JP5208061B2 - 凝集剤注入制御システム - Google Patents

Description

浄水処理施設の監視制御システムに関し、とくに凝集剤の注入量を制御するシステムに関する。

浄水場では、取水した原水に凝集剤を注入することで、原水中の濁質分を凝集させてフロックを形成し、生成したフロックを沈殿池で沈降分離する凝集沈殿処理が実施されている。フロックを沈降分離した沈殿水は、次の浄水施設であるろ過池に導入されてろ過される。この凝集沈殿処理では、原水水質に応じて決定される凝集剤注入率が重要である。河川や湖沼などの表流水を原水とする場合、原水水質は気象条件や季節などが要因となり変動するため、設定された濁度以下の上水を得るには、適正な凝集剤注入率または凝集剤注入量を決定できる凝集剤注入制御方法が必要である。

凝集剤注入制御方法には、原水水質（濁度、アルカリ度、ｐＨなど）の計測結果から予め設定した凝集剤注入モデル式に従い凝集剤注入率を演算し、この凝集剤注入率に基づいて凝集剤を注入するフィードフォワード制御がある。しかし、フィードフォワード制御は、原水水質が変動して過去に作成された凝集剤注入モデル式との整合が取れなくなった場合には、凝集剤注入量が不適正となり、凝集不良を引き起こす。この結果、沈殿池の出口での濁度が高くなり、濁度が高い沈殿水がろ過池に導入されるため、ろ過閉塞が起こりやすくなり、ろ過池の逆洗頻度が増加するという課題がある。

フィードフォワード制御に対して、沈殿池出口での濁度の計測結果に基づいて、凝集剤注入量を補正するフィードバック制御がある。フィードバック制御は原水水質が変動しても、その影響が沈殿池出口での濁度の変化として計測されるならば、フィードバックが働くため凝集剤注入量を修正できる。しかし、原水へ凝集剤を注入した結果が沈殿池出口での濁度として判明するまでに約３〜４時間を要し、注入量の補正に時間遅れが生じる。この時間遅れのために、原水水質が急激に変動した場合は対応が困難である。

フィードフォワード制御とフィードバック制御にはそれぞれ欠点があるため、各制御方式を組み合わせて、まず、原水水質から基本凝集剤注入率を演算し、その演算値を沈殿池出口での濁度を用いて補正するフィードフォワード・フィードバック制御がある。フィードフォワード・フィードバック制御は、フォードフォワード制御と比較して、凝集剤注入モデル式の整合性が取れない場合でもフィードバックが働くため、凝集剤注入量を適正に維持できる。しかし、フィードバック制御の課題である時間遅れは解決されていないため、原水水質が急激に変動する非定常時への対応は、未だ困難である。

フィードバック補正の時間遅れを短縮するために、以下のような技術が提案されている。

たとえば、特許文献１には、採取した試料の濁度または色度を測定し、この測定値に基づいて凝集剤最適添加量を演算し、凝集剤注入ポンプを制御することで、凝集剤注入量を最適に制御する凝集剤注入制御方法が開示されている。

特許文献２には、凝集剤注入後のフロックの粒径分布を計測し、その平均フロック径を用いて凝集剤注入率を制御する浄水凝集処理の制御方法が開示されている。

特許文献３には、流動電流計により流動電流値を計測し、これを原水のアルカリ度、電気伝導率などにより補正し、補正された流動電流値を用いて、凝集剤注入設備を制御する凝集剤注入制御装置が提案されている。

特許文献４には、混和池から採取した試料に光を照射して電圧信号を計測し、得られた電圧信号を濁度に関する成分と濁質の偏存度、大きさに関する成分に分離し、さらに信号処理することにより、凝集剤注入量を制御する凝集剤注入制御方法が開示されている。

特開平５−１４６６０８号公報 特開平１０−２０２０１３号公報 特開２００４−２２３３５７号公報 特開平１−１３９１０９号公報

特許文献１に記載の技術では、急速混和装置にて凝集剤を注入した原液を採取した後、本体装置（実機プラント）に並行して設けられた凝集監視装置にて、フロックを成長させ、ろ過し、濁度または色度を測定する。このため、前述した沈殿池出口での濁度を用いるよりは迅速なフィードバック補正が可能なものの、凝集監視装置では本体装置と同様の操作が必要となるので、依然として補正に時間遅れが生じる。また、これら一連の操作を実行する凝集監視装置は本体装置と規模および構成が異なるため、凝集剤注入量の補正精度は低くなるという課題がある。

特許文献２に記載の技術では、フロック形成池出口でも採水してフロック個数濃度を計測する必要がある。従って、沈殿池出口での濁度を用いるよりは迅速なフィードバック補正が可能なものの、特許文献１の技術と同様に、依然として補正に時間遅れが生じるという課題がある。

特許文献３に記載の技術では、原水が高濁度の場合、流動電流計による流動電流の計測ができなくなるため、高濁時には適切な凝集剤注入量を維持することが困難であるという課題がある。

特許文献４に記載の技術では、濁度と濁質の偏存度および大きさを凝集剤注入量の制御に用いている。濁度と濁質の偏存度および大きさは、凝集剤注入・急速攪拌処理後の原水（凝集剤注入水）についてのデータであり、沈殿池出口までに沈降分離する濁質の影響も受けている。そのため、沈殿池出口でのデータを用いる場合と比較して、凝集剤注入量の補正精度は低くなるという課題がある。

本発明の目的は、上記の課題に対処し、フィードバック補正の時間遅れのさらなる短縮が可能で原水が高濁時の場合にも適用可能であり、適正な凝集剤注入量を演算できる凝集剤注入制御システムを提供することにある。

