JP2014054603A - 凝集剤注入制御方法及び凝集剤注入制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】 処理すべき原水の凝集特性に基づいて凝集条件を適切に設定することができる凝集剤注入制御方法及び凝集剤注入制御システムを提供する。
【解決手段】 処理すべき原水への凝集剤の注入を制御する凝集剤注入制御システムであって、原水のゼータ電位の分布を測定するゼータ電位測定手段５１を有し、注入される凝集剤の予め求められたゼータ電位の分布に関するデータが設定されている凝集剤情報保持手段１００を設け、この凝集剤情報保持手段１００に設定されたデータを用いて、測定されたゼータ電位の分布に対応する凝集剤注入率を演算手段２１により算出する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、例えば浄水場、下水処理場、及び産業排水処理施設等において凝集剤の注入量を制御する凝集剤注入制御方法及び凝集剤注入制御システムに関する。

従来、例えば浄水場や下水処理場、或いは産業排水処理施設等では、処理すべき原水へ凝集剤を注入し、原水中に含まれる懸濁物等をフロック化している。これによって、原水中の懸濁物等を容易に沈澱ろ過させ、除去できるようにしている。凝集剤としては、例えばポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ） や、硫酸アルミニウム（硫酸ばんど）といった無機凝集剤が広く用いられている。その他、カチオン性やアニオン性の有機の高分子凝集剤も用いられている。

例えば、浄水場においては、アルミ系の無機凝集剤を原水に添加し、懸濁物をフロック化して沈澱させており、沈澱池出口の濁度が処理水質の管理指標の一つである。この、沈澱池出口の濁度に影響を及ぼす要素は、原水濁度、凝集剤の注入量、ｐＨ、水温、アルカリ度、混和池での撹拌強度、沈澱池の形状や滞留時間などがある。

沈澱池出口濁度を良好な値（濁度０．５度程度）に保つための適切な凝集条件は、原水の水質変動に影響を受けて絶えず変化する。ここで、凝集剤の注入結果が、沈澱池出口の濁度に反映されるまでの時間は、一般的に２〜４時間程度である。このため、沈澱池出口における濁度を測定し、その測定結果に基づいて凝集剤の注入量を制御するのでは、原水の水質変動が生じた場合、対応が遅くなってしまう。

そのため、原水の濁度と水温等から凝集剤の注入率を演算するフィードフォワード制御（以下、ＦＦ制御）が従来から用いられている。しかしながらＦＦ制御は、過去の経験に基づいてＦＦ制御の演算式を作成し、演算式に基づいて凝集剤の注入量を決定するため、演算式の作成に用いた過去の運転実績の影響を受ける。例えば、過去の運転実績が最適な注入量よりも多めであった場合や、安全面を考慮して多めの注入を行っていた場合などには、凝集剤の注入率の目標値が多めに演算される傾向がある。この結果、凝集剤の過剰注入をまねき、凝集剤使用コストの増大をもたらしてしまう。過剰な凝集剤の使用は余剰汚泥の増量につながるため、汚泥処理コストの増加や、アルミ含有量増加により汚泥の再利用を妨げる等の弊害をもたらしてしまう。

上述したＦＦ制御以外の凝集剤注入制御方法として、ゼータ電位を用いた方法がある。ゼータ電位は、従来から凝集の良否を表す指標として用いられてきた。一般的には、原水に注入する凝集剤は鉄やアルミニウム化合物であり、プラスの荷電を持っている。原水中に存在する除去対象物である懸濁物質はマイナスに帯電しているため、これらの荷電中和の状態をゼータ電位で捉える方法が用いられている。

ここで、プラスの荷電の凝集剤は、マイナスに帯電する懸濁物質と静電気的に結合し、微小フロックが形成される。この過程で原水中のゼータ電位がマイナス側からプラス側へと変化していく。また、この微小フロックは分子間の引力により相互に引き合い徐々に大きくなり、粗大フロックが形成され、やがて沈降する。凝集の良否は原水の水質や撹拌条件に影響を受けるが、一般的に凝集が進行する時のゼータ電位は、±１５〜２０ｍＶの範囲内に達したところで凝集が進むとされている。

