JP2008161746A

JP2008161746A - 汚濁水槽中や遊泳用水槽中の水質管理方法およびその水質管理システム

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Publication number: JP2008161746A
Application number: JP2006351302A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Tokunaga; 真彦徳永; Kenichi Tokuda; 健一得田; Masashi Mogi; 正史茂木
Original assignee: Okumura Corp
Current assignee: Okumura Corp
Priority date: 2006-12-27
Filing date: 2006-12-27
Publication date: 2008-07-17
Anticipated expiration: 2026-12-27
Also published as: JP5128810B2

Abstract

【課題】所定時間内で汚濁水槽中や遊泳用水槽中の濁り度を適切に低減できるよう汚濁水槽や遊泳用水槽の給排水量を制御して、効率的に水質管理する汚濁水槽中や遊泳用水槽中の水質管理方法およびその水質管理システムを提供する。
【解決手段】浮遊粒子によって濁りが生じる遊泳用水槽１中の遊泳用水を、吸引排水および越流水として排出し、これら排出された遊泳用水を、濾過器４で濾過した後、再度遊泳用水槽へ給水する遊泳用水循環システムによって、遊泳用水槽中の水質を管理するに際し、遊泳用水の濁りを低減すべく、遊泳用水循環システムを２４時間内の所定時間稼働させるときの、浮遊粒子を含む遊泳用水の動きを数値解析によりシミュレーションし、浮遊粒子が遊泳用水槽から遊泳用水とともに排出されることによって遊泳用水の濁りが設定濁り度以下となる給水量と吸引排水量および越流水量を算出し、遊泳用水循環システムをこれら水量で制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、浮遊粒子によって濁りが生じる汚濁水槽中や遊泳用水槽内の水質を、効率的に管理する汚濁水槽中や遊泳用水槽中の水質管理方法およびその水質管理システムに関する。

汚濁水が貯留される汚濁水槽や遊泳用水槽では、その水質管理が重要である。例えば、プールなどの遊泳用水槽中の遊泳用水は、公衆衛生上の観点から、遊離残留塩素濃度や濁度等についての水質基準が法律により規定されている。このため、該水質基準を満たすように、遊泳用水の水質を管理する必要がある。一方、施設のランニングコストを低減するために、水質管理は効率的に行う必要がある。さらに、スポーツジムのプールなどの遊泳用水槽は、営業終了後から翌日の営業開始までの限られた時間内で一定の水質にまで遊泳用水を浄化する必要があり、短時間で経済的に浄化処理を完了できるシステムが求められている。

特許文献１のプール等の循環濾過装置においては、水槽の底部に開口した吸水口からの主採水と、水槽から溢れたオーバーフロー水との２系統に分けて水槽の水を取り出し、取り出した各水はヘアーキャッチャを通過させた後、オーバーフロー水についてはサンド濾過器機を通過させたのち主採水に合流させている。オーバーフロー水が合流した主採水は循環濾過機で浄化され、その大部分がプールに直接戻されるが、その一部はさらに超精密フィルターで浄化した後プールに戻される。この循環によりプールの水質を新規な水道水と同レベルまで浄化し、新規な水の補給を減らし補給費用や水温調整のための燃料費を節約するようにしている。
特公平０４−３４４４２号公報

特許文献１では、単に遊泳用水を循環させるだけであり、どの程度遊泳用水槽内の水が浄化できているかを管理してはおらず、従ってまた必要な循環水量を管理することも出来ず不経済な水質管理システムであった。

本発明は上記従来の課題に鑑みて創案されたものであって、所定時間内で汚濁水槽中や遊泳用水槽中の濁り度を適切に低減できるよう汚濁水槽や遊泳用水槽の給水量、排水量を制御して、効率的に水質管理する汚濁水槽中や遊泳用水槽中の水質管理方法およびその水質管理システムを提供することを目的とする。

本発明にかかる汚濁水槽中の水質管理方法は、浮遊粒子によって濁りが生じる汚濁水槽中の汚濁水を、該汚濁水槽の底部に設けた排水口から吸い出される吸引排水および該汚濁水槽から溢れる越流水として排出し、これら排出された汚濁水を、濾過器で濾過した後、該汚濁水槽の側部に設けた給水口から再度当該汚濁水槽へ給水する汚濁水循環システムによって、汚濁水が循環される該汚濁水槽中の水質を管理するに際し、上記汚濁水槽中の汚濁水の濁りを低減すべく、上記汚濁水循環システムを任意の所定期間稼働させるときの稼働開始から終了までの該汚濁水槽中の、浮遊粒子を含む汚濁水の動きを数値解析によりシミュレーションし、浮遊粒子が上記汚濁水槽から汚濁水とともに排出されることによって該汚濁水槽中の汚濁水の濁りが設定濁り度以下となる給水量と吸引排水量および越流水量を算出し、上記汚濁水循環システムをこれら水量で制御することを特徴とする。

また、本発明にかかる遊泳用水槽中の水質管理方法は、浮遊粒子によって濁りが生じる遊泳用水槽中の遊泳用水を、該遊泳用水槽の底部に設けた排水口から吸い出される吸引排水および該遊泳用水槽から溢れる越流水として排出し、これら排出された遊泳用水を、濾過器で濾過した後、該遊泳用水槽の側部に設けた給水口から再度当該遊泳用水槽へ給水する遊泳用水循環システムによって、遊泳用水が循環される該遊泳用水槽中の水質を管理するに際し、上記遊泳用水槽中の遊泳用水の濁りを低減すべく、上記遊泳用水循環システムを２４時間内の任意の所定時間稼働させるときの稼働開始から終了までの該遊泳用水槽中の、浮遊粒子を含む遊泳用水の動きを数値解析によりシミュレーションし、浮遊粒子が上記遊泳用水槽から遊泳用水とともに排出されることによって該遊泳用水槽中の遊泳用水の濁りが設定濁り度以下となる給水量と吸引排水量および越流水量を算出し、上記遊泳用水循環システムをこれら水量で制御することを特徴とする。

