JP3241156B2 - 水質制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、浄水場に流入する原水
を取水口等にてサンプリングし、その原水水質デ―タや
浄水場内の水質デ―タを計算機に定周期で読み込み、そ
の入力された水質デ―タを使用して前塩素の残塩制御を
行う水質制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、浄水場プラントにおける前塩素
残塩制御には、大別して２つの方式が知られている。図
８に前塩素残塩制御方式を適用した水質制御装置の従来
例を示す。

【０００３】同図に示す水質制御装置は、河川１の表流
水を取水口２にて取水し、その原水を導入管３を経て着
水井４へ流入させる。着水井４の原水は急速撹拌池５へ
移されるが、その途中で塩素注入機６から塩素を注入さ
れる。急速撹拌池５及び沈澱池１０に夫々設けられた残
塩センサ７，８の指示値をフィードバック制御部９にフ
ィ―ドバックし、この制御部９が残塩値（ＰＶ）が目標
値となるように塩素注入機６の注入率目標値を決定して
いる。

【０００４】図９に前塩素残塩制御方式を適用した水質
制御装置の他の従来例を示す。同図に示す水質制御装置
は、河川１の表流水を取水口２にて取水し、その原水を
導入管３を経て着水井４へ流入し、さらに着水井４の原
水を急速撹拌池５へ移す。その時、上記同様に急速撹拌
池５へ移す途中で塩素注入機６から塩素を注入する。そ
して取水口２にて取水した原水の塩素要求量を、取水口
に設置された塩素要求量計１にて測定し、その測定値を
フィ―ドフォワ―ド制御部１２に入力し、その制御部１
２が導水遅れを考慮したフィ―ドフォワ―ド制御にて塩
素注入機６の注入率目標値を決定している。

【０００５】ところで、前述した図８に示す水質制御装
置のように、急速撹拌池５，沈澱池１０に設置された残
塩センサ７，８の出力を塩素注入率目標値にフィ―ドバ
ックする方式は、残塩センサ―の検出遅れ時間，薬品輸
送時間による塩素注入遅れ時間等により１時間に１回〜
２回程度の制御周期しかとることができない。

【０００６】そのため原水水質が急激に変動した場合に
は、自動制御が追従しきれなくなり、制御が乱れてオペ
レ―タの手動介入が必要となることがある。又は自動制
御を続行出来たとしても、浄水水質の変動が長時間続く
等の不具合が発生する可能性がある。

【０００７】例えば、図１０に示すように、塩素要求量
の値が時刻ｔに変化があらわれ、時刻ｔ１に最大値ａ′
となり、時刻ｔ２にもとのａに戻るような変化を示した
とする。従来のフィ―ドバック制御では、残塩センサの
検出遅れと、塩素の輸送遅れにより、急速撹拌池の残塩
値は図１１のグラフに示す様に、導水遅れ時間，検出遅
れ時間，薬品輸送時間等により、時刻ｔ１から急撹池残
塩値に変化が現れ、長時間変動する事となる。

【０００８】また前述した図９に示す水質制御装置のよ
うに、取水口に設置された塩素要求量計の出力を用いた
フィ―ドフォワ―ド制御では、原水の水質の急激な変動
には対応できるが、塩素要求量計の出力値自体が不安定
なため、その値を直接使用するフィ―ドフォワ―ド制御
では、信頼性に欠ける制御となる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このように、前塩素残
塩制御を行うための従来の水質制御装置は、原水水質の
急激な変動に対処しきれず浄水の水質変動が長く継続し
てしまったり、又は塩素要求量計の測定値が不安定なた
めに制御の信頼性に欠けるといった問題があった。

【００１０】本発明は以上のような実情に鑑みてなされ
たもので、原水水質の急激な変動にも十分に対処でき、
しかも信頼性の高い前塩素残塩制御を実現する水質制御
装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、前塩素の残塩制御を計算機を用いて制御
する浄水場の水質制御装置において、浄水場へ流入する
原水を取水口にてサンプリングし、その原水の水質デー
タより塩素消費量を予測し、その塩素消費量予測値によ
りフィードフォワード制御を実行する前塩素残塩制御手
段と、取水口にてサンプリングされた原水の水質に応じ
て決定される塩素要求量データを、他の相関関係のある
水質データの変化傾向と比較し、その塩素要求量データ
が制御に使用可能か否かを判断する監視手段とを備え、
その監視手段が、塩素要求量データが制御に使用不可能
と判断した場合に、前塩素残塩制御手段によるフィード
フォワード制御を停止する。

