JP4679050B2 - 合流式下水道の消毒設備 - Google Patents

Description

本発明は合流式下水道の消毒設備に関し、より詳しくは、水量および水質の変動が大きい場合でも最適な量の消毒剤を注入できるように改良された消毒設備に関する。

従来、下水道に流入した汚水は、消毒設備において消毒処理が施された後に河川や海域等に放流されている。このような汚水の消毒設備においては、消毒済みの処理水が所定の基準を満足するように消毒剤を注入している。所定の基準とは、一般的には「処理水中に含まれる大腸菌群が３，０００個／ｍＬ以下であること」と認知されている。消毒剤の注入量を増やすと消毒効果が上がって処理水中の大腸菌群は減少するが、消毒剤の過剰な注入は未反応の消毒剤が処理水と共に放流されることとなって放流水域の環境に影響を及ぼすおそれがあるため、消毒設備において汚水に注入する消毒剤の量は消毒済みの処理水が所定の基準を満足し得る必要最小限な量とする必要がある。

ところで、汚水および雨水の両方が流入する合流式下水道においては、雨天時に合流管に流入する雨水の水量および水質の変動が汚水のそれよりもはるかに大きいから、雨天時においては水量および水質の変動に対応しつつ下水に消毒処理を施さなければならない。 そこで、下記特許文献１に記載されている「合流式下水道における雨天時下水の消毒処理方法及び装置」においては、流入した下水に含まれている大腸菌群と下水の濁度とに基づいて消毒剤注入率を決定している。
また、下記特許文献２に記載されている「下水消毒システム」においては、流入した下水に含まれている大腸菌群に基づいて消毒剤注入率を決定している。
そして、これら２つの従来技術においては、決定した消毒剤の注入率を下水の流量に乗ずることによって消毒剤の注入量を決定し、水量の変動による影響を排除している。

特開２００３−１２１４３１号公報 特開２００３−１０８５７号公報

ところで、消毒処理設備において下水に消毒剤を注入してから下水が河川や海域域に放流されるまでの間に消毒剤と下水が混和可能な容積は、消毒設備の土木的構造に制限されて有限であるから、流入する下水の流量が変動すると下水と消毒剤が混和している接触時間もまた変動する。これにより、流入する下水の水量が増加すると接触時間が減少し、消毒効果の減少が予想される。

しかしながら、上述した従来技術においては、下水と消毒剤が混和している接触時間の変動が考慮されていないため、処理水が所定の基準を満足するような下水の消毒処理がなされない可能性がある。

そこで本発明の目的は、上述した従来技術が有する問題点を解消し、下水の水質および水量の変動が大きい場合においても消毒剤の最適な注入量を決定可能な消毒設備を提供し、それによって合流式下水道の雨水吐き室やポンプ場に設置される消毒設備において下水に対し適切な消毒を実施できるようにすることにある。

上記の課題を解決するための請求項１に記載した手段は、
汚水および雨水を含む下水が流入する合流式下水道の消毒設備であって、
前記下水が流入する消毒処理槽と、
前記下水を所定の基準まで消毒するために前記消毒処理槽内に消毒剤を注入する消毒剤注入装置と、
前記消毒装置から前記消毒処理槽内に注入する消毒剤の量を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記消毒処理槽に配設されたセンサから得られる前記消毒処理槽内の下水の濁度、ＳＳ値およびＵＶ値を表す信号のうちの少なくとも一つに基づいて前記消毒処理槽内の下水の有機物質濃度を演算する有機物質濃度演算手段と、
前記消毒処理槽内に消毒剤を注入してから前記下水が放流されるまでの間に前記消毒剤と下水とが混和している接触時間を演算する接触時間演算手段と、
前記有機物質濃度および前記接触時間に基づいて前記消毒処理槽内に注入する消毒剤の注入率の目標値を演算する消毒剤注入率目標値演算手段と、
前記目標値と下水の流量値および前記消毒処理槽内に注入されている消毒剤の流量値とに基づいて前記消毒剤注入装置の作動を制御する消毒剤注入率一定制御手段と、
を有し、
前記消毒剤注入率目標値演算手段は、
前記有機物質濃度演算手段より入力する有機物質濃度から、有機物質中に含まれる塩素消費物質によって消費される次亜塩素酸ナトリウム溶液中の第１の有効塩素濃度を演算するとともに、前記接触時間演算手段より入力する接触時間に基づいて必要とする下水中の第２の有効塩素濃度を演算し、これらの第１および第２の有効塩素濃度に基づいて消毒剤注入率目標値を演算することを特徴とする。

なお、前記有機物質濃度演算手段は、Ｅ_ＣＯＤを有機物質濃度、Ｍ_ＵＶをＵＶ値、Ｍ_Ｔｂを下水の濁度、Ｍ_SSをＳＳ値、ａ_１，ｂ_１，ａ_２，ｂ_２，ａ_３，ｂ_３を任意定数としたときに、次式、
Ｅ_ＣＯＤ＝ａ_１＊Ｍ_ＵＶ＋ｂ_１
Ｅ_ＣＯＤ＝ａ_２＊Ｍ_Ｔｂ＋ｂ_２
Ｅ_ＣＯＤ＝ａ_３＊Ｍ_ＳＳ＋ｂ_３
にのうちの少なくとも一つに基づいて前記有機物質濃度を演算することができる。

