JP3823863B2

JP3823863B2 - Operation support system and control system for water treatment process

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Publication number: JP3823863B2
Application number: JP2002102508A
Authority: JP
Inventors: 直樹原; 昭二渡辺; 剛武本; 文智木村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-04-04
Filing date: 2002-04-04
Publication date: 2006-09-20
Anticipated expiration: 2022-04-04
Also published as: JP2003300093A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水処理プラント、産業廃水処理プラント、浄水処理プラント等の保有する水処理プロセスの運転や設計を適切に実施するための水処理プロセスの運転支援システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
下水処理場は活性汚泥と呼ばれる微生物群によって汚水を浄化しており、この処理を活性汚泥プロセスと称している。現在、稼動している下水処理場の大半は活性汚泥プロセスで、有機物の除去を主目的とした標準活性汚泥法を採用している。標準活性汚泥法は、流入下水中の有機物を生物反応槽で活性汚泥に摂取あるいは酸化分解させた後に最終沈殿池で活性汚泥を沈降させて上澄み液を放流する。
【０００３】
近年、富栄養化防止に向けて、りん・窒素の規制強化が進められているが、従来の標準活性汚泥法で設計された現有施設では、りん・窒素の規制値をクリアする処理水を得ることが困難である。下水中からの窒素やりんを除去可能な方法は下水高度処理法と呼称され、りん・窒素同時除去プロセスは上記２つのプロセスを組み合わせた「嫌気―無酸素―好気法」が代表的な処理法である。
【０００４】
このような下水高度処理法は、有機物、りん、窒素除去に関連する各種微生物の生息環境を適切に維持することによって性能が発揮される。しかし、下水高度処理法は複雑で、また、複数の運転操作項目があり、互いに干渉する。例えば、操作量の１つである循環液量を高めると窒素除去性能は向上するが、逆に、りん除去性能は低下するなど、一つの操作量をとっても適切に設定することは困難なことである。これは、これまで有機物、りん、窒素の複雑な反応過程を計算して処理水水質を提示できる方法がなく、設計や運転を経験と勘に依存していたためでもある。
【０００５】
一方、生物反応をモデル化し、数値モデルによって活性汚泥プロセスの特性を評価する方法が提案されている。特開２０００−１０７７４４号公報に記載のクライアントサーバーシステム、特開２００１−３３４２８７号公報に記載のシミュレーション装置が知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
下水高度処理法のプロセスは複雑で、これを数値で表すと非線形の多変数のモデルとなる。例えば、嫌気―無酸素―好気法の代表的な操作量である溶存酸素（DO）を増加すると、処理水の有機物、りん、窒素は単純に増加する訳ではなく、それぞれが非線形的な増減を示す。また、返送汚泥、循環量、余剰汚泥量などDO以外の操作量を変化させてもDOと同様に、処理水の有機物、りん、窒素は非線形的な変動を示す。従って、複数の処理水質を目標値範囲内に維持するための適切な操作量を導出するためには、まず、複数の処理水質と操作量の関係を定量的に把握し、さらに最適な条件を決定しなければならない。
【０００７】
特開２０００−１０７７４４号公報には、シミュレータセンサによる水質予測値と操作量の関係をパターン化して操作量の目標値を演算することができる事が記載されている。しかし、操作量の目標値を求めることや、処理水質を目標値範囲内に維持すること、更には操作量を最適にすることについて記載されておらず、これでは目標水質を常に維持できる運転を実現できないという課題がある。また、探索条件と過程を理解しやすいように表示することが非常に重要であるにも拘らず、なんら考慮されていないので、運転者の信頼を得る最適な運転支援を実施できない。
【０００８】
水処理プラントの運転の目標とする水質項目ならびにその目標値は、放流先の汚濁動向、採用している活性汚泥プロセスの方式、条例など様々の要因を勘案して設定されるため、個々の水処理プラント毎に異なっている。また、水処理プラントの方式は無数に存在し、操作可能な条件も多様である。従って水処理プラントの運転を適正に行うには、処理水質を計算できるだけでなく、複数の処理水質目標値と複数の操作量の関連を計算できるような機能が必要である。
【０００９】
そのためには、複数の処理水質目標値と複数の操作量を自由に設定できる機能と、最適な操作量の決定根拠を示す機能が必要であるが、特開２０００−１０７７４４号公報では記載されておらず、最適運転の実現に課題がある。
【００１０】
一方、特開２００１−３３４２８７号公報は、窒素除去を最大にする機器の配置や仕様の最適条件を探索する方法である。しかし、水質目標を窒素のみとして計算しており、有機物やりんが目標に加わった場合には対応できないという課題がある。
【００１１】
水処理プロセスの運転を最適にするには、複数の水質目標値、複数の操作量を入力でき、最適の運転条件を決定できる機能が必要である。また、同時に、運転者が利用しやすいように最適条件の定義を明確にし、個々の操作量が処理水質に与える影響を理解しやすく表示するべきであるが、従来技術では考慮されていないという課題がある。
【００１２】
本発明は上記課題点に対処して成されたもので、その目的とするところは複数の目標水質を満たす適切な運転条件の決定を支援できる水処理プロセスの運転支援システム及び制御システムを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明は、複数の操作量を調節して運転される水処理プロセスにおいて、複数の水質項目と水質項目毎の水質目標値を入力する目標値入力手段と、複数の操作量のうち調節すべき操作量を選択して運転条件を定める運転選択手段と、運転選択手段により選択された操作量を入力して複数の水質項目の水質計算値を出力するモデル演算手段と、モデル演算手段によって計算された複数の水質計算値から複数の水質項目毎の水質目標値を満足する選択された操作量の設定値を演算する第１演算手段と、第１演算手段で演算された複数の水質項目毎の操作量設定値を入力して複数の水質項目毎の水質目標値を満足する最適設定値を演算する第２演算手段と、複数の水質項目と選択された操作量の関係を表示する表示手段とを具備したことを特徴とする。
【００１４】
また、運転選択手段は、複数の操作量のうち一つを調節すべき操作量として選択して運転条件を定めることを特徴とする。
【００１５】
また、第１演算手段は、複数の水質項目毎に水質目標値を満足する最小値の操作量を設定値として出力することを特徴とする。
【００１６】
また、第２演算手段は、第１演算手段から入力した複数の操作量設定値の最大値を最適設定値として出力することを特徴とする。
【００１７】
また、表示手段は、第１演算手段の入力となる操作量と複数の水質項目との関係をグラフ表示することを特徴とする。
【００１８】
また、表示手段は、少なくとも第１演算手段で演算された複数の設定値および第２演算手段で演算された最適設定値を表示することを特徴とする水処理プロセスの運転支援システム。
【００１９】
さらに、目標値入力手段は、複数の水質項目として少なくとも処理水の有機物、窒素、りんを入力することを特徴とする水処理プロセスの運転支援システム。
【００２０】
また、目標値入力手段で入力する複数の水質項目毎の水質目標値は、絶対値あるいは除去率を設定することを特徴とする。
【００２１】
