JPH021555B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH021555B2 JPH021555B2 JP1913182A JP1913182A JPH021555B2 JP H021555 B2 JPH021555 B2 JP H021555B2 JP 1913182 A JP1913182 A JP 1913182A JP 1913182 A JP1913182 A JP 1913182A JP H021555 B2 JPH021555 B2 JP H021555B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- injection rate
- water
- alkalinity
- injection
- alkali
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
Landscapes
- Control Of Non-Electrical Variables (AREA)
Description
本発明は浄水場等水処理施設において、処理水
PHを設定値に保持するためのアルカリ剤の注入制
御方法に関するものである。 従来アルカリ剤注入による処理水質の水質維持
は予測することの容易なアルカリ度によつてのみ
行なわれていた。（ここにアルカリ度とは水酸イ
オンを放出しうる分子またはイオンであり、
HCO3 -＋H2O→H2CO3＋OH-、CO3 2-＋2H2O→
H2CO3＋2OH-の場合のアルカリ度は〔HCO3 -〕
＋２〔CO3 2-〕＋〔OH-〕＋〔NH3〕＋…で、天然水で
中性の場合のアルカリ度は〔HCO3 -〕＋〔OH-〕
である。）これは処理水のPHが原水水質と各薬注
率によつて複数に影響されて予測することが困難
であるからである。 従来この種の装置として第１図に示すものがあ
つた。第１図において、１は河川等から取水した
原水の水位調節等のための着水井、２は原水と薬
品とを混和する混和池、３は凝集のためのフロツ
ク形成池、４は生成したフロツクを沈降分離する
沈殿池、５は微粒子を取り除くための過池であ
る。また、８は取水流量計、９は前塩素注入機、
１０はアルカリ剤注入機、１１は凝集剤注入機、
１３はPH計、１４は設定値PHと実測値との偏差演
算器、１５は原水流量に対してアルカリ剤注入率
を算出する比率演算器である。 次に動作について説明する。洗浄場に取水され
た原水は着水井１で前塩素が注入され消毒が行な
われ、さらに懸濁物除去のために凝集剤１１と必
要に応じてアルカリ剤がアルカリ剤注入機から注
入される。その後、混和池２、フロツク形成池３
を経て沈殿池４に送られ大部分の濁質が除かれ、
処理水質は沈殿池出口付近１２よりサンプリング
されオンラインPH計１３で測定される。実測PH
（PV）と設定PH値との偏差が演算器１４で計算さ
れ（EV）、このEVに応じてアルカリ注入率の増
減が演算器１６で行なわれアルカリ注入率が決定
される。ここで設定されたアルカリ剤注入率は比
率演算器１５で取水流量に応じた注入量に換算さ
れたアルカリ剤注入機１０のバルブ開度等の調節
によりその注入量が設定されている。 従来のアルカリ剤注入方式は以上のように構成
されているが、アルカリ剤注入機１０と処理水採
水点１２との時間遅れが２〜３時間程度あるた
め、処理水PHの偏差（EV）だけでPHを設定値に
維持することができなかつた。また、アルカリ注
入率とPHの関係は水中の遊離炭酸濃度に影響され
るため一義的に決定されないがこれを近似して求
めているため、PH予測値と実測値がかけはなれた
値となるなどの欠点があつた。 この発明は上記のような従来のものの欠点を除
去するためになされたもので、処理水PHに予測に
あたり水中のアルカリ度成分すなわち重炭酸イオ
ンと水酸イオンの消費係数を導入することにより
処理水中の遊離炭酸を計算することにより処理水
PHを正確に求め、さらに実測PHをPID演算によつ
てフイードバツクすることにより処理水PH値を安
定に保つことのできるアルカリ剤注入制御方法を
提共することを目的としている。 すなわちこの発明は、原水に塩素、凝集剤、ア
ルカリ剤の１種または２種以上を注入して水処理
を行なう浄水場等水処理施設において、原水の
PH、アルカリ度および水温の測定値と、塩素、凝
集剤およびアルカリの１種または２種以上の注入
率とから処理水中に含まれる遊離炭酸濃度を推定
し、遊離炭酸濃度推定値と処理水アルカリ度計算
値とから処理水PHを求めることによりアルカリ剤
注入率の概略値としてアルカリ剤基準注入率を求
めかつその端数としてフイードフオワード注入率
を求め、前記アルカリ剤基準注入率を前記フイー
ドフオワード注入率で微修正し、さらに処理水PH
実測値をPID制御によつてフイードバツクして、
前記アルカリ剤基準注入率をフイードバツク注入
率で修正することによつて適正なアルカリ剤の注
入量を保持する浄水場のアルカリ剤注入制御方法
である。 カセイソーダ等アルカリ剤は、凝集反応に必要
なアルカリ分の補給を主な目的として使用され
る。PACや硫酸バンド等凝集剤は水中に注入さ
れると溶存しているアルカリ度成分（重炭酸イオ
ン、水酸イオン）を消費して凝集フロツクを形成
する。したがつて、原水のアルカリ度が低い場合
や凝集剤を多量に注入する場合にはカセイソーダ
等を注入してアルカリ分を補給する必要がある。
凝集の良否に影響を及ぼす水質指標にはPHとアル
カリ度の２者があり、このうちアルカリ度は凝集
剤との反応に必要な指標であり、PHは生成するフ
ロツクの状態に影響する指標である。アルカリ度
