JP3438493B2 - 浄水場の運転支援システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、浄水場の運転支援
システムに係り、特に発癌性物質濃度と塩素濃度の分布
評価を基に、水道水中の発癌性物質濃度、及び残留塩素
濃度が共に目標値を満たすように塩素注入装置及び高度
浄水処理装置の運転を支援システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】発癌性物質の抑制を考慮した水道水への
殺菌用塩素の注入方法に関しては、特開平6−320166 号
公報に、浄水池に後塩素注入制御装置を配備し、配水池
に追加塩素注入制御装置を配備して、浄水池と配水池か
ら検知した残留塩素量から、配水管網での必要最小限の
塩素量を確保し且つ配水管網でのトリハロメタンを最小
限に抑える塩素注入量を決定するという考え方があり、
トリハロメタンを考慮した残留塩素の監視・制御が述べ
られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
は、塩素注入量の制御のみで残留塩素濃度とトリハロメ
タン濃度を制御するものであるため、水道水原水に含ま
れるトリハロメタン前駆物質濃度が高い時期には注入塩
素濃度に対するトリハロメタン生成率が高いため、残留
塩素濃度の確保とトリハロメタン抑制を同時に実現でき
ない。

【０００４】本発明の目的は、塩素注入量制御と同時
に、水道水原水に含まれる発癌性物質の前駆物質を除去
する高度浄水処理を制御することにより、水道水原水中
の前駆物質濃度が高い場合にでも、水道管網内の殺菌用
塩素濃度の目標値（法定値）を満たしつつ、同時に水道
管網の任意の点での発癌性物質濃度を目標値（厚生省の
ガイドラインなど）以下に抑えることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、水道管網全体
での残留塩素濃度及び発癌性物質濃度を推定し、その結
果に基づいて塩素注入量の決定と、高度浄水処理装置の
制御を支援するシステムを実現したものである。本発明
では、まず水道管網の管径，管路長，材質分布などの管
路情報と水需要分布を基に水道水の流下時間分布を推定
し、該流下時間分布及び水道管網の管径，材質分布など
の管路情報と、浄水場での注入塩素量（仮定値）を組み
合わせることにより、塩素注入量の仮定値に対応した残
留塩素濃度分布を推定する。推定結果と予め設定した残
留塩素濃度の下限目標値を比較し、水道管網の任意の地
点での残留塩素濃度が該下限目標値を上回るように塩素
注入量の下限値を求め、この注入塩素量に従って浄水場
での塩素注入を制御する。さらに、得られた塩素注入量
と流下時間分布及び水道管網の管径と、浄水場出口での
発癌性物質前駆物質の初期濃度を組み合わせることによ
り、水道管網全体での発癌性物質濃度分布を推定する。
推定結果と予め設定した発癌性物質濃度の上限目標値を
比較し、水道管網の任意の地点での発癌性物質濃度が該
上限目標値を上回らないように発癌性物質前駆物質の上
限値を求め、この値にしたがって前駆物質除去のための
高度浄水処理装置を運転する。

【０００６】また、現時点での残留塩素濃度、及び発癌
性物質濃度の観測値から、残留塩素濃度・発癌性物質濃
度推定式決定手段による推定機能を用いて流下時間経過
後の濃度を予測し、その結果を基に注入塩素量及び高度
浄水処理装置の運転を制御することで、時間遅れを考慮
した塩素注入量のフィードフォワード制御が実現でき
る。

【０００７】本発明による浄水場運転支援システムで
は、水道管網の管径，管路長，管同士の接続関係，材質
分布，水需要分布を基に管網内での残留塩素濃度・発癌
性物質濃度を推定する手段、及び塩素注入量を決定する
手段を具備することで、塩素注入量の決定及び高度浄水
処理装置の制御が可能なシステムを実現できる。

