JP2023006728A - 下水処理プラントの運転管理システム、下水処理プラントの運転管理方法、および下水処理プラントの運転管理プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】汚水が流入する流入渠を含む地下設備を有する下水処理プラントへの汚水の予測流入量に応じて下水処理プラントの運転管理を適切に行うことができる下水処理プラントの運転管理システムを得ること。【解決手段】下水処理プラントの運転管理システム３０は、状態情報取得部４４と、予測情報取得部４３と、指標情報取得部４５と、操作パターン選択部４６とを備える。指標情報取得部４５は、状態情報取得部４４によって取得された状態情報および予測情報取得部４３によって取得された予測情報に基づき、複数種類の操作パターンの各々で揚水ポンプ１５を操作した場合の下水処理プラントの処理水の水質、流入渠の水位、および下水処理プラントの運転コストを示す情報を含む指標情報を取得する。操作パターン選択部４６は、指標情報に基づいて、複数種類の操作パターンの中から操作パターンの候補である操作パターン候補を選択する。【選択図】図８

Description

本開示は、汚水が流入する流入渠を含む地下設備から揚水ポンプによって汲み上げられた汚水を水処理設備で処理する下水処理プラントの運転管理システム、下水処理プラントの運転管理方法、および下水処理プラントの運転管理プログラムに関する。

下水処理プラントでは、流入した汚水を処理し、処理した水である処理水を河川または海に放流している。処理水を放流するためには、汚水に含まれる無機系または有機系の浮遊物、および溶解性の有機物を基準レベルまで除去する必要がある。そのため、下水処理プラントでは、浮遊物をろ過および沈殿で除去し、有機物を生物処理により分解して除去している。

下水処理プラントでは、汚水の流入量が急激に変化する場合がある。例えば、下水処理プラントで汚水が収集される地域への降雨によって下水処理プラントへの汚水の流入量が急激に変化する場合がある。そこで、特許文献１において、下水処理場に流入する下水の予測量および反応槽への流入水量の上限値などに基づいて、反応槽への流入量を調整する可動堰を制御する水処理システムが提案されている。

特開２０２０－６２９６号公報

特許文献１に記載の技術では、反応槽への流入水量の上限値を設定し、汚水の流入水量が下水処理場の処理能力を超える場合、下水処理場の処理能力を超える汚水を放流している。

しかしながら、汚水が流入する流入渠を含む地下設備から揚水ポンプによって汲み上げられた汚水を水処理設備で処理する下水処理プラントでは、汚水が流入する流入渠を含む設備が地下にあることから流入した汚水を放流することができず、特許文献１に開示の技術を適用できない。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、汚水が流入する流入渠を含む地下設備を有する下水処理プラントへの汚水の予測流入量に応じて下水処理プラントの運転管理を適切に行うことができる下水処理プラントの運転管理システムを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示にかかる下水処理プラントの運転管理システムは、汚水が流入する流入渠を含む地下設備から揚水ポンプによって汲み上げられた汚水を水処理設備で処理する下水処理プラントの運転管理システムであって、状態情報取得部と、予測情報取得部と、指標情報取得部と、操作パターン選択部とを備える。状態情報取得部は、下水処理プラントの状態を示す状態情報を取得する。予測情報取得部は、流入渠への汚水の予測流入量を示す予測情報を取得する。指標情報取得部は、状態情報および予測情報に基づき、複数種類の操作パターンの各々で揚水ポンプを操作した場合の下水処理プラントの処理水の水質、流入渠の水位、および下水処理プラントの運転コストを示す情報を含む指標情報を取得する。操作パターン選択部は、指標情報に基づいて、複数種類の操作パターンの中から操作パターンの候補である操作パターン候補を選択する。

本開示によれば、汚水が流入する流入渠を含む地下設備を有する下水処理プラントへの汚水の予測流入量に応じて下水処理プラントの運転管理を適切に行うことができる、という効果を奏する。

実施の形態１にかかる下水処理プラントの構成の一例を示す図 実施の形態１にかかる運転管理システムの機能を説明するための図 実施の形態１にかかる下水処理プラントにおける揚水設定量を通常の２倍にした場合の揚水量、基本汚水量、降雨時汚水量、貯留量、および反応槽負荷の関係の一例を示す図 実施の形態１にかかる下水処理プラントにおける揚水設定量を通常の２．５倍にした場合の揚水量、基本汚水量、降雨時汚水量、貯留量、および反応槽負荷の関係の一例を示す図 実施の形態１にかかる下水処理プラントにおける揚水設定量を通常の３倍にした場合の揚水量、基本汚水量、降雨時汚水量、貯留量、および反応槽負荷の関係の一例を示す図 実施の形態１にかかる下水処理プラントにおける揚水ポンプの揚水量の変化のさせ方の違いによる処理水の水質の違いを説明するための図 実施の形態１にかかる下水処理プラントの揚水ポンプを構成する複数のポンプのうち使用する１以上のポンプにおける消費電力量と揚水量との関係を示す図 実施の形態１にかかる運転管理システムの構成の一例を示す図 実施の形態１にかかる運転管理システムの処理部によって表示部に表示される推奨操作パターンの一例を示す図 運転管理システムの処理部によって表示部に表示される推奨操作パターンの他の例を示す図 実施の形態１にかかる運転管理システムの処理部による操作パターン情報生成処理の一例を示すフローチャート 実施の形態１にかかる運転管理システムの処理部による操作パターン提示処理の一例を示すフローチャート 実施の形態１にかかる処理部のハードウェア構成の一例を示す図 実施の形態２にかかる下水処理プラントの構成の一例を示す図 実施の形態２にかかる運転管理システムの構成の一例を示す図 実施の形態２にかかる運転管理システムの処理部による指標情報生成処理の一例を示すフローチャート 実施の形態２にかかる運転管理システムの処理部による操作パターン提示処理の一例を示すフローチャート

以下に、実施の形態にかかる下水処理プラントの運転管理システム、下水処理プラントの運転管理方法、および下水処理プラントの運転管理プログラムを図面に基づいて詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかる下水処理プラントの構成の一例を示す図である。図１に示すように、実施の形態１にかかる下水処理プラント１は、地下設備１０と、水処理設備２０と、運転管理システム３０とを備える。かかる下水処理プラント１は、分流式下水道から流入する汚水を処理する。

地下設備１０は、流入渠１１と、流入ゲート１２と、沈砂池１３と、ポンプ井１４と、揚水ポンプ１５とを備える。流入渠１１は、下水管２から流入する汚水を貯留する。下水管２は、幹線とも呼ばれる。流入ゲート１２は、流入渠１１と沈砂池１３との間に設けられ、流入渠１１から沈砂池１３への汚水の流入を制御する。かかる流入ゲート１２は、運転管理システム３０によって制御される。

沈砂池１３は、汚水の土砂などを沈殿させて取り除く。沈砂池１３から土砂などが取り除かれた汚水はポンプ井１４に流入する。揚水ポンプ１５は、沈砂池１３から流入したポンプ井１４の汚水を汲み上げて水処理設備２０へ供給する。かかる揚水ポンプ１５は、運転管理システム３０によって制御される。図１に示す例では、揚水ポンプ１５は、４つのポンプによって構成されるが、揚水ポンプ１５を構成するポンプの数は、４つに限定されず、３つ以下または５つ以上であってもよい。

水処理設備２０は、分配槽２１と、処理設備２２_１，２２_２，２２_３と、消毒設備２３とを備える。分配槽２１には、ポンプ井１４から揚水ポンプ１５によって汲み上げられた汚水が供給される。水処理設備２０は、３系統の処理設備２２_１，２２_２，２２_３によって、水処理を行う。処理設備２２_１，２２_２，２２_３は、例えば、標準活性汚泥法、嫌気無酸素好気法、または３段ステップ流入式硝化脱窒法などによって水処理を行う。

水処理設備２０は、複数の処理設備２２_１，２２_２，２２_３が互いに異なる水処理方法によって水処理を行う構成であってもよく、複数の処理設備２２_１，２２_２，２２_３の一部または全部が共通の水処理方法によって水処理を行う構成であってもよい。以下において、処理設備２２_１，２２_２，２２_３の各々を区別せずに示す場合、処理設備２２と記載する場合がある。水処理設備２０における処理設備２２の系統は、３系統に限定されず、２つ以下または４つ以上であってもよい。

処理設備２２は、最初沈殿池２４と、反応槽２５と、最終沈殿池２６とを備える。最初沈殿池２４は、分配槽２１から汚水が供給され、汚水中の比較的沈みやすい固形物などを沈殿させる。反応槽２５は、標準活性汚泥法、嫌気無酸素好気法、または３段ステップ流入式硝化脱窒法などによって、水処理を行う。反応槽２５には、反応槽２５内に空気を送り込んで活性汚泥混合液中に空気を溶解させるブロワが配置される。かかるブロワは、運転管理システム３０によって制御される。

