分解の食品廃棄物および増殖したメタン菌)と活性汚泥処理工程から発生する固形残薩(余剰汚泥)を可溶化槽へ投入し,好熱菌が分泌する体機を使用することにより食品廃棄物を効率的に破袋,

外酵素により固形残直の可溶化処理をおこなった｡

分別できることを確認した｡
従来型システムによるメタン発酵処理

3.2

本システムの効果を比較するために,従来型のメ

HRTは1日および3日とした｡可溶化処理してえ

タン発酵システムの運転をおこなった｡従来型のメられた可溶化液は,メタンガスの回収率向上を目的

タン発酵処理では,固形残建の可溶化処理をおこなに,全量をメタン発酵槽へ返送するフローとした｡

わないで,固形残遼を系外へ排出した｡

lわJ.4β肋.J(2002/β)

神鋼パンテツク技報

MetbaIlegaS

CO2

18.7kg/d(80%)

Methane托rmentationtank

言;謡tミ;謡)→Treatedwater

Activatedsludgetank

O.02kg/d(0.1%)

Solidresid11e

2.7kg/d(11.5%)

Disposal

3

図
Fig.3

従来型のメタン発酵システムにおけるCOD｡r物質収支
MassbalanceofCODcronsystemconventionalmethane托rmentation

田Beforetreatment四A氏ertreatment

3.2.1メタン発酵処理

8000

表3にメタン発酵槽の処理性能を示す｡COD｡r容積負荷は約12kg/m3/dと高負荷運転をおこなったが,メタンガスの回収率は約80%と高い回収率が安定

篭6000
∈
4000

してえられた｡除去されたCOD｡r当たりのメタン

Soltlbilization

Solllbilization

rate:41%

rate:43%∽∽>

ガス発生量は0.34Nm3/kgとなり,理論値の0.35

2000

Nm3/kgとほぼ等しくなった｡バイオガス中のメタ
ンガスの割合は60%前後で安定して推移した｡

甘RTld

発酵槽内のVFA(Volatile Fatty Acid:揮発性脂肪酸)濃度は800mg几(COD｡r換算)前後で推移し

図

甘RT3d

可溶化槽における処理性能

4

Fig.4

Treatment

perfbrmance

on

tank

solubilization

た｡一般的に,高温メタン発酵では,食品廃棄物中の蛋白質の分解により発生するアンモニア(アンモニア性窒素として2000〜3000mg/L)によりメタン

表

活性汚泥槽の処理性能

4

Table4菌が阻害され,VFA濃度が5000mg几以上に上昇

Treatment

perfbmancesludge也止

Befbretreatment

Removalrate

mg/L

mg/L

%

T‑CODcr

17000

150

99.1

T‑BOD5

7100

20

99.7

SS

1400

60

95.7

350

20

94.3

すると言われている｡表2に示すとおり,今回使用
2200mg几と低く,槽内のアンモニア性窒素濃度もEe五aneeX廿acts

1600mg几前後で推移した｡したがって,本実験でactivated
Aftertreatment

Items

した食品廃棄物スラリー中の窒素濃度は約onはアンモニアによるメタン菌への阻害が小さく,結
えられる｡
3.2.2

固形残潅の可溶化処理

3.3

果としてVFA濃度を低く抑えることができたと考

上述の従来型のメタン発酵システムから発生した

活性汚泥処理固形残澄の可溶化処理をおこなった｡図4に可溶化

表4に本システムにおける活性汚泥槽の処理性能を示す｡T‑COD｡r,T‑BOD5,SSおよびヘキサン抽槽における処理性能を示す｡滞留時間の影響を調べるために日RTを1日および3日の2条件でおこなっ

出物質はいずれも90%以上の分解率となり,下水たが,いずれの条件においても固形残達のVSS可放流できることを確認した｡

溶化率は40%以上と高い可溶化率がえられた｡通3.2.3

常,汚泥の減量化を目的としたエステプロセスの適COD収支
図3に後処理プロセスも含めたCOD｡rの物質収用基準はVSS可溶化率30〜35%以上である｡した支を示す｡メタン発酵処理では,投入したCOD｡r

がって,本実験でえられた約40%のVSS可溶化率

23.4kg/dのうち18.7kg/dがメタンガスに転換され,は基準値を上回っており,本システムを実現できるメタンガスの回収率は約80%になった｡また,後可能性が示唆された｡

処理も含めて投入したCOD｡rのうち約12%にあた
る2.7kg/dの固形残注が発生した｡

本実験では空気の僕給量を0.05vvmと低く設定したにもかかわらず,高いVSS可溶化率がえられ
神鋼パンテツク技報

lわJ.4β肋.J(20α2/β)Methanegas
CO2

21.4kg/d(91%)

Methane冒;3芯tて冒謡｢‑‑‑‑←

Activatedsludgetank危rmentationtank

Treatedwater

O.02kg/d(0.1%)

Solidresidue

8.1kg/d(34.5%)

Solubilizationtank
Solubilizedre$idue

図

5

Fig.5

(S‑TEtank)

本メタン発酵システムにおけるCOD｡r物質収支の試算結果
Calculated

bal皿Cemass

OfCODcronnewmetbane飴rmentation

system

た｡可溶化槽での酸化還元電位は‑150〜＋50mVにより,食品廃棄物のメタン発酵技術の普及に向けで推移しており,いわゆる微好気状態となっていたて大きく貢献できると考えている｡また,本システが,好熱菌の酵素生成に及ぼす影響は認められなかっムの実用化により,処理対象物が食品廃棄物だけでた｡

なく,一般家庭から発生する生ゴミや家畜糞尿等の本システムの評価

3.4

有機性廃棄物にまで拡大されることが予想される｡

上述の実験結果から,本システムの構築の可能性

その結果,有機性廃棄物の集約化処理が進展するこを考察した｡国5に後処理プロセスも含めたとが予想され,これまで経済的理由でメタンガスのCOD｡∫の物質収支の試算結果を示す｡

発電設備としての導入が難しかった燃料電池等の導固形残渡の消滅については,可溶化槽における入が容易になり,地球温暖化防止にも貢献できるとVSS可溶化率が基準値の30〜35%を上回ったことから,従来型システムにおいて発生した固形残直考えている｡

2.7kg/dの3倍量の8.1kg/dを可溶化処理し,可溶

廃棄物のご提供等,多大なるご協力を頂いた生活協

本実験を実施するにあたり,実験場所および食品化液の全量をメタン発酵槽へ返送することにより達同組合コープこうべ六甲アイランド食品工場殿にお成できると考えられた｡

礼申し上げます｡また,メタン発酵槽の立ち上げのメタンガスの回収率の向上については,可溶化液

ために下水汚泥をご提供頂いた神戸市建設局東部建をメタン発酵槽へ返送することにより,可溶化液中

設事務所水環境センター殿にお礼申し上げます｡本の溶解性の有機物がメタンガスに転換されるため,開発は,NEDOの｢平成12年度地球環境保全技術

90%以上のメタンガス回収率がえられると考えら

開発事業費助成事業+として実施したものである｡

れた｡すなわち,投入したCODα23.4kg/dのうち[参考文献]

21.4kg/dがメタンガスに転換されると試算した｡

1)農林水産省:食品循環資源の再生利用等の促進に関する法律(2000)
2)原田靖生:有機性資源の有効利用と窒素の適正制御,
第1回農林水産環境シンポジウム(2000)p.1

む

す

び

本パイロット実験により,固形残直を消滅するとともに,メタンガス回収率を約90%まで向上できる可能性をえた｡上述の通り,固形残直の処理は,メタン発酵技術の普及を図る上でのカギになると考えられている｡今後,本システムを実用化すること

3)(財)地球環境産業技術研究機構:地球環境関連技術の推進に関する調査(1999)p.118
4)生物系廃棄物のリサイクル研究会:生物系廃棄物のリサイクルの現状と課題(1999)

連絡先
桂

健

治

技術開発本部
第2研究開発郡
第5研究室
TEL

O78‑992‑6525

FAX

O78‑992‑6504

E‑mailk.katsura(軸皿teC.CO.jp
lわJ.4β肋.J(20α2/β)

神鋼パンテツク技報三菱化学(株)黒崎事業所殿向エステプロセス⑧の運転状況
OperatingdeliveredtoProcess⑧

Reporto=S一丁E

ぺ

MitsubishiChemjcalCorporation(環)水処理本部技術部
田
塩
憲

明

NoriakiShiota

宮

本

武

TakeshiMiyamoto

当社は,三菱化学(株)黒崎事業所殿向けに汚泥減量化設備(エステプロセス⑧)を納入した｡本稿では,設備概要を紹介するとともに,2002年3月よりおこなっている実運転の状況を報告する｡
現状2槽あるリアクターのうち1槽のみの運転であるが,良好な処理能力を示しており,汚泥可溶
化率は50%以上であることを確認している｡また,システム全体での汚泥収支を取ったところ,
汚泥減量化率は59%であった｡

The

S‑TE

PROCESS②is

productionofexcessaslndge.InsludgeOfexcessthan50%ofthe

only
organic

sludge

has

two

of血e

one

been

With

signi丘cantly

reducedstartedinKurosakiplantof

solubilized

digester,S‑TEreactor.At也e50%10adingrate,也eentire
sludgeprOCeSSMarch2002,the血st氏111‑SCaleplantwas

MitsubishiChemicalCo叩Oration,Japan.Althonghtentatively,mOre

treatment

novelwasteⅥraterbas

reactorsbyenzymeinsystemhas

reducedthebeenaopera土edthermophilic
production

by59%.

好

熱

性 細

菌

Tber皿Opbilic

余

剰

汚

泥

Excess化

Solubilization

可溶

高温汚泥消化槽

Bacteria

SludgeThermophilic

SludgeDigester

ミッション+などを目標に掲げ,工場,事業所からまえがき
わが国における産業廃棄物の排出量は,ここ数年の廃棄物の削減に取り組んでいる｡

では約4億トンと横道い傾向にあるものの,その量

有機性排水の処理方法としては,効率面,経済性,は一向に減少する気配はない｡産業廃棄物の排出量

環境的面から生物学的処理法が最良の方法と考えらは家庭から排出される一般廃棄物の排出量の約8倍れている｡その処理過程で余剰汚泥が必然的に発生に達し,そのうちの約20%が最終処分として埋めし,これらは脱水後そのまま,あるいは焼却･減容立て処理されている｡このままでは10年後には最終したうえで陸地に埋め立てることで処理されてきた｡

処分場の残余容量がゼロになるとの推算もあり,産しかし,近年,焼却に伴い発生する有害物質,埋め業廃棄物の再利用,減量化が緊急の課題となってい立て地確保の問題などにより,汚泥処理の問題がクる｡近年,多くの企業が｢ゴミゼロ工場+｢ゼロエローズアップされてきている｡現状,余剰汚泥の農
神鋼パンテツク技報

Ⅵ)J.4β肋.J(20α2/β)地還元や建設資材化などのリサイクルに回る分は30

処理･汚泥処理一体型の余剰汚泥減量型活性汚泥プ%程度にとどまっている｡嫌気消化によるエネルギー

ロセスである｡つまり,既存の活性汚泥処理設備に回収などの有効利用も検討されているものの,設備汚泥可溶化装置を付加するだけで余剰汚泥の減量化

が大きくなるうえ,利用先や安定供給の問題などがが達成できる｡匡=に本プロセスの基本フローを示

残されている｡このような問恩を解決するために当す｡

社では,好熱性細菌(以下,好熱菌とする)をもち

S‑TE槽は高温好気条件に保たれ,そこで増殖すいた汚泥可溶化装置と活性汚泥法を組み合わせたまっる好熱菌の酵素の作用により余剰汚泥がBOD化さたく新しい余剰汚泥減量化プロセスを開発し,販売

れ,生物分解性が高められる｡つまり,可溶化処理するに至っている1)｡によって余剰汚泥のフロックが解体されるとともに,

これまでに,石油化学工場など複数の民間工場排汚泥が酵素によって溶解されて細胞内成分を溶出す

水を対象にパイロットスケール実証試験をおこない,ることが判明している3)｡可溶化処理された余剰汚余剰汚泥の完全減量化を達成している2)｡このたび

泥は曝気槽に返送され,そこで活性汚泥生物により当社は,国内有数の化学メーカーである三菱化学

分解･無機化される｡余剰汚泥の発生がゼロになる(株)黒崎事業所殿より,当該排水処理設備から発生最大の鍵は,可溶化された汚泥の曝気槽における無する余剰汚泥処理を目的とした汚泥減量化設備を民機化量と発生する余剰汚泥量とが等しくなるように

間向け第1号機として受注した｡ここでは,その設

S‑TE槽で処理する汚泥量を調整することである｡

備概要と運転状況を報告する｡

通常,S‑TE槽に投入した汚泥量の約3分の1が可

1.エステプロセス⑰の原理溶化されたのちに曝気槽内で無機化されるため,減当社が開発した余剰汚泥減量化プロセスは従来の量すべき汚泥量の約3倍量をS‑TE槽に投入すれば処理方法とは概念がまったく異なるものである｡す

余剰汚泥をほぼ全量減量できることになる｡S‑TE

なわち,排水処理設備から生じる余剰汚泥を汚泥可

槽は沈殿槽を持たないワン･スルー方式のため,活溶化槽(以下,S‑TE槽とする)で処理したのち,性汚泥法のような汚泥管理を必要とせず運転管理は曝気槽に返送して汚泥を分･解･無機化するという水極めて容易である｡

庄1ⅦentInnuent

Sedi皿e】1tatiolltank

Aeratiolltallk

Steam
山etpump上Ieat
excbanger

8】ower

Tber皿Op血ilics】udge

Outletpump

digester(S‑TEreactor)

図1エステプロセス⑧の基本フロー下jg.1Syste皿80WOf也elわi.4β肋.J(20α〜/8)

s血ul触eoustrea血e加Ofvastewatera凸d

神鋼パンテツク技報

excesssludge本プロセスで使用する好熱菌は月αCよgJαざ属に分類される病原性のない安全な細菌であり,当社が独う必要がある｡

2.設備概要自に汚泥コンポスト中から分離したものである｡こ

本設備は,余剰汚泥の減量効果,経済的な運転,の細菌は微好気条件のもと60〜70℃で活発に増殖

維持管理のしやすさをどが客先要求を満足し,汚泥し,強力な汚泥可溶化酵素を分泌して汚泥を溶解す

処分費の低減を図れることから採用された｡本設備る｡また,本菌は50℃以下では増殖せず,かつ,を設計するに当たり,パイロットテスト機によるテ

酵素も50℃以下では不活性であるため,曝気槽のストを1997年2月から6月にかけて実施し,テスト

活性汚泥に悪影響を及ぼすことはない｡また,曝気データをもとに最適設計をおこなった｡

槽内では一部胞子の状態で休眠するため死滅するこ

2.1設計条件となく,循環してS‑TE槽に戻ってきた際に再度活処理対象:活性余剰汚泥性化されて汚泥の可溶化に寄与する｡そのため,種汚泥量:最大1500皿シd,最小1000皿シd菌の追加接種は原則的に不要である｡以下に本プロ

汚泥濃度:最大15000mg几,最小10000mg几

セスの特長をまとめる｡

汚泥温度:最高37℃,最低18℃(丑余剰汚泥の減量化

処理時間:24時間/d

余剰汚泥の発生が大幅に減量化され,余剰汚泥の

処理能力

2.2

発生ゼロも可能である｡

可溶化汚泥量:5000kg‑DS/d(2500kg‑DS/槽/d)(丑汚泥処分費の削減
2.3

運転費が非常に安価であり,従来の脱水･搬出す

フローシート

当該設備のブロックフローを図2に示す｡

る処理方法にくらべて処分費が1/2〜1/3になる｡

既設排水処理設備は標準活性汚泥法を採用してお③短期間の立上げ
好熱菌の増殖と汚泥可溶化酵素の生産に最適な装り,これに新たにS‑TE槽を付加することにより汚置設計をおこなうことにより,わずか1日で所定

泥減量化プロセスを構築している｡まず原水は原水性能までの立ち上げが可能である｡

槽に入り,pH調整されたのち曝気槽に入り生物処理される｡沈殿槽で固液分離されたのち処理水は海(彰容易な維持管理

洋放流される｡従来,排水処理で生じた余剰汚泥は

S‑TE槽を60〜70℃,微好気条件に保つ以外に面倒な維持･管理は一切不要である｡

沈殿槽から引き抜かれ,遠心脱水機によって脱水されたのち焼却処分されていた｡(亘環境調和型プロセス
薬品は一切使用せず,自然界に生存する安全な微新しいフローでは,沈殿槽からの引抜汚泥が生物を使用するため,環境に優しいプロセスであS‑TE槽にポンプ圧送されて可溶化処理に供される｡

る｡

S‑TE槽は蒸気で加温され,さらに適度の散気をおなお,本プロセスでは,S‑TE槽からの可溶化液

こなうことにより,高温･徴好気条件下で運転されの返流により,曝気槽では20%程度の負荷(BOD,窒素など)の上昇を考慮する必要がある｡また,無る｡可溶化処理液はポンプで既設曝気槽に返送され機物を多く含む余剰汚泥は完全減量化を達成できなの処理液を熱交換することにより,エネルギー回収

い場合がある｡上記の点に留意した上で活性汚泥法をおこなっている｡汚泥減量化設備は,1槽あたりと組み合わせたトータルエンジニアリングをおこなの処理能力2500kg‑DS/dを有する,完全に独立しIn且uent

Storagetank

るが,その際S‑TE槽に受け入れる低温汚泥と高温

Aerationtank

SedimentationtaIlk

E世1neTlt

Excesssludge

No.1S‑TEreactor

No.2S‑TEreactor

図
fig.2

JO

2

排水処理設備･汚泥減量化設備ブロックフロー
別ock80W

Of也ewastewater

a力d也esl口dget陀atme皿tplant

神鋼パンテツク技報

1わJ.4β肋.J(2〃α2/β)た2系列のS‑TE槽からなる｡写真1に汚泥減量化
設備の外観を示す｡
設備仕様

2.4

2.4.1排水処理設備(既設)
水 相1)原
量:1300m3

客
気

2)曝

槽
量:12500m3

容散気方式:機械式表面曝気
殿

3)沈

槽

容

量:2500m3

2.4.2

汚泥減量化設備(S‑TB槽)
量:1500皿3(750皿3×2槽)

容
材

写真1

汚泥減量化設備の外観

Pbotol

O11tSide

view

of也e

S‑TE

reactor

質:RC製

主要機器仕様溶解処理液移送ポンプ
ン

プ

2

散

気

ブ

ロ

ワ

2

排

気

ブ

ロ

ワ

2

散気装置(微細気泡型)

2

汚泥熱交換器(写真2)2排ガス熱交換器

1台台ムロ台式ムロムロ

汚泥循環ポ

2

3.運転状況
3.1運転計画
表1に計画した運転条件を示す｡基本設定は既報

写真2

汚泥熱交換器の外観

Photo

2

0utside

view

of血e

heatexcb皿gerのとおり,まず汚泥循環率を設定し,それに見合った汚泥量をS‑TE槽に投入した｡ここで汚泥循環率
処理水質への影響を鑑み,投入汚泥量を段階的には,減量化設備導入前の余剰汚泥発生量に対する

S‑TE槽投入汚泥量(乾燥重量基準)の倍率と定義増加させて汚泥循環率上昇させることとした｡各し,次式で示される｡
汚泥循環率=Qs̲TE/Qw

RUNにおいて,所定の汚泥減量化をおこないつつ
余剰汚泥を一部引き抜いて既設曝気槽MLSS濃度

ここで,を6000mg几前後に保つ運転をおこなった｡
各RUNにおける余剰汚泥の減量効果を確認する

Qs̲TE:S‑TE槽投入汚泥量(kg‑DS/d)
Qw:導入前の余剰汚泥発生量(kg‑DS/d)

ために,推定余剰汚泥発生量から汚泥減量化率を算

表1運転条件
TablelScbednled
RUN

operating

TankNo.operated

co皿ditions

ofS‑TEreactor

Qs̲TE串Circulatlngratio(kg‑DS佃)

(‑)

HRT

(d)

%decompositone且peCt由▲●

(%)

1

No.1

4500

0.9

1.7

30

2

Noユ

6000

1.2

1.25

40

3

No.1

7500

1.5

1.0

50

4

No.1十No.2

9000

0.9

1.7

60

5

No.1＋No.2

12000

2.4

1.25

80

6

No.1＋No.2

15000

3.0

1.0

100

*Q oftbe**%oftbe

sludgeipjectedto
excess

S‑TEreactor.

s】udge deco皿pOSed

1わ乙4β肋.J(2〃α〜/β)

jll也60V訂dlw鮎teVater

treatmentpla血神鋼パンテツク技報

JJ

出して評価した｡なお,推定余剰汚泥発生量は,各おおむね50%以上と高い数倍を示し,所定の性能

RUNにおける流入TOC量に,2001年度の流入が発揮されていることがわかる｡写真3にS‑TE槽

TOC‑汚泥転換率を乗じた数値を採用した｡運転期での可溶化処理前彼の汚泥の写真を示す｡S‑TE槽

間中,既設曝気槽内MLSS濃度はほぼ一定に保つ

内で投入汚泥のフロックが破壊され,可溶化にともことができたため,汚泥発生量は次式で算出した｡

ない細胞内成分が漏出している様子がわかる｡
試運転期間中において,余剰汚泥全量減量化の運

汚泥発生量=余剰汚泥引抜量＋放流SS量(2)=￠ex･Ⅹ＋Qeぽ･C｡圧転をおこなっていない期間は,所定の汚泥減量化運
転をおこないつつMLSS濃度を6000mg几前後に

ここで,

Qex:余剰汚泥引抜流量(m3/d)保つように余剰汚泥の系外引き抜きも実施した｡そⅩ:MLSS濃度(mg/L)
Q｡ff:放流水量(m3/d)の期間の一例としてRUN3における汚泥収支を取ると以下のようになる｡①推定余剰汚泥発生量:4170kg‑DS/d

Gだ:処理水SS濃度(皿g几)
一般的な水質項目の分析はJIS

KOlO2に準じてお

こなった｡
3.2

装置制御

投入汚泥は,既設沈殿槽から余剰汚泥受入ポンプ(流入TOC量より算出した)②余剰汚泥引抜量:1520kg‑DS/d③RUN3の放流SS量:180kg‑DS/d④余剰汚泥発生量=②＋③=1700kg‑DS/d
曝気槽,沈殿槽を含めた排水処理設備系内に余剰を使ってS‑TE槽に投入される｡処理汚泥は,一定の槽内液位でオーバーフローしたものが全量曝気槽

汚泥の蓄積がないと仮定すると,汚泥減量化率は以に返送される｡また,投入汚泥は蒸気加温され,下の計算でえられる｡

汚泥減量化率=(①‑④)/①=59%
現在,2系列あるS‑TE槽のうち片側(No.1槽)

S‑TE槽内が60〜66℃になるように自動調整されている｡さらに,S‑TE槽上部には酸化還元電位計(ORP計)が設置されており,これを指標に通気量のみの運転結果であるが,十分に減量化の効果が発を調整して微好気条件が保たれる｡

揮されている｡今後は余剰汚泥引抜量を段階的に減3.3

らすとともに,S‑TE相投入汚泥量を増やした条件

運転状況
まず,運転開始当初には当社が分離･培養した好熟菌(SPT2‑1株)を種菌として投入する｡これにで運転を実施する計画である｡
活性汚泥処理水の水質については,当初の想定どより常在の好熱菌が少ない汚泥であっても,急速におりCODMnがやや高くなった｡全CODMnに占め装置を立ち上げることが可能となる｡S‑TE槽へのる 溶解性CODMnの割合が高く,通常は引抜汚泥

投入汚泥量,汚泥濃度についてはほぼ運転計画とおとともに除去されていた難分解性物質が洗出していりとなった｡

ることが考えられる｡汚泥循環率を上昇させるにつ汚泥可溶化の指標として,可溶化処理前後のSS

れてSS濃度も上昇した｡いずれも処理数値にばら除去率(以下,汚泥可溶化率と称す)を算出した｡

つきはあるものの,放流基準を越えることはなかっ

図3に汚泥可溶化率の推移を示す｡汚泥可溶化率は(演)む)巴q〇一焉N≡♪ヨ【○∽◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆(卜一1000〟皿)
10

写真

3

(a)可溶化処理前の汚泥(b)可溶化処理後の汚泥

015･Mar‑0229‑Mar‑021ユーApr‑02

26‑Apr‑0210‑May‑02

24‑May､02

7‑J11n‑02

Date

Photo

図
Fig.3

ヱ2

3

汚泥可溶化率の推移
Cbangeofsolnbil止ation

ratein血e

可溶化処理前後の汚泥

S▼‑TE reactor

神鋼パンテツク技報

3

Micrograpbs

ofsludgeof(a)血eundigested;and(b)血edigested
Vog.4β加b.J(20￠2/β)

た｡

である｡本製品に対する顧客の関心は非常に高く,す び
三菱化学(株)黒崎事業所殿に納入したエステプロ

む

第1号機の成功をもとに今後の受注に結びつけたい｡
また,当社の食品廃棄物資源化システムPAMEDIS

セス⑧の民間向け第1号機について,その設備概要との組み合わせにより,新たな分野への技術展開をと運転状況を報告した｡これまでのところ高い汚泥図る所存である｡

可溶化率と余剰汚泥減量化効果が現れており順調に

最後に,エステプロセス㊤を導入いただき,また稼働している｡今後,余剰汚泥の完全減量化運転を

本稿執筆に当たりご協力を頂きました三菱化学(株)実施するとともに,既設排水処理設備を含めた設備

黒崎事業所,ならびに三菱化学エンジニアリング

全体の運転最適化を因っていく｡(株)の関係各位に深く感謝の意を表します｡

エステプロセス⑧は,すでに大手電気メーカーからも第2号機(日最大処理能力100kg‑DS)を受注
し,試運転の段階に入っている｡また,小規模下水処理場での実用運転を開始して1年以上になる4)｡[参考文献]

1)塩田憲明:産業機械,No.621(2002)p.35‑372)塩田憲明ほか:環境技術,Vol.28,No.8(1999)p.10‑123)長谷川進ほか:下水道協会誌Vol.34,No.408(1997)
一方,当社から世界有数の水処理メーカーであるオ

ンデオ･デグレモン社と,国内では日立金属(株)に

p.76‑824)日本下水道事業団,神鋼パンテツク(株):好気性好ライセンス技術供与している｡このように,本プロ

熱細菌による下水汚泥の減量化に関する共同研究報告

セスは国内外を問わず高い評価を得た画期的な技術書Vol.44‑001(2000)

連絡先
塩

田

憲

明

環境装置事業部
水処理本部
技術部(農学博士)TE
FAX

L

O78‑232‑8104
O78‑232‑8056

E‑mailn.s山ota@pantec.co.jp

lわ乙46肋.ヱ(20α2/β)

神鋼パンテツク技報Jβ̀̀FMモジュール
Applicationの膜分離活性汚泥法への適用o†■■FM module■‑tobioreactor

membrane(技)第2研究開発部第4研究室
勉
松田
Tsuto皿u

Mats11da(技)第2研究開発部第5研究室野中信一

Sbinicbj

NoIlaka

有機性廃水処理の分野では活性汚泥法と膜分離を組合わせた膜分離活性汚泥法の適用が注目されている｡この方式は従来の活性汚泥法(曝気槽＋沈殿槽)の沈殿槽の代替として膜分離装置をもちいるものであり,従来法にくらべて設備がコンパクトになることや処理水質が著しく改善できるな
どの長所をもっている｡本報告では,膜分離活性汚泥法についての概説をおこない,現状の問題点を指摘する｡更に,食品工場の廃水を対象として"FMモジュールを装着した膜分離活性汚泥処理システムの実証実験を実施し,同廃水に安定した適用が可能であることを確認した｡その結果,
FMモジュールをもちいることにより従来方式の問題点を解決するユニークな膜分離活性汚泥法となることがわかった｡

A

bioreactor

membraneindustrialfields.In
uslng

Settling

membranemembranebas

beenthis system,atankbioreactor

Water,COmpa柁dconductedin

of

SOlve

the problems

system

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that也eFMused

膜分離活性汚泥法
廃

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洗

waste

moduleisⅥ√ater treatmentin

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aCtiv如edCOmpaCt
Sludge仕eatment

adoptedinstead

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sludgedesignvarbusandimprovement

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血issystems.In

pilot plantinstallednslng

water丘･Omtheねctoryasprovedunlquecouldbeme皿braneofsystem･The

described.Furtbe皿Ore,de皿OnStrationa陀

pI℃SentprOble皿S

ofconventionaltre如ment

膜皿manu払c山一ing払ctorya氏)Od

equlpmentis

usedinadvanbges

wasteorganic

co皿Ventionalactiv血ed

anditsresults ofdemonstra土bntesting
system,and也e

great

fbr

apply

separation

conventionallyhassystemsystemtomembranewbichisⅥ′地 tbosebioreactor

thisfbcusedsystemisreport,testing

FM皿Odule.Tbe
stablybioreactort陀ated
which

by
can

system.

