JP2021037457A - 越流水対策システムおよび越流水対策方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の実施形態は、雨天時の越流水による放流先への環境汚染を抑制することができる越流水対策システムおよび越流水対策方法を提供するものである。【解決手段】本実施形態による越流水対策システムは、水質センサと、薬剤供給部と、撮像センサと、画像検知部と、制御部と、を備える。水質センサは、下水道内を流れる雨水および汚水を含む下水のうち、雨天時に放流口に分流させる越流堰を越流した下水の水質を検出する。薬剤供給部は、越流した下水に、水質改善のための薬剤を供給する。撮像センサは、越流した下水の画像を撮像する。画像検知部は、画像の認識処理によりオイルボールを検知する。制御部は、水質センサで検出された水質が所定の基準を満たしていない場合に、薬剤供給部に対して薬剤の供給を指示するとともに、画像検知部がオイルボールを検知した場合に表示部の表示形態を変更する。【選択図】図１

Description

本発明による実施形態は、越流水対策システムおよび越流水対策方法に関する。

雨水および汚水を含む下水を流す下水道の方式として、雨水と家庭等から出た汚水とを別々の管渠で流す分流式下水道と、雨水と汚水とを同一の管渠（合流管）で流す合流式下水道と、が知られている。

合流式下水道では、晴天時には、汚水は、下水処理場に流入し、処理後に河川等に放流される。しかし、雨天時には、下水処理場で処理しきれないほど下水が増水する場合がある。処理しきれない下水は、雨水吐に設けられる堰を越流し、越流水として河川等に放流される。この越流水には未処理の汚水が含まれるため、河川が汚染されてしまう可能性がある。また、汚水に含まれる油等を主成分とする固形物が、オイルボールとして放流されて、やはり河川が汚染されてしまう場合がある。

特開２０１８−１７６９０５号公報 特開２０１８−１２４８０３号公報 特開２０１０−２２１１９７号公報

本発明の実施形態は、雨天時の越流水による放流先への環境汚染を抑制することができる越流水対策システムおよび越流水対策方法を提供するものである。

本実施形態による越流水対策システムは、水質センサと、薬剤供給部と、撮像センサと、画像検知部と、制御部と、を備える。水質センサは、下水道内を流れる雨水および汚水を含む下水のうち、雨天時に放流口に分流させる越流堰を越流した下水の水質を検出する。薬剤供給部は、越流した下水に、水質改善のための薬剤を供給する。撮像センサは、越流した下水の画像を撮像する。画像検知部は、画像の認識処理によりオイルボールを検知する。制御部は、水質センサで検出された水質が所定の基準を満たしていない場合に、薬剤供給部に対して薬剤の供給を指示するとともに、画像検知部がオイルボールを検知した場合に表示部の表示形態を変更する。

第１実施形態による越流水対策システムの構成を示すブロック図。 図１のドローンの構成の一例を示す図。 ドローンの巡回ルートの一例を示す図。 第１実施形態による越流水対策システムの動作を示すフロー図。 第１実施形態による越流水対策システムの動作を示すフロー図。 第２実施形態による越流水対策システムの構成を示すブロック図。

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない図面は模式的または概念的なものであり、各部分の比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。明細書と図面において、既出の図面に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態による越流水対策システム１００の構成を示すブロック図である。図２は、図１のドローン１の構成の一例を示す図である。

図１に示すように、越流水対策システム１００は、合流式下水道に用いられる。合流式下水道は、雨水と家庭等から排出される汚水とを、同一の管渠（合流管Ｐ）で流す。以下では、雨水および汚水を合わせて、下水と呼ぶ。下水は、合流管Ｐを図１の上下方向に流れ、下水処理場で処理されて河川Ｒ等に放流される。しかし、大雨等により、下水処理場の処理限界を超えて下水が増水する場合がある。この場合、処理しきれない下水は、雨水吐Ｄにおいて、越流堰（図示せず）を越流する。越流した下水は、越流水として越流水流路Ｆを図１の左方向に流れ、吐水口Ｓから河川Ｒ等に放流される。

越流水対策システム１００は、ドローン１と、信号送受信装置２と、水質計器３と、画像認識装置４と、コントローラ５と、現場制御盤６と、注入ポンプ７と、液晶ディスプレイ８と、を備える。

図２に示すように、飛翔体としてのドローン１は、信号送受信装置２、水質計器３および画像認識装置４を搭載する。図１に示すように、ドローン１は、吐水口Ｓ（放流口）の上空を飛行する。また、ドローン１は、例えば、コントローラ５により下水処理場から遠隔操作可能である。

