JPH02218408A - フロック計測装置による凝集剤注入率制御方法 - 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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、凝集剤を投入して水処理を行うための、フロ
ック計測装置による凝集剤注入率制御方法に関する。

Ｂ５発明の概要 本発明のフロック計測装置による凝集剤注入率制御方法
は、凝集剤注入式Ｄ＝Ａ−ＴＢ″十Ｂ　を用いた凝集剤
注入率を制御するものにおいて、原水と凝集剤注入率か
らフロックの予測平均粒径を求めると共に、フロック計
測装置にてフロックの平均粒径を実測し、その差を所定
時間毎にフィードバックに補正項Ｂを補正することによ
り、凝集剤注入率制御遅れ時間を短縮し、制御精度を向
上させるようにしたものである。

Ｃ０従来の技術 浄水場においては、河川、湖沼から取水した原水をフロ
ック形成池で、−凝集剤（ポリ塩化カルシウム（ＰＡＣ
）、硫酸バンド等）により、濁質成分（粘土、ｉｉｉ類
等）を凝集し、沈澱池で除去している。

しかし、凝集処理する原水の水質変化（水温。

ＰＨ，濁質成分の無機物／有機物比等）は、季節変動が
著しくなってきている。原因としては、河川、湖沼の汚
濁、降雨量の変化などに起因している。そのため、上記
要因をふまえて、凝集剤注入率を自動的に変化させて注
入制御を行っている。

この凝集剤注入率の決定には、主因子である濁度の関数
として注入式 ％式％（１） が一般に用いられている（第１０図曲線■参照）。

この式の特徴は、係数ａ及びｂを決定するのにデータ解
析が簡単であることである。

しかし、この注入式（１）を微調整するための変更可能
な係数はｂだけであるため、フィードフォワード制御は
可能であるが、フィードフォワード注入式に前記水質変
化による要因をフィードバック制御をかけるためには、
係数ａ、ｂで決まるので、係数すだけで注入式を補正す
るのに無理がある。即ち、係数ａ、ｂを決定するには、
低、中。

高濁度に対して相当量の凝集データが必要となり、デー
タ量が少ない場合、注入式の精度か低下する恐れがある
。

このため、フィードバック制御をかけるために、また、
より精度を向上させるには、ＡＬＴ比（原水濁度に対す
るＡＡｌイオン量（１”））と原水濁度の関係から、 Ｄ＝Ａ・ＴＢｎ＋Ｂ　　　　・・・・・・・・・（２）
（Ｄ；凝集剤注入率、ＴＢ：原水濁度）の式が利用され
ている（第１図曲線■参照）。

即ち、注入式（２）の特徴は、注入式（１）と比較して
、低、中、高濁度が一本の注入式で近似でき、係数Ａ、
ｎが浄水場に関係なく、一定の範囲（Ａ”−８５，ｎ４
０．２５）に規定できる。

従って、新規事業化又は凝集データの整備不十分な浄水
場においても初期値係数Ａ、ｎを採用することで、注入
式（１）よりも精度の高い注入式が実現できる。つまり
、Ａ−ＴＢｒｌかフィードフォワード制御項で、Ｂがフ
ィードバック補正項となり、Ｂ＝０の時が注入率の補正
がない状態で、実際は補正項を必要とする。

Ｄ２発明が解決しようとする課題 この補正項の要因としては、前記水質変化量が影響する
が、凝集剤としてＰＡＣを使用すると、最適凝集範囲が
広いため、水温、ＰＨはあまり問題にはならなす、寧ろ
沈澱池出口の濁度並びに原水濁度成分（粘土、砂６色度
、原水濁度と原水懸濁量（ＳＳ量）の比）等の影響因子
の変動が大きい。沈澱池出口の濁度は各浄水場によって
規帛値を設定し、比較することで補正することかできる
が、原水濁度成分に関しては、フィードバック制御でき
る指標が少なく、考えられる指標としては色度があるが
、フロック形成池である程度除去されるし、更に中塩素
処理（沈澱池前後で塩素注入）を行うことで、沈澱池出
口の濁度には現れず、途中で除去されてしまうため、制
御ができない。また、原水濁度と原水ＳＳ量の比に関し
て、現状で連続計測することはできないし、相関式から
導入してもバラツキ巾が広く高精度化できない。即ち、
現状で行われている原水濁度と沈澱池出口の濁度から求
めた注入率式制御では、より精度を向上させることはで
きないし、且つ沈澱池出口の濁度情報では急激な原水濁
度変動に対して滞留時間の関係からリアルタイム制御が
できにくい問題点を有していた。

