JP4592601B2

JP4592601B2 - 薬品注入支援システムと薬品注入支援制御ソフトウエア

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Publication number: JP4592601B2
Application number: JP2006016713A
Authority: JP
Inventors: 文智木村; 直樹原
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2006-01-25
Filing date: 2006-01-25
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2026-01-25
Also published as: JP2007197977A

Description

本発明は、水供給管網における塩素などの薬品の注入システムに関する。

水道水の供給には水の消毒が不可欠であり、更に消毒のためではないが、フッ素の注入が要求される場合もある。そして、このときの消毒処理については、塩素などの薬品やオゾンを注入する方法、紫外線を照射する方法などがあるが、規模の大きな上水道システムの場合、消毒効果、持続性、コストの面から薬品消毒が、中でも塩素消毒が一般的である。

特に我が国では、塩素消毒が義務付けられていて、水道水の給水栓末端で残留塩素濃度０．１ｍｇ／Ｌ以上と定められているが、しかし、この塩素消毒には、副生成物としてトリハロメタンなどの発ガン性物質の生成や、塩素に起因する臭気と味覚の悪化など、幾つかの問題を抱えている。

ここで、このように配水拠点から配水末端までの残留塩素濃度を可能な限り低く維持しながら平準化を実現するためには、浄水場だけではなく、配水幹線など他の地点でも塩素注入を行うようにした、いわゆる塩素多点注入法が有効であり、従って、或る程度以上の規模の水道事業体では、既に塩素多点注入法を実施している場合が多い。

ところで、この塩素多点注入法では、塩素注入装置にかかる設備投資コストと維持管理に必要なコストの見地から、管網全体の残留塩素濃度の管理が、可能な限り少ない塩素注入点個数のもとで得られるようなシステムの設計と運転管理が必須である。

しかし、塩素注入の計画立案や設計、運転には、管路モデル、水量モデル、配水拠点の水質から管網全体の残留塩素濃度を予測できる手法が必要となり、従って、現在のところ、塩素注入装置の設置場所の選定と運転には実験的に試行錯誤を繰返して決定せざるを得ないのが実情である。

ここで、送配水の残留塩素濃度の運転管理に関しては、例えば従来技術１として、発ガン性物質も考慮した塩素注入制御方法(例えば、特許文献１参照。)や、同じく従来技術２として、管網残留塩素濃度をファジイで推定する方法(例えば、特許文献２参照。)、或いは従来技術３として、塩素注入量と管網残留塩素濃度から塩素注入量スケジュールを算出する方法(例えば、特許文献３参照。)、更には従来技術４として、目標残留塩素濃度、消毒塩素消費予測量、消毒副生成物予測量から塩素注入量を演算する方法(例えば、特許文献４参照。)などが提案されている。
特開平１０−１３７７６４号公報特開平６−３２０１６６号公報特開平６−２０６０７０号公報特開２００４−３５１３２６号公報

しかも近年は、水道供給施設の大規模化が進み、供給水の管内滞留時間が増加しているので、残留塩素濃度の保持が困難になっているが、更に、このとき、配水管路末端までの距離が個々に異なっていることから、各配水管路端末間で残留塩素濃度に差が生じてしまったり、発ガン性物質の生成に差が生じてしまったりして、需要者に「質」の高い安全な水を公平に供給するという公共設備としての使命に応えるのが難しくなってしまう。

そこで、浄水場や水道の管網(管路網)では最小限の塩素を注入し、給水管路末端での残留塩素濃度を規制範囲内で可能な限り抑え、かつ需要者間で平準化することが望ましいが、このためには、浄水場から送水される水質(残留塩素、ｐＨ、水温、有機物など塩素消費物質、濁度など)の変動や、需要者の水需要量の変動を考慮した塩素注入の適正化が求められる。

ところで、水供給管網において塩素などの薬品多点注入に必要なシステム設計並びに当該システムの制御を実施する場合、複雑なネットワーク構成のもとで接続されている管網全体の水質を基準範囲内に維持し、且つ残留塩素濃度の平準化を満たすためには、複数の塩素注入点とそこでの注入量を決定しなければならない。

しかるに、上記従来技術では、単純に任意の２点間の残留塩素濃度を演算する方法なので、塩素多点注入を実施した場合の管網全体の残留塩素濃度を把握することはできない。

すなわち、上記したように、まず従来技術１は、残留塩素濃度と発ガン性物質を推定して塩素注入制御を行う方法であり、次に、従来技術２は、消毒副生成物を最小にする残留塩素目標値をファジイで推論して塩素注入量を演算する方法である。また、従来技術３は、塩素注入量と管網残留塩素濃度から塩素注入量スケジュールを算出する方法であり、そして、従来技術４には、目標残留塩素濃度と消毒塩素消費予測量及び消毒副生成物予測量から塩素注入量を演算する方法である。

