JP5034326B2 - Membrane filtration prediction method and membrane filtration prediction program - Google Patents

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本発明は、被ろ過液を膜によってろ過する際に発生する膜ろ過抵抗の時間変化、膜ろ過流量の時間変化、膜間差圧の時間変化を予測する方法、及び予測プログラムに関する。
The present invention, time changes in membrane filtration resistance generated when the filtration by membrane to be filtered liquid, time changes in membrane filtration flow rate, a method of predicting the time variation of the transmembrane pressure difference relates及 beauty prediction program.

液体を分離膜によってろ過する方法は、被ろ過液である液体と分離膜を接触させ、被ろ過液側から加圧もしくは透過側を負圧にしてろ過液を得る方法である。このとき、被ろ過液に含まれる非膜透過物質が膜表面に付着し、付着した物質が膜ろ過抵抗増加を引き起こすこととなる。膜ろ過抵抗が大きくなると、一定の膜ろ過圧力を加えることにより膜ろ過を行う場合には、膜ろ過流量が低減し、膜ろ過流量を一定として膜ろ過を行う場合には、膜間差圧が増大する。前者の場合には、計画していた流量が確保できないこととなり、後者の場合には圧力を増加させるためのエネルギーが必要となると同時に分離膜に対する負担が増加する。このような膜ろ過抵抗の増加挙動は、膜ろ過条件によって大きく影響を受け、膜ろ過を継続して行うための重要な因子である。すなわち、膜ろ過抵抗や、膜ろ過流量や、膜間差圧の時間変化を的確に予測することができれば、効率的かつ安定的なろ過を行うための膜ろ過条件を見いだすことが可能となる。   The method of filtering a liquid through a separation membrane is a method of obtaining a filtrate by bringing the liquid that is the liquid to be filtered into contact with the separation membrane and applying pressure from the liquid to be filtered side or a negative pressure on the permeate side. At this time, the non-membrane permeable substance contained in the liquid to be filtered adheres to the membrane surface, and the adhered substance causes an increase in membrane filtration resistance. When membrane filtration resistance is increased, when membrane filtration is performed by applying a constant membrane filtration pressure, the membrane filtration flow rate decreases, and when membrane filtration is performed at a constant membrane filtration flow rate, the transmembrane pressure difference is reduced. Increase. In the former case, the planned flow rate cannot be secured, and in the latter case, energy for increasing the pressure is required and at the same time the burden on the separation membrane increases. Such an increase in membrane filtration resistance is greatly influenced by membrane filtration conditions and is an important factor for continuing membrane filtration. That is, if it is possible to accurately predict changes in membrane filtration resistance, membrane filtration flow rate, and transmembrane pressure difference over time, it becomes possible to find membrane filtration conditions for efficient and stable filtration.

また、このような膜ろ過抵抗の増加を抑制する方法として、膜下方部に設置された散気装置によって膜表面を曝気する、ポンプなどを利用して膜表面と水平方向に被ろ過液を流動させる、分離膜を移動または振動させるなど、膜表面を洗浄しながら膜ろ過する方法がある。このような膜ろ過方法において、膜洗浄を十分に行うことによって膜ろ過抵抗の増加を抑制することが可能となるのであるが、このような膜表面の洗浄にはエネルギーを必要とし、必要以上に膜洗浄を行うことは、運転コストを増大させることになる。すなわち、必要十分に膜表面洗浄を行うことが膜ろ過装置の運転適正化にとって重要である。   In addition, as a method of suppressing such an increase in membrane filtration resistance, the liquid to be filtered flows in a direction parallel to the membrane surface using a pump that aerates the membrane surface with an air diffuser installed at the lower part of the membrane. There is a method of performing membrane filtration while washing the membrane surface, for example, allowing the separation membrane to move or vibrate. In such a membrane filtration method, it is possible to suppress an increase in membrane filtration resistance by sufficiently washing the membrane, but such membrane surface cleaning requires energy and is more than necessary. Performing membrane cleaning increases operating costs. In other words, it is important for proper operation of the membrane filtration apparatus to perform necessary and sufficient membrane cleaning.

また、ろ過を一時中断して薬液などによる膜面洗浄も行われる場合がある。この場合、運転の一時中断に伴いろ過運転効率が低下し、薬液コストもかかるため、膜洗浄をどのタイミングで行うかが重要である。
そこで、ろ過中の膜ろ過抵抗の時間変化を的確に予測することができれば、定量的な膜ろ過条件を決定することができるため非常に有効である。例えば、膜ろ過抵抗の増加を抑制するために必要な最小限の曝気風量を決定することが可能となる。
In addition, the membrane surface may be washed with a chemical solution by temporarily interrupting the filtration. In this case, the filtration operation efficiency is reduced due to the temporary interruption of the operation, and the cost of the chemical solution is increased. Therefore, it is important at which timing the membrane cleaning is performed.
Therefore, if the time change of the membrane filtration resistance during filtration can be accurately predicted, quantitative membrane filtration conditions can be determined, which is very effective. For example, it becomes possible to determine the minimum amount of aeration air necessary for suppressing an increase in membrane filtration resistance.

非特許文献1には膜ろ過抵抗を予測する数式モデルが開示されている。非特許文献1によれば、ろ過膜に付着する細胞外高分子物質量(以下、EPSという)の増減を数式モデルとして表現し、EPSに基づいて膜ろ過抵抗を予測することが提案されている。
H. Nagaoka, “MODELING OF BIOFOULING BY EXTRACELLULAR POLYMERS IN A MEMBRANE SEPARATION ACTIVATED SLUDGE SYSTEM", Wat. Sci. Tech. Vol.38, No.4-5, pp497-504,1998.
Non-Patent Document 1 discloses a mathematical model for predicting membrane filtration resistance. According to Non-Patent Document 1, it is proposed to express the increase and decrease of the amount of extracellular polymer substance (hereinafter referred to as EPS) adhering to the filtration membrane as a mathematical model and predict the membrane filtration resistance based on EPS. .
H. Nagaoka, “MODELING OF BIOFOULING BY EXTRACELLULAR POLYMERS IN A MEMBRANE SEPARATION ACTIVATED SLUDGE SYSTEM”, Wat. Sci. Tech. Vol.38, No.4-5, pp497-504,1998.

しかしながら、非特許文献1に基づく膜ろ過抵抗予測では次のような問題点があった。   However, the membrane filtration resistance prediction based on Non-Patent Document 1 has the following problems.

第一には、EPSの測定には専門的な知識と装置、労力、時間が必要であり、実際の膜ろ過運転においてはEPSを容易に測定することができない。このため、EPSを測定して予測を行ったとしてもデータが不足して予測精度が低下したり、データを十分に収集するのに時間がかかったりするため、膜ろ過抵抗を予測してもろ過条件を修正変更するタイミングを逸してしまうことになり易い。   First, the measurement of EPS requires specialized knowledge, equipment, labor, and time, and EPS cannot be easily measured in an actual membrane filtration operation. For this reason, even if the EPS is measured and predicted, the data will be insufficient and the prediction accuracy will decrease, and it will take time to collect enough data. It is easy to miss the timing for modifying and changing the conditions.

第二には、被ろ過液中の固形成分が考慮されていないため、膜ろ過抵抗予測精度が十分ではない点である。被ろ過液中の固形成分は膜に付着すれば膜ろ過抵抗の上昇に寄与し、また膜から剥離しやすいため、膜に付着した上清成分を巻き込んでともに剥離する。従って、被ろ過液中の固形成分の影響を考慮していない非特許文献1の方法では、精度良い予測は困難である。   Secondly, since the solid component in the liquid to be filtered is not taken into account, the membrane filtration resistance prediction accuracy is not sufficient. If the solid component in the liquid to be filtered adheres to the membrane, it contributes to an increase in membrane filtration resistance, and easily peels off from the membrane. Therefore, accurate prediction is difficult with the method of Non-Patent Document 1 that does not consider the influence of the solid component in the liquid to be filtered.

そこで、本発明の目的は、被ろ過液を膜によってろ過する際に発生する膜ろ過抵抗、膜ろ過流量、膜間差圧の時間変化を精度良く予測する方法、及び予測プログラムを提供することにある。
Therefore, the purpose of the present invention, to provide a method, a beauty prediction program for predicting membrane filtration resistance generated when the filtration by membrane to be filtered liquid, membrane filtration flow rate, the time variation of the transmembrane pressure difference accurately It is in.

上記課題を解決するために、本発明の膜ろ過装置における膜ろ過予測方法は、以下の構成のいずれかからなる。
(1) 分離膜の被ろ過液側と透過液側の圧力差(以下、膜間差圧という)を駆動力として、被ろ過液を分離膜によってろ過する膜ろ過方法において、膜ろ過流量(流束)を設定値に制御しつつ膜ろ過を継続する際、膜ろ過抵抗の経時的変化及び/又は膜間差圧の経時的変化を予測する膜ろ過予測方法であって、
膜ろ過予測計算のための数値として、少なくとも、膜ろ過流量(流束)の設定値、膜ろ過抵抗の初期値、および、被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を用いること、
少なくとも下記の計算ステップ1と計算ステップ2及び/又は計算ステップ3とを行うことにより、任意の時刻における膜ろ過抵抗値及び/又は膜間差圧値を求めること、
(計算ステップ1) 任意の時刻において分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を算出する、
(計算ステップ2) 少なくとも、計算ステップ1で求めた分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を用いて、任意の時刻における膜ろ過抵抗値を算出する、
(計算ステップ3) 少なくとも、計算ステップ1で求めた分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を用いて、又は、計算ステップ2で求めた膜ろ過抵抗値を用いて、任意の時刻における膜間差圧値を算出する、
さらに、時刻を更新しながら前記計算ステップを繰り返し行うことによって、膜ろ過抵抗の経時的変化、及び/又は、膜間差圧の経時的変化を求め、
該計算ステップ1が、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量及び/又は固形成分物質量の、所定時間内における変化量に基づく計算ステップであって、
計算ステップ1における計算式が、被ろ過液の上清成分物及び/又は固形成分物が分離膜に付着する速度の項と、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物及び/又は固形成分物が分離膜から剥離する速度の項とを含み、
前記分離膜に付着する速度は、膜間差圧値若しくは膜ろ過流量(流束)値と、被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値とを用いて算出され、かつ、
前記分離膜から剥離する速度は、膜間差圧値若しくは膜ろ過流量(流束)値と、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値の2次関数とを用いて算出されることを特徴とする膜ろ過予測方法。
In order to solve the above problems, the membrane filtration prediction method in the membrane filtration device of the present invention has any of the following configurations.
(1) In a membrane filtration method in which a filtrate is filtered through a separation membrane using a pressure difference between the filtrate side and permeate side of the separation membrane (hereinafter referred to as transmembrane pressure difference) as a driving force, A membrane filtration prediction method for predicting a change in membrane filtration resistance over time and / or a change in transmembrane pressure difference over time when membrane filtration is continued while controlling the bundle) to a set value,
As numerical values for the membrane filtration prediction calculation, at least the setting value of the membrane filtration flow rate (flux), the initial value of the membrane filtration resistance, the supernatant component substance amount value and / or the solid component substance amount value of the liquid to be filtered Using
Obtaining a membrane filtration resistance value and / or a transmembrane pressure value at an arbitrary time by performing at least the following calculation step 1 and calculation step 2 and / or calculation step 3;
(Calculation step 1) Calculate the supernatant component substance amount value and / or the solid component substance amount value of the liquid to be filtered adhering to the separation membrane at an arbitrary time,
(Calculation step 2) At least the membrane filtration resistance value at any time using the supernatant component substance amount value and / or solid component substance amount value of the liquid to be filtered adhering to the separation membrane obtained in calculation step 1 To calculate,
(Calculation step 3) At least using the supernatant component substance amount value and / or the solid component substance amount value of the liquid to be filtered adhering to the separation membrane obtained in calculation step 1 or obtained in calculation step 2 Using the membrane filtration resistance value, calculate the transmembrane pressure difference value at any time,
Furthermore, by repeatedly performing the calculation step while updating the time, to determine the change over time of the membrane filtration resistance and / or the change over time of the transmembrane pressure difference,
The calculation step 1 is a calculation step based on an amount of change in a supernatant component substance amount and / or a solid component substance amount of a liquid to be filtered adhering to a separation membrane within a predetermined time,
The calculation formula in calculation step 1 includes a term of a rate at which the supernatant component and / or solid component of the filtrate to be attached to the separation membrane, and a supernatant component of the filtrate to be filtered attached to the separation membrane and / or Or a term of the rate at which the solid component peels from the separation membrane,
The rate of adhering to the separation membrane is calculated using the transmembrane pressure difference value or the membrane filtration flow rate (flux) value, the supernatant component substance amount value and / or the solid component substance amount value of the liquid to be filtered, And,
The separation rate from the separation membrane includes the transmembrane pressure value or the membrane filtration flow rate (flux) value, the supernatant component substance amount value and / or the solid component substance amount value of the liquid to be filtered attached to the separation membrane. membrane filtration prediction method characterized in that it is calculated using a secondary function number.