前記遊泳用水槽中の遊泳用水の濁りのデータとして、該遊泳用水槽中の浮遊粒子の粒子径、粒子密度および個数を用いるとともに、前記設定濁り度を、該遊泳用水槽中に残存する浮遊粒子の残存個数で設定し、前記シミュレーションが、前記給水量と前記吸引排水量および前記越流水量を適宜に設定して前記遊泳用水循環システムの稼働を終了したときの上記遊泳用水槽中に残存する浮遊粒子の残存個数を数値解析により算出するステップと、
上記設定濁り度以下であって浮遊粒子の残存個数が最小となる上記給水量と上記吸引排水量および上記越流水量の組み合わせを決定するステップとを含むことを特徴とする。

前記シミュレーションの濁りの初期条件が、前記遊泳用水槽全体で均等に設定されることを特徴とする。

前記シミュレーションの濁りの初期条件が、前記遊泳用水槽を深さ方向に区分した各深度で異ならせて設定されることを特徴とする。

前記吸引排水量および前記越流水量の和が、前記給水量と等しいことを特徴とする。

本発明にかかる遊泳用水槽中の水質管理システムは、遊泳用水槽の底部に設けられた排水口から吸引ポンプで遊泳用水を吸引排水として排水する第１排水系と、遊泳用水槽から溢れる遊泳用水を越流水として排水する第２排水系と、第１および第２排水系からの吸引排水および越流水を濾過する濾過器と、濾過器で濾過された遊泳用水を給水ポンプで圧送して、遊泳用水槽の側部に設けられた給水口から遊泳用水槽内へ再度給水する給水系とを有する遊泳用水循環システムと、上記遊泳用水槽中の遊泳用水の濁りを低減すべく、上記遊泳用水循環システムを２４時間内の任意の所定時間稼働させるときの稼働開始から終了までの該遊泳用水槽中の、浮遊粒子を含む遊泳用水の動きを数値解析によりシミュレーションし、浮遊粒子が上記遊泳用水槽から遊泳用水とともに排出されることによって該遊泳用水槽中の遊泳用水の濁りが設定濁り度以下となる給水量と吸引排水量および越流水量を算出し、上記遊泳用水循環システムをこれら水量で制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。

本発明にかかる汚濁水槽中や遊泳用水槽中の水質管理方法およびその水質管理システムにあっては、所定時間内で汚濁水槽中や遊泳用水槽中の濁り度を適切に低減できるよう汚濁水槽や遊泳用水槽の給水量、排水量を制御して、効率的に水質管理することが可能となる。

以下に、本発明にかかる汚濁水槽中や遊泳用水槽中の水質管理方法およびその水質管理システムの好適な一実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。本実施形態にかかる遊泳用水槽中の水質管理システムは基本的には、図１から図３に示すように、遊泳用水槽１と、遊泳用水槽１の底部に設けられた排水口２と、排水口２から吸引ポンプＰ１で遊泳用水を吸引排水として吸い出す第１排水系Ｄ１と、遊泳用水槽１の両側部の上縁１ａから溢れる遊泳用水を越流水として排水する第２排水系Ｄ２と、第１排水系Ｄ１および第２排水系Ｄ２からの吸引排水および越流水を濾過する濾過器４と、濾過器４で濾過された遊泳用水を給水ポンプＰ２で圧送して、遊泳用水槽１の側部に設けられた給水口５から遊泳用水槽内へ再度給水する給水系Ｓからなる遊泳用水循環システムと、遊泳用水槽１中の、浮遊粒子を含む遊泳用水の動きを数値解析によりシミュレーションし、浮遊粒子が遊泳用水槽１から遊泳用水とともに排出されることによって遊泳用水槽１中の遊泳用水の濁りが、設定濁り度以下となる給水量Ｑ１と吸引排水量Ｑ２および越流水量Ｑ３を算出するための演算装置６と、演算装置６により算出された給水量Ｑ１と吸引排水量Ｑ２および越流水量Ｑ３により、遊泳用水循環システムの水量を制御する制御装置７とから構成される制御手段８とを備える。

本実施形態における、遊泳用水槽１は平面視長方形に形成されている。遊泳用水槽１の底面の中央部には、遊泳用水槽１の長手方向に沿って、遊泳用水槽１内の遊泳用水を吸引して排水する排水口２が複数設けられている。排水口２には、吸引した排水を濾過器４まで導く吸引排水管１０が接続されている。吸引排水管１０の各排水口２への接続部近傍には、制御装置７からの制御信号を受けて各排水口２からの吸引排水量Ｑ２を制御するための排水流量調整弁１１が、各排水口２に対応させて設けられている。吸引排水管１０の排水流量調整弁１１と濾過器４との間には、制御装置７からの制御信号を受けて、遊泳用水槽１内の水を吸引して、濾過器４へ圧送するための吸引ポンプＰ１が設けられている。本実施形態においては吸引排水管１０と排水流量調整弁１１および吸引ポンプＰ１とにより、第１排水系Ｄ１が形成されている。第１排水系Ｄ１では、遊泳用水槽１の遊泳用水が吸引排水として、吸引排水管１０と吸引ポンプＰ１により、排水口２から排水流量調整弁１１を通り濾過器４へと圧送される。

