第 46 回 優秀環境装置

2020 年 7 月

主催

一般社団法人 日本産業機械工業会

後

援

経

済

産

業

省

序

本書は経済産業省の後援のもと、一般社団法人日本産業機械工業会が実施した 2019 年度｢第 46 回優秀環境装置の表彰事業｣において受賞した優秀な環境装置の概要をまとめたものである。
本事業は優秀な環境装置・システムを表彰し公表することで、環境保全技術
及び装置の研究・開発を一段と促し、これを普及させることにより、地球環境の保全に資することを目的としている。
昨年 12 月に発生した新型コロナウイルスは、パンデミックを引き起こし、いまだ終息の見通しが立たない状況にある。感染拡大は、生命と暮らしに大きな打撃を与え、広範囲に影響を及ぼす経済危機を引き起こし、様々な社会の不備も浮き彫りにした。
今回のパンデミックは、いつ顕在化するか分からないリスクに対し、常に監視・対応し続けることの重要性を我々に示している。これは地球温暖化などの環境リスクも同様と考える。
この災厄は我々に甚大な被害をもたらしたが、我々が経済を再起動させる中で、労働慣行や社会生活、消費に対する意識の変化は、低炭素で持続可能な未来を実現するためのイノベーションを喚起する、絶好のチャンスであるとも言える。
温室効果ガス排出削減や持続可能な社会を実現するための環境対策には、新たな技術革新が必須であり、ウィズコロナの社会において環境装置の果たす役
割は非常に重要なものである。継続して革新的な技術開発が求められていることを改めて認識するものである。
本事業の実施にあたり格別のご支援を賜りました経済産業省、環境省、中小企業庁、優秀環境装置審査委員会委員、優秀環境装置審査ＷＧ委員、並びに関係各位に厚く御礼を申し上げる次第であります。
2020 年 7 月
一般社団法人 日本産業機械工業会
会

長

斎 藤

保

第 46 回優秀環境装置

－

目

次

－

・第 46 回優秀環境装置審査報告 ·············································· 1
・第 46 回優秀環境装置審査委員会名簿 ········································ 2・表彰装置及び応募数・受賞数 ··············································· 3・経済産業大臣賞「下水道の新たな高度処理装置（嫌気・同時硝化脱窒処理）」 ················· 5・経済産業省産業技術環境局長賞「AI・データ分析技術を導入した全自動一般廃棄物焼却装置」 ················ 21
・中小企業庁長官賞「窒素（アンモニア）排水処理装置」 ····································· 27
・日本産業機械工業会会長賞（応募申請書受付順）「パルスジェット型汎用集塵装置（JX シリーズ）」 ·························· 31「濁水処理コスト 1/10 を実現した革新的膜処理装置（ECO クリーン）」 ········ 39「ホットナイフ分離法による太陽光パネルの自動解体ライン」 ················ 59「大型浄化槽（KTZ 型）」 ················································· 67「縮流吸音型騒音防止装置（リニアサイレンサーⓇ）」 ······················· 77

一般社団法人日本産業機械工業会のウェブサイトでは、カラーにて受賞装置の概要をご覧いただけます。
https://www.jsim.or.jp/commendation/

第 46 回 優秀環境装置審査報告

優秀環境装置審査委員会
委員長

指宿

堯嗣

優秀環境装置の表彰事業は一般社団法人日本産業機械工業会が経済産業省のご後援のもとに 1974 年度から実施しているもので、優秀な環境装置やシステ
ムを表彰することにより、「持続可能な社会の形成」を実現するための環境保全技術の研究・開発及び優秀な環境装置の普及を促進し、我が国環境装置産業の振興を図ることを目的としている。
本年度の表彰事業は、2019 年 9 月 9 日から 2019 年 10 月 18 日までの約１ヶ月にわたって公募した。
その結果、全国から大気汚染防止装置〔1 件〕、水質汚濁防止装置〔6 件〕、廃棄物処理装置〔2 件〕、騒音・振動防止装置〔1 件〕、土壌・地下水汚染修復装置〔1 件〕、再資源化装置〔3 件〕、その他の環境負荷低減に資する装置〔2 件〕の応募があった。複数の分野にわたる応募もあったことから、件数としては、合計 14 件であった。審査は、優秀環境装置表彰実施要綱及び優秀環境装置審査要綱の規定に基づいて次のような手順で慎重かつ厳正に行った。
まず、優秀環境装置審査ＷＧにおいて、応募のあった環境装置に関し、その独創性、性能、経済性及び将来性の各指標について一次評価を行った上で、実地調査を行い、評価報告を取りまとめた。
次いで、優秀環境装置審査委員会において、審査ＷＧから上程のあった評価
報告を総合的に勘案し審査を行い、第 46 回優秀環境装置の経済産業大臣賞 1
件、経済産業省産業技術環境局長賞 1 件、中小企業庁長官賞 1 件、日本産業機械工業会会長賞 5 件を選定した。
以上の受賞各装置は、いずれも地球環境の保全に極めて有効な環境装置として高く評価されたものであり、今後の普及を期待するとともに開発にあたられた各社のご努力に心から敬意を表したい。

―1―

第 46 回 優秀環境装置審査委員会名簿
審査委員会
（委員長）
指宿

堯嗣

一般社団法人産業環境管理協会

技術顧問（元、独立行政法人産業技術総合研究所（委

環境管理研究部門長）

員）

髙田

修三

経済産業省

製造産業局長

飯田

祐二

経済産業省

産業技術環境局長

前田

泰宏

経済産業省

中小企業庁長官

上田

康治

環境省

小林

憲明

一般財団法人日本品質保証機構

久貝

卓

釡

和明

一般財団法人機械振興協会

大宮英明

一般社団法人日本機械工業連合会

会長

黒岩

進

一般社団法人産業環境管理協会

専務理事

大臣官房審議官

日本商工会議所

理事長

常務理事
会長

大和田秀二

早稲田大学

理工学術院

創造理工学部

環境資源工学科

内山一美

東京都立大学

大学院

都市環境科学研究科

斎藤

保

一般社団法人日本産業機械工業会

会長

田中

信介

一般社団法人日本産業機械工業会

専務理事

教授

教授

審査ＷＧ
（主

査）

竹内
（委

浩士

一般社団法人産業環境管理協会

執行理事

環境管理部門長

員）

田中

幹也

国立研究開発法人産業技術総合研究所

つくば西事業所

辰巳

憲司

国立研究開発法人産業技術総合研究所

環境創生研究部門

加茂徹

国立研究開発法人産業技術総合研究所

環境創生研究部門

資源価値創生研究グループ
林直人

国立研究開発法人産業技術総合研究所

環境創生研究部門

主任研究員

遠藤小太郎

一般社団法人産業環境管理協会

栗山一郎

一般財団法人日本環境衛生センター

技術顧問

藤本

裕之

公益財団法人日本下水道新技術機構

資源循環研究部

庄野勝彦

人材育成・出版センター

国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構
IoT 技術推進部

客員研究員

招聘研究員

資源価値創生研究グループ

三代川洋一郎

事業所長

主任研究員

一般社団法人日本産業機械工業会

―2―

常務理事

所長

副部長

第 46 回 優秀環境装置
表彰装置及び応募数・受賞数＜経済産業大臣賞＞「下水道の新たな高度処理装置（嫌気・同時硝化脱窒処理）」

東京都下水道局
東京都下水道サービス㈱メタウォーター㈱＜経済産業省産業技術環境局長賞＞「AI・データ分析技術を導入した全自動一般廃棄物焼却装置」

ＪＦＥエンジニアリング㈱＜中小企業庁長官賞＞「窒素（アンモニア）排水処理装置」＜日本産業機械工業会会長賞＞㈱オーイーエス（応募申請書受付順）「パルスジェット型汎用集塵装置（JX シリーズ）」

新東工業㈱「濁水処理コスト 1/10 を実現した革新的膜処理装置（ECO クリーン）」 ㈱流機エンジニアリング「ホットナイフ分離法による太陽光パネルの自動解体ライン」㈱エヌ・ピー・シー「大型浄化槽（KTZ 型）」㈱クボタ「縮流吸音型騒音防止装置（リニアサイレンサーⓇ）」㈱ササクラ

応募数と受賞数
分

応募件数

受賞件数

大気汚染防止装置

11

水質汚濁防止装置

64

廃棄物処理装置2

1

騒音・振動防止装置

1

1

土壌・地下水汚染修復装置

1

0

再資源化装置31

その他環境負荷低減に資する装置

2

合

野

計

14

0
※

※複数の分野にわたる応募申請が含まれるため合計値は合いません。

―3―8

第 46 回
優秀環境装置

経済産業大臣賞

１．装置の詳細説明
本装置は、下水処理水の放流先が閉鎖性水域など水質基準の厳しい場合に、富栄養化の原因となる窒素、リンを除去する高度処理を目的とした装置である。
下水処理分野では、放流先である閉鎖性水域の環境改善を目的として、汚水中の BOD 除去に加えて、富栄養化の原因となる窒素、リンを除去する下水放流水の高度処理化が求められており、国が主導する流域別下水道整備総合計画に基づき、多くの下水処理場では嫌気無酸素好気法（以下、A2O 法と記載）の整備計画が策定されている。しかし、高度処理化には膨大な建設コストが掛かり、
さらには処理のための電気使用量が増加するといった課題もあることから、
2013（平成 25）年時点での高度処理実施率は 41％1）に留まっている。このような背景から、従来型の高度処理技術に代わる、新たな省エネルギー型高度処理技術の必要性が高まっている。
以下に紹介する新たな高度処理技術＜嫌気・同時硝化脱窒処理＞ （以下、本装置と呼ぶ）は、
従来の高度処理法である A2O 法と比較して電力使用量が少なく処理能力が高いため、水質改善と省エネルギーの両立を図ることができるとともに、既存施設の軽微な改造により低コストで早期に導入することが可能な深槽反応タンク用の革新的な下水高度処理装置である。
（１）本装置の構成
本装置の構成を図 1 に示す。本装置は、主に以下の 4 つで構成される。
１）

深槽反応タンク設備２）

水質センサー（硝酸等を測定する NOx 計、アンモニアを測定する NH4 計）

３）

風量演算装置４）

送風設備（ブロワ、送風管、風量調節弁）―5―

図 1 本装置の構成（２）処理の原理
汚水処理では水中の汚濁物質を様々な手法により除去するが、下水処理においては活性汚泥と呼ばれる微生物の集合体を利用する方法（以下、活性汚泥法）が一般的であり、高度処理では BOD のほかに、閉鎖性水域の富栄養化原因となる窒素、リンが除去対象となる。
図 2 に従来の高度処理方式である A2O 法の反応タンクとイメージを示す。リンについては、
反応タンク前段に嫌気槽を設け、嫌気好気活性汚泥法と同様の原理で生物学的リン除去を行う。
窒素については、概ね以下の二種類の生物反応によって除去されるが、通常はタンク内に設置される隔壁などによって空間を分割し、それぞれの反応を個別に進行させる。
１）

反応タンクと呼ばれる容器内に保持された活性汚泥に対して空気（酸素）を供給し、溶存酸素（以下、DO）の多い環境下でアンモニアを酸化（硝化）する。
２）

アンモニアの酸化によって生じる硝酸などの窒素化合物は、空気の供給が無く、DO の少ない環境下において還元（脱窒）され、窒素ガスとなり大気中に放出される。
一方、本装置の適用対象である水深 10m 程度の深槽反応タンクでは、エアレーション装置から出た気泡によって旋回流を作り出し活性汚泥と下水に空気（酸素）を供給することで混合して汚水を処理する。我々は、その旋回流内で硝化反応や有機物の分解などによって酸素が消費されることで、旋回方向に DO の濃度差が生じることを突き止め、深槽反応タンク内に設置される隔壁などで空間を分割することなく、適切な空気量の調整のみにより硝化と脱窒を効率よく進行させる手法を検討した。図 3 に旋回流中での DO 濃度差発生のイメージを示す。
具体的には、2 つの水質センサーを活用し、以下の 4 つの観点から、好気的処理に必要な最低量の空気を供給する風量制御を行う。
① 低 DO 濃度領域で脱窒可能な量の硝酸を、好気領域（硝化ゾーン）において生成させる② エアレーション装置の下部や反応タンク下部に脱窒可能な低 DO 濃度領域（脱窒ゾーン）を形成する③ 硝化を常に完了させ硝化細菌の活性と菌数を維持できるようにする④ 脱窒に必要な水素供与体である有機基質を反応タンクの流下方向に可能な限り残存させ、―6―

好気タンク（以下、同時硝化脱窒タンクという）内でより多くの脱窒が起きるようにす
る
このように硝化と脱窒にそれぞれ適した DO 濃度領域をバランス良く形成することは、従来のような反応タンク全体の送風量を一括制御する方法では困難である。
そこで本装置では、硝化反応と脱窒反応を同時に発生させるため、同時硝化脱窒タンクを前半と後半に分けて、2 つの水質センサーにより個別に送風量を制御している。図 4 に本装置の反応タンクの構成と制御のイメージを示す。
具体的には、有機物濃度が高く脱窒が起こりやすい同時硝化脱窒タンク前半を NOx 計により脱窒可能な NOx 量を確保するように送風量を制御（①、②）し、後半はアンモニア計により硝化を確実に完了させつつ硝化に必要な最低の風量に制御（③、④）をしている。このようにして深槽反応タンクにおける同時硝化脱窒タンク内で硝化反応と脱窒反応を行うことで、A2O 法
では脱窒のために必要であった無酸素タンクを設置することなく、窒素除去を行うことを可能とした。
また、本装置は A2O 法で用いる硝化液循環ポンプや、無酸素タンク用撹拌機の設置も不要であるため、A2O 法に比べて大幅に消費電力を低減することが可能である。
硝化液循環ポンプ
P
反応タンク
流入水

嫌気
タンク

好気タンク
（硝化）

無酸素タンク（脱窒）

DO 計
最終沈殿池へ

送風機

エアレーション装置

図 2 従来技術_嫌気無酸素好気法（A2O 法）の反応タンク構成と制御のイメージ

NOX 計
アンモニア計

風量制御

エアレーション装置

硝化
ゾーン

酸素が供給されNOx が増加

脱窒
ゾーン
低 DO 濃度でNOx が減少

酸素の供給が絶たれ
DO 濃度が低下

図 3 旋回流中での DO 濃度差発生のイメージ―7―

ｱﾝﾓﾆｱ計
同時硝化脱窒タンク

図 4 新たな高度処理装置の反応タンクの構成と制御のイメージ（３）反応タンクの構造
本装置は、深槽式の同時硝化脱窒タンクを前半と後半に分けて送風量を制御することから、既存の標準活性汚泥法施設を改造して導入する場合は、以下の軽微な改造で済む。
・反応タンク内にリン除去に必要な嫌気タンクを確保するための仕切り壁を設置
・同時硝化脱窒タンクを前半と後半に分ける仕切り壁を設置（４）水質センサー
本装置では二種類の水質センサーを以下の用途で用いる。
① NOx 計同時硝化脱窒タンク前半の出口付近に設置し、硝化と脱窒のバランスを維持するように送風量を制御するために用いる。
② アンモニア計
同時硝化脱窒タンク後半の出口よりも少し上流に設置し、硝化を確実に完了させるとともに硝化に必要な最低の送風量に維持することで脱窒を促すために用いる。
（５）風量演算装置（新たな送風量制御手法）
本装置は、送風量の制御に従来の DO 計ではなく NOx 計とアンモニア計を用いている。これら 制 御 指 標 は 単 位 送 風 量 あ た り の 応 答 性 が 全 く 異 な る た め 、 制 御 手 法 は 従 来 の PID（Proportional‐Integral‐Derivative）制御ではなく、将来の状態予測が可能なモデル予測制御を用いる。

２．開発経緯（１）開発経緯
１）開発の趣旨
我が国では、下水道施設において使用される電力が国内全体の使用量の約 1%と莫大な量となっている。地球温暖化防止の観点からも下水処理場での省エネルギー対策は重要である。このため、従来型高度処理技術である A2O 法に比べてイニシャル、ランニング双方のコストを低減可能な高度処理技術を開発する。

―8―

２）背景
図5に全体計画で高度処理を位置付けている処理場の現状を示す。国土交通省が、2013（平成25） 年1 月から11 月にかけて3 回にわたって実施した高度処理に係る全国アンケート調査によると、全体計画で高度処理を位置付けている処理場は、全国の処理場数2,208 箇所（4,192
系列）のうち、約27％にあたる593 箇所（1,645 系列）であった。全体計画で高度処理を位置付けている処理場のうち、約44%の施設では高度処理が導入されていたが、事業計画で位置付けているものの高度処理を導入していない施設が約11%、事業計画に位置付けていない施設が約22%と、必要性が高いにも関わらず取り組みに至っていない施設が多い。その理由として、耐用年数や費用等の問題から全面的な増改築が当面見込めない処理場が多数あることが挙げられる。

