JPH021555B2 - - Google Patents
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- JPH021555B2 JPH021555B2 JP1913182A JP1913182A JPH021555B2 JP H021555 B2 JPH021555 B2 JP H021555B2 JP 1913182 A JP1913182 A JP 1913182A JP 1913182 A JP1913182 A JP 1913182A JP H021555 B2 JPH021555 B2 JP H021555B2
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Description
本発明は浄水場等水処理施設において、処理水
PHを設定値に保持するためのアルカリ剤の注入制
御方法に関するものである。
従来アルカリ剤注入による処理水質の水質維持
は予測することの容易なアルカリ度によつてのみ
行なわれていた。(ここにアルカリ度とは水酸イ
オンを放出しうる分子またはイオンであり、
HCO3 -+H2O→H2CO3+OH-、CO3 2-+2H2O→
H2CO3+2OH-の場合のアルカリ度は〔HCO3 -〕
+2〔CO3 2-〕+〔OH-〕+〔NH3〕+…で、天然水で
中性の場合のアルカリ度は〔HCO3 -〕+〔OH-〕
である。)これは処理水のPHが原水水質と各薬注
率によつて複数に影響されて予測することが困難
であるからである。
従来この種の装置として第1図に示すものがあ
つた。第1図において、1は河川等から取水した
原水の水位調節等のための着水井、2は原水と薬
品とを混和する混和池、3は凝集のためのフロツ
ク形成池、4は生成したフロツクを沈降分離する
沈殿池、5は微粒子を取り除くための過池であ
る。また、8は取水流量計、9は前塩素注入機、
10はアルカリ剤注入機、11は凝集剤注入機、
13はPH計、14は設定値PHと実測値との偏差演
算器、15は原水流量に対してアルカリ剤注入率
を算出する比率演算器である。
次に動作について説明する。洗浄場に取水され
た原水は着水井1で前塩素が注入され消毒が行な
われ、さらに懸濁物除去のために凝集剤11と必
要に応じてアルカリ剤がアルカリ剤注入機から注
入される。その後、混和池2、フロツク形成池3
を経て沈殿池4に送られ大部分の濁質が除かれ、
処理水質は沈殿池出口付近12よりサンプリング
されオンラインPH計13で測定される。実測PH
(PV)と設定PH値との偏差が演算器14で計算さ
れ(EV)、このEVに応じてアルカリ注入率の増
減が演算器16で行なわれアルカリ注入率が決定
される。ここで設定されたアルカリ剤注入率は比
率演算器15で取水流量に応じた注入量に換算さ
れたアルカリ剤注入機10のバルブ開度等の調節
によりその注入量が設定されている。
従来のアルカリ剤注入方式は以上のように構成
されているが、アルカリ剤注入機10と処理水採
水点12との時間遅れが2〜3時間程度あるた
め、処理水PHの偏差(EV)だけでPHを設定値に
維持することができなかつた。また、アルカリ注
入率とPHの関係は水中の遊離炭酸濃度に影響され
るため一義的に決定されないがこれを近似して求
めているため、PH予測値と実測値がかけはなれた
値となるなどの欠点があつた。
この発明は上記のような従来のものの欠点を除
去するためになされたもので、処理水PHに予測に
あたり水中のアルカリ度成分すなわち重炭酸イオ
ンと水酸イオンの消費係数を導入することにより
処理水中の遊離炭酸を計算することにより処理水
PHを正確に求め、さらに実測PHをPID演算によつ
てフイードバツクすることにより処理水PH値を安
定に保つことのできるアルカリ剤注入制御方法を
提共することを目的としている。
すなわちこの発明は、原水に塩素、凝集剤、ア
ルカリ剤の1種または2種以上を注入して水処理
を行なう浄水場等水処理施設において、原水の
PH、アルカリ度および水温の測定値と、塩素、凝
集剤およびアルカリの1種または2種以上の注入
率とから処理水中に含まれる遊離炭酸濃度を推定
し、遊離炭酸濃度推定値と処理水アルカリ度計算
値とから処理水PHを求めることによりアルカリ剤
注入率の概略値としてアルカリ剤基準注入率を求
めかつその端数としてフイードフオワード注入率
を求め、前記アルカリ剤基準注入率を前記フイー
ドフオワード注入率で微修正し、さらに処理水PH
実測値をPID制御によつてフイードバツクして、
前記アルカリ剤基準注入率をフイードバツク注入
率で修正することによつて適正なアルカリ剤の注
入量を保持する浄水場のアルカリ剤注入制御方法
である。
カセイソーダ等アルカリ剤は、凝集反応に必要
なアルカリ分の補給を主な目的として使用され
る。PACや硫酸バンド等凝集剤は水中に注入さ
れると溶存しているアルカリ度成分(重炭酸イオ
ン、水酸イオン)を消費して凝集フロツクを形成
する。したがつて、原水のアルカリ度が低い場合
や凝集剤を多量に注入する場合にはカセイソーダ
等を注入してアルカリ分を補給する必要がある。
凝集の良否に影響を及ぼす水質指標にはPHとアル
カリ度の2者があり、このうちアルカリ度は凝集
剤との反応に必要な指標であり、PHは生成するフ
ロツクの状態に影響する指標である。アルカリ度
は(1)式のように薬注率に対して線形に増減する。
ALKt=ALK0+a1×NMV−a2×PMV−a3×BMV…(1)
式中:ALKt:処理水アルカリ度計算値、
NMV:カセイソーダ注入率(20%カセイソー
ダ)、PMV:PAC注入率、BMV:前塩素注入
率、ALK0:原水アルカリ度、a1:定数(=
0.25)、a2:定数(=0.15)、a3:定数(=1.41)
しかし、PHは水素イオン濃度の自然対数にマイナ
ス1を乗じた指数であり、かつ水中の遊離炭酸に
よつて影響されるので薬注率から直接PH値を予測
することはできない。水中に溶存する遊離炭酸、
アルカリ度、PHには次の(2)式の関係があることが
一搬に知られている。
PH=log(ALK)+Log(0.88/Kc)−log(CO2) …(2)
ここで、炭酸の解離定数(Kc)は温度によつ
て定まる定数であり、温度とKcの関係を第1表
に示す(一般水質化学(上)W.スミス、JJ.モー
ガン、安部、半谷訳、共立出版)。
The present invention can be used to treat treated water in water treatment facilities such as water purification plants.
