(57)【要約】【課題】水道施設の消毒設備の監視の省人化を図ることで維持管理コストの低減を図ることを可能にする。【解決手段】水道施設の状態監視システム１において、臭気センサ２１が水道施設２に設けられた消毒設備内１６の雰囲気における特定物質の濃度を検出し、不具合判定部３６が臭気センサ２１により検出された濃度と消毒設備１６の運転データとに基づいて、消毒設備１６の不具合の有無を判定する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水道施設に設けられた消毒設備内の雰囲気における特定物質の濃度を検出するセンサと、
前記センサにより検出された前記濃度と前記消毒設備の運転データとに基づいて、前記消毒設備の不具合の有無を判定する不具合判定装置と
を有することを特徴とする水道施設の状態監視システム。
【請求項２】
前記特定物質は消毒剤または前記消毒剤を水に注入することにより発生する物質であることを特徴とする請求項１に記載の状態監視システム。
【請求項３】
前記不具合判定装置は、前記運転データに基づいて前記特定物質の濃度変化パターンを生成し、前記センサにより検出された前記濃度と前記濃度変化パターンとに基づいて判定することを特徴とする請求項１に記載の状態監視システム。
【請求項４】
前記不具合判定装置は、予め設定された前記特定物質の前記濃度の閾値にも基づいて判定することを特徴とする請求項３に記載の状態監視システム。
【請求項５】
前記消毒設備内に設けられた空調設備を有し、
前記センサは前記空調設備の吸気ダクトに設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の状態監視システム。
【請求項６】
前記不具合判定装置が前記消毒設備の不具合があると判定したら、前記不具合判定装置の判定結果を報知する報知装置を有することを特徴とする請求項１に記載の状態監視システム。
【請求項７】
前記消毒設備の運転条件を収集して前記運転データを生成する監視装置を有し、
前記不具合判定装置は、前記監視装置から前記運転データの提供を受ける
ことを特徴とする請求項１に記載の状態監視システム。
【請求項８】
水道施設に設けられた消毒設備内の雰囲気における特定物質の濃度を検出するセンサを有する状態監視システムにより実行される状態監視方法であって、
前記センサにより検出された前記濃度と前記消毒設備の運転データとに基づいて、前記消毒設備の不具合の有無を判定する
ことを特徴とする水道施設の状態監視方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水道施設の状態監視システム及び水道施設の状態監視方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば水道事業では、河川水や地下水等を原水とし、浄水処理や消毒処理を行った後に、最終的には配管を経由して上水を需要家に供給している。世界各国では塩素等の薬剤、オゾン、紫外線等の様々な手段で上水を消毒している。日本では消毒に用いる消毒剤として、塩素や次亜塩素酸ナトリウムが使用されている。水道事業体等では、浄水処理した後または原水に消毒設備から直接消毒剤を注入し、給水栓における残留塩素濃度が法令を満足する濃度となるように管理している。
【０００３】
近年、日本は人口減少社会に突入し、長引く景気の低迷や節水型水使用機器の普及、ライフスタイルの変化などにより、水需要が減少傾向である。また、水道施設は高度成長期に建設されたものが多いため、最近になって更新時期を迎えるものが増加する傾向にある。一方、人口減少に伴って水道事業体の財政状況が逼迫する傾向にあり、財政状況によっては水道施設が継続して使用されることも考えられる。このような状況下では、水道施設の不具合の増加やノウハウの減少等により、結果的に、水道サービスの質が低下するリスクが高まってしまうことが予想される。
【０００４】
さらに、上水道事業や下水道事業は今後、維持管理の広域化が進むと予想される。従って、サービスレベルを維持しながらより効率良く複数の施設を維持管理するには、今以上のコスト低減が望まれる。
【０００５】
一般的に、水道施設の消毒設備は、作業者が消毒設備を巡回点検することにより監視されている。巡回点検では、消毒設備に設置された電気設備や消毒剤注入設備に付帯する計器の指示値を目視して読み取ることに加え、作業者が五感により状況確認を行っている。五感の中で特に嗅覚は、消毒設備の劣化や消毒剤の漏洩を判定する上で重要である。
【０００６】
