JP2021146246A - Device, system and method for water treatment technology - Google Patents

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Abstract

To provide a device, a system and a method for properly determining the injection ratio of a flocculant in water purification treatment.SOLUTION: An information processing device includes a learned model, a parameter generation part, and a calculation part. In the device, an explanatory variable of the model includes the injection ratio (EV1) of a flocculant and at least one of water quality data and/or driving operation condition data (EV2) before injecting the flocculant, an objective variable of the model includes at least one of water quality data (OV) after injecting and coagulating the flocculant, the parameter generation part generates a plurality of EV1, the model outputs OV from the EV2 and the generated EV1, the calculation part determines the injection ratio of the flocculant on the basis of the generated EV1 and the outputted OV, and the determination of the injection ratio of the flocculant is made on the basis of the fact that the absolute value of a change ratio of the OV to the EV1 is equal to or less than a prescribed reference value or less than the prescribed reference value.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、水処理技術の装置、システム、及び方法に関する。より具体的には、水処理の際に使用する凝集剤の注入率を適正化するための情報処理装置、システム、及び方法に関する。 The present invention relates to devices, systems and methods of water treatment technology. More specifically, the present invention relates to an information processing device, a system, and a method for optimizing the injection rate of a flocculant used in water treatment.

環境への影響の観点から、浄水処理装置の役割は重要である。浄水処理装置においては、被処理水に対して凝集剤が注入され、これにより、懸濁物質が凝集し、そして、フロックが形成される。フロックは、固液分離され、更には濾過され、これにより、被処理水が浄化される。 From the viewpoint of environmental impact, the role of water purification equipment is important. In the water purification apparatus, a flocculant is injected into the water to be treated, whereby suspended solids are aggregated and flocs are formed. The flocs are solid-liquid separated and then filtered, which purifies the water to be treated.

特許文献1では、凝集剤の注入率を制御するためのシステムが開示されている。より具体的には、水質項目xについて、最適な凝集剤の注入率Kxを求める際に、dX/dKx=0となる凝集剤注入率を抽出し、これを水質項目xの最適凝集剤注入率とすることが開示されている。 Patent Document 1 discloses a system for controlling the injection rate of a flocculant. More specifically, when determining the optimum coagulant injection rate Kx for the water quality item x, the coagulant injection rate at which dX / dKx = 0 is extracted, and this is used as the optimum coagulant injection rate for the water quality item x. Is disclosed.

特許文献2では、機械学習アルゴリズムを用いて、水処理又は汚泥処理における任意の予測値を取得するためのモデルを構築する際に用いる学習データ用のデータベースの製造方法が開示されている。 Patent Document 2 discloses a method of manufacturing a database for learning data used when constructing a model for acquiring an arbitrary predicted value in water treatment or sludge treatment by using a machine learning algorithm.

特許文献3では、決定木学習アルゴリズムを利用して、センシングデータ及び薬品注入データから、次の時点での薬品注入データを予測する方法が開示されている。 Patent Document 3 discloses a method of predicting drug injection data at the next time point from sensing data and drug injection data by using a decision tree learning algorithm.

特許文献4では、最適な凝集剤注入率を決定する水処理プラントの制御方法および制御装置が開示されており、その目的として、作業者の熟練度などによらずジャーテストでの繰り返し回数を低減することができる制御方法および制御装置を提供することを開示している。 Patent Document 4 discloses a control method and a control device for a water treatment plant that determines an optimum coagulant injection rate, and for the purpose of reducing the number of repetitions in a jar test regardless of the skill level of an operator or the like. It discloses that a control method and a control device which can be performed are provided.

特開2012−170848号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-170848 特開2018−158284号公報JP-A-2018-158284 特開2017−123088号公報JP-A-2017-1230888 特開2019−181318号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2019-181318

浄水処理においては、原水に対して、やみくもに凝集剤を注入するのではなく、ジャーテストと呼ばれる試験を実施して、凝集剤の適切な注入率を決定することが一般的である。しかし、このジャーテストの実施及び結果の判定には熟練及び経験を要する。従って、ベテラン技術者が不足する、そして、技術伝承が途絶えるといった問題がある。更には、このジャーテストの実施及び結果の判定については、個人差も大きい。 In water purification treatment, instead of blindly injecting a flocculant into raw water, it is common to carry out a test called a jar test to determine an appropriate injection rate of the flocculant. However, skill and experience are required to carry out this jar test and judge the result. Therefore, there is a problem that there is a shortage of veteran engineers and the transfer of technology is interrupted. Furthermore, there are large individual differences in the implementation of this jar test and the judgment of the results.

また、近年みられるゲリラ豪雨等が生じた場合には、急激な水質変化が起こるため、ジャーテストの実施が間に合わないこともある。上記特許文献1〜4の一部では、情報技術を活用して、凝集剤の注入率を迅速に決定することを開示しているものの、適正な注入率の決定の観点からは改良の余地があった。 In addition, in the event of heavy guerrilla rains, which have been seen in recent years, sudden changes in water quality may occur, and the jar test may not be carried out in time. Although some of the above-mentioned Patent Documents 1 to 4 disclose that the injection rate of the flocculant is determined quickly by utilizing information technology, there is room for improvement from the viewpoint of determining an appropriate injection rate. there were.

そこで、本発明は、凝集剤の注入率を更に適正に決定するための装置、システム、及び方法を提供することを目的とする。 Therefore, it is an object of the present invention to provide an apparatus, system, and method for more appropriately determining the injection rate of a flocculant.