【０００８】また、本発明による浄水場運転支援システ
ムに、演算導出した塩素注入量と高度浄水処理装置の制
御量の時間的変化を水質項目と同時にＣＲＴなどに表示
することで、浄水管の運転員の塩素注入装置の運転、及
び高度浄水処理装置の運転を視覚的に補助することが可
能となる。これにより、必要最小限の残留塩素量を確保
しつつ、発癌性物質を設定値以下にした安全な水道水の
供給が実現できる。

【０００９】なお、配水管網の残留塩素濃度を、水の流
量，水需要量，流速データ等を用いて演算式により推定
する公知例があり、特開平3−186395号公報，特開平1−
231990号公報，特開平7−290040号公報，特開平7−3285
98号公報等に記載されているが、発癌性物質について
は、いずれも考慮していない。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施例を説明する。

【００１１】図１は、本発明による浄水場運転支援シス
テムによる浄水場運転の一実施例の全体構成を示す。ま
ず、簡単のために浄水場での単独塩素注入に関して説明
する。本発明による浄水場運転支援システム１００は、
大きく分けると、(1）水質・水道水物理量情報収集手段
１０５、(2）水道管網データベース１１０、 (3）水
質データベース２００、(4）水道水物理量データベース
２１０、(5）塩素注入量決定手段４００、(6）高度浄水
処理装置制御量決定手段５００、(7）CRT800とから構成
される。

【００１２】まず、浄水場運転支援システム１００によ
る塩素注入量及び高度浄水処理装置制御量を決定する大
まかな流れについて説明する。図１において、塩素濃度
センサ１０，発癌性物質前駆物質濃度センサ１１は、対
象となる水道管網５を管轄する浄水場１出口に設置さ
れ、それぞれ水道水中の塩素濃度，発癌性物質前駆物質
濃度を測定する。ここで、発癌性物質とは塩素注入の副
生成物としてできるトリハロメタンなどを指し、発癌性
物質前駆物質とは、フミン酸，フルボ酸など塩素と反応
して発癌性物質を生成する物質を指す。同様に、対象と
なる水道管網５に設置された流量センサ２０，水温セン
サ２１は、それぞれ水道水の流量，水温を測定する。測
定されたデータは水質・水道水物理量情報収集手段１０
５により収集される。

【００１３】水質・水道水物理量情報収集手段１０５
は、本実施例のようにセンサによるデータや、あるいは
分析装置による分析結果をオフラインで入力するなどの
手法により収集した水質・水道水物理量の情報を、デー
タの種別に応じて水質データベース２００、または水道
水物理量データベース２１０に振り分ける役割を果た
す。

【００１４】水道管網データベース１１０は、実地調査
または上水管網敷設時の設計図や台帳を基にデジタルデ
ータとして作成する。

【００１５】水道管網データベース１１０，水質データ
ベース２００，水道水物理量データベース２１０に保存
されたデータを基に、塩素注入量決定手段４００にて水
道管網上の残留塩素濃度分布の推定と塩素注入量の決定
とを行う。残留塩素濃度推定手段４１０により水道管網
上の残留塩素濃度分布を推定するにあたって、水道水の
流速・流下方向の推定が行われる。流速・流下時間推定
工程６００は、水道水物理量データ（流量），水道管網
データ（管径，管路長，流速係数，バルブの損失係数）
から、水道管網の任意の点での流速・流下方向を推定す
る手段により構成される。残留塩素濃度推定手段４１０
はまた、水質データ（塩素濃度），水道水物理量データ
（流量，水温），水道管網データ（管径，管路長，管材
質）から残留塩素濃度を導出する式を備え、この式によ
り、上水道管網全体での残留塩素濃度分布を求める。

【００１６】次に、再び水道管網データベース１１０，
水質データベース２００，水道水物理量データベース２
１０に保存されたデータを基に、高度浄水処理装置制御
量決定手段５００にて発癌性物質濃度の推定と高度浄水
処理装置の制御量の決定とを行う。発癌性物質濃度推定
手段５１０により水道管網上の発癌性物質濃度分布を推
定するにあたって、水道水の流速・流下方向の推定が行
われる。流速・流下時間推定工程６００は塩素注入量決
定手段４００で用いるものと同じである。また、高度浄
水処理装置制御量決定手段５００は、水質データ（塩素
濃度，発癌性物質前駆物質濃度），水道水物理量データ
（流量，水温），水道管網データ（管径，管路長，管材
質）と、前記塩素注入量決定手段４５０の演算結果とか
ら発癌性物質濃度を導出する式を備え、この式により、
上水道管網全体での発癌性物質濃度分布を求める。

