JP6633342B2 - 凝集剤注入支援装置及び制御方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、凝集剤注入支援装置及び制御方法に関する。

一般に、浄水場などで行われている水処理プロセスは、凝集沈殿工程と排水処理工程とを含み、各工程の概要は次のとおりである。凝集沈殿工程では、浄化処理の対象となる水（以下、「被処理水」という。）に含まれる懸濁物質などの不要物を除去するための固液分離処理が行われる。固液分離処理では、まず、被処理水に凝集剤を注入することにより不要物をフロックに凝集させる。フロック化した凝集物は沈殿処理によって被処理水から分離され、除去される。また、沈殿処理が行われた後、さらに砂ろ過などのろ過処理が行われる場合もある。沈殿処理やろ過処理によって被処理水から分離された凝集物を含む汚泥は排水処理工程に送られる。

排水処理工程では、凝集沈殿工程において分離された汚泥の濃縮分離処理が行われる。濃縮分離処理は、凝集沈殿工程から送られてくる大量の水を含む汚泥を、より水分量の少ない状態にする処理である。濃縮分離処理によって汚泥から分離された水は、返送水として凝集剤が注入される前の被処理水に加えられ、再度凝集沈殿工程に送られる。そのため、凝集剤が注入される前の被処理水の水質は、水処理プロセスに送られてくる原水そのものの水質の変動の影響に加え、返送水の流入による変動の影響を受けて変動する。従って、凝集剤の注入量は原水や返送水の影響を受けて変動する被処理水の水質の変化に応じて適切に調節されるべきである。

一般に、凝集剤の注入量は、採水された原水に対してビーカー規模の凝集試験（以下、「ビーカー試験」という。）を行い、その試験結果を目安に決定される場合が多い。凝集剤の注入量を適切に保つには、ビーカー試験の頻度を高める必要があるが、作業の負荷を考えると現実的でない。そのため、凝集剤は、注入不足に陥らない程度で過剰に注入されている場合が多い。しかしながら、凝集剤の注入量が多くなると汚泥の発生量も増加するため、排水処理の負荷も高まってしまう。また、ろ過処理の負荷も高まるため、ろ過設備の洗浄処理（逆圧洗浄など）を行う頻度も高くなってしまう。従って、凝集剤の注入量は、過注入とならないよう適切な量に制御されるのが望ましい。

このような問題に対して、例えば、凝集沈殿により分離除去された汚泥を返送することによって、凝集効果の向上を図る方法が提案されている。このような方法は、凝集効果の向上が期待できる一方で、被処理水の水質悪化を招き、トータルとして処理負荷を高めてしまう可能性がある。特に浄水場では、水処理プロセスにおける水質悪化は致命的である。これは排水処理工程から凝集沈殿工程に戻される返送水についても同様のことが言え、返送水による被処理水の水質悪化は避けなければならない。事実、返送水による水質悪化に起因して異臭味の発生やマンガン濃度の上昇などの問題が生じており、対策が求められている事業体も存在する。

特開２００３−３４０２０８号公報 特開２００９−２２６２８５号公報 特開２０１２−４５４９４号公報

本発明が解決しようとする課題は、凝集剤の注入量を返送水の流入に応じてより適切に制御することができる凝集剤注入支援装置及び制御方法を提供することである。

実施形態の凝集剤注入支援装置は、排水処理工程において汚泥から分離された水を返送水として凝集沈殿工程に返送する水処理プロセスにおいて、前記凝集沈殿工程における凝集剤の注入量を制御する装置であって、取得部と、制御部と、を持つ。取得部は、前記凝集沈殿工程における被処理水の水質に関する水質情報を取得する。制御部は、前記取得部によって取得された前記水質情報に基づいて前記凝集剤の注入量を制御する。

第１の実施形態の凝集剤注入支援装置を備える水処理プロセスの具体例を示す図。 第１の実施形態における注入制御システム２００の機能構成を示す機能ブロック図。 凝集剤の注入率と被処理水の濁度との関係の一例を示す図。 凝集剤の注入率とＳＣ値との関係の一例を示す図。 水処理プロセス１を注入率一定制御で運転している場合における、注入前被処理水の濁度と、注入後被処理水のＳＣ値及び導電率の変化の一例を示す図。 水処理プロセス１を注入率一定制御で運転している場合における、注入後被処理水のｐＨ及びＳＣ値の関係の一例を示す図。 導電率とＳＣ値との関係の一例を示す図。 第１の実施形態の注入支援装置２２０による水処理プロセス１のフィードバック制御の結果の一例を示す図。

