水処理システム
【課題】 計量槽や電磁流量計の設置が不要で、システム全体のコストダウンを図ることができるとともに、流量調整槽から処理槽への送水を無駄なく行うことが可能で、省エネルギ効果が得られる水処理システムを提供する。
【解決手段】水処理を行うための処理槽２の前段に流量調整槽３が配備され、流量調整槽３には処理槽２へ被処理水を移送するポンプ５および水位検出手段ＳＷ１〜ＳＷ４を設ける一方、水位検出手段ＳＷ１〜ＳＷ４の検出出力に基づきポンプ５動作を制御する制御手段７を有し、制御手段７は、水位検出手段ＳＷ１〜ＳＷ４で検出される流量調整槽３の水位に応じて必要吐出量Ｑｒｅｑの下での全揚程Ｈを求め、この全揚程Ｈの大きさに応じてポンプ５の運転性能を変化させて処理槽２の処理能力に適合した必要吐出量Ｑｒｅｑの被処理水を処理槽２に移送する。
【解決手段】水処理を行うための処理槽２の前段に流量調整槽３が配備され、流量調整槽３には処理槽２へ被処理水を移送するポンプ５および水位検出手段ＳＷ１〜ＳＷ４を設ける一方、水位検出手段ＳＷ１〜ＳＷ４の検出出力に基づきポンプ５動作を制御する制御手段７を有し、制御手段７は、水位検出手段ＳＷ１〜ＳＷ４で検出される流量調整槽３の水位に応じて必要吐出量Ｑｒｅｑの下での全揚程Ｈを求め、この全揚程Ｈの大きさに応じてポンプ５の運転性能を変化させて処理槽２の処理能力に適合した必要吐出量Ｑｒｅｑの被処理水を処理槽２に移送する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理を行うための処理槽の前段に、外部から流入する被処理水を一時的に貯留して処理槽への移送量を調整する流量調整槽を配備した水処理施設において、流量調整槽から処理槽へ定量的に水を移送するために用いられる水処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
水処理施設では、被処理水の処理（例えば、汚水の浄化処理）を行う処理槽の前段に、外部から流入する被処理水を一時的に貯留して処理槽への移送量を調整する流量調整槽を配備した構成が広く採用されている。
【０００３】
このような構成の水処理施設において、効率的な浄化処理を実現するためには、処理槽における浄化処理の負荷を考慮して、流量調整槽から処理槽に対して常に適切な量の被処理水をポンプで定量的に移送することにより、処理槽の負荷を常に一定に保つようにすることが不可欠な要件とされている。
【０００４】
ところで、上記の流量調整槽は、流入する水量の変動に応じてその水位が常に変動する。そして、流量調整槽の水位が変動すると、それに応じて処理槽に被処理水を移送するポンプの吐出量も変動するため、処理槽へ被処理水を定量的に移送することができなくなる。そしてその結果、処理槽の負荷にばらつきが生じ、安定した処理を行うことができなくなるという問題点がある。
【０００５】
すなわち、ポンプの特性として、吐出量と全揚程の関係を示す周知の運転性能曲線からも分かるように、流量調整槽の水位が変動すると、これに伴いポンプの実揚程が変動するため、ポンプの吐出量も変動し、その結果、処理槽の負荷を考慮した適切な水量の範囲を超えた、過剰の被処理水が流量調整槽から処理槽に送水されてしまったり、適切な水量の範囲を下回る量の被処理水しか流量調整槽から処理槽に送水されない場合が生じることがある。
以下、処理槽の負荷を考慮して処理槽に移送すべき適切な水量を必要送水量と、また、この必要送水量に相当するポンプの吐出量を必要吐出量と称する。
【０００６】
このような不具合が生じるのを回避するための方策として、従来技術では、流量調整槽と処理槽との間に計量槽と呼ばれる一種のバッファの役目を果たす槽を介在させるとともに、流量調整槽の水位変動があってもそれに影響されずに常に必要送水量以上の吐出量を確保できる大きな性能をもつポンプを設け、流量調整槽から計量槽に常に必要送水量以上の被処理水（汚水）を移送し、処理槽の処理能力を越える余分な被処理水は流量調整槽へ戻すことにより、計量槽から処理槽に向けて常に適切な量の被処理水が移送されるようにした水処理システム（汚水処理システム）が使用されている（例えば、下記の特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−２４１５７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記の特許文献１記載の従来の水処理システムでは、流量調整槽と処理槽との間に計量槽を配置する必要があるので、計量槽の設置のために余分な設備コストがかかるとともに、流量調整槽から計量槽には、常に処理槽に送水すべき必要送水量以上の余分な水を移送する必要があるため、送水のために無駄なエネルギが消費される。
しかも、流量調整槽の水位変動に影響されずに常に必要送水量を越えた十分大きな吐出量を確保できるだけの高揚程仕様の大きな性能をもつポンプを設ける必要があるため、ポンプのコストも高くなるという問題がある。
【０００９】
なお、計量槽を省略するとともに、ポンプの回転速度を制御するインバータと、ポンプの吐出量を実測する電磁流量計とを併用し、電磁流量計でポンプの吐出量を常に計測しながら、その計測信号に基づいてインバータの回転速度をフィードバック制御することにより、流量調整槽の水位変動に影響されずに常に処理槽に安定して必要送水量が移送されるようなポンプ運転をする方法も考えられるが、この場合には、高価な電磁流量計の設置が必要となるので、システム全体のコストダウンを図る上で未だ不十分である。
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、計量槽や電磁流量計を設置する必要がなく、かつ、従来のような過大な性能をもつポンプも不要で、システム全体としてコストダウンを図ることが可能で、しかも、ポンプによる流量調整槽から処理槽への送水を無駄なく行って、省エネルギを図ることが可能な水処理システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するために、本発明は、水処理を行うための処理槽の前段に、外部から流入する水を一時的に貯留して前記処理槽への移送量を調整する流量調整槽が配備されるとともに、流量調整槽から処理槽へ被処理水を移送するポンプが設けられている水処理システムにおいて、次の構成を採用している。
【００１２】
すなわち、請求項１記載の発明は、
水処理を行うための処理槽と、
前記処理槽の前段に設けられた、外部から流入する被処理水を一時的に貯留して前記処理槽への移送量を調整するための流量調整槽と、
前記流量調整槽から前記処理槽へ被処理水を移送するためのポンプと、
前記流量調整槽の水位を検出するための水位検出手段と、
前記水位検出手段からの検出出力に基づいて前記ポンプの動作を制御する制御手段と
を備えた水処理システムであって、
前記制御手段は、前記水位検出手段で検出される水位に応じて前記処理槽の処理能力に適合した必要な吐出量の下での全揚程を求め、この全揚程の大きさに応じて前記ポンプの運転性能を変化させることにより、単位時間当たりに略一定量の被処理水が前記処理槽に移送されるように前記ポンプの動作を制御するように構成されていること
を特徴としている。
【００１３】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明の構成において、前記水位検出手段は、前記流量調整槽の深さ方向に沿って段階的に配備された複数のフロートスイッチからなり、また、前記制御手段は、各フロートスイッチによる水位検出信号に基づいて前記ポンプの運転性能を段階的に切替えるものである、ことを特徴としている。
【００１４】
また、請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明の構成において、前記水位検出手段は、前記流量調整槽内の水位を連続的に検出する圧力式水位計からなり、また、前記制御手段は、前記圧力式水位計からの水位検出信号に基づいて前記ポンプの運転性能を連続的に変化させるものである、ことを特徴としている。
【００１５】
