【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は凝集剤注入制御装置に係り、特に、浄水場に好適な凝集剤の注入制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】浄水場における水道の原水浄化設備は、
一般に図３で示すように構成されていた。 すなわち、原水と凝集剤注入機１５から注入される凝集剤とを急速混和槽１４で急激に混合接触させ、不純物を取り込んだマイクロフロックを生成させ、このマイクロフロックを複数段に構成されたフロック形成池１２において穏やかな混合によってお互いに衝突凝集させて沈降性の高い大きな凝集フロックへと生成させ、さらに生成した凝集フロックは沈殿池１３にて沈降させ水と分離させる。 また沈殿池からは、上澄水である処理水が取り出されるが、この際、処理水とともにキャリアオーバーした僅少の凝集フロックは図示しない急速濾過池で除去され清澄な水となる。

【０００３】上記した不純物等の除去技術は凝集沈殿法、または、薬品沈殿法と呼ばれ、凝集剤としてはアルミニウム塩である硫酸ばん土及びＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）が用いられ、水道水原水中に含まれる懸濁物や不純物を、水に難溶性の水酸化アルミニウムのフロックにして沈降させ、水道水原水を処理していた。

【０００４】凝集剤の注入制御及び監視装置は、水道水原水の水温と、アルカリ度と、濁度とをそれぞれ計測し、以下に示す（１）式及び（２）式により凝集剤の注入率を算出し表示するもので、所謂、フィードフォーワード制御による装置が知られている。

【０００５】 Ｐａｃ＝｛Ａ・Ｔｕｒｂ ^N1・Ａ Ｋ ^N2 ＋Ｂ｝Ｆｔ ・・・（１） Ｆｔ＝Ｆ（Ｔｅｍｐ） ・・・（２） ここで、Ｐａｃは注入率、Ｔｕｒｂは原水濁度、Ａ Ｋ
は原水アルカリ度、Ｔｅｍｐは原水の水温、Ｆは温度の関数、Ｆｔは温度効果係数、Ａ，Ｂ，Ｎ１，Ｎ２は予め定める定数である。

【０００６】上記フィードフォワード制御を行うのは、
通常の浄水場では凝集剤を注入してから、その効果を確認できる濾過水がとりだされるまでに、２〜４時間程度要するので、実質的にフィードバック制御を行うことができないためである。

【０００７】さて、上記した従来の浄水場では、原水濁度の変動が０〜５０［ｍｇ／リットル］の通常の濃度領域の場合は、定数Ａ，Ｂを一定の値にして運転しても良効な結果を得ることができる。 これに対して、原水濁度が大雨などにより著しく増大した時には、上記定数Ａ，
Ｂの値による演算では好適な注入率を得ることができず、予め求めておいた異なる値例えばＡ´，Ｂ´にして凝集剤の注入率を計算し、求めた値に基づき凝集剤を注入する様にしていた。

【０００８】また、上記した凝集剤の注入の監視は、原水の水温、アルカリ度、濁度及び凝集剤注入状況の時系列データをＣＲＴ等に表示して監視すると共に、沈殿池から流出する水及び急速濾過池を通った濾過水の濁度の時系列データを前記ＣＲＴ等に表示させるものである。

【０００９】上記した濾過水の濁度は、凝集剤の注入が適正で凝集沈殿処理が良好な場合は測定限界以下であるが、凝集剤の注入が不足する場合は濾過水の濁度が上昇し、水質安全の面から不安全な状態になるという問題点があった。

【００１０】特に、上記した様な凝集剤の注入が不適切である場合、修復の手段はなく、処理の失敗した水を捨水（放流）しなければならず、この場合は断水を招く恐れがある。

【００１１】発明者の長年の経験から、原水の濁度が通常の濁度領域の場合は前述した（１）式（２）式により求まる注入率により凝集剤の注入の失敗はないが、大雨や渇水などによって原水の濁度や原水の成分が大幅に変化した場合は、前述のように定数Ａ，Ｂを変更しただけでは適切な注入率を得ることが難しく、凝集剤の注入不足を招くことがあった。

【００１２】そこで、凝集剤の注入によるフロックの形成状態をとらえ、その結果を凝集剤注入機１５の制御に反映させようとすることが考えられた。 例えば、図３の様に凝集フロックの画像検出装置１１をフロック形成池１２の出口点若しくは沈殿池１３の入口部分に設ける。
この位置では凝集フロックが十分生成されるので、この凝集フロックの画像をとり込み、これを制御装置１６で画像処理してフロックの粒径分布や沈降速度分布を計測し表示することにより監視する。

