(57)【要約】【課題】  水処理プロセスの運転条件の決定を支援するのにより好適な水処理プロセス運転支援装置を実現する。【解決手段】  水処理プロセス運転支援装置１０は、濁質粒子を含む原水に凝集剤を添加して攪拌する混和工程と、混和工程から流出する原水中の濁質粒子の凝集物を沈殿する分離工程とを備えた水処理プロセスにおいて、原水の条件と混和工程の処理条件に基づき混和工程の濁質粒子と凝集物の粒径分布を演算する粒径分布演算手段１１と、粒径分布と分離工程の処理条件に基づき分離工程の流出水の濁度を演算する濁度演算手段１３とを有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
濁質粒子を含む原水に凝集剤を添加して攪拌する混和工程と、該混和工程から流出する前記原水中の前記濁質粒子の凝集物を沈殿する分離工程とを備えた水処理プロセスにおいて、
前記原水の条件と前記混和工程の処理条件に基づき前記混和工程の前記濁質粒子と前記凝集物の粒径分布を演算する粒径分布演算手段と、前記粒径分布と前記分離工程の処理条件に基づき前記分離工程の流出水の濁度を演算する濁度演算手段とを有してなることを特徴とする水処理プロセス運転支援装置。
【請求項２】
前記粒径分布演算手段は、前記濁質粒子と前記凝集物の粒子数又は粒子体積の少なくとも一方を複数の粒径毎に演算することを特徴とする請求項１に記載の水処理プロセス運転支援装置。
【請求項３】
前記粒径分布演算手段は、前記原水の水量、前記原水の水質、前記原水の水温、降雨量の少なくとも１つに基づき、前記混和工程に供給される前記原水中の前記濁質粒子の粒径分布を演算する原水粒径分布演算手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の水処理プロセス運転支援装置。
【請求項４】
前記原水粒径分布演算手段は、前記混和工程に供給される前記原水中の前記濁質粒子の粒径、前記濁質粒子の粒子数の少なくとも１つを演算することを特徴とする請求項３に記載の水処理プロセス運転支援装置。
【請求項５】
前記粒径分布演算手段は、前記凝集剤の濃度、前記凝集剤の注入量、前記混和工程の攪拌力の少なくとも１つに基づき、前記混和工程の前記濁質粒子と前記凝集物の粒径分布を演算する混和池粒径分布演算手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の水処理プロセス運転支援装置。
【請求項６】
前記混和池粒径分布演算手段は、前記混和工程の前記濁質粒子の凝集効率を演算する手段を有し、前記凝集効率に基づいて、前記混和工程の前記濁質粒子の粒径、前記濁質粒子の粒子数、前記凝集物の粒径、前記凝集物の粒子数、前記凝集物の密度の少なくとも１つを演算することを特徴とする請求項５に記載の水処理プロセス運転支援装置。
【請求項７】
前記濁度演算手段は、前記分離工程の前記原水の滞留時間又は水深の少なくとも１つに基づき、前記分離工程の流出水の濁度を演算することを特徴とする請求項１に記載の水処理プロセス運転支援装置。
【請求項８】
前記混和工程の濁質粒子と凝集物の粒径分布又は前記分離工程の流出水の濁度の少なくとも一方が表示画面に表示される表示手段を備え、前記表示手段は、前記混和工程の前記濁質粒子の粒子数、前記濁質粒子の粒子体積、前記凝集物の粒子数、前記凝集物の粒径、前記凝集物の密度、前記分離工程の流出水の濁度の少なくとも１つをグラフ表示することを特徴とする請求項１に記載の水処理プロセス運転支援装置。
【請求項９】
濁質粒子を含む原水の条件を入力させる指令と、前記原水に凝集剤を添加して攪拌する混和工程の処理条件を入力させる指令と、前記混和工程から流出する前記原水中の前記濁質粒子の凝集物を沈殿する分離工程の処理条件を入力させる指令と、前記原水の条件と前記混和工程の処理条件に基づき前記混和工程の前記濁質粒子又は前記凝集物の粒径分布を演算装置に演算させる指令と、前記粒径分布と前記分離工程の処理条件に基づき前記分離工程の流出水の濁度を演算装置に演算させる指令と、前記混和工程の濁質粒子と凝集物の粒径分布又は前記分離工程の流出水の濁度を表示画面に表示させる指令とが記述されてなることを特徴とする水処理プロセス運転支援プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
濁質粒子を含む原水から濁質粒子を分離する水処理プロセスを実施するプラントの運転を支援する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水処理プロセスとして、例えば、河川などの漂流水（以下、原水という）を浄水して上水を得る浄水プラントの凝集沈殿プロセスが知られている。
【０００３】
凝集沈殿プロセスは、濁質粒子を含む原水に凝集剤を添加して攪拌する混和工程と、混和工程から流出する原水中の濁質粒子の凝集物を沈殿する分離工程などを有する。分離工程から流出する処理水は、例えば水道水として使用される。ここでの濁質粒子には、原水中の不純物のうち、濁り、ウイルス、細菌、天然の着色成分、藻類などの微細粒子が含まれる。また、凝集物とは、いわゆるフロックやマイクロフロックなどであり、凝集剤の作用により濁質粒子が結合して形成される。
【０００４】
このような凝集沈殿プロセスにおいては、例えば降雨により河川の水が濁ったとき、処理水の濁度が目標範囲に維持されるようにプラントを運転しなければならない。例えば、分離工程の流出口で処理水の濁度をセンサにより検出し、検出値を目標範囲に維持するようにプラントを運転制御することにより、処理水の水質を管理することが行われる（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、凝集沈殿プロセスの運転制御において、凝集沈殿プロセスにより形成されるフロックの平均粒径を演算することが提案されている（例えば、特許文献２参照）
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１４１７８２号公報
【特許文献２】特開平７−１１２１０３号公報（図９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１のように分離工程の流出口で処理水の濁度を検出する方式は、水処理プロセスの各工程をブラックボックスとして取り扱うことになる。そのため、水処理プロセスの各工程の処理状態等を把握できないから、センサの検出値が設定値を越えたとしてもその要因を特定することが困難である。したがって、運転者の主観や直感で運転条件が決められることになるから、水処理プロセスの運転条件が必ずしも適切に決められるとは限らないという問題がある。
【０００８】
