JP7048259B2 - 水処理システム及び薬品注入制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、水処理システム及び薬品注入制御装置に関する。

処理対象物質を含む水に添加する薬品注入量は、例えば、水の水質、薬品注入後の処理水の水質を自動計測又は手分析にて測定し、その測定結果を元に、作業者によって手動で制御されたり、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）によって自動で制御されたりしている。

フッ素含有水の処理は、例えば、フッ素含有水中のフッ素濃度を測定するためのフッ素計測槽により、フッ素含有水を中和して、フッ素濃度を測定し、その測定結果を元に、フッ化カルシウム生成に必要な量のカルシウム剤をフッ素含有水に添加している。界面活性剤含有水の処理も、例えば、界面活性剤含有水中の界面活性剤濃度ないし代替指標となる水質項目を測定し、その測定結果を元に、必要な量の消泡剤を界面活性剤含有水に添加している。また、重金属含有水も、例えば、重金属含有水中の重金属濃度を測定し、その測定結果を元に、必要な量の重金属捕集剤を重金属含有水に添加している。

特開２００７－４６２６０号公報

ところで、水質計器による被処理水中の処理対象物質の濃度測定には、多大な時間を要する、被処理水の前処理が必要である、安価なオンライン用の水質計器が無い等の理由から、被処理水中の処理対象物質の濃度をリアルタイムで測定することが困難である。そのため、処理対象物質を含む被処理水を処理する際には、安全率等を考慮して、過剰量の薬品を注入することとなる。なお、水質計器には故障や感度低下などが伴うため、水質計器の二重化や水質計器の洗浄装置の設置等により、設備の複雑化/煩雑化を招いている。

そこで、本発明の目的は、処理対象物質を含む被処理水に対して適切な量の薬品を注入することが可能な水処理システム及び薬品注入制御装置を提供することにある。

本実施形態に係る水処理システムは、複数の装置から排出された処理対象物質を含む被処理水を貯留する貯留槽と、前記被処理水を処理するために使用される薬品を、前記被処理水に注入する薬品注入手段と、前記複数の装置の稼働情報を取得する情報取得部と、前記複数の装置の稼働情報及び前記貯留槽内に貯留された前記被処理水の平均滞留時間ｔ _ｍ で規格化される無次元時間θ（θ＝ｔ／ｔ _ｍ ）に基づいて、前記貯留槽内の処理対象物質濃度を演算する濃度演算部と、前記濃度演算部により演算した前記処理対象物質濃度に基づいて、前記被処理水に注入する前記薬品の注入量を制御する注入量制御部と、を有する制御手段と、を備える。

また、前記水処理システムにおいて、前記稼働情報は、前記装置の稼働の有無、前記装置から排出される前記被処理水の排水量、及び前記装置から排出される前記被処理水中の処理対象物質濃度を含むことが好ましい。

また、前記水処理システムにおいて、前記処理対象物質はフッ素を含み、前記薬品注入手段は、前記被処理水を処理するために使用されるカルシウム剤を、前記被処理水に注入するＣａ剤注入手段を含み、前記濃度演算部は、前記複数の装置の稼働情報及び前記貯留槽内に貯留された前記被処理水の平均滞留時間ｔ _ｍ で規格化される無次元時間θ（θ＝ｔ／ｔ _ｍ ）に基づいて、前記貯留槽内のフッ素濃度を演算し、前記注入量制御部は、前記濃度演算部により演算した前記フッ素濃度に基づいて、前記被処理水に注入する前記カルシウム剤の注入量を制御することが好ましい。

また、前記水処理システムにおいて、前記処理対象物質は酸消費物質を含み、前記薬品注入手段は、前記被処理水を処理するために使用されるｐＨ調整剤を、前記被処理水に注入するｐＨ調整剤注入手段を含み、前記濃度演算部は、前記複数の装置の稼働情報及び前記貯留槽内に貯留された前記被処理水の平均滞留時間ｔ _ｍ で規格化される無次元時間θ（θ＝ｔ／ｔ _ｍ ）に基づいて、前記貯留槽内の酸消費物質濃度を演算し、前記注入量制御部は、前記濃度演算部により演算した前記酸消費物質濃度に基づいて、前記被処理水に注入する前記ｐＨ調整剤の注入量を制御することが好ましい。

また、前記水処理システムにおいて、前記制御手段は、前記濃度演算部により演算されたフッ素濃度、及び前記注入量制御部により制御された前記カルシウム剤の注入量が、所定の範囲を逸脱した時に警報を発する警報部を備えることが好ましい。

また、前記水処理システムにおいて、前記処理対象物質は界面活性剤を含み、前記薬品注入手段は、前記被処理水を処理するために使用される消泡剤を、前記被処理水に注入する消泡剤注入手段を含み、前記濃度演算部は、前記複数の装置の稼働情報及び前記貯留槽内に貯留された前記被処理水の平均滞留時間ｔ _ｍ で規格化される無次元時間θ（θ＝ｔ／ｔ _ｍ ）に基づいて、前記貯留槽内の界面活性剤濃度を演算し、前記注入量制御部は、前記濃度演算部により演算した前記界面活性剤濃度に基づいて、前記被処理水に注入する前記消泡剤の注入量を制御することが好ましい。

また、前記水処理システムにおいて、前記処理対象物質は重金属を含み、前記薬品注入手段は、前記被処理水を処理するために使用される重金属捕集剤を、前記被処理水に注入する重金属捕集剤注入手段を含み、前記濃度演算部は、前記複数の装置の稼働情報及び前記貯留槽内に貯留された前記被処理水の平均滞留時間ｔ _ｍ で規格化される無次元時間θ（θ＝ｔ／ｔ _ｍ ）に基づいて、前記貯留槽内の重金属濃度を演算し、前記注入量制御部は、前記濃度演算部により演算した前記重金属濃度に基づいて、前記被処理水に注入する前記重金属捕集剤の注入量を制御することが好ましい。