【００１３】しかし、上述した構成によっても、通常の浄水場での処理水の流れでは、原水への凝集剤の注入点ａからフロック形成池１２の出口点ｂまで約３０分乃至４０分を要する。 これはフロック形成に要する時間であり、これを短縮することはできない。 この為、画像検出装置１１からの検出データにより、凝集剤の注入の適否の結果を得るまでに約３０分乃至４０分の時間を要し、
この結果により、凝集剤注入機１５を制御しても、３０
分乃至４０分前の結果により制御することとなる。 このように、大きな時間遅れを有するため大雨や渇水などにより原水濁度が急変すると、凝集剤の注入の遅れ、即ち、注入不足または注入過剰が生じる。 この様なことを防止するためには、操作員が天候などを参照しながら原水濁度を常時監視し、場合によっては、制御を手動で行わなければならない等装置の運転が煩雑で熟練を要した。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来技術では、凝集剤を注入してから、その注入の適否が確認されるまでに長時間を要するので、この確認結果により凝集剤の注入制御を行っても、状況の急変時等には、適切な制御を行うことができなかった。

【００１５】本発明の目的は、凝集剤の注入後５分乃至１０分以内における凝集フロックの状態から、凝集剤の注入の過不足を検出し、以て、短時間で適正な凝集剤の注入を行う様に制御する浄水場の凝集剤注入制御装置を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る浄水場の凝集剤注入制御装置は、急速混和槽と、フロック形成池と、沈殿池とを備え、凝集剤注入機により凝集剤を前記急速混和槽に注入して水道水原水を浄化する浄水場において、前記フロック形成池の入口付近もしくは前記急速混和槽とフロック形成池間に凝集フロックの画像を撮影するフロック画像検出装置を設け、このフロック画像検出装置の検出データからフロック形成状態の特徴を把握し、この特徴に基づき前記凝集剤注入機を制御する制御装置を設けたものである。

【００１７】そして、制御装置はフロック画像検出装置の撮影した画像を画像処理する画像処理手段と、前記画像処理手段の処理データに基づき凝集フロックの粒径分布を計測すると共に、得られた粒径分布に基づき粒径分布の中央値と歪度とを計算し、この中央値と歪度とに基づき凝集剤の注入量を演算する演算手段とからなる。

【００１８】

【作用】急速緩和槽に流入した原水は凝集剤と急激に混和さ、その後、フロック形成池に流出してゆく。 フロック形成池では原水と凝集剤とがゆっくりと混合され、第１フロック形成池、第２フロック形成池、第３フロック形成池を流下するに従い、凝集反応が進み、より大きく沈降性の高い凝集フロックへと生長してゆく。

【００１９】そして、生成したフロックは沈殿池で沈降分離され、上澄水は急速濾過池へと流下する。 フロック形成池の入口付近もしくは急速混和槽の出口の流出渠には、生成中の凝集フロックの画像を撮影するフロック画像検出装置が設けられていて、取り込んだ画像データに基づき、凝集剤の注入をコントロールする。

【００２０】フロック画像検出装置は前述した様にフロック形成池の入口付近または急速混和槽とフロック形成池の間に設けられているから、凝集剤の注入後５分乃至１０分以内に凝集剤の注入の過不足を検出することができるから、短時間で適正な凝集剤の注入を行うことが出来る。

【００２１】

【実施例】本発明に係る浄水場の凝集剤注入制御装置の実施例を図１及び図２に基づき説明する。 図中、１は本システムに水道水原水（以下、原水という）を導入する管路で、上記原水を急速混和槽２に導く。 急速混和槽２
は管路１で導かれた原水を凝集剤と急激に混合接触させ、不純物を取り囲んだマイクロフロックを生成させる。 ３はフロック形成池で、急速混和槽２から流出渠４
を介して流下した水のマイクロフロックを穏やかな混合によって凝集させ、沈降性の高い大きな凝集フロックＦ
へ生成させる。 このフロック形成池３は第１フロック池３ａと、第１フロック形成池３ａの次の工程である第２
フロック形成池３ｂと、次工程の第３フロック形成池３
ｃとで構成される。

【００２２】５は沈殿池で、前記第３フロック形成池３
ａの次の工程として設けられ、これらフロック形成池３
で生成された凝集フロックＦを沈降させ水と分離させる。 沈殿池５から処理水と共に一部流れ出した凝集フロックＦは図示しない急速濾過池で除去されきれない水として得られる。

