JP2002045882A - Water quality controller for sewage treatment plant - Google Patents

Water quality controller for sewage treatment plant

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JP2002045882A
JP2002045882A JP2000239614A JP2000239614A JP2002045882A JP 2002045882 A JP2002045882 A JP 2002045882A JP 2000239614 A JP2000239614 A JP 2000239614A JP 2000239614 A JP2000239614 A JP 2000239614A JP 2002045882 A JP2002045882 A JP 2002045882A
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JP
Japan
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data
water quality
sewage
sewage treatment
process model
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Pending
Application number
JP2000239614A
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Japanese (ja)
Inventor
Osamu Yamanaka
中 理 山
Akihiro Nagaiwa
岩 明 弘 長
Masahiko Tsutsumi
正 彦 堤
Yasuhiko Nagamori
森 泰 彦 永
Yukio Hatsuka
鹿 行 雄 初
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10Biological treatment of water, waste water, or sewage

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a water quality controller of a sewage treatment plant capable of sufficiently grasping the characteristics of the water quality process of the sewage treatment plant and accurately controlling water quality. SOLUTION: Flow-in sewage data from a disturbance sensor 16, treating water data from water quality state sensors 171-175 and a manipulated variables from actuators 181-186 are inputted to a process value storage means 2 and stored. A process model is constructed in a sewage treatment process model identification means 3 based on information from the process value storage means 2. In an optimum manipulated variable decision means 4, the optimum manipulated variable of the actuators is obtained based on the flow-in sewage data and the treating water data by using the process model from the sewage treatment process model identification means 3.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ポンプやブロア等
のアクチュエータを有する下水処理場の水質制御装置に
係り、とりわけ精度良く水質制御を行なうことができる
水質制御装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a water quality control device for a sewage treatment plant having an actuator such as a pump or a blower, and more particularly to a water quality control device capable of performing water quality control with high accuracy.

【0002】[0002]

【従来の技術】下水処理場等、下水処理施設の最も重要
な役割は、流入下水を処理し、河川等への放流水の水質
を可能な限り良好に保つことである。ところで、近年、
例えば合成洗剤に含まれるリン化合物等により、流入下
水の水質が変化してきている。これに伴い、従来の有機
物の分解といった比較的単純な処理から、より高度な処
理が求められるようになっている。
2. Description of the Related Art The most important role of a sewage treatment facility such as a sewage treatment plant is to treat incoming sewage and to maintain the quality of effluent discharged to rivers and the like as good as possible. By the way, in recent years,
For example, the quality of incoming sewage is changing due to phosphorus compounds and the like contained in synthetic detergents. Along with this, a relatively sophisticated process, such as the conventional decomposition of an organic substance, is required to be more advanced.

【0003】ここで、高度な処理とは、窒素やリン等野
特定の物質に対する処理のことである。これら窒素やリ
ン等野物質は、特に湖沼などの閉鎖性の水域へ放出され
ると、この水域に存在するプランクトンなどの微生物の
栄養源となり、赤潮などの被害を起こすことが知られて
いる。そのため、法的にも、窒素やリンなどの自然水域
への放流総量に対して数値基準を設けて規制しようとす
る動きが活発になってきている。
[0003] Here, the advanced treatment is a treatment for a specific substance such as nitrogen or phosphorus. It is known that when these nitrogen and phosphorus and other substances are released into closed water areas such as lakes and marshes, they become nutrient sources for microorganisms such as plankton present in these water areas and cause damage such as red tide. For this reason, there has been an active movement to legally set a numerical standard for the total amount of nitrogen and phosphorus discharged into natural waters.

【0004】これに呼応するように、技術面におていも
窒素やリンの除去(脱窒・脱リン)を目的とした様々な
手法の開発の試みが行われるようになってきている。そ
の中でも、下水処理に用いられる生物反応槽へ空気を送
り込む曝気風量や汚泥を循環させる返送汚泥ポンプな
ど、複数のアクチュエータを適切に調整することによっ
て脱窒・脱リンを行う、いわゆる操作量の制御による方
法は有望なアプローチの一つである。
[0004] In response, attempts have been made to develop various techniques for removing nitrogen and phosphorus (denitrification and dephosphorization) in the technical aspect. Among them, the control of so-called operation amount, which performs denitrification and dephosphorization by appropriately adjusting multiple actuators such as the aeration air volume that sends air to the biological reaction tank used for sewage treatment and the return sludge pump that circulates sludge Is one of the promising approaches.

【0005】このような水質制御による方法は、新たな
建設や改造などを行わないため経済的にも安価に実現で
き、また既存の設備に新たにソフトウェアを搭載するこ
とのみで容易に実現できるという意味において、最も有
力なアプローチである。
[0005] Such a method based on water quality control is economically inexpensive because no new construction or remodeling is performed, and can be easily realized only by installing new software on existing equipment. In the sense, it is the most powerful approach.

【0006】従来、以下の様な方法によって、脱窒・脱
リンのための操作量制御は行われてきた。
Conventionally, the operation amount control for denitrification and dephosphorization has been performed by the following method.

【0007】最も広く行われている方法として、下水処
理施設の運転員の経験と勘に基づいて操作量を決定する
定性的な方法がある。また近年大学や自治体が試みてい
る方法として、国際水質学会(International Associat
ion on Water Quality )と呼ばれる下水処理分野最大
の学会が公表している脱窒・脱リンの時間的なダイナミ
クスを模擬するASM2(Activated Sludge Model No.
2)を利用して制御を行うものがある。さらに一部のメ
ーカなどが行っている方法として、ニューラルネットワ
ークを利用して窒素やリンの濃度と操作量との相関をモ
デル化し操作量を直接決定する方法などがある。
As the most widely used method, there is a qualitative method of determining the operation amount based on the experience and intuition of the operator of the sewage treatment plant. In recent years, universities and municipalities have attempted to use the International Associat
ASM2 (Activated Sludge Model No.) that simulates the temporal dynamics of denitrification and dephosphorization published by the largest society in the field of sewage treatment called ion on Water Quality.
Some control is performed using 2). Further, as a method used by some manufacturers or the like, there is a method of directly determining the operation amount by modeling the correlation between the concentration of nitrogen or phosphorus and the operation amount using a neural network.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】このような水質制御方
法の中で、運転員の勘と経験に基づいて操作量を決定す
る定性的な方法は、従来の運用や制御を継続する場合に
は有効なアプローチであると考えられる。しかしながら
法的に具体的な数値を伴う規制が導入された場合に、運
転員はこのような場合に対する運転経験を持たないた
め、迅速に対処することができない。
Among such water quality control methods, the qualitative method of determining the operation amount based on the intuition and experience of the operator is a conventional method in which the conventional operation or control is continued. This seems to be an effective approach. However, when regulations with legally specific numerical values are introduced, operators cannot take prompt action because they do not have operating experience in such cases.

【0009】また、このような定性的な方法では、脱窒
・脱リンがうまく行われない場合、そのことが判明して
から、例えば、PAC(ポリ塩化アルミニウム)等の薬
品を投入するなどして、強制的に窒素やリンの除去を行
うことなどが行われる。つまり、定性的な制御方法で
は、今までに経験したことのない、あるいは容易に予期
できないような事象が生じた場合に、制御が後追いにな
ってしまうという欠点がともなう。
[0009] In such a qualitative method, when denitrification and dephosphorization are not performed well, it is found that the denitrification and dephosphorization are not performed, and then, for example, a chemical such as PAC (polyaluminum chloride) is introduced. Then, forcible removal of nitrogen and phosphorus is performed. In other words, the qualitative control method has a drawback that the control is followed when an event that has not been experienced so far or that cannot be easily predicted occurs.

【0010】一方、ダイナミクスを模擬することのでき
るASM2モデルに基づく制御方法では、予めモデルの
パラメータを十分にキャリプレーションしておき、キャ
リプレーションされたモデルを用いることによって水質
の変化を予測し、予め制御を行う操作量を適切な値に設
定することによって、制御が後追いになることを避ける
ことができる。
On the other hand, in the control method based on the ASM2 model capable of simulating the dynamics, the parameters of the model are sufficiently calibrated in advance, and the change in water quality is predicted by using the calibrated model. By setting the operation amount for performing control in advance to an appropriate value, it is possible to prevent the control from following up.

【0011】しかし、ASM2モデル自身は、微生物の
栄養源となる物質(=酢酸)投入を行うアクチュエータ
などを持たない。このような物質投入は、実際の下水処
理場のプロセスではしばしば行われることであり、ま
た、窒素やリンの除去に大きな影響を与える。そのた
め、ASM2モデルでは、実際の下水処理場で水質制御
を行う一部のアクチュエータと水質の関係をうまく模擬
できず、そのアクチュエータの操作量を原理的に決定で
きない。
However, the ASM2 model itself does not have an actuator for feeding a substance (= acetic acid) serving as a nutrient source of microorganisms. Such substance input is often performed in actual sewage treatment plant processes, and has a significant effect on nitrogen and phosphorus removal. Therefore, in the ASM2 model, the relationship between some actuators that perform water quality control in an actual sewage treatment plant and water quality cannot be simulated well, and the operation amount of the actuator cannot be determined in principle.

【0012】特に、酢酸の投入やPACなどの化学薬品
の投入は、(窒素や)リンの除去に強力な影響を与える
因子であり、このアクチュエータを模擬できないこと
は、脱窒・脱リンを目的とした制御を考える上では致命
的な欠点となる。また、微生物の反応速度を大きく支配
する水温の影響を直接的には取り込むことができない。
すなわち、ASM2モデルは、現実の下水処理プロセス
の制御に用いるには、不完全なモデルである。
In particular, the input of acetic acid or the input of a chemical such as PAC is a factor that has a strong effect on the removal of (nitrogen or) phosphorus, and the inability to simulate this actuator requires the purpose of denitrification and dephosphorization. This is a fatal drawback when considering the control. In addition, the effect of water temperature, which largely controls the reaction rate of microorganisms, cannot be directly captured.
That is, the ASM2 model is an imperfect model for use in controlling a real sewage treatment process.

【0013】また、ニューラルネットワークによるアプ
ローチでは、窒素やリンの濃度から直接操作量を決定し
ているが、その決定に際しては、窒素やリンの時間的な
ダイナミクスが十分に考慮されていない。すなわち、現
在の窒素やリンの濃度から現在の操作量を決定してお
り、予め決められた所定の過去から現在に渡るまでの窒
素やリンの濃度と、操作量との関係が考慮されていな
い。
In the neural network approach, the manipulated variable is directly determined from the concentration of nitrogen or phosphorus. However, in the determination, the temporal dynamics of nitrogen or phosphorus is not sufficiently considered. That is, the current operation amount is determined from the current nitrogen and phosphorus concentrations, and the relationship between the nitrogen and phosphorus concentrations from the predetermined past to the present and the operation amount is not considered. .