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【作用】本発明による水質制御装置では、浄水場へ流入
する原水を取水口にてサンプリングするフィードフォワ
ード制御方式を採るため原水水質の急激な変動に追従し
て前塩素の残塩制御が行われる。また取水口にてサンプ
リングした原水水質に応じて決まる塩素要求量を、その
まま目標値として使用せずに、原水水質データより塩素
消費量を予測した塩素消費量予測値により前塩素残塩制
御を行うため、塩素要求量計の不安定な指示値に左右さ
れること無く、安定した水質を提供できるものとなる。

【００１５】さらに、前塩素残塩制御に使用する塩素要
求量データが、他の相関関係のある水質データの変化傾
向と比較され、その塩素要求量データが制御に使用可能
か判断され、使用不可能な場合にはフィードフォワード
制御を停止する。

【００１６】

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
１には本発明の一実施例に係る浄水場水質制御装置の全
体的な構成が示されている。本実施例の浄水場水質制御
装置は、河川１の表流水を取水口２にて取水し、その原
水を導入管３を介して着水井４へ導入し、さらに着水井
４から急速撹拌池５，沈殿池１０へと順次移すものであ
る。そして原水を着水井４から急速撹拌池５に移す過程
で塩素注入機６から塩素を注入する構成となっている。

【００１８】取水口２，着水井４及び急速撹拌池５には
検水ポンプ２１〜２３が夫々設けられている。取水口２
には塩素要求量計２４が設置されている。その塩素要求
量計２４は検水ポンプ２１から吸上げられた原水の水質
を分析し、その分析結果に応じた塩素要求指示値を計算
機２５へ出力する。着水井４には導電率計２６が設置さ
れている。導電率計２６は検水ポンプ２１により着水井
４から吸上げられた原水の導電率を測定し、その測定値
を計算機２５へ出力する。また急速撹拌池５には残塩計
２７が設置されており、急速撹拌池５の残塩量を測定し
て測定値を計算機２５へ出力している。

【００１９】図２には計算機２５に搭載された前塩素残
塩制御部３０の機能ブロックが示されている。この前塩
素残塩制御部３０は、塩素要求量計２４，導電率計２６
及び残塩計２７からの水質データや塩素注入機６に設定
している注入率データ等のプロセスデータがプロセスデ
ータ入力部３１に入力する。

【００２０】プロセスデータ入力部３１で受け付けられ
たプロセスデータはデータファイリング部３２によりデ
ータベースに格納可能な状態に加工され、その後、プロ
セスデータベース３３に登録される。プロセスデータベ
ース３３の内容は塩素消費量予測部３４から読出し可能
になっている。

【００２１】塩素消費量予測部３４は、新たに書き込ま
れたプロセスデータをプロセスデータベース３３から順
次読出し、そのプロセスデータに応じた塩素消費量予測
値を予測パラメータ記憶部３５の予測パラメータを用い
て決定する。その決定した塩素消費量予測値を予測値デ
ータベース３７に記憶する。予測パラメータ記憶部３５
はマンマシンインターフェース３６から予測パラメータ
が設定される。

【００２２】予測値データベース３７の内容は目標値出
力部３８及び塩素要求量計監視部３９からそれぞれ読出
し可能になっている。目標値出力部３８は、予測値デー
タベース３７から後述する時間遅れを考慮した時刻の予
測値を読出し塩素注入率目標値として出力する。

【００２３】塩素要求量計監視部３９は、プロセスデー
タベース３３から塩素要求量計に相関のある他の水質デ
ータを読み込んで変化傾向を算出している。そして予め
設定されている他の水質データの変化傾向と、塩素要求
量計指示値の導水遅れ時間を考慮した時刻での変化傾向
とを比較し、その変化傾向が同一であるか判定してい
る。双方の傾向が同じパターンで在れば制御に使用する
事が出来る状態であると判断し、著しく異なっていれば
制御に使用する事が出来ないと判断する。

【００２４】塩素要求量計監視部３９で塩素要求量計の
データが制御に使用する事が出来る状態でないと判断さ
れると、フィードフォワード制御が停止され、フィード
バック制御部４１が起動される。フィードバック制御部
４１はプロセスデータベース３３から必要なデータを読
出し、図８で説明したフィードバック制御と同様の制御
を実施する。

【００２５】次に、以上のように構成された本実施例の
動作について説明する。図３には、本実施例において実
施されるフィードフォワード制御のフローチャートが示
されている。

