JP2001011926A - 下水圧送管中の硫化水素発生抑制方法及びそのための酸素発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧送ポンプの停止時間が長くても下水の嫌気
化を回避し圧送下水量の変動に拘わらず常に硫化水素濃
度を一定水準以下に抑制する一方、酸素発生装置の設置
スペースの削減と消費電力を抑制する。 【解決手段】 圧送ポンプの稼動に連動して圧送下の下
水中に酸素ガスを注入し下水圧送管内での硫化水素の発
生を抑制する方法において、１日を１サイクルとする圧
送ポンプの稼働率変動パターンに基づいて基準稼働率及
び圧送ポンプの稼働率が前記基準稼働率よりも上昇し始
める稼働率上昇時刻と前記基準稼働率よりも低下し始め
る稼働率低下時刻を設定する一方、前記稼働率低下時刻
よりも所定時間前の時刻を過剰酸素供給開始時刻として
設定し、時刻が過剰酸素供給開始時刻に達してから稼働
率上昇時刻に達するまでの時間帯は圧送下水量に対応す
る一定量の酸素ガスよりも過剰に酸素ガスを下水中に注
入する。下水圧送管への所要酸素注入量に応じて一方の
制御系を選択して前記吸着槽ユニットの全部又は一部を
選択的に稼働させると共に、前記所要酸素注入量に応じ
た所要圧縮空気量を供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は下水圧送管中の硫化
水素発生抑制方法、具体的には、下水を圧送ポンプで圧
送する下水圧送システムにおいて、圧送ポンプの停止に
より圧送管中に下水が長時間滞留した場合に圧送管内で
硫化水素が発生するのを抑制する方法及びその実施に使
用する酸素発生装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】下水処理場への下水の搬送方式として
は、水勾配を設けた下水路で自然流下させる自然流下方
式と、下水処理場までの間に複数の中継所を設け、各中
継所に設けた圧送ポンプで下流側の中継所に順次圧送す
るポンプ圧送方式が知られているが、人口の希薄な地域
では効率的な下水処理のためにポンプ圧送方式が採用さ
れている。

【０００３】前記ポンプ圧送方式は、自然流下方式と比
較して掘削深度が浅く、また下水圧送管の管径が小さく
て良いため、工事規模を大幅に軽減できる利点がある
が、下水圧送管が道路の起伏に沿って埋設され下水自体
が空気（特に、酸素ガス）と接触せず、しかも、中継所
での下水の貯留量が変動するため圧送ポンプが間欠運転
となり、圧送ポンプが停止している間は下水が圧送管中
に滞留することになる。その結果、下水圧送管内の下水
が嫌気状態となって下水中に含まれる硫黄や硫黄化合物
が生物学的に還元されて硫化水素ガスが発生する。圧送
管内の下水中の硫化水素濃度が十数ppm以上になると施
設が腐食するという問題があり、また、悪臭の原因とな
る。

【０００４】前記硫化水素の生成は、下水中に含まれる
有機物、硫化塩濃度及び溶存酸素ガス、並びに下水のｐ
Ｈ、温度及び滞留時間等の環境条件によって左右される
が、その生成には下水中に浮遊する同化細菌或いは蛋白
質分解細菌や硫黄塩還元細菌などの細菌類及び管壁に付
着した生物膜が関与することが知られている。

【０００５】他方、この硫化水素の生成を抑制する主な
方法として、薬品添加法、空気注入法及び酸素ガス注入
法が知られているが、これらのうち薬品添加法は維持費
が高くなるという問題があり、空気注入法は下水圧送管
中に注入量の約７９％のガス（窒素）が残存するため下
水圧送管中で圧力損失の増加を生じたり下水圧送管がガ
ス（窒素）により閉塞するという問題がある。

【０００６】これに対して、酸素ガス注入法は、圧力変
動式空気吸着分離装置などの酸素発生装置、例えば、図
５に示すように空気圧縮機１７ａ、除湿機１７ｂ、複数
の吸着槽ユニットＰＳＡ₁〜ＰＳＡ_n及び酸素ガス貯留タ
ンク１９で構成される酸素発生装置を酸素ガス供給源と
して使用し、空気圧縮機で空気を圧縮し、その圧縮空気
を除湿器で除湿した後、複数の吸着槽ユニットＰＳＡに
分配供給して吸着槽内の吸着剤（合成ゼオライト）に窒
素分を吸着させ、分離された高純度（９０％以上）の酸
素ガスを酸素ガス貯留タンク１９で圧力調整した後、酸
素ガスを下水圧送管中に注入して嫌気性菌の繁殖を抑制
するため、薬品添加法に比べて安価であり、また、前記
空気注入法に於ける残留窒素ガスによる圧力損失の増加
や下水圧送管の閉塞などの問題を解決できる利点を有し
ている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、酸素ガ
ス注入法では、中継所の貯留槽に流入する下水量は経時
的に変化し、貯留槽内の水位の変動に応じて圧送ポンプ
は絶えず運転と停止とを繰り返すことになる。そのた
め、貯留槽への流入量が少ない時間帯には圧送ポンプの
停止時間が長くなり、酸素ガス注入法であっても定常運
転時を想定した酸素ガス供給量では下水の嫌気化を回避
することができず、硫化水素等のガスが発生するという
問題がある。

