JPH07313964A - 水処理設備の処理水量制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 入力設定部２では、一日を複数の時間帯に分
割して各時間帯毎に目標汚水揚水量を設定できる。自動
制御部３は、設定された目標値を時間帯によって切り換
えて、流量計６にて計測される汚水揚水量が対応する時
間帯の目標値になるように、汚水ポンプ２４…の回転数
および運転台数を制御して、後段の処理設備（最初沈澱
池、曝気槽等）へ供給される汚水の量を自動制御する。 【効果】 後段の処理設備で処理される汚水量の日々の
時間変動量がパターン化し、後段の処理設備における操
作性の向上および操作量の軽減が図れる。各時間帯毎の
処理水量が予め分かっているので、監視作業が容易にな
り、オペレータの負担軽減が図れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、上・下水処理場、工業
用水処理設備、或いは産業排水処理設備等の水処理設備
に供され、水処理設備において処理される処理水量を制
御する水処理設備の処理水量制御装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】下水処理場では、下水道管を通って下水
処理場へ流入する下水は、その中に含まれる土砂類（径
0.２ｍｍ以上の非腐敗性の無機物）が、沈砂池で除去さ
れ、さらに、木片、荒砂、プラスチック等のゴミが除渣
装置（スクリーン）で除去された後、所定容量のポンプ
井に流入する。下水は自然流下によりポンプ井に流入す
るため、ポンプ井は地下数メートルの所にある。このた
め、下水（汚水）は、ポンプ井に設けられた汚水ポンプ
によって地表に揚水され、後段の処理設備に供給され
る。揚水後の処理設備としては、下水中の微細な浮遊固
形物を沈澱除去する最初沈澱池、生物酸化により下水中
の有機物を分解除去する曝気槽、この曝気槽で生じた汚
泥フロック（かたまり）を沈澱除去する最終沈澱池、お
よび塩素水の注入により滅菌処理する塩素混和槽があ
り、これらのプロセス処理を経て清澄な処理水が放流さ
れる。

【０００３】上記のような下水処理場では、従来より、
ポンプ井から汚水を揚水して後段の処理設備に供給する
汚水の水量を自動制御するようになっている。以下に、
従来より行われている汚水の揚水量自動制御を、図４に
基づいて説明する。尚、ここでは、３台の汚水ポンプ５
５…によって、揚水が行われる場合を示す。

【０００４】従来の揚水量自動制御は、ポンプ井水位一
定制御方式であり、入力設定部５１において目標ポンプ
井水位を設定すれば、自動制御部５２により、水位計５
３によって計測されるポンプ井５４の水位が上記の設定
目標水位になるように、汚水ポンプ５５…の回転数およ
び運転台数が自動制御されるようになっている。

【０００５】詳しくは、先ず、入力設定部５１の目標ポ
ンプ井水位設定部５１ａにおいて目標ポンプ井水位が設
定されると共に、運転台数増減判断基準設定部５１ｂに
おいて汚水ポンプ５５の運転台数の増減を判断するため
の運転台数増減判断基準（目標ポンプ井水位と計測ポン
プ井水位との基準偏差および基準確認時間）が設定され
ることになる。

【０００６】上記自動制御部５２は、回転数制御部５２
ａと運転台数制御部５２ｂとからなり、上記回転数制御
部５２ａは、水位計５３によって計測されるポンプ井水
位と設定された目標ポンプ井水位とを比較し、回転数調
節部５６を介して汚水ポンプ５５…の回転数を制御す
る。また、運転台数制御部５２ｂは、水位計５３から入
力した計測ポンプ井水位と目標ポンプ井水位との偏差が
設定された基準偏差以上になり、且つ、その状態が設定
された基準確認時間を経過すれば、運転／停止切換部５
７に台数増／減指令を出力する。以上の制御により、ポ
ンプ井５４の水位が、略、設定目標水位に保持される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のポンプ井水
位一定制御方式では、流入下水量の変動に比例して、ポ
ンプ井から揚水される汚水の水量、即ち、後段の処理設
備に供給される汚水量が変化することになる。例えば、
曝気槽では処理水量に応じて曝気量を制御する曝気量制
御が行われ、最終沈澱池では処理水量に応じて沈澱した
汚泥（活性汚泥）を返送ポンプで曝気槽に返送する返送
汚泥制御が行われ、塩素混和槽では処理水量に応じて塩
素水の注入量を制御する薬液注入制御が行われるという
ように、後段の各処理設備では、処理水量に応じた各種
制御が必要である。このため、下水処理場のオペレータ
（監視作業員）は、各処理設備の処理水量の増減を常に
監視し、処理水量の変動量が所定以上になる毎に、各処
理設備の制御部に対して目標値（目標曝気量、目標返送
汚泥量、目標薬液注入量等）を設定し直さなければなら
ず、オペレータの負担が大きい。

