JP4906788B2

JP4906788B2 - 上下水処理場の監視制御システム

Info

Publication number: JP4906788B2
Application number: JP2008152377A
Authority: JP
Inventors: 剛武本; 晃治陰山; 昭二渡邉; 直樹原; 秀之田所; 伊智朗圓佛; 一郎山野井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2008-06-11
Filing date: 2008-06-11
Publication date: 2012-03-28
Anticipated expiration: 2028-06-11
Also published as: JP2009297606A

Description

本発明は、浄水場及び下水処理場の処理水水質を規制値に維持し、環境負荷、特に温室効果ガスを削減するための上下水処理場の監視制御システム及び運転支援システムに関する。

近年、温室効果ガスによる地球温暖化が社会問題となり、浄水場や下水処理場でも温室効果ガスの削減が求められている。他方、浄水場や下水処理場では、処理水の水質が基準値を満足する必要があり、処理水の水質を向上させるため、設備の操作に伴う電力，燃料，薬剤などが消費され、温室効果ガスが排出される。

このように、処理水の水質の向上と温室効果ガスの削減にはトレードオフの関係があり、下水処理場では処理工程ではＣＯ₂，Ｎ₂Ｏ，ＣＨ₄などの温室効果ガスが発生するため、これらを考慮して温室効果ガスの排出量を算出する必要がある。

処理水水質と運転費とのトレードオフを考慮した下水処理向けの制御装置の一例として、〔特許文献１〕が挙げられる。

また、ＣＯ₂の排出量を削減する目的で、ＣＯ₂の排出権を設定し、排出権を取引するＣＯ₂排出権取引制度が検討されている。ＣＯ₂排出権の取引を支援するシステムの例として、〔特許文献２〕が挙げられる。また、水処理装置の発生するＣＯ₂の排出量を表示するシステムの例として、〔特許文献３〕，〔特許文献４〕が挙げられる。

特開２０００−２４６２３５号公報特開２００３−３３１０８８号公報特開２００３−２４５６５３号公報特開２００７−１４８６１１号公報

浄水場や下水処理場の処理水の水質の規制値を満足し、温室効果ガスの発生量を削減するための制御システムが望まれている。例えば、〔特許文献１〕に記載の下水処理水質制御装置では、温室効果ガスに関する記述はない。処理水の水質が等しい場合でも、運転費を削減できる運転条件と、温室効果ガスを削減できる運転条件とは異なると考えられる。

〔特許文献２〕に記載の温室効果ガス削減最適化システムは、温室効果ガスの発生量をエネルギー使用量と換算係数から算出している。又、〔特許文献３〕に記載の水処理装置では、温室効果ガスの発生量をエネルギー使用量と換算係数から算出しており、〔特許文献４〕に記載の水処理装置では、ＣＯ₂の排出量のデータをどのようにして収集するかについての記載はない。

浄水場や下水処理場では流入水量や水質などの流入条件が時間や季節によって大きく変動する。流入条件に応じて温室効果ガスの発生量が変化するが、〔特許文献２〕，〔特許文献３〕，〔特許文献４〕に記載の方法では、この点が配慮されていないため、温室効果ガスの発生量の予測精度が低下するものであった。又、処理工程で発生するＣＯ₂，Ｎ₂Ｏ，ＣＨ₄などの温室効果ガスは考慮されていないため、温室効果ガス発生量の予測精度が低下するものであった。

本発明の目的は、処理水の水質の維持または向上と温室効果ガス発生量を削減するトレードオフを考慮して処理施設の操作量を決定する上下水処理場の監視制御システムを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の上下水処理の監視制御システムは、処理水水質の目標値を入力する目標水質設定手段と、処理施設に流入する水の流量や濃度の情報を入力する流入条件入力手段と、処理施設に設置される機器の仕様や操作範囲を入力する操作条件設定手段と、流入条件入力手段により入力された水の流量や濃度の情報と操作条件設定手段により入力された機器の仕様や操作範囲に基づいて水質の演算モデルにより処理水質を演算する処理水質演算手段と、流入条件入力手段により入力された水の流量や濃度の情報と操作条件設定手段により入力された機器の仕様や操作範囲に基づいてプロセスモデルによりＮ₂Ｏ，ＣＨ₄を含む温室効果ガスの排出量を演算するＣＯ₂排出量演算手段と、処理水質演算手段の演算結果を基に、目標水質設定手段により設定された処理水水質の目標値を満足する機器の操作条件を抽出し、ＣＯ₂排出量演算手段の演算結果を基にＣＯ₂排出量の少ない順番で機器の操作量を決定する操作量演算手段を備えたものである。

本発明によれば、浄水場や下水処理場の処理水の水質と温室効果ガス排出量を評価指標で演算でき、処理水の水質を規制値に満足し、温室効果ガスの排出量を削減できる操作量で運転できる。又、評価指標に運転費や温室効果ガス排出許容値を加えると、処理水水質の規制値と温室効果ガスの許容値を満足し、運転費を削減できる運転条件にできる。

