(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水を処理する水処理設備において、
処理部と、
前記被処理水の水質もしくは水量を計測する計測部、又は、前記被処理水の処理条件を制御する制御部と、
前記処理部に設けられ、前記被処理水の流水により発電する発電部と、を備え、
前記発電部で発電された電力は、前記計測部又は前記制御部に供給され、かつ、前記計測部又は前記制御部で使用されることを特徴とし、下水処理場、排水処理場、浄水場又は産業廃水処理設備に設置される水処理設備。
【請求項２】
前記発電部で発電された電力は、前記発電部より下流側に配置された制御部又は計測部に供給されることを特徴とする、請求項１に記載の水処理設備。
【請求項３】
前記処理部は、前記被処理水を貯留する貯留部と、前記被処理水を前記貯留部に流入または前記貯留部から流出させる水路と、を備え、前記発電部は前記水路に設けられていることを特徴とする、又は、
前記発電部と、前記計測部又は前記制御部の間に蓄電部を備えたことを特徴とする、又は、
前記処理部は、曝気処理により気泡の上昇流が形成される反応槽であり、前記発電部は、前記上昇流の流れを利用して発電することを特徴とする、
請求項１または２に記載の水処理設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理水の水質や水量を計測し、計測された水質や水量に基づいて被処理水の処理条件を制御する水処理設備に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
下水処理場や浄水場等の水処理設備では、被処理水の水質を計測して、その計測値に基づいて処理条件を制御している。例えば、特許文献１には、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自動運転制御システムが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１２３８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
水質等を計測するための計測機器や、電動バルブ等の処理条件を制御するための制御装置は、下水処理場に供給される外部からの電力により稼働している。そのため、巨大災害が発生し、発電所が被災すると、下水処理設備への電力供給が不十分となり、計測機器や制御装置が停止するという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者は、上記の課題について鋭意検討した結果、水処理設備内で生じるエネルギーとして被処理水の流れを利用することにより、震災等の緊急時においても計測機器や制御装置が安定して稼働できることを見いだして本発明を完成した。
具体的には、以下の水処理設備である。
【０００６】
上記課題を解決するための本願発明の水処理設備とは、被処理水を処理する水処理設備において、処理部と、前記被処理水の水質もしくは水量を計測する計測部、又は、前記被処理水の処理条件を制御する制御部と、前記処理部に設けられ、前記被処理水の流水により発電する発電部と、を備え、前記発電部で発電された電力は、前記計測部又は制御部に供給されることを特徴とする水処理設備である。
【０００７】
この水処理設備によると、水処理設備内で発生するエネルギーとして被処理水の流れを利用して発電しているため、太陽光発電や、風力発電のように雨天や無風時に電力が発生しないということがなく、常時発電することができる。そして、その電力を計測部又は制御部に供給しているため、外部からの電力供給が停止した場合でも、計測部又は制御部は正常に稼働し、安定的な運転が確保される。
【０００８】
また、外部電力が正常に供給されている場合でも、被処理水の流水により発電した電力を、外部電力の補助として利用することにより、省電力化することもできる。
【０００９】
本願発明は更に、前記発電部と、前記計測部又は前記制御部の間に蓄電部を備えているという特徴を有する。
被処理水の流水を利用した発電部の発電量は小さく、ブロア等のような消費電力量の大きな装置を十分に稼働させることは困難である。しかし、蓄電部を設けることにより、被処理水の流水により発電した電力を蓄えておくことができるため、外部電力の供給が低下した際に、ブロア等の一時的な稼働のための電源として利用することができる。
【００１０】
本願発明は更に、前記処理部は、前記被処理水を貯留する貯留部と、前記被処理水を前記貯留部に流入または前記貯留部から流出させる水路と、を備え、前記発電部は前記水路に設けられているという特徴を有する。
【００１１】
