JP2004351326A - Water quality monitoring system - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、消毒副生成物濃度と塩素濃度の分布予測に基づき浄水場内や水道供給管路網内の消毒副生成物濃度および塩素濃度が目標値を満たすように制御する水質監視制御システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
浄水場では、地下水や表流水を原水として着水井に導入し、凝集沈殿設備において凝集剤を添加してフロックを形成することにより沈殿処理を実施する。その後、上澄み液を砂ろ過装置に通して懸濁物を除去し、最後に消毒用の塩素処理を施して水道水供給管路網により需要家に供給している。このように、水道水供給管網末端の需要家における残留塩素濃度が適正になるように制御を行なっており、これらの技術に関する提案もなされている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
浄水場では、消毒用塩素処理の効果をより確実にするため、凝集剤注入点以前に塩素を注入する前塩素処理や、沈殿水に塩素を注入する中間塩素処理が行われている。前塩素処理では、原水中のアンモニア性窒素や微生物の除去、あるいは鉄およびマンガンの酸化除去のために有効である。これに対し、消毒副生成物、例えばトリハロメタン、ジクロロ酢酸、ハロ酢酸の前駆物質である溶存性有機物が多い原水に対しては、消毒副生成物低減のため、中間塩素処理を採用することが望ましい。
【0004】
個々の塩素処理の切り替えは、自動制御ではなく原水水質を監視しながらオペレ−タが勘と経験に頼り操作している。
【0005】
また、原水水質が悪化し通常処理で処理しきれない時は、着水井などに粉末の活性炭を投入し、溶存性有機物を粉末活性炭に吸着させ、その後の凝集沈殿処理で除去している。粉末活性炭の注入量も自動制御ではなく、原水水質を監視しながらオペレータが勘と経験を頼りに決定しているのが実情である。
【0006】
ところで、浄水処理においては、上述のように消毒処理や鉄・マンガン除去等のため塩素処理が広く使用されている。しかし、原水に消毒副生成物の前駆物質である溶存性有機物が多く含まれている場合、塩素処理によって消毒副生成物が生成する。消毒副生成物は発ガン性物質であるため、浄水工程において消毒副生成物の生成を抑制する必要がある。
【0007】
現在、消毒副生成物と溶存性有機物の測定には時間と費用を要するため、オンラインでモニタリングすることは不可能である。溶存性有機物除去に効果のある処理方法としては、オゾン処理と生物活性炭の組み合わせ処理等の高度浄水処理があるが、オゾン処理と生物活性炭の組み合わせ処理装置を有している浄水場は少なく実用的でない。
【0008】
【特許文献1】
文献名:特開平10−137764号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
このように浄水場に流入する原水に溶存性有機物質が多く含まれていると、塩素と反応し消毒副生成物が生じるので、この溶存性遊戯物質を粉末の活性炭に吸着させて減少させる必要がある。
【0010】
本発明の目的は、浄水場原水に含まれる溶存性有機物を吸着除去する活性炭注入量と、塩素注入制御とを適切に制御することにより、浄水場原水に含まれる溶存性有機物質濃度が高い場合にも、浄水場出口での消毒副生成濃度及び塩素濃度とを適正に保つように、浄水工程の水質を監視し、制御する水質監視制御システムを提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明による水質監視制御システムは、浄水場に流入する原水の蛍光強度を測定する蛍光強度測定手段、前記原水の流量を測定する原水流量測定手段、前記原水の水温測定手段及び前記原水の水質を測定する原水水質測定手段と、測定された原水の蛍光強度と溶存性有機物質濃度との相関関係を表す演算式により原水内溶存性有機物質濃度を求める原水内溶存性有機物質濃度演算手段と、処理水の溶存性有機物質濃度目標値と原水の水温、原水水質測定手段により測定されたpH及び浄水場内での塩素注入点に基づく塩素処理時間に基づき浄水場内の消毒副生成物濃度予測値を求める演算式により、浄水場内の消毒副生成物濃度予測値が予め設定した値以下となる処理水の溶存性有機物質濃度目標値を求める処理水溶存性有機物質濃度目標値演算手段と、この求められた処理水溶存性有機物質濃度目標値と前記原水内溶存性有機物質濃度との差と前記原水流量により導出される粉末活性炭処理時間とを用いて原水への活性炭注入率を求める活性炭注入率演算手段とを備えたことを特徴とする。
【0012】
この場合、浄水場内の浄水工程によって減少する溶存性有機物質濃度の総和を、処理水溶存性有機物濃度目標値から差し引いて活性炭注入率を補正演算するとよい。
【0013】
この浄水工程によって減少する溶存性有機物質濃度は、凝集沈殿池工程及びろ過池工程による溶存性有機物質除去量と、塩素との反応による消毒副生成物への変換量である。
【0014】
また、本発明の水質監視制御システムは、原水水質測定手段により測定された塩素要求量及びアンモニア濃度から塩素消費量を予測する塩素消費量予測手段と、前記浄水場での消毒による塩素消費量を予測する消毒塩素消費量予測手段と、活性炭注入処理後に残留した溶存性有機物質と塩素との反応による消毒副生成物変換塩素消費量を予測する消毒副生成物変換塩素消費量予測手段と、予め設定された浄水場出口における塩素濃度目標値と、前記塩素消費量、消毒塩素消費量、消毒副生成物変換塩素消費量とから塩素注入率を求める塩素注入率演算手段とを備えていてもよい。
【0015】
また、本発明の水質監視制御システムは、浄水場が管轄する水道管路網の管径、管路長、材質、管同士の接続関係、水圧、需要パターン予測結果に基づいて、水道管路網上の任意の2点間の水道水流下時間を予測する流下時間予測手段と、この流下時間予測手段により求められる塩素注入点から水道管網上の任意の点までの水道水流下速度予測値と、前記浄水場出口の残留塩素濃度、水道水の水温、水道管の材質情報とを用い、下流に位置する側での残留塩素濃度減少率を演算導出する残留塩素濃度減少率予測手段と、この残留塩素濃度減少率予測手段による予測結果に基づいて、任意の予測点における残留濃度を演算導出する残留塩素濃度予測手段とを備え、この残留塩素濃度予測手段で求められる水道配管網の末端地点での残留塩素濃度が予め設定された最小残留塩素濃度未満にならないように浄水場出口での残留塩素濃度を設定して塩素注入率を求めてもよい。
【0016】
この場合、残留塩素濃度予測手段で求められる水道配管網の末端地点での残留塩素濃度が予め設定された最小残留塩素濃度未満にならないように浄水場出口での溶存性有機物質濃度を減少させるに必要な活性炭注入量を演算し、原水への活性炭注入量を補正するとよい。
【0017】
本発明の水質監視制御システムは、原水の蛍光強度と水温の少なくとも一方が予め設定された値より大きい場合は塩素注入点を凝集沈殿後の中間塩素注入点とし、前記両値が前記設定値より小さい場合は、凝集沈殿前の前塩素注入点とする塩素注入点制御手段を設けてもよい。
【0018】
また、本発明の水質監視制御システムは、浄水場での浄水処理工程で生成される消毒副生成物量と、浄水場出口での溶存性有機物質量により水道管網内の残留塩素と反応して生成される消毒副生成物量との総和が、予め設定された水道供給末端部での消毒副生成物濃度より大きくならないように、浄水場出口の溶存性有機物質濃度を減少させるに必要な活性炭注入量を演算し、この演算結果に従って活性炭注入装置を制御するとよい。
【0019】
さらに、本発明の水質監視制御システムは、浄水場から送出される浄水の蛍光強度を測定する蛍光分析計を設け、この蛍光分析計の測定値から、浄水内に残留する溶存性有機物質濃度を推定するようにしてもよい。
【0020】
