(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水に凝集剤を注入する際に、凝集剤の過不足を低減するように制御する浄水場の凝集剤注入制御装置であって、
原水の濁度を検出する濁度計と、
原水のアルカリ度を検出するアルカリ度計と、
原水に凝集剤を注入した後の流動電位を検出する流動電位計とを備え、
前記原水の濁度とアルカリ度に基づいて、予め注入すべき凝集剤の凝集剤注入率の予定値を算出するフィードフォワード制御器と、
前記原水に凝集剤を注入した後の流動電位に基づいて、実際に注入された凝集剤の凝集剤注入率の測定値を算出するフィードバック制御器と、
前記濁度及び実際の凝集剤注入率の測定値により求めた予測流動電位と、前記流動電位とにより求められた偏差強度に基づいて、重み付け係数を演算する演算器と、
前記フィードフォワード制御器から出力される予め注入すべき凝集剤の凝集剤注入率の予定値と前記フィードバック制御器から出力される実際に注入された凝集剤の凝集剤注入率の測定値に対して、前記演算器から出力される重み付け係数を合成して実際に注入すべき凝集剤の凝集剤注入率を演算する合成制御器と、を備えたことを特徴とする浄水場の凝集剤注入制御装置。
【請求項２】
複数の水源からの原水に凝集剤を注入する際に、凝集剤の過不足を低減するように制御する浄水場の凝集剤注入制御装置であって、
原水の水温を検出する温度計と、
原水の水量を検出する流量計と、
原水の濁度を検出する濁度計と、
原水に凝集剤を注入した後の流動電位を検出する流動電位計とを備え、
前記原水の濁度と水温に基づいて、予め注入すべき凝集剤の凝集剤注入率の予定値を算出するフィードフォワード制御器と、
前記原水に凝集剤を注入した後の流動電位に基づいて、実際に注入された凝集剤の凝集剤注入率の測定値を算出するフィードバック制御器と、
前記濁度及び実際の凝集剤注入率の測定値により求めた予測流動電位と、前記流動電位とにより求められた偏差強度に基づいて、重み付け係数を演算する演算器と、
前記フィードフォワード制御器から出力される予め注入すべき凝集剤の凝集剤注入率の予定値と前記フィードバック制御器から出力される実際に注入された凝集剤の凝集剤注入率の測定値に対して、前記演算器から出力される重み付け係数を合成して実際に注入すべき凝集剤の凝集剤注入率を演算する合成制御器と、を備えたことを特徴とする浄水場の凝集剤注入制御装置。
【請求項３】
前記演算器は、
前記実際の凝集剤注入率の測定値と流動電位の関係から流動電位を予測し、実際の流動電位との差と凝集剤を注入する前の原水の濁度に応じて、前記フィードバック制御器から出力される実際に注入された凝集剤の凝集剤注入率の測定値を補正することを特徴とする請求項１記載の浄水場の凝集剤注入制御装置。
【請求項４】
前記演算器は、
前記実際の凝集剤注入率の測定値と流動電位の関係から流動電位を予測し、実際の流動電位との差と凝集剤を注入する前の原水の濁度に応じて、前記フィードフォワード制御器から出力される予め注入すべき凝集剤の凝集剤注入率の予定値を補正することを特徴とする請求項１記載の浄水場の凝集剤注入制御装置。
【請求項５】
前記演算器は、
前記実際の凝集剤注入率の測定値と流動電位の関係から流動電位を予測し、実際の流動電位との差と取水する原水の流量に応じて、前記フィードバック制御器から出力される実際に注入された凝集剤の凝集剤注入率の測定値を補正することを特徴とする請求項２記載の浄水場の凝集剤注入制御装置。
【請求項６】
前記演算器は、
前記実際の凝集剤注入率の測定値と流動電位の関係から流動電位を予測し、実際の流動電位との差と取水する原水の流量に応じて、前記フィードフォワード制御器から出力される予め注入すべき凝集剤の凝集剤注入率の予定値を補正することを特徴とする請求項２記載の浄水場の凝集剤注入制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、浄水場の凝集剤注入制御装置に関し、特に、フィードフォワード制御とフィードバック制御の関係の調整を行うことで凝集剤の過不足を低減するように制御する浄水場の凝集剤注入制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の浄水場の凝集剤注入制御装置は、浄水場で取水する原水の水温と濁度およびアルカリ度をそれぞれ温度計と濁度計およびアルカリ度計を用いて測定し、予め設定した所定の注入率式によって凝集剤注入率を計算して出力するフィードフォワード制御器を有しており、最も一般的に広く利用されている。
【０００３】
これとは別に、従来の浄水場の凝集剤注入制御装置としては、浄水場で取水した原水に凝集剤を加えた後に処理水に生成した凝集フロックの電気的性質を流動電流計や流動電位計などで測定し、その測定値を目標の値に保持するように制御するフィードバック制御器が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のフィードフォワード制御器による凝集剤注入制御装置は、制御の計算に用いる注入率式が予め設定したほぼ固定したものであるため、経年的ないし突発的な原水の変遷変動に対応でき難く、また、原水の濁度が変化しなくても凝集剤の過不足が生じる原水を取水しなければならない場合もあった。さらに、複数の水源から原水を取水してその流量比率が頻繁に変更される場合もあった。このため、適宜注入率式をジャーテストなどで決め直さなければならないといった問題があった。
