CN108602021B - 分离膜诊断方法、水处理方法、分离膜诊断装置、水处理装置及分离膜诊断程序 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种分离膜诊断方法、水处理方法、分离膜诊断装置、水处理装置及分离膜诊断程序，以及记录有该程序的存储介质，其通过正确掌握用于水处理的分离膜的状态而降低水处理成本。其包括：获取表示进行固液分离的分离膜的状态的指标的获取步骤，记录所获取的所述指标的经时变化的经时变化记录步骤，分析所记录的所述经时变化振动的振动分析步骤，基于所分析的所述振动而判定所述分离膜的透水状态的判定步骤。

Description

分离膜诊断方法、水处理方法、分离膜诊断装置、水处理装置 及分离膜诊断程序

技术领域

本发明涉及一种分离膜诊断方法、水处理方法、分离膜诊断装置、水处理装置及分离膜诊断程序。

本申请基于2016年2月1日在日本申请的日本专利特愿2016-017371号主张优先权，并在本文中援引其内容。

背景技术

一直以来，在下水道等的水处理中使用采用了进行固液分离的分离膜的膜分离活性污泥法(MBR：Membrane Bioreactor，膜生物反应器)。在MBR中，在从活性污泥中分离出液体的渗透水时，伴随时间经过产生污泥所含的附着物质在分离膜的表面上积累、或堵塞分离膜的渗透流路而致分离膜的渗透性能降低的所谓污染的现象。当污染进行使分离膜的渗透性能降低时，需要进行通过清扫剥离附着于分离膜的附着物的维护。污染所引起的渗透性能的降低相对于运行时间并非固定，若超出规定的运行时间，则渗透性能将急剧降低。因此，在将分离膜使用至渗透性能降低为止时，存在为进行清洗而不得不在预定外停止水处理的情况。另一方面，为避免污染所引起的预定外的水处理停止，及早实施分离膜的清洗。在分离膜的清洗中，使用规定的药液除去附着于分离膜上的有机物和微生物。若分离膜的清洗的次数增多，则由于为清扫而进行的停止将导致水处理的运行率降低。此外，若清洗的次数增多，则进行清洗工作的工作者的劳务费、清洗用的化学品的费用等成本将增加。

此外，在MBR中，通过从分离膜的下方进行曝气(通气)，采用空气振动而除去附着于分离膜的表面上的附着部，可以推迟污染的产生。

此外，在MBR中，存在采用荧光传感器等传感器诊断污染的技术(例如参考专利文献1)。此外，在MBR中，存在采用离心分离机等分析污泥的成分，预测污染的技术(例如参考专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

【专利文献1】日本专利特开2014-136210号公报

【专利文献2】日本专利特开2012-200631号公报

发明内容

【发明所要解决的课题】

然而，由于用于除去附着物的曝气量多于例如确保活性污泥所必需的生化耗氧量(BOD：Biochemical Oxygen Demand，生化需氧量)的必要曝气量，因此若为了提高除去附着物的效果而增加曝气量，则存在为曝气而消耗大量能源的情况。

此外，为掌握分离膜的污染状态，需要荧光传感器、离心分离机等昂贵的检查机器。此外，在使用检查机器的检查中，需要进行耗费功夫的测定工作，难以持续监测污染状态。

本发明提供分离膜诊断方法、水处理方法、分离膜诊断装置、水处理装置及分离膜诊断程序，这些可以通过正确掌握用于水处理的分离膜的状态而降低水处理成本。

用以解决课题的手段

本发明的一个方面为分离膜诊断方法，其包括：获取表示进行固液分离的分离膜的状态的指标的获取步骤、记录所获取的所述指标的经时变化的经时变化记录步骤、分析所记录的所述经时变化的振动的振动分析步骤、基于所分析的所述振动而判定所述分离膜的透水状态的判定步骤。

本发明的一个方面为，在所述振动分析步骤中，对所记录的所述经时变化的振动进行频率转换，在所述判定步骤中，基于频率转换后的所述振动的大小而判定所述分离膜的透水状态。

本发明的一个方面为，在所述判定步骤中，基于频率转换后的规定的频带中的所述振动的大小而判定所述分离膜的透水状态。

本发明的一个方面为，所述判定步骤中，通过比较第1频带中的所述振动的大小与第2频带中的所述振动的大小，从而判定所述分离膜的透水状态。

本发明的一个方面为，在所述判定步骤中，通过比较第1频带中的所述振动的大小的贡献率与第2频带中的所述振动的大小的贡献率，从而判定所述分离膜的透水状态。

本发明的一个方面为一种水处理方法，其包括：基于在所述判定中所判定的进行固液分离的分离膜的透水状态，改变使用所述分离膜的固液分离的运行条件的改变运行条件步骤。

本发明的一个方面为，在所述改变运行条件步骤中，通过改变对所述分离膜进行曝气的曝气量而改变所述运行条件。

本发明的一个方面为，在所述改变运行条件步骤中，通过改变所述分离膜的渗透水量而改变所述运行条件。

本发明的一个方面为进一步包括：基于所判定的所述透水状态，进一步地报告催促所述分离膜的维护的信息的报告步骤。

本发明的一个方面为一种分离膜诊断装置，其具备：获取表示进行固液分离的分离膜的状态的指标的获取部、记录所获取的所述指标的经时变化的经时变化记录部、分析所记录的所述经时变化的振动的振动分析部、基于所分析的所述振动而判定所述分离膜的透水状态的判定部。

本发明的一个方面为一种水处理装置，其具备：进行固液分离的分离膜、获取表示所述分离膜的状态的指标的获取部、记录所获取的所述指标的经时变化的经时变化记录部、分析所记录的所述经时变化的振动的振动分析部、基于所分析的所述振动而判定所述分离膜的透水状态的判定部、基于所判定的所述透水状态而改变使用所述分离膜的固液分离的运行条件的改变运行条件部。

本发明的一个方面为一种分离膜诊断程序及记录所述程序的存储介质，所述分离膜诊断程序用于在计算机上执行如下处理：获取表示进行固液分离的分离膜的状态的指标的获取处理、记录所获取的所述指标的经时变化的经时变化记录处理、分析所记录的所述经时变化的振动的振动分析处理、基于所分析的所述振动而判定所述分离膜的透水状态的判定处理。

