(57)【要約】【課題】原水の水質や生物活性の変動などによって、動作の不確定性が存在する水処理プラントにおいて、原水と処理水との水質計測値からプラントの処理状態が正常か異常かを判定し、異常の発生原因を推定できる、水処理プラントの状態診断方法及び装置を提供する。【解決手段】水処理プラントを構成する任意の処理プロセスにおける原水と処理水との水質の計測値から、汚濁物質の除去量に比例する除去量指標Ｄと汚濁物質の残留率を表す残留率指標Ｒとを算出し、過去の水質の計測値を統計処理して設定されたそれぞれの指標の標準上限及び標準下限で規定される標準範囲との大小関係を判定して、２つの指標と標準範囲との大小関係の組合せにより、発生している異常パターンが、処理過剰、処理不良、流入負荷高、流入負荷低のいずれであるかを同定し、想定される異常発生原因を表示する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水の汚濁物質を浄化し処理水を排水する水処理プラントを構成する任意の処理プロセスにおける原水及び処理水の水質を計測するステップと、
前記処理プロセスについて計測された過去の前記原水の水質の計測値と、前記処理水の水質の計測値とから、当該処理プロセスにおける汚濁物質の除去量に比例する除去量指標と、汚濁物質の残留率を表す残留率指標とを算出し、それらを統計処理することでそれぞれの指標の標準範囲を設定するステップと、
診断対象の処理プロセスについて計測される前記原水の水質の計測値と、前記処理水の水質の計測値とから、当該処理プロセスにおける前記除去量指標及び残留率指標を算出し、算出した前記除去量指標及び残留率指標とそれぞれに対して設定された前記標準範囲との大小関係を比較することにより、前記除去量指標及び残留率指標をそれぞれ評価し、両者の評価結果の組合せに基づいて、原水の汚濁状態または当該処理プロセスの処理状態に係る想定異常事象を同定して、当該想定異常事象を検出した旨を通知するステップと
を含むことを特徴とする状態診断装置による水処理プラントの状態診断方法。
【請求項２】
請求項１に記載の水処理プラントの状態診断方法において、
前記除去量指標及び残留率指標の評価結果は、過大、標準、過小のいずれかであり、
前記除去量指標の評価結果が過小で、且つ前記残留率指標の評価結果が標準である場合は、前記想定異常事象を原水の流入負荷低、と同定し、
前記除去量指標の評価結果が過大で、且つ前記残留率指標の評価結果が標準である場合は、前記想定異常事象を原水の流入負荷高、と同定し、
前記除去量指標の評価結果が過大で、且つ前記残留率指標の評価結果が過小である場合は、前記想定異常事象を当該処理プロセスにおける処理過剰、と同定し、
前記除去量指標の評価結果が過小で、且つ前記残留率指標の評価結果が過大である場合は、前記想定異常事象を当該処理プロセスにおける処理不良、と同定する
ことを特徴とする水処理プラントの状態診断方法。
【請求項３】
請求項１に記載の水処理プラントの状態診断方法において、
前記除去量指標及び残留率指標の標準範囲は、それぞれの指標の１日以上の平均値が中央値であり、その上下限値は、当該中央値から所定の正負の偏差を有する
ことを特徴とする水処理プラントの状態診断方法。
【請求項４】
請求項１に記載の水処理プラントの状態診断方法において、
前記除去量指標及び残留率指標の標準範囲は、それぞれの指標の複数年に亘る同時期の１日以上の平均値が中央値であり、その上下限値は、当該中央値から所定の正負の偏差を有する
ことを特徴とする水処理プラントの状態診断方法。
【請求項５】
請求項３に記載の水処理プラントの状態診断方法において、
前記除去量指標は、前記原水の水質の計測値と前記処理水の水質の計測値との差を、前記処理水の水質の計測値の１日以上の平均値で除した値であり、
前記残留率指標は、前記処理水の水質の計測値を前記原水の水質の計測値で除した値である
ことを特徴とする水処理プラントの状態診断方法。
【請求項６】
請求項４に記載の水処理プラントの状態診断方法において、
前記除去量指標は、前記原水の水質の計測値と前記処理水の水質の計測値との差を、前記処理水の水質の計測値の複数年に亘る同時期の１日以上の平均値で除した値であり、
前記残留率指標は、前記処理水の水質の計測値を前記原水の水質の計測値で除した値である
ことを特徴とする水処理プラントの状態診断方法。
【請求項７】
請求項３から請求項６のいずれか一項に記載の水処理プラントの状態診断方法において、
前記偏差は、前記平均値からの標準偏差である
ことを特徴とする水処理プラントの状態診断方法。
【請求項８】
請求項２に記載の水処理プラントの状態診断方法において、
前記処理プロセスには、最初沈殿池における沈殿プロセスと、生物反応槽における生物処理プロセスと、最終沈殿池における沈殿プロセスと、消毒設備における消毒プロセスとが含まれており、
前記最初沈殿池における沈殿プロセスについては、処理場流入水または沈砂池流出水を前記原水とし、当該最初沈殿池からの流出水を前記処理水とし、浮遊固形物（ＳＳ）または濁度を前記水質の計測値とし、
前記生物反応槽における生物処理プロセスについては、最初沈殿池からの流出水を前記原水とし、生物反応槽流出水、最終沈殿池流出水、または放流水を前記処理水とし、有機物質量指標（ＣＯＤ，ＢＯＤ，ＴＯＣ）を前記水質の計測値とし、
前記最終沈殿池における沈殿プロセスについては、生物反応槽からの流出水を前記原水とし、最終沈殿池からの流出水または放流水を前記処理水とし、浮遊固形物（ＳＳ）または濁度を前記水質の計測値とし、
前記消毒設備における消毒プロセスについては、最終沈殿池からの流出水を前記原水とし、放流水を前記処理水とし、大腸菌群数を前記水質の計測値とする
ことを特徴とする水処理プラントの状態診断方法。
【請求項９】
請求項８に記載の水処理プラントの状態診断方法において、
前記想定異常事象を検出した旨を通知するステップでは、同定した前記想定異常事象に対して予め設定済みの想定異常原因をさらに取得して、当該想定異常原因をも併せて通知し、
前記同定される想定異常事象が、当該処理プロセスにおける処理過剰または処理不良である場合は、
前記最初沈殿池における沈殿プロセス及び前記最終沈殿池における沈殿プロセスについては、それらをそれぞれ沈殿過剰及び沈殿不良と同定し、取得する前記想定異常原因は、水位不適正、流量不適正、及び汚泥引抜量不適正を含み、
前記生物反応槽における生物処理プロセスについては、それらをそれぞれ生物処理過剰及び生物処理不良と同定し、取得する前記想定異常原因は、曝気不適正、水温不適正、生物非適合物質混入、及び汚泥返送量不適正を含み、
前記消毒設備における消毒プロセスについては、それらをそれぞれ消毒過剰及び消毒不良と同定し、取得する前記想定異常原因は、塩素消毒方式の場合は塩素添加流量不適正及び注入ポンプ不調を、紫外線消毒方式の場合は照射量不適正及び紫外線ランプ不調を、オゾン消毒方式の場合はオゾン注入率不適正及びオゾン発生装置不調をそれぞれ含み、さらに耐性菌繁殖及び原虫類等繁殖を含む
ことを特徴とする水処理プラントの状態診断方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の水処理プラントの状態診断方法において、