【０００５】
また、従来のフィードバック制御器による凝集剤注入制御装置は、応答が早くかつ凝集剤の注入量と線形な関係があるため、最も適した制御方式であると期待されている。しかしながら、原水の水質である水温、ｐＨ、アルカリ度、電気導電率、さらに、計測ができない原水中の濁度成分の性質によって、フィードバック制御器の目標値である流動電位が変動していた。このため、目標となる流動電位を煩雑なジャーテストなどで頻繁に決め直さなければならないといった不備があった。これらの不備を補うために、様々な目標値の補正手段が提案されてはいるものの、有効なものは未だ確立されていない。
【０００６】
さらに、上述したジャーテストは、熟練すれば凝集剤の注入率を正しく決めることができるが、人手による作業であり客観性に欠けるため凝集剤注入の過不足は避けられなかった。また、ジャーテストでは、取水する原水によっては凝集剤の注入率を決められない場合も多く、このため安全を配慮して凝集剤の過剰注入を行い、かえって不安定な凝集フロックにしてしまい沈殿ろ過の水処理操作を困難にする恐れがあった。さらに、その結果として凝集剤過多の処理困難な汚泥の発生という事態を発生する場合もあった。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的としては、凝集剤の注入率を最適な値に制御することができる浄水場の凝集剤注入制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、上記課題を解決するため、原水に凝集剤を注入する際に、凝集剤の過不足を低減するように制御する浄水場の凝集剤注入制御装置であって、原水の濁度を検出する濁度計と、原水のアルカリ度を検出するアルカリ度計と、原水に凝集剤を注入した後の流動電位を検出する流動電位計とを備え、前記原水の濁度とアルカリ度に基づいて、予め注入すべき凝集剤の凝集剤注入率の予定値を算出するフィードフォワード制御器と、前記原水に凝集剤を注入した後の流動電位に基づいて、実際に注入された凝集剤の凝集剤注入率の測定値を算出するフィードバック制御器と、前記濁度及び実際の凝集剤注入率の測定値により求めた予測流動電位と、前記流動電位とにより求められた偏差強度に基づいて、重み付け係数を演算する演算器と、前記フィードフォワード制御器から出力される予め注入すべき凝集剤の凝集剤注入率の予定値と前記フィードバック制御器から出力される実際に注入された凝集剤の凝集剤注入率の測定値に対して、前記演算器から出力される重み付け係数を合成して実際に注入すべき凝集剤の凝集剤注入率を演算する合成制御器と、を備えたことを要旨とする。
【０００９】
請求項１記載の本発明によれば、フィードフォワード制御器により原水の濁度とアルカリ度に基づいて、予め注入すべき凝集剤の凝集剤注入率の予定値を算出しておき、フィードバック制御器により原水に凝集剤を注入した後の流動電位に基づいて、実際に注入された凝集剤の凝集剤注入率の測定値を算出し、さらに、演算器により原水の濁度と実際の凝集剤注入率の測定値と流動電位に基づいて、重み付け係数を演算しておき、合成制御器において、フィードフォワード制御器から出力される予め注入すべき凝集剤の凝集剤注入率の予定値とフィードバック制御器から出力される実際に注入された凝集剤の凝集剤注入率の測定値に対して、演算器から出力される重み付け係数を合成して実際に注入すべき凝集剤の凝集剤注入率を演算し、凝集剤注入機に設定して凝集剤の注入を実行する。
【００１０】
この結果、急速混和池に注入した凝集剤の注入率を最適な値に制御することができる。特に、浄水場で取水する原水の濁度が比較的高く、かつ、原水の濁度が頻繁に変動する場合に、凝集剤の注入率を最適な値に制御することができる。
【００１１】
請求項２記載の発明は、上記課題を解決するため、複数の水源からの原水に凝集剤を注入する際に、凝集剤の過不足を低減するように制御する浄水場の凝集剤注入制御装置であって、原水の水温を検出する温度計と、原水の水量を検出する流量計と、原水の濁度を検出する濁度計と、原水に凝集剤を注入した後の流動電位を検出する流動電位計とを備え、前記原水の濁度と水温に基づいて、予め注入すべき凝集剤の凝集剤注入率の予定値を算出するフィードフォワード制御器と、前記原水に凝集剤を注入した後の流動電位に基づいて、実際に注入された凝集剤の凝集剤注入率の測定値を算出するフィードバック制御器と、前記濁度及び実際の凝集剤注入率の測定値により求めた予測流動電位と、前記流動電位とにより求められた偏差強度に基づいて、重み付け係数を演算する演算器と、前記フィードフォワード制御器から出力される予め注入すべき凝集剤の凝集剤注入率の予定値と前記フィードバック制御器から出力される実際に注入された凝集剤の凝集剤注入率の測定値に対して、前記演算器から出力される重み付け係数を合成して実際に注入すべき凝集剤の凝集剤注入率を演算する合成制御器と、を備えたことを要旨とする。
