JP2014061508A

JP2014061508A - 上下水道管理システム及び方法

Info

Publication number: JP2014061508A
Application number: JP2012209601A
Authority: JP
Inventors: Hiroto Yokoi; 浩人横井; Yutaka Sannomiya; 豊三宮; Yoshiki Nishida; 佳記西田; Takeshi Takemoto; 剛武本; Takahiro Tachi; 隆広舘
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2012-09-24
Filing date: 2012-09-24
Publication date: 2014-04-10
Anticipated expiration: 2032-09-24
Also published as: CN103676820A; CN103676820B; JP5918672B2

Abstract

【課題】
電力供給量を考慮した上水及び下水施設の運転計画を策定して、上下水処理上のリスクを低減する。
【解決手段】
上下水道管理システムにおいて、浄水施設及び送配水施設における水運用、及び下水道施設における下水処理量の運用を管理する管理サーバは、浄水施設及び送配水施設、及び下水道施設に供給される電力供給量のデータ、及び水需要予測データ及び下水流量予測データを用いて上下水道施設における水運用計画と下水処理計画をそれぞれ策定する水運用・下水処理計画策定手段と、水運用・下水処理計画策定手段によって策定された計画データを用いて送配水施設の配水池水位及び送水圧力を制御する送配水施設制御手段と、水運用・下水処理計画策定手段によって策定された計画データを用いて下水道施設のブロアの風量を制御するブロア制御手段を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、上下水道管理システム及び方法に係り、特に、電力供給量を入力情報として上下水道管理計画を策定してその計画の運用を支援するための上下水道処理施設向けの制御管理に関する。

近年、電力供給に関する新たな技術導入や社会的要因により、電力供給量が恒常的に不安定になる可能性が指摘されている。例えば、以下のような要因が上げられている。
・分散電源（スマートグリッド）化
・発電所の老朽化等（事故率上昇、設備の廃止）に伴う電力供給能力の低下
・都市部での電力需要量増大による相対的な供給量不足
・異常気象による例外的な電力需要の増大
・電力需要ピークを考慮しない電力供給体制による経営
そのため、このような電力供給量の不足によって生じる水質や水量のリスクを考慮した管理手法やシステムが求められている。具体的には、水道では、送配水の流量変動に伴う赤水の発生、浄水場内での処理水量の時間変化に伴う一時的なろ過性能の低下、取水の流量変動に伴う原水濁度の上昇などがある。また、下水道では、流入水量に対して十分なエアレーションがなされないことによる有機物や窒素の除去性能の低下、長期的にはエアレーションの変動が大きいことに伴う活性汚泥（特に硝化菌）の機能低下などが挙げられる。

一方、水道事業や下水道事業を担う地方自治体などでは、経営の合理化のために、組織を統合して一体的な経営を行う傾向にある。組織の統合によって人材の融通、機器・部品等の共有、分析センタの統合等のメリットが得られるが、浄水場や下水処理場の運用に関してはそれぞれ個別になされているのが実情である。これは、１日のうちの水道水の需要パターンと下水処理場への流入パターンに対応するよう、それぞれの施設を個別に適正化して運用していることが原因にある。そのため、統合が運用に係る省エネとコスト低減に与える効果は明確でない。

水道では送配水工程のポンプ動力の電力使用量が大きく、また下水道では生物反応工程におけるブロワ動力のための電力使用量が大きい。上下水道におけるこの電力使用量は、全体で国内の電力の約１%を消費している。省エネ法の要請だけでなく、経営合理化の観点からも省エネとコスト低減への意識が高まっている。

このような環境下において、電力供給量不足に伴って需要と供給とが考慮された料金体系、すなわち電力使用のピークである夏期の昼間の電力量単価はより高く、夜間の単価はより低くなる料金体系が導入されると、日中に電力使用のピークがある上下水道では影響が大きい。そのため、一体的に経営する管理下において、省エネとコスト低減に具体的に結び付く管理手法やシステムを適用することが求められる。

例えば、特許文献１には、上水道施設における自動運転制御システムとして、上水道施設で計測された水質、プロセスデータを格納するモニタリング情報ＤＢと、水質安全に係る評価指標の算出式を格納する評価指標格ＤＢと、機器の運転制御のための複数の操作量算出式を格納する操作量算出式ＤＢとを備え、これらのデータを用いて評価指標を評価し、評価指標に応じた操作量算出式の選定と操作量算出を行い、上水道施設の機器を制御するシステムが提案されている。この技術は、水質安全に係る評価指標の値に応じて複数ある操作量算出式から適正な式を選択して運転制御、例えば凝集剤の注入を行うことで、水質に係るリスクを回避することができる。

特許第４９０６７９９号公報

特許文献１に開示された技術は、上水道施設における水質安全即ち所定の水質目標を達成するための技術であり、電力の制限に伴う水量や水圧への影響と派生する水質への影響については考慮されていない。また、特許文献１の技術は、単一機場内での運転制御が対象であり、複数でかつ異なる種類の施設、例えば浄水場と下水道施設の両者の運転制御については示唆していない。

