JP2019013896A

JP2019013896A - 水質管理システム及び水質管理方法

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Publication number: JP2019013896A
Application number: JP2017134380A
Authority: JP
Inventors: 聰畑中; Satoshi Hatanaka
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Environment Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Environment Co Ltd
Priority date: 2017-07-10
Filing date: 2017-07-10
Publication date: 2019-01-31
Anticipated expiration: 2037-07-10
Also published as: JP6801842B2

Abstract

【課題】本発明の課題は、水道水の水質管理において、より精度の高い水質予測を可能とし、この水質予測に基づく高度な水質管理を行うことである。【解決手段】上記課題を解決するために、浄水場又は配水池から水道管路を介して配水管網末端まで配水する配水システムに用いる水質管理システムであって、水質調整手段と、前記水道管路上に設置された流量測定手段と、を備え、前記流量測定手段で測定した流量から、前記流量測定手段よりも下流側の領域の水質を予測し、前記水質調整手段により前記流量測定手段よりも下流側の領域の水質を調整することを特徴とする水質管理システムを提供する。この水質管理システムにより、配水流量に基づき水質劣化状況を予測し、その予測結果を用いた水質制御を可能とすることで、配水管網内の水質を高度に管理可能とするという効果を奏する。【選択図】図１

Description

本発明は、水道水の水質管理システム及び水質管理方法に関する。特に、本発明は、配水流量による水質劣化予測型の水質管理システム及び水質管理方法に関するものである。

水道事業においては、浄水場で浄水された水道水は配水池に送水され、配水管網を経由して各需要者の給水栓へ配水されている。水道水の水質管理においては、水道法施行規則第１７条に基づき給水栓水における遊離残留塩素濃度を０．１ｍｇ／Ｌ以上とする必要があるため、従前から浄水場出口や配水池における残留塩素濃度を０．５〜１．０ｍｇ／Ｌとして配水が行われている。

例えば、特許文献１には、浄水池から配水池及び配水管網に順次配水する構成において、浄水池から検出した残留塩素濃度と配水池から検出した残留塩素濃度から、配水管網での必要最小限の塩素量が確保できるように塩素注入量を演算により決定し、塩素注入を行う配水中の残留塩素濃度制御装置が記載されている。また、特許文献１には、配水管網中に配水の各種水質、残留塩素濃度などを検知する配水水質モニタ局を設け、当該配水水質モニタ局は、配水の濁度、色度、残塩量、ｐＨ、紫外線吸光度、導電率、水温、水圧を測定することが記載されている。

特開平６−３２０１６６号公報

従来の水質を監視するシステムでは、配水管網末端において水質を測定し、その測定値に基づき塩素注入量を算出し、水質を監視、制御している。しかし、水質を測定するシステムを配水管網末端に直接設置することができない場合があり、配水管網末端における水質の監視、制御ができないという問題がある。

そこで、本発明の課題は、水道水の水質管理において、配水管網末端の水質を制御するための新たな水質管理システム及び水質管理方法を提供することである。

本発明者は、上記の課題について鋭意検討した結果、配水管網内における水道水の滞留時間の変化により、残留塩素濃度等の水質が変動することに着目した。そして、配水管網の上流の水道管路において流量を測定し、この測定値から配水管網内の水質を予測することにより、配水管網内の水質を高度に管理することが可能となることを見出した。
すなわち、本発明は、以下の水質管理システム及び水質管理方法である。

上記課題を解決するための本発明の水質管理システムは、浄水場又は配水池から水道管路を介して配水管網末端まで配水する配水システムに用いる水質管理システムであって、水質調整手段と、前記水道管路上に設置された流量測定手段と、を備え、前記流量測定手段で測定した流量から、前記流量測定手段よりも下流側の領域の水質を予測し、前記水質調整手段により前記流量測定手段よりも下流側の領域の水質を調整することを特徴とする。

この水質管理システムによれば、水道管路内の流量を測定する流量測定手段を設け、かつ得られた流量から流量測定手段よりも下流側の領域の水質を予測し、予測した水質の結果に基づき水質調整手段を制御して水質を管理することができる。これにより、配水管網末端の水質を測定することができない場合においても、高度な水質管理が可能となる。

更に、本発明の水質管理システムの一実施態様としては、水質調整手段は、配水システムから捨水する捨水手段であることを特徴とする。
この特徴によれば、薬剤の添加によらない水質調整手段とすることで、水質の劣化防止やコスト削減が可能となる。

