(57)【要約】【課題】凝集剤の注入量をより適切な量に制御することができる凝集剤注入制御装置、凝集剤注入制御方法及び凝集剤注入制御システムを提供することである。【解決手段】実施形態の凝集剤注入制御装置は、被処理水に対する凝集剤注入量を操作量とし、前記操作量に応じて変化する前記被処理水中のフロックの荷電状態を制御量とする凝集剤注入制御システムにおいて前記凝集剤注入量を制御する。凝集剤注入制御装置は、目標値算出部と、注入量制御部と、を持つ。目標値算出部は、前記荷電状態の目標値を算出する。注入量制御部は、前記目標値算出部によって算出されたフロックの荷電状態の目標値に基づいて、前記被処理水中のフロックの荷電状態が、前記目標値に近づくように前記凝集剤注入量を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水に対する凝集剤注入量を操作量とし、前記操作量に応じて変化する前記被処理水中のフロックの荷電状態を制御量とする凝集剤注入制御システムにおいて前記凝集剤注入量を制御する装置であって、
前記荷電状態の目標値を算出する目標値算出部と、
前記目標値算出部によって算出されたフロックの荷電状態の目標値に基づいて、前記被処理水中のフロックの荷電状態が、前記目標値に近づくように前記凝集剤注入量を制御する注入量制御部と、
を備える凝集剤注入制御装置。
【請求項２】
前記フロックの荷電状態を、前記被処理水に含まれているフロックの電気泳動速度に基づいて取得する解析部をさらに備える、
請求項１に記載の凝集剤注入制御装置。
【請求項３】
前記解析部は、前記被処理水のゼータ電位、流動電流値又はコロイド荷電量に基づいて前記フロックの荷電状態を取得する、
請求項２に記載の凝集剤注入制御装置。
【請求項４】
前記目標値算出部は、前記被処理水のｐＨ、アルカリ度、水温又は凝集剤注入量に基づいて前記目標値を算出する、
請求項１から３のいずれか一項に記載の凝集剤注入制御装置。
【請求項５】
前記被処理水中のフロックの凝集又は沈降に影響を与える要因の発生に応じて前記目標値を補正する目標値補正部と、
をさらに備える、
請求項４に記載の凝集剤注入制御装置。
【請求項６】
前記目標値補正部は、前記被処理水の水温と、凝集剤が注入された前記被処理水を急速攪拌する急速混和池における攪拌強度と、前記急速混和池における前記被処理水の滞留時間と、前記急速混和池の後段で前記被処理水を緩速攪拌する緩速攪拌池における攪拌強度と、前記緩速攪拌池における前記被処理水の滞留時間と、前記緩速攪拌池の後段で前記被処理水中のフロックを沈降分離する沈殿池における前記被処理水の滞留時間と、前記沈殿池においてフロックの沈降を促進させるための構造物の有無と、前記沈殿池の出口付近における前記被処理水の水質と、前記沈殿池の後段で前記被処理水をろ過するろ過池におけるろ過速度と、前記ろ過池の出口付近における水質と、のうちのいずれか一つ以上に基づいて前記要因の発生を検知する、
請求項５に記載の凝集剤注入制御装置。
【請求項７】
前記注入量制御部によって算出された前記凝集剤注入量が所定の上限値より多い場合には凝集剤注入量を前記上限値以下に制御し、前記凝集剤注入量が所定の下限値より小さい場合には凝集剤注入量を前記下限値以上に制御するリミット調整部をさらに備える、
請求項１から６のいずれか一項に記載の凝集剤注入制御装置。
【請求項８】
前記リミット調整部は、前記被処理水のｐＨ、アルカリ度又は水温に基づいて前記上限値及び前記下限値を決定する、
請求項７に記載の凝集剤注入制御装置。
【請求項９】
前記被処理水の処理に関するコストである処理コストを算出し、算出した前記処理コストと、前記目標値補正部によって補正された前記目標値とに基づいて、前記処理コストが最小値に近づいていくように荷電状態の目標値を更新する極値制御部をさらに備える、
請求項１から８に記載の凝集剤注入制御装置。
【請求項１０】
前記極値制御部は、前記処理における凝集剤の使用量と、前記処理におけるｐＨ調整剤の使用量と、前記処理で発生した汚泥の処分に要するコストと、前記ろ過池の洗浄に要するコストと、前記機械的構造物の駆動に要するコストと、のうちのいずれか一つ以上に基づいて前記処理コストを算出する、
請求項９に記載の凝集剤注入制御装置。
【請求項１１】
被処理水に対する凝集剤注入量を操作量とし、前記操作量に応じて変化する前記被処理水中のフロックの荷電状態を制御量とする凝集剤注入制御システムにおける前記凝集剤注入量の制御方法であって、
前記荷電状態の目標値を算出し、
算出されたフロックの荷電状態の目標値に基づいて、前記被処理水中のフロックの荷電状態が、前記目標値に近づくように前記凝集剤注入量を制御する、
凝集剤注入制御方法。
【請求項１２】
被処理水に対する凝集剤注入量を操作量とし、前記操作量に応じて変化する前記被処理水中のフロックの荷電状態を制御量とする凝集剤注入制御システムであって、
前記荷電状態の目標値を算出する目標値算出部と、
前記目標値算出部によって算出されたフロックの荷電状態の目標値に基づいて、前記被処理水中のフロックの荷電状態が、前記目標値に近づくように前記凝集剤注入量を制御する注入量制御部と、
を備える凝集剤注入制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、凝集剤注入制御装置、凝集剤注入制御方法及び凝集剤注入制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
水処理プラントでは、処理すべき原水への凝集剤の注入量を制御する凝集剤注入制御装置が用いられている。しかしながら、従来の凝集剤注入制御装置による制御では、凝集剤の注入量をリアルタイムに、かつ原水の水質に応じた適切な量に制御することは困難であった。そのため、処理後の水（以下「処理水」という。）の水質が安定せず、凝集剤の注入量が必要以上に増加してしまう可能性があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３５２２６５０号公報
【特許文献２】特許第５９２５００５号公報
【特許文献３】特許第５１３１００５号公報
【特許文献４】特許第５６３６２６３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、凝集剤の注入量をより適切な量に制御することができる凝集剤注入制御装置、凝集剤注入制御方法及び凝集剤注入制御システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態の凝集剤注入制御装置は、被処理水に対する凝集剤注入量を操作量とし、前記操作量に応じて変化する前記被処理水中のフロックの荷電状態を制御量とする凝集剤注入制御システムにおいて前記凝集剤注入量を制御する。凝集剤注入制御装置は、目標値算出部と、注入量制御部と、を持つ。目標値算出部は、前記荷電状態の目標値を算出する。注入量制御部は、前記目標値算出部によって算出されたフロックの荷電状態の目標値に基づいて、前記被処理水中のフロックの荷電状態が、前記目標値に近づくように前記凝集剤注入量を制御する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の実施形態の凝集剤注入制御システム２を備える水処理プラント１の構成の具体例を示す図。
【図２】第１の実施形態における被処理水のｐＨと第２形態アルミニウム比率との関係性の具体例を示す図。
【図３】第１の実施形態における被処理水のアルカリ度と第２形態アルミニウム比率との関係性を示す図。
