JP6158048B2 - 水処理システム、水処理方法、水処理制御装置、および水処理制御プログラム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、水処理システム、水処理方法、水処理制御装置、および水処理制御プログラムに関する。

従来、浄水処理や排水処理の分野において、河川等から流入する被処理水中の微細な懸濁粒子などを凝集沈澱処理によって除去する方法が用いられている。この方法では、被処理水を必要に応じてｐＨ調整した上で凝集剤を添加し、攪拌・混合して凝集沈澱させ、沈澱した凝集物を汚泥として分離することによって清澄な処理水を得ることができる。

ここで、凝集剤の注入量には、被処理水の水質に応じた最適値が存在する。最適値より凝集剤の注入量が少ないと、処理水中の濁質や色度成分などの溶存有機物を十分に除去することができず、水質安全の観点から不安全な状態となるケースがある。また、凝集剤の注入量が少ないことは、後段の処理プロセスにおける塩素消費量の増加や、ろ過池の処理負荷上昇などの原因になり得る。

逆に、凝集剤が過剰に注入されると、かえって凝集状態が悪化する場合がある。この結果、凝集物の沈降性や汚泥の脱水性が悪化し、結果的に、沈澱後の処理水の濁度が上昇し、汚泥発生量も増加してしまう場合がある。また、凝集剤が過剰に注入されると、処理水に含まれる残留凝集剤が増加し、後段のろ過池においてろ過水頭の上昇速度が加速する場合がある。凝集剤の過剰な注入は、過剰分の凝集剤に要するコストや付随して注入されるｐＨ調整剤の注入量に要するコストの増加、排泥池から汚泥を排出する頻度、ろ過池を洗浄する頻度の増加等を招いてしまう。

このような背景から、原水の導電率の数値と、急速混和池において凝集剤を注入した後の凝集剤混和水を採取して流動電流計を用いて計測した凝集物の流動電流値とによって、凝集剤の注入量を制御する浄水用凝集剤自動注入装置の発明が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特許第３５２２６５０号公報

従来の技術では、凝集物の流動電流値等の指標値を、単純に閾値（セットポイント）と比較することで凝集剤の注入量を決定していたため、凝集剤の注入率を精度良く決定することができないという問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、凝集剤の注入率を、より精度よく決定することができる水処理システム、水処理方法、水処理制御装置、および水処理制御プログラムを提供することである。

一実施形態の水処理システムは、注入部と、採取部と、計測部と、決定部とを備える。注入部は、水処理施設における複数の貯水部のうちいずれかに凝集剤を注入する。採取部は、前記複数の貯水部のうち前記凝集剤が注入される貯水部又は水の流れに関して前記凝集剤が注入される貯水部よりも下流側の貯水部から、凝集物を含む試料水を採取する。計測部は、前記採取部により採取された試料水から凝集指標を計測する。決定部は、時間の経過を要素とする基準軸に対する、前記計測部により計測された凝集指標の変化に基づいて、前記注入部が前記凝集剤を注入する注入率を決定する。

第１実施形態に係る水処理システム１の構成の一例を示す図である。 制御装置６０のハードウェア構成の一例を示す図である。 第１注入率決定部６１による注入率Ｐ１の決定手法を説明するための図である。 フロック形成池３０における上流側から下流側にかけて点在する複数箇所（Ａ地点〜Ｅ地点）を例示した図である。 凝集剤の注入条件を異ならせた場合に、図４における各地点の試料水から計測された凝集指標を、時間軸に並べた様子を例示した図である。 凝集情報データベース６５に格納される情報の一例を示す図である。 本実施形態の制御装置６０により実行される処理の流れを示すフローチャートの一例である。 第２実施形態に係る水処理システム２の構成の一例を示す図である。 凝集剤の注入条件を異ならせた場合に、各地点の試料水から計測された凝集指標を、ＧＴ値の積算値軸に並べた様子を例示した図である。 第３実施形態に係る水処理システム３の構成の一例を示す図である。 外部制御装置９０がネットワークを介して水処理システムに情報を提供する様子を示す図である。

以下、図面を参照し、水処理システム、水処理方法、水処理制御装置、および水処理制御プログラムの実施形態について説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る水処理システム１の構成の一例を示す図である。水処理システム１では、例えば、河川水や雨水、下水、工場排水等の被処理水Ａが着水井１０に流入し、急速混和池２０、フロック形成池３０、沈澱池４０の順に水が流れ、沈澱池４０から処理水Ｂおよび汚泥Ｃが取り出される。処理水Ｂは、更に、ろ過池等でろ過処理が行われ、塩素注入等が行われた後に、浄水として提供される。なお、ろ過処理の前に適宜、オゾン処理や生物活性炭処理が施されたりする場合もある。水処理システム１において、被処理水Ａ中の濁質粒子は、例えば、ｐＨ調整剤によってｐＨ調整された上で、凝集剤によって凝集および肥大化され、沈澱池４０で汚泥として沈澱し、分離される。これらの処理過程は、制御装置６０によって制御される。