【００１２】
請求項２記載の本発明によれば、フィードフォワード制御器により原水の濁度と水温に基づいて、予め注入すべき凝集剤の凝集剤注入率の予定値を算出しておき、フィードバック制御器により水に凝集剤を注入した後の流動電位に基づいて、実際に注入された凝集剤の凝集剤注入率の測定値を算出し、さらに、演算器により水量と実際の凝集剤注入率の測定値と流動電位に基づいて、重み付け係数を演算しておき、合成制御器において、フィードフォワード制御器から出力される予め注入すべき凝集剤の凝集剤注入率の予定値とフィードバック制御器から出力される実際に注入された凝集剤の凝集剤注入率の測定値に対して、演算器から出力される重み付け係数を合成して実際に注入すべき凝集剤の凝集剤注入率を演算し、凝集剤注入機に設定して凝集剤の注入を実行する。
【００１３】
この結果、急速混和池に注入した凝集剤の注入率を最適な値に制御することができる。特に、取水源が複数である場合や、処理すべき原水の濁度が低い場合、または、原水の濁度変動がきわめて少ない場合に、凝集剤の注入率を最適な値に制御することができる。
【００１４】
請求項３記載の発明は、上記課題を解決するため、前記演算器は、前記実際の凝集剤注入率の測定値と流動電位の関係から流動電位を予測し、実際の流動電位計との差と凝集剤を注入する前の原水の濁度に応じて、前記フィードバック制御器から出力される実際に注入された凝集剤の凝集剤注入率の測定値を補正することを要旨とする。
【００１５】
請求項３記載の本発明によれば、演算器により、実際の凝集剤注入率の測定値と流動電位の関係から流動電位を予測し、実際の流動電位計との差と凝集剤を注入する前の原水の濁度に応じて、フィードバック制御器から出力される実際に注入された凝集剤の凝集剤注入率の測定値を補正することで、原水の濁度が頻繁に変動する場合に、凝集剤の注入率を最適な値に制御することができる。
【００１６】
請求項４記載の発明は、上記課題を解決するため、前記演算器は、前記実際の凝集剤注入率の測定値と流動電位の関係から流動電位を予測し、実際の流動電位との差と凝集剤を注入する前の原水の濁度に応じて、前記フィードフォワード制御器から出力される予め注入すべき凝集剤の凝集剤注入率の予定値を補正することを要旨とする。
【００１７】
請求項４記載の本発明によれば、演算器により、実際の凝集剤注入率の測定値と流動電位の関係から流動電位を予測し、実際の流動電位との差と凝集剤を注入する前の原水の濁度に応じて、フィードフォワード制御器から出力される予め注入すべき凝集剤の凝集剤注入率の予定値を補正することで、原水の濁度が頻繁に変動する場合に、凝集剤の注入率を最適な値に制御することができる。
【００１８】
請求項５記載の発明は、上記課題を解決するため、前記演算器は、前記実際の凝集剤注入率の測定値と流動電位の関係から流動電位を予測し、実際の流動電位との差と取水する原水の流量に応じて、前記フィードバック制御器から出力される実際に注入された凝集剤の凝集剤注入率の測定値を補正することを要旨とする。
【００１９】
請求項５記載の本発明によれば、演算器により、実際の凝集剤注入率の測定値と流動電位の関係から流動電位を予測し、実際の流動電位との差と取水する原水の流量に応じて、フィードバック制御器から出力される実際に注入された凝集剤の凝集剤注入率の測定値を補正することで、取水源が複数である場合や、処理すべき原水の濁度が低い場合、または、原水の濁度変動がきわめて少ない場合に、凝集剤の注入率を最適な値に制御することができる
請求項６記載の発明は、上記課題を解決するため、前記演算器は、前記実際の凝集剤注入率の測定値と流動電位の関係から流動電位を予測し、実際の流動電位との差と取水する原水の流量に応じて、前記フィードフォワード制御器から出力される予め注入すべき凝集剤の凝集剤注入率の予定値を補正することを要旨とする。
【００２０】
請求項６記載の本発明によれば、演算器により、実際の凝集剤注入率の測定値と流動電位の関係から流動電位を予測し、実際の流動電位との差と取水する原水の流量に応じて、フィードフォワード制御器から出力される予め注入すべき凝集剤の凝集剤注入率の予定値を補正することで、取水源が複数である場合や、処理すべき原水の濁度が低い場合、または、原水の濁度変動がきわめて少ない場合に、凝集剤の注入率を最適な値に制御することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２２】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る浄水場の凝集剤注入制御装置のシステム構成を示す図である。
【００２３】
本実施の形態は、浄水場で取水する原水の濁度が比較的高く、かつ、頻繁に変動する浄水場の凝集剤注入運転に利用される例である。
【００２４】
まず、図１を参照して、浄水場の凝集剤注入制御装置のシステム構成について説明する。
【００２５】
図１において、管路Ａより取水された原水が急速混和池１に流入し、凝集剤注入器１２から薬注管Ｂを介して注入された凝集剤と原水が急激に混和される。次いで、急速混和池１から流出された混和水が導水管Ｃを通過してフロック形成池２に流入する。
