JPS62269796A - 浄水場のアルカリ剤注入制御装置 - 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】 ３、発明の詳細な説明 〔発明の目的〕 （産業上の利用分−） 本発明は浄水場のアルカリ剤注入制御装置にがかり、特
にフィードフォワード制御におけるｐｉ（予測の誤差を
自動的に修正する演算制御に関するものである。

（従来の技術） 従来、苛性ソーダやソーダ灰などのア／Ｌ／カリ剤注入
による処理水のｐＨ制御として、被処理水の炭酸塩化学
平衡に基づいてアルカリ剤やその他の薬品（凝集剤、消
毒剤など）注入後のｐＨを予測するフィードフォワード
制御と、アルカリ剤などの薬品の注入後のｐＨを実測す
るフィードバック制御とを組合わせた方式がある。

これは、フィードフォワード制御は制御応答を速くする
ことはできるが制御結果である処理水のｐＨに対したは
保証がないので、制御応答は遅いが制御結果を保証でき
るフィードバック制御を組合すことによって制御性能を
改善したものである。

しかしながらフィードフォワード制御に不可欠の予ｍｐ
Ｈは被処理水の炭酸塩化学平衡だけに依存するのではな
く、その他の被処理水の成分変化や水質計測器と薬品注
入機の特性にも依存しており、従って炭酸塩の化学平衡
のみによって算出した予ｍｐＨの値は必然的に誤差を含
んでいる。

この誤差は制御上無視しえない量であり、このため従来
のフィードフォード制御は精度が悪く、フィードバック
制御と組合せてもアルカリ注入が急上昇したり急降下す
る動作となり、このためフィードフォワード制御の重み
を極めて低く（５％以下）しなければならなかった。従
ってフィードフォワード制御とフィードバック制御を組
合せて制御性能を向上するという効果を得ることは困難
であった。

上記の問題に対して、従来はフィードフォワード制御に
おけるアルカリ剤の基準注入率を長周期（例えば２時間
）で手動設定し、フィードフォワード制御やフィードバ
ック制御の系のノイズに対して短周期（例えば１５分）
で感度高く反応する制御の不安定を解決している。しか
しながらこのように長周期でも手動によるアルカリ剤注
入運転の介入は自動制御の効用を低下させるものであり
、完全な意味での自動制御になっていない。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は薬品注入後の予測ｐＨの誤差を自動的に修正す
る演算器を付加し、これによってフィード制御の精度を
向上する浄水場のアルカリ剤制御装置を提供することを
目的としている。

（発明の構成〕 （問題点を解決するための手段と作用）本発明は、凝集
剤、塩素消毒剤、アルカリ剤などの薬品を注入して被処
理水を浄化する浄水場において、被処理水の流量を測定
する流量計と、被処理水の水質を測定するｐＨ計、アル
カリ度計、水温度などの水質計測器と、上記水質計測器
の指示算から被処理水の全炭酸濃度を計算する炭酸演算
器と、上記薬品注入後１のｐｉ＋を測定する処理水ｐＨ
計と、上記アルカリ度計、水温度計、流量計の指示値と
上記炭酸演算器で計算した全炭酸濃度を入力し上記薬品
注後の各点のアルカリ度、全炭酸濃度および水温を予測
計算する混合シミュレータと、上記混合シミュレータの
計算値から薬品注入直後の点と上記処理水ｐＨ計が設置
されている点でのそれぞれの予測ｐ）ｌと緩衝能を計算
する予測演算器と、上記予測演算器の薬品注入直後の点
予測ｐＨと緩衝能から目標のｐＨを得るためのアルカリ
剤注入率のフィードフォワード補正量を計算するフィー
ドフォワード演算器と、上記処理水ｐＨ計の指示値をフ
ィードバックして目標のｐＨを得るためのアルカリ剤注
入率のフィードバック補正量を計算するフィードバック
演算器と、上記予測演算器の上記処理水ｐＨ計が設置さ
れている点での予ｔｔｌｐＨ値と上記処理水ｐＨ計の指
示値との時系列データから上記フィードフォワード補正
量の修正量を計算する出力修正演算器と、上記フィード
フォワード補正量と上記フィードバック補正量とを重み
をつけて加算する加算器を備え、上記加算器の出力に基
づいてアルカリ剤の注入量を制御し、これによって処理
水のｐＨを目標の値に制御できるようにしたものである
。

