(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ろ過池と浄水池が配管を介して接続され、前記配管に流量計と流量調節弁が設けられたろ過池設備を制御する方法において、
前記流量調節弁よりろ過池側のろ過水濁度τと微粒子数ｎをモニターし、逆洗工程終了後のろ過水濁度と微粒子数の両方が所定の値以下に維持できるように、流量調節弁によってろ過速度Ｌを演算で求めた値に調節し、
予め定めたろ過速度変更周期としての経過時間に到達した時点で、ろ過水濁度と微粒子数の両方の測定値が所定の値以下に維持するために通常ろ過速度に対するろ過速度の減速が必要かを判定し、
減速が必要な場合は、ろ過速度Ｌを演算して求めた値に変更することを、通常ろ過速度での運転可能と判断するまで繰り返し行ない、前記ろ過速度Ｌの前記演算は、以下の（１）式により求めて行なうろ過池設備の制御方法。
【数１】
0003852660.tif 000005
（ここで、ＬS は最低維持ろ過速度、ＬEは通常のろ過速度、τは濁度現在値、ｎは微粒子数現在値、ｄτ／ｄｔは濁度上昇速度、ｄｎ／ｄｔは微粒子数上昇速度、Ａ〜Ｆは定数であり、τ−Ｂ、ｎ−Ｄ、ｄτ／ｄｔ、ｄｎ／ｄｔが負の場合は各々を０として計算する。）
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クリプトスポリジウムなどの病原性微生物がろ過池から流出するのを防ぐための、ろ過池設備の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
１９９６年６月にクリプトスポリジウムが水道水に混入し、約９０００人の人々が下痢や腹痛を訴えるという集団感染が発生した。このクリプトスポリジウム対策として厚生省は同年１０月に「ろ過池出口水の濁度を０．１度以下に維持すること」という暫定指針を通達した。それ以来、上水分野では従来にない低濁度を測定できる高感度濁度計によりろ過池出口水の濁度管理が行われている。
【０００３】
ろ過水の濁度は原水水質、凝集沈殿の状況などに依存し、ろ過池の破過がおきた場合には急激に上昇する。その他、逆洗直後にも濁度上昇のあることが知られている。これは逆洗直後において、ろ過機能が回復していないことが主な原因で、暫定指針の通達以後、濁度が低くなるまで捨水を行う、または通常よりろ過速度を下げ、段階的にろ過速度を上昇させる（スロースタート）工程を取り入れる浄水場が増えている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
逆洗直後に上昇した濁度は、ろ過機能の回復に伴い低下する。そこで、これまでは逆洗後のろ過水濁度をモニターし、濁度が所定の値、例えば０．１度以下になるまで、捨水やスロースタートを行っていた。あるいは、あらかじめ実験により逆洗後のろ過水濁度が所定の値以下になるまでにかかる時間を求めておき、捨水時間やスロースタートの条件を決めていた。
【０００５】
しかしながら、逆洗後に増加した微粒子数は、ろ過水濁度と同様にろ過機能の回復に伴い少なくなるものの、ピークを示す時間が濁度のピーク時間と異なる場合があることが判明した。特にクリプトスポリジウム相当の粒径区分となる３μｍ以上の微粒子数のピークが濁度のピークより遅れて現れる場合があった。これはろ過水濁度が所定の値以下であっても、クリプトスポリジウムの飲料水への流出の危険性があることを示している。すなわち、逆洗後の捨水やスロースタートの制御や条件の決定を濁度のみを指標として行うのは不十分であり、飲料水の更なる安全性を確保する必要がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
ろ過池設備としては、ろ過池と浄水池が配管を介して接続され、前記配管の途中で捨水用の配管が分岐され、前記捨水配管に捨水弁が設けられたろ過池設備（以下Ａタイプろ過池設備と記載する）と、ろ過池と浄水池が配管を介して接続され、前記配管に流量計と流量調節弁が設けられたろ過池設備（以下Ｂタイプろ過池設備と記載する）とにわけられる。また、上記以外にも自己洗浄式のろ過池設備も存在する。
