JP2001219183A - 下水道設備の水質制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 臭気物質である硫化水素の発生を抑えること
ができ、かつ窒素、リンを有効に除去するため有機物の
低減を抑制することができる下水道設備の水質制御装置
を提供する。 【解決手段】 下水処理場上流に配置されたポンプ＃２
内の下水７は揚水ポンプ４により下水処理場６へ送られ
る。ポンプ＃２内には下水７中へ酸素を供給する水中ポ
ンプ１１が設けられている。ポンプ＃２内にＤＯ計１２
が配置され、ＤＯ計１２からの信号は酸素供給制御装置
１３へ送られる。酸素供給制御装置１３はポンプ＃２内
の下水７中のＤＯを所定の値に保つよう水中ポンプ１１
を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、下水管、ポンプ
場、貯留管、滞水池等の下水道設備に設置された下水道
設備の水質制御装置に係り、とりわけ硫化水素等の臭気
物質の発生を抑制することができ、かつ有機物低減を抑
制することができる水質制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の下水道設備について、図７により
説明する。図７は、ポンプ場の水フロー図であり、下水
管１を流れる下水７は、ゲート３を有するポンプ井２へ
流入する。ポンプ井２内の下水７は、揚水ポンプ４によ
り下水管５を通って下水処理場６へ送られる。

【０００３】通常は揚水ポンプ４に対して、揚水量一定
制御を行なったり、ポンプ井２内に水位計を配置してこ
の水位計を一定にするような水位一定制御を行なってい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の下水
道設備においては次の問題が発生した。

【０００５】まず下水７中のＤＯが変動すると、これに
より硫化水素等の臭気物質発生したり、下水７中の有機
物分解が促進される。このような場合は、臭気発生抑制
を行なうことができず、また窒素・リン除去能力向上を
維持することが困難となる。これらの問題を、以下に具
体的に説明する。

【０００６】（１）下水７中において、ＤＯ（溶存酸素
濃度）が不足すると、嫌気反応が起こり、液中のＳＯ_４
^２−（硫酸イオン）が還元されて、Ｈ_２Ｓ（硫化水素）
が発生する。この硫化水素は下水管１やポンプ井２など
の土木、配管を腐食させる。また硫化水素は臭気物質で
あるので、下水管１やポンプ井２の外部へ漏出して、環
境悪化の問題となる。

【０００７】（２）逆に、下水７中において、ＤＯが過
剰に存在すると、好気反応が起こり、下水中の有機物が
好気分解される。この場合は、下水処理場６内での窒素
（Ｎ）、リン（Ｐ）除去反応に必要な有機物が不足し、
下水処理場６での水処理が不十分となって窒素、リンの
水質が悪化するといった問題がある。

【０００８】これらの関係を図８に示す。図８におい
て、有機物分解とＨ_２Ｓ生成の２つの反応は、下水中の
ＤＯと相関関係にある。

【０００９】本発明はこのような点を考慮してなされた
ものであり、下水道設備において、硫化水素等の臭気物
質の発生を抑制すると同時に、有機物低減を抑制して、
下水道設備の臭気対策のみならず下水処理場内の窒素・
リン除去能力を高めることができる下水道設備の水質制
御装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、下水処理場上
流側に配置され、内部に下水を収納した下水道設備の水
質制御装置において、下水道設備内に設置され、下水中
に酸素を供給する酸素供給装置と、下水道設備内に設置
され、下水の嫌気反応を測定する嫌気反応測定部と、嫌
気反応測定部からの信号に基づいて酸素供給装置を制御
する酸素供給制御装置と、を備えたことを特徴とする下
水道設備の水質制御装置である。

【００１１】本発明は、下水処理場上流側に配置され、
内部に下水を収納した下水道設備の水質制御装置におい
て、下水道設備内に設置され、下水中に酸素を供給する
酸素供給装置と、下水の水質を測定する水質測定部と、
水質測定部からの信号に基づいて酸素供給装置を制御す
る酸素供給制御装置と、を備えたことを特徴とする下水
道設備の水質制御装置である。