本発明の各実施例を図面により説明する。

本発明の実施例１を図１により説明する。図１は、本実施例の監視制御システムの構成図である。

本実施例の監視制御システムは、処理水水質の目標値を設定する目標水質設定手段１と、流入水の流量や濃度の情報を入力する流入条件入力手段２と、浄水場や下水処理場に設置されている機器の仕様や操作範囲の情報を入力する操作条件設定手段３と、流入条件入力手段２と操作条件設定手段３に接続され処理水水質を演算する処理水水質演算手段４と、流入条件入力手段２と操作条件設定手段３に接続され温室効果ガスの発生量を算出するＣＯ₂排出量演算手段５と、目標水質設定手段１と処理水水質演算手段４とＣＯ₂排出量演算手段５に接続され、目標水質を満足する操作条件を抽出し、ＣＯ₂排出量の少ない順番で操作条件を抽出する操作量演算手段６と、操作量演算手段６に接続され処理水水質を満足した操作条件を含めて表示する表示手段７で構成されている。

なお、図１では、図示されていないが、操作量演算手段６の演算結果は、水処理プラントや汚泥処理プラントのコントローラに情報が伝えられ、処理設備が制御される。

目標水質設定手段１では、処理水水質の目標値として、水質項目とその濃度が設定される。監視制御システムが浄水場に適用される場合は、濁度，塩素，ｐＨなどが設定項目であり、下水処理場に適用される場合は、有機物，窒素，りん、浮遊物質などが設定項目となる。有機物の設定では、ＢＯＤ（Biological Oxygen Demand；生物化学的酸素要求量）などを設定する。目標水質設定手段１に設定された情報は、操作量演算手段６に伝えられる。

流入条件入力手段２では、流入水の流量や濃度の情報が入力され、その情報を処理水水質演算手段４とＣＯ₂排出量演算手段５に出力する。流入条件入力手段２に入力される情報は、１）実績値に基づく設定値、２）流入水に設置した計測器の値、３）気象条件や日時を考慮し、実績値から抽出した設定値などが挙げられる。実績値は、流入条件入力手段２に設けられたデータベースから取り込む。

操作条件設定手段３には、浄水場や下水処理場に設置されている機器の仕様や操作範囲の情報が入力され、その情報を処理水水質演算手段４とＣＯ₂排出量演算手段５に出力する。

処理水水質演算手段４では、流入条件入力手段２と操作条件設定手段３で入力された情報を基に、処理水水質を演算する。

なお、演算する期間は、流入条件入力手段２から入力された条件に合わせ、演算する項目は、目標水質設定手段１から入力された条件に合わせる。

水質の演算モデルで、例えば塩素では、数１で示されるHaas−Joffeのモデル式が適用される。

（数１）
ｌｎＮ_t／Ｎ₀＝−ｍｋＣ∫exp(−ｎｋｔ)ｔ^m-1ｄｔ（１）

ここで、Ｃ₀は初期消毒剤濃度、ｋ，ｎ，ｍは、それぞれ実験定数である。

下水処理場の処理水の有機物，窒素，りんを算出するには、ＩＷＡ（International Water Association；国際水学会）が提案している活性汚泥モデルなどが適用できる。その他、化学反応式から作成したモデルや実験的に求めたモデルを適用しても良い。

生物反応槽や沈殿池の水理モデルとして、完全混合槽列モデルや汚泥移流モデルなどが適用できる。又、これらのモデルを組み合わせ、シミュレータを構築し処理水質を演算してもよい。又、モデルはこれまでの実績を基に流入条件と操作量から算出するようにしてもよい。この場合は処理水水質演算手段４にデータベースを備える。

ＣＯ₂排出量演算手段５では、流入条件入力手段２と操作条件設定手段３の情報を基にＣＯ₂排出量を演算する。ＣＯ₂排出量演算手段５は、電力や燃料などのエネルギーや、消費薬剤量に換算係数を乗じて温室効果ガスの発生量を算出する。

下水処理場の場合は、処理工程でＮ₂ＯやＣＨ₄などの温室効果ガスが発生する。Ｎ₂ＯやＣＨ₄の発生量は、沈殿，生物反応，濃縮，脱水，消化，焼却などの処理工程毎に換算係数を用いて算出することができる。換算係数の一例としては、沈殿では、ＣＨ₄で０.０４８（ｇ／ｍ³）、Ｎ₂Ｏで０.０２７（ｇ／ｍ³）、濃縮では、ＣＨ₄で１８０（ｇ／ｔ・ＤＳ）、Ｎ₂Ｏで５.０（ｇ／ｔ・ＤＳ）、脱水では、ＣＨ₄で８０（ｇ／ｔ・ＤＳ）、Ｎ₂Ｏで１３（ｇ／ｔ・ＤＳ）などとなっている。

Ｎ₂Ｏは、活性汚泥モデルの硝化反応や脱窒反応に応じて算出してもよい。ＣＨ₄は、ＩＷＡが提案している嫌気性消化プロセスモデル（ＡＤＭ１；Anaerobic Digestion Model No.1）を用いても良い。これらのモデルをプロセスモデルという。ＣＯ₂排出量演算手段５には、Ｎ₂ＯやＣＨ₄をＣＯ₂に換算する係数が組み込まれており、ＣＯ₂発生量として算出する。

