JP5657583B2

JP5657583B2 - 下水処理システム

Info

Publication number: JP5657583B2
Application number: JP2012020942A
Authority: JP
Inventors: 篤政志宮
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2012-02-02
Filing date: 2012-02-02
Publication date: 2015-01-21
Anticipated expiration: 2032-02-02
Also published as: JP2013159925A

Description

本発明の実施形態は、所定の地域から生じる下水を、下水処理場に通じる下水管により流入ゲートを介して下水処理場に流入させ、所定の処理を施して放流する下水処理システムに関する。

近年、ゲリラ豪雨と呼ばれている狭い範囲への集中した多量の降雨が多く見られるようになってきている。このようなゲリラ豪雨が発生すると、都市部などにおける合流式の下水道管から雨水が溢れて出し、家屋などが浸水する被害が生じることがある。このゲリラ豪雨対策としてテレビカメラで捉えた画像を用いた浸水監視装置を設け、浸水が発生しそうな状況を監視することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、このようなゲリラ豪雨対策の一環として、下水道管内に浸水検知器を設け、豪雨による下水管内の増水をいち早く検知し、雨水ポンプの先行運転などの対策行うことも考えられている。

特許第４１０８５９３号公報

ゲリラ豪雨は、発生した場合、浸水など、影響が大きいため、そのための対策を採ることは重要である。しかし、年間を通じてみた場合、その発生回数は多いとはいえない。したがって、下水道管に上述の浸水検知器を設けた場合、ゲリラ豪雨対策には有効であるが、それ以外の晴天時などではなんら活用されず、利用率が低かった。

また、下水道は、雨天時以外であっても、各種の要因により突発的な流入が生じることがある。下水道はその終端部に設けられた下水処理場において、河川などに排水しても問題無い程度まで清浄化するための水処理が行われる。この水処理量には限度があり、処理量は一定量であることが望まれる、したがって突発的に流入量が増大してもそれに対応した充分な水処理を行うことが困難であった。

本発明が解決しようとする課題は、浸水検知を目的として下水管に設置された水位検出装置をゲリラ豪雨対策以外にも有効活用して、下水処理場における省エネ運転などの効果的な水処理を可能とした下水処理システムを提供することにある。

本発明の実施の形態に係る下水処理システムは、所定の地域から生じる下水を、下水処理場に通じる下水管により、前記下水処理場に流入ゲートを介して流入させ、所定の処理を施して放流する下水処理システムであって、前記下水管の管路上の所定箇所に設けられ、この下水管を流れる下水の前記所定箇所における水位を検出する水位検出装置と、この水位検出装置によって検出された水位を入力し、予め設定された時間帯以前における前記水位が予定の運転水位以下の場合、前記流入ゲートを閉じて下水を前記下水管内に貯留させ、前記時間帯に入ると前記流入ゲートを開いて水処理運転を実行させる運転制御装置とを備えたことを特徴とする。

本発明の一実施形態に係る下水処理システムをグラフィック表示した例を示す図である。本発明の一実施形態に係る下水処理システムを模式的に示す図である。本発明の一実施形態に係る下水処理システムに使用される水位検出装置の設置状態を示す図である。本発明の一実施形態に係る下水処理システムに使用される水位検出装置を構成する水位センサーの取り付け状態を示す図である。本発明の一実施形態に係る下水処理システムの運転制御装置の動作を説明するフローチャートである。本発明の一実施形態に係る下水処理システムの時間帯での処理量の推移を従来例と比較して示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。

図１は下水処理場の中央監視装置上にグラフィック表示される下水幹線系統図を表している。また、図２は実際の下水道設備を模式的に表している。これら図１及び図２において、下水幹線Ａについて見ると、この下水幹線Ａはポンプ場１１と終端部(図示右上)に設けられた下水処理場１２との間に敷設された下水管１３を有しており、ポンプ場１１から送られる下水及び周辺地域から流入する下水を下水処理場１２へ送水する。ここで、下水幹線Ａを構成する下水管１３は、必ずしも水処理上に向って下降勾配しているとは限らないので、上流側から流入する下水を、下流側(終端部)の下水処理場１２へ送水するためにポンプ場１１が設けられている。