は(1)式のように薬注率に対して線形に増減する。 ALKt＝ALK0＋a1×NMV−a2×PMV−a3×BMV…(1)
式中：ALKt：処理水アルカリ度計算値、
NMV：カセイソーダ注入率（20％カセイソー
ダ）、PMV：PAC注入率、BMV：前塩素注入
率、ALK0：原水アルカリ度、a1：定数（＝
0.25）、a2：定数（＝0.15）、a3：定数（＝1.41）
しかし、PHは水素イオン濃度の自然対数にマイナ
ス１を乗じた指数であり、かつ水中の遊離炭酸に
よつて影響されるので薬注率から直接PH値を予測
することはできない。水中に溶存する遊離炭酸、
アルカリ度、PHには次の(2)式の関係があることが
一搬に知られている。 PH＝log（ALK）＋Log（0.88／Kc）−log（CO2） …(2) ここで、炭酸の解離定数（Kc）は温度によつ
て定まる定数であり、温度とKcの関係を第１表
に示す（一般水質化学（上）W.スミス、JJ.モー
ガン、安部、半谷訳、共立出版）。
PHを設定値に保持するためのアルカリ剤の注入制
御方法に関するものである。 従来アルカリ剤注入による処理水質の水質維持
は予測することの容易なアルカリ度によつてのみ
行なわれていた。（ここにアルカリ度とは水酸イ
オンを放出しうる分子またはイオンであり、
HCO3 -＋H2O→H2CO3＋OH-、CO3 2-＋2H2O→
H2CO3＋2OH-の場合のアルカリ度は〔HCO3 -〕
＋２〔CO3 2-〕＋〔OH-〕＋〔NH3〕＋…で、天然水で
中性の場合のアルカリ度は〔HCO3 -〕＋〔OH-〕
である。）これは処理水のPHが原水水質と各薬注
率によつて複数に影響されて予測することが困難
であるからである。 従来この種の装置として第１図に示すものがあ
つた。第１図において、１は河川等から取水した
原水の水位調節等のための着水井、２は原水と薬
品とを混和する混和池、３は凝集のためのフロツ
ク形成池、４は生成したフロツクを沈降分離する
沈殿池、５は微粒子を取り除くための過池であ
る。また、８は取水流量計、９は前塩素注入機、
１０はアルカリ剤注入機、１１は凝集剤注入機、
１３はPH計、１４は設定値PHと実測値との偏差演
算器、１５は原水流量に対してアルカリ剤注入率
を算出する比率演算器である。 次に動作について説明する。洗浄場に取水され
た原水は着水井１で前塩素が注入され消毒が行な
われ、さらに懸濁物除去のために凝集剤１１と必
要に応じてアルカリ剤がアルカリ剤注入機から注
入される。その後、混和池２、フロツク形成池３
を経て沈殿池４に送られ大部分の濁質が除かれ、
処理水質は沈殿池出口付近１２よりサンプリング
されオンラインPH計１３で測定される。実測PH
（PV）と設定PH値との偏差が演算器１４で計算さ
れ（EV）、このEVに応じてアルカリ注入率の増
減が演算器１６で行なわれアルカリ注入率が決定
される。ここで設定されたアルカリ剤注入率は比
率演算器１５で取水流量に応じた注入量に換算さ
れたアルカリ剤注入機１０のバルブ開度等の調節
によりその注入量が設定されている。 従来のアルカリ剤注入方式は以上のように構成
されているが、アルカリ剤注入機１０と処理水採
水点１２との時間遅れが２〜３時間程度あるた
め、処理水PHの偏差（EV）だけでPHを設定値に
維持することができなかつた。また、アルカリ注
入率とPHの関係は水中の遊離炭酸濃度に影響され
るため一義的に決定されないがこれを近似して求
めているため、PH予測値と実測値がかけはなれた
値となるなどの欠点があつた。 この発明は上記のような従来のものの欠点を除
去するためになされたもので、処理水PHに予測に
あたり水中のアルカリ度成分すなわち重炭酸イオ
ンと水酸イオンの消費係数を導入することにより
処理水中の遊離炭酸を計算することにより処理水
PHを正確に求め、さらに実測PHをPID演算によつ
てフイードバツクすることにより処理水PH値を安
定に保つことのできるアルカリ剤注入制御方法を
提共することを目的としている。 すなわちこの発明は、原水に塩素、凝集剤、ア
ルカリ剤の１種または２種以上を注入して水処理
を行なう浄水場等水処理施設において、原水の
PH、アルカリ度および水温の測定値と、塩素、凝
集剤およびアルカリの１種または２種以上の注入
率とから処理水中に含まれる遊離炭酸濃度を推定
し、遊離炭酸濃度推定値と処理水アルカリ度計算
値とから処理水PHを求めることによりアルカリ剤
注入率の概略値としてアルカリ剤基準注入率を求
めかつその端数としてフイードフオワード注入率
を求め、前記アルカリ剤基準注入率を前記フイー
ドフオワード注入率で微修正し、さらに処理水PH
実測値をPID制御によつてフイードバツクして、
前記アルカリ剤基準注入率をフイードバツク注入
率で修正することによつて適正なアルカリ剤の注
入量を保持する浄水場のアルカリ剤注入制御方法
である。 カセイソーダ等アルカリ剤は、凝集反応に必要
なアルカリ分の補給を主な目的として使用され
る。PACや硫酸バンド等凝集剤は水中に注入さ
れると溶存しているアルカリ度成分（重炭酸イオ
ン、水酸イオン）を消費して凝集フロツクを形成
する。したがつて、原水のアルカリ度が低い場合
や凝集剤を多量に注入する場合にはカセイソーダ
等を注入してアルカリ分を補給する必要がある。
凝集の良否に影響を及ぼす水質指標にはPHとアル
カリ度の２者があり、このうちアルカリ度は凝集
剤との反応に必要な指標であり、PHは生成するフ
ロツクの状態に影響する指標である。アルカリ度
は(1)式のように薬注率に対して線形に増減する。 ALKt＝ALK0＋a1×NMV−a2×PMV−a3×BMV…(1)
式中：ALKt：処理水アルカリ度計算値、
NMV：カセイソーダ注入率（20％カセイソー