本発明者らは上述した目的の達成に向けて、以下のような特徴を備える凝集剤注入制御システムの発明に至った。

薬品注入設備により原水に凝集剤を注入してフロックを形成し、前記フロックが形成された前記原水から沈殿池とろ過池とで前記フロックを除去して上水を得る浄水場の凝集剤注入制御システムにおいて、前記凝集剤を注入する前の前記原水の水量および少なくとも濁度を含む水質を計測する原水センサと、前記沈殿池の出口より上流側で採水した前記フロックが形成された前記原水を、含まれる前記フロックの粒径に応じて分級して分級処理水を得るフロック分級装置と、前記分級処理水の濁度を計測する分級処理水濁度センサと、前記原水センサが計測した前記原水の水質から前記凝集剤の注入率を演算する注入率演算機能、および前記原水センサが計測した前記原水の濁度と前記分級処理水濁度センサが計測した前記分級処理水の濁度とから前記凝集剤の注入率の補正値を演算して前記凝集剤の注入量を決定する注入率補正機能を有し、前記凝集剤の注入量を決定する管理手段と、前記管理手段が決定した前記凝集剤の注入量に基づいて前記薬品注入設備を制御する薬品注入手段とを備える。

凝集剤が注入された原水を、従来の沈殿池出口よりも早い段階で採水することでフィードバック補正の時間遅れを短縮し、原水水質が変動しても早期に凝集剤注入率の補正が可能となる。

フロック分級装置でフロックを分級することで、計測対象となる分級処理水の濁度はフロックを分級しない場合の濁度よりも低くなるため、原水が高濁度でも濁度計測が可能である。

本発明の実施例１による凝集剤注入制御システムの構成図である。 本発明の実施例１における管理手段の構成図である。 本発明の注入率演算機能の処理フローを説明するフローチャートである。 本発明の実施例１における注入率補正機能の処理フローを説明するフローチャートである。 本発明の実施例１におけるΔＴｕ／Ｔｕ_０と補正値Ｑ_１との関係（式（４））を示す図である。 本発明の実施例１におけるΔＴｕ／Ｔｕ_０と補正値Ｑ_１との関係（式（７））を示す図である。 本発明の実施例２における注入率補正機能の処理フローを説明するフローチャートである。 本発明の実施例２における処理水濁度と予測沈殿水濁度との関係を示す図である。 本発明の実施例３による凝集剤注入制御システムの構成図である。 本発明の実施例３における注入率補正機能の処理フローを説明するフローチャートである。 本発明の実施例４における注入率補正機能の処理フローを説明するフローチャートである。 本発明の実施例５における管理手段の構成図である。 本発明の実施例５におけるデータベース検索機能の処理フローを説明するフローチャートである。 本発明の実施例５における注入率補正機能の処理フローを説明するフローチャートである。 フロック分級装置による分級処理前後の、凝集剤注入水のフロックの粒径分布を説明する図である。

以下、本発明による凝集剤注入制御システムの実施形態について、図面を参照して説明する。本発明による凝集剤注入制御システムは、上述の特許文献１〜４と比較して、実際の凝集剤注入・急速攪拌後の原水（凝集剤注入水）中に含まれる沈降性の悪い、粒径の小さなフロックに注目することで、凝集剤注入率の補正精度の向上が可能である。

図１は、本発明による凝集剤注入制御システムの一実施形態を示す図である。実施例１での凝集剤注入制御システム１０は、図１に示すように、管理手段１００、ネットワーク２００、薬品注入手段３００、原水センサ４２０、薬品注入設備４５０、フロック分級装置５３０、および第１濁度センサ（分級処理水濁度センサ）５６０から構成される。凝集剤注入制御システム１０は、後述するように、浄水処理施設４００に凝集剤を注入する。

凝集剤注入制御システム１０のうち、原水センサ４２０、薬品注入設備４５０、フロック分級装置５３０、および第１濁度センサ５６０は、浄水処理施設４００内に設けられる。管理手段１００、ネットワーク２００、および薬品注入手段３００は、浄水処理施設４００内に設けても、浄水処理施設４００外に設けてもよい。本実施例では、浄水処理施設４００外に設けている。管理手段１００と薬品注入手段３００は、ネットワーク２００を介して接続され、薬品注入手段３００と浄水処理施設４００とは、通信回線を介して接続され、それぞれデータを送受信する。

浄水処理施設４００は、上述した原水センサ４２０、薬品注入設備４５０、フロック分級装置５３０、および第１濁度センサ５６０の他に、着水井４３０、混和池４４０、フロック形成池４６０、沈殿池４７０、ろ過池４９０、および浄水池５１０を備える。

浄水処理施設４００では、河川、地下水などの水源から取水した原水４１０を浄水処理し、最終的に得られたろ過水５００を、浄水池５１０から上水５２０として送水する。

原水４１０は、まず、着水井４３０に導入され、その後、混和池４４０、フロック形成池４６０、沈殿池４７０、ろ過池４９０、浄水池５１０の順に導入されて、処理される。以下、原水４１０の処理過程を説明する。

原水４１０は、水量と水質が原水センサ４２０により計測され、粒径の大きな砂などが沈降除去された後、着水井４３０に導入される。

着水井４３０では、凝集剤の凝集効果を高めるために、図示しない薬品注入設備から原水４１０に酸剤やアルカリ剤が注入される。

混和池４４０では、原水４１０は、薬品注入設備４５０から凝集剤が注入され、急速攪拌される。急速攪拌により、原水４１０中の濁質分は凝集してフロックが形成される。その後、凝集剤が注入された原水４１０（以下、「凝集剤注入水」と称する）は、フロック形成池４６０に導入される。

薬品注入設備４５０は、薬品注入手段３００に制御され、原水４１０に凝集剤を注入し、凝集剤の注入量などのプロセスデータを計測する。

フロック形成池４６０では、凝集剤注入水が緩速攪拌され、フロックの成長が促進される。緩速攪拌された凝集剤注入水は、沈殿池４７０に導入される。

沈殿池４７０では、緩速攪拌後の凝集剤注入水のフロックが沈降分離される。フロックが分離された凝集剤注入水、すなわち沈殿水４８０は、ろ過池４９０に導入される。

ろ過池４９０では、沈殿水４８０がろ過され、沈殿池４７０で沈降分離されなかった微細なフロックが除去される。ろ過処理された沈殿水４８０、すなわちろ過水５００は、浄水池５１０に導入される。ろ過水５００は、浄水池５１０から上水５２０として需要家に給水される。

混和池４４０にて、凝集剤注入水の一部はポンプなどの送水手段（図示せず）を介して採水され、フロック分級装置５３０に導入される。凝集剤注入水の採水場所は、原水４１０に凝集剤を注入する混和池４４０の後、沈殿池４７０の出口までの間ならどこでもよいが、望ましくは、混和池４４０とフロック形成池４６０の間から採水する。

