(57)【要約】【課題】被処理水に注入する塩素量をより適切に決定することができる塩素注入制御装置、塩素注入制御システム、塩素注入制御方法及びコンピュータプログラムを提供することである。【解決手段】実施形態の塩素注入制御装置は、取得部と、推定部と、を持つ。取得部は、被処理水に塩素剤を注入する工程を有する浄水処理プロセスに関して、前記被処理水に照射する紫外線の線量に関する線量データを取得する。推定部は、前記被処理水に含まれる塩素が前記工程において分解された量を前記線量データに基づいて推定する。【選択図】図２
2020168606.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水に塩素剤を注入する工程を有する浄水処理プロセスに関して、前記被処理水に照射する紫外線の線量に関する線量データを取得する取得部と、
前記被処理水に含まれる塩素が前記工程において分解された量である塩素分解量を前記線量データに基づいて推定する推定部と、
を備える塩素注入制御装置。
【請求項２】
前記取得部は、紫外線量計を用いて構成され、前記紫外線量計の測定値を示すデータを前記線量データとして取得する、
請求項１に記載の塩素注入制御装置。
【請求項３】
前記紫外線量計は、２９０ｎｍ〜３１５ｎｍの波長帯の紫外線についてその線量を測定する、
請求項２に記載の塩素注入制御装置。
【請求項４】
前記紫外線量計は、ブリューワー分光光度計を用いて構成される、
請求項３に記載の塩素注入制御装置。
【請求項５】
前記取得部は、紫外線インデックスの値を示すデータを前記線量データとして取得する、
請求項１に記載の塩素注入制御装置。
【請求項６】
前記推定部は、前記紫外線インデックスにより示される紫外線の強度に基づいて、前記被処理水に照射する紫外線の線量を取得する、
請求項５に記載の塩素注入制御装置。
【請求項７】
前記推定部は、前記紫外線インデックスにより示される紫外線の強度に基づいて前記被処理水に照射する紫外線の線量の総量を取得し、前記総量を紫外線のスペクトル分布に当てはめることで波長ごとの紫外線量を取得する、
請求項６に記載の塩素注入制御装置。
【請求項８】
前記取得部は、前記被処理水に照射する紫外線の線量に関する予測値を示す予測データをさらに取得し、
前記推定部は、前記予測データに基づいて前記塩素分解量を予測する、
請求項１から７のいずれか一項に記載の塩素注入制御装置。
【請求項９】
前記取得部は、前記紫外線インデックスの予測値を示すデータを前記予測データとして取得する、
請求項８に記載の塩素注入制御装置。
【請求項１０】
前記取得部は、過去の線量データに基づいて前記予測データを生成する、
請求項８又は９に記載の塩素注入制御装置。
【請求項１１】
前記取得部は、前記浄水処理プロセスに流入する被処理水に含まれる塩素消費物質の量を示す原水データをさらに取得し、
前記推定部は、前記被処理水中の塩素が前記工程において前記塩素消費物質により消費された量である塩素消費量を前記原水データに基づいて推定する、
請求項１から１０のいずれか一項に記載の塩素注入制御装置。
【請求項１２】
前記取得部は、前記被処理水中の塩素が前記工程において夜間に減少した量を示す原水データをさらに取得し、
前記推定部は、前記被処理水中の塩素が前記工程において前記被処理水に含まれる塩素消費物質により消費された量である塩素消費量を前記原水データに基づいて推定する、
請求項１から１０のいずれか一項に記載の塩素注入制御装置。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか一項に記載の塩素注入制御装置であって被処理水に対する塩素の注入率を決定する第１制御装置と、
前記第１制御装置が決定した前記注入率と、前記浄水処理プロセスに流入する被処理水の流量とに基づいて前記被処理水に対する塩素の注入量を制御する第２制御装置と、
を備え、
前記塩素注入制御装置が、推定した前記塩素分解量に基づいて前記注入率を決定する、
塩素注入制御システム。
【請求項１４】
請求項１１又は１２に記載の塩素注入制御装置であって被処理水に対する塩素の注入率を決定する第１制御装置と、
前記第１制御装置が決定した前記注入率と、前記浄水処理プロセスに流入する被処理水の流量とに基づいて前記被処理水に対する塩素の注入量を制御する第２制御装置と、
を備え、
前記塩素注入制御装置が、推定した前記塩素分解量及び前記塩素消費量に基づいて前記注入率を決定する、
塩素注入制御システム。
【請求項１５】
被処理水に塩素剤を注入する工程を有する浄水処理プロセスに関して、前記被処理水に照射する紫外線の線量に関する線量データを取得するステップと、
前記被処理水に含まれる塩素が前記工程において分解された量である塩素分解量を前記線量データに基づいて推定するステップと、
を有する塩素注入制御方法。
【請求項１６】