This invention relates to an alkaline agent injection control method for maintaining pH at a set value. Conventionally, the quality of treated water has been maintained by injecting alkaline agents only by adjusting the alkalinity level, which is easy to predict. (Alkalinity here refers to molecules or ions that can release hydroxide ions,
HCO 3 - +H 2 O→H 2 CO 3 +OH - , CO 3 2- +2H 2 O→
In the case of H 2 CO 3 + 2OH - , the alkalinity is [HCO 3 - ]
+2 [CO 3 2- ] + [OH - ] + [NH 3 ] +..., and when natural water is neutral, the alkalinity is [HCO 3 - ] + [OH - ]
It is. ) This is because the PH of treated water is affected by multiple factors such as raw water quality and each chemical injection rate, making it difficult to predict. A conventional device of this type is shown in FIG. In Figure 1, 1 is a landing well for adjusting the water level of raw water taken from a river, etc., 2 is a mixing pond for mixing raw water and chemicals, 3 is a floc formation pond for flocculation, and 4 is a floc formed 5 is a sedimentation basin for sedimentation and separation of the particles, and 5 is a filter basin for removing fine particles. In addition, 8 is a water intake flow meter, 9 is a pre-chlorination machine,
10 is an alkali injection machine, 11 is a flocculant injection machine,
13 is a PH meter, 14 is a deviation calculator between the set value PH and the actual measured value, and 15 is a ratio calculator for calculating the alkaline agent injection rate with respect to the raw water flow rate. Next, the operation will be explained. The raw water taken into the washing plant is disinfected by pre-chlorination injected into the receiving well 1, and furthermore, a flocculant 11 and, if necessary, an alkaline agent are injected from an alkaline agent injector to remove suspended solids. After that, mixing pond 2, floc formation pond 3
After that, it is sent to settling tank 4, where most of the suspended solids are removed.
The quality of treated water is sampled near the settling tank outlet 12 and measured using an online PH meter 13. Actual PH
The deviation between (PV) and the set PH value is calculated (EV) by the calculator 14, and the alkali injection rate is increased or decreased by the calculator 16 according to this EV, thereby determining the alkali injection rate. The alkali injection rate set here is set by adjusting the valve opening degree of the alkali injection machine 10, which is converted into an injection amount according to the water intake flow rate by the ratio calculator 15. The conventional alkali injection method is configured as described above, but since there is a time delay of about 2 to 3 hours between the alkali injection machine 10 and the treated water sampling point 12, the deviation (EV) of the treated water PH Only the PH could not be maintained at the set value. In addition, the relationship between alkali injection rate and PH cannot be uniquely determined because it is affected by the free carbonate concentration in water, but since this is approximated, the predicted PH value and the actual measured value may be different from each other. There were some shortcomings. This invention was made to eliminate the drawbacks of the conventional methods as described above, and by introducing consumption coefficients of alkalinity components in water, that is, bicarbonate ions and hydroxide ions, to predict the pH of the treated water. Treated water by calculating the free carbonate of
The purpose of this study is to provide an alkaline agent injection control method that can maintain a stable PH value of treated water by accurately determining PH and feeding back the measured PH using PID calculation. In other words, this invention can be used in water treatment facilities such as water treatment plants that inject one or more of chlorine, flocculants, and alkaline agents into raw water.
The free carbonate concentration contained in the treated water is estimated from the measured values of PH, alkalinity, and water temperature and the injection rate of one or more of chlorine, flocculant, and alkali, and the estimated free carbonate concentration and treated water alkali are calculated. The alkali agent standard injection rate is determined as an approximate value of the alkaline agent injection rate by determining the treated water PH from the calculated value, and the feedforward injection rate is determined as a fraction thereof. Finely correct the forward injection rate and further adjust the PH of the treated water.
Feedback the actual measured values using PID control,
This is an alkali agent injection control method for a water purification plant that maintains an appropriate alkali agent injection amount by correcting the alkali agent reference injection rate with a feedback injection rate. Alkaline agents such as caustic soda are used primarily to replenish the alkaline content necessary for the flocculation reaction. When flocculants such as PAC and sulfuric acid band are injected into water, they consume dissolved alkalinity components (bicarbonate ions, hydroxide ions) and form flocs. Therefore, when the alkalinity of raw water is low or when a large amount of flocculant is injected, it is necessary to replenish the alkalinity by injecting caustic soda or the like.