发明效果

基于本发明的一个方面，可提供分离膜诊断方法、水处理方法、分离膜诊断装置、水处理装置及分离膜诊断程序以及记录所述程序的存储介质，这些可以通过正确掌握用于水处理的分离膜的状态而降低水处理成本。

附图说明

【图1】表示本发明的一个实施方式中的、水处理装置的构成的一例的图。

【图2】表示本发明的一个实施方式中的、水处理装置的水处理控制装置和分离膜诊断装置的功能构成的一例的图。

【图3】表示本发明的一个实施方式中的、分离膜诊断装置的运作的一例的流程图。

【图4】表示本发明的一个实施方式中的、分离膜诊断装置的改变运行条件处理的第1运作的一例的流程图。

【图5】表示本发明的一个实施方式中的、分离膜诊断装置的改变运行条件处理的第2运作的一例的流程图。

【图6】表示本发明的一个实施方式中的、使用分离膜诊断装置的分离膜的膜阻测定中的经时变化的一例的图表。

【图7】表示对本发明的一个实施方式中的、使用分离膜诊断装置的分离膜的膜阻测定中的经时变化进行拟合的一例的图表。

【图8】表示本发明的一个实施方式中的、使用分离膜诊断装置的分离膜的膜阻上升速度测定中的经时变化的一例的图表。

【图9】表示本发明的一个实施方式中的、将从使用分离膜诊断装置的测定中的分离膜21的清洗开始经过第1时间后的膜阻上升速度的经时变化进行频率转换的一例的图表。

【图10】表示本发明的一个实施方式中的、将从使用分离膜诊断装置的测定中的分离膜21的清洗开始经过第2时间后的膜阻上升速度的经时变化进行频率转换的一例的图表。

【图11】表示本发明的一个实施方式中的、将从使用分离膜诊断装置的测定中的分离膜21的清洗开始经过第3时间后的膜阻上升速度的经时变化进行频率转换的一例的图表。

【图12】表示本发明的一个实施方式中的、用于算出使用分离膜诊断装置的测定中的贡献率的频带的设定方法的一例的图表。

【图13】表示本发明的一个实施方式中的、使用分离膜诊断装置的测定中的频带1贡献率和频带2贡献率的推移的一例的图表。

【图14】表示本发明的一个实施方式中的、改变使用分离膜诊断装置的测定中的曝气量时的贡献率的推移的一例的图表。

【图15】表示本发明的一个实施方式中的、使用分离膜诊断装置的测定中的分离膜的诊断结果的图表。

【图16】表示本发明的一个实施方式中的、使用分离膜诊断装置的测定中的分离膜的诊断结果的图表。

【图17】表示本发明的一个实施方式中的、使用分离膜诊断装置的测定中的分离膜的诊断结果的图表。

【图18】表示本发明的一个实施方式中的、使用分离膜诊断装置的测定中的分离膜的诊断结果的图表。

【图19】表示本发明的一个实施方式中的、使用分离膜诊断装置的测定中的分离膜的诊断结果的图表。

符号说明

11 水槽

12 原水流路

13 剩余污泥流路

21 分离膜

22 渗透水流路

23 抽吸泵

24 排水流路

25 压差表

31 散气管

32 鼓风机

40 水处理控制装置

50 分离膜诊断装置

100 水处理装置

41 控制部

42 泵驱动部

43 鼓风机驱动部

44 压差获取部

45 操作部

46 显示部

47 通信部

51 控制部

52 膜阻算出部

53 频率分析部

54 判定部

55 操作部

56 显示部

57 通信部

具体实施方式

下文中，参考附图，对本发明涉及的一个实施方式中的分离膜诊断方法、水处理方法、分离膜诊断装置、水处理装置和分离膜诊断程序或存储该程序的存储介质进行说明。

首先，使用图1，说明水处理装置的构成。图1为表示本实施方式中的、水处理装置的构成的一例的图。图1的水处理装置对通过分离膜进行活性污泥分离的MBR进行示例。

图1中，水处理装置100具有水槽11、原水流路12、剩余污泥流路13、分离膜21、渗透水流路22、抽吸泵23、排水流路24、压差表25、散气管31、鼓风机32、水处理控制装置40和分离膜诊断装置50。

水槽11为对从原水流路12流入的原水通过采用活性污泥的生物反应进行处理的生物反应槽。为使MLSS(混合液悬浮固体(Mixed Liquor Suspended Solids)：活性污泥悬浮物质)在规定范围内，水槽11从剩余污泥流路13排出剩余污泥。

分离膜21浸渍于水槽11中的含有活性污泥的处理水中。分离膜21例如可使用MF(微滤：Microfiltration)膜、UF(超滤：Ultrafiltration)膜、NF(纳滤：Nanofiltration)膜等。MBR中，例如也可使用0.01～10μm左右孔径的MF膜。UF膜具有比MF膜更小的孔径。此外，NF膜为RO(反渗透：Reverse Osmosis)膜等反渗透膜。分离膜21的孔径可根据分离对象的颗粒大小进行适当选择。分离膜21的材质可适当采用PSF(聚砜)、PE(聚乙烯)、CA(乙酸纤维素)、PAN(聚丙烯腈)、PP(聚丙烯)、PVDF(聚偏二氟乙烯)、PTFE(聚四氟乙烯)等。此外，分离膜21可采用陶瓷等无机物材质。此外，分离膜21也可为配置多个上述材料的膜而与膜支撑体等部件一体化而成的分离膜片。此外，分离膜21可以是将分离膜片配置为片状或管状的分离膜组件。作为片状的分离膜组件，例如可使用平板膜组件、螺旋型组件。此外，作为管状的分离膜组件，例如可使用将多根中空纤维集束而将两端用树脂进行包埋的中空纤维组件。

