(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
嫌気性消化槽の側面に設けられ、前記嫌気性消化槽の底面から互いに異なる高さを有する複数の計測地点で、前記嫌気性消化槽に流入した廃水の圧力が計測されるようにする圧力密度計測部と、
前記圧力密度計測部から受信された計測値に基づいて、前記複数の計測地点での平均密度を個別に算出し、算出された結果に基づいて、前記嫌気性消化槽の内部に前記廃水が流入するようにするか或いは排出されるようにして、前記嫌気性消化槽の内部に流入した廃水の水位が調節されるようにする制御部と、
を含み、
前記圧力密度計測部は、
３地点以上の計測地点に対応するように個別に設けられ、それぞれの計測地点での廃水の圧力が計測されるようにする第１圧力密度計測器と、
前記収容された廃水の水位よりも高い特定の地点に配置され、大気圧または密閉された嫌気性消化槽の内部気圧が計測されるようにする第２圧力密度計測器と、を含み、
前記制御部は、
それぞれの第１圧力密度計測器から受信されたそれぞれの計測地点での廃水の圧力値に基づいて、それぞれの計測地点での平均密度を算出し、算出された結果に基づいて、前記嫌気性消化槽の内部に流入した廃水の基準密度傾向線が含まれている基準水位情報を生成して保存し、
前記制御部は、
前記基準水位情報が生成されて保存されると、所定の時間間隔ごとに前記それぞれの第１圧力密度計測器からリアルタイムで受信された計測値に基づいて、計測地点での平均密度を再算出し、算出された結果に基づいて、前記嫌気性消化槽の内部に流入した廃水のリアルタイム密度傾向線が含まれているリアルタイム水位情報を生成して、前記保存された基準水位情報と比較することを特徴とする、
圧力密度式水位計測モジュール。
【請求項２】
前記制御部は、
前記リアルタイム水位情報と前記保存された基準水位情報との比較結果に応じて、前記嫌気性消化槽の内部に対して廃水が流入するようにするか或いは排出されるようにして、前記嫌気性消化槽の内部に流入した廃水の水位が調節されるようにすることを特徴とする、請求項１に記載の圧力密度式水位計測モジュール。
【請求項３】
前記それぞれの計測地点に対応するように設けられた第１圧力密度計測器は、
前記３地点以上の計測地点に対応するように個別に設けられ、前記嫌気性消化槽の外周縁上に配置され、胴体の底面を基準として所定の高さ間隔ごとに配置され、それぞれの計測地点を基準として上側と下側に設けられ、前記それぞれの計測地点での上側と下側の圧力が個別に計測されるようにし、
前記制御部は、
前記それぞれの計測地点での上側と下側の圧力値が受信されると、前記それぞれの計測地点での圧力差が算出されるようにすることを特徴とする、請求項１に記載の圧力密度式水位計測モジュール。
【請求項４】
前記基準密度傾向線と前記リアルタイム密度傾向線は、
前記３地点以上の計測地点での平均密度に基づいて生成された非線形タイプの傾向線であることを特徴とする、請求項３に記載の圧力密度式水位計測モジュール。
【請求項５】
前記制御部は、
前記３地点以上の計測地点のうち、最上側に設けられた計測地点と前記収容された廃水の水位よりも高い特定の地点との圧力差を算出し、前記リアルタイム密度傾向線を介して前記廃水の水面の平均密度を算出して前記廃水の水位を測定することを特徴とする、請求項４に記載の圧力密度式水位計測モジュール。
【請求項６】
前記制御部は、
前記基準密度傾向線と前記リアルタイム密度傾向線とを水位別に比較し、前記リアルタイム密度傾向線の水位別密度値が相対的にさらに低い場合、前記嫌気性消化槽に前記廃水が流入して前記廃水の水位が高くなるようにすることを特徴とする、請求項５に記載の圧力密度式水位計測モジュール。
【請求項７】
前記制御部は、
前記基準密度傾向線と前記リアルタイム密度傾向線とを水位別に比較し、前記リアルタイム密度傾向線の水位別密度値が相対的にさらに高い場合、前記嫌気性消化槽から前記廃水に含まれているスラッジが排出され、
