JP2023172361A - 活性炭の薬品注入システム及び活性炭の薬品注入方法 - Google Patents

Abstract

【課題】原水から発生する臭気成分を簡易且つ迅速に測定でき、活性炭の過剰な注入を抑制しながら処理水からの臭気の発生を長期間、安定して抑制することが可能な活性炭の薬品注入システム及び活性炭の薬品注入方法を提供する。【解決手段】原水から発せられる臭気成分を検出するにおいセンサ３と、においセンサ３の検出結果に基づいて、臭気成分の種類及び濃度を演算する臭気演算部４１と、臭気成分を吸着除去するための活性炭を原水へ注入する活性炭注入部２５と、臭気成分の演算結果と原水の水質情報とに基づいて、原水へ注入する活性炭の注入率を算出する注入率演算部４２と、注入率の算出結果に基づいて、活性炭の注入率を制御する注入制御部４３とを備える活性炭の薬品注入システムである。【選択図】図１

Description

本発明は、活性炭の薬品注入システム及び活性炭の薬品注入方法に関する。

従来、河川水やダム水、又は湖沼水等の原水（以下、単に「原水」という。）を飲料水等にするための浄水処理が知られている。しかしながら、それら原水にシアノバクテリア（藍藻）、放線菌、カビ、真菌、粘菌などが生息していると、カビ臭原因物質であるジェオスミンや２－メチルイソボルネオール（２－ＭＩＢ）等が発生する。そのため、水道法では、生産水に含まれる２－ＭＩＢ又はジェオスミンの濃度が１０ｎｇ／Ｌ以下であることを水質基準として設け、適正に処理することが求められている。

通常、それらの物質が含まれる原水では、活性炭を注入して除去するのが一般的である。活性炭の注入設備は、活性炭の性状により、湿式粉末活性炭（ウエット炭）と乾式粉末活性炭（ドライ炭）、及び微細化した活性炭を注入する設備がある。ウエット炭は５０％程度の水分を含み、通常水と混合して所定の濃度（２．５～５％）のスラリー液を生成し、インジェクターやポンプなどによって注入する。ドライ炭は、例えば水分５％以下のドライ活性炭の粉体の注入が行われている。このドライ活性炭の粉体を沈砂池、着水井等に注入する装置としては粉体供給装置が知られている。ドライ炭を粉末のまま計量し、混合層で給水と混合してスラリー液を作成し、同様にインジェクターやポンプによって注入する。カビ臭の発生に合わせてこの粉体供給装置を介して活性炭が注入されることが一般的である。

ドライ炭の粉体供給装置として、例えば、特開２００７－６９１８０号公報（特許文献１）には、水位が変動しても、ロータを粉粒体を注入するのに適正な水深に維持でき、効率よく粉粒体の注入ができる粉粒体注入機構を備えた粉粒体注入装置の例が提案されている。

特開２００７－６９１８０号公報

上述の通り、水道水の水質基準で定められたジェオスミンや２－ＭＩＢの濃度は１０ｎｇ／Ｌ以下であるが、実際には、水道水を使用する市民の意見としては、１０ｎｇ／Ｌであってもにおいを感じることがあるため、より低濃度の管理が求められることがある。浄水場の管理としては、濃度が５ｎｇ／Ｌ以下、好ましくは２ｎｇ／Ｌ以下となるように、自主的に濃度を低く定めた管理をしている浄水場もある。

しかしながら、河川水やダム水から流入するカビ臭を生じさせる物質は管理ができないため、これらが高濃度で流入した場合には、浄水場内で濃度低減の対応をせざるを得ない。通常は活性炭の注入率を制御することで、濃度低減に対応しているが、より適切に制御するためには、カビ臭を引き起こす原因となるジェオスミンや２－ＭＩＢの濃度を迅速にあるいはリアルタイムで測定して対策を講じることが好ましい。

しかしながら、これらのカビ臭を引き起こす物質を連続的に測定するためには、ガスクロマトグラフィー質量分析装置（ＧＣ－ＭＳ）などの高価な分析装置を利用し、それらの装置に被処理水を連続的或いは半回分的に導入する仕組みを製作する必要が有る。これは相当なコスト負担となるため、多くの浄水場では実施されていない。

