JPH06277406A - 浄水場の凝集剤注入制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 凝集剤の注入後５分乃至１０分以内に凝集剤
の注入の過不足を検出し、以て、短時間で適正な凝集剤
の注入を行うことを可能にした浄水場の凝集剤注入制御
装置を提供することを目的とする。 【構成】 急速混和槽２に流入した原水は凝集剤と急激
に混和され、その後、フロック形成池３に流下する。フ
ロック形成池３を流下するに従い、沈降性の高い凝集フ
ロックＦへと生長してゆく。急速混和槽２の出口である
流出渠４には、生成中の凝集フロックの画像を撮影する
フロック画像検出装置８が設けられていて、取り込んだ
画像データに基づき制御装置９が凝集剤注入機７を制御
して適正量の凝集剤を急速混和槽２へ注入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は凝集剤注入制御装置に係
り、特に、浄水場に好適な凝集剤の注入制御装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】浄水場における水道の原水浄化設備は、
一般に図３で示すように構成されていた。すなわち、原
水と凝集剤注入機１５から注入される凝集剤とを急速混
和槽１４で急激に混合接触させ、不純物を取り込んだマ
イクロフロックを生成させ、このマイクロフロックを複
数段に構成されたフロック形成池１２において穏やかな
混合によってお互いに衝突凝集させて沈降性の高い大き
な凝集フロックへと生成させ、さらに生成した凝集フロ
ックは沈殿池１３にて沈降させ水と分離させる。また沈
殿池からは、上澄水である処理水が取り出されるが、こ
の際、処理水とともにキャリアオーバーした僅少の凝集
フロックは図示しない急速濾過池で除去され清澄な水と
なる。

【０００３】上記した不純物等の除去技術は凝集沈殿
法、または、薬品沈殿法と呼ばれ、凝集剤としてはアル
ミニウム塩である硫酸ばん土及びＰＡＣ（ポリ塩化アル
ミニウム）が用いられ、水道水原水中に含まれる懸濁物
や不純物を、水に難溶性の水酸化アルミニウムのフロッ
クにして沈降させ、水道水原水を処理していた。

【０００４】凝集剤の注入制御及び監視装置は、水道水
原水の水温と、アルカリ度と、濁度とをそれぞれ計測
し、以下に示す（１）式及び（２）式により凝集剤の注
入率を算出し表示するもので、所謂、フィードフォーワ
ード制御による装置が知られている。

【０００５】 Ｐａｃ＝｛Ａ・Ｔｕｒｂ^N1・Ａ Ｋ^N2＋Ｂ｝Ｆｔ ・・・（１） Ｆｔ＝Ｆ（Ｔｅｍｐ） ・・・（２） ここで、Ｐａｃは注入率、Ｔｕｒｂは原水濁度、Ａ Ｋ
は原水アルカリ度、Ｔｅｍｐは原水の水温、Ｆは温度の
関数、Ｆｔは温度効果係数、Ａ，Ｂ，Ｎ１，Ｎ２は予め
定める定数である。

【０００６】上記フィードフォワード制御を行うのは、
通常の浄水場では凝集剤を注入してから、その効果を確
認できる濾過水がとりだされるまでに、２〜４時間程度
要するので、実質的にフィードバック制御を行うことが
できないためである。

【０００７】さて、上記した従来の浄水場では、原水濁
度の変動が０〜５０［ｍｇ／リットル］の通常の濃度領
域の場合は、定数Ａ，Ｂを一定の値にして運転しても良
効な結果を得ることができる。これに対して、原水濁度
が大雨などにより著しく増大した時には、上記定数Ａ，
Ｂの値による演算では好適な注入率を得ることができ
ず、予め求めておいた異なる値例えばＡ´，Ｂ´にして
凝集剤の注入率を計算し、求めた値に基づき凝集剤を注
入する様にしていた。

【０００８】また、上記した凝集剤の注入の監視は、原
水の水温、アルカリ度、濁度及び凝集剤注入状況の時系
列データをＣＲＴ等に表示して監視すると共に、沈殿池
から流出する水及び急速濾過池を通った濾過水の濁度の
時系列データを前記ＣＲＴ等に表示させるものである。