前記スラッジの排出により前記水位が低くなると、前記嫌気性消化槽に前記廃水が流入して前記水位が高くなるように調節することを特徴とする、請求項５に記載の圧力密度式水位計測モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水位計測モジュールに係り、より詳細には、嫌気性消化槽内の水位別に圧力と密度を計測して、水位別の圧力と密度の計測値に基づいて消化槽内部の水位が精密に計測されるようにし、消化槽内部の水位が調節されるようにする圧力密度式水位計測モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
嫌気性消化は、嫌気性微生物によって、高濃度の有機性固形物、例えば食品廃棄物の脱離液や家畜糞尿、有機性スラッジなどを分解、処理するとともに、メタンなどのバイオガスを生産する工程である。
【０００３】
高濃度の有機性固形物を分解する嫌気性消化工程は、微生物の恒常性を維持させる過程が非常に重要である。消化槽内の水理学的滞留時間が一定でないか、或いは消化槽内の固形物濃度の増加に起因する過負荷および攪拌機の非正常な作動が発生した場合は、嫌気性微生物の斃死につながって消化槽を正常に運転することができないリスクが頻繁に発生しているのが実情である。
【０００４】
このような嫌気性消化槽の運営において、スカムの頻繁な発生および外乱の影響は、消化槽内の水位を正確に計測することができない主な要因である。このため、消化槽を過負荷状態で運転するか、或いは消化槽に流入した有機性固形物が未処理状態で流出したり引き抜かれたりするおそれがあって、消化槽の安定な運営を図り且つ生産されるバイオガスの量および質を向上させることができる最適の方法で消化槽内部の水位を一定に維持して微生物の恒常性を維持させることが非常に重要である。
【０００５】
これまで嫌気性消化槽の水位計測のために用いられた方法は、圧力式水位計、超音波水位計、レーダー水位計などがあるが、圧力式水位計は、消化槽内の密度が一定でないため、水位計測結果の精度が著しく低下し、超音波水位計またはレーダー水位計は、廃水の波動、スカム、固形物の高濃度に影響を受けて光の反射のような外乱が発生し、水位計測にエラーが発生するという問題点があった。
【０００６】
そこで、嫌気性消化槽の安定な運営のために、消化槽の正確な水位計測が可能な計測装備を開発して微生物の恒常性を一定に維持することができる方案の模索が求められる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、かかる問題点を解決するためのもので、その目的は、消化槽内の微生物の恒常性が一定に維持されるようにするために、消化槽に収容された廃水の圧力および密度を正確に計測して、消化槽の水位が一定に調節および維持されるようにする圧力密度式水位計測モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明の一実施形態に係る圧力密度式水位計測モジュールは、嫌気性消化槽の側面に設けられ、前記嫌気性消化槽の底面から互いに異なる高さを有する複数の計測地点で、前記嫌気性消化槽に流入した廃水の圧力が計測されるようにする圧力密度計測部と、前記圧力密度計測部から受信された計測値に基づいて、前記複数の計測地点での平均密度を個別に算出し、算出された結果に基づいて、前記嫌気性消化槽の内部に対して前記廃水が流入するようにするか或いは排出されるようにして、前記嫌気性消化槽の内部に流入した廃水の水位が調節されるようにする制御部と、を含む。
【０００９】
ここで、前記圧力密度計測部は、３地点以上の計測地点に対応するように個別に設けられ、それぞれの計測地点での廃水の圧力が計測されるようにする第１圧力密度計測器と、前記収容された廃水の水位よりも高い特定の地点に配置され、大気圧または密閉された嫌気性消化槽の内部気圧が計測されるようにする第２圧力密度計測器と、を含んでもよい。
【００１０】
また、前記制御部は、それぞれの第１圧力密度計測器から受信されたそれぞれの計測地点での廃水の圧力値に基づいて、それぞれの計測地点での平均密度を算出し、算出された結果に基づいて、前記嫌気性消化槽の内部に流入した廃水の基準密度傾向線が含まれている基準水位情報を生成して保存してもよい。
【００１１】
また、前記制御部は、前記基準水位情報が生成されて保存されると、所定の時間間隔ごとに前記それぞれの第１圧力密度計測器からリアルタイムで受信された計測値に基づいて、計測地点での平均密度を再算出し、算出された結果に基づいて、前記嫌気性消化槽の内部に流入した廃水のリアルタイム密度傾向線が含まれているリアルタイム水位情報を生成して、前記保存された基準水位情報と比較してもよい。
