汚泥の分析要素量測定方法及び汚泥の分析要素量測定装置
【課題】 測定対象の汚泥の発熱量等の分析要素量を直接的に測定できるようにし、演算効率を向上させるとともに測定精度の向上を図る。
【解決手段】 汚泥を保持する汚泥保持部１と、汚泥保持部１に保持された汚泥に近赤外領域の光を照射する照光部２と、この汚泥からの反射光あるいは透過光を受光する受光部３と、受光部３が受光した光の吸光度と予め算出しておいた回帰式とから汚泥の高位発熱量，低位発熱量，水分量，灰分量，イオウ分量，水素量，炭素分量の分析要素量のうち少なくとも何れか１つの分析要素量を算出する制御部２０とを備え、上記回帰式は、測定に係る分析要素量既知のサンプル汚泥に近赤外線を照射し、該サンプル汚泥からの反射光あるいは透過光を受光し、受光した光の吸光度における二次微分スペクトルの重回帰分析により当該測定に係る分析要素量に直接起因する帰属波長に係る式としている。
【解決手段】 汚泥を保持する汚泥保持部１と、汚泥保持部１に保持された汚泥に近赤外領域の光を照射する照光部２と、この汚泥からの反射光あるいは透過光を受光する受光部３と、受光部３が受光した光の吸光度と予め算出しておいた回帰式とから汚泥の高位発熱量，低位発熱量，水分量，灰分量，イオウ分量，水素量，炭素分量の分析要素量のうち少なくとも何れか１つの分析要素量を算出する制御部２０とを備え、上記回帰式は、測定に係る分析要素量既知のサンプル汚泥に近赤外線を照射し、該サンプル汚泥からの反射光あるいは透過光を受光し、受光した光の吸光度における二次微分スペクトルの重回帰分析により当該測定に係る分析要素量に直接起因する帰属波長に係る式としている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水，し尿や産業排水処理施設などから発生する汚泥の発熱量等の分析要素量を測定する技術に係り、特に、近赤外領域の光を用いて測定することのできる汚泥の分析要素量測定方法及び汚泥の分析要素量測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、下水，し尿や産業排水処理施設などから発生する汚泥は、ベルトプレス型脱水機，遠心脱水機あるいはフィルタプレス等を用いて脱水処理されて脱水汚泥とされ、その後、この脱水汚泥は、例えば焼却処理される。この脱水汚泥の焼却処理においては、焼却の際の燃料の使用量に影響を及ぼす。
【０００３】
従来、この種の汚泥の発熱量の測定方法としては、例えば、特許文献１（特許第３５２５０１３号公報）に記載されたものが知られている。
これは、測定対象汚泥に向けて蛋白質、脂質、繊維質、及び、水分の各含有比率に応じた吸収特性を夫々示す複数波長の赤外光を個別に照射し、測定対象汚泥を透過又は反射した各波長の赤外光を受光し、得られた各波長の赤外光の光量に基づいて測定対象汚泥の有機物含有率及び水分含有率を演算し、演算された測定対象汚泥の有機物含有率及び水分含有率に基づいて、測定対象汚泥の発熱量を演算している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３５２５０１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、この従来の汚泥の発熱量の測定方法においては、蛋白質、脂質、繊維質、及び、水分の各含有比率に応じた吸収特性を夫々示す複数波長の赤外光を個別に照射し、有機物含有率及び水分含有率に基づいて発熱量を演算しているので、算出の工程が間接的で複雑になっており、それだけ、演算効率が悪く、測定精度に劣っているという問題があった。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、測定対象の汚泥の発熱量等の分析要素量を直接的に測定できるようにし、演算効率を向上させるとともに測定精度の向上を図った汚泥の分析要素量測定方法及び汚泥の分析要素量測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような目的を達成するため、本発明の汚泥の分析要素量測定方法は、測定対象の汚泥からの反射光あるいは透過光を受光し、近赤外領域の波長に対する吸光度を測定し、この測定値に基づいて汚泥の高位発熱量，低位発熱量，水分量，灰分量，イオウ分量，水素量，炭素分量の分析要素量のうち少なくとも何れか１つの分析要素量を測定する汚泥の分析要素量測定方法であって、
予め、測定に係る分析要素量既知のサンプル汚泥に近赤外線を照射し、該サンプル汚泥からの反射光あるいは透過光を受光し、受光した光の吸光度における二次微分スペクトルの重回帰分析により当該測定に係る分析要素量に直接起因する帰属波長に係る回帰式を算出しておき、
測定対象の汚泥に近赤外線を照射し、測定対象の汚泥からの反射光あるいは透過光を受光し、受光した光の吸光度を測定し、これらの吸光度と上記回帰式とから当該測定対象の汚泥の測定に係る分析要素量を算出する構成としている。
本願発明は、例えば、低位発熱量の特定においては、下水試験法による規算出方法によって行われるが、JIS他の何れの算出方法に対しても対応できる。
【０００７】
本発明による測定方法の特徴は、汚泥の高位発熱量，低位発熱量，水分量，灰分量，イオウ分量，水素量，炭素分量の分析要素量のうち少なくとも何れか１つの分析要素量に直接帰属する近赤外線の波長域を見出し、その波長域を用いて分析要素量を測定する点である。そのため、測定対象の汚泥の発熱量等の分析要素量を直接的に測定できるようになり、演算効率が向上させられ、測定精度の向上が図られる。
また、高位発熱量及び低位発熱量については、水分量，灰分量，イオウ分量，水素量，炭素分量の値が分かれば、計算によって算出することができ、そのため、各分析要素量を利用して、検算することができ、それだけ測定精度の向上を図ることができる。
この結果、測定データを用いて、汚泥の状態を把握でき、例えば脱水汚泥の焼却の際に使用する燃料の量の制御を確実に行うことができるようになる。また、脱水汚泥の炉投入汚泥総発熱量の変化と炉燃料使用量の関係をフィードバック制御でのみコントロールするのに対して、炉投入総発熱量を事前に把握することができるので、フィードフォワード制御もできるようになる。
【０００８】
より具体的には、本発明は、上記回帰式を、互いに相関係数の高い第１〜ｎ波長の吸光度を変数とする下記の一般式で構成し、
【０００９】
【数２】
【００１０】
（一般式において、Ｃは分析要素量（高位発熱量、低位発熱量はＪ／ｇ、水分量は重量％−ＷＢ、水素量他は重量％−ＤＢ）、λは波長、Ａ（λ１）は第１波長（λ１）の吸光度、Ａ（λ２）は第２波長（λ２）の吸光度、・・・Ａ（λｎ）は第ｎ波長（λｎ）の吸光度、Ｋ０，Ｋ１，Ｋ２・・・Ｋｎは、充分に多い母集団において測定された吸光度及び実測分析要素量を用いて最小二乗法で決定された係数である。また、Ｋ０は脱水汚泥の温度による測定値ドリフトも含まれる）
【００１１】
上記一般式において、第１波長（λ１）乃至第ｎ波長（λｎ）を選択するに当たり、先ず、多種類の汚泥の被検体の化学分析による既知の分析要素量値と当該各被検体の吸光度との重回帰分析によって求められた上記多種類の汚泥の分析要素量に帰属し相関係数が０．７以上になる第１波長（λ１）の近赤外線の波長域を選択し、次に、当該第１波長（λ１）の近赤外線の波長域と、１１００ｎｍ〜２２００ｎｍの範囲の波長域との重回帰分析によって、上記多種類の汚泥の分析要素量に帰属し上記第１波長（λ１）の近赤外線の波長域の相関係数以上の相関係数となる第２波長（λ２）の近赤外線の波長域を選択し、次に、上記第１波長（λ１）及び第２波長（λ２）の近赤外線の波長域と、１１００ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲の波長域との重回帰分析によって、上記多種類の汚泥の分析要素量に帰属し上記第１波長（λ１）の近赤外線の波長域の相関係数以上の相関係数となる第３波長（λ３）の近赤外線の波長域を選択し、このように、上記第１波長（λ１）乃至第（ｎ−１）波長（λｎ−１）の近赤外線の波長域と、１１００ｎｍ〜２２００ｎｍの範囲の波長域との重回帰分析によって、上記多種類の汚泥の分析要素量に帰属し上記第１波長（λ１）の近赤外線の波長域の相関係数以上の相関係数となる第ｎ波長（λｎ）の近赤外線の波長域を選択する。
【００１２】
本発明は、既に化学分析による分析要素量が判っている多くの分析要素量既知のサンプル汚泥との重回帰分析によって、先ず、相関係数の高い第１波長を求め、次に、相関係数の高い第２〜ｎ波長を求める。各波長は、試料の吸光度と化学分析による既知の分析要素量による重回帰分析によって、例えば相関係数が０．７以上を示す領域でもって決定する。これらの波長領域は、単一波長として使用しても、分析要素量の標準誤差の範囲を広く設定すれば、分析要素量の測定が可能であると推定される。しかしながら、相関係数の高い第２〜ｎ波長を求めることで、精度が向上させられる。
即ち、本発明は、汚泥の高位発熱量，低位発熱量，水分量，灰分量，イオウ分量，水素量，炭素分量の分析要素量を、近赤外線の１１００ｎｍ〜２２００ｎｍの範囲の波長域でもって直接的に算出しており、従来のように汚泥の有機物含有率及び水分含有率に基づいて発熱量を演算しているのとは算出の概念を異にする。
【００１３】
そして、必要に応じ、測定に係る分析要素量が高位発熱量である場合、
第１波長（λ１）を１２００〜１２２２ｎｍ、１３７６〜１３９０ｎｍ、１４１８〜１４９８ｎｍ、１６１２〜１６９６ｎｍ、１７４４〜１７５２ｎｍ、１７６２〜１７７６ｎｍ、１８０６〜１８１０ｎｍ、１８２６〜１８６８ｎｍ、１８９４〜１９１０ｎｍの波長範囲から選択し、第２波長（λ２）を２１５８〜２１６４ｎｍの波長範囲から選択し、第３波長（λ３）を１３７０〜１３９２ｎｍ、１４１６〜１４９０ｎｍ、１５３８ｎｍ、１５７８〜１５８０ｎｍ、１６１６〜１６１８ｎｍ、１６２４ｎｍ、１６５８〜１６６８ｎｍ、１７４６ｎｍ、１７６６〜１７８０ｎｍ、１８２４〜１９１４ｎｍの波長範囲から選択し、第４波長（λ４）を１３２４〜１３２６ｎｍ、１５０２〜１５１６ｎｍの波長範囲から選択し、且つ、第１波長（λ１）乃至第４波長（λ４）の組み合わせの相関係数が０．９以上になるようにしている。
【００１４】
この場合、第１波長（λ１）を１７５０ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、第２波長（λ２）を２１６０ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、第３波長（λ３）を１３９０ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、第４波長（λ４）を１５１０ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択したことが有効である。
【００１５】
また、必要に応じ、測定に係る分析要素量が低位発熱量である場合、
第１波長（λ１）を１２０２〜１２２６ｎｍ、１２３４〜１２４８ｎｍ、１６５０〜１６７８ｎｍの波長範囲から選択し、第２波長（λ２）を１６０２〜１６３６ｎｍ、１７１８〜１７３６ｎｍの波長範囲から選択し、第３波長（λ３）を１８０８〜１８３４ｎｍ、１９９４〜２００８ｎｍの波長範囲から選択し、第４波長（λ４）を１３３０〜１３８６ｎｍ、２０５８〜２０６６ｎｍの波長範囲から選択し、且つ、第１波長（λ１）乃至第４波長（λ４）の組み合わせの相関係数が０．９以上になるようにしている。
【００１６】
この場合、第１波長（λ１）を１６６８ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、第２波長（λ２）を１７２６ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、第３波長（λ３）を２００２ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、第４波長（λ４）を２０６２ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択したことが有効である。
【００１７】
更に、必要に応じ、測定に係る分析要素量が水分量である場合、第１波長（λ１）を１７１８〜１７３２ｎｍ、２００２〜２０４４ｎｍの波長範囲から選択し、第２波長（λ２）を１５５８〜１６００ｎｍ、１６２４〜１６９６ｎｍ、２０６０〜２０６８ｎｍの波長範囲から選択し、第３波長（λ３）を１７２０〜１７３６ｎｍ、２１２０〜２１６０ｎｍの波長範囲から選択し、第４波長（λ４）を１２９０〜１３０２ｎｍ、１３９４〜１４０８ｎｍの波長範囲から選択し、且つ、第１波長（λ１）乃至第４波長（λ４）の組み合わせの相関係数が０．９以上になるようにしている。
【００１８】
この場合、第１波長（λ１）を２０１４ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、第２波長（λ２）を２０６４ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、第３波長（λ３）を１７３０ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、第４波長（λ４）を１３９６ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択したことが有効である。
【００１９】
更にまた、必要に応じ、測定に係る分析要素量が水素量である場合、
第１波長（λ１）を１１４０〜１１４４ｎｍ、１１９０〜１２２６ｎｍ、１２３６〜１２５８ｎｍ、１３０２〜１３３６ｎｍ、１３６６〜１３９０ｎｍ、１４１４〜１５０２ｎｍ、１６１０〜１６９６ｎｍ、１７４４〜１７５２ｎｍ、１７６０〜１７７８ｎｍ、１８０６〜１８６８ｎｍ、１８９２〜１９１０ｎｍの波長範囲から選択し、第２波長（λ２）を１７４６〜１７５２ｎｍ、２１６０〜２１６４ｎｍの波長範囲から選択し、第３波長（λ３）を１３０６〜１３３４ｎｍ、１３４４〜１３９０ｎｍ、１４０４〜１４９６ｎｍ、１５５２〜１６３０ｎｍ、１６５４〜１６６８ｎｍ、１７４６ｎｍ、１７６４〜１７８４ｎｍ、１８２２〜１８６８ｎｍ、１８８６〜１９１４ｎｍの波長範囲から選択し、第４波長（λ４）を１９８４〜１９９４ｎｍの波長範囲から選択し、且つ、第１波長（λ１）乃至第４波長（λ４）の組み合わせの相関係数が０．９以上になるようにしている。
【００２０】
この場合、第１波長（λ１）を１７４８ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、第２波長（λ２）を２１６２ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、第３波長（λ３）を１３８８ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、第４波長（λ４）を１９８８ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択したことが有効である。
【００２１】
そしてまた、必要に応じ、測定対象の汚泥の測定時の温度をＴ、予め設定した基準温度をＴ０としたとき、基準温度Ｔ０の時の分析要素量Ｃ０を、温度Ｔにおける分析要素量Ｃｔから温度補正して算出する構成としている。
温度変化があっても、例えば、一日の温度変化、季節ごとの温度変化などの温度変化あっても、その測定の変化量は比較的少ないが、基準温度における分析要素量を算出するので、汚泥の状態を安定的に把握でき、例えば脱水汚泥の焼却の際に使用する燃料の量の制御を確実に行うことができるようになる。
【００２２】
この場合、必要に応じ、温度補正算出式： Ｃ０＝ａ＋ｂ（Ｔ−Ｔ０）＋Ｃｔ
（Ｔは測定対象の汚泥の測定時の温度、Ｔ０は予め設定した基準温度、Ｃｔ，Ｃ０は該当する温度の分析要素量（高位発熱量、低位発熱量はＪ／ｇ、水分量は重量％−ＷＢ、水素量他は重量％−ＤＢ）、ａ，ｂは温度と測定値との最小二乗法の解）
により算出する。
【００２３】