また、前記消毒剤注入率目標値演算手段は、Ｒ_Cl1を第１の有効塩素濃度、Ｅ_ＣＯＤを有機物質濃度、ａ_４，ｂ_４を任意定数としたときに、次の数式
Ｒ_Ｃｌ１＝ａ_４＊Ｅ_ＣＯＤ＋ｂ_４
に基づいて前記第１の有効塩素濃度を演算することができる。

さらに、前記消毒剤注入率目標値演算手段は、Ｒ_Ｃｌ２を第２の有効塩素濃度、Ｔを接触時間、ａ_５，ｂ_５を任意定数としたときに、次式、
Ｒ_Ｃｌ２＝ａ_５＊exp(-ｂ_５＊Ｔ）
に基づいて前記第２の有効塩素濃度を演算することができる。

また、請求項５に記載した手段は、請求項１乃至４のいずれかに記載した合流式下水道の消毒設備において、
前記有機物質濃度演算手段が、
前記消毒処理槽に流入する下水の水質と流量との関係を経過時間に基づいて複数の領域に区切るとともに、各領域にそれぞれ対応する複数の演算式を予め記憶するとともに、
前記複数の演算式のうち、実際に計測された下水の水質と流量との関係に対応する演算式を選択し、かつ選択した演算式に基づいて下水中の有機物質濃度を演算し、
前記複数の演算式は、Ｅ_CODを有機物質濃度、Ｍ_ＵＶをＵＶ値、Ｍ_Ｔｂを濁度、Ｍ_ＳＳをＳＳ値、ａ_１ｎ，ｂ_１ｎ，ａ_２ｎ，ｂ_２ｎ，ａ_３ｎ，ｂ_３ｎをｎ＝１，２，３，…なる任意定数としたときに、
Ｅ_ＣＯＤ＝ａ_１ｎ＊Ｍ_ＵＶ＋ｂ_１ｎ（計測された下水の水質がＵＶ値の場合）
Ｅ_ＣＯＤ＝ａ_２ｎ＊Ｍ_Ｔｂ＋ｂ_２ｎ（計測された下水の水質が濁度の場合）
Ｅ_ＣＯＤ＝ａ_３ｎ＊Ｍ_ＳＳ＋ｂ_３ｎ（計測された下水の水質がＳＳ値の場合）
で表されることを特徴としている。

また、請求項６に記載した手段は、請求項１乃至５のいずれかに記載した合流式下水道の消毒設備において、
前記接触時間演算手段が、下水を放流する放流水路に配設したセンサから得られる放流された下水の水位に基づいて前記接触時間を演算することを特徴としている。

また、請求項７に記載した手段は、請求項１乃至６のいずれかに記載した合流式下水道の消毒設備において、
前記接触時間演算手段が、前記消毒処理槽に配設したセンサから得られる前記消毒処理槽内の下水の水位の変動と、下水を放流する放流水路に配設したセンサから得られる放流された下水の水位の変動とに基づいて、前記接触時間を演算することを特徴としている。

さらに、請求項８に記載した手段は、請求項１乃至７のいずれかに記載した合流式下水道の消毒設備において、
前記消毒剤注入率目標値演算手段が、下水を放流する放流水路に配設したセンサから得られる放流された下水の残留塩素濃度に基づいて、前記消毒処理槽内に注入する消毒剤の注入率の目標値を補正することを特徴としている。

すなわち、請求項１に記載した合流式下水道の消毒設備によれば、消毒剤注入率目標値演算手段が、有機物質濃度演算手段より入力する有機物質濃度に基づき、有機物質中に含まれる塩素消費物質によって消費される次亜塩素酸ナトリウム溶液中の第１の有効塩素濃度を演算し、これを消毒剤注入率目標値に加えることができる。これにより、下水の水質が変動する場合においても、大腸菌群を所定値以下に減少させるために必要十分な量の消毒剤の注入量を正確に決定することができる。
また、消毒剤注入率目標値演算手段が、接触時間演算手段より入力する下水と消毒剤との接触時間に基づき、必要とされる下水中の第２の有効塩素濃度を演算し、これを消毒剤注入率目標値に加えることができる。これにより、下水の水量が変動する場合においても、大腸菌群を所定値以下に減少させるために必要十分な量の消毒剤の注入量を正確に決定することができる。
したがって、下水の水量および水質の変動が大きい場合においても消毒剤の最適な注入量を決定することが可能となる。

また、請求項５に記載した合流式下水道の消毒設備は、有機物質濃度演算手段が、降雨の際に時間の経過に伴って変化する下水の水質と流量との関係を経過時間に基づいて複数の領域に区切るとともに、各領域に応じて最適な演算式を選択し、かつ選択した演算式に基づいて下水中の有機物質濃度を演算するものであるから、降雨の際に流入する下水に含まれている有機物質濃度の演算値の精度を大幅に向上させることができる。

また、請求項６に記載した合流式下水道の消毒設備は、放流水路に設けた水位センサによって放流水路を流れている消毒処理水の水量を計測するとともに、計測した水位を接触時間演算手段に入力するものであるから、接触時間演算手段が演算する接触時間の精度をより向上させることができる。

