JP2009195818A - 浄水膜ろ過設備の運転方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】
本発明は、原水や設備の運転状況に応じて膜ろ過設備の運転条件を適正化し、膜ろ過設備の運転状況を容易に把握できる浄水膜ろ過設備の運転方法を提供することにある。
【解決手段】
膜ろ過制御手段8は、原水水質計5で計測された原水濁度と、1次側の圧力計測手段6と2次側の圧力計測手段7で計測された膜差圧の計測値から、予め設定されている原水濁度毎の膜差圧とろ過時間の関係を元にろ過時間を設定し、原水濁度毎の膜差圧とろ過時間の関係を表示手段9に表示し、ろ過時間の現状値と過去値をプロットする。
【選択図】図1

Description

本発明は、原水に含まれる濁質や病原性原虫などの分離除去のために設置される膜ろ過処理装置を含んだ浄水を製造するための浄水膜ろ過設備の運転方法に関する。
濁質や病原性原虫を除去でき、維持管理が容易なため、浄水施設への膜ろ過装置の導入が増加している。ろ過に伴い膜モジュールの1次側に目詰まり物質が付着し、ろ過の抵抗となるので、所定量のろ過水量を維持するためには、膜ろ過制御手段は、ろ過圧力を増加させる。
そこで、膜ろ過制御手段は、定期的にろ過水を2次側から1次側に圧送する逆洗工程により、目詰まり物質を除去している。河川水を原水とする膜ろ過装置では、降雨などにより原水の水質が変動し、膜モジュールの目詰まり量が変化する。一定条件の逆洗工程では、ろ過時の目詰まり量の蓄積に洗浄が追いつかず、ろ過圧力、すなわち膜差圧が急激に増加する可能性がある。
このため、〔特許文献1〕,〔特許文献2〕に記載のように、原水水質や膜差圧に応じて、逆洗間隔すなわちろ過時間を変更する方法がある。
特開平11−319516号公報 特開2006−326472号公報
〔特許文献1〕,〔特許文献2〕に記載の方法では、自動でろ過時間が変更されるが、運転条件変更の履歴を表示する機能を備えていない。このため、運転員が容易に運転状況を把握できる仕組みになっておらず、確認作業に時間を要する恐れがある。
また、複数の膜モジュールを備えた膜ろ過施設では、建設費を削減するために、膜モジュールを1本ずつ順次逆洗して1つの逆洗手段の設置で済むような運転方式が採用される。この場合、ろ過時間の下限値は、逆洗する膜モジュールの本数、すなわち逆洗工程の数と、逆洗時間の積となる。膜モジュールの一部を稼動または休止すると、逆洗する膜モジュール数が変化し、ろ過時間の下限値が変化する。
〔特許文献1〕,〔特許文献2〕に記載の方法では、ろ過時間の下限値の設定や稼動中の膜モジュール数を考慮しておらず、ろ過時間が適正化できない恐れがある。
本発明の目的は、原水や設備の運転状況に応じて膜ろ過設備の運転条件を適正化できる浄水膜ろ過設備の運転方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、膜ろ過設備の運転状況を容易に把握できる浄水膜ろ過設備の運転方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は、原水をろ過する膜モジュールを含む膜ろ過手段と、前記膜モジュールの膜差圧を計測する膜差圧計測手段と原水の水質を計測する原水水質計測手段の少なくとも一方と、前記膜モジュールのろ過時間,ろ過流量,逆洗時間,逆洗流量を制御する膜ろ過制御手段とを備え、前記膜差圧計測手段と前記原水水質計測手段の少なくとも一方の計測値を指標に、前記ろ過時間を変更する浄水膜ろ過設備の運転方法であって、予め設定された計測値とろ過時間の関係を示す線図からろ過時間を求め、前記線図上に現状値と過去値を表示し、前記過去値から前記現状値への変化量に応じてプロットの色,プロットの形状,ガイダンスを表示するものである。