【０００８】本発明は、上記に鑑みなされたものであ
り、その目的は、オペレータの監視作業を容易にし、水
処理手段（揚水された汚水を処理する最初沈澱池、曝気
槽、最終沈澱池、塩素混和槽）における操作性の向上お
よび操作量の軽減を図り、オペレータの負担を軽減する
ことができる水処理設備の処理水量制御装置を提供する
ことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の水処理設備の処
理水量制御装置は、被処理水に対して所定の処理を施す
水処理手段と、上記水処理手段に被処理水を供給する被
処理水供給手段とを備えている水処理設備に用いられ、
上記被処理水供給手段の動作を制御して上記水処理手段
において処理される処理水量を制御するものであって、
上記の課題を解決するために、以下の手段が講じられて
いることを特徴とする。

【００１０】即ち、上記処理水量制御装置は、一日を複
数の時間帯に分割して各時間帯毎に被処理水の水処理手
段への供給量の目標値を設定できる目標値設定手段と、
上記水処理手段へ流入する被処理水の通路に設けられ、
被処理水の水処理手段への流入量を計測する計測手段
と、上記目標値設定手段で設定された各時間帯毎の目標
値を時間帯によって切り換えて、上記計測手段の計測値
が対応する時間帯の目標値になるように、上記被処理水
供給手段の動作を制御する制御手段とを備えている。

【００１１】

【作用】上記の構成によれば、処理水量制御装置が被処
理水供給手段の動作を制御することによって、水処理手
段で処理される処理水量が調整される。上記処理水量制
御装置の制御手段は、計測手段によって計測される被処
理水の水処理手段への流入量（供給量）が、予め設定さ
れた目標値になるように、被処理水供給手段の動作を制
御するようになっているが、上記目標値の設定は、一日
を複数の時間帯に分割して各時間帯毎に被処理水の水処
理手段への供給量の目標値を目標値設定手段にて設定で
きるようになっており、上記制御手段は、時間帯によっ
て目標値を切り換えながら上記の制御を実行する。

【００１２】これにより、水処理手段に供給される被処
理水の日々の時間変動量がパターン化し、水処理手段で
行われる各種処理をパターン化できる。このため、上記
水処理手段における操作性の向上および操作量の軽減が
図れる。また、水処理手段における各時間帯毎の処理水
量が予め分かっているので、監視作業が非常に容易にな
り、オペレータの負担軽減が図れる。

【００１３】尚、上記の時間帯の分割および時間帯毎の
目標値の決定は、次のようにして行えばよい。例えば、
下水処理場では流入下水量に応じて処理水量を調整し、
上水処理場では配水量に応じて処理水量を調整する必要
があるが、日々の流入下水量や配水量の時間的な変化
は、略一定であり、パターン化していることが多い（流
入下水量の時間変動パターンを示す図３を参照）。そこ
で、この時間変動パターンおよび水処理手段の処理能力
を考慮して、一日を複数の時間帯に分割して各時間帯毎
の目標値を決定すればよい。

【００１４】

【実施例】本発明の一実施例について図１ないし図３に
基づいて説明すれば、以下の通りである。

【００１５】本実施例では、水処理設備として活性汚泥
法を用いた下水処理場を例に挙げて説明する。上記下水
処理場は、図２に示すように、下水道管を通って下水処
理場へ流入する下水中の土砂類（径0.２ｍｍ以上の非腐
敗性の無機物）を除去するための沈砂池２０、この沈砂
池２０の前後に設けられた粗目スクリーン２１および細
目スクリーン２２、所定容量のポンプ井２３、このポン
プ井２３に溜まった被処理水としての汚水を揚水して後
段の処理設備（水処理手段）に供給するための汚水ポン
プ２４（被処理水供給手段）、この汚水ポンプ２４の動
作を制御して後段の処理設備で処理される水量を制御す
る処理水量制御装置１、汚水中の微細な浮遊固形物を沈
澱除去する最初沈澱池２５、生物酸化により汚水中の有
機物を分解除去する曝気槽２６、この曝気槽２６に空気
（または酸素）を供給するブロワ２７、曝気槽２６で生
じた活性汚泥を沈澱除去する最終沈澱池２８、最終沈澱
池２８に沈澱した活性汚泥の一部を曝気槽２６へ返送す
る汚泥返送ポンプ２９、および処理水に塩素水を注入し
て滅菌処理する塩素混和槽３０を備えている。尚、本実
施例では、図１に示すように、ポンプ井２３に可変速運
転可能な３台の汚水ポンプ２４…が設けられているもの
とする。