Membraneseparation

Membranebioreactor

理

Waste

膜

Flat sheet

浄

Back

trea土mentwater

membranepress町e

神鋼パンテツク技報

Cleanlng

lわJ.46加ゎ.1(20α2/β)ま えがき1.膜分離活性汚泥法の概要

有機性廃水処理のもっとも一般的な手法として活

長

1.1特

性汚泥法が普及している｡この方式は好気性微生物

従来の活性汚泥法と膜分離活性汚泥法の標準的なに有機物を摂取･分解させ,重力沈降を利用して汚処理フローを図1に示す｡膜分離活性汚泥法は,活泥微生物と処理水を固液分離している｡

性汚泥法の沈殿槽の替わりに膜分離装置をもちいる

従来の活性汚泥法では,汚泥膨化現象等に起因すため,設備がコンパクトになり維持管理も容易となる汚泥沈降不良によって処理水質悪化や汚泥の流出る｡また,MF膜,UF膜による精密な固液分離で等を生じるリスクがあり,運転管理上,留意するべありバクテリアを完全にトラップできるため曝気槽き点が多いという処理技術上の問題点があった｡まのMLSS濃度を高濃度に維持可能となり,曝気槽

たさらに,曝気槽が大きくなったり,沈殿槽が必要の小型化も可能である｡さらに,えられる処理水はであるなど設置面積の増大や,メンテナンスの手間

大腸菌等の病原性微生物の完全な除去が可能であるが大きいという問題もあった｡このような従来法のなどの特長をもつ｡

欠点を克服するシステムとして,生物処理後の固液

1.2

膜モジュールの設置方式

分離に膜分離装置をもちいる膜分離活性汚泥法が提

膜分離活性汚泥法は膜モジュールの設置方式から案されている｡この方式をもちいることにより設置

大別すると膜モジュールを曝気槽内に設置する浸潰

面積の大幅な削減,処理水質の向上が期待できる｡

方式と膜モジュールを曝気槽外に設置するクロスフ

当社では,ROC日EM‑UF

Systeme社(ドイツ)が開発したクロスフロー型の膜分離装置"FMモジュール

ロー方式の2方式に大別されている｡図2に浸漬方式とクロスフロー方式の基本フローの比較を示す｡の独占販売契約を締結し､販売を開始していMa血te皿anCearea

る1)｡FMモジュールは流路間隔を比較的大きくと(Cllemicalcleaning)れる平膜構造であり,かつ逆庄洗浄が可能であることから,高いSS分の原水に対しても閉塞のおそれが少ないため前処理を簡略化できる利点を有する｡
Aeration

本稿では,膜分離活性汚泥法について概説し,従

bIower来の技術上の問題点について指摘する｡また食品工B

Wastewater

場廃水を対象としてFMモジュールをもちいた膜分
離活性汚泥法の実証実験を実施した結果について報
告し,FMモジュールの膜活性汚泥法への適用性にTreatedwaterP

ついて述べる｡

Filtratepump

AeratioI】ta止Aeratio11tank

Settlingtank

Excesssludge
Treatedwater(a)subl刀ergedsァste】℃
SlndgeAerationB(a)conventionalactivatedsludgeprocess

blowerWastewater

MeIl血一皿eS甲aration
AerationtaIlk

Concentrate

Feed
Trea土edwater

Treatedwater

p11mp

equlpment

P
Aerationtallk

Membrane

Sludgemodu】eExcesssludge(b)Me血branebioreactorprocess(b)cross且owsystem

図1標準活性汚泥法と膜分離活性汚泥法の処理フロー

図

Fig.1Flow

Fig.2

sheetofstandardactivatedsludge
bioreactor
process

process弧d2

membrane

1わ乙4β肋.J(2〃α2/β)

神鋼パンテツク技報

浸漬方式とクロスフロー方式のフロー比較
Flow

diagrams□ow

systemofsubmerged

system

and

Cross

J古

1.2.1浸漬方式2)ジュールに薬液をポンプで循環する方式が一般的に曝気槽内に浸漬された膜モジュールは散気管の上採用されており,膜モジュールを取出すことなく,部に設置され散気管の曝気空気による気液混合上昇

迅速かつ効果の高い薬品洗浄がワンボタンもしくは流により,汚泥の蓄積などのファウリングが抑制さ

異常の自動検知によって自動で実施が可能である｡
表1に浸漬方式とクロスフロー方式の性能についれている｡

ろ過方法は膜の処理水側からポンプで負庄としててまとめたものを示す｡
クロスフロー方式は,比較的難ろ過性の処理が可ろ過をおこなう吸引ろ過方式が多くもちいられてい能であることや薬品洗浄に人手を要しない等,処理る｡

膜分離装置は長期間運転をおこなうと,膜細孔へ

性能は浸漬方式よりも優れている｡設置面積についの有機物や無機物質沈着のため透過流東低下は避けても浸漬方式は薬品洗浄槽の必要性から必ずしも有られない｡このような場合,定期的に薬品洗浄を実利とはいえない｡

施して処理性能を回復させる必要がある｡

本報告では,浸漬方式の技術的な問題点を克服す

浸潰方式の場合洗浄方法は,曝気槽内に膜を浸漬ることが可能と考えられるクロスフロー方式についしたまま薬液を注入して洗浄をおこなう槽内洗浄と,てFMモジュールを適用した実証運転をおこなった｡

槽外に膜を取出して別途薬品洗浄槽に浸漬して洗浄する槽外洗浄があるが,強力な洗浄力の点から,通2.FMモジュールをもちいた膜分離活性汚泥法

常は長期運転では槽外洗浄が実施されている｡

2.1ⅠⅦモジュールの構造

槽外で実施する薬品洗浄は手動操作にて実施されFMモジュールの構造図を図3に,封筒状平膜エているのがほとんどである｡薬品洗浄頻度は条件にレメントの構造図を図4にそれぞれ示す｡FMモジュー

よって異なるが,非定常な廃水の流入や負荷変動のはそれよりも短いインターバルで薬品洗浄が必要な

ルは封筒状平膜を多層に積層したユニークな構造となっている｡処理目的に応じて限外ろ過(UF)膜から逆浸透(RO)膜に至る膜種を選択可能である

場合もある｡このように浸潰方式の場合は,膜を曝と同時に,原水性状にあわせて膜聞流路幅の変更も気槽から取出すなどの作業とメンテナンスエリアが可能である｡封筒状平膜は,支持板の両面に,処理必要であり,作業にかかる労力が大きいことが問題

水スペーサー,平膜を各1枚ずつ重ね合わせて外周であった｡

部をシールしている構造であり,平膜でありながら

1.2.2

逆庄洗浄が可能な構造となっている｡

大きい産業排水の処理では1〜2ケ月程度,もしく

クロスフロー方式

膜モジュールは加圧容器の中に納められ,曝気槽

2.2

外に設置される｡循環ポンプによって活性汚泥を含膜分離活性汚泥法への適用

FMモジュールをもちいた膜分離活性汚泥法の標

んだ廃水を曝気槽から膜モジュールに加圧僕給し,準的なフローシートを図5に示す｡FMモジュール

クロスフロー方式でろ過される｡クロスフロー方式

は膜モジュールを曝気槽外に設置するクロスフロー

では,比較的高粘度,難ろ過性の液についても処理方式である｡曝気槽と膜分離装置間をポンプによっが可能であるという利点をもつ｡て被処理液を循環させ,クロスフローでろ過する｡
従来の加圧方式ではファウリングを防止するために

また,クロスフロー方式では,薬品洗浄時に膜モ

表1浸漬方式とクロスフロー方式の性能比較
TablelCo皿parisonofper払rma凸Ce

between

Installedlocationofmodnle

Space托〉rC血emicalclea凸1ng

submerged

systemCross円ow野Stem

Sub皿ergedsystem

Cross凸owsystem

Insideofaeration也Ⅰ止

Outersideofaeratiolltank

N冒器㌣

Intemptiontimefbrchemicalcleanlng

long

Trea血bilゆofhardly一色1teTableliquid

Bad

ヱβ

and

神鋼パンテツク技報(In｡濫ざ冨S宗t｡m)Short(Antol□atic)
Good∇0王.4β加b.ヱ(20￠2/β)クロスフローによる2〜3m/Sの膜面流速を必要とPer皿eateplpe

していたが,FMモジュールでは逆庄洗浄を組入れ
Me皿】br皿e(:ロ5bio工l

た運転方法を採用し,ファウリングを間欠的に除去するという考えによって1m/S以下の膜面流速でも/Press11T(∋∇eSSel

安定した処理が可能となり従来の加圧方式よりも低Semic8血dge

動力で安定した処理が可能である｡
Rubt〉erStrip

3.実証実験
3.1実証装置
実験に使用した装置仕様を表2に,装置フローを

Me皿brane
PermeateSpac6r
SllppOrtp181e

図6に示す｡FMモジュールは膜聞流路幅の広いタ
イプで膜材質は親水性のポリアクリロニトリル製

y′′′′

Pぢ甲田k

RllbberStrip

UF膜(分画分子量50000)を使用した｡使用したPe皿eateDr8inageStlCk

実験装置を写真1に示す｡

p【訂皿ea旭CllaImel

実証条件

3.2

図

3.2.1実験原水

3

FMモジュール構造図

Fig.3

Scbematic

diagrams

ofFM

module

実験原水として食品工場の廃水を使用した｡
実験期間の原水水質の平均値および最小,最大値

表

実験装置仕様2Speci丘cation

Table2oftestequipment

1)AerationTank

図Capacity

2m3

4

メンプレンクッション
MembraneFig.4

cusbion2)Membranespec近cation
Membranetype

UF

Material

Polyacrylonitrile

50000

MWCO

FMmoduleSystem

Aerationtank

Treatedwater3)ModuleSpecification
3.Omm

Clearancebetweenmembranes
Membraneareaperamodule

3.48m2/皿Odule

quantityof皿Odule

1皿OduIe

Totalmembranearea

3.48m2

Sludge

図5FMモジュールをもちいた膜分離活性汚泥法の
標準フロー

Fig.5

Block凸owdiagramof皿embranebioreactorprocess
witb

a

FM

modulePre一色1ter
Wastewater

Concentrate
B
Aerationblower

0000
0Drainsludge

0

0

0

Permeate≡Cleaningtank

もミ三言

0

萱

0

ごl

Feedpump

叫･･･G)一ト･･

Circulationpul丑p

Backpress町eAerationtank

cleanlngpnmp
FM

園
Fig.6

6

Permeateta止Module

実験装置フローFlowdiagrams

oftestlわJ.4β加b.J(20α2/β)

equlpment

神鋼パンテツク技報

J7

を表3に示す｡期間平均値は80Dが5330皿g几,

傾向が確認された｡理由は次のように考えられる｡

SSが1070Ⅱ1g几であった｡

膜分離活性汚泥法のろ過原理は,膜表面に形成され3.2.2たケーキ層がある程度ろ過層として働き,そのケー

運転条件

ろ過方法として,FLUXを25L/m2/bに設定する

キ層で高〜低分子の有機物が減少し膜細孔のファウ

定流量ろ過方式を採用した｡運転時間の経過と共にリングを防止すると考えられているが,逆洗後,膜ファウリングに起因する膜間差庄が上昇するが,定表面のケーキ層が除去された状態で低MLSS濃度

期的な逆庄洗浄(2〜3時間毎に透過水を利用しての混合水をろ過したことにより,浮遊している微細おこなう)を組み込むことにより,膜間差庄を減少

フロック,溶解している有機成分等が直接膜細孔に作用しファウリングが起こり,膜間差庄が上昇した

させてファウリングを防止する運転とした｡
前処理として,自動洗浄機能付きのストレーナー

ものと考えられる｡対策としては,高MLSS濃度(200/Jm)をもちいて,膜処理に詰まりなどの悪影(巨大フロック)を保った状態で運転することが必

響をおよぼす粒子の大きい固形物や繊維状の異物を

要である｡

除去した｡

4.1.2

処理水質

原水のBODおよびSSの推移を図8,9に示す｡

4.実証結果および考察
4.1処理性能

期間平均値はBODが5330mg/L,SSが1070mg几

4.1.1膜間差圧とMLSSの推移であった｡

膜間差庄および混合水のMLSSの経時変化を図7に示す｡実験期間中,FLUXを25L/m2他に設定
表し通水をおこなった｡基本的に膜間差庄は,若干の3

Table3上昇傾向がみられるものの0.1〜0.2MPaで推移し,

原水水質
Waste

waterquality
Average

逆圧洗浄を組入れた運転方法により安定した処理が可能であることを確認した｡運転時間が約250時間

p‡寸

Minimnm

Maximum

4.3

[‑]

4.0

4.9

を経過したところで急激に膜間差庄が上昇したが,SS【皿g/L]

1070

480

2360

その原因は低MLSS濃度での通水に起因するもの

BOD[mg/L]

5330

3800

6860

であった｡なお後述するが,逆洗をおこなわない場

S‑BOD

[mg几】

4690

3200

6350

合には短時間で膜面に汚泥が堆積して膜間差庄が急

S‑TOC

[mg几]

2420

1570

3320

上昇し,処理が困難であった｡
実験期間中のMLSS測定結果は,最大値:17720
mg几,最小値:5560mg几であった｡
MLSSが6000mg几以下で,膜間差庄が上昇するつ】
4 O (U0

0.6

十TTanS‑meIl血一皿epreSSure[中丸言]0白票巴一心□巴エ∈ロ已･岩巴←

0 5

0 4

[卓軸∈]∽∽貞

0
0 3

00
0

0 2
0

0

0

0

0

○00

0

0 0

(‖)

+

0.0

図
Fig.7

O

100

200

300

400

500

600

Time[b]7

膜間差庄とMLSSの経時変化
DependenceOn

Jβ

2 0 O 爪U0

MLSSO

Operatlng

oftrans‑me皿branepressure

and

MLSS

time

神鋼パンテツク技報

写真1

実験装置の外観

PbotolOutsideview

oftestequipment∇oJ.46J仇).ユ(2〃α〜/β)処理水BOD濃度の推移を図10に,BOD除去率の≡移を図11に示す｡処理水BODは10〜200mg/Lで,OD除去率はおおむね98%以上であった｡なお,)%以上のBOD除去率が得られた時の′BOD･負荷
こ,容積負荷が3kg/m3･d,SS負荷が0.2kg/kg￣SS･d
し下であった｡膜処理で曝気槽処理水に含まれる徴
ほ懸濁物質を分離除去することにより,BODがJ5000mg几の廃水を10mg几以下にできたと考え■れる｡

物理洗浄の効果2

物理洗浄を実施しない運転では,膜間の流路に汚が閉塞を起こし,処理不能状態となる｡膜間に汚写真

2

膜間に汚泥が閉塞した状態

Photo

2

Pluggedmembraneswithsludge乙が閉塞している状態を写真2に示す｡このような

8000
300

●●

●●

6000

250

●●●

●

200
●

吉

4000

●

日
+･⊥

●●

150

⊂〕
⊂)
ロ〕

100
2000

50

●

●

●●

0

0

200

400

600

200

0

400

原水BODの推移
Change

g.8

of

BOD

ofwaste600

Time[h]Time[h]
8

●

water

図10

処理水BODの推移

Fig.10ChangeofBOD

oftreated

water

2500
00

●●

2000
D入U
′hU

0

[辞]

0

1500

●

UO∞‑○望空一d>○∈①出

●

●

●

1000

●

●
●

●

●
●

500

40

20

0
0

200

400

600

0

200

TiIne[h]9g.9

原水SSの推移Cbange

ofSS

400

600

Time[h]

図11BOD除去率の推移
ofwasteガ.4β凡b.J(2〃α〜/β)

water

Fig.11Change

神鋼パンテツク技報

orremovalrate

ofBOD

J9

表

4

Table4

物理洗浄効果E飴ctofphysicalclea血g
Be托〉re Cleanlng

Aftercleanlng①Airscmbbingcleaning②8ackpressureclea血g(Washing by water)③8ackpressurecleaning(Wasbingby air)状態になると,薬液洗浄を実施しても閉塞した汚泥

0 3を完全に除去することは困難である｡そこで,膜面n" 2 5に堆積した物質を除去･抑制する有効を手段である

甘邑巴房←qO【‑已辛口QR芸【声【ト物理洗浄効果について調査した｡物理洗浄条件は

0 つ▲①エアスクラビング
0+ 5(彰水による逆庄洗浄③空気による逆庄洗浄(U ‑▲について,モジュール内を強制的に汚泥で閉塞させ,
各条件で物理洗浄を実施し,物理洗浄前後のモジュー(U O 5

ル内の状態より洗浄効果について評価した｡エアス
クラビング洗浄とは,原水中に空気を送り込み,気

1SO

185

水による物理的せん断力により膜面の付着物を除去

190

195

T血e[h]

する方法であり,逆庄洗浄は膜の処理水側から水お図12逆庄洗浄の効果

よび空気を送り,ファウリング物質,付着物を除去

Fig.12E飴ctofbackpressurecleaning

する方法である｡
洗浄前後のモジュール内部の状態を表4に示す｡

4.3

薬品洗浄の効果

実験期間中に膜間差庄が上昇した際と,実験終了

その結果,水による逆庄洗浄がもっとも高いことがわかった｡

時にNaC10による薬品洗浄を実施した｡薬品洗持

図12に逆洗実施による膜間差庄の推移を示す｡ろ前後の膜表面の状態を写真3に示す｡逆庄洗浄を細過時間にともない,膜表面に汚泥の付着,体積が生入れた運転方法により,薬品洗浄前における膜麦田

じ,股間差庄が上昇するが,一定の間隔で逆洗を実の汚染度は抑制されている｡さらに,薬品洗浄の実施することによって回復し,安定した処理が可能と施により,膜の清水透過性能は新膜時の約85%帯なった｡

度まで回復し,良好な薬品洗浄効果がえられた｡

20

神鋼パンテツク技報∇og.4β肋.J(2002/β:20(

Af亡ercleanlng

薬品洗浄効果(膜面の状態)

3

E肋ct

ofchemicalcleaning(Conditionofmembranesu脆ce)

nXU

3

他oto

cleanlng[∽･タ一旦0叫勺コー屯勺①】dト七〇く】○甘苦り広S

写真

l(U

【+己○のコロニー冨:邑邑一望一日音①己口一〇>β2岩山

8efbre◆Viscosi中
OFiltrate∇01nllle
◆
◆
◆◆
◆

◆◆

も
◆

空く00｡0
◆

◆

◆

5000

10000

15000

20000

MISS【皿g几]

図13MLSS濃度とろ舐ろ過性および汚泥粘度の関係
Fig.13Relationsbip

among

MLSS,Viscosity

andfilterabil‑

ity

【.4

汚泥性状の処理性におよぼす影響

図13に実験期間中の曝気槽混合水MLSS濃度とむ

ら紙ろ過性および汚泥粘度の関係を示す｡
ろ紙ろ過性とはろ過の難易度を調べる方法であり,すび

食品工場の廃水を対象としてFMモジュールをも

iOmLの汚泥を5Cろ紙で濾過した場合の5分間のちいた膜分離活性汚泥処理システムの性能実証実験

ら過量で示される｡

を実施した｡その結果,逆庄洗浄を組入れた運転方

藤井らは,廃水用浸潰膜処理の最適汚泥性状とし法により,従来の加圧方式よりも低動力で安定した

こ①ろ紙ろ過性:20mL/5min以上(参粘度:150

処理が可能であることが確認された｡また,薬品洗npa･S以下であることを紹介している2)｡今回の実簸ではろ紙ろ過性は2.0〜2.5mU5min,粘度は最高

浄性も良好な結果がえられ,同廃水への適用が十分

直400mPa･S,に達しており,浸潰膜では安定した[参考文献]

蔓転が困難と考えられるような汚泥性状であったが,

1)島田光重ほか:神鋼パンテツク技報,Vol.45No.2(2001),p.46
匡ほか:神鋼パンテツク技報,Vol.44No.1
2)藤井(2000),p.17

了Mモジュールでは安定した運転が可能であること
う号判明した｡に可能であることが実証された｡

垂絡先
松

田

勉

技術開発本部
第2研究開発部
第4研究室

TEL

O78‑992‑6525

FAX

O78‑992‑6504

E一皿由It.matsuda@pantec.co.jp

わJ.4β肋.J(20α2/β)

神鋼パンテツク技報

2J

回転型膜分離装置｢ROTOSEP+のバッフル挿入効果
Effectofbaffleinrotarymembranesepara胡on

項

SyStem山ROTOSEPI,(技)第2研究開発部第4研究室
田谷
克義
EatstlyOSbiTa11ida

杭出

Yosbiya

義

也

Kuide

回転型膜分離装置｢ROTOSEP+は,高透過流束/高波縮操作を可能とした新しい膜分離装置である｡膜円板を積層させただけの回転型膜分離装置では,膜を高速回転させても膜円板間の流体の滞留により回転の効果が十分に発揮されなくなるが,｢ROTOSEP+ではバップルを膜円板間に挿入することにより膜円板間の流体と膜円板外側の流路を流れる流体との物質交換が促進されることにより,回転の効果が高められている｡本報告では,膜分離性能に及ぼすバッフルの挿入効果を明らかにすることを目的として,ラテックス溶液の透過流束測定およびレーザードップラー流速計を用いたバッフル周辺での流速測定をおこなった｡その結果,バッフルを挿入することにより膜円板間の乱流が促進され透過流束が向上し,しかもファウリングや閉塞を起こすことなく安定に処理できることがわかった｡これは,バップルの半径方向に沿って,膜円板間の流体の入れ替えが効果的におこなわれていることによる｡

The

new

permea土e

flux

e触ct

high

betweenseparation

ro叫membrane

of

high

and

concentration･A

roね土ion of

membranedisks,弧d血ese

membranesystem,ROTOSEP

stagnationofrealized

,has
fluid

betweendisks,bowever,'■ROTOSEP
can

the

promoteoperation
disks

membraneuses

exchangetheefficientoffhid丘･Omwi也bighdecreases

theba皿esinserted

the

space

betweenmembr皿edisks丘)r血e凸uidin血ecba皿el.Thepurposeofthisreportistoclari中也ee臨ctof'bafne
On也emembranemeasured,and

separation
also

the

this study,theperねrmance.1nvelocitythearoundba血es

was

pemeate飢1ⅩOflatex

measured

uslng

Laser

emulsion
Dopplerwas

Velocimeter(LDV).Theresultsshowthatturbulencebetweenmembranedisksispromotedbyba甜esandtbatthe
permeate凸uxis

not

but

onlyimproved

kept

stable8ux

分離Membrane

膜回バ

ツ

フ

ル

Baf凸e

乱

流

促

進

Turbulence

転Rotation

流体の入れ替え流

速without

fbulingorplugglng･These

anidexchangee血uncedbytheradial凸owalongtheba盟es･

per払rm皿CeSa柁duetotbee触ctofthe

22

also

測

定

separation(filtration)

promotion

ExchangeofMeasurlng

Velocity

神鋼パンテツク技報

fluid∇oJ.4β肋.J(20α2/β)高濃縮操作が可能である｡また膜の阻止性能も向

ま えがき
当社は,新型の回転型膜分離装置｢ROTOSEP+上する｡②高効率バッフルを使用の開発l)を2002年3月に終了し,2002年4月から本格的に販売を開始した｡その｢ROTOSEP+の概略｢ROTOSEP+では,膜円板間にバッフルを挿図を図1に示す｡｢ROTOSEP+は円形に成型した入することにより,膜円板間での溶液の滞留を防膜を円板の両面に貼り付けた膜円板を,回転軸に所止し,乱流を促進して膜円板の高速回転の効果を

定間隔を空けて積層し,その膜円板間にバッフルを高めている｡

挿入して圧力容器内に挿入した構造となっている｡(彰維持管理/メンテナンスが容易

そして,モーターをもちいて回転軸とともに膜円板｢ROTOSEP+では,膜の高速回転によりファを回転させながら原液の膜分離をおこなう｡分離対

ウリングが低減されるため,膜の洗浄や交換間隔象である被処理液の原液は装置下部から供給され,を長くすることができる｡また,シンプルなプロ

濃縮液は装置上部から排出される｡また,膜を透過

セスでの濃縮操作が可能であるため,装置の自動化/無人運転が可能である｡

した透過液は,中空の回転軸内に集水されロータリー(む処理目的に合わせて膜の選定が可能

ジョイントを介して装置外部に排出される｡｢ROTOSEP+には,精密ろ過膜(MF膜),

このような構造を有する｢ROTOSEP+は,次のような特長を有しており,蒸発濃縮や遠心分離の代替装置としての使用が期待される｡

限外ろ過膜(UF膜),ナノフィルトレーション膜(NF膜)を処理目的に合わせて選択して取り(∋高透過流束/高濃縮操作が可能

付けることが可能である｡｢ROTOSEP+では,直径600mmの膜円板をこれら多くの特長の中で,もっ と も400rpmという,従来の回転型膜分離装置と比較｢ROTOSEP+を特長付けているのは,高効率バッして高速で膜円板を回転させることにより膜面にせん断力と遠心力を作用させ,ファウリングや濃プルを使用していることである｡本報告では,｢ROTOSEP+に使用しているバッフルの挿入効

度分極が低減される｡これにより,高透過流束/

果に関して紹介する｡

concentrate豊凰帯
m＼＼＼＼＼＼1h￣̀ヽ1.1.￣■ヽ￣ヽ.■ヽ1.■ヽ■し■ヽ■･L■･L■･LTL■･.■ヽ̲ヽ̲㌧ヽ.■ヽ■ヽ■ヽ■ヽ■ヽ■ヽ■ヽ■ヽ1

Membranedisk
■

Ba粗e

l
l
一

Vessel】l

Axisorrota山on

Mo tor癒＼仙廿:Ⅷ￣＼ll

端匡璽仙叫≡t≡i∃...員….....1≡…≡≡:榊[=>permeate
国1ROTOSEP概略図
Fig.1Schematic

diagramslわ乙4β肋.J(20α2/g)

of

ROTOSEP

神鋼パンテツク技報

2β

表1回転型膜分離装置の課題
TablelProblem

ofthe

ProblemStagnationof
nuidbetween
disks.

rotarymembraneCauseseparation

machineSolutioll皿etbodCoィotationof
8uidwi血me‑

Adv犯tage

Disadvantage

Plugflowinachannel･Largepressuredrop･Deformationofdisks

指さ言う紆ion･mbranedisks.
PreventlngSt喝nationarea.
Smallpressuredrop･Chan‑nelondisks.

IncreaslngOfseals.
Complicateddiskst一[Fig.2(b)]ofdisks,

Vibration
diskbyanun‑×

弧dpartitions.
Openlng

Defbrmatiofl

Evaluatior】

of×

ructure.

綜訊ba鮎PreventlngStagnationarea･
Smallpressuredrop.

Installingbafne
betweendisks.

Ba租e
may
rectifier.

as

work

a

Tobeclar岨edintbisreport.

stablenow.