発明者が鋭意検討した結果、凝集剤の注入率と水質データの関係に着目することにした。より具体的には、両者の変化率に着目し、変化率の絶対値が所定の基準値より下回るような凝集剤の注入率を採用することを思いついた。この場合、凝集剤の注入率の最適値から、多少はずれた値であったとしても、最適値の場合と比べて遜色のない効果を得ることができることとなる。本発明は、上記知見に基づいて完成され、一側面において、以下の発明を包含する。
(発明1)
凝集剤の注入率を適正化するための情報処理装置であって、
前記情報処理装置は、学習済みモデルと、パラメータ生成部と、情報取得部と、算出部とを備え、
前記学習済みモデルは、所定の説明変数を受け取り、所定の目的変数を出力するように構成され、
前記所定の説明変数は、凝集剤の注入率(EV1)と、前記凝集剤の注入前の少なくとも1つの水質データ及び/又は運転操作条件データ(EV2)とを含み、
前記所定の目的変数は、前記凝集剤の注入・凝集後の少なくとも1つの水質データ(OV)を含み、
前記情報取得部は、水処理プラントのEV2を取得するように構成され、
前記パラメータ生成部は、EV1を複数生成するように構成され、
前記学習済みモデルは、前記取得したEV2と前記生成されるEV1から、OVを出力するように構成され、
前記算出部は、前記生成されるEV1と前記出力されるOVとに基づいて、凝集剤の注入率を決定するように構成され、
前記凝集剤の注入率の決定は、前記EV1に対する前記OVの変化率の絶対値が所定の基準値以下又は所定の基準値未満であることに基づいて決定される、
装置。
(発明2)
発明1の装置であって、前記凝集剤の注入率の決定が、更に以下の条件に基づいて決定される、装置。
前記決定される凝集剤の注入率が、前記OVが最適となるときの前記EV1より低いこと。
(発明3)
発明1又は2の装置であって、
前記装置が、グループ判定部を更に備え、
前記グループ判定部は、前記EV2をクラスター分析して、グループを判定するように構成され、
前記学習済みモデルは、各グループ毎に備えられ、
前記グループ判定部は、グループ判定結果に基づいて、前記学習済みモデルを選択し、前記選択された前記学習済みモデルに、OVを出力させる、
装置。
(発明4)
凝集剤の注入率を適正化するためのシステムであって、
前記システムは、発明1〜3いずれか1つに記載の情報処理装置と、データベースとを備え、
前記データベースでは、前記EV1と、前記EV2と、前記OVとが関連付けられて記憶されており、
前記情報処理装置は、前記データベースから学習データとして、前記EV1と、前記EV2と、前記OVとを取得して、学習済みモデルを構築するように構成される、
システム。
(発明5)
発明4のシステムであって、
前記データベースでは、更に、気象情報が、前記EV1と、前記EV2と、前記OVとに関連付けられて記憶されており、
前記気象情報に関して少なくとも1年分以上の範囲にわたって記憶されている、
システム。
(発明6)
凝集剤の注入率を適正化する方法であって、
前記方法は、学習済みモデルを含む情報処理装置を活用した方法であり、
前記学習済みモデルは、所定の説明変数を受け取り、所定の目的変数を出力し、
前記所定の説明変数は、凝集剤の注入率(EV1)と、前記凝集剤の注入前の少なくとも1つの水質データ及び/又は運転操作条件データ(EV2)とを含み、
前記所定の目的変数は、前記凝集剤の注入・凝集後の少なくとも1つの水質データ(OV)を含み、
前記学習済みモデルは、前記EV1と、前記EV2と、前記OVとが関連付けられて記憶されたデータベースを用いて構築されており、
前記方法は、
前記情報処理装置が、水処理プラントのEV2を取得する工程と、
前記情報処理装置が、EV1を複数生成する工程と、
前記情報処理装置が、前記取得したEV2と前記生成されるEV1から、OVを出力する工程と、
前記情報処理装置が、前記生成されるEV1と前記出力されるOVとに基づいて、凝集剤の注入率を決定する工程と、
を含み、
前記凝集剤の注入率の決定する工程は、前記EV1に対する前記OVの変化率の絶対値が所定の基準値以下又は所定の基準値未満であることに基づいて決定される、
方法。
As a result of diligent studies by the inventor, we decided to focus on the relationship between the injection rate of the flocculant and the water quality data. More specifically, paying attention to the rate of change of both, I came up with the idea of adopting an injection rate of a flocculant such that the absolute value of the rate of change is lower than a predetermined reference value. In this case, even if the value is slightly different from the optimum value of the coagulant injection rate, an effect comparable to that of the optimum value can be obtained. The present invention has been completed based on the above findings and includes the following inventions in one aspect.
(Invention 1)
An information processing device for optimizing the injection rate of coagulant.
The information processing device includes a trained model, a parameter generation unit, an information acquisition unit, and a calculation unit.
The trained model is configured to receive a given explanatory variable and output a given objective variable.
The predetermined explanatory variable includes the injection rate of the flocculant (EV1) and at least one water quality data and / or operation operation condition data (EV2) before the injection of the flocculant.
The predetermined objective variable includes at least one water quality data (OV) after injection / aggregation of the flocculant.
The information acquisition unit is configured to acquire EV2 of the water treatment plant.
The parameter generation unit is configured to generate a plurality of EV1s.
The trained model is configured to output an OV from the acquired EV2 and the generated EV1.
The calculation unit is configured to determine the injection rate of the flocculant based on the generated EV1 and the output OV.
The determination of the injection rate of the flocculant is determined based on the absolute value of the rate of change of the OV with respect to EV1 being less than or equal to a predetermined reference value or less than a predetermined reference value.
Device.
(Invention 2)
The apparatus of the present invention, wherein the determination of the injection rate of the flocculant is further determined based on the following conditions.
The determined coagulant injection rate is lower than EV1 when the OV is optimal.
(Invention 3)
The device of invention 1 or 2,
The device further comprises a group determination unit.
The group determination unit is configured to perform cluster analysis of the EV2 to determine a group.
The trained model is provided for each group.
The group determination unit selects the trained model based on the group determination result, and causes the selected trained model to output an OV.
Device.
(Invention 4)
It is a system for optimizing the injection rate of coagulant.
The system includes the information processing apparatus according to any one of Inventions 1 to 3 and a database.
In the database, the EV1 and the EV2 and the OV are stored in association with each other.
The information processing device is configured to acquire the EV1, the EV2, and the OV as learning data from the database, and construct a trained model.
system.
(Invention 5)
The system of invention 4
In the database, meteorological information is further stored in association with the EV1, the EV2, and the OV.
The meteorological information is stored over a range of at least one year.
system.
(Invention 6)
It is a method to optimize the injection rate of the coagulant.
The method is a method utilizing an information processing device including a trained model.
The trained model receives a predetermined explanatory variable, outputs a predetermined objective variable, and outputs a predetermined objective variable.
The predetermined explanatory variable includes the injection rate of the flocculant (EV1) and at least one water quality data and / or operation operation condition data (EV2) before the injection of the flocculant.
The predetermined objective variable includes at least one water quality data (OV) after injection / aggregation of the flocculant.
The trained model is constructed using a database in which EV1, EV2, and OV are associated and stored.
The method is
The process in which the information processing device acquires EV2 of the water treatment plant, and
A process in which the information processing device generates a plurality of EV1s,
A step in which the information processing device outputs an OV from the acquired EV2 and the generated EV1.
A step in which the information processing apparatus determines the injection rate of the flocculant based on the generated EV1 and the output OV.
Including
The step of determining the injection rate of the flocculant is determined based on the fact that the absolute value of the rate of change of the OV with respect to EV1 is equal to or less than a predetermined reference value or less than a predetermined reference value.
Method.

一側面において、本発明では、凝集剤の注入率の決定は、少なくとも以下の条件に基づいて決定される。
・EV1に対するOVの変化率の絶対値が所定の基準値以下又は所定の基準値未満であること
In one aspect, in the present invention, the determination of the coagulant injection rate is determined based on at least the following conditions.
-The absolute value of the rate of change of OV with respect to EV1 is less than or equal to the predetermined reference value or less than the predetermined reference value.

これにより、凝集剤の注入率の最適値から、多少はずれた値であったとしても、最適値の場合と比べて遜色のない効果を得ることができる。 As a result, even if the value is slightly different from the optimum value of the coagulant injection rate, an effect comparable to that of the optimum value can be obtained.

更なる一側面において、凝集剤の注入率の決定が、更に以下の条件に基づいて決定される。
・決定される凝集剤の注入率が、OVが最適となるときのEV1より低いこと。
In a further aspect, the determination of the coagulant injection rate is further determined based on the following conditions.
-The determined coagulant injection rate is lower than EV1 when OV is optimal.

これにより、凝集剤の注入コストを抑えることができ、それにも関わらず、最適値の場合と比べて遜色のない効果を得ることができる。 As a result, the injection cost of the flocculant can be suppressed, and nevertheless, an effect comparable to that of the optimum value can be obtained.

一実施形態における浄水処理システムを示す。The water purification system in one embodiment is shown. 一実施形態における情報処理装置を示す。The information processing apparatus in one embodiment is shown. 一実施形態において、凝集剤の注入率(横軸)と濁度(縦軸)との関係を示す。グラフ中の三角形は、変化率を概念的に示す。In one embodiment, the relationship between the coagulant injection rate (horizontal axis) and turbidity (vertical axis) is shown. The triangles in the graph conceptually indicate the rate of change. 一実施形態において、凝集剤を注入した場合の、学習済みモデルによる予測値と、実測値とを示す。丸の記号は、実測値を示し、×の記号は、予測値を示す。In one embodiment, the predicted value by the trained model and the measured value when the flocculant is injected are shown. The circle symbol indicates the measured value, and the × symbol indicates the predicted value.

以下、本発明を実施するための具体的な実施形態について説明する。以下の説明は、本発明の理解を促進するためのものである。即ち、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。 Hereinafter, specific embodiments for carrying out the present invention will be described. The following description is for facilitating the understanding of the present invention. That is, it is not intended to limit the scope of the present invention.

1.システム構成
(1)システム全体の構成
一実施形態において、本発明は、凝集剤の注入率を適正化するためのシステムに関する。一例において、前記システムを導入する対象となるプラントは、水処理プラント(例えば、浄水処理プラント、廃水処理プラント、下水処理プラント、し尿処理(汚泥再生)プラント、浸出水処理プラント、海水淡水化プラント、汚泥処理プラントも含む)であってもよい。図1に一実施形態における浄水処理システムの概要を示す。前記システムは、少なくとも、情報処理装置と、データベースとを備える。また、前記システムは、更には、着水井、凝集剤注入装置、フロック形成池、沈殿池、急速濾過装置、計測器等を備えてもよい。原水は、着水井、フロック形成池、沈殿池及び急速濾過装置を経て、浄化処理される。
1. 1. System Configuration (1) Configuration of the entire system In one embodiment, the present invention relates to a system for optimizing the injection rate of a flocculant. In one example, the plants to which the system is introduced are water treatment plants (for example, water purification plants, wastewater treatment plants, sewage treatment plants, urine treatment (sludge regeneration) plants, leachate treatment plants, seawater desalination plants, etc. It may also include a sludge treatment plant). FIG. 1 shows an outline of the water purification system according to the embodiment. The system includes at least an information processing device and a database. In addition, the system may further include a landing well, a flocculant injection device, a floc forming pond, a settling basin, a rapid sand filter, a measuring instrument, and the like. Raw water is purified through a landing well, a floc forming pond, a settling basin and a rapid sand filter.

