(57)【要約】      （修正有）【課題】処理水の温度の低下に伴う生物活性炭槽におけるアンモニア態窒素の硝化能力の低下を抑制する、水処理装置及び加温システムの提供。【解決手段】前処理設備から流入した処理水の温度を上昇させて送出する昇温装置と、前記昇温装置から送出された処理水が流入し生物活性炭により処理水の硝化処理を行う生物活性炭槽３０とを備え、昇温装置は、地中に埋設された貯水槽１０であり、または、加温ヒータを備える加温システムである、水処理装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
前処理設備から流入した処理水の温度を上昇させて送出する、昇温装置と、
前記昇温装置から送出された処理水が流入し、生物活性炭により処理水の硝化処理を行う、生物活性炭槽と、
を備える水処理装置。
【請求項２】
前記昇温装置は、地中に埋設された貯水槽であり、前記貯水槽は、処理水を一旦貯えて、地熱により処理水の温度を上昇させる、請求項１に記載の水処理装置。
【請求項３】
前記貯水槽に貯えられた処理水を汲み上げて、前記生物活性炭槽に送出する、ポンプを、さらに備える請求項２に記載の水処理装置。
【請求項４】
前記昇温装置は、加温ヒータを備える加温システムであり、前記加温システムは、加温ヒータにより処理水の温度を上昇させる、請求項１に記載の水処理装置。
【請求項５】
前記加温システムは、
処理水の温度を測定する第１温度計と、
前記第１温度計が測定した温度に基づいて、前記加温ヒータをコントロールするコントローラと、
をさらに備える請求項４に記載の水処理装置。
【請求項６】
前記第１温度計は、加温ヒータにより加温された処理水の温度を測定する、請求項５に記載の水処理装置。
【請求項７】
前記加温システムは、加温ヒータによる加温をする前の処理水の温度を測定する、第２温度計を備えており、
前記コントローラは、前記第１温度計が測定した温度と、前記第２温度計が測定した温度とに基づいて、前記加温ヒータのコントロールを行う、請求項５又は請求項６に記載の水処理装置。
【請求項８】
前記生物活性炭槽も、地中に埋設されており、地熱により処理水の温度を上昇させる、請求項２に記載の水処理装置。
【請求項９】
前処理設備から流入した処理水を加温して、温度を上昇させた上で、生物活性炭により処理水の硝化処理を行う生物活性炭槽に、その処理水を送出する、加温ヒータと、
前記加温ヒータにより加温された処理水の温度を測定する、温度計と、
前記温度計が測定した温度に基づいて、前記加温ヒータをコントロールする、コントローラと、
を備える加温システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、水処理装置及び加温システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
浄水場等に設置された水処理装置において、近年、冬期の処理水の温低下による、生物活性炭（ＢＡＣ：Biological Activated Carbon）槽におけるアンモニア態窒素の硝化能力低下が問題視されている。生物活性炭槽におけるアンモニア態窒素の硝化能力は温度依存性が強く、１０℃付近から、処理水の温度の低下に伴って、その硝化能力が低下することが指摘されている。これに対して、浄水場の運用で二段階塩素処理やオゾン発生量の調整などの対策を講じているが、適正な制御を構築するには至っていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５８−２８９５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
処理水の温度を上昇させて、生物活性炭槽に送出する水処理装置及び加温システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本実施形態に係る水処理装置は、前処理設備から流入した処理水の温度を上昇させて送出する、昇温装置と、前記昇温装置から送出された処理水が流入し、生物活性炭により処理水の硝化処理を行う、生物活性炭槽と、を備える。
【０００６】