従って、これらの従来技術は、何れも塩素注入点１点と塩素計測点１点の２点間の残留塩素濃度を演算した上で、１点の塩素注入点での塩素注入量を制御する方法であり、従って、従来技術では、塩素注入点と、そこでの塩素注入量について数多くある組合せの中から、水質を基準範囲内に維持すると共に残留塩素濃度を平準化するのに必要な塩素注入点と塩素注入量の組合せを抽出することはできない。ましてや水質や水量に変動があった場合、それらを考慮した組合せの抽出は不可能である。

このように、上記従来技術では、水質変動や水量変動を考慮した塩素多点注入のシステム計画やシステム設計、運転支援、自動制御を実現することはできず、従って、「質」の高い安全な水道水の確保を得ることはできない。

本発明の目的は、配水管網における残留薬品濃度の平準化が得られるようにした薬品注入支援システムを提供することにある。

上記目的は、配水管網に薬品を注入する薬品注入装置の薬品注入量を演算する薬品注入支援システムにおいて、配水池の出口と前記配水管網の節点に配置したセンサからデータを収集する監視制御手段と、前記配水管網の中に複数の薬品注入点候補を設定する薬品注入点候補設定手段と、水質の目標値を入力する水質目標値入力手段と、前記配水管網の複数の地点の水質演算値を演算する水質演算手段と、前記水質演算値に基づいて水質の平準化指標を演算する平準化指標演算手段と、前記平準化指標と前記水質目標値に基づいて、前記複数の薬品注入点候補の中から最適な薬品注入点を演算し、当該薬品注入点における薬品注入量を演算する薬品注入条件演算手段と、前記監視制御手段と前記薬品注入点候補設定手段及び前記水質目標値入力手段並びに前記水質演算手段それに前記平準化指標演算手段の各手段と連携したデータベースとが備えられ、前記薬品注入点候補設定手段と前記水質目標値入力手段及び前記水質演算手段並びに前記平準化指標演算手段それに前記薬品注入条件演算手段は、それぞれ前記データベースを介して前記監視制御手段に接続され、前記監視制御手段は、前記データベースのデータに基づいて前記薬品注入装置による薬品注入量を制御するようにして達成される。

このとき、前記薬品注入点候補設定手段は、少なくとも管網の配水管路から一定管径以上の複数管路を薬品注入点候補に設定できるものであるようにしても上記目的が達成される。

同じく、このとき、前記平準化指標演算手段は、前記水質演算手段にて演算された複数地点の水質の統計値に基づいて平準化指標を演算するものであるようにしても上記目的が達成される。

同じく、このとき、前記水質演算手段は、配水管網データと、配水拠点から供給される水量と、水需要量とに基づき、残留塩素濃度減少モデルを用いて前記配水管網の残留塩素濃度を演算するものであるようにしても上記目的が達成される。

更に、このとき、前記最適薬品注入条件演算手段は、前記水質演算手段にて演算した水質データが前記水質目標値入力手段にて入力した水質目標値を満足でき、かつ、前記水質平準化指標演算手段にて演算した結果最も平準化される複数の薬品注入装置の注入点及び薬品注入量を最適薬品注入条件とするものであるようにしても上記目的が達成される。

また、上記目的は、配水池の出口と配水管網の節点に配置したセンサからデータを収集し前記配水管網に対する薬品注入量を制御する監視制御機能と、前記配水管網の中に複数の薬品注入点候補を設定する薬品注入点候補設定機能と、水質の目標値を入力する水質目標値入力機能と、前記配水管網の複数の地点の水質演算値を演算する水質演算機能と、前記水質演算値に基づいて水質の平準化指標を演算する平準化指標演算機能と、前記平準化指標と前記水質目標値に基づいて、前記複数の薬品注入点候補の中から最適な薬品注入点を演算し、当該薬品注入点における薬品注入量を演算する薬品注入条件演算機能と、前記データと前記薬品注入点候補及び前記水質演算値並びに前記水質の平準化指標それに前記薬品注入量をデータベースに保存する機能と、前記監視制御機能による前記薬品注入量を前記データベースに保存されたデータに基づいて制御する機能とをコンピュータに実現させるための薬品注入支援制御ソフトウエアによっても達成される。

