JP6411623B1 - 採水装置 - Google Patents

Abstract

【課題】採水管の詰まり防止機能を備えた採水装置を提供する。【解決手段】この採水装置８０、８０ａは、採水管３４の吐出口（ノズル３４ｂ）を膜分離槽３０及び生物処理槽２０の液面よりも上に位置させる。また、採水ポンプ手段３４ａを間欠運転する。これにより、採水ポンプ手段３４ａの停止時には採水管３４内の残留水が自重によって水処理設備１００の処理槽（本例では生物処理槽２０）側に逆流し、これにより採水管３４の逆洗が行われる。そしてこの定期的な逆洗により採水管３４内に付着した夾雑物等は脱離し、採水管３４の詰りを防止することができる。さらに、この採水装置８０、８０ａは、残留水の逆流が全て完了する前に開閉弁３８を閉動作し残留水の逆流を停止する。これにより、再稼働時の送水負荷を軽減することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、水処理設備の水質を自動で測定する測定機器に検水を供給するための採水装置に関するものである。

現在、下水道、農業集落排水施設及び浄化槽による全国の汚水処理人口普及率は９０％を超えており、将来的に人口が減少していく社会的状況において、水処理設備のより効率的な運用が求められている。この問題点に関し、例えば下記［特許文献１］には濃縮汚泥の一部を生物処理槽やこの生物処理槽の前段に位置する調整槽に返送し、濃縮汚泥中のバチルス菌を用いて余剰汚泥の減容と悪臭の低減とを図る発明が記載されている。

また、生活系排水の処理は、有機物の分解に加えアンモニアの酸化、硝酸の脱窒による窒素処理が必要とされており、［特許文献１］にも記載されているように、曝気による好気性条件下での生物処理が広く行われている。ただし、曝気のためのブロアの消費電力は全体の約４分の１〜２分の１を占め、水処理設備の効率的な運用のためにはブロアの適正運転による省電力化が重要な課題となっている。この問題点に対し生物処理槽（曝気槽）の水質を自動的に測定して、この測定結果に基づいてブロアの適正運転を行い消費電力を削減する水処理設備が増加傾向にある。

このような水質の自動測定方法の一つとして、例えば下記［特許文献２］に記載されているように、水処理設備の経路上に水質センサを設置し、この水質センサの測定値によりブロア等の各部の動作を制御する方法が考えられる。しかしながら、この方法では測定箇所ごとに水質センサが必要となりシステム構成が複雑化する他、設備コストが高額となる可能性がある。

この問題点に対し、例えば生物処理槽の処理水を分離膜等を用いて濾過（膜分離）し、その濾水を検水として測定機器に送って処理水中の溶存態物質等の濃度を所定の時間間隔で自動的に測定する測定装置が実用化されている。この分離膜を用いた構成では、比較的簡易な装置構成で水質の自動測定が可能となる。ただし、膜分離を行うにはある程度の吸引力を要するため、検水を送水する検水管は長くできず、分離膜と測定機器とを離して設置することが難しい。このため、分離膜を処理槽に直接設置する場合には測定機器も処理槽の近くに配置する必要があり装置構成の自由度が制限される。この問題点に対し、水処理設備の槽とは別に膜分離槽を設け、この膜分離槽に分離膜を設置するとともに処理槽（生物処理槽）の水を活性汚泥ごと供給して、この膜分離槽で膜分離を行う構成が考えられる。この構成では水処理設備の経路から独立した膜分離槽から検水を取得するため、測定機器の設置場所の自由度が高く、既存の水処理設備にも比較的容易に設置することができる。

特開２００５−２９６８５２号公報 特開２０１３−２０２５１１号公報

しかしながら、膜分離槽は水質測定の採水用に設けられた槽であるから一般的に容量が小さく、これに処理水を送水する採水管の径も小さい。また、生物処理槽の処理水には毛髪等の夾雑物を含む活性汚泥が混合しているため、径の小さい採水管では詰まり易く、長期間の安定した送水が困難であるという問題点がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、採水管の詰まり防止機能を備えた採水装置の提供を目的とする。

