JP2002205076A - 凝集剤注入制御システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水質急変時にも対応でき、運転やパラメータ
設定においてオペレータの経験に依存せず、かつ、信頼
性の高い凝集剤注入制御システムを提供する。 【解決手段】 本発明の凝集剤注入制御システムは、原
水に含まれる濁質粒子表面の電荷量を推定する原水濁質
電荷量推定手段１と、凝集剤注入後の荷電状態を測定す
る凝集後荷電状態測定手段２とを備えている。原水に含
まれる濁質粒子の表面の電荷量に応じて凝集剤注入率設
定装置１０において、基本凝集剤注入率を算出する。凝
集剤注入率設定装置１０は凝集剤注入後の荷電状態に応
じて基本凝集剤注入率を補正して実注入率を決定し、凝
集剤注入機１１を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、浄水場の凝集沈殿
プロセスにおいて、原水へ凝集剤注入機から注入される
凝集剤の注入量を制御して良好な凝集状態を保ち、清澄
な処理水を得るために凝集剤注入制御システムに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般的な浄水場の凝集沈殿プロセスを図
４を用いて説明する。図４に示すように、濁質粒子を含
む原水２０は、まず急速攪拌１２において凝集剤２１と
混合、急速攪拌され、濁質粒子を核とする小さな魂（以
下マイクロフックという）を生成する。続いてフロック
形成池１３では、緩やかな攪拌が行われ、マイクロフッ
ク同士の衝突、結合により大きな魂（以下フロックとい
う）が生成される。生成されたフロックは沈殿池１４に
て沈殿し、沈殿しきれなかった粒子はろ過池１５におい
てろ過され、清澄な処理水が得られる。

【０００３】次に、凝集沈殿プロセスの基本的な機構に
ついて説明する。

【０００４】水の濁りの原因である粘度等の濁質粒子
は、通常粒径が１〜０．１μｍ程度であり、比表面積が
大きいため重力に比べて水の粘性による摩擦抵抗力が大
きくなり、容易には沈降しない。また、粒子表面が負に
帯電しているため、粒子同士に反発力が働き、安定した
分散状態を保っている。凝集沈殿プロセスは、濁質粒子
表面の負電荷を凝集剤加水分解生成物の持つ生電荷によ
って中和し、電気的な反発力を無くして粒子同士を結合
させ、沈降性の高いフロックを生成することにより濁質
を沈殿除去しようとするものである。

【０００５】凝集沈殿プロセスにおいて、凝集剤注入機
１１からの凝集剤２１の注入量が少なすぎると、荷電中
和が十分なされないので粒子同士の結合が起こらず、大
きなフロックが生成されない。また、凝集剤２１の注入
量が多すぎると電荷の逆転が起こったり、また、凝集剤
２１の加水分解生成物同士の結合により密度の低いフロ
ックが生成されたりする。いずれの場合もフロックの沈
降性が低いため、沈殿池で十分な濁質の除去が行えず、
ろ過池に流入する濁質の量が増え、ろ過池の閉塞やろ過
水水質の悪化を引き起こす。従って、良好な水質を維持
するためには濁質やその池の水質に応じて最適な凝集剤
注入量を常に保つことが必要である。

【０００６】従来の凝集剤注入制御としては、図４に示
すように原水濁度測定手段７からの原水の濁度、原水水
温測定手段６からの水温と、原水アルカリ度測定手段４
からのアルカリ度に基づいて凝集剤注入率設定装置１０
で凝集剤注入率を決定し、凝集剤注入機１１から凝集剤
２１を注入するフィードフォワード方式が採用されてい
る。フィードフォワード制御における凝集剤注入率演算
式の一例を、式（１）、（２）に示す。

【０００７】 Ｐ＝｛Ａ・Ｔｕｒｂ^Ｎ１・Ａｌｋ^Ｎ２＋Ｂ｝Ｆｔ…（１） Ｆｔ＝Ｆ（Ｔｅｍｐ）…（２） ここで、Ｐは凝集剤注入率、Ｔｕｒｂは原水濁水、Ａｌ
ｋは原水アルカリ度、Ｔｅｍｐは原水の水温、Ｆは温度
の関数、Ｆｔは温度効果係数、Ａ、Ｂ、Ｎ１、Ｎ２等の
定数は、経験的に、あるいは個々の浄水場の原水につい
てジャーテスト（水質に応じた最適な注入率決定のため
のバッチ試験）を実施し、その結果に基づいて定めた数
字である。