また、請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明の構成において、前記制御手段による前記ポンプの運転性能を変化させる制御は、前記水位検出手段で検出される水位に応じて前記ポンプの運転周波数をインバータ部により変化させる制御である、ことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明（請求項１）によれば、計量槽や電磁流量計を設置しなくても流量調整槽から処理槽へ一定の必要量の被処理水を確実に移送することができ、またポンプ性能としては流量調整槽の水位が低下してポンプ停止水位に近付いた状態で必要送水量を確保できるだけの運転性能があればよく、高揚程仕様の過大な性能のポンプは不要であり、システム全体としてコストダウンを図ることができる。
しかも、従来のように必要量以上の余分な被処理水を常にポンプで移送する必要がなく、ポンプによる流量調整槽から処理槽への送水が無駄なく行われるので、従来に比べて省エネルギ効果が得られる。
【００１７】
特に、請求項２記載のように、水位検出手段を複数のフロートスイッチで構成し、制御手段により各フロートスイッチによる水位検出信号に応じてポンプの運転性能を段階的に切替える場合、流量調整槽の水位変動に伴い、ポンプの吐出量は処理槽への必要送水量に対してある程度のばらつきが発生するものの、必要送水量に近似した一定の吐出量を確保することができるので、処理槽の負荷を常に一定に保つことが可能で、かつ安価なフロートスイッチを使用して実施することができる。
【００１８】
また、請求項３記載のように、水位検出手段を圧力式水位計で構成し、制御手段により圧力式水位計からの水位検出信号に基づいてポンプの運転性能を連続的に変化させる場合、流量調整槽の水位変動がある場合でも、常に処理槽へ一定の必要送水量を安定して移送することができ、処理槽の負荷を常に一定に保つことが可能となる。
【００１９】
また、請求項４記載のように、水位検出手段で検出される水位に応じてポンプの運転周波数をインバータ部で変化させてポンプの運転性能を調整する制御を行えば、比較的簡単なシステム構成によってその制御を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態１における水処理システム（汚水処理システム）の構成を示す構成図である。
【図２】同システムのポンプの運転性能を示す特性図である。
【図３】流量調整槽の各水位に対応したフロートスイッチの動作を示す説明図である。
【図４】本発明の実施の形態１における汚水処理システムの動作説明に供するフローチャートである。
【図５】ポンプの運転性能曲線に対応するポンプの運転周波数との関係を示す説明図である。
【図６】本発明の実施の形態２における汚水処理システムの構成を示す構成図である。
【図７】同システムのポンプの運転性能を示す特性図である。
【図８】流量調整槽の各水位とそれに対応したポンプの全揚程との関係を示す特性図である。
【図９】流量調整槽内に設置された圧力式水位計の検出信号電流値とそれに対応した流量調整槽内の水位との関係を示す特性図である。
【図１０】圧力式水位計の検出信号電流値とポンプの運転周波数との関係を示す特性図である。
【図１１】本発明の実施の形態２における水処理システムの動作説明に供するフローチャートである。
【図１２】ポンプの運転性能を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を示して、本発明の特徴をさらに詳しく説明する。
［実施の形態１］
この実施の形態１では、水処理システムとして、汚水を浄化処理するための汚水処理システムを例にとって説明する。
図１は本発明の実施の形態１に係る汚水処理システムの構成を示す構成図である。
【００２２】
この実施の形態１の汚水処理システムは、汚水の浄化処理を行う処理槽２の前段に、外部から流入する汚水を一時的に貯留して処理槽２への移送量を調整する流量調整槽３が配備されている。
【００２３】
そして、流量調整槽３には、当該槽３から処理槽２へ汚水を移送する電動式のポンプ５が設けられるとともに、当該槽３の水位を検出する水位検出手段が設けられている。
【００２４】
この場合の水位検出手段として、流量調整槽３の深さ方向に沿って段階的に複数（ここでは４つ）のフロートスイッチＳＷ１〜ＳＷ４が配備されている。すなわち、流量調整槽３の水位の上限としてポンプ始動点を検出するためのフロートスイッチＳＷ１と、流量調整槽３の水位の下限としてポンプ停止点を検出するためのフロートスイッチＳＷ４とを備えるとともに、さらにこれら両フロートスイッチＳＷ１，ＳＷ４の間に上下２つのフロートスイッチＳＷ２，ＳＷ３が配置されている。
そして、各フロートスイッチＳＷ１〜ＳＷ４の設置箇所に対応する流量調整槽３の各水位をＬ１〜Ｌ４とすると、各フロートスイッチＳＷ１〜ＳＷ４は、各水位Ｌ１〜Ｌ４に到達した時点でオンからオフあるいはオフからオンへレベル反転する水位検出信号を出力する。
【００２５】
また、この実施の形態１の汚水処理システムは、各フロートスイッチＳＷ１〜ＳＷ４からの検出出力に基づいてポンプ５の動作を制御する制御手段７を有する。すなわち、この制御手段７は、後に詳述するように、流量調整槽３の水位に応じてポンプ５の運転周波数（実際にはポンプ５を駆動するポンプモータの駆動周波数）をインバータ制御して、ポンプ５の運転性能を段階的に切替えることにより、常に、処理槽２へ一定の必要送水量が移送されるように制御を行うものであって、パラメータ設定入力部８、全揚程算出部９、およびインバータ部１０を有する。
【００２６】
図２はポンプ５の運転性能特性図であり、横軸はポンプ５の吐出量Ｑを、縦軸はポンプ５の全揚程Ｈをそれぞれ示している。
ここで、パラメータ設定入力部８は、処理槽２への必要送水量に相当するポンプ５の必要吐出量Ｑｒｅｑ、各フロートスイッチＳＷ１〜ＳＷ４の検出出力に対応したポンプ５の運転性能曲線（図２の符号Ｐ１〜Ｐ４で示す４つの各曲線）、および各フロートスイッチＳＷ１〜ＳＷ４で検出される各水位Ｌ１〜Ｌ４に対応した配管損失曲線（図２の符号Ｒ１〜Ｒ４で示す４つの各曲線）をそれぞれ設定入力するものである。また、曲線Ｒ１〜Ｒ４は、流量調整槽３の各フロートスイッチＳＷ１〜ＳＷ４の設置箇所に対応する各水位のレベルＬ１〜Ｌ４に応じた実揚程や配管等の摩擦損失から算出され、曲線Ｐ１〜Ｐ４は、インバータにより周波数を変化させた時のポンプ５の運転性能曲線であり、実測運転性能を元に以下の式(１)，(２)から算出したりするなどして決定することもできる。
【００２７】
Ｈ２＝Ｈ１×（ｆｘ／ｆ0）2 ……(１)
Ｑ２＝Ｑ１×（ｆｘ／ｆ０） ……(２)
Ｈ１：揚程（実測元データ）
Ｑ１：流量（実測元データ）
Ｈ２：揚程（計算データ）
Ｑ２：流量（計算データ）
ｆ０：実測時周波数
ｆｘ：変化時周波数
【００２８】
また、全揚程算出部９は、パラメータ設定入力部８で設定入力された上記のポンプ５の必要吐出量Ｑｒｅｑ、各フロートスイッチＳＷ１〜ＳＷ４で検出される流量調整槽３の各水位Ｌ１〜Ｌ４に対応したポンプ５の実揚程Ｈｒ、および配管損失曲線Ｒ１〜Ｒ４に基づいて、ポンプ５の必要吐出量Ｑｒｅｑの下での全揚程Ｈを算出するものである。
【００２９】
すなわち、全揚程算出部９には、図３に示すように、各フロートスイッチＳＷ１〜ＳＷ４からの検出信号出力のオンからオフあるいはオフからオンへのレベル反転の有無によって流量調整槽３の現在の水位がＬ１〜Ｌ４の内のどのレベルにあるかを判定するためのテーブルが予め登録されており、図３に示す関係を用いて、各水位Ｌ１〜Ｌ４に対応したポンプ５の必要吐出量Ｑｒｅｑの下での全揚程Ｈを算出する。
【００３０】
インバータ部１０は、全揚程算出部９で算出されるポンプ５の全揚程Ｈの値に基づいて、この全揚程Ｈを確保可能なポンプ５の各運転性能曲線Ｐ１〜Ｐ４の内の一つを選定する運転性能曲線選定部１１、この運転性能曲線選定部１１で選定された一つの運転性能曲線に対応したポンプ５の運転周波数ｆを設定する周波数設定部１３、およびこの周波数設定部１３で設定された運転周波数ｆの下でポンプ５を駆動するポンプ駆動部１４からなる。
【００３１】
次に、上記構成を有する汚水処理システムの動作、特にポンプ５の駆動制御動作を主体に、図２に示すポンプ５の運転性能特性図、および図４に示すフローチャートを参照して説明する。なお、図４に示すフローチャートにおいて、符号Ｓは各処理ステップを意味する。
【００３２】
予めパラメータ設定入力部８により、処理槽２への必要送水量に相当するポンプ５の必要吐出量Ｑｒｅｑ、ポンプ５の運転性能曲線（図２の符号Ｐ１〜Ｐ４で示す各曲線）、各運転性能曲線Ｐ１〜Ｐ４に対応するポンプ５の運転周波数ｆ１〜ｆ４、および各フロートスイッチの検出出力に対応した配管損失曲線（図２の符号Ｒ１〜Ｒ４の各曲線）をそれぞれ設定入力しておく。
