JP4293848B2 - 濾過装置の運転方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、濾過装置の運転方法及び濾過装置に係り、特に制御干渉系からなる濾過装置の濾過プロセスの運転に好適な運転方法及び装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、濾過装置の自動制御の一例として制御対象の制御点が複数存在して互いに干渉し合う制御干渉系からなる濾過装置の濾過プロセスがある。このような制御では、測定値を目標値に一致させるためにオン/オフ動作、比例動作(Proportional;以下、単に「P動作」という)、積分動作(Integral;以下、単に「I動作」という)、微分動作(Derivative;以下、単に「D動作」という)が適宜採用されており、更には比例動作・積分動作を同時に働かせるPI動作、或いは、比例動作・積分動作・微分動作を全部同時に働かせるPID動作等を利用して短時間で且つ安定して測定値を目標値に一致させると共に外乱によって発生した偏差を出来るだけ早くなくす制御が行われる。
【0003】
また、測定値または目標設定値に応じて複数のPID定数(比例帯PB、積分時間TI、微分時間TD)を切り換えるマルチPID動作が提案されており、複数の目標値とPID定数の組み合わせを調節計内部に記憶させ、必要により呼び出して使用することが出来るものもある(例えば、非特許文献1参照。)。
【0004】
また、原液を循環しながら濾過を行うクロスフロー型の精密濾過または限外濾過処理方法において、逆洗やエアバブリングや停止状態からの濾過処理開始への切り換え時に濾過膜への原液の入力圧力を所定時間低圧運転して濾過膜を保護すると共に安定運転するものも提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
【0005】
また、濾過液流量及び循環戻り流量を定流量化してランニングコストを低減するものもある(例えば、特許文献2参照。)。
【0006】
図5(a)〜(c)は複数の濾過膜モジュールを装備した従来の各種の濾過装置の構成を説明する図である。図5(a)に示す第1従来例では1つの原液供給ポンプAに対して複数の濾過膜モジュールM1〜M6が並列に接続されている。各濾過膜モジュールM1〜M6の濾過液流量を電磁流量計F1〜F6により測定し、夫々の電磁流量計F1〜F6により測定される濾過液流量が一定になるように演算制御部C1〜C6により電動弁V1〜V6を制御する。
【0007】
原液供給ポンプAは常時一定の最大回転数で駆動されており、例えば原液供給圧力を0.4MPa一定で原液が供給される。複数の濾過膜モジュールM1〜M6は原液に含まれる懸濁物質がそれぞれの濾過膜の表面に蓄積してくると濾過液の流速が低下するため各電動弁V1〜V6を制御して濾過圧力を上昇させる必要がある。
【0008】
例えば、濾過膜モジュールM1〜M6のそれぞれの上流側の濾過圧力が0.15MPa、0.14MPa、0.13MPa、0.12MPa、0.11MPa、0.10MPaでそれぞれ一定の濾過液流量が得られる場合、各電動弁V1〜V6による差圧は0.25MPa、0.26MPa、0.27MPa、0.28MPa、0.29MPa、0.30MPaとなるように設定される。
【0009】
図5(b)に示す第2従来例では、前記第1従来例と同様に1つの原液供給ポンプAに対して複数の濾過膜モジュールM1〜M6が並列に接続されており、各濾過膜モジュールM1〜M6の濾過液流量を電磁流量計F1〜F6により測定し、夫々の電磁流量計F1〜F6により測定される濾過液流量が一定になるように演算制御部C1〜C6により電動弁V1〜V6を制御する。
【0010】
原液供給ポンプAの下流側で且つ各電動弁V1〜V6の上流側には電動弁V7が設けられており、該電動弁V7の下流側で且つ各電動弁V1〜V6の上流側に設けられた圧力センサP7により測定される原液圧力が一定になるように演算制御部C7により電動弁V7を制御する。
【0011】
原液供給ポンプAは常時一定の最大回転数で駆動されており、例えば原液供給圧力を0.4MPa一定で原液が供給され、電動弁V7による差圧が0.25MPaとなるように設定される。複数の濾過膜モジュールM1〜M6は原液に含まれる懸濁物質がそれぞれの濾過膜の表面に蓄積してくると濾過液の流速が低下するため各電動弁V1〜V6を制御して濾過圧力を上昇させる必要がある。
【0012】
例えば、濾過膜モジュールM1〜M6のそれぞれの上流側の濾過圧力が0.15MPa、0.14MPa、0.13MPa、0.12MPa、0.11MPa、0.10MPaでそれぞれ一定の濾過液流量が得られる場合、各電動弁V1〜V6による差圧は0.10MPa、0.11MPa、0.12MPa、0.13MPa、0.14MPa、0.15MPaとなるように設定される。
【0013】