信号送受信装置２は、ドローン１とコントローラ５との間で、無線通信により信号を送受信する。

水質センサとしての水質計器３は、合流管Ｐ（下水道）内を流れる雨水および汚水を含む下水のうち、雨天時に吐水口Ｓに分流させる越流堰を越流した下水の水質を検出する。水質は、例えば、ｐＨ、ＢＯＤ（Biochemical Oxygen Demand）、ＳＳ（Suspended Solids）、ＤＯ（Dissolved Oxygen）等である。水質計器３は、検出結果をコントローラ５に送る。

画像認識装置４は、撮像センサ４１と、画像検知部４２と、を有する。

撮像センサ４１は、越流した下水の画像を撮像する。撮像センサ４１は、撮像結果やリアルタイム映像をコントローラ５および画像検知部４２に送る。

画像検知部４２は、画像の認識処理によりオイルボールを検知する。画像の認識処理は、例えば、機械学習等により行われる。オイルボールは、汚水に含まれる油等を主成分とする固形物である。画像検知部４２は、検知結果であるオイルボールの存在の有無をコントローラ５に送る。

図３は、ドローン１の巡回ルートの一例を示す図である。図３に示すように、吐水口Ｓは、例えば、河川Ｒに沿って約１ｋｍずつ離れて設けられる。それぞれの吐水口Ｓから、越流した下水が河川Ｒに放流される。

ドローン１は、複数の吐水口Ｓ間を移動する。ドローン１は、例えば、河川Ｒに沿って移動する。水質計器３は、複数の吐水口Ｓまたは越流した下水が放流される放流水域における下水の水質を検出する。撮像センサ４１は、複数の吐水口Ｓまたは越流した下水が放流される放流水域における画像を撮像する。画像検知部４２は、複数の吐水口Ｓまたは越流した下水が放流される放流水域におけるオイルボールを検知する。放流水域は、例えば、吐水口Ｓ周辺の河川Ｒである。ドローン１は、最大時速約８０ｋｍで飛行可能である。また、通常、ドローンはフル充電で約１時間稼働する。例えば、１台のドローンで、約１０箇所の川沿いの吐水口Ｓを監視することができる。尚、水質計器３、撮像センサ４１および画像検知部４２等のセンサにより計測を行う位置がすでに決まっている場合、計測位置や経路等が予め設定されてもよい。この場合、ドローン１は、操作を必要とせず、自律飛行することができる。

図１に示すように、制御部としてのコントローラ５は、ドローン１から受け取る水質計器３および画像認識装置４の信号に基づいて、注入ポンプ７および液晶ディスプレイ８を制御する。より詳細には、コントローラ５は、水質計器３で検出された水質が所定の基準を満たしていない場合に、注入ポンプ７に対して薬剤の供給を指示するとともに、画像検知部４２がオイルボールを検知した場合に液晶ディスプレイ８の表示形態を変更する。これにより、雨天時の越流水による放流先への環境汚染を抑制することができる。所定の基準は、例えば、環境基本法に基づく「生活環境の保全に関する環境基準」に示される基準値である。コントローラ５は、例えば、基準値を予め格納している記憶部（図示せず）から、基準値を受け取る。コントローラ５は、例えば、下水処理場内に設けられる。尚、液晶ディスプレイ８の表示形態の詳細については、後で説明する。

現場制御盤６は、例えば、雨水吐Ｄまたは吐水口Ｓ付近に設けられ、コントローラ５の指示を受けて注入ポンプ７に薬剤を供給するように指示する。現場制御盤６は、例えば、雨水吐Ｄまたは吐水口Ｓごとに設けられる。

薬剤供給部としての注入ポンプ７は、越流した下水に、水質改善のための薬剤を供給する。これにより、越流した下水の水質を改善させることができる。薬剤は、例えば、次亜塩素酸ナトリウム等の消毒剤である。注入ポンプ７は、例えば、雨水吐Ｄ（越流堰）から吐水口Ｓまでの間の越流水流路Ｆに設けられる。注入ポンプ７は、例えば、雨水吐Ｄまたは吐水口Ｓごとに設けられる。

表示部としての液晶ディスプレイ８は、例えば、水質計器３の検出結果、撮像センサ４１の撮像結果やリアルタイム映像をコントローラ５の表示制御により表示する。オイルボールが検知された場合、液晶ディスプレイ８は、コントローラ５により表示形態を変化させ、作業者に警告等を報知する。これにより、作業者はオイルボールの有無を監視し続ける必要がなく、手間を省くことができる。表示形態の変更として、例えば、リアルタイム映像のうち、オイルボールの色等が目立つように変更される。また、オイルボールが検知されたことや、検知されたオイルボールの画像、オイルボールが検知された場所の情報等が新たに表示されてもよい。さらに、音等によってオイルボールの検知が報知されてもよい。液晶ディスプレイ８は、例えば、コントローラ５と同様に、下水処理場内に設けられる。尚、液晶ディスプレイ８は、他の表示装置であってもよい。