【００２３】７は凝集剤注入機で、急速混和槽２に対し薬注管７ａを介して凝集剤を注入する。 ８はフロック画像検出装置で、流出渠４内の凝集フロックＦを含む被処理水を捕らえて拡大する顕微鏡状の光学系を有し、この光学系による拡大像をテレビカメラで撮像し、画像信号として出力する。 ９は制御装置で、フロック画像検出装置８が検出する画像信号に基づき凝集剤注入機７を制御する。 この制御装置９は、フロック画像検出装置８の検出したフロック画像信号に対し、予め定めた画像処理を施す画像処理手段９ａと、画像処理手段９ａの出力である画像データを基に必要な演算を行い凝集剤の注入率を求める演算手段９ｂと、演算手段９ｂの演算結果（注入率）に基づき凝集剤注入機７を制御する注入制御器９ｃ
と、運転に必要なデータを表示する表示装置９ｄとで構成している。

【００２４】この様に構成した凝集剤の注入制御装置において、管路１を介して急速緩和槽２に流入した原水は薬注管７ａで注入された凝集剤と急激に混和され、その後、フロック形成池３に流出して行く。

【００２５】フロック形成池３では原水は凝集剤とゆっくりと混合され、第１フロック形成池３ａ、第２フロック形成池３ｂ、第３フロック形成池３ｃを流下するに従い、フロックの凝集反応は進み、より大きく、しかも、
沈降性の高い凝集フロックへと成長してゆく。

【００２６】そして、生成した凝集フロックは、沈殿池５で沈降分離され、上澄水は急速濾過池へと流下する。
急速混和槽２の出口である流出渠４には、前記した様に生成中の凝集フロックＦの画像を撮影するフロック画像検出装置８が備えられていて、撮影した画像は制御装置９の画像処理手段９ａに送られ、ここでコントラスト強調などの濃淡処理、２値化処理、２値処理、粒子の分級、粒径の計測、粒径分布図（ヒストグラム）作成など必要な画像処理が施される。 作成された粒径分布図は演算手段９ｂに出力され、粒径分布図の中央値や歪度が計算され、得られた歪度に基づき所定の演算式で凝集剤の注入の補正量が演算される。

【００２７】ここで、流出渠４において、画像検出装置８により撮像される凝集フロックＦは、凝集剤を注入されてから５分乃至１０分以内のものであり、まだ充分に生成されたものではない。 このため、従来のように充分に生成されたフロックの形状や沈降速度等から凝集剤注入の適否を判断することは困難である。 しかし、凝集剤注入後５分乃至１０分以内であっても、注入量が適切な場合と、不適切な場合とでは、フロックの形成状態（粒径の分布状態）に歪等の特徴が生じることを見出した。
そこで、この特徴を把握することにより、凝集剤の注入が適切に行われたか否かを判別することとした。

【００２８】以下この手法について説明する。 演算手段９ｂは、前記画像信号により得られたフロックの粒径分布を平滑化した後、その中央値Ｍと正規分布に対する歪度Ｗを計算する。

【００２９】次いで、得られた中央値Ｍと歪度Ｗとに基づき以下の（３）式により凝集剤の注入率の補正量ΔＳ
を計算する。 ΔＳ＝Ｋ _W （Ｗ−Ｗ _N ）−Ｋ _m （Ｍ−Ｍ _N ） ・・・（３） ここで、Ｗ _Nは歪度の目標値、Ｍ _Nは中央値の目標値、
Ｋ _W ，Ｋ _mは実験により得られる係数（定数）である。

【００３０】そして、中央値Ｍ，歪度Ｗ，凝集剤の注入補正量ΔＳは表示装置９ｄに表示され、運転状態の監視に用いられる。 また、補正量ΔＳは凝集剤の注入制御器９ｃに出力され、凝集剤注入機７は、前記補正量ΔＳを加味した注入制御器９ｃの出力に基づき必要量の凝集剤を急速混和槽２に注入する。

【００３１】次に、図２に基づき本発明を更に詳しく説明する。 なお、図２の凝集フロックの粒径分布図は制御装置９で得られるものである。 図において、横軸は凝集フロックＦの粒径ｍ（ｍｍ）を、縦軸はその頻度（ヒストグラム）ｆをそれぞれ表わす。

【００３２】図２（イ）の曲線Ａは原水の水質が急激に変化し、凝集剤の注入が不充分で凝集能力が低い場合、
曲線Ｃは凝集剤の注入が最適で凝集能力が高い場合、曲線Ｂは曲線Ａと曲線Ｃの中間の状態を示すフロックの粒径分布を示す図である。

【００３３】凝集能力の低い曲線Ａの場合は、分布の中心値ｍ ₁の左側（低粒径側）と右側（高粒径側）では、
曲線の形が対称ではなく、所謂正規分布関数の形と比べ歪んでいる。

【００３４】また、凝集剤の注入率が最適の曲線Ｃの場合は、分布の中心値Ｍ ₃ （ｍ ₁ 《ｍ ₃ ）の左側（低粒径側）では変化は穏やかであるが、右側（高粒径側）では、頻度ｆは急激に低下し、且つ、曲線Ａに比べその中心の値ｍ ₃は高粒径側にある。 尚、曲線Ｂの分布の中心値ｍ ₂はｍ ₁とｍ ₃の中間の値である。