操作量演算手段６では、目標水質設定手段１，処理水水質演算手段４の情報を基に、目標水質を満足する操作条件を抽出する。操作条件は、浄水場や下水処理場の設備の全体を対象として抽出することが望ましい。全ての操作条件で目標水質を満足できない場合には、目標水質に近い順に操作条件を抽出する。

操作量演算手段６は、抽出された操作条件下で、ＣＯ₂排出量演算手段５の情報を基にＣＯ₂排出量の少ない順番で操作条件を抽出する。操作量演算手段６は、最もＣＯ₂排出量が少ない操作条件を、図示しないコントローラに出力する。

表示手段７は、操作量演算手段６がコントローラに与えた条件に加え、処理水水質を満足した操作条件も表示する。表示手段７に、表示された操作条件を強制的に設定できる操作部を設けてもよい。表示項目は、処理水水質の目標値と演算値，ＣＯ₂排出量，各設備の操作可能範囲と操作量が望ましい。また、操作量演算手段６の演算結果で処理水水質が目標値を満足できない場合には、アラームを出し、さらに対応すべき処置のガイダンスを出しても良い。

このように、本実施例により、浄水場や下水処理場の処理水水質と温室効果ガス排出量を評価指標に演算でき、処理水水質を規制値に満足し、温室効果ガスの排出量を削減できる操作量で運転できる。

本発明の実施例２を図２により説明する。図２は、本実施例の監視制御システムの構成図である。

本実施例は、実施例１と同様に構成されているが、本実施例では、ＣＯ₂排出許容量設定手段８が追加され、ＣＯ₂排出許容量設定手段８は、操作量演算手段６に接続されている。ＣＯ₂排出許容量設定手段８は、ＣＯ₂排出量の許容値の情報が入力され、その情報を操作量演算手段６に与える。

操作量演算手段６は、目標水質設定手段１，処理水水質演算手段４の情報を基に目標水質を満足する操作条件を抽出する。全ての操作条件で目標水質を満足できない場合には、目標水質に近い順に操作条件を抽出する。

操作量演算手段６は、抽出された操作条件でＣＯ₂排出量演算手段５，ＣＯ₂排出許容量設定手段８の情報を基に、ＣＯ₂排出量の許容値を満足する操作条件を抽出し、ＣＯ₂排出量が最少の操作条件をコントローラに出力する。全ての操作条件でＣＯ₂排出量の許容値を超過する場合には、ＣＯ₂排出量が最少となる操作条件をコントローラに与える。

表示手段７は、操作量演算手段６がコントローラに与えた条件に加え、処理水水質とＣＯ₂排出量の許容値を満足した操作条件も表示する。表示手段７に、表示された操作条件を強制的に設定できる操作部を設けてもよい。表示項目は、処理水水質の目標値と演算値，ＣＯ₂排出量の許容値と演算値，各設備の操作可能範囲と操作量とするのが望ましい。また、操作量演算手段６の演算結果で処理水水質の目標値やＣＯ₂排出量の許容値を満足できない場合には、アラームを出し、対応すべき処置のガイダンスを出しても良い。

本実施例により、浄水場や下水処理場の処理水水質と温室効果ガス排出量を評価指標に演算でき、処理水水質の規制値と温室効果ガスの排出許容値を満足し、かつ温室効果ガスの排出量を削減できる操作量で運転できる。

本発明の実施例３を図３により説明する。図３は、本実施例の監視制御システムの構成図である。

本実施例は、実施例２と同様に構成されているが、本実施例では、運転費演算手段９の追加され、運転費演算手段９は、流入条件入力手段２，操作条件設定手段３，操作量演算手段６と接続されている。

運転費演算手段９は、流入条件入力手段２と操作条件設定手段３から情報を受け取り、操作条件毎に運転費を演算し、その情報を操作量演算手段６に出力する。運転費の演算対象は浄水場や下水処理場の全体とするのが望ましい。

本実施例のＣＯ₂排出許容量設定手段８には、ＣＯ₂排出量の許容値の情報の他に、ＣＯ₂排出権の売買単価が記録されている。売買単価は変動するため、本実施例のＣＯ₂排出許容量設定手段８は、インターネットに接続され、情報を更新できるようになっている。

操作量演算手段６は、目標水質設定手段１，処理水水質演算手段４の情報を基に目標水質を満足する操作条件を抽出する。全ての操作条件で目標水質を満足できない場合には、目標水質に近い順に設定された数の操作条件を抽出する。操作量演算手段６は、抽出された操作条件毎に、ＣＯ₂排出量演算手段５，ＣＯ₂排出許容量設定手段８，運転費演算手段９の情報を基に、ＣＯ₂排出権の売買を含めた排出権考慮運転費を数２で算出する。

