＜巻頭言＞「共有地の悲劇」と環境負荷低減の責務

取締役社長

重

河

和

夫

Kazuo Shigekawa

日々，環境について語られている。地球という有限空間で，文明の発達により生活レベルの向上を享受するも，最近の人口増加も含めたトータルの人類活動が，地球の自己浄化力，回復力を超えるほどに活発化した結果，現在の地球環境の維持に疑問符がつき，さまざまなレベルで地球環境を如何に
持続・保全・改善するかの議論がされている。いわば，人類の「共有地」としての地球をどう永続的に使うかという重い議論である。残念ながら，地球という「共有地」は有限である。環境，資源，燃料，水，食料，生物など，人類の生存のために必要で，有限なものを数え上げればきりがない。一方，人口は幾何級数的に増加し，それに伴い人類の経済活動も幾何級数的に活発化，有限な「共有地」の環境・資源の寿命が短くなっている。
「共有地の悲劇１）」という話がある。全ての人の共有地である牧草地があるとする。牧夫は，経済的利益を求めてできるだけ多くの羊を放そうとする。牧夫と放牧される羊の数が，牧草地の自然回復
力以下に保たれている限りにおいては，「共有地」は機能し，牧夫も利益を得ることができ，共有地での社会的安定が保たれる。しかしながら，牧草の自然回復力を上回る数の羊が放たれると，牧草地は徐々に衰え，放牧できる羊の数も減少し，「共有地」の社会的安定が損なわれる。それでもなお，個々の牧夫は自己の利益を最大化しようと行動する。合理的牧夫であればあるほど，一頭でも多くの羊を放牧しようとする。何故なら，一頭の羊の増加による利益はプラス１となるが，過度の放牧による損失は，全ての牧夫により負担されるのでマイナス１の数分の１となる。このため，個の利益を求めて，ほとんどの牧夫が一頭でも多く放牧しようとし，破滅への道を突き進むのである。費用負担など何の制約も無い自由な共有地の利用は，すべての者に破滅をもたらす，というものである。
一方，資源，燃料，水，食料などは，それを使用するのに費用負担を伴い，経済合理性が働く要素があり，「共有地の悲劇」にいたる距離には少し余裕がある。これとても，資源を巡って現在も国際紛争があるのは事実であり，うまく解決できなければ「悲劇」となる。それよりも問題は，経済合理性の働く要素の少ない地球環境である。気候変動枠組条約締約国会議（COP）での議論など，まさし
く「共有地の悲劇」に向かって突き進んでいる感がする。地球環境の「共有地の悲劇」を回避するには，①地球環境の利用に関して，枠組・制限を設け経済合理性を導入すること。京都議定書，環境税などがこの方策の一つ。②利用者の制限。良し悪しは別にして，中国の一人っ子政策などがある。③
環境をより効率的に利用する技術，共有地の革新的再生技術，革新的保全技術の確立。これには，省
エネ，再生可能エネルギーの活用，資源・水のリサイクル技術など。総じて言えば，個人レベルから
企業，団体，国まで含めたあらゆる関係者が，社会的，経済的活動に，個よりも全体の利益を尊重し，自らに「環境負荷の低減」の責務があると真剣に認識して活動することが求められる。
「環境」という文字を社名に頂く当社にとって，「環境」の持続・保全・改善に資するべくあらゆる
企業活動を環境負荷の低減に向け，さらに，技術を通じて社会に貢献することが使命であることを再認識して，水処理，廃棄物処理，エネルギー関係など，当社の主力事業に関してさらなる研究開発活動を推進したい。
１）ギャレット・ハーディン著「The Tragedy of the Commons」
Vol. 9 No. 2（2013 ／ 2）

神鋼環境ソリューション技報

1

＝講演会抄録＝

化学物質の環境内運命と生態毒性
Ecotoxicity and Fate of Chemicals in the Environment

北野 大
Masaru Kitano

明治大学
理工学部
応用化学科
教授

藤原尚美＊
Naomi Fujiwara

化学物質は，私たちの生活を便利で豊かなものにしている一方で，利用方法を間違えると，ヒトの健康や自然環境に悪影響を及ぼす可能性があることも事実である。今回，北野大先生を当社にお迎えし，有害化学物質の歴史や化学物質の環境へのリスクおよび毒性試験方法などについてご講演頂いた。
Chemical substances make our life convenient and abundant. On the other hand, it is fact that humanhealth and the environment are affected by inappropriate utilization of the chemicals. We invited Dr. Kitano of Meiji University and he lectured us on the history of the harmful chemicals, and the environmental
risk or the toxicity test method.

まえがき
明治大学

1962年にはレイチェル・カーソンによる Silent
理工学部

応用化学科の教授であられる北野大先生をお迎えし，ご講演頂いた。北野先生
は，経済産業省の化学物質審議会委員

Spring が出版され，DDT の難分解性，高濃縮の環境内運命の問題が警鐘された。

産業構造審

・ポリ塩化ビフェニル（PCB）は，絶縁性，不燃性

議会委員，環境省の中央環境審議会委員，国連環境に優れており，電気絶縁油，感熱紙，熱媒体に幅

計画

残留有機汚染物質レビュー委員会委員も兼任

広く使用されていた。PCB は1929年に米国で工されている。また，きれいな水を地球に戻そうと業化されたが，国内においては1954年に製造が

＊＊

WET

研究懇話会

会長としても，ご尽力されている。今回は「化学物質の環境内運命と生態毒性」という題目でご講演を頂いた。本稿はそのご講演内
容の抄録である。

1.

有害化学物質の歴史

・ジクロロジフェニルトリクロロエタン（DDT）
は，1874年に独の化学者により合成されたが，殺虫効力を発見したスイスのバウル・ヘルマン・ミューラーが1948年にノーベル賞を受賞した。当時，DDT はダニなどの農業用殺虫剤に活用され，
奇跡の薬品と呼ばれた。しかし，散布した殺虫剤は分解されず，ダニ以外の生物に対しても強い毒性があり，生態に影響をあたえることが後に判明した（図１，２）。
2

図１

神鋼環境ソリューション技報

DDT の歴史
Vol. 9 No. 2（2013 ／ 2）

図２

DDT の用途および毒性等

図４

PCB の用途および毒性等

図３

図５

PCB の歴史

ダイオキシン類とは開始され，カネクロールと呼ばれた。当時は，PCB のおかげで新幹線が走行するともいわれた。
しかし，1968年にカネミ油症事件があり，初めてPCB が人体に影響を及ぼすことが判明した（図３，４）。
・ダイオキシンは塩素含有物質が燃焼する際などに発生する，非意図的な生成物である。ダイオキシ
ンも DDT や PCB と同じく，難分解，高濃縮の環
境内運命のため環境への残留性が問題視されている。ダイオキシンとダイオキシン類は区別されて
おり，ポリ塩化ジベンゾ‐p‐ジオキシン（PCDDs），
ポリ塩化ジベンゾフラン（PCDFs），コプラナー

図６

CFC の用途および性状等

ポリ塩化ビフェニル（PCBs）をまとめてダイオキシン類と表現する（図５）。

れずに成層圏に達する。成層圏において太陽から・クロロフルオロカーボン（CFC）は，炭素，フッの強い紫外線で分解され，塩素原子を放出する。

素および塩素からなる物質である。冷媒，洗浄

この塩素原子が連鎖反応によりオゾンを分解し，剤，発泡剤，噴射剤などとして広く使用されていオゾン層が破壊された（図６）。

たが，難分解性，低濃縮性の環境内運命により，・これら難分解性物質は環境に排出されてから数十大気中に放出されると対流圏ではほとんど分解さ年の長時間を経て，人体や環境への悪影響が明らVol. 9 No. 2（2013 ／ 2）

神鋼環境ソリューション技報

3

かとなった。問題が起こった後にこれらの物質を考え，環境中の環境内運命データ（分解性，濃縮規制するため，農薬取締法，化学物質審査規制法性）と，暴露シナリオに必要な摂取データ，生活（化審法）等の法律改正が行われた（図７）。

パターンデータなどに基づき暴露量を推定する

2.

環境リスク

（図10）
。

・環境リスクとは，人の活動によって環境に加えら・暴露に関するデータはいろいろあるが，環境内でれる影響への負荷が環境中の経路を通じ，ある条の分解性や濃縮性を予測するには対象物質の物理件の下で人の健康や生態系に影響を及ぼす可能性

化学的性状を把握することが重要である。ラボレ

を示す概念である。この対象は，人の健康への望ベルで物質の構造的な特徴や生態に対する毒性，

ましくない影響の「健康に関するリスク」と，生生分解性を，化学物質の同定，純度および環境分

態系への望ましくない影響の「生態系に関するリ

布，引続き実施される安全試験，スクリーニング

スク」である（図８）。

試験，定量的構造活性相関（QSAR）の５つの視・これらのリスクはリスクの特定，暴露アセスメン
ト，ハザードアセスメント，リスクの判定の４ス
テップで評価される（図９）。

点から予測することができる（図11）。
・環境中に放出された化学物質は，主に微生物による生物学的な反応による分解を受け，二酸化炭素

・暴露アセスメントは，人や水生生物が化学物質をや水などの無機化合物に変換されるが，生分解性

どのような経路でどのくらい摂取するかを毒の種が低いと環境中に蓄積されるおそれがある。この類ではなく量で評価する。また，人が化学物質にため，易生分解試験，本格的生分解試験，シミュ

暴露される経路としては，吸入暴露，経口暴露

レーション試験の生分解性試験を組立て，生物学（飲料水＋食物）および経皮暴露を主要な経路と的な化学物質の分解性を調べる（図12，13，14，

図７

図９
4

図８

取られた対策

リスクアセスメントの４ステップ

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図10

環境リスク

暴露に関するデータ
Vol. 9 No. 2（2013 ／ 2）

図11

化学物質の物理化学的性状の安全性における役割

図13

図15

易生分解性試験

図16

シミュレーション試験

図12

生分解性試験の組立て

図14

本質的生分解性試験

結果の判定（化学物質審査規制法）

15）。 化 審 法 に お け る 試 験 結 果 判 定 基 準 で は，体内へ物質をとりこみ・生物体内に蓄積およびBOD の分解度が60 ％以上，かつ分解生成物が存

排泄からなる相対的な結果を意味する。この生物

在しないことを良分解性としている（図16）。

濃 縮 は，Bioconcentration，Biomagniﬁcation，Bio-

・生物濃縮とは，水を媒体とする暴露により，生物

accumlation の３つの定義からなり，化学物質はVol. 9 No. 2（2013 ／ 2）

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5生態系での食物連鎖等を経て生物体内に濃縮され学物質の生体への取込み速度と排泄速度の比としる（図17）。

てもあらわされる。この結果の評価と判定では，・生物濃縮係数（BCF）は，一定の期間水生生物が高濃縮の場合は BCF が5 000倍以上，高濃縮では化学物質の暴露を受けたときの生物体内の濃度をな い 場 合 は BCF が1 000倍 未 満 で あ る。 ま た，

水中の濃度で除した値であり，この数値が大きい

BCF が1 000倍以上5 000倍未満の間については，ほど生物体内に濃縮され易い。生物濃縮係数は化排泄性，部位別濃縮性データなどから判断する。
化学物質の濃縮性の評価指標には BCF 以外に化学物質の脂溶性を表す log Pow がある。log Powを求める試験では特性が脂質と類似している1‐
オクタノールが使用される。log Pow の実測値０～６の間で，log Pow と BCF は高い相関性がある（図18，19，20，21）。

3.

毒性試験

・毒性とは，化学物質が有している作用のうち，生態を致死させるような作用，器官・組織の形態または機能に異常をきたすような作用をいう。毒性試験の目的は，人の健康への影響および環境生物への影響を評価することにあるが，この毒性が，
図17

図18

図20
6

構造と機能によって特徴づけられる生態系におい生物濃縮の定義

生物濃縮係数（BCF）

図19

結果の判定と評価法

化学物質の脂溶性（log Pow）

図21

log Pow と BOF の相関

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Vol. 9 No. 2（2013 ／ 2）

図22

図24

図23

毒性試験の目的

急性および長期毒性試験の比較

図26

図25

生体毒性試験における４つのエンドポイント

図27

毒性試験の用語の解説

生物毒性試験（OECD での考え方）

試験結果の判定（化学物質審査規制法）て，どのような影響をあたえるのかを，ラボ実験

毒性試験は生死を，藻類生長阻害試験は成長を，

にて生物を用いて調べることが毒性試験である

ミジンコ遊泳阻害試験，繁殖試験は挙動と繁殖の（図22）。

エンドポイントを見る。生態系生物への状態を把・生態毒性試験としては，藻類生長阻害試験，ミジ握するために挙動を見ることも試験において重要

ンコ遊泳阻害試験，繁殖試験，魚類急性毒性などである。生態環境への影響は，３種類の生態毒性が挙げられる。毒性試験では生死，成長，繁殖，試験で得られた毒性の結果にて判定する（図23，

挙動の４つのエンドポイントがあるが，魚類急性24，25，26，27）。

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7

図28

図29

優良試験所基準（GLP）

・試験結果等に関する基準への適合性確認，試験成績の信頼性確保などを目的とした優良試験所基準（GLP）制度がある。GLP 組織は，信頼性保証部

謝辞

・謝辞（図29）

むすび

化学物質が環境内でどのように変化し生態に影響

門，試験実施部門，施設機器管理部門，試資料管をあたえるのか，また，毒性を調べる必要性と，試理部門で構成され，運営管理者が試験の流れの全験方法の信頼性確保について，有害物質の歴史をも体を確認する。これは，人は間違いを起こすものとに紹介して頂いた。

であることを念頭においているためである（図28）。
＊

商品市場・技術開発センター 水・汚泥技術開発部 水処理室8＊＊

全排水毒性 Whole Efﬂuent Toxicity

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＝講演会抄録＝

生物応答を利用した新しい排水管理手法
New Wastewater Management System Using Bioassay（独）国立環境研究所
環境リスク研究センター
鑪迫典久
環境リスク研究推進室
Norihisa Tatarazako 主任研究員

藤原尚美＊
Naomi Fujiwara

近年，環境中に排出された多種多様な化学物質が，複合的に水生生物に悪影響をおよぼすことが懸念されている。私たちの身の回りで使用されている化学物質は数万種とも言われているが，環境中に排出される化学物質は，ごく一部しか規制，管理されていない。総合的な影響と多種多様の化
学物質が混ざり合った複合影響を調べるためには，生物応答（バイオアッセイ）技術が有効である。
この技術を排水に応用した WET（Whole Efﬂuent Toxicity）研究の日本における第一人者であられる鑪迫典久先生をお迎えし，ご講演頂いた。
It has been concerned that the chemicals discharged in the environment affect the aquatic organisms incomplex. Several tens of thousands of chemicals are used in our daily life. However, few chemicals havebeen regulated and managed. In order to investigate combined effects of mixed various chemicals, a bioassay technology is effective. We invited Dr. Tatarazako of National Institute for Environmental Studies
and he lectured us on the WET system.

まえがき（独）国立環境研究所

環境リスク研究センター㪮㪜㪫䈱ၮᧄ᭎ᔨ䍃䍃䍃䍃䍃䍃䍃䍃䍃䍃䍃

環境リスク研究推進室の主任研究員であられる鑪迫
先生は，東京大学大学院新領域創成科学研究科環境学専攻の客員教授も兼任されている。また，今後の水環境保全の在り方を検討する国の各種委員会の委䈐䉏䈇䈭᳓䉕࿾⃿䈮㄰䈜

員を務められ，日本の水環境保全にご尽力されておられる。
今回は「生物応答を利用した新しい排水管理手法」という題目でご講演を頂いた。

1.

生物応答を用いた管理手法を導入する
理由と法律

図１

WET の基本概念

・自然界に生息する生物の反応を用いて，私たちが環境中に排出している水に含まれる化学物質の影
響を総体的に評価する手法がバイオアッセイ

・わが国の排水規制は，高度経済成長期におけるさ（WET）である。この WET は，“きれいな水を地

まざまな公害問題を経て旧水質２法（水質保全

球に返す”ための“ものさし”として，有効な環法・工場排水規制法）に始まり，1970年に制定さ

境評価ツールになると考えている（図１）。

れた水質汚濁防止法を柱に運用されてきた。

Vol. 9 No. 2（2013 ／ 2）

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9現在，水質環境基準として健康項目26種および生
活環境項目10項目，排水規制として健康項目27物

2.

生物応答を用いた管理手法の概要と海外の例

質および生活環境項目15項目の設定となっている

・生物応答を用いた排水管理は，前述のように海外（図２）。しかし，排水中には多種多様な化学物質が先行している。米国，カナダでは，1990年代にが含まれており，個別の化学物質の環境生物に対は生物応答による排水管理が法律化された。そのする影響（毒性）情報があっても，混合物として他，名称は異なるものの，図５に示すようにドイ

その影響を予測することは非常に困難である。欧ツ，フランス，オランダ，スウェーデン，フィン

米では排水全体の生物影響を評価することで，潜ランド，英国などのヨーロッパ諸国でも同様の手在的な環境生物に対する複合影響を含めた毒性情法が用いられて実施されている。

報を得る手段としてバイオアッセイが利用されている（図３）。

・韓国の水環境行政は，2006年に水質管理から水質保存（水生態保存）に法律上の転換があり，排出・バイオアッセイによる排水管理は，海外ではすで

基準項目の中に生物影響がないことを満足するに多く取入れられており，実用化も進んでいる。

「TU（Toxicity Units）」の指標が盛込まれた。管

米国の WET は1995年から運用開始されている手理対象施設は，排水を排出する82業種の施設のう法で，日本では数年前から環境省と国立環境研究

ち有害排水を排出する35業種の施設，および公営所が中心となって検討調査し，“日本版 WET”のの排水処理場であり，それぞれ年に４～12回の頻導入を目指している（図４）。

度で WET 試験が実施される（図６）。試験費用
は個別事業所と排水処理場は事業者が負担，下水処理場は国が負担することになっている。

図２

水質汚濁防止法に基づく排水規制と排水処理技

図４

生物応答を利用した水環境管理法の検討調査

10

図３

化学物質規制への WET 試験追加必要性

図５

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様々な国の排水生物試験の名前
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図６

図８

図７

韓国 WET 導入の経緯概要

WET の適用のフロー（イメージ）

WET について図９ 生物応答を利用した排水の自主管理制度の枠組み（案）

生物応答を用いた管理手法のありかた

ファとして WET 試験を行う。WET 試験法は確・WET とよく間違えられるのは，工場排水を水槽立されており，その結果は統計的に数値化できに通し，金魚やコイが生きているか死んでいるる。数値化の基本的な指標は TU であり，その排3.

か，あるいは行動異常があるかどうかというもの

水を何倍に薄めたら供試生物に影響（NOEC: Noである。これは，いわゆる生物のモニタリングでObserved Effect Concentration）しない濃度になるあり，その影響が一過性か否かの区別には長期間か，という指標などで評価される。TU 数値は小の調査が必要で，原因追究から解決には長時間をさいほどよく，どこまでが OK であるかという線

要する。WET はこれと異なり，定期健康診断に引きについては，排水基準と環境基準の関係と同近い概念である。すなわち，われわれ人間が定期じ10倍を目安にしている。WET 試験で一定の基的に健康診断を受け，何かの項目で引っかかった

準 を 超 過 し た 場 合 は 毒 性 削 減 評 価（TRE：

場合は自費で再検査を受け，それでも異常がある

Toxicity Reduction Evaluation）および毒性同定評

場合は入院・治療を行い，予後観察するのと同じ価（TIE：Toxicity Identiﬁcation Evaluation） へ とである。WET は排水による水生生物への影響を，進み，毒性物質に対する改善処置を行う（図８）。

確立した数値によって見出し，早期発見，早期治・WET の法制化に関しては現時点では環境省の療に結び付けようとするものである（図７）。

「生物応答を利用した水環境管理手法検討調査」

・WET 試験の考え方は，まず工場のキャラクタリ

の委員会での検討が継続されているが，未だそのゼーションを行い，現行排水基準を満たしている

中での決定事項はない。そのため，以下の内容はかの判断をする。満たしていない場合は現行法令

個人的な意見であるので，その点を理解してお読での措置を行い，満たしている場合のプラスアル

み い た だ き た い。 最 初 に， 米 国 の NPDES＊ ＊ のVol. 9 No. 2（2013 ／ 2）

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認可に相当する部分や，バイオアッセイの技術のを用い，毒性に対する感受性が高いと考えられる

標準化や高度化を担う機関が必要である。図９に卵，孵化および仔稚魚を試験物質に９日間暴露し示すように前者については国・地方自治体などのて，孵化率，稚魚死亡率等から排水の影響を評価

いずれの行政機関が，後者については国立環境研する（図11）。

究所などが役割を果たすことが期待される。実4.