【０００９】上記した濾過水の濁度は、凝集剤の注入が
適正で凝集沈殿処理が良好な場合は測定限界以下である
が、凝集剤の注入が不足する場合は濾過水の濁度が上昇
し、水質安全の面から不安全な状態になるという問題点
があった。

【００１０】特に、上記した様な凝集剤の注入が不適切
である場合、修復の手段はなく、処理の失敗した水を捨
水（放流）しなければならず、この場合は断水を招く恐
れがある。

【００１１】発明者の長年の経験から、原水の濁度が通
常の濁度領域の場合は前述した（１）式（２）式により
求まる注入率により凝集剤の注入の失敗はないが、大雨
や渇水などによって原水の濁度や原水の成分が大幅に変
化した場合は、前述のように定数Ａ，Ｂを変更しただけ
では適切な注入率を得ることが難しく、凝集剤の注入不
足を招くことがあった。

【００１２】そこで、凝集剤の注入によるフロックの形
成状態をとらえ、その結果を凝集剤注入機１５の制御に
反映させようとすることが考えられた。例えば、図３の
様に凝集フロックの画像検出装置１１をフロック形成池
１２の出口点若しくは沈殿池１３の入口部分に設ける。
この位置では凝集フロックが十分生成されるので、この
凝集フロックの画像をとり込み、これを制御装置１６で
画像処理してフロックの粒径分布や沈降速度分布を計測
し表示することにより監視する。

【００１３】しかし、上述した構成によっても、通常の
浄水場での処理水の流れでは、原水への凝集剤の注入点
ａからフロック形成池１２の出口点ｂまで約３０分乃至
４０分を要する。これはフロック形成に要する時間であ
り、これを短縮することはできない。この為、画像検出
装置１１からの検出データにより、凝集剤の注入の適否
の結果を得るまでに約３０分乃至４０分の時間を要し、
この結果により、凝集剤注入機１５を制御しても、３０
分乃至４０分前の結果により制御することとなる。この
ように、大きな時間遅れを有するため大雨や渇水などに
より原水濁度が急変すると、凝集剤の注入の遅れ、即
ち、注入不足または注入過剰が生じる。この様なことを
防止するためには、操作員が天候などを参照しながら原
水濁度を常時監視し、場合によっては、制御を手動で行
わなければならない等装置の運転が煩雑で熟練を要し
た。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来技術
では、凝集剤を注入してから、その注入の適否が確認さ
れるまでに長時間を要するので、この確認結果により凝
集剤の注入制御を行っても、状況の急変時等には、適切
な制御を行うことができなかった。

【００１５】本発明の目的は、凝集剤の注入後５分乃至
１０分以内における凝集フロックの状態から、凝集剤の
注入の過不足を検出し、以て、短時間で適正な凝集剤の
注入を行う様に制御する浄水場の凝集剤注入制御装置を
提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る浄水場の凝
集剤注入制御装置は、急速混和槽と、フロック形成池
と、沈殿池とを備え、凝集剤注入機により凝集剤を前記
急速混和槽に注入して水道水原水を浄化する浄水場にお
いて、前記フロック形成池の入口付近もしくは前記急速
混和槽とフロック形成池間に凝集フロックの画像を撮影
するフロック画像検出装置を設け、このフロック画像検
出装置の検出データからフロック形成状態の特徴を把握
し、この特徴に基づき前記凝集剤注入機を制御する制御
装置を設けたものである。

【００１７】そして、制御装置はフロック画像検出装置
の撮影した画像を画像処理する画像処理手段と、前記画
像処理手段の処理データに基づき凝集フロックの粒径分
布を計測すると共に、得られた粒径分布に基づき粒径分
布の中央値と歪度とを計算し、この中央値と歪度とに基
づき凝集剤の注入量を演算する演算手段とからなる。

【００１８】

【作用】急速緩和槽に流入した原水は凝集剤と急激に混
和さ、その後、フロック形成池に流出してゆく。フロッ
ク形成池では原水と凝集剤とがゆっくりと混合され、第
１フロック形成池、第２フロック形成池、第３フロック
形成池を流下するに従い、凝集反応が進み、より大きく
沈降性の高い凝集フロックへと生長してゆく。

