JPS5920123B2

JPS5920123B2 - 下水処理場の汚水ポンプ制御方式

Info

Publication number: JPS5920123B2
Application number: JP53161972A
Authority: JP
Inventors: 誠青木; 勉清水
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1978-12-29
Filing date: 1978-12-29
Publication date: 1984-05-11
Also published as: JPS5592192A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、下水処理場において、流入下水の貯留する
ポンプ井から下水を揚水して汚泥処理プロセスヘ向けて
送出するための汚水ポンプの制御方式に関するものであ
る。

一般に、この種の汚水ポンプ制御装置に対して要求され
る基本的条件としては、（条件１）プラント保全の立場
から、ポンプ井水位を定範囲に維持すること、（条件２
）汚水処理設備の維持管理や処理効率の観点から、揚水
流量の変動を極力少なくすること、（条件３）汚水流入
流量の変動特性の変化に対し、安定した動作をし、かつ
操作・運用が簡便であること、などが挙げられる。

一方、かかる汚水ポンプ制御装置が適用される制御対象
の一般的特徴を述べれば次の如くである。制御系に対す
る外乱要素である汚水流入流量は、社会活動に応じた日
間変動あるいは週間変動などにより、かなり大きく変動
する。従つてこの変動を吸収して時間的に均等化（平滑
化）した流れとするには貯留施設が必要となり、このた
めに調整池が設けられたり、下水道の幹線を利用した管
内貯留などが考案されている。ところでこの貯留施設の
容量が、汚水流入流量の変動量に比して大きければよい
が、市街地に設けられる下水処理場では、その容量を充
分大きくとれないのが現状であり、建設コストの点から
も限られた貯留施設を有効に利用できる運用制御方式で
あることが望まれている。このような次第で、この種の
制御方式としては従来、次のような方式が知られていた
。つまり、（方式１）ポンプ井水位一定制御、（方式２
）ポンプ揚水流量一定制御、（方式３）ポンプ揚水流量
均等化制御、などである。しかしこれらの方式には何れ
も次のような欠点がある。（方式１）は前述の（条件１
）を満足しているが、この方式では汚水流入流量の変動
がほぼそのままポンプ揚水流量の変動となり、前述の（
条件２）を満足しない。（方式２）は（条件２）を満足
しているが、この方式では汚水流入流量の変動がほぼそ
のままポンプ井水位の変動となり、高水位によるプラン
トの浸水、あるいは低水位によるポンプの空気吸込みな
どの危険が生じ、前述の（条件１）を満足しない。そこ
で（方式１）および（方式２）の欠点を解消する方式と
して、ポンプ井水位とポンプ揚水流量との間に一定の関
係を設定し、ポンプ井水位に応じてポンプ揚水流量の設
定値を決定するという前述の（方式３）が考案されてい
る。この方式によると、汚水流入流量の増加に対しては
、ポンプ井水位の上昇およびポンプ揚水流量の増加とな
り、このポンプ揚水流量の増加は汚水流入流量の増加に
比べ少なくなる。一方、汚水流入流量の減少に対しては
、ポンプ井水位の下降およびポンプ揚水流量の減少とな
り、このポンプ揚水流量の減少は汚水流入流験の減少に
比べ少なくなる。したがつてポンプ揚水流量の変動は、
汚水流入流量の変動に比べ、ある程度均等化（平滑化）
されかつポンプ井水位も定範囲に維持される。このよう
に、（方式３）はポンプ井水位とポンプ揚水流量との関
数関係を適切に設定することができれば、前述の（条件
１）および（条件２）を満足する制御方式となりうる。