本発明は、従来の技術の有するこのような問題点に鑑み
てなされたものであり、その目的とするところは、フィ
ードバック制御が可能な前記注入式Ｄ＝Ａ−ＴＢ’＋Ｂ
でかつフロック形成方法の一手法である迂流式フロック
形成池の精度を向上しうる画像計測を応用したフロック
計測装置による凝集剤注入率制御方法を提供することに
ある。

Ｅ９課題を解決するための手段 上記目的を達成するために、本発明のフロック計測装置
による凝集剤注入率制御方法は、原水濁度及び沈澱池出
口濁度を検出し、凝集剤注入式Ｄ＝Ａ−ＴＢ”＋Ｂ　　
（Ｄは凝集剤注入率、ＴＢは原水濁度、Ａ、ｎは係数、
Ｂはフィードバック補正項）によって凝集剤注入率を制
御するものにおいて、原水を凝集剤注入率からＡＬＴ比
（原水濁度に対するＡＱイオン量）を求め、このＡＬＴ
比とフロック平均粒径間係式からフロックの予測平均粒
径を求めると共に、フロック形成池に設けたフロック計
測装置の画像処理からフロックの幾何学平均粒径の実測
値を求め、この予測と実測のフロック平均粒径の差を所
定時間毎にフィードバックして前記補正項Ｂを補正し、
凝集剤注入率を制御するものである。

Ｆ３作用 凝集剤注入率りは原水濁度ＴＢとＤ＝Ａ−ＴＢ’十Ｂの
関係にあり、Ａ−ＴＢ″項は原水濁度によるフィードフ
ォード制御項、Ｂはフィードバック制御項として制御さ
れる。

原水と凝集剤注入率から濁度に対するＡＬＴ比を求め、
ＡＬＴ比と平均粒径の関係式から予測平均粒径が予測で
きる。

フロックの幾何学平均粒径はフロック計測装置をフロッ
ク成形池に設けてその画像処理から求めることができる
。

このフロックの実測平均粒径は水量変動の因子ＳＳ量／
ＴＢの因子を含む値となるので、予測平均粒径とこの実
測値との差でフィードバック制御項Ｂを制御すれば、凝
集剤注入率を補正することができる。

フロック平均粒径の実測はフロック形成池で行われるか
ら、フロック平均粒径の実測地点までのフロック滞留時
間は３０〜６０分となり、沈澱池出口濁度検出地点まで
のフロック滞留時間が２時間以上であるのに比し、大巾
に短縮され、３０〜６０分毎のフィードバックサンプリ
ング制御ができるので、制御精度が向上する。

Ｇ、実施例 凝集剤の注入率制御を行う指標として原水中に浮遊する
濁度成分を濁度計により計測できる。しかし、濁度はマ
クロ的な指示値であり、濁度成分には無機系粘度、砂等
と有機系の藻類１等が混在しているため、実際のフロッ
ク形式においても無機物、有機物の比率が違うとフロッ
ク形成状態も変化する。即ち、有機系のソウ類の密度は
無機系の粘土と比較すると、かなり水の密度に近い値で
あり、同−濁度指示値で有機系の藻類が多い場合、フロ
ック凝集性が悪くなり、フロック有効密度が低下し、凝
集した状態のフロックが解離する危険性がある。この概
念を実際のフロック形成池に適応し、水中カメラにて画
像解析した結果、第２図〜第５図に示すような現象を発
見した。

第２図は、注入率式（２）を導入するＡＬＴ比と幾何平
均粒径の関係を示すもので、・印は殆ど有機物がないと
き、ｘ印は有機物が多く混在しているときで、Ｇ印とＸ
印をバラツキ幅として近似式を立てることができる。し
かし、実際には、同一濁度において差が生じる。この傾
向を画像解析と手分析により調べた結果、第３図に示す
ような画像解析結果を得た。第３図（ａ）は無機物の多
い濁質のときのフロック輝度で、第３図（ｂ）は有機物
の多い濁質のときのフロック輝度である。