【００１７】次に、浄水場運転支援システム１００の各
構成要素の詳細を説明する。

【００１８】水道管網データベース１１０は、水道管網
の敷設位置，管径，長さ，材質，敷設勾配などの水道管
網に付帯する情報を保存するためのデータベースであ
る。ここに保存される情報は、水道管網敷設時にデジタ
ルデータとして記録されることが望ましいが、現状では
一般に実地調査または上水管網敷設時の台帳を基にデジ
タルデータとして入力される。地図をデジタルデータと
して記録する方式には、大別して(1）地図を同じ大きさ
の多角形で分割し、各々の多角形に属性情報を付与する
ラスター形式、(2）地図を有向線分もしくは無向線分と
点により表現し、線分、及び点に対して属性情報を与え
るベクター形式の２つがある。本実施例では全てのデー
タが水道管網に属する、または水道管網に沿って分布し
ている為、線，点状データを扱うのに適しているベクタ
ー形式の例で説明する。具体的には、図７に示すように
水道管網を分岐点で分割する。分岐点、及び水道管網末
端の点をノードと呼び、分割された線分をセグメントと
呼ぶ。ベクター形式では各セグメントとノードに対し
て、位置，管の長さ，管径，流量，水圧，管の材質，水
温などの情報を割り当て、別途記録したセグメント群と
ノード群の接続関係を併用することで各種情報の空間的
分布を知ることができる。

【００１９】また、本実施例ではベクター形式のデータ
のみしか扱っていないが、例えば土質などの平面的に分
布しているデータを考慮に入れる場合、ラスター形式と
の併用も必要となる。

【００２０】水質データベース２００は、塩素濃度セン
サ１０，発癌性物質前駆物質濃度センサ１１でそれぞれ
測定された塩素濃度，発癌性物質前駆物質濃度を保存す
るためのデータベースである。これらのデータは通信ネ
ットワークを通じてオンラインで受信され、記録され
る。このデータベースは、磁気ディスク，磁気テープ，
光ディスク，光磁気ディスク，半導体メモリなどの各種
の磁気媒体，光媒体，半導体媒体の上に構築され、計算
機（図示せず）に直結、もしくは情報ネットワークを介
して接続された媒体読み取り装置を通して計算機に読み
込まれる。また、データベースの形式としては、相互参
照の可能なリレーショナルデータベースの形式が望まし
い。

【００２１】水道水物理量データベース２１０は、流量
センサ２０，水温センサ２１でそれぞれ測定された流
量，水温のデータを保存するためのデータベースであ
る。これらのデータは通信ネットワークを通じてオンラ
インで受信され、記録される。

【００２２】なお、水質データベース２００，水道水物
理量データベース２１０は、分析装置によるオフライン
のデータ収集、及びデータ入力により構築することも可
能である。

【００２３】次に本発明の特徴である塩素注入量決定手
段４００，高度浄水処理装置制御量決定手段５００の詳
細を説明する。

【００２４】塩素注入量決定手段４００は、残留塩素濃
度推定手段４１０を備え、残留塩素濃度推定手段は、流
速・流下時間推定工程６００と残留塩素濃度計算工程４
１６の２つを中心に構成される。塩素注入量決定手段４
００の流れを図２を用いて説明する。