本発明によれば、多数の薬品注入点と、薬品注入量の組合せの中から残留薬品を基準範囲内に維持し、且つ残留薬品濃度を平準化できる薬品注入条件を抽出することができるため、大規模な給水管網に適用して適切な注入条件を決定することができる。

また、本発明によれば、塩素の多点注入化を計画する場合においても、管網上の任意の地点において塩素注入がシミュレーションできるため、導入効果を定量的に把握でき、意志決定を支援することができる。

以下、本発明による薬品注入支援システムについて、図示の実施の形態により詳細に説明する。ここで、まず図１は、本発明の一実施形態で、これは、本発明を浄水場が管轄する水道施設１００に適用した場合の一例であり、この場合、水道施設１００は、配水池２と配水管網３を備えている。

そして、まず、配水池２には、図示していない浄水場で濁質などが除去され、その後、塩素消毒処理された水が浄水１として供給され、ここに貯溜されるようになっている。次に、配水管網３は、複数の節点１０と複数の配水幹線管路１１により構成され、これにより配水池２の浄水１が各需要家に供給されるようになっている。

このとき配水池１の出口にはセンサ４が配置され、配水池出口での水の流量の計測と水質の分析を行う。また、配水管網３の節点１０にはセンサ５が配置され、配水管網３内の計測点での水質を分析する。ここでいう水質とは、例えば残留塩素濃度、酸性度(ｐＨ)、水温、濁度などである。なお、ここでは、センサ５だけが示されているが、必要に応じて複数の節点１０の夫々にセンサ５が配置されている。

また、配水池１の出口には薬品注入装置６が配置され、配水管網３の中には必要に応じて所定の箇所に薬品注入装置８、１２が複数配置されている。このときセンサ７、９、１３は、各々の薬品注入装置６、８、１２による薬品の注入量などを計測する。

ここで、まず薬品注入装置６は、配水池２の出口において薬品注入を行い、薬品注入装置８、１２は、配水管網３の節点１０又は配水幹線管路１１において薬品を注入する。ここでの薬品とは、例えば殺菌消毒のための塩素や、虫歯予防の観点から浄水に添加するフッ素などがある。

各センサ４、５、７、１３から出力されるデータは監視制御装置８０により収集され、支援システム２０に取り込まれる。そして、監視制御装置８０は、支援システム２０から出力された最適薬品注入量を受信し、薬品注入装置６、８、１２の中で該当する薬品注入装置に供給し、各薬品注入装置から最適薬品量が注入されるように制御する。

次に、この水道施設１００と監視制御装置８０を対象とした支援システム２０の構成について、引き続き図１により説明する。まず、ここでは、水道施設の塩素注入支援に適用した例について説明すると、この支援システム２０は、データベース３０とデータ入力手段４０、モデル演算手段５０、それに薬品注入条件演算手段６０とで構成されている。

まず、データベース３０は、水道施設１００の計測値(センサ４、５、７、９、１３の各計測値)と配水管網３の管網データ、それに各種の演算値を保存するメモリの働きをする。このとき、管網データとは、配水管網３の各節点１０の引出水量(水需要量)と、各配水幹線管路１１の管径、管路長、材質、標高などの管路データ、それに配水幹線管路１１と節点１０の接続関係のことである。

ここで、引出水量とは、各需要家の水使用量のことであり、従って、水道検針データをそのまま使用しても良いし、検針データを、天候、季節、気温、曜日、特異日などの条件に応じて補正したデータを使用しても良い。次に、演算値とは、管網計算によって得られた各管路の流量、流速、滞留時間、圧力などのデータ、モデル演算手段５０で演算された薬品注入条件、薬品注入条件演算手段６０で演算された最適条件などのデータのことである。

次に、データ入力手段４０は、薬品注入点候補設定手段４１と水質目標値入力手段４２とで構成されている。

まず、薬品注入点候補設定手段４１は、データベース３０に格納されている配水管網３の複数の管路に対して、薬品注入点候補となる管路を設定する働きをする。このときの薬品注入点候補とは、例えば薬品注入が可能な管路或いは節点、薬品が水に均一に混合できる管路或いは節点、配水拠点となる管路或いは節点などであり、例えばキーボードなどのマンマシンインターフェースを介して入力される。

また、この薬品注入点候補設定手段４１は、配水管網３の複数の配水幹線管路１１から複数の管路或いは節点を塩素注入点候補として設定する働きもするが、このときコンピュータによって自動的に候補を設定するものでも良いし、運転員が管網図を参照しながら設定するものであってもよい。