1.バッフルの必要性
Wallorvessel

はじめに,なぜ｢ROTOSEP+にバッフルが必要

PartitionちH#

であるかについて述べる｡｢ROTOSEP+のように,積層した膜円板を高速笹回転させて膜分離をおこなう回転型膜分離装置にお車ける課題を表1に示す｡回転型膜分離装置の課題は大きく分けて,膜円板間での溶液の滞留と膜円板の笹変形の二つが考えられる｡溶液の滞留は,粘性力にらより膜円横間の溶液が膜円板と共回りするために起笹こる｡また,膜円板の変形は,膜円板を高速回転させることにより,非軸対称な二次流れが生じ,円板が振動するためである2)｡Axisof●rotation

Membranedisk(a)Usi喝partitio□

溶液の滞留を防止する方法としては,

諜allofvessel

図2(a)に示すように膜円板間に仕切りを設ける,

c血nelHヽL′

図2(b)に示すように膜円板に溶液の流路を設ける,
m

膜円板間にバッフルを挿入する,

怖
一′
｢ヽ

以上3つが考えられる｡このうち,膜円板間を仕切

#

臣m

睨:古

訣

ヽL

る方法は,膜円板間に溶液の流路が形成され溶液の′m

入れ替えが起こるが,装置内の圧力損失が大きくな

脳̲
̲′
｢ヽ

l崇拝￣

M

り膜円板や仕切りの変形が起こる問題を生じる｡まヽ‑′た,膜円板に流路を設ける方法は,圧力損失は大き

捌Ⅸ岩亡泣虫E岩4古崇冗亡岩石王4瓜

くならないが,膜円板のシール部分が増加し,膜モ
ジュールが複雑化する問題が生じる｡一方,バッフを解決できると考えられる｡しかし膜分離特性への祝

Membranedisk
Aヱisofrotatioll

ルを挿入する方法は,圧力損失が大きくならず,膜円板もシンプルになることから,上記2方法の課題

慌

̲′
｢ヽ

(b)Openingcba皿nelo皿皿e皿branedjsks

図

2

Fig.2

膜円板間での溶液の滞留防止方法
Methodofpreventingastagnationof
凸uid

バッブルの挿入効果が不明であるので,これを確認

disk5

betweeIl皿e】℃brane

する必要がある｡
膜円板の変形を防止するためには,膜円板間に非以上のような理由から,｢ROTOSEP+のように軸対称な二次流れを整流する物体を挿入する方法が積層した膜円板を高速回転させる回転型膜分離装置

ある｡すなわち,流れの整流器として膜円聴聞にバッでは,上述した問題を解決するためのバッフルを開

フルを挿入することにより解決できると考えられる｡

発し,膜円横間に挿入する必要があることがわかる｡

しかしながら,バッブルの流れの整流効果が不明でそこで,次に,｢ROTOSEP+に採用した新しいバッあるので,これを確認する必要がある｡

フルの形状について紹介する｡

24

神鋼パンテツク技報

VoJ.4β肋.J(20￠2/β)

2.バッフル形状

3.1実験装置

バッフルに求められる性能をまとめると次のよう図4にバッフル形状と膜分離性能の関係を測定すになる｡

るために使用した実験装置の概略図を示す｡本装置①

は図1に示した装置と同様の構造をしているが,本膜円板間の溶液の滞留を防止し,膜円板の回転の効果を十分に発揮させること｡

装置では,膜円板を2枚のみ装着し,膜円板間に図② 乱流を促進する形状であること｡

3に示した形状のバッフルを1枚装着可能である｡③

また,膜円板の直径は実機と同じ600mmである｡

装置内の流路圧力損失が小さいこと(流路が長くならないこと)｡

MeユⅥbra王1edi5】く(む 形状がシンプルであること｡(釘 円彼の変形を防止可能であること｡

Melnbra皿edj5k

VesselVessel以上の観点から,図3に示すような形状のバッフ
ルを考案した｡
図3(a)は長方形の板状のバッフルであり,上述のバッフルに求められる性能の(乱 ④を満たしていChannel

ることば容易に想像できる｡また,この形状はもっCbanneI

Ba皿e

BafⅦe

Axisof､rotatio11

ともシンプルな形状である｡

Axisofrotation(a)Rectanglesbape

図3(b)に示したスポーク塑は,放射状に長方形

図を配した形状のバッフルであり,この形状も図3

バッフル形状

3

Fig.3

Shape

(a)と同様にバッフルに求められる性能③,④を満(b)Spokesbape

ofbafneGasket

たしていることは容易に想像できる｡

VesselO一也ngOutletBa仇/MembranediskeJ

ObseⅣadonwindowll/

そこで,考案した二つのバッフルがこれらの条件･:･:･ロ̲ll/‑ト:･:･/′】;よ̲占①〜⑤を満たしていることを,実験により確認した｡

￣･:･:

ほ訓

ここで,性能⑤の円彼の変形に関する実験の方法と結果についてはとくに示さないが,図3(a),(b)tInのバッフルでは円板の変形の問題はないこと確認し1nlet
Mechanicalseal

昏

ている｡

即

3.バッフル形状と膜分離性能の関係
本節では,バッフルの形状と膜分離性能の関係に

VBelt

BearingRotaヮ+Oint→

Pemeateついて検討した｡以下に,その方法と結果について

図

示す｡

Fig.4

4

実験装置概略図
ScbelⅥaticdiagramsoftherotarymembranesepara‑tion

apparatus

Ba…ve
Pressuてgauge＼

Co響trate

SeparatjollSy5tem＼

Feedta8k/
M

PermeatetaIlk

TC

上一Waterjacket■◆

Coolingunit

Peミ掌ate1Bypass

Pressurega琶

◆l■Coolingwater

皆＼Diaphragmpump

Pressurea句ustlngValve

園
Fig.5

5

実験装置のフロー図
Flowdiagrams

ofthe

lわ乙4β肋.J(β〃02/β)

experimentalappa呵tuS

神鋼パンテツク技報

2古また,図5に図4に示した装置を組み込んだ実験

板間を仕切った場合と図3に示したすべてのバッフ

装置全体のフロー囲を示す｡本装置のフローは,回ルを使用して測定をおこない,経時変化の測定では転膜実験装置に供給ポンプ,原液タンク,クーラー(a)と(b)の長方形状バップルとスポーク状バッフ

等の供給循環装置を取り付けた構成となっている｡

ルを使用して測定をおこなった｡また,実験値とし供給ポンプはダイアフラムポンプであり,倶給圧て,透過流束,ラテックス溶液濃度,操作圧力,操力や供給流量の調整をおこなうためにポンプ出口に

作温度,膜の回転数の測定をおこなった｡

圧力調整弁を取り付けた｡また,濃縮液の出口には

透過流束は一定時間に排出される透過液量をメス

装置内の圧力,流量調整をおこなうために圧力調整

シリンダーで測定し,透過液量を測定時間と膜面積

バルブ(ボールバルブ)を設置した｡

で除すことにより求めた｡また,操作圧力は,回転

原液タンクの容量は0.05m3である｡この原液タ

円板の液出入ロに取り付けた隔膜式圧力計により測

ンクにはウオータージャケットが設置されており,定した圧力を平均して求めた｡また,操作温度は,

このウオータージャケット内に冷却水を循環させる

タンク内の原液温度をサーミスタ方式の温度センサー

ことにより原液の保温をおこなった｡また,原液タにて測定して求めた｡また,膜の回転数は,回転軸

ンクには撹拝機を取り付け,タンク内で膿度や温度の回転数をタコメーターにて測定して求めた｡のムラが発生しをいように原液の撹拝をおこなった｡

3.3

実験条件

操作圧力の測定のために僕給配管と濃縮配管上に

本実験では,実機と同じ膜回転数400rpmで実験

隔膜式圧力計を取り付け,操作温度の測定のためにをおこなった｡また,透過流束の圧力依存性の測定

原液タンクに温度計を取り付けた｡

ではラテックス溶液の濃度を20%,30%と変化さ

実験方法

3.2

せ,操作圧力を0.1〜0.5MPaに変化させた｡また,

本実験では,一定回転数で一定濃度のラテックス

透過流束の経時変化の測定ではラテックス溶液の濃溶液に対する透過流束の圧力依存性と経時変化を測

度を30%,操作圧力を0.4MPa一定でおこなった｡

定するため,膜により分離された透過液と濃縮液のなお,操作温度は25℃一定とした｡また,本実両方を原液タンクに戻して循環させ原液濃度を一定

験で使用した膜は,材質がポリエーテルスルフォン,に保つ全循環方式にて実験をおこなった｡透過流束

分画分子量が4000の限外ろ過膜(UF膜)である｡の圧力依存性の測定ではバッフルがない場合,膜円
50

30

●
△
l

40

◇

萱

25

e

[月＼N日コ]当【□①)d唱戸】Oh[月＼N∈＼J]叫声己0)召己hの山

30

▲Z
0

0.1

0.2

0.3

0.5

0.4

20

0.6

0peratingpress∬e[Mpa]

図
Fig.6

2β

nU

0.1

●

Spokesbape△

Rectangleshape

0.2

0.3

0.4

0.5

0peratingpressure[MPa]MeIllbrane:UF

Melllbrane:U下Temperamre:25℃

Temperamre:25℃

Dia皿eterOr】ⅥeJ刀bra】1ediskニ600皿皿

Djarneferof●me皿bⅧedisk:600Jn皿

NuIl加rofrotations:400叩m

NuIl血∋rOfrotations:400叩m(a)20%1atexemulsion
65(b)30%1atexeInulsion

透過流束へのバッフルの挿入効果
E配ct

ofba組eonthepermeateflux

神鋼パンテツク技報

1わ王.4β肋.J(20α2/β)実験結果および考察

3.4

長方形状のバッフルよりもスポーク状のバッフルの方が乱流の促進効果が大きいと考えられる｡

ラテックス溶液を膜分離した際の透過流束と操作圧力の関係について,バッフルの形状を変えて測定

また,ラテックス溶液の固形物濃度が30%の時した結果を図6に示す｡図6(a)はラテックス溶液の透過流束の経時変化を測定した結果を図7に示す｡の固形物濃度が20%,図6(b)はラテックス溶液の30

固形物濃度が30%の時の結果である｡
図6(a)から,バップルがない場合,回転の効果25が発揮されないことがわかる｡これは,膜円板間の[点＼叶胃＼J]彗一石ひ)d心百hの山

流体が共回りして膜面に効果的なせん断速度が発生しないことによるものと考えられる｡また,膜円板
間を仕切るよりも,バッフルを挿入した方が回転の効果が大きいことがわかる｡この現象の理由については,次のように考えられる｡膜円板間を仕切った
場合とバップルを挿入した場合では,遠心力の大き
さは回転数と溶液性状によるため同じであると考え

つム
ハU

5

0

られる｡しかしながら,バッフルの方が膜円板間を●Spokeshape△

Rectanglesllape

不均一に覆っているため,乱流が促進されるので,
4

せん断力は大きくなると考えられる｡このため,膜

8

12

16

20

24

0peratingtime[h]円板間を完全に仕切るよりもバッフルを挿入した方

Membrane:UFが透過流束が大きくなると考えられる｡この結果かOperatlngpreSSure:0･4Mpa

ら,バッフルは上述したバッフルに求められる性能

Temperat耶:25℃
Diameterorme血branedisk:600mm②を満足することがわかる｡

Numberorrotations:400rpm

また,図6(b)から,濃縮限界に近いような高濃30%1atexemulsion

度では,長方形状バッフルよりもスポーク状の方が図

透過流束が大きくなることがわかる｡この結果から,

7

Fig.7

連続運転での透過流束の安定性
Stabilityofpermeate

fluxincontinuous

operation

PhotoMultiplier
FlolVVelocityAnalyzer

◎
Probe

Measuredtarget⊂::===]⊂::::::::::コ

Transm如er
A｢Laser[コ⊂=::::::コ

PersonalComputer(ProcessorandSoRwarefbranalyzing＋HardDiskl)rivefbrrecord)

CoolingⅥ√如er

図
Fig.8

8

LDVをもちいた流速測定システムの概略図
Schematic

diagrams∇0乙4β肋.J(2〃α2/β)

oflⅥeaSuringsystempfvelocity

uslng

LDV

神鋼パンテツク技報27

図7から,乱流の促進効果の違いのために透過流束解析された｡そして,PCの専用ソフトを使用しての大きさに差はあるが,いずれのバッフルでも透過

口DDに流速測定データが記録された｡

流束が安定しており,膜円板間で溶液が滞留して過また,レーザー光線の乱反射を防止するため,回濃縮され透過流束が減少する現象は見られないこと

転型膜分離装置のレーザー照射部分周辺の円板,バッがわかる｡これは,バッフルの挿入により膜円板間

フル,容器内をつや消し異に塗装した｡
実験方法

への溶液の流入出が安定しておこなわれていることを示唆している｡通常,膜間を仕切った場合,溶液

4.2は膜円板表面を流通するため,強制的に膜円板間へた溶液で満たし,膜円板を回転させレーザーを測定の溶液の流入出が起こる｡一方,バッフルを挿入し点に発信させた｡本実験ではレーザー光線を装置のた場合,膜円板間を仕切った場合のように,強制的のぞき窓から発信したため,膜円板の半径方向や回な膜円板間への溶液の流入出は生じない｡次節で,転方向である接線方向の流速を測定するための角度

このバッフルによる膜円板間への溶液の流入出メカ

でレーザー光線を発信することができなかった｡そ回転型膜分離装置の容器内をトレーサーが溶解しニズムを確認するための検討をおこなった｡

こで,レーザー光線を膜円彼の中心線に対して任意

4.バップルによる流体の入れ替え効果の角度で測定位置に発信し,中心線に対するレーザー

前節において,バッフルを挿入することにより膜光線の角度と流速ベクトルを測定し,正弦定理から円板間への溶液の流入出がおこなわれていることを

流速ベクトルの半径方向の速度成分と接線方向の速示唆する結果がえられた｡そこで,バッフルを膜円

度成分を算出した｡

板間に挿入して膜円板を回転させ,バップル周辺の流速を測定することによりこの効果の発生メカニズ
ムを解明することを試みた｡以下に,その方法と結果について示す｡なお,ここではスポーク状バッフ

Centerorme111branedisk

ルについて検討をおこなった｡

.∧.

/h
/一i＼

4.1実験装置

AxisorrotaIion/l＼

バッフル周辺の流速の測定には,レーザードップ

ラー流速計(Laser

Doppler

Velocimeter,LDV)を

Ba丘Ie用いた｡LDVでの流速測定原理は次の通りである｡

R血ofmembranedisk.■一■i.1.!■.■i.■②

2本のレーザー光線を発信して交差させると,レー
ザー光線の交差する点に干渉縞が発生する｡この干渉縞部分にトレーサー粒子を流し,干渉縞の明滅速度を検出する｡検出した干渉縞の明滅速度は,トレーサー粒子の移動速度,つまり流速に比例している｡
LDVは,この明滅速度を検出して流速を測定する装置である｡(卦(a)ParalleItomembranediskorba丘Ie

本実験では,図4に示した装置にスポーク上バッOMeasurementpolnt

フルを取り付け,装置ののぞき窓からLDVのレー
ザー光線を発信し,バッフルと膜円板外周周辺の流Membr訂Iedisk

BafⅥe

速測定をおこなった｡図8にLDVを用いた流速測定システムの概略図を示す｡本実験で使用した①○

LDVは,後方散乱方式であり,アルゴンイオンレー②○

ザー(AIL),トランスミッター(TM),プローブ,
フォトマルチプライヤー(PM),フローベロシティー
アナライザー(FVA)およびデータ解析,記録用のPCから構成される｡AILから発信されたレーザー
はTMを経由してプローブから測定部に発信される｡
レーザー光線の交差した干渉縞の反射光は,プローブからTMを経由してPMにて分光されFVAにて2β(b)Perpelldiculartor□ernbrぉ1ediskorbafヨe

図

9

Fig.9

神鋼パンテツク技報

LDVによる流速測定位置
Measロ代印e山polnt

OfvelocltybァLDV

1わJ.4β肋.J(20膨/β)

4.3

実験条件

本実験では,トレーサー粒子として水性塗料を使9(a)の③の位置),およびバッフル上の中央の位置(図9(a)の④の位置)の4箇所である｡また,

用し,溶液として水道水を使用した｡また,膜円板

膜円板やバッフルの垂直位置は,図9(b)に示したの回転数は200rp皿とした｡

ように,膜円板から下側に1.5mmの位置(図9(b)流速測定をおこなった箇所を図9に示す｡流速の測定は,のぞき窓からの測定が可能な2本のバッフの①の位置),バッフルから上側に1.5mm(図9(b)の(∋の位置)の位置である｡

ル間でおこない,合計8箇所である｡膜円板やバッ

4.4

実験結果および考察

フルと平行な測定位置は,図9(a)に示したように,

図10に流速測定結果を示す｡図10(a)に膜円板近膜円板外周部に沿った,バッフルから膜円板回転方傍で測定した流速ベクトルと速度ベクトル成分を,

向下流側1.5mmの位置(図9(a)の(Dの位置),2本のバッフルの中央(図9(a)の②の位置),バッ

図10(b)にバッフル近傍で測定した流速ベクトルとフルの膜円板回転方向上流側へ1.5m皿の位置(図速度ベクトル成分を示している｡

図10フう､ら,平行位置①の半径方向速度成分が負の値となっており,それ以外の平行位置では正の値となっていることがわかる｡また,正の値となってい

匝国
人‥紙川=
′㌧〃･/
＼l､
＼‑1
＼‑1■

/.

る平行位置②,(参,④でも,その値は平行位置(多から④に向かって徐々にと大きくなっていることがわ●①⊂=遜::::::::]ー′1/

かる｡この結果は,平行位置①の位置,つまりバッ

Perpendicularposition

Ba斤Ie

フルから膜円板回転方向下流側の位置で膜円板間へ

Ba丘Ieの溶液の流入が起こり,それ以外の位置で膜円板聞.′/〓からの溶液の排出が起こっていることを示している｡
また,膜円板聞からの溶液の排出は,2本のバッフ

Rjmorme血branedisk

ルの間ではほとんど起こらないが,バッフルの膜円①

板回転方向上流側の位置やバッフル上では盛んに起

き.

1

=

こっていることを示している｡このように,バッフJ

Para11elposition

一‑ナ:2Ⅰ山s(a)Nearme血branedisk

ルの膜円板回転方向上流側で溶液の膜円板聞からの排出が起こるのは,回転により溶液がバッフルと接触する際に圧力が膜円板外よりも高まるためと考えられる｡逆にバッフルの膜円板回転方向下流側で溶

九州…

圏

液の膜円板間への流入が起こるのは,回転により溶

/㌧

〃一･′
/+

液がバッフルから離れる際に圧力が膜円板外よりも

Ba任Ie

Perpendicularposition
Ba丘Ie

tl‑､

./一

./

低くなるためと考えられる｡
また,流速の膜円板接線方向成分は,円板に近い

Ba8le

■/一

ー＼
1､

.〜.
ぎ､言〓■.‑①

Directionofrotation
Rimof●membranedisk

ofmembranedisk＼
Lowerstream

壷＼

ゞ≡ぎ!
l
Parallelposition

一‑ナ:2m/s(b)Nearba組e

→
‑‑ゝ
･…･･>

Velocityvector
Tangentialcomponent
OfvelocltyVeCtOr
RadiuscomponentorvelocltyVeCtOr
Laserbeam
Centerlineofmembranediisk

一トDirectionorrotationofmeasuredlわg.4β肋.J(20α2/β)veloclty

誘雲
誕声野

Upperstream

Membranedisk

図11バッフル周辺の溶液の流れのイメージ

図10流速ベクトル測定結果
Fig.10Results

瀾
闇

Ba用e

熱伊

VeCtOrS

Fig･11Image

神鋼パンテツク技報

orflow

pattemofsolution

near

ba租e

29

垂直位置(丑ではバッフルに近い垂直位置②よりも億と乱流促進のために,膜円板間へのバッフルの挿入が大きいことがわかる｡これは,膜円板に近い方がが不可欠である｡そのためのバッフルとして,粘性力により膜円板に引っ張られやすいため,流速｢ROTOSEP+では長方形型とスポーク型の2種類が大きくなっていることを示している｡とくに,バッのバッフルを採用した｡これらのバッフルは,回転フル上(平行位置④)において,垂直位置②の中で膜用のバッフルとして求められる5つの性能である,も他の位置よりも流速の接線方向成分が小さくをっ(丑膜円板間での滞留防止,②乱流の促進,③庄損の低減,④単純な形状,(9円板の変形防止を満足してている｡逆に垂直位置(∋では,他の位置よりも流速の接線方向成分が大きくをっている｡これは,バッ
フル上のバッフルに近い位置では,粘性力により流いる｡これらの求められる性能のうち,とくに(∋と(参について,ラテックス溶液の透過流束測定および体がバッフル上に留まろうとし,逆に膜円板に近い

LDVを用いたバッフル周辺の流速測定をおこない

位置ではバッフルにより流路が狭くなるために流速確認した｡その結果,バッフルを挿入することによが上昇してバッフル上から流出しようとしているこり膜円板間の乱流が促進され透過流束が向上することを示している｡これにより,バッブル上ではバッとがわかった｡また,バッフルに沿って,膜円板間フル近傍と膜円板近傍の流速差(せん断速度)が大の流体の入れ替えが効果的におこなわれていること

きくなり,乱流促進が起こると考えられる｡

がわかった｡

この流速ベクトル測定結果から,バッフルによる

このように,｢ROTOSEP+に採用したバッフル

膜円板間と膜円板外との溶液の入れ替え効果を模式

を膜円板間に挿入することにより,膜分離効率が向的に表すと図11のようになると考えられる｡つまり,上し,｢ROTOSEP+は蒸発濃縮や遠心分離の代替

バッフルの膜円板回転方向上流側で膜円板聞から排装置としての優れた性能を発揮することが可能となっ出される流れが生じ,膜円板回転方向下流側で膜円た｡今後は,｢ROTOSEP+が様々な固液分離プロ

板間に吸い込まれる流れが生じていると考えられる｡

セスへ適用されることを期待する｡

む

す

び

新型の回転型膜分離装置ているバップルについて,｢ROTOSEP+に採用しその必要性,形状,性能

1)谷田克義ら:神鋼パンテツク技報,Vol.45,No.1(2001),p.12‑17

膜円板間での溶液の滞留

2)舟木治郎ら:機械学会論文集(B編),Vol.61,
No.588(1995),p.160‑165

について紹介した｡
回転型膜分離装置では,[参考文献]

連絡先
青

田

克

義

技術開発本部
第2研究開発部
第4研究室

TEL

O78‑992‑6525

FAX

O78‑992‑6504

E‑mailk血Ilida@pantec皿jp

β0

神鋼パンテツク技報

lわ王.4β肋.J(20α2/β)北九州市水道局殿向上向流式生物接触ろ過施設

一施設概要と水質改善効果‑
Upper

tyPe

counter‑f10W

0f

ammoniabi■o contact

nitrogen,mOldy

odor

tor Kitakyushu‑City

manganese

filter for remova1(環)環境本部技術部
中町
眞

dissoIved

andWaterworks

美MamiNaka皿IaChi

西Bureau尾Hironobu

伸弘Nishio(環)環境本部第2営業部
石丸

豊YutakaIshimam

生活排水による水質汚濁や湖沼における富栄養化などにより,水道原水のアンモニア怪童素や界面活性剤の上昇,カビ臭などの異臭味の発生や溶存マンガン濃度の上昇といった浄水障害が起こる
場合がある｡これらの溶存物質を除去するには種々の方法があるが,新しい水処理方式として粒状
活性炭をろ材とする上向流式生物接触ろ過法が有効である｡
本方式を導入している北九州市水道局の施設概要,運転状況および水質改善効果を報告する｡

Water

pollution

increasedammoniasucb

ofriversandtronbles托)r

SOurCenitrogen,anionicO切ectionable

taste

and

eutrophication

surねctantmoldy

odor.One

biologicalcontact租ter,having

broughtOfanddissolveddue

toi姐ow

carbonpalatable

domesticof

puri石cation

manganese

solutionsactivatedsa氏r andponds

municlpalwater

ofthe

granularhas

Ofconventionalprocess

Water

of

plantscontent,and

fbr removaloftbese

city waterastheincreasein

血egeneration

atlowerofsuch別ter
operatingof

tbe up一皿ow

contentsis

filtermedia.Addition

as

have

wastewater

abead

costsincluding

cbemicalcost.

上向流式生物接触ろ過

ロpper

counter一皿OW

type

粒

状

Gmnularactivatedcarbo皿

臭

気

活

性 炭
物

質

moldy

contact丘1ter

odor

アンモニア性窒素

ammonia

溶存マ

dissoユved皿anganeSe

ンガン

bio

nitrogenラントにて開始された｡

ま えがき
北九州市水道局は,主要水源である遠賀川の水質その結果,上向流式生物接触ろ過法を導入すべく,悪化にともなうアンモニア性窒素や洛存マンガン濃実証実験を経て,北九州市水道局本城浄水場内に高度の上昇,藻類の繁殖による異臭味の発生,有機物度浄水施設を建設,2000年8月7日より供用を開始

濃度の上昇等に苦慮している｡そこで,水質改善効された｡

果･処理コスト･用地確保などを考慮しながら,この高度浄水施設の機械設備の建設を当社が担当

1987年度より種々の処理方法の調査,検討を実験プ
1わ乙4β肋.J(2〃α!/β)

し,2000年5月からの試運転を経て,現在,順調に神鋼パンテツク技報

βJ

処理目的を達成し｢安全でより良質な水道水+の供給をされている北九州市水道局殿に寄与することができた｡

本報では,この上向流式生物接触ろ過施設の特長･概要および運転状況について報告する｡

1.上向流式生物接触ろ過方式｢安全でおいしい水+への要求が高い中,本施設
は,河川に存在する微生物の自然浄化作用を利用した生物接触ろ過方式を採用している｡これは,生物
接触ろ過池内のろ材に微生物を付着繁殖させ,原水がろ過層を通過する際にろ材と接触することで,アンモニア性窒素,溶存マンガン,臭気物質,陰イオ
ン界面活性剤などの溶解性物質を除去する方式であ

写真1

上向流式生物接触ろ過施設全景

PhotoI

Generalview(北九州市水道局 本城浄水場)

る｡

本施設では,微生物を付着繁殖するろ材として小ofupper凸ow

type

bio

conta⊂

丘1ter(比)叫yowaterpnrificationplant監itakyushl
citywaterworksbureau)

粒径の粒状活性炭をもちいている｡
通水方式は,水道原水を直接ろ過するため,ろ過池で一般的に実施されている下向流式では,原水中⑤濁質捕捉量が少ないため,損失水頭が少ない連載の濁質によりろ層表面が詰まりろ過閉塞を起こすたが可能となる｡洗浄までの水位の上昇が少なく催

め,上向きにろ過する上向流方式である｡
さらに,生物接触ろ過池内に原水中の濁質が捕捉

い水位差で運転できるため,自然流下方式が採月
でき中間ポンプなどの機器が不要になる｡

されることを抑えるため,通水速度を大きくし,ろ⑥原水を直接生物処理することで,アンモニア性窒

過層を膨張させた流動状態として運用している｡

この水道原水を対象とした上向流式生物接触ろ過方式の特長を次に示す｡

素などが生物酸化され前塩素や中間塩素処理で召人する塩素量の低減がえられる｡①流動床であるため,接触ろ過層全体を有効に利用⑦濁質捕捉を目的としていないため,処理水中に凝集の核となる物質が残留するので,後段の凝集焚

でき,生物処理効率が良い｡②小粒径の活性炭を利用することで,ろ材の表面積

理工程での凝集性能を悪化させない｡

が大きくとれ,生物の繁殖量が多く生物処理効果

加えて,生物処理水の濁質は沈降性の良いものむ二を高められる｡

変質するため凝集･沈澱処理に対し良好な影響を③付加的な要素として,活性炭自体が付着した生物与えると思われる｡

2.施設概要により再生することが考えられるため,ろ材とし施設フロー図を図1に示したように,原水は生形ての効力が長期にわたり期待できる｡④上向流であるため,濁度が高い原水を速い通水速

接触ろ過施設で生物処理された後,既設の粉末活乍

度で接触ろ過できるので,施設の設置面積を少な

炭接触池を通過,混和池で薬品と十分に混和され六くできる｡

後,フロック形成池,薬品沈澱池を経て,急速ろ謎
Flocculationbasin

Raww

療Service
reSerVOlr噛Upperflowtype

Povderactivatedcarbon

biocontactfilterlI勺eCtion包cilities

Mixingbasin

Sedimentationbasin
Rapid丘1terbasin

図1施設フロー(北九州市水道局 本城浄水場)
water
Fjg.1FloⅥ′djagIa皿Of甘0叫opmri丘印tion
pla出足itakアロSllロCity
32

神鋼パンテツク技報

vaterworks

b町eaロ

lわJ.4β肋.J(2002/β

DischargetroughContactlayeT(GAC)
LowereqⅦpment

句転on伽wplpe
Inflowplpe

国

2

Fig.2

上向流式生物接触ろ過施設

全体図

Structure

bio

of

upper

floⅥ′typecontact且1tration

facilities

池でろ過され浄水池へと送水される｡

b凸owCbannel

Out瓜owcbannel

も生物接触ろ過施設の全景を写真1に示した｡また,も施設の全体図を図2に,生物接触ろ過他の構造図を図3に示した｡
水道原水は流入管により生物接触ろ過施設め流入
井に導かれる｡この流入井には魚やビニール片などが生物接触ろ過槽内に流入しないよう,除塵ブロワ
より空気を送り微細気泡によるエアーカーテンを設置している｡
エアーカーテンによりスクリーニングされた原水は流入渠に入り下部の圧力渠から気水洗浄型多孔板
により均等分配され,支持砂利層,ろ過層(生物活性炭層)を通過し生物処理される｡

Contactl野er(GAC)

図

3

Fig.3

上向流式生物接触ろ過池構造図
Structureofupper□owtype

bio

contactfilterbasin

処理水は上部トラフで集水され流出渠から流出井
洗浄は｢空気+→｢空気＋水+一｢水洗浄+をおこを経て,流出管により後段処理へと送られる｡
本施設は濁質捕捉が無いことが理想であるが,実際は,下部装置や支持砂利層に少量の濁質が捕捉さない,濁質や付着生物の一部を効率よく生物接触ろ過他の系外に排出する｡

れる｡また,生物処理であるため,ろ過層のみなら

洗浄排水については,後段に凝集･沈澱ろ過工程

ず下部装置や支持砂利層にも生物が繁殖するようにを有するため,高濁度の洗浄排水のみを排泥他に送なる｡そのため,通水継続とともに損失水頭が上昇

水している｡

するため,一定期間毎に洗浄をおこなう必要がある｡
lわJ.4β肋.J(g￠〃2/β)

