JP3749719B2

JP3749719B2 - Filtration rate determination method and filtration rate candidate evaluation apparatus

Info

Publication number: JP3749719B2
Application number: JP2003125197A
Authority: JP
Inventors: 英司入谷; 康人向井; オンタン
Original assignee: Nagoya University NUC; Japan Science and Technology Agency; Tokai National Higher Education and Research System NUC; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Current assignee: Nagoya University NUC; Japan Science and Technology Agency; Tokai National Higher Education and Research System NUC; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Priority date: 2003-04-30
Filing date: 2003-04-30
Publication date: 2006-03-01
Anticipated expiration: 2023-04-30
Also published as: JP2004329982A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水や化学プロセス産業から排出される廃水等から不純物を濾過したり、上水処理の工程で不純物を濾過により除去したりするのに用いられる膜濾過装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
膜濾過装置では、不純物を含んだ被処理水を濾過膜の一方の面から他方の面へ透過させることで、被処理水中の不純物を膜表面に付着させて除去する。処理時間の経過に伴って膜表面に不純物が付着・堆積していくため、濾過膜表面を物理的に洗浄する処理（以下、物理的洗浄処理という）が行われる。濾過膜の表面が洗浄されると膜表面に付着した付着物が剥離するため、膜の濾過能力が回復して再び濾過処理が行われる。したがって、膜濾過装置では、被処理水中の不純物を濾過する濾過工程と、濾過工程により膜表面に付着した付着物を洗浄する洗浄工程〔具体的には、逆洗（処理水を逆方向に流すこと）や膜表面に空気を散気する等の物理的洗浄処理〕とが繰り返し実行される（以下、１回の濾過処理と１回の物理的洗浄処理とを合わせて１濾過サイクルという）。
上記の濾過サイクルが繰り返されていくと、逆洗処理等の物理的洗浄処理だけでは除去しきれない付着物が濾過膜に残留して行く。このため、濾過サイクル数の増加に応じて濾過処理開始時の濾過開始圧力が高くなり、逆洗処理を行う頻度も多くなる。そこで、逆洗処理後の濾過開始圧力が所定値よりも高くなると、薬品を用いて濾過膜を洗浄する処理（以下、薬品洗浄処理という）が行われる。これによって、濾過膜に残留する付着物が除去されて膜の濾過能力が回復する。したがって、複数回の濾過サイクルが行われると１回の薬品洗浄処理が行われ、以下、複数回の濾過サイクルと１回の薬品洗浄処理とを１サイクル（以下、薬品洗浄サイクルという）とする処理が繰り返される。
なお、膜に強固に付着した付着物の一部は薬品洗浄を行っても除去できないため、薬品洗浄サイクル毎に膜の濾過能力は低下する（すなわち、薬品洗浄処理直後の濾過サイクルにおける濾過開始圧力が上昇する）。このため、薬品洗浄処理が行われても濾過開始圧力が充分に低下しなくなると、新しい濾過膜に交換される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の膜濾過装置に被処理水を供給する方式としては、通常、濾過開始時から濾過終了時まで濾過速度（膜を透過する被処理水の単位時間，単位膜面積当たりの流量）を一定に保つ定速濾過方式と、濾過開始時から濾過終了時まで濾過圧力（被処理水の供給圧力）を一定に保つ定圧濾過方式が用いられている。化学プロセス産業等の水処理設備では、時間当りに発生する被処理水量が略一定となることから、膜濾過装置に供給される被処理水量も時間当り一定とすることが好ましい。しかしながら、定圧濾過方式では被処理水の供給圧力が一定であるため、膜表面への不純物の付着量の増加に応じて処理される被処理水量が時間とともに減少する。このため、化学プロセス産業等の水処理設備では定速濾過方式を採用する場合が多くなっている。
定速濾過方式の場合、濾過速度を大きくしすぎると膜表面への不純物の付着量（すなわち、濾過時間の経過）に応じて被処理水の供給圧力がべき指数関数的に増加する。このため、洗浄処理を頻繁に行わなければならずエネルギ効率が低下する。一方、濾過速度を小さくしすぎると被処理水の供給圧力の増加が抑制されるため洗浄処理の頻度を低くできるものの、時間当りの被処理水量を上げるためには設備（膜面積）を大きくしなければならない。このように定速濾過時の濾過速度をいかなる値に決定するかは最も重要な問題の１つであるにも関わらず、事前に濾過速度を評価・決定する確立された手法は未だなく、専ら経験と勘に頼り試行錯誤によって決められているのが実情であった。
なお、膜濾過装置に被処理水を供給する従来の方法としては、特許文献１に記載の方法が知られている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２６３４５２号公報
【０００５】
本発明は上述した事情に鑑みなされたもので、その目的は、定速濾過処理時の濾過速度を効率的な値に決定するための過程を支援する技術を提供することを目的とする。
上記課題を解決するためには、膜洗浄後の濾過開始圧力を正確に予測することが重要となる。膜洗浄後の濾過開始圧力を正確に予測できれば、その後の濾過処理における濾過圧力の経時変化も正確に予測することができ、その結果、濾過処理に必要なエネルギ量と処理水量（すなわち、エネルギ効率）を正確に予測することが可能となるためである。
本発明者らが種々の検討を行ったところ、膜洗浄後の濾過開始圧力（つまり、濾過能力）は濾過速度によって大きく異なることに気付いた。例えば、同一圧力・同一流量で逆洗処理を行った場合でも、濾過速度が大きい濾過処理後の逆洗処理では濾過能力の回復量は小さく、濾過速度が小さい濾過処理後の逆洗処理では濾過能力の回復量は大きくなる。
したがって、濾過速度に応じて膜洗浄処理後の濾過開始圧力（膜洗浄による濾過能力の回復量）を決定してやれば、各濾過サイクルにおける濾過圧力の経時変化を正確に算出でき、その結果、各濾過サイクルのエネルギ量及び処理水量を算出できることとなる。そこで、本発明では、濾過速度に応じて膜洗浄処理による濾過能力の回復量を変えることで、最も効率の良い濾過速度を予測可能としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
上記課題を解決するため本願発明に係る１つの技術は、定速濾過処理時の濾過圧力が設定値を超えるときに膜洗浄処理を行うことで、定速濾過処理と膜洗浄処理からなる濾過サイクルが繰返し行われる膜濾過装置において濾過速度を決定する方法であって、以下の各工程を有する。
すなわち、濾過ケークの圧縮特性を取得する工程と、濾過膜の初期特性を取得する工程と、濾過速度と物理的洗浄による膜閉塞特性の関係を取得する工程と、濾過速度候補群の中から１の濾過速度候補を選択する工程と、取得された濾過膜の初期特性を用いて、選択された濾過速度候補で定速濾過処理を行うときの１回目の濾過サイクルにおける濾過開始圧力を決定する第１決定工程と、取得された濾過ケークの圧縮特性を用いて、決定された濾過開始圧力から選択された濾過速度候補で定速濾過処理を行うときの被処理水供給圧力の経時変化を求め、その被処理水供給圧力の経時変化から１濾過サイクル当りのエネルギ量と処理水量を算出する第１算出工程と、取得された濾過速度と物理的洗浄による膜閉塞特性との関係を用いて、膜洗浄処理後の濾過サイクルにおける濾過開始圧力を決定する第２決定工程と、濾過開始圧力が第１所定値を超えるまで第１算出工程と第２決定工程を繰り返し行い、エネルギ量の和と処理水量の和を算出する第２算出工程と、を有する。
【０００７】
この方法では、予め濾過ケークの圧縮特性と、濾過膜の初期特性と、濾過速度と物理的洗浄による膜閉塞特性の関係（例えば、複数の濾過速度で濾過処理を行ったときの濾過開始圧力と濾過サイクル数の関係）を取得しておく。次に、評価すべき濾過速度候補を選択して、濾過膜の初期特性から１回目の濾過サイクル時の濾過開始圧力を決定し、これらの値を用いて１回目の濾過サイクルにおける被処理水供給圧力の経時変化を求める。被処理水供給圧力の経時変化が求まると、濾過速度（すなわち、単位膜面積あたりの濾過流量）が一定であることからエネルギ量と処理水量が算出される。
２回目以降の濾過サイクルについては、取得した濾過速度と物理的洗浄による膜閉塞特性の関係に基づいて濾過開始圧力を決定する。例えば、複数の濾過速度で濾過処理を行ったときの濾過開始圧力と濾過サイクル数の関係を取得している場合、これらのデータを補完処理することで、選択した濾過速度候補で濾過処理を行ったときの２回目以降の濾過サイクルにおける濾過開始圧力を決定する。濾過開始圧力が決まれば１回目の濾過サイクルと同様にエネルギ量と処理水量を算出することができる。そして、濾過開始圧力が第１所定値を超えるまで（すなわち、薬品洗浄処理が必要となるまで）の間に行われる各濾過サイクルについてそのエネルギ量と処理水量を算出する。
したがって、上記の方法によると複数の濾過サイクルを行ったときのエネルギ量と処理水量が算出されるため、これらの値からエネルギ効率等が算出でき、そのエネルギ効率等によって選択した濾過速度候補が適切か否かを評価することができる。
【０００８】
上記の方法においては、さらに、濾過速度候補群の各濾過速度候補について第１決定工程から第２算出工程までを行い、算出されたエネルギ量の和と処理水量の和から決まるエネルギ効率が最も高くなる濾過速度候補を膜濾過装置の濾過速度として決定することが好ましい。なお、決定された濾過速度は、その後の実際の運転結果をフィードバックして適宜調整することができる。
【０００９】
上記の方法は、濾過サイクル開始時の濾過開始圧力が第１所定値を越えるときに薬品洗浄処理が行われることで、複数の濾過サイクルと薬品洗浄処理を１サイクルとする薬品洗浄サイクルが繰返し行われる膜濾過装置において、濾過速度を決定する際にも用いることができる。
この場合には、さらに、薬品洗浄による膜閉塞特性と濾過速度の関係を取得する工程と、取得された薬品洗浄による膜閉塞特性と濾過速度の関係を用いて、薬品洗浄直後の濾過サイクルにおける濾過開始圧力を決定する第３決定工程と、薬品洗浄直後の濾過開始圧力が第２所定値を超えるまで第１算出工程から第３決定工程までを繰り返し行い、エネルギ量の和と処理水量の和を算出する第３算出工程と、投入された総薬剤量並びに第３算出工程で算出された総エネルギ量及び総処理水量から評価値を算出する工程とを有することが好ましい。
【００１０】
このような構成では、複数回の薬品洗浄サイクルを行うときの総エネルギ量と総処理水量が算出される。ここで、薬品洗浄による濾過能力の回復量は、物理的洗浄処理と同様に濾過速度に応じて変化する。このため、総エネルギ量と総処理水量を算出する際には、選択した濾過速度候補に応じて薬品洗浄による濾過能力の回復量が決定されている。
