JPH0483504A - 凝集剤注入制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、浄水場、下水処理場及びその他の産業排水処
理における懸濁物質の凝集プロセスにおける、凝集剤注
入制御方法に関する。

〔従来の技術〕

水処理において、凝集プロセスでは凝集剤の添加により
懸濁物質を凝集させてフロック（以下フロックという）
とし、これを除去している。懸濁物質が凝集しないと、
沈殿池から濁りが流出する。

流入水の水質は変動するので、これに伴ってフロックの
形成状態が変化する。フロック形成に影響する水質因子
は、水温、濁度４粒径、ｐＨ並びにアルカリ度などがあ
り、操作因子は凝集剤注入量や攪拌パドルの回転数など
が知られているが、これらの因果関係は完全には解明さ
れていない。このため、これらの因子に基づいた凝集剤
注入制御法は未だ十分な性能が得られていない。

そこで、フロック形成のための凝集剤の選定や必要凝集
剤量の目安を得るために広く用いられている試験方法の
一つとしてジャーテストがある。

この方法は、小規模装置であるジャーテスタにより、処
理すべき原水を用いて、凝集剤の適正注入率を決めるた
めに、種々の条件を変えて試験を行い、適正値を設定す
るものである。そして、適正注入率によって実処理プロ
セスの運転管理を行うものである。

特開昭６２−２４１５２号公報、特願昭６３−９１５１
０号明細書では、フロック形成状態を画像計測し、この
計測値から凝集剤の注入率を決める方法をとっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ジャーテストによる凝集剤の適正注入の決定に当っては
、ジャーテストの試料について濁度。

ｐＨ，アルカリ度等の判定を行うとともに、フロック形
成と沈殿状態の良否を総合的に判断するものであるが、
フロック形成及び沈殿状態は目視によって経験的に判断
している。特に、フロック形成の良否は沈殿効率に太き
く影響を及ぼす。

さらに、前述の公知例ではフロック形成を画像計測し、
フロック形成状態を定量的に判断して凝集剤注入を行う
こととしている。ただし、原水濁度の変動が小さい場合
には正常な凝集剤注入によって処理できるが、降雨時な
どは原水濁度が、通常の数十〜数百倍の増加が短時間で
生じる。この原水濁度の変動に対応して凝集剤注入を行
うことに改良の余地があった。

本発明の目的は、原水濁度の低い場合、及び、高い場合
に応じたフロック形成状態になるように、凝集剤注入率
を適正値に設定することにある。

〔課題を解決するための手段〕

凝集プロセスでは凝集剤注入による懸濁物質の除去が最
終目的であり、原水懸濁物質の変動、いわゆる、濁度変
化が生じても沈降性の良いフロックを形成させるような
凝集剤注入法が必要である。

この目的を達成するために、良好な凝集フロック形成と
なる水質環境に整えた後に、フロック形成状態検出手段
によってフロック形成を計測し、この計測値により、水
質変動に応じたフロックの形成となるように凝集剤注入
を制御する。また、フロック形成状態検出手段によるフ
ロックの形成計測値から、原水の低濁度、低水温時には
凝集剤注入時の撹拌力調整手段、原水の低濁度時には処
理原水流量調整手段により良好にフロックが形成するよ
うに調整する。さらに、運転履歴データによる履歴学習
手段による凝集剤注入によって沈降性の良好なフロック
を形成する。

〔作用〕 フロック形成状態検出手段では、懸濁物質濃度の小さい
場合はフロック粒径適正化制御を行い、経済性を重視し
た凝集剤注入とし、また、懸濁物質濃度の大きい場合は
、フロック粒径追随制御を行い、原水濁度の増加に遅れ
なく凝集剤注入を講じることにより適正な凝集剤注入操
作ができる。

また、凝集に適する水質環境として、原水または凝集水
のアルカリ度、及び、ｐＨの水質を調整することにより
、沈降性の良いフロック形成となる。

また、撹拌力調整手段、及び、流量調整手段は原水の懸
濁物質の低濁度、低水温時のフロック形成を促進し、フ
ロックの沈降性を良くする。さらに、履歴学習手段は過
去の運転履歴データによって、凝集剤が注入されるので
水質の変動の大きい場合に有効で、適正な凝集剤注入に
よりフロックの形成が安定し、フロックを効率よく沈降
することができる。