図 5 全体計画で高度処理を位置付けている処理場の現状 1)３）開発の目標
A2O 法と比較して電力使用量が少なく、かつ処理能力も高く、水質改善と省エネルギーを両立させるとともに、既存施設の軽微な改造により低コストで早期に導入することが可能な装置を開発する。
４）開発の経緯2011 年 11 月～2013 年 9 月

簡易提供型共同研究を実施
件名：アンモニア計と硝酸計を組み合わせた曝気空気量の制御技術の開発
開発場所：芝浦水再生センター 本系深槽西系
共同研究先：東京都下水道局、東京都下水道サービス株式会社、メタウォーター株式会社

2013 年 11 月

東京都下水道局技術管理委員会で新たな高度処理法としての要件を満たしていることから、実用化すべき技術とし
て承認

―9―

2014 年 3 月

プレス発表『水質改善と省エネルギーの両立を図る「新たな高度処理技術」を開発しました～東京下水道の新技術～』

2015 年 4 月

第 1 号機納入

2016 年 2 月「東京都下水道局経営計画 2016」に本技術による高度処理の拡大を提示（２）共同開発
本装置は、東京都下水道局、東京都下水道サービス株式会社、メタウォーター株式会社が共同で開発を行った。それぞれが担当した開発の内容は、次のとおりである。
・東京都下水道局：
実施設の運転手法の研究と改善、効率的な実運転の確立と実施、基礎原理の確立、設計手法開発と標準化
・東京都下水道サービス株式会社：
研究計画の立案、調査研究の主導、システム評価
・メタウォーター株式会社：
研究計画の立案、研究調査の実施、設備の建設、設計手法開発と標準化

３．独創性（１）旋回流を活用した処理機構の発見
活性汚泥の混合と効率的な酸素供給の手段として、深槽反応タンクで用いられる旋回流に着目し、生物反応による旋回方向の DO 挙動を詳細に調査した結果、反応タンク断面方向に生じる
DO 勾配を利用することで、旋回流に沿って硝化反応と脱窒反応を連続的に生じさせることができることを初めて発見した。
（２）新たな制御指標の採用
人々の活動によって生じた汚水は下水管によって集められ下水処理場に流入する。
このため、下水の量と質は時間とともに大きく変化し、処理に必要な空気の量も変動する。従来の下水処理では、反応タンク内における窒素の処理状況の変化を DO 計などによって間接的に把握し、送風量を調整する手法が一般的である。送風量を徐々に増加させるような状況を想定したとき、送風を開始してしばらくは硝化反応に必要な酸素が速やかに消費されるため、酸素は残留せず
DO は検出されない。一方で、硝化が進行しない、つまり汚水中のアンモニアが全て酸化された
状態では余剰な酸素が生じ、DO として検出されることになる。処理の安定性の観点から、DO の設定値を 1～2mg/L 程度に設定し、硝化が確実に進行するように維持する運転が一般的である
が、これは、硝化反応に必要な酸素よりも常に多くの酸素を供給することを意味し、エネルギ
ーの無駄につながる。
一方、本装置では、処理対象となるアンモニアや硝酸といった物質を直接的かつリアルタイ
ムに測定するため、処理状況に応じて常に必要最低限の空気供給を行うことができ、従来に比べて大幅なエネルギーの削減を実現した。
さらには、過剰な空気供給を防止することが、反応タンク内において脱窒反応に適した低 DO―10―

領域をより多く確保することにつながるため、結果として窒素除去効率の向上にも寄与する。
（３）独自の風量制御手法
従来の送風量制御では、管理指標に DO 計を用いており、フィードバック制御の 1 つである
PID 制御が用いられることが多く、本装置の制御も当初 PID 制御を検討し NOx やアンモニア（図中では NH4-N）の制御を試みたが、図 6 に示すように風量が大きく上下し、また、風量と NH4-N
濃度の変化に時間のズレが生じた。この現象は、P、I、D それぞれの係数を調整しても解消できなかった。
その理由は、NOx 計やアンモニア計で硝酸濃度やアンモニア濃度を計測し窒素処理の状況を直接把握して送風量を制御しようとするとき、これらの濃度変化は、微生物による硝化や脱窒といった代謝過程を経て現れるため、送風量を変化させてからその結果が現れるまでの時間（無
駄時間や一次遅れ時間）が、DO 濃度に変化が現れるまでの時間よりも長くなるためである。
そこで本装置では、プロセスの動的モデルに基づいて未来の挙動を予測し制御するモデル予測制御（Model Predictive Control）を送風量制御に用いて NOx 設定値や NH4-N 設定値に対する送風量の追従性と安定性を実現することに成功した。2）3）図 7 はモデル予測制御時の NH4-N と送風量の時間変動であり、アンモニア設定値に対する実測値と送風量の変化は、図 6 の PID 制
御の結果に比べて極めて安定していることが分かる。
モデル予測制御は未来挙動を予測するフィードフォワード機能をベースに、予測と実測の差異を補正するフィードバック機能を兼ね備えた制御技術である。なお、予測と実測の差異の補
正は、12 時間前までに蓄積したデータを参照しながら、類似する状況を再現するように行うが、類似する状況がない場合は、フィードバック機能にて補正を行う。

図 6 PID 制御時の NH4-N 濃度と送風量の時間変動（2012.11.7～8）

図 7 モデル予測制御時の NH4-N と送風量の時間変動（2012.11.4～5）―11―

（４）固定概念を覆す新たな高度処理技術
窒素除去を行う上では硝化反応と脱窒反応を効率よく進めることが重要である。しかしながら、二つの反応は異なる DO 環境を必要とするため、壁を設置して物理的に仕切るか、または時間的に DO の多少を切り替えることにより、双方の反応効率を最大化させることが重要と考えられてきた。また、壁によって反応タンクを仕切る場合、脱窒に必要な有機物が多く存在する流入部付近で脱窒することが効率的なため、下流側で硝化した硝酸などをポンプによって移送（硝化液の循環）する必要が生じる。さらには、脱窒環境の維持と活性汚泥の混合のために、専用の撹拌機を設置するため、付帯機器が多数必要となり、建設コストや消費電力の増加、維持管理負担の増大につながる。
一方、本装置の開発過程においては、壁による仕切りが無い状態であっても硝化と脱窒を両立できる可能性を見出し、それを具現化する様々な手法を取り入れることで、従来の常識にとらわれない全く新しい処理技術を確立し、これまで高度処理の普及を妨げていた全ての課題を解決することが可能となった。

４．特許の有無
次のとおり、特許 3 件を取得済み。
特許番号：第 6022536 号/ 名称：排水の処理装置、排水の処理方法、および排水の処理システム、並びに制御装置、
制御方法、およびプログラム
特許番号：第 5878231 号/ 名称：排水の処理装置、排水の処理方法、および排水の処理システム、並びに制御装置、
制御方法、およびプログラム
特許番号：第 6022537 号/ 名称：排水の処理装置、排水の処理方法、および排水の処理システム、並びに制御装置、
制御方法、およびプログラム

５．性能（１）実施設における処理水質
高度処理に求められる主な水質基準として、水域の富栄養化の原因となる窒素とリンに加え、有機汚濁指標であるBODの3つが挙げられ、基準値は窒素（図中ではT-N）が20mg/L以下、
リン（図中ではT-P）が3mg/L以下、BODが15mg/L以下と定められている。そこで、稼働中の実施設（3センター）における流入水量の変動と処理水中の各指標について調査した結果を図8～11に示す。
放流水の窒素、リン、BODのいずれにおいても、年間を通じて常に基準値を満足しており、流入水量の変動に対しても安定的な高度処理が行われていることが分かる。

―12―

流入水量

流入水量（ｍ３/日/槽）

60,00050,00040,00030,00020,00010,000
0

4/1

6/1

流入水量

8/1

10/1

12/1

現有届出能力1/31

4/2

設計値の1/2水量（ア）A 水再生センター
流入水量

流入水量（ｍ３/日/槽）

60,00050,00040,00030,00020,00010,000
0

4/1

6/1

流入水量

8/1

10/1

12/1

現有届出能力1/31

4/2

設計値の1/2水量（イ）B 水再生センター
流入水量

流入水量（ｍ３/日/槽）

30,00020,00010,000

0

4/1

6/1

流入水量

8/1

10/1

12/1

現有届出能力1/31（ウ）C 水再生センター
図 8 流入水量推移

―13―

4/2

設計値の1/2水量

流入水BOD

300

25

放流水BOD（mg/L）

流入水BOD（mg/L）

250
200
150
100
50
0

放流水BOD

30

4/1

6/1

8/1

10/1

12/1

流入水BOD

1/31

20
15
10
5
0

4/2

4/1

6/1

8/1

設計水質

10/1

12/1

1/31

4/2

12/1

1/31

4/2

12/1

1/31

4/2

放流水BOD（ア）A 水再生センター
流入水BOD300

25

放流水BOD（mg/L）

流入水BOD（mg/L）

250
200
150
100
50
0

放流水BOD

30

20
15
10
5
0

4/1

6/1

8/1

10/1

12/1

流入水BOD

1/31

4/2

4/1

6/1

8/1

設計水質

10/1
放流水BOD（イ）B 水再生センター
流入水BOD300

25

放流水BOD（mg/L）

流入水BOD（mg/L）

250
200
150
100
50
0

放流水BOD

30

4/1

6/1

8/1

10/1

流入水BOD

12/1

1/31

20
15
10
5
0

4/2

4/1

設計水質

6/1

8/1
放流水BOD（ウ）C 水再生センター
図 9 反応タンク流入水と放流水の BOD

―14―

10/1

計画放流水質流入水T-N濃度5025

放流水T‐N（mg/L）

流入水T‐N（mg/L）

40
30
20
10
0

放流水T-N濃度

30

4/1

6/1

8/1

10/1

流入水T‐N

12/1

1/31

20
15
10
5
0

4/2

4/1

6/1

設計水質

8/1

10/1

放流水T‐N

12/1

1/31

4/2

1/31

4/2

1/31

4/2

計画放流水質（ア）A 水再生センター
流入水T-N濃度5025.0

放流水T‐N（mg/L）

流入水T‐N（mg/L）

40
30
20
10
0

放流水T-N濃度

30.0

20.0
15.0
10.0
5.0
0.0

4/1

6/1

8/1

10/1

流入水T‐N

12/1

1/31

4/2

4/1

6/1

設計水質

8/1

10/1

放流水T‐N

12/1
計画放流水質（イ）B 水再生センター
流入水T-N濃度5025

放流水T‐N（mg/L）

流入水T‐N（mg/L）

40
30
20
10
0

放流水T-N濃度

30

4/1

6/1

8/1
流入水T‐N

10/1

12/1

1/31

20
15
10
5
0

4/2

4/1

設計水質

6/1

8/1
放流水T‐N（ウ）C 水再生センター
図 10 反応タンク流入水と放流水の T-N 濃度

―15―

10/1

12/1
計画放流水質流入水T-P濃度

4.0

6.0
4.0
2.0
0.0

放流水T-P濃度

5.0

放流水T‐P（mg/L）

流入水T‐P（mg/L）

8.0

4/1

6/1

8/1

10/1

流入水T‐P

12/1

1/31

3.0
2.0
1.0
0.0

4/2

4/1

6/1

設計水質

8/1

10/1

放流水T‐P

12/1

1/31

4/2

1/31

4/2

1/31

4/2

計画放流水質（ア）A 水再生センター
流入水T-P濃度

4.0

6.0
4.0
2.0
0.0

放流水T-P濃度

5.0

放流水T‐P（mg/L）

流入水T‐P（mg/L）

8.0

3.0
2.0
1.0
0.0

4/1

6/1

8/1

10/1

流入水T‐P

12/1

1/31

4/2

4/1

6/1

設計水質

8/1

10/1

放流水T‐P

12/1
計画放流水質（イ）B 水再生センター
流入水T-P濃度

4.0

6.0
4.0
2.0
0.0

放流水T-P濃度

5.0

放流水T‐P（mg/L）

流入水T‐P（mg/L）

8.0

4/1

6/1

8/1
流入水T‐P

10/1

12/1

1/31

3.0
2.0
1.0
0.0

4/2

4/1

設計水質

6/1

8/1
放流水T‐P（ウ）C 水再生センター
図 11 反応タンク流入水と放流の水 T-P

―16―

10/1

12/1
計画放流水質（２）流下方向における窒素処理状況と DO 分布 4）
A 水再生センターにおいて休日に行った調査で得られた DO 濃度分布を図 12 に、無機態窒素の挙動を図 13 に示す。図 12 からエアレーション装置下部や反応タンク下部に低 DO 領域が形成されていること、図 13 から好気タンク前半では硝酸濃度が増加せずにアンモニア、亜硝酸、硝酸の無機態窒素の合計濃度が減少していること、また、後半でも無機態窒素の合計濃度が減
少し脱窒が生じていることが確認できる。ただし、反応タンク出口に近付くにつれて硝酸濃度が増加するとともに無機態窒素の濃度減少幅は小さくなり脱窒が弱まっている。これは、脱窒に必要な水素供与体となる有機基質の濃度の減少や酸素消費速度の低下により脱窒に必要な低DO 領域が減少したことによると考えている。

同時硝化脱窒タンク(前半)

同時硝化脱窒タンク(後半)

図 12 DO 濃度差の具体例

32※無機態窒素とは、アンモニア、亜硝酸、硝酸を指す

図 13 反応タンク内の無機態窒素※の挙動例

―17―

4

６．経済性
本装置と従来の高度処理法（A2O 法）を、経済性の観点から比較した結果を図 14 に示す。本装置は従来高度処理法に比べて、電力使用量を 2 割程度削減可能であり、さらに処理能力が高いことから、例えば高度処理化に伴って土木躯体の増設（新しい反応タンクの設置）などを検討している下水処理場において、躯体の増設を不要とし、建設コストを大幅に削減できる可能性もある。
また、既存施設の軽微な改造により早期に導入することが可能であるため、工事期間の短縮による改造コストの低減や、A2O 法で必要となる撹拌機や硝化液循環ポンプといった機器が不要であることから、点検・整備といった維持管理面での負担軽減にもつながり、人的負担の軽減が図れる。

電気代が約 2 割削減

滞留時間（処理に掛かる時間）が短くなることで反応タンクを小さくでき、土木工事費が削減できる

撹拌機や循環ポンプが不要になることで、機器設備費、メンテナンス費、
動力費（電気代）が削減できる

図 14 新たな高度処理技術と従来処理技術との比較 6)―18―

７．将来性
国内の下水道を取り巻く社会情勢や環境は、「経営の合理化」「老朽化」「水質改善」「省エネ化」等の様々な課題を抱えており、各自治体は、これらの課題を同時に複数解決可能な新しい技術を求めている。
特に、高度処理化が義務付けられている下水処理場では、本装置を導入することによって早期に実現可能となり、加えて温暖化防止の観点から省エネルギー化が求められている多くの下水処理場に対しても非常に有効な技術である。
海外においても、北米・欧州地域では、国内の下水道環境と同様に、施設の老朽化や財源不足の問題を抱えており、本技術の需要は高いと想定している。特に、五大湖地域などの閉鎖性
水域や、各国で上乗せ基準を設けている欧州では高度処理化ニーズが高い。
また、今後水質改善が求められる後進国など、下水処理場の整備を進めている各国に対しても需要が見込まれる。
これらのことから本装置の適用範囲は多岐にわたり、地球全体の水インフラ環境の保全への貢献に加えて地球温暖化対策に寄与することが期待される。

参考文献
1）既存施設を活用した段階的高度処理の普及ガイドライン（案）2）高橋宏幸、草野吏、古屋勇治、2012、曝気空気量制御における高度制御技術の適用とその効果の検証、第 49 回下水道研究発表会講演集、pp.1108-1110
3）中村高士、葛西孝司、曽根啓一、鈴木重浩、高橋宏幸、2016、アンモニア計と硝酸計を用いた同時硝化脱窒処理技術の開発、環境システム計測制御学会誌、21（2，3）
、p21-254）葛西孝司、曽根啓一、鈴木重浩、高橋宏幸、黒住光浩、坂根良平、2015、好気タンク内の脱窒を利用した新たな高度処理技術（同時硝化脱窒処理）の開発、日本下水道協会誌、
Vol.52、NO.635、p114-122
5）葛西孝司、池田広数、渡瀬誠司、松下勝一：「制限曝気A2O 法による水質改善効果および処理コストの比較」 東京都下水道局技術調査年報2010 p.139-150
6）東京都ホームページ―19―