【００３３】
ポンプ電源がオンされた後（Ｓ１０）、全揚程算出部９は、各フロートスイッチの検出出力に基づいて判定される流量調整槽３の水位に対応したポンプ５の実揚程Ｈｒ、パラメータ設定入力部８で設定された上記の配管損失曲線Ｒ１〜Ｒ４、およびポンプ５の必要吐出量Ｑｒｅｑに基づいて、ポンプ５の必要吐出量Ｑｒｅｑの下での全揚程Ｈを算出する。
【００３４】
すなわち、流量調整槽３に汚水が流入し、例えば流量調整槽３の水位がその上限となるポンプ始動点Ｌ１を越えた場合（Ｓ１１）、その時点でフロートスイッチＳＷ１の検出出力がレベル反転するので、そのポンプ始動点Ｌ１の水位に対応したポンプ５の実揚程Ｈｒ１を求め、さらに、この実揚程Ｈｒ１を始点とする配管損失曲線（図２の符号Ｒ１の曲線）とポンプ５の必要吐出量Ｑｒｅｑとから、この必要吐出量Ｑｒｅｑの下でのポンプ５の全揚程（図２の符号Ｈ１で示す点）を算出する。
【００３５】
次いで、インバータ部１０の運転性能曲線選定部１１は、全揚程算出部９で算出されたポンプ５の全揚程Ｈ１の値に基づいて、この全揚程Ｈ１を確保可能なポンプ５の最小の運転性能曲線を選定する。この場合、全揚程Ｈ１を確保可能なポンプ５の最小の運転性能曲線はＰ１であるので、この運転性能曲線Ｐ１が選定される。
【００３６】
続いて、周波数設定部１３は、運転性能曲線選定部１１で選定された運転性能曲線Ｐ１に対応したポンプ５の運転周波数を設定する。すなわち、図５に示すように、各運転性能曲線Ｐ１〜Ｐ４に対応するポンプ５の運転周波数ｆ１〜ｆ４は予め決まっているので、ここでは運転性能曲線Ｐ１に対応するポンプ５の運転周波数ｆ１（ここでは４５Ｈｚ）が設定される。ポンプ駆動部１４は、この周波数設定部１３で設定された運転周波数ｆ１（＝４５Ｈｚ）の下でポンプ５を駆動する（Ｓ１２）。したがって、この場合、ポンプ５の吐出量は、運転性能曲線Ｐ１上で配管損失曲線Ｒ１と交差するポンプ運転点ａに対応した吐出量となり、処理槽２の必要送水量Ｑｒｅｑよりも少しだけ多めの吐出量となる。
【００３７】
この状態からポンプ運転が継続されると、流量調整槽３の水位が次第に低下し（Ｓ１３）、これに伴ってポンプ５の実揚程も次第に大きくなるため、最大吐出量を確保できるポンプ運転点は、ポンプ５の運転性能曲線Ｐ１に沿って符号ａに示す位置から符号ｂに示す位置に向けて次第に移動していく（Ｓ１４）。そして、ポンプ運転点が配管損失曲線Ｒ２と交差するポンプ運転点ｂに到達し、流量調整槽３の水位が符号Ｌ２で示すレベルに到達すると（Ｓ１５）、フロートスイッチＳＷ２の検出出力がレベル反転するため、全揚程算出部９は、その水位Ｌ２に対応したポンプ５の実揚程Ｈｒ２を求め、さらに、この実揚程Ｈｒ２を始点とする配管損失曲線（図２の符号Ｒ２の曲線）とポンプ５の必要吐出量Ｑｒｅｑとから、この必要吐出量Ｑｒｅｑの下でのポンプ５の全揚程（図２の符号Ｈ２で示す点）を算出する。
【００３８】
次いで、インバータ部１０の運転性能曲線選定部１１は、全揚程算出部９で算出されたポンプ５の全揚程Ｈ２の値に基づいて、この全揚程Ｈ２を確保可能なポンプ５の最小の運転性能曲線Ｐ２を選定する。続いて、周波数設定部１３は、運転性能曲線選定部１１で選定された運転性能曲線Ｐ２に対応したポンプ５の運転周波数ｆ２（ここでは５０Ｈｚ）が設定される。ポンプ駆動部１４は、この周波数設定部１３で演算された周波数ｆ２（＝５０Ｈｚ）の下でポンプ５を駆動する（Ｓ１６）。したがって、この場合、ポンプ５の吐出量は、運転性能曲線Ｐ２上で配管損失曲線Ｒ２と交差するポンプ運転点ｃに対応した吐出量となり、処理槽２の必要送水量Ｑｒｅｑよりも少しだけ多めの吐出量となる。
【００３９】
以降、同様にして、Ｓ１７〜Ｓ２３までの処理が繰り返され、流量調整槽３の水位低下に伴いポンプ運転点は、ｄ→ｅ→ｆと移動して行き、ポンプ運転点が配管損失曲線Ｒ４と交差するポンプ運転点ｆに到達し、流量調整槽３の水位が低下してその下限となるポンプ停止点Ｌ４を越えると（Ｓ２３）、フロートスイッチＳＷ４の検出出力がレベル反転するので、ポンプ駆動が停止される（Ｓ２４）。
【００４０】
以上のように、この実施の形態１では、従来のように、計量槽や電磁流量計を設置しなくても流量調整槽３から処理槽２への必要送水量に相当する必要吐出量Ｑｒｅｑの汚水をポンプ５で確実に移送することができ、また、ポンプ５は流量調整槽３の水位が低下して停止水位Ｌ４に近付いた状態で必要送水量Ｑｒｅｑを確保できるだけの運転性能があればよいので、従来のような高揚程仕様の過大な性能のポンプは不要であり、システム全体としてコストダウンを図ることができる。しかも、ポンプ５による流量調整槽３から処理槽２への送水が無駄なく行われるので、従来に比べて省エネルギ効果が得られる。
【００４１】
しかも、この実施の形態１では、水位検出手段を複数のフロートスイッチＳＷ１〜ＳＷ４で構成し、制御手段７により各フロートスイッチＳＷ１〜ＳＷ４による水位検出信号の変化に応じてポンプ５の運転性能を段階的に切替えるので、ポンプ５の吐出量は、処理槽２の処理能力に適合した必要送水量に対してある程度のばらつきが発生するものの、処理槽２の必要送水量に近似した吐出量を確保することができ、処理槽２の負荷を常に一定に保つことが可能で、かつ安価なフロートスイッチを使用して実施することができる。
【００４２】
なお、この実施の形態１では、流量調整槽３の深さ方向に沿ってポンプ始動点Ｌ１とポンプ停止点Ｌ４をそれぞれ検出するフロートスイッチＳＷ１，ＳＷ４を配置するとともに、フロートスイッチＳＷ１，ＳＷ４の間に、２つのフロートスイッチＳＷ２，ＳＷ３を配置（すなわち、合計４つのフロートスイッチを配置）し、これに対応して４つの運転性能曲線と配管損失曲線とをそれぞれ設定しているが、本発明はこのような数に限定されるものではなく、３つ以上のフロートスイッチを設け、各フロートスイッチの検出出力に対応して５つ以上の運転性能曲線や配管損失曲線をそれぞれ設定することも可能である。
【００４３】
［実施の形態２］
図６は本発明の実施の形態２における汚水処理システムの構成を示す構成図であり、図１に示した実施の形態１と対応もしくは相当する構成部分には同一の符号を付す。
【００４４】
この実施の形態２における特徴は、水位検出手段が流量調整槽３内の水位を連続的に検出する圧力式水位計６から構成されており、また、制御手段７は、圧力式水位計６からの水位検出信号に基づいてポンプ５の運転性能を連続的に変化させるように構成されている。
【００４５】
すなわち、この制御手段７は、後に詳述するように、流量調整槽３の水位に応じてポンプ５の運転周波数（実際にはポンプ５を駆動するポンプモータの駆動周波数）をインバータ制御することで、ポンプ５の運転性能を連続的に切替えることにより、常に、処理槽２へ一定の必要送水量が移送されるように制御を行うものであって、パラメータ設定入力部８、全揚程算出部９、およびインバータ部１０を有する。
【００４６】
図７はポンプ５の運転性能特性図であり、横軸はポンプ５の吐出量Ｑを、縦軸はポンプ５の全揚程Ｈをそれぞれ示している。ここで、パラメータ設定入力部８は、処理槽２への必要送水量に相当するポンプ５の必要吐出量Ｑｒｅｑ、圧力式水位計６で得られる水位検出信号に対応したポンプ５の運転性能曲線（図７の符号ｆ１とｆ４で示す２つの曲線）、および該圧力式水位計６で得られる水位検出信号で検出される水位Ｌ１とＬ４に対応した配管損失曲線（図７の符号Ｒ１とＲ４で示す２つの曲線）をそれぞれ設定入力するものである。また、曲線Ｒ１とＲ４は、流量調整槽３の該圧力式水位計６の水位検出信号に対応する水位のレベルＬ１とＬ４に応じた実揚程や配管等の摩擦損失から算出され、曲線ｆ１とf４は、インバータにより周波数を変化させた時のポンプ５の運転性能曲線であり、実測運転性能を元に、上述の式(１)，(２)から算出したりするなどして決定することもできる。
【００４７】
全揚程算出部９は、パラメータ設定入力部８で設定入力された上記のポンプ５の必要吐出量Ｑｒｅｑ、図９に示す圧力式水位計６で得られる水位検出信号で検出される流量調整槽３の水位Ｌ１とＬ４に対応した、図８に示すポンプ５の実揚程Ｈ１とＨ２、および図７に示す配管損失曲線Ｒ１とＲ４に基づいて、ポンプ５の必要吐出量Ｑｒｅｑの下での全揚程Ｈを算出するものである。
【００４８】
