JP3945274B2

JP3945274B2 - Plant operation support device

Info

Publication number: JP3945274B2
Application number: JP2002066923A
Authority: JP
Inventors: 誠司古川; 淳二廣辻; 久雄田中
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-03-12
Filing date: 2002-03-12
Publication date: 2007-07-18
Anticipated expiration: 2022-03-12
Also published as: JP2003260492A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水処理プラントなどのプラント運転支援装置に関するものであり、とくに微生物群を利用した下水処理プラントにおいて、プラント運転者に対し適切なプラント運転条件を提示するプラント運転支援装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
都市下水や有機性排水を処理する一般的な方法として活性汚泥法がある。活性汚泥法とは、活性汚泥と呼ばれる微生物群を生物反応槽にたくわえ、活性汚泥と被処理水とを混合接触させつつ曝気する方法である。これにより、活性汚泥が被処理水中の汚濁物を吸着し分解する。
【０００３】
近年、湖沼や内湾などの閉鎖性水域で赤潮、アオコといった有害藻類が増殖する、いわゆる富栄養化汚染を防止するために、下水などの被処理水から窒素やリンを除去することが求められている。窒素及びリンの一般排水基準は窒素含有量１２０ｍｇ／Ｌ（日間平均値６０ｍｇ／Ｌ）、リン含有量１６ｍｇ／Ｌ（日間平均値８ｍｇ／Ｌ）であるが、通常は処理水の流入する水域に適合した厳しい上乗せ基準が設定されている。
【０００４】
活性汚泥法を利用した下水処理プラントなどの水処理プラントで生物学的に窒素を除去するためには、硝化反応と脱窒反応という２種類の反応を組み合わせて利用する必要がある。図４は、被処理水から窒素を除去する反応を説明するための模式図である。曝気槽の後段で硝化反応を、前段で脱窒反応を進行させる。硝化反応とは、被処理水のアンモニア性窒素を硝酸性窒素に酸化する反応であり、活性汚泥中の硝化菌がこれをつかさどる。硝化菌は好気性菌なので、まわりに酸素が溶存している好気条件下で硝化反応が進行する。一方、脱窒反応とは、生成した硝酸性窒素を窒素ガスに還元する反応であり、活性汚泥中の脱窒菌がこれをつかさどる。脱窒菌は嫌気性菌なので、酸素のない嫌気条件下で脱窒反応が進行する。硝化反応により生成した硝酸性窒素は返送汚泥とともに曝気槽前段にもちこまれ、窒素ガスに還元される。溶存酸素濃度の分布は、曝気風量や水処理時の酸素消費量に由来して勾配が生じている。なお、脱窒反応の進行には被処理水の有機物が必要なため、有機物の低減処理が進行していない前段において脱窒反応を行う。
【０００５】
また、活性汚泥法を利用した水処理プラントで生物学的に被処理水のリンを除去するためには、リンの吐出と過剰摂取という反応を利用する必要がある。図５は、被処理水からリンを除去する反応を説明するための模式図である。曝気槽の前段でリン吐出反応を、後段で過剰摂取反応を進行させる。これらの反応をつかさどるのはリン蓄積菌のみである。リン蓄積菌は、分子状の酸素だけでなく化合物としての酸素も存在しないような絶対嫌気条件下でリンを吐出し、好気条件でリンを過剰摂取する。リン蓄積菌は前段で吐出したよりも多くのリンを後段で摂取し、過剰摂取したリンをもとにエネルギー源となる化合物を合成している。このようにリン蓄積菌がリンを過剰摂取することによって、被処理水からリンが除去される。
【０００６】
このように、窒素除去とリン除去はともに好気条件と嫌気条件を必要とするよく似た反応系で構成されている。しかしながら、例えば返送汚泥量と呼ばれる最終沈殿池から曝気槽へ返送される活性汚泥の量に対しては、処理水の窒素濃度とリン濃度とは相反する関係にある。すなわち、窒素濃度を効率的に低減させるためには、返送汚泥量を増やして曝気槽前段の嫌気ゾーンでの脱窒量を増加させる必要がある。しかし、その一方でリン吐出反応には絶対嫌気条件が必要であることから、曝気槽前段への返送汚泥量の増加に伴い、返送汚泥に含まれる硝酸性窒素の返送量が増えるとリンの吐出が妨害される。逆に、返送汚泥量を減らせば曝気槽前段でのリン吐出反応が促進されるためリン濃度は効率的に低減できるが、脱窒量そのものが減ってしまうため窒素濃度はあまり低減できない。
【０００７】
返送汚泥量の他にも曝気風量と呼ばれる曝気槽への空気供給量、あるいは曝気槽内に保持される微生物濃度などの操作量があり、これらと窒素濃度及びリン濃度という二つの評価関数との関係は極めて複雑である。
【０００８】
