特許 6107303 水処理プロセスのシミュレーション装置、方法、及びプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6107303

(24)【登録日】2017年3月17日

(45)【発行日】2017年4月5日

(54)【発明の名称】水処理プロセスのシミュレーション装置、方法、及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/00 20060101AFI20170327BHJP

【ＦＩ】

   C02F1/00 D

【請求項の数】5

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2013-66785(P2013-66785)

(22)【出願日】2013年3月27日

(65)【公開番号】特開2014-188457(P2014-188457A)

(43)【公開日】2014年10月6日

【審査請求日】2016年2月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001063

【氏名又は名称】栗田工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100086911

【弁理士】

【氏名又は名称】重野 剛

(72)【発明者】

【氏名】堀井 重希

(72)【発明者】

【氏名】中野 達馬

【審査官】 河野 隆一朗

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−２３５３３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２２９５５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３５１５３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２８８３０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／００４３４０６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 堀井 重希，佐々木 友野，水処理プロセスシミュレータ，ＥＩＣＡ，２０１２年，第１７巻，第１号，P.41-44

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０２Ｆ １／００

Ｂ０１Ｄ ５３／２２

Ｂ０１Ｄ ６１／００ − ７１／８２

Ｃ０２Ｆ １／４４

Ｃ０２Ｆ ３／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水処理プロセスをコンピュータ上で模擬した水処理プロセスのシミュレーション方法であって、
水処理装置に対応するユニットの配置、及び各ユニットの出力又は入力の水の流れに対応するストリームの形成により水処理プロセスの処理フローを作成する工程と、
原水の流量、温度、及び水質の初期値を設定する工程と、
前記初期値の設定後、各ユニットについて水収支を計算する工程と、
前記水収支の計算後、各ユニットについて熱収支を計算する工程と、
前記熱収支の計算後、各ユニットについて物質収支を計算する工程と、
前記物質収支の計算後、各ユニットにおける水収支、熱収支、物質収支を実現するための設計計算を行う工程と、
を備える水処理プロセスのシミュレーション方法。

【請求項2】

前記処理フローを表示装置に表示する工程をさらに備え、
前記水収支の計算、前記熱収支の計算、前記物質収支の計算、又は前記設計計算においてエラーが発生したユニットがある場合、当該ユニットを各計算によって異なる色で表示することを特徴とする請求項１に記載の水処理プロセスのシミュレーション方法。

【請求項3】

前記水収支を計算する工程、前記熱収支を計算する工程、又は前記物質収支を計算する工程の終了に伴い、エラーが発生した場合、後続の計算工程を省略可能とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の水処理プロセスのシミュレーション方法。

【請求項4】

水処理装置に対応するユニットの配置、及び各ユニットの出力又は入力の水の流れに対応するストリームの形成により水処理プロセスの処理フローを作成するステップと、
原水の流量、温度、及び水質の初期値を設定するステップと、
前記初期値の設定後、各ユニットについて水収支を計算するステップと、
前記水収支の計算後、各ユニットについて熱収支を計算するステップと、
前記熱収支の計算後、各ユニットについて物質収支を計算するステップと、
前記物質収支の計算後、各ユニットにおける水収支、熱収支、物質収支を実現するための設計計算を行うステップと、
をコンピュータに実行させる水処理プロセスのシミュレーションプログラム。