次に、水質目標値入力手段４２は、配水管網３の各地点における水質目標値を入力する。このときの水質とは、例えば残留塩素、ｐＨ、有機物、フッ素、濁度などであり、これも、例えばキーボードなどのマンマシンインターフェースを介して入力される。

ここで、水質目標値入力手段４２により入力される水質目標値は、例えば下限目標値の１つでもよいし、例えば上限、下限の複数目標値でもよい。それぞれの流域の事情に合わせ水質の目標値を設定すればよい。

一方、モデル演算手段５０は、水質演算手段５１と平準化指標演算手段５２から構成され、データベース３０のデータに基づいて配水管網３の水質及び平準化指標を演算し、データベース３０に格納する働きをする。

ここで、まず、水質演算手段５１は、管網計算や水質モデルを用いて配水管網３の水質を演算する。このときの水質モデルとしては、例えば残留塩素濃度減少モデルが用いられ、これから配水管網３の残留塩素濃度を演算する。このときの残留塩素濃度減少モデルの一例を式(1)に示す。

Ｃ(t)＝Ｃ0×exp(-ｋ×ｔ)…… ……(1)

このとき、まず、(t)はｔ間後の残留塩素濃度(ｍｇ／L)で、次に、Ｃ0 は初期残留塩素濃度(ｍｇ／Ｌ)、ｔは滞留時間(Ｈ)、そして、ｋは残留塩素濃度減少速度係数(Ｈr−１)である。

この式(1)は、上流側の節点の初期残留塩素濃度をＣ0として、残留塩素濃度減少速度係数ｋと、管網計算で求めた滞留時間ｔによって下流側の節点の残留塩素濃度Ｃ(t)を演算する場合の一例であり、このときの管路の管種、材質、管径、水温を考慮してた場合の残留塩素濃度減少速度係数ｋは次の式(2)で表わされる。

ｋ＝exp(−α×Ｄ＋β×Ｔ＋γ)…………(2)

ここで、Ｄは管径(ｍ)で、Ｔは水温(℃)、それにα、β、γは水温や管径を反映した係数である。

そして、上記の式(1)による初期残留塩素濃度Ｃ0 は、薬品注入装置により塩素を追加注入された場合、次の式(3)で表わされるものとなる。

Ｃ0＝Ｃ1 ＋Ｗ／Ｑ …… ……(3)

ここで、Ｃ1 は水中の残留塩素濃度(ｍｇ／Ｌ)で、Ｗは塩素注入量(ｇ／Ｈ)、それにＱは流量(ｍ³／Ｈ)である。

これら式(1)と式(2)、それに式(3)を配水管網３の全ての管路１１に適用することにより、全体の残留塩素濃度を演算することができる。なお、残留塩素濃度減少モデルは、上記の式(1)による方法の他、例えば、ファジイ、ニューロ、或いは処理場独自の経験式などを用いて作成したものでもよい。

次に、平準化指標演算手段５２は、水質演算手段５１により、上記したようにして演算された複数地点の水質データに基づいて、水質の平準化指標を演算する。ここでの水質の平準化指標とは、例えば、配水管網３の残留塩素濃度の平均偏差、標準偏差などである。

そして、このときの平準化指標演算手段５２による配水管網３の複数地点での引出水量の残留塩素濃度の平均値をＣｐ(ｍｇ／Ｌ)とし、これに基づいて算定される配水管網の残留塩素濃度の平準化指標ＭＣｐ(−)としたとき、これらは、Ｑｐｉを節点ｐｉの引出水量(ｍ³／日)とし、Ｃｐｉを節点ｐｉの残留塩素濃度(ｍｇ／Ｌ)、それに、ｉを節点番号(ｉ＝１、２、３…ｎ)として、それぞれ次の式(4)と式(5)で表わされる。

ここで、この式(5)は、式(4)に示す各節点の引出水量の残留塩素濃度の平均値を用いて、合計引出水量(管網３の総水需要量)当たりの残留塩素濃度の平均偏差を演算する演算式で、これは配管網３全体の総水需要量を考慮し、且つ配水管網の残留塩素濃度平均値との分散を演算するものであり、従って、この式(5)による平準化指標ＭＣｐが小さいほど配水管網上の残留塩素濃度の分散が小さく、平準化に近い状態を意味している。

ところで、この実施形態では、平均偏差を用いて残留塩素濃度の平準化の度合いを表現する場合を示したが、平均偏差の他、平均値、標準偏差などを適用して残留塩素濃度の平準化の度合いを表現するようにしても良い。

なお、平準化指標演算手段５２は、データベース３０に格納されている複数地点の残留塩素濃度に対して式(4)、(5)を適用し、配水管網３の残留塩素濃度の計測データの平準化を評価することもできる。