取得されるそれぞれの前記想定異常原因に基づいて、当該処理プロセスの処理状態を改善するための運転条件を提示するステップをさらに含み、
前記最初沈殿池における沈殿プロセス及び前記最終沈殿池における沈殿プロセスについては、最初沈殿池の水面積負荷と有効水深との調節、汚泥引抜量調整、及び汚泥掻き寄せ間隔の調整に係る運転条件を提示し、
前記生物反応槽における生物処理プロセスについては、生物反応槽の水理学的滞留時間（ＨＲＴ）と曝気風量との調節、及び汚泥返送量の調整に係る運転条件を提示し、
前記消毒設備における消毒プロセスについては、塩素注入率、紫外線照射量、またはオゾン注入率の調節に係る運転条件を提示する
ことを特徴とする水処理プラントの状態診断方法。
【請求項１１】
原水の汚濁物質を浄化し処理水を排水する水処理プラントを構成する任意の処理プロセスにおける原水及び処理水の水質を計測する計測器から送信される計測データを収集して記憶部に保持する計測データ処理手段と、
前記計測器によって計測された過去の前記原水の水質の計測値と、前記処理水の水質の計測値とから、当該処理プロセスにおける汚濁物質の除去量に比例する除去量指標と、汚濁物質の残留率を表す残留率指標とを算出し、それらを統計処理することでそれぞれの指標の標準範囲を設定するデータ解析手段と、
診断対象の処理プロセスについて前記計測器によって計測される前記原水の水質の計測値と、前記処理水の水質の計測値とから、当該処理プロセスにおける前記除去量指標及び残留率指標を算出し、算出した前記除去量指標及び残留率指標とそれぞれに対して設定された前記標準範囲との大小関係を比較することにより、前記除去量指標及び残留率指標をそれぞれ評価し、両者の評価結果の組合せに基づいて、原水の汚濁状態または当該処理プロセスの処理状態に係る想定異常事象を同定して、当該想定異常事象を検出した旨を通知する状態診断手段と
を備えることを特徴とする水処理プラントの状態診断装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の水処理プラントの状態診断装置において、
前記除去量指標及び残留率指標の評価結果は、過大、標準、過小のいずれかであり、
前記除去量指標の評価結果が過小で、且つ前記残留率指標の評価結果が標準である場合は、前記想定異常事象を原水の流入負荷低、と同定し、
前記除去量指標の評価結果が過大で、且つ前記残留率指標の評価結果が標準である場合は、前記想定異常事象を原水の流入負荷高、と同定し、
前記除去量指標の評価結果が過大で、且つ前記残留率指標の評価結果が過小である場合は、前記想定異常事象を当該処理プロセスにおける処理過剰、と同定し、
前記除去量指標の評価結果が過小で、且つ前記残留率指標の評価結果が過大である場合は、前記想定異常事象を当該処理プロセスにおける処理不良、と同定する
ことを特徴とする水処理プラントの状態診断装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の水処理プラントの状態診断装置において、
前記処理プロセスには、最初沈殿池における沈殿プロセスと、生物反応槽における生物処理プロセスと、最終沈殿池における沈殿プロセスと、消毒設備における消毒プロセスとが含まれており、
前記最初沈殿池における沈殿プロセスについては、処理場流入水または沈砂池流出水を前記原水とし、当該最初沈殿池からの流出水を前記処理水とし、浮遊固形物（ＳＳ）または濁度を前記水質の計測値とし、
前記生物反応槽における生物処理プロセスについては、最初沈殿池からの流出水を前記原水とし、生物反応槽流出水、最終沈殿池流出水、または放流水を前記処理水とし、有機物質量指標（ＣＯＤ，ＢＯＤ，ＴＯＣ）を前記水質の計測値とし、
前記最終沈殿池における沈殿プロセスについては、生物反応槽からの流出水を前記原水とし、最終沈殿池からの流出水または放流水を前記処理水とし、浮遊固形物（ＳＳ）または濁度を前記水質の計測値とし、
前記消毒設備における消毒プロセスについては、最終沈殿池からの流出水を前記原水とし、放流水を前記処理水とし、大腸菌群数を前記水質の計測値とする
ことを特徴とする水処理プラントの状態診断装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の水処理プラントの状態診断装置において、
前記状態診断手段は、
前記想定異常事象を検出した旨を通知するときに、同定した前記想定異常事象に対して予め設定済みの想定異常原因をさらに取得して、当該想定異常原因をも併せて通知し、
前記最初沈殿池における沈殿プロセス及び前記最終沈殿池における沈殿プロセスについては、それらをそれぞれ沈殿過剰及び沈殿不良と同定し、取得する前記想定異常原因は、水位不適正、流量不適正、及び汚泥引抜量不適正を含み、
前記生物反応槽における生物処理プロセスについては、それらをそれぞれ生物処理過剰及び生物処理不良と同定し、取得する前記想定異常原因は、曝気不適正、水温不適正、生物非適合物質混入、及び汚泥返送量不適正を含み、
前記消毒設備における消毒プロセスについては、それらをそれぞれ消毒過剰及び消毒不良と同定し、取得する前記想定異常原因は、塩素消毒方式の場合は塩素添加流量不適正及び注入ポンプ不調を、紫外線消毒方式の場合は照射量不適正及び紫外線ランプ不調を、オゾン消毒方式の場合はオゾン注入率不適正及びオゾン発生装置不調をそれぞれ含み、さらに耐性菌繁殖及び原虫類等繁殖を含む
ことを特徴とする水処理プラントの状態診断装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の水処理プラントの状態診断装置において、
前記状態診断手段は、
取得されるそれぞれの前記想定異常原因に基づいて、当該処理プロセスの処理状態を改善するための運転条件をさらに提示し、
前記最初沈殿池における沈殿プロセス及び前記最終沈殿池における沈殿プロセスについては、沈殿池の水面積負荷と有効水深との調節、汚泥引抜量調整、及び汚泥掻き寄せ間隔の調整に係る運転条件を提示し、
前記生物反応槽における生物処理プロセスについては、生物反応槽の水理学的滞留時間（ＨＲＴ）と曝気風量との調節、及び汚泥返送量の調整に係る運転条件を提示し、
前記消毒設備における消毒プロセスについては、塩素注入率、紫外線照射量、またはオゾン注入率の調節に係る運転条件を提示する
ことを特徴とする水処理プラントの状態診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上下水分野において、流入する原水を浄化処理し、処理水を配水または放流する水処理プラントに係るものであり、水質計測値からプラント処理状態と処理性能の低下原因とを推定し、運転制御の適正化や設備機器の健全性に関する情報を提供する水処理プラントの状態診断方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、都市下水や産業排水を受け入れて沈殿、ろ過、微生物による生物処理、消毒を行い、処理水を放流する下水処理設備や排水処理設備（以下、下水処理設備のみ記載する）では、季節変動を含む原水の水質や生物活性の変動と、処理場固有の処理特性の違いとによって、動作に不確定性があるため、処理水の水質が変動する。また、消毒工程では、消毒前の処理水に含まれる大腸菌群等の数や活性によっても放流水中の菌群数に差が生じる。下水処理設備では、このような水質の変動に対して、放流水が所定の水質基準を満たし、且つ省エネルギーを達成するように、沈殿池、反応槽の滞留時間や、生物処理の曝気風量や、消毒工程における薬剤投入量などを調整するとともに、機器の維持管理を適切に行う必要がある。