ダ）、PMV：PAC注入率、BMV：前塩素注入
率、ALK0：原水アルカリ度、a1：定数（＝
0.25）、a2：定数（＝0.15）、a3：定数（＝1.41）
しかし、PHは水素イオン濃度の自然対数にマイナ
ス１を乗じた指数であり、かつ水中の遊離炭酸に
よつて影響されるので薬注率から直接PH値を予測
することはできない。水中に溶存する遊離炭酸、
アルカリ度、PHには次の(2)式の関係があることが
一搬に知られている。 PH＝log（ALK）＋Log（0.88／Kc）−log（CO2） …(2) ここで、炭酸の解離定数（Kc）は温度によつ
て定まる定数であり、温度とKcの関係を第１表
に示す（一般水質化学（上）W.スミス、JJ.モー
ガン、安部、半谷訳、共立出版）。
【表】
次に凝集剤と水中のアルカリ度成分（重炭酸イ
オン、水酸イオン）との反応を記す。 Al3+＋3HCO3 -＝Al（CH）3C＋3CO2 …(3) Al3+＋3OH-＝Al（OH）3 …(4) このように重炭酸イオンと凝集剤が反応した時
には遊離炭酸が生成する。また、塩素注入につい
ても同様の反応が起こる。 Cl2＋HCO3 -＝HOCl＋Cl-＋CO2 …(5) Cl2＋OH-＝HOCl＋Cl- …(6) したがつて、アルカリ度成分のうちHCO3 -お
よびOH-の消費される割合がわかれば処理水中
の遊離炭酸濃度が計算され、(2)式によつてPHが求
められる。すなわち、 PHtlog（ALK0＋a1×NMV−a2×PMV−a3×BMV
） ＋log（（0.88／Kc）−log（CO2p＋a4×（
a21×PMV＋a31×BMV））…(7) （式中：PHt：処理水PH計算値、CO2p：原水遊離
炭酸、aD：換算定数＝0.88、a21：PAC注入で消
費されるHCO3 -係数（0.15）、a31前塩素注入で
消費されるHCO3 -係数（1.41）） なお、沈殿池における炭酸濃度分布を実施設に
おいて測定した結果を第２図に示す。図中の−ｏ
−は実測値の平均値であり、PAC注入率は15〜
30ppmである。第２図からわかるように沈殿池に
おける遊離炭酸の大気中への放酸はほとんど認め
られない。すなわち処理水中の遊離炭酸を求める
には大気への放散率を考慮する必要はなく、薬注
時におけるアルカリ度成分の消費比率（a21，
a31）がわかればよい。 以上の検討をふまえ、この発明の一実施例を示
す第３図に基いて説明する。１７は原水アルカリ
度計、１８は原水PH計、１９は原水水温計であ
る。２０はさきに示した(2)式によつて原水遊離炭
酸を計算する演算器、２１はさきに示した(1)式に
よつて処理水のアルカリ度を計算する演算器、２
２はさきに示した７式によつて処理水のPHを計算
する演算器である。２３は処理水水質のうち、ア
ルカリ度とPHの両方が設定値を満足するための比
率演算器である。２５はPID演算器であり、２４
は基準注入率、フイードフオワード注入率および
フイードバツク注入率の加算器である。 次に本発明の動作について説明する。原水水質
のアルカリ度、PH、および水温はそれぞれオンラ
イン計測器１７，１８および１９で測定された
後、演算器２０に入力され、(2)式によつて原水遊
離炭酸（CO2）濃度が計算される。次に２１では
(1)式によつて処理水アルカリ度（ALKt）が計算
される。２２では(7)によつて処理水PHが計算され
る。ここで係数a21、a31は原水遊離炭酸濃度ある
いはカセイソーダ注入率によつて変動する。この
a21、a31の値はCRT等よりオペレータが変更する
か、あるいは計算機によつて自動修正することに
よつて係数変更する。a21、a31のオンライン推定
方法として、カセイソーダ注入率、原水アルカリ
度に大きな変化のない２〜３時間の範囲ではa21、
a31の値は一定という近似を行なう。 いま、フイードフオワード制御でカセイソーダ
基準注入率（NVS）を決める時刻をｋとする。
すると（ｋ−１）の時刻においては(8)式を変形し
て(11)式が求められる。 〔H+〕〔HCO3 -〕／〔H2CO3〕＝Ｋ …(8) 上式を常用の単位に変換して整理すると、 （CO2）t＝10-PH×（ALK）t／K′ …(9) すなわち時刻（ｋ−１）では、 Ｃ（ｋ−１）＋Z1×α2（ｋ−１）＋Z2×α3（ｋ−１）
＝10-PH(k-1)／K′×α1（ｋ−１）…(10) この(10)式より、 α2（ｋ−１）×Z1＋α3（ｋ−１）×Z2＝10-PH(k-1)×
α1（ｋ−１）／K′−Ｃ（ｋ−１）＝ｂ（ｋ−１）…(1
1) ただし、 Ｃ（ｋ−１）＝（CO2）0（ｋ−１） α1（ｋ−１）＝ALK0（ｋ−１）＋a1×NVS（ｋ−１）−
a2×PVS（ｋ−１）−a3×BVS（ｋ−１） Z1＝a4×a21、Z2＝a4×a31、α2（ｋ−１）＝PVS
（ｋ−１）：PAC基準注入率、α3（ｋ−１）＝BVS
（ｋ−１）：前塩素基準注入率である。そこで(11)式
を時刻（ｋ−１）、（ｋ−２）について求め整理す
ると(12)式となる。 α2（ｋ−１）、α3（ｋ−１） α2（ｋ−２）、α3（ｋ−２）［Z1 Z2］＝ｂ（ｋ−１） ｂ（ｋ−２） …(12) 上記(12)式より線形方程式を解きZ1、Z2を求め、
時刻ｋにおいてカセイソーダ基準注入率を設定す
るa21、a31を決定する。 実施設におけるa21の実測結果の値は0.05〜0.12
程度であつた。 次に２３の演算器について説明する。一般に良
く知られているように凝集にはある値以上のPHお
よびアルカリ度が必要である。すなわち、 PHnioPHt …(13) ALKnioALKt …(14) ここで、PHnio、ALKnioはそれぞれPHおよびア
ルカリ度の最小値であり浄水場の取水原水、凝集
剤の種類、沈殿池特性によつても異なるが、一般