そのため、多くの浄水場では、所定の頻度でサンプル水を採取して、スポット的に測定する方法が採用されている。しかしながら、この場合の課題としては、データが離散的でリアルタイム性がないために、ジェオスミンや２－ＭＩＢの濃度の変動を見越した活性炭注入率を決めるしかなく、実際には、ジェオスミンや２－ＭＩＢの濃度が低い場合でも過剰な注入率となっている場合がある。これにより、薬品コストの増加、発生する汚泥量の処分費の増加などが引き起こされている。

上記課題を鑑み、本発明は、原水から発生する臭気成分を簡易且つ迅速に測定でき、活性炭の過剰な注入を抑制しながら処理水からの臭気の発生を長期間、安定して抑制することが可能な活性炭の薬品注入システム及び活性炭の薬品注入方法を提供する。

上記課題を解決するために本発明者らが鋭意検討した結果、原水から発せられる臭気成分を検出するにおいセンサを用いることが有用であるとの知見を得た。

以上の知見を基礎として完成した本発明は一側面において、原水から発せられる臭気成分を検出するにおいセンサと、においセンサの検出結果に基づいて、臭気成分の種類及び濃度を演算する臭気演算部と、臭気成分を吸着除去するための活性炭を原水へ注入する活性炭注入部と、臭気成分の演算結果と原水の水質情報とに基づいて、原水へ注入する活性炭の注入率を算出する注入率演算部と、注入率の演算結果に基づいて、活性炭の注入率を制御する注入制御部とを備える活性炭の薬品注入システムである。

本発明に係る活性炭の薬品注入システムは一実施態様において、原水から発せられる臭気成分を増幅させるための前処理を行う前処理部を更に備える。

本発明に係る薬品注入システムは別の一実施態様において、前処理部が、原水に酸化剤を添加する酸化剤添加部を含む。

本発明に係る薬品注入システムは別の一実施態様において、前処理部が、原水に超音波処理、減圧処理、噴流による衝突、高圧処理、紫外線照射処理のいずれか一つ以上の手段を用いる。

本発明に係る薬品注入システムは更に別の一実施態様において、活性炭注入部が、活性炭を貯留する貯留槽と、活性炭と空気とを混合し、活性炭混合流体を生成する混合槽と、貯留槽内の活性炭を定量切り出して混合槽へ供給する切出機と、注入率演算部により決定された注入率に基づいて、切出機の切出量を制御する切出制御部と、混合槽で生成された活性炭混合流体を移送する移送管と、移送管に接続され、原水へ活性炭を注入する注入機構とを備える。

本発明に係る薬品注入システムは更に別の一実施態様において、においセンサが、特定の臭気成分と相互作用可能な吸着膜と、臭気成分の吸着膜への吸着状態を検出可能な検出部とを複数備え、臭気演算部が、検出部が検出した吸着膜の検出パターンと、検出パターンの識別情報とに基づいて、臭気成分の種類を特定することを含む。

本発明に係る薬品注入システムは更に別の一実施態様において、臭気成分が、ジェオスミンまたは２－メチルイソボルネオールの少なくともいずれかを含む。

本発明は別の一側面において、原水から発せられる臭気成分をにおいセンサへ導入し、においセンサの検出結果に基づいて、臭気成分の種類及び濃度を演算し、臭気成分の演算結果と原水の水質情報とに基づいて、原水へ注入する活性炭の注入率を算出し、算出された注入率となるように原水に活性炭を注入することを有する活性炭の薬品注入方法である。

本発明によれば、原水から発生する臭気成分を簡易且つ迅速に測定でき、活性炭の過剰な注入を抑制しながら処理水からの臭気の発生を長期間、安定して抑制することが可能な活性炭の薬品注入システム及び活性炭の薬品注入方法が提供できる。

本発明の実施の形態に係る活性炭の薬品注入システムを示す概略図である。 本発明の実施の形態に係る活性炭注入部の一例を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係る活性炭注入部が備える貯留槽、混合槽、切出機及び移送管の周囲の構成例を占める概略図である。 本発明の実施の形態に係る注入率演算部の構成例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る活性炭の薬品注入方法の一例を表すフローチャートである。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載においては、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。なお、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は構成部品の構造、配置等を下記のものに特定するものではない。