【0014】通常、下水の水質処理プロセスは、操作量
をある値に決定(固定)してから実際の水質の変化が終
了する(ある定常状態に落ち着く)までに、短いもので
数時間、長いものでは数週間かかることが、経験的に、
また前記のASM2モデルを用いたシミュレーションな
どによってわかっている。そのため、ある瞬間の水質
(窒素やリン)の濃度とある瞬間の操作量の関係をニュ
ーラルネットワークによって決定するだけでは十分では
ない。すなわちニューラルネットワークによる方法は、
下水の水質プロセスの特性を十分に捉えていないという
意味で不完全である。
In general, the sewage water quality treatment process is a short one and a few hours long after the operation quantity is determined (fixed) to a certain value and the actual water quality change ends (settles in a certain steady state). Things can take weeks, but empirically,
Further, it is known from a simulation using the ASM2 model or the like. Therefore, it is not enough to determine the relationship between the concentration of water quality (nitrogen or phosphorus) at a certain moment and the manipulated variable at a certain moment by a neural network. That is, the method using the neural network
It is incomplete in that it does not fully capture the characteristics of the sewage water quality process.

【0015】本発明はこのような点を考慮してなされた
ものであり、下水の水質プロセスの特性を十分に捉え
て、精度良く水質制御を行なうことができる下水処理場
の水質制御装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above points, and provides a water quality control device of a sewage treatment plant capable of performing a water quality control accurately by sufficiently grasping characteristics of a sewage water quality process. The purpose is to do.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明は、複数のアクチ
ュエータを有し、流入下水を処理する下水処理場の水質
制御装置において、流入下水に関する流入下水データを
計測する流入下水データセンサーと、下水処理場で処理
された処理水に関す処理水データを計測する処理水デー
タセンサーと、流入下水データセンサーからの流入下水
データ、処理水データセンサーからの処理水データおよ
びアクチュエータの操作量を記憶するプロセス値記憶手
段と、プロセス値記憶手段からの情報に基づいて、プロ
セスモデルを構築する下水処理プロセスモデル同定手段
と、下水処理プロセスモデル同定手段からのプロセスモ
デルを用い、流入下水データおよび処理水データに基づ
いてアクチュエータの最適操作量を求める最適操作量決
定手段と、を備えたことを特徴とする下水処理場の水質
制御装置である。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a water quality control device for a sewage treatment plant that has a plurality of actuators and treats inflow sewage. A treated water data sensor that measures treated water data related to treated water treated at the treatment plant, and a process that stores inflowed sewage data from the inflowed sewage data sensor, treated water data from the treated water data sensor, and the operation amount of the actuator Value storage means, based on the information from the process value storage means, using a sewage treatment process model identification means for constructing a process model, and a process model from the sewage treatment process model identification means, to the inflow sewage data and treated water data Optimum operation amount determining means for obtaining an optimum operation amount of the actuator based on the It is quality control system of the sewage treatment plant according to claim.

【0017】本発明によれば、酢酸などの物質投入やP
AC等の薬品投入を考慮した実際の下水処理プロセスに
近いモデルを用いて、実際の下水処理プロセスにおける
水質の変動を定量的に模擬しながら、実際の下水処理場
で用いられる複数の操作量に対して、最適な指令値を与
えることができる。
According to the present invention, a substance such as acetic acid or P
Using a model close to the actual sewage treatment process taking into account the introduction of chemicals such as AC, quantitatively simulating water quality fluctuations in the actual sewage treatment process, On the other hand, an optimal command value can be given.

【0018】本発明は、下水処理プロセスモデル同定手
段は、プロセス値記録手段に記録された情報から下水処
理プロセスの特性を解析するプロセス特性解析手段と、
前記プロセス特性解析手段による解析結果からプロセス
モデルの構造を決定する構造同定手段と、構造同定手段
によって決定されたプロセスモデルのパラメータの推定
を行うパラメータ同定手段と、を有することを特徴とす
る下水処理場の水質制御装置である。
According to the present invention, the sewage treatment process model identification means includes: a process characteristic analysis means for analyzing characteristics of the sewage treatment process from information recorded in the process value recording means;
A sewage treatment system comprising: a structure identification unit configured to determine a structure of a process model from an analysis result obtained by the process characteristic analysis unit; and a parameter identification unit configured to estimate parameters of the process model determined by the structure identification unit. It is a water quality control device of the site.

【0019】本発明によれば、予め下水処理場のデータ
サーバなどに蓄積されたデータのみを用いて、下水水質
の時間的および空間的なダイナミクスの特徴を捉えたも
でるを構築することができ、このモデルによって下水水
質の時間的及び空間的なダイナミクスを模擬することに
よって得られる水質予測値を利用した制御系、あるいは
このモデル自身を内蔵する制御系を構築することがで
き、過去の蓄積されたデータのみから複数の操作量の最
適指令値を与えることができる。
According to the present invention, it is possible to construct a system that captures the characteristics of temporal and spatial dynamics of sewage quality using only data previously stored in a data server of a sewage treatment plant. By using this model, it is possible to construct a control system using water quality prediction values obtained by simulating the temporal and spatial dynamics of sewage water quality, or a control system incorporating this model itself. Optimal command values for a plurality of manipulated variables can be given only from the data obtained.

【0020】本発明は、下水処理プロセスモデル同定手
段は、予め物理化学的な方法によってプロセスモデルを
構築するとともに、微生物の栄養源となる物質投入を行
うアクチュエータと、凝集沈殿効果を持つ物質投入を行
うアクチュエータとの相関に基づいてプロセスモデルを
更に高機能化するプロセスモデル高機能化手段を更に有
することを特徴とする下水処理場の水質制御装置であ
る。
According to the present invention, the sewage treatment process model identification means constructs a process model in advance by a physicochemical method, and further comprises an actuator for feeding a substance serving as a nutrient source of microorganisms, and a substance feeding having a coagulating sedimentation effect. A water quality control device for a sewage treatment plant, further comprising a process model enhancing means for further enhancing a process model based on a correlation with an actuator to be performed.

【0021】本発明によれば、下水水質の物理・化学的
なダイナミクスを模擬できる下水水質モデルと実際の下
水処理場で用いられているアクチュエータとの相関を、
実データを用いて定量的に表現することが可能となり、
そのため、実際の下水処理プロセスのダイナミクスを模
擬し、最適操作量を決定することが可能となる。また、
このような物理・化学プロセスを用いることにより、セ
ンシング不可能な水質項目に対するソフトウェアーセン
サー、あるいは状態オブザーバとしての機能も持たせる
ことができ、最適操作量をより確実なものにすることが
できる。
According to the present invention, a correlation between a sewage quality model capable of simulating physical and chemical dynamics of sewage quality and an actuator used in an actual sewage treatment plant is described.
It is possible to express quantitatively using actual data,
Therefore, it is possible to simulate the actual dynamics of the sewage treatment process and determine the optimal operation amount. Also,
By using such a physical / chemical process, a function as a software sensor or a state observer for a water quality item that cannot be sensed can be provided, and the optimal operation amount can be further ensured.

【0022】本発明は、最適操作量決定手段は、下水処
理プロセスモデル同定手段によって得られたモデルのス
テップ応答波形から最適操作量の計算に関連するパラメ
ータを決定する制御用パラメータ決定手段と、制御用パ
ラメータ決定手段によって決定されたパラメータを用い
て実際に操作量指令値を計算する操作量指令値演算手段
とを有することを特徴とする下水処理場の水質制御装置
である。
According to the present invention, the optimum manipulated variable determining means includes a control parameter determining means for determining parameters related to the calculation of the optimal manipulated variable from a step response waveform of the model obtained by the sewage treatment process model identifying means, And a manipulated variable command value calculating means for actually calculating a manipulated variable command value using the parameters determined by the use parameter determining means.

【0023】本発明によると、具体的な最適操作量の決
定にあたって、各水質項目の時定数、ゲイン、ピーク値
などの下水処理プロセスを特徴づける1〜数個のパラメ
ータで下水処理プロセスの特性を表現することが可能に
なり、そのため、最適操作量の決定に際して、少ない数
のパラメータで計算を遂行することができ、数値的に安
定な最適操作量決定アルゴリズムが確立できる。また、
時定数やゲインなど、物理的に意味を持つパラメータを
最適操作量演算に組み込むことによって、各水質項目の
時定数やゲインなどが変化した場合に容易に最適操作量
演算のチューニングを行うことができる。
According to the present invention, in determining the specific optimal operation amount, the characteristics of the sewage treatment process are determined by one to several parameters that characterize the sewage treatment process, such as the time constant, gain, and peak value of each water quality item. This makes it possible to express, so that when determining the optimal operation amount, the calculation can be performed with a small number of parameters, and a numerically stable optimal operation amount determination algorithm can be established. Also,
By incorporating physically significant parameters such as time constants and gains into the optimal manipulated variable calculation, it is possible to easily tune the optimal manipulated variable calculation when the time constant or gain of each water quality item changes. .

【0024】本発明は、最適操作量決定手段は、前記下
水処理プロセスモデル同定手段によって得られたモデル
の外乱の影響を打ち消して、予め決められた目標水質を
達成するように操作量を決定するフィードフォワード型
最適操作量決定手段と、下水処理水質と前記目標水質の
誤差を修正するように操作量を補正して最適操作量を求
めるフィードフォワード型補正操作量決定手段とを有す
ることを特徴とする下水処理場の水質制御装置である。
According to the present invention, the optimum operation amount determination means determines the operation amount so as to cancel the influence of disturbance of the model obtained by the sewage treatment process model identification means and to achieve a predetermined target water quality. Feedforward-type optimal manipulated variable determining means, and feedforward-type corrected manipulated variable determining means for obtaining an optimal manipulated variable by correcting the manipulated variable so as to correct an error between the sewage treatment water quality and the target water quality. It is a water quality control device of a sewage treatment plant.

【0025】本発明によれば、最適操作量の決定にあた
って、流入下水の水質や水量などの変動に伴う処理水質
の変動を、下水処理プロセスを表現するモデルを用いて
予測し、これをフィードフォワード型の先行補償するこ
とによって処理水質を安定に保つことができ、さらにモ
デルの不完全さによる誤差や予期できぬ外乱の影響に伴
う処理水質の変動が生ずる場合にのみ、必要最小限のフ
ィードバック補償を行うことにより、さらに処理水質の
安定性を高めることができる。
According to the present invention, in determining the optimum operation amount, fluctuations in the treated water quality due to fluctuations in the quality and quantity of the inflowed sewage are predicted using a model representing the sewage treatment process, and this is fed-forward. The pre-compensation of the mold can keep the treated water quality stable, and the minimum necessary feedback compensation only when the treated water quality fluctuates due to errors due to model imperfections and the effects of unexpected disturbances , The stability of the treated water quality can be further increased.

【0026】本発明は、同一種類の流入下水データセン
サーを複数設け、最適操作量決定手段は、複数の同一種
類の流入下水データセンサーからの情報の平均化を図る
データ前処理手段を有することを特徴とする下水処理場
の水質制御装置である。
According to the present invention, a plurality of inflow sewage data sensors of the same type are provided, and the optimum manipulated variable determining means includes data preprocessing means for averaging information from a plurality of inflow sewage data sensors of the same type. This is a characteristic water quality control device for sewage treatment plants.

【0027】本発明によると、下水処理場の槽内の場所
による水質の偏りを補正することができ、下水処理が実
際に行われる空間的な分布を持った液体の水質値を、空
間的な分布を持たない点の水質値で代表させることがで
きる。そのため、通常空間的な分布を考慮せずに作られ
ることの多い同定モデルからの出力値とセンサー計測値
の「誤差」、を精度よく計算することが可能となる。そ
れによって、その「誤差」に対してフィードバック操作
を行う制御系を高精度化することができる。
According to the present invention, it is possible to correct the deviation of the water quality depending on the location in the tank of the sewage treatment plant, and to calculate the water quality value of the liquid having a spatial distribution in which the sewage treatment is actually performed. It can be represented by water quality values at points that do not have a distribution. Therefore, it is possible to accurately calculate the “error” between the output value from the identification model and the sensor measurement value, which is often created without considering the spatial distribution. As a result, a control system that performs a feedback operation on the “error” can be improved in accuracy.

