(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧送ポンプの稼動に連動して圧送下の下水中に酸素ガスを注入して下水圧送管内での硫化水素の発生を抑制する方法において、汚水貯留槽内の液面レベルを測定するとともに、前記汚水貯留槽内の液面レベルの経時的測定結果から予測される圧送ポンプの運転開始時刻に基づいて、前記圧送ポンプの運転開始時刻よりも所定時間前の時刻を酸素発生装置の起動開始時刻として設定する動作を繰り返しつつ、時刻が前記設定された酸素発生装置の起動開始時刻に達したとき当該起動開始時刻の液面レベルを前記圧送ポンプの運転開始時の液面レベルから減じた値に基づいて演算される、前記起動開始時刻の液面レベルから運転開始時の液面レベルまでの所要時間と前記所定時間とを比較し、当該所要時間が前記所定時間未満であるとき前記酸素発生装置の起動を開始し、前記圧送ポンプの運転開始時に所定濃度の酸素ガスを下水中に注入することを特徴とする下水圧送管内の硫化水素発生抑制方法。
【請求項２】
前記汚水貯留槽又は下水圧送管内における下水の温度を測定するとともに、圧送ポンプの稼働時間から下水圧送管内における下水の滞留時間を演算し、前記下水の温度測定結果と下水圧送管内における下水の滞留時間とから下水中に注入するのに必要な所要酸素量を演算して所定量の酸素ガスを下水中に注入することを特徴とする請求項１記載の下水圧送管内の硫化水素発生抑制方法。
【請求項３】
下水中に注入するのに必要な所要酸素量を過去に蓄積した前記汚水貯留槽又は下水圧送管内における下水の温度データと圧送ポンプの稼働時間から算出した下水圧送管内における下水の滞留時間データとを用いて演算し、その演算結果に基づいて所定量の酸素ガスを下水中に注入することを特徴とする請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は下水圧送管中の硫化水素発生抑制方法、特に、下水を圧送ポンプで圧送する下水圧送システムにおいて、圧送ポンプの停止により圧送管中に下水が長時間滞留した場合に、季節的、時間的および天候等の条件の変動に関わらず、それらの条件変動に対応して所望するタイミングで所望する濃度の酸素ガスを注入して圧送管内で硫化水素が発生するのを抑制する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
下水処理場への下水の送水方式としては、水勾配を設けた下水路で自然流下させる自然流下方式と、下水処理場までの間に複数の中継所を設け、各中継所に設けた圧送ポンプで下流側の中継所に順次圧送するポンプ圧送方式が知られているが、人口密度の低い地域では効率的な下水処理のためにポンプ圧送方式が採用されている。
【０００３】
前記ポンプ圧送方式は、自然流下方式と比較して掘削深度を浅くすることができ、また、下水圧送管の管径が小さくても良いため、工事規模を大幅に軽減できる利点があるが、下水圧送管が道路の起伏に沿って埋設されるため下水自体が空気中の酸素と接触せず、しかも、中継所での下水の貯留量が変動するため圧送ポンプが間欠運転となり、圧送ポンプが停止している間は下水が圧送管中に滞留することになり、その結果、下水圧送管内の下水が嫌気状態となって下水中に含まれる硫黄や硫黄化合物が生物学的に還元されて硫化水素が生成し、この硫化水素が気相中に拡散して雰囲気中の硫化水素濃度が十数ppm以上になると、悪臭の原因となるだけでなく、人的被害を及ぼしたり施設が腐食するという問題がある。
【０００４】