第 46 回
優秀環境装置

経済産業省 産業技術環境局長賞

ＪＦＥエンジニアリング株式会社

１．装置の詳細説明
本装置は、AI、データ分析技術を活用することにより、運転員が行う手動介入操作と同等の操作を自動的に実施する機能を備えたストーカ式の廃棄物焼却装置である。
一般的なストーカ式焼却炉には、
自動燃焼制御装置（Auto Combustion Controller：以下 ACC）
が適用されており、通常は ACC により安定した燃焼状態が保たれている。しかし、大きさ・形
状・材質等が様々なごみが投入される焼却炉では、ごみ質の変動に対して、ACC では安定した燃焼状態を維持できず、運転員が常時燃焼状態を監視し、燃焼安定化のために介入操作（以下、手動介入操作）を行う必要があった。
「AI・データ分析技術を導入した全自動一般廃棄物焼却装置」（以下、新型装置）は、複数のプロセスデータとごみの燃焼状態から、手動介入操作の内容をプログラム化した「自動運転システム」を従来の ACC と組み合わせて燃焼制御をする廃棄物焼却装置である。新型装置では、焼却炉の全自動運転が可能であり、手動介入操作が不要となった。図 1 に新型装置の燃焼制御
イメージを、図 2 に燃焼制御の概要図を示す。
新型装置における自動運転システムの制御対象は以下の 4 項目であり、制御対象毎に動作条件を設定している。
・給じん速度（ごみの供給量）
・火格子速度（ごみの供給量、ごみの燃焼位置）
・一次空気流量（ごみ燃焼用の空気量）
・二次空気流量（燃焼管理温度調整用の空気量）
新型装置では、AI 技術を活用し、燃焼状態の良否を運転員の考えに近い形で数値化できる AI
燃焼画像解析システムを導入している。この画像データとプロセスデータを組み合わせた結果を基に、燃焼状態を見て運転員が行う介入操作を、全自動で代替できる。
従来装置では、運転員が各々の経験に基づき手動介入操作をするため、判断基準にばらつきがあり、操作の遅れ等もあった。一方、新型装置では、一定の動作条件で確実に自動介入操作が実施されるため、燃焼の安定性が向上する。これにより、以下の効果が実現できている。
・発電電力量の向上。
・燃焼管理温度低下時に増加する CO 濃度の低減。
・燃焼管理温度上昇時に増加する NOx 濃度を低減させる薬剤として噴霧する、アンモニアガ
ス消費量の削減。

―21―

図 1 AI・データ分析技術を導入した全自動一般廃棄物焼却装置による燃焼制御イメージ

図 2 AI・データ分析技術を導入した全自動一般廃棄物焼却装置の概要

図 3 全自動一般廃棄物焼却装置の動作条件算出イメージ―22―

２．開発経緯（１）開発経緯
・開発の主旨：一般廃棄物処理施設のストーカ式焼却炉において、介入操作を自動化し、安定した燃焼状態の維持と環境負荷の低減を両立する。
・開発の目標：ストーカ式焼却炉において、新型装置が安定した燃焼状態を自動で維持する（介入操作回数ゼロでの運転）。
2014 年～

複数の運営施設で焼却炉運転データを収集・分析実施（現在も継続中）。

2016～18 年度

AI 燃焼画像解析システムの開発と自動運転プログラムを搭載する
新型焼却装置を 1 号機に向けて実証。

2018 年 10 月

第 1 号機の運転開始。調整運転の後、性能を確認。

2019 年 4 月～

第 1 号機の実運用開始。

（２）技術導入AI 画像解析技術を活用し、燃焼状態を数値化する燃焼画像解析システムを構築した。本
AI 機能では、入力された燃焼画像を、分類器に入力し、その燃焼画像がどの分類にどの程度の確率を有するかを判定して数値化する。この分類器は、過去の燃焼画像で学習し精度を高めることで運転員と同様な判断ができる。図 4、図 5 に燃焼画像解析システムによる数値化の例を示す。

図 4 燃焼画像システムによる数値化例（正常な場合）

図 5 燃焼画像システムによる数値化例（燃焼状態が不安定な場合）―23―この燃焼状態の数値化データは、関連するプロセスデータと組み合わせて、主として給じん装置と火格子の速度調整をしている。

３．独創性
前述のとおり、ごみ焼却炉ではごみ質の急激な変動によって、図 1 に示す“ACC 制御範囲”を逸脱することがあるため、安定した燃焼状態を維持するために手動介入操作が必要であった。手動介入操作実績データの分析により、‟ACC 制御範囲”を実質的に数値化することができ、これを自動運転システムの動作条件へ応用することで、新型装置では全自動運転が可能となった。
新型装置では、運転員と同様にプロセスデータ及び燃焼映像を組み合わせる形で、動作条件及び制御内容を定量化している。本取組みは、ストーカ式焼却炉の燃焼制御において、ほかに例が無い。
燃焼状態が悪化した場合の各装置の介入操作は、一定の動作条件で確実に自動操作が実施されるため、燃焼安定性が向上する。これにより、発電量の増加や薬剤使用量の低減が実現された。また、図 6 に示すように、燃焼管理温度の分布面積が 20%低減されている。特に、燃焼管理温度の低下が抑制されたことからも CO 発生の抑制とともにダイオキシンの発生リ
スクも低下していることを確認できる。

図 6 燃焼管理温度の分布（新潟市新田清掃センター）

４．特許の有無
次のとおり、特許を 1 件出願中。
出願番号：特願 2019-123411 / 名称：自動燃焼制御方法および自動燃焼制御装置

５．性能
表 1 に、第 1 号機である新潟市新田清掃センターにおける、従来装置と新型装置の 1 か月間の運転結果及び新型装置の環境負荷低減効果を示す。新型装置は従来装置と比べ、発電電力量4%向上、CO 濃度約 52%低減、NOx 濃度を管理する薬剤であるアンモニアガスの噴霧量が約 30%減少を実現した。なお、下記データは監視制御装置（DCS）で作成している運転帳票のデータで
ある。

―24―

このように新型装置は、焼却炉の安定した自動運転と環境負荷低減の両立が可能である。
表 1 従来装置と新型装置の 1 か月間の運転結果及び新型装置の環境負荷低減効果
従来装置
新型装置
環境負荷低減効果(2018 年 7 月)
(2019 年 7 月)
煙突 CO 濃度
（1 か月の平均値※1）

2.7 ppm

1.3 ppm

約 52%低減

煙突 NOx 濃度（1 か月の平均値※1）41.4 ppm

41.3 ppm―※2

ｱﾝﾓﾆｱｶﾞｽ使用量（1 か月の積算値）

266Nm3185Nm3

約 30%低減

従来装置(2018 年)

新型装置
(2019 年)

環境負荷低減効果

482.7 kW/t

503.4 kW/t

約 4％向上ごみ 1t あたりの発電電力量
（1 年の平均値）※1：1 時間毎の平均値より算出※2：煙突 NOx 濃度はアンモニアガスの噴霧量で制御しているため大きな低減は無く、参考値。アンモニアガス使用量の削減により環境負荷が低減される。

６．経済性
表 2 に、従来装置と新型装置の経済性比較を示す。新型装置では、前章で整理した環境負荷低減効果に加えて、運転員による燃焼の監視や手動介入操作が不要となるため、人件費も削減できる。また、燃焼改善操作の品質が向上することや、燃焼管理温度が安定化することで熱変動が小さくなるため、焼却炉ボイラでの蒸発量の発生が安定するとともに、焼却炉の耐火物の劣化も中長期的に抑えられ、修繕費用の低減が見込める。
表 2 従来装置と新型装置の経済性比較
従来装置

新型装置

イニシャルコスト

100

105

装置費用

100

110

設置費用

100

100

ランニングコスト

100

70

人件費

100

60

修繕費

100

80

薬剤費

100

80

システム維持費

100

110

売電電力

100

104

総合※

100

70

※運営期間全体でイニシャルコストとランニングコストを総合的に評価―25―

年間ランニングコストを 30％削減できる効果のみでも、イニシャルコストの増加分を 2
年で回収できる見込みである。

７．将来性
新型装置は、ストーカ式焼却炉の手動介入操作を自動化する機能を有する「自動運転シス
テム」を組み合わせることにより、ストーカ式焼却炉の全自動運転を可能とするものである。
このため、ACC の制御方式を変更することなく本装置を追加することができる。
今後、当社が新規に建設する施設への適用にとどまらず、当社が建設した既存で稼働している焼却炉にも本装置の機能を付加できる。さらに、ACC は各社が独自の装置を有しているが手動介入操作による燃焼安定化は必須であること、手動介入操作を代替する自動運転シ
ステムは ACC から独立していることから、新型装置は自社が建設した焼却炉以外にも軽微な変更で適用可能と思われる。
以上から、新型装置は、国内外問わず、ACC を有するストーカ式焼却炉へ広く適用できると考えている。

―26―

第 46 回
優秀環境装置

中小企業庁長官賞

株式会社オーイーエス

１．装置の詳細説明
本装置は、半導体・電子部品などの製造工場で発生する高濃度アンモニア排水を処理する装置である。
本装置は、放散塔と触媒燃焼装置からなる。放散塔に供給されたアンモニア排水は、温風によってアンモニアガスとして分離される。分離されたアンモニアガスは触媒燃焼により無。
害化される（4NH3＋3O2 → 2N2＋6H2O）
なお、従来装置では放散塔内での分離において水蒸気を必要としていたが、本装置では独自に開発した触媒により高濃度のアンモニアガス（最大濃度 1.8%）が処理可能なため、触媒燃焼により発生した分解熱を容易に回収でき、その分解熱を温風として利用することによって加熱にエネルギーを必要としない完全スチームレス化を達成している。

部分は、触媒燃焼装置ユニット
図 1 装置概略図―27―

（１）無害化処理の流れ
１）①処理水（アンモニア排水；悪臭排水）を②放散塔に供給する。
２）④温風を放散塔内に吹き込む。温風と排液との接触により、アンモニアは、⑥アンモニ
アガスとして分離する。
３）⑥分離されたアンモニアガスは、⑫予熱器により、加熱される。
４）⑥アンモニアガスを⑩加熱ヒータにより、適正な温度（350℃前後）にコントロールする。
５）加熱されたアンモニアガスは、当社で開発を行ったアンモニア分解触媒により窒素 N2 と水（水蒸気）へと無害化変換される（4NH3+3O2→2N2＋6H2O）。一般の燃焼装置では酸素との反応（NH3＋O2→NOx）で大量発生する窒素酸化物（NOx）が殆ど生成しない。
６）窒素に変換された排気ガスから、⑫予熱器により熱回収を行う。予熱器の熱回収により新たな処理ガスは加温されるため、加熱エネルギーをほとんど必要としない。
７）熱回収を行った浄化ガスの一部（10%）を大気に⑧放出する。その他の浄化ガス（90％）
は、新鮮な空気 10％を取り入れアンモニア排水中からアンモニア分離する④温風として再使用する。
以上のシステムにより、アンモニア分解熱をエネルギー源に用いることで加熱エネルギーを消費せずアンモニア・悪臭排水を無害化変換する。処理水アンモニア濃度を 30ppm 以下に低減することができ、顧客の要望により設定・設計する。

２．開発経緯2002 年より、アンモニア排水を水蒸気での分離・触媒分解装置を製造・販売していたが、世界的な CO2 の削減気運を背景に、重油などから製造される水蒸気を使用しないシステムへの強いニーズがあり開発を開始した。
2013 年市場からのより一層の省エネ要請に基づき市場調査を開始
強いスチームレス要請に基づき自社でスチームレス化装置の基礎研究開始

2014 年

スチームレス装置の試作機作成に着手

2016 年

試作機完成
データ取り、問題点の改善作業開始

2018 年

実機ベースの試験機完成
第 1 号機納入

３．独創性
類似装置は大量の水蒸気を消費し放散塔内でアンモニア分離を行う方式だが、本装置はアンモニア分解時に発生した分解熱を利用することにより水蒸気の不使用を実現しており、ランニ
ングコストにおいて 1/10 以下での処理が可能となっている。
また、類似装置の触媒ではアンモニア濃度 1%を超えるガスを分解できないが、本装置では1.8%まで分解が可能な高性能触媒を開発した。これにより世界最高性能を確保している。
以上により、高濃度でのアンモニア処理が可能なことから分解熱が容易に回収でき、その分解熱を利用することで加熱にエネルギーを必要としない完全スチームレス化を達成している。
なお、完全スチームレス化により装置の小型化も実現しており、類似装置と比較して約 1/2―28―

のスケールで同量のアンモニアの分解処理が可能となった。
装置開発は全て当社の岐阜県垂井試験場で行っており、100%オリジナル製品である。放散塔の内部や排ガス処理装置の部品の一つまで省エネルギー化を目的に独自技術で開発設計を行い、実機ベースのスケールモデルを作製し、徹底した省エネ、高効率試験を繰り返し行った。
触媒についても自社で製造・研究開発を行っており、1.8%の高濃度の NH3 でも分解し N2 へ無公害変換が可能な高性能環境触媒は当社独自の技術として日々進化している。

４．特許の有無
次のとおり、特許 1 件を取得済み。
特許番号：第 6189568 号/ 名称：アンモニア含有排水処理装置および該処理装置を用いたアンモニア含有排水の
処理方法

５．性能
温風を効率よく処理水と接触させることにより 99%以上の浄化を行え、1.8%の高濃度にも十分対応できる。通常は処理水 N 濃度を 30ppm 以下としているが、5ppm 以下にすることも可能であり、顧客ニーズに合わせた除去率を提案・設計している。
分離された高濃度アンモニアガスは、100％分解され大気放出される（当装置排ガス NH3 測定
濃度 0ppm）。
表 1 触媒性能比較表
類似装置

本装置

10,000ppm

18,000ppm

触NH3 最高処理濃度

媒NH3 分解温度

350℃

350℃

性

最高使用温度

450℃

550℃

能

-1

空間速度 Sv.※

5,000h12,000h-1※空間速度=処理ガス量(Nm3/h) / 媒体（触媒）量(m3)で表され数値が大きいほど、性能が良い
とされる。

６．経済性
触媒分解反応熱をエネルギーとして回収し、アンモニア分離・浄化に用いているため高い省エネルギー性能を実現した。また、管理も非常に容易で特に日々の管理を必要とせず、メンテ
ナンス性にも優れている。高効率を追求し、装置の小型化にも取り組み、小設置面積のシステム化を達成したことで場所を選ばす設置が容易に行える。
表 2 消費エネルギー（数値は計算値）
エネルギー消費（6t/Hr）

類似装置

本装置

消費水蒸気量

1,000kg/Hr

0kg

消費電気量

50kWh

30kWh

―29―

表 3 経済性比較（類似装置を 100 とする）
類似装置

本装置

イニシャルコスト

100

60

装置サイズ

100

60

ランニングコスト

100

10

※

100

50

メンテナンス性※メンテナンス性について
本装置は、放散塔内での分離性能を高めている。放散塔を 2 塔化することにより放散塔の塔高は従来比で約 1/2 以下を達成しており、10m を超えるような高所作業を必要としないため、容易に放散塔内部洗浄をできる構造にしている。
アンモニア分解装置は、小型ユニット化することにより全て手が届く所に配置し、容易に点検整備が行える。
また、触媒交換は、通常 7～8 名で 3 日程度の時間を要するが本装置では、小型カートリッジ
化し、2 名×4 時間で交換が可能。

７．将来性
現在は、半導体・電子部品メーカーへの展開が中心で 1 年に 1 基程度の納入体制となっている。化学品、食料品、バイオマス発電排水処理などからの引き合いも多いが体制不十分で対応しきれず他業種へは展開できていない。今後は、基礎研究を進め、早急に販売体制を整えることにより他業種へ積極的に展開したい。
また、排水規制は、世界中で進んでおり、発展途上国をはじめニーズは強まる傾向にある。
独立行政法人日本貿易振興機構(JETRO)、公益財団法人国際環境技術移転センター(ICETT)をは
じめ公共機関を通しての問い合わせも出始めており、ニーズは広がりを見せている。

―30―

第 46 回
優秀環境装置

日本産業機械工業会会長賞

新東工業株式会社

１．装置の詳細説明
本装置は、生産現場などで発生する粉じんを含む空気をフィルタでろ過することにより清浄化する集塵装置であり、圧縮空気を瞬間的に噴射することでフィルタに堆積した粉じんを払い落とすパルスジェット機能を有している。
（１）パルスジェット型集塵装置の構造について
集塵装置に搭載される一般的なパルスジェット型払落し装置の構造を下記に示す。
清浄空気出口
送風機
パルスジェット払落し装置
集塵空気

