JPH05261361A - 水処理プラントの運転支援システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 水処理プラントのプロセスデータに関する自
動計測値の誤差を自動的に検出すること。 【構成】 自動計測値記憶手段２２の自動計測値と手分
析値記憶手段２４の手分析値とがデータ編集手段２５内
に入力される。データ編集手段２５において、自動計測
値と手分析値とから各プロセスデータ毎に時系列データ
群が作成され、この時系列データ群に基づいて手分析値
を真値とした場合の自動計測値の誤差が相関解析手段２
６により求められる。自動計測値の誤差は解析結果表示
手段２７から表示される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は自動計測器が設置された
水処理プラントの運転支援システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】浄水場または下水処理場等の水処理プラ
ントでは、従来水処理プロセスの状態を監視するため
に、水処理プラントの数地点の処理水を人の手を介して
分析して、プロセスデータを得ていた。しかし、採水、
分析等に時間を要するため、水処理プロセスの計測、監
視の自動化が求められた。また、ポンプや薬品注入等の
水処理プラントの運転についても省力化が求められ、自
動制御の導入にあたっても、自動計測器による水処理プ
ロセスの自動計測が求められた。

【０００３】これらの要請にもとづき自動計測が可能な
項目については自動計測器が開発され、水処理プラント
内に自動計測器が設置され、オンラインで複数のプロセ
スデータを入力して表示し、水処理プロセスの監視を行
なっている。さらにオンラインのプロセスデータにもと
づく自動制御を行うため、コンピュータシステム（以
下、監視・制御システムと記す）が導入されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、水処理プラン
ト内に設置した自動計測器は、センサ部分がデリケート
で、計測対象となる処理水の汚れ等の影響で性能が低下
しやすく、水処理プロセスの監視や制御に利用する場合
には頻繁に校正を行う必要がある。

【０００５】自動計測器が設置されている地点と同地点
の処理水を手分析してプロセスデータを得ている場合に
は、手分析によるプロセスデータ（以下、手分析値と記
す）を自動計測器によって測定されたプロセスデータ
（以下、自動計測値と記す）の真値として利用すること
により自動計測器の校正を行なっている。しかし、これ
まで、自動計測値による監視・制御システムに、手分析
値を入力する手段が具備されている場合もあったが、自
動分析値および手分析値はそれぞれ別に管理されてお
り、手分析値を利用して自動的に自動計測値の異常を関
知する手段等はなかった。

【０００６】一般に自動計測値の異常の検出は次のよう
に行なわれる。すなわち自動計測値の測定範囲を設け
て、範囲外の値が計測された場合に異常としたり、ある
いはオペレータの経験と勘で自動計測器の異常が検出さ
れるにとどまっている。

【０００７】このため、自動計測器の異常の検出は、自
動計測値が測定範囲内で、誤差が小さい場合や、徐々に
誤差が大きくなっていくような変化の緩やかな場合は、
熟練したオペレータにも異常検出は困難であるため、自
動計測器の定期点検まで異常が検出されないこともあ
る。そのため、水処理プロセスの状態を誤って認識し、
水処理プラントの運転が適切に行われなかったり、自動
制御も適切な出力がなされない現象が生じ、監視・制御
システの信頼性を高く維持できなかった。

【０００８】上述のように自動計測値を基にして水処理
プロセスの監視や制御が行われているにもかかわらず、
自動計測値の異常を自動的、定量的に検出する手段はな
かった。このため、自動計測値が異常でもオペレータが
自動計測値の異常に気がつかない場合には、水処理プロ
セスの状態を誤って認識し、運転が適切に行われなかっ
たり、自動制御も適切な出力がなされなかったという問
題点がある。

【０００９】本発明はこのような点を考慮してなされた
ものであり、自動計測値の異常を速やかに検出して水処
理プロセスの監視・制御システムの信頼性向上を計るこ
とができる水処理プラントの運転支援システムを提供す
ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は水処理プラント
に配置された自動計測器からの複数のプロセスデータの
自動計測値が入力される自動計測値入力手段と、前記水
処理プラントに対する手分析により得られた複数のプロ
セスデータの手分析値が入力される手分析値入力手段
と、自動計測値を記憶する自動計測値記憶手段と、手分
析値を記憶する手分析値記憶手段と、自動計測値と手分
析値から各プロセスデータ毎に時系列データ群を作成す
るデータ編集手段と、前記時系列データ群に基づいて、
手分析値を真値とした場合の自動計測値の誤差を求める
相関解析手段と、相関解析手段の結果を表示する解析結
果表示手段と、からなる水処理プラントの運転支援シス
テムである。