最終沈殿池２６は、反応槽２５から流入する活性汚泥混合液を上澄み水と活性汚泥とに分離する。消毒設備２３は、最終沈殿池２６から供給される最終沈殿池２６の上澄み水を消毒して処理水として河川または海などへ放出する。また、最終沈殿池２６で分離され沈殿した汚泥は、余剰汚泥が引き抜かれた後、適量が反応槽２５に返送され、流入汚水と混合される。

次に、運転管理システム３０について説明する。運転管理システム３０は、流入渠１１の水位、水処理設備２０から放出する処理水の水質、および下水処理プラント１の運転コストなどに基づいて、下水処理プラント１の運転管理を行う。

また、運転管理システム３０は、流入渠１１へ流入する汚水の予測流入量に基づいて、揚水ポンプ１５の操作パターン候補を選択し、選択した操作パターン候補を提示したり、選択した操作パターン候補で揚水ポンプ１５を制御したりすることができる。以下においては、流入渠１１の水位を流入渠水位と記載し、水処理設備２０から放出する処理水の水質を処理水質と記載し、下水処理プラント１の消費電力量を単にプラント消費電力量と記載する場合がある。

図２は、実施の形態１にかかる運転管理システムの機能を説明するための図である。図２に示すように、運転管理システム３０は、下水処理プラント１へ汚水が収集される地域である対象地域の降雨量を示す降雨量情報を雨量計３から取得し、取得した降雨量情報に基づいて、降雨時浸入水量を予測する。降雨時浸入水量は、下水管２に浸入する雨水の量であり、雨天時浸入水量と呼ばれることもある。下水管２への雨水の浸入は、例えば、地面に浸透した雨水が目池、継手、または損傷部などから下水管２へ流入したり、下水管２の接続誤りなどによって下水管２へ流入したりすることによって生じる。

運転管理システム３０は、下水管２に流れる汚水の量である汚水流入量および下水管２に流れる汚水の水質である汚水水質を示す情報を下水処理場内または下水幹線などに設置された計測器から取得し、取得した情報を管理し保管する。そして、運転管理システム３０は、管理し保管している汚水流入量および汚水水質を示す情報と、予測した降雨時浸入水量などに基づいて、下水処理プラント１への汚水の流入量の遷移および水質の遷移を予測する。以下において、運転管理システム３０によって予測された下水処理プラント１への汚水の流入量を予測流入量と記載し、運転管理システム３０によって予測された下水処理プラント１へ流入する汚水の水質を予測水質と記載する場合がある。また、汚水水質の管理の際は、計測器による水質だけでなく、下水処理プラント１の職員が手分析した水質の併用または代用することも可能である。

そして、運転管理システム３０は、予測流入量、予測水質、および下水処理プラント１の現在の状態などに基づいて、複数種類の操作パターンの各々を評価するための指標として算出する。指標は、例えば、揚水ポンプ１５に対する複数種類の操作パターンの各々で揚水ポンプ１５を操作した場合の流入渠水位の遷移、処理水質の遷移、汚泥界面の位置の遷移、および運転コストなどである。汚泥界面は、活性汚泥の界面である。以下、揚水ポンプ１５に対する操作パターンを単に操作パターンと記載し、下水処理プラント１の運転コストを単に運転コストと記載する場合がある。

操作パターンは、例えば、単位時間当たりの揚水ポンプ１５の操作パターンである。かかる操作パターンは、揚水ポンプ１５の操作量の遷移を表し、例えば、揚水ポンプ１５の操作量の変更タイミングと変更量などを含む。例えば、操作パターンは、揚水量を急激に上げる、揚水量を急激に下げる、揚水量を徐々に上げる、揚水量を徐々に下げる、または揚水量を急激に上げて徐々に下げる、揚水量を徐々に上げて急激に下げる、などである。なお、操作パターンは、単位時間当たりの揚水ポンプ１５の操作パターンに限定されず、複数種類の操作パターン間で一部または全部が異なる長さの時間における揚水ポンプ１５の操作パターンであってもよい。

また、揚水ポンプ１５は、上述したように、４つのポンプを有しており、操作パターンは、４つのポンプのどのポンプをいつどのくらい動作させるのかを示す情報が含まれていてもよい。

運転管理システム３０は、予測流入量の遷移、および複数種類の操作パターンの各々で揚水ポンプ１５を操作した場合の揚水量の遷移などに基づいて、流入渠水位の遷移を操作パターン毎に予測する。また、運転管理システム３０は、下水処理プラント１の現在の状態、複数種類の操作パターンの各々で揚水ポンプ１５を操作した場合の揚水量の予測遷移、および揚水された汚水の水質の遷移などに基づいて、処理水の水質の遷移、汚泥界面の位置の遷移、および運転コストなどを操作パターン毎に予測する。

例えば、ＡＳＭ(Activated Sludge Model：活性汚泥モデル)シミュレータを有しており、かかるＡＳＭシミュレータを用いたシミュレーションによって、処理水の水質を予測する。ＡＳＭシミュレータは、例えば、活性汚泥モデルを用いた演算を行って水処理における物理的、生物的、および科学的な挙動を模擬するシミュレータである。かかる活性汚泥モデルは、生物反応プロセスと物質収支の水質変化などを数学的に記述したモデルである。

また、運転管理システム３０は、下水処理プラント１の現在の状態、および複数種類の操作パターンの各々で揚水ポンプ１５を操作した場合の揚水量の予測遷移などに基づいて、溶存酸素量（ＤＯ：Dissolved Oxygen）が予め設定された範囲内になるように曝気風量を制御するために必要となる消費電力量の遷移を曝気消費電力量の遷移として予測する。曝気は、反応槽２５に空気を送り込むブロワ２７によって行われ、運転管理システム３０は、ブロワ２７を制御することで曝気風量を制御する。以下において、曝気風量を制御することをＤＯ制御と記載する場合がある。

また、運転管理システム３０は、複数種類の操作パターンの各々で揚水ポンプ１５を操作した場合に必要となる消費電力量の遷移をポンプ消費電力量の遷移として操作パターン毎に予測する。そして、運転管理システム３０は、予測した曝気消費電力量の予測遷移およびポンプ消費電力量の予測遷移を積算することでプラント消費電力量の遷移を予測する。そして、運転管理システム３０は、予測したプラント消費電力量の遷移から、運転コストを算出する。

また、運転管理システム３０は、複数種類の操作パターンの各々で揚水ポンプ１５を操作した場の最終沈殿池２６の汚泥界面の位置の遷移を予測する。運転管理システム３０は、例えば、最終沈殿池２６の汚泥界面の位置の変動を再現するシミュレータを有しており、かかるシミュレータを用いたシミュレーションによって、最終沈殿池２６の汚泥界面の位置の遷移を予測する。かかるシミュレータは、例えば、重力沈降モデルを用いて最終沈殿池２６の汚泥界面の位置の変動を再現するシミュレータである。運転管理システム３０は、最終沈殿池２６の汚泥界面の位置の変動を再現するシミュレータに下水処理プラント１の状態および操作パターンによる揚水量の遷移などをシミュレータに入力することで、最終沈殿池２６の汚泥界面の位置の遷移を予測する。

このように、運転管理システム３０は、複数の操作パターンの各々で揚水ポンプ１５を操作した場合の流入渠水位の遷移、処理水質の遷移、汚泥界面の位置の遷移、および運転コストを予測する。そして、運転管理システム３０は、予測した流入渠水位の遷移、予測した処理水質の遷移、予測した汚泥界面の位置の遷移、および予測した運転コストに基づいて、複数の操作パターンの中から操作パターン候補を決定する。操作パターン候補は、推奨する操作パターンとして、下水処理プラント１の運転員へ提示する操作パターンまたは下水処理プラント１で自動的に実行される操作パターンである。

運転管理システム３０は、例えば、予測した流入渠水位の遷移、予測した処理水質の遷移、予測した汚泥界面の位置の遷移、および予測した運転コストの各々に重み付けして得られる値の合算値に基づいて、操作パターン候補を選択する。また、運転管理システム３０は、流入渠水位の低減を優先する操作パターン、処理水質の低下防止を優先する操作パターン、および運転コストの低減を優先する操作パターンなどを操作パターン候補として選択することもできる。

そして、運転管理システム３０は、決定した操作パターンを行うための操作パターンを操作パターン候補として下水処理プラント１の運転員へ提示したり、決定した操作パターン候補に沿って自動的に揚水ポンプ１５を制御したりすることができる。これにより、運転管理システム３０は、汚水が流入する流入渠１１を含む地下設備１０を有する下水処理プラント１への汚水の流入に応じて下水処理プラント１の運転管理を適切に行うことができる。