【図４】第１の実施形態における第１形態アルミニウム比率、第２形態アルミニウム比率及び第３形態アルミニウム比率の具体例を示す図。
【図５】第１の実施形態における第１形態アルミニウム比率、第２形態アルミニウム比率及び第３形態アルミニウム比率の具体例を示す図。
【図６】第１の実施形態において良好なフロックが形成される状況を説明する図。
【図７】第１の実施形態において不良なフロックが形成される状況を説明する図。
【図８】第１の実施形態における懸濁液を収容するセルの具体例を示す図。
【図９】第１の実施形態における制御部８３の機能構成の具体例を示す図。
【図１０】第１の実施形態における被処理水のｐＨと荷電状態目標値との関係の具体例を示す図。
【図１１】第１の実施形態における被処理水のｐＨと荷電状態目標値との関係の具体例を示す図。
【図１２】第２の実施形態の凝集制御システム２ａを備える水処理プラント１ａの構成の具体例を示す図。
【図１３】第２の実施形態における調整装置１００の構成の具体例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、実施形態の凝集剤注入制御装置、凝集剤注入制御方法及び凝集剤注入制御システムを、図面を参照して説明する。
【０００８】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の凝集剤注入制御システム２を備える水処理プラント１の構成の具体例を示す図である。水処理プラント１は、固液分離機能を備える設備であれば、特定の設備に限定されない。固液分離機能は、液体に含まれている懸濁物等の固形物を凝集剤によって凝集及び沈降させることで液体から分離する機能である。水処理プラント１は、例えば、浄水場であってもよいし、製紙工場や食品工場などの各種工場に設けられた水処理設備であってもよい。水処理プラント１が浄水場である場合、原水は、例えば、河川水、ダム湖水、地下水、雨水、下水である。一方、水処理プラント１が製紙工場又は食品工場である場合、原水は、例えば、工業排水である。以下、水処理プラント１は、一例として浄水場として記述する。
【０００９】
例えば、図１に示す水処理プラント１は、固液分離機能を実現する手段として凝集剤注入制御システム２、ｐＨ調整剤注入装置３及び各貯水部を備える。例えば、各貯水部は、着水井１０、混和池２０（急速混和池）、フロック形成池３０−１〜３０−３、沈殿池４０、ろ過池５０及び浄水池６０である。各貯水部のうち、着水井１０は、被処理水の流れに関して最も上流に位置する。各貯水部のうち、浄水池６０は、被処理水の流れに関して最も下流に位置する。
【００１０】
着水井１０は、水処理プラント１に送られてきた原水を貯え、原水から植物や土砂等の比較的比重の大きい不要物を分離して後段の貯水部に送水する設備である。ここでいう原水とは水処理プラント１の処理対象となる水のことであり、水処理プラント１の内外から着水井１０に送られる。以下では、この原水を含め、水処理プラント１において処理中の水を「被処理水」と記載し、処理を終えて放流又は再利用可能となった水を「処理済み水」と記載する。即ち、原水は初期状態の被処理水ということができる。
【００１１】
着水井１０には水質計１１が備えられる。水質計１１は着水井１０内の被処理水の水質を測定する。例えば、水質は、濁度や色度、水温、導電率、ｐＨ（水素イオン濃度指数）、アルカリ度（酸消費量）等の諸量によって表される。水質計１１は、これら諸量の測定によって得られた水質を示す情報を凝集剤注入制御システム２に送信する。着水井１０では、植物や土砂等の比較的大きな不要物が沈殿によって被処理水から分離される。これらの不要物が分離された上澄みの水（以下「上澄み水」という。）は、沈殿によって分離されずに残留した懸濁物を含んだ状態で後段の混和池２０に送られる。なお、着水井１０の上流側には流量調整弁１３が備えられ、この流量調整弁１３によって着水井１０に流入する原水の流量が調整される。
【００１２】
着水井１０と混和池２０との間の配管には流量計１２が備えられる。流量計１２は、着水井１０から混和池２０に送られる上澄み水の流量を測定する。流量計１２は、着水井１０から混和池２０に送られる上澄み水の流量を示す情報を、凝集剤注入制御システム２に送信する。
【００１３】
なお、着水井１０と混和池２０との間の配管（水路）には、ｐＨ調整剤注入装置３によってｐＨ調整剤が注入される。ｐＨ調整剤には酸性のものとアルカリ性のものとがある。例えば、硫酸や塩酸は酸性のｐＨ調整剤であり、水酸化ナトリウム（別名：苛性ソーダ）はアルカリ性のｐＨ調整剤である。ｐＨ調整剤注入装置３は、被処理水の水質に基づいて酸性又はアルカリ性のどちらのｐＨ調整剤を注入すべきかを決定するとともに、混和池２０における被処理水のアルカリ度が所定の値となるようにｐＨ調整剤の注入量を決定する。例えば、アルカリ性のｐＨ調整剤を注入する場合、ｐＨ調整剤注入装置３は、混和池２０における被処理水のアルカリ度が２０±５［ｍｇ／ｌ］程度となるように注入量を決定する。なお、ｐＨ調整剤は、混和池２０に直接注入されてもよい。また、ｐＨ調整剤の注入は、ポンプ等の手動操作によって実現されてもよいし、ｐＨ調整剤注入装置３が電動ポンプを制御することによって実現されてもよい。
【００１４】
混和池２０には、上澄み水が着水井１０から送られる。凝集剤注入制御システム２は混和池２０の水（以下「混和水」という。）に凝集剤を注入する。例えば、凝集剤には、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ：Poly Aluminum Chloride）や硫酸アルミニウム（硫酸ばんど）などがある。以下、これらの凝集剤又はｐＨ調整剤等が水に注入される工程を「薬注工程」という。
【００１５】
通常、懸濁物の表面は、水中ではマイナスに帯電している。一方、凝集剤は、水中ではプラスに帯電している。従って、凝集剤は懸濁物に付着する。懸濁物に付着した凝集剤は、懸濁物のマイナスの荷電を打ち消すことによって、懸濁物の表面電荷を０［ｍＶ］に近づける。懸濁物の表面電荷が０［ｍＶ］に近づくに従い、ゼータ電位は０［ｍＶ］に近づく。従って、凝集剤は、懸濁物同士の反発を弱めて衝突回数を増加させる作用を有する。この凝集剤の作用により、衝突したフロック同士が徐々に集塊化していき、より大きなフロックの形成が促進される。
【００１６】
混和池２０には攪拌装置２１及びｐＨ計２２が備えられる。攪拌装置２１（急速攪拌装置）は混和池２０の水を攪拌する。例えば、攪拌装置２１はフラッシュミキサである。攪拌装置２１にはモータが接続されており、攪拌スピードが可変であってもよい。ｐＨ計２２は混和池２０の水のｐＨを連続的に測定する。ｐＨ計２２は混和池２０の水のｐＨを、予め定められた周期で間欠的に測定してもよい。例えば、ｐＨ計２２は１０分周期でｐＨを測定する。ｐＨ計２２は、混和池２０の水のｐＨの値を示す情報を、凝集剤注入制御システム２に送信する。ｐＨ計２２は、混和池２０とフロック形成池３０−１との間の配管に備えられていてもよい。
【００１７】
フロック形成池３０−１〜３０−３のうち、フロック形成池３０−１は、被処理水の流れに関して最も上流に位置する。フロック形成池３０−１〜３０−３のうち、フロック形成池３０−３は、被処理水の流れに関して最も下流に位置する。
【００１８】