従って、図７に示すように、流量調整槽３のポンプ始動点Ｌ１とポンプ停止点Ｌ４、上記の配管損失曲線Ｒ１，Ｒ４、およびポンプ５の必要吐出量Ｑｒｅｑが分かれば、ポンプ５の必要吐出量Ｑｒｅｑの下での流量調整槽３のポンプ始動点Ｌ１とポンプ停止点Ｌ４にそれぞれ対応した全揚程Ｈ１，Ｈ４が求まる。そして、全揚程算出部９には、図８に示すように両点Ｈ１，Ｈ４を結んで得られる特性曲線が予め登録されている。更に、圧力式水位計６で流量調整槽３の水位Ｌが検出された場合、この図８の関係を用いて、水位Ｌに対応したポンプ５の全揚程Ｈが算出される。
【００４９】
インバータ部１０は、全揚程算出部９で算出されるポンプ５の全揚程Ｈの値に基づいて、この全揚程Ｈを確保するのに必要となる圧力式水位計６で得られる水位検出信号の電流値を流量調整槽３の水位に変換する信号変換部１２、この信号変換部１２で変換された流量調整槽３内の検出水位に対応したポンプ５の運転周波数ｆを設定する周波数設定部１３、およびこの周波数設定部１３で設定された運転周波数ｆの下でポンプ５を駆動するポンプ駆動部１４からなる。
【００５０】
この場合の上記の信号変換部１２は、図９に示すように、圧力式水位計６で得られる水位検出信号から流量調整槽３内の水位を検知し、図８に示すように、ポンプ５の全揚程Ｈと、周波数設定部１３には、図１０に示すように、圧力式水位計６で得られる水位検出信号電流値Ｉに対応したポンプ５の運転周波数ｆの関係を示す曲線が予め登録されており、信号変換部１２で実揚程に対応した圧力式水位計６で得られる水位検出信号電流値Ｉが求まると、これに対応したポンプ５の運転周波数ｆが決定される。
【００５１】
次に、上記構成を有する汚水処理システムの動作、特にポンプ５の駆動制御動作を主体に、図７〜図１０に示す特性図、および図１１に示すフローチャートを参照して説明する。なお、図１１に示すフローチャートにおいて、符号Ｓは各処理ステップを意味する。
【００５２】
まず、パラメータ設定入力部８により、処理槽２への必要送水量に相当するポンプ５の必要吐出量Ｑｒｅｑ、および流量調整槽３の水位の上限となるポンプ始動点Ｌ１と水位の下限となるポンプ停止点Ｌ４に対応した配管損失曲線Ｒ１，Ｒ４をそれぞれ設定入力しておく。
【００５３】
ポンプ電源がオンされた後（Ｓ５０）、圧力式水位計６でポンプ始動点Ｌ１の水位が検出されると（Ｓ５１）、ポンプ５は最初にｆ１（ここでは４５Ｈｚ）の運転周波数で運転が開始される（Ｓ５２）。これに伴い、流量調整槽３の水位が次第に低下する（Ｓ５３）。
【００５４】
ここで、全揚程算出部９は、圧力式水位計６で水位検出信号が得られた場合、この水位検出信号に基づき、図８に示す関係を用いて、必要吐出量Ｑｒｅｑの下での流量調整槽３の水位Ｌに対応したポンプ５の全揚程Ｈを算出する（Ｓ５４）。例えば、ここでは必要吐出量Ｑｒｅｑの下での流量調整槽３の水位がＬｘとして検出されると、この水位Ｌｘに対応したポンプ５の全揚程Ｈｘが算出される。
【００５５】
続いて、インバータ部１０の信号変換部１２は、図９に示す関係を用いて、全揚程算出部９で算出された全揚程Ｈｘに対応した圧力式水位計６で得られる水位検出信号電流値を決定する。例えば、ここでは全揚程Ｈｘに対応した圧力式水位計６で得られる水位検出信号電流値がＩｘであったとする。
【００５６】
次いで、周波数設定部１３は、図１０に示す関係を用いて、信号変換部１２で得られた圧力式水位計６で得られる水位検出信号電流値Ｉｘに対応したポンプ５の運転周波数ｆｘを設定する（Ｓ５５）。したがって、ポンプ５は、必要吐出量Ｑｒｅｑの下でポンプ５の全揚程Ｈｘを確保するために必要な運転周波数ｆｘで運転される（Ｓ５６）ことになり、流量調整槽３から処理槽２へ必要送水量に相当する必要吐出量Ｑｒｅｑの汚水を確実に移送することができる。
【００５７】
そして、流量調整槽３の水位が次第に低下して（Ｓ５７）、その下限となるポンプ停止点Ｌ４よりも水位が低下したことが圧力式水位計６で検出されると（Ｓ５８）、ポンプ駆動が停止される（Ｓ５９）。
【００５８】
以上のように、この実施の形態２では、水位検出手段を圧力式水位計６で構成し、制御手段７により圧力式水位計６からの水位検出信号に応じてポンプ５の運転性能を連続的に変化させるようにしているので、流量調整槽３の水位変動に対応し、常に処理槽２の処理能力に適合した一定の必要送水量を、実施の形態１の場合よりも一層安定して移送することができ、処理槽２の負荷を常に一定に保つことが可能になる。
【００５９】
なお、上記の実施の形態１，２では、水位検出手段としてのフロートスイッチＳＷ１〜ＳＷ４、あるいは、圧力式水位計６からの検出信号に応じてポンプ５の運転性能を変化させるための手法として、ポンプ５の運転周波数ｆを変化させるようにしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ポンプモータについて、その定格電流の範囲内で、水位検出手段からの検出信号に応じてポンプモータの駆動電流の大きさを制御することで、ポンプ５の運転性能を変化させることも可能である。
【００６０】
すなわち、図２に示したポンプ５の各運転性能曲線Ｐ１〜Ｐ４の下では、ポンプ５の運転周波数がｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４（ここでは４５Ｈｚ，５０Ｈｚ，５５Ｈｚ，６０Ｈｚ）とそれぞれ一定であるが、図１２に示すように、ポンプモータの出力をフル活用（吐出量変化にかからず常に略定格電力の下で運転）した場合のポンプ性能の負荷率を１００％とし、該負荷率を１００％、９０％、８０％、…というように、予めポンプ５の負荷率を変えた運転性能曲線Ｐ１〜Ｐ４を設定し、フロートスイッチＳＷ１〜ＳＷ４あるいは圧力式水位計６からの検出出力に応じて、これらの運転性能曲線Ｐ１〜Ｐ４を選択することでポンプ５の運転性能を変化させるようにしてもよい。
このように構成した場合、ポンプ５の吐出量の小さい領域から吐出量の大きい領域までの広い範囲にわたって、モータ出力を十分に活用することが可能で、高揚程性能を実現できる利点がある。
【００６１】
上記実施の形態１，２では、汚水処理を処理するための汚水処理システムを例にとって説明したが、本発明は、汚水処理以外の水処理システム（例えば、上水用の水処理システム）にも適用することが可能である。
【００６２】
また、本発明はさらにその他の点においても、上記の実施の形態１，２に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内において各種の変形を加えることが可能である。
【符号の説明】
【００６３】
２ 処理槽
３ 流量調整槽
５ ポンプ
Ｓ Ｗ１〜ＳＷ４…フロートスイッチ（水位検出手段）
６ 圧力式水位計（水位検出手段）
７ 制御手段
８ パラメータ設定部
９ 全揚程算出部
１０ インバータ部
１１ 運転性能曲線選定部
１２ 信号変換部
１３ 周波数設定部
１４ ポンプ駆動部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理を行うための処理槽の前段に、外部から流入する被処理水を一時的に貯留して処理槽への移送量を調整する流量調整槽を配備した水処理施設において、流量調整槽から処理槽へ定量的に水を移送するために用いられる水処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
水処理施設では、被処理水の処理（例えば、汚水の浄化処理）を行う処理槽の前段に、外部から流入する被処理水を一時的に貯留して処理槽への移送量を調整する流量調整槽を配備した構成が広く採用されている。
【０００３】
このような構成の水処理施設において、効率的な浄化処理を実現するためには、処理槽における浄化処理の負荷を考慮して、流量調整槽から処理槽に対して常に適切な量の被処理水をポンプで定量的に移送することにより、処理槽の負荷を常に一定に保つようにすることが不可欠な要件とされている。
【０００４】
ところで、上記の流量調整槽は、流入する水量の変動に応じてその水位が常に変動する。そして、流量調整槽の水位が変動すると、それに応じて処理槽に被処理水を移送するポンプの吐出量も変動するため、処理槽へ被処理水を定量的に移送することができなくなる。そしてその結果、処理槽の負荷にばらつきが生じ、安定した処理を行うことができなくなるという問題点がある。
【０００５】