〔実施例〕

第１図に本発明の実施例を示す。第１図の構成と動作を
以下に説明する。第１図において着水井１２には、河川
や湖沼（図示せず）からの原水１１が沈砂池（図示せず
）を介して導かれる。着水井１２に入った原水１１には
、水質に応じて前アルカリとしてアルカリ剤１９が注入
され、急速混和池１３に入る。ここで、水量、水質及び
原水濁度に見合った量の凝集剤２０が注入され、攪拌調
整装置２３によって攪拌された後にフロック形成池１４
に入る。フロック形成池１４内には、懸濁物質の凝集フ
ロック化促進のため、攪拌バドル１６ａ、１６ｂ、１６
ｃが設置されている。また、フロック形成状態を監視す
る水中カメラ１８が設けられている。フロック形成後の
原水は沈殿池１５に入り、ここでフロックは沈殿し、処
理水１７はろ適地（図示せず）に送られる。

また、本発明の構成には、水質調整装置２１゜凝集剤注
入率演算装！［２２、攪拌調整装［２３゜フロック形成
状態検出装置（フロック画像処理装置）２４及び履歴を
学習するニューラルプロセッサを含むコンピュータシス
テム２５が設置されている。

次に信号の流れについて説明する。着水井１２に入った
原水１１の濁度、水温、アルカリ度。

ｐＨ及び水量値は各センサ（図示せず）によって計測さ
れ、情報信号として、水質調整装［２１゜凝集剤注入率
演算装置２２及びコンピュータシステム２５に送信され
る。また、凝集剤２０の注入後の原水のアルカリ度及び
ｐＨ値は、各センサ（図示せず）によって計測され、水
質調整装置２１に送信される６また、フロック形成池１
４のフロック形成は水中カメラ１８によって撮像され、
信号はフロック形成状態検出装置（フロック画像処理装
置）２４に送信される。また、沈殿池１５で処理された
、沈殿水の濁度はセンサ（図示せず）によって計測させ
、信号は凝集剤注入演算装置２２、コンピュータシステ
ム２５に送信される。

次いで、各装置２１，２２，２３．２４及び２５の動作
について、装置項目毎に説明する。

（１）水質調整装置 凝集剤の機能が有効に発揮できる水質領域を有効凝集領
域と称している。着水井の原水アルカリ度ｅｐＨ値が検
出され、その信号は水質調整装置２１に入る。ここで、
凝集剤の注入により懸濁物質が良好なフロック形成と成
り得る水質領域（良好なフロック形成と成り得る水質範
囲については、事前にジャーテスタ等による試験を行い
、有効凝集領域を把握しておく）であるかが比較され、
その結果、アルカリ剤１９が必要となれば、原水流量値
に見合った量が注入される。また、急速混和池１３の出
口原水のアルカリ度、及び、ｐＨが検出され、その信号
も水質調整装［２１に入る。この場合は、アルカリ剤１
９の注入による水質変化を検知するもので、アルカリ剤
注入率の補正を行う。原水水質が有効凝集領域内にある
と判定されると、その信号は凝集剤注入率演算装［２２
に入る。

（２）凝集剤注入率演算装置 凝集剤注入率演算装置２２には、原水濁度、水温、流量
、アルカリ度ｒｐＨ値が送信されており、これらの値か
ら凝集剤注入率が演算され、その信号によって凝集剤２
０が注入される。

有効凝集領域の一例を第２図に示した。第２図は原水ま
たは凝集水のアルカリ度とｐＨの有効凝集領域を示した
もので、フロック形成後の沈殿水濁度が限界値（各浄水
場によって多少異なるが、はぼ１　ｍ　ｇ　／　Ｑ位を
目安としている）以下であれば、有効凝集領域内として
いる。従って、原水水質が第２図に示した有効凝集領域
から外れている場合には、アルカリ剤注入によって水質
を調整修正する必要がある。この制御方式はフィードフ
ォワード制御で、一般的にはこの方式で凝集剤が注入さ
れる６ （３）凝集剤注入手段 凝集剤注入手段は、第〕−図の凝集剤注入率演算装置２
２内に組込まれており、沈殿池出口濁度信号を受信して
動作する。フロック形成後の沈降では、沈殿池出口濁度
を所定値以下に、並びに沈殿池出口での濁度上昇速度が
所定値以下とすることが要求され、この要求を満足する
ように凝集剤注入率が制御されている。しかし、フロッ
クが充分形成されていても、沈殿池出口濁度の」二昇が
あり得る。この場合は、フロック形成状態に関係なく、
濁度所定値を越えたら凝集剤の注入率を増加させる。

