排水処理における80 GHzレーダー：選定とシステム統合

下水処理施設で連続的な水位監視が求められる理由とは？

下水処理施設には、流入水および前処理から生物処理、汚泥処理に至るまで、連続的な水位または粉体レベルの監視を必要とする多数のプロセスユニットが設けられています。

代表的な測定点には以下のものが含まれます：

• 入水井；

• 提上げポンプステーション；

• 筛理用溝；

• 等化タンク；

• 粒子捕捉室；

• 生物処理タンク；

• 沉積処理タンク；

• 汚泥タンク；

• 汚泥貯蔵タンク；

• 化学薬品貯蔵タンク；

• 雨水貯留タンク；

• 排水用開放式溝。

のレベルデータは、ローカル表示用に利用されるだけでなく、ポンプの起動・停止制御、オーバーフロー警報、スクリーン制御、プロセスインターロッキング、流量計算、および遠隔地でのSCADA監視にも利用可能です。

の廃水処理環境では、高湿度、腐食性ガス、泡、浮遊物、スラッジ、凝縮水、および屋外環境といった要因が存在する場合があります。したがって、レベルセンサーは信頼性の高い測定性能を提供するだけでなく、清掃およびメンテナンスの負担を可能な限り低減する必要があります。

なぜ80 GHzレーダー式レベルトランシーマーが廃水処理に適しているのでしょうか？

80 GHz型レーダーレベルトランスミッターは、測定対象物の上方に設置され、ミリ波信号を用いてアンテナから水表面または堆積物表面までの距離を測定します。

このプローブは廃水に浸透させる必要がなく、これは廃水処理用途において重要な利点です。

一般的な測定プロセスは以下の通りです：

レーダーがミリ波を送信 → 水面で信号が反射 → 反射信号を受信 → 距離を算出 → 距離を液面レベルに変換

多数の産業用80 GHzレーダー液面測定器では、FMCWまたは周波数変調連続波（FMCW）技術が採用されています。送信機は、送信された信号と反射されたエコーとの間の周波数差を継続的に解析し、液体表面までの距離を算出します。

1. 非接触式測定法により汚染問題を軽減可能。

従来型の浸入式液面センサーは廃水と直接接触しており、時間の経過に伴い以下の要因の影響を受ける可能性があります：

• 汚泥の蓄積；

• グリース；

• 懸濁固形物；

• 腐食性媒体；

• 生物膜；

• 固体廃棄物。

80 GHz レーダーレベルトランシーバーは液体表面の上方に設置されており、通常、廃水と直接接触していません。この特性により、汚染物質、懸濁固体、および特定の腐食性物質を含む廃水環境に適しています。

しかし、非接触式測定が「メンテナンスフリーの運用」と同義であるわけではありません。高湿度環境下では、アンテナ上に生じる凝縮水、汚染物、 グリース 残留物、蜘蛛の巣、その他の堆積物についても定期的に点検を行う必要があります。

2. 狭いビームが廃水貯留槽や複雑な構造物に適しています。

80 GHz ミリ波レーダーの主要な利点の一つは、狭い測定ビームを生成できる能力にあります。

一部の産業用80 GHzレーダー送信機では、約3°～4°のビーム角を実現できます。廃水処理用途においては、狭いビームを用いることで、コンクリート製の処理池壁やその他の構造部材からの干渉反射を低減できます。

廃水処理施設には、一般的に以下の設備が設置されています：

• 池壁；

• 梯子；

• ケーブルトレイ；

• ポンプ配管；

• スクリーン；

• 攪拌機；

• 曝気装置；

• 支持梁。

レーダービームの集束性が高いほど、これらの構造物を回避し、より有用なレーダーエネルギーを対象となる液体表面に方向付けやすくなります。

図のように、80 GHzレーダーは、狭い盆地、 立坑、ポンプステーション、および内部構造が複雑な測定ポイントなどにおいて、明確な設置上の利点を有しています。

80 GHzレーダーは泡の影響を受けないのでしょうか？

いいえ。

廃水処理プロセスにおいて、曝気、化学反応、および有機物の分解によって発生する泡沫が生じる可能性があります。

薄いまたは断続的な泡沫層が、レーダーによる有用な液体表面エコーの取得を妨げない可能性があります。ただし、厚い泡はレーダー信号の一部を吸収または反射する可能性があり、これにより以下の問題が生じる可能性があります：