遊泳用水槽１の幅方向両側面の上縁１ａには、上縁１ａに沿って、遊泳用水槽１から溢れる越流水を受ける側溝１２が設けられている。側溝１２底部には、越流水口１３が複数設けられている。越流水口１３には、重力排水方式により、越流水を還水槽１５まで導く越流水管１４が接続されている。越流水管１４が接続される還水槽１５には、越流水が貯留されるとともに、水道水等による補給水を補充する補給水管１５ａと余剰水を排出するオーバーフロー管１５ｂが設けられている。還水槽１５には、還水槽１５内の越流水を濾過器４へ圧送するための越流水圧送管１６が接続されている。越流水圧送管１６には、還水槽１５内の越流水を濾過器４に圧送する越流水圧送ポンプＰ３が設けられている。本実施形態では、遊泳用水槽１の上縁１ａ、側溝１２、越流水口１３、越流水管１４、還水槽１５、越流水圧送管１６および越流水圧送ポンプＰ３により第２排水系Ｄ２が形成され、遊泳用水槽１からの越流水は、越流水管１４により、側溝１２の越流水口１３から還水槽１５へ導かれ、還水槽１５から越流水圧送管１６と越流水圧送ポンプＰ３により濾過器４へ圧送されている。

濾過器４は、圧送されてきた吸引排水および越流水を遊泳用水槽１の給水として再利用するために浮遊粒子等の除去を行う。本実施形態における濾過器４は、排水中の浮遊粒子の除去機能の他、滅菌等の水処理機能も有している。濾過器４には、濾過器４で処理された排水を、給水として遊泳用水槽１に導く給水管２０が接続されている。給水管２０には、制御装置７からの制御信号により給水を濾過器４から遊泳用水槽１へ圧送する、給水ポンプＰ２が設けられている。給水管２０は遊泳用水槽１の側部の下方に設けられた複数の給水口５へ接続されている。各給水口５の近傍の給水管２０には、制御装置７からの制御信号により、各給水口５からの給水量を制御するための給水流量調整弁２１が、各給水口５毎に設けられている。本実施形態の給水系Ｓは、給水管２０、給水ポンプＰ２、給水流量調整弁２１および給水口５により形成されている。給水系Ｓでは、濾過器４で濾過された給水が、給水管２０と給水ポンプＰ２により、濾過器４から遊泳用水槽１へ圧送される。

本実施形態における吸引ポンプＰ１、給水ポンプＰ２、越流水圧送ポンプＰ３、排水流量調整弁１１および給水流量調整弁２１には、制御装置７からの制御信号線２２が接続されている。制御装置７は、演算装置６からの給水量Ｑ１や吸引排水量Ｑ２データに基づき、上記各機器の作動状態を制御する機能を有しており、制御信号線２２により上記各機器へ制御信号を伝送している。制御信号線２２により伝送された制御装置７からの制御信号により、給水ポンプＰ２の回転数および給水流量調整弁２１の開度が制御されて、遊泳用水槽１へ供給される水量が給水量Ｑ１に制御される。同様に制御信号線２２により伝送された制御装置７から制御信号により、吸引ポンプＰ１の回転数および排水流量調整弁１１の開度が制御されて、遊泳用水槽１から吸い出される排水量が吸引排水流量Ｑ２に制御される。本実施形態における遊泳用水槽１の吸引排水量Ｑ２および越流水量Ｑ３の和は、給水量Ｑ１と等しくなるように、制御装置７により各上記各機器が制御されることが好ましい。吸引排水量Ｑ２と越流水量Ｑ３との和が、給水量Ｑ１と等しくなる場合には、制御信号線２２により伝送された制御装置７からの制御信号により、越流水圧送ポンプＰ３の回転数が制御され、越流水圧送ポンプＰ３の圧送水量は、給水量Ｑ１と吸引排水量Ｑ２との差、すなわち越流水量Ｑ３（Ｑ１−Ｑ２＝Ｑ３）と等しくなるよう制御される。

制御装置７はデータ送信線２３により演算装置６に接続されている。本実施形態における演算装置６はパソコンで構成されている。パソコンは入力装置のキーボードやマウス、表示装置のディスプレイ、演算・記録装置を格納する本体により構成されている。本体には出力用端子が設けられており、出力用端子にはデータ送信線２３が接続されている。演算装置６では、本体にインストールされた数値解析によるシミュレーション用プログラムにより、本水質管理システム稼働時間Ｔ内における遊泳用水槽１の浮遊粒子の動きをシミュレーションして、遊泳用水槽１から排出される浮遊粒子を予測し、遊泳用水槽１の濁り度を設定された濁り度以下とするための給水量Ｑ１、吸引排水量Ｑ２および越流水量Ｑ３を算出する。算出された給水量Ｑ１と吸引排水量Ｑ２および越流水量Ｑ３のデータは、データ送信線２３により制御装置７へ送信される。本実施形態における制御手段８は、演算装置６が算出データを制御装置７に送信し、制御装置７が各機器へ制御信号を送信することで、遊泳用水循環システムの流量を制御する機能を有している。

以上説明した本実施形態にかかる遊泳用水槽中の水質管理システムを利用した水質管理方法について説明する。本実施形態の遊泳用水槽１中の水質管理方法は、大きく前段と後段に分かれる。前段では、遊泳用水の動きを数値解析によりシミュレーションして、濁り度を設定値以下にするために最適な、給水量Ｑ１と吸引排水量Ｑ２、越流水量Ｑ３を求める。後段では、求められた給水量Ｑ１と吸引排水量Ｑ２、越流水量Ｑ３に基づいて各装置を制御する。

前段は、図４から図６に示すように、シミュレーション条件入力段階、シミュレーションによる排出浮遊粒子数および流量算出段階、最適流量決定段階および最適流量出力段階の４段階で構成される。

本実施形態の、シミュレーション条件入力段階においては、まずステップＳ０１において遊泳用水槽１の条件の入力と算出を行う。遊泳用水槽の形状データを長さＬ（ｍ）、幅Ｗ（ｍ）、水深Ｄ（ｍ）で入力し、遊泳用水槽１の遊泳用水容量Ｇ（ｍ³）を算出する。水深Ｄは遊泳用水槽１の底面から幅方向側面上縁１ａまでの寸法を入力する。

