特開 2024-170201 注入率算出システム、水処理システム、および注入率算出方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024170201

(43)【公開日】2024-12-06

(54)【発明の名称】注入率算出システム、水処理システム、および注入率算出方法

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/00 20230101AFI20241129BHJP

   B01D 21/30 20060101ALI20241129BHJP

   C02F 1/52 20230101ALI20241129BHJP

   C02F 1/50 20230101ALI20241129BHJP

【ＦＩ】

C02F1/00 K

B01D21/30 A

C02F1/52 Z

C02F1/00 T

C02F1/00 V

C02F1/50 510B

C02F1/50 520C

C02F1/50 531M

C02F1/50 550L

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023087229

(22)【出願日】2023-05-26

(71)【出願人】

【識別番号】000001052

【氏名又は名称】株式会社クボタ

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】布 光昭

(72)【発明者】

【氏名】権 大維

(72)【発明者】

【氏名】チャン ティタントゥイ

(72)【発明者】

【氏名】松永 晃

(72)【発明者】

【氏名】上中 哲也

【テーマコード（参考）】

4D015

【Ｆターム（参考）】

4D015BA21

4D015CA14

4D015EA03

4D015EA32

(57)【要約】

【課題】浄水施設に流入する原水を処理するために注入する薬剤の注入率の精度を向上させる。
【解決手段】注入率算出システム（２）は、薬剤の注入位置と前記注入位置よりも上流側の位置との少なくとも一方にて測定された上流側データと、薬剤が注入された後の混和水の状態を評価する評価指標とを取得する取得部（２１）と、上流側データから薬剤の注入率を、推定モデルを用いて推定する注入率推定部（２２）と、推定された注入率を、評価指標に基づいて補正する注入率補正部（４１）と、上流側データを説明変数とし、補正された注入率を目的変数とする教師データを用いて、推定モデルを更新する更新部（５１）と、を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

浄水施設に流入する原水を処理するために注入する薬剤の注入率を算出する注入率算出システムであって、
前記薬剤の注入位置と前記注入位置よりも上流側の位置との少なくとも一方にて測定された上流側データと、前記薬剤が注入された後の混和水の状態を評価する評価指標とを取得する取得部と、
前記上流側データから前記薬剤の注入率を、推定モデルを用いて推定する推定部と、
前記推定部が推定した前記注入率を、前記評価指標に基づいて補正する補正部と、
前記上流側データを説明変数とし、前記補正部が補正した前記注入率を目的変数とする教師データを用いて、前記推定モデルを更新する更新部と、を備える注入率算出システム。

【請求項2】

浄水施設に流入する原水を処理するために注入する薬剤の注入率を算出する注入率算出システムであって、
前記薬剤の注入位置と前記注入位置よりも上流側の位置との少なくとも一方にて測定された上流側データを取得する取得部と、
前記上流側データと前記薬剤の注入率とを説明変数とし、前記薬剤が注入された後の混和水の状態を評価する評価指標を目的変数とする教師データを用いて構築された推定モデルを用いて、前記上流側データと前記薬剤の注入率とから推定される前記評価指標が目標値となるように、前記薬剤の注入率を最適化する最適化部と、を備える注入率算出システム。

【請求項3】

前記上流側データは、前記浄水施設に流入する原水の濁度である原水濁度を含み、
前記評価指標は、前記原水濁度の取得位置から前記混和水の状態の取得位置まで流下するのに費やす時間が、前記原水濁度の取得時点から経過した時点における評価指標である、請求項１または２に記載の注入率算出システム。

【請求項4】

前記上流側データは、原水の属性を示す属性データと、前記薬剤の注入位置よりも上流側の位置にて注入される、前記薬剤とは別の薬剤の注入率と、前記原水を処理した水であって前記原水に混合される水の水量との少なくとも１つを含む、請求項１または２に記載の注入率算出システム。

【請求項5】

前記薬剤は凝集剤であり、
前記評価指標は、フロックの撮影画像から取得される、請求項１または２に記載の注入率算出システム。

【請求項6】

前記薬剤は塩素剤であり、
前記評価指標は残留塩素濃度である、請求項１または２に記載の注入率算出システム。

【請求項7】

前記塩素剤は、第１の位置と、第１の位置よりも下流側の第２の位置とにおいて注入され、
第２の位置にて注入される塩素剤の注入率を説明変数または目的変数に含む推定モデルは、第１の位置にて注入される塩素剤の注入率および注入後の残留塩素濃度を説明変数として含む、請求項６に記載の注入率算出システム。

【請求項8】

請求項１または２に記載の注入率算出システムと、
前記注入率算出システムが算出した前記注入率に従って前記薬剤の注入を制御する制御装置と、を含む水処理システム。

【請求項9】

請求項１に記載の注入率算出システムとしてコンピュータを機能させるための注入率算出プログラムであって、前記推定部、前記補正部、および前記更新部としてコンピュータを機能させるための注入率算出プログラム。

【請求項10】

請求項２に記載の注入率算出システムとしてコンピュータを機能させるための注入率算出プログラムであって、前記最適化部としてコンピュータを機能させるための注入率算出プログラム。

【請求項11】

浄水施設に流入する原水を処理するために注入する薬剤の注入位置と前記注入位置よりも上流側の位置との少なくとも一方にて測定された上流側データと、前記薬剤が注入された後の混和水の状態を評価する評価指標とを取得する取得ステップと、
前記上流側データから前記薬剤の注入率を、推定モデルを用いて推定する推定ステップと、
前記推定ステップにて推定された前記注入率を、前記評価指標に基づいて補正する補正ステップと、
前記上流側データを説明変数とし、前記補正ステップにて補正された前記注入率を目的変数とする教師データを用いて、前記推定モデルを更新する更新ステップと、を含む注入率算出方法。

【請求項12】

浄水施設に流入する原水を処理するために注入する薬剤の注入位置と前記注入位置よりも上流側の位置との少なくとも一方にて測定された上流側データを取得する取得ステップと、
前記上流側データと前記薬剤の注入率とを説明変数とし、前記薬剤が注入された後の混和水の状態を評価する評価指標を目的変数とする推定モデルを用いて、前記上流側データと前記薬剤の注入率とから推定される前記評価指標が目標値となるように、前記薬剤の注入率を最適化する最適化ステップと、を含む注入率算出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、浄水施設で用いられる薬剤の注入率を算出するための技術に関する。

【背景技術】

【0002】

水処理システムでは、塩素、凝集剤等の各種の薬剤が投入されて、所定の基準を満たす水質の水が生成される。このため、上記薬剤の投入量を如何に制御するかが重要となる。

【0003】

特許文献１に記載のモデル生成装置は、浄水場に流入する流入水へ注入する凝集剤の注入率を推定するための回帰モデルを生成する。上記モデル生成装置は、凝集剤を注入する前の上記流入水の濁度である注入前濁度を含む水質データと、上記流入水へ注入した凝集剤の注入率とを含むデータセットの集合をクラスタリングして複数のクラスタを生成する。次に、上記モデル生成装置は、生成された複数のクラスタ毎に、上記水質データを説明変数とし、上記注入率を目的変数とする学習データを用いて、上記回帰モデルを生成する。

【0004】

特許文献２に記載の凝集剤注入制御装置は、凝集剤が注入された被処理水である混和水におけるフロックの凝集状態を制御量とし、被処理水に対する凝集剤の注入率を操作量としてフィードバック制御を行う。また、上記凝集剤注入制御装置は、混和水中のフロックを沈澱させる沈澱池の濁度及びその目標値に基づいて、上記フィードバック制御における上記制御量の目標値を決定する。

