JPH0852458A - 下水処理場の運転支援装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 専門的知識の少ない運転員が安定した下水処
理場の運転計画をたてることができる。 【構成】 流入予測手段１８で当日の天気予報および平
日・休日の情報に基づいて流入水量および流入水質を予
測する。流入水量、流入水質、処理場内水質および運転
状況データが実績データ保存手段１７に保存される。流
入予測手段１８からの予測データおよび実績データ保存
手段１７からの運転実績データに基づいて、類似データ
検索手段１９において過去の類似運転実績データを検索
する。この類似運転実績データに基づいて、運転支援手
段２０で運転支援を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、下水を処理する下水処
理場の運転支援装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、下水処理場では下水を処理するた
めに、活性汚泥法等の生物学的廃水処理法を用いてい
る。活性汚泥法による下水の水処理を制御する手段とし
て、曝気槽中の溶存酸素濃度（ＤＯ）を曝気風量によっ
て制御するＤＯ制御や、曝気槽中のＭＬＳＳ濃度を汚泥
の返送や引き抜きによって制御するＭＬＳＳ制御などが
単独または組み合わせて採用されている。

【０００３】活性汚泥法は、好気性または通性の細菌を
主体とする多種多様な微生物の集合体である活性汚泥と
下水を接触させ、下水中の汚染有機物や他の懸濁性物質
を除去するものである。活性汚泥法は生きている生物の
生物活動を利用するため、その処理効率は活性汚泥が健
全な状態に維持されている場合にのみ高くかつ安定に保
つことができる。

【０００４】また、下水処理場が浄化対象とする下水
は、季節、天候、時間に応じて原水の水質、水量が変化
する。

【０００５】活性汚泥は上記のように微生物の複雑な集
合体であるので、接触する下水の原水の水質の変化によ
って、活性汚泥を構成する微生物の生態系にも変化が生
じる。

【０００６】従来、上述のように活性汚泥法による水処
理を制御する手段として、処理水中のＤＯを曝気風量に
よって制御する方法、およびＭＬＳＳを汚泥の返送や引
き抜きによって制御する方法が考案されている。このよ
うなＤＯ、ＭＬＳＳを制御する水処理の制御方法では、
流入下水の原水の水質変化、そして、原水の水質変化に
伴う活性汚泥の性状の変化、および水量の変化に応じて
変更していくことが望ましい。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ＤＯ、ＭＬＳＳを制御
する方法では、水質計で水質を計測し、その計測値での
フィードバック制御で水質変化に対応することも考えら
れるが、現状の水質計にはその精度、メンテナンス費用
に問題がある。

【０００８】そこで従来、原水の水質変化に応じて運転
するため、運転員が水質を調べ、経験によって運転スケ
ジュールを作成している。運転スケジュールの作成に
は、運転員の専門知識が必要となるが、近年、専門的な
運転員の確保か難しくなっているという問題がある。

【０００９】また、専門的知識のある運転員が運転スケ
ジュールを作成する場合においても、状態に応じて運転
スケジュールを作成することは、容易なことではない。
このような場合、下水処理場の運転を支援する装置があ
れば都合が良い。

【００１０】本発明は、このような点を考慮してなされ
たものであり、水質の変化に応じた運転を支援すること
ができる下水処理場の運転支援装置を提供することを目
的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、当日の天気予
報および平日・休日別の情報に基づいて、下水処理場へ
流入する流入水量および流入水質を予測する流入予測手
段と、下水処理場の流入水量、流入水質、処理場内水
質、および処理場内機器の運転状況データからなる運転
実績データを保存する実績データ保存手段と、流入予測
手段からの予測データおよび実績データ保存手段からの
運転実績データに基づいて、過去の類似運転実績データ
を検索する類似データ検索手段と、類似データ検索手段
で検索された類似運転実績データを用いて運転支援する
手段と、を備えたことを特徴とする下水処理場の運転支
援装置である。

【００１２】

【作用】流入予測手段からの流入水量および流入水質の
予測データ、および実績データ保存手段からの運転実績
データに基づいて、類似データ検索手段において過去の
類似運転実績データを検索する。検索された類似運転実
績データを用いて、運転支援手段により運転員に対して
運転支援する。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の第１の実施例
について説明する。まず下水処理場の概略を図１により
述べる。

【００１４】図１において、原水が流入側管路Ａから最
初沈殿池３に流入する。最初沈殿池３の流入側管路Ａに
は、流量計１および水質計２（懸濁物濃度計）が各々配
置され、最初沈殿池３に流入する処理水の流量および水
質（懸濁物濃度）が流量計１および水質計２により計測
される。さらに、最初沈殿池３の底部に、沈殿した汚泥
を引き抜く汚泥引抜ポンプ４が配設されている。

