「桂川2号幹線の酸素注入設備の有効的な運転方法及び保全方法の検討について」
調査研究報告書（令和３年度）
公益財団法人山梨県下水道公社
桂川清流センター
１ 目的
桂川流域下水道の桂川2号幹線には、管路腐食対策のため、平成23年度に川合中継ポンプ場、平成24年度に松留中継ポンプ場に酸素発生機を利用した酸素注入設備が導入されている。
酸素注入設備を有効に活用するためには、汚水性状や季節変動の影響を受ける硫化水素の発生状況に応じ、適正な酸素注入量が得られるよう運転管理する必要があり、これまで試行錯誤を繰り返しながら運用を行っている。また、供用開始から約10年が経過し、各機器の老朽化が加速する懸念があることから、突発的故障や能力低下等に対して適切な保全処置を講じていく必要がある。
本調査研究では、酸素注入設備の運転管理のノウハウ集約のため、過年度の運転状況と硫化水素のモニタリング結果等を考察し、酸素注入設備の運転管理方法を整理するとともに、当該設備の機能確保や延命化のため、予備品保有や定期点検等の活用方策を考察し、酸素注入設備の保全方法を整理することとした。
２ 調査対象施設の概要について
松留中継ポンプ場及び川合中継ポンプ場については、桂川２号幹線において上野原市から流入する汚水を桂川清流センターまで送水するため、それぞれ約3km、約2kmの圧送区間を送水している。
２．１ 酸素注入設備の概要
松留中継ポンプ場及び川合中継ポンプ場酸素注入設備の外観写真を写真-1、写真-2、機器構成とフローを図1に示す。本設備は、空気圧縮機・空気タンク・酸素発生機・酸素タンク・昇圧器から構成される。汚水送水中の圧送管路内に高濃度（濃度90%以上）の酸素を注入することにより、管路内の後段設備での硫化水素の発生を抑制し、設備の腐食劣化の抑制並びに安全性を確保する。

写真-1 松留中継ポンプ場酸素注入設備(手前から現場動力制御盤･酸素発生機)

写真-2 川合中継ポンプ場酸素注入設備(手前から酸素ﾀﾝｸ･昇圧器･酸素発生機･空気圧縮機)（松留中継ポンプ場）
排気（川合中継ポンプ場）
酸素

排気

酸素

空気圧縮機

空気圧縮機

空気タンク

空気タンク

酸素発生機
(吸着剤;ｾﾞｵﾗｲﾄ)

酸素発生機(吸着剤;ｾﾞｵﾗｲﾄ)

制
御

酸素タンク

ー

サイレンサー

エア

インライン

昇圧器
インライン
サイレンサー

注入制御弁

酸素タンク

ユニット
末端放出口
サイレンサー

末端放出口
サイレンサー

昇圧器

浸水検知注入口

注入制御弁
ユニット
浸水検知注入口

ユニット

ユニット

大気へ

大気へ
（主ポンプ設備）（主ポンプ設備）

汚水管へ

汚水管へ

図1 酸素注入設備の機器構成とフロー-1 -２．２ 酸素注入設備の運転制御
酸素注入設備の運転制御概要を表1に示す。両中継ポンプ場は設備仕様がやや異なる他、運転制御についても松留は汚水ポンプとの連動運転に加え、タイマー設定による定時運転が可能となっている。また、シー
ズンタイマーに関しては川合がシーズン毎（年４期間）の設定に対して松留は月毎の設定が可能である。比
例注入の演算方式も異なっている。