(2) 分離膜の被ろ過液側と透過液側の圧力差(以下、膜間差圧という)を駆動力として、被ろ過液を分離膜によってろ過する膜ろ過方法において、膜間差圧を設定値に制御しつつ膜ろ過を継続する際、膜ろ過抵抗の経時的変化及び/又は膜ろ過流量(流束)の経時的変化を予測する膜ろ過予測方法であって、
膜ろ過予測計算のための数値として、少なくとも、膜間差圧の設定値、膜ろ過抵抗の初期値、および、被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を用いること、
少なくとも、下記の計算ステップ1と計算ステップ2及び/又は計算ステップ4とを行うことにより、任意の時刻における膜ろ過抵抗値及び/又は膜ろ過流量(流束)を求めること、
(計算ステップ1) 任意の時刻において分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を算出する、
(計算ステップ2) 少なくとも、計算ステップ1で求めた分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を用いて、任意の時刻における膜ろ過抵抗値を算出する、
(計算ステップ4) 少なくとも、計算ステップ1で求めた分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値膜を用いて、又は、計算ステップ2で求めた膜ろ過抵抗値を用いて、任意の時刻における膜ろ過流量(流束)値を算出する、
さらに、時刻を更新しながら前記計算ステップを繰り返し行うことによって、膜ろ過抵抗の経時的変化、及び/又は、膜ろ過流量(流束)の経時的変化を求め、
該計算ステップ1が、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量及び/又は固形成分物質量の、所定時間内における変化量に基づく計算ステップであって、
計算ステップ1における計算式が、被ろ過液の上清成分物及び/又は固形成分物が分離膜に付着する速度の項と、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物及び/又は固形成分物が分離膜から剥離する速度の項とを含み、
前記分離膜に付着する速度は、膜間差圧値若しくは膜ろ過流量(流束)値と、被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値とを用いて算出され、かつ、
前記分離膜から剥離する速度は、膜間差圧値若しくは膜ろ過流量(流束)値と、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値の2次関数とを用いて算出されることを特徴とする膜ろ過予測方法。
(2) In a membrane filtration method in which the filtrate is filtered through a separation membrane using the pressure difference between the filtrate to be filtered and the permeate side (hereinafter referred to as transmembrane pressure difference) as a driving force, A membrane filtration prediction method for predicting a change over time in membrane filtration resistance and / or a change over time in membrane filtration flow rate (flux) when membrane filtration is continued while controlling to a set value,
Use at least the setting value of the transmembrane pressure difference, the initial value of the membrane filtration resistance, and the supernatant component substance amount value and / or the solid component substance amount value of the liquid to be filtered as numerical values for the membrane filtration prediction calculation. ,
At least calculating the membrane filtration resistance value and / or the membrane filtration flow rate (flux) at an arbitrary time by performing the following calculation step 1 and calculation step 2 and / or calculation step 4;
(Calculation step 1) Calculate the supernatant component substance amount value and / or the solid component substance amount value of the liquid to be filtered adhering to the separation membrane at an arbitrary time,
(Calculation step 2) At least the membrane filtration resistance value at any time using the supernatant component substance amount value and / or solid component substance amount value of the liquid to be filtered adhering to the separation membrane obtained in calculation step 1 To calculate,
(Calculation step 4) At least using the supernatant component substance amount value and / or solid component substance amount value membrane of the liquid to be filtered adhering to the separation membrane obtained in calculation step 1 or obtaining in calculation step 2 The membrane filtration flow rate (flux) value at an arbitrary time is calculated using the membrane filtration resistance value.
Furthermore, by repeatedly performing the calculation step while updating the time, obtain the change over time of the membrane filtration resistance and / or change over time of the membrane filtration flow rate (flux),
The calculation step 1 is a calculation step based on an amount of change in a supernatant component substance amount and / or a solid component substance amount of a liquid to be filtered adhering to a separation membrane within a predetermined time,
The calculation formula in calculation step 1 includes a term of a rate at which the supernatant component and / or solid component of the filtrate to be attached to the separation membrane, and a supernatant component of the filtrate to be filtered attached to the separation membrane and / or Or a term of the rate at which the solid component peels from the separation membrane,
The rate of adhering to the separation membrane is calculated using the transmembrane pressure difference value or the membrane filtration flow rate (flux) value, the supernatant component substance amount value and / or the solid component substance amount value of the liquid to be filtered, And,
The separation rate from the separation membrane includes the transmembrane pressure value or the membrane filtration flow rate (flux) value, the supernatant component substance amount value and / or the solid component substance amount value of the liquid to be filtered attached to the separation membrane. membrane filtration prediction method characterized in that it is calculated using a secondary function number.

(3) 前記計算ステップ1における計算式が、
膜間差圧値若しくは膜ろ過流量(流束)と被ろ過液中の上清成分物質量とに基づいて算出される被ろ過液中の上清成分物質が分離膜へ付着する速度と、膜間差圧値若しくは膜ろ過流量(流束)と分離膜に付着している上清成分物質量及び固形成分物質量に基づいて算出される分離膜から上清成分物質が剥離する速度との差に基づいて、所定時間後の分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量を計算する計算式を含み、かつ、
膜間差圧値若しくは膜ろ過流量(流束)と被ろ過液中の固形成分物質量とに基づいて算出される被ろ過液中の固形成分が分離膜へ付着する速度と、膜間差圧値若しくは膜ろ過流量(流束)と分離膜に付着している上清成分物質量及び固形成分物質量に基づいて算出される分離膜から固形成分が剥離する速度との差に基づいて、所定時間後の分離膜に付着している被ろ過液の固形成分物質量を計算する計算式を含むことを特徴とする(1)または(2)に記載の膜ろ過予測方法。
(3) The calculation formula in the calculation step 1 is
The rate at which the supernatant component substance in the filtrate to be filtered is calculated based on the transmembrane pressure difference or the membrane filtration flow rate (flux) and the amount of the supernatant component substance in the filtrate, and the membrane The difference between the differential pressure value or the membrane filtration flow rate (flux) and the rate of separation of the supernatant component material from the separation membrane calculated based on the amount of the supernatant component material and the solid component material adhering to the separation membrane Including a calculation formula for calculating the amount of the supernatant component substance of the liquid to be filtered adhering to the separation membrane after a predetermined time, and
The rate at which the solid components in the filtered liquid adhere to the separation membrane calculated based on the transmembrane differential pressure value or membrane filtration flow rate (flux) and the amount of solid component substances in the filtered liquid, and the transmembrane differential pressure Based on the difference between the value or the membrane filtration flow rate (flux) and the rate of separation of the solid component from the separation membrane calculated based on the amount of the supernatant component substance and the amount of the solid component substance adhering to the separation membrane The method for predicting membrane filtration according to (1) or (2), comprising a calculation formula for calculating the amount of solid component substances in the liquid to be filtered adhering to the separation membrane after time.

(4) 分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物及び/又は固形成分物が分離膜から剥離する速度を求める式が、膜洗浄力値に基づく項を含むことを特徴とする(1)〜(3)のいずれかに記載の膜ろ過予測方法。
(5) 被ろ過液が、微生物を含む混合液であることを特徴とする(1)〜(4)のいずれかに記載の膜ろ過予測方法
(4) The formula for obtaining the rate at which the supernatant component and / or solid component of the liquid to be filtered adhering to the separation membrane peels from the separation membrane includes a term based on the membrane detergency value. The membrane filtration prediction method according to any one of (1) to (3) .
(5) The membrane filtration prediction method according to any one of (1) to (4), wherein the liquid to be filtered is a mixed liquid containing microorganisms .