【００１２】
また、前記制御部は、前記リアルタイム水位情報と前記保存された基準水位情報との比較結果に応じて、前記嫌気性消化槽の内部に対して廃水が流入するようにするか或いは排出されるようにして、前記嫌気性消化槽の内部に流入した廃水の水位が調節されるようにしてもよい。
【００１３】
前記それぞれの計測地点に対応するように設けられた第１圧力密度計測器は、前記３地点以上の計測地点に対応するように個別に設けられ、前記嫌気性消化槽の外周縁上に配置され、胴体部の底面を基準として所定の高さ間隔ごとに配置され、それぞれの計測地点を基準として上側と下側に設けられ、前記それぞれの計測地点での上側と下側の圧力が個別に計測されるようにし、前記制御部は、前記それぞれの計測地点での上側と下側の圧力値が受信されると、前記それぞれの計測地点での圧力差が算出されるようにしてもよい。
【００１４】
また、前記基準密度傾向線と前記リアルタイム密度傾向線は、前記３地点以上の計測地点での平均密度に基づいて生成された非線形タイプの傾向線であってもよい。
【００１５】
また、前記制御部は、前記３地点以上の計測地点のうち、最上側に設けられた計測地点と前記収容された廃水の水位よりも高い特定の地点との圧力差を算出し、前記リアルタイム密度傾向線を介して前記廃水の水面の平均密度を算出して前記廃水の水位を測定してもよい。
【００１６】
また、前記制御部は、前記基準密度傾向線と前記リアルタイム密度傾向線とを水位別に比較して、前記リアルタイム密度傾向線の水位別密度値が相対的にさらに低い場合、前記胴体部に前記廃水が流入して前記廃水の水位が高くなるようにしてもよい。
【００１７】
また、前記制御部は、前記基準密度傾向線と前記リアルタイム密度傾向線とを水位別に比較して、前記リアルタイム密度傾向線の水位別密度値が相対的にさらに高い場合、前記胴体部から前記廃水に含まれているスラッジが排出され、前記スラッジの排出により前記水位が低くなると、前記胴体部に前記廃水が流入して前記水位が高くなるように調節してもよい。
【発明の効果】
【００１８】
これにより、消化槽内の圧力及び密度を正確に計測して消化槽の水位が一定に調節および維持されるようにすることにより、微生物の斃死により有機性固形物が適正に処理されていないまま流出したり引き抜かれたりする現象を防止することができる。また、消化槽内の正確な水位計測による水理学的滞留時間及び固形物滞留時間を一定に保つことができるため、消化槽の運営管理に利便性を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る圧力密度式水位計測モジュールが設置される嫌気性消化槽を概略的に示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る圧力密度式水位計測モジュールを概略的に示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る圧力密度式水位計測モジュールの構成要素である圧力密度計測部を上方からみた様子を示す図面である。
【図４】本発明の一実施形態に係る圧力密度式水位計測モジュールの構成要素である圧力密度計測部をさらに詳細に説明するための図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る廃水の水位別圧力の計測値と密度の算出値を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る廃水の水位別圧力の計測値に基づいて生成された密度傾向線を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２１】
以下で紹介する実施形態は、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に本発明の思想が十分に伝達されるようにするための例として提供されるものである。本発明は、以下で説明する実施形態に限定されず、他の形態で具体化することも可能である。
【００２２】