以下において、運転管理システム３０によって予測された流入渠水位の遷移を流入渠水位の予測遷移と記載し、運転管理システム３０によって予測された処理水質の遷移を処理水質の予測遷移と記載する場合がある。また、運転管理システム３０によって予測された汚泥界面の位置の遷移を汚泥界面の位置の予測遷移と記載し、運転管理システム３０によって予測された運転コストを予測運転コストと記載する場合がある。

ここで、雨水が含まれない汚水の量を基本汚水量とし、雨水が含まれる汚水の量を降雨時汚水量とし、揚水ポンプ１５による汚水の汲み上げの設定量を揚水設定量とし、流入渠１１の貯留される汚水の量を貯留量とし、反応槽２５の処理負荷を反応槽負荷とし、これらの関係について説明する。

図３は、実施の形態１にかかる下水処理プラントにおける揚水設定量を通常の２倍にした場合の揚水量、基本汚水量、降雨時汚水量、貯留量、および反応槽負荷の関係の一例を示す図である。図４は、実施の形態１にかかる下水処理プラントにおける揚水設定量を通常の２．５倍にした場合の揚水量、基本汚水量、降雨時汚水量、貯留量、および反応槽負荷の関係の一例を示す図である。図５は、実施の形態１にかかる下水処理プラントにおける揚水設定量を通常の３倍にした場合の揚水量、基本汚水量、降雨時汚水量、貯留量、および反応槽負荷の関係の一例を示す図である。図３～図５において、横軸は時間であり、縦軸は、揚水量、基本汚水量、降雨時汚水量、貯留量、および反応槽負荷を表す。

図３～図５に示すように、下水処理プラント１では、揚水設定量に対する揚水ポンプ１５の揚水の時間遅れから、貯留量のピークに時間遅れが生じる。したがって、下水処理プラント１において、汚水の流入量から揚水ポンプ１５の揚水量を設定すると、揚水ポンプ１５による揚水の時間遅れから、流入渠１１からの汚水の汲み上げが間に合わなくなる可能性がある。

図３～図５に示す反応槽負荷は、雨水による汚水の希釈度合いに揚水量を掛け合わせて求められ、揚水設定量に応じて、反応槽負荷の変動に相違が生じる。これは、流入渠１１に汚水が溜まっている間に雨水を多く含む汚水が流入渠１１に流れ込むことが原因であり、揚水ポンプ１５の揚水量および揚水のタイミングなどによって、反応槽負荷は変動する。図３～図５に示す例では、揚水設定量を通常の３倍にした場合が反応槽負荷の変動が最も少ない。

また、降雨時汚水量は、雨が降ってから地表から地中を経由して下水管２に浸水して下水処理プラント１に到達するまでに数時間かかる場合があるため、揚水設定量に対する揚水ポンプ１５の揚水の時間遅れに加え、降雨時汚水量の流入の時間遅れも、流入渠水位の変動に影響を及ぼす。また、処理水質は、揚水ポンプ１５による揚水の変動から数時間後に影響が現れる。例えば、反応槽２５へ流入した汚水の滞留時間は、反応槽２５の容量を揚水ポンプ１５で除して得られる値であり、汚水の滞留時間に応じて処理水質が変化する。

このように、揚水ポンプ１５の揚水は、複数の要素に影響する。そして、下水処理プラント１では、流入渠１１が地下にあり、処理能力を超える汚水を放流することができないことが多い。そこで、運転管理システム３０は、流入渠水位の予測遷移、処理水質の予測遷移、汚泥界面の位置の予測遷移、および予測運転コストなどを操作パターンの選択指標として用いて、予測される汚水の流入量に応じて揚水ポンプ１５での揚水を行う。

これにより、運転管理システム３０は、下水処理プラント１への汚水の予測流入量に応じて下水処理プラント１の運転管理を適切に行うことができる。例えば、降雨による流入渠１１への流入総量が過度に大きい場合、通常運転を行うと、下水処理プラント１の処理能力を超える場合がある。このような場合であっても、運転管理システム３０は、例えば、流入渠水位の予測遷移などを操作パターンの選択指標として用いることで、例えば、汚水の流入量を見越した操作パターンで揚水ポンプ１５を操作することができ、流入渠１１への流入が多くなる前に揚水量を多くすることができる。

また、揚水量の変化のさせ方によって処理水の水質が変わる場合がある。図６は、実施の形態１にかかる下水処理プラントにおける揚水ポンプの揚水量の変化のさせ方の違いによる処理水の水質の違いを説明するための図である。図６において、横軸は、時間を表し、縦軸は、処理水のアンモニア濃度または揚水量を表す。

図６に示すように、揚水ポンプ１５による揚水量を急激に上げた場合、揚水ポンプ１５による揚水量を徐々に上げた場合に比べて、処理水のアンモニア濃度のピークが大きくなり、処理水の水質が悪化する。これは、水処理設備２０において急に負荷が大きくなると、ＤＯ制御が追いつかなくなるためである。

また、揚水ポンプ１５で急激に揚水量を上げた場合の方が、揚水ポンプ１５で徐々に揚水量を上げた場合よりも、トータル的に処理水の水質がよい場合がある。例えば、比較的強い雨が長時間降るような場合、揚水ポンプ１５で急激に揚水量を上げた方が、処理水の水質において悪化のピークは大きくなるものの、処理水の水質の平均値または積算値が低くなる場合がある。

このように、揚水ポンプ１５による揚水量の変化のさせ方で処理水の水質が変わることから、運転管理システム３０は、処理水質の予測遷移を操作パターンの選択指標として用いて、予測される汚水の流入量に応じて揚水ポンプ１５での揚水を行う。これにより、運転管理システム３０は、処理水の水質の悪化を抑制することができる。

また、反応槽負荷の変動が大きいと、曝気消費電力量がピークとなる時間が長くなる場合があり、下水処理プラント１の運転コストが大きくなる可能性がある。このような場合であっても、運転管理システム３０は、予測運転コストを操作パターンの選択指標として用いることで、運転コストを抑えることができる。

また、揚水ポンプ１５を構成する複数のポンプのうちどのポンプをどのくらいの時間どのくらい揚水させるかによって、同じ揚水量でもポンプ消費電力量が異なる場合がある。例えば、１００００ｍ^３を揚水する場合、５０００ｍ^３／時間で２時間かけて揚水すると８００ｋＷとなり、２０００ｍ^３／時間で５時間かけて揚水すると１０５０ｋＷとなる場合がある。

また、揚水ポンプ１５を構成する各ポンプは、設計水量に近いほど揚水効率が高くなることが多く、設計水量近くで揚水させることができるように動作させるポンプを選択することで、ポンプ消費電力量を低減できる場合がある。図７は、実施の形態１にかかる下水処理プラントの揚水ポンプを構成する複数のポンプのうち使用する１以上のポンプにおける消費電力量と揚水量との関係を示す図である。図７において、横軸は、揚水ポンプ１５による揚水量を表し、縦軸は、揚水ポンプ１５の消費電力量を表す。図７では、揚水ポンプ１５を構成する４つのポンプの名称が、１号、２号、３号、および４号である。

図７に示すように、同じ揚水量でもポンプまたはポンプの組み合わせによって消費電力量が異なり、また、ポンプまたはポンプの組み合わせは、設計水量に近いほど揚水効率が高くなっている。したがって、異なるポンプ毎または異なるポンプの組み合わせ毎に操作パターンを用意することで、曝気消費電力量を抑えることができる。運転管理システム３０では、異なるポンプ毎または異なるポンプの組み合わせ毎に操作パターンを作成することもできる。

また、最終沈殿池２６の汚泥界面は、揚水ポンプ１５による揚水の変動から汚泥界面は数十分後に影響が現れることから、活性汚泥の流出を可及的に抑制することが望ましい。そこで、運転管理システム３０は、汚泥界面の位置の予測遷移を操作パターンの選択指標として用いて、汚水の予測流入量に応じて揚水ポンプ１５での揚水を行うこともできる。これにより、運転管理システム３０では、下水処理プラント１への汚水の予測流入量に応じて下水処理プラント１の運転管理をより適切に行うことができる。

また、運転管理システム３０は、地下設備１０が水没しないように揚水ポンプ１５を制御することから、例えば、流入ゲート１２の閉状態の維持による外部施設の浸水、および沈砂池１３の水没などを防止することができる。なお、地下設備１０が水没しないとは、例えば、地下設備１０の一部の水没、例えば、沈砂池１３の水没を含む。

以下、運転管理システム３０の構成について具体的に説明する。図８は、実施の形態１にかかる運転管理システムの構成の一例を示す図である。図８に示すように、運転管理システム３０は、第１通信部３１と、第２通信部３２と、表示部３３と、操作部３４と、記憶部３５と、処理部３６とを備える。

第１通信部３１は、例えば、インターネット、専用線、またはその他のネットワークなどの通信ネットワークに接続されており、かかる通信ネットワークを介して、幹線計測器４から送信される幹線情報および雨量観測システム５から送信される降雨量情報などを受信する。