前記硫化水素の生成は、下水中に含まれる有機物、硫化塩濃度及び溶存酸素、並びに下水圧送管内の下水のｐＨ、温度及び滞留時間等の環境条件によって左右されるが、その生成には下水中に浮遊する同化細菌、蛋白質分解細菌、硫黄塩還元細菌などの細菌類及び下水圧送管内壁に付着した生物膜が関与することが知られている。
【０００５】
他方、この硫化水素の生成を抑制する方法として、薬品添加法、空気注入法及び酸素注入法が知られている。これらの方法のうち、薬品添加法は維持費が高くなるという問題があり、空気注入法は注入媒体が空気であるため全注入量の約７９％（窒素）が下水圧送管内に残留し、この残留窒素が下水圧送管中で圧力損失を増大させたり、下水圧送管の閉塞の原因となるという問題がある。これに対して、酸素注入法は、高純度酸素ガスを下水圧送管中に注入して嫌気性菌の繁殖を抑制する方法であるため、薬品添加法に比べて安価であり、また、前記空気注入法の課題であった圧力損失の増大や閉塞の問題を解決できるという利点はあるが、下水圧送管の全長が長いことに起因して下水圧送管の出口で硫化水素濃度を検出して酸素ガス供給量をフィードバック制御することはコスト面において現実的でないという問題がある。このため、定常運転時（即ち、圧送ポンプの定格量）に合わせて常に一定量の酸素ガスを注入することが行われている。
【０００６】
なお、前記従来の酸素注入法では、硫化水素抑制に必要な基準酸素消費量（Ｗ１）を公知のブーン（Boon）の式：
Ｗ１＝｛Ｒr＋(４Ｒe/Ｄ)｝×(πＤ２Ｌ/４)
Ｒr＝６.０×１.０７(T-15)
Ｒe＝０.７×１.０７(T-15)
（式中、Ｗ１は基準酸素消費量（g/h）、Ｒrは浮遊バイオマスによる酸素消費速度(g/m3・h)、Ｒeはバイオフィルムによる酸素消費速度(g/m2・h)、Ｄは管内径(m)、Ｌは管路長(m)、Tは汚水温度(℃)である。）を用いて算出している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、中継所の貯留槽に流入する下水量は経時的に変化するため、前記従来の酸素注入法では、貯留槽内の水位の変動に応じて圧送ポンプは絶えず運転と停止とを繰り返し、酸素発生装置も前記圧送ポンプの起動に連動して運転を開始する。そのため、貯留槽への流入量が少ない時間帯には圧送ポンプの運転停止時間が長くなり、酸素注入法であっても定常運転時を想定した酸素ガス供給量では下水の再嫌気化を回避することができず、硫化水素が発生するという問題がある。
【０００８】
これらの問題を解決するため、本出願人は、特開２００１−１１９２６号公報にて、圧送ポンプの稼動に連動して圧送下の下水中に酸素ガスを注入し下水圧送管内での硫化水素の発生を抑制する方法において、１日を１サイクルとする圧送ポンプの稼働率変動パターンに基づいて基準稼働率及び圧送ポンプの稼働率が前記基準稼働率よりも上昇し始める稼働率上昇時刻と前記基準稼働率よりも低下し始める稼働率低下時刻を設定する一方、前記稼働率低下時刻よりも所定時間前の時刻を過剰酸素供給開始時刻として設定し、時刻が過剰酸素供給開始時刻に達してから稼働率上昇時刻に達するまでの時間帯は圧送下水量に対応する一定量の酸素ガスよりも過剰に酸素ガスを下水中に注入することを特徴とする下水圧送管中の硫化水素発生抑制方法を提案した。
【０００９】
前記方法は、圧送ポンプの運転停止時間が長くなっても下水の再嫌気化を防止することができ、圧送ポンプの運転停止時間の変動に拘わらず常に下水中の硫化水素濃度を一定水準以下に抑制できる利点があるが、圧送ポンプが短時間に運転と停止とを繰り返すような状態下では、酸素発生装置の酸素供給能力が追従できず、所望するタイミングで所望する濃度の酸素ガスを注入することができなくなり、必然的に下水の嫌気化を回避することができず、硫化水素等のガスが発生することが明らかとなった。
【００１０】