これらの発明では、浄水場内に流入する原水の蛍光強度を蛍光分析計により測定し、その測定結果から溶存性有機物質濃度を推定しているので、これを除去する活性炭の注入量を適切に制御でき、かつ消毒副生成物の生成量を低く抑え、しかも所定の残留塩素濃度を維持できるように塩素注入率を適切に制御することができる。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による水質監視制御システムの一実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【0022】
図1は、一実施の形態の全体構成を示している。図において、1は浄水場の着水井で、原水はこの着水井1へ流入する。着水井1には、急速攪拌池2、フロック形成池4及び沈殿池5からなる凝集沈殿設備が接続されている。着水井1を出た処理水は、凝集沈殿設備を構成する急速撹拌池2へ流入する。急速撹拌池2の入口では、図示していない凝集剤注入装置により原水に凝集剤が注入され、フラッシュミキサ3により急速撹拌される。原水と凝集剤とを攪拌した処理水は、次にフロック形成池4に入る。フロック形成池4では処理水にフロックが成長し、次段の沈澱池5にて成長したフロックの多くが沈殿除去される。
【0023】
沈殿池5の後段にはろ過池6と浄水池7が順次接続されている。沈澱池5で多くのフロックが沈殿除去された処理水は、沈殿池5から流出し、その流出水はろ過池6でろ過され、浄水として浄水池7に貯えられる。
【0024】
ここで、前記着水井1では、後述するように、原水の溶存性有機物質を吸着除去するために、活性炭注入装置10により粉末の活性炭が注入される。また、消毒用の塩素として、次亜塩素酸ナトリウム溶液或いは二酸化塩等の塩素剤が、塩素注入装置11により、塩素注入点制御装置12を介して浄水工程に注入される。この場合、塩素注入点は、凝集沈殿前の着水井1(前塩素注入点)及びろ過池6の入口(中間塩素注入点)のいずれかと、浄水池7とである。
【0025】
ここで、着水井1へ注入される塩素剤は前塩素処理として、ろ過池6の入口に注入される塩素剤は中間塩素処理として注入される。前塩素処理と中間塩素処理の切り替えは、塩素注入点制御装置12によって制御される。また、浄水池7に注入される塩素剤は、後塩素として浄水場出口での残留塩素濃度を調整する為に注入される。なお、前塩素処理と中間塩素処理の切り替え条件は後述する。
【0026】
浄水池7に貯えられた処理水(浄水)は、送水ポンプ8によって、水道水供給管路網9を通って各需要家へと供給される。
【0027】
前記着水井1の入口配管には、流量計20、温度計21が設置されている。さらに、原水入口配管からは、図示しない検水ポンプによって、原水がそれぞれ蛍光分析計22と、原水水質測定手段26へと導かれる。この原水水質測定手段26は、pH計、塩素要求量計およびアンモニア濃度計から成る。また、浄水池7出口配管には、図示していない検水ポンプを介して残留塩素濃度計27が連結されており、検水ポンプによって処理水が残留塩素濃度計27へと導かれる。
【0028】
水道供給管路網9の各検水点には、水道水流量計28、水道水温度計29、水道水圧計30および水道水残留塩素濃度計31が設置されている。
【0029】
次に、制御部のシステム構成について説明する。40は運転制御手段で、活性炭注入量演算手段50、塩素注入量率演算手段51、処理目標値入力手段53、および処理状況出力手段54により構成されている。また、この運転制御手段40には、浄水場内および水道供給管路網9の測定点における水質計器、水温計、流量計および水圧計による測定結果を蓄積する計測値履歴データベース70と、粉末活性炭注入装置10や塩素注入装置11および塩素注入点制御装置12の制御履歴を蓄積する制御履歴データベース71とが接続されている。
【0030】
41は残留塩素濃度予測手段で、水道需要予測手段60、流下時間予測手段61および残留塩素濃度減衰予測手段62を有する。この残留塩素濃度予測手段41には、水道水の需要履歴を蓄積する需要履歴データベース80と、水道供給管路網の管径、管路長、材質、管同士の接続関係を保存する管路網データベース81と、水道供給管路網の計測点に設置された水道水流量計28、水道水温度計29、水道水圧計30および水道水残留塩素濃度計31による測定データを情報を収集する管路網内計器情報収集手段82が接続されている。
【0031】
上記構成において、活性炭注入量演算手段50は、原水流入配管に設けられた各種測定手段からの各種測定値や処理目標値入力手段53により設定された目標値などを入力し、粉末活性炭の注入率を演算導出し、その演算結果により活性炭注入装置10を動作させる。この活性炭注入率演算手段50における演算手順を図2により説明する。
【0032】
図2において、目標設定行程100は、粉末活性炭処理後の溶存性有機物質濃度の目標値初期値を設定する行程であり、処理目標値入力手段53より入力された値に設定される。この設定値は、処理目標値入力手段53により変更された時だけ更新される。
【0033】
次に、溶存性有機物質濃度推定行程101では、蛍光分析計22により計測された蛍光強度FLiと溶存性有機物質濃度の相関特性を表す式(1)により、原水内の溶存性有機物質濃度C(NOM)iを演算する。
【0034】
【数1】
ここで、
C(NOM)i:原水内の溶存性有機物質濃度
FLi :原水の蛍光強度
k0 :定数
k1 :係数
粉末活性炭注入率初期値演算行程102では、目標設定行程100で設定された処理水の溶存性有機物質濃度C(NOM)0と、溶存性有機物質濃度推定行程101で演算導出された原水内の溶存性有機物質濃度C(NOM)iと、流量計20によって計測された原水流量と着水井1の容積の関係から演算導出される粉末活性炭処理時間t1を用いて、式(2)により、原水内の溶解性有機物質を吸着除去する為に必要な粉末活性炭注入率初期値AC0を演算する。
【0035】
【数2】
ここで、
AC0 :粉末活性炭注入率初期値
C(NOM)i :原水内の溶存性有機物質濃度
C(NOM)0 :処理水の溶存性有機物質濃度目標値
t1 :粉末活性炭処理時間
m :処理時間の指数
n :指数
kac1〜kac4:係数
消毒副生成物生成濃度予測行程103では、温度計21による測定値Twと、原水水質測定手段26によって測定されたpH値23、塩素注入点制御装置12により決定された塩素注入点の制御情報(前塩素処理か中間塩素処理か)により演算される塩素処理時間tclに基づいて浄水場出口での消毒副生成物濃度C(DSP) cw iを式(3)により演算する。
【0036】
【数3】
ここで、
C(DSP) cw i :浄水内の消毒副生成物濃度予測値
C(NOM)0 :処理水の溶存性有機物質濃度目標値
Tw :水温
pH :pH計測定値
tcl :塩素処理時間
a :pHの指数
kDSP1,kDSP2:係数
次に、式(3)の演算結果が、処理目標値入力手段53により設定された浄水出口での消毒副生成物濃度設定値以下になるような処理水の溶存性有機物質濃度目標値C(NOM)0を、上記式(3)に基づく式(4)により求める。
【0037】
【数4】
ここで、
C(DSP) cw i :浄水内の消毒副生成物濃度予測値
C(NOM)0 :処理水の溶存性有機物質濃度目標値
Tw :水温
pH :pH計測定値
tcl :塩素処理時間
a :pHの指数
kDSP1,kDSP2:係数
粉末活性炭注入率演算行程104では、式(4)で求めた処理水の溶存性有機物質濃度目標値C(NOM)Oを前記式(2)にフィードバックし、式(2)と同じ演算により、溶存性有機物質濃度目標値C(NOM)Oを満足する活性炭注入率ACmを演算導出する。そして、この演算結果に基づいて粉末活性炭注入装置10を制御する。
【0038】
