CN111727174B - 曝气量控制系统及曝气量控制方法 - Google Patents

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Abstract

获得能够降低曝气量控制系统的运转成本的曝气量控制系统和水处理方法。曝气量控制系统(100)基于目标曝气量对储存被处理水的膜分离槽(2)内的分离膜(3)进行曝气，其特征在于，具备：控制装置(7)，将第1目标曝气量确定为目标曝气量，在确定第1目标曝气量后将第2目标曝气量确定为目标曝气量；曝气装置(5)，基于目标曝气量供给气体而进行曝气；以及测量装置(6)，测量分离膜(3)的膜间压差相对于曝气装置(5)所供给的气体的变化量，在测量装置(6)计算出的、曝气装置(5)进行基于第1目标曝气量的曝气的期间的分离膜(3)的膜间压差的第1变化量比测量装置(6)计算出的、曝气装置(5)进行基于第2目标曝气量的曝气的期间的分离膜(3)的膜间压差的第2变化量大的情况下，控制装置(7)将比第2目标曝气量小的值确定为第3目标曝气量。

Description

曝气量控制系统及曝气量控制方法
技术领域
本发明涉及使用分离膜的曝气量控制系统及曝气量控制方法。
背景技术
作为处理含有有机物的排水(以下称为“被处理水”)的方法，使用利用微生物将被处理水中的有机物分解、并且进行基于分离膜的固液分离的膜分离活性污泥法(MBR：Membrane Bio Reactor)。在使用分离膜的过滤处理中，伴随着分离膜的持续使用，在分离膜的表面和孔中附着污浊物质而产生堵塞(污染)的情况下，过滤性能逐渐降低。
膜分离活性污泥法为了抑制由分离膜的污染引起的过滤性能的降低，在分离膜的下部设置曝气装置。设置于分离膜的下部的曝气装置朝向分离膜对空气等进行曝气，利用气泡和被处理水的上升流使分离膜表面的附着物剥离。曝气装置的曝气所需的能量成本被计算出达到曝气量控制系统的总运转成本的大约一半。因此，需要一种抑制基于曝气装置的曝气量的技术。
在专利文献1中提出了如下方法：作为膜分离装置的运转方法，测量分离膜的膜间压差，以将膜间压差维持在事先设定的规定的上升速度的方式控制曝气量。具体而言，专利文献1所记载的膜分离装置的运转方法基于膜间压差的基准值与测量值的差值，使曝气量的目标值以一定的比例增加。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-202472号公报
发明内容
发明所要解决的课题
可是，在专利文献1所记载的膜分离装置的运转方法中，在使曝气量的目标值以预先设定的一定的比例增加的情况下，有可能超过抑制污染所需的曝气量。在增加的目标值超过抑制污染所需的曝气量的情况下，能够改善曝气装置的曝气所需的能量成本。
本发明的目的在于，鉴于上述的问题点，得到能够降低曝气量控制系统的运转成本的曝气量控制系统及曝气量控制方法。
用于解决课题的技术方案
本发明的曝气量控制系统，基于目标曝气量对储存被处理水的膜分离槽内的分离膜进行曝气，其特征在于，该曝气量控制系统具备：控制装置，将第1目标曝气量确定为目标曝气量，在确定了第1目标曝气量后，将第2目标曝气量确定为目标曝气量；曝气装置，基于控制装置确定了的目标曝气量供给气体而进行曝气；以及测量装置，计算分离膜的膜间压差相对于曝气装置供给的气体的变化量，在相对于曝气装置基于第1目标曝气量而进行的曝气所述测量装置计算出的分离膜的膜间压差的第1变化量比相对于曝气装置基于第2目标曝气量而进行的曝气所述测量装置计算出的分离膜的膜间压差的第2变化量大的情况下，控制装置将比第2目标曝气量小的值确定为第3目标曝气量。
此外，本发明的曝气量控制系统，基于目标曝气量对储存被处理水的膜分离槽内的多个分离膜进行曝气，其特征在于，该曝气量控制系统具备：控制装置，将第1目标曝气量确定为目标曝气量；曝气装置，基于控制装置确定了的目标曝气量供给气体而进行曝气；以及测量装置，分别计算多个分离膜的膜间压差相对于曝气装置供给的气体的变化量，在测量装置计算出的、曝气装置进行基于第1目标曝气量的曝气的期间的多个分离膜各自的膜间压差对应的各第1变化量彼此的差小于阈值的情况下，控制装置将比第1目标曝气量小的值确定为第2目标曝气量。
本发明的曝气量控制方法，基于目标曝气量对储存被处理水的膜分离槽内的分离膜进行曝气，其特征在于，该曝气量控制方法具备：曝气量确定步骤，将第1目标曝气量确定为目标曝气量，在确定了第1目标曝气量后，将第2目标曝气量确定为目标曝气量；曝气步骤，基于通过曝气量确定步骤确定了的目标曝气量供给气体而进行曝气；以及变化量计算步骤，计算分离膜的膜间压差相对于通过曝气步骤供给的气体的变化量，在相对于基于第1目标曝气量而进行的曝气计算出的分离膜的膜间压差的第1变化量比相对于基于第2目标曝气量而进行的曝气计算出的分离膜的膜间压差的第2变化量大的情况下，将比第2目标曝气量小的值确定为第3目标曝气量。