本発明は、
（１）固液分離を行う分離膜３２と、前記分離膜３２が設置された膜分離槽３０と、水処理設備１００の所定の処理槽（生物処理槽２０）の処理水を前記膜分離槽３０に供給する採水管３４と、前記採水管３４に処理水を送水する採水ポンプ手段３４ａと、前記分離膜３２を通過した検水を測定機器１０に供給する検水管３６と、を有する採水装置において、
前記採水管３４の吐出口（ノズル３４ｂ）は前記膜分離槽３０及び前記処理槽の液面よりも上に位置するとともに前記採水管３４の取水側に開閉弁３８を有し、
前記採水ポンプ手段３４ａは間欠運転するとともに、前記採水ポンプ手段３４ａの停止後、前記採水管３４中に残留した処理水の前記処理槽への逆流が完了する前に前記開閉弁３８が閉動作することを特徴とする採水装置８０、８０ａを提供することにより、上記課題を解決する。
（２）水処理設備１００の他の処理槽の処理水を検水管３６に送る第２の採水管４４と、
測定機器１０への検水の流路を前記第２の採水管４４側と分離膜３２側とで切り替える流路切替手段４８と、をさらに有し、
前記流路切替手段４８は検水の流路を採水ポンプ手段３４ａの動作時には分離膜３２側に切り替えるとともに、前記採水ポンプ手段３４ａの停止時には前記第２の採水管４４側に切り替えることを特徴とする上記（１）に記載の採水装置８０ａを提供することにより、上記課題を解決する。

本発明に係る採水装置は、採水管の吐出口を膜分離槽及び取水する槽の液面よりも上に位置させるとともに採水ポンプ手段を間欠運転する。これにより、採水ポンプ手段の停止時には採水管内の残留水が自重によって取水する槽側に逆流し、これにより採水管の逆洗が行われる。そしてこの定期的な逆洗により採水管の詰りを防止することができる。また、本発明に係る採水装置は、残留水の逆流が全て完了する前に開閉弁を閉動作し残留水の逆流を停止する。これにより、再稼働時の送水負荷を軽減することができる。

本発明に係る採水装置を説明する図である。 本発明に係る第２の採水装置を説明する図である。

本発明に係る採水装置について図面に基づいて説明する。先ず、本発明を適用する水処理設備１００について説明する。尚、ここでは生活系排水を浄化して河川等に放流する水処理設備１００を用いて説明を行うが、本発明を適用する水処理設備１００はこれに限定されるものではなく、例えば上水や工業排水の水処理設備、プールや温泉、温浴施設等の浄水設備など、夾雑物との固液分離が必要な如何なる水処理設備にも適用が可能である。また、採水する槽に関しても目的や測定項目によって適宜選択が可能であり、特にブロア１４の適正運転を目的とする場合には、本例に示すように生物処理槽２０（曝気槽）の処理水を採水することが好ましい。

ここで、本発明に好適な水処理設備１００は、例えば排水等を一旦貯水し水量及び水質を調整する調整槽２２と、この調整槽２２から供給される原水を貯留してブロア１４による曝気を行い好気性菌による有機物の分解、アンモニアの硝化、及び嫌気下における脱窒等の生物処理を行う生物処理槽２０と、この生物処理槽２０の処理水を静置して活性汚泥等の固形物を沈殿させ固液分離する沈殿槽２６と、この沈殿槽２６の上澄みに対し例えば次亜塩素酸ナトリウム等の殺菌剤を投与する消毒槽２８と、ブロア１４の動作を制御するブロア制御部１２と、を少なくとも有している。

そして、本発明に係る採水装置８０は水処理設備１００の所定の処理槽の水を固液分離して測定機器１０に供給するものであり、処理水の固液分離を行う分離膜３２と、この分離膜３２が設置された膜分離槽３０と、水処理設備１００の所定の処理槽の処理水を膜分離槽３０に供給する採水管３４と、この採水管３４に処理水を送水する採水ポンプ手段３４ａと、分離膜３２を通過した検水を測定機器１０に供給する検水管３６と、この検水管３６に検水を送水する吸引ポンプ手段３６ａと、採水管３４の取水側（水処理設備１００の処理槽側）に設けられた開閉弁３８と、膜分離槽３０の余剰な処理水を水処理設備１００の所定の槽に返送するオーバーフロー管４０と、採水ポンプ手段３４ａを間欠運転するとともに開閉弁３８の開閉等を制御する図示しない採水制御部と、を有している。