【０００８】また、下水圧送管の全長が長いため、酸素
ガス注入法では下水圧送管の出口で硫化水素濃度を検出
し、これを下水圧送管の上流側の酸素発生装置にフィー
ドバックしてその酸素ガス供給量を制御することができ
ないことから、通常は定常運転時（即ち、圧送ポンプの
定格量）に合わせて常に一定量の酸素ガスを注入するこ
とが行われている。そのため、前記酸素発生装置の酸素
ガス吐出口側に酸素ガス貯留タンクを設置し、酸素ガス
消費量に応じて酸素発生装置を起動・停止することによ
り効率的な運転を可能にしているが、酸素ガス貯留タン
クを設置する分だけ所要スペースが大きくなり、必然的
に設備費が増大するという問題がある。

【０００９】この問題は酸素ガス貯留タンクを省略した
構造にすることにより解決できるが、従来と同様の制御
装置では、所要酸素量が少なくなった場合、例えば、酸
素発生装置能力の５０％に低下した場合でも、原料圧縮
空気を全吸着槽ユニットに送給して酸素ガスを生成させ
ることになるため、所要酸素量の変動を酸素発生装置内
で吸収させることができず、必然的に余剰（５０％）の
酸素を吸着槽ユニットから窒素分と共に大気中に排出し
なければならず、空気圧縮機などの消費電力を低減でき
ないという問題がある。

【００１０】従って、本発明は、酸素ガス注入法におい
て圧送ポンプの停止時間が長くなっても下水の嫌気化を
防止することができ、圧送ポンプの停止時間の変動に拘
わらず常に下水中の硫化水素濃度を一定水準以下に抑制
できるようにすることを第一の課題とし、酸素発生装置
の設置スペースの削減と酸素発生装置に於ける空気圧縮
機の供給量を所要酸素量の変動に応じて変更できるよう
にすることを第二の課題とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明等は、前記課題を
解決するため、１日を１サイクルとして貯留槽内の水位
の変動に応じて変動する圧送ポンプの稼働率をパターン
化し、その圧送ポンプの稼働率変動パターンに基づいて
圧送ポンプが予め定めた基準稼働率以上の稼働率で稼働
する時間帯（以下、高稼働率時間帯という。）と圧送ポ
ンプが予め定めた基準稼働率未満の稼働率で稼働する時
間帯（以下、低稼働率時間帯という。）とに分け、高稼
働率時間帯には圧送下水量に対応する一定量の酸素ガス
を圧送下の下水中に注入し、低稼働率時間帯には過剰の
酸素ガスを供給することを試みたところ、高稼働率時間
帯から低稼働率時間帯に移行する時点で過剰に酸素ガス
を注入するようにしても、それ以前に圧送管内に送り込
まれた下水が下流側中継所の貯留槽に到達する前に上流
側中継所の貯留槽の水位が低下して圧送ポンプが停止す
るため、高稼働率時間帯に一定量の酸素ガスを注入され
た下水が圧送管内に長時間滞留し、必然的に圧送管内の
下水が再嫌気化するという問題が残ることが明らかとな
った。

【００１２】本発明は、この問題をも解決するため、圧
送ポンプの稼働率が予め定めた基準稼働率まで低下する
時刻以前に圧送された下水が圧送管内に滞留することと
なる時間だけ遡った時刻から圧送ポンプの稼働率が再び
基準稼働率以上になる時刻までの時間帯に過剰の酸素ガ
スを下水に注入し、その他の時間帯は圧送下水量に対応
する一定量の酸素ガスを供給するようにしたものであ
る。

【００１３】即ち、本発明は、圧送ポンプの稼動に連動
して圧送下の下水中に酸素ガスを注入し下水圧送管内で
の硫化水素の発生を抑制する方法において、１日を１サ
イクルとする圧送ポンプの稼働率変動パターンに基づい
て基準稼働率及び圧送ポンプの稼働率が前記基準稼働率
よりも上昇し始める稼働率上昇時刻と前記基準稼働率よ
りも低下し始める稼働率低下時刻を設定する一方、前記
稼働率低下時刻よりも所定時間前の時刻を過剰酸素供給
開始時刻として設定し、時刻が過剰酸素供給開始時刻に
達してから稼働率上昇時刻に達するまでの時間帯は圧送
下水量に対応する一定量の酸素ガスよりも過剰に酸素ガ
スを下水中に注入するようにしたものである。

【００１４】また、本発明は前記第二の課題を解決する
ため、空気圧縮機及び複数の吸着槽ユニットを備え、前
記空気圧縮機で圧縮した空気を複数の吸着槽ユニットに
分配供給して当該吸着槽ユニット内で窒素分を吸着除去
させて酸素ガスを発生させる酸素発生装置において、前
記複数の吸着槽ユニットを並列接続する一方、当該吸着
槽ユニットの制御系を少なくとも二系統に分け、当該二
系統の制御系により所要酸素量に応じて前記吸着槽ユニ
ットの全部又は一部を選択的に稼働させるようにしたも
のである。

【００１５】より具体的には、本発明は、空気圧縮機、
並列接続された複数の吸着槽ユニット及び前記吸着槽ユ
ニットの全部又は一部を一群として制御する少なくとも
二系統の制御系とを備え、下水圧送管への所要酸素注入
量に応じて一方の制御系を選択して前記吸着槽ユニット
の全部又は一部を選択的に稼働させると共に、前記所要
酸素注入量に応じた所要圧縮空気量を供給することから
なる酸素発生装置を提供するものである。