また、特許文献２のようにフロックの平均粒径を演算することだけでは、水処理プロセスの工程ごとに運転条件を的確に決められるとは限られないという問題がある。
【０００９】
本発明の課題は、水処理プロセスの運転条件の決定を支援するのにより好適な水処理プロセス運転支援装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の水処理プロセス運転支援装置は、濁質粒子を含む原水に凝集剤を添加して攪拌する混和工程と、混和工程から流出する原水中の濁質粒子の凝集物を沈殿する分離工程とを備えた水処理プロセスにおいて、原水の条件と混和工程の処理条件に基づき混和工程の濁質粒子と凝集物の粒径分布を演算する粒径分布演算手段と、粒径分布と分離工程の処理条件に基づき分離工程の流出水の濁度を演算する濁度演算手段とを有してなることを特徴とする。
【００１１】
これによれば、演算された粒径分布は、混和工程の処理状態等を定量的に示す指標になる。したがって、混和工程の処理状態等から凝集沈殿プロセスの処理過程を客観的に把握でき、濁度の予測精度が向上する。そのため、分離工程の流出水の濁度に対応づけて粒径分布を参照することにより、水処理プロセスの運転条件の決定を容易に行うことができる。換言すれば、粒径分布は、水処理プロセスの運転条件を決定するのに役立つ客観的な判断指標となるので、例えば工程ごとに運転条件を迅速かつ的確に決めることができる。
【００１２】
この場合において、粒径分布演算手段は、濁質粒子と凝集物の粒子数又は粒子体積の少なくとも一方を複数の粒径毎に演算することができる。これにより、水処理プロセスの運転状態を各工程単位で定量的に把握できる。したがって、例えば工程ごとに運転条件をより迅速かつ的確に決めることができる。
【００１３】
また、粒径分布演算手段については、原水の水量、原水の水質、原水の水温、降雨量の少なくとも１つに基づき、混和工程に供給される原水中の濁質粒子の粒径分布を演算する原水粒径分布演算手段を備えることができる。この原水粒径分布演算手段は、混和工程に供給される原水中の濁質粒子の粒径、濁質粒子の粒子数の少なくとも１つを演算できる。
【００１４】
また、粒径分布演算手段については、凝集剤の濃度、凝集剤の注入量、混和工程の攪拌力の少なくとも１つに基づき、混和工程の濁質粒子と凝集物の粒径分布を演算する混和池粒径分布演算手段を備えることができる。この混和池粒径分布演算手段は、混和工程の濁質粒子の凝集効率を演算する手段を有し、凝集効率に基づいて、混和工程の濁質粒子の粒径、濁質粒子の粒子数、凝集物の粒径、凝集物の粒子数、凝集物の密度の少なくとも１つを演算できる。
【００１５】
また、濁度演算手段については、分離工程の原水の滞留時間又は水深の少なくとも１つに基づき、分離工程の流出水の濁度を演算できる。
【００１６】
また、混和工程の濁質粒子と凝集物の粒径分布又は分離工程の流出水の濁度の少なくとも一方が表示画面に表示される表示手段を備えることができる。この表示手段は、混和工程の濁質粒子の粒子数、濁質粒子の粒子体積、凝集物の粒子数、凝集物の粒径、凝集物の密度、分離工程の流出水の濁度の少なくとも１つをグラフ表示できる。
【００１７】
また、本発明の水処理プロセス運転支援プログラムは、濁質粒子を含む原水の条件を入力させる指令と、原水に凝集剤を添加して攪拌する混和工程の処理条件を入力させる指令と、混和工程から流出する原水中の濁質粒子の凝集物を沈殿する分離工程の処理条件を入力させる指令と、原水の条件と混和工程の処理条件に基づき混和工程の濁質粒子又は凝集物の粒径分布を演算装置に演算させる指令と、粒径分布と分離工程の処理条件に基づき分離工程の流出水の濁度を演算装置に演算させる指令と、混和工程の濁質粒子と凝集物の粒径分布又は分離工程の流出水の濁度を表示画面に表示させる指令とが記述される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、水処理プロセスの運転条件の決定を支援するのにより好適な水処理プロセス運転支援装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明を適用した水処理プロセス運転支援装置の一実施形態について説明する。本実施形態は、水処理プロセスとしての浄水処理プロセスを実施する浄水場のプラントの運転を支援する例である。
【００２０】
図１は、本実施形態の水処理プロセス運転支援装置１０の構成が浄水プラント１２と共に示された図である。浄水プラント１２は、例えば、河川などの漂流水（以下、原水という）に対し、浄水処理プロセスとしての凝集沈殿プロセスを施すことにより、例えば水道水を得る。凝集沈殿プロセスは、いわゆる「凝集沈殿―急速ろ過法」であり、濁質粒子を含む原水に凝集剤を添加して攪拌する混和工程と、混和工程から流出する原水中の濁質粒子の凝集物を沈殿する分離工程とを有する。なお、濁質粒子は、原水中の不純物のうち、濁り、ウイルス、細菌、天然の着色成分、藻類などを含み、例えば１×１０−６ｍ〜１×１０−９の寸法の微細粒子である。
【００２１】
ここで、本発明に係る水処理プロセス運転支援装置１０は、浄水プラント１２の運転を支援するものであり、原水の条件と混和工程の処理条件に基づき、混和工程の濁質粒子と凝集物の粒径分布を演算する粒径分布演算手段１１と、その粒径分布と分離工程の処理条件に基づき、分離工程の流出水の濁度を演算する濁度演算手段１３とを備えている。ここでの原水の条件は、例えば、原水の水量、水質、水温、降雨量である。混和工程の処理条件は、例えば、凝集剤の濃度、凝集剤の注入量、攪拌力である。分離工程の条件は、例えば、原水の滞留時間、原水の有効水深である。
【００２２】
より具体的に、水処理プロセス運転支援装置１０と浄水プラント１２について説明する。図１に示すように、浄水プラント１２は、濁質粒子を含む原水を貯留して原水の水位と水量を調整する着水井１４と、着水井１４からの流出水に凝集剤を添加して急速攪拌することにより濁質粒子の凝集物としてマイクロフロックが形成される急速混和池１６と、急速混和池１６からの流出水を緩速攪拌してマイクロフロックを衝突合一させることによりフロックが形成されるフロック形成池１８と、フロック形成池１８から流出される水に含まれるフロックを沈殿分離する沈殿池２０と、沈殿池２０から流出される水がろ過されるろ過池２２とを備えている。
【００２３】
着水井１４は、原水の流入側に設けられた流量計２４と、原水の水質や水温を計測する計測センサ２６とが配設されている。計測センサ２６により計測される水質とは、例えば、濁度、ｐＨ値、アルカリ度、有機物や金属イオンの含有度などである。
【００２４】