また、本発明の膜抵抗予測プログラムは、上記目的を達成するため、以下の構成からなる。
(6) 分離膜による被ろ過液のろ過を、膜間差圧を設定値に制御しつつ継続する際に、経時的に変化する膜ろ過抵抗値の時間変化及び/又は膜ろ過流量(流束)値の時間変化を予測するためのコンピュータプログラムであって、
膜間差圧の時系列値、被ろ過液の上清成分物質量の時系列値及び/又は固形成分物質量の時系列値、膜洗浄力の時系列値、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量及び/又は固形成分物質量の初期値、および膜ろ過抵抗の初期値を入力するデータ入力手段、
前記データ入力手段で入力された膜間差圧の時系列値、被ろ過液の上清成分物質量の時系列値及び/又は固形成分物質量の時系列値、膜洗浄力の時系列値、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量及び/又は固形成分物質量の初期値、および膜ろ過抵抗初期値を記録しておくデータ記録手段、
前記データ記録手段から任意の時刻t(ここで、i=0〜nであり、ti+1=t+Δt、t=0、nは刻み数を表す自然数。)における膜間差圧値、被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値、膜洗浄力値、および、時刻tの場合には分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量及び/又は固形成分物質量の初期値を読み出し、さらに、時刻t以外の場合には後述の成分量算出値記録手段によって前記データ記録手段に記録された時刻tにおける分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を読み出し、予め記録された付着成分量算出式を用いて、時刻ti+1における分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を算出する成分量算出手段、
前記成分量算出手段で算出された時刻ti+1における分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を記録する成分量算出値記録手段、
次の膜ろ過抵抗算出手段及び/又は膜ろ過流量(流束)算出手段
(膜ろ過抵抗算出手段) 前記データ記録手段から膜ろ過抵抗初期値を読み出し、読み出された膜ろ過抵抗初期値と成分量算出手段で算出された時刻ti+1における分離膜に付着している被ろ過液の上清成分中非膜透過物質量値及び/又は固形成分物質量値に基づいて、予め記録された膜ろ過抵抗予測値算出式を用いて、時刻ti+1における膜ろ過抵抗の予測値を算出する膜ろ過抵抗算出手段、
(膜ろ過流量(流束)算出手段) 前記データ記録手段から膜ろ過抵抗初期値および時刻ti+1における膜間差圧値を読み出し、読み出された膜ろ過抵抗初期値と時刻ti+1における膜間差圧値と成分量算出手段で算出された時刻ti+1における分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値とに基づいて、予め記録された膜ろ過流量(流束)予測値算出式Iを用いて、時刻ti+1における膜ろ過流量(流束)の予測値を算出する膜ろ過流量(流束)算出手段I、又は、前記データ記録手段から時刻ti+1における膜間差圧値を読み出し、読み出された時刻ti+1における膜間差圧値と、前記膜ろ過抵抗算出手段で算出された時刻ti+1における膜ろ過抵抗予測値とに基づいて、予め記録された膜ろ過流量(流束)予測値算出式IIを用いて、時刻ti+1における膜ろ過流量(流束)の予測値を算出する膜ろ過流量(流束)算出手段II、
前記膜ろ過抵抗算出手段によって算出された時刻ti+1における膜ろ過抵抗の予測値、及び/又は、前記膜ろ過流量(流束)算出手段によって算出された時刻ti+1における膜ろ過流量(流束)の予測値を記録する膜ろ過予測値記録手段、
膜ろ過予測値記録手段によって記録された時間t〜tにおける前記膜ろ過抵抗の予測値及び/又は膜ろ過流量(流束)の予測値を時系列値として記録する時系列値記録手段、並びに、
前記時系列値記録手段で記録された膜ろ過抵抗予測値の時系列値及び/又は膜ろ過流量(流束)予測値の時系列値を出力する出力手段、
の機能を備え、
前記予め記録された付着成分量算出式が、時刻において分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量及び/又は固形成分物質量の値と、これら付着量が時刻tから時刻ti+1までに増減変化する変化量とに基づき、時刻ti+1において分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量及び/又は固形成分物質量を求める付着成分量算出式であって、
該付着成分量算出式における時刻tから時刻ti+1までの変化量が、被ろ過液の上清成分物及び/又は固形成分物が分離膜に付着する速度と、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物及び/又は固形成分物が分離膜から剥離する速度との差に基づいて計算され、
前記分離膜に付着する速度は、時刻tにおける膜間差圧値若しくは膜ろ過流量(流束)値と、時刻tにおける被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値とを用いて算出され、かつ、
前記分離膜から剥離する速度は、時刻tにおける膜間差圧値若しくは膜ろ過流量(流束)値と、時刻tにおいて分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値2次関数とを用いて算出されることを特徴とする膜ろ過予測プログラム。
The film resistance prediction program of the present invention has the following configuration in order to achieve the above object.
(6) When the filtration of the liquid to be filtered by the separation membrane is continued while controlling the transmembrane pressure difference to the set value, the time change of the membrane filtration resistance value that changes with time and / or the membrane filtration flow rate (flux) ) A computer program for predicting the time change of a value,
Time-series value of transmembrane pressure difference, time-series value of supernatant component substance amount and / or solid-component substance amount of filtrate to be filtered, time-series value of membrane detergency, membrane adherence attached to separation membrane Data input means for inputting the initial value of the amount of supernatant component substance and / or the amount of solid component substance of the filtrate and the initial value of membrane filtration resistance,
Time-series value of transmembrane pressure input by the data input means, time-series value of supernatant component substance amount and / or solid-component substance amount of filtered liquid, time-series value of membrane detergency, Data recording means for recording the initial value of the amount of supernatant component substance and / or the amount of solid component substance of the liquid to be filtered adhering to the separation membrane, and the initial value of membrane filtration resistance;
The transmembrane pressure difference value at an arbitrary time t i (where i = 0 to n, t i + 1 = t i + Δt i , t 0 = 0, n is a natural number representing the number of steps) from the data recording means. , supernatant component substance quantity value and / or solid components substance quantity value of the filtrate, membrane washing force value, and the supernatant component substances of the liquid to-be-filtrated attaching on the separation membrane in the case of the time t 0 and / or reads the initial value of the solid component amount of substance, furthermore, in the case other than the time t 0 attaching on the separation membrane at the time t i recorded in the data recording means by component amount calculating value recording unit described later The supernatant component substance amount value and / or the solid component substance amount value of the filtrate to be filtered is read out, and the filtrate to be filtered attached to the separation membrane at time t i + 1 is recorded using a pre-recorded adhesion component quantity calculation formula. Calculate supernatant component substance amount value and / or solid component substance amount value Component amount calculating means,
Component amount calculation value recording means for recording the supernatant component substance amount value and / or the solid component substance amount value of the liquid to be filtered adhering to the separation membrane at time t i + 1 calculated by the component amount calculation means,
Next membrane filtration resistance calculation means and / or membrane filtration flow rate (flux) calculation means (membrane filtration resistance calculation means) Read the membrane filtration resistance initial value from the data recording means, and read the membrane filtration resistance initial value and components Based on the non-membrane permeable substance amount value and / or the solid component substance amount value in the supernatant component of the liquid to be filtered adhering to the separation membrane at time t i + 1 calculated by the amount calculating means, the membrane filtration recorded in advance Membrane filtration resistance calculating means for calculating the predicted value of the membrane filtration resistance at time t i + 1 using the resistance predicted value calculation formula,
(Membrane filtration flow rate (flux) calculation means) The membrane filtration resistance initial value and the transmembrane differential pressure value at time ti + 1 are read from the data recording means, and the read membrane filtration resistance initial value and the membrane at time ti + 1 . Based on the differential pressure value and the supernatant component substance amount value and / or solid component substance amount value of the liquid to be filtered adhering to the separation membrane at time t i + 1 calculated by the component amount calculation means, recorded in advance Membrane filtration flow rate (flux) calculation means I for calculating a predicted value of membrane filtration flow rate (flux) at time t i + 1 using a membrane filtration flow rate (flux) predicted value calculation formula I, or the data recording means The transmembrane pressure difference value at time t i + 1 is read out from time t i + 1 , based on the read transmembrane pressure difference value at time t i + 1 and the membrane filtration resistance prediction value at time t i + 1 calculated by the membrane filtration resistance calculation means. Record in advance Membrane using a filtration flow rate (flux) predicted value calculation formula II, the time t membranous filtration flowrate (flux) for calculating a predicted value of the i + 1 membrane filtration in flow rate (flux) calculation means II,
The predicted value of the membrane filtration resistance at time t i + 1 calculated by the membrane filtration resistance calculation means and / or the membrane filtration flow rate (flux) at time t i + 1 calculated by the membrane filtration flow rate (flux) calculation means. Membrane filtration predicted value recording means for recording the predicted value of
Time-series value recording means for recording the predicted value of the membrane filtration resistance and / or the predicted value of the membrane filtration flow rate (flux) at the times t 0 to t n recorded by the membrane filtration predicted value recording means as time-series values; And
Output means for outputting the time series value of the membrane filtration resistance prediction value and / or the time series value of the membrane filtration flow rate (flux) prediction value recorded by the time series value recording means;
With the features of
The pre-recorded formula for calculating the amount of adhering component is the value of the amount of the supernatant component substance and / or the amount of the solid component substance adhering to the separation membrane at time i and the adhering amount from time t i. based on the amount of change and that change in increase and decrease by time t i + 1, there at time t i + 1 at attachment component value calculation formula for obtaining the supernatant component material amount and / or solid components substance amount of the filtrated liquid adhering to the separation membrane And
The amount of change from the time t i to the time t i + 1 in said adhesion component value calculation formula is, the speed supernatant components thereof and / or the solid components of the filtrate are adhered to the separation membrane, attached to the separation membrane Calculated based on the difference from the rate at which the supernatant component and / or solid component of the liquid to be filtered peels from the separation membrane,
The rate at which adhere to the separation membrane, transmembrane pressure value or membrane filtration flow rate (flux) value at time t i and the supernatant component substance quantity value of the filtrate at the time t i and / or solid components substance amount Calculated with the value, and
The rate at which detaches from the separation membrane, transmembrane pressure value or membrane filtration flow rate (flux) value at time t i and the supernatant component substance quantity value of the filtrated liquid adhering to the separation membrane at time t i and / or membrane filtration prediction program characterized by being calculated by using the solid component substance quantity value secondary function.

(7) 分離膜による被ろ過液のろ過を、膜ろ過流量(流束)を設定値に制御しつつ継続する際に、経時的に変化する膜ろ過抵抗値の時間変化及び/又は膜間差圧値の時間変化を予測するためのコンピュータプログラムであって、
膜ろ過流量(流束)の時系列値、被ろ過液の上清成分物質量の時系列値及び/又は固形成分物質量の時系列値、膜洗浄力の時系列値、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量及び/又は固形成分物質量の初期値、および膜ろ過抵抗の初期値を入力するデータ入力手段、
前記データ入力手段で入力された膜ろ過流量(流束)の時系列値、被ろ過液の上清成分物質量の時系列値及び/又は固形成分物質量の時系列値、膜洗浄力の時系列値、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量及び/又は固形成分物質量の初期値、および膜ろ過抵抗初期値を記録しておくデータ記録手段、
前記データ記録手段から任意の時刻t(ここで、i=0〜nであり、ti+1=t+Δt、t=0、nは刻み数を表す自然数。)における膜ろ過流量(流束)値、被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値、膜洗浄力値、および、時刻tの場合には分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量及び/又は固形成分物質量の初期値を読み出し、さらに、時刻t以外の場合には後述の成分量算出値記録手段によって前記データ記録手段に記録された時刻tにおける分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を読み出し、予め記録された付着成分量算出式を用いて、時刻ti+1における分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を算出する成分量算出手段、
前記成分量算出手段で算出された時刻ti+1における分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を記録する成分量算出値記録手段、
次の膜ろ過抵抗算出手段及び/又は膜間差圧算出手段
(膜ろ過抵抗算出手段) 前記データ記録手段から膜ろ過抵抗初期値を読み出し、読み出された膜ろ過抵抗初期値と成分量算出手段で算出された時刻ti+1における分離膜に付着している被ろ過液の上清成分中非膜透過物質量値及び/又は固形成分物質量値に基づいて、予め記録された膜ろ過抵抗予測値算出式を用いて、時刻ti+1における膜ろ過抵抗の予測値を算出する膜ろ過抵抗算出手段、
(膜間差圧算出手段) 前記データ記録手段から膜ろ過抵抗初期値および時刻ti+1における膜ろ過流量(流束)値を読み出し、読み出された膜ろ過抵抗初期値と時刻ti+1における膜ろ過流量(流束)値と成分量算出手段で算出された時刻ti+1における分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値とに基づいて、予め記録された膜間差圧予測値算出式Iを用いて、時刻ti+1における膜間差圧の予測値を算出する膜間差圧算出手段I、又は、前記データ記録手段から時刻ti+1における膜ろ過流量(流束)値を読み出し、読み出された時刻ti+1における膜ろ過流量(流束)値と、前記膜ろ過抵抗算出手段で算出された時刻ti+1における膜ろ過抵抗予測値とに基づいて、予め記録された膜間差圧予測値算出式IIを用いて、時刻ti+1における膜間差圧の予測値を算出する膜間差圧算出手段II、
前記膜ろ過抵抗算出手段によって算出された時刻ti+1における膜ろ過抵抗の予測値、及び/又は、前記膜間差圧算出手段によって算出された時刻ti+1における膜間差圧の予測値を記録する膜ろ過予測値記録手段、
膜ろ過予測値記録手段によって記録された時間t〜tにおける前記膜ろ過抵抗の予測値及び/又は膜間差圧の予測値を時系列値として記録する時系列値記録手段、並びに、
前記時系列値記録手段で記録された膜ろ過抵抗予測値の時系列値及び/又は膜間差圧予測値の時系列値を出力する出力手段、
の機能を備え、
前記予め記録された付着成分量算出式が、時刻において分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量及び/又は固形成分物質量の値と、これら付着量が時刻tから時刻ti+1までに増減変化する変化量とに基づき、時刻ti+1において分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量及び/又は固形成分物質量を求める付着成分量算出式であって、
該付着成分量算出式における時刻tから時刻ti+1までの変化量が、被ろ過液の上清成分物及び/又は固形成分物が分離膜に付着する速度と、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物及び/又は固形成分物が分離膜から剥離する速度との差に基づいて計算され、
前記分離膜に付着する速度は、時刻tにおける膜間差圧値若しくは膜ろ過流量(流束)値と、時刻tにおける被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値とを用いて算出され、かつ、
前記分離膜から剥離する速度は、時刻tにおける膜間差圧値若しくは膜ろ過流量(流束)値と、時刻tにおいて分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値2次関数とを用いて算出されることを特徴とする膜ろ過予測プログラム。
(7) When the filtration of the liquid to be filtered by the separation membrane is continued while controlling the membrane filtration flow rate (flux) to the set value, the time change and / or the intermembrane difference of the membrane filtration resistance value that changes with time A computer program for predicting a temporal change in pressure value,
The time series value of membrane filtration flow rate (flux), the time series value of the amount of supernatant component substance and / or the amount of solid component substance in the liquid to be filtered, the time series value of membrane detergency, attached to the separation membrane Data input means for inputting the initial value of the amount of the supernatant component and / or the amount of the solid component of the liquid to be filtered and the initial value of the membrane filtration resistance,
Time-series value of membrane filtration flow rate (flux) input by the data input means, time-series value of supernatant component substance amount and / or solid-component substance amount of filtered liquid, and membrane cleaning power Data recording means for recording the series value, the initial value of the amount of the supernatant component substance and / or the amount of the solid component substance of the filtered liquid adhering to the separation membrane, and the initial value of the membrane filtration resistance,
Membrane filtration flow rate (flow) from the data recording means at an arbitrary time t i (where i = 0 to n, t i + 1 = t i + Δt i , t 0 = 0, n is a natural number representing the number of steps). flux) value, the supernatant component substance quantity value and / or solid components substance quantity value of the filtrate, membrane washing force value, and, in the case of time t 0 is of the filtrate adhering to the separation membrane supernatant reads the initial value of the component substance amount and / or solid components substance amount, further, in the case other than the time t 0 on the separation membrane at the time t i recorded in the data recording means by component amount calculating value recording unit described later The supernatant component substance amount value and / or the solid component substance amount value of the attached liquid to be filtered is read, and the attached substance adhering to the separation membrane at time t i + 1 is calculated using a pre-recorded attached component amount calculation formula. The amount of the supernatant component in the filtrate and / or the amount of the solid component Component amount calculating means for calculating a value;
Component amount calculation value recording means for recording the supernatant component substance amount value and / or the solid component substance amount value of the liquid to be filtered adhering to the separation membrane at time t i + 1 calculated by the component amount calculation means;
Next membrane filtration resistance calculation means and / or transmembrane differential pressure calculation means (membrane filtration resistance calculation means) Read the membrane filtration resistance initial value from the data recording means, and read the membrane filtration resistance initial value and component amount calculation means Based on the non-membrane permeable substance amount value and / or the solid component substance amount value in the supernatant component of the filtrate to be filtered adhering to the separation membrane calculated at time t i + 1, the membrane filtration resistance prediction value recorded in advance Membrane filtration resistance calculation means for calculating the predicted value of the membrane filtration resistance at time t i + 1 using the calculation formula,
(Transmembrane differential pressure calculation means) The membrane filtration resistance initial value and the membrane filtration flow rate (flux) value at time t i + 1 are read from the data recording means, and the read membrane filtration resistance initial value and membrane filtration at time t i + 1 . Based on the flow rate (flux) value and the supernatant component substance amount value and / or solid component substance amount value of the liquid to be filtered adhering to the separation membrane at time t i + 1 calculated by the component amount calculation means, in advance Using the recorded transmembrane differential pressure predicted value calculation formula I, the transmembrane differential pressure calculating means I for calculating the predicted value of the transmembrane differential pressure at time t i + 1 , or the membrane at time t i + 1 from the data recording means reads the filtration flow rate (flux) value, the basis of the membrane filtration flow rate (flux) value at time t i + 1 read, and membrane filtration resistance prediction value at time t i + 1 calculated by the membrane filtration resistance calculation means Record in advance The using transmembrane pressure predicted value calculation formula II, the time t i + transmembrane difference to calculate the predicted value of the transmembrane pressure in the one pressure calculating means II,
The predicted value of the membrane filtration resistance at the time t i + 1 calculated by the membrane filtration resistance calculation unit and / or the predicted value of the transmembrane pressure difference at the time t i + 1 calculated by the transmembrane pressure difference calculation unit is recorded. Membrane filtration predicted value recording means,
A time series value recording means for recording the predicted value of the membrane filtration resistance and / or the predicted value of the transmembrane pressure difference at the time t 0 to t n recorded by the membrane filtration predicted value recording means, as a time series value, and
Output means for outputting the time series value of the membrane filtration resistance prediction value and / or the time series value of the transmembrane pressure difference prediction value recorded by the time series value recording means;
With the features of
The pre-recorded formula for calculating the amount of adhering component is the value of the amount of the supernatant component substance and / or the amount of the solid component substance adhering to the separation membrane at time i and the adhering amount from time t i. based on the amount of change and that change in increase and decrease by time t i + 1, there at time t i + 1 at attachment component value calculation formula for obtaining the supernatant component material amount and / or solid components substance amount of the filtrated liquid adhering to the separation membrane And
The amount of change from the time t i to the time t i + 1 in said adhesion component value calculation formula is, the speed supernatant components thereof and / or the solid components of the filtrate are adhered to the separation membrane, attached to the separation membrane Calculated based on the difference from the rate at which the supernatant component and / or solid component of the liquid to be filtered peels from the separation membrane,
The rate at which adhere to the separation membrane, transmembrane pressure value or membrane filtration flow rate (flux) value at time t i and the supernatant component substance quantity value of the filtrate at the time t i and / or solid components substance amount Calculated with the value, and
The rate at which detaches from the separation membrane, transmembrane pressure value or membrane filtration flow rate (flux) value at time t i and the supernatant component substance quantity value of the filtrated liquid adhering to the separation membrane at time t i and / or membrane filtration prediction program characterized by being calculated by using the solid component substance quantity value secondary function.

