JP2004267865A

JP2004267865A - 水処理プロセスの支援システム

Info

Publication number: JP2004267865A
Application number: JP2003059910A
Authority: JP
Inventors: Naoki Hara; 直樹原; Fumitomo Kimura; 文智木村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-03-06
Filing date: 2003-03-06
Publication date: 2004-09-30

Abstract

【課題】水処理プロセスに関する複雑な数値計算を代行し、水処理プロセスの事業者等の業務を支援する。
【解決手段】上下水道プラントの監視制御システム２００からネットワーク３を介しての要求により、水処理プロセスの数値計算を行い結果を返送する。数値計算の機能は、システム２００から施設データやプロセスデータの受信機能１０１と、水処理プロセスモデルを基本モデル１０４を結合して生成する手段１０３と、水処理プロセスモデル１０９に基づいて水質を予測する予測手段１０５と、水処理プロセスの運用方法を算出する最適化手段１０７と、前記予測手段と前記最適化手段の数値計算の結果を支援データとして送信する送信機能１０８を具備する。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、上下水道設備のプラントの維持管理会社あるいは計画や設計を行う会社に対して、ネットワーク回線を用いて水処理プロセスの数値計算を提供する水処理プロセスの支援システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
上下水道事業体の保有する水処理プロセスの計画、設計、維持管理は、それぞれの業務を担当する事業体や会社の職員が実施しているのが一般的である。特に維持管理においては、プラントの運転や保守に関する作業の他にも、水質管理、拡張計画、財務管理などの業務もある。したがって、対象プロセスの土木、機械、電気設備、さらに水処理プロセスを十分に熟知した職員が必要である。また、水道料金、下水道料金、電力料金のしくみ、水処理プラントの理解、法規制の理解など上下水道の知識を保有した専門職員が必要である。このような専門知識を持つ職員が十分に確保できる事業体あるいは会社では、取り組みが可能である。
【０００３】
下水処理場の運転支援装置の例としては、水質シミュレータからの結果を制御目標演算部に送ることにより、高度な知識を有さないオペレータにおいても最適の目標値を選択できる特許文献１の提案がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−５７７８０号公報（段落００７７−００８６、図１３）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
水処理プロセスの計画、設計、維持管理を適正に行うためには、各事業体や各会社が個別に専門職員を必要十分に確保する必要があった。しかし、こうした専門職員の確保は、事業体の財政状況や人員構成などの条件が揃わなければならず、上下水道事業遂行上の大きな負担となっている。
【０００６】
専門職員確保の負担軽減を目的として、従来も一部実施されていた業務委託（アウトソーシング）の範囲を拡大することも考えられる。この場合には業務受託会社が専門職員に相当するノウハウを求められるだけでなく、各所に広域に散在する施設を所有する必要があり、参入にあたっての障壁が大きいという課題が存在する。そのため、インターネットなどのネットワークを介して提供されるサービス用して、時間と場所に依存せずに専門ノウハウを利用して、計画、設計、維持管理の効率を向上させる手段が不可欠である。
【０００７】