【００２６】
フロック形成池２では混和水がゆっくりと緩速混合されて凝集反応が進行し、大きくかつ沈殿性の良い凝集フロックへと成長して行く。これらの成長フロックは図示しない沈殿池で沈降分離されその上澄水がろ過池でろ過される。
【００２７】
導水管Ａには、原水の温度を検出する温度計４、原水の濁度を検出する濁度計５、原水のアルカリ度を検出するアルカリ度計が設置されている。また、導水管Ｃには、原水に凝集剤を注入した後の流動電位を検出する流動電位計７が設置されている。
【００２８】
制御部２１は、工業計器であり、フィードフォワード制御器８、フィードバック制御器９、演算器１０、合成制御器１１、データメモリ１３が設けられており、表示部２２、操作部２３が接続されている。
【００２９】
フィードフォワード制御器８は、原水の濁度とアルカリ度に基づいて、予め注入すべき凝集剤の凝集剤注入率の予定値を算出する。
【００３０】
フィードバック制御器９は、原水に凝集剤を注入した後の流動電位に基づいて、実際に注入された凝集剤の凝集剤注入率の測定値を算出する。
【００３１】
演算器１０は、前記原水の濁度と実際の凝集剤注入率の現在値と前記流動電位に基づいて、重み付け係数を演算する。
【００３２】
合成制御器１１は、フィードフォワード制御器８から出力される予め注入すべき凝集剤の凝集剤注入率の予定値と、フィードバック制御器９から出力される実際に注入された凝集剤の凝集剤注入率の測定値に対して、前記演算器から出力される重み付け係数を合成して実際に注入すべき凝集剤の凝集剤注入率を演算する。
【００３３】
凝集剤注入機１２は、合成制御器１１から設定された凝集剤注入率の算出値Ｓn に応じて凝集剤を急速混和池１に注入するとともに、凝集剤注入機１２に設定されている現在の凝集剤注入率ＳC を合成制御器１１に出力する。
【００３４】
データメモリ１３は、原水の異なる濁度Ｔurb に分類されている荷電中和関数Ｄ＝ＧT （Ｓ）を予め複数記憶している。
【００３５】
次に、本発明の第１の実施の形態に係る浄水場の凝集剤注入制御装置の動作について説明する。
【００３６】
導水管Ａに設置された濁度計５により検出された原水の濁度信号と、アルカリ度計６により検出された原水のアルカリ度信号はフィードフォワード制御器８に伝送され、フィードフォワード制御器８により濁度信号とアルカリ度信号に基づいて、予め注入すべき凝集剤の凝集剤注入率の予定値ＳFF（以下、凝集剤注入率ＳFFという）算出される。
【００３７】
詳しくは、フィードフォワード制御器８では、濁度信号の値である濁度Ｔｕｒｂと、アルカリ度信号の値であるアルカリ度Ａｌｋに基づいて、（１）式を用いて凝集剤注入率ＳFFを求める。
【００３８】
【数１】
ＳFF＝Ａ・Turb N1・AlkN2＋Ｂ                    （１）
ここで、Ａは係数、Ｎ１，Ｎ２は指数、Ｂは定数である。
【００３９】
導水管Ｃに設置された流動電位計７により検出された原水に凝集剤を注入した後の流動電位信号はフィードバック制御器９と演算器１０に伝送される。
【００４０】
フィードバック制御器９では、この流動電位信号の値である流動電位値Ｄ＝ＳＰに基づいて、（２）式を用いて実際に注入された凝集剤注入率の測定値ＳFB（以下、凝集剤注入率ＳFBという）を計算する。
【００４１】
【数２】
ＳFB＝Ｓn-1 ＋ΔＳFB
ΔＳFB＝Ｋp ・（Ｅn −Ｅn-1 ）＋ΔＴ／Ｔi ・Ｅn 
Ｅn ＝ＳＰ−ＰＶ                              （２）
ここで、ＳＰは流動電位の目標値、ＰＶは流動電位信号の値、ΔＴ、Ｔi 、Ｋp は制御定数、ΔＳFBは出力偏差、Ｅは入力偏差である。
【００４２】
フィードフォワード制御器８から出力される凝集剤注入率ＳFFと、フィードバック制御器９から出力される凝集剤注入率ＳFBと、温度計４から出力される温度信号が合成制御器１１に伝送され、合成制御器１１により凝集剤注入率ＳFFと凝集剤注入率ＳFBと温度信号の値である温度Ｔemp に基づいて、（３）式で重み付け合成されてその算出値Ｓn が凝集剤注入機１２に出力される。
【００４３】
【数３】
Ｓn ＝｛ＫFF・ＳFF＋ＫFB・ΔＳFB｝・Ｆ（Temp）     （３）
ここで、ＫFFはフィードフォワード制御の重み係数、ＫFBはフィードバック制御の重み係数である。なお、Ｆ（Temp）は、Ｆ（Temp）＝ｆ（Temp，ａn）という周知の演算式から計算される。
【００４４】
ここで、図２に示すフローチャート、図３，図４に示すグラフを参照して、演算器１０で実行される演算処理について説明する。
【００４５】
始めに、図３，図４に示すグラフについて説明する。
【００４６】
図３は、凝集剤注入率（Ｓ）と流動電位（Ｄ）の関係を示したグラフである。濁度Ｔurb1〜Ｔurb4に分類して特性曲線を表すと図３に示すようになる。濁度Ｔurb2において、凝集剤注入率（Ｓｃ）のとき流動電位（Ｄｃ）を求めることができる。
【００４７】
浄水場で取水する河川水や湖沼や遊水池水などや浄水場内で発生する返送水などの水質の異なる水源から取水した混合水に凝集剤を添加して行くと、凝集フロックが生成し始めて流動電位Ｄは上昇して行く。