そして、総薬剤投入量、総エネルギ量及び総処理水量を総合的に評価する評価値が算出される。総薬剤投入量は、例えば、１回の薬品洗浄処理に使用される薬剤投入量を予め決めておき、その薬剤投入量に薬品洗浄回数をかけることで求めることができる。また、評価値としては、例えば、総エネルギ量と総薬剤投入量から算出される総コストを総処理水量で割ることで算出される単位処理水量当りのコストとすることができる。さらには、総エネルギ量と総薬剤投入量から算出される環境負荷値（環境に対する負荷）を総処理水量で割った値を評価値とすることもできる。
このようにして算出された評価値を用いることで、薬剤投入量をも考慮して濾過速度候補を評価・決定することができる。例えば、濾過速度候補群の各濾過速度候補について第１決定工程から評価値算出工程までを行い、最も評価値が高くなる濾過速度候補を膜濾過装置の濾過速度として決定することができる。
【００１１】
また、本願発明に係る他の技術は、定速濾過処理時の濾過圧力が設定値を超えるときに膜洗浄処理を行うことで、定速濾過処理と膜洗浄処理からなる濾過サイクルが繰返し行われる膜濾過装置における濾過速度候補を評価する装置であって、以下の各手段を有する。
すなわち、濾過ケークの圧縮特性を入力する第１入力手段と、濾過膜の初期特性を入力する第２入力手段と、濾過速度と物理的洗浄による膜閉塞特性の関係を入力する第３入力手段と、濾過速度候補を入力する第４入力手段と、入力された濾過膜の初期特性を用いて、入力された濾過速度候補で定速濾過処理を行うときの１回目の濾過サイクルにおける濾過開始圧力を決定する第１決定手段と、入力された濾過ケークの圧縮特性を用いて、決定された濾過開始圧力から入力された濾過速度候補で定速濾過処理を行うときの被処理水供給圧力の経時変化を求め、その被処理水供給圧力の経時変化から１濾過サイクル当りのエネルギ量と処理水量を算出する第１算出手段と、入力された濾過速度と物理的洗浄による膜閉塞特性との関係を用いて、膜洗浄処理後の濾過サイクルにおける濾過開始圧力を決定する第２決定手段と、濾過開始圧力が第１所定値を超えるまで第１算出手段と第２決定手段を繰り返し実行することで、エネルギ量の和と処理水量の和を算出する第２算出手段と、を有する。
上記の装置では、濾過ケークの圧縮特性等を入力すると、それら入力されたデータを用いてエネルギ量の和と処理水量の和が算出される。したがって、利用者は算出されたエネルギ量の和と処理水量の和からエネルギ効率等を算出して、濾過速度候補が妥当な値であるか否かを評価することができる。
【００１２】
上記の装置は、濾過サイクル開始時の濾過開始圧力が第１所定値を越えるときに薬品洗浄処理が行われることで、複数の濾過サイクルと薬品洗浄処理を１サイクルとする薬品洗浄サイクルが繰返し行われる膜濾過装置において、濾過速度候補を評価する際に用いることができる。
この場合は、さらに、薬品洗浄による膜閉塞特性と濾過速度の関係を入力する第５入力手段と、入力された薬品洗浄による膜閉塞特性と濾過速度の関係を用いて、薬品洗浄直後の濾過サイクルにおける濾過開始圧力を決定する第３決定手段と、薬品洗浄直後の濾過開始圧力が第２所定値を超えるまで第１算出手段から第３決定手段までを繰り返し実行することで、総エネルギ量と総処理水量を算出する第３算出手段と、投入された総薬剤量と第３算出手段で算出された総エネルギ量及び総処理水量とから評価値を算出する手段と、を有することが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の一実施例の特徴を下記に示す。
（形態１）濾過ケークの圧縮特性、濾過膜の初期特性、濾過速度と物理的洗浄による濾過膜の膜閉塞特性との関係並びに濾過速度と薬品洗浄による膜閉塞特性との関係は実験により取得する。実験により取得された各特性は評価装置に入力され、評価装置は入力された各特性を用いてエネルギ効率及び評価値を算出する。
（形態２）濾過ケークの圧縮特性Ｋ，ａは、濾過処理時における濾過圧力ｐの経時変化を規定する。本実施例の評価装置では、下記の式で同一の薬品洗浄サイクル（Ｎ_ｔ）内における濾過サイクルＮのときの濾過圧力ｐ_Ｎｔ，Ｎを近似する。
ｐ_Ｎｔ，Ｎ＝ｐ_{ｍ，Ｎｔ，Ｎ}＋Ｋ×ｔ^ａ
（ｐ_{ｍ，Ｎｔ，Ｎ}；同一の薬品洗浄サイクル（Ｎ_ｔ）内における濾過サイクルＮのときの濾過開始圧力，Ｋ；係数，ａ；圧力上昇係数，ｔ；時間）
（形態３）濾過膜の初期特性β（濾過抵抗）は、未使用の濾過膜の濾過開始圧力ｐ_{ｍ，１，１}を規定する。本実施例の評価装置では、下記の式で濾過開始圧力ｐ_{ｍ，１，１}を近似する。
ｐ_{ｍ，１，１}＝β×ｑ
（ｑ；濾過速度）
（形態４）濾過膜の物理的洗浄による膜閉塞特性ηは、同一の薬品洗浄サイクル（Ｎ_ｔ）内における濾過サイクル数Ｎのときの濾過開始圧力ｐ_{ｍ，Ｎｔ，Ｎ}を規定する。本実施例の評価装置では、濾過開始圧力ｐ_{ｍ，Ｎｔ，Ｎ}を下記の式で近似する。
ｐ_m _{，Ｎｔ，Ｎ}＝ｐ_{ｍ，Ｎｔ，１}×ｅｘｐ〔η×（Ｎ−１）〕
（ｐ_{ｍ，Ｎｔ，１}；薬品洗浄サイクル（Ｎ_ｔ）内の１回目の濾過開始圧力）
（形態５）薬品洗浄による膜閉塞特性ξは、薬品洗浄サイクル数Ｎ_ｔにおける１回目の濾過処理の濾過開始圧力ｐ_{ｍ，Ｎｔ，１}を規定する。本実施例の評価装置では、濾過開始圧力ｐ_{ｍ，Ｎｔ，１}を下記の式で近似する。
ｐ_m _{，Ｎｔ，１}＝ｐ_{ｍ，１，１}×ｅｘｐ〔ξ×（Ｎ_ｔ−１）〕
（ｐ_{ｍ，１，１}；未使用の濾過膜の濾過開始圧力）
【００１４】
【実施例】
本発明の一実施例に係る濾過速度候補評価装置（以下、単に評価装置という）について図面を参照して説明する。まず、評価装置によって濾過速度候補が評価される濾過システムの全体構成を説明する。
図１は膜濾過システムの全体構成を示す模式図である。図１に示すように、本実施例に係る膜濾過システムは膜濾過装置２４を中心に構成され、膜濾過装置２４に供給される被処理水（原水）に前処理を施す前処理設備（被処理水槽１０、水位調整槽１２、恒温槽１４、凝集混和槽１６）と、前処理が施された被処理水を膜濾過装置２４に供給するギヤポンプ１８と、膜濾過装置２４で処理された透過水を貯留する透過水槽２６と、システム全体を制御する制御装置３０等から構成される。
【００１５】
前処理設備は、被処理水槽１０と、被処理水槽１０に接続された水位調整槽１２と、水位調整槽１２に接続された恒温槽１４と、恒温槽１４に接続された凝集混和槽１６から構成される。被処理水槽１０は、被処理水を貯留する貯留槽であり、被処理水槽１０内に貯留されている被処理水は水位調整槽１２に供給される。水位調整槽１２は、被処理水槽１０から送られてきた被処理水のｐＨ（水素イオン濃度の指標）を調整し、ｐＨが調整された被処理水を恒温槽１４に供給する。この水位調整槽１２は、その水位が調整されることで、恒温槽１４に安定して被処理水を供給する。すなわち、水位調整槽１２は、水位調整槽１２内の被処理水の水位が一定となるように、被処理水槽１０から送られてきた余剰の被処理水（被処理水槽１０から供給された被処理水と恒温槽１４に送り出した被処理水との差）を被処理水槽１０に戻す機能を備えている。恒温槽１４は、被処理水の温度を一定に保つための槽であり、温度が一定とされた被処理水は凝集混和槽１６に供給される。凝集混和槽１６は、被処理水に凝集剤（例えば、ポリ塩化アルミニウム等）を混入する槽である。凝集混和槽１６には、攪拌装置が設けられており、この攪拌装置により投入された凝集剤と被処理水が均一に混合される。凝集混和槽１６に投入された凝集剤は、被処理水中の不純物（有機物等）と結合し、膜濾過装置２４の膜により被処理水中の不純物と共に被処理水から除去される。
【００１６】
上述のように前処理が施された被処理水は、ギヤポンプ１８によって膜濾過装置２４に供給される。ギヤポンプ１８の回転数は、後述する制御装置３０によって制御され、回転数に応じた流量の被処理水が膜濾過装置２４に供給される。ギヤポンプ１８と膜濾過装置２４とを接続する被処理水の供給管には、流量計２０と、圧力計２２が配設されている。流量計２０は、膜濾過装置２４に供給される被処理水の流量（膜面積で除算すると濾過速度になる）を測定し、その測定した値を制御装置３０に出力する。圧力計２２は、膜濾過装置２４に供給される被処理水の圧力（濾過圧力に相当）を測定し、その測定した値を制御装置３０に出力する。
【００１７】
膜濾過装置２４は、円筒形状のモノリス状のセラミック膜（精密濾過膜）を備え、このセラミック膜は上端及び下端を金属板等で閉じられている。セラミック膜の下端を閉じる金属板には被処理水の供給口が設けられ、この供給口から供給された被処理水はセラミック膜の円筒内に流れるようになっている。したがって、セラミック膜の円筒内に供給された被処理水は、セラミック膜の内周側から外周側に透過することとなる。このため、被処理水中の不純物（凝集剤により凝集した不純物）は、セラミック膜の内周面に付着し被処理水から除去される。セラミック膜を透過して外側に流れ出た透過水（膜濾過装置通過後の水）は、透過水槽２６に流れ出ることとなる。
【００１８】
透過水槽２６は、膜濾過装置２４により濾過処理された透過水を所定量だけ貯留する貯留槽（密閉容器）であり、余剰の透過水は処理済水として排出される。透過水槽２６にはコンプレッサ２８が接続され、また、膜濾過装置２４と透過水槽２６とを接続する配水管及び透過水槽２６内の余剰の透過水を排出する配水管には、それぞれバルブ３２、３４が配設されている。コンプレッサ２８並びにバルブ３２、３４は制御装置３０により制御され、濾過工程においてはコンプレッサ２８がＯＦＦでバルブ３２、３４が開状態とされ、洗浄工程においてはコンプレッサ２８がＯＮでバルブ３２、３４が閉状態とされる。したがって、濾過工程では膜濾過装置２４により濾過された透過水が透過水槽２６を経て排出され、洗浄工程ではコンプレッサ２８によって加圧された空気が透過水槽２６内に供給されることで、透過水槽２６内に貯留した透過水が膜濾過装置２４に供給されることとなる。このため、洗浄工程においては、膜濾過装置２４に濾過工程とは逆方向（セラミック膜の外側から内側）に透過水が流れ、セラミック膜の内周面に付着した付着物を除去する。
【００１９】
制御装置３０は、上述したように構成される膜濾過システムを制御する制御装置であり、流量計２０又は圧力計２２で測定された測定値に基づいてギヤポンプ１８及びコンプレッサ２８の作動を制御する。例えば、定圧濾過処理を行う場合は、圧力計２２で測定される圧力が一定となるようギヤポンプ１８を駆動する。そして、定圧濾過処理中に流量計２０で測定される流量が所定値以下となると洗浄処理を行う。一方、定速濾過処理を行う場合は、流量計２０で測定される流量が一定となるようギヤポンプ１８を駆動する。そして、定速濾過処理中に圧力計２２で測定される圧力が所定値を超えると洗浄処理を行う。なお、定圧濾過処理又は定速濾過処理のいずれの場合であっても濾過膜の洗浄処理を行うときは、制御装置３０は、まず、ギヤポンプ１８の駆動を停止し、次いで、バルブ３２，３４を閉状態としてコンプレッサ２８を駆動することで濾過膜の洗浄処理を行う。
【００２０】
なお、後で詳述する評価装置は、上述した濾過システムを定速濾過処理で運転する際の濾過速度が適切な値か否かを評価するものである。定速濾過処理を行う場合は、圧力計２２で計測される濾過圧力に基づいて濾過膜を洗浄するタイミングや薬剤投入のタイミングが決定される。本実施例の評価装置においても、濾過圧力の経時変化を算出することで洗浄処理のタイミングや薬剤投入のタイミングを決定し、複数回の濾過サイクル及び／又は複数回の薬品洗浄サイクルにおけるエネルギ効率を算出している。そこで、評価装置の構成を説明する前に、まず、定速濾過処理を行ったときの濾過圧力の経時変化について図３に基づいて説明する。なお、図３においてはｊ番目の薬品洗浄サイクルにおけるｉ番目の濾過サイクルの濾過開始圧力をｐ_{ｍ，ｊ，ｉ}で表現し、その濾過開始時刻をｔ_ｊ，ｉで表現している。