また、本実施形態に係る薬品注入制御装置は、処理対象物質を含む被処理水を排出する複数の装置の稼働情報を取得する情報取得部と、前記複数の装置の稼働情報及び前記複数の装置から排出された前記被処理水を貯留する貯留槽内に貯留された前記被処理水の平均滞留時間ｔ _ｍ で規格化される無次元時間θ（θ＝ｔ／ｔ _ｍ ）に基づいて、前記複数の装置から排出された前記被処理水を貯留する貯留槽内の処理対象物質濃度を演算する濃度演算部と、前記被処理水を処理するために使用される薬品を、前記被処理水に注入する際、前記濃度演算部により演算した前記処理対象物質濃度に基づいて、前記被処理水に注入する前記薬品の注入量を制御する注入量制御部と、を有する。

本発明によれば、処理対象物質を含む被処理水に対して適切な量の薬品を注入することが可能な水処理システム及び薬品注入制御装置を提供することができる。

本実施形態に係る水処理システムの一例を示す模式図である。 本実施形態に係る水処理システムの他の一例を示す模式図である。

本発明の実施形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。

図１は、本実施形態に係る水処理システムの一例を示す模式図である。図１に示す水処理システム１は、貯留槽１０、ｐＨ調整槽１２、Ｃａ反応槽１４、ｐＨ調整剤注入装置１６、Ｃａ剤注入装置１８、薬品注入量制御装置２０を備える。図１に示す水処理システム１は、エリア内の装置Ａ～Ｃから排出されるフッ素含有水を処理するシステムである。フッ素含有水を排出する装置Ａ～Ｃとしては、例えば、フッ酸及び純水等を使用する半導体製造装置等が挙げられる。図では、装置Ａ～Ｃの３つの装置を例示しているが、複数の装置であれば特に制限されるものではない。

装置Ａ～Ｃ側には、例えば、装置稼働情報を図１に示す水処理システム１側の薬品注入量制御装置２０に送信するシステムが設置されている（不図示）。当該システムは、例えば、検知部、記憶部、送信部を備えている。検知部は、所定の時間間隔で、各装置の稼働の有無や、フッ素含有水中の酸消費物質の有無等を検知する。また、検知部は、各装置から排出されるフッ素含有水の排水量、フッ素含有水中のフッ素濃度、フッ素含有水中の酸消費物質の濃度等の情報を、例えば４－２０ｍＡのアナログ信号で検知する。例えば、検知部は、電源がオンされて稼働中である場合には、稼働有であることを検知する。また、検知部は、電源がオフされて停止中である場合には、稼働無しであることを検知する。記憶部は、例えば、各装置から排出されるフッ素含有水の排水量、フッ素含有水中のフッ素濃度、フッ素含有水中の酸消費物質の有無、酸消費物質の濃度等の情報が記憶されている。記憶部に記憶されているこれらの情報は、各装置の運転条件が変更される度に、作業者等が新たな情報を入力することで書き換えられる。送信部は、検知部により稼働状態が検知されると、検知部により検知された各装置の稼働の有無の情報及び記憶部に記憶されている各装置から排出されるフッ素含有水の排水量、フッ素含有水中のフッ素濃度、フッ素含有水中の酸消費物質の有無、酸消費物質の濃度等の情報を装置稼働情報として、図１に示す水処理システム１側の薬品注入量制御装置２０に送信する。送信部から送信する装置稼働情報には、検知部により稼働状態が検知された日時を含めてもよい。

図１に示す水処理システム１において、貯留槽１０には、装置Ａ～Ｃから排出されたフッ素含有水が流れる排水流入配管２２が接続されている。また、貯留槽１０とｐＨ調整槽１２との間には、排水供給配管２４ａが接続されている。排水供給配管２４ａには、ポンプ２６が設置されている。また、ｐＨ調整槽１２とＣａ反応槽１４との間には、排水供給配管２４ｂが接続されている。

図１に示すｐＨ調整剤注入装置１６は、フッ素含有水を処理するために使用されるｐＨ調整剤（薬品）を注入する薬品注入手段であり、例えば、ｐＨ調整剤タンク２８、ｐＨ調整剤注入ポンプ３０（以下単に、ポンプ３０と称する場合がある）、ｐＨ調整剤タンク２８とｐＨ調整槽１２との間に設けられるｐＨ調整剤注入配管３２等から構成されている。ｐＨ調整剤注入ポンプ３０には、注入量を自動調整するインバータ等が設置されることが望ましい。ｐＨ調整槽１２にはｐＨ計３４が設置されることが望ましい。また、ｐＨ調整槽１２には、不図示であるが撹拌装置が設置されることが望ましい。ｐＨ調整剤は、例えば、塩酸等の酸剤、水酸化ナトリウム等のアルカリ剤等である。

図１に示すＣａ剤注入装置１８は、フッ素含有水を処理するために使用されるＣａ剤（薬品）を注入する薬品注入手段であり、例えば、Ｃａ剤タンク３６、Ｃａ剤タンク３６とＣａ反応槽１４との間に設けられるＣａ剤注入配管３８、Ｃａ剤注入配管３８に設置されるバルブ４０等から構成されている。Ｃａ反応槽１４にはｐＨ計４２が設置されることが望ましい。また、Ｃａ反応槽１４には、不図示であるが撹拌装置が設置されることが望ましい。Ｃａ剤は、フッ素と反応してフッ化カルシウムを生成させるＣａ化合物であり、例えば、水酸化カルシウム等が挙げられる。また、Ｃａ剤タンク３６には、不図示であるが循環ポンプが設置されることが望ましい。