また、請求項７に記載した合流式下水道の消毒設備は、消毒処理槽および放流水路に水位センサをそれぞれ設置するとともに、これらの水位センサからそれぞれ得られる水位の変動を比較することにより下水と消毒剤との接触時間を得るものであるから、接触時間演算手段が演算する接触時間の精度をさらに向上させることができる。

また、請求項８に記載した合流式下水道の消毒設備は、消毒剤注入率目標値演算手段が、消毒剤注入率一定制御手段に出力する消毒剤注入率目標値を、放流水路に設けた残留塩素濃度センサから得られる残留塩素濃度値に基づいて補正するものであるから、消毒処理水中に含まれる残留塩素濃度を低減することができる。

以下、図１乃至図５を参照し、本発明に係る合流式下水道消毒設備の制御装置の各実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明においては、同一若しくは類似の部分には同一の参照符号を用いて重複した説明を省略する。

第１実施形態
まず最初に図１を参照し、第１実施形態の合流式下水道の消毒設備１００の構成および作用効果について詳細に説明する。

図１に示したように、合流式下水道の消毒処理槽１に流入した汚水および雨水からなる下水は、消毒剤注入装置２より注入される消毒剤によって消毒された後、ポンプ３によって揚水され、放流水路４を介して消毒処理水として放流される。
消毒処理槽１には下水の濁度を計測する濁度センサ５、下水中の浮遊物質濃度（ＳＳ値）を計測するＳＳ値センサ６、下水の紫外線吸光度（ＵＶ値）を計測するＵＶ値センサ７のうちの少なくとも１つが配設されている。
さらに、ポンプ３によって揚水された消毒処理水の放流水路４の途中には、消毒剤が注入された下水の流量を計測する下水流量センサ８が配設されている。

消毒剤注入装置２は消毒剤貯留槽９、注入ポンプ１０および消毒剤流量センサ１１を有するとともに、注入ポンプ１０の作動を制御することによって消毒処理槽１に注入する消毒剤の注入量を調整することができる。
なお、消毒剤として例えば次亜塩素酸ナトリウム溶液等の塩素系消毒剤を使用することができる。

消毒剤注入装置２の注入ポンプ１０の作動を制御する制御装置１２は、有機物質濃度演算手段１３、接触時間演算手段１４、消毒剤注入率目標値演算手段１５、および消毒剤注入率一定制御手段１６を有している。

有機物質濃度演算手段１３は、消毒処理槽１に設置されている濁度センサ５、ＳＳ値センサ６、ＵＶ値センサ７のうちの少なくとも１つによってそれぞれ計測された濁度、ＳＳ値、ＵＶ値に基づいて下水中の有機物質濃度を演算し、消毒剤注入率目標値演算手段１５に出力する。

接触時間演算手段１４は、下水流量センサ８によって計測された消毒処理水の流量に基づいて下水と消毒剤との接触時間を演算し、消毒剤注入率目標値演算手段１５に出力する。

消毒剤注入率目標値演算手段１５は、有機物質濃度演算手段１３から入力する有機物質濃度と接触時間演算手段１４から入力する接触時間とに基づいて消毒剤注入率目標値を演算し、消毒剤注入率一定制御手段１６に出力する。

消毒剤注入率一定制御手段１６は、下水流量センサ８によって計測された下水の流量、消毒剤流量センサ１１によって計測された消毒剤の流量、および消毒剤注入率目標値演算手段１５から入力する消毒剤注入率目標値に基づいて、下水の単位流量あたりの消毒剤の注入率が一定となるように注入ポンプ１０の作動を制御する。
言い換えると、注入ポンプ１０が供給する消毒処理水の流量が、消毒剤注入率目標値と目標値消毒処理水の流量とを乗じた値となるように注入ポンプ１０の作動を制御する。

次に、上述した構成を有する第１実施形態の合流式下水道の消毒設備１００の作用効果について説明する。

ＵＶ値センサ７によって計測される下水の紫外線吸光度は、下水中に含まれる有機物質濃度の程度を示すものであり、ＣＯＤ（化学的酸素消費量）との相関性が高いことがよく知られている。
したがって、有機物質濃度演算手段１３は、ＵＶ値センサ７から得られるＵＶ値に基づいて有機物質濃度を演算することができ、例えば次式１によって下水の有機物質濃度を演算する。なお、Ｅ_ＣＯＤは有機物質濃度、Ｍ_ＵＶはＵＶ値、ａ_１，ｂ_１は任意定数である。
［数１］ Ｅ_ＣＯＤ＝ａ_１＊Ｍ_ＵＶ＋ｂ_１ （式１）

