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流量計が水および廃水処理に貢献する10の方法
流量計が水および廃水処理に貢献する10の方法
安全で効率的な上下水システムの運転は、流量パラメータの正確な制御に依存しています。 廃水処理 主要な監視装置として、流量計は浄水水源の収集から最終的な供給、および下水の収集から再生・放流に至るまでの全工程を通じて稼働しています。多様な機能により、処理プロセスに対する重要な支援を提供しています。本記事では、流量計が上下水処理にどのように貢献しているかという点について、主な10のポイントを紹介し、これら二つのシステムの主要プロセスと組み合わせて解説します。
1. 浄水処理における流量計の5つの主要な役割
浄水処理の主な目的は「安全な水質と安定かつ信頼性の高い供給」です。流量計は水源管理からプロセス最適化、最終供給に至るまで一貫して関与しており、5つの重要な方法によってシステム運転の品質を確保しています。
(1) 方法1：過剰利用のリスクを回避するための水源の生態系マネジメント
1.1 適用シナリオ
主要な飲料水取水ポンプの出口に設置され、河川や湖沼などの表流水、または深層地下水井戸から採取される原水の流量を監視します。
1.2 支援の原理と効果
a. 生態系収容力の保証 ：原水採取流量のリアルタイム追跡により、水源の生態系収容力のしきい値を超えるような取水量とならないようにします。たとえば、地下水の採取では地盤沈下を引き起こす可能性のある水位の過度な低下を避け、表流水の採取では流域の取水許可要件に準拠することにより、水源における水資源の生態的バランスを保護します。
b. 供給と需要のマッチング警報 : 水の取水量は、その後の浄化処理能力に関連しています。流量が処理能力を超える場合、原水の蓄積や劣化、または後続工程での材料不足を防ぐために自動的に警告が発せられます。
c. 故障の迅速な特定 : 流量の異常な変動を監視します。流量が突然増加した場合（フィルターの損傷やポンプ負荷の異常を示す）または急激に減少した場合（取水の閉塞やポンプ故障を示す）、連動警報システムが作動し、調査を促して故障の影響範囲を縮小します。
1.3 主要なサポート要件
流量計は、表面水の砂分含量や地下水の腐食性など、原水の水質特性に合わせて適応させる必要があり、詰まり防止および干渉防止機能を備えたモデルを選定すべきである。同時に、水源の水位監視システムと連動させ、流量と水位の両方を制御することが重要である。
a. 水源の保護と管理 ：原水の取水量をリアルタイムで監視し、水源の生態的環境収容力（例えば、地下水の過剰な水位低下を避けること、または河川水の取水が流域の取水許可に準拠すること）を超えないようにすることで、生態系への損傷を防ぐ。
b. 生産計画の基礎 累積的に水の取水量を記録し、その後の浄化水量および完成水量と比較して各工程のロス率を算出し、生産計画の調整に向けたデータサポートを提供する。
c. 故障警告のトリガー 流量が突然増加した場合、フィルタースクリーンの損傷により不純物が混入していること、ポンプ負荷の異常がある可能性があり、逆に急激な減少は取水口の詰まりやポンプ故障が原因である可能性がある。流量計は警報システムと連動しており、問題の早期特定・対応プロセスを即座に開始する。
(2) 方法2：浄化剤を正確に添加することで処理効率を向上させ、コストを削減
浄化処理は飲料水の水質基準を達成するための核心的な工程であり、凝集や消毒などの主要プロセスを含む。流量計は水量データを正確にフィードバックし、薬品投入量の動的マッチングを実現するものであり、工程最適化における核となる支援手段である。
2.1 凝集および沈殿プロセスの適用
沈殿槽の流入管に設置された流量計は、リアルタイムの流量データを凝集剤注入制御システムに送信します。このシステムは、「流量 × 目標濃度」という式に基づいて凝集剤の注入量を自動的に調整します。原水の流量が増加すると、微細な浮遊物質がフロックとして十分に凝集するよう、システムは注入量を増加します。逆に流量が減少すると、凝集剤の残留による水質リスクを防ぐために、それに応じて注入量を削減します。
