JP2019053016A - コンピュータプログラム、蛍光測定装置、及びファウリング進行速度の推定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コンピュータプログラム、蛍光測定装置、及びファウリング進行速度の推定方法の提供。【解決手段】コンピュータに、水処理プロセスが施される被処理水のＴＯＣ（Total Organic Carbon）と、被処理水のＥＥＭ（Excitation Emission Matrix）から得られる値とに基づき、水処理プロセスで用いられる膜のファウリング進行速度を推定する処理を実行させる。【選択図】図５

Description

本発明は、コンピュータプログラム、蛍光測定装置、及びファウリング進行速度の推定方法に関する。

近年、懸濁浮遊物質などの濁質若しくはイオンや塩類などの溶質を含む淡水、海水、生活廃水、産業廃水などの原水から生活用水、工業用水、農業用水などを得ることを目的として、膜分離技術を用いた水処理プロセスが行われている。水処理プロセスで用いられる膜分離技術では、例えば、逆浸透膜（ＲＯ膜：Reverse Osmosis）、限外濾過膜（ＵＦ膜：Ultra Filtration）、精密濾過膜（ＭＦ膜：Micro Filtration）などの膜が利用される。膜分離技術は、膜の細孔径に応じて物質を阻止することが可能であり、粒径を基準として確実な水処理が行えるという利点を有する。また、膜分離技術は、相変化を伴わない分離技術であり、低エネルギ分離技術として広く用いられている。

特開２０１５−２２６８６６号公報

このような膜分離技術では、原理上、膜の目詰まり（ファウリング）を避けることはできない。ファウリングが一旦発生した場合、その解消に多大な労力と費用とが必要となるため、ファウリングの抑制が大きな課題となる。

ファウリングを発生させる原因物質（ファウラント）については、精力的に解析が行われており、バイオポリマが主要ファウラントとして報告されることが多い。バイオポリマを定量分析することができる分析装置の１つとしてＬＣ−ＯＣＤ（Liquid Chromatography - Organic Carbon Detection）が知られている（例えば、特許文献１を参照）。ＬＣ−ＯＣＤでは、水中に含まれる有機物を成分毎に定量分析することができ、対象サンプル水の有機水質特性を総合的に把握することが可能となる。

しかしながら、ＬＣ−ＯＣＤは、装置が高額な上、分析に時間を要するため、オンライン計測に用いることは困難である。このため、ＬＣ−ＯＣＤの測定結果を用いて原水のファウリングの起こしやすさ（ファウリングポテンシャル）をリアルタイムに推定することは困難であり、原水のファウリングポテンシャルが上昇した際にファウリング抑制手段を機能させることはできない。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、水処理プロセスの実行中に原水のファウリングポテンシャルの１つの指標であるファウリング進行速度を推定することができるコンピュータプログラム、蛍光測定装置、及びファウリング進行速度の推定方法を提供することを目的とする。

一態様に係るコンピュータプログラムは、コンピュータに、水処理プロセスが施される被処理水のＴＯＣ（Total Organic Carbon）と、前記被処理水のＥＥＭ（Excitation Emission Matrix）から得られる値とに基づき、前記水処理プロセスで用いられる膜のファウリング進行速度を推定する処理を実行させるためのコンピュータプログラムである。

また、一態様に係る蛍光測定装置は、水中溶存有機物を検出すべくＥＥＭを測定する蛍光測定装置において、水処理プロセスが施される被処理水のＴＯＣを取得する取得部と、該取得部が取得したＴＯＣと、前記被処理水について測定したＥＥＭから得られる値とに基づき、前記水処理プロセスで用いられる膜のファウリング進行速度を推定する推定部とを備える。

また、一態様に係るファウリング進行速度の推定方法は、水処理プロセスが施される被処理水のＴＯＣを取得し、前記被処理水のＥＥＭから得られる値を取得し、取得した前記ＴＯＣと、前記ＥＥＭから得られる値とに基づき、前記水処理プロセスで用いられる膜のファウリング進行速度を推定する。

本願によれば、水処理プロセスの実行中にファウリングの進行速度を推定することができる。

実施の形態１に係る水処理システムの全体構成を説明する概略図である。 制御装置の内部構成を説明するブロック図である。 ＥＥＭ計及びＴＯＣ計により得られる測定結果の一例を示す表である。 ファウリング進行速度の推定値と実測値との関係を示すグラフである。 制御装置の制御部が実行する処理の手順を説明するフローチャートである。 実施の形態２に係るＥＥＭ計の内部構成を説明するブロック図である。 実施の形態２に係るＥＥＭ計及び制御装置が実行する処理の手順を説明するフローチャートである。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
（実施の形態１）
図１は実施の形態１に係る水処理システムの全体構成を説明する概略図である。本実施の形態に係る水処理システムは、膜濾過装置１０，２０、透過水タンク３０、洗浄液タンク４０、ＥＥＭ計５０、ＴＯＣ計６０、制御装置１００等を備え、処理対象の原水（被処理水）から濁質若しくは塩類やイオンなどの不要物質を取り除き、処理水を得るためのシステムである。