以下、水処理システム１の各部の機能について説明する。着水井１０には、被処理水水質計測装置１１が取り付けられる。被処理水水質計測装置１１は、被処理水ＡのｐＨや濁度、アルカリ度、有機物濃度等を計測し、計測結果（被処理水Ａの水質情報）を制御装置６０に出力する。被処理水水質計測装置１１による計測項目は、任意に設定または切り替えできるようにしてよい。着水井１０と急速混和池２０との間の水路１２には、流量計１３が取り付けられる。流量計１３は、水路を流れる水の流量を計測し、制御装置６０に出力する。また、着水井１０と急速混和池２０との間の水路１２には、ｐＨ調整剤注入装置５０によってｐＨ調整剤が注入される。ｐＨ調整剤としては、例えば、塩酸、硫酸、苛性ソーダ水溶液等が用いられる。被処理水ＡにｐＨ調整剤が注入された水は、急速混和池２０に導入される。

急速混和池２０には、ｐＨ計２１が取り付けられる。ｐＨ計２１は、急速混和池２０の中の水のｐＨを計測し、計測結果をｐＨ調整剤注入装置５０に出力する。ｐＨ調整剤注入装置５０は、急速混和池２０内の水のｐＨが所望の範囲内の値となるように、注入するｐＨ調整剤の量を調整する。所望の範囲は、制御装置６０から入力される。また、急速混和池２０には、凝集剤注入装置５１によって凝集剤が注入される。凝集剤注入装置５１は、制御装置６０から入力される注入量を指定する情報に従って、凝集剤を急速混和池２０に注入する。凝集剤としては、アルミニウムや鉄などを主要成分として含有する凝集剤、一例としてポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）等が用いられる。また、急速混和池２０には、急速撹拌機２２が取り付けられる。ｐＨ調整剤によって所望のｐＨに調整された水は、凝集剤注入装置５１により凝集剤が注入され、急速撹拌機２２により撹拌されると、濁質粒子の微細な凝集物が浮遊している状態となる。急速撹拌機２２の撹拌速度（回転数）は、制御装置６０によって制御される。この回転数は、一定に制御されてもよいし、凝集物の凝集程度に応じて動的に変更されてもよい。

フロック形成池３０には、緩速撹拌機３１が取り付けられる。フロック形成池３０に導入された水の中の微細な凝集物は、緩速撹拌機３１により緩やかに撹拌されるに連れて徐々に肥大化する。緩速撹拌機３１の撹拌速度（回転数）は、制御装置６０によって制御される。この回転数は、一定に制御されてもよいし、凝集物の凝集程度に応じて動的に変更されてもよい。また、フロック形成池３０には、試料水採取装置５２―１、５２―２、５２―３、‥が取り付けられる。試料水採取装置の数に特段の制限はない。以下、いずれの試料水採取装置であるかを区別しないときは、単に試料水採取装置５２と表記して説明する。試料水採取装置５２によりフロック形成池３０から採取された水（以下、試料水と称する）は、凝集指標計測装置５３に送られる。この過程は、機械によって自動的に行われてもよいし、人手を介して行われてもよい。

凝集指標計測装置５３は、フロック形成池３０から採取された試料水から各種凝集指標を計測し、計測結果を制御装置６０に出力する。凝集指標計測装置５３は、例えば、流動電流値、ゼータ電位、残留凝集剤主成分濃度、ＳＴＲ（ろ過時間指標）、濁度などの複数の凝集指標のうち、１以上の凝集指標を計測する。凝集指標計測装置５３は、流動電流値およびゼータ電位に関しては、採取された試料水に対して計測を行う。また、凝集指標計測装置５３は、残留凝集剤主成分濃度およびＳＴＲに関しては、一定時間静置することにより、試料水から沈降性の高い大粒径フロックを分離した上澄み液に対して計測を行う。また、凝集指標計測装置５３は、濁度に関しては、一定時間静置、サイクロン分級、あるいはフィルターろ過することにより、試料水から沈降性の高い大粒径フロックを分離した上澄み液に対して計測を行う。なお、これらの処置は、フィルターの仕様等に応じて適宜変更されてよい。凝集指標計測装置５３は、例えば数分〜数十分おきに計測を行い、計測結果を制御装置６０に出力する。

沈澱池４０では、肥大化した凝集物が沈澱し、汚泥Ｃとして取り出される。沈澱池４０における上澄み液は、処理水Ｂとしてろ過池等に送られる。また、沈澱池４０には、処理水水質計測装置４１が取り付けられる。処理水水質計測装置４１は、沈澱池４０内の水（処理水Ｂ）のｐＨや濁度や色度、有機物濃度等を計測し、計測結果（処理水Ｂの水質情報）を制御装置６０に出力する。

図２は、制御装置６０のハードウェア構成の一例を示す図である。制御装置６０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）６０Ａと、記憶部６０Ｂと、ドライブ部６０Ｃと、入出力部６０Ｄと、インターフェース部６０Ｅとがバス６０Ｆによって接続された構成となっている。ＣＰＵ６０Ａは、記憶部６０Ｂに格納された各種プログラムを実行する。

記憶部６０Ｂは、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、フラッシュメモリ等を含む。ドライブ部６０Ｃには、ＣＤ（Compact Disc）やＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ、ＳＤカード等の可搬型記憶媒体が装着される。ドライブ部６０Ｃは、装着された可搬型記憶媒体からプログラムやデータを読み込み、記憶部６０Ｂに格納する。入出力部６０Ｄは、キーボードやマウス、タッチパネル等を含む。インターフェース部６０Ｅは、被処理水水質計測装置１１、流量計１３、処理水水質計測装置４１、凝集指標計測装置５３等から各種データを取得する。また、インターフェース部６０Ｅは、インターネットを介して他のコンピュータと通信を行う機能を有してもよい。