【００２１】
図３に示すように、薬品洗浄サイクル１回目の最初の濾過処理は濾過開始圧力ｐ_{ｍ，１，１}から開始される。濾過開始圧力ｐ_{ｍ，１，１}は、図４に示すように濾過速度が大きいと大きな値となり、濾過速度が小さいと小さな値となる。本実施例では、濾過開始圧力ｐ_{ｍ，１，１}をβ×ｑで近似している。βは濾過膜の初期特性（濾過抵抗）から決まる係数、ｑは濾過速度である。
なお、係数βを決めるために本実施例では、適当な濾過速度で実際に濾過処理を開始し、そのときの濾過開始圧力を計測して係数βを決定している。このようにして取得された係数βは評価装置に入力されている。
【００２２】
濾過開始圧力ｐ_{ｍ，１，１}から濾過処理が開始されると、時間の経過に伴って濾過膜表面に被処理水中に含まれる不純物が付着・堆積していく。このため、濾過圧力ｐは、図３に示すように時間の経過に伴ってべき指数関数的に上昇する。本実施例では、ｊ番目の薬品洗浄サイクルにおけるｉ番目の濾過サイクルの濾過圧力ｐ_ｊ，ｉをｐ_{ｍ，ｊ，ｉ}＋Ｋ×ｔ^ａで近似している。Ｋ，ａは濾過ケークの性質（被処理水の性質）によって決まる係数、ｔは濾過開始時から経過した時間（濾過時間）である。
なお、係数Ｋ，ａを決めるために本実施例では、適当な濾過速度で実際に濾過処理を行い、そのときの濾過圧力の経時変化を計測する。計測された濾過圧力の経時変化から係数Ｋ，ａを決めると、その係数Ｋ，ａは評価装置に入力され、評価装置において濾過圧力の経時変化を計算する際に用いられる。
【００２３】
図３に示すように、濾過処理が進んで濾過圧力ｐが設定値ｐ_ｘとなると、濾過膜の表面を洗浄する膜洗浄処理が行われる。この膜洗浄処理では、透過水槽２６内に薬剤（例えば、次亜塩素酸ナトリウム）は投入されず、濾過処理時と逆方向に透過水を流す処理のみが行われる。すなわち、物理的洗浄処理が行われる。物理的洗浄処理によって濾過圧力は圧力値ｐ_ｘから圧力値ｐ_{ｍ，１，２}に低下し、再び圧力値ｐ_{ｍ，１，２}から濾過処理が開始される。以下、図３に示すように、濾過処理と物理的洗浄処理を１サイクルとする濾過サイクルが繰返されることとなる。
【００２４】
濾過サイクルが繰返し行われていくと、徐々に物理的洗浄処理だけでは除去しきれない付着物が濾過膜に残留していく。このため、濾過サイクル数ｉが大きくなるに応じて濾過開始圧力ｐ_{ｍ，１，ｉ}は徐々に高くなる（すなわち、ｐ_{ｍ，１，１}＜ｐ_{ｍ，１，２}＜ｐ_{ｍ，１，３}…）。本実施例では、濾過サイクル数ｉと濾過開始圧力ｐ_{ｍ，ｊ，ｉ}の関係を図５（ａ）に示す関数で近似する。すなわち、濾過開始圧力ｐ_{ｍ，ｊ，ｉ}をｐ_{ｍ，ｊ，１}×ｅｘｐ〔η×（ｉ−１）〕で近似している。ここで、ｐ_{ｍ，ｊ，１}はｊ番目の薬品洗浄サイクルにおける１番目の濾過サイクルの濾過開始圧力であり、ηは物理的洗浄による濾過膜の膜閉塞特性を表す係数である。
膜閉塞係数ηは、図５（ｂ）に示すように濾過速度ｑによって変化する。濾過速度ｑが小さいと膜閉塞係数ηは小さく、濾過速度ｑが大きくなると膜閉塞係数ηは大きくなる。本実施例では、いくつかの濾過速度ｑについて実際に濾過処理を行って膜閉塞係数ηを求め、求めた濾過速度ｑと膜閉塞係数ηの関係を用いて評価する濾過速度候補ｑ’の膜閉塞係数η’を決定している。具体的に説明するために、濾過速度ｑ_１のときの膜閉塞係数η_１と濾過速度ｑ_２のときの膜閉塞係数η_２が実験によって求められているときに、濾過速度候補ｑ’（ｑ_１＜ｑ’＜ｑ_２）の膜閉塞係数η’を決定する場合を考える。本実施例では、濾過速度ｑ_１とｑ_２間の膜閉塞係数ηが直線的に変化すると近似して膜閉塞係数η’を算出している。すなわち、η’は下記の式で求められる。
η’＝η_１×（ｑ_２−ｑ’）／（ｑ_２−ｑ_１）＋η_２×（ｑ’−ｑ_１）／（ｑ_２−ｑ_１）
なお、膜閉塞係数η’の決定方法は、上記の方法に限られること無く、データを補完するために用いられる公知のデータ処理技術を用いることができる。
【００２５】
上述のように濾過開始圧力ｐ_{ｍ，１，ｉ}が濾過サイクル数Ｎの増加に応じて高くなると、１回の濾過サイクルに要する時間は短くなっていく（ｔ_１，２−ｔ_１ _，１＞ｔ_１，３−ｔ_１，２＞ｔ_１，４−ｔ_１，３＞・・・）。このため、濾過サイクルＮのときの濾過開始圧力ｐ_{ｍ，１，ｎ}が所定値ｐ_ｐ１（請求項でいう第１所定値）を超えると薬品洗浄処理が行われる。具体的には、まず、ギヤポンプ１８の駆動が停止され、次いで、透過水槽２６に薬剤が投入され、最後に、バルブ３２，３４を閉状態としてコンプレッサ２８を駆動することで、薬剤が混入された透過水を用いた逆洗処理が行われる。
上記の薬品洗浄処理が行われると、物理的洗浄処理だけでは除去できなかった付着物が除去されて濾過膜の濾過能力が回復する。このため、薬品洗浄処理によって濾過開始圧力は圧力値ｐ_{ｍ，１，ｎ}から圧力値ｐ_{ｍ，２，１}に低下し、再び圧力値ｐ_{ｍ，２，１}から濾過処理が開始される。以下、複数の濾過サイクル（濾過処理＋物理的洗浄処理）と１回の薬品洗浄処理を１サイクルとする薬品洗浄サイクルが繰返されることとなる。
【００２６】
なお、薬品洗浄処理が行われても、濾過膜に付着した付着物を完全に除去することはできないため、薬品洗浄処理によって濾過膜の濾過能力が完全に初期の状態に戻ることはない（すなわち、濾過膜が劣化する）。このため、薬品洗浄サイクル数が増加するにつれて、薬品洗浄処理直後の濾過処理における濾過開始圧力ｐ_{ｍ，ｊ，１}（ｊは薬品洗浄サイクル数）は徐々に高くなる（すなわち、ｐ_{ｍ，１，１}＜ｐ_{ｍ，２，１}＜ｐ_{ｍ，３，１}・・・）。本実施例では、薬品洗浄サイクル数ｊと濾過開始圧力ｐ_{ｍ，ｊ，１}の関係を図６（ａ）に示す関数で近似する。すなわち、ｊ番目の薬品洗浄サイクルにおける１回目の濾過サイクルの濾過開始圧力ｐ_{ｍ，ｊ，１}をｐ_{ｍ，１，１}×ｅｘｐ〔ξ×（ｊ−１）〕で近似している。ここで、ｐ_{ｍ，１，１}は１回目の薬品洗浄サイクルにおける１番目の濾過サイクルの濾過開始圧力であり、ξは薬品洗浄処理による濾過膜の膜閉塞特性を表す係数である。
膜閉塞係数ξは、図６（ｂ）に示すように濾過速度ｑによって変化する。濾過速度ｑが小さいと膜閉塞係数ξは小さく、濾過速度ｑが大きくなると膜閉塞係数ξは大きくなる。本実施例では、膜閉塞係数ηと同様に、いくつかの濾過速度ｑについて実際に濾過処理を行って膜閉塞係数ξを求め、求めた濾過速度ｑと膜閉塞係数ξの関係を用いて評価する濾過速度候補ｑ’の膜閉塞係数ξ’を決定している。膜閉塞係数ξ’を決定する方法は、膜閉塞係数η’を決定する方法と同様の方法で行われるので、ここでの詳細な説明は省略する。なお、膜閉塞係数ξ’の決定方法は、膜閉塞係数η’と同様に、データを補完するために用いられる公知のデータ処理技術を用いることができることはいうまでもない。
上述のように薬品洗浄サイクル数ｊが増加し、薬品洗浄処理直後の濾過開始圧力ｐ_{ｍ，ｊ，１}が設定値ｐ_ｐ２（請求項でいう第２所定値）を超えると、膜濾過装置２４の濾過膜が新しいものに交換される。
【００２７】
上述したように運転される濾過システムの濾過速度を評価する評価装置について図２を参照して説明する。図２は評価装置の構成を模式的に示す図である。
本実施例の評価装置は、汎用のパーソナルコンピュータ等により構成され、図２に示すように中央処理装置４１、記憶装置４４、入力装置４０および出力装置５０を備える。
中央処理装置４１は、制御手段４２と演算手段４３から構成されている。中央処理装置４１は、記憶装置４４に格納されているプログラムを実行して各種演算を行う。
記憶装置４４は、ＲＯＭやＲＡＭ等により構成される主記憶装置４５と、各種ファイルを記憶する補助記憶装置４６から構成される。主記憶装置４５には、種々のプログラムが記憶されており、補助記憶装置４６には濾過速度−物理的洗浄による膜閉塞特性ファイル４８及び濾過速度−薬品洗浄による膜閉塞特性ファイル４９等が格納されている。濾過速度−物理的洗浄による膜閉塞特性ファイル４８は、いくつかの濾過速度ｑについて実際に濾過処理を行って求めた膜閉塞係数ηを当該濾過速度ｑと対応付けて記憶する。濾過速度−薬品洗浄による膜閉塞特性ファイル４９は、いくつかの濾過速度ｑについて実際に濾過処理を行って求めた膜閉塞係数ξを当該濾過速度ｑと対応付けて記憶する。
入力装置４０はキーボードやマウス等から構成され、出力装置５０はディスプレイやプリンター等から構成されている。
【００２８】
次に、上述した評価装置を用いて所定の濾過速度範囲から最も効率的と考えられる濾過速度を決定する際の手順について説明する。
本実施例では、評価装置を用いて濾過速度を決定する前に、まず、いくつかの濾過速度ｑについて実際に濾過処理を行って特性値（Ｋ，ａ，β，η，ξ）を取得する。すなわち、図１に示す濾過システムをいくつかの濾過速度について実際に定速濾過処理を行い、ｎ濾過サイクルの濾過圧力の経時変化、さらにｎ薬品洗浄サイクルの濾過圧力の経時変化を測定する。測定した濾過圧力の経時変化から濾過ケークの圧縮特性Ｋ，ａを求め、そのＫ，ａを入力装置４０を介して主記憶装置４５に記憶させる。また、測定した最初の濾過処理開始時における濾過開始圧力から濾過膜の初期特性βを求め、そのβを入力装置４０を介して主記憶装置４５のＲＡＭに記憶させる。さらに、測定した濾過圧力の経時変化から物理的洗浄による膜閉塞係数ηと薬品洗浄による膜閉塞係数ξを求め、それら物理的洗浄による膜閉塞係数ηと薬品洗浄による膜閉塞係数ξを入力装置４０を介してそれぞれ濾過速度−物理的洗浄による膜閉塞特性ファイル４８と濾過速度−薬品洗浄による膜閉塞特性ファイル４９に記憶させる。
【００２９】
特性値（Ｋ，ａ，β，η，ξ）を取得すると、次いで、評価装置を用いて濾過速度を決定する。評価装置を用いた濾過速度の決定手順を図７に示すフローチャートを参照して説明する。
図７に示すように、まず、入力装置４０から評価する濾過速度範囲を入力する（Ｓ０１）。例えば、濾過速度を濾過速度範囲ｑ_１〜ｑ_２（ｑ_１＜ｑ_２）から決定したいときには、下限値ｑ_１と上限値ｑ_２を入力する。
濾過速度範囲が入力されると、入力した濾過速度範囲に設定する濾過速度候補の数を入力する（Ｓ０２）。例えば、上述の濾過速度範囲ｑ_１〜ｑ_２をｎ等分して得られる濾過速度候補〔ｑ_１＋ｉ×（ｑ_２−ｑ_１）／ｎ；ｉ＝０〜ｎの正数〕についてエネルギ効率等を評価したいときは、入力装置４０から正数ｎ＋１を入力する。
ステップＳ０３では、ステップＳ０１で入力された濾過速度範囲とステップＳ０２で入力された濾過速度候補の数から、エネルギ効率を計算する１の濾過速度候補を決定する。上述の濾過速度範囲ｑ_１〜ｑ_２をｎ等分した場合は、濾過速度候補〔ｑ_１＋ｉ×（ｑ_２−ｑ_１）／ｎ；ｉ＝０〜ｎの正数〕の１つを選択する。なお、後述するようにステップＳ０３〜Ｓ１３までの処理は全ての濾過速度候補について実行される。このため、本実施例ではｉ＝０からｎまでを順に選択して、濾過速度候補群に含まれる全ての濾過速度候補についてエネルギ効率等を算出している。
ステップＳ０３で濾過速度候補が決定されると、その濾過速度候補で濾過処理を開始するときの濾過開始圧力ｐ_{ｍ，１，１}（未使用の濾過膜で１回目の濾過処理を開始するときの濾過圧力）を決定する（Ｓ０４）。具体的には、濾過膜の初期特性を表す係数βとステップＳ０３で決定された濾過速度候補ｑとから濾過開始圧力ｐ_{ｍ，１，１}（＝β×ｑ）を算出する。
【００３０】
