JP2022174886A - 凝集剤注入制御方法および凝集剤注入制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 適切な凝集剤の注入制御を行う凝集剤注入制御方法および凝集剤注入制御装置を提供することができる。【解決手段】 実施形態による装置６０は、ろ過処理水の濁度と、損失水頭の上昇速度と、ろ過池で除去した懸濁物質蓄積量との予測値を演算するろ過処理予測部６１と、排水処理設備に関する情報を用いて排水処理設備への受入可能容量を算出し、受入可能容量に基づいてろ過処理設備の損失水頭の上昇速度の上限値を算出する目標値算出部６２と、上限値と予め設定されたろ過処理設備の損失水頭の上昇速度の管理目標値とを比較して、ろ過処理設備の運転管理上の管理目標値を設定し、複数の予測値の中からろ過処理設備の運転管理上の管理目標値を達成するろ過処理設備への流入水の濁度の最大値を算出する目標値算出部６３と、ろ過処理設備への流入水の濁度が前記最大値以下となるように凝集剤の注入制御を行う凝集剤注入制御部６４と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、凝集剤注入制御方法および凝集剤注入制御装置に関する。

水中の固形分を除去する固液分離工程は、上水、下水、産業排水などの水処理において重要な役割を果たす処理工程である。凝集剤を添加し、水中の微細な固形分を凝集させ、そのまま或は沈殿処理工程を経てからろ過処理することで固液分離を行う工程は、固液分離工程の中でも最も一般的に用いられている方法である。例えば、浄水場では、原水に凝集剤を添加することで原水に含まれる微細な懸濁成分を互いに凝集させ、フロックと呼ばれる懸濁成分の集合体とする。大きさ数ミリメートルから数センチメートル程度まで成長したフロックは沈降速度が大きくなり、沈殿処理により分離除去できる。上澄みの清澄な水は、砂をろ材に用いた砂ろ過の層に通すことで僅かに残留していた微細な懸濁成分やフロックが除去され、水道水質基準を満たす非常に低濁度の水が得られる。

一般的に、凝集剤を添加し、フロックを形成して沈殿分離する工程を凝集沈殿工程、砂などのろ材を用いたろ層にて懸濁成分をろ過分離する工程をろ過工程と呼ぶ。凝集沈殿工程では、沈降性の良いフロックを形成し、凝集沈殿処理水の濁度を低く保つよう適切な凝集剤注入率を維持する必要がある。凝集剤注入率に過不足が生じると、凝集沈殿処理にてフロックを沈殿処理しきれずに後段のろ過工程に供給してしまい、ろ過池の損失水頭の上昇を早め、その結果として逆洗頻度を増加させてしまう。また、微細な懸濁成分がろ過池で除去しきれずにろ過不十分の水を送水してしまう。従って、凝集沈殿工程において凝集剤の注入量をうまく調整し、凝集処理工程で最適な処理がなされるよう管理し、後段のろ過工程に水を送るのが一般的な方法である。そのため、凝集剤の注入制御には様々な方法が提案されている。

例えば特許文献１では、混和池の水を採取し電圧を印加して複数のフロックの移動速度を測定し、その結果からフロックの凝集状態の良否を評価して、凝集剤の注入制御を行う方法が提案されている。これにより、原水の水質特性に基づいて適切な凝集条件に設定した運転を実現できる。

また、例えば特許文献２では、ろ過工程について、重力式ろ過装置にて、原水量が変化した場合にろ過装置１台あたりのろ過速度の変化を一定範囲内になるように調整する方法が提案されている。処理水を原水に返送することで処理量を一定とでき、安定したろ過運転を持続できる。

特開２０１４－０５４６０３号公報 特開２０１２－０４５４４８号公報

上記のように、凝集沈殿工程とろ過工程との各々に対し運転を最適化するような方法が多く提案されているが、両者を一体として適切な運転を行う方法は提案されていない。実際の運転では、凝集沈殿工程を最適となるような運転管理をしていることから、ろ過工程には処理能力に余裕があり、ろ層で除去される懸濁物質がほとんどなくろ層の損失水頭がほとんど上昇しない場合もある。このような場合、ろ層での微生物増加を抑えるために、損失水頭が十分に低くても一定時間経過する毎に逆洗を行う必要がある。例えば、凝集沈殿工程とろ過工程との両者を一体として捉え、ろ過工程にもある程度処理の負荷を分担するような運転管理を行うことができれば、凝集沈殿工程の負担を軽減し、凝集剤の使用量をより低く抑えるような運転が可能となる。さらに、凝集沈殿工程やろ過工程における洗浄排水や沈殿物を処理する排水処理工程を有する水処理システムでは、排水処理工程の処理の余力を考慮することも併せて行うことで、システム全体として最適な運転管理を行うことができる。