【００１６】上記処理水量制御装置１は、基本的には、
図１に示すように、処理水量制御に必要な各種の値を設
定するための入力設定部２（目標値設定手段）、上記入
力設定部２の設定値に基づいて汚水ポンプ２４…の回転
数および運転台数を自動制御する自動制御部３（制御手
段）、上記自動制御部３からの指令に基づいて各汚水ポ
ンプ２４…の回転数を調節する回転数調節部４、上記自
動制御部３からの指令に基づいて各汚水ポンプ２４…の
運転／停止の切り換えを行う運転／停止切換部５、汚水
ポンプ２４…によって揚水された汚水の配管に設けられ
て汚水の揚水量を計測する流量計６（計測手段）、ポン
プ井２３の水位を計測する水位計７、および警報部８か
ら構成されている。

【００１７】上記入力設定部２は、目標とする汚水揚水
量を１時間単位の２４時間タイムスケジュールで設定す
るための時間別目標汚水揚水量設定部２ａと、ｎ（ｎ＝
１，２，３）台の汚水ポンプ２４…を運転したときの汚
水揚水量の範囲を設定するための台数別汚水揚水量設定
部２ｂと、ポンプ井２３の水位の下限値および上限値を
設定するための下限／上限水位設定部２ｃとを有してい
る。この入力設定部２としては、例えばパーソナルコン
ピュータを用いることができ、ＣＲＴ（Cathode-Ray Tu
be) 画面上の各入力設定項目に、キーボードやマウス等
の入力装置を用いて設定値を入力する。

【００１８】上記時間別目標汚水揚水量設定部２ａで設
定される２４時間タイムスケジュールは、後述する流入
下水量の時間変動パターン（図３参照）およびポンプ井
２３の容量に基づいて設定される。また、上記台数別汚
水揚水量設定部２ｂで設定される台数別の汚水揚水量の
範囲は、各汚水ポンプ２４の運転能力に従って設定され
る。

【００１９】上記自動制御部３は、回転数制御部３ａ
と、運転台数制御部３ｂと、水位監視部３ｃとを有して
いる。この自動制御部３は、マイクロコンピュータから
構成され、上記の各部３ａ・３ｂ・３ｃは、所定のプロ
グラムを格納したメモリと、該プログラムを実行するＣ
ＰＵ（Central Processing Unit)とによって構成される
機能モジュールである。

【００２０】上記回転数制御部３ａは、流量計６によっ
て計測される汚水揚水量と時間別目標汚水揚水量設定部
２ａにおいて設定された該当時間帯の目標汚水揚水量と
を比較し、計測汚水揚水量が目標汚水揚水量となるよう
に回転数調節部４を介して汚水ポンプ２４…の回転数を
制御する。

【００２１】上記運転台数制御部３ｂは、時間別目標汚
水揚水量設定部２ａにおいて設定された該当時間帯の目
標汚水揚水量と、台数別汚水揚水量設定部２ｂにおいて
設定された台数別の汚水揚水量の範囲とを比較すること
により、汚水ポンプ２４の運転台数を決定し、運転／停
止切換部５を介して汚水ポンプ２４…の運転台数を制御
する。

【００２２】尚、上記回転数調節部４および運転／停止
切換部５は、手動モードと自動制御モードとを有してお
り、自動制御モードのときは上記自動制御部３の指令に
基づいて汚水ポンプ２４…を駆動する一方、手動モード
のときはオペレータによる手動入力データに基づいて汚
水ポンプ２４…を駆動するようになっている。これによ
り、自動制御部３の故障時や自動制御が不可能な状態に
なったときのオペレータによるバックアップ処理が可能
となっている。

【００２３】上記水位監視部３ｃは、水位計７によって
計測されるポンプ井２３の水位と、下限／上限水位設定
部２ｃにおいて設定された下限値および上限値とを比較
し、計測水位が設定範囲を外れた場合に、警報部８に警
報動作を行わせる。上記警報部８としては、警報ブザー
や異常表示を行う表示装置（入力設定部２のＣＲＴを併
用してもよい）を用いることができる。

