JP6246573B2 - 水処理制御装置、水処理制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、水処理施設に設けられるカビ臭物質と酸化副生成物質を抑制する水処理制御装置、水処理制御方法に関する。

原水中のカビ臭物質（例えば２−ＭＩＢおよびジェオスミン）の濃度が高い場合、沈殿池やろ過池において凝集沈殿工程やろ過工程を経ても、ろ過水にカビ臭が残る。そこでカビ臭を取り除く場合は、オゾン（Ｏ_３）をろ過水に注入する工程を設けることが知られている。

オゾンをオゾン被処理水に注入する工程は、酸素（Ｏ_２)または酸素を含んだ空気に高電圧をかけて電極管内でオゾンガスを発生させ、発生させたオゾンガスをオゾン被処理水に溶け込ませる。その結果、溶け込んだオゾンガスとカビ臭物質が酸化反応を起こし、カビ臭物質が分解される。また、カビ臭物質を除去する他の方法としては、活性炭を用いて除去する方法が知られている。

次に、オゾンによるカビ臭物質の酸化反応の良否は、連続して計測することが困難であるためガスクロマトグラフ質量分析計（ＧＣ−ＭＳ）などを用いて、例えば、数日〜１ヶ月の周期で測定をしている。また、オゾンによる酸化反応の良否は間接的ではあるがオゾンにより分解される有機物濃度をＵＶ値や蛍光強度をモニタリングすることで確認されることもある。

なお、オゾンは強力な酸化剤であり、色度の低減、微量有機汚染物質の分解、病原性微生物およびウィルスの不活化などにも効果がある。

ところが、オゾン被処理水には原水に含まれる一般的な浄水処理では除去できない臭化物イオンが含まれており、オゾンとの酸化反応により酸化副生成物質として臭素酸イオンが生成される。臭素酸イオンは発がん性物質であるため、水質基準が定められ、オゾンをオゾン被処理水に注入する工程を導入している浄水場では定期的に臭素酸イオン濃度を測定している。なお、オゾンをオゾン被処理水に注入する工程の後段に活性炭吸着設備を設けることが義務化されているが、臭素酸イオンを除去することは困難である。

また、オゾンをオゾン被処理水に注入する工程においては、オゾンによる酸化反応だけではなく、オゾンの自己分解で生成するヒドロキシルラジカルなどのラジカルによる酸化反応によって、物質が分解される。オゾンは特定の物質に対して大きな反応速度係数を持ち、それらを集中的に酸化処理可能である一方で、ヒドロキシルラジカルは、被反応物の選択性が小さく、オゾンでは酸化できない物質も含め多くの物質を酸化することができる。目的に応じて、オゾンとヒドロキシルラジカルの比率を変化させて、効果的に処理を行う。オゾンとヒドロキシルラジカルの比率は、ｐＨや過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）の添加等によって調整する。ｐＨの調整については、硫酸を用いて行う。

過酸化水素の添加量は過少な場合だけでなく過多な場合にも十分な効果が得られないことが知られており、処理効率を最大にする最適値が存在する。また、過酸化水素は、臭素酸イオンの前駆体である次亜臭素酸を、臭化物イオンに還元する働きがあるため、過酸化水素を添加することで臭素酸イオンの生成抑制にも効果がある。

オゾン処理は、カビ臭物質の分解に有効であるが、オゾン注入量が少ないとカビ臭物質が除去できず、オゾン注入量が多いと発がん性物質である臭素酸イオンを生成してしまうという問題がある。

関連する技術として、活性炭吸着前のイオンクロマト分析結果を用いて、オゾン注入量またはオゾン注入率を制御し、酸化副生成物質の生成を抑制する水処理装置が知られている。特許文献１を参照。しかし、この水処理装置では制御対象はオゾン注入量またはオゾン注入率のみで、酸化副生成物質に対して使用される硫酸、過酸化水素などの薬品の注入量または注入率の制御には至っていない。

特開２００５−３２４１２１号公報

本発明は、オゾン処理水またはオゾン活性炭処理水の水質を推定した推定値とオゾン処理水またはオゾン活性炭処理水の水質目標値とを用いて求めた評価値に基づいて、オゾン注入量または注入率または溶存オゾン濃度と、酸化副生成物質を抑制または酸化反応を促進させる薬品の注入量または注入率と、を制御して、酸化副生物質の生成量を目標値以下に抑制しつつ、カビ臭物質を目標値まで分解する水処理制御装置、水処理制御方法を提供することを目的とする。

実施の態様のひとつである水処理制御装置は、推定部、制御部を有する。推定部は、オゾン接触槽で使用するオゾンの注入量または注入率または溶存オゾン濃度と、酸化副生成物質を抑制または酸化反応を促進させる薬品の注入量または注入率と、を示す複数の異なる設定値と、水処理施設に設けられた原水の特性を計測する第１の計測器から出力される計測値と、を組み合わせて生成される複数の入力データを決定し、入力データごとにオゾン接触槽で処理されたオゾン処理水またはオゾン活性炭処理水の水質を推定する。

制御部は、推定したオゾン処理水またはオゾン活性炭処理水の水質推定値と、所定のオゾン処理水またはオゾン活性炭処理水の水質目標値と、を用いて、入力データごとに水質偏差を算出し、算出した水質偏差をオゾン処理水またはオゾン活性炭処理水の水質が悪化することにより発生する損失を表す数値に換算するための第１の係数と、設定値を評価関数で用いる数値に変換するための第２の係数と、を用いて評価値を求める評価関数に、水質偏差と設定値を入力し、入力データ水質偏差ごとに前記評価関数により評価値を算出する。

続いて、制御部は、算出した評価値のなかから決められた条件に一致する評価値を抽出し、抽出した決められた条件に一致する評価値に対応する設定値を取得し、取得した設定値に含まれるオゾンの注入量または注入率または溶存オゾン濃度、および薬品の注入量または注入率に応じて、オゾン接触槽に設けられているオゾンを発生するオゾン発生器と、薬品を注入する薬品注入装置と、を制御する。

