第 59 回下水道研究発表論文 N-10-2-4

圧力計測式粘度測定装置による濃縮汚泥の流動特性調査(公財)愛知水と緑の公社
兵神装備(株)西村 太作

中日本建設コンサルタント(株)中根 進

80１．はじめに70な吐出量や全揚程を計算するが、一般的には汚泥移送管60の圧力損失を清水として計算し、汚泥濃度を考慮した補50

粘度読値

汚泥処理施設のポンプを選定する際には、移送に必要正係数を乗じて汚泥としての全揚程を求める。調査対象〇藁科 亮・若尾 貞仁

である境川浄化センターでも、重力濃縮汚泥移送ポンプ

10rpm
5rpm
2rpm
1rpm

403020の選定時にはこの計算で設計が行われ、無閉塞型渦巻ポ10ンプが設置されている。しかし、このポンプで実際に運用

0

すると汚泥濃度が 3%程度以上の高濃度になると、移送量0123456789 10 11が大きく低下し、設計上の流量に満たない状況であった。

測定回

このような課題が他の浄化センターでもあり、これまで

図 1.1 Ｂ型粘度計の測定回と粘度計の読み実情に近い圧力損失の計算手法を構築するために調査してきた。

2.5

擬塑性流体を示す重力濃縮汚泥の流動特性値(擬塑性粘下、「実管」という。）に設置した圧力計から固形物濃度別に算定してきたが、前回の報告では、境川浄化センターの曲管部を含む実管(φ150mm×約 294m,無閉塞型渦巻ポンプ)と後述の圧力計測式粘度測定装置(以下、「測定装置」という。)から得られる流動特性値の間に差異があり、測定装置の流動特性値から実管の圧力損失を再現することがで

粘度 Pa･s性指数 n、擬塑性粘性係数μp)を実施設の汚泥移送管（以体積濃度 ％

22.602.08
1.951.73
1.301.510.500123456測定回

図 1.2 Ｂ型粘度計の測定回と粘度いてＢ形粘度計による粘度を測定している際も、粘度計のロータ回転によるせん断の影響が試料に残り、粘度の値が一定しない状態であった (図 1.1、図 1.2)。
べき乗則流体のうち擬塑性流体では、ずりを受けると粘性が低下し、ずりを除去してもすぐには粘性が戻らず、し1.05000.50.0

圧力損失ΔP/L Pa/mてくるのではないかと考えた。また、以前の調査研究にお1000

1.50

一晩放置、再計測

ックがロータなどで剪断応力を受け、次第に粘度が低下し2.0

一晩放置回、往復で 10 回計測)して圧力を測定するため、汚泥フロ

1500

2.5

採泥汚泥

濃縮汚泥を循環使用(流速を変えて１つの濃度に対して 53.0

採泥汚泥

測定装置は、後述する概略図に示すように供試体である

擬塑性係数μ,擬塑性指数ｎ

きなったことを報告した 1）

図 1.3 粘度再計測における流動特性値と圧力損失

ばらく放置すると粘性が戻る。この性質をチクソトロピーというが、測定装置で測定した濃縮汚泥を一晩放置し、翌日に再度粘性を測定したが、粘性は戻らなかった (図 1.3) 。また、フロックの大きさとチクソトロピー性とは関連がないと思われるが、せん断でフロックが小さくなり流動特性値が変わることも考えられる。
一方、実管で移送するときの濃縮汚泥は、一度だけ無閉塞型渦巻ポンプの羽根車でせん断を受けるものの循環されずに移送される（以下、「1 パス」という。
）ため、粘度の低下（チクソトロピー性の影響）は小さいと考えた。
これらのことから、今回の調査では、測定装置での供試体を循環させずに１パスで圧力測定をし、循環させた結果と比較した。

図 2.1 測定装置概略図

２．測定装置測定装置(兵神装備(株)製)は異形管(90゜曲管)と直管部の圧力を計測し、流動特性値を算定する。(写真 2.1、図 2.1) 圧力計は 4 箇所に設置し、直管部 3.8 m×２箇所、90゜曲管２個の圧力を測定できるようにしている。
前回の調査では、一軸ネジ式ポンプでホッパーから汚泥を引抜き、口径 25A の細管