（数２）
Ｆ＝Ｍ−ａ・（Ｌ−Ｌｃ）（２）

ここで、Ｆは排出権考慮運転費、Ｍは運転費演算手段９の運転費、ａはＣＯ₂排出権売買単価、ＬはＣＯ₂排出許容量、ＬｃはＣＯ₂排出量演算手段５のＣＯ₂排出量である。ＣＯ₂排出量がＣＯ₂排出許容量を超える場合、すなわちＬ＜Ｌｃとなる場合は、数２の右辺第２項はプラスとなり、排出権考慮運転費Ｆは増加する。なお、ＣＯ₂排出権を購入する単価と販売する単価が異なる場合には、ＣＯ₂排出権の購入か販売かを判別し、ＣＯ₂排出権売買単価ａを自動で変更させている。

積極的にＣＯ₂排出量を削減するには、ＣＯ₂排出権の購入単価に比べ、販売単価を高く設定するが考えられる。操作量演算手段６は、排出権考慮運転費Ｆが最少となる運転条件をコントローラに出力する。

表示手段７は、操作量演算手段６がコントローラに与えた条件に加え、排出権考慮運転費Ｆが少ない順に設定された数の操作条件も表示する。表示手段７に、表示された操作条件を強制的に設定できる操作部を設けてもよい。表示項目は、処理水水質の目標値と演算値，ＣＯ₂排出量の許容値と演算値，各設備の操作可能範囲と操作量，運転費と排出権考慮運転費が望ましい。操作量演算手段６の演算結果で処理水水質の目標値を満足できない場合には、アラームを出し、さらに対応すべき処置のガイダンスを出しても良い。

本実施例により、浄水場や下水処理場の処理水水質と温室効果ガス排出量を評価指標に演算でき、処理水水質の規制値と温室効果ガスの排出許容値を満足し、かつ運転費を削減できる操作量で運転できる。

本発明の実施例４を図４により説明する。図４は、本実施例の監視制御システムの構成図である。

本実施例は、実施例３と同様に構成されているが、本実施例では、水質計測手段１０と使用エネルギー計測手段１１を追加しており、水質計測手段１０は処理水水質演算手段４に、使用エネルギー計測手段１１はＣＯ₂排出量演算手段５に接続されている。

水質計測手段１０は処理水水質を計測し、その計測値を処理水水質演算手段４に入力する。水質計測手段１０の水質計測項目は、目標水質設定手段１で設定される項目と同様にすると良い。

処理水水質演算手段４は、処理水水質の演算結果と水質計測手段１０の計測値とを比較する。処理水水質演算手段４は、演算結果と計測値との差異が閾値以上で演算モデルの係数を変更する。差異の閾値は、水質計測手段１０の精度により異なるが１０％程度とすると良い。

演算モデルの係数を変更するのに用いるデータは、予め設定した期間のデータである。予め設定した期間は１日以上に設定するのが望ましい。演算モデルの係数の更新は、例えばマルチスタート法を適用することにより行える。処理水水質演算手段４は、係数を更新した演算モデルで、再度処理水水質を計算し、演算値と計測値との差異が閾値内に収まることを確認し、その結果を操作量演算手段６に与える。処理水水質演算手段４は係数変更後も差異が所定値内に収まらない場合に、操作量演算手段６に表示手段７でアラームを表示させる信号を与える。

使用エネルギー計測手段１１は、電力計，燃料の流量計や水位計，発生汚泥の重量計，ＣＯ₂濃度計，Ｎ₂Ｏ濃度計，ＣＨ₄濃度計の少なくとも１つ以上で構成され、浄水場や下水処理場内に適宜設置される。使用エネルギー計測手段１１は、浄水場や下水処理場の運転日報の情報を基にエネルギー使用量や温室効果ガスの実測データを取得しても良い。使用エネルギー計測手段１１は、得られた情報をＣＯ₂排出量演算手段５に与える。

ＣＯ₂排出量演算手段５は、ＣＯ₂排出量の演算結果と、使用エネルギー計測手段１１の計測値を基に計算したＣＯ₂排出量とを比較する。使用エネルギー計測手段１１による計測が、浄水場や下水処理場の全てで行えていない場合は、計測できている範囲の比較を行う。

使用エネルギー計測手段１１は、演算結果と計測値から求めた値との差異が所定値以上となると、ＣＯ₂排出量演算手段５の演算モデルの係数を変更する。差異は１０％程度に設定すると良い。演算モデルの係数の探索方法は、上述した処理水水質演算手段４と同様にすると良い。

ＣＯ₂排出量演算手段５は、係数を更新した演算モデルで再度ＣＯ₂排出量を算出し、演算結果と、使用エネルギー計測手段１１の計測値を基に計算したＣＯ₂排出量とを比較し、その差異が所定値以内に収まることを確認する。ＣＯ₂排出量演算手段５は、ＣＯ₂排出量の結果を操作量演算手段６に与える。ＣＯ₂排出量演算手段５は、係数更新後も差異が所定値以内に収まらない場合には、操作量演算手段６に表示手段７でアラームを表示させる信号を与える。