【００１６】好ましい実施態様においては、前記圧送ポ
ンプの稼働率変動パターンは、下水圧送システムを１日
稼働させて単位時間毎の圧送ポンプの圧送下水量を測定
して単位時間毎の圧送ポンプ能力に対する圧送下水量の
比、即ち、圧送ポンプの稼働率を求め、各時間毎の圧送
ポンプの稼働率をプロットすることにより設定される。
例えば、１日を２４分割して下水圧送システムにおける
圧送ポンプの１時間毎に圧送される下水量を測定して圧
送ポンプの稼働率を求め、当該単位時間毎の稼働率を図
表にプロットしてグラフ化することにより求められる。
この場合、単位時間毎の稼働率は、週、月、四季又は年
間その他所定の期間内に於ける各時間毎の稼働率の平均
値を求め、この平均値をプロットして圧送ポンプの稼働
率パターンを決定しても良い。

【００１７】また、前記稼働率上昇時刻及び稼働率低下
時刻は、１日を１サイクルとする圧送ポンプの稼働率変
動パターンを表す曲線と適宜設定された圧送ポンプの基
準稼働率（通常、０.５〜０.７の範囲内の値に設定され
る）を表す直線との交点によりそれぞれ設定される。

【００１８】また、前記稼働率低下時刻よりも所定時間
前の時刻、即ち、過剰酸素供給開始時刻は、前記下水圧
送システムの圧送管容量Ｖ（m³）及び圧送ポンプ能力Ｑ
（m³/Hr）等によって変動するが、圧送ポンプの基準稼
働率Ｋを０.５〜０.７の範囲内の値に設定し、圧送管内
での下水の滞留時間（ｔ）を式：ｔ＝Ｖ／（Ｑ×Ｋ）に
より求め、稼働率低下時刻よりもその時間だけ前の時刻
若しくはそれに近い時刻に設定するのが好ましい。

【００１９】前記酸素ガスの供給量の制御は、例えば、
酸素ガス供給源から下水圧送管に酸素ガスを供給する酸
素ガス供給ラインを主分岐ラインと副分岐ラインとの二
系統に分岐させる一方、当該主副両分岐ラインを１日を
１サイクルとする圧送ポンプの稼働率変動パターンに基
づいて制御装置でそれぞれ開閉することにより行うこと
ができる。

【００２０】前記制御装置は、時刻計測を行い予め設定
された時刻に信号を出力するタイマーと、貯留槽の下水
の水位を計測する下水量計測手段と、前記タイマー及び
下水量計測手段からの信号に基づいて主分岐ライン及び
副分岐ラインに配設された制御弁を開閉する信号を出力
する制御部とで構成される。１日を１サイクルとする圧
送ポンプの稼働率変動パターンに基づいて稼働率上昇時
刻（例えば、午前７時と午後６時）及び稼働率低下時刻
（例えば、午前１時と午後３時）よりも所定時間（例え
ば、１時間２０分）前の時刻、即ち、過剰酸素供給開始
時刻をタイマーに設定し、時刻が稼働率上昇時刻に達し
た時にタイマーからの信号を受けて制御部により主分岐
ラインの制御弁を開放させて圧送下水量に対応する一定
量の酸素ガスの注入を開始し、その時刻から過剰酸素供
給開始時刻に達するまでの時間帯（以下、通常稼働時間
帯という。）には前記下水量計測手段からの信号に応じ
て制御部により主分岐ライン又は主副両分岐ラインの制
御弁を開放させて圧送下水量に対応する一定量の酸素ガ
スの注入を行う。その後、前記タイマーの時刻が過剰酸
素供給開始時刻に達した時に当該タイマーからの信号を
受けて制御部により主副両分岐ラインの制御弁を開放さ
せて圧送下水量に対応する一定量の酸素ガスよりも過剰
の酸素ガスの注入を開始し、その過剰酸素供給開始時刻
から次の稼働率上昇時刻に達するまでの時間帯（以下、
長間欠稼働時間帯という）は過剰に酸素ガスを注入する
ことにより行うことができる。

【００２１】また、前記酸素ガス供給ラインを主分岐ラ
インと副分岐ラインとの二系統に分岐させる代わりに、
圧力変動式空気吸着分離装置などの酸素ガス供給源を複
数台で構成し、酸素ガス供給量に応じて複数台の酸素供
給源を選択的にオン−オフ制御して酸素ガス供給量を制
御するようにしても良い。

【００２２】他の実施態様においては、硫化水素の発生
が水温によっても影響を受けることを考慮して、上流側
貯留槽内の下水の温度を計測し、圧送水量と水温とによ
って通常稼働時間帯の酸素ガス供給量を決定し、これに
基づいて酸素ガス供給量を制御することが行われる。

【００２３】いずれの実施態様においても、通常稼働時
間帯の前記下水への酸素ガス供給量Ｑcは、Ｂｏｏｎの
式と経験により与えられる汚水中の浮遊微生物の消費す
る酸素ガス量Ｒr（mg/リットル・Ｈｒ）と管壁に付着し
た微生物による消費量Ｒe（g/m²・Ｈｒ）の和、即ち、
Ｑc＝Ｒr・Ｖ＋Ｒe・Ｓ(但し、Ｒr＝６×１.０
７^{(T-15 )}、Ｒe＝０.７×１.０７^(T-15)、Ｔは水温
（℃）、Ｖは水量(m³)、Ｓは管表面積(m²)である。）以
上の値に設定するのが好ましい。また、長間欠稼働時間
帯に下水中に供給する酸素ガス供給量は、通常稼働時間
帯における酸素ガス供給量、即ち、圧送下水量に対応す
る一定量の酸素ガス供給量Ｑcの１.３倍以上、好ましく
は、１.５倍〜３倍に設定するのが好適である。

