JP4850195B2 - 残留塩素濃度管理方法 - Google Patents

Description

本発明は、水道管路網における給水栓末端（需要家）の水道水の残留塩素濃度を一定値以上に維持する残留塩素濃度管理方法に関する。

水道水は、浄水場における浄水池での消毒後に配水池へと送水される。配水池からは水道管路網を形成する水道管路から末端の需要家へ給水される。水道水の水質管理目標設定項目として、残留塩素濃度（１．０ｍｇ／Ｌ以上）や、水道法施行規則第１７条に基づいた給水栓水における遊離残留塩素濃度（０．１ｍｇ／Ｌ以上）がある。

従来、浄水池に直接接続されている１番目の配水池内の残留塩素濃度制御や浄水池における残留塩素濃度の制御が行われている。また、１番目の配水池の下流にある２番目以降の配水池においては、当該配水池設備として残留塩素追加設備を備え、給水末端を人的に巡回して残留塩素濃度の測定結果を行い、この測定結果をもとに残留塩素追加設備から配水池に塩素を投入して残留塩素濃度制御を行っている。

また、配水池に繋がる配水小管網内に複数の水質モニタを備え、水質モニタによるモニタ結果に基づいて２番目以降の配水池内の残留塩素濃度を制御する方法（例えば、特許文献１）、浄水地もしくは１番目の配水池内の塩素注入を制御する方法（例えば、特許文献２）、浄水池に繋がる１番目の配水池の残留塩素濃度制御をファジィ制御で行う方法（例えば、特許文献３）、配管網内の残留塩素濃度制御を行う方法（例えば、特許文献４）などがある。
特開２０００−８４５３７号公報 特開平３−２２４６９４号公報 特開平６−３２０１６６号公報 特開平３−１３５４９６号公報

しかしながら、従来の残留塩素濃度管理方法では、配水池に繋がる管路内に水質モニタ、流量計といった機器の設置が必要であることから、既存の水道システムに新たな設備の導入が必要となり、設備導入の費用が増大すると共に、水道システムの一時的な停止が必要となるといった問題があった。

また、管網を形成せずに需要家への給水を行う管路を有する配水池おいては、配水池有効容量に対し需要量が少ないため、需要家での残留塩素濃度を一定値以上に維持するためには、捨水量を多くして浄水処理した水を無駄に破棄するか、配水池での塩素投入量を多くしなければならなかった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、水道システムを停止させて管路内に新たな設備を設ける必要がなく、配水池有効容量に対し需要量が少ない管路であっても捨水量及び塩素投入量を最小限に抑えつつ、管網を形成しない管路にて接続された需要家への給水栓水の残留塩素濃度を一定の濃度以上に保つことができる残留塩素濃度管理方法を提供することを目的とする。

本発明の残留塩素濃度管理方法は、残留塩素追加設備を備えた配水池から、管網を形成しない配管にて接続された需要家へ水を送り、前記残留塩素追加設備を備えた配水池と前記管網を形成しない配管にて接続された前記需要家との間に、残留塩素追加設備を備えない配水池が配置され、当該残留塩素追加設備を備えない配水池の水位が所定レベルまで低下した場合に前記残留塩素追加設備を備えた配水池から一定量を送水し、前記配管の途中で捨水を行って配管内の塩素濃度を維持する水道システムにおける残留塩素濃度管理方法であって、前記残留塩素追加設備を備えた配水池から前記需要家までの滞留時間と、予め測定して求めた残留塩素濃度の減少速度とから、前記需要家への残留塩素濃度を目標値に固定した場合の各水温での前記残留塩素追加設備を備えた配水池における目標残留塩素濃度と単位時間当たりの捨水量との関係を求めておき、前記残留塩素追加設備を備えた配水池の水温を測定すると共に、前記残留塩素追加設備を備えた配水池内の残留塩素濃度を測定し、当該残留塩素追加設備を備えた配水池の残留塩素濃度が測定した水温に対応した目標残留塩素濃度となるように、前記残留塩素追加設備の塩素添加量を制御することを特徴とする。