フィルタの内面に向かい高圧空気

入口を瞬間的に噴射することによりフィルタ内面から外面に向かう気流を作りフィルタ外面の堆積粉じんを除去
フィルタ
外面からろ過をして清浄空気は内面へ

堆積粉じん

図 1 一般的なパルスジェット型集塵機の構造（２）従来技術の問題点
フィルタの上部に設置されているノズル（A）から圧縮エアを瞬間的に噴射させ、そのエアと二次的に巻き込まれる周囲空気の効果によって、フィルタ表面に堆積した粉じんをフィルタ表
面から離脱させ除去するというしくみであるが、構造上どうしても、噴射部からのエアはその慣性力によってフィルタのボトム部分（B）に偏って導かれるため、この部分に払落しの効果が偏り、他の部分、特にトップ部分（C）付近に十分な効果を与えることが困難になる。従来はこの問題を解決するため、内部に干渉部品などを設けその問題の緩和させることもされていたが、その効果は十分ではなく、また、干渉物によって払落しのエネルギーが失われてしまう問題も
あった。

―31―

A
C
干渉部品

B
図 2 従来型集塵機の払落し効果のイメージ

図 3 従来型集塵機の払落し効果の偏りへの対策例

従来技術の場合、使用時間の経過とともにフィルタ上部には除去しきれなかった粉じんの堆積が徐々に進行するため、有効に機能するフィルタのろ過面積が減少していくことになる。その結果フィルタ抵抗（圧力損失）が上昇してしまうことがあった。

⽬詰まりがないフィルタ部分のろ過速度が実質上昇する

図 4 従来パルスジェットの問題点（３）本装置の解決策
前述の問題を解決するために「対向パルスジェットシステム」を開発した。この方式では、
対向する方向からパルスジェットを噴射させ、衝突をさせることでその部分の払落し効果を高めることができる。
それぞれのパルスジェットエアを任意のタイミング・時間で噴射する制御をすることによって、任意の場所で衝突させることを実現できる。このことによって、払落し効果を高める部分
を任意にコントロールできるため、その衝突位置を変化させることによってフィルタ全域の粉じんの払落しを可能にした。

―32―

上方からのパルスジェット噴射エア噴射タイミング、噴射時間などを変化させることによって任意の位置で衝突させ、狙った部分の払落し効果を最大化させる

下方からのパルスジェット噴射エア

図 5 対向パルスジェットシステム概要

図 6 JXM 型装置外観写真―33―

フィルタ圧力損失（抵抗）運転時間→試験対象：レーザー切断装置
図 7 従来方式と新方式とのフィルタ抵抗試験結果例

２．開発経緯（１）開発の背景、目的
従来からパルスジェット型の集塵機は幅広いユーザ、用途に使われているが、フィルタの目詰まりによる吸引力の低下、あるいはその清掃や交換頻度が増加するなどの課題があった。特に、近年の加工装置の技術革新は著しく高性能化しており、その結果として加工装置から発生
する粉じん量は増加の一途をたどっている。このことに伴い、集じん装置への負荷は増加する
ため、これらに対応できる技術、装置が求められていた。従来の手法で対応する場合、フィルタ数量（面積）を増加、高圧ファンを搭載するなどからの選択となり、大幅にイニシャル・ラ
ンニングコスト、設置スペースが増加してしまうという問題があった。これらの問題を解決するため、
まず、集塵装置にとって最もフィルタの目詰まりが進行しやすい分野であるレーザー、
プラズマ加工機を対象として新技術、装置の開発を開始した。この分野で十分な性能向上が確
認できれば、他のほとんどの用途へ適用した場合でも同様な性能向上が期待できると考えた。
（２）開発の目標
フィルタ抵抗（圧力損失）20％削減

消費電力の低減

20％低減※同使用条件において（３）開発の経緯
2015 年 10 月～

パルスジェット改良に着手・対応技術の模索

2016 年

基礎試験、データ収集

2017 年 3 月

プロトタイプ機による実証試験

2017 年 11 月

第 1 号機納入―34―

３．独創性
この払落し効果に偏りが発生する問題は従来認識はされており、様々な工夫（干渉部品の設置など）によってその効果を平準化することへの対応をしてきたが、パルスジェット型払落し装置の宿命的な問題として完全な解決は難しいとされてきた。しかしながら、本装置は、単に平準化するのではなく、その効果が有効に発生する位置を任意かつ自動でコントロールしようとした発想に独創性がある。
対向パルスジェット⽅式

従来の⽅式

⾃動で循環
図 8 対向パルスジェットの動作
また、このアイデアを実用化するにあたっては、交換時のメンテナンス性の悪化が最大の障害であった。フィルタ内で対向する方向からエアを噴出するためには、フィルタボトム側にもエアの吹き出し口を設ける必要があるが、単純にボトム部分にエア配管を接続する構造とした
場合、フィルタ交換時には粉じんが堆積した装置内で、その配管の離脱、再取付が必要になるなど、交換の作業性が大幅に悪化してしまう。このため本装置では、フィルタ内部に独自の J型のノズルを内蔵させることによって、この問題を解決した。この方法によって従来と全く同じ操作でフィルタ交換を可能にできる。この部分はこれまでにはない大きな独創性がある点である。

４．特許の有無
次のとおり、特許 2 件を出願中。
出願番号：特願 2018-564149 / 名称：集塵装置およびその粉塵払落方法
出願番号：特願 2018-203602/ 名称：集塵装置、集塵装置の制御方法、及び集塵装置の制御プログラム
また、次のとおり、意匠権 2 件を登録済み。
登録番号：第 1603402 号 / 名称：集塵機用フィルター
登録番号：第 1603403 号 / 名称：集塵機用フィルター

―35―

５．性能
集塵装置に求められる性能は、その捕集性能と吸引能力であるが、本装置の解決策によってフィルタの目詰まり、すなわち圧力損失を大幅に低減させ、その結果吸引能力を長期間にわたって向上させることを実現した。
払落し効果によって改善されたフィルタ圧力損失のフィールド試験結果を下記に示す。
試験条件
試験対象装置

ファイバーレーザー加工機

風量40 m3/min

フィルタ面積

42 m2

ろ過速度

0.96m/min
表 1 フィルタ圧力損失のフィールド試験結果

圧力損失（フィルタ抵抗）

新型

従来型

削減効果

（対向パルス方式）（片側パルス方式）%

1.5～2.0 kPa

2.5 kPa

40～20%

4.5kW

5.82kW23％

消費電力
ファン+圧縮エア分合算

新方式フィルタ外観

従来装置フィルタ外観

8,500 時間運転後・通常運転直後同程度の使用品の代表例

図 9 従来方式と新方式とのフィルタ状態の比較例―36―

６．経済性（１）ランニングコスト
従来装置と比較して、フィルタ抵抗を低く維持することが可能となるため、消費電力やフィ
ルタ清掃頻度などの低減を実現し、その結果ランニングコストを大幅に削減することができる。
表 2 ランニングコストの比較
新型

従来型

削減効果

EC

消費電力

77

100

-23％

MC

コンプレッサメンテ費

71

100

-29％

FcC

フィルタ清掃

0

100

-100％

FrC

フィルタ交換

83

100

-17％

TC

トータル

56

100

-44％

試算条件
・2,000h/年
・15 円/kWh（２）イニシャルコスト
本装置はフィルタの目詰まりを抑制し、その圧力損失を低くすることができるため、使用条件によっては 1 ランク装置容量を下げた選定が可能になる。この場合はイニシャルコストが低減できることになる。
同じ容量を持つ型式の選定でもコストアップを最小限に抑えたことから、
1～2 年のランニングコスト削減分で十分に回収可能である。

７．将来性
新東工業では、工場における粉じん火災や爆発リスクへの対策としてダクトレス集塵を推進している。ダクト自体を無くしてしまうことができれば、ダクト内における粉じんの堆積に起因する様々な問題を解消できる。
その中で集塵機自体の火災爆発リスクを低減する対策として、水を使った湿式チャンバによる着火源の消火、燃えにくい難燃フィルタ、火災発生を最短で検出する火災センサとともに本集塵装置を組み合わせて火災リスクを最小化する。本装置ではフィルタに残存する粉じんを最小限にすることによって、火災リスク低減へ大きく寄与できるものと考えている。
本装置は、近年高性能化が著しい各種加工装置に最適な集塵装置であり、既にレーザープラ
ズマ加工機向けとして高い評価をいただき、従来装置からの移行が急速に進んでいる。しかし―37―

ながら、このほかにもフィルタの目詰まりや火災が課題となっている対象は数多く存在し、本装置はその解決策になり得ると考えており、今後幅広く普及していく可能性が高いと考えてい
る。

―38―

第 46 回

優秀環境装置

日本産業機械工業会会長賞

株式会社流機エンジニアリング

１．装置の詳細説明
本装置は、大容量プリーツフィルタを用いて、工場や建設現場等から発生する排水中の濁質をろ過し清澄化する装置である。
地球上の利用可能な水資源は淡水 10,000km3 と言われており、国連では SDGs（持続可能な開発目標）の中で、水資源の有効活用が求められている（ゴール 6：水資源へのアクセス・
水質・価格の改善）。上水・下水・産業用水・水質汚濁防止など水処理プロセス上流の濁質除去では、現在ほとんど凝集沈降（浮上）処理で行われている。
当社では大容量プリーツフィルタによる濁水処理技術を独自開発し、MF（精密ろ過）では不可能とされていた粘土質高濃度濁水の安定的清澄化が可能など、これまでにない画期的な性能・水質・価格を実現した。
（１）基本原理・構造
濁質の粒子をフィルタ膜面でトラップし、微粒子を物理的に除去することで清澄化する。
フィルタの付着物を間欠的に洗浄除去し安定した運転ができる。
１）大容量プリーツフィルタ
プリーツフィルタは山折りした襞が放射状に開いた円筒型の成形フィルタで、1 本あたり50m2 である。襞内部には通水用のスペーサー（プラスチックメッシュ）、及び中心部にはインナーチューブが配置され流水路を形成している。インナーチューブはフィルタのろ過によって発生する、中心方向への圧力を受ける。プリーツフィルタは通水ろ過の高差圧に耐える構造で 0.3MPa の耐圧を有する。
フィルタ膜はポリエステル基材に親水性テフロンメンブレン膜をラミネートされており、そのろ過精度は、0.15μm×99.95%となっている。また、耐熱 120℃、pH3～11.5 の液が処理できる。図 1～3 にプリーツフィルタ形状を示す。

―39―

図1

プリーツフィルタ図面

図2

フィルタ断面図―40―

図3

プリーツフィルタ

２）フィルタベッセル
大容量プリーツフィルタを格納する耐圧容器で耐圧は 0.9MPa、上部はフェルールフラン
ジになっており、フィルタの交換が容易にできる。またフェルールフランジにはフィルタに回転導入するサーボモーターを備える。
ベッセルには、原水入口・スラリー排出・清澄水出口があり、フィルタの洗浄再生用スリットノズルを備える（図 4）。

―41―

図4

ベッセル単体図（２）処理フロー
１）原水ポンプにより、ストレーナーを介して、フィルタベッセル内に押込まれた内部のフィルタで微粒子を除去・清澄化して排出される。
２）ろ過が進むとフィルタ膜面に微粒子が凝集し、ケーク層に成長する。
３）ケーク層は通水を阻害するので、定期的にフィルタ再生を行う。フィルタ再生モード
では、原水入口・清澄水出口を閉じ、洗浄水入口、スラリー排出口を開け洗浄モードに入る。
４）ビーズタンクの洗浄ポンプで樹脂ビーズが混合した原水を吸引しベッセル内スリット
ノズルによりフィルタに吹付、同時にフィルタを回転させることでフィルタの全表面を洗浄し、付着物を剥離・再生する。洗浄モードは 3 分で完了する。
５）洗浄が完了すると、ろ過モードに戻る。
６）洗浄で回収したフィルタ付着物スラリーはサイクロンで樹脂ビーズを分級し、濃縮スラ
リーのみ排出される。
図 5 にシステムのフローを、図 6 に膜処理フローを、図 7、8 に装置全体写真をそれぞれ
示す。

―42―

図5

ECO クリーン 処理フロー

図6

膜処理フロー―43―図7

ECO クリーン全体写真

図8

ECO クリーン全体写真 2（３）技術的特長
１）独自のプリーツフィルタにより、ろ過通水性・洗浄排出性が良く、高濃度濁質ろ過に耐え、高 FLUX を実現（中空糸の 10 倍）。
※FLUX＝フィルタ 1m2 あたり、時間あたり流量 L/h２）親水性テフロンメンブレン膜により、高清澄度で水質を保持。
３）独自のビーズ混合洗浄方式により、膜面付着物を完全に再生するため連続安定運転が可能。
４）フィルタはベッセルに密閉化収納され、コンパクトで設置場所を選ばない。
５）メンテナンスが容易でフィルタ交換は 10 分以内で可能。
６）耐熱 120℃、pH3～11.5、SS 0～10,000mg/L（最大）と原水の適用範囲が広い。

２．開発経緯（１）開発背景
近年、排水基準の強化、水循環利用によるコストダウン、再利用水質の要求向上など水処理装置への性能要求が高まっている。一方、ほとんどの水処理装置では「凝集沈降方式」が主流であり、中和剤・凝集剤・キレート剤・吸着剤など薬品を多用している。また、高度処
理では砂ろ過装置・バグフィルタ等使い捨てフィルタが必要である。水質、価格の改善の要
求に応えるために、従来の「凝集沈降方式」に替わる、新しい水処理技術が期待されていた。
当社では、大容量プリーツフィルタの技術を保有しており、濁水ろ過装置への応用研究を進めてきた。
（２）開発主旨
１）現状の MF ろ過装置の課題① 中空糸・平膜など MF は活性汚泥処理 MBR に採用され普及しているが、粘土質高濃度
濁水や工業用排水処理では、膜付着物の目詰まり再生が困難で採用されていない② 低濃度濁水でもイニシャルコスト及びランニングコストが高い③ 目詰まり防止対策及びフィルタ交換など維持管理が困難―44―２）凝集沈降方式の課題① 薬品コストが高い、また濁度・流量の増加に追従できず、排水基準をオーバーする流出事故がある② 装置が大きく、フットプリントが大きい、基礎工事費・設置費が高い③ 高度処理では、砂ろ過・使い捨てフィルタが必要でランニングコストが高い④ 凝集スラリーの脱水絞り性が悪い⑤ 脱水ケーキは産業廃棄物となるため運搬・処分コストがかかる
３）水再生ニーズ
近年の水道水コストの上昇、下水コストの上昇を考慮して排水（放流）せず、高清澄化処理し再利用するニーズが大きく、これまで以上に水質や処理コスト低減の要求が高くなっている。
これらの課題を解決していくために、大容量プリーツフィルタを採用した画期的な濁水処理装置「ECO クリーン」を開発した。
（３）開発目標
粘土質高濃度濁水の処理は、凝集沈殿方式が主流であったが、省スペースで大容量処理か
つ目詰まりしない装置を膜処理技術で実現することを目標とした。
（４）開発経緯2010 年

低 FLUX、逆洗再生方式の開発
高周波バイブレータ方式の併用
パルスショック＋逆洗方式の実証

2011 年

FLUX 能力向上の開発
プリーツフィルタ 大面積化
耐高差圧構造の試作評価
ナノファイバーフィルターのトライ2012 年

第１号機納入
親水性 PTFE 膜の開発（高清澄度の研究）
FLUX 特性・洗浄再生方法の研究

2013 年

物理ファウリング防止の研究
ノズル外面洗浄方式の研究
気中、外面洗浄試験機（50 ㎡）試作
高粘度クロスフロー方式の研究
プリコート方式の研究

2016 年

不可逆的物理ファウリング防止方式の研究
コロイド粒子制御方法の開発（目詰まり因子）―45―

スリットノズル気中洗浄方式開発
ビーズ洗浄方式の開発
2018 年

実証機においてろ過・洗浄再生

2000 サイクル検証

物理ファウリング、不可逆的物理ファウリングの防止方法確立
バイオファウリング予防法確立
イオン化物スケールファウリング予防法確立
フィルタ再生フィルタリユース方法の確立