【００１９】そして、生成したフロックは沈殿池で沈降
分離され、上澄水は急速濾過池へと流下する。フロック
形成池の入口付近もしくは急速混和槽の出口の流出渠に
は、生成中の凝集フロックの画像を撮影するフロック画
像検出装置が設けられていて、取り込んだ画像データに
基づき、凝集剤の注入をコントロールする。

【００２０】フロック画像検出装置は前述した様にフロ
ック形成池の入口付近または急速混和槽とフロック形成
池の間に設けられているから、凝集剤の注入後５分乃至
１０分以内に凝集剤の注入の過不足を検出することがで
きるから、短時間で適正な凝集剤の注入を行うことが出
来る。

【００２１】

【実施例】本発明に係る浄水場の凝集剤注入制御装置の
実施例を図１及び図２に基づき説明する。図中、１は本
システムに水道水原水（以下、原水という）を導入する
管路で、上記原水を急速混和槽２に導く。急速混和槽２
は管路１で導かれた原水を凝集剤と急激に混合接触さ
せ、不純物を取り囲んだマイクロフロックを生成させ
る。３はフロック形成池で、急速混和槽２から流出渠４
を介して流下した水のマイクロフロックを穏やかな混合
によって凝集させ、沈降性の高い大きな凝集フロックＦ
へ生成させる。このフロック形成池３は第１フロック池
３ａと、第１フロック形成池３ａの次の工程である第２
フロック形成池３ｂと、次工程の第３フロック形成池３
ｃとで構成される。

【００２２】５は沈殿池で、前記第３フロック形成池３
ａの次の工程として設けられ、これらフロック形成池３
で生成された凝集フロックＦを沈降させ水と分離させ
る。沈殿池５から処理水と共に一部流れ出した凝集フロ
ックＦは図示しない急速濾過池で除去されきれない水と
して得られる。

【００２３】７は凝集剤注入機で、急速混和槽２に対し
薬注管７ａを介して凝集剤を注入する。８はフロック画
像検出装置で、流出渠４内の凝集フロックＦを含む被処
理水を捕らえて拡大する顕微鏡状の光学系を有し、この
光学系による拡大像をテレビカメラで撮像し、画像信号
として出力する。９は制御装置で、フロック画像検出装
置８が検出する画像信号に基づき凝集剤注入機７を制御
する。この制御装置９は、フロック画像検出装置８の検
出したフロック画像信号に対し、予め定めた画像処理を
施す画像処理手段９ａと、画像処理手段９ａの出力であ
る画像データを基に必要な演算を行い凝集剤の注入率を
求める演算手段９ｂと、演算手段９ｂの演算結果（注入
率）に基づき凝集剤注入機７を制御する注入制御器９ｃ
と、運転に必要なデータを表示する表示装置９ｄとで構
成している。

【００２４】この様に構成した凝集剤の注入制御装置に
おいて、管路１を介して急速緩和槽２に流入した原水は
薬注管７ａで注入された凝集剤と急激に混和され、その
後、フロック形成池３に流出して行く。

【００２５】フロック形成池３では原水は凝集剤とゆっ
くりと混合され、第１フロック形成池３ａ、第２フロッ
ク形成池３ｂ、第３フロック形成池３ｃを流下するに従
い、フロックの凝集反応は進み、より大きく、しかも、
沈降性の高い凝集フロックへと成長してゆく。

【００２６】そして、生成した凝集フロックは、沈殿池
５で沈降分離され、上澄水は急速濾過池へと流下する。
急速混和槽２の出口である流出渠４には、前記した様に
生成中の凝集フロックＦの画像を撮影するフロック画像
検出装置８が備えられていて、撮影した画像は制御装置
９の画像処理手段９ａに送られ、ここでコントラスト強
調などの濃淡処理、２値化処理、２値処理、粒子の分
級、粒径の計測、粒径分布図（ヒストグラム）作成など
必要な画像処理が施される。作成された粒径分布図は演
算手段９ｂに出力され、粒径分布図の中央値や歪度が計
算され、得られた歪度に基づき所定の演算式で凝集剤の
注入の補正量が演算される。