本発明の実施形態は上記の事情を鑑みて成されたものであって、排水処理工程の余力を考慮して、適切な凝集剤の注入制御を行う凝集剤注入制御方法および凝集剤注入制御装置を提供することを目的とする。

実施形態による凝集剤注入制御装置は、処理対象水に凝集剤を注入する凝集剤注入設備と、フロックを形成し、沈殿処理を行う凝集沈殿処理設備と、前記凝集沈殿処理設備の後段に配置されろ過処理を行うろ過処理設備と、前記凝集沈殿処理設備の汚泥と前記ろ過処理設備の洗浄排水との少なくとも一方を受入れ、汚泥の処理を行う排水処理設備と、を有する水処理設備に適用可能な装置であって、前記ろ過処理設備から流出するろ過処理水の濁度と、損失水頭の上昇速度との予測値を演算するろ過処理予測部と、前記排水処理設備に関する情報を用いて前記排水処理設備への受入可能容量を算出し、前記受入可能容量に基づいて前記ろ過処理設備の損失水頭の上昇速度の上限値を算出する第１目標値算出部と、前記上限値と予め設定された前記ろ過処理設備の損失水頭の上昇速度の管理目標値とを比較して、前記ろ過処理設備の運転管理上の管理目標値を設定し、複数の前記予測値の中から前記ろ過処理設備の運転管理上の管理目標値を達成する前記ろ過処理設備への流入水の濁度の最大値を算出する第２目標値算出部と、前記ろ過処理設備への流入水の濁度が前記最大値以下となるように前記凝集剤の注入制御を行う凝集剤注入制御部と、を備える。

図１は、第１実施形態の凝集剤注入制御装置の一構成例を概略的に示す図である。 図２は、一実施形態の凝集剤注入制御方法の一例を説明するためのフローチャートである。

以下、実施形態の凝集剤注入制御方法および凝集剤注入制御装置について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、第１実施形態の凝集剤注入制御装置の一構成例を概略的に示す図である。
なお、本実施形態の凝集剤注入制御方法および凝集剤注入制御装置が適用される水処理システムは、上水、下水のいずれの水処理システムでもあり得る。以下の説明では、浄水場における上水の浄化処理システムに適用した例を一例として説明する。

一般的に浄水場における水処理システムは、着水井１０と、混和池２０と、フロック形成池３０と、沈殿池４０とを備えている。
処理すべき原水は着水井１０に取り込まれ、着水井１０から混和池２０に処理対象水が送られる。着水井１０から混和池２０へ処理対象水が送られる経路には、流量計Ｓ１と水質計Ｓ２とが取り付けられる。流量計Ｓ１は、混和池２０へ流入する処理対象水の流量を計測する。水質計Ｓ２は、混和池２０へ流入する処理対象水の濁度、懸濁物質の粒子数、ｐＨ、水温等の水質を計測する。なお、水質計Ｓ２は、処理対象水の濁度、懸濁物質の粒子数、ｐＨ、水温等の水質を計測する個々の計測器を備え得る。流量計Ｓ１と水質計Ｓ２との計測結果は、凝集剤注入制御装置６０へ供給される。

混和池２０には着水井１０から処理対象水が送られるとともに、凝集剤注入設備５０から凝集剤が注入される。ここで、凝集剤は、例えば、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）や硫酸アルミニウム（硫酸ばんど）といったアルミ系の無機凝集剤を用いることができる。このうち、浄水場においてはＰＡＣが主に用いられる。凝集剤注入設備５０は、凝集剤注入制御装置６０から入力される注入量を指定する情報（例えば凝集剤注入率）に従って、混和池２０に注入する凝集剤の注入量を調整する。

混和池２０は撹拌機２２を含み、撹拌機２２の回転によって処理対象水が攪拌され凝集剤との混和が促進される。混和池２０から排出される処理対象水は、フロック形成池３０へと送られる。
混和池２０には、フロック形成池３０へ送られる処理対象水（混和地出口水）のゼータ電位または流動電位(または流動電流)を計測する水質計Ｓ３が取り付けられていてもよい。この場合、水質計Ｓ３の計測結果は、凝集剤注入制御装置６０に供給され得る。

