(2) 現況水質等 A ポンプ場から圧送される汚水の水質分析及び硫化水素濃度測定結果を表 -2 図 -2 に示す表 -2 水質分析計量項目単位計量場所ピット吐出口 BOD mg/l CODcr mg/l 硫酸イオン濃度 mg/l 全硫化物 mg/l

Size: px

Start display at page:

Download "(2) 現況水質等 A ポンプ場から圧送される汚水の水質分析及び硫化水素濃度測定結果を表 -2 図 -2 に示す表 -2 水質分析計量項目単位計量場所ピット吐出口 BOD mg/l CODcr mg/l 硫酸イオン濃度 mg/l 全硫化物 mg/l"

まれあつちた
5 years ago
Views:

硫化水素に起因した腐食劣化による道路陥没事故が発生したこともあり硫化水素発生抑制対策として硝酸塩による薬品添加 ( 過去にはポリ鉄を実施 ) を行っているが薬品代 ( 年間約 1,300 万円 ) による年間維持費が高いことが問題であったそこで設備の建設コスト ( 約 5,300 万円 ) は高価となるが注入ガス ( 空気は無料 ) は薬品に比べ安価であり

1 硫化水素抑制対策実証試験の事例報告極東技工コンサルタント広島事務所吉本英敏 1. はじめに実証試験を行ったA 市は気候穏和な人口 24 万人の臨海都市である市街地の周囲は起伏が大きい地形に囲まれているため汚水幹線を圧力輸送する圧力式下水道輸送システムとしている箇所が多いその中の一つであるA 汚水幹線は圧送距離が約 3km ありその間の圧送管は起伏が激しく最大約 32m の高低差がある ( 図 -1 参照 ) 過去に吐出口付近で硫化水素に起因した腐食劣化による道路陥没事故が発生したこともあり硫化水素発生抑制対策として硝酸塩による薬品添加 ( 過去にはポリ鉄を実施 ) を行っているが薬品代 ( 年間約 1,300 万円 ) による年間維持費が高いことが問題であったそこで設備の建設コスト ( 約 5,300 万円 ) は高価となるが注入ガス ( 空気は無料 ) は薬品に比べ安価であり導入後の維持費が抑えられることからガス注入方式へ変更が可能となるか実証試験を図 -1 A 汚水幹線概略縦断図行った 2. 硫化物生成を左右する要因一般的に汚水圧送管路における硫化水素の発生は圧送管内が嫌気状態になることが大きな要因である圧送管は密閉状態であり今回のように約 3km と延長が長い場合吸込みから吐出まで約 7 時間かかるため酸素が消費されて嫌気状態になる一般に溶存酸素が1mg/L 以上あると酸化還元電位が高くなり硫酸塩還元細菌の活動が阻害される事で硫化物の生成量は減少し硫化水素の発生量が減少する 3. 現況 (1) 施設の諸元 Aポンプ場のポンプ諸元を表 -1に示す表 -1 施設諸元一覧表項目内容圧送管種管径 DCIP φ350mm 圧送延長ポンプ吐出能力 3,317m 2.4m3/ 分ポンプ口径全揚程吐出 φ100mm 吸込 φ150mm 57m 出力 37kw 2 台 -76-

