JP2005227151A - 汚泥界面計 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波センサによる超音波の送受波方向を常に安定に鉛直に保って沈殿槽における汚泥界面の位置を正確に検出することのできる簡易な構成の汚泥界面計を提供する。
【解決手段】沈殿槽に収容された水中に浸漬して設けられ、沈殿槽の底面に向けて超音波を送信してその反射波を受信する超音波センサ21を有し、上記反射波の受信タイミングとその強度とから沈殿槽に堆積した汚泥とその上澄水との界面を検出するものであって、少なくとも水平面内の互いに異なる２つの軸を中心として前記超音波センサを傾動自在に支持する支持機構23を備え、この支持機構23を介して超音波センサ21の超音波送受波方向を鉛直に保持する。
【選択図】図３

Description

本発明は、各種の排水（汚水）を固液分離する沈殿池等の被計測槽に設けられて上記被計測槽に堆積した汚泥とその上澄水との界面を高精度に検出し得る汚泥界面計に関する。

工場における排水処理設備や下水処理設備には、一般に排水（汚水）を沈降処理することで汚泥とその上澄水と固液分離する沈殿池（沈殿槽）が設けられる（例えば特許文献１を参照）。また上記沈殿池（沈殿槽）における汚泥の堆積量を監視するべく、例えば超音波センサを用いて沈殿池（沈殿槽）の底面に向けて送信した超音波の反射波から、その受信タイミングと強度とを解析することで前記沈殿池（沈殿槽）における汚泥と上澄水との界面（汚泥界面）を計測することも行われている（例えば特許文献２を参照）。
特開２００２−１６６２７１号公報 特開２００３−３０２２７９号公報

ところでこの種の汚泥界面計が設けられる沈殿池（沈殿槽）は、例えば直径１０ｍ程度の大きさを有している。またこの沈殿池（沈殿槽）の上部には、該沈殿池（沈殿槽）の中心軸を中心として回転してその水面に浮遊するスカムを掻き集める棒状のスキマが設けられており、更にこのスキマの回転面下面に位置して該スキマにより掻き集められたスカムが落とし込まれるトラフ（樋）が前記沈殿池（沈殿槽）の半径方向に沿って梁状に設けられている。

一方、前述した超音波センサは前記沈殿池（沈殿槽）に貯えられた排水（汚水）中に浸漬させた状態で、通常、その内壁面から１ｍ以上離して取り付けられる。特に超音波センサは、前記スキマの回転を妨げることがないように、専ら、前記トラフ（樋）を利用して、或いは前記沈殿池（沈殿槽）の内壁面から突出させたアーム部の先端にその超音波送受波面を該沈殿池（沈殿槽）の底面に向けて取り付けられる。

ところが上記超音波センサは、超音波の送受波方向を細く絞り込み、その指向性を鋭くするべく、多数の超音波トランスジューサを平面上に配列して、例えば直径１０ｃｍ程度の送受波面を形成した大型の形状を有し、その重量も一般的に５〜１０ｋｇ程度と重い。これ故、超音波センサの取り付け作業が困難である上、その支持部（アーム部）の撓みによって超音波センサの送受波面が傾き、超音波の送受波方向に狂いが生じることもある。しかも超音波センサの近傍には、排水（汚水）中に空気を吹き込んで気泡を発生させる気液混合ノズルが設けられることがあり、この気液混合ノズルにより生起される層流によって超音波センサの取り付け角度に徐々に狂いが生じることもある。ちなみに超音波センサの取り付け角度にずれが生じると超音波が斜め方向に送受波されることになるので、汚泥界面までの距離を正しく計測することができなくなる。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、超音波センサの送受波方向を常に安定に鉛直に保つことができ、被計測槽（沈殿槽）における汚泥界面の位置を正確に検出することのできる簡易な構成の汚泥界面計を提供することにある。

上述した目的を達成するべく本発明に係る汚泥界面計は、被計測槽（沈殿槽）に収容された水中に浸漬して設けられ、前記被計測槽の底面に向けて超音波を送信してその反射波を受信する超音波センサを有し、上記反射波の受信タイミングとその強度とから前記被計測槽に堆積した汚泥とその上澄水との界面を検出するものであって、
少なくとも水平面内の互いに異なる２つの軸を中心として前記超音波センサを傾動自在に支持する支持機構を備え、この支持機構を介して前記超音波センサの超音波送受波方向を鉛直に保持するようにしたことを特徴としている。

好ましくは前記支持機構は、前記超音波センサの自重により該超音波センサの超音波送受波面を水平に保持するように構成される。
即ち、本発明に係る汚泥界面計は、被計測槽（沈殿槽）に収容された水中に浸漬して設けられる超音波センサを、少なくとも水平面内の互いに異なる２つの軸を中心として回動自在な支持機構（いわゆるユニバーサルジョイント）を介して支持することで、例えば超音波センサを前記被計測槽（沈殿槽）の上部中央領域に位置付けるアーム部に該超音波センサの重量に起因する撓みが生じた場合であっても、超音波センサの自重による前記支持機構の回動作用によりその超音波送受波面が常に水平面内に保持されるようにし、これによって前記超音波センサの超音波送受波方向が常に鉛直方向となるようにしたことを特徴としている。