特許文献１には、プラント内に配置されたそれぞれの設備の動作状態を計測し、計測した結果を表す計測情報を出力する計測部と、計測情報が表す設備の動作状態を、予め定められた第１の診断ルールに従って診断し、該診断した結果をさらに、予め定められた第２の診断ルールに従って診断し、該第２の診断ルールに従って診断した結果を、設備の動作状態を診断した結果として表す診断結果情報を出力する診断部とを備えるフィールド機器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１８−１３９１５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、一般的な水道施設の消毒設備の監視は、作業者の巡回点検によるものであった。従って、水道施設の維持管理コストの中で大きな割合を占める人件費を削減する必要がある。
【０００９】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたもので、水道施設の消毒設備の監視の省人化を図ることで維持管理コストの低減を図ることが可能な水道施設の状態監視システム及び水道施設の状態監視方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決すべく、本発明の一つの観点に従う水道施設の状態監視システムは、水道施設に設けられた消毒設備内の雰囲気における特定物質の濃度を検出するセンサと、センサにより検出された濃度と消毒設備の運転データとに基づいて、消毒設備の不具合の有無を判定する不具合判定装置とを有する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、水道施設の消毒設備の監視の省人化を図ることで維持管理コストの低減を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態である水道施設の状態監視システムを示す概略構成図である。
【図２】実施形態の水道施設の状態監視システムの動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】運転データと濃度変化パターンとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている諸要素及びその組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１４】
本発明の実施形態である水道施設の状態監視システム（以下、単に「状態監視システム」と称する）は、例えば、以下に示す管理基準に基づいて水道施設が運用されているかを監視するシステムである。状態監視システムが監視する管理基準の項目としては、例えば、着水井での濁度やｐＨ、凝集剤の注入率の上下限値、沈殿処理水濁度、ろ過池出口での濁度や残留塩素濃度、浄水池出口での残留塩素濃度やｐＨ等がある。
【００１５】
ここで、本明細書において、「水道施設」とは、例えば、河川等の水源より取水される被処理水を飲料水へと処理する上水道設備、海水を原水として取水し脱塩処理等を行う海水淡水化設備、また、再生水製造設備等、さらには、生活廃水或いは工業用排水等の被処理水を処理する下水道設備を含む。
【００１６】
図１は、実施形態である水道施設の状態監視システムを示す概略構成図である。図１に示すように、実施形態である状態監視システム１は、水道施設２及び状態監視部（監視装置）７を有する。
【００１７】
水道施設２は、取水施設３、浄水処理施設４及び配水池５を有する。浄水処理施設４は、原水を受ける着水井１０、凝集剤を添加し急速攪拌する混和池１１、緩速攪拌してフロックを成長させるフロック形成池１２、成長したフロックを重力沈降により沈降分離する沈殿池１３、ろ過池１４、及び浄水処理した水を蓄える浄水池１５を有する。
【００１８】
本実施形態では、図示は省略するが、状態監視部７による水道施設２の状態監視を行うために、処理流量や水質を計測する流量計及び水質計が浄水処理施設４に設けられている。流量計は着水井１０に設置され、浄水処理する水量(流量)を測定する。水質計は、水温、ｐＨのセンサ、有機物量、塩素消費量、遊離残留塩素及び結合残留塩素等を計測する。水質計は着水井１０、沈殿池１３の出口、ろ過池１４の出口及び浄水池１５に設置されている。流量計や水質計の計測情報は、図略の通信ネットワークを介して状態監視部７へ送信される。状態監視部７からの出力は同様に通信ネットワークを介して水道施設２の各設備機器へ送信され、取水量や薬注量が制御される。
【００１９】
水道施設２は消毒設備１６を有する。消毒設備１６は、浄水池１５に蓄えられている、浄水処理された水に消毒剤を注入し、塩素による消毒を行う。消毒設備１６は、浄水池１５に消毒剤を注入する消毒剤注入設備１７、及び消毒剤を貯蔵する消毒剤貯蔵設備１８を有する。これら消毒剤注入設備１７及び消毒剤貯蔵設備１８は、消毒設備１６の建屋１９内に設置されている。
【００２０】