次いで、ステップＳ０２において、本水質管理システムの稼働時間Ｔを入力する。稼働時間Ｔは、数値解析によりシミュレーションを行う解析時間のデータとなる。本実施形態における稼働時間Ｔは、遊泳用水槽１の使用状況を検討の上、２４時間内の任意の時間を設定する。本実施形態では、遊泳用水槽１を使用していない夜間から翌朝の時間で稼働時間Ｔを設定する（図４参照）。

ステップＳ０３において遊泳用水槽内の浮遊粒子の条件を入力する。遊泳用水槽１中の水のサンプリングによるデータや、既存データが存在する場合はそれらを利用して、遊泳用水槽１中に浮遊する粒子の実体に近い値を、浮遊粒子のデータとして入力する。本実施形態おいて、浮遊粒子は、その密度により重粒子、軽粒子の２種類に分けて入力する。重粒子と軽粒子の区分は、水中で浮上しやすい粒子を軽粒子、水中で沈降しやすい粒子を重粒子とする。本実施形態における、浮遊粒子の入力データは、その重軽粒子径ｄ（ｍ）、重粒子密度ρｈ（ｋｇ／ｍ³）、軽粒子密度ρｌ（ｋｇ／ｍ³）である。なお、浮遊粒子の分け方は、密度を指標とした重粒子、軽粒子に限定されるものではない。例えば、密度を基準として重粒子、中粒子、軽粒子のように細分化しても良いし、粒子径などの他の観点から分けても良い。さらに、それらを組み合わせて分けても良い。

次のステップＳ０４において、遊泳用水槽１内の濁り度の初期条件として、遊泳用水中における浮遊粒子の分布状況を入力する。遊泳用水槽１内の浮遊粒子の分布状況は、遊泳用水槽１内の水のサンプリング等により実情に近い分布状況を設定することが望ましい。
本実施形態では、図３に示すように、遊泳用水槽１をその深さ方向のほぼ中央で２領域に区分し、上部、下部に分けて浮遊粒子の分布状況を入力する。本実施形態においては、遊泳用水槽１上部における上部浮遊重粒子数をＫｈｈ（個）と上部浮遊軽粒子数Ｋｌｈ、および遊泳用水槽１下部における下部浮遊重粒子数Ｋｈｌ（個）と下部浮遊軽粒子数Ｋｌｌ（個）を入力し、遊泳用水槽１全体における総浮遊粒子数Ｋｔ（個）は、これらの入力粒子数の合計値として算出する。上記で入力した重軽粒子径ｄ、重粒子密度ρｈ、軽粒子密度ρｌ、および、上部浮遊重粒子数Ｋｈｈ、上部浮遊軽粒子Ｋｌｈ、下部浮遊重粒子数Ｋｈｌ、下部浮遊軽粒子数Ｋｌｌ、総浮遊粒子数Ｋｔを遊泳用水槽１の濁り度のデータとして用いる。なお、遊泳用水槽１全体を１領域として、総重粒子数（Ｋｈｈ＋Ｋｈｌ）と総軽粒子数（Ｋｌｈ＋Ｋｌｌ）を遊泳用水槽１の深さ方向で比例配分しても良い。すなわち、重粒子数を遊泳用水槽１の深さ方向の位置に比例させて分布数を多くし、遊泳用水槽１の底部に近いほど多くし、軽粒子数の数は逆に遊泳用水槽１内の水面に近いほど多くする。また、遊泳用水槽１を水平方向で複数領域に区分してしても良い。

次いで、ステップＳ０５において本水質管理システムのＴ時間稼働後に遊泳用水槽１中に残存する浮遊粒子の許容残存個数を設定残存浮遊粒子数Ｋｓｓ（個）として入力する。設定残存浮遊粒子数Ｋｓｓは、遊泳用水槽１の水質管理目標とする設定濁り度のデータとして用いる。本実施形態における「濁り度」は水質基準における「濁度」と同義である。「設定濁り度」と「設定残存浮遊粒子数Ｋｓｓ」との対応関係は、予め「濁り度」の異なる遊泳用水槽１内の水を、深さ方向、水平方向の異なる複数箇所でサンプリングし、「濁り度」と「残存浮遊粒子数」の相関関係を求め、その相関関係から設定する。また、設定残存浮遊粒子数Ｋｓｓは重粒子、軽粒子毎に定めても良い。さらに、濁り度の主要因である重粒子のみ残存個数を、設定残存浮遊粒子数Ｋｓｓとしてもよい。

ステップＳ０６において給排水口２、５の条件を入力する。給水口５の断面積ｓｉ（ｍ²）と個数ｗｉ（個）、排水口２の断面積ｓe（ｍ²）と個数ｗe（個）を入力する。また、遊泳用水槽１における給排水口２、５の設置位置データも必要に応じて入力する。

なお、ステップＳ０６における入力データを変更しながらシミュレーションした場合には、遊泳用水槽１内の浮遊粒子を効率的に排出する水流を発生させることが可能な、給水口５や排水口２の配置等を検討することが出来る。

ステップＳ０７において遊泳用水槽１水の初期値循環回数Ｒを入力する。本実施形態における循環回数Ｒは１日（２４時間）で遊泳用水槽１の水が何回入れ替わるかを数値で入力する。遊泳用水槽１内の水の循環回数Ｒ（回／日）は、遊泳用水槽１への給水量Ｑ１（ｍ³／ｓｅｃ）を決定するためのデータとなる。