ＣＰＵ６０Ａが実行するプログラムは、制御装置６０の出荷時に予め記憶部６０Ｂに格納されていてもよいし、プログラムを記憶した可搬型記憶媒体がドライブ部６０Ｃに装着されることで記憶部６０Ｂにインストールされてもよい。また、ＣＰＵ６０Ａが実行するプログラムは、インターフェース部６０Ｅによって他のコンピュータからダウンロードされてもよい。

図１に戻り、制御装置６０の機能構成について説明する。制御装置６０は、第１注入率決定部６１と、第２注入率決定部６２と、割合決定部６３と、プロセス制御部６４と、凝集情報データベース６５と、統計処理部６６とを備える。これらの機能部のうち一部または全部は、ＣＰＵ６０Ａがプログラムを実行することで機能するソフトウェア機能部である。なお、これらの機能部のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のハードウェア機能部であってもよい。

第１注入率決定部６１、第２注入率決定部６２、および割合決定部６３は、凝集剤の注入率を決定する。前述したように、凝集剤を用いた凝集処理の良否は、濁質除去性だけでなく、処理水のろ過性、汚泥発生量、薬品消費量などにも影響する。このため、被処理水Ａの水質に適した凝集剤注入量などの凝集条件を管理しながら凝集沈澱処理をする技術が求められている。このような背景のもと、凝集状態を表す凝集物や処理水の測定指標を計測することによって、凝集条件を適切に管理することにより凝集沈澱処理を安定的に運用する技術が注目されている。凝集条件の一例として凝集剤の注入率がある。凝集剤の注入率を最適に設定することができれば、沈澱池４０の出口の濁度が十分に低下するとともに、凝集物の沈降性が良くなって汚泥発生量を低減することができる。また、必要最小限の凝集剤の使用量で済むため、運用コストも削減できることとなる。

第１注入率決定部６１は、被処理水水質計測装置１１による計測結果に基づいて、凝集剤の注入率（流量計１３により計測される流量に対する注入量の割合）Ｐ１を決定する。より具体的には、第１注入率決定部６１は、例えば被処理水Ａの濁度に基づいて、凝集剤の注入率Ｐ１を決定する。図３は、第１注入率決定部６１による注入率Ｐ１の決定手法を説明するための図である。図示するように第１注入率決定部６１は、被処理水Ａの濁度が増加するのに応じて増加する傾向で、且つ、被処理水Ａの濁度が増加するのに応じて増加速度が低下する傾向で、凝集剤の注入率Ｐ１を決定してよい。また、第１注入率決定部６１は、式（１）で表される決定式等に基づいて凝集剤の注入率Ｐ１を決定してもよい。式中、ａ、ｂは、濁度に応じて変化する係数である。
Ｐ１＝ａ×（被処理水Ａの濁度）＋ｂ ‥（１）

第１注入率決定部６１により決定される凝集剤の注入率Ｐ１は、被処理水Ａの濁度に基づいてＦＦ制御により決定されるものであるため、被処理水Ａにおける濁質粒子の量の増減に迅速に追従可能である。反面、被処理水Ａにおける濁質粒子の量が比較的安定している状況下では、最適な凝集剤の注入率とならない場合がある。そこで、本実施形態の水処理システム１は、以下に説明する第２注入率決定部６２を備えることで、より精度良く凝集剤の注入率を決定することができる。

第２注入率決定部６２は、時間の経過を要素とする基準軸（本実施形態では、時間軸）に対する凝集指標の変化に基づいて、凝集剤の注入率を決定する。例えば、試料水が、フロック形成池３０における上流側（急速混和池２０に近い側）から下流側（沈澱池４０に近い側）にかけて点在する複数箇所で採取された場合、採取箇所の相違は、撹拌時間（≒凝集剤の注入時点からの経過時間）の相違とほぼ同視することができる。図４は、フロック形成池３０における上流側から下流側にかけて点在する複数箇所（Ａ地点〜Ｅ地点）を例示した図である。図中、Ａ地点が最も上流側に位置し、下流側に向かうに連れてＢ地点、Ｃ地点、Ｄ地点、Ｅ地点が点在している。第１実施形態に係る第２注入率決定部６２は、各地点から採取された試料水から計測される凝集指標を、地点順、すなわち撹拌時間順にプロットした場合における凝集指標の変化率（以下、指標変化率と称する）に基づいて、凝集剤の注入率が過剰であるか、不足しているかを判定する。指標変化率を算出するタイミング（以下、基準タイミングと称する）は、例えば凝集指標毎に定められる。図５は、凝集剤の注入条件を異ならせた場合に、図４における各地点の試料水から計測された凝集指標を、時間軸で並べた様子を例示した図である。図５において、指標変化率を算出する基準タイミングが、地点Ｂに相当する撹拌時間と、地点Ｃに相当する撹拌時間との間のタイミングである場合、指標変化率ΔＧは、式（２）により求められる。式中、Ｇ（Ｂ）は、地点Ｂにおいて採取された試料水から計測される凝集指標であり、Ｇ（Ｃ）は、地点Ｃにおいて採取された試料水から計測される凝集指標である。また、Ｔ（Ｂ）は地点Ｂに相当する撹拌時間であり、Ｔ（Ｃ）は地点Ｃに相当する撹拌時間である。
ΔＧ＝｛Ｇ（Ｂ）―Ｇ（Ｃ）｝／｛Ｔ（Ｃ）―Ｔ（Ｂ）｝ ‥（２）

