JPH05309376A - 液体中和装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ハンチング現象を起こすことなく、しかも時
々刻々変化する原液に対応して最適に中和剤を注入する
ことができる液体中和装置を提供することを目的とする 【構成】 プラントにおけるｐＨ値を逐次計測し、これ
よりファジィ予測器１０において規範滴定カーブより現
在のｐＨ値に対応する滴定カーブモデルをファジィ推論
により予測する。ファジィ仮想目標発生器１１では、こ
の滴定カーブモデルから次の目標ｐＨ値のための補正量
をファジィ推論により決め、目標ｐＨ値の逆関数から中
和剤の流量ｕを決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、原液と中和剤（酸性液
体又はアルカリ性液体）を混合し中和する方式の液体中
和装置に係り、中和剤の注入量を演算若しくはファジイ
推論により制御する液体中和装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】混合中和方式による液体の中和方法とし
ては、例えば特開昭５６−６０６８４号公報等がある。
この中和方法は、例えば一定流量の原液に対し適宜の流
量に調整された中和剤をラインミキサー等の混合器にお
いて瞬時に混合し、連続的な中和を行え、バッチ式の中
和装置のように大容量の混合槽が不要で、原液の貯槽は
小容量のタンクで済むといった長所を有している。

【０００３】中和剤の注入量は、混合器の流出液のＰＨ
値をＰＨ検出器により検出し、該混合器の流出液のｐＨ
値が中和点（ｐＨ＝７）となるように中和剤の配管系に
設けた流量調整弁を制御して行っており、この制御は一
般にＰＩＤ制御方式を用いている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、中和剤
の流量調整を行う場合、以下に述べる難しさが指摘され
ている。

【０００５】 ｐＨ値がイオン濃度の指数値であるの
で、ｐＨ値の変動は１０のｎ乗のオーダの扱いを必要と
するような極めて敏感な制御系となる。

【０００６】 中和点付近でのイオン濃度が極端に低
くなることから、目標値付近での制御の安定性が非常に
悪くなる。

【０００７】 ｐＨ値を精度よく測定することはでき
ないため、ｐＨ値だけから単純に中和剤の注入量を決定
することは危険がある。

【０００８】 たとえ同一のｐＨ値でも廃液中に含ま
れるイオンの種類によって緩衝効果が異なるので、中和
に必要となる中和剤の注入量は一般に異なる。

【０００９】 原液の流量を一定としても、ｐＨ値は
常に一定とはいえない。

【００１０】 原液を一旦溜めておく反応槽の容量に
よってむだ時間は異なるが、一般には時定数に対してむ
だ時間が大きい。

【００１１】このため、従来の中和制御方式では固定さ
れた目標値（通常はｐＨ７）と処理液ｐＨとの差（偏
差）から演算された量を制御量としているため、ＰＩＤ
制御単独では対応できない。したがって、ベテランの作
業者の手動操作による調整が大きなウエイトを占めてい
るのが現状である。

【００１２】本発明はこのような従来の問題を解決し、
中和調整を適切に行える液体中和装置を提供することを
目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の目的を実現する
液体中和装置の具体的構成は、原液が通液される第１の
配管系と、該第１の配管系に対して中和剤を注入するた
めの第２の配管系と、該第１の配管系の中和剤注入点よ
りも下流側に配置された混合手段と、該混合手段で混合
された処理液のｐＨ値を計測する処理液ｐＨ値計測手段
と、該中和剤の注入流量の調整を行う自動の中和剤流量
調整機構と、該処理液ｐＨ値計測手段からの各計測情報
に基づき該中和剤流量調整機構の薬液注入量を制御する
制御手段とを有し、該制御手段は、ｐＨ値と薬液注入量
との関係を表す複数の規範滴定カーブを有し、現在の処
理液ｐＨ値とこれら規範滴定カーブから、処理ｐＨ値に
対応する滴定カーブをファジィ推論により逐次演算する
滴定カーブ予測部と、該滴定カーブ予測部により求めた
滴定カーブと処理液ｐＨ値計測手段から計測値に基づき
次の目標とするｐＨ値をファジィ推論し、該中和剤流量
調整機構の薬液注入量を決定する仮想目標発生手段とか
ら構成したことを特徴とする。

