JP4469305B2 - 水質管理システム - Google Patents
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Description
このような状況において、一定以上の水質管理レベルを合理的に維持するための管理手法が求められている。
ここでの水道に関する管理基準は、HACCPにおける管理基準(CL)を浄水場で作られる水道水に対して適用したものであり、水道水の水質に関するそれぞれの指標において、需要家に対して危害を発生させない範囲がどの程度であるかを示す基準である。例えば、水温が高い時期の浄水場における残塩の管理基準は、0.7mg/L以上というように決めることができる。管理基準は、法令によって定められている水質基準とは矛盾しない基準であり、一般に水質基準より厳しく定められていて、最悪でも、水質基準と同じ基準になる。
[システム構成]
本発明の第1の実施形態を図1に基づいて説明する。図1は、第1の実施形態における水質管理システムのシステム構成を説明する図である。本実施形態では水道における危害物質として濁度を対象とし、管理基準の設定対象として凝集剤注入に関する指標としている。本実施形態による水質管理システム1は、濁度管理基準演算手段2、診断手段3、濁度計11、流量計13、水質・プロセスDB21、管理基準DB22、診断結果DB23、凝集剤注入装置20、凝集剤注入量計測装置31、入力装置32、出力装置33から構成される。
図2は、管理基準の設定を新たに行う場合の水質管理システムの処理フロー図である。
まず、ステップS101において、CCPで危害が適切に制御されているか否かを判断するための指標(指標1)を設定する。浄水プロセスにおける管理基準としては、残塩(残留塩素)、濁度、色度、各危害物質濃度のように単一の測定によって得られる指標や、ALT比のように複数の指標(凝集剤の注入率、原水濁度)から求める指標がある。また、指標1の管理基準を設定する上で満足するべき指標(指標2)とその値(境界値)を与える。例えば、危害物質が濁度で、凝集剤の注入率の管理基準を設定するとき、「凝集剤の注入(指標1に該当)によって沈殿水濁度(指標2に該当)は1度以下(境界値に該当)が得られること」という条件を与える。ここで与えられる指標2の濁度の値は、需要家109が用いる給水栓で少なくとも水質基準を満たすように設定する必要がある。
例えば、指標2が給水栓での水質、境界値が水質基準(濁度が2度)である場合、通常はこの水質は満足されているはずであるので、ステップS204の判定でも全データが境界値を満足しているはずである。しかし、指標2が浄水場内の工程(例えば急速ろ過池等)に関する指標の場合は、後段に危害物質の除去性能を期待できる工程があるため、そこで設定されている境界値から逸脱する場合が生じる。そのため、ステップS204の判定で全データが境界値を満足している場合であっても、ステップS205において最も安全側の値または範囲を管理基準に設定する。
この処理では、まず、指標1の階級の幅を設定する(S401)。そして、横軸に指標1、縦軸に指標1が指標2の条件を逸脱する割合としたヒストグラムを作成する(402)。そして、ヒストグラムの分布を最適な関数でフィッティングする(S403)。このとき、関数は、直線で示される関数以外に、多項式、正規分布関数、ロジスティック曲線を描く関数等から選択する。あるいは、最適な関数を自動的に算出させるようにしてもよい。
例えば、指標1を0−5、5−10、10−15と階級分けし、指標1の下限または上限から各階級までの範囲に該当する0−5、0−10、0−15(または15−10、15−5、15−0)においてそれぞれ逸脱する割合(縦軸)を求める。この値からグラフを求め、逸脱率が所定値以下となる範囲を基にして管理基準を求めることもできる。
図6は、管理基準を設定し、水質管理を行っている際の水質管理システムの処理フローを説明する図である。
まず、ステップS301において水質・プロセスDB21からデータを読み込む。本実施形態の場合は、日時に加え、濁度計11、凝集剤注入量計測装置31および流量計13でそれぞれ測定した原水濁度、凝集剤注入量、流量のデータを読み込む。続いてステップS302において、管理基準DB22から読み込んだ日時や水質または運転条件に対応するグループにおける管理基準を読み込む。
したがって、需要家に対して、水質管理状況に関するアカウンタビリティが向上する。
本発明の第2の実施形態は、細菌類の繁殖を防止する残塩(残留塩素)に対応する、水質の管理基準を設定し、水質を管理する。そして、ここでは、モデルの使用に基づく水質の管理基準の設定方法の使用例を示す。
図7は、第2の実施形態のシステム構成を説明する図である。第2の実施形態では、水道における危害物質として一般細菌・大腸菌を対象とし、これらによる危害を防止する上で、塩素混和池での処理後の浄水(今回、浄水池内の水とする)における残塩を指標1とするものである。なお、残塩は給水栓における消毒効果の維持の観点から給水栓で0.1mg/L以上が義務付けられている。
浄水池における残塩の管理基準の設定は、第1の実施形態に記載の管理基準の設定処理と同様の手順に従う。そして、第1の実施形態における濁度に代えて、指標1として浄水池の残塩、指標2として給水栓残塩を設定する。このとき、給水栓の残塩を評価するモデルとして、例えば、以下のような式(1)が挙げられる。