また、消毒設備１６は、建屋１９内の空調を行う空調設備２０を有する。空調設備２０は、建屋１９内の空気を吸気する吸気ダクト２０ａと、空調が行われた空気を建屋１９内に給気する給気ダクト２０ｂとを有する。この空調設備２０は、消毒設備１６内にある消毒剤の温度管理を行うためのものである。
【００２１】
空調設備２０の吸気ダクト２０ａには臭気センサ２１が設けられている。臭気センサ２１は、消毒剤である次亜塩素酸ナトリウムを水に注入した結果生じる塩素の濃度を検知する。吸気ダクト２０ａに臭気センサ２１が設けられていることにより、この臭気センサ２１は消毒設備１６の建屋１９内の空気中（雰囲気）の塩素濃度を検知する。
【００２２】
状態監視部（監視装置）７は、例えばコンピュータ等の情報処理装置から構成される。既に説明したように、状態監視部７は、流量計や水質計の計測情報を受け入れ、所定の管理基準に基づいて水道施設２が運用されているかを監視する。また、状態監視部７は、消毒設備１６を含む水道施設２の各設備機器の運転条件を収集してこれら設備機器の運転データを生成する。さらに、状態監視部７は、監視結果に基づいて水道施設２の各設備機器による取水量や薬注量を制御する。
【００２３】
状態監視部７は、消毒設備１６の不具合の有無を判定する不具合診断部（不具合判定装置）３０を有する。不具合診断部３０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算素子を有する制御部３１と、例えば、フラッシュメモリデバイス、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）等の記憶媒体を有する記憶部３２と、臭気センサ２１から出力される塩素濃度の計測データ、及び状態監視部７から出力される消毒設備１６の運転データを受け入れる入出力Ｉ／Ｏ（インタフェース）装置と、不具合診断部３０が消毒設備１６の不具合があると判定したらその判定結果を報知する報知部（報知装置）３３とを有する。
【００２４】
状態監視部７の電源が投入されると、制御部３１は記憶部３２に格納されたファームウェア等のプログラムを読み出して実行することにより、消毒設備１６の不具合の有無を判定する諸動作を実行するとともに、後述する各機能手段としての機能を実現する。
【００２５】
制御部３１は、濃度取得部３４、運転データ取得部３５、及び不具合判定部３６を有する。
【００２６】
濃度取得部３４は、入出力Ｉ／Ｏ装置が受け入れた、臭気センサ２１から出力される塩素濃度の計測データを定期的または連続的に取得し、取得した計測データを記憶部３２に格納する。運転データ取得部３５は、入出力Ｉ／Ｏ装置が受け入れた、状態監視部７から出力される消毒設備１６の運転データを定期的に取得し、取得した運転データを記憶部３２に格納する。
【００２７】
不具合判定部３６は、濃度取得部３４が取得した塩素濃度の計測データと、運転データ取得部３５が取得した消毒設備１６の運転データとに基づいて、消毒設備１６の不具合の有無を判定する。ここにいう消毒設備１６の不具合とは、例えば消毒設備１６の劣化、据え付けの不良や塩素の漏洩である。消毒設備１６、例えば消毒剤注入設備１７のシール部分が劣化するとこの消毒剤注入設備１７から塩素が漏洩する可能性がある。また、それ以外の原因、例えば作業員の操作ミスにより消毒設備１６の建屋１９内に塩素が漏洩することもあり得る。
【００２８】
ここで、不具合判定部３６は、予め設定した塩素濃度の閾値に基づいて消毒設備１６の不具合の有無を判定する。加えて、不具合判定部３６は、状態監視部７から取得した消毒設備１６の運転データに基づいて塩素の濃度変化パターンを生成し、臭気センサ２１により検出された塩素濃度とこの濃度変化パターンとに基づいて消毒設備１６の不具合の有無を判定する。この際、不具合判定部３６は、生成した濃度変化パターンを記憶部３２に格納する。
【００２９】
消毒設備１６の建屋１９内の空気の塩素濃度が閾値以上、または閾値を超えたら消毒設備１６に不具合が生じたことが判定できる。一方、建屋１９内の空気の塩素濃度が閾値に至らない場合であっても、例えば消毒設備１６が運転されていると漸次塩素濃度が上昇し、このままでは閾値を超える可能性があると予想されるならば、消毒設備１６の不具合が生じたと判定することも可能である。当然、消毒設備１６が運転されていないときに塩素濃度が下降していて、塩素濃度の上昇及び下降を繰り返しても閾値を超える可能性が低いと予想されるならば、消毒設備１６に不具合が生じていないと判定することも可能である。
【００３０】
そこで、不具合判定部３６は、臭気センサ２１により検出された塩素濃度とこの濃度変化パターンとに基づいて消毒設備１６の不具合の有無を判定することで、消毒設備１６の不具合をより確実にかつ早期に発見することができる。
【００３１】
