JP5409455B2 - 水処理管理システム - Google Patents

Description

本発明は、水処理管理システムおよび水処理管理サーバに関する。

水源のうち、河川に関係する事業者間での情報共有を促す従来技術として、特許文献１の河川情報提供システムがある。このシステムは、雨量・水位・水質・ダム諸量等情報、地図情報、監視カメラの画像情報等のデータを収集するものである。

また、河川に関係する事業者へ意思決定支援情報を提供する従来技術として、突発的な水質事故発生時に適切な対策を取れるように、汚濁源を迅速に特定する、特許文献２の流域管理マッピングシステムがある。このシステムは、河川流路や汚濁負荷排出源などのデータベースを有し、データベースから汚濁源候補を抽出して、その候補を始点として汚濁流下シミュレーションを行い、その結果に基づいて汚濁源が事故原因である確からしさを計算して、マッピング表示するものである。

特開2002-269656号公報 特開平11-256665号公報

都市域の拡大と人口や産業の集中により、河川流量の減少や水質汚濁といった問題が生じている。河川水質は流量にも大きく影響されること、複数の事業者による取水口と排水口が混在していることなどから、その水環境保全には、同じ水系に水資源を依存する地域の中での利害調整や合意形成等が必要である。湖沼についても同様であり、それを取水源とする事業者と排出先とする事業者間を調整し、水質への影響を抑えなければならない。

これまでの水資源に関する施策は、水量維持については、ダム等の施設整備による供給量確保、水質維持については、水質基準による事業者への排水規制といった個別の努力に留まっている。水量と水質、さらには、排水からの再生水利用を一体的に捉えた水循環としての対策が必要とされている。

しかしながら、再生水の利用を促進するためには、供給側での水量と水質と、需要側での水量と水質が合致している必要があり、両者の調整が必要である。

一方、河川や湖沼へ放流される水の水質も、足並みを揃えて低減していくことが望ましい。例えば、河川上流の一つの排水口の放流水質が悪いと、河川下流での水質向上努力の効果が失われてしまう恐れも出てくるからである。全体として協調することによって、適正なレベルの排水処理水質を見出していくことが効果的となる。このためには、放流水への水処理が河川や湖沼の水質へ及ぼす影響を把握、共有していく必要がある。

特許文献１記載の技術は、配信する情報は雨量、洪水や氾濫予測など、防災対策の意思決定支援情報が主眼である。取水や排水に関わる河川利用の情報の収集および分析をすることはできず、水環境保全の対策意思決定支援の情報としては十分ではない。

特許文献２記載の技術は、取水や排水に関わる通常時の状況を把握しないため、水環境保全のための事業者間調整に寄与するものではない。

本発明の一実施形態は、以下の構成を備える。即ち、河川、湖沼、地下水または海水を水源とする水の水処理管理システムであって、水環境情報を管理する水環境情報センタと、取水を管理する第１の水処理管理サーバと、排水を管理する第２の水処理管理サーバと、を有する。水環境情報センタは、水源から取水する事業者および水源に排出する事業者双方の情報を蓄積する水資源情報蓄積手段と、 蓄積手段に蓄積された情報を利用して、水源から取水する事業者および水源に排出する事業者のために、再生水の運用計画を立案する再生水需給マッチング手段とを有する。第１の水処理管理サーバは、処理する水の水量と水質の情報を集めて水環境情報センタへ送信する取水者情報収集手段と、水環境情報センタから受信した運用計画に従って取水量および浄水量を調節する浄水制御手段とを有する。第２の水処理管理サーバは、利用する水の水量と水質および排出する水の水量と水質の情報を集めて水環境情報センタへ送信する排水者情報収集手段と、水環境情報センタから受信した運用計画に沿って再生水の水量と水質を調節する排水制御手段と有する。