【００２４】

【発明の実施の形態】図１は本発明方法を下水発生源か
ら下水処理場までの間に複数の中継所１Ａ，１Ｂを設け
た下水圧送システムに適用した一例を示す。この下水圧
送システムは、下水発生源から下水処理場までの間に複
数の中継所１Ａ，１Ｂを設け、上流側中継所１Ａから下
流側中継所１Ｂに圧送ポンプ３ａ，３ｂにより下水圧送
管を介して順次圧送するようにしたものである。各中継
所１Ａ，１Ｂには、貯留槽２と、二台の圧送ポンプ３
ａ，３ｂと、当該貯留槽２の貯水状態に応じて圧送ポン
プ３ａ，３ｂ及び酸素発生装置７の動作を制御する制御
装置４を備え、上流側中継所１Ａの貯留槽２内の下水は
圧送ポンプ３ａ，３ｂにより下水圧送管５を介して下流
側中継所１Ｂに圧送される。

【００２５】前記下水圧送管５は上流側中継所１Ａ側に
酸素ガス注入孔を形成され、当該酸素ガス注入孔には酸
素ガス供給源として酸素ガス供給ライン６を介して圧力
変動式空気吸着分離装置などの酸素発生装置７が接続さ
れている。前記酸素発生装置７は、コンプレッサ（空気
圧縮機）１７ａ及び脱湿機１７ｂを含む空気圧縮部１７
と、後述の一対の窒素吸着槽からなる吸着槽ユニットを
複数対含む酸素発生部１８からなり、空気を空気圧縮機
１７ａで圧縮して脱湿機１７ｂで除湿した後、酸素ガス
発生部１８へ送り、そこで窒素を吸着分離して高濃度
（９０％以上）の酸素ガスを発生させ、これを均圧槽と
しての酸素ガス貯留タンク１９に送り一定圧の酸素ガス
を酸素ガス供給ライン６に供給するようにしてある。参
照番号２０は圧力計、２１はドレンラインである。

【００２６】前記酸素ガス供給ライン６は、その一部を
２系統、即ち、主分岐ライン８ａと副分岐ライン８ｂと
に分岐され、主副両分岐ライン８ａ，８ｂにはそれぞれ
電磁弁９ａ，９ｂが配設されている。また、各電磁弁９
ａ，９ｂの前後には弁１０ａ，１０ｂが配設され、主副
両分岐ライン８ａ，８ｂの合流した出口側の酸素ガス供
給ライン６には逆止弁１０ｃが配設されている。

【００２７】前記制御装置４は、現在時刻を計測し予め
設定された稼働率上昇時刻及び過剰酸素供給開始時刻に
信号を出力するタイマー１１と、前記上流側中継所１Ａ
の貯留槽２にその深さ方向に沿って所定間隔をおいて配
設され貯留槽２内の水位を検知する複数の水位センサー
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄと、圧送ポンプ３ａ，
３ｂを駆動する駆動回路１３ａ，１３ｂと、前記タイマ
ー１１及び水位センサー１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２
ｄからの信号に基づいて圧送ポンプ３ａ，３ｂの運転及
び停止、並びに電磁弁９ａ，９ｂを開閉する信号を出力
する制御部１５とを備えている。なお、水位センサー１
２ａは圧送ポンプ３ｂの運転、水位センサー１２ｂは圧
送ポンプ３ａの運転、水位センサー１２ｃは圧送ポンプ
３ｂの停止、水位センサー１２ｄは圧送ポンプ３ａの停
止の信号を出力する。

【００２８】また、副分岐ラインに配設された電磁弁９
ｂは、スイッチ１６を介して他方の圧送ポンプ３ａの駆
動回路１３ａに接続されている。なお、本システムでは
定量ポンプを圧送ポンプ３ａ，３ｂとして採用している
ため、下水圧送管５内の圧送下の下水に供給する酸素ガ
ス量は電磁弁９の一次側に挿入された弁１０ａ，１０ｂ
により設定するようにしてある。

【００２９】前記構成において、圧送ポンプ３ａ，３ｂ
は制御装置４により基本的には以下のように制御され
る。即ち、上流側貯留槽２Ａが空に近い状態にあるとす
ると、下水の流入により上流側貯留槽２Ａ内の液面レベ
ルが徐々に上昇し、上流側貯留槽２Ａ内の液面レベルが
Ｌ２に達すると、水位センサー１２ｂからの信号を受け
て制御装置４が駆動回路１３ａを介して圧送ポンプ３ａ
を作動させて下流側貯留槽２Ｂへの下水の圧送を開始
し、それに連動して電磁弁９ａが開放され、酸素発生装
置７から圧力ポンプ３ａの下水圧送量に対応する一定量
の酸素ガスが電磁弁９ａを経て下水圧送管５内の下水に
注入される。なお、この時点ではスイッチ１６はオフで
あるので、電磁弁９ｂは閉状態に維持される。

【００３０】上流側貯留槽２Ａへの流入量が下流側への
圧送量よりも多くなると上流側貯留槽２Ａ内の液面レベ
ルが更に上昇してＬ１に達すると、水位センサー１２ａ
からの信号を受けて制御装置４が駆動回路１３ｂを介し
て圧送ポンプ３ｂを運転させる。それと同時に電磁弁９
ｂが開放され、電磁弁９ａを介して供給される酸素ガス
に加えて、電磁弁９ｂを介して圧送ポンプ３ｂの下水圧
送量に対応する酸素ガスが供給される。