【００２４】上記の構成において、処理水量制御装置１
の動作を以下に説明する。

【００２５】先ず、入力設定部２にて、目標汚水揚水量
を１時間単位の２４時間タイムスケジュールで設定する
と共に、台数別汚水揚水量の範囲およびポンプ井水位の
下限／上限値を設定することになる。尚、１時間単位の
２４時間タイムスケジュールの設定とは、１時間毎に目
標汚水揚水量を設定することを言い、例えば１時台（１
時から２時まで）の時間帯、２時台の時間帯、…Ｎ時台
の時間帯（Ｎ：１〜２４の整数）のそれぞれの時間帯の
目標汚水揚水量を設定する。

【００２６】この際の目標汚水揚水量のタイムスケジュ
ールは、下水処理場へ流入する下水量の過去の統計デー
タから求められる時間変動パターンとポンプ井２３の容
量に従って設定される。即ち、一日の下水処理場への流
入下水量の時間的な変化は、図３に示すように、休日と
土曜日とその他の日（以下、平日と称する）とで若干の
パターンの違いはあるものの、休日なら休日パターン、
土曜日なら土曜日パターン、平日なら平日パターンとい
うようにパターン化している。そこで、休日、土曜日お
よび平日の３つのパターンに従って、休日、土曜日およ
び平日の各タイムスケジュールが設定される。尚、タイ
ムスケジュールの設定に際し、ポンプ井２３の汚水の量
がポンプ井２３の容量を越えたりすることがないよう
に、ポンプ井２３の容量を考慮しなければならない。

【００２７】自動制御部３は、その内部にカレンダーお
よび時計を有しており、現在の曜日および時間に対応す
る目標汚水揚水量を取得する。或いは、入力設定部２が
カレンダーおよび時計を有し、現在の曜日および時間に
対応する目標汚水揚水量を、１時間毎に変更しながら自
動制御部３へ出力するようになっていてもよい。

【００２８】そして、上記自動制御部３は、流量計６に
よる計測汚水揚水量が目標汚水揚水量となるように、回
転数調節部４および運転／停止切換部５を介して汚水ポ
ンプ２４…の回転数および運転台数を制御する。これに
より、各曜日によって同じパターンでポンプ井２３から
汚水が揚水され、後段の処理設備に供給されることにな
る。

【００２９】尚、雨天日にも降雨量が極端に多くならな
ければ上述の流入下水量の時間変動パターンから大きく
逸脱することはないが、降雨量が非常に多い場合やその
他の何らかの要因によって、下水処理場への流入下水量
が大きく変動することも考えられる。自動制御部３は、
水位計７からの計測ポンプ井水位を常時監視しており、
上記のような事態が発生し、ポンプ井２３の水位が上限
水位設定部２ｃにおいて設定された範囲から外れた場
合、警報部８に警報動作を行わせてオペレータに異常発
生を知らせる。この場合、オペレータは、手動操作にて
汚水ポンプ２４…を操作することになる。

【００３０】尚、上記では一日を１時間単位で２４の時
間帯に分割して１時間毎に目標汚水揚水量を設定できる
ようになっているが、これに限定されるものではない。
即ち、目標汚水揚水量は固定ではなく、一日を複数の時
間帯に分割して各時間帯毎に目標汚水揚水量を設定でき
るようになっていればよく、例えば一日を２時間単位で
１２の時間帯に分割しても良いし、或いは一日を0.５時
間単位で４８の時間帯に分割しても良い。

【００３１】以上のように、本実施例の処理水量制御装
置１は、水処理手段（最初沈澱池２５、曝気槽２６、最
終沈澱池２８、塩素混和槽３０）と、この水処理手段に
汚水を供給する汚水ポンプ２４…とを備えた下水処理場
に用いられ、上記汚水ポンプ２４…の動作を制御して上
記水処理手段において処理される処理水量を制御するも
のであって、一日を複数の時間帯に分割して各時間帯毎
に汚水の水処理手段への供給量の目標値（目標汚水揚水
量）を設定できる入力設定部２と、上記水処理手段へ流
入する汚水の通路（配管）に設けられ、汚水の水処理手
段への流入量（汚水揚水量）を計測する流量計６と、上
記入力設定部２で設定された各時間帯毎の目標値を時間
帯によって切り換えて、上記流量計６の計測値が対応す
る時間帯の目標値になるように、上記汚水ポンプ２４…
の動作を制御する自動制御部３とを備えている構成であ
る。