【００１１】

【作用】プロセスデータの自動計測値が自動計測値入力
手段に入力されて自動計測値記憶手段に記憶され、プロ
セスデータの手分析値が手分析値入力手段に入力されて
手分析値記憶手段に記憶される。データ編集手段におい
て自動計測値と手分析値から各プロセスデータ毎に時系
列データ群が作成され、この時系列データ群に基づいて
手分析値を真値とした場合の自動計測値の誤差が相関解
析手段により求められる。自動計測値の誤差は解析結果
表示手段から表示される。

【００１２】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。図１は本発明による水処理プラントの運転
支援システムの一実施例を示す図である。図１において
水処理プラントとして、活性汚泥法で処理を行う下水処
理場が示されている。まず下水処理場について簡単に説
明する。図１において最初沈澱池１、曝気槽２、および
最終沈澱池３が直列に配置されている。

【００１３】また最初沈澱池１の流入側管路１５には、
流量計４および懸濁物濃度計５が各々配置され、最初沈
澱池１に流入する処理水の流量及び懸濁物濃度が流量計
４および懸濁物濃度計５により計測されている。さら
に、最初沈澱池１の底部に、沈澱した汚泥を引き抜くポ
ンプ６が配設されている。

【００１４】また最終沈澱池３の底部と曝気槽２の流入
側とを結ぶ返送管路１６には、最終沈澱池３の底部に沈
澱した汚泥の一部を曝気槽２に返送するための返送汚泥
ポンプ７が配設され、さらに返送汚泥流量を計測する返
送汚泥流量計８、および返送汚泥濃度を計測する返送汚
泥濃度計９が返送管路１６に配設されている。また、最
終沈澱池３の底部には返送管路１６と分岐する余剰管路
１７が設けられ、この余剰管路１７に曝気槽２および最
終沈澱池３の生物処理プロセス内で増殖した活性汚泥を
引き抜く余剰汚泥引き抜きポンプ１０が配設されてい
る。さらに曝気槽２には、活性汚泥へ酸素を供給するた
めのブロア１１が配設され、曝気槽２の流出部には溶存
酸素濃度計１２およびＭＬＳＳ濃度計１３が配設されて
いる。

【００１５】一方、最初沈澱池１の流入側管路１５、最
終沈澱池３の底部と曝気槽２の流入側とを結ぶ返送管路
１６、および曝気槽２の流出部においては定期的にオペ
レータによって処理水が採水されている。そしてオペレ
ータの手によってそれぞれ流入側管路１５の懸濁物濃
度、返送管路１６の返送汚泥濃度、および曝気槽２の溶
存酸素濃度とＭＬＳＳ濃度が計測されている。

【００１６】また、流量計４、懸濁物濃度計５、返送汚
泥流量計８、返送汚泥濃度計９、溶存酸素濃度計１２お
よびＭＬＳＳ濃度計１３は各々自動計測値収集装置１４
に接続されている。自動計測値収集装置１４は本発明に
よる運転支援システム２０に接続され、運転支援システ
ム２０はさらに監視・制御システム４０に接続されてい
る。

【００１７】次に運転支援システム２０について説明す
る。

【００１８】運転支援システム２０は、自動計測値収集
装置１４を経て送られてきた前記流量計４、懸濁物濃度
計５、返送汚泥流量計８、返送汚泥濃度計９、溶存酸素
濃度計１２、およびＭＬＳＳ濃度計１３からの各自動計
測値を、オンラインで一定周期毎に自動的に自動計測値
入力手段２１で入力し、自動計測値記憶手段２２に保存
するようになっている。またオペレータによって計測さ
れた手分析値は、オペレータによって、入出力処理部３
０を介して手分析値入力手段２３により、計測日時とと
もに入力され、手分析値記憶手段２４に保存される。ま
た自動計測値記憶手段２２および手分析値記憶手段２４
はデータ編集手段２５に接続されている。

【００１９】データ編集手段２５は、手分析値記憶手段
２４からの手分析値および手分析値計測日時をもとに、
手分析値と比較するために自動計測値記憶手段２２から
自動計測値を抽出し各プロセスデータ毎に時系列データ
群を作成する。この場合、手分析値計測時刻に合せるた
め、自動計測値の抽出時にはデータの平滑化処理を行
う。またあらかじめオペレータによって、入出力処理部
３０を介してパラメータ入力手段２８で設定されたデー
タ数（以下、解析データ数Ｎと記す）だけ自動計測値の
抽出操作を繰り返し、各Ｎ個のデータから構成される手
分析値および自動計測値の２つの時系列データ群を作成
する。データ編集手段２５は、オペレータによって新し
い手分析値が入力される毎（１日に数回）に自動的に動
作するものとする。