【0005】

特許文献３に記載の凝集剤注入制御システムでは、原水濁質電荷量推定手段は、原水に含まれる濁質粒子表面の電荷量を推定し、凝集後荷電状態測定手段は、凝集剤注入後の荷電状態を測定する。凝集剤注入率設定装置は、原水に含まれる濁質粒子の表面の電荷量に応じて基本凝集剤注入率を算出し、凝集剤注入後の荷電状態に応じて基本凝集剤注入率を補正して実注入率を決定する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０２１－０９８１９１号公報

【特許文献2】特開２０１９－１９３９１６号公報

【特許文献3】特開２００２－２０５０７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１に記載のモデル生成装置では、学習データが、流入水の現在の状況などに適合しなくなった場合、凝集剤の注入率の推定値が最適値とはならない可能性がある。特許文献２に記載の凝集剤注入制御装置では、沈澱池の濁度を測定してから、凝集剤の注入率を変更するまでにタイムラグが生じる。このため、被処理水の水質が急変した場合には、沈澱池の濁度が一時的に悪化することになる。特許文献３のように、フィードフォワード（ＦＦ）制御とフィードバック（ＦＢ）制御とを組み合わせることにより、特許文献１および特許文献２の上記問題点は、或る程度解決されるが、未だ改善の余地がある。

【0008】

本発明の一態様は、浄水施設に流入する原水を処理するために注入する薬剤の注入率の精度を向上できる注入率推定システムを実現することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る注入率算出システムは、浄水施設に流入する原水を処理するために注入する薬剤の注入率を算出する注入率算出システムであって、前記薬剤の注入位置と前記注入位置よりも上流側の位置との少なくとも一方にて測定された上流側データと、前記薬剤が注入された後の混和水の状態を評価する評価指標とを取得する取得部と、前記上流側データから前記薬剤の注入率を、推定モデルを用いて推定する推定部と、前記推定部が推定した前記注入率を、前記評価指標に基づいて補正する補正部と、前記上流側データを説明変数とし、前記補正部が補正した前記注入率を目的変数とする教師データを用いて、前記推定モデルを更新する更新部と、を備える。

【0010】

本発明の別の態様に係る注入率算出システムは、浄水施設に流入する原水を処理するために注入する薬剤の注入率を算出する注入率算出システムであって、前記薬剤の注入位置と前記注入位置よりも上流側の位置との少なくとも一方にて測定された上流側データを取得する取得部と、前記上流側データと前記薬剤の注入率とを説明変数とし、前記薬剤が注入された後の混和水の状態を評価する評価指標を目的変数とする教師データを用いて構築された推定モデルを用いて、前記上流側データと前記薬剤の注入率とから推定される前記評価指標が目標値となるように、前記薬剤の注入率を最適化する最適化部と、を備える。

【0011】

本発明のさらに別の態様に係る水処理システムは、上記構成の注入率算出システムと、前記注入率算出システムが算出した前記注入率に従って前記薬剤の注入を制御する制御装置と、を含む。

【0012】

本発明のさらに別の態様に係る注入率算出方法は、浄水施設に流入する原水を処理するために注入する薬剤の注入位置と前記注入位置よりも上流側の位置との少なくとも一方にて測定された上流側データと、前記薬剤が注入された後の混和水の状態を評価する評価指標とを取得する取得ステップと、前記上流側データから前記薬剤の注入率を、推定モデルを用いて推定する推定ステップと、前記推定ステップにて推定された前記注入率を、前記評価指標に基づいて補正する補正ステップと、前記上流側データを説明変数とし、前記補正部が補正した前記注入率を目的変数とする教師データを用いて、前記推定モデルを更新する更新ステップと、を含む。

【0013】

本発明のさらに別の態様に係る注入率算出方法は、浄水施設に流入する原水を処理するために注入する薬剤の注入位置と前記注入位置よりも上流側の位置との少なくとも一方にて測定された上流側データを取得する取得ステップと、前記上流側データと前記薬剤の注入率とを説明変数とし、前記薬剤が注入された後の混和水の状態を評価する評価指標を目的変数とする推定モデルを用いて、前記上流側データと前記薬剤の注入率とから推定される前記評価指標が目標値となるように、前記薬剤の注入率を最適化する最適化ステップと、を含む。

【発明の効果】

【0014】

本発明の一態様によれば、浄水施設に流入する原水を処理するために注入する薬剤の注入率の精度を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の一実施形態に係る水処理システムの概要を示す図である。

【図2】上記水処理システムにおける注入率算出システムの要部構成の一例を示すブロック図である。

【図3】上記構成の水処理システムにおける注入率算出処理の流れの一例を示すフローチャートである。

【図4】上記水処理システムの一実施例であって、上記注入率算出システムにおける説明変数の一例である原水濁度と、上記目的変数である凝集剤の注入率との時間変化を示すグラフである。

【図5】上記水処理システムの一変形例であって、上記説明変数の一例である原水濁度と、上記目的変数である凝集剤の注入率との時間変化を示すグラフである。

【図6】上記水処理システムの別の実施例であって、上記説明変数の一例である粉末活性炭の注入率と、上記目的変数である凝集剤の注入率との時間変化を示すグラフである。

【図7】本発明の別の実施形態に係る水処理システムの概要を示す図である。

【図8】上記水処理システムにおける注入率算出システムの要部構成の一例を示すブロック図である。

【図9】上記構成の水処理システムにおける前段の注入率算出処理の流れの一例を示すフローチャートである。

【図10】上記構成の水処理システムにおける中段の注入率算出処理の流れの一例を示すフローチャートである。

【図11】上記構成の水処理システムにおける後段の注入率算出処理の流れの一例を示すフローチャートである。

【図12】本発明のさらに別の実施形態に係る水処理システムにおける注入率算出システムの要部構成の一例を示すブロック図である。

【図13】上記構成の水処理システムにおける注入率算出処理の流れの一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、説明の便宜上、各実施形態に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付記し、適宜その説明を省略する。

【0017】

〔実施形態１〕
本発明の一実施形態について、図１～図３を参照して説明する。

【0018】

（水処理システム）
図１は、本実施形態に係る水処理システムの概要を示す図である。本実施形態の水処理システム１は、例えば河川等から浄水施設に流入する原水を清浄な水に処理するシステムである。具体的には、本実施形態の水処理システム１は、上記原水に含まれる懸濁物質等を、凝集剤によって凝集させ、重力沈降によって原水から分離する凝集沈澱プロセスを実現するものである。

【0019】

図１に示すように、水処理システム１は、上記凝集沈澱プロセスを実現する設備として、着水井１０１、急速混和池１０２、フロック形成池１０３、および沈澱池１０４を備える。

【0020】

着水井１０１は、導水管によって送られてくる原水による水面の動揺を抑制し、着水井１０１以降の設備に送られる原水の水理的な安定性を確保するための槽である。原水には、塩素剤およびｐＨ（水素イオン濃度指数）調整剤が注入されてもよい。ここで、塩素剤とは、原水を消毒するための薬剤である。塩素剤は、例えば次亜塩素酸ナトリウム等の薬剤であり、図示しない注入装置によって着水井１０１から急速混和池１０２の間に注入される。また、ｐＨ調整剤とは、原水のｐＨを調整するための薬剤である。ｐＨ調整剤は、例えば硫酸、水酸化ナトリウム（苛性ソーダ）等の薬剤であり、図示しない注入装置によって着水井１０１から急速混和池１０２の間に注入される。また、着水井１０１よりも上流側の取水点から急速混和池１０２までの間には、粉末活性炭が投入されてもよい。粉末活性炭は、臭気物質の除去、トリハロメタンおよびトリハロメタン前駆物質の除去、等に利用される。