• エコー強度の低下；

• レーダーが液体表面ではなく、泡表面を測定する場合；

• 水位の変動；

• 有用なエコーの一時的消失；

80 GHz レーダーは、フォーム、乱流、浮遊物質を含む多くの廃水処理現場においても信頼性高く動作可能です。ただし、非常に厚い泡または脂肪、油、 グリース 等を含む FOG が液体表面を覆う場合、80 GHz レーダーがすべての廃水水位測定条件を解決できると想定するのではなく、レーダー、静水圧測定法、またはその他の水位測定技術のいずれがより適しているかをプロジェクト側が評価すべきである。

したがって、プロジェクト選定においては以下の項目を明確にすることが必要です：

• 泡の厚さ；

• 泡の持続時間；

• 泡の水分含有量；

• 既定の測定対象が実際の廃水表面であるか、または泡層の上端であるか。

80 GHz レーダーレベルトランスミッターの廃水処理場への主な応用範囲；

1。吸入井および揚上ポンプステーションの水位監視

現場における課題：

— 吸入井内の水位は急激に変化する可能性があり、また、浮遊する廃棄物、懸濁固形物、高い湿度、および腐食性ガスが存在する可能性があります。

接触式計測機器は未処理の廃水に浸かっているため、汚染リスクおよびメンテナンスについて考慮する必要があります。

システム統合：

80 GHz レーダー水位測定器を井戸上部に設置し、以下の通り接続してください：

レーダー水位測定器 → PLC / RTU → 泵制御システム。

本測定器は水位を連続的に測定します。

また、RS485、Modbus RTU を介してデータロガーに接続することも可能です。

導入効果：

— リアルタイムで取得された流入井戸の水位データを用いて、高水位・低水位閾値に基づいてリフトポンプの起動・停止を制御でき、また「高水位」および「オーバーフロー」による警報も提供されます。

2. 機械式篩査装置前後における差水位モニタリング

— 機械式篩査装置は、廃水から大型の固体廃棄物を除去するために使用されます。

スクリーン上に破片が蓄積すると、上流と下流の水位差が大きくなる可能性があります。

現場における課題：

環境には浮遊物、泡、乱流、固形物などが存在する可能性があり、一方で金属製スクリーン自体は強力なレーダー反射を発生させます。

システム統合：

スクリーンの上流および下流にレーダーレベルトランスミッターを設置：

上流レーダーレベル = L1；

下流レーダーレベル = L2

システムは次のように計算します。

差動レベル Δ H = L1-L2

差動レベルが設定されたしきい値を超えた場合、システムは機械的スクリーン清掃プロセスを開始できます。

80 GHzレーダーの集中ビームは、廃水処理におけるスクリーン分離処理アプリケーションでの差動レベル測定および自動スクリーン清掃制御に適しています。

ユーザー価値：

清掃戦略を、固定時間制御から実際のスクリーンの詰まり状況に基づいた清掃方式へ変更することで、不要な機器運転を削減できます。

3. 等化タンク水位モニタリング

等化タンクは、廃水の流量および水質の変動を均衡化するために使用され、廃水処理場において重要なバッファユニットです。

現場における課題：

貯留 basin は大きく、水位変動幅が広く、攪拌、浮遊物、または中程度の泡が存在する場合があります。

システム統合：

このレーダーはタンク上部またはマウントブラケットに設置され、4-20 mA、RS485、またはModbus RTU を通じてリアルタイムの水位データを送信します。