活性汚泥法を利用した水処理プラントに関する、従来のプラント運転支援装置として、例えば特開平１１−１９６８２号公報に示されたプラント運転支援装置がある。このプラント運転支援装置においては、沈降汚泥の界面高さおよびその上澄水濁度をプラントの評価関数として、これが目標値となるように薬液量、水温、溶存酸素濃度及び返送汚泥量のガイダンス値を出力する。ここで、沈降汚泥の界面高さが低くなれば上澄水濁度も低減される関係にあるため、この二つは相反しない評価関数である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実際のプラント運転においては、プラント運転者は、相反する関係にある複数の評価関数を考慮しながらプラント運転条件を決定しなければならないことがよくある。このような場合、プラント運転者は、例えば窒素とリンとが高効率に除去されるプラント運転条件を試行錯誤的に探索しなければならなかった。そのため、刻々と変化する被処理水の水質に応じたプラント運転条件の変更が困難であるという問題点があった。被処理水の変化に対してプラント運転条件の変更がついていけなくなると、処理水の水質が排水基準を満たさなくなるおそれがある。
【００１０】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、刻々と変化する被処理水の水質に応じて、相反する関係にある窒素濃度とリン濃度の評価関数に対してＰａｒｅｔｏ最適解を与えるプラント運転条件をプラント運転者に提示する、プラント運転支援装置を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１にかかるプラント運転支援装置は、活性汚泥法を利用し、かつ被処理水から窒素を硝化反応と脱窒反応とによって除去するとともに、被処理水からリンをリン吐出反応とリン過剰摂取反応とによって除去する水処理プラントに関するプラント運転支援装置において、前記被処理水の計測データに基づいて第１演算パラメータを設定する第１演算パラメータ設定手段と、前記水処理プラントのプラントデータに基づいて複数の第２演算パラメータを設定する第２演算パラメータ設定手段と、前記第１演算パラメータと前記第２演算パラメータとを用いて処理水の窒素濃度とリン濃度とに関する前記水処理プラントの処理成績を予測するための演算を行う演算手段と、前記演算手段によって予測された複数の処理成績の中からＰａｒｅｔｏ最適解を選び出すためのＰａｒｅｔｏ最適解判定手段と、前記Ｐａｒｅｔｏ最適解を与えるプラント運転条件と現状のプラント運転条件とを比較し、現状に最も近いプラント運転条件におけるＰａｒｅｔｏ最適解を推奨解として選び出す推奨解判定手段と、前記Ｐａｒｅｔｏ最適解判定手段によって選び出されたＰａｒｅｔｏ最適解における処理成績とプラント運転条件及び前記推奨解における処理成績とプラント運転条件とを表示するための表示手段とを備えたものである。
【００１２】
請求項２にかかるプラント運転支援装置は、Ｐａｒｅｔｏ最適解を与えるプラント運転条件と現状のプラント運転条件との近さを指標Ｄで表し、指標Ｄが最小となるＰａｒｅｔｏ最適解を推奨解として選び出すものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明が適用されるプラント運転支援装置の実施の形態を説明するための概略構成図である。１０は水処理プラントとしての下水処理プラントであり、２０は下水処理プラント１０に関するプラント運転支援装置である。２１は下水処理プラント１０の被処理水の計測データに基づいて第１演算パラメータを設定する第１演算パラメータ設定手段、２２は下水処理プラント１０のプラントデータに基づいて複数の第２演算パラメータを設定する第２演算パラメータ設定手段、２３は第１演算パラメータと第２演算パラメータとを用いて下水処理プラント１０の窒素濃度とリン濃度とに関する処理成績を予測するための演算を行う演算手段、２４は演算手段によって予測された複数の処理成績を蓄積するための演算結果蓄積手段である。２５は演算結果蓄積手段２４に蓄積されている下水処理プラント１０の予測された複数の処理成績の中からＰａｒｅｔｏ最適解を選び出すためのＰａｒｅｔｏ最適解判定手段であり、２６はＰａｒｅｔｏ最適解判定手段２５でＰａｒｅｔｏ最適解と判定された処理成績とそのＰａｒｅｔｏ最適解を与えるプラント運転条件とを蓄積しておくためのＰａｒｅｔｏ最適解蓄積手段である。２７はＰａｒｅｔｏ最適解蓄積手段２６に蓄積されている複数のＰａｒｅｔｏ最適解の中から、所定の判定基準に基づいて推奨解を１つ選び出すための推奨解判定手段である。２８はＰａｒｅｔｏ最適解判定手段２５によって選び出されたＰａｒｅｔｏ最適解における処理成績とプラント運転条件とを表示するための表示手段である。推奨解判定手段２７によって選び出された推奨解における処理成績とプラント運転条件とは、表示手段２８に表示される。
【００１４】
次に、動作について説明する。まず第１演算パラメータ設定手段２１において、下水処理プラント１０の被処理水の計測データ、例えば流入水量、流入ＣＯＤ濃度、流入ＳＳ濃度、流入窒素濃度、流入リン濃度などから構成される第１演算パラメータを設定する。同時に第２演算パラメータ設定手段２２において、下水処理プラント１０のプラント仕様やプラント運転条件といったプラントデータ、例えばプラント仕様である曝気槽容量、沈殿槽容量、プラント運転条件であるＭＬＳＳ濃度、曝気風量、返送汚泥量などから構成される第２演算パラメータを設定する。ここで、プラント運転条件のいずれかに対して現状値を中心とした複数の値に設定することにより、複数の第２演算パラメータが設定できる。なおここで、ＭＬＳＳ濃度、曝気風量、返送汚泥量に拘らずプラント運転条件のすべてに対して複数の値を設定してもかまわない。