以下、実施形態の凝集剤注入支援装置及び制御方法を、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
［概略］
水処理プロセスでは、被処理水が排水処理工程から凝集沈殿工程に戻される場合がある。そして、排水処理工程から凝集沈殿工程に戻される被処理水（以下、「返送水」という。）には、凝集剤の残留成分が含まれている場合がある。そのため、返送水に含まれる凝集剤を有効利用することができれば、凝集剤の注入量を削減できると考えられる。

具体的には、被処理水中の濁質は、通常は表面電荷が負に帯電しており、互いに反発しあい、沈降しづらい状態にある。凝集剤を注入することで、表面電荷がゼロ付近に近づき粒子同士の反発作用が弱まる。凝集剤の架橋作用も加わりフロックを形成しやすくなり、フロック化した粒子は沈殿分離される。このように凝集剤を注入する目的は、濁質の表面電荷を中和させることである。そのため、被処理水中の濁質の表面電荷の状態に応じて凝集剤の注入量を変化させるように制御することで、返送水中に含まれる凝集剤の残留成分が考慮された適切な凝集剤の注入を実現できると考えられる。

例えば、被処理水中の浮遊粒子の表面電荷は、混和水（具体的には、凝集剤が注入され混和池にて急速撹拌した直後の被処理水）の流動電流値（ＳＣ値：Streaming Current）を計測することによって把握することができる。

ＳＣ値は、浮遊粒子表面の荷電状態を示す「ゼータ電位」に相関のある指標である。水中の浮遊粒子と水との界面には電気二重層が形成される。この状態で水を流動させることで水側に配分された電荷が水とともに流れ、流動帯電が生じる。この流動帯電によって水中に生じる電流は流動電流（ＳＣ：Streaming Current）と呼ばれる。ＳＣ値は凝集状態に応じて変化する一方、ｐＨ、導電率、水温の影響を受けて変化する。そのため、濁質表面の荷電状態の判断にＳＣ値を用いる場合、これらの影響を除去するための補正が必要となる。

［詳細］
図１は、第１の実施形態の凝集剤注入支援装置を備える水処理プロセスの具体例を示す図である。なお、ここで説明する水処理プロセス１は、凝集剤を用いた固液分離処理を行うどのような設備に適用されてもよい。例えば水処理プロセス１は、浄水場や製紙工場などの設備に適用可能である。図１は、水処理プロセス１が浄水場に適用された例を示している。

水処理プロセス１は、取水井１０と、着水井２０と、混和池３０と、フロック形成池４０と、沈殿池５０と、排水処理工程６０と、砂ろ過棟７０と、配水池８０と、調整部９０と、凝集剤１００と、注入制御システム２００と、ｐＨ計３００と、導電率計４００と、を備える。取水井１０は、原水を一時的に貯留する。ここでいう原水とは、浄化処理が行われる前の水であり、例えば、ダムや河川から引き入れられた水や地下水などのことをいう。着水井２０には、取水井１０から原水が送水されるとともに、排水処理工程６０から返送水が送水される。以下では、着水井２０において原水及び返送水が混合された水を被処理水と記載する。着水井２０では、重力沈降によって容易に分離可能な植物や土砂などの不要物が被処理水から分離される。

混和池３０（急速撹拌池）には、着水井２０の上澄みの被処理水が送水される。混和池３０では、調整部９０によって凝集剤１００が被処理水に注入される。なお、混和池３０における凝集剤の注入は、運転員が手動で行ってもよい。混和池３０には、混合装置３１が取り付けられている。混合装置３１は、着水井２０から送水された水と、凝集剤１００とを混合する。混合装置３１は、例えば、急速攪拌装置（フラッシュ・ミキサ）やモータ等の駆動部を有する攪拌装置や、駆動部を有しない攪拌装置（スタティック・ミキサ）である。混和池３０では、凝集剤１００によって懸濁物質（Suspended Solids）の荷電状態が中和される。荷電状態が中和されることにより、懸濁物質は凝集する。懸濁物質は、例えば、コロイド成分である。混和池３０では、混合装置３１による攪拌によって、水中に微小なフロック（以下、「微フロック」という。）が形成される。