地球温暖化対策として省エネルギーの実現が重要な課題であり、水処理プロセスではそのエネルギーの大半を占める送風機の動力低減を図らねばならない。しかし、これはあくまでも生物反応に必要な溶存酸素（ＤＯ）を確保した上での検討課題である。したがって、空気量と溶存酸素との関係を定量的に表現できるモデルが必須であるが、空気量に効率を乗算する従来の方式では、十分な精度が得られない。
【０００８】
本発明の目的は、上記した課題を克服するために、ネットワーク回線を用いて水処理プロセスに関する複雑な相互関係を数値計算し、水処理プロセスの計画、設計、維持管理の効率向上を可能とする水処理プロセスの支援システム、及びそのコンピュータ・ソフトウエアを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上下水道設備のプラントの維持管理会社あるいは計画や設計を行う会社に対して、ネットワーク回線を用いて水処理プロセスの数値計算の結果を提供する水処理プロセスの支援システムであって、前記水処理プロセスの数値計算手段は、ネットワーク回線を介して施設構造データおよびプロセスデータを受信する手段と、水処理プロセスモデルを生成する手段と、前記モデルに基づいて水質を予測する予測手段と、水処理プロセスの最適運用方法を算出する最適化手段と、前記予測手段と前記最適化手段の計算結果データを支援データとして送信する手段とを具備することを特徴とする。
【００１０】
前記水処理プロセスモデルを生成する手段は酸素溶解モデルを具備し、該酸素溶解モデルの総括酸素移動容量係数は、空気量を変数としたべき乗の式でなることを特徴とする。
【００１１】
また、前記水処理プロセスモデルを生成する手段は、凝集剤の反応過程を表す凝集反応モデルを具備し、該凝集反応モデルはアルミニウムとリンの反応、水酸化アルミニウムとリンの反応から構成されることを特徴とする。
【００１２】
さらに、上下水道設備のプラントの維持管理会社あるいは計画や設計を行う会社に対して、ネットワーク回線を用いて水処理プロセスの数値計算の機能を提供するコンピュータ・ソフトウエアにおいて、前記水処理プロセスの数値計算は、ネットワーク回線を介して受信したデータにより水処理プロセスモデルを生成する機能と、前記モデルに基づいて水質を予測する予測機能と、水処理プロセスの最適な運用方法を算出する最適化機能とを、コンピュータに実現させるプログラムからなるコンピュータ・ソフトウエアである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を説明する。水処理プロセスの支援システムは、ネットワーク回線に接続して情報を送受信する通信装置を備え、反応タンクの構造などの施設データ、複数種類のプラントデータを基に水処理プロセスのモデルを生成し、生成されたモデルに基づいて有機物、窒素、リンなどの水質を予測し、さらに、水処理プロセスの最適運用方法を算出して、これら結果データを利用者に送信する。
【００１４】
図１に本発明の一実施例による水処理システム支援システムの業務フローを示す。サービス会社１、上水道事業体や下水道事業体を表す上下水道事業体２、上下水道事業体２から維持管理業務を受託する維持管理会社４が当事者であり、サービス会社１に水処理プロセス支援システムを実行する支援システム１００を設置している。
【００１５】
上下水道事業体２が所有する水処理プロセス２０には、ＣＲＴ監視装置２２０が備えられ、流量、水位、空気量、水質、電力、機器の起動停止などのプロセスデータを計測保管している。また、監視すべき水質データのうち水質自動計測器が実用化されていない項目については、定期的に水質試験を維持管理者が実施し、運転の判断に利用している。また、プロセスデータや水処理プロセス２０の施設構造は施設・プロセスデータ５０として保管している。
【００１６】
上下水道事業体２とサービス会社１との間で契約を締結する。この契約は、サービス会社１からはサービス提供、上下水道事業体２からみると計算サービス利用の契約である。アクセス回数、提供されるサービス内容、契約期間などが両者の合意によって設定される。
【００１７】