【００１５】
続いて、第１演算パラメータと第２演算パラメータとは、演算手段２３に伝送される。なお、伝送手段には一般に信号線を用いるが、これに限定するものではない。演算手段２３は、第１演算パラメータと第２演算パラメータとを用いて下水処理プラント１０の処理成績、例えば処理水の窒素濃度及びリン濃度、ならびにプラント運転の必要動力を予測するための演算を行う。プラント運転の必要動力とは、与えられたプラント運転条件に対する曝気装置や返送汚泥ポンプなどプラント構成機器の動力である。ここで、演算手段２３には、例えば図２に示すような槽列モデルにＩＷＡＡｃｔｉｖａｔｅｄＳｌｕｄｇｅＭｏｄｅｌＮｏ．２ｄ（ＩＷＡｔａｓｋｇｒｏｕｐｏｎｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｎｇｆｏｒｄｅｓｉｇｎａｎｄｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｗａｓｔｅｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔ：ＡｃｔｉｖａｔｅｄｓｌｕｄｇｅｍｏｄｅｌＡＳＭ１，ＡＳＭ２ａｎｄＡＳＭ３，９，ＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃａｎｄｔｅｃｈｎｉｃａｌｒｅｐｏｒｔｏｆＩＷＡ）を組み合わせたプラントシミュレータが格納されており、第１演算パラメータならびに第２演算パラメータはこのプラントシミュレータに供される。
【００１６】
ここで、プラント運転条件として、曝気風量と返送汚泥量については設定範囲の上限と下限の間を全体にわたって所定値きざみに設定し、ＭＬＳＳ濃度については現状値を中心に所定値きざみに設定した例について説明を続ける。具体的には、曝気風量として１４００ｍ³／ｈ〜３５００ｍ³／ｈまで３５０ｍ³／ｈきざみの７通り、返送汚泥量として１０５ｍ³／ｈ〜３５０ｍ³／ｈまで３５ｍ³／ｈきざみの８通り、ＭＬＳＳ濃度として１０００ｍｇ／Ｌ〜２０００ｍｇ／Ｌまで２５０ｍｇ／Ｌきざみの５通りを設定することにより、２８０通りの第２演算パラメータを設定した。なお、それぞれのプラント運転条件は、設定限界をもとに所定値きざみに設定してもよく、現状値をもとに所定値きざみに設定してもよく、これらを適宜組み合わせてもかまわない。
【００１７】
演算によって予測されるｉ番目（ｉ＝１〜２８０）の処理成績における処理水の窒素濃度ＴＮ［ｉ］、処理水のリン濃度ＴＰ［ｉ］、プラント運転の必要動力ＣＥ［ｉ］は、そのときの曝気風量Ｑａｉｒ［ｉ］、返送汚泥量Ｑｒｅｔ［ｉ］、ＭＬＳＳ濃度ＳＳ［ｉ］と関連づけられる。このようにして、２８０通りの第２演算パラメータに対して２８０通りの下水処理プラント１０の処理成績などを予測するための演算結果が得られる。これらの演算結果は、演算結果蓄積手段２４に伝送されて蓄積される。
【００１８】
演算結果蓄積手段２４に蓄積された２８０通りの処理成績の中から、Ｐａｒｅｔｏ最適解判定手段２５はＰａｒｅｔｏ最適解を選び出す。Ｐａｒｅｔｏ最適解とは、複数の評価関数に対する非劣解、すなわちこれ以上優劣のつけられない解の集合をいう。この実施の形態では、次のようにＰａｒｅｔｏ最適解を選び出す。まず、２８０通りの処理成績に対して処理水の窒素濃度、処理水のリン濃度ならびにプラント運転の必要動力を３つの評価関数とする。続いて、３つの評価関数に対して全ての処理成績を互いに比較し、次の３つの条件を満たす処理成績を選び出す。
条件１：処理水の窒素濃度を改善しようと思えば、処理水のリン濃度かプラント運転の必要動力が悪化する。
条件２：処理水のリン濃度を改善しようと思えば、処理水の窒素濃度かプラント運転の必要動力が悪化する。
条件３：プラント運転の必要動力を改善しようと思えば、処理水の窒素濃度か処理水のリン濃度が悪化する。
【００１９】
Ｐａｒｅｔｏ最適解は上記の条件１〜３を満たす解の集合として、一般に複数が選び出される。Ｐａｒｅｔｏ最適解における処理成績とプラント運転条件とは、Ｐａｒｅｔｏ最適解蓄積手段２６に伝送されて蓄積される。ここに蓄積されたＰａｒｅｔｏ最適解における処理成績とプラント運転条件とは、さらに推奨解判定手段２７と表示手段２８とにそれぞれ伝送される。
【００２０】
推奨解判定手段２７は、複数のＰａｒｅｔｏ最適解の中から、プラント運転者に推奨する推奨解を１つ選び出す。具体的には、現状のプラント運転条件が第２演算パラメータ設定手段２２から推奨解判定手段２７に伝送されており、それぞれのＰａｒｅｔｏ最適解を与えるプラント運転条件と現状のプラント運転条件とを比較し、現状に最も近いプラント運転条件におけるＰａｒｅｔｏ最適解を推奨解と判定する。ここでは、現状のプラント運転条件との近さに関する判定基準として下式で定められる指標Ｄに基づき、指標Ｄの値が最も小さいＰａｒｅｔｏ最適解を推奨解とする。推奨解では、現状のプラント運転条件からの変更幅が狭いので、スムーズにプラント運転条件を変更できる。
【００２１】
【数２】

【００２２】
推奨解における処理成績とプラント運転条件とは、表示手段２８に伝送される。表示手段２８は、先に伝送されてきたＰａｒｅｔｏ最適解判定手段２５によって選び出されたＰａｒｅｔｏ最適解における処理成績と、ここで伝送されてきた推奨解判定手段２７によって選び出された推奨解における処理成績とプラント運転条件とを表示する。