【０００８】フィードフォワード制御が採用されている
理由は、凝集剤注入点となる急速攪拌池１２から凝集の
良否が明確になる沈殿池１４の出口までの遅れ時間が長
く、フィードバック制御が困難なためである。

【０００９】一方、近年になって、濁質粒子表面の荷電
状態をオンラインで測定できるセンサの開発が進んでお
り、凝集剤注入直後の荷電状態で凝集の良否を即時に判
断し、凝集剤注入をフィードバック制御するシステムが
米国をはじめ海外で実用化されつつある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】現在一般に採用されて
いるフィードフォーワード制御では、台風等で濁度が急
変した場合、注入率式に基づく制御では対応しきれない
ことがあり、オペレータが経験に基づいてパラメータを
調整したり、直接注入率を設定したりする必要があっ
た。

【００１１】また、上述した注入率式演算式（１）
（２）については、原水の濁度を基本として構成されて
いるが、同じ濁度であっても濁質の粒径が異なる粒子の
表面積が異なり、粒子表面の負電荷を電気的に中和する
のに必要な凝集剤量も変化する。特に台風等で河川流量
が大きく変化した場合、濁度だけでなく濁質粒径分布も
変化するため、最適注入率演算で誤差を生じる恐れがあ
る。

【００１２】さらに急速攪拌池１２に凝集剤２１を注入
してから、凝集の良否が明確になる沈殿池１５の出口ま
での時間が長いため、処理水水質悪化等の問題発生時に
対応が遅れてしまうという問題点がある。

【００１３】本発明は、このような点を考慮してなされ
たものであり、水質急変時にも対応でき、運転やパラメ
ータ設定においてオペレータの経験に依存する必要がな
く、かつ信頼性の高い凝集剤注入制御システムを提供す
ることを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、原水へ凝集剤
を注入する凝集剤注入機を制御するための凝集剤注入制
御システムにおいて、原水に含まれる濁質粒子の表面電
荷量を推定する原水濁質電荷量推定手段と、凝集剤注入
後の荷電状態を測定する凝集後荷電状態測定手段と、原
水濁質電荷量推定手段から入力される原水に含まれる濁
質粒子の表面電荷量に応じて基本凝集剤注入率を算出
し、凝集機荷電状態測定手段から入力される凝集剤注入
後の荷電状態に応じて基本凝集剤注入率を補正して実注
入率を決定して凝集剤注入機を制御する凝集剤注入率設
定装置と、を備えたことを特徴とする凝集剤注入制御シ
ステムである。

【００１５】本発明によれば、凝集剤注入率設定装置に
おいて、濁質粒子表面の電荷量に応じてフィードフォワ
ード的に基本凝集剤注入率を算出し、凝集剤注入直後の
荷電状態に応じて基本凝集剤注入率をフィードバック的
に補正して実注入率を求めるため、水質急変時にも対応
でき、信頼性の高い制御システムを提供することができ
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】第１の実施の形態 以下、図１を参照して本発明による凝集剤注入制御シス
テムの第１の実施の形態について説明する。

【００１７】図１に示すように、浄水場は急速攪拌池１
２と、フロック形成池１３と、沈殿池１４と、ろ過池１
５とを備えている。また、急速攪拌池１２へ凝集剤注入
機１１から凝集剤２１が注入される。

【００１８】図１に示すように、本実施の形態の凝集剤
注入制御システムは、急速攪拌池１２へ流入する原水２
０に含まれる濁質粒子表面の電荷量を推定する原水濁質
電荷量推定手段１と、急速攪拌池１２に設置され凝集剤
注入後の荷電状態を測定する凝集後荷電状態測定手段２
と、原水濁質電荷量推定手段１と凝集剤電荷量状態測定
２からの信号に基づいて、凝集剤注入機１１を制御する
凝集剤注入手段装置１０とを備えている。凝集剤注入率
設定装置１０において、原水に含まれる濁質粒子の表面
電荷量に応じて基本凝集剤注入率を算出するとともに、
凝集剤注入後の荷電状態に応じて基本凝集剤注入率を補
正して実注入率を決定し、決定した凝集剤注入率に基づ
き、凝集剤注入機１１により急速攪拌池１２に凝集剤２
１が注入される。

【００１９】次にこのような構成からなる本実施の形態
の凝集剤注入制御システムの作用について説明する。

【００２０】本実施の形態の凝集剤注入制御システムで
は、まず原水２０に含まれる濁質粒子表面の電荷量を原
水濁質電荷量推定手段１を用いて推定する。原水濁質電
荷量推定手段１としては、例えば原水濁質表面積推定手
段１ａを用いることができる。原水濁質表面積推定手段
１ａで求めた原水濁質表面積の推定値と、予めゼータ電
位計や流動電流計を用いて測定しておいた濁質の表面電
位あるいは文献などで知られる濁質の表面電位から推定
される電荷密度とをかけることにより、原水濁質表面の
電荷量を推定することができる。