両者を比較すると無機物が多いフロックでは輝度値が高
（、逆に有機物が多いフロックは無機物より低い輝度値
を示した。この結果をもとに手分析と照合した結果第２
図のｘ印はＳＳ量／ＴＢ＃０゜７８、Ｏ印はＳＳ量／Ｔ
Ｂ舛１．０の関係にあった。一般的に濁度とＳＳ量の関
係は、 ＳＳ量（ｍｙ／　Ｑ　）＝　Ａ　（Ｔ　Ｂ　Ｃｍ　／　
Ｑ　）＋　Ｍ）であり、補正項Ｍは色度ｆなどにより与
えられる。

従って色度ｆの影響を殆ど受けない近赤外式濁度計を用
いれば、補正項Ｍは無視できる。

よって、ＳＳ量（ｘ９／Ｉ２　）　＝Ａ　−ＴＢとなり
、係数Ａは５Ｓｌｉ／ＴＢで表すことができる。この係
数ＡはＯ＜Ａｔ≦１でなければならない。ただし、この
条件を満たしているときでも傾向から外れる場合がある
。第５図は迂流式フロック形成池における撹拌強度（Ｇ
Ｔ値）の差によるフロック形成変化を示したもので、迂
流式の場合、形成池を設計するときに、目的処理水量と
撹拌強度の設定から行う。一般的に迂流式は流路が固定
されているため、水量を変化させると撹拌強度も変化し
てしまうので、水量変動をさせないことが一般的条件で
ある。

第５図は設定ＧＴ値を２００．０００としたフロック形
成池において、水量を変化させたときのＧＴ値を示した
もので、ＧＴＩが高い値が水量が少なく、逆にＧＴ値が
低い値が水量の多いときである。即ち、撹拌強度によっ
て同−ＡＬＴ値においてもフロック平均粒径に違いを生
ずることになる。第５図中曲線■は形成池の設計値のＧ
Ｔ値におけるＡＬＴ比と平均粒径の関係式を、曲線■は
ＧＴ値２２０，０００で水量が設計値よりも少ないとき
のＡＬＴ比と平均粒径の関係を、また曲線■はＧＴＴｉ
２Ｏ３０００で水量が設計値より多いときの関係式を示
す。この関係式から取水量を変えたときに生じる撹拌強
度によりフロックの径状が変化することがわかる。

この撹拌強度Ｇの算出法は、 Ｇ＝Ｊ　ｅ／ａ　　＝Ｊ　ｒｈｒｇ−／μＴここで、ε
：総エネルギー消費率（ｅｒｇ／ｃｍ３・５ｅｃ）μ：
水の粘性（ｇ　ｓ／　ｓｅａ−ａｍ）ｇｃ：ニュートン
の換算係数で９８０ （ｇ鵬”ｃｍ／ｇｗ・５ｅｃ） Ｔ：フロック形成池の滞留時間（ｓｅｃ）ｈｔ：迂流式
フロック形成池の総損失 水頭（Ｃ■） ｒ：水の単位体積重量ｌ（ｇ　ｗ／　ｃ　ｍ’）（注）
一般に総エネルギー消費率εは、フロック形成に有効な
エネルギー 消費率ε。よりも−桁大きいと考 えてよい。従って、ε。＝０．１８ として概算すればよい。

になり、迂流式フロック形成池の場合、Ｇ値を計算式か
ら求め、このＧ値にフロック形成池の滞留時間Ｔを掛け
た値がＧＴ値（無次元数）になる。

即ち、ＧＴ値は迂流式のフロック形成池において、滞留
時間の長さによってフロックが成長したり、しなかった
り、更にフロック解離も生じる。また、第５図から同−
ＡＬＴ比による撹拌強度の差で平均粒径が変化すること
が、水中カメラからの情報で画像解析することにより、
平均粒径を求めることで水量変化に対応した制御が可能
になる。

＜Ｄ＝Ａ−ＴＢ″＋Ｈの注入式のＢ補正〉平均粒径予測 （１）水中カメラからの情報で画像解析により統計的条
件を満足するフロック数（４０００個以上のフロック数
）から求めた第４図に示す体積量と平均粒径のヒストグ
ラムから求めた幾何平均粒径（粒径値を対数値変換した
ときに正規分布となる条件）と前記ＳＳ／ＴＢ〜１０の
関係にある設計値（ＧＴ値２００．０００）のＡＬＴ比
と平均粒径の関係式第５図から予測される平均粒径（Ｈ
Ｄ）を求める。

ＨＤ＝ａ　ｅＡＬＴ−” （Ｈ：予測平均粒径、ａ、−ｎ係数） （２）予測した平均粒径を時経列でプロットすると第７
図の折線■のようになる。また、凝集剤注入から水中カ
メラ設置フロック形成池までの遅れ時間（滞留時間）後
の実測フロック平均粒径は折線■のようになる。この予
測平均粒径と実測平均粒径との差から注入量を補正する
。

