JP2005329358A - 浄水場の塩素注入制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】制御パラメータの補正やデータの学習等の煩雑な処理を不要にし、塩素注入率を最適に制御可能とする。
【解決手段】残留塩素濃度偏差が所定範囲になるように塩素注入率を制御する注入制御装置５０が、水質データを時系列的に収集するデータ収集部５０２と、水質データ、塩素注入率等を記憶する記憶部５０５と、塩素注入率を目的変数とし水質データを説明変数とする重回帰分析により注入率演算式の制御パラメータを演算する重回帰分析部５０６と、前記制御パラメータ、水質データ、注入率演算式を用いて塩素注入率を演算する塩素注入率演算部５０４とを備える。重回帰分析部５０６は、塩素注入点と残留塩素濃度計測点との距離に起因する流下遅れ時間を考慮して各データの時間軸を揃え、かつ、残留塩素濃度偏差が所定範囲内であるデータを用いて重回帰分析を行う。
【選択図】図５

Description

本発明は、上水道の浄水プロセスにおいて、混和池、沈殿池、浄水池への塩素注入率を最適に制御するための塩素注入制御システムに関するものである。

図６は、一般的な浄水プロセスを概略的に示した構成図であり、図６において、１１は原水が導入される着水井、１２は凝集剤が注入される混和池、１３は原水中の汚濁物質を凝集して形成されたフロックを固液分離する沈殿池、１４は沈殿池を経た水をろ過するろ過池、１５は残留塩素濃度を所定値に保つための浄水池、１６は浄水池１５を経た上水を供給するための配水池である。
なお、２１，２２，２３，２５は、着水井１１、混和池１２、沈殿池１３及び浄水池１５において残留塩素濃度を初めとした種々の水質を測定する水質計である。

この種の浄水プロセスでは、消毒を目的として塩素剤を注入しており、河川等から取水した原水に混和池１２にて塩素を注入し、殺菌・殺藻して、沈殿池１３における凝集沈殿を容易にしている。凝集沈殿工程より前の工程で塩素を注入することを前塩素注入制御（前塩素処理）といい、凝集沈殿工程以降に注入することを中塩素注入制御（中塩素処理）と呼ぶ。
更に、配水管内での殺菌効果を持たせるために、浄水中に残留塩素として残す必要があり、これを主な目的として行うのが浄水池１５における後塩素注入制御（後塩素処理）である。

ここで、前塩素処理・中塩素処理では、注入される塩素が原水中のトリハロメタン前駆物質と結び付いて発ガン性をもつトリハロメタンを生成するので、注入量を最適に制御する必要がある。
また、後塩素処理では、塩素注入量が少ないと配水管内での消毒効果が薄れると共に、逆に塩素注入量が多すぎると飲料水にカルキ臭が残るため適正に制御する必要があり、通常は配水管の末端で０．１［ｍｇ／Ｌ］の濃度を保つようになっている。

従来では、図６に示すように前・中・後それぞれの塩素注入後の残留塩素濃度を水質計２２，２３，２５により計測し、その計測値と設定値との偏差により塩素注入量をフィードバック制御する方法が用いられている。また、このフィードバック制御には、ＰＩＤ（比例・積分・微分）制御やファジィ制御、ニューロ等が使用されている。更に、上記フィードバック制御を基本として、原水水質等の塩素注入前の水質を用いて塩素注入率を補正するフィードフォワード制御を組み合わせる方法も知られている。

なお、凝集剤やアルカリ剤、塩素剤等の薬品の注入率を原水水質と共にニューラルネットワークに供給して水質を予測し、その予測値を目標値と比較して薬品注入率を制御するようにした薬品注入率制御方法及びその装置が、下記の特許文献１に記載されている。
また、上下水道その他の薬注処理用プロセスに利用される補完フィードバック制御方式の薬注制御装置において、原水流入流量の変化に応じて水質コントローラのパラメータを補正することにより、対象プロセスの伝達関数に変化が生じた場合にも制御特性の低下を補償するようにした薬注制御装置が、下記の特許文献２に記載されている。

特開２００２−１２６７２１号公報（請求項１〜３、［００３２］〜［００４７］、図１等） 特開２０００−９３９４０号公報（請求項１，３、［０００９］，［００４４］、図１、図１０、図１１等）