更に、本発明の水質管理システムの一実施態様としては、捨水手段は、水道管路内の水圧を測定する水圧測定手段と、水道管路内の水質を測定する水質測定手段と、を備え、前記水圧測定手段及び前記水質測定手段により得られた測定結果に基づいて捨水量を制御することを特徴とする。
この特徴によれば、流量測定手段による水質予測以外にも、水質に関するデータ取得が可能な構成を加えることにより、捨水手段による捨水量をより精度高く制御することが可能となる。

更に、本発明の水質管理システムの一実施態様としては、浄水場又は配水池内の残留塩素濃度を測定する残留塩素濃度測定手段を備え、前記残留塩素濃度測定手段から得られた測定結果と、前記流量測定手段で測定した流量から、前記流量測定手段よりも下流側の領域の水質を予測することを特徴とする。
この特徴によれば、季節などの条件によって変動する浄水場又は配水池内の残留塩素濃度の変動分を加味した水質調整を行うことが可能となる。

更に、本発明の水質管理システムの一実施態様としては、前記水道管路内の水温を測定する温度測定手段を備え、前記温度測定手段により得られた測定結果と、前記流量測定手段で測定した流量から、前記流量測定手段よりも下流側の領域の水質を予測することを特徴とする。
この特徴によれば、水道管路の配設環境や外気温などにより変動しやすい水温に関するデータを取得して水質予測のパラメータに加えることにより、より精度の高い水質予測が可能となる。

また、上記課題を解決するための本発明の水質管理方法は、浄水場又は配水池から水道管路を介して配水管網末端まで配水する工程における水質管理方法であって、前記水道管路上に設置された流量測定手段により、水道管路内の流量を測定する流量測定工程と、前記流量測定工程で測定した流量から、前記流量測定手段よりも下流側の領域の水質を予測する水質予測工程と、水質調整手段により前記流量測定手段よりも下流側の領域の水質を調整する水質調整工程と、を備えたことを特徴とする。
この本発明の水質管理方法によれば、水道管路内の流量を測定する流量測定手段により得られた流量を用いて、流量測定手段よりも下流側の領域の水質を予測することで、配水管網内の滞留時間をパラメータとして用いた水質予測を行い、この予測した水質の結果に基づき、前記流量測定手段よりも下流側の領域の水質が所定の水質となるように水質調整手段を制御することにより、配水管網末端の水質を測定することができない場合においても、高度な水質管理が可能となる。

本発明によれば、浄水場又は配水池から水道管路内を介して配水管網末端まで配水するシステムにおいて、水道管路内において水質調整手段と流量測定手段とを設け、その配水流量により流量測定手段以降の水質劣化状況を予測し、予測した結果を用いた水質制御を行うことで、配水管網内の水質を高度に管理することが可能となった。

本発明の水質管理システムの構成を示す全体概略図である。本発明の第１の実施形態の水質管理システムの構成を示す全体概略図である。本発明の第１の実施形態の水質管理システムの構成の一部を示す概略図である。本発明の第２の実施形態の水質管理システムの構成を示す全体概略図である。本発明の第３の実施形態の水質管理システムの構成を示す全体概略図である。

以下に、本発明について図面を参照しながら説明する。なお、本発明の水質管理方法については、以下の水質管理システムの構成及び作動の説明に置き換えるものとする。また、この実施形態は、本発明を限定するものではない。

本発明の水質管理システムは、浄水場や配水池から配水管網を経由して各需要者の給水栓に配水される水道水の水質管理に使用される。

［水質管理システム］
図１は、本発明の水質管理システム１０の構成を示す概略図である。
本発明の水質管理システム１０は、配水池から配水管網を経由して各需要者の給水栓に配水される水道水を水質管理するものであり、図１に示すように、配水池１から配水管網２に水道管路３を介して水道水を供給する配水システムにおいて、水質調整手段２０と、流量測定手段３０と、を備えている。
なお、図１には、水道水の供給元として配水池を記載しているが、水道事業の規模によっては浄水場の浄水池から直接配水管網内に配水する構成であってもよい。

ここで、水質調整手段２０は、配水管網末端における水質を改善するための構成であり、例えば、水道水中の残留塩素濃度が法定基準を満たすように水質を調整するための構成である。水質を調整するための具体的構成としては、薬剤添加手段や捨水手段等が挙げられる。なお、水質調整手段は、配水管網２に設けてもよい。