【００２０】このデータ編集手段２５は、相関解析手段
２６に接続されている。

【００２１】相関解析手段２６は、データ編集手段２５
で作成された手分析値と自動計測値の２つの時系列デー
タ群の相関係数、手分析値を真値とした場合の自動計測
値の誤差、その誤差の平均および標準偏差を求めるよう
になっている。さらに相関解析手段２６は手分析値と自
動計測値の関係が１次式で近似できると仮定し、この仮
定に基づき回帰係数を求める。また相関解析手段２６は
解析結果表示手段２７に接続されている。

【００２２】解析結果表示手段２７は、相関解析手段２
６の解析結果を入出力処理部３０を介してオペレータに
通知するものである。解析の結果、自動計測値の異常が
認められる場合にはオペレータに解析後すぐに警報する
ようにし、自動計測値が正常と認められる場合にはオペ
レータの要求に応じて解析結果を表示するようになって
いる。また相関解析手段２６は自動校正手段２９に接続
されている。

【００２３】自動校正手段２９は、相関解析手段２６の
解析結果、自動計測値の異常で、自動校正が必要と認め
られた場合に、相関解析手段２６で求めた回帰式を用い
て、自動計測値を自動校正し、監視・制御システム４０
に出力するものである。

【００２４】また、監視・制御システム４０は自動計測
値収集装置１１から直接供給される自動計測値をもとに
プロセスの状態監視をおこなったり、運転支援システム
２０を経て自動校正された自動計測値をもとにプロセス
の状態監視を行なって、返送汚泥ポンプ７、余剰汚泥引
き抜きポンプ１０、ブロア１１の制御情報を制御用コン
トローラ５０に出力するようになっている。

【００２５】次にこのような構成からなる本実施例の作
用について説明する。

【００２６】流量計４、懸濁物濃度計５、返送汚泥流量
計８、返送汚泥濃度計９、溶存酸素濃度計１２、および
ＭＬＳＳ濃度計１３の各々で計測された複数のプロセス
データ、すなわち曝気槽流入流量、曝気槽流入懸濁物濃
度、返送汚泥流量、返送汚泥濃度、溶存酸素濃度、およ
びＭＬＳＳ計濃度の自動計測値が自動計測値収集装置１
４を介して自動的に自動計測値入力手段２１に入力さ
れ、その後自動計測値記憶手段２２に保存される。同時
にプロセスデータ、すなわち曝気槽流入懸濁物濃度、返
送汚泥濃度、溶存酸素濃度、およびＭＬＳＳ濃度の手分
析値が、オペレータの操作を介し入出力処理部３０から
手分析値入力手段２３に入力され、その後手分析値記憶
手段２４に保存される。

【００２７】また、相関解析や自動校正の演算に必要な
パラメータが、オペレータの操作を介し入出力処理部３
０からパラメータ入力手段２８を用いて、データ編集手
段２５に入力される。この場合、測定地点が同一な項目
で相関解析が可能な項目、すなわち曝気槽流入懸濁物濃
度、返送汚泥濃度、溶存酸素濃度、およびＭＬＳＳ濃度
について各々以下表１の相関解析および自動校正のパラ
メータに示されるパラメータが入力される。なおオペレ
ータからパラメータの入力がない場合には、運転支援シ
ステム内に予め入力されている初期値が用いられる。

【００２８】

【表１】 次に、表１に示すデータ棄却検定方法について説明す
る。相関解析、自動校正をするにあたってデータの棄却
検定法には、一般に１）誤差にしきい値を設定し単にそ
のしきい値を越えたものは削除するという方法、２）デ
ィクソンの方法、３）グラブスの方法などがある。例え
ば１）の誤差にしきい値を設定する方法を選択する場合
はＭＣを１とし、データ棄却検定のための誤差最大Ｅｓ
を用いる。他方、２）ディクソンの方法または３）グラ
ブスの方法を選択する場合は、データ棄却検定のための
危険率αを用いる。

【００２９】次に、新しい手分析値が入出力処理部３０
から手分析値入力手段２３に入力される毎に、データ編
集手段２５において自動的に同一測定地点で同一項目ど
うしの組み合わせ、つまり曝気槽流入懸濁物濃度、返送
汚泥濃度、溶存酸素濃度、およびＭＬＳＳ濃度につい
て、手分析値とともに入力された計測日時をもとに、自
動計測値を自動計測値記憶手段２２から、また、手分析
値を手分析値記憶手段２４から抽出する。そして同一項
目（例えば曝気槽流入懸濁物濃度）について、手分析値
および自動計測値の２つの時系列データ群（データ数
Ｎ）を作成する。