図１に示す薬品注入量制御装置２０は、例えばプロセッサ及びプログラムメモリを備え、機能ブロックとして、情報取得部４４と、濃度演算部４６と、注入量制御部４８と、フッ素濃度記憶部５０、Ｃａ剤注入量記憶部５２、警報部５４を備える。

情報取得部４４は、装置Ａ～Ｃ側から送信される装置稼働情報を受信する。装置稼働情報は、前述したように、例えば、各装置の稼働の有無、各装置から排出されるフッ素含有水の排水量、フッ素含有水中のフッ素濃度、フッ素含有水中の酸消費物質の有無、酸消費物質の濃度を含む。

濃度演算部４６は、装置稼働情報に基づいて、貯留槽１０内のフッ素濃度及び酸消費物質濃度を演算する。具体的な演算方法は、後述する。

注入量制御部４８は、濃度演算部４６により演算されたフッ素濃度に基づいて、Ｃａ剤の注入量を制御する。Ｃａ剤の注入量の制御は、例えば、以下で説明するように、バルブ４０の開閉時間を制御することにより行われる。また、注入量制御部４８は、濃度演算部４６により演算された酸消費物質濃度に基づいて、ｐＨ調整剤の注入量を制御する。ｐＨ調整剤の注入量の制御は、以下で説明するように、フッ素含有水の設定ｐＨ値を変更することにより行われる。

フッ素濃度記憶部５０は、濃度演算部４６により算出された貯留槽１０内のフッ素濃度を保存する。また、Ｃａ剤注入量記憶部５２は、注入量制御部４８により設定されたＣａ剤の注入量を保存する。

警報部５４は、フッ素濃度記憶部５０から送信されるフッ素濃度及びＣａ剤注入量記憶部５２から送信されるＣａ剤の注入量を受信し、フッ素濃度及びＣａ剤の注入量が所定範囲を逸脱した場合に、警報を発する。

図１に示す水処理システム１の動作の一例について説明する。

まず、水処理システム１におけるフッ素含有水の流れを説明する。装置Ａ～Ｃのうち稼働している装置から排出されたフッ素含有水は、排水流入配管２２を通り貯留槽１０に貯留される。貯留槽１０内のフッ素含有水は、ポンプ２６により、排水供給配管２４ａを通り、ｐＨ調整槽１２に供給される。ｐＨ調整槽１２内のフッ素含有水に、ｐＨ調整剤注入装置１６からｐＨ調整剤が注入され、設定ｐＨ値にｐＨ調整される。その後、フッ素含有水は、排水供給配管２４ｂからＣａ反応槽１４に供給される。Ｃａ反応槽１４内のフッ素含有水に、Ｃａ剤注入装置１８からＣａ剤が注入される。フッ素含有水とＣａ剤との反応により、フッ化カルシウムが生成されることで、フッ素濃度が低減した処理水が得られる。

図１に示す水処理システム１では、以下のようにして、Ｃａ剤の注入量及びｐＨ調整剤の注入量が制御される。

情報取得部４４は、所定の時間間隔で、装置Ａ～Ｃの稼働の有無、装置Ａ～Ｃから排出されるフッ素含有水の排水量（装置Ａの排水量：Ｖ_Ａ（ｍ^３）、装置Ｂの排水量：Ｖ_Ｂ（ｍ^３）、装置Ｃの排水量：Ｖ_Ｃ（ｍ^３））、装置Ａ～Ｃから排出されるフッ素含有水のフッ素濃度（装置Ａのフッ素濃度：Ｃ_Ａ（ｍｇ／Ｌ）、装置Ｂのフッ素濃度：Ｃ_Ｂ（ｍｇ／Ｌ）、装置Ｃのフッ素濃度：Ｃ_Ｃ（ｍｇ／Ｌ））を含む装置稼働情報を受信する。

次に、濃度演算部４６は、例えば、以下のフッ素濃度演算モデル式を用いて、貯留槽１０内のフッ素濃度を演算する。

（１）装置Ａのみ稼働：（Ｃ_ｔ×Ｖ_ｔ＋Ｃ_Ａ×Ｖ_Ａ）÷（Ｖ_ｔ＋Ｖ_Ａ）×θ
（２）装置Ｂのみ稼働：（Ｃ_ｔ×Ｖ_ｔ＋Ｃ_Ｂ×Ｖ_Ｂ）÷（Ｖ_ｔ＋Ｖ_Ｂ）×θ
（３）装置Ｃのみ稼働：（Ｃ_ｔ×Ｖ_ｔ＋Ｃ_Ｃ×Ｖ_Ｃ）÷（Ｖ_ｔ＋Ｖ_Ｃ）×θ
（４）装置Ａ及びＢ稼働：（Ｃ_ｔ×Ｖ_ｔ＋Ｃ_Ａ×Ｖ_Ａ＋Ｃ_Ｂ×Ｖ_Ｂ）÷（Ｖ_ｔ＋Ｖ_Ａ＋Ｖ_Ｂ）×θ
（５）装置Ｂ及びＣ稼働：（Ｃ_ｔ×Ｖ_ｔ＋Ｃ_Ｂ×Ｖ_Ｂ＋Ｃ_Ｃ×Ｖ_Ｃ）÷（Ｖ_ｔ＋Ｖ_Ｂ＋Ｖ_Ｃ）×θ
（６）装置Ｃ及びＡ稼働：（Ｃ_ｔ×Ｖ_ｔ＋Ｃ_Ｃ×Ｖ_Ｃ＋Ｃ_Ａ×Ｖ_Ａ）÷（Ｖ_ｔ＋Ｖ_Ｃ＋Ｖ_Ａ）×θ
（７）装置Ａ、Ｂ及びＣ稼働：（Ｃ_ｔ×Ｖ_ｔ＋Ｃ_Ａ×Ｖ_Ａ＋Ｃ_Ｂ×Ｖ_Ｂ＋Ｃ_Ｃ×Ｖ_Ｃ）
÷（Ｖ_ｔ＋Ｖ_Ａ＋Ｖ_Ｂ＋Ｖ_Ｃ）×θ