際，国立環境研究所では，リファレンスラボが創・藻類成長阻害試験は，生態系の最下層の位置付け
で あ る 藻 類 の Psuedokirchnerirlla subcapitata（ ム

設され，2011年10月，2012年６月に実際の試験をレミカズキモ）を用いて，細胞増殖に与える影響

実施することが望まれる地方環境研究所職員や民を調べる試験である。光合成阻害，細胞壁合成阻間のコンサルタントなどを対象に試験法の実習セ

害，細胞分裂阻害などを検出するが，試験結果のミナーを開催した。

再現性は高い。増殖期の藻類を種々の濃度の排水

生物応答を用いた管理手法で用いられる生物試験法に暴露して72時間までの増え方をカウントして排水の影響を評価する（図12）。

・生物応答を用いて排水を評価するために，繁殖や・ミジンコは生態系の植物プランクトンの捕食者，

初期発達など亜慢性ないし慢性的な試験を重視し魚の被捕食者として生産量のバランス調整を担っ実施する。この内容は，その種の個体群維持，ひている。化学物質に対する感受性が比較的高く，いては生態系の維持に寄与するといえる。このため日本版 WET では魚類，甲殻類，藻類といった環境毒性評価に使用される。ミジンコ類繁殖試験では，Ceriodaphnia dubia（ニセネコゼミジンコ）

３種の異なる生理作用を持つ代表的な水生生物でという比較的小さいミジンコが用いられ，産仔にの試験を検討している（図10）。

対する影響を調べる。ニセネコゼミジンコは，ラ・魚類胚仔魚短期毒性試験は，水系生態系の最上位
で あ る 魚 類 の Danio rerio（ ゼ ブ ラ フ ィ ッ シ ュ）イフサイクルが短いので試験期間が短くでき，排水の変質を防ぐという意味でもメリットがある（図13）。

図10

慢性影響を評価するための排水の代表的な短期バ
イオアッセイ

図12
12

図11

魚類胚仔魚短期毒性試験

図13

藻類成長阻害試験

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ミジンコ繁殖試験
Vol. 9 No. 2（2013 ／ 2）

・国立環境研究所環境リスク研究センターで実施しいる（図17）。TRE とは，「排水毒性の原因の特た工場排水の WET 試験結果を図14，15に示す。

定，発生源の分離，毒性制御代替法の効率評価，

図14はミジンコ類繁殖試験結果の一例であるが，排水毒性の削減効果の確認を目的として段階的に排水量の比率が大きい（希釈倍率小）ほど産仔数実施される発生源を対象とした一連の調査」と定が少なくなっている。図15は４種生物を用いて12義される。TRE の実施手順に関する EPA 指針で事業所の排水を試験した結果であるが，TOC 濃

は，水質ならびに施設に関するデータを収集す

度と毒性（TU 値）には相関関係がないことを示る。次の段階では，現行の運転管理法，使用化学している。また，事業所によって影響を示す生物

物質，処理施設を評価し，これらの改善・変更に試験とその強度は異なっており，WET 試験結果

よる排水毒性の削減効果を検討する。たとえば，が排水のキャラクターを示していることがわかる。

どういうときにサンプリングをしたのか，バルブ・３種類の重複具合を図16に示した。３種類のバイが空いていたりしなかったか，たまたまコンタミ

オアッセイすべてに反応したのは１事業所しかながあったり，洗浄中ではなかったかなど，人的にく，排水中の成分構成の違いが影響を与える生物説明できる原因を探すことであり，これにより改の違いに現れていると考えられる。

善されればそれで OK となる。それでも排水毒性

・米国では，WET 試験を導入して排水の判断基準が削減されない場合に，さらに TIE に進み，ここを設定した場合，基準を超過する排水はその毒性の低減が義務付けられている。このため一連の手
順が EPA＊＊＊ によって TRE として定式化されて

図14

図16

図15
ミジンコ繁殖試験例

NOEC が10 ％未満の工場排水件数

Vol. 9 No. 2（2013 ／ 2）

環境研で行った工場排水試験の結果（一部）図17

毒性削減のためのフローダイアグラム

神鋼環境ソリューション技報

13

図18

図19

毒性同定のためのフローダイアグラム

からさらに毒性原因物質群を特定するアプローチと，毒性処理アプローチのどちらかに進む。
・TIE とは，排水毒性の原因物質（群）を探索する

東洋インキグループの取組みの公表ా࿜с‫ڷ‬ѤжНмЖ
˾ਘ॓ళО৖Ж̢๫‫ڒ‬஼धвкЖжє๫Ъ൭О଼ѝ̣˾ྵဉళОДѝ̢၏ࡲᄒᅶрᄙнҢҘрะ৛йဃѡћмЖ̣

一連の手順であり，図18に示すように，米国のWET では，３つのフェーズで構成されている。
第１フェーズでは，どのような物理的・化学的特性を有する物質（群）が排水毒性に寄与しているかを解析する。具体的には，未処理の排水試料と物理的・化学的操作を行った排水試料の両者について WET 試験を実施する。第２フェーズでは，第１フェーズで推定された毒性物質（群）の分析を行う。毒性試験を用いながら毒性物質の含まれ図20る画分を分離，濃縮し，最終的にはクロマトグラ

WET 試験の意義

フィー，原子吸光光度計などにより原因物質（群）と推定される物質の濃度を測定する。第３フェー

活環境の“安全”を担保にするものではないが，ズでは，推定された毒性物質が実際に排水毒性に水生生物が保全される水環境をつくることによっ寄与しているかどうかを確認する。毒性物質濃度て，“安心”の指標を提供できるのである（図20）。

と毒性強度の相関，供試生物種の毒性物質に対する感受性の相違，添加実験，物質収支などを利用
する。

む

す

び

日本においてのバイオアッセイは「安い，早い，

誰でもできる」というイメージがあるが，決してそ・近年，企業の社会責任（CSR）が強く叫ばれていうではなく，厳密に試験を行えば繰返しの再現性もる。このため，事業所の自主管理ツールとして，高く，結果の信用性も高い。そしてバイオアッセイ

WET を CSR 活動の一環として用いることにより，は，機器分析の代替法ではなく，機器分析では得ら企業価値（ブランド力，信頼など）の創造などにれない情報を得ることができる独立した手法であ活用できる（図19）。

る。WET の導入を通じて機器分析とバイオアッセ

・「生物は嘘をつかない」。WET はヒトの健康や生＊イのお互いの理解が進むことを期待する。

（MTC）分析試験室 ＊＊米国汚濁物質防止削減制度（プログラム）National Pollutant Discharge Elimination System
米国の環境保護政策を主管する独立行政機構 Environmental Protection Agency

＊＊＊

14

神鋼環境ソリューション技報

Vol. 9 No. 2（2013 ／ 2）

放射性物質に汚染された土壌の除染・減容化技術
Decontamination and Volume Reduction Process for Radiation
Contaminated Soil

竹田尚弘＊
Naohiro Takeda

村上吉明＊
Yoshiaki Murakami

石井 豊＊
Yutaka Ishii

井出昇明＊
Shoaki Ide

福島第一原発事故により環境中に放射性セシウムが放出され，汚染された土壌が大量に発生している。当社では過去に PCB 汚染土壌の還元加熱による浄化技術を開発しており，同技術をベースに放射性セシウム汚染土壌の除染・減容化プロセスを検討した。その結果，汚染土壌に効果の異なる二種類の添加剤を混合し，1 000 ℃にて30分以上加熱することにより，放射性セシウムを90 ％以
上揮発除去し，除去土壌を大幅に減容化できることを見いだした。
In the cause of a lot of radioactive cesium fallen out into the environment by the accident happened at
Fukushima Daiichi nuclear power plant in March 2011, a large amount of contaminated soil has been
generated. The process of the decontamination and volume reduction for the radiation contaminated soil
was developed based on a detoxicitation process for Polychlorinated Biphenyl（PCB）contaminated soil
system by thermal treatment under reductive atmosphere. As a result, it became clear that it was possible
to decontaminate more than 90 ％ of radioactive cesium from the contaminated soil and reduce the volume of the original contaminated soil by adding two types of chemical agents under the heating conditions of 1 000 ℃ and more than 30 minutes.

Key Words：
放射性セシウムRadioactive cesium

汚

染

土

壌

Contaminated soil

加

熱

処

理

Heating treatment

化

Volume reduction

減容【セールスポイント】
既存技術と比べて比較的低温での処理であるため，加熱処理後土壌に後処理を施すことにより農地還元もしくは通常の産業廃棄物処理が可能である。
土壌から放射性セシウムを効率的に除去し，濃縮することにより，汚染土壌の大幅な減容化が可能であり，実用化できれば課題となっている除去土壌の仮置きや保管の問題を解決できる。

Vol. 9 No. 2（2013 ／ 2）

神鋼環境ソリューション技報

15

まえがき

きた。これらの除染は，主に建築物の高圧洗浄や表2011年３月11日に発生した東日本大震災にともな

土剥離などによる居住地の空間線量率を低減するこう東京電力福島第一原子力発電所での事故により，とを目的に実施されており，これにともない生じる

大量の放射性セシウム（Cs-134，Cs-137）および放除去土壌および廃棄物（以下除去土壌等）は仮置き

射性よう素（I-131）が発電所の周辺環境に放出さもしくは仮保管されている状況である。

れた。これらの放射性物質は周辺地域に降下し，一今後発生する除去土壌等も含め仮置き場の除去土部は自然の物質循環系にのって拡散し，原発周辺の壌等は，将来的には中間貯蔵施設へ運び込まれ30年

森林，土壌，水の各環境を広範囲に汚染した。

間にわたり管理・保管される計画となっているが，これらの放射性物質のうち，放射性よう素は半減期が約８日であるため現在はほとんど存在しておら

その量は福島県だけで1 500～2 800万 m3とも見積もられ，減容化技術の開発が急務となっている。

ず，主要な汚染物質はセシウム134（半減期約２年）とセシウム137（半減期約30年）となっている。
図１に2012年６月28日時点での福島第一原子力発
電所周辺の空間放射線量率分布を示す。

本開発では，当社の保有する還元加熱（RH-SP）法に基づく土壌の加熱処理技術２） をベースに，上記除去土壌中の放射性セシウムの除染・減容化のための基本プロセスの確立を目的に，除去土壌の加熱

国は，2011年８月に，「放射性物質汚染対処特措

処理によるセシウム除去率に及ぼす添加剤の量，加法」を制定，2012年１月より施行し，除染を進めて

熱温度，加熱時間の影響を調べた。プロセスの概要と各種試験結果について報告する。

1.

⑔ፉ⋵

処理プロセスの概要と特徴

図２に汚染土壌の処理プロセスの概念フローを示す。本プロセスは（１）分級工程，（２）添加剤混合工程，（３）加熱処理工程，そして（４）粉じん処理工程の４つの工程から成り立っている。
分級工程では，湿式分級により粒径の大きい礫・砂成分を分別し，同時にこれらに付着した粘土・シ
ルト成分を洗浄・除去する。セシウムは，これらの粒径の小さい成分に吸着・固定されているため，分別・洗浄することで粗い粒子を除染することができる。
添加剤混合工程では，分級後の細かい粒子土壌（高濃度汚染土壌）に，セシウムを土壌から脱着させる脱着促進剤（添加剤 A）と脱着したセシウムを


図１



NP

１）

空間放射線量率分布（2012年６月28日時点）

汚染土壌
受入

分級工程

微粒子

添加剤
混合工程

揮発させる揮発補助剤（添加剤 B）の２種類の添加剤を混合する。
加熱処理工程では，添加剤混合土壌を1 000 ℃で

加熱処理
工程

分析・払出
（再利用 RU 埋立）

粉じん・排ガス

粗粒子
分析・払出

処理土壌

集じん装置

排ガス

排気

粉じん
粉じん処理
工程

図２
16

分析・払出
（中間貯蔵施設へ）

汚染土壌の処理プロセスの概念フロー

神鋼環境ソリューション技報

Vol. 9 No. 2（2013 ／ 2）

Cs 存在率（％）

100
模擬土壌
実土壌

80
60
40
20
0

水溶態

イオン交換態

炭酸塩態

酸化物態

有機物態

残留物態

セシウムの存在形態

図３

模擬土壌中の安定性セシウムの存在形態

加熱処理を行う。本来セシウムの水酸化物は比較的揮発しやすく単体であれば800 ℃でほぼ揮発するが，実際には土壌中に吸着されており，加熱中にま

写真１

小型加熱炉

わりの成分と化合し安定化するために，通常1 000℃では揮発しない。ところが，添加剤を混合することで，土壌が溶融する温度域（＞1 200 ℃）より低温にてセシウムを揮発除去することが可能である。
粉じん処理工程では，排ガスとともに揮発したセシウムを集じん装置により粉じんとして回収し，高写真２

燃焼ボートと加熱前模擬土壌

濃度汚染物として仮置き場や中間貯蔵施設で保管される。
本処理技術の特徴は，以下のとおりである。
①

加熱処理済みの土壌は，比較的低温域で加熱処理されたものであるため，後処理を施した上で農地還元，もしくは通常の産業廃棄物処理が可能である。

②

セシウムは，粉じん中に濃縮されることにより，元の汚染土壌量と比較して大幅な減容化が可

表１項

模擬試験の試験条件

目条

件

土壌に対する添加剤 A の混合割合
１．添加剤量 ＝10～50 ％添加剤 B の量＝０～５％
２．加熱温度 800～1 000 ℃
３．加熱時間 10～60 min

能となり，仮置き場や中間貯蔵施設への搬入量を減らすことが可能である。
本処理プロセスを構築するにあたり，中核プロセも検出されるものの，土壌に混合した安定性セシウ

スである土壌から放射性セシウムを揮発除去させる

ムの約70 ％が残留物態として存在し，実土壌に近ための加熱処理工程について検討した。

い形態として存在していることを確認した。

2.

安定性セシウムを使用した模擬試験

試験装置は写真１に示す小型加熱炉を用いた。中実汚染土壌での加熱試験に先立ち，放射線を発生央に挿入した石英管中に，添加剤を混合した模擬土

しない安定性セシウム（Cs-133）を使用した模擬土壌を入れた燃焼ボート（写真２）を置き，キャリア

壌によるラボ試験を実施した。

ガス（空気）を流しながら所定の条件下で加熱処理

2. 1

試験方法

を行った。

模擬土壌は，市販の園芸用土壌に試薬の水酸化セ

表１に試験条件を示す。加熱温度，加熱時間，そ

シウム（安定性セシウム）水溶液を，土壌中のセシ

して土壌に加える添加剤量を変化させて試験を実施

ウム濃度が10 mg/kg となるように混合し，所定条した。

件下で乾燥させて調製した。

加熱処理前の土壌および加熱処理後の土壌を混酸

安定性セシウムの模擬土壌への吸着形態が実土壌と類似の形態になっているかを確認するため，土壌
３）中の重金属の逐次抽出法による形態分析を実施した（図３）。この結果，イオン交換態のセシウムVol. 9 No. 2（2013 ／ 2）を用いて全分解し，その溶解液を ICP-MS で分析し，セシウム濃度を測定した。
加熱処理前後の土壌中のセシウム量の変化から，セシウム除去率を算出した。

神鋼環境ソリューション技報

17

試験結果

2. 2

また，セシウム除去率は，加熱時間の増加にとも

表２に種々の条件下で実施した加熱処理試験における処理後土壌のセシウム除去率を，図４～６に加ない向上し，30分以上で80 ％以上のセシウム除去率が得られた（図５）。

熱温度，加熱時間，添加剤量とセシウム除去率の関係を示す。

添加剤については，添加剤 A（セシウム脱着促進剤）と同 B（セシウム揮発補助剤）の混合割合がセ

図４のとおり，添加剤を添加しない場合は，いずシウム除去率の向上に重要であり，とくに土壌と添れの加熱温度においてもセシウム除去率は10 ％未

加剤 A を70：30の割合で混合し，この混合物の総満と低く，セシウムは除去困難であった。一方，添量に５％の添加剤 B を加えることで，セシウム除加剤存在下では，加熱温度の上昇にともないセシウ

去率80 ％以上を安定的に確保することができた（図ム除去率は向上し，1 000 ℃では80 ％を超えた。

６）。

3.
表２

加熱処理による処理後土壌のセシウム除去率
添加剤混合条件

土壌

No.

加熱条件

添加剤 A 添加剤 B

温度

放射性セシウム汚染土壌の加熱試験

模擬試験では安定性セシウムを10 mg/kg（ppm オーダー）の濃度になるように調製した模擬土壌にて

Cs

処理時間 除去率

加熱試験を実施したが，実汚染土壌中に含まれる放射性セシウム濃度は100万 Bq/kg の汚染土壌でも300

％

％

％

℃

min

％

1

70

30

5

800

60

37

2

70

30

5

900

60

71

このため，極微量の放射性セシウムへの効果を確認

3

70

30

5

1 000

60

84

4

100

0

するため，模擬試験で絞込んだ最適条件下で実汚染

0

1 000

60

9

5

70

30

5

1 000

10

43

土壌を使用した現地試験を実施し，再現性を確認し

6

70

30

5

1 000

30

80

7

50

50

5

1 000

60

86

8

90

10

5

1 000

60

85

9

100

0

5

1 000

60

73

10

70

30

1

1 000

60

47

11

100

0

1

1 000

60

29

12

90

10

0.5

1 000

60

12

ng/kg（ppt オーダー）と極微量しか含まれていない。

た。
試験方法

3. 1

試験には，福島県内の畑の土（低濃度および高濃度），そして水田の土の計３種類の実汚染土壌を用いた。それぞれの土壌の放射能濃度を表３に示す。

加熱温度；1 000 ℃
加熱時間；60分

添加剤存在下
添加剤無し

80
60

Cs 除去率（％）

Cs 除去率（％）

100

加熱時間；60分，
添加剤量；（土：A＝70：30）＋B 5 ％

40
20
0

100
80
60
40
20
0

700

800

900

1 000

1 100

加熱温度（℃）

図４

0.5
50

40

図６

Cs 除去率（％）

60

土壌の種類

加熱温度；1 000 ℃
添加剤量；（土：A＝70：30）＋B 5 ％

40

畑の土

20

18

3

0

剤

加

添

B

5

％

（

量

の

）

添加剤の量とセシウム除去率の関係

80

（低濃度）
30

図５

10

3

加熱温度とセシウム除去率の関係
表３

0

20

土壌に対する添加剤 A の混合割合（％）

100

0

30

1

60

90

120

畑の土

加熱時間（分）（高濃度）

加熱時間とセシウム除去率の関係

水田の土

神鋼環境ソリューション技報

実汚染土壌の放射能濃度

放射能濃度

放射能濃度

放射能濃度

（Cs-134）（Cs-137）

合計値

Bq/kg

Bq/kg

Bq/kg

1 700

2 860

4 560

6 100

12 00018 100

6 100

11 00017 100Vol. 9 No. 2（2013 ／ 2）

表４

加熱処理による各土壌の放射能除去率

添加剤混合条件
No.