そして、第２注入率決定部６２は、基準タイミングにおける指標変化率ΔＧを指標変化率目標値Ｇ＊と比較することにより、凝集剤の注入率Ｐ２を決定する。例えば、第２注入率決定部６２は、指標変化率ΔＧが指標変化率目標値Ｇ＊と合致していれば凝集剤の注入率Ｐ２を維持し、指標変化率ΔＧが指標変化率目標値Ｇ＊よりも大きければ凝集剤の注入率Ｐ２を上昇させ、指標変化率ΔＧが指標変化率目標値Ｇ＊よりも小さければ凝集剤の注入率Ｐ２を低下させる。ここで、指標変化率目標値Ｇ＊は、１つの値ではなく、「目標値範囲」であってもよい。なお、第２注入率決定部６２は、入力される凝集指標に基づいて式（２）で示すような指標変化率を自ら算出してもよいし、凝集指標計測装置５３が指標変化率を計算して第２注入率決定部６２に出力し、第２注入率決定部６２は上記注入率を決定するための判定のみ行うものとしてもよい。

また、第２注入率決定部６２は、１つの凝集指標について指標変化率ΔＧを求め、凝集剤の注入率Ｐ２を決定するのではなく、複数の凝集指標についてそれぞれ固有の基準タイミングで指標変化率ΔＧを求め、求めた各指標変化率ΔＧをそれぞれ固有の指標変化率目標値Ｇ＊と比較した結果を統合して凝集剤の注入率Ｐ２を決定してもよい。例えば、第２注入率決定部６２は、三種類の凝集指標（１）〜（３）が計測される場合、凝集指標（１）の指標変化率ΔＧ（１）と凝集指標（１）に対応する指標変化率目標値Ｇ＊（１）の差分、凝集指標（２）の指標変化率ΔＧ（２）と凝集指標（２）に対応する指標変化率目標値Ｇ＊（２）の差分、凝集指標（３）の指標変化率ΔＧ（３）と凝集指標（３）に対応する指標変化率目標値Ｇ＊（３）の差分がそれぞれβ（１）、β（２）、β（３）であったとすると、例えば［γ（１）×β（１）＋γ（２）×β（２）＋γ（３）×β（３）］のような関数で求められる指標値の正負、および絶対値に基づいて、凝集剤の注入率Ｐ２を決定してよい。γ（１）〜γ（３）は、任意に決定される係数である。

指標変化率目標値Ｇ＊は、例えば、事前に水処理システム１に導入される被処理水Ａに対してビーカテスト等を実施した結果に基づいて、基本値が決定される。指標変化率目標値Ｇ＊の基本値は、例えば利用者によって凝集情報データベース６５に入力される。ここで、被処理水Ａの水質は、環境に応じて変動するため、ビーカテストを実施したときの被処理水Ａの水質から比較的大きな変動があった場合は、変動に応じて指標変化率目標値Ｇ＊が変更されることが望ましい。従って、指標変化率目標値Ｇ＊は、凝集情報データベース６５に蓄積された情報に基づいて、統計処理部６６により補正される。また、第２注入率決定部６２は、基準タイミングにおける指標変化率ΔＧだけでなく、被処理水Ａの濁度や水温、ｐＨ等の条件を加味して凝集剤の注入率Ｐ２を決定してもよい。

割合決定部６３は、第１注入率決定部６１により決定された凝集剤の注入率Ｐ１と、第２注入率決定部６２により決定された凝集剤の注入率Ｐ２とを統合して凝集剤の注入率Ｐを決定し、プロセス制御部６４に出力する。割合決定部６３は、例えば式（３）に基づいて凝集剤の注入率Ｐを決定する。ここで、重み係数αは、例えば利用者によって入力される値であり、０から１の間の値をとり得る。なお、重み係数αは、１または０の２値のみとり得るものとしてもよく、この場合、割合決定部６３は、利用者によって操作される切り替えスイッチであってよい。この場合、利用者は、注入率Ｐ１と注入率Ｐ２のいずれに基づいて制御を行わせるかを、切り替えスイッチを操作することで制御装置６０に指示する。
Ｐ＝α×Ｐ１＋（１―α）Ｐ２ ‥（３）

ここで、被処理水Ａの水質に大きな変動があった場合（例えば大雨や台風による高濁度となった原水を処理する場合）には、迅速に被処理水Ａの水質に対応した凝集剤の注入率を決定する必要がある。この場合、割合決定部６３に入力される重み係数αがより大きくなるように修正され、第１注入率決定部６１により決定された注入率Ｐ１の割合を高めるようにすると好適である。そして、被処理水Ａの水質が安定してくると、重み係数αがより小さくなるように修正され、第２注入率決定部６２により決定された注入率Ｐ２の割合を高めるようにすると好適である。このような割合の修正（または切り替え）は、利用者によって決定され、割合決定部６３に利用者の入力操作に応じた指示がなされるようにしてもよいし、統計処理部６６等によって決定され、制御装置６０が能動的に割合の修正（または切り替え）を行うようにしてもよい。