【００３５】図２（ロ）は凝集剤の注入が最適で、且つ、凝集能力の高い場合の粒径分布の変化を示しており、フロック形成池３を流下してゆくにしたがって、凝集フロックの粒径分布が変化してゆく状況を示している。

【００３６】図２（ロ）の曲線Ｄ１は第１フロック形成池３ａの入口付近の凝集フロックの状態を示し、曲線Ｄ
２は第２フロック形成池３ｂの中央付近の凝集フロックの状態を示し、曲線３Ｄは第３フロック形成池３ｃの出口付近の凝集フロックの粒径分布を示している。 勿論、
粒径の中心値ｄ ₁ ，ｄ ₂ ，ｄ ₃の関係はｄ ₁ ＜ｄ ₂ ＜ｄ ₃である。

【００３７】いずれも、凝集能力が高いため、右側の高粒径側の凝集フロックは混合エネルギーによって順調に生成し、しかも、破壊される頻度が少ない為、分布曲線は高粒径側が急降下する形に歪んでいる。

【００３８】図２（ハ）の曲線Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３は、曲線Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３と同一の点で採集した凝集フロックの粒径分布を示すものであるが、曲線Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３
は凝集剤の注入率が適正でないか、もしくは、原水の水質が変化して凝集能力が低い場合を示している。

【００３９】従って、各測定点での粒径の中心値ｅ ₁ ，
ｅ ₂ ，ｅ ₃と前述した粒径の中心値ｄ ₁ ，ｄ ₂ ，ｄ ₃との大小関係は、ｅ ₁ ＜ｄ ₁ ，ｅ ₂ ＜ｄ ₂ ，ｅ ₃ ＜ｄ ₃の様になっている。 曲線Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３では、中心値よりやや左側の低粒径側が急降下する形となって歪んでおり、この場合、フロック形成池３を流下してもその中心値はあまり大きくならない。 従って、大きな凝集フロックが作られず、この状態の凝集フロックは、沈降速度が低く、沈殿池５で沈殿分離しにくいフロックである。

【００４０】これらの特性から、明らかなように、凝集剤の注入が最適な場合と、そうでない場合では、図２
（イ）で示すように、フロックの粒径分布に特徴が生じる。 すなわち正規分布に対する歪や分布の中央値について、それぞれ差が生じる。 そして、これらの値は図２
（ロ）（ハ）で示す如く、第１フロック形成池３ａの入口付近のように、凝集剤注入後の早い段階で表れる。

【００４１】したがって、これらこのフロックの粒径分布を解析し、上記特徴を把握することにより、凝集剤の注入制御を適正に行うことができる。 本発明では、凝集剤注入後の５分乃至１０分後の凝集フロックの初期過程において、凝集フロックの画像を取り組むので、この画像信号から注入後の早い時点で凝集フロックの粒径分布図の歪を積率（モーメント）として計算することができ、前記（３）式により求まる補正量ΔＳを用いて凝集剤注入の過不足量を短時間のうちに補正し、適正化することができる。

【００４２】なお、この実施例では、フロック画像検出装置８を流出渠４内に設ける様にしたが、フロック形成池３の入口部分、例えば第１フロック形成池３ａの入口付近等、凝集剤注入から５分乃至１０分以内の流下地点であればどこでも良い。

【００４３】

【発明の効果】この発明に係る浄水場の凝集剤注入制御装置によれば上述の様に、凝集の初期状態のフロック画像の粒径分布を解析することにより、フロック成長のプロセスを判定するものであるから、原水の急変により低下したフロックの凝集能力を早期に回復せしめ、沈降性の良い凝集フロックを生成させることが出来る。

【００４４】また、フロックの凝集の状況を早期に把握することが出来るから、降雨の効果が短時間のうちに原水に影響を与える我国の河川から取水する浄水場には、
特に好適である。

【００４５】そして、短時間で凝集剤の注入を適正に補正することが可能であるから、凝集剤の注入が大幅に遅れる様な浄水処理の失敗もなくなり、また、危険な水を送水する恐れも全くなくなる。 また、システムの運転が容易になる等の優れた効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による浄水場の凝集剤注入制御装置の一実施例を示す図である。

【図２】 図１におけるフロック形成池内での凝集フロックの粒径分布を示す図である。

【図３】 従来技術を示す図である。

【符号の説明】

２……急速混和槽、３……フロック形成池、４……流出渠、５……沈殿池 ７……凝集剤注入機、８……フロック画像検出装置、９
……制御装置