フロック形成池４０には、微フロックを含む水が、混和池３０から送水される。フロック形成池４０は、水に含まれる微フロック同士を衝突させて、フロックを成長させる。

沈殿池５０は、水中で成長したフロックを沈降させる。沈降したフロックは沈殿池の底部に泥となって溜まり、定期的に引抜かれ、排水処理工程６０に送られる。

排水処理工程６０では、他の工程から送られてくる汚泥などを濃縮し、汚泥と水に分離する。汚泥から分離された水のうち、上澄水は着水井２０へ返送される。返送は連続的にではなく、間欠的に行われる場合が多い。なお、排水処理工程６０には、沈殿池５０から引き抜かれた汚泥に限らず、水処理プロセス１に含まれる他の様々な工程で発生した汚泥や排水が送られてくる。

砂ろ過棟７０には、沈殿池５０の上澄水が送水される。砂ろ過棟７０は、沈殿池５０から送水された水をろ過する。ろ材である砂はろ過継続時間が経過するにつれ目詰まりし、差圧が上昇する。従って、定期的に逆圧洗浄がなされ、その洗浄排水は排水処理工程６０に送られる。

配水池８０には、ろ過された水が、砂ろ過棟７０から送水される。配水池８０では、塩素が水に注入される。塩素によって消毒された水は、配水池８０から住宅などに配水される。

調整部９０は、凝集剤１００の注入量を調整可能な機構であれば、どのような機構を有していてもよい。調整部９０は、例えば、ポンプ（以下、「薬剤注入ポンプ」という。）である。調整部９０は、情報処理装置等を備える注入制御システム２００によって決定された注入量の凝集剤１００を、混和池３０に注入する。なお、調整部９０は、注入制御システム２００によって決定された注入率で凝集剤１００を、混和池３０に注入してもよい。凝集剤１００の注入率は、凝集剤１００が注入される箇所の総水量（時間あたりの流量）に対する、凝集剤１００の注入量の割合である。例えば、調整部９０は、インバータや電磁弁を用いて、凝集剤１００の注入量又は注入率を変更してもよい。

凝集剤１００は、正の電荷に帯電している薬剤である。また、水中の懸濁物質は、表面が負の電荷に帯電している。そのため、凝集剤１００は、被処理水に注入されることによって懸濁物質の荷電状態を中和させ、被処理水に含まれている懸濁物質等の粒子を凝集させる。凝集剤１００は、例えば、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ：Poly Aluminum Chloride）や硫酸バンド、塩化第二鉄、硫酸第一鉄、ポリシリカ鉄等の無機系凝集剤である。

凝集剤１００は、高分子凝集剤と併用されてもよい。高分子凝集剤は、例えば、カチオン性ポリマ、アニオン性ポリマ、両性ポリマなどである。また、凝集剤１００は、ｐＨ調整剤と併用されてもよい。ｐＨ調整剤は、凝集させるために適切であるｐＨ域に、水のｐＨ値を調整することができる。ｐＨ調整剤は、酸性の調整剤でもよいし、アルカリ性の調整剤でもよい。酸性の調整剤は、例えば、硫酸や塩酸などである。アルカリ性の調整剤は、例えば、苛性ソーダや水酸化カルシウムなどである。

注入制御システム２００は、調整部９０による凝集剤１００の注入量を制御するシステムである。注入制御システム２００は、被処理水の水質に関する水質情報に基づいて、凝集剤１００の注入量を制御する。水質情報は、被処理水の水質に関する諸量であり、例えば、流動電流値やｐＨ、導電率などの量を示す情報である。

ｐＨ計３００は、混和水のｐＨを測定する測定器である。ｐＨ計３００は、混和水のｐＨの測定値を示す情報を注入制御システム２００に送信する。

導電率計４００は、混和水のｐＨを測定する測定器である。導電率計４００は、混和水の導電率の測定値を示す情報を注入制御システム２００に送信する。

図２は、第１の実施形態における注入制御システム２００の機能構成を示す機能ブロック図である。注入制御システム２００は、流動電流計２１０と、注入支援装置２２０と、提示装置２３０とを備える。なお以下では、流動電流計２１０をＳＣ（Streaming Current：流動電流）計２１０と記載する。同様に以下では、流動電流値をＳＣ値と記載する。

混和池３０における被処理水のＳＣ値は、凝集剤１００の注入量に応じて増減する。ＳＣ計２１０は、被処理水中の懸濁物質の荷電状態を連続的に検出する流動電位計でもよい。また、ＳＣ計２１０は、被処理水中の懸濁物質の荷電状態を間欠的に検出するゼータ電位計でもよい。ＳＣ計２１０は、混和池３０における被処理水のＳＣ値を、連続的に測定する。測定間隔は１分程度が望ましいが、１０分以内であれば本実施形態における注入制御の性能に大きな影響を与えない。ＳＣ計２１０は、混和池３０における被処理水のＳＣ値を、注入支援装置２２０に出力する。