フロック形成池３０−１には、混和池２０から被処理水が送られる。フロック形成池３０−１には攪拌装置３１−１が備えられる。攪拌装置３１−１は、モータに駆動されることによって、フロック形成池３０−１の被処理水を攪拌する。例えば、攪拌装置３１−１はフロキュレータである。攪拌装置３１−１によって攪拌された被処理水中では、微細なフロックが衝突を繰り返すことによってより大きな粒径のフロックが形成される。
【００１９】
フロック形成池３０−２には、フロック形成池３０−１から被処理水が送られる。フロック形成池３０−２には攪拌装置３１−２が備えられる。例えば、攪拌装置３１−２は、攪拌装置３１−１と同様のフロキュレータであり、攪拌装置３１−１と比較して弱い力でフロック形成池３０−２の水を攪拌する。フロック形成池３０−１と同様に、フロック形成池３０−２では、攪拌装置３１−２の攪拌によるフロック同士の衝突によってより大きなフロックが形成される。
【００２０】
フロック形成池３０−３には、フロック形成池３０−２から被処理水が送られる。フロック形成池３０−３には攪拌装置３１−３が備えられる。例えば、攪拌装置３１−３は、攪拌装置３１−２と同様のフロキュレータであり、攪拌装置３１−２と比較して弱い力でフロック形成池３０−３の水を攪拌する。フロック形成池３０−２と同様に、フロック形成池３０−３では、攪拌装置３１−３の攪拌によるフロック同士の衝突によって、フロックはさらに大きなフロックへと成長する。これによって、フロック形成池３０−３の被処理水中では、フロック形成池３０−１及び３０−２と比較して粒径の大きいフロックが形成される。以下、フロック形成池３０−１〜３０−３に共通する事項の説明においては、符号の一部を省略して、フロック形成池３０−１〜３０−３を「フロック形成池３０」と表記する。
【００２１】
沈殿池４０には、フロック形成池３０−３から被処理水が送られる。被処理水は、予め定められた所定時間以上の間沈殿池４０に貯留される。この予め定められた所定時間は、例えば３時間である。沈殿池４０では、所定時間の沈殿によってフロックが被処理水から分離される。以下、フロックが被処理水から分離される工程を「分離工程」という。沈殿池４０の最下流部では、沈殿によって得られた上澄み水に対してオゾン処理及び生物活性炭処理の少なくとも一方がさらに施されてもよい。
【００２２】
沈殿池４０には水質計４１が備えられる。水質計４１は、沈殿池４０内の上澄み水の水質を測定する。例えば、水質計４１は上澄み水の水質として濁度及び色度を測定する。水質計４１は、沈殿池４０の最も下流側付近から採取された上澄み水の水質を測定する。水質計４１は、これら諸量の測定によって得られた水質を示す情報を凝集剤注入制御システム２に送信する。
【００２３】
ろ過池５０には、沈殿池４０の上澄み水が送られる。ろ過池５０では、沈殿池４０から送られた上澄み水がろ過される。ろ過池５０によってろ過された水（以下「清浄水」という。）は、浄水池６０に送られる。
【００２４】
また、ろ過池５０には、水位上昇測定装置５１が備えられる。水位上昇測定装置５１は、ろ過池５０の水位を測定する。例えば、水位上昇測定装置５１は、異なる時刻に測定された複数の水位に基づいて水位の上昇を測定する。水位上昇測定装置５１は、ろ過池５０の水位を示す情報を凝集剤注入制御システム２に送信する。
【００２５】
浄水池６０では、清浄水に対して塩素等よる殺菌処理が施される。殺菌処理が施された清浄水は、浄水池６０から住宅等に送られる。また、浄水池６０とろ過池５０との間には、ろ過池洗浄ポンプ６１が設置される。ろ過池洗浄ポンプ６１は浄水池６０の水を使ってろ過池５０の洗浄を行う。このろ過池５０の洗浄によって生じた排水は排泥池６２に送られる。
【００２６】
排泥池６２には、ろ過池５０の洗浄によって生じた排水のほか、フロック形成池３０や沈殿池４０の底部に溜まった汚泥が図示しないポンプ等により引き抜かれて送られてくる。排泥池６２に送られた汚泥は汚泥処理施設６３に送られる。汚泥処理施設６３に送られた汚泥は、脱水処理が施され、浄水場外に運び出される。
【００２７】
図２〜図５は、第１の実施形態の凝集剤注入制御システム２が混和水に注入する凝集剤の性質を説明する図である。一般に、浄水場では凝集剤としてＰＡＣが用いられることが多い。ＰＡＣは、塩化アルミニウムの重合体であり、水中において様々な形態で存在しうる。具体的には、ＰＡＣは水中において、第１形態のアルミニウム（以下「第１形態アルミニウム」という。）と、第２形態のアルミニウム（以下「第２形態アルミニウム」という。）と、第３形態のアルミニウム（以下「第３形態アルミニウム」という。）と、が混合した状態で存在する。第１形態アルミニウム、第２形態アルミニウム及び第３形態アルミニウムの混合の比率は、ＰＡＣが添加された被処理水のｐＨ又はアルカリ度等に応じて異なる。
【００２８】
第１形態アルミニウムは、ＰＡＣが第２形態アルミニウム又は第３形態アルミニウムと比較して小さい分子構造に変化した形態である。第１形態アルミニウムは、モノマーアルミニウムと呼ばれる。第１形態アルミニウムは、第２形態アルミニウム又は第３形態アルミニウムと比較して凝集反応における寄与が小さい。
【００２９】
第２形態アルミニウムは、ＰＡＣが多価のイオン性ポリマーに変化した形態である。第２形態アルミニウムは、ポリマーアルミニウムと呼ばれる。第２形態アルミニウムは、荷電中和作用に大きく寄与する。
【００３０】
第３形態アルミニウムは、ＰＡＣが比較的分子構造の大きなコロイド状のアルミニウムと不溶態のアルミニウムとに変化した形態である。第３形態アルミニウムは、凝集反応における架橋作用に大きく寄与する。従って、第３形態アルミニウムは、フロックが大きくなり沈降しやすい状態となることに大きく寄与する。第３形態アルミニウムの量が不足している場合、荷電中和が良好に進んだとしても架橋作用がうまく働かないため、フロックは大きくならない。この場合、フロックが沈降しにくいため、被処理水の濁度はあまり低下しない。このような観点から、良好な（大きく、沈降性の良い）フロックを形成するためには、第２形態アルミニウムと第３形態アルミニウムとの割合が重要となる。
【００３１】
以下、第１形態アルミニウム量、第２形態アルミニウム量及び第３形態アルミニウム量の合計量に占める第１形態アルミニウム量の比率を「第１形態アルミニウム比率」という。同様に、上記合計量に占める第２形態アルミニウム量の比率を「第２形態アルミニウム比率」といい、同合計量に占める第３形態アルミニウム量の比率を「第３形態アルミニウム比率」という。第１形態アルミニウム比率、第２形態アルミニウム比率及び第３形態アルミニウム比率は、例えば、フェロン法によって測定可能である。
【００３２】
上述したとおり、第２形態アルミニウムは、第１形態アルミニウム及び第３形態アルミニウムと比較して、懸濁物表面の荷電中和作用に優れている。従って、懸濁物や微細なフロック同士は、水中の第２形態アルミニウム比率が高いほど効果的に凝集する。一方、第３形態アルミニウムは、第１形態アルミニウム及び第２形態アルミニウムと比較して、フロック同士の架橋作用に優れている。従って、ある程度の大きさに成長したフロック同士は、水中の第３形態アルミニウム比率が高いほど効果的に凝集する。
【００３３】