プロセス制御部６４は、流量計１３から入力される流量と、割合決定部６３から入力された凝集剤の注入率Ｐとを、例えば乗算して凝集剤の注入量を決定し、決定した凝集剤の注入量を凝集剤注入装置５１に出力する。また、プロセス制御部６４は、急速混和池２０内の水のｐＨが、凝集剤の注入率Ｐ１に応じた値となるように、ｐＨ調整剤注入装置５０にｐＨ目標値を出力する。また、プロセス制御部６４は、急速撹拌機２２や緩速撹拌機３１の回転数を、所望の値に制御する。

凝集情報データベース６５には、被処理水水質計測装置１１により計測された被処理水Ａの水質情報、凝集指標計測装置により計測された凝集指標（および指標変化率）、第２注入率決定部６２により決定（または取得）された指標変化率、凝集剤注入率、処理水水質計測装置４１により計測された処理水Ｂの水質情報、急速撹拌機２２や緩速撹拌機３１の回転数等が、時系列で互いに対応付けられて格納される。ここで、「時系列で互いに対応付けられている」ために、着水井１０から沈澱池４０に水が流れるのに要する時間を考慮した時間補正が行われてよい。また、凝集情報データベース６５には、凝集処理が良好に行われたと判断できる数値（処理水Ｂの水質情報）が予め格納される。図６は、凝集情報データベース６５に格納される情報の一例を示す図である。

統計処理部６６は、被処理水水質計測装置１１から被処理水Ａの水質情報が入力され、凝集情報データベース６５に書き込まれると、入力された被処理水Ａの水質情報が、凝集処理が良好に行われたと判断できる数値に近い処理水Ｂの水質情報と対応付けられているタイミング（図６中、日時）を抽出し、抽出したタイミングにおける指標変化率を抽出することで、被処理水Ａの水質情報に応じた最適な指標変化率を導出することができる。ここで、凝集処理が良好に行われたと判断できる数値に近い処理水Ｂの水質情報が抽出されない場合があり得る。この場合、例えば、フロック形成池３０の最下流部から採取された試料水の凝集指標が最適値（一例としてゼータ電位が０［ｍＶ］等）のときに、凝集処理が行われたと判断し、その水質情報に対応付けられている指標変化率を抽出することで、最適な指標変化率を導出してよい。また、そもそも処理水Ｂの水質情報に代えて、フロック形成池３０の最下流部から採取された試料水の凝集指標に基づいて最適な指標変化率を導出してもよい。統計処理部６６は、このように導出される指標変化率を元に指標変化率目標値を補正し、第２注入率決定部６２に出力する。

このように、本実施形態の水処理システム１は、時間軸上における凝集指標の変化率である指標変化率を目標値と比較することで凝集剤の注入率、ひいては注入量を決定するため、凝集指標を単純に閾値と比較して凝集剤の注入率を決定するものと比較して、凝集剤の注入率を、より精度よく決定することができる。凝集指標を単純に閾値と比較して凝集剤の注入率を決定する場合、例えば凝集指標が大きく想定値から乖離したときなど、その事象が測定精度の一時的な低下に起因しているのか、凝集剤の過剰注入あるいは注入不足に起因しているのかの判断が困難である。これに対し、本実施形態の水処理システム１は、凝集剤の注入量の過不足による影響が顕著に表れる指標変化率を判断材料とするため、凝集物の凝集状態をより精度良く予測することができ、凝集剤の注入の過不足を早期に発見し、注入量を減量あるいは増量することによって補正して、凝集不良トラブルを予防することができる。

また、本実施形態の水処理システム１は、フロック形成池３０の複数箇所から試料水を採取するため、急速混和池２０内、或いはその直ぐ下流側の地点のみから試料水を採取するものと比較して、凝集剤の注入率を、より精度よく決定することができる。急速混和池２０直後の指標測定による制御は、フィードバック時間遅れを極力短縮するためには有効であるが、凝集剤注入量の過不足を判断するには攪拌による凝集反応の進行が不十分であり制御に用いる指標として精度が低い可能性があるからである。

図７は、本実施形態の制御装置６０により実行される処理の流れを示すフローチャートの一例である。第１注入率決定部６１は、被処理水Ａの水質情報を被処理水水質計測装置１１から取得し（ステップＳ１００）、凝集剤の注入率Ｐ１を算出する（ステップＳ１０２）。一方、第２注入率決定部６２は、凝集指標（または指標変化率）を凝集指標計測装置５３から取得し（ステップＳ１０４）、指標変化率を算出し（ステップＳ１０６）、指標変化率に基づいて凝集剤の注入率Ｐ２を算出する（ステップＳ１０８）。なお、ステップＳ１００およびＳ１０２の処理と、ステップＳ１０４〜Ｓ１０８の処理との間には、特段の順序性は存在せず、いずれが先に行われてもよいし、マルチスレッド処理等によって並列に行われてもよい。また、ステップＳ１０４において凝集指標ではなく指標変化率が取得される場合、ステップＳ１０６の処理は省略されてよい。

