JP4718873B2 - Control device for membrane filtration equipment - Google Patents

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本発明は、精密濾過膜（ＭＦ）、限外濾過膜（ＵＦ）、ナノ濾過膜（ＮＦ）、逆浸透膜（Ｒ０）などの膜エレメントにより構成される膜モジュール、複数本の膜モジュールから構成される膜ユニット、あるいは膜ユニットを複数台有する膜濾過設備を用いて、浄水処理、下水処理、産業排水処理、食品排水処理などの水処理を行う膜濾過設備の制御装置に係わり、特に膜濾過設備の各機器を効率良く運転して、膜濾過設備の消費電力、ランニングコストを低く抑える膜濾過設備の制御装置に関する。   The present invention comprises a membrane module constituted by membrane elements such as a microfiltration membrane (MF), an ultrafiltration membrane (UF), a nanofiltration membrane (NF), a reverse osmosis membrane (R0), and a plurality of membrane modules. The present invention relates to a control device of a membrane filtration facility that performs water treatment such as water purification treatment, sewage treatment, industrial wastewater treatment, food wastewater treatment using a membrane filtration device or a membrane filtration facility having a plurality of membrane units. The present invention relates to a control device for a membrane filtration facility that efficiently operates each device of the facility to reduce power consumption and running cost of the membrane filtration facility.

浄水場では、河川や貯水池などの水源から原水を取水し、凝集、フロック形成、沈殿、濾過および殺菌の５つの単位プロセスによって、懸濁質、コロイド質の除去、および細菌等の無害化などを行い、需要家に清澄な水道水を供給している。   In the water treatment plant, raw water is taken from water sources such as rivers and reservoirs, and suspended solids, colloids are removed, and bacteria are detoxified by the five unit processes of aggregation, flock formation, sedimentation, filtration and sterilization. And supply clear tap water to consumers.

凝集、フロック形成、沈殿、濾過による一連の除濁処理には、凝集剤を用いる方法が一般的であり、凝集剤には鉄やアルミニウム等の無機金属塩が通常用いられる。凝集剤の効果はさまざまな物理的、生物化学的な影響を受け、最適凝集条件は、多くの因子によって定まる複雑な平衡の上に成り立っているため、一定の処理水質を確保するには熟練を要する。   For a series of turbidity treatment by agglomeration, flock formation, precipitation, and filtration, a method using a flocculant is common, and an inorganic metal salt such as iron or aluminum is usually used as the flocculant. The effect of the flocculant is influenced by various physical and biochemical factors, and the optimum flocculation condition is based on a complex equilibrium determined by many factors. Cost.

一方、平成８年１０月に厚生省（現厚生労働省）より通達された「水道におけるクリプトスポリジウム暫定対策指針」によって、濾過池出口の濁度を常時把握し、濾過池出口の濁度を“０．１度”以下に維持することが制定され、浄水場における濁度管理が重要な課題となっている。   On the other hand, according to the “Provisional Guidelines for Cryptosporidium Countermeasures in Waterworks” issued by the Ministry of Health and Welfare (currently the Ministry of Health, Labor and Welfare) in October 1996, the turbidity at the outlet of the filtration basin is constantly grasped, and the turbidity at the outlet of the filtration basin is set to “0. It is enacted to maintain the temperature below 1 degree, and turbidity management at the water purification plant is an important issue.

このような背景のもと、膜濾過技術に関する研究開発が進み、我が国の浄水場において、膜濾過システムが急速に普及し始めており、海外においては既に日量数十万トン規模の膜濾過システムが稼動している。
特開平１１−１９４８５号公報 特開平１１−６１８９３号公報 Against this background, research and development related to membrane filtration technology has progressed, and membrane filtration systems have begun to spread rapidly in water treatment plants in Japan. Overseas, membrane filtration systems with a scale of several hundred thousand tons per day have already been established. It is operating.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-19485 JP-A-11-61893

しかし、このような膜濾過システムでは、確実に濁質物を除去できるため、良質な処理水質を確実に得られるという利点がある一方、ポンプやバルブ等の動力機器に係る電力料金や膜モジュール交換に要する費用等、ランニングコストが従来の浄水方式よりも高いという欠点がある。   However, in such a membrane filtration system, turbid matters can be surely removed, so that there is an advantage that high-quality treated water quality can be surely obtained. On the other hand, power charges and membrane module replacement related to power equipment such as pumps and valves There is a drawback that running costs are higher than conventional water purification methods, such as the required cost.

そして、平成１４年４月から「エネルギー使用の合理化に関する法律」が改正され、電力の使用量が一定規模を超える水道事業者は「年平均１％以上の改善」を目標に削減計画を作成することが求められることから、膜濾過システムをより効率良く運転することが求められている。   And from April 2002, the “Act on Rational Use of Energy” was revised, and water utilities whose power consumption exceeds a certain scale will create a reduction plan with the goal of “an improvement of 1% or more per year” Therefore, it is required to operate the membrane filtration system more efficiently.

これまで、膜濾過システムの運転効率化を目指し、特許文献１に記載されているように、個々の膜モジュールあるいは膜ユニット単位で制御することは行われている。しかし、今後、我が国でも導入が期待されている日量数十万トン日規模の膜濾過システムは、ユニット数が数十〜数百台のオーダーとなるため、特許文献１で開示された技術をそのまま、適応することはできない。   Up to now, with the aim of increasing the operation efficiency of the membrane filtration system, as described in Patent Document 1, control is performed for each individual membrane module or membrane unit. However, in the future, membrane filtration systems with a daily volume of several hundred thousand tons per day, which are expected to be introduced in Japan, will be in the order of tens to hundreds of units. Therefore, the technology disclosed in Patent Document 1 is used. It cannot be adapted as it is.

一方、特許文献２に記載されているように、大規模上水道プラントの運転効率化を目指して、遺伝的アルゴリズムによる制御装置を上水道プラントヘ適応した例もある。しかし、この例は、従来の凝集、フロック形成、沈殿、濾過および殺菌の５つの単位プロセスを前提としたものであり、膜濾過システムの特徴を踏まえた制御装置ではなかった。   On the other hand, as described in Patent Document 2, there is an example in which a control device based on a genetic algorithm is applied to a waterworks plant in order to increase the operation efficiency of a large-scale waterworks plant. However, this example is based on the conventional unit process of agglomeration, floc formation, precipitation, filtration and sterilization, and is not a control device based on the characteristics of the membrane filtration system.

本発明は上記の事情に鑑み、膜濾過設備の運用計画を最適化して、膜濾過設備の消費電力、ランニングコストを低く抑えることができる膜濾過設備の制御装置を提供することを目的としている。   In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide an apparatus for controlling a membrane filtration facility that can optimize the operation plan of the membrane filtration facility and reduce the power consumption and running cost of the membrane filtration facility.

また、膜濾過設備に隣接した場所のみならず、遠隔地点から膜濾過設備を制御することができ、これによって各地に点在する膜濾過設備を一括制御して、各膜濾過設備、制御装置を運転する際に必要なオペレータを削減して、人件費などを大幅に削減することができる膜濾過設備の制御装置を提供することを目的としている。   In addition, the membrane filtration equipment can be controlled not only from the location adjacent to the membrane filtration equipment but also from a remote point. An object of the present invention is to provide a control device for a membrane filtration facility that can reduce the number of operators required for operation and greatly reduce labor costs.

上記の目的を達成するために本発明は、複数本の膜モジュールから構成される膜ユニットを有する膜濾過設備を制御する膜濾過設備の制御装置において、過去の水需要実績を記憶する水需要実績記憶部と、この水需要実績記憶部に記憶されている水需要実績に基づいて、これからの水需要を予測する水需要予測部と、この水需要予測部により予測された水需要量に基づいて、前記膜濾過設備の運用計画を求める運用計画作成部と、この運用計画作成部により求められた運用計画に基づいて前記膜濾過設備を制御する濾過膜設備制御部とを備えたことを特徴としている。   In order to achieve the above object, the present invention provides a water demand record for storing a past water demand record in a control apparatus for a membrane filtration apparatus that controls a membrane filtration facility having a membrane unit composed of a plurality of membrane modules. Based on the water demand prediction unit that predicts future water demand based on the water demand results stored in the storage unit, the water demand results storage unit, and the water demand predicted by the water demand prediction unit An operation plan creation unit for obtaining an operation plan for the membrane filtration facility, and a filtration membrane facility control unit for controlling the membrane filtration facility based on the operation plan obtained by the operation plan creation unit. Yes.

本発明による膜濾過システムによれば、需要家側で必要とした過去の水需要に応じて、膜濾過設備の運用計画を最適化して、膜濾過設備の消費電力、ランニングコストを低く抑えることができる。   According to the membrane filtration system of the present invention, it is possible to optimize the operation plan of the membrane filtration equipment according to the past water demand required on the customer side, and to keep the power consumption and running cost of the membrane filtration equipment low. it can.

《第１実施形態》
図１は本発明による膜濾過設備の制御装置の第１実施形態である膜濾過システムを示すブロック図である。 << First Embodiment >>
FIG. 1 is a block diagram showing a membrane filtration system which is a first embodiment of a control device for membrane filtration equipment according to the present invention.

＜全体説明＞
この図に示す膜濾過システム１ａは、複数の膜ユニット２を使用して、水道水源３から取水した水を濾過し、需要家４へ送水する膜濾過設備５と、遺伝的アルゴリズムなどを用いて、需要家４に供給された濾過水に関する過去の情報（過去の水需要実績、曜日情報）、各膜ユニット２に供給される膜供給水、または各膜ユニット２から排出される膜濾過水、あるいは各膜ユニット２を逆洗浄処理したとき排出される逆洗浄水などの水質情報、各膜ユニット２の破断有無情報、目詰まり有無情報などに応じた最適な運用計画を作成して膜濾過設備５の運転を制御する制御装置６とを備えている。 <Overall explanation>
The membrane filtration system 1a shown in this figure uses a plurality of membrane units 2 to filter water taken from a tap water source 3 and send it to a consumer 4 using a genetic algorithm and the like. , Past information on the filtered water supplied to the customer 4 (past water demand results, day information), membrane supply water supplied to each membrane unit 2, or membrane filtered water discharged from each membrane unit 2, Alternatively, a membrane filtration facility is created by creating an optimum operation plan according to water quality information such as backwash water discharged when each membrane unit 2 is backwashed, information about whether each membrane unit 2 is broken, and information about clogging. And a control device 6 that controls the operation of the motor 5.

＜膜濾過設備５の説明＞
膜濾過設備５は、膜ユニット２と、センサ７と、複数の前処理装置８と、膜供給水槽９と、膜供給水ポンプ１０と、流量計１１と、流量計１３と、バルブ１４と、流量計１５と、薬品貯留槽１６と、バルブ１７と、膜濾過水槽１８と、流量計１９と、逆洗浄水ポンプ２０と、流量計２１とを備えている。 <Description of membrane filtration equipment 5>
The membrane filtration equipment 5 includes a membrane unit 2, a sensor 7, a plurality of pretreatment devices 8, a membrane supply water tank 9, a membrane supply water pump 10, a flow meter 11, a flow meter 13, a valve 14, A flow meter 15, a chemical storage tank 16, a valve 17, a membrane filtration water tank 18, a flow meter 19, a backwash water pump 20, and a flow meter 21 are provided.

膜ユニット２は、各流量計１１を介して供給される膜供給水を各膜モジュール（例えば、精密濾過膜（ＭＦ）、限外濾過膜（ＵＦ）、ナノ濾過膜（ＮＦ）、逆浸透膜（Ｒ０）などを持つ膜モジュール）１２に導いて、クロスフロー方式（膜面に沿って膜供給水を流し、膜供給水の流れと、直角な方向に濾過水を吐出する膜濾過方式）で、膜供給水を濾過し、濾過水を吐出しながら、膜供給水、膜濾過水などの水質、膜間差圧などを測定し、測定信号を出力する。   The membrane unit 2 supplies membrane supply water supplied via each flow meter 11 to each membrane module (for example, a microfiltration membrane (MF), an ultrafiltration membrane (UF), a nanofiltration membrane (NF), a reverse osmosis membrane. (Membrane module having (R0), etc.) 12 and cross flow method (membrane filtration method in which membrane supply water flows along the membrane surface and filtrate water is discharged in a direction perpendicular to the flow of membrane supply water) The membrane feed water is filtered, while the filtrate water is discharged, the water quality such as the membrane feed water and the membrane filtrate water, the transmembrane pressure difference, etc. are measured, and the measurement signal is output.

センサ７は、膜ユニット２の前後のライン（通常運転時）および膜ユニット２から排出されるライン（逆洗浄時）の所定箇所に配設されている。具体的には、蛍光を使用して、膜供給水や膜濾過水などの水質を測定する蛍光分析計、膜供給水や膜濾過水などの濁度を測定する濁度計、膜供給水や膜濾過水などの吸光度を測定する吸光度計、膜供給水や膜濾過水などの全有機炭素濃度を測定する全有機炭素計、膜供給水や膜濾過水などの溶解性成分濃度を測定する液体クロマトグラフィ、および膜にかかる圧力差（膜間差圧）を測定する差圧計などから構成されている。   The sensor 7 is disposed at predetermined locations on the lines before and after the membrane unit 2 (during normal operation) and on the line discharged from the membrane unit 2 (during reverse cleaning). Specifically, using fluorescence, a fluorescence analyzer that measures water quality such as membrane supply water and membrane filtration water, a turbidity meter that measures turbidity such as membrane supply water and membrane filtration water, membrane supply water and Absorbance meter that measures the absorbance of membrane filtration water, etc., Total organic carbon meter that measures the total organic carbon concentration such as membrane feed water and membrane filtration water, and a liquid that measures the concentration of soluble components such as membrane feed water and membrane filtration water It consists of a chromatograph and a differential pressure gauge that measures the pressure difference (transmembrane differential pressure) applied to the membrane.

センサ７を構成する蛍光分析計は、膜供給水、膜濾過水などの水質を最も良く測定できる波長の励起光、例えば波長“３４０〜３５０ｎｍ”の間にある特定波長の励起光と、波長“４２０〜４３０ｎｍ”の間にある特定の蛍光を使用して、膜供給水、膜濾過水などの蛍光強度を測定するものが使用され、またセンサ７を構成する吸光度計は、膜供給水、膜濾過水などの水質を最も良く測定できる特定波長、例えば波長“２５０〜２７０ｎｍ”の間にある特定波長あるいは、波長“３８０〜４００ｎｍ”の間にある特定波長の光に対する吸光度を使用して、膜供給水、膜濾過水などの吸光度を測定するものが使用される。   The fluorescence analyzer constituting the sensor 7 has excitation light having a wavelength that can best measure water quality such as membrane supply water and membrane filtered water, for example, excitation light having a specific wavelength between wavelengths “340 to 350 nm” and wavelength “ What measures fluorescence intensity, such as membrane supply water and membrane filtration water, using the specific fluorescence which exists between 420-430 nm "is used, and the absorptiometer which constitutes sensor 7 is membrane supply water, membrane Using a specific wavelength that can best measure the quality of water such as filtered water, for example, a specific wavelength between wavelengths “250 to 270 nm” or an absorbance for light having a specific wavelength between wavelengths “380 to 400 nm”, the membrane What measures the light absorbency, such as supply water and membrane filtration water, is used.