急速混和池１６は、原水を攪拌する羽根を備えた攪拌装置２８と、攪拌装置２８の攪拌力（例えば、回転数や攪拌速度）を制御する攪拌操作装置３０と、原水に凝集剤を注入する凝集剤操作装置３２と、凝集剤操作装置３２に凝集剤を供給する凝集剤貯蔵設備３４とが配設されている。凝集剤貯蔵設備３４は、凝集剤としてＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）、硫酸アルミニウム、硫酸第一鉄、硫酸第二鉄のいずれかを貯蔵している。貯蔵する凝集剤は、浄水場の実情に応じて決めればよい。凝集剤操作装置３２は、事前に設定した凝集剤の注入量、流量計２４の計測値、計測センサ２６の計測値から演算した凝集剤の注入量などに基づいて、凝集剤貯蔵設備３４から凝集剤を急速混和池１６に注入する。攪拌操作装置３０は、事前に設定した回転数、流量計２４の計測値、凝集剤操作装置３２の操作値から演算された回転数などに基づいて、攪拌装置２８を制御する。
【００２５】
フロック形成池１８は、複数段（例えば、３段）に分割されており、各段のそれぞれに配設された攪拌装置３６と、攪拌装置３６の攪拌力を制御する攪拌操作装置３８とが配設されている。攪拌操作装置３８は、攪拌装置３６の回転速度や回転数を下流方向に向って段単位で段階的に小さくする指令を生成する。
【００２６】
ろ過池２２は、流出口の下流側に計測センサ４０が配設されている。計測センサ４０は、ろ過池２２の流出水の水質を計測する。ここで計測される水質とは、例えば、濁度、色度、または有機物、窒素、リン、金属イオンの含有度などである。
【００２７】
一方、水処理プロセス運転支援装置１０は、浄水プラント１２から出力される計測値やプラント機器の操作値などのデータが入力されるプラントデータ入力手段４２と、プラントデータ入力手段４２からデータが入力されると共に条件データが入力される条件入力手段４４と、条件入力手段４４から入力されるデータに基づいて、急速混和池１６やフロック形成池１８の濁質粒子及び凝集物の粒径分布と沈殿池２０の流出水の濁度を演算するモデル演算手段４６と、モデル演算手段４６から出力される粒径分布及び濁度が表示される表示画面を有する表示手段４８などから構成されている。
【００２８】
プラントデータ入力手段４２は、例えば、流量計２４や計測センサ２６の計測値、凝集剤操作装置３２の操作量、攪拌操作装置３０、３８の操作量などのデータが入力され、入力データを条件入力手段４４に送信される。入力データは、プラントの２４時間実測データでもよいし、日平均値と２４時間変動パターンで作成した２４時間予測データでもよいし、２４時間を通して一定値とした予測データでもよい。
【００２９】
条件入力手段４４は、原水条件入力手段５０と、土木構造入力手段５２と、凝集剤入力手段５４と、攪拌量入力手段５６とを有している。ここでの条件入力手段４４は、シミュレーション計算に必要なデータを入力するためのキーボードやマウスなどを有している。キーボードやマウスなどを介して条件データを入力してもよいし、プラントデータ入力手段４２から送信される計測値や操作値を入力してもよい。
【００３０】
原水条件入力手段５０は、流量計２４や計測センサ２６の計測値に従って、原水の水量、水質、水温などの原水条件が入力される。土木構造入力手段５２は、プラント機器の寸法データなどの構造条件が入力される。寸法データは、例えば、着水井１４、急速混和池１６、フロック形成池１８、沈殿池２０、ろ過池２２の各有効幅、有効長さ、有効水深と、フロック形成池１８の攪拌処理の分割段数および分割状況である。凝集剤入力手段５４は、凝集剤操作装置３２の操作量に従って、凝集剤の種類、塩基度、濃度、凝集条件、注入量などの注入条件が入力される。ここでの凝集条件は、例えば、凝集剤が有効に作用するｐＨ、アルカリ度の範囲などである。攪拌量入力手段５６は、プラントデータ入力手段４２から送信された攪拌操作装置３０、３８の操作量に従って、攪拌速度、回転数、回転翼の面積、回転翼の半径などの攪拌条件が入力される。
【００３１】
モデル演算手段４６は、条件入力手段４４から送信される原水条件データと混和処理条件データに基づき、急速混和池１６やフロック形成池１８における濁質粒子と凝集物の粒径分布を演算する粒径分布演算手段１１と、粒径分布演算手段１１により演算された粒径分布と条件入力手段４４から送信される分離処理条件データに基づき、沈殿池２０から流出される水の濁度を演算する濁度演算手段１３を有する。なお、濁度演算手段１３は、沈殿池２０の流出水の濁度のほかに、急速混和池１６やフロック形成池１８の流出水の濁度を求めてもよい。
【００３２】
このように構成される水処理プロセス運転支援装置１０の基本動作について浄水プラント１２の凝集沈殿プロセスに続いて説明する。まず、貯水池や河川から原水が、着水井１４に供給される。供給された原水は、着水井１４で水位と水量が調整される。着水井１４から流出された原水は、急速混和池１６で凝集剤が注入された後、攪拌装置２８により急速攪拌される。この攪拌により、凝集剤が原水全体に亘って一様になる。急速混和池１６内の原水に含まれる濁質粒子は、表面の電荷が凝集剤により中和されることにより、電気的な反発力が失われる。その濁質粒子が攪拌作用で互いに接触することにより、マイクロフロックが形成される。マイクロフロックを含む原水は、フロック形成池１８で攪拌装置３６により緩速攪拌される。この攪拌に起因する水流運度により、マイクロフロックが互いに衝突合一することにより、フロックが形成される。形成されるフロックは、フロック形成池１８の各段で攪拌されにつれて大きくなり、重力沈降可能なフロックとして成長する。原水に含まれるフロックは、沈殿池２０で重力沈降する。沈殿池２０で沈まないフロックは、処理水の濁質になる。この沈殿池２０のフロックの沈降速度は、フロックの大きさ、密度、形状、水温などで決まるため、フロック形成池１８の流出水に含まれるフロックを適切な大きさ、密度に形成する必要がある。沈殿池２０から流出される処理水は、ろ過池２２によりフロックが除去された後、消毒池や給排水システムを経由して水道水になる。
【００３３】
このような凝集沈殿プロセスにおいて、浄水プラント１２の計測値や操作値などのデータは、プラントデータ入力手段４２を介し、条件入力手段４４に出力される。条件入力手段４４からモデル演算手段４６に、原水の条件、混和工程の処理条件、分離工程の処理条件が入力される。モデル演算手段４６では、各入力条件に基づいて、粒径分布が粒径分布演算手段１１により演算される。演算される粒径分布は、例えば、急速混和池１６やフロック形成池１８の濁質粒子及び凝集物の粒径分布である。このような粒径分布に基づき、沈殿池２０の流出水の濁度が濁度演算手段１３により演算される。モデル演算手段４６から出力された粒径分布や濁度は、表示手段４８の表示画面に表示される。