維持管理会社４は上下水道事業体２との間で、上下水道事業体２の保有する複数の水処理プロセスのうち、一部について、運転や保守といった維持管理業務の契約を行っている。この契約では、請負に出される業務の範囲と内容、作業のやり方、作業報告の内容、請負費や支払条件などが設定される。また、維持管理会社４は、上下水道事業体２とサービス会社１との間でそれぞれ契約を締結する。この契約は、サービス会社１からみるとサービスの提供、維持管理会社４からみると計算サービスの利用である。
【００１８】
上下水道事業体２ならびに維持管理会社４と、サービス会社１との情報伝達は、ネットワーク、電子データメディア等の情報伝達手段を介して行われる。サービス会社１に備えられた支援システム１００は、例えばコンピュータからなり、パーソナルコンピュータ等の計算機と計算機上のソフトウエアからなる。
【００１９】
支援システム１００は、契約した上下水道事業体２または維持管理会社４から水処理プロセスの施設データやプロセスデータをネットワークを介して受信すると、将来の水質予測ならびに適切な運用方法を計算して、該当利用者に提示する。
【００２０】
サービス会社１は、自社によっても維持管理業務を受託することができるが、本実施例では、上下水道事業体２との請負契約により、維持管理業務そのものは維持管理会社４の作業者が実施することにする。
【００２１】
本実施例では、サービス会社１、上下水道事業体２、維持管理会社４とを分離しているが、サービス会社１と上下水道事業体２は一体でもよいし、サービス会社１と維持管理会社４は一体でもよい。
【００２２】
また、本実施例では、各当事者がそれぞれ一つしか記載されていないが、一つの維持管理会社４が複数の上下水道事業体２とやり取りするケース、一つの上下水道事業体２が複数の維持管理会社４とやり取りするケースもある。
【００２３】
図２は水処理プロセス支援システムの全体構成を示す。サービス会社１、上下水道事業体２、維持管理会社４、およびコンサルタント会社５はネットワーク３に接続され、ネットワークを介してサービス会社１の支援システム１００にアクセスする。維持管理会社４は、上下水事業者２の維持管理業務の一部あるいは全てを受託する。コンサルタント会社は、上下水事業者２の施設の計画ならびに設計の業務を請負う。支援システム１００には契約者のみ参照できるようにセキュリティが施されている。
【００２４】
図３は水処理プロセスのひとつである嫌気−無酸素−好気法（Ａ２Ｏ法）を所有する上下水道事業体が支援システムを利用する一実施例である。Ａ２Ｏ法は嫌気槽３７Ａ、無酸素槽３７Ｂ、好気槽３７Ｃから成る生物反応槽２１、最終沈殿池３３、水中撹拌機２５、返送汚泥設備２７、余剰汚泥設備２８、送風機４０、循環設備２９、凝集剤貯留槽３１、凝集剤注入設備３０から構成される。
【００２５】
都市下水や産業排水、及び雨水を含む流入下水は最初沈殿池（図示せず）で粗大な狭雑物が除去された後、生物反応槽２１に流入する。最初沈殿池では固形物を沈降除去し、有機物（ＢＯＤ）、アンモニア性窒素（ＮＨ４−Ｎ）、硝酸性窒素（ＮＯ３−Ｎ）、リンなどを含む上澄み液は生物反応槽２１への流入下水２２として送られる。
【００２６】
生物反応槽２１には最初沈殿池からの流入水２２と返送汚泥設備２７からの返送汚泥（活性汚泥）が流入し、撹拌混合が行われる。一方、好気槽３９Ｃには、送風機４０から空気が送気される。さらに、生物反応槽２１では、循環設備２９によって好気槽３９Ｃから無酸素槽３８Ｂへ汚泥を循環する。
【００２７】
最上流の嫌気槽３７Ａには流入下水２２と、最終沈殿池３３から返送汚泥設備２７を介して高濃度の活性汚泥を含有する返送汚泥３５が供給される。流入下水２２と返送汚泥３５は水中撹拌機２５Ａで撹拌混合される。嫌気槽３７Ａは溶存酸素（ＤＯ）と硝酸性窒素がともに存在しない嫌気状態である。嫌気槽３７Ａにおいて、活性汚泥は細胞内に蓄積していたリンを加水分解して液中に放出する。このリン放出時に、活性汚泥は有機物を吸着し、細胞内に蓄積する。このため、嫌気槽３７Ａではリンが増加し、有機物が減少する。
【００２８】