【０００７】
前記課題を解決するために、捨水を行うことができないＢタイプろ過池設備の制御方法においては、前記流量調節弁よりろ過池側のろ過水濁度と微粒子数をモニターし、逆洗工程終了後のろ過水濁度と微粒子数の両方が所定の値以下に維持できるように、流量調節弁によってろ過速度を調節して減少させ、予め定めた経過時間をろ過速度変更周期として、その時点でのろ過水濁度と微粒子数の両方が所定の値以下に維持できるろ過速度に変更しながら、ろ過速度を所定の値まで増加させることとする。
【０００８】
前記ろ過水濁度および微粒子数の両方をモニターする場合、濁度計のほかに微粒子カウンタを設置する必要があり、各々ろ過池ごとへ設置するには費用がかかる問題があるが、本発明者らが出願中の特開平１０−３１１７８４号公報に記載の微粒子ウント式高感度濁度計であれば、一つの計測器で濁度と微粒子数を同時計測でき、費用の削減が可能である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、参考例としてのＡタイプと本発明としてのＢタイプろ過池設備の制御方法について、２つの例にもとづき説明する。
〔参考例〕捨水を行うことができるＡタイプろ過池設備を参考例とし、その構成図を図１に示す。
【００１０】
この図において、ろ過池と浄水池が配管を介して接続され、前記配管の途中で捨水用の配管が分岐され、前記捨水配管に捨水弁が設けられたろ過池設備の構成図である。ろ過池１ａ、１ｂに流入した水は、砂ろ過による処理の後、配管２ａ、２ｂを通って、浄水池８に流出される。ここで、配管２ａ、２ｂには微粒子カウント式高感度濁度計７ａ、７ｂ、流量計３ａ、３ｂ、浄水弁４ａ、４ｂが設けられており、流量計よりろ過池側には捨水用の配管である捨水管５ａ、５ｂが接続され、前記捨水管５ａ、５ｂには捨水弁６ａ、６ｂが接続されている。逆洗時には前記浄水弁４ａ、４ｂは閉じられ、図示していない逆洗ポンプにより浄水池の水をろ過池に供給し、通常のろ過処理とは逆の方向に前記浄水池の水が流される。逆洗終了後には逆洗ポンプは停止し、捨水弁６ａ、６ｂが開かれ、捨水終了後に捨水弁６ａ、６ｂが閉じられ、浄水弁４ａ、４ｂが開き、通常のろ過処理に入る。なお、図１に記載されているろ過池は２系統のみだが、ろ過池がさらに多い場合も工程は同じである。
【００１１】
従来は、微粒子カウント式高感度濁度計７ａ、７ｂの位置に濁度計のみを設置し、逆洗終了後に捨水弁６ａ、６ｂを開き、濁度が設定値以下になってから、捨水弁６ａ、６ｂを閉じて浄水弁４ａ、４ｂを開くか、逆洗終了後に捨水弁６ａ、６ｂを開き、所定の時間経過後に捨水弁を閉じて浄水弁４ａ、４ｂを開いていた。しかしながら、濁度計のみで捨水を制御する場合、濁度が例えば０．１度以下であっても微粒子数、特にクリプトスポリジウムなどの病原性微生物相当の大きさの粒子が、ろ過水に含まれている場合がある。そして毎回の逆洗終了後に一定時間捨水を行うことはろ過処理水を必要以上に無駄にする可能性があり、効率が悪いという問題があった。
【００１２】
そこで、濁度と微粒子数、特にクリプトスポリジウム相当径の粒径レンジの微粒子数を同時にモニターし、逆洗後のろ過水の濁度と微粒子数の両方が所定の値以下になるまで、前記捨水弁を開く方法がある。図２は逆洗後の濁度９と、３μｍ以上の微粒子数１０と捨水信号の出力方法を示した図である。濁度と微粒子数の所定の値は各々０．１度と１００個／ｍＬとした場合、前記濁度９が０．１度のライン１１を超えると濁度オーバー信号１３がＯＮになり、前記微粒子数１０が１００個／ｍＬのライン１２を超えると微粒子数オーバー信号１４がＯＮになる。測定値オーバー信号１５は前記濁度オーバー信号１３、もしくは前記微粒子数オーバー信号１４の何れかがＯＮの状態のときにＯＮとなり、濁度が設定値以下になっても微粒子数が設定値以上であるならば、捨水は継続される。ここで、濁度オーバー信号１３がＯＦＦになった後、微粒子数オーバー信号１４がＯＮとなる可能性があるが、このような場合は微粒子数が上昇傾向にあるか判定し、所定の上昇速度を超えている場合は、前記測定値オーバー信号に延長時間を設けるとよい。あるいは、前記濁度オーバー信号１３と前記微粒子数オーバー信号１４がＯＮで重なり合う時間が存在するように経験的に濁度、および微粒子の設定値を変更するか、濁度、および微粒子数オーバー信号に所定の延長時間を設けるという方法もある。