【００１５】また、最終沈殿池６の底部と曝気槽５の流
入側とを結ぶ返送管路Ｂには、最終沈殿池６の底部に沈
殿した汚泥の一部を曝気槽５に返送するための返送汚泥
ポンプ７が配設され、さらに返送汚泥流量を計測する返
送汚泥流量計８、及び返送汚泥濃度を計測する返送汚泥
濃度計９が返送管路Ｂに配設されている。また、最終沈
殿池６の底部には、返送管路Ｂと分岐する余剰管路Ｃが
設けられ、この余剰管路Ｃに曝気槽５および最終沈殿池
６の生物処理プロセス内で増殖した活性汚泥を引き抜く
余剰汚泥ポンプ１０が配設されている。

【００１６】さらに、曝気槽５には、活性汚泥へ酸素を
供給するためのブロワ１１及びその風量計１２が配設さ
れた送風管Ｄが接続され、曝気槽５の流出部には溶存酸
素濃度計１３およびＭＬＳＳ濃度計１４が配設されてい
る。一方、最初沈殿池３の流入側管路Ａ、最終沈殿池６
の底部と曝気槽５の流入側とを結ぶ返送管路Ｂ、および
曝気槽５の流出部においては定期的に水質分析者によっ
て処理水が採水されている。そして採水された処理水に
基づいて水質分析者の手で、それぞれ流入側管路Ａの懸
濁物濃度、返送管路Ｂの返送汚泥濃度、および曝気槽の
溶存酸素濃度とＭＬＳＳ濃度が計測される。

【００１７】また、流量計１、風量計１２、水質計２、
返送汚泥流量計８、返送汚泥濃度計９、溶存酸素濃度計
１３およびＭＬＳＳ濃度計１４は各々プロセスインター
フェイス１６に接続されている。

【００１８】次に運転支援装置について述べる。流量
計、風量計、水質計、返送汚泥流量計、返送汚泥濃度
計、溶存酸素濃度計およびＭＬＳＳ濃度計からの各自動
計測値はオンラインで一定周期毎に自動的に計測され、
プロセスインターフェイス１６を経て実績データ保存手
段１７に保存されるようになっている。また、水質分析
者によって計測された手分析値（水質データ）は、水質
分析者によって、入出力処理部を介して手分析入力手段
１５により、計測日時とともに入力され、実績データ保
存手段１７に保存される。

【００１９】実績データ保存手段１７で保存されたデー
タ（運転実績データ）のうち、流量計１および水質計２
で得られたデータは流入水量および流入水質データであ
り、返送汚泥流量計８および風量計１２で得られたデー
タは返送汚泥ポンプ７およびブロワ１１の運転状況デー
タであり、返送汚泥濃度計９、溶存酸素濃度計１３およ
びＭＬＳＳ濃度計１４で得られたデータおよび手分析値
は処理場内水質データである。

【００２０】なお、運転支援装置では運転データも、実
績データ保存手段１７に保存される。

【００２１】運転支援装置は、上述した実績データ保存
手段１７と、当日の流入水量および流入水質を予測する
流入予測手段１８と、流入予測手段１８からの予測デー
タおよび実績データ保存手段１７からの運転実績データ
に基づいて過去の類似運転実績データを検索する類似デ
ータ検索手段１９と、類似運転実績データを用いて運転
支援する手段２０とを備えている。

【００２２】次に、このような構成からなる本実施例の
作用について説明する。まず、流入予測手段１８におい
て、当日の天気予報および休日・平日別の情報に基づい
て、当日の下水処理場への流入量、流入水質を予測す
る。

【００２３】類似データ検索手段１９で、流入予測手段
１８で予測された流入量及び水質に類似しているデータ
を、実績データ保存手段１８に保存されている運転実績
データから検索する。この場合、処理場内の機器の運転
台数等は、現在と同一条件のデータが検索される。

【００２４】類似データ検索手段１９で検索された運転
実績データをもとに、運転支援手段２０で運転員に運転
支援する。

【００２５】運転員は、運転支援結果を参考に運転を行
う。すなわち、制御用コントローラ２１に指令値を与
え、各制御用コントローラ２１はその指令値をもとにブ
ロワ、ポンプを制御する。

【００２６】本実施例では、ブロワ１１、返送汚泥ポン
プ７、および余剰汚泥ポンプ１０の運転支援を行うこと
ができるが、以下ブロワ１１の運転支援について具体的
に説明する。