【００２３】
図３は、表示手段２８の表示画面を説明するための一例を示す図である。図３にのグラフにおいて横軸は処理水の窒素濃度、縦軸は処理水のリン濃度であり、Ｐａｒｅｔｏ最適解における処理水の窒素濃度及びリン濃度に対応したプロット点が表示されている。ここで、それぞれのプロット点はプラント運転の必要動力に対して濃淡表示されており、色の濃いものほど必要動力が大きい。さらに、推奨解の処理成績に対しては、それを与えるプラント運転条件が表示されている。このとき、推奨解のプロット点の色を変えたり、点滅させたりして視覚的に区別しやすいようにして表示してもかまわない。
【００２４】
このようなプラント運転支援装置を用いることにより、刻々と変化する被処理水の水質に応じて、相反する関係にある窒素濃度とリン濃度の評価関数に対してＰａｒｅｔｏ最適解を与えるプラント運転条件を、プラント運転者に提示できる。さらに、現状のプラント運転条件からスムーズに変更できる推奨解を与えるプラント運転条件を、Ｐａｒｅｔｏ最適解を与えるプラント運転条件の中から提示できる。
【００２５】
したがって、下水処理プラント１０のプラント運転者は、処理水の窒素濃度、リン濃度およびプラント運転の必要動力に対する推奨解を与えるプラント運転条件を知ることができる。そのため、適切なプラント運転条件を試行錯誤的に探索することなく、効率的に被処理水から窒素とリンとを同時に除去できるプラント運転条件を設定できる。また、刻々と変化する被処理水の水質に応じたプラント運転条件の変更が容易となる。
【００２６】
なお、図３のグラフには、Ｐａｒｅｔｏ最適解以外の処理成績における窒素濃度とリン濃度に対応したプロット点を、視覚的に区別しやすいようにして表示してもかまわない。また、任意のプロット点をポインティングデバイスなどで指定することにより、そのプロット点におけるプラント運転条件や処理成績などの演算結果を表示してもかまわない。
【００２７】
【発明の効果】
この発明によれば、被処理水の計測データに基づいて第１演算パラメータを設定する第１演算パラメータ設定手段と、水処理プラントのプラントデータに基づいて複数の第２演算パラメータを設定する第２演算パラメータ設定手段と、第１演算パラメータと第２演算パラメータとを用いて処理水の窒素濃度とリン濃度とに関する水処理プラントの処理成績を予測するための演算を行う演算手段と、演算手段によって予測された複数の処理成績の中からＰａｒｅｔｏ最適解を選び出すためのＰａｒｅｔｏ最適解判定手段と、Ｐａｒｅｔｏ最適解を与えるプラント運転条件と現状のプラント運転条件とを比較し、現状に最も近いプラント運転条件におけるＰａｒｅｔｏ最適解を推奨解として選び出す推奨解判定手段と、Ｐａｒｅｔｏ最適解判定手段によって選び出されたＰａｒｅｔｏ最適解における処理成績とプラント運転条件前記Ｐａｒｅｔｏ最適解判定手段によって選び出されたＰａｒｅｔｏ最適解における処理成績とプラント運転条件及び推奨解における処理成績とプラント運転条件とを表示するための表示手段とを備えたため、刻々と変化する被処理水の水質に応じて、相反する関係にある窒素濃度とリン濃度の評価関数に対してＰａｒｅｔｏ最適解における処理成績とプラント運転条件とをプラント運転者に提示するプラント運転支援装置を提供できる。さらに、現状からスムーズに変更できる推奨解を与えるプラント運転条件をプラント運転者に提示できる。
【００２８】
また、Ｐａｒｅｔｏ最適解を与えるプラント運転条件と現状のプラント運転条件との近さを指標Ｄで表し、指標Ｄが最小となるＰａｒｅｔｏ最適解を推奨解として選び出すため、現状からスムーズに変更できる推奨解を与えるプラント運転条件をプラント運転者に提示できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態を説明するためのプラント運転支援装置の概略構成図である。
【図２】実施の形態を説明するための演算手段に用いられた槽列モデル図である。
【図３】実施の形態を説明するための表示画面の一例を示す図である。
【図４】被処理水から窒素を除去する反応を説明するための模式図である。
【図５】被処理水からリンを除去する反応を説明するための模式図である。
【符号の説明】
１０下水処理プラント、２０プラント運転支援装置、２１第１演算パラメータ設定手段、２２第２演算パラメータ設定手段、２３演算手段、２４演算結果蓄積手段、２５Ｐａｒｅｔｏ最適解判定手段、２６Ｐａｒｅｔｏ最適解蓄積手段、２７推奨解判定手段、２８表示手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a plant operation support apparatus such as a water treatment plant, and more particularly, to a plant operation support apparatus that presents appropriate plant operation conditions to a plant operator in a sewage treatment plant using a microorganism group. .