的にはPHnioは6.0〜6.3、ALKnioは10〜15（ppm）
程度と考えられる。したがつて(13)式を満たすPHt
となるカセイソーダ注入率を(7)式で求め、(14)式を
満たすALKtとなるカセイソーダ注入率を(1)式で
求める。この両者の大小比較を行ない大きい方の
値を出するのが比較演算器２３である。 一方、２５には沈殿池処理水PH計１３よりPHｔ
実測値が入力され、フイードバツク制御としての
PID演算を行なうのが２５の演算器である。すな
わち、フイードバツクによるカセイソーダ注入率
（NVB）は、 NVB＝Kp（EV＋１／TI∫EV＋TDdEV／dt） ＝Kp｛EV（ｋ）＋１／TIK ＝Kp｛EV（ｋ）＋１／TIK 〓K=0（EV（ｋ）×TC）＋TD（EV（ｋ−１）−EV（ｋ）
／TC）｝…(15) ここで、EV（ｋ）＝NSV−NPV（ｋ）、TI：積
分時間、TD：微分時間、TC：制御周期、Kp：
比例ゲインである。演算器２４では、基準注入率
（NVS）、フイードフオワード注入率（NVF）、
フイードバツク注入率(NVB)を加算して、カセ
イソーダ注入率(NMV)を決定する。すなわち、 NMV＝NVS＋WF×NVF＋WB×NVB …(16) ここで、WF：フイードフオワードの重み係
数、WB：フイードバツクの重み係数、WF＋
WB＝１である。 基準注入率は例えば２時間に１回程度原水水質
の変動予測等も加味して徐々に値を更新する注入
率であるのに対し、フイードフオワード注入率は
例えば原水PH、原水アルカリ度が15分毎に測定さ
れるとそれにあわせて修正されていく注入率で双
方は制御周期が異なる。基準注入率とフイードフ
オワード注入率とを分離したのは、基準注入率な
しのフイードフオワード注入率及びフイードバツ
ク注入率では系のイズに対して短周期で感度が良
すぎる程に制御がかかり薬注率が急激に変動し水
質設定値に対してハンチングを起こす危検性があ
り水処理プロセスには適当でない。従つておおよ
そのフイードフオワード制御を基準注入率で設定
し、水質等の微小変化をフイードフオワード注入
率で逐次修正する。第４図及び第５図により、基
準注入率とフイードフオワード注入率の関係につ
いて詳述する。第４図ａ〜ｂは水質変化が小さい
場合の注入率計算値、FF注入率、基準注入率、
（基準＋FF）注入率を夫々示し、第４図ａ中の
X1、X2は水質計器指示値の突変などによる一時
的なノイズを示す。水質変化が小さい場合、第４
図ｂのFF注入率は同図ａの注入率計算値と類似
したパターンであり、一見FF注入率による制御
はうまく行なえるように見える。 しかし、浄水場の水処理プロセスで要求される
アルカリ度の値は目標値、例えば20mgｌに一致
させなければならないというような厳密なもので
はなく、たとえば15〜40mgｌの間にあれば水処
理プロセスに対して大きな影響はないと考えられ
る性質のものである。 したがつて、アルカリ剤注入率を第４図ｂのよ
うに小きざみに変えることは実用性を考えると必
ずしも必要ではない。 逆に、このようなプロセスの場合、応答系にお
けるムダ時間があるため、実際には意図する水質
値（アルカリ度20mgｌ）を正しく維持すること
は困難である。 ここで、プロセスと薬注率とのタイミングがず
れた場合などでは、処理水アルカリ度の変動がか
えつて増幅される可能性があり、この場合にはこ
れが逆に処理水アルカリ度をモニタするフイード
バツク制御に対する外乱となつてハンチング現象
を起こしかねない。 このように、本プロセスの場合、FF制御が過
敏であることはプロセスの安定化に対してマイナ
スの効果をもたらす危険性がある。 これに対して、長周期で制御する基準注入率は
第４図ａの変化に対して同図ｃのようになり、注
入率の変化は緩慢であり、一見制御はうまく行な
われていないかのようにみえる。 しかし、実際のプラント制御運転の経験から水
質変化が小さい場合には実用上は第４図ｂより
も、同図ｃによる制御の方方が好ましいという結
果を得ている。 これは、浄水場の水処理プロセスの場合に前述
のムダ時間の問題に加えて、水理系（着水井、混
和池、フロツク形成池、沈殿池）における混合・
拡散などによつて実際のプロセスの処理水アルカ
リ度は計算値に比較して平滑化されてしまうから
である。 すなわち、小さい水質変化時にはFF注入率だ
けではプロセスの安定化が必ずしも図られないと
いうことになる。 一方、第５図のように原水の水質変化が大きい
場合で、原水水質が悪化する方向に変化している
時は、アルカリ度を消費する凝集剤注入率と前塩
素注入率も増加するのでアルカリ剤注入率は原水
アルカリ度の減少分以上に増加させる必要があ
る。 このような場合において、処理水アルカリ度を
20mgｌにアルカリ剤の注入率が第５図ａのよう
になつたとする。 これを短周期制御で行なうFF注入率は同図ｂ
のように、また長周期制御で行なう基準注入率は
同図ｃのようになる。 水質の変化量が大きくてかつ速い場合には、
FF注入率ではｂのようによく追従しており、ア
ルカリ剤注入率の不足はほとんどない。 これに対して１時間に１回程度変更する基準注
入率だけの場合には、ｃのようにアルカリ剤注入
率がかなり不足した状態になることがあり、アル
カリ度は許容下限である10〜15mgｌよりも減少
する事態も想定される。 すなわち、水質変化が速くて大きい場合には、
基準注入率だけでは水質の変化に対して迅速に応
答できない場合がある。 上述のように、小さな水質変化時時にはFF注
入率だけでは水質計器のノイズ（水質の一時的な
変化）を拾うなどによつて、不必要かつひんぱん
な制御量の変更があり、これによつてプロセスが
かえつて不安定になるという危険性をはらんでお