There are two water quality indicators that affect the quality of flocculation: PH and alkalinity.Of these, alkalinity is an indicator necessary for the reaction with the flocculant, and PH is an indicator that affects the condition of the flocs produced. be. As shown in equation (1), alkalinity increases and decreases linearly with the chemical injection rate. ALK t = ALK 0 +a 1 ×NMV−a 2 ×PMV−a 3 ×BMV…(1)
In the formula: ALK t : Calculated value of treated water alkalinity,
NMV: Caustic soda injection rate (20% caustic soda), PMV: PAC injection rate, BMV: Pre-chlorine injection rate, ALK 0 : Raw water alkalinity, a 1 : Constant (=
0.25), a 2 : constant (=0.15), a 3 : constant (=1.41)
However, PH is an index obtained by multiplying the natural logarithm of the hydrogen ion concentration by minus 1, and is influenced by free carbonate in water, so the PH value cannot be predicted directly from the chemical injection rate. free carbonic acid dissolved in water,
It is well known that alkalinity and PH have a relationship expressed by the following equation (2). PH = log (ALK) + Log (0.88/Kc) - log (CO 2 )...(2) Here, the dissociation constant (Kc) of carbonic acid is a constant determined by temperature, and the relationship between temperature and Kc can be expressed as Shown in the table (General Water Chemistry (Part 1) translated by W. Smith, J. J. Morgan, Abe and Hantani, Kyoritsu Shuppan).
【表】
次に凝集剤と水中のアルカリ度成分(重炭酸イ
オン、水酸イオン)との反応を記す。
Al3++3HCO3 -=Al(CH)3C+3CO2 …(3)
Al3++3OH-=Al(OH)3 …(4)
このように重炭酸イオンと凝集剤が反応した時
には遊離炭酸が生成する。また、塩素注入につい
ても同様の反応が起こる。
Cl2+HCO3 -=HOCl+Cl-+CO2 …(5)
Cl2+OH-=HOCl+Cl- …(6)
したがつて、アルカリ度成分のうちHCO3 -お
よびOH-の消費される割合がわかれば処理水中
の遊離炭酸濃度が計算され、(2)式によつてPHが求
められる。すなわち、
PHtlog(ALK0+a1×NMV−a2×PMV−a3×BMV
)
+log((0.88/Kc)−log(CO2p+a4×(
a21×PMV+a31×BMV))…(7)
(式中:PHt:処理水PH計算値、CO2p:原水遊離
炭酸、aD:換算定数=0.88、a21:PAC注入で消
費されるHCO3 -係数(0.15)、a31前塩素注入で
消費されるHCO3 -係数(1.41))
なお、沈殿池における炭酸濃度分布を実施設に
おいて測定した結果を第2図に示す。図中の−o
−は実測値の平均値であり、PAC注入率は15〜
30ppmである。第2図からわかるように沈殿池に
おける遊離炭酸の大気中への放酸はほとんど認め
られない。すなわち処理水中の遊離炭酸を求める
には大気への放散率を考慮する必要はなく、薬注
時におけるアルカリ度成分の消費比率(a21,
a31)がわかればよい。
以上の検討をふまえ、この発明の一実施例を示
す第3図に基いて説明する。17は原水アルカリ
度計、18は原水PH計、19は原水水温計であ
る。20はさきに示した(2)式によつて原水遊離炭
酸を計算する演算器、21はさきに示した(1)式に
よつて処理水のアルカリ度を計算する演算器、2
2はさきに示した7式によつて処理水のPHを計算
する演算器である。23は処理水水質のうち、ア
ルカリ度とPHの両方が設定値を満足するための比
率演算器である。25はPID演算器であり、24
は基準注入率、フイードフオワード注入率および
フイードバツク注入率の加算器である。
次に本発明の動作について説明する。原水水質
のアルカリ度、PH、および水温はそれぞれオンラ
イン計測器17,18および19で測定された
後、演算器20に入力され、(2)式によつて原水遊
離炭酸(CO2)濃度が計算される。次に21では
(1)式によつて処理水アルカリ度(ALKt)が計算
される。22では(7)によつて処理水PHが計算され
る。ここで係数a21、a31は原水遊離炭酸濃度ある
いはカセイソーダ注入率によつて変動する。この
a21、a31の値はCRT等よりオペレータが変更する
か、あるいは計算機によつて自動修正することに
よつて係数変更する。a21、a31のオンライン推定
方法として、カセイソーダ注入率、原水アルカリ
度に大きな変化のない2〜3時間の範囲ではa21、
a31の値は一定という近似を行なう。
いま、フイードフオワード制御でカセイソーダ
基準注入率(NVS)を決める時刻をkとする。
すると(k−1)の時刻においては(8)式を変形し
て(11)式が求められる。
〔H+〕〔HCO3 -〕/〔H2CO3〕=K …(8)
上式を常用の単位に変換して整理すると、
(CO2)t=10-PH×(ALK)t/K′ …(9)
すなわち時刻(k−1)では、
C(k−1)+Z1×α2(k−1)+Z2×α3(k−1)
=10-PH(k-1)/K′×α1(k−1)…(10)
この(10)式より、
α2(k−1)×Z1+α3(k−1)×Z2=10-PH(k-1)×
α1(k−1)/K′−C(k−1)=b(k−1)…(1
1)
ただし、
C(k−1)=(CO2)0(k−1)
α1(k−1)=ALK0(k−1)+a1×NVS(k−1)−
a2×PVS(k−1)−a3×BVS(k−1)
Z1=a4×a21、Z2=a4×a31、α2(k−1)=PVS
(k−1):PAC基準注入率、α3(k−1)=BVS
(k−1):前塩素基準注入率である。そこで(11)式
を時刻(k−1)、(k−2)について求め整理す
ると(12)式となる。
α2(k−1)、α3(k−1)
α2(k−2)、α3(k−2)[Z1
Z2]=b(k−1)
b(k−2) …(12)
上記(12)式より線形方程式を解きZ1、Z2を求め、
時刻kにおいてカセイソーダ基準注入率を設定す
るa21、a31を決定する。
実施設におけるa21の実測結果の値は0.05〜0.12
程度であつた。
次に23の演算器について説明する。一般に良
く知られているように凝集にはある値以上のPHお
よびアルカリ度が必要である。すなわち、