【0028】本発明は、複数のアクチュエータを有し、
流入下水を処理する下水処理場の水質制御装置におい
て、流入下水に関する流入下水データを計測する流入下
水データセンサーと、下水処理場で処理された処理水に
関す処理水データを計測する処理水データセンサーと、
流入下水データセンサーからの流入下水データ、処理水
データセンサーからの処理水データおよびアクチュエー
タの操作量を記憶するプロセス値記憶手段と、プロセス
値記憶手段からの情報に基づいて、プロセスモデルを構
築する下水処理プロセスモデル同定手段と、下水処理プ
ロセスモデル同定手段からのプロセスモデルを用い、流
入下水データおよびアクチュエータの操作量に基づいて
処理水データの予測値を求めて表示するプロセス監視手
段と、を備えたことを特徴とする下水処理場の水質制御
装置である。
The present invention has a plurality of actuators,
In a sewage treatment plant water quality control device that treats inflow sewage, an inflow sewage data sensor that measures inflow sewage data related to inflow sewage and a treated water data sensor that measures effluent data about treated water that is treated in the sewage treatment plant When,
Process value storage means for storing the inflow sewage data from the inflow sewage data sensor, the treated water data from the treated water data sensor, and the operation amount of the actuator, and a sewage for constructing a process model based on information from the process value storage means. A treatment process model identification means, and a process monitoring means for using the process model from the sewage treatment process model identification means to obtain and display a predicted value of the treated water data based on the inflow sewage data and the operation amount of the actuator. A water quality control device for a sewage treatment plant, characterized in that:

【0029】本発明によれば、現在の水質状態のセンサ
ー値と水質予測値を合わせて、可視化して運転員に提示
することにより、最適操作量決定手段によって決定され
た操作量を運転員の経験等に基づいて補正する補正手段
とすることができる。
According to the present invention, by combining the sensor value of the current water quality state and the predicted value of the water quality, visualizing and presenting the same to the operator, the operation amount determined by the optimum operation amount determination means can be determined by the operator. The correction means may be a correction means for performing correction based on experience or the like.

【0030】[0030]

【発明の実施の形態】第1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。図1は、本発明による下水処理場の水質制御装置
の一実施の形態を示す下水処理システムの構成図であ
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First Embodiment An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a sewage treatment system showing one embodiment of a water quality control device of a sewage treatment plant according to the present invention.

【0031】図1において、下水処理場の水質制御装置
は制御対象としての下水処理プロセス1を制御するもの
である。
In FIG. 1, a water quality control device of a sewage treatment plant controls a sewage treatment process 1 as a control object.

【0032】すなわち、下水処理プロセス1は、最初沈
殿池11と、嫌気槽12と、無酸素槽13と、好気槽1
4と、最終沈殿池15とを備えている。また嫌気槽12
には下水処理プロセスの微生物の栄養源を投入する酢酸
投入機181が設けられ、最終沈殿池15には化学薬品
を用いてリンを凝集沈殿させるPAC注入機182が設
けられている。さらにまた好気槽14と無酸素槽13と
の間には、消化液を循環させる循環ポンプ183が接続
されている。
That is, the sewage treatment process 1 includes a first sedimentation basin 11, an anaerobic tank 12, an anoxic tank 13, and an aerobic tank 1.
4 and a final sedimentation basin 15. Anaerobic tank 12
Is provided with an acetic acid input device 181 for inputting a nutrient source of microorganisms in a sewage treatment process, and a final sedimentation basin 15 is provided with a PAC injector 182 for coagulating and precipitating phosphorus using a chemical. Further, a circulation pump 183 for circulating digestive fluid is connected between the aerobic tank 14 and the anoxic tank 13.

【0033】また好気槽14には、微生物の呼吸源とな
る酸素を供給するブロア184が設けられ、さらに最終
沈殿池15と嫌気槽12との間には微生物を循環させる
返送ポンプ185が設けられている。また最終沈殿池1
5には余った汚泥を引き抜く余剰汚泥引き抜きポンプ1
86が設けられている。
The aerobic tank 14 is provided with a blower 184 for supplying oxygen as a respiratory source of microorganisms, and a return pump 185 for circulating microorganisms is provided between the final sedimentation tank 15 and the anaerobic tank 12. Have been. The final sedimentation basin 1
5 Excess sludge extraction pump 1 for extracting excess sludge
86 are provided.

【0034】これら酢酸投入機181、PAC注入機1
82、循環ポンプ183、ブロア184、返送ポンプ1
85および余剰汚泥引き抜きポンプ186は、各々アク
チュエータを構成する。
The acetic acid input device 181 and the PAC injection device 1
82, circulation pump 183, blower 184, return pump 1
85 and the excess sludge withdrawal pump 186 each constitute an actuator.

【0035】また下水処理プロセス1の最初沈殿池11
入口には、流入下水に関する水量および水質を測定する
ための外乱センサー160が設けられ、さらに最初沈殿
池11には水温センサー19が設けられている。
The first settling basin 11 of the sewage treatment process 1
At the entrance, a disturbance sensor 160 for measuring the amount and quality of the inflow sewage is provided, and further, a water temperature sensor 19 is provided at the first settling basin 11.

【0036】これら外乱センサー16と水温センサー1
9は、流入下水に関する流入下水データを計測する流入
下水データセンサーとなる。
The disturbance sensor 16 and the water temperature sensor 1
Reference numeral 9 denotes an inflow sewage data sensor that measures inflow sewage data relating to inflow sewage.

【0037】また、下水処理プロセス1内には、処理水
に関する処理水データ、例えば硝酸濃度、アンモニア濃
度、リン酸濃度、溶存酸素濃度、MLSS濃度などの各
種水質値を計測するプロセス状態センサー(処理水デー
タセンサー)171〜175が設けられている。
Further, in the sewage treatment process 1, a process state sensor (treatment) for measuring various water quality values such as nitrate concentration, ammonia concentration, phosphoric acid concentration, dissolved oxygen concentration, MLSS concentration, etc. (Water data sensors) 171 to 175 are provided.

【0038】この下水処理プロセス1は、A2O(Anox
ic-Anaerobic-Oxic)法と呼ばれる下水処理プロセスで
あるが、その他AOAO法、AO法、ステップ流入法、
あるいは標準活性汚泥法など、様々なプロセスに対して
適用可能である。
This sewage treatment process 1 comprises A2O (Anox
ic-Anaerobic-Oxic) is a sewage treatment process called the AOAO method, AO method, step inflow method,
Alternatively, it can be applied to various processes such as a standard activated sludge method.

【0039】また、本発明による水質制御装置は、外乱
センサー16および水温センサー19からの流入下水デ
ータ、プロセス状態センサー171〜175からの処理
水データおよびアクチュエータ181〜186からの操
作量を記憶するプロセス値記憶手段2と、プロセス値記
憶手段2からの情報に基づいてプロセスモデルを構築す
る下水処理プロセスモデル同定手段3と、下水処理プロ
セスモデル同定手段3からのプロセスモデルを用いてア
クチュエータ181〜186の最適操作量を求める最適
操作量決定手段4とを備えている。
The water quality control device according to the present invention is a process for storing inflow sewage data from the disturbance sensor 16 and the water temperature sensor 19, treated water data from the process state sensors 171 to 175, and an operation amount from the actuators 181 to 186. Value storage means 2, sewage treatment process model identification means 3 for constructing a process model based on information from process value storage means 2, and actuators 181 to 186 using the process model from sewage treatment process model identification means 3. An optimal operation amount determining means for obtaining an optimal operation amount.

【0040】次にこのような構成からなる本実施の形態
の作用について説明する。まず、プロセス値記録手段2
において、外乱センサー16と、水温センサー19と、
プロセス状態センサー171〜175とで計測した入力
データおよび出力データに関する項目を記録する領域
と、最適操作量決定手段4によって決定される操作量指
令値を記録する領域を確保し、これら領域の初期化を行
う。
Next, the operation of the present embodiment having the above configuration will be described. First, process value recording means 2
, The disturbance sensor 16, the water temperature sensor 19,
An area for recording items related to input data and output data measured by the process state sensors 171 to 175 and an area for recording an operation amount command value determined by the optimum operation amount determination means 4 are secured, and these areas are initialized. I do.

【0041】次に、下水処理プロセス1のプロセス状態
センサー171〜175から所定の周期毎に観測される
硝酸濃度、アンモニア濃度、リン酸濃度、溶存酸素濃
度、MLSS濃度等の各種水質の状態値の時系列データ
(出力データ)をプロセス値記録手段2に記録する。そ
れと同時に予め与えられた操作方法によって操作された
所定の期間にわたるアクチュエータ181〜186の操
作量値と、外乱センサー16の値と、水温センサー19
の値の時系列データをプロセス値記録手段2に記録す
る。
Next, the state values of various water qualities such as nitrate concentration, ammonia concentration, phosphoric acid concentration, dissolved oxygen concentration, and MLSS concentration, which are observed at predetermined intervals from the process state sensors 171 to 175 of the sewage treatment process 1 are shown. The time series data (output data) is recorded in the process value recording means 2. At the same time, the operation amount values of the actuators 181 to 186, the values of the disturbance sensor 16, and the water temperature sensor 19 over a predetermined period of time operated by a previously given operation method.
Is recorded in the process value recording means 2.

【0042】次に、プロセス値記録手段2に保存された
データから、予め決められた所定の期間にわたる操作量
の時系列データと同じ期間の各種水質データを取り出さ
れ、図2に示す下水処理プロセスモデル同定手段3のプ
ロセス特性解析手段31にデータが引き渡される。図2
において、プロセス特性解析手段31では、まず図1に
示すアクチュエータ181〜186の各操作量のデータ
と、外乱センサー16からの水質データおよび水温セン
サー19からの流入下水に関する流入下水データと、プ
ロセス状態センサー171〜175で測られる処理水の
水質に関する処理水データとの相関解析を行う。
Next, from the data stored in the process value recording means 2, various water quality data of the same period as the time series data of the manipulated variable over a predetermined period is extracted, and the sewage treatment process shown in FIG. The data is delivered to the process characteristic analysis means 31 of the model identification means 3. FIG.
In the process characteristic analyzing means 31, first, the data of each operation amount of the actuators 181 to 186 shown in FIG. 1, the water quality data from the disturbance sensor 16 and the inflowing sewage data relating to the inflowing sewage from the water temperature sensor 19, and the process state sensor The correlation analysis with the treated water data on the quality of the treated water measured at 171 to 175 is performed.

