JP2001334253A - Water quality simulator - Google Patents
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- JP2001334253A JP2001334253A JP2000160605A JP2000160605A JP2001334253A JP 2001334253 A JP2001334253 A JP 2001334253A JP 2000160605 A JP2000160605 A JP 2000160605A JP 2000160605 A JP2000160605 A JP 2000160605A JP 2001334253 A JP2001334253 A JP 2001334253A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
- Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、下水処理場や浄水
場、産業排水処理設備等の水処理プラントに係り、とり
わけ、水処理プラントの水質をシミュレーションし、そ
のシミュレーション結果に基いて当該水処理プラントの
運転管理および運転制御を行うための水質シミュレータ
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a water treatment plant such as a sewage treatment plant, a water treatment plant, and an industrial wastewater treatment facility. The present invention relates to a water quality simulator for performing operation management and operation control of a plant.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来から、水処理プラントの運転管理お
よび運転制御を行うためのシミュレータとして、水処理
プラントの水質をシミュレーションする水質シミュレー
タが知られている（特開平１０−２３５３３３公報（特
願平９−４６１６８号）参照）。2. Description of the Related Art A water quality simulator for simulating the water quality of a water treatment plant has been known as a simulator for managing and controlling the operation of the water treatment plant (Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10-235333 (Japanese Patent Application No. Hei 10-235333)). 9-46168)).
【０００３】図５は前記公報に記載された従来の水質シ
ミュレータを示す機能ブロック図である。図５におい
て、符号１０１は基本モデル実行部、符号１０２は拡張
モデル実行部、符号１０３は入力値群、符号１０４は出
力値群を示している。FIG. 5 is a functional block diagram showing a conventional water quality simulator described in the above publication. 5, reference numeral 101 denotes a basic model execution unit, reference numeral 102 denotes an extended model execution unit, reference numeral 103 denotes an input value group, and reference numeral 104 denotes an output value group.
【０００４】図５に示す基本モデル実行部１０１には、
水質モデルおよびプロセスモデルが格納されている。こ
のうち、水質モデルとしては、下水処理場活性汚泥モデ
ルの一種である、ＡＳＭ２（Activated Sludge Model N
o.2、文献名：IAWQ Task Group, Scientific and Techn
ical Report No.3, 1995）が用いられている。水質モデ
ルであるＡＳＭ２のモデル式を次式（１）に、モデル式
のマトリクス表示を表１に、反応速度式を表２にそれぞ
れ示す。The basic model execution unit 101 shown in FIG.
The water quality model and the process model are stored. Among them, as a water quality model, ASM2 (Activated Sludge Model N
o.2, Title: IAWQ Task Group, Scientific and Techn
ical Report No. 3, 1995). The following equation (1) shows the model equation of ASM2, which is a water quality model, Table 1 shows the matrix equation of the model equation, and Table 2 shows the reaction rate equation.
【０００５】 （ＡＳＭ２のモデル式） ｄＣｉ／ｄｔ＝Σ（Ｐｉｊ・ｖｊ） …（１） ＜記号＞ Ｃｉ：水質成分（表１上端の１７種類） Ｐｉｊ：パラメータ（表１マトリクス内の数値および記
号） ｖｊ：反応速度式（表１マトリクス右端のｖ０１〜ｖ１
９、表２参照） 一方、プロセスモデルとしては、次式（２）〜（４）に
示すエアタン液体反応式（タンクの完全混合式）、次式
（５）〜（７）に示すエアタン曝気反応式（ＫＬａによ
るＤＯ演算式）、次式（８）（９）に示す沈殿池の沈殿
反応式（沈殿池の１／１０容積に蓄積する沈殿反応式）
がそれぞれ格納されている。(ASM2 model formula) dCi / dt = Σ (Pij · vj) (1) <Symbol> Ci: Water quality component (17 types at the upper end of Table 1) Pij: Parameter (numerical value and symbol in matrix of Table 1) ) Vj: reaction rate equation (v01 to v1 at the right end of the matrix in Table 1)
9, see Table 2) On the other hand, as a process model, an air-tan liquid reaction equation (complete mixing of tanks) shown in the following equations (2) to (4), and an air-tan aeration reaction shown in the following equations (5) to (7) Equation (DO calculation equation by KLa), sedimentation reaction equation of sedimentation basin shown in the following equations (8) and (9) (sedimentation reaction equation accumulating in 1/10 volume of sedimentation basin)
Are respectively stored.
【０００６】 （エアタン液体反応） Ｖ１＝Ｑ１×ｔ …（２） Ｖ２＝Ｑ２×ｔ …（３） Ｃ０ｔ＋１［ｉ］＝(Ｃ０ｔ[ｉ]×Ｖ０＋Ｃ１ｔ[ｉ]×Ｖ１＋Ｃ２ｔ[ｉ]× Ｖ２) ／（Ｖ０＋Ｖ１＋Ｖ２） …（４） （エアタン曝気反応） ＫＬａ＝Ｋ１×ＱＧ …（５） ＤＯＳ＝１４．１６−０．３９４３×Ｔ＋０．００７７１４×Ｔ２．０− ０．００００６４６×Ｔ３．０ …（６） ｄＳＯ２／ｄｔ＝ｄＳＯ２＋ＫＬａ×（ＤＯＳ−ＳＯ２） …（７） （沈殿池の沈殿反応） Ｘｒ＝Ｘｓ＝Ｘ［ｉ］／Ｖｎ …（８） Ｖｎ＝０．１×Ｖｓｅｔ …（９） ＜記号＞ Ｑ１：流入下水流量 Ｑ２：返送汚泥流量 ｔ：シミュレーションステップ時間 Ｖ０：エアタンのｔステップ液体容積 Ｖ１：流入下水のｔステップ液体容積 Ｖ２：返送汚泥のｔステップ液体容積 Ｃ０ｔ＋１［ｉ］：次ステップ（ｔ＋１時）のエアタン
の水質 ｉ：１７種類の水質 Ｃ０ｔ［ｉ］：現在（ｔ時）のエアタン内水質 Ｃ１ｔ［ｉ］：現在（ｔ時）の流入下水の水質 Ｃ２ｔ［ｉ］：現在（ｔ時）の返送汚泥の水質 ＳＯ２：ＤＯ（溶存酸素濃度） ＱＧ：曝気風量 ＫＬａ：総括酸素移動係数 Ｋ１：補正係数 ＤＯＳ：飽和溶存酸素濃度 Ｔ：水温 Ｘｒ：返送汚泥濃度 Ｘｓ：余剰汚泥濃度 Ｖｎ：汚泥蓄積容積 Ｖｓｅｔ：沈殿池有効容積 Ｘ［ｉ］：沈殿池内汚泥濃度(Air Tan liquid reaction) V1 = Q1 × t (2) V2 = Q2 × t (3) C0 t + 1 [i] = (C0 t [i] × V0 + C1 t [i] × V1 + C2 t [i] × V2) / (V0 + V1 + V2) ... (4) ( Eatan aeration reaction) KLa = K1 × QG ... ( 5) DOS = 14.16-0.3943 × T + 0.007714 × T 2.0 - 0.0000646 × T 3 .0 ... (6) dSO2 / dt = dSO2 + KLa × (DOS-SO2) ... (7) ( precipitation reactions of sedimentation) Xr = Xs = X [i ] / Vn ... (8) Vn = 0.1 × Vset ... (9) <Symbol> Q1: Inflow sewage flow rate Q2: Return sludge flow rate t: Simulation step time V0: t-step liquid volume of air tan V1: t-step liquid volume of inflow sewage V2: t-step liquid volume of return sludge 0 t + 1 [i]: Water i of Eatan follows step (at t + 1): 17 Type of water C0 t [i]: Current Eatan the quality C1 t of (t during) [i]: inflow current (time t) Sewage water quality C2 t [i]: Water quality of returned sludge at present (at time t) SO2: DO (dissolved oxygen concentration) QG: aeration air flow KLa: overall oxygen transfer coefficient K1: correction coefficient DOS: saturated dissolved oxygen concentration T: water temperature Xr: returned sludge concentration Xs: excess sludge concentration Vn: sludge accumulation volume Vset: settling tank effective volume X [i]: sludge concentration in the settling tank
【表１】 [Table 1]
【表２】 一方、図５に示す拡張モデル実行部１０２には、基本モ
デル以外の生物膜モデルが格納されている。この生物膜
モデルは、次式（１０）のモデル、または次式（１１）
（１２）のモデルにより表現される。次式（１０）のモ
デルは、生物膜が存在することにより、見かけ上反応タ
ンク内の汚泥が高くなるように返送率Ｒｒｓが高く維持
されるようなモデルである。次式（１１）（１２）のモ
デルは、担体に付着している生物膜以外に、担体に付着
していない浮遊汚泥が存在し、両者の間に次式（１２）
のような逆相関があると定義したモデルである。[Table 2] On the other hand, a biofilm model other than the basic model is stored in the extended model execution unit 102 shown in FIG. This biofilm model is expressed by the following equation (10) or the following equation (11)
It is represented by the model of (12). The model of the following equation (10) is a model in which the return rate Rrs is kept high so that the sludge in the reaction tank becomes high apparently due to the presence of the biofilm. In the models of the following formulas (11) and (12), in addition to the biofilm adhered to the carrier, suspended sludge not adhered to the carrier exists, and the following formula (12)
This is a model defined as having an inverse correlation as shown below.