図5(c)に示す第3従来例では、複数の濾過膜モジュールM1〜M3のそれぞれに各原液供給ポンプA1〜A3が接続されており、各濾過膜モジュールM1〜M3の濾過液流量を電磁流量計F1〜F3により測定し、夫々の電磁流量計F1〜F3により測定される濾過液流量が一定になるように演算制御部C1〜C3により各原液供給ポンプA1〜A3を駆動制御するインバータの周波数を制御して該原液供給ポンプA1〜A3の回転数を制御する。
【0014】
例えば、各原液供給ポンプA1〜A3による原液供給圧力を0.15MPa、0.14MPa、0.13MPaとなるように設定することで、各濾過膜モジュールM1〜M3のそれぞれの上流側の濾過圧力が0.15MPa、0.14MPa、0.13MPaでそれぞれ一定の濾過液流量が得られるように設定される。
【0015】
【非特許文献1】
財団法人 省エネルギーセンター出版部 出版、1992年2月5日発行、松山 裕 著「だれでもわかる自動制御」、p.85
【特許文献1】
特開平10−33957号公報
【特許文献2】
特開平10−76143号公報
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の第1、第2従来例では、各電動弁V1〜V7により比較的大きな差圧が生じるためエネルギー損失が大きく効率が悪いという問題があった。また、原液供給ポンプAは常時最大回転数で駆動されるため消費電力が大きく、ランニングコストが増大し、更に回転駆動時の騒音や発熱も大きく寿命が短くなり、メンテナンスの頻度が増えるという問題がある。
【0017】
また、第3従来例では、電動弁による差圧が生じないためエネルギー効率が良いが、濾過膜モジュールMの数だけ原液供給ポンプAが必要となり、更に各原液供給ポンプAと各濾過膜モジュールMとの間に個々に独立した配管が複数必要となるため設備費が増大し、広い設置面積を必要とするため小型の濾過装置にしか適用出来ないという問題がある。
【0018】
本発明は前記課題を解決するものであり、その目的とするところは、濾過プロセスを実施する複数の濾過膜モジュール入口に供給される原液供給圧力とポンプ出口の原液供給圧力との差が最小となるようにポンプの原液供給出力を制御することで、各濾過膜モジュールに供給されるそれぞれの原液供給流量を調整する原液供給流量調整手段により生じる差圧を最小限に抑えてエネルギー損失を低減することが出来る濾過装置の運転方法及び濾過装置を提供せんとするものである。
【0019】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明に係る濾過装置の運転方法は、原液を供給するポンプの下流側に各原液供給流量調整手段を介在して濾過プロセスを実施する複数の濾過膜モジュールが並列に接続され、その各濾過膜モジュールに供給されるそれぞれの該濾過膜モジュール入口の原液供給圧力を比較して、その最大の原液供給圧力と前記ポンプ出口の原液供給圧力との差が最小となるように該ポンプの原液供給出力を制御することを特徴とする。
【0020】
上記運転方法によれば、複数の濾過膜モジュールのうち、該濾過膜モジュール入口に供給されるその最大の原液供給圧力とポンプ出口の原液供給圧力との差が最小となるように該ポンプの原液供給出力を制御することで、各濾過膜モジュールに供給されるそれぞれの原液供給流量を調整する原液供給流量調整手段により生じる差圧を最小限に抑えてエネルギー損失を低減することが出来る。
【0021】
また、前記各濾過膜モジュールの下流側の濾過液流量がそれぞれ一定になるように、該濾過膜モジュールの上流側に供給される原液供給流量を調整する場合には、各濾過膜モジュールに供給されるそれぞれの原液供給流量を調整する原液供給流量調整手段により生じる差圧を最小限に抑えてエネルギー損失を低減しながら各濾過膜モジュールの下流側の濾過液流量をそれぞれ一定にすることが出来る。
【0022】
また、本発明に係る濾過装置は、原液を供給するポンプと、前記ポンプの下流側に配置され、該ポンプ出口の原液供給圧力を検知する第1の原液供給圧力検知手段と、前記第1の原液供給圧力検知手段よりも下流側で前記ポンプに並列に接続され、濾過プロセスを実施する複数の濾過膜モジュールと、前記各濾過膜モジュールの上流側に配置され、その各濾過膜モジュールに供給されるそれぞれの該濾過膜モジュール入口の原液供給圧力を検知する第2の原液供給圧力検知手段と、前記それぞれの第2の原液供給圧力検知手段よりも上流側に配置され、前記それぞれの濾過膜モジュールに供給される原液供給流量を調整する原液供給流量調整手段と、前記各濾過膜モジュールの下流側に配置され、その各濾過膜モジュールの下流側の濾過液流量を検知する濾過液流量検知手段と、前記それぞれの濾過液流量検知手段により検知された濾過液流量情報に基づいてその濾過液流量検知手段に対応する濾過膜モジュールに供給される原液供給流量を調整する原液供給流量調整手段を制御する第1の制御手段と、前記それぞれの第2の原液供給圧力検知手段により検知された原液供給圧力情報を随時記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された各濾過膜モジュールに供給される該濾過膜モジュール入口の原液供給圧力情報を比較する第1の比較手段と、前記第1の比較手段により比較された最大の原液供給圧力情報と、前記第1の原液供給圧力検知手段により検知された前記ポンプ出口の原液供給圧力情報とを比較する第2の比較手段と、前記第2の比較手段により比較される前記最大の原液供給圧力情報と前記ポンプ出口の原液供給圧力情報との差が最小となるように前記ポンプの原液供給出力を制御する第2の制御手段とを有することを特徴とする。