また、停電時の運用に係る従来技術としては、自家発電設備の導入や自然流下による送配水、下水管渠内での流入下水の一時貯留があるが、いずれも単独の施設を考慮した単発的な不具合発生への対応であり、恒常的な発生に伴う対策までは出来ていない。

本発明は、上記事情に鑑み、電力供給量を考慮した上水及び下水施設の運転計画を策定して、上下水処理上のリスクを低減することが可能な上下水道管理システムを提供することを目的とする。

本発明による上下水道管理システムは、好ましくは、管理サーバでプログラムを実行させて、浄水施設及び送配水施設における水運用、及び下水道施設における下水処理量の運用を管理する上下水道管理システムであって、
該管理サーバはプログラムの実行によって機能する、
該浄水施設及び該送配水施設、及び該下水道施設に供給される電力供給量のデータ、及び水需要予測データ及び下水流量予測データを用いて上下水道施設における水運用計画と下水処理計画をそれぞれ策定する水運用・下水処理計画策定手段と、
該水運用・下水処理計画策定手段によって策定された計画データを用いて該送配水施設の配水池水位及び送水圧力を制御する送配水施設制御手段と、
該水運用・下水処理計画策定手段によって策定された計画データを用いて該下水道施設のブロアの風量を制御するブロア制御手段とを有することを特徴とする上下水道管理システムとして構成される。

本発明による上下水道管理システムにおける管理方法は、好ましくは、管理サーバでプログラムを実行させて、浄水施設及び送配水施設における水運用、及び下水道施設における下水処理量の運用を管理する上下水道管理システムにおける管理方法であって、
該管理サーバにおいてプログラムを実行することによって、
該浄水施設及び該送配水施設、及び該下水道施設に供給される電力供給量のデータ、及び水需要予測データ及び下水流量予測データを用いて上下水道施設における水運用計画と下水処理計画をそれぞれ策定する水運用・下水処理計画策定ステップと、
該水運用・下水処理計画策定ステップによって策定された計画データを用いて該送配水施設の配水池水位及び送水圧力を制御する送配水施設制御ステップと、
該水運用・下水処理計画策定ステップによって策定された計画データを用いて該下水道施設のブロアの風量を制御するブロア制御ステップを行うことを特徴とする管理方法として構成される。

本発明によれば、水道と下水道の施設を連携させて電力供給量の不足に対処することで、水道と下水道の個別的な対策に比べて処理水質の悪化のリスクを低減させることができる。

本発明の一実施形態による上下水道管理システムの構成を示す図。一実施形態における管理サーバの構成を示すブロック図。一実施形態における水運用・下水処理計画手段による処理フローチャート図。一実施形態における水運用・下水処理計画修正処理を概念的に説明するため図。一実施形態における水運用・下水処理計画修正処理のフローチャート図。一実施形態における計画ＤＢ２８の構成例を示す図。一実施形態における計画ＤＢ２８の構成例を示す図。他の実施形態における水運用・下水処理計画修正処理のフローチャート図。他の実施形態における広報用ホームページの画面の例を示す図。

以下、図面を用いて本発明の好ましい実施形態を説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、一実施形態に係る上下水道管理システムの全体構成を示す。
この上下水道管理システムは、上下水道の管理を行う管理サーバ１と、上下水道の運用状況を監視する端末２と、電力情報を提供する外部サーバ３と、気象情報を提供する外部サーバ４と、浄水施設２００と、送配水施設２０１と、下水道施設１００とが関係して、これらがネットワーク５により接続して構成される。

下水道施設１００は、管渠１０２、堰１０３、沈砂池１１３、最初沈殿池１０５、曝気槽１０６、ブロワ１０７、受電設備１０８、自家発電設備１０９、最終沈殿池１１０、沈殿池へ流れる流量を計測する流量計測器１０４、放流の水質を計測する水質計測器１１１を有して構成される。下水道施設１００では、下水１０１が管渠１０２を通り、流入下水の流量を調整できる堰１０３を経由して沈砂池１１３に導入される。下水は、沈砂池１１３で大きなゴミや砂が取り除かれ、その後最初沈殿池１０５へ送られてここで下水を緩やかに流して細かいゴミを沈降分離する。曝気槽１０６では、ブロワ１０７から下水１０１に空気を供給し、活性汚泥と呼ばれる微生物で下水１０１中の有機物を分解する。曝気槽１０６は、除去対象とする物質（有機物、窒素、リン）によってその構成が異なるが、代表的なものとして、標準活性汚泥法（好気、有機物除去）、ＡＯ法（嫌気−好気、有機物とリン除去）、Ａ２Ｏ法（嫌気−無酸素−好気、有機物と窒素とリン除去）、ＡＯＡＯ法（嫌気−好気−無酸素−好気、有機物と窒素とリン除去）、等を用いたものがある。