上述した従来技術において、ＰＩＤ制御等を用いてフィードバック制御を行う場合には、制御系設計ツール等を利用して制御パラメータを適切に設定する必要がある。しかし、薬品の注入制御は化学反応を伴うため、水温等の条件によって化学反応の速度が異なったりセンサの反応速度が異なるため、制御パラメータを適宜調整しなくてはならず、その調整作業が煩雑になる。
特に、特許文献２に記載された従来技術では、対象プロセスの制御量測定系の特性（一次または二次遅れ等）に応じて、水質コントローラを構成する過渡項設定部のパラメータを一次または二次進みとなるように補正するといった補償動作が必要であり、水質コントローラの構成が複雑化するおそれがある。
特許文献１に記載されている従来技術のようにニューロを使用した制御や、ファジィ制御を利用する場合には、これらニューロまたはファジィ制御を行う制御装置が必要であり、その制御規則を作成するために適切かつ多数のデータを抽出して学習させなくてはならず、データの選別や学習処理に多くの時間を必要とする。

そこで本発明の解決課題は、制御パラメータの補正やデータの学習等の煩雑な処理を不要にし、塩素注入率を最適に制御可能とした塩素注入制御システムを提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に記載した発明は、浄水プロセスにおける残留塩素濃度を含む水質を計測する水質計と、残留塩素濃度設定値と前記水質計により計測した残留塩素濃度計測値との偏差が所定範囲になるように塩素注入率を制御する注入制御装置と、前記塩素注入率に従って塩素を注入する塩素注入装置と、を備えた浄水場の塩素注入制御システムであって、前記注入制御装置が、塩素注入点よりも下流の計測点の残留塩素濃度設定値と計測値との偏差と、塩素注入点よりも上流の水質データとを用いて塩素注入点の塩素注入率を演算するようにした塩素注入制御システムにおいて、
前記注入制御装置は、
前記水質計により計測した水質データを時系列的に収集するデータ収集手段と、
このデータ収集手段により収集した水質データと、過去の運転データとしての水質データ及び塩素注入率を記憶する記憶手段と、
この記憶手段に記憶された運転データのうち、残留塩素濃度偏差が所定範囲内である時の塩素注入率を目的変数とし、かつ、水質データを説明変数として重回帰分析を行うことにより、塩素注入率演算式の制御パラメータを演算する重回帰分析手段と、
この重回帰分析手段により演算された制御パラメータと、前記水質計により計測した水質データ及び前記塩素注入率演算式を用いて、塩素注入点の塩素注入率を演算する塩素注入率演算手段と、を備え、
前記重回帰分析手段は、塩素注入点と残留塩素濃度計測点との間の距離に起因する流下遅れ時間を考慮して重回帰分析に使用する各データの時間軸を揃え、かつ、残留塩素濃度偏差が所定範囲内である時のデータを用いて重回帰分析を行うものである。
なお、請求項２に記載するように、前記記憶手段は、重回帰分析手段により演算された制御パラメータをも記憶することにより、制御パラメータの妥当性の検証を任意のタイミングで行うことができる。

請求項３に記載した発明は、請求項１または２において、注入制御装置が、前塩素注入後の混和池残留塩素濃度と設定値との偏差と、着水井の原水水質とを用いて前塩素注入率を制御するものである。

請求項４に記載した発明は、請求項１，２または３において、注入制御装置が、中塩素注入後の沈殿池残留塩素濃度と設定値との偏差と、混和池の水質とを用いて中塩素注入率を制御するものである。

請求項５に記載した発明は、請求項１，２，３または４において、注入制御装置が、後塩素注入後の浄水池残留塩素濃度と設定値との偏差と、沈殿池の水質とを用いて後塩素注入率を制御するものである。

本発明によれば、浄水プロセスにおける塩素注入点と残留塩素濃度偏差の計測点までの流下遅れ時間を考慮して時間軸を揃えたデータを用いることとし、しかも、残留塩素濃度偏差が所定範囲内にあるデータのみを分析用データとして重回帰分析に使用することにより、塩素注入率を演算するための最適な制御パラメータを求めることができる。そして、この制御パラメータを含む注入率演算式により算出した塩素注入率に従って混和池、沈殿池、浄水池へ塩素を注入することにより、各池における残留塩素濃度を目標値に保つことが可能になる。
また、本発明では、制御パラメータの補正や多数のデータの学習といった煩雑な処理が不要であり、比較的簡単な演算処理によって適切な塩素注入制御を実現することができる。