【０００３】
放流水の水質を維持し、且つ運転コストを削減するための技術として、流入下水の水質を計測し、水処理反応のシミュレーションに基づき生物反応槽の曝気風量をはじめ、最適な運転条件や薬剤流量等の最適注入条件を表示する運転支援技術が知られている。また、下水処理に関わる機器の更新管理を含めた運転コスト削減が重視されており、水質と運転条件とから機器の不調を早期に把握可能な運転支援技術が必要とされている。
【０００４】
水処理プラントにおいて、原水と処理水との水質を計測してプラントの運転制御を行う技術として、特許文献１には、分散性細菌槽と固着性原生動物槽から構成される２相活性汚泥処理において、生物反応槽の有機物濃度と放流水の有機物濃度とを計測して有機物の除去率を算出し、除去率が設定値以下になると原水ポンプを停止し、活性汚泥や微生物製剤を供給する技術が開示されている。
【０００５】
また、水質計測のうち、薬剤流量等の最適注入条件の早期設定に適した技術として、非特許文献１には、菌類の数を短時間で計測するリアルタイムＰＣＲ（Polymerase Chain Reaction）法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−５１８８６号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】谷口武利、森澤啓子、“リアルタイムＰＣＲ装置の活用法”、バイオテクノロジージャーナル２００６年９−１０月号、６２１−６２４頁、２００６年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
都市下水や産業排水の沈殿、ろ過、生物処理、消毒処理では、季節変動を含む原水の水質や生物活性の変動、処理場固有の処理特性や性能低下要因など、多様なパラメータによる動作の不確定性が存在する。例えば、原水の汚濁負荷が高いケースと、生物活性が低下して汚濁物質の除去量が減少したケースとでは、結果として流出する処理水の水質が同様に悪化する。したがって、処理水の水質のみを計測しても、水処理プラントの処理状態の良否を判定することは困難である。
【０００９】
また、原水の水質と処理水の水質とを計測し、汚濁物質の除去量または除去率を求めて処理状態の良否を判定する方法では、季節変動や長期間の処理性能の変動がある場合は、多くが熟練作業者の経験に依存して判定が行われており、属人性を排した有意な判定手法の確立が必要とされる。さらに、処理状態に異常が発生した場合には、異常原因を同定することも、処理状態を改善する対策を採るために必要である。
【００１０】
これに対して、特許文献１には、汚濁物質の除去率のみを指標とし、除去率７０％を閾値として処理異常を判定する実施例が記載されているが、原水の水質や処理性能の変動がある場合には、除去率だけから処理状態の良否を判定することは困難である。処理状態が正常か異常かを判定するためには、原水の水質や処理性能が変動しても正常と異常とを区分けできるような新たな指標を導入する必要がある。また、特許文献１には、異常の発生原因の特定方法については記載されていない。
【００１１】
本発明は、季節変動を含む原水の水質や生物活性の変動と、処理場固有の処理特性の違いとによって、動作の不確定性が存在する水処理プラントにおいて、原水と処理水との水質計測値からプラントの処理状態が正常か異常かを判定するとともに、異常の発生原因を推定することができる、水処理プラントの状態診断方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記の目的を達成するために、本発明に係る水処理プラントの状態診断方法は、原水の汚濁物質を浄化し処理水を排水する水処理プラントを構成する任意の処理プロセスにおける原水及び処理水の水質を計測するステップと、前記処理プロセスについて計測された過去の前記原水の水質の計測値と、前記処理水の水質の計測値とから、当該処理プロセスにおける汚濁物質の除去量に比例する除去量指標と、汚濁物質の残留率を表す残留率指標とを算出し、それらを統計処理することでそれぞれの指標の標準範囲を設定するステップと、診断対象の処理プロセスについて計測される前記原水の水質の計測値と、前記処理水の水質の計測値とから、当該処理プロセスにおける前記除去量指標及び残留率指標を算出し、算出した前記除去量指標及び残留率指標とそれぞれに対して設定された前記標準範囲との大小関係を比較することにより、前記除去量指標及び残留率指標をそれぞれ評価し、両者の評価結果の組合せに基づいて、原水の汚濁状態または当該処理プロセスの処理状態に係る想定異常事象を同定して、当該想定異常事象を検出した旨を通知するステップとを含むものとした。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、季節変動を含む原水の水質や生物活性の変動と、処理場固有の処理特性の違いとによって、動作の不確定性が存在する水処理プラントにおいて、原水と処理水との水質計測値からプラントの処理状態が正常か異常かを判定するとともに、異常の発生原因を推定することができる、水処理プラントの状態診断方法及び装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施形態に係る下水処理設備の構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係る異常パターン診断ロジックを示す表である。
【図３】第１の実施形態に係る診断対象と想定異常事象及び原因を示す表である。
【図４】第１の実施形態に係る原水と処理水との水質を模擬したモデルデータを示す表である。
【図５】図４のモデルデータのうち第１年度のデータをグラフ化した図である。
【図６】図４のモデルデータのうち４月度のデータをグラフ化した図である。
【図７】図４のモデルデータに対応する除去量指標と残留率指標とを示す表である。
【図８】図７の除去量指標と残留率指標とのうち第１年度のデータをグラフ化した図である。
【図９】図７の除去量指標と残留率指標とのうち４月度のデータをグラフ化した図である。
【図１０】第１の実施形態に係る通風倍率のモデルデータを示す表である。
【図１１】第２の実施形態に係る原水と処理水との水質を模擬したモデルデータを示す表である。
【図１２】図１１のモデルデータのうち第１年度のデータをグラフ化した図である。
【図１３】図１１のモデルデータのうち４月度のデータをグラフ化した図である。
【図１４】図１１のモデルデータに対応する除去量指標と残留率指標とを示す表である。
【図１５】図１４の除去量指標と残留率指標とのうち第１年度のデータをグラフ化した図である。
