JP2008231745A

JP2008231745A - ポンプ制御装置

Info

Publication number: JP2008231745A
Application number: JP2007071500A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiko Nagamori; 泰彦永森; Masahiko Tsutsumi; 正彦堤; Nobuyuki Ashikaga; 伸行足利; Kyosuke Katayama; 恭介片山; Yuichi Kabasawa; 裕一椛沢
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2007-03-19
Filing date: 2007-03-19
Publication date: 2008-10-02
Anticipated expiration: 2027-03-19
Also published as: JP4728988B2

Abstract

【課題】合流式下水道におけるポンプ場の水質基準を満たす。
【解決手段】ポンプ場への流入ＢＯＤを予測し、降雨時の流入ＢＯＤが晴天時の流入ＢＯＤに復帰する水質復帰時刻を演算する流入水質予測手段2と、ポンプ場への流入水量を予測する流入水量予測手段3と、ポンプ場の運転を模擬するポンプ場運転シミュレーション機能を備えポンプ場への予測流入水量に基づき放流開始時刻、放流終了時刻、放流水量、および放流条件を出力する放流量演算手段4と、流入ＢＯＤ、放流開始時刻、放流終了時刻、および放流水量に基づき放流平均ＢＯＤを演算する放流平均水質演算手段5と、水質復帰時刻、流入ＢＯＤ、放流平均ＢＯＤ、放流開始時刻、放流終了時刻、流入水量、放流水量、放流条件に基づきポンプ起動時刻とポンプ停止時刻を決定するポンプ起動・停止時刻演算手段6と、ポンプ起動時刻、ポンプ停止時刻に基づきポンプの起動と停止を制御するポンプ制御手段7を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ポンプ場におけるポンプ制御装置に関する。

図８は従来のポンプ制御装置の概略構成を示している。

同図に示すポンプ制御装置１０１は、水位制御部１０２を備え、ポンプ場１０３に設置された水位計１０４で計測された水位値に応じてポンプ１０５，１０６の起動停止を制御して河川への放流または下水処理場への送水を制御している。

しかし、図８に示すポンプ場は、汚水と雨水を同一の配管で流して処理する合流式下水道に適用され、雨天時に汚水の一部が雨水吐き室やポンプ場から直接河川等に放流されている。このため、放流される水量、放流先の状況によっては、放流先水域の水質、生態系、水域の水の利用者の公衆衛生に大きな影響を与えることが懸念される。

平成１５年９月に改正された下水道法施行令では、合流式下水道における雨水の影響が大きい時の水質基準として「合流式下水道の各吐口からの放流水の平均ＢＯＤ（生物学的酸素要求量）は４０ｍｇ／Ｌ以下」と定められている。
特開２００３−１４７８８４号公報

しかしながら、前記水質基準を達成することは容易ではない。自然現象である降雨による雨水の影響が大きいとき、ポンプ場に流入する水量、水質の変動は大きく、一般的なポンプ場では、図８に示したように、水位に応じてポンプの起動停止を行う水位制御によって水量の変動に対応しているため、水質に関しては全く考慮されていないのが現状である。

本発明は上記事情に鑑み、合流式下水道におけるポンプ場にあっても水質基準を満たすことのできるポンプ制御装置を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために本発明は、合流式下水道におけるポンプ場のポンプ制御装置において、前記ポンプ場への流入ＢＯＤを予測し、降雨時の流入ＢＯＤが晴天時の流入ＢＯＤに復帰する水質復帰時刻を演算する流入水質予測手段と、前記ポンプ場への流入水量を予測する流入水量予測手段と、ポンプ場の運転を模擬するポンプ場運転シミュレーション機能を備え、前記ポンプ場への予測された流入水量に基づいて、放流開始時刻、放流終了時刻、放流水量、および放流条件を出力する放流量演算手段と、前記流入ＢＯＤ、放流開始時刻、放流終了時刻、および放流水量に基づいて放流平均ＢＯＤを演算する放流平均水質演算手段と、水質復帰時刻、流入ＢＯＤ、放流平均ＢＯＤ、放流開始時刻、放流終了時刻、流入水量、放流水量、放流条件に基づいてポンプ起動時刻とポンプ停止時刻を決定するポンプ起動・停止時刻演算手段と、ポンプ起動時刻、ポンプ停止時刻に基づいてポンプの起動と停止を制御するポンプ制御手段とを備えたことを特徴としている。