次に、数値解析によるシミュレーションを利用した排出浮遊粒子数および流量算出段階へ移行する。ステップＳ０８において、遊泳用水槽１への給水量Ｑ１（ｍ³／ｓｅｃ）を算出する。本実施形態における給水量Ｑ１は、遊泳用水槽１への一日あたりの総給水量Ｑｄ（ｍ³／日）から、Ｑ１＝Ｑｄ／（２４＊６０＊６０）により算出する。総給水量Ｑｄは遊泳用水容量Ｇ（ｍ³）と循環回数Ｒ（回／日）との積により算出される。給水量Ｑ１の計算において１日あたりの循環回数Ｒ（回／日）を用いることにより、２４時間一定量で給水する場合の給水量Ｑ１が算出される。従って、初期値の循環回数Ｒから初期値の給水量Ｑ１が算出される。給水量Ｑ１を２４時間一定量とすることで、遊泳用水槽１の循環装置を定常に運転でき装置寿命が長くなる等の利点がある。

なお、給水量Ｑ１を、循環回数Ｒからの計算により求めるのではなく、本水質管理システムの稼働時間Ｔ内における給水量Ｑ１として直接入力しても良い。この場合、本水質管理システム稼働時間内の給水量Ｑ１を、本水質管理システムが稼働していない時間帯の遊泳用水槽１への給水量とは異なる水量で入力することが出来、例えば本水質管理システムの稼働時間Ｔが短時間に限定される場合の水質管理に対応できる。

ステップＳ０９においては遊泳用水槽１からの総排水量に占める吸引排水量の割合を吸引排水量割合Ｂｒ（％）とし、その値をｎ（％）とする。ｎの初期値は自動的に「０」に設定される。ｎは０％から１００％まで、１％刻みで増加され、各ｎの値につて順次シミュレーションされる。

ステップＳ１０において、本水質管理システム稼働中の各排水量Ｑ２，Ｑ３の初期値を算出し、給水口５、排水口２における流速を算出する。本実施形態において、給水量Ｑ１は吸引排水量Ｑ２と越流水越流水量Ｑ３の和（Ｑ１＝Ｑ２＋Ｑ３）である。従って、吸引排水量Ｑ２（ｍ³／ｓｅｃ）はＱ２＝Ｑ１＊０．０１ｎにより算出され、越流水越流水量Ｑ３（ｍ³／ｓｅｃ）はＱ３＝Ｑ１−Ｑ２により算出される。算出された給水量Ｑ１と、給水口５の断面積ｓｉおよび個数ｗｉから給水口５における給水口流速Ｖｉ（ｍ／ｓｅｃ）が算出される（Ｖｉ＝Ｑ１／（ｓｉ＊ｗｉ））。また、吸引排水量Ｑ２と、排水口２の断面積ｓｅおよび個数ｗｅから、排水口２における吸引排水口流速Ｖｅ（ｍ／ｓｅｃ）が算出される（Ｖｅ＝Ｑ２／（ｓｅ＊ｗｅ））。これらの数値は、数値解析による浮遊粒子の遊泳用水槽１内における動きのシミュレーションに利用される。

次にステップＳ１１に移行し、数値解析によるシミュレーションを実行する。シミュレーションは、演算装置６にインストールされた数値解析によるシミュレーション用プログラムを利用して、遊泳用水槽１内の浮遊粒子の動きをシミュレートする。本実施形態においては、数値解析によるシミュレーション用プログラムとして、市販されている汎用の流体解析用の数値解析プログラム、例えば「ＳＴＲＥＡＭ」（商品名）等のソフトウエアを使用する。数値解析プログラムを用いたシミュレーションを実施するために、遊泳用水槽１全体を解析領域としてＸＹＺ方向に分割し、解析領域を複数のセルに分割する。浮遊粒子は遊泳用水槽１上部の重粒子数Ｋｈｈ、および軽粒子数Ｋｌｈを、遊泳用水槽１上部の各セルに均等に配分する。同様に遊泳用水槽１下部の重粒子数Ｋｈｌ、および軽粒子数Ｋｌｌを遊泳用水槽１下部の各セルに均等に配分する。配分された各粒子の位置を解析領域の座標値で特定する。また、給水口５、排水口２の位置を面として解析領域の座標値で特定する。また、越流水については、遊泳用水槽１水が溢れ出る遊泳用水槽１の幅方向側面の上縁１ａを座標値として特定する。

本実施形態における浮遊粒子のシミュレーションは、汎用の数値解析プログラムにより行われるが、その解析は一般的に、質量保存則、ナビエ・ストークス方程式を利用した有限要素法等を用いて遊泳用水槽１内の水の動きを数値解析し、それに併せて、その水中での浮遊粒子の位置を、水中の粒子追跡の基本式Ｍｐａ＝Ｆｐ＋Ｆｇ、により求める。前記式中、Ｍｐａ：粒子の質量、Ｆｐ：粒子が流体から受ける抗力、Ｆｇ：粒子が受ける重力、Ｆｐ＝Ｃｄ＊（１／２）＊Ｖ²、Ｃｄ：抵抗係数、Ｖ：流速である。浮遊粒子の遊泳用水槽１内における位置は、解析領域内の座標値として与えられる。上記解析を稼働時間内０からＴ（ｈ）間の各経過時間（ｓｅｃ）ごとに行い、流体中の浮遊粒子の動きを追跡する。該経過時間は解析時間と解析精度を考慮して予め設定しておく。遊泳用水槽１から排出された浮遊粒子の数は、ある経過時間における浮遊粒子の位置と、次の経過時間後における浮遊粒子の位置を結ぶ線が、排水口２の面と交差し、または、遊泳用水槽１の幅方向側面の上縁１ａの線と交差した場合に、その粒子は排出されたと判定し、排出されたと判定された粒子の数を積算する。

この積算により、算出時の吸引排水量割合Ｂｒ＝ｎの場合の、吸引排水により排出された浮遊粒子数の積算値をＫｏｕｔｅ（ｎ）（個）、越流水により排出された浮遊粒子数の積算値をＫｏｕｔｏ（ｎ）（個）として、残存浮遊粒子数Ｋｒ（ｎ）（個）をＫｒ＝Ｋｔー（Ｋｏｕｔｅ＋Ｋｏｕｔｏ）で算出する。