被処理水に塩素剤を注入する工程を有する浄水処理プロセスに関して、前記被処理水に照射する紫外線の線量に関する線量データを取得するステップと、
前記被処理水に含まれる塩素が前記工程において分解された量である塩素分解量を前記線量データに基づいて推定するステップと、
をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、塩素注入制御装置、塩素注入制御システム、塩素注入制御方法及びコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
国内の水道法では塩素による消毒が義務付けられており、給水点（例えば給水栓）での遊離残留塩素濃度の下限値を０．１ｍｇ／Ｌとすることが定められている。一方、需要家に供給する水を生成するプロセス（以下「浄水処理プロセス」という。）においては、被処理水中の塩素が種々の要因によって分解され、処理水の塩素濃度が低下することが知られている。そのため、浄水処理プロセスでは、被処理水に注入する塩素剤の量（以下「塩素剤注入量」という。）を、上記要因の影響を考慮して調整する必要がある。しかしながら、従来の調整方法では、日射による塩素の分解量を適切に推定することができず、塩素剤注入量を適切に調整することができない場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−６８２７０号公報
【特許文献２】特開平６−７９２８４号公報
【特許文献３】特許第４９８２１１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、被処理水に注入する塩素量をより適切に決定することができる塩素注入制御装置、塩素注入制御システム、塩素注入制御方法及びコンピュータプログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態の塩素注入制御装置は、取得部と、推定部と、を持つ。取得部は、被処理水に塩素剤を注入する工程を有する浄水処理プロセスに関して、前記被処理水に照射する紫外線の線量に関する線量データを取得する。推定部は、前記被処理水に含まれる塩素が前記工程において分解された量を前記線量データに基づいて推定する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の実施形態の塩素注入制御システムのシステム構成の具体例を示す図。
【図２】第１の実施形態の塩素注入制御装置の機能構成の具体例を示すブロック図。
【図３】第１の実施形態の塩素注入制御システムが被処理水に対する塩素剤注入量を制御する処理の具体例を示すシーケンス図。
【図４】第２の実施形態の塩素注入制御システムのシステム構成の具体例を示す図。
【図５】第２の実施形態の塩素注入制御システムにより得られる効果を説明する図。
【図６】第２の実施形態の塩素注入制御システムの変形例を示す図。
【図７】第３の実施形態の塩素注入制御システムのシステム構成の具体例を示す図。
【図８】第３の実施形態の塩素注入制御システムの変形例を示す図。
【図９】第４の実施形態の塩素注入制御システムのシステム構成の具体例を示す図。
【図１０】第４の実施形態の塩素注入制御装置の機能構成の具体例を示すブロック図。
【図１１】第４の実施形態の塩素注入制御システムの変形例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、実施形態の塩素注入制御装置、塩素注入制御システム、塩素注入制御方法及びコンピュータプログラムを、図面を参照して説明する。
【０００８】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の塩素注入制御システムのシステム構成の具体例を示す図である。例えば、図１に示す塩素注入制御システム１００は、浄水処理プロセスの固液分離工程の前段において被処理水に塩素剤を注入するシステムである。具体的には、図１は、被処理水を着水井１０、混和池２０、フロック形成池３０、沈澱池４０の順に送る過程において、被処理水中の濁質を凝集剤によって沈降分離させる固液分離工程の実現例を示す。なお、図１において実線の矢印は被処理水の流れを表しており、破線の矢印は情報の流れを表している。
【０００９】
ここで着水井１０は、河川等の水源から取り込んだ原水を貯留する貯水池である。着水井１０に着水した原水は所定時間の滞留の後に後段の混和池２０に送られる。混和池２０は、被処理水と凝集剤とを混和させることにより、被処理水中に微細なフロックを形成させるための貯水池である。混和池２０において凝集剤と混和された被処理水は後段のフロック形成池３０に送られる。
【００１０】
フロック形成池３０は被処理水の攪拌によってフロックの集塊化を促進するための貯水池である。フロック形成池３０に送られた被処理水は所定時間の攪拌の後に後段の沈澱池４０に送られる。沈澱池４０はフロックを重力沈降させることによって被処理水から濁質を分離するための貯水槽である。沈澱池４０に送られた被処理水は所定時間の滞留の後に、その上澄み水が処理水として放流される。