このゼータ電位の利用法として、凝集剤添加後の混和水を粗いろ過にかけ、ろ液中のまだ凝集が不十分な微小フロックのゼータ電位を測定し、微小フロックの凝集が進むように凝集剤条件を制御する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、フロックの形成度合をゼータ電位で測定し、例えばフロックのゼータ電位の分布が、−１０ｍＶ以上の粒子の割合が９５％以上であれば良好な凝集状況と判断することも提案されている（例えば、特許文献２参照）。さらに、膜ろ過法におけるファウリング要因物質の凝集に関し、膜表面のゼータ電位が負である場合、凝集フロックのゼータ電位を、例えば−１０〜０ｍＶとなるように凝集条件を制御することで、膜表面と凝集フロックの静電気的反発作用によりファウリング形成を抑制するという方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。

これらの他、流動電流値を用いて凝集剤の注入後の結果を制御に反映するフィードバック制御（以下、ＦＢ制御）を適用した凝集剤注入制御システムも提案されている（例えば、特許文献４，５参照）。流動電流はゼータ電位を測定する際に用いられる方法の一つであり、流動電流はゼータ電位に換算が可能な指標である。これらの方法では、混和池に流動電流計が設置され、この流動電流計によって、凝集剤が混和された混和水の流動電流値が測定される。そして、この測定結果に導電率やｐＨの補正処理が行われることによって制御の目標値とする流動電流が演算され、この目標値になるように凝集剤の注入量が制御されている。

特開２０００−３００９１２号公報 特開２００２−６６５６８号公報 特開２００９−２４８０２８号公報 特開２００１−３２７８０６号公報 特開２００２−２３９３０７号公報

これらのゼータ電位を用いた凝集剤注入制御方法は、いずれも凝集剤添加後の混和水のゼータ電位を測定しており、凝集がある程度進んだ後の状態を測定している。しかしながら凝集剤添加後の混和水では、既にフロックの形成が始まっており、そこには大きさの異なるフロックが混在することになる。このような状態の場合、凝集の進行過程における処理すべき原水全体の特性を網羅したゼータ電位を正確に測定するのは難しい。例えば、電気泳動法で測定されるゼータ電位は、測定セルの両端に電圧をかけ、粒子の移動する速度から算出されるが、フロックの形成が進んだ状態の沈降性を持った粒子の測定は困難となる。このためゼータ電位の値のみを用いて凝集剤注入量を制御しようとした場合、利用するゼータ電位が必ずしも実際に生じている凝集の状態を正確には反映していない可能性もあるため、凝集剤注入率が適切なものとなっていない場合がある。

本発明が解決しようとする課題は、処理すべき原水の凝集特性に基づいて凝集条件を適切に設定することができる凝集剤注入制御方法及び凝集剤注入制御システムを提供することにある。

本発明の実施の形態に係る凝集剤注入制御方法、及び凝集剤注入制御システムは、処理すべき原水への凝集剤の注入を制御するものであって、前記原水のゼータ電位の分布を測定し、前記注入される凝集剤の予め求められたゼータ電位の分布に関するデータを用いて、前記測定されたゼータ電位の分布に対応する凝集剤注入率を算出して前記原水への凝集剤注入量を制御することを特徴とする。

上記実施の形態によれば、処理すべき原水のゼータ電位の分布を測定することにより、凝集剤を添加して処理すべき原水の凝集特性を把握して適切に凝集条件を設定することができる。

本発明の第１の実施形態に係る凝集剤注入制御システムの構成を示す図である。 本発明の実施形態における単一成分原水のゼータ電位の分布特性を示す図である。 本発明の実施形態における複数成分原水のゼータ電位の分布特性を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る凝集剤注入制御システムの構成を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る凝集剤注入制御システムの構成を示す図である。 第３の実施形態における原水調整剤により変化するゼータ電位分布図で、変化が大きい場合を示している。 第３の実施形態における原水調整剤により変化するゼータ電位分布図で、変化が少ない場合を示している。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