（活性炭の薬品注入システム）
本発明の実施の形態に係る薬品注入システム１００は、図１に示すように、原水から発せられる臭気成分を検出するにおいセンサ３と、においセンサ３の検出結果に基づいて、臭気成分の種類及び濃度を演算する臭気演算部４１と、臭気成分を吸着除去するための活性炭を原水へ注入する活性炭注入部２５と、臭気成分の演算結果と原水の水質情報とに基づいて、原水へ注入する活性炭の注入率を算出する注入率演算部４２と、注入率の決定結果に基づいて、活性炭の注入率を制御する注入制御部４３とを備える。

以下の例では、水処理プラント２００として、浄水処理設備内においてカビ臭などの臭気成分を除去するための活性炭を原水に注入する例を説明するが、活性炭を原水に注入する種々の他の水処理システムにも利用できることは勿論である。

水処理プラント２００は、例えば、着水井２１、急速撹拌池２２、フロック形成池２３、沈殿池２４、活性炭注入部２５、急速ろ過池２６、浄水池２７及び配水池２８を備える。着水井２１は、取り入れた原水の量及び水位等を調整する。急速撹拌池２２は、凝結剤等の薬品を注入した後、急速撹拌を行って混和処理を行う。フロック形成池２３は、凝集剤を原水に注入した後、フロックを形成させ、濁りを凝集させる。

沈殿池２４は、フロック形成池２３で形成した粗大フロックを沈降分離により沈降させる。急速ろ過池２６は、沈殿池２４で得られた上澄水を急速ろ過処理する。浄水池２７はろ過水に所定の殺菌処理を施した後の浄水を貯留する。配水池２８は、浄水池２７から供給された浄水を貯留し、これを家庭、学校、工場等の各施設に自然流下等によって供給する。

水処理プラント２００の各設備には、計測器（不図示）が設けられている。以下に限定されるものではないが、計測器としては、例えば、温度、濁度、透明度、色度、ｐＨ、アルカリ度、微粒子数、ＴＯＣ（全有機炭素）、ＣＯＤ（化学的酸素要求量）、紫外線吸光度、有機物分画、等を測定するための種々の計測器を備えることができる。

活性炭注入部２５は、原水から発せられる臭気成分を除去するための活性炭を注入するための設備である。活性炭注入部２５は、例えば、図２に示すように、活性炭を貯留する貯留槽５１と、活性炭と空気とを混合し、活性炭混合流体を生成する混合槽５３と、貯留槽５１内の活性炭を定量切り出して混合槽５３へ供給する切出機５２と、図１の注入率演算部４２により決定された注入率に基づいて、切出機５２の切出量を制御する切出制御部５４と、混合槽５３で生成された活性炭混合流体を移送する移送管５５と、移送管５５に接続され、原水へ活性炭を注入する注入機構５６とを備える。

貯留槽５１内に貯留される活性炭は、例えば、ヤシガラ、石炭、木炭を主な原料として８００～１０００℃で水蒸気と反応させて活性炭化した活性炭を用いることができる。活性炭化された活性炭を用いることにより、多くの細孔を有し、大きな比表面積、典型的には８００～２５００ｍ²／ｇ程度の比表面積を有する活性炭を利用することができる。活性炭の細孔内に、例えば、ジェオスミンや２－ＭＩＢ等の臭気成分や汚れの素になる有機物等を吸着させることにより、臭気成分や有機物等を除去する。通常、分子量の小さなカビ臭等の臭気成分やトリハロメタン（消毒副生物）は、直径２ｎｍ以下のマイクロポアを有するヤシガラの活性炭が用いられることが多い。一方で、分子量が大きなフミン質等のトリハロメタン前駆物質等は石炭原料の活性炭を用いることが多い。貯留槽５１内に貯留される活性炭としては、例えば、粒度が０．１５ｍｍ以下程度の粉状炭が好適に用いられる。活性炭の粒度はＪＩＳ Ｋ１４７４の活性炭試験方法に基づく有効径（１０％通過径）を意味する。

図３に示すように、混合槽５３は、側壁下端部に空気流入口１２１が設けられている。空気流入口１２１には混合槽５３内へ空気を流入させるための空気流入管１２２が接続されている。空気流入管１２２を介して混合槽５３内に導入された空気は、混合槽５３の底面から側壁面に沿って移動しながら上昇し、混合槽５３内の天井面で反転し、導入側と反対側の側壁面に向かって下降するように移動することで、混合槽５３内で上下方向に、図３の点線で示されるような旋回状の空気流を形成する。これにより、混合槽５３内の活性炭と空気流とが均一に混合され、活性炭混合流体が生成される。混合槽５３の側壁には、移送管５５が１又は複数個接続されている。この移送管５５により、混合槽５３で生成された活性炭混合流体が空気により加圧方式又は吸引方式にて注入機構５６へ移送される。注入機構５６では、原水中へ活性炭が注入される。