[0002]
[Prior art]
There is an activated sludge method as a general method for treating municipal sewage and organic wastewater. The activated sludge method is a method in which a group of microorganisms called activated sludge is stored in a biological reaction tank and aerated while the activated sludge and the water to be treated are mixed and contacted. Thereby, activated sludge adsorb | sucks and decomposes | disassembles the contaminant in to-be-processed water.
[0003]
In recent years, it has been required to remove nitrogen and phosphorus from treated water such as sewage in order to prevent so-called eutrophication pollution in which harmful algae such as red tides and blue sea bream grow in closed waters such as lakes and inner bays. Yes. General drainage standards for nitrogen and phosphorus are a nitrogen content of 120 mg / L (daily average value of 60 mg / L) and a phosphorus content of 16 mg / L (daily average value of 8 mg / L). A strict and strict addition standard is set.
[0004]
In order to biologically remove nitrogen in a water treatment plant such as a sewage treatment plant using the activated sludge method, it is necessary to use a combination of two types of reactions, a nitrification reaction and a denitrification reaction. FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a reaction for removing nitrogen from water to be treated. The nitrification reaction is advanced in the latter stage of the aeration tank, and the denitrification reaction is advanced in the former stage. The nitrification reaction is a reaction that oxidizes ammonia nitrogen in the water to be treated to nitrate nitrogen, which is controlled by nitrifying bacteria in the activated sludge. Since nitrifying bacteria are aerobic bacteria, the nitrification reaction proceeds under aerobic conditions in which oxygen is dissolved. On the other hand, the denitrification reaction is a reaction in which the produced nitrate nitrogen is reduced to nitrogen gas, and denitrification bacteria in the activated sludge control this. Since denitrifying bacteria are anaerobic bacteria, the denitrification reaction proceeds under anaerobic conditions without oxygen. Nitrate nitrogen produced by the nitrification reaction is brought into the upstream stage of the aeration tank together with the returned sludge and reduced to nitrogen gas. The distribution of the dissolved oxygen concentration has a gradient due to the amount of aerated air and the amount of oxygen consumed during water treatment. In addition, since the organic substance of to-be-processed water is required for progress of a denitrification reaction, a denitrification reaction is performed in the front | former stage in which the reduction process of organic substance has not progressed.
[0005]
In addition, in order to biologically remove phosphorus from the water to be treated in a water treatment plant using the activated sludge method, it is necessary to use a reaction of discharging and excessive intake of phosphorus. FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the reaction for removing phosphorus from the water to be treated. The phosphorus discharge reaction is advanced in the front stage of the aeration tank, and the overdose reaction is advanced in the rear stage. Only phosphorus accumulating bacteria are responsible for these reactions. Phosphorus-accumulating bacteria discharge phosphorus under absolute anaerobic conditions in which not only molecular oxygen but also oxygen as a compound does not exist, and excessive intake of phosphorus under aerobic conditions. Phosphorus-accumulating bacteria ingest more phosphorus than discharged in the previous stage and synthesize compounds that serve as energy sources based on the excessive intake of phosphorus. Thus, phosphorus is removed from to-be-treated water by excessive intake of phosphorus by the phosphorus-accumulating bacteria.
[0006]
Thus, both nitrogen removal and phosphorus removal are composed of similar reaction systems that require aerobic and anaerobic conditions. However, for example, with respect to the amount of activated sludge returned to the aeration tank from the final sedimentation basin called the amount of returned sludge, the nitrogen concentration and the phosphorus concentration of the treated water are in a contradictory relationship. That is, in order to efficiently reduce the nitrogen concentration, it is necessary to increase the amount of returned sludge and increase the amount of denitrification in the anaerobic zone upstream of the aeration tank. On the other hand, however, the phosphorus discharge reaction requires absolute anaerobic conditions, so as the amount of nitrate nitrogen contained in the returned sludge increases with the increase in the amount of returned sludge to the front stage of the aeration tank, the discharge of phosphorus Is disturbed. On the contrary, if the amount of returned sludge is reduced, the phosphorus discharge reaction at the front stage of the aeration tank is promoted, so that the phosphorus concentration can be efficiently reduced. However, the denitrification amount itself is reduced, so the nitrogen concentration cannot be reduced much.
[0007]
In addition to the amount of returned sludge, there are the amount of air supplied to the aeration tank, called the aeration air volume, and the operation amount such as the concentration of microorganisms held in the aeration tank. These are the two evaluation functions of nitrogen concentration and phosphorus concentration. The relationship is extremely complex.