また、河川、湖沼、地下水または海水を水源とする水の水処理管理システムであって、水環境情報を管理する水環境情報センタと、取水を管理する第１の水処理管理サーバと、排水を管理する第２の水処理管理サーバと、を有する。水環境情報センタは、河川や湖沼を取水源とする事業者および河川や湖沼を排出先とする事業者双方の情報を蓄積する水資源情報蓄積手段と、蓄積手段に蓄積された情報を利用して、河川や湖沼を取水源とする事業者および河川や湖沼を排出先とする事業者の水処理運転案を作成する水処理運転支援手段と、水処理運転案を実行した場合の河川や湖沼の水質を予測する水質汚濁動向予測手段と、を有する。第１の水処理管理サーバは、処理する水の水量と水質の情報を集めて水環境情報センタへ送信する取水者情報収集手段と水環境情報センタから受信した運転案に従って取水量および浄水量を調節する浄水制御手段と、を有する。第２の水処理管理サーバは、利用する水の水量と水質および排出する水の水量と水質の情報を集めて水環境情報センタへ送信する排水者情報収集手段と水環境情報センタから受信した運転案に沿って放流水の水量と水質を調節する排水制御手段と、を有する。

本発明の一実施形態によれば、再生水利用の促進、水源からの取水量の節減を図ることが可能となる。

全体を示す構成図。 関係する事業者の具体例を示す図。 地下水や海水から取水する事業者と排出者の関係を示す図。 水資源情報蓄積手段が保持する情報内容の構成を示す図。 河川情報の内容を示す図。 取水者情報の内容を示す図。 排出者情報の内容を示す図。 再生水運用機能を有するサーバの構成を示す図。 水処理運転支援機能を有するサーバの構成を示す図。 再生水需給マッチング手段の内部構成を示す図。 水処理運転支援手段の内部構成を示す図。 浄水制御手段の内部構成を示す図。 排水制御手段の内部構成を示す図。

本発明の実施形態は、河川、湖沼、地下水、海水といった水源から取水する事業者と、水源に排出する事業者間を調整し、環境負荷を低減する水循環形成への寄与を促すように、意思決定支援情報や環境負荷低減手段を与えるシステムに係わるものである。

特に、本発明の実施形態である水処理管理システムは、河川や湖沼を排出先とする事業者の排水を再生水としてできるだけ利用するために、再生水の需要者の水量・水質と再生水の供給者の水量・水質をマッチングし、関係事業者へ周知して利用率向上を図るシステムである。

あるいは特に、本発明の実施形態である水処理管理システムは、水処理手段とそれらを適切に制御する手段によって、河川や湖沼に関係する事業者が形成する取水、利用、排水の水循環における環境負荷を効果的に低減するシステムである。

まず、実施形態の概要を説明する。

（再生水運用）
河川や湖沼や地下水や海水などの水源に関わる事業主体者の水利用を調整し、再生水の利用を促進して、水源からの取水量を節減することによって、環境負荷を低減することを実現するために、調整役を果たす組織として水環境情報センタを設置することを想定する。その水環境情報センタにおいて、水源から取水する事業者および水源に排出する事業者双方の情報を蓄積する水資源情報蓄積手段と、その情報の分析に基づいて、再生水の運用計画を立案して関係主体へ配信する再生水需給マッチング手段を設ける。

同時に、水源から取水する事業者においては、処理する水の水量と水質の情報を集めて水環境情報センタへ送信する取水者情報収集手段と、水環境情報センタから受信した計画に従って取水量および浄水量を調節する浄水制御手段を設けておく。同様に、水源に排出する事業者においても、利用する水の水量と水質および排出する水の水量と水質の情報を集めて水環境情報センタへ送信する排水者情報収集手段と水環境情報センタから受信した計画に沿って再生水の水量と水質を調節する排水制御手段を設ける。さらに、水源の水量と水質を観測して、その情報を集めて水環境情報センタへ送信する水源情報収集手段を設けておく。

このように、水環境情報センタにおいて、水源に関係する事業者の情報を一元的に管理して、排出する水を処理してできる再生水の需給計画を共有し、それに従った水利用と水処理を関係する事業者が実行することによって、再生水の利用が促進されて水源への環境負荷を低減することができる。