又、前記膜ろ過手段の上流に薬剤を注入する前処理手段を設け、前記膜ろ過制御手段は、前記変化量に応じて、該膜ろ過制御手段は、前記前処理手段の運転条件を変更するものである。
原水をろ過する膜モジュールを含む膜ろ過手段と、前記膜モジュールの膜差圧を計測する膜差圧計測手段と、原水の水質を計測する原水水質計測手段と、該膜モジュールのろ過時間,ろ過流量,逆洗時間,逆洗流量を制御する膜ろ過制御手段とを備え、前記膜差圧計測手段と前記原水水質計測手段の計測値を指標に前記ろ過時間を変更する浄水膜ろ過設備の運転方法であって、前記計測値と前記ろ過時間の関係を前記原水水質をパラメータとして示した線図からろ過時間を求め、前記線図上に現状値と過去値を表示するものである。また、前記過去値から現状値への変化量と変化方向に応じてプロットの色,プロットの形状,ガイダンスのうち、少なくとも1つ以上を変更して表示するものである。
又、前記膜ろ過手段の上流に薬剤を注入する前処理手段を設け、前記変化量と前記変化方向に応じて、前記膜ろ過制御手段が前記前処理手段の運転条件を変更するものである。
原水をろ過する複数の膜モジュールを含んだ膜ろ過手段と、前記膜モジュールのろ過時間,ろ過流量,逆洗時間,逆洗流量を制御する膜ろ過制御手段とを備え、順次前記膜モジュールを逆洗する浄水膜ろ過設備の運転方法であって、前記ろ過時間の下限値を稼動中の前記膜モジュール数と前記逆洗時間の積として表示するものである。
本発明によれば、原水の水質や膜差圧,膜モジュールの稼動数に応じて膜ろ過設備の運転条件を適正化できる。又、運転履歴を表示するため、膜ろ過設備の運転状況を容易に把握できる浄水設備の運転方法を提供できる。
本発明の各実施例を図面を用いて説明する。
図1は、本発明の実施例1である膜ろ過装置の構成図である。本実施例の膜ろ過装置は、河川などの表流水に代表される原水を浄化する浄化施設等に設置される。
膜モジュール1には、中空糸のMF膜(精密ろ過膜)やUF膜(限外ろ過膜)が組み込まれており、原水中の濁質や微粒子などを除去する。
膜モジュール1の上流側には、ろ過ポンプ2が設置され、ろ過ポンプ2は、膜モジュール1のろ過水量を変更できる。ろ過水は、膜モジュール1の下流側に設置されたろ過水タンク3に貯留され、膜モジュール1とろ過水タンク3との間に設置された逆洗ポンプ4によって膜モジュール1の2次側から逆洗水が供給され、膜面に蓄積した濁質などを剥離させる。剥離した濁質を含む懸濁液は、バルブ13付きの配管12から、逆洗排水として系外に排水される。
ろ過と逆洗の切り替えは、ろ過ポンプ2と逆洗ポンプ4の運転を切り替え、配管12に設けた弁13を閉から開に切り替える。ろ過ポンプ2の上流には、原水の水質を計測する原水水質計5が設置されている。原水水質計5は、濁度,有機物濃度,水温,pH,マンガン濃度,浮遊物質濃度などの1つ以上を計測する。ろ過ポンプ2と膜モジュール1の間には1次側の圧力計測手段6が、膜モジュール1とろ過水タンク3の間には2次側の圧力計測手段7が設置されている。原水水質計5,1次側の圧力計測手段6,2次側の圧力計測手段7での計測信号は、膜ろ過制御手段8に入力され、膜ろ過制御手段8は必要に応じて、1次側の圧力計測手段6と2次側の圧力計測手段7の差分から膜モジュール1の膜差圧を算出する。ここで、原水水質計5,1次側の圧力計測手段6,2次側の圧力計測手段7を膜差圧計測手段という。