り、逆に、大きい水質変化時には基準注入率だけ
では水質の急変に追従できずに、アルカリ注入率
が不足（または過剰）の状態が長時間継続するこ
とになる。 本発明では、基準注入率とFF注入率を組み合
せることによつて両者の欠点を改善している。す
なわち、水質変化の小さい場合の第４図ａに対し
て、（基準＋FF）注入率では同図ｄのようにな
り、同図ｂのパターンが平滑化された形となり、
FF注入率だけの場合よりもプロセスは安定する。 第４図ｄが平滑化されるのは、式（16）でアル
カリ剤注入率を計算する際のFF注入率（NVF）
の重み係数（WF）が１より小さい（通常0.5程
度）ためである。 また、水質変化が大きくかつ速い第５図ａの場
合に対して、（基準＋FF）注入率を適用すると第
５図ｄのようになつて同図ｃよりも追従性は向上
し、基準注入率だけで制御する場合に比較して制
御性は明らかに向上する16式で求められた注入率
（NMV）は演算器１５で取水流量に応じた注水
量に変換されて、１０のカセイソーダ注入機のバ
ルブ開度を制御してその注入量を調節する。 今まで述べてきたアルカリ剤注入制御方法は浄
水場以外にも他の水処理施設あるいは汚泥処理プ
ロセスにも同様に適用することができる。また、
本例では凝集剤としてPAC、アルカリ剤として
カセイソーダを例にとつたがこれ以外の薬品につ
いても同様に適用できる。 以上のように、この発明によれば、処理水PHを
推定するにあたり原水中の遊離炭酸および薬品注
入によつて消費されるアルカリ度成分の比率を考
慮したので精度よく処理水PHを計算することがで
きる。また、本方法では凝集に必要なアルカリ度
とPHの両方を考慮しているため凝集プロセスを安
全に運用することができる。さらに制御方法とし
てPID演算による処理水水質のフイードバツク制
御を組み入れ、アルカリ注入率算出にあたつては
重み係数を考慮したフイードフオワード制御との
組合せとしたのでプロセス変動に対して速やかに
対応してアルカリ注入率の変更が行なえる。この
ようにアルカリ注入率を制御することにより処理
水PHならびにアルカリ度を設定値に維持すること
ができる。
オン、水酸イオン）との反応を記す。 Al3+＋3HCO3 -＝Al（CH）3C＋3CO2 …(3) Al3+＋3OH-＝Al（OH）3 …(4) このように重炭酸イオンと凝集剤が反応した時
には遊離炭酸が生成する。また、塩素注入につい
ても同様の反応が起こる。 Cl2＋HCO3 -＝HOCl＋Cl-＋CO2 …(5) Cl2＋OH-＝HOCl＋Cl- …(6) したがつて、アルカリ度成分のうちHCO3 -お
よびOH-の消費される割合がわかれば処理水中
の遊離炭酸濃度が計算され、(2)式によつてPHが求
められる。すなわち、 PHtlog（ALK0＋a1×NMV−a2×PMV−a3×BMV
） ＋log（（0.88／Kc）−log（CO2p＋a4×（
a21×PMV＋a31×BMV））…(7) （式中：PHt：処理水PH計算値、CO2p：原水遊離
炭酸、aD：換算定数＝0.88、a21：PAC注入で消
費されるHCO3 -係数（0.15）、a31前塩素注入で
消費されるHCO3 -係数（1.41）） なお、沈殿池における炭酸濃度分布を実施設に
おいて測定した結果を第２図に示す。図中の−ｏ
−は実測値の平均値であり、PAC注入率は15〜
30ppmである。第２図からわかるように沈殿池に
おける遊離炭酸の大気中への放酸はほとんど認め
られない。すなわち処理水中の遊離炭酸を求める
には大気への放散率を考慮する必要はなく、薬注
時におけるアルカリ度成分の消費比率（a21，
a31）がわかればよい。 以上の検討をふまえ、この発明の一実施例を示
す第３図に基いて説明する。１７は原水アルカリ
度計、１８は原水PH計、１９は原水水温計であ
る。２０はさきに示した(2)式によつて原水遊離炭
酸を計算する演算器、２１はさきに示した(1)式に
よつて処理水のアルカリ度を計算する演算器、２
２はさきに示した７式によつて処理水のPHを計算
する演算器である。２３は処理水水質のうち、ア
ルカリ度とPHの両方が設定値を満足するための比
率演算器である。２５はPID演算器であり、２４
は基準注入率、フイードフオワード注入率および
フイードバツク注入率の加算器である。 次に本発明の動作について説明する。原水水質
のアルカリ度、PH、および水温はそれぞれオンラ
イン計測器１７，１８および１９で測定された
後、演算器２０に入力され、(2)式によつて原水遊
離炭酸（CO2）濃度が計算される。次に２１では
(1)式によつて処理水アルカリ度（ALKt）が計算
される。２２では(7)によつて処理水PHが計算され
る。ここで係数a21、a31は原水遊離炭酸濃度ある
いはカセイソーダ注入率によつて変動する。この
a21、a31の値はCRT等よりオペレータが変更する
か、あるいは計算機によつて自動修正することに
よつて係数変更する。a21、a31のオンライン推定
方法として、カセイソーダ注入率、原水アルカリ
度に大きな変化のない２〜３時間の範囲ではa21、
a31の値は一定という近似を行なう。 いま、フイードフオワード制御でカセイソーダ
基準注入率（NVS）を決める時刻をｋとする。
すると（ｋ−１）の時刻においては(8)式を変形し
て(11)式が求められる。 〔H+〕〔HCO3 -〕／〔H2CO3〕＝Ｋ …(8) 上式を常用の単位に変換して整理すると、 （CO2）t＝10-PH×（ALK）t／K′ …(9) すなわち時刻（ｋ−１）では、 Ｃ（ｋ−１）＋Z1×α2（ｋ−１）＋Z2×α3（ｋ−１）
＝10-PH(k-1)／K′×α1（ｋ−１）…(10) この(10)式より、 α2（ｋ−１）×Z1＋α3（ｋ−１）×Z2＝10-PH(k-1)×