切出機５２は、貯留槽５１に貯留されたドライ活性炭等の粉状炭を一定量ごとに混合槽５３へ供給するための機構である。切出機５２には、切出制御部５４が接続されている。切出制御部５４は、図１の注入率演算部４２で算出された注入率で原水へ活性炭が注入できるように、例えば、切出機５２による切出量及び切出間隔等を制御することが好ましい。切出制御部５４によって注入率の制御が行われることで、ドライ炭を粉末のまま計量してスラリー液を作り出すことができるため、大量注入に好適であり、自動添加も可能となる。

においセンサ３としては、空気中のにおい物質を吸着する吸着膜と、におい物質の吸着膜への吸着状態を検出する検出部とを備えるセンサ素子を複数備えた、においセンサ、或いは嗅覚センサ、或いはｅ－ｎｏｓｅと呼ばれる装置が好適に用いられる。においセンサ３が備える各吸着膜にガス分子が吸着し、検出部がその吸着状態を電気的に検出することで、においの判別が可能となる。においセンサ３を利用することにより、複数の臭気成分が混ざりあった状態でも、においを識別できる。

においセンサ３としては、水処理プラント２００で発生する複数の臭気を特定するための上述のセンサ素子を備える専用の検出装置が用いられても良いし、センサ素子を搭載した小型チップを携帯型装置等に組み込むか、或いは、ドローン等の無人航空機等に搭載してもよい。これにより、原水から発生する臭気成分が簡易且つ迅速に測定できる。

各センサ素子が備える吸着膜は、樹脂等の高分子物質からなる薄膜等で形成される。この薄膜には、例えば、ドーパメントとして無機酸、有機酸又はイオン性液体のうち少なくとも１種を含有させることができる。ドーパメントの種類及び含有量を変化させることで、吸着膜の性状をそれぞれ変化させることができ、これにより、特定の臭気成分に対して特異的に反応する吸着膜が得られる。そして、複数の吸着膜を、例えば列状又はアレイ状に配置し、吸着膜の吸着状態を検出部により検出し、これをマッピングすることで、特定の臭気に関連するパターン情報を得ることができる。

検出部は、におい物質が吸着膜の表面に吸着することで生じる吸着膜の物理、化学又は電気的特性の変化を検出し、この検出データを、例えば電気信号として出力する信号変換機能を備える装置である。検出部が出力する情報としては、電気信号、発光、電気抵抗の変化、振動周波数の変化等があげられる。検出部としては、例えば、水晶振動子センサ（ＱＣＭ）、表面弾性波センサ、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）センサ、電荷結合素子センサ、ＭＯＳ電界効果トランジスタセンサ、有機導電性ポリマセンサ、電気化学的センサ等が利用可能であり、目的とする臭気成分の特性にあわせて種々選択される。このようなにおいセンサ３を用いることによって、ＧＣ－ＭＳ等を用いた従来の濃度測定手法、或いは、定期的にガスをサンプリングして測定する場合に比べて、安価で簡易且つ迅速に且つリアルタイムで臭気成分の有無及び濃度を検出することができる。

においセンサ３の検出結果は、においセンサ３に接続された情報処理装置４へ出力される。情報処理装置４は、一般的なハードウェア構成で構成されることができ、例えば、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４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く、１台のハードウェアを構成してもよいし、複数台のハードウェアに分散されてもよい。

情報処理装置４は、図１に示すように、例えば、臭気演算部４１、注入率演算部４２、及び注入制御部４３を備える。臭気演算部４１は、においセンサ３の検出結果に基づいて、臭気成分の種類及び濃度を特定する。例えば、臭気演算部４１は、においセンサ３が備える検出部が検出した複数の吸着膜の検出パターンと、予め定められた検出パターンの識別情報とに基づいて、臭気成分の種類を特定する。検出パターンの識別情報は、原水に含まれる種々の臭気成分を特定するための種々の検出パターン情報を含む。