本実施形態ではステップＳ１０とステップＳ１１により、吸引排水量Ｑ２および越流水量Ｑ３を適宜に設定して遊泳用水循環システムの稼働を終了したときの遊泳用水槽１中に残存する浮遊粒子の残存個数が、浮遊粒子数Ｋｒとして数値解析により算出されている。

ステップＳ１２において、吸引排水両割合ｎ、吸引排水により排出された浮遊粒子数の積算値Ｋｏｕｔｅ（ｎ）、越流水により排出された浮遊粒子数の積算値Ｋｏｕｔｏ（ｎ）残存浮遊粒子数Ｋｒ（ｎ）の値および給水量Ｑ１、吸引排水量Ｑ２、越流水量Ｑ３の値を保存する。

続くステップＳ１３で、吸引排水量割合Ｂｒの値ｎを比較しｎ≧１００％でない場合、ステップＳ１４でｎの値を１％増加させた後、ステップＳ１０からステップＳ１２までを繰り返す。ｎ≧１００の場合、ステップＳ１５へ移行し、シミュレーションによる排出浮遊粒子数および流量算出段階を終了する。なお、ｎの値の増加量は１％に限定されず、解析時間と解析精度を考慮して値を定めてもよい。

ステップＳ１５において、保存した残存浮遊粒子数Ｋｒ（ｎ）の中から最小値であるＫｒ（ｍｉｎ）を抽出する。次にステップＳ１６において、抽出された残存浮遊粒子数Ｋｒ（ｍｉｎ）と設定残存浮遊粒子数Ｋｓｓ（個）との比較を行う。比較においてＫｒ（ｍｉｎ）≦Ｋｓｓであれば、設定濁り度を達成したものとしてステップＳ１８へ進む。Ｋｒ（ｍｉｎ）≦Ｋｓｓとならない場合は設定濁り度は未達成としてステップＳ１７へ進む。

ステップＳ１７で循環回数Ｒを０．１増加させた後、ステップＳ０８からステップＳ１６を繰り返す。これら手順により、給水量Ｑ１を適宜に設定しながら濁り度を低減させるための適切な給水量Ｑ１を算出するシミュレーションが実施される。なお、循環回数Ｒの増加量は０．１（回／日）に限定されるものではなく、演算装置６による解析時間等を考慮して定めればよい。例えば、循環回数Ｒの初期値に対する一定割合を、上記増加量として用いてもよい。

本実施形態では、入力した循環回数Ｒでは設定残存浮遊粒子数Ｋｓｓを満足できない場合に限り、循環回数Ｒを０．１（回／日）増加させて再計算させる手順としている。すなわち、遊泳用水の浄化費用を増加させる給水量Ｑ１の増加を抑え、浄化費用をあまり増加させない吸引排水量Ｑ２を優先的に調整することで、濁り度を管理している。このため、経済的なシステム運転を実現しながら、設定濁り度（設定残存浮遊粒子数Ｋｓｓ以下）が達成可能な給水量Ｑ１、吸引排水量Ｑ２を求めることが出来る。

最適流量決定段階では、ステップＳ１８において、最少残存浮遊粒子数Ｋｒ（ｍｉｎ）と、その際の、給水量Ｑ１（ｍｉｎ）と吸引排水量Ｑ２（ｍｉｎ）と越流水量Ｑ３（ｍｉｎ）を最適流量としての、給水量Ｑ１と吸引排水量Ｑ２と越流水量Ｑ３として決定する。

本実施形態では、ステップＳ１５、ステップＳ１６、ステップＳ１７およびステップＳ１８により、設定濁り度以下であって浮遊粒子の残存個数Ｋｒが最小となる給水量Ｑ１と吸引排水量Ｑ２および越流水量Ｑ３の組み合わせが決定されている。

最適流量出力段階のステップＳ１９において、最適な流量としての給水量Ｑ１、引排水量Ｑ２、越流水量Ｑ３のデータを制御装置７へ出力する。

本実施形態における遊泳用水槽中の水質管理方法の後段では、演算装置６からの最適流量としての給水量Ｑ１、引排水量Ｑ２、越流水量Ｑ３の各データにより、各ポンプＰ１、Ｐ２、Ｐ３の回転数と、流量調整弁１１、２１の開度を制御装置７で制御する。各ポンプＰ１、Ｐ２、Ｐ３の制御方法は、例えばインバーターを利用した回転数制御等である。また、遊泳用水槽１中の遊泳用水中の浮遊粒子を排出しやすい水流が発生するように、使用する給水口５と排水口２の配置や、流速を、各流量調整弁１１、２１の開度で調整することも可能である。

以上説明した本実施形態にかかる遊泳用水槽中の水質管理方法および水質管理システムにあっては遊泳用水槽１と、遊泳用水槽１の底部に設けられた排水口２と、排水口２から吸引ポンプＰ１で遊泳用水を吸引排水として排水する第１排水系Ｄ１と、遊泳用水槽１の両側部の上縁１ａから溢れる遊泳用水を越流水として排水する第２排水系Ｄ２と、第１排水系Ｄ１および第２排水系Ｄ２からの吸引排水および越流水を濾過する濾過器４と、濾過器４で濾過された遊泳用水を給水ポンプＰ２で圧送して、遊泳用水槽１の両側部に設けられた給水口５から遊泳用水槽１内へ再度給水する給水系Ｓからなる遊泳用水循環システムと遊泳用水槽１中の、浮遊粒子を含む遊泳用水の動きを数値解析によりシミュレーションし、浮遊粒子が遊泳用水槽１から遊泳用水とともに排出されることによって、遊泳用水槽１中の遊泳用水の設定濁り度としての設定残存浮遊粒子数Ｋｓｓ以下となる給水量Ｑ１と吸引排水量Ｑ２および越流水量Ｑ３を算出するための制御手段８とを備えているため、遊泳用水槽１内の濁りを除去するために適切な給水量Ｑ１、吸引排水量Ｑ２により遊泳用水槽１の水を循環させることが出来、遊泳用水槽１の水の濁りを経済的に適切に、設定した濁り度以下にすることが出来る。また、遊泳用水槽１の底部に複数の排水口２を設け、側部に複数の給水口５を設けているため、遊泳用水槽１全体に適切な水流を発生させることが出来、給水量Ｑ１、吸引排水量Ｑ２による、濁り度の低減が容易に実現できる。