すなわち、ポンプの特性として、吐出量と全揚程の関係を示す周知の運転性能曲線からも分かるように、流量調整槽の水位が変動すると、これに伴いポンプの実揚程が変動するため、ポンプの吐出量も変動し、その結果、処理槽の負荷を考慮した適切な水量の範囲を超えた、過剰の被処理水が流量調整槽から処理槽に送水されてしまったり、適切な水量の範囲を下回る量の被処理水しか流量調整槽から処理槽に送水されない場合が生じることがある。
以下、処理槽の負荷を考慮して処理槽に移送すべき適切な水量を必要送水量と、また、この必要送水量に相当するポンプの吐出量を必要吐出量と称する。
【０００６】
このような不具合が生じるのを回避するための方策として、従来技術では、流量調整槽と処理槽との間に計量槽と呼ばれる一種のバッファの役目を果たす槽を介在させるとともに、流量調整槽の水位変動があってもそれに影響されずに常に必要送水量以上の吐出量を確保できる大きな性能をもつポンプを設け、流量調整槽から計量槽に常に必要送水量以上の被処理水（汚水）を移送し、処理槽の処理能力を越える余分な被処理水は流量調整槽へ戻すことにより、計量槽から処理槽に向けて常に適切な量の被処理水が移送されるようにした水処理システム（汚水処理システム）が使用されている（例えば、下記の特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−２４１５７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記の特許文献１記載の従来の水処理システムでは、流量調整槽と処理槽との間に計量槽を配置する必要があるので、計量槽の設置のために余分な設備コストがかかるとともに、流量調整槽から計量槽には、常に処理槽に送水すべき必要送水量以上の余分な水を移送する必要があるため、送水のために無駄なエネルギが消費される。
しかも、流量調整槽の水位変動に影響されずに常に必要送水量を越えた十分大きな吐出量を確保できるだけの高揚程仕様の大きな性能をもつポンプを設ける必要があるため、ポンプのコストも高くなるという問題がある。
【０００９】
なお、計量槽を省略するとともに、ポンプの回転速度を制御するインバータと、ポンプの吐出量を実測する電磁流量計とを併用し、電磁流量計でポンプの吐出量を常に計測しながら、その計測信号に基づいてインバータの回転速度をフィードバック制御することにより、流量調整槽の水位変動に影響されずに常に処理槽に安定して必要送水量が移送されるようなポンプ運転をする方法も考えられるが、この場合には、高価な電磁流量計の設置が必要となるので、システム全体のコストダウンを図る上で未だ不十分である。
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、計量槽や電磁流量計を設置する必要がなく、かつ、従来のような過大な性能をもつポンプも不要で、システム全体としてコストダウンを図ることが可能で、しかも、ポンプによる流量調整槽から処理槽への送水を無駄なく行って、省エネルギを図ることが可能な水処理システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するために、本発明は、水処理を行うための処理槽の前段に、外部から流入する水を一時的に貯留して前記処理槽への移送量を調整する流量調整槽が配備されるとともに、流量調整槽から処理槽へ被処理水を移送するポンプが設けられている水処理システムにおいて、次の構成を採用している。
【００１２】
すなわち、請求項１記載の発明は、
水処理を行うための処理槽と、
前記処理槽の前段に設けられた、外部から流入する被処理水を一時的に貯留して前記処理槽への移送量を調整するための流量調整槽と、
前記流量調整槽から前記処理槽へ被処理水を移送するためのポンプと、
前記流量調整槽の水位を検出するための水位検出手段と、
前記水位検出手段からの検出出力に基づいて前記ポンプの動作を制御する制御手段と
を備えた水処理システムであって、
前記制御手段は、前記水位検出手段で検出される水位に応じて前記処理槽の処理能力に適合した必要な吐出量の下での全揚程を求め、この全揚程の大きさに応じて前記ポンプの運転性能を変化させることにより、単位時間当たりに略一定量の被処理水が前記処理槽に移送されるように前記ポンプの動作を制御するように構成されていること
を特徴としている。
【００１３】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明の構成において、前記水位検出手段は、前記流量調整槽の深さ方向に沿って段階的に配備された複数のフロートスイッチからなり、また、前記制御手段は、各フロートスイッチによる水位検出信号に基づいて前記ポンプの運転性能を段階的に切替えるものである、ことを特徴としている。
【００１４】
また、請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明の構成において、前記水位検出手段は、前記流量調整槽内の水位を連続的に検出する圧力式水位計からなり、また、前記制御手段は、前記圧力式水位計からの水位検出信号に基づいて前記ポンプの運転性能を連続的に変化させるものである、ことを特徴としている。
【００１５】
また、請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明の構成において、前記制御手段による前記ポンプの運転性能を変化させる制御は、前記水位検出手段で検出される水位に応じて前記ポンプの運転周波数をインバータ部により変化させる制御である、ことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明（請求項１）によれば、計量槽や電磁流量計を設置しなくても流量調整槽から処理槽へ一定の必要量の被処理水を確実に移送することができ、またポンプ性能としては流量調整槽の水位が低下してポンプ停止水位に近付いた状態で必要送水量を確保できるだけの運転性能があればよく、高揚程仕様の過大な性能のポンプは不要であり、システム全体としてコストダウンを図ることができる。
しかも、従来のように必要量以上の余分な被処理水を常にポンプで移送する必要がなく、ポンプによる流量調整槽から処理槽への送水が無駄なく行われるので、従来に比べて省エネルギ効果が得られる。
【００１７】
特に、請求項２記載のように、水位検出手段を複数のフロートスイッチで構成し、制御手段により各フロートスイッチによる水位検出信号に応じてポンプの運転性能を段階的に切替える場合、流量調整槽の水位変動に伴い、ポンプの吐出量は処理槽への必要送水量に対してある程度のばらつきが発生するものの、必要送水量に近似した一定の吐出量を確保することができるので、処理槽の負荷を常に一定に保つことが可能で、かつ安価なフロートスイッチを使用して実施することができる。
【００１８】
また、請求項３記載のように、水位検出手段を圧力式水位計で構成し、制御手段により圧力式水位計からの水位検出信号に基づいてポンプの運転性能を連続的に変化させる場合、流量調整槽の水位変動がある場合でも、常に処理槽へ一定の必要送水量を安定して移送することができ、処理槽の負荷を常に一定に保つことが可能となる。
【００１９】
また、請求項４記載のように、水位検出手段で検出される水位に応じてポンプの運転周波数をインバータ部で変化させてポンプの運転性能を調整する制御を行えば、比較的簡単なシステム構成によってその制御を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態１における水処理システム（汚水処理システム）の構成を示す構成図である。
【図２】同システムのポンプの運転性能を示す特性図である。
【図３】流量調整槽の各水位に対応したフロートスイッチの動作を示す説明図である。
【図４】本発明の実施の形態１における汚水処理システムの動作説明に供するフローチャートである。
【図５】ポンプの運転性能曲線に対応するポンプの運転周波数との関係を示す説明図である。
【図６】本発明の実施の形態２における汚水処理システムの構成を示す構成図である。
【図７】同システムのポンプの運転性能を示す特性図である。
【図８】流量調整槽の各水位とそれに対応したポンプの全揚程との関係を示す特性図である。
【図９】流量調整槽内に設置された圧力式水位計の検出信号電流値とそれに対応した流量調整槽内の水位との関係を示す特性図である。
【図１０】圧力式水位計の検出信号電流値とポンプの運転周波数との関係を示す特性図である。