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の実施形態が適用される浄水プロセスの概略的構成図であり、図６と同一の構成要素には同一の参照符号を付して説明を省略し、以下では異なる部分を中心に説明する。

図１において、５０は前塩素・中塩素・後塩素注入制御装置であり、この注入制御装置５０には、着水井１１の水質計２１、混和池１２の水質計２２、沈殿池１３の水質計２３及び浄水池１５の水質計２５により測定された種々の水質計測値が入力されている。そして、注入制御装置５０は、後述する演算によって前塩素注入率・中塩素注入率・後塩素注入率を求め、これらの注入率に従って塩素剤としての次亜塩素酸ナトリウム３０（以下、単に塩素剤という）を供給する塩素注入装置としてのポンプ４２，４３，４５を制御することにより、混和池１２、沈殿池１３及び浄水池１５に所定量の塩素剤を注入するように構成されている。

まず、前塩素注入制御を行う場合の前塩素注入率の演算方法について述べる。
前塩素注入率は、注入制御装置５０が、前塩素注入後の混和池残留塩素濃度の設定値とその計測値（水質計２２による計測値）、及び着水井１１における原水の水質（水質計２１による計測値）を用いて、数式１により演算する。

［数１］
ｚ_１＝ｂ_１，０＋ｂ_１，１・（ｙ_１，ｓ−ｙ_１）＋ａ_１，０＋ａ_１，１・ｘ_１，１＋……＋ａ_１，ｎ・ｘ_１，ｎ
ｚ_１：前塩素注入率
ｙ_１：混和池残留塩素濃度
ｙ_１，ｓ：混和池残留塩素濃度設定値
ｂ_１，０，ｂ_１，１：混和池残留塩素の制御パラメータ
ｘ_１，１，……，ｘ_１，ｎ：原水濁度、原水ｐＨ、原水アルカリ度、原水水温、原水紫外吸光度、原水塩素要求量等の原水水質
ａ_１，０，ａ_１，１，……，ａ_１，ｎ：原水水質の制御パラメータ

ここで、数式１のｂ_１，０＋ｂ_１，１・（ｙ_１，ｓ−ｙ_１）は、混和池残留塩素濃度設定値ｙ_１，ｓとその計測値ｙ_１との偏差（ｙ_１，ｓ−ｙ_１）により影響されるフィードバック制御項であり、また、ａ_１，０＋ａ_１，１・ｘ_１，１＋……＋ａ_１，ｎ・ｘ_１，ｎは、原水水質により影響されるフィードフォワード制御項である。
これらの各制御項の制御パラメータｂ_１，０，ｂ_１，１，ａ_１，０，ａ_１，１，……，ａ_１，ｎを求めるために、注入制御装置５０は、過去の運転データから、混和池残留塩素濃度の偏差（ｙ_１，ｓ−ｙ_１）が小さく保たれているときのデータ（前塩素注入率、混和池残留塩素濃度偏差、及び、原水水質データ）を抽出する。

抽出したデータを数式１の関係に当てはめ、前塩素注入率ｚ_１を目的変数、残留塩素濃度偏差（ｙ_１，ｓ−ｙ_１）及び原水水質ｘ_１，１，……，ｘ_１，ｎを説明変数として重回帰分析を行えば、制御パラメータｂ_１，０，ｂ_１，１，ａ_１，０，ａ_１，１，……，ａ_１，ｎを求めることができる。
また、重回帰分析では、説明変数である（ｙ_１，ｓ−ｙ_１），ｘ_１，１，……，ｘ_１，ｎが目的変数を表すのに適切か否かも判定することができる。すなわち、数式１に示した注入率演算式（重回帰式）の偏回帰係数を各説明変数について求めれば、目的関数に対する寄与率が求まるので、例えば原水水質データのうち真に必要な（寄与率が大きい）種類のデータのみに絞り込んで前塩素注入率の演算に用いることが可能になる。

注入制御装置５０では、こうして求められた制御パラメータｂ_１，０，ｂ_１，１，ａ_１，０，ａ_１，１，……，ａ_１，ｎと、水質計２１，２２による計測値（ｙ_１，ｘ_１，１，……，ｘ_１，ｎ）及び設定値ｙ_１，ｓを用いて数式１を演算することにより、残留塩素濃度の偏差を所望の範囲に制御可能な前塩素注入率を得ることができる。
従って、この前塩素注入率に応じてポンプ４２を制御することにより、混和池１２における残留塩素濃度を最適値に制御することができる。

