JPH11295195A - 試料希釈装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 脱水ケーキ等の非流動性試料を希釈して流動
性試料を生成する。 【解決手段】 秤量装置１に希釈タンク２を載せ、投入
コンベア５により脱水ケーキを希釈タンク２に投入して
その脱水ケーキの重量を計測する。次に希釈タンク２に
希釈水を注入して脱水ケーキと希釈水の合計重量を計測
する。次に希釈タンクを昇降機構３により上昇させて管
７，８，ポンプ１６による循環と撹拌装置６による撹拌
処理により希釈化する。次に、希釈試料を管７，１２，
ポンプ１６により水分計に送り出す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水分を含有する非
流動性試料をサンプリングのために希釈して流動性試料
を生成する試料希釈装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】汚泥スラリー又はそれを処理して得た脱
水ケーキの含水率又は水分濃度を把握することは、廃水
処理における各種の条件設定や管理の上できわめて重要
な事項である。

【０００３】たとえば下水処理においては、その下水に
対して、沈殿処理、暴気処理、生物処理、薬品処理、凝
集脱水処理等を施して、脱水ケーキを生成し、最終的に
はこの脱水ケーキを焼却処理している。

【０００４】この脱水ケーキの焼却に際しては、そこに
含まれる水分量が多いと焼却処理のための燃費が高くな
るため、その脱水ケーキの水分量が少ない方が好ましい
が、脱水ケーキ生成処理の段階で水分量を少なくする
と、その処理のための費用が増加するという新たな問題
が生じてくる。

【０００５】このようなことから、下水処理において
は、脱水ケーキの焼却処理に要する費用と、焼却処理に
至るまでの前処理の費用の合計費用が最小限となるこ
と、つまり脱水ケーキの含水率が経済的な値になること
が要請される。

【０００６】このため、凝集脱水処理が終了して得られ
た脱水ケーキに対して、その含水率を測定して前記した
経済的な含水率の設定値と比較し、その比較結果に基づ
いて、その脱水ケーキの含水率が経済的な含水率となる
よう、適正なフィードバックをかけること、つまり各処
理工程における運転条件等を変更・補正する等の処置が
行われる。

【０００７】以上の観点から、従来では、その脱水ケー
キの含水率の把握を行っていたが、これは手作業であっ
た。すなわち、たとえば凝集脱水処理が終了して移送さ
れてくる脱水ケーキの流れから所定量の脱水ケーキを手
作業で採取して、その採取脱水ケーキを試料として天秤
等で計量し、その後に乾燥させて、その乾燥の後に乾燥
試料の重量を再び計量し、乾燥前後の重量の差分から、
脱水ケーキ中の含水率を算出していた。

【０００８】また最近では、試料の含水率を迅速に測定
する方法として、試料を赤外線で乾燥する方法（特公平
６−１９３１７号公報、特公平５−４８４１２号公報
等）が提案され、この方法を利用した装置が自動赤外線
加熱乾燥水分計（商品名「クリケットオート」栗田工業
株式会社製）として市販されている。

【０００９】この自動赤外線加熱乾燥水分計は、箱体内
に水平に位置された試料皿移動機構に沿って、試料皿供
給部、測定部、及び試料採取部を設けたものである。試
料皿供給部では、アルミシート供給ロールから繰り出さ
れたアルミシートがカットプレス装置により切断・プレ
ス成形されることにより、試料皿が形成される。この試
料皿は、試料皿移動機構により試料採取部に送られて、
管中を流動する試料の流れから採取された所定量の試料
がそこに乗せられる。この後、試料皿は測定部に移送さ
れて、重量測定装置の上方に設置された赤外線乾燥装置
により加熱乾燥され、乾燥前の重量（試料皿の重量も含
む）Ｗ１と乾燥後の同様の重量Ｗ２が計量され、両重量
の差（Ｗ１−Ｗ２）から乾燥前の水分量が求められる。

【００１０】この自動赤外線加熱乾燥水分計は、試料が
流動性のものであるときにはその含水率を求めることが
できるが、試料が非流動性の場合は直接的には試料の含
水率を求めることができない。