【００３４】
本実施形態の水処理プロセス運転支援装置１０によれば、急速混和池１６やフロック形成池１８の濁質粒子および凝集物の粒径分布と、沈殿池２０の流出水の濁度を求めることができる。これにより、演算された粒径分布は、急速混和池１６やフロック形成池１８の混和工程の処理状態等を定量的に示す指標になる。したがって、混和工程の処理状態等から凝集沈殿プロセスの処理過程を客観的に把握でき、沈殿池２０の流出水の濁度の予測精度が向上する。そのため、沈殿池２０の流出水の濁度に対応づけて粒径分布を参照することにより、凝集沈殿プロセスの運転条件の決定を容易に行うことができる。
【００３５】
換言すれば、粒径分布は、凝集沈殿プロセスの運転条件を決定するのに役立つ客観的な判断指標となるので、例えば工程ごとに運転条件を迅速かつ的確に決めることができる。
【００３６】
また、本実施形態での粒径分布演算手段１１は、濁質粒子、マイクロフロックフロックについての粒子数又は粒子体積を複数の粒径毎に演算する機能を有する。これにより、凝集沈殿プロセスの運転状態を各工程単位で定量的に把握できる。したがって、例えば工程ごとに運転条件をより迅速かつ的確に決めることができる。
【００３７】
ここで詳細に、本実施形態の水処理プロセス運転支援装置１０のモデル演算手段４６について図２乃至図１０を参照して説明する。なお、粒径分布演算や濁度演算に用いるモデルの説明は一例であり、異なる演算方法も適用できる。
【００３８】
図２は、粒径分布演算手段１１により演算された粒径分布の表示例を示す。図２の横軸は粒径クラスを示し、縦軸は各粒径クラスに対する粒子数を示している。例えば、数１式を用いて粒径クラスを予め設定する。より具体的には、粒径クラスとして、0.393×10-6ｍ〜1909×10-6ｍの範囲を９２グループに分ける。分けられた各グループの粒径は、平均粒径である。この場合、図２の横軸の粒径クラスは１、２、…９２となる。粒径クラス１、２、３と、９２に対応する平均粒径は0.393×10-6ｍ、0.432×10-6ｍ、0.475×10-6ｍ、1909×10-6ｍである。数１式のｄiは、粒径クラスｉの平均粒径（ｍ）を示す。ｉは、粒径クラス（ｉ＝１，２，…ｎ）のインデックス番号を示す。
【００３９】
（数１式）
ｄ(i+1)＝ｄi＋ｄi×０．１
【００４０】
また、数１式の平均粒径に基づいて、粒径クラスを定義する例を数２式、数３式、数４式に示す。なお、粒径クラス１は、数２式によって定義されている。粒径クラス２〜（ｎ−１）は、数３式によって定義されている。粒径クラスｎは、数４式によって定義されている。数２式〜数４式のＬiは、粒径クラスｉを示す。ｄiは、粒径クラスｉの平均粒径（ｍ）を示す。ｉは、粒径クラス（ｉ＝１，２，…ｎ）のインデックス番号を示す。なお、本実施形態では、図２のように粒径分布として粒径クラスと粒子数の関係を示すが、粒径クラスと粒子体積の関係としても良い。
【００４１】
（数２式）
Ｌ1＜（ｄ1＋ｄ2）／２
（数３式）
（ｄ(i-1)＋ｄi）／２＜Ｌｉ＜（ｄi＋ｄ(i+1)）／２
（数４式）
（ｄ(n-1)＋ｄn）／２＜Ｌn
【００４２】
図３は、粒径分布演算手段１１の粒径分布の演算手順をステップＳ１〜Ｓ４として示すフロー図である。ステップＳ１は、ジャーテストなどにより事前に計測された基準粒径分布と、原水条件入力手段５０により入力された原水条件とを用いて、原水に含まれる濁質粒子の粒径分布が演算される。ステップＳ２は、条件入力手段４４により入力されたデータとステップＳ１の粒径分布とを用いて、急速混和池１６における濁質粒子とマイクロフロックの粒径分布が演算される。ステップＳ３は、条件入力手段４４により入力されたデータとステップＳ２の粒径分布とを用いて、フロック形成池１８における濁質粒子とマイクロフロックとフロックの粒径分布とが演算される。ステップＳ４は、ステップＳ３の粒径分布を用いて、沈殿池２０の粒径分布が演算される。
【００４３】
図４は、図３のステップＳ１により原水の粒径分布を演算する手順をステップＳ１０、Ｓ１１として示すフロー図である。ステップＳ１０は、原水条件入力手段５０により入力された原水濁度に基づき、基準粒径分布記憶手段６０から該当する基準粒径分布を読み出す。基準粒径分布記憶手段６０は、粒径分布演算手段１１に実装され、ジャーテストなどにより事前に計測された基準粒径分布を記憶する。基準粒径分布は、原水の濁度の代表的な濁度における濁質粒子の粒径分布である。例えば、低、中、高濁度の３つレベルに分けてそれぞれの代表的な濁度の粒径分布としてもよい。また、季節毎に、代表的な濁度の粒径分布としてもよい。また、降雨量に応じた濁度の粒径分布としてもよい。要するに、ステップ１０は、基準粒径分布記憶手段６０から粒径分布を読出し、読み出した粒径分布と原水の条件（濁度、水温、降雨量など）に基づいて、次ステップ以降の演算に用いる基準粒径分布を決定する。
【００４４】
ステップＳ１１は、ステップＳ１０で決定した基準粒径分布と原水条件入力手段５０により入力された原水濁度を用いて、原水の濁質粒子の粒子数を演算する。この演算の一例を数５式に示す。Ｎｒｗは、原水の濁質粒子の粒子数（個/Ｌ）を示す。ＮＳは、基準の粒子数（個/Ｌ）を示す。ｔｕは、原水の濁度（ｍｇ/Ｌ）を示す。ｔｕＳは、基準粒径分布の濁度（ｍｇ/Ｌ）を示す。このようなステップＳ１１を繰り返すことにより、全ての粒径クラスに対し、原水の濁質粒子の粒子数を演算して原水の粒径分布を得ることができる。
【００４５】
（数５式）
Ｎｒｗ＝ＮＳ×ｔｕ/ｔｕＳ
【００４６】
図５は、図３のステップＳ２により急速混和池１６における粒径分布を演算する手順をステップＳ２０〜Ｓ２５として示したフロー図である。ステップＳ２０は、原水条件入力手段５０で入力された原水条件（例えば、ｐＨ値、アルカリ度、水温など）と、凝集剤入力手段５４で入力した凝集剤注入量と、攪拌量入力手段５６で入力した攪拌装置２８の攪拌力とを用いて、凝集効率を演算する。凝集効率とは、原水の濁質粒子がマイクロフロックに形成する割合である。例えば、凝集効率の範囲を0.0〜１.0とした場合、凝集効率0.0は、濁質粒子が全く凝集しないことを意味し、凝集効率1.0は、濁質粒子が全て凝集することを意味する。凝集効率を演算する一例を数６式に示す。数６式は、攪拌による濁質粒子運動強度と、凝集剤注入による濁質粒子の電荷中和や架橋作用とにより、凝集効率を算出するものである。αは、凝集効率（α＝０〜１）を示す。Ｆ（Ｘ）は、ロジスティック曲線（Ｆ（Ｘ）＝０〜１、Ｘ＝Ｄ，ＡＬＴ、ＡＰ）を示し、数８式のように表される。ａ、ｂは、係数である。Ｄは、攪拌による濁質粒子運動強度の指標を示す。ＡＬＴは、電荷中和強度の指標であり、濁質粒子の表面の負電荷に対し正電荷の多寡を示す。ＡＰは、架橋作用強度の指標であり、濁質粒子に対し金属水和物の多寡を示す。