【0043】この場合、例えば時系列データ間の相関解
析を行う際によく用いられるピリオドグラム法などを用
いる。このようなピリオドグラム法を用いることによっ
て、時系列データとしての相関を調べることができ、時
間的なダイナミクスを考慮した相関解析を行うことがで
きる。ここで操作量のデータと流入下水データは入力デ
ータとなり、処理水データは出力データとなる。このよ
うにすることによって各入力データと各出力データの相
関の強弱を定量的に把握することができ、例えば、図3
に示すような一覧表を作成することができる。
In this case, for example, a periodogram method that is often used when performing correlation analysis between time-series data is used. By using such a periodogram method, correlation as time-series data can be examined, and correlation analysis in consideration of temporal dynamics can be performed. Here, the operation amount data and the inflow sewage data become input data, and the treated water data becomes output data. In this manner, the strength of the correlation between each input data and each output data can be quantitatively grasped.
A list as shown in FIG.

【0044】次にさらにプロセスの特性を詳細に解析す
るための非線形性の強さの解析を行う。非線形性の強さ
を調べる方法としては、例えば、次のような方法があ
る。まず、入出力データ各々をいくつかのデータセット
に分類する。分類するデータセット数は以下の範囲で適
当に選択するものとする。
Next, an analysis of the strength of the nonlinearity for further analyzing the characteristics of the process in detail is performed. As a method of checking the strength of the nonlinearity, for example, the following method is available. First, each input / output data is classified into several data sets. The number of data sets to be classified is appropriately selected within the following range.

【0045】1つのデータセットのデータ数×データ収
集周期>各種水質データの最も遅い時定数 つまり各データセットに入っている時系列データの長さ
は下水処理プロセスの中で最も反応の遅いものより長く
なるように選択する。また、データセット数は最低2つ
以上となるようにする。
Number of data in one data set × data collection cycle> Slowest time constant of various water quality data That is, the length of time series data included in each data set is longer than that of the slowest response in the sewage treatment process. Choose to be longer. The number of data sets is set to at least two or more.

【0046】次に、分類されたデータセットの中で入力
データに関するデータセット各々と出力データに関する
データセット各々に対して、例えばデコンポリューショ
ン、あるいは、いわゆる線形のシステム同定を行う。も
し、ある特定の入力と出力の関係を表すデコンポリュー
ションの結果が、選択したデータセットにそれほど強く
依存せず、似たような結果を生ずるならば、その入出力
関係はあまり非線形性が強くないと結論できる。逆に著
しく異なる結果を生ずるならば、その入出力関係は著し
く強い非線形性を持つと結論づけることができる。この
操作を図4に示す。
Next, for each of the data sets relating to the input data and each of the data sets relating to the output data among the classified data sets, for example, deconvolution or so-called linear system identification is performed. If the result of the deconvolution, which describes the relationship between a particular input and output, is not very dependent on the selected dataset and produces similar results, then the input-output relationship is not very nonlinear Can be concluded. Conversely, if they produce significantly different results, it can be concluded that the input-output relationship has significantly strong nonlinearity. This operation is shown in FIG.

【0047】その他の非線形性の検出方法としては次の
ような方法が考えられる。まず、入力時系列データの各
周期毎の差分データと、出力時系列データの差分データ
を作成する。そして、出力時系列データの差分データを
入力時系列データの差分データで割り算を行う。この
際、時系列データは複数の値(これをNとする。)から
成るので、同じ時刻のデータ同志を割り算する。このよ
うにして、生成されたN個のデータが著しく異なるなら
ば、非線形性は強いと考えられる。N個のデータが近い
値を持つならば、出力データを入力データに対して未来
側へ時刻を1つずらしたデータ同志で同様に割り算を行
い、値を比較する。この時N−1個の(データの時刻を
ずらすことにより、対応しないデータが1つ生じるため
データ数は1つ減る)の値が著しく異なるならば、非線
形性は強いと考えられる。N−1個のデータが互いに近
い値を持つならば、同様の手続きを繰り返す。この手続
きをN回繰り返すことによって、非線形性の強弱を検出
することができる。
The following method is conceivable as another method for detecting nonlinearity. First, difference data of each cycle of the input time series data and difference data of the output time series data are created. Then, the difference data of the output time-series data is divided by the difference data of the input time-series data. At this time, since the time-series data is composed of a plurality of values (here, N), data at the same time are divided. If the N pieces of data generated in this way are significantly different, the nonlinearity is considered to be strong. If the N pieces of data have similar values, the output data is similarly divided by the data with the time shifted by one toward the future with respect to the input data, and the values are compared. At this time, if the values of N-1 (by shifting the time of data, one uncorresponding data is generated and the number of data is reduced by one) are significantly different, the nonlinearity is considered to be strong. If the N-1 data have values close to each other, the same procedure is repeated. By repeating this procedure N times, the strength of the nonlinearity can be detected.

【0048】次に、下水処理プロセスモデル同定手段3
では、プロセス特性解析手段31で解析した各入力と各
出力の関係に基づき、構造同定手段32によって各入出
力特性の構造同定を行う。まず、はじめに図3に示す相
関が一定値以下のもの、例えば0.5以下のものは無視
する。その後各入出力特性の構造同定を行う。
Next, the sewage treatment process model identification means 3
Then, based on the relationship between each input and each output analyzed by the process characteristic analyzing unit 31, the structure identifying unit 32 identifies the structure of each input / output characteristic. First, those whose correlation shown in FIG. 3 is equal to or less than a certain value, for example, 0.5 or less, are ignored. After that, the structure of each input / output characteristic is identified.

【0049】例えば、図5(a)に示すように、曝気量
とアンモニア濃度の関係は、曝気量を挙げていくとだん
だんアンモニア濃度が変化しなくなるという強い飽和特
性を持つことが、上述のプロセス解析手段31によって
判明する。そのため、入力側に飽和特性を表す非線形関
数モデルを持ち、ダイナミクスを線形伝達関数で表した
モデルを曝気風量とアンモニア濃度の関係式を記述する
モデル構造として選択する。
For example, as shown in FIG. 5 (a), the relationship between the aeration amount and the ammonia concentration is such that the ammonia concentration does not change gradually as the aeration amount is increased. It is determined by the analyzing means 31. Therefore, a model having a non-linear function model representing a saturation characteristic on the input side and a dynamics represented by a linear transfer function is selected as a model structure for describing a relational expression between aeration flow rate and ammonia concentration.

【0050】また、図5(b)に示すように、返送率に
対する硝酸濃度は返送率が低い場合と高い場合で正反対
の応答がおこるため、例えば、現時点の返送率の値によ
って複数のモデルを切り替える機構を持たせた構造のモ
デルとする。
As shown in FIG. 5 (b), the nitric acid concentration with respect to the return rate is opposite when the return rate is low and when the return rate is high. The model has a structure with a switching mechanism.

【0051】また、図5(c)に示すように、PAC注
入とリン酸濃度の関係はPACの注入量に比例するよう
な効果があるので、例えば簡単な比例モデルを採用す
る。また、酢酸投入量とリン酸濃度の関係はある程度の
飽和特性を持った関係で表されるので、曝気風量とアン
モニア濃度の関係と同様に入力に飽和特性をかませた非
線形モデルで表現する。
Further, as shown in FIG. 5C, since the relationship between the PAC injection and the phosphoric acid concentration has an effect proportional to the PAC injection amount, for example, a simple proportional model is adopted. Further, since the relationship between the acetic acid input amount and the phosphoric acid concentration is expressed by a relationship having a certain degree of saturation characteristics, the relationship is expressed by a nonlinear model in which the saturation characteristics are applied to the input similarly to the relationship between the aeration air flow and the ammonia concentration.

【0052】また、図5(d)に示すように、水温が上
がると一般に反応が促進されるので、例えば水温とアン
モニア濃度の関係水温が上がるとより変化が激しくなる
ような非線形関数モデルを入力側に持ち、ダイナミクス
を線形伝達関数で表したモデルで表現する。
As shown in FIG. 5 (d), the reaction is generally accelerated when the water temperature rises. For example, a nonlinear function model in which the change becomes more intense when the water temperature rises as the water temperature increases is inputted. On the side, and represent the dynamics by a model represented by a linear transfer function.

【0053】このようにしてプロセス特性解析手段31
によって得られたプロセスの特性を反映させて構造同定
手段32により、モデルの構造を決定する。構造同定手
段32は、すべての入力とすべての出力の組み合わせに
対して行われる。
Thus, the process characteristic analyzing means 31
The structure of the model is determined by the structure identification means 32 by reflecting the characteristics of the process obtained by the process. The structure identification means 32 is performed for all combinations of all inputs and all outputs.

【0054】次に構造同定手段32によって決定された
構造の各パラメータをパラメータ同定手段33によって
同定する。この場合、プロセス値記憶手段2に蓄積され
た各入力と各出力の時系列データを用いて、例えば最小
2乗法を用いてパラメータを推定する。
Next, each parameter of the structure determined by the structure identification means 32 is identified by the parameter identification means 33. In this case, the parameters are estimated using the time series data of each input and each output stored in the process value storage means 2, for example, using the least squares method.

【0055】また、例えば、図5(a)および図5
(d)に示す構造のように非線形関数と線形伝達関数で
表されている場合には、L.Sun et al."New Approach to
Paramter Estimation of A Hammerstein Model," Tran
s of SICE, Vol. 34, No.11, pp.1-9,(1998)に示されて
いるような方法によって同定を行うことができる。
Further, for example, referring to FIGS.
In the case of a nonlinear function and a linear transfer function as in the structure shown in (d), L. Sun et al. "New Approach to
Paramter Estimation of A Hammerstein Model, "Tran
s of SICE, Vol. 34, No. 11, pp. 1-9, (1998).

【0056】このようにしてプロセスモデル同定手段3
においてプロセスモデルが構築されると、このプロセス
モデルに基づいて最適操作量決定手段4により、アクチ
ュエータ181〜186の最適操作量が次のようにして
求められる。
Thus, the process model identification means 3
When the process model is constructed in the above, the optimum operation amount of the actuators 181 to 186 is obtained by the optimum operation amount determining means 4 based on the process model as follows.

【0057】処理水質の変動は、アクチュエータ181
〜186の操作量を全く操作しない場合には、外乱であ
る流入下水の水量および流入下水の水質によって引き起
こされる。従って、基本的には、次のような手順で最適
操作量を決定できる。まず、外乱である流入下水水量と
流入下水水質と水温の変動が無いとして、安定的に水質
の処理が行われる最適な操作量を決定する。そして次
に、外乱である流入下水の水量と水質や水温の変動に伴
う処理水質の変動がゼロになるように操作量を補正すれ
ば、これが最適の操作量となる。
Variations in the quality of the treated water depend on the actuator 181
When the manipulated variable of 18186 is not operated at all, it is caused by the amount of inflow sewage and the quality of inflow sewage which are disturbances. Therefore, basically, the optimum operation amount can be determined by the following procedure. First, assuming that there is no fluctuation in the inflow sewage water amount, the inflow sewage water quality, and the water temperature which are disturbances, an optimal operation amount for stably treating the water quality is determined. Then, if the manipulated variable is corrected so that the fluctuation of the treated water quality due to the fluctuation of the amount of inflow sewage, which is disturbance, and the water quality or the water temperature becomes zero, this becomes the optimum manipulated variable.

【0058】この構成手順を具体的に示す。まず、出力
である処理水質と水力であるアクチュエータ181〜1
86の操作量、流入下水量/水質および水温の関係を、
次のように与える。
This configuration procedure will be specifically described. First, the treated water quality as output and the actuators 181-1 as hydraulic power
The relationship between the manipulated variable of 86, inflow / sewage / water quality and water temperature
Give as follows.