図１は本発明の一実施形態に係る圧力密度式水位計測モジュールが設置される嫌気性消化槽を概略的に示す図、図２は本発明の一実施形態に係る圧力密度式水位計測モジュールを概略的に示すブロック図、図３は本発明の一実施形態に係る水位計測モジュールの構成要素である圧力密度計測部１００を上方からみた様子を示す図である。
【００２３】
以下、図１乃至図３を参照して、本圧力密度式水位計測モジュール（以下、「水位計測モジュール」という）を説明する。
【００２４】
本水位計測モジュールが設置される嫌気性消化槽は、消化槽内の微生物の恒常性が一定に維持されるようにするために、消化槽に収容された廃水の圧力差に基づいて平均密度を計測して、消化槽の水位を正確に計測し、これにより、消化槽の水位が一定に調節および維持されるようにするために設けられる。
【００２５】
すなわち、本嫌気性消化槽は、消化槽の水位が一定に維持されることで、消化槽に収容された廃水の濃度も一定に保たれるようにすることにより、消化槽内の微生物の恒常性が一定に維持されるようにするのである。
【００２６】
このため、水位計測モジュールが設置される嫌気性消化槽は、水位計測モジュールだけでなく、混合供給調節槽１０、移送配管部２０、胴体部３０、攪拌部４０、スカム除去部５０およびガス精製設備６０がさらに設けられてもよい。
【００２７】
混合供給調節槽１０は、酸発酵槽（図示せず）から排出される酸発酵有機性廃棄物が含まれている廃水を貯留し、貯留された廃水の一部が胴体部３０に流入するようにするか、或いは胴体部３０から廃水中の一部が適正処理されずに排出されると、これを再び流入させて貯留されるようにすることができる。
【００２８】
さらに、混合供給調節槽１０は、スカム除去部５０を介して胴体部３０から排出されたスカムを、酸発酵槽から排出される酸発酵有機性廃棄物と混合することができる。
【００２９】
すなわち、胴体部３０から発生したスカムは、スカム除去部５０によって胴体部３０から排出され、排出されたスカムは、混合供給調節槽１０によって酸発酵有機性廃棄物と混合され、流入バルブ２１および流入ポンプ２２によって胴体部３０に再投入できる。
【００３０】
このとき、混合供給調節槽１０は、ＦｅＣｌ２、ＦｅＳＯ４などの硫化水素除去剤の供給を受け、酸発酵有機性廃棄物およびスカムと混合させることが好ましく、このような硫化水素除去剤は、混合供給調節槽１０で酸発酵有機性廃棄物と混合されて胴体部３０に投入されることにより、胴体部３０の内部で有機性廃棄物のメタン発酵過程から発生する硫化水素を除去することができる。
【００３１】
また、混合供給調節槽１０は、混合供給調節槽１０の内部に流入した酸発酵有機性廃棄物とスカムとの混合物を加熱する加熱手段１１が備えられ得る。
【００３２】
加熱手段１１は、温水などの熱媒体が流れる熱交換部を混合供給調節槽１０の内部に備えて、混合供給調節槽１０の内部で混合される酸発酵有機性廃棄物とスカムを加熱することができ、具体的には、加熱コイルに実現して、胴体部３０の内部温度が３５℃〜３８℃となるように胴体部３０に投入される酸発酵有機性廃棄物とスカムとの混合物を加熱することが好ましい。
【００３３】
移送配管部２０は、胴体部３０と混合供給調節槽１０との間に廃水が移送されるようにするために設けられる。そのため、移送配管部２０は、流入バルブ２１、流入ポンプ２２、第１移送管２３、排出バルブ２４、第２移送管２５、スラッジ排出バルブ２６、上澄み水排出バルブ２７、および第１排出管２８から構成できる。
【００３４】
流入バルブ２１は、開閉に応じて、混合供給調節槽１０から排出された廃水が胴体部３０の内部に流入したり、流入しないように制御するために設けられ、流入ポンプ２２は、流入バルブ２１が開放される場合、混合供給調節槽１０から排出された廃水がより効果的に胴体部３０の内部に流入するようにするために設けられる。第１移送管２３は、流入バルブ２１に接続され、混合供給調節槽１０から排出された廃水が胴体部３０に流入するようにする経路を提供するために設けられる。このとき、流入ポンプ２２は、混合供給調節槽１０と第１移送管２３との間に設けられてもよい。
【００３５】
排出バルブ２４は、胴体部３０から適正水位を超過する場合には、適正水位を超過した廃水が開閉に応じて混合供給調節槽１０に流入したり、流入しないように制御するために設けられ、第２移送管２５は、排出バルブ２４に接続され、排出バルブ２４が開放される場合には、適正水位を超える廃水が排出されて混合供給調節槽１０に流入するようにする経路を提供することができる。