情報処理装置は、一般的なハードウェア構成であってもよく、プロセッサ、メモリ(例:RAM等)、記憶媒体(例:HDD、SSD等)、及び通信モジュールを備えることができる。情報処理装置は、サーバー装置として機能してもよく、又は、クライアント装置として機能してもよい。 The information processing device may have a general hardware configuration, and may include a processor, a memory (eg, RAM, etc.), a storage medium (eg, HDD, SSD, etc.), and a communication module. The information processing device may function as a server device or a client device.

上記情報処理装置及びデータベースは、1台のハードウェアを構成してもよい。或いは、情報処理装置又はデータベースは、各々複数台のハードウェアに分散されてもよい。データベースを構築する際に使用するソフトウェアは、特に限定されず、当分野で公知のものを使用することができる(Oracle(登録商標)、MySQL(登録商標)、SQLServer(登録商標)等)。 The information processing device and the database may constitute one piece of hardware. Alternatively, the information processing apparatus or database may be distributed to a plurality of pieces of hardware. The software used when constructing the database is not particularly limited, and software known in the art can be used (Oracle (registered trademark), MySQL (registered trademark), SQL Server (registered trademark), etc.).

着水井は、取り入れた原水の量、及び/又は水位を調整する役割を果たす。凝集剤注入装置は、フロック形成池への凝集剤を注入する役割を果たす。フロック形成池は、凝集剤を原水に注入した後、フロックを形成し濁りを凝集させる役割を果たす。沈殿池は、凝集した濁りを沈殿させる役割を果たす。急速濾過装置は、沈殿させた後の上澄みを濾過する役割を果たす。計測器は、設備内の各箇所における水の特性を計測する役割を果たす。図1では、概念上1つの計測器を表現しているが、複数個及び/又は複数種類の計測器をシステムは備えることができる。典型的には、凝集剤の注入前と凝集後とで、同じ種類の計測器(例えば、注入前の濁度を計測する機器と、凝集後の濁度を計測する機器)を備えることができる。また、計測器の種類としては、後述する説明変数(例えば、温度、濁度、透明度、色度、pH、アルカリ度、微粒子数、凝集剤注入率、pH調製用薬品注入率、TOC(total organic carbon、全有機炭素)、COD(Chemical Oxygen Demand)、紫外線吸光度、有機物分画等)に対応する種類の計測器を備えることができる。 The landing well plays a role in adjusting the amount of raw water taken in and / or the water level. The flocculant injection device plays a role of injecting the flocculant into the floc forming pond. The floc forming pond plays a role of forming flocs and agglomerating turbidity after injecting a flocculant into raw water. The settling basin serves to settle the agglomerated turbidity. The rapid sand filter serves to filter the supernatant after precipitation. The measuring instrument plays a role of measuring the characteristics of water at each location in the equipment. Although FIG. 1 conceptually represents one measuring instrument, the system can include a plurality of and / or a plurality of types of measuring instruments. Typically, the same type of measuring instrument (for example, a device for measuring turbidity before injection and a device for measuring turbidity after agglutination) can be provided before and after injection of the agglutinating agent. .. The types of measuring instruments include explanatory variables described later (for example, temperature, turbidity, transparency, chromaticity, pH, alkalinity, number of fine particles, coagulant injection rate, pH adjusting chemical injection rate, and TOC (total organic carbon). A type of measuring instrument corresponding to carbon (total organic carbon), COD (Chemical Oxygen Demand), ultraviolet absorbance, organic matter fraction, etc.) can be provided.

凝集剤注入装置及び計測器は、上述した情報処理装置及びデータベースと互いに通信可能となるようにネットワークを通じて接続されてもよい。 The flocculant injection device and the measuring instrument may be connected through a network so as to be able to communicate with each other with the information processing device and the database described above.

(2)情報処理装置
図2に、一実施形態における情報処理装置を示す。情報処理装置は、学習済みモデルと、パラメータ生成部と、情報取得部と、算出部とを備える。更には、図2には明示していないが、グループ判定部を備えてもよい。
(2) Information Processing Device FIG. 2 shows an information processing device according to an embodiment. The information processing device includes a trained model, a parameter generation unit, an information acquisition unit, and a calculation unit. Further, although not clearly shown in FIG. 2, a group determination unit may be provided.

学習済みモデルは、典型的には、機械学習の技術を応用して形成されるものであり、所定の説明変数を入力することで、所定の目的変数を出力することができる。機械学習の具体的な技術については、特に限定されないが、SVR法(サポートベクター回帰法)、PLS法(部分最小二乗法:PartialLeastSquares)、ニューラルネットワーク法(例えば、DeepLearning法)、ランダムフォレスト法、又は決定木法等が好ましい。更に好ましくは、ニューラルネットワーク法である。 The trained model is typically formed by applying a machine learning technique, and a predetermined objective variable can be output by inputting a predetermined explanatory variable. The specific technique of machine learning is not particularly limited, but is limited to the SVR method (support vector regression method), PLS method (partial least squares method: PartialLeast Squares), neural network method (for example, Deep Learning method), random forest method, or The decision tree method or the like is preferable. More preferably, it is a neural network method.

ニューラルネットワーク法における各層のニューロンの数、及び層の数については、特に限定されず、適宜決定することができる。例えば、各層のニューロンの数は、1〜20個(例えば、2〜6個)であってもよく、層の数は1以上(例えば、1〜10)であってもよい。 The number of neurons in each layer and the number of layers in the neural network method are not particularly limited and can be appropriately determined. For example, the number of neurons in each layer may be 1 to 20 (for example, 2 to 6), and the number of layers may be 1 or more (for example, 1 to 10).

パラメータ生成部は、上記学習済みモデルの説明変数の一部として使用されるパラメータ(具体的な例としては、凝集剤の注入率)を生成する。例えば、パラメータ生成部は、複数の凝集剤の注入率の値を生成することができる。生成された値は、計測器からのデータとともに学習済みモデルに渡され、それに対応する複数の所定の目的変数の値が出力される(例えば、パラメータ生成部が、候補となる凝集剤の注入率を6つ生成した場合、これに対応して、目的変数の値は6つ出力される)。 The parameter generation unit generates parameters (specifically, the injection rate of the flocculant) used as a part of the explanatory variables of the trained model. For example, the parameter generator can generate values for the injection rates of the plurality of flocculants. The generated value is passed to the trained model together with the data from the measuring instrument, and the values of a plurality of predetermined objective variables corresponding to the generated values are output (for example, the parameter generator determines the injection rate of the candidate flocculant). When 6 are generated, 6 values of the objective variable are output correspondingly).

情報取得部は、上述した計測器と直接又は間接的に通信可能に接続され、計測器が測定した値を受信することができる。また、情報取得部は、水処理プラントの運転操作に関わるパラメータの値(例えば、攪拌時間、撹拌速度など)も取得することができる。受信した値の一部は、上記学習済みモデルの説明変数用のデータとして使用される。 The information acquisition unit is directly or indirectly communicably connected to the above-mentioned measuring instrument, and can receive the value measured by the measuring instrument. In addition, the information acquisition unit can also acquire the values of parameters related to the operation of the water treatment plant (for example, stirring time, stirring speed, etc.). A part of the received values is used as data for the explanatory variables of the trained model.