また、水処理プロセスは有機物をステップ流入量として加えられるものであって、表示手段は、最適なステップ流入量と流入水量との比を表示することを特徴とする。
【００２２】
そして、複数の操作量を演算して調節する複数台のコントローラにより制御される水処理プロセスであって、第２演算手段で演算された最適設定値を選択された一つ操作量を調節するコントローラの設定値とすることを特徴とする。
【００２３】
本発明は操作量と目標とする水質との関係によって操作量の最適設定値を求めているので、水処理の処理水質を容易に目標値以下に維持することができるようになる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の一実施例を示す。図１は活性汚泥プロセスのひとつである嫌気−無酸素−好気法（通称、A2O法と称されている）に適用した例である。
【００２５】
図１において、A2O法は嫌気槽１A、無酸素槽１B、と好気槽１Cから成る生物反応槽１、最終沈殿池２、水中撹拌機５、返送汚泥設備７、余剰汚泥設備８、送風機９、循環設備１０、凝集剤貯留槽１２、凝集剤注入設備１１から構成されている。
【００２６】
都市下水や産業排水、及び雨水を含む流入下水１３は図示しない最初沈殿池で粗大な狭雑物が除去された後、生物反応槽１に流入する。最初沈殿池では固形物を沈降除去し、有機物、アンモニア性窒素、りんなどを含む上澄み液は生物反応槽１への流入下水１３として送られる。
【００２７】
生物反応槽１には最初沈殿池からの流入下水１３と返送汚泥設備７からの返送汚泥（活性汚泥）１４が流入し、撹拌混合が行われる。一方、好気槽１Cには、送風機９から空気１８が送気される。さらに、生物反応槽１では、循環設備１０によって好気槽１Cから無酸素槽１Bへ循環液（汚泥）１９を循環する。
【００２８】
最上流の嫌気槽１Ａには流入下水１３と、最終沈殿池２から返送汚泥設備７を介して高濃度の活性汚泥を含有する返送汚泥１４が供給される。流入下水１３と返送汚泥１４は水中撹拌機５Ａで撹拌混合される。嫌気槽１Aは溶存酸素（DO）と硝酸性窒素がともに存在しない嫌気状態である。嫌気槽１Ａにおいて、活性汚泥は細胞内に蓄積しているりんを加水分解して液中に放出する。このりん放出時に、活性汚泥は有機物を吸着し、細胞内に蓄積する。このため、嫌気槽１Ａではりんが増加し、有機物が減少する。
【００２９】
嫌気槽１Ａの混合液は隔壁４Ａを介して無酸素槽１Ｂに導かれる。無酸素槽１Ｂでは循環設備１０により循環液１９として還流された好気槽１Ｃの混合液と、嫌気槽１Ａの混合液とが水中撹拌機５Ｂにより撹拌混合される。無酸素槽１Ｂは溶存酸素を含む循環液１９が流入するが殆ど酸素のない状態となり、循環液１９に含まれている硝酸性窒素を嫌気槽１Ａから導かれた混合液中の有機物、あるいは活性汚泥が細胞内に蓄積していた有機物を利用して脱窒反応が主に進行する。脱窒反応では硝酸性窒素が還元し窒素ガスとして大気に放出されるため、無酸素槽１Ｂでは硝酸性窒素と有機物が減少する。
【００３０】
無酸素槽１Ｂの混合液は隔壁４Ｂを介して好気槽１Ｃに導かれる。好気槽１Ｃの底部には散気管６が設置されており、送風機９からの空気１８を噴射し、混合液を攪拌するとともに活性汚泥の酸素源を供給する。好気状態化の好気槽１Ｃにおいて、活性汚泥は蓄積した有機物及び混合液中の有機物を水と炭酸ガスに酸化分解する。また、アンモニア性窒素を硝酸性窒素に酸化する硝化反応が進行する。さらに、混合液中のりんを細胞内に摂取する。この摂取量は、通常、嫌気槽１Ａで放出した以上（過剰摂取）となるため、プロセス全体ではりんが減少し、除去されたことになる。
【００３１】
従って、好気槽１Ｃでは有機物、りん、アンモニア性窒素が減少し、硝酸性窒素が増加する。好気槽１Ｃの流出部混合液の一部を循環液１９とするため、循環液１９には有機物やりんが殆どなく、硝酸性窒素が含まれる。
【００３２】
好気槽１Ｃの流出液１５は最終沈殿池２に導かれ、混合液中の活性汚泥が重力沈降する。最終沈殿池２の上澄液は処理水１６として消毒殺菌後、河川や海洋に放流される。沈殿した活性汚泥は高濃度となり、大部分を返送汚泥設備７により返送汚泥１４として生物反応槽１の嫌気槽１Ａに戻す。生物反応槽１では反応に対応して活性汚泥中の微生物が増殖し、活性汚泥濃度を増加させるが、この増殖分に相当する汚泥を余剰汚泥１７として余剰汚泥設備８を介してプロセス系外に排出する。余剰汚泥１７中に保持されているりんは、プロセス全体のりん除去量に相当する。
【００３３】
このように、生物学的に窒素やりんを除去するプロセスでは、嫌気槽１Aや無酸素槽１Bでのりん放出と脱窒、好気槽１Cでのりん過剰摂取と硝化のそれぞれの機能を十分に発揮させる適正な維持管理が必要となる。これらの活性汚泥の処理機能は、流入下水の水質や流量、プラントの運転条件、あるいは活性汚泥の管理条件で変化し、徐々に、あるいは突発的に除去不良を招くようになる。
【００３４】
りん放出・摂取状態の悪化により、処理水１６のりんが流入下水１３より高くなる場合もある。このような場合、凝集剤貯槽１２から凝集剤注入設備１１を介して生物反応槽１の出口に凝集剤を注入して物理化学的にりんを除去する方式が併用されている。
【００３５】
返送汚泥設備７は、返送汚泥量と流入下水量の比率によって返送量コントローラ２０１によって制御される。循環設備１０は、循環液１９と流入下水１３の流量比率によって循環量コントローラ２０２で制御される。余剰汚泥設備８は、タイマーとプリセット量によって余剰汚泥量コントローラ２０６によって制御される。送風機９は、好気槽１Cの溶存酸素計４２を所定値に保つ方式によって空気量コントローラ２０４によって制御される。
【００３６】
これらコントローラ２０１、２０２、２０４〜２０６と監視制御システム２００はネットワーク２１０によって接続されており、監視制御システム２００からコントローラ２０１、２０２、２０４〜２０６の設定値や制御パラメータを変更することが出来る。
【００３７】
以上のようなA2O法の水処理プロセスの運転支援を行う運転支援システム１００について説明する。
【００３８】
運転支援システム１００は目標値入力手段１０１、運転選択手段１０２、モデル演算手段１０３、第１演算手段１０４、第２演算手段１０５、表示手段１０６から構成される。
【００３９】
目標値入力手段１０１はA2O法の運転目標とする水質項目及び水質目標値を入力する。水質項目とは例えば、有機物（易分解性と難分解性）、アンモニア性窒素、硝酸性窒素、全窒素、りん、浮遊物濃度、アルカリ度、溶存酸素、水温などである。水質目標値は24時間変動パターンや24時間を通して一定値として与えられる。また、水質項目の計測場所は処理水１６のほか生物反応槽１の各所で行うようにすることもできる。
【００４０】
運転選択手段１０２は、A2O法の複数の運転条件のなかで最適化したい条件を選択し、同時に選択した運転条件の探索範囲を設定する。目標値入力手段１０１と運転選択手段１０２において必要なデータはキーボード、マウスなどを用いて入力する。
【００４１】
モデル演算手段１０３は、Ａ２Ｏ法の各工程をソフトウエアで模擬したモデルに基づいて、運転選択手段１０２で選択された運転条件の操作量を逐次変化させて、目標値入力手段１０１で入力した水質項目の変化を計算する。水質計算のモデルには国際水環境協会（IAWQ）が発表した刊行物IAWQ Scientific and Technical Ｒeport Ｎｏ．３，「Activated Sludge Model Ｎｏ．２」（活性汚泥モデル２）（１９９５年）などの公知のモデルを適用してもよいし、化学反応式から作成したモデル、実験的に求めたモデル、統計モデルを適用してもよい。
【００４２】
第１演算手段１０４は、モデル演算手段１０３で計算された複数の水質計算値と操作量から、個々の水質項目ごとに最適条件を満足する操作量を演算して水質項目毎の設定値を出力する。設定値の数は少なくとも、目標値入力手段１０１で入力された水質項目の数だけ存在する。ここで最適条件とは、例えば水質目標値を満足しかつ最小値となる操作量である。操作量を最小値にすると、制御対象設備の使用電力量を低く抑えた低コスト運転が実現できる。
【００４３】