ブロワ１０７の電力は、外部電源を受電設備１０８で引きこんで得る系統と、および/または下水道施設１００内で発電する自家発電設備１０９の系統から供給される。曝気槽１０６で処理された下水は最終沈殿池１１０に送られ、活性汚泥を沈降分離する。ここで得られる上澄み水の水質を放流水質計測器１１１で計測した後、放流水１１２として河川等に放流する。

外部サーバ３は、電力会社や関連する組織が管理するサーバであり、各日時における管轄の地域における電力供給量や予想電力使用量に関する情報を提供する。外部サーバ４は、気象庁や気象データ配信サービスを実施している組織が管理するサーバであり、各日時の気温、天気、降水量、湿度等の気象に関する予測と実績値に関する情報を提供する。管理サーバ１は、外部サーバ４，５や計測器１０４，１０５等からネットワーク５を介して関連する情報を取得して、上下水道の管理のための処理を実行する。端末２は、この上下水道管理システムのユーザが操作して情報の入出力を行い、上下水道の状況を監視することができる。

浄水施設２００は、取水から浄水場までの施設であり、同じ電力会社からの電力供給を受けて、下水道施設１００と同じ組織が管理する。浄水施設２００では、河川等の水源から水道原水を取水して浄水場に送る。浄水場内では、凝集沈殿・砂ろ過処理および塩素剤による消毒処理がなされ、水道水が製造される。この水道水は浄水場内の浄水池に貯留される。

送配水施設２０１は、浄水池の水道水をポンプまたは自然流下によりある送水圧力で供給エリア内の配水池に送る機能を有している。浄水池と配水池の水位（水量）は、需要と供給のバランスにより変化するが、通常時（即ち電力供給量が十分ある時）は、少なくとも所定のレベル以上にそれぞれ維持する。

下水道施設１００における放流水質計測器１１１による計測項目は、ＣＯＤや紫外線吸光度（λ＝２６０nm）など、有機物濃度の指標とする。これにより、曝気槽１０６での活性汚泥による下水処理性能を確認することができる。

図２は、管理サーバ１の構成を示す。
管理サーバ１は、ネットワーク５と接続されるＩＦ（インタフェース）２１、プログラムを実行して所定の機能を実現するＣＰＵ２２、プログラム及びデータを記憶するメモリ２３、ユーザが管理サーバ１によって入出力の操作を行うデータ入出力端末２４、記憶装置に形成されるデータベース（ＤＢ）として、プロセスＤＢ２５、水質ＤＢ２６、外部サーバＤＢ２７、計画ＤＢ２８を有して構成される。

ＩＦ２１は、ネットワーク５を介して、下水道施設１００の放流水質計測器１１１による水質データ、ブロワ１０７の運転条件、流量計測器１０４により計測される流入下水流量データ、送配水施設２０１における水位、送水圧力等のデータ（プロセスデータ）を取得する。また、外部サーバ３から日時に対応する電力供給量等の電力情報を取得し、外部サーバ４から日時に対応する気温等の気象情報を取得する。また、ＩＦ２１は、ＣＰＵ２２の処理によって作成される上下水道管理計画に関する制御データを、ネットワーク５を介して浄水施設２００、送配水施設２０１、及び下水道施設１００へ送る。

メモリ２３に格納された、本実施例に特有のプログラムは、ＣＰＵ２２で実行されることで、データ収集手段２３２、水運用・下水処理計画策定手段２３３、ブロワ制御手段２３４、電力制御手段２３５、浄水施設制御手段２３６、および送配水施設制御手段２３７の各機能を実現する。
ここで、データ収集手段２３２は、ＩＦ２１を介して、下水道施設１００の放流水質計測器１１１による水質データ、ブロワ１０７の運転条件、流量計測器１０４による流入下水流量データ、送配水施設２０１における水位、送水圧力等のデータ（プロセスデータ）を取得し、更に外部サーバ３、４から日時と共に電力情報、及び気象情報を取得する。

水運用・下水処理計画策定手段２３３は、各ＤＢのデータを取り込み、特に電力供給量と予想電力使用量を考慮して、浄水施設２００、送配水施設２０１、下水道施設１００に係る水運用計画および下水処理計画を策定する。この処理については、図３を参照して後述する。

ブロワ制御手段２３４はブロア１０７の風量を制御し、電力制御手段２３５は必要に応じて自家発電設備１０９を制御して電力を供給する。また、浄水施設制御手段２３６は浄水施設２００における取水量を制御し、送配水施設制御手段２３７は配水池水位と送水圧力を制御する。本実施例の特徴として、これらの制御手段はいずれも水運用・下水処理計画策定手段２３３で策定される水運用・下水処理計画に基づいて制御を行なわれる。

プロセスＤＢ２５は、日時、曜日、祝祭日の情報と共に対応するブロワ１０７の運転条件、運転条件から換算したブロワ風量、流入下水流量、送配水施設２０１における送配水量、水位および送水圧力、浄水施設２００における取水量に関する各データを格納する。
水質ＤＢ２６は、放流水質計測器１１１により計測される水質データを格納する。
外部サーバＤＢ２７は、外部サーバ３及び４から取得される、電力供給量および予想電力使用量、予想よび実績気温、および予想および実績天気に関するデータを、各予想と実績に対応する日時と共に格納する。