【請求項5】

水処理装置に対応するユニットを配置するユニット配置部と、
配置された各ユニットの出力又は入力の水の流れに対応するストリームを形成し、水処理プロセスの処理フローを作成するストリーム形成部と、
原水の流量、温度、及び水質の初期値を設定する初期値設定部と、
前記初期値を用いて、各ユニットについて水収支を計算する水収支計算部と、
前記水収支計算部の計算結果を用いて、各ユニットについて熱収支を計算する熱収支計算部と、
前記前記熱収支計算部の計算終了後、前記水収支計算部の計算結果を用いて、各ユニットについて物質収支を計算する物質収支計算部と、
前記物質収支計算部の計算終了後、各ユニットにおける水収支、熱収支、物質収支を実現するための設計計算を行うユニット設計計算部と、
を備える水処理プロセスのシミュレーション装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水処理プロセスのシミュレーション計算を行う水処理プロセスのシミュレーション装置、方法、及びプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、プロセスシミュレータを用いて、反応器や蒸留塔などのユニットを計算機上で接続して化学プロセス全体を模擬し、各ユニットの設計計算を行うことが広く普及している。プロセスシミュレータにおけるユニットには反応や分離等に関する数学的モデルが組み込まれている。そして、上流側のユニットから順に方程式を解いていくシーケンシャルモジュール型の計算方法を用いて、化学プロセスの定常状態を推定することが、化学プロセス全体の方程式を全て連立させて解く計算方法と並んで広く採用されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００７−２２９５５０号公報

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】堀井、佐々木、「水処理プロセスシミュレータ」、学会誌「ＥＩＣＡ」、環境システム制御学会、２０１２年、Ｖｏｌ．１７、Ｎｏ．１

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上述したシーケンシャルモジュール型の計算方法は、上流側から順に方程式を解くため、どのユニットで計算エラーが生じたか明確である。しかし、複雑な循環する流れを含むプロセスに対してこの計算方法を適用することは困難な場合があった。例えば、前段ユニット（上流側ユニット）に、後段ユニット（下流側ユニット）の出力が与えられるプロセスでは、前段ユニットの計算開始時点で、後段ユニットの計算は完了しておらず、前段ユニットへの入力が確定していない。そのため、前段ユニットの計算が停止することになる。

【0006】

従来は、ユーザが前段ユニットの水収支計算、熱収支計算、設計計算の全てが完了した後で、次段ユニットの計算に進むようにしていた。しかし、このような方法で計算を進めるためには、ユーザにより与えられる流量、温度、各成分濃度の初期値が、収束解に近い適当な値である必要がある。そのため、複雑な水の流れが存在する超純水製造プラント等の水処理プロセスでは、適当な初期値を設定することが困難であった。この原因としては、水収支計算、熱収支計算、各成分の物質収支計算を同時に行おうとしていたことが考えられた。

【0007】

本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、複雑な水の流れを含む水処理プロセスにおける個々の水処理装置のシミュレーションを容易に行うことができる水処理プロセスのシミュレーション装置、方法、及びプログラムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一態様による水処理プロセスのシミュレーション方法は、水処理装置に対応するユニットの配置及びユニット間を接続するストリームの形成により水処理プロセスの処理フローを作成する工程と、少なくとも１つのストリームに対して流量、温度、及び水質の初期値を設定する工程と、前記初期値の設定後、各ユニットについて水収支を計算する工程と、前記水収支の計算後、各ユニットについて熱収支を計算する工程と、前記熱収支の計算後、各ユニットについて物質収支を計算する工程と、前記物質収支の計算後、各ユニットの設計計算を行う工程と、を備えるものである。なお、ここでいう設計計算とは、装置を据付する前に装置仕様を決定するための計算をいうことに加え、装置据付後に目的通りの性能が発揮できるか否かの確認のための計算や、ポンプの電力使用量、薬品使用量等に関連したランニングコストの計算も含まれる。

【0009】

本発明の一態様による水処理プロセス設計のシミュレーションプログラムは、水処理装置に対応するユニットの配置及びユニット間を接続するストリームの形成により水処理プロセスの処理フローを作成するステップと、少なくとも１つのストリームに対して流量、温度、及び水質の初期値を設定するステップと、前記初期値の設定後、各ユニットについて水収支を計算するステップと、前記水収支の計算後、各ユニットについて熱収支を計算するステップと、前記熱収支の計算後、各ユニットについて物質収支を計算するステップと、前記物質収支の計算後、各ユニットの設計計算を行うステップと、をコンピュータに実行させるものである。