（水処理運転支援）
さらにはまた、水環境情報センタにおいて、河川や湖沼から取水する事業者および河川や湖沼を排出先とする事業者双方の情報を蓄積する水資源情報蓄積手段と、その情報の分析に基づいて、関係する事業者の水処理運転案を作成する水処理運転支援手段と、その運転案を実行した場合の河川や湖沼の水質を予測する水質汚濁動向予測手段を設ける。予測手段を用いて最良と判断された運転案が関係するそれぞれの事業者へ配信される。

同時に、河川や湖沼から取水する事業者においては、処理する水の水量と水質の情報を集めて水環境情報センタへ送信する取水者情報収集手段と、水環境情報センタから受信した運転案に従って取水量および浄水量を調節する浄水制御手段を設けておく。同様に、河川や湖沼を排出先とする事業者においても、利用する水の水量と水質および排出する水の水量と水質の情報を集めて水環境情報センタへ送信する排水者情報収集手段と水環境情報センタから受信した運転案に沿って放流水の水量と水質を調節する排水制御手段を設ける。さらに、河川や湖沼の水量と水質の情報を集めて水環境情報センタへ送信する水源情報収集手段を設けておく。

このように、水環境情報センタにおいて、河川や湖沼に関係する事業者の情報を一元的に管理して、放流する水を処理する設備の適切な運転案を共有し、関係する事業者が実行することによって、河川や湖沼への環境負荷を低減することができる。

以下、図を用いて発明を実施するための形態を説明する。

図１は、本発明の実施形態である水処理管理システムの全体を示す構成図である。水処理管理システムは、水環境情報センタに設置されるサーバ１１０と水資源情報蓄積手段１２０、水源から取水する事業者２００に設置される取水者情報収集手段２１０および浄水制御手段２２０および浄水処理手段２３０、水源に排出する事業者３００に設置される排出者情報収集手段３１０および排水制御手段３２０および排水処理手段３３０、そして水源情報収集手段４１０で構成される。取水する事業者や排出する事業者は、必ずしも１つではなく複数あってよい。

水環境情報センタ１００では、上記に述べた各収集手段２１０、３１０、４１０のから集めた情報を蓄積手段１２０へ記憶しておいて、サーバ１１０が蓄積情報を用いて、水源に関わる事業者である２００，３００の水利用調整を行う。サーバ１１０は、事業者に再生水の供給と利用を促すための、再生水需給マッチング手段１３０を有し、需給マッチングした結果を事業者へ配信する。また、サーバ１１０は、それぞれの事業者の望ましい水利用のあり方を水処理運転支援手段１４０によって策定し、その効果を水質汚濁動向予測手段１５０によって確認し、最適と判断された運転情報を各事業者へ配信する。

水源から取水する事業者２００では、取水者情報収集手段２１０が、取水者の水利用に関わる情報を収集し、通信手段５００を介して水環境情報センタへ送信したり、水環境情報センタから取水者の浄水処理の運転に関わる情報や河川情報を受信したりする。浄水制御手段２２０は、２１０で受信した運転支援情報を参照して、浄水処理手段２３０を適切に制御する。２３０では、水源からの取水量や浄化する水量と水質を調節することができる。

水源から取水する事業者２００では、取水者情報収集手段２１０が、取水と水利用に関わる情報を収集し、通信手段５００を介して水環境情報センタへ送信したり、水環境情報センタから取水者の浄水処理の運転支援情報や水源情報を受信したりする。浄水制御手段２２０は、２１０で受信した運転支援情報を参照して、浄水処理手段２３０を適切に制御する。２３０では、水源からの取水量や浄化する水量と水質を調節することができる。

水源に排出する事業者３００でも、２００での各手段と同様に、３１０が、排水と水利用に関わる情報を収集したり、排水処理の運転情報や水源情報を受信したりする。そして３２０は、３１０で受信した運転支援情報を参照して、３３０を適切に制御する。ここで、排水処理手段３３０は、利用した水を処理し、再生水として再利用先に送出したり、放流水として河川や湖沼へ排出したりする機能を有し、それぞれの場合で水量や水質を調節することができる。