＜第１の実施形態＞
図１はこの実施の形態に係る凝集剤注入制御システムの構成を示している。図１は浄水場の例であるが、下水処理場等においても同等の構成である。

図１で示すように、一般的に浄水場などでは、着水井６０と、混和池６２と、フロック形成池６３と、沈澱池６４とを備えている。処理すべき原水は着水井６０に取り込まれ、そこから混和池６２に送られ、凝集剤注入設備４１から凝集剤が注入される。そして、撹拌機６７の回転によって攪拌され混和が促進された後にフロック形成池６３へと送られる。このフロック形成池６３でフロックが成長し、大きくなった後に沈澱池６４へと送られ、沈澱池６４においてフロックが沈澱除去された後に、次工程に移送される。次工程は図示していないが、浄水場の場合では、砂ろ過に通された後に、塩素が加えられ、しかる後に配水池を介して配水管へと分配されるようになっている。なお、砂ろ過に通される前に適宜、オゾン処理や生物活性炭処理が施されたりする場合もある。

着水井６０もしくはその出口には、原水の水質指標を測定する水質指標測定装置８５が設けられている。水質指標測定装置８５は、複数の測定器からなる。すなわち、ゼータ電位測定手段としてのゼータ電位計５１、及びこれ以外のアルカリ度計５２、導電率計５３、水温計５４、濁度計５５、ｐＨ計５６を備えている。原水の流量は流量計５７によって測定される。

制御装置１０は、図１に示すように、凝集剤注入演算手段（以下、単に演算手段と呼ぶ）２１、プロセス制御手段２２、及び凝集剤情報保持手段１００を有する。演算手段２１は、水質指標測定装置８５により測定された水質と、凝集剤情報保持手段１００に保持されている情報とから、混和池６２に注入する凝集剤注入率を算出する。プロセス制御手段２２は、演算手段２１により算出された凝集剤注入率に基づいて、凝集剤注入設備４１の制御を実行する。凝集剤情報保持手段１００には、現在使用している凝集剤の情報として、凝集剤を適当な濃度に希釈した際の、凝集剤を含む溶液のゼータ電位分布の情報が設定されている。

上記構成において、ゼータ電位計５１は、処理すべき原水のゼータ電位の分布を測定する。ゼータ電位の測定方法は、近年、新しい測定手法が提案され、かつ、解析のコンピュータ化が進んでいる。例えば、顕微鏡電気泳動法、レーザードップラー法、超音波法、電気浸透法、流動電位法などがある。この中で、画像処理法を用いた電気泳動法は、ゼータ電位の測定結果を分布として捉えることができる。

図２は均一な物質を含む溶液のゼータ電位の分布を表す概念図である。この図は横軸にゼータ電位を、縦軸に頻度（帯電した物質量に相当）を採っている。図２ではマイナス（−３０ｍｖ近傍）に帯電している物質を含んでいるので、マイナス側にピークが存在する。但し、浄水場や下水処理場、或いは産業排水処理施設等での処理すべき原水は、様々な物質が共存する混合原水である。このため、図２のような単一のピークとはならず、実際には図３で示すように、ゼータ電位が様々な物質のピークを複合した分布図として測定される。すなわち、原水中にはプラスに帯電している物質とマイナスに帯電している物質が存在し、それぞれの物質によって帯電している電荷の強さと、物質の存在量が異なるため、図３のような分布図になる。

ここで、処理対象とする原水の凝集特性をゼータ電位で表す場合、測定されたゼータ電位の平均値で表すことが考えられる。例えば、図３のようなゼータ電位の分布図を元に統計学的処理した平均値が算出される。この平均値を用いた場合、２種類の原水を比較したとき、平均値で表わされたゼータ電位同士が同じ値であったとしても、ゼータ電位の分布（各ゼータ電位での頻度の値）は異なっている場合がある。この場合、２種類の原水に同じ凝集剤注入率で凝集操作を行うことになるが、ゼータ電位の平均値は同じであっても、凝集操作の結果が同様になるとは限らない。つまり、ゼータ電位は分布の平均値で捉えるより、分布そのもので捉えたほうが原水の凝集特性に関する情報をより多く捉えることができる。