（実施例） 以下本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

図面は本発明をソーダ灰を用いた前アルカリ注入制御に
適用した場合を示しており、被処理水は流量計１．アル
カリ度計２、水温計３．原水ｐＨ計４を備えた管路Ａを
通って薬品混合槽５に流入し、注入機６から注入される
アルカリ剤としてのソーダ灰、および図示しない凝集剤
注入機と塩素注入機から、それぞれ注入されるＰＡＣ（
ポリ塩化アルミニウム）および次亜塩素酸ソーダと混合
される。

混合した被処理水は凝集沈殿池７で凝集・沈殿したあと
処理水ｐＨ計８を備えた管路Ｂを通って図示しない濾過
池に導かれる。

アルカリ度計２．水温計３．および原水ｐＨ計４の指示
値Ａρに、　ｔ、Ｐｈは被処理水の全炭酸濃度Ｃτを算
出する炭酸演算器９に伝送される。ここで全炭酸濃度０
丁は次の連立方程式■〜■の解として得られる。

Ｋｖ　＝　（Ｈ”）・　（ＯＨ−３・・・・・・・・・
・・・■ＡＱｋ＝２・（Ｃ０，２−）＋（ＨＣＯ，−）
＋（ＯＨ−３−（Ｈ÷〕・・・・・・■Ｒｃ＝（ＨＣΩ
Ｏ）＋（Ｃｆｌ　Ｏ−）　　・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・　■ｐｈ＝　　−Ωｏｇ（０
１”））　　・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・■Ｃ７立（Ｃｏ、”−）＋（Ｈ
ＣＯ，−）＋（Ｈ，Ｃｏ３）・・・・・・・・・・・・
・・・　■ここで、　Ｋｖ、Ｋａ、Ｋａ、、Ｋｃは平衡
定数で、温度ｔのみに依存し次式によって決定できる。

−ｎ　ｏｇ　Ｋｔｚ＝４．５・１０’　・ｔ　−’＋１
．１・１０−”　・ｔ　−６，１−（９）−ＱｏｇＫａ
１＝８．１　　−０．００６ｔ　　−−（１０）Ｋａ、
＝４．７・１０−”−（０，０２ｔ−５）　　−−−−
−（１１）Ｋｃ＝　（２＋０．０６　・ｔ　＋０．００
０３６　・ｔ　’）４０−”　−（１２）上記算出の全
炭酸濃度Ｃ□と前記アルカリ度計２と水温計３の指示値
１に、ｔとは流量計１の指示値Ｑと共に、管路Ａにおけ
る被処理水の水質測定場所から下流で処理水ｐＨ計８が
設置されている場所までの処理工程各部の混合状態を模
擬し、アルカリ度と全炭酸製水と水温を計算するプロセ
スモデルを有する混合シミュレータ１０に入力される。

混合シミュレータ１０には、図示しない凝集剤注入機と
塩素消毒剤注入機およびアルカリ剤注入機６の凝集剤注
入率ＰＡＣ，塩素注入率ＣＬＲ１およびソーダ灰注入率
ＡＳＨも同時に入力され、これら薬品注入後のアルカリ
度と全炭酸の初期濃度ＡＱｋｏ、ｃｔｏがまず下式（１
３）と（１４）によって計算される。

Ａ　Ｑ　ｋｏ　＝　Ａ　　Ｑ　　ｋ−Ｋｐａｃ　　Ｉ　
ＰＡＣ−にｃ＄ｒ　−ｃＬＲ＋Ｋａｓｈ　−ＡｓＨ・・
・・・・（１３） ＣＴｏ＝Ｃｔ＋Ｋｓｏｄ−ＡＳト・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・（１４）次いで処理工程各点の全
炭酸濃度ＣＴＬ、アルカリ度ＡΩｋｉ、および水温ｔｉ
が通常の短絡流を考慮した完全混合槽列モデルなどを用
いて算出さ、れる。