本発明によれば、合流式下水道におけるポンプ場にあっても水質基準を満たすことができ、従来の水位制御と比較して大幅に放流平均水質を向上させることが可能となる。

《第１実施形態》
図１は、本発明によるポンプ制御装置の第１実施形態を示すブロック図である。ここでは、ポンプ場から放流される放流水の平均ＢＯＤを４０ｍｇ／Ｌ以下にするポンプ制御装置について説明する。なお、制御対象となるポンプ場は図７に示したものと同一構成であるため、図示は省略する。

同図に示すように、このポンプ制御装置１は、流入水質予測手段２と、流入水量予測手段３と、放流量演算手段４と、放流平均水質演算手段５と、ポンプ起動・停止時刻演算手段６と、ポンプ制御手段７とを備えている。これらの各手段は、コンピュータのソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアとの連動によって実現できる。

流入水質予測手段２は、ポンプ場への流入水のＢＯＤを予測するもので、予測手法としてはシステム同定法などの公知技術を用いている。この流入水質予測手段２の予測処理によって流入ＢＯＤ（Ｃ_ＢＯＤ）が得られる。さらに、図２に示すように、晴天時のＢＯＤ（降雨による水質変動が現れる前のＢＯＤ）に対して、降雨の清掃作用によりＢＯＤが高い初期汚濁時間と、雨水による汚水の希釈作用によってＢＯＤが低い雨水希釈時間がわかり、ＢＯＤが晴天時のＢＯＤに復帰する水質復帰時刻Ｔ_２が得られる。

流入水量予測手段３は、システム同定法などの公知技術を用い、ポンプ場への流入水量Ｑ_ｉｎを予測する。

放流量演算手段４は、ポンプ場運転シミュレーション機能を含み、予測された流入水量Ｑ_ｉｎに基づき、図２に示すように、放流開始時刻Ｔ_０、放流終了時刻Ｔ_１、放流水量Ｑ_ｏｕｔ、および放流条件Ｑ_Ｌを演算する。放流条件Ｑ_Ｌとは、流入水量Ｑ_ｉｎがこの放流条件Ｑ_Ｌ以上の場合、放流を行う流入水量をいう。ポンプ場運転シミュレーション機能は、既知の水位制御によるポンプ場の挙動をシミュレーションでき、このシミュレーション機能によってこれら放流開始時刻Ｔ_０、放流終了時刻Ｔ_１、放流水量Ｑ_ｏｕｔ、および放流条件Ｑ_Ｌが得られる。

放流平均水質演算手段５は、放流開始時刻Ｔ_０から放流終了時刻Ｔ_１の間の流入ＢＯＤ（Ｃ_ＢＯＤ）と放流水量Ｑ_ｏｕｔの積の総和Δ（Ｃ_ＢＯＤ×Ｑ_ｏｕｔ）を放流水量の総和ΔＱ_ｏｕｔで除すことで放流平均ＢＯＤ（ＡＣ_ＢＯＤ）を出力する。

〔数１〕
ＡＣ_ＢＯＤ＝ Δ（Ｃ_ＢＯＤ×Ｑ_ｏｕｔ）／ΔＱ_ｏｕｔ
以上の出力値を用いてポンプ起動・停止時刻演算手段６は、ポンプ起動時刻Ｔ_３とポンプ停止時刻Ｔ_４を演算してポンプ制御手段６へ出力する。この場合、ポンプ起動・停止時刻演算手段６は、ＡＣ_ＢＯＤとＱ_ｉｎとＱ_Ｌによって、以下のようにしてポンプ起動時刻Ｔ_３とポンプ停止時刻Ｔ_４を決定する。図３に以下の（１）〜（３）の条件を整理して示す。