濁度センサ５によって計測される濁度およびＳＳ値センサ６によって計測されるＳＳ値は、それぞれ下水の濁りの程度および下水中に含まれる浮遊物質の濃度を示すものであるが、これらの計測値は有機性物質に加え無機性物質をも対象としたものである。
また、ＳＳ値は浮遊性物質のみを対象としており、溶解性の有機物質を対象としていない。
したがって、濁度およびＳＳ値と有機物質濃度との間には、上記した式１の関係式が原理的には必ずしも成り立つものではない。
しかしながら、雨天時における下水の濁度およびＳＳ値と有機物質濃度としてのＣＯＤ値との関係を複数例について計測した結果、濁度およびＳＳ値と有機物質濃度との間には相関関係があり、消毒剤注入率目標値演算手段１５が適切な消毒剤注入率目標値を出力できる程度の精度を持った有機物質濃度を濁度およびＳＳ値から推定できることが認められた。

したがって、有機物質濃度演算手段１３は、例えば以下の簡易な式２および式３に基づいて下水の有機物質濃度を演算する。
なお、式２においてＥ_ＣＯＤは有機物質濃度、Ｍ_Ｔｂは下水の濁度、ａ_２，ｂ_２は任意定数である。同様に、式３においてＥ_ＣＯＤは有機物質濃度、Ｍ_SSはＳＳ値、ａ_３，ｂ_３は任意定数である。
［数２］ Ｅ_ＣＯＤ＝ａ_２＊Ｍ_Ｔｂ＋ｂ_２ （式２）
［数３］ Ｅ_ＣＯＤ＝ａ_３＊Ｍ_ＳＳ＋ｂ_３ （式３）

接触時間演算手段１４は、下水流量センサ８によって計測された消毒剤注入後の下水の流量と、予め接触時間演算手段１４に予め記憶されている消毒処理槽１の土木構造、放流水路４の土木構造、消毒剤注入点位置等の接触時間に関連する情報に基づいて、消毒剤が注入されてから消毒処理水として放流されるまでに要する時間、すなわち下水と消毒剤とが混和し反応している接触時間を演算して出力する。

消毒剤注入率目標値演算手段１５は、有機物質濃度演算手段１３から入力する下水中のの有機物質濃度、および接触時間演算手段１４から入力する下水と消毒剤の接触時間に基づいて消毒剤注入率目標値を演算し、消毒剤注入率一定制御手段１６に出力する。
この消毒剤注入率目標値演算手段１５の演算については、以下に原理と具体例を示しながら説明する。

下水中に含まれる有機物質の中には、消毒剤と反応して化合物を形成することによって消毒剤を消費する物質が含まれている。
例えば、消毒剤として次亜塩素酸ナトリウム溶液を使用する場合、次亜塩素酸ナトリウム(NaOCl)は下水中にて次亜塩素酸(HOCl)、次亜塩素酸イオン(ClO⁻）の遊離型有効塩素、若しくは下水中のアンモニア(NH_３)が遊離型有効塩素と反応して生成されたモノクロラミン(NH_２Cl)、ジクロラミン(NHCl_２)、トリクロラミン(NCl_３)などの結合型有効塩素の形態をとる。これらの遊離型有効塩素、結合型有効塩素は共に、程度の差はあるものの消毒作用を有する。しかしながら、下水中の有機物質と遊離型有効塩素とが反応して生成した有機塩素化合物は消毒作用を有さない。
したがって、下水中に含まれる有機物質は、塩素の消費物質を含むことにより次亜塩素酸ナトリウム溶液の消毒作用を減少させる。
そこで、消毒剤注入率目標値演算手段１５は、有機物質濃度演算手段１３より入力する有機物質濃度から、有機物質中に含まれる塩素消費物質によって消費される次亜塩素酸ナトリウム溶液中の第１の有効塩素濃度を演算し、これを加味しつつ消毒剤注入率目標値を演算する。

一方、雨天時の下水に対する次亜塩素酸ナトリウム溶液の注入試験の複数例の結果から、下水中の有機物質濃度と有機物質によって消費される第１の有効塩素濃度との関係は線形的関係が成り立つという知見が得られている。
そこで、消毒剤注入率目標値演算手段１５は、例えば以下の式４に基づいて演算を実施する。なお、式４においてＲ_Cl1は有機物質によって消費される第１の有効塩素濃度、Ｅ_ＣＯＤは有機物質濃度、ａ_４，ｂ_４は任意定数である。
［数４］ Ｒ_Ｃｌ１＝ａ_４＊Ｅ_ＣＯＤ＋ｂ_４ （式４）

また、消毒剤注入率目標値演算手段１５は、下水と消毒剤との接触時間に基づいた演算も行う。
雨天時の下水と次亜塩素酸ナトリウム溶液との反応試験の複数例の結果から、接触時間が小さい場合には、接触時間が大きな場合に比較して、想定する消毒効果を得るためにはより多くの塩素の注入が必要であるという知見が得られている。
したがって、消毒剤注入率目標値演算手段１５は、接触時間演算手段１４より入力する接触時間に基づいて必要とする下水中の第２の有効塩素濃度を演算し、これを加味しつつ消毒剤注入率目標値を演算する。
そのため、消毒剤注入率目標値演算手段１５は、例えば次式５に基づいて演算を行う。なお、Ｒ_Ｃｌ２は下水中の第２の有効塩素濃度、Ｔは接触時間、ａ_５，ｂ_５は任意定数である。
［数５］ Ｒ_Ｃｌ２＝ａ_５＊exp(-ｂ_５＊Ｔ） （式５）