次に、割合決定部６３が、注入率Ｐ１、Ｐ２に基づいて、注入率Ｐを決定する（ステップＳ１１０）。そして、プロセス制御部６４が、流量計１３から取得した流量と注入率Ｐに基づいて、凝集剤の注入量を決定する（ステップＳ１１２）。

以上説明した第１実施形態に係る水処理システム１によれば、上流側から下流側にかけて複数の地点から採取された撹拌時間の異なる試料水について、凝集指標を計測することで得られる凝集指標の変化に基づいて、凝集剤注入装置５１が凝集剤を注入する注入率を決定するため、凝集剤の注入率を、より精度よく決定することができる。

＜第２実施形態＞
以下、第２実施形態に係る水処理システム２について説明する。図８は、第２実施形態に係る水処理システム２の構成の一例を示す図である。なお、第２実施形態では、第１実施形態との相違点を中心に説明し、第１実施形態と共通する機能を有する構成要素については、同一の符号を付して再度の説明を省略する。

図８に示すように、第２実施形態に係る水処理システム２では、試料水採取装置５２の一部（一例として試料水採取装置５２―１）は、急速混和池２０から試料水を採取する。凝集指標計測装置５３は、急速混和池２０から採取された試料水についても、フロック形成池３０から採取された試料水と同様、各種凝集指標を計測する。

そして、第２実施形態に係る第２注入率決定部６２は、ＧＴ値の積算値を軸とした場合の凝集指標の変化に基づいて、凝集剤の注入率を決定する。ＧＴ値とは、撹拌強度に撹拌継続時間を乗算したものであり、時間の経過を要素とする値である。本実施形態では、緩速撹拌機３１よりも急速撹拌機２２の方が、回転数が高く撹拌強度が大きいため、急速混和池２０における試料水の採取地点とフロック形成池３０における最も上流側の試料水の採取地点との間のＧＴ値は、フロック形成池３０の地点間のＧＴ値よりも、撹拌時間比で大きく扱われることになる。図９は、凝集剤の注入条件を異ならせた場合に、各地点の試料水から計測された凝集指標を、ＧＴ値の積算値軸に並べた様子を例示した図である。図９におけるＡ〜Ｅは、図４に示されたフロック形成池３０の地点を示している。第２実施形態に係る第２注入率決定部６２は、このようにプロットされる凝集指標について、第１実施形態と同様、凝集指標毎に定められる基準タイミングにおける指標変化率ΔＧを算出し、算出した指標変化率ΔＧを指標変化率目標値Ｇ＊と比較することにより、凝集剤の注入率Ｐ２を決定する。

係る処理によって、本実施形態に係る水処理システム２は、第１実施形態と同様、凝集指標を単純に閾値と比較して凝集剤の注入率を決定するものと比較して、凝集剤の注入率、ひいては注入量を、より精度よく決定することができる。すなわち、水処理システム２は、凝集剤の注入率の過不足による影響が顕著に表れる指標変化率を判断材料とするため、凝集物の凝集状態をより精度良く予測することができ、凝集剤の注入の過不足を早期に発見し、注入量を減量あるいは増量することによって補正して、凝集不良トラブルを予防することができる。

その他の処理に関しては、第１実施形態と同様である。ハードウェア構成について図２および関連する説明を、第１注入率決定部６１の処理について図３および関連する説明を、処理の流れについて図７のフローチャートおよび関連する説明を、それぞれ援用することができる。

以上説明した第２実施形態に係る水処理システム２によれば、上流側から下流側にかけて複数の地点から採取されたＧＴ値の異なる試料水について、凝集指標を計測することで得られる凝集指標の変化に基づいて、凝集剤注入装置５１が凝集剤を注入する注入率を決定するため、凝集剤の注入率を、より精度よく決定することができる。また、ＧＴ値を基準軸とすることで、撹拌の強度が異なる箇所（例えば急速混和池２０とフロック形成池３０）から採取された試料水から計測される凝集指標を、同じ軸上の情報として扱うことができ、より幅広い情報に基づいて凝集物の凝集状態を把握することができる。

＜第３実施形態＞
以下、第３施形態に係る水処理システム３について説明する。図１０は、第３実施形態に係る水処理システム３の構成の一例を示す図である。なお、第３実施形態では、第１実施形態との相違点を中心に説明し、第１実施形態と共通する機能を有する構成要素については、同一の符号を付して再度の説明を省略する。

図１０に示すように、第３実施形態の水処理システム３では、試料水採取装置５２によって急速混和池２０から採取された試料水が、ジャーテスター５４に送られる。ジャーテスター５４は、例えば自動式ジャーテスターであり、導入された試料水を緩やかに撹拌しながら、撹拌時間が経過するのに応じて（例えば所定時間毎に）試料水を凝集指標計測装置５３に送る。ジャーテスター５４を備えることで、急速撹拌機２２や緩速撹拌機３１の回転数に依存せずに凝集物を成長させることができるため、より理想的な環境下で指標変化率を測定することができる。例えば、ジャーテスター５４において、急速撹拌機２２や緩速撹拌機３１よりも高い回転数で撹拌を行うことで、より迅速な計測を行うことも可能となる。ジャーテスター５４を備えることで、水処理システム３は、単独の試料水採取装置５２により１箇所から試料水を採取するように構成してよい（複数の試料水採取装置５２を備えることを排除するものではない）。また、試料水採取装置５２は、急速混和池２０ではなく、フロック形成池３０から試料水を採取してもよい。