フロック形成池３０では、混和池２０において形成されたフロックが凝集し、より大きなフロックが形成される。フロック形成池３０は、例えば処理対象水を緩速撹拌する緩速撹拌装置を有する。緩速撹拌装置は、下流に向けて段階的に撹拌の強度が小さくなるように設定されている。これにより、処理対象水中のフロック同士の衝突が繰り返されることとなり、フロックが巨大化して沈降しやすくなる。フロック形成池３０でフロックが大きくなった後、処理対象水が沈殿池４０へと送られる。

沈殿池４０では、フロック形成池３０から供給される水を所定時間（例えば３時間程度）以上滞留させて、水に含まれるフロックを沈殿させる。沈殿池４０で処理対象水を所定時間以上滞留させ、処理対象水中のフロックが沈殿除去された後、次工程であるろ過処理設備へ処理対象水が移送される。沈殿池４０で大きく成長して沈殿したフロックは、汚泥として排泥池へ排出される。沈殿池４０には例えば傾斜板が配置されてもよい。傾斜板によりフロックの成長が促進され、フロックの沈降性を高める場合もある。
なお、排泥池には、排泥池水位を計測する計測装置Ｓ１０が取り付けられていてもよい。この場合、計測装置Ｓ１０の計測結果は、凝集剤注入制御装置６０に供給され得る。

沈殿池４０には、フロックが沈澱除去される位置の後段に水質計Ｓ４が取り付けられる。水質計Ｓ４は、沈殿池４０から排出される水（処理対象水）のｐＨや濁度や色度、有機物濃度、懸濁質の粒子数等の水質情報を計測し、計測結果（処理対象水の水質情報）を凝集剤注入制御装置６０に出力する。なお、沈殿池４０の処理対象水の水質情報は、沈殿池４０からろ過処理設備へ送られる水が貯水される位置に設けられた水質計Ｓ５により計測されてもよい。また、水質計Ｓ４と水質計Ｓ５とは少なくとも一方が取り付けられていればよく、水質計Ｓ４、Ｓ５のいずれか一方が凝集剤の注入位置よりも後段に取り付けられていればよい。

ろ過処理設備のろ過池７０では、ろ過層において例えば砂ろ過により、沈殿池４０で沈殿除去されなかったフロックや懸濁物質が除去される。ろ過池７０によりフロックや懸濁物質が除去された清浄水は、図示しない浄水配水池において塩素による殺菌等が行われた後、配水管へと分配される。なお、ろ過池７０で除去されたフロックや懸濁物質を洗浄する際に生じる排水は排水池へ排出され、上澄みの比較的清澄な水は排水池から着水井１０へ供給される。
なお、排水池には、排水池水位を計測する計測装置Ｓ１１が取り付けられてもよい。この場合、計測装置Ｓ１１の計測結果は、凝集剤注入制御装置６０に供給され得る。

ろ過処理設備には、ろ過処理設備の損失水頭を計測する損失水頭計測装置Ｓ７と、ろ過処理水濁度を計測する計測装置Ｓ８とが取り付けられている。また、ろ過処理設備の流量を計測する流量計Ｓ６と流量計Ｓ９との少なくとも一方が取り付けられている。流量計Ｓ６は、ろ過池７０に流入する処理対象水の流量を計測する。流量計Ｓ９は、ろ過池７０から排出される処理対象水の流量を計測する。損失水頭計測装置Ｓ７、計測装置Ｓ８、流量計Ｓ６および流量計Ｓ９の計測結果は、凝集剤注入制御装置６０へ供給され得る。

ろ過処理設備で処理された後の処理対象水には塩素が加えられ、配水池（図示せず）を介して配水管へと水が分配される。なお、処理対象水は、砂ろ過に通される前に、適宜、オゾン処理や生物活性炭処理が施されたりする場合もある。