そして、消毒剤注入率一定制御手段１６は、消毒剤注入率目標値演算手段１５から入力する消毒剤注入率目標値と下水流量センサ８によって計測された下水の流量とに基づいて消毒剤の注入量を演算しつつ、注入ポンプ１０の作動を制御して、演算した注入量の消毒剤を消毒処理槽１に注入する。

すなわち、本第１実施形態の合流式下水道の消毒設備１００においては、消毒剤注入率目標値演算手段１５が、有機物質濃度演算手段１３より入力する有機物質濃度に基づき、有機物質中に含まれる塩素消費物質によって消費される次亜塩素酸ナトリウム溶液中の第１の有効塩素濃度を演算し、これを加味しつつ消毒剤注入率目標値を演算する。
これにより、下水の水質が変動する場合においても、大腸菌群を所定値以下に減少させるために必要十分な量の消毒剤の注入量を正確に決定することができる。

また、消毒剤注入率目標値演算手段１５が、接触時間演算手段１４より入力する下水と消毒剤との接触時間に基づき、必要とされる下水中の第２の有効塩素濃度を演算し、これを消毒剤注入率目標値に加える。
これにより、下水の水量が変動する場合においても、大腸菌群を所定値以下に減少させるために必要十分な量の消毒剤の注入量を正確に決定することができる。

したがって、図１に示した第１実施形態構成の合流式下水道の消毒設備１００によれば、下水の水量および水質の変動が大きい場合においても、消毒剤の最適な注入量を決定することが可能となる。

第２実施形態
次に図２を参照し、第２実施形態の合流式下水道の消毒設備２００の構成および作用効果について詳細に説明する。

本第２実施形態の合流式下水道の消毒設備２００は、図１に示した第１実施形態の構成に対し、下水流量センサ８によって計測された消毒剤注入後の下水の流量が有機物質濃度演算手段１３にも入力する点が異なっている。
これに伴い、制御装置の参照符号が２０に、また有機物質濃度演算手段の参照符号が２１にそれぞれ変更されている。

次に、本第２実施形態における有機物質濃度演算手段２１がどのように機能するかを詳細に説明する。

前述したように、濁度センサ５、ＳＳ値センサ６、ＵＶ値センサ７のうちの少なくとも１つが消毒処理槽１に流入した下水の濁度、ＳＳ値、ＵＶ値をそれぞれ計測する。
そして、有機物質濃度演算手段２１は、測定された下水の濁度、ＳＳ値、ＵＶ値に基づき、例えば式１、式２、式３を用いて有機物質濃度を演算する。
しかしながら、降雨の初期において下水の水量および水質が極度に変動する場合には、有機物質濃度演算手段２１の演算精度をさらに向上させることができる。

具体的に説明すると、降雨時における下水の濁度、ＳＳ値、ＵＶ値と有機物質濃度としてのＣＯＤとの関係について、溶解性成分と浮遊性成分とに分けつつ複数例についてそれぞれ計測した結果、図３に示すような知見が得られた。

図３は、横軸に経過時間を取るとともに、縦軸に下水の流入量（ａ）、浮遊性成分の水質濃度（ｂ）、溶解性成分の水質濃度（ｃ）を取り、晴天時と雨天時とを比較しつつそれぞれの値の変化を概念的に図示したものである。
この図３から判るように、降雨時においては、浮遊性成分の水質濃度変化（ｂ）の変動パターンと溶解性成分の水質濃度変化（ｃ）の変動パターン、すなわち流入プロファイルが異なっている。
すなわち、初期汚濁として晴天時より水質濃度が高くなる領域αと雨水によって希釈されて水質濃度が低下する領域βとが、浮遊性成分の場合（ｂ）と溶解性成分の場合（ｃ）とで異なっている。
したがって、浮遊性成分の水質濃度と溶解性成分の水質濃度との間の相関関係は、経過時間によってある程度変化する。

例えば、浮遊性成分の水質濃度および溶解性成分の水質濃度と経過時間との間の相関関係は図３に示したように４つの領域に区切ることが可能であり、各領域においてそれぞれ異なる相関関係が成り立っていると判断される。
ここで領域１は、溶解性成分の水質濃度が降雨の開始に伴って晴天時の場合に対して増加し始める時点から、溶解性成分の水質濃度がピークに達した時点までを示している。
領域２は、溶解性成分の水質濃度がピークに達した時点から、雨水によって希釈されて晴天時の場合の濃度よりも低くなり始める時点までを示している。
領域３は、溶解性成分の水質濃度が雨水によって希釈されて晴天時の場合の濃度よりも低くなり始めた時点から、浮遊性成分の水質濃度が雨水によって希釈されて晴天時の場合の濃度よりも低くなり始めた時点までを示している。
領域４は、浮遊性成分の水質濃度が雨水によって希釈されて晴天時の場合の濃度よりも低くなり始めた時点から、降雨が止んだ後に溶解性成分の水質濃度が晴天時の場合の水質濃度に戻った時点までを示している。

なお、ＳＳ値（浮遊物質濃度）の場合は浮遊性成分のみを対象としているが、これは逆に溶解性の有機物質が含まれていないという意味において、やはり経過時間によって複数の領域に区切ることができ、それぞれの領域毎に適した相互関係が成り立つ。