土壌種類

1

畑の土（低濃度）

2
3

度

処理時間

放射能濃度合計値

除去率

％

％

％

℃

min

Bq/kg

％

70

30

5

1 000

60

139

97

畑の土（低濃度）

90

10

1

1 000

60

510

92

畑の土（高濃度）

70

30

5

1 000

60

1 560

91

4

畑の土（高濃度）

80

20

5

1 000

60

1 950

90

5

水

70

30

5

1 000

60

2 420

84

土

温

Cs

添加剤 B

の

壌

加熱処理後

添加剤 A

田

土

加熱条件

放射能濃度は，ゲルマニウム半導体検出器（ORTEC
GEM-35）を用いて測定した。
試験装置は，模擬試験と同様の小型加熱炉を用

表５
植物名
ラディッシュ

い，試験も同様の手順で実施した。
なお，放射性物質に汚染された土壌を取扱う際は，外部被ばくを防止するためにゴム手袋，軍手，
ゴム手袋の３重防護を実施し，内部被ばくを防止するために電動ファン付呼吸用保護具（PL100相当）を着用し，安全に万全を期した。
試験結果

コ

3. 2

表 ４ に， 実 汚 染 土 壌 へ 添 加 剤 を 添 加 し， 温 度

マ

1 000 ℃，時間60分にて加熱処理した結果を示す。

ツナ

畑の土では，放射能濃度に関係なく，放射能を90％以上除去できることを確認した。とくに，放射能濃度の低い畑の土では，土壌への添加剤 A の混合

検

発芽した種子の数と経過時間
経過時間（h）

液

－

19

25

36

48

発芽総数

23

43

50

－

増 加 数

23

20

7

－

発芽総数

20

37

45

46

希釈懸濁液 増 加 数

20

17

8

1

水道水
1 000倍

発芽総数

7

24

44

46

希釈懸濁液 増 加 数

7

17

20

2

発芽総数

2

7

40

43

増 加 数

2

5

33

3

10倍

水道水

発芽総数

2

6

37

41

希釈懸濁液 増 加 数

2

4

31

4

発芽総数

0

0

35

37

希釈懸濁液 増 加 数

0

0

35

2

1 000倍
10倍

割合を約４分の１に，添加剤 B の添加量を約５分の１に減らした場合でも，放射能除去率が90 ％以上となり，添加量を減らすことが可能であった。

れぞれ滴下して，発芽状況を観察した。４），５）

また，畑の土と比較して粘土・シルト成分が多い

実際の農地還元では農地土壌と加熱処理土壌を混水田の土の場合は，放射能除去率は約84 ％となり，合して使用することを想定し，評価対象土壌とし畑の土より低下した。

て，加熱前の園芸用土壌の量５に対して，表２の試

4.

加熱処理土壌を用いた発芽試験

験 No.3の条件下で実施した加熱処理後の土壌の量模擬試験にて加熱処理により安定性セシウムを除１を混合したものを使用し，発芽試験を実施した。

去した土壌を用いて，農地還元を目的に植生試験を

表５に経過時間と発芽した種子の数を，写真３に48実施した。植生試験は，種子から芽が発芽すること

時間経過後の発芽の様子を示す。

を確認する発芽試験と，植物の成長を確認する生育これらの結果より，加熱処理土壌の農地還元への試験に分けられるが，今回は土壌の農地としての再可能性を見いだした。

利用可否の判断を目的とするため，発芽試験を実施

む

した。

す

び

放射性物質汚染土壌の除染・減容化プロセスの確評価対象土壌を，土壌の量を１としてその10倍，立を目的に，各種条件下で同土壌の加熱処理試験を

1 000倍量の水道水に分散し，さらに酸またはアル実施した。その結果，実汚染土壌を用いた場合でカリを添加して pH が5.5-7になるように調製した土も，添加剤の使用により，90 ％以上の放射能を除壌懸濁液を作製した。シャーレに評価用種子（コマ

染できることを確認した。

ツナ，ラディッシュなど，アブラナ科の植物）50個

試験規模・装置のスケールアップや放射線に対すを並べたろ紙を敷き，ここに希釈倍率の異なる２種

る安全対策など，実用化に向けた課題が残されていの土壌懸濁液の上澄みと，対照系となる水道水をそるが，減容化技術の１つとして本技術を提案し，一Vol. 9 No. 2（2013 ／ 2）

神鋼環境ソリューション技報

1910倍希釈懸濁液

1 000倍希釈懸濁液

水

道

水

ラディッシュ
コ
マツ
ナ
写真３

48時間経過後の発芽の様子

刻も早い福島県の復興の一助となるよう，努めていきたい。
最後に，本開発に関する共同研究を通じ，東北大
学多元物質科学研究所，中村教授，柴田准教授，佐藤准教授より多大なる助言をいただきました。ここに感謝の意を表します。
［参考文献］
１）放射線量等分布マップ（2012年６月28日時点） 文部
科学省ホームページ，http://ramap.jaea.go.jp/map/
２）石井豊，小倉正裕，川井隆夫：POPs 汚染物処理技術としての「RH-SP 法」，神鋼環境ソリューション技報，＊

Vol.3，No.1（2006），p.29-33
３）Maclean. J. E and Bledoe. B. E: Ground Water Issue:
Behavior of Metals in soils, EPA/540/S-92/018,（1992）
pp.1-25４）独立行政法人 農業・食品産業技術総合研究機構中央農業総合研究センター 2002年の成果情報：コマツナを用いた堆肥品質評価のための簡易栽培装置，http://
www.naro.affrc.go.jp/project/results/laboratory/narc/2002/
narc02-21.html
５）独立行政法人 農業・食品産業技術総合研究機構関
東東海総合研究部：幼植物試験等による堆肥の簡易品質評価法，http://www.naro.affrc.go.jp/training/ﬁles/2003100608-2.pdf

商品市場・技術開発センター プロセス技術開発部 新規プロセス室20

神鋼環境ソリューション技報

Vol. 9 No. 2（2013 ／ 2）

高効率発電を目指した廃棄物のガス化 ･ 改質技術の実証
Demonstration of Gasification and Reforming Technology of Waste for High
Efficiency Electricity Generation

早川 諒＊
Ryo Hayakawa

河合卓也＊
Takuya Kawai

皆川公司＊
Koji Minakawa

細田博之＊
Hiroyuki Hosoda

エネルギー源の多様化や二酸化炭素発生量削減の要請から，廃棄物からのエネルギー回収，とりわけ廃棄物発電に期待が集まっている。欧州ではバイオマス発電や，従来よりも高い発電効率が期待されるガス化発電に対して固定価格買取制度など電力買取価格のインセンティブが運用されており，また日本国内においても，2012年７月から，バイオマス発電等で得られた再生可能エネルギーの固定価格買取制度が開始された。今後，国内外においてバイオマスや廃棄物の高効率発電に対するニーズがさらに高まることが予想される。当社では，このようなニーズに対応するため，流動床式ガス化炉とプラズマ式改質炉の組み合わせによる高効率ガス化発電プロセスを開発すべく，仏）EUROPLASMA 社と共同で実証設備を建設し2012年10月から実証試験を開始した。本報では，実証設備の概要およびこれまでに得られた試験結果について報告する。
Feed-in tariff program has been adopted in European market that has expected to biomass generation oradvanced gasiﬁcation technology generating electricity with high efﬁciency. Feed-in tariff program has
been also started in 2012 in Japan, the market of renewable energy at home and abroad will be expanded
under this program. KOBELCO ECO-SOLUTIONS decided to get into the renewable energy market withﬂuidized gasiﬁcation technology and plasma reforming technology. KOBELCO ECO-SOLUTIONS has
started a demonstration test with EUROPLASMA from October 2012. This report shows a story behindof this development, demonstration program and results through demonstration test.

Key Words：
廃

棄

物

発

電

Waste to energy

固定価格買取制度

Feed-in tariff

流動床式ガス化

Fluidized bed gasiﬁcation

プラズマ式改質

Plasma reforming

ガ ス エ ン ジ ン

Gas engine【セールスポイント】
欧州および国内でニーズが高まっているバイオマスおよび廃棄物の高効率ガス化発電プロセスを提供する。

Vol. 9 No. 2（2013 ／ 2）

神鋼環境ソリューション技報

21

まえがき

は，部分酸化方式と比較して，プロセス内に供給す欧州では，地球温暖化防止の観点から廃棄物の埋る空気（酸素）の量が極めて少ないため，得られる

立規制の強化が進んでおり，廃棄物の熱処理技術が生成ガスの発熱量の低下が少ないという特長があ求められる有望な市場として期待されている。特り，ガスエンジンでの発電に有効な手段であると判に，バイオマス発電や高効率発電が可能となるガス断した。

化発電に対する電力の固定価格買取制度などのイン

当社は仏）EUROPLASMA 社と共同で処理規模

センティブが整備され，今後，市場が拡大していく

20 ton/d の実証施設を建設し，2012年10月から実証と予想され，また国内においても同様に固定価格買設備での実証試験を開始したところである。現在

取制度が整備され，従来よりも高い発電効率が得らは，木材チップを使った試験によりプラントの基本れる技術が求められている。当社では，廃棄物やバ性能の確認試験を行っている段階であるが，今後イオマスのエネルギー回収プロセスのニーズが高ま

様々な対象物で試験を行いプロセスの最適化を進めっている国内外において，高効率発電が可能となるていく予定である。

ガスエンジンを活用した発電プロセスの適用性を検本報では，設備の概要およびこれまでに得られた討してきた。

試験の結果について報告する。

1.

ガスエンジンを活用するためには，その燃料となる生成ガス中のタールをある許容レベルまで低減しこれまでの経緯

図１に本開発の全体工程を示す。2010年度からプ

なければならない。タールの改質にはこれまで触媒

ロセスの検討および実証設備の設計を開始した。そ方式や空気や酸素の吹込みによる部分酸化方式１）の後，実証設備の建設工事および試運転を経て2012

等が用いられてきたが，触媒によるタールの分解技

年10月から実証試験を開始した。

術はまだ実用段階になく，また部分酸化によるガス

2.

化改質を行うと，自らの熱量を消費して改質炉の温高効率ガス化発電プロセスの概要

当社が想定している高効率ガス化発電プロセスの度を上げる必要があり，冷ガス効率が下がるというフロー図を図２に示す。廃棄物もしくはバイオマス

デメリットがある。そこで当社は，ガス化炉で生成を流動床式ガス化炉へ供給しガス化した後，後段のしたガスにプラズマを照射し，ガスに含まれるター

プラズマ式改質炉にて生成ガス中のタールを改質す

ルを改質することとした。プラズマ加熱による改質る。その後排ガス処理を行い，ガスエンジンに適し項目

2010年度

2011年度

2012年度

プロセス検討実証設備設計
建設工事
試 運 転
実証試験

図１

廃棄物
バイオマス

全体工程

プラズマ式改質炉

流動床式ガス化炉

ガス処理

ガスエンジン

排気

廃熱回収

蒸気タービン発電

図２22

高効率ガス化発電プロセス

低温廃熱利用

フロー概略図神鋼環境ソリューション技報

Vol. 9 No. 2（2013 ／ 2）

空気
ヒーター ブロワ

流動床
ガス化炉
砂循環
エレベータ

ホッパ

プラズマ
改質器

消石灰

冷却水
ガス
クーラ

バグ
フィルタ

供給機

コンベヤ

フレア
スタック
誘引ファン

ダスト

不燃物

ヒーター
流動空気
ブロワ

図３

実証設備プロセスフロー図

表１ 実証設備の概要
定

格

対

能

象

力 800 kg/hr
物

RDF と木材チップの混合物
低位発熱量 18.3 MJ/kg

ガ ス 化 方 式 流動床式ガス化炉
改質

方式 空気プラズマ方式

ガ ス 冷 却 方 式 間接熱交換方式
ガ ス 処 理 方 式 バグフィルタ（薬剤吹込み）

写真１

表２ 実証試験の目標値（第１ステップ）
タール露点温度実証設備外観40 ℃以下とを目標とした。当社が想定しているプロセスでた燃料ガスをガスエンジンに供給し発電を行うこと

は，ガス温度をガスエンジンの入口で40 ℃程度まで，従来のボイラータービン発電プロセスより高効で冷却する必要があるが，その時に生成ガス中に含率の発電を実現するものである。

まれるタールが凝縮してエンジン入口でトラブルが3.

実証設備の概要

発生しないよう，露点温度を入口温度の40 ℃以下

この高効率ガス化発電プロセスの実証を行うた

め，EUROPLASMA 社 の R&D サ イ ト（ フ ラ ン ス，とすることを目標とした（表２）。
２）対象物

アキテーヌ地域圏モルセンクス）に実証設備を建設

本実証試験においては，各種廃棄物やバイオマスした。実証設備の概要を表１，プロセスフローを図などの混合物を対象に試験を行うことを想定してい３，設備の外観を写真１に示す。

るが，今回の試験では，まずは木材チップ（写真4.

実証試験結果２）を原料として基本性能であるガス発熱量および

１）目標値

タールの改質性能について確認すべく試験を行っ

本実証試験では，第１ステップとして，ガス化炉

た。試験に使用した木材チップの分析結果を表３にでの安定したガス化運転と，ガスエンジンの安定運示す。今回の木材チップ単体の試験では，計画時よ転の阻害要因になるタールの改質性能を確認するこりも低い発熱量での運転となった。

Vol. 9 No. 2（2013 ／ 2）

神鋼環境ソリューション技報23含まれる灰やチャーなども採取されており，採取ビ

表３ 木材チップの分析結果
項

目

単

％
dry％
dry％
－
MJ/kg
dry％
dry％
dry％
dry％
dry％
dry％

水
分
灰
分
揮 発 分
燃 料 比
低位発熱量
C
H
N
O
S
Cl

ンのアルコールが黒もしくは黄色く着色されている

位
24.1
0.38
84.0
0.2
13
51.55
7.08
0.04
40.73
0.01未満
0.01未満のがわかる。一方，プラズマ式改質炉出口のものは透明であり，ほとんどタールが含まれていないことが伺えた。
タール濃度は，ガス化炉出口では約10 g/Nm3 程度存在していたが，プラズマ式改質後は0.6 g/Nm3 まで減少しており，残存したタールの主成分はベンゼンおよびトルエンであることが確認できた。改質後のタールの露点温度は20 ℃で，目標値の40 ℃以下
であることが確認され，ガスエンジンに十分適用できる改質性能を有することが確認できた。

表４
処 理 量
温

木材チップ

800 kg/h

ガス化炉砂層700 ～ 750 ℃

ガス化炉出口

800 ～ 850 ℃

プラズマ式改質炉出口

1 000 ℃

ガス化炉

0.28 ～ 0.30

プラズマ式改質炉

0.35 ～ 0.45

度

運転空気比

写真２

木材チップ外観

運転条件

1 050
1 000

３） 運転結果
表４に主要な運転条件を示す。また，図４に温度のトレンド，図５にプラズマ式改質炉出口のガス組

温度［℃］

950

砂層平均
ガス化炉出口プラズマ式改質炉出口

900
850
800
750

成のトレンドを示す。ガス化炉砂層温度，ガス化炉

700

出口温度およびプラズマ式改質炉出口温度に大きな

650
14:00

変動はなく安定した運転ができた。また，ガス組成14:30についても変動はほとんどなく，安定にガスが得ら

15:00

図４

15:30

16:00

16:30

17:00

17:30

各所運転温度れることを確認した。今回は計画値よりも発熱量の低い木材チップを対象に試験を実施しているためガス中の CO や H2 の濃度がそれぞれ10 ％程度である
験を行うことで，より高い発熱量のガスを得る計画
である。
４）タール改質性能
次に本プロセスでのタール改質性能について述べる。写真３，写真４にガス化炉出口および，プラズ
マ式改質炉出口のタール採取ビンの様子を示す。タールはアルコールに吸収させる方法を用いて採取した。ガス化炉出口では，タールとともに生成ガスに
24

生成ガス濃度［DRY％］が，今後運転の最適化や発熱量の高い処理物での試

14
12
10
8
CO
H2
CH4

6
4
2
0
14:00

図５

14:30

15:00

15:30

16:00

16:30

17:00

17:30

生成ガスのトレンド（プラズマ式改質炉出口）

神鋼環境ソリューション技報

Vol. 9 No. 2（2013 ／ 2）

写真３

む

す

ガス化炉出口でのタール採取ビン

び

写真４

プラズマ改質炉後でのタール採取ビン

様な処理物を対象に試験を行い，欧州のみならず，

流動床式ガス化炉とプラズマ式改質炉の組み合せによる高効率ガス化発電プロセスを開発するための実証試験を開始した。まず，木材チップを使用した試験を行いガス化発電プロセスの基本性能を確認した。今後は，プロセスの最適化に向けた追加試験を継続するとともに，RDF や各種バイオマスなど多国内のニーズにも適合した高効率ガス化発電プロセスを完成させる予定である。
［参考文献］
１）財団法人エネルギ総合工学研究所ほか：高効率廃棄物ガス変換発電技術開発 平成15年度報告書（2003），
pp.125-170＊

商品市場・技術開発センター プロセス技術開発部 廃棄物処理室

Vol. 9 No. 2（2013 ／ 2）

神鋼環境ソリューション技報

25

冷却塔監視システム「CT ウォッチ®」Cooling Tower Watching System「CT watch」

橋本有泰＊
Nariyasu Hashimoto
環境計量士

当社は冷却塔本体の異常や冷却水水質を監視するシステム「CT ウォッチ」を上市した。このシステムは冷却水水質を薬剤により自動制御する機能も備えており，薬剤濃度をリアルタイムで制御することで薬剤使用量を低減させつつ，冷却塔三大障害（スケール，スライム，腐食）の抑制が可能である。本稿では「CT ウォッチ」システムの概要とトライアル実施例について紹介を行う。
We marketed「CT watch」system which watched abnormality of the cooling tower and the quality of thecooling water. This system includes the functions to automatically control the chemical concentrations in thecooling water. With using this function, we can reduce the consumption of chemicals, and prevent the threeserious problems（Scale, Slime, Corrosion）of the cooling tower. This report introduces a summary of「CTwatch」system and the results of the demonstration test.