【００２７】ブロワ１１での運転支援では、曝気の条件
すなわち、曝気槽のＤＯ濃度（溶存酸素濃度）を制御
し、浄化の効果、運転の安定性を高める。たとえば、曝
気槽のＤＯ濃度を一定の値に保持するよう、送風倍率
（送風量＝流入流量×送風倍率）の運転計画を支援す
る。

【００２８】ＤＯ濃度を一定の値に保持するためには、
流入する原水の流入水量および流入水質の変化に応じた
運転計画が必要である。

【００２９】まず、その望ましいＤＯ濃度を与える。
（または、望ましいＤＯ濃度を他の水質から決定す
る。） 次に、流入予測手段１８において、当日の天気予報およ
び平日・休日の情報から流入量および流入水質（ここで
は、懸濁物濃度）を予測する。

【００３０】流入は、人間の生活パターンで変わるた
め、たとえば、類似天候の同一曜日のパターンと同じと
予測する。

【００３１】類似データ検索手段１９で、流入予測手段
１８で予測された流入量及び水質に類似しているデータ
を、実績データ保存手段１７に保存されている運転実績
データから検索する。

【００３２】実績データ保存手段１７には、たとえば、
次のようなデータが保存されている 。 _{日 流入量 懸濁物濃度 ＤＯ濃度 送風倍率} 月 日 ○○ △△ ×× □□ 懸濁物濃度やＤＯ濃度は、懸濁物濃度計や溶存酸素濃度
計での自動計測データまたは手分析データ（または、自
動計測データを手分析データで補正したデータ）であ
る。

【００３３】類似データ検索手段１９では、たとえば、
次のような類似度を求め、この類似度が小さいものを検
索する。

【００３４】類似度＝ ａ×｜予測流入量−実績流入量
｜＋ｂ×｜予測懸濁物濃度−実績懸濁物濃度｜＋ｃ×｜
望ましいＤＯ濃度−実績ＤＯ濃度｜ ここで、ａ，ｂ，ｃはパラメータであり、正規化（たと
えばａ＋ｂ＋ｃ＝１）されている。

【００３５】類似データ検索手段１９で検索された類似
度の一番小さい類似運転実績データを用いて、運転支援
手段２０により運転員に運転支援を行う。すなわち、類
似運転実績データの送風倍率を、運転支援手段２０によ
り運転員に伝え、運転員はこの送風倍率をもとにしてブ
ロワ１１の運転を行うよう制御用コントローラ２１を運
転する。

【００３６】本実施例によれば、流入する原水の流入水
量および流入水質の変化、および流入水質変化に伴う活
性汚泥の性状の変化に応じた運転を支援することができ
る。このため運転スケジュールの作成で、必要な専門的
な運転員の作業の代替を行うことが可能となり、専門的
知識が少ない運転員でも安定な運転が可能となる。ま
た、専門的知識のある運転員が運転スケジュールを作成
する場合においても、作業の軽減が可能となる。

【００３７】次に本発明の他の実施例について説明す
る。他の実施例は類似データ検索手段１９の構成が異な
るのみであり、他は上述の実施例と同様である。

【００３８】まず、第２の実施例について述べる。類似
データ検索手段１９に実績運転データを用いて類似度の
学習を行う手段を設けることによって、より運転支援に
適した実績運転データを検索できるようにしてもよい。

【００３９】類似度のパラメータは、初期値として与え
る必要があるが、この値が適切でない場合、類似データ
検索手段１９で検索された運転データはあまり適切では
ない。

【００４０】このため、たとえば、前記の類似度のパラ
メータａ，ｂ，ｃを実績データで学習していき、運転支
援に適したデータを検索するようにする。 類似度＝ ａ×｜予測流入量−実績流入量｜＋ｂ×｜予
測懸濁物濃度−実績懸濁物濃度｜＋ｃ×｜望ましいＤＯ
濃度−実績ＤＯ濃度｜ 具体的には、検索を重ねていって、ある項の影響が大き
いとわかってきた場合、その項のパラメータを大きくす
ることによって、より現在の運転に近い実績運転データ
を検索することができる。

【００４１】パラメータの学習は、たとえば、運転支援
での各項の大きさと、その支援で実際に運転したときの
望ましい値と実際の運転結果値との差、との比が大きい
項のパラメータを大きくする（相対的に他の項のパラメ
ータは小さくなる）ようにして行う。

【００４２】次に第３の実施例について述べる。類似デ
ータ検索手段１９に類似運転実績データを補間する補間
手段を設けることによって、運転実績データが少なく類
似データがない場合でも、運転支援に適したデータで運
転支援できるようになる。