[0008]
As a conventional plant operation support apparatus related to a water treatment plant using the activated sludge method, for example, there is a plant operation support apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-19682. In this plant operation support device, the interfacial height of the settled sludge and its supernatant water turbidity are used as plant evaluation functions, and the guidance values for the amount of chemical solution, water temperature, dissolved oxygen concentration, and return sludge amount are set so that this becomes the target value. Output. Here, since the supernatant water turbidity is also reduced if the interfacial height of the settled sludge is lowered, these two are non-conflicting evaluation functions.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in actual plant operation, the plant operator often has to determine the plant operation condition in consideration of a plurality of evaluation functions having a contradictory relationship. In such a case, the plant operator had to search for a plant operating condition in which, for example, nitrogen and phosphorus are removed with high efficiency by trial and error. Therefore, there has been a problem that it is difficult to change the plant operating conditions according to the quality of the water to be treated which changes every moment. If the plant operating conditions cannot be changed in response to changes in the treated water, the quality of the treated water may not meet the drainage standard.
[0010]
The present invention has been made to solve the above-described problems. For the evaluation functions of the nitrogen concentration and the phosphorus concentration, which have a contradictory relationship, depending on the quality of the water to be treated that changes every moment. The present invention provides a plant operation support apparatus that presents plant operation conditions that give a Pareto optimal solution to a plant operator.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The plant operation support apparatus according to claim 1 uses the activated sludge method, removes nitrogen from the water to be treated by nitrification reaction and denitrification reaction, and discharges phosphorus from the water to be treated by phosphorus discharge reaction and phosphorus excess intake. In the plant operation support apparatus relating to the water treatment plant to be removed by the reaction, based on the first computation parameter setting means for setting the first computation parameter based on the measurement data of the water to be treated, and the plant data of the water treatment plant Using the second calculation parameter setting means for setting a plurality of second calculation parameters, and the treatment result of the water treatment plant regarding the nitrogen concentration and phosphorus concentration of the treated water using the first calculation parameter and the second calculation parameter A computing means for performing computation for prediction, and a Paret from a plurality of processing results predicted by the computing means A Pareto optimal solution determining means for picking an optimal solution, compared with the plant operating conditions of the plant operating condition and the current providing the Pareto optimal solution, pick out Pareto optimal solutions in the nearest plant operating conditions to the state as a recommended solution recommended Solution determining means, and display means for displaying the processing results and plant operating conditions in the Pareto optimal solutions selected by the Pareto optimal solution determining means, and the processing results and plant operating conditions in the recommended solutions It is.
[0012]
The plant operation support device according to claim 2 represents the closeness between the plant operation condition that gives the Pareto optimum solution and the current plant operation condition as an index D, and selects the Pareto optimum solution that minimizes the index D as a recommended solution. It is.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a schematic configuration diagram for explaining an embodiment of a plant operation support apparatus to which the present invention is applied. Reference numeral 10 denotes a sewage treatment plant as a water treatment plant, and reference numeral 20 denotes a plant operation support apparatus for the sewage treatment plant 10. 21 is a first calculation parameter setting means for setting a first calculation parameter based on the measurement data of the water to be treated of the

sewage treatment plant

10, and 22 is a plurality of second calculation parameters based on the plant data of the sewage treatment plant 10. Second calculation parameter setting means 23 for performing calculation for predicting treatment results regarding the nitrogen concentration and phosphorus concentration of the sewage treatment plant 10 using the first calculation parameter and the second calculation parameter, 24 It is a calculation result storage means for storing a plurality of processing results predicted by the calculation means. Reference numeral 25 denotes a Pareto optimum solution determination unit for selecting a Pareto optimum solution from a plurality of predicted processing results of the sewage treatment plant 10 accumulated in the calculation result accumulation unit 24. Reference numeral 26 denotes a Pareto optimum solution determination unit 25. The Pareto optimal solution storage means for storing the processing results determined as the Pareto optimal solution and the plant operating conditions that give the Pareto optimal solution. Reference numeral 27 denotes a recommended solution determination unit for selecting one recommended solution from a plurality of Pareto optimal solutions stored in the Pareto optimal solution storage unit 26 based on a predetermined determination criterion. Reference numeral 28 denotes display means for displaying the processing results and plant operating conditions in the Pareto optimum solution selected by the Pareto optimum solution determination means 25. The processing results and the plant operating conditions in the recommended solution selected by the recommended solution determination unit 27 are displayed on the display unit 28.
[0014]
Next, the operation will be described. First, in the first calculation parameter setting means 21, first calculation parameters composed of measurement data of treated water of the sewage treatment plant 10, for example, inflow water amount, inflow COD concentration, inflow SS concentration, inflow nitrogen concentration, inflow phosphorus concentration and the like. Set. At the same time, in the second calculation parameter setting means 22, plant data such as plant specifications and plant operating conditions of the sewage treatment plant 10, for example, aeration tank capacity and settling tank capacity that are plant specifications, MLSS concentration that is plant operating conditions, aeration air volume, and return A second calculation parameter composed of the sludge amount is set. Here, a plurality of second calculation parameters can be set by setting a plurality of values centered on the current value for any of the plant operating conditions. Here, a plurality of values may be set for all the plant operating conditions regardless of the MLSS concentration, the aeration air amount, and the return sludge amount.