３．独創性（１）粘土質高濃度濁水の清澄化
粘土質高濃度濁水のろ過の最大の課題は、フィルタ表面に急速にケーク層が形成され、ろ過差圧が上昇することや、その差圧によってケーク層が圧密され、逆洗及び水流洗浄では目詰まりが回復できないことにある。代表的な MF の中空糸・平膜では、バブリング法が採用されているが、高濁度の洗浄再生は不能としている。
プリーツフィルタは、フィルタが襞（ひだ）状に折られており、外に向かって放射線状に隙間が広がり、原水の入り口、付着スラリーの排出性に優れている。この形状を利用して、プラスチックビーズを混入した洗浄水を吹き付け、フィルタ表面を強力に洗浄し、完全に再生できる。また、インナーチューブはフィルタ差圧により、押しつぶそうとする力が作用す
るが、オリフィス形状の耐圧リングを配置し、高差圧に耐え、通水ろ過清澄化できる。
（２）装置ユニット
耐圧ベッセルにフィルタを 1 本ずつ収納してあり、洗浄再生、運転制御装置がユニット化されている。設置工事が容易で、設置スペースが小さく、処理水量の増加に伴う増設も容易である。濁度や原水流量の増加に対し、ポンプ押込圧力を上げることにより、短期的には 20～50%の処理容量拡張が可能である。
（３）ファウリング防止技術
プリーツフィルタに適したビーズ洗浄方式による再生を主として、各種ファウリング要因に対し独自の防止技術を組み合わせ、安定したろ過を行える。
１）可逆的物理ファウリング
① 原因
原水に含まれる濁度物質（無機・有機）はフィルタへの通水・ろ過により、フィルタ表面
で凝集・堆積しケーク層を形成する。ファンデルワールス力（分子間引力が作用して粒子吸着）で強く密着する。ケーク層は透水性が悪いため、一定の流量を通水しようとするとろ過
抵抗（フィルタ差圧）が上昇する。ケーク層は経時的に厚くなり圧密され、フィルタ表面に強く密着する。

―46―

表1

200kPa 定圧力のケーク保持量と FLUX の変化（ゼオライト濁水：中心粒子径 2μm）
FLUX

50m2 あたりの通水量

初期

3900LMH195m3/h

250g/m2

1600LMH80m3/h1200LMH

60m3/h900LMH45m3/h680LMH34m3/h

1,250g/m2

520LMH26m3/h

1,500g/m2

380LMH

19m3/h300LMH15m3/h保持量

ケーク圧

500g/m2

0.5mm

750g/m2
1,000g/m2

1,750g/m2

1mm

1.7mm

② 対策
ⅰ）ケーク層の剥離洗浄等でケークを除去することで FLUX の回復ができる。ろ過量と洗浄再生強度のバ
ランスが重要でフィルタにダメージを与えないことが前提である。固く圧密されたケークの剥離には、洗浄時間、洗浄強度が必要で、ケークが残留せず洗浄時間も短くて済む運転条件を導くため、試験・分析した結果、ケーク保持量は 1,000g/m2 以下、好まし
くは 600g/m2 以下で設定する。またケークの圧密とフィルタ表面への密着強度を緩和す
るためろ過差圧の上限を設定し、定流量制御する。
ⅱ）逆洗
フィルタの内側より外面に向け急速逆洗（5 秒 1,400LMH）を行なうことにより、ケーク付着面を剥離しやすくする。逆洗通水直後はベッセル内を排水し、空気で満たす。
ⅲ）気中ビーズ洗浄
スリットノズルより板状の水噴流をフィルタに水撃する。一方、フィルタは 0.5～
0.7rpm で回転させ、一回転しフィルタ全表面を洗浄する。洗浄水に砂状の樹脂ビーズ（表面が平滑な球状）を 20～30％混合し、プリーツフィルタ襞表面のケークを洗浄・剥離する、樹脂ビーズは水流中で自由粒子としてふるまい、フィルタ表面を擦って密着したケークや表面吸着層を短時間で完全に除去する。図 9 にビーズ洗浄の模式図を、図10 に表面吸着状況を、図 11 にビーズ洗浄効果を示す。
ⅳ）洗浄スラリー処理
洗浄水はベッセル内から排水した原水を使用し、ビーズ洗浄によりスラリー濃度は濃縮され、濃縮倍率 50 倍以上となる。高濃度スラリーはサイクロンでビーズ分級後、外部に排出する。

―47―

図9

図 10

ビーズ洗浄

表面吸着状況写真

模式図

図 11

―48―

ビーズ洗浄効果２）

不可逆的物理ファウリング

① 原因
原水中に含まれる微粒子には、フィルタ表面で捕捉されずフィルタの内部に侵入・基材フィルタ層内でトラップする粒子がある。このろ過の「深層目詰」は基材のアクスタ層に内部トラップされるため、物理的な洗浄除去は不可能で徐々にろ過流量が減少する。
・フィルタ精度 0.15μm より大きい粒子→

PTFE 薄膜でトラップ

小さい粒子は PTFE 膜から流下し、基材アクスタ層にトラップされ溜まる。
・粘土質コロイド→

1～100nm、フミン酸コロイド 50～70nm

基材アクスタ層

厚さ 610μm 内部に深層トラップ「深層目詰」を起こすコロイド粒子の有無・濃度は静置した上澄液をレーザーポイン
タで透過し、光散乱（チンダル現象）で判断できる。ろ過積算量に比例して目詰差圧が上昇することを確認している。
② 対策ⅰ）無機凝集剤、PAC（ポリ塩化アルミニウム）を微量添加・急速撹拌し、コロイド
粒子の電荷（マイナス）を中性化（A13＋電荷）することで凝集し、PTFE 膜表面にト
ラップ、ち密な表面ろ過層を形成し、基材アクスタ層へ浸入させない。
ⅱ）PAC 投入量は無機濁水のコロイド粒子濃度に比例していると考えられ、粘土質
SS 3,000mg/L では 10ppm の添加量で制御できた。実際には添加量を事前試験し、安全側で運用する。この投入量は凝集沈降方式の 1/10 以下である。
※サンプル液テスト用自動機を開発し、50 回の繰り返し試験で深層目詰まりしない
最適値を設定。
ⅲ）フィルタ表面では、初回ろ過時に PAC 添加量を多く投入し、一次形成層を作る。
コロイド凝集付着により一次形成層が作られるため、これが安定して、PAC 添加無しでもある程度の期間は運転可能であることを確認している。

―49―

図 12

コロイド粒子表面ろ過 SEM 写真

図 12

コロイド粒子表面ろ過 SEM 写真

３）バイオファウリング

３）バイオファウリング
① 原因①原水中のバクテリアや雑菌がフィルタ表面で繁殖し、その分泌物（糖鎖質）がフィ
原因
原水中のバクテリアや雑菌がフィルタ表面で繁殖し、その分泌物（糖鎖質）がフィルタ全体にコーティングされ通水を阻害する。お風呂の“ぬめり”と同様で、水温ルタ全体にコーティングされ通水を阻害する。お風呂の“ぬめり”と同様で、水温―50―

（15℃以上）や有機物含有量によって発生状況は左右される。
② 対策ⅰ）原水中のバクテリアや雑菌を抑制するため、次亜塩素酸ナトリウムを適量添加する。無機濁水 30℃では 2ppm、冬場は 1ppm 添加。
ⅱ）ビーズ洗浄方式では、洗浄サイクル毎にフィルタ表面の“ぬめり”を完全に除去し、常にフレッシュな膜面を維持することで菌コロニーや分泌物を繁殖させない効果がある。
４）溶解イオンスケールファウリング
① 原因
原水には溶解イオン物質が含まれていることが多い。
溶解イオン物質はろ過通水中に温度・圧力・pH 等の変化によりフィルタ内部で析出・粒子化し「深層目詰」で通水を阻害する。井水・河川水はイオン化物の分析が必要。
・スケールファウリングを起すイオン物質の例
カルシウム・鉄・マンガン・マグネシウム・シリカ・塩化物② 対策ⅰ）イオン物質により方法は異なるが、前処理（酸化）により粒子化することで表面ろ過できる。
カルシウムイオン ＋ CO2 → 炭酸カルシウム
鉄・マンガン＋ O2→ 酸化鉄、二酸化マンガンⅱ）シリカイオンは吸着剤も市販されているが、選択的吸着効率が低く、コストも高い。また、シリカイオン以外の共存物質もファウリング原因となっているため、フィルタを入替し系外で酸洗等により、目詰まりを回復させリユースする。
（４） 維持管理
１）メンテナンスフリーで自動運転が可能
２）ろ過データを連続ロギングし、予防保全に役立てる
３）フィルタ交換は 10 分で可能、デッドタイムを最小化
４）目詰まりフィルタは薬洗により再生復活可能、リユースによりコストを削減できる―51―

（５） 装置の独創性のまとめ
表 2 に本装置の独創性のまとめを示す。
表2

装置の独創性のまとめ装置の特徴実現した技術

粘土質高濃度濁水のろ過・洗浄性が良いプリーツフィルタ
・ビーズ洗浄で付着ケークを完全にフラッシュ・インナーチューブの高耐圧化

高清澄度の水質を保持

・親水性テフロン膜
・出口濁度管理

高 FLUX を実現

・プリーツフィルタの大面積化（50m2）
・高差圧ろ過（インナーチューブ耐圧）

メンテナンスが容易

・個別ベッセル収納・上部蓋解放容易・フィルタ交換容易化

連続安定運転が可能

・ファウリング防止技術
・高差圧可能、定流量制御
・短時間で洗浄高温処理可能・高温ろ過（120℃以下）殺菌（６） 類似製品の比較
表 3 に類似装置の比較を示す。
他社 MF ろ過装置及び凝集沈降方式砂ろ過装置との比較では、全ての項目で圧倒的な優位性があることを確認した。

―52―

表
類似製品比較 （比較基準量粘土質（比較基準量粘土質
SS1,000mg/L
30m3/h）
表 33 類似製品比較
SS1,000mg/L
30m3/h）
ECO クリーン
クリーン
ECO

フィルタ
フィルタ

精度

プリーツ
プリーツ

0.15μm

MM社中空糸社中空糸外圧型中空糸外圧型中空糸0.4μm

凝集沈降方式
凝集沈降方式
N 社平膜
N 社平膜 M 社バネ式
M 社バネ式

（海外）
（海外）

バネ、プ
バネ、プ 砂ろ過砂ろ過

内圧型
内圧型

高分子
高分子

中空糸
中空糸

フィルタ
フィルタ

0.08μm5～8μm

30～60μm

600μm

高濁度処理用

工事用濁水

工業排水

濁水処理

主な用途

全ての濁水

主な用途

全ての濁水

RO 前処理原水許容濃度

10,000mg/L

500mg/L

原水許容濃度

10,000mg/L

500mg/L

2,000mg/L

1,000mg/L

300kPa200kPa200kPa70kPa

300kPa200kPa0.1mg/L

0.1mg/L

フィルタ
許容差圧
許容差圧
出口清澄度

MBR、

RO 前処理2,000mg/L

200kPa0.1mg/L

0.1mg/L

0.1mg/L

気中ビーズ洗逆流・バブリ

クロスフロ

再生方法
フィルタ

浄
気中ビーズ洗ング
逆流・バブリ

ー方式
クロスフロ

再生方法

浄
ND

ング

ND

ー方式

ND

大腸菌除去
平均 FLUX

ND
500LMH

ND
25LMH

ND
50LMH

コロイド
平均
FLUX

500LMH
PAC
10ppm

25LMH
無

50LMH
無

コロイド

バイオフィ

粒子対策
ルム対策

次亜＋ビーズ
PAC 10ppm
洗浄

バイオフィ
フィルタ

次亜＋ビーズ
容易（10

ルム対策
交換性

洗浄
分）

フィルタ
フィルタ再
生リユース
交換性
常用電力
フィルタ再
3

（30m /h）
生リユース

常用電力
設置寸法・
3
（30m重量
/h）

設置寸法・
重量

容易（10

可（酸洗）

分）

3.7kW
可（酸洗）
φ450×1,300

3.7kW
×2
台
0.6t

無

次亜・薬洗

1,000mg/L

2mg/L

2mg/L

2mg/L
逆洗（プ

不可

無

砂 6,500LMH
無1,500LMH
PAC 250ppm

無

無

無

難難

難難

不可 難

不要 難

45kW難

2.2+15kW
不可

15kW 不要11kW

2t

2.2×2.7×

12 45kW本2t

無φ1,100×

2.2+15kW
6.2m
6t

不可

不可 砂 6,500LMH
不可
1,500LMH

難

×2 台

逆洗（砂）

不可 ト）

無50LMH無

φ1,200×2m
2.2kW+ブロワ φ250×2m×

2mg/L

リコー
逆洗（砂）
逆洗（プ

難 無

難

-

洗浄ブラシ ト）リコー

次亜・薬洗

5,000mg/L

500kPa

次亜・薬洗
難

11kW

5,000mg/L
-

次亜・薬洗
難

2.2kW+ブロワ

濁水処理

500kPa

洗浄ブラシ

不可
50LMH

600μm

1,000mg/L

2mg/L

2mg/L

×2 台

工業排水

70kPa

0.1mg/L

フィルタ

粒子対策

1,000mg/L

×2 台

併用

30～60μm

工事用濁水

高濁度処理用

出口清澄度

大腸菌除去

5～8μm

併用

0.15μm

MBR、0.08μmリコート
φ1,800
リコート φ1,800

精度

フィルタ

0.4μm

P 社中空糸P 社中空糸

PAC 250ppm-

難（砂） - 難（砂）14kW-

2.3×6m

1,20015kW φ1.8×214kW
1t

φ1,100×16t

2.3×6mφ450×1,300

φ1,200×2m

φ250×2m×2.2×2.7×

×2 台

×2 台

12 本

6.2m

1,200

φ1.8×2

0.6t

2t

2t

6t

1t

16t

―53―

４．特許の有無
次のとおり、特許 12 件を取得済み。
特許番号：第 6175783 号/

名称：ろ過装置

特許番号：第 6145939 号/

名称：濾過方法およびその装置

特許番号：第 6183606 号/

名称：濾過装置および濾過方法

特許番号：第 6098023 号/

名称：コンベアリターンベルトの洗浄装置及びコンベアリターンベルトの洗浄方法

特許番号：第 6160017 号/

名称：濾過装置及び濾過方法

特許番号：第 6074530 号/

名称：排水処理方法

特許番号：第 6186046 号/

名称：濾過装置

特許番号：第 6215408 号/

名称：濾過方法

特許番号：第 6442014 号/

名称：被処理液の処理措置及び処理方法

特許番号：第 6532516 号/

名称：濾過装置及び被処理液の濾過方法

特許番号：第 6680856 号/

名称：濾過装置及び濾過方法

特許番号：第 6694662 号/

名称：濾過装置

５．性能（１）適用原水
１）水道・工業用水用取水・下水汚水・産業排水・建設濁水・環境水質保全
２）原水物性PH3～11.5
温度 2～120℃
３）許容濃度粘土質（SS）10,000mg/L 以下（２）ろ過 FLUX 設定
従来の MF に対し、10 倍以上の FLUX を実現。
表4

本装置のろ過 FLUX

粘土質濁水

平均 FLUX

50m2 1 本当り

清水

3900LMH195m3/h

1,000mg/L

500LMH25m3/h3,000mg/L

300LMH15m3/h5,000mg/L

200LMH

10m3/h（３）清澄度
ろ過水出口0.1mg/L 以下（入口 2,000mg/L において）―54―

（４）フィルタ精度
0.15μm×99.95%

大腸菌・バクテリアを 100%除去

クリプトスポリジウム・鉄バクテリア除去（４）フィルタ精度
0.15μm×99.95% 大腸菌・バクテリアを 100%除去（５）耐圧（４）フィルタ精度
クリプトスポリジウム・鉄バクテリア除去
ろ過最大差圧
0.3MPa大腸菌・バクテリアを 100%除去
0.15μm×99.95%
クリプトスポリジウム・鉄バクテリア除去
ベッセル耐圧
0.9MPa（５）耐圧