この構成によれば、配水池の残留塩素濃度が目標残留塩素濃度となるように当該配水池での塩素添加量を制御することにより、需要家への残留塩素濃度を目標値に維持することができ、水道システムを停止させて管路内に新たな設備を設ける必要がなく、塩素投入量と捨水量を最小限に抑えることができる。

また本発明は、上記残留塩素濃度管理方法において、前記滞留時間をｔ、前記残留塩素追加設備を備えた配水池から前記需要家までの配管を含む前記送水直前の経路容積をａ、前記残留塩素追加設備を備えた配水池から１回に送水される送水量をｂ、前記配管での単位時間当たりの捨水量をｃとして、滞留時間を（式Ａ）に基づいて求め、
ｔ＝（ａ＋ｂ）／ｃ ・・・（式Ａ）
需要家への残留塩素濃度をＣｔ、配水池における目標残留塩素濃度をＣｏ、残留塩素濃度の減少速度をｋとして、各水温での前記配水池における目標残留塩素濃度と捨水量との関係を（式Ｂ）にて表し、
Ｃｏ＝Ｃｔ／ｅｘｐ（−ｋ・ｔ） ・・・（式Ｂ）
少なくとも水温をパラメータとして、前記残留塩素追加設備の塩素添加量を決定することを特徴とする。

この構成により、少なくとも水温をパラメータとして残留塩素追加設備の塩素添加量を決定することができ、捨水量が一定であれば水温のみのパラメータで配水池における残留塩素濃度を制御することができる。

本発明によれば、水道システムを停止させて管路内に新たな設備を設ける必要がなく、配水池有効容量に対し需要量が少ない管路であっても捨水量及び塩素投入量を抑制しつつ、管路網を形成しない管路にて接続された需要家への給水栓水の残留塩素濃度を一定の濃度以上に保つことができる。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は水道システムにおける配水管路網を示す図である。一般の配水管路網は浄水場１１を起点にネットワーク化されている。同図に示す配水管路網は、浄水場１１に残留塩素追加設備を備えた配水池１２が管路１３を介して繋がっており、配水池１２に配水管網１４ａを介して多数の需要家１５ａ、１５ｂが繋がっている。配水池１２には、別の管路１６を介して残留塩素追加設備を備えた他の配水池１７も繋がっている。配水池１７には、配水管網１８ａを介して多数の需要家１５ｃ、１５ｄが繋がっている。また、配水池１７には、別の管路１９を介して残留塩素追加設備を備えない配水池２０が繋がっている。配水池２０には、管路２１を介して需要家１５ｅが繋がっている。

本実施の形態では、配水池２０に繋がる需要家１５ｅは一軒（又は少数の軒数）であり、配水池有効容量に対し需要量が少ない状態となっている。配水池２０から需要家１５ｅに通じる管路２１には捨水弁２２が設けられている。捨水弁２２は、配水池２０および管路１９、２１に滞留して需要家での残留塩素濃度を目標値に維持できない場合に捨水するために設置されており、定期的又は不定期に一定量の水道水を廃棄している。

ここで、上記配水管路網における水道水の流れについて説明する。まず、浄水場１１において浄化処理された浄水が配水池１２に供給される。次に、配水池１２において浄水に適切な塩素が追加され、配水管網１４ａを介して需要家１５ａ、１５ｂに供給される。また、配水池１２において塩素が追加された浄水は、管路１６を介して下流の配水池１７に供給される。配水池１７に供給された浄水は、当該配水池１７において適切な塩素を追加され、配水管網１８ａを介して需要家１５ｃ、１５ｄに供給される。