原水に含まれる種々の臭気成分としては、例えば、カビ臭を発生させる原因となるジェオスミンまたは２－ＭＩＢを少なくとも含むことが好ましい。その他の臭気成分としては、オゾン、アンモニア、異臭味、油分等が挙げられる。臭気以外にも、浄水処理に悪影響を及ぼし得る濁度や有機物、微量な油、金属類等も、検出パターンの識別情報として含ませ、においセンサ３で検出できるようにしてもよい。

識別情報は、情報処理装置４が備える記憶装置（不図示）等に予め格納されており、臭気演算部４１は、この識別情報を読み出して、においセンサ３が検出した吸着膜の検出パターンと照合することにより、臭気成分の種類を特定することができる。なお、臭気成分の濃度は、例えば、吸着膜の検出感度等を検出し、識別情報と比較することで演算できる。

注入率演算部４２は、臭気演算部４１による臭気成分の演算結果と原水の水質情報とに基づいて、原水へ注入する活性炭の注入率を算出する。例えば、注入率演算部４２は、過去に水処理プラント２００で処理した原水の臭気成分情報を含む水質情報と、過去にその臭気成分を除去するために注入した活性炭の注入率の情報と、臭気演算部４１の演算結果と、に基づいて統計解析又はシミュレーションを行い、最適な注入率を演算することができる。

注入率演算部４２は、所定の説明変数を取得し、所定の目的変数を出力する学習済モデルを用いた機械学習アルゴリズムを用いて、原水へ注入する活性炭の注入率を予測することが好ましい。注入率演算部４２が機械学習アルゴリズムを用いて、原水へ注入する活性炭の注入率を予測することにより精度の高い注入率の予測を行うことができ、原水の性状により適合した注入率で活性炭を原水へ注入することができる。注入率演算部４２は、図４に示すように、情報取得部４２１と、予測部４２２と、データベース格納部４２３と、学習済モデル格納部４２４を備える。

情報取得部４２１は、水処理プラント２００が備える上述した計測器（不図示）と直接又は間接的に通信可能に接続されており、計測器が測定した処理水の水質データ及び原水の水質データ等を取得する。水質データとしては、例えば、原水及び水処理プラント２００における各設備の処理水の水温、ｐＨ、アルカリ度、濁度、水量データ、原水のピコプランクトン濃度、藻類濃度、微粒子濃度の少なくともいずれかを含む。水質データは、活性炭の注入前及び注入後の水質データをそれぞれ取得する。情報取得部４２１は、水質データ以外に、例えば、気象情報（天候、気温、湿度、雨量、台風の風力、中心気圧等）を取得する。

例えば、カビ臭等の臭気成分は、気温等の周囲環境の影響を受けて植物プランクトンの藻類や微生物等が繁殖することで生じることが知られている。そのため、情報取得部４２１が、ピコプランクトン濃度、藻類濃度、微粒子濃度等の水質データに加えて、気象情報の経時変化の情報を取得することで、後述する予測部４２２による活性炭注入率の予測をより精度高く行うことができる。情報取得部４２１は、更に、水処理プラント２００の運転操作に関わる種々のパラメータ、例えば、各設備への原水流入量、撹拌時間、撹拌速度等を含む運転操作条件データを取得することが好ましい。

予測部４２２は、所定の説明変数を取得し、原水へ注入する活性炭の最適な注入率を目的変数として出力可能な学習済モデルを用いた機械学習アルゴリズムを用いて、原水へ注入する活性炭の注入率を予測する。説明変数としては、臭気演算部４１による臭気成分の演算結果、情報取得部４２１が取得した原水の水質データ、気象情報、運転操作条件データ等を含む。原水中のカビ臭を予測する場合は、予測部４２２が取得する説明変数として、例えば、水処理プラント２００の水温、ｐＨ、アルカリ度、濁度、水量データ、原水のピコプランクトン濃度、藻類濃度、微粒子濃度の少なくともいずれかを含むことが好ましい。予測部４２２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。予測部４２２は更に活性炭の注入率を添加量などに変換してもよい。

予測部４２２が利用する機械学習アルゴリズムとし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）、ニューラルネットワーク法（ＡＮＮ、ＲＮＮ）、ランダムフォレスト法等を用いた種々の公知の解析ツールの中から適宜選択して利用できる。特に、活性炭注入率の予測のためには、ＲＮＮの中でもＬＳＴＭ又はＧＲＵを用いることが好ましく、更に好ましくはＬＳＴＭを用いることが更に好ましいが、これらに限定されるものではない。