フロック形成池３０および沈殿池４０では、フロックが沈殿して汚泥として蓄積する。汚泥は、定期的に池の底部から引き抜かれ排泥地、または汚泥濃縮槽（以降、排泥地とする）と呼ばれる汚泥を貯留するエリアに送られる。重力沈降で下部にたまった高濃度の汚泥は天日乾燥により減容化、または機械式脱水機などで構成される汚泥処理設備にて処理され含水率の低い状態にまで処理される。減容化された汚泥は、産業廃棄物として処理されたり、肥料などとして再利用されたりする。一方、汚泥と分離した水は、そのまま下水放流されるか、比較的に清澄な場合には原水に返送される。

ろ過池７０では、ろ層に蓄積した懸濁物質などを定期的に洗浄する逆洗工程がある。逆洗工程は、ろ過工程中のろ層の圧力損失が上昇してある設定値を超えた段階で実施されるか、圧力損失が設定値まで上昇しなくてもろ層中で微生物が増殖しないよう定期的に実施されることが望ましい。逆洗排水は排水池に送られ、例えば、沈殿分離した上澄みは不定期に原水に返送され、沈殿分離した下部の汚泥は上述の排泥地に送られる。水処理システム内で利用された水のうち比較的清澄な水は、排水池に送られることが多い。

本実施形態では、排水池と排泥地とを合わせて排水処理設備とする。なお、排水処理設備は排水池と排泥地とを含む構成に限定されるものではなく、凝集沈殿処理設備の汚泥とろ過処理設備の洗浄排水との少なくとも一方を受入れ、汚泥の処理を行う設備であればよい。

凝集剤注入制御装置６０は、例えば、少なくとも１つのプロセッサと、プロセッサにより実行されるプログラムが記録されたメモリと、を含む演算装置である。凝集剤注入制御装置６０は、ソフトウエアにより、若しくは、ソフトウエアとハードウエアとの組み合わせにより、種々の機能を実現することが出来る。

凝集剤注入制御装置６０は、ろ過処理予測部６１と、第１目標値算出部６２と、第２目標値算出部６３と、凝集剤注入制御部６４と、を備えている。

ろ過処理予測部６１は、後述する濁質除去量演算部６１１および損失水頭演算部６１２を備え、ろ過池７０（若しくはろ過処理設備）への流入水質の情報と、運転情報とを用いて、ろ過処理水濁度（ろ過処理設備から流出するろ過処理水の濁度）、ろ過池７０の損失水頭の上昇速度、及びろ過池７０で除去した懸濁物質蓄積量の予測値を算出することができる。ろ過処理予測部６１は、ろ過池７０への流入水質として、例えば、沈殿処理水の濁度、懸濁物質の粒子数、pH、水温の少なくとも一つを用いることができる。ろ過処理予測部６１は、運転の情報として、例えば、流量、ろ層の砂の粒子径、形状情報、砂層の層厚、凝集剤の注入率の少なくとも一つを用いることができる。

第１目標値算出部６２は、ろ過池７０（若しくはろ過処理設備）の運転管理上の管理目標値の候補として、ろ過池７０の損失水頭の上昇速度の上限値を算出する。第１目標値算出部６２は、例えば、排水池水位、及び排泥池水位などの排水処理設備に関する情報を入力とし、排水処理設備への受入容量の余裕分を算出する。第１目標値算出部６２は、算出した受入容量の余裕分から、ろ過池７０の逆洗頻度（例えば最小の時間間隔）を算出し、ろ過池７０の損失水頭の上昇速度の上限値を算出する。

第２目標値算出部６３は、ろ過池７０（若しくはろ過処理設備）の運転管理上の管理目標値を設定し、管理目標値を達成するろ過池７０への流入水質として、沈殿処理水の濁度（ろ過処理設備への流入水の濁度）の目標値（最大値）とを算出する。第２目標値算出部６３は、ろ過処理水濁度およびろ過池７０の損失水頭の上昇速度について、ろ過池７０（若しくはろ過処理設備）の運用により予め設定された設定値を取得する（若しくは第２目標値算出部６３において保持された設定値を用いる）。

第２目標値算出部６３は、例えば、第１目標値算出部６２で算出されるろ過池７０の損失水頭の上昇速度の上限値と、取得した損失水頭の上昇速度の設定値とを比較して、小さい方（若しくは大きい方）の損失水頭の上昇速度をろ過池７０の運転管理上の管理目標値として採用する。また、第２目標値算出部６３は、取得したろ過処理水濁度の設定値をろ過池７０の運転管理上の管理目標値として更に設定する。