下水処理場１２には流入ゲート１５が設けられており、下水管１３からの下水の流入量を調整できるように構成されている。また、下水処理場１２には、流入した下水を清浄化する水処理設備１６が設けられており、清浄化された処理水は河川１７などに放流される。すなわち、この実施の形態による下水処理システムは、所定の地域から生じる下水を、下水処理場１２に通じる下水管１３により、流入ゲート１５を介して下水処理場１２に流入させ、水処理設備１６により所定の処理を施して河川１７などに放流するものである。

通常、上述した水処理設備１６は、図示しないが、複数の処理設備が並列に配備されており、降雨などに伴う処理量の増加に対応できるように構成されている。また、これらの処理設備で処理し切れない場合のために、下水処理場１２には、図示しないが処理し切れない下水を一時的に貯留する貯留池が設けられている。

また、下水処理場１２には、運転制御装置１８が設けられており、流入ゲート１５や水処理設備１６の運転を制御すると共に、図１で示した下水幹線系統のグラフィック表示を制御する。

下水管１３には、その管路上の所定箇所(この実施の形態ではＡ１，Ａ２、Ａ３の３箇所)に浸水器として機能する水位検出装置２１が設けられており、この下水管１３を流れる下水の、所定箇所Ａ１，Ａ２、Ａ３における水位を検出する。この水位検出装置２１は、所定箇所Ａ１，Ａ２、Ａ３の地中において、図３で示すように、下水管１３に通じるマンホール設備２２内に設けられる。マンホール設備２２は、立坑２２ａにより地上に通じており、マンホール設備２２内の水位検出装置２１は、地上から電源などの供給や、保守点検を受けることができる。

この水位検出装置２１は、図４で示すように、下水管１２の内周に沿って縦方向に配置された複数(図の例では６個)の水位センサーＨ１〜Ｈ６を有し、下水管を流れる下水の水位が、水位センサーＨ１〜Ｈ６で区分されたどの水位にあるかを検出する。

この水位センサーＨ１〜Ｈ６としては、例えば、公知の光ファイバー近接センサーを用いる。これら光ファイバー近接センサーによる水位センサーＨ１〜Ｈ６は、水位検出装置２１に設けられた図示しないＯＴＤＲから光ファイバー２１ａを通して光を受け、水位を検出したセンサーＨ１〜Ｈ６から戻る光信号の変化により、水位センサーＨ１〜Ｈ６のどこまでが液中を検知しているかを検出する。この水位検出装置２１で検出された水位は、下水管１３内に配線された光ファイバー２１ｂを通って、下水処理場の運転制御装置１８に入力される。

なお、下水管内に光ファイバーが配線されていない場合は、水位検出装置２１で検出された水位信号を立坑２２ａを通して地上に導出し、地上の通信回線により下水処理場１２の運転制御装置１８へ送信すればよい。この場合、水位センサーＨ１〜Ｈ６は光ファイバー近接センサーでなくともよく、一般的な電気式の水位センサーを用いてもよい。

運転制御装置１８は、この水位検出装置２１によって検出された水位を入力し、下水管１３内の水位がどのレベルかを判定する。図１で示したグラフィック表示部には、水位検出装置２１の設置箇所Ａ１，Ａ２、Ａ３ごとに、下水管１３の横断面を模した水位表示器２３Ａ１，２３Ａ２，２３Ａ３を設けている。これらの水位表示器２３Ａ１，２３Ａ２，２３Ａ３は、下水管１３内に設けられた水位センサーＨ１〜Ｈ６の検出水位をグラフィック表示するものである。そして、運転制御装置１８は、各設置箇所Ａ１，Ａ２、Ａ３の水位検出装置２１からの水位信号により対応する水位表示器２３Ａ１，２３Ａ２，２３Ａ３を水位表示させる。例えば、設置箇所Ａ１の水位検出装置２１からの検出水位が、水位センサーＨ１で検出したレベル（以下検出レベルを、検出した水位センサーの符号により表す）Ｈ１であれば、水位表示器２３Ａ１は、Ｈ１レベル以下の部分が水で満たされたグラフィック表示を行う。他の水位表示装置２３Ａ２，２３Ａ３についても同様に表示制御される。

