JP2006021093A - 膜ろ過処理装置の運転支援装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】膜ろ過処理装置10からの現状運転情報11と、インタフェイス13からの計画水量情報14を取り込み、膜ろ過処理費低減運転操作量算出手段15により、膜ろ過処理装置推奨運転捜査量情報18とその膜ろ過処理費情報16を算出する。算出手段15では全流量ろ過を対象としたルースのモデルを用い、ろ過時の膜間差圧Pfに対する単位時間あたりのろ過流量を計算し、これより加圧ポンプで消費されるろ過電力Wfを求め、また逆洗時の逆洗ポンプの消費電力Wbを求める。ろ過工程と逆洗工程からなる1サイクルの実ろ過流量を得るのに必要な電力量Uは∫Wf+∫Wbとなる。算出手段15には電力料金を評価指標としたろ過時間、逆洗時間等の最適解探索アルゴリズムを備えている。
【選択図】 図1
Description
(第1の実施の形態)
図1は本発明の第1の実施の形態による膜ろ過処理装置の運転支援装置の構成で、膜ろ過処理装置の現状運転情報に基づいた計算により、膜ろ過処理装置の運転を支援する装置の機能ブロック図を示す。
dVf/dt=A2・k・Pf/(c・μ・(Vf+V0)) …(1)
Vf=∫(dVf/dt) …(2)
ここで、Vf:ろ過開始後のろ液総量、A:膜面積、k:抵抗係数、Pf:ろ過時の膜間差圧、c:単位ろ液量に対するケーク比率、μ:水の粘性係数、V0:ろ過定数である。
Wf=k2・Pfp・(dVf/dt)=k2・(Pf+Pf')・(dVf/dt) …(3)
ただし、K2:比例定数である。
dVb/dt=A2・k3・Pb/(c・μ・(Vfsum−Vb−V0)) …(4)
Vb=∫(dVb/dt) …(5)
ここで、Vb:逆洗開始後の逆洗水総量、k3:逆洗時抵抗係数、Pb:逆洗時の膜間差圧、Vfsum:逆洗開始直前のろ液総量である。
Wb=k4・Pbp・(dVb/dt)=k4・(Pb+Pb')・(dVb/dt) …(6)
ここで、k4:比例定数、Pbp:逆洗ポンプの吐出圧力、Pb': 配管や揚程差など膜間差圧以外の逆洗時圧力損失である。
Co=U・g(t) …(10)
ここで、g(t):電力量料金単価である。
(第2の実施の形態)
図3は本発明の第2の実施形態による膜ろ過処理装置の運転支援装置の構成で、原水水質情報に基づいた計算を実施し、適正に運転支援する装置の機能ブロック図である。
c=k5・Tu0 …(11)
あるいは、膜ろ過水の濁度をTufとすると式(12)で示され,この方がより正確である。
c=k5・(Tu0−Tuf) (12)
紫外線吸光度E260で計測した有機物濃度指標や溶解性Mn濃度との相関関係を使い、同様にcの値を推算することも良い。これ以外の水質項目や水温、pHなどによってもcの値が異なることもあるが、その場合には係数k5の同定で対応可能である。式(1)におけるこれ以外のパラメータである抵抗係数kとろ過定数V0は、理論的には原水水質に依存しないため、膜ろ過処理装置10の運転開始時あるいは膜モジュール交換時に決定することができる。これらの値は膜パラメータインターフェイス23から膜ろ過処理費低減運転操作量算出手段15に与えられる。
(第3の実施の形態)
図4は本発明の第3の実施による膜ろ過処理装置の運転支援装置の構成で、膜ろ過処理装置の現状運転情報及び原水水質情報に基づいた運転支援装置の機能ブロック図である。
(第4の実施の形態)