また、この溶存性有機物質濃度は、浄水場内での浄水工程(凝集沈殿工程や、ろ過工程)でも減少するので、この減少分により補正を行なう。すなわち、粉末活性炭注入により吸着されるのは液中の溶存性有機物質であり、濁質中に含まれている溶存性有機物質は、上述した凝集沈殿工程や、ろ過工程により除去される。このため、これらの除去分に相当する溶存性有機物質濃度を原水の溶存性有機物質濃度から差し引いて活性炭注入率を補正する必要がある。さらに、前塩素処理を行なった場合は、塩素処理時間が長くなるため、塩素と反応して消毒副生成物に変換される分が生じる。したがって、消毒副生成物への変換量も溶存性有機物質濃度から差し引いて活性炭注入率を補正する必要がある。
【0039】
そこで、凝集沈殿池溶存性有機物質除去量演算工程105により、凝集沈殿行程で減少する溶存性有機物質濃度を演算し、ろ過池溶存性有機物質除去量演算行程106により、ろ過行程で減少する溶存性有機物質濃度を演算する。これらは、別途測定される原水の濁質濃度から容易に演算できる。また、溶存性有機物質の消毒副生成物変換量演算行程107で、塩素との反応で消毒副生成物質を生成する過程で減少する溶存性有機物質濃度を演算し(塩素との反応時間から求められる)、それらの総量を差し引くことで活性炭注入量の補正を行なう。
【0040】
さらに、水道供給管路網9を流れる間に減少する溶存性物質濃度を、溶存性有機物質管路網内減少量演算行程108で演算し、この値によっても補正を行なう。すなわち、浄水場出口での溶存性有機物質濃度の高いと、水道供給管路網9を流れる間に水道供給管路網9内の塩素が、溶存性有機物質を消毒副生成物質に変換するために消費されてしまい、予め設定された水道供給管路網末端地点での最小残留塩素濃度を維持できなくなることが考えられる。そこで、溶存性有機物質管路網内減少量演算行程108では、残留塩素濃度予測手段41において、後述するように、水道供給管路網9内の水温と、管路網材質と配管内面接触率と、管路網内流下時間の予測値に基づいて予測される水道供給管路網末端地点での残留塩素濃度が、予め設定された水道供給管路網末端地点での最小残留塩素濃度以下にならないように、浄水場出口での溶存性有機物質濃度を減少させる為に必要な粉末活性炭注入量を演算し、粉末活性炭流入量を補正する。
【0041】
次に、塩素注入率演算手段51における演算手順を図3、図4により説明する。図3において目標設定工程200は、浄水場出口での塩素濃度の目標値の目標値初期値を設定すると共に、水道供給管路網9の末端部での最小残留塩素濃度を設定する行程である。これらの設定は処理目標値入力手段53より入力され、その設定値は、処理目標値入力手段53により変更された時だけ更新される。
【0042】
塩素消費量演算工程201では、まず、塩素消費量予測工程202において、原水水質測定手段26による塩素要求量24およびアンモニア濃度25の測定値に基づき塩素消費量が予測される。また、原水に対する殺菌により消費される塩素消費量の予測工程203が実行される。さらに、消毒副生成物変換による塩素消費量の予測工程204が実行される。この消毒副生成物変換による塩素消費量は、蛍光分析計22により測定された原水の蛍光強度、流量計29により計測された原水流量、温度計21により計測された原水水温から原水中の溶存性有機物質濃度が求められ、この溶存性有機物質濃度と塩素処理時間予測工程からの塩素処理時間とから消毒副生物変換塩素消費量が予測演算される。
【0043】
これらによって求められた塩素消費量と、目標値設定工程200で設定された浄水場出口での残留塩素濃度との総和に基づいて、塩素剤の注入率を演算され、この演算結果に基づいて、図1で示した塩素注入装置11が制御される。
【0044】
ここで、塩素を、凝集剤注入点以前に注入する前塩素処理にするか、沈殿水に対して注入する中間塩素処理にするかは次の条件によって決定する。すなわち、原水の蛍光強度と水温の少なくとも一方が予め設定された値より大きい場合は塩素注入点を凝集沈殿後の沈殿水に対する中間塩素処理とし、前記両値が前記設定値より小さい場合は、凝集沈殿前の前塩素注入処理とするように塩素注入点制御手段12で切り替える。
【0045】
すなわち、溶存性有機物質が多い原水に対しては、塩素との反応により生成される消毒副生成物(例えばトリハロメタン、ジクロロ酢酸、ハロ酢酸)低減のため、塩素処理時間が短くなる中間塩素処理を採用する。また、水温が高くなると、消毒副生成物が生成しやすくなるので、やはり塩素処理時間が短くなる中間塩素処理を採用する。これに対し、原水の溶存性有機物が少ない場合や水温が低い場合は、原水中のアンモニア性窒素や微生物の除去、あるいは鉄およびマンガンの酸化除去のために有効である前塩素処理を用いる。
【0046】
図4は、塩素注入率を補正する手順を示す工程図である。図4の塩素注入量補正工程では、先ず、浄水場出口での溶存性有機物質濃度の予測工程207が実行される。次に、残留塩素濃度予測行程208によって、水道供給管路網末端地点での残留塩素濃度が予測演算される。この残留塩素濃度の予測は、水道供給管路網9の各計測点に設置された水道水流量計28、水道水温度計29、水道水圧計30および水道水残留塩素濃度計31による測定値と、管路網データベース81に保存されている水道供給管路網9の管径、管路長、材質、管同士の接続関係の各データと、水道需要予測手段60によって予測された水道需要量予測値に基づいて、水道水供給管路網での残留塩素濃度を予測する。
【0047】
すなわち、浄水場が管轄する水道管路網9の管径、管路長、材質、管同士の接続関係、水圧、需要パターン予測結果に基づいて、流下時間予測手段61により水道管路網9上の任意の2点間の水道水流下時間を予測する。次に、この流下時間予測手段により求められる、塩素注入点(浄水池7)から水道管網9上の任意の点までの水道水流下速度予測値と、前記塩素注入点近くの浄水場出口の残留塩素濃度、水道水の水温、水道管の材質情報とを用い、残留塩素濃度減少率予測手段62により下流に位置する側での残留塩素濃度減少率を演算導出する。この残留塩素濃度減少率予測手段62による予測結果に基づいて、水道供給管路網末端部残念演算工程206において、残留塩素濃度予測手段41により任意の予測点(ここでは水道供給管路網末端地点)における残留塩素濃度を演算導出する。
【0048】
このようにして求めた水道供給管路網末端地点の残留塩素濃度を予測値とし、目標設定行程200によって予め設定された水道供給管路網末端部での最小残留塩素濃度を目標値として比較行程208で比較する。そして、予測値と目標値の差により、図3で示した塩素注入率演算行程201の演算値を補正する。
【0049】
この結果、水道供給管路網9の末端における残留塩素濃度を、予め設定した最小値を下回ることなく適切に維持することができる。
【0050】
次に、図5で示す実施の形態を説明する。図5において、図1と同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【0051】
この実施の形態では、浄水池7に蛍光分析計35を設置し、浄水池(浄水場出口でもある)の浄水の溶存性有機物質濃度を演算し、推定している。活性炭注入率演算手段50及び塩素注入率演算手段では、上述した蛍光分析計35の計測結果に基づく溶存性有機物質濃度推定値と、図1の実施の形態と同様の手法で予測した浄水場出口での溶存性有機物質濃度予測値とを比較し、これら両者の差に基づいて、粉末活性炭注入率演算式と、塩素注入率演算式を補正する。この結果、粉末活性炭注入制御精度と塩素注入制御を共に向上させることができる。
【0052】
【発明の効果】
本発明によれば、浄水場原水に含まれる消毒副生成物の前駆物質である溶存性有機物を吸着除去する活性炭注入量制御と、塩素注入と関連つけて行なうことにより、浄水場原水の溶存性有機物質濃度が高い場合にも、浄水場出口での消毒副生成濃度と、塩素濃度と、水道管路網内の残留塩素濃度および消毒副生成物濃度の目標値を満たすように、浄水工程の水質を監視し、制御することができ、安全で、美味しい水道水を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による水質監視制御システムの一実施の形態を示すシステムブロック図である。