フロック分級装置５３０では、凝集剤注入水に含有しているフロックが分級され、排水５４０と分級処理水５５０とが得られる。分級処理水５５０の水質は、第１濁度センサ５６０により計測される。フロック分級装置５３０の役割は、沈殿水４８０の濁度（以下、「沈殿水濁度」と称する）に影響する沈降性の悪い、粒径の小さなフロックの含有比率状態を早期に把握することである。

一般にフロックの粒径は１〜１００μｍとさまざまであるが、沈降性の悪いフロックとは、粒径が５０μｍ以下、とくに１５μｍ以下の小さなフロックである。そのため、フロック分級装置５３０による分級は、５０μｍ以下、望ましくは５〜１５μｍの範囲から決定したある粒径以下の小さなフロックを分離する。従って、分級を実施した場合、分級処理水５５０は、凝集剤注入水と比較して、小さなフロックの含有比率が高くなり、排水５４０は、小さなフロックの含有比率が低くなる。

図１５に、フロック分級装置５３０による分級処理前後の、凝集剤注入水のフロックの粒径に対する粒子数の分布（粒径分布）例を示す。分級処理は、目開き１０μｍのフィルタを用いて行ったものとしている。図１５は、フロック分級装置５３０で凝集剤注入水を分級処理すると、分級処理前はフロックの粒径分布がＡとＢのように異なっていても、沈降性の悪い小さなフロック（粒径が１０μｍ以下のフロック）がほぼ同量であれば、分級処理水５５０（分級処理後の凝集剤注入水）のフロックの粒径分布は互いに類似の分布（Ａ’とＢ’）になるということを示している。従って、粒径分布ＡとＢのように分級処理前のフロックの平均粒径が異なっていても、分級処理後に得られる分級処理水５５０のフロックの粒径分布Ａ’とＢ’とは、類似になる。すなわち、凝集剤注入水に含まれるフロックがどのような粒径分布であっても、凝集剤注入水から沈降性の悪い小さなフロックを多く含む分級処理水５５０を得ることができる。

従来技術では、図１５に示した凝集剤注入水の粒径分布Ａと粒径分布Ｂのように、沈降性の悪い小さなフロック（粒径が１０μｍ以下のフロック）はほぼ同量であるが、フロックの平均粒径が異なる場合には、粒径分布Ａの凝集剤注入水と粒径分布Ｂの凝集剤注入水とで凝集剤注入量を変える制御を行うこともある。たとえば、平均粒径をパラメータとして、平均粒径が大きくなると凝集剤注入量を減少させるような注入率式を用いてフィードバック制御をすると、平均粒径が大きい粒径分布Ｂに対して凝集剤注入量を減少させる制御を行う。凝集剤注入量が減少すると、沈降性の悪い小さなフロックはさらに増加してしまうため、結果として沈殿水濁度が高くなる可能性がある。

このように、従来技術では、沈降性の悪い小さなフロックがほぼ同量であるので本来は凝集剤注入量が同じでよい場合にも、凝集剤注入量を変える制御を行ってしまったり、この制御の結果、沈殿水濁度が高くなってしまったりするという課題がある。

しかし、本発明では沈降性の悪い、粒径の小さなフロックを多く含む分級処理水５５０に注目することで、従来技術の課題を回避することが可能である。

ここで、フロック分級装置５３０のフィルタは、セラミック製でも金属製でもよく、凝集剤注入水の含有するフロックを速やかに分級できるならば、とくに限定されるものではない。

フロック分級装置５３０としては、上述のフィルタの他にも、たとえば、回転フィルタによる微粒子分級装置、液体サイクロン、沈降分離装置、浮上分離装置などが挙げられ、凝集剤注入水に対して、速やかに５０μｍ以下、望ましくは５〜１５μｍの範囲から決定したある粒径以下のフロックの含有比率を高めることができる手段ならば、とくに限定されるものではない。

図１に戻って、本発明による凝集剤注入制御システム１０の説明を続ける。

原水センサ４２０、第１濁度センサ５６０は水質データを、原水センサ４２０と薬品注入設備４５０は水量や凝集剤の注入量などのプロセスデータを、それぞれ計測する。この水質データとプロセスデータは、通信回線を介して薬品注入手段３００に送信される。水質データとして、原水センサ４２０では水量、濁度、およびアルカリ度が計測され、第１濁度センサ５６０では濁度が計測される。

薬品注入手段３００は、薬品注入設備４５０を制御するなど、浄水処理施設４００の各プロセスの制御を実行する。また、薬品注入手段３００は、管理手段１００との間で、ネットワーク２００を介して、計測した水質データ、プロセスデータ、および後述する制御データを相互に送受信する。

管理手段１００は、たとえばパーソナルコンピュータなどの計算機、およびこの計算機で実行されるソフトウェアからなる。管理手段１００は、薬品注入手段３００からネットワーク２００を介して水質データとプロセスデータを受信し、受信した水質データとプロセスデータを用いて凝集剤の注入量を演算する。この凝集剤注入量は、制御データとして、薬品注入手段３００にネットワーク２００を介して送信される。

ここで、図２を用いて、管理手段１００について詳しく説明する。図２は、本実施形態における管理手段１００の構成図である。管理手段１００は、ＣＰＵ１１０、プロセスデータベース１２０、水質データベース１３０、ネットワークインターフェース（ＩＦ）１４０、およびメモリ１５０を備えている。

メモリ１５０には、管理手段１００にデータ収集機能１５１と注入率演算機能１５２と注入率補正機能１５３とを持たせるためのプログラムが記憶されている。

ＣＰＵ１１０は、このプログラムを実行して、上述の各機能を動作させる。

ＩＦ１４０は、ネットワーク２００とのインターフェースであり、ネットワーク２００に接続された薬品注入手段３００と情報を通信する働きをする。

プロセスデータベース１２０には、データ収集機能１５１が現在および過去において薬品注入手段３００を介して収集したプロセスデータが格納される。具体的には、原水センサ４２０により計測された水量や、薬品注入設備４５０により計測された凝集剤注入量などを格納する。また、実施例４で後述する計測周期Δｔも、予め設定されて格納される。