【００３１】一方、上流側貯留槽２Ａへの流入量が当該
貯留槽２Ａから下流側への圧送量よりも少なくなると、
貯留槽２Ａ内の液面レベルが徐々に低下し、液面レベル
がＬ３より低くなると、水位センサー１２ｃからの信号
を受けて制御装置４が駆動回路１３ｂを介して圧送ポン
プ３ｂを停止させると同時に電磁弁９ｂを閉鎖し、圧送
ポンプ３ａのみによる圧送が行われると共に、電磁弁９
ａを介して酸素ガスが注入される。貯留槽２Ａ内の液面
レベルが更に低下してＬ４より低くなると、水位センサ
ー１２ｄからの信号を受けて制御装置４が駆動回路１３
ａを介して圧送ポンプ３ａを停止させると共に、電磁弁
９ａを閉鎖する。

【００３２】その後、上流側貯留槽２Ａへの下水の流入
により貯留槽２内の液面レベルが再びＬ２に達すると、
それを検出した水位センサー１２ｂからの信号を受けて
制御装置４により圧送ポンプ３ａが運転し、以後は上流
側貯留槽２Ａの液面レベルの変動に応じて前記圧送ポン
プ３ａ，３ｂの基本的制御を繰り返す。

【００３３】前記下水圧送システムでの圧送ポンプ３
ａ，３ｂの稼働率は、図２に示すように時間の経過と共
に変動し、上流側貯留槽２Ａへの流入量が多い時間帯に
は圧送ポンプ３ａ，３ｂの停止時間は短いが、流入量が
少ない時間帯では停止時間が長くなり硫化水素が発生す
ることから、圧送ポンプ３ａ，３ｂの稼働率変動パター
ンから圧送ポンプの基準稼働率Ｋ（通常、０.５〜０.７
の範囲内の値に設定される。）が設定され、それに基づ
いて稼働率上昇時刻、稼働率低下時刻及び過剰酸素供給
開始時刻が設定される。

【００３４】前記稼働率上昇時刻及び稼働率低下時刻
は、１日を１サイクルとする圧送ポンプの稼働率変動パ
ターンにより設定される。この圧送ポンプの稼働率変動
パターンは、１日を２４分割して下水圧送システムにお
ける圧送ポンプの１時間毎当たりに圧送される下水量を
測定し、圧送ポンプ能力に対する単位時間毎の圧送下水
量の比、即ち、圧送ポンプ稼働率を求め、当該単位時間
毎の稼働率を図表にプロットしてグラフ化することによ
り求められる。なお、前記圧送ポンプの稼働率変動パタ
ーンは、週、月、四季又は年間その他任意の期間内に於
ける各時間毎の平均値を求め、これに基づいて決定して
も良い。

【００３５】前記稼働率上昇時刻及び稼働率低下時刻
は、前記グラフの稼働率変動パターンを示す曲線が時間
の経過に伴い基準稼働率を示す直線を下側から上側に突
き抜ける交点での時刻及び時間の経過に伴い稼働率基準
線を上側から下側に突き抜ける交点での時刻をそれぞれ
求めて設定される。

【００３６】また、前記過剰酸素供給開始時刻は、圧送
管内での下水の滞留時間を求め、前記稼働率低下時刻か
ら滞留時間を引して求められる。この圧送管内での滞留
時間（ｔ）は、前記下水圧送システムの圧送管容量Ｖ
（m³）、圧送ポンプ能力Ｑ（m³/Hr）及び圧送ポンプの
基準稼働率Ｋに基づいて、式：ｔ＝Ｖ／（Ｑ×Ｋ）によ
り与えられる。例えば、ポンプの圧送能力を１６０m³/
時、基準稼働率Ｋを０.５５とし、２５０mmφの下水圧
送管を用いて日平均２５００m³/日で下水を２４２５ｍ
下流に圧送するとすれば、圧送管容量Ｖ＝１１８．９８
m³であるので、滞留時間ｔ＝１１８．９８／（１６０×
０.５５）＝１．３５hrとなるので、過剰酸素供給開始
時刻は稼働率低下時刻から１時間２０分前の時刻に設定
される。

【００３７】前記圧送ポンプ３ａ，３ｂの稼働率は、図
２に示すように、時間の経過と共に変動し、貯留槽２へ
の流入量が多い時間帯には圧送ポンプ３ａ，３ｂの停止
時間は短いが、流入量が少ない場合には停止時間が長く
なるため、時刻が過剰酸素供給開始時刻（前記例では、
稼働率低下時刻が午後３時であるので、その時刻よりほ
ぼ圧送管内での下水の滞留時間である１時間２０分だけ
早い午後１時４０分）になると、タイマー１１からの信
号を受けて電磁弁９ｂが開放され、酸素ガス供給ライン
６へは、電磁弁９ａを介して供給される酸素ガスに加え
て電磁弁９ｂを介して酸素ガスが供給され、定常運転時
よりも過剰な酸素ガスの供給が開始される。この過剰な
酸素ガス供給状態は、過剰酸素供給開始時刻から稼働率
上昇時刻（前記例では、午後６時）に達するまで、即
ち、長間欠稼働時間帯の間維持される。

【００３８】通常稼働時間帯から長間欠稼働時間帯に移
行した後、時刻が稼働率低下時刻に達したときには、過
剰な酸素ガスを注入された下水が圧送管から下流側中継
所１Ｂの貯留槽に流出し始めるのとほぼ同じであるの
で、その後に圧送ポンプが長時間停止しても、圧送管内
は過剰な酸素ガスを注入された下水が滞留することにな
り下水が嫌気状態になるのが阻止され、硫化水素の発生
が抑制される。