尚、前記支持機構に、前記超音波センサを用いて計測される該超音波センサのセンサ面と前記被計測槽の底面までの距離に従って前記超音波センサの取り付け高さ位置、または汚泥界面の計測位置を補正する機能を組み込んでおくことも好ましい。

上述した構成の汚泥界面計によれば、超音波センサが上記支持機構を介して水平面内の互いに異なる２つの軸を中心として回動自在に支持され、その自重により超音波送受波面が常に水平面内に保持されるので、例えば超音波センサが取り付けられるアーム部に撓みが生じても超音波送受波方向を常に鉛直に保持することができる。
従って超音波センサの取り付け角度のずれに起因する汚泥界面の計測誤差が生じることがなく、常に安定に正確な界面検出を行うことが可能となる。しかも上述した支持機構を介して超音波センサを支持すると言う簡単な構成で、長期に亘ってその計測精度の安定化を図ることができる等、実用上多大なる効果が奏せられる。

また超音波センサの取り付け高さ位置の補正機能を備えることで、仮に超音波センサの重量によりその取り付け高さ位置が変化した場合であっても、その取り付け高さ位置の補正により、或いは汚泥界面の計測位置を補正することにより、常に正確に汚泥界面の位置を検出することができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る汚泥界面計について説明する。
図１はこの汚泥界面計が組み込まれる沈殿槽（被計測槽）１０の概略構成を示す断面図である。沈殿槽１０は、例えば直径略１０ｍ、深さ約５ｍのコンクリート製のものからなり、その中央上部には円筒状のフィードウェル１１が設けられている。沈殿槽１０の外部から汚水供給管１２を介して供給される汚水は、上記フィードウェル１１を介して沈殿槽１０に流入して貯えられ、沈降作用によりその底部に堆積する汚泥とその上澄水とに分離される。

上述した沈殿槽１０の中心部にはその上下に延在して回転軸１３が設けられており、この回転軸１３の上端部には沈殿槽１０の周縁部に延びるアーム状のスキマ１４が設けられている。このスキマ１４は、沈殿槽１０に貯えられた汚水の表面に沿って旋回して、その下部に設けられたブレード１５にて水面に浮遊するスカム（浮遊物）を掻き集める役割を担う。また前記沈殿槽１０の上部には上記スキマ１４の回転面の下面（水面）に位置して前記沈殿槽１０の半径方向に沿って延びるトラフ（樋）１６が梁状に設けられている。そして前記スキマ１５（ブレード１６）により掻き集められたスカムは、図２に示すようにトラフ（樋）１６上を通過するスキマ１５によりトラフ（樋）１６内に落とし込まれて前記沈殿槽１０の外部に排出されるようになっている。

尚、図中１７は前記沈殿槽１０の内壁面上端部に設けられた越流トラフであり、この越流トラフ１７により上澄水が外部に排出される。また沈殿槽１０の底部に堆積した汚泥は、その底面に沿って移動自在（旋回自在）に設けられたレーキ（図示せず）により掻き取られて沈殿槽１０の外部に排出される。
概略的には上述したように構成される沈殿槽１０に対して、沈殿槽１０の底部に堆積した汚泥Ａと、その表面に溜まった上澄水Ｂとの界面Ｃを検出する汚泥界面計２０は、多数の超音波トランスジューサを平面上に配列して超音波の送受波方向の指向性を鋭くした大径の、例えば直径１０ｃｍ程度の超音波センサ２１を備えたもので、この超音波センサ２１を前記沈殿槽１０に貯えられた汚水中に浸漬して設けられる。

具体的には超音波センサ２１は、例えば図４に示すようにその超音波送受波面を下側に向けて所定のホルダ２２に装着されて設けられている。このホルダ２２の上面中央部には、互いに直交する向きに２つの回動軸Ｘ,Ｙを有して全方位（３６０°）に向けて傾倒自在な支持機構（ユニバーサルジョイント）２３が設けられている。そして前記超音波センサ２１はこの支持機構を２３を介してその送受波面を前記沈殿槽１０の底面に向けて、例えば図１に示すように前記トラフ（樋）１６の下部に取り付けられるようになっている。

このようにして支持機構２３を介して超音波センサ２１を取り付けた構造によれば、超音波センサ２１（ホルダ２２）の重量によって支持機構２３の前記ホルダ２２を取り付けた側の下端部が常に鉛直方向に向き、上記超音波センサ２１の送受波面が常に水平に保持される。特に超音波センサ２１の自重により該超音波センサ２１を取り付けた、例えば前述したトラフ（樋）１６が次第に撓んできたとしても、或いは沈殿槽１０の内壁面に突設したアーム状のセンサ支持部材（図示せず）が撓んでも、その撓みに拘わりなく超音波センサ２１の送受波面が水平に保持される。この結果、超音波センサ２１が送受波する超音波の向きが常に安定に鉛直方向を指向するようになるので、汚泥Ａと上澄水Ｂとの界面Ｃまでの距離、即ち、汚泥界面Ｃの高さを常に正確に計測することが可能となる。