【０００７】 （生物膜モデル式） Ｒｒｓ＝ａ×Ｒｒｓ …（10） Ｘｔｓｓ＝Ｘｆ＋Ｘｓ …（11） Ｘｆ＝−ｂ×Ｘｓ＋ｃ …（12） ＜記号＞ Ｒｒｓ：返送率 Ｘｔｓｓ：全汚泥濃度 Ｘｆ：生物膜濃度 Ｘｓ：浮遊汚泥濃度 ａ，ｂ，ｃ：定数 なお、水質モデル（活性汚泥モデル（ＡＳＭ２））とプ
ロセスモデルとが格納された基本モデル実行部１０１に
は、表１に示す１７種類のＡＳＭ２入力値と、上式
（２）〜（９）に示すプロセスモデルの入力値とからな
る入力値群（集合Ａ）１０３が入力される。また、拡張
モデル実行部１０２には、上式（１０）の入力値、また
は上式（１１）（１２）の入力値からなる入力値群（集
合Ｂ）１０３ａが入力される。そして、基本モデル実行
部１０１および拡張モデル実行部１０２による計算結果
はそれぞれ、出力値群（集合Ａ′）１０４（表１、上式
（２）〜（９）の出力値）、および出力値群（集合Ｃ）
１０４ａ（上式（１０）〜（１２）の出力値）として出
力される。(Biofilm model formula) Rrs = a × Rrs (10) Xtss = Xf + Xs (11) Xf = −b × Xs + c (12) <Symbol> Rrs: return rate Xtss: total sludge concentration Xf: organism Membrane concentration Xs: suspended sludge concentration a, b, c: constant The basic model execution unit 101 storing the water quality model (activated sludge model (ASM2)) and the process model stores 17 types of ASM2 shown in Table 1. An input value group (set A) 103 including the input values and the input values of the process model shown in the above equations (2) to (9) is input. Further, the extended model execution unit 102 receives an input value of the above equation (10) or an input value group (set B) 103a including the input values of the above equations (11) and (12). The calculation results by the basic model execution unit 101 and the extended model execution unit 102 are output value group (set A ′) 104 (Table 1, output values of the above equations (2) to (9)) and output value group, respectively. (Set C)
104a (output values of the above equations (10) to (12)).
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】上述したように、図５
に示す従来の水質シミュレータでは、拡張モデル実行部
１０２により、基本モデルである水質モデル（活性汚泥
モデル（ＡＳＭ２））やプロセスモデル等を変更して、
モデルを改良していた。As described above, FIG.
In the conventional water quality simulator shown in (1), a water quality model (activated sludge model (ASM2)) or a process model, which is a basic model, is changed by the extended model
The model had been improved.
【０００９】しかしながら、上述した図５に示す水質シ
ミュレータでは、次のような問題がある。However, the water quality simulator shown in FIG. 5 has the following problems.
【００１０】第１に、基本モデル実行部１０１に格納さ
れている基本モデルを容易に改良することができないの
で、水質モデル（活性汚泥モデル（ＡＳＭ２））やプロ
セスモデルそのものに次のような問題点がある場合で
も、それを迅速かつ容易に改良してシミュレーションを
実行することができない。First, since the basic model stored in the basic model execution unit 101 cannot be easily improved, the water quality model (activated sludge model (ASM2)) and the process model itself have the following problems. Even if there is, it is not possible to improve it quickly and easily to perform a simulation.
【００１１】(a)表１の水質成分は有機物、窒素および
リンであり、他の水質成分が考慮されていない。(A) The water components in Table 1 are organic matter, nitrogen and phosphorus, and other water components are not considered.
【００１２】(b)表１の反応は従属栄養生物、リン蓄積
生物および硝化生物の３種類であり、他の生物が考慮さ
れていない。(B) The reactions in Table 1 are of three types: heterotrophic organisms, phosphorus accumulating organisms and nitrifying organisms, and other organisms are not considered.
【００１３】(c)上式（２）〜（９）が単純なモデルと
なっており、エアタン液体反応やエアタン曝気反応、沈
殿池の沈殿反応等が現実の反応とずれている。特に、エ
アタン内部での拡散と、沈殿池の沈殿反応での沈降性が
考慮されていない。(C) The above equations (2) to (9) are simple models, and the actual reactions such as the air-tan liquid reaction, the air-tan aeration reaction, and the sedimentation basin precipitation reaction deviate from the actual reactions. In particular, the diffusion inside the air tank and the sedimentation in the sedimentation reaction of the sedimentation basin are not considered.
【００１４】(d)表１に測定困難な入出力値が多い。
（例えば、ＳＦ（易分解性有機物）や、ＳＡ（酢酸）、
ＳＩ（不活性有機物）、ＳＡＬＫ（アルカリ度）、ＳＮ
２（溶存窒素ガス）、ＸＩ（不活性浮遊有機物）、Ｘｓ
（遅分解浮遊有機物）、ＸＨ（従属栄養生物）、ＸＰＡ
Ｏ（リン蓄積生物）、ＸＰＰ（ポリリン酸）、ＸＰＨＡ
（細胞内リン蓄積物）、ＸＡＵＴ（硝化生物）等） (e)表１のマトリクスが複雑すぎる。（１７種類×１９
反応） (f)表１の入出力値が多すぎる。（１７種類） (g)表２の数式が複雑すぎる。(D) In Table 1, there are many input / output values that are difficult to measure.
(For example, SF (easy decomposable organic matter), SA (acetic acid),
SI (inert organic matter), SALK (alkalineness), SN
2 (dissolved nitrogen gas), XI (inert floating organic matter), Xs
(Slowly decomposing floating organic matter), XH (heterotrophic organism), XPA
O (phosphorus accumulating organism), XPP (polyphosphoric acid), XPHA
(Intracellular phosphorus accumulation, XAUT (nitrifying organism), etc.) (e) The matrix in Table 1 is too complicated. (17 types x 19
Reaction) (f) Too many input / output values in Table 1. (17 types) (g) The formula in Table 2 is too complicated.
【００１５】(h)表２の数式に非線形モデルが多すぎ
る。(H) There are too many non-linear models in the formulas in Table 2.
【００１６】第２に、基本モデル実行部１０１に格納さ
れている基本モデルがブラックボックスになっており、
水質シミュレータを利用するユーザが、どういうモデル
が用いられているかを十分に理解することができず、シ
ミュレーション結果を水処理プラントの運転管理および
運転制御に適切に反映させることができない。Second, the basic model stored in the basic model execution unit 101 is a black box,
The user of the water quality simulator cannot fully understand what model is being used, and the simulation result cannot be appropriately reflected in the operation management and operation control of the water treatment plant.
【００１７】本発明はこのような点を考慮してなされた
ものであり、水処理プラントの水質として、既存の水質
成分のみならず、あらゆる水質成分を精度良くシミュレ
ーションし、そのシミュレーション結果に基いて水処理
プラントの運転管理および運転制御を適切に行うことが
できる水質シミュレータを提供することを目的とする。The present invention has been made in view of such points, and accurately simulates not only existing water quality components but also all water quality components as water quality of a water treatment plant, and based on the simulation results. An object of the present invention is to provide a water quality simulator that can appropriately perform operation management and operation control of a water treatment plant.
【００１８】[0018]
【課題を解決するための手段】本発明は、水処理プラン
トの水質をシミュレーションする水質シミュレータにお
いて、シミュレーションで用いられる基本モデルを格納
する基本モデル格納部と、前記基本モデル格納部に格納
された基本モデルと異なる異種モデルの情報として、モ
デル式の構造、水質の種類およびパラメータの種類のう
ちの少なくとも一つに関する情報を入力する異種モデル
情報入力部と、前記異種モデル情報入力部により入力さ
れた異種モデルの情報に基づいて、前記基本モデル格納
部に格納された基本モデルを変更してシミュレーション
で用いられる異種モデルを作成する異種モデル変更部と
を備えたことを特徴とする水質シミュレータを提供す
る。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a water quality simulator for simulating water quality of a water treatment plant, a basic model storage unit for storing a basic model used in the simulation, and a basic model storage unit stored in the basic model storage unit. A heterogeneous model information input unit for inputting information on at least one of a model formula structure, a type of water quality, and a type of parameter as information of a heterogeneous model different from the model; A water quality simulator comprising: a heterogeneous model changing unit that changes a basic model stored in the basic model storage unit based on model information to create a heterogeneous model used in a simulation.