第２演算手段１０５は、第１演算手段によって計算された複数の設定値から、複数の水質目標値を満足するための最適設定値を演算する。例えば、水質目標値をクリアすることを優先させるには、複数の設定値の最大値を最適設定値として出力する。最適設定値は表示手段１０６に表示する。また、運転支援システム１００と監視制御システム２００と接続し、コントローラ２０１〜２０６に設定する。
【００４４】
表示手段１０６は、運転支援システム１００を構成する手段の入出力情報を表示する。モデル演算手段１０３による複数の水質計算値と操作量の関係、第１演算手段１０４による個々の水質項目ごとの設定値や最適条件、第２演算手段１０５による最適設定値などである。また、第１演算手段１０４の出力である複数の設定値と、第２演算手段１０５の出力である１つの最適設定値とを同一画面上に順次表示することで、運転者に最適設定値とその計算過程を一目で把握することが出来る。表示する情報はテキスト形式でもよいし、散布図、トレンドグラフ、一覧表、除去率、円グラフなどの各種形式に添って編集を行い表示してもよい。
【００４５】
図２に本発明のモデル演算手段１０３、第１演算手段１０４、モデル演算手段１０３による最適設定値の計算のフロー図を示す。図２において、目標値入力手段１０１から水質項目として処理水有機物、処理水全窒素、処理水りんが入力されたものとして説明する。
【００４６】
モデル演算手段１３０はステップ１１０において、カウンタi＝１とし、選択された運転条件の操作量ｘ(i)に初期値を設定する。ステップ１１１に移行して数値モデルにより水質項目の水質計算値ｙ１(i)、ｙ２(i)、ｙ３(i)を計算する。ここで、ｙ１(i)、ｙ２(i)、ｙ３(i)は、それぞれ処理水有機物、処理水全窒素、処理水りんに対応する。
【００４７】
モデル演算手段１３０はステップ１１１からステップ１１２に移行してカウンタiを１アップし、操作量ｘ(i)に増分Δｘを加算する。増分Δｘは一定でも良いし、水質計算値と目標値の差が大きいときには増分を大きくするなどのように自動的に変更しても良い。モデル演算手段１３０はステップ１１１、ステップ１１２の処理を繰り返して実行し、操作量ｘ(i)が探索範囲の上限に達したらステップ１１３に移行する。繰返し回数がN回の場合、ステップ１１３では、それぞれN個の操作量と水質計算値が保存される。
【００４８】
第１演算手段１０４はステップ１１４でN個の操作量ｘ(i)とN個の水質計算値ｙ１(i)から（１）式の最適条件を満たす操作量を探索し、抽出した操作量を設定値ｘ１として出力する。
IF （水質ｙ1(i )≦目標値
AND 操作量ｘ(i )＝最小値）
THEN （設定値ｘ1＝ｘ(i ) ）（式１）
【００４９】
（１）式は目標値が１つの例であるが、レベルの異なる複数の目標値を最適条件の要因としてもよい。また、操作量ｘを最小値にすることは動力費の低減につながるが、低コスト運転方法にはこの他にも、設備を構成する機器の仕様から決定してもよい。例えば、定格出力による運転の継続、機器の切り替え頻度が小さい運転、機器寿命の長い負荷による運転、夜間電力、電池、自家発電機の運用と連動して最適コストとなる運転などである。このステップ１１４は水質項目の数だけ繰り返される。本実施例では３回繰り返されて、処理水有機物、処理水全窒素、処理水りんそれぞれの設定値ｘ１、ｘ２、ｘ３が求まる。ステップ１１５では水質項目ごとの設定値ｘ１、ｘ２、ｘ３を格納する。
【００５０】
第２演算手段１０５はステップ１１６において設定値ｘ１、ｘ２、ｘ３の最大値を抽出し、ステップ１１７において最適設定値Xsとして出力する。表示手段１０６は、最適設定値Xs、目標値入力手段１０１、モデル演算手段１３０、第１演算手段１０４、第２演算手段１０５の計算過程や計算結果を表示する。
【００５１】
図３に目標値入力手段１０１の入力の画面例を示す。図３は水質項目として処理水の有機物、全窒素、りんの目標値を入力する画面の一例である。
【００５２】
各水質項目の水質目標値を濃度（mg/L）とする場合には、処理水質ボタン２０１をマウスなどで選択した後に入力する。なお、mg/LのLはリットルである。また、除去率（％）を入力する場合には除去率ボタン２０２を選択してから除去率を入力する。本実施例では水質項目を処理水質にしているが、生物反応槽１の任意の地点としてもよく、また、水質項目毎に濃度または除去率を選択できるような構成にすることもできる。
【００５３】
図４に運転選択手段１０２の画面例を示す。図４は最適化したい運転条件と探索範囲を入力する画面の一例である。
【００５４】
運転条件はボタン２１１をマウスなどでクリックすることで選択できる。最適設定値を探索する範囲は、入力エリア２１２に選択された運転条件ごとに最小値と最大値として与える。また、探索範囲は監視制御システム２００で保持している値を自動的に与えてもよく、運転条件は複数選択することもできる。
【００５５】
図５に表示手段１０６の画面例を示す。図５は水質項目を処理水の有機物、全窒素、りんの３個の条件で、運転条件としてDOが選択された場合の最適設定値を表示する画面の一例である。
【００５６】
モデル演算手段１０３の計算結果である水質計算値と操作量との関係をエリア２２１に、第１演算手段１０４の計算結果である水質項目ごとのDO設定値ｘ１、ｘ２、ｘ３をエリア２２２に、第２演算手段１０５計算結果であるDO最適設定値Xsをエリア２２３にそれぞれ表示し、これらを矢印でつなぐことで最適設定値の導出過程を示している。
【００５７】
エリア２２１には操作量であるDOを横軸に水質計算値を縦軸にして、両者の関係をグラフで表示している。グラフ上で有機物、全窒素、りんの水質目標値を満足するDO設定値ｘ１、ｘ２、ｘ３の対応を破線で示している。これによって、運転者は、DOの変化に伴って水質がどのように変動するのかを把握でき、さらに、DO最適設定値Xsの導出根拠を理解できる。
【００５８】
運転者は監視制御システム２００を介して空気量コントローラ２０４に最適設定値Xsをそのまま設定してもよいし、経験的な余裕度合いを反映して増減を加えてから設定することも可能である。本実施例ではエリア２２１には水質項目毎に１つの目標値であるが、複数の目標値と対応する複数の設定値を表示することもできる。
【００５９】
図６は本発明を活性汚泥プロセスのひとつである嫌気−好気−無酸素−再曝気法（AOAO法）の運転支援及び制御システムに適用した一実施例である。
【００６０】
図６において図１と同一符号は相当物を示し、AOAO法は嫌気槽１Ａ、好気槽１B、無酸素槽１C、再曝気槽１Dから成る生物反応槽１、最終沈殿池２、最初沈殿池３、水中撹拌機５、散気装置６、返送汚泥設備７、余剰汚泥設備８、送風機９、ステップ流入設備２１から構成されている。図６は最初沈殿池３を図示している。ステップ流入設備２１は流入下水１３の一部を分岐してステップ流入水２０として、無酸素槽１Cに注入する例を示している。
【００６１】
流入下水１３と返送汚泥１４中の活性汚泥は嫌気槽１Aで撹拌混合される。嫌気槽１Ａにおいて、活性汚泥はりん放出と同時に有機物を吸着するため、りんが増加し、有機物が減少する。
【００６２】
嫌気槽１Ａの混合液は好気槽１Ｂに導かれる。好気槽１Bの底部には散気管６Bが設置されており、送風機９からの空気１８を噴射して混合液を攪拌するとともに活性汚泥の酸素源を供給する。好気状態化の好気槽１Bにおいて、活性汚泥は蓄積した有機物及び混合液中の有機物を水と炭酸ガスに酸化分解する。また、アンモニア性窒素を硝酸性窒素に酸化する硝化反応が進行する。さらに、混合液中のりん酸を細胞内に摂取する。従って、好気槽１Bでは有機物、りん、アンモニア性窒素が減少し、硝酸性窒素が増加する。
【００６３】
無酸素槽１Cではステップ流入設備２１によって導かれたステップ流入水２０と、好気槽１Bの混合液とが水中撹拌機５Ｂにより撹拌混合される。ステップ流入量とは、流入下水の一部を生物反応槽１の途中の無酸素槽に流入するもので、主に脱窒反応に必要な有機物の供給を目的とする。ステップ流入水２０は流入下水１３と同じ成分なので、有機物、アンモニア性窒素、りんなどを含んでいる。
【００６４】