注入支援装置２２０は、バスで接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリや補助記憶装置などを備え、注入支援プログラムを実行する。注入支援装置２２０は、注入支援プログラムの実行によって取得部２２１、記憶部２２２及び制御部２２３を備える装置として機能する。なお、注入支援装置２２０の各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されてもよい。注入支援プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。注入支援プログラムは、電気通信回線を介して送信されてもよい。

取得部２２１は、混和池３０における被処理水のＳＣ値を、ＳＣ計２１０から取得する。取得部２２１は、ＳＣ計２１０が測定したＳＣ値を、制御部２２３に出力する。

記憶部２２２は、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）やフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）などの不揮発性の記憶媒体（非一時的な記録媒体）を有する。記憶部２２２は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）やレジスタなどの揮発性の記憶媒体を有していてもよい。記憶部２２２は、例えば、自装置を注入支援装置２２０として機能させるためのコンピュータプログラムを記憶してもよい。

制御部２２３は、混和池３０において被処理水に注入される凝集剤の量を制御する。具体的には、制御部２２３は、被処理水のＳＣ値が予め定められた目標値に近づくように、凝集剤１００の注入量を決定する。制御部２２３は、決定した注入量で凝集剤１００を注入するように調整部９０（薬剤注入ポンプ）を動作させる制御信号を生成する。制御部２２３は、生成した制御信号を調整部９０に送信することによって、被処理水に注入される凝集剤１００の量を制御する。

なお、注入支援装置２２０は、単体の装置で構成されてもよいし、複数の装置で構成されてもよい。注入支援装置２２０は、複数の装置で構成される場合、クラウドコンピューティング技術によって動作してもよい。注入支援装置２２０は、クラウドコンピューティング技術によって、キーバリューストア形式の各種データに演算を施してもよい。

また、注入支援装置２２０では、ウェブブラウザが動作してもよい。また、注入支援装置２２０の運用や監視、障害対応などを実施する主体は一の主体であってもよいし、複数の主体であってもよい。例えば、水処理プロセス１を運用する主体とは別の主体（例えば、ASP：Application Service Provider）が代行して、注入支援装置２２０の運用や監視、障害対応などを実施してもよい。また、注入支援装置２２０の運用や監視、障害対応の一部又は全部が複数の主体によって実施されてもよい。

提示装置２３０は、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）ディスプレイや液晶ディスプレイ、有機ＥＬ（Electro-Luminescence）ディスプレイ等の表示装置を用いて構成される。又は、提示装置２３０は、これらの表示装置を自装置に接続するインターフェースとして構成されてもよい。提示装置２３０は、注入支援装置２２０によって生成された注入支援情報を表示する。注入支援情報は、凝集剤１００の注入を支援する種々の情報であり、例えば、凝集剤１００の注入量の目標値や、凝集剤１００が過剰であるか又は不足しているかの判定結果などを示す情報である。注入支援情報は、グラフの態様で表示されてもよいし、他の態様で表示されてもよい。提示装置２３０は、注入支援情報の表示を、制御部２２３による制御に応じて行ってもよい。

また、提示装置２３０は、スピーカ（提示部）を備える音声処理装置であってもよい。提示装置２３０は、注入支援情報を音声によって運転員に提示してもよい。また、提示装置２３０は、キーボードやタッチパネル等の操作デバイスを備えてもよい。操作デバイスは、運転員による操作に応じて、運転員が指定した値を制御部２２３に出力してもよい。制御部２２３に出力される値は、例えば、凝集剤１００の注入量の目標値を表す値である。制御部２２３に出力される値は、例えば、ＳＣ値の目標値でもよい。制御部２２３は、操作デバイスから制御部２２３に出力された値に基づいて、凝集剤１００の注入量や注入率を制御してもよい。

図３は、凝集剤の注入率と被処理水の濁度との関係の一例を示す図である。図３では、横軸が凝集剤の注入率を表し、縦軸が被処理水の濁度を表す。図３の例の場合、被処理水の濁度は、注入率の増加に応じて２０［ｍｇ／Ｌ］付近の注入率を境に減少から増加に転じている。つまり、図３の例のような状況においては、２０ｍｇ／Ｌ付近が注入率の適正値であると考えられる。このように、凝集剤１００の注入率は、多過ぎてもよくないし、少な過ぎてもよくない。