尚、上記超音波センサ２１は、図３に汚泥界面計２０の概略構成を示すように、パルス駆動部２４により駆動されて超音波を送波し、その反射波を受信するものである。またマイクロプロセッサ等により構成される界面検出部２５は、前記超音波センサ２１からの超音波の送波タイミングを基準として前記超音波センサ２１にて受波された反射波（超音波）の受信タイミングとその強度を検出する時間計測部２５ａと強度計測部２５ｂとを具備している。

そして界面検出部２５は超音波の送波タイミングからの時間経過に伴って、例えば図５(ａ)(ｂ)にそれぞれ示すように強度変化する反射波を受信したとき、その強度が所定の閾値を越えて急激に高くなったタイミングまでの経過時間ｔ１から前記汚泥Ａと上澄水Ｂとの界面（汚泥界面）Ｃまでの距離、換言すれば界面（汚泥界面）Ｃの高さを検出し、更に所定時間後に反射波の強度が高くなったタイミングまでの経過時間ｔ２から前記沈殿槽１０の底面までの距離を計測している。

また底面検出部２６は、上述した如く検出される沈殿槽１０の底面までの距離を監視しており、例えば図５(ａ)に示す定常状態から図５(ｂ)に示すように底面までの距離（時間ｔ２）が変化したときには、これを前記超音波センサ２１の取り付け高さが変化したとして検出している。即ち、コンクリート製の沈殿槽１０の底面の位置は不変であり、また前述したように超音波センサ２１は沈殿槽１０の底面に向けて、特に常に安定に鉛直に超音波を送受波することから、前記超音波センサ２１から底面まで距離の変化は超音波センサ２１の位置変動に伴うものであると判断している。そして底面検出部２６は、その変化位置（高さの変化量）を補正部２７に与えることで、前述した如く超音波センサ２１からの距離として検出される界面（汚泥界面）Ｃの高さを補正するものとなっている。このようにして汚泥界面Ｃの高さを常に正確に検出することは、超音波センサ２１の送受波面を水平に保ち、これによって超音波の送受波方向を常に鉛直に保つようにした本発明により初めて実現し得たものである。

かくして上述した如く構成された汚泥界面計によれば、超音波センサ２１による指向性の鋭い超音波の送受波方向が常に鉛直方向に保持されるので、汚泥Ａと上澄水Ｂとの界面（汚泥界面）Ｃの位置を長期に亘って安定に、しかも高精度に検出することができる。しかも従来のように超音波センサ２１の取り付け時に、その取り付け角度の厳密な調整を行う必要がないので、その施工が容易である等の効果も奏せられる。

尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。ここでは２軸型の支持機構２２を用いて超音波センサ２１を支持したが、ボール体と該ボール体をその全周面に亘って稼動自在に支持するリング体とからなるボールジョイント型の支持機構を用いて超音波センサ２１を支持しても良い。また超音波センサ２１の仕様については、沈殿槽１０の深さや汚泥界面の検出精度に応じたものを用いれば良い。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明の一実施形態に係る汚泥界面計が組み込まれる沈殿槽の概略構成を示す図。 図１に示す沈殿槽におけるスキマとトラフ（樋）とによるスカムの掻き出し作用を説明する為の図。 本発明の一実施形態に係る汚泥界面計（超音波センサ）の取り付け構造を示す図。 汚泥界面計の要部概略構成図。 汚泥界面計における反射波の受波信号例を示す図。

符号の説明

１０ 沈殿槽（被計測槽）
１６ トラフ
２１ 超音波センサ
２２ ホルダ
２３ 支持機構

Claims (3)

1. 被計測槽に貯えられた水中に浸漬して設けられ、前記被計測槽の底面に向けて超音波を送信してその反射波を受信する超音波センサを有し、上記反射波の受信タイミングとその強度とから前記被計測槽に堆積した汚泥とその上澄水との界面を検出する汚泥界面計であって、
   少なくとも水平面内の互いに異なる２つの軸を中心として前記超音波センサを傾動自在に支持する支持機構を備えて前記超音波センサの超音波送受波方向を鉛直に保持することを特徴とする汚泥界面計。
2. 前記支持機構は、前記超音波センサの自重により該超音波センサの超音波送受波面を水平に保持するものである請求項１に記載の汚泥界面計。
3. 前記支持機構は、前記超音波センサを用いて計測される該超音波センサのセンサ面と前記被計測槽の底面までの距離に従って前記超音波センサの取り付け高さ位置、または汚泥界面の計測位置を補正する機能を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の汚泥界面計。

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