図5は本発明の第4の実施形態による膜ろ過処理装置の運転支援装置の構成で、現状運転情報、原水水質情報及びメンテナンス情報に基づいた運転支援装置の機能ブロック図を示す。
・薬品洗浄頻度:xヶ月に1回
・薬品洗浄コスト:xxx万円/回
・膜モジュール交換時期:x年経過後
・膜モジュール交換コスト:xxx万円/回
膜ろ過水の単位量を得るために必要な電力量料金Coに加えて、薬品洗浄コストと膜モジュール交換コストを考慮した運転維持管理コストCo_totalは式(13)で示される。
Co_total=Co+Co_chem・(tf+tb)/Tchem+Co_chg・(tf+tb)/Tchg …(13)
ここで、Co_chem:薬品洗浄コスト、Tchem:薬品洗浄間隔、Co_chg:膜モジュール交換コスト、Tchg:膜モジュール交換間隔である。
(第5の実施の形態)
図6は本発明の第5の実施形態による膜ろ過処理装置の運転支援装置の構成で、現状運転情報、原水水質情報及びメンテナンス情報に基づいた計算により、膜ろ過処理装置の運転を支援するとともに、薬品洗浄時期を表示する装置の機能ブロック図を示す。
・薬品洗浄時期:逆洗工程直後の膜間差圧が所定の値以上となった場合
・薬品購入+廃液処理コスト:xxx万円/回
逆洗直後の膜間差圧に基づいて薬品洗浄を実施する場合には、逆洗直後の膜間差圧ができるだけ上昇しないようにろ過および逆洗運転を実施することで薬品洗浄頻度を低減でき、薬品洗浄コストを抑制することが可能となる。
dVfb/dt=A2・k7・Pfb/(c'・μ・(Vfsum+V0)) …(14)
Vfsum=∫(dVf/dt) (15)
ここで、Vfb:逆洗直後のろ過流量、A:膜面積、k7:抵抗係数、Pfb:逆洗直後の膜間差圧、c':単位ろ液量に対する強付着性ケーク比率、μ:水の粘性係数、Vfsum:前回薬品洗浄後のろ液総量、V0:ろ過定数である。
Co_pow_chem=Co+Co_chem・(tf+tb)/Tchem …(16)
運転維持管理コストCo_pow_chemの値は、ろ過時間tfおよび逆洗時間tbによって値が変動する。経済性の面から、この値は小さいことが望ましい。
(第6の実施の形態)
図8は本発明の第6の実施形態による膜ろ過処理装置の運転支援装置の構成で、現状運転情報、原水水質情報及びメンテナンス情報に基づいた計算により、膜ろ過処理装置の運転を支援するとともに、薬品洗浄時期と膜交換時期を表示する装置の機能ブロック図を示す。
・膜モジュール交換時期:薬品洗浄直後の膜間差圧が所定の値以上となった場合
・膜モジュール交換コスト:xxx万円/回
薬品洗浄直後の膜間差圧に基づいて膜モジュールを交換する場合には、薬品洗浄直後の膜間差圧ができるだけ上昇しないようにろ過・逆洗運転を実施することで膜モジュール交換頻度を低減でき、膜モジュール交換コストを抑制することが可能となる。
dVf_chem/dt=A2・k8・Pf_chem/(c''・μ・(Vf_total + V0)) …(17)
Vf_total=∫(dVf/dt) …(18)
ここで、Vf_chem:薬品洗浄直後のろ過流量、A:膜面積、k8:抵抗係数、Pf_chem:薬品洗浄直後の膜間差圧、c'':単位ろ液量に対する耐薬品性ケーク比率、μ:水の粘性係数、Vf_total:膜モジュール使用開始後のろ液総量、V0:ろ過定数である。
Co_total=Co+Co_chem・(tf+tb)/Tchem+Co_chg・(tf+tb)/Tchg …(19)
ここで、Co_chem:薬品洗浄コスト、Tchem:薬品洗浄頻度、Co_chg:膜モジュール交換コスト、Tchg:膜モジュール交換頻度である。