無酸素槽１Cは殆ど酸素のない状態となり、好気槽１Bの混合液に含まれていた硝酸性窒素をステップ流入２０中の有機物、あるいは活性汚泥が細胞内に蓄積していた有機物を利用して脱窒反応が主に進行する。このため、無酸素槽１Cでは硝酸性窒素が減少する。一方、ステップ流入水２０に含まれている有機物、アンモニア性窒素は増加する。また、活性汚泥のりん放出によってりんも増加する。
【００６５】
無酸素槽１Cの混合液は好気槽１Dに導かれる。好気槽１Dの底部には散気管６が設置されており、送風機９からの空気１８を噴射し、混合液を攪拌するとともに活性汚泥の酸素源を供給する。好気槽１Dでは有機物、りん、アンモニア性窒素が減少し、硝酸性窒素が増加する。
【００６６】
返送汚泥設備７、余剰汚泥設備８、送風機９は、図１のA2O法の実施例と同様にコントローラ２０２，２０６，２０４によって制御される。ステップ流入設備２１は、流入下水１３とステップ流入の比を所定値に保つ方式や一定流量に保つ方式によってステップ流量コントローラ２０７によって制御される。これらコントローラと監視制御システム２００はネットワーク２１０によって接続されており、監視制御システム２００からコントローラの設定値や制御パラメータを変更することが出来る。
【００６７】
以上説明したAOAO法を対象にした場合でも、運転支援システム１００は、A２O法の実施例と同様な構成で最適設定値を出力できる。また、運転支援システム１００によって計算した最適設定値は、監視制御システム２００と接続し、コントローラに設定することもできる。
【００６８】
図６の実施例では、ステップ流入水２０を流入下水３１としているが、最初沈殿池３に流入前の下水としても良く、また、最初沈殿池３から引抜かれた汚泥にすることもできる。また、ステップ流入水２０はメタノールなどの有機物にすることもできる。
【００６９】
図７に図６における表示手段１０６の画面例を示す。図７は水質項目として処理水の有機物、全窒素、りんの除去率が入力され、運転条件としてステップ流入量が選択された場合の最適設定値を表示する画面の一例である。
【００７０】
図５と同様に、モデル演算手段１０３の計算結果である操作量と水質計算値をエリア２３１に、第１演算手段１０４の計算結果である水質項目ごとの設定値をエリア２３２に、第２演算手段１０５計算結果である最適設定値をエリア２３３にそれぞれ表示する。エリア２３１にはステップ比（ｒ１：ｒ２）を横軸に水質除去率を縦軸にして、両者の関係をグラフで表示している。ｒ１は流入下水３１でｒ２はステップ流入水２０である。
【００７１】
以上のようにして水処理プロセスの運転支援を行うのであるが、操作量と目標とする水質との関係によって操作量の最適設定値を求めているので、水処理の処理水質を容易に目標値以下に維持することができるようになる。
【００７２】
また、上述の実施の形態によれば，操作量と目標とする水質との関係を定量的に表示し、また、最適な設定値を自動的に表示することができるので、運転者はより高度な判断が可能になる。
【００７３】
さらに、下水道業体が有する施設の運転支援について説明したが、上水道施設の運転支援に適用する場合でも、個別の情報内容や項目は異なるが、基本的な方式の枠組みは全く同様に適用することができる。本発明によって最適運転を実施できれば、余分な動力費の削減、余分な人件費の抑制の効果がある。
【００７４】
【発明の効果】
本発明によれば、操作量と目標とする水質との関係によって操作量の最適設定値を求めているので、水処理の処理水質を容易に目標値以下に維持することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図２】本発明による最適設定値の計算手順を示すフロー図である。
【図３】本発明による水質項目と目標値の設定を示す画面表示例である。
【図４】本発明による運転条件選択を示す画面表示例である。
【図５】本発明による計算結果を示す画面表示例である。
【図６】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図７】本発明による計算結果を示す画面表示例である。
【符号の説明】
１…生物反応槽、２…最終沈殿池、３…最初沈殿池、５…撹拌機、６…散気板、７…返送汚泥設備、８…余剰汚泥設備、９…送風機、１０…循環設備、１１…凝集剤注入設備、１２…凝集剤、１３…流入下水、１６…処理水、１７…余剰汚泥、１８…空気、１９…循環液、２０…ステップ流入設備、２１…ステップ流入、３０…データ設定装置、３１…流量計、４２…DO計、１００…運転支援システム、１０１…目標値入力手段、１０２…運転選択手段、１０３…モデル演算手段、１０４…第１演算手段、１０５…第２演算手段、１０６…表示手段、２００…監視制御システム、２０１、２０２、２０４〜２０７…コントローラ、２１０…ネットワーク。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an operation support system for a water treatment process for appropriately carrying out operation and design of a water treatment process possessed by a sewage treatment plant, an industrial wastewater treatment plant, a water purification treatment plant or the like.
[0002]
[Prior art]
A sewage treatment plant purifies sewage with a group of microorganisms called activated sludge, and this treatment is called an activated sludge process. Currently, most of the sewage treatment plants that are in operation are activated sludge processes, which use the standard activated sludge method, which mainly aims to remove organic substances. In the standard activated sludge method, the organic matter in the inflowing sewage is ingested or oxidized and decomposed in the biological reaction tank, and then the activated sludge is settled in the final sedimentation basin and the supernatant liquid is discharged.
[0003]
In recent years, regulations on phosphorus and nitrogen have been strengthened to prevent eutrophication, but in existing facilities designed with the conventional standard activated sludge method, treated water that satisfies the regulation values of phosphorus and nitrogen is obtained. Is difficult. A method that can remove nitrogen and phosphorus from sewage is called advanced sewage treatment, and the simultaneous removal of phosphorus and nitrogen is typically an anaerobic-anoxic-aerobic method that combines the above two processes. Is the law.