各前処理装置８は、水道水源３から取水した水（原水）を前処理して、濁質、スケール、シリカ、金属酸化物、有機物、微生物などのファウリング物質を除去し、各膜ユニット２内の各膜モジュール１２の目詰まり、ファウリングなどを抑制する。   Each pretreatment device 8 pretreats water (raw water) taken from the tap water source 3 to remove fouling substances such as turbidity, scale, silica, metal oxide, organic matter, and microorganisms, and each membrane unit 2 Clogging, fouling, etc. of each membrane module 12 are suppressed.

膜供給水槽９は、各前処理装置８で前処理された水（膜供給水）を貯留する。膜供給水ポンプ１０は、制御装置６からの制御信号に基づき、各膜供給水槽９から膜供給水を取り込む。流量計１１は、各膜供給水ポンプ１０から吐出される膜供給水の流量を測定する。流量計１３は、各膜ユニット２から排出される膜濾過水の流量、または各膜ユニット２に供給される膜濾過水、薬品の流量などを測定する。   The membrane supply water tank 9 stores water (membrane supply water) pretreated by each pretreatment device 8. The membrane feed water pump 10 takes in the membrane feed water from each membrane feed water tank 9 based on a control signal from the control device 6. The flow meter 11 measures the flow rate of the membrane feed water discharged from each membrane feed water pump 10. The flow meter 13 measures the flow rate of the membrane filtrate discharged from each membrane unit 2, or the membrane filtrate supplied to each membrane unit 2 and the flow rate of chemicals.

バルブ１４は、制御装置５から供給される制御信号で指定された流量だけ、各膜ユニット２に供給された膜供給水の一部を通過し、各膜供給水槽９に戻す。流量計１５は、バルブ１４を介して、膜供給水槽９に戻される膜供給水の流量を測定する。   The valve 14 passes a part of the membrane supply water supplied to each membrane unit 2 by the flow rate specified by the control signal supplied from the control device 5 and returns it to each membrane supply water tank 9. The flow meter 15 measures the flow rate of the membrane feed water returned to the membrane feed water tank 9 via the valve 14.

薬品貯留槽１６は、ファウリング物質を除去するのに必要な水酸化ナトリウムのようなアルカリ剤や硫酸、塩酸などの無機酸、次亜塩素酸ナトリウムなどの酸化剤、シュウ酸、クエン酸のような有機酸を貯留する。   The chemical storage tank 16 is made of an alkaline agent such as sodium hydroxide, an inorganic acid such as sulfuric acid or hydrochloric acid, an oxidizing agent such as sodium hypochlorite, oxalic acid or citric acid, which is necessary for removing fouling substances. Stores organic acids.

バルブ１７は、制御装置６から供給される制御信号によって、通常運転が指示されているとき、各流量計１３を介して、各膜ユニット２から吐出される濾過水を取り込み、流量を調整しながら、通過し、また逆洗浄運転が指示されているとき、濾過水の流れを逆にして、各流量計１３に濾過水（逆洗浄水）を供給し、各膜ユニット２の各膜モジュール１２を逆洗浄し、また各膜ユニット２の各膜モジュール１２を物理洗浄しても、各膜モジュール１２の膜濾過機能が回復せず、逆洗浄運転が指示されたとき、薬品貯留槽１６に貯留されている薬品を取り込んで、各流量計１３に供給し、各膜ユニット２の各膜モジュール１２を薬品洗浄する。   When the normal operation is instructed by the control signal supplied from the control device 6, the valve 17 takes in the filtered water discharged from each membrane unit 2 via each flow meter 13 and adjusts the flow rate. When the reverse washing operation is instructed, the flow of the filtrate water is reversed, and the filtrate water (reverse washing water) is supplied to each flow meter 13 so that each membrane module 12 of each membrane unit 2 is Even if each membrane module 12 of each membrane unit 2 is backwashed and physically washed, the membrane filtration function of each membrane module 12 does not recover, and when the backwash operation is instructed, it is stored in the chemical reservoir 16. The chemical | medical agent currently taken in is supplied, and it supplies to each flowmeter 13, and each membrane module 12 of each membrane unit 2 is chemical-cleaned.

膜濾過水槽１８は、各バルブ１７を介して、各膜ユニット２で濾過された濾過水を取り込んで、貯留する。流量計１９は、各膜濾過水槽１８から需要家４に供給される濾過水の流量を測定する。   The membrane filtration water tank 18 takes in the filtered water filtered by each membrane unit 2 via each valve 17 and stores it. The flow meter 19 measures the flow rate of filtered water supplied from each membrane filtered water tank 18 to the consumer 4.

逆洗浄水ポンプ２０は、制御装置６から供給される制御信号によって、逆洗浄運転が指示されているとき、各膜濾過水槽１８に貯留されている濾過水の一部を取り込んで、逆洗浄水として、各バルブ１７に戻し、各膜ユニット２の各膜モジュール１２を物理洗浄する。   When the reverse cleaning operation is instructed by the control signal supplied from the control device 6, the reverse cleaning water pump 20 takes in a part of the filtered water stored in each membrane filtration water tank 18 and returns the reverse cleaning water. And return to each valve 17 to physically wash each membrane module 12 of each membrane unit 2.

流量計２１は、各膜ユニット２の各膜モジュール１２が逆洗浄されているとき、または薬品洗浄されているとき、各膜ユニット２から排出される逆洗浄水、薬品の流量を測定する。   The flow meter 21 measures the flow rates of backwash water and chemicals discharged from each membrane unit 2 when each membrane module 12 of each membrane unit 2 is backwashed or when chemicals are washed.

以上の構成の膜濾過設備５においては、制御装置６から供給される制御信号によって、通常運転が指示されているとき、各膜ユニット２毎に、水道水源３から取水し、前処理装置８で前処理を行い、濁質、スケール、シリカ、金属酸化物、有機物、微生物などのファウリング物質を除去する。除去後、膜供給水として膜供給水槽９に貯留するとともに、膜供給水ポンプ１０が動作して、膜供給水槽９→膜供給水ポンプ１０→流量計１１→膜ユニット２の各膜モジュール１２→バルブ１４→流量計１５→膜供給水槽９なる経路で、膜供給水の一部を循環して、膜間差圧、濾過水生成量などを調整しながら、膜ユニット２の各膜モジュール１２→流量計１３→バルブ１７→膜濾過水槽１８→流量計１９→需要家４なる経路で、膜ユニット２の各膜モジュール１２によって生成された濾過水を需要家に供給する。また、この動作と並行し、各流量計１１、１５、１３、１９によって、膜供給水槽９→流量計１１→膜ユニット２なる経路で、膜ユニット２に供給される膜供給水の流量、膜ユニット２→バルブ１４→流量計１５→膜供給水槽９に戻される膜供給水の流量、膜ユニット２→流量計１３→バルブ１７→膜濾過水槽１８なる経路で、膜濾過水槽１８に供給される濾過水の流量、膜濾過水槽１８→流量計１９→需要家４なる経路で、需要家４に供給される濾過水の流量を各々測定して、測定結果（計測信号）を制御装置６に供給する。また、各膜ユニット２に設けられた各センサ７によって、膜供給水や膜濾過水などの水質、膜間差圧などを測定し、測定信号を制御装置６に供給する。   In the membrane filtration equipment 5 having the above configuration, when normal operation is instructed by the control signal supplied from the control device 6, water is taken from the tap water source 3 for each membrane unit 2, and the pretreatment device 8 Pre-treatment is performed to remove fouling substances such as turbidity, scale, silica, metal oxide, organic matter, and microorganisms. After the removal, the membrane feed water is stored in the membrane feed water tank 9 and the membrane feed water pump 10 is operated to operate the membrane feed water tank 9 → the membrane feed water pump 10 → the flow meter 11 → the membrane modules 12 of the membrane unit 2 → Each membrane module 12 of the membrane unit 2 is adjusted while circulating a part of the membrane feed water and adjusting the transmembrane differential pressure, the amount of filtered water generated, etc. through the path of the valve 14 → the flow meter 15 → the membrane feed water tank 9 → The filtered water generated by each membrane module 12 of the membrane unit 2 is supplied to the customer through the path of the flow meter 13 → the valve 17 → the membrane filtered water tank 18 → the flow meter 19 → the customer 4. In parallel with this operation, the flow rate of the membrane supply water supplied to the membrane unit 2 and the membrane by the flow meters 11, 15, 13, 19 through the path of the membrane supply water tank 9 → the flow meter 11 → the membrane unit 2. The flow rate of the membrane feed water returned to the membrane feed water tank 9 is supplied to the membrane filtration water tank 18 through the path of the unit 2 → the valve 14 → the flow meter 15 → the membrane feed water tank 9, The flow rate of the filtrate water, the membrane filtration water tank 18 → the flow meter 19 → the path of the customer 4, the flow rate of the filtrate water supplied to the customer 4 is measured, and the measurement result (measurement signal) is supplied to the control device 6. To do. Further, each sensor 7 provided in each membrane unit 2 measures water quality such as membrane supply water and membrane filtered water, transmembrane pressure difference, and the like, and supplies a measurement signal to the control device 6.

また、制御装置６から供給される制御信号によって、逆洗浄運転が指示されているとき、逆洗浄運転に指定された膜ユニット２の膜供給水ポンプ１０を運転停止するとともに、バルブ１４を閉状態にした後、バルブ１７の流入、吐出方向を切り替えて、逆洗浄水ポンプ２０を運転する。これにより、膜濾過水槽１８→逆洗浄水ポンプ２０→バルブ１７→流量計１３→膜ユニット２の各膜モジュール１２なる経路で、逆洗浄運転が指示された膜ユニット２の各膜モジュール１２に濾過水（逆洗浄水）が供給されて、膜ユニット２の各膜モジュール１２が逆洗浄され、膜ユニット２の各膜モジュール１２→流量計２１→排水槽２２なる経路で、膜ユニット２から出る逆洗浄水が排出される。また、この動作と並行し、各流量計１３、２１によって、膜ユニット２に供給された逆洗浄水の流量、膜ユニット２から排出される逆洗浄水の流量が各々、測定されるとともに、膜ユニット２に設けられた各センサ７によって、逆洗浄水などの水質や膜間差圧などが測定され、これらの各測定動作で得られた測定信号が制御装置６に供給される。   When the reverse cleaning operation is instructed by the control signal supplied from the control device 6, the membrane supply water pump 10 of the membrane unit 2 designated for the reverse cleaning operation is stopped and the valve 14 is closed. Then, the backwash water pump 20 is operated by switching the inflow and discharge directions of the valve 17. As a result, the membrane filtration water tank 18 → the reverse washing water pump 20 → the valve 17 → the flow meter 13 → the membrane module 12 of the membrane unit 2 is filtered to each membrane module 12 of the membrane unit 2 in which the reverse washing operation is instructed. Water (backwash water) is supplied, each membrane module 12 of the membrane unit 2 is backwashed, and each membrane module 12 of the membrane unit 2 → flow meter 21 → reverse from the membrane unit 2 through the path 22 Wash water is discharged. In parallel with this operation, the flowmeters 13 and 21 measure the flow rate of the backwash water supplied to the membrane unit 2 and the flow rate of the backwash water discharged from the membrane unit 2, respectively. Each sensor 7 provided in the unit 2 measures water quality such as backwash water, transmembrane pressure difference, and the like, and a measurement signal obtained by each of these measurement operations is supplied to the control device 6.

また、制御装置６から供給される制御信号によって、薬品洗浄運転が指示されているとき、薬品洗浄運転に指定された膜ユニット２の膜供給水ポンプ１０を運転停止するとともに、バルブ１４を閉状態にした後、バルブ１７の流入、吐出方向を切り替える。これにより、薬品貯留槽１６→バルブ１７→流量計１３→膜ユニット２の各膜モジュール１２なる経路で、薬品洗浄運転が指示された膜ユニット２の各膜モジュール１２に薬品が供給されて、膜ユニット２の各膜モジュール１２が薬品洗浄され、膜ユニット２の各膜モジュール１２→流量計２１→排水槽２２なる経路で、薬品洗浄運転が指示された膜ユニット２から出る薬品が排出される。また、この動作と並行し、各流量計１３、２１によって、膜ユニット２に供給された薬品の流量、膜ユニット２から排出される薬品の流量が各々、測定されるとともに、膜ユニット２に設けられた各センサ７によって、薬品などの水質などが測定され、これらの各測定動作で得られた測定信号が制御装置６に供給される。   When the chemical cleaning operation is instructed by the control signal supplied from the control device 6, the membrane supply water pump 10 of the membrane unit 2 designated for the chemical cleaning operation is stopped and the valve 14 is closed. After that, the inflow and discharge directions of the valve 17 are switched. As a result, the chemical is supplied to each membrane module 12 of the membrane unit 2 in which the chemical cleaning operation is instructed through the path of the chemical storage tank 16 → the valve 17 → the flow meter 13 → the membrane unit 2. Each membrane module 12 of the unit 2 is cleaned with chemicals, and the chemicals exiting from the membrane unit 2 for which the chemical cleaning operation is instructed are discharged through the path of each membrane module 12 of the membrane unit 2 → the flow meter 21 → the drainage tank 22. In parallel with this operation, the flow rate of the chemical supplied to the membrane unit 2 and the flow rate of the chemical discharged from the membrane unit 2 are respectively measured by the flow meters 13 and 21 and provided in the membrane unit 2. Each sensor 7 measures the quality of water such as chemicals, and supplies measurement signals obtained by these measurement operations to the control device 6.

＜制御装置６の説明＞
《制御装置６の構成》
制御装置６は、プロセス入出力部２３と、水質検知部２４と、破断検知部２５と、目詰まり検知部２６と、ヒューマン・インタフェース部２７と、水需要実績記憶部２８と、水需要予測部２９と、遺伝的アルゴリズム実行部３０と、数理計画法実行部３１と、運用計画部３２と、膜濾過設備制御部３３とを備えている。 <Description of Control Device 6>
<< Configuration of Control Device 6 >>
The control device 6 includes a process input / output unit 23, a water quality detection unit 24, a breakage detection unit 25, a clogging detection unit 26, a human interface unit 27, a water demand record storage unit 28, and a water demand prediction unit. 29, a genetic algorithm execution unit 30, a mathematical programming execution unit 31, an operation planning unit 32, and a membrane filtration equipment control unit 33.

プロセス入出力部２３は、膜濾過設備５に対し、計測信号の取り込み、制御信号の供給を行う。   The process input / output unit 23 takes in measurement signals and supplies control signals to the membrane filtration equipment 5.