そこで、有機物質濃度演算手段２１は、消毒処理槽１に流入した下水の有機物質濃度を演算する際に、濁度、ＳＳ値、ＵＶ値、下水流量センサ８によって計測された下水の流量、および経過時間に基づき、予め用意されている複数の演算式のなかからその領域に適した演算式を選択して用いる。
例えばＵＶ値の場合には、区切られた複数の領域毎に
［数６］ Ｅ_ＣＯＤ＝ａ_１ｎ＊Ｍ_ＵＶ＋Ｂ_１ｎ （式６）
なる複数の演算式を用意する。なお、この式６においてＥ_CODは有機物質濃度、Ｍ_ＵＶはＵＶ値、ａ_１ｎ，ｂ_１ｎはｎ＝１，２，３，…なる任意定数である。

濁度の場合には、区切られた複数の領域毎に
［数７］ Ｅ_ＣＯＤ＝ａ_１ｎ＊Ｍ_Ｔｂ＋Ｂ_２ｎ （式７）
なる複数の演算式を用意する。なお、この式７において、Ｅ_CODは有機物質濃度、Ｍ_Ｔｂは濁度、ａ_２ｎ、ｂ_２ｎはｎ＝１，２，３，…なる任意定数である。

ＳＳ値の場合には、区切られた複数の領域毎に
［数８］ Ｅ_ＣＯＤ＝ａ_３ｎ＊Ｍ_ＳＳ＋Ｂ_３ｎ （式８）
なる複数の演算式を用意する。なお、この式８においてＥ_CODは有機物質濃度、Ｍ_ＳＳはＳＳ値、ａ_３ｎ，ｂ_３ｎはｎ＝１，２，３，…なる任意定数である。

すなわち、本第２実施形態の合流式下水道の消毒設備２００においては、下水に含まれている浮遊性成分と溶解性成分との流入プロファイルが異なる領域毎に適した演算式を用意するとともに、これらの演算式のうち各領域における下水の流量、水質の計測値および経過時間に対応する演算式を選択して使用するから、有機物質濃度演算手段１３が演算する有機物質濃度の演算値の精度を向上させることができる。
その結果、消毒処理槽１に注入する消毒剤の注入量を流入する下水の水質変動に応じてより適したものとすることができる。

第３実施形態
次に図４を参照し、第３実施形態の合流式下水道の消毒設備３００の構成および作用効果について詳細に説明する。

本第３実施形態の合流式下水道の消毒設備３００は、図１に示した第１実施形態の構成に対し、消毒処理槽１および放流水路４に水位センサ１７，１８をそれぞれ配設するとともに、これらの水位センサ１７，１８によって計測された消毒処理槽１および放流水路４内の水位を接触時間演算手段１４に入力する点において異なっている。
これに伴い、制御装置の参照符号が３０に、また接触時間演算手段の参照符号が３１にそれぞれ変更されている。

接触時間演算手段３１は、下水流量センサ８によって計測された下水の流量、予め接触時間演算手段３１に設定されている消毒処理槽１の土木構造、放流水路４の土木構造、消毒剤注入点位置等の接触時間関連情報に加えて、水位センサ１７，１８によってそれぞれ計測された消毒処理槽１内および放流水路４内の水位に基づいて、消毒剤が注入されてから消毒処理水として放流されるまでに要する時間、すなわち下水と消毒剤とが混和し反応している接触時間を演算して消毒剤注入率目標値演算手段１５に出力する。
このとき、接触時間演算手段３１は、放流水路４の土木構造に加えて、放流水路４に設置した水位センサ１８から入力する水位の値を用いることができるから、放流水路４を流れている消毒処理水の水量をより正確に演算することができる。

また、消毒処理槽１に流入する下水の水量変動が大きい場合、放流水路４内の水位は時間遅れで類似の水位変動を示すことが予想される。
このことから、水位センサ１７と水位センサ１８からそれぞれ得られる水位の変動特性を比較することにより、下水と消毒剤との接触時間を直接的に推定することができる。 このため、消毒処理槽１に設ける水位センサ１７の位置は下水の流入側で消毒剤の注入点に近い位置であることが望ましく、放流水路４に設ける水位センサ１８の位置は消毒剤の注入点から遠い位置であることが望ましい。

すなわち、本第３実施形態の合流式下水道の消毒設備３００は、放流水路４に設けた水位センサ１８によって放流水路４を流れている消毒処理水の水量を計測するとともに、計測した水位を接触時間演算手段１４に入力するものであるから、接触時間演算手段３１が演算する接触時間の精度をより向上させることができる。

また、消毒処理槽１および放流水路４に水位センサ１７，１８をそれぞれ設置するとともに、これらの水位センサ１７，１８からそれぞれ得られる水位の変動を比較することにより、下水と消毒剤との接触時間をより直接的に得ることができる。

したがって、接触時間演算手段３４は下水と消毒剤との接触時間をより一層正確に演算することができるから、消毒処理槽１に注入する消毒剤の注入量を、流入する下水の水量変動に応じてより適したものとすることができる。