此外，本发明的曝气量控制方法，基于目标曝气量对储存被处理水的膜分离槽内的多个分离膜进行曝气，其特征在于，该曝气量控制方法具备：曝气量确定步骤，将第1目标曝气量确定为目标曝气量；曝气步骤，基于通过曝气量确定步骤确定了的目标曝气量供给气体而进行曝气；以及变化量计算步骤，分别计算多个分离膜的膜间压差相对于通过曝气步骤供给的气体的变化量，在进行基于第1目标曝气量的曝气的期间的多个分离膜各自的膜间压差对应的各第1变化量彼此的差小于阈值的情况下，将比第1目标曝气量小的值确定为第2目标曝气量。
发明效果
本发明的曝气量控制系统能够通过曝气量的目标值增减来降低曝气所需的能量成本，能够降低曝气量控制系统的总运转成本。
本发明的曝气量控制方法能够通过曝气量的目标值增减来降低曝气所需的能量成本，能够降低曝气量控制系统的总运转成本。
附图说明
图1是本发明的实施方式1的曝气量控制系统的结构图。
图2是例示出本发明的实施方式1的曝气量控制系统的变化量计算部以及控制装置的结构的图。
图3是本发明的实施方式1的曝气量控制系统的控制流程图。
图4是在本发明的实施方式1的曝气量控制系统中，表示膜间压差与曝气量的关系的说明图。
图5是本发明的实施方式1的曝气量控制系统的控制流程图。
图6是本发明的实施方式2的曝气量控制系统的结构图。
图7是本发明的实施方式2的曝气量控制系统的控制流程图。
图8是本发明的实施方式3的曝气量控制系统的结构图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本申请所公开的曝气量控制系统以及曝气量控制方法的实施方式详细地进行说明。此外，以下所示的实施方式是一个例子，本发明并不限定于这些实施方式。
实施方式1
图1是本实施方式1的曝气量控制系统100的结构图。如图1所示，曝气量控制系统100具备：膜分离槽2，供被处理水1流入；分离膜3，浸渍配置在膜分离槽2内的被处理水1中，对膜分离槽2内的被处理水1进行过滤；过滤泵4，对由分离膜3过滤了的处理水进行吸引；曝气装置5，朝向分离膜3进行向被处理水1的曝气；测量装置6，测量分离膜3的膜间压差的变化量；以及控制装置7，控制曝气装置5的曝气量。
被处理水1流入膜分离槽2，在膜分离槽2上经由分离膜3连接有排出处理水的过滤水配管(未图示)。膜分离槽2由能够接受被处理水1并储存被处理水1的材料构成，例如由混凝土、不锈钢、树脂等构成。
分离膜3进行被处理水1的固液分离。所谓固液分离，是指将被处理水分离为污浊物质和处理水的处理。分离膜3浸渍配置在膜分离槽2内的被处理水1中，经由过滤水配管与过滤泵4连接。过滤泵4吸引膜分离槽2内的被处理水1。曝气量控制系统100通过利用分离膜3去除被处理水中的污浊物质而得到处理水。
分离膜3由中空纤维膜、平膜等那样的能够将固体和液体分离的材料构成，例如由RO(Reverse Osmosis：反渗透)膜、NF(Nanofiltration：纳滤)膜、UF(Ultrafiltration：超滤)膜、MF(Microfiltration：微滤)膜等构成。
曝气装置5具备：曝气管51，配置于分离膜3的下方，形成有用于朝向分离膜3进行向被处理水1的曝气的多个曝气孔；以及气体供给部52，向曝气管51供给气体。
曝气装置5从设置于分离膜3的下部的曝气管51对空气等气体进行曝气，利用气泡和由气泡产生的被处理水1的上升流使分离膜3表面的附着物剥离，从而抑制分离膜3的污染。分离膜3的每单位膜面积的曝气量被控制为0.01～10(m3/hr/m2)。
气体供给部52与控制装置7连接，基于来自控制装置7的输出，进行向曝气管51的气体的供给。
若持续进行基于分离膜3的固液分离，则在曝气装置5的曝气中，变得无法完全去除附着、堆积于分离膜3的污浊物质。为了去除在基于曝气装置5的曝气中未完全去除的附着、堆积于分离膜3的污浊物质，朝向分离膜3进行基于臭氧水、次氯酸钠等的反洗。附着、堆积在分离膜3的表面和孔中的污浊物质通过反洗而被排出。另外，附着、堆积在分离膜3的表面和孔中的微生物通过反洗而被杀菌。分离膜3在膜间压差达到预先决定的值、例如25kPa的情况下被清洗。
测量装置6测量分离膜3的膜间压差的变化量。测量装置6具备：压力测量部61，配置于分离膜3与过滤泵4之间的过滤水配管，测量分离膜3的膜间压差；以及变化量计算部62，根据压力测量部61测量出的膜间压差，计算膜间压差的每单位时间的变化量。所谓膜间压差，是指分离膜3的一次侧即未透过水侧与二次侧即透过水侧之间的压力差。
测量装置6能够根据压力测量部61的膜间压差值来把握分离膜3的污染的程度。若持续进行膜过滤处理，则分离膜3逐渐堵塞，膜间压差上升。压力测量部61是能够测量膜间压差的计量仪器，无论是数字还是模拟都能够使用。另外，测量装置6具有能够保存由压力测量部61测量出的膜间压差的软盘、CD-ROM、存储卡等各种存储介质。