実施の態様によれば、オゾン処理水またはオゾン活性炭処理水の水質を推定した推定値とオゾン処理水またはオゾン活性炭処理水の水質目標値とを用いて求めた評価値に基づいて、オゾン注入量または注入率または溶存オゾン濃度と、酸化副生成物質を抑制または酸化反応を促進させる薬品の注入量または注入率と、を制御して、カビ臭物質を分解し、酸化副生成物質を抑制できるという効果を奏する。

図１は、水処理システムの一実施例を示す図である。 図２は、実施形態１の制御装置の一実施例を示す図である。 図３は、入力データ、推定値、評価値の関係を示す図である。 図４は、オゾンと過酸化水素のモル比に基づく入力データ、推定値、評価値の関係を示す図である。 図５は、神経回路網（ニューラルネットワーク）の一実施例を示す図である。 図６は、実施形態１の制御装置の動作の一実施例を示すフロー図である。 図７は、実施形態２の制御装置の一実施例を示す図である。 図８は、実施形態２の制御装置の動作の一実施例を示すフロー図である。 図９は、実施形態３の制御装置の動作の一実施例を示すフロー図である。

以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。
実施形態１について説明をする。図１は、水処理システムの一実施例を示す図である。制御装置１（水処理制御装置）は水処理施設２におけるオゾン処理を含めた酸化処理を制御するための装置で、例えば、コンピュータなどの情報処理装置である。また、制御装置１はクラウドコンピューティングを提供するデータセンタに設けられている情報処理装置（１つ以上のサーバコンピュータから構成される装置）などでもよい。

水処理施設２は、着水井４、薬品混和池５、フロック形成池６、沈殿池７、ろ過池８、オゾン接触槽９（酸化反応槽）、活性炭吸着槽１０、オゾン発生器１７を備えている。

着水井４は、水処理施設２に取り入れた川やダムの水の水位や水量を調整して薬品混和池５に原水を送る。薬品混和池５は、着水井４から送られた水に凝集剤を水全体に行き渡るようにかき混ぜて、マイクロフロックを形成させる。フロック形成池６は、フロックを大きく成長させる。沈殿池７は、大きなフロックを沈め、フロックを沈めた水をろ過池８に送る。ろ過池８は、例えば、砂や砂利の層などを通して水をろ過する。ろ過池８は、膜ろ過装置でもよい。

オゾン接触槽９は、オゾン発生器１７で発生させたオゾンガスをろ過した水（オゾン被処理水）に溶け込ませ、溶け込んだオゾンガスとカビ臭物質とを酸化反応させることで、カビ臭物質を分解する。オゾンの注入量または注入率または溶存オゾン濃度は制御装置１により制御される。

また、オゾン接触槽９には酸化反応により生成された酸化副生成物質を抑制するための薬品（過酸化水素、硫酸）と酸化反応を促進させる薬品（過酸化水素）とが薬品注入装置１６から注入される。薬品注入装置１６から注入される薬品それぞれの注入量または注入率は制御装置１により制御される。

活性炭吸着槽１０は、粒状の活性炭に水を通過させてオゾン処理水に含まれる酸化剤や有機物を吸着あるいは生物分解により除去する。しかし、酸化副生成物質である臭素酸イオンは吸着除去することが困難である。

貯水施設３は、水処理施設２から送り出された水を一時貯めた後、給水をする。
なお、実施形態１では図１に示す制御装置１、水処理施設２、貯水施設３を用いて説明をするが、図１に示す水処理システムに限定されるものではなく、少なくともオゾン接触槽９に注入するオゾンガスを発生されるオゾン発生器１７と、オゾン接触槽９に薬品を注入する薬品注入装置１６と、を有する水処理システムに適用することができる。

計測器について説明する。
計測器１１（例えば、濁度計、温度計、ｐＨ計）は、原水の濁度、温度、ｐＨなど、又はいずれかを連続または一定周期または決められた時間ごとに計測して制御装置１に計測データを送信する。計測器１１の設置場所は着水井４が望ましいが、設置場所は限定されるものではない。また、濁度、温度、ｐＨだけに限定されるものではない。

計測器１２は、オゾン被処理水の有機物濃度を連続または一定周期または決められた時間ごとに計測して制御装置１に計測データを送信する。有機物濃度の計測は、例えば、水中の有機物濃度と波長２６０ｎｍの紫外線を吸収する度合いで水中の有機物濃度を表す紫外線吸光度（ＵＶ（Ｅ２６０））、蛍光強度、全有機炭素（Total Organic Carbon：ＴＯＣ）量などを用いて計測することが考えられる。なお、計測器１２の設置場所はろ過池８の直後が望ましいが、設置場所は上記に限定されるものではない。カビ臭濃度を計測してもよい。

計測器１３は、オゾン処理水または活性炭吸着槽１０で処理されたオゾン活性炭処理水の有機物濃度を連続または一定周期または決められた時間ごとに計測し、制御装置１に計測データを送信する。例えば、紫外線吸光度、蛍光強度、全有機炭素量などを用いて計測することが考えられる。

計測器１４はオゾン処理水またはオゾン活性炭処理水のカビ臭濃度を連続または一定周期または決められた時間ごとに計測し、制御装置１に計測データを送信する。

計測器１５はオゾン処理水またはオゾン活性炭処理水の臭素酸イオン濃度を連続または一定周期または決められた時間ごとに計測し、制御装置１に計測データを送信する。なお、計測器１５は蛍光測定法を利用して臭素酸イオン濃度を計測するセンサを用いることが有効である。なお、計測器１３、１４、１５の設置場所は活性炭吸着槽１０の後段が望ましい。