計画ＤＢ２８の構成を、図６Ａ，６Ｂに示す。ここで、図６Ａは計画データの修正前の構成例、図６Ｂはその修正後の構成例を示す。計画ＤＢ２８は、日時（一時間ごとの時刻）、気温、天気、電力供給量（KW）、予想電力量（KW）、取水量（ton/h）、送水量（ton/h）、送水圧力（パステル）、配水池水位（%）、電力使用量（水道）（KW）、下水流入量（ton/h）、ブロア流量（m³/h）、電力使用量（下水）（KW）、電力使用量（合計）、等のデータを格納する。
ここで、図６Ｂは、図３の修正処理Ｓ３１３（＝図５）を行った後の計画データを示す。これについては、図５の参照時に後述する。

図３は、水運用・下水処理計画手段２３３による処理動作を示す。
この例では今後２４時間の計画を策定するものとする。まず、ステップ（Ｓ）３０１とＳ３０２において、外部サーバＤＢ２７からそれぞれ、今後２４時間の電力予測情報（電力供給量と予想電力使用量）と気象情報（予想気温、予想天気）を少なくとも１時間ごとのデータとして取得する。次に、Ｓ３０３で、プロセスＤＢ２５から、過去３年間のプロセスデータを取得する。そして、Ｓ３０４で、水質ＤＢ２６から過去２４時間以内の水質データを取得する。

Ｓ３０５では、過去の運用計画を参考にするために、策定対象と同じ月日、時刻範囲の過去のプロセスデータを抽出する。このプロセスデータに含まれる送配水量の実績値を平均し、そのまま水道需要量予測値としてもよいが、気温、天気、および/または曜日、祝祭日情報によって補正してもよい。例えば、過去に比べて気温が高く天気がより晴れている、土日・祝祭日でなく平日である場合は水道需要量予測値を増加させることで精度を向上できる。

Ｓ３０６では、水道需要量予測値を用いて水運用一次計画を策定する。この策定は、例えば、需要が増加する朝の時点で配水池の水位が所定レベル以上になるように設定する。これにより、需要のピーク時の水道水不足を回避するとともに、夜間の安価な電力を使用することでコスト低減が可能となる。そして、Ｓ３０７において、策定された水運用一次計画に基づき、浄水及び送配水に関する各時刻における電力使用量の予測値を算出する。

一方、下水処理に関しては、Ｓ３０８において下水流入量予測値を算出する。例えば、水需要量の予測と同様に、過去のデータをそのまま用いることができる。更に、水需要量の実績と予測値によって補正することで下水流入量予測値の精度を向上できる。

Ｓ３０９では、下水流入量予測値を用いて下水処理一次計画を策定する。浄水施設の場合と異なり、下水処理は、通常、流入下水を特に貯留することなく曝気槽等で連続的に処理していくため、下水処理一次計画における処理量は下水流入量予測値と同じとする。そして、Ｓ３１０において、下水処理一次計画に基づき、各時刻における電力使用量の予測値を算出する。電力使用量の予測値は、各施設の設備によって異なり、インバータを用いて無段階に調整できる場合や台数制御によって段階的な調整となる場合がある。

次にＳ３１１では、Ｓ３０７とＳ３１０において算出された各時刻における電力使用量の予測値の合計（Esum）と、その同じ時刻における電力使用量上限値（E）を比較する。ここで、電力使用量上限値とは、受電設備１０８より得られる電力会社から送電される電力量（E１）と自家発電設備１０９より得られる電力量（E２）との合計の最大値である。ただし、E１は、Ｓ３０１で取得した電力供給量（E０）と予想電力使用量（Epre）を考慮して応分の制限をかける。ここでは、以下の式を用いる。

E１＝Emax （Epre/E０≦a、０＜a＜１）
E１＝Emax×（a/（１−a）×（Epre/E０−a））（Epre/E０＞a）
E＝E１＋E２
ここで、Emaxは過去の同施設１０８、１０９における最大の電力使用量とする。

一方、Ｅ２は、自家発電設備１０９に用いられている設備の種類によって各時刻における供給量が異なる。例えば、太陽光発電では、蓄電設備がなければ夜間の電力供給は期待できない。また、風力発電では、風量によって発電量が変化するため、依存の度合いを低く考える必要がある。一方、ディーゼル発電機や消化ガスを利用するガスエンジン、ガスタービン等は安定した電力供給が可能である。

Ｓ３１１では、各時刻においてEsumとEpreの大小を比較し、その結果Esumの方が大きい時刻が生じた場合は、Ｓ３１３にて、一日の範囲で電力使用量が平均化するように水運用・下水処理計画の修正を行う。具体的例については、図４及び図５を参照して後述する。一方、Ｓ３１１の条件を満足する場合は（Ｓ３１１：Yes）、水運用・下水処理計画の計画値を出力して、計画ＤＢ２８にその値を日時と共に格納して処理を終了する。