【００１９】なお、本発明においては、前記異種モデル
変更部により作成された異種モデルを格納する異種モデ
ル格納部と、前記基本モデル格納部および前記異種モデ
ル格納部にそれぞれ格納された基本モデルおよび異種モ
デルの中からシミュレーション用のモデルを選定するモ
デル管理部とをさらに備えることが好ましい。また、前
記基本モデルまたは前記異種モデルの情報を表示するモ
デル情報表示部をさらに備えることが好ましい。さら
に、前記基本モデルまたは前記異種モデルのパラメータ
をチューニングするモデルパラメータチューニング機能
部をさらに備えることが好ましい。なお、前記基本モデ
ル格納部は前記基本モデルとして水質モデルおよびプロ
セスモデルを格納することが好ましい。In the present invention, the heterogeneous model storage unit for storing the heterogeneous model created by the heterogeneous model change unit, the basic model storage unit and the basic model and the heterogeneous model stored in the heterogeneous model storage unit, respectively. It is preferable to further include a model management unit that selects a simulation model from the models. It is preferable that the apparatus further includes a model information display unit that displays information on the basic model or the heterogeneous model. Further, it is preferable that a model parameter tuning function unit for tuning parameters of the basic model or the heterogeneous model is further provided. Preferably, the basic model storage stores a water quality model and a process model as the basic model.
【００２０】また、本発明においては、前記基本モデル
格納部は前記基本モデルとして活性汚泥モデルを格納
し、前記異種モデル情報入力部は前記異種モデルの情報
として、(1)担体モデルまたは生物膜モデルに関する情
報、(2)糸状細菌や放線菌等のバルキング原因微生物モ
デルに関する情報、(3)硝酸菌および亜硝酸菌の硝化菌
モデルに関する情報、または(4)化学物質または微生物
の吸着モデルに関する情報を入力することが好ましい。In the present invention, the basic model storage section stores an activated sludge model as the basic model, and the heterogeneous model information input section stores (1) a carrier model or a biofilm model as information on the heterogeneous model. (2) Information on bulking-causing microorganism models such as filamentous bacteria and actinomycetes, (3) Information on nitrifying bacteria and nitrifying bacteria nitrifying bacteria models, or (4) Information on chemical substance or microorganism adsorption models. It is preferable to input.
【００２１】さらに、本発明においては、前記基本モデ
ル格納部は前記基本モデルとしてタンクの完全混合モデ
ルを格納し、前記異種モデル情報入力部は前記異種モデ
ルの情報としてタンクの拡散混合モデルに関する情報を
入力することが好ましい。また、前記基本モデル格納部
は前記基本モデルとして曝気のＫＬａによるＤＯ演算モ
デルを格納し、前記異種モデル情報入力部は前記異種モ
デルの情報としてＫＬａ補正演算モデルに関する情報を
入力することが好ましい。さらに、前記基本モデル格納
部は前記基本モデルとして完全沈殿分離による沈殿池モ
デルを格納し、前記異種モデル情報入力部は前記異種モ
デルの情報として、粒子沈殿モデルと、水質分布モデル
もしくは拡散沈殿モデルもしくは層列の完全混合モデル
とに関する情報を入力することが好ましい。さらにま
た、前記基本モデル格納部は前記基本モデルとして活性
汚泥モデルを格納し、前記異種モデル情報入力部は前記
異種モデルの情報として実測可能な水質成分の種類を入
力することが好ましい。Further, in the present invention, the basic model storage section stores a complete mixing model of the tank as the basic model, and the heterogeneous model information input section stores information on the diffusion mixing model of the tank as information of the heterogeneous model. It is preferable to input. Further, it is preferable that the basic model storage section stores a DO operation model based on aeration KLa as the basic model, and the heterogeneous model information input section inputs information on a KLa correction operation model as information on the heterogeneous model. Further, the basic model storage unit stores a sedimentation basin model by complete sedimentation separation as the basic model, and the heterogeneous model information input unit includes a particle sediment model, a water quality distribution model or a diffusion sediment model or It is preferable to input information on the complete mixed model of the layer sequence. Furthermore, it is preferable that the basic model storage section stores an activated sludge model as the basic model, and the heterogeneous model information input section inputs the type of a water quality component that can be measured as the information of the heterogeneous model.
【００２２】本発明によれば、外部から入力された異種
モデルの情報に基づいて基本モデル格納部に格納された
基本モデルを変更して新たな異種モデルを作成している
ので、水処理プラントの水質として、既存の水質成分の
みならず、あらゆる水質成分を精度良くシミュレーショ
ンすることができ、そのシミュレーション結果に基いて
水処理プラントの運転管理および運転制御を適切に行う
ことができる。According to the present invention, a new heterogeneous model is created by changing the basic model stored in the basic model storage unit based on information on the heterogeneous model input from the outside. As the water quality, not only existing water quality components but also all water quality components can be accurately simulated, and operation management and operation control of the water treatment plant can be appropriately performed based on the simulation results.
【００２３】また、本発明によれば、異種モデル変更部
３により作成された異種モデルを基本モデルとともにモ
デルデータベース（異種モデル格納部）内に格納するこ
とにより、さらに、本発明によれば、モデル情報表示部
により基本モデルまたは異種モデルの情報を表示するこ
とにより、水質シミュレータを利用するユーザが、どう
いうモデルが用いられているかを十分に理解することが
でき、シミュレーション結果を水処理プラントの運転管
理および運転制御に適切に反映させることができる。According to the present invention, the heterogeneous model created by the heterogeneous model changing unit 3 is stored together with the basic model in a model database (heterogeneous model storage unit). By displaying the information of the basic model or the heterogeneous model on the information display unit, the user of the water quality simulator can fully understand what model is being used, and can view the simulation result in the operation management of the water treatment plant. And can be appropriately reflected in operation control.
【００２４】さらにまた、本発明によれば、モデルパラ
メータチューニング機能部により基本モデルまたは異種
モデルのパラメータを自動または手動でチューニングす
ることにより、基本モデルを改良して異種モデルを作成
した場合でも、その新規あるいは改良したパラメータを
容易にチューニングすることができる。Further, according to the present invention, by automatically or manually tuning the parameters of the basic model or the heterogeneous model by the model parameter tuning function unit, even when the basic model is improved and the heterogeneous model is created, New or improved parameters can be easily tuned.
【００２５】[0025]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００２６】第１の実施の形態 まず、図１により、本発明による水質シミュレータの第
１の実施の形態について説明する。First Embodiment First, a first embodiment of a water quality simulator according to the present invention will be described with reference to FIG.
【００２７】図１に示すように、本発明の第１の実施の
形態に係る水質シミュレータは、水処理プラントの水質
をシミュレーションするものであり、シミュレーション
で用いられる基本モデル（水質モデルおよびプロセスモ
デル）を格納する基本モデル格納部１と、基本モデル格
納部１に格納された基本モデルと異なる異種モデルの情
報を入力する異種モデル情報入力部５と、異種モデル情
報入力部５により入力された異種モデルの情報に基づい
て、基本モデル格納部１に格納された基本モデルを変更
（修正、追加および削除等）してシミュレーションで用
いられる異種モデルを作成する異種モデル変更部３とを
備えている。As shown in FIG. 1, the water quality simulator according to the first embodiment of the present invention simulates the water quality of a water treatment plant, and includes basic models (water quality model and process model) used in the simulation. , A heterogeneous model information input unit 5 for inputting information of a heterogeneous model different from the basic model stored in the basic model storage unit 1, and a heterogeneous model input by the heterogeneous model information input unit 5. And a heterogeneous model changing unit 3 for changing (modifying, adding, deleting, etc.) the basic model stored in the basic model storage unit 1 based on the above information to create a heterogeneous model used in the simulation.
【００２８】なお、異種モデル変更部３により作成され
た異種モデルは異種モデル実行部２に送られ、異種モデ
ル実行部２において、入力値群（集合Ａ）６を入力とし
て異種モデル内のモデル式によりシミュレーションが実
行され、出力値群（集合Ａ′）７が出力されるようにな
っている。The heterogeneous model created by the heterogeneous model changing unit 3 is sent to the heterogeneous model execution unit 2, and the heterogeneous model execution unit 2 receives the input value group (set A) 6 as an input, and Is executed, and an output value group (set A ′) 7 is output.
【００２９】また、異種モデル情報入力部５には、異種
モデルの情報として、モデル式の構造、水質の種類およ
びパラメータの種類のうちの少なくとも一つに関する情
報（異種モデル情報入力値４）が入力されるようになっ
ている。The heterogeneous model information input unit 5 receives information (heterogeneous model information input value 4) on at least one of the model formula structure, water quality type and parameter type as heterogeneous model information. It is supposed to be.