本実施例により、操作量演算手段６は、高精度に維持された処理水水質やＣＯ₂排出量の演算結果を用いて、処理水水質の規制値と温室効果ガスの排出許容量を満足し、運転費を削減できる操作量で運転できる。

本発明の実施例５を図５により説明する。本実施例と実施例１との違いは、処理水水質演算手段４の代わりに、水処理プラント演算手段１２を設け、操作条件設定手段３とＣＯ₂排出量演算手段５との間に汚泥処理プラント演算手段１３を設けた点である。水処理プラント演算手段１２と汚泥処理プラント演算手段１３とは互いに接続され、水処理プラント演算手段１２とＣＯ₂排出量演算手段５とは接続されている。

水処理プラント演算手段１２は、浄水場を対象とした場合は、着水井，凝集剤混和池，フロック形成池，沈殿池，ろ過池，塩素混和池などを含み、下水処理場を対象とした場合は、最初沈殿池，生物反応槽，最終沈殿池，消毒設備などを含む。生物反応槽には、標準活性汚泥法，嫌気−好気法（ＡＯ法），嫌気−無酸素−好気法（Ａ２Ｏ法），膜分離活性汚泥法などが適用される。

水処理プラント演算手段１２には、これらの設備の演算モデルが組み込まれており、流入条件入力手段２と操作条件設定手段３と、後述する汚泥処理プラント演算手段１３で演算された返流水の情報を基に処理水水質と発生汚泥の量や組成が演算される。水処理プラント演算手段１２は、流入条件に、流入条件入力手段２の値と返流水の値の和を用いて演算する。演算モデルの一例は、実施例１に示したモデルである。

ここで、水処理プラント演算手段１２と汚泥処理プラント演算手段１３は、例えば設定された返流水の初期値から互いに演算を始めて、相互に演算結果をやり取りし、収束した演算結果を返流水，発生汚泥の量や組成としている。

水処理プラント演算手段１２は、処理水水質の情報を操作量演算手段６に、発生汚泥の量と組成を汚泥処理プラント演算手段１３に、水処理プラントの機器の操作量及び硝化反応や脱窒反応の反応量をＣＯ₂排出量演算手段５に与える。

汚泥処理プラント演算手段１３は、濃縮槽，脱水機，下水のみの消化槽，焼却施設，埋め立てなどを含む。汚泥処理プラント演算手段１３には、これらの演算モデルが組み込まれている。演算モデルは、実施例１で説明したように、例えば塩素では、数１で示されるHaas−Joffeのモデル式が適用される。下水処理場の処理水の有機物，窒素，りんを算出するには、ＩＷＡが提案している活性汚泥モデルなどが適用できる。又は実績値を基に実験式を構築しても良い。

汚泥処理プラント演算手段１３では、操作条件設定手段３の情報と、水処理プラント演算手段１２の発生汚泥の量と組成の情報を基に、返流水の量と組成，汚泥処理プラントから排出される汚泥の量と組成が演算される。汚泥処理プラント演算手段１３は、返流水の量と組成の情報を水処理プラント演算手段１２に、汚泥の量と組成と各工程から排出されるＣＯ₂，Ｎ₂Ｏ，ＣＨ₄などの温室効果ガスの情報をＣＯ₂排出量演算手段５に与える。

温室効果ガスを算出するための換算係数は、実施例１で説明したように、Ｎ₂ＯやＣＨ₄の発生量は、沈殿，生物反応，濃縮，脱水，消化，焼却などの処理工程毎に換算係数を用いて算出することができる。換算係数の一例としては、沈殿では、ＣＨ₄で０.０４８（ｇ／ｍ³）、Ｎ₂Ｏで０.０２７（ｇ／ｍ³）、濃縮では、ＣＨ₄で１８０（ｇ／ｔ・ＤＳ）、Ｎ₂Ｏで５.０（ｇ／ｔ・ＤＳ）、脱水では、ＣＨ₄で８０（ｇ／ｔ・ＤＳ）、Ｎ₂Ｏで１３（ｇ／ｔ・ＤＳ）などとなっている。

操作量演算手段６と表示手段７は、実施例１で説明したのと同様である。本実施例では、水処理プラントと汚泥処理プラントに分類して演算するため、浄水場や下水処理場のプロセスを模擬でき、実施例１よりも詳細な演算結果が得られる。

本実施例により、浄水場や下水処理場の処理水水質と温室効果ガス排出量を評価指標に演算でき、処理水水質を規制値以下に満足し、かつ温室効果ガスの排出量を削減できる。

本発明の実施例６を図６により説明する。本実施例と実施例５との違いは、本実施例では、ＣＯ₂排出許容量設定手段８が追加されている。ＣＯ₂排出許容量設定手段８は、操作量演算手段６に接続されている。