Key Words：
冷却塔

Cooling tower

C T ウ ォ ッ チ

CT watch

低Low environmental load

環

境

負

荷

省 エ ネ ル ギ ー

Saving energy

ス

ケ

ー

ル

Scale

ス

ラ

イ

ム

Slime

食

Corrosion

腐監 視 シ ス テ ム

Watching system【セールスポイント】
冷却塔本体や冷却水水質の状態を監視できる。
薬剤濃度をリアルタイムで測定し，一定濃度制御を行うことにより薬剤使用量を低減させることができる。
薬剤濃度を適正値に保つため，高濃縮運転を行うことができ，それにより補給水の節水が図れる。

まえがき

塔の冷却性能低下やプロセス側熱交換器の効率低下ために一般的に使用される水冷却機器であるが，異要がある。

冷却塔は，工場等で発生する熱を効率よく取除くを防ぐためには，冷却水の水質管理を適正に行う必常があった場合は，施設全体の稼働停止にもつなが従来の冷却水水質管理は，持帰り分析の結果を基る重要な設備である。そのため，異常・トラブルをに薬剤注入量を調整していたため，状況変化に対す

早期に発見できることが望まれている。また，冷却る追随の遅れにより薬剤注入量の過不足が生じ，冷26

神鋼環境ソリューション技報

Vol. 9 No. 2（2013 ／ 2）

却水の三大障害であるスケール障害，スライム障っている。薬剤はタイマーや補給水量に対して一定

害，腐食障害が発生していた。

量注入し，電気伝導率などによる自動ブロー装置とそこで冷却水薬剤のトップメーカーである片山ナ
ルコ株式会社＊＊

組合わせることで冷却水の管理を行うことが通常でと業務提携し，当社の冷却塔販売あった。この従来の管理では，水質変動に対する追実績で得られた冷却塔運転ノウハウと，同社の冷却随が遅れることにより薬剤注入量の過不足が生じ，

水水質自動制御技術を組入れた「CT ウォッチ」を

冷却水の三大障害であるスケール障害，スライム障

上市した。

害，腐食障害が発生していた。

1. 「CT ウォッチ」の概要「CT ウォッチ」を導入した新システムを図２に従来の冷却水管理システムを図１に示す。従来は示す。ファンモータ電流値，振動値等といった冷却冷却塔本体の監視は行わず，冷却水のみの管理を行

塔本体の状態を監視することができるため，異常の

図１

従来の冷却水管理システム%6࠙ࠜ࠶࠴
▸࿐

図２ 「CT ウォッチ」を導入した新システム
Vol. 9 No. 2（2013 ／ 2）

神鋼環境ソリューション技報

27

早期発見，早期対処が可能である。また冷却水水質多い。老朽化等により冷却塔設備が停止した場合，を監視し，薬剤濃度をリアルタイムで測定し，過不冷却プロセス全体も必然的に停止してしまい，それ

足無く一定濃度制御を行うことができるため，従来による影響は非常に大きい。そのため，冷却塔本体の方式と比べ冷却水の三大障害を防ぎ，さらに薬剤の異常を早期に発見することが必要である。

使用量を低減させることができる。そして，冷却塔「CT ウォッチ」には冷却塔の冷水・温水の温度，の高濃縮運転を行うことができるため，補給水の節

ファンモータ電流値，ファンモータ振動値等を付属

水も可能である。

させ監視することができる。そして冷却水水質も含「CT ウォッチ」には，「フルスペック版」，「標準

めた測定結果は，自動制御システムに蓄積されると版」，「簡易版」と３機種がラインナップされており，同時に，遠隔監視機能によりインターネット回線を必要性，顧客ニーズに応じて，それぞれの機種を提介してデータセンタにて大容量の測定結果を保存さ案している。表１に３機種における仕様を示す。

せることができる。データセンタでの測定結果は一

2. 「CT ウォッチ」のメリット

般のインターネット接続されたパソコンから常時閲

2. 1

冷却塔安定運転の維持覧でき，また異常値が発生した場合，E メールにて

当社は国内に5 000基以上の冷却塔納入実績を有登録したパソコン，携帯電話等に警報を送ることもしている。なかには納入後30年以上経過している設できる（フルスペック版，および標準版オプショ

備もあり，老朽化による設備補修等が必要な設備もン）（図３）。

表１ 「CT ウォッチ」３機種仕様表
フルスペック版
視
制 御監
1. 冷却水水質
1-1. 薬剤濃度
1-2. 電気伝導率
1-3. pH
1-4. ORP
1-5. 腐食速度
2. 冷却塔本体
2-1. 冷水，温水温度2-2. ファンモーター電流値
2-3. ファンモーター振動値
3. 遠隔監視

準

版
制

御

簡
視

監

易

版
制

御

○
○
○
○
○

○
○
○
○
－

○
○
○
○
○

○
○
○
○
－

○
－
－
－
－

○
－
－
－
－

○
○
○

－
－
－

－
－
－

－
－
－

－
－
－

－
－
－

○

図３
28

標
視

監

オプション

－

遠隔監視機能の概要

神鋼環境ソリューション技報

Vol. 9 No. 2（2013 ／ 2）

自動制御システム

出口①（冷却塔水槽へ）
薬剤濃度計
出口②（冷却塔水槽へ）

冷却塔

電気伝導率計
pH 計
ORP 計
入口
（冷却水循環ポンプより分岐）SP スーパークリーン
SK-461［充填材に藻類が付着］

図４

［除去後］

写真１ 「CT ウォッチ」概略構造

冷却塔充填剤藻類対策

・スケール障害・スライム障害・腐食障害

充填剤・配管の目詰まり
鉄骨，配管の腐食

図５

腐食モニター（軟鋼＆銅）

・ファン動力の増加
・補修費，メンテナンスコストの増加
・冷却塔，プロセス側熱交換器の性能低下
・冷却塔寿命の短縮
・補給水コストの増加

冷却塔，プロセス側熱交換器に与える影響

たとえば，ファンモータ電流値が増大すれば，充填材が目詰まりし圧損上昇していることが考えられ

2. 2. 2 「CT ウォッチ」を用いた冷却水水質コント
ロール

る。充填材の目詰まりの原因として，スライムや藻写真１に「CT ウォッチ」標準版の概略構造を示類が発生している場合が多い。このような場合に当す。冷却水循環ポンプ等より分岐させた冷却水を社薬剤で適切に対処した実例もある（図４）。

「CT ウォッチ」配管内に取込み，通水させたのち最適な冷却水水質コントロール

2. 2
2. 2. 1

再び冷却塔保有水槽等へ戻す。循環冷却水を取込むことにより以下のことが可能となる。

水質コントロールの必要性

開放式冷却塔の場合，冷却水は空気との接触による蒸発潜熱により冷却効果を得るが，その空気との接触や補給水中に含まれる成分の濃縮により三大障害となるスケール，スライム，腐食が発生する。また，密閉式冷却塔の場合には散布水がそれと同様である。

・薬剤濃度のリアルタイム測定，および腐食・スケール防止剤の薬注自動制御
・pH のリアルタイム測定，および pH 調整剤の薬
注自動制御
・ORP のリアルタイム測定，および殺菌剤の薬注
自動制御

これら三大障害により，ファン動力増加や，補修費・メンテナンスコスト増加などの冷却塔に与える影響ばかりでなく，プロセス側熱交換器の効率低下や腐食などは深刻な問題である（図５）。

・電気伝導率のリアルタイム測定，および冷却水自
動ブロー制御・腐食速度（軟鋼・銅）のリアルタイム測定
リアルタイムでの最適な冷却水水質コントロール

冷却水水質管理は重要であるが，前述したとおりを行うことで，以下１）３）のメリットが生まれる。

従来の管理方式では三大障害の最適な抑制は困難で

１）三大障害の回避と設備性能の低下防止――メンある。そこで従来の管理方式で三大障害を抑えるた

テナンスコストの削減――

め，安全性の観点から少々過量な薬剤注入，スケー

冷却水水質の状況変化に追随し，薬剤を過不足無ル発生の危惧から低濃縮度での冷却塔運転が実施さ

く注入できることで三大障害を回避することができる。

れており，薬剤や補給水の無駄使いが行われている

三大障害を回避することで，冷却塔本体や熱負荷場合が多い。冷却水の状況変化を監視し，それに応設備（熱交換機など）の性能を維持することができじたリアルタイムでの適切な薬剤処理を行うことがる。また，このことで定期的なメンテナンス頻度も必要である。

低減させることができるため，コストの削減が図れる。

Vol. 9 No. 2（2013 ／ 2）

神鋼環境ソリューション技報

29２）薬剤使用量の最小化

３）節水効果従来の方式では薬剤濃度が測定できないため，三

上記２）同様，従来の方式では三大障害，とくに大障害に対する安全性の観点から，どうしても薬剤スケール析出のリスクに対する安全性の観点から，濃度範囲に幅を持たせ過量薬注を行わざるをえなか

低濃縮運転を行わざるをえなかった。しかし「CTった。しかし「CT ウォッチ」と組合わせた当社のウォッチ」と組合わせた当社の薬剤は，薬剤を常に薬剤は，薬剤濃度が測定でき，かつ薬注自動制御が最適濃度に一定制御できることから濃縮度を上げたできるため，常に必要最小限の薬剤使用量で処理が運転が可能である。これにより補給水量の減少が図可能である。このことより従来の方式と比較して格れ，結果的に節水効果に繋がる。

段に薬剤使用量が減少するメリットがある（図６，3. 「CT ウォッチ」による実証トライアル
結果

図７）。

3. 1

トライアル用「CT ウォッチ」テスト機の概要およびテスト条件
従来の有効薬剤濃度管理技術

当社の有効薬剤濃度管理システム

関西熱化学㈱加古川工場にトライアル用「CT ウ
ォッチ」テスト機を設置し，実証評価試験を行っ

薬剤注入量

薬剤注入量

た。トライアル条件を表２に示す。最初の１カ月間はトライアル開始以前の冷却塔濃縮運転（3.6倍），
次の１カ月間を当社推奨濃縮運転（6.0倍）で計２

薬剤成分濃度薬剤成分濃度を一定管理

プラント内での異常負荷発生

今回のトライアルはハロゲン系酸化剤をスライム

プラント内での異常負荷発生防止のために使用し，推奨維持濃度は遊離酸化剤濃熱交換器の伝熱効率の低下

度0.1－0.3 mgFAO/L で管理するため，ORP にて薬熱交換器の伝熱効率を維持

図６カ月間のトライアルを実施した。

注自動制御を行った。

有効薬剤濃度管理モデル

写真２にトライアル用「CT ウォッチ」テスト機

300
200

管理値

0

図７

【前面】

時間

タイマー制御と薬剤濃度制御との比較（濃度推移）

表２
項

写真２

【背面】

トライアル用「CT ウォッチ」テスト機

トライアル条件

目

型
式
循環水量
m3/hr
保有水量
m3
冷 却 塔
強制ブロー管理値（電気伝導率）
mS/m
濃縮度
倍
使用補給水
腐食・スケール防止剤推奨維持濃度 mg/L
CT ウォッチ ORP 設定値
mV
スライム防止剤推奨維持濃度
mgFAO/L
30

入口

100

薬注ポンプ

薬剤濃度（mg/L）

無駄使い
400

出口

自動制御システム

500

トライアル開始以前の
当社推奨濃縮度による条件
濃縮度による条件
開 放 式
600
100
75
120
3.6
6.0
加古川地区工業用水
150
130
350
0.1 － 0.3

神鋼環境ソリューション技報

Vol. 9 No. 2（2013 ／ 2）

表３

水質分析結果補項目pH（mS/m）
電気伝導率
酸消費量（pH4.8）（mgCaCO3/L）
カルシウム硬度（mgCaCO3/L）
塩化物イオン（mgCl-/L）
イオン状シリカ（mgSiO2/L）
全鉄（mgFe/L）

給水
期間：2012年１月17日－４月２日
7.6 －7.9
12.8 － 22.0
17 － 19
20 －34
11 － 30
11 － 140.24 － 0.85

冷却水（濃縮度：3.6倍運転時）
期間：2012年１月17日－２月24日
pH
8.4 － 8.5
（mS/m）
電気伝導率70.2 － 74.1
酸消費量（pH4.8）（mgCaCO3/L）
50 － 60
カルシウム硬度 （mgCaCO3/L）
93 － 110
塩化物イオン
86 － 110（mgCl-/L）
イオン状シリカ （mgSiO2/L）
14 － 32全鉄
0.22 － 0.45
（mgFe/L）
一般細菌数< 1.0×101 － 4.8×102（cfu/mL）

管理基準
< 9.0
< 150
< 200
< 250
< 250
< 150
< 1.00< 1.0×103

冷却水（濃縮度：6.0倍運転時）
期間：2012年３月５日－４月２日
pH
8.7 － 8.8
（mS/m）
電気伝導率
113 － 121
酸消費量（pH4.8）（mgCaCO3/L）
98 － 120
カルシウム硬度
180（mgCaCO3/L）
塩化物イオン
150 － 190
（mgCl-/L）
イオン状シリカ
64 － 90（mgSiO2/L）
全鉄
0.53 － 0.98
（mgFe/L）
一般細菌数
1.5×102 － 8.9×102（cfu/mL）

管理基準
< 9.0
< 150
< 200
< 250
< 250
< 150
< 1.00< 1.0×103

項目

目を示す。本テスト機は写真１の自動制御システムを除く機器を背面に収納し，薬注ポンプを装置下側に設 置 し た。 装 置 寸 法 は 全 高 約1 830 mm， 全 横 約
1 300 mm，全奥約1 100 mm である。なお，このテスト機は「CT ウォッチ標準版」に遠隔監視機能を付属させ，水質データの遠隔監視を可能とした。腐
食・スケール防止剤とスライム防止剤を自動制御に

薬剤濃度（mg/L）

項

200
175
150
125
100
75
50
25
0
12/01/09

12/01/23

12/02/06

12/02/20

12/03/05

12/03/19

12/04/02

日時

図８

腐食・スケール防止剤濃度変化

より注入し，pH は調整する必要が無かったため，監視のみ行った。また，冷却塔本体側には電気伝導率計が既設されており，それで自動ブロー制御が行われていたため，「CT ウォッチ」に付属している
結

3. 2. 1スケール防止剤薬剤濃度変化
トライアル期間中の腐食・スケール防止剤濃度変化を図８に示す。

電気伝導率計も監視のみとした。
3. 2

3. 2. 2 「CT ウォッチ」連続濃度測定による腐食・

トライアル開始初期の段階で，薬注ポンプの不調

果（エアの混入）により濃度が一時的に低下したが，水質分析結果「CT ウォッチ」で連続的に濃度測定する項目以「CT ウォッチ」の遠隔監視により早急に対処する

外については，定期的に採水を実施し水質分析を行ことができた（図中の赤丸部分）。トライアル開始

った。トライアル期間中の定期水質分析結果を表３

約１カ月後の推奨濃縮運転（6.0倍）への切替えにに示す。当社推奨濃縮度まで上げた運転でもすべて伴い，推奨維持濃度も130 mg/L へと設定値を変更の分析項目において当社薬剤使用による管理基準値した。変更後もとくに問題が生じることなく，推奨以下となり，良好に冷却水処理が行われた。

維持濃度付近を推移した良好な結果となった。

Vol. 9 No. 2（2013 ／ 2）

神鋼環境ソリューション技報

31

遊離酸化剤濃度（mgFAO/L）

10
腐食速度（MDD）

0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
12/01/09

CS

8
6
4
2
0

12/01/23

12/02/06

12/02/20

12/03/05

12/03/19

12/01/09

12/04/02

12/01/23

12/02/06

図10

遊離酸化剤濃度変化
表４

項
型
循環水量
保有水量
冷却塔出入口温度差
蒸発水量
飛散水量
濃縮度
全ブロー水量強制ブロー水量
補給水量
滞留時間

目
式
（m3/hr）（m3）（℃）（m3/hr）（m3/hr）（倍）（m3/hr）（m3/hr）（m3/hr）（hr）

12/02/20

12/03/05

12/03/19

12/04/02

日時

日時

図９

腐食速度変化

冷却塔諸元トライアル開始以前の濃縮度の諸元（濃縮度：3.6倍）
開放式
600
100
5.4
5.6
0.3
3.6
2.2
1.9
7.8
47

3. 2. 3 「CT ウォッチ」連続濃度測定による遊離酸
化剤濃度変化トライアル期間中の遊離酸化剤濃度変化を図９に示す。

当社推奨濃縮度の諸元（濃縮度：6.0倍）

2.7
2.8
0.3
6.0
0.6
0.3
3.4
177

400

300

200

りの段階で，薬注ポンプの不調（エアの混入）によ

150

遠隔監視により早急に対処することができた（図中の赤丸部分）。トライアル全期間を通して，遊離酸

100

合計薬剤使用量

147NJ

約1/2に減少

好な処理状況であった。

合計：173NJ
233NJ500

化剤濃度は0.1－0.3 mgFAO/L 付近を推移し，表３のとおり，一般細菌数も管理基準値以下であり，良

設計値
計算値
計算値
計算値
設計値
計算値
計算値
計算値
計算値
計算値

合計：380NJ

350

250

り濃度が一時的に低下したが，「CT ウォッチ」の

備考

使用量（NJ）

上記3. 2. 2と同様，トライアル開始２週間後あた3. 2. 4Cu

図11

120NJ

スライム防止剤月間使用量（NJ月）
腐食・スケール防止剤月間
使用量（NJ月）

53NJ
濃縮度36倍

濃縮度60倍トライアル開始以前の濃縮度

当社推奨濃縮度

トライアル開始以前の濃縮度と，当社推奨濃縮度との月間薬剤使用量の変化

腐食度トライアル期間中の腐食速度変化を図10に示す。

り，高濃縮運転で適切に薬剤処理を行った結果得らトライアル全期間を通じて，腐食速度としての管理れたコスト削減効果の一つである。表４より補給水

基 準 値 CS（ 軟 鋼 ）10 MDD ＊ ＊ ＊ 以 下，Cu（ 銅 ）2

量の減少分が確認できるが，季節変化（気温変動）

MDD 以下を推移した結果となり，良好な処理状況に伴う冷却塔出入口温度差の変動や，補給水水質変であった。

化による濃縮度の変動といった諸条件変化により，

3. 2. 5

補給水量も常時変動する。長期間にわたり実際の補冷却塔諸元トライアル開始以前の濃縮度で試験を行った１カ給水量を調査することでより正確な節水量を把握す

月間と，当社推奨濃縮度で試験を行った１カ月間でることができる。

の冷却塔諸元を表４に示す。

3. 2. 73. 2. 6

節水効果

薬剤使用量

トライアル開始以前での濃縮度によるトライアル

前年度との補給水使用量を比較した結果，月間約１カ月間と、当社推奨濃縮度変更後によるトライア

14 ％の節水効果が得られた。「CT ウォッチ」によル１カ月間での薬剤使用量変化を図11に示す。後半32

神鋼環境ソリューション技報

Vol. 9 No. 2（2013 ／ 2）

１カ月の方が気温も上昇したことから微生物の発生する。そして，濃縮度を上げた運転も可能になるたが多くなり，スライム防止剤の低減は約20 ％程でめ，補給水の低減（節水）効果がある。このことにあったが，腐食・スケール防止剤は約80 ％の低減

より，冷却プロセスの効率を大きく左右する冷却塔ができた。

本体，熱負荷設備（熱交換機など）へ与える障害も

濃縮度を上げたことで補給水量だけでなく全ブロ
ー水量も減少したため，結果として薬剤使用量も全防ぐことができ，施設全体のコスト削減が図れる。
当社が納入してきた冷却塔設備，および他メーカ

体的に約50 ％程度減少することができた。

ー製冷却塔であっても「CT ウォッチ」が広く採用

むされることを期待する。最後に，「CT ウォッチ」実すび「CT ウォッチ」による冷却塔本体の監視は，異証トライアルにあたり，多大なるご協力を頂きまし

常を早期に発見できる。また適切な冷却水処理管理

た関西熱化学㈱の関係各位に深く感謝の意を表しまは，薬品使用量の抑制につながり低環境負荷に寄与す。

＊

水処理事業部 第二営業部 薬品室 ＊＊大阪本社/大阪府大阪市東淀川区東淡路１ ６ ７
腐食速度 MDD は mg/dm2/day（１日あたり１dm2 あたり腐食減量する重量）で，一般的に使用される指標である。

＊＊＊

Vol. 9 No. 2（2013 ／ 2）

神鋼環境ソリューション技報

33

無摺動クリーン撹拌機『スイングスター®』
Frictionless Clean Reactor“SWINGSTIR”［特許出願中，登録商標］［Patent Pending and Resistered Trademark］

小川智宏＊
Tomohiro Ogawa

山本昌史＊
Masafumi Yamamoto

近年，医薬品・ファインケミカル分野では，品質の向上およびさらなる高純度化の目的で異物混入のリスクのない撹拌機が望まれている。『スイングスター』は独自の旋回撹拌方式により，従来の回転型シールに代わる新開発の無摺動フレキシブルシールを採用したクリーン撹拌機である。
Recently, in pharmaceutical and ﬁne-chemical markets, the need for reactors which further reduce the riskof contamination is increasing. Using an original swing-based mixing system,“SWINGSTIR”is a clean
reactor which has a newly developed frictionless ﬂexible seal that replaces a conventional rotating typeseal.