処理部における被処理水の流水は、最初沈殿池や曝気反応槽等のような貯留部の間に形成された水路を通過する際に生じる他、沈砂池や曝気反応槽等のように貯留部の内部に生じる場合もある。貯留部内に発電部を設けると、流水に乱れが生じるため、沈砂池の沈砂分離等の処理に悪影響を与えるおそれがある。そのため、本発明の発電部を被処理水を移送するための水路に設けることにより、沈降分離等の処理の環境に影響することなく好適に発電することができる。
また、水路における流水の流れは、貯留部内の流れより強く、発電量も比較的多く得ることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本願発明の水処理設備によると、巨大災害により発電所からの電力供給が低下した場合でも、計測機器や制御装置が停止することなく、安定した運転を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施態様の水処理設備１ａの構造を示す概略説明図である。
【図２】本発明の第２の実施態様の水処理設備１ｂの構造を示す概略説明図である。
【図３】本発明の第３の実施態様の水処理設備１ｃの構造を示す概略説明図である。
【図４】本発明の第４の実施態様の水処理設備１ｄの構造を示す概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の水処理設備は、下水処理場、排水処理場、浄水場や、食品工場、製紙工場等の産業廃水を処理する産業廃水処理設備等に設置される設備であり、被処理水としては、下水、排水、廃水、汚泥、河川水、海洋水、地下水等が挙げられる。
下水は常に発生し、環境に悪影響を与えるため、下水処理場は運転を停止させることが困難である。よって、下水処理場では、震災等により電力の供給が低下した場合にも安定した運転が可能であるという本発明の水処理設備の効果が顕著に発揮される。
【００１５】
本発明の水処理設備は、処理部と、被処理水の水質や水量を計測する計測部、又は、被処理水の処理条件を制御する制御部と、被処理水の流水により発電する発電部を備えている。
【００１６】
（処理部）
処理部とは、固液分離処理や、生物処理、脱水処理、破砕処理等の処理を行うための構成であり、例えば、下水処理場における沈砂池、沈殿池、生物処理槽、消毒設備等や、浄水場における着水井、フロック形成池、沈殿池、濾過池等、産業廃水処理設備における生物処理槽、脱水機等が挙げられる。
【００１７】
処理部には、被処理水の流れが形成されており、この流水のエネルギーを利用して発電する。発電に利用する被処理水の流れとは、水処理設備内で形成される被処理水の流れであれば、どのようなものでもよく、例えば、沈殿池と生物処理槽の間を移送する際に生じる流水のように、各貯留部の間を連結する水路に形成された被処理水の流れのほか、沈砂池等の貯留部の内部に形成された流れを利用してもよい。
【００１８】
但し、貯留部の内部に形成された流れでは、発電部を設けることにより流水に乱れが生じて、処理条件に影響するおそれがある。例えば、沈砂池において、安定した流水に乱れが生じると、砂分の沈降分離に影響する。そのため、発電に利用する被処理水の流れは、貯留部間を移送する際に生じる被処理水の流れを利用することが好ましい。
【００１９】
更に、貯留部の間を連結する水路に形成された流れを利用する際には、水路に高低差を設けて設置することが好ましい。水路に高低差を設けることにより、被処理水の流速が増加するため、より多く発電することができる。
また、発電部は、水路の低位に設けることが特に好ましい。高低差を設けた水路の下流側１／２の範囲に発電部を設置することが好ましく、下流側１／３の範囲に設置することが特に好ましい。これにより、被処理水の流速を更に高めることができる。
【００２０】
なお、流水は、自重により流下するもののほか、曝気反応槽内で生じる上昇流や、オキシデーションディッチ槽内で生じる循環流等を利用することもできる。但し、震災等により外部の電力の供給が低下すると、曝気装置等の稼働も低下するため、本発明の発電部による電力の発生量も低下する。よって、外部の電力供給量に作用されず、安定的に発電することができるという観点から、自重により流下する被処理水の流れを利用することが好ましい。
【００２１】
（発電部）
本発明の発電部は、被処理水の流水により発電するものであれば、どのような発電装置でもよい。例えば、水車に直結した発電機であり、被処理水の流水を水車の回転エネルギーに変換して発電するものが挙げられる。水車の形状としては、水力発電所で利用される発電機と同様、フランシス水車、プロペラ水車、ペルトン水車、クロスフロー水車等を用いればよい。
【００２２】