【００３０】ここで、異種モデル実行部２、異種モデル
変更部３および異種モデル情報入力部５は、コンピュー
タ上で動作するプログラム等により実現することができ
る。具体的には、異種モデル情報入力部５は、ユーザに
対するインタフェースとして、ＡＳＭ２のマトリクス表
示（表１および表２参照）に対応する表示画面を提供
し、そのマトリクスの縦横、内部のパラメータおよび反
応速度式の変更をユーザに対して促すことができるよう
になっている。また、異種モデル情報変更部３は、異種
モデル情報入力部５を介してユーザにより入力された変
更部分を抽出して、逆ポーランド法により、基本モデル
の内容（モデル式の構造、水質の種類およびパラメータ
の種類）を変更することができるようになっている。Here, the heterogeneous model execution unit 2, the heterogeneous model change unit 3, and the heterogeneous model information input unit 5 can be realized by a program or the like operating on a computer. Specifically, the heterogeneous model information input unit 5 provides a display screen corresponding to the ASM2 matrix display (see Tables 1 and 2) as an interface for the user, and displays the matrix length, width, internal parameters and reaction speed. It is possible to prompt the user to change the expression. Further, the heterogeneous model information changing unit 3 extracts the changed part input by the user through the heterogeneous model information input unit 5 and, based on the reverse Polish method, describes the contents of the basic model (model formula structure, water quality type and Parameter type) can be changed.
【００３１】次に、このような構成からなる本発明の第
１の実施の形態の作用について説明する。ここでは、基
本モデル格納部１が基本モデルとして水質モデル（上式
（１）、表１および表２により表現される下水処理場活
性汚泥モデル（ＡＳＭ２））およびプロセスモデル（上
式（２）〜（９）参照）を格納し、異種モデル情報入力
部５が異種モデル情報として生物膜モデル（担体モデ
ル）に関する情報を入力する場合を例に挙げて説明す
る。Next, the operation of the first embodiment of the present invention having such a configuration will be described. Here, the basic model storage unit 1 stores a water quality model (the above equation (1), a sewage treatment plant activated sludge model (ASM2) represented by Tables 1 and 2) and a process model (the above equations (2) to (See (9)), and the case where the heterogeneous model information input unit 5 inputs information on the biofilm model (carrier model) as the heterogeneous model information will be described as an example.
【００３２】水処理プラントの水質のシミュレーション
において、生物膜モデル（担体モデル）を導入する場合
には、基本モデルである活性汚泥モデル（ＡＳＭ２）の
うち表１のマトリクス構造や表２の反応速度式等を変更
して異種モデルを作成する。In the simulation of the water quality of the water treatment plant, when a biofilm model (carrier model) is introduced, when the activated sludge model (ASM2) which is a basic model, the matrix structure in Table 1 and the reaction rate equation in Table 2 are used. Etc. to create a heterogeneous model.
【００３３】具体的には、表３に示すように、硝化生物
ＸＡＵＴを、浮遊性生物（ＸＡＵＴ）ｓと生物膜生物
（ＸＡＵＴ）ｆとに分離して、それぞれに関して表４に
示す反応速度式を異種モデル情報入力値４として入力す
る。More specifically, as shown in Table 3, the nitrifying organism XAUT is separated into planktonic organisms (XAUT) s and biofilm organisms (XAUT) f, and the reaction rate equations shown in Table 4 are respectively shown. Is input as the heterogeneous model information input value 4.
【００３４】異種モデル情報入力値４は、異種モデル入
力部５を介して異種モデル変更部３に送られ、ここで表
１および表２に示す基本モデルが変更されて異種モデル
が作成される。The heterogeneous model information input value 4 is sent to the heterogeneous model change unit 3 via the heterogeneous model input unit 5, where the basic models shown in Tables 1 and 2 are changed to create a heterogeneous model.
【００３５】異種モデル変更部３により作成された異種
モデルは異種モデル実行部２に送られ、異種モデル実行
部２において、入力値群（集合Ａ）６を入力として異種
モデル内のモデル式によりシミュレーションが実行さ
れ、出力値群（集合Ａ′）７が出力される。The heterogeneous model created by the heterogeneous model changing unit 3 is sent to the heterogeneous model execution unit 2, and the heterogeneous model execution unit 2 simulates the input value group (set A) 6 by using the model formula in the heterogeneous model. Is executed, and an output value group (set A ′) 7 is output.
【００３６】[0036]
【表３】 [Table 3]
【表４】 このように本発明の第１の実施の形態によれば、外部か
ら入力された異種モデル情報入力値４に基づいて基本モ
デル格納部１に格納された基本モデルを変更して新たな
異種モデルを作成しているので、水処理プラントの水質
として、既存の水質成分のみならず、あらゆる水質成分
を精度良くシミュレーションすることができ、そのシミ
ュレーション結果に基いて水処理プラントの運転管理お
よび運転制御を適切に行うことができる。[Table 4] As described above, according to the first embodiment of the present invention, a new heterogeneous model is changed by changing the basic model stored in the basic model storage unit 1 based on the heterogeneous model information input value 4 input from the outside. Because it is created, it is possible to accurately simulate not only existing water quality components but also all water quality components as water quality of the water treatment plant, and based on the simulation results, appropriate operation management and operation control of the water treatment plant Can be done.
【００３７】また、本発明の第１の実施の形態によれ
ば、基本モデルとして、マトリクス表示で体系的に整理
された活性汚泥モデル（ＡＳＭ２）を用いているので、
異種モデル情報入力部５のインタフェースをＡＳＭ２の
マトリクス表示に合わせた表示画面で提供することがで
き、ユーザによる異種モデル情報の入力を容易にするこ
とができる。According to the first embodiment of the present invention, the activated sludge model (ASM2) systematically arranged by matrix display is used as the basic model.
The interface of the heterogeneous model information input unit 5 can be provided on a display screen adapted to the matrix display of the ASM2, and the user can easily input the heterogeneous model information.
【００３８】さらに、本発明の第１の実施の形態によれ
ば、異種モデル情報入力値４として表３および表４に示
すような基本モデルをベースとした生物膜モデルを用い
ているので、異種モデルを容易に変更することができ
る。Furthermore, according to the first embodiment of the present invention, since the biofilm model based on the basic model as shown in Tables 3 and 4 is used as the heterogeneous model information input value 4, The model can be easily changed.
【００３９】さらにまた、本発明の第１の実施の形態に
よれば、異種モデル変更部３が逆ポーランド法を用いて
異種モデルを作成しているので、既存のプログラミング
言語を用いたデバッグやコンパイル等が不要となり、プ
ログラミングの専門家でなくても、異種モデルを容易に
作成することができる。Furthermore, according to the first embodiment of the present invention, since the heterogeneous model changing unit 3 creates a heterogeneous model using the reverse Polish method, debugging and compiling using an existing programming language are performed. This makes it unnecessary to create a heterogeneous model even if one is not a programming expert.
【００４０】変形例 なお、上述した第１の実施の形態においては、変更対象
となる基本モデルとして水質モデル（下水処理場活性汚
泥モデル（ＡＳＭ２））を例に挙げて説明したが、これ
に限らず、ＡＳＭ２以外の、ＡＳＭ１やＡＳＭ２ｄ、Ａ
ＳＭ３、それに類似した活性汚泥モデルに対しても同様
にして適用することができる。また、下水処理場以外
の、下水管や雨水貯留施設、浄水場等の水処理プラント
に対しても同様にして適用することができる。 Modification In the first embodiment described above, a water quality model (a sewage treatment plant activated sludge model (ASM2)) has been described as an example of a basic model to be changed. However, the present invention is not limited to this. In addition, other than ASM2, ASM1 and ASM2d, A
The same can be applied to SM3 and an activated sludge model similar to SM3. Further, the present invention can be similarly applied to a water treatment plant such as a sewage pipe, a rainwater storage facility, and a water purification plant other than the sewage treatment plant.
【００４１】また、上述した第１の実施の形態において
は、基本モデルである水質モデル（下水処理場活性汚泥
モデル（ＡＳＭ２））を変更するため、異種モデル情報
入力値４として生物膜モデル（担体モデル）に関する情
報を入力しているが、これに限らず、その他の異種モデ
ルに関する情報を入力するようにしてもよい。例として
は、次のようなものが挙げられる。In the first embodiment described above, since the water quality model (the sewage treatment plant activated sludge model (ASM2)) which is the basic model is changed, the biofilm model (carrier) is used as the heterogeneous model information input value 4. Although the information about the model is input, the present invention is not limited to this, and information about another heterogeneous model may be input. Examples include the following:
【００４２】（１)糸状細菌や放線菌等のバルキング原
因微生物モデル 表５は、糸状細菌ＸＦＩＬが従属栄養生物ＸＨと同様
に、ＳＦ（易分解性有機物）およびＳＡ（酢酸）での増
殖、ＳＦ（易分解性有機物）およびＳＡ（酢酸）での脱
窒、発酵および死滅の各反応を起こすと想定して定義し
た式である。(1) Bulking Causative Microorganism Model of Filamentous Bacteria, Actinomycetes, etc. Table 5 shows that the filamentous bacterium XFIL, like the heterotroph XH, grows on SF (easy decomposable organic matter) and SA (acetic acid), (Easily decomposable organic matter) and SA (acetic acid) are equations defined assuming that respective reactions of denitrification, fermentation, and death occur.