【００４８】
凝集剤の注入開始時では、ゆっくりとした漸増を見せる場合が一般的である。さらに、添加を続けると凝集剤注入率に対する流動電位の上昇は、図３に示す区間ＳA −ＳB のようにほぼ比例して直線となる。浄水場で取水する原水に対するその直線の区間ＳA −ＳB はその長短こそあれ通常見られる共通の現象である。さらに凝集剤の注入を続けると、流動電位Ｄの変化は漸減傾向となり、最終的には注入する凝集剤の性質と原水の水質の相互反応で発生する凝集剤の微細フロックの流動電位に漸近して行く。
【００４９】
本実施の形態においては、濁度計５により計測された濁度から特性曲線を決定し、上述した図３に示した凝集剤注入率と流動電位の関係から、凝集剤注入率の設定値に対応する流動電位を予測する。すなわち、図３において、点ＳC の凝集剤注入率の設定値に対応する点ＤC の予測流動電位を求める。そして、求めた予測流動電位は実際に計測している凝集剤注入後の流動電位計からの流動電位信号と比較され、その偏差を算出する。次いで、予め原水の濁度の高低ごと、取水する原水の流量比率ごとに作成した図４で示したような曲線の関係によってこの偏差を偏差強度に変換する。すなわち、図４において、上記偏差ΔＤn から偏差強度Ｋn を求めるものである。この偏差強度Ｋn から例えば値（１−Ｋn ）をフィードフォワード制御の重み係数とし、かつＫn をフィードバック制御の重み係数として補正するようにしたものである。
【００５０】
まず、ステップＳ１０では、濁度計５から出力される濁度信号の値である濁度Ｔurb を読み込む。
【００５１】
次いで、ステップＳ２０では、凝集剤注入機１２に設定されている現在の凝集剤注入率ＳC を合成制御器１１を介して読み込む。
【００５２】
次いで、ステップＳ３０では、ステップＳ１０,Ｓ２０で読み込んだ濁度Ｔurbと凝集剤注入率Ｓｃとの関係について、この原水の濁度Ｔurb に最も類似した荷電中和関数Ｄ＝ＧT （Ｓ）を予め複数記憶したデータメモリ１３から選択する。
【００５３】
次いで、ステップＳ４０では、ステップＳ３０において選択された荷電中和関数ＧT （Ｓ）に対して、現在の凝集剤注入率ＳC を当てはめて流動電位ＤC を図３に示したように予測する。
【００５４】
次いで、ステップＳ５０では、流動電位計７から出力される凝集剤注入後の流動電位Ｄn を読み込む。
【００５５】
次いで、ステップＳ６０では、ステップＳ４０により予測された予測値ＤC と、ステップＳ５０により読み込んだ現在の流動電位Ｄｎ  との偏差ΔＤn を求める。
【００５６】
【数４】
ΔＤn ＝Ｄｎ −Ｄｃ                                   （４）
次いで、ステップＳ７０では、図４に示すように、流動電位の偏差ΔＤn に基づいて、（５）式の確率関数で重み係数ＫFB＝Ｋn に変換する。
【００５７】
【数５】
ＫFB＝ＥＸＰ（−ａ・ΔＤn 2 ）                   （５）
ここで、ＥＸＰは指数関数である。ａは定数で浄水場ごとの固有の固定値であるが、データメモリ１３に記憶してある荷電中和関数のデータが不足して適切なデータがない場合などは、表示部２２に表示されている荷電中和関数のデータを随時操作員が操作部２３から手動で変更し、演算器１０に設定できるようにしてある。
【００５８】
この結果、演算器１０で変換された重み係数ＫFBは、合成制御器１１に伝送される。
【００５９】
合成制御器１１では、温度計４の信号と、フィードフォワード制御器８から出力される凝集剤注入率ＳFFと、フィードバック制御器９から出力される凝集剤注入率ＳFBと、演算器１０から出力される重み係数ＫFBに基づいて、（３）式に従って、実際に注入すべき凝集剤注入率Ｓの指令値Ｓn が演算される。この指令値Ｓn は凝集剤注入機１２に伝送されて設定され、凝集剤の注入が実行される。
【００６０】
本実施の形態においては、合成制御器１１の合成計算を（３）式を用いて行っているが、出力偏差ΔＳFBに代わって、フィードバック制御器９から出力される凝集剤注入率ＳFBを用いる（６）式を採用してもよい。
【００６１】
【数６】
Ｓn ＝｛ＫFF・ＳFF＋ＫFB・ＳFB｝・Ｆ（Ｔtemp）      （６）
また、フィードフォワード制御の重み係数ＫFFは固定としたものであるが、適切な重み係数ＫFFに設定されていない場合、表示部２２に表示されている重み係数ＫFFを随時操作員が操作部２３から手動で変更し、合成制御器１１に設定できるようにしている。
【００６２】
このように、フィードフォワード制御器８により原水の濁度とアルカリ度に基づいて、予め注入すべき凝集剤の凝集剤注入率の予定値を算出しておき、フィードバック制御器９により原水に凝集剤を注入した後の流動電位に基づいて、実際に注入された凝集剤の凝集剤注入率の測定値を算出し、さらに、演算器１０により原水の濁度と実際の凝集剤注入率の測定値と流動電位に基づいて、重み付け係数を演算しておき、合成制御器１１において、フィードフォワード制御器８から出力される予め注入すべき凝集剤の凝集剤注入率の予定値とフィードバック制御器９から出力される実際に注入された凝集剤の凝集剤注入率の測定値に対して、演算器１０から出力される重み付け係数を合成して実際に注入すべき凝集剤の凝集剤注入率を演算し、凝集剤注入機１２に設定して凝集剤の注入を実行する。