2 (2) 現況水質等 A ポンプ場から圧送される汚水の水質分析及び硫化水素濃度測定結果を表 -2 図 -2 に示す表 -2 水質分析計量項目単位計量場所ピット吐出口 BOD mg/l CODcr mg/l 硫酸イオン濃度 mg/l 全硫化物 mg/l 溶存硫化物 mg/l 検出されず 2.1 溶存酸素 DO mg/l 0.7 検出されず酸化還元電位 ±mv 硝酸塩注入図 -2 硫化水素濃度測定圧送管吐出口位置において硫化水素濃度を測定した結果最大値は 1,000ppm 以上を記録した水質分析結果からは吐出口で溶存酸素濃度が0になり嫌気状態であることがわかるなお図 -2で硫化水素濃度が0 付近を示している日は硝酸塩を注入した期間であり硝酸塩の効果は一目瞭然である 4. 効果的な抑制方式の選定 (1) 効果的な抑制方式の選定硫化水素の抑制方式として一般に以下の4 方式がある 1ガス注入方式 ( 空気注入方式酸素注入方式 ) 2 薬品添加方式 ( 硝酸塩添加方式ポリ鉄添加方式 ) Aポンプ場では冒頭に述べているように硝酸塩による薬品添加方式を実施しているためガス注入方式として空気注入方式もしくは酸素注入方式のいずれかより選定する以下に空気注入方式及び酸素注入方式を選定するときの注意点を述べる 1 空気注入方式窒素の溶解度が低い事により標準揚程に比べて必要揚程が若干増加する傾向にあるこのためポンプ揚程のチェックを必ず行う必要がある特に下り勾配の配管路がある場合には揚程の増加は大きい一般的に揚程は60m 程度を超えると空気搬送に限界がある揚程の負荷を考慮しないで稼動する場合はポンプの損耗負荷が大きく耐用年数が短くなる場合がある -77-

3 2 酸素注入方式酸素ガスは空気の約 4 倍の溶解力があるため空気注入のような揚程の増加は顕著に現れないと言われているこのためポンプへの負荷は空気注入より軽減されると判断されるなお酸素は助燃性が高いため貯留には安全管理体制が必要である (2) 抑制方式の決定図 -1のとおり当路線は長距離圧送路線で縦断の起伏が大きいことから空気注入方式では全揚程の試算を行うとポンプ揚程が大きくなるため採用は困難と判断したよって実証試験は酸素注入方式で行った 5. 実証試験方法 (1) 実証試験の方法実証試験においては酸素注入方式以外に汚水の滞留時間を短くすることで溶存酸素量の減少を減らすことを目的とし汚水ポンプの連続低水位運転も実証試験として組み入れた試験は 1ケース1 週間のサイクルで表 -3に示す表 -3 実証試験ケース一覧表 1 2 実証試験ケース低水位運転 ( 連続運転 ) 酸素注入 1( 昼夜注入量一定 ) 設定条件ポンプ起動水位 (HWL)-0.10mで運転酸素注入量 Q= 6m3N/h 3 酸素注入 2( 夜のみ注入量の増加 ) 空気弁 2/3 閉 + 酸素注入量の変更 ( 夜間 9m3N/h) ケース1- 低水位運転ポンプ稼働水位を下げる事で稼働回数を増加させ圧送管内滞留時間の短縮を図り圧送管内より溶存酸素量が多いポンプ井の汚水を注入することで溶存酸素量を増やすケース2- 酸素注入 1 ポンプ稼働時に圧送管に注入する酸素量は6m3/h と一定にするケース3- 酸素注入 2 同様に注入する酸素量は昼間は6m3/h 夜間は9m3/h と硫化水素発生量のピーク時に合わせて注入量を変更する (2) 実証試験のまとめ吐出し部の硫化水素濃度測定及び水質測定分析結果 ( 各ケースの最終日 ) を表 -4 5に示す運転方法通常運転 ( 無対策 ) 硝酸塩注入低水位運転酸素注入 1 酸素注入 2 表 -4 硫化水素濃度測定結果単位最大値測定濃度平均値月火水木金土日 ppm 最大 1000UP ppm 平均回稼働回数 ppm 最大 ppm 平均 ppm 最大 ppm 平均回稼働回数切替日 ppm 最大 ppm 平均 m3/ 日酸素注入量 ppm 最大 ppm 平均 m3/ 日酸素注入量表 -5 水質測定分析結果運転方法 ph 溶存酸素 (mg/l) 酸化還元電位 (mv) 通常運転 ( 無対策 ) 7.1 検出されず -300 硝酸塩注入低水位運転 7.1 検出されず -280 酸素注入検出されず -250 酸素注入溶存酸素において検出されずとは 0.1mg/L 以下である -78-