表1 酸素注入設備の運転制御概要
仕様

項目

川合中継ポンプ場

15Nm3/hr

12Nm3 /hr

注入量

設備仕様

備考

松留中継ポンプ場

酸素濃度90%以上90%以上①汚水ﾎﾟﾝﾌﾟ起動停止による連動 ①汚水ﾎﾟﾝﾌﾟ起動停止による連動 通常運転
運転
運転
松留→①又は③運転停止②24hﾀｲﾏｰ設定による定時運転
川合→①③上記①＋②①定量注入(任意設定値による定 ①ｼｰｽﾞﾝﾀｲﾏｰによる定量注入(任 通常運転量注入※日中･夜間の切替可)
意設定値による定量注入※日松留→①
運転制御②比例注入(汚水流量･水温･任 中･夜間の切替可)
川合→①
注入量
意係数による自動演算による比 ②比例注入(汚水流量に対して任例注入※日中･夜間の切替可)
意比率による比例注入※日中･夜間の切替可)
年間設定可(３ヵ月毎、日中･夜間)
ｼｰｽﾞﾝﾀｲﾏｰ 年間設定可(月毎、日中･夜間)

表2 基本とする運転設定

３

運転状況等
平成28年度以降の運転状況と硫化水素ガスのモニタリング結果等を考察し、酸素注入設備の運転管理方法を整理する。両中継ポンプ場の基本とする運転設定を表2に示す。

設定項目

松留中継ポンプ場
定量注入(汚水ﾎﾟﾝﾌﾟ連動)

川合中継ポンプ場
定量注入(汚水ﾎﾟﾝﾌﾟ連動)

夜間

12〜157〜11

松留はﾀｲﾏーによる定時運転を夏季に併用圧送出口ﾓﾆﾀﾘﾝｸﾞ結果により調整

昼間8〜126〜10〃

19:00〜5:00

22:00〜8:00

制御
注入量
3(m /hr)

夜間時間

備考

３．１ 運転状況及び硫化水素モニタリング結果について
３．１．１ 松留中継ポンプ場
平成29年度の硫化水素モニタリング結果を図2に示す。(硫化水素モニタリング結果は硫化水素連続測定器による５分置き計測値の１日平均値を集計した。※３．１．２も同様)
・各年度とも気温が上昇する夏季を中心として酸素注入量を増強して運転対応している。
・平成29年度の８月〜９月は酸素注入量を増強しているが硫化水素濃度が上昇している。酸素注入量の不足が原因（特に水量が少なく滞留時間が長くなる朝方が発生し易い）であり、これを補うため９月途中から必要に応じ夜間のタイマー運転を実施することとしている。以降の年度についても夏季を中心としタイマー運転を実施し、比較的安定した抑制効果が得られている。ただし設備故障等により酸素注入量が不足している期間は除く。
・その他、松留中継ポンプ場の週点検日、汚水ポンプのインバーター制御による送水量の増加時に硫化水素が発生しやすい傾向が認められる。
・夏季に、故障が頻発しやすい傾向が認められる。その都度、数時間程度の運転停止となる。
・大雨により流入下水量が増加する場合は、電力抑制のため酸素注入を停止している。
ｾﾝﾀｰ気温(ﾟC)35

松留ﾀｲﾏｰ運転

松留P酸素量(Nm3)

松留P硫化水素濃度(ppm)

350
300

30250

25

気温（゜Ｃ）

200
20
150
15100
1050500-50
4/1

5/1

6/1

7/1

8/1

9/1

10/1

11/1

12/1

1/1

2/1

3/1

図2 松留中継ポンプ場・酸素注入量と硫化水素濃度(平成29年度)

３．１．２ 川合中継ポンプ場
平成29年度の硫化水素モニタリング結果を図3に示す。
・各年度とも気温が上昇する夏季を中心として酸素注入量を増強して運転対応している。
・平成29年度の３月は設備不具合の影響により酸素注入量が不足している。この期間を除くと安定した抑制効果が得られている。
・その他、松留又は川合中継ポンプ場の週点検日、汚水ポンプのインバーター制御による送水量の増加時に硫化水素が発生しやすい傾向が認められる。また、夏季に故障が頻発しやすい傾向や大雨時に電力抑制のため酸素注入を停止していることは松留と同様である。
ｾﾝﾀｰ気温(ﾟC)35

川合P酸素量(Nm3)

川合P硫化水素濃度(ppm)