（４）攪拌調整装置 処理原水中に懸濁物質が少ない低濁度及び低水温の場合
、フロック形成に時間を要することが予想される。この
ことから、低濁度、及び、低水温によるフロック形成状
態について検討した結果。

第３図に示すように撹拌力を大きくすれば、フロック形
成が促進されることが明らかとなった。従って、原水濁
度及び水温の値から攪拌調整装置２３により撹拌力を調
整することが、フロック形成促進に有効である。

（５）流量調整手段 処理原水の低濁度時には、撹拌力の調整が、フロック形
成促進に有効であることが判明したが、その他の調整手
段として、処理流量について検討した７結果を第４図に
示す。この結果、低濁度時には処理流量を調整すること
が、フロック形成を促進することが判明した。調整方法
は一般に配管に用いられている調節弁（図示せず）であ
る。

（６）フロック形成状態検出装置 （１）の水質調整では５実際のフロック形成状態は、監
視者の目視監察であるため、フィードバック制御は行わ
れていなかった。本発明のフロック形成制御は、フィー
ドフォワード制御を補うフィードバック制御である。フ
ロック形成池１４に設置した水中カメラ１８によって、
フロック形成状態を撮像し、信号をフロック画像処理装
置２４に送信する。フロック画像処理装置２４では、フ
ロック特徴量を計算し、この結果、信号を凝集剤注入率
演算装置２２に送信する。凝集剤注入率演算装置２２で
は、これに基づいて凝集剤の注入率を設定し、原水濁度
、水温、流量を加味して凝集剤２０が注入される。ただ
し、水質調整操作は、フロック形成における必須条件で
あり、（１）で述へた水質調整を除くものではない。次
にフロック形成状態検出の具体例について、第５図ない
し第７図によって説明する。

原水の低濁度時（低濁度と高濁度とを区別する境界は浄
水場各々で異なるが、１０〜２０ｍｇ／Ｑを境界として
いる）は、水質が安定しており凝集剤注入率の変動は少
ない。このため、処理性能の低下を招かない条件で、必
要最低限の凝集剤使用量による運転が要求される。第５
図に低濁度時における、凝集剤注入率とフロック平均粒
径の関係を示した。この結果、フロック平均粒径は、凝
集剤注入率に対して、最大値をもつ曲線で表わすことが
でき、かつ、最大値となるフロック平均粒径の沈降性は
良好であった。このことから原水の低濁度時におけるフ
ロック形成は、フロック粒径適正化制御が有効である。

具体的な制御動作例を第６図に示した。まず、凝集剤を
、−旦、八Ｐ（ｔｘ）だけ減少させてあらかじめ決めた
ΔＤより減少しないならば、しばらくそのまま維持し沈
降池出口濁度を監視する。変化量が許容範囲内であれば
凝集剤をΔＰ減少（ｔ２）させ、粒径が変化しない場合
は更に同様の操作をくり返す。もし、粒径がΔＤ以上減
少（ｔｓ）したら即座に凝集剤注入率をもとに戻す。こ
の操作により凝集剤使用量は必要最低限にすることがで
きる。

原水の高濁度時には、濁度変化に時間遅れなく凝集剤注
入を適正に制御することが要求される。

第７図に原水濁度とフロック平均粒径の関係を示した。

この図は、第５図に示した各濁度での粒径最大値での凝
集剤注入率を適正としてまとめたものである。ここで、
第５図から適正注入率とフロック平均粒径は次式で示さ
れる。

［）、＊＝　ａ−ｆｌａｇ（ＴｕＩ）＋　ｂここで　Ｄ
−：フロック平均粒径の目標値Ｔ旧：原水濁度 ａ、ｂ：係数 降雨時には原水中の懸濁物質の増大によって濁度は大き
く変動する。このためフロック粒径の制御目標値も、そ
れに沿って変えることになり、この方法として粒径追随
制御が有効である。具体的な制御動作例を第７図によっ
て説明する。原水濁度ａでのフロック平均粒径はＣであ
り、その後、原水濁度がｂまで上昇した場合、フロック
平均粒径はｄに追随するように凝集剤注入を行う。

（７）履歴学習手段 過去の運転履歴データとして、水質情報２画像情報、凝
集剤注入率の履歴を学習し、現時点での凝集剤注入率を
ガイダンスするもので、特に、水質変動の大きな非定常
時の場合に有効となるものである。第１図および第８図
において、着水井１２の原水水質及び水量値また、凝集
剤注入率演算装置２２から凝集剤注入率値、フロック形
成状態検呂装［２３から画像処理によるフロック特徴量
値が、さらに、沈殿池１５の沈殿水濁度値がコンピュー
タシステム２５に送信され、これらを履・歴データとし
て学習ネットにより、凝集剤注入率を導くものである。