变化量计算部62根据由压力测量部61测量出的膜间压差，计算膜间压差的每单位时间的变化量，并将计算出的膜间压差的每单位时间的变化量向控制装置7输出。在实施方式1中，计算膜间压差的每单位时间的变化量作为膜间压差上升速度。所谓膜间压差上升速度，是指每单位时间膜间压差上升的速度。变化量计算部62例如能够通过图2(a)所示那样的CPU1000a执行存储于存储器1001a的程序的软件控制来实现。另外，压力测量部61也可以是使用仅测量过滤水配管内的压力的计量仪器，通过变化量计算部62计算膜间压差的结构。
控制装置7控制曝气装置5的曝气量。另外，控制装置7基于测量装置6的测量值来控制曝气装置5的曝气量。控制装置7例如能够通过图2(b)所示那样的CPU1000b执行存储于存储器1001b的程序的软件控制来实现。
控制装置7具备记录部71、变化量比较部72、曝气量计算部73以及曝气量控制部74。
记录部71与变化量计算部62及曝气量控制部74连接。记录部71将由变化量计算部62计算出的膜间压差的每单位时间的变化量和计算出变化量时的由曝气量控制部74进行曝气控制的曝气量相互关联地记录为曝气量信息。
变化量比较部72将记录于记录部71的膜间压差的每单位时间的变化量即第1变化量、与由变化量计算部62比第1变化量靠后地计算出的膜间压差的每单位时间的变化量即第2变化量进行比较。变化量比较部72计算曝气量计算指令，并将计算出的曝气量计算指令向曝气量计算部73输出。所谓曝气量计算指令，是指用于供曝气量计算部73计算曝气量的、包含变化量比较部72的变化量的比较结果在内的信息。
曝气量计算部73基于接收到的曝气量计算指令计算曝气装置5的目标曝气量，并将目标曝气量向曝气量控制部74输出。作为变化量比较部72的比较结果，在第1变化量大于第2变化量的情况下，曝气量计算部73将以规定量或规定的比例从与第2变化量对应地记录于记录部71的曝气量减少后的曝气量作为目标曝气量进行计算。曝气量的减少量优选为0.01～5(m3/hr/m2)的范围，曝气量的减少比例优选为10～50％的范围。作为变化量比较部72的比较结果，在第1变化量小于第2变化量的情况下，曝气量计算部73将以规定量或规定的比例从与第2变化量对应地记录于记录部71的曝气量增加后的曝气量作为目标曝气量进行计算。需要说明的是，曝气量的增加量及增加比例优选在与曝气量的减少量及减少比例相同的范围内。另外，在从目标曝气量的计算起经过一定时间而成为计算下一个目标曝气量的时刻时，曝气量计算部73将用于计算从目标曝气量的计算起一定时间的期间内的膜间压差的每单位时间的变化量的变化量计算指令向变化量计算部62输出。
曝气量控制部74基于由曝气量计算部73计算出的曝气量，控制气体供给部52供给的气体量，使曝气装置5执行曝气。由曝气量控制部74进行的气体供给部52的控制例如可列举变频控制。另外，曝气量控制部74将在变化量计算部62中计算出变化量的时刻的曝气量向记录部71发送。另外，向记录部71发送曝气量的功能也可以是曝气量计算部73具备的结构。
图3是曝气量控制系统100的控制流程图。使用图3所示的控制流程图对曝气量控制系统100的曝气量控制方法进行说明。
在曝气量控制系统100执行曝气量控制的期间，过滤泵4连续地吸引膜分离槽2内的被处理水1。当曝气量控制系统100的过滤处理开始时，在初始化步骤S1a中，控制装置7初始化为n＝1。接着，在曝气步骤S2a中，曝气量计算部73作为第1目标曝气量，执行预先设定的曝气量Q1下的曝气。第1目标曝气量Q1作为能够抑制分离膜3的污染的曝气量而从妥当的范围采用任意的值。例如，设定曝气装置5的最大风量。
在变化量计算步骤S3a中，当从曝气步骤S2a开始起经过时间T1时，曝气量计算部73向测量装置6输出变化量计算指令。测量装置6接收变化量计算指令而计算第1膜间压差上升速度R1。第1膜间压差上升速度R1的计算使用在压力测量部61中在曝气步骤S2a开始时测量出的膜间压差P1、和测量装置6在接收变化量计算指令时测量出的膜间压差P2，基于以下所示的式(1)来计算。
R1＝(P2-P1)/T1…(1)
另外，时间T1是为了计算膜间压差上升速度所需的时间，也可以是1小时至1日、甚至1周的任意期间。另外，时间T1不需要是恒定的期间，也可以构成为在每次执行变化量计算步骤时进行变更。
在记录步骤S4a中，记录部71将第1膜间压差上升速度R1及第1目标曝气量Q1相互关联地记录。
在变化量比较步骤S5a中，变化量比较部72对在记录于记录部71的变化量计算步骤S3a中第n-1次计算出的曝气量减少前的膜间压差的变化量即膜间压差上升速度Rn-1与在变化量计算步骤S3a中第n次计算出的曝气量减少后的膜间压差的变化量即膜间压差上升速度Rn进行比较。即，在n＝2的情况下，在变化量比较步骤S5a中，变化量比较部72对第1膜间压差上升速度R1与第2膜间压差上升速度R2进行比较。变化量比较部72计算曝气量计算指令，并将计算出的曝气量计算指令向曝气量计算部73输出。在膜间压差上升速度Rn-1比膜间压差上升速度Rn小的情况下，进入曝气量确定步骤S6a，在膜间压差上升速度Rn-1比膜间压差上升速度Rn大的情况下，进入曝气量减少步骤S8a。