【００３６】
スラッジ排出バルブ２６は、胴体部３０の下端に設けられ、スラッジまたは沈殿物が堆積する場合には、開閉に応じて、堆積するスラッジまたは堆積物が外部に排出されるようにするか、或いは排出されないように制御するために設けられる。
【００３７】
このとき、流入バルブ２１およびスラッジ排出バルブ２６は、常に開放されるのではなく、制御部２００の判断または管理者の操作に応じて流動的に開放または閉鎖されるように操作できる。
【００３８】
上澄み水排出バルブ２７は、開閉に応じて、胴体部３０の内部に収容された廃水が嫌気性消化工程に応じて固液分離が行われた後、上澄み水が排出されたり、排出されないように制御するために設けられ、第１排出管２８は、上澄み水排出バルブ２７に接続され、上澄み水排出バルブ２７が開放される場合には、上澄み水が排出されるようにする経路を提供するために設けられる。
【００３９】
胴体部３０は、円筒状をし、混合供給調節槽１０から流入して収容された廃水が適正に処理されるようにするために設けられる。ここで、適正処理とは、酸発酵した有機性廃棄物をメタン発酵させる処理を意味し、胴体部３０は、メタン発酵槽の役割を果たすことができる。
【００４０】
さらに、胴体部３０は、流入バルブ２１に接続され、廃水が流入するようにし、有機性廃棄物に対する嫌気性消化が適正に行われた上澄み水が排出されるようにすることができ、適正処理されていない廃水が適正水位を超える場合には、排出されて混合供給調節槽１０から流入するようにすることができる。
【００４１】
撹拌部４０は、胴体部３０の内部に配置され、胴体部３０の内部に収容された廃水を回転させて攪拌するために設けられる。このため、攪拌部４０は、胴体部３０の一側にモータ（図示せず）が配置され、モータから胴体部３０の内部方向に延設され、モータが駆動力を発生させると、発生した駆動力によって回転するようにするシャフト４１と、シャフト４１に接続され、シャフト４１が回転すると一緒に回転するインペラー４２とから構成できる。モータ、シャフト４１およびインペラー４２は、複数設けられるが、胴体部３０の内部一側の４地点以上にそれぞれ個別に設けられ得る。
【００４２】
スカム除去部５０は、酸発酵槽内のガスを流入させて胴体部３０の内部にガスを噴射することによりスカムを除去するために設けられる。
【００４３】
このため、スカム除去部５０は、酸発酵槽と胴体部３０との間に設けられ、酸発酵槽からガスが供給されるようにするガス供給管５１と、胴体部３０の内部に設けられるが、ガス供給管５１に接続され、ガス供給管５１を介して供給されたガスが胴体部３０の内部に噴射されるようにするガス供給ノズル５２と、噴射されたガスにより、押し出されたスカムが流入して貯蔵できるスカムボックス５３とから構成できる。
【００４４】
このとき、ガス供給ノズル５２は、胴体部３０の内側上端に設けられ、垂直中心軸を回転軸として回転する構成であって、ガス供給管５１に接続され、酸発酵槽からガスの供給を受けて胴体部３０の内部へガスを噴射することができる構造で形成できる。
【００４５】
また、ガス供給ノズル５２は、ガスを噴射し、スカムを胴体部３０の外側に押し出して、スカムがスカムボックス５３に流入することができるように多数の除去板が備えられ得る。この時、噴射されるガスは、水素ガスまたは二酸化炭素ガスであり得る。
【００４６】
ガス精製設備６０は、胴体部３０の内部から発生したバイオガス（メタン）の供給を受けてエネルギー化するために設けられる。
【００４７】
一方、水位計測モジュールは、嫌気性消化槽の内部に収容された廃水の圧力を正確に計測して、内部に収容された廃水の水位が一定に調節および維持されるようにするために、圧力密度計測部１００と、これを制御する制御部２００とから構成できる。
【００４８】
圧力密度計測部１００は、胴体部３０の側面に設けられ、廃水の圧力を水位別に計測するために設けられる。このため、圧力密度計測部１００は、計測地点での廃水の圧力が計測されるようにする圧力密度計測器が複数備えられ得る。
【００４９】