算出部は、パラメータ生成部が生成した説明変数を受信することができる。また、算出部は、学習済みモデルが出力した目的変数も受信することができる。これらに基づいて、算出部は、説明変数と目的変数との関係を示すプロット図を生成することができる。更には、算出部は、前記プロット図を利用して、説明変数と目的変数との関係を示す曲線を生成することができる。そして、算出部は、前記プロット図とは独立して又はこれに依存して、説明変数に対する目的変数の変化率を算出することができる。 The calculation unit can receive the explanatory variables generated by the parameter generation unit. The calculation unit can also receive the objective variable output by the trained model. Based on these, the calculation unit can generate a plot diagram showing the relationship between the explanatory variable and the objective variable. Further, the calculation unit can generate a curve showing the relationship between the explanatory variable and the objective variable by using the plot diagram. Then, the calculation unit can calculate the rate of change of the objective variable with respect to the explanatory variable independently of or depending on the plot diagram.

更に算出部は、採用すべき注入率を決定することができる。前記決定は少なくとも以下に基づいて行うことができる。
・説明変数(explanatory variable、EV)に対する目的変数(objective variable、OV)の変化率の絶対値が所定の基準値以下又は所定の基準値未満であること、
Further, the calculation unit can determine the injection rate to be adopted. The determination can be made at least on the basis of:
-The absolute value of the rate of change of the objective variable (Objective variable, OV) with respect to the explanatory variable (explanatory variable, EV) is less than or equal to the predetermined reference value or less than the predetermined reference value.

前記決定は、更に以下に基づいて行うことができる。
・決定される凝集剤の注入率が、目的変数が最適となるときの注入率の値より低いこと。
The determination can be further made on the basis of:
-The determined injection rate of the flocculant is lower than the value of the injection rate when the objective variable is optimal.

前記決定は、更に以下に基づいて行うことができる。
・目的変数(objective variable、OV)の値が、所定の基準値以上であるか否か、所定の基準値超であるか否か、所定の基準値以下であるか否か、又は所定の基準値未満であるか否か。
The determination can be further made on the basis of:
-Whether the value of the objective variable (obvious variable, OV) is equal to or more than a predetermined reference value, exceeds a predetermined reference value, is equal to or less than a predetermined reference value, or is a predetermined reference. Whether it is less than the value.

2.データベースの形成
上記システムの一部に含まれるデータベースの最も重要な目的は、学習済みモデルを構築するための学習用データを記憶することにある。具体的には学習用のデータとして、ジャーテストの結果を記憶することを目的としてもよい。無論、学習用のデータとして、ジャーテストの結果に限定されず、例えば、過去の水処理プラントの運用データを利用してもよい。さらに言えば、複数の水処理プラントの運用データを組み合わせたものを利用してもよく、又は複数の水処理プラントのジャーテストのデータを組み合わせたものを利用してもよい。或いは、少なくとも1つの水処理プラントの運用データと少なくとも1つの水処理プラントのジャーテストのデータとを組み合わせたものを利用してもよい。例えば、ジャーテストの結果に関するデータ及び運用データとして、計測器が測定した水質データ、凝集剤の注入率等を記憶することができる。計測器が測定した水質データとして、例えば、温度、濁度、透明度、色度、pH、アルカリ度、微粒子数、TOC(total organic carbon、全有機炭素)、COD(Chemical Oxygen Demand)、紫外線吸光度、有機物分画が挙げられる。それ以外に気象情報(例えば、天候、気温、雨量、台風(例えば、風力、中心気圧等)等)、pH調製用薬品注入率等が記憶されてもよい。水質データ(例えば、TOC、紫外線吸光度、有機物分画、濁度、及び透明度、特に濁度及び透明度)については、凝集剤の注入前のもの、及び凝集後のものを記憶してもよい。データを記憶する形式については特に限定されず、典型的にはテーブル形式で記憶してもよい。
2. Database formation The most important purpose of the database included in a part of the above system is to store training data for building a trained model. Specifically, the purpose may be to store the result of the jar test as learning data. Of course, the data for learning is not limited to the result of the jar test, and for example, the operation data of the past water treatment plant may be used. Furthermore, a combination of operational data of a plurality of water treatment plants may be used, or a combination of jar test data of a plurality of water treatment plants may be used. Alternatively, a combination of operational data of at least one water treatment plant and jar test data of at least one water treatment plant may be used. For example, as data related to the result of the jar test and operational data, water quality data measured by the measuring instrument, injection rate of coagulant, and the like can be stored. Water quality data measured by the measuring instrument includes, for example, temperature, turbidity, transparency, chromaticity, pH, alkalinity, number of fine particles, TOC (total organic carbon), COD (Chemical Oxygen Demand), ultraviolet absorbance, and the like. Organic fractions can be mentioned. In addition, weather information (for example, weather, temperature, rainfall, typhoon (for example, wind power, central pressure, etc.), etc.), pH adjusting chemical injection rate, and the like may be stored. Water quality data (eg, TOC, UV absorbance, organic matter fractionation, turbidity, and transparency, especially turbidity and transparency) may be stored before and after injection of the flocculant. The format for storing the data is not particularly limited, and typically, the data may be stored in a table format.

上記水質データに加えて、或いは、これに代えて、学習用データとして、運転操作条件データを記憶してもよい。運転操作条件データの例として、例えば、攪拌時間、撹拌速度等が挙げられる。ただし、凝集剤の注入率は、運転操作条件データには含めない。 In addition to or instead of the above water quality data, operation operation condition data may be stored as learning data. Examples of operating operation condition data include, for example, stirring time, stirring speed, and the like. However, the injection rate of the flocculant is not included in the operating condition data.

これらのデータは、学習を行う際の説明変数及び目的変数として利用されるため、互いに関連付けて記憶される(例えば、テーブルで同一の行に記憶される等)。 Since these data are used as explanatory variables and objective variables when performing learning, they are stored in association with each other (for example, stored in the same row in a table).

上記情報処理装置は、データベースから上記説明変数及び目的変数を取得して、学習対象のモデルに学習データを提供することができ、そして、学習済みモデルを構築することができる。学習モデルの種類やモデルの複雑さに対応して、適切なデータ量を調整することが好ましい。また、更に好ましいのは、季節変動も考慮して、気象情報(例えば、天候、気温、雨量、台風(例えば、風力、中心気圧等)等)に関して少なくとも1年分以上の範囲にわたるデータを記憶し、これを学習用データとして提供することである。 The information processing apparatus can acquire the explanatory variables and the objective variables from the database, provide training data to the model to be trained, and can build a trained model. It is preferable to adjust the appropriate amount of data according to the type of training model and the complexity of the model. Further, it is more preferable to store data for at least one year or more regarding weather information (for example, weather, temperature, rainfall, typhoon (for example, wind force, central pressure, etc.), etc.) in consideration of seasonal fluctuations. , This is to be provided as learning data.

なお、データベースに対しては、適宜、変更を行うことができる。例えば、データベースに対して、新たな学習用のデータを追加したり、既存の学習用データを更新したり、及び、既存の学習用データを削除したりすることができる。更には、前記のような変更が行われた後で、変更後の学習用のデータを利用して再学習させてもよい。 The database can be changed as appropriate. For example, new learning data can be added to the database, existing learning data can be updated, and existing learning data can be deleted. Further, after the above-mentioned change is made, the changed learning data may be used for re-learning.

3.学習済みモデルの形成
学習済みモデルの形成について、上述したような様々な技術を利用することができるが、ここでは、ニューラルネットワークを例にとって説明する。上述した数のニューロンを各層に設け、更には、上述した数の層を設ける。また、説明変数の数に応じて入力部を設ける。説明変数としては、凝集剤の注入率(EV1)と、凝集剤の注入前の少なくとも1つの水質データ及び/又は運転操作条件データ(EV2)とを含む。また、目的変数としては、凝集剤を注入することにより凝集が起こった後(即ち、凝集剤の注入・凝集後)の少なくとも1つの水質データ(OV)を含む(例えば、2つ以上の水質データの組み合わせを含んでもよい)。
3. 3. Formation of trained model Various techniques as described above can be used for forming a trained model, but here, a neural network will be described as an example. The above-mentioned number of neurons is provided in each layer, and the above-mentioned number of neurons is further provided. In addition, an input unit is provided according to the number of explanatory variables. Explanatory variables include the coagulant injection rate (EV1) and at least one water quality data and / or operating condition data (EV2) prior to coagulant injection. Further, the objective variable includes at least one water quality data (OV) after aggregation occurs by injecting the flocculant (that is, after injection / aggregation of the flocculant) (for example, two or more water quality data). May include a combination of).