4 6. 実証試験方法の評価 (1) 実証試験方法の評価 1) 低水位運転による評価硫化水素発生抑制効果低水位運転によりポンプ稼働回数が42 回 / 日から59 回 / 日程度に増加した水質については通常運転( 無対策 ) と同様硫化水素が発生しやすい硫化物が生成しやすい環境に変わりはない但しポンプ場ピット内での水質分析を行ったところ溶存酸素は0.7mg/L しか検出されておらず低水位運転は酸素量を増加するものではなく酸素を維持するという観点であるためピット部において既に1.0mg/L 以下となっている場合は効果が低いと思われるよって低水位運転での効果を期待するのであればポンプ場ピット内の水質改善が必要である 2) 酸素注入による評価硫化水素発生抑制効果酸素注入方法は 1 週間毎の2ケースに分けて行った 1 週目は酸素注入量を一定にして空気弁は開放し 2 週目は一週目の硫化測定結果ならびに巡視点検より空気弁からの酸素漏れを勘案し空気弁を2/3 閉めて行った 1 週目の硫化水素の発生パターンから 1 日の硫化水素発生量のピークが早朝であったため夜間の酸素注入量を増加させた 1 週目硫化水素濃度が最大で664ppm( 平均 165ppm) と高濃度を確認した 2 週目硫化水素濃度が最大で25ppm( 平均 5ppm) と硫化水素の抑制効果を確認した水質分析結果からも 1 週目は溶存酸素が検出されていないことに対して 2 週目は 20mg/L 検出されており嫌気化を防いでいる状態にある同様に酸化還元電位も1 週目は-250mV 以下に対して 2 週目は+の値を示しており細菌の活性化はほとんど起こっていない試験結果から 1 硫化水素濃度と酸素注入量の関係 2 汚水送水量と酸素注入量の関係 3ポンプ吐出量と酸素注入量の関係について次頁に示す 1 硫化水素濃度と酸素注入量の関係次頁の図 -3より硫化水素濃度は午前 8 時頃にかけて高くなっている (1 週目 ) グラフより空気弁を閉めるまでは酸素注入量に対して大きな抑制効果が確認できない (2 週目 ) 空気弁を閉め夜間時に酸素注入量が増大した後は硫化水素濃度の平均値が5ppm と硫化水素の抑制効果が現れている -79-

5 8:00 ケース 1 ケース 2 図 -3 硫化水素濃度と酸素注入量の関係図 2 汚水送水量と酸素注入量の関係図 -4より空気弁を閉めるまでは汚水送水量の低下は見られず夜間に注入量が増大した後から送水量の低下が確認された空気弁を閉めたことで酸素の抜け道が遮断され圧送管内に酸素が溜まりポンプ効率の低下によって送水量の低下が生じたと思われる合わせて夜間注入量の増加により酸素溜まりがより多く生じたものと推測されるなおグラフの二本線は上が主ポンプ1 号機下がポンプ2 号機を表し送水量に差が生じていることを表す ( 次頁の図 -5も同様となる) ケース 1 ケース 2 図 -4 汚水送水量と酸素注入量の関係図 3ポンプ吐出量と酸素注入量の関係次頁の図 -5より汚水送水量と同様に夜間酸素の注入量が増加した後からポンプ吐出圧力の上昇が確認できるこのことから送水量と酸素注入量の関係が読み取れる圧力が0.1Mpa 上昇すると揚程は10m 上がることになり実証試験中の圧力は最大 0.06~0.07Mpa 上昇したので揚程は6m~7m 上がったことになる -80-