【００４３】これにより、下水処理場で沈殿障害の問題
となっているバルキングのシミュレーションが可能とな
る。This makes it possible to simulate bulking, which is a problem of sedimentation failure in a sewage treatment plant.
【００４４】[0044]
【表５】 他の例として、次のような構成も可能である。[Table 5] As another example, the following configuration is also possible.
【００４５】（１−１）放線菌のモデル （１−２）糸状細菌の詳細分類モデル 例えば、糸状細菌の中で、良く出現するＴｙｐｅ０２１
Ｎ、スフェロティルス、ベギュエータに分類して、それ
ぞれの増殖および死滅を示した式も導入することも可能
である。(1-1) Actinomycete Model (1-2) Detailed Classification Model of Filamentous Bacteria For example, Type021 which frequently appears in filamentous bacteria
It is also possible to classify into N, spherotilus, and vegeta, and to introduce a formula showing growth and death of each.
【００４６】（１−３）ＳＶＩとバルキング微生物との
関係式 バルキング微生物が大量増殖したとき、ＳＶＩ（Sludge
Volume Index：汚泥容量指標）が増加するので、次式
（１３）により、それぞれの関係式によりＳＶＩを算出
することも可能である。(1-3) Relational expression between SVI and bulking microorganism When bulking microorganisms proliferate in large quantities, SVI (Sludge)
Since the Volume Index (sludge capacity index) increases, it is also possible to calculate the SVI by the respective relational expressions according to the following expression (13).
【００４７】 ＳＶＩ＝ａ×ＸＦＩＬ＋ｂ …（13） ＜記号＞ ＳＶＩ：汚泥容量指標 ＸＦＩＬ：糸状細菌濃度 ａ，ｂ：定数 （１−４）マトリクスの構造 入出力値、反応および反応速度式の種類および数は任意
に設定することが可能である。SVI = a × XFIL + b (13) <Symbol> SVI: sludge volume index XFIL: filamentous bacterial concentration a, b: constant (1-4) Matrix structure Input / output values, types of reaction and reaction rate formulas The number can be set arbitrarily.
【００４８】（２）硝酸菌および亜硝酸菌の硝化菌モデ
ル 表６および表７は、亜硝酸菌ＸＡＵＴ１，ＸＡＵＴ２が
それぞれ、硝化菌ＸＡＵＴと同様に、増殖および死滅の
各反応を起こすと想定して定義した式である。(2) Nitrifying Bacterial Models of Nitrite Bacteria and Nitrite Bacteria Tables 6 and 7 assume that nitrites XAUT1 and XAUT2 respectively cause the growth and death reactions similarly to the nitrites XAUT. Is an expression defined as
【００４９】これにより、下水処理場で硝化障害の問題
となっている亜硝酸のシミュレーションが可能となる。This makes it possible to simulate nitrous acid, which is a problem of nitrification in a sewage treatment plant.
【００５０】[0050]
【表６】 [Table 6]
【表７】 他の例として、次のような構成も可能である。[Table 7] As another example, the following configuration is also possible.
【００５１】（２−１）硝酸菌および亜硝酸菌の詳細分
類モデル 例えば、硝酸菌ではニトロモナス、亜硝酸菌ではニトロ
バクターといったように、菌の種類ごとに定義すること
も可能である。 （２−２）亜硝酸（ＳＮＯ２）の脱窒モデル 硝酸型脱膣反応に加えて、亜硝酸型脱窒反応を組み込む
ことも可能である。(2-1) Detailed Classification Model of Nitrate Bacteria and Nitrite Bacteria It is also possible to define for each type of bacteria, for example, Nitromonas for nitrate and Nitrobacter for nitrite. (2-2) Denitrification model of nitrite (SNO2) In addition to the nitrate-type devagination reaction, it is also possible to incorporate a nitrite-type denitrification reaction.
【００５２】（２−３）亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）の生成モ
デル 温暖化ガスの亜酸化窒素の生成モデルを組み込むことも
可能である。(2-3) Generation Model of Nitrous Oxide (N2O) It is also possible to incorporate a generation model of nitrous oxide of greenhouse gas.
【００５３】（３）化学物質または微生物の吸着モデル 表８および表９は、従属微生物ＸＨが、化学物質Ｍｅに
関して増殖による吸着と死滅による脱着の各反応を起こ
すと想定して定義した式である。反応速度式であるＶ０
４１の右辺第１項は、Langmiurの等温吸着式である。(3) Chemical Substance or Microorganism Adsorption Model Tables 8 and 9 are equations defined on the assumption that the dependent microorganism XH causes each reaction of the chemical substance Me by adsorption by growth and desorption by death. . V0 which is a reaction rate equation
The first term on the right side of 41 is Langmiur's isothermal adsorption type.
【００５４】これにより、下水処理場で反応障害の問題
となっている流入水の化学物質および有害微生物のシミ
ュレーションが可能となる。This makes it possible to simulate chemicals and harmful microorganisms in the influent water, which is a problem of reaction disturbance in the sewage treatment plant.
【００５５】[0055]
【表８】 [Table 8]
【表９】 他の例として、次のような構成も可能である。[Table 9] As another example, the following configuration is also possible.
【００５６】（３−１）化学物質の詳細分類モデル 例えば、以下の詳細モデルを組み込むことも可能であ
る。(3-1) Detailed Classification Model of Chemical Substance For example, the following detailed model can be incorporated.
【００５７】(a)重金属 (b)界面活性剤 (c)有害物質（シアンやフェノール、有機塩素化合物、
内分泌撹乱物質（環境ホルモン）、ダイオキシン、農薬
等） (d)大腸菌群 (e)有害微生物（クリプトスポリジウム、ジアルジア、
フィエステリア、Ｏ−１５７等） （３−２）吸着式 反応速度式であるＶ０４１の右辺第１項は、Langmiurの
等温吸着式以外にも、FreundlichやMichaelis-Mentenの
式等を利用することも可能である。(A) heavy metals (b) surfactants (c) harmful substances (cyan, phenol, organochlorine compounds,
Endocrine disruptors (environmental hormones), dioxins, pesticides, etc. (d) coliforms (e) Harmful microorganisms (cryptosporium, giardia,
(3-2) Adsorption formula The first term on the right side of V041, which is a reaction rate formula, can use Freundlich or Michaelis-Menten formulas other than Langmiur's isothermal adsorption formula. It is possible.
【００５８】さらに、上述した第１の実施の形態におい
ては、変更対象となる基本モデルとして水質モデルを例
に挙げて説明しているが、これに限らず、上式（２）〜
（９）に示すプロセスモデルに対しても同様にして適用
することができる。具体的には、異種モデル情報入力値
４として、上式（２）〜（９）のプロセスモデル以外の
異種モデルに関する情報を入力するようにしてもよい。
その例としては、次のようなものが挙げられる。Further, in the first embodiment described above, the water quality model is described as an example of the basic model to be changed.
The same can be applied to the process model shown in (9). Specifically, as the heterogeneous model information input value 4, information on a heterogeneous model other than the process models of the above equations (2) to (9) may be input.
Examples thereof include the following.
【００５９】（１）エアタン液体反応 エアタン液体反応に関して、基本モデルであるタンクの
完全混合モデル（上式（２）〜（４））をタンクの拡散
混合モデルとしてもよい。具体的には、次式（１４）の
ような３次元の偏微分方程式の槽内拡散モデルや、次式
（１５）のような１次元の拡散モデル、次式（１６）の
ような拡散項を無視した混合モデル等により拡散状態を
演算し、次式（１７）の物質収支モデルで水質を演算す
る。(1) Air-tan liquid reaction Regarding the air-tan liquid reaction, a complete mixing model of a tank (the above equations (2) to (4)), which is a basic model, may be used as a diffusion mixing model of a tank. Specifically, a diffusion model in a tank of a three-dimensional partial differential equation as in the following equation (14), a one-dimensional diffusion model as in the following equation (15), and a diffusion term as in the following equation (16) Is calculated using a mixed model or the like ignoring the above, and water quality is calculated using a mass balance model of the following equation (17).
【００６０】[0060]
【数１】 ＜記号＞ Ｃ：水質 ｕ：流下方向（ｘ方向）の断面平均流速 Ｅｘ，Ｅｙ，Ｅｚ：流下方向（ｘ）、横方向（ｙ）およ
び水深方向（ｚ）の分散係数 ｒ，Ｒ：処理における水質の変化項 Ｖ：エアタン容積 Ｑ：流入水量 Ｃｉｎ：流入水質 （２）エアタン曝気反応 エアタン曝気反応に関して、基本モデルである曝気のＫ
ＬａによるＤＯ演算モデル（上式（５）〜（７））を、
ＫＬａ補正演算モデルとしてもよい。具体的には、次式
（１８）のように、ＫＬａ補正係数を用いて、ＳＯ２の
値を補正演算する。あるいは、ブロアの散気モデル等を
用いることも可能である。(Equation 1) <Symbol> C: Water quality u: Average cross-sectional flow velocity in the flowing direction (x direction) Ex, Ey, Ez: Dispersion coefficient in the flowing direction (x), lateral direction (y), and water depth direction (z) r, R: in processing Water quality change terms V: Airtan volume Q: Inflow water volume Cin: Inflow water quality (2) Airtan aeration reaction Regarding the airtan aeration reaction, K is the basic model of aeration.