また、水質管理システム１０は、図示しないが、残留塩素濃度測定計、水温計、ｐＨ計など、水質に関する各種データを測定する手段を設けてもよい。これらの水質パラメータを確認することにより、より高度な水質管理が可能となる。なお、水質を測定する手段は、配水池１、配水管網２、水道管路３等、いずれの位置に設けてもよい。

流量測定手段３０は、流量を計測するための流量計３１を有するものであり、水道管路３に設置されることを特徴とする。流量計３１により得られた測定値と、流量計３１の下流側の配水管網２の容積から、流量計３１の下流側流域の滞留時間が算出でき、滞留時間が長くなると水道水中の残留塩素濃度が減少することから、流量から水質の劣化についての予測が可能となる。

本発明の水質管理システム１０は、流量測定手段３０で測定した流量から求めた水質劣化の予測結果に基づき、水質調整手段２０を制御するように構成されている。これにより、配水管網末端における水質を測定することなく、配水管網２内の高度な水質管理が可能となる。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。

〔第１の実施形態〕
図２は、本発明の第１の実施形態の水質管理システム１１の構成を示す概略図である。
また、図３は、本発明の第１の実施形態の水質管理システム１１における構成の一部分を示す拡大概略図である。

本実施形態の水質管理システム１１は、図２に示すように、配水池１から配水管網２に水道管路３を介して水道水を供給する配水システムにおいて、水質調整手段２０と、流量測定手段３０と、電算部４０と、制御部５０とを備えている。

（流量測定手段）
流量測定手段３０は、水道管路３上に設けられる流量計３１を有し、水道管路３中の水道水の流量を測定するものである。流量計３１の測定値は、流量計３１の下流側流域の滞留時間を算出するための電算部４０に入力される。

さらに、流量測定手段３０は、水道水の流向が一定となる水道管路３に設置されている。
複数の分岐を伴う配水管網２における水道水の流向は、それぞれの配水管末端（給水栓）における水道使用量が常に変化し続けることから、配水管網末端近傍の配水管網２内では局所的に逆流が生じる場合がある。このような箇所で流量を測定すると、流量計３１の測定値が異常値を示すこととなる結果、実際には水質などに異常はないにもかかわらず、対応が必要となることが考えられる。そのため、流向が一定方向に安定している水道管路３に流量測定手段３０を設けることにより、正確な水質管理を実行することができる。

（電算部）
電算部４０は、流量計３１で測定された値から、流量測定手段よりも下流領域における残留塩素濃度を予測するものである。水道水中の残留塩素濃度は、滞留時間が長くなると減少することから、滞留時間から残留塩素濃度を予測することができる。そして、滞留時間は、流量計３１で測定された値と、流量計３１の下流側の配水管網２の容積から算出可能である。すなわち、電算部４０は、流量計３１で測定された値と、流量計３１の下流側の配水管網２の容積から滞留時間を算出し、次に、算出された滞留時間と、滞留時間と残留塩素濃度の低下に関する関係式から残留塩素濃度を予測するものである。なお、電算部４０は、例えば算出や予測に必要なプログラムをＣＰＵ等のプロセッサにより実行する計算装置である。

（水質調整手段）
水質調整手段２０は、水質を調整するための手段として、捨水手段２１を備えている。近年、給水人口の減少により、配水管網２及び水道管路３における水道水の滞留時間が増加している。そのため、配水管網２及び水道管路３中における残留塩素濃度の低下等の水質の劣化が生じる。捨水手段２１によれば、管理排水を行うことにより、配水管網２及び水道管路３中の水道水の水質を改善することができる。

また、捨水手段２１は、流量測定手段３０の上流側に設けられていることが好ましい。捨水手段２１が流量測定手段３０より下流側に設置されると、流量測定手段による流量値から滞留時間を算出する際に、捨水手段２１における捨水量も考慮して算出する必要がある。そのため、計算が複雑化したり、予測の正確性が低下したりするなどの原因となるおそれがある。よって、捨水手段２１を、流量測定手段３０の上流側に設けることより、配水管網２内の高度な水質管理が可能となる。