ＣＯ₂排出許容量設定手段８には、ＣＯ₂排出量の許容値の情報が入力され、その情報を操作量演算手段６に与える。操作量演算手段６と表示手段７は、実施例２で説明したのと同様であり、操作量演算手段６は、抽出された操作条件でＣＯ₂排出量演算手段５，ＣＯ₂排出許容量設定手段８の情報を基に、ＣＯ₂排出量の許容値を満足する操作条件を抽出し、ＣＯ₂排出量が最少の操作条件をコントローラに出力する。全ての操作条件でＣＯ₂排出量の許容値を超過する場合には、ＣＯ₂排出量が最少となる操作条件をコントローラに与える。

本実施例により、浄水場や下水処理場の処理水水質と温室効果ガス排出量を評価指標に演算でき、処理水水質の規制値と温室効果ガスの許容値を満足し、かつ温室効果ガスの排出量を削減できる操作量で運転できる。

本発明の実施例７を図７により説明する。本実施例と実施例６との違いは、本実施例では、運転費演算手段９が追加されており、運転費演算手段９は、流入条件入力手段２，操作条件設定手段３，操作量演算手段に接続されている。

運転費演算手段９，ＣＯ₂排出許容量設定手段８，操作量演算手段６，表示手段７は、実施例３で説明したのと同様であり、運転費演算手段９は、流入条件入力手段２と操作条件設定手段３から情報を受け取り、操作条件毎に運転費を演算し、その情報を操作量演算手段６に出力する。運転費の演算対象は浄水場や下水処理場の全体とするのが望ましい。

本発明の実施例８を図８により説明する。本実施例と実施例７との違いは、本実施例では、計測手段１４と使用エネルギー計測手段１１が追加されており、計測手段１４は水処理プラント演算手段１２と汚泥処理プラント演算手段に接続され、使用エネルギー計測手段１１は、ＣＯ₂排出量演算手段５に接続されている。

計測手段１４は、水処理プラントの処理水水質や発生汚泥の量や組成，汚泥処理プラントの返流水の量や組成，発生汚泥の量や組成を計測し、計測値を水処理プラント演算手段１２や汚泥処理プラント演算手段１３に与える。水処理プラント演算手段１２と汚泥処理プラント演算手段１３は、演算値と計測値とを比較し、差異が所定値以上で演算モデルの係数を更新する。更新方法は、実施例４と同様に行う。

使用エネルギー計測手段１１は、実施例４と同様の構成であり、浄水場や下水処理場に適宜設置される。使用エネルギー計測手段１１の計測情報は、ＣＯ₂排出量演算手段５に与えられ、ＣＯ₂排出量演算手段５は必要に応じて演算モデルを更新し、ＣＯ₂排出量の演算精度を維持する。

本実施例によると、操作量演算手段６は、高精度に維持された処理水水質やＣＯ₂排出量の演算結果を用いて、処理水水質の規制値と温室効果ガスの排出許容量を満足し、運転費を削減できる操作量で運転できる。

本発明の実施例９を図９により説明する。図９に示す例では、処理場１００，２００，３００があり、処理場の中に監視制御システム１０１，２０１，３０１が設けられている。監視制御システム１０１，２０１，３０１には、実施例２，３，４，６，７，８で説明したいずれかが適用される。管理センタ５００には、運転支援装置５０１が設置され、各処理場の監視制御システムと運転支援装置５０１はネットワーク４００によって接続されており、情報のやり取りができる。

運転支援装置５０１は、各監視制御システムのＣＯ₂排出許容量を変更できる。各監視制御システムのＣＯ₂排出許容量は、運転支援装置５０１で許容量を割り振って設定される。各監視制御システムは、処理水水質の目標値を維持し、新たに与えられたＣＯ₂排出許容量を満足できる操作条件で運転できる。

運転支援装置５０１，各監視制御システムのＣＯ₂排出許容量，ＣＯ₂排出権売買単価を設定する例について説明する。各監視制御システムは、数１を用いて排出権考慮運転費を算出する。運転支援装置５０１は、各監視制御システムの排出権考慮運転費の合計値を把握できる。運転支援装置５０１は、ＣＯ₂排出許容量の割り振りを変更し、新たな排出権考慮運転費の合計を把握する。運転支援装置５０１は、排出権考慮運転費の合計が最少となるＣＯ₂排出許容量の割り振りを抽出し、その値を各監視制御システムに与える。各監視制御システムは、更新後のＣＯ₂排出許容量で操作条件を演算し、運転を実行する。

処理水水質と流量の積からなる水質汚濁負荷の規制値がある場合について説明する。運転支援装置５０１には、管理している処理場の合計で水質汚濁負荷の目標値が設定されている。運転支援装置５０１は、処理場１００，２００，３００の流量の情報を基に処理水水質目標値を変更したときの水質汚濁負荷の合計値を把握できる。処理水水質目標値の値は、運転支援装置５０１の水質汚濁負荷の目標値を満足するように設定する。運転支援装置５０１は、処理水水質目標値を変更し、上述したように、ＣＯ₂排出許容量とＣＯ₂排出権売買単価を変更し、排出権考慮運転費が最少となるＣＯ₂排出許容量で操作条件を演算し、運転を実行する。