第３実施形態に係る第２注入率決定部６２は、時間軸またはＧＴ値の積算値を基準軸とした場合の凝集指標の変化に基づいて、凝集剤の注入率を決定する。ＧＴ値の積算値を基準軸とすることで、ジャーテスター５４における撹拌の回転数を可変とした場合にも対応することができる。

係る処理によって、本実施形態に係る水処理システム３は、第１実施形態と同様、凝集指標を単純に閾値と比較して凝集剤の注入率を決定するものと比較して、凝集剤の注入率、ひいては注入量を、より精度よく決定することができる。すなわち、水処理システム３は、凝集剤の注入率の過不足による影響が顕著に表れる指標変化率を判断材料とするため、凝集物の凝集状態をより精度良く予測することができ、凝集剤の注入の過不足を早期に発見し、注入量を減量あるいは増量することによって補正して、凝集不良トラブルを予防することができる。

その他の処理に関しては、第１実施形態と同様である。ハードウェア構成について図２および関連する説明を、第１注入率決定部６１の処理について図３および関連する説明を、処理の流れについて図７のフローチャートおよび関連する説明を、それぞれ援用することができる。

以上説明した第３実施形態に係る水処理システム３によれば、ジャーテスター５４によって得られる撹拌時間やＧＴ値の異なる試料水から計測された凝集指標の変化に基づいて、凝集剤注入装置５１が凝集剤を注入する注入率を決定するため、凝集剤の注入率を、より精度よく決定することができる。また、ジャーテスター５４を備えることにより、急速撹拌機２２や緩速撹拌機３１の制御態様に依存しない理想的な環境下で凝集物を成長させ、指標変化率を測定することができる。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、時間の経過を要素とする基準軸（時間軸やＧＴ値の積算値軸）に対する、凝集指標の変化に基づいて、凝集剤注入装置５１が凝集剤を注入する量を決定するため、凝集剤の注入率、ひいては注入量を、より精度よく決定することができる。

＜変形等＞
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

例えば、上記各実施形態では、基準タイミングにおける指標変化率ΔＧを指標変化率目標値Ｇ＊と比較することにより、凝集剤の注入率Ｐ２を決定するものとしたが、時間を要素とする基準軸に対する凝集指標の変化に基づいて凝集剤の注入率を決定するものであれば、如何なる手法により凝集剤の注入率を決定してもよい。一例として、基準軸に対する凝集指標の変化を二次以上の関数で近似し、関数の係数に基づいて凝集剤の注入率を決定してもよい。

また、上記各実施形態の制御装置６０（特にプロセス制御部６４）は、急速撹拌機２２や緩速撹拌機３１の回転数を、凝集指標計測装置５３から入力された凝集指標に基づいて動的に変更してよい。例えば、ＧＴ値の積算値を軸とする指標変化率の情報を蓄積している場合、ＧＴ値の積算値の上昇に対する凝集指標の変化を予想することができる。そして、例えばフロック形成池３０の緩速撹拌機３１の回転数を増加させればＧＴ値の積算値の上昇が加速するため、制御装置６０は、凝集剤の注入率が不足している場合に緩速撹拌機３１の回転数を増加させることで、凝集剤の注入率を増加させるのと同等の結果を得ることができる。これにより、水処理システムは、凝集剤の注入量を低減し、処理水質の向上を図ると共に運転コストを削減することができる。

また、制御装置は、インターネット等のネットワークを介して、クラウドサービスによって水処理システムに情報を提供する装置であってもよい。図１１は、外部制御装置９０がネットワークＮＷを介して水処理システムに情報を提供する様子を示す図である。図示するように、変形例に係る水処理システムに情報を提供する外部制御装置９０は、インターネット等のネットワークＮＷを介してシステム内制御装置８０に、凝集剤の注入量（または注入率）、その他の制御情報を送信する。システム内制御装置８０は、被処理水水質計測装置１１、流量計１３、処理水水質計測装置４１、凝集指標計測装置５３等から各種データを取得し、取得した各種データを、ネットワークＮＷを介して外部制御装置９０に送信する。外部制御装置９０は、図２に例示したハードウェア構成を備える他、機能構成として第１注入率決定部９１と、第２注入率決定部９２と、重み処理部９３と、プロセス制御部９４と、凝集情報データベース９５と、統計処理部９６とを備える。外部制御装置９０の機能部のそれぞれは、第１ないし第３実施形態の制御装置６０の対応する機能部と同等の機能を有する。外部制御装置９０は、ネットワークＮＷを介してシステム内制御装置８０から受信した各種データに基づいて凝集剤の注入量（または注入率）等を決定し、ネットワークＮＷを介してシステム内制御装置８０に送信する。システム内制御装置８０は、外部制御装置９０から受信した凝集剤の注入量（または注入率）等に基づいて、凝集剤注入装置５１等を制御する。係る構成によって、図１１に示す水処理システムは、第１ないし第３実施形態の水処理システム１〜３と同等の効果を奏することができる。なお、図１１では、水処理システムのハードウェア構成について、一例として第１実施形態の構成を援用した。また、図１１において、第１注入率決定部９１や重み処理部９３、プロセス制御部９４のうち一部または全部は、外部制御装置９０ではなくシステム内制御装置８０が備えるものとしてもよい。