【００３９】他方、時刻が稼働率上昇時刻に達すると、
タイマー１１からの信号を受けて電磁弁９ｂが閉じられ
通常運転に入り、以後は、時刻が過剰酸素供給開始時刻
に再び達するまで、貯留槽２Ａ内の液面レベルの変動に
より圧送ポンプ３ａ，ｂが制御され、時刻が第二の過剰
酸素供給開始時刻（前記例では、稼働率低下時刻が午前
１時であるため、それより圧送管内での下水の滞留時間
である１時間２０分だけ早い時刻、午後１１時４０分）
になると、前述のようにタイマー１１からの信号を受け
て電磁弁９ｂが開放される。従って、下水圧送管５には
電磁弁９ａ及び電磁弁９ｂを介して酸素ガスが注入さ
れ、通常運転時の酸素ガス供給量よりも電磁弁９ｂを介
して供給される量だけ過剰となり、これにより下水圧送
管５内の下水が嫌気状態になるのが阻止され、硫化水素
の発生が抑制される。

【００４０】図４は本発明の他の実施の形態に於ける酸
素発生装置を示し、当該酸素発生装置は、複数の吸着槽
ユニットを並列接続する一方、当該吸着槽ユニットの制
御系を少なくとも二系統に分け、当該二系統の制御系に
より所要酸素量に応じて前記吸着槽ユニットの全部又は
一部を選択的に稼働させることにより、酸素ガス貯留タ
ンクを省略可能とし酸素発生装置の設置スペースを低減
させると同時に、省エネルギーを図ったものである。

【００４１】前記酸素発生装置は、図４に示すように、
空気圧縮部１７、酸素ガス発生部１８及び制御装置４ａ
を含み、当該制御装置４ａは制御部１５ａを備え、後述
の電磁弁２６ａ、２６ｂ、２７ａ、２７ｂを開閉する駆
動部２２ａ、２２ｂが設けられている。前記空気圧縮部
１７は空気圧縮機１７ａ及び脱湿機１７ｂで構成されて
いる。なお、前記空気圧縮機１７ａは複数台で構成され
ている。また、前記酸素ガス発生部１８は並列接続され
た複数の吸着槽ユニットＰＳＡ₁〜ＰＳＡ_nを含み、各吸
着槽ユニットＰＳＡ₁〜ＰＳＡ_nはそれぞれ一対の窒素吸
着槽２３ａ、２３ｂで構成されている。各窒素吸着槽の
一次側は電磁弁２６ａ、２７ａを介して圧縮空気供給ラ
イン２４に、電磁弁２６ｂ、２７ｂを介して排ガスライ
ン２６にそれぞれ接続され、他端の二次側は逆止弁２８
ａ，２８ｂを介して酸素吐出ライン２５に接続されてい
る。また、対の窒素吸着槽２３ａ、２３ｂはその二次側
が弁３０を介して接続されている。

【００４２】前記吸着槽ユニットＰＳＡ₁〜ＰＳＡ_nは、
制御装置４により二系統の動作系に分けられ全吸着槽ユ
ニットＰＳＡ₁〜ＰＳＡ_n又は一部の吸着槽ユニットＰＳ
Ａ_{n- 1}〜ＰＳＡ_nが一群として選択的に稼働させられる。
即ち、制御装置４の駆動部２２ａは全吸着槽ユニットＰ
ＳＡ₁〜ＰＳＡ_nの電磁弁２６ａ、２６ｂ、２７ａ、２７
ｂに接続され、他の駆動部２２ｂは一部の吸着槽ユニッ
トＰＳＡ_n-1〜ＰＳＡ_nの電磁弁２６ａ、２６ｂ、２７
ａ、２７ｂに接続されている。

【００４３】前記各吸着槽ユニットＰＳＡ₁〜ＰＳＡ_nの
動作について説明すると、対の窒素吸着槽２３ａ、２３
ｂのうちの一方、例えば、窒素吸着槽２３ａを稼働させ
る場合、制御部１５ａの信号を受けて駆動部２２ａ又は
２２ｂにより電磁弁２６ａ、２７ｂが開かれると同時に
電磁弁２６ｂ、２７ａが閉じられ、窒素吸着槽２３ａに
圧縮空気供給ライン２４から所要の圧縮空気が供給され
る。窒素吸着槽２３ａではその内部の吸着剤（例えば、
合成ゼオライト）で二酸化炭素、水分及び窒素等が吸着
され、高濃度（９０％以上）の酸素ガスが酸素吐出ライ
ン２５へ吐出される。他方の窒素吸着槽２３ｂでは内部
圧力が常圧に戻され吸着剤に吸着されている窒素ガス等
が排ガスライン２６に放出され、吸着剤が再生される。
この時、酸素ガスの一部を電磁弁３０を介して他方の窒
素吸着槽２３ｂにパージさせて再生を促進している。所
定時間経過すると、制御部１５ａの信号を受けて電磁弁
２６ａ、２７ｂが閉じられると同時に電磁弁２６ｂ、２
７ａが開かれ、窒素吸着槽２３ｂに圧縮空気が供給され
当該窒素吸着槽２３ｂから酸素ガスが酸素吐出ライン２
５に吐出され、前の窒素吸着槽２３ａは排ガスライン２
６に窒素等を放出して再生される。以後は前記動作を所
定周期で交互に繰り返すことにより酸素ガスが連続的に
酸素吐出ライン２５へ吐出され、当該酸素吐出ライン２
５を介して高濃度の酸素ガスが前記下水圧送管内に注入
される。