PHnioPHt …(13)
ALKnioALKt …(14)
ここで、PHnio、ALKnioはそれぞれPHおよびア
ルカリ度の最小値であり浄水場の取水原水、凝集
剤の種類、沈殿池特性によつても異なるが、一般
的にはPHnioは6.0〜6.3、ALKnioは10〜15(ppm)
程度と考えられる。したがつて(13)式を満たすPHt
となるカセイソーダ注入率を(7)式で求め、(14)式を
満たすALKtとなるカセイソーダ注入率を(1)式で
求める。この両者の大小比較を行ない大きい方の
値を出するのが比較演算器23である。
一方、25には沈殿池処理水PH計13よりPHt
実測値が入力され、フイードバツク制御としての
PID演算を行なうのが25の演算器である。すな
わち、フイードバツクによるカセイソーダ注入率
(NVB)は、
NVB=Kp(EV+1/TI∫EV+TDdEV/dt)
=Kp{EV(k)+1/TIK
=Kp{EV(k)+1/TIK
〓K=0(EV(k)×TC)+TD(EV(k−1)−EV(k)
/TC)}…(15)
ここで、EV(k)=NSV−NPV(k)、TI:積
分時間、TD:微分時間、TC:制御周期、Kp:
比例ゲインである。演算器24では、基準注入率
(NVS)、フイードフオワード注入率(NVF)、
フイードバツク注入率(NVB)を加算して、カセ
イソーダ注入率(NMV)を決定する。すなわち、
NMV=NVS+WF×NVF+WB×NVB …(16)
ここで、WF:フイードフオワードの重み係
数、WB:フイードバツクの重み係数、WF+
WB=1である。
基準注入率は例えば2時間に1回程度原水水質
の変動予測等も加味して徐々に値を更新する注入
率であるのに対し、フイードフオワード注入率は
例えば原水PH、原水アルカリ度が15分毎に測定さ
れるとそれにあわせて修正されていく注入率で双
方は制御周期が異なる。基準注入率とフイードフ
オワード注入率とを分離したのは、基準注入率な
しのフイードフオワード注入率及びフイードバツ
ク注入率では系のイズに対して短周期で感度が良
すぎる程に制御がかかり薬注率が急激に変動し水
質設定値に対してハンチングを起こす危検性があ
り水処理プロセスには適当でない。従つておおよ
そのフイードフオワード制御を基準注入率で設定
し、水質等の微小変化をフイードフオワード注入
率で逐次修正する。第4図及び第5図により、基
準注入率とフイードフオワード注入率の関係につ
いて詳述する。第4図a〜bは水質変化が小さい
場合の注入率計算値、FF注入率、基準注入率、
(基準+FF)注入率を夫々示し、第4図a中の
X1、X2は水質計器指示値の突変などによる一時
的なノイズを示す。水質変化が小さい場合、第4
図bのFF注入率は同図aの注入率計算値と類似
したパターンであり、一見FF注入率による制御
はうまく行なえるように見える。
しかし、浄水場の水処理プロセスで要求される
アルカリ度の値は目標値、例えば20mglに一致
させなければならないというような厳密なもので
はなく、たとえば15〜40mglの間にあれば水処
理プロセスに対して大きな影響はないと考えられ
る性質のものである。
したがつて、アルカリ剤注入率を第4図bのよ
うに小きざみに変えることは実用性を考えると必
ずしも必要ではない。
逆に、このようなプロセスの場合、応答系にお
けるムダ時間があるため、実際には意図する水質
値(アルカリ度20mgl)を正しく維持すること
は困難である。
ここで、プロセスと薬注率とのタイミングがず
れた場合などでは、処理水アルカリ度の変動がか
えつて増幅される可能性があり、この場合にはこ
れが逆に処理水アルカリ度をモニタするフイード
バツク制御に対する外乱となつてハンチング現象
を起こしかねない。
このように、本プロセスの場合、FF制御が過
敏であることはプロセスの安定化に対してマイナ
スの効果をもたらす危険性がある。
これに対して、長周期で制御する基準注入率は
第4図aの変化に対して同図cのようになり、注
入率の変化は緩慢であり、一見制御はうまく行な
われていないかのようにみえる。
しかし、実際のプラント制御運転の経験から水
質変化が小さい場合には実用上は第4図bより
も、同図cによる制御の方方が好ましいという結
果を得ている。
これは、浄水場の水処理プロセスの場合に前述
のムダ時間の問題に加えて、水理系(着水井、混
和池、フロツク形成池、沈殿池)における混合・
拡散などによつて実際のプロセスの処理水アルカ
リ度は計算値に比較して平滑化されてしまうから
である。
すなわち、小さい水質変化時にはFF注入率だ
けではプロセスの安定化が必ずしも図られないと
いうことになる。
一方、第5図のように原水の水質変化が大きい
場合で、原水水質が悪化する方向に変化している
時は、アルカリ度を消費する凝集剤注入率と前塩
素注入率も増加するのでアルカリ剤注入率は原水
アルカリ度の減少分以上に増加させる必要があ
る。
このような場合において、処理水アルカリ度を
20mglにアルカリ剤の注入率が第5図aのよう
になつたとする。
これを短周期制御で行なうFF注入率は同図b
のように、また長周期制御で行なう基準注入率は
同図cのようになる。
水質の変化量が大きくてかつ速い場合には、
FF注入率ではbのようによく追従しており、ア
ルカリ剤注入率の不足はほとんどない。
これに対して1時間に1回程度変更する基準注
入率だけの場合には、cのようにアルカリ剤注入
率がかなり不足した状態になることがあり、アル
カリ度は許容下限である10〜15mglよりも減少
する事態も想定される。
すなわち、水質変化が速くて大きい場合には、
基準注入率だけでは水質の変化に対して迅速に応
答できない場合がある。
上述のように、小さな水質変化時時にはFF注
入率だけでは水質計器のノイズ(水質の一時的な
変化)を拾うなどによつて、不必要かつひんぱん
な制御量の変更があり、これによつてプロセスが
かえつて不安定になるという危険性をはらんでお
り、逆に、大きい水質変化時には基準注入率だけ
では水質の急変に追従できずに、アルカリ注入率
が不足(または過剰)の状態が長時間継続するこ
とになる。
本発明では、基準注入率とFF注入率を組み合
せることによつて両者の欠点を改善している。す
なわち、水質変化の小さい場合の第4図aに対し
て、(基準+FF)注入率では同図dのようにな
り、同図bのパターンが平滑化された形となり、
FF注入率だけの場合よりもプロセスは安定する。
第4図dが平滑化されるのは、式(16)でアル
カリ剤注入率を計算する際のFF注入率(NVF)
の重み係数(WF)が1より小さい(通常0.5程
度)ためである。
また、水質変化が大きくかつ速い第5図aの場
合に対して、(基準+FF)注入率を適用すると第
5図dのようになつて同図cよりも追従性は向上
し、基準注入率だけで制御する場合に比較して制
御性は明らかに向上する16式で求められた注入率
(NMV)は演算器15で取水流量に応じた注水
量に変換されて、10のカセイソーダ注入機のバ
ルブ開度を制御してその注入量を調節する。
今まで述べてきたアルカリ剤注入制御方法は浄
水場以外にも他の水処理施設あるいは汚泥処理プ
ロセスにも同様に適用することができる。また、
本例では凝集剤としてPAC、アルカリ剤として
カセイソーダを例にとつたがこれ以外の薬品につ
いても同様に適用できる。
以上のように、この発明によれば、処理水PHを
推定するにあたり原水中の遊離炭酸および薬品注
入によつて消費されるアルカリ度成分の比率を考
慮したので精度よく処理水PHを計算することがで
きる。また、本方法では凝集に必要なアルカリ度
とPHの両方を考慮しているため凝集プロセスを安
全に運用することができる。さらに制御方法とし
てPID演算による処理水水質のフイードバツク制
御を組み入れ、アルカリ注入率算出にあたつては
重み係数を考慮したフイードフオワード制御との
組合せとしたのでプロセス変動に対して速やかに
対応してアルカリ注入率の変更が行なえる。この