第４実施形態
次に図５を参照し、第４実施形態の合流式下水道の消毒設備４００の構成および作用効果について詳細に説明する。

本第４実施形態の合流式下水道の消毒設備４００は、図１に示した第１実施形態の構成に対し、放流水路４に残留塩素濃度センサ１９を配設するとともに、この残留塩素濃度センサ１９によって計測された残留塩素濃度値を消毒剤注入率目標値演算手段１５に入力する点において異なっている。
これに伴い、制御装置の参照符号が４０に、また消毒剤注入率目標値演算手段の参照符号が４１にそれぞれ変更されている。

消毒剤注入率目標値演算手段４１は、有機物質濃度演算手段１３から入力する下水中のの有機物質濃度、接触時間演算手段１４から入力する下水と消毒剤の接触時間に加え、残留塩素濃度センサ１９から入力する放流水路４内の残留塩素濃度に基づいて消毒剤注入率目標値を演算し、消毒剤注入率一定制御手段に出力する。
このとき、消毒剤注入率目標値演算手段４５は、式４を用いて演算した有機物質によって消費される第１の有効塩素濃度Ｒ_Ｃｌ１と式５を用いて演算した下水中の第２の有効塩素濃度Ｒ_Ｃｌ２を加えることによって得られる消毒剤注入率目標値に対し、残留塩素濃度センサ１９から得られる残留塩素濃度に基づいて演算される補正係数ｒを乗ずることにより消毒剤注入率目標値を補正し、消毒剤注入率一定制御手段に出力する。

なお、残留塩素濃度センサ１９を設置する位置は、下水と消毒剤との接触時間が平均的に１５分以上となる上流側の点が望ましい。１５分以上の接触時間の確保が困難な場合には下流側に設置する。
すなわち、雨天時における下水と次亜塩素酸ナトリウム溶液との反応試験の複数の結果から、接触時間が短い場合には、接触時間が長い場合に比較して想定する消毒効果を得るためにより多くの塩素の注入が必要であるということは前述したとおりである。
さらに、接触時間が短い場合には、想定する消毒効果を得るために必要な塩素量を下水に注入すると、放流水路４内における残留塩素濃度が注入量に応じて大きくなるという知見も得られている。
これにより、接触時間が短い場合には残留塩素濃度を塩素注入量の指標とすることが困難であるから、残留塩素濃度センサ１９を設置する位置は十分な接触時間、少なくとも１５分以上が確保できる位置とすることが望ましい。

すなわち、本第４実施形態の合流式下水道の消毒設備４００は、消毒剤注入率目標値演算手段４１が、消毒剤注入率一定制御手段に出力する消毒剤注入率目標値を、放流水路４に設けた残留塩素濃度センサ１９から得られる残留塩素濃度値に基づいて補正するものであるから、消毒処理水中に含まれる残留塩素濃度を低減することが可能となる。

以上、本発明に係る合流式下水道の消毒設備の各実施形態ついて詳しく説明したが、本発明は上述した各実施形態によって限定されるものではなく、種々の変更が可能であることは言うまでもない。
例えば、上述した第２実施形態においては、浮遊性成分の水質濃度および溶解性成分の水質濃度と経過時間との間の相関関係を図３に示したように４つの領域に区切っているが、より多数の領域に区切ることもまた可能である。

第１実施形態の合流式下水道消毒設備の制御装置の構造を模式的に示すブロック図。 第２実施形態の合流式下水道消毒設備の制御装置の構造を模式的に示すブロック図。 下水の流入量（ａ）、浮遊性成分の水質濃度（ｂ）、溶解性成分の水質濃度（ｃ）の経時変化を晴天時の場合と雨天時の場合とを比較しつつ示す図。 第１実施形態の合流式下水道消毒設備の制御装置の構造を模式的に示すブロック図。 第２実施形態の合流式下水道消毒設備の制御装置の構造を模式的に示すブロック図。

１ 消毒処理槽
２ 消毒装置
３ ポンプ
４ 放流水路
５ 濁度センサ
６ ＳＳ値センサ
７ ＵＶ値センサ
８ 下水流量センサ
９ 消毒剤貯留槽
１０ 注入ポンプ
１１ 消毒剤流量センサ
１２，２０，３０，４０ 制御装置
１３，２１ 有機物質濃度演算手段
１４，３１ 接触手段演算手段
１５，４１ 消毒剤注入率目標値演算手段
１６ 消毒剤注入率一定制御手段
１７，１８ 水位センサ
１９ 残留塩素濃度センサ
１００ 第１実施形態の合流式下水道の消毒設備
２００ 第１実施形態の合流式下水道の消毒設備
３００ 第１実施形態の合流式下水道の消毒設備
４００ 第１実施形態の合流式下水道の消毒設備

Claims (8)