【0059】 y=f(u,d) ………(1) ここで、yは出力の処理水質からなるベクトル、uは操
作量からなるベクトル、dは流入下水水質と流入下水水
量と水温からなるベクトルである。
Y = f (u, d) (1) Here, y is a vector composed of the treated water quality of output, u is a vector composed of the manipulated variable, and d is a vector composed of the inflow sewage water quality, the inflow sewage water amount and the water temperature. Vector.

【0060】また、f(.)は、(定常状態が存在する
との仮定の下で)定常状態における、操作量および外乱
と処理水質の関係を表す関数である。
F (.) Is a function representing the relationship between the manipulated variable and disturbance and the treated water quality in the steady state (assuming that the steady state exists).

【0061】この関数f(.)は、例えば、前述のプロ
セスモデル同定手段によって構成されたプロセスモデル
の定常状態での関係式を求めることにより容易に導出で
きる。
The function f (.) Can be easily derived, for example, by obtaining a relational expression in a steady state of the process model constituted by the above-described process model identification means.

【0062】さて、(1)式の左辺のyが、予め与えた
安定した処理水質の目安となる目標値yに等しくなっ
ていれば、結果として安定した処理水質を得ることがで
きる。
[0062] Now, (1) the left side of y expression, if equal to the target value y R which is a measure of the advance gave stable processing quality, it is possible to obtain a stable quality of treated water as a result.

【0063】従って、(1)式のuを適切に操作するこ
とによって、左辺がyになるようにすればよい。これ
は、(1)式の左辺yと置き、また、変動しないと仮
定している流入下水水質と流入下水水量と水温dを想定
した量に固定し(これをdとする。)、これをuにつ
いて解けばよい。ただし、解が存在しない場合は、ベク
トルyのいくつかの要素を、任意あるいは予め与えた
ある範囲内の値であるとして、解くことができる。この
ようにして求めた流入下水水質と流入下水水量と水温の
変動が無い場合の最適操作量をuとする。
[0063] Thus, by appropriate manipulation of the u in equation (1), it suffices to left becomes y R. This is (1) was placed and left y R of the formula, also fixed to the amount it is assumed that the inflow sewage water quality is assumed not to vary the flow sewage water and water temperature d (which is referred to as d E.), This may be solved for u. However, if the solution does not exist, a number of elements of the vector y R, as a value within any or a range given in advance, can be solved. In this way an optimum operation amount when there is no flow into sewage water quality and variability of inflow sewage water and water temperature found to u E.

【0064】次に、流入下水水質と流入下水水量と水温
の変動を考慮するため、出力である処理水質と入力であ
る操作量および流入下水量/水質と水温の関係を、変動
を考慮して次のように与える。
Next, in order to consider fluctuations in the inflow sewage water quality, the inflow sewage water amount, and the water temperature, the relationship between the treated water quality as the output, the operation amount as the input, and the relationship between the inflow sewage amount / water quality and the water temperature is taken into consideration. Give as follows.

【0065】 y=f(u,d)+bΔu+aΔd ………(2) ここで、aΔdは、流入下水水質と流入下水水量と水温
の変動に伴って生ずる項であり、bΔuは、この変動に
伴い補正を行う操作量による項である。また、aやb
は、流入下水水質/水量および水温や操作量の変動に伴
う処理水質の変動への影響を表す項であり、前記プロセ
スモデル同定手段によって構築したプロセスモデルか
ら、例えば線形近似伝達関数モデルを導出することによ
って構築できる。ここで、aやbでは、時間的なダイナ
ミクスを表現することができることに注意しておく。ま
た、ΔdやΔuなどのΔは、それぞれのベクトル値変数
の変動分を意味する。(2)式より、Δdの変動を押さ
えるためには、ΔuをΔu=b aΔdとすれば流入
下水水質の変動分を完全に消去できる。ただし、b−1
が存在しない場合は、近似の逆モデルで代用する。従っ
て、最終的なフィードフォワード最適操作量は次式のよ
うになる。
Y = f (u, d) + bΔu + aΔd (2) Here, aΔd is a term caused by fluctuations of the inflow sewage water quality, the amount of inflow sewage water, and the water temperature, and bΔu is associated with this fluctuation. This is a term based on the amount of operation to be corrected. Also, a or b
Is a term representing the influence on the fluctuation of the treated water quality due to the fluctuation of the inflow sewage water quality / water amount and the water temperature or the operation amount. For example, a linear approximation transfer function model is derived from the process model constructed by the process model identification means. Can be built by Here, it should be noted that a and b can express temporal dynamics. Further, Δ such as Δd and Δu means a variation of each vector value variable. (2) from the equation, in order to suppress the variation of Δd is, Delta] u a Δu = b - 1 aΔd Tosureba can completely erases the variation of the inflow sewage water. Where b −1
If does not exist, an approximate inverse model is substituted. Therefore, the final feedforward optimal operation amount is as follows.

【0066】 u=u+b−1aΔd ………(3) (3)式の操作量を求める際には、前記プロセスモデル
を用いている。そのため、現実のプロセスとプロセスモ
デルとの誤差に伴い(3)式の操作量では、実際には、
処理水質はyとならず、誤差を生ずる場合がある。そ
こで、その誤差を補正するためには、例えばPIコント
ローラなどのフィードバック補償を併用する必要があ
る。そこで、例えば最終的な最適操作量として、以下の
ような形のものを得ることができる。
U = u E + b −1 aΔd (3) The above process model is used when obtaining the manipulated variable of the equation (3). Therefore, due to the error between the actual process and the process model, with the manipulated variable in equation (3),
Quality of treated water does not become y R, there is a case in which cause the error. Therefore, in order to correct the error, it is necessary to use feedback compensation such as a PI controller. Therefore, for example, the following optimal operation amount can be obtained in the following form.

【0067】[0067]

【数1】 ここで、Δy=y−yである。(4)式において、右
辺第1項目は流入下水水質や流入下水水量の変動の無い
場合の最適操作量(=一定値)であり、第2項が流入下
水水質や流入下水水量や水温の変動に伴うフィードフォ
ワードコントローラ、第3項と第4項が実際の処理水質
の変動をフィードバックで補償するフィードバック補正
項である。
(Equation 1) Here, Δy = y R −y. In the equation (4), the first item on the right side is the optimum manipulated variable (= constant value) when there is no change in the inflow sewage quality or the amount of inflow sewage, and the second item is the change in the inflow sewage quality, the inflow sewage amount or the water temperature. And the third and fourth terms are feedback correction terms that compensate for the actual fluctuations in the treated water quality with feedback.

【0068】ところで、処理水質yは、通常、プロセス
状態センサー171〜175によって計測されている
が、下水処理場の処理槽の面積は比較的大きく、計測場
所に依存して、値が大きく異なったものになることがあ
る。そのため、Δyの値もプロセス状態センサー171
〜175に依存して異なったものとなる。そうすると、
(4)式のフォードバック補正項は、プロセス状態セン
サー171〜175に依存して補正量が大きく異なって
しまうことになる。これを避けるためには、例えば図6
に示すように、最終沈殿池15と垂直2等分線により複
数の場所に区画し、各場所に同一種類のプロセス状態セ
ンサー171〜175を設置し、データ前処理手段4a
によりその平均値を求める。あるいはボロノイ図(テー
セン法)を用いてプロセス状態センサーの支配領域に応
じた重み付き平均値を用いるなどの対策を取ることがで
きる。例えば、(4)式yを、以下のように求めること
ができる。
Incidentally, the treated water quality y is usually measured by the process state sensors 171 to 175. However, the area of the treatment tank in the sewage treatment plant is relatively large, and the value varies greatly depending on the measurement place. It can be something. Therefore, the value of Δy is also changed by the process state sensor 171.
~ 175, which is different. Then,
The correction amount of the feedback correction term in equation (4) greatly differs depending on the process state sensors 171 to 175. In order to avoid this, for example, FIG.
As shown in the figure, the final sedimentation basin 15 and the vertical bisector are divided into a plurality of locations, the same type of process state sensors 171 to 175 are installed in each location, and the data preprocessing means 4a
To obtain the average value. Alternatively, countermeasures such as using a weighted average value according to the dominant region of the process state sensor using a Voronoi diagram (Thesen method) can be taken. For example, equation (4) y can be obtained as follows.

【0069】 y=(センサー1の値×領域1の面積+センサー2の値×領域2の面積 +センサー3の値×領域3の面積)÷全体の面積 ……(5) このようにすることによって、(4)式のフィードバッ
ク補正項の信頼性をあげることができる。
Y = (value of sensor 1 × area of region 1 + value of sensor 2 × area of region 2 + value of sensor 3 × area of region 3) ÷ total area (5) Thereby, the reliability of the feedback correction term of the equation (4) can be improved.

【0070】プロセス状態センサーからの情報を平均化
するためのデータ前処理手段4aは、最適操作量決定手
段4内に内蔵されている。
The data preprocessing means 4 a for averaging information from the process state sensor is built in the optimum manipulated variable determining means 4.

【0071】本実施の形態によれば、酢酸投入やPAC
注入などの下水処理場でしばしば行われる操作を含め、
水温の変動の影響を考慮して実際の下水処理場の下水処
理水質プロセスの時間的なダイナミクスを定量的に表現
することができる。そして、時間的なダイナミクスを定
量的に表現する手段であるプロセスモデルを用いて、下
水処理水質を望ましい値に保つための最適なアクチュエ
ータの操作量をフィードフォワード型のコントローラに
よって予め定量的に決定することができる。また、フィ
ードバック型のコントローラと併用することにより、高
精度かつ信頼性の高い下水処理場の水質制御装置を構築
することができる。また、処理水の水質のプロセス状態
センサーを複数設置し、これに適切な処理を施すことに
より、より高精度な水質制御システムを構築することが
できる。
According to the present embodiment, acetic acid injection and PAC
Including operations often performed in sewage treatment plants, such as injection
The temporal dynamics of the actual sewage treatment water quality process can be quantitatively expressed in consideration of the effect of fluctuations in water temperature. Then, using a process model, which is a means for quantitatively expressing temporal dynamics, an optimal operation amount of the actuator for maintaining the sewage treatment water quality at a desired value is quantitatively determined in advance by a feedforward type controller. be able to. In addition, by using it together with a feedback type controller, a highly accurate and highly reliable water quality control device for a sewage treatment plant can be constructed. In addition, by installing a plurality of process state sensors for the quality of the treated water and performing appropriate treatment on the sensors, a more accurate water quality control system can be constructed.

【0072】第2の実施の形態 次に本発明の第2の実施の形態について説明する。ま
ず、第1の実施の形態と同様にして、プロセス値記憶手
段2にデータを格納する。次に下水処理プロセスモデル
同定手段3について説明する。
Second Embodiment Next, a second embodiment of the present invention will be described. First, data is stored in the process value storage unit 2 in the same manner as in the first embodiment. Next, the sewage treatment process model identification means 3 will be described.

【0073】下水処理プロセスモデル同定手段3では、
下水処理プロセス1の水質モデルとして、以下に示すよ
うな物理モデルや化学モデルでモデルの構造を構築す
る。
In the sewage treatment process model identification means 3,
As a water quality model of the sewage treatment process 1, a model structure is constructed using a physical model or a chemical model as described below.

