(57)【要約】【課題】水素イオン濃度計測値により処理水を中和する制御システムにて、外乱の影響を低減する。【解決手段】  本願発明は、被処理水に中和剤を注入して被処理水のｐＨの制御を行う濃度調整システムにおいて、被処理水を貯留する処理槽と、この処理槽に前記中和剤を注入する中和剤注入手段と、前記中和剤の滴下を計測する液滴センサと、前記処理槽に設けられたｐＨ計と、所定の間隔であるサンプル周期で、前記ｐＨ計で求められた被処理水のｐＨ値に従って、前記中和剤注入手段を駆動して前記処理槽への中和剤の注入量を制御するコントローラと、を具備し、前記コントローラは、前記中和剤注入手段の動作を前記液滴センサで監視して、前記液滴センサで検知した滴下量が所定の注入量を下回るときに、前記サンプル周期を早めることを特徴とする濃度調整システムである。【選択図】  図１
2016055238.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水に中和剤を注入して被処理水のｐＨの制御を行う濃度調整システムにおいて、
被処理水を貯留する処理槽と、
この処理槽に前記中和剤を注入する中和剤注入手段と、
前記中和剤の滴下を計測する液滴センサと、
前記処理槽に設けられたｐＨ計と、
所定の間隔であるサンプル周期で、前記ｐＨ計で求められた被処理水のｐＨ値に従って、前記中和剤注入手段を駆動して前記処理槽への中和剤の注入量を制御するコントローラと、を具備し、
前記コントローラは、前記中和剤注入手段の動作を前記液滴センサで監視して、前記液滴センサで検知した滴下量が所定の注入量を下回るときに、前記サンプル周期を早めることを特徴とする濃度調整システム。
【請求項２】
請求項１に記載の濃度調整システムにおいて、
さらに、前記被処理水の温度を計測する補助入力手段を備え、
前記被処理水の温度に従って前記サンプル周期を補正することを特徴とする濃度調整システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の濃度調整システムにおいて、
さらに、前記被処理水の組成を計測する補助入力手段を備え、
前記被処理水の組成に従って前記サンプル周期を補正することを特徴とする濃度調整システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、用水や排水、或いはプロセス水等に対するｐＨ中和剤の添加量を制御する水素イオン濃度調整システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
用水排水やプロセス水等を中和し、その水素イオン濃度（ｐＨ） を調整する場合、
原水（ 被処理水）がアルカリ性であれば塩酸や硫酸等の酸性薬品が、また原水が酸性であれば苛性ソーダ（ 水酸化ナトリウム） や消石灰（ 水酸化カルシウム） 等のアルカリ性薬品がｐＨ 中和剤として用いられる。そして原水を貯留する反応層（処理槽）に中和剤を注入することで上記原水の水素イオン濃度（ｐＨ）の調整、すなわち中和処理が行われる。
【０００３】
従来から制御の世界では、むだ時間要素が支配的なプロセスに対しては、連続制御は極めて困難なことが知られている。特に、本発明にかかるｐＨ制御はその最たるものであって、処理槽の容量と攪拌機の能力などから定まる非常に長いむだ時間が中和反応に発生することが知られている。そのために、サンプル値制御方式が有効な手段であると云われる。
【０００４】
特許文献１の発明は、従来のサンプル値ＰＩＤ制御に加えて、前記処理水のｐＨ値が前記調整目標ｐＨ値を越えたとき、または下回ったときにはサンプル周期を待たずに、前記演算手段が求めた制御値を補正する制御値補正手段を備えることを特徴とするｐＨ調整剤の自動注入装置であって、ｐＨ調整剤が注入された前記処理槽での被処理水の反応遅れ時間を踏まえたＰＩＤ制御値を求めるサンプル値ＰＩＤ制御を実行するものである。水量と水質（ｐＨ値）の変動が激しい水系における被処理水へのｐＨ調整剤の添加量を最適化することができる発明である。
【０００５】
特許文献２の発明は、被検液に滴定試薬を少量ずつ滴加し、被検液の化学量又は物理量の変化をセンサにて測定する滴定における制御方法であって、滴定試薬を滴加して所定の待ち時間経過した後の被検液の化学量又は物理量変化の大きさに応じて、次に滴定試薬を滴加した後の前記センサによる被検液の化学量又は物理量検出のための待ち時間の大きさを制御するようにしたことを特徴とする滴定制御方法である。やはりサンプル値制御の応用例であり、この滴定は一定量を滴下するものである。被検液に滴定試薬を滴加し、被検液の化学量又は物理量の変化をセンサにより検出し、その変化量に応じて常に適切な間隔にて滴定試薬を滴加し、滴定時間の短縮を達成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２１６２３２号公報
【特許文献２】特開平１１−１０８９１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１または２に示すように、従来のサンプル値制御に加えて、サンプル周期の設定に工夫を加えた発明であっても、まだ実施上の問題が発生することがある。