【0021】

着水井１０１には水質計１１１が設けられている。水質計１１１は、着水井１０１に着水した原水の水質を測定する。当該水質は、少なくとも濁度であり、他の例として、色度、水温、導電率、ｐＨ（水素イオン濃度指数）、アルカリ度（酸消費量）、紫外線吸光度等が挙げられる。なお、水質計１１１は、急速混和池１０２に設けられてもよいし、急速混和池１０２より上流側の水路に設けられてもよい。水質計１１１によって測定された水質を示すデータは、注入率算出システム２に入力される。

【0022】

着水井１０１と急速混和池１０２との間の導水管には流量計１１２が設けられている。流量計１１２は、着水井１０１から急速混和池１０２に送られる原水の流量を測定する。流量計１１２によって測定された流量のデータは、凝集剤注入装置１１３に入力される。

【0023】

急速混和池１０２は、着水井１０１から送られてきた原水に凝集剤を注入して、急速撹拌するための混和池である。ここで、凝集剤とは、原水に含まれる物質を凝集させるための薬剤である。凝集剤は、例えばポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ：PolyAluminumChloride）や硫酸アルミニウム（硫酸バンド）等の薬剤であり、凝集剤注入装置１１３によって急速混和池１０２に注入される。

【0024】

また、急速混和池１０２には、上記急速撹拌を行うための急速撹拌機１１４が設けられえている。急速撹拌機１１４は、例えば、フラッシュミキサである。急速撹拌機１１４は、一定の撹拌速度で動作するものであってもよいし、モータの制御によって撹拌速度を調節できるものであってもよい。急速混和池１０２では、凝集剤の注入と、急速撹拌機１１４の撹拌とによって微小なフロックが形成される。このような微小なフロックを含む処理水は後段のフロック形成池１０３に送られ、フロック形成池１０３以降の設備においてフロックのさらなる集塊化が促進される。

【0025】

フロック形成池１０３は、処理水中においてより大きなフロックを形成するために緩速撹拌するための槽である。フロック形成池１０３には、緩速撹拌機１１５が設けられている。緩速撹拌機１１５による処理水の撹拌によってフロックのさらなる集塊化が促進される。緩速撹拌機１１５は、例えばフロキュレータである。フロック形成池１０３の処理水は、所定時間の撹拌の後に後段の沈澱池１０４に送られる。フロック形成池１０３は、撹拌機を用いない迂流式であってもよい。

【0026】

また、フロック形成池１０３にはカメラ１１６が設けられている。カメラ１１６は、フロック形成池１０３にて形成されたフロックを撮影する。当該フロックの静的な撮影画像から、当該フロックの径、面積、体積などを推定し、上記フロックの形成状態を確認することができる。なお、当該フロックの動的な撮影画像から、当該フロックの移動速度を推定し、上記フロックの形成状態を確認してもよい。上記撮影画像のデータは、凝集状態を評価するための評価指標として、注入率算出システム２に入力される。

【0027】

なお、カメラ１１６は、確認したいフロックの形成状態に応じて適切な位置に設置することが望ましい。フロック形成の可及的に早い段階でフロックの形成状態を確認する場合、撮影可能な範囲におけるより上流側の位置に設置すれば、凝集剤の注入率の推定と凝集の良否の判定との間の時間遅れが短縮され、凝集不良による沈澱水の水質への悪影響を短時間に抑えることができる。逆に、フロック形成が十分に進行した状態でフロックの形成状態を確認する場合、撮影可能な範囲におけるより下流側の位置に設置すればよい。

【0028】

また、カメラ１１６の代わりに、ゼータ電位、流動電流値など、凝集状態の良否を評価できる指標を計測可能な測定器を設けてもよい。この場合、測定器が計測した水質のデータは、注入率をフィードバック補正するための評価指標として、注入率算出システム２に入力される。

【0029】

沈澱池１０４は、フロック形成池１０３からの流入水に含まれる集塊化したフロックを沈降分離するための池である。上記流入水が沈澱池１０４に所定時間（例えば１～３時間程度）滞留することにより、フロック形成池１０３において形成された粒径の大きなフロックが重力により沈降する。これにより、フロックが処理水から分離され、その上澄み液が沈澱水として濾過池（不図示）に送られる。なお、沈澱池１０４の後段には、上記濾過池に送られる処理水に対してオゾン処理や生物活性炭処理等の付加的な処理を施す設備が備えられてもよい。また、沈澱池１０４に沈澱したフロックは汚泥として引き抜かれ、図示しない汚泥処理設備に送られる。

【0030】

なお、フロック形成池１０３を省略し、沈澱池１０４を高速凝集沈澱池に変更した場合、上記高速凝集沈澱池でフロックを成長させるスラッジブランケットゾーンなどにてフロックの形成状態を評価すればよい。

【0031】

上記濾過池は、沈澱池１０４から流入する沈澱水を濾過する濾過設備を備えた池である。上記濾過池では、沈澱水に残留する微小な懸濁物質が濾過によって分離される。濾過された沈澱水は塩素剤によって消毒された後、水道水として需要者に供給される。

【0032】

（注入率算出システム）
図１に示すように、水処理システム１は、注入率算出システム２を備える。注入率算出システム２は、原水へ注入する凝集剤の注入率を、原水の属性等に応じて算出するものである。ここで、上記注入率は、原水に注入する凝集剤の、原水に対する割合である。上記注入率は、従来、ジャーテストの結果、過去の知見、所定の計算式などを用いて決定されている。

【0033】

注入率算出システム２は、算出した注入率を凝集剤注入装置１１３に出力する。凝集剤注入装置１１３は、流量計１１２からの流量のデータと、注入率算出システム２からの注入率とに基づいて、凝集剤の注入量を決定して急速混和池１０２に注入する。なお、注入率算出システム２は、ハードウェアおよびソフトウェアの構成群を備えた１台の情報処理装置によって構成されてもよいし、複数台の情報処理装置によって構成されてもよい。

【0034】

図２は、注入率算出システム２の要部構成の一例を示すブロック図である。注入率算出システム２は、推定装置１１、補正装置１２、モデル更新装置１３、入力装置１４、出力装置１５、および記憶装置１６を含んでいる。

【0035】

入力装置１４は、ユーザの入力を受け付け、当該入力に基づく入力信号を、推定装置１１、補正装置１２、またはモデル更新装置１３へ出力する。また、入力装置１４は、各種装置からの入力信号を推定装置１１または補正装置１２へ出力する。

【0036】

出力装置１５は、補正装置１２が生成した情報を出力する。出力装置１５による出力方法は特に限定されない。出力装置１５は、例えば、当該情報を画像として表示する表示装置であってもよいし、当該情報を音声として出力する音声出力装置であってもよい。また、出力装置１５は、当該情報を電気信号として、凝集剤注入装置１１３等の各種装置へ出力する制御信号出力装置であってもよい。

【0037】

記憶装置１６は、注入率算出システム２にて使用されるプログラムおよびデータを保持する。記憶装置１６は、推定モデル記憶部３１、目標値記憶部３２、および教師データ記憶部３３を含む。これらの記憶部３１～３３が保持（記憶）するデータについては後述する。

【0038】

（推定装置）
推定装置１１は、推定モデルを用いて、原水に対して注入される凝集剤の注入率を推定する。推定装置１１は、制御部２０を備えている。制御部２０は、推定装置１１の各部を統括して制御する。制御部２０は、一例として、プロセッサおよびメモリにより実現される。この例において、プロセッサは、ストレージ（不図示）にアクセスし、ストレージに格納されているプログラム（不図示）をメモリにロードし、当該プログラムに含まれる一連の命令を実行する。これにより、制御部２０に含まれている各部が構成される。