(第7の実施の形態)
図10は本発明の第7の実施形態を示す膜ろ過処理装置の運転支援装置の構成で、現状運転情報と前処理装置原水水質情報に基づいた計算により、膜ろ過処理装置とその前段の前処理装置の運転を支援する装置の機能ブロック図を示す。
(第8の実施の形態)
図11は本発明の第8の実施形態による膜ろ過処理装置の運転支援装置の構成で、現状運転情報と凝集沈殿処理装置の原水水質情報に基づいた計算により、膜ろ過処理装置および前段の凝集沈殿処理装置の運転を支援する装置の機能ブロック図を示す。
Claims (8)
- 原水をろ過する膜ろ過処理装置の運転制御を支援する運転支援装置において、
前記膜ろ過処理装置の膜間差圧とろ過流量とを含む膜ろ過処理装置現状運転情報を取り込む膜ろ過処理装置現状運転情報インタフェイスと、
予め与えられる計画水量情報を取り込む計画水量情報インタフェイスと、
ろ過時の膜間差圧の過去からの上昇比率またはろ過流量の過去からの減少比率、および前記計画水量情報に基づき、少なくとも逆洗時間とろ過時間とを含んだ膜ろ過処理装置推奨運転操作量を計算し、さらに前記膜ろ過処理装置推奨運転操作量のときの膜ろ過処理装置の運転費用である膜ろ過処理費情報を計算する膜ろ過処理費低減運転操作量算出手段と、
前記膜ろ過処理費情報及び前記膜ろ過処理装置推奨運転操作量を画面に表示する表示装置と、
を備えたことを特徴とする膜ろ過処理装置の運転支援装置。 - 原水をろ過する膜ろ過処理装置の運転制御を支援する運転支援装置において、
原水の濁度あるいは紫外線吸光度を含む膜ろ過処理装置流入原水水質情報を取り込む膜ろ過処理原水水質情報インタフェイスと、
予め与えられる計画水量情報を取り込む計画水量情報インタフェイスと、
予め与えられる膜の抵抗係数とろ過係数を取り込む膜パラメータインターフェイスと、
前記濁度あるいは前記紫外線吸光度と、前記計画水量情報とに基づいて、前記濁度あるいは前記紫外線吸光度の関数で求まるケーク比率に基づき計算される逆洗時間とろ過時間とを少なくとも含む膜ろ過処理装置推奨運転操作量を計算し、さらに前記膜ろ過処理装置推奨運転操作量のときの膜ろ過処理装置の運転費用である膜ろ過処理費情報を計算する膜ろ過処理費低減運転操作量算出手段と、
前記膜ろ過処理費情報及び前記膜ろ過処理装置推奨運転操作量を表示する表示装置と、
を備えたことを特徴とする膜ろ過処理装置の運転支援装置。 - 原水をろ過する膜ろ過処理装置の運転制御を支援する運転支援装置において、
原水の濁度あるいは紫外線吸光度を含む膜ろ過処理装置流入原水水質情報を取り込む膜ろ過処理原水水質情報インタフェイスと、
予め与えられる計画水量情報を取り込む計画水量情報インタフェイスと、
予め与えられる膜の抵抗係数とろ過係数を取り込む膜パラメータインターフェイスと、
前記膜ろ過処理装置の膜間差圧情報とろ過流量情報とを含む膜ろ過処理装置現状運転情報を取り込む膜ろ過処理装置現状運転情報インタフェイスを備え、
ろ過時の膜間差圧の過去からの上昇比率またはろ過流量の過去からの減少比率と、前記濁度あるいは前記紫外線吸光度と、前記計画水量情報とに基づいて、前記濁度あるいは前記紫外線吸光度の関数で求まるケーク比率に基づき計算される逆洗時間とろ過時間とを少なくとも含む膜ろ過処理装置推奨運転操作量を計算し、さらに前記膜ろ過処理装置推奨運転操作量のときの膜ろ過処理装置の運転費用である膜ろ過処理費情報を計算する膜ろ過処理費低減運転操作量算出手段と、