神鋼パンテツク技報

33

3.3

2.1設計諸元トラ

フ

処理水量:最大71000m3/d型

式:U字型角型トラフ

池寸法:400mmWx400mm且×5100mmL

池寸法:6.0皿WX4.7mLX2系列/1池材

質:SUS304

他面積:225.6m2(56.4m2/1池)

数

量:6本/池×4池分

数:4池

2.2

接触層仕様

種

除塵ブロワ

3.4

通水速度:320m/d

類:石炭系粒状活性炭(破砕炭)型

式:ルーツブロワ

能力:8皿3血inX3皿Aq

有効径:0.4〜0.5mm

7.5klⅣ×210V

台

均等係数:1.4以下
充填密度:450〜550kg/m3

空洗ブロワ

3.5

充填層高:1.35m(76.14m3/池)
洗浄方法

2.3

数:2台

型

式:ルーツブロワ

能力:40m3/minX6mAq

台

数:2台

洗浄方式:気水洗浄

75kWX210V

洗浄工程:排水一水抜→空洗→気水洗→水洗一水

抜水ポンプ

3.6

按

3.施設仕様型

式:ノンクロツグ型水中ポンプ

3.1下部装置

能力:2.5m3血inX13ⅡlAq

型

式:気水洗浄型多孔板式(A/W式有孔パ

llkWX210V

台

ネル)
材

質:SUS304

4.運転方法本施設の安定運転のためには,生物接触ろ過地声

設置面横:56.4m2/池×4池
空洗装置

3.2

型

数:3台

のろ過層が,一定の流動状態を保つことが重要で凍

式:ラテラル管式空気洗浄装置

る｡ここで,上向流の通水速度が遅いと,洗浄によ

材

質:SUS304

り剥離された濁質が上部トラフから系外へ排出さか

数

量:4池分

にくく,ろ過池内に蓄積されていくことになる｡ヨ･

表1平均濃度とBCFによる除去
TablelCompariso皿OfⅥ√aterqnaliゆItem

Rawwater

王享CFe盟uentRemovalrate

A皿皿Onia皿itroge力

(mg几)

0.05

0.01

91%

Dissolvedmanganese

(ng几)

0,013

0.000

90%

Potassiu皿pe皿皿ganateC皿Snmptionvalue

(mg几)

7.5

5.5

23%

(‑)

0.044

0.031

22%

TIIMFP

(mg几)

0.042

0.031

21%

A血0血csu血ceactiveagent

(mg几)

0.05

0.02

57%

E26｡

表

2

カビ臭物質2メチルイソボルネオールの検出および除去状況

Table2Comparison

of2MIB

Detectiondate

content

5/15

5/25

5/28

6/1

6/4

6/6

48

39

31

43

28

Rawwater

(ng几)

50

BCFeffluent(ng/L)

14

Removalrate

(%)

72

朗

6/8
35

ND

ND

ND

Nt)

ND

ND

1PO

lOO

lOO

lOO

lOO

lOO

神鋼パンテツク技報

1わ王.4β肋.J(20α2/βこた,通水速度が速いと,上部トラフからのろ材の流では100%と高い除去性能がえられた｡

出や,原水とろ材の接触時間が短くなることから処

過マンガン酸カリウム消費量,E26｡およびトリハ

理性能の低下が危倶される｡これより,各生物接触
ろ過他の通水速度は一定範囲としなければならず,

ロメタン生成能などの有機物質については,20%程度の除去率がえられ,陰イオン界面活性剤も良好

取水する原水流量の変動に対して,運用する池数をな処理性能を示した｡

制御する必要があった｡

む

す

び

生物接触ろ過池を停止することによる生物処理機

活性炭を担体とした上向流式生物接触ろ過方式に能への影響が問題となるが,実証プラントにて実験より,水道原水を直接処理することにより高い生物を実施し,生物処理機能を損なわない池数制御方法

処理効果がえられた｡それによる水質改善効果は大きく,より安全でおいしい水を僕給すると共に,浄を検討した｡
これらの知見に基づいて,生物接触ろ過施設の池数制御運転をおこない,安定した運転を継続している｡

水施設全体として塩素,凝集剤および粉末活性炭の使用量が減少し,維持管理性の向上がえられた｡
本報告は,北九州市水道局殿が発表されたデータを引用した｡ご協力を頂いた北九州市水道局に深く

5.処理性能運転開始時は,ろ材として使用している活性炭の感謝敦します｡

吸着効果により有機物質が除去される｡アンモニア[参考文献]

性窒素や溶存マンガンの除去が確認され生物処理効

1)肥壕隆男ほか:第48回全国水道研究発表会講演集(1997),p.172
2)肥壌隆男ほか:第49回全国水道研究発表会講演集(1998),p.160
3)原口公子ほか:平成12年度日本水環境学会九州支部
研究発表会講演要旨集(2000)
4)石橋正博ほか:第53回全国水道研究発表会講演集(2002),p.278
5)野尻まちこほか:第53回全国水道研究発表会講演集(2002),p.280
6)永富孝則ほか:用水と廃水,Vol.39,No､3(1997),

果がえられるのに,約1ケ月を要した｡その後の水質と除去率を表1,2に示した｡
アンモニア性窒素や溶存マンガンは共に90%以上の除去率がえられている｡冬期にアンモニア性窒素が含まれていない水源から,やや高い水源に変更
した時は,一時的な除去率の低下が見られたが,徐々に回復し,再び高い除去率で運転を継続することが可能であった｡
カビ臭原因物質である,2メチルイソボルネオー
ルは濃度が50ng/L程度では72%,それ以下の濃度

p.2337)生物接触ろ過方式の技術資料,社団法人水道浄水プ
ロセス協会(1996)

連絡先
中

町

眞

美

環境装置事業部
環境本部
技術部
TEL

O78‑232‑8102

FAX

O78‑232‑8057

E‑mailm.nakamacbi(垂pantec.co.jp∇bJ.4β肋.J(20α2/β)

神鋼パンテツク技報

β古高速繊維ろ過による合流式下水道越流水対策
ControIof

Combined

High‑Rate

Sewa9eOverf10W

Media

Filtration

Fiber

With

(環)技術部第3グループ
土谷聡

SatoshiTstlCbiya

下水道の役割の一つである公共用水城の水質保全が重要視されているなか,合流式下水道での雨
天時越流水の汚濁負荷による公共用水域への影響が懸念されている｡簡易で即効性のある越流水対策として高速繊維ろ過(浮上性繊維ろ材)による物理処理に着目し,共同研究による実証実験をへて,その実用化に向けた適応性と処理性能評価をおこなった｡結果,雨天時簡易処理水をろ過速度
2000m/d,晴天時二次処理水をろ過速度1000m/d処理することにより,SS除去率がそれぞれ雨天時50%程度,晴天時70%程度の処理性能を有することが確認できた｡ろ過速度が高く,単純な構造,無薬注処理を特徴とする本技術が,年間を通じた合流式下水道の放流水水質の向上に寄与できるものと判断される｡

Adverseef托ct

ofcomb血ed

sewageCOnSerVation

ofwaterquality丘ber

filtration

was

media

deInOnStration
SS

tests

removalratio

under

COnStmCtion
qualityofthe

ofpublic
assessedbycausedwaters,Oneascollaboration

no

and

w托h

other

sewerage十related

sewer

overflow

cbemicalrequlrement,is

ef巳uent丘‑0皿CO皿b血ed

soludon

quick

was

concemedin

sewerageR)rpraCticalapplicationⅥ7itb

co皿panies.Tbe
treatedattocontributetoseweragesysteI℃

Combinedsewageover恥w(CSO)

高速繊稚ろ過Bigb‑rate丘ber

度of2000m/d,

ofyearlysystem.

合流式下水道越流水
速

thecon丘rmedvelocity,Simple

theimprovement

CoⅢ1bined

過

tests

filtration rate

合流式下水道

ろ

of

view

systems.Floating

system,血avingbigb丘Itration

concluded
sewagebeenmucb

roles ofpublic

Ofthe

simpleseconda叩e租uentatlOOOm/d.T血isandrainね11s hasacombined

of50%whenand70%wi血theoverflow

Filtration

media別tration

rate

実用SS捕捉速度

practicalSStrapping

実用SS除去率

PracticalSS

re皿0Valratio

speed

都市の浸水対策をある程度同時に,かつ速やかに乍

ま えがき
下水道普及率が高まってきた近年,下水道の役割

決できる観点より,合流式下水道が多く採用され‑の一つである公共用水域の水質保全が重要視されてきた｡しかしその横能上,雨天時に未処理汚水の一いる｡比較的早い時期に下水道整備がおこなわれた部が雨水とともに公共用水域へ放流されることがZ

大都市部では,同一の管きょで汚水と雨水を収集･るため,雨天時公共用水域への汚濁負荷量が水質イ排除することにより,生活環境における汚濁対策と全上の課題となっている｡

ββ

神鋼パンテツク技報

1わJ.4β肋.J(2〃α才/きこれまで合流式下水道の改善策として,遮集管の増強や貯留管,雨水滞水池などの整備が進められてきたが,それらの対策は規模･費用が大きく,期間を要することなどから,簡易で即効性のある対策が求められている｡また合流式下水道における雨天時
放流負荷量は,自然吐き口からの未処理放流水と同様に,処理場からの簡易処理水(一次処理水)の占める割合も大きいことが知られており,1)簡易処理
水の高度処理化が公共用水域への放流負荷削減に寄与するものと考えられる｡

当社では,(財)下水道新技術推進機構,(株)石垣,栗田工業(株),(株)神戸製鋼所,三機工業(株),新日本製織(株),住友重機械工業(株),日立プラント
建設(株),前澤工業(株)の以上9者とともに,高速

写真1

ろ材

PhotoI

Filter(mm)
media

繊維ろ過をもちいて,雨天時簡易処理水および晴天
時二次処理水を対象に,合流式下水道放流負荷削減

構

1.3

造

を目的とした共同研究をおこない,実証実験による本ろ過装置の構造を図1に示す｡原水流入部はろ本技術の実用化に向けた適応性と処理性能の評価を過槽下部に設け,原水が均等に流入されるよう原水おこなった｡

入口が配置される｡ろ過中にろ材を支持する上部ろ1.高速繊維ろ過材受けと,ろ過槽排水時にろ材の流出を防止する下1.1越流水対策としての位置づけ

部ろ材受け間の空間上部に,浮上性繊維ろ材からな

合流式下水道越流水とは,雨水吐き室,ポンプ場

るろ層が形成される｡ろ層下部にはろ材洗浄時にろなどからの雨天時未処理放流水に加え,処理場から材が流動するためのろ層展開部を有する｡集水部はの簡易処理放流水などを含む広義の越流水を表し,

上部ろ材受けの上部に設け,ろ過両全体に対してろその対策には,一般に次のものが考えられる1)｡

過水を均等に集水できるよう集水トラフまたは処理

1)既存施設を改善し,遮集量を増大させる方法
2)遮集した下水を処理する方法
3)管路施設へ流入する雨水を抑制し,雨天時放流

水出口が配置される｡洗浄装置はろ材を流動･旋回量を削減する方法

けられている｡
1.44)路面や管きょなどの汚濁物を適切に清掃･捕集
し,発生源で抑制する方法

特長本ろ過装置は次のような特長を有する｡

1)ろ材の空隙率が高く,圧力損失が少ないため,

本技術はスクリーニングや急速ろ過などと同様に,

上記2)内の物理処理に位置づけられ,浮上性繊維をろ材として従来のろ過装置にくらべ数倍のろ過速

高速処理が可能であり,設置スペースが小規模で済み,既存処理場へ適用しやすい｡

2)ろ材の洗浄方式は機械撹拝を主体とし,空気洗
浄との併用により,ろ材の洗浄が確実で洗浄水も度で,無薬注ろ過をおこなうものである｡
1.2

させるために機械撹拝機と空気管がろ過槽内部に設

ろ過原理

少ない｡

高速繊維ろ過は,原水をろ過槽の下部より流入させ,槽内部に充填した浮上性の繊維ろ材(写真1)3)上向流ろ過により重力沈降速度の大きい砂分の沈殿処理が可能である｡

からなるろ層を上向流で通過させ,その過程で原水

4)構造が単純なため,維持管理が容易である｡

中のSSを除去するものである｡本ろ過装置におけ

2.実証実験

るSS除去は,第1段階としてろ過糟下部より流入

2.1実験概要

した原水が上向流でろ層に到達するまでに,上向流

HS下水処理場およびYK下水処理場にて,パイの流速より大きな重力沈降速度をもつSSが沈殿除

ロットプラントをもちいた実証実験をおこなった｡

去される｡続いて原水がろ層を上向流で通過するあ口S下水処理場は,日最大汚水量86300m3/dの合流式下水処理場である｡晴天時において,流入下水は

いだに,SSはろ材間の間際やろ材内部の繊維の間隙で捕捉除去される｡
lわ王.4β肋.J(20α2/β)

最初沈殿池,反応タンクをへて,最終沈殿池で固液

神鋼パンテツク技報

β7

Exitoftreated
Water

軒Treated

Treatedwater

WaterValve

Watercollecting

Uppermediascreen

ection

h

q)

お
h

(D

Floatillg丘ber皿edia

己Agita土Or

AirpipehOh月岳一】E

ScourlngairM=ジbⅥrerrnedia
SCreenRinsewastewater

M

CSO

Ⅰ山etvalve⇔

Raw切rater
inlet

Rawwaterintroduction

Secondarye任Iuent⇔
Secondarye租uentis11Sedfbrrinse.

図1高速繊維ろ過装置の構造
Fig.1S打uctu托Ofbig血イate丘br

media創ter

分離され,二次処理水として塩素混和池で消毒後放より二次処理水を取水した｡雨天時には最初沈殿池流される｡雨天時においては,流入下水は分水槽でで沈殿処理した簡易処理水を取水した｡これらを貯雨水滞水池へ分岐するとともに最初沈殿池へも流入

留タンクで受け,ポンプで直接実験機に供給してろして沈殿処理をおこない,通常の反応タンク以降の過処理をおこなった｡またろ材の洗浄は二次処理水処理をおこをうが,規定量を超えた量については沈をもちいた｡Y監下水処理場における実証実験(以殿処理後,塩素混和池へバイパスし放流される｡

下大型実証機実験)においては,晴天時に塩素混和

YK下水処理場は,日最大汚水量265900m3/dの一部合流式下水道で,雨水滞水池を持った処理場であ池より二次処理水を,雨天時には最初沈殿池で沈殿る｡

処理した簡易処理水を取水し,これを各ヘッドタン
クに僕給し,その水位差を利用して実証実験機でろ

月S下水処理場では実証実験に先立ち,本ろ過装過処理をおこなった｡またろ材の洗浄は二次処理水置の適応性に関する基礎調査としてカラム実験をおをもちいた｡

こない,簡易処理水に対する最適なろ材選定をおこ2.2なった｡さらに各条件にて得られた実験結果を基に,2.2.1実験条件

ろ層厚さおよびろ過速度の処理性能に対する影響に

カラム実験

実験に供したろ材は,表1に示すように平均線径と寸法の異なる4種類のろ材とした｡

ついて検討をおこなった｡その後HS下水処理場では小型実証実験機,Y足下水処理場では大型実証実ろ材の比較条件は,表2に示すようにろ過速度と験機をもちいて,連続運転による処理性能評価をおろ層厚さを変化させて,最終ろ過圧力損失を,砂ろこなった｡

過に準じ最終30kアaまでのろ過実験によるものとし

各下水処理場における実験装置概略フローを図2,

た｡また雨天時の簡易処理水についてファーストフ

3に示す｡IiS下水処理場における実証実験(以下小型実証機実験)においては,晴天時に塩素混和池

ラッシュを想定した高濃度(SS濃度100〜500

3βmg几)から低濃度(SS濃度50mg/L前後)まで原

神鋼パンテツク技報Voヱ.4β▼入b.J(20￠2/β)

⑱:Samplingpoint[二亘コ:Turbidimeter

By‑paSSIn凸uent
LC

SeWage喜怒訊asin

Clllorine

Finalsettlingbasin

Reactio11tank

Dischar

Rinsewater○

Treatedwater∽U

Dem血O n山u

}己爪ヨ宏①と申℃ロOU①∽

Rainwater
StOragebasin

a血 nColumntestnnit
Rota叩SCreen♂

ぐ刀

ヒゴ監慧…監gs

P

P

P

P

Backwashwater

CSOtank

Secondarye組uenttank

図

2

Fig.2

HS下水処理場
Scbematic瓜ow

実験装置フローdiagram

fordemonstration

at

unit

ES

sewagework⑪:Sampli喝pOimt[:亘]:TuTbid血eter

By‑paSSIn凸uent
SeWageDischarge

慧苫訊asinFinalsettlingbasin

Reactiontank

Chlorine
mixingbasin
Secondarye皿uent

CSO
R且inwater
StOragebasin
Strainer
Secondary

CSOheadtank

e租nentbeadtank
TreatedⅥ7ater

T
Returnwater

Demonstration
mit

T

Rinsewaste
Water

Relaytank

図

3

Fig.3

YK下水処理場
Scbematic凸ow

実験装置フローdiagramfbr

demonstration

mit

at

Y監sewage

work

表1選定対象ろ材
Tablel

Test

media

Ⅰぬm

Unit

A

B

C

D

Averagefiberdia･

〃m

53

53

40

40

Dimensionsmm

10×10×2.8

5×5×2.8

lわJ.4β肋.J(20α〜/β)

神鋼パンテツク技報.10×10×2.8

5×5×2.8

39

表2

Table2

PracticalSSreImValratio

ろ材比較条件Filter media

test

conditions
A,B,C,D

Filtermedia

(m/d)

1m

1.5m

○

○
○
○

1500
2000
2500

PracticalSSre皿0Valratio[宇笥)もぷ]勺UOd∽野五n巴‑∽∽一月)0空h

20

図

4

o

◆

FiltermediaニB

田

Filter皿edia:C▲

Filtermedia:D○

60%50%

25

Filtermedia=A

2m

40%

[7T盲)も占七山Odの叫月d穿と∽∽二日叫)U巴h

Depthoffilterlayer

Filtrationvelocity

O

Filter皿edia:A◆

FiltぼmediaニB

田

Filtermedia:C▲

Fjlter皿ediaニD

つ▲

2

E]
○

▲▲
◆
○
▲

〔)

田

SSload[kg/(m3･h)]

30%

5

図
下ig.5

各ろ材における低負荷時のSS負荷と実用SS捕捉速度の関係
SSload0○○60%50%

media‑atlow

tmpplngvs.n笥Ctica】SS

Speed

by

Blter

SSload○00○

荷と実用SS捕捉速度の関係を図4に示す｡また図
10

20

30

40

50

SSload[kg/(m3･b)]

Fig.4

原水濃度を変化させたときの実用SS除去率を指標

各ろ材におけるSS負荷と実用SS捕捉速度の関係
SSloadvs.PracticalSStrapplng

4のうち,原水濃度が低濃度(SS濃度50mg几前
後)における関係を図5に示す｡各ろ材について,by丘1ter

Speedとして評価すると次のとおりであった｡①原水SS濃度501℃g几前後の低負荷時では,どmediaのろ材でも実用SS除去率は50〜60%程度でほぼ同じ性能を示した｡
水濃度を変化させたろ過実験をおこない,そのろ過②ろ材Dは低負荷時の実用SS除去率は高いもの

性能を比較することによりろ材の選定をおこなった｡の,原水SS濃度100〜500皿g几の高負荷時でここで,本研究対象とする雨天時簡易処理水は二次処理水にくらベSS濃度が高く,ろ過継続時間が短くなることから,単位時間当りのSS負荷に対する洗浄時間を考慮した実用SS捕捉速度および実用SS
除去率をろ材選定の指標とした｡

はブレークスルーし使用不可であった｡(図4におけるろ材Dの高負荷時のプロット無し)③ろ材Dを除いて,実用SS除去率はろ材
A>C>Bの順で良好であった｡
以上のことから,ファーストフラッシュへの対応

S｡=SiXα×(T/(T＋t))性を考慮した場合,ろ材Aが低負荷から高負荷まf=S｡/SiXlOO

で適応性があり,最適ろ材であると判断された｡

ここに,Sc:実用SS捕捉速度kg/(m3･h)f:実用SS除去率%

Si:SS負荷kg/(m3･h)
α:ろ過時のSS除去率
T:ろ過継続時間b/サイクル

2)ろ層厚さの影響調査結果
ろ材Aをもちいてろ過速度2000m/dとし,ろ層厚さを変化させたときのSS負荷と実用SS捕捉速度の関係を図6に示す｡これよりろ層厚さにかかわらず,実用SS除去率はほとんど変わらない結果を

t:ろ材洗浄時間h/サイクル

えた｡一方,同条件におけるろ層厚さとろ過水SS

実験結果

濃度の関係を固7に示す｡この図よりろ層厚さ1.51)ろ材の選定結果〜2.Omでろ過水SS濃度は安定して低く,ろ過時のSS除去率は60%以上であった｡以上のことから,

2.2.2

最終ろ過圧力損失30kpaにおける各ろ材のSS負40

神鋼パンテツク技報

lわ乙4β入b.J(20α〜/β)→ヨーFinal血trationpress口reloss:30kPa

5

0

□
ロ◇

◇Filterlayerdep也:1.Om
口Filterlayerdeptb:1.5m[]△Filterlayerdep也:2.Om

[]

10

20

30

40

50

SSload[kg/(m3･h)]
6

図
Fig.6

Ef托ct

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

Filtrationvelocity[m/d]図8ろ過速度と実用SS捕捉速度の関係
Filtration

velocity

trapping

vs.PracticalSS

speed

dep血on丘1terability

of別terlayer‑‑tl‑SSremovalratioin丘1tration

つJ

0

5

1

1.5

2

[d急]の昌一〇当のの巴d□○叫)已喜一

[辞]己○召d主唱ロー○召已一申ゝb∈巴∽∽[一も白]喜叫)已盲0呂OU∽∽h①)dきっ巴0芸』

一針≦盗塁監￡恕ed∇aterSS‑一合‑‑LV=2000mノd‑‑‑一日‑LV=1500IIJd
r生‑‑‑LV=1000IIJd

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

AccumⅥ1atedSStrapped[kg‑SS/m3]
9

図

Fig.9

各ろ過速度における累積SS捕捉量とろ過圧力損
失の関係
AccumulatedSSby丘1tration

velocity

trappedvs.丘1trationpressnreloss

は2qとなり雨天時の簡易処理水を対象とした場合

Filterlayerdepth[m]70 5ろ層厚さによるろ過性能への影響

45

図一仝rFinaほ1tr血onpressⅦ･eloss:10kPa
5

Fig.8

70

Fig.7

[言丁〔∈)もヱ勺0邑のぎ且d已)∽∽一日叫)0已丸

[言Tm旦もヱ勺0邑血叫ぷ一計七∽∽二日叫)0已h

2 (U‑◇一Finalfiltrationpress∬eloss:20kpa

ろ層厚さによるろ過水SS濃度への影響のろ過速度を2000m/d以下とし,晴天時の二次処E鮎ctof丘1terlayerdep血onstableSSconcentration

理水を対象とした場合のろ過速度を1000m/d程度(SSinrawwater:about50mg/L)とすると,設備を有効に使用することが可能と考えられる｡

ろ材量が増えることによる経済性と撹拝効果による低濃度(SS濃度50mg几前後)原水に対するろ洗浄性を考慮すると,ろ層厚さは1.5m程度が最適

材1m3当たりの累積SS捕捉量とろ過圧力損失の関と考えられた｡

係を図9に示す｡全体的に累積SS捕捉量が少ない

3)ろ過速度の影響調査結果

間はろ過圧力損失の上昇は嬢やかであるが,累積

図8にろ材Aをもちいた,ろ過速度と実用SS捕SS捕捉量が多くなるにしたがい,ろ過圧力損失が捉速度の関係を示す｡ろ過速度が2000m/d以下で急激に上昇した｡この傾向はろ過速度によって異なあれば実用SS捕捉速度は最終ろ過圧力損失を変化るが,おおむねろ過圧力損失を15kpa程度と設定すさせても影響が少ないが,ろ過速度が2000m/dをることが効率的であると考えられた｡また,ろ過速越えると実用SS捕捉速度の上昇率が低下した｡よっ度とSS除去率の関係を図10に示す｡ろ過速度500〜て,ろ過速度は2000m/d以下とすることが適切で3000m/dの範囲では,SS除去率は60%程度であり,あると考えられる｡また,雨天時の遮集量を3(〕

大きな差異は見られなかった｡また最終ろ過圧力損(q:計画時間最大水量)とすると,簡易処理水量

失を10,20,30kfaと変化させた場合でも同様の傾

Vb〜.4β肋.J(2〃α!/β)

神鋼パンテツク技報

4J

向を示した｡よって,最終ろ過圧力損失は10〜30[辞]○召已一空rO己巴∽∽

kPaの範囲で設定することが適切であると判断した｡
ろ過継続時間と原水SS濃度およびろ過速度の関係を図=に示す｡高速繊維ろ過のろ過継続時間は,ー◇‑Final丘1trationpress11reloss:10kPa

砂ろ過など一般的なろ過と同様に,原水SS濃度が一口‑Final用trationpress11reloss=20kParゝ‑Final瓜廿ationpressureloss=30kPa

高いほど,またろ過速度が速いほど,ろ過継続時間
0

500

1500

1000

2000

2500

3000

3500

は短くなる｡ここで本実証実験期間中の雨天時流入

Filtrationvelocity[m/d]国10ろ過速度とSS除去率の関係

Fig.10Filtration

velocity

vs.SS

下水と,簡易処理水のSS濃度のヒストグラネを図12に示す｡雨天時流入下水のSS濃度はおおむね

removalratio

100〜500mg/Lの範囲にあるが,簡易処理水のSS
濃度は40〜60m〆Lが主で100mg几を越えることはIOO無かった｡よって簡易処理水のSS濃度は100mg/L

虻ぽ虻好ぽぽぽ虻虻

ddddddddd
血血血血血血血血血nUOO<UハU<U<U
OOハ‖>0000
000555000
2221111111(UハU

ニニニニニニニニニ◎●○◆◆◇▲▲△VVVVVVVVVLLLLLLLLL

金△傘旬○

以下であると予想されることから,図11よりろ過速度2000m/d以下,最終ろ過圧力損失30kPaで,ろ過継続時間は1時間以上と判断された｡

牽

2.3

舎◇車

◎0

○

0

小型･大型実証機実験

2.3.1実験条件
血9◎[月]旨○一口5叫)相七‑唱害○ヨ月)q00

0

OO

雨天時の運転切替は,実験装置近傍に雨量計を設●置し,30分間に0.5mm以上の雨量を検知した場合○に自動で切替をおこなった｡雨天時,晴天時におけ0る各運転条件を表3に示す｡ろ材の洗浄開始の制御
は,ろ過抵抗が設定最終ろ過圧力損失に達した場合,
100

もしくはろ過継続時間が24時間となった場合のいず

1000

SSinrawvater[mg/L]

国11

原水SS濃度とろ過継続時間の関係

Fig.11

SSin

raw

water

れか早い時点とした｡
2.3.2

honr

vs.continuous丘1tration

雨天時実証機実験結果

1)水質

雨天時実証機実験期間中の水質の分布状況を図13に示す｡図中のプロットは算術平均値を示す｡/ト型

ロIn且uentsewer
ロCSO.〇ZO‑d∈d∽

実証機実験時について,流入下水の最大SS濃度は平均濃度の約6倍,BODは約3倍,CODは約4倍であり,大きいばらつきがみられた｡またSS濃度
は流入下水が14〜920mg/Lに対してろ過処理水は

IO

20

30

40

50

60

70

80

1〜30mg几となり,最初沈殿池と高速繊維ろ過の90100Ⅰ50200250300350400450500550600

組み合わせにより安定した除去性能を示した｡

SSconcentration[mg/L]

SS濃度の分布Distribution

大型実証横実験時についても流入下水の最大SS

園12
Fig.12of(血)m data
ⅢS

SS

concentration

bken丘･Omthedemonstration

test

濃度は平均濃度の約4倍,BODは約3倍,CODはat

約4倍であり,大きいばらつきがみられた｡また

sewagework)

SS濃度は流入下水が75〜840mg几に対してろ過処
理水は5〜54mg/Lとをり,小型実証機実験時と同表

3

Table3実証機運転条件
0peratingconditions

SInalldemonstr血ionnnit
Ite皿

ロnit
CSO

様に,最初沈殿弛と高速繊維ろ過の組み合わせによ

fordemonstration

Second叩

unit

Largedemonsぬt血血tCSOefmlent
F血加ionvelocltym佃Final丘1trationkPa
pressnreloss

42

Secondarye和uent

2000

1000

2000

1000

30

30

15

15

り安定した除去性能を示した｡

2)除去率
雨天時除去率の状況を表4に示す｡最初沈殿他の除去率と実証機の除去率は,各降雨において所定のサンプリング間隔ごとに計測した各成分濃度と水量を乗算して求めた総負荷量から算出した｡なお最初