【0039】

制御部２０は、取得部２１および注入率推定部２２（推定部）を含む。また、推定モデル記憶部３１は、推定モデルを記憶する。

【0040】

取得部２１は、入力装置１４から入力されたデータである入力データを取得する。上記入力データは、凝集剤注入装置１１３が凝集剤を注入する注入位置と上記注入位置よりも上流側の位置との少なくとも一方にて取得されたデータである上流側データである。上記上流側データは、原水の属性を示す属性データと、着水井１０１よりも上流側の取水点から急速混和池１０２までの間で注入する凝集剤以外の薬剤の注入率と、着水井１０１にて原水に混合される配水池からの返送水の水量とを含む。

【0041】

上記属性データの典型例は、原水の濁度である原水濁度を含む、原水の水質である。上記属性データの他の例としては、原水の流量、浄水施設の上流に設けられたダムにおける放流の有無、原水の水源が複数存在する場合における当該複数の水源からの水の混合比、などが挙げられる。上記凝集剤以外の薬剤の例としては、塩素剤、硫酸などの酸剤、水酸化ナトリウムなどのアルカリ剤、粉末活性炭、等が挙げられる。

【0042】

取得部２１は、取得した入力データを教師データ記憶部３３に記憶する。取得部２１が所定のタイミングごとに上記入力データを教師データ記憶部３３に格納することにより、教師データ記憶部３３には上記入力データの集合が記憶される。

【0043】

注入率推定部２２は、推定モデル記憶部３１から読み出した推定モデルを用いて、原水に対して注入される凝集剤の注入率を推定する。注入率推定部２２は、当該推定モデルに上記上流側データを入力することにより、凝集剤の注入率を取得する。そして、注入率推定部２２は、取得した注入率を補正装置１２に出力させる。

【0044】

（補正装置）
補正装置１２は、推定装置１１が推定した凝集剤の注入率を、凝集剤を注入した後のフロック形成池１０３における凝集状態の評価指標に基づいて補正する。補正装置１２は、制御部４０を備えている。制御部４０は、補正装置１２の各部を統括して制御する。なお、制御部４０は、制御部２０と同様のハードウェア構成であるので、その説明を省略する。

【0045】

制御部４０は、注入率補正部４１（補正部）を含む。また、記憶装置１６の目標値記憶部３２は、フロック形成池１０３における凝集状態の評価指標の目標値を記憶する。上記目標値は、入力装置１４を介して目標値記憶部３２に記憶されてもよい。

【0046】

注入率補正部４１は、入力装置１４から上記評価指標を取得し、取得した評価指標と、目標値記憶部３２に記憶された評価指標の目標値との差分に応じて、注入率を補正する。そして、注入率補正部４１は、補正後の注入率を算出結果として出力装置１５に出力させる。出力装置１５が上述した制御信号出力装置である場合、当該注入率に基づき、凝集剤注入装置１１３が原水へ凝集剤を注入することができる。

【0047】

また、注入率補正部４１は、補正後の注入率を教師データ記憶部３３に記憶する。これにより、教師データ記憶部３３には、上記上流側データを説明変数とし、上記補正後の注入率を目的変数とする教師データの集合である教師データ群が記憶される。

【0048】

（モデル更新装置）
モデル更新装置１３は、原水に対して注入される凝集剤の注入率を推定するための推定モデルであって、推定モデル記憶部３１に記憶された推定モデルを更新する。モデル更新装置１３は、制御部５０を備えている。制御部５０は、モデル更新装置１３の各部を統括して制御する。なお、制御部５０は、制御部４０と同様のハードウェア構成であるので、その説明を省略する。

【0049】

制御部５０は更新部５１を含む。更新部５１は、教師データ記憶部３３から読み出した、教師データ群を用いて機械学習を行い、学習モデルとしての推定モデルを構築する。この教師データ群の教師データにおいて、上記上流側データが説明変数であり、上記補正後の注入率が目的変数である。上記推定モデルに上記上流側データが入力されると、当該上流側データに対応する上記補正後の注入率が上記推定モデルから出力される。

【0050】

更新部５１は、例えば、ランダムフォレスト（ＲＦ：Random Forest）、勾配ブースティング（ＧＢＲ：Gradient Boosted tree Regression）またはニューラルネットワーク（ＮＮ：Neural Network）により得られる回帰モデルを上記推定モデルとして生成する。更新部５１は、構築した推定モデルを用いて、推定モデル記憶部３１に記憶された推定モデルを更新する。

【0051】

上記構成によると、推定モデルを用いて上流側データから推定された凝集剤の注入率が、上記凝集剤が注入された後の混和水の状態を評価する評価指標に基づいて補正される。そして、補正された凝集剤の注入率を目的変数とし、上記上流側データを説明変数とする教師データを用いて、上記推定モデルが更新される。更新された推定モデルを用いることにより、上記上流側データから上記凝集剤の注入率を精度よく推定することができる。その結果、上記凝集剤の注入率の精度を向上することができる。

【0052】

（注入率算出処理）
図３は、上記構成の水処理システム１における注入率算出処理の流れの一例を示すフローチャートである。まず、取得部２１は、凝集剤の注入位置と上記注入位置よりも上流側の位置との少なくとも一方にて取得された上流側データを取得して、説明変数として教師データ記憶部３３に記憶する（ステップＳ１１、以下「ステップ」の記載を省略する。）。次に、注入率推定部２２は、取得部２１が取得した上流側データから、推定モデル記憶部３１に記憶された推定モデルを用いて、凝集剤の注入率を推定する（Ｓ１２）。

【0053】

次に、注入率補正部４１は、凝集剤を注入した後の凝集状態の評価指標を取得し、取得した評価指標と、目標値記憶部３２に記憶された評価指標の目標値との差分に応じて、注入率推定部２２が推定した注入率を補正する（Ｓ１３）。次に、注入率補正部４１は、補正後の注入率を、算出結果として出力すると共に、目的変数として教師データ記憶部３３に記憶する（Ｓ１４）。これにより、上記説明変数である上流側データと、上記目的変数である上記補正後の注入率との組が、教師データとして教師データ記憶部３３の教師データ群に追加される。

【0054】

次に、更新部５１は、注入率算出処理を開始してから所定期間（例えば１日、１週間等）を経過したか否かを判断する（Ｓ１５）。所定期間を経過していない場合（Ｓ１５にてＮＯ）、ステップＳ１１に戻る。

【0055】

一方、所定期間を経過した場合（Ｓ１５にてＹＥＳ）、更新部５１は、教師データ記憶部３３から読み出した教師データ群を用いて機械学習を行い、学習モデルとしての推定モデルを再構築して、推定モデル記憶部３１の推定モデルを更新する（Ｓ１６）。その後、上記注入率算出処理を終了する。

【0056】

（付記事項）
本実施形態では、注入率補正部４１が補正した注入率を推定結果として出力装置１５に出力させているが、注入率推定部２２が推定した注入率を出力装置１５に出力させてもよい。

【0057】

（実施例１）
図４は、上記説明変数の一例である原水濁度と、上記目的変数である凝集剤の注入率との時間変化を示すグラフである。図４には、上記原水濁度が破線で示され、本実施例の上記注入率が実線で示されている。また、図４には、比較例として、フィードフォワード制御（ＦＦ制御）のみによる注入率、すなわち、上記原水濁度から推定モデルのみによって推定された注入率が一点鎖線で示されている。また、図４には、比較例として、フィードバック制御（ＦＢ制御）のみによる注入率、すなわち、上記評価指標およびその目標値のみに基づいて決定された注入率が二点鎖線で示されている。