【図１６】図１４の除去量指標と残留率指標とのうち４月度のデータをグラフ化した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明は、水処理プラントの原水と処理水との水質を計測することによって、原水の水質汚濁負荷の大小、及びプラントの水処理状態の良否を判定し、水処理プラントの設備、機器の更新の要否や運転制御の適正化の情報を提供する運転支援方法及び装置を対象としている。以下、下水処理設備を例として、本発明を実施するための形態を適宜図面を参照して説明するが、本発明の実施の態様はこれに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において各種の変形が可能である。
【００１６】
まず、本発明を構成する主要な手段について説明する。
＜手段１＞（除去量指標及び残留率指標の設定）
本発明を構成する第１の手段として、水処理プラントの各処理プロセスの処理性能を評価するための指標として、（式１）と（式２）とに示す除去量指標Ｄと残留率指標Ｒとの２つを定義する。
Ｄ＝（原水水質計測値−処理水水質計測値）／参照水質計測値      （式１）
Ｒ＝  処理水水質計測値／原水水質計測値                        （式２）
すなわち、除去量指標Ｄは、各処理プロセスの原水と処理水との水質計測値の差分を所定の参照水質計測値で除すことで無次元化した指標である。この参照水質計測値としては、例えば、処理水水質計測値の日平均、週平均、月平均、年間平均等の移動平均を用いてもよいし、処理水水質計測値の毎年同季節の季節平均、毎年同月の月平均、または長期に亘る全平均を用いてもよい。また、残留率指標Ｒは、各処理プロセスの原水の水質計測値に対する処理水の水質計測値の比率を表す指標である。
【００１７】
＜手段２＞（除去量指標及び残留率指標の標準範囲の設定）
本発明を構成する第２の手段として、過去のデータを統計処理することで除去量指標Ｄ及び残留率指標Ｒの標準範囲を設定する。除去量指標Ｄ及び残留率指標Ｒの標準範囲は、それぞれ過去の除去量指標Ｄ及び残留率指標Ｒを統計処理して、例えば、日平均、週平均、月平均、年間平均等の標準値と標準偏差とを算出し、それらを用いて標準範囲の上下限を設定するものとしてもよいし、毎年同季節の季節平均、毎年同月の月平均、または長期に亘る全平均を用いて設定するものとしてよい。また、標準範囲の上下限の偏差は、固定値に設定してもよく、前記平均化処理によって得られる標準値に任意の係数を掛けて求めるものとしてもよい。
【００１８】
＜手段３＞（除去量指標及び残留率指標を用いた異常判定）
本発明を構成する第３の手段として、除去量指標Ｄ及び残留率指標Ｒと、それぞれの標準範囲との大小関係との組合せにより、処理状態が正常か異常かを次のように判定する。除去量指標が標準範囲より小さく、且つ残留率指標が標準範囲内の場合には、原水の「流入負荷低」と判定する。除去量指標が標準範囲より大きく、且つ残留率指標が標準範囲より小さい場合には、当該処理プロセスの「処理過剰」と判定する。除去量指標が標準範囲より小さく、且つ残留率指標が標準範囲より大きい場合には、当該処理プロセスの「処理不良」と判定する。また、除去量指標が標準範囲より大きく、且つ残留率指標が標準範囲内の場合には、原水の「流入負荷高」と判定する。これら、異常と判定される以外の除去量指標と残留率指標との組合せについては、原水、処理プロセスとも正常であると判定する。
【００１９】
＜手段４＞（診断対象の処理プロセス毎の水質計測値の設定）
本発明を構成する第４の手段として、診断対象の処理プロセス毎に、計測対象の原水及び処理水並びに水質計測値を、次のように設定する。最初沈殿池における沈殿プロセスについては、処理場流入水または沈砂池流出水を原水とし、最初沈殿池からの流出水を処理水とし、浮遊固形物（ＳＳ）または濁度を水質計測値とする。生物反応槽における生物処理プロセスについては、最初沈殿池からの流出水を原水とし、生物反応槽流出水、最終沈殿池流出水、または放流水を処理水とし、有機物質量指標（ＣＯＤ，ＢＯＤ，ＴＯＣ）を水質計測値とする。最終沈殿池における沈殿プロセスについては、生物反応槽からの流出水を原水とし、最終沈殿池からの流出水または放流水を処理水とし、浮遊固形物（ＳＳ）または濁度を前記水質計測値とする。また、消毒設備における消毒プロセスについては、最終沈殿池からの流出水を原水とし、放流水を処理水とし、大腸菌群数を水質計測値とする。
【００２０】
＜手段５＞（診断対象の処理プロセス毎の想定異常事象の設定）
本発明を構成する第５の手段として、診断対象の処理プロセス毎に、除去量指標Ｄと残留率指標Ｒとを用いて同定される想定異常事象を、次のように設定する。最初沈殿池における沈殿プロセス及び最終沈殿池における沈殿プロセスについては、流入負荷低、流入負荷高、沈殿過剰、及び沈殿不良を想定異常事象とする。生物反応槽における生物処理プロセスについては、流入負荷低、流入負荷高、生物処理過剰、及び生物処理不良を想定異常事象とする。また、消毒設備における消毒プロセスについては、流入負荷低、流入負荷高、消毒過剰、及び消毒不良を想定異常事象とする。
【００２１】
＜手段６＞（診断対象の処理プロセス毎の想定異常原因の設定）
本発明を構成する第６の手段として、診断対象の処理プロセス毎に、除去量指標Ｄと残留率指標Ｒとを用いて同定された想定異常事象に対応する想定異常原因を、次のように設定する。最初沈殿池における沈殿プロセス及び前記最終沈殿池における沈殿プロセスについては、水位不適正、流量不適正、及び汚泥引抜量不適正を想定異常原因とする。生物反応槽における生物処理プロセスについては、曝気風量不適正、曝気分布不適正、ブロワ不調、散気管不調、水温不適正、生物非適合物質混入、及び汚泥返送量不適正を想定異常原因とする。また、消毒設備における消毒プロセスについては、塩素消毒方式の場合は塩素添加流量不適正及び注入ポンプ不調に、紫外線消毒方式の場合は照射量不適正及び紫外線ランプ不調に、オゾン消毒方式の場合はオゾン注入率不適正及びオゾン発生装置不調に加え、耐性菌繁殖及び原虫類等繁殖を想定異常原因とする。
【００２２】
＜手段７＞（システム構成）
本発明を構成する第７の手段として、水処理プラントの運転支援装置としてのプラント状態診断装置であり、このプラント状態診断装置は、計測データ処理部、データ解析部、データベース、入出力部、状態診断部、及び表示部を備える。手段４に示した水質計測値の計測データは、プラント状態診断装置の計測データ処理部に送られ、データベースに格納される。データ解析部は、データベースから診断対象の各処理プロセスについて過去の原水及び処理水の計測データを読み出し、手段２の除去量指標及び残留率指標の標準範囲を算出して、それらをデータベースに格納する。
入出力部は、表示する診断対象とする処理プロセスの選択や、標準値及び標準範囲のオプションの選択を受け付ける。状態診断部は、診断対象の処理プロセスについての前記除去量指標及び残留率指標と対応するそれぞれの標準範囲との大小関係を判定し、これら２つの大小関係の組合せに対応して予め設定されている手段５の想定異常事象と、手段６の想定異常原因とを出力する。