【図１１】本発明の実施の形態２における水処理システムの動作説明に供するフローチャートである。
【図１２】ポンプの運転性能を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を示して、本発明の特徴をさらに詳しく説明する。
［実施の形態１］
この実施の形態１では、水処理システムとして、汚水を浄化処理するための汚水処理システムを例にとって説明する。
図１は本発明の実施の形態１に係る汚水処理システムの構成を示す構成図である。
【００２２】
この実施の形態１の汚水処理システムは、汚水の浄化処理を行う処理槽２の前段に、外部から流入する汚水を一時的に貯留して処理槽２への移送量を調整する流量調整槽３が配備されている。
【００２３】
そして、流量調整槽３には、当該槽３から処理槽２へ汚水を移送する電動式のポンプ５が設けられるとともに、当該槽３の水位を検出する水位検出手段が設けられている。
【００２４】
この場合の水位検出手段として、流量調整槽３の深さ方向に沿って段階的に複数（ここでは４つ）のフロートスイッチＳＷ１〜ＳＷ４が配備されている。すなわち、流量調整槽３の水位の上限としてポンプ始動点を検出するためのフロートスイッチＳＷ１と、流量調整槽３の水位の下限としてポンプ停止点を検出するためのフロートスイッチＳＷ４とを備えるとともに、さらにこれら両フロートスイッチＳＷ１，ＳＷ４の間に上下２つのフロートスイッチＳＷ２，ＳＷ３が配置されている。
そして、各フロートスイッチＳＷ１〜ＳＷ４の設置箇所に対応する流量調整槽３の各水位をＬ１〜Ｌ４とすると、各フロートスイッチＳＷ１〜ＳＷ４は、各水位Ｌ１〜Ｌ４に到達した時点でオンからオフあるいはオフからオンへレベル反転する水位検出信号を出力する。
【００２５】
また、この実施の形態１の汚水処理システムは、各フロートスイッチＳＷ１〜ＳＷ４からの検出出力に基づいてポンプ５の動作を制御する制御手段７を有する。すなわち、この制御手段７は、後に詳述するように、流量調整槽３の水位に応じてポンプ５の運転周波数（実際にはポンプ５を駆動するポンプモータの駆動周波数）をインバータ制御して、ポンプ５の運転性能を段階的に切替えることにより、常に、処理槽２へ一定の必要送水量が移送されるように制御を行うものであって、パラメータ設定入力部８、全揚程算出部９、およびインバータ部１０を有する。
【００２６】
図２はポンプ５の運転性能特性図であり、横軸はポンプ５の吐出量Ｑを、縦軸はポンプ５の全揚程Ｈをそれぞれ示している。
ここで、パラメータ設定入力部８は、処理槽２への必要送水量に相当するポンプ５の必要吐出量Ｑｒｅｑ、各フロートスイッチＳＷ１〜ＳＷ４の検出出力に対応したポンプ５の運転性能曲線（図２の符号Ｐ１〜Ｐ４で示す４つの各曲線）、および各フロートスイッチＳＷ１〜ＳＷ４で検出される各水位Ｌ１〜Ｌ４に対応した配管損失曲線（図２の符号Ｒ１〜Ｒ４で示す４つの各曲線）をそれぞれ設定入力するものである。また、曲線Ｒ１〜Ｒ４は、流量調整槽３の各フロートスイッチＳＷ１〜ＳＷ４の設置箇所に対応する各水位のレベルＬ１〜Ｌ４に応じた実揚程や配管等の摩擦損失から算出され、曲線Ｐ１〜Ｐ４は、インバータにより周波数を変化させた時のポンプ５の運転性能曲線であり、実測運転性能を元に以下の式(１)，(２)から算出したりするなどして決定することもできる。
【００２７】
Ｈ２＝Ｈ１×（ｆｘ／ｆ0）2 ……(１)
Ｑ２＝Ｑ１×（ｆｘ／ｆ０） ……(２)
Ｈ１：揚程（実測元データ）
Ｑ１：流量（実測元データ）
Ｈ２：揚程（計算データ）
Ｑ２：流量（計算データ）
ｆ０：実測時周波数
ｆｘ：変化時周波数
【００２８】
また、全揚程算出部９は、パラメータ設定入力部８で設定入力された上記のポンプ５の必要吐出量Ｑｒｅｑ、各フロートスイッチＳＷ１〜ＳＷ４で検出される流量調整槽３の各水位Ｌ１〜Ｌ４に対応したポンプ５の実揚程Ｈｒ、および配管損失曲線Ｒ１〜Ｒ４に基づいて、ポンプ５の必要吐出量Ｑｒｅｑの下での全揚程Ｈを算出するものである。
【００２９】
すなわち、全揚程算出部９には、図３に示すように、各フロートスイッチＳＷ１〜ＳＷ４からの検出信号出力のオンからオフあるいはオフからオンへのレベル反転の有無によって流量調整槽３の現在の水位がＬ１〜Ｌ４の内のどのレベルにあるかを判定するためのテーブルが予め登録されており、図３に示す関係を用いて、各水位Ｌ１〜Ｌ４に対応したポンプ５の必要吐出量Ｑｒｅｑの下での全揚程Ｈを算出する。
【００３０】
インバータ部１０は、全揚程算出部９で算出されるポンプ５の全揚程Ｈの値に基づいて、この全揚程Ｈを確保可能なポンプ５の各運転性能曲線Ｐ１〜Ｐ４の内の一つを選定する運転性能曲線選定部１１、この運転性能曲線選定部１１で選定された一つの運転性能曲線に対応したポンプ５の運転周波数ｆを設定する周波数設定部１３、およびこの周波数設定部１３で設定された運転周波数ｆの下でポンプ５を駆動するポンプ駆動部１４からなる。
【００３１】
次に、上記構成を有する汚水処理システムの動作、特にポンプ５の駆動制御動作を主体に、図２に示すポンプ５の運転性能特性図、および図４に示すフローチャートを参照して説明する。なお、図４に示すフローチャートにおいて、符号Ｓは各処理ステップを意味する。
【００３２】
予めパラメータ設定入力部８により、処理槽２への必要送水量に相当するポンプ５の必要吐出量Ｑｒｅｑ、ポンプ５の運転性能曲線（図２の符号Ｐ１〜Ｐ４で示す各曲線）、各運転性能曲線Ｐ１〜Ｐ４に対応するポンプ５の運転周波数ｆ１〜ｆ４、および各フロートスイッチの検出出力に対応した配管損失曲線（図２の符号Ｒ１〜Ｒ４の各曲線）をそれぞれ設定入力しておく。
【００３３】
ポンプ電源がオンされた後（Ｓ１０）、全揚程算出部９は、各フロートスイッチの検出出力に基づいて判定される流量調整槽３の水位に対応したポンプ５の実揚程Ｈｒ、パラメータ設定入力部８で設定された上記の配管損失曲線Ｒ１〜Ｒ４、およびポンプ５の必要吐出量Ｑｒｅｑに基づいて、ポンプ５の必要吐出量Ｑｒｅｑの下での全揚程Ｈを算出する。
【００３４】
すなわち、流量調整槽３に汚水が流入し、例えば流量調整槽３の水位がその上限となるポンプ始動点Ｌ１を越えた場合（Ｓ１１）、その時点でフロートスイッチＳＷ１の検出出力がレベル反転するので、そのポンプ始動点Ｌ１の水位に対応したポンプ５の実揚程Ｈｒ１を求め、さらに、この実揚程Ｈｒ１を始点とする配管損失曲線（図２の符号Ｒ１の曲線）とポンプ５の必要吐出量Ｑｒｅｑとから、この必要吐出量Ｑｒｅｑの下でのポンプ５の全揚程（図２の符号Ｈ１で示す点）を算出する。
【００３５】
次いで、インバータ部１０の運転性能曲線選定部１１は、全揚程算出部９で算出されたポンプ５の全揚程Ｈ１の値に基づいて、この全揚程Ｈ１を確保可能なポンプ５の最小の運転性能曲線を選定する。この場合、全揚程Ｈ１を確保可能なポンプ５の最小の運転性能曲線はＰ１であるので、この運転性能曲線Ｐ１が選定される。
【００３６】
続いて、周波数設定部１３は、運転性能曲線選定部１１で選定された運転性能曲線Ｐ１に対応したポンプ５の運転周波数を設定する。すなわち、図５に示すように、各運転性能曲線Ｐ１〜Ｐ４に対応するポンプ５の運転周波数ｆ１〜ｆ４は予め決まっているので、ここでは運転性能曲線Ｐ１に対応するポンプ５の運転周波数ｆ１（ここでは４５Ｈｚ）が設定される。ポンプ駆動部１４は、この周波数設定部１３で設定された運転周波数ｆ１（＝４５Ｈｚ）の下でポンプ５を駆動する（Ｓ１２）。したがって、この場合、ポンプ５の吐出量は、運転性能曲線Ｐ１上で配管損失曲線Ｒ１と交差するポンプ運転点ａに対応した吐出量となり、処理槽２の必要送水量Ｑｒｅｑよりも少しだけ多めの吐出量となる。
【００３７】
この状態からポンプ運転が継続されると、流量調整槽３の水位が次第に低下し（Ｓ１３）、これに伴ってポンプ５の実揚程も次第に大きくなるため、最大吐出量を確保できるポンプ運転点は、ポンプ５の運転性能曲線Ｐ１に沿って符号ａに示す位置から符号ｂに示す位置に向けて次第に移動していく（Ｓ１４）。そして、ポンプ運転点が配管損失曲線Ｒ２と交差するポンプ運転点ｂに到達し、流量調整槽３の水位が符号Ｌ２で示すレベルに到達すると（Ｓ１５）、フロートスイッチＳＷ２の検出出力がレベル反転するため、全揚程算出部９は、その水位Ｌ２に対応したポンプ５の実揚程Ｈｒ２を求め、さらに、この実揚程Ｈｒ２を始点とする配管損失曲線（図２の符号Ｒ２の曲線）とポンプ５の必要吐出量Ｑｒｅｑとから、この必要吐出量Ｑｒｅｑの下でのポンプ５の全揚程（図２の符号Ｈ２で示す点）を算出する。