配水管網１４ａ、１８ａには、多数の需要家１５ａ〜１５ｄが繋がっていることから、配水管網１４ａ、１８ａを通った浄水の消費量は多く、配水管網１４ａ、１８ａに供給された浄水の滞留時間は短くなっている。つまり、需要家１５ａ〜１５ｄには、配水池１２、１７で適切な塩素量に調整された水が短時間で供給されるので、残留塩素濃度が規定値以下まで低下しないで、需要家１５ａ〜１５ｄまで適切な塩素濃度に調整された浄水が供給される。また、配水池１７は、塩素を添加した水を、管路１９を介して配水池２０に送る。そして、配水池２０は、管路２１を介して、需要家１５ｅに水を供給する。

ところで、配水池２０には、残留塩素追加設備が備えられていない。また、配水池２０には、少数（１軒）の需要家１５ｅしか繋がっていないので、配水池２０から需要家１５ｅに対する水の供給量は非常に少ない。また、後述するように、塩素濃度は時間とともに減少する。したがって、需要家１５ｅでの消費だけでは、配水池１７から需要家１５ｅに至る管路１９，２１及び配水池２０での滞留時間が長くなるので、適正な塩素濃度を保てなくなってしまう。そのため、配管内の塩素濃度が維持されるように、捨水弁２２を用いて配水池２０および管路２１の水を定期的に捨水している。

残留塩素追加設備を備えた配水池１７の水道システム構成について、図２を用いて説明する。一般に、配水池の容積は、当該配水池の給水区域における計画１日最大給水量の１２時間分が標準とされている。配水池１７のように、管路網を介さずに１軒の需要家だけに給水する系が存在する場合、配水池１７の容積（計画１日最大給水量）は、需要家１５ｅへの１日の給水量に対し１０〜２０倍となっている。

配水池１７には、管路１９へ浄水を送水する送水ポンプ３１が設けられている。配水池１７では、下流の配水池２０の水位レベルがある所まで下がると送水ポンプ３１により配水池１７の浄水を配水池２０が満水になるまで送水する。このように、下流の配水池２０が決められた水位レベルまで低下した時に、配水池２０が満水になるようにするので、送水ポンプ３１が、一回に送水する送水量は一定である。また、需要家１５ｅの水道蛇口からの使用量や捨水弁２２での捨水量により配水池２０内の浄水の減り具合が異なるため、送水ポンプ３１で送水を行う間隔もこれに合わせて異なることになる。

また、配水池１７に貯留している浄水の残留塩素濃度を計測する残留塩素濃度計３２が設けられている。残留塩素濃度計３２は、送水ポンプ３１の吸い込み口３３の近傍の残留塩素濃度を計測するように設定されている。また、配水池１７における水温を測る水温計３４が設けられている。

さらに、配水池１７に対して適切な量の塩素を添加する残留塩素追加設備３５が設けられている。残留塩素追加設備３５は、捨水弁２２の操作で捨水した捨水量及び水温に応じて、添加塩素量を調整する。

次に、需要家１５ｅの残留塩素濃度を一定の濃度以上に保つために、配水池１７における目標残留塩素濃度をどのように決定するかについて説明する。

残留塩素追加設備３５を備えた配水池１７から需要家１５ｅまでの管路１９，２１及びその間に存在する残留塩素追加設備の無い配水池２０の残留塩素濃度の消費を一般的な（式１）を用いて把握する。
Ｃｔ＝Ｃｏ・ｅｘｐ（−ｋ・ｔ） （式１）
ここで、ｋは残留塩素の減少速度となる消費速度係数、ｔは残留塩素追加設備３５を備えた配水池１７から需要家１５ｅまでの水の滞留時間、Ｃｏは残留塩素追加設備３５を備えた配水池１７の吸水口もしくは送水ポンプ３１の吸込み口付近の残留塩素濃度、Ｃｔは需要家１５ｅでの残留塩素濃度である。