【００１２】本発明は、下水処理場上流側に配置され、
内部に下水を収納した下水道設備の水質制御装置におい
て、下水道設備内に設置され、下水中に酸素を供給する
酸素供給装置と、下水道設備内に設置され、下水の嫌気
反応を測定する嫌気反応測定部と、下水の水質を測定す
る水質測定部と、嫌気反応測定部からの信号および水質
測定部からの信号に基づいて酸素供給装置を制御する酸
素供給制御装置と、を備えたことを特徴とする下水道設
備の水質制御装置である。

【００１３】

【発明の実施の形態】第１の実施の形態 以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明
する。

【００１４】図１は本発明による下水道設備の水質制御
装置の第１の実施の形態を示す図である。

【００１５】図１に示すように、下水管１を流れる下水
７は、ゲート３を有するポンプ場のポンプ井２へ流入す
る。ポンプ井２内の下水７は、揚水ポンプ４により下水
管５を経て下水処理場６へ流入する。図１において、ポ
ンプ井２は下水処理場６の上流に位置する下水道設備を
構成している。

【００１６】ポンプ井２内の底部には、水中ポンプ１１
が配置されている。この水中ポンプ１１はポンプ井２内
の下水７全体を循環させて水流１４を形成し、下水７中
に酸素を供給する酸素供給装置として機能する。なお、
この水中ポンプ１１の設置位置は前述した底部のみに特
に限定されることはなく、下水７の水面近傍に設置して
攪拌効果を高めてもよい。

【００１７】またポンプ井２内には、下水７中のＤＯを
測定することにより嫌気反応の程度を求めるＤＯ計（嫌
気反応測定部）１２が設けられている。ＤＯ計１２は酸
素供給制御装置１３へ接続され、この酸素供給制御装置
１３により水中ポンプ１１が制御される。なお、ポンプ
井２の下水７より上方は、気相部１５を形成している。

【００１８】次にこのような構成からなる本実施の形態
の作用について説明する。まず、下水管１内の下水７が
ポンプ井２内へ流入する。ポンプ井２内の下水７は揚水
ポンプ４により下水管５を経て下水処理場６へ送られ、
この下水処理場６において処理される。

【００１９】この間水中ポンプ１１は、駆動してポンプ
井２内の下水７を攪拌し、水流１４を発生させるととも
に、水面近傍で気相部１５内の酸素を取り込む。その結
果、ポンプ井２内の下水７中のＤＯが増加する。またＤ
Ｏ計１２により、常時、ポンプ井２の下水７内部のＤＯ
［ＰＶ_ＤＤ］が計測される。

【００２０】酸素供給制御装置１３は［ＰＶ_ＤＤ］と、
予め設定したＤＯ設定値［ＳＶ_ＤＤ］を比較して、
（１）式のように水中ポンプ１１をＯＮ−ＯＦＦ制御す
る。また［ＳＶ_ＤＤ］は、（２）式のように設定され
る。

【００２１】 ｉｆ［ＰＶ_ＤＤ］＜［ＳＶ_ＤＤ］ ｔｈｅｎ（水中ポンプ１１ ＯＮ） ｅｌｓｅ（水中ポンプ１１ ＯＦＦ） ………（１）式 ［ＳＶ_ＤＤ］＝０．５ｍｇ／Ｌ ………（２）式 酸素供給制御装置１３により［ＰＶ_ＤＤ］が［Ｓ
Ｖ_ＤＤ］以上になるように、水中ポンプ１１が制御され
るので、［ＰＶ_ＤＤ］が［ＳＶ_ＤＤ］に近傍に制御され
る。したがって、ポンプ井２内の下水７中のＤＯが一定
値に安定する。このためＤＯが不足することはなく、ポ
ンプ井２内における下水７中の嫌気反応を防止すること
ができ、これにより臭気物質となるＨ_２Ｓの発生を抑え
ることができる。またＤＯが過剰に存在することはな
く、このため下水７中において有機物の好気分解を抑え
ることができる。

【００２２】以上のように、本実施の形態によれば、以
下の効果がある。

【００２３】（１）水中ポンプ１１のＯＮ−ＯＦＦ制御
により、下水中の臭気発生の抑制および有機物分解の抑
制を行なうことができる。

【００２４】（２）水中ポンプ１１を用いたので、臭気
発生抑制、有機物分解抑制のみならず、ポンプ井２にお
けるゴミやヘドロの沈殿、底部蓄積が防止され、臭気発
生抑制速度がさらに増加する。