【００２７】ここで、流出渠４において、画像検出装置
８により撮像される凝集フロックＦは、凝集剤を注入さ
れてから５分乃至１０分以内のものであり、まだ充分に
生成されたものではない。このため、従来のように充分
に生成されたフロックの形状や沈降速度等から凝集剤注
入の適否を判断することは困難である。しかし、凝集剤
注入後５分乃至１０分以内であっても、注入量が適切な
場合と、不適切な場合とでは、フロックの形成状態（粒
径の分布状態）に歪等の特徴が生じることを見出した。
そこで、この特徴を把握することにより、凝集剤の注入
が適切に行われたか否かを判別することとした。

【００２８】以下この手法について説明する。演算手段
９ｂは、前記画像信号により得られたフロックの粒径分
布を平滑化した後、その中央値Ｍと正規分布に対する歪
度Ｗを計算する。

【００２９】次いで、得られた中央値Ｍと歪度Ｗとに基
づき以下の（３）式により凝集剤の注入率の補正量ΔＳ
を計算する。 ΔＳ＝Ｋ_W （Ｗ−Ｗ_N ）−Ｋ_m （Ｍ−Ｍ_N ） ・・・（３） ここで、Ｗ_N は歪度の目標値、Ｍ_N は中央値の目標値、
Ｋ_W ，Ｋ_m は実験により得られる係数（定数）である。

【００３０】そして、中央値Ｍ，歪度Ｗ，凝集剤の注入
補正量ΔＳは表示装置９ｄに表示され、運転状態の監視
に用いられる。また、補正量ΔＳは凝集剤の注入制御器
９ｃに出力され、凝集剤注入機７は、前記補正量ΔＳを
加味した注入制御器９ｃの出力に基づき必要量の凝集剤
を急速混和槽２に注入する。

【００３１】次に、図２に基づき本発明を更に詳しく説
明する。なお、図２の凝集フロックの粒径分布図は制御
装置９で得られるものである。図において、横軸は凝集
フロックＦの粒径ｍ（ｍｍ）を、縦軸はその頻度（ヒス
トグラム）ｆをそれぞれ表わす。

【００３２】図２（イ）の曲線Ａは原水の水質が急激に
変化し、凝集剤の注入が不充分で凝集能力が低い場合、
曲線Ｃは凝集剤の注入が最適で凝集能力が高い場合、曲
線Ｂは曲線Ａと曲線Ｃの中間の状態を示すフロックの粒
径分布を示す図である。

【００３３】凝集能力の低い曲線Ａの場合は、分布の中
心値ｍ₁の左側（低粒径側）と右側（高粒径側）では、
曲線の形が対称ではなく、所謂正規分布関数の形と比べ
歪んでいる。

【００３４】また、凝集剤の注入率が最適の曲線Ｃの場
合は、分布の中心値Ｍ₃（ｍ₁《ｍ₃）の左側（低粒径
側）では変化は穏やかであるが、右側（高粒径側）で
は、頻度ｆは急激に低下し、且つ、曲線Ａに比べその中
心の値ｍ₃は高粒径側にある。尚、曲線Ｂの分布の中心
値ｍ₂はｍ₁とｍ₃の中間の値である。

【００３５】図２（ロ）は凝集剤の注入が最適で、且
つ、凝集能力の高い場合の粒径分布の変化を示してお
り、フロック形成池３を流下してゆくにしたがって、凝
集フロックの粒径分布が変化してゆく状況を示してい
る。

【００３６】図２（ロ）の曲線Ｄ１は第１フロック形成
池３ａの入口付近の凝集フロックの状態を示し、曲線Ｄ
２は第２フロック形成池３ｂの中央付近の凝集フロック
の状態を示し、曲線３Ｄは第３フロック形成池３ｃの出
口付近の凝集フロックの粒径分布を示している。勿論、
粒径の中心値ｄ₁，ｄ₂，ｄ₃の関係はｄ₁＜ｄ₂＜ｄ₃であ
る。

【００３７】いずれも、凝集能力が高いため、右側の高
粒径側の凝集フロックは混合エネルギーによって順調に
生成し、しかも、破壊される頻度が少ない為、分布曲線
は高粒径側が急降下する形に歪んでいる。

【００３８】図２（ハ）の曲線Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３は、曲
線Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３と同一の点で採集した凝集フロック
の粒径分布を示すものであるが、曲線Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３
は凝集剤の注入率が適正でないか、もしくは、原水の水
質が変化して凝集能力が低い場合を示している。

