JP2017109156A - 浄水システムの制御方法及び浄水システム - Google Patents
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Abstract
Description
膜ろ過装置は、使用に伴いろ過対象の不純物等によりろ過膜が目詰まりするため、この目詰まりを解消してろ過膜のろ過機能を再生させるために、物理洗浄を定期的に実施することが必要である。ここで、膜ろ過装置は、物理洗浄中にはろ過を行うことができない。このため、膜ろ過装置の物理洗浄時には、浄水システムを停止するか、或いは、浄水システムにおいて複数の膜ろ過装置を採用して、タイミングをずらして物理洗浄を行うようにして、一の膜ろ過装置を物理洗浄している最中であっても浄水システムとしては運転を継続できるようにする構成が採用されてきた。
このような浄水システムの制御方法によれば、浄水システムの運転条件が変動した際に、迅速且つ安定的に所望水量を供給することができる。
このような浄水システムの制御方法によれば、膜ろ過装置の処理水量範囲内である限りにおいて、膜ろ過装置を運転状態から他の状態へと変更せずに浄水システムの運転を継続するため、浄水システムの応答性を一層向上させることができる。
このような浄水システムの制御方法によれば、膜ろ過装置を所定の処理水量に近い処理水量で運転させることができるので、浄水システムの応答性を一層向上させることができる。
このような浄水システムの制御方法によれば、目的とする処理水量を安定的に得られるようになるまでの時間を短縮することができ、浄水システムの制御の安定性を一層向上させることができる。
このような浄水システムの制御方法によれば、所望の処理水量を安定的に得られるようになるまでの時間を一層短縮することができ、浄水システムの制御の安定性をより一層向上させることができる。
このような浄水システムの制御方法によれば、急激に総浄水量が増加した場合であっても、迅速に所望の総浄水量を達成することができる。
このような浄水システムの制御方法によれば、浄水システムの処理水量が変動した際に、迅速且つ安定的に所望水量を供給することができる。
さらに、本発明による浄水システム及び浄水システムの制御方法は、特に限定されることなく、ポンプ送水あるいは自然流下により送水された被処理水をろ過するために用いることができる。特に、本発明による浄水システム及び浄水システムの制御方法は、並列に接続された膜ろ過装置間の干渉が大きく、膜ろ過装置の処理水量を変動させた際の影響が大きい、自然流下により送水された被処理水をろ過する浄水システムに好適である。
また、膜ろ過装置を備える浄水システムでは、膜ろ過装置の前段側あるいは後段側に薬品注入設備等が設けられ、かかる薬品注入設備等を用いて、被処理水を前処理し、及び/又は処理水を後処理することが多いが、安定的な処理水量を達成可能な本発明による浄水システム及び浄水システムの制御方法によれば、薬品注入設備等を用いたこれらの処理も安定化させることができる。
図1は、本発明の一実施形態による浄水システムの概略構成を示す図である。浄水システム10は、原水槽11、互いに並列接続された膜ろ過装置12a〜12c、浄水槽13、及び制御部14を備える。更に、膜ろ過装置12aは、浄水システムの被処理水である原水が膜ろ過装置12aに入水する側である前段側に通水制御手段121aを備える。膜ろ過装置12b及び12cも同様に前段側にそれぞれ通水制御手段121b及び121cを備える。浄水システム10では、原水槽11から原水配管15を経て膜ろ過装置12a〜12cに供給された被処理水をろ過して、得られた処理水は処理水配管16を経て浄水槽13に供給される。
なお、図1では、送水圧力は、原水槽11における原水水頭と浄水槽13における浄水水頭との水頭差によって付与される。すなわち、図1では、浄水システム10は、自然流下による浄水システムであるものとして図示する。