そこで、本発明の実施形態では、図３で捉えられるようなゼータ電位の分布を用いて原水の特徴を捉え、この特徴に応じて凝集剤注入率を求めている。

ここで、原水中の濁度の元になっている成分には、金属イオン、懸濁コロイド、及び浮遊性粒子状物質（ＳＳ）などの無機系の粒子、藻類をはじめとする植物性の有機物、動物プランクトンや細菌をはじめとする動物性の有機物などが存在する。これらはそれぞれ水中に存在する時のゼータ電位が異なる。例えば、無機系の金属イオンなどは中性付近のｐＨにおいて、プラスのゼータ電位を示す。また、植物性有機物はｐＨ７〜８付近で、−３０から−２０ｍＶのゼータ電位を示す。さらに、動物性有機物もマイナスのゼータ電位を示す。したがって、測定されたゼータ電位を分布としてとらえ、ゼータ電位の予め区分した区間ごとに電荷の出現する頻度を見ることで、どのような物質がどの程度含まれているかを推測することが可能である。

このような特徴を持つゼータ電位の分布の測定結果は演算手段２１に入力される。また、演算手段２１には、現在使用している（原水に注入する）凝集剤の情報が凝集剤情報保持手段１００から入力される。この凝集剤情報は、前述のように、凝集剤を適当な濃度に希釈した際の、凝集剤を含む溶液のゼータ電位分布に関する情報である。ここで、注入される凝集剤は、単一の物質を含む溶液となるので、凝集剤のゼータ電位の分布のピークは図２のようなピークとなる。例えば、アルミ系の凝集剤はプラスに帯電しているため、ゼータ電位の分布はプラス側に出現する。また凝集剤の種類によって電荷のチャージが異なるため、ピークの出現する場所が異なる。

演算手段２１では、処理すべき原水のゼータ電位分布と、凝集剤そのもののゼータ電位の分布とから、原水に対して注入する凝集剤の注入率を算出する。凝集剤情報保持手段１００に設定された凝集剤そのもののゼータ電位の分布に関するデータとは、より具体的には、原水のゼータ電位の分布について予め設定した区間ごとに、その区間のゼータ電位を、凝集が良好に進むゼータ電位の値とする（言い換えると、凝集が良好に進むゼータ電位の範囲に移動させる）のに必要な凝集剤注入率に関するデータであり、これらが前述した各区間についてそれぞれ記憶されている。

このデータは、該当する浄水場などにおいて、予め原水を用いて実験等により求めておく。すなわち、原水のゼータ電位の分布を複数の区間に区分し、各区間について、その区間のゼータ電位の分布を、凝集が良好に進むゼータ電位の範囲に移動させるのに必要な凝集剤注入率を実験により求めておき、この求められた各区間の凝集剤注入率を、凝集剤情報保持手段１００に、各区間別にそれぞれ記憶させておく。なお、このデータは凝集剤の種類ごとに異なるため、現在使用している（原水に注入する）凝集剤に応じてデータが利用されることになる。

演算手段２１では、測定された原水のゼータ電位の分布を予め前述した複数の区間ごとに区切り、これら各区間の分布を、凝集が良好に進むゼータ電位の範囲に移動させるのに必要な凝集剤注入率のデータを、凝集剤情報保持手段１００に設定された対応する区間のデータを用いてそれぞれ算出する。すなわち、原水の測定されたゼータ電位分布の各区間における頻度と、凝集剤情報保持手段１００に、各区分別に設定された凝集剤注入率のデータとから、その区間の分布を、凝集が良好に進むゼータ電位の範囲に移動させるのに必要な凝集剤注入率を各区間についてそれぞれ算出する。そして、それらの合計値を、現在の原水のゼータ電位の分布から必要な凝集剤注入率として算出する。

この方法を用いることでＦＦ制御的に、凝集剤注入前の原水のゼータ電位の分布から凝集剤注入率を決めることが可能となる。また、原水の水質変動が生じた際は、その変動がゼータ電位の分布の変化にいち早く表れるため、分布の変化に応じて凝集剤注入率を操作することによって、原水の水質変動に応じた制御性の良い凝集剤注入制御が可能となる。

次に、その他の水質指標である、アルカリ度、導電率、水温、濁度、及びｐＨの利用法について述べる。上述した演算手段２１には、さらに原水の水質指標であるアルカリ度、導電率、水温、濁度、及びｐＨが入力される。これらのデータは、原水のゼータ電位の分布から凝集剤注入率を算出する際の補正手段として利用される。例えば、原水のゼータ電位の分布図が同じであっても、原水の水質指標が異なれば、同じ凝集剤注入率に対するゼータ電位分布の移動度が異なる。このため凝集が良好に進むゼータ電位の範囲に原水のゼータ電位の分布を移動させるのに必要な凝集剤注入率が異なってくる。

