| 研究課題/領域番号 |
22K04381
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| 研究機関 | 大阪公立大学 |
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研究代表者 |
貫上 佳則 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 教授 (90177759)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| キーワード | 下水汚泥 / 付着物 / 融点 / 熱力学平衡計算 / 組成分析 |
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は，下水汚泥焼却温度（約約850℃）における下水汚泥焼却灰の粘性や付着性に関する性状を簡便に把握する新たな試験方法と試験条件を提示するとともに，現場での適用性を評価することである．初年度に当たる2022年度には，実際の下水汚泥を用い，汚泥焼却温度前後において溶融して付着する成分（付着物量）が下水汚泥中にどの程度含まれるのか，を把握する試験方法と試験条件の開発を行った．
付着物量の測定方法として各下水処理場における分析施設に設置されている機器類で測定できることを想定し，6種類の試験方法を考案し，結果の再現性，判別のしやすさ，簡便性から2つの方法に絞り込み，実際の下水汚泥を用いて測定を試みた．その結果，耐熱プレート上に焼却灰や下水汚泥焼成物（脱水ケーキを600℃で加熱して無機物のみに処理したもの）を拡げ，電気炉（マッフル炉）中で所定温度まで一定時間加温し，冷却後にプレート上の粉末を除去し，加熱処理前後の重量差から付着物量を求める方法が高い再現性が得られることが判明した．
さらにプレートの素材や大きさ，試料量，加熱パターン，加熱後の付着していない粉末の除去法等を検討することで，適切な試験方法と試験条件を絞り込むことができた．さらに，上記の方法で測定した付着物量と，示差熱分析（DTA）によって求めた各試料の溶融物量や融点との相関を調べた結果，付着物量と溶融物量との間に一定の相関関係を見出すことができた．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
「研究実績の概要」で述べたとおり，3年にわたる研究期間の初年度に当たる2022年度には，DTAのような特別な分析装置を用いずに，各下水処理場の分析施設に設置されている通常の機器類で測定することを想定して，汚泥焼却温度前後における付着物量を把握する試験方法と試験条件の開発を行った．
まず，6種類の試験方法を考案し，３つの評価項目（①試験結果の再現性，②判別のしやすさ，③簡便性）から2つの方法に絞り込み，実際の下水汚泥を用いてこれらの評価項目を測定した．その結果，耐熱プレート上に試料を拡げ，電気炉（マッフル炉）中で所定温度まで一定時間加温し，冷却後にプレート上の粉末を除去し，加熱処理前後の重量差から付着物量を求める方法が高い再現性が得られることが判明した．そこでプレートの素材や大きさ，試料量，加熱パターン，加熱後の付着していない粉末の除去法等を検討することで，適切な試験方法と試験条件を絞り込むことができた．
さらに，上記の方法で測定した付着物量と，DTAによって求めた各試料の溶融物量や融点との相関を調べた結果，DTAで得られる溶融物量が一定値以上の試料では，本試験法で得られた付着物量との間に正の相関関係が得られることがわかった．すなわち，本法で得られた付着物量が多い試料は溶融物量も多くなることになり，下水汚泥焼却施設における閉塞トラブルが起こりやすくなることを示唆する結果であると判断できる．このように，高価なDTAがない環境でも下水汚泥の付着性を推定できる可能性を示せた．ただ，試料の融点と本試験結果による付着物量との関係が十分に把握・検討できなかったことから，初年度の計画を概ね達成したと判断している．
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| 今後の研究の推進方策 |
2年目に当たる2023年度には，初年度に得た試験方法と試験条件の妥当性を検討するために，さらに多くの試料を用いて付着物量を求めるとともに，試料の融点と付着物量との関係についても試料数を増やして検討する．
また，当初の計画では，今年度に下水汚泥試料を焼却した際の溶融物の溶流度を測定する試験方法と試験条件の開発を実施する計画であり，付着物量が一定量以上に多かった試料を対象として，一定時間加熱し冷却した後に付着物が流れた距離（溶流長さ）を把握することで，得られる溶流度を粘性の代替指標として用いることを検討する．具体的には，プレートの設置角度，試料量，プレート上の試料配置方法，加熱パターン（特に850℃での保持時間）等を変化させ，溶流長さの再現性や測定限界から，適切な試験方法と試験条件を絞り込む．試料にはこれまでに収集済みの実下水汚泥焼却灰試料を用い，既に得られている溶融物量，融点などとの相関をしらべ，試験法と試験条件の改善を行う．
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