[0015]
Subsequently, the first calculation parameter and the second calculation parameter are transmitted to the calculation means 23. In addition, although a signal line is generally used for the transmission means, the present invention is not limited to this. The calculation means 23 performs a calculation for predicting the processing results of the sewage treatment plant 10, for example, the nitrogen concentration and phosphorus concentration of the treated water, and the necessary power for plant operation, using the first calculation parameter and the second calculation parameter. . The required power for plant operation is the power of plant components such as an aeration apparatus and a return sludge pump for given plant operating conditions. Here, the calculation means 23 includes, for example, an IWA Activated Sludge Model No. 2d (IWA task group on mathematical modeling for design and operation ofbiological wastewater treatment: Activated sludge model ASM1, ASM2 and ASM3, 9, Scientific and technical report of IWA) are stored plant simulator that combines the first operation parameter and The second calculation parameter is provided to this plant simulator.
[0016]
Here, as the plant operating conditions, an example in which the aeration air volume and the return sludge volume are set to a predetermined value unit between the upper limit and the lower limit of the setting range and the MLSS concentration is set to a predetermined value unit centering on the current value. Continue to explain. Specifically, 1400m ^³ / h~3500m ³ / h up to 7 Street 350 meters ³ / h increments, 105m ^³ / h~350m ³ / h up to 35m ³ / h 8 kinds of increments as returned sludge volume as aeration air quantity, By setting five MLSS concentrations from 1000 mg / L to 2000 mg / L in increments of 250 mg / L, 280 second calculation parameters were set. Each plant operating condition may be set in increments of a predetermined value based on the set limit, may be set in increments of a predetermined value based on the current value, and these may be appropriately combined.
[0017]
The nitrogen concentration TN [i] of the treated water, the phosphorus concentration TP [i] of the treated water, and the necessary power CE [i] for plant operation in the i th (i = 1 to 280) treatment result predicted by the calculation are Aeration air volume Qair [i], return sludge volume Qret [i], MLSS concentration SS [i]. In this way, calculation results for predicting 280 treatment results of the sewage treatment plant 10 with respect to 280 second calculation parameters are obtained. These calculation results are transmitted to and stored in the calculation result storage means 24.
[0018]
The Pareto optimal solution determination unit 25 selects a Pareto optimal solution from 280 processing results stored in the calculation result storage unit 24. The Pareto optimal solution is a non-inferior solution with respect to a plurality of evaluation functions, that is, a set of solutions to which no superiority or inferiority is given. In this embodiment, the Pareto optimal solution is selected as follows. First, the nitrogen concentration of treated water, the phosphorus concentration of treated water, and the required power for plant operation are set as three evaluation functions for 280 treatment results. Subsequently, all the processing results for the three evaluation functions are compared with each other, and processing results satisfying the following three conditions are selected.
Condition 1: If the nitrogen concentration of the treated water is to be improved, the phosphorous concentration of the treated water or the necessary power for plant operation deteriorates.
Condition 2: If the phosphorus concentration of the treated water is to be improved, the nitrogen concentration of the treated water or the power required for plant operation deteriorates.
Condition 3: If the power required for plant operation is to be improved, the nitrogen concentration of treated water or the phosphorus concentration of treated water will deteriorate.
[0019]
In general, a plurality of Pareto optimal solutions are selected as a set of solutions satisfying the above conditions 1 to 3. The processing results and plant operating conditions in the Pareto optimal solution are transmitted to and stored in the Pareto optimal solution storage means 26. The processing results and plant operating conditions in the Pareto optimal solution stored here are further transmitted to the recommended solution determination means 27 and the display means 28, respectively.
[0020]
The recommended solution determination unit 27 selects one recommended solution recommended to the plant operator from a plurality of Pareto optimal solutions. Specifically, the current plant operating conditions are transmitted from the second calculation parameter setting means 22 to the recommended solution determining means 27, and the plant operating conditions that give the respective Pareto optimal solutions are compared with the current plant operating conditions. The Pareto optimal solution in the plant operation condition closest to the current state is determined as the recommended solution. Here, based on the index D defined by the following equation as a criterion for the proximity to the current plant operating conditions, the Pareto optimal solution having the smallest index D value is set as the recommended solution. In the recommended solution, since the range of change from the current plant operating conditions is narrow, the plant operating conditions can be changed smoothly.
[0021]
[Expression 2]

[0022]
The processing results and the plant operating conditions in the recommended solution are transmitted to the display means 28. The display means 28 displays the processing results in the Pareto optimal solution selected by the previously transmitted Pareto optimal solution determination means 25 and the processing in the recommended solution selected by the recommended solution determination means 27 transmitted here. Displays results and plant operating conditions.
[0023]
FIG. 3 is a diagram showing an example for explaining the display screen of the display means 28. In the graph of FIG. 3, the horizontal axis represents the nitrogen concentration of the treated water and the vertical axis represents the phosphorous concentration of the treated water, and plot points corresponding to the nitrogen concentration and the phosphorous concentration of the treated water in the Pareto optimal solution are displayed. Here, each plot point is displayed in shades with respect to the required power for plant operation, and the darker the color, the greater the required power. Furthermore, for the processing results of the recommended solution, the plant operating conditions that give it are displayed. At this time, the color of the recommended solution plot points may be changed or blinked so as to be visually distinguishable.