表示部は、選択された診断対象の処理プロセス名、選択された標準値及び標準範囲のオプション、算出された除去量指標及び残留率指標、同定された想定異常事象及びそれに対応する想定異常原因を診断結果として表示する。これらの想定異常原因は、例えば、水処理プラントの水質記録と、維持管理における異常事象、故障、修繕等の記録とに基づいて、当該処理プロセスに関係したものを抽出して入出力部からデータベースに投入することができる。さらに、診断結果として表示部に表示する想定異常原因に係る機器の運転パラメータとの相関の有無を表示して運転支援を行うようにしてもよい。
【００２３】
＜手段８＞（曝気省エネルギー運転）
本発明を構成する第８の手段として、流量計で計測された過去のブロワの曝気風量データをデータベースに格納しておき、それらのデータから算出される入口の汚濁負荷当たりの通風倍率を統計処理して得られる標準範囲をデータベースに格納する。手段７により、生物処理プロセスにおける「処理過剰」が検出されたとき、曝気風量を表す現在の曝気風量が標準より高い場合には、曝気風量過剰の旨と風量低減指示とを表示する。また、生物処理プロセスにおける「処理不良」が検出され、且つ現在の曝気風量が標準より高い場合には、生物活性低下の可能性を表示し、現在の曝気風量が標準より低い場合には、曝気風量不足の旨と風量増加指示とを表示する。現在の曝気風量が適正である場合には、水温不適正、生物非適合物質混入、及び汚泥返送量不適正の可能性を表示し、これらに関するパラメータや水質値を計測するように促すガイダンスを表示する。さらに、現在の曝気風量が標準より低い場合には、曝気風量当りのブロワへの供給電力量とともにブロワの動作効率を表示して、機器に故障や不具合が無いかの確認を促すようにしてもよい。
【００２４】
本発明を構成するこれらの手段により、季節変動を含む原水の水質や生物活性の変動と、処理場固有の処理特性の違いとによって、動作の不確定性が存在する水処理プラントにおいて、簡易な水質の評価指標を用いた各処理プロセスの状態診断が可能となるので、水処理プラントの処理水質の信頼性や水処理に関わる経済性が向上するという効果を奏する。また、原水と処理状態とに係る想定異常事象の検出が容易になり、想定異常事象の検出精度が高まるので、運転管理の作業負荷が大幅に低減される。また、想定異常事象の検出に要する時間が短縮されるので、想定異常状態を解消するための対策を迅速に講じることができ、水処理プラントの処理水質に対する信頼性が向上する。また、検出された想定異常事象に対応して、可能性の高い想定異常原因が表示されるので、想定異常状態を解消するための運転パラメータの変更や機器の交換等の対策が短時間に実行可能となり、水処理プラントの処理水質に対する信頼性と水処理プラントの維持管理性が向上する。さらに、
、曝気風量等を最適化することにより、消費電力を低減できるので、運転コストが削減され、水処理プラントの経済性が向上するという効果を奏する。
【００２５】
≪第1の実施形態≫
本発明の第１の実施形態について、図１〜図１０を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る下水処理設備の構成を示す図である。図１に示すように、下水処理設備１０１は、図示しない流入下水から夾雑物を除去したのち、流入水Ｗ１を沈殿させて汚泥を分離除去する最初沈殿池１、最初沈殿池１の上澄み水を微生物で処理する生物反応槽２、生物反応槽２の処理水を沈殿させて固形物を分離除去する最終沈殿池３、最終沈殿池３の上澄み水を塩素等で殺菌消毒する消毒設備４からなる処理プロセスで構成され、消毒設備４から排出される最終の処理水である放流水Ｗ２は、河川、海洋、湖沼等に放流される。
【００２６】
生物反応槽２では、微生物の呼吸のため送風機５と散気管８とによって貯留水に空気が曝気される。曝気風量を調整するため、プラント運転制御装置６に組み込まれた送風機運転制御部７によって送風機５の運転台数、あるいは送風ファンの回転数が制御される。
【００２７】
このような下水処理設備１０１において、流入水Ｗ１から各処理プロセスを経た処理水の水質を計測するＳＳ（Suspended Solid）濃度計・濁度計１１、有機物濃度計１３、大腸菌センサー１４等の計測器が取り付けられる。これらの水質計測器は、連続計測方式であることが好ましいが、バッチ方式でもよく、あるいは採水によるオフラインでの分析結果を用いてもよい。また、沈殿池の水位を計測する水位計１２や、生物反応槽２への曝気風量を計測する流量計１５が取り付けられる。
【００２８】
また、下水処理設備１０１の運転支援装置として、プラント状態診断装置２１が設けられる。プラント状態診断装置２１は、計測データ処理部２７、データ解析部２６、データベース２５、入出力部２３、状態診断部２２、及び表示部２４を備える。前記のＳＳ濃度計・濁度計１１、有機物濃度計１３、大腸菌センサー１４等の計測器からの信号は、計装配線３１を経由してプラント状態診断装置２１の計測データ処理部２７に送られ、データベース２５に格納される。また、水位計１２で計測された水位データや流量計１５で計測された曝気風量データも、同様にデータベース２５に格納される。
【００２９】
データ解析部２６は、データベース２５から過去の処理水に係る計測データを読み出し、全平均値、年間平均値、複数年度の季節ごとの平均値、一定期間内の移動平均値など、除去量指標及び残留率指標を計算する際に用いる無次元化のための参照値（参照水質計測値）を計算する。また、診断対象の処理プロセスの入口と出口との水質計測値から、診断対象時期の除去量指標Ｄと残留率指標Ｒとを計算するとともに、状態診断の判定基準となる標準値と、異常判定に用いる偏差とを計算して、データベース２５に格納する。
【００３０】
例えば、標準値としては、データベース２５に格納した診断対象の処理プロセスの入口と出口との水質計測値から算出した指標の全平均値、特定年の年間平均値、複数年度の季節平均値、一定期間内の移動平均値などのいずれを用いてもよく、偏差としては標準偏差や標準値の絶対値に任意の係数を掛けた数値を用いることができる。
【００３１】
入出力部２３は、表示する診断対象の処理プロセスの選択や、診断に用いる標準値と偏差とのオプションの選択を受け付ける。状態診断部２２は、前記の標準値と偏差との和及び差で定義される標準範囲の上限及び下限と、前記の診断対象時期の指標とを比較し、図２のパラメータ相関欄に示す除去量指標Ｄ及び残留率指標Ｒと標準範囲との大小関係に基づいて、異常パターン（Ｃ１〜Ｃ４のいずれか）を判定する。次に、状態診断部２２は、図３に示すような、事前評価に基づいて登録済みの想定異常事象と想定異常原因との対応情報を参照することで、判定した異常パターンに該当する想定異常事象を基に、想定異常原因を出力する。なお、図３には、想定異常原因の一部を例示している。
【００３２】
表示部２４は、選択した診断対象の処理プロセス名、選択した標準値と偏差とのオプションなどの診断条件と、除去量指標Ｄ及び残留率指標Ｒ、想定異常事象、想定異常原因などの診断結果とを表示する。想定異常原因は、例えば水処理プラントの水質の記録や、維持管理における異常事象、故障、修繕等の記録から、当該処理プロセスに関係したものを採り上げて入出力部２３からデータベース２５に投入しておき、診断結果としての想定異常原因を同定したのちに、関係する情報を表示部２４に表示する。また、当該処理プロセスに関係する機器の運転パラメータを表示し、想定異常原因と機器、及びその運転パラメータの相関の有無を表示して運転支援を行うようにしてもよい。