另外，在n＝第1次的情况下，由于不存在第n-1次计算出的曝气量减少前的膜间压差的变化量即膜间压差上升速度Rn-1，所以进入曝气量减少步骤S8a。
在曝气量确定步骤S6a中，曝气量计算部73将以规定量或规定的比例从与膜间压差上升速度Rn对应地记录于记录部71的曝气量增加后的曝气量作为目标曝气量进行计算。即，在n＝2的情况下，在曝气量确定步骤S6a中，曝气量计算部73计算以规定量或规定的比例从第2目标曝气量Q2增加后的第3目标曝气量Q3。
在曝气步骤S7a中，曝气量控制部74执行目标曝气量Qn下的曝气。
在曝气量减少步骤S8a中，曝气量计算部73计算以规定量或规定的比例从第1目标曝气量Q1减少后的曝气量即第2目标曝气量Q2。即，在n＝2的情况下，计算以规定量或规定的比例从第2目标曝气量Q2减少后的第3目标曝气量Q3。
在加法步骤S9a中，控制装置7使n加1而作为n＝n+1，返回到曝气步骤S2a。
接着，说明膜间压差的每单位时间的变化量与曝气量的关系。
本发明人进行了深入研究，结果发现，在膜间压差的每单位时间的变化量与曝气量之间，图4那样的关系成立。
图4是表示膜间压差与曝气量的关系的说明图。纵轴表示膜间压差(kPa)，横轴表示过滤时间(T)。图4的各线表示曝气量的不同，Q2、Q3及Q4是以一定的量或一定的比例从Q1逐渐减少后的曝气量。曝气量的大小为Q1>Q2>Q3>Q4的关系。如图4所示，膜间压差上升速度在Q1、Q2以及Q3中没有大的差，在Q4中急剧增加。即，如图4所示可知，若曝气量变小，则膜间压差的每单位时间的变化量(膜间压差上升速度)急剧增加。以下，将膜间压差的每单位时间的变化量(膜间压差上升速度)急剧增加的点作为变化点。
根据图4可知，即使执行比变化点大的曝气量下的曝气，膜间压差上升速度也仅能够稍微降低。即，通过执行变化点处的曝气，与执行比变化点大的曝气量下的曝气的情况相比，膜间压差上升速度稍微上升，但曝气所需的能量成本与清洗等的运转成本相比大得多，因此曝气量控制系统的总运转成本降低。
在图3所示的控制流程中，曝气量控制系统100在第1膜间压差上升速度R1比第2膜间压差上升速度R2大的情况下，计算比第2目标曝气量Q2小的值作为第3目标曝气量Q3，在第1膜间压差上升速度R1比第2膜间压差上升速度R2小的情况下，计算比第2目标曝气量Q2大的值作为第3目标曝气量Q3。即，曝气量控制系统100能够通过图3所示的控制流程来执行变化点处的曝气。因此，曝气量控制系统100能够降低曝气量控制系统的总运转成本。
在图3所示的曝气量控制系统100的控制方法中，目标曝气步骤S7a是持续进行在曝气量确定步骤S6a中计算出的作为目标曝气量的变化点处的曝气的结构。将从图3所示的初始化步骤S1a到目标曝气步骤S7a为止的操作作为1次的变化点检测操作。在曝气量控制系统100的控制方法中，优选重复执行该变化点检测操作。也可以构成为，在曝气量控制系统100执行第2次的变化点检测操作的情况下，在目标曝气步骤S7a之后将预先设定的目标曝气量Q1变更为在曝气量确定步骤S6a中计算出的目标曝气量，使在曝气量减少步骤S8a中减少的曝气量的规定量或规定的比例比第1次的变化点检测操作时小，并返回到初始化步骤S1a。由于基于曝气量控制系统100的第2次的变化点检测操作使在曝气量减少步骤S8a中减少的曝气量的规定量或规定的比例比第1次的变化点检测操作时小，因此能够更详细地检测变化点。
图5是曝气量控制系统100的控制流程图。使用图5所示的控制流程图对曝气量控制系统100的曝气量控制方法的变形例进行说明。图3所示的控制流程是在变化量计算步骤S3a中计算膜间压差上升速度，但图5所示的控制流程是在变化量计算步骤S3b中计算膜间压差增加量而不是膜间压差上升速度的结构。
当曝气量控制系统100的过滤处理开始时，在初始化步骤S1b中，控制装置7初始化为n＝1。接着，在曝气步骤S2b中，曝气量计算部73作为第1目标曝气量，执行预先设定的曝气量Q1下的曝气。第1目标曝气量Q1作为能够抑制分离膜3的污染的曝气量而从妥当的范围采用任意的值。例如，设定曝气装置5的最大风量。
在变化量计算步骤S3b中，当从曝气步骤S2b开始起经过时间T时，曝气量计算部73向测量装置6输出变化量计算指令。测量装置6接收变化量计算指令而计算第1膜间压差增加量ΔP1。第1膜间压差增加量ΔP1的计算使用在压力测量部61中在曝气步骤S2b开始时测量出的膜间压差P1、和测量装置6在接收变化量计算指令时测量出的膜间压差P2，基于以下所示的式(2)进行计算。
ΔP1＝P2-P1…(2)
在记录步骤S4b中，记录部71将第1膜间压差增加量ΔP1及第1目标曝气量Q1相互关联地记录。