このように中央監視装置の下水幹線系統図中に、下水管１３内の各箇所Ａ１，Ａ２，Ａ３における水位を、下水管１３の横断面を模した表示装置２３Ａ１，２３Ａ２，２３Ａ３によりリアルタイムでグラフィック表示するので、下水処理場１２のオペレータは、下水管１３内の状況を一目で確認することができ、状況に応じた対応を採ることができる。

また、運転制御装置１８は、水処理装置１６の運転が、予め設定した時間帯、例えば、電力料金が低額となる深夜の時間帯となるように制御を行う。勿論、深夜の時間帯以外であっても、後述する状況に応じて運転できるように構成している。

ここで、運転制御装置１８は、水位検出装置２１によって検出された水位が、予定の運転水位(例えば、Ｈ４レベルとする)以下で、しかも、予め設定された時間帯(上述した深夜時間帯とする)以前であれば、流入ゲート１５を閉じて下水を下水管１３内に貯留させる。そして、時刻が予め設定した時間帯に入ると、流入ゲート１５を開いて水処理装置１６による水処理運転を実行させる。ここで、下水幹線用の下水管１３は通常直径数メートル、長さ数キロメートルであるため、下水流入状況によっては相当の貯留機能を有する。

また、運転制御装置１８は、上述した下水の貯留により、下水管１３内の水位が上昇し、運転水位Ｈ４レベルを越えた場合は、予め設定した時間帯以前であっても流入ゲート１５を開いて水処理装置１６による水処理運転を実行させる。上記水処理運転実行により、下水管１３内の水位が低下し、予定の貯留再開水位(例えば、Ｈ２レベルとする)以下になれば、時刻が深夜時間帯以前であることを条件に、再び流入ゲート１５を閉じて下水を下水管１３内に貯留させる。

また、降雨日など、始から下水管１３内の水位が高く、予定の運転水位Ｈ４を越えていれば、予め設定した時間帯以前であっても流入ゲート１５を開いて水処理装置１６による水処理運転を実行させる。

上述した運転制御を実行することにより、電気料金が高額な時間帯での水処理運転が大幅に減少し、電力料金が低額となる時間帯での水処理運転が増えることとなり、運転コストが大幅に低くなると共に、水処理運転を纏まった時間で効率的に行うことができるので省エネ運転にもなる。

このような、下水の貯留運転制御は、運転制御装置１８に設定された制御プログラムなどにより実行される。この制御の流れを、図５のフローチャートにより説明する。

図５において、先ず上述した下水の貯留運転を行うか否かのモード切替を行う(ステップ５０１)。貯留運転モードが「切」の場合は、これまで通りの水処理運転が実行される。貯留運転モードが「入」の場合は、浸水検知器である水位検出装置２１による検出水位が予定の運転水位（この場合Ｈ４レベル)以下かを判断する(ステップ５０２)。検出水位が運転水位Ｈ４レベル以下(ステップ５０２：Ｙ)であれば下水処理場１２の流入ゲート１５を閉じる(ステップ５０３)。

その後、時刻が予め設定した時間帯(夜間時間帯とする、勿論、夜間時間帯以外のオペレータが設定した運転開始時間でもよい)に入ると、水処理運転開始指令を出力する(ステップ５０４)。この水処理運転開始指令により下水処理場１２の流入ゲート１５を開き (ステップ５０５)、水処理装置１６による水処理運転が実施される(ステップ５０６)。

その後、夜間時間帯が過ぎると水処理運転停止指令が出力され(ステップ５０７)、水処理装置１６による水処理運転が停止し(ステップ５０８)、下水処理場１２の流入ゲート１５を閉じる(ステップ５０９)。