【００３３】
以下に、水処理プラントの状態診断と異常原因の同定手順、及び運転支援の具体例につて説明する。状態診断の処理プロセスとしては、下水処理場１０１の生物反応槽２での生物処理プロセスを対象とし、水質計測値としては、最初沈殿池１からの流出水（原水）のＣＯＤ（Chemical Oxygen Demand）と放流水Ｗ２のＣＯＤとを診断に用いた。
【００３４】
生物反応槽原水のＣＯＤは、溶解性成分と汚泥等固形物に含まれるＳＳ由来成分から成る。一方、生物反応槽処理水のＣＯＤ測定では、生物反応槽２から流出した活性汚泥が含まれるため、ＣＯＤが見かけ上増加する。この活性汚泥は最終沈殿池３で約９５％以上が沈殿除去され、その約２／３が再び生物反応槽２に返送されて生物反応槽２と最終沈殿池３との間を循環している。生物反応槽２での正味のＣＯＤ除去量を正確に測定するためには、生物反応槽処理水を固液分離して液中のＣＯＤを測定するのが適切であるが、そのようなデータは入手が困難であるため、ここでは、生物反応槽処理水から約９５％以上の固形物が分離除去された放流水Ｗ２のＣＯＤ測定値を用いて、生物反応槽２でのＣＯＤ除去量と残留率とを求めることとした。
【００３５】
ここでは、データベース２５に格納した年間の各月の水質データを用いて診断を行うものとするが、データベース２５に格納した統計処理済みのデータを参照して、リアルタイムの水質計測値を用いて診断を行うようにしてもよい。
【００３６】
図４は、年間の各月の最初沈殿池流出水（原水）と放流水（処理水）とのＣＯＤを、複数年度に亘って模擬したモデルデータである。なお、本モデルデータを設定するにあたっては公開文献の水質測定値を利用したが、文献を入手していない年度については省略し、一部隔年のデータを用いて評価した。
【００３７】
図４において、横方向の各行には、単年度の各月の計測値、及びその平均値が記され、縦方向の各列には、各年度の同じ月の計測値、及びその平均値が記されている。図５は、第１年度の計測値の変動を示す折れ線グラフであり、図６は、複数年度に亘る４月度の計測値の変動を示す折れ線グラフである。図５と図６とを参照すると、原水の水質には比較的大きい変動があるものの、生物処理の結果、処理水（放流水）の水質変動は減少していることが分かる。
【００３８】
図７は、（式１）と（式２）とにより計算した除去量指標Ｄと残留率指標Ｒ、及びその平均値と標準偏差とを示した表である。ここでは、除去量指標Ｄを無次元化するための参照水質計測値として、放流水Ｗ２のＣＯＤの全平均値（約７．２３）を用いた。図７において、第１年度の１２ヶ月のデータと、各年度の４月度のデータとの中で、各指標の平均値に標準偏差を加えた値を超える過大値には実線丸囲いを、各指標の平均値から標準偏差を減じた値に達しない過小値には破線丸囲いを付した。なお、第２年度以降及び４月度以外の他のデータについての丸囲いは省略した。また、これらの過大値と過小値とを図２のパラメータ相関と対比して判定した結果のケース番号を、図７の下側の表の欄外にＣ１〜Ｃ４の符号で示した。
【００３９】
無次元パラメータ（除去量指標）Ｄと、無次元パラメータ（残留率指標）Ｒとの第１年度の変動のトレンドを図８に、同様な複数年度の４月度の変動のトレンドを図９に示す。また、図８及び図９中には、図７の欄外に符号で示した異常のケース番号に対応する、生物反応槽２における診断結果としての想定異常事象（図３参照）を記載した。
【００４０】
なお、本実施形態では、除去量指標Ｄと残留率指標Ｒとに基づく診断の基準として、対象年度または対象月の平均値と標準偏差とを用いたが、統計処理による他の診断の基準として、複数年の平均値、特定の季節の平均値、または診断までの過去一定期間の移動平均を用いてもよいし、経験値等の他の設定値を用いてもよい。
【００４１】
診断の結果、例えば、図７において、除去量指標Ｄが過小（破線丸囲い）で残留率指標Ｒが過大（実線丸囲い）となっている第１年度の９月度は、原水の汚濁負荷に対してＣＯＤ除去量が少ない「処理不良」（図２のケースＣ２）と判定される。一方で、さらに除去量指標Ｄが小さく残留率指標Ｒが標準範囲内となっている同年の６月度は、原水の汚濁物質が少ないためにＣＯＤ除去量が少なくなった「流入負荷低」（図２のケースＣ４）と判定される。
【００４２】
次に、除去量指標Ｄが過大（実線丸囲い）で残留率指標Ｒが過小（破線丸囲い）となっている第１年度の１２月度は、原水の汚濁負荷に対してＣＯＤ除去量が多い「処理過剰」（図２のケースＣ１）と判定される。これは、ＣＯＤの除去率が必要以上に高く処理水の水質が高まった状態であり、曝気風量等の運転条件に関して省エネの必要性を検討すべきケースである。
【００４３】
また、除去量指標Ｄが過大（実線丸囲い）で残留率指標Ｒが標準範囲内となっている第１年度の１月度及び２月度は、原水の汚濁物質が多いためにＣＯＤ除去量が多くなった「流入負荷高」（図２のケースＣ３）と判定される。
【００４４】
以上の判定プロセスは、図７における複数年度の同月のデータに関しても同様に適用可能である。例えば、除去量指標Ｄが過小（破線丸囲い）で残留率指標Ｒが過大（実線丸囲い）となっている４月度の第２年度は、原水の汚濁負荷に対してＣＯＤ除去量が少ない「処理不良」（図２のケースＣ２）と判定される。また、除去量指標Ｄが過大（実線丸囲い）で残留率指標Ｒが標準範囲内となっている４月度の第７年度は、原水の汚濁物質が多いためにＣＯＤ除去量が多くなった「流入負荷高」（図２のケースＣ３）と判定される。
【００４５】
このように、汚濁物質の除去量は、原水の汚濁負荷と処理の良否との２つの要因によって変化するので、従来技術のような除去量の絶対値による評価だけでは、原水の汚濁負荷が原因か、処理状態に問題があるかを特定することはできなかった。また、原水の汚濁負荷は、日間変動から年間変動に亘る時間変動があり、且つ処理場の処理方式や処理性能によって、処理に適した原水の汚濁負荷の標準範囲が異なる。そのため、それぞれの処理場について、原水水質と処理水水質との時間変動を分析することで、原水の汚濁負荷の標準範囲を把握する必要があった。
【００４６】
これに対し、本実施形態に係るプラント状態診断装置２１の状態診断ロジックは、原水水質や処理場の処理性能等が不確定な場合においても、統計処理によって通常状態との差異を明確化することができ、異常事象の発生を容易に検出できるという利点がある。
【００４７】
また、図５及び図６に例示するように、処理水の水質がほぼ同レベルに保たれている場合は、処理水の水質のみから水質悪化の兆候を検知することは困難であるが、本実施形態に係るプラント状態診断装置２１によれば、原水の水質と処理水の水質とを組み合わせて異常事象の発生を検出することで、実際に処理水の水質が悪化する前に処理異常の兆候を検知できる可能性がある。
【００４８】