[0004]
Such an advanced sewage treatment method exhibits its performance by appropriately maintaining the habitat of various microorganisms related to organic matter, phosphorus and nitrogen removal. However, the advanced sewage treatment method is complicated, and there are a plurality of operation items that interfere with each other. For example, increasing the amount of circulating fluid, which is one of the manipulated variables, improves the nitrogen removal performance, but conversely decreases the phosphorus removal performance, so it is difficult to set appropriately even with one manipulated variable. is there. This is also because there has been no method for presenting treated water quality by calculating complex reaction processes of organic matter, phosphorus, and nitrogen, and design and operation depended on experience and intuition.
[0005]
On the other hand, methods for modeling biological reactions and evaluating the characteristics of activated sludge processes using numerical models have been proposed. A client server system described in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-107744 and a simulation device described in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-334287 are known.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The process of the advanced sewage treatment method is complicated, and when this is expressed numerically, it becomes a non-linear multi-variable model. For example, increasing the dissolved oxygen (DO), which is the typical operating amount of anaerobic-anoxic-aerobic methods, does not simply increase the organic matter, phosphorus, and nitrogen in the treated water, but each increases or decreases nonlinearly. Indicates. Moreover, even if the manipulated variable other than DO, such as the return sludge, the circulation rate, and the surplus sludge amount, is changed, the organic matter, phosphorus, and nitrogen in the treated water show non-linear fluctuations as in the case of DO. Therefore, in order to derive an appropriate manipulated variable for maintaining the multiple treated water qualities within the target value range, first, quantitatively grasp the relationship between the multiple treated water qualities and the manipulated variable, and further determine the optimum conditions. Must be decided.
[0007]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-107744 describes that a target value of an operation amount can be calculated by patterning a relationship between a predicted water quality value by a simulator sensor and an operation amount. However, there is no description about obtaining the target value of the manipulated variable, maintaining the treated water quality within the target value range, and further optimizing the manipulated variable. There is a problem that it cannot be realized. In addition, although it is very important to display search conditions and processes so that they can be easily understood, no consideration is given to them, so that it is not possible to carry out optimal driving assistance to obtain driver's trust.
[0008]
The water quality items and target values for water treatment plant operation are set taking into account various factors such as the pollution trend of the discharge destination, the method of activated sludge process adopted and the ordinances. Different for each processing plant. In addition, there are innumerable methods for water treatment plants, and the operating conditions are various. Therefore, in order to properly operate the water treatment plant, it is necessary not only to calculate the treated water quality but also to have a function capable of calculating the relationship between a plurality of treated water quality target values and a plurality of manipulated variables.
[0009]
For this purpose, a function capable of freely setting a plurality of treatment water quality target values and a plurality of manipulated variables and a function indicating the basis for determining the optimum manipulated variable are required. However, this is described in JP-A-2000-107744. There is a problem in realizing optimal operation.
[0010]
On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-334287 is a method of searching for the optimum conditions of equipment arrangement and specifications that maximize nitrogen removal. However, there is a problem that the water quality target is calculated only with nitrogen, and cannot be dealt with when organic matter or phosphorus is added to the target.
[0011]
In order to optimize the operation of the water treatment process, it is necessary to have a function capable of inputting a plurality of water quality target values and a plurality of manipulated variables and determining optimum operating conditions. At the same time, the definition of the optimum conditions should be clarified so that it can be easily used by the driver, and the effect of the individual operation amount on the treated water quality should be displayed in an easy-to-understand manner. There is.
[0012]
The present invention has been made in response to the above problems, and an object of the present invention is to provide an operation support system and a control system for a water treatment process capable of supporting determination of appropriate operation conditions that satisfy a plurality of target water qualities. There is.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The present invention that achieves the above object is a water treatment process operated by adjusting a plurality of manipulated variables, a target value input means for inputting a plurality of water quality items and a water quality target value for each water quality item, and a plurality of manipulated variables. An operation selection means for selecting an operation amount to be adjusted to determine an operation condition, a model calculation means for inputting the operation amount selected by the operation selection means and outputting water quality calculation values of a plurality of water quality items, and a model First calculation means for calculating a set value of a selected manipulated variable that satisfies a water quality target value for each of a plurality of water quality items from a plurality of water quality calculation values calculated by the calculation means, and a plurality of calculations calculated by the first calculation means A second calculation means for calculating an optimum set value satisfying a water quality target value for each of a plurality of water quality items by inputting an operation amount set value for each of the water quality items, and a relationship between the plurality of water quality items and the selected operation amount. Display means for displaying Characterized in that was.
[0014]
Further, the operation selection means is characterized in that one of the plurality of operation amounts is selected as an operation amount to be adjusted and the operation condition is determined.
[0015]
Further, the first calculation means outputs a minimum manipulated variable that satisfies the water quality target value for each of a plurality of water quality items as a set value.
[0016]
Further, the second calculation means outputs the maximum value of the plurality of operation amount setting values input from the first calculation means as the optimum setting value.
[0017]
Further, the display means is characterized in that the relationship between the operation amount that is input to the first calculation means and a plurality of water quality items is displayed in a graph.
[0018]
The display means displays at least a plurality of set values calculated by the first calculation means and an optimum set value calculated by the second calculation means.
[0019]
Further, the target value input means inputs at least organic matter, nitrogen, and phosphorus of the treated water as a plurality of water quality items, the operation support system for the water treatment process.
[0020]
Further, the water quality target value for each of the plurality of water quality items input by the target value input means is set to an absolute value or a removal rate.
[0021]
Further, the water treatment process is such that organic matter is added as a step inflow amount, and the display means displays an optimum ratio of the step inflow amount and the inflow water amount.
[0022]
And a water treatment process controlled by a plurality of controllers that calculate and adjust a plurality of operation amounts, and a controller that adjusts one operation amount selected from the optimum setting values calculated by the second calculation means It is set as the setting value of.
[0023]
In the present invention, since the optimum set value of the manipulated variable is obtained based on the relationship between the manipulated variable and the target water quality, the treated water quality of the water treatment can be easily maintained below the target value.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. FIG. 1 is an example applied to an anaerobic-anoxic-aerobic method (commonly referred to as A2O method), which is one of the activated sludge processes.
[0025]
In FIG. 1, the A2O method is an anaerobic tank 1A, an anaerobic tank 1B, and an aerobic tank 1C, a biological reaction tank 1, a final sedimentation tank 2, an underwater agitator 5, a return sludge facility 7, an excess sludge facility 8, and a blower 9 , A circulation facility 10, a flocculant storage tank 12, and a flocculant injection facility 11.
[0026]
Inflow sewage 13 including city sewage, industrial effluent, and rainwater flows into the biological reaction tank 1 after coarse impurities are removed in a first sedimentation basin (not shown). In the first sedimentation basin, solids are settled and removed, and the supernatant liquid containing organic matter, ammoniacal nitrogen, phosphorus and the like is sent as inflow sewage 13 to the biological reaction tank 1.
[0027]
First, the inflowing sewage 13 from the settling basin and the returning sludge (activated sludge) 14 from the returning sludge facility 7 flow into the biological reaction tank 1 and agitation and mixing are performed. On the other hand, air 18 is sent from the blower 9 to the aerobic tank 1C. Further, in the biological reaction tank 1, the circulating liquid (sludge) 19 is circulated from the aerobic tank 1 </ b> C to the anoxic tank 1 </ b> B by the circulation facility 10.
[0028]
The uppermost anaerobic tank 1A is supplied with inflow sewage 13 and return sludge 14 containing high-concentration activated sludge from the final sedimentation tank 2 via the return sludge facility 7. The inflow sewage 13 and the return sludge 14 are agitated and mixed by the underwater agitator 5A. The anaerobic tank 1A is an anaerobic state in which both dissolved oxygen (DO) and nitrate nitrogen do not exist. In the anaerobic tank 1A, activated sludge hydrolyzes phosphorus accumulated in cells and releases it into the liquid. When this phosphorus is released, activated sludge adsorbs organic substances and accumulates in the cells. For this reason, in the anaerobic tank 1A, phosphorus increases and organic matter decreases.