嫌気槽３７Ａの混合液は隔壁２４Ａを介して無酸素槽３８Ｂに導かれる。無酸素槽３８Ｂでは循環設備２９により循環液２８として還流された好気槽３９Ｃの混合液と、嫌気槽３７Ａの混合液とが水中撹拌機２５Ｂにより撹拌混合される。溶存酸素を含む循環液２８が流入するが、無酸素槽３８Ｂは殆ど酸素のない状態となる。循環液２８に含まれていた硝酸性窒素を嫌気槽３７Ａから導かれた混合液中の有機物、あるいは活性汚泥が細胞内に蓄積していた有機物を利用して脱窒反応が主に進行する。脱窒反応では硝酸性窒素が還元し窒素ガスとして大気に放出されるため、無酸素槽３８Ｂでは硝酸性窒素と有機物が減少する。
【００２９】
無酸素槽３８Ｂの混合液は隔壁２４Ｂを介して好気槽３９Ｃに導かれる。好気槽３９Ｃの底部には散気管２６が設置されており、送風機４０からの空気３４を噴射し、混合液を攪拌するとともに活性汚泥の酸素源を供給する。好気状態化の好気槽３９Ｃにおいて、活性汚泥は蓄積した有機物及び混合液中の有機物を水と炭酸ガスに酸化分解する。また、アンモニア性窒素を硝酸性窒素に酸化する硝化反応が進行する。
【００３０】
さらに、混合液中のリンを細胞内に摂取する。この摂取量は、通常、嫌気槽３７Ａで放出した以上（過剰摂取）となるため、プロセス全体ではリンが減少し、除去されたことになる。
【００３１】
従って、好気槽３９Ｃでは有機物、リン、アンモニア性窒素が減少し、硝酸性窒素が増加する。好気槽３９Ｃの流出部混合液の一部を循環液２８とするため、循環液２８には有機物やリンが殆どなく、硝酸性窒素が含まれる。
【００３２】
好気槽３９Ｃの流出液１５は最終沈殿池３３に導かれ、混合液中の活性汚泥が重力沈降する。上澄液は処理水３２として消毒殺菌後、河川や海洋に放流される。沈殿した活性汚泥は高濃度となり、大部分を返送汚泥設備２７により返送汚泥３５として生物反応槽２１の嫌気槽３７Ａに戻す。
【００３３】
生物反応槽２１では反応に対応して活性汚泥中の微生物が増殖し、活性汚泥濃度を増加させるが、この増殖分に相当する汚泥を余剰汚泥３６として余剰汚泥設備２８を介してプロセス系外に排出する。余剰汚泥中に保持されているリンは、プロセス全体のリン除去量に相当する。
【００３４】
このように、生物学的に窒素やリンを除去するプロセスでは、嫌気槽３７Ａや無酸素槽３８Ｂでのリン放出と脱窒、好気槽３９Ｃでのリン過剰摂取と硝化のそれぞれの機能を十分に発揮させる適正な維持管理が必要となる。
【００３５】
これらの活性汚泥の処理機能は、流入下水の水質や流量、プラントの運転条件、あるいは活性汚泥の管理条件で変化し、徐々に、あるいは突発的に除去不良を招く。リン放出・摂取状態の悪化により、処理水３２のリンが流入下水２２より高くなる場合もある。このような場合、凝集剤貯槽３１から凝集剤注入設備３０を介して生物反応槽２１の出口に凝集剤を注入して、物理化学的にリンを除去する方式が併用されている。
【００３６】
返送汚泥設備２７は、返送汚泥量と流入下水量の比率によって返送量コントローラ２０１によって制御される。循環設備２９は、循環液２８と流入下水２２の流量比率によって循環量コントローラ２０２で制御される。余剰汚泥設備２８は、タイマーとプリセット量によって余剰汚泥量コントローラ２０６によって制御される。送風機４０は、好気槽３９Ｃの溶存酸素計４２を所定値に保つ方式によって、空気量コントローラ２０４によって制御される。
【００３７】
これらコントローラとＣＲＴ監視装置２００はネットワーク２１０によって接続されており、上下道事業者２の職員である運転者は、ＣＲＴ監視装置２２０へのデータ入力操作によりコントローラの設定値や制御パラメータを変更できる。
【００３８】
また、上下道事業者２には、ネットワーク３と接続される通信装置１３１、ならびにこの通信装置１３１に接続される端末１３２とを備えている。通信装置１３１は、ネットワーク３に接続してインターネットなどを利用した情報通信を可能とする装置である。ネットワーク３は、一般公衆回線、専用回線、高速デジタル回線などを含むネットワーク網であり、ダイヤルアップやインターネットを利用して支援システム１００と接続される。
【００３９】