具体的には、圧力密度計測部１００は、少なくとも水位が互いに異なる地点のうち、３地点以上の計測地点で個別に廃水の圧力が計測されるようにするが、複数の圧力密度計測器は、それぞれの計測地点に対応するように配置され、圧力を計測する第１圧力密度計測器１１０と、大気圧または密閉された胴体部３０の内部気圧が測定されるように廃水の水位よりも高い地点Ｐ０に配置され、圧力を計測する第２圧力密度計測器１２０に分けられる。
【００５０】
ここで、第１圧力密度計測器１１０は、複数設けられるが、それぞれの第１圧力密度計測器１１０が胴体部３０の底面から所定の高さごとに配置され、配置された地点による水位別に圧力を計測することができるようにし、第２圧力密度計測器１２０は、胴体部３０の上端に設けられるが、大気圧または密閉された胴体部３０の内部気圧が測定されるように廃水の水位よりも高い地点Ｐ０に配置できる。
【００５１】
具体的には、複数の第１圧力密度計測器１１０は、図３に示すように、互いに異なる高さで胴体部３０の側面に個別に設けられ、胴体部３０の外周縁に沿って位置する計測地点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３で圧力を計測するが、胴体部３０の一側面に一列に配置されるのではなく、胴体部３０の外周縁に沿って互いに一定の距離が離隔するように配置され、それぞれの計測地点が接続されると、仮想の螺旋が形成されるようにすることができる。
【００５２】
このような複数の第１圧力密度計測器１１０は、互いに一定の距離が離隔するように配置された状態で、水位別圧力を計測することにより、胴体部３０の内部に収容された廃水の圧力をより正確に計測することができ、その他に、圧力密度計測部１００についてのさらなる詳細な説明は、図４乃至図６を参照して後述する。
【００５３】
制御部２００は、嫌気性消化槽の構成要素を制御して嫌気性消化槽の諸事項を処理するために設けられる。具体的には、制御部２００は、攪拌部４０の動作を制御するか、或いは圧力密度計測部１００から受信された計測値に基づいて、それぞれの計測地点での平均密度を個別に算出し、算出された結果に基づいて嫌気性消化槽の水位を計測し、計測された消化槽の水位が適正の水位を超えるか下回ると、流入バルブ２１および流入ポンプ２２を制御して胴体部３０に廃水が流入するようにするか、或いは排出バルブ２４の開閉を制御して、適正処理されていない状態の廃水が適正水位を超過する場合、混合供給調節槽１０へ排出されるようにして、胴体部３０の内部に収容された廃水の水位を調節することができる。
【００５４】
これについてのさらなる詳細な説明は、前述した圧力密度計測部１００と一緒に、図４乃至図６を参照して後述する。
【００５５】
ただし、ここでもう一つ付け加えると、本嫌気性消化槽は、前述した構成要素に加えて、胴体部３０の内部温度を計測して一定に維持するために温度計測手段（図示せず）がさらに設けられ得るが、これらの構成要素は、本発明の技術的要部とは異なるため、さらなる詳細な説明を省略する。
【００５６】
図４は本発明の一実施形態に係る嫌気性消化槽の構成要素である圧力密度計測部１００をさらに詳細に説明するために示した図であり、図５は本発明の一実施形態に係る廃水の水位別圧力の計測値と密度の算出値を示した図であり、図６は本発明の一実施形態に係る廃水の水位別圧力の計測値に基づいて生成された密度傾向線を示した図である。ここで、図５および図６に示した計測値を取得するために、胴体部３０は直径０．６（ｍ）および高さ１．３（ｍ）のものに実現し、第１圧力密度計測器１１０の直径は０．７５（ｉｎｃｈ）、第２圧力密度計測器１２０の直径は０．５（ｉｎｃｈ）に実現できる。
【００５７】
以下、図４乃至図６を参照して、本嫌気性消化槽の廃水の水位別圧力を計測するための過程と計測結果を用いて、廃水の水位を調節する過程に対する動作特性をより詳細に説明する。
【００５８】
まず、胴体部３０の内部に収容された廃水の水位別圧力を計測するための過程を説明するために、圧力密度計測部１００について説明すると、本圧力密度計測部１００は、前述したように、胴体部３０の底面から互いに異なる高さを持つように設けられ、互いに異なる水位で廃水の圧力を計測する第１圧力密度計測器１１０と、大気圧または密閉された胴体部３０の内部気圧が測定されるように廃水の水位よりも高い地点Ｐ０に配置され、圧力を計測する第２圧力密度計測器１２０とを備えることができる。
【００５９】