神鋼パンテツク技報

VoJ.4β肋.J(20α2/β)沈殿他の除去率については,沈降時間を2時間としSS除去率は高く,BODおよびCOD除去率は非常て,最初沈殿他の流出濃度に流入から2時間後のデーにばらつきの多い結果であった｡高速繊維ろ過におタをもちいて算出したが,実証機の除去率について

ける除去率はSS除去率が高く,BODおよびCOD

はろ過時間が約2分と短いため,入口と出口の濃度除去率は低い結果であった｡大型実証機実験時につには同時に採取したデータをもちいて算出した｡

いては,最初沈殿他における除去率は,SS,BOD,

小型実証機実験時について,最初沈殿他におけるCODともにほぼ70%以上と高い結果であった｡一方高速繊維ろ過におけるSS除去率は約60%と高い

表

簡易処理水対象実験時の除去率

4Table4

Removalratio

for

Smalldemonstrationnnit
Itemremoved

ものの,BOD,COD除去率はSS除去率の1/2〜1/4

CSO

pdm叩

Eighrate拙mary

Higb‑rate

SettlingbasinBberfilter

Se仕1ingbasin丘berfilter

72〜92

S､S

%

60〜93

(78)

(68)

(79)

(60)

80D

%

0〜84

0〜38

55〜82

18〜42

(51)

(20)

(72)

(32)

15〜71

14〜38

57〜82

3〜42

(41)

(23)

(69)

(15)

Fi糾reSin

晴天時実証機実験結果

2.3.3

Unit

%

COD

であった｡

Largedemonstrationnnit

paren血esesindicate

53〜89

質

1)水

晴天時実証機実験期間中の水質の分布状況を図1451〜67に示す｡図中のプロットは算術平均値を示す｡小型実証機実験時では,晴天時二次処理水の各成分の最大濃度は平均濃度の2倍程度であり安定した水質であった｡SSは6mg几以下の二次処理水に対し,高速繊維ろ過により2mg几以下の水質がえられた｡

ma也ematicalavera酢.

l100
1000

[Jも∈]百○叫)dし召O0日OU

コも∈]ロ○召卓‑UU己OU

…

100

0

語芸㌢d聖霊冨CSO諾…㌣d三言聖賢CSO慧㌢d
至芸聖欝CSO[:::::::::::::亘亘::::::::::コ⊂==亘萱亘二ニコ… …

語艶穿cso;芸課Pd吉敷宗tcso短評d恕欝d皇盟謬CSO⊂=:::::亘亘:::::::::コ[::::::::::亘萱萱::::::::コ⊂==萱垂==コ[::::::::::亘亘萱:::::::コ13‑b)Largedemonstrationtestunit13‑a)smalldemonstrationtestunit

図13

簡易処理水対象実験時の水質分布状況

Fig.13

Variationofwaterquality‑in飢1ent

SeWage,CSO

water

andtreated

00

っー

′LU

(U

コも∈+百○づ已召OU己OU[Jも己]qO召卓忘じ口OU

弁じ

丘V

4

2

重壬壬

Seconda叩

TreatedSecondaIツ

TreatedSecondary

TreatedSeconda汀

TreatedSecondary

TreatedSecondary

TreatedefⅦuent

water

eだIment

watere皿uentwater

eだ1nellt

Water

efnneIlt

Water

e皿nentwater⊂===萱亘二二二二=コ[::::::::::亘盃:::::::コ⊂==亘垣==コ⊂==::亘臣::::::::::]

14‑b) La巧edemonstrationtestunit14‑a) Smalldemonstrationtestunit

図14

二次処理水対象実験時の水質分布状況

Fig.14

Vari血onofwater∇oJ.4β肋.J(20α〜/β)

quality‑SeCOnda叩e盟uent[::::::::::豆表:::::::コ[:::::::::亘亘萱:::::::コ

andtreatedwater

神鋼パンテツク技報

43

70%

Practjca】SSre皿OValrarjo

60%

｡ 2

5 0 %

△smalldemonstrationtesttlnit△△

Slllalldemonstrationtestunit⑳LargedemonstrationtestⅦit

0

0

1

2

3

4

5

(I

7

SSIoad[kg/(m3･h)]15‑a)cso

図15

実証機実験におけるSS負荷と実用SS捕捉速度の関係

Fig.15SSload表

二次処理水対象実験時の除去率

5Table5vs.PracticalSS

br

Removalratio

Itemremoved

口nit

S

%

S

BOD

%

COD

%

Figuresintrapplng

secondary

Speed‑Demonstration

test⑳
PracticalSS

valratio

70%
5

⑳

⑳
⑳

△

0.05

U

0.1

0.15

0.2

0.25

SSIoad[k釘(m3･血)]15‑b)seconda巧efnuent

unitとしたSS負荷と実用SS捕捉速度の関係を図15に
e組uent示す｡簡易処理水についてはSS負荷0.3〜6.7kg/

SmalldemonstrationⅦnit Largedemonstration血t

67〜92(76)8〜79(32)
5〜14(9)parentbsesindicate

8

八UOO

つエ

｢宇〔2忘当部Ud品息dd‑芸∽一男加已ら[ヘヤ叫∈)も当局邑∽如亡叫邑田七∽∽【月も巴L⑳La曙ede皿08釦ratio皿teStnmt
2

71〜80(76)11〜25(17)5〜12(7)(m3･h),実用SS捕捉速度は0.2〜4.Okg/(m3･b)の範囲にあり,実用SS除去率は50〜77%であった｡
二次処理水についてはSS負荷0.04〜0.23kg/(m3止),実用SS捕捉速度は0.02〜0.18kg/(m3･h)の範囲に

ma也ematicalaverage･あり,実用SS除去率は70%程度で砂ろ過と同程度のSS除去性能を示した｡
大型実証機実験時についても安定した二次処理水水質であり,SSlO王喝/L以下の二次処理水に対し,高

む

す

び

実証実験結果より,本ろ過装置は雨天時簡易処理

速繊維ろ過により3mg/L以下の水質がえられた｡

水をろ過速度2000m/d処理により実用SS除去率502)除去率%程度,晴天時二次処理水をろ過速度1000m/d処

晴天時除去率の状況を表5に示す｡二次処理水に理により実用SS除去率70%程度の処理性能を有す

対する実証機の除去率は,水量,水質が安定していることが確認された｡本技術は雨天時の簡易処理水ることから,2時間ごとに採取した24時間(計12点)

を主処理対象として,設備の有効活用を図ることかの水質データの平均値より算出した｡′ト型実証機実ら晴天時には二次処理水を処理することで,年間を験時,大型実証機実験時ともに高速繊維ろ過による通じた合流式下水道の放流負荷削減に有効であるとSS除去率は高く,安定していたが,BOD,COD除判断する｡

去率はばらつきが大きく,低い結果であった｡
2.3.4

ま

と

[参考文献]

め

雨天時簡易処理水および晴天時二次処理水を対象

1)(社)日本下水道協会:下水道施設計画･設計指針と解説 前編(2001)

連絡先
土

谷

聴

TE
FAX

環境本部
技術部
第3グループL

O78‑232‑8102
O78‑232‑8057

E‑mails,tSuChiya@pantec.co.Jp

44

神鋼パンテツク技報%J.46肋.J(20α〜/β)超臨界水酸化大型パイロット

プラントの1000時間
下水汚泥処‡里運転
Thedecomposlng

SeWageOPeration
forlOOO

Sludge(技)第1研究開発部第3研究室
渋
谷
敏
生

of

munlCIPa】
hours
by theSuPerCritica】wateroxidation(SCWO)
PrOCeSSuSlng

Shibtlya

宮

川

Mamom

石

alarge‑SCaledemonstration

Toshio守

Miyagawa

井豊

YutakaIshii

空

plant

Toshiy止iSora
西
田
Hideo

利

之

英

夫

Nishida

超臨界水酸化法による下水汚泥の分解,減量処理技術の実用化を目指して,大型パイロットプラ

ント(処理能力1.1m池)により1000時間を超える運転を実施した｡その結果,使用している高ニッ
ケル合金鋼は下水汚泥のスラリによる摩耗や超臨界水酸化分解過程での酸化雰囲気による腐食環境において十分使用できることがわかった｡分解処理過程で発生する管内面へのスケーリングのメカ
ニズムを明らかにし,運転方法によるスケーリング抑制策や洗浄時間の短縮化などのノウハウを確立した｡

Large‑SCale

SCWO

hours

aimlng

Witb

SCWO

at

demonstration
eStablishing血e

process.The

mecbanismprocess
procedure

wasofdecomposition

andreduction

resultsindicatedthatslu汀yOfsludge
scaling

shortening

thewas血ing

surねcek皿OW‑howtime

beenoperated払roverlOOO

ofl.1m3/hhas
teclmology

of

high

nickelalloythemuniclpalsewage

slndgesteelhadenoughandcoⅢ■OSionbyoxidationatmosphereinSCWOprocess.

on也einner

revealed.And
byacapacity

operation

resisbncetoabrasionbytbe
The

plantwith

was

about

of

plplngathatscalingoccu汀edcontrolby

duringoperation

theanddecompositionadescaling

established.

牽み
超臨界水酸化Supercriticalwater

大型パイロットプラント

Large‑SCale

下

水

汚

泥

oxidation

demonstration

Municipalsewage

plant

sludgeない汚泥減量処理技術として注目されている｡この

ま えがき
通常,下水処理場で発生する汚泥は脱水処理され方法は高温･高圧の超臨界水中で酸素を酸化剤とした後に一部がコンポストなどに有効利用されるが,て汚泥を二酸化炭素および水にほぼ完全に酸化分解

大部分は焼却埋立処分される｡とくに都市部では効するものである｡窒素成分は一旦アンモニアを経て率的に減量化するために焼却処理されているものが最終的に窒素ガスに分解され,硫黄成分は硫酸イオ多い｡しかし,焼却処理法はNOx,SOxなどの有ンに変換されて,液相あるいは固相に回収される｡

害ガスや煤塵などを排出し,大気汚染の問題を生じこれに対して超臨界水酸化法は有害ガスを排出しlわJ.46入b.1(20α2/β)

本法を下水汚泥処理へ適用するにあたって,その実用化のための課題を解決するために大型パイロッ

る｡

トプラントを建設し,実際の汚泥を用いて分解,減

神鋼パンテツク技報

4古量処理運転を実施した｡2002年3月でその処理運転
時間が累積1000時間を超えた｡以下に大型パイロッ
トプラントの設備並びに運転概要と,運転中の課題と対応結果について報告する｡

1.大型パイロットプラントの設備概要
当社の大型パイロットプラントの主要部を写真1に示す｡処理能力は廃液1.1m3/bで,世界最大級の能力である｡本パイロットプラントは約20000m3/dの下水処理場から発生する汚泥を処理できる能力を有し,えられるデータはそのまま実プラントの設計

写真1

大型パイロットプラント主要部に活かすことができる｡

PhotoI

Large

scale

SCWO

de皿OnStrationpl皿t

1.1大型パイロットプラント仕様･廃液処理量:1.1m3仙た処理液の熱を回収して約370℃に昇温され,さら･運転圧力:23∵26MPaに,トリムヒ一夕(H200)で温度調整後に反応器･運転温度:500〜600℃へ送られる｡反応器内では有機物は反応罪人口部で供給された酸素と反応して即座に酸化分解される｡･反応器型式:チューブラ式

反応器を出た高温の処理液は,熱交換器での熱回収(管径:25A〜40A,長さ:約300m)
1.2

設備フロー

とエアークーラー(C400)で冷却されて,システ

設備フローを図1に示す｡下水処理場からタンク

ローリー輸送された汚泥はフィードタンク(VOlO)

ム圧力調整弁(PV300)で大気圧近くまで減圧される｡さらに,気液分離器(S600)で排ガスと固形に受け入れられる｡汚泥はフィードタンクに設置さ分を含む液に分離される｡排ガスは,炭酸ガスが主れた撹拝機で均一に撹拝された後,高圧フィードポ

成分で大気に放出され,固形分を分離した処理水はンプ(PllO)で約25MPaに加圧され二重管熱交換器(以下,熱交換器と記す)に送られる｡熱交換券(HlOO:チューブ側)では反応器(R300)を通過し下水に放流される｡
本パイロットプラントでは,高圧フィードポンプ
出口から熱交換器,反応器,エアクーラーに至るま

PV300
VOlO
SysteIⅥ1etdown

FeedTa皿kvalve
Aircooler

BlOO

E]阻uent

Doubleplpe
beatexchanger

gaS
Tdmbeater
H200
S600
Liq‑gaS
SeparatOr

PllO
且ighpressure
伝edpump

R300
ReactorE盟uentVO70
0Ⅹygentank

Water

EO71
Evaporator

PO71fiighpressure
OXygenpump

図1大型パイロットプラント設備フロー
Fig.1刑owsbeetorlargescaleSCWOdemonこStrationplant4β

神鋼パンテツク技報

VoJ.4β肋.J(20α2/β)で一本のチューブで構成されており,高温,高圧に酸素は液体酸素をポンプで昇圧し,蒸発器で加温,耐え易い構造となっている｡高圧フィードポンプで気化させた後,所定量が倶給される｡
反応は即座に開始するが,反応器が所定の定常温昇圧されてからシステム圧力調整弁で減圧されるまでの処理時間は約10分である(反応器での滞留時間は約1分)｡この簡易な構造のため;高温,高圧に度パターンを示す定常運転に達するには,図2の処かかわらず,容易に運転制御,保守できることが本の反応器内の長さ方向(約300m)での温度分布を法の特長となる｡

図3に示す｡超臨界水下での酸化反応は非常に早く,

運転方法

秒単位で進むので,反応器内の温度分布は入口部か

1.3

設備の運転は,(∋水循環運転での昇庄,昇温の起動工程,②水循環から汚泥の連続供給に切り替えて理工程に示すように約1時間を要する｡定常運転時

ら急激に温度上昇して最高温度に達している｡
停止工程:降温･降庄

1.3.3

汚泥処理終了時には,汚泥供給をヒートアップ水の酸化分解運転となる処理工程,③汚泥の供給を水循環に切り替えての降温,降庄の停止工程,の3つの供給に切替え,その後しばらくしてから酸素供給の工程からなる｡図2に,昇圧後の反応器の各運転を停止する｡その後,ヒートアップ水の循環で系内工程における温度の経時変化の一例を示す｡の温度を降下させる｡所定の温度でヒートアップ水を停止し,自然放冷で降温,降圧させる｡図2で示1.3.1起動工程:昇庄･昇温

されるようにこの停止工程は約2朋寺間を要してい設備起動時の昇庄･昇温には水(以下,ヒートアッ

プ水と記す)が使用される｡ヒートアップ水は高圧る｡

フィードポンプで約25MPaに昇圧され,反応器に供給される｡反応器を出たヒートアップ水は,熱交

2.運転性能2.1処理汚う尼の性状

換器のシェル側を通り,システム減圧弁で減圧され近郊の下水処理場から取寄せた余剰汚泥の性状を表1に示す｡て,気液分離タンクに入る｡分離されたヒートアッ
プ水は,再度高圧フィードポンプに供給されて,反応器に戻される｡このようにヒートアップ水を循環

表1余剰汚泥の性状している状態で,トリムヒータが点火され,反応器

TablelPrope爪y

入口が所定の温度まで昇温される｡図2で示される

Sludgeようにこの起動工程は約2.5時間を要している｡

2譜e(占芳Ci｡Slu｡ge
34000〜53000ppm

1.3.2

oftreatedexcess

sludgeExcesssludge

3.2〜5.2%

処理工程:汚泥の酸化分解

口1timateanalysISOf

所定温度まで昇温された後,ヒートアップ水から

Slndge

汚泥へと供給が切り替えられる｡汚泥は昇庄,昇温
され,トリムヒーターで所定温度に調整された後,反応器に供給される｡反応器入口部では,酸化剤としての酸素が同時に供給されて汚泥と混合される｡

Element

Compositionwt%

C
E
0
N
S
Cl

41

5.5
24
7.8
0.65
1.2

1.8
18

P
A1203,SiO2&etc.
Snm

Sta叫【ep‑′h)

SbutdoⅧStep
2.呂hagesngeoxIa仇OneCOⅦpOSlbo□sld廿慧e甲冨
5b
巳ⅥJ

2.5h

00

100

35

′h)

3 (U

00

P

5 <U0

500

'l
Temper血reincreasmg
1b
FloⅦChangefrombeat･upWatertOS師ageS】血ge
amdsta止oroxyge□】岬tion

▼0

1

2

3

4

5

(i

7

8

9

【p]0‑召已Od已芦

[d白之]の与冨巴仁[00]○‑召巴邑∈芦Stableoparation

10

Time[b]

固
Fig.2

2

0
0

昇庄後の反応器の各運転工程における温度の経時変化
Tempera山repro丘1eReactorlわJ.4β入b.J(2〃α2/β)

of

each

operation

step

60

(Inlet)

山

図

3

Fig.3

神鋼パンテツク技報

120

180

Distance如mlheinletorReactor[m]

240

300

(0口tlet)

反応器の温度分布
Tempera山repro色1eofreactor47

写真2に,処理前の余剰汚泥と処理後の処理水を示す｡左側は被処理液の余剰濃縮汚泥,右側は処理
液を一定時間静置して,浮遊していた無機塩を沈降させたものである｡汚泥は約10分たらずの超臨界水酸化処理で,無害な処理液と無機固形残さに分解さ
れる｡
2.2

運転性能

2.2.1COD(Cr)の分解率
供給汚泥のCODと処理液中のCODの分析値か
ら分解率を求めている｡図4に各反応器温度での写真

2

処理前の余剰汚泥と処理後の処理水

Pboto

2

Sludgeand

COD分解率を示す｡反応器温度が500℃以上で,efnuent

CODは99.5%以上の安定した分解率が得られてい
100%

る｡

簡素の供給量

2.2.2

■

′●

0ノ凸フ%

うに倶給酸素量と,未消費酸素量から求まる｡ここて設定する｡

qノ8 %

7 %

(uノ

で供給酸素量は供給汚泥のCOD分析値を目安にし

▲Uノ

%

′h〕

[漢]ヨヨ岩屯日Qu名(hQ)qOU

汚泥の酸化に必要な酸素倶給量は,以下に示すよ

a:[僕給酸素量:kg仙]b:[排ガス量:kg仙]500

c:[排ガス中の酸素濃度:%]/(100)d:[未消費酸素量:kg/h]

520

540

図

4

Fig.4

X

580

600

%

COD(Cr)分解率
decomposition

COD

rate

e:[汚泥酸化に必要な酸素量:kg/h]
d=b

560

Reactortemperahlre[Oc]

c
70

e=a‑d

中の酸素濃度は排ガス放出の安全の面から20%以上になる場合,窒素ガスを注入している｡また0%近辺では汚泥の未分解となる｡したがって,5〜15%の範囲で運転管理される｡
酸素供給過剰率は以下のように求まる｡[酸素供給過剰率:‑]=a/e′人U(U[票】笥叫‑忘コ弓0月.〇白OU忘訳出d

図5に排ガス中の酸素濃度の変化を示す｡排ガス[竜王勺0ぜ⊂0叫入火

0

0

90

1呂0

酸素供給過剰率の実績は,1.1〜1.2であった｡酸素の費用は運転費の半分近くを占めており,この過270

Ti血e[minユ

図

5

Fig.5

排ガス中酸素濃度変化
0ⅩygenCOnC.in

剰率を低く押さえることが,運転原単位の改善に大e粗uentgas

きく影響する｡
2.3

(U0

運転管理

(リノ

0

1.3.2の処理工程で述べたように,反応器が定常運分解される｡このことは,処理液のCOD分析結果
により確認されるが,定常運転時には,CODは即

7O[日已].呂80U

転に達すると,汚泥はほぼ完全に二酸化炭素と水に(>0ハU座に測定結果が得られない｡代わりに運転管理は,

′LU
(U

5O
4O
つJ

O

2 (U
11

O

排ガス中のCO濃度をオンライン測定している｡￣o10

CO濃度が50ppm以下を運転管理値としており,こ

30

40

50

60

70

80

90

110

100

TiTne[min]の倍以下ではCODは排出基準値以下になっている｡

図

図6に示すように,本プラントにおいて排ガス中の

Fig.6

4∂

20

6

神鋼パンテツク技報

排ガス中CO濃度変化(安定運転時)
CO

conc.ine皿uentgas(stable operation)
lわJ.46肋.J(2〃α!/β)120

CO濃度は20ppm以下の安定した運転がおこなわれ上でスケーリングが起きやすい｡スケーリングによた｡

り,機器の差庄上昇と伝熱性能低下が大きくなると,3.1000時間運転で得られた成果

スケール除去洗浄が必要となる｡したがって,温度条件による無機塩の溶解特性や有機物の炭化特性を

1000時間運転は,装置稼動の実用化の見通しを得る一つの目安と考えている｡パイロット運転では把握することがスケール除去対応に効果的となる｡

供給汚泥の持ち込み制約から8時間/日の起動,停3.3.2

止の繰り返しとなり,装置上は加温,冷却の繰り返

スケーリング対策

スケール生成の抑制運転法として,スケールの生成が起こり易い反応器入口の加温域で,反応器入口

しで厳しい条件を課すことになっている｡
本法の技術課題とされている以下の項目について,
1000時間運転での実状と対応について以下に記す｡の昇温流体と,反応器出側の熟回収をおこなう加温
流体との温度差を小さくすること,また,昇温流体
を水の臨界温度以上にしないことである｡さらに管3.1汚泥の前処理
汚泥を約23MPa以上に安定的に昇圧するために壁を必要以上に高温にしないこと,管内の半径方向

高圧フィードポンプに入る前の段階で前処理が必要の温度分布を大きくしないこともスケーリングの抑である｡とくに汚泥は固形物を含み,その固形物が制効果となる｡

高圧フィードポンプの逆止弁部分に詰まり,汚泥の上記での運転条件で,機器差庄上昇と伝熱性能低吐出圧力および吐出量の低下に影響を与える｡これ

下の予測から,洗浄時期を決定し,洗浄を当初からに対して,問題となる固形物(約￠1mm以上)を組み込んだスケ㌧ジュールで運転をおこなう｡洗浄は,分離除去すること,弁体を固形物の詰まりにくい型

主に差庄上昇の原因と考えられる機器内に堆積した式のものに変更することで,昇庄の安定性を確保しスケールを洗い流しのための水洗浄と,伝熱性能低た｡

下の原因と考えられる機器内壁に付着したスケール

装置材料の耐食･耐久性
本装置は高温,高圧の条件下で,しかも多くの溶3.2を除去するための酸洗浄とを組み合わせて短時間でおこなった｡

存酸素を含む流体にさらされており,厳しい腐食環

パイロット運転では,上記の予測で決定された洗境下にある｡また,スラリが高速で流れることから

浄時期毎に水洗することでスケールを除却すること

摩耗に対しても厳しい環境にある｡本法では,このができ,安定的な運転をおこなうことができた｡

腐食,摩耗環境を考慮して高ニッケル合金鋼を採用

4.下水汚泥処理への適用した｡内視鏡観察の結果では1000時間運転で反応

国8に現在の一般的な下水処理および汚泥焼却処

器,熱交換器の内面に腐食の兆候は見られず,また,理プロセスを示す｡下段には従来法の汚泥処理に代

超音波による材料の肉厚測定結果でも,肉厚の減損替した超臨界水酸化法を組み込んだ場合の処理フロー

はほとんど無かった｡

を付け加えている｡
汚泥処理フローの中で,超臨界水酸化処理するた

これは,本運転で処理した下水汚泥には,表1の汚泥性状に示すように,腐食要因となる成分(塩素イオン,硫酸イオン等)の含有が少なかったことのめの被処理汚泥として,濃縮汚泥と脱水汚泥の処理が可能であるが,汚泥濃度は高濃度ほど,処理容量影響が大きい｡つまり,塩素濃度1000ppm以下の条件では,高ニッケル合金鋼は超臨界水酸化処理プ
00

ロセス用材料として十分･使用に耐えることが確認できた｡＼

スケーリング対応

3.3.1スケーリングのメカニズム

図7に水の臨界圧力(22.1MPa)下での無機物と有機物の温度と溶解度の関係を示す｡無機物は温度上昇で溶解度が減少し,水の臨界温度(374℃)前Tァpicalorg皿ic[㌔盲]音一叫召一〇∽

3.3

CO皿pOundTypicalinorg皿ic
COmpOund＼

後で大きく減少し,無機塩として析出する｡一方,

0

100

200

有機物は高温無酸素の条件下で炭化しスケールを生成する｡これらの無機物,有機物が管内のスケーリ

図

7

Fig.7

ングの要因となる｡また,温度領域として300℃以
lわJ.4β肋.J(20α!/β)300(374ゝ00

500

600

Temperah汀e[℃]

神鋼パンテツク技報

有機物と無横物の溶解度(圧力:22.1MPa)
SolubilityoftyplCalorganic

andinorganicCOm‑poundinwater(at22.1MPa)
49

Sewage一◆

Gritcbamber

Pr血∬ySettlingtank

AeratioIl

SettlingtaI止

tank

Disin氏ction

Treated
Vater

Sludgerett汀nPrima甲山udge

Excesssludge(Existingtreatment)

Sl11dge

Anaerobic
digestioll

thickening

Dewaterlng[垂壷垂亘卜十Asbes

Sludgetlnckening(SCWOtreatment)

As血es

anddewaterlng

Retumwater

8

図
Fig.8

下水汚泥処理へ超臨界水酸化法の適用
Flow

Diagramofwastewater

processlng

With

SCWO

が少なくなることで,設備規模が小さくなり設備費がえられやすいと考えられる｡

が低減される｡

6.今後の展望既設の脱水工程までの設備を活用する場合には,

大型パイロットプラントによる1000時間運転仁

脱水後の汚泥を流動化処理した上で,超臨界水酸化実施により,技術課題となっていた材料の耐食性お設備の高圧フィードポンプに供給することにする｡

済

5.経

性

よびスケーリング対策に関して,解決の目処が得られた｡今後は,解決策を盛り込んだ運転により,装従来の焼却法との経済性の比較では,高濃度置としての信頼性確認をおこなっていく予定である｡(TS:10%)汚泥の処理において,超臨界水酸化設
備の設置面積は,焼却設備の約2/3になり,補助

む

す

び

超臨界水酸化法は,有害ガスを発生させないシン

燃料も起動時を除いて,ほとんど使用されなくなる｡

プルでクリーンな次世代の下水汚泥減量処理技術でしたがって,年間総費用が約3〜4割の低減となる｡

ある｡大型パイロットプラントで1000時間運転しさらに,有害ガスの発生が無いことから建設の合意た実績が,普及の促進となることを期待したい｡

連絡先
渋

苓

敏

技術開発本部
第1研究開発部
第3研究室

生

TEL

O78‑992‑6525

FAX

O78‑992‑6504

E‑mailt.shib叩a@pantec.co.jp

古0

神鋼パンテツク技報

Ⅵ)J.4β凡b.J(20α〜/β〕

濾過機能付PVミキサーの開発
Deve10Pment(PV MIXER

PVF

Off‖t伯tionwithfunction)(化)技術部装置グループ

戸

嶋

大

輔

Daisuke

T(力血a
田
裕

利

半

甘irotoshiHanda

化成品,医薬品などの製造工程では,反応,晶析,濾過,乾燥など多くの工程があり,これらを一台の密閉容器内で処理することは,設備の簡略化,省スペース化だけでなく,コンタミの軽減,

洗浄の容易さなど多くの利点がある｡
優れた混合性能で粉体の混合,乾燥をはじめ,反応,晶析,濃縮など様々な用途で使用されているPVミキサーに,新たに濾過機能を付加した濾過機能付PVミキサーを開発した｡

Manuねc山ring

processofchemicalandreaction,CrySta11ization,丘1tration
macbine,We
SimpleWe

operation

have

V訂ious

Can

alot

of

and

savlngmaChine

the

PV

new
as

such

processes

and

get

developedミ

phamaceuticalindtlStries
d叩ing.So,if

thoseadvantages,namely,reducedofPV

reaction,CryStallization

サ

processes

cancontamination,eaSy

beas

processes,SuCh
done

with

Cleanlng,aS

only

one

Wellasspace.

additionalfunction

キof many

consists

MIXER,andcondensation.