【００４７】
（数６式）
α＝Ｆ（Ｄ）×Ｆ（ＡＬＴ）×Ｆ（ＡＰ）
（数７式）
Ｆ（Ｘ）＝１/（１＋ｅｘｐ（−ａ・Ｘ＋ｂ））
【００４８】
数６式のおける濁質粒子運動強度の指標Ｄは、数８式のように表される。電荷中和強度の指標ＡＬＴは、数９式のように表される。架橋作用強度指標ＡＰは、数１０式のように表される。数８式〜数９式のｔｕは、原水の濁度（ｍｇ/Ｌ）を示す。ｔｅｍｐは、水温（℃）を示す。Ａｌｋは、原水のアルカリ度（ｍｇ/Ｌ）を示す。ｐＨは、原水のｐＨ値を示す。ＣＲは、凝集剤注入率（ｍｇ/Ｌ）を示す。ｐＨ０は、凝集剤最適ｐＨ値を示す。Ｋは、ボルツマン係数（Ｊ／Ｋ）を示す。μは、水の粘性係数（Ｐａ・ｓ）を示す。Ｇは、攪拌強度指標Ｇ値（Ｓ−１）を示し、攪拌力を表す指標である。ｄｒｗは、原水の濁質粒子の粒径（ｍ）を示す。ａ、ｂ、ｃは、係数を示す。
【００４９】
（数８式）
Ｄ＝Ｋ（ｔｅｍｐ×２３７．１５）/（６・π・μ・ｄｒｗ）×Ｇ
（数９式）
ＡＬＴ＝ＣＲ/ｔｕ
（数１０式）
ＡＰ＝ａ・Ａｌｋ／ＣＲ×［１−（ｐＨ０−ｂ・ｐＨ）／１４］２−ｃ・ｔｕ
【００５０】
数８式のＧ(攪拌強度指標Ｇ値)を求める演算式は、例えば数１１式のように表される。数１１式に示すように、Ｇは、攪拌量入力手段５６により入力された回転数、回転翼の面積と半径に基づき演算される。数１１式のＡは、回転翼の面積（ｍ２）を示す。Ｄは、回転翼の直径（ｍ）を示す。Ｒは、回転数（ｒｐｍ）を示す。Ｃｐは、パドル係数を示す。Ｖは、池の容積（ｍ３）を示す。ρは、粒子の密度（ｋｇ/ｍ３）を示す。πは、円周率を示す。μは、水の粘性係数（Ｐａ・ｓ）を示す。ここでの数１１式のＧに、攪拌強度指標Ｇ値のほか、例えば攪拌速度や、攪拌により生じる水流の速度勾配を代入してもよい。
【００５１】
（数１１式）
2006136765.tif 000003
【００５２】
ステップＳ２１は、ステップＳ２０により得られた凝集効率αを用いて、原水に含まれる濁質粒子が２つのグループに分けられる。分けられるグループの一方は、凝集しない濁質粒子であり、他方は、凝集する濁質粒子である。各グループの濁質粒子の粒子数が演算される。凝集しない濁質粒子の粒子数は、例えば数１２式により演算される。凝集する濁質粒子の粒子数は、例えば数１３式により演算される。数１２や数１３式のＮｕｃは、凝集しない濁質粒子の粒子数（個/Ｌ）を示す。Ｎｃは、凝集する濁質粒子の粒子数（個/Ｌ）を示す。Ｎｒｗは、原水の濁質粒子の粒子数（個/Ｌ）を示す。αは、凝集効率を示す。
【００５３】
（数１２式）
Ｎｕｃ＝Ｎｒｗ×（１−α）
（数１３式）
Ｎｃ＝Ｎｒｗ×α
【００５４】
ステップＳ２２は、凝集する濁質粒子が生成するマイクロフロックの粒径を演算する。そのマイクロフロックの粒径は、例えば数１４式により演算される。数１４式のｄｒｍは、マイクロフロックの粒径（ｍ）を示す。ｄｒｍ’は、マイクロフロックの平均粒径（ｍ）を示す。ｄｒｍ’’は、マイクロフロックの最大粒径（ｍ）を示す。ｄｒｗは、原水の濁質粒子の粒径（ｍ）を示す。ｄｒｗ’は、原水の濁質粒子の平均粒径（ｍ）を示す。ｄｒｗ”は、 原水の濁質粒子の最大粒径（ｍ）を示す。ここでのｄｒｍ’、 ｄｒｍ”は、凝集剤種類、凝集剤注入量、原水の濁度に起因して異なるものであり、ジャーテストなどの計測値を代入すればよい。
【００５５】
（数１４式）
ｄｒｍ＝ｄｒｍ’＋（ｄｒｍ”−ｄｒｍ’）/（ｄｒｗ”−ｄｒｗ’）×（ｄｒｗ−ｄｒｗ’）
【００５６】
ステップＳ２３は、マイクロフロックの密度を演算する。マイクロフロックが大きくなるにつれてフロックの間隙に含まれる水の割合が増えるため、マイクロフロックの密度が徐々に小さくなる。マイクロフロックの密度は、例えば数１５式により演算される。数１５式のρｒｍは、マイクロフロックの密度（ｋｇ/ｍ３）を示す。ρｒｗは、原水の濁質粒子の密度（ｋｇ/ｍ３）を示す。ρｗは、水の密度（ｋｇ/ｍ３）を示す。ｄｒｗは、原水の濁質粒子の粒径（ｍ）を示す。ｄｒｍは、マイクロフロックの粒径（ｍ）を示す。ＫＰは、係数である。また、マイクロフロックの密度は、数１５式に基づき演算するほか、公知の値を参照してもよいし、実験で得られた実測値でもよい。
【００５７】
（数１５式）
ρｒｍ＝ρｗ＋（ｄｒｗ/ｄｒｍ）ＫＰ×（ρｒｗ−ρｗ）
【００５８】
ステップＳ２４は、数１６式に示す質量保存則を用いて、凝集する濁質粒子が形成するマイクロフロックの粒子数を演算する。数１６式のＮｒｍは、マイクロフロックの粒子数（個/Ｌ）を示す。Ｎｃは、凝集する濁質粒子の粒子数（個/Ｌ）を示す。ρｒｍは、マイクロフロックの密度（ｋｇ/ｍ）を示す。ρｒｗは、原水の濁質粒子の密度（ｋｇ/ｍ）を示す。ｄｒｍは、マイクロフロックの粒径（ｍ）を示す。ｄｒｗは、原水の濁質粒子の粒径（ｍ）を示す。
【００５９】
（数１６式）
Ｎｒｍ＝Ｎｃ×ｄｒｗ3×ρｒｗ/（ｄｒｍ3×ρｒｍ）
【００６０】
このようなステップＳ２０、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３、Ｓ２４の手順を繰り返すことにより、全ての粒径クラスに対し、凝集しない濁質粒子の粒子数と、マイクロフロックの粒子数、粒径、密度が演算される。
【００６１】
ステップＳ２５は、ステップＳ２１により演算された凝集しない濁質粒子の粒子数と、ステップＳ２４により演算されたマイクロフロックの粒子数とを粒径クラス別に合計して急速混和池１６の粒径分布を演算する。
【００６２】
要するに、図５に示すフローは、Ｓ２０により求められた凝集効率αに基づき、Ｓ２１により濁質粒子の粒子数Ｎｃを演算する。次に、Ｓ２２、Ｓ２３、Ｓ２４によりマイクロフロックの粒径、密度、粒子数が演算される。
【００６３】
図６は、図５に示すステップＳ２の演算結果の表示例である。図６に示すように、表示画面は、３つの表示エリア１１１〜１１３が区画されている。各表示エリア１１１〜１１３のそれぞれに粒径分布が表示されている。表示エリア１１１は、ステップＳ２１の繰り返し演算により求められた凝集しない濁質粒子の粒径分布である。表示エリア１１２は、ステップＳ２１、Ｓ２２，Ｓ２３、Ｓ２４の繰り返し演算により求められたマイクロフロックの粒径分布が表示されている。表示エリア１１３は、表示エリア１１１と表示エリア１１２に示す粒径分布を合計した粒径分布であり、急速混和池１６の粒径分布が表示されている。このような表示態様により、急速混和池１６における凝集しない濁質粒子の割合を定量的に把握できる。図６では、粒径分布グラフを表示したが、分布の平均、分散、標準偏差などの統計演算値を表示してもよい。また、粒径分布グラフの横軸を対数表示としてもよい。