抽吸泵23从分离膜21通过渗透水流路22抽吸渗透水。由抽吸泵23所抽吸的渗透水的量影响分离膜21中的渗透流束(通量(也称“过滤流速”))。渗透流束为每单位分离膜的表面积的渗透水的量。如果分离膜21的表面积为固定，渗透水的量增大，则渗透流束也增大，渗透水的量减小，则渗透流束也减小。若渗透流束大，则分离膜21中的污染的进展变快，因此分离膜21的清洗周期变短，清洗工作时的水处理的停止引起规定期间中的平均处理量降低。另一方面，若渗透流束小，则污染的进展变缓慢，分离膜21的清洗周期变长，但由于渗透水的量变小，因此固定期间中的平均处理量降低。本实施方式中，对实行如下间歇运行的情况进行说明：将抽吸泵23运行规定时间抽吸渗透水后，停止抽吸泵，通过一定时间的曝气进行分离膜21的清洗。在使用图6等进行说明的间歇运行中，对重复进行7分钟的抽吸与1分钟的停止的情况进行说明。通过进行一定时间的抽吸泵23的停止，可推迟污染的进展。另外，在停止抽吸泵23期间，例如也可进行对分离膜21施加与抽吸反方向的水压清洗分离膜21的反冲洗。抽吸泵23被水处理控制装置40驱动，通过抽吸泵的抽吸而调整渗透水量。抽吸泵23将抽吸的渗透水从排水流路24进行排水。

压差表25测定由抽吸泵23所产生的、分离膜21的1次侧与2次侧的压差，将测定的压差数据输出至水处理控制装置40。压差表25将测定的压差数据以例如4～20mA的电流值输出至水处理控制装置40。图1所图示的分离膜21以规定的水深被浸渍于向大气开放的水槽11中，因此在分离膜21的1次侧加有一定压力。压差表25可将大气压与分离膜21的2次侧(抽吸泵23的抽吸侧)的压力的压差作为分离膜21的1次侧与2次侧的压差进行测定。

将散气管31在水槽11的水中被设置于分离膜21的下部，从设置在散气管31上的空气孔进行空气曝气。从散气管31曝气的空气使分离膜21进行物理振动，进行剥离附着在分离膜21的表面的附着物的清洗。将通过曝气进行的附着物的剥离称为空气清洗。从散气管31曝气的空气通过鼓风机32得到供给。从散气管31曝气的气泡的大小和气泡的速度，随散气管31的空气孔的大小和从鼓风机供给的空气的空气压不同而不同。采用空气清洗的清洗力的大小可通过控制由鼓风机供给的空气压而进行调整。另外，可决定散气管31的配置位置和分离膜21的形状，以使空气清洗的清洗力提高。例如，由于曝气的气泡在水槽11的水中向上方移动，因此通过配置分离膜21为在水槽11的上下方向上增长，可增长分离膜21与气泡接触的时间，因此可以提高空气清洗的清洗力。

鼓风机32通过水处理控制装置40被驱动。鼓风机32可通过采用水处理控制装置40的马达的旋转速度来改变向散气管31供给的空气的空气压。

水处理控制装置40在驱动抽吸泵23和鼓风机32的同时，从压差表25获取压差数据。水处理控制装置40在将获取的压差数据输出至分离膜诊断装置50的同时，从分离膜诊断装置50获取用于改变抽吸泵23或鼓风机32的运行条件的信息。另外，水处理控制装置40的详细情况在下文中采用图2进行描述。

分离膜诊断装置50对分离膜21的透水状态进行诊断。以下说明中，分离膜诊断装置50对作为分离膜21的透水状态诊断MBR中的分离膜21中的污染的状态的情况进行说明。

另外，图1中对将分离膜21直接浸渍在水槽11的处理水中的一体型的MBR进行示例，然本实施方式中的MBR并不被限定为一体型的MBR。例如也可以在水槽11外另行设置浸渍有分离膜的分离膜水槽，在用分离膜水槽和水槽11使处理水循环的水槽分设型的MBR中实施本实施方式。此外，也可将浸渍有分离膜的分离膜的壳体设于水槽11之外，在将处理水送水至壳体的槽外型的MBR中实施本实施方式。此外，图1中，对以抽吸泵23对分离膜21的2次侧进行抽吸使渗透水进行渗透的情况进行示例，但也可以例如将分离膜21设置在比水槽11更低的位置，通过水槽11与分离膜21的落差，在分离膜21的1次侧施加水压，使渗透水渗透。

以上，使用图1的对水处理装置100的构成的说明结束。

接着，使用图2，对水处理装置100的水处理控制装置40和分离膜诊断装置50的功能进行说明。图2为表示本实施方式中的、水处理装置100的水处理控制装置40和分离膜诊断装置50的功能构成的一例的图。

图2中，水处理控制装置40具有：控制部41、泵驱动部42、鼓风机驱动部43、压差获取部44、操作部45、显示部46和通信部47的各功能。分离膜诊断装置50具有：控制部51、膜阻算出部52、频率分析部53、判定部54、操作部55、显示部56、通信部57的各功能。

图2所示的水处理控制装置40的上述各功能可在计算机中执行的程序(软件)中进行实现。此外，分离膜诊断装置50的上述各功能可在计算机中执行的程序(软件)中实现。然而，水处理控制装置40的上述各功能之中的任一个以上的功能也可以在硬件中实现。此外，分离膜诊断装置50的上述各功能之中的任一个以上的功能也可以在硬件中实现。此外，图2中，水处理控制装置40或分离膜诊断装置50的上述各功能分别作为框线所图示的一个功能块进行说明，但也可以将多个功能在一个功能块中实现。同样地，水处理控制装置40或分离膜诊断装置50的上述各功能也可通过多功能块实现。

控制部41控制水处理控制装置40的运作。控制部41也可例如包括CPU(中央处理器，Central Processing Unit)等的运算处理装置，控制泵驱动部42、鼓风机驱动部43、压差获取部44、操作部45、显示部46和通信部47的各功能。

泵驱动部42对抽吸泵23进行驱动。泵驱动部42例如控制未图示的变频器驱动电路而控制驱动抽吸泵23的马达的转速。马达的转速的控制中也包括将马达ON/OFF(开/关)的ON/OFF控制。

鼓风机驱动部43对鼓风机32进行驱动。鼓风机驱动部43例如控制未图示的变频器驱动电路而控制驱动鼓风机32的马达的转速。马达的转速的控制中也包括将马达ON/OFF(开/关)的ON/OFF控制。

压差获取部44获取以压差表25测定的压差数据。压差获取部44所获取的压差数据，例如在控制部41进行监测，在其成为预先设定的阈值以上时进行催促清扫的警告。压差获取部44所获取的压差数据被输出至分离膜诊断装置50。