次に、中塩素注入制御を行う場合の中塩素注入率の演算方法について述べる。
中塩素注入率は、注入制御装置５０が、中塩素注入後の沈殿池残留塩素濃度の設定値とその計測値（水質計２３による計測値）、及び混和池の水質（水質計２２による計測値）とを用いて数式２により演算する。

［数２］
ｚ_２＝ｂ_２，０＋ｂ_２，１・（ｙ_２，ｓ−ｙ_２）＋ａ_２，０＋ａ_２，１・ｘ_２，１＋……＋ａ_２，ｎ・ｘ_２，ｎ
ｚ_２：中塩素注入率
ｙ_２：沈殿池残留塩素濃度
ｙ_２，ｓ：沈殿池残留塩素濃度設定値
ｂ_２，０，ｂ_２，１：沈殿池残留塩素の制御パラメータ
ｘ_２，１，……，ｘ_２，ｎ：混和池濁度、混和池ｐＨ、混和池アルカリ度、混和池水温、混和池紫外吸光度、混和池塩素要求量等の混和池水質
ａ_２，０，ａ_２，１，……，ａ_２，ｎ：混和池水質の制御パラメータ

数式２のｂ_２，０＋ｂ_２，１・（ｙ_２，ｓ−ｙ_２）は、沈殿池残留塩素濃度の設定値とその計測値との偏差（ｙ_２，ｓ−ｙ_２）により影響されるフィードバック制御項であり、ａ_２，０＋ａ_２，１・ｘ_２，１＋……＋ａ_２，ｎ・ｘ_２，ｎは、混和池水質により影響されるフィードフォワード制御項である。
これらの制御パラメータｂ_２，０，ｂ_２，１，ａ_２，０，ａ_２，１，……，ａ_２，ｎを求めるために、注入制御装置５０は、過去の運転データから、沈殿池残留塩素濃度の設定値と計測値との偏差（ｙ_２，ｓ−ｙ_２）が小さく保たれているときのデータ（中塩素注入率、沈殿池残留塩素濃度の偏差、及び、混和池水質データ）を抽出する。

抽出したデータを数式２の関係に当てはめ、中塩素注入率ｚ_２を目的変数、残留塩素濃度偏差（ｙ_２，ｓ−ｙ_２）及び混和池水質ｘ_２，１，……，ｘ_２，ｎを説明変数として重回帰分析を行えば、制御パラメータｂ_２，０，ｂ_２，１，ａ_２，０，ａ_２，１，……，ａ_２，ｎを求めることができる。
この場合にも、前塩素注入制御の場合と同様に説明変数（ｙ_２，ｓ−ｙ_２），ｘ_２，１，……，ｘ_２，ｎの寄与率から、これらの説明変数の適否を判定することができる。

注入制御装置５０では、上記制御パラメータｂ_２，０，ｂ_２，１，ａ_２，０，ａ_２，１，……，ａ_２，ｎと、水質計２２，２３による計測値（ｙ_２，ｘ_２，１，……，ｘ_２，ｎ）及び設定値ｙ_２，ｓを用いて数式２を演算し、残留塩素濃度の偏差を所望の範囲に制御可能な中塩素注入率を得る。
この中塩素注入率に応じてポンプ４３を制御することにより、沈殿池１３における残留塩素濃度を最適値に制御することができる。

次いで、後塩素注入制御を行う場合の後塩素注入率の演算方法について述べる。
後塩素注入率は、注入制御装置５０が、後塩素注入後の浄水池残留塩素濃度の設定値とその計測値（水質計２５による計測値）、及び沈殿池の水質（水質計２３による計測値）とを用いて、数式３により演算する。

［数３］
ｚ_３＝ｂ_３，０＋ｂ_３，１・（ｙ_３，ｓ−ｙ_３）＋ａ_３，０＋ａ_３，１・ｘ_３，１＋……＋ａ_３，ｎ・ｘ_３，ｎ
ｚ_３：後塩素注入率
ｙ_３：浄水池残留塩素濃度
ｙ_３，ｓ：浄水池残留塩素濃度設定値
ｂ_３，０，ｂ_３，１：浄水池残留塩素の制御パラメータ
ｘ_３，１，……，ｘ_３，ｎ：沈殿池濁度、沈殿池ｐＨ、沈殿池アルカリ度、沈殿池水温、沈殿池紫外吸光度、沈殿池塩素要求量等の沈殿池水質
ａ_３，０，ａ_３，１，……，ａ_３，ｎ：沈殿池水質の制御パラメータ