膜ろ過装置12a〜12cは、浄水システム10の運転時において、膜ろ過動作を行う運転状態と、膜ろ過動作の実施は可能であるが意図的に膜ろ過動作を行わない待機状態と、膜ろ過性能を再生するための物理洗浄を行う再生状態と、例えば故障などにより膜ろ過動作を行うことができない運転不能状態との何れかとなるように構成されている。なお、運転状態および待機状態にある膜ろ過装置は、運転可能な膜ろ過装置であり、再生状態および運転不能状態にある膜ろ過装置は、運転不可能な膜ろ過装置である。そして、膜ろ過装置のろ過膜としては、例えばセラミックろ過膜を用いることができる。なお、明瞭のために、図1では3台の膜ろ過装置12a〜12cのみを図示するが、浄水システム10は3台以上、或いは2台以下の膜ろ過装置を備えることができる。膜ろ過装置12a〜12cは、ろ過性能を保つために、運転状態となった時点から一定時間後、或いは、膜差圧が所定値に達した後に物理洗浄を実施して膜ろ過性能を再生する再生状態となる。ここで、浄水システム10では、同時期に再生状態に入ることができる膜ろ過装置の台数に上限を設け、当該上限値の台数の膜ろ過装置が再生状態に入っている場合には、何れかの膜ろ過装置の再生が終了するまで他の膜ろ過装置は新たに再生状態に入らないようにしてもよい。
例えば、「最大処理水量の設定値」は、膜ろ過装置12a〜12cの仕様にて定められた時間当たりの流量(m3/h)の上限値以下の値であって、浄水システム10全体としての所望の総処理水量を、通常「運転状態」とすることが想定される台数にて除して得られた値とすることができる。他方、「最小処理水量の設定値」は、例えば、上記所望の総処理水量を、浄水システム10が備える膜ろ過装置12a〜12cの全台数にて除して得られた値とすることができる。
なお、最小処理水量と最大処理水量の各設定値が近い値であるほど、膜ろ過装置12a〜12cが処理する水量の変動が少なく、制御により処理水量を変更した場合であっても、迅速に制御を安定化させることができるが、当然、各設定値が近いほど、浄水システムとしての柔軟性は低くなるため、これらのバランスを考慮して各設定値を定めることが好ましい。特に、最小処理水量は、浄水システム10が自然流下による送水方式を採用しており、通水制御手段121a〜121cがバルブとして実装される場合には、少なくともキャビテーションが生じないような設定値とすることが好ましい。
膜ろ過装置12a〜12cに備えられた通水制御手段121a〜121cは、例えば、バルブやポンプであり得る。図1においては、一例として、通水制御手段121a〜121cは開度調整可能なバルブとして図示する。通水制御手段121a〜121cは、それぞれ、膜ろ過装置12a〜12cの前段側に配置され、膜ろ過装置12a〜12cの通水量を制御する。通水制御手段121a〜121cがバルブである場合には、それらのバルブ開度を種々設定し、或いはそれらを開閉することにより、膜ろ過装置12a〜12cにより得られる処理水量を調節し、或いは膜ろ過装置12a〜12cの運転状態を切り替えることができる。また、通水制御手段121a〜121cがインバーター駆動によるポンプである場合には、ポンプの回転数を適宜制御し、或いはポンプを駆動/停止することにより、膜ろ過装置12a〜12cにより得られる処理水量を調節し、或いは膜ろ過装置12a〜12cの運転状態を切り替えることができる。
さらに、浄水システム10の制御部14は、膜ろ過装置12a〜12cの運転状態を把握及び制御すると共に、通水制御手段121a〜121cをモニタリング及び制御するように構成されている。具体的には、制御部14は、膜ろ過装置12a〜12cの運転状態が運転状態、待機状態、運転不能状態、及び再生状態のいずれであるかを把握している。更に、制御部14は、バルブとして構成される通水制御手段121a〜121cのバルブ開度及び処理水量をモニタリングし、図示しない記憶部に記憶することが好ましい。バルブ開度は、膜ろ過装置12a〜12cの通水量に対応する。制御部14によるモニタリングは、バルブとして構成される通水制御手段121a〜121cのバルブ開度が変更される度に行われても良いし、浄水システム10の運転中に定期的に行われても良い。さらには、制御部14は、ある膜ろ過装置を運転状態から他の状態に切り替えた際に、切替後所定時間経過し膜ろ過装置が安定的に運転している時点におけるバルブ開度及び処理水量を記憶することが好ましく、運転状態から待機状態、運転不能状態、又は再生状態に移行する直前のバルブ開度及び処理水量を記憶することが更に好ましい。このように、待機状態、運転不能状態、又は再生状態にある膜ろ過装置について、直近の運転状態におけるバルブ開度及び処理水量を記憶しておくことで、後述するように、浄水システム10の制御の安定性を向上させるための制御を実施することができる。なお、制御部14は、例えば、演算機能を有するコンピュータにより実装され、図示しない記憶部は、例えば、メモリにより実装される。
以下、制御部14による浄水システム10の制御方法について更に詳細に説明する。