本発明は、前記従来技術の問題点を鑑みてなされたものであり、所望するタイミングで所望する濃度の酸素ガスを注入するとともに、季節的、時間的および天候等の条件変動があっても、それらの条件変動に対応して所要酸素ガス注入量を変更できる下水圧送中の硫化水素発生抑制方法を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決する手段として、下水圧送システムで使用する酸素発生装置（例えば、PSA方式やVSA方式）では、通常、濃度が９０％以上の高純度酸素ガスを取り出せるまでに運転開始から約10分間程度のアイドリング時間が必要であることに鑑み、基本的には、圧送ポンプの運転開始に先だって酸素発生装置の起動を開始し、圧送ポンプの運転開始と同時に所定濃度の酸素ガスを下水中に注入するようにしたものである。
【００１２】
従って、本発明に係る下水圧送管内の硫化水素発生抑制方法は、圧送ポンプの稼動に連動して圧送下の下水中に酸素ガスを注入して下水圧送管内での硫化水素の発生を抑制する方法において、汚水貯留槽内の液面レベルを測定するとともに、前記汚水貯留槽内の液面レベルの経時的測定結果から予測される圧送ポンプの運転開始時刻に基づいて、前記圧送ポンプの運転開始時刻よりも所定時間前の時刻を酸素発生装置の起動開始時刻として設定する動作を繰り返しつつ、時刻が前記設定された酸素発生装置の起動開始時刻に達したとき当該起動開始時刻の液面レベルを前記圧送ポンプの運転開始時の液面レベルから減じた値に基づいて演算される、前記起動開始時刻の液面レベルから運転開始時の液面レベルまでの所要時間と前記所定時間とを比較し、当該所要時間が前記所定時間未満であるとき前記酸素発生装置の起動を開始し、前記圧送ポンプの運転開始時に所定濃度の酸素ガスを下水中に注入することを特徴とするものである。
【００１３】
好ましい実施態様においては、汚水貯留槽又は下水圧送管内における下水の温度を測定する一方、圧送ポンプの稼働時間から下水圧送管内における下水の滞留時間を演算し、前記下水の温度測定結果と下水圧送管内における下水の滞留時間とから下水中に注入するに必要な所要酸素量を演算して所定量の酸素ガスを下水中に注入することが行われる。
【００１４】
さらに、他の好ましい実施態様においては、過去に蓄積した汚水貯留槽又は下水圧送管内における下水の温度データと圧送ポンプの稼働時間から算出した下水圧送管内における下水の滞留時間データとを用いて下水中に注入するに必要な所要酸素量を演算して所定量の酸素ガスを下水中に注入することが行われる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施形態を添付の図面を参照して説明する。
【００１６】
下水発生源から下水処理場までの間に複数の中継所を設け、各中継所に配設された下水圧送システムにより下水圧送管６を介して順次圧送されるが、各中継所における下水圧送システムは、図１に示すように、大略、汚水貯留槽１と、汚水貯留槽１の内部若しくは汚水貯留槽１の近傍に備えられた圧送ポンプ２と、酸素ガス供給源３と、前記汚水貯留槽１内の液面レベルを測定する液面レベル測定手段４と、前記貯留槽内の液面レベル測定結果から予測される前記圧送ポンプ２の運転開始時刻に基づいて酸素ガス供給源３の起動開始時刻を設定するとともに、前記汚水貯留槽１の貯水状態に応じて前記酸素ガス供給源３の動作を制御する外部監視装置５を備え、中継所の貯留槽内の下水は圧送ポンプ２により下水圧送管６を介して下流側中継所（図示せず）に圧送される。
【００１７】