凝集剤の注入前の少なくとも1つの水質データとしては、温度、濁度、透明度、色度、pH、アルカリ度、微粒子数、TOC、COD、紫外線吸光度、有機物分画のうち少なくとも1つを含む。更には、凝集剤の注入前の少なくとも1つの水質データは、pH調製用薬品注入率を含んでもよい。運転操作条件データとしては、攪拌時間、撹拌速度等を含んでもよい。また、本明細書で使用する「凝集剤の注入前」とは、絶対的な意味ではなく、相対的な意味として用いる。例えば、凝集剤を3回注入する場合、1回目の注入・凝集後〜2回目の注入前の間の水質データは、1回目の注入の観点からは、注入・凝集後の水質データとなるものの、2回目の注入の観点からは注入前の水質データとなる。従って、こうしたそれぞれの注入の間の水質データも、注入前の水質データに含めることができる。注入・凝集後の水質データについても同様である。 At least one water quality data before injection of the flocculant includes at least one of temperature, turbidity, transparency, chromaticity, pH, alkalinity, number of fine particles, TOC, COD, ultraviolet absorbance, and organic fraction. Furthermore, at least one water quality data prior to injection of the flocculant may include the pH adjusting chemical injection rate. The operating operation condition data may include stirring time, stirring speed, and the like. Moreover, "before injection of a flocculant" used in this specification is used as a relative meaning, not an absolute meaning. For example, when the flocculant is injected three times, the water quality data between after the first injection / aggregation and before the second injection is the water quality data after the injection / aggregation from the viewpoint of the first injection. From the viewpoint of the second injection, it is the water quality data before the injection. Therefore, the water quality data between each of these injections can also be included in the pre-injection water quality data. The same applies to the water quality data after injection and aggregation.

凝集剤の注入・凝集後の少なくとも1つの水質データは、凝集剤の注入による効果を確認する目的で取得するため、当該効果に関連するものを含むことができる。より具体的には、凝集剤の注入・凝集後の少なくとも1つの水質データは、TOC、紫外線吸光度、濁度、透明度等を含むことができる。 At least one water quality data after injection / aggregation of the flocculant is acquired for the purpose of confirming the effect of the injection of the flocculant, and thus can include those related to the effect. More specifically, at least one water quality data after injection / aggregation of the flocculant can include TOC, ultraviolet absorbance, turbidity, transparency and the like.

こうした説明変数(EV1〜2)を入力し、出力した値と正解の値との差分(エラー)を算出し、そして、各種パラメータ(例、各ニューロンへの重みづけ、定数項等)を調整することを繰り返すことで学習済みモデルを構築することができる。 Input these explanatory variables (EV1 and EV2), calculate the difference (error) between the output value and the correct answer value, and adjust various parameters (eg, weighting to each neuron, constant term, etc.). By repeating this, a trained model can be constructed.

なお、ニューラルネットワーク以外の機械学習の手法によっても学習済みモデルを構築することができるが、当分野で公知の手法を用いればよく(例えば、決定木については特許文献3参照)、ここでは説明を割愛する。 A trained model can be constructed by a machine learning method other than a neural network, but a method known in the art may be used (for example, refer to Patent Document 3 for a decision tree). Omit.

なお、構築する学習済みモデルは、1つだけに限定されない。好ましい実施形態においては、学習済みモデルを複数構築してもよい。 The trained model to be constructed is not limited to one. In a preferred embodiment, a plurality of trained models may be constructed.

例えば、情報処理装置がグループ判定部を備えており、グループ判定部はクラスター分析を実施してもよい。例えば、上記説明変数の一部である凝集剤の注入前の少なくとも1つの水質データをクラスター分析して、いくつかのグループに分け、各グループ毎に学習済みモデルを構築してもよい。例えば、説明変数をクラスター分析して、A、B、Cの3つのグループに分けられる場合には、Aに該当する説明変数を利用して、学習済みモデルAを構築し、Bに該当する説明変数を利用して、学習済みモデルBを構築し、そして、Cに該当する説明変数を利用して、学習済みモデルCを構築してもよい。 For example, the information processing apparatus may include a group determination unit, and the group determination unit may perform cluster analysis. For example, at least one water quality data before injection of the flocculant, which is a part of the above explanatory variables, may be cluster-analyzed, divided into several groups, and a trained model may be constructed for each group. For example, when the explanatory variables are cluster-analyzed and divided into three groups A, B, and C, the trained model A is constructed using the explanatory variables corresponding to A, and the explanation corresponding to B is used. The trained model B may be constructed by using the variables, and the trained model C may be constructed by using the explanatory variables corresponding to C.

そして、運用段階で学習済みモデルを活用する場合には、入力する説明変数について、グループ判定部が、どのグループに属するかを判定し、これに対応する学習済みモデルを選択するような判定を行ってもよい。 Then, when utilizing the trained model at the operation stage, the group judgment unit determines which group the input explanatory variable belongs to, and makes a judgment such as selecting the corresponding trained model. You may.

クラスター分析の具体的な手法については、特に限定されず、当分野で公知の手法を採用すればよい。 The specific method of cluster analysis is not particularly limited, and a method known in the art may be adopted.

4.凝集剤の種類
凝集剤の種類については特に限定されず、当分野で公知の物を使用することができる。例えば、凝集剤の例として、ポリ硫酸第二鉄、塩化第二鉄、PAC(ポリ塩化アルミニウム)又は硫酸バンドなどが挙げられる。更に、凝集剤の例として、これ以外に、高分子凝集剤(ポリマー)、凝集助剤、有機凝結剤、無機凝結剤、或いは凝集改良剤なども挙げられ、これらは単独或いは併用して用いることもできる。浄水処理においては典型的には、PACを利用することができる。
4. Types of coagulants The types of coagulants are not particularly limited, and those known in the art can be used. For example, examples of the flocculant include ferric polysulfate, ferric chloride, PAC (polyaluminum chloride) or a sulfate band. Further, examples of the coagulant also include a polymer coagulant (polymer), a coagulation aid, an organic coagulant, an inorganic coagulant, a coagulation improver, and the like, and these may be used alone or in combination. You can also. In the water purification treatment, PAC can be typically used.

5.凝集剤の注入率の決定方法
上記のようにデータベースの構築、更には学習済みモデルを構築することで、凝集剤を利用する水処理プラントにおける運用の準備が完了する。
5. Method for determining the injection rate of coagulant By constructing the database and the trained model as described above, the preparation for operation in the water treatment plant using the coagulant is completed.

一実施形態において、本発明は、凝集剤の注入率を適正化する方法に関する(特に運用段階で、原水に対する凝集剤の注入率の適正化に関する)。前記方法は、少なくとも以下の工程を含む。
(1)水処理プラントにおける凝集剤の注入前の少なくとも1つの水質データ及び/又は運転操作条件データ(EV2)を取得する工程
(2)凝集剤の注入率(EV1)のパラメータを複数生成する工程
(3)取得したEV2と生成されるEV1から、凝集剤の注入・凝集後の少なくとも1つの水質データ(OV)を出力する工程
(4)生成されるEV1と出力されるOVとに基づいて、凝集剤の注入率を決定する工程
In one embodiment, the present invention relates to a method for optimizing the coagulant injection rate (particularly at the operational stage, relating to optimizing the coagulant injection rate into raw water). The method comprises at least the following steps.
(1) Step of acquiring at least one water quality data and / or operation operation condition data (EV2) before injection of coagulant in a water treatment plant (2) Step of generating a plurality of parameters of coagulant injection rate (EV1) (3) A step of outputting at least one water quality data (OV) after injection / aggregation of the coagulant from the acquired EV2 and the generated EV1 (4) Based on the generated EV1 and the output OV. Step to determine the injection rate of coagulant

上記(1)の工程について、情報処理装置(特に情報取得部)は、計測器から水質データ及び/又は運転操作条件データを取得することができる。水質データの具体的な項目については、学習済みモデルを構築する際に入力した水質データと同じものを取得する。例えば、学習済みモデルを構築する際に、温度、濁度、色度、pH、アルカリ度、微粒子数、TOC(total organic carbon、全有機炭素)、COD、紫外線吸光度、及び有機物分画を使用したのであれば、運用段階においても、計測器から、凝集剤注入前の温度、濁度、色度、pH、アルカリ度、微粒子数、TOC(total organic carbon、全有機炭素)、COD、紫外線吸光度、及び有機物分画を取得する。 Regarding the step (1) above, the information processing apparatus (particularly the information acquisition unit) can acquire water quality data and / or operation operation condition data from the measuring instrument. As for the specific items of water quality data, the same water quality data entered when building the trained model is acquired. For example, temperature, turbidity, chromaticity, pH, alkalinity, number of microparticles, TOC (total organic carbon), COD, UV absorbance, and organic fractions were used in building the trained model. If so, even in the operation stage, from the measuring instrument, the temperature, turbidity, chromaticity, pH, alkalinity, number of fine particles, TOC (total organic carbon, total organic carbon), COD, ultraviolet absorbance, etc. And obtain the organic matter fraction.