Ｖ_ｔは、上記計算前の貯留槽１０内の排水量（ｍ^３）であり、Ｃ_ｔは、上記計算前の貯留槽１０内のフッ素濃度（ｍｇ／Ｌ）である。

また、θは、平均滞留時間ｔ_ｍで規格化される無次元時間（θ＝ｔ／ｔ_ｍ）であり、貯留槽１０における混合による濃度変化の割合を表している。貯留槽１０内のフッ素含有水は、通常、散気管等により混合されているため、フッ素濃度演算モデル式にθのパラメータを導入することで、貯留槽１０内のフッ素濃度の演算精度を向上させることができる。具体的には、ｔ_ｍ＝１の時のθが０．９～１．１の範囲で滞留時間分布Ｅ（θ）が得られたため、貯留槽１０におけるフッ素濃度の余裕率として１．１を乗じることが望ましい。また、Ｅ（θ）は、以下の式で表される。

Ｄ／ｕＬは、混合パラメータであり、都度現場で測定する必要がある。現場で求めた値として、例えば、Ｄ／ｕＬ＝０．００１である。

濃度演算部４６におけるフッ素濃度の具体的計算例を説明する。以下では、時間ｔにおいては装置Ａのみ稼働し、時間ｔから所定時間経過した時間ｔ＋Δｔにおいては、装置Ａが停止し、装置Ｂ及びＣが稼働したケースを想定する。

時間ｔにおいて、濃度演算部４６は、情報取得部４４から装置稼働情報を受信する。この時点では、装置Ａのみが稼働しているので、装置Ａ：稼働有、装置Ｂ及びＣ：稼働無しという情報を含む装置稼働情報を受信する。

濃度演算部４６は、装置Ａの稼働有、装置Ｂ及びＣの稼働無しの情報から、式（１）を選択し、式（１）に、装置稼働情報における装置Ａの排水量：Ｖ_Ａ（ｍ^３）及び装置Ａのフッ素濃度：Ｃ_Ａ（ｍｇ／Ｌ）を代入し、貯留槽１０内のフッ素濃度を算出する。ここで、時間ｔにおける濃度計算が初回の計算の場合には、通常、装置の運転開始初期で、貯留槽１０内が空の状態であるので、式１のＣ_ｔ及びＶ_ｔは、０に設定される。但し、貯留槽１０内にフッ素含有水が溜められている場合には、不図示の入力手段から入力された貯留槽１０内のフッ素濃度をＣ_ｔとして入力し、また、貯留槽１０内の排水量Ｖ_ｔは、水位計（不図示）により得られる水位情報から演算した貯留槽１０内の排水量をＶ_ｔとして設定する。また、時間ｔにおける濃度計算が２回目以降の計算であれば、式（１）のＣ_ｔは、前回演算した貯留槽１０内のフッ素濃度が用いられる。

時間ｔ＋Δｔにおいて、濃度演算部４６は、情報取得部４４から装置稼働情報を受信する。この時点では、装置Ａが停止し、装置Ｂ及びＣが稼働しているので、装置Ａ：稼働無し、装置Ｂ：稼働有、装置Ｃ：稼働有という情報を含む装置稼働情報を受信する。

濃度演算部４６は、装置Ａの稼働無し、装置Ｂ及びＣの稼働有の情報から、式（５）を選択し、式（５）に装置稼働情報における装置Ｂの排水量：Ｖ_Ｂ及び装置Ｂのフッ素濃度：Ｃ_Ｂ、装置Ｃの排水量：Ｖ_Ｃ及び装置Ｃのフッ素濃度Ｃ_Ｃを代入し、貯留槽１０内のフッ素濃度を算出する。前述したように、式（５）のＣ_ｔは、前回演算した貯留槽１０内のフッ素濃度が用いられ、また、式（５）のＶ_ｔは、貯留槽１０内の水位情報から演算される。

このように、濃度演算部４６では、所定時間毎に貯留槽１０内のフッ素濃度が演算される。そして、演算された貯留槽１０内のフッ素濃度は注入量制御部４８に送信され、注入量制御部４８は、受信した貯留槽１０内のフッ素濃度に基づいて、Ｃａ剤の注入量を制御する。

注入量制御部４８によるＣａ剤の注入量の制御は、例えば、以下のようにして行われる。注入量制御部４８には、貯留槽１０内のフッ素濃度と、Ｃａ反応槽１４に供給するＣａ剤注入量との関係を規定したマップ或いはテーブルが記録されている。そして、上記マップ或いはテーブルから、濃度演算部４６により演算された貯留槽１０内のフッ素濃度（例えば、時間ｔにおいて演算されたフッ素濃度）に対応するＣａ剤注入量を導出する。注入量制御部４８は、導出したＣａ剤注入量がＣａ反応槽１４に供給されるように、バルブ４０の開閉時間を制御する。

また、濃度演算部４６では、所定時間毎に貯留槽１０内の酸消費物質濃度が演算される。演算方法は、上記演算モデルにおいて、装置稼働情報に含まれる各装置から排出されるフッ素含有水のフッ素濃度をフッ素含有水の酸消費物質濃度に置き換え、また、Ｃｔを貯留槽１０内のフッ素濃度から貯留槽１０内の酸消費物質濃度に置け換えることで説明できる。