Ｄ＝Ａ−ＴＢｎ±（予測ＨＤ−実測ＨＤ）予測ＨＤと実
測ＨＤの差を、Ｂ＋＝ＨＤｅと表すと、ＨＤｅ＜０のと
き、−Ｂ、（注入量を減らす）となり、ＨＤｅ≧０のと
きに、Ｂｔ＝±０となる。

この理由は、 （１）前記ＳＳ量／ＴＢの関係から係数１が、０≦ａ≦
１でなければならない。

（２）第５図の曲線■で示した取水量が増加し、ＧＴ値
が低くなる時は、第６図に示すようにフロックの形成に
必要な時間と濁度の関係から、フロック成長時間が短く
なる傾向にあるが、濁度濃度が高い場合、即ち、第５図
に示すＡＬＴ比が低値（０，１萌後）のときは、殆ど影
響しないが、ＡＬＴ比が高い値（０，３前後）の時に影
響される。

例えば、第６図のように濁度濃度が低い１０度の場合、
フロック成長に必要な時間は５０００秒かかり、濁質濃
度２０度では３０００秒程度で済む。

よって、ＧＴ値が設計値よりも高い（滞留時間が長くな
る）時には、注入量を減じ滞留時間が長くなった効果を
利用してフロックを成長させる。

逆に、ＧＴ値が設計値よりも低い（滞留時間が短くなる
）時には、補正する要因がないため、注入量を増すこと
をせず、後段の沈澱池流出口の濁度計の変化、即ち、設
定濁度と実測濁度の差を補正項Ｂｔ＝　「ｓｅｔ　−ｒ
として代入する。

Ｄ＝Ａ−ＴＢ”±ＨＤｅ±（ｒｓｅｔ−ｒ）ｒｇｅＬ：
沈澱池流出濁度設定値 ｒ：流出濁度 設定値と実測値の差をＢ＊＝ｒｅと表すとｒｅ≧０の時
はＢ、＝±Ｏとなり（注入率変えない）、「ｅく０の時
十Ｂ、となる。ただし、流出濁度の設定値を低値にする
と注入量の増加に連がるため、濁度ｌｐｐｍの程度に置
きかえる必要がある。

以上が凝集剤注入制御におけるフィードバック制御であ
る。

次にこの制御方法を第８図の制御システムについて説明
する。

河川、湖沼等よりの原水は着水井１に入り、着水井ｌの
原水濁度は濁度計６で検出される。この濁度信号は制御
部１３に入力され、制御部１３の凝集剤注入式により制
御された凝集剤がパイプ■４より混和池２に投入され、
撹拌機１５で混合された混合液はフロック形成池３に流
れ込む。この間に、制御部１３では、原水濁度と凝集剤
注入率からＡＬＴ比を計算し、ＡＬＴ比から第５図に示
した設計値におけるＡＬＴ比と平均粒径の関係式から、
フロック計測装置１０の設置点における予測平均粒径を
予測する。

フロック形成池３に入った混和液は、対流効果（撹拌）
又は滞留時間（３０〜６０分）により徐々にフロック径
が成長する。この成長フロックを水中カメラ９で認識し
、フロック計測装置ｌＯの画像処理によってフロック幾
何平均径を求める。

このときの実測平均径には水量変動の因子とＳＳ量／Ｔ
Ｂの因子を含む値となる。制御部１３は予測値と実測値
の差をフィードバック制御項Ｂ、に代入して凝集剤注入
量を制御する。

フロック形成池を通った水は沈澱池に入り、フロック等
を沈澱させる。沈澱池出口に濁度計８を設け、沈澱池出
口の濁度を検出し、制御項Ｂ１の因子とならない取水量
の増加（ＧＴ値の低下）による影響を濁度計の設定値と
実測値の差を補正項Ｂ、に代入する。ただし、Ｂ１の制
御はサンプリング制御とし３０〜６０分間毎に補正をか
ける。

補正幅は±５ｐｐｍ以内とする。

以上の構成から、濁質成分変化（ＳＳ量／ＴＢ）。

取水量変動に対して対応のとれる制御システムとなり、
特に取水量の低下、５ＳＩｉ／ＴＢ＞１のときに効果を
発揮し、注入量の縮約が計れてより精度の高い制御系が
可能になる。