250

30200

25
気温（゜Ｃ）

150
20100
1550
10050-50
4/1

5/1

6/1

7/1

8/1

9/1

10/1

11/1

12/1

図3 川合中継ポンプ場・酸素注入量と硫化水素濃度(平成29年度)-2 -1/1

2/1

3/1

３．２ 硫化水素発生時の状況について
硫化水素発生時の状況については以下があげられる。
・酸素注入量の不足が特に夏季の松留中継ポンプ場において認められる。これは川合中継ポンプ場と比較して圧送延長が長く水量は少ないことから、滞留時間が長く酸素必要量が設備能力を上回っていることが原因である。
・汚濁負荷の増加
松留中継ポンプ場において滞留したスカムを週点検時にフラッシングを実施している。
→松留圧送管路出口及び下流側の川合圧送管路出口において硫化水素が発生し易くなる傾向が認められる。
・その他、汚水ポンプ送水量の増加時、空気圧縮機や昇圧器の故障により、酸素注入設備が運転できない場合に硫化水素が発生し易くなる。
３．３ 硫化水素発生時の対処について
松留中継ポンプ場では夏季の酸素表3 松留中継ポンプ場タイマー設定、抑制効果
硫化水素(ppm)
設定
注入量の不足傾向を補うため、平成2
抑制効
期間
タイマー運転定時運転※夜果
9年度以降、夜間のタイマー運転を実最大平均間;19:00〜5:00 連続間欠(1回/1h)施している。一方で運転時間の短縮
9/7〜
1:00
Run①15min
6.01.4△
19:00〜 2:00
9/13
が電力量の低減に繋がるため、現状
0:00
9/14〜 (夜間/昼間)
3:00
Run②30min
5.0
1.2〇のタイマー設定が適切か、令和３年
9/20
4:00
15/12
９月〜10月にデータ検証を行うこと
9/21〜
15min
9.0
1.5
△2:00
Run③(Nm3/hr)
9/27
19:00〜とした。表3にタイマー設定及びモニ
3:00
9/28〜
1:00
Run④30min
3.0
1.0
〇
4:00
タリング結果(0:00〜8:00)を示す。
10/6
今回の調査では、タイマー運転の設定について、連続運転（19:00〜0:00又は19:00〜1:00）と間欠運転（15min又は30min）の組み合わせでモニタリング結果を比較したが、結果として間欠運転は15minよりも30minの方が効果的であった。
一方で連続運転に関しては19:00〜0:00又は19:00〜1:00で大きな差は認められなかった。省エネルギ
ーの観点から19:00〜0:00が適切と考えられる。
４ 保全状況等
当該設備の機能確保や延命化のため、予備品保有や定期点検等の活用方策を考察し、酸素注入設備の保全方法を整理する。
機器故障・不具合・調整報告件数

４．１ 故障発生及び対応状況について
４．１．１ 故障発生状況について
1)機器故障・不具合・調整報告件数
年度別の機器故障・不具合・調整報告件数を図4に示す。松留、川合ともに供用開始以降、年々増加する傾向を示している。これは設備の経年劣化が進行していることが一因と考えられる。

35
松留中継ポンプ場

川合中継ポンプ場

302520151050H23H24H25H26H27H28H29

H30

R1R2R3

図4 機器故障・不具合・調整報告件数

2)機器故障・不具合・調整報告件数の設備別内訳
設備別の機器故障・不具合・調整報告件数の内訳を図5、図6に示す。
松留、川合ともに空気圧縮機、酸素発生機、昇圧器に関する内容が多くを占めている。また、その他としては松留で注入制御弁ユニットに関するものが多く発生している。

川合中継ポンプ場

松留中継ポンプ場
空気圧縮機, 26

空気ﾀﾝ
ｸ, 0その他, 65
酸素発生機, 23

空気圧縮機

その他, 14空気ﾀﾝｸ

空気圧縮機
空気圧縮機, 20酸素発生機
酸素ﾀﾝｸ

酸素発生機
酸素ﾀﾝｸ

昇圧器, 13昇圧器

昇圧器
昇圧器,13空気ﾀﾝｸ

酸素発生機, 13その他
酸素ﾀﾝｸ, 4その他

空気ﾀﾝｸ, 0酸素ﾀﾝｸ, 0

図6 機器故障・不具合・調整報告件数(設備別内訳)