このようにして演算された貯留槽１０内の酸消費物質濃度は注入量制御部４８に送信され、注入量制御部４８は、受信した貯留槽１０内の酸消費物質濃度に基づいて、ｐＨ調整剤の注入量を制御する。

注入量制御部４８によるｐＨ調整剤の注入量の制御は、例えば、以下のようにして行われる。注入量制御部４８には、貯留槽１０内の酸消費物質の濃度と、ｐＨ調整槽１２内のフッ素含有水の設定ｐＨ値との関係を規定したマップ或いはテーブルが記録されている。そして、上記マップ或いはテーブルから、濃度演算部４６により演算された貯留槽１０内の酸消費物質の濃度に対応するフッ素含有水の設定ｐＨ値を導出する。また、ｐＨ調整槽１２内のフッ素含有水の実際のｐＨが、ｐＨ計３４により測定され、注入量制御部４８に送信される。注入量制御部４８では、測定ｐＨと導出した設定ｐＨ値とを比較して、測定ｐＨが設定ｐＨ値になるまで、ポンプ３０を運転又はインバータ出力を調整し、ｐＨ調整剤の供給を継続する。濃度演算部４６での酸消費物質の濃度演算は、フッ素濃度演算と同様のモデル式が用いられることが望ましい。

このように、本実施形態では、各装置の稼働情報に基づいて、各装置から排出されたフッ素含有水を貯留する貯留槽１０内の処理対象物質濃度（上記ではフッ素濃度、酸消費物質濃度）を算出し、算出した処理対象物質濃度に基づいて、薬品（上記では、Ｃａ剤、ｐＨ調整剤）の注入量を制御する。一般的に、複数の装置から排出されるフッ素含有水を処理する場合、装置の稼働状況は経時的に変動するため、それに応じて、貯留槽１０内の処理対象物質濃度も経時的に変動する。例えば、時間ｔにおいては、装置Ａのみが稼働し、装置Ａから排出されたフッ素含有水のみが貯留層内に貯留される。また、時間ｔから所定時間経過した時間ｔ＋Δｔにおいて、装置Ａより処理対象物質濃度の高いフッ素含有水を排出する装置Ｂ及びＣが稼働している場合、ｔ＋Δｔ時間における貯留槽１０内の処理対象物質濃度は、その前のｔ時間の時より上昇することとなる。このように、貯留槽１０内の処理対象物質濃度が変動した場合には、それに応じた薬品注入量を処理対象物質を含む被処理水に供給しないと、処理対象物質濃度が低い場合（低負荷の場合）には、薬品の過剰注入となり、処理対象物質濃度が高い場合（高負荷の場合）には、最終的に得られる処理水に多くの処理対象物質がリークすることとなる。しかし、本実施形態では、例えば、時間ｔにおける貯留槽１０内の処理対象物質濃度を装置の稼働情報に基づいて算出し、その処理対象物質濃度に基づいて、被処理水への薬品注入量を制御する。また、時間ｔから所定時間経過した時間ｔ＋Δｔにおいて、装置の稼働状況が変動し、貯留槽１０内の処理対象物質濃度が変動する場合でも、時間ｔ＋Δｔにおける貯留槽１０内の処理対象物質濃度を装置の稼働情報に基づいて算出し、その処理対象物質濃度に基づいて、被処理水への薬品注入量を制御する。このような制御により、処理対象物質を含む被処理水に対して適切な量の薬品を注入することが可能となる。その結果、処理対象物質濃度が低い場合（低負荷の場合）における薬品の過剰注入や処理対象物質濃度が高い場合（高負荷の場合）における処理水への処理対象物質のリークを抑制することが可能となる。

本実施形態の水処理システム１は、前述した動作以外にも以下の動作を行うことが望ましい。

フッ素濃度記憶部５０は、濃度演算部４６により算出された貯留槽１０内のフッ素濃度を保存する。フッ素濃度記憶部５０に保存されるフッ素濃度は、時間ｔにおいて算出されたフッ素濃度、時間ｔ＋Δｔにおいて算出されたフッ素濃度のように、時間を紐付けして保存されることが望ましい。また、Ｃａ剤注入量記憶部５２は、注入量制御部４８により導出されたＣａ剤注入量を保存する。Ｃａ剤注入量記憶部５２は、時間ｔにおいて導出されたＣａ剤注入量、時間ｔ＋Δｔにおいて導出されたＣａ剤注入量のように、時間を紐付けして保存されることが望ましい。また、図面での説明は省略するが、薬品注入量制御装置２０は、モニター等の表示部を備えており、フッ素濃度記憶部５０に保存しているフッ素濃度及びＣａ剤注入量記憶部５２に保存しているＣａ剤注入量を、表示部に表示してもよい。これにより、作業者は、フッ素濃度の推移やＣａ剤注入量の推移を把握することが可能となる。

警報部５４は、フッ素濃度記憶部５０から送信されるフッ素濃度及びＣａ剤注入量記憶部５２から送信されるＣａ剤の注入量を受信し、フッ素濃度及びＣａ剤の注入量が所定範囲を逸脱した場合に、警報を発する。警報は、ブザー等の音でもよいし、作業者等が使用する端末（パソコンや携帯等）に、フッ素濃度及びＣａ剤の注入量が所定範囲を逸脱した情報を送信する等でもよい。