水質検知部２４と、プロセス入出力部２３で取り込まれた計測信号に基づき、膜濾過設備５で処理される膜供給水、膜濾過水、逆洗浄水などの水質を検知する。   Based on the measurement signal taken in by the water quality detection unit 24 and the process input / output unit 23, the water quality of the membrane supply water, membrane filtered water, backwash water, etc., to be processed by the membrane filtration equipment 5 is detected.

破断検知部２５では、膜の出口側から空気を供給し、出口側に設置した流量計を流れる空気の流量が破断しきい値以上になっているかどうかをチェックし、しきい値以上になっている膜モジュール１２を破断と判定する判定アルゴリズムなどを用いて各膜モジュール１２の破断有無を判定する。具体的には、特開２００３−２１０９４９号や特開２００４−３２９９８０号に開示された方法により破断を検知する。   The rupture detection unit 25 supplies air from the outlet side of the membrane, checks whether the flow rate of the air flowing through the flowmeter installed on the outlet side is equal to or higher than the rupture threshold value, and exceeds the threshold value. The presence or absence of breakage of each membrane module 12 is determined using a determination algorithm or the like for determining the membrane module 12 being broken. Specifically, the fracture is detected by a method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2003-210949 and 2004-329980.

目詰まり検知部２６は、プロセス入出力部２３で取り込まれた計測信号に基づき、予め設定されている判定アルゴリズム、例えば膜濾過設備５に設けられた各膜モジュール１２の膜間差圧が目詰まりしきい値以上になっているかどうかをチェックし、膜間差圧が目詰まりしきい値以上になっている膜モジュール１２を目詰まりと判定する判定アルゴリズムなどを用いて各膜モジュール１２の目詰まり有無を検知する。   The clogging detection unit 26 is clogged with a preset determination algorithm, for example, a transmembrane differential pressure of each membrane module 12 provided in the membrane filtration equipment 5 based on the measurement signal taken in by the process input / output unit 23. Whether each membrane module 12 is clogged is checked by using a determination algorithm or the like that checks whether or not the threshold pressure is above a threshold value and determines that the membrane module 12 whose transmembrane differential pressure is above the threshold value is clogged. Detect the presence or absence.

ヒューマン・インタフェース部２７は、膜濾過設備５の稼働状況を画面表示しながら、オペレータが入力した当日の曜日情報、指示情報などを取り込む。   The human interface unit 27 captures the day of the week information, instruction information, and the like input by the operator while displaying the operating status of the membrane filtration equipment 5 on the screen.

水需要実績記憶部２８は、プロセス入出力部２３で取り込まれた計測信号に基づき、膜濾過設備５から需要家に供給された膜濾過水の水需要実績（温度、圧力、流量などの実績情報）を曜日情報とともに記憶するとともに、水質検知部２４の検知結果、破断検知部２５の検知結果、目詰まり検知部２６の検知結果などを記憶する。   The water demand record storage unit 28 is based on the measurement signal taken in by the process input / output unit 23, and the water demand record (temperature information such as temperature, pressure, and flow rate) supplied from the membrane filtration facility 5 to the consumer. ) Together with the day of the week information, the detection result of the water quality detection unit 24, the detection result of the breakage detection unit 25, the detection result of the clogging detection unit 26, and the like are stored.

水需要予測部２９は、ヒューマン・インタフェース部２７から出力される当日の曜日情報、指示情報に基づき、水需要実績記憶部２８に記憶されている各曜日別の水需要実績（過去の水需要実績）などを統計処理して、当日の水需要を予測し、水需要予測値を算出する。   The water demand prediction unit 29 is based on the day of the week information and instruction information output from the human interface unit 27, and stores the water demand results for each day stored in the water demand result storage unit 28 (past water demand results). ) And the like are statistically processed to predict the water demand on the day, and the water demand forecast value is calculated.

遺伝的アルゴリズム実行部３０は、遺伝的アルゴリズムを用いて水需要予測部２９から出力される水需要予測値で指定された流量の膜濾過水を生成するのに必要な運用計画（準最適解）を算出する。   The genetic algorithm execution unit 30 uses the genetic algorithm to create an operation plan (semi-optimal solution) necessary to generate membrane filtrate with the flow rate specified by the water demand prediction value output from the water demand prediction unit 29. Is calculated.

数理計画法実行部３１は、数理処理を用いて、水需要予測部２９から出力される水需要予測値で指定された水需要予測値で指定された流量の膜濾過水を生成するのに必要な運用計画（最適解）を算出する処理、あるいは遺伝的アルゴリズム実行部３０から出力される運用計画（準最適解）を初期値として、最適解となる運用計画を算出する処理などを行う。   The mathematical programming execution unit 31 is necessary to generate membrane filtrate with a flow rate specified by the water demand prediction value specified by the water demand prediction value output from the water demand prediction unit 29 using mathematical processing. A process for calculating a simple operation plan (optimum solution) or a process for calculating an operation plan to be an optimal solution is performed using the operation plan (sub-optimal solution) output from the genetic algorithm execution unit 30 as an initial value.

運用計画部３２は、遺伝的アルゴリズム実行部３０から出力される運用計画、または数理計画法実行部３１から出力される運用計画のいずれか一方を選択するとともに、水需要実績記憶部２８に記憶されている水質検知部２４の検知結果、破断検知部２５の検知結果、目詰まり検知部２６の検知結果などに基づき、運用計画を修正する。   The operation planning unit 32 selects either the operation plan output from the genetic algorithm execution unit 30 or the operation plan output from the mathematical programming execution unit 31 and is stored in the water demand record storage unit 28. The operation plan is corrected based on the detection result of the water quality detection unit 24, the detection result of the breakage detection unit 25, the detection result of the clogging detection unit 26, and the like.

膜濾過設備制御部３３は、プロセス入出力部２３で取り込まれた計測信号に基づき、膜濾過設備５に設けられた各膜供給水ポンプ１０、各逆洗浄水ポンプ２０、各バルブ１４、１７などの運転内容を判断するとともに、運用計画部３２から出力される運用計画を実現するのに必要な制御信号を生成して、プロセス入出力部２３から膜濾過設備５に供給し、膜濾過設備５に設けられた各膜供給水ポンプ１０、各逆洗浄水ポンプ２０、各バルブ１４、１７などの運転を制御する。   The membrane filtration equipment control unit 33 is based on the measurement signal taken in by the process input / output unit 23, and each membrane feed water pump 10, each backwash water pump 20, each valve 14, 17 etc. provided in the membrane filtration equipment 5 etc. The control signal necessary for realizing the operation plan output from the operation planning unit 32 is generated and supplied from the process input / output unit 23 to the membrane filtration facility 5. The operation of each membrane feed water pump 10, each backwash water pump 20, each valve 14, 17, and the like provided in is controlled.

《制御装置６の作用》
プロセス入出力部２３は、膜濾過設備５に設けられた各センサ７、各流量計１１、１３、１５、２１などから出力される計測信号を取り込み、各曜日毎の水需要実績（温度、圧力、流量などの実績情報）を水需要実績記憶部２８に記憶する。また、水質検知部２４、破断検知部２５、目詰まり検知部２６などでは、計測信号を各々、解析し、解析処理で得られる水質検知結果、破断有無、目詰まり有無などを水需要実績記憶部２８に記憶する。また、この動作と並行し、ヒューマン・インタフェース部２７では、膜濾過設備５の稼働内容などを画面表示しながら、ヒューマン・インタフェース部２７に入力された当日の曜日情報、指示内容などに基づき、水需要実績記憶部２８に記憶されている曜日毎の水需要実績（過去の水需要実績）のうち、当日の曜日に対応する過去の水需要実績と、過去数十日〜数百日分の水需要実績とを読み出す。水需要予測部２９は統計処理し、当日の水需要予測値を算出する。また、算出された水需要予測値に基づき、遺伝的アルゴリズム部３０、数理計画法実行部３１のいずれか一方、または両方は、所定時間毎、例えば１時間毎の運用計画を作成する。その後、水需要実績記憶部２８に記憶されている水質検知結果、破断有無、目詰まり有無などに応じて、運用計画部３２は、遺伝的アルゴリズム部３０で作成された運用計画、または数理計画法実行部３１で作成された運用計画を修正する。 << Operation of the control device 6 >>
The process input / output unit 23 takes in measurement signals output from the sensors 7 and the flow meters 11, 13, 15, 21, etc. provided in the membrane filtration equipment 5, and records the water demand results (temperature, pressure) for each day of the week. , Actual information such as flow rate) is stored in the water demand result storage unit 28. The water quality detection unit 24, the break detection unit 25, the clogging detection unit 26, and the like each analyze the measurement signal, and indicate the water quality detection result obtained by the analysis process, whether there is breakage, whether there is clogging, etc. 28. In parallel with this operation, the human interface unit 27 displays the operation contents of the membrane filtration equipment 5 on the screen and displays the day of the week information input to the human interface unit 27, the instruction contents, etc. Of the water demand results (past water demand results) for each day of the week stored in the demand result storage unit 28, the past water demand results corresponding to the day of the day and the water for the past several tens to several hundreds of days Read the actual demand. The water demand prediction unit 29 performs statistical processing and calculates a water demand prediction value for the day. Further, based on the calculated water demand prediction value, either one or both of the genetic algorithm unit 30 and the mathematical programming execution unit 31 create an operation plan every predetermined time, for example, every hour. Thereafter, depending on the water quality detection result, presence / absence of breakage, presence / absence of clogging, and the like stored in the water demand record storage unit 28, the operation plan unit 32 may use the operation plan created by the genetic algorithm unit 30 or the mathematical programming method. The operation plan created by the execution unit 31 is corrected.

また、この動作と並行し、膜濾過設備制御部３３は、プロセス入出力部２３を介して取り込まれた計測信号を解析し、膜濾過設備５に設けられた各膜供給水ポンプ１０、各逆洗浄水ポンプ２０、各バルブ１４、１７などの運転内容を判断する。また、運用計画部３２から出力される運用計画を実現するのに必要な制御信号を生成して、プロセス入出力部２３から膜濾過設備５に供給する。これにより、膜濾過設備５に設けられた各膜供給水ポンプ１０、各逆洗浄水ポンプ２０、各バルブ１４、１７などの運転内容を制御し、濾過水生成運転、物理洗浄運転、薬品洗浄運転などを行わせる。   In parallel with this operation, the membrane filtration equipment control unit 33 analyzes the measurement signal taken in via the process input / output unit 23, and each membrane feed water pump 10 provided in the membrane filtration equipment 5 The operation details of the washing water pump 20 and the valves 14 and 17 are determined. Further, a control signal necessary for realizing the operation plan output from the operation planning unit 32 is generated and supplied from the process input / output unit 23 to the membrane filtration equipment 5. Thereby, the operation content of each membrane supply water pump 10, each backwash water pump 20, each valve 14, and 17 provided in the membrane filtration facility 5 is controlled, and filtered water generation operation, physical washing operation, and chemical washing operation are performed. And so on.

《第１実施形態の詳細な動作説明》
次に、図１に示すブロック図、図２、図３に示す各模式図、図４に示すフローチャートを参照しながら、上述した水需要予測部２９、遺伝的アルゴリズム実行部３０、数理計画法実行部３１、運用計画部３２について、さらに説明する。なお、以下の説明では、１日分の運用計画を一度に求めると、制御装置６の計算量が膨大になることから、実用的な計算量となる範囲、例えば“１時間”毎に、“１時間”分の運用計画を求めるものとする。 << Detailed Operation Explanation of First Embodiment >>
Next, referring to the block diagram shown in FIG. 1, the schematic diagrams shown in FIGS. 2 and 3, and the flowchart shown in FIG. 4, the above-described water demand prediction unit 29, genetic algorithm execution unit 30, mathematical programming execution The unit 31 and the operation planning unit 32 will be further described. In the following description, if an operation plan for one day is obtained at a time, the amount of calculation of the control device 6 becomes enormous. Therefore, for every practical range, for example, every “1 hour”, “ An operation plan for 1 hour "shall be requested.

まず、ヒューマン・インタフェース入力部２７に当日の日付“ｋ”と、曜日“Ｗ”とが入力されると、水需要予測部２９によって、水需要実績記憶部２８に記憶されている過去の水需要実績値、例えば平日、休日、休日明け、特殊日別にファイルされた水需要実績値のうち、ヒューマン・インタフェース入力部２７に入力された曜日“Ｗ”に対応する水需要実績値が読み出されて、１時間毎の平均値パターン“ｙｗ(i)”（但し、ｉ＝１〜２４）が求められる。 First, when the date “k” and the day of the week “W” are input to the human interface input unit 27, the past water demand stored in the water demand record storage unit 28 by the water demand prediction unit 29. Of the water demand actual values filed according to the actual values, for example, weekdays, holidays, after holidays, and special days, the water demand actual values corresponding to the day of the week “W” input to the human interface input unit 27 are read out. An average value pattern “y w (i)” (where i = 1 to 24) is obtained every hour.

次いで、水需要予測部２８によって、水需要実績記憶部２８に記憶されている過去の水需要実績値のうち、“Ｎ”日前から、“ｋ−１”日までの水需要実績値が読み出され、自己回帰モデルを用いた、次式に示す演算が行われ、当日（ｋ日）の水需要予測変化分が求められる。   Subsequently, the water demand prediction unit 28 reads out the water demand actual values from “N” days before to “k−1” days among the past water demand actual values stored in the water demand actual storage unit 28. Then, the calculation shown in the following equation using the autoregressive model is performed, and the amount of change in the water demand forecast on the current day (k days) is obtained.

△yｗ(k)＝a1・(yｗ(k-1)-yAVE ｗ)+a2・(yｗ(k-2)-yAVE ｗ)+
… +aN・(yｗ(k-N)-yAVE ｗ) …（１）
但し、△yｗ(k)：当日の水需要予測変化分［m3/h］
a1、a2、…、aN：自己回帰のパラメータであり、実時間で逐次最小２乗 推定（カルマンフィルタ）にすることも可能。

Figure 0004718873
△ y w (k) = a1 · (y w (k-1) -y AVE w) + a2 · (y w (k-2) -y AVE w) +
… + AN ・ (y w (kN) -y AVE w )… (1)
However, △ y w (k): Change in water demand forecast for the day [m 3 / h]
a1, a2,..., aN: Autoregressive parameters that can be used for real-time sequential least squares estimation (Kalman filter).
Figure 0004718873

この後、水需要予測部２９によって、（１）式で得られた“ｋ”日の水需要予測変化分“△ｙｗ(k)”と、“ｋ−１”日までの平均実績値“ｙAVE ｗ”とが用いられて、次式に示す演算が行われ、“ｋ”日の水需要予測値“ｙｗ(k)”が求められる。 Thereafter, the water demand prediction change amount “Δy w (k)” for “k” days obtained by the equation (1) by the water demand prediction unit 29 and the average actual value “to date“ k−1 ”“ y AVE w ”is used, and the calculation shown in the following equation is performed to obtain the water demand forecast value“ y w (k) ”for“ k ”days.

yｗ(k)＝△yｗ(k)+yAVE ｗ …（２）
この後、水需要予測部２９によって、（２）式で得られた当日（ｋ日）の水需要予測値“yｗ(k)”に対して、その曜日“Ｗ”の水需要実績の平均値パターン“ｙｗ(i)”から得られる各時間帯（１時間単位）の比“ｗ（ｉ）”が乗じられて、次式に示す当日（ｋ日）における２４時間分（１時間単位）の水需要予測値“Ｑout-j(i)”が求められる。 y w (k) = △ y w (k) + y AVE w (2)
Thereafter, the water demand forecasting unit 29 averages the water demand results for the day of the week “W” with respect to the water demand forecast value “y w (k)” of the day (k days) obtained by the equation (2). Multiplyed by the ratio “w (i)” of each time zone (1 hour unit) obtained from the value pattern “y w (i)”, 24 hours on the current day (k days) shown in the following formula (1 hour unit) ) Water demand forecast value “Q out-j (i)”.