1. 汚水および雨水を含む下水が流入する合流式下水道の消毒設備であって、
   前記下水が流入する消毒処理槽と、
   前記下水を所定の基準まで消毒するために前記消毒処理槽内に消毒剤を注入する消毒剤注入装置と、
   前記消毒装置から前記消毒処理槽内に注入する消毒剤の量を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、
   前記消毒処理槽に配設されたセンサから得られる前記消毒処理槽内の下水の濁度、ＳＳ値およびＵＶ値を表す信号のうちの少なくとも一つに基づいて前記消毒処理槽内の下水の有機物質濃度を演算する有機物質濃度演算手段と、
   前記消毒処理槽内に消毒剤を注入してから前記下水が放流されるまでの間に前記消毒剤と下水とが混和している接触時間を演算する接触時間演算手段と、
   前記有機物質濃度および前記接触時間に基づいて前記消毒処理槽内に注入する消毒剤の注入率の目標値を演算する消毒剤注入率目標値演算手段と、
   前記目標値と下水の流量値および前記消毒処理槽内に注入されている消毒剤の流量値とに基づいて前記消毒剤注入装置の作動を制御する消毒剤注入率一定制御手段と、
   を有し、
   前記消毒剤注入率目標値演算手段は、
   前記有機物質濃度演算手段より入力する有機物質濃度に基づいて有機物質中に含まれる塩素消費物質によって消費される次亜塩素酸ナトリウム溶液中の第１の有効塩素濃度を演算するとともに、前記接触時間演算手段より入力する接触時間に基づいて必要とする下水中の第２の有効塩素濃度を演算し、これらの第１および第２の有効塩素濃度に基づいて消毒剤注入率目標値を演算することを特徴とする合流式下水道の消毒設備。
2. 前記有機物質濃度演算手段は、Ｅ_ＣＯＤを有機物質濃度、Ｍ_ＵＶをＵＶ値、Ｍ_Ｔｂを下水の濁度、Ｍ_SSをＳＳ値、ａ_１，ｂ_１，ａ_２，ｂ_２，ａ_３，ｂ_３を任意定数としたときに、次式、
   Ｅ_ＣＯＤ＝ａ_１＊Ｍ_ＵＶ＋ｂ_１
   Ｅ_ＣＯＤ＝ａ_２＊Ｍ_Ｔｂ＋ｂ_２
   Ｅ_ＣＯＤ＝ａ_３＊Ｍ_ＳＳ＋ｂ_３
   のうちの少なくとも一つに基づいて前記有機物質濃度を演算することを特徴とする請求項１に記載した合流式下水道の消毒設備。
3. 前記消毒剤注入率目標値演算手段は、Ｒ_Cl1を第１の有効塩素濃度、Ｅ_ＣＯＤを有機物質濃度、ａ_４，ｂ_４を任意定数としたときに、次の数式
   Ｒ_Ｃｌ１＝ａ_４＊Ｅ_ＣＯＤ＋ｂ_４
   に基づいて前記第１の有効塩素濃度を演算することを特徴とする請求項１または２に記載した合流式下水道の消毒設備。
4. 前記消毒剤注入率目標値演算手段は、Ｒ_Ｃｌ２を第２の有効塩素濃度、Ｔを接触時間、ａ_５，ｂ_５を任意定数としたときに、次式、
   Ｒ_Ｃｌ２＝ａ_５＊exp(-ｂ_５＊Ｔ）
   に基づいて前記第２の有効塩素濃度を演算することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載した合流式下水道の消毒設備。
5. 前記有機物質濃度演算手段は、
   前記消毒処理槽に流入する下水の水質と流量との関係を経過時間に基づいて複数の領域に区切るとともに、各領域にそれぞれ対応する複数の演算式を予め記憶するとともに、
   前記複数の演算式のうち、実際に計測された下水の水質と流量との関係に対応する演算式を選択し、かつ選択した演算式に基づいて下水中の有機物質濃度を演算し、
   前記複数の演算式は、Ｅ_CODを有機物質濃度、Ｍ_ＵＶをＵＶ値、Ｍ_Ｔｂを濁度、Ｍ_ＳＳをＳＳ値、ａ_１ｎ，ｂ_１ｎ，ａ_２ｎ，ｂ_２ｎ，ａ_３ｎ，ｂ_３ｎをｎ＝１，２，３，…なる任意定数としたときに、
   Ｅ_ＣＯＤ＝ａ_１ｎ＊Ｍ_ＵＶ＋ｂ_１ｎ（計測された下水の水質がＵＶ値の場合）
   Ｅ_ＣＯＤ＝ａ_２ｎ＊Ｍ_Ｔｂ＋ｂ_２ｎ（計測された下水の水質が濁度の場合）
   Ｅ_ＣＯＤ＝ａ_３ｎ＊Ｍ_ＳＳ＋ｂ_３ｎ（計測された下水の水質がＳＳ値の場合）
   で表されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載した合流式下水道の消毒設備。
6. 前記接触時間演算手段は、下水を放流する放流水路に配設したセンサから得られる放流された下水の水位に基づいて前記接触時間を演算することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載した合流式下水道の消毒設備。
7. 前記接触時間演算手段は、前記消毒処理槽に配設したセンサから得られる前記消毒処理槽内の下水の水位の変動と、下水を放流する放流水路に配設したセンサから得られる放流された下水の水位の変動とに基づいて、前記接触時間を演算することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載した合流式下水道の消毒設備。
8. 前記消毒剤注入率目標値演算手段は、下水を放流する放流水路に配設したセンサから得られる放流された下水の残留塩素濃度に基づいて、前記消毒処理槽内に注入する消毒剤の注入率の目標値を補正することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載した合流式下水道の消毒設備。

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