【0058】

図４を参照すると、ＦＦ制御のみによる注入率は、上記原水濁度の変化からの時間遅れが極めて小さいが、上記原水濁度の変化による上記凝集状態の変化に対応した値とは異なる（図４の例では低くなる）場合があることが理解できる。一方、ＦＢ制御のみによる注入率は、上記原水濁度の変化による上記凝集状態の変化に対応した値となっているが、上記原水濁度の変化からの時間遅れＴ１が大きいことが理解できる。

【0059】

これに対し、本実施例の注入率は、ＦＦ制御のみによる注入率に比べて、上記原水濁度の変化による上記凝集状態の変化に対応した値であり、また、ＦＢ制御のみによる注入率に比べて、上記原水濁度の変化からの時間遅れが少ないことが理解できる。

【0060】

（変形例１）
ところで、原水は、上記上流側データにおける上記原水濁度の取得位置（着水井１０１の水質計１１１の位置）から、上記評価指標の取得位置（フロック形成池１０３のカメラ１１６の位置）まで流下するのに時間を費やす。

【0061】

そこで、本変形例では、注入率補正部４１は、上記実施例の説明変数である上記原水濁度の取得時点から、上記時間が経過した時点における上記評価指標に基づいて補正した注入率を、上記教師データの目的変数として、教師データ記憶部３３に記憶する。上記の構成によると、上記教師データにおける説明変数と目的変数との因果関係が適切に反映される。従って、この教師データを用いて更新された推定モデルを用いることにより、上記原水濁度から上記凝集剤の注入率をさらに精度よく推定することができる。

【0062】

図５は、上記説明変数の一例である原水濁度と、上記目的変数である凝集剤の注入率との時間変化を示すグラフである。図５には、上記原水濁度が破線で示され、本変形例の凝集剤の注入率が実線で示されている。また、図５には、図４と同様に、比較例として、ＦＦ制御のみによる凝集剤の注入率が一点鎖線で示され、ＦＢ制御のみによる凝集剤の注入率が二点鎖線で示されている。図５を参照すると、本変形例の凝集剤の注入率は、図４に示す実施例の凝集剤の注入率に比べて、上記原水濁度の変化からの時間遅れが極めて小さく、ＦＦ制御のみによる注入率と同程度となっていることが理解できる。

【0063】

なお、上記時間は、水理学的滞留時間、すなわち、上記原水濁度の取得位置から上記評価指標の取得位置までの流路容量を流量で除した値でもよい。あるいは、上記時間は、トレーサー試験、数値解析等によって求めた時間でもよい。また、上記時間には、評価指標の取得から補正された注入率が出力されるまでの応答時間を加算してもよい。

【0064】

（実施例２）
図６は、上記説明変数の一例である粉末活性炭の注入率と、上記目的変数である凝集剤の注入率との時間変化を示すグラフである。図６には、上記粉末活性炭の注入率が破線で示され、本実施例の上記凝集剤の注入率が実線で示されている。また、図６には、図４と同様に、比較例として、ＦＦ制御のみによる凝集剤の注入率が一点鎖線で示され、ＦＢ制御のみによる凝集剤の注入率が二点鎖線で示されている。

【0065】

一般に、着水井１０１などに粉末活性炭を投入した場合、凝集剤の注入率を増やす必要がある。従って、粉末活性炭の注入率は、上記推定モデルの説明変数としては、寄与度の高い変数である。

【0066】

図６を参照すると、ＦＢ制御のみによる凝集剤の注入率は、上記粉末活性炭の注入率の変化による上記凝集状態の変化に対応した値となっているが、上記粉末活性炭の注入率の変化からの時間遅れＴ２が大きいことが理解できる。一方、ＦＦ制御のみによる凝集剤の注入率は、上記粉末活性炭の注入率の変化からの時間遅れが極めて小さいが、上記粉末活性炭の注入率の変化による上記凝集状態の変化に対応した値とは異なる（図６の例では高くなる）場合があることが理解できる。従って、ＦＦ制御のみの場合、凝集剤を過剰に注入していることになる。

【0067】

これに対し、本実施例の凝集剤の注入率は、ＦＢ制御のみによる凝集剤の注入率に比べて、上記粉末活性炭の注入率の変化からの時間遅れが少ないことが理解できる。また、本実施例の凝集剤の注入率は、ＦＦ制御のみによる凝集剤の注入率に比べて、上記粉末活性炭の注入率が変化してから上記時間遅れＴ２を経過した後には、上記粉末活性炭の注入率の変化による上記凝集状態の変化に対応した値となっていることが理解できる。

【0068】

（変形例２）
ところで、原水は、上記上流側データにおける上記粉末活性炭の注入位置（着水井１０１の所定位置）から、上記評価指標の取得位置（フロック形成池１０３のカメラ１１６の位置）まで流下するのに時間を費やす。

【0069】

そこで、本変形例では、注入率補正部４１は、上記実施例の説明変数である上記粉末活性炭の注入率の取得時点から、上記時間が経過した時点における上記評価指標に基づいて補正した注入率を、上記教師データの目的変数として、教師データ記憶部３３に記憶する。上記の構成によると、上記教師データにおける説明変数と目的変数との因果関係が適切に反映される。従って、この教師データを用いて更新された推定モデルを用いることにより、上記粉末活性炭の注入率から上記凝集剤の注入率をさらに精度よく推定することができる。

【0070】

なお、上記時間は、図５に示す変形例の場合と同様に、水理学的滞留時間でもよく、あるいは、トレーサー試験、数値解析等によって求めた時間でもよい。また、上記時間には、評価指標の取得から補正された注入率が出力されるまでの応答時間を加算してもよい。

【0071】

〔実施形態２〕
本発明の別の実施形態について、図７～図１１を参照して説明する。

【0072】

図７は、本実施形態に係る水処理システムの概要を示す図である。本実施形態の水処理システム１ａは、上記原水または上記原水を処理した処理水に対し、塩素剤を用いて消毒処理を行うものである。なお、アンモニア態窒素等のような塩素と反応する物質の原水中濃度と、これらの反応式に基づく理論式とを用いて塩素要求量を算出し、算出した塩素要求量を、塩素剤の注入率を設定する上での参考とすることが、従来より行われている。

【0073】

図７に示すように、水処理システム１ａは、上記消毒プロセスを実現する設備として、着水井１０１、急速混和池１０２、フロック形成池１０３、沈澱池１０４、中段の塩素混和池１０５、濾過池１０６、後段の塩素混和池１０７、および配水池１０８を備える。なお、図７に示す着水井１０１、急速混和池１０２、フロック形成池１０３、および沈澱池１０４は、それぞれ、図１に示す着水井１０１、急速混和池１０２、フロック形成池１０３、および沈澱池１０４と同様である。

【0074】

着水井１０１の上流側の導水管には流量計１２１が設けられている。流量計１２１は、着水井１０１に送られる原水の流量を測定する。流量計１２１によって測定された流量のデータは、前段の塩素剤注入装置１２２に入力される。着水井１０１では、前段の塩素剤注入装置１２２により前段の塩素剤が注入される。上記前段の塩素剤により、原水を消毒すると共に、原水に含まれている有機物等を酸化することができる。

【0075】

急速混和池１０２の上流側には、濃度計１２３が設けられている。濃度計１２３は、急速混和池１０２における混和水の残留塩素濃度を測定する。濃度計１２３によって測定された残留塩素濃度の測定データは、注入率算出システム２ａに入力される。

【0076】

沈澱池１０４と中段の塩素混和池１０５との間の導水管には流量計１２４が設けられている。流量計１２４は、沈澱池１０４から中段の塩素混和池１０５に送られる処理水の流量を測定する。流量計１２４によって測定された流量のデータは、中段の塩素剤注入装置１２５に入力される。