【００６４】
図７は、図３のステップＳ３によりフロック形成池１８における粒径分布を演算する手順をステップＳ３０〜Ｓ３４として示したフロー図である。フロック形成池１８では、粒子が互いに衝突合一することによりフロックの粒子径が大きくなり、粒子の総数が減少する。このような現象に基づき、ステップＳ３０では、フロックの粒子数が例えば数１７式により演算される。数１７式によれば、粒子間の衝突合一の所要時間Ｔと滞留時間ｔを用いて、衝突合一後の粒子数Ｎｆ’が演算される。ここでの衝突合一の所要時間Ｔは、例えば数１８式により演算される。また、粒子衝突機構Ａは、粒子のブラウン運動や、攪拌による粒子間の衝突頻度を表わしたものであり、例えば数１９式により演算される。数１９式における攪拌強度指標Ｇ値は、数１１式により演算される。数１７式のＮfoは、衝突合一後のフロックの粒子数（個／Ｌ）を示す。Ｎfは、衝突合一前のフロックの粒子数（個／Ｌ）を示す。Ｔは、衝突合一の所要時間（Ｓ／個）を示す。ｔは、滞留時間（Ｓ）を示す。Ａは、粒子の衝突機構（Ｓ−１・ｍ３）を示す。Ｇは、攪拌強度指標Ｇ値（Ｓ−１）を示す。ｄｆは、衝突合一前のフロックの粒径（ｍ）を示す。また、本演算例のほかに、例えば、粒子の衝突確率、衝突合一の凝集速度などを用いて、衝突後の粒子数を演算してもよい。粒子の衝突確率や凝集速度については、公知の値を参照してもよいし、実験で得られた実測値を用いてもよい。
【００６５】
（数１７式）
Ｎfo＝Ｎf／（１＋ｔ／Ｔ）
（数１８式）
Ｔ＝１／（Ａ×Ｎf）
（数１９式）
Ａ＝３２/３・Ｇ・ｄf３
【００６６】
ステップＳ３１は、ステップＳ３０の衝突合一前のフロックの粒子数および粒径と、衝突合一後のフロックの粒子数とを数２０式に代入し、衝突合一後のフロックの粒径を演算する。数２０式のｄfoは、衝突合一後のフロックの粒径（ｍ）を示す。ｄfは、衝突合一前のフロックの粒径（ｍ）を示す。Ｎfoは、衝突合一後のフロックの粒子数（個／Ｌ）を示す。Ｎfは、衝突合一前のフロックの粒子数（個／Ｌ）を示す。
【００６７】
（数２０式）
ｄfo＝（Ｎf×ｄf3×/Ｎfo）１/３
【００６８】
ステップＳ３２は、例えば数２１式を用いて、衝突合一後のフロックの密度を演算する。数２１式のρfoは、衝突合一後のフロックの密度（ｋｇ/ｍ３）を示す。ρfは、衝突合一前のフロックの密度（ｋｇ/ｍ３）を示す。ρｗは、水の密度（ｋｇ/ｍ３）を示す。ｄfoは、衝突合一後のフロックの粒径（ｍ）を示す。ｄfは、衝突合一後のフロックの粒径（ｍ）を示す。ＫＰは、係数である。
【００６９】
（数２１式）
ρfo＝ρｗ＋（ｄf/ｄfo）ＫＰ×（ρf−ρｗ）
【００７０】
ステップＳ３３は、攪拌によるフロックの破壊を演算する。例えば、粒径が所定サイズを超えたフロックが破壊されるように演算する。なお、前記の所定サイズは攪拌強度を変数とした関数で表す。例えば、攪拌が強いほど所定サイズが小さくなるように演算する。あるいは、破壊されたフロックを所定サイズ以下になるように演算する。前記の所定サイズのほか、例えば、各粒径クラスのフロックが一定割合で破壊されるように演算してもよい。前記の一定割合は例えば、各粒径クラスことに攪拌強度に従い定義してもよいし、各粒径クラスことに重みをかけるように定義してもよい。
【００７１】
このようなステップＳ３０，Ｓ３１，Ｓ３２、Ｓ３３の手順を繰り返すことにより、全ての粒径クラスに対し、衝突合一後のフロックの粒子数、粒径、密度が演算される。
【００７２】
ステップＳ３４は、ステップＳ３０，Ｓ３１，Ｓ３２、Ｓ３３の繰り返し演算によって得られた衝突合一後のフロックの粒子数を粒径クラス別に合計し、フロック形成池１８の粒径分布とする。なお、フロック形成池が複数段（図１には３段の実施例を示す）から構成される場合、図７に示すフローをフロック形成池１８の各段に順次に適用することにより、フロック形成池１８の各段の粒径分布を演算できる。
【００７３】
図８は、図３のステップＳ４により沈殿池２０における粒径分布を演算する手順をステップＳ４０〜Ｓ４２として示すフロー図である。ステップＳ４０は、フロックの沈降速度が例えば数２２式により計算される。数２２式のＶffは、沈殿池流入フロックの沈降速度（ｍ/ｓ）を示す。ρffは、沈殿池流入フロックの密度（ｋｇ/ｍ３）を示す。ρｗは、水の密度（ｋｇ/ｍ３）を示す。ｄffは、沈殿池流入フロックの粒径（ｍ）を示す。ｇは、重力加速度を示す。また、本実施形態の演算例に限らず、粒子間の干渉に関する補正係数を数２２式に加えてもよい。補正係数は文献値を参照してもよいし、実験で得られた実測値でもよい。
【００７４】
（数２２式）
Ｖff＝１／１８・ｇ・（ρff−ρｗ）／μ・ｄff２
【００７５】
ステップＳ４１は、ステップＳ４０により求められた沈降速度と、沈殿池２０の滞留時間ｔと、沈殿池２０の水深Ｈとを用いて、沈殿池２０で沈みきれないフロックの粒子数を例えば数２３式により演算する。数２３式のＮffoは、沈殿池流出フロックの粒子数（個/Ｌ）を示す。Ｎffは、沈殿池流入フロックの粒子数（個/Ｌ）を示す。Ｖffは、沈殿池流入フロックの沈降速度（ｍ/ｓ）を示す。ｔは、沈殿池滞留時間（ｓ）を示す。Ｈは、沈殿池水深（ｍ）を示す。
【００７６】
（数２３式）
Ｎffo＝Ｎff×（１−Ｖff・ｔ）／Ｈ
【００７７】
このようなステップＳ４０，Ｓ４１の手順を繰り返すことにより、全ての粒径クラスに対し、沈殿池流出粒子数が演算される。ステップＳ４２は、全ての粒径クラスに対し、沈殿池流出フロックの粒子数を粒径クラス別に合計し、沈殿池２０の粒径分布を演算する。
【００７８】
図９は、粒径分布演算手段１１の演算結果が表示手段４８の表示画面に表示された例である。図９に示すように、表示画面は、例えば８つの表示エリア１２０〜１２７が区画されている。各表示エリア１２０〜１２７のそれぞれに粒径分布が表示されている。表示エリア１２０は、ステップＳ１１により演算された原水の粒径分布が表示されている。表示エリア１２１は、ステップＳ２５により演算された急速混和池１６の粒径分布が表示されている。表示エリア１２２は、ステップＳ３４により演算されたフロック形成池１８の粒径分布が表示されている。表示エリア１２３は、ステップＳ４２により演算された沈殿池の粒径分布が表示されている。また、表示エリア１２４は、表示エリア１２０の粒径分布に基づき、数２４式を用いて、全粒子に対して各粒径クラスの粒子体積が占める割合を演算した結果である。同様に、表示エリア１２５〜１２７は、表示エリア１２１〜１２３のそれぞれに対応させて、全粒子に対して各粒径クラスの粒子体積が占める割合を演算した結果である。数２４式のＶｐｉは、粒径クラスｉの粒子が占める体積の割合（％）を示す。Ｎｉは、粒径クラスｉのフロック粒子数（個/Ｌ）を示す。ｄｉは、粒径クラスｉのフロック粒径（ｍ）を示す。ρｉは、粒径クラスｉのフロック密度（ｋｇ/ｍ３）を示す。ｉは、粒径クラス（ｉ＝１，２…、ｎ）を示す。