Qout-j(i)＝w(i)・yｗ(k)(k,i)(i=1〜24) …（３）
なお、上述した方法はあくまでも予測方法の一例として挙げたものであり、当日の水需要を予測する方法として、これ以外の予測方法、例えば重回帰モデルなどを用いた予測方法など、各種の予測方法を用いても良い。 Q out-j (i) = w (i) · y w (k) (k, i) (i = 1 to 24) (3)
The method described above is merely an example of a prediction method. As a method for predicting the water demand on the day, various prediction methods such as a prediction method using other prediction methods such as a multiple regression model are used. May be used.

次いで、水需要予測部２９によって、前回までの予測動作で得られた水需要予測値“Ｑout-j(i)”と、前回までに得られた実際の水需要実績値との累積誤差が求められ、水需要予測の累積誤差が許容範囲内で推移しているかどうか、許容範囲を超えているかどうかなどに応じて、（３）式で求められた水需要予測値“Ｑout-j(i)”が修正され、遺伝的アルゴリズム実行部３０と、数理計画法実行部３１とに供給される。 Next, the accumulated error between the water demand prediction value “Q out-j (i)” obtained by the prediction operation up to the previous time and the actual water demand actual value obtained up to the previous time is calculated by the water demand prediction unit 29. The water demand forecast value “Q out-j () obtained by the equation (3) according to whether the accumulated error in the water demand forecast is within the allowable range or exceeds the allowable range. i) ”is corrected and supplied to the genetic algorithm execution unit 30 and the mathematical programming execution unit 31.

また、遺伝的アルゴリズム実行部３０は、ヒューマン・インタフェース部２７から入力された運転条件、運転パラメータなどに基づき、下記に示す項目を考慮した運用計画を作成する。   In addition, the genetic algorithm execution unit 30 creates an operation plan in consideration of the following items based on the operation conditions and operation parameters input from the human interface unit 27.

［項目］
(a) エネルギーコストの低減（電気料金やガス料金等の低減）
(b) 濾過流量変動抑制（膜モジュール１２の目詰まり防止および延命化）
(c) 膜濾過水槽水位目標値への追従（膜濾過システムの安定運転）
(d) 膜供給水槽水位目標値への追従（膜濾過システムの安定運転）
そして、これらの項目を満たす運用計画を作成する方法は、最適化問題を解くことに他ならないことから、遺伝的アルゴリズムの具体的な説明に先立ち、ここで最適化問題について簡単に説明する。 [item]
(a) Reduction of energy costs (reduction of electricity charges, gas charges, etc.)
(b) Reduction of filtration flow rate fluctuation (prevention of clogging of membrane module 12 and extension of life)
(c) Tracking the membrane filtration tank water level target value (stable operation of the membrane filtration system)
(d) Follow the target water level of the membrane supply tank (stable operation of the membrane filtration system)
Since a method for creating an operation plan that satisfies these items is nothing but solving an optimization problem, the optimization problem will be briefly described prior to a specific description of the genetic algorithm.

まず、上述した項目を満たす最適な運用計画を作成することは、離散時間“ｉ”において、各膜ユニット２の台数を“ｋ”、各膜濾過水槽１８の数を“Ｊ”、各膜供給水槽９の数を“Ｍ”、水需要予測部２９で得られた水需要予測値を“Ｑout-j(i)”とすると、各膜ユニット２に供給される膜供給水の水量（量膜供給水量）“Ｑｋ(i)”、各膜ユニット２から各膜供給水槽９に戻される膜供給水の膜循環水量“Ｑｋｒ(i)”、各膜濾過水槽１８の水位（膜濾過水槽水位）“ｈj(i)”、各膜供給水槽９の水位（膜供給水槽水位）“Ｈm(i)”を用いて、次式で示される目的関数“Ｊ１（ｋ）”、“Ｊ２（ｋ）”、“Ｊ３（ｊ）”、“Ｊ４（ｍ）”の和“Ｊov”を最小化する最適化問題として定式化される。

Figure 0004718873
First, to create an optimal operation plan that satisfies the above-mentioned items, in the discrete time “i”, the number of each membrane unit 2 is “k”, the number of each membrane filtration water tank 18 is “J”, and each membrane is supplied. Assuming that the number of water tanks 9 is “M” and the water demand prediction value obtained by the water demand prediction unit 29 is “Q out-j (i)”, the amount (quantity) of membrane supply water supplied to each membrane unit 2 Membrane supply water amount) “Q k (i)”, membrane circulation water amount “Q kr (i)” returned from each membrane unit 2 to each membrane supply water tank 9, and the water level (membrane filtration) of each membrane filtration water tank 18 Using the water level ( hj (i)) and the water level of each membrane supply tank 9 (membrane supply water level) “H m (i)”, the objective functions “J1 (k)”, “ It is formulated as an optimization problem that minimizes the sum “Jov” of J2 (k) ”,“ J3 (j) ”, and“ J4 (m) ”.
Figure 0004718873

ここで、（４）式において、右辺の各項“Ｊ１（ｋ）”、“Ｊ２（ｋ）”、“Ｊ３（ｊ）”、“Ｊ４（ｍ）”は、それぞれ上述した４つの項目に対応していることから、次式で表すことができる。

Figure 0004718873
Here, in the expression (4), the terms “J1 (k)”, “J2 (k)”, “J3 (j)”, and “J4 (m)” on the right side correspond to the above four items, respectively. Therefore, it can be expressed by the following formula.
Figure 0004718873

但し、W1k(i)：時間“i”における、エネルギーコスト低減率に対する重み係数
W2k(i)：時間“i”における、濾過流量変動抑制率に対する重み係数
W3j(i)：時間“i”における、膜濾過水槽水位目標値に対する重み係数
W4m(i)：時間“i”における、膜供給水槽水位目標値に対する重み係数
Ｑｋ(i)：時間“i”において、各膜ユニット２に供給される膜供給水量 ［m3/h］
Ｑｋ(i-1)：時間“i-1”において、各膜ユニット２に供給される膜供給水 量［m3/h］
hj-SV(i)：時間“i”における膜濾過水槽水位目標値［m］
hj(i)：時間“i”における膜濾過水槽水位［m］
Hm-SV(i)：時間“i”における膜供給水槽水位目標値［m］
Hm(i)：時間“i”における膜供給水槽水位［m］
この際、（４）式〜（８）式で使用される各数値のうち、各膜ユニット２に供給される膜供給水の水量（膜供給水量）“Ｑｋ(i)”、各膜ユニット２から膜供給水槽９に戻される膜供給水の膜循環水量“Ｑｋｒ(i)”、膜濾過水槽水位“ｈj(i)”、膜供給水槽水位“Ｈm(i)”は、次のような制約条件を満たしていないければならない。 W 1k (i): Weighting factor for energy cost reduction rate at time “i”
W 2k (i): Weighting factor for filtration flow rate fluctuation suppression rate at time “i”
W 3j (i): Weighting factor for the target value of membrane filtration tank level at time “i”
W 4m (i): Weighting factor for the target value of the water level in the membrane supply tank at time “i” Q k (i): Amount of membrane supply water supplied to each membrane unit 2 at time “i” [m 3 / h]
Q k (i-1): Membrane supply water supplied to each membrane unit 2 at time “i-1” [m 3 / h]
h j-SV (i): Membrane filtration tank water level target value at time “i” [m]
h j (i): Membrane filtration tank water level at time “i” [m]
H m-SV (i): Membrane feed tank water level target value at time “i” [m]
H m (i): Membrane feed tank water level at time “i” [m]
At this time, among the numerical values used in the equations (4) to (8), the amount of membrane supply water supplied to each membrane unit 2 (membrane supply water amount) “Q k (i)”, each membrane unit The membrane circulation water volume “Q kr (i)”, the membrane filtration water tank level “h j (i)”, and the membrane feed tank water level “H m (i)” returned from 2 to the membrane feed water tank 9 are as follows: Must satisfy the following constraints.

まず、各膜ユニット２に供給される膜供給水の水量（膜供給水量）“Ｑｋ(i)”は、次式に示す制約条件を満たしていなければならない。 First, the amount of membrane supply water (membrane supply water amount) “Q k (i)” supplied to each membrane unit 2 must satisfy the constraint condition shown in the following equation.

Ｑｋ-lo(i)≦Ｑｋ(i)≦Ｑｋ-hi(i) …（９）
但し、Ｑｋ-lo(i)：時間“i”における膜供給水量“Ｑｋ(i)”の下限値［m3/h］
Ｑｋ-hi(i)：時間“i”における膜供給水量“Ｑｋ(i)”の上限値［m3/h］
さらに、物理洗浄および薬品洗浄時には、各膜ユニット２に供給される膜供給水の水量（膜供給水量）“Ｑｋ(i)”が“０”になることから、物理洗浄および薬品洗浄時に、次式に示す条件を満たしていなければならない。 Q k-lo (i) ≦ Q k (i) ≦ Q k-hi (i) (9)
However, Q k-lo (i): Lower limit [m 3 / h] of membrane supply water amount “Q k (i)” at time “i”
Q k-hi (i): upper limit [m 3 / h] of membrane supply water amount “Q k (i)” at time “i”
Furthermore, at the time of physical cleaning and chemical cleaning, the amount of membrane supply water supplied to each membrane unit 2 (the amount of membrane supply water) “Q k (i)” becomes “0”. The condition shown in the following formula must be satisfied.

Ｑｋ-lo(i)＝Ｑｋ-hi(i)＝０
但し、i：物理洗浄および薬品洗浄を行っている時間
また、各膜ユニット２から膜供給水槽９に戻される膜供給水の膜循環水量“Ｑｋｒ(i)”は、次式に示す制約条件を満たしていなければならない。 Q k-lo (i) = Q k-hi (i) = 0
However, i: Time for performing physical cleaning and chemical cleaning Further, the membrane circulation water amount “Q kr (i)” returned from each membrane unit 2 to the membrane supply water tank 9 is a constraint condition represented by the following equation: Must be met.

Ｑrｋ-lo(i)≦Ｑrｋ(i)≦Ｑrｋ-hi(i) …（１０）
但し、Ｑrｋ-lo(i)：時間“i”における膜循環水量“Ｑｋｒ(i)”の下限値［m3/h］
Ｑrｋ-hi(i)：時間“i”における膜循環水量“Ｑｋｒ(i)”の上限値［m3/h］
そして、バルブ１４の開度制御などで、膜循環水量“Ｑｋｒ(i)”が流量制御されるとき、（１０）式を有効化し、また流量制御しないときには、オペレータによって指定された膜循環流量設定値“Ｑｋｒ-op(i)”を用いて、次式を満たすようにしなければならない。 Q rk-lo (i) ≦ Q rk (i) ≦ Q rk-hi (i) (10)
However, Q rk-lo (i): Lower limit [m 3 / h] of membrane circulating water amount “Q kr (i)” at time “i”
Q rk-hi (i): upper limit [m 3 / h] of membrane circulating water amount “Q kr (i)” at time “i”
Then, when the flow rate of the membrane circulation water amount “Q kr (i)” is controlled by the opening degree control of the valve 14 or the like, the equation (10) is validated, and when the flow rate control is not performed, the membrane circulation flow rate designated by the operator Using the set value “Q kr-op (i)”, the following equation must be satisfied.

Ｑrｋ-lo(i)＝Ｑrｋ-hi(i)＝Ｑｋｒ-op(i)
但し、i：オペレータによって自動流量制御が解除されている時間
さらに、各膜ユニット２を透過した膜濾過水の水量（膜濾過水量）を“ＱｋO(i)”としたとき、膜供給水量“Ｑｋ(i)”、膜循環水量“Ｑｋｒ(i)”とが次式を満たさなければならない。 Q rk-lo (i) = Q rk-hi (i) = Q kr-op (i)
However, i: time when the automatic flow control is canceled by the operator. Further, when the amount of membrane filtrate water permeated through each membrane unit 2 (membrane filtration water amount) is “Q kO (i)”, the membrane supply water amount “ Q k (i) ”and the amount of circulating water“ Q kr (i) ”must satisfy the following equation.

QｋO(i)＝Qｋ(i)-Qｋｒ(i) …（１１）
なお、これら（１０）式、（１１）式で示される条件は、膜供給水の一部が膜供給水槽９に戻されるクロスフロー方式を前提としていることから、膜供給水を循環することなく全量濾過する全量濾過方式の場合には、膜供給槽９への循環ラインを省略することができ、膜循環水量“Ｑｋｒ(i)”に関する条件を省略することができる。 Q kO (i) = Q k (i) -Q kr (i) ... (11)
In addition, since the conditions shown by these formulas (10) and (11) are based on the cross flow method in which a part of the membrane feed water is returned to the membrane feed water tank 9, the membrane feed water is not circulated. In the case of the total amount filtration method for filtering the whole amount, the circulation line to the membrane supply tank 9 can be omitted, and the conditions regarding the membrane circulation water amount “Q kr (i)” can be omitted.