膜濾過装置１０は、被処理水から、濁質（砂、粘土、シルトなど）、藻類、微生物、金属酸化物などの不溶解成分を除去するための前処理を行う。膜濾過装置１０は、後段の膜濾過装置２０に内蔵された膜（例えばＲＯ膜２１）への汚濁負荷を低減し、長期的に安定した運転を可能とするために膜濾過装置２０の上流側に配置される装置である。

膜濾過装置１０は、膜濾過装置１０の内部を一次側（入口側）と二次側（出口側）とに仕切る複数の中空糸あるいは平膜等により構成されたＭＦ膜１１を備える。ＭＦ膜１１としては、例えば、ポリフッ化ピニリデン（ＰＶＤＦ）製、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）製などの膜を用いることができる。なお、膜濾過装置１０は、ＵＦ膜を備えた膜濾過装置であってもよい。ＵＦ膜としては、ＭＦ膜と同様に、ＰＶＤＦ製、ＰＴＦＥ製、ＰＥＳ製などの膜を用いることができる。また、膜濾過装置１０は、ＭＦ膜１１とＵＦ膜とを併用する構成であってもよい。

膜濾過装置１０の一次側は、原水ラインＬ１を介して原水槽（不図示）に接続されている。原水槽には河川等から取水した水が貯留される。原水槽に貯留されている原水は、原水ラインＬ１に設けられた原水ポンプＰ１及び開閉弁Ｖ１の駆動により所定の圧力で圧送され、原水ラインＬ１を通って膜濾過装置１０の一次側に導入される。なお、原水ポンプＰ１及び開閉弁Ｖ１の駆動制御は制御装置１００によって行われる。膜濾過装置１０に導入された原水はＭＦ膜１１を透過する。原水がＭＦ膜１１を透過する際、原水からは濁質、藻類、微生物、金属酸化物などの不溶解成分が除去される。

膜濾過装置１０の二次側は、前処理水ラインＬ２を介して膜濾過装置２０に接続されている。前処理水ラインＬ２には、制御装置１００によって駆動制御される開閉弁Ｖ２及び高圧ポンプＰ２が設けられている。膜濾過装置１０により処理された前処理水は、開閉弁Ｖ２が開制御され、高圧ポンプＰ２が駆動されることによって所定の圧力で圧送され、前処理水ラインＬ２を通って膜濾過装置２０に導入される。

膜濾過装置２０は、膜濾過装置２０の内部を一次側と二次側とに仕切るＲＯ膜２１を備える。ＲＯ膜２１としては、例えばポリアミド系の逆浸透膜を用いることができる。

膜濾過装置２０の一次側には、前処理水ラインＬ２及び濃縮水ラインＬ４が接続され、二次側には透過水ラインＬ３が接続されている。膜濾過装置１０によって処理された前処理水は、前処理水ラインＬ２を介して膜濾過装置２０の一次側に導入される。膜濾過装置２０の一次側に導入された前処理水は、ＲＯ膜２１を透過する。前処理水がＲＯ膜２１を透過する際、前処理水からは各種イオンや塩類などの成分が除去される。

膜濾過装置２０の二次側は、透過水ラインＬ３を介して透過水タンク３０に接続されている。透過水ラインＬ３には、制御装置１００によって駆動制御される開閉弁Ｖ３が設けられている。膜濾過装置２０によって処理された透過水は、開閉弁Ｖ３が開制御されることにより、透過水ラインＬ３を介して透過水タンク３０へ送られる。透過水タンク３０は、前処理水から各種の溶質が除去された処理水が貯留される。

また、本実施の形態に係る水処理システムは、膜濾過装置１０が備えるＭＦ膜１１を洗浄するための洗浄水を生成する洗浄液タンク４０を備える。洗浄液タンク４０は、濃縮水ラインＬ４を介して膜濾過装置２０の一次側に接続されている。洗浄液タンク４０には、膜濾過装置２０の一次側で生成され、膜濾過装置２０のＲＯ膜２１により分離された溶質を高濃度に含む濃縮水が濃縮水ラインＬ４を介して導入される。

洗浄液タンク４０は、薬剤を投入するための薬剤投入装置４１、投入した薬剤を攪拌するための攪拌装置４２などを備える。洗浄液タンク４０には、濃縮水ラインＬ４を通じて導入された濃縮水の水量に応じて薬剤投入装置４１より薬剤が投入される。その後、攪拌装置４２により薬剤と濃縮水とが攪拌され、薬剤が濃縮水に溶解して洗浄液が生成される。なお、洗浄液タンク４０に導入された濃縮水の一部はオーバフローにより外部へ排出されてもよい。

洗浄液タンク４０に投入する薬剤は、酸、アルカリ、酸化剤、キレート剤、界面活性剤などから選択できる。具体的に、酸としては、塩酸、リン酸、硝酸、シュウ酸などを挙げることができる。アルカリとしては、水酸化ナトリウムなど、酸化剤としては、次亜塩素酸ナトリウムなどを挙げることができる。キレート剤としては、エチレンジアミン四酢酸、ニトリロ三酢酸などを挙げることができる。界面活性剤としては、アニオン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤などを挙げることができる。なお、洗浄液タンク４０に投入する薬剤は、前述の例に限定されるものではなく、ＭＦ膜１１の目詰まりの原因となるファウラントの種類に応じて適宜変更され得る。