膜ろ過制御手段8は、ろ過ポンプ2,逆洗ポンプ4の運転を制御する信号を出力し、ろ過水量,逆洗水量,ろ過時間,逆洗時間を変更する。膜ろ過制御手段8の入力信号や出力信号は表示手段9に入力され、ろ過時間や膜差圧,原水水質などが表示される。
次に、本実施例の上水膜ろ過設備の運転方法について説明する。膜ろ過制御手段8には、予めろ過時間と膜差圧または原水水質の関係が入力されており、表示手段9に表示される。一例として、ろ過時間と膜差圧の関係を図2に示す。図2では、ろ過時間と膜差圧の関係を示しているが、ろ過時間と原水水質の関係でもよい。また、横軸と縦軸は入替えてもよい。
図2に示す例では、ろ過時間は、膜差圧が30kPa以下では最大の100分となり、膜差圧が30kPaから100kPaまでは、膜差圧が増加するとろ過時間が短縮され、膜差圧が100kPa以上では、最小のろ過時間20分に設定されている。膜差圧を指標にする場合には、ろ過流束を変更しても膜差圧が変化するため、ろ過流束に応じてろ過時間と膜差圧の関係を変更するとよい。ろ過時間と膜差圧の関係は、直線近似でも曲線近似でも良い。
膜ろ過制御手段8は、膜差圧の情報から、膜差圧に対応するろ過時間を設定する。図2の線図上にプロットされている白丸は、現状の膜差圧とろ過時間の関係を示している。膜ろ過制御手段8は、膜差圧情報の更新を、例えば設定された時間、逆洗後のろ過再開時の膜差圧が安定している時点、逆洗直前に行う。
膜差圧の情報が更新されると、更新後に膜差圧が上昇し、プロットAとなったと仮定すると、膜ろ過制御手段8は、図2に示す関係にしたがって、ろ過時間を短縮する。ろ過時間が短縮されると、逆洗頻度が多くなるため、膜差圧の上昇を抑制できる。また、膜差圧が低下し、プロットBとなって場合は、膜ろ過制御手段8は、図2に示す関係にしたがって、ろ過時間を延長する。逆洗頻度が少なくなるので、ろ過水量を増加できる。
ここで、図2に示す白丸プロットを過去値、黒丸プロットを現状値と定義する。過去値から現状値への変化量が大きいと膜差圧の変動量が大きいことになり、原水水質が大きく変化していると推測される。そこで、膜ろ過制御手段8は、変化量の大きさに対応して、表示手段9に表示するプロット色,プロット形状,ガイダンスを変更する。ガイダンスは「膜差圧増加大」「膜差圧増加中」「膜差圧増加小」「膜差圧減少小」「膜差圧減少中」「膜差圧減少大」などである。このように、運転条件の履歴と膜差圧または原水水質と、ろ過時間の関係をまとめて表示しているので、運転員は設備の状態を把握しやすい。
なお、逆洗時間は一定でも、原水水質や膜差圧に応じて変更しても良い。変更する場合は膜差圧の増加で逆洗時間を増加させるとよい。ろ過時間の短縮や逆洗時間の増加は回収率や造水量を低下させる。そのため、逆洗排水を被処理水とした第2のろ過装置を備えることで回収率や造水量を回復できる。
本実施例によれば、原水の水質や膜差圧に応じて膜ろ過設備のろ過時間を適正化でき、又、運転履歴を表示するため膜ろ過設備の運転状況を容易に把握できる。
本発明の実施例2を図3に示す。実施例2は、実施例1と同様に構成されているが、本実施例では、図3に示すように、前処理タンク11が、原水水質計5とろ過ポンプ2の間に設置され、前処理手段10が、前処理タンク11に接続されている。
前処理手段10により、前処理タンク11に凝集剤などが注入され、前処理タンク11で原水と凝集剤とが混合される。前処理手段10の凝集剤の注入量は、膜ろ過制御手段8によって制御される。凝集剤の注入は、濁質の粒径を大きくし、凝集した濁質内に有機物などを取り込むため膜差圧を抑制する場合が多い。一方で、凝集剤の注入は、懸濁物質を増加させ排水処理での負担が増大するため、適正化が望まれる。