【００３９】従って、各測定点での粒径の中心値ｅ₁，
ｅ₂，ｅ₃と前述した粒径の中心値ｄ₁，ｄ₂，ｄ₃との大
小関係は、ｅ₁＜ｄ₁，ｅ₂＜ｄ₂，ｅ₃＜ｄ₃の様になって
いる。曲線Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３では、中心値よりやや左側
の低粒径側が急降下する形となって歪んでおり、この場
合、フロック形成池３を流下してもその中心値はあまり
大きくならない。従って、大きな凝集フロックが作られ
ず、この状態の凝集フロックは、沈降速度が低く、沈殿
池５で沈殿分離しにくいフロックである。

【００４０】これらの特性から、明らかなように、凝集
剤の注入が最適な場合と、そうでない場合では、図２
（イ）で示すように、フロックの粒径分布に特徴が生じ
る。すなわち正規分布に対する歪や分布の中央値につい
て、それぞれ差が生じる。そして、これらの値は図２
（ロ）（ハ）で示す如く、第１フロック形成池３ａの入
口付近のように、凝集剤注入後の早い段階で表れる。

【００４１】したがって、これらこのフロックの粒径分
布を解析し、上記特徴を把握することにより、凝集剤の
注入制御を適正に行うことができる。本発明では、凝集
剤注入後の５分乃至１０分後の凝集フロックの初期過程
において、凝集フロックの画像を取り組むので、この画
像信号から注入後の早い時点で凝集フロックの粒径分布
図の歪を積率（モーメント）として計算することがで
き、前記（３）式により求まる補正量ΔＳを用いて凝集
剤注入の過不足量を短時間のうちに補正し、適正化する
ことができる。

【００４２】なお、この実施例では、フロック画像検出
装置８を流出渠４内に設ける様にしたが、フロック形成
池３の入口部分、例えば第１フロック形成池３ａの入口
付近等、凝集剤注入から５分乃至１０分以内の流下地点
であればどこでも良い。

【００４３】

【発明の効果】この発明に係る浄水場の凝集剤注入制御
装置によれば上述の様に、凝集の初期状態のフロック画
像の粒径分布を解析することにより、フロック成長のプ
ロセスを判定するものであるから、原水の急変により低
下したフロックの凝集能力を早期に回復せしめ、沈降性
の良い凝集フロックを生成させることが出来る。

【００４４】また、フロックの凝集の状況を早期に把握
することが出来るから、降雨の効果が短時間のうちに原
水に影響を与える我国の河川から取水する浄水場には、
特に好適である。

【００４５】そして、短時間で凝集剤の注入を適正に補
正することが可能であるから、凝集剤の注入が大幅に遅
れる様な浄水処理の失敗もなくなり、また、危険な水を
送水する恐れも全くなくなる。また、システムの運転が
容易になる等の優れた効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による浄水場の凝集剤注入制御装置の
一実施例を示す図である。

【図２】 図１におけるフロック形成池内での凝集フロ
ックの粒径分布を示す図である。

【図３】 従来技術を示す図である。

【符号の説明】

２……急速混和槽、３……フロック形成池、４……流出
渠、５……沈殿池 ７……凝集剤注入機、８……フロック画像検出装置、９
……制御装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 急速混和槽と、フロック形成池と、沈殿
   池とを備え、凝集剤注入機により凝集剤を前記急速混和
   槽に注入して原水を浄化する浄水場の凝集剤注入制御装
   置において、 前記フロック形成池の入口付近もしくは前記急速混和槽
   とフロック形成池間に凝集フロックの画像を撮影するフ
   ロック画像検出装置を設け、このフロック画像検出装置
   の検出データからフロック形成状態の特徴を把握し、こ
   の特徴に基づき前記凝集剤注入機を制御する様に制御装
   置を設けたことを特徴とする浄水場の凝集剤注入制御装
   置。
2. 【請求項２】 制御装置は、フロック画像検出装置の撮
   影した画像を画像処理する画像処理手段と、前記画像処
   理手段の処理データに基づき凝集フロックの粒径分布を
   計測すると共に、得られた粒径分布に基づき粒径分布の
   中央値と歪度とを計算し、この中央値と歪度とに基づき
   凝集剤の注入量を演算する演算手段とからなることを特
   徴とする請求項１記載の浄水場の凝集剤注入制御装置。