【００４４】所要酸素ガス量が最大になった時、即ち、
現在時刻が過剰酸素供給開始時刻に達すると、タイマー
からの信号を受けた制御部１５ａにより前記所要酸素ガ
ス量に対応する所要圧縮空気を供給するに必要な空気圧
縮機１７ａが駆動されると同時に、駆動部２２ａにより
全吸着槽ユニットＰＳＡ₁〜ＰＳＡ_nが前記動作を開始し
て最大量の酸素が下水圧送管に注入され、現在時刻が稼
働率上昇時刻に達するまで過剰な酸素ガス注入が持続さ
れる。他方、現在時刻が稼働率上昇時刻に達すると、タ
イマーからの信号を受けて制御部１５ａが駆動部２２ａ
を停止させて吸着槽ユニットＰＳＡ₁〜ＰＳＡ_n-2の全電
磁弁を閉鎖させると同時に、駆動部２２ｂを作動させて
一部の吸着槽ユニットＰＳＡ_n-1〜ＰＳＡ_nの電磁弁２６
ａ、２７ｂを開、電磁弁２６ｂ、２７ａを閉として前記
動作を行い、所定量（（稼働吸着槽ユニット数／全吸着
槽ユニット数）＊１００％）の酸素を連続的に酸素吐出
ライン２５へ吐出し、当該酸素吐出ライン２５を介して
一定量の酸素ガスが前記下水圧送管内に注入される。ま
た、制御部１５ａが駆動部２２ａ、２２ｂを切り替える
と同時に、一定量の酸素ガスに対応する所要圧縮空気を
供給するに必要な空気圧縮機１７ａが駆動される。

【００４５】前記実施態様においては、空気圧縮機を複
数台で構成して稼動台数を選択することにより所要圧縮
空気を得るようにしているが、最大の所要圧縮空気を得
るに十分な１台の空気圧縮機で構成し、インバータによ
る回転数制御によって所要の圧縮空気を得るようにして
も良い。

【００４６】

【実施例】図１に示す下水圧送システムを用い、上流側
中継所１Ａから２５０mmφの下水圧送管で２４２５m下
流の中継所１Ｂに１６０m³/時の圧送能力を有する圧送
ポンプにより、平均２５００m³/日で圧送するに当た
り、スイッチ１６を稼働率低下時刻の午前１時及び午後
３時よりそれぞれ１時間２０分早い午後１１時４０分か
ら７時までの時間帯及び午後１時４０分から午後６時ま
での時間帯にオンするようにセットし、通常稼働時間帯
での酸素ガス供給量をそれぞれ酸素ガス供給濃度が１
８.５mg/リットル、１１.９mg/リットル、８.５mg/リッ
トルになるように調整する一方、長間欠稼働時間帯の酸
素ガス供給量を通常稼働時間帯の酸素ガス供給量の１.
５倍に調整して下水圧送システムを稼働させた。システ
ムの稼働中、上流側中継所１Ａでの所定時間毎の圧送下
水量を測定すると同時に、下流側中継所１Ｂへの入口で
の硫化水素濃度を所定時間毎にそれぞれ測定した。その
結果を図２に示す。

【００４７】

【比較例】実施例で用いた下水圧送システムにおいて、
スイッチ１６を外し、長間欠稼働時間帯での副系統ライ
ンからの酸素ガス供給量が零になるようにした以外は同
じ条件で下水圧送システムを稼働させ、上流側中継所１
Ａでの所定時間毎の圧送下水量を測定すると同時に、圧
送下水中に酸素ガスを供給しない場合、及び圧送下の下
水に酸素ガス供給量をそれぞれ酸素ガス供給濃度が１
８.５mg/リットル、１１.９mg/リットル、８.５mg/リッ
トルになるように調整して供給した場合について下流側
中継所１Ｂでの硫化水素濃度を所定時間毎に測定した。
その結果を表１及び図３に示す。図３では、圧送下水量
を上流側中継所１Ａでの平均水量１０４ｍ³/時（２５０
０m³/日÷２４時/日）に対する測定水量の比を対平均水
量比として示す。

【００４８】

【表１】 酸素ガス供給濃度 Ｈ₂Ｓ濃度（ppm） 抑制率 （mg/リットル） 最高濃度 最低濃度 平均濃度 （％） ０ ６０ ２０ ４９.８ − １８.５ １１.５ - １.０ ９８ １１.９ ３０ - ６.５ ８７ ８.５ ４０ - １２.１ ７５

【００４９】表１及び図３から明らかなように、圧送下
水中に酸素ガスを供給しない状態では時間帯によって変
動する圧送下水量にに対応して下流側中継所１Ｂでの硫
化水素濃度も６０ppm〜２０ppmと大きく変動する。これ
に対して、上流側中継所１Ａから中継所１Ｂへの下水圧
送管５内の下水中に酸素ガスを一定量で注入すると、酸
素ガス供給濃度の増加に応じて硫化水素濃度は著しく低
下するが、午前１時から７時までの時間帯及び午後３時
から午後６時までの時間帯では硫化水素が発生し、酸素
ガス供給濃度が１８.５mg/リットルでも硫化水素濃度が
10ppmを越える場合があることが分かる。

【００５０】これに対して、本発明の方法によれば、図
２に示す結果から明らかなように、通常稼働時間帯での
酸素ガス供給量を８.５mg/リットルの低濃度で注入した
場合でも、圧送水量の少ない長間欠稼働時間帯（午前３
時から６時までの時間帯及び１４時から１８時までの時
間帯）を含む２４時間の全時間帯に渡って硫化水素濃度
を１０ppm以下に抑制することができる。