操作部45由水处理控制装置40的操作者进行操作。操作部45例如为键盘。显示部46向水处理控制装置40的操作者显示水处理控制装置40的状态等。显示部46显示例如上述的催促清扫的警告。显示部46例如为显示器、灯等。另外，操作部45和显示部46例如可使用如触摸屏般进行操作输入和显示的机器。通信部47与分离膜诊断装置50的通信部57进行通信。通信部47和通信部57的通信可通过有线通信或无线通信进行。

控制部51控制分离膜诊断装置50的运作。控制部51可例如包括CPU等运算处理装置，对膜阻算出部52、频率分析部53、判定部54、操作部55、显示部56、通信部57的各功能进行控制。

膜阻算出部52算出分离膜21的膜阻。膜阻R通过式(1)被算出。

R＝P/F(KPa/(m/day))……(1)

其中，P＝分离膜21的压差(KPa)

F＝渗透流速(m³/(m²·day)＝m/day)

上述式(1)中，分离膜21的压差可作为压差数据由压差表25获取。此外，由于分离膜21的表面积固定，渗透流速可通过用未图示的流量计测定分离膜21的渗透水量(m³/day)而获取。例如在泵驱动部42中进行将分离膜21的渗透水量维持在固定值的控制时，渗透流速F为固定值。

膜阻算出部52基于算出的膜阻R算出膜阻R的上升速度(称为“膜阻上升速度”)。膜阻上升速度是指每规定时间的膜阻R的变化。本实施方式中表示作为每一分钟的膜阻R的上升速度的变化算出的情况。即，膜阻上升速度以式(2)表示。

膜阻上升速度＝ΔR/min(KPa/((m/day)·min))……(2)

其中，ΔR＝膜阻R的变化(KPa/(m/day))

膜阻算出部52例如可通过以1秒1次的比例算出膜阻R，将算出的膜阻R的值的变化用7分钟的值做成拟合值，从而算出膜阻上升速度。此处，对7分钟中的膜阻上升速度进行拟合是用于算出由抽吸泵23进行的重复7分钟抽吸和1分钟停止的间歇运行中的1次抽吸时间(7分钟)的膜阻上升速度。膜阻算出部52对算出的膜阻上升速度进行记录。膜阻上升速度的记录例如可存储在未图示的存储器等存储装置中。

另外，在分离膜21的膜阻R为固定时，膜阻上升速度为0(KPa/((m/day)·min))。然而，由于处理水的水质、活性污泥的状态等随时间经过而变化，附着部在分离膜21上的附着也随时间经过而变化。此外，由于附着在分离膜21上的附着物会被曝气所引起的振动被物理性地剥离，所以附着物的剥离量也随时间经过而变化。因此，分离膜21的状态随时间经过而变化。膜阻算出部52将分离膜21的状态作为膜阻上升速度的变化进行记录。

另外，膜阻上升速度为表示分离膜状态的指标的一个方式。本实施方式中，将膜阻上升速度作为表示分离膜状态的指标进行说明，但表示分离膜状态的指标不限于膜阻上升速度。如上所述，膜阻上升速度可基于分离膜21的压差和渗透水的流量算出。因此，作为表示分离膜状态的指标，也可采用例如分离膜21的压差、分离膜21的渗透水的流量、分离膜21的渗透流速等。即，所谓表示分离膜21的状态的指标，只要是表示由污染等导致分离膜21的渗透性能伴随时间经过而发生变化(称为“经时变化”。)的指标即可。

频率分析部53将算出的膜阻上升速度的振动进行频率转换，对膜阻上升速度的振动进行分析。膜阻上升速度的振动是指，在规定的时间间隔内所记录的膜阻上升速度的变动。在每7分钟算出膜阻上升速度时，膜阻上升速度的振动为每7分钟的膜阻上升速度的变动。频率分析部53例如用快速傅立叶变换(FFT：Fast Fourier Transform，快速傅立叶变换)进行频率转换。频率分析部53也可将膜阻上升速度的振动的数据送信至未图示的分离膜诊断装置50的外部的FFT分析器，获取频率转换后的数据。频率分析部53将频率转换后的膜阻上升速度的振动的数据(下文记作“频率转换数据”)。频率转换数据包括频率和膜阻上升速度的振动的大小(下文记作“强度”。)。频率分析部53将频率转换数据输出至判定部54。

判定部54基于频率转换数据对分离膜21的透水状态进行判定。本实施方式中，对作为分离膜21的透水状态判定分离膜21的污染状态的情况进行说明。判定部54关注频率转换数据中的规定的频带，基于该频带中的强度判定分离膜21的透水状态。关注规定的频带的判定部54的判定算法为任意。

例如判定部54基于规定的频带中的强度对透水状态进行判定。所谓规定的频带例如是规定的频率以下的频带、规定的频率以上的频带、第1频率以上且第2频率以下的频带等。判定部54可将规定的频带中的强度与阈值进行比较，判断强度是否超过预定的阈值(上限值或下限值)。此处，与阈值进行的强度是指，强度的最大值、强度的平均值、强度的贡献率等。强度的贡献率可基于式(3)算出。

贡献率＝POA/OA……(3)

其中，OA＝全频带中的强度的合计值(Over All，全体)

POA＝规定的频带中的强度的合计值(Partial OA，部分全体)

判定部54通过将贡献率与阈值进行比较来判定透水状态。

此外，判定部54也可通过将频率转换数据分为多个频带，比较各频带的强度来判断透水状态。例如判定部54可通过分为第1频带和第2频带，比较第1频带和第2频带的强度，对透水状态进行判定。第1频带例如为低频率区域。第2频带例如为高频率带域。各频带的强度的比较，例如为强度最大值的比较、强度平均值的比较、强度的贡献率的比较等。

判定部54可将分离膜21的透水状态的判定作为多阶段的评价进行判定。例如判定部54进行作为判定为无污染产生的第1阶段、判定为轻度污染的第2阶段、判定为中度污染的第3阶段、判定为重度污染的第4阶段对分离膜21进行评价的判定。判定部54将判定的结果输出至水处理控制装置40。

操作部55由分离膜诊断装置50的操作者进行操作。操作部55例如为键盘。显示部56向分离膜诊断装置50的操作者显示分离膜诊断装置50的状态等。显示部56显示例如判定部54中的判定结果。显示部56例如为显示器、灯等。另外，操作部55和显示部56例如也可使用如触摸屏般进行操作输入和显示的机器。通信部57与水处理控制装置40的通信部47进行通信。