【0010】

本発明の一態様による水処理プロセスのシミュレーション装置は、水処理装置に対応するユニットを配置するユニット配置部と、配置されたユニット間を接続するストリームを形成し、水処理プロセスの処理フローを作成するストリーム形成部と、少なくとも１つのストリームに対して流量、温度、及び水質の初期値を設定する初期値設定部と、前記初期値を用いて、各ユニットについて水収支を計算する水収支計算部と、前記水収支計算部の計算結果を用いて、各ユニットについて熱収支を計算する熱収支計算部と、前記前記熱収支計算部の計算終了後、前記水収支計算部の計算結果を用いて、各ユニットについて物質収支を計算する物質収支計算部と、前記物質収支計算部の計算終了後、各ユニットの設計計算を行うユニット設計計算部と、を備える。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、複雑な水の流れを含む水処理プロセスにおける個々の水処理装置のシミュレーションを容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本実施形態に係る水処理プロセスシミュレータ（シミュレーション装置）の概略構成図である。

【図2】本実施形態に係るシミュレーションプログラムを実行することで実現される機能ブロック図である。

【図3】アイコンの一例を示す図である。

【図4】作成される処理フローの一例を示す図である。

【図5】本実施形態に係る水処理プロセスシミュレーション方法を説明するフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

【0014】

図１は、本実施形態に係る水処理プロセスシミュレータ（シミュレーション装置）の概略構成を示す。水処理プロセスシミュレータは、演算制御装置１と、入力装置２と、表示装置３とを備えている。ユーザは、入力装置２を介して演算制御装置１に対して指示を入力することができる。入力装置２には、キーボードやマウス等を用いることができる。表示装置３は、演算制御装置１から出力されたデータを表示する。表示装置３には、液晶ディスプレイ等を用いることができる。

【0015】

演算制御装置１は、ＣＰＵ（中央演算処理部）１１、メインメモリ１２、ディスク装置１３、及び入出力部１４を有する。演算制御装置１の各部はバス１５を介して接続されている。演算制御装置１は、入出力部１４を介して、入力装置２から入力を受け付けたり、表示装置３へデータを出力したりする。

【0016】

ディスク装置１３は、ＣＰＵ１１により実行されるシミュレーションプログラム２１を格納する。また、ディスク装置１３は、水処理プロセスで使用される水処理装置に対応するユニットについての情報を規定したユニット情報データベース２２を格納する。ここで、水処理プロセスで使用される水処理装置は、例えば、原水タンク、逆浸透膜濾過装置、限外濾過膜装置、薬品添加槽、活性炭塔、砂濾過塔、熱交換器、蒸発濃縮器、沈殿槽、汚泥濃縮槽、加圧浮上器、真空脱気塔、脱炭酸塔、脱気膜、標準活性汚泥槽、硝化脱窒槽、イオン交換樹脂塔、軟化器、電気式脱イオン装置、紫外線酸化装置等である。シミュレーションプログラム２１は、各ユニットにおける反応や分離等に関する数学的モデルを含んでいる。また、ユニット情報データベース２２には、数学的モデルに含まれるモデルパラメータの他、各ユニットの各成分の物質収支に関わる変数（水回収率、除去率等）のデフォルト値や、設計パラメータのデフォルト値が登録されている。また、ユニット情報データベース２２は、表示装置３にアイコン表示される各ユニットのアイコン情報を含んでいる。

【0017】

また、ディスク装置１３には、処理フロー内の各ストリームについて、流量、温度、各成分濃度の情報をまとめて保有するストリーム情報データベース２３が格納されている。

【0018】

ディスク装置１３は例えばハードディスクドライブである。なお、設計プログラム２１は、ディスク装置１３でなく、ＲＯＭや磁気テープ（共に図示せず）に格納されていてもよい

【0019】

ＣＰＵ１１は、ディスク装置１３内のシミュレーションプログラム２１をメインメモリ１２にロードして、シミュレーションプログラム２１を実行する。このとき、ディスク装置１３内のユニット情報データベース２２及びストリーム情報データベース２３をメインメモリ１２にロードするようにしてもよい。