本実施例によると、複数の浄水場や下水処理場の処理水水質と温室効果ガス排出量と運転費を評価指標に演算でき、処理水水質の規制値と温室効果ガスの許容値を満足し、処理場間でやり取りを行うため、効果的に運転費を削減できる。

本発明の実施例１のシステム構成図。本発明の実施例２のシステム構成図。本発明の実施例３のシステム構成図。本発明の実施例４のシステム構成図。本発明の実施例５のシステム構成図。本発明の実施例６のシステム構成図。本発明の実施例７のシステム構成図。本発明の実施例８のシステム構成図。本発明の実施例９のシステム構成図。

符号の説明

１目標水質設定手段
２流入条件入力手段
３操作条件設定手段
４処理水水質演算手段
５ＣＯ₂排出量演算手段
６操作量演算手段
７表示手段
８ＣＯ₂排出許容量設定手段
９運転費演算手段
１０水質計測手段
１１使用エネルギー計測手段
１２水処理プラント演算手段
１３汚泥処理プラント演算手段
１４計測手段

Claims

処理水水質の目標値を入力する目標水質設定手段と、処理施設に流入する水の流量や濃度の情報を入力する流入条件入力手段と、処理施設に設置される機器の仕様や操作範囲を入力する操作条件設定手段と、前記流入条件入力手段により入力された水の流量や濃度の情報と前記操作条件設定手段により入力された機器の仕様や操作範囲に基づいて水質の演算モデルにより処理水水質を演算する処理水水質演算手段と、前記流入条件入力手段により入力された水の流量や濃度の情報と前記操作条件設定手段により入力された機器の仕様や操作範囲に基づいてプロセスモデルによりＮ₂Ｏ，ＣＨ₄を含む温室効果ガスの排出量を演算するＣＯ₂排出量演算手段と、前記処理水水質演算手段の演算結果を基に、前記目標水質設定手段により設定された処理水水質の目標値を満足する前記機器の操作条件を抽出し、前記ＣＯ₂排出量演算手段の演算結果を基にＣＯ₂排出量の少ない順番で前記機器の操作量を決定する操作量演算手段を備えた上下水処理の監視制御システム。
前記目標水質設定手段の目標値と、前記処理水水質演算手段の処理水水質の演算結果と、前記ＣＯ₂排出量演算手段のＣＯ₂排出量、前記操作量演算手段で決定した機器の操作量を表示する表示手段を具備する請求項１に記載の上下水処理の監視制御システム。
前記操作量演算手段に接続される、ＣＯ₂排出量の許容値を入力するＣＯ₂排出許容量設定手段が具備され、前記操作量演算手段は、該ＣＯ₂排出許容量設定手段により入力されたＣＯ₂排出量の許容値及び前記ＣＯ₂排出量演算手段の演算結果を基に前記ＣＯ₂排出量の許容値を満足する前記機器の操作条件を抽出する請求項１に記載の上下水処理の監視制御システム。
前記流入条件入力手段により入力された水の流量や濃度の情報と前記操作条件設定手段により入力された機器の仕様や操作範囲に基づいて操作条件毎の運転費を演算する運転費演算手段を具備し、前記操作量演算手段は、該運転費演算手段により演算された運転費にＣＯ₂排出権売買費を加味した排出権考慮運転費が最小となる運転条件を演算する請求項３に記載の上下水処理の監視制御システム。
前記目標水質設定手段の目標値と、前記処理水水質演算手段の処理水水質の演算結果と、前記ＣＯ₂排出量演算手段のＣＯ₂排出量，前記ＣＯ₂排出許容量設定手段のＣＯ₂排出許容量，前記操作量演算手段で決定した各設備の操作量を表示する表示手段を具備した請求項３に記載の上下水処理の監視制御システム。
前記流入条件入力手段により入力された水の流量や濃度の情報と前記操作条件設定手段により入力された機器の仕様や操作範囲に基づいて操作条件毎の運転費を演算する運転費演算手段を具備し、前記操作量演算手段は、該運転費演算手段により演算された運転費にＣＯ₂排出権売買費を加味した排出権考慮運転費が最小となる運転条件を演算し、前記排出権考慮運転費を表示する請求項５に記載の上下水処理の監視制御システム。
処理水水質を計測し、計測された情報を前記処理水水質演算手段に送信する処理水水質計測手段と、処理施設の電力，薬剤の使用量，汚泥の発生量の内の少なくとも１つ以上の情報を前記ＣＯ₂排出量演算手段に送信する使用エネルギー入力手段とを具備し、前記処理水水質演算手段は、演算された処理水水質の演算値と前記処理水水質計測手段の計測値との差異が所定値以上で水質の演算モデルの係数を変更し、前記ＣＯ₂排出量演算手段は、ＣＯ₂排出量の演算結果と前記使用エネルギー入力手段の情報を基に演算したＣＯ₂排出量との差異が所定値以上でＣＯ₂排出量の演算モデルの係数を変更する請求項４に記載の上下水処理の監視制御システム。