洗浄液タンク４０の出口側は、洗浄水ラインＬ５を介して、膜濾過装置１０の一次側に接続されている。洗浄水ラインＬ５には、制御装置１００により駆動制御される循環ポンプＰ３及び開閉弁Ｖ５が設けられている。また、洗浄水ラインＬ５の中途から分岐する分岐ラインＬ６は、膜濾過装置１０の下流側であって、開閉弁Ｖ２の上流側の位置にて前処理水ラインＬ２に接続されている。分岐ラインＬ６には、制御装置１００により駆動制御される開閉弁Ｖ６が設けられている。

制御装置１００は、循環ポンプＰ３を駆動し、開閉弁Ｖ５を開制御、開閉弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ６等を閉制御することにより、洗浄液タンク４０にて生成された洗浄液を膜濾過装置１０の一次側に導入することができる。膜濾過装置１０の一次側に洗浄液を導入することにより、ＭＦ膜１１に付着したファウラントの一部を洗浄液の化学的作用によって溶解させることができる。

また、膜濾過装置１０の上流側には、開閉弁Ｖ７−１，Ｖ７−２を備えた排水ラインＬ７が設けられている。制御装置１００は、開閉弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ８等を閉制御、開閉弁Ｖ７−１，７−２を開制御とすることにより、膜濾過装置１０の一次側にてファウラントを溶解させた水を排水ラインＬ７を通じて外部へ排水させることができる。以上により、ＭＦ膜１１の一次側に付着したファウラントの一部を除去することができる。

なお、本実施の形態では、膜濾過装置１０の一次側から洗浄液を導入し、洗浄液の化学的作用によりＭＦ膜１１に付着したファウラントを溶解させる構成としたが、二次側から洗浄液を導入して逆圧洗浄を行う構成としてもよい。ＭＦ膜１１の逆圧洗浄を行う場合、開閉弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ５等を閉制御、開閉弁Ｖ６を開制御することにより、膜濾過装置１０の二次側に洗浄液を導入し、洗浄液による化学的作用と、洗浄液を逆流させることに伴う物理的作用とによってＭＦ膜１１に付着したファウラントの溶解及び剥離させることが可能となる。膜濾過装置１０の二次側より一次側にファウラントを溶解及び剥離させた水は、排水ラインＬ７を通じて外部へ排水される。

また、洗浄液として、透過水タンク３０に貯留されたより清澄な透過水を用いると、より高い洗浄効果が期待できる。さらに、ＵＶを照射して微生物を殺すようにＵＶ照射機能、微生物の餌である有機物を強制的に酸化分解するオゾンを注入するオゾン注入機能、などを洗浄液タンク４０の代わりに、または洗浄液タンク４０と併用する構成として洗浄液を処理してもよい。さらに、排水ラインＬ７から分岐して洗浄液タンク４０へ戻る循環ラインＬ８の中途にＭＦ膜１１から剥離させたファウラントを除去するためのフィルタを設け、洗浄液タンク４０にて生成した洗浄液を複数回循環させる構成としてもよい。なお、制御装置１００は、開閉弁Ｖ７−１を開制御、開閉弁Ｖ７−２を閉制御すると共に、循環ラインＬ８に設けた開閉弁Ｖ８を開制御することにより、循環ラインＬ８を通じて洗浄液を循環させることができる。

以上の制御により、処理対象の原水（被処理水）から濁質、藻類、微生物、金属酸化物などの不溶解成分、及び、各種イオンや塩類などの溶解成分を取り除いた透過水（処理水）を得ることができる。

本実施の形態では、膜濾過装置１０が備えるＭＦ膜１１におけるファウリングの進行速度を推定するために、原水ラインＬ１にＥＥＭ計５０及びＴＯＣ計６０が接続されている。

ＥＥＭ計５０は、水中溶存有機物を検出する蛍光測定装置（例えば、堀場製作所製の「アクアログ（AQUALOG：登録商標）」）であり、原水ポンプＰ１よりも下流側、膜濾過装置１０よりも上流側に測定ラインＬ９を介して原水ラインＬ１に接続されている。測定ラインＬ９には制御装置１００により駆動制御される開閉弁Ｖ９が設けられており、この開閉弁Ｖ９を開制御することにより、原水ラインＬ１から原水をＥＥＭ計５０内に取り込めるように構成されている。ＥＥＭ計５０は、励起光を分光してスキャンし、測定対象（原水）について３次元蛍光スペクトルの測定を行う。また、ＥＥＭ計５０は、測定した３次元蛍光スペクトルから得られるＥＥＭデータを多変量解析することによって、複数成分に分画し、測定対象の成分分類やその変化を評価することが可能である。ＥＥＭ計５０は、これらの測定結果を制御装置１００へ出力する。なお、制御装置１００へ出力する測定結果には、ＭＦ膜１１におけるファウリング進行速度に係る推定値を演算するために必要な値（後述するＲｅｇｉｏｎ３の値）が含まれていればよい。

ＴＯＣ計６０は、水中に含まれる全有機炭素（ＴＯＣ）を計測する計測装置であり、原水ポンプＰ１よりも下流側、膜濾過装置１０よりも上流側に測定ラインＬ１０を介して原水ラインＬ１に接続されている。測定ラインＬ１０には制御装置１００により駆動制御される開閉弁Ｖ１０が設けられており、この開閉弁Ｖ１０を開制御することにより、原水ラインＬ１から原水をＴＯＣ計６０内に取り込めるように構成されている。ＴＯＣ計６０は、処理対象の原水をサンプリングし、サンプリングした被処理水のＴＯＣを計測して測定結果を制御装置１００へ出力する。