【0023】
本発明は、上述の如く構成したので、第1の比較手段により各濾過膜モジュールに供給される該濾過膜モジュール入口の原液供給圧力情報を比較して、複数の濾過膜モジュールのうち、その最大の原液供給圧力を検出することが出来る。更に第2の比較手段により最大の原液供給圧力情報とポンプ出口の原液供給圧力情報とを比較してそれらの差を検出することが出来る。そして、第2の制御手段により第2の比較手段により比較される最大の原液供給圧力情報とポンプ出口の原液供給圧力情報との差が最小になるようにポンプの原液供給出力を制御することが出来る。
【0024】
これにより、各濾過膜モジュールに供給されるそれぞれの原液供給流量を調整する原液供給流量調整手段により生じる差圧を最小限に抑えてエネルギー損失を低減することが出来る。
【0025】
また、前記第1の比較手段により比較された各濾過膜モジュールに供給される原液供給圧力情報に基づいて各濾過膜モジュールのメンテナンス順序を設定するメンテナンス順序設定手段を有する場合には、原液供給圧力の減少を濾過膜モジュールにおける流体の流れ難さの増大と判断してメンテナンス順序設定手段により各濾過膜モジュールのメンテナンス順序を設定することが出来、効率的なメンテナンスを行うことが出来る。
【0026】
また、前記濾過プロセスが、制御対象の制御点が複数存在して互いに干渉し合う制御干渉系からなる濾過装置の濾過プロセスに対して効果的に適用出来る。
【0027】
また、前記濾過膜モジュールのメンテナンスを逆洗洗浄工程または薬液洗浄工程またはエアバブリング洗浄工程のうちの少なくとも1つを含む中空糸膜の洗浄工程として構成することが出来る。
【0028】
【発明の実施の形態】
図により本発明に係る濾過装置の運転方法及び濾過装置の一例として膜濾過装置に適用した場合の一実施形態を具体的に説明する。図1は本発明に係る濾過装置の一例である膜濾過装置の構成の一例を示す図、図2は本発明に係る濾過装置の一例である膜濾過装置の各膜濾過モジュール毎の制御系のブロック図、図3は本発明に係る濾過装置の一例である膜濾過装置の全体の制御系のブロック図である。
【0029】
また、図4はメンテナンス順序設定手段により各膜濾過モジュール毎の薬液洗浄順序が設定される様子を示すフローチャートである。
【0030】
図1において、Aは原液1aを収容した原液タンク2から原液1aを供給する原液供給ポンプであり、該原液供給ポンプAにより供給された原液1aは主配管3から6つの枝配管B1〜B6に分岐され、濾過プロセスを実施する複数の濾過膜モジュールとなる6つの濾過膜モジュールM1〜M6にそれぞれ供給される。
【0031】
原液供給ポンプAの下流側の主配管3には該原液供給ポンプAの原液1aの供給圧力を検知する原液供給圧力検知手段となる圧力センサP7が設けられており、該圧力センサP7よりも更に下流側で原液供給ポンプAに並列に接続された濾過膜モジュールM1〜M6の上流側の各枝配管B1〜B6には各濾過膜モジュールM1〜M6に供給されるそれぞれの原液1aの供給圧力を検知する原液供給圧力検知手段となる圧力センサP1〜P6が設けられている。
【0032】
圧力センサP1〜P6の上流側の各枝配管B1〜B6には各濾過膜モジュールM1〜M6に供給されるそれぞれの原液1aの供給流量を調整する原液供給流量調整手段となる原液供給電動弁V1〜V6が設けられている。
【0033】
濾過プロセスを実施する複数の濾過膜モジュールとなる6つの濾過膜モジュールM1〜M6のそれぞれの下流側には該濾過膜モジュールM1〜M6の下流側の濾過液1bの流量を検知する濾過液流量検知手段となる電磁流量計F1〜F6が設けられており、それぞれの電磁流量計F1〜F6により検知された流量情報に基づいて、その各電磁流量計F1〜F6に対応する各濾過膜モジュールM1〜M6に供給される原液供給流量を調整する原液供給流量調整手段となる各原液供給電動弁V1〜V6を制御する制御手段となる演算制御部C1〜C6が設けられている。
【0034】
各演算制御部C1〜C6は各濾過膜モジュールM1〜M6の下流側の濾過液1bの流量がそれぞれ一定になるように、各濾過膜モジュールM1〜M6の上流側に供給される原液1aの流量を調整する。
【0035】