凝集剤注入率の増加に応じて、被処理水の濁度が減少から増加に転じる傾向は、被処理水の種類や性質によって異なる。例えば、ある被処理水は、凝集剤注入率がある程度高くならないと濁度が増加傾向に転じない。また、例えば、被処理水によっては、濁度の増加の勾配が異なる。いずれにせよ、凝集剤の注入量は、そのときの被処理水の種類や性質に応じて図３の例のような適正値に制御されるべきである。

図４は、凝集剤の注入率とＳＣ値との関係の一例を示す図である。具体的には、図４は、図３と同じ被処理水についての凝集剤の注入率とＳＣ値との関係を示している。図４では、縦軸がＳＣ値を表し、横軸が凝集剤の注入率を表す。図４は、凝集剤の注入率の増加に応じてＳＣ値も増加することを示している。すなわち、図４は、ＳＣ値と凝集剤の注入率との間には正の相関関係があることを示している。

さらに、図４からは、図３の例での凝集剤注入量の適正値（２０［ｍｇ／Ｌ］付近）に対して、ＳＣ値が荷電中和点付近の値（＋２付近）をとることが分かる。これらのことから、凝集剤の注入によって被処理水中の懸濁物質の表面電荷が中和されていく様子は、ＳＣ値の観測によって把握できることが分かる。

図５は、水処理プロセス１を注入率一定制御で運転している場合における、凝集剤注入前の被処理水（以下、「注入前被処理水」という。）の濁度と、凝集剤注入後の被処理水（以下、「注入後被処理水」又は「混和水」という。）のＳＣ値及び導電率の変化の一例を示す図である。図５から、排水処理工程６０から返送水が戻されている期間には、返送水の流入に応じて注入前被処理水の濁度が上昇していることが分かる。また、図５では、注入前被処理水の濁度の上昇に合わせて、注入後被処理水のＳＣ値が上昇していることが分かる。そして、返送水の混合によって注入後被処理水のＳＣ値が上昇しているということは水中粒子表面の帯電状態が正側に変動していることを表している。また、返送水が流入するタイミングでは導電率も上昇しているため、導電率が上昇する変化から返送水の流入を捉えることもできる。

上記のとおり、凝集剤の注入率が一定の状態では、返送水有りのタイミングで被処理水のＳＣ値が上昇していることから、返送水有りのタイミングでは注入率を減らすように水処理プロセス１を制御することで、ＳＣ値の上昇を抑えることができる。すなわち、注入支援装置２２０の制御部２２３が、注入後被処理水のＳＣ値が一定となるよう凝集剤の注入率を制御することによって、注入後被処理水中の懸濁物質の表面電荷を荷電中和の状態に保つことができる。

図６は、水処理プロセス１を注入率一定制御で運転している場合における、注入後被処理水のｐＨ及びＳＣ値の関係の一例を示す図である。図６において、横軸はｐＨを表し、縦軸はＳＣ値を表す。図６は、ｐＨの増加に応じてＳＣ値が減少することを示している。すなわち、図６は、ｐＨとＳＣ値との間には負の相関関係があることを示している。この相関関係に基づけば、ｐＨがある値を基準として変動する場合におけるＳＣ値は、次の（１）式のように表すことができる。なおここでは、ｐＨが変動する基準となる値を基準値と呼ぶ。

（１）式において「ＳＣ値（ｐＨ基準）」は、ｐＨの基準値からの変動量に応じて正規化されるＳＣ値を表す。「ＳＣ値（実測値）」は、ＳＣ値の測定値を表す。Ｋ_ｐＨは、ｐＨの変動量をＳＣ値の変動量に換算する係数であり、例えば、Ｋ_ｐＨ＝−１３．８である。ｐＨ_０はｐＨの基準値であり、例えば、ｐＨ_０＝７．０である。

図７は、導電率とＳＣ値との関係の一例を示す図である。図７は、塩化ナトリウムの注入によって被処理水の導電率を変化させた場合のＳＣ値の変化を示す。図７において横軸は、導電率（ＥＣ）の対数を表し、縦軸はＳＣ値を表す。なお、塩化ナトリウムの追加により被処理水のｐＨも変化するため、図７はＳＣ値と導電率との関係を、ＳＣ値（実測値）でなく、上記（１）式により算出されるＳＣ値（ｐＨ基準）との関係で表している。図７は、導電率の増加に応じてＳＣ値も増加することを示している。すなわち、図７は、導電率とＳＣ値との間には正の相関関係があることを示している。この相関関係に基づけば、導電率がある値を基準として変動する場合におけるＳＣ値は、次の（２）式のように表すことができる。