【００３２】これにより、水処理手段としての最初沈澱
池２５、曝気槽２６、最終沈澱池２８、および塩素混和
槽３０で処理される汚水量の日々の時間変動量がパター
ン化し、例えば曝気槽２６で行われる曝気量制御、最終
沈澱池２８で行われる返送汚泥制御、塩素混和槽３０で
行われる薬液注入制御といった水処理手段で行われる各
種処理をパターン化でき、上記水処理手段における操作
性の向上および操作量の軽減が図れる。また、オペレー
タにとっては、水処理手段における各時間帯毎の処理水
量が予め分かっているので、監視作業が非常に容易にな
り、オペレータの負担軽減が図れる。したがって、本実
施例の処理水量制御装置１を適用すれば、日々の作業が
安定する。

【００３３】尚、上記の実施例では、水処理設備として
下水処理場を例に挙げて説明したが、これに限定される
もきではなく、上水処理設備、工業用水処理設備、或い
は産業排水処理設備にも適用可能である。例えば、急速
濾過方式の上水処理設備では、薬品沈澱、急速濾過、お
よび殺菌を行う水処理手段が用いられ、これらの水処理
手段で処理された処理水は配水池に貯水されて給水され
る。上水処理設備から給水される給水量の日々の時間変
動量も略一定のパターンを示すので、この給水量の時間
変動パターンに基づいて、一日を複数の時間帯に分割し
て各時間帯毎に被処理水の水処理手段への供給量の目標
値を設定すればよい。尚、上水処理設備では、河川、湖
沼、貯水池、ダム等の水源から取水を行う取水ポンプが
被処理水供給手段として用いられる。

【００３４】上記実施例は、あくまでも、本発明の技術
内容を明らかにするものであって、そのような具体例に
のみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発
明の精神と特許請求の範囲内で、いろいろと変更して実
施することができるものである。

【００３５】

【発明の効果】本発明の水処理設備の処理水量制御装置
は、以上のように、一日を複数の時間帯に分割して各時
間帯毎に被処理水の水処理手段への供給量の目標値を設
定できる目標値設定手段と、上記水処理手段へ流入する
被処理水の通路に設けられ、被処理水の水処理手段への
流入量を計測する計測手段と、上記目標値設定手段で設
定された各時間帯毎の目標値を時間帯によって切り換え
て、上記計測手段の計測値が対応する時間帯の目標値に
なるように、被処理水供給手段の動作を制御する制御手
段とを備えている構成である。

【００３６】それゆえ、水処理手段に供給される被処理
水の日々の時間変動量がパターン化し、水処理手段で行
われる各種処理をパターン化できる。このため、上記水
処理手段における操作性の向上および操作量の軽減が図
れ、また、水処理手段における各時間帯毎の処理水量が
予め分かっているので、監視作業が非常に容易になり、
オペレータの負担軽減が図れるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すものであり、下水処理
場に適用された処理水量制御装置の概略構成を示すブロ
ック図である。

【図２】上記下水処理場の概略構成を示す説明図であ
る。

【図３】下水処理場における流入下水量の時間変動パタ
ーンを示すグラフである。

【図４】従来の下水処理場における処理水量制御系の概
略構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１ 処理水量制御装置 ２ 入力設定部（目標値設定手段） ３ 自動制御部（制御手段） ４ 回転数調節部 ５ 運転／停止切換部 ６ 流量計（計測手段） ７ 水位計 ８ 警報部 ２３ ポンプ井 ２４ 汚水ポンプ（被処理水供給手段）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被処理水に対して所定の処理を施す水処理
   手段と、上記水処理手段に被処理水を供給する被処理水
   供給手段とを備えている水処理設備に用いられ、上記被
   処理水供給手段の動作を制御して上記水処理手段におい
   て処理される処理水量を制御する水処理設備の処理水量
   制御装置であって、 一日を複数の時間帯に分割して各時間帯毎に被処理水の
   水処理手段への供給量の目標値を設定できる目標値設定
   手段と、 上記水処理手段へ流入する被処理水の通路に設けられ、
   被処理水の水処理手段への流入量を計測する計測手段
   と、 上記目標値設定手段で設定された各時間帯毎の目標値を
   時間帯によって切り換えて、上記計測手段の計測値が対
   応する時間帯の目標値になるように、上記被処理水供給
   手段の動作を制御する制御手段とを備えていることを特
   徴とする水処理設備の処理水量制御装置。