また、残留塩素追加設備３５を備えた配水池１７から需要家１５ｅまでの滞留時間ｔは、配水池１７から需要家１５ｅに至る管路（１９，２１）及び配水池２０の容積となる送水直前の経路容積ａと、送水ポンプ３１の１回の送水量ｂと、捨水弁２２からの単位時間当たりの捨水量ｃとから、（式２）で表される。
ｔ＝（ａ＋ｂ）／ｃ （式２）

また、残留塩素濃度の減少速度となる消費速度係数ｋは、残留塩素追加設備３５を備えた配水池１７の残留塩素濃度計３２による計測値と、通常実施している水質検査のデータと、（式２）の関係とを利用して、図３のように求めることができる。図３は塩素を添加してから、添加塩素が分解や反応に伴い減少する状態を示しており、縦軸は塩素濃度の減少率を示し、横軸は放置時間（滞留時間）ｔを示している。配水池１７に塩素を添加したときの塩素濃度をＣｏとし、放置時間（滞留時間）ｔ経過後の塩素濃度をＣｔとしている。

そして、需要家１５ｅへの残留塩素濃度をＣｔ＝０．１ｍｇ／Ｌとした場合、配水池１７における残留塩素濃度Ｃｏの目標値と捨水弁２２での捨水量との関係は、（式３）から図４のように求められる。
Ｃｏ＝Ｃｔ／ｅｘｐ（−ｋ・ｔ） （式３）

したがって、吸い込み口３３付近の残留塩素濃度を、配水池１７に設置した水温計３４の水温と捨水弁２２からの捨水量とをもとに、図４に示す目標残留塩素濃度以上に保つことで、需要家１５ｅへの残留塩素濃度を０．１ｍｇ/Ｌ以上に保つことができる。たとえば、水温計３４で測定された水温が２０℃で、捨水弁２２からの捨水する捨水量が２Ｌ／分であれば、配水池１７での残留塩素濃度が０．４ｍｇ／Ｌあれば、需要家１５ｅでの残留塩素濃度を０．１ｍｇ／Ｌに維持することができる。

本実施の形態では、水温計３４で配水池１７の水温を測定し、図４に示す各温度に対応する曲線の中から、測定温度の曲線を選択して配水池１７での目標残留塩素濃度を決定する。なお、水道設備管理者が捨水弁２２での捨水量を予め決めているものとする。捨水量が固定であるので、水温の測定値をパラメータとして配水池１７での目標残留塩素濃度を決定することができる。現在の配水池１７の残留塩素濃度を残留塩素濃度計３２で測定し、目標残留塩素濃度と測定残留塩素濃度との偏差がなくなるように、残留塩素追加設備３５から添加する塩素量を制御する。

以上のように本実施の形態では、管網を形成せずに需要家１５ｅへの給水を行う管路１９，２１を有する配水池１７おいて、需要家１５ｅでの残留塩素濃度を目標値以上に保つためには、配水池１７での残留塩素濃度Ｃｏをどのような値に制御すればよいか判り、配水池１７の水温に基づいて残留塩素濃度Ｃｏを制御することにより需要家１５ｅでの残留塩素濃度を目標値以上に保つことができる。したがって、水道システムを停止させて管路内に新たな設備を設ける必要がなく、配水池有効容量に対し需要量が少ない管路であっても捨水量及び塩素投入量を最小限に抑えつつ、管網を形成しない管路にて接続された需要家への給水栓水の残留塩素濃度を一定の濃度以上に保つことができる。

なお、図５に示すように、配水池１７から下流の配水池２０へ送水するためのポンプとして、配水池１７の外に設けた吸引ポンプ３６を用いるようにしても良い。

また、図６に示すように、残留塩素濃度計と水温計と残留塩素追加設備とを内蔵した残留塩素濃度維持装置４０を設置した形態であってもよい。この形態の場合、送水ポンプ３１の吸込み口３３付近に残留塩素濃度維持装置４０の吸込み口と吐き出し口を設置し、吸込み口３３付近の残留塩素濃度を、残留塩素濃度維持装置４０に内蔵する水温計の水温と捨水弁２２からの捨水量とをもとに、図４に示す目標残留塩素濃度以上に保つようにする。これにより、需要家１５ｅへの残留塩素濃度を目標値以上に保つことができる。