【００７９】
（数２４式）
2006136765.tif 000004
【００８０】
要するに、図９に示すように、表示手段４８は、混和工程の濁質粒子と凝集物の粒径分布が表示画面に表示されるものであり、混和工程の濁質粒子の粒子数、濁質粒子の粒子体積、凝集物の粒子数、凝集物の粒径、凝集物の密度がグラフ表示される。これにより、混和工程の濁質粒子と凝集物の粒径分布（例えば、粒径クラスに対する粒子数または粒子体積）を定量的に把握できる。したがって、粒径分布を参照することにより、例えば工程ごとに運転条件を迅速かつ的確に決めることができる。
【００８１】
次に、沈殿池２０の流出水の濁度の演算および表示について説明する。濁度演算手段１３は、粒径分布演算手段１１により演算された粒径分布に基づき、少なくとも沈殿池２０の濁度を例えば数２５式に従って演算する。数２５式に示すように、濁度は、沈殿池２０の流出水に含まれる粒子の濃度から換算される。数２５式のｔｕ＿Ｏは、沈殿池流出水濁度（ｍｇ／Ｌ）を示す。ｆは、濁度変換係数を示す。Ｃは、沈殿池流出水に含まれる粒子の濃度（ｍｇ／Ｌ）を示す。ここで、数２５式は、沈殿池流出水の濁度を演算する例であるが、急速混和池１６、フロック形成池１８にも同様な方法で濁度を演算できる。また、濁度変換係数ｆは、急速混和池１６、フロック形成池１８、沈殿池２０によって異なるし、浄水場によっても異なる。また、本実施形態のような濁度演算に限らず、例えば、粒径分布曲線の積分値、偏差値、分散値などの特性データを濁度指標としてもよい。
【００８２】
（数２５式）
ｔｕ＿Ｏ＝ｆ×Ｃ
【００８３】
図１０は、濁度演算手段１３の演算結果を表示手段４８の表示画面に表示した例である。本例では、原水入力手段３１により入力した原水の濁度も表示されている。図１０に示すように、表示画面は、例えば２つの表示エリア１２８、１２９が区画されている。表示エリア１２８は、原水入力手段３１により入力した原水の濁度の２４時間時系列データが表示されている。表示エリア１２９は、濁度演算手段１３により演算された沈殿池流出水濁度の２４時間時系列データが表示されている。
【００８４】
要するに、図１０に示すように、表示手段４８は、分離工程から流出される水の濁度が表示画面にグラフ表示される。これにより、沈殿池２０の流出水の濁度を予測できる。また、本例のように、沈殿池２０の流出水の濁度と共に原水の濁度を併せて表示することにより、沈殿池２０の流出水の濁度を予測するだけではなく、凝集沈殿プロセスの時間遅れつまりタイムラグも把握できる。
【００８５】
上述したとおり、本実施形態の水処理プロセス運転支援装置１０によれば、急速混和池１６のマイクロフロックや、フロック形成池１８のフロックや、沈殿池２０における沈降分離を定量的に把握できるため、適切な運転条件の決定を支援できる。
【００８６】
以上、本実施形態に基づいて本発明を説明したがこれに限られるものではない。例えば、浄水場の運転支援装置に適用した例を説明したが、これらの機能をコンピュータに実現させるプログラムからなるソフトウエア又はこのソフトウエアを格納した記録媒体（例えばＣＤ−ＲＯＭ等）を使用することにより、コンピュータを運転支援装置とすることができる。例えば、水処理プロセス運転支援プログラムは、濁質粒子を含む原水の条件を入力させる指令と、原水に凝集剤を添加して攪拌する混和工程の処理条件を入力させる指令と、混和工程から流出する原水中の濁質粒子の凝集物を沈殿する分離工程の処理条件を入力させる指令と、原水の条件と混和工程の処理条件に基づき混和工程の濁質粒子又は凝集物の粒径分布を演算する指令と、混和工程の粒径分布と分離工程の処理条件に基づき分離工程の濁質粒子又は凝集物の粒径分布を演算する指令と、混和工程の濁質粒子と凝集物の粒径分布又は分離工程の流出水の濁度を表示画面に表示させる指令が記述されることにより実現される。このようなプログラムを利用することにより、職員や専門技術者の少ない事業体でも水処理プロセスの適切な運転と、業務の円滑化や効率化が期待できる。
【００８７】
また、本実施形態では、浄水場に本発明を適用した例を説明したが、排水処理や、産業プラントにおける化学処理や生物処理にも適用できる。
【００８８】
なお、凝集沈殿プロセスの基本原理を補足説明する。浄水プラントでは、原水に含まれる不純物のうち、例えば１×10-6ｍから１×10-9ｍの寸法の濁質粒子を除去する必要がある。この濁質粒子は、通常、表面が負の電荷を帯びている。そのため、濁質粒子は、互いに接近しても反発するので、原水中に安定に分散して存在する。このような事情から、濁質粒子と反対の電荷すなわち正の電荷をもつ凝集剤が原水中に添加される。添加された原水が急速混和池で急速攪拌されることにより、原水と凝集剤が均一にされる。
【００８９】
このように凝集剤を加えると、濁質粒子の表面の電荷が中和されるため、濁質粒子の電気的な反発力を失う。このとき、濁質粒子にファン・デル・ワールス力（van der Waal’s force）と言われる分子間引力が働いている。したがって、電気的な反発力を失った濁質粒子は、ブラウン運動や水流によって互いに接近して結合することにより、小さな塊の微粒子が形成する。この微粒子は通常、マイクロフロックと呼ばれる。マイクロフロックの大きさが沈殿池で除去できるほどでないとき、その粒子を大きくするために、さらに緩やかな攪拌が行われる。この攪拌により、マイクロフロックを衝突結合させる。これにより、マイクロフロックからフロックと呼ばれる凝集塊が形成される。
【００９０】
フロック成長過程において、前述したファン・デル・ワールス力だけでは結合力が不十分であり、粒子間の結合を補強する（架橋作用）ための物質が必要である。凝集剤は、電荷中和と同時にこの架橋作用も備えている。フロック形成池で成長したフロックは沈殿池にて重力により沈降分離する。以上の凝集沈殿工程により原水の濁質粒子が除去される。
【００９１】
このような凝集沈殿プロセスによる濁質粒子除去機能は、原水の水質と水量、凝集剤や撹拌条件で大きく異なる。沈殿池から流出する濁質粒子あるいは濁度を目標範囲内に維持するには、凝集沈殿プロセスの工程を適切に管理する必要がある。例えば、各池における濁質粒子、マイクロフロック、フロックの粒径、粒子数、密度などを把握し、原水水質に適合した凝集剤注入操作や攪拌力操作に反映させる運転が重要である。しかし、水質が自然界の影響（例えば、降雨）を受けて大きく変動することや、原水の粒径分布を連続計測できる計測器がないという実情がある。さらに、急速混和池から沈殿池の流出口までの滞留時間は、例えば３〜４時間と比較的長い。したがって、沈殿池の流出水の濁質粒子や濁度を計測することにより凝集剤の注入量や攪拌力を制御しても、その流出水の濁度を即座に改善することが困難という実情がある。