[0029]
The liquid mixture in the anaerobic tank 1A is guided to the oxygen-free tank 1B through the partition wall 4A. In the anaerobic tank 1B, the mixed liquid of the aerobic tank 1C recirculated as the circulating liquid 19 by the circulation facility 10 and the mixed liquid of the anaerobic tank 1A are stirred and mixed by the underwater stirrer 5B. The anaerobic tank 1B is in a state where the circulating liquid 19 containing dissolved oxygen flows in, but is almost free of oxygen, and the nitrate nitrogen contained in the circulating liquid 19 is mixed with organic matter or activity in the mixed liquid derived from the anaerobic tank 1A. The denitrification reaction proceeds mainly using the organic matter that sludge has accumulated in the cells. In the denitrification reaction, nitrate nitrogen is reduced and released as nitrogen gas to the atmosphere, so nitrate nitrogen and organic matter are reduced in the oxygen-free tank 1B.
[0030]
The liquid mixture in the anaerobic tank 1B is guided to the aerobic tank 1C through the partition wall 4B. An air diffuser 6 is installed at the bottom of the aerobic tank 1C, and air 18 from the blower 9 is injected to stir the mixed solution and supply an oxygen source of activated sludge. In the aerobic aerobic tank 1C, activated sludge oxidizes and decomposes the accumulated organic matter and the organic matter in the mixed solution into water and carbon dioxide. Further, a nitrification reaction for oxidizing ammonia nitrogen to nitrate nitrogen proceeds. Furthermore, the phosphorus in the mixed solution is taken into the cells. This intake amount is usually more than that released in the anaerobic tank 1A (excess intake), so that phosphorus is reduced and removed in the entire process.
[0031]
Therefore, in the aerobic tank 1C, organic matter, phosphorus, and ammonia nitrogen are decreased, and nitrate nitrogen is increased. Since a part of the outflow part mixed liquid of the aerobic tank 1C is used as the circulating liquid 19, the circulating liquid 19 contains almost no organic matter or phosphorus and contains nitrate nitrogen.
[0032]
The effluent 15 from the aerobic tank 1C is guided to the final sedimentation basin 2, and the activated sludge in the mixed solution is gravity settled. The supernatant liquid of the final sedimentation basin 2 is discharged as a treated water 16 into the river or ocean after sterilization and sterilization. The precipitated activated sludge has a high concentration, and most of it is returned to the anaerobic tank 1A of the biological reaction tank 1 as the return sludge 14 by the return sludge equipment 7. In the biological reaction tank 1, microorganisms in the activated sludge proliferate in response to the reaction and increase the activated sludge concentration. The sludge corresponding to this proliferation is used as the excess sludge 17 and is removed from the process system via the excess sludge equipment 8. Discharge. The phosphorus retained in the excess sludge 17 corresponds to the amount of phosphorus removed in the entire process.
[0033]
Thus, in the process of biologically removing nitrogen and phosphorus, the functions of phosphorus release and denitrification in the anaerobic tank 1A and anaerobic tank 1B, and excessive intake of phosphorus and nitrification in the aerobic tank 1C are sufficient. Appropriate maintenance management is required. These activated sludge treatment functions vary depending on the quality and flow rate of the influent sewage, plant operating conditions, or activated sludge management conditions, and gradually or suddenly lead to poor removal.
[0034]
The phosphorus in the treated water 16 may be higher than the inflow sewage 13 due to the deterioration of the phosphorus release / intake state. In such a case, a system in which the flocculant is injected from the flocculant storage tank 12 to the outlet of the biological reaction tank 1 through the flocculant injection equipment 11 and physicochemically removed phosphorus is used in combination.
[0035]
The return sludge facility 7 is controlled by the return amount controller 201 based on the ratio between the return sludge amount and the inflow sewage amount. The circulation facility 10 is controlled by the circulation amount controller 202 according to the flow rate ratio of the circulating liquid 19 and the inflow sewage 13. The surplus sludge facility 8 is controlled by the surplus sludge amount controller 206 by a timer and a preset amount. The blower 9 is controlled by the air amount controller 204 by a method of keeping the dissolved oxygen meter 42 of the aerobic tank 1C at a predetermined value.
[0036]
These controllers 201, 202, 204 to 206 and the monitoring control system 200 are connected by a network 210, and the setting values and control parameters of the controllers 201, 202, 204 to 206 can be changed from the monitoring control system 200.
[0037]
An operation support system 100 that performs operation support for the water treatment process of the A2O method as described above will be described.
[0038]
The driving support system 100 includes target value input means 101, driving selection means 102, model calculation means 103, first calculation means 104, second calculation means 105, and display means 106.
[0039]
The target value input means 101 inputs a water quality item and a water quality target value as an operation target of the A2O method. Examples of the water quality item include organic matter (easy degradability and hardly degradability), ammonia nitrogen, nitrate nitrogen, total nitrogen, phosphorus, suspended solid concentration, alkalinity, dissolved oxygen, water temperature, and the like. The water quality target value is given as a constant value throughout the 24-hour fluctuation pattern and 24 hours. In addition to the treated water 16, the water quality item can be measured at various locations in the biological reaction tank 1.
[0040]
The operation selection means 102 selects a condition to be optimized from among a plurality of operation conditions of the A2O method, and sets a search range for the selected operation condition at the same time. Necessary data in the target value input means 101 and the operation selection means 102 are input using a keyboard, a mouse, or the like.
[0041]
The model calculation means 103 sequentially changes the operation amount of the operation condition selected by the operation selection means 102 based on a model simulating each process of the A2O method by software, and the water quality input by the target value input means 101 Calculate item changes. The water quality calculation model is the publication IAWQ Scientific and Technical Report No. published by the International Water Environment Association (IAWQ). 3, known models such as “Activated Sludge Model No. 2” (1995) may be applied, models created from chemical reaction formulas, experimentally obtained models, statistical models May be applied.
[0042]
The first calculation means 104 calculates an operation amount that satisfies the optimum condition for each water quality item from the plurality of water quality calculation values and operation amounts calculated by the model calculation means 103, and outputs a set value for each water quality item To do. There are at least as many set values as the number of water quality items input by the target value input means 101. Here, the optimum condition is, for example, an operation amount that satisfies the water quality target value and becomes the minimum value. When the operation amount is set to the minimum value, low-cost operation can be realized in which the power consumption of the control target equipment is kept low.
[0043]
The 2nd calculating means 105 calculates the optimal setting value for satisfying several water quality target value from the several setting value calculated by the 1st calculating means. For example, in order to give priority to clearing the water quality target value, the maximum value of a plurality of set values is output as the optimum set value. The optimum set value is displayed on the display means 106. In addition, the driving support system 100 and the monitoring control system 200 are connected and set in the controllers 201 to 206.
[0044]
The display means 106 displays input / output information of means constituting the driving support system 100. These are the relationship between a plurality of calculated water quality values by the model calculating means 103 and the manipulated variable, the set values and optimum conditions for each water quality item by the first calculating means 104, the optimal set values by the second calculating means 105, and the like. In addition, by sequentially displaying a plurality of set values as the output of the first calculation means 104 and one optimum set value as the output of the second calculation means 105 on the same screen, The calculation process can be grasped at a glance. The information to be displayed may be in a text format, or may be edited and displayed in accordance with various formats such as a scatter diagram, a trend graph, a list, a removal rate, and a pie graph.