【0074】すなわち最初沈殿池11や最終沈殿池15
に対して、物理的に汚濁物が沈降する現象を表わした物
理式が用いられる。例えばヘーゼンの理論を用いて、与
えられた流入水質濃度に対して、流出水質濃度は以下の
ように求められる。
That is, the first sedimentation basin 11 and the final sedimentation basin 15
On the other hand, a physical equation representing a phenomenon in which contaminants physically settle is used. For example, using Hazen's theory, for a given influent water quality, the outflow water quality concentration is determined as follows.

【0075】 Xout=Xin/(1/u/(Q/A))) ………(6) Xout:流出水質濃度、Xin:流入水質濃度 u:汚泥沈降速度、Q:流入量=流出量、A:沈殿池の
表面積 である。ここで、Xout以外は全て既知であるとす
る。
X out = X in / (1 / u / (Q / A))) (6) X out : Outflow water concentration, X in : Inflow water concentration u: Sludge settling velocity, Q: Inflow amount = Outflow, A: surface area of sedimentation basin. Here, it is assumed that everything except X out is known.

【0076】(6)式は、汚泥沈降速度が既知であり、
沈殿池の液体が完全混合されているとの仮定の下で物質
収支に基づいて導出されたものである。
Equation (6) shows that the sludge settling velocity is known,
It is derived based on the material balance under the assumption that the liquid in the sedimentation basin is completely mixed.

【0077】嫌気槽12、無酸素槽13および好気槽1
4では、微生物反応による有機物分解の化学式が用いら
れる。反応速度を表わす化学式は、一般に以下のような
形式で与えられる。
Anaerobic tank 12, anoxic tank 13 and aerobic tank 1
In No. 4, a chemical formula for decomposing organic substances by a microbial reaction is used. The chemical formula representing the reaction rate is generally given in the following format.

【0078】[0078]

【数2】 S:タンク内水質濃度、Sin:流入水質濃度、F
(・):反応速度、Q:流入量=流出量、V:タンク内
水量 (6)の水質変数Xoutや、(7)の水質変数Sは、
一般に複数あり、例えばIAWQ活性汚泥モデルNo.
2(ASM2)では、17個の水質変数が定義されてい
る。また、反応速度F(・)は、微生物による基質分解
を表わす際は、モノー式と呼ばれる式が用いられる場合
が多い。また、F(・)には、複数(例えば、ASM2
では60数個)のパラメータが含まれている。
(Equation 2) S: tank water quality concentration, S in : inflow water quality concentration, F
(•): reaction rate, Q: inflow = outflow, V: water in tank The water quality variable X out of (6) and the water quality variable S of (7) are:
Generally, there are a plurality of IAWQ activated sludge model Nos.
In 2 (ASM2), 17 water quality variables are defined. In addition, the reaction rate F (·) is often represented by a so-called mono-form when expressing the decomposition of a substrate by a microorganism. F (•) includes a plurality (for example, ASM2
(Several 60 parameters) are included.

【0079】各設備間の水量や水質の混合は、単純に足
しあわせや、濃度の平均化によって行われ、(6)や
(7)のQ、Xin,Sin等をつなぎあわせていくこ
とによってモデル化できる。
The amount of water and the quality of water between the facilities are mixed simply by averaging or averaging the concentration, and the model is obtained by connecting Q, Xin, Sin, etc. in (6) and (7). Can be

【0080】さらに、アクチュエータとしての循環ポン
プ183と、返送ポンプ185と、余剰汚泥引き抜きポ
ンプ186は、量の調節を行うだけであるので、例え
ば、以下のようにモデル化できる。
Further, since the circulation pump 183, the return pump 185, and the surplus sludge extraction pump 186 as actuators merely adjust the amount, they can be modeled as follows, for example.

【0081】 Qout=L(Qin) ………(8) Qin:ポンプ前流量、Qout:ポンプ後流量、L:
ポンプ揚水量に関する関数 また、ブロワ184については、ブロワ184からの風
量と好気槽14内の溶存酸素濃度との間の関係式を例え
ば以下のようにモデル化することができる。
Q out = L (Q in ) (8) Q in : flow rate before pump, Q out : flow rate after pump, L:
Function Regarding Pump Pumping Amount For the blower 184, a relational expression between the air flow from the blower 184 and the dissolved oxygen concentration in the aerobic tank 14 can be modeled as follows, for example.

【0082】[0082]

【数3】 である。ここで、溶存酸素濃度S02は、タンク内水質
変数Sの要素であり(すなわち、Sはベクトル値であ
り、S02はそのベクトル内の要素)、呼吸速度Rr
(・)は、(7)式の反応速度F(・)の要素に対応す
る。
(Equation 3) It is. Here, the dissolved oxygen concentration S 02 is an element of the tank water quality variable S (that is, S is a vector value, S 02 is an element in the vector), and the respiration rate Rr
(•) corresponds to the element of the reaction rate F (•) in equation (7).

【0083】以上(6)から(9)式を用いると下水の
処理プロセスのモデルを計算機上に構築することができ
る。
Using the above equations (6) to (9), a model of the sewage treatment process can be constructed on a computer.

【0084】ところが、上記(6)から(9)式を実際
の制御に用いると、以下の3つの問題が生ずることも考
えられる。
However, when the above equations (6) to (9) are used for actual control, the following three problems may occur.

【0085】1) 窒素やリンの除去を目的としたいわ
ゆる高度処理において、しばしば行われる酢酸の投入や
PACの注入などの重要なアクチュエータ要素を表現で
きない。
1) In so-called advanced treatment for the purpose of removing nitrogen and phosphorus, important actuator elements such as acetic acid injection and PAC injection, which are often performed, cannot be expressed.

【0086】2) 主に(7)式のF(・)に含まれる
数多くのパラメータをどのように設定したら良いかの指
針が不明である。
2) It is not clear how to set many parameters mainly included in F (•) in equation (7).

【0087】3) 水温の変動を陽に取りこむことがで
きない。
3) Fluctuations in water temperature cannot be captured explicitly.

【0088】そこで、これらの問題を解決するために、
下水処理プロセスモデル同定手段3は以下のようなプロ
セスモデル高機能化手段3aを有していてもよい。
Therefore, in order to solve these problems,
The sewage treatment process model identification means 3 may have the following process model functionalization means 3a.

【0089】プロセスモデル高機能化手段3aでは次の
ような作用が行われる。まず、酢酸の投入は、主にリン
除去に関わる微生物の栄養源を補給することが目的であ
り、例えば(7)式の微生物反応による有機物分解の化
学式としてASM2を用いた場合、そのような栄養源は
という変数で表されている。従って、酢酸の投入量
と変数Sには強い相関があると考えられる(Sは、
(7)式のベクトルSの要素である。)。そのため、酢
酸投入量QとSの関係式を例えば、以下のように表
す。
The following functions are performed in the process model enhancing means 3a. First, the introduction of acetic acid is intended mainly to replenish nutrient sources of microorganisms involved in phosphorus removal. For example, when ASM2 is used as a chemical formula for decomposing organic matter by a microbial reaction of the formula (7), such a nutrient is used. the source is represented by the variable S a. Therefore, it is considered that there is a strong correlation input amount of acetic acid and the variable S a (S a is
This is an element of the vector S in the equation (7). ). Therefore, the relationship of acetic input amount Q S and S a for example, expressed as follows.

【0090】S=K

………(10) ここで、Kは比例関係を表す係数パラメータである。
あるいは、もう少し複雑な関係式として、 S=K+K …+K ………( 11) というような非線形構造を与える。ここで、K,i=
1,…,Nは係数パラメータである。
S a = K S Q
S
......... (10) where, K S is a coefficient parameter representing a proportional relationship.
Alternatively, slightly more as a complex relationship, providing a S a = K 1 Q S + K 2 Q S 2 ... + K N Q S N ......... nonlinear structure as that (11). Here, K i , i =
1,..., N are coefficient parameters.

【0091】同様に、PAC注入量とリン酸の濃度には
強い相関があることがわかっている。ただし、PACと
リン酸の間には、化学反応が介在するため、これによる
時間的なダイナミクスを持つ。そこで、例えば、PAC
注入量QPACとリン酸濃度Spo4(Spo4
(7)式のベクトルSの要素である。)の関係式を次の
ように表す。
Similarly, it is known that there is a strong correlation between the PAC injection amount and the concentration of phosphoric acid. However, since a chemical reaction is interposed between PAC and phosphoric acid, there is a temporal dynamic due to this. So, for example, PAC
Injection volume Q PAC and phosphoric acid concentration S PO4 (S PO4 is an element of the vector S in equation (7).) The relationship expressed as follows.

【0092】[0092]

【数4】 (Equation 4)

【数5】 さて、(13)式において、H(・)やYは、図1のプ
ロセス値記憶手段2によって記録されたプロセスデータ
を取り出すことによって、計算することができる。従っ
て、例えば最小2乗法などの推定方法を用いて、(1
3)式のパラメータθの推定値は、以下のように計算す
ることができる。
(Equation 5) Now, in the equation (13), H (•) and Y can be calculated by taking out the process data recorded by the process value storage means 2 in FIG. Therefore, for example, using an estimation method such as the least square method, (1
The estimated value of the parameter θ in the expression 3) can be calculated as follows.

【0093】[0093]

【数6】 以上のような操作によって、物理・化学モデルに酢酸投
入やPAC注入などのアクチュエータによる水質変化の
ダイナミクスを組み込んだ、実際の下水処理プロセスを
模擬することのできるプロセスモデルを構築することが
できる。
(Equation 6) By the above operations, it is possible to construct a process model that can simulate an actual sewage treatment process by incorporating the dynamics of water quality change by an actuator such as acetic acid injection or PAC injection into a physical / chemical model.

【0094】このようなプロセスモデルの構築は、プロ
セスモデル同定手段3で行なわれる。なお、このような
方法では、(14)式のθを求める際にのみプロセス値
記憶手段2によるプロセスデータを用いているため、第
1の実施の形態のように大量のデータを必要としない。
The construction of such a process model is performed by the process model identification means 3. In such a method, a large amount of data is not required unlike the first embodiment because the process data stored in the process value storage means 2 is used only when obtaining θ in the equation (14).

【0095】さて、このようにしてプロセスモデル同定
手段3においてプロセスモデルが構築されると、次に最
適操作量決定手段4によりアクチュエータ181〜18
6の最適操作量が求められる。まず、プロセスモデル同
定手段3によって、同定されたプロセスモデルに対し
て、外乱である流入下水水質や流入下水水量と、第1の
実施の形態と同様な方法によって、フィードフォワード
型最適操作量決定手段により操作量uを求めこれらを
入力する。
When the process model is constructed in the process model identification means 3 in this manner, the actuators 181 to 18 are next determined by the optimum manipulated variable determination means 4.
6 are obtained. First, for the process model identified by the process model identification means 3, the inflow sewage water quality and the amount of inflow sewage water, which are disturbances, and the feedforward type optimal operation amount determination means are determined by the same method as in the first embodiment. To obtain the operation amount u E and input these.