（２）式において「ＳＣ値（ｐＨ基準、導電率基準）」は、ｐＨ及び導電率の基準値からの変動量に応じて正規化されるＳＣ値を表す。Ｋ_{ＥＣ−ｐＨ}は、導電率の変動量をＳＣ値の変動量に換算する係数であり、例えば、Ｋ_{ＥＣ−ｐＨ}＝８．２である。ＥＣ_０は導電率の基準値であり、例えば、ＥＣ_０＝４．５である。なお、（２）式では、導電率の基準値（以下、「基準導電率」という。）を、例えば５［ｍＳ／ｍ］とした場合の近似式である。

なお、上述した（１）式におけるｐＨの基準値や、（２）式における導電率の基準値は、その環境において取り得る値の平均値などで表されてもよい。また、導電率の変化が大きくない場合には、ＳＣ値についての（２）式での正規化は省略されてもよく、ＳＣ値は（１）式のみで正規化されてもよい。

図８は、第１の実施形態の注入支援装置２２０による水処理プロセス１のフィードバック制御の結果の一例を示す図である。図８は、（１）式のみでＳＣ値を近似し、ｐＨ基準のＳＣ値の目標値をゼロとして水処理プロセス１をフィードバック制御した場合の例である。

図８の例の制御結果では、約１５ｍｇ／Ｌの注入率を上限として凝集剤注入率が周期に変化している。この注入率の上限は、注入率一定運転時における注入率の設定値である。一方で、上述したとおり、返送水の流入時にはＳＣ値が上昇する。これに対して、ここでの制御はＳＣ値の目標値をゼロとしているため、制御部２２３は、水処理プロセス１に対してＳＣ値が低下する方向にフィードバック制御する。すなわち、制御部２２３は、水処理プロセス１に対して凝集剤の注入率を減少させる制御を行う。

また、図８の例の制御結果では、被処理水の濁度が良好に保たれていることが分かる。これは、すなわち、水処理プロセス１が、返送水中に残留している凝集剤を有効利用することができており、凝集剤注入率を減少させても被処理水の濁度が良好に保たれていることを示している。つまり、この場合、注入支援装置２２０は、図８に示す削減領域５００−１、５００−２及び５００−３の面積分の凝集剤が削減可能となる。図８の例の場合、注入率の平均は１２．８ｍｇ／Ｌとなり、注入率一定運転時に比べて注入する凝集剤の量を約１５％削減することが可能である。

このように構成された第１の実施形態の注入支援装置２２０は、被処理水に注入される凝集剤の量を、凝集剤注入後の被処理水のＳＣ値に基づいて制御することによって、返送水中に含まれる凝集剤の残留成分を有効利用した適切な凝集剤の注入を実現することができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態の注入支援装置２２０は、第１の実施形態の注入支援装置２２０が、凝集剤注入後の被処理水の水質（例えば流動電流値）に基づいて、凝集剤１００の注入量をフィードバック制御したのに対して、凝集剤注入前の被処理水の水質に基づいて凝集剤の注入率をフィードフォワード制御する。以下、第２の実施形態の注入支援装置２２０を、第１の実施形態の注入支援装置２２０と区別するために注入支援装置２２０ａと記載する。

この場合、注入支援装置２２０ａは、注入前被処理水の導電率及びｐＨの一方又は両方に基づいて返送水の流入状況を捉え、返送水の流入状況に応じて凝集剤の注入量を増減させる。なお、返送水の流入状況はｐＨよりも導電率の方により強く表れるため、流入状況の把握には返送水の導電率を監視する方が望ましい。

また、この場合、流入状況に応じた凝集剤の適正な注入量（以下、「適正注入量」という。）は、例えば、ビーカー試験の結果に基づいて予め設定される対応情報によって決定される。一般に、凝集剤の適正注入量は、導電率に比例して変化することが知られている。そのため、このような関係の詳細を予めビーカー試験によって明らかにすることで、導電率と凝集剤の適正注入量との関係を示す対応情報を生成することができる。