流入の状況を把握する手段として、例えば、下水管２に流れる汚水の流量を検出する流量計および下水管２に流れる汚水の水質を検出する水質センサなどを含む幹線計測器４を用いてもよい。幹線情報には、下水管２に流れる汚水の量および水質を示す情報が含まれる。雨量観測システム５は、例えば、ＸＲＡＩＮ（eXtended RAdar Information Network）と呼ばれる雨量観測システムである。雨量観測システム５は、上述した雨量計３を含む。雨量計３は、例えば、レーザ雨量計または地上雨量計である。降雨量情報には、下水処理プラント１に汚水が収集される地域の降雨量の情報が含まれる。

第２通信部３２は、下水処理プラント１に設けられた複数のセンサを含むセンサ群７とネットワークを介して接続されており、ネットワークを介してセンサ群７によって検出されセンサ群７から送信される状態情報を受信する。状態情報は、下水処理プラント１の状態を示す情報であり、センサ群７に含まれるセンサは、下水処理プラント１の状態を検出する。

センサ群７に含まれるセンサによって検出される下水処理プラント１の状態は、例えば、流入渠１１への汚水の流入量、流入渠１１へ流入する汚水の状態、流入渠１１などの水位、最初沈殿池２４の状態、反応槽２５の状態、および最終沈殿池２６から放出される処理水の状態などである。流入渠１１へ流入する汚水の状態は、例えば、汚水の水質または汚水の温度などである。

最初沈殿池２４の状態は、例えば、最初沈殿池２４内への汚水の流入量、最初沈殿池２４内の汚水の水質または温度などである。最初沈殿池２４内の汚水の水質は、例えば、ＢＯＤ（Biochemical Oxygen Demand：生物化学的酸素要求量）、ＮＨ３の濃度、またはＮＨ４＋の濃度などである。ＢＯＤは、例えば、最初沈殿池２４からロボットで採取された汚水を、試薬を用いて、手分析またはセンサによって観測されるが、かかる例に限定されない。

反応槽２５の状態は、反応槽２５内の被処理水の水質または温度などである。被処理水の水質は、例えば、溶存酸素量、活性汚泥浮遊物質（ＭＬＳＳ：Mixed Liquor Suspended Solids）、ＢＯＤ、アンモニア性窒素濃度、硝酸性窒素濃度、全窒素濃度、全リン濃度、リン酸性リン濃度、および全リン濃度でなどである。反応槽２５内の被処理水は、最初沈殿池２４から流入する汚水である。

処理水の状態は、例えば、処理水の放出量、処理水のＢＯＤ、処理水の全窒素濃度、および処理水の全リン濃度などである。なお、センサによって検出される下水処理プラント１の状態は、上述した例に限定されず、適宜変更可能である。また、下水処理プラント１の状態の一部は、センサに代えて、過去の実績、ロボットで採取した汚水に対する試薬などを用いた観測、またはＡＳＭシミュレーションなどによって推定されるものであってもよい。この場合、処理部３６で取得される状態情報には、実時間で観測されるものと実時間で観測されないものが含まれる。

表示部３３は、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）または有機ＥＬ（Electro Luminescence）などのディスプレイである。操作部３４は、下水処理プラント１を操作するための操作装置であり、揚水ポンプ１５、ブロワ２７、および返送ポンプ２８などを制御するためのボタンまたはレバーなどを含む。

記憶部３５は、履歴情報および操作パターン情報などを記憶する。履歴情報は、下水処理プラント１の運転員による操作部３４への過去の操作の履歴を示す操作履歴情報、下水処理プラント１の過去の状態を示す状態履歴情報、過去の降雨量を示す降雨量履歴情報などを含む。過去の操作の履歴には、揚水ポンプ１５に対する過去の操作の履歴、およびブロワ２７に対する過去の操作の履歴などが含まれる。

操作パターン情報は、予め設定された複数種類の操作パターンの情報または処理部３６によって生成された複数種類の操作パターンの情報を含む。複数種類の操作パターンは、揚水ポンプ１５に対する操作パターンである。

処理部３６は、操作パターン抽出部４０と、操作パターン情報生成部４１と、予測情報生成部４２と、予測情報取得部４３と、状態情報取得部４４と、指標情報取得部４５と、操作パターン選択部４６と、操作パターン提示部４７と、揚水ポンプ制御部４８とを備える。

操作パターン抽出部４０は、記憶部３５に記憶されている操作履歴情報に基づいて、下水処理プラント１の運転員による揚水ポンプ１５に対する複数種類の操作パターンを抽出する。操作パターン抽出部４０は、例えば、機械学習における教師なし学習によるクラスタリングによって、複数種類の操作パターンを抽出することができる。機械学習における教師なし学習は、例えば、ｋ－ｍｅａｎｓ法などの非階層型クラスタリングであるが、かかる例に限定されない。

なお、操作パターン抽出部４０は、操作履歴情報に基づいて抽出した複数種類の操作パターンの各々について、異なるポンプ毎または異なるポンプの組み合わせ毎の操作パターンに分割し、分割して得られる複数種類の操作パターンを操作履歴情報からの抽出結果とすることもできる。

操作パターン情報生成部４１は、操作パターン抽出部４０によって抽出された複数種類の操作パターンの情報を含む操作パターン情報を生成し、生成した操作パターン情報を記憶部３５に記憶させる。

予測情報生成部４２は、第１通信部３１で受信された降雨量情報および幹線情報などを第１通信部３１から取得し、取得した降雨量情報および幹線情報に基づいて、流入渠１１への汚水の予測流入量の遷移および予測水質の遷移を示す予測情報を生成する。なお、予測情報生成部４２は、降雨量情報および幹線情報の一方を用いずに、流入渠１１への汚水の予測流入量の遷移および予測水質の遷移を示す予測情報を生成することもできる。

予測情報生成部４２によって取得される降雨量情報は、雨量観測システム５によって観測される各地域の降雨量のうち、下水処理プラント１で汚水が収集される地域である対象地域の降雨量である。予測情報生成部４２は、取得した降雨量情報を記憶部３５の履歴情報に追加する。

予測情報生成部４２は、降雨量情報に基づいて、例えば、公知の修正ＲＲＬ法（Road Research Laboratory Method）を用いて、下水管２への雨水の浸入量である浸入水量を対象地域の地点毎に予測する。そして、予測情報生成部４２は、例えば、雨水が地表に降ってから下水管２へ浸入して流入渠１１へ到達するまでの遅れ時間分ずれて雨水を含む汚水が到達するものとして、予測した対象地域の地点毎の浸入水量を、雨水を含まない汚水量に対して時間をずらして加算することで、単位時間毎の流入渠１１への汚水の予測流入量の遷移と予測水質の遷移とを算出する。

なお、予測情報生成部４２は、例えば、対象地域に雨が降っていない状態における流入渠１１への過去の汚水の流入量の遷移と水質の遷移とに基づいて、降雨時における雨水を含まない汚水の流入量の遷移と水質の遷移とを推定することができる。例えば、予測情報生成部４２は、対象地域に雨が降っていない状態における流入渠１１への過去の汚水の流入量の遷移パターンと水質の遷移パターンとを平日および休日の各々について判定し、かかる判定結果を、降雨時における雨水を含まない汚水の流入量の遷移および水質の遷移として推定することができる。この場合、予測情報生成部４２は、推定した汚水の流入量および水質の遷移パターンと、降雨量情報から予測される雨水の浸入量とに基づいて、単位時間毎の流入渠１１への汚水の予測流入量の遷移と予測水質の遷移とを算出することができる。なお、過去の汚水の流入量の遷移パターンおよび水質の遷移パターンの判定は、下水処理プラント１の運転員などの職員が行ってもよい。また、予測情報生成部４２は、幹線情報に基づいて、流入渠１１への汚水の予測流入量の遷移と実際の流入量の遷移とを比較することで、流入渠１１への汚水の予測流入量の算出に用いる演算式のパラメータを調整することもできる。

また、予測情報生成部４２は、幹線情報に含まれる汚水の水質、予測した浸入水量、および予測した雨水を含まない汚水量などに基づいて、流入渠１１へ流入する汚水の水質の遷移を予測する。なお、降雨量に対する過去の汚水の水質が履歴情報から取得できる場合、予測情報生成部４２は、幹線情報を用いずに、予測した浸入水量、および予測した雨水を含まない汚水量などに基づいて、流入渠１１へ流入する汚水の水質の遷移を予測することもできる。この場合、予測情報生成部４２は、雨水を含まない汚水の過去の水質を予測に用いることができる。

予測情報取得部４３は、予測情報生成部４２によって生成された予測情報を予測情報生成部４２から取得する。なお、運転管理システム３０とは異なる情報処理システムにおいて予測情報が生成される場合、予測情報取得部４３は、第１通信部３１を介して情報処理システムから予測情報を取得することもできる。