【0077】

中段の塩素混和池１０５は、沈澱池１０４から送られてきた沈澱水に中段の塩素剤を注入するための混和池である。上記中段の塩素剤は、中段の塩素剤注入装置１２５によって中段の塩素混和池１０５に注入される。上記中段の塩素剤により、原水を消毒すると共に、原水に含まれている溶解性マンガンを後段の濾過池１０６にて除去することができる。

【0078】

濾過池１０６は、沈澱池１０４から中段の塩素混和池１０５を介して流入する沈澱水を濾過する濾過設備を備えた池である。濾過池１０６では、沈澱水に残留する微小な懸濁物質が濾過によって分離される。濾過池１０６にて濾過された水は、浄水として後段の塩素混和池１０７に送られる。

【0079】

濾過池１０６の上流側には、濃度計１２６が設けられている。濃度計１２６は、濾過池１０６に送られる沈澱水の残留塩素濃度を測定する。濃度計１２６によって測定された残留塩素濃度の測定データは、注入率算出システム２ａに入力される。

【0080】

濾過池１０６と後段の塩素混和池１０７との間の導水管には流量計１２７が設けられている。流量計１２７は、濾過池１０６から後段の塩素混和池１０７に送られる浄水の流量を測定する。流量計１２７によって測定された流量のデータは、後段の塩素剤注入装置１２８に入力される。

【0081】

後段の塩素混和池１０７は、濾過池１０６から送られてきた浄水に後段の塩素剤を注入するための混和池である。上記後段の塩素剤は、後段の塩素剤注入装置１２８によって後段の塩素混和池１０７に注入される。上記後段の塩素剤は、配水池１０８から配水される水の残留塩素濃度を調整するために利用される。

【0082】

配水池１０８は、濾過池１０６から後段の塩素混和池１０７を介して流入する浄水を一時的に貯留し、需要量に応じて流出制御を行う制御設備を備えた池である。配水池１０８から水道管を介して家屋等に浄水が供給される。

【0083】

配水池１０８の上流側には、濃度計１２９が設けられている。濃度計１２９は、配水池１０８に送られる浄水の残留塩素濃度を測定する。濃度計１２９によって測定された残留塩素濃度の測定データは、注入率算出システム２ａに入力される。

【0084】

（注入率推定システム）
図７に示すように、水処理システム１ａは、注入率算出システム２ａを備える。注入率算出システム２ａは、水へ注入する前段、中段、および後段の塩素剤の注入率のそれぞれを、原水の属性等に応じて推定するものである。ここで、上記注入率は、水に注入する塩素剤の、当該水に対する割合である。上記注入率は、従来、ジャーテストの結果、過去の知見、所定の計算式などを用いて決定されている。

【0085】

注入率算出システム２ａは、推定した前段の塩素剤の注入率（以下、「前段の注入率」と称することがある。）を前段の塩素剤注入装置１２２に出力する。前段の塩素剤注入装置１２２は、流量計１２１からの流量のデータと、注入率算出システム２ａからの前段の注入率とに基づいて、前段の塩素剤の注入量を決定して着水井１０１に注入する。

【0086】

また、注入率算出システム２ａは、推定した中段の塩素剤の注入率（以下、「中段の注入率」と称することがある。）を中段の塩素剤注入装置１２５に出力する。中段の塩素剤注入装置１２５は、流量計１２４からの流量のデータと、注入率算出システム２ａからの中段の注入率とに基づいて、中段の塩素剤の注入量を決定して中段の塩素混和池１０５に注入する。

【0087】

また、注入率算出システム２ａは、推定した後段の塩素剤の注入率（以下、「後段の注入率」と称することがある。）を後段の塩素剤注入装置１２８に出力する。後段の塩素剤注入装置１２８は、流量計１２７からの流量のデータと、注入率算出システム２ａからの後段の注入率とに基づいて、後段の塩素剤の注入量を決定して後段の塩素混和池１０７に注入する。なお、注入率算出システム２ａは、ハードウェアおよびソフトウェアの構成群を備えた１台の情報処理装置によって構成されてもよいし、複数台の情報処理装置によって構成されてもよい。

【0088】

図８は、注入率算出システム２ａの要部構成の一例を示すブロック図である。本実施形態の注入率算出システム２ａは、図２に示す注入率算出システム２に比べて、記憶装置１６に記憶するデータが異なり、その他の構成は同様である。

【0089】

記憶装置１６の推定モデル記憶部３１は、前段の塩素剤の注入率を推定するための前段の推定モデルと、中段の塩素剤の注入率を推定するための中段の推定モデルと、後段の塩素剤の注入率を推定するための後段の推定モデルとを記憶する。記憶装置１６の目標値記憶部３２は、評価指標の目標値として、前段の残留塩素濃度の目標値と、中段の残留塩素濃度の目標値と、後段の残留塩素濃度の目標値とを記憶する。

【0090】

記憶装置１６の教師データ記憶部３３は、上記前段の推定モデルを構築するための前段の教師データと、上記中段の推定モデルを構築するための中段の教師データと、上記後段の推定モデルを構築するための後段の教師データとを記憶する。

【0091】

上記前段の教師データは、説明変数として上述の上流側データを含む。上記前段の教師データは、目的変数として補正後の前段の注入率を含む。上記上流側データは、前段の塩素剤の注入位置よりも上流側にて取得されたデータである。上記上流側データは、原水の属性を示す属性データを含む。

【0092】

上記中段の教師データは、説明変数として、上述の上流側データと、前段（第１の位置）の塩素剤の注入率および注入後の残留塩素濃度とを含む。上記中段の教師データは、目的変数として補正後の中段（第１の位置よりも下流側の第２の位置）の注入率を含む。

【0093】

上記後段の教師データは、説明変数として、上述の上流側データと前段（第１の位置）の塩素剤の注入率および注入後の残留塩素濃度と中段（第１の位置）の塩素剤の注入率および注入後の残留塩素濃度とを含む。上記後段の教師データは、目的変数として補正後の後段（第１の位置よりも下流側の第２の位置）の注入率を含む。

【0094】

上記構成によると、推定モデルを用いて上流側データから推定された塩素剤の注入率が、上記塩素剤が注入された後の混和水の状態を評価する残留塩素濃度に基づいて補正される。そして、補正された塩素剤の注入率を目的変数とし、上記上流側データを説明変数とする教師データを用いて、上記推定モデルが更新される。更新された推定モデルを用いることにより、上記上流側データから上記塩素剤の注入率を精度よく推定することができる。その結果、上記塩素剤の注入率の精度を向上することができる。

【0095】

（前段の注入率算出処理）
図９は、上記構成の水処理システム１ａにおける前段の注入率算出処理の流れの一例を示すフローチャートである。まず、取得部２１は、前段の塩素剤の注入位置と上記注入位置よりも上流側の位置との少なくとも一方にて取得された上流側データを取得して、説明変数として教師データ記憶部３３に記憶する（Ｓ２１）。次に、注入率推定部２２は、取得部２１が取得した上流側データから、推定モデル記憶部３１に記憶された前段の推定モデルを用いて、前段の塩素剤の注入率を推定する（Ｓ２２）。