【００６３】
この結果、急速混和池１に注入した凝集剤の注入率を最適な値に制御することができる。特に、浄水場で取水する原水の濁度が比較的高く、かつ、原水の濁度が頻繁に変動する場合に、凝集剤の注入率を最適な値に制御することができる。
【００６４】
また、演算器１０により、実際の凝集剤注入率の測定値と流動電位の関係から流動電位を予測し、実際の流動電位計との差と凝集剤を注入する前の原水の濁度に応じて、フィードバック制御器９から出力される実際に注入された凝集剤の凝集剤注入率の測定値を補正することで、原水の濁度が頻繁に変動する場合に、凝集剤の注入率を最適な値に制御することができる。
【００６５】
さらに、演算器１０により、実際の凝集剤注入率の測定値と流動電位の関係から流動電位を予測し、実際の流動電位との差と凝集剤を注入する前の原水の濁度に応じて、フィードフォワード制御器８から出力される予め注入すべき凝集剤の凝集剤注入率の予定値を補正することで、原水の濁度が頻繁に変動する場合に、凝集剤の注入率を最適な値に制御することができる。
【００６６】
（第２の実施の形態）
図５は、本発明の第２の実施の形態に係る浄水場の凝集剤注入制御装置のシステム構成を示す図である。
【００６７】
本実施の形態は、取水源が複数である場合や、処理すべき原水の濁度が低い場合、または、原水の濁度変動がきわめて少ない浄水場に適用される例である。
【００６８】
図５において、図１と同一の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。図５において、複数の原水が導水管３４ａ〜３４ｃを介して着水池３３に流入しており、着水池３３から管路Ａを介して取水された原水が急速混和池１に流入し、薬注管Ｂにより注入された凝集剤と急激に混和され、次いで、導水管Ｃを介してフロック形成池２に流出して行く。フロック形成池２では、ゆっくりと緩速混合され凝集反応は進行し、大きくかつ沈殿性の良い凝集フロックへと成長して行く。これらの成長フロックは図示しない沈殿池で沈降分離されその上澄水がろ過池でろ過される。
【００６９】
導水管３４ａ〜３４ｃには、それぞれ流量計３２ａ〜３２ｃが設置されている。
【００７０】
また、導水管Ａには、流量計３、温度計４、濁度計５が設置されており、また、導水管Ｃには、流動電位計７が設置されている。
【００７１】
制御部３１には、フィードフォワード制御器１４、フィードバック制御器９、演算器１５、合成制御器１６が設けられており、表示部２２、操作部２３が接続されている。
【００７２】
フィードフォワード制御器１４は、原水の濁度と水温に基づいて、予め注入すべき凝集剤の凝集剤注入率の予定値を算出する。
【００７３】
フィードバック制御器９は、原水に凝集剤を注入した後の流動電位に基づいて、実際に注入された凝集剤の凝集剤注入率の測定値を算出する。
【００７４】
データメモリ１４は、原水の異なる流量比率に分類されている荷電中和関数Ｄ＝ＧT （Ｓ）を予め複数記憶している。
【００７５】
演算器１５は、水量と実際の凝集剤注入率の測定値と前記流動電位に基づいて、重み付け係数を演算する。
【００７６】
合成制御器１６は、フィードフォワード制御器１４から出力される予め注入すべき凝集剤の凝集剤注入率の予定値とフィードバック制御器９から出力される実際に注入された凝集剤の凝集剤注入率の測定値に対して、演算器１５から出力される重み付け係数を合成して実際に注入すべき凝集剤の凝集剤注入率を演算する。
【００７７】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る浄水場の凝集剤注入制御装置の動作について説明する。
【００７８】
導水管Ａに設置された温度計４により検出された原水の温度信号と、濁度計５により検出された原水の濁度信号はフィードフォワード制御器１４に伝送され、フィードフォワード制御器１４により温度信号と濁度信号に基づいて、予め注入すべき凝集剤注入率ＳFFが算出される。
【００７９】
詳しくは、フィードフォワード制御器１４では、温度信号の値である温度Ｔemp と、濁度信号の値である濁度Ｔurb に基づいて、（７）式を用いて凝集剤の注入率ＳFFを求める。
【００８０】
【数７】
ＳFF＝｛Ａ・Turb N1＋Ｂ｝・Ｆ（Ｔemp）           （７）
ここで、Ａは係数、Ｎ１は指数、Ｂは定数でり、予め設定されている。なお、Ｆ（Temp）は温度係数であり、Ｆ（Temp）＝ｆ（Temp，ａn）という周知の水温補正式から計算される。
【００８１】
導水管Ｃに設置された流動電位計７により検出された原水に凝集剤を注入した後の流動電位信号はフィードバック制御器９と演算器１５に伝送される。
【００８２】
フィードバック制御器９では、この流動電位信号の値である流動電位値Ｄに基づいて、上述した（２）式を用いて実際に注入された凝集剤の凝集剤注入率ＳFBを計算する。
【００８３】