そして、薬品注入条件演算手段６０は、モデル演算手段５０により演算されデータベース３０に格納されてた配管管網３の水質と平準化指標に基づいて、水質目標値入力手段４２から入力されている水質目標値を満足させることができ、且つ演算結果の範囲内で最も平準化が得られることになる複数の薬品注入点と薬品注入量を演算し、最適薬品注入条件として出力する。このとき最適と判断した薬品装置の注入点と薬品注入量の演算値はデータベース３０に格納される。

次に、この実施形態において、モデル演算手段５０により配水管網３の残留塩素濃度や残留塩素濃度の平準偏差指標を演算する手順について、図２のフロー図により説明する。なお、この手順は、モデル演算手段５０に設けられているコンピュータにより、そこに格納してある所定のプログラムに基づいて実行される。

まず、ステップＳ０では、配水管網３のセンサ４などで計測された送水量Ｑと管網データを入力して管網計算を実行し、配水管網３を構成する管路や節点における水量、圧力、滞留時間などを演算する。演算値はデータベース３０に格納する。

ステップＳ１では、薬品注入点候補設定手段４１により設定した塩素注入点候補となる配水管網３の管路と節点から演算対象となる塩素注入点の組合せを生成する。

ステップＳ２では、ステップＳ１で生成した塩素注入点の組合せに対して、塩素注入量の組合わせを設定する。

ステップＳ３は、ステップＳ１で設定した演算対象となる塩素注入点の組合せと、ステップＳ２で設定した演算対象となる塩素注入量の組合せと、データベース３０に格納されている管径、水温、センサ４などで計測した残留塩素、管網計算結果である管路内滞留時間、係数などに基づいて、例えば式(1)、(2)、(3)を用いて配水管網３の管路や節点における残留塩素濃度を演算する。

ステップＳ４では、ステップＳ３で得られている配水管網３の残留塩素濃度演算値に基づいて、例えば式(4)、(5)を用いて配水管網３の残留塩素濃度の平準化指標を演算する。

そして、この後、まずステップＳ５では、ステップＳ２で設定した演算対象となる塩素注入量の全ての組合せに対して演算を終了したか否かを判断する。演算完了の場合はステップＳ６に進む。未演算の塩素注入量組合せがある場合、再びステップＳ２に戻る。この場合、ステップＳ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５の繰り返し演算によって全ての塩素注入量組合せを行い、そのときの配水管網３の残留塩素濃度と平準化指標を演算することになる。

次いで、ステップＳ６では、薬品注入点候補設定手段４１により設定した塩素注入点候補について、塩素注入点組合せを全て演算したか否かを判断する。そして、未演算の塩素注入点組合せがあった場合、再びステップＳ１に戻り、ここで未演算の塩素注入点の組合せを演算対象として新たに設定し、ステップＳ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６の繰り返し演算を実行し、全ての塩素注入点と塩素注入量の組合せを求め、そのときの管網の残留塩素濃度と平準化指標を演算するのである。

こうしてステップＳ１で設定した塩素注入点の組合せと、ステップＳ２で設定した塩素注入量の組合せ、ステップＳ３で得られた管網の残留塩素濃度、それにステップＳ４で得られた管網の残留塩素濃度の平準化指標が、１つの薬品注入条件のデータセットとしてデータベース３０に格納される。

ここで、図３は、このときの薬品注入条件のデータセットの一例を示したもので、この実施形態の場合、図示のように、塩素注入点、標準化指標、各節点の残留塩素濃度を１つのセットにする。そして、まず、塩素注入点は、配水管網３上の注入点３点の節点番号又は管路番号と各注入量で構成されている。そして、標準化指標は、配水管網３全体の指標になっている。そして、各節点の残留塩素濃度は水質演算手段５１で演算した水質になっている。

次に、薬品注入条件演算手段６０により実行される注入点の塩素注入量の演算手順について、図４のフロー図により説明すると、まず、ステップＳ１１では、例えば図２の演算結果のうち、管網全体の残留塩素濃度が、水質目標値入力手段４２にから入力した目標値の範囲内にあるデータケースを、データベース３０に格納されているデータから抽出する。

次にステップＳ１２では、ステップＳ１１で抽出したデータケースの中から、更に、例えば、図２の演算結果のうち、残留塩素濃度の平準化指標が最も小さいデータケースを抽出する。

そして、ステップＳ１３では、ステップＳ１２で抽出した残留塩素濃度の平準化指標が最も小さいデータケースの塩素注入点と塩素注入量組合せを配水管網３の最適塩素注入条件とするのである。ここで設定した最適塩素注入条件はデータベース３０に格納される。