在变化量比较步骤S5b中，变化量比较部72对在记录于记录部71的变化量计算步骤S3b中第n-1次计算出的曝气量减少前的膜间压差的变化量即膜间压差增加量ΔPn-1与在变化量计算步骤S3b中第n次计算出的曝气量减少后的膜间压差的变化量即膜间压差增加量ΔPn进行比较。即，在变化量比较步骤S5b中，在n＝2的情况下，对第1膜间压差增加量ΔP1与第2膜间压差增加量ΔP2进行比较。变化量比较部72计算曝气量计算指令，并将计算出的曝气量计算指令向曝气量计算部73输出。在膜间压差增加量ΔPn-1小于膜间压差增加量ΔPn的情况下，进入曝气量确定步骤S6b，在膜间压差增加量ΔPn-1大于膜间压差增加量ΔPn的情况下，进入曝气量减少步骤S8b。
另外，在n＝第1次的情况下，由于不存在第n-1次计算出的曝气量减少前的膜间压差的变化量即膜间压差增加量ΔPn-1，所以进入曝气量减少步骤S8b。
在曝气量确定步骤S6b中，曝气量计算部73将以规定量或规定的比例从与膜间压差增加量ΔPn对应地记录于记录部71的曝气量增加后的曝气量作为目标曝气量Qn进行计算。即，在n＝2的情况下，计算以规定量或规定的比例从第2目标曝气量Q2增加后的第3目标曝气量Q3。
在目标曝气步骤S7b中，曝气量控制部74执行目标曝气量Qn下的曝气。
在曝气量减少步骤S8b中，曝气量计算部73计算以规定量或规定的比例从第1目标曝气量Q1减少后的曝气量即第2目标曝气量Q2。即，在n＝2的情况下，计算以规定量或规定的比例从第2目标曝气量Q2减少后的第3目标曝气量Q3。
在加法步骤S9b中，控制装置7使n加1而作为n＝n+1，返回到曝气步骤S2b。
实施方式1的曝气量控制系统基于目标曝气量对储存被处理水的膜分离槽内的分离膜进行曝气，其特征在于，具备：控制装置，将第1目标曝气量确定为目标曝气量，确定第1目标曝气量后将第2目标曝气量确定为目标曝气量；曝气装置，基于控制装置所确定的目标曝气量供给气体而进行曝气；以及测量装置，测量分离膜的膜间压差相对于曝气装置供给的气体的变化量，在测量装置计算出的、曝气装置进行基于第1目标曝气量的曝气的期间的分离膜的膜间压差的第1变化量大于测量装置计算出的、曝气装置进行基于第2目标曝气量的曝气的期间的分离膜的膜间压差的第2变化量的情况下，控制装置将比第2目标曝气量小的值确定为第3目标曝气量。
根据以上的结构，在实施方式1的曝气量控制系统100中，能够通过曝气量的目标值增减来降低曝气所需的能量成本，能够降低曝气量控制系统的总运转成本。
实施方式1的曝气量控制方法，在基于目标曝气量对储存被处理水的膜分离槽内的分离膜进行曝气的曝气量控制系统中，其特征在于，具备：曝气量确定步骤，将第1目标曝气量确定为目标曝气量，确定第1目标曝气量后，将第2目标曝气量确定为目标曝气量；曝气步骤，基于通过曝气量确定步骤所确定的目标曝气量供给气体而进行曝气；以及变化量计算步骤，计算分离膜的膜间压差相对于通过曝气步骤供给的气体的变化量，在测量装置计算出的、进行基于第1目标曝气量的曝气的期间的分离膜的膜间压差的第1变化量大于测量装置计算出的、进行基于第2目标曝气量的曝气的期间的分离膜的膜间压差的第2变化量的情况下，将比第2目标曝气量小的值确定为第3目标曝气量。
根据以上的结构，在实施方式1的曝气量控制系统100的曝气量控制方法中，能够通过曝气量的目标值增减来降低曝气所需的能量成本，能够降低曝气量控制系统的总运转成本。
实施方式2
对本发明的实施方式2的曝气量控制系统200的结构进行说明。另外，对于与实施方式1相同或对应的结构，省略其说明，仅对结构不同的部分进行说明。
图6是曝气量控制系统200的结构图。曝气量控制系统200分别设置有多个分离膜3、过滤泵4、曝气管51、气体供给部52、压力测量部61和变化量计算部62。另外，对具有相同功能的部分赋予相同的数字，并在附图标记的后面赋予a、b。另外，其他的结构与实施方式1相同，对相同或相当的部分标注相同的附图标记并省略说明。另外，将在附图标记的后面赋予a的过滤系统作为过滤系统a，将在附图标记后面赋予b的过滤系统作为过滤系统b。
变化量计算部62a、62b在同一时刻分别计算各系统中的膜间压差的每单位时间的变化量。
记录部71与变化量计算部62a、62b以及曝气量控制部74连接。记录部71将由变化量计算部62a计算出的膜间压差的每单位时间的变化量与由变化量计算部62a计算出膜间压差的每单位时间的变化量的时刻的由曝气量控制部74进行曝气控制的过滤系统a的曝气量相互关联地记录。另外，记录部71将由变化量计算部62b计算出的膜间压差的每单位时间的变化量与由变化量计算部62b计算出膜间压差的每单位时间的变化量的时刻的由曝气量控制部74进行曝气控制的过滤系统b的曝气量相互关联地记录。
变化量比较部72比较在过滤系统a中计算出的每单位时间的变化量即第1系统a变化量相对于在过滤系统b中在与过滤系统a相同的时刻计算出的膜间压差的每单位时间的变化量即第1系统b变化量是否小于阈值。变化量比较部72计算曝气量计算指令，并将计算出的曝气量计算指令向曝气量计算部73输出。所谓曝气量计算指令，是指用于供曝气量计算部73计算曝气量的、包含变化量比较部72的变化量的比较结果在内的信息。用于供变化量比较部72进行比较的阈值是根据适应的曝气量控制系统而被确定的值。