PV

MIXER

ー

and

濾

過

Filtration

乾燥Drying

焼結金網フィルター

Sintered

namedPVF,Whichis

usedinthe

metalscreen

ま えがき
粉体製品をえるまでには,反応,晶析,濾過,乾浄の容易さなど多くの利点がある｡｢PVミキサー+は,逆円錐型容器内に多段傾斜

燥,混合,粉砕など様々な工程があり,その目的やパドル形状の撹拝翼を有し,製品を効率良く全体混用途によって様々な機器がもちいられている｡一方,合できる粉体の混合乾燥機である｡現在,その優れ設備の簡略化,省スペース化,処理時間の短縮化のた撹拝性能を生かし,反応,晶析,乾燥,混合,熱点より,一台の機器で多工程を効率的に処理可能な処理,調湿など様々な用途に使用されている｡

機器の開発が望まれている｡

本稿では,PVミキサーに濾過機能を付加し,一一台の密閉容器内で多工程の処理ができることは,設備の簡略化,省スペース化だけでなく,輸送時の台の密閉容器内で濾過,乾燥がおこなえる濾過機能付PVミキサーを開発したので紹介する｡

クロスコンタミの低減,機器内の歩留りの低減,洗1わJ.4β肋.J(2￠α2/β)

神鋼パンテツク技報

古ヱ

焼結金網フィルターは,缶壁とメタルタッチ構造で

1.濾過機能付Pマミキサーの構造
図1に濾過機能付PVミキサーの構造図を示す｡

あるため,外套からの伝熱が良く,乾燥工程においPVミキサーの撹拝翼は,傾斜パドル翼を多段にて,上部槽だけでなく下部槽も乾燥性能に寄与でき配置した形状である｡撹拝翼の回転にともない内容る構造である｡

物は缶壁面に沿って段階的に上部へ移送され最上部

焼結金網フィルターは,濾布とは異なりフィルターまで達すると軸方向に移動し,さらにセンター軸側の剛性が高いため,濾液排出口より缶内に圧縮エアー

から缶底方向へ移動し全体混合される｡また,多段を吹込むことによりフィルターを逆庄洗浄できる構に配置されたパドル翼先端部のせん断作用によって,造である｡

移送と同時に効率良く混合される｡

濾過機能付PVミキサーは,缶内に駆動部がなく,

横枠槽は,上部槽と下部槽に分割できる構造であ

逆円錐型容器であるため容器の全容積に対する粉体り,濾過機能は下部槽に附属している｡上部槽は外仕込量が多く,濾過工程でスラリーを追いチャージ

套から加熱される従来のPVミキサーと同じ構造ですることにより,一度に大量の粉体を処理することある｡下部槽は円錐部分に焼結金網フィルターを設ができる｡
また,PVミキサーと同様に直下型排出バルブをけた構造であり,外套から加熱できる構造である｡
下部槽の焼結金網フィルターは組立構造になって使用しているため,乾燥後の粉体の全量排出が可能である｡

いるため,取り外し分解洗浄が可能である｡また,Driveunit
Filterunit

Sealunit

Multipichedpaddle

JacketUppervesselScrewrotatir唱
directioll〆;こ一一‑‑‑‑≡≡‑

さ‑＼＼｡

な三咄ごJ
㌔○

犠転｡

Lower
vessel

S血teredmetalscreen

Dischargevalve

図1濾過機能付PVミキサー

Fig.1pVF(PV
占2

MIXER

whicbbas也e色1tration

function)

神鋼パンテツク技報

1わ乙4β肋.J(20α2/β)

(3)フィルター部の洗浄が容易

2.濾過機構と各工程
図2は濾過機能付PVミキサーの濾過機構を模式

洗 浄

･逆庄

的に示したものである｡

焼結金網フィルターは剛性が高い
ため,フィルターが日づまりを起前工程で晶析等によって生成されたスラリーを投こした場合,逆庄洗浄ができる｡

入口よりミキサー内に投入し,撹拝翼をゆっくりと･取り外し洗浄

焼結金網フィルターは組立構造で回転させながら加圧濾過する｡スラリーはフィルターあるため,本体から取り外し洗浄

部で固液分離され,フィルター部を通過した濾液は,が容易にできる｡また,目開きの集液され濾液排出口より缶外に排出される｡

異なるフィルター,濾過面積の異濾過終了後缶内に残ったケーキは,場合により洗なるフィルターと交換が可能であ

浄工程をおこない再度濾過される｡その後,缶内をる｡(4)大量の粉体が処理できる｡

減圧にし,外套より加熱してPVミキサーの強力な撹拝槽容量に対する仕込量が多いため,原料を撹拝作用によって,湿潤ケーキを均一に循環混合さ

追いチャージして一度に大量の粉体を濾過乾燥でせながら短時間で乾燥する｡

きる｡

乾燥した製品は,直下型排出バルブにより全量排(5)全量排出が可能

出される｡

3.濾過機能付PVミキサーの特長

フィルター部が円錐部分にあるため,短時間で内容物を全量排出できる｡

濾過機能付PVミキサーの特長として以下の点があげられる｡

4.テスト装置
濾過機能付PVミキサーのテスト機を使用して,(1)濾過面積が広い

濾過及び乾燥テストを実施した｡図3に濾過機能付

下部槽の円錐部分にフィルターを備えているた
め濾過面積を広く取れる｡内容物によって濾過面

PVミキサーのテスト機の概略を示す｡

積を自由に設定できる｡

4.1テスト方法①缶内に炭酸カルシウム25kgと水65kgを投入して(2)フィルター部でも熱伝達ができる｡

スラリーを作り,スラリーを混合して缶内に均一

フィルターは焼結金網を使用しており,缶体伝
熱面にメタルタッチで設置されているため外套かに分散させる｡②混合後,上蓋の加圧口よりエアーを缶内に吹込みらの熱伝達が可能である｡

加圧する｡

Slurヮinlet

∠と一/

匠淘

Pressurisation

Sintered
Ⅵわven∠/

wirenesb

////丁

Cake

∠∵一/

Pressurisation

貌

覧

｡生一/

Filtrate

Filtrateoutlet

図
Fig.2

2

濾過機構
Filtration

mecbanism

lわJ.4β肋.J(20α2/β)

神鋼パンテツク技報

甜

￠l
lゝ

kWmeter

￣｢l
Air

l

し1

u

O.い〉0.5MPa□

75LPVMlXER

C‑1

2m2condenser

B下‑1

Ot2m2Bag丘1ter

D‑13011もnk

VAC‑1

1.5kWⅥlCuumpump

V‑1

DischargeValve｢

音蓋＼ムヾ寸ヾや冊阿寒

+

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｢￣
+

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Exba山St

￣

⊥

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VAC‑1

(旭Qも帖＼里

去
図
Fig.3

3

テスト装置
PV

Bdneout

¶】

エ…

MIXER

test unit

.□
nl▲
e

れu

‑ ‑･⊥‑

呈出

日Wout

Appellation

M‑1

トーーーーー｢甘｢Material血put

珊

[二亘□

｢

Mark

③缶内が所定の圧力になった後,濾液排出口のボー

濾過面積の影響

4.2.2

図5に濾過面積の違いによる濾過速度の影響を示

ルバルブを開き加圧濾過を開始する｡

す｡④濾過終了後,缶内を大気圧に戻した後,外套に温水を通水して減圧乾燥をおこなう｡

単位容積当たりの濾液量(=ま次式で示される｡⑤乾燥終了後,直下型排出バルブを開き内容物を排

Q=虎A

出する｡

(2)

￠:濾液量【m3/S]

虎:平均速度[m/s]

主慮過性能

4.2

A:濾過面積[m2]

濾過テストの操作条件を表1に示す｡(2)式より,濾液量は,濾過面積に比例関係にある｡

4.2.1濾過温度の影響
図4に濾液温度の違いによる濾過速度の影響を示

テスト結果において濾過面積と濾過量は比例している｡

す｡同園より,濾液温度80℃で濾過した場合の方

濾過機能付PVミキサーの濾過面は円錐部に設置

が,25℃で濾過した場合より,濾過速度が約2.5倍速くなった｡

しているため,ミキサー全体の容量を変えることな

一般的にケーキ内の濾液の流れを微粒子充填槽内の流動の一つであると仮定した場合,毛細管内の層

く濾過面積のみを変えることが可能である｡したがって実機においても内容物の性質によって濾過面積を流ではHagen‑Poiseuilleの下式が成立することが知選定することができる｡

られている｡

濾過面積0.1m2,0.2m2のいずれの場合も,濾液

△f切2

虎=

(1)

3277エ
虎

進行にともないスラリーからケーキ状の湿潤濾津と:平均速度[m/sec]

なるが,その時点で濾過速度は急激に低下し,濾液

り:粘性率[Pa･S】△P:圧力差[Pa]d

量60kg付近で急激に濾過速度が減少した｡濾過のはほとんど排出されなくなる｡これ以後は濾過が進

エ:管長[m]:管内径[m]表1操作条件(濾過)TablelOpera土ioncondition(色1tration)

上式の粘性率は濾液の温度に依存するものであり,
濾液温度によって濾過速度が変化することがわかる｡

No.ACaCO3

本テストにおいても,80℃と25℃では濾過速度がJackette皿p.

約2.5倍になるのは,濾液温度25℃における水の粘℃

No.RCaCO3

SS

CaCO3

(200/Jm)(20/Jm)(4.5/〟n)

25,80

80

80

0,5

0,5,15,
35,70

15

0.2

0.1,0.2,0.4

0.1,0.2,0.4

0.1,0.2

0.2

0.2

性率と80℃における粘性率の違いであり,80℃のImpe11erspeed

粘性率は25℃の粘性率の約1/2.5になることからもrpm

理論式と良く一致した反比例関係になっている｡

Filtrationpressure
MPa

したがって,濾過工程においては製品の許容温度
限界の粘度の低い状態で濾過することが濾過時間のFiltrationarea
m2

短縮に大きく影響するといえる｡

70

70

′hU

ニ

0

5 ℃

′‑U(U

0 ℃

‑‑+ゝ一0.lm2

5 ∩)‑‑‑‑‑○一0.2Ilネ[如且0)空三h[叫且の)空言h0

No.九0.2MPa,5rpIn

No.九0.2m2,0.2Mpa,0叩m
0
10

15

0

20

5

10

Time[Ⅱ血]

図
Fig.4

4

濾過温度の影響Ef托ctoffiltration

lわJ.4β入b.J(2〃α〜/β)

20

25

30

Time[min]図
temperature

15

5

Fig.5

神鋼パンテツク技報

濾過面積の影響Ef托ctoffiltration

area

∂首

行しないため乾燥工程に移行することが望ましい｡

縮ではd(毛細管径)が圧力によって変化しないた

この濾過終了点は圧力および内容物の粒径によってめ濾過速度と圧力は比例関係にあるが,圧縮性の場異なるが,濾過面積には影響されない｡

合dフう号変化する(減少する)ため,圧力と濾過速度

濾過圧力の影響4.2.3

は比例関係を示さない｡工業的に使用される瀞体ケー

図6に圧力の違いによる濾過速度の影響を示す｡
圧力を高くすることにより濾過速度は速くなり濾過

キは圧縮性のものが多く,濾過圧力に比例して濾過速度は速くならないことが多い｡したがって,適切時間は短くなった｡図7にNO.AとNO.Rの含水率

な濾過圧力をテストで確認して,実機に適用する必が20%,SSの含水率が40%に到達する時間と圧力要がある｡の関係を示す｡同図より,粒子径の比較的大きい

4.2.4

回転数の影響図8にNO.R,国9にSSの加圧濾過中の撹拝翼NO.Aは圧力と到達時間はほぼ比例関係にあるが,粒子径の小さいNO.R,SSは,圧力が0.2MPa以下の回転数の違いによる濾過速度の影響を示す｡の領域では比例関係を示すものの0.3MPa以上ではNO.Rは回転数が増加するに従い濾過速度が遅くなっ

比例関係を示さない｡これは,本テストで使用したており,SSはNO.Rとは反対に回転数の増加に伴

炭酸カルシウムの濾過ケーキは圧縮性であるためである｡粒子径の小さい瀞体のケーキは,空隙率が大い濾過速度が速くなった｡
粒径および比重が大きいNO.Rの場合,濾過中はきいため圧力の影響を受けやすく,圧力が高くなる

撹拝翼とフィルター部のクリアランスに形成されたと圧縮され密になる｡したがって,粒子径が小さい

ケーキ層が,回転数の増加すなわち,遠心力の増加

ケーキほど圧力の影響が顕著になると考える｡このによってフィルター部に押しつけられると考える｡

ことは,(1)式において表されている｡ケーキが非庄

つまり,ケーキ層は回転数の増加にしたがい撹拝翼

70

70

60

60

50

ー｢〇‑‑0.4Mpa‑1コー0･1Mpa

51pm‑‑‑一一‑35rpm‑‑☆‑‑‑‑‑70叩皿
っJ

0

つん

0

】0

,1ハU

No.R,0,2Ⅰ滋,15rpm

No.R,0.2m2,0.2MPa

0

0
】0

20

30

40

50

(;0

5

】0

Time【min]

図

Orp皿

＋

‑‑+コー15rpm

40[叫且0)dよ一己[切已ひ盲真芯

一‑1ト0.2Mfa

一‑‑0‑

Fig.6

E飴ct

図

offiltration

20

25

30

Time[min]

濾過圧力の影響

6

15

8

rig.8

pressure

回転数の影響(No.R)
E飽ctofro伽ingspeed(No.R)

/+U

0
7 (U

AR
′h)

N｡仙SS

<U

40

一‑+｢

30

[叫且U}j巴芸』

召0召OUUh日仏ち∑)〇一月←

昔日〓∽∽㌔凸寺ど.〇Zp∃く.〇Z宗ON

≡

50

つん(U

10

十35rp皿一せ｢70rpm

0･2Ⅲ‑2,15rp皿
10

0
0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

SS,0.21滋,0.2MPa00Filtrationpressl汀e[Mpa]

図
Fig.7

7

rate

betweenfiltration

5

10

15

20

25

30

Ti皿e[mi皿]

濾過圧力と濾過速度の関係
Relationship
tion

古β

5rpm

￣￣廿￣15rpm

pressure皿dfiltra‑

園

9

Fig.9

神鋼パンテツク技報

回転数の影響(SS)E飴ctofrotatingspeed(SS)lわJ.4β肋.J(20α2/β)から圧力を受けて庄密され,濾過抵抗が大きくなる条件を示す｡

ため濾過速度が低下するものと考える｡

4.3.1濃縮と濾過乾燥

一方SSの場合,35叩皿以上では,濾過速度はほとんど変わらないが,回転数の減少により濾過速度

燥のみで濃縮した場合の乾燥時間と,同量のスラリーが低下する傾向にある｡これは,粒径が4.5〃mとを濾過乾燥した場合の処理時間を比較したものであ

極めて小さいため,スラリー濃度の低い場合,粉体る｡同園より,濾過乾燥した場合の方が総運転時間は液中に均一に分散されやすく,また,スラリー濃が短くなった｡含水率15%に達する時間を比較す度が高い場合であっても,粒径の大きい場合より粉ると真空乾燥では濾過時間の約3倍かかることがわ

図10は,原料のスラリーをPVミキサーで真空乾体は分散されやすくなるため,フィルター部ではケー

かる｡しかし,通常含水率70%のものが,直接乾キ層が形成されにくいと考える｡したがってNO.R

燥機に投入されることは無く,前工程の濾過機でいっより粒子径が小さく,ケーキの圧縮性が大きいSS

たん処理されてから,乾燥機に投入される｡

であっても,35rpm以上はほとんど濾過速度は変濾過機能付きと標準型の乾燥性能比較は,濾過彼

わらないと考える｡回転数の遅い場合は,粉体は分の含水率12%から0.1%までの乾燥時間の差異によっ散されにくいため,ケーキ層を形成し,濾過速度もてえられる｡乾燥性能比較テストでは,含水率12遅くなると考える｡したがって,回転数が遅い場合%の粉体量は,粉体全量が濾過面のみからの伝熱には濾過速度が遅くなると考える｡

よる乾燥になっているので,通常の缶壁からの伝熱

本結果ではNO.Rにおいては,撹拝翼を静止したと濾過面からの伝熱を直接比較することができる｡

場合,もっとも濾過時間が短かったが,濾過終了後

総括伝熱係数(U値)を比較すると濾過部のU値の乾燥工程では,撹拝翼を回転する必要がある｡撹

は43W/m2･℃に対して標準缶壁部は77W/m2･℃とな

拝翼を静止した状態でケーキ濾過をおこなった場合,

り,濾過面においても約1/2の伝熱性能がある｡

庄密されたケーキ層内に撹拝翼があるため,起動の際に大きい起動トルクが発生する｡この起動トルク

表は非常に大きく撹拝軸系全体のサイズアップに影響

操作条件(乾燥)0perationcondition(d叩ing)

2

Table2する｡このことから,撹拝翼の回転によって庄密ケー

No.ACaCO3キが形成される粉体においても,経済設計および濾過速度の関点から撹拝翼を低速で回転しながら濾過

80

80

℃

乾燥性能

4.3

(20〟m)

Jackettemp.

をおこなう必要がある｡

Impellerspeedrpm

加圧濾過終了後のケーキを外套より加熱し減圧乾Pressure

燥を実施する｡濾過機能付PVミキサーは,下部槽

kPaの壁面に焼結金網フィルターを設けているため,標FiltrationlO
70
Drying

Filtration15
Drying70

FiltrationO.2MPa
Drying
2.7kPaFiltrationO.2MPa
Drying
2.7kPa0‑40‑4Brinetemp.

準型PVミキサーの缶壁の伝熱より低下することがNo.RCaCO3(200〟m)℃予想される｡乾燥性能テストを実施し,表2に操作
nXU

80

70

0

70

･･･････+:)‑Vacuumdr〆ng･･････････○‑Additionalcharge＋Filtration皿ddrカng‑‑‑‑‑せ｢【Filtration皿ddrying[㌔]召0盲OUひh一一嶺ち∑[㌔]召①召00のhコ嶺叫○∑No.R,0.2Ⅰが,0.2MPa
Filtration15叩m
Drylng

0

20

40

60

80

100

120

70叩m

140

160

No.AO.2m2,仇2MPa
FiltrationlO叩m

Dr〆ng

20

180

Time[min]

図10乾燥テスト結果
Fig.10Resultof血ying

40

60

701pm

80

100

Time[min]

囲11追いチャージの影響
test∇oJ.4β肋.J(2〃α2/β)

Fig.11E触ctofadditionalc血訂ge

神鋼パンテツク技報

古7

4.3.2

追いチャージの有効性

濾過乾燥工程の状況

4.4

濾過機能付PVミキサーは,スラリーを追いチャー
ジすることによって大容量の処理が可能である｡

写真1はスラリーから濾過機能付PVミキサーて濾過工程,乾燥工程を経て処理した際の缶内状況で,

図11に追いチャージテスト結果を示す｡

濾過前のスラリー中の含水率は67%,濾過後の謹

同図は,追いチャージをせずに含水率72%のス

潤粉体の含水率は26%,乾燥後の粉体中の含水率

ラリー90kgを濾過乾燥した場合の運転時間と,同は0.1%のそれぞれの状況を示している｡

濃度･同量のスラリーを2回追いチャージ(スラリー
計270kg処理)し濾過乾燥をした場合の運転時間を4.5

比較したものである｡同国より,追いチャージを2

特に,下部槽のフィルター部分は焼結金網があり平回おこなった方がおこなわなかった場合より3倍も滑面ではないため,上部槽の缶壁より付着が多くるの原料を処理しているにも関わらず,総処理時間がる傾向がある｡

付着軽減方法
製品排出彼の缶内は,缶壁への付着が観察された(

約80分とほぼ同時間で処理することができた｡これ

そこで,フィルター面での付着の軽減を試みた｡

は,原料が少ない場合,濾過後のケーキの大部分は減圧乾燥中に濾液排出口よりN2ガスを缶内に吹き

濾過部分にあるため,伝熱効率が缶壁面より悪く効込んだ｡吹き込まれたN2ガスはフィルター全面カ

率的に乾燥できをい｡しかし,追いチャージをおこ

ら缶内に吹き出しフィルター部に付着した粉体をフィない,原料を多くすることによって缶壁面への接触

ルターから剥離し易くする｡図12にN2ガス吹込毒

面積が大きくなり効率的に乾燥ができると考えられと付着量の関係を示す｡同図より,N2ガスを吹送る｡
30

No.R,0.2nf,2.7kPa
Drying70rpm
25[㌔]0胃‑古び∈̀U吋)}可Befbre名1tration

国12N2ガス吹込量と付着量の関係+

Fig.12Relationsbip
0

5

10

gas

N2gaS[NL/min]

弧dbetweenblowing

powderNquantitla比acbment

20

ONUITdn

ーー◆一

11 ∩凸

A氏erfijはation＋

5NUmin十10NUrmn′h)1No.R,仇21ぷ,2.7kpa[㌔]盲じ召OUひ当)のー○∑+

Drying70rpm

Afterdrying
0

20

40

60

80

100

120

14

Time【min]

写真1

濾過状況

PhotoI

Cbanging

古β図13

N2ガス吹込量と乾燥時間の関係

Fig.13

Relationship血yingstate色･Om丘1trationto血ying

神鋼パンテツク技報

betweenN2gaS

blowlng

quantitytime

lわ王.4β肋.J(20α〜/β)an(むことによって付着量を軽減できることを確認でき

NL/minとすることにより,乾燥時間が同等で缶内た｡しかし,N2ガスの吹込量が多くするほど乾燥の付着を軽減することができる｡

工程では,真空度の悪化を招き乾燥時間が長くなる

む

す

び

粉体混合乾燥機PVミキサーに濾過機能を付けたことが考えられる｡
図13に乾燥時間とN2ガス吹込量との関係を示す｡

濾過機能付PVミキサーを開発し,濾過乾燥テスト

同園より,N2ガス吹込量が0と5NL/minでは乾燥を通じて濾過性能,乾燥性能等について紹介した｡

時間にはほとんど影響しないが,10NL/min吹き込

濾過機能付PVミキサーは円錐部に濾過面がある

んだ場合乾燥時間は長くなった｡これは,ガス吹込

構造的な特長を有しており,濾過･乾燥の両工程と量が少ない場合は,乾燥中真空度は少し悪くなるが,も高い性能を有している｡テストでは,炭酸カルシ

キャリアーガスの役割をするため乾燥時間にはほとウムを用いてその特長を示したが,その他の化成品,

んど影響しない｡しかし,吹込量が多くなると真空医薬品など様々な製品においてもその効果は期待で度が悪くなりすぎるため,付着量は減少するが,乾きる｡

燥時間が長くなる結果となった｡

今後も客先ニーズに対応した製品を開発し,また,ガス吹込量を多くすると管壁部の付着量は軽減す
る傾向にあるが,5NL血1inと10NL/minとでは付客先テストを通じて数多くのデータを蓄積し,技術の向上と新製品の開発に注力して行きたい｡

着量には大差はない｡乾燥時間を比較するとガス吹込量5NUminはガス吹込をおこなわなかった場合とほとんど変わらない｡これより,ガス吹込量を5[参考文献]

1)化学装置:工業調査会(2002),p別‑932)配管技術:日本工業出版(2001),p.67‑69

連絡先
戸

嶋

大

輔

TE
FAX

化工機事業部
技術部
装置グループL

O794‑36‑2517
O794‑36‑2578

E‑maild.叫ima@p皿teC.CO.jp

lわ乙4β肋.J(2〃α!/β)

神鋼パンテツク技報

古9神鋼神戸発電所向け総合排水処理設備の紹介
A

Comprehensive

Wastewaterfor Shinko

Kobe

SystemTreatment
Power

Station(環)水処理本部技術部第2グループ
吾池田進
ShillgO rkeda

当社はこのたび,(株)神戸製鋼所神鋼神戸発電所向けに総合排水処理設備を納入した｡当発電所
は神戸市内に位置する都市型発電所であるため,排水処理設備は,厳しい放流基準を十分に満足できる設備構成と設備仕様が要求された｡さらに多種類にわたる排水系統を含有成分により分別し,処理水の回収再利用システムを積極的に取り入れた｡本稿では,今回納入した総合排水処理設備のプロセスと設備の概要について紹介する｡

Acomprebensivewastewatertreatmentsystemwasdeliveredtotbecoal一丘redpowerplant(ou申ut:0.7

mil.kWX2units)触･KobeSteel,Ltd.DuetoitslocationintheurbanareaofKobecity,thesystem
hadto

be

designedtoful皿1thestrict watertwo托)ref托ctivetreatment,depending
line

was

treatedadsorption,COD
Thela仕er

with

N‑S

on也e

discharge

saltcontent;discbargeline

recoveredi皿dus什ialwaterlevel氏)rwithtreatment

sludgeoilseparation,filtration,AC

dividedinto

andrecoveryline.The托)Ⅲ1er

suitable托)radso叩tion

reSpeCtiveandcontaminants.

neutralization

to

the

reCyCling.

石炭火力発電所
脱wasdecomposition,COagulation/Settling,biologicaldenitr岨cation,皿仕ation/AC

adsorption,neutralization,弧dwaswastewater

criteria.Generated

硫排

Coaト丘redpower

水De.SOx放流系

Dischargeline

回

収

系

Recoveryline

ま えがき
当社はこのたび,(株)神戸製鋼所神鋼神戸発電所
向けに総合排水処理設備を納入した｡当発電所は,

waste

pla山
water

本総合排水処理設備は1･2号基共用で,2号機稼動後の排水負荷量を設計条件としている｡
本稿では,今回納入した総合排水処理設備のプロ

1995年4月の電気事業法改正により入札制度の下でセスと設備の概要について紹介する｡

電力卸僕給事業に参入したもので,建設工事は一期

1.発電所の概要
神鋼神戸発電所は,出力70万kWX2機(計140

工事と二期工事に分かれている｡1号機は2002年4月から営業運転を開始しており,2号機は2004年4万kW)の石炭火力発電で,IPP(IndependentPower

月の営業運転開始へ向けて現在建設工事中である｡

Producerの略称)としては国内最大の発電所である｡

β0

神鋼パンテツク技報∇oJ.4β肋.ヱ(20α〜/β)図1に神鋼神戸発電所の全体配置図を,図2に発処理水がえられ,かつ安定した処理を継続できる電所の概略フロー図を示す｡設備構成は,発電設備

ような設備構成とした｡特にCOD値についてはとして,ポイラ･蒸気タービン･発電機,ばい燵処

放流基準が日平均5mg几以下と非常に厳しいた理設備として,排煙脱硝装置･電気式集塵装置･排めに,3段の凝集沈殿とろ過処理に加え,活性炭

煙脱硫装置,また水処理設備として,給水処理設備･吸着による処理,さらにはイオン交換による復水脱塩処理設備･総合排水処理設備からなる｡な

COD除去プロセスも組み込み,高度処理が可能

お,水処理設備については全て当社が納入した｡

なものとした｡

神鋼神戸発電所は㈱神戸製鋼所神戸製鉄所内に位

2)アルカリ凝集沈殿(放流系2次凝集沈殿設備)

置する都市型発電所であるため,大気汚染,水質汚においては,排水中に含まれるアンモニアが気化

濁,騒音などの環境保全対策についてはとくに配慮

して悪臭を発生しやすい条件となることから,沈された発電所である｡

殿槽を含めてすべての槽に蓋板を設置して周囲へ

2.設備計画における配慮事項の拡散を防止するとともに,脱臭装置を設置して悪臭を発生させない設備構成とした｡

前述のとおり,本排水処理設備は都市型発電所に対応した設備構成と設備仕様が要求されるため,周3)操作,監視を中央操作室に一元化し,日常の運

囲環境への影響に重点を置き計画した｡

転管理情報の集中化,共有化を図り,プロセス異1)厳しい放流基準値に対し,多種のプロセスを組常時に迅速な対応がとれるようにした｡

み合わせることにより,基準値を十分に満足した

d川T≠山川
団

⑤

⑰

⑧

⑦

⑥
ぬ貰閑W

国

隠闘
⑮
′､いニニニニ三⑯①②③④①⑥⑦⑧⑨⑲

gas deI‑itration nnit
GeneralwasteⅥ′ater
treatment払cility
Exbaustdesu此l̀ationⅦlit

gas

Switcbyard
GypsumLilneStOne

silo
Silo

Cbimney
Electric

preclpitator

MaiIlelectnc⑪⑫⑬⑭⑮⑯⑰⑱⑩

ExhanstEx上皿Stunit

No.2血Ⅰ一bine
C血der

bldg.

silo

Waterinlet
Water

discharge

cbannelCoalsilo
WaterJ/

otltlett〉1dg.