【００２５】塩素濃度初期値設定工程４０２では、浄水
場出口での残留塩素濃度の仮の値を設定する。本実施例
では管網で確保しなければならない残留塩素濃度の最小
値（規定値）を、塩素濃度初期値として設定する。次に
残留塩素濃度推定手段410により管網内全体での残留塩
素濃度を推定する。次に工程４０４で残留塩素濃度推定
値と規定値とを比較し、管網内での残留塩素濃度の推定
値のうちの最小のものの値が規定値よりも低い場合は、
塩素濃度初期値設定工程４０２で設定する塩素濃度初期
値を増加させ、再計算を繰り返す。管網内での残留塩素
濃度の推定値のうちの最小のものの値が規定値よりも高
くなった時点で出力工程４０６に移行する。出力工程４
０６は、繰り返し計算の最後に用いた塩素濃度初期値を
出力する。

【００２６】以上が塩素注入量決定手段４００の詳細で
ある。

【００２７】次に、残留塩素濃度推定手段４１０を図３
により説明する。残留塩素濃度推定手段４１０は、水
質，水道水物理量の値を基に、数２で示す水道水流下中
の残留塩素濃度推定式により管網内の残留塩素濃度分布
を推定する手段である。

【００２８】本実施例で使用する残留塩素濃度の推定式
を数１に示す。

【００２９】

【数１】 Ｃ^(Cl) _i ^j＝Ｃ^(Cl) _j ⁱ・exp（−ｋ_ij・ｔ_ij） ｋ_ij＝exp（ｋ_D ^[M(i,j)]・Ｄ＋ｋ_T ^[M(i,j)]・Ｔ_ij＋ｋ₀ ^[M(i,j)]） …（数１） ここで、 Ｃ^(Cl) _i ^j ：セグメント（ｉ，ｊ）のノードｉ末端に
於ける残留塩素濃度 Ｄ_ij ：セグメント（ｉ，ｊ）に於ける水道管の
管径 Ｔ_ij ：セグメント（ｉ，ｊ）に於ける水温 Ｍ(ｉ,ｊ) ：セグメント（ｉ，ｊ）に於ける管材質 ｋ_ij ：セグメント（ｉ，ｊ）に於ける塩素減少
速度定数 ｔ_ij ：セグメント（ｉ，ｊ）間の水道水の流下
時間 ｋ_D ^[M(i,j)] ：管材質Ｍ（ｉ，ｊ）に対する管径依存定
数 ｋ_T ^[M(i,j)] ：管材質Ｍ（ｉ，ｊ）に対する温度依存定
数 ｋ₀ ^[M(i,j)] ：管材質Ｍ（ｉ，ｊ）に対する定数 但し、流れはノードｉからノードｊに向かっているもの
とする。

【００３０】初期データ読み込み工程４１２では、水道
管網データベース１１０から水道管網のノードとセグメ
ントの連結関係、水道管の管径や材質などの水道管網デ
ータを、水質データベース２００から浄水場での塩素注
入濃度，発癌性物質前駆物質濃度データを、水道水物理
量データベース２１０から流量，水温といった水道水物
水物理量データを読み込む。また、塩素濃度初期値設定
工程４０２で設定された値に塩素濃度初期値を設定す
る。

【００３１】流速・流下時間推定工程６００では、初期
データ読み込み工程４１２で読み込んだデータの内、水
道管網の長さや管径などの属性情報を基に管網内の全て
のセグメントに於ける水道水の流速及び流下方向を推定
する。これについては後ほど述べる。

【００３２】次に計算開始ノードを設定（符号４１４）
する。本実施例では計算開始ノードを浄水場出口とし
た。残留塩素濃度計算工程４１６での計算は図３に示す
ようなステップで実行される。まず、計算対象としてい
るノードの上流ノードを検索し、該上流ノードの全てに
関して残留塩素濃度が計算済みであった場合、数２で示
す式を用いて残留塩素濃度を計算する。