次に、本発明に係る採水装置８０の各部の構成を説明する。先ず、採水ポンプ手段３４ａは処理槽中の処理水を夾雑物ごと圧送可能な周知のポンプ手段を用いることができる。特に、処理槽が生物処理槽２０の場合には汚水用水中ポンプを用いて、処理水を活性汚泥ごと送水することが好ましい。また、採水管３４は採水ポンプ手段３４ａが取水した処理水を活性汚泥等の夾雑物ごと膜分離槽３０に送水するものであり、合成樹脂もしくは金属製の周知のパイプもしくはホースを用いることができる。中でも特に口径１０Ａ〜５０Ａ程度の合成樹脂製のホースとパイプとを適宜組み合わせて構成することが好ましい。また、採水管３４の吐出口にはノズル３４ｂを設け、このノズル３４ｂの口径を最適化することで採水管３４の流量を適切な値に固定することが好ましい。尚、採水管３４の流量は前述のように基本的にノズル３４ｂの口径によって設定し、可変バルブ等の流量調整機構は設けない。ここで、流量調整機構を採水管３４に設けた場合、この流量調整機構の狭隘部に処理水中の夾雑物が詰り易く、安定的な送水が難しい。このため本発明に係る採水装置８０ではノズル３４ｂの口径により流量を決定し、採水管３４の経路上に際立った狭隘部を設けない構成としている。尚、際立った狭隘部を有さなければ口径が可変なノズル３４ｂを用いても良い。また、吐出口（ノズル３４ｂ）は膜分離槽３０及び処理槽（生物処理槽２０）の液面よりも上に位置させる。これにより、採水ポンプ手段３４ａの停止時には採水管３４内に残留した処理水が自重によって処理槽（生物処理槽２０）側に逆流する。

また、採水管３４の取水側（処理槽側）には開閉弁３８が設けられる。この開閉弁３８は採水制御部による開閉操作が可能な周知の開閉弁を用いることができる。尚、開閉弁３８は内部に際立った狭隘部が存在しない構造の物を用いることが好ましい。

また、膜分離槽３０は測定機器１０の近傍に配置され、槽内に分離膜３２を有するとともに、採水管３４を介して水処理設備１００からの処理水が供給される。尚、生物処理槽２０の処理水を膜分離槽３０に供給する場合には、膜分離槽３０にも曝気機構を設けることが好ましい。また、膜分離槽３０は余剰な処理水（以後、余剰水とする）を水処理設備１００の所定の槽に返送するオーバーフロー管４０を有している。尚、生物処理槽２０の処理水を膜分離槽３０に供給する場合には、余剰水を活性汚泥とともに生物処理槽２０もしくは生物処理槽２０よりも上流の例えば図１に示す調整槽２２に返送することが好ましい。このうち特に調整槽２２に返送する構成では、生物処理槽２０で活性化した好気性菌を上流に位置する調整槽２２に返送するため、後段の生物処理槽２０における生物処理をより効果的に行うことができる。これにより、悪臭の防止、汚泥の減容化、処理水の水質の向上等の好ましい効果を得ることができる。尚、この調整槽２２への余剰水の返送量は水処理設備１００の流量の５％〜１５％が好ましく８％〜１２％が特に好ましい。尚、流量が５％よりも少ない場合には余剰水の返送量が少なく生物処理の向上効果が小さい。また１５％よりも多い場合には返送量が過多となり水処理設備１００全体としての処理能力が悪化する。尚、膜分離槽３０から測定機器１０に送水される検水の量は膜分離槽３０へ供給される処理水の量の１％〜２％程度と小さいから、処理水の供給量とオーバーフロー管４０による返送量とはほぼ同等となる。