処理水水質の目標値を入力する目標水質設定手段と、処理施設に流入する水の流量や濃度の情報を入力する流入条件入力手段と、処理施設に設置される機器の仕様や操作範囲を入力する操作条件設定手段と、
前記流入条件入力手段と前記操作条件設定手段と汚泥処理プロセスで発生する返流水の情報に応じて水処理プラントの処理水水質と発生汚泥の量及び組成を演算する処理水水質演算手段と、
該流入条件入力手段と該操作条件設定手段と前記処理水水質演算手段の発生汚泥の情報を基に汚泥処理プラントからの発生汚泥と前記返流水の量及び組成を演算する汚泥処理プラント演算手段と、
前記処理水水質演算手段により演算された発生汚泥の量や組成と前記操作条件設定手段により入力された機器の仕様や操作範囲に基づいて返流水の量と組成，汚泥の量と組成，各工程から排出されるＣＯ₂，ＮＯ₂，ＣＨ₄と前記汚泥処理プラント演算手段によって算出された汚泥の量と組成，各工程から排出されるＣＯ₂，ＮＯ₂，ＣＨ₄から温室効果ガスの排出量を演算するＣＯ₂排出量演算手段と、前記処理水水質演算手段の演算結果を基に、前記目標水質設定手段により設定された処理水水質の目標値を満足する前記機器の操作条件を抽出し、前記ＣＯ₂排出量演算手段の演算結果を基にＣＯ₂排出量の少ない順番で前記機器の操作量を決定する操作量演算手段を備えた上下水処理の監視制御システム。
前記目標水質設定手段の目標値と、前記水処理プラント演算手段の処理水水質の演算結果と、水処理プラントと汚泥処理プラントで発生する温室効果ガスの種類と発生量と、前記ＣＯ₂排出量演算手段の換算したＣＯ₂排出量と、前記操作量演算手段で決定した各設備の操作量を表示する表示手段を具備する請求項８に記載の上下水処理の監視制御システム。
前記操作量演算手段に接続される、ＣＯ₂排出量の許容値を入力するＣＯ₂排出許容量設定手段が具備され、前記操作量演算手段は、該ＣＯ₂排出許容量設定手段により入力されたＣＯ₂排出量の許容値及び前記ＣＯ₂排出量演算手段の演算結果を基に前記ＣＯ₂排出量の許容値を満足する前記機器の操作条件を抽出する請求項８に記載の上下水処理の監視制御システム。
前記流入条件入力手段により入力された水の流量や濃度の情報と前記操作条件設定手段により入力された機器の仕様や操作範囲に基づいて操作条件毎の運転費を演算する運転費演算手段を具備し、前記操作量演算手段は、該運転費演算手段により演算された運転費にＣＯ₂排出権売買費を加味した排出権考慮運転費が最小となる運転条件を演算する請求項９に記載の上下水処理の監視制御システム。
処理水水質を計測し、計測された情報を前記処理水水質演算手段に送信する処理水水質計測手段と、処理施設の電力，薬剤の使用量，汚泥の発生量の内の少なくとも１つ以上の情報を前記ＣＯ₂排出量演算手段に送信する使用エネルギー入力手段とを具備し、前記処理水水質演算手段は、演算された処理水水質の演算値と前記処理水水質計測手段の計測値との差異が所定値以上で演算モデルの係数を変更し、前記ＣＯ₂排出量演算手段は、ＣＯ₂排出量の演算結果と前記使用エネルギー入力手段の情報を基に演算したＣＯ₂排出量との差異が所定値以上で前記プロセスモデルの係数を変更する請求項１１に記載の上下水処理の監視制御システム。
複数台の請求項３，５，１０のいずれかに記載の上下水処理の監視制御システムと、該各上下水処理の監視制御システムとネットワークを介して接続され、前記各上下水処理の監視制御システムの運転を管理する運転支援装置と備え、該運転支援装置は、前記各上下水処理の監視制御システムの水質目標値を維持するように、前記ＣＯ₂排出量の許容値を各上下水処理の監視制御システムの前記ＣＯ₂排出許容量設定手段に割り振る運転支援システム。
複数台の請求項４，６，７，１１，１２のいずれかに記載の上下水処理の監視制御システムと、該各上下水処理の監視制御システムとネットワークを介して接続され、前記各上下水処理の監視制御システムの運転を管理する運転支援装置と備え、該運転支援装置は、前記各上下水処理の監視制御システムの排出権考慮運転費の合計が最小となるように、前記ＣＯ₂排出量の許容値を各上下水処理の監視制御システムの前記ＣＯ₂排出許容量設定手段に割り振る運転支援システム。
複数台の請求項１から１２のいずれかに記載の上下水処理の監視制御システムと、該各上下水処理の監視制御システムとネットワークを介して接続され、前記各上下水処理の監視制御システムの運転を管理する運転支援装置と備え、該運転支援装置は、前記各上下水処理の監視制御システムの処理水水質と流量の積である水質汚濁負荷の合計が目標値以内となるように、前記ＣＯ₂排出量の許容値を各上下水処理の監視制御システムの前記ＣＯ₂排出許容量設定手段に割り振る運転支援システム。