図5 機器故障・不具合・調整報告件数(設備別内訳)

４．１．２ 故障対応状況について両中継ポンプ場における故障対応状況の概要については以下のとおりである。
(松留中継ポンプ場)
・駆動ベルトの交換、吸着剤の交換は専門業者(メーカー含む)に対応を依頼する必要がある。
・必要な部品を確保すればメンテにて対応可能なケースが少なくない。

-3 -(川合中継ポンプ場)
・プーリー、駆動ベルト、オイルシールの交換は専門業者(メーカー含む)に対応を依頼する必要がある。
・必要な部品を確保すればメンテにて対応可能なケースが少なくない。

４．２ 設備の機能確保や延命化について
点検実施要領に掲載される酸素注入設備の主な点検内容と 両中継 ポンプ場における点検頻度は以下のとおりである。
・両中継ポンプ場の点検内容、点検頻度は点検実施要領を概ね満足し、また、機器の状態や過去の故障発生等が考慮され設定されている。
・各機器の分解点検については、費用が高額のため未実施となっており、延命化の観点において実施時期の判断や財源確保が今後の課題である。
４．３ 予備品保有や定期点検等の活用方策について
４．３．１ 予備品保有について
表4 必要な予備品
過去の機器故障、不具合発生状況より、必要
ポンプ場
機器名称
必要な予備品な予備品を 表4に示す。 必要な予備品を確保す
酸素発生機・注入弁減圧弁ることにより、運転停止期間の短縮に有効と考
酸素発生機
ﾀﾞｲﾔﾌﾗﾑえられる。
酸素発生機
Ｏリング
松留
４．３．２ 定期点検等の活用方策について
昇圧器
ﾊﾞﾙﾌﾞｱｯｾﾝﾌﾞﾘ
過去の機器故障、不具合発生状況より、設備酸素発生機・酸素タンクアクチュエータ
機器が有している機能を適正に発揮、維持させ昇圧器
ﾀﾞｲﾔﾌﾗﾑるために必要となる内容を重点的に実施してい昇圧器
ﾊﾞﾙﾌﾞｱｯｾﾝﾌﾞﾘ
くことが望ましい。 また、下水道ストックマ
川合
昇圧器
ﾀﾞｲﾔﾌﾗﾑ
ネジメントにおいては、 老朽化した下水道施設を戦略的に維持管理・改築し機能を継続的に発揮していく必要があるとしており、この手法としては点検結果を踏まえた健全度の調査及び長期的な改築事業のシナリオ設定を踏まえ、修繕・改築の必要性を判断することとしている。設備の延命化やＬＣＣの観点からは運転管理等包括委託で実施する施設機能確認結果の活用も有効と考えられる。
５

表5 酸素注入量と電力有効的な運転方法
年度

５．１ 酸素注入量と電力
H28
両中継ポンプ場における酸素注入量と電力の相関に
H29
ついて、平成28年度から令和３年12月までの重相関係
H30数を表5に示す。
R1・松留については、各年度とも酸素注入量と電力に高い相関性が認められる。一方、川合については、各R2年度とも酸素注入量と電力に相関が認められない。
R3・松留は川合と比較して圧送延長が長く水量は少ない
平均
ことから滞留時間が長く酸素必要量が多くなっている。このことが松留における全体の電力に占める酸素注入設備の比率を高めている。このため、特に松留は酸素注入量が過剰にならないように調整していくことが、電力の抑制に重要といえる。
５．２ モニタリングによる必要酸素量の設定について
酸素注入設備の 必要酸素量については、理論値による設定が一般的であるが、当センターにおいては、水量が少なく水質が不安定なことから直近及び過去のモニタリング結果による設定調整を実施している。表6に酸素注入量の設定(例)を示す。
この注入量が概ね基本となっているが、各中継ポンプ場からの圧送出口に設置した連続測定器によるモニタリング結果を１回／月の頻度で確認し、設定変更のタイミングや設定値の調整を実施しており、この方法は有効と考えられる。