そこで、これを補正するために、演算手段２１にアルカリ度、導電率、水温、濁度、及びｐＨのデータを取り込む。演算手段２１は、それぞれの指標毎に、予め記憶された補正係数を用いることで、上述の原水のゼータ電位の分布に基づいて算出される凝集剤注入率を補正する。これによって、より適切な凝集剤注入率が演算することができる。なお、原水の水質指標として、アルカリ度、導電率、水温、濁度、及びｐＨのデータを示したが、必ずしもこれら全てを用いる必要はなく、いずれか一つ以上を用いてもよい。

プロセス制御手段２２には、演算手段２１で演算された凝集剤注入率と、流量計５７で計測された原水流量データが入力される。プロセス制御手段２２では、これら２つのデータを元に、混和池６２に注入する凝集剤注入量のデータを凝集剤注入設備４１に対して出力する。凝集剤注入設備４１では、所定の凝集剤注入量を混和池６２に注入することになる。

これらの凝集剤注入制御により、原水のゼータ電位分布は、凝集が良好に進むゼータ電位の範囲に移動して集中することとなる。すなわち、適切な量の凝集剤注入により良好な凝集を実現することができる。

このように、この実施の形態による凝集剤運転制御方法では、原水のゼータ電位の分布を測定し、原水に注入する凝集剤の、予め求められたゼータ電位の分布に関するデータを用いて、原水のゼータ電位の分布に対応する凝集剤の注入率を算出し、その算出結果にしたがって、原水への凝集剤の注入制御を実行する。上述の説明では、原水のゼータ電位の分布の測定から凝集剤の注入率の算出、及びこの算出結果に基づく原水への注入制御まで、制御装置１０における各機能実現手段の全てを自動制御する場合を示しているが、自動制御に限らず、これらの各段階に運転員が介入してもよい。

例えば、測定された原水のゼータ電位の分布は、予め設定した各区間における頻度としてモニタ装置により表示可能である。運転員は、このモニタを監視しておれば原水の水質がどのような状態に変化していることを容易に把握できるので、その変化に対応して凝集剤の注入量の操作を迅速に行うことができる。その際の、凝集剤の注入率も、例えば、演算手段２１による算出結果をモニタできるように構成しておけば、運転員はモニタ結果に従って、容易に対応することができる。

近年、浄水場などにおける運転が民間に委託されているケースがあり、運転員は必ずしも水質に詳しい人ではない。このような場合、そのような運転員がプラントの運転状態（凝集剤の注入状況がよいのか悪いのか）を明確に判断できることが望ましい。上記実施の形態で説明した制御方法を用いることにより、自動運転だけでなく、運転員が、制御操作に容易に介入することも可能であり、より効果的な運転管理が可能となる。

＜第２の実施形態＞
次に、図４で示す第２の実施形態を説明する。

この第２の実施形態では、制御装置１０に、過去の凝集剤注入制御が良好に行われたときの原水ゼータ電位分布のデータを記憶するデータ記憶手段２３を設けている。また、凝集剤注入制御が良好に行われたことを検出するために、沈澱池６４の出口に濁度計７１を設け、その計測値である沈澱池出口濁度をデータ記憶手段２３に取りこんでいる。また、同じ目的で、フロック形成池６３にフロックの大きさを測定するフロックの画像解析装置７２を設け、フロックの大きさをデータ記憶手段２３に取りこんでいる。濁度計７１や画像解析装置７２は、特別な機能をもったものではなく、一般に利用されている装置でよい。

また、ゼータ電位を含む水質指標のデータは、水質指標測定装置８５から演算手段２１へ入力されると共に、データ記憶手段２３へも取り込まれる。これは、過去の凝集剤注入制御が良好に行われたときの水質指標の値を、データ記憶手段２３に記憶させるためである。なお、演算手段２１は、現在の原水のゼータ電位分布を水質指標測定装置８５のゼータ電位計５１から入力し、この現在の原水のゼータ電位分布に対応する（類似する）過去のゼータ電位分布における凝集剤注入情報を、データ記憶手段２３から抽出する。そして、この抽出された過去の凝集剤注入情報から処理すべき原水に対する凝集剤注入率を予測する。