また、膜濾過水槽水位“ｈj(i)”、膜供給水槽水位“Ｈm(i)”は、次式に示す制約条件を満たしていなければならない。 Further, the membrane filtration water tank level “h j (i)” and the membrane supply water tank level “H m (i)” must satisfy the constraints shown in the following equation.

hj-lo(i)≦hj(i)≦hj-hi(i) …（１２）

Figure 0004718873
h j-lo (i) ≦ h j (i) ≦ h j-hi (i) (12)
Figure 0004718873

Hm-lo(i)≦Hm(i)≦Hm-hi(i) …（１４）

Figure 0004718873
H m-lo (i) ≦ H m (i) ≦ H m-hi (i) (14)
Figure 0004718873

但し、hj-lo(i)：時間“i”における膜濾過水槽水位“hj(i)”の下限値［m］
hj-hi(i)：時間“i”における膜濾過水槽水位“hj(i)”の上限値［m］
hj(i-1)：時間“i-1”における膜濾過水槽水位［m］
Qout-j(i)：時間“i”における水需要予測値［m3/h］
QｋO(i)：時間“i”における各膜ユニット２の膜濾過水量［m3/h］
Aj：膜濾過水槽１８の底面積［m2］
Hm-lo(i)：時間“i”における膜供給水槽水位“Hm(i)”の下限値［m］
Hm-hi(i)：時間“i”における膜供給水槽水位“Hm(i)”の上限値［m］
Qｋ(i)：時間“i”において、各膜ユニット２に供給される膜供給水の 水量（量膜供給水量）［m3/h］
Qｋｒ(i)：時間“i”において、各膜ユニット２から膜供給水槽９に戻され る膜供給水の水量（膜循環水量）［m3/h］
QI(i)：時間“i”において、水道水源３から膜供給水槽９に供給される膜 供給水の水量［m3/h］
Hm(i-1)：時間“i-1”における膜供給水槽水位［m］
Aｍ：膜供給水槽９の底面積［m2］
つまり、（９）式〜（１５）式に示す各条件を満たし、（４）式に示す各目的関数“Ｊ１（ｋ）”、“Ｊ２（ｋ）”、“Ｊ３（ｊ）”、“Ｊ４（ｍ）”の和“Ｊov”を最小化するように、（５）式〜（８）式に示す各目的関数“Ｊ１（ｋ）”、“Ｊ２（ｋ）”、“Ｊ３（ｊ）”、“Ｊ４（ｍ）”の各値を求めることができれば、上述した４つの項目を満たし、膜濾過設備５の運用効率、安定率を高めることができる運用計画を作成することができる。 However, h j-lo (i): Lower limit [m] of membrane filtration water tank level “h j (i)” at time “i”
h j-hi (i): Upper limit of membrane filtration tank water level “h j (i)” at time “i” [m]
h j (i-1): Membrane filtration tank water level at time “i-1” [m]
Q out-j (i): predicted water demand at time “i” [m 3 / h]
Q kO (i): Membrane filtration water volume of each membrane unit 2 at time “i” [m 3 / h]
A j : bottom area [m 2 ] of the membrane filtration water tank 18
H m-lo (i): Lower limit [m] of membrane feed tank water level “H m (i)” at time “i”
H m-hi (i): Upper limit [m] of membrane feed tank water level “H m (i)” at time “i”
Q k (i): Amount of membrane feed water supplied to each membrane unit 2 at time “i” (amount of membrane feed water) [m 3 / h]
Q kr (i): Amount of membrane feed water returned from each membrane unit 2 to the membrane feed water tank 9 at the time “i” (amount of membrane circulating water) [m 3 / h]
Q I (i): The amount of water supplied to the membrane supply tank 9 from the tap water source 3 at time “i” [m 3 / h]
H m (i-1): Membrane feed tank level at time “i-1” [m]
A m : Bottom area [m 2 ] of the membrane supply water tank 9
That is, the objective functions “J1 (k)”, “J2 (k)”, “J3 (j)”, “J4” satisfying the conditions shown in the equations (9) to (15) and satisfying the equations (4) are satisfied. The objective functions “J1 (k)”, “J2 (k)”, “J3 (j)” shown in the equations (5) to (8) so as to minimize the sum “Jov” of (m) ”. If each value of “J4 (m)” can be obtained, an operation plan that satisfies the above four items and can improve the operation efficiency and stability rate of the membrane filtration equipment 5 can be created.

次に、遺伝的アルゴリズムを用いて、このような定式化された最適化問題を解くときときの手順について説明する。   Next, a procedure for solving such a formulated optimization problem using a genetic algorithm will be described.

まず、遺伝的アルゴリズムは、生物進化の過程を模したアルゴリズムであり、各種の遺伝子列を持つ個体に対して淘汰、増殖、交叉および突然変異などの処理を複数回（複数世代）にわたって施し、適応度が最大の遺伝子列を求めるときに使用される。   First, the genetic algorithm is an algorithm that mimics the process of biological evolution. Individuals with various gene sequences are subjected to treatments such as selection, multiplication, crossover, and mutation multiple times (multiple generations). Used when finding the gene sequence with the highest degree.

この際、遺伝的アルゴリズムでは、例えば（４）式に示すような目的関数“Ｊ１（ｋ）”、“Ｊ２（ｋ）”、“Ｊ３（ｊ）”、“Ｊ４（ｍ）”の逆数を適応度として定義できることから、実際の演算を開始する前に、図２に示す如く所定時間（１時間）単位で、各膜ユニット２の膜供給水側の入出力特性を“ｇk（ｉ）”、膜循環水側の入出力特性を“ｇｋｒ（ｉ）”とし、次式に示す如くこれらの入出力特性“ｇｋ（ｉ）”、入出力特性“ｇｋｒ（ｉ）”を“Ｎｐ”段階、“Ｎｐｒ”段階に分割したものを用意する。 At this time, in the genetic algorithm, for example, the reciprocals of the objective functions “J1 (k)”, “J2 (k)”, “J3 (j)”, and “J4 (m)” as shown in Equation (4) are applied. Therefore, before starting the actual calculation, the input / output characteristics of each membrane unit 2 on the membrane supply water side are set to “g k (i)” in units of a predetermined time (1 hour) as shown in FIG. The input / output characteristics on the membrane circulating water side are set to “g kr (i)”, and the input / output characteristics “g k (i)” and the input / output characteristics “g kr (i)” are set to “N” as shown in the following equation. Prepared divided into “ p ” stage and “N pr ” stage.

gk(i)＝(1、2、…、Np)
gkr(i)＝(1、2、…、Npr)
さらに、図３に示す如くこれらの入出力特性“ｇｋ（ｉ）”に対応し、可変速ポンプによって調整可能な水量“ＱＴ（ｉ）”のマトリックス表３４と、入出力特性“ｇｋｒ（ｉ）”に対応し、可変速ポンプによって調整可能な水量“ＱＴｒ（ｉ）”のマトリックス表３５とを用意する。 g k (i) = (1, 2, ..., N p )
g kr (i) = (1, 2, ..., N pr )
Further, as shown in FIG. 3, the matrix table 34 of the water amount “Q T (i)” that can be adjusted by the variable speed pump, and the input / output characteristics “g kr ” correspond to these input / output characteristics “g k (i)”. Corresponding to (i) ”, a matrix table 35 of water quantity“ Q Tr (i) ”that can be adjusted by the variable speed pump is prepared.

これにより、次式に示す演算を行うだけで、各膜供給水槽９から各膜ユニット２に供給される膜供給水量“Ｑｋ（ｉ）”と、各膜ユニット２から各膜供給水槽９に戻される膜循環水量“ＱＩｋ（ｉ）”とを求めることができる。 As a result, the membrane supply water amount “Q k (i)” supplied to each membrane unit 2 from each membrane supply water tank 9 and the membrane supply water tank 9 from each membrane unit 2 simply by performing the calculation shown in the following equation: The amount of circulating membrane water “Q Ik (i)” can be determined.

Qｋ(i)＝QＴ(gkr(i)) …（１６）
QＩｋ(i)＝QＴr(gkr(i)) …（１７）
そして、このような準備が終了し、ヒューマン・インタフェース部２７から運転条件、運転パラメータなどが入力され、水需要予測部２９の予測動作で、当日（ｋ日）における２４時間分（１時間単位）の水需要予測値“Ｑｏｕｔ−ｊ（ｉ）”が得られたとき、遺伝的アルゴリズム実行部３０によって、水需要予測部２９で得られた水需要予測値“Ｑｏｕｔ−ｊ（ｉ）”が取り込まれ、図４のフローチャートに示す手順で、最大の適応度を持つ遺伝子列が求められる。 Q k (i) = Q T (g kr (i)) ... (16)
Q Ik (i) = Q Tr (g kr (i)) (17)
Then, such preparation is completed, and operation conditions, operation parameters, and the like are input from the human interface unit 27, and the water demand prediction unit 29 predicts for 24 hours on the current day (k days) (in units of one hour). water demand prediction value when "Q out-j (i) " is obtained by the genetic algorithm execution unit 30, the water demand prediction value obtained by the water demand prediction unit 29 "Q out-j (i )" And a gene string having the maximum fitness is obtained by the procedure shown in the flowchart of FIG.

まず、遺伝的アルゴリズム実行部３０によって、各膜ユニット２毎にランダムな遺伝子列を持つ“ｎ”個の個体を発生し、これらの各個体を初期個体群として、メモリに記憶するとともに、メモリに記憶した初期個体群に含まれる“ｎ”個の個体が（９）式〜（１５）式の制約条件を満たしているかどうかをチェックし、（９）式〜（１５）式を満たさない個体があれば、個体に含まれる各遺伝子の状態のうち、制約条件を満たさない遺伝子の状態を変更する（ステップＳ２）。   First, the genetic algorithm execution unit 30 generates “n” individuals having a random gene sequence for each membrane unit 2 and stores these individuals as initial individuals in the memory and stores them in the memory. It is checked whether or not “n” individuals included in the stored initial population satisfy the constraints of equations (9) to (15), and individuals that do not satisfy equations (9) to (15) If there is, the state of each gene included in the individual is changed (step S2).

そして、（９）式〜（１５）式の制約条件を満たす個体が“ｎ”個、生成できたとき、遺伝的アルゴリズム実行部３０によって、目的関数計算を行って、各個体の適応度、およびその世代での適応度の平均値を計算する（ステップＳ３）。   Then, when “n” individuals that satisfy the constraints of the equations (9) to (15) are generated, the genetic algorithm execution unit 30 performs objective function calculation, and the fitness of each individual, and The average value of fitness in that generation is calculated (step S3).

次に、遺伝的アルゴリズム実行部３０によって、各個体のうち、最大の適応度を持つ個体に比べ、所定の比率よりも小さい適応度（目的関数の値が大きいもの）しか持たない個体があるかどうかをチェックし、最大の適応度を持つ個体列に比べ、所定の比率よりも小さい適応度の個体があれば、これを淘汰するとともに、各個体のうち、制約条件を満たさない個体があるかどうかをチェックし、制約条件を満たさない個体があれば、これを淘汰する（ステップＳ４）。   Next, the genetic algorithm execution unit 30 determines whether there is an individual that has a fitness (a value of the objective function that is smaller) than a predetermined ratio among individuals with a maximum fitness. If there is an individual whose fitness is smaller than the specified ratio compared to the individual sequence with the maximum fitness, hesitates this and whether there are individuals that do not satisfy the constraints among each individual Whether there is an individual that does not satisfy the constraint condition is checked (step S4).

この後、遺伝的アルゴリズム実行部３０によって、淘汰されずに残っている各個体のうち、適応度が最大の個体を選択し、淘汰された個体の数だけ、選択した個体を増殖し、メモリに記憶する（ステップＳ５）。   Thereafter, the genetic algorithm execution unit 30 selects individuals having the maximum fitness among the individuals remaining without being cheated, and proliferates the selected individuals by the number of the cheated individuals, and stores them in the memory. Store (step S5).

次いで、遺伝的アルゴリズム実行部３０によって、メモリに記憶されている各個体同士を所定の交叉確率分（全個体数に対する割合）だけ、ランダムにペアリングした後、ペアリングされた組毎にランダムに遺伝子座を選び、各個体の同一の遺伝子座同士を互いに一点交叉する（ステップＳ６）。   Next, the genetic algorithm executing unit 30 randomly pairs each individual stored in the memory by a predetermined crossover probability (ratio to the total number of individuals), and then randomly selects each pair that has been paired. A gene locus is selected, and the same gene locus of each individual is crossed by one point (step S6).

なお、一点交叉とは、連続した一連の遺伝子列の場合には、連続した２つの遺伝子列同士を互いに交叉するこという。交叉の方法はこれに限定されるものではなく、複数個所で一連の遺伝子列を互いに交叉するようにしても良い。   In addition, in the case of a series of continuous gene sequences, one-point crossing means that two consecutive gene sequences are crossed with each other. The crossover method is not limited to this, and a series of gene sequences may be crossed over at a plurality of locations.

次に、遺伝的アルゴリズム実行部３０によって、所定の突然変異率分（全個体数に対する割合）だけ、ランダムに個体を選び、これら各個体の任意の遺伝子座にある遺伝子を変異する（ステップＳ７）。   Next, the genetic algorithm execution unit 30 randomly selects individuals by a predetermined mutation rate (ratio to the total number of individuals), and mutates genes at arbitrary loci of these individuals (step S7). .

以下、遺伝的アルゴリズム実行部３０は、上述した初期個体群の生成処理、目的関数計算処理、淘汰処理、増殖処理、交叉処理、突然変異処理を順次、繰り返す。   Hereinafter, the genetic algorithm execution unit 30 sequentially repeats the above-described initial population generation process, objective function calculation process, selection process, breeding process, crossover process, and mutation process.

そして、その世代における適応度の平均値が前回および前々回の適応度の平均値と比較して所定値以下となったとき、あるいはあらかじめ定められた繰返し回数を越えたとき、遺伝的アルゴリズム実行部３０は、上述した処理を終了し、最後に残った世代の各個体のうち、最大の適応度を持つ個体に基づき、運用計画を求める。   Then, when the average value of the fitness in the generation falls below a predetermined value compared to the average value of the previous and previous fitness, or when a predetermined number of iterations is exceeded, the genetic algorithm execution unit 30 Finishes the above-described processing, and obtains an operation plan based on the individual having the greatest fitness among the individuals of the last remaining generation.

これにより、実用上、差し支えない比較的短い処理時間で、（９）式〜（１５）式に示す各条件を満たし、（４）式に示す各目的関数“Ｊ１（ｋ）”、“Ｊ２（ｋ）”、“Ｊ３（ｊ）”、“Ｊ４（ｍ）”の和“Ｊov”を最小化することができる実用上問題のない、準最適解を非常に高速に求めることができ、上述した４つの項目をほぼ満たし、膜濾過設備５の運用効率、安定率を高めることができる運用計画を作成することができる。   Thus, in a relatively short processing time that can be practically used, the conditions shown in the equations (9) to (15) are satisfied, and the objective functions “J1 (k)” and “J2 ( k) ”,“ J3 (j) ”,“ J4 (m) ”, the sum“ Jov ”can be minimized, and a suboptimal solution without any practical problem can be obtained very quickly. It is possible to create an operation plan that substantially satisfies the four items and can increase the operation efficiency and stability rate of the membrane filtration equipment 5.