重相関係数
松留

川合

0.67510.21800.74580.17760.90850.33350.59910.07960.77500.34840.85250.39660.75930.2590

備考

R3.12まで

表6 酸素注入量の設定(例)月
4

注入量設定値(m3/hr)
松留
川合(夜間/昼間) (夜間/昼間)
14/10
8/7

備考

515/119/8

615/119/8松留;ﾀｲﾏｰ運転

715/119/8松留;ﾀｲﾏｰ運転

815/1210/8松留;ﾀｲﾏｰ運転

915/1210/8松留;ﾀｲﾏｰ運転

1015/12

9/7松留;ﾀｲﾏｰ運転

1114/119/6

1213/10

9/6

113/9

8/6

212/8

7/6

313/98/7

夜間時間

19:00〜5:00 22:00〜8:00

５．３ 運転停止時のバックアップ
運転停止時のバックアップが課題であり、現状における酸素注入設備以外の技術としては薬品の添加による方法、空気注入による方法が考えられる。ただし、いずれの方法についても設備面や効果面及び流入下水や脱水汚泥性状への影響など課題があるため、今後も新規技術の開発も含め情報収集を継続する必要がある。

-4 -

６

結果のまとめ６．１ 運転状況等〇硫化水素発生時の状況
・酸素注入量の不足が特に夏季の松留中継ポンプ場において認められる。これは川合中継ポンプ場と比較して圧送延長が長く水量は少ないことから、滞留時間が長く酸素必要量が設備能力を上回っていることが原因である。
・汚濁負荷の増加や汚水ポンプ送水量の増加時、空気圧縮機や昇圧器の故障により酸素注入設備が運転できない場合に硫化水素が発生し易くなる。
〇硫化水素発生時の対処
・松留中継ポンプ場では夏季の酸素注入量の不足傾向を補うため夜間のタイマー運転を実施している。タイマー運転の設定について、間欠運転は15minよりも30minの方が効果的であった。連続運転に関しては19:00〜0:00が適切と考えられる。
６．２ 保全状況等〇故障発生及び対応状況
・故障発生状況は、松留、川合ともに供用開始以降、報告件数が年々増加する傾向を示している。
これは設備の経年劣化が進行していることが一因と考えられる。
・機器故障・不具合・調整報告件数の設備別内訳については、松留、川合ともに空気圧縮機、酸素発生機、昇圧器に関する内容が多くを占めている。また、その他としては松留で注入制御弁ユニットに関するものが多く発生している。
・故障対応状況は、必要な部品を確保すればメンテにて対応可能なケースが少なくない。
〇設備の機能確保や延命化・両中継ポンプ場の点検内容、点検頻度は 点検実施要領を概ね満足し、また、機器の状態や過去の故障発生等が考慮され設定されている。
・各機器の分解点検は、費用が高額のため未実施となっており、延命化の観点において実施時期の判断や財源確保が今後の課題である。
〇予備品保有や定期点検等の活用方策
・ 過去の機器故障、不具合発生状況より、必要な予備品を確保することにより、運転停止期間の短縮に有効と考えられる。
・定期点検等の活用方策は、過去の機器故障、不具合発生状況より、設備機器が有している機能を適正に発揮、維持させるために必要となる内容を重点的に実施していくことが望ましい。

６．３ 有効的な運転方法〇酸素注入量と電力
・松留は川合と比較して圧送延長が長く水量は少ないことから滞留時間が長く酸素必要量が多くなっている。このことが松留における全体の電力に占める酸素注入設備の比率を高めている。
〇モニタリングによる必要酸素量の設定について
・酸素注入設備の必要酸素量は、当センターにおいては、水量が少なく水質が不安定なことから直近及び過去のモニタリング結果による設定調整を実施しており、この方法は有効と考えられる。
〇運転停止時のバックアップ
・運転停止時のバックアップが課題であり、今後も新規技術の開発も含め情報収集を継続する必要がある。

-5 -