尚、処理水の供給量に対して採水ポンプ手段３４ａの能力が過大な場合には、開閉弁３８と採水ポンプ手段３４ａとの間に返送管３４ｃを設けて過剰な処理水を生物処理槽２０に返送するようにしても良い。この構成では処理水の供給量をノズル３４ｂの口径と返送管３４ｃの口径の双方で調整可能なため供給量の調整を楽に行える他、採水ポンプ手段３４ａの負荷を軽減することができる。

また、膜分離槽３０に設置する分離膜３２は測定機器１０の測定に十分な固液分離が行なえれば如何なるものを用いても良い。尚、分離膜３２を活性汚泥の分離に用いる場合にはＭＦ膜（精密濾過膜）を用いることが好ましい。中でも特に吸引口を備えた枠体の両平面にＭＦ膜が固定された平板濾過ユニットを用い、この平板濾過ユニットの吸引口に検水管３６を接続して用いることが装置構成の簡略化の面から最も好ましい。

また、吸引ポンプ手段３６ａは所定の吸引能力を有する周知の液送ポンプを用いることができる。また、検水管３６の管路長は吸引ポンプ手段３６ａの吸引力による検水の送水と膜分離とが十分に行える長さとする。

また、採水装置８０と接続する測定機器１０は、目的とする測定項目を自動で測定することが可能な周知の測定機器を用いることができる。尚、ここでは測定機器１０として水中のＮＨ_４−Ｎ（アンモニア性窒素）濃度及びＮＯｘ-Ｎ（硝酸・亜硝酸性窒素）濃度を測定するものを用いている。

次に、本発明に係る採水装置８０の動作を説明する。先ず、生活系排水（原水）が調整槽２２に流入する。そして、この調整槽２２において原水の流量や濃度、ｐＨ等の調整が行われる。次に、原水は生物処理槽２０に流入する。この生物処理槽２０ではブロア１４がブロア制御部１２によって所定の時間間隔で間欠動作する。そして、ブロア１４の動作時には曝気が行われ槽内は好気状態となる。これにより、生物処理槽２０内の好気性菌及び微生物が処理水中の有機物の分解及びアンモニアの硝化を行う。また、ブロア１４の停止時には槽内は嫌気状態となり、槽内の脱窒素菌が硝酸の脱窒を行う。そして、これらが交互に行われることで、処理水に対する生物処理が行われる。このブロア１４の間欠運転の時間間隔は水処理設備１００の能力や流入する排水によって異なるが概ね３０分〜２時間であり、４５分〜１時間が一般的である。そして、生物処理槽２０にて生物処理された処理水は次に沈殿槽２６に流入し静置される。これにより、活性汚泥等の固形物は下方に沈殿し固液分離が行われる。次に、沈殿槽２６の上澄みが消毒槽２８に流入する。そして、この消毒槽２８において所定量の殺菌剤が例えば殺菌剤添加装置２８ａによって添加され処理水の殺菌消毒処理が行われる。そして、殺菌の行われた処理水は河川等へ放流される。

また、これと並行して採水ポンプ手段３４ａが生物処理槽２０内の処理水を活性汚泥ごと取水し採水管３４で圧送する。そして、この処理水は採水管３４を通ってノズル３４ｂから膜分離槽３０に吐出される。尚、膜分離槽３０の余剰水はオーバーフロー管４０を介して例えば調整槽２２に返送される。また、吸引ポンプ手段３６ａが動作し、例えば平板濾過ユニットの吸引口から枠体内の検水を吸引する。この検水の吸引により、新たな処理水が平板濾過ユニットの分離膜３２から枠体内に流入する。このとき、活性汚泥等の固形物は分離膜３２を通過できず、これにより膜分離（濾過）が行われる。

また、吸引ポンプ手段３６ａにより吸引された検水は検水管３６を通して測定機器１０に供給され、この測定機器１０において例えばＮＨ_４−Ｎ濃度やＮＯｘ-Ｎ濃度等の所定の水質測定が行われる。そして、測定機器１０はこの測定結果をブロア制御部１２に出力するとともに所定の記録媒体に記録する。尚、測定後の検水は例えばオーバーフロー管４０に排水される。