【００２５】（３）水中ポンプ１１をポンプ井２の底部
に配置した場合は、ポンプ井２全体を攪拌でき、下水処
理場６へ供給する下水の水質が均一となり、下水処理場
６の運転が安定化する。

【００２６】（４）ＤＯ計１２を制御計測値として使用
したので、直接、目的とする臭気発生と有機物分解の特
性が把握できる。

【００２７】（５）ＤＯ計１２のみによる１入力１出力
系の制御としたので、制御構成がシンプルとなり、制御
の安定性が向上する。

【００２８】（６）酸素供給制御装置１３の制御方式と
して、シンプルなＯＮ−ＯＦＦ制御としたので、制御シ
ステムが容易に構築できる。

【００２９】（７）対象設備として、各下水道幹線の中
核であるポンプ場のポンプ井２を利用したので、下水道
全般を広域的に制御することができる。つまり、ポンプ
井２のみで効率的に、目的となる「臭気物質抑制および
有機物分解抑制」が達成できる。

【００３０】次に本実施の形態の変形例について説明す
る。

【００３１】（変形例１）図２に示すように、酸素供給
手段として水中ポンプ１１の他、開閉弁１８を有する戻
し管１７を用いてもよい。すなわち図２において、下水
管５のうち揚水ポンプ４より下流の分岐点１６に、開閉
弁１８を有するとともに下水をポンプ井２へ戻す戻し管
１７が接続されている。

【００３２】図２に示すように、開閉弁１８を有する戻
し管１７により下水７がポンプ井２内へ戻される。この
ため、ポンプ井２内の下水７の表面付近に水流１９が発
生し、この水流１９が気相部１５内の酸素を溶解させ
る。

【００３３】（変形例２）また、図２のように、揚水ポ
ンプ４より下流側の下水管５を分岐しなくても、循環用
の別のポンプおよび配管を設けてもよい。

【００３４】さらに図３に示すように、空気管２２およ
び散気管２３を順次介して、ブロア２１をポンプ井２の
底部に接続してもよい。このことにより、空気中の酸素
を直接ポンプ井２内の下水７中に供給することができ、
ポンプ井２内の下水７中のＤＯを瞬時に上昇させること
ができる。

【００３５】（変形例３）また、嫌気反応測定部とし
て、ＤＯ計１２で測定するＤＯ以外の嫌気反応の指標を
測定するセンサを利用することができる。すなわち、以
下のようなセンサが使用可能である。

【００３６】（３−１）液相のＯＲＰ計 （３−２）気相の酸素計 （３−３）気相のメタン計 （３−４）気相の硫化水素計 その他として、他の悪臭物質のメルカプタン、低級脂肪
酸、アンモニア等の計測値を嫌気反応測定部として使用
してもよい。

【００３７】（変形例４）さらにＤＯ計１２からの計測
値のみに基づく制御ではなく、ＤＯ計１２と硫化水素計
の双方からの測定値を入力値として用い、ＤＯと硫化水
素が所定の値となるように酸素供給量を制御してもよ
い。この場合の制御方式としては、２入力１出力系とな
る。また、これらの組合せおよび数は限定されない。

【００３８】（変形例５）また酸素供給制御装置１３の
制御式は、（１）式のようなＯＮ−ＯＦＦ制御のみでは
なく、以下のような制御方法を使用することができる。
例えば、（３）式のような比例制御や、それらに積分操
作、微分操作を加えたＰＩＤ制御も使用可能である。

【００３９】 ＜比例制御＞ ＳＶ［Ｑ］＝Ｋｐ＊（［ＳＶ_ＤＤ］−［ＰＶ_ＤＤ］） ………（３）式 ＜記号＞ ＳＶ［Ｑ］：水中ポンプ１１の流量 Ｋｐ：比例ゲイン ［ＳＶ_ＤＤ］：ＤＯ目標値 ［ＰＶ_ＤＤ］：ＤＯ計測値 （変形例６）対象設備として、ポンプ場のポンプ井２以
外にも、以下のような下水道設備に適用できる。