また、予測情報取得部４３は、例えば、対象地域の予測降雨量を示す情報を含む気象予報情報を配信する気象予報サーバから不図示のネットワークおよび第１通信部３１を介して気象予報情報を取得することもできる。

状態情報取得部４４は、第２通信部３２を介してセンサ群７から送信される状態情報を取得する。状態情報は、上述したように、下水処理プラント１の状態を示す情報であり、下水処理プラント１の状態を観測した情報である観測データと呼ばれることもある。状態情報取得部４４は、取得した状態情報を指標情報取得部４５へ通知したり、取得した状態情報を記憶部３５の状態履歴情報に追加したりする。

指標情報取得部４５は、記憶部３５に記憶されている操作パターン情報と予測情報取得部４３によって取得された予測情報と状態情報取得部４４によって取得された状態情報とに基づき、指標情報を取得する。指標情報は、上述した複数種類の操作パターンの各々で揚水ポンプ１５を操作した場合の処理水質の予測遷移、流入渠水位の予測遷移、汚泥界面の位置の予測遷移、および予測運転コストなどを示す情報を含む。

指標情報取得部４５は、例えば、状態情報および予測情報に基づいて、複数種類の操作パターンの各々で揚水ポンプ１５を操作した場合の処理水質の予測遷移、流入渠水位の予測遷移、汚泥界面の位置の予測遷移、および予測運転コストなどをシミュレーションによって算出することによって、指標情報を取得する。指標情報は、処理水質の予測遷移、流入渠水位の予測遷移、汚泥界面の位置の予測遷移、および予測運転コストなどの情報を含む。

指標情報取得部４５は、例えば、ＡＳＭシミュレータなどのシミュレータを有している。指標情報取得部４５は、状態情報で示される下水処理プラント１の現在の状態、予測情報で示される流入渠１１への汚水の予測流入量の遷移および予測水質の遷移、および操作パターンによる揚水量の遷移などをＡＳＭシミュレータに入力することで、処理水の水質の遷移を操作パターン毎に予測する。

また、指標情報取得部４５は、例えば、予測情報で示される流入渠１１への汚水の予測流入量の遷移、および操作パターンによる揚水量の遷移などに基づいて、流入渠水位の予測遷移を操作パターン毎に予測する。例えば、指標情報取得部４５は、流入渠１１への汚水の流入量の遷移と揚水量の遷移とから流入渠水位の予測遷移を算出する演算式またはシミュレータを用いて、流入渠水位の予測遷移を操作パターン毎に予測することができる。

また、指標情報取得部４５は、下水処理プラント１の現在の状態、操作パターンによる揚水量の遷移、および予測情報で示される流入渠１１へ流入する汚水の水質の遷移などに基づいて、溶存酸素量が予め設定された範囲内になるように曝気消費電力量を操作パターン毎に予測する。指標情報取得部４５は、操作パターンによる揚水量で必要な消費電力量に曝気消費電力量を操作パターン毎に加算することで、操作パターン毎のプラント消費電力量を予測する。そして、指標情報取得部４５は、予測した操作パターン毎のプラント消費電力量に基づいて、操作パターン毎の予測運転コストを算出する。

また、指標情報取得部４５は、下水処理プラント１の現在の状態、操作パターンによる揚水量の遷移、および予測情報で示される流入渠１１へ流入する汚水の水質の遷移などに基づいて、最終沈殿池２６における汚泥界面の位置の遷移を予測することもできる。以下において、予測された汚泥界面の位置の遷移を汚泥界面の位置の予測遷移と記載する場合がある。

指標情報取得部４５は、最終沈殿池２６の汚泥界面の位置の変動を再現するシミュレータを有しており、かかるシミュレータを用いたシミュレーションによって、最終沈殿池２６の汚泥界面の位置の遷移を予測する。かかるシミュレータは、例えば、重力沈降モデルを用いて最終沈殿池２６の汚泥界面の位置の変動を再現するシミュレータであり、指標情報取得部４５は、例えば、操作パターンによる揚水量の遷移などをシミュレータに入力することで、最終沈殿池２６の汚泥界面の位置の遷移を予測する。

なお、指標情報取得部４５による指標情報の取得方法は、上述した例に限定されず、状態情報および予測情報に基づいて指標情報が取得できればよく、上述した方法以外の方法であってもよい。

また、指標情報取得部４５は、最終沈殿池２６から反応槽２５に活性汚泥を返送する返送ポンプ２８を制御するために必要となる消費電力量の遷移を返送消費電力量の遷移として予測することもできる。この場合、指標情報取得部４５は、曝気消費電力量の遷移、ポンプ消費電力量の遷移、および返送消費電力量の遷移を積算することでプラント消費電力量の遷移を予測することもできる。

操作パターン選択部４６は、指標情報取得部４５によって取得された指標情報に基づいて、複数種類の操作パターンの中から操作パターンの候補である操作パターン候補を選択する。例えば、操作パターン選択部４６は、流入渠水位の予測遷移、処理水質の予測遷移、汚泥界面の位置の予測遷移、および予測運転コストに基づき、地下設備１０が水没しないことおよび活性汚泥の流出が予め設定された上限値以下になることを制約条件として、複数種類の操作パターンの中から操作パターン候補を決定する。

操作パターン選択部４６は、例えば、流入渠水位の予測遷移、処理水質の予測遷移、汚泥界面の位置の予測遷移、および予測運転コストの各々に重み付けして得られる値の合算値に基づいて、操作パターン候補を選択する。流入渠水位の予測遷移、処理水質の予測遷移、汚泥界面の位置の予測遷移、および予測運転コストの各々に重みは、予め設定された値であってもよく、流入渠１１への汚水の予測流入量に応じた値であってもよく、操作パターン候補によって異なる値であってもよい。

例えば、単位時間当たりの予測流入量は多いが雨水が混じった汚水が流入する期間が短い場合であって下水処理プラント１の処理能力内である場合に水処理設備２０が高負荷運転にならないように重み付けを行うことで、運転コストを抑えることができる操作パターン候補を操作パターン選択部４６において決定することができる。

また、単位時間当たりの予測流入量は多くないが雨水が混じった汚水が流入する期間が長い場合であって通常の運転を続けると下水処理プラント１の処理能力を超える場合がある。このような場合に水処理設備２０で通常よりも早めに高負荷運転を実施するように重み付けを行うことで、流入渠水位および処理水質を抑えることができる操作パターン候補を操作パターン選択部４６において決定することができる。

操作パターン選択部４６は、例えば、流入渠水位の予測遷移に対する重み付けを大きくすることで、水位優先の操作パターンを操作パターン候補として選択することができ、処理水質の重み付けを大きくすることで、処理水質の操作パターンを操作パターン候補として選択することができる。また、操作パターン選択部４６は、例えば、予測運転コストの重み付けを大きくすることで、コスト優先の操作パターンを操作パターン候補として選択することができる。

また、操作パターン選択部４６は、流入渠水位の予測遷移、処理水質の予測遷移、汚泥界面の位置の予測遷移、および予測運転コストに基づき、複数種類の操作パターンの中から操作パターン候補を時系列で組み合わせて選択することもできる。この場合、操作パターン選択部４６は、時系列で組み合わされた複数の操作パターンを含み互いに組み合わせが異なる操作パターン群毎にかかる操作パターン群で揚水ポンプ１５が操作された場合の流入渠水位の予測遷移、処理水質の予測遷移、および予測運転コストに基づいて、時系列で組み合わされた複数の操作パターン候補を選択する。

この場合も、操作パターン選択部４６は、流入渠水の予測遷移位、処理水質の予測遷移、汚泥界面の位置の予測遷移、および予測運転コストの各々に重み付けして得られる値の合算値に基づいて、時系列で組み合わされた複数の操作パターン候補を選択することができる。以下において、時系列で組み合わされた複数の操作パターン候補を操作パターン候補群と記載する場合がある。

また、操作パターン選択部４６は、流入渠水位の予測遷移、処理水質の予測遷移、汚泥界面の位置の予測遷移、および予測運転コストに基づいて、上記制約条件の下、操作パターン候補または操作パターン候補群を選択することができる。例えば、操作パターン選択部４６は、流入渠水位の予測遷移、処理水質の予測遷移、汚泥界面の位置の予測遷移、および予測運転コストの各々に重み付けして得られる値の合算値に基づいて、操作パターン候補または時系列で組み合わされた複数の操作パターン候補を選択する。

操作パターン選択部４６は、汚泥界面の位置の予測遷移を操作パターン候補または操作パターン候補群の選択指標とすることで、活性汚泥の流出を抑制することができる操作パターン候補または操作パターン候補群を選択することができる。処理設備２２内の流速が速くなると、汚泥界面の位置が低くならずに活性汚泥が流出する可能性があるため、操作パターン選択部４６において、汚泥界面の位置を選択指標とすることで、処理設備２２内の流速が速くなりすぎないような操作パターン候補または操作パターン候補群を選択することができる。