The DO calculation model by La (formulas (5) to (7) above) is
The KLa correction calculation model may be used. More specifically, the value of SO2 is corrected using the KLa correction coefficient as in the following equation (18). Alternatively, it is also possible to use a blower air diffusion model or the like.
【００６１】 ＫＬａ＝Ｋ１×ＱＧ …（５） ＤＯＳ＝１４．１６−０．３９４３×Ｔ＋０．００７７１４×Ｔ２．０− ０．００００６４６×Ｔ３．０ …（６） ｄＳＯ２／ｄｔ＝ｄＳＯ２＋β・ＫＬａ×（ＤＯＳ−ＳＯ２）…（18） ＜記号＞ β：ＫＬａ補正係数 ＳＯ２：ＤＯ（溶存酸素濃度） ＱＧ：曝気風量 ＫＬａ：総括酸素移動係数 Ｋ１：補正係数 ＤＯＳ：飽和溶存酸素濃度 Ｔ：水温 （３）沈殿池の沈殿反応 沈殿池の沈殿反応に関して、基本モデルである完全沈殿
分離による沈殿池モデル（上式（８）（９））を、粒子
沈殿モデルと、水質分布モデルもしくは拡散沈殿モデル
もしくは層列の完全混合モデルとの組み合わせからなる
モデルとしてもよい。具体的には、次式（２０）のスト
ークスの沈殿式と、次式（２１）（２２）の沈殿池内水
質分布式とを用いることができる。[0061] KLa = K1 × QG ... (5 ) DOS = 14.16-0.3943 × T + 0.007714 × T 2.0 - 0.0000646 × T 3.0 ... (6) dSO2 / dt = dSO2 + β · KLa × (DOS-SO2) (18) <Symbol> β: KLa correction coefficient SO2: DO (dissolved oxygen concentration) QG: aeration flow KLa: overall oxygen transfer coefficient K1: correction coefficient DOS: saturated dissolved oxygen concentration T: water temperature ( 3) Precipitation reaction in sedimentation basin Regarding the sedimentation reaction in the sedimentation basin, a sedimentation basin model based on complete sedimentation (formulas (8) and (9)), which is a basic model, is divided into a particle sedimentation model, a water quality distribution model or a diffusion sedimentation model It may be a model composed of a combination of a layer sequence and a completely mixed model. Specifically, the Stokes sedimentation equation of the following equation (20) and the water quality distribution equation in the sedimentation basin of the following equations (21) and (22) can be used.
【００６２】 Ｃｏ＝Σ（Ｑ・Ｃ１）／Ｖ …（19） ｖｉ＝ｇ・（ρ０−ρｉ）・ｄｉ ２／１８μ …（20） ｔｉ＝ｚｊ／ｖｉ …（21） Ｃ２＝Ｃ０−(Ｒ１・Ｃ０)−(Ｒ２・Ｃ０)−…−(Ｒｉ・Ｃ０) …（22 ） ＜記号＞ Ｃ０：初期水質 Ｑ：流入量 Ｃ１：流入水質 Ｃ２：沈殿池内水質変化予測値 Ｖ：初期水質時の水容積（水位から演算） ｖｉ：ｉ粒子の沈降速度 ｇ：重力加速度（定数） ρ：水の密度（定数） ρｉ：ｉ粒子の密度 ｄｉ：ｉ粒子の粒子径 μ：水の粘性係数（定数） ｔｉ：ｉ粒子がｚ地点まで沈降する時間 ｚｊ：水位からの距離 Ｒｉ：ｉ粒子水質分布率 その他の例として、次式（２３）の沈殿池内の拡散を考
慮したモデル式を利用することも可能である。[0062] C o = Σ (Q · C 1) / V ... (19) v i = g · (ρ 0 -ρ i) · d i 2 / 18μ ... (20) t i = z j / v i ... (21) C 2 = C 0 - (R 1 · C 0) - (R 2 · C 0) - ... - (R i · C 0) ... (22) <symbol> C 0: initial water Q: flow rate C 1: inlet water C 2: precipitation Ikeuchi quality changes predictive value V: initial water when the water volume (calculated from the water level) v i: sedimentation velocity of i particles g: gravitational acceleration (constant) [rho: density of water (constant) ρ i : density of i-particles d i : particle diameter of i-particles μ: viscosity coefficient (constant) of water t i : time for i-particles to settle to z point z j : distance from water level R i : i-particle water quality distribution Rate As another example, it is also possible to use a model equation taking into account the diffusion in the sedimentation basin of the following equation (23).
【００６３】[0063]
【数２】 ＜記号＞ Ｃ：反応タンク内水質 ｔ：沈殿時間 ａ，ｋ，α：定数 ｖ：単粒子沈降速度 ｖ′：多粒子沈降速度 Ｕ：水平方向の流速 ｚ：深さ方向の距離 なお、上述した第１の実施の形態においては、変更対象
となる基本モデルの入出力値に測定困難なものが多数含
まれているが、このような基本モデルに対して、異種モ
デル情報入力値４として実測可能な水質成分の種類を入
力し、この実測可能な水質成分を主体とした異種モデル
を作成することも可能である。(Equation 2) <Symbol> C: Water quality in reaction tank t: Sedimentation time a, k, α: Constant v: Single particle sedimentation velocity v ': Multiparticle sedimentation velocity U: Flow velocity in horizontal direction z: Distance in depth direction As described above. In the first embodiment, the input / output values of the basic model to be changed include a large number of difficult-to-measure values. It is also possible to input different types of water quality components and create a heterogeneous model mainly based on the actually measurable water quality components.
【００６４】具体的には、測定困難な入出力値である、
ＳＦ（易分解性有機物）、ＳＡ（酢酸）、ＳＩ（不活性
有機物）、ＳＡＬＫ（アルカリ度）、ＳＮ２（溶存窒素
ガス）、ＸＩ（不活性浮遊有機物）、Ｘｓ（遅分解浮遊
有機物）、ＸＨ（従属栄養生物）、ＸＰＡＯ（リン蓄積
生物）、ＸＰＰ（ポリリン酸）、ＸＰＨＡ（細胞内リン
蓄積物）およびＸＡＵＴ（硝化生物）の中で、ＳＩ、Ｓ
ＡＬＫ、ＳＮ２を消去し、ＳＡをＳＦに含めたモデルを
作成する。このモデルのマトリクス表示を表１０に示
す。なお、表１０においては、表１の場合（１７種類の
水質成分、１９種類の反応）に比べて、１２種類の水質
成分、１４種類の反応となっており、モデル式自体も実
測値主体の構成で単純となっており、どういうモデルが
用いられているかをユーザが容易に理解することができ
る。Specifically, input / output values that are difficult to measure are
SF (easy decomposable organic substance), SA (acetic acid), SI (inactive organic substance), SALK (alkaliness), SN2 (dissolved nitrogen gas), XI (inactive floating organic substance), Xs (slowly decomposing floating organic substance), XH (Heterotrophic organisms), XPAO (phosphorus accumulating organisms), XPP (polyphosphate), XPHA (intracellular phosphorous accumulating substances) and XAUT (nitrifying organisms).
ALK and SN2 are deleted, and a model including SA in SF is created. Table 10 shows a matrix display of this model. In Table 10, 12 types of water quality components and 14 types of reactions are used as compared with the case of Table 1 (17 types of water quality components and 19 types of reactions), and the model formula itself is mainly based on actually measured values. The configuration is simple, and the user can easily understand what model is used.
【００６５】[0065]
【表１０】 第２の実施の形態 次に、図２により、本発明による水質シミュレータの第
２の実施の形態について説明する。本発明の第２の実施
の形態は、基本モデルに対応して作成された複数の異種
モデルをモデルデータベース部に格納し、この格納され
た異種モデルを適宜呼び出して実行することができるよ
うにした点を除いて、他は図１に示す水質シミュレータ
と略同一である。本発明の第２の実施の形態において、
図１に示す水質シミュレータと同一部分には同一符号を
付して詳細な説明は省略する。[Table 10] Second Embodiment Next, a water quality simulator according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the second embodiment of the present invention, a plurality of heterogeneous models created corresponding to a basic model are stored in a model database unit, and the stored heterogeneous models can be appropriately called and executed. Except for this point, the rest is substantially the same as the water quality simulator shown in FIG. In a second embodiment of the present invention,
The same parts as those of the water quality simulator shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted.