遊泳用水槽１中の遊泳用水の濁りを低減するために、遊泳用水循環システムを２４時間内の任意のＴ時間稼働させるときの稼働開始から終了までの遊泳用水槽１中の、浮遊粒子を含む遊泳用水の動きを数値解析によりシミュレーションし、浮遊粒子が遊泳用水槽１から遊泳用水とともに排出されることによって遊泳用水槽１中の遊泳用水の濁りが設定濁り度以下となる給水量Ｑ１と吸引排水量Ｑ２および越流水量Ｑ３を算出し、遊泳用水循環システムをこれら水量で制御しているため、遊泳用水槽１の使用状況を加味した時間内で、適切に遊泳用水槽１の水の濁り度を低減できる。また、濁り度を低減させるための適切な給水量Ｑ１と吸引排水量Ｑ２および越流水量Ｑ３による遊泳用水槽１の循環水量が設定できるため、濁り度管理のために無駄に水の循環回数Ｒすなわち給水量Ｑ１を増やさなくても済み、経済的な水質管理が出来る。さらに、数値解析によるシミュレーションにより、濁り度を小さくするための適切な給水量Ｑ１と吸引排水量Ｑ２および越流水量Ｑ３が容易に算出でき遊泳用水槽１の水質管理が省力化される。

遊泳用水槽１中の遊泳用水の濁りのデータとして、遊泳用水槽１中の重粒子、軽粒子の重軽粒子径ｍ、各粒子密度ρｈ、ρｌおよび各個数Ｋｈｈ、Ｋｈｌ、Ｋｌｈ、Ｋｌｌを用いるとともに、管理目標とする設定濁り度を、遊泳用水槽１中に残存する浮遊粒子の設定残存粒子数Ｋｓｓで設定し、濁り度を低減させるための適切な給水量Ｑ１と吸引排水量Ｑ２および越流水量Ｑ３を算出するシミュレーションにおいて、給水量Ｑ１と吸引排水量Ｑ２および越流水量Ｑ３を適宜に設定して遊泳用水循環システムの稼働を終了したときの遊泳用水槽１中に残存する浮遊粒子の残存個数Ｋｒを数値解析により算出するステップＳ０８からステップＳ１７と、設定濁り度（設定残存粒子数Ｋｓｓ）以下であって浮遊粒子の残存個数Ｋｒが最小となる給水量Ｑ１と吸引排水量Ｑ２および越流水量Ｑ３の組み合わせを決定するステップＳ１５、ステップＳ１６、ステップＳ１７およびステップＳ１８とを含んでいるため、濁り度を遊泳用水槽１内の残存浮遊粒子数Ｋｒおよび設定残存浮遊粒子数Ｋｓｓで判断でき、パソコンで操作可能な一般的な汎用流体解析プログラムを利用したシミュレーションが可能となり、濁り度を低減させるために適切な給水量Ｑ１と吸引排水量Ｑ２および越流水量Ｑ３を経済的、かつ容易に設定出来るようになる。このため、広汎な遊泳用水槽への応用が可能となる。

本実施形態においては、遊泳用水槽１を深さ方向に２区分しているため、濁り度としての浮遊粒子数を重粒子数Ｋｈｈ、Ｋｈｌと軽粒子数Ｋｌｈ、Ｋｌｌの分布状況を現実に近い状態で設定でき、シミュレーションの精度を高めることが出来る。このため、より効果的な給水量Ｑ１と吸引排水量Ｑ２および越流水量Ｑ３が定まり、効率的な水質管理が出来る。

本実施形態のシミュレーションにおける吸引排水量Ｑ２および越流水量Ｑ３の和が、給水量Ｑ１と等しくなるようにしたため、給水量Ｑ１と、吸引排水量Ｑ２および越流水量Ｑ３との関係が簡潔になり、算出および制御が容易になるとともに、処理後の水槽水の水質を一定に維持出来る。

本実施形態においては、遊泳用水槽１を深さ方向に２区分し、各領域毎に濁りの初期条件としての浮遊粒子数を均等に設定したが、遊泳用水槽１全体で均等に浮遊粒子数を設定しても良い。この場合、シミュレーションのための入力が簡略化できる。

上記実施形態にあっては、遊泳用水槽１中の水質管理方法および水質管理システムを例にとって説明したが、汚濁水槽１に対しても同様なステップおよび構成によって、汚濁水槽１中の水質管理方法および水質管理システムを構成することができ、具体的には、上記構成における遊泳用水槽１に代えて、汚濁水槽１を対象とし、浮遊粒子によって濁りが生じる汚濁水槽１中の汚濁水を、汚濁水槽１の底部に設けた排水口２から吸い出される吸引排水および汚濁水槽１から溢れる越流水として排出し、これら排出された汚濁水を、濾過器４で濾過した後、汚濁水槽１の側部に設けた給水口５から再度当該汚濁水槽１へ給水する汚濁水循環システムによって、汚濁水が循環される汚濁水槽１中の水質を管理するに際し、汚濁水槽１中の汚濁水の濁りを低減すべく、汚濁水循環システムを任意の所定期間、例えば数日もしくな数週間など、稼働させるときの稼働開始から終了までの汚濁水槽１中の、浮遊粒子を含む汚濁水の動きを数値解析によりシミュレーションし、浮遊粒子が汚濁水槽１から汚濁水とともに排出されることによって汚濁水槽１中の汚濁水の濁りが設定濁り度以下となる給水量Ｑ１と吸引排水量Ｑ２および越流水量Ｑ３を算出し、汚濁水循環システムをこれら水量で制御する。このような汚濁水槽１中の水質管理方法にあっても、上記実施形態と同様な作用・効果を奏することはもちろんである。