数式３のｂ_３，０＋ｂ_３，１・（ｙ_３，ｓ−ｙ_３）は、浄水池残留塩素濃度の設定値とその計測値との偏差（ｙ_３，ｓ−ｙ_３）により影響されるフィードバック制御項であり、ａ_３，０＋ａ_３，１・ｘ_３，１＋……＋ａ_３，ｎ・ｘ_３，ｎは、沈殿池水質により影響されるフィードフォワード制御項である。
前述した前塩素注入制御、中塩素注入制御の場合と同様に、上記制御パラメータｂ_３，０，ｂ_３，１，ａ_３，０，ａ_３，１，……，ａ_３，ｎを求めるために、注入制御装置５０は、過去の運転データから、浄水池残留塩素濃度偏差（ｙ_３，ｓ−ｙ_３）が小さく保たれているときのデータ（後塩素注入率、浄水池残留塩素濃度偏差、及び、浄水池水質データ）を抽出する。

抽出したデータを数式３の関係に当てはめ、後塩素注入率ｚ_３を目的変数、残留塩素濃度偏差（ｙ_３，ｓ−ｙ_３）及び沈殿池水質ｘ_３，１，……，ｘ_３，ｎを説明変数として重回帰分析を行うことにより、制御パラメータｂ_３，０，ｂ_３，１，ａ_３，０，ａ_３，１，……，ａ_３，ｎを求めることができる。また、説明変数（ｙ_３，ｓ−ｙ_３），ｘ_３，１，……，ｘ_３，ｎの寄与率から、これらの説明変数の適否を判定することもできる。

注入制御装置５０では、上記制御パラメータｂ_３，０，ｂ_３，１，ａ_３，０，ａ_３，１，……，ａ_３，ｎと、水質計２３，２５による計測値（ｙ_３，ｘ_３，１，……，ｘ_３，ｎ）及び設定値ｙ_３，ｓを用いて数式３を演算し、残留塩素濃度偏差を所望の範囲に制御可能な後塩素注入率を得る。
この後塩素注入率に応じてポンプ４５を制御することにより、浄水池１５における残留塩素濃度を最適値に制御することが可能である。

次に、本実施形態において、重回帰分析により制御パラメータを求めるためのデータの収集方法及び保存方法について説明する。
前述した方法によって前塩素注入率・中塩素注入率・後塩素注入率を求めるための制御パラメータを決定するには、塩素注入後の残留塩素濃度偏差等の変化が明確に分かるように、短い時間間隔でデータ（塩素注入率、残留塩素濃度の偏差、及び、各種の水質データ）を収集する必要がある。このため、注入制御装置５０では、各水質計２１，２２，２３，２５から、例えば１分程度の周期でデータを収集する。

また、重回帰分析により数式１〜３のような注入率演算式を作成する場合には、水質が安定している状態ばかりでなく様々な水質状態におけるデータを使用して、実際の水質変化を反映させた制御パラメータを決定することが必要である。
一般に天候が安定している時期には水質も安定しており、降雨等により水質が変動することは、それほど多くない。この場合、天候安定期のデータのみを使用して重回帰分析により制御パラメータを決定すると、制御パラメータが偏ったものになってしまい、最終的に注入率演算式によって演算される塩素注入率も実際の天候や水質にそぐわないものとなってしまう。
そこで、制御パラメータを決定するためのデータ（分析用データ）としては、注入制御装置５０が収集した時系列データの中から、天候や水質の片寄りがないように満遍なく保存する必要がある。こうして保存した分析用データを用いて重回帰分析を行い、制御パラメータを決定する。

ここで、図２は、上述した分析用データの保存処理を示すフローチャートである。
図２において、１分程度の周期でデータ（塩素注入率、残留塩素濃度の偏差、及び、各種の水質データ）を収集し、これらを時系列データとして記憶装置に格納しておき、１日分のデータ収集が完了した時点で上記時系列データを取り込む（ステップＳ１，Ｓ２）。