制御装置１００は、例えばパーソナルコンピュータ、サーバ装置などの情報処理装置であり、開閉弁Ｖ１〜Ｖ１０、各種ポンプＰ１〜Ｐ３等の動作を制御して水処理システム全体の制御を行うと共に、ＥＥＭ計５０及びＴＯＣ計６０から得られる測定結果に基づき、ＭＦ膜１１におけるファウリングの進行速度を推定する。

図２は制御装置１００の内部構成を説明するブロック図である。制御装置１００は、例えばパーソナルコンピュータ、サーバ装置などの情報処理装置であり、制御部１０１、記憶部１０２、ＥＥＭ計接続部１０３、ＴＯＣ計接続部１０４、通信部１０５、表示部１０６、操作部１０７などを備える。

制御部１０１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）を備える。制御部１０１が備えるＲＯＭには、例えば上述したハードウェア各部の動作を制御するための制御プログラムやファウリング進行速度を演算するための演算プログラムが格納される。制御部１０１が備えるＣＰＵは、ＲＯＭ又は記憶部１０２に格納された制御プログラムや演算プログラムなどの各種コンピュータプログラムをＲＡＭ上に展開して実行することにより、ハードウェア各部の動作を制御すると共に、後述する手順にてファウリング進行速度に係る推定値の演算処理を実行する。

なお、制御部１０１は、上記の構成に限定されるものではなく、シングルコアＣＰＵ、マルチコアＣＰＵ、マイコン、揮発性又は不揮発性のメモリ等を含む１又は複数の処理回路であればよい。また、制御部１０１は、時刻を計時するクロック、計測開始指示を与えてから計測終了指示を与えるまでの経過時間を計測するタイマ、数をカウントするカウンタ等の機能を備えていてもよい。

また、上記演算プログラムは、制御部１０１内のＲＯＭに予め格納されている必要はなく、当該演算プログラムを読取り可能に記録したＣＤ−ＲＯＭ（CD : Compact Disk）などの記録媒体Ｍにより提供されてもよい。この場合、制御装置１００は、不図示の読取装置を用いて記録媒体Ｍから演算プログラムを読み取り、読み取った各種プログラムを記憶部１０２にインストールしてもよい。また、演算プログラムは、通信部１０５を介した通信により提供されてもよい。この場合、制御装置１００は、通信部１０５を通じて演算プログラムを取得し、取得した演算プログラムを記憶部１０２にインストールしてもよい。

記憶部１０２は、例えば、ＨＤ（Hard Disk）やＥＥＰＲＯＭ（Electronically Erasable Programmable Read Only Memory）などの不揮発性の記録媒体を備える記憶装置により構成される。記憶部１０２は、ＥＥＭ計接続部１０３を通じて入力されるＥＥＭ計５０からの測定結果、ＴＯＣ計接続部１０４を通じて入力されるＴＯＣ計６０からの測定結果、ファウリング進行速度の演算に必要な各種パラメータ及びデータ、ファウリング進行速度の演算結果等を記憶する。

ＥＥＭ計接続部１０３は、ＥＥＭ計５０を接続するための接続ポートを備える。制御部１０１は、ＥＥＭ計５０に対する動作指令等をＥＥＭ計接続部１０３から出力すると共に、ＥＥＭ計５０から出力される測定結果をＥＥＭ計接続部１０３を通じて取得する。

ＴＯＣ計接続部１０４は、ＴＯＣ計６０を接続するための接続ポートを備える。制御部１０１は、ＴＯＣ計６０に対する動作指令等をＴＯＣ計接続部１０４から出力すると共に、ＴＯＣ計６０から出力される測定結果をＴＯＣ計接続部１０４を通じて取得する。

通信部１０５は、開閉弁Ｖ１〜Ｖ１０、各種ポンプＰ１〜Ｐ３、薬剤投入装置４１、攪拌装置４２等を通信回線を介して接続するための通信インタフェースを備える。通信部１０５は、制御部１０１から入力される開閉弁Ｖ１〜Ｖ１０、各種ポンプＰ１〜Ｐ３、薬剤投入装置４１、攪拌装置４２宛の動作指令等を通信回線を通じて送信すると共に、開閉弁Ｖ１〜Ｖ１０、各種ポンプＰ１〜Ｐ３、薬剤投入装置４１、攪拌装置４２等から返信される応答信号を受信し、受信した応答信号を制御部１０１へ出力する。
なお、通信部１０５は、インターネット網などの通信網に接続する通信インタフェースを含むものであってもよく、通信部１０５を介してユーザが所持する携帯端末と通信できるように構成されてもよい。

表示部１０６は、液晶表示パネル、ＬＥＤランプ（LED : Light Emitting Diode）等の表示デバイスを備えており、制御部１０１から出力される制御信号に基づいて、ユーザに通知すべき情報を表示する。

操作部１０７は、キーボード、マウス等の入力インタフェースを備えており、各種の操作情報や設定情報を受付ける。制御部１０１は、操作部１０７から入力される操作情報に基づき適宜の制御を行い、必要に応じて設定情報を記憶部１０２に記憶させる。