また、図3に示すように、それぞれの原液供給圧力検知手段となる圧力センサP1〜P6により検知された原液供給圧力情報(各圧力センサP1〜P6により検知されたアナログ値)をA/D(アナログ/デジタル)変換部E1〜E6によりデジタル値に変換した後、記憶手段となる記憶部4に随時記憶され、該記憶部4に記憶された各濾過膜モジュールM1〜M6に供給される原液供給圧力情報を第1の比較手段となる比較部5により比較する。
【0036】
一方、原液供給ポンプAによる原液1aの供給圧力を検知する原液供給圧力検知手段となる圧力センサP7により検知された原液供給ポンプAの原液供給圧力情報(主配管3への原液1aの供給圧力検出部である圧力センサP7により検知されたアナログ値)をA/D変換部6によりデジタル値に変換した後、第2の比較手段となる比較部5において、各濾過膜モジュールM1〜M6に供給される原液1aの供給圧力のうちの最大の原液供給圧力情報と、原液供給ポンプAにより主配管3に供給される原液1aの原液供給圧力情報とを比較する。
【0037】
そして、第2の比較手段となる比較部5により比較される各濾過膜モジュールM1〜M6に供給される原液1aの供給圧力のうちの最大の原液供給圧力情報と、原液供給ポンプAにより主配管3に供給される原液1aの原液供給圧力情報との差が最小となるように制御手段となる演算制御部C7によりポンプ制御部7を制御して原液供給ポンプAの供給出力を制御する。
【0038】
図3において、メンテナンス順序設定手段となるメンテナンス順序設定部8は第1の比較手段となる比較部5により比較された各濾過膜モジュールM1〜M6に供給される原液1aの原液供給圧力情報に基づいて各濾過膜モジュールM1〜M6のメンテナンス順序を設定する。
【0039】
濾過膜モジュールMのメンテナンス順序としては逆洗洗浄工程、薬液洗浄工程、エアバブリング洗浄工程等の各順序を設定することが出来る。このようなメンテナンスとしては逆洗洗浄とエアバブリング洗浄とを組み合わせたエアスクラビング工程を含んでも良い。
【0040】
本発明に係る濾過装置の一例として図1に示す濾過装置は、例えば、河川水、湖沼水、地下水或いは海水等の原液を循環しながら濾過を行うクロスフロー型の精密或いは限外濾過装置として構成されており、複数の制御対象となる循環系の原液1a、濾過液1bが夫々のPID制御により自動制御されることで制御干渉系を構成するものである。
【0041】
原液供給ポンプAから各濾過膜モジュールM1〜M6に至る枝配管B1〜B6には流路の開口面積を連続的に変化させて制御することが出来る原液供給電動弁V1〜V6がそれぞれ設けられており、該原液供給電動弁V1〜V6の流路下流側には枝配管供給圧力検出部となる圧力センサP1〜P6が配置されている。
【0042】
演算制御部C7は圧力センサP7が検知した主配管3を流通する原液1aの圧力信号に基づいて操作信号を演算し、ポンプ制御部7を制御する。
【0043】
各濾過膜モジュールM1〜M6は、中空糸状の濾過膜がケース内に収納され、実際には複数の濾過膜モジュールが並列に接続されて濾過膜ユニットを構成している。
【0044】
各枝配管B1〜B6から各濾過膜モジュールM1〜M6に原液1aが供給されると、該濾過膜モジュールM1〜M6内に設けられた中空糸状膜の外側から内側に透過するか、若しくは内側から外側に透過して濾過された濾過液1bが濾過液配管に導かれて図示しない濾過液タンクに貯蔵される。
【0045】
一方、枝配管B1〜B6から濾過膜モジュールM1〜M6に供給された原液1aの一部は循環戻り原液として濾過膜モジュールM1〜M6の中空糸状膜の外側或いは内側を流通して図示しない原液戻り配管に導かれ、原液タンク2に戻るようになっている。
【0046】
次に図2を用いて、本発明に係る濾過プロセスの一例として濾過プロセス開始時の安定運転方法を実施するための制御系の構成について説明する。図2において、各演算制御部C1〜C6には、タッチパネル等からなる入力手段を構成する目標値設定部9が設けられており、該目標値設定部9において、例えば、「0〜4000」、「0〜8000」、「0〜12000」の範囲の所定のデジタル値が設定される。
【0047】
10はPID演算部であり、目標設定値に応じてPID定数(比例帯PB、積分時間TI、微分時間TD)が予め設定されている。PID定数の一例としては、P=0.2、I=0.1、D=0.05等に設定される。
【0048】
尚、これ等のPID定数についても濾過プロセスの運転開始の前回に安定運転した際のPID定数を記憶しておき、そのPID定数を次回の濾過プロセスの運転開始時のPID定数として採用することも出来る。
【0049】
PID演算部10において、目標値設定部9で入力されたデジタル値を比例動作・積分動作・微分動作に応じて演算して、例えば、「0〜4000」、「0〜8000」、「0〜12000」の範囲の所定のデジタル値が出力される。
【0050】
そして、PID演算部10から出力されたデジタル値は、D/A(デジタル/アナログ)変換部11でアナログ値に変換される。
【0051】