本発明の発電部では、被処理水の流水により発電されるため、水処理設備を稼働中、常時発電することができる。発電部により発電された電力は、被処理水の水質や水量を計測する計測部、又は、被処理水の処理条件を制御する制御部に供給される。
【００２３】
制御部への電力の供給が停止すると、各ラインに設置されたバルブが閉じる等、水処理設備全体の稼働が停止するという問題がある。本発明では、発電部から制御部へ電力が供給されるため、外部の電力供給が停止した場合でも水処理設備全体の稼働停止を回避することができる。
また、計測部は、制御部と共動して機能しているため、計測部の電力が停止した場合には、制御部における処理条件の制御機能に乱れが生じる。そのため、本発明の発電部から計測部に電力を供給することにより、制御部の機能が安定化する。
すなわち、本発明は、水処理設備全体の稼働の中枢となる制御部及び計測部の電力については、水処理設備内で発電した電力を使用することにより、外部電力の供給が停止した場合でも安定的な稼働を確保することができるというものである。
【００２４】
なお、制御部及び計測部の稼働に余剰の電力があれば、照明等の処理条件の制御に不要なその他の機器に利用することもできる。
【００２５】
発電部から計測部又は制御部への供給は、直接連結することにより常時供給してもよいし、蓄電部を介して供給してもよい。蓄電部を介することにより、過剰に供給された電力を蓄積することでき、非常時の予備電源としても利用することができる。
【００２６】
（蓄電部）
蓄電部としては、電力をエネルギーとして蓄えられるものであればどのような構成でもよい。例えば、鉛蓄電池、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素充電池等の蓄電池を利用することが好ましい。この他、余剰電力を用いて下部の貯水池から上部の貯水池に汲み上げておき、水の位置エネルギーとして余剰電力を蓄えてもよい。
【００２７】
（制御部）
制御部は、被処理水の処理条件を制御するための機器である。処理条件を制御するための機器とは、電力を用いて水処理を行う機器であれば、特に限定されず、、例えば、各処理部を連結する水路に設置されたバルブの開閉用モータや、被処理水の流量や薬品の投入量や曝気量等を制御するプログラムを作動する電機計算機や、生物処理槽における散気用ブロアや、揚水のためのポンプ等がある。
【００２８】
本発明の発電部から電力が供給される制御部としては、必要とされる処理に応じて適宜選択することができる。例えば、非常時に被処理水の流れを最低限確保したい場合には、バルブ開閉用モータを選択して本発明の発電部から電力を供給すればよい。その他、生物処理を確保したい場合には、散気用ブロア、消毒処理を確保したい場合には、消毒液供給ポンプ及び攪拌機、凝集沈殿処理を確保したい場合には、凝集剤供給ポンプ及び攪拌機等、各処理に必要な機器をそれぞれ選択すればよい。
【００２９】
（計測部）
計測部は、被処理水の水質や水量を計測するための機器である。例えば、水質を計測する機器として、溶存酸素量（ＤＯ）、生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）、化学的酸素要求量（ＣＯＤ）、懸濁物質量（ＳＳ）、温度、ｐＨ等を測定する機器があり、水量を計測する機器としては、各処理部に貯留されている被処理水の量や、水処理設備に流れ込む被処理水の流量等を測定する機器がある。
本発明の発電部から計測部に電力を供給することにより、外部電力の供給が停止するという非常時においても、被処理水の水質を計測することができるため、河川への放流前に最低限の処置が可能となる。
【００３０】
なお、制御部、計測部には、外部電力を供給してもよい。被処理水の流水を利用した発電部では、被処理水の流量等の変動に応じて発電量も変動するため、非常時以外では、外部電力により安定的に稼働することが好ましい。
【００３１】
次に、図面を参照しつつ本発明に係る水処理設備の実施態様を詳細に説明する。実施態様において、水処理設備として下水処理設備を例示したが、これに限るものではない。
【００３２】
［第１の実施態様］
図１は、本発明の第１の実施態様の水処理設備１ａを示す概略説明図である。
本発明の第１の実施態様の水処理設備１ａは、処理部として沈砂池２、最初沈殿池３、反応槽４、最終沈殿池５、消毒設備６を備えている。
また、これらの処理部の間は水路により連結されており、被処理水が各処理部を順次通過するように構成されている。沈砂池２と最初沈殿池３の間の水路は、揚水ポンプＰ１が設けられ、最初沈殿池３、反応槽４、最終沈殿池５及び消毒設備６の間は、自然流下するように高低差を設けた水路が形成されている。
【００３３】
被処理水Ｗ０としての下水が沈砂池２に流入し、被処理水と、し渣及び砂分が分離される。し渣はスクリーンにより分離された後、破砕・洗浄されて廃棄される。砂分は沈砂池２に沈降し、揚砂機により回収され、沈砂分離装置により濃縮されて廃棄される。