本発明によれば、以下に説明するとおり、被ろ過液を膜によってろ過する際に発生する膜ろ過抵抗の時間変化、あるいは、膜間差圧の時間変化、あるいは、膜ろ過流束の時間変化、あるいは、膜ろ過流量の時間変化を精度良く予測することができる。その結果、例えば、運転終期に見られる膜の目詰まりによる膜ろ過抵抗の急上昇を抑制する膜間差圧やろ過流量などの運転条件を事前検討することで、運転条件を効率よく決定することが可能となる。   According to the present invention, as will be described below, the time change of the membrane filtration resistance generated when the liquid to be filtered is filtered through the membrane, the time change of the transmembrane pressure difference, or the time change of the membrane filtration flux. Alternatively, the time change of the membrane filtration flow rate can be accurately predicted. As a result, for example, the operating conditions can be determined efficiently by preliminarily examining operating conditions such as transmembrane pressure difference and filtration flow rate that suppress the rapid increase in membrane filtration resistance due to clogging of the membrane seen at the end of operation. It becomes possible.

本発明の膜ろ過予測方法は、分離膜の被ろ過液側と透過液側の圧力差(以下、膜間差圧という)を駆動力として、被ろ過液を分離膜によってろ過する際の膜ろ過を予測する方法に関するものである。   The membrane filtration prediction method of the present invention uses a pressure difference between the filtrate side and the permeate side of the separation membrane (hereinafter referred to as a transmembrane differential pressure) as a driving force, and membrane filtration when filtering the filtrate through the separation membrane. It is related with the method of predicting.

ここにおいて、被ろ過液は、懸濁物質を含有する液体であって膜ろ過に供されるものであり、特に限定しない。例えば、微生物を含む液体の場合には、一般的に被ろ過液の中には物質としての微生物と微生物の代謝産物が比較的高濃度で存在するため、被ろ過液を膜ろ過した際の抵抗などの変動を予測することが困難であるが、本発明に従えば、被ろ過液を膜ろ過した際の抵抗などの変動を予測することが可能となり、被ろ過液を膜ろ過する膜ろ過装置における調整手段の運転条件を精度よく決定することが可能となると言う点で効果が大きいので、微生物培養液や活性汚泥などの微生物を含む液体を被ろ過液とする場合に本発明は特に有効である。また、本発明は、懸濁物質の濃度が100mg/L以上の被ろ過液の場合への適用が好ましい。また、膜ろ過方式に関しては、被ろ過液を濃縮しながら膜ろ過を行う全量ろ過方式でも、膜表面において被ろ過液の流れを発生させながら膜ろ過を行うクロスフロー式でも構わない。   Here, the liquid to be filtered is a liquid containing a suspended substance and is used for membrane filtration, and is not particularly limited. For example, in the case of a liquid containing microorganisms, since the microorganisms and microbial metabolites as substances are generally present in the liquid to be filtered at a relatively high concentration, the resistance when the liquid to be filtered is subjected to membrane filtration. It is difficult to predict fluctuations such as, but according to the present invention, it becomes possible to predict fluctuations such as resistance when the filtrate to be filtered through a membrane, and a membrane filtration device for membrane filtration of the filtrate to be filtered Therefore, the present invention is particularly effective when a liquid containing a microorganism such as a microorganism culture solution or activated sludge is used as a liquid to be filtered. is there. Further, the present invention is preferably applied to the case of a liquid to be filtered having a suspended substance concentration of 100 mg / L or more. The membrane filtration method may be a whole-volume filtration method in which membrane filtration is performed while concentrating the filtrate, or a cross-flow method in which membrane filtration is performed while generating a flow of the filtrate on the membrane surface.

また、分離膜とは、被ろ過液に圧力を加えて、もしくは透過側から吸引することによって、被ろ過液中に含まれる一定粒子径以上の物質を捕捉する機能を有するものであり、その捕捉粒子径の違いにより、ダイナミックろ過膜、精密ろ過膜、限外ろ過膜、ナノろ過膜、逆浸透膜などがある。本発明で用いられる分離膜としては、好ましくは、ダイナミックろ過膜、精密ろ過膜、限外ろ過膜である。また、分離膜の形状としては、平膜や中空糸膜などがあるが、形状は特に限定しない。   Further, the separation membrane has a function of capturing a substance having a certain particle diameter or more contained in the filtrate by applying pressure to the filtrate or sucking from the permeate side. Depending on the particle size, there are dynamic filtration membranes, microfiltration membranes, ultrafiltration membranes, nanofiltration membranes, reverse osmosis membranes and the like. The separation membrane used in the present invention is preferably a dynamic filtration membrane, a microfiltration membrane, or an ultrafiltration membrane. In addition, examples of the shape of the separation membrane include a flat membrane and a hollow fiber membrane, but the shape is not particularly limited.

本発明の膜ろ過予測方法では、膜ろ過流量を設定値として制御しつつ膜ろ過を継続する際の、膜ろ過抵抗の経時的変化及び/又は膜間差圧の経時的変化を予測する。あるいは、膜間差圧を設定値として制御しつつ膜ろ過を継続する際の、膜ろ過抵抗の経時的変化及び/又は膜ろ過流量(流束)の経時的変化を予測する。   In the membrane filtration prediction method of the present invention, a change in the membrane filtration resistance with time and / or a change with time in the transmembrane pressure difference when the membrane filtration is continued while controlling the membrane filtration flow rate as a set value is predicted. Alternatively, a time-dependent change in membrane filtration resistance and / or a time-dependent change in membrane filtration flow rate (flux) when membrane filtration is continued while controlling the transmembrane pressure difference as a set value is predicted.

ここにおいて、膜間差圧とは、分離膜の被ろ過液側と透過液側との圧力差であり、これを発生させる手段として、例えば、ポンプにより被ろ過液側を加圧させる方法、ポンプにより透過液側から吸引する方法、被ろ過液側と透過液側の水頭差を利用する方法が挙げられる。また、膜間差圧は、分離膜の被ろ過液側における圧力測定値と透過液側における圧力測定値との差として実測することも可能であり、このときには、水理的な流れによって発生する圧力損失を測定もしくは算出し、前記分離膜の被ろ過液側における圧力測定値と透過液側における圧力測定値との差から、圧力損失分を減じて算出することが好ましい。   Here, the transmembrane pressure difference is the pressure difference between the filtrate side and the permeate side of the separation membrane. As a means for generating this, for example, a method of pressurizing the filtrate side with a pump, a pump The method of sucking from the permeate side and the method of utilizing the water head difference between the liquid to be filtered side and the permeate side. The transmembrane pressure difference can also be measured as a difference between the pressure measurement value on the filtrate side of the separation membrane and the pressure measurement value on the permeate side, and is generated by a hydraulic flow at this time. It is preferable to measure or calculate the pressure loss, and calculate by subtracting the pressure loss from the difference between the pressure measurement value on the filtrate side of the separation membrane and the pressure measurement value on the permeate side.

また、膜ろ過流量とは、膜ろ過液の流量のことであり、膜ろ過流束とは、分離膜の単位面積あたりの膜ろ過流量のことをさす。   The membrane filtration flow rate is the flow rate of the membrane filtrate, and the membrane filtration flux is the membrane filtration flow rate per unit area of the separation membrane.

膜ろ過流量を設定値として制御しつつ膜ろ過を継続する、または、膜間差圧を設定値として制御しつつ膜ろ過を継続するとは、膜ろ過流量あるいは膜間差圧を予め決められた設定値に制御することであり、膜ろ過流量や膜間差圧が一定値となるように制御する方法の他に、定期的あるいは断続的にろ過を停止する方法や、膜ろ過流量や膜間差圧を連続的あるいは断続的に変化させる方法などのように設定値を経時的に変更する場合も含む。膜ろ過流量を設定値として制御しつつ膜ろ過を継続する方法としては、分離膜の膜透過液側に吸引ポンプなどを設置して膜ろ過液を取得し、その吸引ポンプを流量インバータで制御する方法などが挙げられる。また、膜間差圧を設定値として制御しつつ膜ろ過を継続する方法としては、分離膜の被ろ過液側を加圧する方法や、水頭差を利用する方法などによって膜ろ過に必要な圧力を加え、この圧力を制御する方法などが挙げられる。   To continue membrane filtration while controlling the membrane filtration flow rate as a set value, or to continue membrane filtration while controlling the transmembrane pressure difference as a set value, the membrane filtration flow rate or the transmembrane pressure difference is set in advance. In addition to the method of controlling the membrane filtration flow rate and the transmembrane differential pressure to be constant values, the method of periodically or intermittently stopping filtration, the membrane filtration flow rate and the transmembrane difference This includes a case where the set value is changed with time, such as a method of continuously or intermittently changing the pressure. As a method of continuing membrane filtration while controlling the membrane filtration flow rate as a set value, install a suction pump on the membrane permeate side of the separation membrane to obtain the membrane filtrate, and control the suction pump with a flow rate inverter The method etc. are mentioned. In addition, as a method of continuing the membrane filtration while controlling the transmembrane pressure as a set value, the pressure required for the membrane filtration is increased by a method of pressurizing the liquid to be filtered side of the separation membrane or a method using a water head difference. In addition, a method for controlling the pressure may be used.

また、膜ろ過抵抗とは、被ろ過液を膜によってろ過する際に発生する抵抗のことであり、一般的に、(1)式によって定義される。   The membrane filtration resistance is resistance generated when the liquid to be filtered is filtered through a membrane, and is generally defined by the equation (1).