【００１１】したがって、この自動赤外線加熱乾燥水分
計を使用して非流動性の試料の含水率を求めるために
は、予めその試料を所定の液体で希釈することにより所
定の希釈率の流動性試料として生成し、この流動性試料
の水分量をその自動赤外線加熱乾燥水分計で測定し、そ
の値から元の非流動性の試料の含水率を算出するという
方法が取られる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この場
合であっても、手作業によって測定対象である非流動性
試料を流動性試料に調整する手間が必要であり、含水率
測定のサンプリング操作としては不便で、誤操作する恐
れもあった。

【００１３】また、前記した自動赤外線加熱乾燥水分計
を用いた水分率の測定以外にも、非流動性試料を一旦流
動性試料に調整してから、その流動性物試料の特性、例
えば導電率、成分濃度、粘度、剪断力、吸光度、ｐＨ値
などを測定することがある。その場合でも、非流動性試
料を流動性試料に調整する作業を手作業で行うことは、
非常に煩雑で面倒である。

【００１４】本発明は以上のような点に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、非流動性試料を希釈して流動
性試料に調整する試料希釈装置を提供することであり、
特に装置構成が簡単で希釈倍率を簡単に高精度に設定で
きるようにした試料希釈装置を提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明は、希釈タンクと、該希釈タンクが載せ
られる秤量手段と、前記希釈タンクに非流動性試料を投
入する非流動性試料投入手段と、前記希釈タンクに希釈
水を注入する希釈水注入手段と、前記希釈タンク内に投
入した前記非流動性試料と前記注入した希釈水を混合し
て流動性試料を生成する希釈手段と、前記希釈タンクか
ら希釈された流動性試料を吸引して取り出す流動性試料
取出手段と、前記希釈タンクに残った流動性試料を排出
する排出手段と、を具備するよう構成した。

【００１６】第２の発明は、第１の発明において、前記
非流動性試料投入手段による前記希釈タンクへの前記非
流動性試料の投入を、前記秤量手段により計量される前
記非流動性試料の重量が第１の所定値になると停止させ
る手段と、前記希釈水注入手段による前記希釈タンクへ
の前記希釈水の注入を、前記秤量手段により計量される
前記非流動性試料と前記希釈水の合計の重量が第２の所
定値になると停止させる手段と、を具備するよう構成し
た。

【００１７】第３の発明は、第２の発明において、前記
希釈タンクを下降して前記秤量手段に載せ又は前記秤量
手段から離して上昇させる昇降手段を具備し、前記希釈
タンクが前記秤量手段に載せられた状態で前記計量が行
われるよう構成した。

【００１８】第４の発明は、１乃至３の発明において、
前記希釈タンクの上方に上記希釈タンクを閉じる蓋体が
固定状態で配置され、該蓋体に前記希釈手段、前記流動
性試料取出手段、前記排出手段を設けて構成した。

【００１９】第５の発明は、第１乃至４の発明におい
て、前記非流動性試料投入手段が、前記希釈タンクの上
部開口縁に臨む位置と該上部開口縁から離反した位置の
間を移動する移動手段を具備するよう構成した。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の試料希釈装置の
一例を説明する。本装置で希釈化する非流動性試料とし
ては、水分を含有し、それ自体では通常の流動性を備え
ていない素材であって、例えば、前述した下水処理時に
生成される非流動性の汚泥スラリーや脱水ケーキ以外
に、食品工業、化学工業、薬品工業などの産業分野で処
理される各種の非流動性物、或いは各種の混練物や混和
物などがあるが、以下では脱水ケーキを希釈して流動性
試料を生成する場合について説明する。