また、数理計画法実行部３１は、遺伝的アルゴリズム実行部３０で作成された運用計画、すなわち準最適解に対応する運用計画ではなく、多少時間がかかっても、最適解に対応する運用計画を求める必要がある場合、例えばオペレータなどにより、遺伝的アルゴリズム実行部３０で作成された運用計画より、良い運用計画が必要であると判断され、ヒューマン・インタフェース部２７から最適解算出指示が入力されたとき、水需要予測部２９で得られた、当日（ｋ日）における２４時間分（１時間単位）の水需要予測値“Ｑｏｕｔ−ｊ（ｉ）”を用いて、数理処理を行い、最適な運用計画を作成する処理、または遺伝的アルゴリズム実行部３０で得られた運用計画（準最適解）を初期値として、数理処理を行い、最適な運用計画を作成する処理などを行い、これらの数理処理で得られた膜濾過設備の運用計画（最適解）を運用計画部３２に供給する。 The mathematical programming execution unit 31 is not an operation plan created by the genetic algorithm execution unit 30, that is, an operation plan corresponding to the suboptimal solution, but an operation plan corresponding to the optimal solution even if it takes some time. When it is necessary to obtain, for example, an operator or the like determines that an operation plan better than the operation plan created by the genetic algorithm execution unit 30 is necessary, and an optimal solution calculation instruction is input from the human interface unit 27. When the water demand prediction value “Q out-j (i)” obtained by the water demand prediction unit 29 for 24 hours (one hour unit) on that day (k days) is used, mathematical processing is performed to A process for creating a simple operation plan or an operation plan (sub-optimal solution) obtained by the genetic algorithm execution unit 30 is used as an initial value to perform mathematical processing to create an optimum operation plan Etc. do physical supplies operation plan of membrane filtration equipment obtained in these mathematical processing (optimal solution) to the operation plan unit 32.

運用計画部３２は、膜濾過設備５の規模や特性等に応じて、必要とされる解の厳密性、および解を求めるのに要する時問等が異なるので、これらの点を考慮して、ヒューマン・インタフェース部２７に入力されたオペレータの指示に基づき、下記に示す各運用計画のうち、指定された運用計画を選択する。   The operation planning unit 32 is different in the strictness of the required solution and the time required to obtain the solution depending on the scale and characteristics of the membrane filtration equipment 5, and in consideration of these points, Based on an operator instruction input to the human interface unit 27, a specified operation plan is selected from the following operation plans.

（１）遺伝的アルゴリズム実行部３０のみにより求められた運用計画、
（２）数理計画法実行部３１のみにより求められた運用計画、
（３）遺伝的アルゴリズム実行部３０により求められた運用計画を初期値として数理計画法実行部３１により求められた運用計画、
この後、運用計画部３２は、水需要実績記憶部２８に記憶されている水質検知結果、破断有無、目詰まり有無などに応じて、遺伝的アルゴリズム実行部３０で作成された運用計画、または数理計画法実行部３１で作成された運用計画のうち、ヒューマン・インタフェース部２７から指定された方の運用計画を修正する。 (1) An operation plan obtained only by the genetic algorithm execution unit 30;
(2) Operation plan obtained only by the mathematical programming execution unit 31;
(3) The operation plan obtained by the mathematical programming execution unit 31 with the operation plan obtained by the genetic algorithm execution unit 30 as an initial value,
Thereafter, the operation planning unit 32 determines whether the operation plan created by the genetic algorithm execution unit 30 or the mathematical operation is based on the water quality detection result stored in the water demand result storage unit 28, whether there is breakage, whether there is clogging, or the like. Of the operation plans created by the planning method execution unit 31, the operation plan designated by the human interface unit 27 is corrected.

この際、運用計画部３２は、水質検知部２４から出力される現在の水質検知結果、水需要実績記憶部２８に記憶されている水質検知部２４の検知結果、各膜ユニット２に供給される膜供給水の水質情報、各膜ユニット２で生成される膜濾過水の水質情報、各膜ユニット２から排出される逆洗浄水の水質情報などを指標にして、各膜ユニット２の各膜モジュール１２を透過する膜濾過水の流量を最適化する。また、膜間差圧の上昇を抑えつつ、物理洗浄の回数、薬品洗浄の回数、濾過膜の交換回数を低減し、膜濾過設備５の運転コストを低く抑えながら、膜濾過水量を多くし、膜濾過設備５の稼働率を高めるように、遺伝的アルゴリズム実行部３０で作成された運用計画、または数理計画法実行部３１で作成された運用計画のうち、ヒューマン・インタフェース部２７から指定された方の運用計画を修正する。   At this time, the operation plan unit 32 supplies the current water quality detection result output from the water quality detection unit 24, the detection result of the water quality detection unit 24 stored in the water demand record storage unit 28, and the membrane unit 2. Each membrane module of each membrane unit 2 is indexed based on the quality information of the membrane feed water, the quality information of the membrane filtered water generated in each membrane unit 2, the quality information of the backwash water discharged from each membrane unit 2, etc. 12 to optimize the flow rate of the membrane filtration water permeating through 12. In addition, while suppressing the increase in the transmembrane pressure difference, the number of physical cleaning, the number of chemical cleaning, the number of replacement of the filtration membrane is reduced, the amount of membrane filtration water is increased while the operating cost of the membrane filtration equipment 5 is kept low, Of the operation plan created by the genetic algorithm execution unit 30 or the operation plan created by the mathematical programming execution unit 31, specified by the human interface unit 27 so as to increase the operation rate of the membrane filtration equipment 5. Correct the operational plan.

また、運用計画部３２は、破断検知部２５から出力される現在の検知結果、水需要実績記憶部２８に記憶されている破断検知部２５の検知結果などに基づき、破断している膜モジュール１２が配置された膜ユニット２の使用を一時的に停止し、他の正常な各膜ユニット２に対する膜供給水の流量を増加するように、遺伝的アルゴリズム実行部３０で作成された運用計画、または数理計画法実行部３１で作成された運用計画のうち、ヒューマン・インタフェース部２７から指定された方の運用計画を修正する。   Further, the operation planning unit 32 is based on the current detection result output from the break detection unit 25, the detection result of the break detection unit 25 stored in the water demand record storage unit 28, and the like. The operation plan created by the genetic algorithm execution unit 30 so as to temporarily stop the use of the membrane unit 2 in which is placed and to increase the flow rate of the membrane feed water to each other normal membrane unit 2, or Of the operation plans created by the mathematical programming execution unit 31, the operation plan designated by the human interface unit 27 is corrected.

さらに、運用計画部３２は、目詰まり検知部２６から出力される現在の目詰まり検知結果、水需要実績記憶部２８に記憶されている目詰まり検知部２６の検知結果などに基づき、各膜モジュール１２を使用する前の測定データ、または薬液によって再生処理した直後の測定データを初期値にして、各測定データと初期値との差分を求める。そして、各差分の経時変化に基づき、各膜モジュール１２を最適な状態に保持し、各膜モジュール２の膜濾過水量が最適値となるように、遺伝的アルゴリズム実行部３０で作成された運用計画、または数理計画法実行部３１で作成された運用計画のうち、ヒューマン・インタフェース部２７から指定された方の運用計画を修正する。   Further, the operation planning unit 32 determines each membrane module based on the current clogging detection result output from the clogging detection unit 26, the detection result of the clogging detection unit 26 stored in the water demand result storage unit 28, and the like. The difference between each measurement data and the initial value is obtained by setting the measurement data before using 12 or the measurement data immediately after the regeneration process with the chemical solution as the initial value. Then, based on the change with time of each difference, each membrane module 12 is kept in an optimal state, and the operation plan created by the genetic algorithm execution unit 30 so that the amount of membrane filtrate of each membrane module 2 becomes an optimum value. Alternatively, the operation plan designated by the human interface unit 27 among the operation plans created by the mathematical programming execution unit 31 is corrected.

運用計画部３２は、これらの各修正が終了した運用計画を膜濾過設備制御部３３に供給し、膜濾過設備５の運転を制御する。   The operation plan unit 32 supplies the operation plan in which each of these corrections has been completed to the membrane filtration facility control unit 33 and controls the operation of the membrane filtration facility 5.

＜効果の説明＞
このように、第１実施形態では、水需要実績記億部２８に記憶されている過去の水需要実績に基づき、水需要予測部２９が当日の水需要を予測するとともに、この水需要量に基づき、遺伝的アルゴリズム実行部３０、または数理計画方実行部３１が膜濾過設備５の運用計画を求め、この運用計画に基づき、膜濾過設備制御部３３が膜濾過設備５を制御するようにしている。このため、膜濾過設備５を運用する際の意思決定の支援機能、自動化運用機能を強化することができるとともに、過去の水需要実績などに基づき、当日の運用計画を最適化して、膜濾過設備５を構成している各膜供給水ポンプ１０、各膜洗浄ポンプ２０、各バルブ１４、１７などの運転を効率化して、電気料金を抑えることができるとともに、各膜モジュール１２等の交換年数を延命して、膜濾過設備５のランニングコストを最小化することができる。 <Description of effects>
Thus, in 1st Embodiment, while the water demand prediction part 29 estimates the water demand of the day based on the past water demand performance memorize | stored in the water demand performance storage part 28, it is in this water demand amount. Based on this, the genetic algorithm execution unit 30 or the mathematical planning method execution unit 31 obtains an operation plan for the membrane filtration facility 5, and based on this operation plan, the membrane filtration facility control unit 33 controls the membrane filtration facility 5. Yes. For this reason, the decision support function and the automated operation function when operating the membrane filtration facility 5 can be strengthened, and the operation plan of the day is optimized based on the past water demand results, etc. The operation of each membrane feed water pump 10, each membrane cleaning pump 20, each valve 14, 17, etc. constituting 5 can be made efficient to reduce the electricity bill, and the number of years for replacing each membrane module 12 etc. The life can be extended and the running cost of the membrane filtration equipment 5 can be minimized.

また、この第１実施形態では、遺伝的アルゴリズム実行部３０が膜濾過設備５の運用計画を求める際、遺伝的アルゴリズムを使用して、膜濾過設備５を構成している各膜供給水ポンプ１０、各膜洗浄ポンプ２０、各バルブ１４、１７などの運転コスト低減、長寿命化、安定運転に関する各目的関数“Ｊ１（ｋ）”、“Ｊ２（ｋ）”、“Ｊ３（ｊ）”、“Ｊ４（ｍ）”の和“Ｊov”を最小にする運用計画を求めるようにしている。このため、実用上、問題が生じない準最適解を高速に求めて、運用計画を作成し、膜濾過設備５を構成している各膜供給水ポンプ１０、各膜洗浄ポンプ２０、各バルブ１４、１７などの運転コストを低減することができるとともに、これら各膜供給水ポンプ１０、各膜洗浄ポンプ２０、各バルブ１４、１７などの長寿命化を達成することができ、さらに膜濾過設備５の運転を安定化することができる。   Moreover, in this 1st Embodiment, when the genetic algorithm execution part 30 calculates | requires the operation plan of the membrane filtration equipment 5, each membrane feed water pump 10 which comprises the membrane filtration equipment 5 using a genetic algorithm is used. , Objective functions “J1 (k)”, “J2 (k)”, “J3 (j)”, “J1 (k)”, “Each membrane cleaning pump 20, valves 14 and 17, etc. An operation plan that minimizes the sum “Jov” of J4 (m) ”is obtained. For this reason, in practice, a suboptimal solution that does not cause a problem is obtained at high speed, an operation plan is created, and each membrane feed water pump 10, each membrane cleaning pump 20, and each valve 14 constituting the membrane filtration equipment 5. , 17 and the like, and the lifetime of the membrane feed water pump 10, the membrane cleaning pump 20, the valves 14 and 17 can be increased, and the membrane filtration equipment 5 Can be stabilized.

また、この第１実施形態では、水需要実績記憶部２８に過去の水需要実績と、曜日情報とを対応させて記憶し、水需要予測部２９に、当日の曜日情報が入力されたとき、過去の水需要実績のうち、当日の曜日に対応する水需要実績を参照して、当日の水需要を予測するようにしている。このため、曜日情報、例えば、平日、休日、休日明け、特殊日別に記億された過去の水需要実績のうち、当日の曜日に対応する過去の水需要実績をより強く反映した運用計画を作成して、一層効果的に膜濾過設備５を構成している各膜供給水ポンプ１０、各膜洗浄ポンプ２０、各バルブ１４、１７などの運転コストを低減することができるとともに、これら各膜供給水ポンプ１０、各膜洗浄ポンプ２０、各バルブ１４、１７などの長寿命化を達成することができ、さらに膜濾過設備５の運転を安定化することができる。   Moreover, in this 1st Embodiment, when the past water demand results and the day information are stored in correspondence with each other in the water demand results storage unit 28, and the day information of the day is input to the water demand prediction unit 29, Of the past water demand results, the water demand on the current day is predicted with reference to the water demand results corresponding to the day of the week. Therefore, an operational plan that more strongly reflects the past water demand record corresponding to the day of the week out of the past water demand record recorded by weekday information, for example, weekdays, holidays, holiday breaks, and special days Thus, it is possible to reduce the operating cost of each membrane supply water pump 10, each membrane cleaning pump 20, each valve 14, 17, etc. constituting the membrane filtration equipment 5 more effectively, and to supply each of these membranes. The life of the water pump 10, each membrane cleaning pump 20, and each valve 14, 17 can be extended, and the operation of the membrane filtration equipment 5 can be stabilized.

また、この第１実施形態では、水質検知部２４が、各膜ユニット２の各センサ７を構成している蛍光分析計、濁度計、吸光度計、全有機炭素計、液体クロマトグラフィ、その他の分析計などから出力される測定信号を分析して、膜ユニット２に供給される膜供給水および膜濾過水、あるいは膜ユニット２の逆洗浄処理によって排出される逆洗浄水の水質情報（蛍光強度、濁度、全有機炭素濃度、溶解性成分濃度など）などを検知するとともに、検知結果に応じて、当日の運用計画を修正するようにしている。このため、膜供給水および膜濾過水、あるいは膜ユニット２の逆洗浄処理によって排出される逆洗浄水の水質情報を指標にして、各膜ユニット２の膜濾過水量を最適化し、これによって膜間差圧上昇を抑えつつ、物理洗浄の回数、薬品洗浄の回数、濾過膜の交換回数を低減して、膜濾過設備５の運転コストを低く抑えるとともに、膜濾過水量を多くして、膜濾過設備５の稼働率を高くすることができる。   Moreover, in this 1st Embodiment, the water quality detection part 24 is the fluorescence analyzer which comprises each sensor 7 of each membrane unit 2, a turbidimeter, an absorptiometer, a total organic carbon meter, a liquid chromatography, and other analysis The measurement signal output from the meter or the like is analyzed, and the water quality information (fluorescence intensity, the membrane cleaning water supplied to the membrane unit 2 and the membrane filtration water, or the back washing water discharged by the back washing process of the membrane unit 2 is analyzed. Turbidity, total organic carbon concentration, soluble component concentration, etc.) are detected, and the operation plan for the day is revised according to the detection results. For this reason, the amount of membrane filtration water in each membrane unit 2 is optimized using the water quality information of membrane supply water and membrane filtration water or backwash water discharged by backwashing treatment of the membrane unit 2 as an index, thereby While suppressing the increase in differential pressure, the number of physical washings, the number of chemical washings, and the number of exchanges of filtration membranes are reduced, so that the operating cost of the membrane filtration equipment 5 is kept low, and the amount of membrane filtration water is increased. The operating rate of 5 can be increased.