その他の構成は、図１で説明した第１の実施形態と同様であるため、同一符号を付して説明は省略する。

すなわち、この実施の形態では、制御装置１０は、過去の原水のゼータ電位の分布パターンと、その原水に対して注入した凝集剤注入率、さらに、その凝集の結果が表れている沈澱池出口濁度及びフロック形成池におけるフロックの大きさのデータをデータ記憶手段２３に記憶させている。なお、フロック形成池６３及び沈澱池出口６４までに処理水が達する時間は異なるため、データを記憶する際は滞留時間分だけ変化させたデータを記憶させていく。

上記構成において、データ記憶手段２３においては、原水のゼータ電位分布の情報と、その時の水質指標、また、これらに対応して実施された凝集剤注入率が記憶されていく。ここで、処理を行った際の凝集の良否に関しては、沈澱池６４出口の濁度やフロック形成池６３で画像解析したフロックのデータの情報が用いられる。すなわち、凝集が良好に行われた時のものだけデータ記憶手段２３に記憶させるように構成している。したがって、データ記憶手段２３に記憶されている情報は、凝集が良好に行われた際のデータのみである。

演算手段２１は、データ記憶手段２３に記憶された過去の情報を元に、現在の原水のゼータ電位分布の情報、及びその他の水質指標を使って、データ記憶手段２３から凝集剤注入率を参照することが可能である。ここで得られた凝集剤注入率は、凝集が良好に行われた結果を持つものであるため、その値を採用することで凝集が良好に行われる。

この演算手段２１により、データ記憶手段２３で参照されて抽出された凝集剤注入率は、プロセス制御手段２２に送られる。そして、凝集剤注入装置４１に凝集剤注入量のデータが送られ、所定量の凝集剤量が混和池に注入される。

このようにして、本実施形態の演算手段２１は、原水のゼータ電位分布をはじめとする現在の原水の水質情報と、凝集が良好であった過去の凝集剤注入率のデータに基づいて、現在の原水に適合する凝集剤注入率を出力するため、良好な凝集を高精度に行なうことができる。

この実施の形態においても、自動制御だけではなく、凝集が良好であった過去の凝集剤注入率のデータをモニタできるように構成すれば、運転員が今回の凝集剤注入制御に介入して、過去の凝集が良好であった制御内容に従った凝集剤注入制御を実現することが可能となる。

＜第３の実施形態＞
次に、図５で示す第３の実施形態を説明する。

図５において、第３の実施形態では、前述した第１の実施形態に対して、着水井６０に原水の水質を調整するための原水調整剤を注入する原水調整剤注入設備４２と、この調整剤注入設備４２により原水調整剤が注入された後のゼータ電位を測定するゼータ電位計５１’とを別途設けた構成である。このため、着水井に６０に着水したばかりの原水調整剤注入前における原水のゼータ電位分布を測定するゼータ電位計５１を第１のゼータ電位計と呼び、原水調整剤注入後における原水のゼータ電位分布を測定するゼータ電位計５１’を第２のゼータ電位計と呼ぶ。

原水調整剤としては、一般的に使用されているｐＨ調整剤である酸・アルカリや、アルカリ度を調整するソーダ灰や消石灰が用いられる。

第２のゼータ電位計５１’は、第１のゼータ電位計５１と同様の装置を用い、サンプリング箇所を２か所にして交互に測定するものであってもよい。第２のゼータ電位計５１’のサンプリング箇所は混和池６２の手前、つまり凝集剤が注入される前の原水から採水することが望ましい。この第２のゼータ電位計５１’で測定された原水のゼータ電位分布も演算手段２１に入力される。なお、その他の構成は、図１で説明した第１の実施形態と同様であるため、同一符号を付して説明を省略する。

このように演算手段２１には、原水調整剤注入設備４２から原水調整剤が注入される前の原水のゼータ電位の分布の情報、原水調整剤が注入された後の原水のゼータ電位の分布の情報、及び原水調整剤の注入率の情報が入力される。