【0096】

次に、注入率補正部４１は、前段の塩素剤を注入した後の残留塩素濃度、すなわち、急速混和池１０２の濃度計１２３が測定した前段の残留塩素濃度を取得し、取得した前段の残留塩素濃度と、目標値記憶部３２に記憶された前段の残留塩素濃度の目標値との差分に応じて、注入率推定部２２が推定した前段の塩素剤の注入率を補正する（Ｓ２３）。次に、注入率補正部４１は、補正後の前段の塩素剤の注入率を、推定結果として出力すると共に、前段の教師データの目的変数として教師データ記憶部３３に記憶する（Ｓ２４）。これにより、上記説明変数である上流側データと、上記目的変数である上記補正後の前段の注入率との組が、前段の教師データとして教師データ記憶部３３の前段の教師データ群に追加される。

【0097】

次に、更新部５１は、前段の注入率算出処理を開始してから所定期間（例えば１日、１週間等）を経過したか否かを判断する（Ｓ２５）。所定期間を経過していない場合（Ｓ２５にてＮＯ）、ステップＳ２１に戻る。

【0098】

一方、所定期間を経過した場合（Ｓ２５にてＹＥＳ）、更新部５１は、教師データ記憶部３３から読み出した前段の教師データ群を用いて機械学習を行い、学習モデルとしての前段の推定モデルを再構築する（Ｓ２６）。更新部５１は、推定モデル記憶部３１に記憶された前段の推定モデルを、再構築した前段の推定モデルで更新する。その後、上記前段の注入率算出処理を終了する。

【0099】

（中段の注入率算出処理）
図１０は、上記構成の水処理システム１ａにおける中段の注入率算出処理の流れの一例を示すフローチャートである。まず、取得部２１は、上記上流側データと、前段の塩素剤の注入率および注入後の残留塩素濃度とを取得して、説明変数として教師データ記憶部３３に記憶する（Ｓ３１）。次に、注入率推定部２２は、取得部２１が取得した上流側データと前段の塩素剤の注入率および注入後の残留塩素濃度とから、推定モデル記憶部３１に記憶された中段の推定モデルを用いて、中段の塩素剤の注入率を推定する（Ｓ３２）。

【0100】

次に、注入率補正部４１は、中段の塩素剤を注入した後の残留塩素濃度、すなわち、濾過池１０６の濃度計１２６が測定した中段の残留塩素濃度を取得し、取得した中段の残留塩素濃度と、目標値記憶部３２に記憶された中段の残留塩素濃度の目標値との差分に応じて、注入率推定部２２が推定した中段の塩素剤の注入率を補正する（Ｓ３３）。次に、注入率補正部４１は、補正後の中段の塩素剤の注入率を、推定結果として出力すると共に、中段の教師データの目的変数として教師データ記憶部３３に記憶する（Ｓ３４）。これにより、上記説明変数である上流側データおよび前段の塩素剤の注入率および注入後の残留塩素濃度と、上記目的変数である上記補正後の中段の塩素剤の注入率との組が、中段の教師データとして教師データ記憶部３３の中段の教師データ群に追加される。

【0101】

次に、更新部５１は、中段の注入率算出処理を開始してから所定期間を経過したか否かを判断する（Ｓ３５）。所定期間を経過していない場合（Ｓ３５にてＮＯ）、ステップＳ３１に戻る。一方、所定期間を経過した場合（Ｓ３５にてＹＥＳ）、更新部５１は、教師データ記憶部３３から読み出した中段の教師データ群を用いて機械学習を行い、学習モデルとしての中段の推定モデルを再構築する（Ｓ３６）。更新部５１は、推定モデル記憶部３１に記憶された中段の推定モデルを、再構築した中段の推定モデルで更新する。その後、上記前段の注入率算出処理を終了する。

【0102】

（後段の注入率算出処理）
図１１は、上記構成の水処理システム１ａにおける後段の注入率算出処理の流れの一例を示すフローチャートである。まず、取得部２１は、上記上流側データと、前段の塩素剤の注入率および注入後の残留塩素濃度と、中段の塩素剤の注入率および注入後の残留塩素濃度とを取得して、説明変数として教師データ記憶部３３に記憶する（Ｓ４１）。次に、注入率推定部２２は、取得部２１が取得した上流側データと前段の塩素剤の注入率および注入後の残留塩素濃度と中段の塩素剤の注入率および注入後の残留塩素濃度とから、推定モデル記憶部３１に記憶された後段の推定モデルを用いて、後段の塩素剤の注入率を推定する（Ｓ４２）。

【0103】

次に、注入率補正部４１は、後段の塩素剤を注入した後の残留塩素濃度、すなわち、配水池１０８の濃度計１２９が測定した後段の残留塩素濃度を取得し、取得した後段の残留塩素濃度と、目標値記憶部３２に記憶された後段の残留塩素濃度の目標値との差分に応じて、注入率推定部２２が推定した後段の塩素剤の注入率を補正する（Ｓ４３）。次に、注入率補正部４１は、補正後の後段の塩素剤の注入率を、推定結果として出力すると共に、後段の教師データの目的変数として教師データ記憶部３３に記憶する（Ｓ４４）。これにより、上記説明変数である上流側データ、前段の塩素剤の注入率および注入後の残留塩素濃度、および中段の塩素剤の注入率および注入後の残留塩素濃度と、上記目的変数である上記補正後の後段の塩素剤の注入率との組が、後段の教師データとして教師データ記憶部３３の後段の教師データ群に追加される。

【0104】

次に、更新部５１は、後段の注入率算出処理を開始してから所定期間を経過したか否かを判断する（Ｓ４５）。所定期間を経過していない場合（Ｓ４５にてＮＯ）、ステップＳ４１に戻る。一方、所定期間を経過した場合（Ｓ４５にてＹＥＳ）、更新部５１は、教師データ記憶部３３から読み出した後段の教師データ群を用いて機械学習を行い、学習モデルとしての後段の推定モデルを再構築する（Ｓ４６）。更新部５１は、推定モデル記憶部３１に記憶された後段の推定モデルを、再構築した後段の推定モデルで更新する。その後、上記前段の注入率算出処理を終了する。

【0105】

（付記事項）
本実施形態では、前段の塩素剤、中段の塩素剤、および後段の塩素剤を水処理システム１ａに利用しているが、これに限定されるものではない。浄水施設によっては、前段の塩素剤、中段の塩素剤、および後段の塩素剤の何れか２つが利用されてもよいし、何れか１つが利用されてもよい。前段の塩素剤、中段の塩素剤、および後段の塩素剤のうち、利用されなかった塩素剤に関する構成および処理は省略することができる。また、本実施形態では、残留塩素濃度を評価指標として用いているが、これに限定されるものではなく、電気伝導度など他の指標を評価指標として用いることができる。

【0106】

また、上述のように、本実施形態の注入率算出システム２ａは、図２に示す注入率算出システム２と同様の構成である。従って、本実施形態の注入率算出システム２ａを図２に示す注入率算出システム２に組み込むことにより、本実施形態の水処理システム１ａを、図１～図３に示す水処理システム１に容易に組み込むことができる。

【0107】

〔実施形態３〕
本発明のさらに別の実施形態について、図１２および図１３を参照して説明する。本実施形態の水処理システム１は、図１～図３に示す水処理システム１に比べて、注入率算出システム２に代えて、注入率算出システム３が設けられている点が異なり、その他の構成は同様である。

【0108】

図１２は、本実施形態の注入率算出システム３の要部構成の一例を示すブロック図である。本実施形態の注入率算出システム３は、図２に示す注入率算出システム２に比べて、推定装置１１および補正装置１２に代えて、最適化装置１７が設けられている点と、モデル更新装置１３に代えて、モデル構築装置１８が設けられている点と、記憶装置１６にて推定モデル記憶部３１および教師データ記憶部３３に代えて、推定モデル記憶部３４および教師データ記憶部３５が設けられている点とが異なり、その他は同様である。