データベース格納部４２３は、情報取得部４２１が取得した種々のデータを格納することができる。データベース格納部４２３には、過去の水処理プラント２００の運用データ、具体的には例えば、原水データ、運転操作条件データ、及び処理水の処理結果のデータ等を含むデータを格納してもよいし、複数の水処理プラント２００の運用データを組み合わせたものを格納してもよいし、或いは、少なくとも１の水処理プラント２００の運用データと少なくとも１つの水処理プラント２００の運用データとを組み合わせたものが格納されてもよい。データベース格納部４２３には、例えば、計測器が測定した水質データ、活性炭の注入率なども格納される。データを格納する形式については特に制限されず、典型的にはテーブル形式で格納してもよい。学習済モデル格納部４２４は、予測部４２２が作製した学習済モデルや、学習済モデルを構築するための学習データ、学習モデルの作製に必要な各種データを格納することができる。

図１の注入率演算部４２による活性炭の注入率の演算結果を受けて、注入制御部４３は、原水へ活性炭を注入する活性炭注入部２５に対して注入率の演算結果を出力し、活性炭注入部２５の注入率の制御を行う。なお、本実施形態における活性炭の注入率は、原水の流入水量（Ｌ）に対する活性炭の注入率（ｍｇ）の割合をいう。注入率の制御は、活性炭注入部２５の方式にもよるが、例えば活性炭注入部２５が備える弁やポンプ等を制御することにより行われる。これにより、活性炭の過剰な注入を抑制しながら処理水からの臭気の発生を長期間、安定して抑制することが可能となる。

においセンサ３に導入される原水の臭気成分は、においセンサ３で検出される前に、原水から発せられる臭気成分を増幅させるための前処理が行われることで、臭気成分をより精度よく検出することができる。そのため、図１に示すように、本発明の実施の形態に係る活性炭の薬品注入システム１００は原水を取水する導水管１に接続された前処理部２を更に備えることが好ましい。

前処理部２は、原水を収容するサンプル容器を備えることが好ましい。サンプル容器へ導入する原水の流速は、任意の流速をとることができる。原水は、連続的に導入しても、回分式に導入しても、半回分式に導入してもよい。導入方法は、エアポンプやブロア等任意の装置を用いることができる。原水からの臭気成分はサンプル容器内の気相へと拡散し、この気相をにおいセンサ３内へ導入させることが好ましい。

前処理部２としては、例えば、サンプル容器内の原水中に酸化剤を添加する酸化剤添加部（不図示）、サンプル容器内の原水を加温する加温部（不図示）、サンプル容器内の原水中にアルカリ剤等のｐＨ調整剤を添加するｐＨ調整部（不図示）等を備えることができる。加温部による加温や、ｐＨ調整部によるｐＨ調整を行うことで、原水から発生する臭気成分、とくにカビ臭を揮散しやすい状態にすることで、検出濃度が高くなり精度のよい測定を行うことができる。

前処理部２としては、サンプル容器内の原水中に対して次亜塩素酸ナトリウム等の酸化剤注入部を備えることが好ましい。酸化剤注入部が注入する酸化剤としては、次亜塩素酸ナトリウム、次亜塩素酸カルシウム（さらし粉）、二酸化塩素などを添加することが好ましい。ここでは、次亜塩素酸ナトリウムを例にとって説明する。次亜塩素酸ナトリウムの添加は、原水に含まれるフォルミジウム、オシラトリア、アナベナ等の藍藻類又は放線菌等を分解する効果がある。これら藍藻類又は放線菌を分解し、藍藻類又は放線菌が包含しているジェオスミン又は２－ＭＩＢを溶出させてサンプル容器内の気相へ拡散させることにより、臭気成分をより効率良く増幅させることができる。これにより、においセンサ３による検出精度をより向上させることができる。

添加方法は任意の方法を取ることができる。例えば、原水の導入水量に応じて添加を行う方法、サンプル容器内の原水が入れ替わる毎に添加することもできる。酸化剤の添加量は、任意の濃度を選択することができる。本実施形態では、原水に対して０．１～１０ｍｇ／Ｌ、更には０．５～２ｍｇ／Ｌで添加することで、原水中のカビ臭を気相中に揮散させやすくでき、これにより、より精度の高い臭気成分の測定が行える。