例えば、注入支援装置２２０ａは、凝集剤注入率一定運転中の水処理プロセス１について、注入前被処理水の導電率を監視することによって返送水の流入の有無を判定する。注入支援装置２２０は、返送水の流入が検知された場合、対応情報に基づいて、そのときの流入状況に応じた凝集剤の適正注入量を決定する。注入支援装置２２０ａは、このように決定した適正注入量の凝集剤が注入されるように調整部９０（薬剤注入ポンプ）をフィードフォワード制御する。

なお、対応情報は、返送水の流入流量と適正注入量との関係として表すことも可能であるが、凝集剤の適正注入量には被処理水の水質の変動が大きく影響する。そのため、対応情報は、返送水の単純な流入流量よりも、返送水による水質の変動を反映した被処理水の導電率を用いて表されるのが望ましい。次の式（３）は、被処理水の導電率を用いた場合において、凝集剤の適正注入率を決定する方法の具体例を示す式である。

（３）式において、Ａは決定される凝集剤の適正注入率［ｍｇ／Ｌ］である。Ａ_０は、返送水が無いときの凝集剤注入率［ｍｇ／Ｌ］（一定値）である。ＥＣ_被処理水は、注入前被処理水の導電率［ｍＳ／ｍ］であり、ＥＣ_０は基準導電率である。基準導電率は、本実施形態の制御が適用される種々の環境における標準的な導電率の値のことである。基準導電率は、制御対象となる環境において導電率が取り得る値の平均値などで表されてもよい。

このように構成された第２の実施形態の注入支援装置２２０ａは、排水処理工程で汚泥から分離された水が返送水として凝集沈殿工程に返送される水処理プロセス１において、凝集剤の注入率を注入前被処理水の導電率に基づいて決定する。凝集剤の注入率がこのように決定されることによって、原水の水質変動が小さい場合であっても、返送水中に含まれる凝集剤の残留成分を考慮した適切な凝集剤の注入量で水処理プロセス１を運転することができる。

以下、実施形態の凝集剤注入支援装置の変形例について説明する。

制御部２２３がＳＣ値や凝集剤注入量を正規化する方法は（１）式〜（３）式に示した例に限定されない。例えば、制御部２２３は、被処理水の温度をパラメータに含む式を用いて正規化を行ってもよい。

水処理プロセス１の凝集沈殿工程において、凝集剤とｐＨ調整剤とを併用する場合、制御部２２３は、凝集剤の注入量を制御する機能に加えて、ｐＨ調整剤の注入量を制御する機能を備えるように構成されてもよい。この場合、制御部２２３は、水質情報（例えば、ｐＨ計３００によって測定される注入前又は注入後被処理水のｐＨ）に基づいて、被処理水のｐＨが凝集剤による不要物の凝集に適した所定の範囲内となるように、ｐＨ調整剤の注入量を制御する。制御部２２３が、このようなｐＨ調整機能を備えることにより、凝集剤の注入による不要物の凝集効果を高めることが可能となる。なお、ｐＨ調整剤の注入量を制御する機能部は、制御部２２３とは異なる第２の制御部として構成されてもよい。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、凝集沈殿工程における被処理水の水質に関する水質情報を取得する取得部と、取得部によって取得された水質情報に基づいて凝集剤の注入量を制御する制御部と、を持つことにより、返送水の流入によって変動する被処理水の水質に応じて凝集剤の注入量を制御することができる。例えば水質情報には、被処理水の流動電流値が用いられてもよいし、被処理水のｐＨが用いられてもよい。また、水質情報には、被処理水の導電率が用いられてもよいし、返送水の流量が用いられてもよい。

具体的には、上記実施形態の凝集剤注入支援装置は、上水プロセスに代表される凝集沈殿工程及び排水処理工程を有する水処理プロセスであって、排水処理工程で汚泥から分離された水を凝集沈殿工程に返送する水処理プロセスにおいて、凝集剤が注入される前又は後の被処理水の水質を計測することで被処理水の水質（例えば、浮遊粒子表面電荷）を把握し、被処理水の水質に応じて凝集剤の注入量を制御する。このような制御を行うことで、上述した水処理プロセスにおいて、返送水中に含まれる凝集剤の残留成分を考慮した適切な凝集剤の注入を実現できる。

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同様に、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ものである。

１…水処理プロセス、１０…取水井、２０…着水井、３０…混和池、３１…混合装置、４０…フロック形成池、５０…沈殿池、６０…排水処理工程、７０…過棟、８０…配水池、９０…調整部、１００…凝集剤、２００…注入制御システム、２１０…流動電流（ＳＣ：Streaming Current）計、２２０，２２０ａ…注入支援装置、２２１…取得部、２２２…記憶部、２２３…制御部、２３０…提示装置、３００…ｐＨ計、４００…導電率計、５００−１〜５００−３…削減領域