【００２１】原水濁質表面積推定手段１ａは、例えば、
粒径分布測定器と濁度計とからなり、分級した粒径毎の
個数の推定値に基づいて個々の粒子の表面積を総計する
ことにより推定できる。また、この際に、粒径分布測定
器の代わりに平均粒径測定器を用い、平均粒径測定値に
基づいて粒径分布を推定してもよい。あるいは原水濁質
表面積推定手段１ａとして、河川流量または流域降雨デ
ータおよび原水濁度と、原水濁質粒径分布との関係を予
め求めて原水濁質粒径分布予測モデルとして蓄えてお
き、原水濁度、河川流量または流域降雨データの測定値
から原水濁質の表面積を推定するものを用いてもよい。

【００２２】本実施の形態の凝集剤注入制御システムで
は、このように原水濁質電荷量推定手段１によって推定
された原水濁質表面の電荷量に基づいて、凝集剤注入率
設定装置１０においてフィードバック的に基本凝集剤注
入率を算出する。

【００２３】凝集剤注入制御システムでは、また、凝集
剤注入直後の荷電状態を急速攪拌池１２内の凝集後荷電
状態測定手段２により測定する。凝集後荷電状態測定手
段２としては、ゼータ電位計あるいは流動電流計等を用
いることができる。最適凝集剤注入率は、濁質以外の他
の水質の影響により変化することがある。このような場
合、原水濁質表面の電荷量と凝集剤注入量が一定でも凝
集剤注入後の荷電状態が変化することがあるので、凝集
剤注入率設定装置１０において凝集後荷電状態測定手段
２の測定結果、すなわち実際の中和状態に応じて基本凝
集剤注入率をフィードバック的に補正して実注入率を求
める。凝集剤注入率設定装置１０は、求めた実注入率に
基づいて凝集剤注入機１１を制御する。

【００２４】以上のように本実施の形態によれば、凝集
の基本機構に従い、凝集剤注入率設定装置１０におい
て、原水濁質表面の電荷量に基づいて基本凝集剤注入率
をフィードフォワード的に求めることにより、濁度を基
本とするフィードフォワード制御に比べてオペレータの
経験に依存する割合を減らしつつ最適注入実現の精度を
向上させることができる。また、凝集剤注入直後の荷電
状態を測定し、基本凝集剤注入率をフィードバック的に
補正することにより、濁質以外の他の水質の凝集への影
響を考慮することができるだけでなく、濁度等の水質急
変時に凝集状態の変化を即時に把握することができ、迅
速かつ適切な対応を行うことができる。さらに、フィー
ドバックとフィードフォワードの組み合わせにより、ど
ちらか一方のセンサが故障した場合も、他方のセンサに
より制御を続けることができ、信頼性が高まる。

【００２５】第２の実施の形態 以下、図２を参照して本発明による凝集剤注入制御シス
テムの第２の実施の形態について説明する。図２におい
て、図１に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符
号を符して詳細な説明は省略する。

【００２６】図２に示すように、本実施の形態の凝集剤
注入制御システムは、急速攪拌池へ流入する原水２０に
含まれる濁質粒子の表面電荷量を推定する原水濁質電荷
量推定手段１と、原水２０の色度を測定する色度測定手
段３と、原水２０のアルカリ度を測定する原水アルカリ
度測定手段４と、原水２０のｐＨを測定する原水ｐＨ測
定手段５と、原水２０の水温を測定する原水水温測定手
段６と、凝集剤注入後の荷電状態を測定する凝集後荷電
状態測定手段２とを備えている。凝集剤注入率設定装置
１０では、原水に含まれる濁質粒子の表面電荷量に応じ
て基本凝集剤注入率を算出するにあたり、原水２０の色
度、原水２０のアルカリ度、原水２０のｐＨ、および原
水２０の水温を考慮して基本凝集剤注入率を算出し、更
に凝集剤注入後の荷電状態に応じて基本凝集剤注入率を
補正して実注入率を決定する。

【００２７】次にこのような構成からなる本実施の形態
の凝集剤注入制御システムの作用について説明する。

【００２８】本実施の形態の凝集剤注入制御システムで
は、凝集剤注入率設定装置１０において、基本凝集剤注
入率の算出の際に原水水質に応じて以下のような情報を
考慮する以外は第１の実施の形態と同様である。