特に、臭気成分としてにおいセンサ３でカビ臭を検出する場合、前処理部２において、超音波処理、減圧処理、噴流による衝突、高圧処理、紫外線照射処理の少なくともいずれかを用いて、微細な藍藻類又は放線菌を分解することも好ましい。また、上記次亜塩素酸ナトリウムなどの酸化剤との併用することもまた好ましい。

本発明の実施の形態に係る活性炭の薬品注入システム１００によれば、においセンサ３を用いて原水から発生する臭気成分の種類及び濃度を演算することにより、原水から発生する臭気成分の測定を簡易且つ迅速に測定できる。また、この臭気成分の測定結果に用いて、原水へ注入する活性炭の注入率を、シミュレーション又は機械学習アルゴリズムを用いた予測により決定できる。その結果、原水の急激な性状変動が生じても、活性炭の過剰な注入を抑制しながら処理水からの臭気の発生を長期間、安定して抑制することが可能となる。

（活性炭の薬品注入方法）
本発明の実施の形態に係る活性炭の薬品注入方法は、原水から発せられる臭気成分をにおいセンサ３へ導入し、においセンサ３の検出結果に基づいて、臭気成分の種類及び濃度を演算し、臭気成分の演算結果と原水の水質情報とに基づいて、原水へ注入する活性炭の注入率を算出し、算出された注入率となるように原水に活性炭を注入することを含み、例えば、図５に示すフローチャートに従って実施することができる。

工程Ｓ１において、原水のサンプリングが行われる。図１の例では、着水井２１内に貯留された原水を、導水管１を介してサンプリング容器を備える前処理部２へ収容する。なお、原水のサンプリングは着水井２１以外の任意の設備から取得しても構わない。次に、工程Ｓ２において、必要に応じて、前処理部２が原水から発せられる臭気成分を増幅させるための前処理を行う。例えば、サンプリング容器内に導入される原水に対して次亜塩素酸ナトリウム等の酸化剤を０．１～１０ｍｇ／Ｌ添加する。

工程Ｓ３において、原水の気相成分をにおいセンサ３へ導入し、においセンサ３を用いて原水から発生する臭気成分を検出する。においセンサ３は上述の通り種々のセンサを用いることができる。工程Ｓ４において、においセンサ３の検出結果に基づいて、図１の臭気演算部４１が、臭気成分の種類及び濃度を演算する。

図５の工程Ｓ５において、図１の注入率演算部４２が、臭気成分の演算結果と原水の水質情報とに基づいて、原水へ注入する活性炭の注入率を算出する。注入率演算部４２は、臭気成分の演算結果と、過去の運用データ等に基づいて、統計解析又はシミュレーション等を行うことにより、活性炭の注入率を算出する。或いは、注入率演算部４２は、機械学習アルゴリズムを用いて注入率を予測する。

機械学習アルゴリズムを用いて注入率を予測する場合、注入率演算部４２は、図４の情報取得部４２１が、水処理プラント２００で処理される原水の水質データ及び運転操作条件データを取得する。そして、予測部４２２が、臭気演算部４１による臭気成分の演算結果、情報取得部４２１が取得した原水の水温、ｐＨ、アルカリ度、濁度、水量データ、原水のピコプランクトン濃度、藻類濃度、微粒子濃度水質データ、気象情報、運転操作条件データを説明変数として取得し、これを学習済モデルに入力して、活性炭の最適な注入率の予測を行う。工程Ｓ５での注入率の算出又は予測結果を受けて、工程Ｓ６において、図１の注入制御部４３が活性炭の注入率の制御情報を活性炭注入部２５へ出力し、活性炭注入部２５において活性炭の注入制御が行われる。

このように、本発明の実施の形態に係る活性炭の薬品注入方法によれば、においセンサ３により原水の臭気成分、たとえばカビ臭の発生を簡易且つ迅速に検出することができるため、この検出結果に応じて、活性炭の注入率の算出又は機械学習を用いた注入率の予測を行うことで、臭気成分を除去するための活性炭の最適な注入率を得ることができる。その結果、原水から発生する臭気成分を簡易且つ迅速に測定でき、活性炭の過剰な注入を抑制しながら処理水からの臭気の発生を長期間、安定して抑制することが可能となる。