一方、下水管１３内の検出水位が運転水位Ｈ４レベル以上であれば(ステップ５０２：Ｎ)、夜間時間帯でなくとも下水処理場１２の流入ゲート１５を開き (ステップ５１０)、水処理装置１６による水処理運転を開始する(ステップ５１１)。この水処理運転は、水位検出装置２１による検出水位が予定の貯留運転再開水位（この場合Ｈ２レベル)以上であれば継続する(ステップ５１２：Ｙ)。

水処理運転の実施により下水管１３の水位が貯留運転再開水位Ｈ２以下になると(ステップ５１２：Ｎ)、ステップ５０２に戻り、その判定Ｙにより流入ゲート１５が閉じられ(ステップ５０３)、水処理運転は停止する。流入ゲート１５が閉じられることにより、再び下水は下水管１３内に貯留される。

このような運転制御を行うことにより、これまでは図６（ａ）で示すように、電気料金が高額な昼間の時間帯での水処理量が多かったのに対し、この実施形態による貯留運転を行うことにより、図６（ｂ）で示すように、電気料金が高額な昼間の時間帯での水処理運転が大幅に減少し、電力料金が低額となる夜間時間帯での水処理量が増大する。その結果、運転コストが大幅に低くなると共に、水処理運転を纏まった時間で効率的に行うことができるので省エネ運転にもなる。

この実施の形態では、水位検出装置２１を下水管１３の複数個所（Ａ１，Ａ２，Ａ３）に設けてそれぞれの水位を検出しているので、運転制御装置１８は、ステップ５０２において、各水位検出装置２１から入力される検出水位がそれぞれ予定の運転水位Ｈ４レベル以下かを判定する。その結果、いずれかの水位検出装置２１からの検出水位が予定の運転水位Ｈ４レベルを越えていれば、ステップ５１０により流入ゲートを開き水処理運転を実行させる。これにより下水管１３内における水位の上昇を適確に検出して流入ゲート１５を開くので、下水管１３から下水が溢れるようなことはない。

また、図示しないが、所定の地域での降雨量を測定する雨量計を設け、この雨量計で測定された降雨量を運転制御装置１８に入力させ、この降雨量が予定の閾値を超えた場合は、流入ゲート１５を開き、水処理運転を実行させるようにしてもよい。このようにすると、下水管１３の水位がＨ４レベル以下で下水を貯留中に、ゲリラ豪雨が発生しても、雨量計によりいち早くこの降雨を捉え、流入ゲート１５を開くので、ゲリラ豪雨による貯留中での浸水を確実に防止することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１２…下水処理場
１３…下水管
１５…流入ゲート
１６…水処理装置
１８…運転制御装置
２１…水位検出装置

Claims

所定の地域から生じる下水を、下水処理場に通じる下水管により、前記下水処理場に流入ゲートを介して流入させ、所定の処理を施して放流する下水処理システムであって、
前記下水管の管路上の所定箇所に設けられ、この下水管を流れる下水の前記所定箇所における水位を検出する水位検出装置と、
この水位検出装置によって検出された水位を入力し、予め設定された時間帯以前における前記水位が予定の運転水位以下の場合、前記流入ゲートを閉じて下水を前記下水管内に貯留させ、前記時間帯に入ると前記流入ゲートを開いて水処理運転を実行させる運転制御装置と、
を備えたことを特徴とする下水処理システム。
前記水位検出装置は前記下水管路の複数個所に設けられて、これら各設置箇所における水位を検出し、前記運転制御装置は前記各水位検出装置から入力される検出水位がそれぞれ予定の運転水位以下かを判定し、いずれかの水位検出装置からの検出水位が予定の運転水位を越えていれば、前記流入ゲートを開き水処理運転を実行させることを特徴とする請求項１に記載の下水処理システム。
前記所定の地域での降雨量を測定する雨量計を有し、前記運転制御装置は前記雨量計で測定された降雨量を入力し、この降雨量が予定の閾値を超えた場合は、前記流入ゲートを開き水処理運転を実行させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の下水処理システム。