【００４０】（６−１）幹線下水管 （６−２）雨水貯留管 （６−３）雨水滞水池 （６−４）雨水調整池 （６−５）雨水ます 図４および図５により、ポンプ井２の上流側に位置する
幹線下水管３０に本発明を適用した例を示す。

【００４１】図４および図５に示すように、幹線下水管
３０に上方に位置する第１下水管３１が接続され、また
第１下水管３１の下方には第１下水管３１から分岐する
第２下水管３２が設けられ、この第２下水管３２は幹線
下水管３０に接続されている。第１下水管３１および第
２下水管３２には、酸素供給制御装置１３に接続された
開閉弁３３、３４が取付けられている。

【００４２】ＤＯ計１２、または酸素計等の計測値によ
り、下水７中のＤＯが少ない時には開閉弁３４を閉じ
（ＯＦＦ）、開閉弁３３を開けて（ＯＮ）、上方に配置
された第１下水管３１から下水７を幹線下水管３０に供
給する。この場合、下方に配置された第２下水管３２か
らの供給時よりも高低差が大きくなり、下水７中に水流
３５が形成され、このため、下水７中のＤＯが増加され
る。

【００４３】（変形例７）ＤＯ設定値［ＳＶ_ＤＤ］は、
（２）式の０．５ｍｇ／Ｌの数値に限定されない。臭気
発生と有機物分解が抑制される条件であればいずれの数
値も用いることができる。ＤＯ計１２を用いる場合、概
ね、両者の条件を満たす［ＳＶ_ＤＤ］は０．０〜１．０
ｍｇ／Ｌの範囲に設定される。

【００４４】第２の実施の形態 次に図６により本発明の第２の実施の形態について説明
する。図６に示す第２の実施の形態は、ＤＯ計１２を設
ける代わりに、下水処理場６の最初沈殿池４０にＵＶ計
４１（水質測定部）を設け、このＵＶ計４１からの信号
に基づいて酸素供給制御装置１３により水中ポンプ１１
が制御される。

【００４５】図６において、他の構成は図１に示す第１
の実施の形態と同一である。図６において、図１に示す
第１の実施例と同一部分には同一符号を付して詳細な説
明は省略する。

【００４６】また図６に示すように、最初沈殿池４０に
は、連結管４２を介して曝気槽４３が接続されている。

【００４７】次に図６に示す実施の形態の作用について
説明する。酸素供給制御装置１３において、最初沈殿池
４０内に配されたＵＶ計４１の計測値［ＰＶ_ＵＶ］と、
予め設定したＵＶ目標値［ＳＶ_ＵＶ］が比較され、
（４）式の条件式に基づいて水中ポンプ１１のＯＮ−Ｏ
ＦＦ制御が実施される。

【００４８】 ｉｆ［ＰＶ_ＵＶ］＜［ＳＶ_ＵＶ］ ｔｈｅｎ（水中ポンプ１１ ＯＮ） ｅｌｓｅ（水中ポンプ１１ ＯＦＦ） ………（４）式 （４）式において ［ＳＶ_ＵＶ］：ＵＶ目標値 ［ＰＶ_ＵＶ］：ＵＶ計測値である。

【００４９】本実施の形態によれば、以下の効果があ
る。

【００５０】（１）下流側の下水処理場内の水質計測手
段として、有機物との相関性が高いＵＶ計４１を用いた
ので、瞬時に有機物濃度を把握できる。このため、下水
処理場６内での窒素・リン除去能力を高く維持できる。

【００５１】（２）水質計測手段の１つであるＵＶ計４
１を、最初沈殿池４０内に浸せき配置することにより、
オンラインモニタリング可能となり、制御の応答性が向
上する。

【００５２】次に本実施の形態の変形例について説明す
る。

【００５３】（変形例１）水質計測手段として、ＵＶ計
４１の他に、以下のような計測手段を用いることが可能
である。（１−６）の呼吸速度は、有機物の中でも窒素
・リン除去効果が大きい易分解性有機物との相関性が高
いものである。