【００６６】図２に示すように、本発明の第２の実施の
形態に係る水質シミュレータにおいては、基本モデルに
基づいて作成された異種モデルを格納する異種モデルを
格納する異種モデル格納部１２と、シミュレーション用
のモデルを管理するモデル管理部１３を備えている。As shown in FIG. 2, in the water quality simulator according to the second embodiment of the present invention, a heterogeneous model storage unit 12 for storing a heterogeneous model storing a heterogeneous model created based on a basic model is provided. And a model management unit 13 for managing a model for simulation.
【００６７】このうち、異種モデル格納部１２は、基本
モデル格納部１とともにモデルデータベース部１１内に
設けられている。なお、異種モデル格納部１２には複数
の異種モデルを格納することが可能である。Among them, the heterogeneous model storage unit 12 is provided in the model database unit 11 together with the basic model storage unit 1. Note that the heterogeneous model storage unit 12 can store a plurality of heterogeneous models.
【００６８】また、モデル管理部１３内には異種モデル
変更部３が設けられており、異種モデル情報入力部５に
より入力された異種モデル情報入力値４に基づいて、基
本モデル格納部１に格納された基本モデルを変更してシ
ミュレーションで用いられる異種モデルを作成すること
ができるようになっている。また、モデル管理部１３
は、基本モデル格納部１および異種モデル格納部１２に
それぞれ格納された基本モデルおよび異種モデルの中か
らシミュレーション用のモデルを選定することができる
ようになっている。なお、モデル管理部１３内に異種モ
デル変更部３が設けられているが、これらを別々に設け
ることも可能である。A heterogeneous model change unit 3 is provided in the model management unit 13 and is stored in the basic model storage unit 1 based on the heterogeneous model information input value 4 inputted by the heterogeneous model information input unit 5. It is possible to create a heterogeneous model used in the simulation by changing the basic model. Also, the model management unit 13
Can select a simulation model from the basic model and the heterogeneous model stored in the basic model storage unit 1 and the heterogeneous model storage unit 12, respectively. Although the heterogeneous model changing unit 3 is provided in the model managing unit 13, it is also possible to provide them separately.
【００６９】なお、モデル管理部１３により選定された
モデルはシミュレーションモデル部１４に送られ、シミ
ュレーションモデル部１４において、入力値群（集合
Ａ）６を入力として選定モデル内のモデル式によりシミ
ュレーションが実行され、出力値群（集合Ａ′）７が出
力される。The model selected by the model management unit 13 is sent to the simulation model unit 14, and the simulation model unit 14 executes the simulation by using the input value group (set A) 6 as an input and using the model formula in the selected model. Then, an output value group (set A ′) 7 is output.
【００７０】このように本発明の第２の実施の形態によ
れば、異種モデル変更部３により作成された異種モデル
を基本モデルとともにモデルデータベース部１１内に格
納しているので、基本モデルと比較することにより異種
モデルの性能等を容易に評価することができる。As described above, according to the second embodiment of the present invention, the heterogeneous model created by the heterogeneous model changing unit 3 is stored in the model database unit 11 together with the basic model. By doing so, the performance and the like of the heterogeneous model can be easily evaluated.
【００７１】また、本発明の第２の実施の形態によれ
ば、シミュレーション用のモデルをモデルデータベース
部１１内に格納された基本モデルおよび異種モデルの中
から適宜選択することができるので、最終的に行われる
水処理プラントの運転管理および運転制御等に応じてシ
ミュレーション用のモデルを柔軟に選択することができ
る。Further, according to the second embodiment of the present invention, a simulation model can be appropriately selected from the basic model and the heterogeneous model stored in the model database unit 11, so that the final model can be selected. The model for simulation can be flexibly selected in accordance with the operation management and operation control of the water treatment plant performed in the above.
【００７２】第３の実施の形態 次に、図３により、本発明による水質シミュレータの第
３の実施の形態について説明する。本発明の第３の実施
の形態は、基本モデルまたは異種モデルの情報を表示す
ることができるようにした点を除いて、他は図１に示す
水質シミュレータと略同一である。本発明の第３の実施
の形態において、図１に示す水質シミュレータと同一部
分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。 Third Embodiment Next, a third embodiment of the water quality simulator according to the present invention will be described with reference to FIG. The third embodiment of the present invention is substantially the same as the water quality simulator shown in FIG. 1 except that the information of the basic model or the heterogeneous model can be displayed. In the third embodiment of the present invention, the same parts as those of the water quality simulator shown in FIG.
【００７３】図３に示すように、異種モデル変更部３に
はモデル情報表示部１５が接続されており、モデル情報
表示部１５において、異種モデル変更部３を介して、基
本モデル格納部１および異種モデル実行部２内にそれぞ
れ格納されている基本モデルまたは異種モデルの情報を
表示することができるようになっている。As shown in FIG. 3, a model information display unit 15 is connected to the heterogeneous model changing unit 3. In the model information displaying unit 15, the basic model storage unit 1 and the The information of the basic model or the heterogeneous model stored in the heterogeneous model execution unit 2 can be displayed.
【００７４】このように本発明の第３の実施の形態によ
れば、モデル情報表示部１５により基本モデルまたは異
種モデルの情報を表示することができるので、水質シミ
ュレータを利用するユーザが、どういうモデルが用いら
れているかを十分に理解することができ、シミュレーシ
ョン結果を水処理プラントの運転管理および運転制御に
適切に反映させることができる。As described above, according to the third embodiment of the present invention, the information of the basic model or the heterogeneous model can be displayed by the model information display section 15, so that the user using the water quality simulator can determine what model Can be fully understood, and the simulation result can be appropriately reflected in the operation management and operation control of the water treatment plant.
【００７５】第４の実施の形態 次に、図４により、本発明による水質シミュレータの第
４の実施の形態について説明する。本発明の第４の実施
の形態は、基本モデルまたは異種モデルのパラメータを
自動または手動によりチューニングすることができるよ
うにした点を除いて、他は図１に示す水質シミュレータ
と略同一である。本発明の第４の実施の形態において、
図１に示す水質シミュレータと同一部分には同一符号を
付して詳細な説明は省略する。 Fourth Embodiment Next, a fourth embodiment of the water quality simulator according to the present invention will be described with reference to FIG. The fourth embodiment of the present invention is substantially the same as the water quality simulator shown in FIG. 1 except that the parameters of the basic model or the heterogeneous model can be tuned automatically or manually. In a fourth embodiment of the present invention,
The same parts as those of the water quality simulator shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted.
【００７６】図４に示すように、基本モデル格納部１お
よび異種モデル実行部２にはモデルパラメータチューニ
ング機能部１７が接続されており、実測値入力部１６を
介して入力された水処理プラントの実測値に基づいて基
本モデルまたは異種モデルのパラメータをチューニング
することができるようになっている。As shown in FIG. 4, a model parameter tuning function unit 17 is connected to the basic model storage unit 1 and the heterogeneous model execution unit 2, and the water treatment plant input through the actual measurement value input unit 16. The parameters of the basic model or the heterogeneous model can be tuned based on the actually measured values.
【００７７】具体的には例えば、全てのパラメータの感
度解析を１つずつ行い、その後、高感度のパラメータに
関して、実測値入力部１６の実測値と比較して両者が一
致するよう自動的に調整する。また、ユーザがパラメー
タを手動で調整するようにしてもよい。More specifically, for example, the sensitivity analysis of all parameters is performed one by one, and then the high-sensitivity parameters are compared with the actually measured values of the actually measured value input unit 16 to automatically adjust them so that they match. I do. Also, the user may manually adjust the parameters.
【００７８】このように本発明の第４の実施の形態によ
れば、モデルパラメータチューニング機能部１７により
基本モデルまたは異種モデルのパラメータを自動または
手動でチューニングすることができるので、基本モデル
を改良して異種モデルを作成した場合でも、その新規あ
るいは改良したパラメータを容易にチューニングするこ
とができる。As described above, according to the fourth embodiment of the present invention, the parameters of the basic model or the heterogeneous model can be tuned automatically or manually by the model parameter tuning function unit 17, so that the basic model can be improved. Even when a heterogeneous model is created by using this method, the new or improved parameters can be easily tuned.
【００７９】[0079]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、水
処理プラントの水質として、既存の水質成分のみなら
ず、あらゆる水質成分を精度良くシミュレーションし、
そのシミュレーション結果に基いて水処理プラントの運
転管理および運転制御を適切に行うことができる。As described above, according to the present invention, not only existing water quality components but also all water quality components are accurately simulated as water quality of a water treatment plant.
The operation management and operation control of the water treatment plant can be appropriately performed based on the simulation result.
【図１】本発明による水質シミュレータの第１の実施の
形態を示す機能ブロック図。FIG. 1 is a functional block diagram showing a first embodiment of a water quality simulator according to the present invention.
【図２】本発明による水質シミュレータの第２の実施の
形態を示す機能ブロック図。FIG. 2 is a functional block diagram showing a water quality simulator according to a second embodiment of the present invention.
【図３】本発明による水質シミュレータの第３の実施の
形態を示す機能ブロック図。FIG. 3 is a functional block diagram showing a third embodiment of the water quality simulator according to the present invention.