【００１４】

【作用】上記した構成の液体中和装置は、廃液等の原液
の変化に対し逐次滴定カーブを変更する処理、およびこ
の滴定カーブにより次のｐＨ値の目標を決めて中和剤の
流量を設定する処理をファジィ推論により行う。

【００１５】

【実施例】図１は本発明による液体中和装置の一実施例
を示すブロック図である。

【００１６】図１におて、１は中和剤であるＨＣｌ等の
酸性液が貯えられている酸性液タンク、２は中和剤であ
るＮａＯＨ等のアルカリ性液が貯えられているアルカリ
性液タンク、３は中和処理のための原液が受け入れられ
る原液受入タンクである。

【００１７】Ｌ１は酸性液タンク１内の酸性液を原液処
理配管系Ｌ３に注入する酸性液注入配管系、Ｌ２はアル
カリ性液タンク２内のアルカリ性液を原液処理配管系Ｌ
３に注入するアルカリ性液注入配管系、Ｌ３は原液受入
タンク３内の原液を中和処理のために通す原液処理配管
系である。

【００１８】酸性液注入配管系Ｌ１には、注入ポンプＰ
１、酸性液流量制御弁ＣＶ１等が設けられ、酸性液流量
制御弁ＣＶ１により流量が調整された酸性液が原液処理
配管系Ｌ３に注入される。またアルカリ性液注入配管系
Ｌ２には、注入ポンプＰ２、アルカリ性液流量制御弁Ｃ
Ｖ２等が設けられ、アルカリ性液流量制御弁ＣＶ２によ
り流量が調整されたアルカリ性液が原液処理配管系Ｌ３
に注入される。

【００１９】原液処理配管系Ｌ３には、原液ポンプＰ
３、原液のｐＨ値を測定する原液用ｐＨ計４が設けら
れ、またこれら注入点よりも下流側には連続式混合器で
あるラインミキサー８が設けられ、さらにラインミキサ
ー８の後段に混合タンク９が設けられており、混合タン
ク９から排出された中和処理液のｐＨ値を測定する処理
液用ｐＨ計５が設けられている。

【００２０】７は装置の制御を行うコンピュータからな
る制御装置で、原液用ｐＨ計４、処理液ｐＨ計５のｐＨ
値情報が入力され、酸性液流量制御弁ＣＶ１およびアル
カリ性液流量制御弁ＣＶ２の開度（％）制御信号を出力
する。

【００２１】制御装置７は、原液が酸性液かアルカリ性
液かの判断を原液用ｐＨ計４からのｐＨ情報に基づき判
断し、中和のために注入する中和剤の選択を行うｐＨ判
断部と、該ｐＨ判断部にて選択された中和剤の注入流量
をｐＨ計４、５等の情報等から決定する流量設定部とか
ら構成されている。

【００２２】上記した構成の液体中和装置は、原液用ｐ
Ｈ計４により検出した原液のｐＨに基づき、原液が例え
ば酸性であると判断すると、原液に対して制御装置７で
設定された弁解度をアルカリ性液流量制御弁ＣＶ２に指
示し、原液と中和剤とがラインミキサー８と混合槽によ
り混合されて中和され、不図示の排水槽へ排出されるこ
とになる。

【００２３】また、原液が例えば酸性からアルカリ性に
変化した場合、ｐＨ計４によって得られる原液のｐＨの
変化量がある値以上の場合、原液処理配管系Ｌ３の弁Ｖ
２を閉じ、リターン配管系Ｌ４の弁１を開弁して処理液
を原液受入タンク３に戻すようにしてもよい。