次に、図４および図５を参照して、越流水対策方法について説明する。

図４は、第１実施形態による越流水対策システム１００の動作を示すフロー図である。図４は、水質に対する対策を示す。また、図４に示す動作は、雨天時に行われる。

まず、水質計器３は、越流した下水の水質を検出する（Ｓ１０）。例えば、ドローン１は、吐水口Ｓ周辺の河川Ｒの水面に着水し、採水する。

次に、コントローラ５は、水質が所定の基準を満たすか否かを判定する（Ｓ２０）。水質が所定の基準を満たさない場合（Ｓ２０のＮＯ）、注入ポンプ７は、越流した下水に薬剤を供給する（Ｓ３０）。コントローラ５は、注入ポンプ７に信号を送り、注入ポンプ７を動作させる。その後、ステップＳ１０、Ｓ２０が再び実行される。すなわち、水質が所定の基準を満たすまで、注入ポンプ７は薬剤の供給を継続する。尚、注入ポンプ７は、水質が所定の基準を満たすまで、ステップＳ３０において薬剤の供給量を増やしてもよい。一方、水質が所定の基準を満たす場合（Ｓ２０のＹＥＳ）、注入ポンプ７は、薬剤の供給を停止する（Ｓ４０）。コントローラ５は、注入ポンプ７に信号を送り、注入ポンプ７の動作を停止させる。尚、ステップＳ３０における注入ポンプ７の動作が行われなかった場合、注入ポンプ７は停止したままでもよい。

次に、ドローン１は、次の吐水口Ｓへ移動する（Ｓ５０）。次の吐水口Ｓにおいて、再びステップＳ１０〜Ｓ４０が実行される。すなわち、ドローン１は、図３に示す巡回ルートで飛行し、複数の吐水口Ｓの周辺を監視する。

図５は、第１実施形態による越流水対策システム１００の動作を示すフロー図である。図５は、オイルボールに対する対策を示す。また、図５に示す動作は、雨天時に行われる。

まず、撮像センサ４１は、越流した下水を撮像する（Ｓ１１０）。撮像センサ４１は、例えば、ドローン１により、吐水口Ｓの上空から吐水口Ｓの周辺を監視する。

次に、画像検知部４２は、認識処理によりオイルボールの存在の有無を検知する（Ｓ１２０）。

次に、コントローラ５は、オイルボールを検知したか否かを判定する（Ｓ１３０）。画像検知部４２がオイルボールを検知した場合（Ｓ１３０のＹＥＳ）、コントローラ５は、液晶ディスプレイ８の表示形態を変更する（Ｓ１４０）。液晶ディスプレイ８は、オイルボールの検知を作業者に表示する。この場合、例えば、作業者は、人員を派遣し、オイルボールを吸い取る、または、砕く等の対応をする。その後、ステップＳ１５０が実行される。一方、画像検知部４２がオイルボールを検知しなかった場合（Ｓ１３０のＮＯ）、ステップＳ１５０が実行される。

次に、ドローン１は、次の吐水口Ｓへ移動する（Ｓ１５０）。次の吐水口Ｓにおいて、再びステップＳ１１０〜Ｓ１４０が実行される。すなわち、ドローン１は、図３に示す巡回ルートで飛行し、複数の吐水口Ｓの周辺を監視する。

越流水対策システム１００は、吐水口Ｓごとに、水質およびオイルボールの両方の対策を行う。２つの対策は、いずれが先に行われてもよく、また、並行して行われてもよい。

以上のように、第１実施形態によれば、コントローラ５は、水質計器３で検出された水質が所定の基準を満たしていない場合に、注入ポンプ７に対して薬剤の供給を指示する。また、コントローラ５は、画像検知部４２がオイルボールを検知した場合に液晶ディスプレイ８の表示形態を変更する。これにより、薬剤によって水質を改善し、オイルボールを取り除くために人員を派遣することができる。この結果、雨天時の越流水による放流先への環境汚染を抑制することができる。また、第１実施形態では、定期的な逆洗が必要な濾材ではなく、薬剤が用いられている。従って、メンテナンスが容易になる。さらに、第１実施形態では、水質計器３、撮像センサ４１および画像検知部４２等のセンサの検出結果に基づいて、水質およびオイルボールの両方に対する適切な対応を自動で行うことができる。

また、ドローン１は、水質計器３、撮像センサ４１および画像検知部４２等のセンサを搭載し、複数の吐水口Ｓ間を飛行可能である。これにより、共通のセンサで複数箇所の吐水口Ｓにおいて越流水を検査することができる。この結果、センサにかかるコストを抑制することができる。

尚、画像検知部４２は、ドローン１に搭載されていなくてもよい。この場合、例えば、画像検知部４２が下水処理場に設けられてもよく、コントローラ５が画像検知部４２の処理を実行してもよい。