例えば、アナログ値として電流値で「4mA〜20mA」の範囲で制御する場合には、各「0〜4000」、「0〜8000」、「0〜12000」の範囲のデジタル値を均等割して電流値とデジタル値とを関連付け、アナログ値として電圧値で「1V〜5V」の範囲で制御する場合には、各「0〜4000」、「0〜8000」、「0〜12000」の範囲のデジタル値を均等割して電圧値とデジタル値とを関連付けることが出来る。
【0052】
そして、D/A変換部11から出力された電流値や電圧値等のアナログ値からなる操作信号を原液供給電動弁V1〜V6に伝達して原液1a、濾過液1b及び戻り原液の流れを制御する。
【0053】
一方、各枝配管B1〜B6に設けられた電磁流量計F1〜F6からなる検出部において各枝配管B1〜B6を流通する濾過液1bの流量が電流値や電圧値等のアナログ値からなる測定値として検出される。
【0054】
測定されたアナログ値は、例えば、電流値で「4mA〜20mA」の範囲、或いは、電圧値で「1V〜5V」の範囲で検出され、A/D(アナログ/デジタル)変換部12でデジタル値に変換される。
【0055】
例えば、アナログ値として電流値で「4mA〜20mA」の範囲で検出される場合には、各「0〜4000」、「0〜8000」、「0〜12000」の範囲のデジタル値を均等割して電流値とデジタル値とを関連付け、アナログ値として電圧値で「1V〜5V」の範囲で検出される場合には、各「0〜4000」、「0〜8000」、「0〜12000」の範囲のデジタル値を均等割して電圧値とデジタル値とを関連付けることが出来る。
【0056】
A/D変換部12から出力されたデジタル値は、比較器13において、目標値設定部9から出力されたデジタル値と比較され、その偏差が「0」になるようにPID演算部10に入力されるデジタル値が適宜修正される。以上がPID自動制御される場合のルーチンである。
【0057】
14はPID演算部10から出力された演算出力値となるデジタル値を随時記憶するPID演算出力値記憶部であり、その随時記憶したPID演算出力値をD/A変換部11に入力することが出来るように構成されている。
【0058】
そして、各濾過膜モジュールM1〜M6の下流側の濾過液1bの流量がそれぞれ一定になるように該濾過膜モジュールM1〜M6の上流側に供給される原液1aの流量を調整すると共に、該濾過膜モジュールM1〜M6に供給されるそれぞれの枝配管B1〜B6への原液1aの供給圧力を比較して、その最大の原液1aの供給圧力と、原液供給ポンプAの主配管3への原液1aの供給圧力との差が最小となるように該原液供給ポンプAの供給出力を制御する。
【0059】
例えば、図1において、原液供給ポンプAは演算制御部C7により該原液供給ポンプAを駆動制御するインバータの周波数を制御して該原液供給ポンプAの回転数を制御することで供給出力を制御する。
【0060】
複数の濾過膜モジュールM1〜M6は原液1aに含まれる懸濁物質がそれぞれの濾過膜の表面に蓄積してくると濾過液1bの流速が低下するため各原液供給電動弁V1〜V6を制御して濾過圧力を上昇させる必要がある。
【0061】
そこで、各濾過膜モジュールM1〜M6の濾過液1bの流量を電磁流量計F1〜F6により測定し、夫々の電磁流量計F1〜F6により測定される濾過液1bの流量が一定になるように演算制御部C1〜C6により原液供給電動弁V1〜V6を制御する。
【0062】
例えば、原液供給電動弁V1〜V6により制御される濾過膜モジュールM1〜M6のそれぞれの上流側の枝配管B1〜B6への原液1aの供給圧力が0.15MPa、0.14MPa、0.13MPa、0.12MPa、0.11MPa、0.10MPaでそれぞれ一定の濾過液1bの流量が得られる場合、演算制御部C7は主配管3への原液1aの供給圧力が略0.15MPaになるように原液供給ポンプAの原液1aの供給出力を制御する。
【0063】
即ち、図3において、演算制御部C7には、タッチパネル等からなる入力手段を構成する目標値設定部15が設けられており、該目標値設定部15において、例えば、「0〜4000」、「0〜8000」、「0〜12000」の範囲の所定のデジタル値が設定される。
【0064】
16はPID演算部であり、目標設定値に応じてPID定数(比例帯PB、積分時間TI、微分時間TD)が予め設定されている。PID定数の一例としては、P=0.2、I=0.1、D=0.05等に設定される。
【0065】
PID演算部16において、目標値設定部15で入力されたデジタル値を比例動作・積分動作・微分動作に応じて演算して、例えば、「0〜4000」、「0〜8000」、「0〜12000」の範囲の所定のデジタル値が出力される。
【0066】
そして、PID演算部16から出力されたデジタル値は、D/A(デジタル/アナログ)変換部17でアナログ値に変換される。
【0067】
例えば、アナログ値として電流値で「4mA〜20mA」の範囲で制御する場合には、各「0〜4000」、「0〜8000」、「0〜12000」の範囲のデジタル値を均等割して電流値とデジタル値とを関連付け、アナログ値として電圧値で「1V〜5V」の範囲で制御する場合には、各「0〜4000」、「0〜8000」、「0〜12000」の範囲のデジタル値を均等割して電圧値とデジタル値とを関連付けることが出来る。
