JP4505772B2

JP4505772B2 - 浄水場の凝集剤注入制御方法

Info

Publication number: JP4505772B2
Application number: JP2000357243A
Authority: JP
Inventors: 知明安江; 利春吉野
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2000-11-24
Filing date: 2000-11-24
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2020-11-24
Also published as: JP2002159805A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、浄水場において原水中の不純物を沈澱、ろ過により分離するためにフロックとして凝集、集塊させる浄水場凝集プロセスの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１１は従来の凝集プロセスの一例を示すものである。図において、浄水場の原水は着水井１を通った後、混和池２に流入する。混和池２では、凝集剤注入手段３から凝集剤が注入され、攪拌機（図示せず）により急速撹拌を行うことで微小フロックを形成し、このフロックに原水中の浮遊物質であるコロイド粒子、懸濁物質や微生物などを吸着させる。なお、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 …以下パックという）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る。
【０００３】
次いで、フロック形成池５では攪拌機（図示せず）により緩速撹拌を行うことでフロックを成長させ、沈澱池６において固体成分を沈澱させて固液分離を行う。従って、フロック形成池５の出口（沈澱池６の入口）においては適切な大きさ、密度のフロックが形成されていることが必要であり、沈澱処理後（沈澱池６の出口）は処理水濁度が適切な値となるようにパックの注入量が調整される。
【０００４】
なお、７は着水井１に流入する水の量を測定する流量計、８は濁度センサとしての濁度計９からの処理水濁度検出値と処理水濁度設定値とが入力され、両者を一致させるように調節動作して凝集剤注入率を出力する凝集剤注入率演算制御手段、４はパック注入制御手段である。ここで、パックの原水に対する注入率は混和池の撹拌機の強度や沈殿池の撹拌機の強度が影響するがこれらは固定して制御を行っているものとする。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
凝集剤注入は懸濁物の質や量に対応して、適正量の注入を行うことが重要であり、凝集剤注入量が不足しても、多過ぎても前記した懸濁粒子の荷電中和のバランスが崩れ凝集効果が悪くなる。特に、注入過剰である場合には、凝集が悪くなって浄水の品質低下を招くとともに経済的負担が増すことになる。
【０００６】
上述のように凝集剤注入率演算制御手段８で注入率を演算し、パック注入制御手段４で着水井１で測定した濁度と流量計７の測定値に応じて混和池２にパックを注入し、沈殿池６の出口付近で濁度計９により測定した濁度に応じて注入量を調節するが、パックを注入してから沈殿池の出口付近に達するまでに（例えば４時間程度）時間がかかるので、降雨開始時のように原水濁度に急激な変動が生じた場合には安定で精度の良い制御は不可能である。
【０００７】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、原水濁度に急激な変動が生じた場合にも安定で精度の良い制御が行えるようにした浄水場の薬剤注入制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような問題点を解決するために、本発明の浄水場の凝集剤注入制御方法は、
請求項１においては、着水井を通って混和池に流入した原水に凝集剤を注入して撹拌することにより微小フロックを形成させ、後段のフロック形成池内で前記微小フロックを成長させて原水中の固体成分を凝集させると共に、後段の沈澱池内で固液分離する浄水場の凝集剤注入制御方法において、前記混和池に凝集剤を注入する凝集剤の注入率を、下記の式により算出することを特徴とする浄水場の凝集剤注入制御方法。
記