端末１３２は、インターネットに接続できるパーソナルコンピュータや携帯端末などである。上下道事業者２の職員である運転者は、端末１３２への入力操作により、ネットワーク３および通信装置１０を介して支援システム１００へ各種データを送信して、結果として所有する水処理プロセスの水質予測データが返信される。また、端末１３２を介して適切な水質基準を確保できる運転方法も返信される。
【００４０】
これらの情報により、Ａ２Ｏ法のような複雑な反応過程を有する水処理プロセスに対して、現状の運転操作の継続や変更によって処理水質がどのような挙動を示すかを定量的に把握できるため、運転者の判断を支援し適切な運用を実施できる効果がある。
【００４１】
図４に支援システム１００の機能ブロック図を示す。支援システム１００は、水処理プロセス数値計算のためのコンピュータ・ソフトウエアを実装する計算機システムによって構成される。
【００４２】
サービス会社１の支援システム１００に対し、図３で示す上下水道事業体２の端末１３２から、計算要求と水処理プロセスの施設・プロセスデータ５０及び顧客データがネットワーク３と通信装置１０を介して送信される。
【００４３】
これらのデータはデータ受信機能１０１により受信され、データベース１０２に格納した後、モデル生成手段１０３を起動する。モデル生成手段１０３は、データベース１０２の施設データに基づいて、基本モデルテーブル１０４から必要なモデルを幾つか取り出し、かつ結合して、対象施設の水処理プロセスモデル１０９を生成する。
【００４４】
基本モデル１０４において、生物反応モデルは、国際水環境協会（ＩＡＷＱ）が発表した「活性汚泥モデル」などの公知のモデルを適用してもよいし、化学反応式から作成したモデル、実験的に求めたモデル、統計モデルを適用してもよい。酸素溶解モデルは、空気中の酸素が水中に溶解する現象のモデリングであり、例えば、酸素移動速度で表すと（１）及び（２）式のモデルである。
【００４５】
【数１】

【００４６】
ここで、ＤＯは溶存酸素濃度（ｍｇ／Ｌ）、ＤＯ_ｓは液中の飽和ＤＯ濃度（ｍｇ／Ｌ）、Ｋ_Ｌａは総括酸素移動容量係数（１／ｈ）、ν_Ａは単位断面積当たりの空気量（ｍ^３／ｍ^２／ｈ）、α、βは散気性能を表す係数、Ｔは水温（℃）である。
【００４７】
凝集反応モデルは、汚濁物質である溶解性リンが凝集剤に含まれているアルミニウムとの反応により凝析する現象のモデリングである。例えばアルミニウムと溶解性リン（リン酸）の反応で表すと、反応式は（３）式、反応速度式は（４）式である。
【００４８】
【数２】

【００４９】
ここで、ＰＯ_４は溶解性リン濃度（ｍｇ／Ｌ）、ｋ１はＡｌＰＯ４の生成速度係数（１／ｈ）、Ａｌ３＋はアルミニウムのモル濃度、ＰＯ４−３はリン酸のモル濃度、δはＡｌＰＯ４のＰ原子量（ｇ／モル）、Ｖは容積（ｍ^３）である。
【００５０】
また、水酸化アルミニウムによる溶解性リン（リン酸）の吸着速度で表すと、反応式は（５）式、反応速度式は（６）式である。
【００５１】
【数３】

【００５２】
ここで、ＰＯ_４は溶解性リン濃度（ｍｇ／Ｌ）、ｋ２はＡｌ（ＯＨ）３・（ＰＯ４−３）ｎの生成速度係数（１／ｈ）、Ａｌ（ＯＨ）３は水酸化アルミニウムのモル濃度、ＰＯ４−３はリン酸のモル濃度、δはＡｌ（ＯＨ）３・（ＰＯ４−３）ｎのＰ原子量（ｇ／モル）、Ｖは容積（ｍ^３）である。
【００５３】
一方、最終沈殿池モデルは、例えば、活性汚泥が重力沈降する速度と流下方向への速度から、活性汚泥の沈降現象をモデリングする。そして、反応槽混合モデルでは、例えば、生物反応槽を仮想した槽で区切られた槽を直列に並べて表し、各仮想槽内は完全混合状態として、生物反応槽の流れをモデリングする。
【００５４】
運転操作モデルは、対象となる水処理プロセスに備わっている運転操作因子を抽出し、モデルに付加する。例えば、図３に示すＡ２Ｏ法の場合は、返送量、循環量、空気量、凝集剤注入量、余剰汚泥量が操作因子である。
【００５５】
モデル生成手段１０３は、前記のような基本モデル群を結合する。この結合モデルに、流入水量と水質、ならびに操作因子を初期条件として与えることによって、処理水の水質を計算可能な、水処理プロセスの各工程をソフトウエアで模擬した対象施設の水処理プロセスモデル１０９を作成する。