また、上記の目的を達成するため、本発明の汚泥の分析要素量測定装置は、測定対象の汚泥からの反射光あるいは透過光を受光し、近赤外領域の波長に対する吸光度を測定し、この測定値に基づいて汚泥の高位発熱量，低位発熱量，水分量，灰分量，イオウ分量，水素量，炭素分量の分析要素量のうち少なくとも何れか１つの分析要素量を測定する汚泥の分析要素量測定装置であって、
測定対象の汚泥を保持する汚泥保持部と、該汚泥保持部に保持された測定対象の汚泥に近赤外領域の光を照射する照光部と、この汚泥からの反射光あるいは透過光を受光する受光部と、該受光部が受光した光の吸光度に基づいて汚泥の分析要素量を算出する制御部とを備え、
上記制御部を、予め、測定に係る分析要素量既知のサンプル汚泥に近赤外線を照射されるとともに該サンプル汚泥から反射あるいは透過された光の近赤外線領域の波長に対する吸光度における二次微分スペクトルの重回帰分析により算出され当該測定に係る分析要素量に直接起因する帰属波長に係る回帰式を記憶する回帰式記憶機能と、上記受光部が受光した光の吸光度と上記回帰式とから当該測定対象の汚泥の測定に係る分析要素量を演算する分析要素量演算機能とを備えて構成している。
【００２４】
上記と同様に、汚泥の高位発熱量，低位発熱量，水分量，灰分量，イオウ分量，水素量，炭素分量の分析要素量のうち少なくとも何れか１つの分析要素量に直接帰属する近赤外線の波長域を見出し、その波長域を用いて分析要素量を測定するので、測定対象の汚泥の発熱量等の分析要素量を直接的に測定できるようになり、演算効率が向上させられ、測定精度の向上が図られる。
【００２５】
この装置において、具体的には、上記制御部における回帰式記憶機能が記憶する回帰式と選択される近赤外線の波長の組み合わせは、上記の回帰式と波長との組み合わせである。
【００２６】
また、必要に応じ、上記制御部は、測定対象の汚泥の測定時の温度をＴ、予め設定した基準温度をＴ０としたとき、基準温度Ｔ０の時の分析要素量Ｃ０を、温度Ｔにおける分析要素量Ｃｔから温度補正して算出する機能を備えた構成としている。
温度変化があっても、例えば、一日の温度変化、季節ごとの温度変化などの温度変化あっても、その測定の変化量は比較的少ないが、基準温度における分析要素量を算出するので、汚泥の状態を安定的に把握でき、例えば脱水汚泥の焼却の際に使用する燃料の量の制御を確実に行うことができるようになる。
【００２７】
そして、必要に応じ、上記受光部を複数設け、上記制御部は、上記複数の受光部からの光の吸光度に基づいて汚泥の分析要素量を算出する構成としている。例えば、複数の吸光度データの平均値により分析要素量を算出することができ、それだけ、より一層測定精度の向上が図られる。
【００２８】
また、必要に応じ、上記汚泥保持部を、汚泥を上記照光部に対して連続的に移動させて保持する構成にしている。連続移動する汚泥についてリアルタイムで分析要素量を算出するので、逐一サンプルを取り出して測定するバッチ式に比較して、測定作業が容易になるとともに搬送される汚泥の状態を確実に把握することができ、例えば脱水汚泥の焼却の際に使用する燃料の量の制御をより一層確実に行うことができるようになる。
【００２９】
この場合、必要に応じ、上記汚泥保持部を、汚泥が搬送される管体で構成し、該管体に光を透過可能なウインドウを設け、該ウインドウに上記照光部及び受光部を付設した構成としている。管体なので汚泥に搬送のための圧力が生じていても搬送を阻害することなく、また、この移動する汚泥からウインドウを介してデータを取得できる。
この構成において、上記ウインドウを、石英，サファイアガラス，ダイヤモンドから選択される材料で形成したことが有効である。耐圧性が良く、また、光の透過性に優れ、データ取得を確実に行うことができる。
【００３０】
また、必要に応じ、上記汚泥保持部を、汚泥が搬送されるベルトコンベアで構成している。ベルトコンベアなので、構造を簡単にすることができる。
【００３１】
更にまた、必要に応じ、上記制御部は、汚泥の搬送速度に基づいて汚泥の搬送量を算出する機能を備えた構成としている。搬送した汚泥の総分析要素量値、例えば、焼却炉を運転している場合に必要な炉投入汚泥総発熱量を算出できる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、汚泥の高位発熱量，低位発熱量，水分量，灰分量，イオウ分量，水素量，炭素分量の分析要素量のうち少なくとも何れか１つの分析要素量に直接帰属する近赤外線の波長域を見出し、その波長域を用いて分析要素量を測定するので、測定対象の汚泥の発熱量等の分析要素量を直接的に測定できるようになり、演算効率を向上させ、測定精度を向上させることができる。
また、高位発熱量及び低位発熱量については、水分量，灰分量，イオウ分量，水素量，炭素分量の値が分かれば、計算によって算出することができ、そのため、各分析要素量を利用して、検算することができ、それだけ測定精度の向上を図ることができる。
この結果、測定データを用いて、汚泥の状態を把握でき、例えば脱水汚泥の焼却の際に使用する燃料の量の制御を確実に行うことができるようになる。また、脱水汚泥の炉投入汚泥総発熱量の変化と炉燃料使用量の関係をフィードバック制御でのみコントロールするのに対して、炉投入総発熱量を事前に把握することができるので、フィードフォワード制御もできるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態に係る汚泥の分析要素量測定装置を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る汚泥の分析要素量測定装置の汚泥保持部を示す要部図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る汚泥の分析要素量測定装置における制御部の通信部の接続状態を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る汚泥の分析要素量測定装置における汚泥保持部の別の例を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）中Ｘ−Ｘ線断面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る分析要素量測定方法において、高位発熱量に係る回帰式の第１波長（λ１）を選択する際に用いた分析値と近赤外線の波長との相関を示すグラフ図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る分析要素量測定方法において、低位発熱量に係る回帰式の第１波長（λ１）を選択する際に用いた分析値と近赤外線の波長との相関を示すグラフ図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る分析要素量測定方法において、水分量に係る回帰式の第１波長（λ１）を選択する際に用いた分析値と近赤外線の波長との相関を示すグラフ図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る分析要素量測定方法において、水素量に係る回帰式の第１波長（λ１）を選択する際に用いた分析値と近赤外線の波長との相関を示すグラフ図である。
【図９】本発明の実施例１に係る高位発熱量の回帰式の算出に関し、化学分析値と分光分析値との関係を示すグラフ図である。
【図１０】本発明の実施例２に係る低位発熱量の回帰式の算出に関し、化学分析値と分光分析値との関係を示すグラフ図である。
【図１１】本発明の実施例３に係る水分量の回帰式の算出に係り、化学分析値と分光分析値との関係を示すグラフ図である。
【図１２】本発明の実施例４に係る水素量の回帰式の算出に係り、化学分析値と分光分析値との関係を示すグラフ図である。
【図１３】本発明の実施例５に係る高位発熱量の回帰式の算出に関し、化学分析値と分光分析値との関係を示すグラフ図である。
【図１４】本発明の実施例６に係る低位発熱量の回帰式の算出に関し、化学分析値と分光分析値との関係を示すグラフ図である。
【図１５】本発明の実施例７に係る水分量の回帰式の算出に係り、化学分析値と分光分析値との関係を示すグラフ図である。
【図１６】本発明の実施例８に係る水素量の回帰式の算出に係り、化学分析値と分光分析値との関係を示すグラフ図である。
【図１７】実験例１に係り、高位発熱量、低位発熱量、水分量、水素量について求めた実施例５乃至８に係る回帰式（検量線）にて、成分量の未知の脱水汚泥を測定した値と、その脱水汚泥について化学分析にて成分量を測定した値とを比較した結果を示す図である。
【図１８】実験例２に係り、低位発熱量について求めた実施例６に係る回帰式（検量線）にて、成分量の未知の脱水汚泥を測定した値と、高位発熱量、水分量、水素量を個別に測定した値から下水処理法を用いて計算した値とを比較した結果を示す図である。
【図１９】実験例３に係り、高位発熱量について、温度補正する前（実測値）と温度補正した後の値の違いを示すグラフ図である。
【図２０】実験例３に係り、脱水汚泥温度と発熱量測定値との関係を示すグラフ図である。
【図２１】実験例３に係り、脱水汚泥温度変化量と脱水汚泥高位発熱量測定値の変化量との関係を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、添付図面に基づいて本発明の実施の形態に係る汚泥の分析要素量測定方法及び汚泥の分析要素量測定装置を説明する。本汚泥の分析要素量測定方法は、本汚泥の分析要素量測定装置によって実現されるので、本汚泥の分析要素量測定装置の作用において説明する。
実施の形態に係る汚泥の分析要素量測定装置は、下水，し尿や産業排水処理施設などから発生する汚泥の処理システムに用いられる。この処理システムにおいては、汚泥は、ベルトプレス型脱水機，遠心脱水機あるいはフィルタプレス等を用いて脱水処理されて脱水汚泥として生成され、その後、この脱水汚泥は、例えば焼却炉で焼却処理される。実施の形態に係る汚泥の分析要素量測定装置は、焼却炉に搬送管を通して搬送される測定対象の汚泥（脱水汚泥）からの反射光あるいは透過光を受光し、近赤外領域の波長に対する吸光度を測定し、この測定値に基づいて汚泥の高位発熱量，低位発熱量，水分量，灰分量，イオウ分量，水素量，炭素分量の分析要素量のうち少なくとも何れか１つの分析要素量を測定する。
【００３５】
詳しくは、図１及び図２に示すように、実施の形態に係る汚泥の分析要素量測定装置は、測定対象の汚泥を保持する汚泥保持部１と、汚泥保持部１に保持された測定対象の汚泥に近赤外領域の光を照射する照光部２と、この汚泥からの反射光あるいは透過光を受光する受光部３と、受光部３が受光した光の吸光度に基づいて汚泥の分析要素量を算出する制御部２０とを備えて構成されている。
【００３６】
汚泥保持部１は、図２に示すように、汚泥を照光部２に対して連続的に移動させて保持するもので、汚泥の搬送管の途中に介装され汚泥が搬送される管体４で構成されている。この管体４には、光を透過可能なウインドウ５が設けられている。管体４なので汚泥に搬送のための圧力が生じていても搬送を阻害することなく、また、この移動する汚泥からウインドウ５を介してデータを取得できる。また、ウインドウ５は、石英，サファイアガラス，ダイヤモンドから選択される材料で形成されている。耐圧性が良く、また、光の透過性に優れ、データ取得を確実に行うことができる。符号６はウインドウ５の周囲をシールする押さえブロックである。
【００３７】
ウインドウ５には、照光部２及び受光部３が付設されている。照光部２及び受光部３は白色光が伝送される光ファイバ７，８の端部で構成されており、照受光プローブ１０に保持されている。受光部３は、例えば、照光部２を中心とした同心円上に等角度関係で複数設けられている。各光ファイバ７，８は束ねられてファイバ結合部１１に至る。照受光プローブ１０は押さえブロック６に設けられた取付部１２に取り付けられている。符号１３は、照光プローブ１０，取付部１２及び押さえブロック６を遮光して覆うカバーである。
【００３８】
図１に示すように、照光部２の光ファイバ７はファイバ結合部１１から分岐して光源ボックス１５に至っており、制御ケーブル１６を介して制御部２０からの制御により適時に光を照光する。受光部３の光ファイバ８はファイバ結合部１１から分岐して並列に分光部１７に接続され、分光部１７から制御ケーブル１８を介して制御部２０内の信号処理を行なう電気回路に接続されている。符号１９は管体４に設けられ汚泥の温度を計測する温度センサである。また、符号２１は制御部２０に接続され各種表示を行う表示部、２２は汚泥保持部１、照受光プローブ１０、カバー１３等の測定に係る部分周辺を撮像し機器の監視を行って異常の有無を確認する撮像部である。符号２３は通信部であり、図３に示すように、通信部２３は例えばインターネットなどの通信網を介した遠隔地にある端末２４と接続されており、制御部２０の制御を遠隔で行うため端末からの制御信号を受信するとともに制御部２０からのデータを送信する。
【００３９】
制御部２０は、予め、測定に係る分析要素量既知のサンプル汚泥に近赤外線を照射されるとともに該サンプル汚泥から反射あるいは透過された光の近赤外線領域の波長に対する吸光度における二次微分スペクトルの重回帰分析により算出され当該測定に係る分析要素量に直接起因する帰属波長に係る回帰式を記憶する回帰式記憶機能と、受光部３が受光した光の吸光度と上記回帰式とから当該測定対象の汚泥の測定に係る分析要素量を演算する分析要素量演算機能とを備えて構成されている。この場合、制御部の分析要素量演算機能は、複数の受光部からの光の吸光度に基づいて汚泥の分析要素量を算出する。例えば、複数の吸光度データの平均値により分析要素量を算出することができ、それだけ、より一層測定精度の向上が図られる。
全体の信号処理は以下のようにして行なわれる。各受光部３によって拡散反射光が検出され、受光部３の光ファイバ８によって分光部１７に送られる。この分光部１７では、光を波長域毎に分光するとともに、その光の強さによる電気信号に変換して抽出する。その後、制御ケーブル１８を介して制御部２０内の電気回路に接続され、所定の処理を行う。
【００４０】
次に、制御部２０の回帰式記憶機能が記憶する回帰式の設定について説明する。回帰式は、汚泥の高位発熱量，低位発熱量，水分量，灰分量，イオウ分量，水素量，炭素分量の分析要素量のうち、測定に係る分析要素量において設定される。回帰式は、予め、測定に係る分析要素量既知のサンプル汚泥に近赤外線を照射し、このサンプル汚泥からの反射光あるいは透過光を受光し、受光した光の吸光度における二次微分スペクトルの重回帰分析により当該測定に係る分析要素量に直接起因する帰属波長に係る式として算出される。
【００４１】
詳しくは、回帰式を、互いに相関係数の高い第１〜ｎ波長の吸光度を変数とする下記の一般式で構成する。
【００４２】
【数３】
【００４３】
（一般式において、Ｃは分析要素量（高位発熱量、低位発熱量はＪ／ｇ、水分量は重量％−ＷＢ、水素量他は重量％−ＤＢ）、λは波長、Ａ（λ１）は第１波長（λ１）の吸光度、Ａ（λ２）は第２波長（λ２）の吸光度、・・・Ａ（λｎ）は第ｎ波長（λｎ）の吸光度、Ｋ０，Ｋ１，Ｋ２・・・Ｋｎは、充分に多い母集団において測定された吸光度及び実測分析要素量を用いて最小二乗法で決定された係数である。また、Ｋ０は脱水汚泥の温度による測定値ドリフトも含まれる。）
【００４４】
上記一般式において、第１波長（λ１）乃至第ｎ波長（λｎ）を選択するに当たり、先ず、多種類の汚泥の被検体の化学分析による既知の分析要素量値と当該各被検体の吸光度との重回帰分析によって求められた上記多種類の汚泥の分析要素量に帰属し相関係数が０．７以上になる第１波長（λ１）の近赤外線の波長域を選択し、次に、当該第１波長（λ１）の近赤外線の波長域と、１１００ｎｍ〜２２００ｎｍの範囲の波長域との重回帰分析によって、上記多種類の汚泥の分析要素量に帰属し上記第１波長（λ１）の近赤外線の波長域の相関係数以上の相関係数となる第２波長（λ２）の近赤外線の波長域を選択し、次に、上記第１波長（λ１）及び第２波長（λ２）の近赤外線の波長域と、１１００ｎｍ〜２２００ｎｍの範囲の波長域との重回帰分析によって、上記多種類の汚泥の分析要素量に帰属し上記第１波長（λ１）の近赤外線の波長域の相関係数以上の相関係数となる第３波長（λ３）の近赤外線の波長域を選択し、このように、上記第１波長（λ１）乃至第（ｎ−１）波長（λｎ−１）の近赤外線の波長域と、１１００ｎｍ〜２２００ｎｍの範囲の波長域との重回帰分析によって、上記多種類の汚泥の分析要素量に帰属し上記第１波長（λ１）の近赤外線の波長域の相関係数以上の相関係数となる第ｎ波長（λｎ）の近赤外線の波長域を選択する。