ようにアルカリ注入率を制御することにより処理
水PHならびにアルカリ度を設定値に維持すること
ができる。[Table] Next, the reaction between the flocculant and the alkalinity components (bicarbonate ion, hydroxide ion) in water is described. Al 3+ +3HCO 3 - =Al(CH) 3 C+3CO 2 ...(3) Al 3+ +3OH - =Al(OH) 3 ...(4) When bicarbonate ions and flocculant react in this way, free carbonic acid is generated. do. A similar reaction also occurs with chlorine injection. Cl 2 +HCO 3 - = HOCl + Cl - + CO 2 ...(5) Cl 2 +OH - = HOCl + Cl - ...(6) Therefore, if you know the percentage of alkalinity components HCO 3 - and OH - consumed, you can The free carbonate concentration is calculated, and the pH is determined using equation (2). That is, PH t log(ALK 0 +a 1 ×NMV−a 2 ×PMV−a 3 ×BMV
) +log((0.88/Kc)−log(CO 2p +a 4 ×(
a 21 × PMV + a 31 × BMV))…(7) (In the formula: PH t : Calculated PH value of treated water, CO 2p : Raw water free carbonate, aD: Conversion constant = 0.88, a 21 : HCO consumed during PAC injection 3 - coefficient (0.15), a 31 HCO consumed during pre-chlorine injection 3 - coefficient (1.41)) Figure 2 shows the results of measuring the carbon dioxide concentration distribution in the settling tank at an actual facility. -o in the diagram
− is the average value of actual measurements, and the PAC injection rate is 15~
It is 30ppm. As can be seen from Figure 2, almost no free carbon dioxide is released into the atmosphere in the settling tank. In other words, in order to calculate the free carbonate in treated water, it is not necessary to consider the emission rate to the atmosphere, and the consumption ratio of alkalinity components at the time of chemical injection (a 21 ,
a 31 ). Based on the above considerations, an embodiment of the present invention will be explained based on FIG. 3. 17 is a raw water alkalinity meter, 18 is a raw water PH meter, and 19 is a raw water temperature meter. 20 is a calculator that calculates the free carbonate of the raw water according to the formula (2) shown earlier; 21 is a calculator that calculates the alkalinity of the treated water according to the formula (1) shown earlier; 2
2 is an arithmetic unit that calculates the pH of the treated water using the formula 7 shown above. 23 is a ratio calculator for making sure that both alkalinity and PH of the quality of the treated water satisfy set values. 25 is a PID calculator; 24
is an adder for the reference injection rate, feedback injection rate, and feedback injection rate. Next, the operation of the present invention will be explained. The alkalinity, PH, and water temperature of the raw water quality are measured by online measuring devices 17, 18, and 19, respectively, and then input into the calculator 20, and the free carbon dioxide (CO 2 ) concentration of the raw water is calculated using equation (2). be done. Next at 21
The treated water alkalinity (ALK t ) is calculated using equation (1). In step 22, the PH of the treated water is calculated according to (7). Here, the coefficients a 21 and a 31 vary depending on the raw water free carbonate concentration or the caustic soda injection rate. this
The values of a 21 and a 31 are changed by an operator using a CRT or the like, or the coefficients are changed by automatic correction by a computer. As an online estimation method for a 21 and a 31 , a 21
An approximation is made in which the value of a 31 is constant. Let k be the time at which the caustic soda reference injection rate (NVS) is determined by feed forward control.