【００１１】
図１は、このような固液分離工程の混和池２０において凝集剤とともに被処理水に注入される塩素剤（例えば次亜塩素酸ナトリウム）の注入量を制御する塩素注入制御システム１００を第１の実施形態の塩素注入制御システムの一例として示す。塩素注入制御システム１００は、混和池２０において被処理水に塩素剤を注入する塩素注入装置５と、塩素注入装置５による塩素剤の注入量を制御するコントローラ６と、コントローラ６に対して注入率の設定値を出力する塩素注入制御装置７と、を備える。
【００１２】
塩素注入装置５は、コントローラ６から指示される流量（以下「注入流量」という。）で塩素剤を被処理水に注入する機能を有する。
【００１３】
コントローラ６は、塩素注入装置５に指示する塩素剤の注入流量を、混和池２０に流入する原水の流量と、塩素注入制御装置７から指示される塩素注入率の設定値とに基づいて決定する機能を有する。また、コントローラ６は、決定した注入流量での注入動作を塩素注入装置５に指示する機能を有する。
【００１４】
なお、コントローラ６が塩素剤の注入流量を決定する際に用いる原水の流量を測定するために、図１に示す塩素注入制御システム１００においては着水井１０と混和池２０との間に流量計１１が設置される。
【００１５】
塩素注入制御装置７は、塩素剤の注入量に関するデータ（以下「塩素剤注入量データ」という。）と、被処理水に照射される紫外線の線量（以下「紫外線量」という。）に関する線量データと、処理水の残留塩素濃度及びその目標値と、に基づいてコントローラ６に指示する塩素注入率の設定値を決定する機能を有する。また、塩素注入制御装置７は、決定した塩素注入率の設定値での塩素注入装置５の制御をコントローラ６に指示する機能を有する。
【００１６】
具体的には、塩素剤注入量データは被処理水に対する現在の塩素剤注入量を示すデータである。一般に、水中の塩素が紫外線によって分解される量は紫外線の照射開始時の塩素濃度（初期塩素濃度）によって変化する。そのため、塩素注入制御装置７は、固液分離工程において分解される被処理水中の塩素の量（以下「塩素分解量」という。）を塩素剤注入量データに基づいて推定し、その推定値に基づいて塩素注入率の設定値を決定する。
【００１７】
また、塩素注入制御装置７は、処理水の残留塩素濃度の目標値と、処理水の実際の残留塩素濃度との乖離の度合いに応じて、上記のように決定した設定値を補正するフィードバック制御を行ってもよい。このような補正のため、図１に示す塩素注入制御システム１００には、処理水の残留塩素濃度の一例として、沈澱池４０の流出部付近における被処理水の残留塩素濃度を測定する残留塩素濃度計４１が設置される。残留塩素濃度計４１によって測定された処理水の残留塩素濃度は「処理水データ」として塩素注入制御装置７に入力される。
【００１８】
図２は、第１の実施形態の塩素注入制御装置７の機能構成の具体例を示すブロック図である。塩素注入制御装置７は、バスで接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリや補助記憶装置などを備え、プログラムを実行する。塩素注入制御装置７は、プログラムの実行によって記憶部７１、塩素剤注入量データ取得部７２、線量データ取得部７３、目標値入力部７４、塩素分解量推定部７５、及び設定値出力部７６を備える装置として機能する。なお、塩素注入制御装置７の各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されてもよい。プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。プログラムは、電気通信回線を介して送信されてもよい。
【００１９】
記憶部７１は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成される。記憶部７１は塩素注入制御装置７が塩素注入率の設定値を取得するために必要な各種情報を記憶する。
【００２０】
塩素剤注入量データ取得部７２は、塩素剤注入量データを取得する機能を有する。例えば、塩素剤注入量データ取得部７２は、通信インタフェースを含み、その通信インタフェースを介した通信によって他の装置から塩素剤注入量データを取得するように構成される。塩素剤注入量データ取得部７２は、取得した塩素剤注入量データを記憶部７１に記憶させる。
【００２１】
線量データ取得部７３は、線量データを取得する機能を有する。例えば、線量データ取得部７３は、通信インタフェースを含み、その通信インタフェースを介した通信によって他の装置から線量データを取得するように構成される。線量データ取得部７３は、取得した線量データを記憶部７１に記憶させる。なお、線量データを供給する他の装置は、塩素注入制御システム１００に含まれる装置であってもよいし、塩素注入制御システム１００に含まれない外部システムの装置であってもよい。