【０００８】
それは、中和剤（調整剤）の滴下はポンプの駆動によって行うが、この数滴の滴下が安定して行われないという問題がある。ポンプの短時間駆動ではポンプが空打ち、すなわち中和剤を送り出せない状態が発生することがあるからである。
【０００９】
また、被処理水の環境条件による変化もある。被処理水の温度が高ければ基本的に化学反応は早まるためである。その他、被処理水の組成によっては、反応時間を支配する液種が混合しているような場合には、中和剤滴下のタイミングを調整する必要もある。
【００１０】
本願発明は、このような中和剤処理にかかる種々の条件を監視して、最適なサンプル値制御に役立てるための発明である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願発明は、被処理水に中和剤を注入して被処理水のｐＨの制御を行う濃度調整システムにおいて、
被処理水を貯留する処理槽と、
この処理槽に前記中和剤を注入する中和剤注入手段と、
前記中和剤の滴下を計測する液滴センサと、
前記処理槽に設けられたｐＨ計と、
所定の間隔であるサンプル周期で、前記ｐＨ計で求められた被処理水のｐＨ値に従って、前記中和剤注入手段を駆動して前記処理槽への中和剤の注入量を制御するコントローラと、を具備し、
前記コントローラは、前記中和剤注入手段の動作を前記液滴センサで監視して、前記液滴センサで検知した滴下量が所定の注入量を下回るときに、前記サンプル周期を早めることを特徴とする濃度調整システムである。
【００１２】
さらに、この濃度調整システムにおいて、前記被処理水の温度を計測する補助入力手段を備え、
前記被処理水の温度に従って前記サンプル周期を補正することを特徴とする濃度調整システムであるか、または、
前記被処理水の組成を計測する補助入力手段を備え、
前記被処理水の組成に従って前記サンプル周期を補正することを特徴とする濃度調整システムである。
【発明の効果】
【００１３】
本願発明を、水素イオン濃度計測値により処理水を中和する制御システムにおけるサンプル値制御に応用することで、設備環境上の外乱の影響を低減することが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本願発明にかかる濃度調整システムの全体構成を示す図である。
【図２】本願発明の実施の形態にかかるコントローラの処理フローを示す図である。
【図３】本願発明の実施例にかかるサンプル周期の変更と応答特性を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本願発明の実施の形態を以下、図面に基づいて説明する。まず、図１は、本願発明の実施にかかる濃度調整システムの全体構成を示す図である。公知の構成は特許文献１の説明に倣って述べるが、図１に示すように被処理水（原水）を貯留する所定容量の処理槽１を備えた水系に設けられ、ｐＨ中和剤槽（薬液タンク）２に貯留されているｐＨ中和剤をポンプ３を介して前記処理槽１に注入するように構成される。このポンプ３は容量可変型のものであっても定量型のものであってもよく、後述する制御信号によりｐＨ中和剤の注入量が制御される。また前記処理槽１には、中和剤が添加された被処理水（原水）を撹拌する撹拌機構（ 図示せず）が設けられると共に、ｐＨ中和剤の添加により調整された処理水の水素イオン濃度（ｐＨ値）を測定するｐＨ計４ が設けられる。図示のとおり、この中和剤槽２とポンプ３による中和剤注入手段は一系統でもよいが、酸性およびアルカリ性の両方の薬品を蓄えたもの二系統であってもよい。
【００１６】
さらに、本願発明の要部である液滴センサ６が当該中和剤の滴下ルートに従って設置される。このセンサは光電式または圧電式でもよく、中和剤の滴下数を数える。あるいは流量計でもよい。なお、中和剤注入手段が二系統の場合には当然液滴センサももう一つ設けられる。
【００１７】
コントローラ５は、マイクロプロセッサなどディジタル電気部品で構成されるものであり、ｐＨ計４で計測された被処理水のｐＨ値を読み取る、また液滴センサ６から中和剤の滴下量を入力する。その他、処理槽１の被処理水の動特性を把握するために、温度、組成などの環境的な補助データも補助入力器２０から入力する。
【００１８】
コントローラ５内部の構成をみると、まず、サンプル値制御の動作間隔を刻むサンプル周期算出部１０があり、これは基本的には、サンプル周期（以下「Ｔｓ」と呼ぶ）を制御対象である被処理水のむだ時間よりも大きい時間値を初期値として持つ。このサンプル周期を以下で述べるように、種々の外乱要因に依って変化させる処理を行う。
【００１９】
コントローラ５の制御演算部１１はサンプル値ＰＩＤ演算を実行するか、あるいはオンオフ制御等でもよく、ｐＨ計４で計測された被処理水のｐＨ値を内部の設定ｐＨ値（通常７．０）との差異に基づいてフィードバック制御を行うものである。そして、出力部１２は制御演算部１１からの操作量指令を受けて、サンプル周期に従って、中和剤注入手段のポンプ３を駆動するのである。