【００２１】図１は一実施の形態の試料希釈装置の全体
構成の模式図である。１は荷重をかけた状態で零リセッ
トができるタイプの電子天秤等からなる秤量装置（秤量
手段）である。２はこの秤量装置１に載せられて内容物
と一緒にその重量を計量されると共に、その内部で希釈
処理が行われる希釈タンクである。３はこの希釈タンク
２を上下移動させるためのモータ駆動式の昇降機構（昇
降手段）である。４は希釈タンク２の上方に固定状態
（本装置の筐体に固定）で取り付けられた蓋体である。
５は希釈タンク２に脱水ケーキを投入するためのベルト
コンベアからなる投入コンベア（非流動性試料投入手
段）であり、希釈タンク２の上部の開口縁部まで移動し
たり、或いはその希釈タンク２から遠く離れた受取位置
において図示しないコンベア等の搬送装置で運ばれて来
る脱水ケーキを受け取ったりするための移動機構（移動
手段）を具備する。

【００２２】６は撹拌装置（希釈手段）であって、蓋体
４にそこを貫通する状態で支持され、下端に撹拌羽根が
取り付けられ、これが蓋体４の上部に設置されたモータ
で回転駆動されるようになっている。７は希釈タンク２
が上限位置に上昇したときその希釈タンク２の底面近く
まで先端が届く長さの長管、８は同様に希釈タンク２が
上限位置に上昇したときその希釈タンク２のほぼ中部又
は上部まで先端が届く長さの短管、９は同様に希釈タン
ク２が上限位置に上昇したときその希釈タンク２の上部
まで先端が届く長さスプレー管であり、いずれの管７，
８，９も蓋体４にそこを貫通するようにそこに取り付け
られている。

【００２３】１０は希釈や洗浄のための水を供給する水
供給管、１１は自動赤外線加熱乾燥水分計等の水分計に
希釈した希釈試料を供給する希釈試料取出管、１２は排
出管、１３は圧縮エア供給管である。１４は先端が投入
コンベア５に支持された希釈水供給ホースである。１
５，１６はポンプ、１７，１８，１９は電磁式の遮断
弁、２０，２１は電磁式の三方弁である。

【００２４】次に、脱水ケーキを投入して希釈処理し、
取り出す動作を図２，図３，図４を参照して説明する。
まず、秤量装置１は、その上に内部が空の状態の希釈タ
ンク２を載せて、零リセットされる。これにより、この
希釈タンク２自体の重量は、その秤量装置１の計量結果
に無関係となる（秤量装置零リセット）。

【００２５】この後、秤量装置１に載置された状態の希
釈タンク２に、投入コンベア５によって脱水ケーキを投
入する。このときは、この投入コンベア５を予め受取位
置にセットし、図示しない搬送装置により搬送されてく
る脱水ケーキを所定量だけ受け取ってから、この投入コ
ンベア５を回動移動させ先端が希釈タンク２の上部開口
縁部に臨む位置に持ち来す。そして、この投入コンベア
５を駆動すれば、その上に載せられていた脱水ケーキが
希釈タンク２内に落下するようになる（脱水ケーキ投
入：図３の(a)参照）。

【００２６】これにより、希釈タンク２に逐次脱水ケー
キが落下・投入されるので、秤量装置１の計量重量値の
観測を続け、その重量値が予め設定した第１の重量範囲
内になったとき、その投入コンベア５を停止させてか
ら、投入された脱水ケーキの正確な重量Ｗａを計量する
（脱水ケーキ計量）。なお、この投入コンベア５による
脱水ケーキ投入停止については、秤量装置１の検出重量
値が予め設定した第１の重量範囲内になったことに基づ
き投入コンベア５を停止させるように自動化する非流動
性試料投入停止手段を設けることもできる。

【００２７】次に、ポンプ１５を駆動すると共に遮断弁
１７を開いて、水供給管１０からの希釈水をポンプ１５
→遮断弁１７→ホース１４の経路（希釈水注入手段）
で、希釈タンク２内に注入する（希釈水注入：図３の
(b)参照）。