【００２２】
なお、線量データは、２８０〜３１５ｎｍの波長帯の紫外線に関するデータであることが望ましい。これは、２８０ｎｍ以下の波長帯の紫外線は大気中の酸素やオゾンにより吸収されて地上に届かないこと、また、紫外線による次亜塩素酸の吸収ピークが２９０〜３１５ｎｍの波長帯にあるためである。
【００２３】
目標値入力部７４は、タッチパネル、マウス及びキーボード等の入力装置を用いて構成される。また、目標値入力部７４は、外部の入力装置を塩素注入制御装置７に接続する外部入力インタフェースとして構成されてもよい。目標値入力部７４は処理水の残留塩素濃度の目標値を入力し、入力した目標値を記憶部７１に記憶させる。
【００２４】
塩素分解量推定部７５は、記憶部７１に記憶されている塩素剤注入量データ、及び線量データに基づき、固液分離工程において分解される被処理水中の塩素の量（以下「塩素分解量」という。）を推定する。塩素分解量推定部７５は、塩素分解量の推定値を設定値出力部７６に出力する。
【００２５】
設定値出力部７６は、塩素注入制御装置７をコントローラ６と通信可能に接続する通信インタフェースを含んで構成される。設定値出力部７６は、塩素分解量推定部７５によって取得された塩素分解量の推定値に基づいて、コントローラ６に指示する塩素注入率の設定値を決定する。設定値出力部７６は、決定した塩素注入率の設定値での塩素注入装置５の制御をコントローラ６に指示する。
【００２６】
図３は、第１の実施形態の塩素注入制御システム１００が被処理水に対する塩素剤注入量を制御する処理の具体例を示すシーケンス図である。ここでは簡単のため１制御周期における処理の流れを示しているが、実際には図３に示す処理が所定の制御周期で繰り返し行われることにより、原水の状態や処理水の状態、被処理水に対する日射の状況、処理水に対する残留塩素濃度の目標値の変化に適応して混和池２０における塩素剤注入量が調整される。
【００２７】
まず、塩素注入制御装置７において、塩素剤注入量データ取得部７２及び線量データ取得部７３が、塩素剤注入量データ及び線量データを取得する（ステップＳ１０１及びＳ１０２）とともに、目標値入力部７４が処理水の残留塩素濃度の目標値を入力する（ステップＳ１０３）。取得された塩素剤注入量データ、線量データ、及び残留塩素濃度の目標値は、記憶部７１に記憶される。また、その一方で、コントローラ６では原水の流量を示す流量データが取得されている（ステップＳ１０４）。流量データは流量計１１によって取得される。
【００２８】
続いて、塩素注入制御装置７において、塩素分解量推定部７５が、記憶部７１に記憶されている塩素剤注入量データ、及び線量データに基づき、固液分離工程における塩素分解量を推定する（ステップＳ１０５）。塩素分解量推定部７５は、塩素分解量の推定値を設定値出力部７６に出力する。この場合、例えば、塩素分解量推定部７５は、次の式（１）を用いて塩素分解量の推定値を算出する。
【００２９】
【数１】
2020168606.tif 000003
【００３０】
式（１）におけるＤＣｌは固液分離工程における被処理水の塩素分解量を表し、ｘは線量データによって示される紫外線量を表す。また、ｙは塩素剤注入量データの値（例えば、塩素剤注入率を示す）を表す。例えば、式（１）は物理法則に基づいて得られた関係式であってもよいし、各変数の過去データに基づいて推定された関係式であってもよい。
【００３１】
なお、式（１）には、塩素剤注入量データが示す現在の塩素剤注入率（又は注入量）に基づいて、プロセス内での分解（例えば槽や管、管渠の壁面等による分解）や自己分解等による誤差を補正する項が含まれてもよい。また、式（１）には、固液分離工程に流入する被処理水の予想流量や計画流量等の情報を加味する項が含まれてもよいし、固液分離工程を実現する各貯水槽の物理的な構成情報（例えば容積等）を加味する項が含まれてもよい。
【００３２】
続いて、設定値出力部７６が、塩素分解量推定部７５によって取得された塩素分解量の推定値に基づいて、コントローラ６に指示する塩素注入率の設定値を決定する（ステップＳ１０６）。設定値出力部７６は、決定した塩素注入率の設定値をコントローラ６に出力する（ステップＳ１０７）。ここで、設定値出力部７６は、ステップＳ１０６において決定した設定値を、処理水データが示す処理水の残留塩素濃度の現在値と目標値との乖離の度合いに応じて適宜補正してもよい。
【００３３】
続いて、コントローラ６が、流量データと、塩素注入制御装置７から出力された塩素注入率の設定値とに基づいて、塩素注入装置５に指示する塩素剤の注入流量を決定する（ステップＳ１０８）。例えば、注入流量は、塩素注入率の設定値と原水の流量とを乗算した値である。コントローラ６は、決定した塩素剤の注入流量を塩素注入装置５に指示する（ステップＳ１０９）。そして、塩素注入装置５が、コントローラ６によって指示された流入流量で被処理水に塩素剤を注入する（ステップＳ１１０）。