全体配置図

図1神鋼神戸発電所
Fig.1Plotroomdesu岨皿tion

No.2boiler

No.1boiler
No.1山Ⅰ■bine

gaS

plan

ofSbiI止o∇bJ.4β加b.J(20α2/β)

Eobe

Power

Station

神鋼パンテツク技報

βJ(ST王AM)

3.総合排水処理設備の概要

Px監冒Sう総合排水処理設備を写真1〜6に示GENEす｡またそのフローシートを図3,4

TロRBIN⊂⇒

RATOR

De.NoxDe.Sox⇒[互]⇒

BOILERに示す(囲3:放流系処理設備,図4:
回収系処理設備)⇒庁l
J

排水は含有塩類濃度の違いによって+.̲.【

放流系と回収系に分別して受け入れる｡
MAKE‑Up

塩類濃度が高い排水は放流系処理設備

VASTE

CONDENSERWATER
TREATMENT

にて,放流基準に合致した処理水をえ

VATE且TREATMENTるために成分毎に処理し放流する｡まDiscbarge

CONDENSATEpOLIS8ER

た比較的塩類濃度の低い排水は回収系処理設備にて,エ業用水レベルに処理して回収することで,再利用化を図る｡

国

2

Fig･2

発電設備の概略フロー囲
Block

Flow

DiagramofPowerPlant

硫装置からのブロー排水(以下脱硫排水と記す)が

3.2

放流系

主要設備

主で,その他給水処理および復水脱塩の高塩系再生(1)原水受け入れ設備

3.1放流系処理条件
放流系で処理すべき排水は,排煙脱廃液および定検時にのみ排出されるAH(エアヒ一夕)などの洗浄排水(非定常排水)がある｡
次に主な排水の計画諸元を記述する｡(1)脱硫排水計画処理水量

処理水水質

4〜5

p甘
SS

1500mg几

COD

30mg几

Mg

1000皿g几Ca

2500mg几

Si

200mg几

Fe

20mg几

Cl

10000皿g/L

は,排煙脱硫装置内の吸収塔の吸収液中で排ガス中の主成分であるSO又とNOxより生成されるものであり,スルファミン系窒素(N日zSO3王1‑N)とヒドロキシルアミン系窒素(NI寸20H‑N)に大別

960m3/d

原水水質

脱硫排水中にはN‑S化合物が含まれる｡これ

5.8〜8.6

日平均10皿g几以下
日平均5mg几以下

される｡これらを処理するために,脱硫排水は,
まずN‑S分解槽に流入させ適温条件下で亜硝酸ソーダの作用により分解する｡その後,放流系原水槽にて他の排水と混合する｡原水槽は,排水の均質化を目的として約1日分の滞留容量を有する｡
また,定検時にのみ排出される非定常排水は高濃3mg/L以下

SO4

5500I℃釘L

F

400mg几

15mg几以下

N王i4‑N

10皿g几

NO3‑N

38mg/L

NS‑N

2mg/L

T‑N

50mg/L

T‑P

10mg几

度でかつ排出時間経過により濃度が変化するため
一旦全量を受け入れ可能な水槽を設置した｡<設備仕様>
N‑S分解槽:108m3
放流系原水槽:600m3×2槽

20mg几以下

1mg几以下非定常排水槽:3250m3×2槽(2)1次凝集沈殿設備(2)非定常排水

1次凝集沈殿設備では,PACを添加してSS,

計画処理水量
原
pIl
SS
COI)
Fe
Cl
SO4

<設備仕様>

質400〜450mg几

1000〜

3000mg/L

40〜

210mg几

8500〜13000mg几
20〜

N甘d‑N

300〜

NO3‑N

彫

フッ素,CODなどを処理する｡

水

2〜
10
6000〜23000mg几

F

T‑N

水

5000m3/回

500〜

3000mg几

1次反応槽:23.5皿31次pH調整相:23.5m3
1次凝集槽:23.5m3
1次沈殿槽:10.5m□×3.6mSⅢ(3)2次凝集沈殿設備

600皿g几

2次凝集沈殿では,後段で排水中のカルシウム200mg几

と炭酸イオンが反応して炭酸カルシウムを生成す

700Ⅲ1g几ることにより,散気装置を閉塞させるなどのトラ
神鋼パンテツク技報

1わJ.46凡b.ヱ(2〃α〜/∂)写Ph

放流系処理設備(1)PhotoIWaste

watertrea血entofdischargeline(1)

O

真tO

写真1

4

シックナー

4

Thickener

写真

2

放流系処理設備(2)

写真

5

薬品タンク

)hoto

2

Wastewatertreatmentofdiscbargeline(2)

Photo

5

Cbemicalstorageta止写真

3

ろ過器,活性炭吸着塔COD吸着塔

写真6

回収系処理設備)hoto

3

Filter,AC

Photo

6

Waste

FoJ.4β肋.J(20￠2/β)

tower,COD

adsorption

tow与r

神鋼パンテツク技報

watertreatmentofrecoveryline

β3

Q
lも.

血

止

e

NaO別a址Me也anol血k

上1eC13t血

g碧Sp血0ロCaCld

謡㌣1a

d

Polymertank

Ammonl11mSulI瓦te

SodlllmCarbonate

bnk

bnk

Make‑n01isberv/w

waterw/w*1*3⊂=コ壷壷=二⊃DeSOx赫

粁R甫丁巧

Condensa土e

拙日晒Tり

肋冒 苛苛苛宇苛
串4

*5

*6

*7

*8

*9

*10

*1】

Condensatepolisberw/w

諾孟decomposition

AErinsew/w

5

2‑1▼‑
0()上,,l‑*･‑‑‑‑‑̲T‑

串 くJ*

*6

瓜

主蓋ヽムヾ≠ヾや山梯潜P血a甲reaCtiontank
Emergencyw7wb血Seconda巧p甘3rdp拉control血

COntrOltank
Nitrogenw/w

監;冨慧吉｡b血Prlmaワp甘control払nk

Rawwate一也nk

Nitn丘cation也nk
Di皿itdBcationtank
O五idizadontank

receivl喝也nk
Secon血ワSettling
血n上

監賢叩Se仕血g

Relaybnk
3rdse仕1ingbnk*(Z■一‑.一心l

5り〓〓

甲‑甘‑

*5

CODmeter*5

TNmeter

Tpmeter
Filter4血coagnlationtank
4血pEcon廿01血止

Filterinlettank
4血settlingtank

ACadso叩tbn
columnCODadso叩也On
5tbpIicontrol
bnk

column

Discbar
Nen仕alizadonbnk
Sampling也nk

Relaybnk

Disclla唱eb血D血y血tor串lBT

reSS口erSteam

一さ汁も屯>ざ.】窃

C止e血opperl

RlnSeCOlm
RegeneratlOnW/w

巨璽(bQ昆叩＼里Tickener

図
Fig.3

3

Sltldgebnk

放流系処理設備フローシート
Flowdiagram

ofdiscb肝geli皿e｢‑‑‑+亘蚕室蚕豆亘:〉

mixingbnk

慧鮮血』≡⊆⊆⊇≡=』
Regenerationw/w
decompositiontank

加atedwaterbnk

Sodinmnitdte

w/w

苛軍

仙R有‑巧

M血1

仙R崗Tり

馳R甫‑勺

ざ〜.心功旨.】(bQら柚＼里Botw/w
Boilers由比‑nD▲O訟pbodcacid

叩

訂

触

事 0ノ

air

Floata血on也nk

監窪忌g監
音蟄＼ムヾ→tヾや山梯港

J
No･1dm血agewaterbnk

Stal一口pW/w也nk

No.2dm血gewater払址

OilsepamtorCa汀y‑O11tOfrecoveredoil

Tre由ed血弧age也nk

Re
*1*5

*2

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*5*1

*5
*1

*9

D血agewater廿eatedwater

pIIcon廿OlbI止

TbprocessⅥrater也nk

Filter

Rawwater也nk

Tb血ickener

Oi
q

図
Fig.4

4

回収系処理設備フローシート
Flowdiagramofrecove町1ine

慧箭盟
ril廿ation
mwwaterbnk
慧町COagulation
P血aヮse山i喝也nk

ACad50甲boncollm

NeⅦ廿alizationtank

Recoveredw由erbnk

ブルが発生するのを防止するために炭酸ナトリウ<設備仕様>

ムによる化学軟化をおこない,カルシウムを除去

COD

吸着塔:2.Om￠×4.5mSHX2塔

する｡

×2系ダl

<設備仕様>

再生廃液混合槽:0.25m3

2次ptI調整槽:23.5m3

再生廃液分解稽:17m3

2

次凝集槽:23.5m32

次沈殿槽:10.5m3□×3.6mSIi(8)中和,放流設備
最終中和をおこなった後,サンプリングをおこない放流水水質(pIもCOD,T‑N,T‑P)を常時璧

(4)生物脱窒設備
浮遊式生物脱窒法をもちいて,硝化･脱窒処理祝する｡各水質とも放流基準を満足していれば潜をおこなう｡好気性状態下で硝化菌の作用により,流し,放流基準を逸脱するような場合には自動辟

アンモニア性窒素を硝酸性窒素に硝化し,次に嫌に放流が中止され,非定常排水槽へ移送して再欠気性条件下で脱窒菌によって窒素ガスに還元して理する｡

大気中に放散する｡発電所からの排水には,ほと<設備仕様>

んど有機成分を含まないため,栄養塩としてリン

中酸およびメタノールを添加する｡また,定検時なサンプリング槽:23.4m3

どの負荷低下時には硫酸アンモニウムを添加して

放和槽:23.4m3

流槽:202m3(9)汚泥処理設備

負荷調整をおこなう｡

各沈殿槽からの汚泥はシックナーでさらに濃薪<設備仕様>
硝化

槽:181m3/槽･系列×2系列

させた後,フィルタープレス式脱水機で脱水する(

脱窒

槽:52m3/槽×4槽/系列×2系列<設備仕様>

酸化

槽:102m3/槽･系列×2系列

シ

3次沈殿槽:14m￠×3.5mSIi(5)4次凝集沈殿設備

ック

泥ー:15m￠×4.5mSIi
槽:116m3

脱水機:処理量約10ton‑DS/dX2機

ケーキホッパー:12皿3×2×2基

4次凝集沈殿設備では,主に生物脱窒処理から回収系処理条件

3.3の余剰リンをPAC添加により処理する｡

ナ

汚回収系で処理すべき排水は,ポイラ,タービン誘<設備仕様>からのブロー排水,給水処理および復水脱塩の低墟

4次pH調整槽:12.5m3
4

次凝集槽:12.5m3

系再生廃液(再生時のリンス水)および起動時にグ

4次沈殿槽:10m□×3.5mSIi

み排出される起動時排水がある｡
次に排水の計画諸元を記述する｡(6)ろ過,活性炭吸着設備
仕上げ処理として,ろ過器で微細SSを処理し,(1)定常排水計画処理水量1027m3/d

さらに活性炭吸着塔でCODを処理する｡活性炭
吸着は後段のイオン交換樹脂が有機汚染されるの

原水水質

処理水水質

を防ぐ役割も有する｡

ろ

過

6〜9.5

pIi

<設備仕様>

SS

器:2.Om￠×2.4mSIiX2系列

5〜1000mg几

COD

活性炭吸着塔:3.2m￠×4.OmSHX2塔×2系列

ヘキサン抽出物質

5.8〜臥6

日平均10皿g几以下

1〜10mg几

日平均10mg/L以下

30mg几

1.5mg/L以下(7)coD吸着設備(2)起動時排水

脱硫排水中には,難分解性のCOD成分である

計画処理水量

ジチオン酸イオン(S20β)が含まれる｡この物質
は凝集沈殿,活性炭吸着,酸化では処理し難い物

4000皿ツ回原水水質質であるため,イオン交換処理を適用する｡
pE

9.5

SS

20mg几

ンが濃縮されているため,強酸性条件下で加熱分

COD

150mg几

解処理して無害化する｡

N2Ii4

300mg几

イオン交換樹脂の再生廃液にはジチオン酸イオ

β6

神鋼パンテツク技報Ⅵ)王.4β肋.J(20α2/β

回収系

3.4

主要設備

沈

(1)油水分離設備

殿

槽:9.Om□×3.5mSH(4)ろ過,活性炭吸着設備

排水中の油分を浮上分離により除去する｡

仕上げ処理として,ろ過器で微細SSを処理し,処理水は原水槽へ移送する｡

さらに活性炭吸着塔でCOPを処理する｡<設備仕様><設備仕様>
自然浮上槽
傾斜板浮上槽過ろ1.05mWXll.3mLX2.OmH

X2系列(2)原水受け入れ設備

器:2.Om￠×2.4mSHX2系列

活性炭吸着塔:3.2m￠×4.OmSHX2塔×2系列(5)中和,回収設備

原水槽は,排水の均質化を目的として約1日分

最終中和をおこない,工水として回収･再利用の滞留容量を有する｡また,起動時にのみ排出さする｡

れる起動時排水は一旦全量を受け入れた後,硫酸<設備仕様>

銅を触媒としてヒドラジンを酸化分解する｡処理

中和槽:12.5m3

した排水は原水槽へ移送する｡

回収水槽:60m3
む<設備仕様>
回収系原水槽:440m3×2槽
起動時排水槽:2000m3×2槽

すび

以上神鋼神戸発電所向け総合排水処理設備について概要を紹介した｡現在,1号機のみではあるが,安定した運転を続けられており,2号機稼動後も十(3)凝集沈殿設備
凝集沈殿では,排水中のSS分を凝集させ,沈分に性能を発揮し安定運転を継続できるものと確信

降分離する｡

している｡最後に,計画段階から実負荷運転までの<設備仕様>

長期にわたる関係各位の多大な尽力と協力に深く感pH調整槽:18m3
凝 集 槽:18m3

謝の意を表する次第である｡

連絡先
池

田

進

吾

環境装置事業部
水処理本部
技術部
第1グループTEL

O78‑232‑8105

FAX

O78‑232‑8056

E‑mailsn.ikeda@pantec.co.jp∇bJ.4β肋.J(20α2/β)

神鋼パンテツク技報

β7地域冷暖房用新型重層式冷却塔の紹介
New

Type

Double‑DeckCoo‖ngTower

感for DHC

気熟装置事業部冷却塔部

エンジニアリンググループ

新

後

宏

史

且irosbiNiigo

六本木エネルギーサービス(株)では六本木六丁目市街地再開発地区に｢地域冷暖房施設･特定電機事業施設+を建設し,2003年から熱,電気の供給を開始する｡当社は地域冷暖房用冷却塔のメーカとして採用され,新型重層式冷却塔を納入した｡今回納入した新型は従来型にくらべ据付面積で約40%小さく設計されている｡また,防振,白煙対策など周囲環境や日常のメンテナンスにも配慮された仕様となっている｡

RoppongiEnergy

Serviceente叩riseねcilities

in也eelectricity
COOling

and

urban

Pantecspace

includesair

Cleanlng

SyStem托)rcomparedsuspension氏)r
eaSy

the

Vibration‑prOOf,air

煙heatingofunits

た〉r plume

new

were

start血esupplytype

donble‑deck

designedtominimize

env汁on皿ent‑Oriented
reduction,andof

cold‑Water

designbasinmaintenance.

冷

Double‑Deck

暖 房

防
白

district toconventionaltowers.The

重層式冷却塔地 域

cooling払cilities/specialelectricdelivered2units

fbr the払cilities.T血etoandarearedevelopment

Co.,Ltd.has

sidtrict beating&coolingby40%

heating

constmcting'一山strict

Roppongi6‑Chome

heatin2003.Shinko

towersねr

installation

Co.,Ltd.is

防District

Tower

Heating&Cooling振Vibration‑FOOf

止

Plume

ま えがき

Cooling

reduction

であり,ホテル株屋上への設置から空間制約があり

六本木六丁目再開発地区は1986年,東京都から再据付面積を最小限にする必要があった｡当社の据付開発誘導地区の指定を受け95年に都市計画として決

面積最小重層式冷却塔は新宿,幕張,東京臨海地区

定｡2000年4月に再開発工事に着手した｡施工面積に納入実績があるが,今回納入した新型重層式冷却約11ha,延床面積約70万m2の大規模プロジェクト

塔は従来と比較し据付面積で約40%小さくなるよである｡

うに設計されている｡また,直下階の室内環境対策

六本木エネルギーサービス(株)は,再開発組合が進めている六本木六丁目市街地再開発事業地区にのためよりグレードの高い空気バネの防振装置を設置している｡｢地域冷暖房施設･特定電気事業施設+を建設し,2基の白煙防止対策塔,電動機は全機インバータ

オフィス,住宅,商業施設,ホテル等の建物に電気,対応,冷却塔周囲にサイレンサーを配置したきわめ

熱を2003年春から供給する予定である｡て環境にやさしい仕様となっている｡更に,下部水本施設の建設は新日本製裁(株)が一括で受注しており,当社は地域冷暖房用の冷却塔建設を担当した｡
この冷却塔は冷却水量13500m3/hと超大型冷却塔
6β

槽には自動洗浄装置が取り付けられており日常のメ
ンテナンスにも配慮されている｡2002年5月に冷却塔の据付工事が完了したので,その概要をここに紹

神鋼パンテツク技報

Vb乙4β肋.J(20α〜/β)

介する｡(4)騒音値

フアンスタック出口水平1m点:81dB(A)以

1.新型重層式冷却塔の概要

下

今回納入した13500m3仙は5台1基の構造となっ(5)白煙長さており,中央に2185m3/bの冷却塔,左右2台が

条件

外気温度

5℃

白煙防止対策塔となっている｡従来の重層式冷却塔

相対湿度

60%

にくらべ,配管を全て内部に納め外観上は単層式と入口出口水温差

2828.75n13/hで計5台となっている｡両側の2台は何ら変化がないような設計となっている｡

CT‑1,5:10m以下

写真1に上部外観を,写真2にその低騒音フアン

冷却塔諸元

1.2

の部分を示す｡図1に全体図を示す｡

CT‑1,2,4,5

1.1設計条件
(1)容

量

塔寸法

CT‑1,2,4,5:11315m池(2828.75m池･1台)
CT‑3:2185m池(2)温度条件

全
全
塔
全

長
幅
高
高

型

式
径
数
数

901000kg

出口水温:32.0℃
湿球温度:27.5℃

型式

(3)耐

震

水

平:1.5G

鉛

直:0.75G

送風機

電動機
定格
台

減速比
台
数

器(CT‑1,
5に取付)
防振装置
振動監視
装
置
自動洗浄
装
置

新型重層式冷却塔上部
Topviewofnewtypedouble‑deckcoo血gtower

軸流型低騒音フアン

同左

7310m皿6100m皿

9枚
4台

7枚
1台

全閉外扇屋外型
三相誘導電動機
インバータ対1芯型

同左

240kW

190kW

4台

1台

スパイラルベベル

同左

及びヘリカルギヤ

空気加熱

写真1

数

型式
減速機

PhotoICT‑341720mm
15100mm
15070mm
17570mm

運転重量
直
異
台

入口水温:40.0℃

8℃のとき

Motor

1/6.938

1/8.933

4台

1台

型
式
自動開閉ダンパ付
ダンパ用モータ
0.4kW
台
数
2台
型
台

式
数

空気ばね

型

式

パイプロスイッチ
MODEL1500

同左

台

数

4台

1台

≠5･5

同左
92個

一式

ノズル径
個
数

CT+5

CT+4

9馴固×4

CT‑3

CT+2

CTJl
下andeck

囲囲

囲

Casin

Fan
7310mm￠6100mm

Fanstack

＼
l

1 l

l

l

l

1

l

Air̲COOledlleat
excbanger

Coldwater
Louver

写真2

低騒音フアン

図1全体図

P血oto

2

Low‑nOise払n

Fig.1Schematic血awing

lわJ.4β肋.J(2〃α!/β)

神鋼パンテツク技報

/盲蒜;￣

β9

冷却塔材質

1.3

(1)主

要

2.OHz程度まで下げ,よりよい環境作りのため空気

構

造材:溶融亜鉛鍍金鋼

バネの防振装置を採用した｡(2)外装･ルーバー:FRP波板
填

(3)充
(4)エリ

空気バネ防振装置は国内では東京オペラシティに

材:硬質塩化ビニール

つづき2号機となるが規模では国内最大となる｡常時2台のコンプレッサーとレベルスイッチにより監

ネ一夕ー:硬質塩化ビニール

ミ(5)上部･下部温水槽:FRP
(6)フ

ア

(7)空

ンス

気
フ

表1に｢室内騒音と振動許容値+,表2に｢防振タ ック:FRP加ィ

視されている｡

熱器用バネの特長の一覧+を示す｡
写真3に空気バネの設置状態を示す｡

ン:アルミニウム

ダン

冬期および中間期に冷却塔から出る白煙(可視プ

パ:アルミニウム

長2.特ルーム)を低減するために,空気加熱器を両端2台

造

2.1構

白煙対策

2.3

チューブ:溶融亜鉛鍍金鋼管の冷却塔に設置している｡

重層式冷却塔とは,上層下層に独立した充填層,

ダンパーは全てモートルシリンダーにより開閉可

散水機構を備え,通風は塔上部に設置した送風機単能とをっている｡写真4に空気加熱器を示す｡

体で上下層共通におこなうものである｡今回納入し2.4

振動監視装置た新型では,従来2列にわかれていた充填層を1列冷却塔の故障は回転機器による場合が多い｡こので構成し塔高では約1.5m程度高くなるものの,設

回転機器の異常を早期に発見するために振動監視装

置面積で約40%,容積で約8%の省スペース化を

置を回転機器の共通架台に設置している｡今回採用図っている｡図2に新型と従来型の断面構造図を示したものは加速度,速度,変位の振動モードから選す｡

ぶことができ,起動時の一時的な大きい振動による

2.2

誤動作を起こさないように動作遅延時間が0〜60秒

振動対策

冷却塔には送風機,配管内の水流,水の落下などの範囲で設定可能である｡また,異常信号をアラー

により,振動が発生している｡ビル屋上階に設置す

ム,トリップと2段で設定可能である｡今回は当社

る場合,スラブから直下階に伝搬しないように,冷の長年の経験と実績から下記設定値とした｡

却塔を支える建築架台と冷却塔との間に防振装置を振動モ設置している｡地域冷暖房用冷却塔の防振装置としード:速度アラーム設定値:10mmノsては99%以上が金属バネを使用している｡本仕様

トリップ設定値:15mm/S
動作遅延時間:20S

は直下階の環境条件VL50以下,NC30以下(VL:
2.5

VibrationlevelNC:Noisecriterion)と条件的には金属

大型冷却塔の下部水槽には大気中の粉塵,昆虫,

バネでも可能な範囲であるが,バネの固有振動数をOutlet
Motor

Fa』

alr

オ1

Sta呈e

Fal15taCk

0しIt】etajr

vater

basin

払r

upper

stage

Motor塑＼.=㌔芸慧慧

甘ot

1

Inlet

1al町er(当社特許)

下部水槽の自動洗浄装置

air

lnlet

air

Cold

water

OrllpperiotlVater

Sta

basin
Stage
basin

【brlaⅥrer Stage

n11

■l/

】▲l

l

ヽ

阻

Inletair■仙励
腰

1aⅥ′erStage
丘11

Inlet

air

air

Louverぎ

Inletair

LollVer5
basin
water
血rloⅥrer
Stage

vater

70

2

払rloⅥrerStage

inletplpe

新型(NeⅥr切つe)

Fig.2

ColdⅥraterbasin

J

inlet plpe

図

血1awerstage

brnpperstage

lnletairCold
ヨot

甘otlVaterbasin

Coldwaterbasin

十
Inlet

Inletair

従来型(Conventionaltype)

断面構造図
Sectionaldrawing

神鋼パンテツク技報

1わ王.4β肋.J(20α2/β)木の葉などが堆積し,大きなメンテナンス費用が発生する｡特に噴射ノズルを取り付けた洗浄配管を設置し噴射により水槽内のゴミを水槽中央部に集めることができる｡
写真5に自動洗浄装置の設置状態を示す｡
2.6

耐震構造

DHC用冷却塔では耐震構造が要求される｡阪神淡路大震災以後はビルの屋上階にあり重要な設備との位置づけから水平震度(監甘)=1､5G,鉛直震度(EV)=0.75Gの耐力が要求される｡今回の冷却塔に

写真

3

空気バネ

Photo

3

Air

snspension

表1室内騒音と振動許容値
TablelIndoor

noise

and

allowablelimits
NC

瓦indofroomofvibration

NoiselevelvalueRadio(TV)s山dioNC̲15〜20

25〜30

Concert血allNC̲15〜20

25〜30

Theater(500people)

NC̲25〜25

30〜35

NC̲25

35

NC‑25

35

ApartlⅥent

NC‑25〜30

35〜40

日ouse什Iotel

NC‑25〜30

35〜40

NC‑25〜30

35〜40

Musicroom

VLvaluedB(A)40Schoolroom(withoutloudspeaker)

50

Con托rencehall(wi也10udspeaker)

NC‑30

40

Movietheater

NC‑30

40

甘ospital

NC̲30

40

Library

NC‑30

40

写真

4

空気加熱器

NC‑35〜40

45〜50

Pboto

4

Air

NC‑45

55

Eome

Store
Restaurant

表2

Table255

beating60

防振バネの特長の一覧
Summa叩OfcharactersofvibrationproofsprlngS

TypeItem①Naturalfねquency(Ez)normally(A:Excellent,B:Good,C:NoprobleIⅥ,D:Slightproblem)

(a)

(b)

Coilsprlng

La皿inatedsprlng(c)Airsprlng

1〜10

1〜10

②Dampingpe血皿弧Ce

No

Yes

③Higb丘･equenCyVibration‑isolating
ability(Soundproorerたct)

D

D

A

B

‑40〜150‑40〜150‑20〜80‑30〜120⑤oilresistance/Agingresistance

A

A

B

B

⑥unifbrmityorproduct

A

B

B

B

⑦stmcturalcompactness

A

B

C

A

⑧spacerequired

B

B

B

A

applicableasvibrationsystem④workingtemperaturerange(℃)Ⅵ)J.4β∧b.J(2〃α2/β)

神鋼パンテツク技報

0.7〜3.5(d)Vibrationproofsprlng

Dependsonuse

4〜15

Yes

アJ

写真

5

下部水槽自動洗浄装置

Photo

5

Cold

basin

water

cleaning

system

ついても同規準により設計した｡

写真

6

骨親ブレース構造

Pboto

6Cons血ction

む

す

び

of色･ameWOrk

braces

民間国内最大親模の六本木再開発事業のエネルギー

写真6に骨組ブレースを示す｡

供給事業に当社冷却塔が採用されたことは誠にうれ

1)適用規準建築基準法:同施行令

しく思います｡これを機にさらにコンパクトで高性

日本建築学会:鋼構造設計規準

能かつ環境にやさしい冷却塔の開発につとめる所存

造:ブレース構造2)構3)鋼材表面処理:溶融亜鉛鍍金

であります｡
HDZ‑45最後に本稿の執筆にあたりご指導とご協力をいた

柱:H125×125×6.5×9

だいた,六本木エネルギーサービス(株)殿と新日本製錬(株)殿に深甚の謝意を表します｡

梁:BH250×250×16×28[参考文献]

ブレース:180×75×7×10.5

1)公害防止の技術と法規(振動病)4)主構造材

連絡先
新

後

宏

史

気熟装置事業部
冷却塔部

エンジニアリンググループ
TE
FAX

L

O78‑232‑8136
O78‑232‑8066

E‑mailh.niigo@pantecぷ0.jp

乃

神鋼パンテツク技報

1わ乙4β肋.J(20α2/β)

<製品紹介>蓄熱式燃焼脱臭装置RTO
lntroductionof Regeneratjve

Therma10xidizer(気)大気環境部エンジニアリンググループ
二道場
研
K印jiMicbiba

当社は,排ガス中の揮発性有機化合物(以下,VOC)処理および脱臭処理ニーズに応えるべく,蓄熱式燃焼脱臭装置(以下,RTO)を海外メーカより技術導入し,国内販売を開始した｡
当社RTOの主な特長は,95%以上の高い熱回収率と99%以上の高い除去性能を有することである｡この高い熱回収率は,熱交換方式にハニカム構造のセラミック製蓄熱材をもちいることによりえられる｡他の燃焼装置にくらべ,ランニングコストおよびCO2発生量が低減できるため,経済面および環境面で優れた装置といえる｡高い除去性能は,燃焼室内温度を800℃以上の高温に維持し,完全にVOCを酸化分解するために必要な滞留時間を与えることによりえられる｡

WehaveconcludedthelicensedagreementofRegenerativeThermalOxidizer(hereinaf亡ercalledRTO)
丘oma托〉reign

company,andbas

RTOinJapanin

staれed marketingordertofbrthesatis年theneeds

加atmentofthevolatileorganiccompounds(hereina鮎rcalled VOC)re皿0Valandtbedeodorization.
Tbe

main

cbaracteristics

removale伍ciency

bigh

are也e

bigh

over99percent.The

honeycomb

shapedeconomicallyandlesstban血oseofRTO

regenerative

beat
beat

recoveryrecoverymaterial血atis
becauseits

environmentally

ef丘ciency

maderunnlng

efriciency
of

COSt

over95percent

and

be

by

can

achievedceramic.RTOis
the

and

superior

amountoftbeotherthemaloxidizers.Tbehighremovale伍ciency

ofthe
canbe

ex血austedtb6bighusing

theequlpment
CO2areachievedbykeeping

血ebigbtempera山re,0Ver800℃,andbyholding血erequiredretentiontimelongenoughtooxidize
the VOC

perfbctly･

燃焼

incineration

音熟式燃焼脱臭装置

regenerative

揮発性有機化合物

VOlatile脱deodorization

臭thermaloxidizer

organic

compounds

ま えがき
欧米での揮発性有機化合物(VOC)に対する規一方,日本では,ISOの取得やPRTR法に基づく自主規制,および悪臭防止法や大気汚染防止法によ制は,個別物質に対する濃度規制および総量規制がる法的規制等が挙げられるが,欧米における規制にあり,非常に厳しい状況である｡この背景,その優くらべ緩いといわざるをえない｡しかし,ダイオキ