ここでｉは下流に向っての処理工程各点の番号であり、
ｉ　＝Ｏは薬品注入直後の点を、１＝２１は処理水ρ１
！計が設置されている点を示す。

上記混合シミュレータ１０の計算結果のうちｉ＝０にお
けるＡ　Ｑ　ｋｏ、ｔｏ、Ｃ７０と１＝２１におけるｌ
ｋ、１゜ｔｚｔおよびＣＴｘ　ｚは、アルカリ度と水温
と全炭酸濃度から上記の式■〜（１２）と同じ式を用い
てｐＨを計算する予測演算器１１に入力され、薬品注入
直後の点でのρ）Ｉ［Ｐｈｏと処理水ｐＨ計８が設置さ
れている点でのｐ）ｌ値ｐｈ２１とが求められる。この
演算は２分画法などの探索プログラムを用いれば容易で
ある。

予測演算器１１はさらに薬品注入直後の全炭酸濃度ＣＴ
Ｏと上記計算した処理水の予ｍｐＨ値Ｐｈｏとから次の
（１５）式を用いて緩衝能βを計し、上記Ｐｈｏとβは
フィードフォワード演算器１２に入力される。

ΔＡ　Ｑ　ｋ　　　　　　　ＫａｉＫａ。

β＝　　　　＝２訓””　５”　■ｉ可、”・ｃｔ。

Δｐｈ ＋２．３−（Ｈｐ−Ｈｏ）　　−＝（１５）ここで、）
ｉｐ＝１０　　　、　　Ｈｏ＝１０−″（Ｋｖ″″Ｐｈ
ｏ）である。

−Ｐｈ。

また予測演算器１１の出力である処理水ｐＨの予測値ｐ
ｈ、　、は、フィードフォワード演算器１２で下記のよ
うに計算されるソーダ灰注入率のフィードフォワード補
正量ΔＳに、上記予測Ｐ　ＨａＩ　Ｐ　ｈ　＊　ｌと処
理水Ｐｌ＋計の実測値Ｐｈｓとを用いて修正する出力修
正波器１３に入力される。

出力修正演算器１３は、上記ＰｈａとＰｈｏの制御周期
ごとの時系列データを記憶しており、長周期（数時間か
ら数日間の特定周期）で下記の計算を行い、薬品注入直
後の予測ｐＨ値Ｐｈｏを修正する出力修正量ΔＰｈｏ　
を算出してフィードフォワード演算器１２に入力する。

ここでＮｅｔ　Ｎｌｌは上記長周期の１周期中のデータ
数である。つぎに、　ＰｈｅとＰｈ１□の標準偏差を求
め、標準の区間外のデータを棄却したあと再度平均値Ｐ
ｈｃ’　、Ｐｈ、１’　を計算する。

ここで、Ｎｅ’　ｅＮ、ｚ′は上記棄却後のデータ数で
ある。

ΔＰｈｏ　　＝ＧｐＨ”　　（Ｐｈ＊１′−Ｐｈｅ’　
）・・（２０）ここでＧｐＨは修正ゲインであり、０．
８〜１．２の値を有する。

フィードフォワード演算器１２は、薬品注入直後（薬品
混合槽５の出口部分）の予ｉ１！ＩｐＨ値Ｐｈｏとその
目標値ＳｖＦとその緩衝能βおよび上記出方修正量ΔＰ
ｈｏとから、ソーダ灰注入率のフィードフォワード補正
量ΔＳＦを下式を用いて計算し、加算器１４に出力する
。

Δ５ｒ＝Ｇｖ・（ＳＶＦ　　（Ｐｈｏ＋ΔＰｈｏ）　）
　−・・・（２１）ここで、ＧＦは制御ゲインである。

一方、フィードバック演算器１５は、処理水ｐＨ計８の
指示値Ｐｈａと予測演算器１１で求めた緩衝能βおよび
目標ｐＨ設定値ＳＶ、とから、従来のＰＩ　（比例。

積分）制御計算により次式を用いてアルカリ注入率のフ
ィードバック補正量ΔＳ＝を計算し、加算器１４に入力
する。

Ｅｎ＝β・（ＳＶａ−Ｐｈｏ）　　・・・・・・・旧・
・・旧・・（２２）Δ５Ｂ＝Ｋｐ・（Ｅｎ−Ｅｎ−１）
＋」Ｌ−Ｅｎ　　・・・・・・（ｏ）Ｔ。

ここで、Ｅｎは入力偏差、ＫＰは比例ゲインｔ　ＴＸは
積分時間、ｈは制御周期であり、制御パラメータとして
あらかじめ設定されている。またｎ、ｎ−１はそれぞれ
現在の制御周期時、および前回の制御時を示す。