【００３０】ここでデータ数Ｎは測定基準日数（１０日
間程度）中における手分析の測定回数に相当する。また
手分析値に合わせて自動計測値を抽出する場合には、手
分析値計測時刻を中心としてパラメータ入力手段２８で
設定した自動計測値平滑化時間Ｔ時間の間のデータを平
均し、この平均値を自動計測値として抽出する。

【００３１】次に相関解析手段２６において、データ編
集手段２５で作成された曝気槽流入懸濁物濃度、返送汚
泥濃度、溶存酸素濃度、およびＭＬＳＳ濃度の手分析
値、自動計測値の２つの時系列データ群から、（１）式
により手分析値Ｍ（ｎ）から手分析値平均値Ｍ_avを求
め、次に（２）式により自動計測値Ａ（ｎ）から自動計
測値平均値Ａ_avを求める。さらに相関解析手段２６にお
いて（３）式により手分析値および自動計測値の相関係
数Ｒを求めるとともに、（４）式により手分析値を真値
とした場合の自動計測値の誤差Ｅ（ｎ）を求める。さら
に（５）式により誤差平均Ｅを求め、次に（６）式を用
いて標準偏差σを求める。

【００３２】 Ｍ_av ＝ ΣＭ（ｎ）／Ｎ ……（１） Ａ_av ＝ ΣＡ（ｎ）／Ｎ ……（２）

【００３３】

【数１】 Ｅ（ｎ）＝Ｍ（ｎ）−Ａ（ｎ） ……（４） Ｅ_av ＝ ΣＥ（ｎ）／Ｎ ……（５）

【００３４】

【数２】 Ｍｍ_av ＝ ΣＭ（ｍ）／Ｍ ……（７） Ａｍ_av ＝ ΣＡ（ｍ）／Ｍ ……（８） Ｅｍ_av ＝ ΣＥ（ｍ）／Ｍ ……（９）

【００３５】

【数３】

【００３６】

【数４】 ａ ＝ Ｍｍ_av −ｂｘＡｍ_av ……（１２） Ｍ（ｍ）＝ａ＋ｂｘＡ（ｍ） ……（１３） 次に、相関解析手段２６の演算の結果、手分析値と自動
計測値の誤差の標準偏差σが、パラメータ入力手段２８
で、入力されたデータ異常判断のための誤差分散Ｃ１以
上である場合、および手分析値と自動計測値の誤差の平
均値の絶対値｜Ｅ_av｜が異常判断のための誤差分散Ｃ２
以上である場合、または後述するデータ棄却検定の結
果、有効データが２以下となり解析不能となった場合に
は、自動計測値の異常と認め、解析結果表示手段２７か
ら入出力処理部３０を経てオペレータに解析後すぐに警
報する。

【００３７】この場合、自動計測値の手分析値からの誤
差を通知することによって、オペレータに自動計測器の
校正を促すことができる。他方、自動計測値について異
常の判断がなされない場合は、正常と認め、オペレータ
の要求に応じて解析結果を表示する。

【００３８】一方、自動校正手段２９により自動計測値
を校正する場合は、相関解析手段２６において前述した
式（１）〜（６）の演算に加えて更に次のような演算が
行なわれる。すなわち、パラメータの入力手段２８によ
り自動校正を実施するかどうかの判断Ｓが自動校正を実
施すると入力された場合、まず誤差の大きいデータが、
棄却検定法により削除される。

【００３９】上記のように、データの棄却検定法には、
１）誤差にしきい値を設定し単にそのしきい値を越えた
ものは削除するという方法、２）ディクソンの方法、
３）グラブスの方法などがあるが、本実施例では１）誤
差にしきい値を設定し単にそのしきい値を越えたものは
削除するという方法を選択する。すなわち、オペレータ
からパラメータ入力手段２８を用いて、回帰式に利用す
るデータの誤差最大値Ｅｓ、自動計測値の最大値Ｄｕお
よび自動計測値の最小値Ｄｄが入力され、誤差最大値Ｅ
ｓ、自動計測値の最大値Ｄｕおよび自動計測値の最小値
Ｄｄの範囲外のデータが削除される。