【００１３】
さて、逆洗終了後に捨水を開始したとき、実際には濁度および微粒子数の上昇まではタイムラグがある。このような場合は、逆洗工程終了直後から初期捨水信号を出力し、必要最低限の捨水は必ず行うようにすることが有効である。また、計器等の異常により濁度、あるいは微粒子数オーバー信号のＯＮの状態が必要以上に長く継続されてしまうことがある。このような場合、捨水リミット信号を設け、捨水継続時間にリミットを設けることが有効である。図３は計測器の数値を基に出力される測定値オーバー信号１５、初期捨水信号１６、捨水リミット信号１７を判断して出力される捨水信号１８を示しており、捨水信号１８がＯＮの時に捨水が行われる。前記捨水信号１８は前記捨水リミット信号１７がＯＮであり、かつ前記初期捨水信号１６、あるいは測定値オーバー信号１５がＯＮの時にのみＯＮとなる。ここで、初期捨水信号１６、および捨水リミット信号１７のＯＮ状態保持時間は、運用試験により最適な定数を入力することが有効である。
【００１４】
〔実施例〕ろ過池と浄水池が配管を介して接続された捨水を行うことができないＢタイプろ過池設備について、実施例としての構成図を図４に示す。
【００１５】
この図において、ろ過池１ａ、１ｂに流入した水は、砂ろ過による処理の後、配管２ａ、２ｂを通って、浄水池８に流出される。ここで、配管２ａ、２ｂには微粒子カウント式高感度濁度計７ａ、７ｂ、流量計３ａ、３ｂ、流量調節弁１９ａ、１９ｂが設けられているが、自動的に捨水を行うことは出来ない設備である。
【００１６】
逆洗時には前記流量調節弁１９ａ、１９ｂは閉じられ、図示していないが、逆洗ポンプにより浄水池の水をろ過池に供給し、通常のろ過処理とは逆の方向に前記浄水池の水が流される。逆洗終了後には逆洗ポンプは停止し、流量調節弁１９ａ、１９ｂが開き、通常のろ過処理に入る。尚、図に記載されているろ過地は2系統のみだが、ろ過池がさらに多い場合も工程は同じである。
【００１７】
従来は、捨水ができない設備の場合、流量計の指示値を基に前記流量調節弁の開度を調節し、所定の時間だけ逆洗直後のろ過速度を落とし、段階的にろ過速度を上昇させる工夫がされていた。もしくは７ａ、７ｂの位置に濁度計のみを設置し、濁度が設定値を超えないように、前記流量調節弁の開度を調節していた。しかしながら、所定の時間だけろ過速度を落とす場合、ろ過池流入水の水質によってはろ過速度を落とす時間が足りない、あるいはその逆に必要以上にろ過速度を落としてしまうことがある、そして濁度計のみの指示値を基に前記流量調節弁の開度を調節する場合は、濁度が例えば０．１度以下であっても微粒子数、特にクリプトスポリジウムなどの病原性微生物相当の大きさの粒子が、ろ過水に含まれている場合があるという問題があった。
【００１８】
そこで、濁度と微粒子数、特にクリプトスポリジウム相当径の粒径レンジの微粒子数を同時にモニターし、逆洗後のろ過水の濁度と微粒子数の両方が所定の値以下になるまで、前記流量調節弁によってろ過速度を調節して減少させ、予め定めた経過時間をろ過速度変更周期として、その時点でのろ過水濁度と微粒子数の両方が所定の値以下に維持できるろ過速度に変更しながら、ろ過速度を所定の値まで増加させる方法を考案した。ここで、上昇させるろ過速度の値を濁度、あるいは微粒子数の少なくともどちらか一方の測定値と測定値の上昇速度を基に決定することも可能である。
【００１９】
図５は濁度オーバー信号１３と微粒子数オーバー信号１４を基に出力される測定値オーバー信号１５、逆洗終了後の所定の時間必ずろ過速度を減速させるための初期減速信号２０、ろ過速度減速の最大継続時間を規定するための減速リミット信号２１とこれらの信号を判断し出力される減速信号２２を示しており、減速信号２２がＯＮの時にろ過速度が所定の値に減速される。前記減速信号２２は前記減速リミット信号２１がＯＮであり、かつ前記初期減速信号２０、あるいは測定値オーバー信号１５がＯＮの時にのみＯＮとなる。ここで、初期減速信号２０、および減速リミット信号２１のＯＮ状態保持時間は、運用試験により最適な定数を入力することが有効である。