第２目標値算出部６３は、ろ過処理水濁度の管理目標値と、損失水頭上昇速度の管理目標値と、ろ過処理予測部６１で算出したろ過処理水濁度および損失水頭上昇速度の予測値とを比較して、ろ過処理予測部６１で算出した予測値がろ過処理水濁度および損失水頭上昇速度の管理目標値を達成する（管理目標値以下となる）か否か判断し、管理目標値を達成した場合のろ過池７０への流入水質として、沈殿処理水の濁度を保持する。このとき、既に保持されている沈殿処理水の濁度が有る場合には、第２目標値算出部６３は、例えば、既に保持されている沈殿処理水の濁度と、新たに管理目標値を達成すると判断された場合の沈殿処理水の濁度とを比較して、大きい方を少なくとも保持する。ここで、ろ過処理水濁度の管理目標値と、損失水頭上昇速度の管理目標値の両方を達成できない場合は、ろ過処理水濁度の管理目標値の達成を優先してもよい。損失水頭上昇速度の管理目標値を達成できない場合、排水処理設備への受入容量に対する負荷が高くなることが予想されることから、それへの対処を進める。

第２目標値算出部６３は、ろ過処理予測部６１に入力されるろ過池７０への流入水質である沈殿処理水の濁度を変更し、ろ過処理予測部６１で演算されたろ過処理水濁度および損失水頭上昇速度の予測値を複数回取得し、取得した複数の予測値の中から、ろ過処理水濁度および損失水頭上昇速度の目標値を達成する沈殿処理水の濁度の最大値（ろ過処理設備の流入水質の目標値）を算出する。

凝集剤注入制御部６４は、第２目標値算出部６３で算出した沈殿処理水の濁度（ろ過処理設備への流入水の濁度）のうち最大値を実現するように（もしくは最大値以下となるように）凝集剤注入率を演算し、凝集剤注入制御を行う。
凝集剤注入制御部６４は、第２目標値算出部６３で算出された沈殿処理水の濁度の最大値を達成する制御目標値を算出する。制御目標値は、例えばゼータ電位の値であって、ゼータ電位と沈殿処理水濁度との関係に基づいて予め作成されたテーブルや数式を用いて算出することができる。なお、凝集剤注入制御部６４は、予め設定されたテーブルや数式により算出される値に対して、低い値を制御目標値としてもよく、高い値を制御目標値としてもよく、制御目標値は実際の運用に応じて適時調整され得る。凝集剤注入制御部６４は、算出した制御目標値を用い、例えばフィードバック制御により凝集剤注入率を制御する。

次に、本実施形態の凝集剤注入制御装置６０の動作の一例について説明する。
図２は、一実施形態の凝集剤注入制御方法の一例を説明するためのフローチャートである。
ろ過処理予測部６１では、ろ過池７０への流入水質の情報、運転の情報から、ろ過処理水濁度の予測値、ろ過池７０の損失水頭の上昇速度の予測値、及びろ過池７０で除去した懸濁物質蓄積量の予測値を算出する。

まず、ろ過処理予測部６１は、現状のろ過池７０への流入水質の情報、運転の情報から、ろ過処理水濁度の予測値と、ろ過池７０の損失水頭の上昇速度の予測値とを算出する（ステップＳ１）。

ろ過処理予測部６１は、濁質除去量演算部６１１と損失水頭演算部６１２で構成される。
濁質除去量演算部６１１は、ろ層を処理対象水が通過する際に濁質が一定の割合で除去されていくと考えるIwasakiの式を基本として水中の懸濁物質の除去量を演算し、ろ過処理水濁度を算出する。濁質除去量演算部６１１は、除去された懸濁物質の総量からろ過池７０で除去した懸濁物質蓄積量を算出する。ろ過池７０で除去された懸濁物質は、逆洗による洗浄排水として排水池へ送られる。

（Ｃ（個／ｍＬ）：懸濁物質の濃度、ｚ（ｃｍ）：ろ層の深さ）
ろ過係数λは、流量、ろ層を構成する砂径や砂の形状などの情報、ろ層の空隙率ε、流入水中の懸濁物質の粒子径、流入水質に残存する凝集剤の量などに影響を受ける係数である。ろ過が進むにつれてろ層への流入水中の懸濁物質が捕捉され、ろ過処理される過程でろ層の空隙率εが変化するため、λもろ過が進行するにつれて変化する時間の関数となる。