加算器１４は、フィードフォワード補正量ΔＳＦ、フィ
ードバック補正量ΔＳＢ、およびあらかじめ設定した重
み係数Ｇｗとから、アルカリ剤注入機６に伝送するソー
ダ灰注入率Ｓｎを下式を用いて計算し、これによって適
正なアルカリ剤の注入が行われる。

上記実施例のアルカリ剤注入制御装置は、浄水場におけ
る前アルカリ注入制御（前ｐＨ制御）を行うものである
が１本発明は、前アルカリ注入制御の他、中アルカリ注
入制御や後アルカリ注入制御にも適用することができる
。

（発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば、ソーダ灰などのア
ルカリ剤注入後の予測ｐＨの誤が自動的に修正されるの
で、フィードフォワード制御の精度が向上し、フィード
バック制御と組合せることによって速い応答で処理水の
ｐＨを目標の値に制御することができる。

その結果凝集剤の凝集およびフロック形成が良好に行わ
れ、沈降性のよいフロック形成が良好に行われ、沈降性
のよいフロックが生ずると共に、沈殿や濾過が効率よく
行われ、十分な除濁効果を発揮し、かつ残留塩素の殺菌
力と持続性の良いｐＨが保持され、需要家に対して良質
で安全な浄水を供給することができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明によるアルカリ剤注入制御装置の一実施例
を示す系統図である。 ｌ・・・流量計　　　　　２・・・アルカリ度計３・・
・水温計　　　　４・・・原水ｐＨ計５・・・薬品混合
槽　　６・・・アルカリ剤注入機７・・・凝集沈殿池　
　　８・・・処理水ＰＩ計９・・・炭酸演算器　　１０
・・・混合シミュレータ１１・・・予測演算器 １２・・・フィードフォワード演算器 １３・・・出力修正演算器 １４・・・加算器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 凝集剤、塩素消毒剤、アルカリ剤などの薬品を注入して
   被処理水を浄化する浄水場のアルカリ剤制御装置におい
   て、被処理水の流量を測定する流量計と、被処理水の水
   質を測定するｐＨ計、アルカリ度計、水温計などの水質
   計測器と、上記水質計測器の指示値から被処理水の全炭
   酸濃度を計算する炭酸演算器と、上記薬品注入後のｐＨ
   を測定する処理水ｐＨ計と、上記アルカリ度計、水温計
   、流量計の指示値と上記炭酸演算器で計算した全炭酸濃
   度を入力し上記薬品注入後の各点のアルカリ度、全炭酸
   濃度および水温を予測計算する混合シミュレータと、上
   記混合シミュレータの計算値から薬品注入直後の点と上
   記処理水ｐＨ計が設置されている点でのそれぞれの予測
   ｐＨと緩衝能を計算する予測演算器と、上記予測演算器
   による薬品注入直後の点の予測ｐＨと緩衝能から目標の
   ｐＨを得るためのアルカリ剤注入率のフィードフォワー
   ド補正量を計算するフィードフォワード演算器と、上記
   処理水ｐＨ計の指示値をフィードバックして目標のｐＨ
   を得るためのアルカリ剤注入率のフィードバック補正量
   を計算するフィードバック演算器と、上記予測演算器に
   よる上記処理水ｐＨ計が設置されている点での予測ｐＨ
   値と上記処理水ｐＨ計の指示値との時系列データから上
   記フィードフォワード補正量の修正量を計算する出力修
   正演算器と、上記フィードフォワード補正量と上記フィ
   ードバック補正量とを重みをつけて加算する加算器を備
   え、上記加算器の出力に基づいてアルカリ剤の注入量を
   制御することを特徴とする浄水場のアルカリ剤注入制御
   装置。