本実施形態に係る加温システムは、前処理設備から流入した処理水を加温して、温度を上昇させた上で、生物活性炭により処理水の硝化処理を行う生物活性炭槽に、その処理水を送出する、加温ヒータと、前記加温ヒータにより加温された処理水の温度を測定する、温度計と、前記温度計が測定した温度に基づいて、前記加温ヒータをコントロールする、コントローラと、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１実施形態に係る水処理装置の全体構成を説明するブロック図。
【図２】第１実施形態に係る水処理装置の浄水場内におけるレイアウトの一例を説明する図。
【図３】第１実施形態に係る水処理装置の浄水場内におけるレイアウトの別の例を説明する図。
【図４】第２実施形態に係る水処理装置の全体構成を説明するブロック図。
【図５】第２実施形態に係る水処理装置の浄水場内におけるレイアウトの一例を説明する図。
【図６】第２実施形態に係る水処理装置の浄水場内におけるレイアウトの別の例を説明する図。
【図７】第３実施形態に係る水処理装置の全体構成を説明するブロック図。
【図８】第３実施形態に係る水処理装置の変形例を説明するブロック図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照しながら、実施形態に係る水処理装置を説明する。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行うこととする。
【０００９】
〔第１実施形態〕
図１は、第１実施形態に係る水処理装置１の全体構成を説明するブロック図である。この図１に示すように、本実施形態に係る水処理装置１は、貯水槽１０と、ポンプ２０と、生物活性炭槽３０とを備えて構成されている。本実施形態においては、この水処理装置１は、例えば、水道水を生成する浄水場に設置されていることを想定している。
【００１０】
貯水槽１０は、前処理設備から処理水が流入し、一旦貯えられるタンクである。前処理設備は、例えば、オゾンの酸化力により、カビ臭の原因物質や、トリハロメタンの元となる物質などを分解するオゾン処理設備などである。
【００１１】
本実施形態においては、貯水槽１０は、例えば地表から１０ｍ付近の地中に埋設される。一般に、地表から１０ｍ付近の地下水の温度は、年間を通じて、年間平均気温より１℃〜２℃高くなることが知られている。また、年間平均気温は、北海道を除くと、１０℃以上であることも知られている。本実施形態においては、これらの点に注目し、浄水場内における生物活性炭槽３０に流入する処理水の温度が１０℃以上になるように、貯水槽１０を地表から例えば１０ｍ付近に埋設する。換言すれば、地下に埋められた貯水槽１０は、地熱との熱交換器としての機能を有している。
【００１２】
例えば、冬場に、前処理設備から地下の貯水槽１０に流れ込む処理水は、１０℃以下であることも考えられる。しかし、貯水槽１０に一旦、処理水が貯め込まれることから、地下水と同様に、地熱との熱交換により、１０℃以上に温度を上昇させることができる。このことから分かるように、この貯水槽１０が、本実施形態における昇温装置を構成する。
【００１３】
なお、地盤の温度は場所や諸条件により異なることから、貯水槽１０を埋め込む深さは、事前に、地下の温度や地下水の温度を調査して、判断するのが望ましい。例えば、１０ｍ、１２ｍ、１４ｍ等の縦穴を試掘して、地下水を摂取し、その温度を測定したり、試掘した縦穴に温度計を挿入し、地下の温度を測定したりすることにより、目標温度である１０℃以上に処理水の温度を上昇させるのに必要な深さを決めることができる。
【００１４】
ポンプ２０は、貯水槽１０に貯えられた処理水を汲み上げて、生物活性炭槽３０に送出する。ポンプ２０は、貯水槽１０と同様に地下に設けられても良いし、生物活性炭槽３０と同様に、地上に設けられてもよい。
【００１５】
生物活性炭槽３０は、内部には生物活性炭が収納されている。そして、生物活性炭槽３０は、活性炭の吸着作用と、活性炭に繁殖した微生物の分解作用とに基づいて、処理水の汚濁物質を処理する。そして、生物活性炭槽３０で処理された処理水は、後処理設備に送出される。後処理設備としては、例えば、濾過槽や浄水槽などが考えられる。生物活性炭槽３０が設置される場所は任意であるが、本実施形態においては、地上に設けられている。なお、生物活性炭槽３０は、部分的に地中に埋設されていてもよいし、地表よりも高い位置に設けられていてもよい。
【００１６】