上記構成において、原水に原水調整剤である例えばｐＨ調整剤やアルカリ度調整剤を注入する場合、その前後のゼータ電位分布の変化の情報を得る。図６と図７は、同じ原水調整剤の注入率を、元のゼータ電位は同じであるが、それ以外の水質などが異なる原水に注入した場合の、ゼータ電位の分布の変化（シフト）の概念を示す。図６と図７では単一物質が含まれるときの原水のゼータ分布を用いて簡略化しているが、図３で示したような混合原水を用いた場合でも以下同様である。

図６及び図７では、原水調整剤が注入された後のゼータ電位の分布が、元のゼータ電位の分布から変化していることを表している。これは、処理すべき原水の凝集特性によって、ゼータ電位の分布が影響を受ける度合いが異なっていることを示している。すなわち、図６は原水調整剤の注入によりゼータ電位分布が受ける影響の度合いが大きい場合であり、図７は原水調整剤の注入によるゼータ電位分布が受ける影響の度合いが小さいことを表している。

なお、これらの図では、判り易く説明するため、原水調整剤が注入された前後のゼータ電位の分布を大きく変化させて図示しているが、実際には、図６及び図７のいずれにおいても、原水調整剤注入前後のゼータ電位のピークは、第１の実施形態で説明した原水の測定されたゼータ電位分布の各区間において、同じ分布区間に入っているものとする。

これらの情報は、処理すべき原水のゼータ電位の分布の凝集特性を表しており、演算手段２１では、この情報と使用した原水調整剤の種類と注入率の情報を用いて、原水のゼータ電位の分布から演算された凝集剤注入率を補正することができる。

すなわち、演算手段２１は、原水調整剤注入前における原水のゼータ電位の分布と、原水調整剤注入後における原水のゼータ電位の分布との変化の程度に応じて、区間毎に設定された凝集剤注入率を用いて算出される凝集剤注入率を補正する。例えば、図６の例では、原水調整剤の注入によりゼータ電位分布が受ける影響の度合いが大きいので、凝集剤の注入に対しても、ゼータ電位の分布の変化が生じ易いことを意味している。また、図７の例では、原水調整剤の注入によりゼータ電位分布が受ける影響の度合いが比較的少なく、凝集剤の注入に対しても、ゼータ電位の分布の変化が生じ難いことを意味している。

凝集剤注入率の演算に当たっては、第１の実施の形態で説明したように、原水の測定されたゼータ電位分布の各区間における頻度と、凝集剤情報保持手段１００に、各区分別に設定された凝集剤注入率のデータとから、その区間の分布を、凝集が良好に進むゼータ電位の範囲に移動させるのに必要な凝集剤注入率を各区間についてそれぞれ算出し、それらの合計値を原水の凝集を良好に行うために必要な凝集剤注入率として算出している。

そこで、本実施の形態では、凝集処理しようとする原水の、図６又は図７で示すような、原水調整剤注入前後におけるゼータ電位分布の変化を捉え、その変化の大きさに従って、上述した凝集剤情報保持手段１００に保持されたデータを用いて算出される原水への凝集剤注入率を補正する。例えば、原水調整剤注入前後におけるゼータ電位分布の変化の大きさを「大」「中」「小」と区分しておき、変化が「大」の場合は、前述のように、凝集剤の注入に対しても、ゼータ電位の分布の変化が生じ易いことを意味しているので、本来の凝集剤注入率が低下するような補正係数を掛ける。変化が「小」の場合は、凝集剤を注入しても、ゼータ電位の分布の変化が生じ難いことを意味しているので、本来の凝集剤注入率が上昇するような補正係数を掛ける。これらに対して、変化が「中」の場合は、凝集剤の注入に対して、ゼータ電位の分布の変化の程度が通常の範囲であることを意味しているので、本来の凝集剤注入率を維持するようにする。

このような制御を行うことにより、原水の性状により一層適合した注入率により、凝集剤を注入することができる。

なお、上述した補正係数等に関する情報はデータ記憶手段２３に記憶される仕組みとしてもよく、将来の凝集剤注入率の演算において、過去のデータとして引用できるようにしてもよい。