（第２実施形態）
図６は、第２実施形態による越流水対策システム１００の構成を示すブロック図である。第２実施形態は、ドローン１および信号送受信装置２が設けられない点で、第１実施形態と異なる。図６に示す例では、水質計器３、撮像センサ４１および画像検知部４２は、例えば、雨水吐Ｄ（越流堰）から吐水口Ｓの間の越流水流路Ｆに設けられる。

水質計器３は、越流堰（雨水吐Ｄ）から吐水口Ｓまでの間における下水の水質を検出する。水質計器３は、例えば、注入ポンプ７よりも下流側（図６の左方向）に設けられることが好ましい。従って、水質計器３は、薬剤投入後の水質を検出する。

撮像センサ４１は、越流堰から吐水口Ｓまでの間に設置される。

画像検知部４２は、越流堰から吐水口Ｓまでの間における画像に基づいてオイルボールを検知する。

また、水質計器３、撮像センサ４１および画像検知部４２は、雨水吐Ｄまたは吐水口Ｓごとに複数設けられる固定センサである。

第２実施形態による越流水対策システム１００のその他の構成は、第１実施形態による越流水対策システム１００の対応する構成と同様であるため、その詳細な説明を省略する。

第２実施形態では、ドローン１が設けられない。すなわち、図４に示すステップＳ５０および図５に示すステップＳ１５０の動作は実行されない。従って、雨水吐Ｄまたは吐水口Ｓごとに、図４に示すステップＳ１０〜Ｓ４０および図５に示すステップＳ１１０〜Ｓ１４０の動作が実行される。

合流管Ｐ、雨水吐Ｄおよび越流水流路Ｆは、地下にある。従って、水質計器３、撮像センサ４１および画像検知部４２は、天候等の影響を受けづらい。例えば、台風等、ドローンを飛ばすことが難しい場合であっても、水質の検査やオイルボールの検知を行うことができる。

第２実施形態による越流水対策システム１００は、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第２実施形態による越流水対策システム１００に第１実施形態を組み合わせてもよい。

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。これら実施形態は、その他の様々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。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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ものである。

１００ 越流水対策システム、１ ドローン、３ 水質計器、４１ 撮像センサ、４２ 画像検知部、５ コントローラ、７ 注入ポンプ、８ 液晶ディスプレイ、Ｐ 合流管、Ｄ 雨水吐、Ｓ 吐水口、Ｒ 河川

Claims (5)

1. 下水道内を流れる雨水および汚水を含む下水のうち、雨天時に放流口に分流させる越流堰を越流した前記下水の水質を検出する水質センサと、
   越流した前記下水に、水質改善のための薬剤を供給する薬剤供給部と、
   越流した前記下水の画像を撮像する撮像センサと、
   前記画像の認識処理によりオイルボールを検知する画像検知部と、
   前記水質センサで検出された水質が所定の基準を満たしていない場合に、前記薬剤供給部に対して前記薬剤の供給を指示するとともに、前記画像検知部が前記オイルボールを検知した場合に表示部の表示形態を変更する制御部と、を備える、越流水対策システム。
2. 前記水質センサおよび前記撮像センサを搭載し、前記放流口の上空を飛行する遠隔操作可能な飛翔体をさらに備える、請求項１に記載の越流水対策システム。
3. 前記飛翔体は、複数の前記放流口間を飛行し、
   前記水質センサは、複数の前記放流口または越流した前記下水が放流される放流水域における前記下水の水質を検出し、
   前記撮像センサは、複数の前記放流口または越流した前記下水が放流される放流水域における前記画像を撮像し、
   前記画像検知部は、複数の前記放流口または越流した前記下水が放流される放流水域における前記オイルボールを検知する、請求項２に記載の越流水対策システム。
4. 前記水質センサは、前記越流堰から前記放流口までの間における前記下水の水質を検出し、
   前記撮像センサは、前記越流堰から前記放流口までの間に設置され、
   前記画像検知部は、前記越流堰から前記放流口までの間における前記画像に基づいて前記オイルボールを検知する、請求項１に記載の越流水対策システム。
5. 下水道内を流れる雨水および汚水を含む下水のうち、雨天時に放流口に分流させる越流堰を越流した前記下水の水質を水質センサにより検出し、
   越流した前記下水の画像を撮像センサにて撮像し、
   前記撮像センサにて撮像された前記画像の認識処理によりオイルボールの存在の有無を検知し、
   前記水質センサで検出された水質が所定の基準を満たしていない場合に、薬剤供給部に対して水質改善のための薬剤を越流した前記下水に供給することを指示するとともに、前記撮像センサにて撮像された前記画像の認識処理によりオイルボールを検知した場合に表示部の表示形態を変更する、越流水対策方法。

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