図２は、被処理水のｐＨと第２形態アルミニウム比率との関係性の具体例を示す図である。横軸は被処理水のｐＨを示す。縦軸は被処理水における第２形態アルミニウム比率を示す。被処理水のｐＨと第２形態アルミニウム比率との関係性は、フェロン法又はそれに基づく測定方法により各形態のアルミニウム濃度を測定することによって取得することができる。図２に示すように、第２形態アルミニウム比率は、被処理水のｐＨが中性付近（例えばｐＨ＝７．５）から酸性方向に向かうほど（すなわちｐＨが低くなるほど）高くなり、所定のｐＨ閾値（図２の例ではｐＨ＝６．０）未満で飽和する。このように、ｐＨの値がｐＨ閾値未満である被処理水が持つ第２形態アルミニウムの増加ポテンシャルは、ｐＨの値がｐＨ閾値以上である被処理水が持つ増加ポテンシャルよりも低いことが分かる。
【００３４】
図３は、被処理水のアルカリ度と第２形態アルミニウム比率との関係性を示す図である。横軸は被処理水のアルカリ度を示す。縦軸は被処理水における第２形態アルミニウム比率を示す。図２と同様に、被処理水のアルカリ度と第２形態アルミニウム比率との関係性は、各形態のアルミニウム濃度を測定することによって取得することができる。図３に示すように、第２形態アルミニウム比率は、被処理水のアルカリ度が高くなるほど高くなり、所定のアルカリ度閾値（図３の例では約３０［ｍｇ／ｌ］）以上で飽和する。このように、アルカリ度の値がアルカリ度閾値以上である被処理水が持つ第２形態アルミニウムの増加ポテンシャルは、アルカリ度の値がアルカリ度閾値未満である被処理水が持つ増加ポテンシャルよりも低いことが分かる。
【００３５】
図４及び図５は、第１形態アルミニウム比率、第２形態アルミニウム比率及び第３形態アルミニウム比率の具体例を示す図である。具体的には、図４は、第１〜第３の各形態のアルミニウムについて、図２及び図３と同様の各関係性をｐＨ及びアルカリ度が異なる複数の条件で取得することによって得られる。図４において、ＭＡｎ（ｎは１から１２までの整数）は第１形態アルミニウム比率を表し、ＰＡｎは第２形態アルミニウム比率を表し、ＣＡｎは第３形態アルミニウム比率を表す。第１形態アルミニウム比率ＭＡｎ、第２形態アルミニウム比率ＰＡｎ及び第３形態アルミニウム比率ＣＡｎの合計値は１００［％］である。
【００３６】
ここで、図２に示す関係を踏まえれば、図４における第２形態アルミニウム比率ＰＡ４（ｐＨ＝７．５、アルカリ度＝１０ｍｇ／ｌ）は、同じアルカリ度における第２形態アルミニウム比率ＰＡ１（ｐＨ＝６．０、アルカリ度＝１０ｍｇ／ｌ）よりも小さいことが分かる。同様に、図３に示す関係を踏まえれば、図４における第２形態アルミニウム比率ＰＡ９（ｐＨ＝６．０、アルカリ度＝３０ｍｇ／ｌ）は、同じｐＨにおける第２形態アルミニウム比率ＰＡ１（ｐＨ＝６．０、アルカリ度＝１０ｍｇ／ｌ）よりも大きいことが分かる。これらのことから、第２形態アルミニウム比率ＰＡ９は、第２形態アルミニウム比率ＰＡ４よりも大きいことが分かる。
【００３７】
また、図５は、図４においてアルカリ度が２０［ｍｇ／ｌ］である場合を例として、各形態のアルミニウム比率を棒グラフで表した図である。図５からも分かるように、アルカリ度が同じ場合であっても、各形態のアルミニウム比率はｐＨの値に応じて異なる。すなわち、荷電中和作用と架橋作用とを良好に進めるためには被処理水のｐＨの管理が重要である。
【００３８】
そこで、実施形態の凝集剤注入制御システム２は、このような関係性を示す情報（以下「比率情報」という。）を予め記憶する。例えば、凝集剤注入制御システム２は、図４に例示するテーブルを比率情報として記憶してもよい。このような比率情報を予め記憶することにより、凝集剤注入制御システム２は、被処理水のｐＨ及びアルカリ度の測定値に基づいて各形態のアルミニウム比率を推定することが可能となる。
【００３９】
図６は、良好なフロックが形成される状況を説明する図である。図６（Ａ）の上図は、被処理水のｐＨが（ほぼ）中性であり、被処理水中の第２形態アルミニウム量と第３形態アルミニウム量とが（ほぼ）同じで適量である場合に良好なフロックが形成されることを表しており、ｐＨに応じて変化する第２形態アルミニウム量及び第３形態アルミニウム量の変化を表す。ここで、良好なフロックとは、沈降性に優れたフロックを意味し、具体的にはフロック中のゲル状物に占める固形物（懸濁物）の割合（以下「密度」という。）が良好なフロックを意味する。例えば、この密度は、フロックが撮像された画像におけるゲル状物部分と固形物部分との面積比で表すことができる。図６（Ｂ）は、このような状況で形成される良好なフロックの具体例を示す。
【００４０】
このように、荷電中和作用に貢献する第２形態アルミニウムの量と、架橋作用に貢献する第３形態アルミニウムの量とが被処理水中の懸濁物に対して適量である場合に、密度が良好であり、ある程度大きな粒径を持つフロックが形成される。また、図６（Ａ）の下図は、図６（Ｂ）に示すような良好なフロックが形成されて効率良く沈降分離されることにより、被処理水の濁度が、分離されたフロック分だけ原水時点から低下することを表している。すなわち、良好なフロックが形成される状況において、被処理水の濁度の低下率が最も高くなり、被処理水中に残留する不要物（懸濁物や沈降しない微小フロックなど）の量も少なくなる。
【００４１】
図６（Ｂ）に示すように、被処理水中における第２形態アルミニウム比率と第３形態アルミニウムと比率とが適切である場合、固形物が詰まった良好な密度のフロックが形成される。また、良好なフロックは壊れにくく、良好なフロックが形成される状況では、注入した凝集剤が無駄なくフロック中に取り込まれる。そのため、良好なフロックが形成されるように被処理水のｐＨを制御することにより、被処理水中に残留する凝集剤の量も少なくすることができ、被処理水の濁度をより効果的に低下させることができる。
【００４２】
図７は、不良なフロックが形成される状況を説明する図である。図７（Ａ）の上図は、図６に示した良好な凝集状態が崩れた状態でフロックが形成される状況を示している。例えば、凝集状態１はｐＨが酸性側に傾いた状態であり、荷電中和作用に貢献する第２形態アルミニウムが過剰に存在している状態である。このような状態ではフロックの架橋作用が十分に働かないため、図７（Ｂ）に示すように密度は良好であっても粒径が小さく、沈降性の悪いフロックが形成されてしまう。そのため、このような凝集状態では、被処理水から不要物を十分に分離することができず、被処理水の濁度を十分に低下させることができしない。
【００４３】
一方、凝集状態２はｐＨがアルカリ性側に傾いた状態であり、架橋作用に貢献する第３形態アルミニウムが過剰に存在している状態である。このような状態では、フロックの架橋作用が促進されて粒径の大きなフロックが形成されるが、図７（Ｃ）に示すようにフロック全体に占めるゲル状物の割合が高くなり密度の低い不良なフロックが形成されてしまう。このように形成されたフロックは壊れやすく、微小なフロックの破片が被処理水中に残留し、結果として被処理水の濁度を上げてしまうことになる。
【００４４】
さらに、このようなフロックの破片は、凝集剤を含んでいるため被処理水中の凝集剤の残留量を増加させることになり、被処理水のアルミニウム濃度を高めることになる。そして、被処理水中に残留したアルミニウムは、後段に存在するろ過池５０（例えば砂ろ過池）の目詰まりの要因となる。砂ろ過池の目詰まりはろ過抵抗の上昇を促進するため、ろ過池の洗浄頻度が高くなり、結果としてコストの増加を招くことになる。また、ゲル状物の割合が高いフロックは水分を多く含むため、沈殿池４０の下部に堆積する汚泥の性状に影響を及ぼす。そのため、ゲル状物の割合が高いフロックの増加は汚泥処分にかかる時間を増大させ、結果としてコストの増加を招くことになる。
【００４５】