しかし、この（方式３）には以下な述べる欠点がある。
第１の欠点は、ポンプ揚水流量の均等化（平滑化）を効
果的に行なうには、汚水流入流量の変動特性の変化に対
応してＱ＝ｆ（Ｈ）なる関数（但しＱ：ポンプ揚水流量
設定値、Ｈ：ポンプ井水位）を設定し直す必要があるこ
とである。汚水流入流量の変動特性は、それが社会的活
動に源を発しているがために一日ごと異なつている。こ
のように汚水流入流量の変動特性つまり変動パターンが
変化する場合に、良好な均等化（平滑化）効果を得るに
は、Ｑ＝ｆ（Ｈ）の関数をそのつど変える必要がある。
しかし、この変更操作は一般には面倒であり、かつ、変
動特性の変化を事前に運転員あるいは予測装置により予
測する必要があるが、これは一般に困難である。第２の
欠点は、絶対水位と絶対流量とが１対１に対応づけられ
ているため、別の制御方式、例えば手動制御方式で運転
している状態からこの方式（方式３）による制御へ切り
換える時、急激な流量変化が場合によつて生じることが
あり、いわゆるバンプレス切換ができないことがあると
いう点である。つまり同じ絶対水位に対し、手動制御時
の絶対流量が、（方式３）による制御時の絶対流量とか
け離れたものであるとき、制御方式の切換により急激な
流量変化が起こり得るわけでノあり、このため、他の制
御方式（例えば手軌？りと、この（方式３）を組み合わ
せた制御を構成しようとする場合、急激な流量変動やハ
ンチングを防ぐための特別な工夫が必要になる。

この発明は、上述の如き従来方式の欠点を克服するため
になされたものであり、従つてこの発明の目的は、下水
道の幹線などの貯留能力を有効に利用することにより、
ポンプ揚水流量を均等化（平滑化）し、かつポンプ井水
位を一定範囲に維持すると共に、汚水流入流量の変動特
性に適応して動作することができ、従つて変動特性の予
測装置を必要とせず、簡単な構造であり、他の制御方式
との切換がバンプレスに行なえて、他の制御方式と組み
合せて使用するに適し、全体として安価で取扱い易い汚
水ポンプ制御方式を提供することにある。

この発明の構成の概要は次の如くである。

下水処理場において、汚水が流入して貯留するポンプ井
から汚泥処理プロセスへ向けて揚水を行なう汚水ポンプ
の制御方式であつて、ポンプ井の水位を測定する水位計
と、汚水ポンプの揚水流量調節装置と、水位計による測
定水位を周期的にサンプリングしてポンプ井の絶対水位
および過去の最新の揚水流量設定値設定時の水位からの
水位変動幅を求める手段と、前記絶対水位に対応したゲ
インを出力する関数発生器と、関数発生器からの該ゲイ
ンと前記水位変動幅との間で演算する手段とを備え、該
演算手段からの演算出力を前記揚水流量調節装置の設定
値に増減付加して新設定値として汚水ポンプの揚水流量
調節を行なうようにした制御方式である。次に図を参照
してこの発明の一実施例を詳細に説明する。

第１図は、この発明の一実施例を示す概念図である。

同図において、汚水は管渠１より、沈砂池２を経て、ポ
ンプ井３に流入する。この汚水は一台または複数台の揚
水ポンプ５により揚水され、図示せざる分水槽を経て、
活性汚泥処理プロセスなどの汚水処理設備へ送水される
。ポンプ揚水流量調節装置１３は、外部から与えられる
ポンプ揚水流量設定値に、ポンプ揚水流量をほぼ一致さ
せるように揚水ポンプの台数切換あるいは回転速度調節
などを行なう装置である。ポンプ井３には水位計４が設
備されている。そのほかサンプリング装置７、記憶装置
８、減算器９、関数発生器１０、掛算器１１、不感帯付
きリミツタ１２などが図示の如く接続されている。不感
帯付きリミツタ１２というのは、それへの入力信号が或
る限度以下（不感帯という）の小さなものであるときは
、そをを零とみなして出力せず、また入力信号が或る限
度以上に大きいものであるときは、それを或る限度の大
きさに制限して出力する装置である。第２図は、関数発
生器１０の発生する関数の一例を示した特性図である。
横軸にポンプ井３の水位Ｈをとり、縦軸に該関数発生器
から出力されるゲインＧがとられている。該ゲインＧは
、関数発生器へ入力される水位Ｈの関数であり、Ｇ＝Ｆ
Ｉ−０で表わされる。次に第１図および第２図を参照し
てこの発明の一実施例の動作を説明する。