【００３３】

【数２】 Ｃ^(Cl) _i＝（Σ_(j=U(i))Ｃ^(Cl) _j・Ｆ_j ⁱ）／（Σ_(j=U(i))Ｆ_j ⁱ）…（数２） ここで、 Ｃ^(Cl) _i ：ノードｉに於ける残留塩素濃度 Ｆ_j ⁱ ：セグメント（ｉ，ｊ）に於ける水道水の流
量 Ｕ(ｉ) ：ノードｉの上流に位置するノードの集合 なお、上流ノードの検索は、水道管網のノードとセグメ
ントの連結関係を用いて、所定ノードの上流に位置する
セグメントと、セグメントの他端ノードを検索すること
で実現できる。水道管網データベース１１０及び流速・
流下時間推定工程６００の出力結果の連結関係に関する
部分は、図７に示すように水道管網セグメント間の物理
的連結関係を表の形で保存している。この表の「下流ノ
ード」というカテゴリーを検索することにより、所定ノ
ードに接続する下流方向のセグメント／ノードを容易に
選択することができる。

【００３４】残留塩素の計算の後、直結している下流ノ
ードを検索する。下流ノードの検索は、上流ノードと同
じく、図８に示すような水道管網データベース１１０及
び流速・流下時間推定工程６００の出力結果の連結関係
に関する部分の「上流ノード」というカテゴリーを検索す
ることにより、所定ノードに接続する上流方向のセグメ
ント／ノードを容易に選択することで実現できる。直結
している下流ノードが存在する場合、それらのノードを
計算開始ノードとして再設定し、再度残留塩素濃度の計
算を繰り返す。直結している下流ノードが存在しない場
合には、管網全体を検索し、残留塩素濃度を計算してい
ないノードを探す。そのようなノードが見つかった場
合、それらのノードを計算開始ノードとして再設定し、
再度残留塩素濃度の計算を繰り返す。見つからなかった
場合は、管網全体での残留塩素濃度の計算が完了してい
るので、出力工程４１８に移行する。

【００３５】出力工程４１８では、管網全体において残
留塩素濃度の最小値を検索し、その値を出力する。

【００３６】以上が残留塩素濃度推定手段４１０の詳細
である。

【００３７】次に高度浄水処理装置制御量決定手段５０
０の詳細を説明する。高度浄水処理装置制御量決定手段
５００は、発癌性物質濃度推定手段５１０を備え、発癌
性物質濃度推定手段は流速・流下時間推定工程６００と
発癌性物質濃度計算工程518の２つの中心に構成され
る。高度浄水処理装置制御量決定手段５００の流れを図
４を用いて説明する。

【００３８】高度浄水処理率設定工程５０２では、浄水
場での高度処理によって除去される発癌性物質前駆物質
の除去率の仮の値を設定する。ここで除去率とは高度処
理前後の発癌性物質前駆物質濃度の比のことを指す。本
実施例では高度浄水処理率の初期値を０としている。

【００３９】次に発癌性物質濃度推定手段５１０により
管網内全体での発癌性物質濃度を推定する。工程５０４
で、管網内での発癌性物質濃度の最大値と規定値とを比
較し、最大値が規定値よりも高い場合は、高度浄水処理
率設定工程５０２で設定する高度浄水処理率を増加さ
せ、再計算を繰り返す。ここで、高度浄水処理率の増加
とは、例えば高度浄水処理がオゾン処理である場合はオ
ゾン注入量を増加させることを言う。また、高度浄水処
理として活性炭処理を採用している場合、活性炭の注入
量を増加させることに相当する。

【００４０】管網内での発癌性物質濃度の最大値が規定
値よりも低くなった時点で出力工程５０６に移行する。
出力工程５０６は、繰り返し計算の最後に用いた高度浄
水処理率を出力する。

【００４１】以上が高度浄水処理装置制御量決定手段５
００の詳細である。

【００４２】次に、発癌性物質濃度推定手段５１０を図
５により説明する。発癌性物質濃度推定手段５１０は、
水質，水道水物理量の値を基に、数４で示す水道水流下
中の発癌性物質濃度推定式により管網内の発癌性物質濃
度分布を推定する手段である。