以上，使用图2的对水处理控制装置40和分离膜诊断装置50的功能的说明结束。

接着，使用图3，对分离膜诊断装置50的运作进行说明。图3为表示本实施方式中的、分离膜诊断装置的运作的一例的流程图。图3所示的流程图为在图2所示的控制部51等的功能中实行的流程图。

图3中，分离膜诊断装置50算出膜阻上升速度(步骤S11)。本实施方式中膜阻上升速度的算出在7分钟的采用抽吸泵23的抽吸时间中进行拟合。

实行步骤S11的处理后，分离膜诊断装置50对膜阻上升速度的变动(振动)采用FFT分析器进行傅立叶变换，对膜阻上升速度的强度进行频率分析(步骤S12)。

实行步骤S12的处理后，分离膜诊断装置50算出贡献率。关于贡献率的算出，使用图14对作为第1频带的低频率区域中的贡献率和作为第2频带的高频率区域中的贡献率算出的例子在下文进行描述。

实行步骤S13的处理后，分离膜诊断装置50对是否进行分离膜21的透水状态的判定进行判断(步骤S14)。是否进行分离膜21的透水状态的判定的判断，例如为水处理装置100是否在运行中、是否为规定的判定时刻等。判断为不对分离膜21的透水状态进行判定时(步骤S14：NO)，分离膜诊断装置50终止图3的流程图所示的处理。另外，图3的流程图理解为终止后重复实行。

另一方面，判断为对分离膜21的透水状态进行判定时(步骤S14：YES)，分离膜诊断装置50实行改变运行条件处理(步骤S15)。步骤S15中的改变运行条件处理的详细情况，采用图4和图5在下文中进行描述。实行步骤S15的处理后，分离膜诊断装置50终止图3的流程图所示的处理。

以上，使用图3的分离膜诊断装置50的运作说明结束。

接着，使用图4，对图3的步骤S15的改变运行条件处理的第1运作进行说明。图4为表示本实施方式中的、分离膜诊断装置50的改变运行条件处理的第1运作的一例的流程图。改变运行条件处理的第1运作是通过基于分离膜21的透水状态的判定结果改变曝气量，从而改变水处理装置100的运行条件的运作。

图4中，分离膜诊断装置50进行判定条件是否为A1的判断(步骤S1511)。判定条件为A1是指例如表示分离膜21的透水状态为良好。分离膜诊断装置50在例如低频率带域的贡献率为60％以上时，判断判定条件为A1。判定条件是否为A1，也可在例如规定的时间中的贡献率、或贡献率最大值、或平均值为60％以上时判断判定条件为A1。规定的时间是指例如为2天。压差数据的噪声多时，可通过增长时间来减小噪声的影响。另一方面，在噪声少时可缩短时间。以上内容对于以下的判定条件A2和A3而言也同样如此。在判断判定条件为A1时(步骤S1511：YES)，分离膜诊断装置50对水处理控制装置40输出指示，以使采用鼓风机32的曝气量变为第1曝气量(步骤S1512)。第1曝气量为相比后述的第2曝气量更小的曝气量。水处理控制装置40为根据从分离膜诊断装置50获取的指示在鼓风机驱动部43中驱动鼓风机32的装置。实行步骤S1512的处理后，分离膜诊断装置50终止图4所示的步骤S15的处理。

另一方面，判断判定条件不是A1时(步骤S1511：NO)，分离膜诊断装置50进行判定条件是否为A2的判断(步骤S1513)。判定条件为A2是指表示例如分离膜21中发生了轻度的污染。分离膜诊断装置50在例如低频率带域的贡献率为50％以上、小于60％时，判断判定条件为A2。判断判定条件为A2时(步骤S1513：YES)，分离膜诊断装置50对水处理控制装置40输出指示，以使采用鼓风机32的曝气量变为第2曝气量(步骤S1514)。第2曝气量为相比第1曝气量更多、相比后述的第3曝气量更少的曝气量。实行步骤S1514的处理后，分离膜诊断装置50终止图4所示的步骤S15的处理。

另一方面，判断判定条件不是A2时(步骤S1513：NO)，分离膜诊断装置50进行判定条件是否为A3的判断(步骤S1515)。判定条件为A3是指例如表示分离膜21中发生了中度的污染。分离膜诊断装置50在例如低频率带域的贡献率为40％以上、小于50％时，判断判定条件为A3。判断判定条件为A3时(步骤S1515：YES)，分离膜诊断装置50对水处理控制装置40输出指示，以使采用鼓风机32的曝气量变为第3曝气量(步骤S1516)。第3曝气量为相比第2曝气量更多的曝气量。实行步骤S1516的处理后，分离膜诊断装置50中止图4所示的步骤S15的处理。

另一方面，判断判定条件不是A3时(步骤S1515：NO)，分离膜诊断装置50进行催促分离膜21的清扫工作的实施的过滤器清扫通知(步骤S1517)。判定条件不是A3表示例如分离膜21中产生重度的污染。分离膜诊断装置50在例如低频率带域的贡献率小于40％时，判断判定条件为A3。过滤器清扫通知是在例如显示部46或显示部56上进行催促分离膜21的清扫工作的实施的显示、或由扬声器等发出规定的警报等的运作。

实行步骤S1517的处理后，分离膜诊断装置50终止如图4所示的步骤S15的处理。

以上，使用图4的、改变运行条件处理的第1运作的说明结束。

接着，使用图5，对图3的步骤S15的改变运行条件处理的第2运作进行说明。图5为表示本实施方式中的、分离膜诊断装置50的改变运行条件处理的第2运作的一例的流程图。改变运行条件处理的第2运作是通过基于分离膜21的透水状态的判定结果，改变曝气量与通量，由此改变水处理装置100的运行条件的运作。使用图4说明的改变运行条件处理的第1运作与使用图5说明的改变运行条件处理的第2运作为择一实施。

图5中，分离膜诊断装置50进行判定条件是否为B1的判断(步骤S1521)。判定条件为B1是指例如表示分离膜21的透水状态为良好。分离膜诊断装置50在例如低频率带域的贡献率为60％以上时，判断判定条件为B1。判定条件是否为B1也可在例如规定的时间中的贡献率、或贡献率最大值、或平均值为60％以上时，判断判定条件为B1。规定的时间是指例如为2天。压差数据的噪声多时，可通过增长时间来降低噪声的影响。另一方面，在噪声少时可缩短时间。以上内容对于以下的判定条件B2和B3而言同样如此。在判断判定条件为B1时(步骤S1521：YES)，分离膜诊断装置50不进行水处理装置100的运行条件的改变，而是终止图5所示的步骤S15的处理。