Figure 0005034326
Figure 0005034326

ここで、ΔPは膜間差圧[Pa]、μは膜ろ過液の粘度[Pa・s]、Rは膜ろ過抵抗[1/m]、Jは膜ろ過流束[m/s]である。ここで、μは膜ろ過液の粘度を直接測定してもよいが、膜ろ過液が水、あるいは若干の溶質等を含む水性液の場合には、(2)式に従い、温度から換算してもよい。 Here, ΔP is the transmembrane pressure difference [Pa], μ is the viscosity of the membrane filtrate [Pa · s], R is the membrane filtration resistance [1 / m], and J is the membrane filtration flux [m / s]. . Here, μ may directly measure the viscosity of the membrane filtrate, but when the membrane filtrate is water or an aqueous liquid containing some solute, it is converted from the temperature according to the equation (2). Also good.

Figure 0005034326
Figure 0005034326

ここで、F=0.01257187、B=−0.005806436、C=0.001130911、D=−0.000005723952であり、Tは絶対温度[K]である。すなわち、摂氏温度をσ[℃]とすると、T=σ+273.15として表される。   Here, F = 0.01257187, B = −0.005806436, C = 0.001130911, D = −0.000005723952, and T is the absolute temperature [K]. That is, when the Celsius temperature is σ [° C.], it is expressed as T = σ + 273.15.

また、予測とは、インプットとなる数値(膜ろ過流量の時系列値や膜間差圧の時系列値など)を用いて、演算や計算を行い、アウトプットとなる数値(膜ろ過抵抗の時間変化など)を出力することである。   Prediction is a numerical value that serves as an input (time series value of membrane filtration flow rate or time series value of transmembrane pressure difference, etc.). Change).

また、本発明の膜ろ過予測方法では、膜ろ過流量(流束)を設定値に制御しつつ膜ろ過を継続する際には、膜ろ過予測計算のための数値として、少なくとも、膜ろ過流量(流束)の設定値、膜ろ過抵抗の初期値、および、被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を用い、膜間差圧を設定値に制御しつつ膜ろ過を継続する際には、膜ろ過予測計算のための数値として、少なくとも、膜間差圧の設定値、膜ろ過抵抗の初期値、および、被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を用いる。   In the membrane filtration prediction method of the present invention, when membrane filtration is continued while controlling the membrane filtration flow rate (flux) to a set value, at least the membrane filtration flow rate ( (Flux) set value, initial value of membrane filtration resistance, and supernatant component substance amount value and / or solid component substance amount value of the filtrate to be filtered while controlling the transmembrane pressure difference to the set value As a numerical value for the membrane filtration prediction calculation, at least the setting value of the transmembrane pressure difference, the initial value of the membrane filtration resistance, and the amount of supernatant component substance and / or solids of the liquid to be filtered The component substance amount value is used.

ここにおいて、膜ろ過抵抗の初期値とは、膜ろ過開始時の膜ろ過抵抗値であり、純水を分離膜へ透過させたときの膜ろ過抵抗値や分離膜洗浄後における膜ろ過抵抗値などを実測した値でもよいし、また分離膜の種類に基づく仮想値でもよい。   Here, the initial value of the membrane filtration resistance is the membrane filtration resistance value at the start of membrane filtration, such as the membrane filtration resistance value when permeating pure water to the separation membrane, the membrane filtration resistance value after washing the separation membrane, etc. May be a measured value or a virtual value based on the type of separation membrane.

また、被ろ過液の上清成分とは、被ろ過液を遠心分離あるいは重力沈殿したときの上清、あるいは、被ろ過液を膜ろ過装置の分離膜より細孔径の大きい分離膜によりろ過した際のろ過液のことである。また、被ろ過液の固形成分とは、被ろ過液を遠心分離あるいは重力沈殿したときの沈殿物、あるいは、被ろ過液を膜ろ過装置の分離膜より細孔径の大きい分離膜によりろ過した際の非膜透過物質のことである。   In addition, the supernatant component of the liquid to be filtered is the supernatant when the liquid to be filtered is centrifuged or gravity-precipitated, or when the liquid to be filtered is filtered through a separation membrane having a larger pore diameter than the separation membrane of the membrane filtration device. This is the filtrate. The solid component of the liquid to be filtered is a precipitate when the liquid to be filtered is centrifuged or gravity-precipitated, or when the liquid to be filtered is filtered through a separation membrane having a pore size larger than the separation membrane of the membrane filtration device. A non-membrane permeable substance.

また、物質量とは、前記上清成分中や固形成分中に含まれる溶解物質や懸濁物質などの物質量のことであり、例えば、全有機炭素量(TOC)、化学的酸素要求量(COD)、生物化学的酸素要求量(BOD)、浮遊固形物濃度(MLSS)、乾燥重量、浮遊固形物強熱減量(MLVSS)などによって測定することができる。   Further, the substance amount is a substance amount such as a dissolved substance or a suspended substance contained in the supernatant component or the solid component. For example, the total amount of organic carbon (TOC), chemical oxygen demand ( COD), biochemical oxygen demand (BOD), suspended solids concentration (MLSS), dry weight, suspended solids loss on ignition (MLVSS), etc.

ここで、上清成分物質量値とは、上清成分中の物質量の値であるが、本発明においては、上清成分中に含有する非膜透過物の物質量値、即ち、上清成分中の物質量値から、被ろ過液や上清成分を分離膜によってろ過した際の膜透過液中に含まれる物質量値を差し引いた物質量値を上清成分物質量値と定義することが好ましい。ここで、測定の容易性・精度・自動化を鑑みた場合、被ろ過液の上清成分物質量は、TOCに基づいて測定された物質量で規定することが好ましく、被ろ過液の固形成分物質量は、TOCあるいはMLSSあるいはMLVSSに基づいて測定された物質量で規定することが好ましい。被ろ過液の上清成分物質量値および固形成分物質量値は、実測値でも仮想値でもよい。   Here, the supernatant component substance amount value is the value of the substance amount in the supernatant component, but in the present invention, the substance amount value of the non-membrane permeate contained in the supernatant component, that is, the supernatant The substance amount value obtained by subtracting the substance amount value contained in the membrane permeate when the filtrate or supernatant component is filtered through the separation membrane from the substance amount value in the component is defined as the supernatant component substance amount value. Is preferred. Here, in view of ease of measurement, accuracy, and automation, the amount of supernatant component substance in the liquid to be filtered is preferably defined by the amount of substance measured based on the TOC, and the solid component substance in the liquid to be filtered The amount is preferably defined by the amount of substance measured based on TOC, MLSS, or MLVSS. The supernatant component substance amount value and the solid component substance amount value of the liquid to be filtered may be measured values or virtual values.

また、本発明の膜ろ過予測方法においては、被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を用いる。ここで、上清成分物質量値あるいは固形成分物質量値を用いることによって、膜ろ過予測に必要な値を迅速かつ容易に得ることができる。また、上清成分物質量値および固形成分物質量値のデータを用いることによって、被ろ過液の固形成分は分離膜に付着すれば膜ろ過抵抗に寄与し、また分離膜から剥離しやすいため、分離膜に付着している上清成分を巻き込んでともに剥離するという効果を精度良く再現することができる。   In the membrane filtration prediction method of the present invention, the supernatant component substance amount value and / or the solid component substance amount value of the liquid to be filtered are used. Here, by using the supernatant component substance amount value or the solid component substance amount value, a value necessary for membrane filtration prediction can be obtained quickly and easily. In addition, by using the data of the supernatant component substance amount value and the solid component substance amount value, if the solid component of the liquid to be filtered adheres to the separation membrane, it contributes to membrane filtration resistance, and easily peels from the separation membrane. The effect of entraining and peeling off the supernatant component adhering to the separation membrane can be accurately reproduced.

また、膜ろ過流量(流束)の設定値とは、膜ろ過流量あるいは膜ろ過流束の設定値であり、実測値でも仮想値でもよく、一定値でも、連続的あるいは断続的に変化する値としてもよい。また、膜間差圧の設定値とは、膜間差圧の設定値であり、実測値でも仮想値でもよく、一定値でも、連続的あるいは断続的に変化する値としてもよい。   In addition, the set value of the membrane filtration flow rate (flux) is the set value of the membrane filtration flow rate or the membrane filtration flux, and may be an actual measurement value or a virtual value, and a value that changes continuously or intermittently even at a constant value. It is good. The set value of the transmembrane pressure is a set value of the transmembrane pressure, and may be an actual measurement value, a virtual value, a constant value, or a value that changes continuously or intermittently.

また、本発明の膜ろ過予測方法では、膜ろ過流量を設定値に制御しつつ膜ろ過を継続する際には、少なくとも後述の計算ステップ1と計算ステップ2及び/又は計算ステップ3とを行うことにより、任意の時刻における膜ろ過抵抗値及び/又は膜間差圧値を求めること、膜間差圧を設定値に制御しつつ膜ろ過を継続する際には、少なくとも後述の計算ステップ1と計算ステップ2及び/又は計算ステップ4とを行うことにより、任意の時刻における膜ろ過抵抗値及び/又は膜ろ過流量(流束)値を求める。   In the membrane filtration prediction method of the present invention, when membrane filtration is continued while controlling the membrane filtration flow rate to a set value, at least calculation step 1 and calculation step 2 and / or calculation step 3 described later are performed. To obtain the membrane filtration resistance value and / or the transmembrane differential pressure value at an arbitrary time, and to continue the membrane filtration while controlling the transmembrane differential pressure to the set value, at least calculation step 1 and calculation described later By performing Step 2 and / or Calculation Step 4, a membrane filtration resistance value and / or a membrane filtration flow rate (flux) value at an arbitrary time is obtained.

即ち、膜ろ過流量を設定値に制御しつつ膜ろ過を継続する際における膜ろ過予測の計算ステップの構成として、下記の3通りがあるということを意味する。
(a)後述の計算ステップ1および計算ステップ2および計算ステップ3
(b)後述の計算ステップ1および計算ステップ2
(c)後述の計算ステップ1および計算ステップ3
That is, it means that there are the following three types of calculation steps for membrane filtration prediction when membrane filtration is continued while controlling the membrane filtration flow rate to a set value.
(A) Calculation step 1, calculation step 2, and calculation step 3 described later
(B) Calculation step 1 and calculation step 2 described later
(C) Calculation step 1 and calculation step 3 described later

ここにおいて、(a)の場合(図1参照)には、任意の時刻における膜ろ過抵抗値及び膜間差圧値を、(b)の場合には、任意の時刻における膜ろ過抵抗値を、(c)の場合には、任意の時刻における膜間差圧値を、求めることができる。   Here, in the case of (a) (see FIG. 1), the membrane filtration resistance value and the transmembrane pressure difference value at an arbitrary time, and in the case of (b), the membrane filtration resistance value at an arbitrary time, In the case of (c), the transmembrane pressure difference value at an arbitrary time can be obtained.

また、同様に、膜間差圧を設定値に制御しつつ膜ろ過を継続する際における膜ろ過予測の計算ステップの構成として、下記の3通りがあるということを意味する。
(d)後述の計算ステップ1および計算ステップ2および計算ステップ4
(e)後述の計算ステップ1および計算ステップ2
(f)後述の計算ステップ1および計算ステップ4
Similarly, it means that there are the following three types of calculation steps for membrane filtration prediction when membrane filtration is continued while controlling the transmembrane pressure difference to a set value.
(D) Calculation step 1, calculation step 2, and calculation step 4 described later
(E) Calculation step 1 and calculation step 2 described later
(F) Calculation step 1 and calculation step 4 described later

ここにおいて、(d)の場合(図2参照)には、任意の時刻における膜ろ過抵抗値及び膜ろ過流量(流束)値を、(e)の場合には、任意の時刻における膜ろ過抵抗値を、(f)の場合には、任意の時刻における膜ろ過流量(流束)値を、求めることができる。   Here, in the case of (d) (see FIG. 2), the membrane filtration resistance value and the membrane filtration flow rate (flux) value at an arbitrary time, and in the case of (e), the membrane filtration resistance at an arbitrary time. In the case of (f), the membrane filtration flow rate (flux) value at an arbitrary time can be obtained.

ここで、計算ステップ1では、任意の時刻において分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を算出する。   Here, in the calculation step 1, the supernatant component substance amount value and / or the solid component substance amount value of the liquid to be filtered adhering to the separation membrane at an arbitrary time is calculated.