【００４３】本実施例で使用する発癌性物質濃度の推定
式を数３で示す。

【００４４】

【数３】 Ｃ^(HC) _i＝０.７・（Ｐｒ)^a・（Ｔ_i)^b・（ｔ_i)^c・（Ｃｌ_i)^d …（数３） ここで、 Ｃ^(HC) _i ：ノードｉに於ける発癌性物質濃度 Ｐｒ ：水道水流出点での発癌性物質前駆物質
濃度 Ｔ_i ：ノードｉに於ける水温 ｔ_i ：水道水流出点からノードｉに至るまで
の重み付き流下時間 Ｃｌ_i ：ノードｉに於ける残留塩素濃度 ａ，ｂ，ｃ，ｄ：定数 ここで重み付き流下時間とは、数４で定義した量を言
う。

【００４５】

【数４】 ｔ_i＝（Σ_(j=U(i))ｔ_j・Ｆ_j ⁱ）／（Σ_(j=U(i))Ｆ_j ⁱ） …（数４） ここで、 ｔ_i ：ノードｉに於ける重み付き流下時間 Ｆ_j ⁱ ：セグメント（ｉ，ｊ）に於ける水道水の流量 Ｕ(ｉ) ：ノードｉの上流に位置するノードの集合 初期データ読み込み工程５１２では、水道管網データベ
ース１１０から水道管網のノードとセグメントの連結関
係、水道管の管径や材質などの水道管網データを、水質
データベース２００から浄水場での塩素注入濃度，発癌
性物質前駆物質濃度データを、水道水物理量データベー
ス２１０から流量，水温といった水道水物理量データを
読み込む。また、高度浄水処理率設定工程５０２で設定
された値に高度浄水処理率の初期値を設定する。

【００４６】初期値設定後、流速・流下時間推定工程６
００により管網全体での流速・流下方向を推定する。こ
の工程は、残留塩素濃度推定手段４１０で説明したもの
と同じである。

【００４７】次に計算開始ノードを設定（符号５１４）
する。本実施例では計算開始ノードを浄水場出口とし
た。計算は図５に示すようなステップで実行される。ま
ず、計算対象としているノードの上流ノードを検索し、
該上流ノードの全てに関して重み付き流下時間が計算済
みであった場合、重み付き流下時間計算工程５１６にお
いて数４で示す式を用いて対象ノードの重み付き流下時
間を計算する。

【００４８】重み付き流下時間の計算の後、直結してい
る下流ノードを検索する。直結している下流ノードが存
在する場合、それらのノードを計算開始ノードとして再
設定し、再度重み付き流下時間の計算を繰り返す。直結
している下流ノードが存在しない場合、管網全体を検索
し、重み付き流下時間を計算していないノードを探す。
そのようなノードが見つかった場合、それらのノードを
計算開始ノードとして再設定し、再度重み付き流下時間
の計算を繰り返す。見つからなかった場合は、管網全体
での重み付き流下時間の計算が完了しているので、発癌
性物質濃度計算工程５１８に移行する。発癌性物質濃度
計算工程５１８は、上記の重み付き流下時間の推定値と
数３を用いて管網全体での発癌性物質の濃度を計算す
る。

【００４９】出力工程５２０では、発癌性物質濃度計算
工程５１８の結果を用い、管網全体での発癌性物質濃度
の最大値を検索し、その値を出力する。

【００５０】以上が発癌性物質濃度推定手段５１０の詳
細である。

【００５１】次に、図６の流速・流下時間推定工程６０
０について説明する。

【００５２】初期パラメータ設定工程６１０は、水道管
網データベース１１０から、水道管網データ（管径，管
路長，流速係数）を、水道水物理量データベース２１０
から水道水物理量データ（初期流量）を読み込むと同時
に、管網の各セグメントでの流量・流下方向と水道水流
出点での圧力に関して仮の値を設定する。

【００５３】管網エネルギー計算工程６１２は、数５に
従って、管網水流の総エネルギーを算出する。

【００５４】

【数５】

【００５５】 Ｅ ：管網水流の総エネルギー ｘ_j ：セグメントｊでの（流下方向付き）流量 ｗ_i ：ノードｉに於ける流入量 ｐ_i ：ノードｉでの圧力 Ｒ_j ：セグメントｊでの流速抵抗 Ｃ_j ：セグメントｊでの流速係数 Ｄ_j ：セグメントｊの管径 Ｌ_j ：セグメントｊの管路長 ここで、int[] は積分を表す。