図３に示すように、第１の実施形態の捨水手段２１は、水道管路３から分岐させた排水管４に設けられている。
捨水手段２１は、排水管４に設けられた電動弁２４を有し、この電動弁２４の開閉により水道管路３の水道水を配水システム外に排出する。なお、電動弁２４は、電磁弁、エアー弁、油圧弁等の他の自動弁に置き換えることが可能である。

また、捨水手段２１は、水質測定手段２３を備えており、水質測定手段２３の測定値に基づき、電動弁２４の開閉による捨水量の制御を行う。残留塩素濃度等の水質は、気温等の環境変化等によって変動することから、捨水手段２１に水質測定手段２３を設けることにより、水道管路３の水質をより正確に管理することができる。

水質測定手段２３は、水道管路３から排水管４内に導入された水道水の水質を検出するためのものである。例えば、図３に示すように、排水管４から分岐したサンプリング管２８上に残留塩素計２６及び導電率計２７を有する。

残留塩素計２６は、水道管路３からサンプリング管２８内に導入された水道水の残留塩素濃度を検出する。例えば、残留塩素濃度が低下した際に、塩素の消毒効果が薄れて水質が低下したと判断することができる。

導電率計２７は、水道管路３からサンプリング管２８内に導入された水道水の導電率を検出する。例えば、導電率が上昇した際に、電解性の不純物が増加して水質が低下したと判断することができる。

また、捨水手段２１は、水圧測定手段２２を備えており、水圧測定手段２２の測定値に基づき、電動弁２４の開閉による捨水量の制御を行う。水圧測定手段２２は、排水管４に設けられた水圧計２５を有し、排水管４内の水圧を検出するものである。震災等により水道管路内の水漏れが生じているとき等に捨水を行うと、水道管路内の水圧が過度に低下する可能性がある。このように水道管路内の水圧が過度に低下すると、水道水を安定して供給できなくなるおそれがある。水圧測定手段２２により水圧情報をモニタリングすることにより、水道管路内の水圧の過度な低下を防止し、水道水の安定した供給を実現することができる。

（制御部）
制御部５０は、電算部４０及び水質調整手段２０内に設けられた水圧測定手段２２や水質測定手段２３などにより得られた水道管路３内の水道水に係るデータに基づき、捨水手段２１による捨水量を制御するための構成である。
図３に示すように、制御部５０は、電算部４０と、水圧測定手段２２における水圧計２５と、水質測定手段２３における残留塩素計２６及び導電率計２７に入力可能に接続されるとともに、捨水手段２１の電動弁２４に出力可能に接続される。なお、制御部５０は例えばＰＬＣ（Programmable Logic Controller）等の制御装置である。

制御部５０における制御の一例としては、流量計３１により検出された流量を用いて、電算部４０により算出される配水管網２内の滞留時間、及び水質劣化状況（残留塩素濃度の低減等）の予測に基づき、捨水手段２１の電動弁２４を開き、捨水を開始する。そして、想定される水質劣化状況が改善する程度まで捨水を行い、その後捨水を停止し、制御を終了する。なお、この際に、水質測定手段２３による実際の水質測定結果を加味して、水質劣化状況を予測するものとしてもよい。

また、制御部５０における制御の他の一例としては、水質測定手段２３における残留塩素計２６により検出された残留塩素濃度が下限値以下である場合、捨水手段２１の電動弁２４を開き、捨水を開始する。そして、水圧計２５により検出された水圧が下限値よりも大きいかを判断し、水圧が下限値よりも大きい場合には、残留塩素濃度が基準値よりも大きいかを判断する。残留塩素濃度が基準値より大きい場合には水道管路３内の水質が改善したものと判断し、捨水を停止し、制御を終了する。なお、残留塩素濃度の下限値は０．３５ｍｇ／Ｌとし、残留塩素濃度の基準値は前記下限値に所定の余裕量を加算した値であり、例えば０．４ｍｇ／Ｌとする。また、水圧の下限値は水道水を安定供給するために最低限度必要とされる水圧以上とする。

〔第２の実施形態〕
図４は本発明の第２の実施形態の水処理装置の構成を示す概略図である。
第２の実施形態の水質管理システム１２は、図４に示すように、配水池１に残留塩素濃度測定手段６０を設け、この残留塩素濃度の測定結果を、電算部４０に入力可能に接続し、水質予測のパラメータとするものである。そして、この水質予測に基づき、制御部５０に接続された捨水手段２１による捨水量を制御するものである。