【0068】
そして、D/A変換部17から出力された電流値や電圧値等のアナログ値からなる操作信号を、原液供給ポンプAを制御するインバータの周波数調整器等のポンプ制御部7に伝達して原液1aの流れを制御する。
【0069】
一方、主配管3に設けられた供給圧力検出部となる圧力センサP7において該主配管3へ供給される原液1aの供給圧力が電流値や電圧値等のアナログ値からなる測定値として検出される。
【0070】
測定されたアナログ値は、例えば、電流値で「4mA〜20mA」の範囲、或いは、電圧値で「1V〜5V」の範囲で検出され、A/D(アナログ/デジタル)変換部6でデジタル値に変換される。
【0071】
例えば、アナログ値として電流値で「4mA〜20mA」の範囲で検出される場合には、各「0〜4000」、「0〜8000」、「0〜12000」の範囲のデジタル値を均等割して電流値とデジタル値とを関連付け、アナログ値として電圧値で「1V〜5V」の範囲で検出される場合には、各「0〜4000」、「0〜8000」、「0〜12000」の範囲のデジタル値を均等割して電圧値とデジタル値とを関連付けることが出来る。
【0072】
A/D変換部6から出力されたデジタル値は、比較器18において、目標値設定部15から出力されたデジタル値と比較され、その偏差が「0」になるようにPID演算部16に入力されるデジタル値が適宜修正される。以上がPID自動制御される場合のルーチンである。
【0073】
19はPID演算部16から出力された演算出力値となるデジタル値を随時記憶するPID演算出力値記憶部であり、その随時記憶したPID演算出力値をD/A変換部17に入力することが出来るように構成されている。
【0074】
即ち、濾過プロセスの一例として、図1に示す濾過装置の濾過プロセスの運転を開始する際に、その濾過プロセスの運転開始の前回に安定運転した際の制御対象となる主配管3を流通する原液1aの流れを制御するPID演算部16の演算出力値を随時記憶したPID演算出力値記憶部19の最新の演算出力値を次回の濾過プロセスの運転開始時の演算出力値として所定の時間Tだけ固定化し、その後、所定の自動制御運転となるPID自動制御運転に切り換えるように構成されている。
【0075】
そして、図1に示す濾過装置の濾過プロセスの運転を開始する際に、PID演算出力値記憶部19に記憶された、その濾過プロセスの運転開始の前回に安定運転した際の最新の演算出力値となるデジタル値をD/A変換部17に入力し、所定の時間Tだけそのデジタル値に固定する。
【0076】
この間はPID演算部16から出力されるデジタル値はPID演算出力値記憶部19には随時記憶されるが、D/A変換部17には入力されず、該D/A変換部17にはPID演算出力値記憶部19から前回に安定運転した際の最新の演算出力値となる固定したデジタル値が入力される。
【0077】
そして、予め設定された所定の時間Tが経過した後は、PID演算出力値記憶部19から出力される前回に安定運転した際の最新の演算出力値となる固定したデジタル値が遮断され、PID演算部16から出力されるデジタル値がD/A変換部17に入力されてPID自動制御運転に切り換わるように構成されている。
【0078】
一方、各枝配管B1〜B6への原液1aの供給圧力検出部となる圧力センサP1〜P6で検出されたアナログ値は各A/D変換部E1〜E6でデジタル値に変換された後、記憶部4に随時記憶され、比較部5において比較される(図4のステップS1)。
【0079】
そして、図4のステップS2において、圧力センサP1〜P6の測定値のうち、最大値と最小値との差が0.03MPaのアナログ値に対応するデジタル値以上か否かを判断し、0.03MPaのアナログ値に対応するデジタル値よりも小さい値である場合にはステップS3に進んで通常の薬液洗浄工程を行う。
【0080】
前記ステップS2において、圧力センサP1〜P6の測定値のうち、最大値と最小値との差が0.03MPaのアナログ値に対応するデジタル値以上である場合には、圧力センサP1〜P6の測定値のうち、最大供給圧力値を指す濾過膜モジュールMを特定する(ステップS4)。
【0081】
例えば、前述したように、濾過膜モジュールM1〜M6のそれぞれの上流側の枝配管B1〜B6への原液1aの供給圧力が0.15MPa、0.14MPa、0.13MPa、0.12MPa、0.11MPa、0.10MPaでそれぞれ一定の濾過液1bの流量が得られる場合には、原液1aの供給圧力が0.15MPaである濾過膜モジュールM1を最大供給圧力値を指す濾過膜モジュールMとして特定する。
【0082】
そして、第2の比較手段となる比較部5において、最大供給圧力値を指す濾過膜モジュールM1の枝配管B1への原液1aの供給圧力のアナログ値に対応するデジタル値と、A/D変換部6から出力される主配管3への原液1aの供給圧力のアナログ値に対応するデジタル値とを比較して、その差が最小となるように目標値設定部15から出力されるデジタル値を随時更新する。