制御装置（水処理制御装置）について説明をする。
図２は、制御装置１の一実施例を示す図である。制御装置１は、記憶部２０１、推定部２０２、制御部２０３を有している。記憶部２０１は、例えばRead Only Memory（ＲＯＭ）、Random Access Memory（ＲＡＭ）などのメモリやハードディスクなどが考えられる。なお、記憶部２０１にはパラメータ値、変数値などのデータを記録してもよいし、実行時のワークエリアとして用いてもよい。なお、外部に設けたデータベースなどの記憶装置でもよい。

推定部２０２は、水処理施設２で使用するオゾンの注入量または注入率または溶存オゾン濃度、および過酸化水素、硫酸の注入量または注入率を示す複数の設定値と、水処理施設２に設けられた、オゾン処理を含めた酸化処理の前段における水の特性を計測する第１の計測器（計測器１１、計測器１２）から出力される計測値と、を組み合わせて入力データを生成する。

例えば、オゾン接触槽９に注入するオゾン、過酸化水素、硫酸の注入量または注入率を示す複数の設定値は、例えば、オゾンの注入量または注入率または溶存オゾン濃度の下限値、上限値、下限値と上限値の間の１つ以上の値、および過酸化水素、硫酸それぞれの注入量または注入率の下限値、上限値、下限値と上限値の間の１つ以上の値で、実験、シミュレーションなどにより決定することが考えられる。なお、設定値は記憶部２０１に予め生成して記憶しておいてもよい。なお、オゾン、過酸化水素、硫酸をすべて用いてもよいが、オゾンと過酸化水素あるいはオゾンと硫酸を用いるだけでもよい。

計測値は、例えば、原水の濁度、温度、ｐＨおよびオゾン被処理水の有機物濃度などが考えられる。入力データについては後述する図３を参照。

続いて、推定部２０２は、入力データを用いて、水処理施設２で処理されたオゾン処理水またはオゾン活性炭処理水の水質を表す水質値を、入力データそれぞれに対して推定する。推定する水質値（推定値）は、例えば、有機物濃度、カビ臭濃度、臭素酸イオン濃度である。

なお、水処理施設２では各部（着水井４、薬品混和池５、フロック形成池６、沈殿池７、ろ過池８、オゾン接触槽９、活性炭吸着槽１０）で水処理に時間がかかるため（各部での水の滞留時間が長いため）、設置位置により第１の計測器（計測器１１、計測器１２）とオゾン処理の後段階における第２の計測器（計測器１３、１４、１５）が計測する時間が異なる。従って、水が流れてくる時間に応じて計測値を取得する時間を調整することが望まれる。例えば、第１の計測器と第２の計測器ごとに、調整する時間を設定し記憶部２０１に記憶する。すなわち、推定部２０２は遅れ時間分遡って計測値を取得する。

入力データについて説明する。
入力データは、設定値と計測値とを組み合わせて生成する。例えば、図３の表３０１に示す組み合わせが考えられる。図３は、入力データ、推定値、評価値の関係を示す図である。

表３０１では設定値を、オゾン、過酸化水素、硫酸をオゾン接触槽９に注入する際の設定値として、オゾン注入率を１、２［ｍｇ／Ｌ］とし、過酸化水素注入率を２、４、６［ｍｇ／Ｌ］とし、硫酸注入率を２、３、４、５［ｍｇ／Ｌ］としている。そうすると、表３０１の薬品の組み合わせは２４通り（「パターンＮｏ．」１〜２４）となる。

計測値は、本例では第１の計測器（計測器１１、１２）が計測した原水の濁度、温度、ｐＨ、およびオゾン被処理水の有機物濃度を用いる。

図３の表３０２には、２４パターンの入力データごとに推定した水質値（推定値：ｚ１〜ｚ２４）が示されている。例えば、推定値ｚ１にはパターンＮｏ．１を用いて推定したオゾン処理水またはオゾン活性炭処理水の有機物濃度、カビ臭濃度、臭素酸イオン濃度が示されている。

なお、設定値のオゾンの注入量または注入率または溶存オゾン濃度と過酸化水素の注入量または注入率は、予め決められた範囲内の（Ｈ_２Ｏ_２／Ｏ_３）に基づいて決められる値を用いることが望ましい。これはラジカル反応理論に基づくもので予め決めた範囲のモル比を設定することで、組み合わせパターンを減らすことができる。予め決めた過酸化水素対オゾンのモル比範囲は、例えば、０．２≦モル比≦２０．０とすることが考えられるが、１．０≦モル比≦１０．０を設定することが望ましい。その理由はモル比が過小または過大な場合に、臭素酸イオンの生成を抑制する効果を十分に得られないためである。特に過酸化水素とオゾンのモル比が過小の場合には、臭素酸イオンの生成が却って多くなることもある。設定する過酸化水素対オゾンのモル比に２．８（質量比では２．０）を用いた場合について説明をする。図４において表４０１の「パターンＮｏ．」の「１」〜「８」に示されているオゾンと過酸化水素の注入率は、過酸化水素対オゾンのモル比が２．８(質量比では２．０)である８通りのパターンを設定値として用いていることを示している。その結果、推定部２０２は水質値（推定値）について図３の表３０１に示したように２４通りのパターンすべてについて演算をしなくてもよく、推定部２０２は図４の表４０１に示したように８通りのパターンについてのみ推定値ｚ１〜ｚ８（図４の４０２）を求めればよくなる。その結果、推定部２０２の推定演算時間を短縮することができる。また、外乱の影響を受け難くすることができる。

推定方法について説明する。
推定方法としては、水質値それぞれに対して予測モデルとして神経回路網（ニューラルネットワーク）を用いることが考えられる。図５では有機物濃度、カビ臭濃度、臭素酸イオン濃度それぞれを推定する３つの予測モデルを用意する。図５は、神経回路網の一実施例を示す図である。