ステップＳ０５では、決定された濾過開始圧力から開始される濾過サイクルにおけるエネルギ量Ｅ_ｘと処理水量ｖ_ｘを算出する（Ｓ０５）。
具体的には、まず、濾過処理（すなわち、決定された濾過開始圧力から設定値ｐ_ｘまで濾過圧力ｐが上昇する間）のエネルギ量Ｅ_ｓと処理水量ｖ_ｓを算出する。ここで、濾過圧力ｐの経時変化はｐ_{ｍ，ｊ，ｉ}＋Ｋ×ｔ^ａ〔ｐ_{ｍ，ｊ，ｉ}；濾過開始圧力，Ｋ；係数，ａ；圧力上昇係数，ｔ；濾過時間〕であるため、濾過圧力ｐが設定値ｐ_ｘまで上昇するのに要する濾過時間ｔ_ｓを算出することができる。濾過時間ｔ_ｓが決まると、濾過速度ｑ（ステップＳ０３で決定された濾過速度候補）が一定であることから、処理水量ｖ_ｓ（濾過膜の単位面積当りの処理水量）はｑ×ｔ_ｓとなる。
また、処理水量ｄｖを濾過圧力ｐで濾過処理するために必要なエネルギはｐ×ｄｖであり、また、濾過速度ｑが一定であることからｄｖはｑ×ｄｔ（ｄｔ；微小時間）と置き換えることができる。したがって、濾過処理に必要なエネルギ量Ｅ_ｓはｑ×∫ｐｄｔとなる。すなわち、濾過圧力ｐを時間０〜ｔ_ｓまで積分した値に濾過速度ｑを乗算したものとなる。
上述のように濾過処理時のエネルギ量Ｅ_ｓが算出されると、次に、そのエネルギ量Ｅ_ｓに物理的洗浄処理に要するエネルギ量Ｅ_ｃを加え、当該濾過サイクルに要したエネルギ量Ｅ_ｘ（＝Ｅ_ｓ＋Ｅ_ｃ）を算出する。同時に、上述のように算出された処理水量ｖ_Ｓから物理的洗浄処理に用いられた処理水量ｖ_ｃを減算し、当該濾過サイクルで処理された処理水量ｖ_ｘ（＝ｖ_ｓ−ｖ_ｃ）を算出する。ここで、物理的洗浄処理に用いられるエネルギ量Ｅ_ｃと処理水量ｖ_ｃは、コンプレッサ２８の圧力と透過水槽２６の容量によって決まる値であって、予め利用者によって評価装置に入力されている。
なお、算出されたエネルギ量Ｅ_ｘと処理水量ｖ_ｘは、主記憶装置４５のＲＡＭに記憶され、後述するステップＳ０８の処理で用いられる。
【００３１】
ステップＳ０６では、次の濾過サイクルにおける濾過開始圧力ｐ_{ｍ，ｊ，ｉ}を決定する。すなわち、物理的洗浄による濾過膜の閉塞特性を表す係数ηと、次の濾過サイクルが当該薬品洗浄サイクルにおいて何番目の濾過サイクルであるかを示す濾過サイクル数ｉと、当該薬品洗浄サイクルにおいて１番目の濾過サイクルにおける濾過開始圧力ｐ_{ｍ，ｊ，１}とから濾過開始圧力ｐ_{ｍ，ｊ，ｉ}（＝ｐ_{ｍ，ｊ，１}×ｅｘｐ〔η×（ｉ−１）〕）を算出する。
【００３２】
次に、ステップＳ０６で決定した濾過開始圧力ｐ_{ｍ，ｊ，ｉ}が第１所定値ｐ_ｐ１を超えているか否かを判定する（Ｓ０７）。濾過開始圧力ｐ_{ｍ，ｊ，ｉ}が第１所定値ｐ_ｐ１を超えていない場合〔ステップＳ０７でＮＯ〕は、未だ薬品洗浄処理が不要な段階なので、ステップＳ０５に戻ってステップＳ０５からの処理を繰返す。このため、物理的洗浄後の濾過開始圧力ｐ_{ｍ，ｊ，ｉ}が第１所定値ｐ_ｐ１を超えるまで、各濾過サイクルにおけるエネルギ量Ｅ_ｘと処理水量ｖ_ｘが算出されることとなる。
一方、濾過開始圧力ｐ_{ｍ，ｊ，ｉ}が第１所定値ｐ_ｐ１を超えている場合〔ステップＳ０７でＹＥＳ〕は、当該薬品洗浄サイクルにおけるエネルギ量Ｅ_ｙと処理水量ｖ_ｙを算出する（Ｓ０８）。具体的には、まず、ステップＳ０５で算出された各濾過サイクルのエネルギ量Ｅ_ｘと処理水量ｖ_ｘの総和をそれぞれ算出する。次いで、算出されたエネルギ量の総和ΣＥ_ｘに薬品洗浄処理に要するエネルギＥ_ｄを加算し、当該薬品洗浄サイクルに要したエネルギ量Ｅ_ｙ（＝ΣＥ_ｘ＋Ｅ_ｄ）を算出する。また、算出された処理水量の総和Σｖ_ｘから薬品洗浄処理に用いられた処理水量ｖ_ｄを減算し、当該薬品洗浄サイクルで処理された処理水量ｖ_ｙ（＝Σｖ_ｘ−ｖ_ｄ）を算出する。ここで、薬品洗浄処理に要するエネルギ量Ｅ_ｄと処理水量ｖ_ｄは、物理的洗浄処理の場合と同様に、コンプレッサ２８の圧力及び透過水槽２６の容量によって決まる値であって、予め利用者によって評価装置に入力されている。本実施例では、薬品洗浄処理に要するエネルギ量Ｅ_ｄと処理水量ｖ_ｄは、物理的洗浄処理の場合と同一の値に設定されている。
なお、ステップＳ０８で算出されたエネルギ量Ｅ_ｙと処理水量ｖ_ｙは、主記憶装置４５のＲＡＭに記憶され、後述するステップＳ１１の処理で用いられる。
【００３３】
ステップＳ０９では、次の薬品洗浄サイクルにおける最初の濾過サイクルの濾過開始圧力ｐ_{ｍ，ｊ，１}を決定する。すなわち、薬品洗浄による濾過膜の膜閉塞特性を表す係数ξと、次の薬品洗浄サイクルが何番目の薬品洗浄サイクルであるかを示す薬品洗浄サイクル数ｊと、ステップＳ０４で決定された１回目の薬品洗浄サイクルにおける１回目の濾過サイクルの濾過開始圧力ｐ_{ｍ，１，１}とから濾過開始圧力ｐ_{ｍ，ｊ，１}（＝ｐ_{ｍ，１，１}×ｅｘｐ〔ξ×（ｊ−１）〕）を算出する。
【００３４】
次に、ステップＳ０９で決定した濾過開始圧力ｐ_{ｍ，ｊ，１}が第２所定値ｐ_ｐ２を超えているか否かを判定する（Ｓ１０）。濾過開始圧力ｐ_{ｍ，ｊ，１}が第２所定値ｐ_ｐ２を超えていない場合〔ステップＳ１０でＮＯ〕は、未だ濾過膜交換の時期ではないので、ステップＳ０５に戻ってステップＳ０５からの処理を繰返す。このため、薬品洗浄処理後の濾過開始圧力ｐ_{ｍ，ｊ，１}が第２所定値ｐ_ｐ２を超えるまで、各薬品洗浄サイクルにおけるエネルギ量Ｅ_ｙと処理水量ｖ_ｙが算出されることとなる。
一方、濾過開始圧力ｐ_{ｍ，ｊ，１}が第２所定値ｐ_ｐ２を超えている場合〔ステップＳ１０でＹＥＳ〕は、濾過膜の交換までに要した総エネルギ量Ｅ_ｔと総処理水量ｖ_ｔを算出する（Ｓ１１）。すなわち、ステップＳ０８で算出された各薬品洗浄サイクルのエネルギ量Ｅ_ｙと処理水量ｖ_ｙの総和をそれぞれ算出する。
【００３５】
総エネルギ量Ｅ_ｔ（＝ΣＥ_ｙ）と総処理水量ｖ_ｔ（＝Σｖ_ｙ）が算出されると、それら算出された総エネルギ量Ｅ_ｔと総処理水量ｖ_ｔを用いて評価値とエネルギ効率を算出する（Ｓ１２）。
評価値を算出するためには、まず、総エネルギ量Ｅ_ｔをコストに換算する。次に、１回の薬剤投入量に薬剤投入回数（濾過開始圧力ｐ_{ｍ，ｊ，１}が第２所定値ｐ_ｐ２を超えるまでに行われた薬剤洗浄処理の回数）を乗算して総薬剤投入量を算出し、算出された総薬剤投入量をコストに換算する。次いで、総エネルギ量Ｅ_ｔをコストに換算した値と総薬剤投入量をコストに換算した値の和を算出する。最後に、その和を総処理水量ｖ_ｔで除算することで評価値を算出する。一方、エネルギ効率は、総エネルギ量Ｅ_ｔを総処理水量ｖ_ｔで除算することにより算出する。
【００３６】
ステップＳ１３では、全ての濾過速度候補についてエネルギ効率と評価値を算出したか否かを判定する。全ての濾過速度候補についてエネルギ効率と評価値を算出していない場合〔ステップＳ１３でＮＯ〕は、ステップＳ０３に戻ってステップＳ０３からの処理を繰返す。これによって、全ての濾過速度候補（すなわち、ｑ_１＋ｉ×（ｑ_２−ｑ_１）／ｎ；ｉ＝０〜ｎの正数）についてエネルギ効率と評価値が算出される。
一方、全ての濾過速度候補についてエネルギ効率と評価値を算出している場合〔ステップＳ１３でＹＥＳ〕は、濾過速度候補毎の評価値とエネルギ効率を出力装置５０に表示する（Ｓ１４）。本実施例では、評価値とエネルギ効率がそれぞれグラフ化されて出力装置５０に表示される。すなわち、横軸に濾過速度候補及び縦軸に評価値をとったグラフと、横軸に濾過速度候補及び縦軸にエネルギ効率をとったグラフとが表示される。これによって利用者は、最も効率が良いと考えられる濾過速度を容易に知ることができる。
【００３７】
上述の説明から明らかなように、本実施例に係る評価装置では、被処理水の特性値や濾過膜の特性値を予め入力しておくことで、所定の濾過速度範囲から最も効率が良いと考えられる濾過速度を予測することができる。特に、複数の薬品洗浄サイクルにわたって濾過処理を行ったときのエネルギ効率と評価値が算出されるため、薬品洗浄処理まで考慮して総合的に濾過速度を評価することができる。
【００３８】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、上述の実施例では、濾過処理時における濾過圧力の経時変化，１回目の薬品洗浄サイクルにおける１回目の濾過サイクルの濾過開始圧力，物理的洗浄処理後の濾過開始圧力及び薬品洗浄処理後の濾過開始圧力を、それぞれ実施の形態の項で記載したように近似してエネルギ効率及び評価値を算出した。しかしながら、上述した各濾過圧力は、その他の近似式で近似することも可能である。
また、上述した実施例では、総エネルギ量と総薬剤投入量をコストに換算して評価値を算出したが、このような例に限られず、例えば、総薬剤投入量を浄化するのに要するエネルギ量に換算し、その換算したエネルギ量と総エネルギ量Ｅ_ｔを足し合わせ、その足し合わせた値を総処理水量ｖ_ｔで除して評価値としても良い。
また、上述した実施例では、１回目の薬品洗浄サイクルにおける１回目の濾過サイクルの濾過開始圧力ｐ_{ｍ，１，１}を計算により算出するようにしたが、この濾過開始圧力ｐ_{ｍ，１，１}は実験により実際に測定しても良い。特に、１回目の薬品洗浄サイクルにおける１回目の濾過サイクルの濾過開始圧力は短時間の実験で取得することができるためである。
さらに、上述した実施例では、評価したい濾過速度範囲を入力し、その濾過速度範囲に複数の濾過速度候補を設定して計算を行ったが、濾過速度候補を直接入力するようにしても良い（すなわち、濾過速度候補群には濾過速度候補が１つしか含まれていなくても良い）。この場合は、評価する濾過速度候補を計算の毎に利用者が入力することとなる。
なお、上述した実施例では濾過膜にセラミック膜を用いた例を説明したが、本発明の技術は種々の濾過膜を用いた膜濾過装置の濾過速度を決定するために利用することができる。例えば、高分子膜を用いた膜濾過装置の濾過速度を決定する場合にも応用することができる。
【００３９】
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る濾過速度評価装置が評価対象としている濾過システムの全体構成を示す図。
【図２】本発明の一実施例に係る濾過速度候補評価装置の構成を示すブロック図。
【図３】複数の濾過サイクルにわたる濾過圧力の経時変化を模式的に示す図
【図４】濾過速度と未使用の濾過膜で濾過処理を開始したときの濾過開始圧力の関係を模式的に示すグラフ。
【図５】物理的洗浄処理の回数と物理的洗浄処理直後の濾過開始圧力との関係を示すグラフ、及び濾過速度と物理的洗浄による膜閉塞係数との関係を示すグラフ。
【図６】薬品洗浄処理の回数と薬品洗浄処理直後の濾過開始圧力との関係を示すグラフ、及び濾過速度と薬品洗浄による膜閉塞係数との関係を示すグラフ。
【図７】濾過速度を評価する処理のフローチャート。
【符号の説明】
１０・・被処理水槽
１２・・水位調整槽
１４・・恒温槽
１６・・凝集混和槽
１８・・ポンプ
２０・・流量計
２２・・圧力計
２４・・膜濾過装置
２６・・透過水槽
２８・・コンプレッサ
３０・・制御装置
４０・・入力装置
４１・・中央処理装置
４４・・記憶装置
５０・・出力装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a membrane filtration apparatus used to filter impurities from wastewater discharged from sewage and chemical process industries, or to remove impurities by filtration in a water treatment process.