ブロア制御部１２は測定機器１０からの測定結果に基づいてブロア１４の風量（曝気量）を変化させる。例えば、測定機器１０の測定値が水質の悪化を示す値の場合、ブロア制御部１２はブロア１４の風量を増加させ生物処理を促進させる。また、測定機器１０の測定値が優良な場合、ブロア制御部１２はブロア１４の風量を減少させ消費電力を低減する。これにより、ブロア１４は生物処理を良好な状態で維持可能な適切な消費電力で動作する。これにより、電力消費量が抑制され電力コストの削減を図ることができる。

次に、本発明に係る採水装置８０の特徴的な動作に関して説明する。先ず、採水制御部は採水ポンプ手段３４ａのオン・オフを制御して間欠運転する。この採水ポンプ手段３４ａの間欠運転の間隔はブロア１４の間欠運転の間隔と略同等としても良いし、異なる独立した時間間隔としても良い。尚、採水制御部は採水ポンプ手段３４ａのオン・オフと同時に吸引ポンプ手段３６ａのオン・オフを行っても良い。この構成では、採水ポンプ手段３４ａの停止と同時に検水の測定機器１０への供給も停止する。

そして、採水制御部が採水ポンプ手段３４ａをオフすると膜分離槽３０への処理水の供給が停止する。このとき、採水管３４の吐出口（ノズル３４ｂ）は膜分離槽３０及び生物処理槽２０の液面よりも上に位置するから、採水管３４内に残留した処理水（以後、残留水とする）は自重によって生物処理槽２０側に逆流する。これにより採水管３４の逆洗が行われ、仮に採水管３４内に汚泥や夾雑物が引っ掛かっていた場合でも、これを離脱させることができる。ただし、逆流が全て完了し採水管３４内の残留水が処理槽の液面高さまで吐出してしまうと、採水ポンプ手段３４ａの再稼働時に送水負荷が大きく、特に採水管３４の管路長が長い場合等に送水の不具合や消費電力の増加等が生じる可能性が有る。よって、採水制御部は採水ポンプ手段３４ａの停止後、所定の時間間隔を取った後に開閉弁３８を閉動作する。これにより、残留水の逆流は停止する。尚、このときの所定の時間間隔とは、残留水の逆流が完了する前までの時間であり、例えば残留水の１０％〜５０％が吐出する時間である。この開閉弁３８が動作する時間間隔は、採水装置８０の設置時等に予め計測するなどして取得し設定することが好ましい。そして、この構成では採水管３４内の残留水が全て抜けきらないため、採水ポンプ手段３４ａの再稼働時の送水負荷を軽減することができ、送水の不具合等を防止することができる。

次に、所定の停止期間が終了すると採水制御部は開閉弁３８を開動作するとともに採水ポンプ手段３４ａ及び、吸引ポンプ手段３６ａをオンする。これにより、採水ポンプ手段３４ａが生物処理槽２０の処理水を採水管３４に圧送し、膜分離槽３０に供給する。また、吸引ポンプ手段３６ａが検水を吸引し測定機器１０に供給する。そして、分離膜３２による膜分離と測定機器１０による検水の測定が再開する。

次に、本発明に係る第２の採水装置８０ａについて図２を用いて説明を行う。本発明に係る第２の採水装置８０ａは水処理設備１００の他の処理槽、例えば消毒槽２８の処理水を検水として検水管３６に送る第２の採水管４４と、測定機器１０の検水の流路を第２の採水管４４側と分離膜３０側とで切り替える流路切替手段４８と、をさらに有している。尚、流路切替手段４８としては採水制御部によって切り替えが可能な周知の三方弁や切替弁等を用いることができる。そして、採水制御部は採水ポンプ手段３４ａの動作時には流路切替手段４８の流路を分離膜３２側に切り替える。これにより、測定機器１０へ供給される検水は分離膜３２を通過した生物処理槽２０の濾水となる。また、採水ポンプ手段３４ａの停止時には流路切替手段４８の流路を第２の採水管４４側に切り替える。これにより、測定機器１０へ供給される検水は消毒槽２８の処理水、即ち水処理設備１００が放流する処理水となる。そして、測定機器１０はこの消毒槽２８の処理水を測定して記録するとともに、異常が存在する場合には管理者に警告を発するなどの然るべき措置を講じる。尚、第２の採水装置８０ａにおいては吸引ポンプ手段３６ａはブロア１４のオン・オフに関わらず常時動作する。