曝气量计算部73基于接收到的曝气量计算指令计算曝气装置5a、5b的目标曝气量，并将目标曝气量向曝气量控制部74输出。曝气量计算部73在变化量比较部72的比较结果小于阈值的情况下，曝气装置5a的目标曝气量设为以规定量或规定的比例从第1系统a变化量减少后的曝气量，曝气装置5b的曝气量不变更。曝气量计算部73在变化量比较部72的比较结果为阈值以上的情况下，将曝气装置5a及曝气装置5b的目标曝气量设为以规定量或规定比例从第1系统a变化量增加后的曝气量。
曝气量控制部74分别控制基于气体供给部52a、52b的空气的供给，以使曝气装置5a、5b的曝气量成为由曝气量计算部73分别确定的目标曝气量。
图7是曝气量控制系统200的控制流程图。使用图7所示的控制流程图对曝气量控制系统200的曝气量控制方法进行说明。
当曝气量控制系统200的过滤处理开始时，在初始化步骤S1c中，控制装置7初始化为n＝1。接着，在曝气步骤S2c中，控制装置7在过滤系统a中执行作为第1系统a目标曝气量而预先设定的目标曝气量Qa1下的曝气，在过滤系统b中执行作为第1系统b目标曝气量而预先设定的曝气量Qb下的曝气。曝气量Qa1、Qb作为能够抑制分离膜3的污染的曝气量而从妥当的范围采用任意的值。预先设定的曝气量Qa1、Qb是相同的值，例如设定曝气装置5a、5b的最大风量。
当从曝气步骤S2c开始起经过时间T时，在变化量计算步骤S3c中，变化量计算部62a计算第1系统a膜间压差上升速度Ra1，变化量计算部62b计算第1系统b膜间压差上升速度Rb1。第1系统a膜间压差上升速度Ra1以及第1系统b膜间压差上升速度Rb1的计算在各过滤系统中基于式(1)计算。
在记录步骤S4c中，记录部71将曝气量Qa1、第1系统a膜间压差上升速度Ra1以及第1系统b膜间压差上升速度Rb1相互关联地记录。
在变化量比较步骤S5c中，变化量比较部72在曝气量计算步骤S3c中，判定在过滤系统a中第n次计算出的膜间压差上升速度Ran相对于在过滤系统b中第n次计算出的膜间压差上升速度Rbn的比例是否为阈值以上。变化量比较部72计算曝气量计算指令，并将计算出的曝气量计算指令向曝气量计算部73输出。在膜间压差上升速度Ran相对于膜间压差上升速度Rbn为阈值以上的情况下，进入曝气量确定步骤S6c，在膜间压差上升速度Ran相对于膜间压差上升速度Rbn小于阈值的情况下，进入曝气量减少步骤S8c。
另外，在n＝第1次的情况下，由于预先设定的曝气量Qa1、Qb是相同的值，所以第1系统a膜间压差上升速度Ra1以及第1系统b膜间压差上升速度Rb1的差不存在，进入曝气量减少步骤S8c。
在曝气量确定步骤S6c中，曝气量计算部73将以规定量或规定的比例从与膜间压差上升速度Ran对应地记录于记录部71的曝气量增加后的曝气量作为过滤系统a和过滤系统b的目标曝气量Qn进行计算。
在曝气步骤S7c中，曝气量控制部74在过滤系统a及过滤系统b中执行目标曝气量Qn下的曝气。
在曝气量减少步骤S8c中，曝气量计算部73将以规定量或规定的比例从与膜间压差上升速度Ran对应地记录于记录部71的曝气量减少后的曝气量即第2目标曝气量Q2作为过滤系统a的目标曝气量进行计算。即，在n＝2的情况下，将以规定量或规定的比例从第2目标曝气量Q2减少后的第3目标曝气量Q3作为过滤系统a的目标曝气量进行计算。
在加法步骤S9c中，控制装置7使n加1而作为n＝n+1，返回到曝气步骤S2c。
另外，在图7所示的曝气量控制系统200的曝气量控制方法中，也可以计算膜间压差增加量而不是膜间压差上升速度。通过将图5所示的曝气量控制系统100的曝气量控制方法应用于图7所示的曝气量控制系统200的曝气量控制方法，在曝气量控制系统200中也能够基于膜间压差增加量执行控制。
实施方式2的曝气量控制系统，基于目标曝气量对储存被处理水的膜分离槽内的多个分离膜进行曝气，其特征在于，具备：控制装置，将第1目标曝气量确定为目标曝气量；曝气装置，基于控制装置所确定的目标曝气量供给气体而进行曝气；以及测量装置，分别测量多个分离膜的膜间压差相对于曝气装置所供给的气体的变化量，在测量装置计算出的、曝气装置进行基于第1目标曝气量的曝气的期间的多个分离膜分别对应的各第1变化量的差小于阈值的情况下，控制装置将比第1目标曝气量小的值确定为第2目标曝气量。
根据以上的结构，实施方式2的曝气量控制系统200能够从设置有多个的分离膜中使用一个分离膜来执行曝气量的控制，因此不需要使针对控制中使用的分离膜以外的分离膜的曝气量变化，能够抑制控制所使用的分离膜以外的分离膜的污染并且通过曝气量的目标值增减来降低曝气所需的能量成本，能够降低曝气量控制系统的总运转成本。
实施方式3
对本发明的实施方式3的曝气量控制系统300的结构进行说明。另外，对于与实施方式1相同或对应的结构，省略其说明，仅对结构不同的部分进行说明。