［｛（注入率基本値−現時点での実注入率）＋（ａ：着水井における原水のアルカリ度に対する補正量基本値、ｂ：着水井における原水のＰＨに対する補正量基本値、ｃ：着水井における原水の水温に対する補正量基本値、ｄ：着水井における原水の濁度急変に対する補正量基本値、ｅ：沈殿池の濁度と管理目標値の濁度との偏差に対する補正量基本値のａ〜ｅのうちの少なくとも一つの補正量基本値）｝×低，中，高濁度に応じて設けられた所定の定数×手動補正値］＋現時点での実注入率。
但し、
注入率基本値：過去に実施した濁度に対するパック注入率実績を統計解析（相関）により算出して求めた値。
手動補正値：オペレータが凝集剤注入率演算手段の端末を介して手動で入力する値。（現時点でオペレータが沈澱池における固液分離の処理状況と管理目標値（沈殿池出口濁度設定値）との差に応じて設定する係数）
低，中，高濁度：濁度が上昇している場合と下降している場合で、浄水場個々の事情により異なる所定の上下限値の領域を定め、上昇している場合においては、濁度が前記下限値より低いときに低濁度、濁度が前記下限値と同じか高い領域にあり上限値より低い領域にあるときは中濁度、濁度が前記上限値と同じか高いときに高濁度と判断し、下降している場合においては、濁度が前記上限値と同じか高いときに高濁度、濁度が前記下限値と同じか高い領域にあり前記上限値より低い領域にあるときは中濁度、濁度が前記下限値より低いときに低濁度と判断する。
【０００９】
請求項２においては、請求項１記載の浄水場の凝集剤注入制御方法において、
前記着水井における原水のアルカリ度に対する補正量基本値は、アルカリ度が２６以下では基本量補正を行わず(ゼロppm)、４０で６．０、５０以上では８（ppm）となるような関係をグラフ化し、このグラフに基づいて求めることを特徴とする。
【００１０】
請求項３においては、請求項１記載の浄水場の凝集剤注入制御方法において、
前記着水井における原水のＰＨに対する補正量基本値は、ＰＨが７．３以下ではゼロ（ppm）、８．５以上では８（ppm）となるような関係をグラフ化し、このグラフに基づいて求めることを特徴とする。
【００１１】
請求項４においては、請求項１記載の浄水場の凝集剤注入制御方法において、
前記着水井における原水の水温に対する補正量基本値は、水温が１２．５℃以下では６（ppm）１５℃以上ではゼロ（ppm）となるような関係をグラフ化し、このグラフに基づいて求めることを特徴とする。
【００１２】
請求項５においては、請求項１記載の浄水場の凝集剤注入制御方法において、
前記着水井における原水の濁度急変に対する補正量基本値は、濁度急変前後の差分が１以下ではゼロ（ppm）、４．２以上では３（ppm）となるような関係をグラフ化し、このグラフに基づいて求めるようにしたことを特徴とする。
【００１３】
請求項６においては、請求項１記載の浄水場の凝集剤注入制御方法において、
前記沈殿池の濁度と管理目標値の濁度との偏差に対する補正量基本値は、沈殿池の中間または出口濁度の少なくとも一方の値を用いて算出されることを特徴とする。
【００１４】
請求項７においては、請求項１記載の浄水場の凝集剤注入制御方法において、
前記着水井における原水の濁度急変は分単位での移動平均と、時間単位での移動平均の差を求めその差から濁度の変化の方向を判断するようにしたことを特徴とする。
【００１５】
請求項８においては、請求項１記載の浄水場の凝集剤注入制御方法において、
前記沈殿池の濁度と管理目標値の濁度との偏差に対する補正量基本値は、中間の濁度を用いる場合はオペレータが設定する管理目標値(沈殿池出口濁度設定値)との偏差が０．１以下のとき０（ppm）、１．０以上では５（ppm）となるような関係をグラフ化し、このグラフに基づいて求めることを特徴とする
【００１６】
請求項９においては、請求項１記載の浄水場の凝集剤注入制御方法において、
前記沈殿池の濁度と管理目標値の濁度との偏差に対する補正量基本値は、出口の濁度を用いる場合はオペレータが設定する管理目標値(沈殿池出口濁度設定値)との偏差が０〜０．１のとき０（ppm）、１．０以上では３（ppm）となるような関係をグラフ化し、このグラフに基づいて求めることを特徴とする。
【００１８】
請求項１０においては、請求項１記載の浄水場の凝集剤注入制御方法において、
オペレータが判断する手動補正値は０．０〜１．０の範囲であることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
先にも述べたように、浄水処理では流入原水中の懸濁物質を凝集剤注入により凝集沈殿除去することが必須である。懸濁物質に凝集剤を混入した場合にフロックを生じる現象は以下の原理による。
【００２０】
即ち、原水中には数μｍ程度の懸濁粒子が多数存在している。これらの微粒子は、ほとんどが負荷電を帯びており、相互の荷電によって反発し合って安定な分散系をなし、このままの状態では沈降しない。このような負荷電系に反対の正荷電をもつ凝集剤を添加して懸濁粒子の荷電中和を行うと、粒子間の電気的反発力を減じ、粒子相互の接触結合が可能となり、互いに凝集し沈降する。