図７に示した凝集不良の２ケースにおいては、原水に対する凝集剤の注入量が荷電中和を維持するように決定された場合であっても、凝集時のｐＨが中性付近から大きく外れてしまった場合には発生しうる現象である。これを回避するため、本実施形態の凝集剤注入制御システム２は、これらの方法とは異なり、荷電状態の制御目標値を荷電中和付近に固定せずに、被処理水のｐＨ等に応じて制御目標値を調整する。なお、別の回避策として、凝集時のｐＨを測定しながらｐＨを適切な値に維持する方法や、攪拌装置２１の攪拌強度を上げたり、攪拌時間を長くしたりすることでフロックの成長を促進する方法もある。
【００４６】
以下、本実施形態の凝集剤注入制御システム２の構成について詳細に説明する。図１に示すように、凝集剤注入制御システム２は、凝集剤注入装置７０、凝集剤注入制御装置８０及びリミット調整部９０を備える。
【００４７】
凝集剤注入装置７０は、注入すべき凝集剤の量を示す情報（以下「注入量情報」という。）を、凝集剤注入制御装置８０から取得する。凝集剤注入装置７０は、取得した注入量情報に基づいて混和池２０に凝集剤を注入する。凝集剤注入装置７０は、凝集剤の注入機構として例えばポンプを備える。なお、凝集剤は、混和池２０だけでなく、混和池２０と着水井１０との間の配管（水路）に注入されてもよい。
【００４８】
凝集剤注入制御装置８０は、被処理水のｐＨに基づいてフロックの凝集状態の目標値を決定し、決定した目標と、フロックの現在の凝集状態とに基づいて凝集剤の注入量を決定する。フロックの凝集状態は、例えば、流動電流値やフロックの表面電荷の平均値、フロックのゼータ電位等を指標として表される。本実施形態における凝集剤注入制御装置８０は、フロックの凝集状態を示す指標としてフロックの表面電荷の平均値を取得するが、これに代えて流動電流値やフロックのゼータ電位（コロイド荷電量）が凝集状態の指標として取得されてもよい。なお、流動電流値やフロックの表面電荷の平均値、フロックのゼータ電位等の値は、凝集剤が注入された被処理水を用いて測定することができる。
【００４９】
凝集剤注入制御装置８０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。凝集剤注入制御装置８０は、プログラムの実行によって解析部８１、算出部８２及び制御部８３を備える装置として機能する。なお、凝集剤注入制御装置８０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。
【００５０】
解析部８１は、混和池２０の被処理水（混和水）から取得される情報を解析することにより、被処理水中に存在するフロックの電気泳動速度を取得する。具体的には、解析部８１には、混和池２０から解析用に採取された一部の混和水が所定の容器（以下「セル」という。）に収容されて取り付けられる。混和水は、混和池２０に限らず、フロック形成池３０−１〜３０−３から取得されてもよい。また、混和水は、水処理プラント１の運転員等によって採取されてもよいし、人手を必要としない専用の採水設備によって採取されてもよい。このように採取された混和水には、懸濁物や微細なフロックが含まれている。以下では、セルに採取された混和水を必要に応じて懸濁液と称する。
【００５１】
図８は、懸濁液を収容するセルの具体例を示す図である。図８は、内部に懸濁液３００を収容したセル２００を示す。セル２００の材質は、例えば、ガラスやアクリルなどの透明な材質である。セル２００のｚ軸方向（紙面垂直方向）の深さ（厚み）は、例えば１ｍｍ〜３ｍｍである。セル２００は、図中ｘ軸の正方向の端部に負極２１０を、負方向の端部に正極２２０を備える。また、負極２１０と正極２２０とは電圧供給部２３０に接続され、電圧供給部２３０によって負極２１０と正極２２０との間に電圧が印加される。即ち、負極２１０と正極２２０との間に電圧を印加すると、セル２００に収容された懸濁液３００を介して電場が形成される。印加される電圧は、例えば１０〜２０Ｖである。電圧の印加時間は、例えば３〜５分間である。この電圧の印加により、正又は負に帯電した懸濁液３００中のフロックが正極又は負極の方向に移動する。以下では、ｘ軸の正方向の移動速度を正値で表し、負方向の移動速度を負値で表す。同様に、ｙ軸の正方向の移動速度を正値で表し、ｙ軸の負方向の移動速度を負値で表す。
【００５２】
具体的には、表面電荷がマイナスである微細なフロックは電圧の印加によって正極２２０方向（すなわちｘ軸の負方向）に電気泳動する。従って、表面電荷がマイナスである懸濁液３００内のフロックの電気泳動の平均速度は負値となる。一方、表面電荷がプラスである微細なフロックは電圧の印加によって負極２１０方向（すなわちｘ軸の正方向）に電気泳動する。従って、表面電荷がプラスである懸濁液３００内のフロックの電気泳動の平均速度は正値となる。
【００５３】
表面電荷が中和している微細なフロックは、電圧を印加した場合であっても電場の影響を受けずに懸濁液３００内を浮遊する。従って、表面電荷が中和している微細なフロックの移動方向は、電圧が印加されている状況においても一定ではない。よって個々のフロックの移動速度のばらつきが大きくなり、移動速度の分散が大きくなる。そのため、表面電荷が中和している微細なフロックの移動速度の分散値は所定値以上となる。つまり、この所定値を閾値として、フロックの移動速度の分散値と比較することによって、フロックの表面電荷が中和しているか否かを把握することができる。
【００５４】
具体的には、図１に示すように、解析部８１は、光源部８１０、撮像部８１１及び速度測定部８１２を備える。光源部８１０は光をセル２００に照射する。光源部８１０は、例えばレーザー光や可視光をセル２００に照射する。光源部８１０は、照射する光の強度や波長を変更可能なように構成されてもよい。光源部８１０から照射された光は、透明なセル２００を透過して撮像部８１１の光学系に受光される。
【００５５】
撮像部８１１はカメラ等の撮像装置を用いて構成される。撮像部８１１は、懸濁液３００の中で電気泳動しているフロックの表面によって反射された散乱光を受光する。例えば、撮像部８１１はセル２００の透明な側面を通して懸濁液３００を撮像できるようにセル２００の側面に設置される。撮像部８１１は、電圧の印加によって懸濁液３００中を電気泳動しているフロックを所定周期で撮像する。所定周期は、例えば１／３秒周期である。所定周期が１／３秒周期である場合、撮像部８１１は１秒間に３フレームの画像を生成する。表面電荷が中和している微細なフロックは、ｘ軸方向のみならずｙ軸方向にも浮遊する。撮像部８１１は、フロックが撮像された画像を示す情報を、撮像周期ごとに速度測定部８１２に送信する。
【００５６】
速度測定部８１２は、フロックが撮像された画像に対して、ソフトウェアによる画像解析処理を施す。速度測定部８１２は、撮像された動画像において懸濁液３００中を電気泳動するフロックの位置をそれぞれのフロックごとに測定する。速度測定部８１２は、異なる撮像時刻における各フロックの位置を測定する。第１撮像時刻と第２撮像時刻との間隔は、例えば、１秒間隔又は１／３秒間隔である。速度測定部８１２は、第１撮像時刻におけるフロックの位置と第２撮像時刻におけるフロックの位置とに基づいて、フロックの電気泳動速度を測定する。その他、速度測定部８１２は、二以上の撮像時刻におけるフロックの位置に基づいて、フロックの電気泳動の平均的な速度を測定してもよい。このような測定方法により、速度測定部８１２はフロックごとの電気泳動速度を測定する。速度測定部８１２は、フロックごとの電気泳動速度を示す情報を算出部８２に送信する。
【００５７】