（１）Ｑ_ｉｎ＜Ｑ_Ｌの場合
流入水量Ｑ_ｉｎは放流条件Ｑ_Ｌを満たしていないため放流は行われない。この場合、ポンプ起動時刻Ｔ_３とポンプ停止時刻Ｔ_４は出力されない。

（２）Ｑ_ｉｎ≧Ｑ_ＬかつＡＣ_ＢＯＤ≦４０ｇｍ／Ｌの場合
流入水量は放流条件を満たすが、放流平均ＢＯＤが基準値以下であるため、ポンプ起動時刻Ｔ_３＝放流開始時刻Ｔ_０、およびポンプ停止時刻Ｔ_４＝放流終了時刻Ｔ_１とする。

（３）Ｑ_ｉｎ≧Ｑ_ＬかつＡＣ_ＢＯＤ＞４０ｍｇ／Ｌの場合
流入水量は放流条件を満たすが、放流平均ＢＯＤは基準を超えるため、放流終了時刻Ｔ_１でポンプを停止しては基準を満足できない。このため以下の方法によって時刻Ｔ_５を決定し、それをポンプ停止時刻Ｔ_４とする。

時刻Ｔ_５の決定方法を図４のフローチャートに示す。時刻Ｔ_５は放流終了時刻Ｔ_１から水質復帰時刻Ｔ_２までの値を取り、任意の定数ｎで定まる時間αを足してＡＣ_ＢＯＤを再度計算する（ステップＳ１〜Ｓ３）。これをＡＣ_ＢＯＤ≦４０ｍｇ／Ｌとなるか、もしくはポンプ停止時刻が水質復帰時刻Ｔ_２となるまで続ける（ステップＳ４，Ｓ５）。このようにして決定されたポンプ停止時刻Ｔ_４＝Ｔ_５（ステップＳ６）はポンプ制御手段７に出力される。ポンプ制御装置７は、決定された条件に基づいて放流ポンプ８の起動・停止を制御する。

このように第１実施形態によれば、流入水質予測と流入水量予測とを用いて放流量演算、放流平均水質演算を実行して放流水の平均ＢＯＤをあらかじめ得ることによって放流平均ＢＯＤの値が基準を満たすようなポンプ制御が可能となる。

特に、上記条件（３）の場合、従来の水位制御では放流時に放流平均ＢＯＤが基準を超えていたが、第１実施形態の制御では、流入水質予測手段２によって得られた、雨水の希釈作用によって流入ＢＯＤが晴天時よりも低い放流終了時刻Ｔ_１〜水質復帰時刻Ｔ_２までの時間帯に放流を延長して行うことで放流平均ＢＯＤを下げることができ、放流平均水質を基準値以下にすることが可能となる。

《第２実施形態》
図５は本発明によるポンプ制御装置の第２実施形態を示すブロック図である。なお、図１と同一構成部分には同一番号を付してその説明を省略する。

第２実施形態のポンプ制御装置１１が第１実施形態のポンプ制御装置と異なる点は、ポンプ起動・停止時刻演算手段６に代えてポンプ起動・停止時刻演算手段１２を備えると共に、ポンプ起動・停止時刻演算手段１２に上流ポンプ場の監視システムとの伝送を行う伝送手段を接続した点にある。また、ポンプ起動・停止時刻演算手段１２の条件（１）〜（３）を整理して図６に示す。