Key Words：
コンタミレス，コンタミフリー

Contamination-free

無

摺

動

Frictionless

洗

浄

性

Cleanability【セールスポイント】
・無摺動フレキシブルシールによるクリーン撹拌機・洗浄性を考慮したシンプルな旋回式撹拌翼

まえがきに，これまでも撹拌翼の開発１），２），ライニング用

近年，国内の医薬，電子材料，ファインケミカル

グラスの開発，付属品の改良などにより，コンタミ
レスのニーズに対応してきた。

メーカは，より付加価値の高い製品を開発し，製造する方向に向かっている。このような製品の生産に

スイングスターは，従来型撹拌機の軸封部からのおいて撹拌機は，反応，晶析，濃縮などの用途で幅コンタミ防止を目的に，非回転の旋回方式撹拌を行広く使用されている。当社もグラスライニング製撹

うことで，回転摺動部のない独自のフレキシブルシ

拌機，耐食金属製撹拌機，粉体混合乾燥機を中心ールを採用した撹拌機である。フレキシブルシール

表１
異物混入のリスク
洗浄の容易さ
密
封
性
圧
力
温
度
34

各軸封シールの比較

メカニカルシール

ドライシール

マグネットシール

フレキシブルシール

×
×
○
○
○

×
×
△
△
△

×
×
○
○
○

○
○
○
△
△

神鋼環境ソリューション技報

Vol. 9 No. 2（2013 ／ 2）

表２
材

質

弾性係数［MPa］
引張強度［MPa］

各材質の物性４）５）６）

軟鋼

ニッケルクロム鋼

PTFE

補強繊維

EPDM

210 000400

210 000
900

400
31－41

755－3 138
69

1－21（硬度 JIS A 30-90より算出）
5－20
旋回運動側フランジ

減速機

偏芯伝動軸
補強繊維

撹拌軸
球面軸受

EPDMゴムフレキシブルシール

パイプバッフル
内面PTFE
撹拌翼

固定側フランジ

図２

1. 2

フレキシブルシール

フレキシブルシール

回転撹拌方式では回転部と静止部とを摺動させて圧力をシールするメカニカルシールが用いられている。スイングスターでは旋回撹拌方式を採用するに
図１あたり，大きな変位を吸収するまったく新しい構造

スイングスター反応機のシール部材の開発に取組んだ。
と従来の回転型軸封の性能比較を表１に示す。フレシールにはメカニカルシールと同様に耐食性，耐キシブルシールは，これまで困難とされてきた軸封圧性と耐熱性，さらに旋回運動の変位を吸収する可部由来の摩耗，シーラントなどによるコンタミネーシ

とう性の４つの要素すべてを満たす必要がある。

ョンを完全に無くし，さらに従来のメカニカルシール

耐食性を考慮すると接ガス部の材質は，ドライシと比べてシール構造もシンプルであるため，洗浄性ールと同様に耐食性に優れた PTFE が適している。

に優れておりクロスコンタミ防止にも有効である。

PTFE で変位を吸収する構造として一般的にはダイスイングスターは，2012年６月に開催されたイン

ヤフラム構造やベローズ構造が挙げられるが，いず

ターフェックスジャパンに初出展し，販売を開始しれも無摺動撹拌機のシール材として耐圧性が問題とた。本稿ではこの『スイングスター』について紹介

なる。

する。

1.

1. 1

そこで，耐震用または配管の変位吸収用として用

スイングスターの形状いられるエキスパンションジョイントに着目し，ス

基本構造

イングスター専用フレキシブルシールの開発を行っ

旋回撹拌方式を採用したスイングスターの基本構

た。フレキシブルシールの断面形状を図２に示す。

造について説明する。スイングスター反応機の断面

フ レ キ シ ブ ル シ ー ル の 内 面 は， 耐 食 性 に 優 れ た

図を図１に示す。

PTFE とし，その外面側には耐圧性を持たせるため

動力は，減速機出力軸に取付けられた偏芯伝動軸から軸受を介して撹拌軸に伝達され，この偏芯伝動の補強繊維，およびそれらの層間を EPDM ゴムで充填し，可とう性をもたせた構造である。

軸で回転運動から旋回運動へ変換される。さらに撹

フレキシブルシールに使用した各材質の物性と，拌軸は，旋回運動の支点となる球面軸受で支持さ比較のために一般的な鋼板材料である軟鋼，ニッケ

れ，フレキシブルシールにて缶内外を隔てている。

ルクロム鋼の物性を表２に示す。軟鋼やニッケルクロ

撹拌翼は，シンプルな扁平断面形状で洗浄性と撹ム鋼と比べると，PTFE や補強繊維の剛性（ヤング率）

拌効率を両立し，グラスライニングの施工も可能では50分の１以下で非常に柔らかく，引張強度は約８ある。

分の１以下であるため，このような材料を用いていかVol. 9 No. 2（2013 ／ 2）

神鋼環境ソリューション技報35

に耐圧性を確保する構造とするかがポイントとなる。
フレキシブルシールの構造検討には FEM 構造解析を活用した。解析の一例を図３に示す。FEM 構
造解析では形状，各層の厚み，補強繊維の層数，補強位置を検討，各材質の疲労強度，各層間の密着強度などを考慮して構造を決定し，開発期間の短縮を図ることができた。
また FEM 解析の結果を元にフレキシブルシールを試作し実際に温度，圧力を加えて加速耐久試験をここで実施し，耐久性を確認した。

するととスイングスターの諸特性

2.

撹拌動力

2. 1

2. 1. 1

撹拌動力理論

通常の回転撹拌による撹拌動力は，下記式で表わされる。
となり，通常の回転撹拌と同様に，動力

は， ，

ここで，
：液密度［kg ⁄ m3］：回転数［s－1］：代表径（翼スパン）［m］
または，動力数とよばれる無次元数であり，撹

拌レイノルズ数，撹拌フルード数および撹拌槽，邪魔板などの幾何学的形状の関数になる。
スイングスターの旋回撹拌方式の場合も以下に示
すように回転撹拌と同様に表すことができる。
図４に示す旋回撹拌翼について考える。斜線部に発生する抗力３）は，抗力係数をとすると

図３

フレキシブルシール FEM 解析例

w2

旋回方向

θ

w1

l1

により発生するトルク

であ

は

dl

，撹拌動力

は，

l2

この抗力

l

φ

るから，

さらに撹拌翼全体での撹拌動力
36

は，

図４

神鋼環境ソリューション技報

旋回撹拌の動力
Vol. 9 No. 2（2013 ／ 2）

，に比例する。以上のように旋回撹拌方式においても回転撹拌と同様に動力数

内容液と同じ粘度に調整したものを用い，混合時間
は，脱色過程の連続写真から決定した。

をスイングスターの混合性能をオーバル三枚後退翼，および当社 GL 撹拌翼であるツインスターと比較した結果を写真１，２に示す。実験では液粘度0.001，0.1
としてスケールアップが可能である。
2. 1. 2

，液深 H は H/D ＝1.25の条件にて脱色の速さを比較した。スイングスターは，オーバ

撹拌動力測定槽内径＝400 mm，２：１半楕円下鏡形状の円筒

100

FULLZONE槽を用いてスイングスターの撹拌動力を測定した。

３枚後退翼

Re 線図にプロットし図５に示す。

ここで，スイングスターの撹拌翼代表径は，翼旋回最大直径とした。
混合性能

撹拌性能を評価するため前節と同形状の槽内径

SWINGSTIR

［−］

測定結果を

2. 2

TWINSTIR

10

1＝400 mm のアクリル製可視槽を使用し，混合試験を実施した。実験は，ヨード澱粉の呈色をチオ硫
酸ナトリウムで還元脱色する脱色法を使用し，各装置の撹拌動力を同一にして混合時間を測定し比較し0.1
1.E+00TWINSTIR

図５

START

4sec.

5sec.

6sec.

10sec.

8sec.

15sec.

10sec.

30sec.

12sec.

60sec.

写真１ 混合経過の比較
PV ＝0.05 kW/m3 H/D ＝1.25

Vol. 9 No. 2（2013 ／ 2）

1.E+03

撹拌動力線図（３枚後退翼

SWINGSTIRSTART

μ ＝0.001

1.E+02

1.E+04

1.E+05

1.E+06Re［−］た。ヨード溶液およびチオ硫酸ナトリウム溶液は，
３枚後退翼

1.E+01μ ＝0.1

神鋼環境ソリューション技報

Re 線図）TWINSTIR

SWINGSTIR

写真２ 混合経過の比較
PV ＝0.05 kW/m3 H/D ＝1.25
37

ル三枚後退翼に比べ混合速度が1.5～２倍速く，ツ中心とバッフルを含む断面の各時間におけるトレー

インスターと同等である。

サー濃度コンターを図７に示す。実際の混合試験結

また様々な液粘度にて同様に混合試験を実施し，混合時間をRe 線図で整理し，各撹拌翼の果と比較すると，混合試験における脱色状態と近似している。今後，撹拌条件の検討，翼形状の改善な

それと比較した結果を図６に示す。スイングスター

どに流動解析を活用していく予定である。

は，ツインスターとオーバル三枚後退翼のほぼ中間

2. 4的特性を有する。

2. 4. 1

異相系撹拌特性固液系撹拌

以上の結果からスイングスターは，従来のオーバ

固液系撹拌の特性評価のためイオン交換樹脂の懸ル三枚後退翼やツインスターとほぼ同等の混合性能

濁実験を実施した。粒子濃度をかさ体積で23 ％とを有している。

し，スイングスター，ツインスター，オーバル三枚

流動解析

後退翼それぞれについて回転数を段階的に変化させ

2. 3

汎用熱流体解析コード FLUENT14.0（ANSYS 社）て粒子の浮遊状態を比較した。液表面近傍で粒子濃をもちいて解析を行った結果を紹介する。乱流モデ度を測定し，単位容積当たりの動力に対してプロッ

ルは標準トした結果を図８に示す。低動力域ではあるが，スモデルを使用し，混合試験を再現す

イングスターはツインスターの約80 ％，オーバルるため以下の手法で解析を実施した。
・最初に流れ場を作成し，収束確認後，その時刻を三枚後退翼の約50 ％の動力で粒子の均一浮遊が可
能である。

として

・作成した流れ場の液面付近の領域を脱色剤を模混合試験擬したトレーサーに置換え，時間間隔を2.5×

流動解析

10－３ 秒として計算を行い，各時刻でのトレーサー濃度を求めた。

1VHF

スイングスターの流動解析によって得られた容器

［−］

1 000

３枚後退翼
SWINGSTIRTWINSTIRFULLZONE

2VHF

100

10

4VHF

1
1.E+00

1.E+01

1.E+02

1.E+03

1.E+04

1.E+05

Re［−］

図６

6VHF

Re 曲線

&RQWRXUVRI0DVVIUDFWLRQRIWUDVHU

粒子濃度［vol ％］

30 ％
25 ％

均一浮遊到達点

8VHF

20 ％
15 ％

TWINSTIR

３枚後退翼

SWINGSTIR

10 ％
5％
0％

10VHF
0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

Pv［kW/m3］

図８38

粒子均一浮遊に要する動力の比較

図７

スイングスター混合試験と流動解析比較

神鋼環境ソリューション技報

Vol. 9 No. 2（2013 ／ 2）

25 ％均一分散到達点

20 ％
15 ％

３枚後退翼

10 ％

TWINSTIR

5％

SWINGSTIR

0％
0.00

0.05

0.10

0.20

0.15

0.25

0.30

H

オイル濃度［vol ％］30 ％Pv［kW/m3］

図９

液滴均一分散に要する動力の比較
D1

表３

スイングスターの標準仕様（本体）設計圧力

F.V. ／0.10 MPa（圧送）

設計温度－20－＋130 ℃

適用法規

消防法

D2

グラスライニング，ステンレス鋼，その他特殊質金属（フレキシブルシール接ガス部は PTFE）

材

表４

スイングスター反応機の標準寸法

100
呼称容量［L］
500
本体内径 D1［mm］
600
外套内径 D2［mm］
1 900
全高 H［mm］
135
最高回転数［rpm］
モータ定格出力［kW］ 0.4

2. 4. 2

200
600
700
2 100
135
0.4

500
800
900
3 000
117
0.75

1 000
1 000
1 100
3 300
103
0.75

液液系撹拌

図1₀

スイングスター反応機の標準寸法

遊および液滴の分散が可能である。
・シンプルな形状で，洗浄性が良好である。
【適用分野】
・コンタミレス，洗浄性が重視される医薬・電子材料などのファインケミカル分野【標準仕様および参考寸法】
・スイングスターの標準仕様および参考寸法を表

液液系撹拌の特性評価のため，20 vol％のケロシン（密度790 kg/m3）と水を撹拌槽に満たし，固液撹拌試験と同様にそれぞれ３種類の撹拌翼について

３，４，図1₀に示す。

む

す

び

本稿では無摺動クリーン撹拌機『スイングスタ

回転数を変化させて，液滴の分散状態を観察比較しー』について，その開発過程および実験で確認したた。撹拌槽，鏡部 T.L. 近傍でケロシン濃度を測定

撹拌性能を紹介した。ここに紹介したスイングスタ

して，単位容積当たりの動力に対してプロットしたーがユーザ製品のさらなる高付加価値化に対する問結果を図９に示す。低動力域ではあるが，スイング

題解決につながれば幸いである。

スターはツインスターの約70 ％，オーバル三枚後

今後も製品の開発，改良をとおしてユーザ各位の製

退翼の約55 ％の動力で均一分散が可能である。

品品質の向上，生産性の向上に役立ちたいと考える。

スイングスターの特長と適用分野［参考文献］
１）菊池雅彦ほか：神鋼パンテツク技報 vol.35，No.1（1991），p.6
２）中村隆彦ほか：神鋼パンテツク技報 vol.45，No.1（2008），p.33
３）SHINJI NAGATA：MIXING Principles and applications（1975），p.8
４）中原一郎：実践材料力学（1994），p.10 養賢堂
５）日本機械学会編：機械工学便覧 B4 材料学・工業
材料（1987），p.130 日本機械学会
６）日本材料学会編：機械材料学（５版）（1994），p.310，p.313，日本材料学会

3.

【形状】

・摺動部のないシール
・旋回運動による撹拌
・扁平断面のシンプルな撹拌翼【特長】
・フレキシブルシールによりコンタミのリスクがない。
・ツインスターと同等の混合性能を有する。
・ツインスターの70－80 ％の動力で粒子の均一浮＊プロセス機器事業部 技術部 開発室

Vol. 9 No. 2（2013 ／ 2）

神鋼環境ソリューション技報

39

重力式高速自然ろ過装置の処理特性
The Processing Characteristic of a Gravity Type Accelerated Velocity
Biocontact Filter

熊野 晋＊
Susumu Kumano

石丸 豊＊＊
Yutaka Ishimaru

技術士（総合技術監理

藤本瑞生＊＊
Mizuki Fujimoto

部門，上下水道部門）

比較的清澄な地下水を対象として馴養済ろ材と新品ろ材を用いた重力式自然ろ過装置による処理
特性をマンガン，鉄，アンモニア態窒素で確認し，馴養済ろ材は通水１週間で処理可能であったが，新品ろ材でも２週間程度の短期間で処理が安定していることを確認した。また，ろ過速度を500 m/d（20.8 m/h）まで上昇させても処理特性は安定していることを確認した。さらに，生物に必要な酸素の供給は，ろ過装置への原水投入の落差のみで DO を確保でき，処理も安定していた。
Verify manganese, iron, ammonia nitrogen properties processing apparatus according to a gravity typebiocontact ﬁlter using a ﬁlter material and new ﬁltration media already acclimatized as for groundwater
clear comparatively, there can be processed in a week water passing through the ﬁlter media pre-acclimatized , but it was sure that the process is stable in a short period of about two weeks in the new ﬁlter material. It also makes sure that the process is stable may be increased 500 m/d（20.8 m/h）linear velocity.
In addition, the DO can be ensured only to drop the raw input ﬁltration device, the supply of oxygen required for the biological process was stable.

Key Words：
地下水

Groundwater

マ ン ガ ン 除 去Manganese removal

重過Gravity type ﬁlter

化

AcceleratingC

Low LCC

力

高
低

ろ
速

L

C

鉄 バ ク テ リ アIron bacteria

生

Biological treatment

物

処

理

まえがき

施設更新が検討されており，処理方式の簡略化，

地下水は一般的に水温も安定し，清澄で良質な水質のため，水道水源として好適である。しかし，水

薬品や動力等のユーティリティ低減など維持管理性を考慮した設備が望まれている。

源によっては，濁度・鉄・マンガン・アンモニア態

当社はこのニーズに応え，鉄バクテリアなどの微窒素など浄水処理を必要とする成分を含有する。某

生物を利用した生物接触ろ過設備（以下，自然ろ過

浄水場では，気曝，凝集沈澱，接触酸化ろ過といっ設備と称する）の適用を考えた。本方式は1993年にた組合わせたプロセスで行われている。

上水道として初の京都府城陽市に自然ろ過設備（浄40

神鋼環境ソリューション技報

Vol. 9 No. 2（2013 ／ 2）

水量11 100 m3/d）として納入された。その他多くのと，生物が付着し，時間とともに増加し浄化能力が実績を有するが，開発当初は70 m/d であったもの高くなり，除去対象物質が低減するようになる。

を数年前に急速ろ過レベル（120 m/d）とし，水質

1. 2

によってはろ過速度を500 m/d まで高速化可能であ特徴

鉄バクテリアろ過（自然ろ過）では，酸化剤（次った。

亜塩素酸ナトリウム）や凝集剤（PAC）を使用する

ろ過速度が高速になれば設備がコンパクトとなことなく，鉄・マンガンが水中から低減除去されり，設置面積の縮小が可能となり，Life Cycle Cost

る。消毒剤（次亜塩素酸ナトリウム）を除き薬品を（以下，LCC）低減にも繋がる。そこで，本研究で添加しないため，より安全で地下水本来のおいしいは，地下水を水源とした浄水場に着眼し，鉄バクテ

水が得られるという長所がある。生物による処理でリア等の微生物を利用した重力式生物接触ろ過装置あるため，一般的には水温や水質の変化に比較的影の高速化による処理特性を確認することを主たる目

響を受けやすいが，地下水は水温や水質が年間を通的として，実証実験を行った。

してほぼ一定であることから適用例が多い。

1.

1. 1

鉄バクテリアによる自然ろ過法の概要

2.

鉄バクテリアろ過池による処理

2. 1

実証実験の概要

原水の水質および処理対象物質

鉄バクテリアろ過池（自然ろ過池）は，ろ過池内

今回実証実験を行った浄水場における2009年度のに生物を付着するためのろ材を充填し，そのろ材に原水中の水質を水道基準値と併せて表１に示す。な

浄化能力を有する生物を増殖させ通水することで水

お，通年通じてほとんど検出下限値未満の項目は除中から対象とする物質を除去する方式である。一般

外している。表１に示したように，比較的清澄な水に，原水中には存在する物質を処理する生物が自然質であり，マンガンおよびその化合物のみ水質基準に存在しているため，ろ過池内に原水を通水するを超えていた。そこで，鉄バクテリアろ過法単独での処理が適用できると考えた。ここで処理対象物質

溶解性 Fe→

溶解性 Mn →
アンモニア
→
態窒素

鉄バクテリア等
有用微生物

表１
項

目

硝酸態窒素および亜硝酸態窒素
アルミニウムおよびその化合物
鉄およびその化合物
マンガンおよびその化合物
塩化物イオン
ジェオスミン2‐メチルイソボルネオール
TOC
色度
濁度

単位
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
度
度
表２

項

目

鉄およびその化合物
マンガンおよびその化合物
アンモニア態窒素
TOC
色度
濁度Vol. 9 No. 2（2013 ／ 2）としてはマンガンおよびその化合物のみと判断でき

不溶性 Fe→ （菌体に沈着）
不溶性 Mn→ （菌体に沈着）
硝酸態窒素，→ 亜硝酸態窒素

るが，実験においてはろ過および生物処理に関わる
濁度，マンガンおよびその化合物，鉄およびその化
合物，アンモニア態窒素の４項目を中心に調査した。
表２に実験期間中の原水中の濁度，マンガンおよ

原水水質（2009年度年報）
最

大

1.08
0.02
0.05
0.86
7.7
＜0.000001＜0.000001
0.9
2
0.4

最

小

0.22
＜0.02
0.02
0.42
6.7
＜0.000001＜0.000001
0.4
＜1
＜0.1

平

均

0.63
＜0.02
0.04
0.6
7.3
＜0.000001＜0.000001
0.6
＜1
＜0.1

基準値
＜10
＜0.2
＜0.3
＜0.05
＜200
＜0.00001＜0.00001＜3＜5＜2

実証実験中の原水水質

単位

最

大

mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
度
度

0.19
0.64
0.08
0.6
2
0.2

最

小

＜0.01
0.23
＜0.02
0.5
＜1
＜0.1

神鋼環境ソリューション技報

平

均

基準値

0.025
0.31
0.04
0.5
＜1
＜0.1

＜0.3
＜0.05
―
＜3
＜5
＜2
41

びその化合物，鉄およびその化合物，アンモニア態め，馴養期間について，馴養済と新品の２種類の窒素の水質を示す。

ろ材を用い，処理性能の比較により評価した。

2. 2

実験装置フローおよび諸元②

ろ過速度を高速化した処理性能について評価した。

実験装置のフローを図１，装置諸元を表３に示す。また，実験装置の外観を写真１に示す。

ろ過速度の高速化③

生物処理に必要な酸素量の確認

某浄水場内に設置し，対象原水は地下水（浅井生物処理には酸素が必要である。酸素を確保す戸）である。また，実験は2011年６月８日から2012

るために，落差による酸素曝気のみでの処理可能

年６月25日まで行った。

性について評価した。

原水は既設原水配管から分岐し，実験装置内の原水調整槽へ圧送される。その後，原水調整槽の原水

4.