また、図７に示すように、送水ポンプ３１の代わりに配水池１７の外に吸水ポンプ３６を設けるようにしても良い。

本発明は、配水池から管網を形成しないで需要家への給水を行う管路を有する配水池での残留塩素濃度管理に適用可能である。

本発明の一実施の形態にかかる残留塩素濃度管理方法が適用される配水管路網の構成図 上記一実施の形態において残留塩素追加設備を備えた配水池の構成図 水温毎の残留塩素濃度の減少率を示す図 水温毎の残留塩素濃度の目標値と捨水弁の捨水量の関係を示す図 上記一実施の形態において送信ポンプを吸水ポンプに代えた変形例の構成図 残留塩素濃度維持装置を設置した変形例に係る配水池の構成図 図６において送信ポンプを吸水ポンプに代えた変形例の構成図

符号の説明

１１…浄水場、１２…配水池、１３…管路、１４ａ…配水管網、１５ａ〜１５ｅ…需要家、１６…別の管路、１７…配水池、１８ａ…配水管網、１９…別の管路、２０…配水池、２１…管路、２２…捨水弁、３１…送水ポンプ、３２…残留塩素濃度計、３３…吸い込み口、３４…水温計、３５…残留塩素追加設備、３６…吸水ポンプ、４０…残留塩素濃度維持装置

Claims (2)

1. 残留塩素追加設備を備えた配水池から、管網を形成しない配管にて接続された需要家へ水を送り、前記残留塩素追加設備を備えた配水池と前記管網を形成しない配管にて接続された前記需要家との間に、残留塩素追加設備を備えない配水池が配置され、当該残留塩素追加設備を備えない配水池の水位が所定レベルまで低下した場合に前記残留塩素追加設備を備えた配水池から一定量を送水し、前記配管の途中で捨水を行って配管内の塩素濃度を維持する水道システムにおける残留塩素濃度管理方法であって、
   前記残留塩素追加設備を備えた配水池から前記需要家までの滞留時間と、予め測定して求めた残留塩素濃度の減少速度とから、前記需要家への残留塩素濃度を目標値に固定した場合の各水温での前記残留塩素追加設備を備えた配水池における目標残留塩素濃度と単位時間当たりの捨水量との関係を求めておき、
   前記残留塩素追加設備を備えた配水池の水温を測定すると共に、前記残留塩素追加設備を備えた配水池内の残留塩素濃度を測定し、当該残留塩素追加設備を備えた配水池の残留塩素濃度が測定した水温に対応した目標残留塩素濃度となるように、前記残留塩素追加設備の塩素添加量を制御することを特徴とする残留塩素濃度管理方法。
2. 前記滞留時間をｔ、前記残留塩素追加設備を備えた配水池から前記需要家までの配管を含む前記送水直前の経路容積をａ、前記残留塩素追加設備を備えた配水池から１回に送水される送水量をｂ、前記配管での単位時間当たりの捨水量をｃとして、滞留時間を（式Ａ）に基づいて求め、
   ｔ＝（ａ＋ｂ）／ｃ ・・・（式Ａ）
   需要家への残留塩素濃度をＣｔ、配水池における目標残留塩素濃度をＣｏ、残留塩素濃度の減少速度をｋとして、各水温での前記配水池における目標残留塩素濃度と捨水量との関係を（式Ｂ）にて表し、
   Ｃｏ＝Ｃｔ／ｅｘｐ（−ｋ・ｔ） ・・・（式Ｂ）
   少なくとも水温をパラメータとして、前記残留塩素追加設備の塩素添加量を決定することを特徴とする請求項１記載の残留塩素濃度管理方法。

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