[0024]
By using such a plant operation support device, plant operation conditions that give a Pareto optimum solution for the evaluation functions of the nitrogen concentration and the phosphorus concentration that are in a contradictory relationship according to the quality of the water to be treated that changes every moment. Can be presented to the plant operator. Furthermore, a plant operation condition that provides a recommended solution that can be smoothly changed from the current plant operation condition can be presented from among the plant operation conditions that provide a Pareto optimal solution.
[0025]
Therefore, the plant operator of the sewage treatment plant 10 can know the plant operating conditions that provide a recommended solution for the nitrogen concentration, the phosphorus concentration of the treated water, and the necessary power for the plant operation. Therefore, it is possible to set a plant operating condition that can efficiently remove nitrogen and phosphorus simultaneously from the water to be treated without searching for an appropriate plant operating condition by trial and error. Moreover, it becomes easy to change the plant operating conditions according to the quality of the water to be treated which changes every moment.
[0026]
In the graph of FIG. 3, the plot points corresponding to the nitrogen concentration and the phosphorus concentration in the processing results other than the Pareto optimal solution may be displayed so as to be visually distinguishable. In addition, by designating an arbitrary plot point with a pointing device or the like, calculation results such as plant operating conditions and processing results at the plot point may be displayed.
[0027]
【The invention's effect】
According to this invention, the 1st calculation parameter setting means which sets the 1st calculation parameter based on the measurement data of to-be-processed water, and the 2nd which sets a plurality of 2nd calculation parameters based on the plant data of a water treatment plant An arithmetic parameter setting means; an arithmetic means for performing an operation for predicting a treatment result of a water treatment plant regarding nitrogen concentration and phosphorus concentration of treated water using the first arithmetic parameter and the second arithmetic parameter; Compare the Pareto optimal solution determination means for selecting the Pareto optimal solution from the predicted multiple processing results, and compare the plant operating conditions that give the Pareto optimal solution with the current plant operating conditions, and the plant operating conditions that are closest to the current status the recommended solution determining means select as the recommended solution the Pareto optimal solutions in, Pareto optimal solutions determined Displaying the processing results and plant operating conditions in the processing results and the plant operating conditions and recommended solutions in Pareto optimal solution has been singled out by the processing results and the plant operating conditions the Pareto optimal solution determining means in Pareto optimal solutions that were singled out by the step Therefore, according to the quality of the water to be treated that changes every moment, the treatment results and plant operating conditions in the Pareto optimal solution for the evaluation functions of the nitrogen concentration and the phosphorus concentration that are in conflict with each other, Can be provided to the plant operator. Furthermore, the plant operating conditions that provide a recommended solution that can be changed smoothly from the current state can be presented to the plant operator.
[0028]
In addition, the proximity between the plant operating conditions that give the Pareto optimal solution and the current plant operating conditions is represented by the index D, and the Pareto optimal solution that minimizes the index D is selected as the recommended solution. The plant operating conditions that give
[Brief description of the drawings]
BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a plant operation support apparatus for explaining an embodiment.
FIG. 2 is a tank row model diagram used for computing means for explaining the embodiment.
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a display screen for explaining an embodiment;
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a reaction for removing nitrogen from water to be treated.
FIG. 5 is a schematic diagram for explaining a reaction for removing phosphorus from water to be treated.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Sewage treatment plant, 20 Plant operation assistance apparatus, 21 1st calculation parameter setting means, 22 2nd calculation parameter setting means, 23 calculation means, 24 calculation result storage means, 25 Pareto optimal solution determination means, 26 Pareto optimal solution storage means 27 Recommended solution determination means, 28 Display means

Claims

Plant operation for a water treatment plant that uses the activated sludge process and removes nitrogen from the water to be treated by nitrification and denitrification, and removes phosphorus from the water to be treated by phosphorus discharge reaction and phosphorus excess intake reaction In the support device, a first calculation parameter setting unit that sets a first calculation parameter based on the measurement data of the water to be treated, and a second that sets a plurality of second calculation parameters based on the plant data of the water treatment plant. Calculation parameter setting means, calculation means for performing calculation for predicting the processing result of the water treatment plant with respect to nitrogen concentration and phosphorus concentration of treated water using the first calculation parameter and the second calculation parameter; Pareto optimal for selecting a Pareto optimal solution from a plurality of processing results predicted by the calculation means And determining means compares the plant operating conditions of the plant operating condition and the current providing the Pareto optimal solution, the recommended solution determining means for picking out Pareto optimal solutions in the nearest plant operating conditions to the state as the recommended solution, the Pareto optimal solutions A plant operation support apparatus comprising: display means for displaying the processing results and plant operating conditions in the Pareto optimal solution selected by the judging means, and the processing results and plant operating conditions in the recommended solutions .

2. The plant operation according to claim 1, wherein a proximity between a plant operating condition that gives a Pareto optimal solution and a current plant operating condition is represented by an index D, and a Pareto optimal solution that minimizes the index D is selected as a recommended solution. Support device .