【図2】同上一実施の形態における活性炭注入量演算手段の演算過程を説明するフローチャートである。
【図3】同上一実施の形態における塩素注入率演算手段の演算過程を示すフローチャートである。
【図4】同上一実施の形態における塩素注入率の補正過程を説明するフローチャートである。
【図5】本発明の他の実施の形態を示すシステムブロック図である。
【符号の説明】
1 着水井
2,3,4,5 凝集沈殿設備
6 ろ過池
7 浄水池
9 水道供給管路網
10 活性炭注入装置
11 塩素注入制御装置
12 塩素注入点制御装置
20 原水流量計
21 原水温度計
26 原水水質測定手段
41 残留塩素濃度予測手段
50 活性炭注入率演算手段
51 塩素注入率演算手段
60 水道需要予測手段
61 流下時間予測手段
62 残留塩素濃度減少率予測手段[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a water quality monitoring and control system that controls a concentration of a disinfection by-product and a concentration of chlorine in a water purification plant and a network of water supply pipes to meet target values based on a distribution prediction of the concentration of the disinfection by-product and the concentration of chlorine.
[0002]
[Prior art]
In the water treatment plant, groundwater or surface water is introduced into the landing well as raw water, and flocculation is performed by adding a flocculant in a flocculation and sedimentation facility to perform flocculation treatment. Thereafter, the supernatant liquid is passed through a sand filtration device to remove suspended matter, and finally subjected to chlorination treatment for disinfection and supplied to consumers through a tap water supply network. As described above, control is performed so that the residual chlorine concentration in the consumer at the end of the tap water supply pipe network becomes appropriate, and proposals regarding these technologies have been made (for example, see Patent Document 1).
[0003]
In the water treatment plant, in order to further ensure the effect of chlorination for disinfection, pre-chlorination before injecting chlorine before the coagulant injection point and intermediate chlorination for injecting chlorine into settling water are performed. Prechlorination is effective for removing ammonia nitrogen and microorganisms in raw water, or for oxidizing and removing iron and manganese. On the other hand, for raw water having a large amount of dissolved organic substances which are precursors of disinfection by-products, for example, trihalomethane, dichloroacetic acid, and haloacetic acid, it is desirable to employ an intermediate chlorination treatment to reduce disinfection by-products. .
[0004]
Switching of individual chlorination is not automatic control, but is performed by the operator depending on intuition and experience while monitoring raw water quality.
[0005]
In addition, when the quality of the raw water deteriorates and cannot be completely treated by the ordinary treatment, powdered activated carbon is put into a landing well or the like, and the dissolved organic matter is adsorbed on the powdered activated carbon, and is removed by the subsequent coagulation sedimentation treatment. The actual situation is that the injection amount of powdered activated carbon is not automatically controlled but is determined by the operator based on intuition and experience while monitoring the quality of raw water.
[0006]
By the way, in water purification treatment, chlorination is widely used for disinfection treatment and iron / manganese removal as described above. However, when the raw water contains a large amount of dissolved organic matter which is a precursor of the disinfection by-product, the disinfection by-product is generated by the chlorination. Since disinfection by-products are carcinogenic substances, it is necessary to suppress the generation of disinfection by-products in the water purification process.