【００２１】
図１は本発明の実施形態の一実施例を示すもので、図１１に示す従来例と同一要素には同一符号を付して重複する説明は省略するが、異なるところは、沈殿池の入口と出口の中程にも濁度計９ａを設け、出口に設けられた従来の濁度計９の出力値の少なくとも一方の値を用いるようにしたこと及び水質の変化に応じて凝集剤の注入量を制御するようにしたものである。
【００２２】
はじめに、本発明の凝集剤注入制御方法で用いる濁度に対するパックの基本注入率の関係について説明する。
図２は濁度とパックの基本注入率（ppm）の関係を示すもので、濁度が上昇するに従ってパックの注入率も上昇し濁度２４０においてはパックの注入率が８０（ppm）となっている。なお、この関係は濁度に対するパックの注入率を過去の注入実績を統計解析（相関）により算出して求めたものである。
【００２３】
図３（ａ）は図１に示す着水井１に設けた濁度計（図示省略）が示す経過時間に対する濁度変化を示すもので、点線は分単位（例えば５分）、実線は時間単位（例えば２時間）の間隔で測定した結果である。
図３（ｂ）は（ａ）図に示す結果を合成して大きな値のみを残した状態を示すもので、図２に示す濁度の値としては濁度の急上昇、急下降による凝縮効果の違いを補正するために、この合成した濁度をもとにパック注入率を決定する。
【００２４】
図４は図１で示す着水井１で測定したアルカリ度と補正量基本値の関係を示すもので、本実施例ではアルカリ度２６程度を補正量基本値０（ppm）とし、アルカリ度３０で２．０（ppm）、アルカリ度４０で６．０（ppm）、アルカリ度５０以上は８（ppm）となるような関係をグラフ化し、このグラフに基づいてそれぞれのアルカリ度に応じた補正量基本値とする。
【００２５】
そして、この補正量基本値に原水水質または浄水場によって定められた基準によって低，中，高濁度に応じて設けられた所定の定数を乗じ、更にオペレータが沈殿池６における固形分離の処理状況に応じて設定する係数Ａ（0.00〜3.00ppm）を加えて補正値が決定される。
なお、この係数Ａは初期のチューニングやその後の運転結果或いは定期的なラボ分析などによって決まる値である。
図５は着水井１に流入する原水の濁度（ＴＵ）が上がり方向に向う場合と下り方向に向う場合における低，中，高濁度を選択するための概念を示す図であり、予め定めた上下限値の濁度に応じて定数が選択される。なお、具体的な数値は浄水場個々の事情により異なるものとなる。
【００２６】
図６は図1で示す着水井１で測定したＰＨと補正量基本値の関係を示す図である。この実施例ではＰＨ７．３以下は補正量０（ppm）とされ、ＰＨ８のときに４．５（ppm）、ＰＨ８．５のときに８．０（ppm）となる関係をグラフ化し、このグラフに基づいて各ＰＨに対する補正量基本値が決められる。この場合も、原水水質または浄水場によって定められた基準によって低，中，高濁度に応じて設けられた所定の定数を乗じ、更にオペレータが処理状況に応じて設定する係数Ｂ（0.00〜3.00ppm）を加えて補正値が決定される。
【００２７】
図７は図１で示す着水井１で測定した水温と補正量基本値の関係を示す図である。この実施例では水温が１２．５℃以下は補正量基本値が６（ppm）、水温１５℃以上では０（ppm）となる関係をグラフ化し、このグラフに基づいて各水温に対する補正量基本値が決められる。この場合も、原水水質または浄水場によって定められた基準によって低，中，高濁度に応じて設けられた所定の定数を乗じ、更にオペレータが処理状況に応じて設定する係数Ｃ（0.00〜3.00ppm）を加えて補正値が決定される。
【００２８】
図８は図1で示す着水井１で濁度が急変したときの濁度変化（濁度の差分）と補正量基本値の関係を示す図である。
図９（ａ，ｂ）は濁度の差分の概念を示す図である。この図では原水濁度の急な上昇を捕らえるために、濁度の５分間移動平均（点線）とＮ時間移動平均（実線）の差分を求める。図において、（ａ）図は５分間移動平均とＮ時間移動平均を重ねたもの、（ｂ）図は各時刻における濁度の差を示すものであり、その差から濁度の変化の方向を判断する。
【００２９】
図８に戻り、この実施例では濁度の差が１．０以下は補正量基本値を０（ppm）とし、差が４．２以上では３．０（ppm）となる関係をグラフ化し、このグラフに基づいて各差分に対する補正量基本値が決められる。
この場合も、原水水質または浄水場によって定められた基準によって低，中，高濁度に応じて設けられた所定の定数を乗じ、更にオペレータが沈殿池６における固形分離の処理状況に応じて設定する係数Ｄ（0.00〜3.00ppm）を加えて補正値が決定される。