フィードフォワード制御器１４から出力される凝集剤注入率ＳFFと、フィードバック制御器９から出力される凝集剤注入率ＳFBが合成制御器１６に伝送され、合成制御器１６により凝集剤注入率ＳFFと凝集剤注入率ＳFB に基づいて、（８）式で重み付け合成されてその算出値Ｓn が凝集剤注入装置１２に出力される。
【００８４】
【数８】
Ｓn ＝（β−ＫFB）・ＳFF＋ＫFB・ＳFB （８）
ここで、（β−ＫFB）はフィードフォワード制御の重み係数ＫFF、ＫFBはフィードバック制御の重み係数である。βは定数であり、予め設定した浄水場に固有の値である。
【００８５】
ここで、図６に示すフローチャート、図４，図７に示すグラフを参照して、演算器１５で実行される演算処理について説明する。
【００８６】
始めに、図７に示すグラフについて説明する。
【００８７】
図７は、凝集剤注入率（Ｓ）と流動電位（Ｄ）の関係を示したグラフである。流量比パターンＦrate1〜Ｆrate4に分類して特性曲線を表すと図７に示すようになる。流量比パターンＦrate2において、凝集剤注入率（Ｓｃ）のとき流動電位（Ｄｃ）を求めることができる。以下、図３に示す内容と同様であるので、その説明を省略する。
【００８８】
本実施の形態においては、流量計３，３２ａ〜３２ｃにより計測された流量に関する比率から特性曲線を決定し、上述した図７に示した凝集剤注入率と流動電位の関係から、凝集剤注入率の現在値に対応する流動電位を予測する。すなわち、図７において、点ＳC の凝集剤注入率の現在値に対応する点ＤC の予測流動電位を求める。そして、求めた予測流動電位は実際に計測している凝集剤注入後の流動電位計からの信号と比較され、その偏差を算出する。
【００８９】
次いで、予め原水の濁度の高低ごと、または複数の取水する原水の流量比率ごとに作成した図４で示したような曲線の関係によってこの偏差を偏差強度に変換する。すなわち、図４において、上記偏差ΔＤn から偏差強度Ｋn を求めるものである。この偏差強度Ｋn から例えば値（１−Ｋn ）を前記フィードフォワード制御の重み係数とし、かつＫn をフィードバック制御の重み係数として補正するようにしたものである。
【００９０】
まず、ステップＳ２１０では、複数の水源から着水池３３に流入しているそれぞれの取水流量｛Ｑi ｝を例えば流量計３２ａ〜３２ｃから読み込む。
【００９１】
次いで、ステップＳ２２０では、取水流量比｛ｆi ｝を（９）式を用いて求める。
【００９２】
【数９】
ＱT ＝Ｑ１＋Ｑ２＋・・・＋Ｑｎ
ｆi ＝Ｑi ／ＱT                               （９）
ここで、ｎは水源の数であり、本実施の形態では３となる。ＱT は総取水量である。
【００９３】
次いで、ステップＳ２３０では、凝集剤注入機１２に設定されている現在の凝集剤注入率の設定値ＳC （以下、凝集剤注入率ＳC という）を成制御器１１を介して読み込む。
【００９４】
ステップＳ２４０では、現在の凝集剤注入率Ｓｃと流動電位Ｄの関係について、この原水の流量比率パターン｛ｆi ｝に最も類似した荷電中和関数Ｄ＝ＧT （Ｓ）を予め記憶したデータメモリ１４から選択する。
【００９５】
次いで、ステップＳ２５０では、ステップＳ２４０において選択されたこの荷電中和関数ＧT （Ｓ）に対して、現在の凝集剤注入率ＳC を当てはめて流動電位ＤC を図７に示したように予測する。
【００９６】
次いで、ステップＳ２６０では、流動電位計７の出力である凝集剤注入後の流動電位Ｄn を読み込む。
【００９７】
次いで、ステップＳ２７０では、ステップＳ２５０により予測された予測値ＤC と、ステップＳ２６０により読み込んだ現在の流動電位Ｄn に基づいて、偏差ΔＤn を上述した（４）式により求める。
【００９８】
次いで、ステップＳ２８０では、図７に示したように、流動電位の偏差ΔＤn を（１０）式に示す分布関数を用いて重み係数ＫFB＝Ｋn 変換する。
【００９９】
【数１０】
ＫFB＝ＦＵＮＣ（γ、ΔＤn ）                  （１０）
ここで、ＦＵＮＣは、定数γと偏差ΔＤn を説明変数とし、予め設定した確率分布関数である。定数γは、浄水場ごとの固有の固定値であるが、データメモリ１４に記憶してある荷電中和関数のデータが不足して適切なデータがない場合などは、表示部２２に表示されている荷電中和データを随時操作員が操作部２３から手動で変更し、演算器１５に設定できるようにしてある。
【０１００】
この結果、演算器１５で変換された重み係数ＫFBは合成制御器１６に伝送される。合成制御器１６では、フィードフォワード制御器１４から出力される凝集剤注入率ＳFFと、フィードバック制御器９から出力される凝集剤注入率ＳFBと、演算器１５から出力される重み係数ＫFBに基づいて、（８）式によって凝集剤注入率Ｓの指令値Ｓn が算出される。この指令値Ｓn は凝集剤注入機１２に伝送され、凝集剤注入機１２に設定された指令値Ｓn に応じて凝集剤の注入が実行される。
【０１０１】
本実施の形態においては、フィードフォワード制御の重み係数ＫFFを（γ−ＫFB）としたものである。γは定数で通常１．００に設定するが、表示部２２に表示されているγを随時操作員が操作部２３から手動で変更し、演算器１５に設定できるようにしてある。