4. 1

実験結果

馴養期間の確認をポンプアップし，ろ過塔へ流入する。流入されたろ材としてアンスラサイトを用い，Ⅰ系に新品ろ原水は下向流でろ材内を通過し，生物酸化処理と物

材，Ⅱ系に馴養済ろ材を充填して馴養期間の短縮性

理ろ過により処理水が得られる。

の評価を行った。評価指標としては，生物処理によ

3.

検討項目

って処理されるマンガン，鉄，アンモニア態窒素の本実験は下記を主眼として検討を行った。

①

３項目とした。
馴養期間の短縮性調査における実験条件を表４に馴養期間の確認
生物処理の場合は馴養が必要である。そのた

示す。

処理水
※1
※3
原水
表洗ポンプ
空気
（ブロワより）原水調整槽※2
自然ろ過処理塔（Ⅰ系）
※1

逆洗ポンプ

処理水槽

※2

※3

※3

既設排水槽へ
洗浄排水槽
処理水

※2

自然ろ過処理塔（Ⅱ系）

図１

実験装置フロー

表３

実験装置諸元
自然ろ過塔

ろ過塔
通水方式

型式

PVC 製円筒竪型

塔数

２塔

寸法

200 mmφ×3 500 mmH

写真１

下向流式

表４

ろ過速度（LV）240～500 m⊘dⅠ

アンスラサイト（有効径1.5 mm）300 mmH
ろ

材

ろ過砂
支持砂利

集水装置
42

（有効径0.6 mm）400 mmH

ろ材

実験条件

系

ろ過速度

Ⅱ

系

アンスラサイトアンスラサイト（新品）（馴養済）
ろ過砂（新品）200 mmH

有孔ブロック

実験装置外観ろ過砂（新品）

70 m/d

神鋼環境ソリューション技報

Vol. 9 No. 2（2013 ／ 2）

2012/2/13

図４2012/5/13

2012/4/13

2012/3/13

2012/1/13

2011/12/13

0

2011/8/15

2011/8/8

2011/8/1

2011/7/25

2011/7/18

2011/7/11

2011/7/4

2011/6/27

2011/6/20

2011/6/13

00.05

2011/11/13

0.1

2011/10/13

0.2

2011/9/130.3

Ⅱ系処理水（馴養済）0.1

2011/8/13

0.4

Ⅰ系処理水（新品）

0.15

2011/7/13

100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0

原水

0.2

2011/6/13

マンガン濃度（mg/L）

0.5

溶存態マンガン／全マンガン（％）

全マンガン
溶存態マンガン
溶存態マンガン／全マンガン

全鉄の処理性

0.2
0.1

図３

2012/5/13

2012/4/13

2012/3/13

2012/2/13

2012/1/13

2011/12/13

2011/11/13

2011/10/13

2011/9/13

2011/8/13

2011/7/13

00

4. 1. 2マンガンの処理性

図５

アンモニア態窒素の処理性

2011/8/15

0.3

0.1

2011/8/8

0.4

0.2

2011/8/1

0.5

0.3

2011/7/25

0.6

Ⅱ系処理水（馴養済）0.4

2011/7/19

Ⅱ系処理水（馴養済）Ⅰ系処理水（新品）

2011/7/11

Ⅰ系処理水（新品）

0.7

2011/6/13

全マンガン濃度（mg/L）

原水

原水

0.5

2011/6/27

全マンガン中の溶存態マンガンの比率

2011/6/20

図２アンモニア態窒素濃度（mg/L）

原水のマンガン濃度

鉄の処理性

図４に全鉄の処理性を示す。原水の全鉄濃度は4. 1. 1マンガンの処理性

0.01～0.03 mg/L と低く，処理水の全鉄濃度はⅠ系，

図２に全マンガン濃度中の溶存態マンガン濃度のⅡ系とも通水後１週間で分析下限値（0.01 mg/L）

割合を示す。原水の全マンガンと溶存態マンガンの未満であることを確認し，いずれのろ材でも短期間濃度，および全マンガンに占める溶存態マンガンので処理は安定していた。

割合は95 ％以上が溶存態であった（６月20日～８

4. 1. 3

月１日の平均）。そのため，評価は全マンガンにより行った（以降，マンガンと記す）。

アンモニア態窒素の処理性

図５にアンモニア態窒素の処理性を示す。原水のアンモニア態窒素濃度は0.06～0.11 mg/L（平均0.07

図３にマンガンの処理性を示す。原水のマンガンmg/L）で，Ⅰ系において，通水後１週間では処理

濃 度 は0.26～0.37 mg/L（ 平 均0.32 mg/L） で， こ れ

水中に残留が見られたが，通水開始から２週間後まに対し馴養済ろ材（Ⅱ系）では，通水後１週間で分でに分析下限値（0.02 mg/L）未満となった。Ⅱ系

析下限値（0.001 mg/L）未満となり，処理は安定しでは，通水後１週間で分析下限値（0.02 mg/L）未ていることを確認した。また，Ⅰ系においても，原満を得た。以上より，馴養済ろ材の使用によるアン

水中の有用微生物の存在により，通水開始から２週

モニア態窒素の除去に関する馴養期間の短縮効果を間で分析下限値（0.001 mg/L）未満となり，処理は確認し，また新品ろ材でも原水中の有用微生物の存

安定していた。以上より，馴養済ろ材の使用による在により，２週間程度の短期間で処理が安定していマンガン除去に関する馴養期間の短縮効果を確認

ることを確認した。

し，また新品ろ材でも原水中の有用微生物の存在に

4. 1. 4より，２週間程度の短期間で処理が安定していることを確認した。
Vol. 9 No. 2（2013 ／ 2）

ろ材中の生物菌数調査

ろ材中の生物菌数はポリメラーゼ連鎖反応（polymeraze chain reaction；PCR）を利用した DNA 分子

神鋼環境ソリューション技報

43

の特定の領域を増幅させる方法で測定した。図６にの処理性を確認しながらろ過速度を上昇させた。まろ材中の生物菌数の測定結果を示す。

た，ろ過速度は240 m/d から500 m/d まで順次上昇

Ⅰ系とⅡ系を比較すると，通水開始から17日後のさせ，対象項目は，濁度，マンガン，全鉄，アンモ

2011年６月27日の結果では，Ⅰ系の全菌数はろ材１

ニア態窒素とした。

g あたり１E+08～ 9 個存在しているのに対し，Ⅱ系

4. 2. 1

濁度の処理性はワンオーダー高く1.00E+09～10個であった。ここ

図７に濁度の処理性を示す。原水濁度は0.1度未で，Ⅰ系とⅡ系で全菌数，アンモニア酸化細菌である AOA，亜硝酸酸化細菌である Nitrospira，鉄・マ

満から0.2度の範囲（平均0.1度未満）にあった。これに対し，Ⅰ系，Ⅱ系ともすべてのろ過速度で処理

ンガン酸化細菌である Crenothrix polyspora, Pedomicrobium & hyphomicrobium, Galionella はⅡ系の方が水濁度は0.1度未満であり，濁度の処理は安定していずれも菌数が多い。しかし，Ⅰ系の処理水質は全

4. 2. 2いた。
マンガンの処理性

鉄，マンガン，アンモニア態窒素においてそれぞれ

図８にマンガンの処理性を示す。原水のマンガン分析下限値未満であることを確認した。このことか

濃度は２点0.6 mg/L 程度が検出されたが，概ね0.2

ら本原水の有用微生物の存在により，新品ろ材でも～0.3 mg/L の範囲を推移していた。これに対し，処

短期間で生物が繁殖して，安定した処理が行われて理水はろ過 速度 を上昇させても 概ね検出下限値

いたことが生物菌数調査でも確認された。

（0.001 mg/L）未満であり，マンガンの処理は安定ろ過速度の高速化による処理性能の確認していた。なお，マンガンについてはろ過速度を原水中には不溶解物質がほとんどなく，溶解性で580 m/d で３日間連続通水して処理性を確認し，処あればろ過速度を上昇させた運転が可能と考えられ

理水は検出下限値未満と処理は安定していた。

る。そこでろ過速度を上昇させて処理性の確認を行

4. 2. 3

図９に全鉄の処理性を示す。原水は１点0.19 mg/

ろ過速度（m/d）

2012/06/17

2012/06/03

2012/05/20

2012/05/06

2012/04/22

2012/04/08

2012/03/25

600
500
400
300
200
100

図９

濁度の処理性

神鋼環境ソリューション技報

20120617

20120603

20120520

020120506

2012/06/17

2012/06/03

2012/05/20

2012/05/06

2012/04/22

2012/04/08

2012/03/25

2012/03/11

2012/02/26

2012/02/12

2012/01/29

2012/01/15

2012/01/01

2011/12/18

070020120422

100

Ⅱ系処理水

800

20120408

200

020
018
016
014
012
010
008
006
004
002
000

20120325

300

02012/03/11

Ⅱ系ろ過速度

600

0.2

2012/02/26

Ⅰ系処理水

Ⅰ系ろ過速度400

図７

2012/02/12

原水

700

20120311

Ⅱ系ろ過流速800

20120226

Ⅰ系ろ過流速Ⅱ系処理水

マンガンの処理性20120212

Ⅰ系処理水20120101

原水

500

2011/12/04

0

図８

0.3

2011/11/20

100

ろ材中の生物菌数の測定

0.1

44

200

2012/01/29

Galionella

600

300

20120129

Pedomicrobium &Hyphomicrobium

700

400

20120115

Crenothrix
polyspora

AOA

Ⅱ系ろ過速度

20111218

濁度（度）

0.4

AOB

Ⅰ系ろ過速度

800

Ⅱ系処理水

500

20111204

0.5

Nitrospira

全細菌20111120

図６

Ⅱ系

2011/11/20

Ⅰ系

全鉄濃度（PJ/）

1E+05

Ⅰ系処理水

2012/01/15

1E+06

原水

2012/01/01

1E+07

1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
2011/12/18

マンガン濃度（mg/L）

1E+08

ろ過流速（m/d）

個/g担体湿潤量

1E+10

2011/12/04

った。なお，Ⅱ系は途中で新品ろ材に変更し，Ⅰ系

1E+09

全鉄の処理性

ろ過速度（PG）

4. 2

全鉄の処理性Vol. 9 No. 2（2013 ／ 2）

1E+101E+09
個/g担体温潤量

新品ろ材

70 m/d120 m/d

Ⅰ系

1E+08
1E+07
1E+06
1E+05
1E+10

馴養済ろ材

1E+09
個/g担体温潤量

新品ろ材

70 m/d240 m/d

Ⅱ系

1E+08
1E+07
1E+06
1E+05

2011/06/27
全細菌

2011/08/01
Nitrospira

AOA

AOB

Ⅰ系処理水

Ⅰ系ろ過速度

Ⅱ系ろ過速度

4. 2. 5

Ⅱ系処理水ろ過速度（m/d）

600
500
400
300
200
100

2012/06/17

2012/06/03

2012/05/20

2012/05/06

2012/04/22

2012/04/08

2012/03/25

2012/03/11

2012/02/26

2012/02/12

2012/01/29

2012/01/15

2012/01/01

0

2011/12/18

2012/04/17

Pedomicrobium & Hyphomicrobium

Galionella

ろ材中の生物菌数測定結果

700

図10

2011/11/21

Crenothrix polyspora

800

2011/12/04

0.1
0.09
0.08
0.07
0.06
0.05
0.04
0.03
0.02
0.01
0

2011/11/20

アンモニア態窒素濃度（mg/L）

図11

原水

2011/09/05

アンモニア態窒素の処理性

ろ材中の生物菌数の調査

図11にろ材中の生物菌数の測定結果を示す。ろ過
速度の高速化による評価を行うために，Ⅰ系とⅡ系を同じろ材条件とするため，Ⅱ系の馴養済ろ材を新品ろ材に2011年９月７日に交換した。そのため，11月の測定値は９月の測定値よりも低くなっている。
しかし，原水中の有用微生物の存在により生物が繁殖していることを再確認できた。また，その後Ⅰ系，Ⅱ系でろ過速度を上昇させても生物数には大差がなく，ろ過速度の生物数への依存は見られなかった処理性も良好なことより，ろ過速度変動に対応可能であると考えられる。また，生物酸化は必要な接触時間は短時間で可能と考えられた。

L を検出したが，概ね0.01～0.02 mg/L の範囲を推

4. 3

生物処理に必要な酸素量の確認移していた。これに対し，処理水はろ過速度を上昇

生物に必要な DO を確保するために，多くの浄水させても概ね検出下限値（0.01 mg/L）未満であり，場では曝気ブロワを設置している。本方式の場合

全鉄の処理は安定していた。

は，下向流で原水を投入するため，落差による DO

4. 2. 4を確保できる可能性がある。そこで，曝気ブロワをアンモニア態窒素の処理性

図10にアンモニア態窒素の処理性を示す。原水は0.03～0.08 mg/L の範囲を推移していた。これに対運転，停止による処理性を調査した。
4. 3. 1

調査方法

し，処理水はろ過速度を上昇させても検出下限値

曝気ブロワの運転を通水開始時から2011年11月７（0.02 mg/L）未満であり，アンモニア態窒素の処理日まで行い，その後は曝気ブロワを停止した。そしは安定していた。

て，マンガンの処理性で評価を行った。

Vol. 9 No. 2（2013 ／ 2）

神鋼環境ソリューション技報

45

に，重力式自然ろ過装置による処理を行い，以下のⅠ系ろ材上 DO
Ⅱ系ろ材上 DO
Ⅱ系処理水マンガン

10.0

0.500

9.0

0.450

ブロワ運転

ブロワ停止

0.400

7.0

0.350

6.0

0.300

5.0

0.250

4.0

0.200

3.0

0.150

2.0

0.100

1.0

0.050

0.0

0.000
2011/06/13
2011/06/27
2011/07/11
2011/07/25
2011/08/08
2011/08/22
2011/09/05
2011/09/19
2011/10/03
2011/10/17
2011/10/31
2011/11/14
2011/11/28
2011/12/12
2011/12/26
2012/01/09
2012/01/23
2012/02/06
2012/02/20
2012/03/05
2012/03/19
2012/04/02
2012/04/16
2012/04/30
2012/05/14
2012/05/28
2012/06/11

DO（mg/L）

8.0

処理水中の全マンガン濃度（mg/L）

原水 DO
Ⅰ系処理水マンガン

図12

DO の推移とマンガン濃度

結果が得られた。
１）馴養期間新品ろ材と馴養済ろ材を用い，馴養期間を確認したところ，馴養済ろ材では１週間程度で処理は安定していた。しかし，新品ろ材でも原水中の有用微生物の存在により，２週間程度の短期間で処理が安定していることを確認した。これにより従来１カ月以上と想定されていた馴養期間が水質によっては短期間となることがわかった。
２）ろ過速度の高速化による処理性
ろ過速度を500 m/d まで上昇させた結果，濁度，マンガン，全鉄，アンモニア態窒素の各処理性は安

4. 3. 2

定していた。本原水のように溶解性マンガン鉄が主

実験結果

図1２に原水，Ⅰ系およびⅡ系のろ材上の DO の推たる除去対象の場合は高速化が可能であると言え移，Ⅰ系およびⅡ系の処理水中のマンガン濃度を示る。

す。

３）生物に必要な酸素量
生物処理に必要な DO 確保のため，曝気ブロワを

原水 DO は，曝気ブロワ運転の有無にかかわらず運転，停止させて調査した結果，原水のろ過塔から１～４mg/L 程度を推移していた。
ここで，曝気ブロワ運転時はろ材上の DO は原水の落差によって処理に必要な DO を確保でき，マンより高く，Ⅰ系およびⅡ系とも常時６mg/L 程度を

ガン，アンモニア態窒素の処理も安定していた。こ

維持しており，新品ろ材に交換後１週間程度では処れにより，低 LCC の実現がおおいに期待された。

理水中にマンガンは残存しているが，マンガン処理

以上より，短期間の馴養期間で更新が容易となは安定していた。また，曝気ブロワ停止後でも運転

り，ろ過速度の高速化による装置の小型化，さらに時よりもろ材上の DO は低いが，原水よりも高く，は曝気ブロワも不要と考えられることで，低 LCC

２～６mg/L 程度の DO が確保された。このときのを実現できる。今後，維持管理の容易な地球環境にマンガン処理も安定しており，ろ過塔上部からの落

やさしい提案を行い，ユーザーのニーズに応えてい差のみで，DO を確保できることがわかり，低 LCC

きたい。
末筆になりましたが，本実証を行うに際し，多大の実現が大いに期待された。

む

す

び

なご協力とご理解を賜りました関係事業体の方々に不溶解性物質がなく比較的清澄な地下水を対象＊

商品市場・技術開発センター 水・汚泥技術開発部 水処理室

46＊＊

感謝の意を表します。

水処理事業部 上下水技術部

神鋼環境ソリューション技報

Vol. 9 No. 2（2013 ／ 2）

鉄バクテリアろ過・交野市星の里浄水場～井戸水への生物接触ろ過の導入～
Biological Filtration Introduced to“HOSHINOSATO JOSUI JO”

玉井秀恭＊
Hideyuki Tamai
技術士

鉄，マンガン，アンモニア態窒素の濃度が高い原水に対し，鉄バクテリアを利用した生物接触ろ過を導入した。その結果，薬品使用量や脱水汚泥量を軽減できるとともに，安全でおいしい水を供給できた。
The Raw-water including rich iron, manganese and ammonia nitrogen is puriﬁed to tap water with ironbacteria biological ﬁltration. As a result, the volume of chemical consumption and dehydrated cake is reduced.

Key Words：
生 物 接 触 ろ 過

Biological ﬁltration

鉄 バ ク テ リ アIron bacteria

除鉄除マンガン処理

Iron & manganese removal processing

アンモニア態窒素

Ammonia nitrogen

ろLinear velocity

過

速

度

【セールスポイント】
・細菌を利用した生物接触ろ過・ろ過速度120 m/d による処理
・薬品使用量を1/10以下とした

まえがき

1.