図２は、本実施形態に係る水処理装置１の浄水場内のレイアウトの一例を説明するブロック図である。この図２の例においては、浄水場において、図１の水処理装置１が複数台設置されている。これは、１台の水処理装置１が故障した場合でも、他の水処理装置１で水処理が継続できるようにするためである。また、水処理装置１は、定期点検をする場合もあり、そのような場合でも、順番に水処理装置１を点検することにより、水処理を継続することができる。
【００１７】
また、貯水槽１０に貯めた処理水の水温が１０℃以上にならず、この水温を１０℃以上にするために、長い時間が必要な場合は、複数の貯水槽１０に処理水を貯えておき、処理水の温度が１０℃以上になった貯水槽１０から、ポンプ２０を用いて、処理水を生物活性炭槽３０に送出するようにすることもできる。
【００１８】
図３は、本実施形態に係る水処理装置１の浄水場内における別のレイアウトの一例を示すブロック図である。この図３の例においては、１台の水処理装置１に複数の貯水槽１０が設けられている。すなわち、水処理装置１は、複数の貯水槽１０と１つの生物活性炭槽３０とを備えている。この場合、生物活性炭槽３０の処理能力は、図２の例よりも高いものが求められる。
【００１９】
図３の例においても、１台の貯水槽１０が故障した場合でも、他の貯水槽１０で水処理が継続できる。また、貯水槽１０は、定期点検をする場合もあり、そのような場合でも、順番に貯水槽１０を点検することにより、水処理を継続することができる。
【００２０】
また、図２の例と同様に、複数の貯水槽１０に処理水を貯えておき、処理水の温度が１０℃以上になった貯水槽１０から、ポンプ２０を用いて、処理水を生物活性炭槽３０に送出するようにすることもできる。なお、図３の例では、各貯水槽１０に対してポンプ２０を配設しているが、ポンプ２０の台数は任意である。例えば、複数の貯水槽１０に対して１台のポンプ２０を配設するようにしてもよい。さらには、すべての貯水槽１０に対して１台のポンプ２０を配設するようにしてもよい。
【００２１】
以上のように、本実施形態に係る水処理装置１によれば、地中に埋設された貯水槽１０に処理水を貯え、地熱を利用して処理水の温度を上昇させてから、生物活性炭槽３０に処理水を送出することとしたので、処理水の温度低下による硝化能力の低下を抑制することができる。このため、これまで必要とされていた二段階塩素処理やオゾン発生量の調整などの対策を不要とすることができる。これにより、浄水場の水処理プロセスを簡易化できる。
【００２２】
また、地下に埋設した貯水槽１０は、地熱を利用して処理水の温度を上昇させるので、熱源を生成するコストを不要にすることができる。さらに、貯水槽１０に貯えられた処理水の温度が目標温度に達していない場合には、ポンプ２０の稼働を止め、逆に、処理水の温度が目標温度に達している場合には、ポンプ２０を稼働させるという単純な制御で、本実施形態に係る処理装置１は運転することができる。
【００２３】
また、地中の地盤の温度は年間を通じて安定していることから、生物活性炭槽３０に供給する処理水の温度変化を、年間を通じて少なくすることができ、生物活性炭槽３０の制御を容易にすることができる。
【００２４】
〔第２実施形態〕
第２実施形態に係る水処理装置１は、上述した第１実施形態の水処理装置１における昇温装置を、地中に埋設した貯水槽１０ではなく、加温ヒータを備える加温システムにより構成したものである。以下、上述した第１実施形態と異なる部分を説明する。
【００２５】
図４は、第２実施形態に係る水処理装置１の全体構成を説明するブロック図である。この図４に示すように、本実施形態に係る水処理装置１は、加温システム１００と、生物活性炭槽３０とを備えて構成されている。本実施形態においても、この水処理装置１は、例えば、水道水を生成する浄水場に設置されていることを想定している。
【００２６】
加温システム１００は、前処理設備から流れ込んだ処理水の温度を上昇させて、生物活性炭槽３０に送出する装置である。本実施形態においては、この加温システム１００は、加温ヒータ１１０と、温度計１２０ａ、１２０ｂと、コントローラ１３０とを備えて構成されている。
【００２７】
加温ヒータ１１０は、前処理設備から送出された処理水の温度を上昇させる加温装置である。この加温ヒータ１１０は、電気やガスを用いて処理水を加温する装置であってもよいし、或いは、浄水場の他の発熱のある設備を熱源とする装置であってもよい。例えば、電気を熱源とする場合には、加温ヒータ１１０は、熱電素子の一種であるペルチェ素子を使用することができ、浄水場の他の発熱のある設備を熱源とする場合には、加温ヒータ１１０は、ポンプなどの動力負荷からの排熱を利用することができる。この加温ヒータ１１０が、本実施形態における処理水の温度を上昇させる昇温装置を構成する。