図１に示すプラント状態診断装置２１は、判定結果が「処理不良」または「処理過剰」の場合に、図３に例示したような想定異常原因を表示部２４に表示するので、処理を正常に戻すための運転パラメータの調整や機器の点検を促すことができる。また、判定結果が「流入負荷低」または「流入負荷高」の場合には、同様に、流入負荷に対応した運転パラメータの調整を促すことができる。生物反応槽２の有機物濃度（ＣＯＤ，ＢＯＤ，ＴＯＣ）に対して調整する運転パラメータは、図３に例示するように曝気風量や汚泥返送量である。一方、生物反応槽２の運転パラメータではないが、生物活性に影響する因子として、水温や生物非適合（毒性）物質の混入が考えられる。
【００４９】
プラント状態診断装置２１は、想定異常事象が発生し、且つ新たな想定異常原因が判明した場合には、入出力部２３からその新たな想定異常原因をデータベース２５に投入して想定異常事象に関連付けることにより、図３に例示した診断対象と想定異常事象及び原因を示す情報を拡張することができる。
【００５０】
さらに、プラント状態診断装置２１の拡張機能として、「処理過剰」が検知された場合は、図１０に例示するように、曝気風量を表す通風倍率、及び原水汚濁負荷当たりの通風倍率を統計処理して、それらの平均値と標準偏差を出力するようにしてもよい。また、現在の通風倍率や原水汚濁負荷当たりの通風倍率が標準範囲よりも高い場合には、曝気風量過剰を表示し、風量低減指示を表示するものとしてもよい。
【００５１】
一方、「処理不良」が検知された場合には、曝気風量が多ければ生物活性の低下を表示し、曝気風量が低ければ曝気風量不足を表示し、風量増加指示を表示するものとしてもよい。曝気風量が適正である場合は、水温不適正、生物非適合物質混入、汚泥返送量不適正の可能性を表示し、生物反応槽２における水理学的滞留時間（ＨＲＴ：Hydraulic Retention Time）及び曝気風量の調節と、汚泥返送量の調節とを促すガイダンスを表示するものとしてもよい。
【００５２】
さらに、曝気風量が低い場合には、曝気風量当りのブロワへの供給電力量を表示してブロワの動作効率を表示し、機器に故障や不具合が無いかの確認を促すガイダンスを表示するようにしてもよい。このように、プラント状態診断装置２１は、診断した想定異常事象を基に、図３に例示するような想定異常原因を表示し、水処理プラントの運転者や管理者に運転支援並びに維持管理支援情報を提供する。
【００５３】
以上説明したように、本実施形態によれば、原水の水質変動や生物活性に季節変動や処理場固有の不確定性が存在する水処理プラントの運転において、原水の汚濁負荷の異常や処理の良否を水質計測値を用いて簡便に判定できるので、水処理プラントの運転状態把握が容易になり、運転性が向上する。また、生物反応槽への曝気等において、最適の消費エネルギーで処理水の水質を向上できるので、水処理プラントの経済性が向上する。また、運転支援並びに維持管理支援情報を提供することにより、機器の整備、更新の時期及び内容の最適化を含め、水処理プラントの経済性が向上する。さらに、処理水の有機物濃度等を最適に保持できるので、放流水の水質が向上する。
【００５４】
≪第２の実施形態≫
次に、本発明の第２の実施形態について、図１〜図３及び図１１〜図１６を参照して詳細に説明する。本実施形態では、図１に示す下水処理設備１０１の処理プロセスのうち、最初沈殿池１での沈殿処理プロセスを状態診断の対象とし、診断に用いる水質計測値は、最初沈殿池１への流入水Ｗ１の浮遊固形物（ＳＳ）と最初沈殿池１からの流出水（処理水）のＳＳとである。ここでは、データベース２５に格納した年間の各月の水質データを用いて診断を行うものとするが、データベース２５に格納した統計処理済みのデータを参照して、リアルタイムの水質計測値を用いて診断を行うようにしてもよい。
【００５５】
図１１は、年間の各月の最初沈殿池１への流入水Ｗ１と最初沈殿池１からの流出水とのＳＳを、複数年度に亘って模擬したモデルデータである。なお、本モデルデータを設定するにあたっては公開文献の水質測定値を利用したため、文献を入手していない年度についてはデータを省略した。
【００５６】
図１１において、横方向の各行には、単年度の各月の計測値、及びその平均値が記され、縦方向の各列には、各年度の同じ月の計測値、及びその平均値が記されている。図１２は、第１年度の計測値の変動を示す折れ線グラフであり、図１３は、複数年度に亘る４月度の計測値の変動を示す折れ線グラフである。図１１及び図１２を参照すると、流入水、流出水ともに季節変動が見られる。
【００５７】
図１４は、（式１）と（式２）とにより計算した除去量指標Ｄと残留率指標Ｒ、及びその平均値と標準偏差とを示した表である。ここでは、除去量指標Ｄを無次元化するための参照水質計測値として、流出水のＳＳの全平均値（約５７．６３）を用いた。図１４において、第１年度の１２ヶ月のデータと、各年度の４月度のデータとの中で、各指標の平均値に標準偏差を加えた値を超える過大値には実線丸囲いを、各指標の平均値から標準偏差を減じた値に達しない過小値には破線丸囲いを付した。なお、第２年度以降及び４月度以外の他のデータについての丸囲いは省略した。また、これらの過大値と過小値とを図２のパラメータ相関と対比して判定した結果のケース番号を、図１４の下側の表の欄外にＣ１〜Ｃ４の符号で示した。
【００５８】
無次元パラメータ（除去量指標）Ｄと、無次元パラメータ（残留率指標）Ｒとの第１年度の変動のトレンドを図１５に、同様な複数年度の４月度の変動のトレンドを図１６に示す。また、図１５及び図１６中には、図１４の欄外に符号で示した異常のケース番号に対応する、最初沈殿池１における診断結果としての想定異常事象（図３参照）を記載した。
【００５９】
診断の結果、例えば、図１４において、除去量指標Ｄが過小（破線丸囲い）で残留率指標Ｒが過大（実線丸囲い）となっている第１年度の４月度は、原水のＳＳ濃度に対して沈殿量が少ない「沈殿不良」（図２のケースＣ２）と判定される。一方で、除去量指標Ｄが過大（実線丸囲い）で残留率指標Ｒが標準範囲内となっている第１年度の１月度及び３月度は、原水のＳＳ濃度が高いために沈殿量が多くなった「流入負荷高」（図２のケースＣ３）と判定される。除去量指標Ｄが過小（破線丸囲い）で残留率指標Ｒが標準範囲内となっている第１年度の８月度及び９月度は、原水のＳＳ濃度が低いために沈殿量が少なくなった「流入負荷低」（図２のケースＣ４）と判定される。なお、流入負荷低の場合は、沈殿量は少ないものの原水のＳＳ濃度が低いため、処理水の水質は保たれている。また、除去量指標Ｄが過大（実線丸囲い）で残留率指標Ｒが過小（破線丸囲い）となっている第１年度の６月度及び２月度は、原水のＳＳ濃度に対して沈殿量が多く、且つ処理水の水質がよくなっている「処理過剰」（図２のケースＣ１）と判定される。
【００６０】
これらの診断結果を図１２と対応付けると、４月度は原水のＳＳ濃度が低いにも関わらず、処理水のＳＳ濃度が僅かに高めとなっており、６月度は原水のＳＳ濃度が高い一方で処理水のＳＳ濃度は低く保たれている。また、８月度及び９月度は明らかに原水のＳＳ濃度が低く、１月度は原水のＳＳ濃度が極端に高いにも関わらず、処理水のＳＳ濃度は原水のＳＳ濃度が１月度よりも低い１２月度と同程度となっている。
【００６１】