なお、操作パターン選択部４６は、例えば、流入渠水位の予測遷移、処理水質の予測遷移、汚泥界面の位置の予測遷移、および運転コストなどから得られるスコアが高い順に予め設定された数だけ操作パターン候補として抽出することもできる。スコアは、例えば、上述した合算値などである。

操作パターン提示部４７は、操作パターン選択部４６によって選択された操作パターン候補または操作パターン候補群を推奨操作パターンとして提示する。例えば、操作パターン提示部４７は、操作パターン選択部４６によって選択された操作パターン候補または操作パターン候補群を推奨操作パターンとして表示部３３に表示させることによって、推奨操作パターンを提示する。

図９は、実施の形態１にかかる運転管理システムの処理部によって表示部に表示される推奨操作パターンの一例を示す図である。図９に示す推奨操作パターンは、時刻ｔ１で揚水量を急激に上げて、その後、時刻ｔ２および時刻ｔ３で徐々に揚水量を下げる操作パターンである。

これにより、下水処理プラント１の運転者は、推奨操作パターンに従って操作部３４を介して揚水ポンプ１５を操作することで、下水処理プラント１への汚水の予測流入量に応じて下水処理プラント１の運転管理を適切に行うことができる。

揚水ポンプ制御部４８は、下水処理プラント１の運転者による操作部３４への操作に基づいて、揚水ポンプ１５を制御する。また、揚水ポンプ制御部４８は、下水処理プラント１の動作モードが自動運転モードである場合、操作パターン選択部４６によって選択された推奨操作パターンに沿って揚水ポンプ１５を制御することができる。

操作パターン提示部４７は、推奨操作パターンに加え、流入渠１１への汚水の予測流入量のパターンの情報および対象地域の予測降雨量パターンの情報のうちの少なくとも一方を表示部３３に表示させることができる。流入渠１１への汚水の予測流入量のパターンの情報は、予測情報生成部４２によって生成される予測情報に含まれており、操作パターン提示部４７は、予測情報取得部４３によって取得された予測情報に基づいて、流入渠１１への汚水の予測流入量のパターンの情報を表示部３３に表示させる。

また、対象地域の予測降雨量パターンは、予測情報取得部４３によって取得される気象予報情報に含まれており、操作パターン提示部４７は、予測情報取得部４３によって取得された気象予報情報に基づいて、対象地域の予測降雨量パターンの情報を表示部３３に表示させる。

図１０は、運転管理システムの処理部によって表示部に表示される推奨操作パターンの他の例を示す図である。図１０に示すように、操作パターン提示部４７は、推奨操作パターンの情報と予測降雨量パターンの情報とを時間軸を合わせて表示部３３に表示させることができる。

また、操作パターン提示部４７は、操作パターン選択部４６によって複数の操作パターン候補が選択された場合、操作パターン選択部４６によって選択された複数の操作パターン候補の情報を表示部３３に同時に表示させることができる。

例えば、操作パターン提示部４７は、流入渠水位を優先する操作パターン候補の情報、処理水質を優先する操作パターン候補の情報、および運転コストの抑制を優先する操作パターンの情報を同時に表示部３３に表示させることができる。例えば、操作パターン提示部４７は、各操作パターン候補での流入渠水位の予測遷移、処理水質の予測遷移、および電力料金などの情報も併せて表示部３３に表示させることができる。

これにより、下水処理プラント１の運転員は、流入渠水位の予測遷移、処理水質の予測遷移、および運転コストなどを判断材料として、複数の操作パターン候補から実行する操作パターンを選択することができる。

つづいて、フローチャートを用いて運転管理システム３０の処理部３６による処理を説明する。図１１は、実施の形態１にかかる運転管理システムの処理部による操作パターン情報生成処理の一例を示すフローチャートである。

図１１に示すように、運転管理システム３０の処理部３６は、記憶部３５から履歴情報を取得し（ステップＳ１０）、取得した履歴情報に基づいて、操作パターンをクラスタリングする（ステップＳ１１）。

次に、処理部３６は、クラスタリングされた複数種類の操作パターンの情報を含む操作パターン情報を生成する（ステップＳ１２）。そして、処理部３６は、生成した操作パターン情報を記憶部３５に記憶させ（ステップＳ１３）、図１１に示す処理を終了する。

図１２は、実施の形態１にかかる運転管理システムの処理部による操作パターン提示処理の一例を示すフローチャートである。図１２に示すように、処理部３６は、対象地域の降雨量の情報を含む降雨量情報を雨量観測システム５から取得し（ステップＳ２０）、取得した降雨量情報に基づいて、流入渠１１への汚水の予測流入量および予測水質の情報を含む予測情報を生成する（ステップＳ２１）。

次に、処理部３６は、下水処理プラント１の状態を示す情報を含む状態情報をセンサ群７から取得する（ステップＳ２２）。そして、処理部３６は、ステップＳ２１で生成した予測情報とステップＳ２２で取得した状態情報とに基づいて、指標情報を取得する（ステップＳ２３）。指標情報は、指標の予測遷移を示す情報を含む。指標の予測遷移は、例えば、流入渠水位の予測遷移、処理水質の予測遷移、汚泥界面の位置の予測遷移、および予測運転コストなどである。

次に、処理部３６は、ステップＳ２３で取得した指標情報に基づいて、複数種類の操作パターンの中から操作パターン候補を選択する（ステップＳ２４）。処理部３６は、ステップＳ２４で選択された操作パターン候補を表示部３３に表示し（ステップＳ２５）、図１２に示す処理を終了する。

図１３は、実施の形態１にかかる処理部のハードウェア構成の一例を示す図である。図１３に示すように、処理部３６は、プロセッサ１０１と、メモリ１０２と、バス１０３とを備えるコンピュータを含む。プロセッサ１０１およびメモリ１０２は、バス１０３によって互いに情報の送受信が可能である。

記憶部３５は、メモリ１０２によって実現される。プロセッサ１０１は、メモリ１０２に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、処理部３６の機能を実行する。プロセッサ１０１は、例えば、処理回路の一例であり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、およびシステムＬＳＩ（Large Scale Integration）のうち一つ以上を含む。

メモリ１０２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、およびＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）のうち一つ以上を含む。また、メモリ１０２は、コンピュータが読み取り可能なプログラムが記録された記録媒体を含む。かかる記録媒体は、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルメモリ、光ディスク、コンパクトディスク、およびＤＶＤ（Digital Versatile Disc）のうち一つ以上を含む。なお、処理部３６は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）およびＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などの集積回路を含んでいてもよい。

なお、運転管理システム３０は、例えば、互いに異なる位置にある２以上の装置で構成されてもよい。例えば、運転管理システム３０は、処理サーバと、データサーバとで構成されてもよい。

以上のように、実施の形態１にかかる下水処理プラント１の運転管理システム３０は、状態情報取得部４４と、予測情報取得部４３と、指標情報取得部４５と、操作パターン選択部４６とを備える。状態情報取得部４４は、下水処理プラント１の状態を示す状態情報を取得する。予測情報取得部４３は、流入渠１１への汚水の予測流入量を示す予測情報を取得する。指標情報取得部４５は、状態情報および予測情報に基づき、複数種類の操作パターンの各々で揚水ポンプ１５を操作した場合の下水処理プラント１の処理水の水質、流入渠１１の水位、および下水処理プラント１の運転コストを示す情報を含む指標情報を取得する。操作パターン選択部４６は、指標情報に基づいて、複数種類の操作パターンの中から操作パターンの候補である操作パターン候補を選択する。これにより、運転管理システム３０は、汚水が流入する流入渠１１を含む地下設備１０を有する下水処理プラント１への汚水の予測流入量に応じて下水処理プラント１の運転管理を適切に行うことができる。

また、指標情報取得部４５は、状態情報および予測情報に基づいて、複数種類の操作パターンの各々で揚水ポンプ１５を操作した場合の水質、水位、および運転コストをシミュレーションによって算出することによって、指標情報を取得する。これにより、運転管理システム３０は、事前に多数の指標情報を生成することなく、指標情報を取得することができる。

また、指標情報取得部４５は、状態情報および予測情報に基づいて、複数種類の操作パターンの各々で揚水ポンプ１５を操作した場合の水質、水位、運転コスト、および水処理設備２０における汚泥界面の位置を示す情報を含む情報を指標情報として取得する。これにより、運転管理システム３０は、下水処理プラント１への汚水の予測流入量に応じて下水処理プラント１の運転管理をより適切に行うことができる。

また、運転管理システム３０は、揚水ポンプ１５の操作履歴から複数種類の操作パターンを抽出する操作パターン抽出部４０を備える。これにより、運転管理システム３０は、下水処理プラント１に応じた適切な操作パターンを抽出することができる。