第９図に学習ネットワークである神経回路モデルを示し
た。学習方法は、時間と共に変化する複数の入力変数値
に応じて、制御目標の変数値を求める方法であって、入
力層、中間層及び出力層からなる階層構造回路モデルを
用い、過去の履歴情報のうち、異なる時点の複数の入力
変数値の代表的なパターンを入力信号とすると共にパタ
ーンに対応する制御変数値を教師信号として、神経回路
モデルに学習させ、学習した神経回路モデルに、入力変
数値として未学習のパターンを入力することにより目的
の制御変数値である凝集剤注入率を求めるものである。

なお、過去の履歴情報から教師信号によって凝集剤注入
率を設定したもののうち、適正信号ができたデータのみ
を選択して獲得する自動学習の方法もある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、原水の変動に応じた、凝集剤注入制御
方法を採用することにより、沈降性の優れたフロックの
形成ができ、安定した処理水を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図は水質
調整の説明図、第３図、第４図はフロック形成の説明図
、第５図は粒径適正化制御における凝集剤注入率とフロ
ック平均粒径の関係を示す特性図、第６図は粒径適正化
制御における具体的制御例を示す説明図、第７図は粒径
追随制御における原水濁度とフロック平均粒径の関係を
示す特性図、第８図は履歴学習であるニューラルネット
による入出力信号を示す説明図、第９図は神経回路モデ
ルを示す説明図である。 １１・・・原水、１２・・・着水井、１３・・・急速混
合池、１４・・・フロック形成池、１５・・・沈殿池、
１８・・・水中カメラ、１９・・・アルカリ剤、２０・
・・凝集剤、２１・・・水質調整装置、２２・・・凝集
剤注入率演算装置、２３・・・フロック形成状態検出装
置、２４・・・コンピュータシステム。 第２図 Ｐ）（（ （ＩＪ 第３図 （己） 短見８＋間 経擢１片間 ＠４図 経通時間 第 図 ン迂集を１３上べ４号（７’）／ｊり 第７図 第９図 ｍ　月く　Ａ酌度　（７η♂ｙｔ） 入力層 アルカリハ１ 覧 斧し１１ ン暁東１１１じ〕巳ベキ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、懸濁物質が混入している処理原水中に、凝集剤を注
   入して、前記懸濁物質のフロックを形成し沈殿除去する
   水処理プロセスにおいて、 前記フロックの形成状態の検出手段、前記懸濁物質の濃
   度検出手段をもち、前記原水中の前記懸濁物質の濁度が
   設定値以下の時には、フロック粒径が最大となるように
   調整するフロック粒径適正化制御を、また、前記懸濁物
   質の濁度が設定値以上の時には、前記懸濁物質の濃度に
   対応したフロック粒径に調整するフロック粒径追随制御
   を行うことを特徴とする凝集剤注入制御方法。 ２、請求項１において、前記原水中の前記懸濁物質の低
   濁度及び原水水温の低い時に、凝集剤注入によつて生じ
   た前記フロックを、前記フロック形成状態検出手段によ
   つて計測し、撹拌力調整手段により凝集剤注入時の撹拌
   力を調整し沈降性のよいフロックを形成する凝集剤注入
   制御方法。 ３、請求項１において、前記原水中の前記懸濁物質の少
   ない低濁度時に、凝集剤注入によつて生じた前記フロッ
   クを、前記フロックの形成状態検出手段によつて計測し
   、原水処理流量調整手段によつて流量を調整することに
   より沈降性の良いフロックを形成とする凝集剤注入制御
   方法。 ４、請求項１において、前記フロック形成状態検出手段
   は、フロック形成池内の前記フロックを水中カメラによ
   つて撮像し、前記フロックの撮像をフロック画像処理装
   置によつてフロック特徴量を算出する凝集剤注入制御方
   法。 ５、請求項１において、前記凝集剤注入に察しては、事
   前に水質調整手段により原水または凝集水のアルカリ度
   及びｐＨを調整し、凝集に適する範囲にしておく凝集剤
   注入制御方法。 ６、請求項１において、過去の凝集剤注入履歴を学習す
   る履歴学習手段として、前記フロック形成状態検出手段
   による画像情報及び水質情報、凝集剤注入率の履歴を入
   力とし、前記履歴を学習し現時点での注入率をガイダン
   スする凝集剤注入制御方法。