【００３０】
図１０は図１に示す沈殿池６の中間と出口で測定した濁度と過去に作成した濁度に対するパックの注入実績を統計解析により算出した注入率基本値に基づく管理目標値（設定値）との偏差と補正量基本値の関係を示すもので、この実施例では沈殿池の中間に設けた濁度計で測定した場合の管理目標値（設定値）との偏差が０．１以下は補正量基本値が０（ppm）とされ、偏差が１．０以上では５（ppm）となる関係をグラフ化し、また、沈殿池の出口に設けた濁度計で測定した場合の管理目標値（設定値）との偏差が０．１以下は補正量基本値が０（ppm）とされ、偏差が１．０以上では３（ppm）となるような関係をグラフ化し、このグラフに基づいて、各偏差に対する補正量基本値が決められる。
この場合も、原水水質または浄水場によって定められた基準によって低，中，高濁度に応じて設けられた所定の定数を乗じ、更にオペレータが処理状況に応じて設定する係数Ｅ（0.00〜3.00ppm）を加えて補正値が決定される。なお、沈殿池濁度補正は中間，出口の少なくとも一方を用いて行なえばよい。
【００３１】
以上のことを纏めると、パック注入率（ppm）は、
［｛（注入率基本値−現時点での実注入率）＋（ａ：着水井における原水のアルカリ度に対する補正量基本値、ｂ：着水井における原水のＰＨに対する補正量基本値、ｃ：着水井における原水の水温に対する補正量基本値、ｄ：着水井における原水の濁度急変に対する補正量基本値、ｅ：沈殿池の濁度と管理目標値の濁度との偏差に対する補正量基本値のａ〜ｅのうちの少なくとも一つの補正量基本値）｝×低，中，高濁度に応じて設けられた所定の定数×手動補正値］＋現時点での実注入率。
但し、
注入率基本値：過去に実施した濁度に対するパック注入率実績を統計解析（相関）により算出して求めた値。
手動補正値：オペレータが凝集剤注入率演算手段の端末を介して手動で入力する値。（現時点でオペレータが沈澱池における固液分離の処理状況と管理目標値（沈殿池出口濁度設定値）との差に応じて設定する係数）
低，中，高濁度：濁度が上昇している場合と下降している場合で、浄水場個々の事情により異なる所定の上下限値の領域を定め、上昇している場合においては、濁度が前記下限値より低いときに低濁度、濁度が前記下限値と同じか高い領域にあり上限値より低い領域にあるときは中濁度、濁度が前記上限値と同じか高いときに高濁度と判断し、下降している場合においては、濁度が前記上限値と同じか高いときに高濁度、濁度が前記下限値と同じか高い領域にあり前記上限値より低い領域にあるときは中濁度、濁度が前記下限値より低いときに低濁度と判断する。
となる。
【００３２】
なお、パック注入率の演算は凝集剤注入演算制御装置８により行い、ここで演算されたパック注入量がパック注入制御手段４へ出力され、ここから発信される信号に基づいてパックが注入される。
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば、次の効果が期待できる。請求項１〜１２記載の発明によれば、降雨開始時のように原水濁度に急激な変動が生じた場合にも速く安定した制御が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明浄水場の凝集剤注入制御方法に用いる装置の実施形態の一例を示す構成図である。
【図２】濁度とパックの基本注入率（ppm）の関係を示す図である。
【図３】着水井に設けた濁度計の経過時間に対する濁度変化を示す図である。
【図４】着水井で測定したアルカリ度と補正量基本値の関係を示す図である。
【図５】着水井に流入する濁度（ＴＵ）が上がり方向に向う場合と下り方向に向う場合における低，中，高濁度を選択するための概念を示す図である。
【図６】着水井で測定したＰＨと補正量基本値の関係を示す図である。
【図７】着水井で測定した水温と補正量基本値の関係を示す図である。
【図８】着水井で濁度が急変したときの濁度変化（濁度の差分）と補正量基本値の関係を示す図である。
【図９】濁度の差の概念を示す図である。
【図１０】沈殿池６の中間と出口で測定した濁度と過去に実施した濁度に対するパックの注入実績を統計解析により算出した注入率基本値に基づく目標値との偏差と補正量基本値の関係を示す図である。
【図１１】従来の浄水場の凝集剤注入方法の制御装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１着水井
２混和池
３凝集剤（パック）注入手段
４パック注入制御手段
５フロック形成池
６沈殿池
７流量計
８凝集剤注入制御手段
９濁度計

Claims