神経回路網の入力層に入力データ（ｘ１〜ｘ７）が設定されると、有機物濃度用中間層５０１、カビ臭濃度用中間層５０２、臭素酸イオン濃度用中間層５０３それぞれに入力データが適宜入力されると、オゾン処理水または活性炭吸着槽１０で処理されたオゾン活性炭処理水の水質値（有機物濃度、カビ臭濃度、臭素酸イオン濃度それぞれの推定値）が求められる。有機物濃度の推定は有機物濃度用中間層５０１（ｙ１１〜ｙ１７）と有機物濃度用出力層５０４を用いて行われ、カビ臭濃度の推定はカビ臭濃度用中間層５０２（ｙ２１〜ｙ２７）とカビ臭濃度用出力層５０５を用いて行われ、臭素酸イオン濃度用中間層５０３（ｙ３１〜ｙ３７）と臭素酸イオン濃度用出力層５０６を用いて行われる。続いて、有機物濃度用出力層５０４、カビ臭濃度用出力層５０５、臭素酸イオン濃度用出力層５０６の出力である有機物濃度の推定値、カビ臭濃度の推定値、臭素酸イオン濃度の推定値が、入力データごとに出力される。例えば、図３、図４に示す入力データがパターンＮｏ．１の場合には、パターンＮｏ．１の入力データを用いて求められた対応する推定値ｚ１（有機物濃度の推定値、カビ臭濃度の推定値、臭素酸イオン濃度の推定値）が出力される。パターンＮｏ．１以外のＮｏ．ｎ（ｎは正の整数）についても同様に推定値ｚｎに対応する有機物濃度の推定値、カビ臭濃度の推定値、臭素酸イオン濃度の推定値がそれぞれ出力される。また、神経回路網のノード間の結合強度は学習により更新される。なお、本例では各中間層を１層と７ノードで示したが層数とノード数は限定されるものではない。

推定したオゾン処理水またはオゾン活性炭処理水の有機物濃度は紫外線吸光度、蛍光強度、全有機炭素量などを用いて表してもよい。推定したオゾン処理水またはオゾン活性炭処理水のカビ臭濃度はカビ臭物質である２−ＭＩＢおよびジェオスミンの濃度などを用いて表してもよい。

なお、推定部２０２に予測モデルとして神経回路網を用いた場合の複数のノードに対する学習には、計測器１３、１４、１５の計測したオゾン処理水またはオゾン活性炭処理水の有機物濃度、カビ臭濃度、臭素酸イオン濃度を用いて学習をさせる。

ここで、計測器１３、１４、１５はオゾン処理水またはオゾン活性炭処理水の水質を連続または一定周期または決められた時間で計測できる計測器を用いることで、従来に比べて多くの学習に用いる情報を取得することができるため、予測モデルの推定精度を向上させることができる。

なお、予測モデルは神経回路網に限定されるものではなく、回帰分析などを用いた他の予測モデルを用いてもよい。

制御部２０３は、推定部２０２で推定したオゾン処理水またはオゾン活性炭処理水の水質（有機物濃度、カビ臭濃度、臭素酸イオン濃度それぞれの推定値）と、オゾン処理水またはオゾン活性炭処理水の所定の水質目標値（有機物濃度、カビ臭濃度、臭素酸イオン濃度それぞれの目標値）とを用いて、入力データそれぞれに対して、後述する方法に基づいて水質偏差を算出する。オゾン処理水またはオゾン活性炭処理水の水質目標値は、例えば、水質基準より水質が悪化していない数値で実験やシミュレーションなどにより決められる数値である。

続いて、算出した水質偏差をオゾン処理水またはオゾン活性炭処理水の水質が悪化することにより発生する損失を表す数値に換算するための第１の係数と、設定値を評価関数で用いる数値に変換するための第２の係数と、を用いて評価値を求める評価関数に、水質偏差と設定値を入力する。そして、入力データごとに評価関数により評価値を算出する。算出した評価値のなかから決められた条件に一致する評価値を抽出し、抽出した決められた条件に一致する評価値に対応する入力データの設定値が示すオゾンの注入量または注入率または溶存オゾン濃度、および過酸化水素、硫酸の注入量または注入率を取得する。図３の表３０４、図４の表４０４を参照。例えば、決められた条件は評価値が最小値であれば、最小の評価値に対応する入力データ（パターンＮｏ．）のオゾンの注入量または注入率または溶存オゾン濃度、および過酸化水素、硫酸の注入量または注入率を取得する。

続いて、取得したオゾンの注入量または注入率または溶存オゾン濃度、および過酸化水素、硫酸の注入量あるいは注入率に応じて、オゾン発生器１７からオゾン接触槽９へ注入するオゾンの注入量または注入率または溶存オゾン濃度と、薬品注入装置１６からオゾン接触槽９へ注入する過酸化水素、硫酸の注入量または注入率を、制御部２０３が制御する。

水質偏差と評価値の求め方について説明する。
式１に示す条件である場合には、水質偏差を０とする。
オゾン処理水またはオゾン活性炭処理水の推定値
＜オゾン処理水またはオゾン活性炭処理水の水質目標値（式１）
水質偏差＝０

式２に示す条件である場合には、水質偏差はオゾン処理水またはオゾン活性炭処理水の推定値とオゾン処理水またはオゾン活性炭処理水の水質目標値との差を２乗したものとする。
オゾン処理水またはオゾン活性炭処理水の水質目標値
＜オゾン処理水またはオゾン活性炭処理水の推定値
＜オゾン処理水またはオゾン活性炭処理水の上限値（水質基準）
水質偏差＝（オゾン処理水またはオゾン活性炭処理水の推定値
−オゾン処理水またはオゾン活性炭処理水の水質目標値）＾２）（式２）

式３に示す条件である場合には、オゾン処理水またはオゾン活性炭処理水の推定値とオゾン処理水またはオゾン活性炭処理水の水質目標値との差を２乗した値にペナルティ値を加算した値を、水質偏差とする。ペナルティ値は、評価関数が、通常取りえる値よりも大きな数字になるように設定する。