コントロールシステムは、この水位信号を用いて下流側のポンプの運転を制御します。

導入効果：

本システムは、低水位時のポンプの乾燥運転や高水位時の溢水を防止するのと同時に、流入水のバランス調整および下流プロセスの負荷管理に必要なデータを提供します。

4. 雨水貯留タンクおよび緊急貯留池

雨水貯留システムは、長期間低水位状態にあり、その後、大雨の際には水位が急激に上昇する場合があります。

現場における課題：

これらの応用用途では、広範な測定範囲、屋外設置、雨、温度変動、凝縮水、およびコンクリート構造物からの干渉反射などが想定されます。

システム統合：

— 持続的な水位監視には、狭ビーム型80 GHzレーダーレベルトランスミッターを採用してください。

および80 GHz型レーダーは、雨水収集・貯留池において、動的降雨条件や低水位運転下での水位変化を測定するのに使用可能であり、コンクリートの縁取りや貯留池構造物による干渉を低減できます。

ユーザー価値：

貯留容量、高水位状態および溢流リスクをモニタリングするとともに、リアルタイムの水位データをSCADAシステムへ転送します。

5。スラッジタンクおよびスラッジ貯蔵容器

スラッジの測定条件は、清浄水用途とは大きく異なります。

現場における課題：

スラッジ表面は以下のいずれかの状態である可能性があります：

• 不均一な状態；

• 泡で覆われた状態；

• 浮遊スカムで覆われた状態；

• 徐々に硬い外殻が形成される状態；

• 攪拌にさらされる状態。

システム統合：

スラッジの状態に応じてレーダーの設置位置を選択し、可能な場合は攪拌機と充填点を避け、試運転と調整の際にエコーカーブを使用します。

導入効果：

接触型センサーに伴う汚染問題を軽減しつつ、スラッジの貯蔵容積およびスラッジの充填・排出プロセスをモニタリングしてください。

ただし、スラッジ表面が厚いスカムまたは泡層で覆われている場合、プロジェクトではまず、測定対象が上部の材料表面であるか、あるいは実際の液相界面であるかを確認する必要があります。

6. 公開水路の水位および流量モニタリング：

廃水処理施設における給水路および排水路では、通常、パーシャル・フリュム、V型ウェア、矩形ウェアなど、各種公開水路用流量計測構造物が使用されます。

80 GHz レーダー式水位測定器を用いて、まず水路の水位を測定します。その後、コントローラまたはデータロガーが、既知のQ/H関係に基づいて流量を算出します。

代表的なシステム構成：

80 GHz ラダレベルトランシーマー → データロガー／流量制御装置 → Q/H変換 → 即時流量および総流量；

開放式排水渠では、泡、乱流、破片、降雨、凝縮水などによって影響を受ける可能性があります。非接触式ラダ法により、センサと排水との間の直接的な接触を回避できます。

ラダレベル測定値をフリュームまたはウェアの線形化曲線と組み合わせることで、開放式水路の流量を算出することも可能です。

[重要]：

レーダーレベルトランスミッター自体は水位を直接測定するものであり、流量を直接測定するものではありません。

流量の算出は、測定された液位を既知の水力構造物および適切な流量計算式または線形化テーブルと組み合わせた場合にのみ可能となります。

METRAVON、80 GHz レーダーレベルトランスミッターの主要な工学的パラメータ

METRAVONおよび80 GHzのレーダー製品は、さまざまな廃水処理用途に応じて選択可能です。関連製品シリーズの主な機能は以下の通りです：

廃水処理プロジェクトでは、通常、120mに近い測定距離は必要ありません。したがって、モデル選定では最大測距距離のみを考慮するのではなく、近場ブラインド距離、ビーム角、設置条件、環境保護、および通信インターフェースなども考慮すべきです。

80 GHzレーダーレベルトランスミッターを廃水処理場の自動化システムにどのように統合できるか？

廃水処理施設では、通常、PLC、DCS、RTU、またはSCADAシステムが既に導入されています。したがって、通信互換性はレーダーレベルトランスミッターの選定において重要な要素となります。