濃度演算部４６において、時間ｔにおける貯留槽１０内の処理対象物質濃度を演算する場合、装置Ａ～Ｃから排出されたフッ素含有水が貯留槽１０に貯留するまでの時間（タイムラグ）を考慮することが好ましい。装置Ａ～Ｃと貯留槽１０との間の経路が非常に長い場合には、タイムラグを考慮することで、フッ素含有水に対してより適切な量の薬品を注入することが可能となる。具体的には、装置Ａが稼働してから貯留槽１０に流入するまでの時間をＴ_Ａとすると、情報取得部４４は情報受信後にＴ_Ａ時間が経過してから、濃度演算部４６へ情報を送信することが望ましい。同様に装置Ｂ、装置Ｃについても、Ｔ_Ｂ、Ｔ_Ｃをそれぞれ設定する。これらは、現場にて調整されることが望ましい。

本実施形態の水処理システム１では、装置Ａ～Ｃの稼働情報を情報取得部４４に送信しているが、その他のエリア内の被処理水も貯留槽１０内に供給される場合には、エリア内被処理水の処理対象物質濃度及び排水量等の情報も情報取得部４４に送信し、貯留槽１０内の処理対象物質濃度の演算に利用してもよい。その他のエリア内の被処理水とは、水処理エリア内で間接的に発生した被処理水のことであり、例えば、フッ素の場合、フッ素を吸着させる樹脂の再生排水や、フッ素を含むＲＯ濃縮水等である。

本実施形態に係る水処理システムの他の一例を説明する。

図２は、本実施形態に係る水処理システムの他の一例を示す模式図である。図２に示す水処理システム２は、貯留槽１０、消泡剤注入装置５６、薬品注入量制御装置２０を備える。図２に示す水処理システム２は、エリア内の装置Ａ～Ｃから排出される界面活性剤含有水を処理するシステムである。

装置Ａ～Ｃ側には、例えば、装置稼働情報を図２に示す水処理システム２側の薬品注入量制御装置２０に送信するシステムが設置されている（不図示）。当該システムの構成は、例えば前述と同様であるので省略する。装置稼働情報は、各装置の稼働の有無、各装置から排出される界面活性剤含有水の排水量、界面活性剤含有水中の界面活性剤濃度等の情報である。

図２に示す水処理システム２において、貯留槽１０には、装置Ａ～Ｃから排出された界面活性剤含有水が流れる排水流入配管２２が接続されている。

図２に示す消泡剤注入装置５６は、界面活性剤含有水を処理するために使用される消泡剤（薬品）を注入する薬品注入手段であり、例えば、消泡剤タンク５８、消泡剤タンク５８と貯留槽１０との間に設けられる消泡剤注入配管６０、消泡剤注入配管６０に設置される消泡剤注入ポンプ６２（以下、ポンプ６２と称する場合がある）等から構成されている。消泡剤注入ポンプ６２には、注入量を自動調整するインバータ等が設置されることが望ましい。

薬品注入量制御装置２０は、例えばプロセッサ及びプログラムメモリを備え、機能ブロックとして、情報取得部４４と、濃度演算部４６と、注入量制御部４８と、を備える。

情報取得部４４は、装置Ａ～Ｃ側から送信される装置稼働情報を受信する。装置稼働情報は、装置Ａ～Ｃの稼働の有無、装置Ａ～Ｃから排出される界面活性剤含有水の排水量（装置Ａの排水量：Ｖ_Ａ（ｍ^３）、装置Ｂの排水量：Ｖ_Ｂ（ｍ^３）、装置Ｃの排水量：Ｖ_Ｃ（ｍ^３））、装置Ａ～Ｃから排出される排水の界面活性剤濃度（装置Ａの界面活性剤濃度：Ｃ_Ａ（ｍｇ／Ｌ）、装置Ｂの界面活性剤濃度：Ｃ_Ｂ（ｍｇ／Ｌ）、装置Ｃの界面活性剤濃度：Ｃ_Ｃ（ｍｇ／Ｌ））を含む。

濃度演算部４６は、装置稼働情報に基づいて、貯留槽１０内の界面活性剤濃度を演算する。界面活性剤の演算には、前述と同様の濃度演算モデル式を用いる。
（１）装置Ａのみ稼働：（Ｃ_ｔ×Ｖ_ｔ＋Ｃ_Ａ×Ｖ_Ａ）÷（Ｖ_ｔ＋Ｖ_Ａ）×θ
（２）装置Ｂのみ稼働：（Ｃ_ｔ×Ｖ_ｔ＋Ｃ_Ｂ×Ｖ_Ｂ）÷（Ｖ_ｔ＋Ｖ_Ｂ）×θ
（３）装置Ｃのみ稼働：（Ｃ_ｔ×Ｖ_ｔ＋Ｃ_Ｃ×Ｖ_Ｃ）÷（Ｖ_ｔ＋Ｖ_Ｃ）×θ
（４）装置Ａ及びＢ稼働：（Ｃ_ｔ×Ｖ_ｔ＋Ｃ_Ａ×Ｖ_Ａ＋Ｃ_Ｂ×Ｖ_Ｂ）÷（Ｖ_ｔ＋Ｖ_Ａ＋Ｖ_Ｂ）×θ
（５）装置Ｂ及びＣ稼働：（Ｃ_ｔ×Ｖ_ｔ＋Ｃ_Ｂ×Ｖ_Ｂ＋Ｃ_Ｃ×Ｖ_Ｃ）÷（Ｖ_ｔ＋Ｖ_Ｂ＋Ｖ_Ｃ）×θ
（６）装置Ｃ及びＡ稼働：（Ｃ_ｔ×Ｖ_ｔ＋Ｃ_Ｃ×Ｖ_Ｃ＋Ｃ_Ａ×Ｖ_Ａ）÷（Ｖ_ｔ＋Ｖ_Ｃ＋Ｖ_Ａ）×θ
（７）装置Ａ、Ｂ及びＣ稼働：（Ｃ_ｔ×Ｖ_ｔ＋Ｃ_Ａ×Ｖ_Ａ＋Ｃ_Ｂ×Ｖ_Ｂ＋Ｃ_Ｃ×Ｖ_Ｃ）
÷（Ｖ_ｔ＋Ｖ_Ａ＋Ｖ_Ｂ＋Ｖ_Ｃ）×θ