なお、表示部１０６及び操作部１０７は、必ずしも制御装置１００が備えているものである必要はなく、制御装置１００の外部に接続されるものであってもよい。また、通信部１０５を介した外部機器との通信により操作情報を受付け、ユーザに通知すべき情報を外部機器に表示させる構成であってもよい。

以下、ファウリング進行速度の推定方法について説明する。
制御装置１００の制御部１０１は、ＥＥＭ計接続部１０３を通じてＥＥＭ計５０の測定結果を取得し、ＴＯＣ計接続部１０４を通じてＴＯＣ計６０の測定結果を取得した場合、以下の演算式により、ファウリング進行速度の推定値を演算する。

α×Ｖ_TOC ＋β×Ｖ_EEM ＋γ…（式１）

ここで、Ｖ_TOC はＴＯＣ計６０の測定結果であるＴＯＣであり、Ｖ_EEM はＥＥＭ計５０から得られる値である。なお、本実施の形態では、ＥＥＭ計５０から得られる値Ｖ_EEM として、後述するＲｅｇｉｏｎ３の値が用いられる。また、α，β，γは、予め決定される係数を表し、α及びβはそれぞれＶ_TOC 及びＶ_EEM の相関係数、γは定数である。

ＥＥＭ計５０は、測定対象について得られたＥＥＭデータを多変量解析することにより、例えば、ＳＵＶＡ（Specific Ultraviolet Absorption）、Ｒｅｇｉｏｎ１〜Ｒｅｇｉｏｎ５の値などを測定結果として取得する。ここで、ＳＵＶＡは、光路長１ｍ、ＤＯＣ（Dissolved Organic Carbon）濃度１ｍｇ／Ｌあたりの２５４ｎｍにおける吸光度である。また、Ｒｅｇｉｏｎ１〜Ｒｅｇｉｏｎ５の値は、ＥＥＭ計５０による３次元蛍光スペクトルにおいて、代表的な有機化合物の蛍光スペクトルにより分類される波長領域の値である。例えば、本実施の形態においてファウリング進行速度の演算に用いるＲｅｇｉｏｎ３の値は、フルボ酸相当物質を含む波長領域の蛍光スペクトルから得られる値であり、より具体的には、２１０ｎｍ〜２５０ｎｍの波長を有する励起光に対し、３８０ｎｍ〜５５０ｎｍの蛍光波長を示すスペクトルから得られる値である。

図３はＥＥＭ計５０及びＴＯＣ計６０により得られる測定結果の一例を示す表である。採取日又は採取場所（河川）が異なる原水についてＥＥＭ計５０でＥＥＭを測定し、ＴＯＣ計６０でＴＯＣを測定した結果、図３に示される通りとなった。

本実施の形態では、採取日又は採取場所（河川）が異なる原水についてＥＥＭ計５０及びＴＯＣ計で測定した測定結果を用いて、式１における相関係数α，β及び定数γを事前に決定する。例えば、制御部１０１は、式１により算出したファウリング進行速度の推定値と、同条件におけるファウリング進行速度の実測値との間の誤差が最小となるように、回帰分析を用いて相関係数α，β及び定数γを決定することができる。

図４はファウリング進行速度の推定値と実測値との関係を示すグラフである。グラフの横軸はファウリング進行速度の実測値を表し、縦軸はファウリング進行速度の推定値を表している。単位は、何れも１０¹¹／ｍ／ｈである。図３に示す採取日又は採取場所（河川）が異なる１２個のサンプルについてファウリング進行速度を実測した結果、実測値は白丸で示される値となった。また、これら１２個のサンプルについてＥＥＭ計５０及びＴＯＣ計６０から測定結果を取得し、実測値との誤差が最小となるように回帰分析（例えば重回帰分析）を用いて相関係数α，β及び定数γを決定した。このように決定された相関係数α，β及び定数γを用いて、ファウリング進行速度の推定値を式１により求めた結果、実線の直線で示される値となった。なお、決定した相関係数はαが２．９、βが−４．０×１０^-6、γが−１．２であった。すなわち、ＴＯＣの相関係数αは正の値であり、ＴＯＣの値が増加するにつれてファウリング進行速度は高くなることを示している。一方、Ｒｅｇｉｏｎ３の相関係数βは負の値であり、Ｒｅｇｉｏｎ３の値が増加するにつれてファウリング進行速度が低くなることを示し、フルボ酸相当物質にファウリング抑効果があることが示唆される。

相関係数α，β、及び定数γを決定した場合、制御部１０１は、任意の取水日及び任意の河川で取水された原水を上記の水処理システムで処理した場合におけるファウリング進行速度の推定値を演算することができる。

以下、制御装置１００の動作について説明する。
図５は制御装置１００が実行する処理の手順を説明するフローチャートである。図５に示す処理手順は、定期的なタイミング、特定のイベントが発生したタイミング、外部から指示されるタイミング等の適宜のタイミングで制御装置１００によって実行される処理の手順を示している。

制御部１０１は、まず、ＥＥＭ計接続部１０３を通じてＥＥＭ計５０による測定結果を取得する（ステップＳ１０１）。ここで、制御部１０１は、上述したＲｅｇｉｏｎ３の値のみを取得してもよく、ＳＵＶＡ、Ｒｅｇｉｏｎ１〜Ｒｅｇｉｏｎ５の値などの各種値を取得して、Ｒｅｇｉｏｎ３の値のみを選択的に用いてもよい。制御部１０１は、取得したＲｅｇｉｏｎ３の値を内蔵のＲＡＭ若しくは記憶部１０２に記憶させる。