【００２８】これにより、希釈タンク２に逐次希釈水が
充満していくので、秤量装置１の計量重量値の観測を続
け、その重量値が予め設定した第２の重量範囲内になっ
た時点で、ポンプ１５を停止し、遮断弁１７を閉じ、希
釈水の注入を終了して、その正確な重量Ｗｂを計量する
（脱水ケーキと希釈水の合計重量の計量）。なお、この
希釈水注入停止については、秤量装置１の検出重量値が
予め設定した第２の重量範囲内になったことに基づきポ
ンプ１５の停止と遮断弁１７の遮断を行わせるように自
動化する希釈水注入停止手段を設けることもできる。ま
た、以上の後、投入コンベア５を希釈タンク２から脱水
ケーキの受取位置まで移動手段によって待避させる。こ
のとき、ホース１４も同時に待避する。

【００２９】次に、昇降機構３によって希釈タンク２を
上昇させるが、この上昇移動途中において、遮断弁１９
を開いて、圧縮エア供給管１３から圧縮エアを長管７に
供給する。希釈タンク２が上昇するとき、この長管７の
先端が希釈タンク２内に投入されている脱水ケーキ（ま
だ希釈されていない）に埋まり込み、その先端部分の内
部に脱水ケーキが詰まる恐れがあるので、上記のように
圧縮エアを供給することにより、そこに脱水ケーキが詰
まることを防止し、詰まった場合はエアパージする。同
時に撹拌装置６を駆動して脱水ケーキの溶解を促す（エ
アパージ／撹拌：図３の(c)参照）。

【００３０】希釈タンク２が最上位置に到達すると、そ
の直後又は所定時間の後に、遮断弁１９を閉じてエアパ
ージを停止する。そして、三方弁２０のａ−ｂ間を開
き、三方弁２１のａ−ｂ間を開いて、ポンプ１６を駆動
する。これにより、撹拌装置６によって撹拌されている
脱水ケーキと希釈水の混合物、つまり希釈試料が長管７
→ポンプ１６→三方弁２０→三方弁２１→短管８→希釈
タンク２の経路を循環し始める。すなわち、希釈タンク
２内の底部分の希釈試料と中から上部分の希釈試料が循
環する。よって、この循環動作と撹拌動作を所定時間継
続することにより、希釈試料の希釈がほぼ均一になり、
濃度分布が均一化してくる（希釈（撹拌／循環）：図３
の(d)参照）。

【００３１】次に、三方弁２０を切り替えてそのａ−ｃ
間を開き、希釈試料を長管７→ポンプ１６→三方弁２０
→希釈試料取出管１１の経路（流動性試料取出手段）
で、希釈タンク２内の希釈試料を水分計に移送する。こ
れを所定時間継続することにより、所定量の希釈試料が
流動性試料として水分計に送り込まれる（希釈試料取り
出し：図３の(e)参照）。そして、この水分計では、こ
の後に希釈試料の乾燥や乾燥前後の重量測定が行われ
て、希釈試料の含水率Ａが計量される。

【００３２】次に、三方弁２０のａ−ｂ間が開き、三方
弁２１がａ−ｃ間が開くようにそれらを切り替えると、
希釈タンク２内の希釈試料が長管７→ポンプ１６→三方
弁２０→三方弁２１→排出管１２の経路（排出手段）
で、排出されるようになるので、この状態を所定時間継
続して希釈タンク２内の希釈試料の全部を排出する（希
釈試料排出：図３の(f)参照）。

【００３３】このようにして希釈試料の排出が完了する
と、次に、ポンプ１６を停止してから、ポンプ１５を駆
動すると共に、遮断弁１９を開き、水供給管１０→ポン
プ１５→遮断弁１９→スプレー９の経路（洗浄水散布手
段）で洗浄水（希釈水と同じ）を希釈タンク２内に散布
して、その希釈タンク２の内部を洗浄する（洗浄水散
布：図４の(a)参照）。

【００３４】そして、洗浄水の散布を所定時間継続した
のちは、ポンプ１５を停止し、遮断弁１８を閉じて、ポ
ンプ１６を駆動し、三方弁２０、２１を各々ａ−ｂが連
通するよう切り替え、さらに撹拌装置６を駆動して、希
釈タンク２の内部の洗浄水を撹拌／循環する（洗浄（撹
拌／循環）：図４の(b)参照）。