同時に、沈殿槽の流出速度を監視することで、スラッジが適切なタイミングで排出されているかを判断できます。流出速度が継続して低下する場合、槽底部にスラッジが過剰に蓄積し、流断面積が減少していることを示しており、自動スラッジ排出プロセスを起動して沈殿効果を確保します。
2.2 消毒プロセスの適用
消毒反応槽の給水管には高精度流量計が設置されており、塩素や二酸化塩素などの消毒剤添加に正確なデータを提供しています。流量計は水量の変動をリアルタイムでフィードバックし、薬液注入ポンプが自動的に投入量を調整します。これにより、細菌やウイルスなどの微生物を確実に不活化するとともに、端末水の残留塩素を規定範囲内に制御し、消毒副生成物の過剰生成を防ぎます。
（3）方法3：ろ過システムの状態監視による水質純度の確保と耐用年数の延長
3.1 適用シナリオ
砂ろ過や活性炭ろ過など、主要なろ過ユニットの流入・流出管に流量計を設置し、ろ材層の詰まりや逆洗効果などの重要な状態を監視します。
3.2 支援の原理と効果
a. 精度の高い詰まり警告 流入水と流出水の流量の差を比較することで、フィルター層の汚染度を判断できます。フィルター層が多すぎる浮遊物質を保持して目詰まりを起こしている場合、ろ過効率の低下による流出水の濁度上昇を防ぐために、適切なタイミングで逆洗浄プロセスを開始できます。
b. 逆洗浄パラメータの最適化 逆洗浄プロセス中、流量計が洗浄水の流量をリアルタイムで監視し、適切な範囲内に制御することで、流量の過剰によるフィルター層構造の損傷や、流量不足による不十分な洗浄を防止します。
c. 損失計算の精緻化 ろ過装置の入出力水量を記録し、ろ過プロセス中の水損失を算出することで、プロセスパラメータ調整のためのデータ基盤を提供し、全体的な処理効率の向上を図ります。
(4) 方法4：貯水設備の水位バランスによるピーク時給水変動への対応
4.1 適用シナリオ
浄水タンクや高置水槽などの貯水施設の流入管および流出管に流量計を設置し、流入および流出の双方向監視を可能にする。連続的な浄水処理と断続的な給水利用の間における重要なバッファとして、貯水施設は需要と供給のバランスを保つために動的流量制御が必要であり、これによりピーク時間帯の断水や低需要時間帯のあふれを防止する。流量計はこのプロセスにおける主要なデータ収集ユニットである。
4.2 補助原理および効果
a. 動的水位制御 流量計は、流入および流出の流量データをリアルタイムで収集し、PLC制御システムに送信することで、「流量－水位」連動型のクローズドループを構成しています。朝夕の使用水量ピーク時には、流出量が急増し、貯水水位が低下します。このとき、システムは流量の差分に基づいて給水および浄水プロセスの処理能力を自動的に増加させ、給水を迅速に補充します。夜間などの低需要時においては、流出量が減少すると同時に、システムは流入量も抑制し、タンク容量の30%～80%という安全範囲内で水位を安定させます。これにより、給水中断のリスクを排除し、オーバーフローによる水の無駄を防ぎます。
b. 水使用パターンの分析 流量計は、毎日および毎週の貯水タンクの水の入れ替えデータを記録します。データ分析ツールを使用して、水使用量の変動を特定します。これにより、浄化プロセスの柔軟な生産能力計画を策定するための基盤が提供され、浄化効率の向上、設備のアイドリングによるエネルギー消費の削減、およびシステム運用経済性の改善が実現します。
c. 潜在的な漏れを正確に検出 流入と流出の理論的な差分と実際の水位変動を比較することで、漏れ警告モデルを構築します。流入量が継続的に流出量を上回っているにもかかわらず水位がほとんど上昇しない場合、システムは直ちに音響および視覚的アラームを発動し、運転担当者に対して貯水施設のひび割れ、配管接続部の漏れ、またはバルブの故障を調査するよう指示します。これにより、配水管網における漏水を最小限に抑えることができます。
4.3 流量測定の必要性および流量計の応用
貯水における根本的な矛盾は、供給と需要の不一致にあります。流量測定はこの問題を解決する鍵です。流量計からのリアルタイムデータがなければ、水位変動の原因を正確に特定できず、結果として補水の過剰や供給途絶のリスクが生じます。実際には、給水口に高精度な電磁式流量計を、排水口には超音波式流量計を使用し、両者のデータを連携させることで、需給のバランス管理を実現しています。