図４を参照すると、第１圧力密度計測器１１０は、それぞれの計測地点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を基準として、上側と下側に所定の高さを有するａ計測地点Ｐ１ａ、Ｐ２ａ、Ｐ３ａとｂ計測地点Ｐ１ｂ、Ｐ２ｂ、Ｐ３ｂで圧力が計測されるようにすることができる。
【００６０】
制御部２００は、ａ計測地点Ｐ１ａ、Ｐ２ａ、Ｐ３ａとｂ計測地点Ｐ１ｂ、Ｐ２ｂ、Ｐ３ｂで圧力が計測されると、計測値に基づいてａ計測地点Ｐ１ａ、Ｐ２ａ、Ｐ３ａとｂ計測地点Ｐ１ｂ、Ｐ２ｂ、Ｐ３ｂとの圧力差△Ｐ１、△Ｐ２、△Ｐ３を算出し、算出された圧力差△Ｐ１、△Ｐ２、△Ｐ３に基づいて中間地点での平均密度△ρ１、△ρ２、△ρ３を算出することができる。このとき、それぞれの計測地点で計測された計測値に基づいて算出された圧力差△Ｐ１、△Ｐ２、△Ｐ３および平均密度△ρ１、△ρ２、△ρ３は、図５（ａ）および図５（ｂ）にそれぞれ示しているとおりである。
【００６１】
特に、制御部２００は、それぞれの第１圧力密度計測器１１０からそれぞれの計測地点による計測値（ａ計測地点とｂ計測地点での圧力）を受信すると、受信された計測値に基づいてａ計測地点Ｐ１ａ、Ｐ２ａ、Ｐ３ａとｂ計測地点Ｐ１ｂ、Ｐ２ｂ、Ｐ３ｂとの圧力差△Ｐ１、△Ｐ２、△Ｐ３を算出し、算出された圧力差△Ｐ１、△Ｐ２、△Ｐ３に基づいて中間地点での平均密度△ρ１、△ρ２、△ρ３を算出し、算出された平均密度△ρ１、△ρ２、△ρ３に基づいて、密度傾向線が含まれている水位情報を生成することができる。
【００６２】
つまり、制御部２００は、胴体部３０の全体平均密度による水位測定を行うのではなく、それぞれの計測地点での圧力差△Ｐ１、△Ｐ２、△Ｐ３による平均密度△ρ１、△ρ２、△ρ３を水位別に細分化して、密度傾向線が含まれている水位情報を生成し、密度傾向線に基づいて、特定の計測地点Ｐ０と最上側に設けられたａ計測地点Ｐ１ａとの平均密度△ρ０を正確に算出して精密な水位計測を可能にするのである。
【００６３】
具体的には、制御部２００は、第１計測地点Ｐ１に対応するａ計測地点Ｐ１ａでの圧力計測値とｂ計測地点Ｐ１ｂとの圧力差△Ｐ１を算出し、算出された圧力差△Ｐ１に基づいて第１計測地点Ｐ１での平均密度△ρ１を算出することができ、第２計測地点と第３計測地点Ｐ２、Ｐ３でも同様にａ計測地点Ｐ２ａ、Ｐ３ａとｂ計測地点Ｐ２ｂ、Ｐ３ｂとの圧力差△Ｐ２、△Ｐ３を算出し、算出された圧力差△Ｐ２、△Ｐ３に基づいてそれぞれの計測地点での平均密度△ρ２、△ρ３を算出することができる。
【００６４】
また、制御部２００は、第２圧力密度計測器１２０を介して、廃水の水位よりも高く配置された特定の計測地点Ｐ０で大気圧または密閉された胴体部３０の気圧が計測されると、特定の計測地点Ｐ０と最上側に設けられたａ計測地点Ｐ１ａとの圧力差△Ｐ０を算出し、傾向線の水位情報から算出された平均密度△ρ０を用いて変動水位を算出することができる。
【００６５】
ここで、制御部２００は、特定の計測地点Ｐ０から、水面までの気圧は一定であると仮定し、基準密度傾向線Ａまたはリアルタイム密度傾向線Ｂを用いて算出された平均密度△ρ０に基づいて、水面から最上側に設けられたａ計測地点Ｐ１ａまでの水深を算出し、固定水位に該当する胴体部３００の底面から最上側に設けられたａ計測地点Ｐ１ａまでの高さｈ０と、変動水位に該当する水面から最上側に設けられたａ計測地点Ｐ１ａまでの水深△ｈとを加算して水位を正確に計測することができる。
【００６６】
また、制御部２００は、図５（ａ）に示すように、嫌気性消化過程が行われる前に、廃水が適正水位まで流入すると、廃水の水面から水深がそれぞれ０．２（ｍ）、０．５（ｍ）、０．８（ｍ）となる計測地点（それぞれのａ計測地点とｂ計測地点との中間地点）での圧力差△Ｐ１、△Ｐ２、△Ｐ３、および圧力差△Ｐ１、△Ｐ２、△Ｐ３による平均密度△ρ１、△ρ２、△ρ３が算出されるようにし、平均密度△ρ１、△ρ２、△ρ３に基づいて、図６に示すような基準密度傾向線Ａが含まれている基準水位情報を生成することができる。
【００６７】