【００３５】次に、三方弁２１をａ−ｃが連通するよう
に切り替えて、希釈タンク２内の洗浄水を排出する（洗
浄水排出：図４の(c)参照）。

【００３６】以上のようにして洗浄水を排出しても、長
管７の先端は希釈タンク２の底面から若干浮いた位置に
あるため、若干の洗浄水が底面に残るので、希釈タンク
２を秤量装置１まで下降した後、その残留洗浄水の重量
Ｗｓを計量しておく（残留洗浄水計量：図４の(d)参
照）。

【００３７】以後、以上の工程により繰り返し脱水ケー
キを投入して希釈し、希釈試料を所定量づつ水分計に送
る。

【００３８】ここで、前記したように脱水ケーキの重量
がＷａ、脱水ケーキと希釈水の合計重量がＷｂであるの
で、脱水ケーキに含まれる固形分の重量を仮にＷｃとす
ると、希釈して得た希釈試料の含水率Ａは、 Ａ（％）＝（１−（Ｗｃ／（Ｗａ＋Ｗｂ））×１００ ・・・(1) で表すことができる。

【００３９】従って、固形分の重量Ｗｃは、 Ｗｃ＝（１−Ａ／１００）（Ｗａ＋Ｗｂ） ・・・(2) となる。

【００４０】一方、希釈タンク２に投入された脱水ケー
キの含水率をＢとすると、この含水率Ｂは、 Ｂ（％）＝（１−Ｗｃ／Ｗａ）×１００ ・・・(3) となるので、この式(3)に前記式(2)を代入すると、 Ｂ（％）＝｛１−[（１−Ａ／１００）（Ｗａ＋Ｗｂ）]／Ｗａ｝ ×１００ ・・・(4) が成立する。

【００４１】以上のようにして、式(4)により脱水ケー
キの含水率Ｂを計測することができるが、本装置では、
脱水ケーキの重量Ｗａが投入コンベア５の駆動時間の調
整によって容易に調整でき、また脱水ケーキと希釈水の
合計重量Ｗｂも希釈水の注入時間の調整によって容易に
調整することができるので、希釈倍率を任意の倍率に設
定することが容易であり、使用する水分計の計測感度の
高い領域にその希釈倍率を設定することが容易である。

【００４２】なお、洗浄水排出の後の残留洗浄水重量Ｗ
ｓは脱水ケーキの含水率Ｂの誤差要因となるので、これ
を補正するためには、脱水ケーキ投入時の実際の計量値
を重量をＷａ’とすると、 Ｗａ＝Ｗａ’−Ｗｓ とすれば良い。

【００４３】図５は長管７の下先端の断面を示す図であ
る。長管７は、脱水ケーキの投入と希釈水の注入が終了
した後、希釈タンク２が上昇する際に、脱水ケーキに突
き刺さるので、その先端が脱水ケーキで詰まる恐れがあ
る。これを防止するために、前記したように圧縮エアを
注入しているが、強固に詰まった脱水ケーキがこの圧縮
エアでもパージできない場合が考えられる。

【００４４】そこで、ここでは、この長管７の先端を斜
め７１に切断してそこを蓋部分７２閉じると共に、その
先端の斜め７１の部分の横の垂直面に孔７３を形成し
て、圧縮エアがその孔７３から噴出するようにした。こ
のように形成すると、先端が脱水ケーキで詰まる恐れが
なくなる。またエアが横方向に噴出するので、直面する
希釈タンク２の底面に向けて噴出するよりも抵抗が少な
くパージ効果が大きい。

【００４５】なお、以上は１つの実施の形態を説明する
ものであり、これに限られるものではなく、本発明の主
旨を逸脱しない範囲で各種の変形を行うことができるこ
とは勿論である。また、前記説明における昇降機構３、
投入コンベア５、ポンプ１５，１６、遮断弁１７，１
８，１９、三方弁２０，２１等の制御は、図２に示した
処理工程に従って予めプログラムを作成し、自動制御装
置によって自動的に制御・処理することができることは
勿論である。