【００２９】（１）原水の色度に関する情報 原水にフルボ酸やフミン酸等の色度成分が含まれる場
合、凝集剤加水分解生成物と色度成分の結合により凝集
剤の荷電中和能力が変化するので、色度が変化するよう
な原水に対しては色度に応じて基本凝集剤注入率を算出
する。

【００３０】（２）原水のｐＨ、アルカリ度に関する情
報 原水ｐＨ、アルカリ度は、凝集剤の荷電中和能力を変化
させる。例えば低ｐＨでは凝集剤加水分解生成物は高い
生電荷を持ち、高ｐＨでは低い生電荷、さらに高ｐＨで
は低い負電荷を持つ。従って、ｐＨが変化するような原
水に対しては、原水の濁質が有する電荷量と、凝集剤の
荷電中和能力を両者を考慮して基本凝集剤注入率を算出
する。

【００３１】（３）原水の水温に関する情報 原水の水温は、フロックの成長速度に影響する。水温が
低い場合、凝集剤量を多めにしてフロック成長反応を促
進する。従って、水温が変化する原水に対しては、水温
に応じた基本凝集剤注入率を算出する。

【００３２】本実施の形態によれば、凝集剤注入率決定
装置１０において、基本凝集剤注入率の算出にあたり濁
質以外の原水水質に関する情報を考慮して算出するの
で、濁質以外の水質が変化した場合にも最適凝集剤注入
率を維持でき、水質の急変にも迅速に対応することがで
きる。

【００３３】第３の実施の形態 以下、図３を参照して本発明による凝集剤注入制御シス
テムの第３の実施の形態について説明する。図３におい
て、図１に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符
号を符して詳細な説明は省略する。

【００３４】図３に示すように、本実施の形態の凝集剤
注入制御システムは、フロック形成池１３におけるフロ
ック形状測定手段３０と、沈殿池１４の出口における濁
度を測定する沈殿池出口濁度測定手段３１と、ろ過池１
５でろ過後の濁度を測定するろ過水濁度測定手段３２
と、凝集沈殿プロセスにおける各種データを統計的に解
析する解析手段８とを更に備えている。凝集剤注入率設
定装置１０は解析手段８からの信号に基づいて基本凝集
剤注入率の算出およびその補正を支援する。

【００３５】次にこのような構成からなる本実施の形態
の凝集剤注入制御システムの作用について説明する。

【００３６】本実施の形態の凝集剤注入制御システムで
は、凝集剤注入率設定装置１０において解析手段８から
の信号に基づいて基本凝集剤注入率の算出および補正に
ついての支援を行う。すなわち、凝集剤注入率設定装置
１０において、原水に含まれる濁質粒子表面の電荷量に
基づいて基本凝集剤注入率を算出し、凝集剤注入後の荷
電状態に応じて基本凝集剤注入率を補正して実注入率を
決定する。

【００３７】この場合、同時に凝集沈殿プロセスにおけ
る各種データの測定値を継続的に取得してそれらのデー
タを解析手段８において解析して、原水水質と、凝集剤
注入率と、処理水水質の関係を明らかにする。次に解析
手段８は、これらの情報を凝集剤注入率設定装置１０へ
入力し、各種制御定数、基本凝集剤注入率の算出時に各
種水質を考慮する際の重み係数、基本凝集剤注入率を凝
集剤注入後の荷電状態に応じて補正する際の重み係数等
の決定を支援する。

【００３８】本実施の形態によれば、解析手段８により
凝集剤注入率設定装置１０において基本凝集剤注入率の
算出や、その補正量を行う際の支援を行うので、オペレ
ーターの経験に依存することなく常に最適な制御システ
ムの運転を維持できる。

【００３９】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、水質急
変時にも対応でき、運転やパラメータ設定においてオペ
レータの経験に依存せず、かつ信頼性の高い凝集剤注入
制御を実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による凝集剤注入制御システムの第１の
実施の形態を示す略系統図図。