【0083】
次にステップS5において、強化薬液洗浄工程を実施した後、ステップS6において、圧力センサP1〜P6の測定値のうち、最大値と最小値との差が0.02MPaのアナログ値に対応するデジタル値以下である場合には、ステップS3に進んで通常の薬液洗浄工程を行う。
【0084】
前記ステップS6において、圧力センサP1〜P6の測定値のうち、最大値と最小値との差が0.02MPaのアナログ値に対応するデジタル値よりも大きい場合には前記ステップS4に戻り、上記ルーチンを繰り返す。
【0085】
メンテナンス順序設定手段となるメンテナンス順序設定部8は比較手段となる比較部5により比較された各濾過膜モジュールM1〜M6の各枝配管B1〜B6に供給される原液1aの圧力情報に基づいて各濾過膜モジュールM1〜M6のメンテナンス順序を設定する。
【0086】
これにより、原液1aの供給圧力の増加を各濾過膜モジュールM1〜M6の負荷による流体の流れ難さの増大と判断してメンテナンス順序設定部8により各濾過膜モジュールM1〜M6のメンテナンス順序を設定することが出来、効率的なメンテナンスを行うことが出来る。
【0087】
各濾過膜モジュールM1〜M6のメンテナンス順序としては逆洗洗浄工程、薬液洗浄工程、エアバブリング洗浄工程等の各順序を負荷の大きい順に設定することが出来る。このようなメンテナンスとしては逆洗洗浄とエアバブリング洗浄とを組み合わせたエアスクラビング工程を含んでも良い。
【0088】
そして、逆洗洗浄工程、薬液洗浄工程、エアバブリング洗浄工程等のメンテナンス運転を停止した後、PID演算出力値記憶部14,19に随時記憶した前回の濾過工程において安定運転した際のPID演算部10,16から出力される最新の演算出力値となるデジタル値を固定としてD/A変換部11,17に入力し、前記濾過工程に遷移する。
【0089】
尚、本発明では、濾過プロセスの制御対象を圧力に適用することが出来、圧力が制御対象であれば制御部として電磁弁、電動弁、エアー弁、コントロールバルブ、或いはポンプや該ポンプを駆動制御するインバータの周波数調整器等を制御部として採用出来、また、検出部としては圧力センサ等が採用出来る。
【0090】
また、自動制御運転の一例として、比例動作・積分動作・微分動作を全部同時に働かせるPID制御を適用した場合について説明したが、濾過装置の自動制御において、測定値を目標値に一致させるために適用可能なオン/オフ動作制御、比例動作(P動作)制御、積分動作(I動作)制御、微分動作(D動作)制御等を適宜使用しても良いし、更には比例動作・積分動作を同時に働かせるPI制御等を使用しても良い。
【0091】
また、ギャップ付PID動作、ゲインスケジューリング制御、マルチPID動作、2自由度PID動作、サンプルPID動作等の自動制御運転に適用することでも良い。
【0092】
【発明の効果】
本発明は、上述の如き構成と作用とを有するので、濾過プロセスを実施する複数の濾過膜モジュールに供給される原液供給圧力とポンプ出口の原液供給圧力との差が最小となるようにポンプの原液供給出力を制御することで、各濾過膜モジュールに供給されるそれぞれの原液供給流量を調整する原液供給流量調整手段により生じる差圧を最小限に抑えてエネルギー損失を低減することが出来る。
【0093】
即ち、本発明に係る濾過装置の運転方法によれば、複数の濾過膜モジュールのうち、該濾過膜モジュール入口のその最大の原液供給圧力とポンプ出口の原液供給圧力との差が最小となるように該ポンプの原液供給出力を制御することで、各濾過膜モジュールに供給されるそれぞれの原液供給流量を調整する原液供給流量調整手段により生じる差圧を最小限に抑えてエネルギー損失を低減することが出来る。
【0094】
また、各濾過膜モジュールの下流側の濾過液流量がそれぞれ一定になるように、該濾過膜モジュールの上流側に供給される原液供給流量を調整する場合には、各濾過膜モジュールに供給されるそれぞれの原液供給流量を調整する原液供給流量調整手段により生じる差圧を最小限に抑えてエネルギー損失を低減しながら各濾過膜モジュールの下流側の濾過液流量をそれぞれ一定にすることが出来る。
【0095】
また、濾過プロセスが、制御対象の制御点が複数存在して互いに干渉し合う制御干渉系からなる濾過装置の濾過プロセスに対して効果的に適用出来る。
【0096】
また、本発明に係る濾過装置によれば、第1の比較手段により各濾過膜モジュールに供給される原液供給圧力情報を比較して、複数の濾過膜モジュールのうち、該濾過膜モジュール入口のその最大の原液供給圧力を検出することが出来る。更に第2の比較手段により最大の原液供給圧力情報とポンプ出口の原液供給圧力情報とを比較してそれらの差を検出することが出来る。そして、第2の制御手段により第2の比較手段により比較される最大の原液供給圧力情報とポンプ出口の原液供給圧力情報との差が最小になるようにポンプの原液供給出力を制御することが出来る。
【0097】