この際、蛍光分析計を使用して、水質情報を検知するとき、波長“３４０〜３５０ｎｍ”の間にある特定波長の励起光と、波長“４２０〜４３０ｎｍ”の間にある特定の蛍光を使用して、膜供給水、膜濾過水、逆洗浄水の蛍光強度を測定するようにしている。このため、膜供給水、膜濾過水、逆洗浄水の蛍光強度の測定精度を高め、運用計画の精度を高めることができる。   At this time, when detecting water quality information using a fluorescence analyzer, excitation light having a specific wavelength between wavelengths “340 to 350 nm” and specific fluorescence between wavelengths “420 to 430 nm” are used. Thus, the fluorescence intensity of the membrane supply water, membrane filtration water, and backwash water is measured. For this reason, the measurement accuracy of the fluorescence intensity of the membrane supply water, the membrane filtered water, and the backwash water can be increased, and the accuracy of the operation plan can be increased.

また、吸光度計を使用して、水質情報を検知するとき、波長“２５０〜２７０ｎｍ”の間にある特定波長あるいは、波長“３８０〜４００ｎｍ”の間にある特定波長の光に対する吸光度を使用して、膜供給水、膜濾過水、逆洗浄水の吸光度を測定するようにしている。このため、膜供給水、膜濾過水、逆洗浄水の吸光度を正確に測定し、運用計画の精度を高めることができる。   In addition, when detecting water quality information using an absorptiometer, the absorbance for a specific wavelength between wavelengths “250 to 270 nm” or a specific wavelength between wavelengths “380 to 400 nm” is used. The absorbance of the membrane supply water, the membrane filtration water, and the backwash water is measured. For this reason, it is possible to accurately measure the absorbance of the membrane supply water, the membrane filtrate water, and the backwash water, thereby improving the accuracy of the operation plan.

また、目詰まり検知部２６によって、各膜モジュール１２の目詰まりを検知し、検知結果を水需要実績記憶部２８に記憶するとともに、運用計画部３２によって、各膜モジュール１２を使用する前の測定データ、または薬液によって再生処理した直後の測定データを初期値として、各測定データと初期値との差分を求め、各差分の経時変化に基づき、運用計画部３２が運用計画を修正するようにしている。このため、各膜モジュール１２の目詰まり程度を定量化して、各膜モジュール１２の汚染有無、目詰まり有無を正確に検知し、各膜モジュール１２を最適な状態で運転することができるとともに、膜の延命化を促進することができる。   Further, the clogging detection unit 26 detects clogging of each membrane module 12 and stores the detection result in the water demand result storage unit 28, and the operation planning unit 32 performs measurement before using each membrane module 12. The data or the measurement data immediately after being regenerated with the chemical solution is used as an initial value, the difference between each measurement data and the initial value is obtained, and the operation planning unit 32 corrects the operation plan based on the change over time of each difference. Yes. Therefore, the degree of clogging of each membrane module 12 can be quantified, the presence or absence of contamination of each membrane module 12 can be accurately detected, and each membrane module 12 can be operated in an optimum state. Can prolong life.

また、この第１実施形態では、破断検知部２５によって、各膜モジュール１２が破断しているかどうかをチェックし、各膜モジュール１２のいずれかが破断しているとき、運用計画部３２によって、破断した膜モジュール１２が配置された膜ユニット２の運転を一時的に停止し、正常な各膜ユニット２の透過流量が増加するように、運用計画を修正するようにしている。このため、需要家４側で必要とした過去の水需要に応じて、膜濾過設備５の運用計画を算出するとき、膜モジュール１２の破断有無に応じて、運用計画を最適化して、各膜ユニット２の透過流量を最適化し、膜濾過設備５の消費電力、ランニングコストを低く抑えることができる。   In the first embodiment, the break detection unit 25 checks whether each membrane module 12 is broken. When any one of the membrane modules 12 is broken, the operation planning unit 32 The operation of the membrane unit 2 in which the membrane module 12 is disposed is temporarily stopped, and the operation plan is corrected so that the permeate flow rate of each normal membrane unit 2 increases. For this reason, when calculating the operation plan of the membrane filtration equipment 5 according to the past water demand required on the customer 4 side, the operation plan is optimized according to whether the membrane module 12 is broken or not. The permeate flow rate of the unit 2 can be optimized, and the power consumption and running cost of the membrane filtration equipment 5 can be kept low.

また、この第１実施形態では、水需要予測部２９によって、今後所定時間後の水需要予測の累積誤差を求め、水需要予測の累積誤差が最小になるように、水需要予測値を修正し、膜濾過設備制御部３３によって、膜濾過設備５を構成している各機器の運転を制御するようにしている。このため、需要家４側で必要とした過去の水需要に応じて、膜濾過設備５の運用計画を算出するとき、水需要予測の累積誤差が許容範囲内で推移しているかどうか、許容範囲を超えているかどうかなどに応じて、膜濾過設備５の運転内容を最適化し、膜濾過設備５の消費電力、ランニングコストを低く抑えながら、需要家４に必要な水量の膜濾過水を供給することができる。   In the first embodiment, the water demand prediction unit 29 obtains a cumulative error of water demand prediction after a predetermined time in the future, and corrects the water demand prediction value so that the cumulative error of water demand prediction is minimized. The operation of each device constituting the membrane filtration equipment 5 is controlled by the membrane filtration equipment control unit 33. For this reason, when calculating the operation plan of the membrane filtration facility 5 according to the past water demand required on the customer 4 side, whether or not the accumulated error of the water demand prediction is within the allowable range, the allowable range Depending on whether or not, the operation content of the membrane filtration equipment 5 is optimized, and the required amount of membrane filtration water is supplied to the customer 4 while keeping the power consumption and running cost of the membrane filtration equipment 5 low. be able to.

また、この第１実施形態では、遺伝的アルゴリズム実行部３０、数理計画法実行部３１によって、１日を複数に分割した所定の時間帯毎、例えば１５分毎、３０分毎、または１時間毎、あるいは２時間毎に、運用計画を求めるようにしている。このため、需要家４側で必要とした過去の水需要に応じて、膜濾過設備５の運用計画を算出するとき、計算量を最適化し、ほぼリアルタイムで、１日を複数に分割した所定時間毎に、最適な運用計画を算出し、膜濾過設備５の消費電力、ランニングコストをより一層、低く抑えることができる。   In the first embodiment, the genetic algorithm execution unit 30 and the mathematical programming execution unit 31 divide the day into a plurality of predetermined time zones, for example, every 15 minutes, every 30 minutes, or every hour. Or, an operation plan is requested every two hours. For this reason, when calculating the operation plan of the membrane filtration equipment 5 according to the past water demand required on the customer 4 side, the calculation amount is optimized, and the predetermined time in which the day is divided into a plurality of times in almost real time An optimal operation plan can be calculated every time, and the power consumption and running cost of the membrane filtration equipment 5 can be further reduced.

《第２実施形態》
図５は本発明による膜濾過設備の制御装置の第２実施形態である膜濾過システムを示すブロック図である。なお、この図において、図１の各部と対応する部分には、同じ符号が付してある。 << Second Embodiment >>
FIG. 5 is a block diagram showing a membrane filtration system which is a second embodiment of the control device for membrane filtration equipment according to the present invention. In this figure, parts corresponding to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.

この図に示す膜濾過システム１ｂが図１に示す膜濾過システム１ａと異なる点は、一般回線、専用回線などによって構成される通信回線３６を用いて、膜濾過設備５と、制御装置６とを接続し、膜濾過設備５で得られた各測定信号を膜濾過設備５→通信回線３６→制御装置６なる経路で、制御装置６に供給するとともに、制御装置６から出力される制御信号を制御装置６→通信回線３６→膜濾過設備５なる経路で、膜濾過設備５に供給するようにしたことである。   The membrane filtration system 1b shown in this figure is different from the membrane filtration system 1a shown in FIG. 1 in that the membrane filtration equipment 5 and the control device 6 are connected using a communication line 36 constituted by a general line, a dedicated line, or the like. Connect each measurement signal obtained by the membrane filtration equipment 5 to the control device 6 through the path of the membrane filtration equipment 5 → the communication line 36 → the control device 6 and control the control signal output from the control device 6 This means that the supply to the membrane filtration equipment 5 is made through the route of the device 6 → the communication line 36 → the membrane filtration equipment 5.

これにより、膜濾過設備５と、制御装置６とを離し、制御装置６をＡＳＰ（Application Service Provider）として機能させ、１台の制御装置６で、複数の膜濾過設備５を遠隔制御することができる。   Thereby, the membrane filtration equipment 5 and the control device 6 are separated, the control device 6 functions as an ASP (Application Service Provider), and a single control device 6 can remotely control a plurality of membrane filtration equipment 5. it can.

このように、この第２実施形態では、公衆電話回線、または専用回線などの通信回線３６を用いて、膜濾過設備５と、前記制御装置６とを接続し、膜濾過設備５→通信回線３６→制御装置６なる経路で、計測信号を供給するとともに、制御装置６→通信回線３６→膜濾過設備５なる経路で、制御信号を供給し、膜濾過設備５を遠隔制御するようにしている。このため、膜濾過設備５に隣接した場所のみならず、遠隔地点から複数の膜濾過設備５を遠隔制御することができ、これによって膜濾過設備５を運転する際の人件費などを大幅に削減することができる。   As described above, in the second embodiment, the membrane filtration facility 5 and the control device 6 are connected using the communication line 36 such as a public telephone line or a dedicated line, and the membrane filtration facility 5 → the communication line 36. The measurement signal is supplied through the path of the control device 6 and the control signal is supplied through the path of the control device 6 → the communication line 36 → the membrane filtration equipment 5 to remotely control the membrane filtration equipment 5. For this reason, it is possible to remotely control a plurality of membrane filtration facilities 5 not only at a location adjacent to the membrane filtration facility 5 but also from a remote point, thereby greatly reducing labor costs when operating the membrane filtration facility 5 can do.

《他の実施形態》
また、上述した実施の各実施形態においては、１日を複数に分割した所定の時間帯ごとに運用計画を求めるようにしているが、膜濾過システム２０の規模が大きくなく、計算量が少ないときには、１日の始まりに、１日分の運用計画を求め、各時間毎に、運用計画と、実際の運用内容との誤差を検知し、この検知結果に基づき、運用計画を修正するようにしても良い。 << Other embodiments >>
Further, in each of the above-described embodiments, an operation plan is obtained for each predetermined time period obtained by dividing a day into a plurality of times. However, when the scale of the membrane filtration system 20 is not large and the amount of calculation is small At the beginning of the day, obtain an operation plan for one day, detect an error between the operation plan and the actual operation content every hour, and correct the operation plan based on the detection result. Also good.

また、上述した実施形態では、各膜ユニット２に供給した膜供給水の一部を各膜供給水槽９に戻すようにしているが、各膜ユニット２に供給した膜供給水の全量を濾過する全量濾過方式で膜供給水を濾過するようにしても良い。この場合、各膜供給水槽９への循環ラインを省略して、膜濾過設備５を簡素化することができる。   In the above-described embodiment, a part of the membrane supply water supplied to each membrane unit 2 is returned to each membrane supply water tank 9, but the total amount of the membrane supply water supplied to each membrane unit 2 is filtered. You may make it filter membrane supply water by a total amount filtration system. In this case, the membrane filtration facility 5 can be simplified by omitting the circulation line to each membrane supply water tank 9.

また、上述した各実施形態では、各膜ユニット２の各膜モジュール１２の表面にファウリング物質が付着したとき、各逆洗浄水ポンプ２０を動作して、濾過時の通水方向とは逆方向から各膜ユニット２に膜濾過水を流し、各膜モジュール１２の表面に付着したファウリング物質を剥離するようにしているが、他の物理洗浄法、例えばエアスクラビング法、フラッシング法、機械的洗浄法などを用いて、各膜モジュール１２の表面に付着したファウリング物質を剥離するようにしても良い。   Moreover, in each embodiment mentioned above, when a fouling substance adheres to the surface of each membrane module 12 of each membrane unit 2, each reverse washing water pump 20 is operated and it is a direction opposite to the water flow direction at the time of filtration. The membrane filtration water is allowed to flow through each membrane unit 2 to peel off the fouling material adhering to the surface of each membrane module 12, but other physical cleaning methods such as air scrubbing method, flushing method, mechanical cleaning, etc. The fouling substance adhering to the surface of each membrane module 12 may be peeled off using a method or the like.

また、上述した各実施形態では、大規模な膜濾過システム、または中規模な膜濾過システムで通常、使用されているオンサイト／オンライン方式で、各膜モジュール１２を物理洗浄、薬品洗浄するようにしているが、小規模な膜濾過システムなどのように各膜モジュール１２の数が少ないときには、膜濾過設備５から各膜モジュール１２を取り外し、膜濾過設備５内、あるいは膜濾過設備５外で、各膜モジュール１２を物理洗浄、薬品洗浄するようにしても良い。   In each of the above-described embodiments, each membrane module 12 is physically cleaned and chemically cleaned by an on-site / on-line method that is usually used in a large-scale membrane filtration system or a medium-scale membrane filtration system. However, when the number of each membrane module 12 is small, such as a small membrane filtration system, each membrane module 12 is removed from the membrane filtration equipment 5 and inside the membrane filtration equipment 5 or outside the membrane filtration equipment 5, Each membrane module 12 may be subjected to physical cleaning or chemical cleaning.