【００２６】本実施例では、水質制御に使用する水質デ
―タや薬品の注入率等のプロセスデ―タ（塩素要求量計
２４，導電率計２６，残塩計２７の出力、塩素注入機６
の現在の目標値等）がプロセスデ―タ入力部３１より読
み込まれる。プロセスデ―タ入力部３１に入力するプロ
セスデタはデ―タファイリング部３２でデータベースに
格納可能な状態に加工された後、プロセスデ―タベ―ス
３３へ格納される。

【００２７】塩素消費量予測部３４では、プロセスデ―
タベ―ス３３より各遅れ時間を考慮した同時刻のプロセ
スデ―タを取り出し、予測パラメータ記憶部３５から予
測パラメ―タを読出し、下式（１）にて時刻ｔにおける
塩素消費量予測値Ｃｄ（ｔ）を演算する。

【００２８】 Ｃｄ（ｔ）＝ａ・Ｇｐ・Ｃｒ（ｔ）＋ｂ （１） Ｇｐ：塩素要求量補正係数 Ｃｒ（ｔ）：現在時刻ｔにおける塩素要求量計指示値 ａ，ｂ：パラメ―タ 尚、上記塩素要求量補正係数Ｇｐは、塩素要求量計指示
値とマンマシンインターフェース３６から設定された図
４の設定消費量グラフより、下式（２）により算出す
る。

【００２９】 Ｇｐ＝Ｙｃｒ÷Ｃｒ （２） Ｙｃｒ：設定塩素消費量 Ｃｒ：塩素要求量計指示値 次に、塩素消費量予測部３４により予測された塩素消費
量予測値と塩素実注入率，残留塩素値を、各々原水の浄
水場までの導水到達時間，薬品の遅れ時間，検出遅れ時
間を考慮して、予測値デ―タベ―ス３７へ格納する。こ
の時の数式モデルを（３）式に示す。

【００３０】

【数１】

【００３１】図５には実際の塩素要求量指示値（実線）
と予測値デ―タベ―ス３７へ格納された塩素消費量予測
値（点線）との関係が示されている。次に、プロセスデ
―タベ―ス３３より時刻Ｔ（遅れ時間を考慮した時刻）
における残留塩素実値と塩素実注入率より式（４）から
塩素消費量実績値Ｒｄ（Ｔ）を求める。

【００３２】 Ｒｄ（Ｔ）＝｛Ｒｙ（ｔ−ｔ１）−Ｒｚ（ｔ）｝−Ｃｒ（ｔ−ｔ１） （４） そして、その時刻Ｔにおける塩素消費量予測値と塩素消
費量実績値とを比較し、その偏差Ｄ（Ｔ）を下式（５）
にて求める。

【００３３】 Ｄ（Ｔ）＝Ｃｄ（Ｔ）−Ｒｄ（Ｔ） （５） Ｃｄ（Ｔ）：時刻Ｔにおける塩素消費量予測値 次に、式（５）から求められた偏差と塩素消費量予測値
を用いて下式（６）より前塩素注入率目標値の補正を行
う。

【００３４】 Ｚ（Ｔ）＝ａ・Ｃｄ（Ｔ）−ｂ・Ｄ（Ｔ） （６） Ｚ（Ｔ）：時刻Ｔにおける前塩素注入率目標値 Ｃｄ（Ｔ）：時刻Ｔにおける塩素消費量予測値 Ｄ（Ｔ）：時刻Ｔにおける偏差 ａ，ｂ：パラメ―タ 上記式（６）で補正された前塩素注入率目標値を、予測
値データベース３７の元のアドレスに格納する。そして
目標値出力部３８が当該時間に対応する前塩素注入率目
標値を予測値データベース３７から読出して塩素注入機
６の塩素注入率目標値に設定する。

【００３５】一方、塩素要求量計監視部３９では、塩素
要求量計２４の指示値の変化傾向を予め設定されている
相関のある他の水質デ―タの変化傾向と比較している。
本実施例では相関のある他の水質デ―タとして、導電率
計２６から入力する導電率を使用している。例えば図７
（ａ）に示す変化の導電率データを、同図（ｂ）に示す
変化傾向データに変換する。そして塩素要求量計２４の
導水遅れ時間を考慮した時刻での双方の変化傾向を比較
し、その傾向が同一であれば、目標値出力部３８から演
算された目標値を下位コントロ―ラへ出力し、最終的に
塩素注入機６の塩素注入率目標値とする。