[0007]
Currently, measuring disinfection by-products and dissolved organics is time-consuming and expensive, and cannot be monitored online. As a treatment method effective for removing dissolved organic substances, there is an advanced water purification treatment such as a combination treatment of ozone treatment and biological activated carbon, but few water purification plants have a combined treatment device of ozone treatment and biological activated carbon, which is practical. Not.
[0008]
[Patent Document 1]
Document name: Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10-137768
[Problems to be solved by the invention]
If the raw water flowing into the water treatment plant contains a large amount of dissolved organic substances, it reacts with chlorine to produce disinfection by-products. There is.
[0010]
An object of the present invention is to control the injection amount of activated carbon for adsorbing and removing dissolved organic substances contained in raw water of a water purification plant and the chlorine injection control appropriately, so that the concentration of dissolved organic substances contained in the raw water of the water purification plant is high. Another object of the present invention is to provide a water quality monitoring and control system for monitoring and controlling the water quality in a water purification process so as to appropriately maintain the concentration of by-product disinfection and the concentration of chlorine at the outlet of the water purification plant.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The water quality monitoring and control system according to the present invention includes: a fluorescence intensity measurement unit that measures a fluorescence intensity of raw water flowing into a water purification plant; a raw water flow measurement unit that measures a flow rate of the raw water; a water temperature measurement unit that measures the raw water temperature; and a water quality of the raw water. Raw water quality measurement means to measure, the dissolved organic substance concentration in raw water to calculate the dissolved organic substance concentration in raw water by an arithmetic expression representing the correlation between the measured fluorescence intensity of the raw water and the dissolved organic substance concentration, Based on the target value of the dissolved organic substance concentration of the treated water, the temperature of the raw water, the pH measured by the raw water quality measuring means, and the estimated concentration of disinfection by-products in the water purification plant based on the chlorination time based on the chlorine injection point in the water purification plant. The target value for the concentration of the dissolved organic substance in the treated water is calculated so that the predicted value of the concentration of the disinfection by-product in the water purification plant is equal to or less than a preset value. Calculating means, and injecting activated carbon into raw water using the difference between the determined target value of the dissolved organic substance concentration of treated water and the concentration of dissolved organic substance in raw water, and the activated carbon powder processing time derived from the flow rate of raw water. Activated carbon injection rate calculating means for determining the rate.