【０１０２】
また、本実施の形態では、合成制御器１６においては上述した合成計算を（８）式を用いて行っているが、フィードフォワード制御の出力偏差ΔＳFFと、フィードバック制御の出力偏差ΔＳFBを（１１）式に当てはめて行ってもよい。
【０１０３】
【数１１】
Ｓn ＝Ｓn-1 ＋ＫFB・ΔＳFF＋ＫFB・ΔＳFB          （１１）
ここで、Ｓn-1 は前回の制御周期において実行された凝集剤注入率である。
【０１０４】
このように、フィードフォワード制御器１４により原水の濁度と水温に基づいて、予め注入すべき凝集剤の凝集剤注入率の予定値を算出しておき、フィードバック制御器９により水に凝集剤を注入した後の流動電位に基づいて、実際に注入された凝集剤の凝集剤注入率の測定値を算出し、さらに、演算器１５により水量と実際の凝集剤注入率の測定値と流動電位に基づいて、重み付け係数を演算しておき、合成制御器１６において、フィードフォワード制御器１４から出力される予め注入すべき凝集剤の凝集剤注入率の予定値とフィードバック制御器９から出力される実際に注入された凝集剤の凝集剤注入率の測定値に対して、演算器１５から出力される重み付け係数を合成して実際に注入すべき凝集剤の凝集剤注入率を演算し、凝集剤注入機１２に設定して凝集剤の注入を実行する。
【０１０５】
この結果、急速混和池１に注入した凝集剤の注入率を最適な値に制御することができる。特に、取水源が複数である場合や、処理すべき原水の濁度が低い場合、または、原水の濁度変動がきわめて少ない場合に、凝集剤の注入率を最適な値に制御することができる。
【０１０６】
また、演算器１５により、実際の凝集剤注入率の測定値と流動電位の関係から流動電位を予測し、実際の流動電位との差と取水する原水の流量に応じて、フィードバック制御器９から出力される実際に注入された凝集剤の凝集剤注入率の測定値を補正することで、取水源が複数である場合や、処理すべき原水の濁度が低い場合、または、原水の濁度変動がきわめて少ない場合に、凝集剤の注入率を最適な値に制御することができる。
【０１０７】
さらに、演算器１５により、実際の凝集剤注入率の測定値と流動電位の関係から流動電位を予測し、実際の流動電位との差と取水する原水の流量に応じて、フィードフォワード制御器１４から出力される予め注入すべき凝集剤の凝集剤注入率の予定値を補正することで、取水源が複数である場合や、処理すべき原水の濁度が低い場合、または、原水の濁度変動がきわめて少ない場合に、凝集剤の注入率を最適な値に制御することができる。
【０１０８】
【発明の効果】
請求項１記載の本発明によれば、急速混和池に注入した凝集剤の注入率を最適な値に制御することができる。特に、浄水場で取水する原水の濁度が比較的高く、かつ、原水の濁度が頻繁に変動する場合に、凝集剤の注入率を最適な値に制御することができるので、凝集剤注入の過不足を低減することができ、凝集剤の過剰注入を防止することができる。従って、水質が安定して安全な水質の水道水を供給することができる。
【０１０９】
また、請求項２記載の本発明によれば、急速混和池に注入した凝集剤の注入率を最適な値に制御することができる。特に、取水源が複数である場合や、処理すべき原水の濁度が低い場合、または、原水の濁度変動がきわめて少ない場合に、凝集剤の注入率を最適な値に制御することができので、凝集剤注入の過不足を低減することができ、凝集剤の過剰注入を防止することができる。従って、水質が安定して安全な水質の水道水を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る浄水場の凝集剤注入制御装置のシステム構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る浄水場の凝集剤注入制御装置に設けられた演算器のフローチャートである。
【図３】凝集剤注入率と流動電位の関係を示す図である。
【図４】本発明の一実施の形態で使用する確率分布間数の図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る浄水場の凝集剤注入制御装置のシステム構成を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る浄水場の凝集剤注入制御装置に設けられた演算器のフローチャートである。
【図７】凝集剤注入率と流動電位の関係を示す図である。
【符号の説明】
１  急速混和池
２  フロック形成池
３  流量計
４  温度計
５  濁度計
６  アルカリ度
７  流動電位計
８、１４  フィードフォワード制御器
９  フィードバック制御器
１０、１５  演算器
１１、１６  合成制御器
１２  凝集剤注入機
１３、１４  データメモリ
２１，３１  制御部
２２  表示部
２３  操作部
３２ａ〜３２ｃ  流量計
３３  着水池
【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】
0004071519.tif 000007
【図７】
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