Then, at time (k-1), equation (8) is transformed to obtain equation (11). [H + ] [HCO 3 - ] / [H 2 CO 3 ] = K...(8) Converting the above formula to common units and rearranging it, (CO 2 ) t = 10 - PH×(ALK) t / K'...(9) That is, at time (k-1), C(k-1) + Z 1 × α 2 (k-1) + Z 2 × α 3 (k-1)
= 10 - PH (k-1) /K′×α 1 (k-1)…(10) From this formula (10), α 2 (k-1)×Z 1 + α 3 (k-1)×Z 2 = 10 - PH (k-1) ×
α 1 (k-1)/K'-C(k-1)=b(k-1)...(1
1) However, C(k-1)=(CO 2 ) 0 (k-1) α 1 (k-1)=ALK 0 (k-1)+a 1 ×NVS(k-1)-
a 2 ×PVS (k-1) − a 3 ×BVS (k-1) Z 1 = a 4 × a 21 , Z 2 = a 4 × a 31 , α 2 (k-1) = PVS
(k-1): PAC reference injection rate, α 3 (k-1) = BVS
(k-1): Pre-chlorine reference injection rate. Therefore, formula (11) is calculated and rearranged for times (k-1) and (k-2), resulting in formula (12). α 2 (k-1), α 3 (k-1) α 2 (k-2), α 3 (k-2) [Z 1 Z 2 ]=b(k-1) b(k-2)... (12) Solve the linear equation from equation (12) above to find Z 1 and Z 2 ,
A 21 and a 31 are determined to set the caustic soda reference injection rate at time k. The actual measurement results for a21 in actual facilities are 0.05 to 0.12.
It was moderately hot. Next, the 23 arithmetic units will be explained. As is generally known, flocculation requires pH and alkalinity above a certain value. That is, PH nio PH t …(13) ALK nio ALK t …(14) Here, PH nio and ALK nio are the minimum values of PH and alkalinity, respectively, and are based on the intake raw water of the water treatment plant, the type of flocculant, and the settling tank. Although it varies depending on the characteristics, generally PH nio is 6.0 to 6.3 and ALK nio is 10 to 15 (ppm)
It is considered to be a degree. Therefore, PH t that satisfies equation (13)
The caustic soda injection rate that gives ALK t that satisfies equation (14) is found using equation (1). The comparison calculator 23 compares the two values and outputs the larger value. On the other hand, at 25, PHt from the sedimentation tank treated water PH meter 13.
Actual measured values are input and used as feedback control.
There are 25 computing units that perform PID calculations. In other words, the caustic soda injection rate (NVB) based on feedback is as follows: NVB=K p (EV+1/TI∫EV+TDdEV/dt) = K p {EV(k)+1/TI K = K p {EV(k)+1/TI K 〓 K=0 (EV(k)×TC)+TD(EV(k-1)−EV(k)
/TC)}...(15) Here, EV(k)=NSV−NPV(k), TI: Integral time, TD: Differential time, TC: Control period, Kp:
It is a proportional gain. The calculator 24 calculates a reference injection rate (NVS), a feed forward injection rate (NVF),
Add the feedback injection rate (NVB) to determine the caustic soda injection rate (NMV). That is, NMV=NVS+WF×NVF+WB×NVB…(16) Here, WF: Feedback weighting factor, WB: Feedback weighting factor, WF+
WB=1. The standard injection rate is an injection rate that gradually updates its value, for example, once every two hours, taking into account predicted fluctuations in raw water quality, etc., whereas the feed forward injection rate is an injection rate that updates the value, for example, once every two hours, taking into account predictions of fluctuations in raw water quality, etc. The injection rate is measured every 15 minutes and adjusted accordingly, and the control cycle for both is different. The reason why the reference injection rate and the feedforward injection rate were separated is that the feedforward injection rate and the feedback injection rate without a reference injection rate cannot be controlled to the extent that they are sensitive to system noise in a short period of time. This method is not suitable for water treatment processes because the chemical injection rate fluctuates rapidly and there is a risk of hunting against the water quality set value. Therefore, approximate feedforward control is set using the standard injection rate, and minute changes in water quality, etc. are successively corrected using the feedforward injection rate. The relationship between the reference injection rate and the feed forward injection rate will be explained in detail with reference to FIGS. 4 and 5. Figures 4 a to b show calculation values of injection rate when water quality changes are small, FF injection rate, standard injection rate,
(Reference + FF) Injection rates are shown respectively, and in Figure 4 a.