ここで、cは残塩濃度、c0は初期残塩濃度、k0,Eは定数、Rは気体定数、Tは水温、tは経過時間である。
次に、第2の実施形態における、相関が低いデータを用いて、浄水池107での残塩に関する管理基準の設定例を示す。システムの構成や管理基準設定の手順は前記と同様であるので、モデルを用いた管理基準の設定と異なる部分を説明する。
2 濁度管理基準演算手段
3 診断手段
4 残塩管理基準演算手段
11 濁度計
13 流量計
14a,14b 残留塩素計
15 水温計
20 凝集剤注入装置
21 水質・プロセスDB(水質・プロセスデータベース)
22 管理基準DB(管理基準データベース)
23 診断結果DB(診断結果データベース)
31 凝集剤注入量計測装置
32 入力装置
33 出力装置
101 着水井
102 混和池
103 フロック形成池
104 沈殿池
105 急速ろ過池
106 塩素混和池
107 浄水池
108 給配水施設
109 需要家
Claims (7)
- 水道の水質を管理する水質管理システムであって、
前記水質管理システムが、
過去の水質分析結果およびプロセスデータを格納する水質・プロセスデータベースと、
水質の許容範囲として設定される管理基準を格納する管理基準データベースと、
各データと管理基準との比較および類似の傾向を示した過去のデータの平均を含む統計量との比較によって診断を行う診断手段と、
前記管理基準を設定する演算手段とを備え、
前記演算手段が、
水道の水質管理指標をグループに分割し、
統計処理を行ってグループ間での相違を検定し、
相違があるグループごとに前記管理基準を設定して前記管理基準データベースに記録し、
前記診断手段が、
前記管理基準データベースに記録されている管理基準を参照して、水質を診断すること
を特徴とする水質管理システム。 - 請求項1に記載の水質管理システムであって、
前記水質管理システムが、水道の水質を監視する監視手段と、水道の水質を制御する手段とをさらに備え、
前記監視手段が、水道水の水質指標を計測し、
前記演算手段が、計測した値を用いて管理基準を再設定すること
を特徴とする水質管理システム。 - 請求項1または請求項2に記載の水質管理システムであって、
前記水質管理システムが、計測値が類似した過去の日時を検索する検索手段と、検索された日時における管理基準の指標の統計量を算出する手段をさらに備え、
前記診断手段が、前記管理基準を逸脱したと診断した場合に、
前記検索手段が、前記水質指標の計測値と類似した過去の日時を検索し、
検索された日時における前記水質指標の統計量を算出し、
前記診断手段が、前記統計量を基準として前記水質指標を再度診断すること
を特徴とする水質管理システム。 - 請求項3に記載の水質管理システムであって、
前記演算手段が、前記管理基準の設定対象である第1の水質指標を第1の軸とし、第1の水質指標が前記計測した値を用いて求めた第2の水質指標において満たすべき条件を逸脱する割合を第2の軸としてヒストグラムを作成し、
所定の関数を前記ヒストグラムにフィッティングさせて管理基準設定用関数を決定し、
前記管理基準設定用関数と前記第2の水質指標において満たすべき条件とを用いて前記管理基準を設定すること
を特徴とする水質管理システム。 - 請求項3に記載の水質管理システムであって、
前記水質管理システムが、危害物質の生成による指標の値の変化を表す変換関数、危害物質の減衰による指標の値の変化を表す変換関数、および、対象工程の処理における危害物質についての指標の値の変化を表す変換関数の少なくとも1つを備え、
前記演算手段が、前記変換関数を用いて、前記管理基準の設定対象である第1の水質指標の値から第2の水質指標の値を算出し、
前記変換によって算出された前記第2の水質指標の値と前記第2の水質指標において満たすべき条件を用いて前記管理基準を設定すること
を特徴とする水質管理システム。 - 請求項3に記載の水質管理システムであって、
前記演算手段が、前記管理基準の設定対象である第1の水質指標を第1の軸とし、計測して求めた第2の水質指標を第2の軸として、前記第1の水質指標から前記第2の水質指標へ対応の分布を示すプロットを作成し、
前記第2の水質指標において満たすべき条件を前記プロットのすべての点が満たすように所定の関数を前記プロットにフィッティングさせて変換関数を決定し、
前記変換関数と前記第2の水質指標において満たすべき条件とを用いて前記管理基準を設定すること
を特徴とする水質管理システム。 - 請求項1に記載の水質管理システムであって、
前記水道の水質管理指標をグループに分割する場合に行う統計処理は、
予め設定された検定基準を用いて前記グループ間で母分散が同じか否かをF検定によって判定し、
前記F検定によって母分散が同じと判定された場合に、前記予め設定された検定基準にしたがってt検定を用いて前記グループ間で母平均が同じか否かを判定し、
前記F検定によって母分散が同じではないと判定された場合に、前記予め設定された検定基準にしたがってウェルチ検定を用いて前記グループ間で母平均が同じか否かを判定し、
前記母平均が同じである場合に、グループを統合すること
を特徴とする水質管理システム。
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