【００５６】次に管網水流の総エネルギーの計算値を最
小にするように、各セグメントでの流量・流下方向と水
道水流出点での圧力を調整する。この調整には山登り法
などの良く知られた最適化手法を適用できる。

【００５７】管網水流の総エネルギーの最小が得られた
後、出力工程６１６に移行する。この出力工程６１６で
は管網水流の総エネルギーの最小値に対応する、各セグ
メントの流量・流下方向と水道水流出点での圧力を出力
する。

【００５８】図１に戻って、CRT800は前記塩素注入量決
定手段４００及び高度浄水処理装置制御量決定手段５０
０で計算した浄水場での塩素注入濃度と高度浄水処理装
置制御量と、残留塩素濃度推定手段４１０及び発癌性物
質濃度推定手段５１０で計算した水道管網内の残留塩素
濃度及び発癌性物質濃度の分布を画面に表示するもので
ある。これらを水道管網データベース１１０を用いて作
成した水道管網の地図データと重ねて表示することによ
り、塩素注入量を変化させた時の残留塩素濃度、及び発
癌性物質濃度の地図上での分布の変化を調べることがで
きる。

【００５９】最後に、図１の塩素注入量制御装置９００
及び高度浄水処理制御装置９１０について説明する。塩
素注入量制御装置９００及び高度浄水処理制御装置９１
０は、塩素注入量決定手段４００及び高度浄水処理装置
制御量決定手段５００の出力値を電話回線通信，無線通
信，光ファイバー通信などの通信手段によりそれぞれ塩
素注入装置３，高度浄水処理装置４に送信する。塩素注
入装置３は塩素注入量制御装置９００から送信された情
報に従って水道水に塩素を注入する役割を果たす。ま
た、高度浄水処理装置４は高度浄水処理制御装置９１０
から送信された情報に従って高度浄水処理を実施する役
割を果たす。なお符号２は原水が浄水処理過程にあるこ
とを示している。

【００６０】また、本実施例の塩素注入量決定手段４０
０において、数１，数２のパラメータを決定する際の塩
素注入量データ及び塩素注入量の初期値数を複数にする
ことで、塩素分散注入への対応も容易に可能である。

【００６１】以上が、本発明による浄水場運転支援シス
テムを浄水場の塩素注入及び高度浄水処理の制御に適用
した実施例の構成と動作の説明である。

【００６２】また、残留塩素濃度・発癌性物質濃度推定
式決定手段で決定した推定式と、塩素注入量、及び発癌
性物質前駆物質濃度の変動パターンを組み合わせること
により、将来時刻での残留塩素濃度・発癌性物質濃度を
推定し、塩素注入位置と水質，水道水物理量の値の収集
点とのずれを補正するフィードフォワード制御が可能と
なる。

【００６３】本実施例では、法定基準塩素濃度を保持し
つつ、発癌性物質生成を目標値以下に抑える塩素注入制
御が可能になるため、より安全な水道水供給ができる。

【００６４】

【発明の効果】本発明によれば、水道管網全体において
任意の点、時刻での残留塩素濃度及び発癌性物質濃度を
推定し、残留塩素濃度が規定値を満たすような塩素注入
制御と発癌性物質濃度が規定値を上回らないような高度
浄水処理制御が可能になるため、互いにトレードオフの
関係にある残留塩素濃度の確保と発癌性物質の生成抑制
の両方が同時に実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】全体図（実施例１）。