ここにおいて、計算ステップ1は、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量及び/又は固形成分物質量の、所定時間内における変化量に基づく計算ステップであって、計算ステップ1における計算式が、被ろ過液の上清成分物及び/又は固形成分物が分離膜に付着する速度の項と、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物及び/又は固形成分物が分離膜から剥離する速度の項とを含み、前記分離膜に付着する速度は、膜間差圧値若しくは膜ろ過流量(流束)値と、被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値とを用いて算出され、かつ、前記分離膜から剥離する速度は、膜間差圧値若しくは膜ろ過流量(流束)値と、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値とを用いて算出されることが好ましい。これによって、任意の時刻における分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値の計算を、精度良く予測することができる。   Here, the calculation step 1 is a calculation step based on the amount of change in the amount of the supernatant component substance and / or the amount of the solid component substance of the liquid to be filtered adhering to the separation membrane within a predetermined time. The calculation formula in (1) is the term of the rate at which the supernatant component and / or solid component of the filtrate is attached to the separation membrane, and the supernatant component and / or solid component of the filtrate to be attached to the separation membrane Including the term of the rate at which the substance peels from the separation membrane, and the rate of attachment to the separation membrane includes the transmembrane differential pressure value or the membrane filtration flow rate (flux) value, the supernatant component substance amount value of the liquid to be filtered, and The rate of separation from the separation membrane is calculated using the solid component substance amount value, and the rate of separation from the separation membrane or the membrane filtration flow rate (flux) value and the filtration target attached to the separation membrane Calculated using the supernatant component substance amount value and / or the solid component substance amount value of the liquid Rukoto is preferable. Thereby, calculation of the supernatant component substance amount value and / or solid component substance amount value of the liquid to be filtered adhering to the separation membrane at an arbitrary time can be accurately predicted.

また、前記計算ステップ1における計算式が、膜間差圧値若しくは膜ろ過流量(流束)と被ろ過液中の上清成分物質量とに基づいて算出される被ろ過液中の上清成分物質が分離膜へ付着する速度と、膜間差圧値若しくは膜ろ過流量(流束)と分離膜に付着している上清成分物質量及び固形成分物質量に基づいて算出される分離膜から上清成分物質が剥離する速度との差に基づいて、所定時間後の分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量を計算する計算式を含み、かつ、膜間差圧値若しくは膜ろ過流量(流束)と被ろ過液中の固形成分物質量とに基づいて算出される被ろ過液中の固形成分が分離膜へ付着する速度と、膜間差圧値若しくは膜ろ過流量(流束)と分離膜に付着している上清成分物質量及び固形成分物質量に基づいて算出される分離膜から固形成分が剥離する速度との差に基づいて、所定時間後の分離膜に付着している被ろ過液の固形成分物質量を計算する計算式を含むことが、さらに好ましい。このことによって、被ろ過液の固形成分は膜に付着すれば膜ろ過抵抗に寄与し、また膜から剥離しやすいため、膜に付着した上清成分を巻き込んでともに剥離するという効果をさらに精度良く再現することができる。   In addition, the calculation formula in the calculation step 1 is calculated based on the transmembrane pressure difference value or the membrane filtration flow rate (flux) and the amount of the supernatant component substance in the filtrate. From the separation membrane calculated based on the rate at which the substance adheres to the separation membrane, the transmembrane differential pressure value or membrane filtration flow rate (flux), the amount of the supernatant component substance and the amount of the solid component substance adhering to the separation membrane Includes a calculation formula for calculating the amount of supernatant component substance of the liquid to be filtered adhering to the separation membrane after a predetermined time based on the difference from the rate at which the supernatant component substance peels, and the transmembrane pressure difference value Alternatively, the rate at which the solid components in the filtrate to be filtered are calculated based on the membrane filtration flow rate (flux) and the amount of solid component substances in the filtrate, the transmembrane pressure difference value or the membrane filtration flow rate. Calculated based on (flux) and the amount of supernatant and solid components adhering to the separation membrane That the solid component from the separation membrane based on a difference between the speed of peeling, to include a formula for calculating the solids substance content of the filtered liquid adhering to the separation membrane after a predetermined time, further preferred. As a result, if the solid component of the liquid to be filtered adheres to the membrane, it contributes to the membrane filtration resistance and easily peels off from the membrane. Can be reproduced.

また、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物及び/又は固形成分物が分離膜から剥離する速度を求める式が、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値の2次以上の高次関数の項を含むことがさらに好ましい。2次未満では、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物及び/又は固形成分物が分離膜表面から剥離する速度が実際より小さくなる場合が多いが、2次以上にすることによって、その剥離の程度を大きくし、より精度良く再現することができる。   In addition, the formula for determining the rate at which the supernatant component and / or solid component of the filtrate attached to the separation membrane peels from the separation membrane is the supernatant component substance of the filtrate to be attached to the separation membrane. It is more preferable to include a second-order or higher-order function term of the quantity value and / or the solid component substance quantity value. If it is less than the secondary, the rate at which the supernatant component and / or solid component of the liquid to be filtered adhering to the separation membrane peels off from the surface of the separation membrane is often smaller than the actual, but it should be secondary or higher. Thus, the degree of peeling can be increased and reproduced with higher accuracy.

また、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物及び/又は固形成分物が膜から剥離する速度を求める式が、膜洗浄力値に基づく項を含むことがさらに好ましい。ここで、膜洗浄力とは、分離膜表面に付着している物質を剥離させるための応力であり、当該膜洗浄力の値は、膜表面に発生する剪断力の値、膜表面の被ろ過液の流速の値、前記剪断力や前記流速に基づいて算出された値、あるいは、洗浄手段の動力値(洗浄手段の動力値とは、例えば、分離膜の洗浄を分離膜の下部から曝気することによって行うときには、曝気風量や曝気ブロアの出力値などが相当し、分離膜の洗浄を被ろ過液を流動させることによって行うときには、その流動を生じさせるための動力(例えば、液体ポンプによって被ろ過液を流動させる場合には液体ポンプの出力値)などが相当し、分離膜の洗浄を分離膜を移動させることによって行うときには、その移動速度やそのための動力値(例えば、回転ろ過膜の場合には、回転速度やその回転を発生させるためのモーターの出力値)などが相当し、分離膜の洗浄を振動させることによって行うときには、その振動の程度(例えば、周波数)やそのための動力値(例えば、モーターの出力値)などのことである。)などに基づいて算出された値とすることが好ましく、また、膜洗浄力の値を、実際に膜ろ過テストを行った結果から算出・推定してもよい。このことにより、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物及び/又は固形成分物が分離膜から剥離する速度を決定する要素として、曝気などの分離膜の性能に依存しない要素を加えることができ、これにより膜ろ過装置の運転条件を反映しやすくなる。   Moreover, it is more preferable that the formula for obtaining the rate at which the supernatant component and / or the solid component of the liquid to be filtered attached to the separation membrane peel from the membrane includes a term based on the membrane detergency value. Here, the membrane detergency is the stress for peeling off the substance adhering to the separation membrane surface, and the value of the membrane detergency is the value of the shear force generated on the membrane surface, the membrane surface to be filtered The value of the flow rate of the liquid, the value calculated based on the shearing force and the flow rate, or the power value of the cleaning means (the power value of the cleaning means is, for example, aeration of cleaning of the separation membrane from the lower part of the separation membrane The flow rate of the aeration and the output value of the aeration blower correspond to each other, and when cleaning the separation membrane by flowing the liquid to be filtered, the power for generating the flow (for example, filtered by a liquid pump) When the liquid is made to flow, the output value of the liquid pump is equivalent, and when the separation membrane is washed by moving the separation membrane, the moving speed and the power value for that (for example, in the case of a rotary filtration membrane) The times When the cleaning of the separation membrane is performed by vibration, the degree of vibration (for example, frequency) and the power value (for example, motor) It is preferable to use a value calculated on the basis of the actual results of the membrane filtration test. . As a result, factors that do not depend on the performance of the separation membrane, such as aeration, are determined as factors that determine the rate at which the supernatant components and / or solid components of the liquid to be filtered adhering to the separation membrane peel from the separation membrane. Can be added, which makes it easier to reflect the operating conditions of the membrane filtration device.

このような条件を満たす数式として、例えば、次の(3)式および(4)式があり、本発明においては、(3)式および(4)式に従うことを推奨する。しかし、本発明の範囲は(3)式及び(4)式に限定されるものではない。   As mathematical formulas satisfying such conditions, for example, there are the following formulas (3) and (4). In the present invention, it is recommended to follow the formulas (3) and (4). However, the scope of the present invention is not limited to the equations (3) and (4).

Figure 0005034326
Figure 0005034326

ただし、(τ−λx・ΔP)≧0、(τ−λp・ΔP)≧0である。   However, (τ−λx · ΔP) ≧ 0 and (τ−λp · ΔP) ≧ 0.

ここで、Xは固形成分に含まれる物質量値[gC/m]、Pは上清成分に含まれる非膜透過性物質の物質量値[gC/m]、Xmは単位膜面積あたりの分離膜に付着した固形成分に含まれる物質量値[gC/m]、Pmは単位膜面積あたりの分離膜に付着した上清成分に含まれる非膜透過性物質の物質量値[gC/m]、tは時間[s]、τは膜洗浄力値[Pa]、γxは固形成分に含まれる物質の剥離係数[1/m/s]、γpは上清成分に含まれる非膜透過性物質の剥離係数[1/m/s]、λxは固形成分に含まれる物質の摩擦係数[1/Pa]、λpは上清成分に含まれる非膜透過性物質の摩擦係数[1/Pa]、ηxは固形成分に含まれる物質の密度の逆数[m/gC]、ηpは上清成分に含まれる非膜透過性物質の密度の逆数[m/gC]である。ここで、(3)式の右辺の第1項は、固形成分物質が分離膜に付着する速度、及び、第2項は、固形成分物質が分離膜から剥離する速度を示しており、(4)式の右辺の第1項は、上清成分物質が分離膜に付着する速度、及び、第2項は、上清成分物質が分離膜から剥離する速度を示している。また、(3)式及び(4)式の両辺に膜面積Aを乗ずることによって、(3)式の左辺を分離膜に付着した固形成分に含まれる物質量の変化量、(4)式の左辺を分離膜に付着した上清成分に含まれる非膜透過性物質の物質量の変化量に、右辺の膜ろ過流束Jを膜ろ過流量Qに変換することが可能である。また、後述のように、膜洗浄力値τを、洗浄手段の動力値の関数として表現した場合には、その関数をτに代入することによって、(3)式及び(4)式を膜洗浄力値ではなく洗浄手段の動力値に関する計算式に変換することが可能である。 Here, substance amount value X is included in the solid component [gC / m 3], substance amount value of the non-membrane permeable substance P is contained in the supernatant component [gC / m 3], Xm is per unit membrane area The amount of substance contained in the solid component adhering to the separation membrane [gC / m 2 ], Pm is the amount of the non-membrane permeable substance contained in the supernatant component adhering to the separation membrane per unit membrane area [gC / M 2 ], t is the time [s], τ is the membrane cleaning power value [Pa], γx is the peel coefficient [1 / m / s] of the substance contained in the solid component, and γp is the non-component contained in the supernatant component. The peel coefficient [1 / m / s] of the membrane permeable substance, λx is the friction coefficient [1 / Pa] of the substance contained in the solid component, and λp is the friction coefficient [1 of the non-membrane permeable substance contained in the supernatant component. / Pa], ηx is the reciprocal of the density of the substance contained in the solid component [m 3 / gC], ηp is the non-membrane permeable substance contained in the supernatant component Time is the inverse [m 3 / gC] of. Here, the first term on the right side of the expression (3) indicates the rate at which the solid component material adheres to the separation membrane, and the second term indicates the rate at which the solid component material peels from the separation membrane. The first term on the right side of the equation () represents the rate at which the supernatant component material adheres to the separation membrane, and the second term represents the rate at which the supernatant component material peels from the separation membrane. Further, by multiplying both sides of the formulas (3) and (4) by the membrane area A, the left side of the formula (3) is the amount of change in the amount of substance contained in the solid component attached to the separation membrane, and the formula (4) It is possible to convert the membrane filtration flux J on the right side into the membrane filtration flow rate Q to the amount of change in the amount of the non-membrane permeable substance contained in the supernatant component attached to the separation membrane on the left side. As will be described later, when the membrane cleaning power value τ is expressed as a function of the power value of the cleaning means, the formula (3) and (4) are replaced by τ by substituting the function into τ. It is possible to convert to a calculation formula relating to the power value of the cleaning means instead of the force value.