水質データベース１３０には、データ収集機能１５１が現在および過去において薬品注入手段３００を介して収集した水質データが格納される。具体的には、原水センサ４２０、第１濁度センサ５６０により計測された濁度およびアルカリ度などが格納される。また、水質データベース１３０には、後述する処理水濁度の目標値ＤＶ_１、沈殿水濁度の目標値ＤＶ_２、およびろ過水濁度の目標濁度ＤＶ_３が、それぞれ予め設定されて格納される。

データ収集機能１５１は、上述したように、薬品注入手段３００を介して、プロセスデータや水質データを収集する。

注入率演算機能１５２は、水質データから基本凝集剤注入率を演算する。基本凝集剤注入率は、原水４１０の水質から求められる凝集剤注入率である。図３に、注入率演算機能１５２の処理フローを示す。

Ｓ１で、水質データベース１３０から原水４１０の水質データを取得する。この水質データは、原水センサ４２０により計測された原水４１０の濁度Ｔｕ_０（以下、「原水濁度Ｔｕ_０」と称する）やアルカリ度ＡＬである。

Ｓ２で、式（１）に従い、基本凝集剤注入率Ｆ_０を演算する。
Ｆ_０＝ａ１・Ｔｕ_０ ^ａ２＋ａ３・ＡＬ^ａ４ ・・・（１）
ここで、ａ１、ａ２、ａ３、ａ４は係数であり、予め基礎試験で定めておく。たとえば、ａ１＝５．５、ａ２＝０．４、ａ３＝−０．５５、ａ４＝０．０４のとき、原水濁度Ｔｕ_０が１００度、アルカリ度ＡＬが３５ｍｇ／Ｌであれば、基本凝集剤注入率Ｆ_０は次式で与えられる。
Ｆ_０＝５．５・Ｔｕ_０ ^０．４＋（−０．５５）・ＡＬ^０．０４＝３４ｍｇ／Ｌ ・・・（２）
凝集剤注入率Ｆ_０は、原水４１０の水質、水量、および浄水場の仕様により異なるが、少なくとも５〜１００ｍｇ／Ｌの範囲であることが望ましい。

基本凝集剤注入率Ｆ_０を演算する式は、式（１）に限定されるものではない。原水センサ４２０でアルカリ度、水温、ｐＨ、または紫外線吸光度を計測し、その計測値を考慮した式に従って、基本凝集剤注入率Ｆ_０を演算してもよい。

演算された基本凝集剤注入率Ｆ_０は、注入率補正機能１５３に入力され、補正される。

次に、注入率補正機能１５３の説明をする。図４に、実施例１における注入率補正機能１５３の処理フローを示す。

Ｓ３で、予め設定された処理水濁度の目標値ＤＶ_１（以下、「目標濁度ＤＶ_１」と称する）を水質データベース１３０から取得する。処理水濁度とは、分級処理水５５０の濁度のことである。

Ｓ４で、水質データベース１３０から、原水濁度Ｔｕ_０と第１濁度センサ５６０により計測された処理水濁度Ｔｕ_１とを取得する。

Ｓ５で、式（３）に従い、処理水濁度Ｔｕ_１と目標濁度ＤＶ_１との偏差ΔＴｕを演算する。
ΔＴｕ＝Ｔｕ_１−ＤＶ_１ ・・・（３）
Ｓ６で、式（４）に従い、偏差ΔＴｕを用いて基本凝集剤注入率Ｆ_０の補正値Ｑ_１を演算する。
Ｑ_１＝ｂ１・（ΔＴｕ／Ｔｕ_０） ・・・（４）
ここで、ｂ１は係数であり、予め基礎試験で定めておく。図５に、式（４）で表されるΔＴｕ／Ｔｕ_０と補正値Ｑ_１との関係を示す。たとえば、ｂ１＝３０のとき、原水濁度Ｔｕ_０が１００度、処理水濁度Ｔｕ_１が２０度、および目標濁度ＤＶ_１が５度であれば、補正値Ｑ_１は次式で与えられる。
Ｑ_１＝３０・（ΔＴｕ／Ｔｕ_０）＝４．５ｍｇ／Ｌ ・・・（５）
補正値Ｑ_１は、凝集剤注入水の採水位置、フロック分級装置５３０の仕様、および基本凝集剤注入率Ｆ_０の演算式の設定により適正値が異なるが、少なくとも−２０〜２０ｍｇ／Ｌの範囲にあることが望ましい。

Ｓ６で補正値Ｑ_１を演算する式は、式（４）に限定されるものではない。原水センサ４２０でアルカリ度、水温、ｐＨ、または紫外線吸光度を計測し、その計測値を考慮した式に従って、補正値Ｑ_１を演算してもよい。

Ｓ７で、注入率演算機能１５２で演算した基本凝集剤注入率Ｆ_０を取得する。

Ｓ８で、式（６）に従い、凝集剤注入率Ｆ_１を演算する。
Ｆ_１＝Ｆ_０＋Ｑ_１ ・・・（６）
Ｓ９で、プロセスデータベース１２０から原水センサ４２０により計測された原水４１０の水量を取得する。

最後に、Ｓ１０で凝集剤注入量を演算する。凝集剤注入量は、原水４１０の水量に凝集剤注入率Ｆ_１を掛けて求められる。

演算された凝集剤注入量は、制御データとして、薬品注入手段３００を介して薬品注入設備４５０に入力される。薬品注入設備４５０は、この凝集剤注入量に応じて凝集剤を原水４１０に注入する。

また、補正値Ｑ_１の演算には、式（４）以外に式（７）を用いることもできる。
Ｑ_１＝ｅｘｐ（ｃ１−ｃ２／Ｔ）・ｔａｎ（ｃ３・（ΔＴｕ／Ｔｕ_０）・π） ・・・（７）
ここで、ｃ１、ｃ２、ｃ３は係数であり、予め基礎試験で定めておく。Ｔは原水４１０の水温（℃）である。図６に、式（７）で表されるΔＴｕ／Ｔｕ_０とＱ_１との関係を示す。