【００２８】
温度計１２０ａは、加温ヒータ１１０と生物活性炭槽３０との間に設けられており、加温ヒータ１１０で加温された後の処理水の温度を測定する。温度計１２０ｂは、前処理設備と加温ヒータ１１０との間に設けられており、加温ヒータ１１０で加温される前の処理水の温度を測定する。これら温度計１２０ａ、１２０ｂで測定された処理水の温度は、それぞれ、コントローラ１３０に入力される。
【００２９】
コントローラ１３０は、温度計１２０ａ、１２０ｂで測定された処理水の温度に基づいて、加温ヒータ１１０のコントロールを行う。本実施形態では特に、コントローラ１３０は、加温ヒータ１１０のオン／オフを制御して、生物活性炭槽３０に流れ込む処理水の温度が１０℃以上になるようにコントロールする。
【００３０】
例えば、コントローラ１３０は、温度計１２０ａの温度が１０℃以下になった場合は、加温ヒータ１１０をオンにして、処理水の温度を上昇させる。一方、コントローラ１３０は、温度計１２０ａの温度が１５℃以上になった場合は、加温ヒータ１１０をオフにして、加温を停止する。
【００３１】
また、コントローラ１３０は、温度計１２０ｂの温度が１０℃以下になった場合は、加温ヒータ１１０をオンにして、処理水の温度を上昇させる。一方、コントローラ１３０は、温度計１２０ｂの温度が１５℃以上になった場合は、加温ヒータ１１０をオフにして、加温を停止する。無論、コントローラ１３０は、温度計１２０ａが測定した温度と、温度計１２０ｂが測定した温度の双方に基づいて、加温ヒータ１１０のオン／オフをコントロールするようにしてもよい。
【００３２】
また、温度計１２０ａ、１２０ｂは、双方とも必ずしも必要なものではなく、一方を省略することも可能である。例えば、温度計１２０ａだけを設けて、コントローラ１３０がフィードバック制御だけを行うようにしてもよく、或いは、温度計１２０ｂだけを設けて、コントローラ１３０がフィードフォワード制御だけを行うようにしてもよい。本実施形態においては、温度計１２０ａが第１温度計を構成し、温度計１２０ｂが第２温度計を構成している。
【００３３】
さらに、コントローラ１３０は、加温ヒータ１１０のオン／オフをコントロールするだけではなく、その強度をコントロールするようにしてもよい。例えば、コントローラ１３０は、温度計１２０ａが測定した処理水の温度が、１０℃以下の場合には、加温ヒータ１１０を最大の強度で動作させ、処理水の温度が１２℃になった場合には、加温ヒータ１１０を中程度の強度で動作させ、処理水の温度が１５℃になった場合には、加温ヒータ１１０をオフにするようなコントロールを行うようにしてもよい。
【００３４】
図５は、本実施形態に係る水処理装置１の浄水場内のレイアウトの一例を説明するブロック図である。この図５の例においては、上述した図２と同様に、浄水場において、図４の水処理装置１が複数台設置されている。このため、１台の水処理装置１が故障したり、定期点検を行ったりしている場合でも、他の水処理装置１で水処理が継続できる。
【００３５】
図６は、本実施形態に係る水処理装置１の浄水場内における別のレイアウトの一例を示すブロック図である。この図６の例においては、１台の水処理装置１に複数の生物活性炭槽３０が設けられている。すなわち、水処理装置１は、１台の加温システム１００と複数の生物活性炭槽３０とを備えている。この場合、加温システム１００の処理能力は、図５の例よりも高いものが求められる。
【００３６】
図６の例においては、１台の生物活性炭槽３０が故障した場合でも、他の生物活性炭槽３０で水処理が継続できる。また、生物活性炭槽３０は、定期点検をする場合もあり、そのような場合でも、順番に生物活性炭槽３０を点検することにより、水処理を継続することができる。
【００３７】
以上のように、本実施形態に係る水処理装置１によれば、昇温装置である加温システム１００を用いて、処理水の温度を上昇させることとしたので、第１実施形態と同様に、処理水の温度低下による硝化能力の低下を抑制することができる。このため、これまで必要とされていた二段階塩素処理やオゾン発生量の調整などの対策を不要とすることができる。これにより、浄水場の水処理プロセスを簡易化できる。