【００３４】
このように構成された第１の実施形態の塩素注入制御システム１００によれば、塩素注入制御装置７が、コントローラ６に指示する塩素注入率の設定値を、被処理水に照射する紫外線量を考慮して決定することにより、被処理水に注入する塩素量をより適切に決定することが可能となる。
【００３５】
以下、第１の実施形態の塩素注入制御システム１００において用いられる線量データの具体例を第２の実施形態及び第３の実施形態において説明する。具体的には、第２の実施形態では線量データとして紫外線インデックスの値を用いる構成について説明し、第３の実施形態では線量データとして紫外線量計の測定値を用いる構成について説明する。
【００３６】
（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態の塩素注入制御システム１００ａのシステム構成の具体例を示す図である。図４に示す塩素注入制御システム１００ａは、線量データとして紫外線インデックスの値を示すデータを取得する構成を有する点で図１に示した塩素注入制御システム１００と異なる。その他の構成は図１と同様のため、同様の構成には図１と同じ符号を付すことによりここでの説明を省略する。
【００３７】
紫外線インデックスは、人間にとって有害な波長帯の紫外線の強度を表したものであり、国内外で広く利用されている紫外線強度の指標である。例えば、ＷＨＯ（World Health Organization：世界保健機構）は、この紫外線インデックスに基づいて紫外線対策を行うことを推奨している。また、国内では気象庁が紫外線インデックスの現在値又は予測値を公開している。具体的には、紫外線インデックスは、波長別の紫外線強度を人体への影響の大きさに応じて重み付けした紅斑紫外線量を２５（ｍＷ／ｍ２）で除算して得られる数値であり、この紫外線インデックスから逆算することで波長ごとの紫外線強度を推定することができる。
【００３８】
ところで、被処理水に含まれる塩素の単位時間当たりの分解量は、水中の次亜塩素酸が太陽光に含まれる紫外線領域の光子と単位時間に反応して分解された量と考えられる。そのため、塩素分解量を推定するためには、まず、紫外線領域の光子量を紫外線量に基づいて算出する。例えば、次の（１）〜（３）に示す紫外線の性質を踏まえ、下記の手順で塩素分解量を算出する。
【００３９】
（１）太陽光スペクトルの紫外線領域の照射強度は波長によって異なり、その吸収効率も波長によって異なる。
（２）水中における次亜塩素酸の形態比率（遊離態又はイオン態）によっても光子の吸収効率が異なる。
（３）次亜塩素酸の形態比率は被処理水のｐＨによって異なる。
【００４０】
［手順１］各波長の紫外線について強度Ｅλを算出する。
紫外線インデックスの値は、ＣＩＥ国際照明委員会によって規定された紅斑紫外線強度ＩＣＩＥ［Ｗ／ｍ２］（以下「ＣＩＥ紫外線強度」という。）に所定の係数を乗算することにより得られる値であり、ＣＩＥ紫外線強度は波長別の紫外線強度にＣＩＥ作用スペクトル係数を乗算した値の総和として算出される。一方で、紫外線の強度は、太陽光と地表との角度や雲量などの影響を受けると考えられるが、スペクトル分布の形状自体は変化せず、各波長の紫外線の強度は同じ割合で変化すると考えられている。
【００４１】
そのため、紫外線インデックスによって表される各波長の紫外線強度の総和を、スペクトル分布の既定の形状に当てはめることにより、紫外線のスペクトルデータを取得することができる。すなわち、紫外線インデックスの値から紫外線のスペクトルデータを逆算的に生成することができる。一般に、紫外線インデックスは、その実測値や予報値が各地の気象台で発表されているため、この情報を元に紫外線のスペクトルデータを生成することで各波長の紫外線強度を算出することができる。
【００４２】
［手順２］各波長の紫外線について線量Ｆλを算出する。
紫外線による分解塩素量の推定には、水中の次亜塩素酸が吸収した紫外線量が必要になる。そこで、手順１で求めた強度Ｅλ［Ｗ／ｍ２］と、紫外線の照射時間［ｓｅｃ］とを用いて各波長の紫外線量Ｆλ［Ｊ／ｍ２］を算出する。ここで、照射時間は、被処理水が紫外線に曝される時間である各貯水池での滞留時間として得られる。
【００４３】
［手順３］被処理水中に存在する次亜塩素酸の形態比率を算出する。
上述のとおり、次亜塩素酸の遊離態であるＨＣｌＯとイオン態であるＣｌＯ−との被処理水中における存在比率（すなわち形態比率）はｐＨに応じて変化するため、被処理水が沈殿槽に滞留している間における次亜塩素酸の平均的な形態比率は、被処理水が沈殿槽に流入してから流出部に到達するまでのｐＨの平均値に基づいて推定することができる。手順３では、このように推定した次亜塩素酸の形態比率と、次亜塩素酸ナトリウムの注入量とに基づいて各形態の濃度を求める。