Ｖ_ｔは、上記計算前の貯留槽１０内の排水量（ｍ^３）であり、Ｃ_ｔは、上記計算前の貯留槽１０内の界面活性剤濃度（ｍｇ／Ｌ）である。

注入量制御部４８は、濃度演算部４６により演算された界面活性剤濃度に基づいて、消泡剤の注入量を制御する。消泡剤の注入量の制御は、例えば、以下で説明するように、ポンプ６２の稼働（周波数、ストローク数等）を制御することにより行う。

図２に示す水処理システム２の動作の一例について説明する。

まず、水処理システム２における界面活性剤含有水の流れを説明する。装置Ａ～Ｃのうち稼働している装置から排出された界面活性剤含有水は、排水流入配管２２を通り貯留槽１０に貯留される。消泡剤タンク５８内の消泡剤は、ポンプ６２により、消泡剤注入配管６０を通り、貯留槽１０に供給される。貯留槽１０内の界面活性剤含有水に、消泡剤が注入されることで、発泡が抑制される。

図２に示す水処理システム２では、以下のようにして、界面活性剤の注入量が制御される。以下では、時間ｔにおいては装置Ａのみ稼働し、時間ｔから所定時間経過した時間ｔ＋Δｔにおいては、装置Ａが停止し、装置Ｂ及びＣが稼働したケースを想定する。

時間ｔにおいて、濃度演算部４６は、情報取得部４４から装置稼働情報を受信する。この時点では、装置Ａのみが稼働しているので、装置Ａ：稼働有、装置Ｂ及びＣ：稼働無しという情報を含む装置稼働情報を受信する。

濃度演算部４６は、装置Ａの稼働有、装置Ｂ及びＣの稼働無しの情報から、上式（１）を選択し、上式（１）に、装置稼働情報における装置Ａの排水量：Ｖ_Ａ（ｍ^３）及び装置Ａの界面活性剤濃度：Ｃ_Ａ（ｍｇ／Ｌ）を代入し、貯留槽１０内の界面活性剤濃度を算出する。式１のＣ_ｔ及びＶ_ｔは、前述した通りに設定される。

時間ｔ＋Δｔにおいて、濃度演算部４６は、情報取得部４４から装置稼働情報を受信する。この時点では、装置Ａが停止し、装置Ｂ及びＣが稼働しているので、装置Ａ：稼働無し、装置Ｂ：稼働有、装置Ｃ：稼働有という情報を含む装置稼働情報を受信する。

濃度演算部４６は、装置Ａの稼働無し、装置Ｂ及びＣの稼働有の情報から、式（５）を選択し、式（５）に装置稼働情報における装置Ｂの排水量：Ｖ_Ｂ及び装置Ｂの界面活性剤濃度：Ｃ_Ｂ、装置Ｃの排水量：Ｖ_Ｃ及び装置Ｃの界面活性剤濃度：Ｃ_Ｃを代入し、貯留槽１０内の界面活性剤濃度を算出する。式５のＣ_ｔ及びＶ_ｔは、前述した通り設定される。

このように、濃度演算部４６では、所定時間毎に貯留槽１０内の界面活性剤が演算される。そして、演算された貯留槽１０内の界面活性剤濃度は、注入量制御部４８に送信され、注入量制御部４８は、受信した貯留槽１０内の界面活性剤濃度に基づいて、消泡剤の注入量を制御する。

注入量制御部４８による消泡剤の注入量の制御は、例えば、以下のようにして行われる。注入量制御部４８には、貯留槽１０内の界面活性剤濃度と、貯留槽１０に供給する消泡剤注入量との関係を規定したマップ或いはテーブルが記録されている。そして、上記マップ或いはテーブルから、濃度演算部４６により演算された貯留槽１０内の界面活性剤濃度（例えば、時間ｔにおいて演算された界面活性剤濃度）に対応する消泡剤注入量を導出する。注入量制御部４８は、導出した消泡剤注入量が貯留槽１０に供給されるように、ポンプ６２の稼働（周波数やストローク数等）を制御する。

図２に示す薬品注入量制御装置２０は、濃度演算部により演算された貯留槽１０内の界面活性剤濃度を記憶する界面活性剤記憶部や注入量制御部４８により導出された消泡剤注入量を保存する消泡剤注入量記憶部を備えていてもよい。また、貯留槽１０内の界面活性剤濃度や消泡剤の注入量が所定範囲を逸脱した場合に、警報を発する警報部５４を備えていてもよい。

図２に示す濃度演算部４６は、前述したように、時間ｔにおける貯留槽１０内の処理対象物質濃度を演算する際、装置Ａ～Ｃから排出された界面活性剤含有水が貯留槽１０に貯留するまでの時間（タイムラグ）を考慮することが好ましい。

図２に示す水処理システム２は、前述したように、装置Ａ～Ｃ以外のその他のエリア内の被処理水も貯留槽１０内に供給される場合には、エリア内の被処理水の処理対象物質濃度及び排水量等の情報も情報取得部４４に送信し、貯留槽１０内の処理対象物質濃度の演算に利用してもよい。

図２に示す水処理システム２は、界面活性剤含有水を処理するシステムに限定されるものではなく、重金属含有水を処理するシステムであってもよい。重金属含有水を処理する水処理システムは、上記界面活性剤を重金属に置き換え、消泡剤を重金属捕集剤に置き換えることで説明できる。