その後、ブロワ制御手段２３４、浄水施設制御手段２３６、および送配水施設制御手段２３７は、計画ＤＢ２８に格納された計画データに基づく制御データを、ネットワーク５を介して送信して、ブロア１０７、浄水施設２００、及び送配水施設２０１を制御する。場合によっては、電力制御手段２３５が自家発電設備１０９を制御することがあり得る。

図４は、Ｓ３１３における水運用・下水処理計画修正処理の説明するための図である。
（Ａ）は水運用・下水処理一次計画（縦軸：電力使用量）、（Ｂ）は修正後の水運用・下水処理計画（縦軸：電力使用量）、（Ｃ）は修正後計画における下水処理（縦軸：ブロワによる曝気量/流入下水流量）曝気量を示す。各図の横軸は時間（日時）を示す。

（Ａ）において、水運用と下水処理の電力使用量のパターンから合計した電力量ではピークが生じる。これは人の活動に対応した挙動であり、通常、朝から昼までの間に現れる。この時間帯に電力の供給地域内で電力使用量が増大となると、図３のフローにおいて、水運用・下水処理計画の修正処理が必要となる。この場合、本実施例においては（Ｂ）に示すように、水運用計画（即ち浄水施設および送配水施設における水運用）、及び下水処理計画（即ち下水道施設における運用）の両方のピークを低くして平均化させるように修正処理する。

水道には配水池があるので、水運用計画の対応が比較的容易である。一方、下水処理は、基本的には流入する下水を貯留しないで順次処理していくため、電力使用の平均化が比較的難しい。下水処理で電力消費の割合が大きいのは、曝気のためのブロワである。そこでピーク時のブロワ風量を抑制して使用電力量を減らし、この操作に伴って生じる水処理上のリスクに対応するため、（Ｃ）に示すように、例えば、夜間に流入下水流量に対するブロワ風量を増加（強化）させ、微生物の活性を向上させるような制御を行う。

ブロワ風量の抑制と強化の程度は、処理水質や処理水質の基づく生物活性を指標として上限を設定する。また、これ以外にも、ブロワ風量の過剰による活性汚泥の解体や、最終沈殿池における活性汚泥の沈降性を悪化させる放線菌等の微生物種の優先化のような不具合が生じないような設定範囲とするのが好ましい。

図５は、Ｓ３１３における水運用・下水処理計画修正処理における処理フローチャートを示す。
Ｓ５０１では、まず、送配水施設２０１における送水圧力と所定値とを比較する。ここで、所定値について、水道施設設計指針では配水管から給水管に分岐する個所での配水管内の静水圧は0.15MPa以上、0.74MPa未満と記されているので、本実施例の送水圧力の所定値としてはこの範囲内であればよく、例えば、0.3MPaとすることができる。
上記比較の結果、送配水圧力が大きい場合、Ｓ５０２で水道の送水圧力を低減するように計画を修正して、Ｓ３０７に戻る。

一方、すでに十分に送水圧力が下がっている場合は（Ｓ５０１：No）、水道水供給のサービスの質を許容範囲にとどめる必要性から、別の操作により電力使用量を低減するように計画を修正する。例えば、Ｓ５０３では、水運用計画に基づく配水池の水位と所定値を比較する。ここで、所定値の根拠については次の通りである。配水池の容量は計画一日最大給水量の８〜１２時間分とされてきたが、特に異常時における対応を可能とする等の制約に応じて適切な容量とすると変わってきている。そこで、本実施例の配水池の水位の所定値としては、このような基準を満たすものであればよく、例えば、満水の70%の水位とすることができる。

上記比較の結果、水位が高い場合は（Ｓ５０３：Yes）、Ｓ５０４で配水池の水位を下げるような運用、すなわち、取水量の低減およびまたは浄水池から配水池への送水量を低減するように計画を修正して、Ｓ３０７に戻る。

上記のような計画の修正は水道側において比較的容易に実施でき、また水道サービスのレベルに影響が及びにくい項目の範囲で対応することができる。電力使用量の更なる低減が必要な場合は、下水道施設100における電力の低減、とりわけブロワ風量を低減させるための計画の修正が有意義である。この判断は、Ｓ５０５においてブロワ風量/流入下水流量を指標として、あらかじめ設定した所定値と比較する。ここで、所定値の根拠については次の通りである。ブロワの風量は、ブロワ風量/流入下水流量の値は、流入する下水中の有機物濃度、反応槽内の活性汚泥濃度（MLSS）、処理プロセスによる異なり、数倍から10数倍の範囲がある。そこで、所定値としては、例えば、ブロワ風量/流入下水流量＝4（−）とすることができる。
上記比較の結果、ブロワ風量/流入下水流量が所定値よりも大きい場合には、ブロワ風量を低減するように計画を修正する（Ｓ５０６）。