当然、塩素濃度の閾値と塩素濃度変化パターンとの大小関係は任意であり、いずれが大である必要はない。運転データ、または濃度変化パターンに基づく不具合判定部３６の判定動作の詳細については後述する。
【００３２】
報知部３３は、不具合判定部３６により判定された消毒設備１６の不具合を警告として報知する。報知部３３は、例えばブザー、サイレン、警告灯など、作業者に五感を通じて不具合を報知しうる手段であれば公知の手段が採用可能である。
【００３３】
次に、図２のフローチャート及び図３を参照して、本実施形態の状態監視システム１の動作について説明する。
【００３４】
図２は、本実施形態の状態監視システム１の動作を説明するためのフローチャートである。図２のフローチャートに示す動作は、状態監視部７の電源投入により開始し、あるいは、所定の時間間隔を置いて定期的に開始する。
【００３５】
まず、運転データ取得部３５は、状態監視部７から消毒設備１６の運転データを取得する（ステップＳ１）。そして、不具合判定部３６は、ステップＳ１で取得した消毒設備１６の運転データに基づいて、塩素の濃度変化パターンを生成する（ステップＳ２）。
【００３６】
次いで、濃度取得部３４は、臭気センサ２１から塩素濃度の計測データを取得する（ステップＳ３）。そして、不具合判定部３６は、ステップＳ３で取得した塩素濃度の計測データの値が、予め定められている塩素濃度の閾値を上回るか否かの判定をする（ステップＳ４）。そして、塩素濃度の計測データの値が閾値を上回ると判定したら（ステップＳ４においてＹＥＳ）、報知部３３は消毒設備１６の不具合を警告する（ステップＳ６）。
【００３７】
一方、塩素濃度の計測データの値が閾値以下であると判定したら（ステップＳ４においてＮＯ）、次に、不具合判定部３６は、ステップＳ２で生成した塩素の濃度変化パターンと塩素濃度の計測データの値とを比較し、濃度変化パターンと比較して塩素濃度の計測データの値の変化が異常であるか否かを判定する（ステップＳ５）。そして、塩素濃度の計測データの値の変化が異常であると判定したら（ステップＳ５においてＹＥＳ）、報知部３３は消毒設備１６の不具合を警告する（ステップＳ６）。一方、塩素濃度の計測データの値の変化に異常はないと判定したら（ステップＳ５においてＮＯ）、ステップＳ３に戻る。
【００３８】
ステップＳ５における不具合判定部３６の判定手順の一例について、図３を参照して説明する。
【００３９】
図３は運転データと濃度変化パターンとの関係を示す図である。ここに、図３の横軸は時間軸である。図３において、（ａ）の実線Ｂは濃度取得部３４により取得された塩素濃度の計測データの値を示し、破線Ｄ１は不具合判定部３６により作成された濃度変化パターンを示す。また、別の破線Ｄ２は塩素濃度の閾値を示す。
【００４０】
また、図３（ｂ）は消毒設備１６の運転データを示す。具体的には、図３（ｂ）は消毒設備１６の消毒剤注入設備１７の運転データであり、区間Ａ１が消毒剤注入設備１７が稼働して消毒剤が浄水池１５に注入されている状態を示し、区間Ａ２が消毒剤注入設備１７の稼働が中断されて消毒剤が浄水池１５に注入されていない状態を示す。図３（ｂ）は瞬時値を示し、時間を長くとれば消毒剤注入設備１７は連続運転をしているとも考えられる。
【００４１】
消毒剤注入設備１７が稼働していれば濃度取得部３４により取得された塩素濃度の計測データの値は上昇し、消毒剤注入設備１７の稼働が中断されていれば塩素濃度の計測データの値は下降すると考えられる。従って、不具合判定部３６は、図３（ａ）の破線Ｄ１に示すような濃度変化パターンを生成する。
【００４２】
不具合判定部３６は、実線Ｂに示す塩素濃度の計測データの値の時間変化を観察し、計測データの値が破線Ｄ１に示す濃度変化パターンを超えた時点で消毒設備１６に不具合があると判定してもよい。また、不具合判定部３６は、塩素濃度の計測データの値の時間変化の傾きを算出し、この傾きが所定の正の値を上回る（つまり計測データの値の上昇率が所定値以上である）ときに、消毒設備１６に不具合があると判定してもよい。さらに、不具合判定部３６は、消毒剤注入設備１７が稼働した際の塩素濃度の計測データの値の上昇率に注目し、この上昇率が濃度変化パターンの上昇率を上回ったら消毒設備１６に不具合があると判定してもよい。加えて、不具合判定部３６は、消毒剤注入設備１７が暫く稼働しない期間があれば、その期間に至るまでに計測データの値が閾値（破線Ｄ２）を超えないであろうことが予測できると判定したら、消毒設備１６に不具合はないと判定してもよい。
【００４３】
いずれにしても、不具合判定部３６は、塩素濃度の計測データの値（実線Ｂ）が閾値（破線Ｄ２）を超える手前で消毒設備１６の不具合の有無を判定することができ、予防的管理を行うことができて好ましい。
【００４４】