4-20 mA、

既存のPLCアナログ入力システムに適しています。

典型的なアーキテクチャ：

→ Radarレベルトランシーマー → 4-20 mA → PLC → AIモジュール → SCADA；

この構成はシンプルであり、従来の産業用自動化システムに適しています。

4-20 mA + HART

HART機能により、4-20 mAのレベル信号にデジタル通信機能が追加され、計測機器のパラメータ設定および診断がサポートされます。

このオプションは、既にHARTデバイス管理システムを導入している廃水処理施設に適しています。

RS485、Modbus RTU、

プロジェクトでRTU、産業用ゲートウェイ、またはデジタルデータ取得システムを使用する場合、RS485またはModbus RTUに対応したモデルを選択できます。

典型的なアーキテクチャ：

80 GHz（レーダーレベルトランスミッター）→ RS485、Modbus RTU → データロガー → Ethernet/4G → SCADA または IoTプラットフォーム

複数のデバイスが同一の RS485 バスに接続されている場合、各デバイスは異なる Slave ID を使用する必要があります。以下のパラメータも確認してください：

• ボーレート；

• データビット数；

• パリティ；

• ストップビット数；

• Modbusレジスタアドレス；

• データフォーマット。

廃水処理施設において80 GHzレーダーレベルトランスミッターを正しく設置する方法；

入口流の直上部への設置を避けること；

高速で流入する廃水は強力な水面運動および不安定な反射を引き起こす可能性があるため、レーダーは主水衝撃区域の直上部に設置しないでください。

池壁および金属構造物を避ける

80 GHz レーダーのビーム幅は比較的狭いものの、主ビームは以下の対象物を避けるべきである：

• スクリーン；

• ステップ；

• 管路；

• ブラケット；

• 攪拌機器。

アンテナにおける長期的な水の蓄積または凝縮を防止する。

高湿度の廃水環境においては、計測機器の設置角度、保護カバー、および凝縮防止性能を慎重に検討する必要があります。

最大水位を確認する。

最高水位は、レーダー送信機の近接不感帯に侵入してはならない。また、異常な高水位状態に対応するための安全余裕を確保するものとする。

初期エコーマッピングの実施；

インストール後、特定のレーダーモデルに応じて、誤ったエコーマッピングまたは同様の機能を用いて、盆地の壁面や構造部材からの固定反射を抑制できます。

下水処理施設向けに80 GHzレーダー式水位送信機を選定する際には、どのような情報が必要ですか？

レーダー液面測定器を購入または選定する前に、以下の情報を確認してください：

1. 測定対象の媒体は、廃水、純水、スラッジ、または化学溶液ですか？

2. 最大および最小水位はそれぞれいくらですか？

3. レーダーから最低液面までの距離はいくらですか？

4. 貯水槽またはタンクの寸法はいくらですか？

5. 泡沫は存在しますか？

6. 攪拌または曝気は行われていますか？

7. 大量の浮遊スカム、油分または油が存在しますか？

8. 設置箇所の近くにフィルター、パイプ、梁またはその他の構造物が存在しますか？

9. 設置場所は屋内または屋外ですか？

10. 腐食性ガスが存在しますか？

11. 要求される出力値は 4-20 mA、HART、または RS485（Modbus RTU）ですか？

12. 送信機は PLC、RTU、SCADA システム、または IoT プラットフォームに接続されますか？

13. この測定ポイントは危険区域に位置していますか？

複雑な応用ケースでは、現場写真、水槽図、および最高・最低液面位置も提供してください。

FAQ：廃水処理施設における80 GHzレーダー液面送信機に関するよくある質問

Q1：80 GHzレーダー液面送信機は廃水の液面を測定できますか？