さらに、Ｓ５０７では、流入下水流量と所定値とを比較する。ここで、所定値としては、例えば、最大流入量の80%に設定することができる。
上記比較の結果、流入下水流量が大きい場合は（Ｓ５０７：Yes）、堰１０３の調整により、下水道施設に流入する下水量を減少させるように計画を修正する（Ｓ５０８）。これにより、生物処理に必要なブロワ風量が減少するため、電力使用量の削減に寄与する。ただし、管渠には下水が貯留されることになるため、所定の流量より小さくなってしまうと、マンホールの溢れなどが発生する。そこで、ユーザに対して注意を促すため、Ｓ５０９に進んだ段階では端末２への警報を表示させる。

上記の修正処理の結果、送水圧力、配水池水位、下水流入量、ブロア風量等に関する計画データは、図６Ｂに示すようになる。即ち、送水圧力及び配水池水位が日中（時刻８：００〜１５：００辺り）に低下し、それに伴って同時間帯に取水量や送水量が減る。また、下水流入量やブロア風量は、夜間（２３：００〜３：００辺り）に増加し、日中（１３：００〜１５：００）に低下する。図６Ｂの例で修正後の計画データは、水道の電力使用量の合計は減るが、下水の電力使用量の合計は変わらない。

なお、上記の実施例には述べていないが、水運用・下水処理計画修正処理として、Ｓ５０１又はＳ５０3の後に、取水量が所定値を超えたか否かの判断を行うステップを追加して、その判断の結果、取水量が所定値を超えた場合には、浄水施設制御手段２３６の制御によって浄水施設２００における取水量を制御するようにしてもよい。

上記実施例の水運用・下水処理の管理により、水道施設と下水道の施設を連携させて電力供給量の不足に対処することで、個別に対策するよりも省電力の下処理水質の悪化のリスクを軽減させることができる。とりわけ、図５のステップの順番のように、まず送配水施設２０１における水管理の処理（Ｓ５０１〜Ｓ５０4）を行い、それでも不十分の場合には下水道施設１００における処理（Ｓ５０５〜Ｓ５０８）を行うのが有意義である。これは、送配水施設における送水圧力や水位を低減しても下水の水質には余り影響がないことに加えて、下水道施設におけるブロア制御を行うことで下水の水質を余り悪化させない程度に保持するためである。

＜第２実施形態＞
本実施形態は第１実施形態におけるブロワ風量の制御を、下水処理の方式とその処理性能を評価できる水質等の計測に基づいて行うものである。このブロワ制御の目的は、電力制限が緩い時間帯における活性汚泥の機能を回復することである。

活性汚泥の処理性能の判定は、処理プロセスにより以下を用いる。
・標準活性汚泥法およびAO法：処理水有機物（COD、紫外線吸光度など）、または、曝気槽出口でのDO/曝気風量
・A２O法およびAOAO法：硝化率
処理水有機物濃度の上昇は、活性汚泥による生物処理が十分行われていないことを示している。空気倍率（ブロワ流量/処理流量）に対して処理水有機物濃度を計算し、過去の水質に比べて処理水質が悪化している場合は、電力制限時間帯を外して曝気を強化する。具体的には、Ｓ５０５でブロワ風量の低減が必要と判断された時刻の前後で、所定の空気倍率よりもブロワ風量を増加させる。増加させる量は、汚泥の解体等の悪影響が出ない範囲であるが、例えば通常時の１０%程度とする。また、増加させる時間（長さ）は、電力制限が始まる前は最大５時間程度とし、電力制限が終わった直後からは、処理水水質が正常なレベルに改善されるまでとする。

有機物に加えて窒素とリンの除去も行う高度処理（A２O法、AOAO法）では、窒素の処理に係る指標である硝化率を指標とする。これは、有機物の処理にかかわる微生物に比べて、硝化にかかわる微生物の方が、酸素の供給量の過不足に対する感度が高いためである。
硝化率を得るため、曝気槽１０６の好気槽（硝化を行う層）におけるNH３−N、NO２−N、NO３−N濃度をそれぞれ計測する水質計測器を設ける。全窒素濃度に対する硝酸性窒素および亜硝酸性窒素の濃度に比を取り、硝化率を求める。

同様に、ブロワ風量に対する硝化率の相関をみて、過去の硝化率に比べて性能が悪化している場合は、電力制限時間帯を外して曝気を強化する。強化させる量は、活性の低下の程度に応じて変化させるが、通常時の１０〜２０%程度を上限とする。

このような水運用・下水処理の管理により、第１実施形態の効果に加えて、下水処理に用いる活性汚泥の活性を低下させずに維持できる。このことから、下水処理性能、特に好気条件で機能する硝化や有機物分解の性能を維持し、電力制限下でも処理水質を満足させることができる。また、流入下水流量がピークのときにブロワ風量を強化するのでなく、流入下水流量がピークに比べると少ない時間帯での実施となるため、より少ない曝気量で処理できるという効果がある。