上記(2)の工程について、パラメータ生成部は、凝集剤の注入率の数値を複数生成する。生成する際には、予め設定された数値を生成してもよい。或いは、ランダムに数値を生成してもよい。或いは、被処理水濁度を既存の演算式に代入することによって算出される標準凝集剤注入率を中心に、特定の値(例えば、0.1mg/L、1mg/L、10mg/Lなど)刻みで設定してもよい。或いは、被処理水濁度の範囲ごとに標準注入率を決めておいて、当該標準注入率を中心に、特定の値(例えば、0.1mg/L、1mg/L、10mg/Lなど)刻みで設定してもよい。或いは、被処理水濁度に応じて、注入率の範囲を決めておいて、所定の値(例えば、0.1mg/L、1mg/L、10mg/Lなど)刻みで設定してもよい。後で、各注入率における予測値を比較する目的から、凝集剤の注入率の候補値は複数作成する。例えば、ある被処理水濁度の場合には、15mg/Lから35mg/Lの範囲で、2mg/Lごとに11個の凝集剤の注入率の候補値を作成する。 Regarding the step (2) above, the parameter generation unit generates a plurality of numerical values of the injection rate of the coagulant. When generating, a preset numerical value may be generated. Alternatively, a numerical value may be randomly generated. Alternatively, a specific value (for example, 0.1 mg / L, 1 mg / L, 10 mg / L, etc.) is centered on the standard flocculant injection rate calculated by substituting the water turbidity to be treated into an existing formula. It may be set in increments. Alternatively, a standard injection rate is determined for each range of water turbidity to be treated, and a specific value (for example, 0.1 mg / L, 1 mg / L, 10 mg / L, etc.) is set around the standard injection rate. You may set with. Alternatively, the range of the injection rate may be determined according to the water turbidity to be treated, and may be set in increments of predetermined values (for example, 0.1 mg / L, 1 mg / L, 10 mg / L, etc.). Later, for the purpose of comparing the predicted values at each injection rate, a plurality of candidate values for the injection rate of the flocculant are created. For example, in the case of a certain water turbidity to be treated, candidate values for injection rates of 11 flocculants are created every 2 mg / L in the range of 15 mg / L to 35 mg / L.

更に、パラメータ生成は数段階に分けてもよく、例えば、任意に注入率の範囲を広範囲で決めておき(例10〜200mg/L)、所定の刻み(例10mg/L)でEV1を設定し、予測させたのちに、最適注入率(変化率がゼロ)を含むより狭い範囲(例30〜50mg/L)でさらに細かい刻み(例2mg/L)でEV1を設定し、予測させ、前記記載の変化率のルールで注入率を採用することもできる。 Further, the parameter generation may be divided into several stages. For example, the range of the injection rate is arbitrarily determined in a wide range (Example 10 to 200 mg / L), and EV1 is set in a predetermined step (Example 10 mg / L). After predicting, EV1 is set in a narrower range (eg 30 to 50 mg / L) including the optimum injection rate (zero rate of change) in finer increments (eg 2 mg / L), predicted, and described above. It is also possible to adopt the injection rate according to the rule of the rate of change of.

上記(3)の工程について、学習済みモデルは、パラメータ生成部が生成した凝集剤の注入率と、計測器から取得した水質データ及び/又は運転操作条件データを入力として受け取り、凝集剤注入・凝集後の水質データの予測値(例えば、濁度の予測値)を出力する。例えば、パラメータ生成部が凝集剤の注入率の数値を5つ生成した場合には、これに対応して、5つの凝集剤注入・凝集後の水質データの予測値が出力される。 Regarding the step (3) above, the trained model receives the injection rate of the coagulant generated by the parameter generator and the water quality data and / or the operation operation condition data acquired from the measuring instrument as inputs, and injects and coagulates the coagulant. The predicted value of the subsequent water quality data (for example, the predicted value of turbidity) is output. For example, when the parameter generation unit generates five numerical values of the coagulant injection rate, the predicted values of the water quality data after the injection and coagulation of the five coagulants are output correspondingly.

上記(4)の工程について、算出部は、凝集剤の注入率に対する、凝集剤注入・凝集後の水質データの変化率を算出する。例えば、水質データが濁度の場合には、以下のような式で算出することができる。
処理水濁度変化率i=(予測処理水濁度i+1−予測処理水濁度i)/(凝集剤注入率i+1(mg/L)−凝集剤注入率i(mg/L))
凝集後の水質データ(例えば、濁度)と、凝集剤の注入率との関係を示す曲線を作成し、表示することもできる。
Regarding the step (4) above, the calculation unit calculates the rate of change of the water quality data after the coagulant injection / aggregation with respect to the coagulant injection rate. For example, when the water quality data is turbidity, it can be calculated by the following formula.
Treatment water turbidity change rate i = (Prediction treatment water turbidity i + 1 -Prediction treatment water turbidity i ) / (Coagulant injection rate i + 1 (mg / L) -Coagulant injection rate i (mg / L) )
It is also possible to create and display a curve showing the relationship between the water quality data after agglutination (for example, turbidity) and the injection rate of the agglutinant.

次に、算出部は、上述した方法で処理水濁度変化率の変化率を算出し、当該変化率の絶対値が、所定の基準値を下回る又は所定の基準値未満となるような、凝集剤の注入率の範囲を決定する。変化率に関する所定の基準値については、具体的に限定されず、水処理の目的等を考慮しながら適宜設定することができる。例えば、図3の例で説明すると、三角形の高さが所定の値より低くなるような、凝集剤の注入率の範囲を決定する。この場合には、t2〜t4が、所定の基準値を下回る又は所定の基準値未満となるような、凝集剤の注入率の範囲として表現されている。 Next, the calculation unit calculates the rate of change of the treated water turbidity change rate by the method described above, and aggregates such that the absolute value of the rate of change is less than or less than a predetermined reference value. Determine the range of agent infusion rates. The predetermined reference value regarding the rate of change is not specifically limited, and can be appropriately set in consideration of the purpose of water treatment and the like. For example, in the example of FIG. 3, the range of the coagulant injection rate is determined so that the height of the triangle is lower than a predetermined value. In this case, t2 to t4 are expressed as a range of the injection rate of the flocculant so as to be below the predetermined reference value or below the predetermined reference value.

好ましくは、算出部は、上記条件に加えて、目的変数が最適となるときの注入率の値よりも低くなるような、凝集剤の注入率の範囲を決定する。図3の例で説明すると、t2〜t3の範囲が、対象の凝集剤の注入率の範囲として表現されている。 Preferably, in addition to the above conditions, the calculator determines a range of coagulant injection rates such that the objective variable is lower than the optimum injection rate value. Explaining with the example of FIG. 3, the range of t2 to t3 is expressed as the range of the injection rate of the target flocculant.

従来技術(例えば特許文献1)では、曲線を分析する際に、単純に変化率がゼロとなるような値を抽出したり(特許文献1の図12のK13)(本明細書に添付した図面の図3のt3)、所定の閾値を下回る部分を抽出したりしていた(特許文献1の図12のK14)(本明細書に添付した図面の図3のt1、t5)。 In the prior art (for example, Patent Document 1), when analyzing a curve, a value such that the rate of change is simply zero is extracted (K13 in FIG. 12 of Patent Document 1) (drawing attached to the present specification). 3), a portion below a predetermined threshold was extracted (K14 in FIG. 12 of Patent Document 1) (t1, t5 in FIG. 3 of the drawing attached to the present specification).