图8是曝气量控制系统300的结构图。曝气量控制系统300具备获取并存储被处理水信息的信息获取装置31。信息获取装置31由获取被处理水信息的被处理水信息获取部311和存储被处理水信息的存储介质312构成。
被处理水信息获取部311获取例如膜分离槽2中的被处理水1的水温、MLSS(MixedLiquor Suspended Solid：混合液悬浮固体)浓度、被处理水1的浊度、SS(SuspendedSolid：悬浮固体)浓度、分离膜3的过滤通量、被处理水1中的有机物浓度等作为被处理水信息。
膜分离槽2中的被处理水1的水温通过在膜分离槽2中设置水温传感器进行测量。另外，膜分离槽2中的被处理水1的水温也可以通过向水温传感器供给被处理水1来进行测量。
被处理水1的浊度、MLSS浓度及SS浓度通过在膜分离槽2中设置MLSS浓度传感器或浊度计等来测量。另外，被处理水1的浊度、MLSS浓度及SS浓度也可以通过将被处理水1供给到MLSS浓度传感器或浊度计等来进行测量。另外，也可以采取被处理水1，通过手动分析来测量MLSS浓度、SS浓度、浊度等。
分离膜3的过滤通量通过在过滤水配管设置流量传感器来测量。过滤通量能够通过测量一定时间的过滤水量并计算流量，且将流量值除以分离膜3的膜面积来测量。
被处理水1中的有机物浓度等通过在膜分离槽2内浸渍总有机碳浓度计、紫外线吸光度计、荧光强度计等有机物浓度传感器来进行测量。另外，被处理水1中的有机物浓度等也可以将膜分离槽2内的被处理水1供给到有机物浓度传感器进行测量。即，水中的有机物只要能够使用总有机碳浓度计、紫外线吸光度计、荧光强度计等直接或间接地测量即可。
存储介质312将在被处理水信息获取部311中获取的被处理水信息和记录于记录部71的曝气量信息相互关联地进行存储。
水温越低则水的粘性越高，因此膜间压差的每单位时间的变化量越大。另外，若MLSS浓度、SS浓度、浊度等变高，则分离膜3容易堵塞，因此膜间压差的每单位时间的变化量变大。另外，过滤通量越大，水透过分离膜3的速度越大，分离膜3越容易堵塞，因此膜间压差的每单位时间的变化量越大。作为被处理水1的有机物指标，例如通过测量UV(Ultraviolet：紫外线)、TOC(Total Organic Carbon：总有机碳量)、COD(Chemical OxygenDemand：化学需氧量)、BOD(Biochemical Oxygen Demand：生化需氧量)、腐殖酸浓度、糖浓度、蛋白质浓度等，能够准确地测量成为分离膜3的堵塞的原因的有机物。
接着，对实施方式3的曝气量控制系统300的动作进行说明。另外，对于与实施方式1相同或对应的结构，省略其说明，仅对结构不同的部分进行说明。
通过存储介质312将在被处理水信息获取部311中获取的被处理水信息与存储在记录部71中的曝气量信息相互关联地进行存储，曝气量控制系统300生成数据库。
另外，信息获取装置31也可以具有：判定被处理水1的状态大幅变化的功能；以及将变化了的被处理水信息与存储在所生成的数据库中的被处理水信息进行对照，推定被处理水1的状态大幅变化的时刻的适当的曝气量，设定为目标曝气量的功能。
在信息获取装置31具有上述的功能的情况下，曝气量控制系统300在膜分离槽2中的被处理水1的状态大幅变化的情况下，将变化了的被处理水信息与存储在所生成的数据库中的被处理水信息进行对照，能够推定被处理水1的状态大幅变化的时刻的适当的曝气量，并设定为目标曝气量。
另外，即使在与被处理水1的状态大幅变化的时刻的被处理水1的状态对应的数据未存储在数据库中的情况下，也能够根据存储在数据库中的数据来推定在被处理水的状态大幅变化的时刻的被处理水1的状态下适当的曝气量。例如，数据库具有分别与水温10℃和水温30℃对应的数据，在被处理水1的状态大幅变化的时刻的被处理水1的水温为20℃的情况下，能够将分别与水温10℃和水温30℃对应的数据的曝气量的平均值推定为适当的曝气量。
并且，通过随着曝气量控制系统300的运转更新数据库，能够生成更详细的数据库。
实施方式3的曝气量控制系统300具有：被处理水信息获取部，获取膜分离槽内的被处理水的被处理水信息；以及存储介质，将被处理水信息、控制装置计算出的目标曝气量和测量装置测量出的膜间压差的变化量相互关联地进行存储。
通过以上的结构，实施方式3的曝气量控制系统300即使在膜分离槽2中的被处理水1的状态大幅变化的情况下，也能够使用存储在数据库中的数据快速地计算目标曝气量。
本发明并不限定于在实施方式1～3中说明的形状，在发明的范围内，能够自由地组合各实施方式、适当地对各实施方式进行变形、省略。
如上所述，对本发明的实施方式进行了说明，但应该认为本次公开的实施方式在所有方面都是例示，而不是限制性的。本发明的权利范围由权利要求书示出，意在包括与权利要求书等同的意思及范围的所有变更。
附图标记说明
100、200、300曝气量控制系统、
1被处理水、2膜分离槽、3分离膜、4过滤泵、5曝气装置、6测量装置、7控制装置、