＜第３実施形態＞
図７に示す、水運用・下水処理計画修正Ｓ３１３の処理フローを参照して、本実施形態について説明する。本実施形態は、下水道施設への流入下水流量を抑制し、その流量が所定の値まで低下した際にユーザに警報を出力するだけでなく、浄水施設２００または送配水施設２０１においてさらなる電力削減を実施するように制御する。
図７のＳ５０１からＳ５０８までの処理は第１実施形態（図５）と同様である。Ｓ５０７において、流入下水流量が所定値より小さいと判断されたとき、Ｓ７０９で非常措置を実施する。非常措置とは、（１）送配水施設２０１での送水を停止する、（２）浄水施設２００における取水を停止する（すなわち浄水処理を停止することになる）、（３）最後に、下水道施設において下水の簡易放流をすることである。配水池に水道水が残留していれば、数時間の電力制限に対して、水質を悪化させることなく対応することができる。

さらに、このような非常措置が発生した旨の情報を、広報用サーバ（図示せず）を用いて、本実施形態による上下水道管理システムのユーザだけでなく、水道の供給と下水処理の対象となる地区の各利用者（水の需要者）に提供する。広報用サーバはネットワーク５に接続された、例えば上下水道管理局が管理するサーバである。

図８は、広報用サーバの広報用ホームページ（ＨＰ）の画面の例を示す。
この画面には、警報表示部８００、電力供給予報のトレンドグラフ８０１、送水圧表示マップ８０６、選択地点における将来的な送水圧の変化を示すコンター８０７、予め選択された各地点の任意の日時における送水圧を表示する表８０９が含まれる。

トレンドグラフ８０１には、第１実施形態で述べた、電力供給量（E０）と予想電力使用量（Epre）との比８０２、電力供給量不足を考慮しない水運用・下水処理計画に基づく電力使用量８０３、および、電力供給量不足を考慮した計画に基づく電力使用量８０４（Ｓ３１２で出力される値）を、閲覧時点までの実績値と将来の予報値として表示する。

この実施形態によれば、第１実施形態の効果に加え、取水、浄水、送水を停止させて電力使用量を抑制するため、より厳しい電力制限下においても基準を満足した適正な水質の水道水を供給し続けることができる。
さらに、浄水施設２００、送配水施設２０１、下水道施設１００における広報用のHPを公開して、電力制限に伴う送水圧の低下等の情報を需要者に提示するので、需要家への説明責任の向上、需要抑制による各施設の運用の容易化が図れる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、更に種々変形して実施し得る。
例えば、上記実施形態では、下水道ではブロワ動力のための電力使用量が大きいので、水運用・下水処理計画に基づいて下水道施設のブロワ風量を制御するとした。他の例によれば、ブロア風量の制御だけでなく、ブロワ風量の制御に加えて、下水道で比較的電力使用量の大きい設備や機器の制御を行うようにしてもよい。

上記した好ましい実施形態によれば、水道と下水道の施設を連携させて電力供給量の不足に対処することで、水道と下水道の個別的に対策するのに比べて処理水質の悪化のリスクを低減させることができる。
さらに、下水処理に用いる活性汚泥の活性を低下させずに維持できることから、下水処理性能、特に好気条件で機能する硝化や有機物分解の性能を維持し、電力制限下でも処理水質を満足させることができる。
また、流入下水流量がピークのときにブロワ風量を強化するのでなく、流入下水流量がピークに比べると少ない時間帯での実施となるため、より少ない曝気量で処理できるという効果がある。
さらに、取水、浄水、送水を停止させて電力使用量を抑制するため、より厳しい電力制限下においても基準を満足した適正な水質の水道水を供給し続けることができる。

１：管理サーバ２：端末３：外部サーバ４：外部サーバ２１：ＩＦ
２２：ＣＰＵ２４：データ入出力端末２５：プロセスＤＢ２６：水質ＤＢ
２７：外部サーバＤＢ２８：計画ＤＢ２３：メモリ２３２：データ収集手段
２３３：水運用・下水処理計画策定手段２３４：ブロワ制御手段２３５：電力制御手段２３６：浄水施設制御手段２３７：送配水施設制御手段
１００：下水道施設１０４：流量計測器１０２：管渠１０３：堰
１０５：最初沈殿池１０６：曝気槽１０７：ブロワ
１０８：受電設備１０９：自家発電設備１１０：最終沈殿池
１１１：放流水質計測器１１３：沈砂池２００：浄水場
２０１：送配水施設