【００２０】
図６は逆洗終了後のろ過速度を、予め定めた経過時間をろ過速度変更周期として判定しながらろ過速度を変更させる際の、ろ過速度の決定方法を示したフローチャートである。逆洗終了後、前述の図５のように決定される減速信号がＯＮの場合、濁度と微粒子数の上昇速度を過去のデータを用いて演算し、濁度と微粒子数の現在値と前記濁度と微粒子数の上昇速度からろ過速度を演算する。次に演算されたろ過速度となるように流量調節弁の開度を調節し、ろ過速度変更が初回の場合は、逆洗終了後からの経過時間があらかじめ決めてあるろ過速度変更周期に到達したら、もう一度減速信号のＯＮ、ＯＦＦの判定に戻る。ろ過速度変更が２回目以降は前回ろ過速度変更からの経過時間がろ過速度変更周期に到達したときに、前記減速信号の判定に戻る。そして、減速信号がＯＦＦの場合は通常のろ過速度でろ過を開始する。
【００２１】
さて、前記減速中のろ過速度の演算は、例えば以下の（１）式のように決定する。
【００２２】
【数１】
0003852660.tif 000002
ここで、Ｌはろ過速度、ＬS は最低維持ろ過速度、ＬE は通常のろ過速度、τは濁度現在値、ｎは微粒子数現在値、ｄτ／ｄｔは濁度上昇速度、ｄｎ／ｄｔは微粒子数上昇速度、Ａ〜Ｆは定数である。また、τ−Ｂ、ｎ−Ｄ、ｄτ／ｄｔ、ｄｎ／ｄｔが負の場合は各々０として計算する。
【００２３】
もしくは、逆洗後に流出する単位時間あたりの微粒子の総体積が一定になるようにろ過速度を制御する。総体積は以下の（２）式のようにあらわされる。
【００２４】
【数２】
0003852660.tif 000003
ここで、前記制御をＰＩＤ制御で行う場合、操作量ＭＶは総体積の目標値からの偏差をｅとすると以下の（３）式のように表される。
【００２５】
【数３】
0003852660.tif 000004
ここで、ＭＶ0 は操作量初期値、Ｋは定数、ＴI は積分時間、ＴD は微分時間である。
【００２６】
【発明の効果】
ろ過池の濁度と微粒子数（特にクリプトスポリジウムなどの病原性微生物相当の大きさの微粒子数）を同時にモニターし、逆洗直後の捨水やスロースタートの制御に利用する本発明によれば、病原性微生物の飲料水への流出を防ぎ、より安全な飲料水の供給を行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】捨水管が設けられているろ過池設備を示す図
【図２】濁度と微粒子数と測定値オーバー信号を示す図
【図３】捨水信号の出力方法を示す図
【図４】捨水管がないろ過池設備を示す図
【図５】減速信号の出力方法を示す図
【図６】ろ過速度の演算フローチャートを示す図
【符号の説明】
１ａ、１ｂ：      ろ過池
２ａ、２ｂ：      配管
３ａ、３ｂ：      流量計
４ａ、４ｂ：      浄水弁
５ａ、５ｂ：      捨水管
６ａ、６ｂ：      捨水弁
７ａ、７ｂ：      微粒子カウント式高感度濁度計
８：      浄水池
９：      濁度
１０：      微粒子数
１１：      濁度０．１度のライン
１２：      微粒子数１００個／ｍＬのライン
１３：      濁度オーバー信号
１４：      微粒子数オーバー信号
１５：      測定値オーバー信号
１６：      初期捨水信号
１７：      捨水リミット信号
１８：      捨水信号
１９ａ、１９ｂ：      流量調節弁
２０：      初期減速信号
２１：      減速リミット信号
２２：      減速信号
【図１】
0003852660.tif 000006
【図２】
0003852660.tif 000007
【図３】
0003852660.tif 000008
【図４】
0003852660.tif 000009
【図５】
0003852660.tif 000010
【図６】
0003852660.tif 000011