内各所の井戸水を利用してきた。井戸水には鉄，マに浄水場全景，表１に施設概要を示す。星の里浄水

ンガン，アンモニア態窒素が含まれている。既設設場は，22 500 m3/d の施設能力を持ち，交野市全域

大阪府交野市は，浄水の水源として，古くから市

施設概要

図１に交野市星の里浄水場の概略フロー，写真１

備では，これらを前塩素添加 + 凝集沈殿 + 急速ろに浄水を供給している。市内19カ所の井戸から汲上過の処理方法にて浄水を供給してきた。しかし，施げられた原水は，一旦私市ポンプ場へ集約した後設の老朽化に加え，市民からの安全でおいしい水へに，導水ポンプにて星の里浄水場へ送水される。

の要求にこたえて，当社の生物接触ろ過 + 急速ろ星の里浄水場では，原水を原水調整池にて滞留さ過設備を導入し，2012年９月より給水開始した。

せることで，各井戸により異なる水質を平準化するとともに，機械曝気にて溶存酸素濃度の調整を行Vol. 9 No. 2（2013 ／ 2）

神鋼環境ソリューション技報

47

い，後段の生物処理に備える。写真２に生物接触ろ主に除去している。各ろ過池から出る洗浄排水は，過池の全景を示す。生物接触ろ過池では，ろ材に生排水池，濃縮槽にて濃縮，分離される。分離された息する細菌の働きにより，原水に含まれている鉄，

上澄み水は，それぞれ原水調整池や急速ろ過池前のマンガン，アンモニア態窒素を無薬注で処理する。

混和池に返送され，設備全体としての効率を向上さ

写真３に急速ろ過池を示す。生物接触ろ過池の後段せている。濃縮された汚泥は，フィルタープレス型に設置された急速ろ過池では，マンガン砂の働きに脱水機にて脱水される。このときの脱水ケーキの含より，生物接触ろ過池にて除去仕切れなかった鉄を

水率はほぼ60 ％である。

急速ろ過池

PAC

３号 ４号 ５号
洗浄 洗浄 洗浄排水槽 排水槽 排水槽

排泥

上澄み水

排泥池

P

濃縮槽

脱水機

P

配水

送水ポンプ

私市ポンプ場

図１

従来の冷却水管理システム

写真１
48

池

上澄み水

星の里浄水場（新浄水場）

導水ポンプ

水

洗浄排水

１号
２号
洗浄
洗浄
排水槽 排水槽

原水

浄

PAC

洗浄排水

上澄み水

後塩素
処 理

生物接触
ろ 過 池

原水調
整池

中間塩
素処理

P
A
C

全景

神鋼環境ソリューション技報

Vol. 9 No. 2（2013 ／ 2）

表１
設

備

全

体

原水調整池設備

生物接触ろ過設備

急速ろ過設備薬注設

備

星の里浄水場

計画水量
水源
浄水フロー
主要設備
主要設備
ろ過池仕様
池数
ろ過速度
ろ材構成
洗浄方法
主要設備
ろ過池仕様
池数
ろ過速度
ろ材構成
洗浄方法
主要設備
薬注ポンプ仕様
薬品種類
PAC 添加点
次亜添加点

排水排泥設備
濃縮脱水設備

写真２

2.

2. 1

主要設備
主要設備
濃縮槽型式
脱水機型式
ろ室数

施設諸元

22 500 m3/d
地下水（深井戸水）
生物接触ろ過／急速ろ過
曝気ブロワ，散気装置
生物接触ろ過池
自然平衡型重力ろ過池
６池
120 m/d
アンスラサイト 400 mm／ろ過砂 300 mm
ダイレクト表洗／表逆洗／逆洗
急速ろ過池
自然平衡型重力ろ過池
４池
240 m/d
マンガン砂 600 mm
表洗／表逆洗／逆洗
薬品タンク，薬注ポンプ
一軸ネジポンプ
PAC，次亜塩素酸ナトリウム急速ろ過池前混和池
生物接触ろ過池排水配管
急速ろ過池排水配管
急速ろ過池前混和池
浄水池前配管排水池（５池），排泥池（２池）
濃縮槽（２池），脱水機（２機）
中央懸垂型掻き寄せ機つき重力濃縮フィルタープレス式
60 室／機

写真３

生物接触ろ過池

施設の特徴

2. 2

生物接触ろ過池の採用

急速ろ過池

生物接触ろ過とは

本施設の特徴である生物接触ろ過設備には，鉄バ

交野市の原水は，井戸水であり，主に溶解性のクテリアや硝化細菌が生息している。鉄バクテリア

鉄，マンガン，およびアンモニア態窒素が含まれては，自然界に生息する細菌で，地下水の湧水中などいる。既設浄水場では，これを前塩素にて化学酸化に見られる。細菌の働きにより，原水中に溶解してし，後に続く凝集沈殿，およびマンガン砂による急いる鉄やマンガンは，酸化され，懸濁体となり，ろ速ろ過にて処理していた。当社は，この井戸水を用過による物理的除去，あるいは生物に取込まれ除去

いて長期間実証実験を行い，鉄バクテリアを利用しされる。一方，アンモニア態窒素は，硝化菌の働きた生物接触ろ過池＋マンガン砂を用いた急速ろ過ににより亜硝酸態を経て硝酸態窒素となる。

より浄水処理が行えることを確認し，設計に反映した。
Vol. 9 No. 2（2013 ／ 2）

ろ過池は，自然平衡形の重力ろ過であり，アンス

神鋼環境ソリューション技報49

ラサイトとろ過砂による２層ろ過としている。鉄は，主に表層付近で除去され，マンガン，アンモニ

3.

3. 1

導入による効果
薬品使用量の低減

ア態窒素は，層内部で除去されていることが判って

表２に，新施設導入前後の薬品使用量の比較を示いる。原水である井戸水にはほとんど溶存酸素が無す。それまで化学処理にて行われていた鉄やマンガ

いため，そのままでは細菌が活動できない。そこ

ン，アンモニア態窒素の酸化を，生物接触ろ過池ので，前段の原水調整池において，堰落ちによる空気細菌が行うことで，次亜塩素酸ナトリウムを20分のの巻込み，および曝気ブロワによる強制散気を実施

１以下に削減することができた。また，凝集剤であし，生物接触ろ過池流入水にて約7.0～8.0 mg/L でる PAC は，急速ろ過前の混和池にて５mg/L 程度のの溶存酸素濃度とした。

み注入され，後段の急速ろ過池おける直接ろ過に寄一般に，生物接触ろ過池においては，原水に含ま与する。これらの変更により，PAC の注入量を既れる成分を栄養源として，細菌がろ層にて繁殖する

設の５分の１程度に削減することができた。

ため，流入する濁質負荷に対してより多くの負荷が3. 2

脱水汚泥量の削減

ろ層に捕捉されることが知られている。この対策と表３に脱水汚泥量を示す。

して，当社の生物接触ろ過池においては，ダイレク

既設処理に比べて，PAC の注入量が低減したた

ト表洗方式を採用している。通常の表洗は，ろ層がめ，脱水ケーキの量が約５分の１となり，汚泥処分

水没した状態で実施されるが，このダイレクト表洗費を削減できた。

は，ろ層が水面上に露出するまで水抜きを行った状

3. 3

試運転時の水質

態で表洗をすることで，表洗水がダイレクトにろ層

表４に試運転中のろ過速度（以降‘LV’）120 m/

を叩き，表面に多く生成する細菌の層を破壊し，洗d の際の原水，生物接触ろ過池出口，浄水の主な水

浄効率を上げるものである。

質を示す。既設処理に比べ，同等以上の水質が得ら

表２

表３

薬品使用量比較

既設注入率 新設注入率
低減率（2009年度実績）（試運転期間平均）
次亜塩素酸ナトリウム 59.7 mg/L
6.3 mg/L
89.5 ％
PAC
42.4 mg/L
8.4 mg/L
80.2 ％
表４

濁度

色度

鉄

マンガン

アンモニア態窒素
イオン状シリカ50

交野

星の里浄水場

汚泥量比較

既設発生量 新設発生量低減率（2009年度実績）（試運転期間平均）
脱水ケーキ量（含水率約60 ％）
試運転中の水質分析結果

25 t/m

4.5 t/m

総まとめ

LV40 m/d
LV66.6 m/d LV120 m/d LV130 m/d
実験時平均（5/28～6/15）（6/15～6/27）（6/28～9/19）（9/20～9/30）
LV130 m/d
平均
平均
平均
平均
12.5
4.3
7.2
5.8
3.2
原水
0.9
0.9
1.3
1.5
0.9
生物処理水
92.8
79
82
74
69
生物ろ過除去率
＜0.1
＜0.1
＜0.1
＜0.1
＜0.1
浄水
34
48
59
56
28
原水
7
13
13
12
9
生物処理水
80
73
78
72
60
生物ろ過除去率
＜1
＜1
＜1
＜1
＜1
浄水
4.19
2.03
1.83
2.4
1.6
原水
0.44
0.56
0.42
0.5
0.3
生物処理水
89
72
77
79
80
生物ろ過除去率
＜0.01
0.01
0.01
0.01
0.02
浄水
0.37
原水
0.38
0.29
0.28
0.39
0.17
生物処理水
0.0012
＜0.01
＜0.01
0.07
54
生物ろ過除去率
99.7
＞99.9
＞99.9
82
浄水
0.001
＜0.01
＜0.01
＜0.01
0.01
0.62
0.76
0.58
0.7
0.6
原水
0.006
＜0.01
＜0.01
＜0.1
0.2
生物処理水
99.0
＞98
＞98
＞76
67
生物ろ過除去率＜0.005
＜0.01
＜0.01
＜0.1
＜0.1
浄水
原水
22.6
―
53.6
―
55.9

神鋼環境ソリューション技報

82.0 ％

既設処理平均（2008年度）
3.6
―
―
＜0.2
12.3
―
―
＜0.5
4.00
―
―
＜0.03
0.30
―
―
＜0.005―――――Vol. 9 No. 2（2013 ／ 2）

LV120Fe（mg/L）

0.6
0.5
0.4
0.3
0.2

LV40→66.6

れることが確認できた。

0.9
0.6

LV40→66.6

0.3

８

13

今後の展開

鉄，マンガン，アンモニア態窒素を含む原水に対

図４

日

７月

３

日

７月

28

日

７月

23

日

６月

18

日

６月

13

日

６月

８

日

６月

３

日

29

日

６月

0.0

LV120

６月

4.

1.2

日

ることができた。

100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0

５月

ろ過速度である LV120 m/d における目標水質を得

N-NH4（mg/L）

上昇させることで，通水開始から約２カ月で定格の

（％）

設備停止

中の溶存酸素濃度を監視しつつ，ろ過速度を徐々に

急ろ出口
除去率（％）

1.5前後での鉄，マンガン，アンモニア態窒素の水質お生物接触ろ過池前後での水質，およびろ過池流入水

全マンガン

原水調整池
生物処理水

また，図２，３，４に試運転期間中の生物接触ろ過

13

日

図３

全鉄

（％）
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
７月

８

日

７月

３

日

７月

28

日

６月

23

日

６月

18

日

６月

13

日

６月

８

日

６月

３

日

６月

29

日

日

５月

0.0

13

よび除去率の推移を示す。生物の馴養運転として，

LV120

0.1

７月

図２

日

７月
８

日

７月
３

日

６月
28

日

６月
23

日

６月
18

日

６月
13

日

６月
８

日

６月
３

日

29

急ろ出口
除去率（％）

原水調整池
生物処理水

設備停止

設備停止
LV40→66.6
５月

4.0
3.6
3.2
2.8
2.4
2.0
1.6
1.2
0.8
0.4
0.0

（％）
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0

Mn（mg/L）

急ろ出口
除去率（％）

原水調整池
生物処理水

アンモニア態窒素

し，アンスラサイト + ろ過砂の複層ろ過による鉄バクテリアろ過を用いることで，少ない薬品使用量

ね，さらに高い LV による安定的な処理を行えるよ

で十分な浄水水質を得られることが判った。

うに進めていき，様々な浄水設備へ導入されるよう今回の生物接触ろ過池の LV は，120 m/d であっに努めたい。

たが，ろ過速度は設備面積，ひいては設備コストに以上直結する数値である。今後は技術的な検討を積重＊水処理事業部 海外技術部

Vol. 9 No. 2（2013 ／ 2）

神鋼環境ソリューション技報51

流動解析による加圧浮上装置の改良
浮上速度の高速化検討
Improvement of Pressure Floating Equipment by Flow Analysis Application ofHigher Floating Linear Velocity in Pressure Floating Equipment

山本 平＊
Taira Yamamoto

阿野真隆＊Masataka Ano

我々は，設備のコンパクト化，コストダウンの目的のため，円型加圧浮上装置の処理性能向上を検討した。今回は流動解析により，円型加圧浮上装置の浮上速度の高速化が可能な，センターウェ
ル，集水管形状を見出した。そして，その結果を実機採用し，成果が得られた。
We considered the processing performance gain of circle type ﬂoatation equipment for miniaturization ofequipment, and the purpose of a cost cut. This time, we used ﬂow analysis and found out centerwel andcollector form which can accelerate the surfacing speed of circle type ﬂoatation equipment. And we applied the result to the system and were able to get the result.

Key Words：
流

動

解

析

Flow analysis

円型加圧浮上装置

Circle type ﬂoatation equipmentセンターウェル

Centerwel

集

Collector

水管【セールスポイント】①

円型加圧浮上装置の浮上速度高速化により，設備のコンパクト化ができる。

②

設備のコンパクト化により，コストダウンができる。

まえがき

コンパクト化とコストダウンが期待できる。

の検討結果を報告する。

値シミュレーションによる流動解析を用い，検討し従来の円型加圧浮上装置処理流量を増加するため

円型加圧浮上装置の高速化が可能な設備形状を数

円型加圧浮上装置の処理流量を表す因子として浮た。

上速度（円型加圧浮上装置への時間当たり供給水量

1.

を円型加圧浮上装置面積で除したもの）があり，従円型加圧浮上装置の見直し点

１）従来の円型加圧浮上装置

来の浮上速度は

従来の円型加圧浮上装置の概要を図１に示す。

（供給水量 m3/h）／（浮上面積 m2）＝７－10 m/h

一般に円型加圧浮上装置の供給水は，除去対象とである。これを
3なる固形物（スカム）を含む廃水と，加圧し空気を2（供給水量 m /h）／（浮上面積 m ）＝約15 m/hと高速化することを目標とした。

混合は円型加圧浮上装置流入配管内で行われ，こ浮上速度の高速化により，円型加圧浮上装置の52溶解させた循環水との混合水である。
のときに，循環水中に溶解していた空気は微細な気神鋼環境ソリューション技報

Vol. 9 No. 2（2013 ／ 2）

槽上面

掻寄機

流入管
原水

センターウェル上室

集水管

処理水管

センターウェル下室

槽側面

図２
図１

ダブル D 集水管のイメージ図

従来の加圧浮上装置
パ イ プ /(*0 600$/ ( * 1 〜 7 300$
リング部分 450$オ リ フ ィ スφ50
ピッチ 100PP（下左下右…交互配置）

処理水728P3KU

付着したスカムは見掛けの密度が小さくなり速やかに浮上することで，固液分離を行うことができる。
供給水は最初にセンターウェル上室に供給され，上部の排出孔より円型加圧浮上装置中央部に放出され，放射状に槽外周へ流れる。空気が付着したスカ
ムは槽水面に浮上し，汚泥掻取装置にて掻寄せられ槽外に排出される。スカムを除去した処理水はセン
ターウェル下室から槽外周に放射状に伸びた集水管に入りセンターウェル下室に集められ処理水管を通

/(*5

/(*2

/(*6

を抑えることが必要である。そのため従来より集水均等性の良い集水管および偏流を起こし難いセンターウェルを検討した。

2.

※/(* の延長上リング部分に
一部オリフィスあり。

※処理水出口配管と /(*0 は共通
100
050
000

055

058

060

/(*7

/(*6

/(*5

遠

1000

079

/(*0

058

055

053

051

/(*4

/(*3

/(*2

/(*1

出口より
近

1500

オリフィス流量比［％］

円型加圧浮上装置の高速化のためには槽内の乱流

/(*1

/(*7

じ槽外に流出する。
２）円型加圧浮上装置高速化のための改良点

計算領域（500PP）
/(*3

/(*0

オリフィス流速［PV］

泡として析出し排水中のスカムに付着する。空気が/(*4

1023

遠1341

943

995

/(*7

/(*6

/(*5

/(*0

（上

流速分布

下

988

937

904

870

/(*4

/(*3

/(*2

/(*1

500
00

集水管形状の検討

１）ダブル D 型集水管

図３

平均流速を 100 とした場合の比率分布）

従来型集水管解析結果

検討の結果，図２に示すダブル D 型集水管を見出した。この集水管は集水が主に槽外周部で行われるため集水均等性の向上が予想された。
２）ダブル D 型集水管と従来型の比較

図３に従来型のモデルの，図４にダブル D 型集水管の計算結果を示す。

ダブル D 型集水管と従来型の比較のため，集水Vol. 9 No. 2（2013 ／ 2）

管流入流速を流動解析で計算した。

計算条件は，径8 700 mm の円型加圧浮上装置で

神鋼環境ソリューション技報53

浮上速度7.5 m/h の条件とした。

ダブル D 型集水管を使用し，浮上速度15 m/h で従来型では0.51 m/s －0.79 m/s の計算結果となり，運転した場合の円型加圧浮上装置内流動状態を計算

平均値0.59 m/h を100 ％とすると87－134 ％の範囲でする。ここでは過去の納入実績の多い径3 800 mm

変動していた。ダブル D 型集水管では0.73 m/s －の円型加圧浮上装置を計算条件とし，結果を図５に0.75 m/s の計算結果が得られ，0.74 m/h を100 ％とす示す。

ると98.1－100.9 ％の範囲の変動でとどまっていた。

図５では浮上速度7.5 m/h と15 m/h でのダブル D

したがって，ダブル D 型集水管は従来型と比べ型集水管の流速を同じ表に示し，均等性を比較した。

て集水均等性が良い結果を得られた。

①

集水管オリフィスの均等性

このダブル D 型集水管にて浮上速度15 m/h で通集水管オリフィスの均等性を確認する。

水した状況を流動解析で確認する。

浮上速度7.5 m/h では0.24－0.29 m/s，平均値約３）浮上速度15 m/h での流動解析結果

0.25 m/s を100 ％とすると88－108 ％の範囲で変動しており，浮上速度15 m/h では0.49－0.58 m/s，

$5($3

$5($1
処理水364P3KU

平均値0.54 m/s を100 ％とすると同様に88－108

計算領域（500PP）$5($2％の範囲で変動しており，両者の均等性は同等であった。
②

パ イ プ450$
オリフィスφ40
ピ ッ チ150PP（下左下右…交互配置）

100

075

075

073

$5($1

$5($2

$5($3

る。（図６流動解析断面図参照。）

050
000

遠

1009

1010

981

$5($1

$5($2

$5($3

流速

1000

速い↑

500
00

（上

流速分布

図４

下

↓遅い

オリフィス流量比［％］

向に流れ，側壁に当たり，底部への下降流とな

数値計算

出口より
近

平均流速を 100 とした場合の比率分布）計算条件
径 3800PP 加圧浮上装置

図６

ダブル D 型の集水管解析結果

0.7

LV15 m/h

0.6
流速［m/s］

センターウェルを出た供給水は槽水面を外周方

左記色表の下方ほど︐流速が遅いことを示す︒

オリフィス流速［PV］

ダブル ' 型

円型加圧浮上装置側板下降流れ

LV7.5 m/h

/9 15

流動解析断面図

吸込みY＋側

0.5

〃19

〃10

0.4
〃27

0.3
0.2

〃02
int_under_y+01

〃29

〃47

〃29

〃47

0.1
0
int_under_y＋01 05

09

13

17

21

25

29

33

流速［m/s］

0.8

LV15 m/h

4145

LV7.5 m/h

吸込みY−側0.6

int_under_y-01
〃02

〃27

0.4
0.2

0
int_under_y−01 05

〃19

09

13

17

21

図５
54

37

25

29

33

37

41

〃10

45

ダブル D 集水管，LV ＝7.5 m/h と15 m/h の比較

神鋼環境ソリューション技報

Vol. 9 No. 2（2013 ／ 2）

浮上速度15 m/h 時の下降流速は7.5 m/h 時の約1.5倍となる結果を得た。
この流速が速い場合，スカムが集水管に引込ま

4.