【００２０】
次に、図２では、本願発明の実施の形態にかかるコントローラの処理フローを説明する。
図２の左側のステップＳ１０〜ステップＳ１９までは標準的機能を示し、これは滴下条件への対応部である。右側のステップＳ２０〜ステップＳ２３まではオプション機能である。
【００２１】
それでは標準的機能から説明する。ステップＳ１０から始まる。まずステップＳ１１で各制御パラメータの初期化処理を行う。サンプル周期Ｔｓ，適正滴下量、および標準被処理水の温度また組成係数、ならびに変動サンプル周期Δ値などを設定するもので、これらパラメータは以降の制御演算に用いられる。
【００２２】
ステップＳ１２で、サンプル周期が経過したかのチェックを行う。初回は即実行だが、そうでなければ、Ｔｓ経過までアイドリングする。Ｔｓ経過していれば制御演算に入る。ここでは、ｐＨ計４から被処理水のｐＨ値を入力する（Ｓ１３）。続いて、所定の制御演算を行う（Ｓ１４）。この演算結果で、ポンプ３を駆動して、中和剤の滴下が行われる（Ｓ１５）。
【００２３】
そして、液滴センサ６を通じて、中和剤の滴下量の測定を行う（Ｓ１６）。これは短時間での滴下作業に対応するため短時間で終わる。
【００２４】
そして、ステップＳ１７で、その滴下量が適当なものであったかが判断される。ポンプ３に指令した量との差異で適宜判断する。滴下量が適当（ＯＫ）であったら、サンプル周期Ｔｓは初期値を維持する（Ｓ１９）。対して、液滴量がある程度以上不足していたら中和剤の注入が足りないと判断して、サンプル周期Ｔｓを短く補正する（Ｓ１８）。そして、ステップＳ１２のループに戻る。以上が標準的機能の説明である。
【００２５】
次に、オプション機能の説明に移る。本来、化学反応は反応物の温度が上がれば反応時間（むだ時間）は短くなる。そのため、被処理水の温度と反比例してサンプル周期Ｔｓは変化させるべきである。その他に、被処理水の科学的組成、種類がわかるような場合にも、同様に補正すべきである。それらの環境センサを検出するのが補助入力器２０であり、コントローラ５と連携して機能する。なお、ｐＨ計自体には昨今は温度補正機能つきであるが、この本願発明はあくまでも、対象（被処理水）の動特性の変化への対応に当たるものである。
【００２６】
さて、具体的には、図２の処理フロー中ステップ１２のアイドリング時間を利用して、サブルーチンＳ２０へ移行する。コントローラ５は補助入力を取り込む（Ｓ２１）。この環境値に変化があったかどうかで分岐する（Ｓ２２）。変化がなければ何もしないでよいが、ある程度の変化があった場合には、サンプル周期Ｔｓは補正される（Ｓ２３）。例えば、被処理水の温度が上昇すればサンプル周期Ｔｓは所定の刻み（変動サンプル周期Δ値）で短縮される、一方、被処理水の温度が下降すればサンプル周期Ｔｓは所定の刻みで延長される。
【００２７】
こののち、オプション機能は終了してメインループのＳ１２へ戻る。本願発明は、このように、液滴検出に加えて、各種環境変数によるサンプル周期の補正も十分に機能する。
【実施例】
【００２８】
それでは次に、本願発明の実施例にかかるサンプル周期の変更と応答特性を示すタイムチャート図３で述べる。図３の上段は被処理水のｐＨ値の推移である。下段は実際の液滴量の推移を示す。横軸は時間である。サンプル周期のｎ回目を示す数字を液滴箇所に添字する。
【００２９】
本例は中和剤にアルカリ性の薬品が入っているケースであり、開始時ｐＨ値は７よりも小さい状態を示している。ここで、ポンプ３に滴下指令がコントローラ５から与えられて、実際液滴量はその通りであったとすると、次回までのサンプル周期は初期値Ｔｓ０のままである。ｐＨ値は被処理水のむだ時間のため、なかなか上がらない状態を示している。
【００３０】
次のサンプル周期で二回目の滴下が行われたが、実際の液滴量は半分以下であった様子が示されている。そのため、コントローラ５でサンプル周期はＴｓ０からＴｓ１へ変更される。短いサンプル周期Ｔｓ１で三回目の滴下が行われる。ようやく、ｐＨ値は上昇を始める。なお、このときは正常に液滴できたのでサンプル周期は初期値Ｔｓ０に戻る。
【００３１】
４回目の滴下の後に、被処理水の温度が低下したことを補助入力機能で検知した。そのため、サンプル周期はＴｓ０からＴｓ２へ拡張された。５回目の滴下がのばされたので、ｐＨ値はオーバーシュートが少なく済んで、ｐＨ７．０に収束できた様子が示されている。
【００３２】
本実施例では、簡単のために、定量滴下のサンプル値制御で示したが、これ以外にサンプルホールド型でポンプに指令を与え続けるサンプル値ＰＩＤ制御方式への応用でもよい。そのようなケースでも、本願発明の範囲に属する。
【符号の説明】
【００３３】
１    処理槽
２    中和剤槽
３    ポンプ
４    ｐＨ計
５    コントローラ
６    液滴センサ
１０  サンプル周期算出部
１１  制御演算部
１２  出力部
２０  補助入力器
【図１】
2016055238.tif 000003
【図２】
2016055238.tif 000004
【図３】
2016055238.tif 000005