濁質除去量演算部６１１は、ろ過池７０への流入水質の情報として、沈殿処理水の濁度、懸濁物質の粒子数、ｐＨ、水温、運転の情報として、流量、ろ層の砂の粒子径、形状情報、砂層の層厚、凝集剤の注入率を用いて、時間的に変化する係数としてλを算出する。濁質除去量演算部６１１は、λを演算する際にその時点のεを用い、ろ過処理水濁度を算出し、その時点の流入水質情報、及び運転情報が継続すると仮定して、εとλとの時間変化を考慮しつつ数時間先までのろ過処理水濁度の予測値を演算結果として算出する。

損失水頭演算部６１２は、層流状態の粒状層の流れの圧力損失の式であるKozeny-Carmanの式を基本として、ろ層の損失水頭を演算する。

Δｐ：ｇ/ｃｍ/ｓ^２ 圧力損失（１ｇ/ｃｍ/ｓ^２＝０．１Ｐａ）
Ｌ ：ｃｍ ろ材充填層の高さの合計
Ｖ_０ ：ｃｍ/ｓ 空塔速度（充填層がない状態を仮定したときの速度）（＝ろ過速度）
μ ：ｇ/ｃｍ/ｓ 流体の粘性係数
ε ：- 気孔率（＝ろ層の空隙率）
Φ_ｓ ：- 充填層内のろ材の球形度
Ｄ_Ｐ ：ｃｍ 懸濁物質の球相当径

損失水頭演算部６１２は、時間的に変化するろ層の空隙率εを用いて、圧力損失Δｐの時間変化を算出し、数時間先までの損失水頭の上昇速度の予測値を演算結果として出力する。

第１目標値算出部６２は、ろ過池７０（若しくはろ過処理設備）の運転管理上の管理目標値の候補として、ろ過池７０の損失水頭の上昇速度の上限値を算出する。第１目標値算出部６２は、例えば、排水池水位、及び排泥池水位などの情報を入力とし、排水処理設備への受入容量の余裕分を算出する。第１目標値算出部６２は、算出した受入容量の余裕分から、ろ過池７０の逆洗頻度（最小の時間間隔）を算出し、その逆洗間隔となるろ過池７０の損失水頭の上昇速度をろ過池７０の損失水頭の上昇速度の上限値として算出する（ステップＳ２）。

第２目標値算出部６３は、ろ過池７０（若しくはろ過処理設備）の運転管理上の管理目標値を設定し、ろ過池７０の運転管理上の管理目標値を達成するろ過池７０（若しくはろ過処理設備）への流入水質の目標値として、沈殿処理水の濁度（ろ過処理設備への流入水の濁度）の最大値を算出する。

第２目標値算出部６３は、第１目標値算出部６２で算出された損失水頭の上昇速度の上限値と、第１目標値算出部６２で算出されるろ過池７０の損失水頭の上昇速度の上限値とを比較して、小さい方の値（若しくは大きい方の値）をろ過池７０の運転管理上の管理目標値とする。また、第２目標値算出部６３は、取得したろ過処理水濁度の設定値をろ過池７０の運転管理上の管理目標値として更に設定する。

第２目標値算出部６３は、ろ過池７０への流入水である沈殿処理水の濁度を変更しながら、ろ過処理予測部６１で演算された予測値を複数回取得し、ろ過池７０の損失水頭の上昇速度およびろ過処理水の濁度の予測値がろ過池７０の運転管理上の管理目標値を満たすときの、沈殿処理水の濁度の最大値（ろ過処理設備の流入水質の目標値）を求める。ろ過処理予測部６１は、最適化手法として、ＧＡや線形計画法などを用いることができる。なお、第２目標値算出部における最適化に要する時間が３０秒以内となるように、演算設定をすることが望ましい。
第２目標値算出部６３は、ろ過池７０の運転管理上の管理目標値の全て（又は一部）を達成する（下回る）ろ過池７０への流入水質として、管理目標値を達成する沈殿処理水の濁度の予測値のうち最大値（ろ過処理設備の流入水質の目標値）を算出して出力する（ステップＳ３）。

凝集剤注入制御部６４は、ろ過処理設備の流入水（処理水）濁度が、第２目標値算出部６３で算出した沈殿処理水の濁度（ろ過処理設備への流入水の濁度）の最大値となるように（若しくは最大値以下となるように）凝集剤注入率を演算し、ろ過処理設備の流入水質の目標値を達成するように凝集剤注入制御を行う（ステップＳ４）。凝集剤注入制御の方法は、オペレータによる手動の凝集剤注入率設定でも、フィードフォワード制御でもフィードバック制御でも可能である。