このように、まず、ステップＳ１１により配水管網全体の残留塩素濃度が目標値範囲内に維持できる塩素注入点と塩素注入量の組合せが抽出され、次に、ステップＳ１２では、配水管網全体の残留塩素濃度が目標値範囲内に維持でき、且つ最も平準化されたときの複数薬品注入装置の塩素注入点と塩素注入量の組合せが抽出されるので、最適な塩素注入条件を設定することができる。

従って、以上の実施形態によれば、管網計算や水質モデルを用いているので、多数の塩素注入点と塩素注入量の組合せの中から、残留塩素を基準範囲内に維持し、且つ残留塩素濃度が最も平準化できる薬品注入条件が抽出でき、この結果、適切な注入条件を容易に決定することができる。

また、以上の実施形態は、浄水場が管轄する配水管網の塩素注入制御に本発明を適用した場合の一例であるが、これによれば、塩素の多点注入化を計画する場合に、配水管網上の任意の地点において塩素注入をシミュレーションできるので、新たなシステムの導入に際して導入結果が定量的に把握でき、従って、システム導入意志の決定を支援することができる。

ところで、本発明はビジネスモデルとしても把握できる。そこで、図５により上記実施形態をビジネスに適用した場合の一例について説明する。この図では水道施設所有事業者２０１と管理センタ２０２、それに維持管理会社２０３が当事者の場合で、このとき管理センタ２０２に本発明の一実施形態による支援システム２０が設置されているものとする。

ここで、水道施設所有事業者２０１とは、例えば水道事業体に代表され、飲料水を製造し、配水する施設を所有する事業者のことであり、このとき水道施設所有事業者２０１には、水道施設の監視制御装置８０と、管理センタ２０２のデータを受信する端末２０４が備えられる。

この場合、まず、水道施設所有事業者２０１は、管理センタ２０２と契約を締結することになるが、この契約は、水道施設所有事業者２０１からはプロセスデータの提供と演算値サービスの利用に関するものであり、管理センタ２０２からみるとプロセスデータの収集とサービス提供に関するものであり、情報提供回数、情報内容、契約期間、測定場所などが両者の合意によって設定されることになる。

このとき監視制御装置８０は、水道施設所有事業者２０１が所有するものでも良いし、管理センタ２０２から貸与又は支給されるものとしても良い。そして管理センタ２０２と水道施設所有事業者２０１の契約条件は、送水施設と配水施設、それに給水施設についてだけでもよいし、更に浄水場を含めるものとしてもよい。

次に、維持管理会社２０３と管理センタ２０２の間では、管理センタ２０２が保有する演算値の提供を受ける点について契約を結ぶことになる。そして、このときの契約は、管理センタ２０２からみるとサービス提供に関する契約となり、維持管理会社２０３からみると情報サービスを利用する点についての契約となり、それぞれについて情報提供回数、情報内容、契約期間、測定場所、支払条件などが設定される。

この結果、維持管理会社２０３は端末２０５により、管理センタ２０２から情報を得ることができるが、このとき、水道施設所有事業者２０１並びに維持管理会社２０３と、管理センタ２０２の間の情報伝達は、ネットワーク、電子データメディア等の情報伝達手段を介して行われる。

ここで、管理センタ２０２に備えられた支援システム２０は、例えばコンピュータからなり、パーソナルコンピュータ等の計算機と計算機上のソフトウエアからなり、複数の水道施設所有事業者２０１のプロセスデータや施設データなどをネットワークや外部媒体を介して受信すると、配水区域の薬品注入量演算値を計算して、該当利用者に提示することになる。

このとき水道施設所有事業者２０１は、自前でも水道施設を運転することができるものであるが、ここでは、維持管理会社２０３と締結した契約により施設の運転管理業務そのものは維持管理会社２０３が実施する場合の実施形態になっている。

また、この実施形態では、水道施設所有事業者２０１と管理センタ２０２、それに維持管理会社２０３が分離されているが、これら３者が一体になっている場合でもよく、或いは水道施設所有事業者２０１と管理センタ２０２が一体の場合でもよいし、管理センタ２０２と維持管理会社２０３が一体になっている場合でもよい。

ところで、この図５では、各当事者、すなわち水道施設所有事業者２０１と管理センタ２０２、それに維持管理会社２０３が、それぞれ一つしか記載されていないが、本発明の実施形態としては、一つの管理センタ２０２が複数の水道施設所有事業者２０１と契約を結んだ場合の事例や、一つの管理センタ２０２が複数の維持管理会社２０３と契約を結んだ場合の事例もあり、何れの形態でも適用することができる。