[0002]
[Prior art]
In the membrane filtration device, the water to be treated containing impurities is permeated from one surface of the filtration membrane to the other surface, so that the impurities in the water to be treated adhere to the membrane surface and are removed. Since impurities adhere to and accumulate on the film surface as the processing time elapses, a process for physically cleaning the filtration film surface (hereinafter referred to as a physical cleaning process) is performed. When the surface of the filtration membrane is washed, deposits attached to the membrane surface are peeled off, so that the filtration ability of the membrane is restored and the filtration treatment is performed again. Therefore, in the membrane filtration device, a filtration step for filtering impurities in the water to be treated and a washing step for washing deposits adhering to the membrane surface by the filtration step [specifically, backwashing (flowing the treated water in the reverse direction) And physical cleaning treatment such as diffusing air over the membrane surface] (hereinafter, one filtration treatment and one physical washing treatment are collectively referred to as one filtration cycle).
As the above filtration cycle is repeated, deposits that cannot be removed only by physical washing such as backwashing remain on the filtration membrane. For this reason, according to the increase in the number of filtration cycles, the filtration start pressure at the start of the filtration process increases, and the frequency of performing the backwash process also increases. Therefore, when the filtration start pressure after the backwash process becomes higher than a predetermined value, a process of cleaning the filtration membrane using a chemical (hereinafter referred to as a chemical cleaning process) is performed. Thereby, the deposits remaining on the filtration membrane are removed, and the filtration capability of the membrane is restored. Therefore, when a plurality of filtration cycles are performed, one chemical cleaning process is performed. Hereinafter, a plurality of filtration cycles and one chemical cleaning process are defined as one cycle (hereinafter referred to as a chemical cleaning cycle). Is repeated.
In addition, since some of the deposits firmly attached to the membrane cannot be removed even after chemical cleaning, the filtration capacity of the membrane decreases with each chemical cleaning cycle (that is, the filtration start pressure in the filtration cycle immediately after the chemical cleaning treatment). Rises). For this reason, if the filtration start pressure does not decrease sufficiently even after the chemical cleaning process is performed, the filter is replaced with a new filter membrane.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, as a system for supplying the water to be treated to the above membrane filtration device, the filtration speed (unit time of water to be treated that passes through the membrane, flow rate per unit membrane area) is usually set from the start of filtration to the end of filtration. A constant-speed filtration method that keeps constant and a constant-pressure filtration method that keeps the filtration pressure (supply pressure of treated water) constant from the start of filtration to the end of filtration are used. In a water treatment facility such as a chemical process industry, the amount of water to be treated generated per hour is substantially constant. Therefore, the amount of water to be treated supplied to the membrane filtration apparatus is preferably constant per hour. However, since the supply pressure of the water to be treated is constant in the constant pressure filtration system, the amount of water to be treated decreases with time as the amount of impurities attached to the membrane surface increases. For this reason, water treatment facilities such as chemical process industries often employ a constant speed filtration method.
In the case of the constant speed filtration method, if the filtration rate is increased too much, the supply pressure of the water to be treated increases exponentially according to the amount of impurities attached to the membrane surface (that is, the passage of filtration time). For this reason, a cleaning process must be frequently performed, and energy efficiency falls. On the other hand, if the filtration rate is too low, the increase in the supply pressure of the water to be treated is suppressed, so that the frequency of the washing treatment can be reduced. However, in order to increase the amount of water to be treated per hour, the equipment (membrane area) must be increased. There must be. Although it is one of the most important issues to determine the value of the filtration rate during constant-rate filtration in this way, there is no established method for evaluating and determining the filtration rate in advance. The actual situation was decided by trial and error based on experience and intuition.
In addition, the method of patent document 1 is known as a conventional method of supplying to-be-processed water to a membrane filtration apparatus.
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-263452
[0005]
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide a technique for supporting a process for determining a filtration rate at a constant speed filtration process to an efficient value.
In order to solve the above problems, it is important to accurately predict the filtration start pressure after membrane cleaning. If the filtration start pressure after membrane cleaning can be accurately predicted, it is also possible to accurately predict the change in filtration pressure over time in subsequent filtration treatments. As a result, the amount of energy required for filtration treatment and the amount of treated water (ie, energy efficiency) ) Can be accurately predicted.
As a result of various studies conducted by the present inventors, it has been found that the filtration start pressure after membrane cleaning (that is, the filtration capacity) varies greatly depending on the filtration rate. For example, even when backwashing is performed at the same pressure and flow rate, the amount of recovery of filtration capacity is small in backwashing after filtration with a high filtration rate, and filtration is performed in backwashing after filtration with a low filtration rate. Increases ability recovery.
Therefore, if the filtration start pressure after membrane cleaning treatment (recovery of filtration capacity by membrane cleaning) is determined according to the filtration rate, the change in filtration pressure over time in each filtration cycle can be accurately calculated. The amount of cycle energy and the amount of treated water can be calculated. Therefore, in the present invention, the most efficient filtration rate can be predicted by changing the recovery amount of the filtration ability by the membrane cleaning process according to the filtration rate.
[0006]
[Means, actions and effects for solving the problems]
In order to solve the above-mentioned problem, one technique according to the present invention is to perform a membrane cleaning process when the filtration pressure during the constant speed filtration process exceeds a set value, so that a filtration cycle comprising a constant speed filtration process and a membrane cleaning process is performed. Is a method for determining a filtration rate in a membrane filtration apparatus in which the above is repeated, and includes the following steps.
That is, the step of acquiring the compression characteristics of the filter cake, the step of acquiring the initial characteristics of the filtration membrane, the step of acquiring the relationship between the filtration rate and the membrane clogging property by physical cleaning, and 1 from the filtration rate candidate group The first step of determining the filtration start pressure in the first filtration cycle when performing the constant-rate filtration process with the selected filtration rate candidate is selected using the initial characteristics of the filtration membrane and the obtained initial characteristics of the filtration membrane. Using the 1 determination step and the acquired compression characteristics of the filtration cake, obtain the change over time of the water supply pressure to be treated when performing the constant speed filtration process with the selected filtration speed candidate from the determined filtration start pressure, Using the relationship between the first filtration step for calculating the amount of energy per one filtration cycle and the amount of treated water from the change over time of the treated water supply pressure, and the relationship between the obtained filtration rate and the membrane occlusion characteristics by physical cleaning, Washing The second determination step for determining the filtration start pressure in the post-treatment filtration cycle, and the first calculation step and the second determination step are repeated until the filtration start pressure exceeds the first predetermined value. A second calculation step of calculating a sum.
[0007]
In this method, the compression characteristics of the filter cake, the initial characteristics of the filtration membrane, and the relationship between the filtration speed and the membrane clogging characteristics by physical washing (for example, the filtration start pressure when filtration is performed at a plurality of filtration speeds) (Relationship between the number of filtration cycles). Next, the filtration rate candidate to be evaluated is selected, the filtration start pressure at the first filtration cycle is determined from the initial characteristics of the filtration membrane, and the water to be treated in the first filtration cycle is supplied using these values. Determine the change in pressure over time. When the change with time of the treated water supply pressure is obtained, the amount of energy and the amount of treated water are calculated because the filtration rate (that is, the filtration flow rate per unit membrane area) is constant.
For the second and subsequent filtration cycles, the filtration start pressure is determined based on the relationship between the obtained filtration rate and the membrane occlusion characteristics by physical cleaning. For example, if the relationship between the filtration start pressure and the number of filtration cycles when filtration is performed at multiple filtration speeds, the filtration process is performed using the selected filtration speed candidates by complementing these data. The filtration start pressure in the second and subsequent filtration cycles is determined. If the filtration start pressure is determined, the amount of energy and the amount of treated water can be calculated as in the first filtration cycle. Then, the amount of energy and the amount of treated water are calculated for each filtration cycle performed until the filtration start pressure exceeds the first predetermined value (that is, until the chemical cleaning process is required).
Therefore, according to the above method, the amount of energy and the amount of treated water when performing a plurality of filtration cycles are calculated, so that the energy efficiency and the like can be calculated from these values, and the filtration rate candidate selected based on the energy efficiency and the like is appropriate. It can be evaluated whether or not.
[0008]
In the above method, the first determination step to the second calculation step are further performed for each filtration rate candidate of the filtration rate candidate group, and the energy efficiency determined from the sum of the calculated energy amount and the sum of the treated water amount is the highest. It is preferable to determine the filtration rate candidate as the filtration rate of the membrane filtration device. The determined filtration rate can be appropriately adjusted by feeding back the actual operation result thereafter.
[0009]
In the above method, the chemical cleaning process is repeated when the filtration start pressure at the start of the filtration cycle exceeds the first predetermined value, so that a plurality of filtration cycles and one chemical cleaning process are repeated. In the membrane filtration apparatus, it can also be used when determining the filtration rate.
In this case, further, using the step of acquiring the relationship between the membrane clogging characteristics by chemical cleaning and the filtration rate, and using the acquired relationship between the membrane capping properties by chemical cleaning and the filtration rate, filtration in the filtration cycle immediately after chemical cleaning is performed. The third determination step for determining the start pressure and the first calculation step to the third determination step are repeated until the filtration start pressure immediately after the chemical cleaning exceeds the second predetermined value, and the sum of the energy amount and the sum of the treated water amount is calculated. It is preferable to include a third calculation step for calculating, and a step of calculating an evaluation value from the total amount of medicines input, the total energy amount calculated in the third calculation step, and the total amount of treated water.
[0010]
In such a configuration, the total energy amount and the total treated water amount when performing a plurality of chemical cleaning cycles are calculated. Here, the recovery amount of the filtration capacity by chemical washing varies according to the filtration rate as in the physical washing process. For this reason, when calculating the total amount of energy and the total amount of treated water, the recovery amount of the filtration capacity by chemical cleaning is determined according to the selected filtration rate candidate.
Then, an evaluation value for comprehensively evaluating the total chemical input amount, the total energy amount, and the total treated water amount is calculated. The total amount of medicines to be charged can be obtained, for example, by predetermining the amount of medicines to be used for one chemical cleaning process and multiplying the amount of medicines to be charged by the number of times of chemical cleaning. Moreover, as an evaluation value, it can be set as the cost per unit treated water amount calculated by dividing the total cost calculated from the total energy amount and the total chemical input amount by the total treated water amount, for example. Furthermore, a value obtained by dividing the environmental load value (the load on the environment) calculated from the total energy amount and the total chemical input amount by the total treated water amount can be used as the evaluation value.
By using the evaluation value calculated in this way, it is possible to evaluate and determine the filtration rate candidate in consideration of the amount of medicine input. For example, from the first determination step to the evaluation value calculation step for each filtration rate candidate in the filtration rate candidate group, the filtration rate candidate with the highest evaluation value can be determined as the filtration rate of the membrane filtration device.
[0011]
In addition, according to another technique according to the present invention, the membrane cleaning process is performed when the filtration pressure during the constant speed filtration process exceeds a set value, so that the filtration cycle including the constant speed filtration process and the membrane cleaning process is repeatedly performed. An apparatus for evaluating a filtration rate candidate in a membrane filtration apparatus, and includes the following means.
That is, the first input means for inputting the compression characteristics of the filter cake, the second input means for inputting the initial characteristics of the filtration membrane, and the third input means for inputting the relationship between the filtration speed and the membrane clogging characteristics by physical cleaning Using the fourth input means for inputting the filtration rate candidate and the initial characteristics of the inputted filtration membrane, the filtration start pressure in the first filtration cycle when performing the constant rate filtration process with the inputted filtration rate candidate Time-dependent change in water supply pressure to be treated when performing constant-speed filtration with the input filtration rate candidate from the determined filtration start pressure using the first determination means to determine and the compression characteristics of the input filtration cake And calculating the amount of energy per filtration cycle and the amount of treated water from the change with time of the treated water supply pressure, and the relationship between the input filtration rate and the membrane occlusion characteristics by physical cleaning. And The second determination means for determining the filtration start pressure in the filtration cycle after the cleaning process, and the first calculation means and the second determination means are repeatedly executed until the filtration start pressure exceeds the first predetermined value, whereby the sum of energy amounts is obtained. And a second calculating means for calculating the sum of the treated water amounts.