[0012]
In this case, the sum of the dissolved organic substance concentration reduced by the water purification process in the water purification plant may be subtracted from the target value of the treated water soluble organic substance concentration to correct the activated carbon injection rate.
[0013]
The dissolved organic substance concentration reduced by this water purification step is the amount of dissolved organic substance removed by the coagulation sedimentation tank step and the filtration tank step and the amount of conversion to the disinfection by-product due to the reaction with chlorine.
[0014]
Further, the water quality monitoring and control system of the present invention comprises: a chlorine consumption predicting means for predicting a chlorine consumption based on the chlorine demand and the ammonia concentration measured by the raw water quality measuring means; and a chlorine consumption by disinfection at the water purification plant. Disinfection by-product conversion chlorine consumption prediction means for predicting disinfection chlorine consumption prediction means for predicting, and disinfection by-product conversion chlorine consumption prediction means for predicting the disinfection by-product conversion chlorine consumption due to the reaction between the dissolved organic substance remaining after activated carbon injection treatment and chlorine. The apparatus may further include a chlorine injection rate calculating means for calculating a chlorine injection rate from the set chlorine concentration target value at the outlet of the water purification plant and the chlorine consumption, the disinfecting chlorine consumption, and the disinfecting by-product converted chlorine consumption. .
[0015]
Further, the water quality monitoring and control system of the present invention provides a water pipe network based on a pipe diameter, a pipe length, a material, a connection relationship between pipes, a water pressure, and a demand pattern prediction result of a water pipe network controlled by a water purification plant. A falling time predicting means for predicting a flowing time of tap water between any two points above, a predicted value of a flowing speed of tap water from the chlorine injection point to any point on the water pipe network determined by the flowing time predicting means, Using the residual chlorine concentration at the outlet of the water purification plant, the temperature of the tap water, and the material information of the water pipe, and calculating and calculating the residual chlorine concentration decrease rate on the downstream side; A residual chlorine concentration predicting means for calculating and deriving a residual concentration at an arbitrary prediction point based on the prediction result by the residual chlorine concentration decreasing rate predicting means, at a terminal point of the water pipe network determined by the residual chlorine concentration predicting means. Residual chlorine concentration It may be obtained chlorine injection rate by setting the residual chlorine concentration in the water treatment plant outlet so as not fall below predetermined minimum residual chlorine concentration.
[0016]
In this case, the concentration of dissolved organic substances at the outlet of the water treatment plant should be reduced so that the residual chlorine concentration at the terminal point of the water pipe network determined by the residual chlorine concentration prediction means does not fall below the preset minimum residual chlorine concentration. It is advisable to calculate the required activated carbon injection amount and correct the activated carbon injection amount into the raw water.
[0017]
The water quality monitoring and control system of the present invention, when at least one of the fluorescence intensity and the water temperature of the raw water is larger than a preset value, the chlorine injection point is set as the intermediate chlorine injection point after the coagulation and sedimentation, and the two values are more than the set values. If it is smaller, a chlorine injection point control means may be provided as a pre-chlorine injection point before coagulation and sedimentation.
[0018]
In addition, the water quality monitoring and control system of the present invention reacts with residual chlorine in the water pipe network due to the amount of disinfection by-products generated in the water purification treatment process at the water purification plant and the amount of dissolved organic substances at the outlet of the water purification plant. The amount of activated carbon required to reduce the concentration of dissolved organic substances at the outlet of the water treatment plant so that the sum of the amount of disinfection by-products does not exceed the preset concentration of disinfection by-products at the water supply end. Is calculated, and the activated carbon injection device may be controlled according to the calculation result.
[0019]
Further, the water quality monitoring and control system of the present invention is provided with a fluorescence analyzer for measuring the fluorescence intensity of purified water sent from the water purification plant, and from the measured value of the fluorescence analyzer, the concentration of the dissolved organic substance remaining in the purified water is determined. It may be estimated.