ろ過最大差圧

（５）耐圧
６．経済性

0.3MPa

ろ過最大差圧
0.3MPa
ベッセル耐圧
0.9MPa
他社類似製品及び凝集沈降方式との比較検討では圧倒的な経済優位性を実現している。
ベッセル耐圧

0.9MPa

６．経済性

表 5 経済性 類似製品の比較（比較基準量粘土質 SS1,000mg/L 30m3/h）
６．経済性
他社類似製品及び凝集沈降方式との比較検討では圧倒的な経済優位性を実現している。
M社
P 社中空糸他社類似製品及び凝集沈降方式との比較検討では圧倒的な経済優位性を実現している。
ECO クリーン
N 社平膜
M 社バネ式
凝集沈降方式中空糸（海外）
表 5 表経済性
類似製品の比較（比較基準量粘土質
SS1,000mg/L
30m3/h）
5 経済性
類似製品の比較（比較基準量粘土質 SS1,000mg/L
30m3/h）
高分子
テフロン
砂ろ過
プリコート
内圧型
外圧型
M社
PP 社中空糸
M社
社中空糸
メンブレン
ECO クリーン
N マイクロ社平膜
凝集沈降方式ECO
クリーン
N 社平膜 M 社バネ式
M 社バネ式
凝集沈降方式
φ1,800
併用
中空糸
中空糸
フィルタ
中空糸
（海外）
（海外）
フィルタ
プリーツ
高分子
テフロン 0.4μm
×2 台
30～60μm
0.08μm
高分子
テフロン
砂ろ過
プリコート
内圧型
外圧型
平板
5～8μm
0.15μm
砂ろ過
プリコート
内圧型
外圧型
マイクロ
メンブレン
マイクロ
φ1,800併用
中空糸
中空糸
フィルタ メンブレン
φ1,800
併用
中空糸
フィルタ
フィルタ
プリーツ 中空糸
イニシャルコスト
100%
180%
200%
210%
140%
160%
×2 台
30～60μm
0.08μm
0.4μm
フィルタ
プリーツ
平板
5～8μm
0.15μm×2 台
30～60μm
0.08μm
0.4μm
平板600%
5～8μm
0.15μm
設置工事費
100
150%
200%
100%
1,500%
イニシャルコスト

100%

180%

200%

210%

イニシャルコスト
フィルタ面積
設置工事費

100%2
100m
100

180% 2
1,200m
150%

200%2
600m
200%

600m
600%

設置工事費
フィルタ寿命フィルタ面積4100
年100m2150%
61,200m
年 2

4 年2
600m

200%

2 2年
600m

17m215 年

フィルタ面積フィルタ寿命フィルタコスト2
100m
100%4 年

2
1,200m
6年
900%

2
600m
4年
900%

2 600m
年
800%

2

17m
15 年720%

25m
2 か月 110%

フィルタコスト
フィルタ寿命フィルタ年間コスト

4 年100%100%

6 900%
年
600%

900%
4年
960%

800%
2年

720%15 年

110% 2 か月

フィルタ年間コスト

100%
100%
100%

600%
900%
500%

960%
900%
500%

1,300%

800%
-

190%

フィルタコスト
消耗品

消耗品

フィルタ年間コスト
電力コスト
電力コスト

消耗品
維持管理

維持管理

電力コスト
管理コスト
管理コスト

100%

100%
100%

500%

600%

1,300%

140%2

100% 17m

100%

1,500%

160%
5m2

5m2

1,500%
2 か月
2

190%

-

-

720%
1,660%

110%
2,130%

960%
1,200%

1,300%
470%-

1,660%

2,130%

470%

410%

380%

- 日
1h×365

1,660%日
1h×365

190%
410%

380%

360%

1,200%

100% 週
1h×52

500% 週
1h×52

500% 週
1h×52
1h×52 週

1h×365 日

100%
100%100%

360%
100%
100%

1,200%
100%
100%

700%
700%

700% 700%

2,800% 2,800%

1h×52
410%週
410%

1h×52
950% 週950%

1h×365670%
670% 日

1h×365510%
510% 日940%4h×365
940% 日

100%

700%

700%

2,800%

950%

670%

510%

940%

1h×52 週

維持管理
週
ランニングコスト1h×52
ランニングコスト
100%100%

1h×52 週消耗品は薬品・プリコート・砂
管理コスト
100%
100%
消耗品は薬品・プリコート・砂ランニングコスト

210%2

160%

600%
360%

100%

500%

140%

100%

410%

消耗品は薬品・プリコート・砂

―55―

470%

1h×365 日

2,130%日
4h×3654h×365 日

410%

380%

表6

トンネル濁水処理比較（条件：30m3/h

濁土 3,000mg/L

凝集沈降方式

運転日数 365 日/年）
ECO 方式3
表66 トンネル濁水処理比較（条件：30m
トンネル濁水処理比較（条件：30m
3,000mg/L
運転日数
365 日/年）
表/h 3/h
濁土 濁土3,000mg/L
運転日数
365 日/年）

処理装置
処理装置
処理装置

集中一括処理・分散処理

凝集沈降方式
凝集沈降方式

ECO 方式
ECO 方式集中一括処理集中一括処理

・分散処理
・分散処理

・切羽集水ろ過・坑内/ヤード排水処理

・切羽集水ろ過・切羽集水ろ過・プラント練水再利用
・坑内/ヤード排水処理
4m2×3 か所・プラント練水再利用
・プラント練水再利用
4m2×3 ¥750,000
か所
4m2×3 か所
切羽・プラント・ヤード¥750,000¥750,000
0.1mg/L 以下
切羽・プラント・ヤード
切羽・プラント・ヤード
0.1mg/L
以下
150％拡張可能0.1mg/L
以下
150％拡張可能
次亜・PAC \380,000
150％拡張可能
次亜・PAC\380,000
・坑内/ヤード排水処理

60～80m2

フットプリント
設置・組立・撤去工事費
フットプリント2¥3,000,000
60～80m2

フットプリント
基礎含む@250,000 円
設置・組立・撤去工事費
設置・組立・撤去工事費
清澄度
基礎含む@250,000円
基礎含む@250,000 円
清澄度
処理量拡張性
清澄度
処理量拡張性※薬品消耗品
処理量拡張性※薬品消耗品

60～80m¥3,000,000¥3,000,000
20mg/L 以下

20mg/L以下
難あり

20mg/L 以下
難あり¥3,500,000
難あり¥3,500,000※薬品消耗品円/kWh
電気料金@25¥3,500,000¥5,256,000

電気料金@25 円/kWh¥5,256,000

電気料金@25 円/kWh
脱水ケーキ処分@12,000 円/m¥5,256,000
24kW×24h×365×25

3

脱水ケーキ処分@12,000 円/m3

¥1,138,800
5.2kW×24h×365×25

24kW×24h×365×25

5.2kW×24h×365×25¥2,040,000
24kW×24h×365×25

現場処分可能5.2kW×24h×365×25¥2,040,000

170 m3×12,000
脱水ケーキ処分@12,000 円/m¥2,040,000
同運搬費@25,000 円/回¥1,075,000
同運搬費@25,000 円/回¥1,075,000
170 m3×12,000
43 回×25,000
43 回×25,000
同運搬費@25,000 円/回¥1,075,000
運転員@34,000円/日¥9,384,000
運転員@34,000円/日¥9,384,000
43 回×25,000
日×34,000
276 276
日×34,000
運転員@34,000 円/日¥9,384,000
総コスト\24,255,000/年
総コスト\24,255,000/年
276 日×34,000※費用対効果に鑑み、薬品を使用せず利用することも可能。
※費用対効果に鑑み、薬品を使用せず利用することも可能。
総コスト\24,255,000/年
3

次亜・PAC¥1,138,800\380,000¥1,138,800

170 m3×12,000

現場処分可能高分子凝集剤不使用
現場処分可能現場処分可能現場処分可能高分子凝集剤不使用
高分子凝集剤不使用

現場処分可能流出なし/自動管理
流出なし/自動管理
無人化無人化流出なし/自動管理\1,368,800/年\1,368,800/年

無人化\1,368,800/年※費用対効果に鑑み、薬品を使用せず利用することも可能。
７．将来性
７．将来性
本装置（ECO クリーン）は適用能力が高く、ほとんどの水処理でメリットを創出できる。

本装置（ECO クリーン）は適用能力が高く、ほとんどの水処理でメリットを創出できる。

その中でも凝集沈降方式+砂ろ過装置や使い捨てフィルタとの比較ではランニングコスト
７．将来性

その中でも凝集沈降方式+砂ろ過装置や使い捨てフィルタとの比較ではランニングコストを 本装置（ECO
1/10 と圧倒的なコストメリットが得られる。また、薬品撹拌層やシックナーが不要で、クリーン）は適用能力が高く、ほとんどの水処理でメリットを創出できる。

を 1/10 と圧倒的なコストメリットが得られる。また、薬品撹拌層やシックナーが不要で、装置の設置フットプリントも1/10 になる。これまでのテスト依頼案件や海外事例から市場
その中でも凝集沈降方式+砂ろ過装置や使い捨てフィルタとの比較ではランニングコスト装置の設置フットプリントも 1/10 になる。これまでのテスト依頼案件や海外事例から市場を 1/10 と圧倒的なコストメリットが得られる。また、薬品撹拌層やシックナーが不要で、を展望すると多様な展開が期待される。
・分散型・小規模浄水施設
RO 前処理（海外市場への展開が可能）
装置の設置フットプリントも 1/10 になる。これまでのテスト依頼案件や海外事例から市場・分散型・小規模浄水施設
RO 前処理（海外市場への展開が可能）
・下水 MBR の省エネ化（バブリング不要高FLUX）を展望すると多様な展開が期待される。
・下水 MBR の省エネ化（バブリング不要高・下水汚泥濃縮（50～100倍濃縮）脱水前処理 FLUX）
・分散型・小規模浄水施設 RO 前処理（海外市場への展開が可能）
・下水汚泥濃縮（50～100 倍濃縮）脱水前処理・除染土壌洗浄、減容化、汚染水前処理
・下水 MBR の省エネ化（バブリング不要高 FLUX）
・アスベスト含有排水浄化
・除染土壌洗浄、減容化、汚染水前処理・下水汚泥濃縮（50～100 倍濃縮）脱水前処理
・アスベスト含有排水浄化
・除染土壌洗浄、減容化、汚染水前処理を展望すると多様な展開が期待される。

・アスベスト含有排水浄化

―56―

・浄水場

洗砂排水処理・しゅんせつ、レアアース泥の濃縮・汚濁防止
・鉱山排水処理、ダム排水処理
これらのニーズに対応するため、装置の大容量化（125m2）、脱水装置の開発とシステム化
を企画・進行中である。
なお、本装置は優位性が高いため広範なニーズが見込めるが、水処理ビジネスはろ過・清澄化だけで完結するわけではなく、中和・脱色・COD、BOD 対策・RO との組合せなど、高度なソリューションが必要で、これらの技術を取り込み、社会の要求である SDGs の達成に貢献していきたい。

―57―

第 46 回
優秀環境装置

日本産業機械工業会会長賞

株式会社エヌ・ピー・シー

１．装置の詳細説明
本システムは、太陽光パネル（以下、パネル）のガラスと金属をリサイクルするため、自動で分離回収する解体ラインである。ジャンクションボックス（以下 J-Box）やアルミフレーム
をパネルから自動で分離した後、カバーガラスを割らずにそれ以外の部材と分離し、ガラスと金属の完全リサイクルを可能にした画期的な中間処理ラインである。
以下に一般的に最も流通している結晶シリコン系パネルの構造を断面図で示す。

図 1 パネルの断面図
結晶シリコン系パネルは、発電素子である太陽電池セルを複数枚、直列に接続し、配列したものを、表側にカバーガラス、裏側にバックシート等の保護部材を配して封止材を固着させて製造する。さらに 4 辺をフレーム（通常アルミ製）で挟み込んで、風雨から保護し、銅線ケーブルを擁している J-Box（電気の取り出し口）を裏面に取り付けて完成する。
表 1 は想定されるリサイクル対象のモジュール（＝パネル）の仕様である。
表が示すとおり、パネルにはその重量の 6～7 割程度を占めるカバーガラスのほかに、アルミや銅などの有価金属が含まれている。また、表には記載がないものの、銀もわずかに含まれている。当社が開発したパネル解体ラインは、こうした有価物を効率的に、かつ低価格で回収し、リサイクルすることを目的としている。
本解体ラインは J-Box 分離装置、フレーム分離装置、ガラス分離装置という 3 つの装置で構成されている。
まず J-Box 分離装置にて、パネル裏面の J-Box を分離し、J-Box に含まれる銅線を回収する。
次にフレーム分離装置にて短辺、長辺それぞれのフレームを 2 本ずつ分離し、アルミを回収する。最後にガラス分離装置にて、約 300℃に加熱した刃（以下ホットナイフ）をパネルの封止材（EVA）部分に当接させることで、カバーガラスを割ることなくその他の部材と分離する。
これにより、銅、アルミ、そして金属を含まない板状ガラスを分離することができ、リサイ
クルしやすい状態で有価物を回収することができる。

―59―

表 1 想定されるリサイクル対象のモジュールの仕様●結晶Siモジュールの想定
項目
モジュール寸法 長さ
幅
周辺長
面積
モジュール出力モジュール効率
構成材料
セル（結晶シリコン）
フロントカバー（ガラス）
フレーム（アルミ）
充填材（EVA）
周辺シール（プラスチック）
バックカバー（プラスチック）
電極材料（銅／はんだ）
端子ボックス（プラスチック）
ビス（鉄）
合計

単位

値

m
m
m
m2
W

1.670
1.000
5.340
1.670
240.0
14.4%
0.377
12.500
3.200
1.109

kg/枚
kg/枚
kg/枚
kg/枚
kg/枚
kg/枚
kg/枚
kg/枚
kg/枚
kg/枚

図 2 パネル解体ラインの処理フロー

―60―

1.131
0.084
0.300
0.100
18.800ガラス
ホットナイフセルその他部材

図 3 ガラスの分離の様子

２．開発経緯再生可能エネルギー全量買取制度（FIT 制度）が 2012 年に施行されて以来、日本のパネルの導入量は飛躍的に増加し、2018 年末現在、累計で約 56GW で世界第 3 位に入っている。
パネルには、前述のとおりカバーガラス、銀や銅などの有価物が含まれているが、同時に鉛などの有害物質も含まれている。このため、廃棄処分に際しては、管理型最終処分場における適正な処理が不可欠である。
一方、将来的には大量の使用済みパネルが排出されると予想されている。経済産業省・資源エネルギー庁は 2018 年 11 月、2035 年～2037 年頃にパネルの排出量がピークを迎え、年間約17～28 万トンのパネルが排出されるとの試算を公表した。

200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0

176.1

62.4

中国

アメリカ

56

日本

45.9

ドイツ

33

インド

図 4 2018 年末時点の太陽光発電累計導入量 上位 5 か国
（REN21 及びドイツ連邦ネットワーク庁のデータを元に当社にて作成）―61―

（出典：資源エネルギー庁）（出典：資源エネルギー庁）
図 5 使用済みパネルの排出量推計

図 5 使用済みパネルの排出量推計

FIT 終了後の排出量には、出力低下及び土地の所有形態（定期借地、賃貸、または所有）の 2

FIT 終了後の排出量には、出力低下及び土地の所有形態（定期借地、賃貸、または所有）の 2

点が大きく影響すると想定し、現実に即した 4 つのシナリオを準備したものである。環境省が点が大きく影響すると想定し、現実に即した
4 つのシナリオを準備したものである。環境省が2016
年 3 月に発表していた、2040 年に年間 77 万トンとの推計からは大きく下がっているもの
2016 年 3 月に発表していた、2040 年に年間 77 万トンとの推計からは大きく下がっているものの、現在でも台風や水害その他の災害等で被災したパネルや、何らかの不具合があるパネルがの、現在でも台風や水害その他の災害等で被災したパネルや、何らかの不具合があるパネルが全国で多数排出されており、その適正な処分やリサイクルのための早急な体制づくりは急務で全国で多数排出されており、その適正な処分やリサイクルのための早急な体制づくりは急務である。
当社は 2014 年から、低コストで効率的なパネルのリサイクルに向けて研究開発を進めてきた。
ある。
同年当社は
7 月から20142015年から、
年 2 月にかけては、
国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構
低コストで効率的なパネルのリサイクルに向けて研究開発を進めてきた。
（NEDO）の委託を受けて「太陽光発電リサイクル技術開発プロジェクト」に国立研究開発法人
同年 7 月から 2015 年 2 月にかけては、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構
産業技術総合研究所、はんだを専門とする株式会社日本スペリアとともに参画した。その際、（NEDO）の委託を受けて「太陽光発電リサイクル技術開発プロジェクト」に国立研究開発法人「可溶化法を用いた使用済み太陽電池からの資源回収技術の開発」プロジェクトのフィージビ

産業技術総合研究所、はんだを専門とする株式会社日本スペリアとともに参画した。その際、リティ・スタディ（FS）を実施し、当社の担当であるガラス分離装置の開発を完了した。この「可溶化法を用いた使用済み太陽電池からの資源回収技術の開発」プロジェクトのフィージビ