【００３８】
また、処理水の温度が例えば１０℃以下になる冬期のみ、昇温システム１００を稼働させ、それ以外の時期は、昇温システム１００を停止させることができるので、ランニングコストの低減を図ることができる。すなわち、処理水の温度が１０℃以下になった場合にのみ、加温ヒータ１１０を動作させれば足りるので、維持コストの最小化を図ることができる。
【００３９】
さらに、本実施形態に係る加温システム１００は、既存の水処理装置に追加的に設けることも可能である。すなわち、既存の前処理設備と既存の生物活性炭槽３０との間に、新たに加温システム１００を追加で設置することにより、本実施形態に係る水処理装置１を実現することができる。これは、本実施形態に係る加温システム１００は、地下に穴を掘る等の基礎工事が不要であるためであり、また、加温ヒータ１１０やコントローラ１３０は、さほど設置面積をとならないと考えられるためである。
【００４０】
〔第３実施形態〕
第３実施形態に係る水処理装置１は、上述した第１実施形態に係る水処理装置１を変形して、生物活性炭槽３０も地中に埋設することにより、処理水の温度が低下するのを抑制せんとしたものである。以下、上述した第１実施形態と異なる部分を説明する。
【００４１】
図７は、本実施形態に係る水処理装置１の全体構成を説明するブロック図である。この図７に示すように、本実施形態に係る水処理装置１は、貯水槽１０と生物活性炭槽３０とを備えて構成されている。また、本実施形態においては、貯水槽１０のみならず、生物活性炭槽３０も地中に埋設されている。生物活性炭槽３０が埋設される深さは、任意であるが、本実施形態においては、貯水槽１０と同程度の深さに埋設されている。このため、生物活性炭槽３０は、例えば、地表から１０ｍ付近の深さに埋設されている。
【００４２】
また、本実施形態においては、貯水槽１０と生物活性炭槽３０の高さが同程度となるので、第１実施形態におけるポンプ２０の設置は任意である。すなわち、貯水槽１０から溢れ出た処理水がポンプ２０の力を利用せずに、生物活性炭槽３０に流れ込むようにしてもよいし、ポンプ２０の力を利用して、処理水を生物活性炭槽３０に送出するようにしてもよい。なお、本実施形態に係る水処理装置１の浄水場内は、上述した図２のレイアウトでもよいし、図３のレイアウトでもよい。
【００４３】
以上のように、本実施形態に係る水処理装置１は、生物活性炭槽３０も貯水槽１０とともに地中に埋設するようにしたので、生物活性炭槽３０で硝化処理がなされている間も地熱により処理水の温度を上昇させることができ、処理水の温度低下による硝化能力の低下を抑制することができる。換言すれば、生物活性炭槽３０において、処理水の温度が低下して、１０℃以下になってしまうのを回避することができる。このため、処理水の温度が極めて低い場合でも、生物活性炭槽３０内の処理水の温度を１０℃以上に保つことができる。
【００４４】
なお、本実施形態に係る水処理装置１においては、図８に示すように、貯水槽１０を省略することも可能である。すなわち、地中に埋めた生物活性炭槽３０に、昇温装置としての機能と、硝化処理装置としての機能を合わせて持たせることも可能である。この場合、前処理設備から生物活性炭槽３０に流れ込んだ処理水は、生物活性炭槽３０内で温度が１０℃以上に上昇し、硝化能力の低下を招くことなく、処理水の硝化処理を行うことができる。
【００４５】
以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規な装置および方法は、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明した装置および方法の形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。
【符号の説明】
【００４６】
１：水処理装置、１０：貯水槽、２０：ポンプ、３０：生物活性炭槽、１００：加温システム、１１０：加温ヒータ、１２０ａ、１２０ｂ：温度計、１３０：コントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2019198842.tif 000008
【図７】
2019198842.tif 000009
【図８】
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