Claims (10)

1. 凝集剤を注入し、被処理水中の不要物を凝集及び沈殿させる凝集沈殿工程と、前記凝集沈殿工程において沈殿した汚泥を濃縮し、前記汚泥から水分を分離する排水処理工程と、を含み、前記排水処理工程において前記汚泥から分離された前記水分であって、前記凝集剤の一部が残留しており、その流入によって被処理水の濁度及び導電率を増加させる返送水を前記凝集沈殿工程に返送し、前記凝集沈殿工程に送られてくる原水に前記返送水を加えて前記被処理水とする水処理プロセスにおいて、前記凝集沈殿工程における前記凝集剤の注入量を制御する装置であって、
   前記凝集沈殿工程における被処理水の水質に関する水質情報を取得する取得部と、
   前記取得部によって取得された前記水質情報に基づいて前記凝集剤の注入量を制御する制御部と、
   を備える凝集剤注入支援装置。
2. 前記取得部は、前記被処理水の流動電流値を前記水質情報として取得し、
   前記制御部は、前記水質情報が示す流動電流値に応じて前記凝集剤の注入量を制御する、
   請求項１に記載の凝集剤注入支援装置。
3. 前記取得部は、前記被処理水のｐＨ又は導電率を前記水質情報の一部として取得し、
   前記制御部は、前記被処理水のｐＨ又は導電率を用いて正規化された流動電流値に基づいて前記凝集剤の注入量を制御する、
   請求項２に記載の凝集剤注入支援装置。
4. 前記取得部は、前記凝集剤が注入された後の被処理水について前記水質情報を取得し、
   前記制御部は、前記水質情報が示す前記被処理水の水質の変化に応じて、前記被処理水の水質が所定の目標値に近づくように前記凝集剤の注入量を制御する、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の凝集剤注入支援装置。
5. 前記取得部は、前記凝集剤が注入される前の被処理水について前記水質情報を取得し、
   前記制御部は、前記水質情報に基づいて前記返送水の返送の有無を検出し、前記返送水の返送が行われている間、前記水質情報が示す前記被処理水の水質に応じて前記凝集剤の注入量を制御する、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の凝集剤注入支援装置。
6. 前記取得部は、前記被処理水の導電率を前記水質情報として取得し、
   前記制御部は、前記被処理水の導電率の変化に基づいて前記返送水の有無を検出する、
   請求項５に記載の凝集剤注入支援装置。
7. 前記取得部は、前記被処理水のｐＨを前記水質情報として取得し、
   前記制御部は、前記被処理水のｐＨの変化に基づいて前記返送水の有無を検出する、
   請求項５又は６に記載の凝集剤注入支援装置。
8. 前記取得部は、前記返送水の流量を前記水質情報として取得し、
   前記制御部は、前記返送水の流量の変化に基づいて前記返送水の有無を検出する、
   請求項５から７のいずれか一項に記載の凝集剤注入支援装置。
9. 前記凝集沈殿工程において、前記凝集剤に加え、酸剤又はアルカリ剤のｐＨ調整剤が前記被処理水に注入される場合、
   前記制御部は、前記水質情報に基づいて、前記被処理水のｐＨが所定の範囲内となるように前記ｐＨ調整剤の注入量を制御する、
   請求項１から８のいずれか一項に記載の凝集剤注入支援装置。
10. 凝集剤を注入し、被処理水中の不要物を凝集及び沈殿させる凝集沈殿工程と、前記凝集沈殿工程において沈殿した汚泥を濃縮し、前記汚泥から水分を分離する排水処理工程と、を含み、前記排水処理工程において前記汚泥から分離された前記水分であって、前記凝集剤の一部が残留しており、その流入によって被処理水の濁度及び導電率を増加させる返送水を前記凝集沈殿工程に返送し、前記凝集沈殿工程に送られてくる原水に前記返送水を加えて前記被処理水とする水処理プロセスにおいて、前記凝集沈殿工程における前記凝集剤の注入量を制御する制御方法であって、
    前記凝集沈殿工程における被処理水の水質に関する水質情報を取得する取得ステップと、
    前記取得ステップにおいて取得された前記水質情報に基づいて前記凝集剤の注入量を制御する制御ステップと、
    を有する制御方法。

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