また、前記のように、分離膜に付着している上清成分物質及び/又は固形成分物質の変化量を、前記被ろ過液の上清成分物質及び/又は固形成分物質が分離膜に付着する速度と剥離する速度との差として表現される計算式に基づく場合、分離膜に付着した被ろ過液の上清成分物質量及び/又は固形成分物質量に関する微分方程式として表現することができるが、そのとき、この微分方程式を解く積分方法として、Euler法や、Runge−Kutta法や、Runge−Kutta−Gill(RKG)法などがある。   Further, as described above, the amount of change in the supernatant component substance and / or solid component substance adhering to the separation membrane is determined, and the supernatant component substance and / or solid component substance of the liquid to be filtered adheres to the separation membrane. When based on the calculation formula expressed as the difference between the speed and the peeling speed, it can be expressed as a differential equation regarding the amount of the supernatant component substance and / or the amount of the solid component substance of the liquid to be filtered attached to the separation membrane. At this time, as an integration method for solving the differential equation, there are an Euler method, a Runge-Kutta method, a Runge-Kutta-Gill (RKG) method, and the like.

また、計算ステップ2では、少なくとも、計算ステップ1で求めた分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を用いて、任意の時刻における膜ろ過抵抗値を算出する。   Further, in the calculation step 2, at least the membrane filtration at an arbitrary time using the supernatant component substance amount value and / or the solid component substance amount value of the liquid to be filtered adhering to the separation membrane obtained in the calculation step 1 Calculate the resistance value.

ここにおいて、前記計算ステップ2における任意の時刻における膜ろ過抵抗の計算は、例えば、(5)式に従うことにより任意の時刻における膜ろ過抵抗の値を計算できる。   Here, the calculation of the membrane filtration resistance at an arbitrary time in the calculation step 2 can calculate the value of the membrane filtration resistance at an arbitrary time by, for example, following equation (5).

Figure 0005034326
Figure 0005034326

ここで、Rmは膜ろ過抵抗の初期値[1/m]、αxは前記Xmの単位量あたりの膜ろ過抵抗発生量[m/gC]、αpは前記Pmの単位量あたりの膜ろ過抵抗発生量[m/gC]である。   Here, Rm is the initial value [1 / m] of membrane filtration resistance, αx is the amount of membrane filtration resistance generated per unit amount of Xm [m / gC], and αp is the amount of membrane filtration resistance generated per unit amount of Pm. Amount [m / gC].

また、計算ステップ3では、少なくとも、計算ステップ1で求めた分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を用いて、又は、計算ステップ2で求めた膜ろ過抵抗値を用いて、任意の時刻における膜間差圧値を算出する。   In calculation step 3, at least using the supernatant component substance amount value and / or solid component substance amount value of the liquid to be filtered adhering to the separation membrane obtained in calculation step 1, or in calculation step 2 The transmembrane pressure difference value at an arbitrary time is calculated using the obtained membrane filtration resistance value.

ここにおいて、膜ろ過予測が前記(c)(即ち、計算ステップ1および計算ステップ3)で構成される場合、計算ステップ1で求めた分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を用いて任意の時刻における膜間差圧値を算出する。その方法として、例えば、前記(5)式を前記(1)式に代入した数式を用いることなどがある。また、膜ろ過予測が前記(a)(即ち、計算ステップ1および計算ステップ2および計算ステップ3)で構成される場合、計算ステップ2で求めた膜ろ過抵抗値を用いて、任意の時刻における膜間差圧値を算出する。その方法として、前記(1)式、または、それに基づいた数式を用いて計算することが好ましい。   Here, when the membrane filtration prediction is configured in (c) (that is, calculation step 1 and calculation step 3), the amount of the supernatant component substance of the liquid to be filtered attached to the separation membrane obtained in calculation step 1 The transmembrane pressure difference value at an arbitrary time is calculated using the value and / or the solid component substance amount value. As such a method, for example, a mathematical formula obtained by substituting the formula (5) into the formula (1) may be used. Further, when the membrane filtration prediction is configured by (a) (that is, calculation step 1, calculation step 2, and calculation step 3), the membrane filtration resistance value obtained in calculation step 2 is used to determine the membrane at an arbitrary time. The differential pressure value is calculated. As the method, it is preferable to calculate using the formula (1) or a mathematical formula based on the formula (1).

また、計算ステップ4では、少なくとも、計算ステップ1で求めた分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を用いて、又は、計算ステップ2で求めた膜ろ過抵抗値を用いて、任意の時刻における膜ろ過流量(流束)値を算出する。   In calculation step 4, at least using the supernatant component substance amount value and / or solid component substance amount value of the liquid to be filtered adhering to the separation membrane obtained in calculation step 1, or in calculation step 2 The membrane filtration flow rate (flux) value at an arbitrary time is calculated using the obtained membrane filtration resistance value.

ここにおいて、膜ろ過予測が前記(f)(即ち、計算ステップ1および計算ステップ4)で構成される場合、計算ステップ1で求めた分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を用いて任意の時刻における膜ろ過流量(流束)値を算出する。その方法として、例えば、前記(5)式を前記(1)式に代入した数式を用いることなどがある。また、膜ろ過予測が前記(d)(即ち、計算ステップ1および計算ステップ2および計算ステップ4)で構成される場合、計算ステップ2で求めた膜ろ過抵抗値を用いて、任意の時刻における膜ろ過流量(流束)値を算出する。その方法として、前記(1)式、または、それに基づいた数式を用いて計算することが好ましい。   Here, when the membrane filtration prediction is configured by (f) (that is, calculation step 1 and calculation step 4), the amount of the supernatant component substance of the liquid to be filtered attached to the separation membrane obtained in calculation step 1 The membrane filtration flow rate (flux) value at an arbitrary time is calculated using the value and / or the solid component substance amount value. As such a method, for example, a mathematical formula obtained by substituting the formula (5) into the formula (1) may be used. Further, when the membrane filtration prediction is configured by (d) (that is, calculation step 1, calculation step 2, and calculation step 4), the membrane filtration resistance value obtained in calculation step 2 is used to determine the membrane at an arbitrary time. Calculate the filtration flow rate (flux) value. As the method, it is preferable to calculate using the formula (1) or a mathematical formula based on the formula (1).

本発明では、時刻を更新しながら前記計算ステップを繰り返し行うことによって、膜ろ過流量を設定値に制御しつつ膜ろ過を継続する際の膜ろ過予測を行う場合には、膜ろ過抵抗の経時的変化、及び/又は、膜間差圧の経時的変化を求め、膜間差圧を設定値に制御しつつ膜ろ過を継続する際の膜ろ過予測を行う場合には、膜ろ過抵抗の経時的変化、及び/又は、膜ろ過流量(流束)の経時的変化を求める。   In the present invention, when the membrane filtration is predicted when the membrane filtration is continued while the membrane filtration flow rate is controlled to a set value by repeatedly performing the calculation step while updating the time, the membrane filtration resistance is changed over time. Change and / or change in transmembrane pressure differential over time, and when performing membrane filtration prediction while continuing the membrane filtration while controlling the transmembrane differential pressure to the set value, Change and / or change with time of membrane filtration flow rate (flux) is obtained.

また、前記計算ステップ1、前記計算ステップ2、前記計算ステップ3、および、前記計算ステップ4では、予め決められた計算式に従って計算するが、それら計算式の中に各計算ステップの説明において記述された値やデータや物質量以外のパラメータが含まれる場合がある。そのような場合、前記各計算ステップにおける計算を行う上でパラメータの値を決定する必要がある。本発明においては、パラメータの値の決定方法は特に限定しないが、膜ろ過装置の分離膜と同じ素材・形状の分離膜を用いて、被ろ過液あるいは被ろ過液の上清を実際にろ過し、そのときの膜間差圧の値、膜ろ過流束あるいは膜ろ過流量の値、膜ろ過抵抗の値の変化を実測または算出し、その結果に基づいてパラメータを推定または決定することが好ましい。これは、前記のようなパラメータの中には、利用する被ろ過液と分離膜の性質によって決定されるものが多く含まれており、前記のようなパラメータの推定・決定方法に従うことによって、前記予測を精度良く行うことが可能となるためである。   In the calculation step 1, the calculation step 2, the calculation step 3, and the calculation step 4, calculation is performed according to a predetermined calculation formula, which is described in the description of each calculation step in the calculation formula. May include parameters other than measured values, data, and substance amounts. In such a case, it is necessary to determine a parameter value in performing the calculation in each calculation step. In the present invention, the method for determining the parameter value is not particularly limited, but the filtrate or the supernatant of the filtrate is actually filtered using a separation membrane having the same material and shape as the separation membrane of the membrane filtration device. It is preferable to actually measure or calculate changes in the transmembrane pressure difference, the membrane filtration flux or membrane filtration flow rate, and the membrane filtration resistance, and estimate or determine the parameters based on the results. This includes many parameters determined by the properties of the liquid to be filtered and the separation membrane used, and by following the parameter estimation / determination method described above, This is because prediction can be performed with high accuracy.

次に、本発明の膜ろ過予測プログラムについて説明する。
以下、本発明の膜ろ過予測プログラムの最良の実施形態の例を、図面を参照しながら説明する。
Next, the membrane filtration prediction program of the present invention will be described.
Hereinafter, an example of the best embodiment of the membrane filtration prediction program of the present invention will be described with reference to the drawings.

図3は本発明の膜ろ過予測プログラムにより実行される処理フローであり、図4は本発明の膜ろ過予測プログラムを実装した膜ろ過予測装置の構成の一例である。この膜ろ過予測装置は、補助記憶装置2、入力装置3および表示装置4が接続されたコンピュータ1で構成されており、このコンピュータのメインメモリ上には、制御プログラムが記憶されている。   FIG. 3 is a processing flow executed by the membrane filtration prediction program of the present invention, and FIG. 4 is an example of the configuration of a membrane filtration prediction device that implements the membrane filtration prediction program of the present invention. This membrane filtration predicting device is composed of a computer 1 to which an auxiliary storage device 2, an input device 3 and a display device 4 are connected, and a control program is stored on the main memory of this computer.

まず、膜間差圧を設定値に制御しつつ継続する際に、経時的に変化する膜ろ過抵抗値の時間変化及び/又は膜ろ過流量(流束)値の時間変化を予測する場合には、膜間差圧の時系列値、被ろ過液の上清成分物質量及び/又は固形成分物質量の時系列値、膜洗浄力の時系列値、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量及び/又は固形成分物質量の初期値および膜ろ過抵抗初期値が入力装置3から入力され(データ入力手段:ステップS100)(ここで、前記上清成分物質量及び/又は固形成分物質量の時系列値の入力において、上清成分物質量の時系列値が入力される場合には、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量の初期値を、固形成分物質量の時系列値が入力される場合には、分離膜に付着している被ろ過液の固形成分物質量の初期値を、上清成分物質量及び固形成分物質量の時系列値が入力される場合には、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量及び固形成分物質量の初期値を、入力する。)、コンピュータ1上のメインメモリに記憶される(データ記録手段:ステップS200)。また、全量ろ過型の膜ろ過を行う場合など、被ろ過液の上清成分物質量及び/又は固形成分量が時系列的に変化する場合には、別途計算された任意の時刻における被ろ過液の上清成分物質量及び/又は固形成分量を随時メインメモリに記録することが好ましい。膜ろ過流量(流束)を設定値に制御しつつ継続する際に、経時的に変化する膜ろ過抵抗値の時間変化及び/又は膜間差圧値の時間変化を予測する場合には、ステップS100で入力される値ならびにステップS200で記憶される値を、膜間差圧の時系列値に替えて膜ろ過流量(流束)の時系列値とすることによって、予測することができる。   First, when continuing while controlling the transmembrane pressure difference to a set value, when predicting the time change of the membrane filtration resistance value and / or the time value of the membrane filtration flow rate (flux) value that change over time , Time series value of transmembrane pressure difference, time series value of supernatant component amount and / or solid component substance amount of filtrate, time series value of membrane detergency, of filtrate to be filtered attached to separation membrane The initial value of the supernatant component substance amount and / or the solid component substance amount and the initial value of the membrane filtration resistance are input from the input device 3 (data input means: step S100) (wherein the supernatant component substance amount and / or the solid content) When entering the time series value of the amount of the component substance, if the time series value of the amount of the supernatant component substance is input, the initial value of the amount of the supernatant component substance of the liquid to be filtered attached to the separation membrane is When time-series values of component substances are input, solid formation of the liquid to be filtered attached to the separation membrane When the initial value of the substance amount is input as the time-series value of the amount of the supernatant component substance and the amount of the solid component substance, the amount of the supernatant component substance and the amount of the solid component substance of the liquid to be filtered attached to the separation membrane Are stored in the main memory on the computer 1 (data recording means: step S200). In addition, when the amount of supernatant components and / or the amount of solid components of the filtrate to be filtered changes over time, such as when performing a membrane filtration of the total volume filtration type, the filtrate to be filtered at any time calculated separately. It is preferable to record the amount of the supernatant component substance and / or the amount of the solid component in the main memory as needed. When predicting the time change of the membrane filtration resistance value and / or the time difference of the transmembrane differential pressure value that changes over time when continuing while controlling the membrane filtration flow rate (flux) to the set value, The value input in S100 and the value stored in step S200 can be predicted by replacing the time series value of the transmembrane pressure difference with the time series value of the membrane filtration flow rate (flux).