また、操作パターン選択部４６は、複数種類の操作パターンの中から操作パターン候補を時系列で組み合わせて選択する。これにより、運転管理システム３０は、下水処理プラント１への汚水の予測流入量に応じて下水処理プラント１の運転管理をより適切に行うことができる。

また、運転管理システム３０は、操作パターン選択部４６によって選択された操作パターン候補の情報を推奨操作パターンの情報として提示する操作パターン提示部４７を備える。これにより、下水処理プラント１の運転員は、推奨操作パターンに従って、揚水ポンプ１５を適切に操作することができる。

また、操作パターン提示部４７は、推奨操作パターンの情報に加え、流入渠１１への汚水の予測流入量のパターンの情報および対象地域の予測降雨量パターンの情報のうちの少なくとも一方を提示する。これにより、下水処理プラント１の運転員は、予測流入量のパターンまたは予測降雨量パターンを見ながら、推奨操作パターンに従って、揚水ポンプ１５を適切に操作することができ、状況に応じた操作パターンを把握することができる。

また、操作パターン提示部４７は、水位を優先する操作パターン、水質を優先する操作パターン、および運転コストを優先する操作パターンのうち少なくとも１つを操作パターン候補として選択する。これにより、運転管理システム３０は、下水処理プラント１への汚水の予測流入量に応じて下水処理プラント１の運転管理をより適切に行うことができる。

実施の形態２．
実施の形態２にかかる運転管理システムは、流入渠への流入量の遷移と下水処理プラントの状態との複数の組み合わせに対して複数種類の操作パターンの各々での各指標の予測遷移を予め準備する点で、実施の形態１にかかる運転管理システム３０と異なる。以下においては、実施の形態１と同様の機能を有する構成要素については同一符号を付して説明を省略し、実施の形態１の運転管理システム３０と異なる点を中心に説明する。

図１４は、実施の形態２にかかる下水処理プラントの構成の一例を示す図である。図１４に示すように、実施の形態２にかかる下水処理プラント１Ａは、運転管理システム３０に代えて、運転管理システム３０Ａを備える点で、実施の形態１にかかる下水処理プラント１と異なる。

図１５は、実施の形態２にかかる運転管理システムの構成の一例を示す図である。図１５に示すように、実施の形態２にかかる運転管理システム３０Ａは、記憶部３５および処理部３６に代えて、記憶部３５Ａおよび処理部３６Ａを備える点で、実施の形態１にかかる運転管理システム３０と異なる。

記憶部３５Ａは、処理部３６Ａで生成された指標情報を記憶する点で、記憶部３５と異なる。処理部３６Ａは、指標情報生成部４９をさらに備える点、および指標情報取得部４５に代えて指標情報取得部４５Ａを備える点で、処理部３６と異なる。

指標情報生成部４９は、下水処理プラント１Ａの状態および流入渠１１への汚水の流入量の遷移についての様々な局面を想定して指標の状態を予測するシミュレーションをオフラインで実施する。

具体的には、指標情報生成部４９は、下水処理プラント１Ａの想定状態と流入渠１１への汚水の流入量の想定遷移との複数の異なる組み合わせを決定する。そして、指標情報生成部４９は、複数種類の操作パターンの各々で揚水ポンプ１５を操作した場合の処理水質の予測遷移、流入渠水位の予測遷移、およびプラント消費電力量の予測遷移などをシミュレーションによって算出して組み合わせ毎の指標情報を生成する。

指標情報生成部４９は、生成した組み合わせ毎の指標情報を記憶部３５Ａに記憶させる。以下において、組み合わせ毎の指標情報を想定組み合わせ毎の指標情報と記載し、下水処理プラント１Ａの想定状態の情報を想定状態情報と記載し、流入渠１１への汚水の流入量の想定遷移の情報を想定予測情報と記載する場合がある。

指標情報生成部４９は、指標情報取得部４５と同様に各種のシミュレータを有しており、各種のシミュレータを用いたシミュレーションによって、上述した組み合わせ毎の指標情報を生成する。例えば、下水処理プラント１Ａの想定状態と、流入渠１１への汚水の予測流入量の想定遷移および予測水質の遷移と、操作パターンによる揚水量の遷移とをＡＳＭシミュレータに入力することで、処理水の水質を操作パターン毎に予測する。

また、指標情報生成部４９は、例えば、流入渠１１への汚水の流入量の想定遷移と操作パターンによる揚水量の遷移とから流入渠水位の遷移を算出する演算式またはシミュレータを用いて、流入渠水位の遷移を操作パターン毎に予測することができる。

また、指標情報生成部４９は、汚泥界面の位置の予測遷移を含む想定組み合わせ毎の指標情報を生成することができる。この場合、指標情報生成部４９は、最終沈殿池２６の汚泥界面の位置の変動を再現するシミュレータに下水処理プラント１Ａの状態および操作パターンによる揚水量の遷移などをシミュレータに入力することで、最終沈殿池２６の汚泥界面の位置の遷移を予測する。

指標情報取得部４５Ａは、指標情報生成部４９によって生成され記憶部３５Ａに記憶されている想定組み合わせ毎の指標情報のうち状態情報取得部４４によって取得された状態情報および予測情報取得部４３によって取得された予測情報に対応する指標情報を取得する。

指標情報取得部４５Ａは、例えば、想定組み合わせ毎の想定状態情報および想定予測情報のうち、状態情報取得部４４によって取得された状態情報および予測情報取得部４３によって取得された予測情報に最も類似する想定状態情報および想定予測情報の想定組み合わせの指標情報を取得する。

このように、実施の形態２にかかる運転管理システム３０Ａでは、想定組み合わせ毎の指標情報を予め用意することから、運転管理システム３０Ａの運転員に操作パターン候補を迅速に提示することができる。

つづいて、フローチャートを用いて運転管理システム３０Ａの処理部３６Ａによる処理を説明する。図１６は、実施の形態２にかかる運転管理システムの処理部による指標情報生成処理の一例を示すフローチャートである。

図１６に示すように、運転管理システム３０Ａの処理部３６Ａは、記憶部３５Ａから操作パターン情報を取得する（ステップＳ３０）。そして、処理部３６Ａは、下水処理プラント１Ａの想定状態と流入渠１１への汚水の流入量の想定遷移との未選択の想定組み合わせを選択する（ステップＳ３１）。

次に、処理部３６Ａは、選択した想定組み合わせ毎の操作パターン毎の指標の予測遷移を算出する（ステップＳ３２）。処理部３６Ａは、全ての想定組み合わせを選択したか否かを判定する（ステップＳ３３）。

処理部３６Ａは、全ての想定組み合わせを選択していないと判定した場合（ステップＳ３３：Ｎｏ）、処理をステップＳ３１へ移行する。処理部３６Ａは、全ての想定組み合わせを選択したと判定した場合（ステップＳ３３：Ｙｅｓ）、想定組み合わせ毎の指標情報を記憶部３５Ａに記憶させて（ステップＳ３４）、図１６に示す処理を終了する。

図１７は、実施の形態２にかかる運転管理システムの処理部による操作パターン提示処理の一例を示すフローチャートである。なお、図１７に示すステップＳ４０～Ｓ４２，Ｓ４５，Ｓ４６の処理は、図１２に示すステップＳ２０～Ｓ２２，Ｓ２４，Ｓ２５の処理と同じであるため、説明を省略する。

図１７に示すように、処理部３６Ａは、記憶部３５Ａから想定組み合わせ毎の指標情報を取得する（ステップＳ４３）。次に、処理部３６Ａは、想定組み合わせ毎の指標情報のうちステップＳ４１で生成した予測情報とステップＳ４２で取得した状態情報との組み合わせに対応する想定組み合わせの指標情報を取得する（ステップＳ４４）。

実施の形態２にかかる運転管理システム３０Ａの処理部３６Ａのハードウェア構成例は、図１３に示す運転管理システム３０の処理部３６のハードウェア構成と同じである。プロセッサ１０１は、メモリ１０２に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、処理部３６Ａの機能を実行することができる。

なお、処理部３６，３６Ａは、記憶部３５，３５Ａに記憶されている履歴情報から、下水処理プラント１，１Ａの状態と汚水の流入量の遷移と操作パターンとの過去の組み合わせを抽出することができる。そして、処理部３６，３６Ａは、抽出した操作パターンで揚水ポンプ１５が操作された場合における処理水質の遷移、流入渠水位の遷移、汚泥界面の位置の遷移、および運転コストなどを抽出する。この場合、処理部３６，３６Ａは、履歴情報に含まれない下水処理プラント１，１Ａの状態と汚水の流入量の遷移と操作パターンとの組み合わせについては、シミュレーションで予測する。

さらに、処理部３６，３６Ａは、履歴情報に基づいて抽出した処理水質の遷移、流入渠水位の遷移、汚泥界面の位置の遷移、および運転コストに対応する降雨量パターンを抽出することができる。処理部３６，３６Ａは、図１０において、予測降雨量パターンに代えて、降雨量パターンを推奨操作パターンともに表示部３３に表示させることができる。