前記下水圧送管６は、その上流側に酸素ガス注入孔を形成され、当該酸素ガス注入孔には酸素ガス供給ライン７を介して酸素ガス供給源３が接続されている。前記酸素ガス供給源３は、例えば、空気圧縮機、除湿機、複数の吸着槽ユニット及び酸素ガス貯留タンクで構成され、空気圧縮機で圧縮された圧縮空気を除湿機で水分除去し、これを前記複数の吸着槽ユニットに分配供給して、各吸着層内の吸着材（例えば合成ゼオライト）で窒素分を吸着させて９０％以上の濃度の高純度酸素ガスのみを取出し、前記貯留タンクで圧力調整して注入する公知の吸着分離方式（PSA方式）が用いられている。
【００１８】
前記構成のシステムにおいて、本発明方法を実施する場合、次のようにして行われる：
１）汚水貯留槽内が空に近い状態にあるとすると、季節的、時間的および天候等によって変化するが、下水の流入によって汚水貯留槽１内の液面レベルは、図２に示すように徐々に上昇して行く。
【００１９】
２）この過程で液面レベル測定手段４により現在の汚水貯留槽１内の液面レベルが連続的又は定期的に測定され、その測定結果が液面レベル信号として外部監視装置５に入力される。
【００２０】
３）外部監視装置は、その演算処理装置で、順次入力される前記液面レベル信号に基づいて下水の単位時間当たりの流入量を演算し、その演算値と運転開始時の液面レベルまでの貯留槽の容積から所要時間を演算し、これを現在時刻に加えて圧送ポンプ２の運転開始時刻（すなわち、貯留槽内の液面レベルが所定水位になる時刻）を認識する。
【００２１】
４）次いで、前記圧送ポンプ２の運転開始時刻に基づき、当該圧送ポンプ２の運転開始時刻よりも所定時間前の時刻、例えば、10分前の時刻を酸素発生装置の起動開始時刻として設定する。この酸素発生装置の起動開始時刻は任意に設定できるが、通常、圧送ポンプ２の運転開始時刻の数分前〜数十分前の時間に設定される（図２参照）。
【００２２】
５）外部監視装置は、前記汚水貯留槽内の液面レベルの経時的測定結果から予測される圧送ポンプの運転開始時刻に基づいて、前記圧送ポンプの運転開始時刻よりも所定時間前の時刻を酸素発生装置の起動開始時刻として設定する動作を繰り返し、時刻が前記設定された酸素発生装置の起動開始時刻に達したとき前記任意に設定された酸素発生装置の起動開始時刻から圧送ポンプ２の運転開始時刻までの所定時間、即ち、酸素発生装置の準備運転時間（D00）と、圧送ポンプ２の運転開始時の液面レベル（D01）から前記酸素発生装置の起動開始時刻の液面レベル（D10）を減じた値に基づいて演算される、汚水貯留槽１内の液面レベルが前記起動開始時刻の液面レベルから運転開始時の液面レベルに達するまでの所要時間とを比較し、（D01−D10）×係数＜Ｄ00の条件が整わない場合には前記動作を繰り返し、前記条件が整ったときに、即ち、前記所要時間が前記所定時間未満のときに酸素発生装置の起動信号を出力し、これを受けて酸素発生装置が起動される。この過程では、酸素発生装置の運転初期に発生する酸素ガスの濃度が低いため、所定濃度の酸素濃度になるまで取り出した酸素を大気中に排気する（図３参照）。
【００２３】
６）10分経過後、圧送ポンプ２の運転が開始され、下水圧送管６を介して下流側の汚水貯留槽（図示せず）へ下水の圧送が開始される。この時点になると、前記酸素発生装置は所定濃度、例えば、９０％以上の濃度の酸素を発生しているため、外部監視装置５は、圧送ポンプ２の運転開始信号を受けて酸素ガス供給ライン７に配設された酸素注入弁８ａを開状態にし、所望の濃度の酸素ガスが下水圧送管６内に注入されて下水圧送管６内の硫化水素の発生を安定して抑制する。圧送ポンプ２の運転に伴い、汚水貯留槽１内の液面レベルは徐々に低下し、所定のレベルまで低下すると、圧送ポンプ２および酸素発生装置が停止する。以後は、前記１）から６）の動作を繰り返す。
【００２４】