式（７）はＱ_１に不感帯を設けたものである。この式を用いると、濁度急変時のみフィードバック制御を実施することになる。

本発明では、浄水処理施設４００のプロセスの早い段階（フロック形成池４６０の前）で採水するので、注入量の補正の時間遅れが短縮可能であり、原水４１０の水質が変動しても早期に基本凝集剤注入率Ｆ_０の補正が可能となる。

また、フロック分級装置５３０によりフロックを分級するため、計測対象となる処理水濁度Ｔｕ_１は、フロックを分級しない場合の凝集剤注入水の濁度よりも低くなる。従って、原水４１０が高濁度であっても、濁度計測が可能であり、適切な凝集剤注入量を維持することも可能となる。

以上のようにして求めた補正値Ｑ_１が正偏差（Ｑ_１＞０）の場合は不足分の凝集剤を追加注入し、負偏差（Ｑ_１＜０）の場合は過剰な凝集剤注入を抑制することで、沈殿池出口での沈殿水濁度を、予め設定された沈殿池出口での沈殿水濁度の目標値ＤＶ_２（以下、「目標濁度ＤＶ_２」と称する）に維持することが可能である。また、負偏差の場合には、過剰な凝集剤注入を抑制できるので、コスト低減に寄与することも可能である。

実施例２は、実施例１の凝集剤注入制御システムにおいて、注入率補正機能１５３にて、凝集剤注入水が沈殿池出口に到達したときの濁度を予測し、この予測した濁度に基づいて凝集剤注入量を求める場合の例である。凝集剤注入水が沈殿池出口に到達したときの予測濁度Ｔｕ_２ ^ｃａｌ（以下、「予測沈殿水濁度Ｔｕ_２ ^ｃａｌ」と称する）は、処理水濁度Ｔｕ_１から演算する。凝集剤注入制御システム１０の構成や処理は実施例１と同様であるが、注入率補正機能１５３の処理が異なる。

以下、実施例２における注入率補正機能１５３の説明をする。図７に、実施例２における注入率補正機能１５３の処理フローを示す。

Ｓ１１で、予め設定された目標濁度ＤＶ_２を水質データベース１３０から取得する。

Ｓ１２で、水質データベース１３０から、原水濁度Ｔｕ_０と第１濁度センサ５６０により計測された処理水濁度Ｔｕ_１とを取得する。

Ｓ１３で、式（８）に従い、処理水濁度Ｔｕ_１より、予測沈殿水濁度Ｔｕ_２ ^ｃａｌを演算する。
Ｔｕ_２ ^ｃａｌ＝ｄ１・（Ｔｕ_１）^ｄ２＋ｄ３ ・・・（８）
ここで、ｄ１、ｄ２、ｄ３は係数であり、予め基礎試験で定めておく。図８に、処理水濁度Ｔｕ_１と予測沈殿水濁度Ｔｕ_２ ^ｃａｌとの関係を示す。

このように、予測沈殿水濁度Ｔｕ_２ ^ｃａｌは、処理水濁度Ｔｕ_１を変数とした関数で表現することが可能である。

予測沈殿水濁度Ｔｕ_２ ^ｃａｌを演算する式は、式（８）に限定されるものではない。原水センサ４２０でアルカリ度や水温やｐＨなどを計測し、その計測値を考慮した式に従って、予測沈殿水濁度Ｔｕ_２ ^ｃａｌを演算してもよい。

Ｓ１４で、式（９）に従い、予測沈殿水濁度Ｔｕ_２ ^ｃａｌと目標濁度ＤＶ_２との偏差ΔＴｕを演算する。
ΔＴｕ＝Ｔｕ_２ ^ｃａｌ−ＤＶ_２ ・・・（９）
Ｓ１５で、式（１０）に従い、偏差ΔＴｕを用いて基本凝集剤注入率Ｆ_０の補正値Ｑ_１を演算する。
Ｑ_１＝ｍ１・（ΔＴｕ／Ｔｕ_０） ・・・（１０）
ここで、ｍ１は係数であり、予め基礎試験で定めておく。

Ｓ１５で補正値Ｑ_１を演算する式は、式（１０）に限定されるものではない。原水センサ４２０でアルカリ度、水温、ｐＨ、または紫外線吸光度を計測し、その計測値を考慮した式に従って、補正値Ｑ_１を演算してもよい。

Ｓ１５で補正値Ｑ_１を演算した以降は、実施例１と同様の処理を行う。すなわち、図７のＳ１６からＳ１９までの処理は、実施例１で述べた図４のＳ７からＳ１０までの処理と同様である。

実施例２の凝集剤注入制御システムは、実施例１のシステムと同様の効果を有する。また、本実施例では、浄水場で一般的に目標値として設定されることが多い沈殿水濁度を、偏差ΔＴｕの演算に用いているため、作業者が水質状況を把握しやすいという利点がある。

実施例３は、実施例１の凝集剤注入制御システムにおいて、センサによる計測項目を追加した場合の例である。実施例３で追加した計測項目は、原水４１０の紫外線吸光度Ｅ_２６０と沈殿水４８０の濁度Ｔｕ_２（以下、「沈殿水濁度Ｔｕ_２」と称する）であり、注入率補正機能１５３での演算に使用される。

図９に、実施例３における凝集剤注入制御システムの構成について示す。実施例３の凝集剤注入制御システム１０は、実施例１の凝集剤注入制御システムと同様の構成であるが、図９に示すように、沈殿水濁度Ｔｕ_２を計測する第２濁度センサ（出口側濁度センサ）５７０が沈殿池４７０の出口に設置されている点が異なる。

また、実施例３の原水センサ４２０は、原水４１０の紫外線吸光度Ｅ_２６０も計測する。紫外線吸光度Ｅ_２６０と沈殿水濁度Ｔｕ_２は、実施例１で述べた他の水質データと同様に、薬品注入手段３００を介して水質データベース１３０に格納される。

実施例３の凝集剤注入制御システム１０は、実施例１の凝集剤注入制御システムと同様の処理を行うが、注入率補正機能１５３の処理は異なる。以下、注入率補正機能１５３の処理について説明する。