【００４３】具体的には、類似度の小さい類似運転実績
データを複数検索して、その類似運転実績データを補間
することによって最適データを求める。

【００４４】データの補間は、たとえば線形補間により
行う。すなわち、運転実績データを各項の線形結合で表
すことができるとすると、複数の類似運転実績データか
らその線形結合の係数を最小二乗法で求め、予測流入デ
ータをその線形結合の係数で線形結合して運転実績デー
タを補間する。

【００４５】ブロワ運転支援の場合について説明する。
類似運転実績データでは、次のような式で近似できる。

【００４６】実績送風倍率＝ｘ×実績流入量＋ｙ×実績
懸濁物濃度＋ｚ×実績ＤＯ濃度 ここで、ｘ，ｙ，ｚは線形結合の係数であり、複数の類
似運転実績データを上式にあてはめて複数の式を作る。
次にこの複数の式から係数ｘ，ｙ，ｚを最小二乗法で求
める。

【００４７】線形結合の係数が求まると、運転送風倍率
は次の式で求まる。 運転送風倍率＝ｘ×予測流入量＋ｙ×予測懸濁物濃度＋
ｚ×望ましいＤＯ濃度 次に第４の実施例について述べる。類似データ検索手段
１９に、ある範囲内で類似しているデータを検索する手
段を設けることによって、検索の時間を短縮することが
できる。

【００４８】通常の類似データ検索手段１９では、ある
範囲内で類似しているデータを高速で選定することは可
能であるが、前述の類似度が小さいものを検索するのは
検索時間がかかる。

【００４９】そこで、まず、ある範囲内で類似している
データを検索し、その検索されたデータで類似度の小さ
いものを検索するようにして検索時間を短縮する。

【００５０】具体的には、ある範囲内で類似しているデ
ータの検索には、次のような検索式で検索する。 ｜予測流入量−実績流入量｜＜ａ′ ＡＮＤ｜予測懸濁物濃度−実績懸濁物濃度｜＜ｂ′ ＡＮＤ｜望ましいＤＯ濃度−実績ＤＯ濃度｜＜ｃ′ ここで、ａ′，ｂ′，ｃ′はパラメータであり、たとえ
ば、次のような式を満たす。すなわち、ａが大きい程
（重み付けが大きい程）、ａ′の幅を狭くする。 ａ×ａ′＝ｂ×ｂ′＝ｃ×ｃ′

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
処理場への流入量および流入水質の変化に応じて、運転
員に対して適切な運転支援を行うことができる。このた
め専門的知識の少ない運転員でも、安定した運転計画を
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による下水処理場の運転支援装置の一実
施例を示す概略図。

【符号の説明】

１７ 実績データ保存手段 １８ 流入予測手段 １９ 類似データ検索手段 ２０ 運転支援手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小 林 主一郎 東京都府中市東芝町１ 株式会社東芝府中 工場内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】当日の天気予報および平日・休日別の情報
   に基づいて、下水処理場へ流入する流入水量および流入
   水質を予測する流入予測手段と、 下水処理場の流入水量、流入水質、処理場内水質、およ
   び処理場内機器の運転状況データからなる運転実績デー
   タを保存する実績データ保存手段と、 流入予測手段からの予測データおよび実績データ保存手
   段からの運転実績データに基づいて、過去の類似運転実
   績データを検索する類似データ検索手段と、 類似データ検索手段で検索された類似運転実績データを
   用いて運転支援する手段と、 を備えたことを特徴とする下水処理場の運転支援装置。
2. 【請求項２】類似データ検索手段において、各予測デー
   タとこれに対応する運転実績データとの差を求め、各々
   の差を重み付けして加算することにより類似運転実績デ
   ータを検索することを特徴とする請求項１記載の下水処
   理場の運転支援装置。
3. 【請求項３】類似データ検索手段は、重み付けパラメー
   タの学習手段を有することを特徴とする請求項２記載の
   下水処理場の運転支援装置。
4. 【請求項４】類似データ検索手段において、複数の類似
   運転実績データを求めるとともに、この複数の類似運転
   実績データを補間して最適データを求めることを特徴と
   する請求項２記載の下水処理場の運転支援装置。
5. 【請求項５】類似データ検索手段において、各予測デー
   タとこれに対応する運転実績データとの差を求め、各々
   の差が所定範囲内であるか否かにより類似運転実績デー
   タを検索することを特徴とする請求項１記載の下水処理
   場の運転支援装置。