さて、水位計４により計測されたポンプ井水位は、サン
プリング装置７により一定周期でサンプリングされる。

今、サンプリングされたポンプ井水位をＨｎとする。こ
のＨｎと、ポンプ揚水流量調節装置１３に対し最近にポ
ンプ揚水流量設定値変更出力（後述）を行なつた時点の
ポンプ井水位Ｈｍ（記憶装置８に記憶）との差△Ｈｎ（
水位変動幅）を減算器９により求める。一方Ｈｎを関数
発生器１０に入力し、Ｈｎに対応したゲインＧｎを求め
る。このゲインＧｎおよび減算器９により求められた△
Ｈｎを掛算器１１に入力しＧｎ・△Ｈｎを求める。この
Ｇｎ・△Ｈｎを不感帯付きリミツタ１２に入力し、この
値が、不感帯を超える大きさであると共に或る上限を超
えない大きさのものであるときはそのまま、また該上限
を超える大きさのものであるときは該上限値に制限した
上で、ポンプ揚水流量設定値変更出力△Ｑとしてポンプ
揚水流量調節装置１３に送出する。またこのとき、不感
帯付きリミツタ１２が設定値変更出力△Ｑを送出するの
と同期して、最新のポンプ井水位Ｈｎを記憶装置８に記
憶し、それまで記憶装置８に記憶されていた内容は追い
出してしまう。ポンプ揚水流量調節装置１３は、この新
らしいポンプ揚水流量設定値をもとに、揚水ポンプ５の
台数切換あるいは回転速度調節などを行なう。関数発生
器１０の関数例を第２図に示す。この関数は汚水流入流
量の変動特性、ポンプ井水位の許容範囲、ポンプ揚水流
量の均等化（平滑化）の程度などの諸条件より決定され
る。第２図で、ポンプ井水位下限Ｈ。および上限Ｈ１の
近傍でゲインＧを大きくとつてあるのは、下限および上
限近傍ではポンプ井水位の変動に対して、ポンプ揚水流
量の変更量△Ｑを大きくすることにより水位が下限およ
び上限を越えないようにするためである。一方、下限Ｈ
。と上限Ｈ１の中間水位に対しては、ゲインＧを小さく
とりポンプ井水位の変動に対してポンプ揚水流量の設定
値変更量△Ｑを小さくすることにより、ポンプ揚水流量
の均等化（平滑化）を図つている。なお、第１図におい
て、リミツタ１２を介してポンプ揚水流量調節装置１３
へ送出する揚水流量設定値変更出力ΔＱ−Ｇｎ・ΔＨｎ
について説明を加える。

これまでの説明では、Ｇ＝ｆ（Ｈ）とし、Ｇは第２図に
示す如き、水位Ｈの関数とした。

しかし説明を分り易くするため、Ｇ＝Ｋ（定数）と仮定
する。ΔＨは水位変動幅を表わす量であり、水位が上昇
しているときは正の符号を、水位が下降しているときは
負の符号をとる。従つて、水位が上昇しているときは、
ΔＱΔＨ−Ｋとなるので、この量だけ調節装置１３の設
定値を増加することにより、ポンプ井３からの吐出流量
を増して、水位の上昇を押えるようにする。

反対に、水位が下降しているときは、ΔＱ一ΔＨ−Ｋと
なるので、調節装置１３の設定値をΔＨ−Ｋなる量だけ
減らすことにより、ポンプ井３からの吐出流量を減らし
て水位の下降を押えようとするわけである。Ｇが定数で
なく、第２図に示した如き、水位Ｈの関数ｆ（Ｈ）であ
るときは、水位Ｈが高く、例えばＨ１にあるときに、水
位が上昇傾向にあれば、調節装置１３の設定値を一段と
増加することができ、水位が上限に達するのを確実に阻
止することができる。