α1（ｋ−１）／K′−Ｃ（ｋ−１）＝ｂ（ｋ−１）…(1
1) ただし、 Ｃ（ｋ−１）＝（CO2）0（ｋ−１） α1（ｋ−１）＝ALK0（ｋ−１）＋a1×NVS（ｋ−１）−
a2×PVS（ｋ−１）−a3×BVS（ｋ−１） Z1＝a4×a21、Z2＝a4×a31、α2（ｋ−１）＝PVS
（ｋ−１）：PAC基準注入率、α3（ｋ−１）＝BVS
（ｋ−１）：前塩素基準注入率である。そこで(11)式
を時刻（ｋ−１）、（ｋ−２）について求め整理す
ると(12)式となる。 α2（ｋ−１）、α3（ｋ−１） α2（ｋ−２）、α3（ｋ−２）［Z1 Z2］＝ｂ（ｋ−１） ｂ（ｋ−２） …(12) 上記(12)式より線形方程式を解きZ1、Z2を求め、
時刻ｋにおいてカセイソーダ基準注入率を設定す
るa21、a31を決定する。 実施設におけるa21の実測結果の値は0.05〜0.12
程度であつた。 次に２３の演算器について説明する。一般に良
く知られているように凝集にはある値以上のPHお
よびアルカリ度が必要である。すなわち、 PHnioPHt …(13) ALKnioALKt …(14) ここで、PHnio、ALKnioはそれぞれPHおよびア
ルカリ度の最小値であり浄水場の取水原水、凝集
剤の種類、沈殿池特性によつても異なるが、一般
的にはPHnioは6.0〜6.3、ALKnioは10〜15（ppm）
程度と考えられる。したがつて(13)式を満たすPHt
となるカセイソーダ注入率を(7)式で求め、(14)式を
満たすALKtとなるカセイソーダ注入率を(1)式で
求める。この両者の大小比較を行ない大きい方の
値を出するのが比較演算器２３である。 一方、２５には沈殿池処理水PH計１３よりPHｔ
実測値が入力され、フイードバツク制御としての
PID演算を行なうのが２５の演算器である。すな
わち、フイードバツクによるカセイソーダ注入率
（NVB）は、 NVB＝Kp（EV＋１／TI∫EV＋TDdEV／dt） ＝Kp｛EV（ｋ）＋１／TIK ＝Kp｛EV（ｋ）＋１／TIK 〓K=0（EV（ｋ）×TC）＋TD（EV（ｋ−１）−EV（ｋ）
／TC）｝…(15) ここで、EV（ｋ）＝NSV−NPV（ｋ）、TI：積
分時間、TD：微分時間、TC：制御周期、Kp：
比例ゲインである。演算器２４では、基準注入率
（NVS）、フイードフオワード注入率（NVF）、
フイードバツク注入率(NVB)を加算して、カセ
イソーダ注入率(NMV)を決定する。すなわち、 NMV＝NVS＋WF×NVF＋WB×NVB …(16) ここで、WF：フイードフオワードの重み係
数、WB：フイードバツクの重み係数、WF＋
WB＝１である。 基準注入率は例えば２時間に１回程度原水水質
の変動予測等も加味して徐々に値を更新する注入
率であるのに対し、フイードフオワード注入率は
例えば原水PH、原水アルカリ度が15分毎に測定さ
れるとそれにあわせて修正されていく注入率で双
方は制御周期が異なる。基準注入率とフイードフ
オワード注入率とを分離したのは、基準注入率な
しのフイードフオワード注入率及びフイードバツ
ク注入率では系のイズに対して短周期で感度が良
すぎる程に制御がかかり薬注率が急激に変動し水
質設定値に対してハンチングを起こす危検性があ
り水処理プロセスには適当でない。従つておおよ
そのフイードフオワード制御を基準注入率で設定
し、水質等の微小変化をフイードフオワード注入
率で逐次修正する。第４図及び第５図により、基
準注入率とフイードフオワード注入率の関係につ
いて詳述する。第４図ａ〜ｂは水質変化が小さい
場合の注入率計算値、FF注入率、基準注入率、
（基準＋FF）注入率を夫々示し、第４図ａ中の
X1、X2は水質計器指示値の突変などによる一時
的なノイズを示す。水質変化が小さい場合、第４
図ｂのFF注入率は同図ａの注入率計算値と類似
したパターンであり、一見FF注入率による制御
はうまく行なえるように見える。 しかし、浄水場の水処理プロセスで要求される
アルカリ度の値は目標値、例えば20mgｌに一致
させなければならないというような厳密なもので
はなく、たとえば15〜40mgｌの間にあれば水処
理プロセスに対して大きな影響はないと考えられ
る性質のものである。 したがつて、アルカリ剤注入率を第４図ｂのよ
うに小きざみに変えることは実用性を考えると必
ずしも必要ではない。 逆に、このようなプロセスの場合、応答系にお
けるムダ時間があるため、実際には意図する水質
値（アルカリ度20mgｌ）を正しく維持すること
は困難である。 ここで、プロセスと薬注率とのタイミングがず
れた場合などでは、処理水アルカリ度の変動がか
えつて増幅される可能性があり、この場合にはこ
れが逆に処理水アルカリ度をモニタするフイード
バツク制御に対する外乱となつてハンチング現象
を起こしかねない。 このように、本プロセスの場合、FF制御が過
敏であることはプロセスの安定化に対してマイナ
スの効果をもたらす危険性がある。 これに対して、長周期で制御する基準注入率は
第４図ａの変化に対して同図ｃのようになり、注
入率の変化は緩慢であり、一見制御はうまく行な
われていないかのようにみえる。 しかし、実際のプラント制御運転の経験から水
質変化が小さい場合には実用上は第４図ｂより
も、同図ｃによる制御の方方が好ましいという結
果を得ている。 これは、浄水場の水処理プロセスの場合に前述
のムダ時間の問題に加えて、水理系（着水井、混
和池、フロツク形成池、沈殿池）における混合・
拡散などによつて実際のプロセスの処理水アルカ
リ度は計算値に比較して平滑化されてしまうから
である。 すなわち、小さい水質変化時にはFF注入率だ
けではプロセスの安定化が必ずしも図られないと