【0020】

シミュレーションプログラム２１の実行に伴い、メインメモリ１２上には、水処理プラントの処理フロー、及び各種計算結果を格納する領域が確保される。水処理プラントの処理フローはユーザにより作成されるものであり、作成方法については後述する。

【0021】

図２に、ＣＰＵ１１がシミュレーションプログラム２１を実行することで実現される機能ブロック図を示す。シミュレーションプログラム２１の実行により、描画部２１０、初期値設定部２２０、水収支計算部２３０、熱収支計算部２４０、物質収支計算部２５０、及びユニット設計計算部２６０が実現される。

【0022】

描画部２１０は、各種ユニットに対応するアイコンを表示装置３に表示する。例えば、図３（ａ）に示すような原水タンクに対応するアイコンや、図３（ｂ）に示すような逆浸透膜濾過装置（以下、ＲＯとする）に対応するアイコンが表示される。アイコンは単なる図形ではなく、アイコンの種類ごとに予め決められた形式で、パラメータ名とその値が格納されるデータ領域を保有している。これらのデータはユニット情報データベース２２に登録される。

【0023】

図２に示すように、描画部２１０は、ユニット配置部２１１、ストリーム形成部２１２、及びエラー報知部２１３を有している。

【0024】

ユニット配置部２１１は、入力装置２を介してユーザにより選択されたユニットを処理フロー内に配置する。

【0025】

ストリーム形成部２１２は、入力装置２を介してユーザにより選択されたユニットの出力や入力などの水の流れに対応するストリームを形成する。例えば、ユーザが１つのユニットの出力と、他のユニットの入力とを選択した場合、ストリーム形成部２１２はこれらを接続するストリームを形成する。描画部２１０に描かれた各ストリームは、それぞれ固有の番号を持っており、流量、温度、各成分濃度の値が格納される領域を保有している。これらのデータはストリーム情報データベース２３に登録される。

【0026】

このようなユニットの配置及びストリームの形成により、水処理プラントの処理フローが作成される。

【0027】

エラー報知部２１３は、後述する水収支計算部２３０、熱収支計算部２４０、物質収支計算部２５０、ユニット設計計算部２６０による計算結果にエラーが発生した場合、エラーが発生したユニットを報知する。エラー発生ユニットの報知方法については後述する。

【0028】

図４に、水処理プラントの処理フローの一例を示す。この処理フローには、水質設定ユニットＵ１、原水タンクＵ２、ＲＯユニットＵ３〜Ｕ５が設けられ、水質設定ユニットＵ１と原水タンクＵ２とを接続するストリームＳ１が原水に対応する。原水タンクＵ２とＲＯユニットＵ３とがストリームＳ２により接続される。ストリームＳ２は、原水タンクＵ２からＲＯユニットＵ３に供給される水に対応する。

【0029】

ＲＯユニットＵ３の逆浸透膜を透過した透過液がストリームＳ３に対応し、これはＲＯユニットＵ５に供給される。また、ＲＯユニットＵ３の濃縮液（ブライン）がストリームＳ４に対応し、これはＲＯユニット（回収ＲＯユニット）Ｕ４に供給される。

【0030】

ＲＯユニットＵ４の逆浸透膜を透過した透過液がストリームＳ７に対応し、これは原水タンクＵ２に供給される。また、ＲＯユニットＵ４の濃縮液（ブライン）がストリームＳ８に対応する。

【0031】

ＲＯユニットＵ５の逆浸透膜を透過した透過液がストリームＳ５に対応する。また、ＲＯユニットＵ５の濃縮液（ブライン）がストリームＳ６に対応し、これは原水タンクＵ２に供給される。

【0032】

ストリームＳ６及びＳ７が、この処理フローにおける水の循環流れに相当する。

【0033】

図２に示す初期値設定部２２０は、処理フローの作成後、入力装置２を介してユーザから原水の流量、温度、水質を含む原水情報の指示を受け付け、この原水情報を処理フロー内の原水に設定する。ここで、水質とは、例えば、ｐＨ、Ｍアルカリ度、各成分濃度等である。また、初期値設定部２２０は、処理フロー内の各ストリームについて、流れる水の流量、温度、水質を含むストリーム情報の初期値を自動設定する。