オゾン処理水またはオゾン活性炭処理水の推定値
＞オゾン処理水またはオゾン活性炭処理水の上限値（水質基準）
水質偏差＝（（オゾン処理水またはオゾン活性炭処理水の推定値
−オゾン処理水またはオゾン活性炭処理水の水質目標値）＾２）
＋ペナルティ値（式３）
なお、上記「＾２」は２乗を示す。
上述のように、有機物濃度、カビ臭濃度、臭素酸イオン濃度ごとに、有機物濃度の水質偏差Ｈ１、カビ臭濃度の水質偏差Ｈ２、臭素酸イオン濃度の水質偏差Ｈ３を求める。

続いて、算出した水質偏差Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３と、オゾン処理水またはオゾン活性炭処理水の水質が悪化することにより発生する損失を表す数値に換算する、水質偏差Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３それぞれに対応する係数ｂ１、ｂ２、ｂ３（第１の係数）と、を用いて入力データそれぞれに対して評価値それぞれを、評価関数式４を用いて算出する。また、係数ｂ１はオゾン処理水またはオゾン活性炭処理水の有機物濃度が上昇することにより発生する損失を表す数値に換算する係数で、係数ｂ２はオゾン処理水またはオゾン活性炭処理水のカビ臭濃度が上昇することにより発生する損失を表す数値に換算する係数で、係数ｂ３はオゾン処理水またはオゾン活性炭処理水の臭素酸イオン濃度が上昇することにより発生する損失を表す数値に換算する係数である。

評価値Ｆ＝ 薬品費Ｃ
＋有機物濃度の係数ｂ１×有機物濃度の水質偏差Ｈ１
＋カビ臭濃度の係数ｂ２×カビ臭濃度の水質偏差Ｈ２
＋臭素酸イオン濃度の係数ｂ３×臭素酸イオン濃度の水質偏差Ｈ３（式４）
図３の表３０３には、２４パターンの入力データごとに評価した評価値（Ｆ１〜Ｆ２４）が示されている。例えば、評価値Ｆ１であれば入力データＮｏ．１を用いて導かれた評価値である。

薬品費Ｃはオゾンと薬品の単価と、オゾンの注入量または注入率または溶存オゾン濃度と薬品の注入量または注入率とを用いて式５により求める。式５を参照。
薬品費Ｃ＝ オゾンの係数ａ１×オゾンの注入量または注入率または溶存オゾン濃度
＋過酸化水素の係数ａ２×過酸化水素の注入量または注入率
＋硫酸の係数ａ３×硫酸の注入量または注入率（式５）

係数ａ１、ａ２、ａ３（第２の係数）は、評価における薬品のバランスを取るためのものである。また、係数ａ１はオゾン生成に必要な電力単価を使用しても良いし、オゾンの注入量あるいは注入率による電力料金を考慮した係数および経験から決定する重みを使用してもよい。係数ａ２は過酸化水素の購入単価を使用しても良いし、過酸化水素の注入量あるいは注入率による薬品費を考慮した係数および経験から決定する重みを使用してもよい。係数ａ３は硫酸の購入単価を使用してもよいし、硫酸の注入量あるいは注入率による薬品費を考慮した係数および経験から決定する重みを使用してもよい。

なお、図３の表３０３の評価値Ｆ１〜Ｆ２４は２４パターンの入力データごとに式４、式５を用いて求めた評価値である。なお、図４の表４０１に示した８パターンの入力データを用いて評価値Ｆ１〜Ｆ８（図４の表４０３）を用いることで評価値の演算時間を短縮することができる。

実施形態１によれば、水処理施設２のような水の滞留時間が長い場合に、推定部２０２と制御部２０３で説明したフィードフォワード制御をすることで、オゾン接触槽９に注入するオゾンの注入量または注入率または溶存オゾン濃度と薬品の注入量または注入率を最適な値に制御しつつ、カビ臭物質を分解し、人体に影響する酸化副生成物質を抑制できる。また、オゾンの注入量または注入率または溶存オゾン濃度と薬品（過酸化水素、硫酸）の注入率量または注入率とを同時に制御することによって、オゾンの酸化能力を最大に発揮させる条件を保ちつつ、オゾンの使用量を抑えながら、水質の目標値に達した処理水を得ることを確保できる。

さらに、従来のようにイオンクロマト分析結果を用いないためイニシャルコストやランニングコストが高額にならない。また、メンテナンスや装置操作が煩雑にならない。

実施形態１の動作について説明をする。図６は、制御装置の動作の一実施例を示すフロー図である。ステップＳ６０１では、制御装置１が記憶部２０１に記憶されている第１の計測器と第２の計測器の計測した計測値を取得する。例えば、濁度計、温度計、ｐＨ計、有機物濃度を計測する計測器などが計測した原水の濁度、温度、ｐＨおよびオゾン被処理水の有機物濃度、カビ臭濃度などを遅れ時間分を遡って取得する。

ステップＳ６０２では、記憶部２０１に記憶されているオゾンと薬品の設定値とステップＳ６０１で取得した計測値とを用いて、制御装置１が入力データを生成する。図３の表３０１、図４の表４０１を参照。

ステップＳ６０３では、水質値（有機物濃度、カビ臭濃度、臭素酸イオン濃度）ごとに用意された制御装置１の予測モデルに入力データを入力する。例えば、神経回路網の入力層に入力データを設定する。

ステップＳ６０４では制御装置１が推定処理を行い、水質値（有機物濃度、カビ臭濃度、臭素酸イオン濃度）ごとに推定値を算出する。例えば、図３の表３０２の推定値ｚ１〜ｚ２４、図４の表４０２の推定値ｚ１〜ｚ８を参照。また、神経回路網を用いた場合であれば中間層で処理を実行して、出力層に処理結果である推定値を記憶する。