【図２】塩素注入量決定手段。

【図３】残留塩素濃度推定手段。

【図４】高度浄水処理装置制御量決定手段。

【図５】発癌性物質濃度推定手段。

【図６】流速・流下方向推定工程。

【図７】上流方向セグメント／ノード検索工程。

【図８】下流方向セグメント／ノード検索工程。

【符号の説明】

１…浄水場、２…浄水処理過程、３…塩素注入装置、４
…高度浄水処理装置、５…水道管網、１０…塩素濃度セ
ンサ、１１…発癌性物質前駆物質濃度センサ、２０…流
量センサ、２１…水温センサ、１００…浄水場運転支援
システム、110…水道管網データベース、２００…水質
データベース、２１０…水道水物理量データベース、４
００…塩素注入量決定手段、４１０…残留塩素濃度推定
手段、５００…高度浄水処理装置制御量決定手段、５１
０…発癌性物質濃度推定手段、６００…流速・流下時間
推定工程、８００…ＣＲＴ、９００…塩素注入量制御装
置、９１０…高度浄水処理制御装置。

───────────────────────────────────────────────────── 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 (72)発明者 馬場 研二 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (72)発明者 筒井 和雄 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 株式会社 日立製作所 大みか工場内 (56)参考文献 特開 昭53−51652（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−124568（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−304546（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−206077（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−290040（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−320166（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−186395（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C02F 1/00 C02F 1/50 C02F 1/76

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】塩素注入装置と高度浄水処理装置を具備す
   る浄水場の運転支援システムであって、 前記浄水場が管轄する水道管網の管径，管路長，材質，
   管同士の接続関係，水圧，水の需要量パターンを基に、
   水道管網上の任意の２点間の水道水の流下時間を推定す
   る流下時間推定手段と、 前記流下時間推定手段で求めた水道水塩素注入点から水
   道管網上の任意の点までの水道水の流下時間の推定値に
   加え、前記水道水塩素注入点の残留塩素濃度，水道水の
   水温，水道管の材質情報の各々の値を用い、下流に位置
   する側での残留塩素濃度を演算導出する残留塩素濃度推
   定手段と、 前記残留塩素濃度推定手段で求めた水道管網上の残留塩
   素濃度推定点における残留塩素濃度の推定値が、予め設
   定した水道管網の残留塩素濃度の下限値を上回るように
   塩素注入点での注入塩素量を決定する塩素注入量決定手
   段と、 前記流下時間推定手段で求めた水道管網の塩素注入点か
   ら水道管網上の任意の点までの水道水の流下時間の推定
   値、及び前記残留塩素濃度推定手段で求めた水道管網上
   の残留塩素濃度推定点における残留塩素濃度の推定値に
   加え、水道管網の塩素注入点における発癌性物質の前駆
   物質量、水道水の水温の各々の値を用い、任意の点にお
   ける発癌性物質濃度を演算導出する発癌性物質濃度推定
   手段と、前記発癌性物質濃度推定手段で求めた発癌性物質濃度の
   推定値が予め設定した発癌性物質濃度の上限値を上回ら
   ないように前記高度浄水処理装置を制御する高度浄水処
   理装置制御手段と、 を備えたことを特徴とする浄水場の
   運転支援システム。
2. 【請求項２】請求項１に記載の運転支援システムにおい
   て、前記流下時間推定手段として、管網上での流体の速
   度分布を仮定し、管網全体での流体の運動エネルギーの
   総和が最小となるように該速度分布を変化させることに
   より管網全体での流下速度分布を決定し、求めた流下速
   度分布より流下時間分布を求める手段を備えたことを特
   徴とする浄水場の運転支援システム。
3. 【請求項３】請求項１に記載の運転支援システムにおい
   て、浄水場に複数個の塩素注入点が存在する場合に、前
   記塩素注入量決定手段として、各々の塩素注入点からの
   寄与を水道水の流量に比例した重みを付けて平均するこ
   とにより、残留塩素濃度を推定する手段を備えることを
   特徴とする浄水場の運転支援システム。
4. 【請求項４】請求項１に記載の運転支援システムにおい
   て、前記塩素注入量決定手段で求めた塩素注入量と、前
   記発癌性物質濃度推定手段で求めた発癌性物質濃度の時
   間的変化を水質項目と同時にＣＲＴ表示する表示手段を
   備えたことを特徴とする浄水場の運転支援システム。