Claims

管理サーバでプログラムを実行させて、浄水施設及び送配水施設における水運用、及び下水道施設における下水処理量の運用を管理する上下水道管理システムであって、
該管理サーバはプログラムの実行によって機能する、
該浄水施設及び該送配水施設、及び該下水道施設に供給される電力供給量のデータ、及び水需要予測データ及び下水流量予測データを用いて上下水道施設における水運用計画と下水処理計画をそれぞれ策定する水運用・下水処理計画策定手段と、
該水運用・下水処理計画策定手段によって策定された計画データを用いて該送配水施設の配水池水位及び送水圧力を制御する送配水施設制御手段と、
該水運用・下水処理計画策定手段によって策定された計画データを用いて該下水道施設のブロアの風量を制御するブロア制御手段と
を有することを特徴とする上下水道管理システム。
請求項１に記載の上下水道管理システムにおいて、
前記水運用・下水処理計画策定手段は、該浄水施設及び該送配水施設、及び該下水道施設で使用される電力使用量の予測値を算出し、
前記水運用・下水処理計画策定手段は、算出された該電力使用量予測値と前記電力供給量とを比較し、該比較の結果、該電力使用量が該電力使用量予測値を超える場合、該浄水施設での取水量、該送配水施設の送水圧力、送水量、該下水道施設のブロワ風量及び流入下水量を操作して、電力使用量予測値のピークを低下させる水運用・下水処理計画を策定することを特徴とする上下水道管理システム。
請求項２に記載の上下水道管理システムにおいて、
前記水運用・下水処理計画策定手段は、ブロワ風量を所定値と比較して、該比較の結果、ブロア風量が所定値よりも大きい場合、ブロア風量を低減させるように修正した処理計画を策定し、
更に、流入下水流量を所定値と比較して、該比較の結果、流入下水量が所定値よりも大きい場合、堰による流入下水量を低減させるように修正した処理計画を策定し、
前記ブロア制御手段は該修正された処理計画に基づくデータに基づいて該ブロア風量を制御し、
該下水道施設の堰は、該修正された処理計画に基づくデータに基づいて該流入下水量を制御する、
ことを特徴とする上下水道管理システム。
請求項２に記載の上下水道管理システムにおいて、
前記前記水運用・下水処理計画策定手段は、下水処理水の有機物濃度、酸素消費量、または、硝化率を求め、
求めた値を指標として、過去の下水処理の結果得られた指標の値と比較し、下水処理性能が劣っていると判断された場合、電力供給量が電力使用量を上回る時間帯において、前記ブロア制御手段はブロワ風量を増加させるように制御し、
更に下水道施設の堰は流入下水流量を増加させるように制御する
ことを特徴とする上下水道管理システム。
請求項１に記載の上下水道管理システムにおいて、
下水道施設の堰は流入下水流量を調整する手段を有し、下水管渠内に下水を貯留することでブロワ風量を低減させるとともに、流量調整しない場合に比べ、曝気槽に供給される下水の流量が所定値よりも小さい場合、浄水施設の取水、送配水施設の送水を停止させることを特徴とする上下水道管理システム。
請求項１乃至５のいずれかの項記載の上下水道管理システムにおいて、
電力供給量と水需要予測値を考慮して算出した上下水道施設における水運用・下水処理計画と、電力供給量を考慮としないで算出した上下水道施設における水運用・下水処理計画とを、インターネット上に公開することを特徴とする上下水道管理システム。
請求項１乃至６のいずれかの項記載の上下水道管理システムにおいて、
前記水運用・下水処理計画策定手段によって策定された計画データを格納する計画ＤＢを有し、
前記送配水施設制御手段及び前記ブロア制御手段は、該計画ＤＢに格納された計画データを用いてそれぞれの制御を行うこと
を特徴とする上下水道管理システム。
管理サーバでプログラムを実行させて、浄水施設及び送配水施設における水運用、及び下水道施設における下水処理量の運用を管理する上下水道管理システムにおける管理方法であって、
該管理サーバにおいてプログラムを実行することによって、
該浄水施設及び該送配水施設、及び該下水道施設に供給される電力供給量のデータ、及び水需要予測データ及び下水流量予測データを用いて上下水道施設における水運用計画と下水処理計画をそれぞれ策定する水運用・下水処理計画策定ステップと、
該水運用・下水処理計画策定ステップによって策定された計画データを用いて該送配水施設の配水池水位及び送水圧力を制御する送配水施設制御ステップと、
該水運用・下水処理計画策定ステップによって策定された計画データを用いて該下水道施設のブロアの風量を制御するブロア制御ステップ
を行うことを特徴とする管理方法。
請求項８に記載の管理方法において、
前記水運用・下水処理計画策定ステップは、該浄水施設及び該送配水施設、及び該下水道施設で使用される電力使用量の予測値を算出し、
前記水運用・下水処理計画策定ステップは、算出された該電力使用量予測値と前記電力供給量とを比較し、該比較の結果、該電力使用量が該電力使用量予測値を超える場合、該浄水施設での取水量、該送配水施設の送水圧力、送水量、該下水道施設のブロワ風量及び流入下水量を操作して、電力使用量予測値のピークを低下させる水運用・下水処理計画を策定することを特徴とする管理方法。
請求項８乃至９のいずれかの項記載の上下水道管理システムにおける管理方法において、
前記送配水施設制御ステップを行い、その結果、配水池水位及び送水圧力が不十分である場合に、前記ブロア制御ステップを行う
ことを特徴とする管理方法。