本発明に係る遊泳用水槽中の水質管理システムの好適な一実施形態の概要を示す図である。図１における遊泳用水槽の平面図である。図１に示す遊泳用水槽の深さ方向の区分を示す断面図である。図１に示す遊泳用水槽中の水質管理システムの稼働時間帯を示す図である。本発明に係る遊泳用水槽中の水質管理方法の好適な一実施例における給水量、吸引排水量、越流水量を定めるための手順の前半部分を示すフローチャート図である。図５に示した手順に続く後半の手順を示すフローチャート図である。

符号の説明

１遊泳用水槽
２排水口
４濾過器
５給水口
８制御手段
Ｄ１第１排水系
Ｄ２第２排水系
Ｓ給水系
Ｔ稼働時間
Ｐ１吸引ポンプ
Ｐ２給水ポンプ
Ｑ１給水量
Ｑ２吸引排水量
Ｑ３越流水量

Claims

浮遊粒子によって濁りが生じる汚濁水槽中の汚濁水を、該汚濁水槽の底部に設けた排水口から吸い出される吸引排水および該汚濁水槽から溢れる越流水として排出し、これら排出された汚濁水を、濾過器で濾過した後、該汚濁水槽の側部に設けた給水口から再度当該汚濁水槽へ給水する汚濁水循環システムによって、汚濁水が循環される該汚濁水槽中の水質を管理するに際し、
上記汚濁水槽中の汚濁水の濁りを低減すべく、上記汚濁水循環システムを任意の所定期間稼働させるときの稼働開始から終了までの該汚濁水槽中の、浮遊粒子を含む汚濁水の動きを数値解析によりシミュレーションし、
浮遊粒子が上記汚濁水槽から汚濁水とともに排出されることによって該汚濁水槽中の汚濁水の濁りが設定濁り度以下となる給水量と吸引排水量および越流水量を算出し、
上記汚濁水循環システムをこれら水量で制御することを特徴とする汚濁水槽中の水質管理方法。
浮遊粒子によって濁りが生じる遊泳用水槽中の遊泳用水を、該遊泳用水槽の底部に設けた排水口から吸い出される吸引排水および該遊泳用水槽から溢れる越流水として排出し、これら排出された遊泳用水を、濾過器で濾過した後、該遊泳用水槽の側部に設けた給水口から再度当該遊泳用水槽へ給水する遊泳用水循環システムによって、遊泳用水が循環される該遊泳用水槽中の水質を管理するに際し、
上記遊泳用水槽中の遊泳用水の濁りを低減すべく、上記遊泳用水循環システムを２４時間内の任意の所定時間稼働させるときの稼働開始から終了までの該遊泳用水槽中の、浮遊粒子を含む遊泳用水の動きを数値解析によりシミュレーションし、
浮遊粒子が上記遊泳用水槽から遊泳用水とともに排出されることによって該遊泳用水槽中の遊泳用水の濁りが設定濁り度以下となる給水量と吸引排水量および越流水量を算出し、
上記遊泳用水循環システムをこれら水量で制御することを特徴とする遊泳用水槽中の水質管理方法。
前記遊泳用水槽中の遊泳用水の濁りのデータとして、該遊泳用水槽中の浮遊粒子の粒子径、粒子密度および個数を用いるとともに、前記設定濁り度を、該遊泳用水槽中に残存する浮遊粒子の残存個数で設定し、
前記シミュレーションが、
前記給水量と前記吸引排水量および前記越流水量を適宜に設定して前記遊泳用水循環システムの稼働を終了したときの上記遊泳用水槽中に残存する浮遊粒子の残存個数を数値解析により算出するステップと、
上記設定濁り度以下であって浮遊粒子の残存個数が最小となる上記給水量と上記吸引排水量および上記越流水量の組み合わせを決定するステップとを含むことを特徴とする請求項２に記載の遊泳用水槽中の水質管理方法。
前記シミュレーションの濁りの初期条件が、前記遊泳用水槽全体で均等に設定されることを特徴とする請求項２または３に記載の遊泳用水槽中の水質管理方法。
前記シミュレーションの濁りの初期条件が、前記遊泳用水槽を深さ方向に区分した各深度で異ならせて設定されることを特徴とする請求項２または３に記載の遊泳用水槽中の水質管理方法。
前記吸引排水量および前記越流水量の和が、前記給水量と等しいことを特徴とする請求項２〜５いずれかの項に記載の遊泳用水槽中の水質管理方法。
遊泳用水槽の底部に設けられた排水口から吸引ポンプで遊泳用水を吸引排水として排水する第１排水系と、遊泳用水槽から溢れる遊泳用水を越流水として排水する第２排水系と、第１および第２排水系からの吸引排水および越流水を濾過する濾過器と、濾過器で濾過された遊泳用水を給水ポンプで圧送して、遊泳用水槽の側部に設けられた給水口から遊泳用水槽内へ再度給水する給水系とを有する遊泳用水循環システムと、
上記遊泳用水槽中の遊泳用水の濁りを低減すべく、上記遊泳用水循環システムを２４時間内の任意の所定時間稼働させるときの稼働開始から終了までの該遊泳用水槽中の、浮遊粒子を含む遊泳用水の動きを数値解析によりシミュレーションし、浮遊粒子が上記遊泳用水槽から遊泳用水とともに排出されることによって該遊泳用水槽中の遊泳用水の濁りが設定濁り度以下となる給水量と吸引排水量および越流水量を算出し、上記遊泳用水循環システムをこれら水量で制御する制御手段とを備えたことを特徴とする遊泳用水槽中の水質管理システム。