例えば、図６は、複数の水道施設所有事業者２０１Ａ、２０１Ｂ、２０１Ｃがあり、これらが管理センタ２０２と維持管理会社２０３にネットワーク２１０を介して接続されている場合の一実施形態で、このとき、各水道施設所有事業者２０１Ａ、２０１Ｂ、２０１Ｃは、夫々水道施設１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃを所有していて、これらを管理するため、管理センタ２０２に設置されている支援システム２０にアクセスするようになっている。このとき支援システム２０には、契約者だけがアクセスできるように所定のセキュリティが施されている。

また、これらの水道施設所有事業者２０１Ａ、２０１Ｂ、２０１Ｃには、例えばパーソナルコンピュータや携帯端末など、ネットワーク２１０に接続することかできる端末２０４Ａ、２０４Ｂ、２０４Ｃが備えられている。そして、これらを介してネットワーク２１０に接続された監視制御装置８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃが、夫々の水道施設１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃのプロセスデータを支援システム２０に送信し、支援システム２０から情報提供を受けることができるようになっている。

このため支援システム２０は、水道施設所有事業者２０１Ａ、２０１Ｂ、２０１Ｃから送信されてくるプロセスデータなどを受信し、水道施設で浄化され輸送されてくる水道水の水運用演算値を立案して、この演算値を水道施設所有事業者２０１Ａ、２０１Ｂ、２０１Ｃや維持管理会社２０３などに配信するようになっている。

このとき維持管理会社２０３は、水道施設所有事業者２０１Ａ、２０１Ｂ、２０１Ｃから水道施設１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃの維持管理を受託していて、端末２０５を使用して背信されてくる演算値を取得することになる。

これら図５と図６の実施形態による具体的な効果としては、水道施設所有事業者と維持管理会社にとっては、情報サービスをいつでもどこでも受けられるので、負担が軽減できることが挙げられる。

次に、これら図５と図６の実施形態によれば、薬品注入条件演算に関連する高度な管理をサーバに委ねることができるので、職員確保の負担軽減という効果があり、更に、このようにして複数事業体を共通の機能で管理した場合、事業者間とのコミュニケーションを図ることができ、特に、広域な水環境に関する意識が高まる。

また、これら図５と図６の実施形態によれば、管理センタ２０２にとっては、人口の変化、プロセスの変化、水源水質の変化により運用管理の変更が生じたとしても、管理センタ２０２の支援システム２０の変更のみで容易に事態に対応でき、変更の内容も把握できる。

更に、これら図５と図６の実施形態によれば、広域に分散配置された施設についも運転の適切化と業務の円滑化並びに効率化を図ることができ、加えて危機管理や設備投資などについての適切な助言を与えることができ、適切な対処について教示できる。

しかも、このときサービス利用者は、コンピュータソフトウェアを購入する必要もなければ、セットアップの必要もなく、更にはバージョンアップ対応などを行う必要もないので、低コストで薬品注入点や注入量の演算値情報を入手することができる。

ここで、広域な水運用立案に際しては、それに必要な充分な人員を各事業者や各会社が個別に確保する必要があるが、こうした人員の確保は、事業者の財政状況や定員などの条件が揃わなければならないので、事業遂行上の大きな負担になってしまう。

しかし、上述の実施形態に係るシステムによれば、薬品注入点や注入量に関する情報配信に柔軟に対応できので、必要な水運用立案を低コストで実現することができる。

また、上記実施形態によれば、それらによる機能をコンピュータに実現させるプログラムからなるソフトウエアをコンピュータに使用したり、或いは、このソフトウエアを格納した記録媒体(例えばＣＤ−ＲＯＭ等)をコンピュータに使用することにより、当該コンピュータを運転支援装置とすることができ、この場合、職員や専門技術者の少ない事業体であっても、水道設備などの適切な運転と業務の円滑化並びに効率化が期待できる。

ところで、以上の実施形態では、本発明を塩素注入に適用した場合について説明したが、本発明は、塩素注入に限らず、例えば配水管網のｐＨの平準化を図るためにのアルカリ剤や酸剤などの注入制御や、虫歯予防などの観点から行われる浄水へのフッ素注入などにも利用できる。

本発明による薬品注入支援システムの一実施形態を示すブロック構成図である。本発明の実施形態による配水残留塩素濃度と平準化指標の演算処理を説明するための処理フロー図である。本発明の実施形態による薬品注入条件の演算結果の一例を示す説明図である。本発明の実施形態による薬品注入点と薬品注入量の演算結果を説明するための処理フロー図である。本発明をビジネスモデルに適用した場合の一実施形態を示すブロック図てある。本発明をビジネスモデルに適用した場合の他の一実施形態を示すブロック図てある。