【００４６】

【発明の効果】以上から本発明の試料希釈装置によれ
ば、間欠的に非流動性試料を希釈化して流動性試料とし
て水分計等の計測器に送ることができるので、手作業に
よる希釈化に比べてはるかに効率的であり、また非流動
性試料の重量、非流動性試料と希釈水の合計重量を正確
に計測できるので、非流動性試料の正確な含水率等を測
定することができるようになる。

【００４７】また、非流動性試料の重量、非流動性試料
と希釈水の合計重量は簡単に変更可能であり、使用する
計測器のより高い感度範囲にあわせた希釈率を任意に設
定可能でもある。

【００４８】また、１個の希釈タンクによって、非流動
性試料の計量、流動性試料と希釈水の合計物の計量、希
釈化処理を行うことができるので、装置を小型化でき保
守も容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態の試料希釈装置の模式図
である。

【図２】 同試料希釈装置により脱水ケーキから希釈試
料を作成する処理工程の説明図である。

【図３】 処理工程の説明図である。

【図４】 処理工程の説明図である。

【図５】 長管の先端の断面図である。

【符号の説明】

１：秤量装置（秤量手段）、２：希釈タンク、３：昇降
機構（昇降手段）、４：蓋体、５：投入コンベア（非流
動性試料投入手段）、６：撹拌装置（撹拌手段）、７：
長管、８：短管、９：スプレー管、１０：水供給管（希
釈／洗浄水注入手段）、１１：希釈試料取出管（流動性
試料取出手段）、１２：排出管（排出手段）、１３：圧
縮エア供給管、１４：ホース（希釈水注入手段）、１
５，１６：ポンプ、１７，１８，１９：遮断弁、２０，
２１：三方弁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 敬介 東京都東村山市野口町２丁目16番地２ 日 機装株式会社東村山製作所内 (72)発明者 新島 勝弘 東京都東村山市野口町２丁目16番地２ 日 機装株式会社東村山製作所内 (72)発明者 湯川 修治 東京都東村山市野口町２丁目16番地２ 日 機装株式会社東村山製作所内 (72)発明者 中島 誠司 東京都東村山市野口町２丁目16番地２ 日 機装株式会社東村山製作所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】希釈タンクと、該希釈タンクが載せられる
   秤量手段と、前記希釈タンクに非流動性試料を投入する
   非流動性試料投入手段と、前記希釈タンクに希釈水を注
   入する希釈水注入手段と、前記希釈タンク内に投入した
   前記非流動性試料と前記注入した希釈水を混合して流動
   性試料を生成する希釈手段と、前記希釈タンクから希釈
   された流動性試料を吸引して取り出す流動性試料取出手
   段と、前記希釈タンクに残った流動性試料を排出する排
   出手段と、を具備することを特徴とする試料希釈装置。
2. 【請求項２】前記非流動性試料投入手段による前記希釈
   タンクへの前記非流動性試料の投入を、前記秤量手段に
   より計量される前記非流動性試料の重量が第１の所定値
   になると停止させる手段と、前記希釈水注入手段による
   前記希釈タンクへの前記希釈水の注入を、前記秤量手段
   により計量される前記非流動性試料と前記希釈水の合計
   の重量が第２の所定値になると停止させる手段と、を具
   備することを特徴とする請求項１に記載の試料希釈装
   置。
3. 【請求項３】前記希釈タンクを下降して前記秤量手段に
   載せ又は前記秤量手段から離して上昇させる昇降手段を
   具備し、前記希釈タンクが前記秤量手段に載せられた状
   態で前記計量が行われることを特徴とする請求項２に記
   載の試料希釈装置。
4. 【請求項４】前記希釈タンクの上方に上記希釈タンクを
   閉じる蓋体が固定状態で配置され、該蓋体に前記希釈手
   段、前記流動性試料取出手段、前記排出手段を設けたこ
   とを特徴とする１乃至３に記載の試料希釈装置。
5. 【請求項５】前記非流動性試料投入手段が、前記希釈タ
   ンクの上部開口縁に臨む位置と該上部開口縁から離反し
   た位置の間を移動する移動手段を具備することを特徴と
   する請求項１乃至４に記載の試料希釈装置。