[0045]
FIG. 2 shows a flowchart of calculation of the optimum set value by the model calculation means 103, the first calculation means 104, and the model calculation means 103 of the present invention. In FIG. 2, it is assumed that treated water organic matter, treated nitrogen, and treated water phosphorus are input from the target value input means 101 as water quality items.
[0046]
In step 110, the model calculation unit 130 sets the counter i = 1 and sets an initial value to the operation amount x (i) of the selected operation condition. In step 111, the water quality calculation values y1 (i), y2 (i), and y3 (i) of the water quality item are calculated by the numerical model. Here, y1 (i), y2 (i), and y3 (i) correspond to treated water organic matter, treated water total nitrogen, and treated water phosphorus, respectively.
[0047]
The model calculation means 130 proceeds from step 111 to step 112, increments the counter i by 1, and adds the increment Δx to the manipulated variable x (i). The increment Δx may be constant, or may be automatically changed such that the increment is increased when the difference between the water quality calculation value and the target value is large. The model calculation means 130 repeatedly executes the processing of step 111 and step 112, and proceeds to step 113 when the operation amount x (i) reaches the upper limit of the search range. When the number of repetitions is N, in step 113, N operation amounts and water quality calculation values are stored.
[0048]
In step 114, the first computing means 104 searches the N manipulated variable x (i) and the N water quality calculation values y1 (i) for the manipulated variable that satisfies the optimum condition of the expression (1), and uses the extracted manipulated variable. Output as set value x1.
IF (water quality y1 (i) ≤ target value
AND manipulated variable x (i) = minimum value)
THEN (Set value x1 = x (i)) (Formula 1)
[0049]
Equation (1) is an example of a target value, but a plurality of target values having different levels may be used as factors of the optimum condition. Further, minimizing the operation amount x leads to a reduction in power cost, but the low-cost operation method may be determined from the specifications of the equipment constituting the facility. For example, continuation of operation with rated output, operation with low frequency of device switching, operation with a load with a long device life, operation with optimal cost in conjunction with operation of night power, battery, and private power generator. This step 114 is repeated for the number of water quality items. In this embodiment, the setting values x1, x2, and x3 are determined for the treated water organic matter, the treated water total nitrogen, and the treated water phosphorus, respectively, by repeating the process three times. In step 115, set values x1, x2, and x3 for each water quality item are stored.
[0050]
The second computing means 105 extracts the maximum values of the set values x1, x2, and x3 in step 116, and outputs them as the optimal set value Xs in step 117. The display means 106 displays the calculation process and result of the optimum set value Xs, the target value input means 101, the model calculation means 130, the first calculation means 104, and the second calculation means 105.
[0051]
FIG. 3 shows an example of an input screen of the target value input means 101. FIG. 3 is an example of a screen for inputting target values of organic substances, total nitrogen, and phosphorus of treated water as water quality items.
[0052]
In order to set the water quality target value of each water quality item to the concentration (mg / L), it is input after selecting the treated water quality button 201 with a mouse or the like. In addition, L of mg / L is liter. When inputting the removal rate (%), the removal rate is input after selecting the removal rate button 202. In this embodiment, the water quality item is treated water quality, but it may be an arbitrary point in the biological reaction tank 1 and may be configured such that the concentration or removal rate can be selected for each water quality item.
[0053]
FIG. 4 shows a screen example of the operation selection means 102. FIG. 4 is an example of a screen for inputting an operation condition and a search range to be optimized.
[0054]
The operating conditions can be selected by clicking button 211 with a mouse or the like. The search range for the optimum set value is given as a minimum value and a maximum value for each operating condition selected in the input area 212. In addition, the search range may automatically give a value held in the monitoring control system 200, and a plurality of operation conditions can be selected.
[0055]
FIG. 5 shows a screen example of the display means 106. FIG. 5 is an example of a screen that displays the optimum setting values when DO is selected as the operation condition under the three conditions of water quality items: organic matter of treated water, total nitrogen, and phosphorus.
[0056]
The relationship between the water quality calculation value and the manipulated variable that is the calculation result of the model calculation means 103 is in the area 221, and the DO setting values x1, x2, and x3 for each water quality item that is the calculation result of the first calculation means 104 are in the area 222. The DO optimum set value Xs, which is the calculation result of the second calculating means 105, is displayed in each area 223, and these are connected by arrows to show the process of deriving the optimum set value.
[0057]
In the area 221, the operation amount DO is plotted on the horizontal axis and the calculated water quality value is plotted on the vertical axis, and the relationship between them is displayed in a graph. Correspondences of DO set values x1, x2, and x3 that satisfy the water quality target values of organic matter, total nitrogen, and phosphorus are indicated by broken lines on the graph. Thus, the driver can grasp how the water quality fluctuates in accordance with the change in DO, and further understand the basis for deriving the DO optimum set value Xs.
[0058]
The driver may set the optimum set value Xs as it is in the air amount controller 204 via the monitoring control system 200, or may be set after adding or decreasing the empirical margin. In this embodiment, the area 221 has one target value for each water quality item, but a plurality of set values corresponding to a plurality of target values can also be displayed.
[0059]
FIG. 6 shows an embodiment in which the present invention is applied to an operation support and control system of an anaerobic-aerobic-anoxic-re-aeration method (AOAO method) which is one of activated sludge processes.
[0060]
In FIG. 6, the same reference numerals as in FIG. 1 denote equivalents, and the AOAO method is an anaerobic tank 1A, an aerobic tank 1B, an oxygen-free tank 1C, a re-aeration tank 1D, a biological reaction tank 1, a final sedimentation tank 2, and a first sedimentation tank. 3, an underwater agitator 5, an air diffuser 6, a return sludge facility 7, an excess sludge facility 8, a blower 9 and a step inflow facility 21. FIG. 6 illustrates the initial settling basin 3. The step inflow facility 21 shows an example in which a part of the inflow sewage 13 is branched and injected into the anoxic tank 1C as the step inflow water 20.
[0061]
The activated sludge in the inflow sewage 13 and the return sludge 14 is stirred and mixed in the anaerobic tank 1A. In the anaerobic tank 1A, activated sludge adsorbs organic substances simultaneously with phosphorus release, so that phosphorus increases and organic substances decrease.
[0062]
The mixed solution in the anaerobic tank 1A is guided to the aerobic tank 1B. A diffuser pipe 6B is installed at the bottom of the aerobic tank 1B. The air 18 from the blower 9 is jetted to stir the mixed solution and supply an oxygen source of activated sludge. In the aerobic tank 1B in an aerobic state, the activated sludge oxidizes and decomposes the accumulated organic matter and the organic matter in the mixed solution into water and carbon dioxide gas. Further, a nitrification reaction for oxidizing ammonia nitrogen to nitrate nitrogen proceeds. Furthermore, the phosphate in the mixed solution is taken into the cells. Therefore, in the aerobic tank 1B, organic matter, phosphorus, and ammonia nitrogen are decreased, and nitrate nitrogen is increased.
[0063]
In the anaerobic tank 1C, the step inflow water 20 guided by the step inflow facility 21 and the mixed solution of the aerobic tank 1B are stirred and mixed by the underwater agitator 5B. The step inflow is a part of the inflow sewage that flows into the oxygen-free tank in the middle of the biological reaction tank 1 and is mainly intended to supply organic substances necessary for the denitrification reaction. Since step inflow water 20 is the same component as inflow sewage 13, it contains organic matter, ammoniacal nitrogen, phosphorus and the like.