第１実施形態の制御では、Ｔ_５＝水質復帰時刻Ｔ_２が成立すると、放流平均水質が基準値を超える。これを抑制するため、ポンプ起動・停止時刻演算手段１２は図７のフローチャートに示す制御を実行する。すなわち、ポンプ起動・停止時刻演算手段１２は、Ｔ_５＝水質復帰時刻Ｔ_２となった場合（ステップＳ５）、ポンプ停止時刻Ｔ_４＝水質復帰時刻Ｔ_２とすると共に、上流ポンプ場の監視制御システムに対して放流要求信号を発信する（ステップＳ７）。これにより、上流ポンプ場が先行して放流することでポンプ場への流入水量が減少する。また、流入水量が減少するため、その分、放流水量を減少することができ、これにより放流平均ＢＯＤを低減することができる。これによって放流平均水質をより一層基準値以下にすることができるようになる。

本発明によるポンプ制御装置の第１実施形態を示すブロック図である。放流開始時刻、放流終了時刻、水質復帰時刻を示す説明図である。第１実施形態のポンプ起動・停止時刻演算手段で演算される際の条件を示す説明図である。第１実施形態のポンプ起動・停止時刻演算手段の処理を示すフローチャートである。本発明によるポンプ制御装置の第２実施形態を示すブロック図である。第２実施形態のポンプ起動・停止時刻演算手段で演算される際の条件を示す説明図である。第１実施形態のポンプ起動・停止時刻演算手段の処理を示すフローチャートである。従来からあるポンプ制御装置をポンプ場と共に示すブロック図である。

符号の説明

１，１１：ポンプ制御装置
２：流入水質予測手段
３：流入水量予測手段
４：放流量演算手段
５：放流平均水質演算手段
６，１２：ポンプ起動・停止時刻演算手段
７：ポンプ制御手段
８：放流ポンプ
１３：伝送手段

Claims

合流式下水道におけるポンプ場のポンプ制御装置において、
前記ポンプ場への流入ＢＯＤを予測し、降雨時の流入ＢＯＤが晴天時の流入ＢＯＤに復帰する水質復帰時刻を演算する流入水質予測手段と、
前記ポンプ場への流入水量を予測する流入水量予測手段と、
ポンプ場の運転を模擬するポンプ場運転シミュレーション機能を備え、前記ポンプ場への予測された流入水量に基づいて、放流開始時刻、放流終了時刻、放流水量、および放流条件を出力する放流量演算手段と、
前記流入ＢＯＤ、放流開始時刻、放流終了時刻、および放流水量に基づいて放流平均ＢＯＤを演算する放流平均水質演算手段と、
水質復帰時刻、流入ＢＯＤ、放流平均ＢＯＤ、放流開始時刻、放流終了時刻、流入水量、放流水量、放流条件に基づいてポンプ起動時刻とポンプ停止時刻を決定するポンプ起動・停止時刻演算手段と、
ポンプ起動時刻、ポンプ停止時刻に基づいてポンプの起動と停止を制御するポンプ制御手段と、
を備えたことを特徴とするポンプ制御装置。
請求項１に記載のポンプ制御装置において、
前記ポンプ起動・停止時刻演算手段は、放流時に放流平均ＢＯＤが基準値を超えると判断した場合、ポンプ停止時刻を放流終了時刻と水質復帰時刻との間で、放流平均ＢＯＤが基準値以下となる時刻に設定することを特徴とするポンプ制御装置。
請求項１に記載のポンプ制御装置において、
ポンプ起動・停止時刻演算手段は、放流平均ＢＯＤと放流水質基準との関係、および流入水量と放流条件との関係、およびこれらの関係の組合せによってポンプ起動時刻、およびポンプ停止時刻を決定することを特徴とするポンプ制御装置。
請求項１に記載のポンプ制御装置において、
ポンプ起動・停止時刻演算手段は、放流時に放流時間を水質復帰時刻まで延長しても放流平均ＢＯＤが基準値を超えると判断した場合、伝送手段に対して上流ポンプ場の監視制御システムに放流要求信号を出力するように指令することを特徴とするポンプ制御装置。