次に、取り込んだ時系列データが分析用データとしての保存条件を満たすか否かを判断する（ステップＳ３）。この保存条件とは、データが様々な天候や水質状態を反映したものであること（天候や水質データに適度のばらつきがあること）を意味し、例えば天候や水質状態が極めて安定していてほとんど変化がないような期間のデータであれば保存条件を満たさないと判断し、逆に様々な天候や水質状態を反映したデータであれば保存条件を満たすと判断する。この保存条件の存否は、天候や水質データを数値化して注入制御装置５０が判断しても良いし、オペレータが人為的に判断しても良い。
そして、上記保存条件を満たす場合には、この時系列データを分析用データとして保存し（ステップＳ４）、重回帰分析による制御パラメータの決定に用いることとする。

また、上記保存条件を満たさない場合には、現在使用している分析用データ（旧データ）を破棄するか否かを判断する（ステップＳ５）。すなわち、旧データがだいぶ以前のデータであり、最近の天候や水質の変化傾向を反映しているとは思えないような場合には、この旧データを新データに置き換えた方がよい場合もあり得るので、旧データを破棄するか否かの判断を行う。
これらの新旧データを比較することにより、やはり旧データを使用し続けた方が妥当であると判断される場合（ステップＳ５ ＮＯ）には、新データを破棄して終了する（ステップＳ６）。また、新データに置き換えた方が妥当であると判断される場合（ステップＳ５ ＹＥＳ）には、旧データを破棄して新データを分析用データとして保存し、終了する（ステップＳ７）。
このようにして、制御パラメータの決定に用いる分析用データが保存されることになる。
なお、図２に示した処理は、注入率演算式を作成する際に必要に応じて実行されるもので、必ずしも定周期で繰り返し実行される性質の処理ではない。

次に、図３は、図２の処理により保存された分析用データを使用する制御パラメータの計算及び検証処理を示すフローチャートである。
注入制御装置５０では、まず分析用データを取り込み（ステップＳ１１）、次いで一部の分析用データを時間軸に沿って移動することにより、流下遅れ時間を考慮する（ステップＳ１２）。
ここで、流下遅れ時間の考慮とは、以下のような内容である。

図４は、分析用データの一例を示す図であり、例えば前塩素注入制御に用いるデータの例である。この分析用データは、各時刻における塩素注入率、原水濁度、原水アルカリ度、原水ｐＨ等の原水水質データ、及び、残留塩素濃度偏差からなっており、過去の運転データを構成するものである。
前塩素注入制御において、塩素注入後の評価に用いるデータは残留塩素濃度偏差であるが、この偏差を求めるための残留塩素濃度の計測値は、図１における混和池１２内の水質計２２によって得られる。しかるに、混和池１２内では、塩素注入点と水質計２２による残留塩素濃度の計測点との間に距離があり、この間を水が移動するには一定の流下時間がかかる。

すなわち、図４において、時刻ｔ_１の塩素注入率ｚ_ｔ１に基づく塩素注入は、同時刻の残留塩素濃度偏差Δｙ_ｔ１には反映せず、塩素注入点と計測点との間を水が流下する時間Δｔだけ遅れた時刻の残留塩素濃度偏差に反映することになる。例えば、上記流下遅れ時間Δｔが時刻ｔ_１〜ｔ_７の時間差に等しいとすると、時刻ｔ_１の塩素注入率ｚ_ｔ１に基づく塩素注入は、時刻ｔ_７における残留塩素濃度偏差Δｙ_ｔ７として現れるはずである。
このため、流下遅れ時間Δｔを予め求めておき、各時刻の残留塩素濃度偏差をΔｔだけ前に移動する（時間軸を揃える）ことにより、各時刻の塩素注入による評価を適切に行うことが可能になる。
図４は、時刻ｔ_１の塩素注入率ｚ_ｔ１に基づく残留塩素濃度偏差として時刻ｔ_７におけるΔｙ_ｔ７を、時刻ｔ_２の塩素注入率ｚ_ｔ２に基づく残留塩素濃度偏差として時刻ｔ_８におけるΔｙ_ｔ８を、（……以下同様）用いることを示している。