いうことになる。 一方、第５図のように原水の水質変化が大きい
場合で、原水水質が悪化する方向に変化している
時は、アルカリ度を消費する凝集剤注入率と前塩
素注入率も増加するのでアルカリ剤注入率は原水
アルカリ度の減少分以上に増加させる必要があ
る。 このような場合において、処理水アルカリ度を
20mgｌにアルカリ剤の注入率が第５図ａのよう
になつたとする。 これを短周期制御で行なうFF注入率は同図ｂ
のように、また長周期制御で行なう基準注入率は
同図ｃのようになる。 水質の変化量が大きくてかつ速い場合には、
FF注入率ではｂのようによく追従しており、ア
ルカリ剤注入率の不足はほとんどない。 これに対して１時間に１回程度変更する基準注
入率だけの場合には、ｃのようにアルカリ剤注入
率がかなり不足した状態になることがあり、アル
カリ度は許容下限である10〜15mgｌよりも減少
する事態も想定される。 すなわち、水質変化が速くて大きい場合には、
基準注入率だけでは水質の変化に対して迅速に応
答できない場合がある。 上述のように、小さな水質変化時時にはFF注
入率だけでは水質計器のノイズ（水質の一時的な
変化）を拾うなどによつて、不必要かつひんぱん
な制御量の変更があり、これによつてプロセスが
かえつて不安定になるという危険性をはらんでお
り、逆に、大きい水質変化時には基準注入率だけ
では水質の急変に追従できずに、アルカリ注入率
が不足（または過剰）の状態が長時間継続するこ
とになる。 本発明では、基準注入率とFF注入率を組み合
せることによつて両者の欠点を改善している。す
なわち、水質変化の小さい場合の第４図ａに対し
て、（基準＋FF）注入率では同図ｄのようにな
り、同図ｂのパターンが平滑化された形となり、
FF注入率だけの場合よりもプロセスは安定する。 第４図ｄが平滑化されるのは、式（16）でアル
カリ剤注入率を計算する際のFF注入率（NVF）
の重み係数（WF）が１より小さい（通常0.5程
度）ためである。 また、水質変化が大きくかつ速い第５図ａの場
合に対して、（基準＋FF）注入率を適用すると第
５図ｄのようになつて同図ｃよりも追従性は向上
し、基準注入率だけで制御する場合に比較して制
御性は明らかに向上する16式で求められた注入率
（NMV）は演算器１５で取水流量に応じた注水
量に変換されて、１０のカセイソーダ注入機のバ
ルブ開度を制御してその注入量を調節する。 今まで述べてきたアルカリ剤注入制御方法は浄
水場以外にも他の水処理施設あるいは汚泥処理プ
ロセスにも同様に適用することができる。また、
本例では凝集剤としてPAC、アルカリ剤として
カセイソーダを例にとつたがこれ以外の薬品につ
いても同様に適用できる。 以上のように、この発明によれば、処理水PHを
推定するにあたり原水中の遊離炭酸および薬品注
入によつて消費されるアルカリ度成分の比率を考
慮したので精度よく処理水PHを計算することがで
きる。また、本方法では凝集に必要なアルカリ度
とPHの両方を考慮しているため凝集プロセスを安
全に運用することができる。さらに制御方法とし
てPID演算による処理水水質のフイードバツク制
御を組み入れ、アルカリ注入率算出にあたつては
重み係数を考慮したフイードフオワード制御との
組合せとしたのでプロセス変動に対して速やかに
対応してアルカリ注入率の変更が行なえる。この
ようにアルカリ注入率を制御することにより処理
水PHならびにアルカリ度を設定値に維持すること
ができる。
第１図は従来のアルカリ剤注入制御系統の概略
図、第２図は実施設の沈殿池における炭酸濃度分
布を示す図、第３図は本発明の一実施例によるア
ルカリ剤注入制御系統を示す図、第４図及び第５
図は基準注入率とフイードフオワード注入率の関
係を示す図である。 １……着水井、２……混和池、３……フロツク
形成池、４……沈殿池、５……急速過池、６…
…撹拌機、７……フロキユレータ、８……取水流
量計、９……前塩素注入機、１０……アルカリ剤
注入率、１１……凝集剤注入機、１２……処理水
サンプリング点、１３……処理水PH計、１４……
演算器、１５……比率演算器、１６……演算器、
１７……原水アルカリ度計、１８……原水PH計、
１９……原水水温計、２０……演算器、２１……
演算器、２２……演算器、２３……比較演算器、
２４……加算器、２５……PID演算器、なお、図
中同一符号は同一又は対応部分を示す。
図、第２図は実施設の沈殿池における炭酸濃度分
布を示す図、第３図は本発明の一実施例によるア
ルカリ剤注入制御系統を示す図、第４図及び第５
図は基準注入率とフイードフオワード注入率の関
係を示す図である。 １……着水井、２……混和池、３……フロツク
形成池、４……沈殿池、５……急速過池、６…
…撹拌機、７……フロキユレータ、８……取水流
量計、９……前塩素注入機、１０……アルカリ剤
注入率、１１……凝集剤注入機、１２……処理水
サンプリング点、１３……処理水PH計、１４……
演算器、１５……比率演算器、１６……演算器、
１７……原水アルカリ度計、１８……原水PH計、
１９……原水水温計、２０……演算器、２１……
演算器、２２……演算器、２３……比較演算器、
２４……加算器、２５……PID演算器、なお、図
中同一符号は同一又は対応部分を示す。
Claims (1)
- １ 原水に塩素、凝集剤、アルカリ剤の１種また
は２種以上を注入して水処理を行なう浄水場等水
処理施設において、原水のPH、アルカリ度および
水温の測定値と、塩素、凝集剤およびアルカリ剤
の１種または２種以上の注入率とから処理水中に
含まれる遊離炭酸濃度を推定し、この遊離炭酸濃
度推定値と処理水アルカリ度計算値とから処理水
PHを求めることによりアルカリ剤注入率の概略値