はい。非接触式レーダーは、廃水貯留池、受水井、均等化タンク、および雨水貯留タンクにおける連続的な水位測定に適しています。

Q2：廃水中の浮遊固体物はレーダー測定に影響しますか？

ほとんどの場合、この影響は限定的です。これは、自由空間レーダーが媒体の表面を測定するため、液体全体を透過して送信する必要がないからです。

しかし、大量の浮遊物またはスカムが水面を覆っている場合、レーダーは実際の液面ではなく、上部の材料表面を測定する可能性があります。

Q3：80 GHz型レーダーを曝気槽に設置することは可能ですか？

評価は可能ですが、強力な乱流や泡については慎重に考慮する必要があります。

厚い泡が継続的に存在する場合、現場での試験または他の水位測定技術との比較が必要となる場合があります。

Q4：80 GHzのレーダーは泡の影響を全く受けていないか？

いいえ。

泡の厚さ、密度、および水分含有量はいずれもレーダーのエコーに影響を及ぼす可能性があります。特定の条件下では、実際の液体レベルを信頼性高く測定できます。一方、他の条件下では、レーダーが泡の表面を測定する場合もあります。

Q5：廃水用レーダー液面測定トランシーマーは頻繁に清掃する必要がありますか？

通常、浸入式センサーに比べて清掃頻度は低めですが、アンテナについては凝結水、汚染物、油膜、蜘蛛の巣、その他の堆積物がないか定期的に点検する必要があります。

Q6：廃水貯留池には80 GHzまたは26 GHzレーダーを採用すべきでしょうか？

貯留池に複雑な内部構造がある場合、設置スペースが限られている場合、またはより狭いビーム角が必要な場合、通常、80 GHzレーダーをまず検討する価値があります。

測定ポイントが構造的に単純な場合、26 GHzレーダーを距離、処理条件、およびプロジェクトコストに基づいて比較することも可能です。

Q7：80 GHzレーダーレベルトランスミッターでポンプを直接制御できるか？

このレーダー送信機は主にレベル測定に使用されます。

ポンプの制御は、通常、レーダー送信機から出力されるレベル信号に基づいて、PLC、RTU、またはコントローラーによって行われます。

Q8：RS485 レーダー液面測定送信機をクラウドプラットフォームに直接接続することは可能ですか？

通常、産業用ゲートウェイが必要です。

典型的なアーキテクチャ：

→ RS485、Modbus RTU → 4G / Ethernetゲートウェイ → MQTT / HTTP → クラウドプラットフォーム。

Q9：レーダーをオープンチャネルの流量モニタリングに使用することは可能ですか？

はい、レーダーを水位測定装置として使用できます。

測定された水位をパーシャル・フルーム、ウェア、またはその他の水力構造物におけるQ/H関係と組み合わせることにより、瞬時流量および総流量を算出できます。

結論；

80 GHzレーダーレベルトランスミッターが廃水処理施設で採用される主な利点は、非接触式測定原理、狭いビーム角、複雑な構造への適応性、および産業用自動化システムとの互換性にある。

本装置は、吸入井、揚上ポンプステーション、スクリーン間の差圧レベル測定、均等化タンク、雨水貯留タンク、汚泥貯蔵タンク、および開放式水路などに使用できます。

選択したモデルに応じて、この送信機はPLC、RTU、SCADA、および4-20 mA、HART、またはRS485、Modbus RTUを介して産業用IoTシステムに統合可能です。

ただし、すべての廃水処理用途に適した単一のレベル測定技術は存在しません。厚い泡、大量の浮遊物、強い凝縮、重度の通気処理、または特殊な化学的媒体の場合には、現場の状況に応じて設置方法および実際の測定対象を評価する必要があります。

METRAVONの廃水水位モニタリングプロジェクトにおいては、最終的な80 GHzレーダー水位測定器および対応するデータ取得、4G通信、遠隔監視構成を選定する前に、測定対象媒体、測定範囲、貯水槽の寸法、現場写真、泡の状態、設置位置、および通信インターフェースに関する要件を提供することを推奨します。