In the above apparatus, when the compression characteristics of the filter cake and the like are input, the sum of the energy amount and the sum of the treated water amounts are calculated using the input data. Therefore, the user can evaluate energy efficiency etc. from the sum of the calculated energy amount and the sum of treated water amount, and can evaluate whether a filtration rate candidate is an appropriate value.
[0012]
In the above apparatus, the chemical cleaning process is repeated when the filtration start pressure at the start of the filtration cycle exceeds the first predetermined value, so that a plurality of filtration cycles and chemical cleaning processes are performed as one cycle. In the membrane filtration apparatus, it can be used when evaluating filtration rate candidates.
In this case, further, the fifth input means for inputting the relationship between the membrane occlusion characteristic by chemical cleaning and the filtration rate, and the filtration cycle immediately after the chemical cleaning using the inputted relationship between the membrane occlusion characteristic by the chemical cleaning and the filtration rate. The third determination means for determining the filtration start pressure at the first and the first calculation means to the third determination means are repeatedly executed until the filtration start pressure immediately after the chemical cleaning exceeds the second predetermined value, whereby the total energy amount and the total It is preferable to have third calculation means for calculating the amount of treated water, and means for calculating an evaluation value from the total amount of chemicals input, the total energy amount calculated by the third calculation means, and the total amount of treated water.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First, the features of one embodiment of the present invention will be described below.
(Form 1) The compression characteristics of the filter cake, the initial characteristics of the filtration membrane, the relationship between the filtration rate and the membrane clogging property of the filtration membrane by physical washing, and the relationship between the filtration rate and the membrane clogging property by chemical washing are obtained through experiments. . Each characteristic acquired by the experiment is input to the evaluation apparatus, and the evaluation apparatus calculates energy efficiency and an evaluation value using each input characteristic.
(Form 2) The compression characteristics K and a of the filter cake prescribe the change with time of the filtration pressure p during the filtration process. In the evaluation apparatus of this example, the same chemical cleaning cycle (N_t) Filtration pressure p at filtration cycle N in_{Nt, N}Approximate.
p_{Nt, N}= P_{m, Nt, N}+ K × t^a
(P_{m, Nt, N}The same chemical cleaning cycle (N_t) Filtration start pressure at filtration cycle N in K, coefficient K, coefficient a, pressure increase coefficient t, time)
(Mode 3) The initial characteristic β (filtration resistance) of the filtration membrane is the filtration start pressure p of the unused filtration membrane._{m, 1,1}Is specified. In the evaluation apparatus of this example, the filtration start pressure p is expressed by the following formula._{m, 1,1}Approximate.
p_{m, 1,1}= Β × q
(Q; filtration rate)
(Embodiment 4) The membrane clogging characteristic η by physical cleaning of the filtration membrane is the same chemical cleaning cycle (N_t) Filtration start pressure p when the number of filtration cycles is N_{m, Nt, N}Is specified. In the evaluation apparatus of this example, the filtration start pressure p_{m, Nt, N}Is approximated by the following equation.
p_m _{, Nt, N}= P_{m, Nt, 1}× exp [η × (N−1)]
(P_{m, Nt, 1}; Chemical cleaning cycle (N_tThe first filtration start pressure in)
(Embodiment 5) The membrane blocking property ξ by chemical cleaning is the number N of chemical cleaning cycles_tFiltration start pressure p of the first filtration process at_{m, Nt, 1}Is specified. In the evaluation apparatus of this example, the filtration start pressure p_{m, Nt, 1}Is approximated by the following equation.
p_m _{, Nt, 1}= P_{m, 1,1}× exp [ξ × (N_t-1)]
(P_{m, 1,1}; Filtration start pressure of unused filtration membrane)
[0014]
【Example】
A filtration rate candidate evaluation device (hereinafter simply referred to as an evaluation device) according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. First, the overall configuration of the filtration system in which the filtration rate candidates are evaluated by the evaluation device will be described.
FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of the membrane filtration system. As shown in FIG. 1, the membrane filtration system according to the present embodiment is configured with a membrane filtration device 24 as the center, and pretreatment equipment (subject to be treated) that pretreats water to be treated (raw water) supplied to the membrane filtration device 24. Treated water tank 10, water level adjusting tank 12, thermostatic tank 14, agglomeration and mixing tank 16), gear pump 18 for supplying pretreated water to the membrane filtration device 24, and permeation treated by the membrane filtration device 24. It consists of a permeate tank 26 for storing water, a control device 30 for controlling the entire system, and the like.
[0015]
The pretreatment facility includes a water tank 10 to be treated, a water level adjusting tank 12 connected to the water tank 10 to be treated, a thermostatic tank 14 connected to the water level adjusting tank 12, and a coagulation mixing tank 16 connected to the thermostatic tank 14. Composed. The treated water tank 10 is a storage tank that stores the treated water, and the treated water stored in the treated water tank 10 is supplied to the water level adjusting tank 12. The water level adjustment tank 12 adjusts the pH (indicator of hydrogen ion concentration) of the water to be treated sent from the water tank 10 to be treated, and supplies the water to be treated whose pH is adjusted to the constant temperature bath 14. The water level adjustment tank 12 supplies the water to be treated stably to the thermostatic tank 14 by adjusting the water level. In other words, the water level adjustment tank 12 is configured so that the water to be treated in the water level adjustment tank 12 has a constant level of water to be treated. A function of returning the difference between the treated water and the treated water sent to the thermostatic chamber 14 to the treated water tank 10 is provided. The thermostatic tank 14 is a tank for keeping the temperature of the water to be treated constant, and the water to be treated having a constant temperature is supplied to the coagulation mixing tank 16. The agglomeration mixing tank 16 is a tank for mixing a flocculant (for example, polyaluminum chloride) into the water to be treated. The agglomeration mixing tank 16 is provided with a stirrer, and the flocculant and the water to be treated introduced by the stirrer are uniformly mixed. The flocculant charged into the flocculation mixing tank 16 is combined with impurities (organic matter or the like) in the water to be treated, and is removed from the water to be treated together with the impurities in the water to be treated by the membrane of the membrane filtration device 24.
[0016]
The water to be treated that has been pretreated as described above is supplied to the membrane filtration device 24 by the gear pump 18. The rotational speed of the gear pump 18 is controlled by a control device 30 to be described later, and water to be treated having a flow rate corresponding to the rotational speed is supplied to the membrane filtration device 24. A flow meter 20 and a pressure gauge 22 are disposed in a supply pipe of water to be treated that connects the gear pump 18 and the membrane filtration device 24. The flow meter 20 measures the flow rate of the water to be treated supplied to the membrane filtration device 24 (the filtration speed is obtained by dividing by the membrane area), and outputs the measured value to the control device 30. The pressure gauge 22 measures the pressure of the water to be treated supplied to the membrane filtration device 24 (corresponding to the filtration pressure), and outputs the measured value to the control device 30.
[0017]
The membrane filtration device 24 includes a cylindrical monolithic ceramic membrane (microfiltration membrane), and the ceramic membrane is closed at its upper and lower ends with a metal plate or the like. A metal plate that closes the lower end of the ceramic membrane is provided with a supply port for water to be treated, and the water to be treated supplied from the supply port flows into the cylinder of the ceramic membrane. Accordingly, the water to be treated supplied into the cylinder of the ceramic membrane permeates from the inner circumference side to the outer circumference side of the ceramic membrane. For this reason, impurities (impurities aggregated by the flocculant) in the water to be treated adhere to the inner peripheral surface of the ceramic film and are removed from the water to be treated. The permeated water that has permeated the ceramic membrane and flowed outward (water that has passed through the membrane filtration device) will flow into the permeate tank 26.
[0018]
The permeated water tank 26 is a storage tank (sealed container) that stores a predetermined amount of permeated water filtered by the membrane filtration device 24, and excess permeated water is discharged as treated water. A compressor 28 is connected to the permeated water tank 26, and valves 32 and 34 are respectively connected to a water distribution pipe connecting the membrane filtration device 24 and the permeated water tank 26 and a water distribution pipe discharging excess permeated water in the permeated water tank 26. Is arranged. The compressor 28 and the valves 32 and 34 are controlled by the control device 30. In the filtration process, the compressor 28 is turned off and the valves 32 and 34 are opened. In the cleaning process, the compressor 28 is turned on and the valves 32 and 34 are closed. It is said. Accordingly, the permeated water filtered by the membrane filtration device 24 is discharged through the permeated water tank 26 in the filtration process, and the air pressurized by the compressor 28 is supplied into the permeated water tank 26 in the cleaning process, whereby the permeated water tank 26 is supplied. The permeated water stored in the inside is supplied to the membrane filtration device 24. For this reason, in the cleaning process, permeated water flows through the membrane filtration device 24 in the direction opposite to the filtration process (from the outside to the inside of the ceramic film) to remove deposits attached to the inner peripheral surface of the ceramic film.
[0019]
The control device 30 is a control device that controls the membrane filtration system configured as described above, and controls the operation of the gear pump 18 and the compressor 28 based on the measurement values measured by the flow meter 20 or the pressure gauge 22. For example, when performing constant pressure filtration, the gear pump 18 is driven so that the pressure measured by the pressure gauge 22 is constant. Then, the cleaning process is performed when the flow rate measured by the flow meter 20 during the constant pressure filtration process becomes a predetermined value or less. On the other hand, when performing constant-speed filtration, the gear pump 18 is driven so that the flow rate measured by the flow meter 20 is constant. When the pressure measured by the pressure gauge 22 exceeds a predetermined value during the constant speed filtration process, the cleaning process is performed. In either case of the constant pressure filtration process or the constant speed filtration process, when performing the washing process of the filtration membrane, the control device 30 first stops driving the gear pump 18 and then turns the valves 32 and 34 on. The filtration membrane is washed by driving the compressor 28 in the closed state.
[0020]
In addition, the evaluation apparatus described in detail later evaluates whether or not the filtration speed when the above-described filtration system is operated by constant speed filtration processing is an appropriate value. In the case of performing constant-rate filtration, the timing for washing the filtration membrane and the timing for loading the drug are determined based on the filtration pressure measured by the pressure gauge 22. Also in the evaluation apparatus of this example, the timing of the cleaning process and the timing of the chemical injection are determined by calculating the change over time of the filtration pressure, and the energy efficiency in multiple filtration cycles and / or multiple chemical cleaning cycles is determined. Calculated. Therefore, before describing the configuration of the evaluation apparatus, first, the change with time of the filtration pressure when the constant-rate filtration process is performed will be described with reference to FIG. In FIG. 3, the filtration start pressure of the i-th filtration cycle in the j-th chemical cleaning cycle is represented by p._{m, j, i}And the filtration start time is t_{j, i}It is expressed with.
[0021]
As shown in FIG. 3, the first filtration process of the first chemical cleaning cycle is performed at the filtration start pressure p._{m, 1,1}Starts from. Filtration start pressure p_{m, 1,1}As shown in FIG. 4, a large value is obtained when the filtration rate is high, and a small value is obtained when the filtration rate is low. In this embodiment, the filtration start pressure p_{m, 1,1}Is approximated by β × q. β is a coefficient determined from the initial characteristics (filtration resistance) of the filtration membrane, and q is a filtration rate.
In this embodiment, in order to determine the coefficient β, the filtration process is actually started at an appropriate filtration rate, and the coefficient β is determined by measuring the filtration start pressure at that time. The coefficient β thus obtained is input to the evaluation device.
[0022]
Filtration start pressure p_{m, 1,1}When the filtration process is started, the impurities contained in the water to be treated adhere and accumulate on the surface of the filtration membrane with the passage of time. For this reason, the filtration pressure p rises exponentially with the passage of time as shown in FIG. In this example, the filtration pressure p of the i-th filtration cycle in the j-th chemical cleaning cycle_{j, i}P_{m, j, i}+ K × t^aIt is approximated by. K and a are coefficients determined by the properties of the filter cake (the properties of the water to be treated), and t is the time (filtering time) that has elapsed since the start of filtration.
In this embodiment, in order to determine the coefficients K and a, filtration is actually performed at an appropriate filtration rate, and the change over time in the filtration pressure is measured. When the coefficients K and a are determined from the measured change in filtration pressure over time, the coefficients K and a are input to the evaluation device, and are used when calculating the change in filtration pressure over time in the evaluation device.
[0023]
As shown in FIG. 3, the filtration process proceeds and the filtration pressure p becomes the set value p._xThen, a membrane cleaning process for cleaning the surface of the filtration membrane is performed. In this membrane cleaning process, the chemical (for example, sodium hypochlorite) is not put into the permeate tank 26, and only the process of flowing the permeate in the direction opposite to that during the filtration process is performed. That is, a physical cleaning process is performed. The filtration pressure is the pressure value p due to the physical washing process._xTo pressure value p_{m, 1,2}And again the pressure value p_{m, 1,2}The filtration process is started. Hereinafter, as shown in FIG. 3, the filtration cycle in which the filtration process and the physical cleaning process are one cycle is repeated.