另一方面，判断判定条件不是B1时(步骤S1521：NO)，分离膜诊断装置50开始进行采用鼓风机32的曝气量的控制(步骤S1522)。曝气量的控制是指例如增加曝气量直至判定条件成为B1的控制。分离膜诊断装置50向水处理控制装置40输出使曝气量增加的指示。

实行步骤S1522的处理后，分离膜诊断装置50进行判定条件是否为B2的判断(步骤S1523)。判定条件为B2是指表示例如分离膜21中发生了轻度的污染。分离膜诊断装置50在例如低频率带域的贡献率为50％以上、小于60％时，判断判定条件为B2。判断判定条件为B2时(步骤S1523：YES)，分离膜诊断装置50终止图5所示的步骤S15的处理。即，发生轻度的污染而判断判定条件为B2时，分离膜诊断装置50不进行通量控制，而是仅进行曝气量控制。

另一方面，判断判定条件不是B2时(步骤S1523：NO)，分离膜诊断装置50开始进行采用抽吸泵23的通量控制(步骤S1524)。通量控制是指例如降低通量直至判定条件成为B2为止。分离膜诊断装置50向水处理控制装置40输出降低通量的指示。

实行步骤S1524的处理后，分离膜诊断装置50进行判定条件是否为B3的判断(步骤S1525)。判定条件为B3是指例如表示分离膜21中发生了中度的污染。分离膜诊断装置50在例如低频率带域的贡献率为40％以上、小于50％时，判断判定条件为B3。判断判定条件为B3时(步骤S1525：YES)，分离膜诊断装置50终止图5所示的步骤S15的处理。即，发生中度的污染而判断判定条件为B3时，分离膜诊断装置50进行通量控制和曝气量控制。

另一方面，判断判定条件不是B3时(步骤S1525：NO)，分离膜诊断装置50进行催促分离膜21的清扫工作的实施的过滤器清扫通知(步骤S1526)。判定条件不是B3表示例如分离膜21中产生重度的污染。分离膜诊断装置50在例如低频率带域的贡献率小于40％时，判断判定条件为B3。过滤器清扫通知是在例如显示部46或显示部56上进行催促分离膜21的清扫工作的实施的显示、或由扬声器等发出规定的警报等的运作。

实行步骤S1526的处理后，分离膜诊断装置50终止如图5所示的步骤S15的处理。

以上，使用图5的、改变运行条件处理的第2运作的说明结束。

另外，图4和图5对基于分离膜21的透水状态的判定结果的改变运行条件的运作进行示例，但基于分离膜21的透水状态的判定结果的改变运行条件的运作并不限定于此。例如图4和图5中显示以4阶段判定分离膜21的透水状态的情况，但也可进行3阶段以下或5阶段以上的判定。此外，作为运行条件的改变，显示了改变曝气量的方法、改变曝气量和通量的方法，但也可以为仅改变通量的方法、改变原水的流量的方法、改变MLSS的方法等进行其他的运行条件的改变。

接着，使用图6至图14，说明采用分离膜诊断装置50的测定结果。

首先，使用图6，说明抽吸泵23的间歇运行中的分离膜21的压差的经时变化的测定结果。图6为表示本实施方式中的、分离膜21的膜阻的经时变化的一例的图表。

图6中，横轴为时间轴，纵轴为压差表25中测定的压差。图6表示采用抽吸泵23的重复进行7分钟抽吸时间和1分钟停止时间的间歇运行时的压差的经时变化。图6所图示的一个点为每一分钟的压差的测定值。t1、t2、t3等时间中压差在变小，这是在抽吸泵23停止时的测定值。图6中表示在7分钟抽吸时间内存在压差上升的情况，但也存在7分钟的抽吸时间内压差下降的情况。

接着，使用图7，说明对图6的测定结果进行的拟合。图7为表示对本实施方式中的、分离膜21的膜阻的经时变化进行拟合的一例的图表。

图7中，图示的直线为将7分钟的抽吸时间中的压差变化以直线进行拟合。拟合的方法为任意。直线拟合例如可通过最小二乘法进行。此外，也可进行曲线拟合代替直线拟合。图7中，为容易看清拟合直线，将直线的背景进行反白表示。图7所示的拟合直线显示出有正斜率的情况和有负斜率的情况。图7所示的拟合直线的斜率表示膜阻上升速度。

接着，使用图8，说明图7的膜阻上升速度的经时变化。图8为表示本实施方式中的、分离膜21的膜阻上升速度的经时变化的一例的图表。

图8中，横轴表示从实施分离膜21的清扫工作日(第1天)开始的经过天数。纵轴表示膜阻上升速度。

膜阻上升速度从实施清扫工作开始到第11天附近为止，在膜阻上升速度0(KPa/((m/day)·min))附近推移。然而，显示从第12天左右开始急剧上升，膜阻R加速增加。图8表示污染所致的分离膜21的渗透性能在经过规定的天数之后急速劣化的情况。测定经时变化的分离膜21，在第13天由于污染而被紧急停止。因此，例如即使仅仅记录压差表的测定值，也难以预计由污染引起的分离膜21的渗透性能的急速劣化。

接着，使用图9～图11，对将图8的膜阻上升速度的经时变化进行频率转换后的结果进行说明。图9为表示本实施方式中的、将从分离膜21的清洗开始第1时间经过后的膜阻上升速度的经时变化进行频率转换后的一例的图表。第1时间经过为图8中的清洗工作实施日。第1时间经过时，分离膜21由于清洗而呈清洁的状态。

图9中，横轴显示了频率。图9中，将0～1.05×10^-3(Hz)附近作为全频带。纵轴显示了膜阻上升速度的大小(强度)。图9所示的图表，在FFT中作为窗函数采用汉宁窗。FFT在80分内实施1次，通过将前后8小时的变换结果进行平均化，从而除去噪声。图9所示的结果为在0.1×10^-3(Hz)附近存在峰，将全频带中的0～0.6×10^-3(Hz)的频带分类为低频率带域、0.6×10^-3(Hz)以上的频带分类为高频率带域时，低频率带域的强度增高。