FS において、当社の分離技術が採用となり、あらためて 2015 年 4 月から 2018 年 12 月にかけ

リティ・スタディ（FS）を実施し、当社の担当であるガラス分離装置の開発を完了した。このて、産業廃棄物処理業者である株式会社浜田とともに「ホットナイフ分離法によるガラスと金
FS において、当社の分離技術が採用となり、あらためて2015 年 4 月から 2018 年 12 月にかけ
属の完全リサイクル技術開発」
として採択され、処理コスト 5 円/W に向けた実証試験を行った。
て、産業廃棄物処理業者である株式会社浜田とともに「ホットナイフ分離法によるガラスと金
その結果、処理コスト目標を上回る
3 円/W を達成したものである。
以下に第 1 号機納入までの経緯をまとめる。
属の完全リサイクル技術開発」
として採択され、処理コスト 5 円/W に向けた実証試験を行った。

その結果、処理コスト目標を上回る 3 円/W を達成したものである。
2014 年～ 1 号機納入までの経緯をまとめる。
調査・研究開始
以下に第2014 年 7 月～2015 年 2 月

2014 年～
2014 年 7 月～2015 年 2 月

国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構の太陽光発電リサイクル技術開発プロジェクトに参画。

調査・研究開始「可溶化法を用いた使用済み太陽電池からの資源回収技

国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構の術の開発」をテーマとし、当社の担当であるフレーム分離

太陽光発電リサイクル技術開発プロジェクトに参画。
装置、ガラス分離装置を開発。
2015 年 4 月～2018 年 12 月

「可溶化法を用いた使用済み太陽電池からの資源回収技
国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構の術の開発」をテーマとし、当社の担当であるフレーム分離
太陽光発電リサイクル技術開発プロジェクトに参画。
装置、ガラス分離装置を開発。

2015 年 4 月～2018 年 12 月

国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構の太陽光発電リサイクル技術開発プロジェクトに参画。

―62―

「ホットナイフ分離法によるガラスと金属の完全リサイクル」をテーマとし、ホットナイフ分離装置の改良及び実証を実施。
2017 年 11 月

第 1 号機納入

３．独創性
廃棄されたパネルは、比較的取り外して回収しやすいフレーム（アルミ製）を除いて、そのまま破砕処理され、埋め立てられている。前述のとおり、将来的に急増する廃棄パネルの処理問題に対処するため、欧州や日本など、太陽光発電が普及している各国でリサイクルに関する取組みが始まっている。
その一方、破砕せずに資源を効率的にリサイクルする手法については、
依然として模索中であり、確立されていない。
当社は、パネルを製造するための装置一式を世界 50 か国以上へ提供してきた実績がある。パネルの製造工程には、太陽電池セルやカバーガラスなどを圧着封止するラミネーション工程や、不要な端部を切除するトリミング工程が含まれるが、これを製造とは逆の解体という視点から見直して、今回の機構を着想したものである。
ラミネーションでは、封止材によって、太陽電池セルとカバーガラス、バックシートを圧着封止するが、解体する場合は封止材が溶融する温度でパネルを加熱すれば、カバーガラスとその他の部材を分離することができる。その際、トリミング工程で用いている加熱した刃（ホットナイフ）を、固着した封止材の部分に当接することで、ガラスを割らずに封止材層と分離できる機構を構想した。

図 6 太陽電池の製造工程―63―

ガラスについては、価値が高い板ガラスの原料として回収することができれば、売却単価を上げることが可能になる。ただし、板ガラスの製造工程においては、異物の混入がないことが重要な条件となる。このため、分離後のガラス上に封止材がほぼ残らないように分離することが求められる。
封止材の残膜厚の目標値を設定するにあたり、ガラスメーカーから聞き取りを行ったところ、2m の高さからガラスを落としたとき、名刺大に割れる必要があるとのことであった。当社で行った実験では、残膜厚が 0.1mm であれば名刺大に割れることがわかったため、残膜厚 0.1mm を目標とした。
なお、開発当初は、ホットナイフを 1 枚刃機構で構成していたが、この構成では目標値に達しないことがわかった。また、ホットナイフの位置を調整して目標値を達成しようとすると、ガラスが割れてしまう場合もあった。このため、構成を 2 枚刃機構とし、2 段階で分離するよう変更すると、残膜厚を安定的に 0.1mm とすることができた。
最終的にはパネルの端部から数 cm の位置に第 1 のホットナイフを当接し、封止材層を数 cm除去した後、
この部分に第 2 のホットナイフを当接して残りの封止材層を分離する機構とした。
ホットナイフの材質については、処理コストの低減を図るため、交換まで 2,400 枚の耐久性を持つことを目標とした。S45C、SACM645、SKD11 などの様々な材質を評価し、分離性能と高耐久性を兼ね備えた材質の選定を行った結果、細粒超硬合金を採用することとした。
これにより、
交換まで 2,500 枚の耐久性を達成した。
なお、他社の手法については、パネル全体を炉で加熱する機構や、ガラスを板状で回収するためにその他の部材を削り取る手法などが考案されている。しかしながら、装置が大掛かりになったり、処理時間が長くなったりするなど、検討すべき課題が発生している。また、これらは製品化されていないため、詳細比較は実質的に困難である。
当社の手法であれば、予熱機構とホットナイフ機構、搬入出機構というシンプルな機構で実現できるため、ガラスとその他の部材の分離にはスペースを取らない。

図 7 ホットナイフ分離装置の構成―64―

４．特許の有無
次のとおり、特許 3 件を取得済み。
特許番号：第 6133475 号 / 名称：太陽電池パネルの枠分離装置
特許番号：第 6271468 号 / 名称：太陽電池モジュールのリサイクル装置
特許番号：第 6271686 号 / 名称：太陽電池モジュールのリサイクル装置
このうち第 6133475 号はフレーム分離装置に、第 6271468 号と第 6271468 号はガラス分離装置に関するものである。

５．性能
分離性能は、前述のとおり、封止材の残膜厚 0.1mm 以下を達成している。
本ライン一式は CE 規格に準拠しており、また、耐久性についても強度の高いチェーン駆動方式を採用し、安全性の高い材料を選定している。また、パネルサイズが変更されても自動的に
ホットナイフの調整が行われるため、操作性も高い。操作はタッチパネル式となっており、オペレータはストレスの少ない操作が可能である。また、ホットナイフなどの消耗品の交換や保守が容易な構造とすることで、維持管理性を高めている。

６．経済性
ライン一式による処理コストは、出力 240W のパネルを一日 240 枚処理し、年間 270 日稼働するとして、3 円/W という低コストを実現した。
管理型最終処分場の処理費用は平均で15,000 円／㎥であり、パネル1 枚あたりで換算すると、1,200 円となる。当社の開発した解体ラインを用いて処理した場合、処理コストは 3 円/W(720円/枚)であるため、管理型最終処分場における処理費用に比べ、4 割もコストを抑えることができる。
また、回収した有価物も、パネルのサイズや年式、使用状況等によって違いはあるものの、おおよそ以下のような金額で販売が可能である。
アルミフレーム：90～110 円/kg
セルシート：10～200 円/kg
J-Box ケーブルのみ：約 100 円/kg
（注：金額は 2019 年 12 月時点の参考価格）
さらに、ホットナイフの耐久性は 2,500 枚を処理できるため、ランニングコストも低く抑えられる。
なお、従来はパネルを産業廃棄物として粉砕して埋め立て処理を行っており、パネルの解体装置は存在していなかった。

７．将来性
太陽光パネルの導入量は、今後も世界的に増加すると考えられている。
これに伴い、廃棄パネルの数も将来的に大幅に増加することが見込まれている。
日本だけに限ると、前記の経済産業省の廃棄パネル予想のとおり、年間 17 万トンとすれば、当社の太陽光パネル解体ラインの処理能力が年間 1,218 トンであるため、単純に解体ライン 130
台以上に相当する。このため、全国の産業廃棄物処理業者に本パネル解体ラインを販売し、パ―65―

ネルのリサイクル体制を構築することを目指している。
また、海外市場、特に欧州や北米など、太陽電池市場が早くから形成されてきた市場への展
開も図る。

８．その他
本装置については、当社においても工場に導入し、パネルの中間処理サービスを本年より開始している。これにより、ガラスが割れたパネルに対応する機構や、さらなる機能の改善に向けた研究開発を継続的に行っている。
また、アルミと銅の分離に特化した機能を持つ簡易型フレーム・J-Box 分離装置も開発・発売した。これは電力のみを動力源とするため、発電機とともにトラックに積載すれば、太陽光発電所などの現場でアルミと銅を分離・回収でき、輸送コストの削減に寄与するものである。
当社は、今後も市場の形成状況を見極めつつ、パネルのリサイクル市場を牽引していく所存で
ある。

―66―

第 46 回
優秀環境装置

日本産業機械工業会会長賞

株式会社クボタ

１．装置の詳細説明
本装置は、下水道整備区域外のマンション、病院、工場、公共施設等の大規模な建築物から排出される生活排水を処理する浄化槽である。
本装置では、前段（固液分離槽、嫌気ろ床槽）で流入汚水中の夾雑物を除去し、後段（担体流動槽等の生物反応槽、ろ過槽、処理水槽）で有機物を生物処理し、発生した汚泥を固液分離することで清澄な処理水を得る。
まず従来装置の浄化槽各単位装置の構造と機能は次のとおりである。固液分離槽は、流入汚水中の夾雑物・固形物等を分離し貯留する。嫌気ろ床槽は、ろ材を充填させた「ろ床」を汚水が通過する際に固形物や浮遊物質が分離され、ろ床内の嫌気性微生物により有機物の嫌気分解と硝酸･亜硝酸性窒素の脱窒を行う。担体流動槽は、槽内に充填した流動担体に固定化される好気性微生物により有機物の分解及びアンモニア性窒素の硝化を行う。担体ろ過槽は、担体流動槽で有機物を分解した際に発生した汚泥を、槽内に充填されたろ過担体でろ過し清澄な処理水を得る。また、槽内に設けたエアリフトポンプにより槽内水を固液分離槽へ常時循環させる。
処理水槽は担体ろ過槽でろ過した処理水を一時的に貯留するとともに、担体ろ過槽で捕捉できなかった剥離汚泥を固液分離し汚泥の槽外への流出を防止する。消毒槽は、消毒剤を処理水に接触・溶解させ滅菌を行う。放流槽は、水中ポンプ等で槽内に貯留された処理水を浄化槽外に放流する。

図 1 大型浄化槽(KTZ 型)概略図―67―

同処理性能の他メーカーの類似装置と弊社従来装置及び本装置の比較を表 1、図 2 に示す。
メーカーごとに槽名称は異なる場合があり、図 2 の処理フローをみると類似装置の「予備ろ過槽」は従来装置の「嫌気ろ床槽」と同じ機能である。類似装置と従来装置は、一般的でほぼ同じ処理フローであることがわかる。類似装置や従来装置にはなかった第一ろ過槽を担体流動槽の前に設けた処理フローは、本装置開発の技術上の大きなポイントである。また、従来装置同等の処理性能を確保しながらスポンジ担体採用による担体流動槽容量の縮減、流入汚水による堆積した汚泥の巻き上げ・撹拌を抑制することで少ないスペースでより汚泥の濃縮貯留化を可能にし、固液分離槽・嫌気ろ床槽の容量を縮減させるというポイントも本装置のコンパクト化に繋がった。
表 1 類似装置・従来装置と本装置の仕様範囲比較

処理方式
人槽範囲
日平均汚水量範囲
型式の槽本数範囲
BOD
処理水質
SS

(人)
(m3/日)（本)(mg/L)(mg/L)(類似装置)

類似装置
固液分離型
流量調整付
担体流動生物ろ過循環方式51～1500
10.2～139.0
1～6
15以下

(従来装置)

汚泥貯留槽

流調部

予備ろ過槽

担体流動槽
生物ろ過槽

(本装置)
流入

流入

流入
固液分離部

従来装置
本装置
ﾋﾟｰｸｶｯﾄ流量調整型固液分離嫌気ろ
担体流動ろ過床担体流動
循環方式
ろ過循環方式51～1840
51～2380
2.55～92.0
2.55～119.0
1～3
20以下
20以下
10以下

逆
洗
水
・
循
環
水

流調部

固液分離槽

流調部

嫌気ろ床槽

担体流動槽
担体ろ過槽

逆
洗
水
・
循
環
水

循
環
水

流調部

固液分離槽

流調部

嫌気ろ床槽

第一ろ過槽
担体流動槽

消毒槽

処理水槽

担体ろ過槽

放流ポンプ槽

消毒槽

処理水槽

放流

放流ポンプ槽

消毒槽

放流

放流ポンプ槽放流

図 2 処理フロー比較

―68―

逆
洗
水

２．開発経緯（１）開発経緯
1）開発の背景
世界各国が各産業分野で温室効果ガスの削減に取り組む中で、浄化槽についても積極的な取組みが推進されている。環境省が、「省エネ型浄化槽システム導入推進事業」として、2000（平成 12）年以前に設置された建築基準法に定める旧構造基準及び新構造基準の大型浄化槽（60 人槽以上）を省エネルギー効果が高い浄化槽への入れ替えに際して、定められた工事に要する経費の 1/2 を補助する制度も、その一つである。既設浄化槽の改修は、流入する汚水を継続して処理しながらの施工となるため、新たに浄化槽を設置するスペースが必要となる。そのスペースの確保という観点から、狭小地にも設置できる浄化槽本体のコンパクト化は市場からの要望である。その市場からの要望に応え、従来機をさらにコンパクト化した大型浄化槽を開発する
ことにより、既設浄化槽の改修のみならず、新設に際しても施工費の低減に貢献することができる。
大型浄化槽は、日本国内においては約 1,500 件/年の需要があり、市場ではコンパクト型［処理性能：放流 BOD(生物化学的酸素要求量)20 mg/L 以下］の設置が 9 割を占めており、本装置の開発ではそのコンパクト型市場の中でも最も市場ニーズが高い 200 人槽以下をターゲットとし、顧客の施工費を大幅に低減できるようにコンパクト化することを開発コンセプトとした。
2）開発目標・全長従来装置比約 80％にコンパクト化した製品の開発
・200 人槽(日平均汚水量 40m3/日)以下を FRP 本体槽 1 本構造に収める(10 トン車で輸送する場合に積載可能な長さを 1 本槽の最大長さとしており当社従来装置
は 200 人槽の条件では 1 本槽に収まらず本体槽 2 本構造)

図 3 従来装置と比較した本装置の目標

図 4 大型浄化槽施工写真(上：2 本槽、下：1 本槽の写真)―69―3）開発経緯2010 年

従来装置に替わる大型浄化槽の開発に着手。
基礎試験により汚水処理フロー改良を重ね、現在の構造の採用に至る。

2014 年 7 月～2015 年 6 月

一般財団法人日本建築センター浄化槽試験所にて性能評
価試験を実施し性能評価取得。

2015 年 9 月

本装置の認定関連(国土交通大臣認定、型式適合認定、型式認定)取得完了。

2015 年 10 月

販売開始

2015 年 11 月

第 1 号機納入

３．独創性
本装置の処理フローを確立するため、ろ過方法、流動担体の材質や充填量、嫌気ろ材の形状や充填量、循環水量、ばっ気風量等様々な検討を行い従来装置の処理性能を維持しながら本装置を目標どおりコンパクト化を達成できたポイントは次の 3 点である。
① 二段ろ過方式の採用［SS(浮遊物質)除去能力の向上］
図 4 のように一段目の第一ろ過槽では汚水中の SS(浮遊物質)をろ過し、次槽の担体流動槽への流入を抑制する。従来装置には無かった第一ろ過槽を追加したことで担体流動槽への負荷が下がり、処理効率が向上したことで担体流動槽容量を減らすことにつながった。その後の二段目の担体体ろ過槽で、担体流動槽で発生した汚泥をさらにろ過し SS(浮遊物質)を除去する構造としたことで従来装置より清澄な処理水を得ることができる構造になっている。この第一ろ過槽は、円筒状のろ過担体(材質：ポリプロピレン)と槽底部の逆洗管(材質：PVC)のみで構成されるシンプルな構造とした。下降流で汚水が、ろ過担体を充填したろ過槽を通過するときに浮遊物質が捕捉される。ろ過担体が閉塞しないように浄化槽への汚水流入が無い時間帯(主に夜間)に 1 日 1 回以上の頻度にて槽底部から逆洗管でエアー洗浄する。後段の担体ろ過槽も同構造とし、管体軸方向に対し処理水槽・消毒槽・放流槽を間に挟んだ対称位置に配置した。
大型浄化槽は作業者が浄化槽管体(直径 2,500mm)の中で、ガラス繊維に樹脂を含浸させ、FRP
部品を貼り合わせて作る部分が多い。第一ろ過槽を追加することで、小さい人槽になるほど浄化槽内の仕切板で区切られた各槽の容量が小さくなり、作業スペースが狭く製作が困難になることが懸念された。ろ過槽自体を従来装置よりもシンプルな構造に見直したことと、二段ろ過部・処理水槽・消毒槽・放流槽を本体組立前にオフラインにて一体型の形状でユニット化し、組立時に部品として浄化槽管体内に組み付ける製法に改善することで解決した。