[0064]
The anaerobic tank 1C is almost free of oxygen, and the nitrate nitrogen contained in the liquid mixture of the aerobic tank 1B is used for the organic matter in the step inflow 20 or the organic matter in which activated sludge has accumulated in the cells. The denitrification reaction proceeds mainly. For this reason, nitrate nitrogen decreases in the oxygen-free tank 1C. On the other hand, organic matter and ammonia nitrogen contained in the step inflow water 20 increase. In addition, phosphorus increases due to the release of activated sludge.
[0065]
The liquid mixture in the anaerobic tank 1C is guided to the aerobic tank 1D. An air diffuser 6 is installed at the bottom of the aerobic tank 1D, and air 18 from the blower 9 is injected to stir the mixed solution and supply an oxygen source of activated sludge. In the aerobic tank 1D, organic matter, phosphorus, ammonia nitrogen is decreased, and nitrate nitrogen is increased.
[0066]
The return sludge equipment 7, the excess sludge equipment 8, and the blower 9 are controlled by the controllers 202, 206, and 204 as in the embodiment of the A2O method in FIG. The step inflow equipment 21 is controlled by the step flow controller 207 by a method of maintaining a ratio of the inflow sewage 13 and the step inflow at a predetermined value or a method of maintaining a constant flow rate. These controllers and the monitoring control system 200 are connected by a network 210, and the setting values and control parameters of the controller can be changed from the monitoring control system 200.
[0067]
Even when the AOAO method described above is targeted, the driving support system 100 can output the optimum set value with the same configuration as the embodiment of the A2O method. Further, the optimum setting value calculated by the driving support system 100 can be connected to the monitoring control system 200 and set in the controller.
[0068]
In the embodiment of FIG. 6, the step inflow water 20 is the inflow sewage 31, but it may be the sewage before flowing into the first settling basin 3, or the sludge withdrawn from the first settling basin 3 may be used. Further, the step inflow water 20 can be an organic substance such as methanol.
[0069]
FIG. 7 shows a screen example of the display means 106 in FIG. FIG. 7 is an example of a screen that displays the optimum set value when the removal rate of organic matter, total nitrogen, and phosphorus is input as the water quality item and the step inflow amount is selected as the operating condition.
[0070]
As in FIG. 5, the operation amount and water quality calculation value, which are the calculation results of the model calculation means 103, are set in the area 231, and the set value for each water quality item, which is the calculation result of the first calculation means 104, is set in the area 232. The optimum setting value, which is the calculation result of the means 105, is displayed in the area 233, respectively. In the area 231, the step ratio (r1: r2) is plotted on the horizontal axis and the water removal rate is plotted on the vertical axis, and the relationship between the two is displayed in a graph. r1 is inflow sewage 31 and r2 is step inflow water 20.
[0071]
Although the operation support of the water treatment process is performed as described above, the optimum setting value of the manipulated variable is obtained based on the relationship between the manipulated variable and the target water quality. Can be maintained below.
[0072]
In addition, according to the above-described embodiment, the relationship between the manipulated variable and the target water quality can be quantitatively displayed, and the optimum set value can be automatically displayed, so that the driver can be more advanced. Judgment is possible.
[0073]
Furthermore, the operation support for facilities owned by the sewerage industry was explained. Even when applying to the operation support for waterworks facilities, the contents and items of individual information differ, but the framework of the basic method should be applied in exactly the same way. Can do. If optimum operation can be carried out according to the present invention, there is an effect of reducing extra power costs and suppressing extra labor costs.
[0074]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the optimum set value of the manipulated variable is obtained from the relationship between the manipulated variable and the target water quality, the treated water quality of the water treatment can be easily maintained below the target value.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing a procedure for calculating an optimum set value according to the present invention.
FIG. 3 is a screen display example showing setting of water quality items and target values according to the present invention.
FIG. 4 is a screen display example showing operation condition selection according to the present invention.
FIG. 5 is a screen display example showing a calculation result according to the present invention.
FIG. 6 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a screen display example showing a calculation result according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Biological reaction tank, 2 ... Final sedimentation basin, 3 ... First sedimentation basin, 5 ... Stirrer, 6 ... Aeration board, 7 ... Return sludge equipment, 8 ... Excess sludge equipment, 9 ... Blower, 10 ... Circulation equipment, DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Flocculant injection equipment, 12 ... Flocculant, 13 ... Inflow sewage, 16 ... Treated water, 17 ... Excess sludge, 18 ... Air, 19 ... Circulating fluid, 20 ... Step inflow equipment, 21 ... Step inflow, 30 ... Data Setting device 31 ... Flow meter 42 ... DO meter 100 ... Operation support system 101 ... Target value input means 102 ... Operation selection means 103 ... Model calculation means 104 ... First calculation means 105 ... Second calculation Means, 106 ... display means, 200 ... monitoring control system, 201, 202, 204 to 207 ... controller, 210 ... network.

Claims

In a water treatment process operated by adjusting a plurality of operation amounts, target value input means for inputting a plurality of water quality items and a water quality target value for each water quality item, and an operation amount to be adjusted among the plurality of operation amounts. An operation selection unit that selects and defines an operation condition, a model calculation unit that inputs an operation amount selected by the operation selection unit and outputs a water quality calculation value of the plurality of water quality items, and is calculated by the model calculation unit First calculation means for calculating a set value of the selected manipulated variable that satisfies a water quality target value for each of the plurality of water quality items from the plurality of calculated water quality values, and the plurality of calculated by the first calculation means A second calculation means for inputting an operation amount set value for each water quality item and calculating an optimum set value that satisfies a water quality target value for each of the plurality of water quality items; and the plurality of water quality items and the selected operation amount Show relationships Driving support system of a water treatment process which is characterized by comprising a shown means.

2. The operation support system for a water treatment process according to claim 1, wherein the operation selection means selects one of the plurality of operation amounts as an operation amount to be adjusted and defines an operation condition.

2. The operation support system for a water treatment process according to claim 1, wherein the first calculation means outputs, as a set value, an operation amount having a minimum value that satisfies a water quality target value for each of the plurality of water quality items.

The operation support system for a water treatment process according to claim 1, wherein the second calculation means outputs a maximum value of a plurality of manipulated variable set values input from the first calculation means as an optimum set value.

The operation of the water treatment process according to claim 1, wherein the display unit displays at least a plurality of set values calculated by the first calculation unit and an optimum set value calculated by the second calculation unit. Support system.

2. The operation support system for a water treatment process according to claim 1, wherein the target value input means inputs at least organic matter, nitrogen, and phosphorus of treated water as a plurality of water quality items.

2. The water treatment process operation support system according to claim 1, wherein the water quality target value for each of the plurality of water quality items input by the target value input means sets an absolute value or a removal rate.

2. The water treatment process according to claim 1, wherein the water treatment process adds organic matter as a step inflow amount, and the display means displays an optimum ratio of the step inflow amount and the inflow water amount. Driving support system.

In a water treatment process controlled by a plurality of controllers that calculate and adjust a plurality of manipulated variables, target value input means for inputting a plurality of water quality items and a water quality target value for each water quality item; and An operation selection means for selecting one of the operation amounts to be adjusted to determine an operation condition, and a model calculation for inputting the operation amount selected by the operation selection means and outputting water quality calculation values of the plurality of water quality items Means, a first calculation means for calculating a set value of the selected manipulated variable that satisfies a water quality target value for each of the plurality of water quality items from a plurality of water quality calculation values calculated by the model calculation means, A second calculating means for inputting an operation amount set value for each of the plurality of water quality items calculated by one calculating means and calculating an optimum set value that satisfies a water quality target value for each of the plurality of water quality items; Water quality And a display means for displaying the relationship between the selected operation amounts, and the optimum setting value calculated by the second calculation means is set as the setting value of the controller for adjusting the selected one operation amount. A control system for a water treatment process.