[0024]
As the filtration cycle is repeated, deposits that cannot be removed only by the physical washing process gradually remain on the filtration membrane. Therefore, as the number of filtration cycles i increases, the filtration start pressure p_{m, 1, i}Gradually increases (ie, p_{m, 1,1}<P_{m, 1,2}<P_{m, 1,3}…). In this embodiment, the number of filtration cycles i and the filtration start pressure p_{m, j, i}Is approximated by a function shown in FIG. That is, the filtration start pressure p_{m, j, i}P_{m, j, 1}It is approximated by xexp [η × (i−1)]. Where p_{m, j, 1}Is the filtration start pressure of the first filtration cycle in the jth chemical washing cycle, and η is a coefficient representing the membrane clogging characteristics of the filtration membrane by physical washing.
The membrane occlusion coefficient η varies depending on the filtration rate q as shown in FIG. When the filtration rate q is small, the membrane blockage coefficient η is small, and when the filtration rate q is large, the membrane blockage factor η is large. In the present embodiment, the membrane of the candidate filtration rate q ′ to be evaluated by using the relationship between the obtained filtration rate q and the membrane blockage coefficient η by actually performing filtration processing for several filtration rates q to obtain the membrane blockage factor η. The blockage coefficient η ′ is determined. To illustrate specifically, the filtration rate q₁The membrane occlusion coefficient η₁And filtration rate q₂The membrane occlusion coefficient η₂Is determined by experiment, the candidate filtration rate q '(q₁<Q ’<q₂)) Is determined. In this embodiment, the filtration rate q₁And q₂The membrane occlusion coefficient η 'is calculated by approximating that the membrane occlusion coefficient η in the meantime changes linearly. That is, η 'is obtained by the following equation.
η ′ = η₁× (q₂-Q ') / (q₂-Q₁) + Η₂X (q'-q₁) / (Q₂-Q₁)
The method for determining the membrane occlusion coefficient η ′ is not limited to the above method, and a known data processing technique used to supplement data can be used.
[0025]
As described above, the filtration start pressure p_{m, 1, i}As the number of filtration cycles N increases, the time required for one filtration cycle decreases (t_{1, 2}-T₁ _{, 1}> T_1,3-T_{1, 2}> T_{1, 4}-T_1,3> ...). Therefore, the filtration start pressure p at the filtration cycle N_{m, 1, n}Is the predetermined value p_p1If it exceeds (the first predetermined value in the claims), the chemical cleaning process is performed. Specifically, first, the driving of the gear pump 18 is stopped, then the medicine is introduced into the permeate tank 26, and finally the medicine is mixed by driving the compressor 28 with the valves 32 and 34 closed. A backwash process using permeated water is performed.
When the above chemical cleaning process is performed, deposits that could not be removed only by the physical cleaning process are removed, and the filtration ability of the filtration membrane is restored. For this reason, the filtration start pressure by the chemical cleaning process is the pressure value p._{m, 1, n}To pressure value p_{m, 2,1}And again the pressure value p_{m, 2,1}The filtration process is started. Hereinafter, a chemical cleaning cycle in which a plurality of filtration cycles (filtering process + physical cleaning process) and one chemical cleaning process are performed as one cycle is repeated.
[0026]
In addition, even if the chemical cleaning process is performed, the deposits attached to the filtration membrane cannot be completely removed, and thus the filtration capability of the filtration membrane does not completely return to the initial state by the chemical cleaning process (that is, The filter membrane deteriorates). For this reason, as the number of chemical cleaning cycles increases, the filtration start pressure p in the filtration process immediately after the chemical cleaning process is increased._{m, j, 1}(J is the number of chemical cleaning cycles) gradually increases (ie, p_{m, 1,1}<P_{m, 2,1}<P_{m, 3,1}...). In this embodiment, the chemical cleaning cycle number j and the filtration start pressure p_{m, j, 1}Is approximated by a function shown in FIG. That is, the filtration start pressure p of the first filtration cycle in the j-th chemical cleaning cycle_{m, j, 1}P_{m, 1,1}It is approximated by xexp [ξ × (j−1)]. Where p_{m, 1,1}Is the filtration start pressure of the first filtration cycle in the first chemical cleaning cycle, and ξ is a coefficient representing the membrane blocking characteristics of the filtration membrane by the chemical cleaning treatment.
The membrane blockage coefficient ξ varies depending on the filtration rate q as shown in FIG. When the filtration rate q is small, the membrane blockage coefficient ξ is small, and when the filtration rate q is large, the membrane blockage factor ξ is large. In this example, similarly to the membrane occlusion coefficient η, the filtration process is actually performed for several filtration rates q to obtain the membrane occlusion factor ξ, and evaluation is performed using the relationship between the obtained filtration rate q and the membrane occlusion factor ξ. The membrane blockage coefficient ξ ′ of the filtration rate candidate q ′ to be determined is determined. The method for determining the membrane blockage coefficient ξ ′ is performed in the same manner as the method for determining the membrane blockage factor η ′, and thus detailed description thereof is omitted here. Needless to say, the method for determining the membrane blockage coefficient ξ ′ can use a known data processing technique used to supplement the data, as with the membrane blockage coefficient η ′.
As described above, the number j of chemical cleaning cycles increases, and the filtration start pressure p immediately after the chemical cleaning treatment_{m, j, 1}Is the set value p_p2When the value exceeds (the second predetermined value in the claims), the filtration membrane of the membrane filtration device 24 is replaced with a new one.
[0027]
An evaluation apparatus for evaluating the filtration rate of the filtration system operated as described above will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram schematically showing the configuration of the evaluation apparatus.
The evaluation apparatus of the present embodiment is configured by a general-purpose personal computer or the like, and includes a central processing unit 41, a storage device 44, an input device 40, and an output device 50 as shown in FIG.
The central processing unit 41 includes a control unit 42 and a calculation unit 43. The central processing unit 41 executes various programs by executing programs stored in the storage device 44.
The storage device 44 includes a main storage device 45 configured by a ROM, a RAM, and the like, and an auxiliary storage device 46 that stores various files. Various programs are stored in the main storage device 45, and the auxiliary storage device 46 stores a filtration rate—a membrane occlusion characteristic file 48 by physical cleaning, a filtration rate—a membrane occlusion property file 49 by chemical cleaning, and the like. ing. The filtration rate-physical cleaning membrane occlusion characteristic file 48 stores the membrane occlusion coefficient η obtained by actually performing filtration for several filtration rates q in association with the filtration rate q. The filtration rate-chemical cleaning membrane occlusion characteristic file 49 stores the membrane occlusion coefficient ξ obtained by actually performing filtration for several filtration rates q in association with the filtration rate q.
The input device 40 includes a keyboard and a mouse, and the output device 50 includes a display, a printer, and the like.
[0028]
Next, a procedure for determining the most efficient filtration rate from a predetermined filtration rate range using the evaluation apparatus described above will be described.
In this embodiment, before determining the filtration rate using the evaluation apparatus, first, the filtration process is actually performed for several filtration rates q to obtain characteristic values (K, a, β, η, ξ). . That is, the filtration system shown in FIG. 1 is actually subjected to constant-speed filtration for several filtration speeds, and the change over time of the filtration pressure in the n filtration cycle and the change over time in the filtration pressure of the n chemical cleaning cycle are measured. The compression characteristics K and a of the filter cake are obtained from the change over time of the measured filtration pressure, and the K and a are stored in the main storage device 45 via the input device 40. Further, the initial characteristic β of the filtration membrane is obtained from the measured filtration start pressure at the start of the first filtration process, and the β is stored in the RAM of the main storage device 45 via the input device 40. Further, the membrane blockage coefficient η by physical cleaning and the membrane blockage coefficient ξ by chemical cleaning are obtained from the change in the measured filtration pressure over time, and the membrane blockage coefficient η by physical cleaning and the membrane blockage coefficient ξ by chemical cleaning are input device 40. Are stored in a filtration rate-physical membrane-closure characteristic file 48 and a filtration rate-chemical membrane-closure property file 49, respectively.
[0029]
When the characteristic values (K, a, β, η, ξ) are acquired, the filtration rate is then determined using the evaluation device. The procedure for determining the filtration rate using the evaluation apparatus will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
As shown in FIG. 7, first, a filtration rate range to be evaluated is input from the input device 40 (S01). For example, if the filtration rate is the filtration rate range q₁~ Q₂(Q₁<Q₂) From the lower limit q₁And upper limit q₂Enter.
When the filtration rate range is input, the number of filtration rate candidates set in the input filtration rate range is input (S02). For example, the filtration rate range q described above₁~ Q₂Filtration rate candidates [q₁+ I × (q₂-Q₁) / N; a positive number n + 1 is input from the input device 40 when it is desired to evaluate the energy efficiency or the like.
In step S03, one filtration rate candidate for calculating energy efficiency is determined from the filtration rate range input in step S01 and the number of filtration rate candidates input in step S02. The above filtration rate range q₁~ Q₂Is divided into n equal parts, the filtration rate candidate [q₁+ I × (q₂-Q₁) / N; i = 0 + n]. As will be described later, the processing from step S03 to S13 is executed for all the filtration rate candidates. For this reason, in this embodiment, i = 0 to n are selected in order, and the energy efficiency and the like are calculated for all the filtration speed candidates included in the filtration speed candidate group.
When the filtration speed candidate is determined in step S03, the filtration start pressure p when the filtration process is started with the filtration speed candidate._{m, 1,1}(Filtering pressure when starting the first filtration with an unused filter membrane) is determined (S04). Specifically, the filtration start pressure p is calculated from the coefficient β representing the initial characteristics of the filtration membrane and the filtration rate candidate q determined in step S03._{m, 1,1}(= Β × q) is calculated.
[0030]
In step S05, the amount of energy E in the filtration cycle starting from the determined filtration start pressure._xAnd treated water volume v_xIs calculated (S05).
Specifically, first, the filtration process (that is, the set value p is determined from the determined filtration start pressure)._xEnergy amount E) while filtration pressure p rises to_sAnd treated water volume v_sIs calculated. Here, the change with time of the filtration pressure p is p_{m, j, i}+ K × t^a[P_{m, j, i}Filtration start pressure, K; coefficient, a; pressure increase coefficient, t; filtration time], so that the filtration pressure p is the set value p._xFiltration time t required to rise to_sCan be calculated. Filtration time t_sSince the filtration rate q (the filtration rate candidate determined in step S03) is constant, the treated water volume v_s(Amount of treated water per unit area of the filtration membrane) is q × t_sIt becomes.
In addition, the energy required for filtering the treated water amount dv at the filtration pressure p is p × dv, and since the filtration rate q is constant, dv is replaced with q × dt (dt; minute time). Can do. Therefore, the energy amount E required for the filtration process_sBecomes q × ∫pdt. That is, the filtration pressure p is changed from time 0 to t_sThe value integrated up to is multiplied by the filtration rate q.
As described above, the energy amount E during the filtration process_sIs calculated, then the energy amount E_sEnergy amount E required for physical cleaning_cThe amount of energy E required for the filtration cycle_x(= E_s+ E_c) Is calculated. At the same time, the treated water volume v calculated as described above_SVolume of water used for physical cleaning from_cThe amount of treated water v treated in the filtration cycle_x(= V_s-V_c) Is calculated. Here, the amount of energy E used for the physical cleaning process_cAnd treated water volume v_cIs a value determined by the pressure of the compressor 28 and the capacity of the permeated water tank 26, and is input to the evaluation device by the user in advance.
The calculated energy amount E_xAnd treated water volume v_xIs stored in the RAM of the main storage device 45 and used in the process of step S08 described later.
[0031]
In step S06, the filtration start pressure p in the next filtration cycle_{m, j, i}To decide. That is, the coefficient η representing the clogging characteristics of the filtration membrane by physical cleaning, the number of filtration cycles i indicating the number of the filtration cycle in the chemical cleaning cycle, and the first in the chemical cleaning cycle Filtration start pressure p in the filtration cycle of_{m, j, 1}And filtration start pressure p_{m, j, i}(= P_{m, j, 1}Xexp [η × (i−1)]) is calculated.
[0032]
Next, the filtration start pressure p determined in step S06_{m, j, i}Is the first predetermined value p_p1Is determined (S07). Filtration start pressure p_{m, j, i}Is the first predetermined value p_p1If it does not exceed [NO in step S07], the chemical cleaning process is not yet required, so the process returns to step S05 and the processes from step S05 are repeated. For this reason, the filtration start pressure p after physical washing_{m, j, i}Is the first predetermined value p_p1The amount of energy E in each filtration cycle until_xAnd treated water volume v_xWill be calculated.