このように構成される本実施形態によれば、臭気センサ２１が水道施設２に設けられた消毒設備１６内の雰囲気における特定物質の濃度を検出し、不具合判定部３６が臭気センサ２１により検出された濃度と消毒設備１６の運転データとに基づいて、消毒設備１６の不具合の有無を判定している。
【００４５】
従って、本実施形態によれば、水道施設の消毒設備の監視の省人化を図ることで維持管理コストの低減を図ることが可能となる。
【００４６】
特に、本実施形態の状態監視システム１では、塩素濃度の閾値及び塩素の濃度変化パターンの双方に基づいて消毒設備１６の不具合を判定している。水道施設２において、消毒剤は浄水池１５及び／または配管に間欠的にあるいは連続的に投入されうる。消毒剤が連続的にのみ投入されるのであれば、塩素濃度の閾値のみで消毒設備１６の不具合を的確に判定することができる。一方、消毒剤が間欠的に投入される場合、一過的に消毒設備１６の建屋１９内における塩素濃度が上昇しても、その後消毒設備１６の稼働が中断される時間があれば塩素濃度が下降するので消毒設備１６に不具合が生じたと判定する必要がない場合がある。本実施形態の状態監視システム１では、消毒設備１６の運転データに基づいて消毒設備１６の不具合を判定しているので、より的確な判定が行いうる。
【００４７】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【００４８】
一例として、上述した実施形態では消毒剤である塩素濃度を臭気センサ２１により検出して消毒設備１６の不具合を判定していたが、臭気センサ２１により検出する物質は塩素に限定されず、消毒設備１６の不具合を判定しうる揮発性の物質であればこれに対応した臭気やガスのセンサ等を設けて消毒設備１６の不具合を判定することができる。
【００４９】
例えば、消毒設備１６内には、消毒剤注入設備１７を稼働させるための電気設備（受電盤、操作盤）が設けられることが多い。電気設備には電解コンデンサが設けられることが多く、この電解コンデンサは経年変化等により電解液の漏洩、揮発が生じて電気設備自体の不具合を招くことがある。
【００５０】
そこで、電解液に用いられるグリセリンやγ−ブチロラクトンの消毒設備１６の建屋１９内での濃度を検出する臭気センサを建屋１９内に設け、この臭気センサの計測データに基づいて消毒設備１６の電気設備の不具合の有無を判定してもよい。加えて、電気設備に強制排気設備を設け、この強制排気設備の排気ダクトを空調設備２０に接続し、排気ダクトに臭気センサを設けてもよい。この場合、上述の臭気センサ２１と併設することもできる。
【００５１】
さらに、臭気センサ２１にかえて、あるいは臭気センサ２１とともに、消毒設備１６の建屋１９内の煙を感知する煙センサを設け、消毒設備１６内の各種設備からの発煙に起因する不具合の有無を判定してもよい。
【００５２】
さらに、水道施設２に複数の消毒設備１６が設けられている場合、巡回点検の実施対象やスケジュールに従って臭気センサ２１を設ける消毒設備１６を変更してもよい。これにより、より少ない臭気センサ２１により多くの消毒設備１６の不具合を判定することができる。あるいは、各々の消毒設備１６に臭気センサ２１を設け、不具合診断部３０による判定動作を時間単位で切り替えてもよい。これにより、個々の消毒設備１６の稼働時間が異なる場合などに能率的な不具合判定を行うことができる。
【００５３】
そして、消毒設備１６に建屋１９内を監視できる可動式または広角の監視カメラを設置し、不具合診断部３０により不具合があると判定された消毒設備１６について、実際に不具合が生じている機器、設備を特定することができる。そして、不具合が生じている機器等に関する情報を、巡回点検に先立って作業者に提供することで、作業者による不具合対応に必要な時間を短縮でき、また、巡回点検の回数そのものを削減することもできる。
【００５４】
また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部または全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。
【００５５】
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１…状態監視システム  ２…水道施設  ７…状態監視部（監視装置）  １５…浄水池  １６…消毒設備  １７…消毒剤注入設備  １８…消毒剤貯蔵設備  １９…建屋  ２０…空調設備  ２０ａ…吸気ダクト  ２１…臭気センサ（センサ）  ３０…不具合診断部（不具合判定装置）  ３３…報知部（報知装置）  ３４…濃度取得部  ３５…運転データ取得部  ３６…不具合判定部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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