この点、t2〜t4を凝集剤の注入率の範囲(例えば、t2<=凝集剤の注入率<t3、t3<凝集剤の注入率<=t4となるような範囲)として決定することで、最適値となるt3と比べて遜色のない濁度を得ることが期待できる。特に、最適値であるt3より低いt2〜t3を凝集剤の注入率の範囲として決定することで、最適値のt3と比べて凝集剤のコストを下げることが期待できる。ここでは、目的変数として濁度を採用しているため、最適値は、濁度の最低値となる。しかし、最適値は、目的変数の種類に依存して、最高値であってもよく、又は最低値であってもよい。例えば、最低値が最適となる目的変数の例として、TOC、紫外線吸光度、濁度等が挙げられる。逆に、最高値が最適となる目的変数の例として、透明度等が挙げられる。 In this regard, by determining t2 to t4 as the range of the coagulant injection rate (for example, the range in which t2 <= coagulant injection rate <t3, t3 <coagulant injection rate <= t4). It can be expected to obtain turbidity comparable to that of t3, which is the optimum value. In particular, by determining t2 to t3, which is lower than the optimum value t3, as the range of the coagulant injection rate, it can be expected that the cost of the coagulant is reduced as compared with the optimum value t3. Here, since turbidity is adopted as the objective variable, the optimum value is the lowest value of turbidity. However, the optimum value may be the highest value or the lowest value, depending on the type of the objective variable. For example, TOC, ultraviolet absorbance, turbidity, and the like can be mentioned as examples of objective variables for which the minimum value is optimal. On the contrary, as an example of the objective variable in which the maximum value is optimal, transparency and the like can be mentioned.

なお、変化率がゼロとなるような箇所が複数生じる可能性は極めて低いため、局所最適解のような問題は実質的に考慮しなくてもよい。即ち、変化率がゼロとなる複数の凝集剤の注入率の領域のうちどちらを採用するかといった判断を別途行う必要はない。 Since it is extremely unlikely that a plurality of locations where the rate of change will be zero will occur, it is not necessary to substantially consider a problem such as a locally optimal solution. That is, it is not necessary to separately determine which of the regions of the injection rates of the plurality of coagulants at which the rate of change is zero is to be adopted.

なお、必須ではないものの、上記に加えて、算出部は、凝集剤注入・凝集後の水質データ(例えば、濁度)の値が所定の基準値を下回るかどうか、又は所定の基準値未満となるかどうかに、更に基づいて、凝集剤の注入率の範囲を決定してもよい。凝集剤注入・凝集後の水質データが透明度の場合には、算出部は、所定の基準値を上回るかどうか、又は所定の基準値超となるかどうかに基づいて凝集剤の注入率の範囲を決定してもよい。例えば、変化率が所定の値以下となるt2〜t4の範囲で、凝集剤注入・凝集後の水質データ(濁度)の値が所定の基準値を超えている部分と、下回る部分とが存在することがある。こうした場合、凝集剤注入・凝集後の水質データ(濁度)の値と所定の基準値との関係に更に基づいて、注入率を決定してもよい。 Although it is not essential, in addition to the above, the calculation unit determines whether the value of the water quality data (for example, turbidity) after injection and aggregation of the coagulant is below the predetermined reference value or less than the predetermined reference value. The range of coagulant injection rates may be determined based further on whether or not this is the case. When the water quality data after injecting and aggregating the coagulant is transparent, the calculation unit sets the range of the coagulant injection rate based on whether it exceeds the predetermined reference value or exceeds the predetermined reference value. You may decide. For example, in the range of t2 to t4 where the rate of change is equal to or less than a predetermined value, there are a portion where the value of the water quality data (turbidity) after injection and aggregation of the coagulant exceeds a predetermined reference value and a portion where the value is lower than the predetermined reference value. I have something to do. In such a case, the injection rate may be determined based on the relationship between the value of the water quality data (turbidity) after injection and aggregation of the coagulant and the predetermined reference value.

凝集剤の注入率を決定した後は、情報処理装置は、例えば、凝集剤注入装置に、注入率を指定する信号を送信することができる。そして、凝集剤注入装置は、指定された注入率となるよう凝集剤を注入することができる。これにより、迅速に注入率を決定することができ、急激な水質変化にも迅速に対応することができる。 After determining the coagulant injection rate, the information processing device can transmit, for example, a signal specifying the injection rate to the coagulant injection device. Then, the flocculant injection device can inject the flocculant so as to have a designated injection rate. As a result, the injection rate can be determined quickly, and it is possible to quickly respond to sudden changes in water quality.

また、凝集剤の注入率の決定については、ピンポイントの注入率を出力してもよいし、候補となる注入率の数値範囲を出力してもよい。ピンポイントの注入率を出力する場合には、上述した方法で、まず数値範囲を絞ってから、所定のルールに従って(例えば、数値範囲の中で、凝集剤の注入コストが一番低い値を選択する等)、ピンポイントの数値を出力してもよい。 Further, regarding the determination of the injection rate of the flocculant, the pinpoint injection rate may be output, or the numerical range of the candidate injection rate may be output. When outputting the pinpoint injection rate, first narrow down the numerical range by the above method, and then select the value with the lowest coagulant injection cost in the numerical range according to a predetermined rule (for example, in the numerical range. Etc.), pinpoint numerical values may be output.

6.実施例
最初にニューラルネットワークを活用した学習済みモデルを構築した。目的変数として、浄水場におけるジャーテストの処理水の濁度(度)を採用した。また、説明変数として、PAC注入率(mg/L)、原水水温(℃)、濁度(度)、pH、及びアルカリ度(mg/L)を採用した。ニューラルネットワークには、これに対応した数の入力部分を設けた。また、ニューロンは2層とし、各層のニューロンの層については、1層目は4つ、2層目は2つにした。
6. Example First, a trained model using a neural network was constructed. The turbidity (degree) of the treated water of the jar test at the water purification plant was adopted as the objective variable. Further, as explanatory variables, PAC injection rate (mg / L), raw water temperature (° C.), turbidity (degree), pH, and alkalinity (mg / L) were adopted. The neural network is provided with a corresponding number of input parts. The number of neurons was two, and the number of layers of neurons in each layer was four in the first layer and two in the second layer.

ここでは、ジャーテストデータ1年分を学習用データとして学習済みモデルを構築した。 Here, a trained model was constructed using one year's worth of jar test data as training data.

学習済みモデルを構築した後は、学習済みモデルに予測させるための原水水質計器のデータを準備した。 After constructing the trained model, we prepared the data of the raw water quality instrument to make the trained model predict.

凝集剤の注入率の候補を6個生成した。凝集剤の注入率の候補は、ランダムな候補値として、15、20、25、30、35、40mg/Lとした。 Six candidates for the injection rate of the flocculant were generated. The candidates for the injection rate of the flocculant were 15, 20, 25, 30, 35, and 40 mg / L as random candidate values.

原水水質計器のデータから説明変数に関するデータ(即ち、水温、濁度、pH、及びアルカリ度)を抽出した。これらの抽出データと、候補の凝集剤の注入率とを学習済みモデルに入力し、予測濁度の値を得た。また、候補の凝集剤の注入率で凝集剤を注入した後の濁度も測定した。これらの結果を図4に示す。 Data on explanatory variables (ie, water temperature, turbidity, pH, and alkalinity) were extracted from the raw water quality meter data. These extracted data and the injection rate of the candidate flocculant were input to the trained model to obtain the predicted turbidity value. The turbidity after injecting the flocculant was also measured at the injection rate of the candidate flocculant. These results are shown in FIG.