図2は、本発明の一実施形態による浄水システムの制御方法を説明するフローチャートである。まず、制御部は、複数の膜ろ過装置の運転を制御するにあたり、浄水システムが供給するべき浄水量である総浄水量(m3/日)を設定する総浄水量設定ステップ(ステップS01)を実施する。ステップS01では、例えば、浄水システムが、上水処理用の浄水システムである場合には、制御部は、要求水量を総浄水量として設定することができる。
このように、膜ろ過装置の「通水量」と「処理水量」との関係は膜ろ過装置の運転期間中において経時的に変化し、また、膜ろ過装置毎に異なるものである。
以下、本発明による浄水システム制御方法による制御例について具体的に説明する。
まず、制御例1として、互いに並列接続された膜ろ過装置を24台備え、1台の膜ろ過装置の最大処理水量の設定値が450(m3/h)であり、最小処理水量の設定値が400(m3/h)であり、運転台数が20台、待機状態の膜ろ過装置が2台、再生状態の膜ろ過装置が2台である浄水システムにおいて、総浄水量が200,000(m3/日)から210,000(m3/日)に増加した場合について説明する。必要台数決定ステップS02において、現状運転台数を維持することを優先するステップS02−1A〜S02−6Aを実施した場合には、表1に示すように、ステップS02−1Aにて210,000(m3/日)÷24(h)÷20(台)を計算し、一台あたりの処理水量437.5(m3/h)を得て、かかる値が最大処理水量及び最小処理水量の設定値から定められる処理水量範囲である、400(m3/h)以上450(m3/h)以下の範囲内であるかをステップS02−2Aにて判定する。この場合、437.5(m3/h)は上記範囲内であるため、制御部は、ステップS02−6Aに進み、現状運転台数である20台を必要台数として決定する。その後、ステップS03及びステップS04を経て、制御部14は、現状運転台数である20台を維持し、運転中の各膜ろ過装置の処理水量を437.5(m3/h)まで増量させ、目標とする総浄水量210,000 (m3/日)を供給するように通水制御手段を制御する。
次に、総浄水量が減少した場合における浄水システムの制御方法について具体的に説明する。膜ろ過装置の最大処理水量及び最小処理水量の設定値や各状態の膜ろ過装置の台数は制御例1と同様であって、総浄水量が、200,000(m3/日)から190,000(m3/日)に減少した場合について説明する。ステップS02−1A〜ステップS02−6Aに従った場合には、ステップS02−1Aにて190,000(m3/日)÷24(h)÷20(台)を計算し、一台あたり処理水量395.83(m3/h)を得て、かかる値が最大処理水量及び最小処理水量の設定値から定められる範囲である、400(m3/h)以上450(m3/h)以下の範囲内であるかをステップS02−2Aにて判定する。この場合、395.83(m3/h)は上記最小処理水量の設定値(400m3/h)を下回るため、制御部は、ステップS02−3A、S02−4Aへと進み、現状運転台数である20台から1台少なくして、190,000 (m3/日)÷24(h)÷19(台)を計算し、一台あたり処理水量416.67(m3/h)を得る。かかる値は、400(m3/h)以上450(m3/h)以下の範囲内であるため、ステップS02−2Aにおける判定結果が「はい」となり、制御部は、ステップS02−6Aにて19台を必要台数として決定する。その後、ステップS03及びステップS04を経て、制御部は、表3に示すように、19台の膜ろ過装置を処理水量416.67(m3/h)で運転するように制御する。
次に、制御例3として、制御例1及び2と同様に膜ろ過装置を24台備え、1台の膜ろ過装置の最大処理水量の設定値が450(m3/h)であり、最小処理水量の設定値が400(m3/h)であるが、一台の膜ろ過装置が故障しているため、運転台数が20台、待機状態の膜ろ過装置が1台、再生状態の膜ろ過装置が2台となっている浄水システムにおいて、総浄水量が200,000(m3/日)から230,000(m3/日)に増加した場合について説明する。
膜ろ過装置の最大処理水量及び最小処理水量の設定値や各状態の膜ろ過装置の台数は制御例1と同様であって、総浄水量が200,000(m3/日)から210,000(m3/日)に増加した際に、ステップS02として、ステップS02−1Bを実施した場合について説明する。即ち、制御例4では、新たな総浄水量である210,000(m3/日)を最大処理水量の設定値で除して得られる値(=210,000(m3/日)÷24(h)÷450(m3/h)=19.44)と、新たな総浄水量である210,000(m3/日)を最小処理水量の設定値で除して得られる値(=210,000(m3/日)÷24(h)÷400(m3/h)=21.88)とを求め、処理水量範囲内で総浄水量を供給可能な台数範囲(20〜21台)を求める。そして、現状運転台数である20台に最も近い台数(20台)を必要台数として決定する。そして、各膜ろ過装置の処理水量を437.5(m3/h)(210,000(m3/日)÷24(h)÷20(台))まで増量させ、運転を継続する。