【００９２】
このような実情に対し、種々の方法が提案されている。例えば、ジャーテストによる実験的な方法（水道施維持管理指針）がある。ジャーテスト法とは、原水をビーカに採水して、複数の凝集剤注入量や攪拌力により凝集沈殿を実験的に実施する。この実験結果に基づき、沈殿池出口濁度の予測ならびに適切な運転操作を決定する。しかし、ジャーテスト法は、時間と労力を要するため、連続的な実施に不向きである。この点、本実施形態の水処理プロセス運転支援装置１０によれば、粒径分布を参照することにより、濁度を定量的に予測できる。
【００９３】
他の方法として、濁質粒子あるいは濁度をセンサで計測する方法（例えば、特開２００４−１４１７８２号公報）が提案されている。この方法では、沈殿池から流出する濁質粒子は把握できるが、凝集沈殿プロセスの反応過程が分からない。そのため、例えば、沈殿池から濁質粒子が多量に流出した場合、いずれの器具類を操作すれば良いのかを判断できない。また、急速混和池から沈殿池出口までの無駄時間が長く、水質が急激に変動しても運転に反映できないという実情がある。この点、本実施形態によれば、粒径分布を参照することにより、混和工程の処理状態を定量的に把握できるため、工程ごとに操作機器又は操作内容を特定するのが容易になる。その結果、運転条件を迅速かつ的確に決めることができるため、凝集沈殿プロセスへの反映時間が短縮される。
【００９４】
他の方法として、急速混和池の電荷を計測する方法（例えば、特開２００２−２０５０７６号公報）が提案されている。この方法は、凝集剤を加えた急速混和池の処理水の電荷量を計測し、目標値になるように凝集剤注入量を制御する。しかし、電荷量で表されるのはファン・デル・ワールス力による結合のみである。換言すれば、凝集反応の要素である架橋作用やブラウン運動などは考慮されておらず、粒径分布の状態を把握できない。また、フロック形成池や沈殿池における現象については何ら記載されておらず、沈殿池出口の水質を把握することは困難であるという実情がある。この点、本実施形態によれば、フロック形成池１８や沈殿池２０の濁質粒子、マイクロフロック、フロックの粒径分布を定量的に把握できる。
【００９５】
他の方法として、フロックの形成状態を評価する方法（例えば、特開２００２−５８１４号公報）が提案されている。この方法は、光学計測手段を用いて、急速混和池のフロックの形成状態を評価し、形成不良なフロックの割合によって凝集剤注入量を制御する。しかし、急速混和池の粒径分布を評価できるが、フロック形成池や沈殿池における現象については適度の攪拌を講じることができないという実情がある。この点、本実施形態によれば、フロック形成池１８や沈殿池２０の処理状態等を加味して、急速混和池１６やフロック形成池１８の攪拌力を制御できる。
【００９６】
他の方法として、濁度を予測する方法（例えば、特開２００２−１１９９５６号公報）が提案されている。この方法は、履歴データおよび事例から沈殿池流出水の濁度を予測し、凝集剤注入率を制御する。しかし、様々な原水水質と量、凝集剤注入量、攪拌力の組み合わせに対応できる履歴データや事例が蓄積されるまでは、濁度の予測精度が大幅低下する。また、事例に無い条件の場合は予測できない事態が発生するという実情がある。さらに、凝集沈殿プロセスの反応過程をブラックボックスとして扱っているため、例えば、沈殿池から濁質粒子が多量に流出した場合に何を操作すれば良いのかは判断できない。この点、本実施形態によれば、演算される粒径分布は、混和工程の処理状態を定量的に把握するのに役立つ客観的指標であるから、その粒径分布を参照することにより、分離工程の流出水の濁度の予測精度が向上する。
【００９７】
このように本実施形態によれば、凝集沈殿プロセスにおける急速混和池１６のマイクロフロック、フロック形成池１８のフロック、沈殿池２０における沈降分離の状況を把握できる。換言すれば、常に変動している原水水質に適合した凝集剤と急速攪拌、フロック形成池１８での緩速攪拌、沈殿池２０での沈降分離の複雑な過程を各工程単位で把握できるため、水処理プロセスの運転条件をより適切かつ容易に決定できる。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明を適用した水処理プロセス運転支援装置の一実施形態の構成図である。
【図２】図１の粒径分布演算手段により演算された粒径分布の表示例を示す。
【図３】図１の粒径分布演算手段により行われる粒径分布の演算手順をステップＳ１〜Ｓ４として示すフロー図である。
【図４】図３のステップＳ１により原水の粒径分布を演算する手順をステップＳ１０、Ｓ１１として示すフロー図である。
【図５】図３のステップＳ２により急速混和池における粒径分布を演算する手順をステップＳ２０〜Ｓ２５として示したフロー図である。
【図６】図５に示すステップＳ２の演算結果の表示例である。
【図７】図３のステップＳ３によりフロック形成池における粒径分布を演算する手順をステップＳ３０〜Ｓ３４として示したフロー図である。
【図８】図３のステップＳ４により沈殿池における粒径分布を演算する手順をステップＳ４０〜Ｓ４２として示すフロー図である。
【図９】図１の粒径分布演算手段の演算結果の表示例である。
【図１０】図１の濁度演算手段の演算結果の表示例である。
【符号の説明】
【００９９】
１０  水処理プロセス運転支援装置
１１  粒径分布演算手段
１２  浄水プラント
１３  濁度演算手段
１４  着水井
１６  急速混和池
１８  フロック形成池
２０  沈殿池
２８、３６  攪拌装置
４２  プラントデータ入力手段
４４  条件入力手段
４６  モデル演算手段
４８  表示手段
【図１】
2006136765.tif 000005
【図２】
2006136765.tif 000006
【図３】
2006136765.tif 000007
【図４】
2006136765.tif 000008
【図５】
2006136765.tif 000009
【図６】
2006136765.tif 000010
【図７】
2006136765.tif 000011
【図８】
2006136765.tif 000012
【図９】
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【図１０】
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