本実施例では、吸着分離方式（PSA方式）の酸素発生装置を用いた例を述べたが、前記実施態様に限定されるものではなく、真空圧再生方式（ＶＳＡ方式）の酸素発生装置を用いることができることは言うまでもない。
【００２５】
図４は本発明の第２実施形態を示し、この下水圧送システムは、前記第１の実施形態の構成に加えて、汚水貯留槽１内又は下水圧送管６内における下水の温度を測定する温度センサーを備え、外部監視装置５は圧送ポンプ２の稼働時間を計測して下水圧送管６内における下水の滞留時間を演算すると共に、前記各測定結果に基づいてBoonの式と経験値とを用いて所要酸素量を演算する演算手段と、酸素ガスの注入量を制御する制御部とを備えている。
【００２６】
前記構成の下水圧送システムにおいて、本発明方法は次のようにして実施される：
１）前記システムの基本的動作は、前記第１の実施態様と同じである。即ち、汚水貯留槽内が空に近い状態にあるとすると、季節的、時間的および天候等によって変化するが、下水の流入によって汚水貯留槽１内の液面レベルは徐々に上昇し、所定液面レベルになると、圧送ポンプ２の運転を開始すると同時に酸素発生装置から所定濃度の酸素を下水圧送管６に注入する。
【００２７】
２）前記汚水貯留槽１内又は下水圧送管６内における下水温度を温度センサーにより連続的あるいは定期的に測定され、その測定データ信号は外部監視装置５に入力される。
【００２８】
３）外部監視装置は、その演算処理装置で圧送ポンプ２の稼働時間から下水圧送管６内における下水の滞留時間を算出し、この算出データ信号を記憶手段に記憶する。
【００２９】
４）前記外部監視装置５は、その演算処理装置により、前記２）および３）のデータに基づいて前記ブーン（Boon）の式と経験値とを用いて所要酸素量を演算する。即ち、
この基準酸素消費量（Ｗ１）を算出するには、下記ブーンの式：
Ｗ１＝｛Ｒr＋(４Ｒe/Ｄ)｝×(πＤ２Ｌ/４)
Ｒr＝６.０×１.０７(T-15)
Ｒe＝０.７×１.０７(T-15)
（式中、Ｗ１は基準酸素消費量（g/h）、Ｒrは浮遊バイオマスによる酸素消費速度(g/m3・h)、Ｒeはバイオフィルムによる酸素消費速度(g/m2・h)、Ｄは管内径(m)、Ｌは管路長(m)、Tは汚水温度(℃)である。）から明らかなように、管内径（Ｄ）と、管路長（Ｌ）と、汚水温度（T）との変数が必要である。このうち、管内径（Ｄ）および管路長（Ｌ）については圧送管設備の固定値と考えて問題はない。従って、汚水温度（T）のみが変数となり、圧送ポンプ運転中に必要な所要酸素量（Ｗ２）は以下の手順で算出することができる。
【００３０】
イ）汚水温度（T）を下式に代入することにより、基準酸素消費量（Ｗ１）の値を算出する。
ロ）圧送ポンプの運転時間より過剰注入係数（Ｐ）を求める。
【００３１】
ハ）圧送ポンプ運転中に圧送管に注入する所要酸素量（Ｗ２）は、工程イ）およびロ）より求めた基準酸素消費量（Ｗ１）と過剰注入係数（Ｐ）との積、
Ｗ２＝Ｗ１×Ｐ
により求めることができる。
【００３２】
５）前記４）の演算結果に基づいて、外部監視装置５内部の制御部は、酸素発生装置の下流側に設けた酸素注入制御弁８ｂを制御し、常に最適な所要酸素量を注入する。
【００３３】
したがって、本発明の第２実施形態を用いることによって図５に示すように、季節的、時間的および天候等の条件変動があっても、それらの条件変動に対応して所要酸素ガス注入量を制御するので、下水圧送中の硫化水素ガスの発生を安定して抑制できる。なお、本実施態様では現状の下水温度および下水の滞留時間を用いて所要酸素ガス注入量を制御する例を述べたが、本発明は、前記実施態様に限定されるものではなく、過去に蓄積したデータを用いても所要酸素ガス注入量を制御できることはいうまでもない。