算出部８２は、フロックごとの電気泳動速度を示す情報を取得する。算出部８２は、取得した情報に基づいて、各フロックの電気泳動速度の平均値を算出する。算出部８２は、算出した電気泳動速度の平均値を示す情報を制御部８３に出力する。なお、ここで算出される平均値は、各フロックの電気泳動速度の平均的な値を示すものであれば他の統計値に置き換えられてもよい。
【００５８】
制御部８３は、混和水に対する凝集剤の注入量を制御する。具体的には、制御部８３は、被処理水のｐＨに基づいて被処理水中のフロックの荷電状態の目標値（以下「荷電状態目標値」という。）を決定し、決定した荷電状態目標値と被処理水中のフロックの現在の荷電状態とに基づいて凝集剤の注入量を決定する。制御部８３は、決定した凝集剤注入量を示す注入量情報をリミット調整部９０に送信する。制御方式は、凝集剤の注入量を操作量とし、フロックの荷電状態を制御量とするフィードバック制御方式であればどのような方式であってもよい。例えば、制御方式には、フィードバック制御方式として一般的なＰ制御やＰＩ制御、ＰＩＤ制御が用いられてもよい。
【００５９】
リミット調整部９０は、制御部８３から送信された注入量情報に基づいて、最終的に注入する凝集剤の量を決定する。リミット調整部９０は、凝集剤注入装置７０に対して、決定した注入量で凝集剤を注入することを指示する。
【００６０】
具体的には、リミット調整部９０は、実際に注入される凝集剤の量が予め設定された範囲を超えないように監視する。例えば、ｐＨが酸性側である場合、荷電中和作用に貢献する第２形態のアルミニウムの量が多くなるため、荷電状態に基づいて凝集剤の注入量を制御しようとすると、算出される凝集剤注入量が低くなる傾向がある。そのため、リミット調整部９０が、注入量の下限値を下回らないように凝集剤注入量を決定することで、注入量が少なくなりすぎることによるトラブルの発生を回避することができる。例えば、凝集剤注入量の下限値は１０［ｍｇ／Ｌ］である。
【００６１】
一方、ｐＨがアルカリ性側である場合、荷電中和作用に貢献する第２形態のアルミニウムの量が少なくなるため、荷電状態に基づいて凝集剤注入率を制御しようとすると、算出される凝集剤注入量が高くなる傾向がある。そのため、リミット調整部９０が注入量の上限値を上回らないように凝集剤注入量を決定することで、注入量が多くなりすぎることによるトラブルの発生を回避することができる。例えば、凝集剤注入量の上限値は５０［ｍｇ／Ｌ］である。
【００６２】
なお、ｐＨ調整剤として水酸化ナトリウムが注入される場合には、凝集剤の添加によってｐＨが上昇する場合もあるが、一般的には凝集剤が添加されるとｐＨは低下する。そのため、混和池２０のｐＨは着水井１０で計測されるｐＨよりも低い値をとるのが一般的である。このような凝集剤の添加によるｐＨの変動を考慮して、混和池２０の水のｐＨの値には上限値や下限値が定められる場合もある。この場合、凝集剤の注入によって変化したｐＨがｐＨ計２２によって測定されるように、ｐＨ計２２の測定周期に応じたタイミングで凝集剤が注入される。この場合、リミット調整部９０は、ｐＨの測定結果を監視し、ｐＨが上限値から下限値までの範囲内にとどまるように凝集剤の注入量を変更してもよい。
【００６３】
図９は、制御部８３の機能構成の具体例を示す図である。制御部８３は、目標値算出部８３１、目標値補正部８３２、極値制御部８３３及び注入量制御部８３４を備える。
【００６４】
目標値算出部８３１は、ｐＨ計２２から混和池２０における被処理水のｐＨを示す情報（以下「ｐＨ情報」という。）を取得し、取得したｐＨ情報に基づいて、被処理水のｐＨに応じた荷電状態目標値を決定する。目標値算出部８３１は、決定した荷電状態目標値を目標値補正部８３２に出力する。
【００６５】
目標値補正部８３２は、水処理プラント１の処理性能を変化させる各種要因（以下「性能要因」という。）に基づいて荷電状態目標値を補正する機能を有する。ここで、水処理プラント１の処理性能は、水処理プラント１が原水から不要物を除去する能力の高さを意味する。一般に、水処理プラントの処理性能は、プラントの構造や処理条件などをはじめとする多くの要素の影響を受ける。
【００６６】
例えば、被処理水の水温が低下するとフロックの凝集が妨げられ処理性能が低下する。この場合、目標値補正部８３２は、水質計１１や水質計４１などから被処理水の水質を示す情報（以下「水質情報」という。）を取得し、取得した水質情報に基づいて水温の低下を検知する。この場合、目標値補正部８３２は、注入する凝集剤の総量を増加させるために荷電状態目標値をプラス側に補正する。
【００６７】
また、例えば、混和池２０（急速混和池）やフロック形成池３０（緩速攪拌池）の攪拌強度が標準的な強度よりも弱く設計されている場合、又はそのような設計変更がなされた場合、フロックの凝集・沈殿作用が抑制され処理性能が低下する。また、混和池２０（急速混和池）やフロック形成池３０（緩速攪拌池）、沈殿池４０における被処理水の滞留時間が標準よりも短く設計されている場合、又はそのような設計変更がなされた場合も同様に処理性能が低下する。この場合、目標値補正部８３２は、水処理プラント１の設計情報や構成情報等に基づいて目標値の補正が必要であることを検知し、注入する凝集剤の総量を増加させるために荷電状態目標値をプラス側に補正する。
【００６８】
また、例えば、沈殿池４０においてフロックの凝集や沈澱を促進させる構造物が設置されている場合、フロックの凝集・沈殿作用が促進され処理性能が高まる一方で、水処理プラントの運用に必要以上のコストがかかる可能性がある。この場合、目標値補正部８３２は、設計情報や構成情報等に基づいてそのような構造物の有無を識別する。目標値補正部８３２は、そのような構造物が設置されている場合には、注入する凝集剤の総量を減少させるために荷電状態目標値をマイナス側に補正する。
【００６９】
また、例えば、沈殿池４０やろ過池５０の出口付近における水質が基準よりも悪化した場合、又はろ過池５０におけるろ過速度が基準よりも速くなった場合、凝集状態が悪化している可能性がある。この場合、目標値補正部８３２は、水質情報に基づいて凝集状態の悪化を検知する。又は、目標値補正部８３２は、水位情報に基づいてろ過速度が基準よりも速くなったことを検知する。この場合、目標値補正部８３２は、注入する凝集剤の総量を増加させるために荷電状態目標値をプラス側に補正する。
【００７０】
目標値補正部８３２は、このように補正した荷電状態目標値を極値制御部８３３に出力する。
【００７１】
なお、以上説明した荷電状態目標値の補正は、目標値補正部８３２が行う補正の一例である。目標値補正部８３２は、水処理プラント１に関して取得可能な情報であれば、荷電状態目標値の補正が必要であるか否かをどのような情報に基づいて判定してもよい。また、目標値補正部８３２は、荷電状態目標値の補正が必要であるか否かをどのような基準で判定してもよい。このような補正により、凝集剤注入制御装置８０は、水処理プラント１の処理性能の低下を抑制するとともに、水処理にかかるコストを適正化することが可能となる。
【００７２】
極値制御部８３３は、極値制御の考え方に基づいて最適な荷電状態目標値を探索する機能を有する。一般に、極値制御は、操作量の微小な振動に対する制御量（又は制御量に基づいて得られる評価量）の変化を観測し、制御量（又は評価量）が極値に近づいていくように操作量を更新していく制御方法である。例えば、極値制御部８３３は、荷電状態目標値を操作量とし、被処理水の処理にかかるコスト（以下「処理コスト」という。）を評価量として、処理コストが最小となる荷電状態目標値を探索する。なお、評価量は必ずしも処理コストでなくてもよく、水処理プラント１の運転又は運用において最適化の対象となりうる値であればどのようなものであってもよい。