【００５６】
水質予測手段１０５は、対象施設の水処理プロセスモデル１０９の入力として、データベース１０２のプロセスデータに含まれる流入下水の流量と水質、および運転操作因子を与える。そして、運転操作因子を変えずに一定条件の下で、流入下水の流量と水質を実際の流入に合わせて逐次変化させて水質の予測データを計算する。計算結果とは、反応槽各槽の水質、最終沈殿池の水質、処理水の水質、活性汚泥の増殖などで、これらの予測結果データベース１０６に格納される。
【００５７】
次に、運用最適化手段１０７について説明する。運用最適化手段１０７は、対象施設の水処理プロセスモデル１０９の入力として、データベース１０２のプロセスデータに含まれる流入下水の流量と水質及び運転操作因子を与え、運転操作因子の操作量を逐次変化させて処理水質データを計算する。例えば、空気量を変化させたときの処理水の全窒素、全リン、有機物などを計算する。
【００５８】
これらの水質項目ごとに最適条件を満足する操作量を抽出し、最適運用データとして予測結果データベース１０６に格納する。ここで最適条件とは、例えば水質目標値を満足しかつ最小値となる操作量で、操作量を最小値にすると、制御対象設備の使用電力量を低く抑えた低コスト運転が実現できる。
【００５９】
データ送信機能１０８は、予測結果データベース１０６に格納された各種データを編集して、計算を要求したユーザー端末に送信する。
【００６０】
ダウンロード手段１３０は、データ受信機能１０１がダウンロード要求を受信すると、生成したモデルとデータベース１０２、１０６の一部、または全てを編集して、コンピュータ・ソフトウエアを抽出する。このコンピュータ・ソフトウエアデータ送信機能１０８を介して、ダウンロードを要求したユーザー端末にダウンロードさせる。
【００６１】
図５に水質予測手段１０５、運用最適化手段１０７の計算のフロー図を示す。ここでは、目標水質項目として処理水有機物、処理水全窒素、処理水リンが設定されたとして説明する。
【００６２】
水質予測手段１０５のステップＳ１１０では、カウンタｉ＝１とし、選択された運転条件の操作量ｘ（ｉ）に初期値を設定する。ステップＳ１１１に移行して数値モデルにより水質項目の水質計算値ｙ１（ｉ）、ｙ２（ｉ）、ｙ３（ｉ）を計算する。ここで、ｙ１（ｉ）、ｙ２（ｉ）、ｙ３（ｉ）は、それぞれ処理水有機物、処理水全窒素、処理水リンに対応する。
【００６３】
ステップＳ１１２においてカウンタｉをアップし、操作量ｘ（ｉ）に増分Δｘを加算する。増分Δｘは一定でも良いし、水質計算値と目標値の差が大きいときには増分を大きくするなどのように自動的に変更しても良い。ステップＳ１１１、ステップＳ１１２を繰り返して実行し、操作量ｘ（ｉ）が探索範囲の上限に達したらステップＳ１１３に移行する。繰返し回数がＮ回の場合、ステップＳ１１３では、それぞれＮ個の操作量と水質計算値が保存される。
【００６４】
運用最適化手段１０７のステップＳ１１４では、Ｎ個の操作量ｘ（ｉ）とＮ個の水質計算値ｙ１（ｉ）から、（７）式の最適条件を満たす操作量を探索し、抽出した操作量を設定値ｘ１として出力する。
【００６５】
【数４】

【００６６】
（７）式は目標値が１つの例であるが、レベルの異なる複数の目標値を最適条件の要因としてもよい。また、操作量ｘを最小値にすることは動力費の低減につながる．
低コスト運転方法にはこの他にも、設備を構成する機器の仕様から決定してもよい。例えば、定格出力による運転の継続、機器の切り替え頻度が小さい運転、機器寿命の長い負荷による運転、夜間電力、電池、自家発電機の運用と連動して最適コストとなる運転などである。
【００６７】
このステップＳ１１４は水質項目の数だけ繰り返される。本実施例では３回繰り返されて、処理水有機物、処理水全窒素、処理水リンそれぞれの設定値ｘ１、ｘ２、ｘ３が求まる。ステップＳ１１５では水質項目ごとの設定値ｘ１、ｘ２、ｘ３を格納する。
【００６８】