次いで、制御部１０１は、ＴＯＣ計接続部１０４を通じてＴＯＣ計６０の測定結果であるＴＯＣを取得する（ステップＳ１０２）。制御部１０１は、取得したＴＯＣを内蔵のＲＡＭ若しくは記憶部１０２に記憶させる。
なお、本実施の形態では、ＥＥＭ計５０による測定結果を取得した後にＴＯＣ計６０の測定結果を取得する構成としたが、測定結果を取得する順番はこの限りではなく、ＴＯＣを取得した後にＲｅｇｉｏｎ３の値を取得してもよく、両値を同時的に取得してもよい。

次いで、制御部１０１は、ＥＥＭ計５０から得られる値（Ｒｅｇｉｏｎ３の値）及びＴＯＣ計６０から得られる値（ＴＯＣ）を、式１に代入することによって、ＭＦ膜１１におけるファウリング進行速度の推定値を算出する（ステップＳ１０３）。

次いで、制御部１０１は、ステップＳ１０３で算出したファウリング進行速度の推定値が予め設定した閾値を超えているか否かを判断する（ステップＳ１０４）。なお、閾値は、例えば記憶部１０２に予め記憶されているものとする。制御部１０１は、記憶部１０２に記憶されている閾値を読み出して、算出したファウリング進行速度との大小関係を比較することにより、閾値を超えているか否かの判断を行う。

ファウリング進行速度の推定値が閾値以下であると判断した場合（Ｓ１０４：ＮＯ）、制御部１０１は、本フローチャートによる処理を終了する。

一方、ファウリング進行速度の推定値が閾値を超えていると判断した場合（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、制御部１０１は、警告処理（ステップＳ１０５）及びファウリング抑制処理（ステップＳ１０６）を実行する。

例えば、制御部１０１は、ファウリング進行速度の推定値が閾値を超えている旨の文字情報を表示部１０６に表示させることによって警告処理を行う。また、制御装置１００が警告音を発するためのブザー等を備える場合、制御部１０１は、ブザー等から警告音を発生させて警告処理を行ってもよい。更に、制御部１０１は、ファウリング進行速度の推定値が閾値を超えている旨のメッセージをユーザが所持する携帯端末に送信することにより、警告処理を行ってもよい。

また、制御部１０１は、開閉弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ６等を閉制御、開閉弁Ｖ５を開制御すると共に、循環ポンプＰ３を駆動することにより、洗浄液タンク４０にて生成される洗浄液を膜濾過装置１０の一次側に導入し、ファウリング抑制処理を実行してもよい。

なお、図５に示すフローチャートでは、警告処理の後にファウリング抑制処理を実行する構成としたが、ファウリング抑制処理を先に実行し、その後に警告処理を実行する構成としてもよい。また、警告処理又はファウリング抑制処理の何れか一方のみを実行する構成としてもよい。

以上のように、実施の形態１では、連続測定可能なＥＥＭ計５０及びＴＯＣ計６０の測定結果に基づき、ファウリング進行速度を推定することができるので、リアルタイムにファウリング進行速度を予測することができ、ファウリング抑制の対策を講じることが可能となる。

なお、本実施の形態では、採取日又は採取場所（河川）が異なる１２個のサンプルから式１における相関係数α，β及び定数γを決定したが、更に多くのサンプルを用いて演算を行うことにより、任意の原水で適用可能なユニバーサルな相関係数α，β及び定数γを決定するようにしてもよい。また、同一河川の異なる採取場所で採取したサンプルを用いて演算を行うことにより、その河川に特化した相関係数α，β及び定数γを決定するようにしてもよい。

また、本実施の形態では、ＥＥＭ計５０から得られるＲｅｇｉｏｎ３の値と、ＴＯＣ計６０により測定されるＴＯＣとを用いて、ファウリング進行速度の推定値を演算するための演算式を設定し、当該演算式によりファウリング進行速度を推定する構成としたが、ＥＥＭ計５０から得られる他の値とＴＯＣとの組み合わせ、若しくは、ＥＥＭ計５０から得られる１又は複数の値とＴＯＣとの組み合わせを用いて、式１と同様の演算式を設定し、当該演算式によりファウリング進行速度を推定する構成としてもよい。さらに、ＥＥＭ計５０から得られる１又は複数の値の組み合わせのみを用いる演算式を設定し、当該演算式によりファウリング進行速度を推定する構成としてもよい。

（実施の形態２）
実施の形態１では、制御装置１００の内部でファウリング進行速度の推定値を演算する構成としたが、ＥＥＭ計５０の内部でファウリング進行速度の推定値を演算する構成としてもよい。
実施の形態２では、ＥＥＭ計５０の内部でファウリング進行速度の推定値を演算する構成について説明する。

図６は実施の形態２に係るＥＥＭ計５０の内部構成を説明するブロック図である。実施の形態２に係るＥＥＭ計５０は、例えば、制御部５０１、記憶部５０２、励起光源５０３、分光器５０４、蛍光検出器５０５、吸光検出器５０６、入力ポート５０７、出力ポート５０８等を備える。