【００３８】
次いで、インバータ部１０の運転性能曲線選定部１１は、全揚程算出部９で算出されたポンプ５の全揚程Ｈ２の値に基づいて、この全揚程Ｈ２を確保可能なポンプ５の最小の運転性能曲線Ｐ２を選定する。続いて、周波数設定部１３は、運転性能曲線選定部１１で選定された運転性能曲線Ｐ２に対応したポンプ５の運転周波数ｆ２（ここでは５０Ｈｚ）が設定される。ポンプ駆動部１４は、この周波数設定部１３で演算された周波数ｆ２（＝５０Ｈｚ）の下でポンプ５を駆動する（Ｓ１６）。したがって、この場合、ポンプ５の吐出量は、運転性能曲線Ｐ２上で配管損失曲線Ｒ２と交差するポンプ運転点ｃに対応した吐出量となり、処理槽２の必要送水量Ｑｒｅｑよりも少しだけ多めの吐出量となる。
【００３９】
以降、同様にして、Ｓ１７〜Ｓ２３までの処理が繰り返され、流量調整槽３の水位低下に伴いポンプ運転点は、ｄ→ｅ→ｆと移動して行き、ポンプ運転点が配管損失曲線Ｒ４と交差するポンプ運転点ｆに到達し、流量調整槽３の水位が低下してその下限となるポンプ停止点Ｌ４を越えると（Ｓ２３）、フロートスイッチＳＷ４の検出出力がレベル反転するので、ポンプ駆動が停止される（Ｓ２４）。
【００４０】
以上のように、この実施の形態１では、従来のように、計量槽や電磁流量計を設置しなくても流量調整槽３から処理槽２への必要送水量に相当する必要吐出量Ｑｒｅｑの汚水をポンプ５で確実に移送することができ、また、ポンプ５は流量調整槽３の水位が低下して停止水位Ｌ４に近付いた状態で必要送水量Ｑｒｅｑを確保できるだけの運転性能があればよいので、従来のような高揚程仕様の過大な性能のポンプは不要であり、システム全体としてコストダウンを図ることができる。しかも、ポンプ５による流量調整槽３から処理槽２への送水が無駄なく行われるので、従来に比べて省エネルギ効果が得られる。
【００４１】
しかも、この実施の形態１では、水位検出手段を複数のフロートスイッチＳＷ１〜ＳＷ４で構成し、制御手段７により各フロートスイッチＳＷ１〜ＳＷ４による水位検出信号の変化に応じてポンプ５の運転性能を段階的に切替えるので、ポンプ５の吐出量は、処理槽２の処理能力に適合した必要送水量に対してある程度のばらつきが発生するものの、処理槽２の必要送水量に近似した吐出量を確保することができ、処理槽２の負荷を常に一定に保つことが可能で、かつ安価なフロートスイッチを使用して実施することができる。
【００４２】
なお、この実施の形態１では、流量調整槽３の深さ方向に沿ってポンプ始動点Ｌ１とポンプ停止点Ｌ４をそれぞれ検出するフロートスイッチＳＷ１，ＳＷ４を配置するとともに、フロートスイッチＳＷ１，ＳＷ４の間に、２つのフロートスイッチＳＷ２，ＳＷ３を配置（すなわち、合計４つのフロートスイッチを配置）し、これに対応して４つの運転性能曲線と配管損失曲線とをそれぞれ設定しているが、本発明はこのような数に限定されるものではなく、３つ以上のフロートスイッチを設け、各フロートスイッチの検出出力に対応して５つ以上の運転性能曲線や配管損失曲線をそれぞれ設定することも可能である。
【００４３】
［実施の形態２］
図６は本発明の実施の形態２における汚水処理システムの構成を示す構成図であり、図１に示した実施の形態１と対応もしくは相当する構成部分には同一の符号を付す。
【００４４】
この実施の形態２における特徴は、水位検出手段が流量調整槽３内の水位を連続的に検出する圧力式水位計６から構成されており、また、制御手段７は、圧力式水位計６からの水位検出信号に基づいてポンプ５の運転性能を連続的に変化させるように構成されている。
【００４５】
すなわち、この制御手段７は、後に詳述するように、流量調整槽３の水位に応じてポンプ５の運転周波数（実際にはポンプ５を駆動するポンプモータの駆動周波数）をインバータ制御することで、ポンプ５の運転性能を連続的に切替えることにより、常に、処理槽２へ一定の必要送水量が移送されるように制御を行うものであって、パラメータ設定入力部８、全揚程算出部９、およびインバータ部１０を有する。
【００４６】
図７はポンプ５の運転性能特性図であり、横軸はポンプ５の吐出量Ｑを、縦軸はポンプ５の全揚程Ｈをそれぞれ示している。ここで、パラメータ設定入力部８は、処理槽２への必要送水量に相当するポンプ５の必要吐出量Ｑｒｅｑ、圧力式水位計６で得られる水位検出信号に対応したポンプ５の運転性能曲線（図７の符号ｆ１とｆ４で示す２つの曲線）、および該圧力式水位計６で得られる水位検出信号で検出される水位Ｌ１とＬ４に対応した配管損失曲線（図７の符号Ｒ１とＲ４で示す２つの曲線）をそれぞれ設定入力するものである。また、曲線Ｒ１とＲ４は、流量調整槽３の該圧力式水位計６の水位検出信号に対応する水位のレベルＬ１とＬ４に応じた実揚程や配管等の摩擦損失から算出され、曲線ｆ１とf４は、インバータにより周波数を変化させた時のポンプ５の運転性能曲線であり、実測運転性能を元に、上述の式(１)，(２)から算出したりするなどして決定することもできる。
【００４７】
全揚程算出部９は、パラメータ設定入力部８で設定入力された上記のポンプ５の必要吐出量Ｑｒｅｑ、図９に示す圧力式水位計６で得られる水位検出信号で検出される流量調整槽３の水位Ｌ１とＬ４に対応した、図８に示すポンプ５の実揚程Ｈ１とＨ２、および図７に示す配管損失曲線Ｒ１とＲ４に基づいて、ポンプ５の必要吐出量Ｑｒｅｑの下での全揚程Ｈを算出するものである。
【００４８】
従って、図７に示すように、流量調整槽３のポンプ始動点Ｌ１とポンプ停止点Ｌ４、上記の配管損失曲線Ｒ１，Ｒ４、およびポンプ５の必要吐出量Ｑｒｅｑが分かれば、ポンプ５の必要吐出量Ｑｒｅｑの下での流量調整槽３のポンプ始動点Ｌ１とポンプ停止点Ｌ４にそれぞれ対応した全揚程Ｈ１，Ｈ４が求まる。そして、全揚程算出部９には、図８に示すように両点Ｈ１，Ｈ４を結んで得られる特性曲線が予め登録されている。更に、圧力式水位計６で流量調整槽３の水位Ｌが検出された場合、この図８の関係を用いて、水位Ｌに対応したポンプ５の全揚程Ｈが算出される。
【００４９】
インバータ部１０は、全揚程算出部９で算出されるポンプ５の全揚程Ｈの値に基づいて、この全揚程Ｈを確保するのに必要となる圧力式水位計６で得られる水位検出信号の電流値を流量調整槽３の水位に変換する信号変換部１２、この信号変換部１２で変換された流量調整槽３内の検出水位に対応したポンプ５の運転周波数ｆを設定する周波数設定部１３、およびこの周波数設定部１３で設定された運転周波数ｆの下でポンプ５を駆動するポンプ駆動部１４からなる。
【００５０】
この場合の上記の信号変換部１２は、図９に示すように、圧力式水位計６で得られる水位検出信号から流量調整槽３内の水位を検知し、図８に示すように、ポンプ５の全揚程Ｈと、周波数設定部１３には、図１０に示すように、圧力式水位計６で得られる水位検出信号電流値Ｉに対応したポンプ５の運転周波数ｆの関係を示す曲線が予め登録されており、信号変換部１２で実揚程に対応した圧力式水位計６で得られる水位検出信号電流値Ｉが求まると、これに対応したポンプ５の運転周波数ｆが決定される。
【００５１】
次に、上記構成を有する汚水処理システムの動作、特にポンプ５の駆動制御動作を主体に、図７〜図１０に示す特性図、および図１１に示すフローチャートを参照して説明する。なお、図１１に示すフローチャートにおいて、符号Ｓは各処理ステップを意味する。
【００５２】
まず、パラメータ設定入力部８により、処理槽２への必要送水量に相当するポンプ５の必要吐出量Ｑｒｅｑ、および流量調整槽３の水位の上限となるポンプ始動点Ｌ１と水位の下限となるポンプ停止点Ｌ４に対応した配管損失曲線Ｒ１，Ｒ４をそれぞれ設定入力しておく。
【００５３】
ポンプ電源がオンされた後（Ｓ５０）、圧力式水位計６でポンプ始動点Ｌ１の水位が検出されると（Ｓ５１）、ポンプ５は最初にｆ１（ここでは４５Ｈｚ）の運転周波数で運転が開始される（Ｓ５２）。これに伴い、流量調整槽３の水位が次第に低下する（Ｓ５３）。
【００５４】
ここで、全揚程算出部９は、圧力式水位計６で水位検出信号が得られた場合、この水位検出信号に基づき、図８に示す関係を用いて、必要吐出量Ｑｒｅｑの下での流量調整槽３の水位Ｌに対応したポンプ５の全揚程Ｈを算出する（Ｓ５４）。例えば、ここでは必要吐出量Ｑｒｅｑの下での流量調整槽３の水位がＬｘとして検出されると、この水位Ｌｘに対応したポンプ５の全揚程Ｈｘが算出される。
【００５５】