【００４５】
次に、汚泥の分析要素量ごとの波長の選択について説明する。
＜高位発熱量＞
測定に係る分析要素量が高位発熱量である場合、先ず、第１波長（λ１）においては、図５に示すように、高位発熱量の分析値と高い相関係数−０．７以下、０．７以上を示す波長範囲を選択する。即ち、第１波長（λ１）を１２００〜１２２２ｎｍ、１３７６〜１３９０ｎｍ、１４１８〜１４９８ｎｍ、１６１２〜１６９６ｎｍ、１７４４〜１７５２ｎｍ、１７６２〜１７７６ｎｍ、１８０６〜１８１０ｎｍ、１８２６〜１８６８ｎｍ、１８９４〜１９１０ｎｍの波長範囲から選択する。
【００４６】
次に、第２波長（λ２）を２１５８〜２１６４ｎｍの波長範囲から選択し、第３波長（λ３）を１３７０〜１３９２ｎｍ、１４１６〜１４９０ｎｍ、１５３８ｎｍ、１５７８〜１５８０ｎｍ、１６１６〜１６１８ｎｍ、１６２４ｎｍ、１６５８〜１６６８ｎｍ、１７４６ｎｍ、１７６６〜１７８０ｎｍ、１８２４〜１９１４ｎｍの波長範囲から選択し、第４波長（λ４）を１３２４〜１３２６ｎｍ、１５０２〜１５１６ｎｍの波長範囲から選択する。これらの選択においては、第１波長（λ１）乃至第４波長（λ４）の組み合わせの相関係数が０．９以上になるようにする。
【００４７】
望ましくは、第１波長（λ１）を１７５０ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、第２波長（λ２）を２１６０ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、第３波長（λ３）を１３９０ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、第４波長（λ４）を１５１０ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択する。
【００４８】
＜低位発熱量＞
測定に係る分析要素量が低位発熱量である場合、先ず、第１波長（λ１）においては、図６に示すように、低位発熱量の分析値と高い相関係数−０．７以下、０．７以上を示す波長範囲を選択する。即ち、第１波長（λ１）を１２０２〜１２２６ｎｍ、１２３４〜１２４８ｎｍ、１６５０〜１６７８ｎｍの波長範囲から選択する。
次に、第２波長（λ２）を１６０２〜１６３６ｎｍ、１７１８〜１７３６ｎｍの波長範囲から選択し、第３波長（λ３）を１８０８〜１８３４ｎｍ、１９９４〜２００８ｎｍの波長範囲から選択し、第４波長（λ４）を１３３０〜１３８６ｎｍ、２０５８〜２０６６ｎｍの波長範囲から選択する。これらの選択においては、第１波長（λ１）乃至第４波長（λ４）の組み合わせの相関係数が０．９以上になるようにする。
【００４９】
望ましくは、第１波長（λ１）を１６６８ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、第２波長（λ２）を１７２６ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、第３波長（λ３）を２００２ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、第４波長（λ４）を２０６２ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択する。
【００５０】
＜水分量＞
測定に係る分析要素量が水分量である場合、先ず、第１波長（λ１）においては、図７に示すように、水分量の分析値と高い相関係数−０．７以下、０．７以上を示す波長範囲を選択する。即ち、第１波長（λ１）を１７１８〜１７３２ｎｍ、２００２〜２０４４ｎｍの波長範囲から選択する。
次に、第２波長（λ２）を１５５８〜１６００ｎｍ、１６２４〜１６９６ｎｍ、２０６０〜２０６８ｎｍの波長範囲から選択し、第３波長（λ３）を１７２０〜１７３６ｎｍ、２１２０〜２１６０ｎｍの波長範囲から選択し、第４波長（λ４）を１２９０〜１３０２ｎｍ、１３９４〜１４０８ｎｍの波長範囲から選択する。これらの選択においては、第１波長（λ１）乃至第４波長（λ４）の組み合わせの相関係数が０．９以上になるようにする。
【００５１】
望ましくは、第１波長（λ１）を２０１４ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、第２波長（λ２）を２０６４ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、第３波長（λ３）を１７３０ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、第４波長（λ４）を１３９６ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択する。
【００５２】
＜水素量＞
測定に係る分析要素量が水素量である場合、先ず、第１波長（λ１）においては、図８に示すように、水素量の分析値と高い相関係数−０．７以下、０．７以上を示す波長範囲を選択する。即ち、第１波長（λ１）を１１４０〜１１４４ｎｍ、１１９０〜１２２６ｎｍ、１２３６〜１２５８ｎｍ、１３０２〜１３３６ｎｍ、１３６６〜１３９０ｎｍ、１４１４〜１５０２ｎｍ、１６１０〜１６９６ｎｍ、１７４４〜１７５２ｎｍ、１７６０〜１７７８ｎｍ、１８０６〜１８６８ｎｍ、１８９２〜１９１０ｎｍの波長範囲から選択する。
【００５３】
次に、第２波長（λ２）を１７４６〜１７５２ｎｍ、２１６０〜２１６４ｎｍの波長範囲から選択し、第３波長（λ３）を１３０６〜１３３４ｎｍ、１３４４〜１３９０ｎｍ、１４０４〜１４９６ｎｍ、１５５２ｎｍ〜１６３０ｎｍ、１６５４〜１６６８ｎｍ、１７４６ｎｍ、１７６４〜１７８４ｎｍ、１８２２〜１８６８ｎｍ、１８８６〜１９１４ｎｍの波長範囲から選択し、第４波長（λ４）を１９８４〜１９９４ｎｍの波長範囲から選択する。この選択においては、第１波長（λ１）乃至第４波長（λ４）の組み合わせの相関係数が０．９以上になるようにする。
【００５４】
望ましくは、第１波長（λ１）を１７４８ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、第２波長（λ２）を２１６２ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、第３波長（λ３）を１３８８ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、第４波長（λ４）を１９８８ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択する。
【００５５】
また、灰分量，イオウ分量，炭素分量の分析要素量についての回帰式も、同様の手法で決定する。
【００５６】
また、制御部２０は、測定対象の汚泥の測定時の温度をＴ、予め設定した基準温度をＴ０としたとき、基準温度Ｔ０の時の分析要素量Ｃ０を、温度Ｔにおける分析要素量Ｃｔから温度補正して算出する機能を備えている。上記の汚泥保持部１の管体４には、管体４内の汚泥の温度を測定する温度センサ１９が内蔵されており、制御部２０は、この温度センサ１９の検知温度に基づいて、必要に応じ、温度補正を行う。
【００５７】
制御部２０は、例えば、補正式 Ｃ０＝ａ＋ｂ（Ｔ−Ｔ０）＋Ｃｔ
（Ｔは測定対象の汚泥の測定時の温度、Ｔ０は予め設定した基準温度、Ｃｔ，Ｃ０は該当する温度の分析要素量（高位発熱量、低位発熱量はＪ／ｇ、水分量は重量％−ＷＢ、水素量他は重量％−ＤＢ）、ａ，ｂは温度と測定値との最小二乗法の解）
により算出する。
温度変化があっても、例えば、一日の温度変化、季節ごとの温度変化などの温度変化あっても、その測定の変化量は比較的少ないが、基準温度における分析要素量を算出するので、汚泥の状態を安定的に把握でき、例えば脱水汚泥の焼却の際に使用する燃料の量の制御を確実に行うことができるようになる。
【００５８】
また、制御部２０は、汚泥の搬送速度に基づいて汚泥の搬送量を算出する機能を備えている。これにより、搬送した汚泥の総分析要素量値、例えば総発熱量を算出できる。
【００５９】
従って、この実施の形態に係る分析要素量測定装置により、汚泥の分析要素量を測定するときは、例えば、高位発熱量を測定する場合で説明すると、以下のようになる。制御部２０においては、回帰式記憶機能が記憶する回帰式と、選択される近赤外線の波長の組み合わせが設定されている。汚泥は搬送されて汚泥保持部１の管体４内を移動している。この状態で、制御部２０から適時に測定開始指令が発せられると、照光部２から光が照射され、この汚泥からの反射光あるいは透過光が受光部３により受光される。受光部３で受光した光は、光ファイバ８を通って分光部１７に至り、光が波長域毎に分光され、その光の強さによる電気信号に変換されて、制御ケーブル１８を介して制御部２０内の電気回路に送出される。制御部２０においては、上記の回帰式での演算処理が行なわれる。即ち、汚泥の吸光度が求められ、所定の帰属波長による回帰式により高位発熱量が算出される。必要に応じ、上記の温度補正が行われる。
【００６０】
このように算出された高位発熱量は、汚泥の高位発熱量に直接帰属する近赤外線の波長域を用いて特定されるので、測定対象の汚泥の分析要素量を直接的に測定できるようになり、演算効率が向上させられ、測定精度の向上が図られる。即ち、既に化学分析による分析要素量が判っている多くの分析要素量既知のサンプル汚泥との重回帰分析によって、先ず、相関係数の高い第１波長を求め、次に、相関係数の高い第２〜ｎ波長を求める。各波長は、試料の吸光度と化学分析による既知の分析要素量による重回帰分析によって、例えば相関係数が０．７以上を示す領域でもって決定する。これらの波長領域は、単一波長として使用しても、分析要素量の標準誤差の範囲を広く設定すれば、分析要素量の測定が可能であると推定される。しかしながら、相関係数の高い第２〜ｎ波長を求めることで、精度が向上させられるのである。高位発熱量以外の分析要素量の測定においても同様に行われる。また、算出された高位発熱量が、温度補正が行われた数値である場合には、汚泥の状態を安定的に把握することができる。この算出された高位発熱量は、例えば脱水汚泥の焼却の際に使用する燃料の量の制御に供される。
【００６１】
この測定においては、汚泥保持部１が汚泥が搬送される管体４で構成され、この管体４に光を透過可能なウインドウ５を設け、このウインドウ５に照光部２及び受光部３が付設されているので、連続移動する汚泥についてリアルタイムで分析要素量を算出することができ、バッチ式に比較して、搬送される汚泥の状態を確実に把握することができ、例えば脱水汚泥の焼却の際に使用する燃料の量の制御をより一層確実に行うことができるようになる。また、管体４なので汚泥に搬送のための圧力が生じていても搬送を阻害することなく、この移動する汚泥からウインドウ５を介してデータを取得できる。
【００６２】
図４には、汚泥保持部１の別の例を示している。この汚泥保持部１は、汚泥が搬送されるベルトコンベア３０で構成されている。ベルトコンベア３０なので、構造を簡単にすることができる。そして、ベルトコンベア３０の汚泥の経路の途中には、光ファイバ７，８からなる照光部２及び受光部３が設けられた照受光プローブ１０が設けられている。照受光プローブ１０は取付部１２に取り付けられており、この取付部１２は、ベルトコンベア３０の基台３１に支持され汚泥を覆って遮光するカバー３２に設置されている。このベルトコンベア３０からなる汚泥保持部１によっても、上記と同様の作用，効果を奏する。
【実施例】
【００６３】
次に、実施例について説明する。
実施例は、３０種類の脱水汚泥について予め成分量を化学分析し、基準温度を２０℃とし、この基準温度と同じ２０℃に調整した汚泥サンプルに、１１００〜２２００ｎｍの近赤外線を脱水汚泥に照射しその反射光を光検出器で検出するような近赤外線分光分析システムを用いて各波長での光強度を得て吸光度算出、ノイズ処理、二次微分処理を施し、二次微分スペクトルと高位発熱量、低位発熱量、水分量、水素量について、重回帰分析により回帰式を求めた。
【００６４】
（実施例１）
高位発熱量の回帰式の算出に係り、第１波長（λ１）を１４１８〜１４９８ｎｍの範囲から選択し、１４４０ｎｍとした。第２波長（λ２）を２１５８〜２１６４ｎｍから選択し、２１６２ｎｍとした。第３波長（λ３）を１３７０〜１３９２ｎｍから選択し、１３７２ｎｍとした。第４波長（λ４）を１５０２〜１５１６ｎｍから選択し、１５０４ｎｍとした。図９に示すように、この条件において、回帰係数がＫ０＝１９４３８．６１、Ｋ１＝−３９９５００．００、Ｋ２＝−１４６４９５２．６４、Ｋ３＝−１０２４３２．５８、Ｋ４＝−７５５６０．２１で、重相関係数は０．９６５、標準誤差１１５４．２７２となる検量線を構築した。
【００６５】
（実施例２）
低位発熱量の回帰式の算出に係り、第１波長（λ１）を１２３４〜１２４８ｎｍから選択し、１２３８ｎｍとした。第２波長（λ２）を１７１８〜１７３６ｎｍから選択し、１７２６ｎｍとした。第３波長（λ３）を１９９４〜２００８ｎｍから選択し、２００２ｎｍとした。第４波長（λ４）を２０５８〜２０６６ｎｍから選択し、２０６２ｎｍとした。図１０に示すように、この条件において、回帰係数がＫ０＝−１２２３．８３、Ｋ１＝９８２３０５．９９、Ｋ２＝−１４１１７０．１６、Ｋ３＝２５５１６８．７１、Ｋ４＝−４１０５４１．７２で、重相関係数０．９５１、標準誤差４４６．３５９となる検量線を構築した。
【００６６】
（実施例３）
水分量の回帰式の算出に係り、第１波長（λ１）を１７１８〜１７３２ｎｍから選択し、１７２６ｎｍとした。第２波長（λ２）を２０６０〜２０６８ｎｍから選択し、２０６２ｎｍとした。第３波長（λ３）を２１２０〜２１６０ｎｍから選択し、２１４２ｎｍとした。第４波長（λ４）を１３９４〜１４０８ｎｍから選択し、１３９４ｎｍとした。図１１に示すように、この条件において、回帰係数がＫ０＝７７．３３５、Ｋ１＝１５１８．１９、Ｋ２＝６００．２３、Ｋ３＝−１３５７．２４、Ｋ４＝３２４．２０で、重相関係数０．９３０、標準誤差２．３２３となる検量線を構築した。
【００６７】
（実施例４）
水素量の回帰式の算出に係り、第１波長（λ１）を１４４０ｎｍ、第２波長（λ２）を１７５０ｎｍ、第３波長（λ３）を１５８４ｎｍ、第４波長（λ４）を１９８６ｎｍとした。図１２に示すように、この条件において、回帰係数がＫ０＝１．５４、Ｋ１＝−８１．５８、Ｋ２＝１４４．０７、Ｋ３＝−２１１．４９、Ｋ４＝１７４．６６で、重相関係数０．９２２、標準誤差０．４２０となる検量線を構築した。
【００６８】
（実施例５）
高位発熱量の回帰式の算出に係り、第１波長（λ１）を１７５０ｎｍ、第２波長（λ２）を２１６０ｎｍ、第３波長（λ３）を１３９０ｎｍ、第４波長（λ４）を１５１０ｎｍとした。図１３に示すように、この条件において、回帰係数がＫ０＝２１３８０．５９、Ｋ１＝４５２６７７．５４、Ｋ２＝−１３６５７９０．６、Ｋ３＝１５５５７４．９、Ｋ４＝−２１４９３４．３で、重相関係数は０．９６３、標準誤差１１９５．７８９となる検量線を構築した。
【００６９】
（実施例６）
低位発熱量の回帰式の算出に係り、第１波長（λ１）を１６６８ｎｍ、第２波長（λ２）を１７２６ｎｍ、第３波長（λ３）を２００２ｎｍ、第４波長（λ４）を２０６２ｎｍとした。図１４に示すように、この条件において、回帰係数がＫ０＝−２１３９．８０、Ｋ１＝１７１７６４．３０、Ｋ２＝−１４１７４１．６６、Ｋ３＝３０６３２５．４２、Ｋ４＝−３０３７１７．６０で、重相関係数０．９６７、標準誤差３６９．０７０となる検量線を構築した。
【００７０】
（実施例７）
水分量の回帰式の算出に係り、第１波長（λ１）を２０１４ｎｍ、第２波長（λ２）を２０６４ｎｍ、第３波長（λ３）を１７３０ｎｍ、第４波長（λ４）を１３９６ｎｍとした。図１５に示すように、この条件において、回帰係数がＫ０＝７９．９３、Ｋ１＝−２６６０．４５、Ｋ２＝２８５３．３０、Ｋ３＝６９３．５１、Ｋ４＝１０４．１４で、重相関係数０．９２８、標準誤差２．３５４となる検量線を構築した。
【００７１】
（実施例８）