被処理水は、揚水ポンプＰ１により最初沈殿池３に移送される。被処理水の流量は、水路に設けたバルブにより調整され、バルブの開閉は、バルブに連結されたモータＭ１により制御される。
【００３４】
最初沈殿池３では、被処理水から比重の大きい懸濁物を沈殿分離する。沈殿分離された懸濁物は、最初沈殿池３の底部から汚泥Ｓ１として排出され、汚泥処理設備で更に処理される。汚泥Ｓ１を排出するためのラインには、汚泥Ｓ１を汚泥処理設備に移送するためのポンプＰ２、排出量を調整するためのバルブ及びバルブの開閉を制御するモータＭ２が設けられている。
最初沈殿池３で沈殿分離処理された被処理水は、溢流として排出され、水路を流下して反応槽４に流入する。
【００３５】
反応槽４では、好気条件下で生物処理が行われ、有機物を分解する。反応槽４の底部には、ブロアＢに連結した散気管で構成された曝気装置が設置され、ブロアＢの供給量は、モータＭ５に連結したバルブにより調整される。
【００３６】
更に反応槽４には、内部の被処理水の水質を計測するための計測部として、溶存酸素量（ＤＯ）計測器Ｄ１を備えている。溶存酸素量計測器Ｄ１で計測された溶存酸素量の情報は、電機計算機（図示しない）に送られ、曝気量等の制御に利用される。
【００３７】
反応槽４の後段には、最終沈殿池５が設けられ、反応槽４で生じた微生物フロックを沈殿分離する。沈殿した微生物フロックは、最終沈殿池５の底部から汚泥Ｓ２として排出され、汚泥処理設備で汚泥Ｓ１と共に処理される。汚泥Ｓ２を排出するためのラインには、汚泥Ｓ２を汚泥処理設備に移送するためのポンプＰ４、排出量を調整するためのバルブ及びバルブの開閉を制御するモータＭ４が設けられている。
【００３８】
また、微生物フロックの一部は、返送ラインを介して反応槽４に返送される。返送ラインには、ポンプＰ３、バルブ及びバルブの開閉を制御するモータＭ３が設けられ、微生物フロックの返送量を調整している。
【００３９】
最終沈殿池５から溢流により排出された被処理水は、水路を流下して、消毒設備６に流入する。消毒設備６では、次亜塩素酸ソーダ等の消毒液が注入されて殺菌処理が行われる。
また、被処理水の水質を計測するための計測部として、懸濁物質量（ＳＳ）計測器Ｄ２を備えており、懸濁物質量が基準値以下であることを確認後、処理水Ｗ１として河川へ放流する。
【００４０】
本発明の水処理設備では、沈砂池２の内部、最初沈殿池３と反応槽４の間を連結する水路、反応槽４の内部、反応槽４と最終沈殿池５の間を連結する水路、最終沈殿池５と消毒設備６の間を連結する水路に、被処理水の流水のエネルギーを利用する発電機Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４，Ｇ５がそれぞれ設けられている。
沈砂池２の内部には、流入した下水の流れが形成されており、発電機Ｇ１は、この流水のエネルギーを電力に変換するものである。
発電機Ｇ２，Ｇ４，Ｇ５では、高低差を設けた水路を流下する流水のエネルギーを電力に変換している。
反応槽４の内部は、曝気処理により気泡の上昇流が形成されており、発電機Ｇ３は、この上昇流の流れを利用して発電するものである。
【００４１】
第１の実施態様では、これらの発電機Ｇ１〜Ｇ５で発電された電力は、蓄電部７に送られる（破線）。蓄電部７は、バルブの開閉を制御するモータＭ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５、溶存酸素量計測器Ｄ１、懸濁物質量計測器Ｄ２に連結されており、各発電機から集められた電力は、蓄電部７を介して各制御部及び各計測部に供給されている（一点鎖線）。
【００４２】
なお、図示していないが、揚水ポンプＰ１、ポンプＰ２，Ｐ３，Ｐ４、ブロアＢは、外部の電力が供給されている。
【００４３】
発電機Ｇ１〜Ｇ５は、水処理設備１ａが稼働している間、常に電力が発電されているため、外部電力の供給が停止した場合でも各制御部及び各計測部に電力を供給することができる。
【００４４】
また、蓄電部７に一度電力を蓄電するため、各処理部で得られる電力量にばらつきがある場合でも、各制御部及び各計測部に適した電力量を分配することができる。
更に、蓄電部７を介することにより、平常時に余剰電力を蓄電しておくことができるため、揚水ポンプＰ１、ポンプＰ２，Ｐ３，Ｐ４、ブロアＢ等の非常時用の予備電源として利用することもできる。
【００４５】
［第２の実施態様］
図２は、本発明の第２の実施態様の水処理設備１ｂを示す概略説明図である。