オペレータによる手動操作の場合、凝集剤注入制御部６４は、原水濁度などに応じて凝集剤注入率を定める対応表に従って注入率を決定してもよい。凝集剤注入制御部６４は、例えば、第２目標値算出部６３で算出される沈殿処理水の濁度の目標値が高い場合と低い場合となど、複数の場合に対して同様の対応表を作成しておくことで、凝集剤注入率を算出することができる。

フィードフォワード制御においても、同様の考え方として、凝集剤注入制御部６４は、第２目標値算出部６３で算出される沈殿処理水の濁度の目標値が高い場合と低い場合となど、複数の場合に対して、各々フィードフォワード制御での凝集剤注入率算出式に係数を設けることにより、凝集剤注入率を算出することができる。

フィードバック制御では、凝集剤注入制御部６４は、例えば、混和地出口水のゼータ電位や流動電位(または流動電流)などの測定値を取得しながら、凝集剤添加による処理対象水中の懸濁物質の表面電荷の荷電中和状況を連続的に計測して凝集剤注入率を算出し、凝集剤注入制御を行うことができる。

凝集剤注入制御部６４は、制御目標値として懸濁物質の荷電状態（例えばゼータ電位）の設定値を取得し、凝集剤注入後の水中の懸濁物質の荷電状態を測定する水質計Ｓ３の計測値を指標として、設定された目標値となるよう凝集剤注入をフィードバック制御することができる。なお、水質計Ｓ３により測定される凝集剤注入後の水中の懸濁物質の荷電状態は、例えば、混和池水のゼータ電位または流動電位(または流動電流)などの懸濁物質の荷電状態の代替指標などであってもよい。

凝集剤注入前の水中の懸濁物質は、マイナスよりの荷電状態で互いに反発しあっている。凝集剤には荷電状態がプラスであるアルミニウム成分が含まれているため、凝集剤を注入することにより荷電中和が起こり、粒子同士の反発の力が弱まることでフロックが生成されやすくなる。上記のように、凝集剤注入後の水中の懸濁物質の荷電状態は、凝集剤注入率を算出する上での指標となり得る。凝集剤注入制御部６４は、上記性質を利用し、水中の懸濁物質の荷電状態を指標としながらフィードバック制御による凝集剤注入率を演算してもよい。

この場合、凝集剤注入制御部６４は、制御目標値として設定するゼータ電位や流動電位(または流動電流)などの数値を、第２目標値算出部６３から出力される沈殿処理水の濁度の目標値に応じて変更させてもよい。凝集剤注入制御部６４は、第２目標値算出部６３で算出される沈殿処理水の濁度の目標値が高い場合には、凝集沈殿工程での処理の負荷を少し下げた運転が可能なため、混和地での凝集剤による荷電中和は少し弱くてもよく、制御目標値として設定するゼータ電位や流動電位(または流動電流)などの数値を少しマイナスよりの値としてもよい。凝集剤注入制御部６４の制御周期は、例えば１分～１０分程度とすることが望ましい。

以上説明したように、本実施形態の凝集剤注入制御方法および凝集剤注入制御装置によれば、ろ過工程での処理結果を予測でき、その予測結果を元にろ過工程に適切な処理負荷を分担させるような凝集沈殿工程の処理水質の目標値を算出でき、算出した目標値が達成されるように凝集剤注入制御を運用することができる。このことにより、凝集沈殿工程が常に最適処理を発揮するような凝集剤注入率に比べてトータルで凝集剤注入率を低減するとともに、ろ過工程の処理水質である濁度を同程度に維持する運転を実現できる。

また、本実施形態の凝集剤注入制御方法および装置によれば、排水処理設備への負荷を考慮したフロー全体をトータルで捉えた凝集剤注入制御を実現できる。換言すると、本実施形態の凝集剤注入制御方法および凝集剤注入制御装置によれば、砂などのろ材で構成されたろ層を用いた固液分離を行う水処理施設において、凝集沈殿工程とろ過工程を一体として捉え、ろ過工程に処理の負荷を一定量分担させ、適切な凝集剤の注入制御を行い、さらに排水処理工程の余力を考慮しながら水処理システムを運転することができる。