制御部５０１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを備える。制御部５０１が備えるＲＯＭには、例えば上述したハードウェア各部の動作を制御するための制御プログラムやファウリング進行速度を演算するための演算プログラムが格納される。制御部５０１が備えるＣＰＵは、ＲＯＭ又は記憶部５０２に格納された制御プログラムや演算プログラムなどの各種コンピュータプログラムをＲＡＭ上に展開して実行することにより、ハードウェア各部の動作を制御すると共に、ファウリング進行速度に係る推定値の演算処理を実行する。

なお、制御部５０１は、上記の構成に限定されるものではなく、シングルコアＣＰＵ、マルチコアＣＰＵ、マイコン、揮発性又は不揮発性のメモリ等を含む１又は複数の処理回路であればよい。また、制御部５０１は、時刻を計時するクロック、計測開始指示を与えてから計測終了指示を与えるまでの経過時間を計測するタイマ、数をカウントするカウンタ等の機能を備えていてもよい。

また、上記演算プログラムは、制御部５０１内のＲＯＭに予め格納されている必要はなく、当該演算プログラムを読取り可能に記録したＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体により提供されてもよい。この場合、ＥＥＭ計５０は、不図示の読取装置を用いて記録媒体から演算プログラムを読み取り、読み取った各種プログラムを記憶部５０２にインストールしてもよい。

記憶部５０２は、例えば、ＨＤやＥＥＰＲＯＭなどの不揮発性の記録媒体を備える記憶装置により構成される。記憶部５０２は、蛍光検出器５０５及び吸光検出器５０６の検出結果、ファウリング進行速度の演算に必要な各種パラメータ及びデータ、ファウリング進行速度の演算結果等を記憶する。

励起光源５０３は、例えば２４０〜２５００ｎｍの間の波長を有する広スペクトルの励起光を出力するための光源である。１つの例では、励起光源５０３は、１５０ＷのＵＶ強化された無オゾンキセノンアークランプであるが、用途及び実装に応じて適宜の光源を選択することができる。

分光器５０４は、励起光源５０３より入射される広スペクトルの光を挟波長帯域の光に変換するモノクロメータを備える。分光器５０４が備えるモノクロメータは、例えば、二重減算型モノクロメータであり、約５ｎｍの選択波長の帯域幅を提供し、開始波長から終了波長まで１ｎｍ等の指定された増分で走査すべく制御される。

蛍光検出器５０５は、分光器５０４により選択された励起波長の各々について試料から発光された光の複数の波長を検出する。蛍光検出器５０５は、デジタル信号に変換した検出結果を制御部５０１へ出力する。吸光検出器５０６は、試料を透過する光を検出し、デジタル信号に変換した検出結果を制御部５０１へ出力する。制御部５０１は、蛍光検出器５０５及び吸光検出器５０６から入力される信号に基づき、試料の吸収及び蛍光を測定しながら、試料を選択された複数の波長で順次照射すべく分光器５０４の制御を行う。

入力ポート５０７は、ＴＯＣ計６０を接続するためのポートを備える。入力ポート５０７には、ＴＯＣ計６０から出力される測定結果（ＴＯＣ）が入力される。

出力ポート５０８は、制御装置１００を接続するためのポートを備える。出力ポート５０８は、制御装置１００へ出力すべきデータ（本実施の形態では、ファウリング進行速度の演算結果）を出力する。

図７は実施の形態２に係るＥＥＭ計５０及び制御装置１００が実行する処理の手順を説明するフローチャートである。図７に示す処理手順は、定期的なタイミング、特定のイベントが発生したタイミング、外部から指示されるタイミング等の適宜のタイミングでＥＥＭ計５０及び制御装置１００によって実行される処理の手順を示している。

ＥＥＭ計５０は、励起光源５０３、分光器５０４、蛍光検出器５０５、吸光検出器５０６等の動作を制御部５０１が制御することにより、原水ラインＬ１から取得した原水についてＥＥＭを測定する（ステップＳ２０１）。制御部５０１は、測定結果として得られるＥＥＭデータを内蔵のＲＡＭ若しくは記憶部１０２に記憶させる。

次いで、制御部５０１は、入力ポート５０７を通じてＴＯＣ計６０の測定結果であるＴＯＣを取得する（ステップＳ２０２）。制御部５０１は、取得したＴＯＣを内蔵のＲＡＭ若しくは記憶部１０２に記憶させる。
なお、本実施の形態では、ＥＥＭの測定を行った後にＴＯＣ計６０の測定結果を取得する構成としたが、測定結果を取得する順番はこの限りではなく、ＴＯＣを取得した後にＥＥＭの測定を行ってもよい。

次いで、制御部５０１は、ＥＥＭデータから得られる値（Ｒｅｇｉｏｎ３の値）及びＴＯＣ計６０から得られる値（ＴＯＣ）を、式１に代入することによって、ＭＦ膜１１におけるファウリング進行速度の推定値を算出する（ステップＳ２０３）。ファウリング進行速度の推定値が得られた場合、制御部５０１は、ファウリング進行速度の推定値を出力ポート５０８から制御装置１００へ出力する（ステップＳ２０４）。