【００７３】
例えば、本実施形態における評価量は、水処理プラント１において使用される凝集剤やｐＨ調整剤のコスト、汚泥処分コスト、ろ過池５０の洗浄コスト、水処理プラント１が備える機械的構造物の動力コストなどの各種コストの合計（以下「総コスト」という。）として算出される。さらに、総コストには、被処理水の水質に関するコスト（以下「水質コスト」という。）が含まれてもよい。例えば、水質コストは、排水賦課金等の考え方に基づいて水質をコストに換算することによって得ることができる。
【００７４】
極値制御部８３３は、目標値補正部８３２から出力される荷電状態目標値に基づいて、処理コストが最小値に近づいていくような荷電状態目標値を決定及び更新を繰り返し実行する。極値制御部８３３がこのような荷電状態目標値の決定及び更新を繰り返し行うことで、水処理プラント１の運用にかかる処理コストを最適化することができる。極値制御部８３３は、このように決定した荷電状態目標値を注入量制御部８３４に出力する。
【００７５】
なお、極値制御は、必ずしも常時実行される必要はなく、観測される評価量と評価量の目標値との乖離が所定の閾値を超えている場合に実行されてもよい。また、本実施形態において、凝集剤注入制御装置８０は、必ずしも極値制御部８３３を備える必要はない。その場合、目標値補正部８３２によって取得された荷電状態目標値が注入量制御部８３４に入力されてもよい。
【００７６】
注入量制御部８３４は、被処理水の電気泳動速度の平均値を示す情報を算出部８２から取得する。注入量制御部８３４は、取得した電気泳動速度の平均値に基づいて被処理水中のフロックの現在の荷電状態（表面電荷）を推定し、推定した現在の荷電状態と、目標値算出部８３１から送信された荷電状態目標値とに基づいて凝集剤の注入量を決定する。注入量制御部８３４は、決定した凝集剤注入量をリミット調整部９０に送信する。
【００７７】
一般に、凝集剤の注入量が不足している場合、懸濁物の表面電荷の平均値がマイナスのままとなり懸濁物同士が反発する。そのため、凝集剤の注入量が不足している状況ではフロックの形成は十分に進まない。一方で、凝集剤の注入量が過剰である場合、懸濁物の表面電荷の平均値がプラスになってしまい懸濁物同士が反発する。そのため、凝集剤の注入量が過剰である状況においてもフロックの形成は十分に進まない。
【００７８】
これに対して、凝集剤の注入量が適正である場合、懸濁物の表面電荷が中和して、分子間力の作用により懸濁物同士が互いに引き合う。そのため、凝集剤の注入量が適正である状況ではフロックの形成が進む。従って、凝集剤の注入量は、懸濁物の表面電荷が中和する（ゼータ電位が約０［ｍＶ］となる）適正量に制御されることが望ましい。ただし、凝集剤の使用量を抑える必要がある場合においては、凝集剤の注入量は、懸濁物の表面電荷が中和する（ゼータ電位が約０［ｍＶ］となる）少し手前の状態となるように若干量少なめに制御されてもよい。この場合、ゼータ電位は−１０ｍＶ〜−５ｍＶの範囲内であると良いとされている。
【００７９】
しかしながら、荷電が中和されるゼータ電位０ｍＶ付近に荷電状態目標値を設定した場合であっても、凝集剤の注入量が適切でない場合もある。例えば、図６及び図７において、ｐＨが高い場合は第２形態アルミニウムが少なく第３形態アルミニウムが多い状態である。そのため、荷電中和状態になるまでに注入する凝集剤の量は主に第２形態アルミニウムの存在比率で決まり、第３形態アルミニウムを増加させることになる。そのため、被処理水に注入される凝集剤量が相対的に多くなることになる。このような場合、荷電状態は良好であっても架橋作用を促進する第３形態アルミニウムが過剰に存在するため、粒形は大きいが壊れやすいフロックが生成されやすくなる。つまり、このような状態においては荷電状態目標値を若干マイナス側に設定することによって、第３形態アルミニウムの存在比率を少なくすることで、第２形態アルミニウムと第３形態アルミニウムの両方を効果的に作用させ、目標とする処理水質を達成することができる。このためには、後述する図１０及び図１１に示すように、荷電状態目標値を、荷電中和となるゼロ付近ではなく、ｐＨに応じて調整すればよい。
【００８０】
一方、ｐＨが低い場合は第２形態アルミニウムが多く第３形態アルミニウムが少ない状態である。そのため、荷電中和状態になるまでに注入する凝集剤の量は主に第２形態アルミニウムの存在比率で決まってくるため、第３形態アルミニウムを減少させることになる。そのため、被処理水に注入される凝集剤量が相対的に少なくなることになる。このような場合、荷電状態は良好であっても架橋作用を促進する第３形態アルミニウムが少ないため、粒形が小さいフロックが生成されやすくなる。つまり、このような状態においては、荷電状態目標値を若干プラス側に設定することによって、第３形態アルミニウムの存在比率を多くすることで、第２形態アルミニウムと第３形態アルミニウムの両方を効果的に作用させ、目標とする処理水質を達成することが可能となる。
【００８１】
そのため、注入量制御部８３４は、現在の荷電状態が荷電状態目標値未満である場合、凝集剤の注入量を増加させる。一方、現在の荷電状態が荷電状態目標値以上である場合には、凝集剤注入量を減少させる。ここで、凝集剤注入量をどの程度増減させるかは、現在の荷電状態と荷電状態目標値と差に応じて設定される。
【００８２】
なお、注入量制御部８３４は、凝集剤を連続的に注入する場合には、時間帯ごとの注入量を決定してもよいし、凝集剤を散発的に注入する場合には、時刻ごとの注入量を決定してもよい。
【００８３】
また例えば、注入量制御部８３４は、電気泳動の方向が負極方向である（フロックの表面電荷がプラスである）場合、凝集剤の注入量を減少させる。この場合、注入量制御部８３４は、凝集剤の注入量を減少させることを指示する情報をリミット調整部９０に送信する。一方、注入量制御部８３４は、電気泳動の方向が正極方向である場合（フロックの表面電荷がマイナスである）には、凝集剤の注入量を増加させる。この場合、注入量制御部８３４は、凝集剤の注入量を増加させることを指示する情報をリミット調整部９０に送信する。
【００８４】
図１０及び図１１は、被処理水のｐＨと荷電状態目標値との関係の具体例を示す図である。上述したとおり、被処理水中における各形態のアルミニウム比率は被処理水のｐＨに応じて異なる。そのため、図１０に示すように、荷電状態目標値も被処理水のｐＨに応じてリアルタイムに変化する。目標値算出部８３１は、図１０のような関係性を示す情報を予め記憶しておき、測定された被処理水のｐＨに応じて荷電状態目標値を決定する。
【００８５】
なお、被処理水のｐＨが頻繁に変化する場合、図１０に示した関係性に基づいて荷電状態目標値を決定する方法では、荷電状態目標値を頻繁に更新する必要があり、制御が安定しない。そのような場合、荷電状態目標値は、図１１に示すように、ｐＨの変動幅に対応する範囲として定義されてもよい。このような定義によれば、ｐＨの変化に対して、被処理水中のフロックの荷電状態が現在の目標値の範囲を超えた場合に荷電状態目標値を更新すればよく、制御を安定させることができる。
【００８６】