On the other hand, the filtration start pressure p_{m, j, i}Is the first predetermined value p_p1If [YES in step S07], the energy amount E in the chemical cleaning cycle is exceeded._yAnd treated water volume v_yIs calculated (S08). Specifically, first, the energy amount E of each filtration cycle calculated in step S05._xAnd treated water volume v_xThe sum of each is calculated. Next, the sum ΣE of the calculated energy amounts_xEnergy E required for chemical cleaning_dThe amount of energy E required for the chemical cleaning cycle_y(= ΣE_x+ E_d) Is calculated. Also, the total amount of treated water Σv_xTo water used for chemical cleaning_dIs subtracted and the amount of treated water v treated in the chemical cleaning cycle_y(= Σv_x-V_d) Is calculated. Here, the amount of energy E required for the chemical cleaning process_dAnd treated water volume v_dIs a value determined by the pressure of the compressor 28 and the capacity of the permeated water tank 26 as in the case of the physical cleaning process, and is previously input to the evaluation device by the user. In this embodiment, the amount of energy E required for the chemical cleaning process_dAnd treated water volume v_dIs set to the same value as in the physical cleaning process.
The energy amount E calculated in step S08._yAnd treated water volume v_yIs stored in the RAM of the main storage device 45 and used in the processing of step S11 described later.
[0033]
In step S09, the filtration start pressure p of the first filtration cycle in the next chemical cleaning cycle_{m, j, 1}To decide. That is, a coefficient ξ representing the membrane blocking property of the filtration membrane by chemical cleaning, the number j of chemical cleaning cycles indicating the next chemical cleaning cycle, and the first time determined in step S04 Filtration start pressure p of the first filtration cycle in the chemical washing cycle_{m, 1,1}And filtration start pressure p_{m, j, 1}(= P_{m, 1,1}Xexp [ξ × (j−1)]) is calculated.
[0034]
Next, the filtration start pressure p determined in step S09_{m, j, 1}Is the second predetermined value p_p2Is determined (S10). Filtration start pressure p_{m, j, 1}Is the second predetermined value p_p2If it does not exceed [NO in step S10], it is not yet the time to replace the filtration membrane, so the process returns to step S05 and the processing from step S05 is repeated. For this reason, the filtration start pressure p after chemical cleaning treatment_{m, j, 1}Is the second predetermined value p_p2Energy amount E in each chemical cleaning cycle until_yAnd treated water volume v_yWill be calculated.
On the other hand, the filtration start pressure p_{m, j, 1}Is the second predetermined value p_p2Exceeds [total energy amount E required to replace the filtration membrane]_tAnd total treated water volume v_tIs calculated (S11). That is, the energy amount E of each chemical cleaning cycle calculated in step S08._yAnd treated water volume v_yThe sum of each is calculated.
[0035]
Total energy E_t(= ΣE_y) And total treated water volume v_t(= Σv_y) Is calculated, the calculated total energy E_tAnd total treated water volume v_tIs used to calculate the evaluation value and energy efficiency (S12).
In order to calculate the evaluation value, first, the total energy amount E_tIs converted into cost. Next, the number of drug injections (filtration start pressure p)_{m, j, 1}Is the second predetermined value p_p2The total amount of drug input is calculated by multiplying the number of times the drug cleaning process has been performed until the value exceeds, and the calculated total amount of drug input is converted into a cost. Next, the total energy E_tThe sum of the value converted to cost and the value converted from total drug input to cost is calculated. Finally, the sum of the total treated water volume v_tThe evaluation value is calculated by dividing by. On the other hand, energy efficiency is the total energy E_tThe total treated water volume v_tCalculated by dividing by.
[0036]
In step S13, it is determined whether energy efficiency and evaluation values have been calculated for all filtration rate candidates. If energy efficiency and evaluation values have not been calculated for all filtration rate candidates [NO in step S13], the process returns to step S03 and the processing from step S03 is repeated. This ensures that all filtration rate candidates (ie q₁+ I × (q₂-Q₁) / N; a positive number of i = 0 to n), the energy efficiency and the evaluation value are calculated.
On the other hand, when the energy efficiency and the evaluation value are calculated for all the filtration speed candidates [YES in step S13], the evaluation value and the energy efficiency for each filtration speed candidate are displayed on the output device 50 (S14). In this embodiment, the evaluation value and the energy efficiency are each graphed and displayed on the output device 50. That is, a graph with the filtration rate candidate on the horizontal axis and the evaluation value on the vertical axis, and a graph with the filtration rate candidate on the horizontal axis and energy efficiency on the vertical axis are displayed. As a result, the user can easily know the filtration rate considered to be the most efficient.
[0037]
As is clear from the above description, in the evaluation apparatus according to the present embodiment, by inputting the characteristic value of the water to be treated and the characteristic value of the filtration membrane in advance, it is most efficient from the predetermined filtration rate range. Possible filtration rates can be predicted. In particular, since the energy efficiency and the evaluation value when the filtration process is performed over a plurality of chemical cleaning cycles are calculated, the filtration rate can be comprehensively evaluated in consideration of the chemical cleaning process.
[0038]
Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
For example, in the above-described embodiment, the change over time in the filtration pressure during the filtration treatment, the filtration start pressure in the first filtration cycle in the first chemical washing cycle, the filtration start pressure after the physical washing treatment, and the chemical washing treatment The energy efficiency and the evaluation value were calculated by approximating the filtration start pressure as described in the section of the embodiment. However, each filtration pressure described above can be approximated by another approximate expression.
In the above-described embodiment, the evaluation value is calculated by converting the total energy amount and the total drug input amount into the cost. However, the evaluation value is not limited to such an example. For example, the energy required for purifying the total drug input amount. The amount of energy and the total amount of energy E_tAnd add the value to the total treated water volume v_tIt is good also as an evaluation value by dividing by.
In the above-described embodiment, the filtration start pressure p of the first filtration cycle in the first chemical cleaning cycle is used._{m, 1,1}Is calculated by calculation, but this filtration start pressure p_{m, 1,1}May actually be measured by experiment. This is because, in particular, the filtration start pressure of the first filtration cycle in the first chemical cleaning cycle can be obtained in a short experiment.
Further, in the above-described embodiment, the filtration rate range to be evaluated is input, and a plurality of filtration rate candidates are set in the filtration rate range for calculation. However, the filtration rate candidates may be directly input ( In other words, the filtration rate candidate group may include only one filtration rate candidate). In this case, the user inputs a filtration rate candidate to be evaluated for each calculation.
In addition, although the example which used the ceramic membrane for the filtration membrane was demonstrated in the Example mentioned above, the technique of this invention can be utilized in order to determine the filtration rate of the membrane filtration apparatus using various filtration membranes. For example, the present invention can also be applied when determining the filtration rate of a membrane filtration apparatus using a polymer membrane.
[0039]
In addition, the technical elements described in the present specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a filtration system that is an evaluation object of a filtration rate evaluation apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a filtration rate candidate evaluation apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram schematically showing a change over time in filtration pressure over a plurality of filtration cycles.
FIG. 4 is a graph schematically showing the relationship between the filtration rate and the filtration start pressure when the filtration treatment is started with an unused filtration membrane.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the number of physical cleaning treatments and the filtration start pressure immediately after the physical cleaning treatment, and a graph showing the relationship between the filtration rate and the membrane blockage coefficient by physical cleaning.
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the number of chemical cleaning treatments and the filtration start pressure immediately after the chemical cleaning processing, and a graph showing the relationship between the filtration rate and the membrane blockage coefficient by chemical cleaning.
FIG. 7 is a flowchart of processing for evaluating a filtration rate.
[Explanation of symbols]
10. ・ Water tank to be treated
12. Water level adjustment tank
14 .. Thermostatic bath
16. Aggregation mixing tank
18. Pump
20 .... Flow meter
22. Pressure gauge
24.Membrane filtration device
26 .. Permeate tank
28. Compressor
30 ... Control device
40 ... Input device
41. Central processing unit
44 .. Storage device
50 ... Output device

Claims

A method for determining the filtration rate in a membrane filtration device in which a filtration cycle consisting of a constant-rate filtration treatment and a membrane washing treatment is repeatedly performed by performing a membrane washing treatment when the filtration pressure during the constant-rate filtration treatment exceeds a set value. There,
Obtaining the compression characteristics of the filter cake;
Obtaining initial characteristics of the filtration membrane;
Obtaining a relationship between filtration rate and membrane occlusion characteristics by physical cleaning;
Selecting one filtration rate candidate from the filtration rate candidate group;
A first determination step of determining a filtration start pressure in a first filtration cycle when performing constant-speed filtration with a selected filtration rate candidate, using the obtained initial characteristics of the filtration membrane;
Using the acquired compression characteristics of the filter cake, the change with time of the treated water supply pressure when performing the constant-rate filtration treatment with the selected filtration rate candidate from the determined filtration start pressure is obtained, and the treated water supply A first calculation step of calculating an energy amount and a treated water amount per filtration cycle from a change in pressure over time;
A second determination step of determining a filtration start pressure in a filtration cycle after the membrane cleaning treatment using the relationship between the obtained filtration rate and the membrane clogging property by physical cleaning;
A filtration rate determination method comprising: a second calculation step of repeatedly performing the first calculation step and the second determination step until the filtration start pressure exceeds a first predetermined value and calculating a sum of energy amounts and a sum of treated water amounts.

The first filtration step to the second calculation step are performed for each filtration rate candidate in the filtration rate candidate group, and the filtration rate candidate having the highest energy efficiency determined from the sum of the calculated energy amount and the sum of the treated water amount is selected as the membrane filtration device. The filtration rate determination method according to claim 1, wherein the filtration rate is determined as a filtration rate.

A membrane cleaning device in which a chemical cleaning process is repeated when a filtration start pressure at the start of a filtration cycle exceeds a first predetermined value, whereby a plurality of filtration cycles and a chemical cleaning cycle are performed as one cycle. The method of determining a filtration rate according to claim 1, wherein the filtration rate is determined.
Furthermore, the process of acquiring the relationship between the membrane occlusion characteristics by chemical cleaning and the filtration rate;
A third determination step of determining the filtration start pressure in the filtration cycle immediately after the chemical cleaning, using the relationship between the obtained membrane clogging characteristics by chemical cleaning and the filtration rate;
A third calculation step of repeatedly performing the first calculation step to the third determination step until the filtration start pressure immediately after the chemical cleaning exceeds a second predetermined value, and calculating the sum of the energy amount and the treated water amount;
And a step of calculating an evaluation value from the total amount of chemicals introduced and the total amount of energy and total amount of treated water calculated in the third calculation step.

4. The filtration rate candidate of the filtration rate candidate group is subjected to the first determination step to the evaluation value calculation step, and the filtration rate candidate having the highest evaluation value is determined as the filtration rate of the membrane filtration device. The method for determining the filtration rate described in 1.

A device that evaluates filtration rate candidates in a membrane filtration device in which a filtration cycle consisting of a constant-rate filtration treatment and a membrane washing treatment is repeatedly performed by performing membrane washing treatment when the filtration pressure during the constant-rate filtration treatment exceeds a set value. Because
First input means for inputting the compression characteristics of the filter cake;
A second input means for inputting the initial characteristics of the filtration membrane;
A third input means for inputting the relationship between the filtration rate and the membrane occlusion characteristics by physical cleaning;
A fourth input means for inputting a filtration rate candidate;
First determination means for determining a filtration start pressure in the first filtration cycle when performing constant-speed filtration with the input filtration rate candidates, using the initial characteristics of the input filtration membrane;
Using the compression characteristics of the input filter cake, the change in the supply pressure of the water to be treated when performing constant-speed filtration with the input filter speed candidate from the determined filtration start pressure is obtained, and the supply of the water to be processed is obtained. A first calculation means for calculating an energy amount and a treated water amount per filtration cycle from a change in pressure over time;
A second determination means for determining a filtration start pressure in a filtration cycle after the membrane cleaning treatment using the relationship between the input filtration rate and the membrane clogging characteristics by physical cleaning;
A filtration rate candidate comprising: second calculation means for calculating the sum of the energy amount and the sum of the treated water amounts by repeatedly executing the first calculation means and the second determination means until the filtration start pressure exceeds the first predetermined value. Evaluation device.

A membrane cleaning device in which a chemical cleaning process is repeated when a filtration start pressure at the start of a filtration cycle exceeds a first predetermined value, whereby a plurality of filtration cycles and a chemical cleaning cycle are performed as one cycle. The filtration rate candidate evaluation apparatus according to claim 5, wherein the filtration rate candidate is evaluated.
Furthermore, a fifth input means for inputting the relationship between the membrane occlusion characteristics by chemical cleaning and the filtration rate;
A third determining means for determining a filtration start pressure in a filtration cycle immediately after the chemical cleaning, using the relationship between the membrane clogging characteristics by the chemical cleaning input and the filtration rate;
A third calculation unit that calculates the total energy amount and the total treated water amount by repeatedly executing the first calculation unit to the third determination unit until the filtration start pressure immediately after the chemical cleaning exceeds a second predetermined value;
A filtration rate evaluation apparatus comprising: means for calculating an evaluation value from the total amount of chemicals charged, the total energy amount calculated by the third calculation means, and the total amount of treated water.