図２は、事業者の具体例を示す図である。水源から取水する事業者２００の例として代表的なものが、水道事業者である。このほか農業者２５０も河川や湖沼を水源としているが、同時に排出先とする事業者でもある。したがって農業者は、取水者情報収集手段と排出者情報収集手段の双方を併せ持っていることが望ましい。河川や湖沼を排出先とする事業者３００の例として代表的なものが下水事業者や産業プラントである。また、ごみ処分場では、集積されている廃棄物からしみ出てくる浸出水の環境影響が顕著になりつつあり、水利用はないものの排出者の一つとして扱う対象である。また、ビル管理者３５０は、排出先は下水道事業者となるが再生水の利用者としては考慮すべき主体である。農業者や下水事業者、産業プラントからの排水の一部は再生水として処理され、自己供給あるいは再生水輸送手段６００を介して供給される。再生水輸送手段の具体的な実現形態は、パイプラインもしくは給水トラックである。

図３は、地下水や海水から取水する事業者と排出者の関係を示す図である。排出者からの再生水を活用し、取水量を低減することによって、地下水や海水への影響を低減することができる。

図４は、水資源情報蓄積手段１２０が保持する情報内容の構成を示す図である。水源情報１２１、取水者情報１２２、排出者情報１２３、そしてこれらを端末画面上で視覚的に確認するための背景となる地図情報１２４を含む。１２１〜１２３の各情報の内容は、それぞれ図５〜７に示される。

図５は、取水者情報の内容を示す図である。それぞれの取水者について、属性情報と履歴情報を保持している。属性情報は、取水者を認識できるＩＤ、取水口の位置、取水量の上限、そして浄水能力や送水能力などを含む水処理設備に関する情報である。履歴情報は、水量と水質に関して計測されたデータの時系列情報である。水利用履歴と水供給履歴に大別され、それぞれ取水の水量と水質、供給水の水量と水質を含む。

図６は、排出者情報の内容を示す図である。それぞれの排出者について、属性情報と履歴情報を保持している。属性情報は、排出者を認識できるＩＤ、排水口の位置、遵守すべき排水水質基準の項目、そして容量や処理水質性能を含む水処理設備に関する情報である。履歴情報は、水利用履歴と水排出履歴に大別され、それぞれ利用する水の水量と水質、放流および再生する水の水量と水質を含む。

図７は、水源情報の内容を示す図である。それぞれの観測点について、属性情報と履歴情報を保持している。属性情報は、観測点を認識できるＩＤ、観測点の位置、観測水質の項目である。履歴情報は、観測点における水位と水質を含む。

図８は、再生水運用機能を有するサーバの構成を示す図である。サーバは、入出力インタフェースを介して、水資源情報蓄積手段１２０から取り出した情報や入力手段から取り入れた情報を演算手段１１２に読み込む。演算手段１１２は、読み込まれた情報を再生水需給マッチング手段１３０となるソフトウエアに従って演算する。演算結果は、入出力インタフェース１１１を介して出力手段へ表示されたり、通信手段を介して事業者へ配信されたりする。

図９は、水処理運転支援機能を有するサーバの構成を示す図である。演算手段１１２は、水処理運転支援手段１４０や水質汚濁動向予測手段１５０となるソフトウエアに従って演算を行う。その他は、図８の説明と同様である。

図１０は、再生水需給マッチング手段１３０の内部構成を示す図である。再生水需給量予測手段１３１は、取水者情報１２１および排出者情報１２２の水利用履歴から、それぞれの事業者が必要とする水量と水質を予測する。また、排出者情報１２２の水排出履歴から、それぞれの排出者が再生水として供給可能な水量と水質を予測する。なお、予測の時間や単位は、以下に説明する再生水輸送計画手段１３２における計画の時間や単位による。たとえば１日、1時間単位の計画を立案するのであれば、それに従う。