本実施例の上水膜ろ過設備の運転方法を説明する。膜ろ過制御手段8は、1次側の圧力計測手段6と2次側の圧力計測手段7の情報から膜差圧を算出し、図2に示す線図上に過去値と現状値をプロットして表示手段9で表示する。
過去値から現状値への変化量によって凝集剤注入率の増減量を制御する。例えば変化量を「増加大」「増加中」「増加小」「減少小」「減少中」「減少大」の6段階に分類し、「増加大」では凝集剤注入率を10mg/L、「増加中」では5mg/L、「増加小」では2mg/L増加させる。例えば、「減少大」では凝集剤注入率を10mg/L、「減少中」では5mg/L、「減少小」では2mg/L減少させる。このように、過去値から現状値への変化量、すなわち膜差圧の変動に応じて凝集剤注入率を変更でき、その状況を表示手段9で把握できる。
本実施例によれば、原水の水質や膜差圧に応じて前処理手段10の薬剤注入量を適正化でき、膜ろ過設備のろ過時間の変更履歴を表示するため、膜ろ過設備の運転状況を容易に把握できる。
図4に本発明の実施例4である運転方法を実施するための線図を示す。本実施例である図4に示す線図と図2の線図との違いは、本実施例では、原水水質によって膜差圧とろ過時間の関係を分類している点にある。なお、図4に示す線図では、原水水質として濁度を用いているが、浮遊物質濃度,有機物濃度,マンガン濃度などでも良い。実施例1と同様に、図4に示す線図が、表示手段9に表示される。
次に、膜ろ過制御手段8の運転方法について説明する。膜ろ過制御手段8は、原水水質計5から原水の濁度と、1次側の圧力計測手段6と2次側の圧力計測手段7から膜差圧の計測値を得る。得られた原水の濁度と膜差圧を図4に示す線図にプロットし、ろ過時間を決定する。
膜ろ過制御手段8は、設定された時間後に、原水水質計5から原水の濁度と、1次側の圧力計測手段6と2次側の圧力計測手段7から膜差圧の計測値を得る。更新後のプロットを現状値とし、得られた原水の濁度と膜差圧からろ過時間を更新する。図4では現状値を黒丸、過去値を白丸で示した。これらのプロットにより、白丸から黒丸へ原水濁度や膜差圧が変更し、運転条件が変更された履歴を示すことができる。
原水濁度が同じで膜差圧が増加した場合はプロットAとなり、ろ過時間が短縮され逆洗を増加できる。また、原水濁度が同じで膜差圧が減少した場合は、プロットEとなりろ過時間が延長される。膜差圧の低下は、逆洗が十分に効果があったと推測されるため、ろ過時間の延長が可能である。
膜差圧が同じで原水濁度が増加するとプロットBとなり、ろ過時間が短縮される。原水濁度の増加により目詰まりが進行することが予想される。ろ過時間を短縮することで膜差圧の増加を防止できる。膜差圧が同じで原水濁度が低下するとプロットFとなり、ろ過時間が延長される。原水濁度の低下により目詰まり物質が低減したので、ろ過時間の延長が可能と判断できる。
膜差圧と原水濁度の両方が増加するとプロットCとなり、ろ過時間をプロットAやプロットBに比べ短縮でき、逆洗による洗浄を強化できる。膜差圧と原水濁度の両方が低下するとプロットGとなり、ろ過時間をプロットEやプロットFに比べ延長でき、ろ過水量を増加できる。
原水濁度が増加したが膜差圧が減少した場合はプロットHとなり、膜ろ過制御手段8は、ろ過時間を変更しない。膜差圧が減少しているため、現状のろ過時間を維持する。また、膜差圧が増加したが原水濁度が減少した場合は、プロットDとなり、膜ろ過制御手段8は、ろ過時間を変更しない。原水濁度が減少しているため現状のろ過時間を維持する。