图10为表示本实施方式中的、将从分离膜21的清洗开始第2时间经过后的膜阻上升速度的经时变化进行频率转换的一例的图表。第2时间经过为图8中的第7天。相对于由污染引起分离膜21的渗透性能急速劣化的第13天，第7天为大致中间的经过时间。

图10中的FFT的条件与图9相同。图10所示的结果为，在与图9同样地将全频带中的0～0.6×10^-3(Hz)的频带分类为低频率带域，将0.6×10^-3(Hz)以上的频带分类为高频率带域时，低频率带域的强度在增高。然而，在0.25×10^-3(Hz)附近和0.9×10^-3(Hz)附近也存在峰，全频带中的强度的分布相比图9向高频率带域迁移。

图11为表示本实施方式中的、将从分离膜21的清洗开始第三时间经过后的膜阻上升速度的经时变化进行频率转换后的一例的图表。第3时间经过为图8中的第11天。第11天为由污染引起分离膜21的渗透性能急速劣化的2天前，图8所示的膜阻上升速度的大小中，无法确认到经过第1时间后和经过第2时间后的差异。

图11中的FFT的条件与图9和图10相同。图11显示的结果为，在与图9相同地将全频带设为0～0.6×10^-3(Hz)时，强度的峰在全频带中分散。即，在图8中无法辨认出差异的膜阻上升速度的大小，在频率转换后表现为很大的差异。

以上，使用图9～图11的、将膜阻上升速度的经时变化进行频率转换的结果的说明结束。

接着，使用图12，对于用于算出贡献率的频带的设定方法进行说明。图12为表示本实施方式中的、用于算出贡献率的频带的设定方法的一例的图表。另外，图12所示的图表利用了图9所示的图表。

图12中，将全频带(全频带)设为0～1.05×10^-3(Hz)。将第1频带(频带1)设为0～0.6×10^-3(Hz)。将第2频带(频带2)设为0.6×10^-3～1.05×10^-3(Hz)。以第1频带中的贡献率作为频带1贡献率，以第2频带中的贡献率作为频带2贡献率。频带1贡献率和频带2贡献率的算出方法为通过式(3)进行算出。

另外，图12中显示了将全频带分为两个频带第1频带和第2频带设定为判定对象的频带的情况，判定对象的频带的设定方法并不受此限定。例如虽然显示了第1频带和第2频带为连续的情况，但第1频带和第2频带也可为不连续的频带。此外，也可以将全频带的规定部分的频带作为判定对象。此外，也可以将全频带分割为3个以上的频带作为判定对象。

以上，使用图12的、关于用于算出贡献率的频带的设定方法的说明结束。

接着，使用图13，说明图12中说明的频带1贡献率的频带2贡献率的推移。图13为表示本实施方式中的、频带1贡献率的频带2贡献率的推移的一例的图表。

图13中，从第1天至第9天，与频带2贡献率相比，频带1贡献率变高。然而，第9天以后，在频带1贡献率降低的同时频带2贡献率上升，频带1贡献率的图与频带2贡献率的图交错。第9天为分离膜21的渗透性能急速劣化的4天前。即，图13表示可通过贡献率的推移对污染的征兆进行判定。由于可以预先判定预先污染的征兆，所以可采用事前的清洗工作防止污染引起的水处理的紧急停止，与此同时，可以减少伴随定期的清洗工作的实施的清洗成本。

以上，使用图13的、频带1贡献率和频带2贡献率的推移的说明结束。

接着，使用图14，说明改变曝气量时的贡献率的推移。图14是表示本实施方式中的、改变曝气量时的贡献率的推移的一例的图表。

图14中，在第4天以后，频带1贡献率的图与频带2贡献率的图交错，表示污染的征兆。箭头所图示的第12天中，如果将曝气量改变为1.5倍，频带1贡献率上升，频带2贡献率下降，显示污染的征兆消失。即，显示：基于贡献率，可以判断分离膜21的渗透性能通过曝气等得到恢复。本实施方式中，基于贡献率，实施以图3～图5所说明的运行条件的改变。图14表示本实施方式中可以基于贡献率适当地改变运行条件。

以上，使用图14的、改变曝气量时的贡献率的推移的说明结束。

另外，本实施方式中的分离膜诊断装置50作为诊断MBR中的分离膜21的透水状态的装置进行了说明，但分离膜诊断装置50也可用于例如纯水制造系统、上水处理系统、海水淡水化系统等中的分离膜的透水状态等的诊断。

依据以上说明的至少一种实施方式，分离膜诊断方法通过包含获取步骤、经时变化记录步骤、振动分析步骤、判定步骤，正确地把握用于水处理的分离膜的状态，由此可提供能够降低水处理成本的分离膜诊断方法、水处理方法、分离膜诊断装置、水处理装置和分离膜诊断程序或者记录有该程序记录的存储介质。

另外，上述的装置也可以为以计算机进行实现。此时，将用于实现各功能块的功能的程序记录在计算机可读的记录介质上。也可以通过使计算机系统读取该记录介质所记录的程序，CPU执行而实现。此处所谓“计算机系统”是指包含OS(Operating System，操作系统)、外围设备等硬件的系统。此外，“计算机可读的记录介质”是指软盘、光磁盘、ROM、CD-ROM等可移动介质。此外，“计算机可读的记录介质”包括计算机系统内置的硬盘等存储装置。进一步地，所谓“计算机可读的记录介质”也可包括在短时间之内、动态地保存程序的介质。在短时间之内、动态地保存程序的介质例如为在介由互联网等网络、电话线路等的通信线路进行程序送信时的通信线。此外，“计算机可读的记录介质”中也可包括如成为服务器、客户端的计算机系统内部的易失存储器那样在一定时间内保存程序的介质。此外，上述程序也可为用于实现前述功能的一部分的程序。此外，上述程序也可以是能够通过将前述的功能与计算机系统中已经记录的程序的组合而实现的程序。此外，上述程序也可为采用可编程逻辑器件而实现的程序。可编程逻辑器件例如为FPGA(Field Programmable GateArray，现场可编程逻辑门阵列)。

此外，使用图进行说明的装置的各功能部为软件功能部，但功能的一部分或全部可为LSI等硬件功能部。

对本发明的若干实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子而举出的，目的不在于限制发明的范围。这些实施方式也可以采用其他各种方式进行实施，在不超出发明的主旨的范围内，可以进行各种省略、替换、改变。这些实施方式或其变形等同于包含在发明的范围、要旨中，包括于专利权利要求书记载的发明及其等同的范围内。