１，２ 水処理システム、１０ 貯留槽、１２ ｐＨ調整槽、１４ Ｃａ反応槽、１６ ｐＨ調整剤注入装置、１８ Ｃａ剤注入装置、２０ 薬品注入量制御装置、２２ 排水流入配管、２４ａ，２４ｂ 排水供給配管、２６ ポンプ、２８ ｐＨ調整剤タンク、３０ ｐＨ調整剤注入ポンプ、３２ ｐＨ調整剤注入配管、３４，４２ ｐＨ計、３６ Ｃａ剤タンク、３８ Ｃａ剤注入配管、４０ バルブ、４４ 情報取得部、４６ 濃度演算部、４８ 注入量制御部、５０ フッ素濃度記憶部、５２ Ｃａ剤注入量記憶部、５４ 警報部、５６ 消泡剤注入装置、５８ 消泡剤タンク、６０ 消泡剤注入配管、６２ 消泡剤注入ポンプ。

Claims (8)

1. 複数の装置から排出された処理対象物質を含む被処理水を貯留する貯留槽と、
   前記被処理水を処理するために使用される薬品を、前記被処理水に注入する薬品注入手段と、
   前記複数の装置の稼働情報を取得する情報取得部と、前記複数の装置の稼働情報及び前記貯留槽内に貯留された前記被処理水の平均滞留時間ｔ _ｍ で規格化される無次元時間θ（θ＝ｔ／ｔ _ｍ ）に基づいて、前記貯留槽内の処理対象物質濃度を演算する濃度演算部と、前記濃度演算部により演算した前記処理対象物質濃度に基づいて、前記被処理水に注入する前記薬品の注入量を制御する注入量制御部と、を有する制御手段と、を備えることを特徴とする水処理システム。
2. 前記稼働情報は、前記装置の稼働の有無、前記装置から排出される前記被処理水の排水量、及び前記装置から排出される前記被処理水中の処理対象物質濃度を含むことを特徴とする請求項１に記載の水処理システム。
3. 前記処理対象物質はフッ素を含み、
   前記薬品注入手段は、前記被処理水を処理するために使用されるカルシウム剤を、前記被処理水に注入するＣａ剤注入手段を含み、
   前記濃度演算部は、前記複数の装置の稼働情報及び前記貯留槽内に貯留された前記被処理水の平均滞留時間ｔ _ｍ で規格化される無次元時間θ（θ＝ｔ／ｔ _ｍ ）に基づいて、前記貯留槽内のフッ素濃度を演算し、
   前記注入量制御部は、前記濃度演算部により演算した前記フッ素濃度に基づいて、前記被処理水に注入する前記カルシウム剤の注入量を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の水処理システム。
4. 前記処理対象物質は酸消費物質を含み、
   前記薬品注入手段は、前記被処理水を処理するために使用されるｐＨ調整剤を、前記被処理水に注入するｐＨ調整剤注入手段を含み、
   前記濃度演算部は、前記複数の装置の稼働情報及び前記貯留槽内に貯留された前記被処理水の平均滞留時間ｔ _ｍ で規格化される無次元時間θ（θ＝ｔ／ｔ _ｍ ）に基づいて、前記貯留槽内の酸消費物質濃度を演算し、
   前記注入量制御部は、前記濃度演算部により演算した前記酸消費物質濃度に基づいて、前記被処理水に注入する前記ｐＨ調整剤の注入量を制御することを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の水処理システム。
5. 前記制御手段は、前記濃度演算部により演算されたフッ素濃度、及び前記注入量制御部により制御された前記カルシウム剤の注入量が、所定の範囲を逸脱した時に警報を発する警報部を備えることを特徴とする請求項３に記載の水処理システム。
6. 前記処理対象物質は界面活性剤を含み、
   前記薬品注入手段は、前記被処理水を処理するために使用される消泡剤を、前記被処理水に注入する消泡剤注入手段を含み、
   前記濃度演算部は、前記複数の装置の稼働情報及び前記貯留槽内に貯留された前記被処理水の平均滞留時間ｔ _ｍ で規格化される無次元時間θ（θ＝ｔ／ｔ _ｍ ）に基づいて、前記貯留槽内の界面活性剤濃度を演算し、
   前記注入量制御部は、前記濃度演算部により演算した前記界面活性剤濃度に基づいて、前記被処理水に注入する前記消泡剤の注入量を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の水処理システム。
7. 前記処理対象物質は重金属を含み、
   前記薬品注入手段は、前記被処理水を処理するために使用される重金属捕集剤を、前記被処理水に注入する重金属捕集剤注入手段を含み、
   前記濃度演算部は、前記複数の装置の稼働情報及び前記貯留槽内に貯留された前記被処理水の平均滞留時間ｔ _ｍ で規格化される無次元時間θ（θ＝ｔ／ｔ _ｍ ）に基づいて、前記貯留槽内の重金属濃度を演算し、
   前記注入量制御部は、前記濃度演算部により演算した前記重金属濃度に基づいて、前記被処理水に注入する前記重金属捕集剤の注入量を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の水処理システム。
8. 処理対象物質を含む被処理水を排出する複数の装置の稼働情報を取得する情報取得部と、
   前記複数の装置の稼働情報及び前記複数の装置から排出された前記被処理水を貯留する貯留槽内に貯留された前記被処理水の平均滞留時間ｔ _ｍ で規格化される無次元時間θ（θ＝ｔ／ｔ _ｍ ）に基づいて、前記複数の装置から排出された前記被処理水を貯留する貯留槽内の処理対象物質濃度を演算する濃度演算部と、
   前記被処理水を処理するために使用される薬品を、前記被処理水に注入する際、前記濃度演算部により演算した前記処理対象物質濃度に基づいて、前記被処理水に注入する前記薬品の注入量を制御する注入量制御部と、を有することを特徴とする薬品注入制御装置。

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