図4で、過去値から現在値への方向すなわち変化方向によって、膜差圧と原水濁度の増減を分類できる。図5に分類結果を示すが、「領域ア」では膜差圧と原水濁度の両方が増加、「領域イ」では膜差圧が増加し原水濁度が低下、「領域ウ」では膜差圧と原水濁度の両方が減少、「領域エ」では膜差圧が減少し、原水濁度が増加している。膜ろ過装置への負荷や危険度の順位は、「領域ア」>「領域イ」>「領域エ」>「領域ウ」となる。
膜ろ過制御手段8は、変化量と変化方向に対応して表示手段9に、プロットの色,形状,ガイダンスを変更して表示する。変化量が大きいことは、原水水質や膜差圧の急激に変動していることを表し、変化方向によって運転の危険度を判定できる。膜ろ過制御手段8は、変化量を3つに分類し、変化方向、すなわち領域毎に重み付けすることで、ろ過時間を適正化できる。危険度順にプロットの色や形を予め決定しておくことで、運転員が設備の状況を容易に把握できる。また、危険度結果をガイダンスとして示しても良い。運転条件の履歴と膜差圧または原水水質の関係をまとめて表示できるため、運転員は設備の状態を把握しやすい。
本実施例によれば、原水の水質や膜差圧に応じて膜ろ過設備のろ過時間を適正化できる。又、運転履歴を表示するため膜ろ過設備の運転状況を容易に把握できる。
本発明の実施例4を説明する。浄水膜ろ過設備には、図3と同様に、薬剤注入等の前処理を施す前処理手段12が設置され、図4に示す線図が表示手段9に表示される。
膜ろ過制御手段8は、図4と図5を用い、過去値から現在値への変化量と変化方向、すなわち領域に応じて前処理手段12の薬剤注入量を制御する。一例として、変化量を膜差圧の増加と減少で「大」「中」「小」とした6段階に分類し、図5に示すように4つの領域に分類した場合を説明する。
薬剤注入率を「大」が±10mg/L、「中」が±5mg/L、「小」が±2mg/Lとし、領域毎に重み付けする。「領域ア」と「領域ウ」を1.5倍、「領域イ」と「領域エ」を1.0倍とする。これらの結果を表1に示す。
Figure 2009195818
表1の内容の全部または一部は、表示手段9に表示される。この結果、膜ろ過制御手段8は、薬剤注入率の増減を変化量と変化方向に応じて適正化でき、かつ制御量を表示できる。
本実施例によれば、原水の水質や膜差圧に応じて前処理の薬剤注入量を適正化でき、膜ろ過設備のろ過時間の履歴や凝集剤注入量を表示するため、膜ろ過設備の運転状況を容易に把握できる。
本発明の実施例5を図6を用いて説明する。本実施例は、実施例1と同様に構成されているが、実施例1では膜モジュールであるが、本実施例では、複数の膜モジュールからなる膜モジュールユニットとしている。複数の膜モジュール1−1〜1−4に対応して、ろ過ポンプ2−1〜2−4,1次側の圧力計測手段6−1〜6−4,2次側の圧力計測手段7−1〜7−4が追加されている。逆洗ポンプ4は、各膜モジュールの逆洗を順次行うように制御されるため、1台設置されている。
この場合、ろ過時間の下限値は、逆洗時間と逆洗する膜モジュール数の積となる。膜モジュールの一部を休止させている場合もあり、稼動している膜モジュール数でろ過時間の下限値を変更する必要がある。
膜ろ過制御手段8の運転方法について説明する。膜ろ過制御手段8は、ろ過ポンプ2−1〜2−4の運転状態から稼動中の膜モジュール数と、予め設定されている逆洗時間の情報を入手する。次に、稼動中の膜モジュール数と逆洗時間との積を求め、図2または図4に示す線図中に表示する。
膜モジュール1−1〜1−4の4つの膜モジュールが稼動しているとし、逆洗時間が6分の場合は、ろ過時間の下限値は24分となる。なお、逆洗時間は、逆洗ポンプの起動時間と配管のバルブの開閉時間等を含めた時間となる。ろ過時間の下限値を追記した結果を図7に示す。膜ろ過制御手段8は、ろ過時間の下限値を更新した図7によりろ過時間を設定する。