図4に示すプロット図では、変化率を視覚的に示しているが、この変化率等に基づいて、採用すべき凝集剤の注入率を決定すればよい。例えば、図4の矢印に示すように、変化率も低く、且つ極小値よりも左側(即ち、凝集剤の注入率が少なくなる方向)に該当する箇所を、採用すべき凝集剤の注入率として決定することができる。この実施例では、変化率の絶対値が0.1、より好ましくは0.02より低い注入点のうち、最も低い注入率である20mg/Lを採用する。こうした決定は情報処理装置を使用することで迅速に決定することができる。 In the plot diagram shown in FIG. 4, the rate of change is visually shown, but the injection rate of the flocculant to be adopted may be determined based on the rate of change and the like. For example, as shown by the arrow in FIG. 4, the portion corresponding to the left side of the minimum value (that is, the direction in which the injection rate of the coagulant decreases), which has a low rate of change, is set as the injection rate of the coagulant to be adopted. Can be decided. In this example, 20 mg / L, which is the lowest injection rate among injection points having an absolute value of change of 0.1, more preferably 0.02, is adopted. Such a decision can be made quickly by using an information processing device.

以上、本発明の具体的な実施形態について説明してきた。上記実施形態は、本発明の具体例に過ぎず、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、上述の実施形態の1つに開示された技術的特徴は、他の実施形態に適用することができる。また、特記しない限り、特定の方法については、一部の工程を他の工程の順序と入れ替えることも可能であり、特定の2つの工程の間に更なる工程を追加してもよい。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって規定される。 The specific embodiments of the present invention have been described above. The above-described embodiment is merely a specific example of the present invention, and the present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, the technical features disclosed in one of the above embodiments can be applied to other embodiments. Further, unless otherwise specified, for a specific method, it is possible to replace some steps with the order of other steps, and an additional step may be added between the two specific steps. The scope of the present invention is defined by the claims.

Claims (6)

凝集剤の注入率を適正化するための情報処理装置であって、
前記情報処理装置は、学習済みモデルと、パラメータ生成部と、情報取得部と、算出部とを備え、
前記学習済みモデルは、所定の説明変数を受け取り、所定の目的変数を出力するように構成され、
前記所定の説明変数は、凝集剤の注入率(EV1)と、前記凝集剤の注入前の少なくとも1つの水質データ及び/又は運転操作条件データ(EV2)とを含み、
前記所定の目的変数は、前記凝集剤の注入・凝集後の少なくとも1つの水質データ(OV)を含み、
前記情報取得部は、水処理プラントのEV2を取得するように構成され、
前記パラメータ生成部は、EV1を複数生成するように構成され、
前記学習済みモデルは、前記取得したEV2と前記生成されるEV1から、OVを出力するように構成され、
前記算出部は、前記生成されるEV1と前記出力されるOVとに基づいて、凝集剤の注入率を決定するように構成され、
前記凝集剤の注入率の決定は、前記EV1に対する前記OVの変化率の絶対値が所定の基準値以下又は所定の基準値未満であることに基づいて決定される、
装置。
An information processing device for optimizing the injection rate of coagulant.
The information processing device includes a trained model, a parameter generation unit, an information acquisition unit, and a calculation unit.
The trained model is configured to receive a given explanatory variable and output a given objective variable.
The predetermined explanatory variable includes the injection rate of the flocculant (EV1) and at least one water quality data and / or operation operation condition data (EV2) before the injection of the flocculant.
The predetermined objective variable includes at least one water quality data (OV) after injection / aggregation of the flocculant.
The information acquisition unit is configured to acquire EV2 of the water treatment plant.
The parameter generation unit is configured to generate a plurality of EV1s.
The trained model is configured to output an OV from the acquired EV2 and the generated EV1.
The calculation unit is configured to determine the injection rate of the flocculant based on the generated EV1 and the output OV.
The determination of the injection rate of the flocculant is determined based on the absolute value of the rate of change of the OV with respect to EV1 being less than or equal to a predetermined reference value or less than a predetermined reference value.
Device.
請求項1の装置であって、前記凝集剤の注入率の決定が、更に以下の条件に基づいて決定される、装置。
前記決定される凝集剤の注入率が、前記OVが最適となるときの前記EV1より低いこと。
The device according to claim 1, wherein the determination of the injection rate of the flocculant is further determined based on the following conditions.
The determined coagulant injection rate is lower than EV1 when the OV is optimal.
請求項1又は2の装置であって、
前記装置が、グループ判定部を更に備え、
前記グループ判定部は、前記EV2をクラスター分析して、グループを判定するように構成され、
前記学習済みモデルは、各グループ毎に備えられ、
前記グループ判定部は、グループ判定結果に基づいて、前記学習済みモデルを選択し、前記選択された前記学習済みモデルに、OVを出力させる、
装置。
The device according to claim 1 or 2.
The device further comprises a group determination unit.
The group determination unit is configured to perform cluster analysis of the EV2 to determine a group.
The trained model is provided for each group.
The group determination unit selects the trained model based on the group determination result, and causes the selected trained model to output an OV.
Device.
凝集剤の注入率を適正化するためのシステムであって、
前記システムは、請求項1〜3いずれか1項に記載の情報処理装置と、データベースとを備え、
前記データベースでは、前記EV1と、前記EV2と、前記OVとが関連付けられて記憶されており、
前記情報処理装置は、前記データベースから学習データとして、前記EV1と、前記EV2と、前記OVとを取得して、学習済みモデルを構築するように構成される、
システム。
It is a system for optimizing the injection rate of coagulant.
The system includes the information processing apparatus according to any one of claims 1 to 3 and a database.
In the database, the EV1 and the EV2 and the OV are stored in association with each other.
The information processing device is configured to acquire the EV1, the EV2, and the OV as learning data from the database, and construct a trained model.
system.
請求項4のシステムであって、
前記データベースでは、更に、気象情報が、前記EV1と、前記EV2と、前記OVとに関連付けられて記憶されており、
前記気象情報に関して少なくとも1年分以上の範囲にわたって記憶されている、
システム。
The system of claim 4
In the database, meteorological information is further stored in association with the EV1, the EV2, and the OV.
The meteorological information is stored over a range of at least one year.
system.
凝集剤の注入率を適正化する方法であって、
前記方法は、学習済みモデルを含む情報処理装置を活用した方法であり、
前記学習済みモデルは、所定の説明変数を受け取り、所定の目的変数を出力し、
前記所定の説明変数は、凝集剤の注入率(EV1)と、前記凝集剤の注入前の少なくとも1つの水質データ及び/又は運転操作条件データ(EV2)とを含み、
前記所定の目的変数は、前記凝集剤の注入・凝集後の少なくとも1つの水質データ(OV)を含み、
前記学習済みモデルは、前記EV1と、前記EV2と、前記OVとが関連付けられて記憶されたデータベースを用いて構築されており、
前記方法は、
前記情報処理装置が、水処理プラントのEV2を取得する工程と、
前記情報処理装置が、EV1を複数生成する工程と、
前記情報処理装置が、前記取得したEV2と前記生成されるEV1から、OVを出力する工程と、
前記情報処理装置が、前記生成されるEV1と前記出力されるOVとに基づいて、凝集剤の注入率を決定する工程と、
を含み、
前記凝集剤の注入率の決定する工程は、前記EV1に対する前記OVの変化率の絶対値が所定の基準値以下又は所定の基準値未満であることに基づいて決定される、
方法。
It is a method to optimize the injection rate of the coagulant.
The method is a method utilizing an information processing device including a trained model.
The trained model receives a predetermined explanatory variable, outputs a predetermined objective variable, and outputs a predetermined objective variable.
The predetermined explanatory variable includes the injection rate of the flocculant (EV1) and at least one water quality data and / or operation operation condition data (EV2) before the injection of the flocculant.
The predetermined objective variable includes at least one water quality data (OV) after injection / aggregation of the flocculant.
The trained model is constructed using a database in which EV1, EV2, and OV are associated and stored.
The method is
The process in which the information processing device acquires EV2 of the water treatment plant, and
A process in which the information processing device generates a plurality of EV1s,
A step in which the information processing device outputs an OV from the acquired EV2 and the generated EV1.
A step in which the information processing apparatus determines the injection rate of the flocculant based on the generated EV1 and the output OV.
Including
The step of determining the injection rate of the flocculant is determined based on the fact that the absolute value of the rate of change of the OV with respect to EV1 is equal to or less than a predetermined reference value or less than a predetermined reference value.
Method.
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