【0109】

教師データ記憶部３５は、上記上流側データおよび上記凝集剤の注入率を説明変数とし、上記凝集状態の評価指標を目的変数とする教師データの集合である教師データ群を予め記憶する。

【0110】

モデル構築装置１８は、凝集剤を注入した後のフロック形成池１０３における凝集状態の評価指標を推定するための推定モデルを構築する。モデル構築装置１８は、構築した推定モデルを推定モデル記憶部３１に記憶する。モデル構築装置１８は、制御部７０を備えている。制御部７０は、モデル構築装置１８の各部を統括して制御する。なお、制御部７０は、図２に示す制御部５０と同様のハードウェア構成であるので、その説明を省略する。

【0111】

制御部７０は構築部７１を含む。構築部７１は、教師データ記憶部３５から読み出した、教師データ群を用いて機械学習を行い、学習モデルとしての推定モデルを構築する。上記上流側データおよび上記注入率が上記推定モデルに入力されると、上記上流側データおよび上記注入率に対応する上記評価指標が上記推定モデルから出力される。構築部７１は、上述の回帰モデルを上記推定モデルとして生成する。構築部７１は、構築した推定モデルを推定モデル記憶部３４に記憶する。

【0112】

推定モデル記憶部３４は、上記上流側データおよび上記凝集剤の注入率から上記凝集状態の評価指標を推定するための推定モデルを記憶する。

【0113】

最適化装置１７は、上記推定モデルを用いて上記上流側データおよび上記凝集剤の注入率から推定される上記評価指標が目標値となるように、上記凝集剤の注入率を最適化する。最適化装置１７は、制御部６０を備えている。制御部６０は、最適化装置１７の各部を統括して制御する。なお、制御部６０は、図２に示す制御部２０および制御部４０と同様のハードウェア構成であるので、その説明を省略する。

【0114】

制御部６０は、取得部６１および注入率最適化部６２（最適化部）を含む。取得部６１は、入力装置１４から上記上流側データを取得する。取得部６１は、取得した上記上流側データを教師データ記憶部３５に記憶する。取得部６１が所定のタイミングごとに上記上流側データを教師データ記憶部３５に格納することにより、教師データ記憶部３５には上記上流側データの集合が記憶される。

【0115】

注入率最適化部６２は、取得部６１が取得した上流側データと、推定モデル記憶部３４から読み出した推定モデルと、目標値記憶部３２から読み出した評価指標の目標値とを用いて、上記上流側データと凝集剤の注入率とから上記推定モデルを用いて推定される評価指標が上記目標値となるように、上記凝集剤の注入率を最適化する。注入率最適化部６２は、最適化した注入率を出力装置１５に出力させる。出力装置１５が上述した制御信号出力装置である場合、当該注入率に基づき、凝集剤注入装置１１３が原水へ凝集剤を注入することができる。

【0116】

上記構成によると、推定モデルを用いて、上流側データと凝集剤の注入率とから推定される、上記凝集剤が注入された後の混和水の状態を評価する評価指標が目標値となるように、上記凝集剤の注入率が最適化される。従って、上記上流側データと、上記推定モデルと、上記評価指標の目標値とを用いて、上記凝集剤の注入率の精度を向上することができる。

【0117】

（注入率算出処理）
図１３は、上記構成の水処理システム１における注入率算出処理の流れの一例を示すフローチャートである。なお、上記注入率算出処理を実行する前に、教師データ記憶部３５は上記教師データ群を記憶し、モデル構築装置１８は、上記教師データを用いて推定モデルを構築して、推定モデル記憶部３４に記憶している。

【0118】

まず、取得部６１は、凝集剤の注入位置と上記注入位置よりも上流側の位置との少なくとも一方にて取得された上流側データを取得する（Ｓ５１）。次に、注入率最適化部６２は、上記上流側データと凝集剤の注入率とから推定モデル記憶部３４の推定モデルを用いて推定される評価指標が、目標値記憶部３２の目標値となるように、上記凝集剤の注入率を最適化する（Ｓ５２）。次に、注入率最適化部６２は、最適化した注入率を、算出結果として出力する（Ｓ５３）。その後、上記注入率算出処理を終了する。

【0119】

（付記事項）
なお、注入率最適化部６２は、上記上流側データと、最適化された注入率と、上記上流側データおよび上記最適化された注入率から上記推定モデルを用いて推定された評価指標とを新たな教師データとして、教師データ記憶部３５の教師データ群に追加してもよい。そして、モデル構築装置１８は、上記新たな教師データが追加された教師データ群を用いて、推定モデル記憶部３４に記憶された推定モデルを更新してもよい。

【0120】

また、上記実施形態の水処理システム１は、凝集剤または塩素剤の注入制御に利用しているが、これに限定されるものではなく、水処理システムにおいて注入される、ｐＨ調整剤、粉末活性炭などの任意の薬剤の注入制御に利用することができる。

【0121】

〔ソフトウェアによる実現例〕
推定装置１１、補正装置１２、モデル更新装置１３、最適化装置１７、およびモデル構築装置１８（以下、「装置」と呼ぶ）の機能は、当該装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムであって、当該装置の各制御ブロック（特に制御部２０、４０、５０、６０、７０に含まれる各部）としてコンピュータを機能させるためのプログラムにより実現することができる。

【0122】

この場合、上記装置は、上記プログラムを実行するためのハードウェアとして、少なくとも１つの制御装置（例えばプロセッサ）と少なくとも１つの記憶装置（例えばメモリ）を有するコンピュータを備えている。この制御装置と記憶装置により上記プログラムを実行することにより、上記各実施形態で説明した各機能が実現される。

【0123】

上記プログラムは、一時的ではなく、コンピュータ読み取り可能な、１または複数の記録媒体に記録されていてもよい。この記録媒体は、上記装置が備えていてもよいし、備えていなくてもよい。後者の場合、上記プログラムは、有線または無線の任意の伝送媒体を介して上記装置に供給されてもよい。

【0124】

また、上記各制御ブロックの機能の一部または全部は、論理回路により実現することも可能である。例えば、上記各制御ブロックとして機能する論理回路が形成された集積回路も本発明の範疇に含まれる。この他にも、例えば量子コンピュータにより上記各制御ブロックの機能を実現することも可能である。

【0125】

また、上記各実施形態で説明した各処理は、ＡＩ（Artificial Intelligence：人工知能）に実行させてもよい。この場合、ＡＩは上記制御装置で動作するものであってもよいし、他の装置（例えばエッジコンピュータまたはクラウドサーバ等）で動作するものであってもよい。

【0126】

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0127】

１、１ａ 水処理システム
２、２ａ、３ 注入率算出システム
１１ 推定装置
１２ 補正装置
１３ モデル更新装置
１４ 入力装置
１５ 出力装置
１６ 記憶装置
１７ 最適化装置
１８ モデル構築装置
２０、４０、５０、６０、７０ 制御部
２１、６１ 取得部
２２ 注入率推定部（推定部）
３４ 推定モデル記憶部
３２ 目標値記憶部
３３、３５ 教師データ記憶部
４１ 注入率補正部（補正部）
５１ 更新部
６２ 注入率最適化部（最適化部）
７１ 構築部
１０１ 着水井
１０２ 急速混和池
１０３ フロック形成池
１０４ 沈澱池
１０５、１０７ 塩素混和池
１０６ 濾過池
１０８ 配水池
１１１ 水質計
１１２、１２１、１２４、１２７ 流量計
１１３ 凝集剤注入装置
１１４ 急速撹拌機
１１５ 緩速撹拌機
１１６ カメラ
１２２、１２５、１２８ 塩素剤注入装置
１２３、１２６、１２９ 濃度計

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】