4.4 主要なサポート要件
a. 流量計は液面センサーやPLC制御システムと深く連携する必要があり、流量データと水位データを同期して収集・分析することで、データ遅延による制御誤差を回避しなければなりません。
b. IP68保護等級で24時間連続運転をサポートするモデルを選定し、貯水施設の湿気があり長時間稼働する環境に適したものを使用します。
c. 毎月1回、流量のキャリブレーション機構を確立し、標準流量装置を通じてその正確性を検証し、データ誤差を±1%以内に制御すること。
（5）方法5：配管ネットワークの伝送状態診断による漏洩およびエネルギー消費リスクの低減
5.1 適用シナリオ
流量計は都市水道ネットワークの幹線管、主要な分岐管およびユーザー接続口に階層に応じて設置され、全体ネットワークの流量監視ネットワークを構築する。
5.2 補助原理および効果
a. 漏洩および閉塞箇所の特定 ：幹線管の流量計が総流量を監視し、その後、各区域からの分岐流量データと比較・分析を行う。特定区域での流量の急激な低下は配管の閉塞を示す。総流量とユーザー使用量との大きな差異は漏洩区域を示しており、的確なメンテナンスのための根拠となり、配管ネットワークの漏水率を低減する。
b. 圧力と流量の協調最適化 流量計のデータは配管ネットワークの圧力監視と連動しており、流量需要に基づいてブースターポンプの回転速度を動的に調整します。ピーク時間帯には速度を上げて流量を増やし、安定した圧力を維持します。一方、オフピーク時では速度を低下させ、省エネルギー運転を実現してエネルギーコストを削減します。
c. 端末での計量およびトレーサビリティ 家庭用流量計はユーザーの水使用量を正確に記録し、水道料金算出の根拠としての信頼性を提供します。同時に、ユーザー側での異常な流量を監視することで、家庭内の配管における微小漏水を逆方向に特定することが可能となり、利用者の水使用権を保護します。
5.3 流量測定の必要性および流量計の応用
この工程での流量は、配管ネットワークの運転状態を示す「バロメーター」です。流量計は幹線管、主要な分岐管および家庭用端末に段階的に設置されます。
a. 配管ネットワークの状態監視 メインパイプラインの流量計は総合的な送水流量を監視し、各エリアの支線流量計からのデータと組み合わせることで、流量の分布を分析し、パイプラインに詰まりや漏洩があるかどうかを判断します。
b. 圧力と流量の協調制御 流量計のデータはネットワークブースターポンプと連動しており、流量の需要に応じてポンプの回転数を調整します。例えば、ピーク時間帯には回転数を上げて流量を増加させ、圧力を安定させるとともにエネルギー消費を削減します。
c. 端末での計量およびトレーサビリティ 家庭用流量計はユーザーの水使用量を記録し、水道料金の算出根拠を提供します。同時に、ユーザー側での異常な流量（長期間不在であるにもかかわらず継続的に微小な流量があるなど）を通じて、住宅内の配管に微小な漏水がないか逆に確認することができます。
2. 流量計が下水処理を支援する5つの主要な方法
廃水処理は、「環境に配慮した排水と資源のリサイクル」を核心的な目標としています。流量計は、集水、前処理、中心処理から最終出力までの全工程をカバーし、5つの主要な方法によって処理効率と規制遵守を向上させます。
（1）方法6：収集する廃水量の総量を制御して、処理システムへの影響を回避
1.1 適用シナリオ
各区域の下水ネットワーク接続ポイント、工業廃水収集ポイント、および揚水管ポンプステーションの出入り口に流量計を設置し、廃水収集プロセス全体の監視を実現します。
1.2 支援の原理と効果
a. 工業汚染源の管理 工業廃水の集水面では、CODやアンモニア態窒素などのオンライン水質監視装置と流量計が連動しており、汚染物質排出総量（濃度×流量）をリアルタイムで算出しています。集水面で基準値を超えた場合、遮断弁が作動して高濃度の廃水が処理場の生化学処理系に影響を与えるのを防ぎます。