【００２４】さらに、所定時間内でｐＨ計５によって得
られる処理液のｐＨ変化量がある値以上の場合、制御を
中断（ホールド）するようにすることもできる。

【００２５】次に、制御装置７の流量設定部について説
明する。

【００２６】流量設定部は、図２に示すように、ファジ
ィ予測器１０、ファジィ仮想目標発生器１１により構成
され、ファジィ推論によりｐＨ値が７に収束してゆくよ
うに中和剤の注入量をファジィ制御する。

【００２７】ファジィ予測器１０には、図３に示す中和
処理の対象となるプラントの特性に合わせた４つの規範
滴定カーブ（〜）が予め用意されており、図３は横
軸が中和剤の注入量（弁開度）、縦軸がｐＨ値を表して
いる。なお図３は中和剤としてアルカリ性液を用いたも
のであるが、酸性液の中和剤についても同様のものを用
意している。

【００２８】ファジィ予測器１０は、いくつかの異なる
状況における過去の運転データをもとに作成された規範
滴定カーブ（〜）を用い滴定カーブを予測するもの
である。

【００２９】この滴定カーブモデルを得るためのファジ
ィ推論は、種々の方法を用いることができ、本実施例で
は薬液を注入することにより得られたデータを挟む２本
の規範カーブとの距離から、ＩＦ ＴＨＥＮルールの後
件部を構成する函数の係数（パラメータ）を決定するよ
うにしている。但し、単に単純な距離だけでは２本の滴
定カーブのいずれか一方に大きく左右されることから、
重み付けを行い、補間法により滴定カーブモデルを演算
する。

【００３０】ファジィ予測器１０の動作は、ある時刻
（ｔ）での注入量ｕ（ｔ）と、これに対するプラントの
ｐＨ値（ｐＨ計５からの検出値）ｐＨ（ｔ）から、プラ
ントの滴定カーブモデルの関数ｆ（ｕ（ｔ））を逐次予
想し、また予測した滴定カーブモデルの逆関数ｆ^-1（ｐ
Ｈ（ｔ））を求める。

【００３１】しかし、原液のｐＨ値等の性質は一定のも
のではなく、時々刻々変化していること等から、この滴
定カーブモデルｆ₀ に従って一義的に注入量を制御する
ことは非常に危険で有る。

【００３２】すなわち、中和制御は最終的にｐＨ値を７
付近に収束させることを目的とするが、次の時刻におけ
る目標ｐＨ値を常に７に設定するのは、ｐＨ値が７付近
での滴定カーブは傾きが非常に大きい等の理由から、ハ
ンチングを招く虞があり危険である。

【００３３】一方、ハンチングを恐れて毎回（時間ｔ経
過毎）の注入量を微量にすると、中和点から遠く離れた
状況では、ｐＨ値が殆ど改善されないため効率が悪い。

【００３４】そこで、一定時間ごとに逐次滴定カーブモ
デルｆ_n を予測し、更新された滴定カーブモデルに従っ
て注入量を決定すればよいことになる。

【００３５】具体的には、現在の滴定量がａ_n でｐＨ値
がｂ_n であるとすると、その座標を挟むの規範滴定カ
ーブとの規範滴定カーブとから滴定カーブモデルｆ_n
を予測し、次いで（ａ_n+1 ，ｂ_n+1 ）から滴定カーブモ
デルｆ_n+1 、を予測し、さらに（ａ_n+2 ，ｂ_n+2 ）から
滴定カーブモデルｆ_n+2 を予測するという演算処理を逐
次行う。

【００３６】しかし、滴定カーブモデルはあくまでも
「予測」であり実プラントにおける特性ではないから、
その間に当然誤差が生じることになる。

【００３７】したがって、中和制御を効率よく実現する
ためには、 ファジィ予測器１０によって予測した滴定カーブモ
デルが現在のプラントの状況をどの程度正確に表現して
いるか、 現在のｐＨ値が中和点からどれくらい離れている
か、を考慮する必要がり、ファジィ仮想目標発生器１１
はこの点を加味して注入量を決定する。