前記膜ろ過処理費情報及び前記膜ろ過処理装置推奨運転操作量を表示する表示装置と、
を備えたことを特徴とする膜ろ過処理装置の運転支援装置。 - 請求項1乃至3の何れかにおいて、
薬品洗浄コストまたは膜モジュール交換コストを含んだ膜ろ過処理装置メンテナンス情報を取り込む膜ろ過処理装置メンテナンス情報インタフェイスを備え、
前記膜ろ過処理費低減運転操作量算出手段は、計算した膜ろ過処理装置推奨運転操作量と前記膜ろ過処理装置メンテナンス情報に基づいて、膜ろ過処理費情報を計算することを特徴とする膜ろ過処理装置の運転支援装置。 - 請求項1乃至4の何れかにおいて、
逆洗工程終了直後の膜間差圧の時間的変化をモデル化した連続関数を用いて、膜の薬品洗浄予測時期を計算する薬品洗浄時期予測手段を備え、
予測された薬品洗浄時期を画面に表示することを特徴とする膜ろ過処理装置の運転支援装置。 - 請求項1乃至5の何れかにおいて、
前記膜ろ過処理装置現状運転情報と前記計画水量情報に基づき、膜の交換予測時期を計算する膜交換時期予測手段を備え、
予測された交換予測時期を表示することを特徴とする膜ろ過処理装置の運転支援装置。 - 請求項1乃至6の何れかにおいて、
前記膜ろ過処理装置の前段に濁度を除去する性能を有する前処理装置を備えるものであって、
前記前処理装置への流入原水水質の情報を取り込む前処理装置原水水質情報インタフェイスと、
前記前処理装置の運転条件を設定する前処理装置運転条件設定手段と、
前記計画水量情報と前記前処理装置流入原水水質情報と前記前処理装置運転条件情報に基づき、前処理装置出口の水質と前処理装置による前処理費とを計算し、前記前処理装置出口の水質情報を前記膜ろ過処理原水水質情報インタフェイスに与える前処理装置水質・費用算出手段と、
前処理装置水質・費用算出手段で算出した前処理費と前記膜ろ過処理費の合計が最適値であるか判断し、最適値で無い場合には少なくとも前処理装置運転条件設定手段へ運転条件の設定を変更する前処理運転条件設定変更信号を出力する総合処理費判断手段を備え、
前記総合処理費判断手段で前記前処理費と前記膜ろ過処理費の合計が最適値であった場合に、前記前処理装置の運転操作量情報を前記表示装置に表示することを特徴とする膜ろ過処理装置の運転支援装置。 - 請求項1乃至6のいずれかにおいて、
前記膜ろ過処理装置の前段に凝集沈殿処理装置を備えるものであって、
前記凝集沈殿処理装置への流入原水水質の情報を取り込む凝集沈殿処理装置原水水質情報インタフェイスと、
前記凝集沈殿処理装置の運転条件を設定する凝集沈殿処理装置運転条件設定手段と、
前記計画水量情報と前記凝集沈殿処理装置流入原水水質情報と前記凝集沈殿処理装置運転条件情報に基づき、凝集沈殿処理装置出口の水質と凝集沈殿処理装置による処理費とを計算し、凝集沈殿処理装置出口の水質を膜ろ過処理原水水質情報インタフェイスに与える凝集沈殿処理装置水質・費用算出手段と、
前記凝集沈殿処理装置による処理費と前記膜ろ過処理費の合計が最適値であるか判断し、最適値で無い場合には、前記凝集沈殿処理装置運転条件設定手段へ運転条件の設定を変更する凝集沈殿処理運転条件設定変更信号を出力する総合処理費判断手段を備え、
前記総合処理費判断手段で凝集沈殿処装置の処理費と前記膜ろ過処理費の合計が最適値であった場合に、前記凝集沈殿処理装置の運転操作量情報を画面に表示することを特徴とする膜ろ過処理装置の運転支援装置。
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