【0034】

例えば、初期値設定部２２０は、図４の処理フローのストリームＳ２〜Ｓ８に対して、原水情報、処理フローの構成、各ユニットに設定されているデフォルト値などに基づいて、流量、温度、水質の初期値を求め、設定する。例えば、ユーザが入力装置２を用いて、処理フロー内のユニットを選択すると、データ入力ウィンドウが開き、以下の表１のような変数名とデフォルト値との組み合わせが表示される。ユーザは、入力装置２を用いて、デフォルト値（表１の右側）を変更することができる。プルダウン形式で固定リストから値を１つ選択することでデフォルト値を変更してもよいし、ユーザが任意の数字や文字列を入力してデフォルト値を変更してもよい。

【0035】

【表1】

【0036】

ユーザが、データ入力ウィンドウ内の値を承認する（例えば、ＯＫボタンを押す）と、初期値設定部２２０が、初期値の設定を行う。例えば、ＲＯユニットについて、入口に接続されたストリームの流量が１００ｍ^３／ｈで、水回収率が８０％である場合、ＯＫボタンが押されると、処理水ストリームの流量が８０ｍ^３／ｈ、ブラインストリームの流量が２０ｍ^３／ｈと設定される。

【0037】

また、砂濾過塔の逆洗排水のように、原水や処理水の流量より排水の流量が極めて少ない場合は、原水の１％の流量を設定するなど、簡略的な流量設定が行われる。一方、原水中のＳＳ（懸濁物質）は逆洗排水ストリームに全て移行するとし、処理水中のＳＳを０にする。

【0038】

水収支計算部２３０は、初期値設定部２２０によりストリーム情報の初期値設定後、処理フロー全体の水収支を計算する。水収支計算部２３０は、上流側ユニットから順に水収支を計算する。各ストリームにおける水収支計算が行われるたびに、ストリーム情報データベース２３における該当ストリームの流量データが更新される。

【0039】

例えば、図４の処理フローが作成された場合、流量の初期値が設定されているので、ストリームＳ２の流量をユーザが設定する必要がない。そのため、水収支計算部２３０は、ＲＯユニットＵ３、Ｕ４、Ｕ５の順で、各ユニットについて、入口流量と出口流量の差が所定値以下となるように流量を調整する。ＲＯユニットＵ４、Ｕ５の計算を行うことで、ストリームＳ６、Ｓ７の流量が更新され、ストリームＳ２の流量も更新される。

【0040】

ストリームＳ２の更新後、ＲＯユニットＵ３、Ｕ４、Ｕ５について上述の計算が再度行われる。すべてのユニットにおいて、入口流量と出口流量の差が所定値未満となり水収支が収束するまで、計算が繰り返し行われる。

【0041】

例えば、すべてのユニットで、｜入口流量合計−出口流量合計｜／（（入口流量合計＋出口流量合計）×０．５）＜所定値となった場合、水収支が収束したとみなす。ここで所定値は例えば０．０１である。

【0042】

熱収支計算部２４０は、水収支計算部２３０による計算の終了後、処理フロー全体の熱収支を計算する。熱収支計算部２４０は、上流側ユニットから順に、各ユニットについて、入口熱量合計及び出口熱量合計を計算し、各ストリームの温度を求める。熱量は、熱量＝流量×比熱×温度で求めることができる。

【0043】

例えば、すべてのユニットで、｜入口熱量合計−出口熱量合計｜／（（入口熱量合計＋出口熱量合計）×０．５）＜所定値となった場合、熱収支が収束したと判定することができる。ここで所定値は例えば０．０１である。

【0044】

物質収支計算部２５０は、熱収支計算部２４０による計算の終了後、各成分の物質収支を計算する。物質収支計算部２５０は、上流側ユニットから順に、各ユニットにおいて、各成分について、入口成分質量流量合計及び出口成分質量流量合計を計算する。成分質量流量は、成分質量流量＝成分濃度×流量で求めることができる。