本実施例によれば、原水の水質や膜差圧,膜モジュールの稼動数に応じて膜ろ過設備の運転条件を自動で変更できる。又、運転履歴を表示するため膜ろ過設備の運転状況を容易に把握できる浄水設備の運転方法を提供できる。
本発明の実施例1である浄水膜ろ過設備の構成図。 本実施例の運転方法の一例を示す線図。 本発明の実施例2である浄水膜ろ過設備の構成図。 運転方法の一例を示す線図。 運転方法の一例を示す線図。 本発明の実施例5である浄水膜ろ過設備の構成図。 運転方法の一例を示す線図。
符号の説明
1 膜モジュール
2 ろ過ポンプ
3 ろ過水タンク
4 逆洗ポンプ
5 原水水質計
6 1次側の圧力計測手段
7 2次側の圧力計測手段
8 膜ろ過制御手段
9 表示手段
10 前処理手段
11 前処理タンク

Claims (7)

  1. 原水をろ過する膜モジュールを含む膜ろ過手段と、前記膜モジュールの膜差圧を計測する膜差圧計測手段と原水の水質を計測する原水水質計測手段の少なくとも一方と、前記膜モジュールのろ過時間,ろ過流量,逆洗時間,逆洗流量を制御する膜ろ過制御手段とを備え、前記膜差圧計測手段と前記原水水質計測手段の少なくとも一方の計測値を指標に前記ろ過時間を変更する浄水膜ろ過設備の運転方法であって、予め設定された前記計測値と前記ろ過時間の関係を示す線図からろ過時間を求めて前記膜ろ過制御手段によりろ過時間を制御し、前記線図上に現状値と過去値を表示する浄水膜ろ過設備の運転方法。
  2. 前記過去値から前記現状値への変化量に応じてプロットの色,プロットの形状,ガイダンスの内少なくとも1つを表示する請求項1に記載の浄水膜ろ過設備の運転方法。
  3. 前記膜ろ過手段の上流に薬剤を注入する前処理手段を設け、前記変化量に応じて前記膜ろ過制御手段が該前処理手段の運転条件を変更する請求項2に記載の浄水膜ろ過設備の運転方法。
  4. 原水をろ過する膜モジュールを含む膜ろ過手段と、前記膜モジュールの膜差圧を計測する膜差圧計測手段と、原水の水質を計測する原水水質計測手段と、前記膜モジュールのろ過時間,ろ過流量,逆洗時間,逆洗流量を制御する膜ろ過制御手段とを備え、前記膜差圧計測手段と前記原水水質計測手段の計測値を指標に前記ろ過時間を変更する浄水膜ろ過設備の運転方法であって、前記膜差圧計測手段の計測値とろ過時間の関係を、前記原水水質計測手段の計測値によって予め異なる傾きに設定した線図からろ過時間を求めて前記膜ろ過制御手段によりろ過時間を制御し、前記線図上に現状値と過去値を表示する浄水膜ろ過設備の運転方法。
  5. 前記過去値から現状値への変化量と変化方向に応じてプロットの色,プロットの形状,ガイダンスのうち、少なくとも1つ以上を変更して表示する請求項4に記載の浄水膜ろ過設備の運転方法。
  6. 前記膜ろ過手段の上流に薬剤を注入する前処理手段を設け、前記変化量と前記変化方向に応じて、前記膜ろ過制御手段が該前処理手段の運転条件を変更する請求項5に記載の浄水膜ろ過設備の運転方法。
  7. 原水をろ過する複数の膜モジュールを含んだ膜ろ過手段と、該膜モジュールのろ過時間,ろ過流量,逆洗時間,逆洗流量を制御する膜ろ過制御手段とを備え、前記膜モジュールを順次逆洗する浄水膜ろ過設備の運転方法であって、前記ろ過時間の下限値を稼動中の前記膜モジュール数と前記逆洗時間の積とした浄水膜ろ過設備の運転方法。
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