ステップＳ６０５では制御装置１がオゾンと薬品の費用を算出する。式５を参照。ステップＳ６０６では、推定値と計測した水質値（有機物濃度、カビ臭濃度、臭素酸イオン濃度）ごとに事前に決められた水質目標値と、を用いて、入力データ各々に対して制御装置１が水質偏差それぞれを算出する。式１、式２、式３の条件と、式１、式２、式３の条件ごとの水質偏差の算出式を参照。

ステップＳ６０７では、算出した水質偏差と水質偏差ごとに決められる水質が良好であるかを判定するための係数とを用いて、入力データ各々に対して評価値を制御装置１が算出する。式４を参照。また、図３の表３０３の評価値Ｆ１〜Ｆ２４、図４の表４０３の評価値Ｆ１〜Ｆ８を参照。

ここで、ステップＳ６０３〜Ｓ６０７の処理は、入力データそれぞれに対して並列に処理をして評価値を算出してもよい。または、入力データそれぞれを順次処理をして評価値を算出してもよい。

ステップＳ６０８では、制御装置１がステップＳ６０７で算出した評価値のなかから決められた条件に一致する評価値を抽出し、抽出した決められた条件に一致する評価値に対応する入力データを抽出する。図３の表３０４、図４の表４０４のＦを参照。例えば、決められた条件例えば、決められた条件は評価値が最小値であれば、最小の評価値に対応する入力データ（パターンＮｏ．）のオゾンの注入量または注入率または溶存オゾン濃度、および過酸化水素、硫酸の注入量または注入率を取得する。

ステップＳ６０９では、制御装置１が抽出した入力データのオゾンの注入量または注入率または溶存オゾン濃度と過酸化水素、硫酸の注入量または注入率を抽出する。その後、抽出したオゾンの注入量または注入率または溶存オゾン濃度、および過酸化水素、硫酸の注入量または注入率に従い、制御装置１がオゾン発生器１７と薬品注入装置１６を制御してオゾン接触槽９にオゾン、過酸化水素、硫酸を注入させる。

なお、実施形態１ではオゾン、過酸化水素、硫酸をすべて用いてもよいが、オゾンと過酸化水素あるいはオゾンと硫酸を用いるだけでもよい。このように、水処理施設２のように水の滞留時間が長い場合に、実施形態１で説明したフィードフォワード制御をすることで、オゾン接触槽９に注入するオゾンの注入量または注入率または溶存オゾン濃度と薬品の注入量または注入率を最適な値に制御しつつ、カビ臭物質を分解し、酸化副生成物質を抑制することができる。また、オゾンの注入量または注入率または溶存オゾン濃度と薬品（過酸化水素、硫酸）の注入率量または注入率とを同時に制御することによって、オゾンの酸化能力を最大に発揮させる条件を保ちつつ、オゾンの使用量を抑えながら、水質の目標値に達した処理水を得ることを確保できる。

さらに、従来のようにイオンクロマト分析結果を用いないためイニシャルコストやランニングコストが高額にならない。また、メンテナンスや装置操作が煩雑にならない。

なお、コストのバランスが悪い場合、評価値は大きくなり、各コスト全体のバランスが取れると評価値が小さくなるため、評価値が最小になる場合のオゾンの注入量または注入率または溶存オゾン濃度および薬品の注入量または注入率を最適に決定することが望ましい。

実施形態２について説明をする。
実施形態２は、予測モデルで推定した水質値（推定値）と、第２の計測器（計測器１３、１４、１５）で計測した計測値と、の偏差が、決められる閾値より大きい場合に、フィードバック制御をすることで、制御の安定性を高める。

本例では、有機物濃度、カビ臭濃度、臭素酸イオン濃度を用いた、オゾンの注入量または注入率または溶存オゾン濃度、および過酸化水素、硫酸の注入量または注入率のフィードバック制御について説明する。図７は、実施形態２の制御装置１の一実施例を示す図である。制御装置１（水処理制御装置）は、記憶部２０１、推定部２０２、制御部７０１、を有している。

制御部７０１は、オゾン処理水またはオゾン活性炭処理水の水質を計測する第２の計測器が計測した計測値と推定部２０２で推定した水質値（推定値）との偏差を算出し、算出した偏差に応じて、オゾン接触槽９へのオゾンの注入量または注入率または溶存オゾン濃度と薬品の注入量または注入率を決定する。また、制御部７０１は後述するフィードバック制御をする。

実施形態２の制御装置の動作について説明する。
図８は、実施形態２の制御装置の動作の一実施例を示すフロー図である。ステップＳ８０１では、制御装置１が記憶部２０１に記憶されている第１の計測器と第２の計測器が計測した計測値を取得する。例えば、濁度計、温度計、ｐＨ計、有機物濃度を計測する計測器などの第１計測器が計測した原水の濁度、温度、ｐＨおよびオゾン被処理水の有機物濃度などと、第２の計測器が計測したオゾン処理水またはオゾン活性炭処理水の計測値（有機物濃度、カビ臭濃度、臭素酸イオン濃度などの計測値）を取得する。図８に示すステップＳ６０２〜Ｓ６０４で行う処理は、実施形態１と同じであるので説明を省略する。

ステップＳ８０２では制御装置１が推定値と計測値の偏差を算出する。すなわち、推定したオゾン処理水またはオゾン活性炭処理水の有機物濃度と実測したオゾン処理水またはオゾン活性炭処理水の有機物濃度との偏差を求める。また、推定したオゾン処理水またはオゾン活性炭処理水のカビ臭濃度と実測したオゾン処理水またはオゾン活性炭処理水のカビ臭濃度との偏差を求める。また、推定したオゾン処理水またはオゾン活性炭処理水の臭素酸イオン濃度と実測したオゾン処理水またはオゾン活性炭処理水の臭素酸イオン濃度との偏差を求める。