【００４４】
［手順４］反応速度定数Ｋλを算出する。
反応速度定数Ｋλは、光量子効率φ、吸収率ελと光量子エネルギーＵλとに基づいて求められる。そこで、手順３により次亜塩素酸の各形態について得られた波長ごとの紫外線の吸収率及び光量子エネルギーを用いて、各形態についての波長ごとの反応速度定数を算出する。
【００４５】
［手順５］各波長の紫外線が単位時間に分解した次亜塩素酸の分解量を算出する。
手順２で求めた各波長の紫外線量Ｆλと、手順４で求めた各形態の波長ごとの反応速度定数Ｋλとの乗算により各波長の紫外線による反応率を求め、各波長の反応率の総和をとることにより各形態についての全体の反応率を算出する。また、沈澱池４０に流入する被処理水のモル塩素濃度と沈澱池４０の水深とに基づいて、単位面積当たりかつ単位時間当たりに吸収された紫外線量を求め、この値を用いて滞留時間内に吸収された紫外線の総量を求める。そして、吸収された紫外線の総量と、各形態の反応率とに基づく一次反応式により、各形態の次亜塩素酸の分解量を算出する。
【００４６】
なお、紫外線インデックスにより示される紫外線の強度に基づいて被処理水に照射する紫外線量を求める処理は、線量データ取得部７３によって行われてもよいし、塩素分解量推定部７５によって行われてもよい。
【００４７】
図５は、第２の実施形態の塩素注入制御システム１００ａにより得られる効果を説明する図である。図５に示すように、日射計によって測定される日射量（全天日射量）の変動パターンと、紫外線インデックス（ＵＶインデックス）の変動パターンとは、日中に高くなり夜間に低くなるという大まかな傾向は共通するものの局所的な増減の傾向は大きく異なる。
【００４８】
一方で、従来、日射量に基づいて塩素分解量を推定し、その分の塩素剤を、日射の影響を考慮せずに決定した注入量に加算して補正することが行われている。具体的には、位置情報と日付からその地点における日の出及び日の入りの時刻、南中高度などを計算し、その計算結果から得られる晴天時の日射量の変動パターンを、その日の日射量の実測値に基づいて補正しつつ塩素分解量を推定することが行われている。
【００４９】
しかしながら、図５に示すとおり、日射量の変動パターンと紫外線量の変動パターンとは必ずしも一致しないため、日射計の測定値に基づいて塩素注入量を調節する従来の方法では、紫外線による塩素分解量に対して塩素剤が過剰に多く注入されたり、過剰に少なく注入されたりする可能性があり、処理水の残留塩素濃度を目標値に維持することが難しい場合があった。
【００５０】
これに対して、第２の実施形態の塩素注入制御システム１００ａによれば、塩素注入制御装置７が、コントローラ６に指示する塩素注入率の設定値を、紫外線インデックスの値に基づいて決定することにより、被処理水に注入する塩素量をより適切に決定することが可能となる。
【００５１】
（変形例）
図６は、第２の実施形態の塩素注入制御システム１００ａの変形例を示す図である。次亜塩素酸ナトリウムの注入時点と紫外線の照射が開始される時点とに数時間の開きがある場合には、その時間だけ先の塩素分解量を予測して塩素注入率の設定値を決定する必要がある。この場合、線量データ取得部７３が、紫外線インデックスの予測データを取得することが可能であれば、塩素分解量推定部７５は、その予測データを用いて塩素分解量を予測するように構成されてもよい。
【００５２】
また、このような予測データが取得できない場合には、線量データ取得部７３は、紫外線インデックスの変動パターンが類似するであろう過去の類似日を選択し、その類似日の線量データに基づいて予測データを生成するように構成されてもよい。この場合、図６に示すように、変形例の塩素注入制御システム１００ａには、紫外線インデックスの過去データを蓄積するためのデータベース８１が備えられてもよい。
【００５３】
（第３の実施形態）
図７は、第３の実施形態の塩素注入制御システム１００ｂのシステム構成の具体例を示す図である。図７に示す塩素注入制御システム１００ｂは、線量データとして紫外線量計９の測定データを用いる構成を有する点で図１に示した塩素注入制御システム１００ａと異なる。その他の構成は図１と同様のため、同様の構成には図１と同じ符号を付すことによりここでの説明を省略する。
【００５４】
紫外線量計９は、少なくとも２９０〜３１５ｎｍの波長帯の紫外線に関して線量を測定できるものであることが望ましい。これは、第１の実施形態でも述べたように、紫外線による次亜塩素酸の吸収ピークが２９０〜３１５ｎｍの波長帯にあるためである。
【００５５】
このように構成された第３の実施形態の塩素注入制御システム１００ｂによれば、塩素注入制御装置７が、コントローラ６に指示する塩素注入率の設定値を、紫外線量計９の測定値に基づいて決定することにより、被処理水に注入する塩素量をより適切に決定することが可能となる。
【００５６】