【0045】

例えば、すべてのユニットにおいて、各成分について、｜入口成分質量流量合計−出口成分質量流量合計｜／（（入口成分質量流量合計＋出口成分質量流量合計）×０．５）＜所定値となった場合、各成分の物質収支が収束したと判定することができる。ここで所定値は例えば０．０１である。

【0046】

ユニット設計計算部２６０は、物質収支計算部２５０による計算の終了後、各ユニットの設計計算を行う。ユニット計算部２６０は、水収支計算部２３０、熱収支計算部２４０、及び物質収支計算部２５０の計算結果により得られた各ユニットの水収支、熱収支、物質収支を実現するように、設計計算を行う。例えば、ユニット設計計算部２６０は、設計計算を行い、図４の処理フローにおけるＲＯユニットＵ３、Ｕ４、Ｕ５の膜エレメントの必要本数、ＲＯ供給ポンプの必要動力などを決定する。

【0047】

次に、本実施形態による水処理プロセスシミュレーション方法を図５に示すフローチャートを用いて説明する。

【0048】

［ステップＳ１０１］
ユーザが、入力装置２を用いて、ユニットの配置及びユニット間の接続（ストリーム形成）を行い、水処理プロセスの処理フローを作成する。

【0049】

［ステップＳ１０２］
ユーザが、入力装置２を用いて、原水情報を入力する。

【0050】

［ステップＳ１０３］
初期値設定部２２０が、ステップＳ１０２で入力された原水情報を、処理フロー内の原水に対応するストリームに設定する。また、初期値設定部２２０が、原水情報や処理フローの構成などに基づいて、各ストリームに対して、ストリーム情報（流量、温度、水質）の初期値を求めて設定する。初期値は、ストリーム情報データベース２３の該当ストリーム領域に書き込まれる。

【0051】

［ステップＳ１０４］
水収支計算部２３０が、ステップＳ１０３で設定された初期値を用いて、処理フロー全体の水収支を計算する。

【0052】

［ステップＳ１０５］
水収支が収束した場合、すなわち全てのユニットにおいて、入口流量と出口流量の差が所定値未満となった場合、ステップＳ１０６に進む。このとき、全てのユニットのアイコンを青色で表示してもよい。

【0053】

一方、水収支が収束しない場合、例えば、一定時間計算を行っても入口流量と出口流量の差が所定値未満とならないエラーユニットが存在する場合は、ステップＳ１１２に進む。

【0054】

［ステップＳ１０６］
熱収支計算部２４０が、水収支計算部２３０による計算結果を用いて、処理フロー全体の熱収支を計算する。熱収支計算の過程で各ユニットの出口側ストリームの温度が計算で求められて、ストリーム情報データベース２３における該当ストリーム領域の温度データが更新される。

【0055】

［ステップＳ１０７］
熱収支が収束した場合、すなわち全てのユニットにおいて、入口熱量と出口熱量の差が所定値未満となった場合、ステップＳ１０８に進む。

【0056】

一方、熱収支が収束しない場合、例えば、一定時間計算を行っても入口熱量と出口熱量の差が所定値未満とならないエラーユニットが存在する場合は、ステップＳ１１２に進む。

【0057】

［ステップＳ１０８］
物質収支計算部２５０が、水収支計算部２３０による計算結果を用いて、各ユニットについて、各成分の物質収支を計算する。

【0058】

［ステップＳ１０９］
物質収支が収束した場合、すなわち全てのユニットにおいて、各成分について、入口成分質量流量と出口成分質量流量の差が所定値未満となった場合、ステップＳ１１０に進む。

【0059】

一方、物質収支が収束しない場合、例えば、一定時間計算を行っても入口成分質量流量と出口成分質量流量の差が所定値未満とならないエラーユニットが存在する場合は、ステップＳ１１２に進む。

【0060】

［ステップＳ１１０］
ユニット設計計算部２６０が、各ユニットの設計計算を行う。この設計計算には、既設プラントの装置性能確認計算及びランニングコスト計算が含まれる。