図１０に、実施例３における注入率補正機能１５３の処理フローを示す。

Ｓ２０で、予め設定された目標濁度ＤＶ_１、ＤＶ_２を水質データベース１３０から取得する。

Ｓ２１で、水質データベース１３０から、原水濁度Ｔｕ_０、処理水濁度Ｔｕ_１、沈殿水濁度Ｔｕ_２、および紫外線吸光度Ｅ_２６０を取得する。

Ｓ２２で、式（３）または式（９）に従い、偏差ΔＴｕを演算する。

Ｓ２３で、偏差ΔＴｕと紫外線吸光度Ｅ_２６０とを用いて、式（１１）または式（１２）に従い、基本凝集剤注入率Ｆ_０の補正値Ｑ_１を演算する。
Ｑ_１＝ｅ１・（ΔＴｕ／Ｔｕ_０）＋ｅ２・（Ｅ_２６０）^ｅ３＋ｅ４ ・・・（１１）
Ｑ_１＝ｅｘｐ（ｆ１−ｆ２／Ｔ）・ｔａｎ（ｆ３・（ΔＴｕ／Ｔｕ_０）・π）＋ｆ４（Ｅ_２６０）^ｆ５ ・・・（１２）
ここで、ｅ１、ｅ２、ｅ３、ｅ４、ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４、ｆ５は係数であり、予め基礎試験で定めておく。

Ｓ２３で補正値Ｑ_１を演算する式は、式（１１）または式（１２）に限定されるものではない。原水センサ４２０でアルカリ度、水温、またはｐＨを計測し、その計測値を考慮した式に従って、補正値Ｑ_１を演算してもよい。

Ｓ２４で、注入率演算機能１５２で演算した基本凝集剤注入率Ｆ_０を取得する。

Ｓ２５で、式（６）に従い、凝集剤注入率Ｆ_１を演算する。

Ｓ２６で、沈殿水濁度Ｔｕ_２と目標濁度ＤＶ_２とを用いて、式（１３）に従い、凝集剤注入率Ｆ_１の補正値Ｑ_２を演算する。
Ｑ_２＝ｇ１・（Ｔｕ_２−ＤＶ_２） ・・・（１３）
ここで、ｇ１は係数であり、予め基礎試験で定めておく。

Ｓ２６で補正値Ｑ_２を演算する式は、式（１３）に限定されるものではない。原水センサ４２０または第２濁度センサ５７０でアルカリ度、水温、またはｐＨを計測し、その計測値を考慮した式に従って、補正値Ｑ_２を演算してもよい。

Ｓ２７では、Ｓ２６で得られた補正値Ｑ_２を用いて、式（１４）に従い、凝集剤注入率Ｆ_２を演算する。
Ｆ_２＝Ｆ_１＋Ｑ_２ ・・・（１４）
Ｓ２８で、プロセスデータベース１２０から原水センサ４２０により計測された原水４１０の水量を取得する。

最後に、Ｓ２９で凝集剤注入量を演算する。凝集剤注入量は、原水４１０の水量に凝集剤注入率Ｆ_２を掛けて求められる。

なお、本実施例では紫外線吸光度Ｅ_２６０を用いたが、代わりに原水４１０の全有機炭素量ＴＯＣを用いてもよい。この場合、全有機炭素量ＴＯＣは、原水センサ４２０により計測され、水質データベース１３０に格納される。

また、本実施例では沈殿水濁度Ｔｕ_２と目標濁度ＤＶ_２とを用いたが、ろ過水５００の濁度Ｔｕ_３（以下、「ろ過水濁度Ｔｕ_３」と称する）とろ過池４９０出口におけるろ過水濁度Ｔｕ_３の目標濁度ＤＶ_３（以下、「目標ろ過水濁度ＤＶ_３」と称する）とを用いてもよい。この場合、ろ過水濁度Ｔｕ_３は、ろ過池４９０の出口に第２濁度センサ５７０を設置して計測する。目標ろ過水濁度ＤＶ_３は、予め設定して水質データベース１３０に格納しておく。

ろ過水濁度Ｔｕ_３と目標ろ過水濁度ＤＶ_３とを用いる場合は、ろ過水濁度Ｔｕ_３と目標ろ過水濁度ＤＶ_３との偏差から、式（１５）に従い、補正値Ｑ_２を演算する。
Ｑ_２＝ｉ１・（Ｔｕ_３−ＤＶ_３） ・・・（１５）
ここで、ｉ１は係数であり、予め基礎試験で定めておく。

実施例３の凝集剤注入制御システムは、実施例１のものと同様の効果がある。また、本実施例では、沈殿水濁度Ｔｕ_２を用いたフィードバック補正を実行することにより、ロバスト性が増し、より安定な制御が可能となる。

実施例４は、実施例１の凝集剤注入制御システムにおいて、注入率補正機能１５３にて、原水濁度の変化率Ｖ_Ｔｕ（以下、「濁度変化率Ｖ_Ｔｕ」と称する）を考慮して補正値Ｑ_１を演算し、凝集剤注入量を求める場合の例である。凝集剤注入制御システム１０の構成や処理は実施例１と同様であるが、注入率補正機能１５３の処理が異なる。

以下、実施例４における注入率補正機能１５３の説明をする。図１１に、実施例４における注入率補正機能１５３の処理フローを示す。

Ｓ３０で、予め設定された目標濁度ＤＶ_１を水質データベース１３０から取得する。さらに、予め設定された計測周期Δｔをプロセスデータベース１２０から取得する。

Ｓ３１で、水質データベース１３０から、ある時刻ｔにおける原水濁度Ｔｕ_０ ^ｔ、ある時刻ｔの前回（時刻ｔ−１）に計測された原水濁度Ｔｕ_０ ^ｔ−１、およびある時刻ｔにおける処理水濁度Ｔｕ_１を取得する。

Ｓ３２で、原水濁度Ｔｕ_０ ^ｔ、Ｔｕ_０ ^ｔ−１、および計測周期Δｔより、濁度変化率Ｖ_Ｔｕを式（１６）に従って演算する。
Ｖ_Ｔｕ＝｜Ｔｕ_０ ^ｔ−Ｔｕ_０ ^ｔ−１｜／Δｔ ・・・（１６）
Ｓ３３で、式（３）に従い、偏差ΔＴｕを演算する。