ステップＳ８０３では制御装置１がステップＳ８０２で算出した偏差が決められた閾値より大きいか否かを判定し、閾値より大きい場合（Ｙｅｓ）にはステップＳ８０４に移行し、閾値以下の場合（Ｎｏ）にはステップＳ６０５に移行する。大きいか否かの判定は、有機物濃度の偏差、カビ臭濃度の偏差、臭素酸イオン濃度の偏差と、有機物濃度、カビ臭濃度、臭素酸イオン濃度それぞれで決められた有機物濃度の閾値、カビ臭濃度の閾値、臭素酸イオン濃度の閾値と、を用いて、判定をする。閾値それぞれは、実験またはシミュレーションにより決めることが考えられる。

また、判定方法は、有機物濃度の偏差、カビ臭濃度の偏差、臭素酸イオン濃度の偏差のうちの何れか１つが、対応する閾値より大きい場合に水質が悪化したと判定することが考えられる。または、有機物濃度の偏差、カビ臭濃度の偏差、臭素酸イオン濃度の偏差のうち少なくとも２つが、対応する閾値より大きい場合に水質が悪化したと判定することが考えられる。または、有機物濃度の偏差、カビ臭濃度の偏差、臭素酸イオン濃度の偏差すべてが、対応する３つ閾値より大きい場合に水質が悪化したと判定することも考えられる。

図８に示すステップＳ６０５〜Ｓ６０９で行う処理は、実施形態１と同じであるので説明を省略する。

ステップＳ８０４では、有機物濃度の偏差、カビ臭濃度の偏差、臭素酸イオン濃度の偏差を用いて、制御装置１が注入情報を参照し、オゾンの注入量または注入率または溶存オゾン濃度、および過酸化水素、硫酸の注入量または注入率を選択する。その後、選択したオゾンの注入量または注入率または溶存オゾン濃度、および過酸化水素、硫酸の注入量または注入率に従い、制御装置１がオゾン発生器１７と薬品注入装置１６を制御してオゾン接触槽９にオゾン、過酸化水素、硫酸を注入させる。

注入情報は、例えば、有機物濃度の偏差、カビ臭濃度の偏差、臭素酸イオン濃度の偏差のうちの１つ以上を選択することにより、オゾンの注入量または注入率または溶存オゾン濃度、および過酸化水素、硫酸それぞれの注入量または注入率を選択できる構造の情報で、記憶部に記憶されている。なお、有機物濃度の偏差、カビ臭濃度の偏差、臭素酸イオン濃度の偏差を用いて計算によりオゾンの注入量または注入率または溶存オゾン濃度、および過酸化水素、硫酸それぞれの注入量または注入率を求めてもよい。

実施形態２によれば、予測モデルで推定した水質値（推定値）と、第２の計測器（計測器１３、１４、１５）で計測した計測値と、の偏差が、決められる閾値より大きい場合に、フィードバック制御を利用することで、制御の安定性を高めることができる。

実施形態３について説明をする。
実施形態３では、予測モデルで推定した水質値（推定値）と、第２の計測器（計測器１３、１４、１５）で計測した計測値と、の偏差が、決められる閾値より大きい場合に、実施形態１のフィードフォワード制御に実施形態３で用いるフィードバック制御を組み合わせることで、制御の安定性を高める。

実施形態３のフィードバック制御では図９のフロー図に示すように、制御部７０１が評価値における目標値を補正する。ただし、フィードバック制御は後述する水質目標値を補正するフィードバック制御を行う。

オゾン処理水またはオゾン活性炭処理水の有機物濃度、カビ臭濃度、臭素酸イオン濃度それぞれの推定値と、有機物濃度、カビ臭濃度、臭素酸イオン濃度それぞれの水質目標値と、の偏差が、閾値以上であるか否かを判定する。有機物濃度、カビ臭濃度、臭素酸イオン濃度の偏差の何れかが閾値以上である場合、閾値以上と判定された有機物濃度、カビ臭濃度、臭素酸イオン濃度の水質目標値を小さくするように、制御装置１がオゾン処理水またはオゾン活性炭処理水の有機物濃度、カビ臭濃度、臭素酸イオン濃度それぞれの偏差の所定割合に応じて水質目標値を補正する。所定割合は、例えば０〜１．０の間の値が考えられる。

有機物濃度、カビ臭濃度、臭素酸イオン濃度それぞれの水質目標値の補正値それぞれは、例えば式６を用いて計算することが考えられる。
水質目標値の補正値＝水質目標値−（水質計測値−水質推定値）×水質所定割合（式６）
水質目標値：有機物濃度目標値、カビ臭濃度目標値、臭素酸イオン濃度目標値
水質計測値：有機物濃度計測値、カビ臭濃度計測値、臭素酸イオン濃度計測値
水質推定値：有機物濃度推定値、カビ臭濃度推定値、臭素酸イオン濃度推定値
水質所定割合：有機物濃度所定割合、カビ臭濃度所定割合、臭素酸イオン濃度所定割合
水質目標値それぞれを補正することで注入量または注入率などが変更となり、水質基準を守り（当初の水質目標値に近づける）運転が可能となる。

実施形態３の制御装置の動作について説明する。
図９は、実施形態３の制御装置の動作の一実施例を示すフロー図である。図９のステップＳ８０１、ステップＳ６０２〜Ｓ６０４、ステップＳ８０２で行う処理は、実施形態１または実施形態２で説明した処理と同じであるので説明を省略する。

ステップＳ９０１では制御装置１（水処理制御装置）がステップＳ８０２で算出した偏差が決められた閾値より大きいか否かを判定し、閾値より大きい場合（Ｙｅｓ）にはステップＳ９０２に移行し、閾値以下の場合（Ｎｏ）にはステップＳ６０５に移行する。大きいか否かの判定は、有機物濃度の偏差、カビ臭濃度の偏差、臭素酸イオン濃度の偏差を用いて、有機物濃度、カビ臭濃度、臭素酸イオン濃度それぞれで決められた有機物濃度の閾値、カビ臭濃度の閾値、臭素酸イオン濃度の閾値を用いて、判定をする。閾値それぞれは、実験またはシミュレーションにより決めることが考えられる。