着水井を通って混和池に流入した原水に凝集剤を注入して撹拌することにより微小フロックを形成させ、後段のフロック形成池内で前記微小フロックを成長させて原水中の固体成分を凝集させると共に、後段の沈澱池内で固液分離する浄水場の凝集剤注入制御方法において、前記混和池に凝集剤を注入する凝集剤の注入率を、下記の式により算出することを特徴とする浄水場の凝集剤注入制御方法。
記
［｛（注入率基本値−現時点での実注入率）＋（ａ：着水井における原水のアルカリ度に対する補正量基本値、ｂ：着水井における原水のＰＨに対する補正量基本値、ｃ：着水井における原水の水温に対する補正量基本値、ｄ：着水井における原水の濁度急変に対する補正量基本値、ｅ：沈殿池の濁度と管理目標値の濁度との偏差に対する補正量基本値のａ〜ｅのうちの少なくとも一つの補正量基本値）｝×低，中，高濁度に応じて設けられた所定の定数×手動補正値］＋現時点での実注入率。
但し、
注入率基本値：過去に実施した濁度に対するパック注入率実績を統計解析（相関）により算出して求めた値。
手動補正値：オペレータが凝集剤注入率演算手段の端末を介して手動で入力する値。（現時点でオペレータが沈澱池における固液分離の処理状況と管理目標値（沈殿池出口濁度設定値）との差に応じて設定する係数）。
低，中，高濁度：濁度が上昇している場合と下降している場合で、浄水場個々の事情により異なる所定の上下限値の領域を定め、上昇している場合においては、濁度が前記下限値より低いときに低濁度、濁度が前記下限値と同じか高い領域にあり上限値より低い領域にあるときは中濁度、濁度が前記上限値と同じか高いときに高濁度と判断し、下降している場合においては、濁度が前記上限値と同じか高いときに高濁度、濁度が前記下限値と同じか高い領域にあり前記上限値より低い領域にあるときは中濁度、濁度が前記下限値より低いときに低濁度と判断する。
前記着水井における原水のアルカリ度に対する補正量基本値は、アルカリ度が２６以下では基本量補正を行わず(ゼロppm)、４０で６．０、５０以上では８（ppm）となるような関係をグラフ化し、このグラフに基づいて求め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方法。
前記着水井における原水のＰＨに対する補正量基本値は、ＰＨが７．３以下ではゼロ（ppm）、８．５以上では８（ppm）となるような関係をグラフ化し、このグラフに基づいて求め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方法。
前記着水井における原水の水温に対する補正量基本値は、水温が１２．５℃以下では６（ppm）１５℃以上ではゼロ（ppm）となるような関係をグラフ化し、このグラフに基づいて求め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方法。
前記着水井における原水の濁度急変に対する補正量基本値は、濁度急変前後の差分が１以下ではゼロ（ppm）、４．２以上では３（ppm）となるような関係をグラフ化し、このグラフに基づいて求めるようにした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方法。
前記沈殿池の濁度と管理目標値の濁度との偏差に対する補正量基本値は、沈殿池の中間または出口濁度の少なくとも一方の値を用いて算出され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方法。
前記着水井における原水の濁度急変は、分単位での移動平均と、時間単位での移動平均の差を求めその差から濁度の変化の方向を判断するようにした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方法。
前記沈殿池の濁度と管理目標値の濁度との偏差に対する補正量基本値は、中間の濁度を用いる場合はオペレータが設定する管理目標値(沈殿池出口濁度設定値)との偏差が０．１以下のとき０（ppm）、１．０以上では５（ppm）となるような関係をグラフ化し、このグラフに基づいて求めることを特徴とする請求項６記載の浄水場の凝集剤注入制御方法。
前記沈殿池の濁度と管理目標値の濁度との偏差に対する補正量基本値は、出口の濁度を用いる場合はオペレータが設定する管理目標値(沈殿池出口濁度設定値)との偏差が０〜０．１のとき０（ppm）、１．０以上では３（ppm）となるような関係をグラフ化し、このグラフに基づいて求めることを特徴とする請求項６記載の浄水場の凝集剤注入制御方法。
オペレータが判断する手動補正値は０．０〜１．０の範囲であ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方法。