【００５４】 ＜センサ＞ ＜計測対象＞ ＜制御方法＞ (1-1): TOC計、 BOD計、 COD計 有機物 左記大の時に、酸素供給小 (1-2): TN 計、 NH 計 窒素 左記大の時に、酸素供給大 (1-3): TP 計、 PO4計 リン 左記大の時に、酸素供給大 (1-4): SS 計 ＳＳ 左記大の時に、酸素供給小 (1-5):濁度計 濁度 左記大の時に、酸素供給小 (1-6):呼吸速度計 呼吸速度 左記大の時に、酸素供給小 （変形例２）ＵＶ計４１は最初沈殿池４０以外にも、以
下のような下水システム、下水処理場水処理プロセスに
配置することができる。

【００５５】（２−１）下水管１内部 （２−２）ポンプ井２内 （２−３）下水管５内 （２−４）連結管４２内部 （２−５）曝気槽４３内部 （２−６）曝気槽４３より下流側の下水処理プロセス内
（最終沈殿池、放流水路） （２−７）曝気槽４３より下流側の簡易放流管内部 （変形例３）なお、図６において、ポンプ井２内にＤＯ
計１２を設置するとともに、最初沈殿池４０にもＵＶ計
４１を設け、これらＤＯ計１２およびＵＶ計４１からの
信号に基づいて酸素供給制御装置１３により水中ポンプ
１１を制御してもよい。

【００５６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、下水道設
備において臭気物質である硫化水素の発生を抑制するこ
とができ、かつ有機物低減を抑制することができる。こ
のため下水道設備における臭気対策を有効に図ることが
でき、同時に下水処理場内において有機物を有効に用い
て窒素・リンを確実に除去することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による下水道設備の水質制御装置の第１
の実施の形態を示す概略図。

【図２】本発明による下水道設備の水質制御装置の変形
例を示す概略図。

【図３】本発明による下水道設備の水質制御装置の他の
変形例を示す概略図。

【図４】本発明による下水道設備の水質制御装置の他の
変形例を示す斜視図。

【図５】図４に示す実施の形態の側面図。

【図６】本発明による下水道設備の水質制御装置の第２
の実施の形態を示す概略図。

【図７】従来の下水道設備を示す概略図。

【図８】下水中のＤＯと有機物分解およびＨ_２Ｓ生成と
の関係を示す図。

【符号の説明】

１ 下水管 ２ ポンプ井 ４ 揚水ポンプ ５ 下水管 ６ 下水処理場 ７ 下水 １１ 水中ポンプ １２ ＤＯ計 １３ 酸素供給制御装置 １７ 戻し管 １８、３３、３４ 開閉弁 ２１ ブロア ２２ 空気管 ２３ 散気管 ４０ 最初沈殿池 ４１ ＵＶ計

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長 岩 明 弘 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内 (72)発明者 堀 江 一 宏 東京都港区芝浦一丁目１番１号 株式会社 東芝本社事務所内 (72)発明者 仲 田 雅司郎 東京都港区芝浦一丁目１番１号 株式会社 東芝本社事務所内 Ｆターム(参考） 2D063 EA03 4D027 CA07

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】下水処理場上流側に配置され、内部に下水
   を収納した下水道設備の水質制御装置において、 下水道設備内に設置され、下水中に酸素を供給する酸素
   供給装置と、 下水道設備内に設置され、下水の嫌気反応を測定する嫌
   気反応測定部と、 嫌気反応測定部からの信号に基づいて酸素供給装置を制
   御する酸素供給制御装置と、 を備えたことを特徴とする下水道設備の水質制御装置。
2. 【請求項２】下水処理場上流側に配置され、内部に下水
   を収納した下水道設備の水質制御装置において、 下水道設備内に設置され、下水中に酸素を供給する酸素
   供給装置と、 下水の水質を測定する水質測定部と、 水質測定部からの信号に基づいて酸素供給装置を制御す
   る酸素供給制御装置と、 を備えたことを特徴とする下水道設備の水質制御装置。
3. 【請求項３】下水処理場上流側に配置され、内部に下水
   を収納した下水道設備の水質制御装置において、 下水道設備内に設置され、下水中に酸素を供給する酸素
   供給装置と、 下水道設備内に設置され、下水の嫌気反応を測定する嫌
   気反応測定部と、 下水の水質を測定する水質測定部と、 嫌気反応測定部からの信号および水質測定部からの信号
   に基づいて酸素供給装置を制御する酸素供給制御装置
   と、 を備えたことを特徴とする下水道設備の水質制御装置。