水素量の回帰式の算出に係り、第１波長（λ１）を１７４８ｎｍ、第２波長（λ２）を２１６２ｎｍ、第３波長（λ３）を１３８８ｎｍ、第４波長（λ４）を１９８８ｎｍとした。図１６に示すように、この条件において、回帰係数がＫ０＝４．５４、Ｋ１＝５６．７８、Ｋ２＝−２７９．６６、Ｋ３＝４６．９９、Ｋ４＝１７０．６１で、重相関係数０．９６７、標準誤差０．２７８となる検量線を構築した。
【００７２】
（実験例１）
次に実験例を示す。上記の高位発熱量、低位発熱量、水分量、水素量について求めた実施例５乃至８に係る回帰式（検量線）にて、成分量の未知の脱水汚泥を測定し、その脱水汚泥について化学分析にて成分量を特定し比較した。結果を図１７に示す。この結果から、高位発熱量では相関係数０．９３０、標準誤差１１７２．８、低位発熱量では相関係数０．９２０、標準誤差４６０．６、水分量では相関係数０．９３０、標準誤差３．０、水素量では相関係数０．９７６、標準誤差０．２という結果となり、高位発熱量、低位発熱量、水分量、水素量の何れにおいても相関係数も高く、標準誤差（ＳＥＰ）も低い値を示しており、優位であることが証明された。
【００７３】
（実験例２）
低位発熱量（Ｈｕ）は、例えば、下水処理法に基づき、高位発熱量（ＨｕＢ）、水分量、水素量を用いた下記の数式により計算し利用されている。
数式・・・Ｈｕ＝ＨｕＢ×(１００−Ｗ)／１００−６００(９ｈ(％)＋Ｗ(％))／１００
実験例２では、低位発熱量を直接近赤外分光分析で測定したものと、高位発熱量、水分量、水素量を個別に測定した値から下水処理法を用いて計算した結果の化学分析値と比較した。その結果を図１８に示す。図１８に示すように、相関係数０．９０６、標準誤差４９８.０となり、直接測定のほうがより正確に測定が可能であると判断できる。
【００７４】
（実験例３）
高位発熱量について、温度補正する前（実測値）と温度補正した後の値の違いを調べた。一般にフィールドで実施する場合は、環境温度が一定でない場合が多く、物質の分子の運動エネルギーも変化する。その場合は近赤外線分光分析で得られた測定値について、その測定の変化量は比較的少ないが、例えば、上記の補正式Ｃ０＝ａ＋ｂ（Ｔ−Ｔ０）＋Ｃｔを用いて温度補正を施すことで、基準温度での測定値が得られる。
例えば、高位発熱量について、最小二乗法により一次方程式を解き、ａ、ｂそれぞれの係数を求めるとａ＝１４．６０９、ｂ＝−３０７．３１となり、温度変化による高位発熱量の変化量が求まる。この温度補正式を用いて高位発熱量について温度補正を施す。結果を図１９に示す。また、脱水汚泥温度と発熱量測定値との関係を図２０に、脱水汚泥温度変化と脱水汚泥高位発熱量測定値の変化量との関係を図２１に示す。
【００７５】
尚、上記実施の形態において、分析要素量の測定においては汚泥からの反射光を測定しているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、汚泥の性質によって、透過光を受光して測定してもよく適宜変更して差し支えない。更にまた、上記実施の形態に係る回帰式において、高位発熱量、低位発熱量はＪ／ｇ、水分量は重量％−ＷＢ、水素量他は重量％−ＤＢとしたが、必ずしもこれに限定されるものではなく、要するに、提示した数式の関係を満たす式であれば、分析要素量Ｃの単位をどのように設定しても良い。
【符号の説明】
【００７６】
１ 汚泥保持部
２ 照光部
３ 受光部
４ 管体
５ ウインドウ
６ 押さえブロック
７，８ 光ファイバ
１０ 照受光プローブ
１１ ファイバ結合部
１２ 取付部
１３ カバー
１５ 光源ボックス
１６ 制御ケーブル
１７ 分光部
１８ 制御ケーブル
１９ 温度センサ
２０ 制御部
２１ 表示部
２２ 撮像部
２３ 通信部
２４ 端末
３０ ベルトコンベア
３１ 基台
３２ カバー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水，し尿や産業排水処理施設などから発生する汚泥の発熱量等の分析要素量を測定する技術に係り、特に、近赤外領域の光を用いて測定することのできる汚泥の分析要素量測定方法及び汚泥の分析要素量測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、下水，し尿や産業排水処理施設などから発生する汚泥は、ベルトプレス型脱水機，遠心脱水機あるいはフィルタプレス等を用いて脱水処理されて脱水汚泥とされ、その後、この脱水汚泥は、例えば焼却処理される。この脱水汚泥の焼却処理においては、焼却の際の燃料の使用量に影響を及ぼす。
【０００３】
従来、この種の汚泥の発熱量の測定方法としては、例えば、特許文献１（特許第３５２５０１３号公報）に記載されたものが知られている。
これは、測定対象汚泥に向けて蛋白質、脂質、繊維質、及び、水分の各含有比率に応じた吸収特性を夫々示す複数波長の赤外光を個別に照射し、測定対象汚泥を透過又は反射した各波長の赤外光を受光し、得られた各波長の赤外光の光量に基づいて測定対象汚泥の有機物含有率及び水分含有率を演算し、演算された測定対象汚泥の有機物含有率及び水分含有率に基づいて、測定対象汚泥の発熱量を演算している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３５２５０１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、この従来の汚泥の発熱量の測定方法においては、蛋白質、脂質、繊維質、及び、水分の各含有比率に応じた吸収特性を夫々示す複数波長の赤外光を個別に照射し、有機物含有率及び水分含有率に基づいて発熱量を演算しているので、算出の工程が間接的で複雑になっており、それだけ、演算効率が悪く、測定精度に劣っているという問題があった。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、測定対象の汚泥の発熱量等の分析要素量を直接的に測定できるようにし、演算効率を向上させるとともに測定精度の向上を図った汚泥の分析要素量測定方法及び汚泥の分析要素量測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような目的を達成するため、本発明の汚泥の分析要素量測定方法は、測定対象の汚泥からの反射光あるいは透過光を受光し、近赤外領域の波長に対する吸光度を測定し、この測定値に基づいて汚泥の高位発熱量，低位発熱量，水分量，灰分量，イオウ分量，水素量，炭素分量の分析要素量のうち少なくとも何れか１つの分析要素量を測定する汚泥の分析要素量測定方法であって、
予め、測定に係る分析要素量既知のサンプル汚泥に近赤外線を照射し、該サンプル汚泥からの反射光あるいは透過光を受光し、受光した光の吸光度における二次微分スペクトルの重回帰分析により当該測定に係る分析要素量に直接起因する帰属波長に係る回帰式を算出しておき、
測定対象の汚泥に近赤外線を照射し、測定対象の汚泥からの反射光あるいは透過光を受光し、受光した光の吸光度を測定し、これらの吸光度と上記回帰式とから当該測定対象の汚泥の測定に係る分析要素量を算出する構成としている。
本願発明は、例えば、低位発熱量の特定においては、下水試験法による規算出方法によって行われるが、JIS他の何れの算出方法に対しても対応できる。
【０００７】
本発明による測定方法の特徴は、汚泥の高位発熱量，低位発熱量，水分量，灰分量，イオウ分量，水素量，炭素分量の分析要素量のうち少なくとも何れか１つの分析要素量に直接帰属する近赤外線の波長域を見出し、その波長域を用いて分析要素量を測定する点である。そのため、測定対象の汚泥の発熱量等の分析要素量を直接的に測定できるようになり、演算効率が向上させられ、測定精度の向上が図られる。
また、高位発熱量及び低位発熱量については、水分量，灰分量，イオウ分量，水素量，炭素分量の値が分かれば、計算によって算出することができ、そのため、各分析要素量を利用して、検算することができ、それだけ測定精度の向上を図ることができる。
この結果、測定データを用いて、汚泥の状態を把握でき、例えば脱水汚泥の焼却の際に使用する燃料の量の制御を確実に行うことができるようになる。また、脱水汚泥の炉投入汚泥総発熱量の変化と炉燃料使用量の関係をフィードバック制御でのみコントロールするのに対して、炉投入総発熱量を事前に把握することができるので、フィードフォワード制御もできるようになる。
【０００８】
より具体的には、本発明は、上記回帰式を、互いに相関係数の高い第１〜ｎ波長の吸光度を変数とする下記の一般式で構成し、
【０００９】
【数２】
【００１０】
（一般式において、Ｃは分析要素量（高位発熱量、低位発熱量はＪ／ｇ、水分量は重量％−ＷＢ、水素量他は重量％−ＤＢ）、λは波長、Ａ（λ１）は第１波長（λ１）の吸光度、Ａ（λ２）は第２波長（λ２）の吸光度、・・・Ａ（λｎ）は第ｎ波長（λｎ）の吸光度、Ｋ０，Ｋ１，Ｋ２・・・Ｋｎは、充分に多い母集団において測定された吸光度及び実測分析要素量を用いて最小二乗法で決定された係数である。また、Ｋ０は脱水汚泥の温度による測定値ドリフトも含まれる）
【００１１】
上記一般式において、第１波長（λ１）乃至第ｎ波長（λｎ）を選択するに当たり、先ず、多種類の汚泥の被検体の化学分析による既知の分析要素量値と当該各被検体の吸光度との重回帰分析によって求められた上記多種類の汚泥の分析要素量に帰属し相関係数が０．７以上になる第１波長（λ１）の近赤外線の波長域を選択し、次に、当該第１波長（λ１）の近赤外線の波長域と、１１００ｎｍ〜２２００ｎｍの範囲の波長域との重回帰分析によって、上記多種類の汚泥の分析要素量に帰属し上記第１波長（λ１）の近赤外線の波長域の相関係数以上の相関係数となる第２波長（λ２）の近赤外線の波長域を選択し、次に、上記第１波長（λ１）及び第２波長（λ２）の近赤外線の波長域と、１１００ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲の波長域との重回帰分析によって、上記多種類の汚泥の分析要素量に帰属し上記第１波長（λ１）の近赤外線の波長域の相関係数以上の相関係数となる第３波長（λ３）の近赤外線の波長域を選択し、このように、上記第１波長（λ１）乃至第（ｎ−１）波長（λｎ−１）の近赤外線の波長域と、１１００ｎｍ〜２２００ｎｍの範囲の波長域との重回帰分析によって、上記多種類の汚泥の分析要素量に帰属し上記第１波長（λ１）の近赤外線の波長域の相関係数以上の相関係数となる第ｎ波長（λｎ）の近赤外線の波長域を選択する。
【００１２】
本発明は、既に化学分析による分析要素量が判っている多くの分析要素量既知のサンプル汚泥との重回帰分析によって、先ず、相関係数の高い第１波長を求め、次に、相関係数の高い第２〜ｎ波長を求める。各波長は、試料の吸光度と化学分析による既知の分析要素量による重回帰分析によって、例えば相関係数が０．７以上を示す領域でもって決定する。これらの波長領域は、単一波長として使用しても、分析要素量の標準誤差の範囲を広く設定すれば、分析要素量の測定が可能であると推定される。しかしながら、相関係数の高い第２〜ｎ波長を求めることで、精度が向上させられる。
即ち、本発明は、汚泥の高位発熱量，低位発熱量，水分量，灰分量，イオウ分量，水素量，炭素分量の分析要素量を、近赤外線の１１００ｎｍ〜２２００ｎｍの範囲の波長域でもって直接的に算出しており、従来のように汚泥の有機物含有率及び水分含有率に基づいて発熱量を演算しているのとは算出の概念を異にする。
【００１３】
そして、必要に応じ、測定に係る分析要素量が高位発熱量である場合、
第１波長（λ１）を１２００〜１２２２ｎｍ、１３７６〜１３９０ｎｍ、１４１８〜１４９８ｎｍ、１６１２〜１６９６ｎｍ、１７４４〜１７５２ｎｍ、１７６２〜１７７６ｎｍ、１８０６〜１８１０ｎｍ、１８２６〜１８６８ｎｍ、１８９４〜１９１０ｎｍの波長範囲から選択し、第２波長（λ２）を２１５８〜２１６４ｎｍの波長範囲から選択し、第３波長（λ３）を１３７０〜１３９２ｎｍ、１４１６〜１４９０ｎｍ、１５３８ｎｍ、１５７８〜１５８０ｎｍ、１６１６〜１６１８ｎｍ、１６２４ｎｍ、１６５８〜１６６８ｎｍ、１７４６ｎｍ、１７６６〜１７８０ｎｍ、１８２４〜１９１４ｎｍの波長範囲から選択し、第４波長（λ４）を１３２４〜１３２６ｎｍ、１５０２〜１５１６ｎｍの波長範囲から選択し、且つ、第１波長（λ１）乃至第４波長（λ４）の組み合わせの相関係数が０．９以上になるようにしている。
【００１４】
この場合、第１波長（λ１）を１７５０ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、第２波長（λ２）を２１６０ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、第３波長（λ３）を１３９０ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、第４波長（λ４）を１５１０ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択したことが有効である。
【００１５】
また、必要に応じ、測定に係る分析要素量が低位発熱量である場合、
第１波長（λ１）を１２０２〜１２２６ｎｍ、１２３４〜１２４８ｎｍ、１６５０〜１６７８ｎｍの波長範囲から選択し、第２波長（λ２）を１６０２〜１６３６ｎｍ、１７１８〜１７３６ｎｍの波長範囲から選択し、第３波長（λ３）を１８０８〜１８３４ｎｍ、１９９４〜２００８ｎｍの波長範囲から選択し、第４波長（λ４）を１３３０〜１３８６ｎｍ、２０５８〜２０６６ｎｍの波長範囲から選択し、且つ、第１波長（λ１）乃至第４波長（λ４）の組み合わせの相関係数が０．９以上になるようにしている。
【００１６】
この場合、第１波長（λ１）を１６６８ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、第２波長（λ２）を１７２６ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、第３波長（λ３）を２００２ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、第４波長（λ４）を２０６２ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択したことが有効である。
【００１７】
更に、必要に応じ、測定に係る分析要素量が水分量である場合、第１波長（λ１）を１７１８〜１７３２ｎｍ、２００２〜２０４４ｎｍの波長範囲から選択し、第２波長（λ２）を１５５８〜１６００ｎｍ、１６２４〜１６９６ｎｍ、２０６０〜２０６８ｎｍの波長範囲から選択し、第３波長（λ３）を１７２０〜１７３６ｎｍ、２１２０〜２１６０ｎｍの波長範囲から選択し、第４波長（λ４）を１２９０〜１３０２ｎｍ、１３９４〜１４０８ｎｍの波長範囲から選択し、且つ、第１波長（λ１）乃至第４波長（λ４）の組み合わせの相関係数が０．９以上になるようにしている。
【００１８】
この場合、第１波長（λ１）を２０１４ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、第２波長（λ２）を２０６４ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、第３波長（λ３）を１７３０ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、第４波長（λ４）を１３９６ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択したことが有効である。
【００１９】
更にまた、必要に応じ、測定に係る分析要素量が水素量である場合、
第１波長（λ１）を１１４０〜１１４４ｎｍ、１１９０〜１２２６ｎｍ、１２３６〜１２５８ｎｍ、１３０２〜１３３６ｎｍ、１３６６〜１３９０ｎｍ、１４１４〜１５０２ｎｍ、１６１０〜１６９６ｎｍ、１７４４〜１７５２ｎｍ、１７６０〜１７７８ｎｍ、１８０６〜１８６８ｎｍ、１８９２〜１９１０ｎｍの波長範囲から選択し、第２波長（λ２）を１７４６〜１７５２ｎｍ、２１６０〜２１６４ｎｍの波長範囲から選択し、第３波長（λ３）を１３０６〜１３３４ｎｍ、１３４４〜１３９０ｎｍ、１４０４〜１４９６ｎｍ、１５５２〜１６３０ｎｍ、１６５４〜１６６８ｎｍ、１７４６ｎｍ、１７６４〜１７８４ｎｍ、１８２２〜１８６８ｎｍ、１８８６〜１９１４ｎｍの波長範囲から選択し、第４波長（λ４）を１９８４〜１９９４ｎｍの波長範囲から選択し、且つ、第１波長（λ１）乃至第４波長（λ４）の組み合わせの相関係数が０．９以上になるようにしている。