【００５１】前記実施態様においては、前記圧送下水量
及び硫化水素濃度の１日の変動パターンが年間を通じて
ほぼ一定であることに着目して、圧送下水量の変動パタ
ーンに応じて供給すべき酸素ガス量を予め設定し、長間
欠稼動となる時間帯に通常稼働時間帯での酸素ガス供給
量の１.５倍の酸素ガスを圧送下の下水に注入するよう
にしているが、定量ポンプの代わりに可変ポンプを用い
た下水圧送システムにあっては、電磁弁９の代わりに流
量制御弁を用い、下水圧水量を計測し、その計測量に対
応した酸素ガスを供給するようにしても良い。

【００５２】また、実施例の下水圧送システムにおい
て、酸素ガス貯留タンク１９（容量８m³）を有する図５
に示す酸素発生装置を採用した場合（実施例）と、酸素
ガス貯留タンクの無い図４に示す酸素発生装置を採用し
た場合（改良例）の設置スペース及び消費電力の比較結
果を下表に示す。なお、日平均下水量１１０００ｍ³／
日、下水圧送管口径４００mmφ、下水圧送距離２．５k
m、下水の連続圧送時の酸素ガス注入量を１２ m³N/h、
注入時間を２０時間とし、下水の間欠圧送時の酸素ガス
注入量を１６.８ m³N/h、注入時間を２時間とし、空気
圧縮機の定格消費電力を２３.３５ｋｗとして求めた。

【００５３】

【表２】 実施例 改良例 設置スペース 長さ ６.２ m ３.７ m 幅 ３.０ m ３.０ m 面積 １８.６ m² １１.１ m² 消費電力 ５１３.７ kwh ３８０.３ kwh 実施例における消費電力 23.35ｘ(20+2)=513.7 比較例における消費電力 23.35ｘ (12/16.8)ｘ20 + 23.35ｘ2 =380.3

【００５４】表２に示す結果から明らかなように、改良
例では設置スペースが実施例の５９.７％（11.1/18.6）
で約４０％の削減でき、消費電力も７４％(380.3/513.
7)で約２６％低減できる。

【００５５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、圧送ポンプの稼動に連動して圧送下の下水中に酸素
ガスを供給し下水圧送管中での硫化水素の発生を抑制す
る方法において、圧送ポンプの稼働率が基準稼働率以下
に低下する時刻より所定時間前の時刻に圧送下水量に対
応する一定量の酸素ガスよりも過剰な酸素ガスの注入を
開始しているため、時刻が稼働率低下時刻に達したとき
には圧送管内の下水が過剰な酸素ガスを注入されている
結果、その後に圧送ポンプが長時間停止しても下水が嫌
気状態になるのを阻止することができ、硫化水素の発生
が抑制される。また、圧送下水量の変動に拘わらず常に
硫化水素濃度を１０ppm以下に抑制できるので、下水圧
送システムの腐食を防止できる。また、酸素発生装置に
於ける窒素吸着槽を少なくとも２系統に分けて稼働させ
るようにすることにより、酸素ガス貯留タンクが不要と
なり設置スペースを著しく削減できると同時に、圧縮機
の消費電力を激減させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明方法に実施に使用する下水圧送システ
ムの構成図

【図２】 本発明方法による硫化水素発生の抑制効果を
示すグラフ

【図３】 従来法による硫化水素発生の抑制効果を示す
グラフ

【図４】 本発明に係る酸素発生装置の説明図

【図５】 図１に於ける酸素発生装置の説明図

【符号の説明】

１…中継所 ２…貯留槽 ３…圧送ポンプ ４…制御装置 ５…下水圧送管 ６…酸素ガス供給ライン ７…酸素ガス供給源 ８…分岐ライン ９…電磁弁 １０…弁 １１…タイマー １２…水位センサー １３…駆動回路 １５…制御部 １６…スイッチ １７…空気圧縮機 １８…酸素ガス発生部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河村 康利 大阪府大阪市西区京町堀２丁目４番７号 中外炉工業株式会社内 (72)発明者 田村 篤 大阪府大阪市西区京町堀２丁目４番７号 中外炉工業株式会社内 Ｆターム(参考） 2D063 AA07 BA00 DC00

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧送ポンプの稼動に連動して圧送下の下
   水中に酸素ガスを注入し下水圧送管内での硫化水素の発
   生を抑制する方法において、１日を１サイクルとする圧
   送ポンプの稼働率変動パターンに基づいて基準稼働率及
   び圧送ポンプの稼働率が前記基準稼働率よりも上昇し始
   める稼働率上昇時刻と前記基準稼働率よりも低下し始め
   る稼働率低下時刻を設定する一方、前記稼働率低下時刻
   よりも所定時間前の時刻を過剰酸素供給開始時刻として
   設定し、時刻が過剰酸素供給開始時刻に達してから稼働
   率上昇時刻に達するまでの時間帯は圧送下水量に対応す
   る一定量の酸素ガスよりも過剰に酸素ガスを下水中に注
   入することを特徴とする下水圧送管中の硫化水素発生抑
   制方法。
2. 【請求項２】 空気圧縮機、並列接続された複数の吸着
   槽ユニット及び前記吸着槽ユニットの全部又は一部を一
   群として制御する少なくとも二系統の制御系を含む制御
   装置を備え、下水圧送管への所要酸素注入量に応じて一
   方の制御系を選択して前記吸着槽ユニットの全部又は一
   部を選択的に稼働させると共に、前記所要酸素注入量に
   応じた所要圧縮空気量を供給することを特徴とする酸素
   発生装置。