運用最適化手段１０７のステップＳ１１６では、設定値ｘ１、ｘ２、ｘ３の最大値を抽出し、ステップＳ１１７において最適設定値Ｘｓとして出力する。
【００６９】
図６に端末への計算結果表示画面の一例を示す。水質予測手段１０５の計算結果である計算値の表示画面である。位置のエリア１３３は、処理水目標値と除去率を表示し、運転者が水処理プロセスの性能を直感的に理解できる構成とする。
【００７０】
中央のボタン１３４のクリックにより、表示エリア１３５には、データのトレンド、流入から処理水までのプロファイル、データ一覧、物質収支を表示する。
【００７１】
図７に端末への計算結果表示画面の他の例を示す。処理水目標水質として有機物、全窒素、リンを与え、運転因子としてＤＯ設定値が選択された場合の最適設定値を表示する画面の一例である。
【００７２】
運用最適化手段１０７の計算結果である水質計算値と操作量との関係をエリア１４０に、計算結果であるＤＯ最適設定値Ｘｓをエリア１４１にそれぞれ表示する。エリア１４０には操作量であるＤＯを横軸に水質計算値を縦軸にして、両者の関係をグラフで表現している。これによって、運転者は、ＤＯの変化に伴って水質がどのように変動するかを把握でき、さらに、ＤＯ最適設定値Ｘｓの導出根拠を理解できる。
【００７３】
運転者はＣＲＴ監視装置２００を介して空気量コントローラ２０４に適設定値Ｘｓをそのまま設定してもよいし、経験的な余裕度合いを反映して増減を加えてから設定することも可能である。本実施例ではエリア１４１には水質項目毎に１つの目標値であるが、複数の目標値と対応する複数の設定値を表示してもよい。
【００７４】
図８に本実施例に用いるプロセスデータの一例を示す。水処理プロセスに備わっている自動計測器のデータを監視制御システム２００が収集し、運転日報３００として保存されている。また、自動で収集保存できないデータについては、運転者が定期的に目視により指示計を読み取り、データを記録する。水質データのように、法規制にかかわる項目については、定期的に水質試験を実施して、水質試験データ３０１として保存されている。
【００７５】
図９に本実施例に用いる施設データの一例を示す。施設データには、生物反応槽や沈殿池などの構成データ３０２や、電気設備（図示せず）などがある。一般には完成図書として図面で保存、あるいはＣＤ−ＲＯＭやＭＯなどの電子メディアによって保存されている。
【００７６】
上記実施例では、複数の機器から構成される上下水道設備のプラント維持管理を行う事業体の監視制御システムとサービス会社の支援システムをネットワークで接続し、サービス会社から水処理プロセスの数値計算の結果を送信する。もちろん、事業体自身が支援システムを備えることも可能である。
【００７７】
さらに、ネットワークを介して送受信する機能と、施設データとプロセスデータに基づいて水質予測を行う機能と、運用の最適化を算出する機能とを、コンピュータに実現させるコンピュータ・ソフトウエアからなるコンピュータ支援システムとしてもよい。また、プログラムなどからなるコンピュータ・ソフトウエアを格納した記録媒体（例えばＣＤ−ＲＯＭ等）を使用することにより、コンピュータの支援システムとすることもできる。
【００７８】
本実施例によれば、上下水道事業体の保有する施設の維持管理において、水質、電気、機会、土木の専門的知識が要求される業務を支援できるので、専門技術者の少ない事業体あるいは会社であっても適切な運転と、業務の円滑化と効率化が期待できる。
【００７９】
具体的な効果としては、水道事業体にとっては、複雑な水処理プロセスの運用を支援するサービスを、いつでもどこでも受けられるので、職員確保の負担軽減や管理水準向上が期待できる。
【００８０】
また、維持管理を受託する会社にとっても、水処理プロセスの際に必要となる高度な専門技術の支援を委ねることができるという効果があり、維持管理業務の受託事業を広範囲に展開できる効果がある。
【００８１】
なお、上記実施例では上下水道業体が有する施設の維持管理の一部の適用について説明したが、一般産業や自治体が所有する機器や設備、施設に適用する場合でも、個別の情報内容や項目が異なるのみで、基本的な方式の枠組みは全く同様に適用することができる。