【図２】本発明による凝集剤注入制御システムの第２の
実施の形態を示す概略系統図。

【図３】本発明の凝集剤注入制御システムの第３の実施
の形態を示す概略系統図。

【図４】従来の凝集剤注入制御システムの構成を示す
図。

【符号の説明】

１ 原水濁質電荷量推定手段 ２ 凝集後荷電状態測定手段 ３ 原水色度測定手段 ４ 原水アルカリ度測定手段 ５ 原水ｐＨ測定手段 ６ 原水水温測定手段 ７ 原水濁度測定手段 ８ 解析手段 １０ 凝集剤注入率設定装置 １１ 凝集剤注入機 １２ 急速攪拌池 １３ フロック形成池 １４ 沈殿池 １５ ろ過池 ２０ 原水 ２１ 凝集剤 ３０ フロック形状測定手段 ３１ 沈殿池出口濁度測定手段 ３２ ろ過水濁度測定手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金 子 政 雄 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 平 本 昭 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 能 代 祐 之 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 松 前 学 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中事業所内 Ｆターム(参考） 4D015 BA19 BA21 BB05 CA14 EA03 EA07 EA32 FA02 FA16 4D062 BA19 BA21 BB05 CA14 EA03 EA07 EA32 FA02 FA16

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】原水へ凝集剤を注入する凝集剤注入機を制
   御するための凝集剤注入制御システムにおいて、 原水に含まれる濁質粒子の表面電荷量を推定する原水濁
   質電荷量推定手段と、 凝集剤注入後の荷電状態を測定する凝集後荷電状態測定
   手段と、 原水濁質電荷量推定手段から入力される原水に含まれる
   濁質粒子の表面電荷量に応じて基本凝集剤注入率を算出
   し、凝集後荷電状態測定手段から入力される凝集剤注入
   後の荷電状態に応じて基本凝集剤注入率を補正して実注
   入率を決定して凝集剤注入機を制御する凝集剤注入率設
   定装置と、を備えたことを特徴とする凝集剤注入制御シ
   ステム。
2. 【請求項２】原水の色度を測定する原水色度測定手段を
   更に備え、 凝集剤注入率設定装置は、基本凝集剤注入率の算出にお
   いて、原水色度測定手段からの原水の色度を考慮して算
   出することを特徴とする請求項１記載の凝集剤注入制御
   システム。
3. 【請求項３】原水のアルカリ度を測定する原水アルカリ
   度測定手段および／または原水のｐＨを測定する原水ｐ
   Ｈ測定手段を更に備え、 凝集剤注入率設定装置は、基本凝集剤注入率の算出にお
   いて、原水アルカリ度測定手段および／または原水ｐＨ
   測定手段からの原水のアルカリ度および／または原水の
   ｐＨを考慮して算出することを特徴とする請求項１また
   は２記載の凝集剤注入制御システム。
4. 【請求項４】原水の水温を測定する原水水温測定手段を
   更に備え、 凝集剤注入率設定装置は、基本凝集剤注入率の算出にお
   いて、原水水温測定手段からの原水の水温を考慮して算
   出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記
   載の凝集剤注入制御システム。
5. 【請求項５】原水水質および／または急速攪拌池水質お
   よび／またはフロック形成池におけるフロック形状およ
   び／または沈殿池出口濁度および／またはろ過水濁度の
   データを統計的に解析する解析手段を更に備え、 凝集剤注入率設定装置は、解析手段からの情報を考慮し
   て基本凝集剤注入率の算出および基本凝集剤注入率の補
   正を行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに
   記載の凝集剤注入制御システム。
6. 【請求項６】原水濁質電荷量推定手段は、原水に含まれ
   る濁質粒子の表面積を推定する原水濁質表面積推定手段
   を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに
   記載の凝集剤注入制御システム。
7. 【請求項７】原水濁質電荷量推定手段は、更に原水の荷
   電状態を測定する原水荷電状態測定手段を有することを
   特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の凝集剤注
   入制御システム。
8. 【請求項８】原水濁質表面積推定手段は、原水の濁質を
   測定する原水濁度測定手段と、原水に含まれる濁質粒子
   の粒径分布を測定する原水濁質粒径分布測定手段とを有
   することを特徴とする請求項６または７記載の凝集剤注
   入制御システム。
9. 【請求項９】原水濁質表面積推定手段は、原水の濁度を
   測定する原水濁度測定手段と、原水に含まれる濁質粒子
   の平均粒径を測定する原水濁質平均粒径測定とを有する
   ことを特徴とする請求項６または７記載の凝集剤注入制
   御システム。
10. 【請求項１０】原水濁質表面積推定手段は、流域降雨デ
    ータおよび／または河川流量データから原水濁質の粒径
    分布を予測する原水濁質粒径分布予測モデルを有するこ
    とを特徴とする請求項６または７記載の凝集剤注入制御
    システム。
11. 【請求項１１】原水荷電状態測定手段および／または凝
    集後荷電状態測定手段は、ゼータ電位計または流動電流
    計からなることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれ
    かに記載の凝集剤注入制御システム。