【0096】その後、フィードバック型補正操作手段に
よりこのプロセスモデルに対して、予め決められた所定
の時間内で想定される流入下水水質や流入下水水量の変
動範囲と、同様に予め決められた所定の時間内に操作す
ることが許される範囲の操作量の変動範囲を求める。そ
して、このようにして求めた変動範囲のステップ状の変
化を各操作量と流入下水量および各流入下水水質に対し
て順次与える。
Thereafter, the feedback-type correction operation means applies the process model to the process model and the fluctuation range of the inflow sewage water quality and the inflow sewage water amount within a predetermined time, and a predetermined predetermined value. A variation range of the operation amount within a range allowed to be operated within a time is obtained. Then, the stepwise change in the fluctuation range obtained in this manner is sequentially given to each of the manipulated variables, the inflow sewage amount, and the inflow sewage quality.

【0097】このようにしてステップ状の変化を与える
と、プロセスモデルの出力としての処理水質の変化が観
測される(計測値ではない)。この観測した波形から、
各操作量や各外乱に対する処理水質の時定数、ゲイン、
ピークなどを読み取ることができる。このようにして制
御用パラメータが決定されると、例えば、ゲインを見る
ことによって、どの操作量に対してある処理水質が大き
く変化するのかを見ることができる。同様に例えば時定
数を見ることによって、どの操作量に対して、ある処理
水質を最も速く変化させることができるのかを見ること
ができる。これを定量的に表現すると、例えば、 Δy=AΔd+BΔu ………(15)
When a step-like change is given in this way, a change in treated water quality as an output of the process model is observed (not a measured value). From this observed waveform,
Time constant, gain, etc. of treated water quality for each manipulated variable and each disturbance
Peaks and the like can be read. When the control parameters are determined in this manner, for example, by looking at the gain, it is possible to see which manipulated variable significantly changes the treated water quality with respect to which operation amount. Similarly, for example, by looking at the time constant, it is possible to see which manipulated variable can change a certain treated water quality most quickly. When this is quantitatively expressed, for example, Δy = AΔd + BΔu (15)

【数7】 という形に書くことができる。ここで、AijやBij
はAやBのij要素であり、いわゆる伝達関数で与えら
れる。(16)式や(17)式のパラメータa 〜h
ijの時定数やゲインの情報を含んでおり、ゲインや時
定数から簡単に変換できることに注意する。そして、
(15)〜(17)式に対して、例えば通常の多変数P
ID制御、モデルマッチング理論、H∞最適制御理論、
あるいは一般化予測制御、などを適用することができ
る。ここで、注意しておくことは、(16)式や(1
7)式のパラメータaij〜hijは時定数やゲインか
ら簡単に変換できるパラメータであるため、このパラメ
ータを用いて、上記の制御方式を適用すると、時定数や
ゲインなどに変化があったとき((6)〜(12)式を
用いると、uの値が異なると時定数やゲインは大きく
変化する)、この変化を容易に制御に反映させられる点
である。また、(15)〜(17)式は、(6)〜(1
2)のプロセスモデルから導出されているため、必ずし
も計測できない水質に対しても構成できる。このため、
計測不可能な水質に対する考慮を操作量に反映させるこ
とができる。
(Equation 7) Can be written in the form Where A ij and B ij
Are ij elements of A and B, and are given by a so-called transfer function. (16) and (17) of the parameters a i j to h
Note that it includes information on the time constant and the gain of ij , and can be easily converted from the gain and the time constant. And
For the formulas (15) to (17), for example, an ordinary multivariable P
ID control, model matching theory, H∞ optimal control theory,
Alternatively, generalized predictive control or the like can be applied. Here, it should be noted that equation (16) and (1)
Since the parameters a ij to h ij in the equation 7) can be easily converted from the time constant and the gain, when the above control method is applied using these parameters, the time constant and the gain are changed. ((6) is used to (12), the time constant and the gain when the value of u E differs greatly changes), a point which is to reflect the easy control of this change. Equations (15) to (17) are:
Since it is derived from the process model of 2), it can be configured for water quality that cannot always be measured. For this reason,
Consideration of unmeasurable water quality can be reflected in the operation amount.

【0098】このようにして、フィードバック型補正操
作手段において補正値Δuの最適値を計算することがで
き、最終的に操作量uは、 u=u+Δu ………(18) として求めることができる。
In this way, the optimum value of the correction value Δu can be calculated by the feedback-type correction operation means, and finally the operation amount u can be obtained as u = u E + Δu (18) it can.

【0099】本実施の形態によれば、下水処理場に水質
や操作量に関するデータが十分に蓄積されていない場合
においても、酢酸投入やPAC注入などの高度下水処
理、例えば窒素やリンの除去に欠かせないアクチュエー
タを組み込んだ現実の下水処理プロセスの時間的なダイ
ナミクスを模擬したプロセスモデルを構築できる。そし
て、このようなプロセスモデルによって、下水処理プロ
セスにおける操作量変化に対する処理水質の時間的なダ
イナミクスの特徴を組み込んだ最適な操作量を決定する
ことができる。また、最適な操作量の決定にあたって
は、計測不可能な水質項目に対する考慮も行うことがで
き、また、流入下水水質や流入下水水量、あるいは操作
量の状態変化に伴う、処理水質の時間的なダイナミクス
の変化を容易に最適な操作量決定に反映させることがで
きる。
According to the present embodiment, even when data on the water quality and operation amount is not sufficiently accumulated in the sewage treatment plant, advanced sewage treatment such as acetic acid injection and PAC injection, for example, removal of nitrogen and phosphorus. A process model that simulates the temporal dynamics of a real sewage treatment process incorporating an indispensable actuator can be constructed. Then, with such a process model, it is possible to determine an optimal operation amount incorporating the characteristics of the temporal dynamics of the treated water quality with respect to the operation amount change in the sewage treatment process. In determining the optimal amount of operation, consideration can also be given to water quality items that cannot be measured.In addition, the inflow sewage water quality, the amount of inflow sewage water, or the temporal change of the treated water Changes in dynamics can be easily reflected in determining the optimal manipulated variable.

【0100】第3の実施の形態 次に本発明の第3の実施の形態について図7により説明
する。図7に示す第3の実施の形態は、第1および第2
の実施の形態に加えて、プロセスを監視するプロセス監
視手段5が、下水処理プロセスモデル同定手段3と最適
操作量決定手段4の間に設置されている。
Third Embodiment Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The third embodiment shown in FIG.
In addition to the embodiment, a process monitoring means 5 for monitoring a process is provided between the sewage treatment process model identifying means 3 and the optimum manipulated variable determining means 4.

【0101】まず、プロセスモデル同定手段3の作用
は、第1あるいは第2の実施の形態と略同様である。次
に、プロセスモデル同定手段3によって構築されたプロ
セスモデルに外乱である流入下水量と流入下水水質およ
び水温を入力するとともに、現在の操作量を入力し、プ
ロセスモデル同定手段3のプロセスモデルからの処理水
データ(出力データ)をプロセス監視手段4に表示す
る。ここでは、時系列データを単純にグラフとして表示
してもよいが、より視覚に訴えるようにするためには、
次のようにする。
First, the operation of the process model identification means 3 is substantially the same as in the first or second embodiment. Next, while inputting the inflow sewage amount, the inflow sewage water quality, and the water temperature, which are disturbances, to the process model constructed by the process model identification means 3, and inputting the current manipulated variables, the process model of the process model identification means 3 The treated water data (output data) is displayed on the process monitoring means 4. Here, the time series data may be simply displayed as a graph, but in order to make it more visually appealing,
Do the following:

【0102】下水処理の水質は、汚泥の構成成分である
主に微生物からなる浮遊性のものと、水に溶けている溶
解性のものとから構成される。そこで、例えば浮遊性の
物質(微生物)をそれぞれ色分けされた円形の粒子の集
合として表現する。そして、その濃度と粒子の半径に比
例関係を持たせて表現する。こうすることによって、浮
遊性物質の濃度が濃い時は大きい粒子で表され、薄い時
は小さい粒子で表される。このようにすることによっ
て、浮遊性物質の濃度を定量的に、かつ視覚に訴える形
で表現することができる。
The water quality of the sewage treatment is composed of floating substances mainly composed of microorganisms, which are constituents of sludge, and soluble substances which are dissolved in water. Therefore, for example, a floating substance (microorganism) is expressed as a set of color-coded circular particles. The density and the particle radius are expressed in proportion to each other. Thus, when the concentration of the floating substance is high, it is represented by large particles, and when the concentration is low, it is represented by small particles. By doing so, the concentration of the floating substance can be expressed quantitatively and visually appealing.

【0103】また、溶解性の水質に対しては、例えば沈
殿池や曝気槽などの模型を表示しておき、その中の液体
を表示する色によって溶解性の水質を表現する。そし
て、溶解性水質の濃度と色の濃淡に対応関係を持たせ
る。このようにすることによって、溶解性の水質に対し
ても同様にその濃度を定量的にかつ視覚に訴える形で表
現することができる。この概念図を図8に示す。また、
水質の時系列データを表現するためには、以上の原理を
アニメーションとして表示することによって達成でき
る。
For the soluble water quality, a model such as a sedimentation basin or an aeration tank is displayed, and the soluble water quality is represented by the color of the liquid in the model. Then, the correspondence between the concentration of the soluble water quality and the shade of the color is provided. In this way, the concentration of soluble water quality can be expressed quantitatively and visually. This conceptual diagram is shown in FIG. Also,
In order to represent time series data of water quality, the above principle can be achieved by displaying it as an animation.

【0104】このような構成からなるプロセス監視手段
5を下水処理場の運転員に提示することによって、下水
処理場の運転員は、処理水質の移り変わりの定量的な変
化を視覚情報として頭にインプットすることができる。
そして、この視覚情報に基づいて、最適操作量の決定を
運転員が行なう。
By presenting the process monitoring means 5 having such a configuration to the operator of the sewage treatment plant, the operator of the sewage treatment plant inputs quantitative changes in the quality of the treated water into the head as visual information. can do.
Then, based on the visual information, the operator determines the optimal operation amount.

【0105】ここで、従来の勘と経験に基づく運転と異
なる重要な点は、運転員が得た視覚情報は処理水質の変
化の定量的な情報であり、また運転員が最適と判断した
操作量の結果が、またプロセス監視手段5を通して、運
転員の視覚情報としてフィードバックされることであ
る。
Here, the important point different from the conventional driving based on intuition and experience is that the visual information obtained by the operator is quantitative information on the change in the quality of the treated water, and the operation determined by the operator to be optimal. The result of the quantity is also fed back as visual information of the operator through the process monitoring means 5.

【0106】そして、このフィードバックされた情報に
基づいて、運転員は、新たによりよい操作量決定法を自
ら学習していくことができる。すなわち、図7に示す制
御系は人間系を介在したフィードバック制御系となって
いる。運転員が視覚を通して得た情報をうまく学習し
て、最適操作量を決定することができれば、マンマシン
協調最適フィードバック制御系を自己組織化していくこ
とが期待できる。
Then, based on the fed-back information, the operator can learn a new and better operation amount determination method by himself. That is, the control system shown in FIG. 7 is a feedback control system with a human system interposed. If the operator can properly learn the information obtained through vision and determine the optimal operation amount, it can be expected that the man-machine cooperative optimal feedback control system will be self-organized.

【0107】また、例えば運転員が交替する、あるいは
退職するなどの何らかの理由によって、運転を継続でき
なくなった場合は、その時点までに学習されてきた運転
手法を例えばエキスパートシステムとして構築すること
を行うことによって、全自動化した制御系を構築するこ
ともできる。
If the driver cannot continue driving for some reason, such as when the operator is replaced or retires, the driving method learned up to that point is constructed as, for example, an expert system. This makes it possible to construct a fully automated control system.