具体的には、地上に照射する紫外線量は、紫外線を遮る雲の僅かな有無の違いよっても大きく変化するため、紫外線の照射を受ける被処理水の位置又はその付近において測定された紫外線量の値を用いて塩素分解量を推定することにより、必要な塩素剤の注入量をより正確に決定することが可能となる。
【００５７】
なお、塩素分解量には、２９０〜４００ｎｍの波長帯の紫外線が大きく影響することが知られている。そこで、塩素分解量の推定精度を高めるために、紫外線量計９は、ブリューワー分光光度計を用いて２９０〜４００ｎｍの波長帯の紫外線量を測定するように構成されてもよい。また、広範囲の波長の紫外線量を同時に測定することが難しい場合、紫外線量計９は、次亜塩素酸の吸収ピークが存在する２９０〜３１５ｎｍの波長帯（いわゆるＢ領域）の紫外線量を測定するように構成されてもよい。この場合、塩素分解量推定部７５は、その測定結果を用いて他の波長帯の紫外線量を推定するように構成されてもよい。このような構成によれば、紫外線量計９に半導体センサ等を利用することができるため、システムの構成が複雑化するのを抑制しつつ、推定精度をある程度高いレベルに維持ることができる。
【００５８】
（変形例）
図８は、第３の実施形態の塩素注入制御システム１００ｂの変形例を示す図である。次亜塩素酸ナトリウムの注入時点と紫外線の照射が開始される時点とに数時間の開きがある場合には、その時間だけ先の塩素分解量を予測して塩素注入率の設定値を決定する必要がある。この場合、線量データ取得部７３が、紫外線量の予測データを取得することが可能であれば、塩素分解量推定部７５は、その予測データを用いて塩素分解量を予測するように構成されてもよい。
【００５９】
また、このような予測データが取得できない場合には、線量データ取得部７３は、紫外線量の変動パターンが類似するであろう過去の類似日を選択し、その類似日の線量データに基づいて予測データを生成するように構成されてもよい。この場合、図８に示すように、変形例の塩素注入制御システム１００ｂには、紫外線量の過去データを蓄積するためのデータベース８２が備えられてもよい。
【００６０】
（第４の実施形態）
図９は、第４の実施形態の塩素注入制御システム１００ｃのシステム構成の具体例を示す図である。図９に示す塩素注入制御システム１００ｃは、原水水質計１２をさらに備える点、塩素注入制御装置７に代えて塩素注入制御装置７ｃを備える点で図１に示した塩素注入制御システム１００と異なる。原水水質計１２は原水の水質を測定する機器であり、その測定値を示すデータ（以下「原水データ」という。）を塩素注入制御装置７ｃに供給する。また、塩素注入制御装置７ｃは、コントローラ６に指示する塩素注入率の設定値の決定に、原水データをさらに用いる点で第１の実施形態の塩素注入制御装置７と異なる。その他の構成は図１と同様のため、同様の構成には図１と同じ符号を付すことによりここでの説明を省略する。
【００６１】
なお、原水データは、原水水質の測定値に相当する他のデータに置き換えられてもよい。例えば、原水データは、原水水質の推定値や分析値等を示すデータ（以下「分析データ」という。）に置き換えられてもよく、この場合、原水水質計１２は分析データを入力する入力装置に置き換えれらてもよい。
【００６２】
図１０は、第４の実施形態の塩素注入制御装置７ｃの機能構成の具体例を示すブロック図である。塩素注入制御装置７ｃは、原水データ取得部７７をさらに備える点、塩素分解量推定部７５に代えて塩素分解量推定部７５ｃを備える点で第１の実施形態の塩素注入制御装置７と異なる。その他の構成は図２と同様のため、同様の構成には図２と同じ符号を付すことによりここでの説明を省略する。
【００６３】
原水データ取得部７７は、原水データを取得する機能を有する。例えば、原水データ取得部７７は、通信インタフェースを含み、その通信インタフェースを介した通信によって原水水質計１２から原水データを取得するように構成される。原水データ取得部７７は、取得した原水データを記憶部７１に記憶させる。
【００６４】
ここで、原水データは、処理水の残留塩素濃度に影響を及ぼす可能性のある原水の水質指標値を示すデータであり、例えば、被処理水に含まれるアンモニアや鉄、マンガン、有機物等の塩素消費物質の量を示す。
【００６５】
塩素分解量推定部７５ｃは、塩素分解量の推定において、塩素消費物質によって消費される塩素量（以下「塩素消費量」という。）を加味する点で第１の実施形態における塩素分解量推定部７５と異なる。例えば、塩素分解量推定部７５ｃは、次の式（２）を用いて塩素分解量の推定値を算出する。
【００６６】
【数２】
2020168606.tif 000004
【００６７】
式（２）におけるｚは原水に含まれる塩素消費物質の量を表す。例えば、式（２）は物理法則に基づいて得られた関係式であってもよいし、各変数の過去データに基づいて推定された関係式であってもよい。
【００６８】