実機への適用以上の結果を，径2 400 mm の加圧浮上装置の設計に反映させることになった。図７にその外形を示れるリスクが生じる。

す。

以上の結果より，ダブル D 集水管は浮上速度15１）集水管m/h としても，浮上速度7.5 m/h と同等の均等性となることが確かめられた。

径2 400 mm 円型加圧浮上装置の集水管形状は施工を考慮し，ダブル D 型の近似の四角形とした。

しかし，円型加圧浮上装置側板下降流速低減は必要であり，この対策としてセンターウェル形状を検討した。

センターウェル形状の検討

3.

１）判定指標浮上速度15 m/h 時の円型加圧浮上装置側板の下降流速が，ダブル D 型集水管，浮上速度7.5 m/h での流速と同等となるセンターウェル形状を検討した。
２）センターウェル取付水深
側壁下降流速抑制のためには，センターウェル出上面図

口孔から排出される供給水の流速を落とせば良い。
検討の結果，センターウェル取付水深を下げることで，下降流速が下がることが解った。流動解析結果を表１に示す。表記は，円型加圧浮上装置を，水深の浅い位置，中間位置，深い位置で輪切りにし，上下の流速を色分けした図である。
計算は引続き径3 800 mm の円型加圧浮上装置で実施した。
表中に記すように紺色の部分が少ないほど，速い
下降流速が無いことを示す。この結果よりセンター

側面図

ウェル取付水深を深くすることで，側板部の下降流
速を抑えられることが解った。

図７
表１

提案集水管のイメージ図

センターウェル取付位置の比較

センターウェル取付水深［mm］
浅

い

中

間

深

い

結

果

水面より50 mm での流動解析結果外周部に紺色のエリ
ア無し。

水面より100 mm での流動解析結果センターウェル取付
水深が深いほど，紺
色のエリアが少ない。

Vol. 9 No. 2（2013 ／ 2）

神鋼環境ソリューション技報

55

表２

設計加圧浮上装置の流動解析結果

集水管形状

通水流速
［m/h］

センターウェル
取付水深

平均流速を100 ％とし

基準

ダブル D

7.5

浅い

87.7 ～ 123.7 ％設計

四角形（ダブル
D の周辺近似）15

深い

82.1 ～ 110.3 ％

集水管均等性

流動解析結果水面より50 mm

水面より100 mm

結果

同等の均等性

紺色の部分がいずれも無し。

２）センターウェル取付水深m/h での運転が可能な加圧浮上装置形状を流動解析

センターウェル取付水深は深い位置とした。

にて検討した。

表２にこの円型加圧浮上装置の流動解析結果を示

１）その結果，槽外周に沿った集水管，設置水深をす。

深くしたセンターウェルが良いことが解った。

径2 400 mm 円型加圧浮上装置で浮上速度15 m/hが計算条件である。

２）計算結果を実機に適用し，原水：SS 約500 mg/
L，処理水：SS20－30 mg/L の運転データを得た。

表２に示すように，浮上速度15 m/h の通水条件であっても集水管とセンターウェル出口孔部流れの均等性，側板部下降流速とも浮上流速7.5 m/h と同３）以上の結果より，流動解析による設備形状解析
は実機の改良検討に有効であった。
今後老朽化更新期を迎える装置の更新需要につい等であることが解った。

ては，今回改良した円型加圧浮上装置および検討時

むに実施した流動解析を適用していき，拡販に繋げた

すび

従来円型加圧浮上装置の浮上速度7－10m/h を15＊い。

水処理本部 技術部第三技術室

56

神鋼環境ソリューション技報

Vol. 9 No. 2（2013 ／ 2）

ベトナム POMINA Steel 殿向け水処理設備
Water Treatment System for POMINA Steel稲葉正毅＊
Masaki Inaba

中川 茂＊
Shigeru Nakagawa

星住勝彦＊
Katsuhiko Hoshizumi

当社は，2012年６月にベトナム POMINA Steel 殿電炉連鋳新工場向けに水処理設備を納入した。
本案件は，当社の国内での経験と実績に基づき，ベトナム国内の製缶ベンダーや工事ベンダーを活用して設計・建設・試運転を実施した当社のベトナムにおける初めてのフルターンキー案件である。本水処理設備は，MS Indirect Cooling Water System，Closed Loop Cooling Water System，MSDirect Cooling Water System から構成されている。2012年３月より本格稼働し，現在，客先の要求性能を満足して順調に稼働しており，本稿にて紹介する。
Water Treatment System was delivered to the steel making plant invested by POMINA Steel in Vietnam
in June 2012. This project was executed the design, manufacturing, and construction with Vietnamese
manufacturer and sub-constructor based on our experience and know-how in Japan. This plant consists of
MS Indirect Cooling Water System, Closed Loop Cooling Water System, and MS Direct Cooling Water
System. The plant that met all customer’s performance requirements has been successfully operated fromMarch 2012. We would like to introduce you to this high-performance Water Treatment System as follows.

Key Words：
製
ベ

ト

ナ

鋼

Steel making plantム

Vietnam【セールスポイント】
当社で初めてのベトナム電炉メーカー向け水処理設備。
土木工事を含むベトナムでの新設工場向けフルターンキー案件。
ベトナム製缶ベンダーの採用。

まえがき

取鍋製錬にて溶鋼中の不純物の除去および成分調整

POMINA Steel 殿は，ベトナム国内で最大手の鉄され，連続鋳造機にてビレットを製造している。

鋼メーカーで，すでに製鋼・圧延など３か所の鉄鋼

当社は2010年８月からその水処理設備の設計・建生産工場を有している。今回，POMINA Steel 殿は設を開始し，試運転を経て2012年３月より工場の生生産量増大を図るため，４か所目の新工場を Phu

産開始に合わせて水処理設備の稼働を開始した。

My 工業団地内に新設した。POMINA Steel 殿新工
場は，主に電炉，取鍋製錬，連続鋳造機から構成さ

1.

設備の建設工程

水処理設備の建設は，2010年10月より杭打ち工

れており，生産能力は100万トン／年の予定である。

事・土木工事を開始し，土木工事が完成すると順次本工場では，電炉にて鉄スクラップを溶解したのち，機械設備工事，電気設備工事を行い，2011年12月よVol. 9 No. 2（2013 ／ 2）

神鋼環境ソリューション技報

57

写真１

水処理設備全景（前方設備）

06,QGLUHFWFRROLQJZDWHUV\VWHP/)'XVWFROOHFWRU&RPSUHVVRU+9$&($)&RROLQJWRZHU
3XPS×
06,QGLUHFWFRROLQJZDWHUWDQN

6LGHILOWHU

図１

PK
3XPS×

3XPS×PK

MS Indirect Cooling Water System

り試運転を開始した。2012年１月より工場への送水

2. 2 MS Indirect Cooling Water System（4 820 m3/h）を開始し，2012年３月から電炉の稼働開始と合わせ

図１にこのシステムのフローを示す。本システムて水処理設備も連続運転を開始し，客先運転員へのは，電炉（EAF）や集塵機（Dust collector），コン

教育および引渡しを経て現在まで順調に操業を継続

プレッサーの冷却に使用する間接水系統で，冷却水している。写真１に水処理設備の全景を示す。

はポンプで製鋼工場に送水され，電炉等の各種機器

2.

2. 1

処理プロセスを間接冷却して温度が上昇して水処理設備に戻ってシステムの構成

くる。このリターン水は，冷却塔にて冷却され冷却本水処理設備は，主に MS Indirect Cooling Water

水として再利用される。また，大気中のダストが冷

System，Closed Loop Cooling Water System，および却塔を通じて循環水中に混入し SS 濃度が上昇する

MS Direct Cooling Water System か ら 構 成 さ れ る。

ため，Side Filter にて循環水を部分ろ過している。

それぞれのシステムの説明を以下に示す。
58

神鋼環境ソリューション技報

Vol. 9 No. 2（2013 ／ 2）

2. 3 Closed Loop Cooling Water System（1 085 m3/h）

スケールピットで沈殿除去された粒子の大きいス

図２にこのシステムのフローを示す。本システム

ケールは，モノレールクレーンに取付けられたクラは，電炉のトランスフォーマーと連続鋳造機（CCM）

ムシェルバケットにて系外に排出される。一方，沈のモールドの冷却に使用する間接水系統で，要求水殿池にて沈殿除去されたスケールは，汚泥ポンプで質に従い循環水には軟水を使用している。製鋼工場

引抜き，Thickener にて重力濃縮した後，フィルタで温度が上昇した循環水は，プレート式熱交換器でープレス脱水機にて処理・除去される。

冷却され，冷却水として循環利用される。また，熱3.

交換器の二次冷却水は，冷却塔にて冷却して循環利用している。

主要水処理設備

次に，主要水処理設備の仕様，構造等について説明する。

軟水は，Softener で工水の硬度を除去して生産し
ている。

3. 1

ろ過器

本水処理設備には，５基の Sand ﬁlter と１基のMS Direct Cooling Water System（765 m3/h）

Side ﬁlter の計６基の圧力式高速ろ過器（寸法：3 200

図３にこのシステムのフローを示す。本システム

mmφ ×2 400 mmSH）が設置されている。ろ層はア

2. 4は，連続鋳造プロセスの冷却に使用する直接水系統
で，冷却水は製鋼材や製鋼機に直接かけられるた

ンスラサイトとろ砂の二層で構成されている。
Sand Filter は，処理量が200 m3/h で，直接系冷却

め，スケールによる濁質や油分とともに水温が上昇

水を全量ろ過しており，水中の SS を10 mg/L 以下

して戻ってくる。スケールを含んだ循環水は，まずに除去する。一方，Side Filter は，処理量が160 m3/

はスケールピットにて粒子の大きなスケールを沈殿

h で，間接系冷却水を部分ろ過しており，水中のさせ，次に沈殿池にて細かい粒子のスケールを沈殿

SS を２mg/L 以下に除去する。ろ層に捕捉されたさせる。その後，サンドフィルターにてさらに細か

SS は，逆洗によってろ層中から取除かれ，逆洗排い粒子の不純物を除去した後，冷却塔にて冷却して水槽に排水する。逆洗排水は，凝集剤を混和して粒循環再利用している。

子を大きくしてから Thickener で沈殿池の排泥とと&ORVHGORRSFRROLQJZDWHUV\VWHP&&00RXOG($)7UDQV&RROLQJWRZHU+HDW([FKDQJHU,QGLUHFWFRROLQJZDWHUWDQNIRUPK+;FRXQWHUFRROLQJ

図２

,QGLUHFWFRROLQJZDWHUWDQNIRU P K($)7UDQV 0RXOG
PK

Closed Loop Cooling Water System'LUHFWFRROLQJZDWHUV\VWHP&&0VSUD\
6FDOHSLW

6DQG)LOWHU

6HGLPHQWDWLRQWDQN&&0PDFKLQH&RROLQJ7RZHU%DFNZDVK%:ZDWHUVWRUDJHWDQN%RRVWHU3XPS'LUHFWFRROLQJZDWHUWDQN

PK

PK

7KLFNHQHU
6OXGJHVWRUDJHWDQN'HK\GUDWRU
6OXGJHKROGLQJ

図３Vol. 9 No. 2（2013 ／ 2）

MS Direct Cooling Water System

神鋼環境ソリューション技報

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写真２

ろ過器

写真４

写真３

電炉用高架水槽MS Indirect Cooling Tower

もに濃縮し，脱水機にて脱水処理する。
これらのろ過器は，本社での設計のもと，ベトナ

写真５

ムの製缶ベンダーを用いて製作した。写真２にろ過連続鋳造機用高架水槽

器の全景を示す。
3. 2

冷却塔３）MS Direct Cooling Tower
処 理 量：850 m3/h

本設備には計３種の冷却塔が設置されている。これらの冷却塔は当社製で，電動機は4P/6P のポール
チェンジタイプを採用し，リターン水の水温に応じてファンの回転数が切替わる制御をしている。また

温度条件：温水50 ℃―冷水35 ℃
写真３に MS Indirect Cooling Tower の外観を示す。
3. 3

非常用高架水槽

直接系にはスケールでの目詰まり防止のため，スプ

本水処理設備は，２か所の非常用高架水槽を有しラッシュ型充填材を採用している。それぞれの冷却ている。１つは，電炉用の高架水槽で，高さ45 m

塔の仕様を以下に示す。

の RC 製タワーである（写真４）。もう１つは，連１）MS Indirect Cooling Tower

続鋳造機用の高架水槽で，高さ40 m の工場屋根上処 理 量：4 740 m3/h，に35 m3のステンレス製タンク２基が設置されてい温度条件：温水49 ℃―冷水35 ℃る（写真５）。工場が停電になると，これらの水槽

２）HX Counter Cooling Tower
360から自動的にそれぞれの設備に冷却水が供給され，

処 理 量：1 085 m /h

非常用発電機が起動するまでの間の主機冷却に用い温度条件：温水42 ℃―冷水32 ℃られる。
神鋼環境ソリューション技報

Vol. 9 No. 2（2013 ／ 2）

3. 4

SCADA システムえる。

水処理設備は，水処理設備内電気室に設置された

本件は，当社としてベトナム国内で初めてフルタ

SCADA システムにて運転操作およびモニタリング

ーンキー案件として納入した設備であるが，今後もしている。SCADA システムは，連続鋳造機の電気

当社の経験と技術を活かした水処理技術で，ベトナ

室内にも設置しており，非常時等の運転に備えていムのみならず東南アジアの環境保全および水処理技る。

術の向上に貢献することができると考える。

む

す

び

最後に，計画段階から実負荷運転までの長期にわ

今回 POMINA Steel 殿が新設した電炉・連鋳工場

た り， 多 大 な 御 指 導 お よ び 御 協 力 を 頂 い たは，日本国内における同種工場と比較しても大型の

KOBELCO Eco-Solutions Vietnam スタッフ一同にこ設備であり，当社の経験と実績が結集した設備といの紙面を借りて深く御礼申し上げます。

＊

水処理事業部 海外水処理部

Vol. 9 No. 2（2013 ／ 2）

神鋼環境ソリューション技報61

T o P i c s「KOBELCO ECO-SOLUTIONS VIETNAM」
ベトナムでは製鉄所，発電所の新規建設，工業団地の整備が数多く計画されており，当社は，これらに伴う水処理設備の建設に対応すべく2009年４月にベトナム事務所を開設，2010年11月に同事務所を現地法人化
し，KOBELCO ECO-SOLUTIONS VIETNAM（以下 KESV）を設立しました。
会 社 名：KOBELCO ECO-SOLUTIONS VIETNAM CO., LTD.
会

長：岡部裕志（兼株式会社神鋼環境ソリューション

取締役専務執行役員
社長：杉本

海外プロジェクトセンター長）

浩

従業員数：42名うち日本人６名（2012年10月末現在）
資 本 金：84 250 000 000ベトナムドン
主な事業内容：①水処理施設，廃棄物処理施設の製造・販売②納入施設の運転維持管理

Pomina Steel③工業団地運営事業④ PPP 水処理事業等の運営
2011年12月には，ベトナムにおける溶融亜鉛メッキ鋼板，鋼管の有力メーカー MARUICHISUNSTEEL より亜鉛メッキおよびカラー鋼板設

備の排水処理設備を現地法人として初受注しました。その後，LOTTE
VIETNAM より嫌気性処理設備増設工事を，YKK VIETNAM 社より用水・排水処理設備を受注し，順調に実績を増やしております。今後ベトナム進出を検討している日系企業に対しては以下のサービス体制を整えベトナム

MARUICHI SUNSTEELへの進出をサポートいたします。
①

プラントの許認可
プラント建設時の建設許可や環境申請の助勢②

水処理設備工事
日本での豊富な経験とノウハウを活かすとともに現地の状況とニーズに沿った設備を提案・設計・調達・施工③

アフターサービス
納入後の運転管理，薬品・部品の供給，設備点検，包括維持管理契約など

展示会写真

KESV は，上記の産業排水処理設備のみならず，工業団地の用排水処理設備建設および運営事業，水イ
ンフラ整備，PPP 案件への取組みを進めており，今後 KESV を核に VIETNAM の発展に係る環境課題を
SOLUTION する総合環境エンジニアリングサービス企業として，ベトナムの健全な工業化と環境保全に貢献していきます。

事務所写真62

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http://www.kobelco-eco.co.jp

施設・技術紹介

日系の日系による日系のためのロンドウック工業団地

ベトナムは，その旺盛な需要と豊富な労働力を背景とした著しい経済成長，また親日的な国民性に，多くの日本企業から注目を集めています。この機を捉えて積極的なベトナム展開を進めている当社ですが，さらに同国における新たな試みとして，双日㈱殿および大和ハウス工業㈱殿とともに，ロンドウック工業団地の建設運営事業に参画しています。
本工業団地の特色は，日本企業による日本企業のための日本品質の工業団地であるという点にあります。
ホーチミン市の中心部から約40 km 東という製造拠点・物流拠点として最適な利便性の高い立地に加え，日本人目線で計画・運営がされております。電気・用水・排水設備，物流システムや通信などのインフラ整備はもちろん，工場の立上げから操業中までの丁寧なサポート体制を敷き，入居企業が生産に専念できる環境を提供します。このような点が評価され，すでに分譲予定地の約３分の１が成約済みです。
当社の役割としては，ベトナム現地法人（水処理部門）を中心に，環境基準を遵守した総合排水処理ならびに維持管理を担当します。これと併せて，入居企業各社にトータルベストソリューションを提案して参ります。そして，ベトナムの健全な工業化・経済成長，および環境保全に貢献していきます。
当社は，本工業団地内に敷地面積10 000 m2，建屋面積3 000 m2のグラスライニング製造工場（ロンドウッ
ク工場）の建設を現在進めています。国内トップシェアを持つ当社は，日本のグラスライニング機器メーカ
ーとしては初めて海外製造拠点を構えることとなります。2013年秋に操業開始（予定）し，当初は日本国内向けの製品を製造しますが，順次東南アジア市場向けに製造・販売を展開して参ります。「日本品質をベト
ナムから」を合言葉に，日本の，そして東南アジアの医薬品，ファインケミカル，電子材料分野の発展に貢献していきます。

場

所：ドンナイ省ロンタン地区

総開発面積：270 ha（81万坪）
販 売 面 積：200 ha（61万坪）
予

Vol. 9 No. 2（2013 ／ 2）

定：2013年秋以降順次

神鋼環境ソリューション技報63http://www.kobelco-eco.co.jp

クリーンドライヤ「N-CDB」

コニカルドライヤは，当社グラスライニング製粉体乾燥機の主力製品として数多くの実績があり，とくに医薬・ファインケミカル分野において多品種生産，コンタミレスの要求から「洗浄と洗浄確認が容易にできる機器」として採用されています。
コニカルドライヤは，缶内を真空状態にするための金属製の吸引管（固定式または供回式）を有します
が，この吸引管に対して以下のような改善ニーズがあります。
①

金属イオンの混入を抑制したい。

②

吸引管の洗浄性を向上したい。

③

フィルタ交換作業を簡単に行いたい。

④

摺動部からの異物混入を無くしたい。（吸引管固定式の場合）⑤

仕込量を増やしたい。（吸引管供回式の場合）

これらの改善ニーズに応えるため，N-CDB は，従来の吸引管を缶内からなくし，マンホール（ハンドホール）部にフィルタを設けて真空吸引口としました。
これにより，製品が直接金属に接触しない構造となり，完全ノンメタリック化を実現します。
また，アクセスしやすいマンホール部にフィルタを設けたことで，今までのフィルタ交換時の缶内作業が不要となり作業性，安全性が向上しています。
吸引管が缶内に無いことで，摺動部からの摩耗粉混入の心配も無くなり，またフィルタ位置による粉面を考慮する必要もありませんので，仕込量の問題も解消されます。
従来型のコニカルドライヤ，片持支持構造の C-CDB に加えて，N-CDB をラインナップし，近年の乾燥機の高度化する多様な仕様に対応しています。

フィルタ

クリーンドライヤ「N-CDB」
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