【００２０】
この場合、第１波長（λ１）を１７４８ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、第２波長（λ２）を２１６２ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、第３波長（λ３）を１３８８ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、第４波長（λ４）を１９８８ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択したことが有効である。
【００２１】
そしてまた、必要に応じ、測定対象の汚泥の測定時の温度をＴ、予め設定した基準温度をＴ０としたとき、基準温度Ｔ０の時の分析要素量Ｃ０を、温度Ｔにおける分析要素量Ｃｔから温度補正して算出する構成としている。
温度変化があっても、例えば、一日の温度変化、季節ごとの温度変化などの温度変化あっても、その測定の変化量は比較的少ないが、基準温度における分析要素量を算出するので、汚泥の状態を安定的に把握でき、例えば脱水汚泥の焼却の際に使用する燃料の量の制御を確実に行うことができるようになる。
【００２２】
この場合、必要に応じ、温度補正算出式： Ｃ０＝ａ＋ｂ（Ｔ−Ｔ０）＋Ｃｔ
（Ｔは測定対象の汚泥の測定時の温度、Ｔ０は予め設定した基準温度、Ｃｔ，Ｃ０は該当する温度の分析要素量（高位発熱量、低位発熱量はＪ／ｇ、水分量は重量％−ＷＢ、水素量他は重量％−ＤＢ）、ａ，ｂは温度と測定値との最小二乗法の解）
により算出する。
【００２３】
また、上記の目的を達成するため、本発明の汚泥の分析要素量測定装置は、測定対象の汚泥からの反射光あるいは透過光を受光し、近赤外領域の波長に対する吸光度を測定し、この測定値に基づいて汚泥の高位発熱量，低位発熱量，水分量，灰分量，イオウ分量，水素量，炭素分量の分析要素量のうち少なくとも何れか１つの分析要素量を測定する汚泥の分析要素量測定装置であって、
測定対象の汚泥を保持する汚泥保持部と、該汚泥保持部に保持された測定対象の汚泥に近赤外領域の光を照射する照光部と、この汚泥からの反射光あるいは透過光を受光する受光部と、該受光部が受光した光の吸光度に基づいて汚泥の分析要素量を算出する制御部とを備え、
上記制御部を、予め、測定に係る分析要素量既知のサンプル汚泥に近赤外線を照射されるとともに該サンプル汚泥から反射あるいは透過された光の近赤外線領域の波長に対する吸光度における二次微分スペクトルの重回帰分析により算出され当該測定に係る分析要素量に直接起因する帰属波長に係る回帰式を記憶する回帰式記憶機能と、上記受光部が受光した光の吸光度と上記回帰式とから当該測定対象の汚泥の測定に係る分析要素量を演算する分析要素量演算機能とを備えて構成している。
【００２４】
上記と同様に、汚泥の高位発熱量，低位発熱量，水分量，灰分量，イオウ分量，水素量，炭素分量の分析要素量のうち少なくとも何れか１つの分析要素量に直接帰属する近赤外線の波長域を見出し、その波長域を用いて分析要素量を測定するので、測定対象の汚泥の発熱量等の分析要素量を直接的に測定できるようになり、演算効率が向上させられ、測定精度の向上が図られる。
【００２５】
この装置において、具体的には、上記制御部における回帰式記憶機能が記憶する回帰式と選択される近赤外線の波長の組み合わせは、上記の回帰式と波長との組み合わせである。
【００２６】
また、必要に応じ、上記制御部は、測定対象の汚泥の測定時の温度をＴ、予め設定した基準温度をＴ０としたとき、基準温度Ｔ０の時の分析要素量Ｃ０を、温度Ｔにおける分析要素量Ｃｔから温度補正して算出する機能を備えた構成としている。
温度変化があっても、例えば、一日の温度変化、季節ごとの温度変化などの温度変化あっても、その測定の変化量は比較的少ないが、基準温度における分析要素量を算出するので、汚泥の状態を安定的に把握でき、例えば脱水汚泥の焼却の際に使用する燃料の量の制御を確実に行うことができるようになる。
【００２７】
そして、必要に応じ、上記受光部を複数設け、上記制御部は、上記複数の受光部からの光の吸光度に基づいて汚泥の分析要素量を算出する構成としている。例えば、複数の吸光度データの平均値により分析要素量を算出することができ、それだけ、より一層測定精度の向上が図られる。
【００２８】
また、必要に応じ、上記汚泥保持部を、汚泥を上記照光部に対して連続的に移動させて保持する構成にしている。連続移動する汚泥についてリアルタイムで分析要素量を算出するので、逐一サンプルを取り出して測定するバッチ式に比較して、測定作業が容易になるとともに搬送される汚泥の状態を確実に把握することができ、例えば脱水汚泥の焼却の際に使用する燃料の量の制御をより一層確実に行うことができるようになる。
【００２９】
この場合、必要に応じ、上記汚泥保持部を、汚泥が搬送される管体で構成し、該管体に光を透過可能なウインドウを設け、該ウインドウに上記照光部及び受光部を付設した構成としている。管体なので汚泥に搬送のための圧力が生じていても搬送を阻害することなく、また、この移動する汚泥からウインドウを介してデータを取得できる。
この構成において、上記ウインドウを、石英，サファイアガラス，ダイヤモンドから選択される材料で形成したことが有効である。耐圧性が良く、また、光の透過性に優れ、データ取得を確実に行うことができる。
【００３０】
また、必要に応じ、上記汚泥保持部を、汚泥が搬送されるベルトコンベアで構成している。ベルトコンベアなので、構造を簡単にすることができる。
【００３１】
更にまた、必要に応じ、上記制御部は、汚泥の搬送速度に基づいて汚泥の搬送量を算出する機能を備えた構成としている。搬送した汚泥の総分析要素量値、例えば、焼却炉を運転している場合に必要な炉投入汚泥総発熱量を算出できる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、汚泥の高位発熱量，低位発熱量，水分量，灰分量，イオウ分量，水素量，炭素分量の分析要素量のうち少なくとも何れか１つの分析要素量に直接帰属する近赤外線の波長域を見出し、その波長域を用いて分析要素量を測定するので、測定対象の汚泥の発熱量等の分析要素量を直接的に測定できるようになり、演算効率を向上させ、測定精度を向上させることができる。
また、高位発熱量及び低位発熱量については、水分量，灰分量，イオウ分量，水素量，炭素分量の値が分かれば、計算によって算出することができ、そのため、各分析要素量を利用して、検算することができ、それだけ測定精度の向上を図ることができる。
この結果、測定データを用いて、汚泥の状態を把握でき、例えば脱水汚泥の焼却の際に使用する燃料の量の制御を確実に行うことができるようになる。また、脱水汚泥の炉投入汚泥総発熱量の変化と炉燃料使用量の関係をフィードバック制御でのみコントロールするのに対して、炉投入総発熱量を事前に把握することができるので、フィードフォワード制御もできるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態に係る汚泥の分析要素量測定装置を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る汚泥の分析要素量測定装置の汚泥保持部を示す要部図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る汚泥の分析要素量測定装置における制御部の通信部の接続状態を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る汚泥の分析要素量測定装置における汚泥保持部の別の例を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）中Ｘ−Ｘ線断面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る分析要素量測定方法において、高位発熱量に係る回帰式の第１波長（λ１）を選択する際に用いた分析値と近赤外線の波長との相関を示すグラフ図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る分析要素量測定方法において、低位発熱量に係る回帰式の第１波長（λ１）を選択する際に用いた分析値と近赤外線の波長との相関を示すグラフ図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る分析要素量測定方法において、水分量に係る回帰式の第１波長（λ１）を選択する際に用いた分析値と近赤外線の波長との相関を示すグラフ図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る分析要素量測定方法において、水素量に係る回帰式の第１波長（λ１）を選択する際に用いた分析値と近赤外線の波長との相関を示すグラフ図である。
【図９】本発明の実施例１に係る高位発熱量の回帰式の算出に関し、化学分析値と分光分析値との関係を示すグラフ図である。
【図１０】本発明の実施例２に係る低位発熱量の回帰式の算出に関し、化学分析値と分光分析値との関係を示すグラフ図である。
【図１１】本発明の実施例３に係る水分量の回帰式の算出に係り、化学分析値と分光分析値との関係を示すグラフ図である。
【図１２】本発明の実施例４に係る水素量の回帰式の算出に係り、化学分析値と分光分析値との関係を示すグラフ図である。
【図１３】本発明の実施例５に係る高位発熱量の回帰式の算出に関し、化学分析値と分光分析値との関係を示すグラフ図である。
【図１４】本発明の実施例６に係る低位発熱量の回帰式の算出に関し、化学分析値と分光分析値との関係を示すグラフ図である。
【図１５】本発明の実施例７に係る水分量の回帰式の算出に係り、化学分析値と分光分析値との関係を示すグラフ図である。
【図１６】本発明の実施例８に係る水素量の回帰式の算出に係り、化学分析値と分光分析値との関係を示すグラフ図である。
【図１７】実験例１に係り、高位発熱量、低位発熱量、水分量、水素量について求めた実施例５乃至８に係る回帰式（検量線）にて、成分量の未知の脱水汚泥を測定した値と、その脱水汚泥について化学分析にて成分量を測定した値とを比較した結果を示す図である。
【図１８】実験例２に係り、低位発熱量について求めた実施例６に係る回帰式（検量線）にて、成分量の未知の脱水汚泥を測定した値と、高位発熱量、水分量、水素量を個別に測定した値から下水処理法を用いて計算した値とを比較した結果を示す図である。
【図１９】実験例３に係り、高位発熱量について、温度補正する前（実測値）と温度補正した後の値の違いを示すグラフ図である。
【図２０】実験例３に係り、脱水汚泥温度と発熱量測定値との関係を示すグラフ図である。
【図２１】実験例３に係り、脱水汚泥温度変化量と脱水汚泥高位発熱量測定値の変化量との関係を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、添付図面に基づいて本発明の実施の形態に係る汚泥の分析要素量測定方法及び汚泥の分析要素量測定装置を説明する。本汚泥の分析要素量測定方法は、本汚泥の分析要素量測定装置によって実現されるので、本汚泥の分析要素量測定装置の作用において説明する。
実施の形態に係る汚泥の分析要素量測定装置は、下水，し尿や産業排水処理施設などから発生する汚泥の処理システムに用いられる。この処理システムにおいては、汚泥は、ベルトプレス型脱水機，遠心脱水機あるいはフィルタプレス等を用いて脱水処理されて脱水汚泥として生成され、その後、この脱水汚泥は、例えば焼却炉で焼却処理される。実施の形態に係る汚泥の分析要素量測定装置は、焼却炉に搬送管を通して搬送される測定対象の汚泥（脱水汚泥）からの反射光あるいは透過光を受光し、近赤外領域の波長に対する吸光度を測定し、この測定値に基づいて汚泥の高位発熱量，低位発熱量，水分量，灰分量，イオウ分量，水素量，炭素分量の分析要素量のうち少なくとも何れか１つの分析要素量を測定する。
【００３５】
詳しくは、図１及び図２に示すように、実施の形態に係る汚泥の分析要素量測定装置は、測定対象の汚泥を保持する汚泥保持部１と、汚泥保持部１に保持された測定対象の汚泥に近赤外領域の光を照射する照光部２と、この汚泥からの反射光あるいは透過光を受光する受光部３と、受光部３が受光した光の吸光度に基づいて汚泥の分析要素量を算出する制御部２０とを備えて構成されている。
【００３６】
汚泥保持部１は、図２に示すように、汚泥を照光部２に対して連続的に移動させて保持するもので、汚泥の搬送管の途中に介装され汚泥が搬送される管体４で構成されている。この管体４には、光を透過可能なウインドウ５が設けられている。管体４なので汚泥に搬送のための圧力が生じていても搬送を阻害することなく、また、この移動する汚泥からウインドウ５を介してデータを取得できる。また、ウインドウ５は、石英，サファイアガラス，ダイヤモンドから選択される材料で形成されている。耐圧性が良く、また、光の透過性に優れ、データ取得を確実に行うことができる。符号６はウインドウ５の周囲をシールする押さえブロックである。
【００３７】
ウインドウ５には、照光部２及び受光部３が付設されている。照光部２及び受光部３は白色光が伝送される光ファイバ７，８の端部で構成されており、照受光プローブ１０に保持されている。受光部３は、例えば、照光部２を中心とした同心円上に等角度関係で複数設けられている。各光ファイバ７，８は束ねられてファイバ結合部１１に至る。照受光プローブ１０は押さえブロック６に設けられた取付部１２に取り付けられている。符号１３は、照光プローブ１０，取付部１２及び押さえブロック６を遮光して覆うカバーである。
【００３８】
図１に示すように、照光部２の光ファイバ７はファイバ結合部１１から分岐して光源ボックス１５に至っており、制御ケーブル１６を介して制御部２０からの制御により適時に光を照光する。受光部３の光ファイバ８はファイバ結合部１１から分岐して並列に分光部１７に接続され、分光部１７から制御ケーブル１８を介して制御部２０内の信号処理を行なう電気回路に接続されている。符号１９は管体４に設けられ汚泥の温度を計測する温度センサである。また、符号２１は制御部２０に接続され各種表示を行う表示部、２２は汚泥保持部１、照受光プローブ１０、カバー１３等の測定に係る部分周辺を撮像し機器の監視を行って異常の有無を確認する撮像部である。符号２３は通信部であり、図３に示すように、通信部２３は例えばインターネットなどの通信網を介した遠隔地にある端末２４と接続されており、制御部２０の制御を遠隔で行うため端末からの制御信号を受信するとともに制御部２０からのデータを送信する。
【００３９】
制御部２０は、予め、測定に係る分析要素量既知のサンプル汚泥に近赤外線を照射されるとともに該サンプル汚泥から反射あるいは透過された光の近赤外線領域の波長に対する吸光度における二次微分スペクトルの重回帰分析により算出され当該測定に係る分析要素量に直接起因する帰属波長に係る回帰式を記憶する回帰式記憶機能と、受光部３が受光した光の吸光度と上記回帰式とから当該測定対象の汚泥の測定に係る分析要素量を演算する分析要素量演算機能とを備えて構成されている。この場合、制御部の分析要素量演算機能は、複数の受光部からの光の吸光度に基づいて汚泥の分析要素量を算出する。例えば、複数の吸光度データの平均値により分析要素量を算出することができ、それだけ、より一層測定精度の向上が図られる。
全体の信号処理は以下のようにして行なわれる。各受光部３によって拡散反射光が検出され、受光部３の光ファイバ８によって分光部１７に送られる。この分光部１７では、光を波長域毎に分光するとともに、その光の強さによる電気信号に変換して抽出する。その後、制御ケーブル１８を介して制御部２０内の電気回路に接続され、所定の処理を行う。
【００４０】