写真 2.1 測定装置を通してホッパーに戻し、汚泥を循環させた。今回は、圧力計測後の汚泥を循環使用せずに破棄し、新たな汚泥をホッパーに充填し続けて測定した。
この 1 パスあるいは循環で、重力濃縮汚泥(写真 2.2)、機械濃縮余剰汚泥(写真 2.3)の 2 種類の濃縮汚泥の圧力を測定し、流動特性値を得た。

写真 2.2 重力濃縮汚泥の供試汚泥と 1 パス後の汚泥性状

写真 2.3 機械濃縮余剰汚泥の供試汚泥と循環後の汚泥性状３．測定装置による流動特性値
1 パスと循環で圧力損失を測定し、(1)式から流動特性値を算定する。
1 パスと循環で得た流動特性値を図 3.1、図 3.2 に示す。なお、図中の「循環 11 月～3 月」は前回報告した調査結果１）によるものである。
図 3.1 に示す擬塑性粘性指数ｎは、汚泥濃度に対してバラツキが大きく、このデータだけでは線形回帰はできないが、実管による調査の結果を受けて線形回帰した。１パスと循環の区別も明確にはならなかった。
図 3.2 の擬塑性粘性係数 μp は、１パスと循環で明確な差がなく、１つの指数関数で回帰できた。

この測定装置による調査結果では
１パスと循環では1-pass循環

循環11月～3月

回帰式

1.0

明確な差がなく、実0.8

擬塑性指数ｎ管と測定装置の流動特性値の差異は調査前に想定していたチクソトロピ
ー性の影響と言え

y = 0.0537e 1.0807x

y = -0.1752x + 1

R ２ = 0.9313

0.6

y = 0.0537e

1.0807xR ２ = 0.9313

0.40.2ない結果となった。
0.0

機械濃縮した余0.0

剰汚泥は写真 2.3 左1.02.03.04.0
重力濃縮汚泥濃度TS ％5.0に示すように重力図 3.2 重力濃縮汚泥の濃度と擬塑性係数 μp の関係

図 3.1 重力濃縮汚泥の濃度と擬塑性指数ｎの関係

濃縮汚泥(写真 2.2左)のようなフロッ回帰式

クはなく、チクソト

1-pass回帰式

循環18ロピー性が小さいと0.8と循環の圧力調査を行った。

16y = -0.1544x + 1

擬塑性係数μp測定装置での 1 パス

擬塑性指数ｎ

余剰汚泥についても0.60.4性指数ｎは、重力濃R

12２1.3343x= 0.9983

10862

調査から得た流動3.4 に示す。
擬塑性粘y = 0.0235e

1440.2

特性値を図 3.3、図循環201.0

考えたが、機械濃縮

1-pass00.00.01.02.03.04.0
余剰濃縮汚泥濃度TS ％0.05.0

図 3.3 余剰濃縮汚泥の濃度と擬塑性指数ｎの関係

1.02.03.04.0
余剰濃縮汚泥濃度TS ％5.0

図 3.4 余剰濃縮汚泥の濃度と擬塑性係数 μp の関係

縮と同様、濃度に対してバラツキが大きく、擬塑性粘性係数 μp は、計測データが少ないが１パスも循環も含めて指数関数で回帰した。循環させた流動特性値は１つしか得ていないが、１パスと循環で流動特性値に差異はあまりなかったといえる。また、重力濃縮汚泥と機械濃縮余剰汚泥で流動特性についても差異はあまりなかった。
４．まとめ
今回の調査では、実管と測定装置から得られる流動特性値の差異は解消できなかった。本稿には示していないが、流動特性値から算定する配管の圧力損失は、擬塑性粘性係数μp より擬塑性粘性指数ｎの大きさに左右されるので、実情にあった圧力損失を導くために、濃度に対してバラツキの少ない擬塑性粘性指数ｎの推定が望まれる。
【参考文献】 １）若尾 貞仁・畔柳 裕充・西村 太作・中根 進：圧力計測式粘度測定装置および実管による濃縮汚泥の流動特性について 2021 年第 58 回下水道研究発表会 N-10-4-2【問合わせ先】

中日本建設コンサルタント(株)水工技術本部 中根 進
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