Ｓ３４で、偏差ΔＴｕと濁度変化率Ｖ_Ｔｕとを用いて、式（１７）または式（１８）に従って補正値Ｑ_１を演算する。
Ｑ_１＝ｊ１・（ΔＴｕ／Ｔｕ_０）・ｊ２^ＶＴｕ （ｊ２＞１） ・・・（１７）
Ｑ_１＝ｅｘｐ（ｋ１−ｋ２／Ｔ）・ｔａｎ（ｋ３・（ΔＴｕ／Ｔｕ_０）・π）・ｋ４^ＶＴｕ （ｋ４＞１） ・・・（１８）
ここで、ｊ１、ｊ２、ｋ１、ｋ２、ｋ３、ｋ４は係数であり、予め基礎試験で定めておく。

Ｓ３４で補正値Ｑ_１を演算した以降は、実施例１と同様の処理を行う。すなわち、図１１のＳ３５からＳ３８までの処理は、実施例１で述べた図４のＳ７からＳ１０までの処理と同様である。

また、実施例３における凝集剤注入制御システムでも、実施例４と同様に、時刻ｔの原水濁度Ｔｕ_０ ^ｔと時刻ｔ−１の原水濁度Ｔｕ_０ ^ｔ−１とから得られる濁度変化率Ｖ_Ｔｕを考慮して補正値Ｑ_１を演算し、凝集剤注入量を求めることができる。また、Ｓ３３で式（３）に従い、偏差ΔＴｕを演算したが、Ｓ３０で目標濁度ＤＶ_１ではなくＤＶ_２を取得して、式（９）に従い、偏差ΔＴｕを演算してもよい。

実施例４の凝集剤注入制御システムは、実施例１のものと同様の効果がある。また、本実施例では、原水濁度Ｔｕ_０の時間変化を考慮して凝集剤注入率の補正を実施するため、原水濁度Ｔｕ_０の急変時にも適正な凝集剤注入制御が可能となる。

実施例５は、実施例３の凝集剤注入制御システムにおいて、注入率補正機能１５３にて、過去の実績データを考慮する場合の例である。凝集剤注入制御システム１０の構成や処理は実施例３と同様であるが、管理手段１００の構成と処理、および注入率補正機能１５３の処理が異なる。

図１２に、実施例５における管理手段１００の構成を示す。実施例５の場合には、管理手段１００にデータベース検索機能１５４が追加される。データベース検索機能１５４は、メモリ１５０に記憶されるプログラムにより実現される。

従って、ＣＰＵ１１０は、このプログラムを実行して、データ収集機能１５１、注入率演算機能１５２、注入率補正機能１５３機能、およびデータベース検索機能１５４を動作させる。

まず、データベース検索機能１５４の説明をする。図１３に、データベース検索機能１５４の処理フローを示す。

Ｓ３９で、水質データベース１３０から現在の原水４１０の水質データ（濁度、アルカリ度、水温、ｐＨ、紫外線吸光度Ｅ_２６０など）を取得する。

Ｓ４０で、プロセスデータベース１２０から現在の原水４１０の水量データを取得する。

Ｓ４１で、注入率補正機能１５３で演算した現在の凝集剤注入量を取得する。

Ｓ４２で、プロセスデータベース１２０と水質データベース１３０とから、現在の原水４１０の水質、水量、および凝集剤注入量と類似する過去の原水４１０の水質、水量、および凝集剤注入量の実績データを検索して抽出する。

Ｓ４３で、水質データベース１３０に格納されている過去の沈殿水濁度のうち、Ｓ４２で抽出した類似の過去の実績データに対する沈殿水濁度Ｔｕ_２ ^ｏｌｄ（以下、「過去の沈殿水濁度Ｔｕ_２ ^ｏｌｄ」と称する）を取得する。この沈殿水濁度Ｔｕ_２ ^ｏｌｄは、Ｓ３９〜Ｓ４１で取得した現在の原水４１０の水質、水量、および凝集剤の注入量に対応する、過去の沈殿水濁度の実績データである。

次に、実施例５における注入率補正機能１５３の説明をする。図１４に、実施例５における注入率補正機能１５３の処理フローを示す。

Ｓ４４で、予め設定された目標濁度ＤＶ_１、ＤＶ_２を水質データベース１３０から取得する。

Ｓ４５で、水質データベース１３０から、原水濁度Ｔｕ_０、処理水濁度Ｔｕ_１を取得する。

Ｓ４６で、式（３）または式（９）に従い、偏差ΔＴｕを演算する。

Ｓ４７で、式（４）、式（７）、または式（１０）に従って補正値Ｑ_１を演算する。

Ｓ４８で、注入率演算機能１５２で演算した基本凝集剤注入率Ｆ_０を取得する。

Ｓ４９で、式（６）に従い、凝集剤注入率Ｆ_１を演算する。

Ｓ５０で、データベース検索機能１５４で取得した過去の沈殿水濁度Ｔｕ_２ ^ｏｌｄを取得する。

Ｓ５１で、過去の沈殿水濁度Ｔｕ_２ ^ｏｌｄを用いて、式（１９）に従い、補正値Ｑ_３を演算する。
Ｑ_３＝ｌ１・（Ｔｕ_２ ^ｏｌｄ−ＤＶ_２） ・・・（１９）
ここで、ｌ１は係数であり、予め基礎試験で定めておく。

Ｓ５１で補正値Ｑ_３を演算する式は、式（１９）に限定されるものではない。原水センサ４２０または第２濁度センサ５７０でアルカリ度、水温、ｐＨ、または紫外線吸光度を計測し、その計測値を考慮した式に従って、補正値Ｑ_３を演算してもよい。

Ｓ５２で、Ｓ５１で得られた補正値Ｑ_３とＳ４９で得られた凝集剤注入率Ｆ_１とを用いて、式（２０）に従って凝集剤注入率Ｆ_３を演算する。
Ｆ_３＝Ｆ_１＋Ｑ_３ ・・・ （２０）
Ｓ５３で、プロセスデータベース１２０から原水センサ４２０により計測された原水４１０の水量を取得する。