6 ケース 1 ケース 2 図 -5 ポンプ吐出量と酸素注入量の関係図以下に実証試験の結果を表 -6 にまとめる項目実験手法表 -6 実証試験のまとめ酸素注入方式低水位運転酸素注入量を一定ポンプ起動水位より 0.10m 下げて実施酸素注入量 Q= 6m3N/h 空気弁開空気弁開酸素注入方式夜間酸素注入量を増加酸素注入量 Q= 6m3N/h 夜間 9m3N/h 空気弁閉 + 酸素注入量を増溶存酸素 ( ヒット内 )0.7mb/l ( 吐出口 )0.1mg/l 以下水質測定結果酸化還元電位 ( ヒット内 )-170mv ( 吐出口 )-280mv ( ヒット内 )0.7mb/l ( 吐出口 )0.1mg/l 以下 ( ヒット内 )0.7mb/l ( 吐出口 )20mg/l ( ヒット内 )-170mv ( 吐出口 )-250mv ( ヒット内 )-170mv ( 吐出口 )+100mv 硫化水素濃度効果評価 ( 最大値 )717ppm ( 平均値 )168ppm 水質は変化無しポンプ場ピット内の水質改善が必要 ( 最大値 )664ppm ( 平均値 )165ppm ( 最大値 )25ppm ( 平均値 )5ppm 空気弁を閉めるまでは抑制効果が無い硫化水素濃度が平均して最大 5ppmまで下がる酸素注入量が増大した後から汚水量が低下同様にポンプ吐出圧力が上昇空気弁の取り扱いは注意が必要ポンプ稼働状況吐出量圧力 - 2.4m3/ 分変わらず 2.4m3/ 分 1.4m3/ 分 (58% 減 ) Mpa 変わらず 0.55 Mpa 0.61 Mpa (110% 増 ) 抑制効果無無有導入の適性不適不適不適 7. おわりに今回の低水位運転 ( 連続運転 ) でピット部において既に溶存酸素が少ない施設については低水位運転の効果が低いことがわかった小規模でポンプ稼働率が低く比較的短い距離の圧送管路であれば抑制効果が期待できるのではないかと思われる酸素注入方式は 90% 濃度の酸素は空気の約 4 倍の溶解量があるためポンプ揚程は増加しない 1) と言われているが Aポンプ場の圧送管の縦断形では溶けきれなかった酸素が集まって酸素溜まりが発生しポンプ揚程が増加したよって現時点では酸素の溶解を促す有効な酸素注入方式がないため当方式の採用は見送った酸素注入方式による硫化水素抑制効果は確認できたが導入には縦断形を含めた慎重な検討が必要であるまた空気弁の開閉の取り扱いには注意が必要な手法であることが確認できた以上より Aポンプ場の硫化水素抑制対策は硝酸塩添加方式の継続となったが季節毎の適用量を把握し調整することで添加量を減らし薬品代の縮減を行う方針とした参考文献 1) 圧送管路の硫化水素抑制対策技術マニュアル 2007 年 3 月 - ( 財 ) 下水道新技術推進機構 -81-

表 -1 硫化水素抑制技術の概要ガス注入方式薬品注入方式空気注入酸素注入硝酸塩注入ポリ鉄注入 Air Air Air O 2 N 2 原理 Air HS - NO 3 - HS - HS NO O 2 Fe 2+ HS - FeS 酸化剤の投入により管内を好気化硫酸還元菌による硫黄

表 -1 硫化水素抑制技術の概要ガス注入方式薬品注入方式空気注入酸素注入硝酸塩注入ポリ鉄注入 Air Air Air O 2 N 2 原理 Air HS - NO 3 - HS - HS NO O 2 Fe 2+ HS - FeS 酸化剤の投入により管内を好気化硫酸還元菌による硫黄汚水圧送管路の硫化水素対策に関する研究 1. 研究目的わが国における, 近年の汚水管路整備においては, 地形条件や, 集水区域とポンプ場処理場の位置関係などの地理的な制約から, 費用対効果施工の難易度等を考慮し, 自然流下方式を採用した場合と比較して, 管路の埋設深を浅くすることが可能な圧送方式を採用する事例が多くみられるようになったさらに整備地域が郊外地区に移行しつつあり, 結果として汚水圧送管路が長距離化する傾向がある

(2) 現況水質等 A ポンプ場から圧送される汚水の水質分析及び硫化水素濃度測定結果を表 -2 図 -2 に示す 表 -2 水質分析 計量項目 単位 計量場所ピット吐出口 BOD mg/l CODcr mg/l 硫酸イオン濃度 mg/l 全硫化物 mg/l

(2) 現況水質等 A ポンプ場から圧送される汚水の水質分析及び硫化水素濃度測定結果を表 -2 図 -2 に示す表 -2 水質分析計量項目単位計量場所ピット吐出口 BOD mg/l CODcr mg/l 硫酸イオン濃度 mg/l 全硫化物 mg/l