としてアルカリ剤基準注入率を求めかつその端数
としてフイードフオワード注入率を求め、前記ア
ルカリ剤基準注入率をこのアルカリ剤基準注入率
よりも短かい周期で更新される前記フイードフオ
ワード注入率で微修正し、さらに処理水PH実測値
をPID制御によつてフイードバツクして、前記ア
ルカリ剤基準注入率をフイードバツク注入率で修
正することによつて適正なアルカリ剤の注入量を
保持することを特徴とする浄水場のアルカリ剤注
入制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1913182A JPS58137491A (ja) | 1982-02-08 | 1982-02-08 | 浄水場のアルカリ剤注入制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1913182A JPS58137491A (ja) | 1982-02-08 | 1982-02-08 | 浄水場のアルカリ剤注入制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58137491A JPS58137491A (ja) | 1983-08-15 |
| JPH021555B2 true JPH021555B2 (ja) | 1990-01-11 |
Family
ID=11990906
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1913182A Granted JPS58137491A (ja) | 1982-02-08 | 1982-02-08 | 浄水場のアルカリ剤注入制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58137491A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4522534B2 (ja) * | 2000-04-14 | 2010-08-11 | 株式会社クレハエンジニアリング | 浄水処理方法 |
| JP7519316B2 (ja) * | 2021-02-25 | 2024-07-19 | 株式会社日立製作所 | 運転管理支援装置及び運転管理支援方法 |
-
1982
- 1982-02-08 JP JP1913182A patent/JPS58137491A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58137491A (ja) | 1983-08-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9517954B2 (en) | Chemical injection control method and chemical injection controller | |
| CN103864181B (zh) | 一种循环水电解处理装置及其方法 | |
| CN111348786A (zh) | 一种废水软化预处理系统自动加药控制系统及方法 | |
| CN117843155A (zh) | 一种软化除硬智慧加药控制方法、装置及系统 | |
| GB2332091A (en) | Surface treatment of semiconductor substrates | |
| JP3053481B2 (ja) | 弗素及びカルシウム含有廃水処理における消石灰注入量の制御方法及び弗素分除去装置 | |
| CN111943354B (zh) | 一种反硝化滤池系统碳源投加方法和系统 | |
| JPH021555B2 (ja) | ||
| JP6370684B2 (ja) | 除害装置 | |
| KR20020079414A (ko) | 에칭방법 및 에칭액의 정량분석방법 | |
| JP2004216232A (ja) | ｐＨ調整剤の自動注入装置 | |
| JPH0615295A (ja) | 弗素含有廃水のカルシウム含有処理水の軟化処理における炭酸ナトリウム注入量の制御方法及び弗素分除去装置 | |
| JP2000288585A (ja) | 炭酸ナトリウムの注入量制御方法及びこれを用いたカルシウムイオン含有水処理設備 | |
| JP4695177B2 (ja) | 余剰汚泥減容化処理の制御方法 | |
| JPS63162007A (ja) | 浄水処理に於ける薬注制御方法 | |
| KR20080058927A (ko) | 코크스 폐수 중 질소의 제거방법 | |
| KR20160149745A (ko) | 상수 원수의 부식억제 평가를 위한 랑게리아 지수(Langelier Index, LI) 적용 시스템에 의한 부식억제제 최적 주입량 산정 방법 | |
| HK40108745B (zh) | 一种软化除硬智慧加药控制方法、装置及系统 | |
| HK40108745A (zh) | 一种软化除硬智慧加药控制方法、装置及系统 | |
| JP3053482B2 (ja) | 弗素及びアルミニウム含有廃水処理におけるアルミニウム化合物注入量の制御方法及び弗素分除去装置 | |
| CN120295381B (zh) | 一种基于a2o污水处理生物脱氮精准零延迟的控制方法 | |
| JPS621798B2 (ja) | ||
| CN121657558A (zh) | 基于plc控制的高纯石英酸洗废水处理设备控制系统 | |
| JP4249505B2 (ja) | 浄水場におけるｐＨ制御装置 | |
| KR100797847B1 (ko) | 수도관의 부식 억제 방법 |