【００８２】
【発明の効果】
本発明によれば、水処理プロセスの維持管理を行う事業者の業務を支援することができる。また、サービスの利用者はコンピュータソフトウェアの購入とセットアップ、さらにバージョンアップ対応などを行う必要がなく、低コストで支援情報を入手することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による水処理システム支援システムの業務フロー図。
【図２】水処理システム支援システムの全体構成図。
【図３】一実施例による水処理システムの構成図。
【図４】一実施例による水処理システム支援システムの機能ブロック図。
【図５】一実施例による最適運用探索のフロー図。
【図６】端末への水質予測結果の表示画面図。
【図７】端末への最適運用結果の表示画面図。
【図８】プロセスデータの一例の説明図。
【図９】施設データの一例の説明図。
【符号の説明】
１…サービス会社、２…上下水道事業体、３…ネットワーク、４…維持管理会社、５…コンサルタント会社、１０…通信装置、２０…水処理プロセス、５０…施設・プロセスデータ、１００…支援システム、１０１…データ受信機能、１０２…データベース、１０３…モデル生成手段、１０４…基本モデル、１０５…水質予測手段、１０６…予測結果データベース、１０７…運用最適化手段、１０８…データ送信機能、１０９…対象施設の水処理プロセスモデル、１３０…ダウンロード手段、１３１…通信装置、１３２…端末、２００…監視制御システム、２０１，２０２，２０４，２０５，２０６…コントローラ、２１０…ネットワーク、２２０…ＣＲＴ監視装置、３００…運転日報、３０１…水質試験データ、３０２…生物反応槽と沈殿池の構成データ。

Claims

上下水道設備のプラントの維持管理会社あるいは計画や設計を行う会社に対して、ネットワーク回線を用いて水処理プロセスの数値計算の結果を提供する水処理プロセスの支援システムにおいて、
前記水処理プロセスの数値計算は、ネットワーク回線を介して施設データおよびプロセスデータを受信する手段と、水処理プロセスモデルを生成する手段と、前記水処理プロセスモデルに基づいて水質を予測する予測手段と、前記水処理プロセスの運用方法を算出する最適化手段と、前記予測手段と前記最適化手段の数値計算の結果を支援データとして送信する手段とを具備することを特徴とする水処理プロセスの支援システム。
請求項１において、
前記水処理プロセスモデルを生成する手段は酸素溶解モデルを具備し、前記酸素溶解モデルの総括酸素移動容量係数は、空気量を変数としたべき乗の式でなることを特徴とする水処理プロセスの支援システム。
請求項１において、
前記水処理プロセスモデルを生成する手段は、凝集剤の反応過程を表す凝集反応モデルを具備し、前記凝集反応モデルはアルミニウムとリンの反応、水酸化アルミニウムとリンの反応から構成されることを特徴とする水処理プロセスの支援システム。
上下水道設備プラントの維持管理会社あるいは計画や設計を行う会社に対して、ネットワーク回線を用いて水処理プロセスの数値計算の機能を提供するコンピュータ・ソフトウエアであって、
前記水処理プロセスの数値計算は、ネットワーク回線を介して受信したデータにより水処理プロセスモデルを生成する機能と、前記水処理プロセスモデルに基づいて水質を予測する予測機能と、最適な運用方法を算出する最適化機能とを、コンピュータに実現させるプログラムからなることを特徴とするコンピュータ・ソフトウエア。
上下水道設備プラントの維持管理会社あるいは計画や設計を行う会社に対して、ネットワーク回線を用いて水処理プロセスの数値計算の機能を提供するコンピュータ・ソフトウエアを備える計算機システムにおいて、
前記コンピュータ・ソフトウエアは請求項４に記載のコンピュータ・ソフトウエアであって、前記ネットワーク回線を介するダウンロード要求に対して前記コンピュータ・ソフトウエアをダウンロードするダウンロード手段を具備することを特徴とする計算機システム。