b. 能力計画の根拠 住宅地、商業地、工業地など、異なる地域からの下水流入量を監視し、地域別の廃水発生量を累積的に計算することで、処理場の増設・改修およびプロセス調整に正確なデータを提供します。
c. ポンプ場運転の最適化 ポンプステーションへの流入および流出する水量の監視を強化することで、ポンプ群の運転負荷を把握し、ピーク時間帯に自動的に予備ポンプを起動して過負荷による故障を回避できる。また、流量が急激に低下した場合は配管ネットワークの閉塞を示すため、早期に浚渫作業を手配し、汚水の逆流を防ぐ。
1.3 流量測定の必要性と流量計の応用
この工程における流量は、処理場の処理能力計画および産業排水源の管理のための重要な根拠となる。各区域の管路接続部、産業廃水の集積地点、および揚程ポンプステーションの出入り口に流量計が設置されている。
a. 本当 容量マッチング計画 各区域における家庭系、業務系、産業系廃水の流入量を監視し、地域別の廃水発生量を累計算出することで、処理場の増設や処理プロセスの調整に必要なデータを提供する。
b について 産業排水源の管理 産業廃水の流入流量計は、CODおよびアンモニア態窒素のオンライン水質監視と組み合わせることで、企業の廃水排出量および濃度を管理します。規制値を超えた場合、遮断弁が作動して処理システムへの影響を回避します。
c について ポンプ場運転の最適化 ポンプ場の出入りする水量を監視し、ポンプ群の運転負荷を把握します。ピーク時間帯には予備ポンプを起動して過負荷故障を回避します。また、流量が突然低下した場合には、流量の変化を利用して配管ネットワークの閉塞を検出できます。
（2）方法7：前処理プロセスのパラメータを制御して不純物除去効率を向上
廃水の前処理は、大きな粒子状の不純物や沈殿物などを除去し、その後の主要設備を保護することを目的としています。流量計は、重要なパラメータを調整することで、スクリーン捕集、砂の沈降、および水質・水量の調整効果を高めます。
2.1 スクリーンおよびグリットチャンバーの応用
スクリーンの給水口には流量計が設置されています。流量が20％以上低下した場合、スクリーン残留物が詰まっていることを示し、自動洗浄装置または手動での清掃作業を起動して、下水の溢れを防ぎます。また、沈砂池の給水口にある流量計は、給水バルブを調整することで槽内の水流速度を一定に保ち、泥や砂などの無機粒子が十分に沈殿することを確保し、後続のポンプ本体の摩耗を低減します。
2.2 調整池の応用
流量計は調整槽の流入管および流出管にそれぞれ設置されています。液面－流量連動制御により、槽内の水位を安定させ、ピーク流量が後続工程に影響を与えることを回避します。また、累積された流入・流出水量は廃水発生パターンの分析に利用され、核心処理工程の運転およびスケジューリングの根拠として、安定的で連続的な処理プロセスを確保します。
（3）方法8：生化学的処理負荷を安定させ、汚染物質の分解効果を確実にする
生化学的処理は、廃水中の汚染物質を分解する上での核心的な工程です。流量計は流入水量を制御することで、微生物の成長に適した安定環境を維持します。
3.1 適用シナリオと原理
生化学反応槽の流入管には流量計が設置されており、流入流量を厳密に制御し、一定の水力滞留時間を確保しています。これにより、CODやアンモニウム態窒素などの汚染物質を微生物が十分に吸収・分解する時間を確保できます。流量の変動が規定値を超えた場合には、調整槽の出口バルブと連動してバッファ機能を提供し、大量の微生物が死滅するようなショック負荷を防止することで、処理効率を確実に保っています。
3.2 アクセス可能性
流入および流出の水量と汚染物質濃度のデータから、汚染物質除去率を正確に算出でき、曝気強度やスラッジ還流比などの運転条件の調整に必要な根拠を提供します。これにより、生化学的処理効率の最適化が可能になります。
(4) 方法9：スラッジ処理プロセスの制御による減量化および無害化
4.1 適用シナリオ
流量計はスラッジ濃縮槽、脱水装置の給水端、および濾過液還流管に設置され、「濃縮―脱水―濾過液還流」というスラッジ処理の全工程の監視をカバーしています。
4.2 補助原理および効果