また、図１１に示すように、被処理水のｐＨと荷電状態目標値との関係性は、プラント運用上重視されるべき事項に応じて複数パターンの関係性が定義されてもよい。例えば、図１１に示すように、処理水質を重視する第１のパターン、処理コストを重視する第２のパターン、両者のバランスを重視する第３のパターンごとに異なる関係性が定義されてもよい。このような関係性を定義することで、プラントの運用方針に応じた適切な荷電状態目標値を選択することができる。
【００８７】
このように構成された実施形態の凝集剤注入制御システム２は、被処理水のｐＨと被処理水中のフロックの荷電状態目標値とに基づいて被処理水に対する凝集剤の注入量を制御することにより、凝集剤の注入量をより適切な量に制御することができる。
【００８８】
（第２の実施形態）
図１２は、第２の実施形態の凝集制御システム２ａを備える水処理プラント１ａの構成の具体例を示す図である。水処理プラント１ａは、凝集剤注入制御システム２に代えて凝集剤注入制御システム２ａを備える点、流量調整装置４及び攪拌強度調整装置５をさらに備える点で実施形態の水処理プラント１と異なる。図１２において、水処理プラント１と同様の構成については図１と同じ符号を付すことにより以下での説明を省略する。
【００８９】
凝集剤注入制御システム２ａは、リミット調整部９０を備えない点、調整装置１００をさらに備える点で第１実施形態の凝集剤注入制御システム２と異なる。調整装置１００は、ｐＨ調整剤注入装置３、流量調整装置４、攪拌強度調整装置５、凝集剤注入装置７０及び凝集剤注入制御装置８０と通信可能に構成される。この場合、凝集剤注入制御装置８０は、注入量情報を調整装置１００に送信する。調整装置１００は、凝集剤注入制御装置８０から送信された注入量情報に基づいて、ｐＨ調整剤注入装置３、流量調整装置４、攪拌強度調整装置５及び凝集剤注入装置７０を制御する。
【００９０】
流量調整装置４は、凝集剤注入制御システム２ａの制御に基づいて着水井１０に対する原水の流入量を調整する。具体的には、流量調整装置４は、流量調整弁１３の弁開度を制御することにより原水の流入量を調整する。
【００９１】
攪拌強度調整装置５は、凝集剤注入制御システム２ａの制御に基づいてフロック形成池３０−１〜３０−３に備えられた攪拌装置３１−１〜３１−３の攪拌強度を調整する。
【００９２】
調整装置１００は、凝集剤注入制御装置８０から注入量情報を取得し、取得した注入量情報に基づいてｐＨ調整剤注入装置３、流量調整装置４、攪拌強度調整装置５及び凝集剤注入装置７０を制御する。
【００９３】
図１３は、第２の実施形態における調整装置１００の構成の具体例を示す図である。調整装置１００は、バスで接続されたＣＰＵ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。調整装置１００は、プログラムの実行によって注入量情報取得部１０１、攪拌強度制御部１０２、凝集剤注入制御部１０３、ｐＨ調整剤注入制御部１０４及び流量制御部１０５を備える装置として機能する。なお、調整装置１００の各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣやＰＬＤやＦＰＧＡ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。
【００９４】
注入量情報取得部１０１は、凝集剤注入制御装置８０から注入量情報を取得し、取得した注入量情報を攪拌強度制御部１０２、凝集剤注入制御部１０３、ｐＨ調整剤注入制御部１０４及び流量制御部１０５に出力する。
【００９５】
攪拌強度制御部１０２は、注入量情報に基づいて攪拌装置３１−１〜３１−３の攪拌強度を決定する。攪拌強度制御部１０２は、フロック形成池３０−１〜３０−３において、決定した攪拌強度で被処理水が攪拌されるように攪拌装置３１−１〜３１−３を制御する。
【００９６】
凝集剤注入制御部１０３は、混和池２０において、注入量情報が示す注入量の凝集剤が被処理水に注入されるように凝集剤注入装置７０を制御する。
【００９７】
ｐＨ調整剤注入制御部１０４は、注入量情報に基づいて被処理水に対するｐＨ調整剤の注入量を決定する。ｐＨ調整剤注入制御部１０４は、混和池２０に送られる被処理水に対して、決定した注入量のｐＨ調整剤が注入されるようにｐＨ調整剤注入装置３を制御する。
【００９８】
流量制御部１０５は、注入量情報に基づいて着水井１０に流入させる原水の流入量を決定する。流量制御部１０５は、決定した流入量の原水が着水井１０に流入するように流量調整装置４を制御する。
【００９９】
このように構成された第２の実施形態の凝集剤注入制御システム２ａは、決定した凝集剤注入量に基づいて、凝集剤の注入のみならず、ｐＨ調整剤の注入や原水の流入、フロック形成池における攪拌強度を制御することができる。このような制御を行うことにより、水処理プロセスをより精度良く制御することが可能となり、凝集剤の注入量をより適切な量に制御することができる。
【０１００】
なお、調整装置１００は、水処理プラント１の運転員による情報入力の操作を受け付けるように構成されてもよい。例えば、調整装置１００は、凝集剤又はｐＨ調整剤の注入量を示す情報、着水井１０に流入させる原水の流量を示す情報、各攪拌装置の回転数の変更に関する情報等の入力を受け付ける。この場合、調整装置１００は、入力された情報に基づいて凝集剤注入量を変更してもよい。また、この場合、調整装置１００は、入力された情報に基づいて、各攪拌装置の回転数を変更してもよい。
【０１０１】
また、調整装置１００は、第１の実施形態の凝集剤注入制御システム２におけるリミット調整部９０の機能を備えてもよい。
【０１０２】
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、被処理水中のフロックの荷電状態の目標値を算出する目標値算出部８３１と、目標値算出部８３１によって算出されたフロックの荷電状態の目標値に基づいて、被処理水中のフロックの荷電状態が、目標値に近づくように凝集剤注入量を制御する注入量制御部８３４と、を持つことにより、凝集剤の注入量をより適切な量に制御することができる。
【０１０３】
以上、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】
【０１０４】
１，１ａ…水処理プラント、２，２ａ…凝集剤注入制御システム、３…ｐＨ調整剤注入装置、４…流量調整装置、５…攪拌強度調整装置、１０…着水井、１１…水質計、１２…流量計、１３…流量調整弁、２０…混和池、２１…攪拌装置、２２…ｐＨ計、３０，３０−１〜３０−３…フロック形成池、３１−１〜３１−３…攪拌装置、４０…沈殿池、４１…水質計、４２…ろ過時間指標測定装置、５０…ろ過池、５１…水位上昇測定装置、５５…浄水池、６０…浄水池、６１…過池洗浄ポンプ、６２…排泥池、７０…凝集剤注入装置、８０，８０ａ…凝集剤注入制御装置、８１…解析部、８１０…光源部、８１１…撮像部、８１２…速度測定部、８２…算出部、８３…制御部、８３１…目標値算出部、８３２…目標値補正部、８３３…極値制御部、８３４…注入量制御部、９０…リミット調整部、１００…調整装置、１０１…注入量情報取得部、１０２…攪拌強度制御部、１０３…凝集剤注入制御部、１０４…調整剤注入制御部、１０５…流量制御部、２００…セル、２１０…負極、２２０…正極、２３０…電圧供給部、３００…懸濁液
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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