そして、この第２の採水装置８０ａでは、採水ポンプ手段３４ａの停止中に消毒槽２８の水質測定を行う。このため、水処理設備１００の二つの槽の水質測定を交互に行うことができる。

以上のように、本発明に係る採水装置８０、８０ａは、採水管３４の吐出口（ノズル３４ｂ）を膜分離槽３０及び生物処理槽２０の液面よりも上に位置させる。また、採水ポンプ手段３４ａを間欠運転する。これにより、採水ポンプ手段３４ａの停止時には採水管３４内の残留水が自重によって水処理設備１００の処理槽（本例では生物処理槽２０）側に逆流し、これにより採水管３４の逆洗が行われる。そしてこの定期的な逆洗により採水管３４内に付着した夾雑物等は脱離し、採水管３４の詰りを防止することができる。さらに、本発明に係る採水装置８０、８０ａは、残留水の逆流が全て完了する前に開閉弁３８を閉動作し残留水の逆流を停止する。これにより、再稼働時の送水負荷が軽減され、送水の不具合等を防止することができる。

また、本発明に係る採水装置８０、８０ａは水処理設備１００の経路から独立した膜分離槽３０を設け、この膜分離槽３０から測定機器１０に検水を送水する。これにより、連続的且つ安定的な検水の送水を行うことができる。また、測定機器１０による信頼性の高い水質測定を行うことができる。さらに、分離膜３２や測定機器１０のメンテナンスを楽に行うことができる。

またさらに、本発明に係る採水装置８０、８０ａは、採水管３４、膜分離槽３０、オーバーフロー管４０が水処理設備１００に対する還流路を構成する。このため、水処理設備１００が生物処理槽２０を有する場合には、返送量（膜分離槽３０への処理水の供給量）を最適化するとともに、取水した活性汚泥を生物処理槽２０の上流の槽に返送することで、生物処理槽２０における処理効率を向上することができる。

尚、本例で示した採水装置８０、８０ａ、水処理設備１００の各部の構成、機構、動作、配管経路等は一例であるから、特に本例に限定される訳ではなく、本発明は本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更して実施することが可能である。また、本発明に係る採水装置８０、８０ａは生物処理槽２０を有する水処理設備１００のみならず、検水の固液分離が必要な如何なる水処理設備１００にも適用することができる。

１０ 測定機器
２０ 生物処理槽（処理槽）
３０ 膜分離槽
３２ 分離膜
３４ 採水管
３４ａ 採水ポンプ手段
３４ｂ ノズル（吐出口）
３６ 検水管
３８ 開閉弁
４４ 第２の採水管
４８ 流路切替手段
８０、８０ａ 採水装置
１００ 水処理設備

Claims (2)

1. 固液分離を行う分離膜と、前記分離膜が設置された膜分離槽と、水処理設備の所定の処理槽の処理水を前記膜分離槽に供給する採水管と、前記採水管に処理水を送水する採水ポンプ手段と、前記分離膜を通過した検水を測定機器に供給する検水管と、を有する採水装置において、
   前記採水管の吐出口は前記膜分離槽及び前記処理槽の液面よりも上に位置するとともに前記採水管の取水側に開閉弁を有し、
   前記採水ポンプ手段は間欠運転するとともに、前記採水ポンプ手段の停止後、前記採水管中に残留した処理水の前記処理槽への逆流が完了する前に前記開閉弁が閉動作することを特徴とする採水装置。
2. 水処理設備の他の処理槽の処理水を検水管に送る第２の採水管と、
   測定機器への検水の流路を前記第２の採水管側と分離膜側とで切り替える流路切替手段と、をさらに有し、
   前記流路切替手段は検水の流路を採水ポンプ手段の動作時には分離膜側に切り替えるとともに、前記採水ポンプ手段の停止時には前記第２の採水管側に切り替えることを特徴とする請求項１に記載の採水装置。

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