【００３８】ファジィ仮想目標発生器１１は、実プラン
トのｐＨ値（ｐＨ計５の検出値）ｐＨ（ｔ）と、ファジ
ィ予測器１０によって予測された滴定カーブモデルのｐ
Ｈ値（￣ｐＨ）との誤差（￣ｅ（ｔ））とその変化分Δ
ｅ（ｔ）から、次の時刻の仮想目標ｐＨ値補正量であ
る、ｅ^* （ｔ＋１）を推論する。つまり、ファジィ予測
器１０によって予測した滴定カーブモデルが現在のプラ
ントの状況をどの程度正確に表現しているのかをファジ
ィ推論する。

【００３９】このファジィ推論規則は、ｐＨ（ｔ）≧７
の場合と、ｐＨ（ｔ）＜７の場合に分けられる。

【００４０】推論方法は簡略化法を用いており、下記に
示す表１のＰ、Ｎ、Ｚは前件部のファジィ集合であり、
図７のように定められている。

【００４１】

【表１】

【００４２】この推論結果より、次の時刻の仮想目標ｐ
Ｈ値｛ｐＨ^* (t+1) ｝は、 ｐＨ^* (t+1) ＝ｐＨ（ｔ）＋ｅ^* (t+1) により与えられる。

【００４３】なお、推論する仮想目標ｐＨ値補正量｛ｅ
^* (t+1) ｝は、実プラントのｐＨ値が７に近づくほど小
さく、また遠いほど大きくする必要があるため、ｐＨ７
からの偏差で重み付けを行っている。

【００４４】ファジィ目標発生器１１は、この仮想目標
ｐＨ値｛ｐＨ^* (t+1) ｝を滴定カーブモデルの逆関数に
代入し、ｆ^-1｛ｐＨ^* (t+1) ｝、の値を求め、この値を
次の時刻における注入量ｕ(t+1) とし、流量制御弁ＣＶ
１又はＣＶ２をこの注入量に相当する弁開度に制御す
る。

【００４５】上記した構成の液体中和装置により、原液
の試料水として、試料１と試料２により中和実験を行っ
た。

【００４６】試料１は、水道水にＨＣｌを添加し、ｐＨ
値を約２．５とし、試料２は実原液を純水で約１０倍に
希釈してｐＨ値を約２．５としたものを使用している。

【００４７】図４は試料１を用いて本実施例による装置
で中和処理したときの制御状態を示す図で、縦軸はｐＨ
値を百分率（％）で示し、横軸を時間としたものであ
り、目標値が５０％とはｐＨ値＝７を表す。

【００４８】図５は試料２を用いた場合で、同様の試料
２を従来のＰＩＤ制御とオペレーターによる手動操作を
交えた方法で制御した状態を図６に示す。

【００４９】図５と図６との比較より明らかなように、
本発明を用いれば、従来のようなハンチングは全く生ぜ
ず、短時間に目標値に達し、その後は安定した中和処理
が実現する。

【００５０】なお上記した実施例において、ファジィ予
測器１０は予め設定した４つの規範滴定カーブを逐次用
いて滴定カーブモデルを作成しているが、制御動作中に
収集した滴定量データとｐＨ値データを用い、回帰分析
により滴定カーブを作成し、このカーブを規範滴定カー
ブと入れ替えて逐次修正すれば、予測する滴定カーブモ
デルは対象とするプラントの実滴定カーブにより近似し
たものとなる。