【0108】以上のように本実施の形態によれば、運転
員に対して定量的な情報を与え、判断を運転員に任せ、
その結果がまた定量的に反映させるという方法を用いる
ことができ、結果に対する定量性と判断に対する柔軟性
を併せ持った制御系を構築することができる。
As described above, according to the present embodiment, quantitative information is given to the operator, and the judgment is left to the operator.
A method in which the result is reflected quantitatively can be used, and a control system having both quantification of the result and flexibility in judgment can be constructed.

【0109】[0109]

【発明の効果】本発明により、下水処理、特に窒素やリ
ンの除去を目的とした高度下水処理において、下水処理
場の水質プロセスの特性を十分に捉えて、精度良く水質
制御を行なうことができる。
According to the present invention, in the sewage treatment, especially in the advanced sewage treatment for the purpose of removing nitrogen and phosphorus, the characteristics of the water quality process in the sewage treatment plant can be sufficiently grasped, and the water quality can be controlled accurately. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による下水処理場の水質制御装置を示す
全体概略図。
FIG. 1 is an overall schematic diagram showing a water quality control device of a sewage treatment plant according to the present invention.

【図2】プロセスモデル同定手段を説明する図。FIG. 2 is a diagram illustrating a process model identification unit.

【図3】プロセス特性解析手段による入出力の相関の例
を示した図。
FIG. 3 is a diagram showing an example of input / output correlation by a process characteristic analysis unit.

【図4】プロセス特性解析手段による非線形性の検出方
法を示した図。
FIG. 4 is a diagram showing a method for detecting non-linearity by a process characteristic analyzing means.

【図5】構造同定手段によって決定される構造の例を示
した図。
FIG. 5 is a diagram showing an example of a structure determined by a structure identification unit.

【図6】水質センサーを複数設置した場合の代表値の決
定法を示した図。
FIG. 6 is a diagram showing a method of determining a representative value when a plurality of water quality sensors are installed.

【図7】プロセス監視手段を付加して人間系を介在させ
た場合の下水処理場の制御装置を示す全体概略図。
FIG. 7 is an overall schematic diagram showing a control device of a sewage treatment plant when a human system is interposed by adding a process monitoring means.

【図8】プロセス監視手段の表示方法を示す図。FIG. 8 is a diagram showing a display method of a process monitoring unit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 下水道プロセス 2 プロセス値記憶手段 3 プロセスモデル同定手段 4 最適操作量決定手段 5 プロセス監視手段 11 最初沈殿池 12 嫌気槽 13 無酸素槽 14 好気槽 15 最終沈殿池 16 外乱センサー 171〜175 水質状態センサー 19 水温センサー 31 プロセス特性解析手段 32 構造同定手段 33 パラメータ同定手段 181 酢酸投入機 182 PAC注入機 183 循環ポンプ 184 ブロワ 185 返送ポンプ 186 余剰汚泥引抜きポンプ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sewerage process 2 Process value storage means 3 Process model identification means 4 Optimum operation amount determination means 5 Process monitoring means 11 First sedimentation tank 12 Anaerobic tank 13 Oxygen tank 14 Aerobic tank 15 Final sedimentation tank 16 Disturbance sensor 171-175 Water quality state Sensor 19 Water temperature sensor 31 Process characteristic analysis means 32 Structure identification means 33 Parameter identification means 181 Acetic acid input machine 182 PAC injection machine 183 Circulation pump 184 Blower 185 Return pump 186 Excess sludge removal pump

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堤 正 彦 東京都府中市東芝町1番地 株式会社東芝 府中事業所内 (72)発明者 永 森 泰 彦 東京都府中市東芝町1番地 株式会社東芝 府中事業所内 (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 AA08 AC01 AC06 AC09 BC18 BD16 CA00 CA09 CA11 CA12 CB03 CC01 CC04 CC14 CD01 CE02 CE03  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Masahiko Tsutsumi 1 Toshiba-cho, Fuchu-shi, Tokyo Inside the Toshiba Fuchu Works Co., Ltd. (72) Inventor Yasuhiko Nagamori 1-Toshiba-cho Fuchu-shi, Tokyo Fuchu Toshiba Corporation In-house (72) Inventor Yukio Hatsuka 1-1-1, Shibaura, Minato-ku, Tokyo F-term in Toshiba head office (reference) 4D028 AA08 AC01 AC06 AC09 BC18 BD16 CA00 CA09 CA11 CA12 CB03 CC01 CC04 CC14 CD01 CE02 CE03

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】複数のアクチュエータを有し、流入下水を
処理する下水処理場の水質制御装置において、 流入下水に関する流入下水データを計測する流入下水デ
ータセンサーと、 下水処理場で処理された処理水に関す処理水データを計
測する処理水データセンサーと、 流入下水データセンサーからの流入下水データ、処理水
データセンサーからの処理水データおよびアクチュエー
タの操作量を記憶するプロセス値記憶手段と、 プロセス値記憶手段からの情報に基づいて、プロセスモ
デルを構築する下水処理プロセスモデル同定手段と、 下水処理プロセスモデル同定手段からのプロセスモデル
を用い、流入下水データおよび処理水データに基づいて
アクチュエータの最適操作量を求める最適操作量決定手
段と、を備えたことを特徴とする下水処理場の水質制御
装置。
1. A water quality control device for a sewage treatment plant having a plurality of actuators and treating inflow sewage, comprising: an inflow sewage data sensor for measuring inflow sewage data relating to the inflow sewage; Process data sensor for measuring the process water data related to the process, process value storage means for storing the inflow sewage data from the inflow sewage data sensor, the process water data from the process water data sensor and the operation amount of the actuator, and process value storage Based on the information from the means, a sewage treatment process model identification means for constructing a process model and a process model from the sewage treatment process model identification means are used to determine an optimal operation amount of the actuator based on inflow sewage data and treated water data. Sewage characterized by comprising an optimum operation amount determining means to be obtained Management field of water quality control equipment.
【請求項2】下水処理プロセスモデル同定手段は、プロ
セス値記録手段に記録された情報から下水処理プロセス
の特性を解析するプロセス特性解析手段と、前記プロセ
ス特性解析手段による解析結果からプロセスモデルの構
造を決定する構造同定手段と、構造同定手段によって決
定されたプロセスモデルのパラメータの推定を行うパラ
メータ同定手段と、を有することを特徴とする請求項1
記載の下水処理場の水質制御装置。
2. A wastewater treatment process model identification means comprising: a process characteristic analysis means for analyzing characteristics of a wastewater treatment process from information recorded in a process value recording means; and a structure of a process model based on an analysis result by the process characteristic analysis means. And a parameter identification unit for estimating a parameter of the process model determined by the structure identification unit.
The water quality control device of the sewage treatment plant described.
【請求項3】下水処理プロセスモデル同定手段は、予め
物理化学的な方法によってプロセスモデルを構築すると
ともに、 微生物の栄養源となる物質投入を行うアクチュエータ
と、凝集沈殿効果を持つ物質投入を行うアクチュエータ
との相関に基づいてプロセスモデルを更に高機能化する
プロセスモデル高機能化手段を更に有することを特徴と
する請求項1記載の下水処理場の水質制御装置。
3. A sewage treatment process model identification means for constructing a process model in advance by a physicochemical method and for feeding a substance serving as a nutrient source for microorganisms and an actuator for feeding a substance having a coagulation sedimentation effect. 2. The water quality control device for a sewage treatment plant according to claim 1, further comprising a process model enhancing means for further enhancing the process model based on the correlation with the process model.
【請求項4】最適操作量決定手段は、下水処理プロセス
モデル同定手段によって得られたモデルのステップ応答
波形から最適操作量の計算に関連するパラメータを決定
する制御用パラメータ決定手段と、制御用パラメータ決
定手段によって決定されたパラメータを用いて実際に操
作量指令値を計算する操作量指令値演算手段とを有する
ことを特徴とする請求項1記載の下水処理場の水質制御
装置。
4. A control parameter determining means for determining parameters related to the calculation of the optimum manipulated variable from a step response waveform of the model obtained by the sewage treatment process model identifying means, and a control parameter determining means. 2. The water quality control device for a sewage treatment plant according to claim 1, further comprising an operation amount command value calculating unit that actually calculates the operation amount command value using the parameter determined by the determination unit.
【請求項5】最適操作量決定手段は、前記下水処理プロ
セスモデル同定手段によって得られたモデルの外乱の影
響を打ち消して、予め決められた目標水質を達成するよ
うに操作量を決定するフィードフォワード型最適操作量
決定手段と、下水処理水質と前記目標水質の誤差を修正
するように操作量を補正して最適操作量を求めるフィー
ドフォワード型補正操作量決定手段とを有することを特
徴とする請求項1記載の下水処理場の水質制御装置。
5. An optimum operation amount determining means for canceling an influence of a disturbance of a model obtained by the sewage treatment process model identifying means and determining an operation amount so as to achieve a predetermined target water quality. And a feedforward-type corrected manipulated variable determining means for correcting the manipulated variable so as to correct an error between the sewage treatment water quality and the target water quality to obtain an optimal manipulated variable. Item 1. A water quality control device for a sewage treatment plant according to item 1.
【請求項6】同一種類の流入下水データセンサーを複数
設け、 最適操作量決定手段は、複数の同一種類の流入下水デー
タセンサーからの情報の平均化を図るデータ前処理手段
を有することを特徴とする請求項1記載の下水処理場の
水質制御装置。
6. A plurality of inflow sewage data sensors of the same type are provided, and the optimum manipulated variable determining means includes data preprocessing means for averaging information from a plurality of inflow sewage data sensors of the same type. The water quality control device for a sewage treatment plant according to claim 1.
【請求項7】複数のアクチュエータを有し、流入下水を
処理する下水処理場の水質制御装置において、 流入下水に関する流入下水データを計測する流入下水デ
ータセンサーと、 下水処理場で処理された処理水に関す処理水データを計
測する処理水データセンサーと、 流入下水データセンサーからの流入下水データ、処理水
データセンサーからの処理水データおよびアクチュエー
タの操作量を記憶するプロセス値記憶手段と、 プロセス値記憶手段からの情報に基づいて、プロセスモ
デルを構築する下水処理プロセスモデル同定手段と、 下水処理プロセスモデル同定手段からのプロセスモデル
を用い、流入下水データおよびアクチュエータの操作量
に基づいて処理水データの予測値を求めて表示するプロ
セス監視手段と、を備えたことを特徴とする下水処理場
の水質制御装置。
7. A sewage treatment plant water quality control device having a plurality of actuators for treating inflow sewage, comprising: an inflow sewage data sensor for measuring inflow sewage data relating to inflow sewage; Process data sensor for measuring the process water data related to the process, process value storage means for storing the inflow sewage data from the inflow sewage data sensor, the process water data from the process water data sensor and the operation amount of the actuator, and process value storage Sewage treatment process model identification means for constructing a process model based on information from the means, and prediction of treated water data based on inflow sewage data and operation amount of an actuator using a process model from the sewage treatment process model identification means Process monitoring means for obtaining and displaying a value. Sewage treatment plants of water quality control device that.
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