また、判定方法は、有機物濃度の偏差、カビ臭濃度の偏差、臭素酸イオン濃度の偏差のうちの何れか１つが、対応する閾値より大きい場合に水質が悪化したと判定することが考えられる。または、有機物濃度の偏差、カビ臭濃度の偏差、臭素酸イオン濃度の偏差のうち少なくとも２つが、対応する閾値より大きい場合に水質が悪化したと判定することが考えられる。または、有機物濃度の偏差、カビ臭濃度の偏差、臭素酸イオン濃度の偏差すべてが、対応する３つ閾値より大きい場合に水質が悪化したと判定することも考えられる。

図９に示すステップＳ６０５〜Ｓ６０９で行う処理は、実施形態１と同じであるので説明を省略する。

ステップＳ９０２では、有機物濃度の偏差、カビ臭濃度の偏差、臭素酸イオン濃度の偏差を用いて、制御装置１が式６により有機物濃度、カビ臭濃度、臭素酸イオン濃度それぞれの目標値を補正する。

実施形態３によれば、予測モデルで推定した水質値（推定値）と、第２の計測器（計測器１３、１４、１５）で実際に計測した計測値と、の偏差が、決められる閾値より大きい場合に、フィードバック制御を利用した制御をすることで、制御の安定性を高めることができる。

また、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。

１ 制御装置、
２ 水処理施設、
３ 貯水施設、
４ 着水井、
５ 薬品混和池、
６ フロック形成池、
７ 沈殿池、
８ ろ過池、
９ オゾン接触槽、
１０ 活性炭吸着槽、
１１、１２、１３、１４、１５ 計測器、
１６ 薬品注入装置、
１７ オゾン発生器、
２０１ 記憶部、
２０２ 推定部、
２０３、７０１ 制御部、

Claims (7)

1. オゾン処理と活性炭処理を含む水処理制御方法であって、
   前記オゾン処理をするためオゾン接触槽の上流側に設けられた第１の計測器により計測された被処理水の水質値を取得し、
   取得した前記被処理水の水質値と、予め決定した前記オゾン接触槽で使用するオゾンの注入量または注入率または溶存オゾン濃度と、酸化副生成物質を抑制または酸化反応を促進させる薬品の注入量または注入率と、を示す複数の設定値と、を組み合わせて複数の入力データを生成し、
   生成した前記複数の入力データに基づいて、前記オゾン接触槽で処理されたオゾン処理水または前記オゾン接触槽の下流側に設置された活性炭吸着槽で処理されたオゾン活性炭処理水の水質を推定し、前記複数の入力データごとに対応する水質推定値を取得し、
   取得した前記水質推定値と、所定のオゾン処理水または活性炭処理水の水質目標値とに基づいて、前記複数の入力データごとに対応する水質偏差を算出し、
   算出した前記水質偏差と前記オゾンと前記薬品の費用に基づいて、前記入力データごとの評価値を算出し、
   算出した前記評価値のなかから最小値の評価値を抽出し、
   抽出した前記評価値に対応する前記入力データにおける前記オゾンの注入量または注入率または溶存オゾン濃度、および前記薬品の注入量または注入率の設定値を取得し、
   取得した前記設定値を用いて、前記オゾンの注入量又は注入率と、前記酸化副生成物質を抑制又は酸化反応を促進させる前記薬品の注入量又は注入率を制御する
   ことを特徴とする水処理制御方法。
2. 前記水質偏差と、前記水質偏差に対して定められた処理水の水質の悪化により生じた損失をコストに換算する第１の係数を用いて、前記水質偏差をコストに換算し、
   前記設定値と、前記設定値を前記オゾンと前記薬品の費用に換算する第２の係数を用いて、前記複数の入力データごとに対応する前記オゾンと前記薬品の費用を算出し、
   換算した前記コストと、算出した前記オゾンと前記薬品の費用に基づいて、前記複数の入力データごとの評価値を算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の水処理制御方法。
3. 前記オゾン接触槽の後段に設けられた第２の計測器により計測された前記オゾン処理水または前記オゾン活性炭処理水の水質計測値と、前記オゾン処理水または前記オゾン活性炭処理水の水質推定値との偏差を算出し、
   算出した前記偏差が閾値以上である場合、前記オゾン接触槽への前記オゾンの注入量または注入率または溶存オゾン濃度の補正と、前記薬品の注入量あるいは注入率の補正とを行う
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の水処理制御方法。
4. 前記オゾン接触槽の後段に設けられた第２の計測器により計測された前記オゾン処理水または前記オゾン活性炭処理水の水質計測値と、前記オゾン処理水またはオゾン活性炭処理水の水質推定値との偏差を算出し、
   算出した前記偏差が閾値以上である場合に、前記オゾン処理水またはオゾン活性炭処理水の前記水質目標値を小さくするように、前記偏差に対応する所定割合に応じて前記水質目標値を補正する
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の水処理制御方法。
5. 前記薬品として過酸化水素を用い、
   前記設定値の前記オゾンの注入量または注入率または溶存オゾン濃度と前記過酸化水素の注入量または注入率は、前記オゾンと前記過酸化水素のモル比に基づいて決められる値を用いる
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の水処理制御方法。
6. 前記第１の計測器は、少なくとも前記被処理水の濁度及び／またはオゾン被処理水の有機物濃度を計測する
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の水処理制御装置方法。
7. 前記第２の計測器は、前記オゾン処理水または前記オゾン活性炭処理水の有機物濃度、カビ臭濃度、臭素酸イオン濃度のいずれか１つあるいは２つ以上を組合せて計測する
   ことを特徴とする請求項３または４に記載の水処理制御方法。