このように、汚濁物質の沈殿量は、原水のＳＳ濃度と処理の良否との２つの要因によって変化するので、従来技術のような沈殿量の絶対値による評価だけでは、原水のＳＳ濃度が原因か、処理状態に問題があるかを特定することはできなかった。また、原水のＳＳ濃度は、日間変動から年間変動に亘る時間変動があり、且つ処理場の処理方式や処理性能によって、沈殿量の標準範囲が異なる。このため、それぞれの処理場について、原水水質と処理水水質との時間変動を分析し、前後の月の原水と処理水との水質を考慮して異常発生を判断する必要があった。
【００６２】
これに対し、本実施形態に係るプラント状態診断装置２１の状態診断ロジックは、原水水質や処理場の処理性能等が不確定な場合においても、統計処理によって通常状態との差異を明確化することができ、異常事象の発生を容易に検出できるという利点がある。
【００６３】
また、図１６に示した複数年度のトレンドについては、図２及び図３の判定基準により、第１年度が「沈殿不良」（図２のケースＣ２）と判定され、第３年度が「流入負荷高」（図２のケースＣ３）と判定される。図１３において、原水と処理水とのＳＳ濃度を参照すると、第１年度は原水のＳＳ濃度が低いにも関わらず、処理水のＳＳ濃度が僅かに高めとなっており、第３年度は明らかに原水のＳＳ濃度が高くなっていることから、判定は妥当であることが分かる。
【００６４】
図１に示すプラント状態診断装置２１は、判定結果が「沈殿不良」または「沈殿過剰」の場合に、図３に例示したような想定異常原因を表示部２４に表示するので、処理を正常に戻すための運転パラメータの調整や機器の点検を促すことができる。また、判定結果が「流入負荷低」または「流入負荷高」の場合には、同様に、流入負荷に対応した運転パラメータの調整を促すことができる。
【００６５】
最初沈殿池１の処理性能を調整するための運転パラメータとしては、図３の例示した想定異常原因に対応する沈殿池の水位、沈殿池の流入及び流出流量（滞留時間）、沈殿池からの汚泥引抜量などが考えられる。そこで、プラント状態診断装置２１は、例えば、水面積負荷と有効水深との調節、汚泥引抜量の調整、及び汚泥掻き寄せ間隔の調整を促すガイダンスを表示するようにすればよい。
【００６６】
また、データを用いた詳細な説明は省略するが、以上説明した最初沈殿池１に対するプラント状態診断の手順は、最終沈殿池３に対しても同様に適用可能である。なお、本実施形態では水質計測値としてＳＳ濃度を用いる例を説明したが、ＳＳ濃度の代わりに濁度を用いるものとしてもよい。
【００６７】
本実施形態によれば、原水のＳＳ濃度や濁度の季節変動や、処理場固有の不確定性が存在する水処理プラントの運転において、最初沈殿池及び最終沈殿池に流入する原水の汚濁負荷の異常や沈殿処理の良否を水質計測値を用いて簡便に判定できるので、水処理プラントの運転状態把握が容易になり、運転性が向上する。また、処理不良や処理過剰に対するエネルギー損失が低減されるので、水処理プラントの経済性が向上する。さらに、処理水の濁質濃度を最適に保持できるので、放流水の水質が向上する。
【００６８】
≪第３の実施形態≫
次に、本発明の第３の実施形態について、図１〜図３を参照して詳細に説明する。本実施形態では、図１に示す下水処理設備１０１の処理プロセスのうち、消毒設備４での消毒処理プロセスを状態診断の対象とし、診断に用いる水質計測値は、最終沈殿池３からの流出水（原水）の大腸菌群数と放流水（処理水）の大腸菌群数とである。放流水の水質基準には、水素イオン濃度、浮遊物質量、生物化学的酸素要求量、窒素含有量、及びリン含有量などがあるが、本実施形態では消毒に関する基準に着目して説明する。
【００６９】
放流水の水質基準を保つための消毒には、塩素消毒施設、紫外線消毒施設、オゾン消毒施設等が用いられる。消毒の指針は大腸菌群数で規定され、各消毒方式ともに処理水の大腸菌群数が１立方センチメートル当たり３０００個以下である。原水の大腸菌群数が不定であるため、生物反応槽や沈殿池と同様に、運転パラメータである塩素注入率、紫外線照射量、あるいはオゾン注入率を調整する必要がある。
【００７０】
原水の大腸菌群数を早期に運転条件に反映する方法として、例えば、非特許文献１に開示されているリアルタイムＰＣＲ法を用いてもよい。また、大腸菌群数の変化が少ない場合や消毒強度に裕度がある場合には、原水と処理水を生物分析して、その分析値を反映するようにしてもよい。
【００７１】
図３に示すように、消毒設備の想定異常事象は、消毒過剰、消毒不良、流入負荷高、及び流入負荷低である。消毒過剰の場合は、塩素消毒では消毒剤の使用量増加によるコスト増に加え、放流先の生態系に影響を与える可能性がある。紫外線消毒またはオゾン消毒の場合には、生態系への影響は少ないものの、使用電力量増加によるコスト増が発生する可能性がある。
【００７２】
消毒設備の想定異常原因としては、塩素消毒については、例えば、塩素添加量不適正や注入ポンプ不調などが考えられる。また、紫外線消毒については、例えば、照射量不適正や紫外線ランプ不調などが、オゾン消毒については、例えば、オゾン注入率不適正やオゾン発生装置不調などが考えられる。その他、消毒方式に依存しない共通の想定異常原因として、例えば、耐性菌や原虫類等の繁殖が考えられる。そこで、プラント状態診断装置２１は、これらの想定異常原因についての注意喚起と、必要な運転パラメータの調節を促すガイダンスを表示するようにすればよい。
【００７３】
本実施形態によれば、原水の大腸菌群数の季節変動や、処理場固有の不確定性が存在する水処理プラントの運転において、消毒設備に流入する原水の大腸菌群数の異常や消毒処理の良否を水質計測値を用いて簡便に判定できるので、水処理プラントの運転状態把握が容易になり、運転性が向上する。また、処理不良や処理過剰に対するエネルギー損失が低減されるので、水処理プラントの経済性が向上する。さらに、処理水の濁質濃度を最適に保持できるので、放流水の水質が向上し、放流水質の信頼性や水処理に関わる経済性が向上するという効果を奏する。
【符号の説明】
【００７４】
１      最初沈殿池
２      生物反応槽
３      最終沈殿池
４      消毒設備
５      送風機
６      プラント運転制御装置
７      送風機運転制御部
８      散気管
１１    ＳＳ濃度計・濁度計（計測器）
１２    水位計
１３    有機物濃度計（計測器）
１４    大腸菌センサー（計測器）
１５    流量計
２１    プラント状態診断装置（状態診断装置）
２２    状態診断部（状態診断手段）
２３    入出力部
２４    表示部
２５    データベース（記憶部）
２６    データ解析部（データ解析手段）
２７    計測データ処理部（計測データ処理手段）
３１    計装配線
３２    信号線
３３    動力線
１０１  下水処理設備（水処理プラント）
Ｄ      除去量指標
Ｒ      残留率指標
Ｗ１    流入水
Ｗ２    放流水
【図１】
2013215698.tif 000003
【図２】
2013215698.tif 000004
【図３】
2013215698.tif 000005
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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