続いて、インバータ部１０の信号変換部１２は、図９に示す関係を用いて、全揚程算出部９で算出された全揚程Ｈｘに対応した圧力式水位計６で得られる水位検出信号電流値を決定する。例えば、ここでは全揚程Ｈｘに対応した圧力式水位計６で得られる水位検出信号電流値がＩｘであったとする。
【００５６】
次いで、周波数設定部１３は、図１０に示す関係を用いて、信号変換部１２で得られた圧力式水位計６で得られる水位検出信号電流値Ｉｘに対応したポンプ５の運転周波数ｆｘを設定する（Ｓ５５）。したがって、ポンプ５は、必要吐出量Ｑｒｅｑの下でポンプ５の全揚程Ｈｘを確保するために必要な運転周波数ｆｘで運転される（Ｓ５６）ことになり、流量調整槽３から処理槽２へ必要送水量に相当する必要吐出量Ｑｒｅｑの汚水を確実に移送することができる。
【００５７】
そして、流量調整槽３の水位が次第に低下して（Ｓ５７）、その下限となるポンプ停止点Ｌ４よりも水位が低下したことが圧力式水位計６で検出されると（Ｓ５８）、ポンプ駆動が停止される（Ｓ５９）。
【００５８】
以上のように、この実施の形態２では、水位検出手段を圧力式水位計６で構成し、制御手段７により圧力式水位計６からの水位検出信号に応じてポンプ５の運転性能を連続的に変化させるようにしているので、流量調整槽３の水位変動に対応し、常に処理槽２の処理能力に適合した一定の必要送水量を、実施の形態１の場合よりも一層安定して移送することができ、処理槽２の負荷を常に一定に保つことが可能になる。
【００５９】
なお、上記の実施の形態１，２では、水位検出手段としてのフロートスイッチＳＷ１〜ＳＷ４、あるいは、圧力式水位計６からの検出信号に応じてポンプ５の運転性能を変化させるための手法として、ポンプ５の運転周波数ｆを変化させるようにしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ポンプモータについて、その定格電流の範囲内で、水位検出手段からの検出信号に応じてポンプモータの駆動電流の大きさを制御することで、ポンプ５の運転性能を変化させることも可能である。
【００６０】
すなわち、図２に示したポンプ５の各運転性能曲線Ｐ１〜Ｐ４の下では、ポンプ５の運転周波数がｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４（ここでは４５Ｈｚ，５０Ｈｚ，５５Ｈｚ，６０Ｈｚ）とそれぞれ一定であるが、図１２に示すように、ポンプモータの出力をフル活用（吐出量変化にかからず常に略定格電力の下で運転）した場合のポンプ性能の負荷率を１００％とし、該負荷率を１００％、９０％、８０％、…というように、予めポンプ５の負荷率を変えた運転性能曲線Ｐ１〜Ｐ４を設定し、フロートスイッチＳＷ１〜ＳＷ４あるいは圧力式水位計６からの検出出力に応じて、これらの運転性能曲線Ｐ１〜Ｐ４を選択することでポンプ５の運転性能を変化させるようにしてもよい。
このように構成した場合、ポンプ５の吐出量の小さい領域から吐出量の大きい領域までの広い範囲にわたって、モータ出力を十分に活用することが可能で、高揚程性能を実現できる利点がある。
【００６１】
上記実施の形態１，２では、汚水処理を処理するための汚水処理システムを例にとって説明したが、本発明は、汚水処理以外の水処理システム（例えば、上水用の水処理システム）にも適用することが可能である。
【００６２】
また、本発明はさらにその他の点においても、上記の実施の形態１，２に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内において各種の変形を加えることが可能である。
【符号の説明】
【００６３】
２ 処理槽
３ 流量調整槽
５ ポンプ
Ｓ Ｗ１〜ＳＷ４…フロートスイッチ（水位検出手段）
６ 圧力式水位計（水位検出手段）
７ 制御手段
８ パラメータ設定部
９ 全揚程算出部
１０ インバータ部
１１ 運転性能曲線選定部
１２ 信号変換部
１３ 周波数設定部
１４ ポンプ駆動部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水処理を行うための処理槽と、
前記処理槽の前段に設けられた、外部から流入する被処理水を一時的に貯留して前記処理槽への移送量を調整するための流量調整槽と、
前記流量調整槽から前記処理槽へ被処理水を移送するためのポンプと、
前記流量調整槽の水位を検出するための水位検出手段と、
前記水位検出手段からの検出出力に基づいて前記ポンプの動作を制御する制御手段と
を備えた水処理システムであって、
前記制御手段は、前記水位検出手段で検出される水位に応じて前記処理槽の処理能力に適合した必要な吐出量の下での全揚程を求め、この全揚程の大きさに応じて前記ポンプの運転性能を変化させることにより、単位時間当たりに略一定量の被処理水が前記処理槽に移送されるように前記ポンプの動作を制御するように構成されていること
を特徴とする水処理システム。
【請求項２】
前記水位検出手段は、前記流量調整槽の深さ方向に沿って段階的に配備された複数のフロートスイッチからなり、また、前記制御手段は、各フロートスイッチによる水位検出信号に基づいて前記ポンプの運転性能を段階的に切替えるものである、ことを特徴とする請求項１記載の水処理システム。
【請求項３】
前記水位検出手段は、前記流量調整槽内の水位を連続的に検出する圧力式水位計からなり、また、前記制御手段は、前記圧力式水位計からの水位検出信号に基づいて前記ポンプの運転性能を連続的に変化させるものである、ことを特徴とする請求項１記載の水処理システム。
【請求項４】
前記制御手段による前記ポンプの運転性能を変化させる制御は、前記水位検出手段で検出される水位に応じて前記ポンプの運転周波数をインバータ部により変化させる制御である、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の水処理システム。
【請求項１】
水処理を行うための処理槽と、
前記処理槽の前段に設けられた、外部から流入する被処理水を一時的に貯留して前記処理槽への移送量を調整するための流量調整槽と、
前記流量調整槽から前記処理槽へ被処理水を移送するためのポンプと、
前記流量調整槽の水位を検出するための水位検出手段と、
前記水位検出手段からの検出出力に基づいて前記ポンプの動作を制御する制御手段と
を備えた水処理システムであって、
前記制御手段は、前記水位検出手段で検出される水位に応じて前記処理槽の処理能力に適合した必要な吐出量の下での全揚程を求め、この全揚程の大きさに応じて前記ポンプの運転性能を変化させることにより、単位時間当たりに略一定量の被処理水が前記処理槽に移送されるように前記ポンプの動作を制御するように構成されていること
を特徴とする水処理システム。
【請求項２】
前記水位検出手段は、前記流量調整槽の深さ方向に沿って段階的に配備された複数のフロートスイッチからなり、また、前記制御手段は、各フロートスイッチによる水位検出信号に基づいて前記ポンプの運転性能を段階的に切替えるものである、ことを特徴とする請求項１記載の水処理システム。
【請求項３】
前記水位検出手段は、前記流量調整槽内の水位を連続的に検出する圧力式水位計からなり、また、前記制御手段は、前記圧力式水位計からの水位検出信号に基づいて前記ポンプの運転性能を連続的に変化させるものである、ことを特徴とする請求項１記載の水処理システム。
【請求項４】
前記制御手段による前記ポンプの運転性能を変化させる制御は、前記水位検出手段で検出される水位に応じて前記ポンプの運転周波数をインバータ部により変化させる制御である、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の水処理システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−２４０７３（Ｐ２０１３−２４０７３Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５７７４８（Ｐ２０１１−１５７７４８）
【出願日】平成２３年７月１９日（２０１１．７．１９）
【出願人】（０００１５０８４４）株式会社鶴見製作所 (56)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１９日（２０１１．７．１９）
【出願人】（０００１５０８４４）株式会社鶴見製作所 (56)
【Ｆターム（参考）】
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