制御部２００は、生成された基準密度傾向線Ａが含まれている基準水位情報を保存し、嫌気性消化過程が進むにつれて、所定の時間間隔ごとに、同一計測地点での圧力差△Ｐ１、△Ｐ２、△Ｐ３および圧力差△Ｐ１、△Ｐ２、△Ｐ３による平均密度△ρ１、△ρ２、△ρ３が算出されるようにし、算出された平均密度△ρ１、△ρ２、△ρ３に基づいて、リアルタイム密度傾向線Ｂが含まれているリアルタイム水位情報を生成して、保存された基準水位情報とリアルタイム水位情報とを比較することができる。
【００６８】
具体的には、制御部２００は、基準密度傾向線Ａとリアルタイム密度傾向線Ｂを水位別（または水深別）に比較して、比較結果に基づいて、リアルタイム密度傾向線Ｂの水位別密度値が相対的にさらに低い場合には、胴体部３０に廃水が流入して廃水の水位が高くなるようにし、リアルタイム密度傾向線Ｂの水位別密度値が相対的にさらに高い場合には、胴体部３０からスラッジ排出バルブ２６を介してスラッジが排出されるようにし、スラッジが排出されると、スラッジと一緒に廃水が排出されることにより廃水の水位が低くなると、流入バルブ２１と流入ポンプ２２を制御して混合供給調節槽１０から廃水が流入するようにして、廃水の水位が高くなるように調節することができる。
【００６９】
例えば、制御部２００は、嫌気性消化過程が進む過程では、流入バルブ２１とスラッジ排出バルブ２６は閉鎖されるようにし、基準密度傾向線Ａとリアルタイム密度傾向線Ｂを水位別（または水深別）に比較して、比較結果に基づいて流入バルブ２１および流入ポンプ２２またはスラッジ排出弁２６を制御して、廃水の水位を下げるか上げ、水位が嫌気性消化過程の適正水位に復元されるようにすることができる。
【００７０】
但し、図５（ｃ）に示すように水位を復元する場合にも、所定の誤差は発生しうるが、このような誤差は、総水位の１％を超えないようにすることが好ましく、誤差が総水位の０．３％を超えないようにすることがさらに好ましい。
【００７１】
また、高くなる或いは低くなる変動水位△ｈは、基準密度傾向線Ａとリアルタイム密度傾向線Ｂに沿って算出された平均密度△ρ０に基づいて、水面から最上側に設けられたａ計測地点Ｐ１ａまでの水深が算出され、固定水位に該当する胴体部３００の底面から最上側に設けられたａ計測地点Ｐ１ａまでの高さｈ０と、変動水位に該当する水面から最上側に設けられたａ計測地点Ｐ１ａまでの水深△ｈとが加算されることにより、水位を正確に計測することができ、これにより、消化槽内の圧力及び密度を正確に計測して消化槽内の水位が一定に調節および維持されるようにすることにより、微生物の斃死により有機性固形物が適正に処理されていないまま流出したり引き抜かれたりする現象を防止することができる。また、消化槽内の正確な水位計測による水理学的滞留時間及び固形物滞留時間を一定に保つことができるため、消化槽の運営管理に利便性を提供することができる。
【００７２】
以上、本発明の好適な実施形態について図示および説明したが、本発明は、上述した特定の実施形態に限定されず、請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱することなく、当該発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって多様な変形実施が可能であるのはもとより、それらの変形実施は本発明の技術的思想や展望から個別に理解されてはならない。
【要約】
嫌気性消化槽内の水位別に圧力と密度を計測して、水位別の圧力と密度の計測値に基づいて消化槽内部の水位が精密に計測されるようにし、消化槽内部の水位が調節されるようにする圧力密度式水位計測モジュールが開示される。この圧力密度式水位計測モジュールは、嫌気性消化槽の側面に設けられ、前記嫌気性消化槽の底面から互いに異なる高さを有する複数の計測地点で、前記嫌気性消化槽に流入した廃水の圧力が計測されるようにする圧力密度計測部と、前記圧力密度計測部から受信された計測値に基づいて、前記複数の計測地点での平均密度を個別に算出し、算出された結果に基づいて、前記嫌気性消化槽の内部に対して前記廃水が流入するようにするか或いは排出されるようにして、前記嫌気性消化槽の内部に流入した廃水の水位が調節されるようにする制御部と、を含む。【選択図】図２【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】
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