【００３４】
【実施例】
図４に示す下水圧送システムを用い、汚水温度が２０〜２４ ℃（平均２２ ℃）の汚水を上流側中継所から２５０mmφの下水圧送管で２４２５m離れた下流側中継所（図示せず）に２.７m3/分の圧送能力を有する圧送ポンプにより、平均２５００m3/日で圧送するに当たり、圧送ポンプの運転開始時刻より１０分前の時刻を酸素発生装置の起動開始時刻として設定すると共に、圧送ポンプの運転開始時に酸素ガスを下水圧送管内に注入した後、前記条件変動に応じて酸素ガス注入量を制御して、上流側中継所での硫化水素濃度を所定時間毎にそれぞれ測定した。その結果を図５に示す。
【００３５】
また、図４の下水圧送システムを用い、前記実施例１と同様にして、表１に示す種々の条件下の下水を圧送した。その時の結果を表１に示す。
【００３６】
【比較例】
実施例で用いた下水圧送システムにおいて、酸素ガス供給量が零になるようにした以外は同じ条件で下水圧送システムを稼働させ下流側中継所での硫化水素濃度を所定時間毎に測定した。その結果を表１及び図５に示す。
【００３７】
【表１】
0004027136.tif 000002
【００３８】
表１及び図５から明らかなように、圧送下水中に酸素ガスを供給しない状態では時間帯によって下流側中継所での硫化水素濃度が７０ppm〜０ppmと大きく変動するのに対して、本発明方法では、常に最適な所要酸素量を制御して注入するので２４時間の全時間帯に渡って硫化水素濃度を、酸素欠乏症等防止規則の基準値である１０ppm以下に抑制することができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、汚水貯留槽内の液面レベル測定結果から予測される圧送ポンプの運転開始時刻に基づいて、圧送ポンプの運転開始時刻よりも所定時間前の時刻を酸素発生装置の起動開始時間として設定したのち、酸素発生装置の起動を開始するので濃度が９０％以上の酸素ガスを圧送ポンプの運転開始時に下水圧送管内へ注入することができ、下水圧送管内の硫化水素の発生を安定して抑制できる。また、圧送ポンプの稼働時間から下水圧送管内における下水の滞留時間を演算し、前記下水の温度測定結果と下水圧送管内における下水の滞留時間とから下水中に注入するに最適な所要酸素量を演算して最適な量に制御された酸素ガスを下水中に注入するので、時間的、季節的および天候等の条件変動、即ち、汚水温度変化や圧送ポンプの運転時間変動があっても作業員が現場に赴いて所要酸素量を算出したのち、所要酸素量を設定変更する必要がなく、人的負担を軽減できると共に、常に硫化水素濃度を１０ppm以下に抑制できるので、下水圧送システムの腐食を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明方法に実施に使用する下水圧送システムの構成図
【図２】  図１の下水圧送システムに於ける圧送ポンプの運転時間と酸素発生装置との時間的関係を示す図
【図３】  図１の下水圧送システムに於ける酸素発生装置の起動時の酸素濃度の変化を示すグラフ
【図４】  本発明方法の他の実施態様に実施に使用する下水圧送システムの構成図
【図５】  本発明方法及び従来法による硫化水素の発生状況を示すグラフ
【符号の説明】
１…汚水貯留槽
２…圧送ポンプ
３…酸素ガス供給源
４…液面レベル測定手段
５…外部監視装置
６…下水圧送管
７…酸素ガス供給ライン
【図１】
0004027136.tif 000003
【図２】
0004027136.tif 000004
【図３】
0004027136.tif 000005
【図４】
0004027136.tif 000006
【図５】
0004027136.tif 000007