【００５１】なお、上記の実施例では、中和剤として酸
性液とアルカリ性液の両方を用意しているが、原液が例
えば酸性とすれば、中和剤としてアルカリ性液のみ用意
することもでき、この場合、図１に示すようなリターン
配管系Ｌ４を設けておけば、原液が例えば酸性からアル
カリ性へ変化したのが一時的であれば、原液が元の酸性
に戻るまでリターンするようすれば良く、また原液ポン
プＰ３を停止し、中和処理を中止するようにしても良
い。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
一義的に決まる滴定カーブによって中和剤の注入量を制
御するのではなく、時系列的に変化する原液の状態にで
きるだけ対応するように滴定カーブを決め、また次の目
標に従った薬液の注入流量調整を無理のないように決め
るため、ハンチングを起こすことなく適切に処理液のｐ
Ｈ値を７付近に維持することができる。

【００５３】また、ハンチングがないために、短時間で
ｐＨ値を７付近までにすることができるという応答性の
点においても優れている。

【００５４】さらに、従来のＰＩＤ制御に比べ単に応答
性が優れているのみでなく、原液の性質変化に対する追
従性が優れているので、中和剤の消費量を少なくするこ
とができるばかりか、原液を一旦貯えてｐＨ値を一定化
するためのタンクの小型化も図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による液体中和装置の一実施例を示すブ
ロック図。

【図２】図１の制御装置のブロック図。

【図３】規範滴定カーブを示す図。

【図４】図１の装置により試料１を中和する際の制御状
態を示す図。

【図５】図１の装置により試料２を中和する際の制御状
態を示す図。

【図６】従来の装置による試料２の中和制御状態を示す
図。

【図７】ファジィ集合を示す図。

【符号の説明】

１…酸性液タンク ２…アルカリ性液タンク ３…原液受入タンク ４、５…ｐＨ計 ７…制御装置 ８…ラインミキサー ９…混合槽 １０…ファジィ予測器 １１…ファジィ仮想目標発生器

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原液が通液される第１の配管系と、該第
   １の配管系に対して中和剤を注入するための第２の配管
   系と、該第１の配管系の中和剤注入点よりも下流側に配
   置された混合手段と、該混合手段で混合された処理液の
   ｐＨ値を計測する処理液ｐＨ値計測手段と、該中和剤の
   注入流量の調整を行う自動の中和剤流量調整機構と、該
   処理液ｐＨ値計測手段からの各計測情報に基づき該中和
   剤流量調整機構の注入量を制御する制御手段とを有し、 該制御手段は、原液ｐＨ値と薬液注入量との関係を表す
   複数の規範滴定カーブを有し、現在の処理液ｐＨ値とこ
   れら規範滴定カーブから、処理ｐＨ値に対応する滴定カ
   ーブをファジィ推論により逐次演算する滴定カーブ予測
   部と、該滴定カーブ予測部により求めた滴定カーブと処
   理液ｐＨ値計測手段から計測値に基づき次の目標とする
   ｐＨ値をファジィ推論し、該中和剤流量調整機構の薬液
   注入量を決定する仮想目標発生手段とから構成したこと
   を特徴とする液体中和装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、第２の配管系は酸性
   液又はアルカリ性液のいずれかの中和剤を通液する１系
   統の配管系であることを特徴とする液体中和装置。
3. 【請求項３】 請求項１において、第２の配管系は酸性
   液とアルカリ性液を通液する２系統の配管系であること
   を特徴とする液体中和装置。
4. 【請求項４】 請求項１又は３において、原液のｐＨ値
   を計測する原液ｐＨ値計測手段を有し、該原液ｐＨ値計
   測手段の計測値により、制御手段は中和剤を酸性液とす
   るかアルカリ性液とするかを判断し、対応する流量調整
   機構を動作させることを特徴とする液体中和装置。
5. 【請求項５】 請求項１、２、３又は４において、制御
   手段は、所定時間内でのｐＨ値の変化量が所定範囲を越
   えた場合には制御を中断することを特徴とする液体中和
   装置。
6. 【請求項６】 請求項１、２、３、４又は５において、
   制御手段は滴定カーブを回帰分析法により演算し、これ
   を規範滴定カーブと入れ替える学習機能を有することを
   特徴とする液体中和装置。