a. 処理効率の向上 ：濃縮槽への給水流量を監視し、濃縮時間を制御することで、スラッジの水分量が理想的な状態になるようにします。脱水装置の給水端に設置された流量計により、給水速度を正確に制御し、過負荷による不十分な脱水や、供給不足による装置のアイドリングと無駄遣いを防ぎます。
b. 濾過液還流のバランス ：スラッジの脱水過程で発生する高濃度の濾過液は、前処理工程へ戻して再処理する必要があります。流量計はこの還流流量を監視し、前処理システムの処理能力内に制御することで、調整槽の水質への悪影響を回避します。
c. 正確な生産量計算 ：流量およびスラッジ濃度データを換算することにより、スラッジ発生量をリアルタイムで記録し、堆肥化、焼却、埋立処分などの処分方法の最適化に向けたデータ支援を行い、スラッジの無害化管理を実現します。
機能 ：微量汚染物質および浮遊物を除去し、再生水基準および下水リサイクル事業の設計基準に適合する水質とすることで、緑地の灌漑、工業用冷却水、道路洗浄などへの利用を可能にします。
主要な要件 ：膜モジュールは膜の目詰まりを防ぐため、水流および圧力を制御する必要があり、活性炭は吸着性能を維持するために定期的な交換が必要です。
流量計の応用 膜モジュールの給水管に高精度の流量計を設置し、一定の給水流量を維持することで、流量の変動による膜の損傷を防ぐ。深層処理後の水量を記録し、再生水利用率を算出し、再生水の配分計画を最適化する。
（5）方法10：排出およびリサイクル流量の計測による規制適合性と資源利用の確保
5.1 適用シナリオ
排水口、再生水送水幹線およびユーザー端末に流量計を設置し、最終段階での出力の全量監視および計測を実現する。
5.2 補助原理および効果
a. 環境規制適合監視 排水口には、環境認証基準を満たす電磁流量計その他の機器が設置されており、排水流量をリアルタイムで記録しています。この情報はオンライン水質モニタリングデータと連携され、合計排出量報告書が作成され、下水処理場の汚染物質排出基準への適合を確実にするために環境保護部門に正確に報告されます。
b. 効率的な再生水供給 再生水幹線の流量計が供給総量を監視します。緑地の灌漑、工業用冷却その他の用途におけるユーザー側流量計のデータと組み合わせることで、需要の高いユーザーを優先しながら水の配分を最適化し、再生水の利用率を向上させます。
c. システム効率の計算 総水取水量と排水／再生水の量を比較することで、処理プロセス中の水損失を算出します。これにより、プロセスにおける節水対策の改善および全体的な資源利用効率の向上のための基盤が提供されます。
5.3 流量測定の必要性および流量計の応用
この箇所の流量は、環境会計および資源利用のための重要なデータです。流量計は排水口、再生水管の本管およびユーザー側末端に設置されています。
a. 環境規制適合監視 : GTRF50電磁流量計 環境認証基準を満たすGTRF50電磁流量計が排水口に設置され、リアルタイムで排水流量を記録します。これはオンライン水質モニタリングデータと連携して、総排出量のレポートを作成し、環境保護部門に報告します。
b. 再生水供給管理 再生水管本管の流量計が総供給量を監視し、各ユーザー側末端の流量計データに基づいて配分計画を最適化します。
c. 運転効率の計算 ：水の総取水量と排水／再利用水量を比較することで、処理プロセスにおける損失量を算出し、プロセスの節水効果を最適化します。
流量計適用における主要な保証ポイント
水および廃水処理システムへの流量計の効率的な適用には、正確な選定、システム連携、定期的なメンテナンスという3つの重要な保証が必要です。
a. 水質特性に応じて、 JUJEAメーカーの流量計 選定表から選ぶことができます。例えば、低濁度の上水道用として適した GTUL30超音波流量計 や、 GTRF50電磁式流量計 廃水用で、浮遊物質の干渉に適したr;
b. PLC制御システムおよび水質監視装置と深く連携し、リアルタイムでのデータ共有と自動制御を実現;
c. 定期的な校正およびメンテナンス体制を確立し、長期にわたり正確かつ信頼性の高い流量データを確保。科学的な活用により、流量計は「監視、制御、早期警戒、計量」という4つの主要価値を十分に発揮でき、水および廃水処理システムの安全で効率的かつ法令順守な運転を確実に支援します。