31信息获取装置、
51曝气管、52气体供给部、
61压力测量部、62变化量计算部、
71记录部、72变化量比较部、73曝气量计算部、74曝气量控制部、
311被处理水信息获取部、312存储介质、
1000a、1000b CPU、1001a、1001b存储器。

Claims (10)

1.一种曝气量控制系统，基于目标曝气量对储存被处理水的膜分离槽内的分离膜进行曝气，其特征在于，
该曝气量控制系统具备：
控制装置，将第1目标曝气量确定为所述目标曝气量，在确定了所述第1目标曝气量后，将第2目标曝气量确定为所述目标曝气量；
曝气装置，基于所述控制装置确定了的所述目标曝气量供给气体而进行所述曝气；以及
测量装置，计算所述分离膜的膜间压差相对于所述曝气装置供给的所述气体的变化量，
在相对于所述曝气装置基于所述第1目标曝气量而进行的所述曝气所述测量装置计算出的所述分离膜的膜间压差的第1变化量比相对于所述曝气装置基于所述第2目标曝气量而进行的所述曝气所述测量装置计算出的所述分离膜的膜间压差的第2变化量大的情况下，所述控制装置将比所述第2目标曝气量小的值确定为第3目标曝气量。
2.根据权利要求1所述的曝气量控制系统，其特征在于，
在所述第1变化量比所述第2变化量小的情况下，所述控制装置将比所述第2目标曝气量大的值确定为所述第3目标曝气量。
3.根据权利要求1或2所述的曝气量控制系统，其特征在于，
该曝气量控制系统具备信息获取装置，该信息获取装置具有：
被处理水信息获取部，获取所述膜分离槽内的被处理水信息；以及
存储介质，将所述被处理水信息、所述控制装置确定了的目标曝气量和所述测量装置计算出的膜间压差的变化量相互关联地进行存储。
4.一种曝气量控制系统，基于目标曝气量对储存被处理水的膜分离槽内的多个分离膜进行曝气，其特征在于，
该曝气量控制系统具备：
控制装置，将第1目标曝气量确定为所述目标曝气量；
曝气装置，基于所述控制装置确定了的所述目标曝气量供给气体而进行所述曝气；以及
测量装置，分别计算所述多个分离膜的膜间压差相对于所述曝气装置供给的所述气体的变化量，
在所述测量装置计算出的、所述曝气装置进行基于所述第1目标曝气量的所述曝气的期间的所述多个分离膜各自的膜间压差对应的各第1变化量彼此的差小于阈值的情况下，所述控制装置将比所述第1目标曝气量小的值确定为第2目标曝气量，所述阈值是根据适应的曝气量控制系统而被确定的值。
5.根据权利要求4所述的曝气量控制系统，其特征在于，
在所述各第1变化量彼此的差为阈值以上的情况下，所述控制装置将比所述第1目标曝气量大的值确定为第2目标曝气量。
6.根据权利要求4或5所述的曝气量控制系统，其特征在于，
该曝气量控制系统具备信息获取装置，该信息获取装置具有：
被处理水信息获取部，获取所述膜分离槽内的被处理水信息；以及
存储介质，将所述被处理水信息、所述控制装置确定了的目标曝气量和所述测量装置计算出的膜间压差的变化量相互关联地进行存储。
7.一种曝气量控制方法，基于目标曝气量对储存被处理水的膜分离槽内的分离膜进行曝气，其特征在于，
该曝气量控制方法具备：
曝气量确定步骤，将第1目标曝气量确定为所述目标曝气量，在确定了所述第1目标曝气量后，将第2目标曝气量确定为所述目标曝气量；
曝气步骤，基于通过所述曝气量确定步骤确定了的所述目标曝气量供给气体而进行所述曝气；以及
变化量计算步骤，计算所述分离膜的膜间压差相对于通过所述曝气步骤供给的所述气体的变化量，
在相对于基于所述第1目标曝气量而进行的所述曝气计算出的所述分离膜的膜间压差的第1变化量比相对于基于所述第2目标曝气量而进行的所述曝气计算出的所述分离膜的膜间压差的第2变化量大的情况下，将比所述第2目标曝气量小的值确定为第3目标曝气量。
8.根据权利要求7所述的曝气量控制方法，其特征在于，
在所述第1变化量比所述第2变化量小的情况下，将比所述第2目标曝气量大的值确定为所述第3目标曝气量。
9.一种曝气量控制方法，基于目标曝气量对储存被处理水的膜分离槽内的多个分离膜进行曝气，其特征在于，
该曝气量控制方法具备：
曝气量确定步骤，将第1目标曝气量确定为所述目标曝气量；
曝气步骤，基于通过所述曝气量确定步骤确定了的所述目标曝气量供给气体而进行所述曝气；以及
变化量计算步骤，分别计算所述多个分离膜的膜间压差相对于通过所述曝气步骤供给的所述气体的变化量，
在进行基于所述第1目标曝气量的所述曝气的期间的所述多个分离膜各自的膜间压差对应的各第1变化量彼此的差小于阈值的情况下，将比所述第1目标曝气量小的值确定为第2目标曝气量，所述阈值是根据适应的曝气量控制系统而被确定的值。
10.根据权利要求9所述的曝气量控制方法，其特征在于，
在所述各第1变化量彼此的差为阈值以上的情况下，将比所述第1目标曝气量大的值确定为所述第2目标曝气量。
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