次いで、制御装置１００の制御部１０１は、ＥＥＭ計５０からファウリング進行速度の推定値を取得した場合（ステップＳ２０５）、ファウリング進行速度の推定値が予め設定した閾値を超えているか否かを判断する（ステップＳ２０６）。なお、閾値は、例えば記憶部１０２に予め記憶されているものとする。制御部１０１は、記憶部１０２に記憶されている閾値を読み出して、取得したファウリング進行速度との大小関係を比較することにより、閾値を超えているか否かの判断を行う。

ファウリング進行速度の推定値が閾値以下であると判断した場合（Ｓ２０６：ＮＯ）、制御部１０１は、本フローチャートによる処理を終了する。

一方、ファウリング進行速度の推定値が閾値を超えていると判断した場合（Ｓ２０６：ＹＥＳ）、制御部１０１は、警告処理（ステップＳ２０７）及びファウリング抑制処理（ステップＳ２０８）を実行する。

例えば、制御部１０１は、ファウリング進行速度の推定値が閾値を超えている旨の文字情報を表示部１０６に表示させることによって警告処理を行う。また、制御装置１００が警告音を発するためのブザー等を備える場合、制御部１０１は、ブザー等から警告音を発生させて警告処理を行ってもよい。更に、制御部１０１は、ファウリング進行速度の推定値が閾値を超えている旨のメッセージをユーザが所持する携帯端末に送信することにより、警告処理を行ってもよい。

また、制御部１０１は、開閉弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ６等を閉制御、開閉弁Ｖ５を開制御すると共に、循環ポンプＰ３を駆動することにより、洗浄液タンク４０にて生成される洗浄液を膜濾過装置１０の一次側に導入し、ファウリング抑制処理を実行してもよい。

なお、図７に示すフローチャートでは、警告処理の後にファウリング抑制処理を実行する構成としたが、ファウリング抑制処理を先に実行し、その後に警告処理を実行する構成としてもよい。また、警告処理又はファウリング抑制処理の何れか一方のみを実行する構成としてもよい。

今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１０ 膜濾過装置
１１ ＭＦ膜
２０ 膜濾過装置
２１ ＲＯ膜
３０ 透過水タンク
４０ 洗浄液タンク
５０ ＥＥＭ計
６０ ＴＯＣ計
１００ 制御装置
１０１ 制御部
１０２ 記憶部
１０３ ＥＥＭ計接続部
１０４ ＴＯＣ計接続部
１０５ 通信部
１０６ 表示部
１０７ 操作部
Ｍ 記録媒体

Claims (9)

1. コンピュータに、
   水処理プロセスが施される被処理水のＴＯＣ（Total Organic Carbon）と、前記被処理水のＥＥＭ（Excitation Emission Matrix）から得られる値とに基づき、前記水処理プロセスで用いられる膜のファウリング進行速度を推定する
   処理を実行させるためのコンピュータプログラム。
2. 前記ＴＯＣの値をＶ_TOC 、前記ＥＥＭから得られる値をＶ_EEM 、前記Ｖ_TOC 及び前記Ｖ_EEMの相関係数をそれぞれα及びβ、定数をγとしたとき、前記ファウリング進行速度の推定値を、
   α×Ｖ_TOC ＋β×Ｖ_EEM ＋γ
   の演算式により算出する請求項１に記載のコンピュータプログラム。
3. 前記相関係数は、前記演算式による前記ファウリング進行速度の推定値と、前記ファウリング進行速度の実測値との間の誤差が最小となるように、回帰分析により決定される値である
   請求項２に記載のコンピュータプログラム。
4. 前記ＥＥＭから得られる値は、代表的な有機化合物の蛍光スペクトルにより分類されるＲｅｇｉｏｎ１からＲｅｇｉｏｎ５までの５つの波長領域のうち、Ｒｅｇｉｏｎ３に属する値である
   請求項１から請求項３の何れか１つに記載のコンピュータプログラム。
5. 前記ＥＥＭから得られる値は、フルボ酸相当物質を含む特定の波長領域の蛍光スペクトルから得られる値である
   請求項１から請求項４の何れか１つに記載のコンピュータプログラム。
6. 前記波長領域の蛍光スペクトルは、２１０ｎｍ〜２５０ｎｍの波長を有する励起光に対し、３８０ｎｍ〜５５０ｎｍの蛍光波長を示すスペクトルである
   請求項５に記載のコンピュータプログラム。
7. 推定した前記ファウリング進行速度が閾値を超えた場合、警告を出力する
   処理を実行させるための請求項１から請求項６の何れか１つに記載のコンピュータプログラム。
8. 水中溶存有機物を検出すべくＥＥＭを測定する蛍光測定装置において、
   水処理プロセスが施される被処理水のＴＯＣを取得する取得部と、
   該取得部が取得したＴＯＣと、前記被処理水について測定したＥＥＭから得られる値とに基づき、前記水処理プロセスで用いられる膜のファウリング進行速度を推定する推定部と
   を備える蛍光測定装置。
9. 水処理プロセスが施される被処理水のＴＯＣを取得し、
   前記被処理水のＥＥＭから得られる値を取得し、
   取得した前記ＴＯＣと、前記ＥＥＭから得られる値とに基づき、前記水処理プロセスで用いられる膜のファウリング進行速度を推定する
   ファウリング進行速度の推定方法。

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