なお、上記流下遅れ時間Δｔは、以下の数式４により算出可能である。
［数４］
Δｔ＝Ｖ／Ｑ
Ｑ：処理水量
Ｖ：塩素注入点から水質（残留塩素濃度）計測点までの容量

再び図３に戻って、上述したステップＳ１２の処理に続いて、図４の分析用データから水質が良好である時刻のデータ（残留塩素濃度偏差が所定範囲内である時刻のデータ）のみを抽出する（ステップＳ１３）。例えば、時刻ｔ_１における残留塩素濃度偏差（流下遅れ時間Δｔを考慮して時間を前にずらしたデータであり、上述の例ではΔｙ_ｔ７）が所定範囲内であれば、この時刻ｔ_１における塩素注入率、原水濁度、原水アルカリ度、……等のデータを抽出する。
その後、重回帰分析により、前述した数式１，２，３の注入率演算式を用いて前塩素・中塩素・後塩素注入制御における各制御パラメータを計算する（ステップＳ１４）。
こうして求められた制御パラメータを用いて数式１，２，３により塩素注入率を計算し、この注入率に従って塩素を注入すれば、各計測点における残留塩素濃度偏差が所定範囲内に収まることになる。
なお、制御パラメータや塩素注入率の計算処理は、十分な数のデータが収集できたとき、あるいは、一旦決定した塩素注入率では所望の残留塩素濃度偏差が得られなくなったとき、等の適当なタイミングで実行すればよい。

図３におけるステップＳ１５は、重回帰分析によって求められた制御パラメータの妥当性を検証する処理である。
その具体的な処理内容は、求められた制御パラメータを含む注入率演算式に、注入制御装置５０が保存している過去の時系列データ（説明変数としての残留塩素濃度偏差及び種々の水質データ）を代入し、塩素注入率を計算する。この求まった塩素注入率と実際の運転時の塩素注入率（実績値）とを比較して両者の誤差の大小を判定することにより、求められた制御パラメータが妥当であるか否かを検証することができる。
そして、上記誤差が小さく、求められた制御パラメータ、ひいてはこれらの制御パラメータを含む数式１，２，３の注入率演算式が妥当なものであると判断されれば、この注入率演算式を採用して塩素注入率を決定していくことになる。

次いで、図５は、本発明の実施形態にかかる注入制御装置５０の構成を示す図である。
図５において、注入制御装置５０は、例えばコンピュータシステムにより構成されている。この注入制御装置５０は、前述した水質計２１，２２，２３，２５の計測データがインターフェース５０１を介して入力されるデータ収集保存部５０２を備えており、このデータ収集保存部５０２では、図２の処理に従って時系列データの収集、重回帰分析のための分析用データの保存等を行う。

データ収集保存部５０２から出力される時系列データは、トレンド表示制御部５０３及び塩素注入率演算部５０４に入力されている。トレンド表示制御部５０３は、必要に応じて時系列データをインターフェース５０７を介してディスプレイ装置等の表示部５０８に表示させるためのものであり、また、塩素注入率演算部５０４は、後述する重回帰分析部５０６により演算された制御パラメータ（重回帰係数）と、残留塩素濃度偏差及び種々の水質データとを用いて塩素注入率を演算する。この塩素注入率は、必要に応じて前記表示部５０８により表示しても良い。

一方、記憶部５０５はハードディスク、ＭＯディスク、ＣＤ−Ｒ／ＲＷ等の記憶装置であり、データ収集保存部５０２から送られる時系列データ、分析用データ、重回帰分析部５０６により演算された制御パラメータ、塩素注入率演算部５０４により演算された塩素注入率等が記憶される。
重回帰分析部５０６は、前述の数式１〜３を用いた制御パラメータの演算を行い、求めた制御パラメータを塩素注入率演算部５０４に出力する。
前述した数式４による遅れ時間Δｔを用いたデータの移動や、制御パラメータ（注入率演算式）の妥当性の検証は、重回帰分析部５０６及び塩素注入率演算部５０４により実行される。
塩素注入率演算部５０４から出力される塩素注入率は注入制御部５０９に入力されており、この注入制御部５０９では塩素注入率に応じた操作量を生成してインターフェース５１０を介し塩素注入装置としての前記ポンプ４２，４３，４５に送ることにより、混和池１２、沈殿池１３及び浄水池１５に所定量の塩素剤を注入する。