れた性能及び低ランニングコストから欧米では蓄熱シン対策が一段落した今,さらなるVOC規制が予式燃焼脱臭装置(RTO)は一躍脚光を浴び,幅広い

想される｡また,VOC処理方式としてはこの4〜分野で適用されている｡

5年では,RTOが主流となりつつある｡

1わJ.4β肋.J(2〃α2/β)

神鋼パンテツク技報

73現在,日本のRTOメーカの大部分は,その技術を海外より導入している｡当社においても,納入実績が豊富で蓄熱材に対する技術力が優れているメー
カから技術導入を2001年12月におこなった｡

1.当社RTOの概略
VOCを含む排ガス処理方法には,活性炭といった吸着剤をもちいた吸着法,凝縮法や洗浄法など様々な方法があるが,その中で燃焼法はもっとも簡易であるとともに,さまざまなVOCを除去できるという点で有効な処理方法の一つである｡また,古くから様々な産業分野に適用されてきた｡

燃焼法の原理は,炭素(C),水素(8)および酸素(0)を主成分とするVOCを高温下で酸化分解
し,炭酸ガス(CO2)および水蒸気(H20)に変換する方法である｡燃焼装置は,直接式燃焼装置,触媒式酸化(燃焼)装置およびRTOに大別される｡
直接式燃焼装置は,VOCを含む排ガスを700〜800℃に保った燃焼室内にて酸化分解をおこなう｡
非常に簡易であり,安定した性能がえられる｡燃焼室から排出される高温ガスは,熱回収率50%程度のプレート式熱交換器をもちいて,入口ガスの事前加熱にもちいられる｡熱回収率が低いため,経済的な装置であるとはいえないが,廃熱をボイラーや温

フロー

図1

Fig.1FloⅥ′

水発生に利用するといった廃熱回収をおこなえる場
合及び小風量の処理においては,メリットが大きい｡
触媒式酸化装置は,酸化室内に酸化を促進させる
触媒を設置することにより,250〜350℃といった●第一工程

比較的低温下にてVOCを酸化分解することが可能

蓄熱室1(加熱)であるため,直接式燃焼装置にくらべると経済的であるといえる｡熱交換器は,直接式燃焼装置と同様にプレート式をもちいる｡一方,触媒は非常にデリフアンにて吸引された原ガスが蓄熱室内の蓄熱
材から熱をえて,加熱される｡

蓄熱室2(冷却)ケートであり,有機シリコン,硫黄化合物及び有機燃焼室にて酸化分解された高温の処理ガスが蓄

金属化合物などの触媒毒と呼ばれる物質が処理ガス

熱材を通過することにより,蓄熱材へ熱を与え中に含まれる場合には,触媒の寿命が短くなり,ラる｡

ンニングコストが大幅に増加するため,注意が必要

処理ガス自身は,冷却される｡

当社RTOは,炉内温度を800℃以上の高温下で蓄熱室3(パージ)(第三工程における加熱終了後の)蓄熱室下部

酸化分解するという点では,直接式燃焼装置の一つ

においては,ガス温度が低いために酸化分解さである｡といえる｡しかし,熱交換方式が大きく異なっていれずに未処理ガスが残留している｡そこで,燃る｡熱交換器の代わりにセラミック製のハニカム型

焼室内の処理ガスを通過させて,この未処理ガ

蓄熱材を使用し,交互にガスを昇温･降温させるとスを原ガスヘ戻すことによって,安定した高い

いった熱再生の原理をもちいている｡この原理を用除去性能99%以上がえられる｡この操作をパーいることにより,熱効率が95%以上と非常に高くなり,省エネが図れることが特長である｡

風量としている｡

ジといい,原ガスとくらべると,約10分の1の一般的な型式である三塔方式RTOにおける各工程でのフローを図1に示す｡
乃

燃焼室(酸化分解)
燃焼室内を800℃以上の高温を保つように,蓄

神鋼パンテツク技報

Ⅵ)J.4β肋.J(20α2/β)熱室(加熱)通過後のガス温度に応じてバーナを比例制御運転する｡

温度にもよるが,上述した内部の断熱効果によりケー
シング鉄板表面温度は55℃以下となる｡
蓄 熱 材

2.2

この室内では,VOCを熱酸化させるための必蓄熱材の外観を写真1に示す｡セラミック製のハ

要条件である800℃以上の高温庇および1秒以上の接触時間を与えることにより,原ガス中にニカム構造で,断面あたり1600個のセルが空いて含まれるVOCを完全に酸化分解し,除去･脱いる｡また,蓄熱材1個のサイズは,口150×300E

臭する｡

である｡

●第二工程

耐腐食および耐熱衝撃性に非常に優れており,寿命は半永久的である｡

蓄熱室1(パージ)
第一工程にて,蓄熱室内に残留している未処理
ガスをパージする｡

処理風量に応じ,断面積当たりの個数が決定し,必要な熟回収率に応じ,蓄熱材の段数が決定される｡
4段または5段が標準である｡

蓄熱室2(加熱)
第一工程にて蓄熱された蓄熱材から熱を受け取り,原ガスを加熱する｡

2.3

出入ロダクトおよび切替弁

各蓄熱室に連結された出入ロダクト中にポペット
弁と呼ばれる切替弁が取り付けられている｡このポ

蓄熱室3(冷却)処理ガスを蓄熱室に通すことによって,蓄熱材

ペット弁は,円形のプレートに対して垂直に取り付に熱を与え,処理ガスを冷却する｡

けられたシャフトをエアシリンダにて上げ下げする

燃焼室(酸化分解)

ことにより,ガス流路の開閉を実施している｡

原ガス中に含まれるVOCを完全に酸化分解し,2.4

パージダクト上述した工程におけるパージを実施するためのダ除去･脱臭する｡

クトであり,出入ロダクトにくらべ,口径が小さい｡●第三工程

切替には,エア駆動のバタフライ弁をもちいている｡

蓄熱室1(冷却)処理ガスを蓄熱室に通すことによって,蓄熱材

加えて,後述する空焼きに必要なラインでもある｡に熟を与え,処理ガスを冷却する｡

2.5

ホットバイパス

原ガス中に含まれるVOCが燃焼室内で酸化分解

蓄熱室2(パージ)
第一工程にて,蓄熱室内に残留している未処理され,その発熱によりガスが昇温される｡たとえば,

ガスをパージする｡

トルエン1000pp皿を酸化分解すると,約125℃上昇する｡ここでVOC濃度が高い場合には,燃焼室

蓄熱室3(加熱)
第一工程にて蓄熱された蓄熱材から熟を受け取

内温度が1000℃を越えることも考えられる｡室内り,原ガスを加熱する｡

温度がある一定値以上に達した際に,室内の高温ガ

燃焼室(酸化分解)

スを直接排出するためのラインをホットバイパスと原ガス中に含まれるVOCを完全に酸化分解し,いう｡

除去･脱臭する｡
各工程を90〜120秒のサイクルにて切り替えることにより,連続運転を実施し,高い熱回収率95%がえられる｡

2.機器構成次にRTOの機器構成に関して述べる｡
2.1装置本体
本体は,セラミック製のハニカム蓄熱材が充填された2ないし3室の蓄熱室とその上部に連結された
燃焼室1室から構成される｡
蓄熱室および燃焼室内面は,セラミック製の断熱材が敷き詰められており,室内温度Max.1000℃まで耐えることが可能である｡

写真1

ケーシング材質は,標準でSSを使用する｡外気1わ乙46肋.J(20α2/β)

セラミック製ハニカム蓄熱材

PbotolIioneycombof

神鋼パンテツク技報

shapedregenerative

materialmade

ceramic

符室内温度を常時監視しながら,必要に応じホット
バイパス中のバタフライ弁の開度を調整し,過剰の熱を排出する｡
2.6

ファ

三塔式の場合には,上述したように99%以上の高い除去性能がえられる｡なお,ガス出入口の切替ン

製造プロセスなどのVOC発生源からガスを吸引
バー

バルブのシール部に背庄をかけることにより,より高い除去性能をえることも可能である｡

するためのフアンである｡
2.7

バルブ切替ごとに約90秒毎に未処理ガスが瞬間的に排出されるため,平均除去率は95%となる｡

脱臭を目的とする場合は,安定した性能が必要とナ

燃焼室内温度を800℃以上に立ち上げるため,おなるため,三塔式RTOが望ましいが,排出される

よび維持するための熱源としてバーナが使用される｡

VOCの絶対量を低減する目的であれば,二塔式で燃料として液化ガスまたは灯油を使用する｡

十分といえる｡

3.当社RTOの特長

3.3

3.1高い熟回収率

運転中に空焼きが可能

原ガス中には,VOCのみならずヤニ,タールや上述したセラミック製ハニカム蓄熱材をもちいる

ミストなどといった不純物が含まれるケースは多い｡

ことにより,高い熱回収率がえられる｡蓄熱段数がこのような物質が含まれる場合は,それらが蓄熱宣4段時に95.5%,5段時に96.6%の熱回収率がえら

下部の蓄熱材に付着することによって閉塞し,通常れる｡

運転に支障をきたす｡

なお,熟回収率の定義は,次式で表される｡

これら付着したタールなどを除去する方法が空焼きと呼ばれる運転である｡この空焼きは,蓄熱室下符=(Tc‑Tout)/(Tc‑Tin)×100
り:熱回収率[%]

部の温度を強制的に400℃近い温度まで加温し,ター

Tc:燃焼室内温度[℃]

ルなどを酸化分解する方法である｡実際の操作は,Tin:入口ガス温度[℃]
Tout:出口ガス温度[℃]

本来三塔で運転している状態から二塔運転に切替,
残りの蓄熱室に連結しているパージダクト中のバタ

ここで,蓄熱段数4段,すなわち熱回収率95.5%にフライ弁を常時開とする｡800℃以上の高温ガスがおいて,入口ガス温度30℃,燃焼室温度を820℃と蓄熱室を上部から下部へ少量流れることによって,すると出口ガス温度は,上式より約66℃となる｡

蓄熱室下部の蓄熱材の温度が徐々に上昇し,400℃

出入口のガス温度差36℃分の熱量と装置表面からとなるまで継続する｡この温度を2〜3時間維持すの放熱量の総量をVOC燃焼時における発熱量で補ることによって蓄熱材に付着したタールなどが熟でえる時は,自燃運転と呼ばれる運転が可能となる｡

完全に酸化分解される｡その後,蓄熱材下部の温度

この自燃運転とは,燃料の補給無しに,燃焼室内温が下がるまで放置し,通常の三塔運転に戻す｡した

度820℃が保たれる運転である｡

がい,空焼き運転中は二塔式となり,除去性能は95

装置表面からの放熱量は,外気条件および装置の大きさにより一概にはいえないが,上記温度設定で%となる｡

4.適用範囲および分野

はトルエンの場合約360ppm以上であれば,白燃運

RTOの最適条件は,風量が大きく,濃度が低い

転は可能となり,非常に経済的な装置といえる｡

原ガスといわれている｡この理由は,上述したよう

この自燃運転は,地球温暖化防止の観点からも重要である｡補助燃料を必要としないため,装置からに比較的低いVOC濃度に対して補助燃料が不要の自燃運転が可能なためである｡上述したトルエン濃発生するCO2畳もかなり低減できるからである｡

度360ppmでは,他の燃焼装置,直接式燃焼装置や加えて,サーマルNOxも低減できる｡

触媒式酸化装置では,自燃は不可能であるため,補助燃料が必要となる｡この補助燃料は,風量に比例

RTOは,トルエン濃度360ppmという比較的低い濃度において自燃運転が可能,すなわち燃料が不するため,風量が大きければ大きいほど,燃料が必要のため,低いVOC濃度に対して有効的な装置と要となり,ランニングコストが高くなる｡反対に自いえる｡

燃するRTOの場合には,風量が大きくなっても補3.2

高い除去性能助燃料は不要である｡すなわち,風量が大きくなる

二塔式の場合には,三塔式でのパージ工程がなくにともない,そのランニングコストの差が大きくななり,各蓄熱室にて加熱と冷却のみが繰り返されるる｡入口のVOC濃度は,安全面から各VOCの固ため,加熱後の未処理ガスが排出される｡すなわち,有値である爆発下限界濃度(L.E.L,)の4分の1の7β

神鋼パンテツク技報

1わヱ.4β肋.J(20α!/β)濃度を最大と設定している｡濃度が高い場合,過剰の熱が発生するため,ホットバイパスで系外へ排出する｡この際,この熟を利用し,廃熱回収をおこなうことも可能である｡

処理物質に対する注意点は,ハロゲン系元素(Cl等)および硫黄元素(S)を有する物質の処理である｡これらの物質は,燃焼室内で酸化され,酸性ガスである日Cl(塩化水素)やSOx(硫黄酸化物)を生成する｡これらの酸性物質を含むガスの温度が低下した際に,ガス中の水分と結合し,ⅢCl(塩酸)やH2SO｡(硫酸)として,結露し腐食の原因となりうる｡この結露する温度を酸露点温度といい,ガス中の水分量と酸性ガス濃度に依存する｡この酸露点

写真2

RTO実機外観Photo

20utside

view

of

RTO

には注意が必要である｡
有機シリコンは,触媒毒と呼ばれる物質のため,を写真2に示す｡

触媒式酸化装置での処理は困難であり,RTOでの溶剤を含めたVOCはすべての業界で使用されて処理ニーズは大きい｡有機シリコンは,高温下で酸いるといっても過言ではないが,日本の市場におけ化し,二酸化けい素という微粒子ダストとなるため,る主な適用分野は,化学工業,食品工業,半導体工蓄熱材部で閉塞が起こる可能性がある｡したがい,業や薬品工業である｡

その濃度には注意が必要である｡ダストに関しても,

5.各VOC処理装置との比較
次に述べる原ガス条件において,代表的な各同様に濃度および粒径に注意が必要である｡
提携先の納入実績では,各種塗装工程,セラミッ

VOC処理装置とのランニングコスト比較を表1に

ク製造工程および樹脂製造工程からの排ガス処理が示す｡表からあきらかなようにRTOはランニング多い｡処理風量20000m3N/bにおける実機の外観

コスト面において最も優位性が高い｡

表1ランニングコスト比較
TablelCo皿parison

Equip皿ent

ofruⅢling

cost

Regenarativethermal

Solventrecov叩equlpment
Direct也emaloxidizer

Catalyticoxidizer

0Ⅹidizer

口SlngaCtivatedcarbonBber

99%

Removale伍ciency

98%

Space

10000×4500×7500H

Weigbt27000kg

98%

4800×3300×6000Ii

90%

4800×4000×6000Ii

6500kg

3500×6000×6000Ii

5000kg

8000kgRu皿1ngCOSt
Electricity

14.6kW

LNG
hdustrialwater

Stea皿l1791盛付

18.8kW

2306k¥/y

1.1Nm3/h318k¥仲97.9Nm3/b

28300k¥/y

‑m3佃

￣嘩仲

一m3仙

‑k¥/y

‑m池

‑kg/h

￣k¥/y

ーkg佃

￣k¥仲

‑kg/b

Others

15.8kW
40.7Nm3/b

Catalyst

Tota12109蝉/yAmonntofgeneratedCO2

1わJ.4β加b.J(2〃α2/β)36kg仙1938k¥仲

Tota130606k封y
289kg仙

神鋼パンテツク技報

11766酌

139kg/h2453k郵y

‑Nm3仙

￣k町y

￣k¥/y

18m池

3154k¥仲￣k町y120kg/b7358k郵yactivatedcarbon触r

2125k¥/y2500k¥/yTotal16204騒/y

20kWTotal15090k¥仲34kg/h

77

ガ

ス

風

量

6600m3N仙

ガ

ス

温

度

30℃
トルエン300ppm

処理物質･濃度
運

転

時

単

間

8760h/y

価

電気14円化Wh
LNG33円/Nm3
工水20円几
蒸気

7円化g

6.テスト機仕様
現地にて実際の原ガスをもちいたテストをおこな
いたいというニーズに応えるべく,当社ではテスト機を保有している｡客先敷地内でのテストを考慮し,熱源はバーナーではなく,電気ヒーターをもちいて

写真

3

テスト機外観Photo

30utsideview

orpilot

plant

いる点を除いては,実機と同形式である｡また,テスト機をもちいて,タールなどの付着状況や空焼き
蓄熱材

による除去確認も可能である｡

5段

テスト機の仕様を下記に示す｡また,装置外観を
供給電気容量

写真3に示す｡

セラミック製ハニカム蓄熱材
200VX3￠,17.5kVA

塔

式

三塔式

す び
む
当社RTOは,今後さらなる強化が推測される

処 理風

量

100皿3N他

VOC規制に対してもっとも有効な処理装置であるといえる｡

テスト機仕様ズ

1900WX4300LX2400H

量2500kg

今後,実績の蓄積とともに改善,改良に努め,環ヒーター容量3kWX2

境装置メーカとして社会に貢献したいと考える｡

サ

イ

重

連絡先
道

場

研

気熱装置事業部

二

大気環境部
エンジニアリンググループ
TEL

O78‑232‑8134

FAX

O78‑232‑8067

E‑mailk.michiba@pantec.co.jp

78

神鋼パンテツク技報

lわJ.4β肋.J(20α2/β)丁苫C〃WC月1〟OrF

POPs分析評価技術

井

出

昇

明

第1研究開発部
第2研究室
主任研究員
工学博士

ま えがき
ダイオキシン類(DXNs),ポリ塩化ビフェニル(PCBs)など残留性有機汚染物質(Persistent性で生体内に蓄積しやすく,大気や海洋経由で長距Organic

Poll血nts:POPs)の分析評価は,汚泥,土壌など各種被汚染物の汚染度(濃度)の把纏およびされている4)｡

無害化処理プロセス開発における処理条件の最適化

よって採択された｢陸上活動によって影響を受けるや処理油の有害性評価などプロセスを構築するうえ

海洋環境保護に関する世界行動計画+において対象で重要な役割を担っている｡

物質が特定され,数回にわたる政府間交渉会議を経離を移動し,地球全体を汚染する可能性の高い環境

汚染物質と定義され,12種類の物質(表1)が指定
歴史的には,1995年,国連環境計画(UNEP)に

汚染度の把撞においては,高分解能ガスクロマトて,POPsを根絶･低減するための国際条約締結合

グラフ/高分解能質量分析計(ⅢRGC/HRMS)によ意に至った｡その後,2001年に採択されたストック

る微量定量分析技術が装置本体や周辺機器の発展とフォルム条約において,POPsの製造･使用中止おあいまって急速に進歩したことにより,DXNs,

よび排出の削減等による地球規模での環境汚染防止

PCIisなどの異性体分布による発生源の推定や塩素が決議され,早急な対策が求められている｡の置換位置による反応性の違いなどこれまで解明でPOPsには,もともと最終用途を特定して製造さきなかった諸問題が明らかにされつつある1)･2)｡

れたPCB(工業化学物質)やDDT,ヘキサクロロ
ベンゼン伯CB)などの農薬･殺虫剤,そして発山方,無害化処理プロセスの開発においては,定量分析に加えて反応生成物や副生成物の化学構造解

生予測が困難な状況下で製造されたDXNsやフラ析などが反応メカニズムの解明や有害性評価の観点

ンなどの物質が含まれている｡

からも重要度を増している3)｡

これらの物質は,いずれも分子中に塩素が結合ししかしながら,分解処理過程における分解挙動やた有機塩素系化合物であるが,融点,有機溶剤に対最終反応生成物の同定など未解明な点も多く,よりする溶解性など物理化学特性は物質により異なる｡

安全性の高い処理プロセスを構築するうえで分析評

分･析に際しては使用する有機溶剤の選定,前処理過価技術の開発が重要となっている｡

程での化学的安定性,分析測定法における熱安定性

本稿では,定量分析をおこなううえで重要な前処の確認などが必要である｡

理方法を中心にPOPs分析の現状および課題を整理

2.POPs分析の現状と課題し,分析評価技術開発の取り組み方を述べる｡

2.1DXNsおよびPCBsの分析

1.

POPsとは残留性有機汚染物質(POPs)は,人の健康や生態系へ有害な影響を及ぼす化学物質のうち,難分解∇oJ.4β肋.J(2〃￠2/β)

現在,DXNsおよびPCBs分析に採用されている試験法を表2に示す｡公走法であるHRGC/HRMS
法は,目的とする微量成分を高精度で定量分析でき

神鋼パンテツク技報

乃表1POPsの種類と化学特性
TablelKind皿dCbemicalPrope什yofPOPsChemicalproperty

Classification

Productname

Cbemicalstmcture

Solubility

Soltlbilityto

point(℃)

tosolventwater(25℃)

305‑306

1mg/ml2×10▲7g侭g…:聴三こ

Dioxins
Unintendedlyproduced
POPs

Melting(25℃)
1mg/mlFurans(25℃)

c拶l

IndustrialCbemicals(Intendedlyproduced

C転虚1Ⅹ

PCBs

POPs)

Insol11ble

10‑253仕ans‑105

Chlordane

clて避ご1

SolubleInsoluble

177×10￣7g/kg

Soluble(cis一体)cis‑1078eptachIor

Soluble56×10‑6g促g

101‑104

Soluble27×10￣6g/kg

176‑177

Solnble186×10￣6g/kg

245

Soluble24×10￣6g促g

230‑231

Soluble5×10【6g/kg

109

Soluble1×10￣6g/kg

65‑90

Soluble4〜30×10￣4g几g

485

Soluble2×10￣4g/kg

害蔚1

巌1
韻cl
磯cl
埠:

AldrinDieldrin

Agriculturalcbemicals(Unintendedlyproduced

95‑96

Endrin

POPs)
ECB

DDT

｡1品｡1
CH海

Tox叩hene

鱒

Mirex

表

2

Table2

DXNsおよびPCBsの試験方法
Standards

0切ect

forDXNsand

PCBs

Analysis

SampleE血austgas
Drainage

DXNs

Standard

JISKO311(Measurementme血od托)rd血insandcoplanarPCBsinexhaustgas)
JISKO312(Measurementmethodfordio由ns皿dcoplanarPCI∋sinindustrialwater
皿dwastewater)

SoiI

Measurement皿弧naIねrsoilinvestigationrelatingtodioxins

Oil

Analyticalmetbod(no.192)触･PCBsindecomposedoilnoti丘catedbyIiealtba血PCBs

We血Ⅰ●eMinist叩
Drainageβ〃Measurementmethod(no.59)notificatedbyEnvironmentMinis廿y
神鋼パンテツク技報

1わJ.46肋.J(20￠2/β)

るが,前処理工程が複雑で,しかも処理時間に膨大器による測定の3工程からなる｡DXNsやPCBsとな日寺間(6日以上)を要するために生産性が低い｡の相違点は,有機塩素系農薬では一部の農薬は化学

また,使用される装置が高価で,日常のメンテナン

処理の過程で分解および化学変化をともなうものがス負荷も大きいために分析費用が高い｡

あり,定量性確保のための前処理方法の最適化が重従来の試験法では前処理工程を含めた分析時間の要である8)｡たとえば,硫酸処理によりディルドリ

短縮および分析費用の低減が重要課題であり,さらンやエンドリンは分解され,アルカリ処理によりクにDXNs分析では測定データの精度管理に対するロルデンやトキサフェンは分解され,DDTはDDE

要求も高まっている｡に変化する｡また,同一試料のなかにPCBsが混入

これらの状況を背景として,最近前処理方法の簡した場合には,PCBsピークと農薬ピークが近接し,略化や分析方法の改良による迅速分析法への関心がPCBs自体が妨害成分となる場合がある｡

高まり,技術開発が活発におこなわれている5)･6)｡

以上のように,POPs農薬の分析では被処理物か

たとえば,廃油中PCBsを前処理(液液分配およらの抽出方法,適正な前処理方法など基本的な分析

び固相抽出)により妨害成分を除去し,HRGC几R(低分解能)MSと観み合わせた迅速分析法が開発

条件が未だ確立されていない｡前処理条件と各物質され,公定法の代替法として利用されている7)｡こ

条件の検討が必要である｡

れに対して,当社は硫酸による前処理法とECD

3.分析評価技術開発の取り組み方(電子捕獲塑検出界)GCを組み合わせた迅速分析法を確立した｡本方法の開発により,前処理から機POPs分析評価技術の課題は,①迅速化および精度向上(PCBsおよびDXNs),そして(参適正な前処器による測定そしてデータ解析に至るトータル時間

理方法の確立(とくに農薬)に整理できる｡の安定性確認,PCBsピークの分画方法確立など諸はおよそ40分となり,従来法に比べて分析時間を大迅速化を図るためには,前処理方法およびデータ幅に短縮することができた｡また,定量精度を公定

解析を含めた分析条件の効率化が不可欠であり,と法と比較検討した結果,良い相関性があることを確

くに前処理方法の適正化および各工程の簡略化が重認した｡当社が開発した分析法は上記方法と分析時要である｡具体例として,汚染土壌の分析評価にお間および定量精度の点で比較しても遜色ないことがいて予想される技術課題と対策を表3にまとめた｡

明らかとなり,工程管理法として適用可能であるこ

PCBs汚染土壌の場合には抽出工程が必須であり,抽出効率の向上および処理時間の短縮が重要課題でとを確認した｡
有機塩素系農薬の分析

2.2ある｡これらの解決には,溶剤の選定および超音波

有機塩素系農薬分析に関する報告例は少なく,被法,高速溶媒抽出法9)など処理時間の短いソックス

汚染物からの抽出方法,適正な前処理方法など不明

レ一代替法の確立が必要である｡また,前処理につな点が多い｡
POPs農薬分析の基本操作は,DXNsおよびPCBs

いては,土壌および処理物から抽出される成分が複雑であり,あらかじめ妨害成分の種類を甘RGC/と同様であると考えており,汚染物質からの目的成

LRMS分析などにより決定し,そのうえで必要な処分の抽出,妨害成分除去のための前処理,そして機理方法を選定･構成する方法が合理的である｡さら表

3

Table3

汚染土壌分析における課題と対策
Su叫ectandCountermeasnrefbrAnalyzlng

POPsContentsin

ContaminatedSoil
Countermeasure

Su切ectIncreaseofex仕actionefBciency

Selectionofsnitablesolvent皿dimprovementofex廿actionconditions

Reductionofex仕actiontime

Developmentofnewe血actionme也od

Rationalizationofcleanupprocess

Selectionofsuitablecle皿upprOCeSSa氏erconB皿ing

obstaclebyGC/MS

Regulationofche血caldecomposi‑
Developmentofnewcleanmpprocess
tioninagrlCultnralcbemicals

1わ乙4β肋.J(2〃α2/β)

神鋼パンテツク技報

βJ

に,分析装置については妨害成分の影響を受けにくのなかにあって,本稿で述べた迅速分析による汚男

いECD‑GCの有効活用が望ましい｡

物質の定量分析および定性分析による化学構造の角･

農薬の前処理方法については,上記のように一部

明は処理プロセスの効率化を図り,さらには処理]の農薬が化学処理により分解や化学変化をともなう

程そのものをより確実で安全なものにすると確信1

ため,事前の定性分析による農薬成分の特定およびる｡

液体クロマトグラフなどによる分画処理が重要とな[参考文献]

るであろう｡被汚染物質の性状および汚染農薬の種

1)早川健一ほか:第12回廃棄物学会研究発表会講演高文集,(2001)p.114

類に応じた抽出方法や前処理方法の確立が不可欠で

2)南宏和ほか:第12回廃棄物学会研究発表会講演論づ集,(2001)p.1059

ある｡
現在,迅速かつ高精度POPs分析法として,短時

3)井出昇明ほか:エコインダストリー,(2002)投稿目
4)細見正明:廃棄物学会誌,Vol.12,No.6(2001)p,33
5)浦野鉱平ほか:廃棄物学会誌,Vol.12,No.6(2001

間前処理方法の開発およびECD‑GCあるいは
HRGC/LRMSを組み合わせた迅速分析法を開発中
である｡

p.376

む す び
残留性有機汚染物質(POPs)の処理は,環境の修復や汚染防止対策の観点より重要であり,今後ダ
イオキシン類対策特別措置法の施行など法規制の強化と共に同処理は加速されるものと予測される｡そ&26)堤かおりほか:第11回環境化学討論会講演要旨集,(2002)p.144
7)和田洋:PCI】の分解･無害化技術セミナーテキス1(1999)p.11
8)野間幸生:廃棄物学会誌,Vol.9,No.3,(1998)p.24■
9)日本ダイオネクス(株)資料

神鋼パンテツク技報∇bJ.4β肋.J(20α2/8