【实施例】

(实施例1)图15表示预测MBR的膜污染的例子。图15为表示本实施方式中的分离膜21的膜阻R与频带1贡献率、频带2贡献率的推移的图。从2月13日开始膜阻急速上升，2月14日停止运行。对使用频带1贡献率的推移对该急速上升进行预测的方法进行说明。另外，此处以2天内的频带1贡献率的值进行污染的征兆的判断。频带1贡献率的计算方法如前所述。

从运行开始至2月9日为止频带1贡献率的值不在2天内持续为60％以下，可判断分离膜的透水状态为良好。从2月9日开始频带1贡献率在2天内持续为50％以下，可判断分离膜的状态为差。由此，可在数天前预对污染进行预测。

(实施例2)图16表示与例1同样地预测MBR的膜污染的例子。图16为从6月1日至7月4日为止的运行例，7月4日膜阻急速上升运行停止。运行初期的6月1日至6月17日，频带1贡献率不在2天内持续为60％以下，可判断分离膜的透水状态为良好。从6月17日起频带1贡献率持续为60％以下，可判断分离膜的状态为差。由此，可在约两周前开始对污染进行预测。

(实施例3)图17表示在与例1同样的条件下预测MBR的膜污染的例子。图17为从3月1日至3月10日为止的运行例，从3月6日膜阻上升，在3月10日停止运行。从运行开始日的3月1日开始频带1贡献率在2天内持续为60％以下，可判断分离膜的状态为差。由此，可在数天前开始对污染进行预测。

(实施例4)图18表示在与例1同样的条件下预测MBR的膜污染的例子。图18为从4月1日至4月30日为止的运行例，1个月的运行中，膜阻并未上升。从运行开始日的4月1日开始频带1贡献率在2天内没有持续为60％以下，可判断分离膜的透水状态良好且未发生污染。

(实施例5)图19表示在与例1同样的条件下预测MBR的膜污染的例子。图19为从3月4日至3月19日为止的运行例。从3月10日开始频带1贡献率在2天内持续为60％以下，可判断分离膜的状态为差。根据该结果，在3月16日将曝气风量改变为1.5倍。之后，并未发生压差的急速上升，频带1贡献率并未持续为60％以下，可判断分离膜的透水状态变为良好。

Claims (13)

1.一种分离膜诊断方法，其特征在于，包括：

获取步骤，其获取表示进行固液分离的分离膜的状态的指标，

经时变化记录步骤，其记录所获取的所述指标的经时变化，

振动分析步骤，其对所记录的所述经时变化的振动进行频率转换，以及

判定步骤，其基于频率转换后的所述振动的大小而判定所述分离膜的透水状态；

所述指标是表示分离膜的渗透性能伴随时间经过而发生变化的指标。

2.根据权利要求1所述的分离膜诊断方法，所述指标为压差或过滤流量中的至少一种。

3.根据权利要求1或2所述的分离膜诊断方法，在所述判定步骤中，基于频率转换后的规定频带中的所述振动的大小而判定所述分离膜的透水状态。

4.根据权利要求3所述的分离膜诊断方法，在所述判定步骤中，将所述频带分为0～0.6×10^-3Hz的低频率带域的第1频带，和0.6×10^-3Hz以上的高频率带域的第2频带，通过比较第1频带中的所述振动的大小与第2频带中的所述振动的大小，从而判定所述分离膜的透水状态。

5.根据权利要求4所述的分离膜诊断方法，在所述判定步骤中，通过比较第1频带中的所述振动的大小的贡献率与第2频带中的所述振动的大小的贡献率，从而判定所述分离膜的透水状态。

6.一种分离膜诊断方法，所述分离膜诊断方法是在计算机上执行如下处理：

获取处理，其获取表示进行固液分离的分离膜的状态的指标，

经时变化记录处理，其记录所获取的所述指标的经时变化，

振动分析处理，其对所记录的所述经时变化的振动进行频率转换，以及

判定处理，其基于频率转换后的所述振动的大小而判定所述分离膜的透水状态；

所述指标是表示分离膜的渗透性能伴随时间经过而发生变化的指标。

7.一种水处理方法，其使用权利要求1～5中任意一项所述的分离膜诊断方法，其包括：改变运行条件步骤，其基于在所述判定步骤中所判定的进行固液分离的分离膜的透水状态，进一步地改变使用所述分离膜的固液分离的运行条件。

8.根据权利要求7所述的水处理方法，在所述改变运行条件步骤中，通过改变对所述分离膜进行曝气的曝气量而改变所述运行条件。

9.根据权利要求7或8所述的水处理方法，在所述改变运行条件步骤中，通过改变所述分离膜的渗透水量而改变所述运行条件。

10.根据权利要求7或8所述的水处理方法，其进一步包括：报告步骤，其基于所诊断的所述透水状态，进一步地报告催促所述分离膜的维护的信息。

11.根据权利要求7或8所述的水处理方法，所述判定步骤中，将频率转换后的0～0.6×10^-3Hz的低频率带域设为第1频带，在第1频带中的所述振动的大小的贡献率变为60％以下时，改变使用所述分离膜的固液分离的运行条件。

12.一种分离膜诊断装置，其具备：

获取部，其获取表示进行固液分离的分离膜的状态的指标，

经时变化记录部，其记录所获取的所述指标的经时变化，

振动分析部，其对所记录的所述经时变化的振动进行频率转换，以及

判定部，其基于频率转换后的所述振动的大小而判定所述分离膜的透水状态；

所述指标是表示分离膜的渗透性能伴随时间经过而发生变化的指标。

13.一种水处理装置，其具备：

分离膜，其进行固液分离，

获取部，其获取表示所述分离膜的状态的指标，

经时变化记录部，其记录所获取的所述指标的经时变化，

振动分析部，其对所记录的所述经时变化的振动进行频率转换，

判定部，其基于频率转换后的所述振动的大小而判定所述分离膜的透水状态，以及

改变运行条件部，其基于所判定的所述透水状态而改变使用所述分离膜的固液分离的运行条件；

所述指标是表示分离膜的渗透性能伴随时间经过而发生变化的指标。

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