【0061】

［ステップＳ１１１］
設計エラーが無い場合は、設計計算を終了する。一方、設計エラーのユニットがある場合、例えば、設定値や計算結果が設計基準の範囲外である場合は、ステップＳ１１２に進む。

【0062】

［ステップＳ１１２］
エラー報知部２１３が、エラーが発生したユニットを報知する。例えば、水収支が収束しなかった場合、エラーの発生したユニットのアイコンを黄色で表示する。また、例えば、熱収支が収束しなかった場合、エラーの発生したユニットのアイコンを橙色で表示する。また、例えば、物質収支が収束しなかった場合、エラーの発生したユニットのアイコンを黄緑色で表示する。また、例えば、設計エラーの発生したユニットのアイコンを赤色で表示する。このように、エラー報知部２１３は、エラーが発生したユニットのアイコンを、エラー要因毎に異なる色で表示する。このことにより、ユーザは、表示装置３に表示されたアイコンの色を見るだけで、発生したエラーの要因を容易に把握することができる。

【0063】

水収支計算でエラーが発生した場合、流量設定の見直しが対処の１つとなる。例えば、タンクに流入ストリームが１本（ストリームＡ）、流出ストリームが２本（ストリームＢ、ストリームＣ）接続され、ストリームＣの流量が固定値で、ストリームＢ流量＝ストリームＡ流量−ストリームＣ流量で計算される場合を考える。ストリームＡの流量の計算値が１０ｍ^３／ｈであるにもかかわらず、ストリームＣの流量設定値が１５ｍ^３／ｈである場合には、ストリームＢの流量が負の値となり、エラーとなり計算が停止する。このような場合、ストリームＣの流量設定値を見直し、５ｍ^３／ｈに設定変更したり、ストリームＡの流量が増えるように、さらに上流側ユニットの入口ストリームの流量を増やしたりする。

【0064】

また、熱収支計算でエラーが発生した場合、温度設定の見直しが対処の１つとなる。例えば、ストリームＤ（１０ｍ^３／ｈ、３０℃）とストリームＥ（１ｍ^３／ｈ、２０℃）で熱交換が行われる場合を考える。このとき、水収支計算は終了しているので、ストリームＤとストリームＥの流量は確定している。ストリームＥの流量と比較して、ストリームＤの流量が極めて多いため、熱交換面積を増やしても、ストリームＤの出口温度は２９℃程度までしか低下しない。しかし、例えば、ストリームＤの出口温度が２５℃に設定されていると、物理的に実現できない設定であるため、エラーとなり計算が停止する。このような場合、ストリームＤの出口設定温度を上げたり、ストリームＤの出口温度をユーザが設定（指定）するのではなく、装置側で計算し、算出した値を設定する方法に変更したりする。あるいはまた、ストリームＥの流量が増えるように、水収支から見直してもよい。

【0065】

従来例のように処理フロー作成後に各ストリームに入力する初期値をユーザが手計算する場合、初期設定が不良であると、最初のユニットにおいて計算が中断して計算が進まず、収束解とは全く異なるエラーが出力されることがある。しかし、本実施形態によれば、初期値設定部２２０により各ストリームについて適切な初期値が設定され、また、水収支計算を終了した後で熱収支計算及び各成分の物質収支計算を行うため、計算が進み、収束解が得られやすくなる。また、ユーザが各ストリームの初期値を入力する手間を省くことができる。

【0066】

また、本実施形態では、最初に流量のみの初期値をもとに水収支計算が進行し、各ストリームの流量を確定する。その後、熱収支計算及び物質収支計算を行い、温度及び水質を収束値に近付けることができる。収束解に近い状態でのエラーは十分意味のあるものである。例えば、回収ＲＯユニットのブライン側の塩分濃度が高い場合、スケール（炭酸カルシウム等の固形析出物）の発生が懸念されるが、ＲＯの水回収率の設定値を小さくしたり、ｐＨ調整を行ったりするという対応が必要であることを事前に把握することができる。