符号の説明

１：浄水
２：配水池
３：配水管網
４：センサ(流量計測と水質分析用)
５：センサ(水質分析用)
６：薬品注入装置
７：センサ(薬品注入量計測用)
８：薬品注入装置
９：センサ(薬品注入量計測用)
１０：節点
１１：配水幹線管路
１２：薬品注入装置
１３：センサ(薬品注入量計測用)
１００：水道施設
２０：支援システム
３０：データベース
４０：データ入力手段
５０：モデル演算手段
５１：水質演算手段
５２：平準化指標演算手段
６０：薬品注入量演算手段
８０：監視制御装置
２０１：水道施設所有事業者
２０２：管理センタ
２０３：維持管理会社
２０４、２０５：端末
２１０：ネットワーク

Claims

配水管網に薬品を注入する薬品注入装置の薬品注入量を演算する薬品注入支援システムにおいて、
配水池の出口と前記配水管網の節点に配置したセンサからデータを収集する監視制御手段と、
前記配水管網の中に複数の薬品注入点候補を設定する薬品注入点候補設定手段と、
水質の目標値を入力する水質目標値入力手段と、
前記配水管網の複数の地点の水質演算値を演算する水質演算手段と、
前記水質演算値に基づいて水質の平準化指標を演算する平準化指標演算手段と、
前記平準化指標と前記水質目標値に基づいて、前記複数の薬品注入点候補の中から最適な薬品注入点を演算し、当該薬品注入点における薬品注入量を演算する薬品注入条件演算手段と、
前記監視制御手段と前記薬品注入点候補設定手段及び前記水質目標値入力手段並びに前記水質演算手段それに前記平準化指標演算手段の各手段と連携したデータベースとが備えられ、
前記薬品注入点候補設定手段と前記水質目標値入力手段及び前記水質演算手段並びに前記平準化指標演算手段それに前記薬品注入条件演算手段は、それぞれ前記データベースを介して前記監視制御手段に接続され、
前記監視制御手段は、前記データベースのデータに基づいて前記薬品注入装置による薬品注入量を制御することを特徴とする薬品注入支援システム。
請求項１に記載の薬品注入支援システムにおいて、
前記薬品注入点候補設定手段は、少なくとも前記配水管網の管路から一定管径以上の複数管路を薬品注入点候補に設定できることを特徴とする薬品注入支援システム。
請求項１に記載の薬品注入支援システムにおいて、
前記平準化指標演算手段は、前記水質演算手段により演算された複数地点の水質の統計値に基づいて前記平準化指標を演算するものであることを特徴とする薬品注入支援システム。
請求項１に記載の薬品注入支援システムにおいて、
前記水質演算手段は、配水管網データと、配水拠点から供給される水量と、水需要量とに基づき、残留塩素濃度減少モデルを用いて前記配水管網の残留塩素濃度を演算することを特徴とする薬品注入支援システム。
請求項１に記載の薬品注入支援システムにおいて、
前記最適薬品注入条件演算手段は、前記水質演算手段にて演算した水質データが前記水質目標値入力手段により入力した水質目標値を満足でき、且つ前記水質平準化指標演算手段により演算した結果、演算結果の範囲内で最も平準化が得られる複数の薬品注入装置の注入点及び薬品注入量を最適薬品注入条件とすることを特徴とする薬品注入支援システム。
配水池の出口と配水管網の節点に配置したセンサからデータを収集し前記配水管網に対する薬品注入量を制御する監視制御機能と、前記配水管網の中に複数の薬品注入点候補を設定する薬品注入点候補設定機能と、水質の目標値を入力する水質目標値入力機能と、前記配水管網の複数の地点の水質演算値を演算する水質演算機能と、前記水質演算値に基づいて水質の平準化指標を演算する平準化指標演算機能と、前記平準化指標と前記水質目標値に基づいて、前記複数の薬品注入点候補の中から最適な薬品注入点を演算し、当該薬品注入点における薬品注入量を演算する薬品注入条件演算機能と、前記データと前記薬品注入点候補及び前記水質演算値並びに前記水質の平準化指標それに前記薬品注入量をデータベースに保存する機能と、前記監視制御機能による前記薬品注入量を前記データベースに保存されたデータに基づいて制御する機能とをコンピュータに実現させるための薬品注入支援制御ソフトウエア。