11 原水槽
12a〜12c 膜ろ過装置
13 浄水槽
14 制御部
15 原水配管
16 処理水配管
121a〜121c 通水制御手段
Claims (7)
- 互いに並列接続された複数の膜ろ過装置により、前記膜ろ過装置の前段側から供給された被処理水をろ過して前記膜ろ過装置の後段側から浄水を流出させる浄水システムの制御方法であって、
前記複数の膜ろ過装置は、膜ろ過動作を行う運転状態では、最小処理水量及び最大処理水量の各設定値により定められる処理水量範囲で運転するように設定されており、
前記浄水システムに要求される総浄水量及び前記膜ろ過装置の処理水量範囲に基づいて前記総浄水量を得るのに必要な前記膜ろ過装置の必要台数を決定する必要台数決定ステップと、
前記複数の膜ろ過装置の中で運転可能な膜ろ過装置の台数を把握し、前記必要台数と、運転可能な膜ろ過装置の台数とを比較する比較ステップと、
前記比較の結果に基づき、前記運転可能な膜ろ過装置の台数が前記必要台数以上である場合には、前記必要台数の前記膜ろ過装置を前記運転状態とし、前記運転可能台数が前記必要台数未満である場合には、前記運転可能台数の前記膜ろ過装置を前記運転状態として、前記最大処理水量の設定値で運転させる、運転ステップと、
を含む、浄水システムの制御方法。 - 前記必要台数決定ステップにおいて、運転状態の膜ろ過装置の台数を把握し、前記処理水量範囲内で前記総浄水量が得られる運転台数の範囲内から、把握した運転状態の膜ろ過装置の台数に最も近い台数を必要台数として決定する請求項1に記載の浄水システムの制御方法。
- 前記浄水システムは、前記必要台数決定ステップにて、前記総浄水量を前記処理水量範囲内の所定の設定値で除し、得られた値の整数部分を前記必要台数として決定する、請求項1に記載の浄水システムの制御方法。
- 前記膜ろ過装置の運転を停止する際に当該膜ろ過装置への通水量を記憶する工程と、
運転を停止した前記膜ろ過装置の運転を再開する際に通水量を前記記憶した通水量まで一段階で増加させる工程と、
を含む、請求項1〜3の何れか一項に記載の浄水システムの制御方法。 - 前記運転可能台数が前記必要台数以上である場合に、待機状態にあった膜ろ過装置を運転状態とするにあたり、前記総浄水量及び前記必要台数に基づいて算出した前記膜ろ過装置一台あたりの処理水量を達成するために必要な通水量を予測し、前記待機状態にあった膜ろ過装置への通水量を、予測した前記通水量まで一段階で増加させる、請求項1〜3の何れか一項に記載の浄水システムの制御方法。
- 前記運転可能台数が前記必要台数未満である場合に、前記運転可能台数の前記膜ろ過装置を前記運転状態として、前記最大処理水量の設定値で動作するように前記膜ろ過装置の運転を制御した場合に、前記運転可能台数が変化したことを検知して、前記比較ステップ及び前記運転ステップを再度実施する、請求項1〜5の何れか一項に記載の浄水システムの制御方法。
- 互いに並列接続された複数の膜ろ過装置により、前記膜ろ過装置の前段側から供給された被処理水をろ過して前記膜ろ過装置の後段側から浄水を放出する浄水システムであって、
前記複数の膜ろ過装置は、膜ろ過動作を行う運転状態では、最小処理水量及び最大処理水量の各設定値により定められる処理水量範囲で運転するように設定されており、
前記浄水システムは、
前記複数の膜ろ過装置の運転を制御する制御部を備え、該制御部は、
前記浄水システムに要求される総浄水量及び前記膜ろ過装置の処理水量範囲に基づいて 前記総浄水量を得るのに必要な前記膜ろ過装置の必要台数を決定し、
前記複数の膜ろ過装置の中で運転可能な膜ろ過装置の台数を把握し、
前記必要台数と、運転可能な膜ろ過装置の台数とを比較し、
前記比較の結果に基づき、前記運転可能な膜ろ過装置の台数が前記必要台数以上である場合には、前記必要台数の前記膜ろ過装置を前記運転状態とし、前記運転可能台数が前記必要台数未満である場合には、前記運転可能台数の前記膜ろ過装置を前記運転状態として、前記最大処理水量の設定値で運転させる、
浄水システム。
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