次に、制御部２０の回帰式記憶機能が記憶する回帰式の設定について説明する。回帰式は、汚泥の高位発熱量，低位発熱量，水分量，灰分量，イオウ分量，水素量，炭素分量の分析要素量のうち、測定に係る分析要素量において設定される。回帰式は、予め、測定に係る分析要素量既知のサンプル汚泥に近赤外線を照射し、このサンプル汚泥からの反射光あるいは透過光を受光し、受光した光の吸光度における二次微分スペクトルの重回帰分析により当該測定に係る分析要素量に直接起因する帰属波長に係る式として算出される。
【００４１】
詳しくは、回帰式を、互いに相関係数の高い第１〜ｎ波長の吸光度を変数とする下記の一般式で構成する。
【００４２】
【数３】
【００４３】
（一般式において、Ｃは分析要素量（高位発熱量、低位発熱量はＪ／ｇ、水分量は重量％−ＷＢ、水素量他は重量％−ＤＢ）、λは波長、Ａ（λ１）は第１波長（λ１）の吸光度、Ａ（λ２）は第２波長（λ２）の吸光度、・・・Ａ（λｎ）は第ｎ波長（λｎ）の吸光度、Ｋ０，Ｋ１，Ｋ２・・・Ｋｎは、充分に多い母集団において測定された吸光度及び実測分析要素量を用いて最小二乗法で決定された係数である。また、Ｋ０は脱水汚泥の温度による測定値ドリフトも含まれる。）
【００４４】
上記一般式において、第１波長（λ１）乃至第ｎ波長（λｎ）を選択するに当たり、先ず、多種類の汚泥の被検体の化学分析による既知の分析要素量値と当該各被検体の吸光度との重回帰分析によって求められた上記多種類の汚泥の分析要素量に帰属し相関係数が０．７以上になる第１波長（λ１）の近赤外線の波長域を選択し、次に、当該第１波長（λ１）の近赤外線の波長域と、１１００ｎｍ〜２２００ｎｍの範囲の波長域との重回帰分析によって、上記多種類の汚泥の分析要素量に帰属し上記第１波長（λ１）の近赤外線の波長域の相関係数以上の相関係数となる第２波長（λ２）の近赤外線の波長域を選択し、次に、上記第１波長（λ１）及び第２波長（λ２）の近赤外線の波長域と、１１００ｎｍ〜２２００ｎｍの範囲の波長域との重回帰分析によって、上記多種類の汚泥の分析要素量に帰属し上記第１波長（λ１）の近赤外線の波長域の相関係数以上の相関係数となる第３波長（λ３）の近赤外線の波長域を選択し、このように、上記第１波長（λ１）乃至第（ｎ−１）波長（λｎ−１）の近赤外線の波長域と、１１００ｎｍ〜２２００ｎｍの範囲の波長域との重回帰分析によって、上記多種類の汚泥の分析要素量に帰属し上記第１波長（λ１）の近赤外線の波長域の相関係数以上の相関係数となる第ｎ波長（λｎ）の近赤外線の波長域を選択する。
【００４５】
次に、汚泥の分析要素量ごとの波長の選択について説明する。
＜高位発熱量＞
測定に係る分析要素量が高位発熱量である場合、先ず、第１波長（λ１）においては、図５に示すように、高位発熱量の分析値と高い相関係数−０．７以下、０．７以上を示す波長範囲を選択する。即ち、第１波長（λ１）を１２００〜１２２２ｎｍ、１３７６〜１３９０ｎｍ、１４１８〜１４９８ｎｍ、１６１２〜１６９６ｎｍ、１７４４〜１７５２ｎｍ、１７６２〜１７７６ｎｍ、１８０６〜１８１０ｎｍ、１８２６〜１８６８ｎｍ、１８９４〜１９１０ｎｍの波長範囲から選択する。
【００４６】
次に、第２波長（λ２）を２１５８〜２１６４ｎｍの波長範囲から選択し、第３波長（λ３）を１３７０〜１３９２ｎｍ、１４１６〜１４９０ｎｍ、１５３８ｎｍ、１５７８〜１５８０ｎｍ、１６１６〜１６１８ｎｍ、１６２４ｎｍ、１６５８〜１６６８ｎｍ、１７４６ｎｍ、１７６６〜１７８０ｎｍ、１８２４〜１９１４ｎｍの波長範囲から選択し、第４波長（λ４）を１３２４〜１３２６ｎｍ、１５０２〜１５１６ｎｍの波長範囲から選択する。これらの選択においては、第１波長（λ１）乃至第４波長（λ４）の組み合わせの相関係数が０．９以上になるようにする。
【００４７】
望ましくは、第１波長（λ１）を１７５０ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、第２波長（λ２）を２１６０ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、第３波長（λ３）を１３９０ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、第４波長（λ４）を１５１０ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択する。
【００４８】
＜低位発熱量＞
測定に係る分析要素量が低位発熱量である場合、先ず、第１波長（λ１）においては、図６に示すように、低位発熱量の分析値と高い相関係数−０．７以下、０．７以上を示す波長範囲を選択する。即ち、第１波長（λ１）を１２０２〜１２２６ｎｍ、１２３４〜１２４８ｎｍ、１６５０〜１６７８ｎｍの波長範囲から選択する。
次に、第２波長（λ２）を１６０２〜１６３６ｎｍ、１７１８〜１７３６ｎｍの波長範囲から選択し、第３波長（λ３）を１８０８〜１８３４ｎｍ、１９９４〜２００８ｎｍの波長範囲から選択し、第４波長（λ４）を１３３０〜１３８６ｎｍ、２０５８〜２０６６ｎｍの波長範囲から選択する。これらの選択においては、第１波長（λ１）乃至第４波長（λ４）の組み合わせの相関係数が０．９以上になるようにする。
【００４９】
望ましくは、第１波長（λ１）を１６６８ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、第２波長（λ２）を１７２６ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、第３波長（λ３）を２００２ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、第４波長（λ４）を２０６２ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択する。
【００５０】
＜水分量＞
測定に係る分析要素量が水分量である場合、先ず、第１波長（λ１）においては、図７に示すように、水分量の分析値と高い相関係数−０．７以下、０．７以上を示す波長範囲を選択する。即ち、第１波長（λ１）を１７１８〜１７３２ｎｍ、２００２〜２０４４ｎｍの波長範囲から選択する。
次に、第２波長（λ２）を１５５８〜１６００ｎｍ、１６２４〜１６９６ｎｍ、２０６０〜２０６８ｎｍの波長範囲から選択し、第３波長（λ３）を１７２０〜１７３６ｎｍ、２１２０〜２１６０ｎｍの波長範囲から選択し、第４波長（λ４）を１２９０〜１３０２ｎｍ、１３９４〜１４０８ｎｍの波長範囲から選択する。これらの選択においては、第１波長（λ１）乃至第４波長（λ４）の組み合わせの相関係数が０．９以上になるようにする。
【００５１】
望ましくは、第１波長（λ１）を２０１４ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、第２波長（λ２）を２０６４ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、第３波長（λ３）を１７３０ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、第４波長（λ４）を１３９６ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択する。
【００５２】
＜水素量＞
測定に係る分析要素量が水素量である場合、先ず、第１波長（λ１）においては、図８に示すように、水素量の分析値と高い相関係数−０．７以下、０．７以上を示す波長範囲を選択する。即ち、第１波長（λ１）を１１４０〜１１４４ｎｍ、１１９０〜１２２６ｎｍ、１２３６〜１２５８ｎｍ、１３０２〜１３３６ｎｍ、１３６６〜１３９０ｎｍ、１４１４〜１５０２ｎｍ、１６１０〜１６９６ｎｍ、１７４４〜１７５２ｎｍ、１７６０〜１７７８ｎｍ、１８０６〜１８６８ｎｍ、１８９２〜１９１０ｎｍの波長範囲から選択する。
【００５３】
次に、第２波長（λ２）を１７４６〜１７５２ｎｍ、２１６０〜２１６４ｎｍの波長範囲から選択し、第３波長（λ３）を１３０６〜１３３４ｎｍ、１３４４〜１３９０ｎｍ、１４０４〜１４９６ｎｍ、１５５２ｎｍ〜１６３０ｎｍ、１６５４〜１６６８ｎｍ、１７４６ｎｍ、１７６４〜１７８４ｎｍ、１８２２〜１８６８ｎｍ、１８８６〜１９１４ｎｍの波長範囲から選択し、第４波長（λ４）を１９８４〜１９９４ｎｍの波長範囲から選択する。この選択においては、第１波長（λ１）乃至第４波長（λ４）の組み合わせの相関係数が０．９以上になるようにする。
【００５４】
望ましくは、第１波長（λ１）を１７４８ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、第２波長（λ２）を２１６２ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、第３波長（λ３）を１３８８ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、第４波長（λ４）を１９８８ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択する。
【００５５】
また、灰分量，イオウ分量，炭素分量の分析要素量についての回帰式も、同様の手法で決定する。
【００５６】
また、制御部２０は、測定対象の汚泥の測定時の温度をＴ、予め設定した基準温度をＴ０としたとき、基準温度Ｔ０の時の分析要素量Ｃ０を、温度Ｔにおける分析要素量Ｃｔから温度補正して算出する機能を備えている。上記の汚泥保持部１の管体４には、管体４内の汚泥の温度を測定する温度センサ１９が内蔵されており、制御部２０は、この温度センサ１９の検知温度に基づいて、必要に応じ、温度補正を行う。
【００５７】
制御部２０は、例えば、補正式 Ｃ０＝ａ＋ｂ（Ｔ−Ｔ０）＋Ｃｔ
（Ｔは測定対象の汚泥の測定時の温度、Ｔ０は予め設定した基準温度、Ｃｔ，Ｃ０は該当する温度の分析要素量（高位発熱量、低位発熱量はＪ／ｇ、水分量は重量％−ＷＢ、水素量他は重量％−ＤＢ）、ａ，ｂは温度と測定値との最小二乗法の解）
により算出する。
温度変化があっても、例えば、一日の温度変化、季節ごとの温度変化などの温度変化あっても、その測定の変化量は比較的少ないが、基準温度における分析要素量を算出するので、汚泥の状態を安定的に把握でき、例えば脱水汚泥の焼却の際に使用する燃料の量の制御を確実に行うことができるようになる。
【００５８】
また、制御部２０は、汚泥の搬送速度に基づいて汚泥の搬送量を算出する機能を備えている。これにより、搬送した汚泥の総分析要素量値、例えば総発熱量を算出できる。
【００５９】
従って、この実施の形態に係る分析要素量測定装置により、汚泥の分析要素量を測定するときは、例えば、高位発熱量を測定する場合で説明すると、以下のようになる。制御部２０においては、回帰式記憶機能が記憶する回帰式と、選択される近赤外線の波長の組み合わせが設定されている。汚泥は搬送されて汚泥保持部１の管体４内を移動している。この状態で、制御部２０から適時に測定開始指令が発せられると、照光部２から光が照射され、この汚泥からの反射光あるいは透過光が受光部３により受光される。受光部３で受光した光は、光ファイバ８を通って分光部１７に至り、光が波長域毎に分光され、その光の強さによる電気信号に変換されて、制御ケーブル１８を介して制御部２０内の電気回路に送出される。制御部２０においては、上記の回帰式での演算処理が行なわれる。即ち、汚泥の吸光度が求められ、所定の帰属波長による回帰式により高位発熱量が算出される。必要に応じ、上記の温度補正が行われる。
【００６０】
このように算出された高位発熱量は、汚泥の高位発熱量に直接帰属する近赤外線の波長域を用いて特定されるので、測定対象の汚泥の分析要素量を直接的に測定できるようになり、演算効率が向上させられ、測定精度の向上が図られる。即ち、既に化学分析による分析要素量が判っている多くの分析要素量既知のサンプル汚泥との重回帰分析によって、先ず、相関係数の高い第１波長を求め、次に、相関係数の高い第２〜ｎ波長を求める。各波長は、試料の吸光度と化学分析による既知の分析要素量による重回帰分析によって、例えば相関係数が０．７以上を示す領域でもって決定する。これらの波長領域は、単一波長として使用しても、分析要素量の標準誤差の範囲を広く設定すれば、分析要素量の測定が可能であると推定される。しかしながら、相関係数の高い第２〜ｎ波長を求めることで、精度が向上させられるのである。高位発熱量以外の分析要素量の測定においても同様に行われる。また、算出された高位発熱量が、温度補正が行われた数値である場合には、汚泥の状態を安定的に把握することができる。この算出された高位発熱量は、例えば脱水汚泥の焼却の際に使用する燃料の量の制御に供される。
【００６１】
この測定においては、汚泥保持部１が汚泥が搬送される管体４で構成され、この管体４に光を透過可能なウインドウ５を設け、このウインドウ５に照光部２及び受光部３が付設されているので、連続移動する汚泥についてリアルタイムで分析要素量を算出することができ、バッチ式に比較して、搬送される汚泥の状態を確実に把握することができ、例えば脱水汚泥の焼却の際に使用する燃料の量の制御をより一層確実に行うことができるようになる。また、管体４なので汚泥に搬送のための圧力が生じていても搬送を阻害することなく、この移動する汚泥からウインドウ５を介してデータを取得できる。
【００６２】
図４には、汚泥保持部１の別の例を示している。この汚泥保持部１は、汚泥が搬送されるベルトコンベア３０で構成されている。ベルトコンベア３０なので、構造を簡単にすることができる。そして、ベルトコンベア３０の汚泥の経路の途中には、光ファイバ７，８からなる照光部２及び受光部３が設けられた照受光プローブ１０が設けられている。照受光プローブ１０は取付部１２に取り付けられており、この取付部１２は、ベルトコンベア３０の基台３１に支持され汚泥を覆って遮光するカバー３２に設置されている。このベルトコンベア３０からなる汚泥保持部１によっても、上記と同様の作用，効果を奏する。
【実施例】
【００６３】
次に、実施例について説明する。
実施例は、３０種類の脱水汚泥について予め成分量を化学分析し、基準温度を２０℃とし、この基準温度と同じ２０℃に調整した汚泥サンプルに、１１００〜２２００ｎｍの近赤外線を脱水汚泥に照射しその反射光を光検出器で検出するような近赤外線分光分析システムを用いて各波長での光強度を得て吸光度算出、ノイズ処理、二次微分処理を施し、二次微分スペクトルと高位発熱量、低位発熱量、水分量、水素量について、重回帰分析により回帰式を求めた。
【００６４】
（実施例１）
高位発熱量の回帰式の算出に係り、第１波長（λ１）を１４１８〜１４９８ｎｍの範囲から選択し、１４４０ｎｍとした。第２波長（λ２）を２１５８〜２１６４ｎｍから選択し、２１６２ｎｍとした。第３波長（λ３）を１３７０〜１３９２ｎｍから選択し、１３７２ｎｍとした。第４波長（λ４）を１５０２〜１５１６ｎｍから選択し、１５０４ｎｍとした。図９に示すように、この条件において、回帰係数がＫ０＝１９４３８．６１、Ｋ１＝−３９９５００．００、Ｋ２＝−１４６４９５２．６４、Ｋ３＝−１０２４３２．５８、Ｋ４＝−７５５６０．２１で、重相関係数は０．９６５、標準誤差１１５４．２７２となる検量線を構築した。
【００６５】
（実施例２）
低位発熱量の回帰式の算出に係り、第１波長（λ１）を１２３４〜１２４８ｎｍから選択し、１２３８ｎｍとした。第２波長（λ２）を１７１８〜１７３６ｎｍから選択し、１７２６ｎｍとした。第３波長（λ３）を１９９４〜２００８ｎｍから選択し、２００２ｎｍとした。第４波長（λ４）を２０５８〜２０６６ｎｍから選択し、２０６２ｎｍとした。図１０に示すように、この条件において、回帰係数がＫ０＝−１２２３．８３、Ｋ１＝９８２３０５．９９、Ｋ２＝−１４１１７０．１６、Ｋ３＝２５５１６８．７１、Ｋ４＝−４１０５４１．７２で、重相関係数０．９５１、標準誤差４４６．３５９となる検量線を構築した。
【００６６】
（実施例３）
水分量の回帰式の算出に係り、第１波長（λ１）を１７１８〜１７３２ｎｍから選択し、１７２６ｎｍとした。第２波長（λ２）を２０６０〜２０６８ｎｍから選択し、２０６２ｎｍとした。第３波長（λ３）を２１２０〜２１６０ｎｍから選択し、２１４２ｎｍとした。第４波長（λ４）を１３９４〜１４０８ｎｍから選択し、１３９４ｎｍとした。図１１に示すように、この条件において、回帰係数がＫ０＝７７．３３５、Ｋ１＝１５１８．１９、Ｋ２＝６００．２３、Ｋ３＝−１３５７．２４、Ｋ４＝３２４．２０で、重相関係数０．９３０、標準誤差２．３２３となる検量線を構築した。