本発明による膜濾過設備の制御装置の第１実施形態である膜濾過システムを示すブロック図。The block diagram which shows the membrane filtration system which is 1st Embodiment of the control apparatus of the membrane filtration equipment by this invention. 図１に示す遺伝的アルゴリズム実行部が運用計画を作成するとき、使用する各膜ユニットの入出力特性例を示す模式図。The schematic diagram which shows the example of the input-output characteristic of each film | membrane unit used when the genetic algorithm execution part shown in FIG. 1 produces an operation plan. 図１に示す遺伝的アルゴリズム実行部が運用計画を作成するとき、使用するマトリックス表の一例を示す模式図。The schematic diagram which shows an example of the matrix table | surface used when the genetic algorithm execution part shown in FIG. 1 produces an operation plan. 図１に示す遺伝的アルゴリズム実行部の運用計画動作例を示すフローチャート。The flowchart which shows the operation plan operation example of the genetic algorithm execution part shown in FIG. 本発明による膜濾過設備の制御装置の第２実施形態である膜濾過システムを示すブロック図。The block diagram which shows the membrane filtration system which is 2nd Embodiment of the control apparatus of the membrane filtration equipment by this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１ａ、１ｂ：膜濾過システム
２：膜ユニット
３：水道水源
４：需要家
５：膜濾過設備
６：制御装置
７：センサ（蛍光分析計、濁度計、吸光度計、全有機炭素計、液体クロマトグラフィ）
８：前処理装置
９：膜供給水槽
１０：膜供給水ポンプ
１１、１３、１５、１９、２１：流量計
１２：膜モジュール
１４、１７：バルブ
１６：薬品貯留槽
１８：膜濾過水槽
２０：逆洗浄水ポンプ
２３：プロセス入出力部
２４：水質検知部
２５：破断検知部
２６：目詰まり検知部
２７：ヒューマン・インタフェース部
２８：水需要実績記憶部
２９：水需要予測部
３０：遺伝的アルゴリズム実行部（運用計画作成部）
３１：数理計画法実行部（運用計画作成部）
３２：運用計画部（運用計画作成部）
３３：膜濾過設備制御部
３４、３５：マトリックス表
３６：通信回線 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a, 1b: Membrane filtration system 2: Membrane unit 3: Tap water source 4: Consumer 5: Membrane filtration equipment 6: Control device 7: Sensor (fluorescence analyzer, turbidimeter, absorbance meter, total organic carbon meter, liquid chromatography )
8: Pretreatment device 9: Membrane supply water tank 10: Membrane supply water pump 11, 13, 15, 19, 21: Flow meter 12: Membrane module 14, 17: Valve 16: Chemical storage tank 18: Membrane filtration water tank 20: Reverse Washing water pump 23: Process input / output unit 24: Water quality detection unit 25: Break detection unit 26: Clogging detection unit 27: Human interface unit 28: Water demand record storage unit 29: Water demand prediction unit 30: Genetic algorithm execution Department (Operation Planning Department)
31: Mathematical programming execution department (operation plan creation department)
32: Operation Planning Department (Operation Planning Department)
33: Membrane filtration equipment control unit 34, 35: Matrix table 36: Communication line

Claims (7)

複数本の膜モジュールから構成される複数の膜ユニット、前記膜ユニットで処理される膜供給水を貯留する複数の膜供給水槽および前記膜ユニットで処理された膜濾過水を貯留する複数の膜濾過水槽を有する膜濾過設備を制御する装置において、
前記膜モジュールの目詰まりを検知する検知部と、
過去の水需要実績を記憶するとともに、前記検知部で検知したデータを記憶する水需要実績記憶部と、
この水需要実績記憶部に記憶されている水需要実績に基づいて、これからの水需要を予測する水需要予測部と、
膜濾過設備における運転に応じて定められる所定の制約条件を満たすとともに、前記水需要予測部で予測された水需要量を利用して定められる各膜ユニットへの膜供給水の供給量で示される目的関数、各膜ユニットへの膜供給水の供給量の変化で示される目的関数、各膜濾過槽についての水位値と水位の目標値で示される目的関数および各膜供給槽についての水位値と水位の目標値で示される目的関数の和を最小化するように前記膜濾過設備の運用計画を求めるとともに、前記膜モジュールを使用する前の測定データ、または薬液によって再生処理した直後の測定データを初期値として、各測定データと初期値との差分を求め、各差分の経時変化に基づき、求めた運用計画を修正する運用計画作成部と、
この運用計画作成部により求められた運用計画に基づいて前記膜濾過設備を制御する濾過膜設備制御部と、
を備えたことを特徴とする膜濾過設備の制御装置。 A plurality of membrane units composed of a plurality of membrane modules, a plurality of membrane supply water tanks for storing the membrane supply water treated by the membrane units, and a plurality of membrane filtrations for storing the membrane filtrate treated by the membrane units In an apparatus for controlling a membrane filtration facility having a water tank ,
A detection unit for detecting clogging of the membrane module;
While storing past water demand results, a water demand result storage unit for storing data detected by the detection unit;
Based on the water demand record stored in this water demand record storage unit, a water demand prediction unit that predicts future water demand,
In addition to satisfying predetermined constraint conditions determined according to the operation of the membrane filtration facility, the supply amount of the membrane supply water to each membrane unit determined by using the water demand predicted by the water demand prediction unit is indicated. Objective function, objective function indicated by change in supply amount of membrane feed water to each membrane unit, objective function indicated by water level value and target value for each membrane filtration tank, and water level value for each membrane supply tank While obtaining an operation plan of the membrane filtration equipment so as to minimize the sum of the objective functions indicated by the target value of the water level, measurement data before using the membrane module or measurement data immediately after being regenerated with a chemical solution is obtained. As an initial value, obtain a difference between each measurement data and the initial value, and based on the change over time of each difference, an operation plan creation unit that corrects the obtained operation plan,
A filtration membrane facility control unit that controls the membrane filtration facility based on the operation plan obtained by the operation plan creation unit;
A control apparatus for membrane filtration equipment, comprising: 複数本の膜モジュールから構成される複数の膜ユニット、前記膜ユニットで処理される膜供給水を貯留する複数の膜供給水槽および前記膜ユニットで処理された膜濾過水を貯留する複数の膜濾過水槽を有する膜濾過設備を制御する装置において、
過去の水需要実績を記憶する水需要実績記憶部と、
この水需要実績記憶部に記憶されている水需要実績に基づいて、これからの水需要を予測する水需要予測部と、
前記膜モジュールが破断したことを検知する破断検知部と、
膜濾過設備における運転に応じて定められる所定の制約条件を満たすとともに、前記水需要予測部で予測された水需要量を利用して定められる各膜ユニットへの膜供給水の供給量で示される目的関数、各膜ユニットへの膜供給水の供給量の変化で示される目的関数、各膜濾過槽についての水位値と水位の目標値で示される目的関数および各膜供給槽についての水位値と水位の目標値で示される目的関数の和を最小化するように前記膜濾過設備の運用計画を求めるとともに、前記破断検知部の検知結果を使用して求めた運用計画を修正する運用計画作成部と、
この運用計画作成部により求められた運用計画に基づいて前記膜濾過設備を制御する濾過膜設備制御部と、
を備えたことを特徴とする膜濾過設備の制御装置。 A plurality of membrane units composed of a plurality of membrane modules, a plurality of membrane supply water tanks for storing the membrane supply water treated by the membrane units, and a plurality of membrane filtrations for storing the membrane filtrate treated by the membrane units In an apparatus for controlling a membrane filtration facility having a water tank ,
A water demand record storage unit for storing past water demand results;
Based on the water demand record stored in this water demand record storage unit, a water demand prediction unit that predicts future water demand,
A break detecting unit for detecting that the membrane module is broken;
In addition to satisfying predetermined constraint conditions determined according to the operation of the membrane filtration facility, the supply amount of the membrane supply water to each membrane unit determined by using the water demand predicted by the water demand prediction unit is indicated. Objective function, objective function indicated by change in supply amount of membrane feed water to each membrane unit, objective function indicated by water level value and target value for each membrane filtration tank, and water level value for each membrane supply tank An operation plan creation unit that obtains an operation plan of the membrane filtration facility so as to minimize the sum of the objective functions indicated by the target value of the water level and corrects the operation plan obtained by using the detection result of the breakage detection unit When,
A filtration membrane facility control unit that controls the membrane filtration facility based on the operation plan obtained by the operation plan creation unit;
A control apparatus for membrane filtration equipment, comprising: 複数本の膜モジュールから構成される複数の膜ユニット、前記膜ユニットで処理される膜供給水を貯留する複数の膜供給水槽および前記膜ユニットで処理された膜濾過水を貯留する複数の膜濾過水槽を有する膜濾過設備を制御する装置において、
過去の水需要実績を記憶する水需要実績記憶部と、
この水需要実績記憶部に記憶されている水需要実績に基づいて、これからの水需要を予測する水需要予測部と、
前記各膜ユニット内に配置され、膜供給水および膜濾過水、あるいは前記膜モジュールの逆洗浄処理によって排出される逆洗浄水の全有機炭素を測定する全有機炭素計と、
前記全有機炭素計の測定結果に基づき、前記膜モジュールに供給される膜供給水および膜濾過水、あるいは前記膜モジュールの逆洗浄処理によって排出される逆洗浄水の水質情報を検知する水質検知部と、
膜濾過設備における運転に応じて定められる所定の制約条件を満たすとともに、前記水需要予測部で予測された水需要量を利用して定められる各膜ユニットへの膜供給水の供給量で示される目的関数、各膜ユニットへの膜供給水の供給量の変化で示される目的関数、各膜濾過槽についての水位値と水位の目標値で示される目的関数および各膜供給槽についての水位値と水位の目標値で示される目的関数の和を最小化するように前記膜濾過設備の運用計画を求めるとともに、前記水質検知部で得られた水質情報を使用して求めた運用計画を修正する運用計画作成部と、
この運用計画作成部により求められた運用計画に基づいて前記膜濾過設備を制御する濾過膜設備制御部と、
を備えたことを特徴とする膜濾過設備の制御装置。 A plurality of membrane units composed of a plurality of membrane modules, a plurality of membrane supply water tanks for storing the membrane supply water treated by the membrane units, and a plurality of membrane filtrations for storing the membrane filtrate treated by the membrane units In an apparatus for controlling a membrane filtration facility having a water tank ,
A water demand record storage unit for storing past water demand results;
Based on the water demand record stored in this water demand record storage unit, a water demand prediction unit that predicts future water demand,
A total organic carbon meter that is arranged in each membrane unit and measures the total organic carbon of membrane feed water and membrane filtrate water, or backwash water discharged by backwash processing of the membrane module;
Based on the measurement result of the total organic carbon meter, a water quality detection unit that detects water quality information of membrane supply water and membrane filtered water supplied to the membrane module or backwash water discharged by backwash processing of the membrane module When,
In addition to satisfying predetermined constraint conditions determined according to the operation of the membrane filtration facility, the supply amount of the membrane supply water to each membrane unit determined by using the water demand predicted by the water demand prediction unit is indicated. Objective function, objective function indicated by change in supply amount of membrane feed water to each membrane unit, objective function indicated by water level value and target value for each membrane filtration tank, and water level value for each membrane supply tank An operation for obtaining an operation plan for the membrane filtration facility so as to minimize the sum of the objective functions indicated by the target value of the water level and correcting the operation plan obtained using the water quality information obtained by the water quality detection unit. The planning department,
A filtration membrane facility control unit that controls the membrane filtration facility based on the operation plan obtained by the operation plan creation unit;
A control apparatus for membrane filtration equipment, comprising: 複数本の膜モジュールから構成される複数の膜ユニット、前記膜ユニットで処理される膜供給水を貯留する複数の膜供給水槽および前記膜ユニットで処理された膜濾過水を貯留する複数の膜濾過水槽を有する膜濾過設備を制御する装置において、
過去の水需要実績を記憶する水需要実績記憶部と、
この水需要実績記憶部に記憶されている水需要実績に基づいて、これからの水需要を予測する水需要予測部と、
前記各膜ユニット内に配置され、膜供給水および膜濾過水、あるいは前記膜モジュールの逆洗浄処理によって排出される逆洗浄水の溶解性成分濃度を測定する液体クロマトグラフィと、
前記液体クロマトグラフィ濁度計の測定結果に基づき、膜供給水および膜濾過水、あるいは膜モジュールの逆洗浄処理によって排出される逆洗浄水の水質情報を検知する水質検知部と、
膜濾過設備における運転に応じて定められる所定の制約条件を満たすとともに、前記水需要予測部で予測された水需要量を利用して定められる各膜ユニットへの膜供給水の供給量で示される目的関数、各膜ユニットへの膜供給水の供給量の変化で示される目的関数、各膜濾過槽についての水位値と水位の目標値で示される目的関数および各膜供給槽についての水位値と水位の目標値で示される目的関数の和を最小化するように前記膜濾過設備の運用計画を求めるとともに、前記水質検知部で得られた水質情報を使用して求めた運用計画を修正する運用計画作成部と、
この運用計画作成部により求められた運用計画に基づいて前記膜濾過設備を制御する濾過膜設備制御部と、
を備えたことを特徴とする膜濾過設備の制御装置。 A plurality of membrane units composed of a plurality of membrane modules, a plurality of membrane supply water tanks for storing the membrane supply water treated by the membrane units, and a plurality of membrane filtrations for storing the membrane filtrate treated by the membrane units In an apparatus for controlling a membrane filtration facility having a water tank ,
A water demand record storage unit for storing past water demand results;
Based on the water demand record stored in this water demand record storage unit, a water demand prediction unit that predicts future water demand,
Liquid chromatography that is disposed in each membrane unit and measures the concentration of soluble components of membrane feed water and membrane filtrate, or backwash water discharged by backwash processing of the membrane module;
Based on the measurement result of the liquid chromatography turbidimeter, a water quality detection unit that detects water quality information of backwash water discharged by backwash processing of membrane supply water and membrane filtrate water, or a membrane module;
In addition to satisfying predetermined constraint conditions determined according to the operation of the membrane filtration facility, the supply amount of the membrane supply water to each membrane unit determined by using the water demand predicted by the water demand prediction unit is indicated. Objective function, objective function indicated by change in supply amount of membrane feed water to each membrane unit, objective function indicated by water level value and target value for each membrane filtration tank, and water level value for each membrane supply tank An operation for obtaining an operation plan for the membrane filtration facility so as to minimize the sum of the objective functions indicated by the target value of the water level and correcting the operation plan obtained using the water quality information obtained by the water quality detection unit. The planning department,
A filtration membrane facility control unit that controls the membrane filtration facility based on the operation plan obtained by the operation plan creation unit;
A control apparatus for membrane filtration equipment, comprising: 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の膜濾過設備の制御装置において、
前記水需要予測部に、今後所定時間後の水需要予測の累積誤差を求める機能を持たせ、
前記水需要予測部で得られた所定時間後の水需要予測の累積誤差に基づいて、水需要予測を修正する、
ことを特徴とする膜濾過設備の制御装置。 In the control apparatus of the membrane filtration equipment of any one of Claims 1 thru | or 4,
The water demand prediction unit has a function to calculate a cumulative error of water demand prediction after a predetermined time in the future,
Correcting the water demand prediction based on the accumulated error of the water demand prediction after a predetermined time obtained in the water demand prediction unit;
A control device for membrane filtration equipment. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の膜濾過設備の制御装置において、
前記運用計画作成部は、１日を複数に分割した所定の時間帯毎に、前記膜濾過設備の運用計画を求める、
ことを特徴とする膜濾過設備の制御装置。 In the control apparatus of the membrane filtration equipment according to any one of claims 1 to 5,
The operation plan creation unit obtains an operation plan for the membrane filtration facility for each predetermined time period divided into a plurality of days.
A control device for membrane filtration equipment. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の膜濾過設備の制御装置において、
前記膜濾過設備と通信回線で接続され、ＡＳＰ（Application Service Provider）として動作して前記膜濾過設備を遠隔制御する、
ことを特徴とする膜濾過設備の制御装置。 In the control apparatus of the membrane filtration equipment of any one of Claims 1 thru | or 6,
Connected to the membrane filtration facility via a communication line, and operates as an ASP (Application Service Provider) to remotely control the membrane filtration facility;
A control device for membrane filtration equipment.
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