さらに、この実施の形態においても、自動制御に限らず各段階に運転員が介入することも可能である。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０・・・制御装置
２１・・・演算手段
２２・・・プロセス制御手段
２３・・・データ記憶手段
４１・・・凝集剤注入設備
４２・・・原水調整剤注入設備
５１・・・ゼータ電位計
５２・・・アルカリ度計
５３・・・導電率計
５４・・水温計
５５，７１・・・濁度計
５６・・・ｐＨ計
５７・・・流量計
６０・・・着水井
６２・・・混和池
６３・・・フロック形成池
６４・・・沈澱池
７２・・・画像解析装置
８５・・・水質指標測定装置
１００・・・凝集剤情報保持手段

Claims (8)

1. 処理すべき原水への凝集剤の注入を制御する凝集剤注入制御方法であって、
   前記原水のゼータ電位の分布を測定し、
   前記凝集剤の予め求められたゼータ電位の分布に関するデータを用いて、前記原水のゼータ電位の分布に対応する前記凝集剤の注入率を算出することを特徴とする凝集剤注入制御方法。
2. 処理すべき原水への凝集剤の注入を制御する凝集剤注入制御システムであって、
   前記原水のゼータ電位の分布を測定するゼータ電位測定手段と、
   前記凝集剤の予め求められたゼータ電位の分布に関するデータが記憶されている凝集剤情報保持手段と、
   この凝集剤情報保持手段に記憶された前記凝集剤のゼータ電位の分布に関するデータを用いて、前記測定されたゼータ電位の分布に対応する凝集剤注入率を算出する演算手段と、
   この算出された凝集剤注入率に基づき、前記凝集剤を注入する凝集剤注入設備を制御するプロセス制御手段と、
   を備えることを特徴とする凝集剤注入制御システム。
3. 前記凝集剤情報保持手段には、原水のゼータ電位の分布に対する予め設定した区間ごとに、その区間のゼータ電位を、凝集が良好に進むゼータ電位の範囲に移動させるのに必要な凝集剤注入率に関するデータが記憶されており、
   前記演算手段は、前記凝集剤情報保持手段に設定されたデータから、前記測定された原水のゼータ電位の分布を、凝集が良好に進むゼータ電位の範囲に移動させるに必要な凝集剤注入率を算出する
   ことを特徴とする請求項２に記載の凝集剤注入制御システム。
4. ゼータ電位及びそれ以外の原水の水質指標を取得する水質指標測定装置を有し、前記演算手段は、これら水質指標毎に設定された前記凝集剤注入率に対する補正係数により、前記算出される凝集剤注入率を補正することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の凝集剤注入制御システム。
5. 前記水質指標測定装置は、前記ゼータ電位の他に、原水中のアルカリ度、導電率、水温、濁度、及びｐＨのうち少なくともいずれか1つの情報を取得することを特徴とする請求項４に記載の凝集剤注入制御システム。
6. 過去の凝集剤注入処理において、凝集が良好に行われたときの原水のゼータ電位の分布情報及び凝集剤注入率の実測値を保持するデータ記憶手段を有し、前記演算手段は、現在の原水のゼータ電位分布に対応する過去のゼータ電位分布における凝集剤注入情報を、前記データ記憶手段から抽出し、この抽出された過去の凝集剤注入情報から処理すべき現在の原水に対する凝集剤注入率を予測することを特徴とする請求項２乃至請求項５のいずれかに記載の凝集剤注入制御システム。
7. 凝集が良好に行われたことを判別する手段として、フロック形成池でのフロックの画像解析装置、沈澱池出口の濁度、のうち少なくともいずれか１つの情報を取得することを特徴とする請求項６に記載の凝集剤注入制御システム。
8. 処理すべき原水に対してその水質を調整する原水調整剤注入設備と、原水調整剤注入後におけるゼータ電位の分布を測定する注入後ゼータ電位測定手段とをさらに設け、
   前記演算手段は、前記原水調整剤注入前における原水のゼータ電位の分布と、前記調整剤注入後における原水のゼータ電位の分布との変化の程度に応じて、前記算出される凝集剤注入率を補正する
   ことを特徴とする請求項２乃至請求項７のいずれかに記載の凝集剤注入制御システム。

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