すなわち、本実施形態によれば、排水処理工程の余力を考慮して、適切な凝集剤の注入制御を行う凝集剤注入制御方法および凝集剤注入制御装置を提供することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…着水井、２０…混和池、２２…撹拌機、３０…フロック形成池、４０…沈殿池、５０…凝集剤注入設備、６０…凝集剤注入制御装置、６１…ろ過処理予測部、６１１…濁質除去量演算部、６１２…損失水頭演算部、６２…第１目標値算出部、６３…第２目標値算出部、６４…凝集剤注入制御部、７０…ろ過池、Ｓ１、Ｓ６、Ｓ９…流量計、Ｓ８、Ｓ１０－Ｓ１１…計測装置、Ｓ７…損失水頭計測装置、Ｓ２－Ｓ５…水質計

Claims (5)

1. 処理対象水に凝集剤を注入する凝集剤注入設備と、フロックを形成し、沈殿処理を行う凝集沈殿処理設備と、前記凝集沈殿処理設備の後段に配置されろ過処理を行うろ過処理設備と、前記凝集沈殿処理設備の汚泥と前記ろ過処理設備の洗浄排水との少なくとも一方を受入れ、汚泥の処理を行う排水処理設備と、を有する水処理設備に適用可能な装置であって、
   前記ろ過処理設備から流出するろ過処理水の濁度と、損失水頭の上昇速度との予測値を演算するろ過処理予測部と、
   前記排水処理設備に関する情報を用いて前記排水処理設備への受入可能容量を算出し、前記受入可能容量に基づいて前記ろ過処理設備の損失水頭の上昇速度の上限値を算出する第１目標値算出部と、
   前記上限値と予め設定された前記ろ過処理設備の損失水頭の上昇速度の管理目標値とを比較して、前記ろ過処理設備の運転管理上の管理目標値を設定し、複数の前記予測値の中から前記ろ過処理設備の運転管理上の管理目標値を達成する前記ろ過処理設備への流入水の濁度の最大値を算出する第２目標値算出部と、
   前記ろ過処理設備への流入水の濁度が前記最大値以下となるように前記凝集剤の注入制御を行う凝集剤注入制御部と、を備えた凝集剤注入制御装置。
2. 前記ろ過処理設備がろ材を充填したろ過層を含む、請求項１記載の凝集剤注入制御装置。
3. 前記ろ過処理予測部は、前記ろ過処理設備への流入水の濁度、前記流入水の懸濁物質の粒子数、前記流入水のｐＨ、前記流入水の水温、前記流入水の流量、前記ろ過層に含まれるろ材の粒子径、前記ろ材の形状情報、前記ろ過層の層厚、および、前記凝集剤の注入率のうち少なくとも１つを用いて、前記予測値を演算する、請求項２に記載の凝集剤注入制御装置。
4. 前記凝集剤注入制御部は、前記凝集剤注入後の前記処理対象水に含まれる懸濁物質の荷電状態を指標として、前記凝集剤の注入制御を行う、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の凝集剤注入制御装置。
5. 処理対象水に凝集剤を注入する凝集剤注入設備と、フロックを形成し、沈殿処理を行う凝集沈殿処理設備と、前記凝集沈殿処理設備の後段に配置されろ過処理を行うろ過処理設備と、前記凝集沈殿処理設備の汚泥と前記ろ過処理設備の洗浄排水との少なくとも一方を受入れ、汚泥の処理を行う排水処理設備と、を有する水処理設備に適用可能な制御方法であって、
   前記ろ過処理設備から流出するろ過処理水の濁度と、損失水頭の上昇速度との予測値を演算し、
   前記排水処理設備に関する情報を用いて前記排水処理設備への受入可能容量を算出し、前記受入可能容量に基づいて前記ろ過処理設備の損失水頭の上昇速度の上限値を算出し、
   前記上限値と予め設定された前記ろ過処理設備の損失水頭の上昇速度の管理目標値とを比較して、前記ろ過処理設備の運転管理上の管理目標値を設定し、複数の前記予測値の中から前記ろ過処理設備の運転管理上の管理目標値を達成する前記ろ過処理設備への流入水の濁度の最大値を算出し、
   前記ろ過処理設備への流入水の濁度が前記最大値以下となるように、前記凝集剤の注入制御を行う、凝集剤注入制御方法。
   
   

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