再生水輸送計画手段１３２は、再生水需給予測手段１３１からそれぞれの主体の再生水需要と再生水供給の予測値を得て、輸送設備情報６１０から得る輸送能力およびそれぞれの主体の水利用における要求水質を制約条件に、輸送計画問題を解く。輸送設備情報６１０には、たとえばパイプラインの始点・終点・輸送容量、給水トラックの台数・積載容量など、輸送設備能力が保持されている。得られた輸送計画は、各主体者にガイドラインとして配信される。

特に、渇水時など水量が著しく不足する場合には、水道事業体の利用する再生水への要求条件を緩和させる設定にして、輸送計画を立案することによって、取水量の削減を図ることもできる。

各事業者が、この再生水需給マッチング手段１３０によって立案される輸送計画に従うことで、相互に調整を行い、再生水利用の促進と水源からの取水量の節減が可能となる。

図１１は、水処理運転支援手段１４０の内部構成を示す図である。水処理運転案生成手段１４１では、取水者情報１２１および排出者情報１２２に保持されている、それぞれの事業者の水処理設備能力、取水履歴、放流履歴から運転案を生成する。例えば、ある排出者について、放流履歴から平均的な放流量と放流水質を算出し、設備能力を参照し、平均的放流水質を中心に、処理水質レベルを変動させることによって複数の運転案を生成する。水質汚濁動向予測１５０では、ある運転案による取水量、放流量と放流水質がある期間継続することを想定して河川や湖沼の水量と水質の予測シミュレーションを行う。環境負荷評価手段１４２では、得られたシミュレーション結果から、取水口や排水口などいくつかの代表点において、河川や湖沼の水質を環境水質基準に照らし合わせて点数化することによって、ある運転案の環境負荷を評価する。想定し得る運転案のうち最も評価値のよいものを最適運転案として、各事業者へ配信する。

なお、水処理運転支援手段は、運転案生成を、既存の水処理設備だけでなく、想定の水処理設備について行い、評価することによって、水処理設備の導入計画に利用することも可能とする。
予測シミュレーションの情報を共有することによって、事業者間の調整が促進されるとともに、それぞれの事業者の環境負荷低減努力が促進される。

図１２は、水源から取水する事業者に設置される、浄水制御手段２２０の内部構成を示す図である。運転指令情報入力手段２２１を用いて運転オペレータは運転指令値を浄水量制御手段２２３および浄水水質制御手段２２４へ設定する。運転支援情報表示手段２２２には、水環境情報センタから受信した運転案が表示される。運転オペレータが、表示された運転案を参考にして運転指令値を決定してもよいし、直結して運転案を自動で制御手段に設定してもよい。それぞれの制御手段は、設定値に従い、水量計や水質計の計測情報に基づいて、浄水処理手段２３０を適切に制御する。浄水処理手段は、浄水設備だけでなく、送水設備を含んでいてもよい。

図１３は、水源に排出する事業者に設置される、排水制御手段３２０の内部構成を示す図である。３２３〜３２６の各制御手段により、再生水の水量と水質、放流水の水量と水質を適切に制御する。動作は浄水制御手段２２０と同様である。

以上のように、本発明の実施形態によれば、排水からの再生水の利用が促進されれば、事業者から河川への放流量を削減し、河川への環境負荷を低減することができる。また同時に、水道事業者から再生水を利用した事業者への供給量が削減され、水道事業者の河川からの取水量が低減される。結果、河川流量が維持され、河川水質の保全が図られる。また、同様に、再生水利用の促進は、取水量や放流量の低減による湖沼の水質保全、取水量の低減による地下水や海水への影響抑制という効果を引き出す。

つまり、河川、湖沼、地下水、海水といった水源から取水する水道事業者や農業者、利用した水を河川や湖沼へ排出する下水道事業者や種々産業の事業所管理者といった河川や湖沼に関係する事業者が、再生水利用を促進させること、および水源からの取水量の節減を図ることが可能となる。あるいは、それぞれの事業者の環境負荷低減努力、事業者間の調整が促進される。