本発明は上記の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。即ち、本開示は、上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で構成要素を相互に組み合わせ、変形して具体化できることは勿論である。

例えば、本実施形態では、水処理プラント２００として、浄水処理プラントの例を示したが、例えば、純水製造プラント、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、汚泥処理プラント等の種々の水処理プラントに利用できることは勿論である。また、臭気成分としてカビ臭の原因となるジェオスミンや２－ＭＩＢを検出する例を説明したが、水処理プラント２００で発生する種々の臭気成分を検出できるようなにおいセンサ３を配置することもまた可能である。更に、本実施形態では活性炭の注入率に着目しているが、活性炭以外にもカビ臭を除去するためのオゾン濃度やその他の薬剤に対しても適用可能であることは勿論である。

１…導水管
２…前処理部
３…センサ
４…情報処理装置
２１…着水井
２２…急速撹拌池
２３…フロック形成池
２４…沈殿池
２５…活性炭注入部
２６…急速ろ過池
２７…浄水池
２８…配水池
４１…臭気演算部
４２…注入率演算部
４３…注入制御部
５１…貯留槽
５２…切出機
５３…混合槽
５４…切出制御部
５５…移送管
５６…注入機構
１００…薬品注入システム
１２１…空気流入口
１２２…空気流入管
２００…水処理プラント
４２１…情報取得部
４２２…予測部
４２３…データベース格納部
４２４…学習済モデル格納部

Claims (8)

1. 原水から発せられる臭気成分を検出するにおいセンサと、
   においセンサの検出結果に基づいて、臭気成分の種類及び濃度を演算する臭気演算部と、
   臭気成分を吸着除去するための活性炭を前記原水へ注入する活性炭注入部と、
   臭気成分の演算結果と前記原水の水質情報とに基づいて、前記原水へ注入する前記活性炭の注入率を算出する注入率演算部と、
   前記注入率の演算結果に基づいて、前記活性炭の注入率を制御する注入制御部と
   を備える活性炭の薬品注入システム。
2. 前記原水から発せられる前記臭気成分を増幅させるための前処理を行う前処理部を更に備える請求項１に記載の活性炭の薬品注入システム。
3. 前記前処理部が、前記原水に酸化剤を添加する酸化剤添加部を含む請求項２に記載の活性炭の薬品注入システム。
4. 前記前処理部が、前記原水に超音波処理、減圧処理、噴流による衝突、高圧処理、紫外線照射処理のいずれか一つ以上の手段を用いることを特徴とする請求項２に記載の活性炭の薬品注入システム。
5. 前記活性炭注入部が、
   前記活性炭を貯留する貯留槽と、
   前記活性炭と空気とを混合し、活性炭混合流体を生成する混合槽と、
   前記貯留槽内の前記活性炭を定量切り出して前記混合槽へ供給する切出機と、
   前記注入率演算部により決定された前記注入率に基づいて、前記切出機の切出量を制御する切出制御部と、
   前記混合槽で生成された前記活性炭混合流体を移送する移送管と、
   前記移送管に接続され、前記原水へ前記活性炭を注入する注入機構と
   を備える請求項１～４のいずれか１項に記載の活性炭の薬品注入システム。
6. 前記においセンサが、
   特定の臭気成分と相互作用可能な吸着膜と、
   臭気成分の前記吸着膜への吸着状態を検出可能な検出部と
   を複数備え、
   前記臭気演算部が、前記検出部が検出した前記吸着膜の検出パターンと、前記検出パターンの識別情報とに基づいて、臭気成分の種類を特定することを含む請求項１～４のいずれか１項に記載の活性炭の薬品注入システム。
7. 前記臭気成分が、ジェオスミンまたは２－メチルイソボルネオールの少なくともいずれかを含む請求項１～４のいずれか１項に記載の活性炭の薬品注入システム。
8. 原水から発せられる臭気成分をにおいセンサへ導入し、
   前記においセンサの検出結果に基づいて、前記臭気成分の種類及び濃度を演算し、
   前記臭気成分の演算結果と前記原水の水質情報とに基づいて、前記原水へ注入する活性炭の注入率を算出し、
   算出された前記注入率となるように前記原水に活性炭を注入すること
   を有する活性炭の薬品注入方法。