【００３６】以上のような本実施例において、塩素要求
量指示値が図５の実線で示すように変化したときの急速
撹拌池５における残塩変化のシミュレーション結果を図
６に示している。同図に示すように、以上のようにして
決定した塩素注入率目標値を用いて残塩制御を行うこと
により、残塩素量の変動を最小限に抑えられる。

【００３７】また塩素要求量計監視部３９で、双方の傾
向が相違しているために塩素要求量計２４の指示値を制
御に使用できないと判断した場合は、その旨を報知する
警報出力すると共に、フィードバック制御部４１による
通常のフィ―ドバック制御に切り替え制御を続行する。

【００３８】この様に本実施例によれば、フィードフォ
ワードで取込まれるプロセスデータから塩素消費量予測
部３４にて予測パラメ―タと各遅れ時間により予測値デ
―タベ―スを作成し、その予測値デ―タベ―スから現在
時刻の塩素消費量予測値を取り出して使用しているの
で、原水水質の急激な変動にも十分に追従でき、水質変
動を最小限に抑制してオペレータが手動介入しなければ
ならないような事態の発生を未然に防止できる。しかも
フィードフォワード制御の高速応答性を実現すると共
に、現在時刻における塩素消費量実績値と比較し、その
差分により予測値を補正しているので、データの信頼性
の向上を図ることができる。

【００３９】また、着水井の電導度の変化傾向を演算
し、塩素要求量の変化傾向と比較し、変化傾向が正常範
囲と認められる場合に目標値の出力を行い、正常範囲か
ら逸脱した場合にはフィードバック制御に切換えるよう
にしたので、フィードフォワード制御では対処できない
ような事態となっても安定した制御を継続することがで
きる。なお、本発明は上記実施例に限定されるものでは
なく本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変形実施可
能である。

【００４０】

【発明の効果】以上の説明で明かなように、本発明によ
れば、浄水場の前塩素注入制御において、原水水質の急
激な変動に対応でき、塩素要求量計の不安定部分を取り
除くことができ、浄水場における安全な水を供給する事
が出来る。

【００４１】また本発明によれば、水質の急激な変動を
事前に検出でき、その原水に対する処置（薬品注入率）
が計画されるため、浄水場の運転が今後どうなるかオペ
レ―タに事前に通知する事が出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る水質制御装置の全体的
な構成図である。

【図２】図１に示す水質制御装置に備えられた前塩素残
塩制御部の機能ブロック図である。

【図３】図１に示す水質制御装置の動作を示すフローチ
ャードである。

【図４】予測パラメ―タを示す図である。

【図５】塩素消費量予測値と塩素要求量との相対関係を
示す図である。

【図６】本実施例における急速撹拌池での残塩変動を示
す図である。

【図７】関連水質データの変化傾向を示す図である。

【図８】従来のフィ―ドバック制御方式の水質制御装置
の構成図である。

【図９】従来のフィ―ドフォワ―ド制御方式の水質制御
装置の構成図である。

【図１０】塩素要求量計の指示値の変化を示す図であ
る。

【図１１】図１０に示す塩素要求量計指示値で制御した
際の急速撹拌池での残塩変動を示す図である。

【符号の説明】 １…河川、２…取水口、３…道水管、４…着水井、５…
急速撹拌池、６…塩素注入機、２４…塩素要求量計、２
５…計算機、２６…導電率計、２７…残塩計、３０…前
塩素残塩制御部、３３…プロセスデータ、３４…塩素消
費量予測部、３５…予測パラメータ記憶部、３７…予測
値データベース、３９…塩素要求量計監視部。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｃ０２Ｆ 1/76 Ｃ０２Ｆ 1/76 Ａ Ｇ０５Ｄ 21/00 Ｇ０５Ｄ 21/00 Ａ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 前塩素の残塩制御を計算機を用いて制御
   する浄水場水質制御装置において、浄水場へ流入する原
   水を取水口にてサンプリングし、その原水の水質データ
   より塩素消費量を予測し、その塩素消費量予測値により
   フィードフォワード制御を実行する前塩素残塩制御手段
   と、 前記取水口にてサンプリングされた原水の水質に応じて
   決定される塩素要求量データを、他の相関関係のある水
   質データの変化傾向と比較し、その塩素要求量データが
   制御に使用可能か否かを判断する監視手段とを備え、 前記監視手段により、前記塩素要求量データが制御に使
   用不可能と判断した場合に、前記前塩素残塩制御手段に
   よる前記フィードフォワード制御を停止することを特徴
   とする水質制御装置。