これにより、各濾過膜モジュールに供給されるそれぞれの原液供給流量を調整する原液供給流量調整手段により生じる差圧を最小限に抑えてエネルギー損失を低減することが出来る。
【0098】
また、第1の比較手段により比較された各濾過膜モジュールに供給される原液供給圧力情報に基づいて各濾過膜モジュールのメンテナンス順序を設定するメンテナンス順序設定手段を有する場合には、原液供給圧力の減少を濾過膜モジュールにおける流体の流れ難さの増大と判断してメンテナンス順序設定手段により各濾過膜モジュールのメンテナンス順序を設定することが出来、効率的なメンテナンスを行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る濾過装置の一例である膜濾過装置の構成の一例を示す図である。
【図2】 本発明に係る濾過装置の一例である膜濾過装置の各膜濾過モジュール毎の制御系のブロック図である。
【図3】 本発明に係る濾過装置の一例である膜濾過装置の全体の制御系のブロック図である。
【図4】 メンテナンス順序設定手段により各膜濾過モジュール毎の薬液洗浄順序が設定される様子を示すフローチャートである。
【図5】 従来例を説明する図である。
【符号の説明】
1a…原液
1b…濾過液
2…原液タンク
3…主配管
4…記憶部
5…比較部
6…A/D変換部
7…ポンプ制御部
8…メンテナンス順序設定部
9…目標値設定部
10…PID演算部
11…D/A変換部
12…A/D変換部
13…比較器
14…PID演算出力値記憶部
15…目標値設定部
16…PID演算部
17…D/A変換部
18…比較器
19…PID演算出力値記憶部
A…原液供給ポンプ
B1〜B6…枝配管
C1〜C7…演算制御部
E1〜E6…A/D変換部
F1〜F6…電磁流量計
M,M1〜M6…濾過膜モジュール
P1〜P7…圧力センサ
V1〜V6…原液供給電動弁
Claims (5)
- 原液を供給するポンプの下流側に各原液供給流量調整手段を介在して濾過プロセスを実施する複数の濾過膜モジュールが並列に接続され、その各濾過膜モジュールに供給されるそれぞれの該濾過膜モジュール入口の原液供給圧力を比較して、その最大の原液供給圧力と前記ポンプ出口の原液供給圧力との差が最小となるように該ポンプの原液供給出力を制御することを特徴とする濾過装置の運転方法。
- 前記各濾過膜モジュールの下流側の濾過液流量がそれぞれ一定になるように、該濾過膜モジュールの上流側に供給される原液供給流量を調整することを特徴とする請求項1に記載の濾過装置の運転方法。
- 原液を供給するポンプと、
前記ポンプの下流側に配置され、該ポンプ出口の原液供給圧力を検知する第1の原液供給圧力検知手段と、
前記第1の原液供給圧力検知手段よりも下流側で前記ポンプに並列に接続され、濾過プロセスを実施する複数の濾過膜モジュールと、
前記各濾過膜モジュールの上流側に配置され、その各濾過膜モジュールに供給されるそれぞれの該濾過膜モジュール入口の原液供給圧力を検知する第2の原液供給圧力検知手段と、
前記それぞれの第2の原液供給圧力検知手段よりも上流側に配置され、前記それぞれの濾過膜モジュールに供給される原液供給流量を調整する原液供給流量調整手段と、
前記各濾過膜モジュールの下流側に配置され、その各濾過膜モジュールの下流側の濾過液流量を検知する濾過液流量検知手段と、
前記それぞれの濾過液流量検知手段により検知された濾過液流量情報に基づいてその濾過液流量検知手段に対応する濾過膜モジュールに供給される原液供給流量を調整する原液供給流量調整手段を制御する第1の制御手段と、
前記それぞれの第2の原液供給圧力検知手段により検知された原液供給圧力情報を随時記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された各濾過膜モジュールに供給される該濾過膜モジュール入口の原液供給圧力情報を比較する第1の比較手段と、
前記第1の比較手段により比較された最大の原液供給圧力情報と、前記第1の原液供給圧力検知手段により検知された前記ポンプ出口の原液供給圧力情報とを比較する第2の比較手段と、
前記第2の比較手段により比較される前記最大の原液供給圧力情報と前記ポンプ出口の原液供給圧力情報との差が最小となるように前記ポンプの原液供給出力を制御する第2の制御手段と、
を有することを特徴とする濾過装置。 - 前記第1の比較手段により比較された各濾過膜モジュールに供給される該濾過膜モジュール入口の原液供給圧力情報に基づいて各濾過膜モジュールのメンテナンス順序を設定するメンテナンス順序設定手段を有することを特徴とする請求項3に記載の濾過装置。
- 前記濾過膜モジュールのメンテナンスは、逆洗洗浄工程、薬液洗浄工程またはエアバブリング洗浄工程のうちの少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項4に記載の濾過装置。
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