また、例えば、塩素分解量推定部７５ｃは、塩素消費物質の量に基づいて個別に塩素消費量を求め、その値を式（１）等に基づいて推定された塩素分解量に加算した値を、最終的な塩素分解量の推定値として決定してもよい。
【００６９】
例えば、式（２）によって推定される塩素分解量Ｄ’Ｃｌは、紫外線による塩素分解量ＤＵＶと、塩素消費物質による塩素分解量ＤＧとの和として算出される。この場合、設定値出力部７６は、被処理水に対する塩素剤注入率の現在値（又は計画値）ＳＶ０と、式（２）に基づいて推定された塩素分解量ＤＵＶ及びＤＧとに基づいて処理水の残留塩素濃度の予測値ＲＶを算出する。この予測値ＲＶは例えば次の式（３）によって表される。
【００７０】
【数３】
2020168606.tif 000005
【００７１】
続いて、設定値出力部７６は、この予測値ＲＶを目標値ＲＶ０とするために必要な塩素注入率ＳＶを収束計算等の手法によって算出し、算出した塩素注入率ＳＶでの塩素剤の注入をコントローラ６に指示する。
【００７２】
このように構成された第４の実施形態の塩素注入制御システム１００ｃによれば、塩素注入制御装置７ｃが、コントローラ６に指示する塩素注入率の設定値を、被処理水に照射される紫外線量と、被処理水に含まれる塩素消費物質の量とに基づいて決定することにより、被処理水に注入する塩素量をより適切に決定することが可能となる。
【００７３】
（変形例）
図１１は、第４の実施形態の塩素注入制御システム１００ｃの変形例を示す図である。塩素消費物質によって消費される塩素の量があまり変化しないことが分かっている場合などにおいては、紫外線の照射がない夜間における塩素の減少量を塩素消費量として用いてもよい。このような構成によれば、塩素消費物質の量を測定するための原水水質計１２を設ける必要がなくなるため、適切な塩素注入率の設定値を、システムの構成が複雑化するのを抑制しつつ決定することができる。
【００７４】
この場合、変形例の塩素注入制御システム１００ｃには、図１１に示すように、原水水質計１２に代えて塩素剤注入直後の塩素濃度（以下「有効塩素濃度」という。）を測定するための残留塩素濃度計３１が設けられる。なお、図１１は、残留塩素濃度計３１がフロック形成池３０の流入部に備えられた例を示しているが、有効塩素濃度が適切に測定できる限りにおいて、残留塩素濃度計３１は混和池２０の流出部からフロック形成池３０の流入部までの任意の地点に備えられてよい。また、この場合、図１１に示すように、塩素注入制御システム１００ｃには、夜間における塩素量の測定値を蓄積するためのデータベース８３が備えられてもよい。
【００７５】
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、被処理水に塩素剤を注入する工程を有する浄水処理プロセスに関して、被処理水に照射する紫外線の線量に関する線量データを取得する線量データ取得部と、被処理水に含まれる塩素が上記工程において分解された量を線量データに基づいて推定する塩素分解量推定部と、を持つことにより、被処理水に注入する塩素量をより適切に決定することができる塩素注入制御装置、塩素注入制御システム、塩素注入制御方法及びコンピュータプログラムを提供することができる。
【００７６】
なお、上記の各実施形態における塩素注入制御装置は第１制御装置の一例であり、コントローラは第２制御装置の一例である。
【００７７】
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同様に、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ものである。
【符号の説明】
【００７８】
１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ…塩素注入制御システム、１０…着水井、１１…流量計、１２…原水水質計、２０…混和池、３０…フロック形成池、３１…残留塩素濃度計、４０…沈澱池、４１…残留塩素濃度計、５…塩素注入装置、６…コントローラ、７，７ｃ…塩素注入制御装置、７１…記憶部、７２…塩素剤注入量データ取得部、７３…線量データ取得部、７４…目標値入力部、７５，７５ｃ…塩素分解量推定部、７６…設定値出力部、７７…原水データ取得部、８１，８２，８３…データベース、９…紫外線量計
【図１】
2020168606.tif 000006
【図２】
2020168606.tif 000007
【図３】
2020168606.tif 000008
【図４】
2020168606.tif 000009
【図５】
2020168606.tif 000010
【図６】
2020168606.tif 000011
【図７】
2020168606.tif 000012
【図８】
2020168606.tif 000013
【図９】
2020168606.tif 000014
【図１０】
2020168606.tif 000015
【図１１】
2020168606.tif 000016