IoTで実現するスマートな排水処理・管理

水は最も不可欠な資源です。一般・商業用途だけでなく、産業用途でも広く使用されています。しかし、地球表面の水のうち、飲用可能なのは2%未満です。そのため、処理水を代替水源として活用し、世界的な水需要を満たすことが必須となっています。

産業界は製品品質を高めるため、冷却材や溶媒として大量の淡水を使用します。この使用済み水を直接環境に排出すると、深刻な汚染を招きます。そのため、企業は敷地内に排水処理施設を設置し、排水規制と安全基準をクリアする必要があります。

工場内に水処理プラントを設置することで、環境への悪影響と人体への健康被害を防止できます。家庭から出る排水も、地域ベースの水処理プラントで処理すれば、灌漑など様々な一般用途に再利用可能です。さらに、この処理水を産業プロセスで再利用することもできます。

排水処理システムとは？

排水処理システムは、使用済み水から汚染物質を除去します。水が水域に戻る前に有害な廃棄物を取り除くことで、水質汚染のリスクを低減し、有害廃棄物による環境影響を最小限に抑えます。この水は一般・産業用途で再利用可能です。

水処理は、様々な技術とプロセスを包含する複雑な手法です。そのため、排水管理システムは一般的に、継続的な効率的運用のために多くのメンテナンスとアップグレードを必要とします。また、異なる化学組成の水を処理するため、プロセスの変動にも対応しなければなりません。排水処理システムが直面するその他の課題は以下の通りです。

• 水質汚染度と流量の変動に合わせてプロセスを自動最適化できない
• 特定の水質要件に合わせてプロセスを変更する必要がある
• 薬品注入量の調整と水質管理ニーズの変動

IoTプラットフォームは、これらの課題に対処するための排水管理システムにとって最適なツールです。基本形では、IoTは通信とデータ収集システムとして機能し、当局にプラント運用の詳細な情報を提供します。しかし、高度なツールとしては、自動化と分析の面で大きなメリットをもたらします。

IoTが排水管理に貢献する点

IoTは、様々なセンサーをエンドポイントとして物理オブジェクトのネットワークを形成し、大規模な遠隔監視を可能にします。排水管理システムでは、このネットワークにより、当局が水処理プラントの様々なオペレーションを詳細に監視できます。

様々なセンサーのネットワークにより、水温、圧力、化学組成、TDS（全溶解固形分）など、水の様々なパラメータを監視できます。このデータは、自動化と分析機能を備えた集中プラットフォームで統合され、実用的なインサイトに変換されます。スマート水流量計も、処理施設全体の水流量測定に活用できます。

水処理・管理システムへのIoT導入により、当局は水の組成を追跡し、EAM（設備資産管理）とCMMS（コンピュータ化保全管理システム）を構築できます。これらのシステムとIoTを組み合わせることで、処理プラント全体の性能と運用関連データを蓄積できます。当局はこのデータを用いて、プラント全体の運用を最適化するための意思決定を行えます。

IoTは排水管理において、処理後の残留化学物質の計算にも利用できます。このデータをさらに用いて処理プロセスの効率を算出し、水が水域に放出される前に水質基準を満たしているか確認できます。

排水管理におけるIoTのメリット

1) 有害化学物質の検出

水から目に見える固形物を除去するだけでは不十分です。様々な病原体、化学物質、毒素が排水に溶解または浮遊しており、これらは目に見える汚染物質より危険な場合があります。主な有害物質には以下が含まれます。

• 病原体
• 金属
• 合成化学物質
• 硝酸塩
• 全溶解固形分（TDS）
• リン酸塩
• 生物化学的酸素要求量（BOD）
• 全浮遊固形分（TSS）

様々なIoTセンサーを処理施設で使用し、これらの有害成分の水中での存在を検出できます。その後、適切な手法を用いてこれらの毒素を排水から完全に除去できます。

2) 分析による最適な処理プロセスの選択

特定の成分を除去するには、特定の処理プロセスが必要です。IoTソリューションの高度な分析機能は、水の汚染濃度に基づき、適切なプロセスの組み合わせを推奨できます。

これにより、処理プラントは最小限のプロセスで排水から過剰な汚染物質を除去できます。プラント内のプロセスが最適化され、運用コストが削減されます。水処理プラントで一般的に採用されるプロセスには以下があります。

• 沈殿
• 凝集
• 消毒
• 凝縮
• 石灰軟化
• ろ過
• イオン交換

これらのプロセスは、産業用冷却材や溶媒向けの水質調整にも最適化可能です。

3) 設備監視

水処理施設は、定期的な水需要に応えるため24時間365日稼働が求められます。水の流れが途切れず、突然の故障を防ぐには、処理プラント内の設備と機械を適切にメンテナンスする必要があります。

IoTは、水処理プラントにおけるEAM（設備資産管理）とCMMS（コンピュータ化保全管理システム）へのデータ取り込みを可能にします。これによりデータ収集能力が高まり、インフラにリアルタイム監視が確立されます。組み込みセンサーから収集されるリアルタイムデータを用いて、機械の性能特性を監視でき、設備生産性の向上と保全作業の効率化が図れます。

結論

淡水が枯渇の危機に瀕している今、水処理・管理システムを強化する時です。しかし、水処理施設の設置と維持にはコストがかかります。システムへのIoT導入により運用コストを削減でき、遠隔地での施設整備促進にもつながります。

これらの処理センターは、産業・一般用途の新たなライフラインです。環境汚染を減らし、将来の水不足解決に確実に貢献するでしょう。