【００４０】この場合、自動計測値および手分析値のデ
ータ数Ｎが、データ棄却検定後、有効なデータ数がＭ個
となる。また、Ｍが２以下の場合には、以後の式（７）
〜（１２）の演算を中止し、解析不能情報を解析結果表
示手段２７でオペレータに通知する。

【００４１】データ棄却検定後、相関解析手段２６にお
いてＭのデータについて、（７）式を用いて手分析値平
均値Ｍｍ_avが、（８）式を用いて自動計測値平均値Ａｍ
_avが、（９）式を用いて誤差平均Ｅｍ_avが、（１０）式
を用いて誤差標準偏差σｍが各々求められる。次に相関
解析手段２６において手分析値と自動計測値の関係が１
次式で近似できると仮定し、（１１）式および（１２）
式を用いて回帰係数ｂおよびａが求められる。相関解析
手段２６の演算の結果、データ棄却検定後の有効データ
数が３以上でかつ誤差標準偏差σｍが自動校正を実施す
る誤差分散Ｃ３以下で、データ棄却検定後の誤差の平均
値の絶対値｜Ｅｍ_av｜が、自動校正を実施する誤差偏差
Ｃ４以上の場合、すなわち誤差がプラスかマイナス方向
に片寄って、かつ分散の少ない線形な関係が認められる
場合に、自動校正手段２９では、相関解析手段２６で求
めた回帰式（１３）を用いて、自動計測値を自動校正
し、相関解析終了以後、自動校正した自動計測値を監視
・制御システム４０に出力する。

【００４２】また、最新自動計測器、点検日時ＤＣがパ
ラメータ入力手段２８により入力されると、このＤＣの
入力により自動計測値の自動校正が中止される。

【００４３】以上のように本実施例によれば、曝気槽流
入懸濁物濃度、返送汚泥濃度、溶存酸素濃度、およびＭ
ＬＳＳ濃度等のプロセスデータについて、自動計測値の
正常および異常が、手分析値の入力に伴い自動的に判断
され、異常であれば、すぐにオペレータに通知される。
このため自動計測値を入力とする制御動作を速かに修正
することができるので、自動計測値に基づいてプロセス
状態監視や、制御が行われている監視・制御システムの
信頼性を向上させることができる。特に曝気槽流入懸濁
物濃度、返送汚泥濃度、溶存酸素濃度、およびＭＬＳＳ
濃度は、活性汚泥法を用いた下水処理プラントの運転の
主要な操作項目である曝気風量、返送汚泥量、余剰汚泥
引き抜き量の制御に大きな影響を及ぼすため、自動計測
値の異常を運転支援システムで検出することにより監視
・制御システムの信頼性を大きく向上させることができ
る。

【００４４】なお、上記実施例において下水処理場に運
転支援システムを設けた例を示したが、これに限らず浄
水場に設けることもできる。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば水
処理プラントのプロセスデータについて、手分析値を真
値とした場合の自動計測値の誤差が自動的に表示される
ので、自動計測値を基にして行なわれる水処理プラント
の運転制御を速やかに修正することができる。このため
水処理プラントの運転制御の信頼性を向上させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による水処理プラントの運転支援システ
ムの一実施例を示す概略図。

【符号の説明】

２０ 運転支援システム ２１ 自動計測値入力手段 ２２ 自動計測値記憶手段 ２３ 手分析値入力手段 ２４ 手分析値記憶手段 ２５ データ編集手段 ２６ 相関解析手段 ２７ 解析結果表示手段 ２８ パラメータ入力手段 ２９ 自動校正手段 ３０ 入出力処理部 ４０ 監視・制御システム ５０ 制御用コントローラ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水処理プラントに配置された自動計測器か
   らの複数のプロセスデータの自動計測値が入力される自
   動計測値入力手段と、 前記水処理プラントに対する手分析により得られた複数
   のプロセスデータの手分析値が入力される手分析値入力
   手段と、 自動計測値を記憶する自動計測値記憶手段と、 手分析値を記憶する手分析値記憶手段と、 自動計測値と手分析値から各プロセスデータ毎に時系列
   データ群を作成するデータ編集手段と、 前記時系列データ群に基づいて、手分析値を真値とした
   場合の自動計測値の誤差を求める相関解析手段と、 相関解析手段の結果を表示する解析結果表示手段と、か
   らなる水処理プラントの運転支援システム。
2. 【請求項２】相関解析手段により自動計測値の校正が必
   要とされた場合に、自動計測値を自動校正する自動校正
   手段を更に設けたことを特徴とする請求項１記載の水処
   理プラントの運転支援システム。