なお、各実施形態における、凝集剤注入装置５１が「注入部」の一例であり、試料水採取装置５２（５２―１、５２―２、‥）が「採取部」の一例であり、凝集指標計測装置５３およびジャーテスター５４が「計測部」の一例であり、急速混和池２０およびフロック形成池３０が、「貯水部」の一例であり、第２注入率決定部６２が「決定部」の一例であり、第１注入率決定部６１が「他の決定部」の一例であり、制御装置６０および外部制御装置９０が、「水処理制御装置」の一例であり、インターフェース部６０Ｅが、「入力部」の一例である。

１、２、３ 水処理システム
１０ 着水井
１１ 被処理水水質計測装置
１３ 流量計
２０ 急速混和池
２１ ｐＨ計
２２ 急速撹拌機
３０ フロック形成池
３１ 緩速撹拌機
４０ 沈澱池
４１ 処理水水質計測装置
５０ ｐＨ調整剤注入装置
５１ 凝集剤注入装置
５２ 試料水採取装置
５３ 凝集指標計測装置
５４ ジャーテスター
６０ 制御装置
６０Ａ ＣＰＵ
６０Ｂ 記憶部
６０Ｃ ドライブ部
６０Ｄ 入出力部
６０Ｅ インターフェース部
６０Ｆ バス
６１、９１ 第１注入率決定部
６２、９２ 第２注入率決定部
６３、９３ 割合決定部
６４、９４ プロセス制御部
６５、９５ 凝集情報データベース
６６、９６ 統計処理部
８０ システム内制御装置
９０ 外部制御装置
Ａ 被処理水
Ｂ 処理水
Ｃ 汚泥

Claims (8)

1. 水処理施設における複数の貯水部のうちいずれかに凝集剤を注入する注入部と、
   前記複数の貯水部のうち前記凝集剤が注入される貯水部又は水の流れに関して前記凝集剤が注入される貯水部よりも下流側の貯水部から、凝集物を含む試料水を採取する採取部と、
   前記採取部により採取された試料水から凝集指標を計測する計測部と、
   時間の経過を要素とする基準軸に対する、前記計測部により計測された凝集指標の変化に基づいて、前記注入部が前記凝集剤を注入する注入率を決定する決定部と、
   を備え、
   前記採取部は、少なくとも前記複数の貯水部に含まれるフロック形成池の複数箇所から前記試料水を採取する、
   水処理システム。
2. 前記採取部は、第１の地点、および水の流れに関して前記第１の地点よりも下流側の第２の地点から前記試料水を採取し、
   前記基準軸は、時間軸であり、
   前記決定部は、前記第１の地点において採取された試料水から計測された凝集指標と、前記第２の地点において採取された試料水から計測された凝集指標との差分に基づいて、前記注入部が凝集剤を注入する注入率を決定する、
   請求項１記載の水処理システム。
3. 前記採取部は、水の撹拌が行われる第１の地点、および前記第１の地点とは異なる撹拌強度で水が撹拌される第２の地点から前記試料水を採取し、
   前記基準軸は、ＧＴ値の積算値に基づく軸である、
   請求項１記載の水処理システム。
4. 前記計測部は、前記採取部により採取された試料水を撹拌または静置しながら、時間の経過と共に前記凝集指標を計測する、
   請求項１から３のうちいずれか１項記載の水処理システム。
5. 前記水処理施設に流入する被処理水の水質に基づき前記注入部が凝集剤を注入する注入率を決定する他の決定部と、
   前記決定部により決定される注入率と、前記他の決定部に決定される注入率との割合を割合決定部と、を備え、
   前記注入部は、前記割合決定部によって決定された割合に応じて凝集剤を注入する、
   請求項１から４のうちいずれか１項記載の水処理システム。
6. 水処理施設における複数の貯水部のうちいずれかに凝集剤を注入するステップと、
   前記複数の貯水部のうち前記凝集剤が注入される貯水部又は水の流れに関して前記凝集剤が注入される貯水部よりも下流側の貯水部から、凝集物を含む試料水を採取するステップと、
   前記採取された試料水から凝集指標を計測するステップと、
   時間の経過を要素とする基準軸に対する、前記計測された凝集指標の変化に基づいて、前記凝集剤を注入する注入率を決定するステップと、
   を有し、
   前記試料水を採取するステップでは、少なくとも前記複数の貯水部に含まれるフロック形成池の複数箇所から前記試料水を採取する、
   水処理方法。
7. 水処理施設における複数の貯水部から採取された試料水であって、少なくとも前記複数の貯水部に含まれるフロック形成池の複数箇所から採取された試料水によって計測された凝集指標、または前記凝集指標の変化率が入力される入力部と、
   時間の経過を要素とする基準軸に対する、前記入力部に入力された凝集指標の変化に基づいて、凝集剤を注入する注入率を決定する決定部と、
   を備える水処理制御装置。
8. コンピュータに、
   水処理施設における複数の貯水部から採取された試料水であって、少なくとも前記複数の貯水部に含まれるフロック形成池の複数箇所から採取された試料水によって計測された凝集指標、または前記凝集指標の変化率を入力させ、
   時間の経過を要素とする基準軸に対する、前記入力された凝集指標の変化に基づいて、凝集剤を注入する注入率を決定させる、
   水処理制御プログラム。

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