したがって、水質管理システム１２では、季節などの条件によって変動する給水元（配水池１）の残留塩素濃度も水質予測のパラメータとして用いることができ、さらに水質予測精度を向上させることが可能となる。

〔第３の実施形態〕
図５は本発明の第３の実施形態の水処理装置の構成を示す概略図である。
第３の実施形態の水質管理システム１３は、図５に示すように、水道管路３内に温度測定手段７０として水温計７１を設け、この水温計７１の測定結果を、電算部４０に入力可能に接続し、水質予測のパラメータとするものである。例えば、水温が上昇した際に、水道管内の残留塩素濃度が低減して水質が低下すると判断することができる。
そして、この水質予測に基づき、制御部５０に接続された捨水手段２１による捨水量を制御するものである。

したがって、水質管理システム１３では、水道管路３の配設環境や外気温等によって変動する水温も水質予測のパラメータとして用いることができ、さらに水質予測精度を向上させることが可能となる。

なお、上述した実施形態は水質管理システムの一例を示すものである。本発明に係る水質管理システムは、上述した実施形態に限られるものではなく、請求項に記載した要旨を変更しない範囲で、上述した実施形態に係る水質管理システムを変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。

例えば、水質測定手段２３において、残留塩素濃度及び導電率を測定するものとしているが、これらに限定されるものではない。例えば、濁度、ｐＨ、色度、臭気等、水質に関するさまざまなパラメータを測定するための構成を用いてもよい。

また、制御部５０において、電算部４０、水圧測定手段２２及び水質測定手段２３から入力されたデータの数値があらかじめ設定した数値を超える異常値を示した場合や、電動弁２４の動作に異常がある場合に、異常を通知する異常通知手段を設けてもよい。なお、異常通知手段は、アラーム音を発するものであってもよいし、通信回線等を介して外部に異常を通知するものであってもよい。

本発明の水質管理システム及び水質管理方法は、水道水の水質管理に特に好適に利用することができる。

１…配水池、２…配水管網、３…水道管路、４…排水管、１０、１１、１２、１３…水質管理システム、２０…水質調整手段、２１…捨水手段、２２…水圧測定手段、２３…水質測定手段、２４…電動弁、２５…水圧計、２６…残留塩素計、２７…導電率計、２８…サンプリング管、３０…流量測定手段、３１…流量計、４０…電算部、５０…制御部、６０…残留塩素濃度測定手段、７０…温度測定手段、７１…水温計

Claims

浄水場又は配水池から水道管路を介して配水管網末端まで配水する配水システムに用いる水質管理システムであって、
水質調整手段と、前記水道管路上に設置された流量測定手段と、を備え、
前記流量測定手段で測定した流量から、前記流量測定手段よりも下流側の領域の水質を予測し、前記水質調整手段により前記流量測定手段よりも下流側の領域の水質を調整することを特徴とする、水質管理システム。
前記水質調整手段は、配水システムから捨水する捨水手段であることを特徴とする、請求項１に記載の水質管理システム。
前記捨水手段は、
水道管路内の水圧を測定する水圧測定手段と、
水道管路内の水質を測定する水質測定手段と、を備え、
前記水圧測定手段及び前記水質測定手段により得られた測定結果に基づいて捨水量を制御することを特徴とする、請求項２に記載の水質管理システム。
前記浄水場又は配水池内の残留塩素濃度を測定する残留塩素濃度測定手段を備え、
前記残留塩素濃度測定手段から得られた測定結果と、前記流量測定手段で測定した流量から、前記流量測定手段よりも下流側の領域の水質を予測することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の水質管理システム。
前記水道管路内の水温を測定する温度測定手段を備え、
前記温度測定手段により得られた測定結果と、前記流量測定手段で測定した流量から、前記流量測定手段よりも下流側の領域の水質を予測することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の水質管理システム。
浄水場又は配水池から水道管路を介して配水管網末端まで配水する工程における水質管理方法であって、
前記水道管路上に設置された流量測定手段により、水道管路内の流量を測定する流量測定工程と、
前記流量測定工程で測定した流量から、前記流量測定手段よりも下流側の領域の水質を予測する水質予測工程と、
水質調整手段により前記流量測定手段よりも下流側の領域の水質を調整する水質調整工程と、
を備えたことを特徴とする、水質管理方法。