また、処理部３６，３６Ａは、流入渠水位の予測遷移、処理水質の予測遷移、汚泥界面の位置の予測遷移、およびプラントの予測遷移を指標の予測遷移として用いたが、汚泥界面の位置の予測遷移を指標の予測遷移として用いなくてもよい。この場合、処理部３６，３６Ａは、汚泥界面の位置を制約条件として用いる。

また、処理部３６，３６Ａは、流入渠水位、処理水質、および汚泥界面の位置について、操作パターンを選択するために遷移を求めたが、遷移に代えて、平均値、ピーク値、ボトム値、または積算値などを、操作パターンを選択するための指標として用いることもできる。例えば、処理部３６，３６Ａは、流入渠水位の予測ピーク値、処理水質の予測ピーク値、および汚泥界面の位置の予測ピーク値を含む情報を指標情報として用いることができる。また、処理部３６，３６Ａは、流入渠水位、処理水質、汚泥界面、および運転コストの各々について、遷移、平均値、ボトム値、ピーク値、および積算値のいずれかを選択的に用いることもできる。

また、指標情報取得部４５が指標情報を取得する際または指標情報生成部４９が指標情報を生成する際に、汚水の予測流入量から汚水の水質が予測できるシミュレータを用いる場合、予測情報生成部４２によって生成される予測情報には、汚水の予測水質の遷移は含まれなくてもよい。また、予測情報生成部４２は、汚水の予測流入量の遷移に代えて、予測流入量のピーク値、平均値、または積算値を含む予測情報を生成することもできる。この場合、指標情報取得部４５，４５Ａは、予測流入量のピーク値、平均値、または積算値と、下水処理プラント１，１Ａの状態情報とに基づいて、操作パターン候補を選択する。

また、指標情報取得部４５および指標情報生成部４９は、運転コストとして、消費電力量に加えて、反応槽２５に入らなかった汚水を一旦貯留し、その後、ポンプ井１４に戻して、もう一度揚水ポンプ１５で汲み上げる手間などで要したコストなどを指標情報に含めることもできる。

また、操作パターン抽出部４０は、記憶部３５，３５Ａに記憶されている操作履歴情報および状態履歴情報に基づいて、複数種類の操作パターンを降雨量パターン毎に生成することもできる。この場合、指標情報取得部４５，４５Ａは、予測降雨量パターンに対応する降雨量パターンを選択し、選択した降雨量パターンに応じた複数種類の操作パターンの指標情報に基づいて、操作パターン候補を選択することもできる。

以上のように、実施の形態２にかかる下水処理プラント１Ａの運転管理システム３０Ａは、指標情報生成部４９を備える。指標情報生成部４９は、下水処理プラント１Ａの状態と流入渠１１への汚水の流入量との異なる想定組み合わせ毎に複数種類の操作パターンの各々で揚水ポンプ１５を操作した場合の水質、水位、および運転コストをシミュレーションによって算出して想定組み合わせ毎の指標情報を生成する。指標情報取得部４５Ａは、指標情報生成部４９によって生成された想定組み合わせ毎の指標情報のうち状態情報および予測情報に対応する情報を指標情報として取得する。これにより、運転管理システム３０Ａは、想定組み合わせ毎の指標情報を事前に生成することができ、操作パターン候補を迅速に選択することができる。

以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１，１Ａ 下水処理プラント、２ 下水管、３ 雨量計、４ 幹線計測器、５ 雨量観測システム、７ センサ群、１０ 地下設備、１１ 流入渠、１２ 流入ゲート、１３ 沈砂池、１４ ポンプ井、１５ 揚水ポンプ、２０ 水処理設備、２１ 分配槽、２２，２２_１，２２_２，２２_３ 処理設備、２３ 消毒設備、２４ 最初沈殿池、２５ 反応槽、２６ 最終沈殿池、２７ ブロワ、２８ 返送ポンプ、３０，３０Ａ 運転管理システム、３１ 第１通信部、３２ 第２通信部、３３ 表示部、３４ 操作部、３５，３５Ａ 記憶部、３６，３６Ａ 処理部、４０ 操作パターン抽出部、４１ 操作パターン情報生成部、４２ 予測情報生成部、４３ 予測情報取得部、４４ 状態情報取得部、４５，４５Ａ 指標情報取得部、４６ 操作パターン選択部、４７ 操作パターン提示部、４８ 揚水ポンプ制御部、４９ 指標情報生成部、１０１ プロセッサ、１０２ メモリ、１０３ バス。

Claims (8)

1. 汚水が流入する流入渠を含む地下設備から揚水ポンプによって汲み上げられた前記汚水を水処理設備で処理する下水処理プラントの運転管理システムであって、
   前記下水処理プラントの状態を示す状態情報を取得する状態情報取得部と、
   前記流入渠への前記汚水の予測流入量を示す予測情報を取得する予測情報取得部と、
   前記状態情報および前記予測情報に基づき、複数種類の操作パターンの各々で前記揚水ポンプを操作した場合の前記下水処理プラントの処理水の水質、前記流入渠の水位、および前記下水処理プラントの運転コストを示す情報を含む指標情報を取得する指標情報取得部と、
   前記指標情報に基づいて、前記複数種類の操作パターンの中から操作パターンの候補である操作パターン候補を選択する操作パターン選択部と、を備える
   ことを特徴とする下水処理プラントの運転管理システム。
2. 前記指標情報取得部は、
   前記状態情報および前記予測情報に基づいて、前記複数種類の操作パターンの各々で前記揚水ポンプを操作した場合の前記水質、前記水位、および前記運転コストをシミュレーションによって算出することによって、前記指標情報を取得する
   ことを特徴とする請求項１に記載の下水処理プラントの運転管理システム。
3. 前記下水処理プラントの状態と前記流入渠への前記汚水の流入量との異なる組み合わせ毎に前記複数種類の操作パターンの各々で前記揚水ポンプを操作した場合の前記水質、前記水位、および前記運転コストをシミュレーションによって算出して前記組み合わせ毎の指標情報を生成する指標情報生成部を備え、
   前記指標情報取得部は、
   前記指標情報生成部によって生成された前記組み合わせ毎の指標情報のうち前記状態情報および前記予測情報に対応する情報を前記指標情報として取得する
   ことを特徴とする請求項１に記載の下水処理プラントの運転管理システム。
4. 前記指標情報取得部は、
   前記状態情報および前記予測情報に基づいて、前記複数種類の操作パターンの各々で前記揚水ポンプを操作した場合の前記水質、前記水位、前記運転コスト、および前記水処理設備における汚泥界面の位置を示す情報を含む情報を前記指標情報として取得する
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の下水処理プラントの運転管理システム。
5. 前記操作パターン選択部は、
   前記水位、前記水質、および前記運転コストの各々に重み付けして得られる値の合算値に基づいて、前記操作パターン候補を選択する
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の下水処理プラントの運転管理システム。
6. 前記操作パターン選択部は、
   前記水位を優先する操作パターン、前記水質を優先する操作パターン、および前記運転コストを優先する操作パターンのうち少なくとも１つを前記操作パターン候補として選択する
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の下水処理プラントの運転管理システム。
7. 汚水が流入する流入渠を含む地下設備から揚水ポンプによって汲み上げられた前記汚水を水処理設備で処理する下水処理プラントの状態を示す状態情報を取得する状態情報取得ステップと、
   前記流入渠への前記汚水の予測流入量を示す予測情報を取得する予測情報取得ステップと、
   前記状態情報および前記予測情報に基づき、複数種類の操作パターンの各々で前記揚水ポンプを操作した場合の前記下水処理プラントの処理水の水質、前記流入渠の水位、および前記下水処理プラントの運転コストを示す情報を含む指標情報を取得する指標情報取得ステップと、
   前記指標情報に基づいて、前記複数種類の操作パターンから操作パターンの候補である操作パターン候補を選択する操作パターン選択ステップと、を含む
   ことを特徴とする下水処理プラントの運転管理方法。
8. 汚水が流入する流入渠を含む地下設備から揚水ポンプによって汲み上げられた前記汚水を水処理設備で処理する下水処理プラントの状態を示す状態情報を取得する状態情報取得ステップと、
   前記流入渠への前記汚水の予測流入量を示す予測情報を取得する予測情報取得ステップと、
   前記状態情報および前記予測情報に基づき、複数種類の操作パターンの各々で前記揚水ポンプを操作した場合の前記下水処理プラントの処理水の水質、前記流入渠の水位、および前記下水処理プラントの運転コストを示す情報を含む指標情報を取得する指標情報取得ステップと、
   前記指標情報に基づいて、前記複数種類の操作パターンから操作パターンの候補である操作パターン候補を選択する操作パターン選択ステップと、をコンピュータに実行させる
   ことを特徴とする下水処理プラントの運転管理プログラム。

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