【図４】本発明による水質シミュレータの第４の実施の
形態を示す機能ブロック図。FIG. 4 is a functional block diagram showing a water quality simulator according to a fourth embodiment of the present invention.
【図５】従来の水質シミュレータを示す機能ブロック
図。FIG. 5 is a functional block diagram showing a conventional water quality simulator.
１ 基本モデル格納部 ２ 異種モデル実行部 ３ 異種モデル変更部 ４ 異種モデル情報入力値 ５ 異種モデル情報入力部 ６ 入力値群（集合Ａ） ７ 出力値群（集合Ａ′） １１ モデルデータベース部 １２ 異種モデル格納部 １３ モデル管理部 １４ シミュレーションモデル部 １５ モデル情報表示部 １６ 実測値入力部 １７ モデルパラメータチューニング機能部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Basic model storage part 2 Heterogeneous model execution part 3 Heterogeneous model change part 4 Heterogeneous model information input value 5 Heterogeneous model information input part 6 Input value group (set A) 7 Output value group (set A ') 11 Model database part 12 Heterogeneous Model storage unit 13 Model management unit 14 Simulation model unit 15 Model information display unit 16 Actual measurement value input unit 17 Model parameter tuning function unit
フロントページの続き (72)発明者 松 前 学 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内 (72)発明者 岸 原 正 樹 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内 (72)発明者 初 鹿 行 雄 東京都港区芝浦一丁目１番１号 株式会社 東芝本社事務所内 Ｆターム(参考） 4D028 AA01 AA08 BB02 CA01 CA07 CA09 CB03 CB05 CC01 CC05 CD05 CD08 CE02 CE03 5H004 GA21 GA27 GB08 HA02 HA04 HB02 HB04 JA12 JA23 Continued on the front page (72) Manabu Matsumae, 1 Toshiba-cho, Fuchu-shi, Tokyo Inside the Toshiba Fuchu Plant, Inc. (72) Inventor Masaki Kishihara, 1 Toshiba-cho, Fuchu-shi, Tokyo, Fuchu Plant, Toshiba ( 72) Inventor Yukio Hatsuka 1-1-1 Shibaura, Minato-ku, Tokyo F-term in the head office of Toshiba Corporation 4D028 AA01 AA08 BB02 CA01 CA07 CA09 CB03 CB05 CC01 CC05 CD05 CD08 CE02 CE03 5H004 GA21 GA27 GB08 HA02 HA04 HB02 HB04 JA12 JA23
Claims (13)
する水質シミュレータにおいて、 シミュレーションで用いられる基本モデルを格納する基
本モデル格納部と、 前記基本モデル格納部に格納された基本モデルと異なる
異種モデルの情報として、モデル式の構造、水質の種類
およびパラメータの種類のうちの少なくとも一つに関す
る情報を入力する異種モデル情報入力部と、 前記異種モデル情報入力部により入力された異種モデル
の情報に基づいて、前記基本モデル格納部に格納された
基本モデルを変更してシミュレーションで用いられる異
種モデルを作成する異種モデル変更部とを備えたことを
特徴とする水質シミュレータ。1. A water quality simulator for simulating water quality of a water treatment plant, comprising: a basic model storage unit for storing a basic model used in a simulation; and information of a different model different from the basic model stored in the basic model storage unit. A heterogeneous model information input unit for inputting information on at least one of a model formula structure, a type of water quality, and a type of parameter; based on the heterogeneous model information input by the heterogeneous model information input unit, A water quality simulator comprising: a heterogeneous model changing unit that changes a basic model stored in a basic model storage unit to create a heterogeneous model used in a simulation.
種モデルを格納する異種モデル格納部と、 前記基本モデル格納部および前記異種モデル格納部にそ
れぞれ格納された基本モデルおよび異種モデルの中から
シミュレーション用のモデルを選定するモデル管理部と
をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の水質シ
ミュレータ。2. A heterogeneous model storage unit for storing a heterogeneous model created by the heterogeneous model changing unit, and a simulation from among the basic model and the heterogeneous model stored in the basic model storage unit and the heterogeneous model storage unit, respectively. The water quality simulator according to claim 1, further comprising a model management unit that selects a model for use.
報を表示するモデル情報表示部をさらに備えたことを特
徴とする請求項１記載の水質シミュレータ。3. The water quality simulator according to claim 1, further comprising a model information display section for displaying information on the basic model or the heterogeneous model.
ラメータをチューニングするモデルパラメータチューニ
ング機能部をさらに備えたことを特徴とする請求項１記
載の水質シミュレータ。4. The water quality simulator according to claim 1, further comprising a model parameter tuning function unit for tuning parameters of the basic model or the heterogeneous model.
して水質モデルおよびプロセスモデルを格納することを
特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の水質シミュ
レータ。5. The water quality simulator according to claim 1, wherein the basic model storage section stores a water quality model and a process model as the basic model.
して活性汚泥モデルを格納し、前記異種モデル情報入力
部は前記異種モデルの情報として担体モデルまたは生物
膜モデルに関する情報を入力することを特徴とする請求
項１乃至４のいずれか記載の水質シミュレータ。6. The basic model storage unit stores an activated sludge model as the basic model, and the heterogeneous model information input unit inputs information on a carrier model or a biofilm model as information on the heterogeneous model. The water quality simulator according to any one of claims 1 to 4.
して活性汚泥モデルを格納し、前記異種モデル情報入力
部は前記異種モデルの情報として糸状細菌や放線菌等の
バルキング原因微生物モデルに関する情報を入力するこ
とを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の水質シ
ミュレータ。7. The basic model storage section stores an activated sludge model as the basic model, and the heterogeneous model information input section inputs information on a bulking-causing microorganism model such as a filamentous bacterium or an actinomycete as information on the heterogeneous model. The water quality simulator according to any one of claims 1 to 4, wherein:
して活性汚泥モデルを格納し、前記異種モデル情報入力
部は前記異種モデルの情報として硝酸菌および亜硝酸菌
の硝化菌モデルに関する情報を入力することを特徴とす
る請求項１乃至４のいずれか記載の水質シミュレータ。8. The basic model storage section stores an activated sludge model as the basic model, and the heterogeneous model information input section inputs information on a nitrifying bacterium model of nitrate bacteria and nitrite as the information of the heterogeneous model. The water quality simulator according to any one of claims 1 to 4, wherein:
して活性汚泥モデルを格納し、前記異種モデル情報入力
部は前記異種モデルの情報として化学物質または微生物
の吸着モデルに関する情報を入力することを特徴とする
請求項１乃至４のいずれか記載の水質シミュレータ。9. The basic model storage unit stores an activated sludge model as the basic model, and the heterogeneous model information input unit inputs information on a chemical substance or microorganism adsorption model as information on the heterogeneous model. The water quality simulator according to any one of claims 1 to 4, wherein
としてタンクの完全混合モデルを格納し、前記異種モデ
ル情報入力部は前記異種モデルの情報としてタンクの拡
散混合モデルに関する情報を入力することを特徴とする
請求項１乃至４のいずれか記載の水質シミュレータ。10. The basic model storage unit stores a complete mixing model of a tank as the basic model, and the heterogeneous model information input unit inputs information on a diffusion mixing model of a tank as information of the heterogeneous model. The water quality simulator according to any one of claims 1 to 4, wherein
として曝気のＫＬａによるＤＯ演算モデルを格納し、前
記異種モデル情報入力部は前記異種モデルの情報として
ＫＬａ補正演算モデルに関する情報を入力することを特
徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の水質シミュレ
ータ。11. The basic model storage unit stores a DO calculation model based on aeration KLa as the basic model, and the heterogeneous model information input unit inputs information on a KLa correction operation model as information on the heterogeneous model. The water quality simulator according to any one of claims 1 to 4, wherein:
として完全沈殿分離による沈殿池モデルを格納し、前記
異種モデル情報入力部は前記異種モデルの情報として、
粒子沈殿モデルと、水質分布モデルもしくは拡散沈殿モ
デルもしくは層列の完全混合モデルとに関する情報を入
力することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載
の水質シミュレータ。12. The basic model storage unit stores a sedimentation basin model by complete sedimentation separation as the basic model, and the heterogeneous model information input unit stores the heterogeneous model information as
The water quality simulator according to any one of claims 1 to 4, wherein information relating to a particle sedimentation model, a water quality distribution model, a diffusion sedimentation model, or a complete mixing model of a layer sequence is input.
として活性汚泥モデルを格納し、前記異種モデル情報入
力部は前記異種モデルの情報として実測可能な水質成分
の種類を入力することを特徴とする請求項１乃至４のい
ずれか記載の水質シミュレータ。13. The basic model storage unit stores an activated sludge model as the basic model, and the heterogeneous model information input unit inputs a type of a water quality component that can be measured as the information of the heterogeneous model. The water quality simulator according to any one of claims 1 to 4.
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-
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- 2000-05-30 JP JP2000160605A patent/JP2001334253A/en not_active Withdrawn
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