上記のように本実施形態によれば、前塩素注入率、中塩素注入率、後塩素注入率の最適値を演算することができ、これらの注入率に基づいて実際に塩素剤の注入量を制御することが可能である。
なお、浄水プロセスにおいて薬品注入率の計算に重回帰分析を適用することは、例えば特開平７−３１９５０９号公報の段落［０１２０］等に記載されているように一般に行われている。しかし、本発明のごとく、塩素注入点と残留塩素濃度偏差の計測点までの流下遅れ時間を考慮したデータを対象とし、更に、残留塩素濃度偏差が所定範囲になるようなデータのみを分析用データとして重回帰分析に使用する方法によれば、目標とする水質を達成するために、より一層、正確かつ適切に塩素注入率を算出することができる。

本発明の実施形態が適用される浄水プロセスの概略的構成図である。 本発明の実施形態において、重回帰分析により制御パラメータを求めるための分析用データの保存処理を示すフローチャートである。 本発明の実施形態における制御パラメータの計算及び検証処理を示すフローチャートである。 本発明の実施形態における分析用データの一例を示す図である。 本発明の実施形態における注入制御装置の構成図である。 一般的な浄水プロセスの概略的構成図である。

符号の説明

１１：着水井
１２：混和池
１３：沈殿池
１４：ろ過池
１５：浄水池
１６：配水池
２１，２２，２３，２５：水質計
３０：次亜塩素酸ナトリウム
４２，４３，４５：ポンプ
５０：注入制御装置
５０１，５０７，５１０：インターフェース
５０２：データ収集保存部
５０３：トレンド表示制御部
５０４：塩素注入率演算部
５０５：記憶部
５０６：重回帰分析部
５０８：表示部
５０９：注入制御部

Claims (5)

1. 浄水プロセスにおける残留塩素濃度を含む水質を計測する水質計と、残留塩素濃度設定値と前記水質計により計測した残留塩素濃度計測値との偏差が所定範囲になるように塩素注入率を制御する注入制御装置と、前記塩素注入率に従って塩素を注入する塩素注入装置と、を備えた浄水場の塩素注入制御システムであって、
   前記注入制御装置が、塩素注入点よりも下流の計測点の残留塩素濃度設定値と計測値との偏差と、塩素注入点よりも上流の水質データとを用いて塩素注入点の塩素注入率を演算するようにした塩素注入制御システムにおいて、
   前記注入制御装置は、
   前記水質計により計測した水質データを時系列的に収集するデータ収集手段と、
   このデータ収集手段により収集した水質データと、過去の運転データとしての水質データ及び塩素注入率を記憶する記憶手段と、
   この記憶手段に記憶された運転データのうち、残留塩素濃度偏差が所定範囲内である時の塩素注入率を目的変数とし、かつ、水質データを説明変数として重回帰分析を行うことにより、塩素注入率演算式の制御パラメータを演算する重回帰分析手段と、
   この重回帰分析手段により演算された制御パラメータと、前記水質計により計測した水質データ及び前記塩素注入率演算式を用いて、塩素注入点の塩素注入率を演算する塩素注入率演算手段と、を備え、
   前記重回帰分析手段は、塩素注入点と残留塩素濃度計測点との間の距離に起因する流下遅れ時間を考慮して重回帰分析に使用する各データの時間軸を揃え、かつ、残留塩素濃度偏差が所定範囲内である時のデータを用いて重回帰分析を行うことを特徴とする浄水場の塩素注入制御システム。
2. 請求項１に記載した浄水場の塩素注入制御システムにおいて、
   前記記憶手段は、前記重回帰分析手段により演算された制御パラメータを記憶することを特徴とする浄水場の塩素注入制御システム。
3. 請求項１または２に記載した浄水場の塩素注入制御システムにおいて、
   前記注入制御装置は、前塩素注入後の混和池残留塩素濃度と設定値との偏差と、着水井の原水水質とを用いて前塩素注入率を制御することを特徴とする浄水場の塩素注入制御システム。
4. 請求項１，２または３に記載した浄水場の塩素注入制御システムにおいて、
   前記注入制御装置は、中塩素注入後の沈殿池残留塩素濃度と設定値との偏差と、混和池の水質とを用いて中塩素注入率を制御することを特徴とする浄水場の塩素注入制御システム。
5. 請求項１，２，３または４に記載した浄水場の塩素注入制御システムにおいて、
   前記注入制御装置は、後塩素注入後の浄水池残留塩素濃度と設定値との偏差と、沈殿池の水質とを用いて後塩素注入率を制御することを特徴とする浄水場の塩素注入制御システム。

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