【００６７】
（実施例４）
水素量の回帰式の算出に係り、第１波長（λ１）を１４４０ｎｍ、第２波長（λ２）を１７５０ｎｍ、第３波長（λ３）を１５８４ｎｍ、第４波長（λ４）を１９８６ｎｍとした。図１２に示すように、この条件において、回帰係数がＫ０＝１．５４、Ｋ１＝−８１．５８、Ｋ２＝１４４．０７、Ｋ３＝−２１１．４９、Ｋ４＝１７４．６６で、重相関係数０．９２２、標準誤差０．４２０となる検量線を構築した。
【００６８】
（実施例５）
高位発熱量の回帰式の算出に係り、第１波長（λ１）を１７５０ｎｍ、第２波長（λ２）を２１６０ｎｍ、第３波長（λ３）を１３９０ｎｍ、第４波長（λ４）を１５１０ｎｍとした。図１３に示すように、この条件において、回帰係数がＫ０＝２１３８０．５９、Ｋ１＝４５２６７７．５４、Ｋ２＝−１３６５７９０．６、Ｋ３＝１５５５７４．９、Ｋ４＝−２１４９３４．３で、重相関係数は０．９６３、標準誤差１１９５．７８９となる検量線を構築した。
【００６９】
（実施例６）
低位発熱量の回帰式の算出に係り、第１波長（λ１）を１６６８ｎｍ、第２波長（λ２）を１７２６ｎｍ、第３波長（λ３）を２００２ｎｍ、第４波長（λ４）を２０６２ｎｍとした。図１４に示すように、この条件において、回帰係数がＫ０＝−２１３９．８０、Ｋ１＝１７１７６４．３０、Ｋ２＝−１４１７４１．６６、Ｋ３＝３０６３２５．４２、Ｋ４＝−３０３７１７．６０で、重相関係数０．９６７、標準誤差３６９．０７０となる検量線を構築した。
【００７０】
（実施例７）
水分量の回帰式の算出に係り、第１波長（λ１）を２０１４ｎｍ、第２波長（λ２）を２０６４ｎｍ、第３波長（λ３）を１７３０ｎｍ、第４波長（λ４）を１３９６ｎｍとした。図１５に示すように、この条件において、回帰係数がＫ０＝７９．９３、Ｋ１＝−２６６０．４５、Ｋ２＝２８５３．３０、Ｋ３＝６９３．５１、Ｋ４＝１０４．１４で、重相関係数０．９２８、標準誤差２．３５４となる検量線を構築した。
【００７１】
（実施例８）
水素量の回帰式の算出に係り、第１波長（λ１）を１７４８ｎｍ、第２波長（λ２）を２１６２ｎｍ、第３波長（λ３）を１３８８ｎｍ、第４波長（λ４）を１９８８ｎｍとした。図１６に示すように、この条件において、回帰係数がＫ０＝４．５４、Ｋ１＝５６．７８、Ｋ２＝−２７９．６６、Ｋ３＝４６．９９、Ｋ４＝１７０．６１で、重相関係数０．９６７、標準誤差０．２７８となる検量線を構築した。
【００７２】
（実験例１）
次に実験例を示す。上記の高位発熱量、低位発熱量、水分量、水素量について求めた実施例５乃至８に係る回帰式（検量線）にて、成分量の未知の脱水汚泥を測定し、その脱水汚泥について化学分析にて成分量を特定し比較した。結果を図１７に示す。この結果から、高位発熱量では相関係数０．９３０、標準誤差１１７２．８、低位発熱量では相関係数０．９２０、標準誤差４６０．６、水分量では相関係数０．９３０、標準誤差３．０、水素量では相関係数０．９７６、標準誤差０．２という結果となり、高位発熱量、低位発熱量、水分量、水素量の何れにおいても相関係数も高く、標準誤差（ＳＥＰ）も低い値を示しており、優位であることが証明された。
【００７３】
（実験例２）
低位発熱量（Ｈｕ）は、例えば、下水処理法に基づき、高位発熱量（ＨｕＢ）、水分量、水素量を用いた下記の数式により計算し利用されている。
数式・・・Ｈｕ＝ＨｕＢ×(１００−Ｗ)／１００−６００(９ｈ(％)＋Ｗ(％))／１００
実験例２では、低位発熱量を直接近赤外分光分析で測定したものと、高位発熱量、水分量、水素量を個別に測定した値から下水処理法を用いて計算した結果の化学分析値と比較した。その結果を図１８に示す。図１８に示すように、相関係数０．９０６、標準誤差４９８.０となり、直接測定のほうがより正確に測定が可能であると判断できる。
【００７４】
（実験例３）
高位発熱量について、温度補正する前（実測値）と温度補正した後の値の違いを調べた。一般にフィールドで実施する場合は、環境温度が一定でない場合が多く、物質の分子の運動エネルギーも変化する。その場合は近赤外線分光分析で得られた測定値について、その測定の変化量は比較的少ないが、例えば、上記の補正式Ｃ０＝ａ＋ｂ（Ｔ−Ｔ０）＋Ｃｔを用いて温度補正を施すことで、基準温度での測定値が得られる。
例えば、高位発熱量について、最小二乗法により一次方程式を解き、ａ、ｂそれぞれの係数を求めるとａ＝１４．６０９、ｂ＝−３０７．３１となり、温度変化による高位発熱量の変化量が求まる。この温度補正式を用いて高位発熱量について温度補正を施す。結果を図１９に示す。また、脱水汚泥温度と発熱量測定値との関係を図２０に、脱水汚泥温度変化と脱水汚泥高位発熱量測定値の変化量との関係を図２１に示す。
【００７５】
尚、上記実施の形態において、分析要素量の測定においては汚泥からの反射光を測定しているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、汚泥の性質によって、透過光を受光して測定してもよく適宜変更して差し支えない。更にまた、上記実施の形態に係る回帰式において、高位発熱量、低位発熱量はＪ／ｇ、水分量は重量％−ＷＢ、水素量他は重量％−ＤＢとしたが、必ずしもこれに限定されるものではなく、要するに、提示した数式の関係を満たす式であれば、分析要素量Ｃの単位をどのように設定しても良い。
【符号の説明】
【００７６】
１ 汚泥保持部
２ 照光部
３ 受光部
４ 管体
５ ウインドウ
６ 押さえブロック
７，８ 光ファイバ
１０ 照受光プローブ
１１ ファイバ結合部
１２ 取付部
１３ カバー
１５ 光源ボックス
１６ 制御ケーブル
１７ 分光部
１８ 制御ケーブル
１９ 温度センサ
２０ 制御部
２１ 表示部
２２ 撮像部
２３ 通信部
２４ 端末
３０ ベルトコンベア
３１ 基台
３２ カバー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象の汚泥からの反射光あるいは透過光を受光し、近赤外領域の波長に対する吸光度を測定し、この測定値に基づいて汚泥の高位発熱量，低位発熱量，水分量，灰分量，イオウ分量，水素量，炭素分量の分析要素量のうち少なくとも何れか１つの分析要素量を測定する汚泥の分析要素量測定方法であって、
予め、測定に係る分析要素量既知のサンプル汚泥に近赤外線を照射し、該サンプル汚泥からの反射光あるいは透過光を受光し、受光した光の吸光度における二次微分スペクトルの重回帰分析により当該測定に係る分析要素量に直接起因する帰属波長に係る回帰式を算出しておき、
測定対象の汚泥に近赤外線を照射し、測定対象の汚泥からの反射光あるいは透過光を受光し、受光した光の吸光度を測定し、これらの吸光度と上記回帰式とから当該測定対象の汚泥の測定に係る分析要素量を算出することを特徴とする汚泥の分析要素量測定方法。
【請求項２】
上記回帰式を、互いに相関係数の高い第１〜ｎ波長の吸光度を変数とする下記の一般式で構成し、
【数１】
（一般式において、Ｃは分析要素量（高位発熱量、低位発熱量はＪ／ｇ、水分量は重量％−ＷＢ、水素量他は重量％−ＤＢ）、λは波長、Ａ（λ１）は第１波長（λ１）の吸光度、Ａ（λ２）は第２波長（λ２）の吸光度、・・・Ａ（λｎ）は第ｎ波長（λｎ）の吸光度、Ｋ０，Ｋ１，Ｋ２・・・Ｋｎは、充分に多い母集団において測定された吸光度及び実測分析要素量を用いて最小二乗法で決定された係数である。また、Ｋ０は脱水汚泥の温度による測定値ドリフトも含まれる）
上記一般式において、第１波長（λ１）乃至第ｎ波長（λｎ）を選択するに当たり、先ず、多種類の汚泥の被検体の化学分析による既知の分析要素量値と当該各被検体の吸光度との重回帰分析によって求められた上記多種類の汚泥の分析要素量に帰属し相関係数が０．７以上になる第１波長（λ１）の近赤外線の波長域を選択し、次に、当該第１波長（λ１）の近赤外線の波長域と、１１００ｎｍ〜２２００ｎｍの範囲の波長域との重回帰分析によって、上記多種類の汚泥の分析要素量に帰属し上記第１波長（λ１）の近赤外線の波長域の相関係数以上の相関係数となる第２波長（λ２）の近赤外線の波長域を選択し、次に、上記第１波長（λ１）及び第２波長（λ２）の近赤外線の波長域と、１１００ｎｍ〜２２００ｎｍの範囲の波長域との重回帰分析によって、上記多種類の汚泥の分析要素量に帰属し上記第１波長（λ１）の近赤外線の波長域の相関係数以上の相関係数となる第３波長（λ３）の近赤外線の波長域を選択し、このように、上記第１波長（λ１）乃至第（ｎ−１）波長（λｎ−１）の近赤外線の波長域と、１１００ｎｍ〜２２００ｎｍの範囲の波長域との重回帰分析によって、上記多種類の汚泥の分析要素量に帰属し上記第１波長（λ１）の近赤外線の波長域の相関係数以上の相関係数となる第ｎ波長（λｎ）の近赤外線の波長域を選択することを特徴とする請求項１記載の汚泥の分析要素量測定方法。
【請求項３】
測定に係る分析要素量が高位発熱量である場合、
第１波長（λ１）を１２００〜１２２２ｎｍ、１３７６〜１３９０ｎｍ、１４１８〜１４９８ｎｍ、１６１２〜１６９６ｎｍ、１７４４〜１７５２ｎｍ、１７６２〜１７７６ｎｍ、１８０６〜１８１０ｎｍ、１８２６〜１８６８ｎｍ、１８９４〜１９１０ｎｍの波長範囲から選択し、
第２波長（λ２）を２１５８〜２１６４ｎｍの波長範囲から選択し、
第３波長（λ３）を１３７０〜１３９２ｎｍ、１４１６〜１４９０ｎｍ、１５３８ｎｍ、１５７８〜１５８０ｎｍ、１６１６〜１６１８ｎｍ、１６２４ｎｍ、１６５８〜１６６８ｎｍ、１７４６ｎｍ、１７６６〜１７８０ｎｍ、１８２４〜１９１４ｎｍの波長範囲から選択し、
第４波長（λ４）を１３２４〜１３２６ｎｍ、１５０２〜１５１６ｎｍの波長範囲から選択し、
且つ、第１波長（λ１）乃至第４波長（λ４）の組み合わせの相関係数が０．９以上になるようにしたことを特徴とする請求項２記載の汚泥の分析要素量測定方法。
【請求項４】
第１波長（λ１）を１７５０ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、
第２波長（λ２）を２１６０ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、
第３波長（λ３）を１３９０ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、
第４波長（λ４）を１５１０ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択したことを特徴とする請求項３記載の汚泥の分析要素量測定方法。
【請求項５】
測定に係る分析要素量が低位発熱量である場合、
第１波長（λ１）を１２０２〜１２２６ｎｍ、１２３４〜１２４８ｎｍ、１６５０〜１６７８ｎｍの波長範囲から選択し、
第２波長（λ２）を１６０２〜１６３６ｎｍ、１７１８〜１７３６ｎｍの波長範囲から選択し、
第３波長（λ３）を１８０８〜１８３４ｎｍ、１９９４〜２００８ｎｍの波長範囲から選択し、
第４波長（λ４）を１３３０〜１３８６ｎｍ、２０５８〜２０６６ｎｍの波長範囲から選択し、
且つ、第１波長（λ１）乃至第４波長（λ４）の組み合わせの相関係数が０．９以上になるようにしたことを特徴とする請求項２記載の汚泥の分析要素量測定方法。
【請求項６】
第１波長（λ１）を１６６８ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、
第２波長（λ２）を１７２６ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、
第３波長（λ３）を２００２ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、
第４波長（λ４）を２０６２ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択したことを特徴とする請求項５記載の汚泥の分析要素量測定方法。
【請求項７】
測定に係る分析要素量が水分量である場合、
第１波長（λ１）を１７１８〜１７３２ｎｍ、２００２〜２０４４ｎｍの波長範囲から選択し、
第２波長（λ２）を１５５８〜１６００ｎｍ、１６２４〜１６９６ｎｍ、２０６０〜２０６８ｎｍの波長範囲から選択し、
第３波長（λ３）を１７２０〜１７３６ｎｍ、２１２０〜２１６０ｎｍの波長範囲から選択し、
第４波長（λ４）を１２９０〜１３０２ｎｍ、１３９４〜１４０８ｎｍの波長範囲から選択し、
且つ、第１波長（λ１）乃至第４波長（λ４）の組み合わせの相関係数が０．９以上になるようにしたことを特徴とする請求項２記載の汚泥の分析要素量測定方法。
【請求項８】
第１波長（λ１）を２０１４ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、
第２波長（λ２）を２０６４ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、
第３波長（λ３）を１７３０ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、
第４波長（λ４）を１３９６ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択したことを特徴とする請求項７記載の汚泥の分析要素量測定方法。
【請求項９】
測定に係る分析要素量が水素量である場合、
第１波長（λ１）を１１４０〜１１４４ｎｍ、１１９０〜１２２６ｎｍ、１２３６〜１２５８ｎｍ、１３０２〜１３３６ｎｍ、１３６６〜１３９０ｎｍ、１４１４〜１５０２ｎｍ、１６１０〜１６９６ｎｍ、１７４４〜１７５２ｎｍ、１７６０〜１７７８ｎｍ、１８０６〜１８６８ｎｍ、１８９２〜１９１０ｎｍの波長範囲から選択し、
第２波長（λ２）を１７４６〜１７５２ｎｍ、２１６０〜２１６４ｎｍの波長範囲から選択し、
第３波長（λ３）を１３０６〜１３３４ｎｍ、１３４４〜１３９０ｎｍ、１４０４〜１４９６ｎｍ、１５５２〜１６３０ｎｍ、１６５４〜１６６８ｎｍ、１７４６ｎｍ、１７６４〜１７８４ｎｍ、１８２２〜１８６８ｎｍ、１８８６〜１９１４ｎｍの波長範囲から選択し、
第４波長（λ４）を１９８４〜１９９４ｎｍの波長範囲から選択し、
且つ、第１波長（λ１）乃至第４波長（λ４）の組み合わせの相関係数が０．９以上になるようにしたことを特徴とする請求項２記載の汚泥の分析要素量測定方法。
【請求項１０】
第１波長（λ１）を１７４８ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、
第２波長（λ２）を２１６２ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、
第３波長（λ３）を１３８８ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、
第４波長（λ４）を１９８８ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択したことを特徴とする請求項９記載の汚泥の分析要素量測定方法。
【請求項１１】
測定対象の汚泥の測定時の温度をＴ、予め設定した基準温度をＴ０としたとき、基準温度Ｔ０の時の分析要素量Ｃ０を、温度Ｔにおける分析要素量Ｃｔから温度補正して算出することを特徴とする請求項１乃至１０何れかに記載の汚泥の分析要素量測定方法。
【請求項１２】
温度補正算出式： Ｃ０＝ａ＋ｂ（Ｔ−Ｔ０）＋Ｃｔ
（Ｔは測定対象の汚泥の測定時の温度、Ｔ０は予め設定した基準温度、Ｃｔ，Ｃ０は該当する温度の分析要素量（高位発熱量、低位発熱量はＪ／ｇ、水分量は重量％−ＷＢ、水素量他は重量％−ＤＢ）、ａ，ｂは温度と測定値との最小二乗法の解）
により算出することを特徴とする請求項１１記載の汚泥の分析要素量測定方法。
【請求項１３】
測定対象の汚泥からの反射光あるいは透過光を受光し、近赤外領域の波長に対する吸光度を測定し、この測定値に基づいて汚泥の高位発熱量，低位発熱量，水分量，灰分量，イオウ分量，水素量，炭素分量の分析要素量のうち少なくとも何れか１つの分析要素量を測定する汚泥の分析要素量測定装置であって、
測定対象の汚泥を保持する汚泥保持部と、該汚泥保持部に保持された測定対象の汚泥に近赤外領域の光を照射する照光部と、この汚泥からの反射光あるいは透過光を受光する受光部と、該受光部が受光した光の吸光度に基づいて汚泥の分析要素量を算出する制御部とを備え、