―70―

図 5 本装置のポイント② スポンジ担体の採用
従来装置に使用していた流動担体(材質：ポリプロピレン)に代わり担体の表面だけでなく内部にも微生物が固定化され、単位容積あたりの微生物量を増やすことができるスポンジ担体(材質：ウレタン)を採用した。適正な充填率を決定するために社内試験にて担体流動槽容量に対し充填率を振って確認した。担体量が多いほど固着される生物量が増え処理能力が上がるが、設定している空気量では担体が充分に槽内旋回しなくなる充填率がわかり、それを上限として性能面とコスト面で適正な充填率を決定した。①項の前段のろ過槽(第一ろ過槽)による流入負荷低減効果によって、本装置の担体流動槽を従来装置の約 75%の容量としコンパクト化を実現した。

図 6 スポンジ担体―71―

③ 前処理槽(固液分離槽・嫌気ろ床槽)の汚泥貯留方法
図 5、7 のように本装置の汚水流入側にある流入バッフルに底板を設け、流入する汚水が直接真下に流れることなく横方向に分散する構造とした。
前処理槽底部に堆積した汚泥の巻き上げ・撹拌を抑制することで、少ないスペースでより汚泥の濃縮貯留化を実現し前処理槽の容量を縮
減した。

：水の流れ

底板 t=3mm
図 7 流入バッフル

上記①～③のポイントを中心にした技術開発により、開発目標を実現した本装置を製品化した。

４．特許の有無
次のとおり、特許 1 件を取得済み。
特許番号：第 6632202 号 / 名称：浄化槽

５．性能（１）処理性能
浄化槽を製品化するために第三者機関による性能評価試験を実施し処理性能の公的な評価を得た。試験は実機と同じ設計基準の各単位装置で構成されるミニプラント試験槽に汚水を約 6か月間流入させ、低温負荷試験（13℃試験）と恒温負荷試験（20℃試験）の 2 つの結果を評価し、申請（BOD：20mg/L 以下、COD：30mg/L 以下、SS：20mg/L 以下）した処理性能が得られるかを確認する。また、流入水量を変動させて試験を行った。
試験結果（平均値）は表 2 のとおり、コンパクト化した本装置であるが従来装置の処理性能を表す数値と比較しても高い処理性能であることがわかる。

―72―

図 8 性能評価試験写真
表 2 第三者機関による性能評価試験結果(処理水質)比較(単位：mg/L)

試験
結果

ＢＯＤ

ＣＯＤ

ＳＳ

従来装置

18.4

24.0

4.5

本装置

11.7

17.7

3.6

BOD：生物化学的酸素要求量、COD：化学的酸素要求量
SS：浮遊物質―73―

（２）維持管理性
本装置の維持管理には、保守点検・定期清掃の 2 項目がある。保守点検とは、浄化槽の作動状況、施設全体の運転状況、放流水の水質等を調べ異常や故障を早期に発見し予防的処置を講ずる作業で、その頻度は 3 か月に 1 回以上として認定を得ている。
定期清掃とは浄化槽の使用に伴い必ず発生する汚泥、スカム等を槽外へ引き出し、槽及び機器等を清掃する作業で浄化槽の機能を長期にわたって維持するために不可欠な作業で、その頻度は 6 か月に 1 回以上としている。
従来装置の点検頻度は 4 週に 1 回以上と本装置より多かったことから、維持管理する項目はさほど増えておらず維持管理を請け負う業者への点検費用が安価で済む。清掃頻度は、従来装置と同様であるため汚泥引き抜き処分費用についても同等となる。
１）保守点検保守点検は、一般的な項目である浄化槽内各槽の運転状況確認が主体となる。異常や消耗がある場合には調整、交換、補充が必要となる。
２）定期清掃
定期清掃は、一定時間ごと浄化槽に貯留･堆積したスカムや余剰汚泥の搬出と異物や生物膜が付着した箇所清掃が主体となる。
表 3 維持管理の主要点検項目一覧
点検場所

点検項目
流入･放流管渠の異物･閉塞有無の確認・除去
各槽の水位異常有無の確認
担体流動槽ばっ気状況異常･発泡有無の確認
散気管の点検･掃除・交換
流調エアリフトポンプ水量確認･調整
流調計量器・循環計量器の汚泥付着有無の確認･除去
循環エアリフトポンプ水量確認･調整
逆洗水移送エアリフトポンプ水量確認･調整
浄化槽 各槽の水温・透視度・pH･DO(溶存酸素)測定
各槽の臭気有無の確認
固液分離槽汚泥堆積状況の確認・清掃
固液分離槽スカム状況の確認・清掃
嫌気ろ床槽汚泥堆積状況の確認・清掃
嫌気ろ床槽スカム状況の確認・清掃
処理水槽スカム状況の確認・除去
消毒槽スカム状況の確認・除去
滅菌用消毒剤残量の確認と補充
ブロワ消耗品(オイル)の点検・補充
機械設備 ブロワ消耗品(ダイアフラム･ベルト・エアフィルタ)の点検・交換
ブロワ運転音の異常有無の確認・調整
計装設備 水道メーターによる平均汚水量の確認
ろ過槽手動逆洗状態確認
制御機器 タイマー設定値の確認･調整
警報有無の確認―74―

保守点検 定期清掃
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○

６．経済性
本装置の経済性を、市場において需要が高い 70 人槽・日平均汚水量 14m3/日の条件にて評価した。本装置は従来装置と比較して 3 か月に 1 回の保守点検頻度で認定を取得しており、ラン
ニングコストで約 18%の削減が図れる。また、20%の設置スペースの削減により、施工費も約 12%削減できる。
表 4 経済性比較(70 人槽、流入 BOD200mg/L の場合)

処理方式
(人)
人槽
(m3/日)
日平均汚水量
3
総容量
(m )
(mm)
全長
(mm)
寸法
全幅
(mm)
全高
(W)
ブロワ
消費電力
(mg/L)
処理水質 BOD
保守点検頻度メンテナンス性 清掃頻度
逆洗操作の作業性
本体槽
施工費
維持管理費
経済性
(保守点検費,清掃費,
電力費,補修費)
省スペース

従来装置

本装置

ピークカット流量調整型
固液分離嫌気ろ床
担体流動ろ過循環方式

担体流動ろ過循環方式

23.18
5,450
2,500
2,800
400
4週に1回

70
14

20

17.46
4,350
2,500
2,800
380

3ヶ月に1回
6ヶ月に1回電磁弁1個で切替
電動弁1個で切替
100
80
100
88
100

82

100

80

７．将来性
大型浄化槽（KTZ 型）は、浄化槽に求められる、「施工費を削減できるコンパクト性」という市場からの要望に応える将来性の高い大型浄化槽である。水処理プラントをパッケージ化した
浄化槽は、工場で生産された製品をそのまま設置現場へ運搬し施工するため工期が短く、環境負荷低減の効果が早いという利点がある。日本国内のみならず、東南アジアなど海外の下水道の普及が進んでいない地域でも、水環境を改善する分散型汚水処理施設として普及することが期待されている。

―75―

第 46 回
優秀環境装置

日本産業機械工業会会長賞

株式会社ササクラ

１．装置の詳細説明
本装置は、発電装置等の排ガス騒音を低減させる消音器である。従来型の消音器の課題を解決し、同等の消音性能を発揮しながらも小型化を実現している。
（１）従来装置①（拡張・共鳴型消音器）
拡張型消音器は、図 1 に示すようにパイプの断面積を変化させることで、拡張室内で音波を反射させ、その反射波と入射波との干渉により消音させるものである。

図 1 拡張型消音器（左：基本形

右：内ダクト付き二段拡張型）

一般的な排ガスサイレンサは、この拡張型消音器の派生型であり、内ダクト付き二段拡張型などとなっている。
拡張型消音器の主な特徴は、以下の①～③である。
① 減音効果を得ることができる周波数が離散的である（図 2 のように減音の効果が現れる周波数が飛び飛びになっている）② 消音器の外径が排ガス管より大きく膨らむ③ 排ガス流路に対して突起した仕切り板が必要となる
しかし、これらの特徴は以下に示す課題の要因にもなっている。

―77―

減音性能 [dB]

周波数 [Hz]図 2 拡張型消音器の減音性能と周波数の関係
まず、減音周波数が離散的であることは、音源の周波数特性によっては大きな減音効果を得ることができる反面、音源の周波数特性と減音特性が合わなければ、ほとんど減音効果を得ることができないことを意味する。また、音源の周波数特性が変動する場合に、消音器の減音特性がこれに追随できず、結果的にほとんど減音効果を得ることができないという課題もある。
次に、外径が大きく膨らむことで、過密な排ガス管システムに配管レイアウトの不自由さを強いるという課題がある。
最後に、排ガス流路に対して突起した仕切り板があることで、これが空気抵抗となり、消音器圧力損失値が大きくなっている。
（２）従来装置②（吸音型消音器）
吸音型消音器は、ガス流路の外側に吸音材を配置し、音エネルギーを熱エネルギーに変換させる（吸音）ことで音を減衰させるものである。吸音型消音器の模式図を図 3 に示す。

φD

吸音材

L

図 3 吸音型消音器
本タイプの消音器は当社も従来から販売しており、取合口径(D)と全長(L)の関係 L/D が同じであれば減音性能はほぼ同じであることがわかっている。
吸音型消音器を排ガスシステムに使用するとき、拡張型と同等の減音量を満足するためには、
吸音型は全長を拡張型の数倍長くしなければならないという課題がある。

―78―

（３）当社縮流吸音型消音器（本装置）
本装置は、従来装置②の吸音型消音器を発展改良したもので、消音器内部のガス流路を同心円状に縮流し、かつ流路を平滑に保ちつつ、消音器外径を取合い径より若干張り出させ、吸音層厚さを確保している（図 4）。

図 4 縮流吸音型消音器
減音のメカニズムは吸音型消音器と同様で、消音器内部に充填した吸音材によって音エネル
ギーを熱エネルギーへ変換させることであるが、以下の点において従来の吸音型消音器を上回る減音性能を実現している。
・ 流路を絞ることにより、見かけ上の口径(D)が小さくなり、全長(L)が同じでも従来の吸音型消音器と比べて L/D が大きくなり減音性能が向上する。
・ 吸音層が厚くなることで、低い周波数帯での吸音効率が向上する。
・ 断面積変化により音が反射することで減音性能が向上している。
上述の構造により、広範な周波数帯で高い減音量を確保しつつ、圧力損失値を低く抑えることに成功した。

２．開発経緯（１）開発経緯
現代社会において、地球環境保護への取組みは重要な課題となっている。特にここ数年、新興国の急速な工業発展による大気汚染は深刻化の一途を辿り、多くの国で呼吸器疾患者数を増大させている。この問題に対して、いま世界規模で動力機器（設備）の排出ガス規制を強化する動きが加速している。例えば、海運・造船業界では、国際条約によって、2020 年 1 月以降一般海域を航行する全ての船舶に、燃料油中の硫黄分濃度の規制値を強化（低減）することを義務付けている。
このような背景において、当社は排ガスシステムの設計自由度を高め、排ガス浄化装置の設置を容易にすることを目標として、本装置（新型排ガス消音器）の開発を着手するに至った。
本装置の開発コンセプトを、「消音器全長 1m で 10dB の減音効果を確実に得ること」とし、従来の排ガス消音器を如何にミニマムなものへ変容し得るかを追求した。
既に、排ガス浄化装置の設置が進む造船分野において、先行機の実船搭載、本装置の実船で―79―の性能試験を行い、本装置の性能に確たる裏付けを得ることができ、開発を完遂することができた。
2015 年に顧客から高性能かつミニマムな消音器の開発要請があり、本装置の先行機となる消音器を開発したことが端緒である。その後、当社無音風洞実験設備（ササクラ音響ラボラトリー）において、本開発品に至るまで複数種の消音器の実験を繰り返し行った。来歴は以下のとおりである。
2015 年

先行機の開発に着手

2016 年

先行機の風洞実験後、製作、試験を完了

2017 年 12 月

本装置の開発構想を取りまとめ2018 年 8 月

本装置の実験計画を立案

2018 年 10 月

風洞実験を実施2018 年 10 月

第 1 号機納入

2019 年 4 月

実機で運用開始

2019 年 6 月

実機で性能試験を実施

2019 年 9 月

無音風洞実験及び実機試験の結果を取りまとめ、開発を終了

３．独創性
本装置の独創性は、ガス流路の断面積変化による減音と、吸音層の拡大による減音を組み合わせることで、広範な周波数帯で高い減音量を確保し、全長 1m で 10dB の減音を実現したことである。さらに、流路を滑らかな直線上とすることで、圧力損失の低減も実現した。
また従来の消音装置の減音性能は、文献による推定計算もしくは、現地測定によるものがほ
とんどであったが、本装置の開発においては本装置と従来装置を、当社音響ラボラトリーにて
規格（ISO 7235 (Acoustics - Laboratory measurement procedures for ducted silencers
and air-terminal units - Insertion loss, flow noise and total pressure loss)）に基づいた測定方法により減音性能及び圧力損失値を評価し比較した。
表 1 及び図 5 に同じ 10dB 減音としたときの、本装置と拡張型消音器（従来装置）の各寸法と圧力損失値の比較を示す。
表 1 従来品との比較
項目

従来装置

本装置

減音の方式

内ダクト付き二段拡張型

縮流吸音型

取合管径

300A（入口・出口は偏芯）

350A

胴体径

825mm

558mm

長さ

1,800mm

1,000mm

重量

350kg

260kg

約 10dB

約 10dB

753Pa

584Pa

減音性能※1※2

圧力損失値※1 A 特性音圧レベルのオーバーオール値※2 風洞試験において圧力損失係数を計測し、運転風量・温度に設定した換算値―80―図 5 従来品との比較グラフ

図 5 従来品との比較グラフ
４．特許の有無

４．特許の有無
次のとおり、2 件の意匠権を登録済み。
登録番号：第1644193 号 / 名称：消音器
次のとおり、2
件の意匠権を登録済み。
登録番号：第1644194
名称：消音器
登録番号：第1644193号 号/ /名称：消音器

登録番号：第 1644194 号 / 名称：消音器
５．性能
3 項に記載のとおりである。

５．性能
3 項に記載のとおりである。
６．経済性
特に以下の用途において、従来品との置き換えによる配管システムのトータルコストの縮減効果が期待できる。

６．経済性① 建築市場における、給排気通風機または空調システム用消音器及びダクトシステム全体

特に以下の用途において、従来品との置き換えによる配管システムのトータルコストの縮減効果が期待できる。
① 建築市場における、給排気通風機または空調システム用消音器及びダクトシステム全体

―81―

コスト
② プラント市場における、給排気通風機用消音器及びダクトシステム全体コスト③ 中・小型船舶建造市場における、発電機関排ガス用消音器及び排ガスシステム全体コスト④ 小型船舶及び漁船建造市場における、主機関排ガス用消音器及び排ガスシステム全体コスト
また騒音対策装置は騒音問題発生後に設置すると、本体コストに加え改造工事費も発生し、多大なコストが発生する。本装置は減音性能・圧力損失特性などが試験により確立しているた
め、事前の予測計算等で消音器が必要となる場合に予め設置することが可能になる。これにより事業全体のトータルコストを縮減することができる。

７．将来性
本装置が適用できる音源は、内燃機関に限らず送風機など幅広く普及しているものである。
また、内燃機関では世界規模での排出ガス規制が強化されてきており、内燃機関の排ガス系統
において、消音器に割くべきスペースを縮減、あるいは消音器を廃してでも、排ガス浄化装置を設置するという動きが拡がることが予想される。
本装置の採用により、限られたスペースにおいても消音が可能となり、静粛な音環境の実現（住環境の改善・作業環境の改善・作業員の安全衛生・法規制値の達成等）に貢献するもので
ある。

―82―

― 非

売

品 ―

禁無断転載

第 46 回
優秀環境装置発

行

発行者

2020 年 7 月
一般社団法人 日本産業機械工業会〒105－0011
東京都港区芝公園三丁目５番８号
電話

０３－３４３４－６８２１