【0067】

水処理プロセスは、入口ストリームに含まれる成分のほとんどが水（例えば、排水や海水であっても９５％以上、工業用水であれば９９．９％以上が水）であるため、熱収支や物質収支が水収支に与える影響は無い（無視できるほど極めて小さい）。そのため、本実施形態では、熱収支計算及び各成分の物質収支計算を行う前に、水収支計算を行う。また、熱収支が物質収支に影響を及ぼす場合があるため、成分の物質収支計算を行う前に、熱収支計算を行っている。熱収支が物質収支に影響を及ぼす場合とは、例えば、生物処理において、温度が高い程、有機物の分解速度が速くなる場合や、ＲＯ等の膜処理において、水温に応じて脱塩率（イオン除去率）が異なる場合などである。

【0068】

熱収支計算及び各成分の物質収支計算を行う前に、水収支計算を行うことで、水収支がとれている状態、すなわち各ストリームが適切な流量となっている状態で、熱収支計算を行うことができ、熱収支がとることが容易になる。そのため、熱収支計算、各成分の物質収支計算が進みやすくなる。

【0069】

このように、本実施形態によれば、複雑な水の流れを含む水処理プロセスにおける個々の水処理装置の設計計算及び薬品やユーティリティ（電力、蒸気）のランニングコスト計算を容易に行うことができる。また、これらの計算に要する時間を短縮することができる。

【0070】

上記実施形態では、図５に示すように、初期値の設定後、水収支計算、熱収支計算、物質収支計算、ユニット設計計算を続けて行っているが、水収支計算、熱収支計算、又は物質収支計算の各段階で計算を終了できるようにしてもよい。例えば水収支計算のみを行った段階で終了できるようにしてもよい。また、水収支計算及び熱収支計算を行った段階で終了できるようにしてもよい。また、水収支計算、熱収支計算、及び物質収支計算を行った段階で終了できるようにしてもよい。このように途中で終了させるためには、例えば、各段階が終了した時点で画面上にその旨の表示を表示させ、それ以降の計算を実行するか否か入力装置２から指示信号を与えるようにすればよい。

【0071】

上記実施形態による水処理プロセスのシミュレーション方法は、排水処理プラントなどの排水処理、超純水製造プラントなどの用水処理のいずれにも適用することができる。例えば、小規模プラントにおける沈殿槽まわりの水やＳＳ（懸濁物質）の収支計算に適用することができる。また、熱交換器を多数含んだ大規模な温超純水製造プラントの水収支、熱収支、物質収支の計算に適用することもできる。また、脱水機による濾液回収や蒸発濃縮装置による凝縮水回収を含む排水処理プラントの水収支の計算に適用することができる。

【0072】

上述した実施形態で説明したシミュレーションプログラム２１は、フレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に収納し、コンピュータに読み込ませて実行させてもよい。記録媒体は、磁気ディスクや光ディスク等の着脱可能なものに限定されず、ハードディスク装置やメモリなどの固定型の記録媒体でもよい。また、シミュレーションプログラム２１を、インターネット等の通信回線（無線通信も含む）を介して頒布してもよい。さらに、同プログラムを暗号化したり、変調をかけたり、圧縮した状態で、インターネット等の有線回線や無線回線を介して、あるいは記録媒体に収納して頒布してもよい。

【0073】

なお、上記実施形態は本発明の一例であり、本発明は上記以外の実施形態とされてもよい。

【符号の説明】

【0074】

１ 演算制御装置
２ 入力装置
３ 表示装置
１１ ＣＰＵ
１２ メインメモリ
１３ ディスク装置
１４ 入出力部
１５ バス
２１ シミュレーションプログラム
２２ ユニット情報データベース
２３ ストリーム情報データベース
２１０ 描画部
２１１ ユニット配置部
２１２ ストリーム形成部
２１３ エラー報知部
２２０ 初期値設定部
２３０ 水収支計算部
２４０ 熱収支計算部
２５０ 物質収支計算部
２６０ ユニット設計計算部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】