上記制御部を、予め、測定に係る分析要素量既知のサンプル汚泥に近赤外線を照射されるとともに該サンプル汚泥から反射あるいは透過された光の近赤外線領域の波長に対する吸光度における二次微分スペクトルの重回帰分析により算出され当該測定に係る分析要素量に直接起因する帰属波長に係る回帰式を記憶する回帰式記憶機能と、上記受光部が受光した光の吸光度と上記回帰式とから当該測定対象の汚泥の測定に係る分析要素量を演算する分析要素量演算機能とを備えて構成したことを特徴とする分析要素量測定装置。
【請求項１４】
上記制御部における回帰式記憶機能が記憶する回帰式と選択される近赤外線の波長の組み合わせは、上記請求項２乃至１２何れかに記載の回帰式と波長との組み合わせであることを特徴とする請求項１３記載の汚泥の分析要素量測定装置。
【請求項１５】
上記制御部は、測定対象の汚泥の測定時の温度をＴ、予め設定した基準温度をＴ０としたとき、基準温度Ｔ０の時の分析要素量Ｃ０を、温度Ｔにおける分析要素量Ｃｔから温度補正して算出する機能を備えたことを特徴とする請求項１３または１４記載の汚泥の分析要素量測定装置。
【請求項１６】
上記受光部を複数設け、上記制御部は、上記複数の受光部からの光の吸光度に基づいて汚泥の分析要素量を算出することを特徴とする請求項１３乃至１５何れかに記載の汚泥の分析要素量測定装置。
【請求項１７】
上記汚泥保持部を、汚泥を上記照光部に対して連続的に移動させて保持する構成にしたことを特徴とする請求項１３乃至１６何れかに記載の汚泥の分析要素量測定装置。
【請求項１８】
上記汚泥保持部を、汚泥が搬送される管体で構成し、該管体に光を透過可能なウインドウを設け、該ウインドウに上記照光部及び受光部を付設したことを特徴とする請求項１７記載の汚泥の分析要素量測定装置。
【請求項１９】
上記ウインドウを、石英，サファイアガラス，ダイヤモンドから選択される材料で形成したことを特徴とする請求項１８記載の汚泥の分析要素量測定装置。
【請求項２０】
上記汚泥保持部を、汚泥が搬送されるベルトコンベアで構成したことを特徴とする請求項１７記載の汚泥の分析要素量測定装置。
【請求項２１】
上記制御部は、汚泥の搬送速度に基づいて汚泥の搬送量を算出する機能を備えたことを特徴とする請求項１３乃至２０何れかに記載の汚泥の分析要素量測定装置。
【請求項１】
測定対象の汚泥からの反射光あるいは透過光を受光し、近赤外領域の波長に対する吸光度を測定し、この測定値に基づいて汚泥の高位発熱量，低位発熱量，水分量，灰分量，イオウ分量，水素量，炭素分量の分析要素量のうち少なくとも何れか１つの分析要素量を測定する汚泥の分析要素量測定方法であって、
予め、測定に係る分析要素量既知のサンプル汚泥に近赤外線を照射し、該サンプル汚泥からの反射光あるいは透過光を受光し、受光した光の吸光度における二次微分スペクトルの重回帰分析により当該測定に係る分析要素量に直接起因する帰属波長に係る回帰式を算出しておき、
測定対象の汚泥に近赤外線を照射し、測定対象の汚泥からの反射光あるいは透過光を受光し、受光した光の吸光度を測定し、これらの吸光度と上記回帰式とから当該測定対象の汚泥の測定に係る分析要素量を算出することを特徴とする汚泥の分析要素量測定方法。
【請求項２】
上記回帰式を、互いに相関係数の高い第１〜ｎ波長の吸光度を変数とする下記の一般式で構成し、
【数１】
（一般式において、Ｃは分析要素量（高位発熱量、低位発熱量はＪ／ｇ、水分量は重量％−ＷＢ、水素量他は重量％−ＤＢ）、λは波長、Ａ（λ１）は第１波長（λ１）の吸光度、Ａ（λ２）は第２波長（λ２）の吸光度、・・・Ａ（λｎ）は第ｎ波長（λｎ）の吸光度、Ｋ０，Ｋ１，Ｋ２・・・Ｋｎは、充分に多い母集団において測定された吸光度及び実測分析要素量を用いて最小二乗法で決定された係数である。また、Ｋ０は脱水汚泥の温度による測定値ドリフトも含まれる）
上記一般式において、第１波長（λ１）乃至第ｎ波長（λｎ）を選択するに当たり、先ず、多種類の汚泥の被検体の化学分析による既知の分析要素量値と当該各被検体の吸光度との重回帰分析によって求められた上記多種類の汚泥の分析要素量に帰属し相関係数が０．７以上になる第１波長（λ１）の近赤外線の波長域を選択し、次に、当該第１波長（λ１）の近赤外線の波長域と、１１００ｎｍ〜２２００ｎｍの範囲の波長域との重回帰分析によって、上記多種類の汚泥の分析要素量に帰属し上記第１波長（λ１）の近赤外線の波長域の相関係数以上の相関係数となる第２波長（λ２）の近赤外線の波長域を選択し、次に、上記第１波長（λ１）及び第２波長（λ２）の近赤外線の波長域と、１１００ｎｍ〜２２００ｎｍの範囲の波長域との重回帰分析によって、上記多種類の汚泥の分析要素量に帰属し上記第１波長（λ１）の近赤外線の波長域の相関係数以上の相関係数となる第３波長（λ３）の近赤外線の波長域を選択し、このように、上記第１波長（λ１）乃至第（ｎ−１）波長（λｎ−１）の近赤外線の波長域と、１１００ｎｍ〜２２００ｎｍの範囲の波長域との重回帰分析によって、上記多種類の汚泥の分析要素量に帰属し上記第１波長（λ１）の近赤外線の波長域の相関係数以上の相関係数となる第ｎ波長（λｎ）の近赤外線の波長域を選択することを特徴とする請求項１記載の汚泥の分析要素量測定方法。
【請求項３】
測定に係る分析要素量が高位発熱量である場合、
第１波長（λ１）を１２００〜１２２２ｎｍ、１３７６〜１３９０ｎｍ、１４１８〜１４９８ｎｍ、１６１２〜１６９６ｎｍ、１７４４〜１７５２ｎｍ、１７６２〜１７７６ｎｍ、１８０６〜１８１０ｎｍ、１８２６〜１８６８ｎｍ、１８９４〜１９１０ｎｍの波長範囲から選択し、
第２波長（λ２）を２１５８〜２１６４ｎｍの波長範囲から選択し、
第３波長（λ３）を１３７０〜１３９２ｎｍ、１４１６〜１４９０ｎｍ、１５３８ｎｍ、１５７８〜１５８０ｎｍ、１６１６〜１６１８ｎｍ、１６２４ｎｍ、１６５８〜１６６８ｎｍ、１７４６ｎｍ、１７６６〜１７８０ｎｍ、１８２４〜１９１４ｎｍの波長範囲から選択し、
第４波長（λ４）を１３２４〜１３２６ｎｍ、１５０２〜１５１６ｎｍの波長範囲から選択し、
且つ、第１波長（λ１）乃至第４波長（λ４）の組み合わせの相関係数が０．９以上になるようにしたことを特徴とする請求項２記載の汚泥の分析要素量測定方法。
【請求項４】
第１波長（λ１）を１７５０ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、
第２波長（λ２）を２１６０ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、
第３波長（λ３）を１３９０ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、
第４波長（λ４）を１５１０ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択したことを特徴とする請求項３記載の汚泥の分析要素量測定方法。
【請求項５】
測定に係る分析要素量が低位発熱量である場合、
第１波長（λ１）を１２０２〜１２２６ｎｍ、１２３４〜１２４８ｎｍ、１６５０〜１６７８ｎｍの波長範囲から選択し、
第２波長（λ２）を１６０２〜１６３６ｎｍ、１７１８〜１７３６ｎｍの波長範囲から選択し、
第３波長（λ３）を１８０８〜１８３４ｎｍ、１９９４〜２００８ｎｍの波長範囲から選択し、
第４波長（λ４）を１３３０〜１３８６ｎｍ、２０５８〜２０６６ｎｍの波長範囲から選択し、
且つ、第１波長（λ１）乃至第４波長（λ４）の組み合わせの相関係数が０．９以上になるようにしたことを特徴とする請求項２記載の汚泥の分析要素量測定方法。
【請求項６】
第１波長（λ１）を１６６８ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、
第２波長（λ２）を１７２６ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、
第３波長（λ３）を２００２ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、
第４波長（λ４）を２０６２ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択したことを特徴とする請求項５記載の汚泥の分析要素量測定方法。
【請求項７】
測定に係る分析要素量が水分量である場合、
第１波長（λ１）を１７１８〜１７３２ｎｍ、２００２〜２０４４ｎｍの波長範囲から選択し、
第２波長（λ２）を１５５８〜１６００ｎｍ、１６２４〜１６９６ｎｍ、２０６０〜２０６８ｎｍの波長範囲から選択し、
第３波長（λ３）を１７２０〜１７３６ｎｍ、２１２０〜２１６０ｎｍの波長範囲から選択し、
第４波長（λ４）を１２９０〜１３０２ｎｍ、１３９４〜１４０８ｎｍの波長範囲から選択し、
且つ、第１波長（λ１）乃至第４波長（λ４）の組み合わせの相関係数が０．９以上になるようにしたことを特徴とする請求項２記載の汚泥の分析要素量測定方法。
【請求項８】
第１波長（λ１）を２０１４ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、
第２波長（λ２）を２０６４ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、
第３波長（λ３）を１７３０ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、
第４波長（λ４）を１３９６ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択したことを特徴とする請求項７記載の汚泥の分析要素量測定方法。
【請求項９】
測定に係る分析要素量が水素量である場合、
第１波長（λ１）を１１４０〜１１４４ｎｍ、１１９０〜１２２６ｎｍ、１２３６〜１２５８ｎｍ、１３０２〜１３３６ｎｍ、１３６６〜１３９０ｎｍ、１４１４〜１５０２ｎｍ、１６１０〜１６９６ｎｍ、１７４４〜１７５２ｎｍ、１７６０〜１７７８ｎｍ、１８０６〜１８６８ｎｍ、１８９２〜１９１０ｎｍの波長範囲から選択し、
第２波長（λ２）を１７４６〜１７５２ｎｍ、２１６０〜２１６４ｎｍの波長範囲から選択し、
第３波長（λ３）を１３０６〜１３３４ｎｍ、１３４４〜１３９０ｎｍ、１４０４〜１４９６ｎｍ、１５５２〜１６３０ｎｍ、１６５４〜１６６８ｎｍ、１７４６ｎｍ、１７６４〜１７８４ｎｍ、１８２２〜１８６８ｎｍ、１８８６〜１９１４ｎｍの波長範囲から選択し、
第４波長（λ４）を１９８４〜１９９４ｎｍの波長範囲から選択し、
且つ、第１波長（λ１）乃至第４波長（λ４）の組み合わせの相関係数が０．９以上になるようにしたことを特徴とする請求項２記載の汚泥の分析要素量測定方法。
【請求項１０】
第１波長（λ１）を１７４８ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、
第２波長（λ２）を２１６２ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、
第３波長（λ３）を１３８８ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択し、
第４波長（λ４）を１９８８ｎｍ±２ｎｍの波長範囲から選択したことを特徴とする請求項９記載の汚泥の分析要素量測定方法。
【請求項１１】
測定対象の汚泥の測定時の温度をＴ、予め設定した基準温度をＴ０としたとき、基準温度Ｔ０の時の分析要素量Ｃ０を、温度Ｔにおける分析要素量Ｃｔから温度補正して算出することを特徴とする請求項１乃至１０何れかに記載の汚泥の分析要素量測定方法。
【請求項１２】
温度補正算出式： Ｃ０＝ａ＋ｂ（Ｔ−Ｔ０）＋Ｃｔ
（Ｔは測定対象の汚泥の測定時の温度、Ｔ０は予め設定した基準温度、Ｃｔ，Ｃ０は該当する温度の分析要素量（高位発熱量、低位発熱量はＪ／ｇ、水分量は重量％−ＷＢ、水素量他は重量％−ＤＢ）、ａ，ｂは温度と測定値との最小二乗法の解）
により算出することを特徴とする請求項１１記載の汚泥の分析要素量測定方法。
【請求項１３】
測定対象の汚泥からの反射光あるいは透過光を受光し、近赤外領域の波長に対する吸光度を測定し、この測定値に基づいて汚泥の高位発熱量，低位発熱量，水分量，灰分量，イオウ分量，水素量，炭素分量の分析要素量のうち少なくとも何れか１つの分析要素量を測定する汚泥の分析要素量測定装置であって、
測定対象の汚泥を保持する汚泥保持部と、該汚泥保持部に保持された測定対象の汚泥に近赤外領域の光を照射する照光部と、この汚泥からの反射光あるいは透過光を受光する受光部と、該受光部が受光した光の吸光度に基づいて汚泥の分析要素量を算出する制御部とを備え、
上記制御部を、予め、測定に係る分析要素量既知のサンプル汚泥に近赤外線を照射されるとともに該サンプル汚泥から反射あるいは透過された光の近赤外線領域の波長に対する吸光度における二次微分スペクトルの重回帰分析により算出され当該測定に係る分析要素量に直接起因する帰属波長に係る回帰式を記憶する回帰式記憶機能と、上記受光部が受光した光の吸光度と上記回帰式とから当該測定対象の汚泥の測定に係る分析要素量を演算する分析要素量演算機能とを備えて構成したことを特徴とする分析要素量測定装置。
【請求項１４】
上記制御部における回帰式記憶機能が記憶する回帰式と選択される近赤外線の波長の組み合わせは、上記請求項２乃至１２何れかに記載の回帰式と波長との組み合わせであることを特徴とする請求項１３記載の汚泥の分析要素量測定装置。
【請求項１５】
上記制御部は、測定対象の汚泥の測定時の温度をＴ、予め設定した基準温度をＴ０としたとき、基準温度Ｔ０の時の分析要素量Ｃ０を、温度Ｔにおける分析要素量Ｃｔから温度補正して算出する機能を備えたことを特徴とする請求項１３または１４記載の汚泥の分析要素量測定装置。
【請求項１６】
上記受光部を複数設け、上記制御部は、上記複数の受光部からの光の吸光度に基づいて汚泥の分析要素量を算出することを特徴とする請求項１３乃至１５何れかに記載の汚泥の分析要素量測定装置。
【請求項１７】
上記汚泥保持部を、汚泥を上記照光部に対して連続的に移動させて保持する構成にしたことを特徴とする請求項１３乃至１６何れかに記載の汚泥の分析要素量測定装置。
【請求項１８】
上記汚泥保持部を、汚泥が搬送される管体で構成し、該管体に光を透過可能なウインドウを設け、該ウインドウに上記照光部及び受光部を付設したことを特徴とする請求項１７記載の汚泥の分析要素量測定装置。
【請求項１９】
上記ウインドウを、石英，サファイアガラス，ダイヤモンドから選択される材料で形成したことを特徴とする請求項１８記載の汚泥の分析要素量測定装置。
【請求項２０】
上記汚泥保持部を、汚泥が搬送されるベルトコンベアで構成したことを特徴とする請求項１７記載の汚泥の分析要素量測定装置。
【請求項２１】
上記制御部は、汚泥の搬送速度に基づいて汚泥の搬送量を算出する機能を備えたことを特徴とする請求項１３乃至２０何れかに記載の汚泥の分析要素量測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
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【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２０１２−１８４９５０（Ｐ２０１２−１８４９５０Ａ）
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４６５８２（Ｐ２０１１−４６５８２）
【出願日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【出願人】（３０５０６１０９２）株式会社 カロリアジャパン (6)
【出願人】（５０７２１４０８３）メタウォーター株式会社 (277)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【出願人】（３０５０６１０９２）株式会社 カロリアジャパン (6)
【出願人】（５０７２１４０８３）メタウォーター株式会社 (277)
【Ｆターム（参考）】
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