１００−水環境情報センタ、１１０−サーバ、４００−河川あるいは湖沼、４０１−地下水、４０２−海、５００−通信手段、６００−再生水輸送手段

Claims (6)

1. 河川、湖沼、地下水または海水を水源とする水の水処理管理システムであって、
   水環境情報を管理する水環境情報センタと、取水を管理する第１の水処理管理サーバと、排水を管理する第２の水処理管理サーバと、を有し、
   前記水環境情報センタが、
   水源から取水する事業者および水源に排出する事業者双方の情報を蓄積する水資源情報蓄積手段と、
   該蓄積手段に蓄積された情報を利用して、前記水源から取水する事業者および前記水源に排出する事業者のために、再生水の運用計画を立案する再生水需給マッチング手段と、を有し、
   前記第１の水処理管理サーバが、
   処理する水の水量と水質の情報を集めて水環境情報センタへ送信する取水者情報収集手段と
   水環境情報センタから受信した運用計画に従って取水量および浄水量を調節する浄水制御手段と、
   前記第２の水処理管理サーバが、
   利用する水の水量と水質および排出する水の水量と水質の情報を集めて水環境情報センタへ送信する排水者情報収集手段と、
   水環境情報センタから受信した運用計画に沿って再生水の水量と水質を調節する排水制御手段と、を有することを特徴とする水処理管理システム。
2. 請求項１記載の水処理管理システムにおいて、
   再生水需給マッチング手段は、
   取水者情報および排出者情報からそれぞれの事業者が供給できる再生水の水量と水質およびそれぞれの事業者が需要する再生水の水量と水質を予測する再生水需給予測手段と、
   予測した再生水需給の水量と水質に関する情報および再生水の輸送設備に関する情報から、再生水を供給する事業者から再生水を需要する事業者への輸送計画を立案することができる再生水輸送計画手段を有することを特徴とする水処理管理システム。
3. 河川、湖沼、地下水または海水を水源とする水の水処理管理システムであって、
   水環境情報を管理する水環境情報センタと、取水を管理する第１の水処理管理サーバと、排水を管理する第２の水処理管理サーバと、を有し、
   前記水環境情報センタが、
   河川や湖沼を取水源とする事業者および河川や湖沼を排出先とする事業者双方の情報を蓄積する水資源情報蓄積手段と、
   該蓄積手段に蓄積された情報を利用して、河川や湖沼を取水源とする事業者および河川や湖沼を排出先とする事業者の水処理運転案を作成する水処理運転支援手段と、
   該水処理運転案を実行した場合の河川や湖沼の水質を予測する水質汚濁動向予測手段と、を有し、
   前記第１の水処理管理サーバが、
   処理する水の水量と水質の情報を集めて水環境情報センタへ送信する取水者情報収集手段と水環境情報センタから受信した運転案に従って取水量および浄水量を調節する浄水制御手段と、
   前記第２の水処理管理サーバが、
   利用する水の水量と水質および排出する水の水量と水質の情報を集めて水環境情報センタへ送信する排水者情報収集手段と水環境情報センタから受信した運転案に沿って放流水の水量と水質を調節する排水制御手段と、を有することを特徴とする水処理管理システム。
4. 請求項３記載の水処理管理システムにおいて、
   水処理運転支援手段は、取水者情報および排出者情報それぞれの水処理設備能力、取水履歴、放流履歴から運転案を生成する水処理運転支援案生成手段と、
   該運転案を実行した場合に予測される河川や湖沼への環境負荷を評価して、最適な運転案を決定する環境負荷評価手段を有することを特徴とする水処理管理システム。
5. 請求項１記載の水処理管理システムにおいて、
   取水源かつ排出先である河川の水量と水質の情報を集めて水環境情報センタへ送信する河川情報収集手段を備えることを特徴とする水処理管理システム。
6. 請求項３記載の水処理管理システムにおいて、
   取水源でありかつ排出先である河川や湖沼の水量と水質の情報を集めて水環境情報センタへ送信する河川情報収集手段を備えることを特徴とする水処理管理システム。

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