X 1 and X 2 indicate temporary noise caused by sudden changes in water quality meter readings. If the change in water quality is small, the fourth
The FF injection rate in Figure b has a pattern similar to the calculated injection rate in Figure A, and at first glance it appears that control by the FF injection rate can be performed successfully. However, the alkalinity value required for the water treatment process at a water treatment plant is not strict, such as having to match the target value, for example 20 mgl. It is of a nature that it is thought that there will be no major impact on the situation. Therefore, considering practicality, it is not necessarily necessary to change the alkali injection rate in small steps as shown in FIG. 4b. Conversely, in the case of such a process, it is actually difficult to correctly maintain the intended water quality value (alkalinity 20 mgl) due to dead time in the response system. Here, if the timing of the process and the chemical injection rate are out of sync, fluctuations in the alkalinity of the treated water may be amplified, and in this case, this may adversely affect the feedback for monitoring the alkalinity of the treated water. This may become a disturbance to the control and cause a hunting phenomenon. In this way, in the case of this process, there is a risk that oversensitive FF control will have a negative effect on process stabilization. On the other hand, the standard injection rate controlled over a long period changes as shown in Figure 4c, compared to the change in Figure 4a, and the injection rate changes slowly, which at first glance may seem like control is not being performed well. It looks like. However, from the experience of actual plant control operation, it has been found that when the change in water quality is small, the control shown in FIG. 4 c is practically preferable to that shown in FIG. 4 b. In addition to the above-mentioned problem of wasted time in the case of water treatment processes at water treatment plants, this is due to mixing and
This is because the alkalinity of the treated water in the actual process is smoothed out compared to the calculated value due to diffusion and the like. In other words, when there is a small change in water quality, the FF injection rate alone does not necessarily stabilize the process. On the other hand, when the water quality of raw water changes significantly as shown in Figure 5, and the raw water quality is changing in the direction of deterioration, the flocculant injection rate and pre-chlorine injection rate that consume alkalinity also increase, so the alkalinity increases. The agent injection rate needs to be increased by more than the decrease in raw water alkalinity. In such cases, the alkalinity of the treated water should be
Assume that the injection rate of alkaline agent is 20 mgl as shown in Figure 5a. The FF injection rate for short-cycle control is shown in Figure b.
The reference injection rate performed under long-period control is as shown in c of the same figure. When the amount of change in water quality is large and fast,
The FF injection rate follows closely as shown in b, and there is almost no shortage of alkaline agent injection rate. On the other hand, if the standard injection rate is changed only once an hour, the alkaline agent injection rate may be considerably insufficient as shown in c, and the alkalinity is at the lower limit of 10 to 15 mgl. It is also possible that the situation will decrease even further. In other words, when water quality changes are rapid and large,
Standard injection rates alone may not be enough to respond quickly to changes in water quality. As mentioned above, when there is a small change in water quality, using only the FF injection rate may pick up noise from water quality meters (temporary changes in water quality), resulting in unnecessary and frequent changes in the control amount. There is a risk that the process may become unstable, and conversely, when there is a large change in water quality, the standard injection rate alone cannot keep up with the sudden change in water quality, resulting in a situation where the alkali injection rate is insufficient (or excessive). It will continue for a long time. In the present invention, the drawbacks of both the standard injection rate and the FF injection rate are improved by combining them. In other words, in contrast to Fig. 4 (a) when the water quality change is small, the injection rate (reference + FF) becomes as shown in Fig. 4 (d), and the pattern in Fig. 4 (b) is smoothed.
The process is more stable than with FF injection rate alone. Figure 4 d is smoothed using the FF injection rate (NVF) when calculating the alkali injection rate using equation (16).
This is because the weighting factor (WF) of is smaller than 1 (usually about 0.5). In addition, when applying the (standard + FF) injection rate to the case shown in Fig. 5 a, where water quality changes are large and fast, the result is as shown in Fig. 5 d, and the followability is better than that shown in Fig. 5 c, and the standard injection rate The controllability is clearly improved compared to the case where the injection rate (NMV) obtained by equation 16 is calculated by the calculation unit 15, and is converted into the amount of water injected according to the water intake flow rate. The injection amount is adjusted by controlling the valve opening. The alkali injection control method described so far can be applied not only to water purification plants but also to other water treatment facilities or sludge treatment processes. Also,
In this example, PAC is used as the flocculant and caustic soda is used as the alkali agent, but other chemicals can be used in the same manner. As described above, according to the present invention, when estimating the PH of the treated water, the ratio of free carbonate in the raw water and the alkalinity component consumed by chemical injection is taken into consideration, so the PH of the treated water can be calculated with high accuracy. Can be done. In addition, this method takes into account both the alkalinity and pH required for flocculation, so the flocculation process can be operated safely. Furthermore, the control method incorporates feedback control of the quality of treated water using PID calculations, and combines this with feedback control that takes into account weighting coefficients when calculating the alkali injection rate, making it possible to quickly respond to process fluctuations. The alkali injection rate can be changed by By controlling the alkali injection rate in this manner, the pH and alkalinity of the treated water can be maintained at the set values.