[0020]
In these inventions, the fluorescence intensity of the raw water flowing into the water purification plant is measured by a fluorescence spectrometer, and the concentration of the dissolved organic substance is estimated from the measurement result. Therefore, the injection amount of activated carbon for removing the concentration is appropriately controlled. In addition, the chlorine injection rate can be appropriately controlled so that the amount of disinfection by-products can be reduced and the predetermined residual chlorine concentration can be maintained.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a water quality monitoring and control system according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0022]
FIG. 1 shows an entire configuration of an embodiment. In the figure,
[0023]
At the subsequent stage of the sedimentation basin 5, a filtration basin 6 and a
[0024]
Here, in the landing well 1, as described later, powdered activated carbon is injected by an activated
[0025]
Here, the chlorinating agent injected into the
[0026]
The treated water (purified water) stored in the
[0027]
A
[0028]
A tap
[0029]
Next, the system configuration of the control unit will be described. An operation control means 40 is constituted by activated carbon injection amount calculation means 50, chlorine injection rate calculation means 51, processing target value input means 53, and processing status output means 54. In addition, the operation control means 40 includes a measurement value history database 70 for accumulating the measurement results of the water quality meter, the water temperature meter, the flow meter, and the water pressure gauge at the measurement points in the water purification plant and the water
[0030]
[0031]
In the above configuration, the activated carbon injection amount calculating means 50 inputs various measured values from various measuring means provided in the raw water inflow pipe, the target value set by the processing target value input means 53, and the like, and injects the activated carbon powder injection rate. Is calculated, and the activated
[0032]
In FIG. 2, a
[0033]
Next, the dissolved organic material concentration estimation step 101, by Equation (1) representing the correlation properties of dissolved organic material concentration and the fluorescence intensity FL i measured by the
[0034]
(Equation 1)
here,
C (NOM) i : concentration of dissolved organic substance in raw water FL i : fluorescence intensity of raw water k 0 : constant k 1 : coefficient powdered activated carbon injection rate initial
[0035]
(Equation 2)
here,
AC 0 : powder activated carbon injection rate initial value C (NOM) i : dissolved organic substance concentration in raw water C (NOM) 0 : dissolved organic substance concentration target value of treated water t 1 : powdered activated carbon treatment time m: treatment time index n: index k ac1 to k ac4: factor disinfection in by-product formation concentration prediction step 103, the measured value T w by
[0036]
[Equation 3]
here,
C (DSP) cw i: disinfection by-product concentration predicted value in the water purification C (NOM) 0: Dissolved organic substance concentration target value T w of the treated water: water temperature pH: pH measurement value t cl : Chlorine treatment time a: pH index k DSP1, k DSP2 : coefficient Next, the calculation result of the equation (3) is equal to or less than the set value of the concentration of the disinfection by-product at the water purification outlet set by the processing target value input means 53. The dissolved organic substance concentration target value C (NOM) 0 of the treated water is calculated by the equation (4) based on the equation (3).
[0037]
(Equation 4)
here,
C (DSP) cw i: disinfection by-product concentration predicted value in the water purification C (NOM) 0: Dissolved organic substance concentration target value T w of the treated water: water temperature pH: pH measurement value t cl : Chlorination time a: index of pH k DSP1, k DSP2 : coefficient In the powdered activated carbon injection
[0038]
In addition, since the concentration of the dissolved organic substance also decreases in the water purification step (coagulation sedimentation step or filtration step) in the water purification plant, correction is made based on the decrease. That is, what is adsorbed by the injection of powdered activated carbon is the dissolved organic substance in the liquid, and the dissolved organic substance contained in the suspended matter is removed by the above-described coagulation-sedimentation step and the filtration step. Therefore, it is necessary to correct the activated carbon injection rate by subtracting the dissolved organic substance concentration corresponding to these removals from the dissolved organic substance concentration of the raw water. Furthermore, when pre-chlorination is performed, the chlorine treatment time becomes longer, and there is a portion that is converted into a disinfection by-product by reacting with chlorine. Therefore, it is necessary to correct the activated carbon injection rate by subtracting the conversion amount to the disinfection by-product from the dissolved organic substance concentration.
[0039]
Therefore, in the coagulation sedimentation tank dissolved organic substance removal
[0040]
Further, the concentration of the dissolved substance that decreases while flowing through the water
[0041]
Next, the calculation procedure in the chlorine injection rate calculation means 51 will be described with reference to FIGS. In FIG. 3, a
[0042]
In the chlorine
[0043]
Based on the sum of the chlorine consumption determined by these and the residual chlorine concentration at the water purification plant outlet set in the target
[0044]
Here, whether the chlorine is to be pre-chlorinated before the coagulant injection point or the intermediate chlorination to be injected into the sedimentation water is determined by the following conditions. That is, when at least one of the fluorescence intensity and the water temperature of the raw water is larger than a preset value, the chlorine injection point is treated as an intermediate chlorine treatment for the sedimented water after the coagulation and sedimentation. Switching is performed by the chlorine injection point control means 12 so as to perform the pre-chlorine injection treatment before the precipitation.
[0045]
In other words, for raw water containing a large amount of dissolved organic substances, intermediate chlorination, which shortens the chlorination time, is used to reduce disinfection by-products (eg, trihalomethane, dichloroacetic acid, and haloacetic acid) generated by the reaction with chlorine. adopt. In addition, since the disinfection by-product is likely to be generated when the water temperature is high, the intermediate chlorination, which also shortens the chlorination time, is employed. On the other hand, when the amount of dissolved organic matter in the raw water is low or when the water temperature is low, a pre-chlorination treatment that is effective for removing ammonia nitrogen and microorganisms in the raw water or oxidizing and removing iron and manganese is used.
[0046]
FIG. 4 is a process chart showing a procedure for correcting the chlorine injection rate. In the chlorine injection amount correction step of FIG. 4, first, a
[0047]
That is, based on the pipe diameter, the pipe length, the material, the connection relationship between the pipes, the water pressure, and the demand pattern prediction result of the
[0048]
The residual chlorine concentration at the end of the water supply pipeline network obtained in this manner is used as a predicted value, and the minimum residual chlorine concentration at the end of the water supply pipeline network set in advance by the
[0049]
As a result, the residual chlorine concentration at the end of the water
[0050]
Next, an embodiment shown in FIG. 5 will be described. 5, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description will be omitted.
[0051]
In this embodiment, the fluorescence analyzer 35 is installed in the
[0052]
【The invention's effect】
According to the present invention, by controlling the injection amount of activated carbon for adsorbing and removing dissolved organic substances that are precursors of disinfection by-products contained in raw water of a water purification plant, and by performing it in association with chlorine injection, the solubility of the water purification plant raw water is improved. Even when the concentration of organic substances is high, the water purification process should be performed so as to meet the target values of disinfection by-product concentration at the outlet of the water treatment plant, chlorine concentration, residual chlorine concentration in the water pipe network, and disinfection by-product concentration. Water quality can be monitored and controlled, and safe and delicious tap water can be supplied.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system block diagram showing one embodiment of a water quality monitoring and control system according to the present invention.