最後に、Ｓ５４で凝集剤注入量を演算する。凝集剤注入量は、原水４１０の水量に凝集剤注入率Ｆ_３を掛けて求められる。

実施例５の凝集剤注入制御システムは、実施例３の場合と同じく、実施例１のものと同様の効果がある。また、本実施例では、データベース検索機能１５４から過去の沈殿水濁度Ｔｕ_２ ^ｏｌｄを取得し、フィードバック補正を実行するため、実施例３と同様にロバスト性が増し、より安定な制御が可能となる。さらに、本実施例の凝集剤注入制御システムは、注入量のフィードバック補正の時間遅れも短縮可能である。

本発明は、混和池、フロック形成池、および沈殿池から構成される一般的な浄水プロセスに加えて、沈殿池の後段に砂ろ過や膜利用のろ過設備を有する浄水プロセス、さらに、その後段にオゾン処理などの高度処理設備を付加した浄水プロセスにも適用できる。

１０…凝集剤注入制御システム、１００…管理手段、１１０…ＣＰＵ、１２０…プロセスデータベース、１３０…水質データベース、１４０…ネットワークインターフェース（ＩＦ）、１５０…メモリ、１５１…データ収集機能、１５２…注入率演算機能、１５３…注入率補正機能、１５４…データベース検索機能、２００…ネットワーク、３００…薬品注入手段、４００…浄水処理施設、４１０…原水、４２０…原水センサ、４３０…着水井、４４０…混和池、４５０…薬品注入設備、４６０…フロック形成池、４７０…沈殿池、４８０…沈殿水、４９０…ろ過池、５００…ろ過水、５１０…浄水池、５２０…上水、５３０…フロック分級装置、５４０…排水、５５０…分級処理水、５６０…第１濁度センサ、５７０…第２濁度センサ。

Claims (5)

1. 薬品注入設備により原水に凝集剤を注入してフロックを形成し、前記フロックが形成された前記原水から沈殿池とろ過池とで前記フロックを除去して上水を得る浄水場の凝集剤注入制御システムにおいて、
   前記凝集剤を注入する前の前記原水の水量および少なくとも濁度を含む水質を計測する原水センサと、
   前記沈殿池の出口より上流側で採水した前記フロックが形成された前記原水から粒径が５０μｍ以下のフロックを分級することで、粒径が５０μｍ以下の前記フロックの含有比率が分級前の前記原水よりも高い分級処理水を得るフロック分級装置と、
   前記分級処理水の濁度を計測する分級処理水濁度センサと、
   前記原水センサが計測した前記原水の水質から前記凝集剤の注入率を演算する注入率演算機能、および前記凝集剤の注入率の補正値を演算して前記凝集剤の注入量を決定する注入率補正機能を有し、前記凝集剤の注入量を決定する管理手段と、
   前記管理手段が決定した前記凝集剤の注入量に基づいて前記薬品注入設備を制御する薬品注入手段と、を備え、
   前記注入率補正機能は、前記原水センサが計測した前記原水の濁度と、前記分級処理水濁度センサが計測した前記分級処理水の濁度を用いて予測した、前記沈殿池の出口での前記フロックが形成された前記原水の濁度とから、前記凝集剤の注入率の補正値を演算して前記凝集剤の注入量を決定する、
   ことを特徴とする凝集剤注入制御システム。
2. 請求項１記載の凝集剤注入制御システムにおいて、
   前記原水センサは、前記原水の水質として、さらにアルカリ度、水温、ｐＨ、および紫外線吸光度のうち少なくとも１つを計測し、
   前記注入率補正機能は、前記原水センサが計測した前記原水の濁度と、前記原水センサが計測した前記原水のアルカリ度、水温、ｐＨ、および紫外線吸光度のうち少なくとも１つと、前記分級処理水濁度センサが計測した前記分級処理水の濁度を用いて予測した、前記沈殿池の出口での前記フロックが形成された前記原水の濁度とから、前記凝集剤の注入率の補正値を演算し、前記凝集剤の注入量を決定する凝集剤注入制御システム。
3. 請求項１記載の凝集剤注入制御システムにおいて、
   前記沈殿池の出口または前記ろ過池の出口での前記フロックが形成された前記原水の濁度を計測する出口側濁度センサを備え、
   前記注入率補正機能は、さらに、前記出口側濁度センサが計測した前記フロックが形成された前記原水の濁度を用いて、前記凝集剤の注入率の補正値を演算し、前記凝集剤の注入量を決定する凝集剤注入制御システム。
4. 請求項１記載の凝集剤注入制御システムにおいて、
   前記注入率補正機能は、前記原水センサが計測した前記原水の濁度から前記原水の濁度の時間変化を求め、求めた前記原水の濁度の時間変化と、前記分級処理水濁度センサが計測した前記分級処理水の濁度を用いて予測した、前記沈殿池の出口での前記フロックが形成された前記原水の濁度とから、前記凝集剤の注入率の補正値を演算し、前記凝集剤の注入量を決定する凝集剤注入制御システム。
5. 請求項１記載の凝集剤注入制御システムにおいて、
   前記沈殿池の出口での前記フロックが形成された前記原水の濁度を計測する出口側濁度センサを備え、
   前記管理手段は、
   前記出口側濁度センサが計測した前記フロックが形成された前記原水の濁度を少なくとも含む、現在および過去における前記原水および前記フロックが形成された前記原水の水質データを格納する水質データベースと、
   現在および過去における少なくとも前記原水の水量および前記凝集剤の注入量を格納するプロセスデータベースと、
   前記水質データベースと前記プロセスデータベースとからデータを抽出するデータベース検索機能とを、さらに有し、
   前記データベース検索機能は、現在の前記原水の水質、水量、および前記凝集剤の注入量に対応する、前記沈殿池の出口での過去の前記フロックが形成された前記原水の濁度の実績データを、前記水質データベースから抽出し、
   前記注入率補正機能は、前記原水センサが計測した前記原水の濁度と、前記分級処理水濁度センサが計測した前記分級処理水の濁度を用いて予測した、前記沈殿池の出口での前記フロックが形成された前記原水の濁度と、前記実績データとから、前記凝集剤の注入率の補正値を演算し、前記凝集剤の注入量を決定する凝集剤注入制御システム。

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