第1図は従来のアルカリ剤注入制御系統の概略
図、第2図は実施設の沈殿池における炭酸濃度分
布を示す図、第3図は本発明の一実施例によるア
ルカリ剤注入制御系統を示す図、第4図及び第5
図は基準注入率とフイードフオワード注入率の関
係を示す図である。
1……着水井、2……混和池、3……フロツク
形成池、4……沈殿池、5……急速過池、6…
…撹拌機、7……フロキユレータ、8……取水流
量計、9……前塩素注入機、10……アルカリ剤
注入率、11……凝集剤注入機、12……処理水
サンプリング点、13……処理水PH計、14……
演算器、15……比率演算器、16……演算器、
17……原水アルカリ度計、18……原水PH計、
19……原水水温計、20……演算器、21……
演算器、22……演算器、23……比較演算器、
24……加算器、25……PID演算器、なお、図
中同一符号は同一又は対応部分を示す。
Fig. 1 is a schematic diagram of a conventional alkali injection control system, Fig. 2 is a diagram showing the carbon dioxide concentration distribution in a settling tank of an actual facility, and Fig. 3 is a diagram showing an alkali injection control system according to an embodiment of the present invention. Figures 4 and 5
The figure is a diagram showing the relationship between the reference injection rate and the feed forward injection rate. 1...Water landing well, 2...Mixing pond, 3...Flot formation pond, 4...Sedimentation pond, 5...Rapid overflow pond, 6...
... Stirrer, 7 ... Flocculator, 8 ... Water intake flow meter, 9 ... Pre-chlorine injection machine, 10 ... Alkali agent injection rate, 11 ... Coagulant injection machine, 12 ... Treated water sampling point, 13 ... ...Processed water PH meter, 14...
Arithmetic unit, 15... Ratio computing unit, 16... Arithmetic unit,
17...Raw water alkalinity meter, 18...Raw water PH meter,
19...Raw water temperature gauge, 20...Calculator, 21...
Arithmetic unit, 22...Arithmetic unit, 23...Comparison arithmetic unit,
24...adder, 25...PID calculator, and the same reference numerals in the drawings indicate the same or corresponding parts.
Claims (1)
は2種以上を注入して水処理を行なう浄水場等水
処理施設において、原水のPH、アルカリ度および
水温の測定値と、塩素、凝集剤およびアルカリ剤
の1種または2種以上の注入率とから処理水中に
含まれる遊離炭酸濃度を推定し、この遊離炭酸濃
度推定値と処理水アルカリ度計算値とから処理水
PHを求めることによりアルカリ剤注入率の概略値
としてアルカリ剤基準注入率を求めかつその端数
としてフイードフオワード注入率を求め、前記ア
ルカリ剤基準注入率をこのアルカリ剤基準注入率
よりも短かい周期で更新される前記フイードフオ
ワード注入率で微修正し、さらに処理水PH実測値
をPID制御によつてフイードバツクして、前記ア
ルカリ剤基準注入率をフイードバツク注入率で修
正することによつて適正なアルカリ剤の注入量を
保持することを特徴とする浄水場のアルカリ剤注
入制御方法。1. At water treatment plants and other water treatment facilities that perform water treatment by injecting one or more of chlorine, flocculants, and alkaline agents into raw water, the measured values of the PH, alkalinity, and water temperature of the raw water, as well as the chlorine and flocculant agents. The free carbonate concentration contained in the treated water is estimated from the injection rate of one or more types of alkali agents, and the treated water
By determining the PH, the alkali agent standard injection rate is determined as an approximate value of the alkaline agent injection rate, and the feed forward injection rate is determined as a fraction thereof, and the alkali agent standard injection rate is set to be shorter than this alkaline agent standard injection rate. By making slight corrections using the feedback injection rate that is updated periodically, and further feeding back the measured water PH value of the treated water using PID control, the alkali agent reference injection rate is corrected using the feedback injection rate. A method for controlling alkaline agent injection in a water purification plant, characterized by maintaining an appropriate amount of alkaline agent injection.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1913182A JPS58137491A (en) | 1982-02-08 | 1982-02-08 | Method for controlling injection of alkali agent in water purifying plant |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1913182A JPS58137491A (en) | 1982-02-08 | 1982-02-08 | Method for controlling injection of alkali agent in water purifying plant |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58137491A JPS58137491A (en) | 1983-08-15 |
| JPH021555B2 true JPH021555B2 (en) | 1990-01-11 |
Family
ID=11990906
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1913182A Granted JPS58137491A (en) | 1982-02-08 | 1982-02-08 | Method for controlling injection of alkali agent in water purifying plant |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JPS58137491A (en) |
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| JP4522534B2 (en) * | 2000-04-14 | 2010-08-11 | 株式会社クレハエンジニアリング | Water purification method |
| JP7519316B2 (en) * | 2021-02-25 | 2024-07-19 | 株式会社日立製作所 | Operation management support device and operation management support method |
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1982
- 1982-02-08 JP JP1913182A patent/JPS58137491A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58137491A (en) | 1983-08-15 |
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