第２の実施態様では、第１の実施態様のモータＭ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５、溶存酸素量計測器Ｄ１、懸濁物質量計測器Ｄ２に、更に外部電力が連結されている（二点鎖線）。平常時には、外部電力から供給され、震災等により外部電力が低下すると、蓄電部７からの電力供給に切り替える構成となっている。なお、蓄電部７と外部電力Ｖから各処理部へ電力を供給するラインは、別々のラインで図示しているが、切替スイッチを用いて一つのラインから各処理部へ電力を供給してもよい。
【００４６】
発電機Ｇ１〜Ｇ５は、被処理水の流水のエネルギーを利用して発電するため、処理部等にトラブルが生じた場合には、発電量が低下するおそれがある。第２の実施態様では、平常時には、外部からの安定した電力を供給することができるため、処理部等にトラブルが生じても安定的に運転することができる。
【００４７】
また、発電機Ｇ１〜Ｇ５は、水処理設備１ｂを稼働すると自然に発生する電力であるため、平常時には自動的に蓄電部７に蓄電される。そのため、蓄電部７への蓄電のために外部電力や燃料等を必要としない。
【００４８】
［第３の実施態様］
図３は、本発明の第３の実施態様の水処理設備１ｃを示す概略説明図である。
第３の実施態様では、各発電機で発電した電力を下流側に配置された処理部の制御部又は計測部に供給するように構成されている。
例えば、沈砂池２に設置した発電機Ｇ１で発生した電力を、モータＭ１，Ｍ２、揚水ポンプＰ１、ポンプＰ２に供給する。これにより、下流側に設置された制御部の電力は、上流側の処理部に被処理水がの流れが形成されることにより供給されるため、初動に必要な電力を確保することができる。
【００４９】
同様に、最初沈殿池３から反応槽４に流下する流水のエネルギーにより発電機Ｇ２が発電すると、その下流の反応槽４のブロアＢ、モータＭ５、溶存酸素量計測器Ｄ１に電力が供給されて稼働可能な状態となる。
また、反応槽４から最終沈殿池５に流下する流水のエネルギーを利用した発電機Ｇ４は、モータＭ３，Ｍ４、ポンプＰ３，Ｐ４に電力を供給し、最終沈殿池５から消毒設備６に流下する流水のエネルギーを利用した発電機Ｇ５は、懸濁物質量計測器Ｄ２に電力を供給する。
【００５０】
なお、第３の実施態様においても、発電機から各機器への電力供給には、蓄電池を介してもよいし、各機器と外部電力を連結してもよい。
【００５１】
［第４の実施態様］
図４は、本発明の第４の実施態様の水処理設備１ｄを示す概略説明図である。
第４の実施態様では、沈砂池２から消毒設備６までの経路において、被処理水の流れを停止しないように、各処理部における発電機から揚水ポンプＰ１とモータＭ１に電力を供給する構成である。つまり、沈砂池２における発電機Ｇ１と揚水ポンプＰ１とモータＭ１を連結し、発電機Ｇ２及びＧ４を揚水ポンプＰ１に連結している。これにより、外部電力の供給が停止した場合でも、被処理水の流れだけは確保され、下水が溢れることはない。
【００５２】
また、最終沈殿池５から消毒設備６を流れる流水により発電された電力は、消毒液槽８から消毒液を移送するラインに設けたバルブの開閉を制御するモータＭ６、及び、懸濁物質量計測器Ｄ２に供給される。
第４の実施態様では、外部電力が停止した非常時において、電力消費量の大きい生物処理以外の処理を施してから放流することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明の水処理設備は、下水処理場、排水処理場、浄水場、産業廃水処理設備等に利用することができる。下水処理場は、常時下水が流れ込むため、運転を停止させることが困難である。本発明の水処理設備は、震災等により電力の供給が低下した場合にも安定した運転が可能であることから、下水処理場における利用が特に適している。
【符号の説明】
【００５４】
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ  水処理設備、２  沈砂池、３  最初沈殿池、４  反応槽、５  最終沈殿池、６  消毒設備、７  蓄電部、８  消毒液槽、Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４，Ｇ５  発電機、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４  ポンプ、Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５，Ｍ６  モータ、Ｄ１  溶存酸素量計測器，Ｄ２  懸濁物質量計測器、Ｂ  ブロワ、Ｗ０  被処理水、Ｗ１  処理水、Ｓ１，Ｓ２  汚泥
【図１】
0006456744.tif 000002
【図２】
0006456744.tif 000003
【図３】
0006456744.tif 000004
【図４】
0006456744.tif 000005