また、水位Ｈが低く、例えばＨ。にあるときに、水位が
下降傾向にあれば、調節装置１３の設定値を・一段と減
少させることが出来、水位が下限に達するのを確実に阻
止することができる。また、水位力坩，とＨ。の中間に
あるときは，調節装置１３の設定値を増減変更しなくて
よいから、Ｇ＝Ｏになつているわけである。以上説明し
たとおり、この発明によれば、関数発生器のポンプ井水
位に対するゲイン関数を適当な値に設定することにより
、ポンプ揚水量は均等化（平滑化）され、かつポンプ井
水位は一定範囲内に維持される。

この発明による制御方式と、従来の制御方式（前述の方
式３）について、それぞれシミユレーシヨンの結果得ら
れた変動比を次に示す。ここに変動比とは次の式で表わ
されるものである。変動比＝（ポンプ揚水流量の変動／
汚水流入流量の変動）×１００＃）つまり、この変動比
が小さいほど、ポンプ揚水量の均等化効果が大きいこと
を示す。

第３図イは、横軸に１日分の時間をとり、縦軸に汚水の
流入量Ｑｉｎをとつて表わした或る汚水流入流量の変動
パターンを示す図であるが、この変動パターンを基準パ
ターンとする。第３図口は、イに示す基準パターンにつ
いて、汚水の流入量Ｑｉｎを１．５倍したパターンであ
り、第３図ハは、イに示す基準パターンを、全体的に定
数αだけ嵩上げしたパターンである。第３図イに示す基
準パターンに比し、口およびハに示す各パターンは、汚
水流入の変動が大きいといえる。シミユレーシヨンの結
果得られた変動比は次の表のとおりである。上記の表か
ら云えることは、この発明による定範囲制御方式は、従
来の制御方式に比較して、汚水流入流量の変動が大きい
場合、よりよく適応して動作し、ポンプ揚水量の均等化
効果が一段と大きいと云うことである。

これは、この発明による制御方式が差分形制御、つまり
水位の絶対レベルでなく変動幅を検出しての制御を採用
しているからである。以上のほか、この発明によれば、
汚水流入流量の変動特性に良く適応して動作するから、
変動特性の変化を事前に予測する予測装置を要しないこ
とになり、簡単な構造ですむという利点がある。またこ
の発明によれば、制御系が上述の如く差分形で構成され
ているので、他の制御方式との間での切換がバンプレス
に行なえること、従つて他の制御方式と組み合わせて使
用するのに適していること、全体として安価で取り扱い
易いものであること、などの利点がある。なおこの発明
は、流入水貯留施設の水位を検出して流出量を制御する
下水中継ポンプ場の流量制御、或いは流入水貯留施設の
水位を検出して流入量を制御する、浄水場の配水池を含
む送水ポンプの流量制御、浄水場の浄水池を含む淵過流
量制御などに適用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例を示す概念図であり、第
２図はこの発明に用いる関数発生器の関数の一例を示す
特性図、第３図は汚水流入流量の変動パターンを示す図
である。図において、１は管渠、２は沈砂池、３はポンプ井、４
は水位計、５は汚水ポンプ、６は流量計、７はサンプリ
ング装置、８は記憶装置、９は減算器、１０は関数発生
器、１１は掛算器、１２は不感帯付きリミツタ、１３は
ポンプ揚水流量調節装置、を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

１下水処理場においてポンプ井から汚泥処理プロセス
へ向けて揚水を行なう汚水ポンプの制御方式であつて、
ポンプ井の水位を測定する水位計と、汚水ポンプの揚水
流量調節装置と、前記水位計による測定水位を周期的に
サンプリングしてポンプ井の絶対水位および過去の最新
の揚水流量設定値設定時の水位からの水位変動幅を求め
る手段と、前記絶対水位に対応したゲインを出力する関
数発生器と、関数発生器からの該ゲインと前記水位変動
幅との間で演算する手段とから成り、該演算手段からの
演算出力を前記揚水流量調節装置の設定値に増減付加し
て新設定値として汚水ポンプの揚水流量調節を行なうよ
うにしたことを特徴とする下水処理場の汚水ポンプ制御
方式。