く第５図のＡＬＴ比と平均粒径の基準式の作成〉 比較的藻類等有機物の発生の少ない期間にフロック計測
装置ＩＯの画像処理により幾何平均径を求めＡＬＴ比と
の関係式を作成する。

条件：■設計取水量（ＧＴ値）。

■ＳＳ量／ＴＢ＃１．０ ■水中カメラの設置場所。

■近赤外方式の濁度計使用（色度の影響排除）。

■に関しての影響が比較的変化の少ない浄水場では、条
件から外しても可能となる。■及び■は一定条件が必要
。■に関しては■の効果と関連するため他の濁度計使用
の場合、■の項目も削除しなければならない。

Ｈ１発明の効果 本発明は、上述のとおり構成されているので、次に記載
する効果を奏する。

■ＡＬＴ比を平均粒径の関係式から予測平均粒径を導き
、実測値フロック平均粒径との比較値から凝集剤の注入
量を制御することができる。

■従来の迂流式フロック形成池の注入制御では看水井流
入局度と沈澱池流出濁度の間で制御を行っていたが、滞
留時間が２時間以上あるために制御遅れがあったが、フ
ロック形成池に水中カメラを設置して、フロック形成状
態情報をも併せ用いているので、遅れ時間を３０〜６０
分に短縮することができ制御精度が著しく向上する。

■フロック平均粒径とＡＬＴ比の関係から、フロック平
均粒径の変動因子が取水量変動（撹拌強度指標ＧＴ値）
とＳＳ量／ＴＢ比であることが明確になった。

■季節変化による濁度成分の変化に対して自動補正が行
えるようになった。

■凝集剤の注入量を適量とすることができるので、凝集
剤が節約傾向になる。

■従来のフィードフォワード制御の欠点である注入率補
正が自動化できる。

■補正項Ｂに更にアルカリ度、ＰＨ，水温の因子を付加
することにより高度の凝集剤注入量の制御が可能になる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は原水濁度と凝集剤注入率曲線図、第２図はＡＬ
Ｔ比とフロックの幾何平均粒径の関係を示す線図、第３
図は画像解析から求めたフロックの体積量と平均粒径の
分布図、第４図は水中カメラの画面水平走査線方向とフ
ロックの輝度の関係を示す線図、第５図（ａ）、（ｂ）
は夫々フロック平均粒径とＡＬＴ比の関係を示す線図、
第６図は原水濁度とフロック形成に必要な時間の関係を
示す曲線図、第７図は予測フロック平均径と実測フロッ
ク平均径の時径列変化を示す折線図、第８図は凝集剤注
入制御システムの一例を示す概略構成図である。 ！・・・着水井、２・・・混和池、３・・・迂流式フロ
ック形成池、４・・・沈澱池、６，８・・・濁度計、９
・・・水中カメラ、ｌＯ・・・フロック計測装置、１３
・・・制御部、１４・・・凝集剤注入パイプ。 外２名 第 図 原水濁度 ＴＢ（ｍ９／１） 第３図 第 ２図 幾何平均粒径（ｍｍ）皇０９ 第４図 、体積ヒストグラム ＡＬＴ比（Ａｌ’７Ｔｓ＞ 第６図 原水濁度（度） ｏｇ ＡＬＴ比（Ａｔ”／ＴＢ） 手続補正書（。え、 １．事件の表示 平成 年特許願第４１４１ １号 ２゜ 発明の名称 フロック計測装置による凝集剤注入率制御方法３゜ 補正をする者 事件との関係

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）原水濁度及び沈澱池出口濁度を検出し、凝集剤注
   入式Ｄ＝Ａ・ＴＢ＾ｎ＋Ｂ（Ｄは凝集剤注入率、ＴＢは
   原水濁度、Ａ、ｎは係数、Ｂはフィードバック補正項）
   によって凝集剤注入率を制御するものにおいて、 原水を凝集剤注入率からＡＬＴ比（原水濁度に対するＡ
   ｌイオン量）を求め、このＡＬＴ比とフロック平均粒径
   関係式からフロックの予測平均粒径を求めると共に、フ
   ロック形成池に設けたフロック計測装置の画像処理から
   フロックの幾何学平均粒径の実測値を求め、この予測と
   実測のフロック平均粒径の差を所定時間毎にフィードバ
   ックして前記補正項Ｂを補正し、凝集剤注入率を制御す
   ることを特徴とするフロック計測装置による凝集剤注入
   率制御方法。