FIG. 2 is a flowchart illustrating a calculation process of an activated carbon injection amount calculation unit in the embodiment.
FIG. 3 is a flowchart showing a calculation process of a chlorine injection rate calculation unit in the embodiment.
FIG. 4 is a flowchart illustrating a process of correcting a chlorine injection rate according to the first embodiment.
FIG. 5 is a system block diagram showing another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (9)
測定された原水の蛍光強度と溶存性有機物質濃度との相関関係を表す演算式により原水内溶存性有機物質濃度を求める原水内溶存性有機物質濃度演算手段と、
処理水の溶存性有機物質濃度目標値と原水の水温、原水水質測定手段により測定されたpH及び浄水場内での塩素注入点に基づく塩素処理時間に基づき浄水場内の消毒副生成物濃度予測値を求める演算式により、浄水場内の消毒副生成物濃度予測値が予め設定した値以下となる処理水の溶存性有機物質濃度目標値を求める処理水溶存性有機物質濃度目標値演算手段と、
この求められた処理水溶存性有機物質濃度目標値と前記原水内溶存性有機物質濃度との差と前記原水流量により導出される粉末活性炭処理時間とを用いて原水への活性炭注入率を求める活性炭注入率演算手段と、
を備えたことを特徴とする水質監視制御システム。Fluorescence intensity measurement means for measuring the fluorescence intensity of the raw water flowing into the water purification plant, raw water flow rate measurement means for measuring the flow rate of the raw water, water temperature measurement means for the raw water quality, and raw water quality measurement means for measuring the quality of the raw water,
A raw water soluble organic substance concentration calculating means for calculating the dissolved organic substance concentration in the raw water by an arithmetic expression representing a correlation between the measured fluorescence intensity of the raw water and the dissolved organic substance concentration,
Based on the target value of the dissolved organic substance concentration of the treated water, the temperature of the raw water, the pH measured by the raw water quality measuring means, and the estimated concentration of disinfection by-products in the water purification plant based on the chlorination time based on the chlorine injection point in the water purification plant. A processing water-soluble organic substance concentration target value calculating means for calculating a target value of the dissolved organic substance concentration of the treated water, in which the predicted value of the concentration of the disinfection by-product in the water purification plant is equal to or less than a preset value,
Activated carbon to determine the activated carbon injection rate into raw water using the difference between the obtained target value of the dissolved organic substance concentration and the dissolved organic substance concentration in the raw water and the powder activated carbon processing time derived from the raw water flow rate Injection rate calculating means,
A water quality monitoring control system comprising:
前記浄水場での消毒による塩素消費量を予測する消毒塩素消費量予測手段と、
活性炭注入処理後に残留した溶存性有機物質と塩素との反応による消毒副生成物変換塩素消費量を予測する消毒副生成物変換塩素消費量予測手段と、
予め設定された浄水場出口における塩素濃度目標値と、前記塩素消費量、消毒塩素消費量、消毒副生成物変換塩素消費量とから塩素注入率を求める塩素注入率演算手段と、
を備えたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の水質監視制御システム。Chlorine consumption prediction means for predicting chlorine consumption from the chlorine demand and the ammonia concentration measured by the raw water quality measurement means,
Disinfection chlorine consumption prediction means for predicting chlorine consumption by disinfection in the water purification plant,
Disinfection by-product conversion chlorine consumption prediction means for predicting disinfection by-product conversion chlorine consumption by the reaction of dissolved organic substances and chlorine remaining after the activated carbon injection treatment,
Chlorine injection rate calculating means for obtaining a chlorine injection rate from a preset chlorine concentration target value at the water purification plant outlet, the chlorine consumption, the disinfecting chlorine consumption, and the disinfecting by-product converted chlorine consumption,
The water quality monitoring and control system according to any one of claims 1 to 3, further comprising:
この流下時間予測手段により求められる塩素注入点から水道管網上の任意の点までの水道水流下速度予測値と、前記浄水場出口の残留塩素濃度、水道水の水温、水道管の材質情報とを用い、下流に位置する側での残留塩素濃度減少率を演算導出する残留塩素濃度減少率予測手段と、
この残留塩素濃度減少率予測手段による予測結果に基づいて、任意の予測点における残留濃度を演算導出する残留塩素濃度予測手段とを備え、
この残留塩素濃度予測手段で求められる水道配管網の末端地点での残留塩素濃度が予め設定された最小残留塩素濃度未満にならないように浄水場出口での残留塩素濃度を設定して塩素注入率を求めることを特徴とする請求項4に記載の水質監視制御システム。Based on the pipe diameter, pipe length, material, connection relationship between pipes, water pressure, and demand pattern prediction result of the water pipe network under the jurisdiction of the water purification plant, tap water flow between any two points on the water pipe network Flow time prediction means for predicting time;
Tap water flow velocity predicted value from the chlorine injection point determined by this flow time prediction means to any point on the water pipe network, and residual chlorine concentration at the outlet of the water purification plant, water temperature of tap water, water pipe material information and Using, residual chlorine concentration reduction rate prediction means for calculating and deriving the residual chlorine concentration reduction rate on the side located downstream,
A residual chlorine concentration prediction means for calculating and deriving a residual concentration at an arbitrary prediction point based on a prediction result by the residual chlorine concentration decrease rate prediction means,
Set the residual chlorine concentration at the outlet of the water treatment plant and set the chlorine injection rate so that the residual chlorine concentration at the terminal point of the water pipe network determined by this residual chlorine concentration prediction means does not become less than the preset minimum residual chlorine concentration. The water quality monitoring control system according to claim 4, wherein the water quality monitoring control system is determined.
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