前記値はキーボードなどの入力装置によりそれぞれ個別に入力されても良いし、予め用意されたデータファイルとして入力されても構わない。ここで、時系列値とはある時刻とその時刻におけるデータとが対になっているデータ集合を意味する。例えば、t(1≦i≦n、n:データ数)を時刻、tにおけるデータをdとして、(t,d)、(t,d)、・・・・、(t,d)と表されるデータの集合であるとする。ここで、ti+1−t=Δtとすると、Δtは必ずしも一定であるとは限らないが、データを適当に外挿または内挿して補完することによりΔtが一定となるように時系列値を生成することができる。ここで、i=0〜nであり、ti+1=t+Δt、t=0、nは刻み数を表す自然数であり、データを適当に外挿または内挿して補完することによりΔtを一定とする場合、Δt=t/nである。 The values may be individually input by an input device such as a keyboard, or may be input as a data file prepared in advance. Here, the time series value means a data set in which a certain time and data at that time are paired. For example, assuming that t i (1 ≦ i ≦ n, n: number of data) is time and d i is data at t i , (t 1 , d 1 ), (t 2 , d 2 ),. Let t n , d n ) be a set of data. Here, if t i + 1 −t i = Δt i , Δt i is not necessarily constant, but it is time to make Δt i constant by supplementing data appropriately by extrapolation or interpolation. Series values can be generated. Here, i = 0 to n, t i + 1 = t i + Δt i , t 0 = 0, n is a natural number representing the number of steps, and Δt i is obtained by appropriately extrapolating or interpolating data. Is constant, Δt i = t n / n.

また、本発明の膜ろ過予測プログラムでは、膜間差圧を設定値に制御しつつ膜ろ過を継続する際の予測の場合には、少なくとも後述の成分量算出手段と膜ろ過抵抗算出手段及び/又は膜ろ過流量(流束)算出手段とを行うことにより、任意の時刻における膜ろ過抵抗値及び/又は膜ろ過流量(流束)値を求めることを含み、膜ろ過流量(流束)を設定値に制御しつつ膜ろ過を継続する際には、少なくとも後述の成分量算出手段と膜ろ過抵抗算出手段及び/又は膜間差圧算出手段とを行うことにより、任意の時刻における膜ろ過抵抗値及び/又は膜間差圧値を求めることを含む。   In the membrane filtration prediction program of the present invention, in the case of prediction when continuing the membrane filtration while controlling the transmembrane pressure difference to the set value, at least a component amount calculating means and a membrane filtration resistance calculating means described below and / Alternatively, the membrane filtration flow rate (flux) is calculated by performing the membrane filtration flow rate (flux) calculation means to obtain the membrane filtration resistance value and / or membrane filtration flow rate (flux) value at an arbitrary time. When membrane filtration is continued while controlling to a value, at least a later-described component amount calculation means, a membrane filtration resistance calculation means, and / or a transmembrane pressure difference calculation means are performed, so that the membrane filtration resistance value at an arbitrary time And / or determining a transmembrane pressure value.

即ち、膜間差圧を設定値に制御しつつ膜ろ過を継続する際における膜ろ過予測プログラムの構成として、下記の3通りを含むということを意味する。
(g)後述の成分量算出手段および膜ろ過抵抗算出手段および膜ろ過流量(流束)算出手段
(h)後述の成分量算出手段および膜ろ過抵抗算出手段
(i)後述の成分量算出手段および膜ろ過流量(流束)算出手段
That is, it means that the following three types are included as the configuration of the membrane filtration prediction program when membrane filtration is continued while controlling the transmembrane pressure difference to a set value.
(G) Component amount calculation means, membrane filtration resistance calculation means, and membrane filtration flow rate (flux) calculation means described later (h) Component amount calculation means, membrane filtration resistance calculation means described later (i) Component amount calculation means, described later Membrane filtration flow rate (flux) calculation means

ここにおいて、(g)の場合(図5参照)には、任意の時刻における膜ろ過抵抗値及び膜ろ過流量(流束)値を、(h)の場合には、任意の時刻における膜ろ過抵抗値を、(i)の場合には、任意の時刻における膜ろ過流量(流束)値を、出力することができる。   Here, in the case of (g) (see FIG. 5), the membrane filtration resistance value and the membrane filtration flow rate (flux) value at an arbitrary time, and in the case of (h), the membrane filtration resistance at an arbitrary time. In the case of (i), the membrane filtration flow rate (flux) value at an arbitrary time can be output.

また、同様に、膜ろ過流量を設定値に制御しつつ膜ろ過を継続する際における膜ろ過予測プログラムの構成として、下記の3通りを含むということを意味する。
(j)後述の成分量算出手段および膜ろ過抵抗算出手段および膜間差圧算出手段
(k)後述の成分量算出手段および膜ろ過抵抗算出手段
(m)後述の成分量算出手段および膜間差圧算出手段
Similarly, it means that the following three types are included as the configuration of the membrane filtration prediction program when membrane filtration is continued while controlling the membrane filtration flow rate to the set value.
(J) Component amount calculating means and membrane filtration resistance calculating means and transmembrane differential pressure calculating means described later (k) Component amount calculating means and membrane filtration resistance calculating means described later (m) Component amount calculating means and transmembrane difference described later Pressure calculation means

ここにおいて、(j)の場合(図6参照)には、任意の時刻における膜ろ過抵抗値及び膜間差圧値を、(k)の場合には、任意の時刻における膜ろ過抵抗値を、(m)の場合には、任意の時刻における膜間差圧値を、求めることができる。   Here, in the case of (j) (see FIG. 6), the membrane filtration resistance value and the transmembrane pressure difference value at an arbitrary time, and in the case of (k), the membrane filtration resistance value at an arbitrary time, In the case of (m), the transmembrane pressure difference value at an arbitrary time can be obtained.

次に、ステップS300の成分量算出手段では、補助記憶装置2に予め記録された付着成分量算出式に従って、時刻tにおけるデータを用いて時刻ti+1における分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値が算出される。すなわち、メインメモリに記憶されている時系列値から時刻tにおける膜間差圧値または膜ろ過流量(流束)値、または、被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値、膜洗浄力値が読み出され、さらに膜ろ過抵抗初期値、時刻tの場合には分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量及び/又は固形成分物質量の初期値、t以外の場合には時刻tにおける分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値が読み出される。これら読み出された時刻tにおける値を用いて時刻ti+1における分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値が予め記録された付着成分量算出式に従って算出される。ただし、前記ステップS200において、上清成分物質量の時系列値および分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量の初期値が記録されている場合には、時刻ti+1における分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値を、固形成分物質量の時系列値および分離膜に付着している被ろ過液の固形成分物質量の初期値が記録されている場合には、時刻ti+1における分離膜に付着している被ろ過液の固形成分物質量値を、上清成分量物質量及び固形成分物質量の時系列値および分離膜に付着している被ろ過液の上清成分量物質量及び固形成分物質量の初期値が記録されている場合には、時刻ti+1における分離膜に付着している被ろ過液の上清成分量物質量及び固形成分物質量値を、算出する。これらの演算はメインメモリ中の制御プログラムの指示に従って中央処理装置にて処理される。 Next, in the component amount calculation means in step S300, the liquid to be filtered attached to the separation membrane at time t i + 1 using the data at time t i according to the attached component amount calculation formula recorded in advance in the auxiliary storage device 2. The supernatant component substance amount value and / or the solid component substance amount value are calculated. That is, inter-membrane differential at time t i from the time series values stored in the main memory pressure value or membrane filtration flow rate (flux) value or of the filtrated supernatant component substance quantity value and / or the solid component materials The volume value and membrane detergency value are read out, and the initial value of membrane filtration resistance, and in the case of time t 0 , the amount of the supernatant component substance and / or the amount of solid component substance of the liquid to be filtered adhering to the separation membrane In cases other than the initial value, t 0 , the supernatant component substance amount value and / or the solid component substance amount value of the liquid to be filtered adhering to the separation membrane at time t i is read out. Supernatants component substance quantity value and / or solid components substance amount value pre-recorded attached component quantity of the filtration liquid adhering to the separation membrane at the time t i + 1 by using the read-out values at the time t i Calculated according to the calculation formula. However, when the time series value of the amount of supernatant component substance and the initial value of the amount of supernatant component substance of the liquid to be filtered adhering to the separation membrane are recorded in step S200, the separation at time t i + 1 is performed. The supernatant component substance amount value of the liquid to be filtered adhering to the membrane, the time series value of the solid component substance amount, and the initial value of the solid component substance amount of the liquid to be filtered adhering to the separation membrane are recorded. In this case, the solid component substance amount value of the liquid to be filtered adhering to the separation membrane at time t i + 1 is obtained by calculating the supernatant component amount substance amount, the time series value of the solid component substance amount, and the subject matter adhering to the separation membrane. When the initial values of the amount of the supernatant component of the filtrate and the amount of the solid component are recorded, the amount of the supernatant component of the filtrate and the solid component of the filtrate attached to the separation membrane at time ti + 1 The substance amount value is calculated. These operations are processed by the central processing unit in accordance with the instructions of the control program in the main memory.

前記予め記録された付着成分量算出式は、膜間差圧値または膜ろ過流量(流束)値と被ろ過液の上清成分量値及び固形成分量値に基づいて決定される被ろ過液上清成分物及び固形成分物が分離膜へ付着する速度と、膜間差圧値または膜ろ過流量(流束)値に基づいて決定される分離膜に付着している被ろ過液の上清成分量及び固形成分量が分離膜から剥離する速度との差に基づくこと、膜間差圧値または膜ろ過流量(流束)値と被ろ過液の上清成分量値に基づいて決定される被ろ過液の上清成分物が分離膜へ付着する速度と、膜間差圧値または膜ろ過流量(流束)値に基づいて決定される分離膜に付着している被ろ過液の上清成分量が分離膜から剥離する速度との差に基づくこと、膜間差圧値または膜ろ過流量(流束)値と被ろ過液の固形成分量値に基づいて決定される被ろ過液の固形成分物が分離膜へ付着する速度と、膜間差圧値または膜ろ過流量(流束)値に基づいて決定される分離膜に付着している被ろ過液の固形成分量が分離膜から剥離する速度との差に基づくことが好ましい。   The pre-recorded adhesion component amount calculation formula is determined based on the transmembrane differential pressure value or the membrane filtration flow rate (flux) value, the supernatant component amount value, and the solid component amount value of the filtrate. The supernatant of the liquid to be filtered adhering to the separation membrane determined based on the rate at which the supernatant and solid components adhere to the separation membrane and the transmembrane pressure difference value or the membrane filtration flow rate (flux) value It is determined based on the difference between the component amount and the solid component amount from the separation rate from the separation membrane, the transmembrane differential pressure value or the membrane filtration flow rate (flux) value, and the supernatant component amount value of the liquid to be filtered. The supernatant of the filtrate attached to the separation membrane determined based on the rate at which the supernatant components of the filtrate are attached to the separation membrane and the transmembrane differential pressure value or the membrane filtration flow rate (flux) value The amount of the component is based on the difference from the separation rate from the separation membrane, the transmembrane pressure difference value or the membrane filtration flow rate (flux) value, and solid formation of the filtrate The solid component of the liquid to be filtered, which is determined based on the quantity value, adheres to the separation membrane, which is determined based on the transmembrane differential pressure value or the membrane filtration flow rate (flux) value. It is preferable that the solid component amount of the liquid to be filtered is based on a difference from the rate of separation from the separation membrane.

また、より好ましくは、膜間差圧値若しくは膜ろ過流量(流束)と被ろ過液中の上清成分物質量とに基づいて算出される被ろ過液中の上清成分物質が分離膜へ付着する速度と、膜間差圧値若しくは膜ろ過流量(流束)と分離膜に付着している上清成分物質量及び固形成分物質量に基づいて算出される分離膜から上清成分物質が剥離する速度との差に基づいて、所定時間後の分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量を計算する計算式を含み、かつ、膜間差圧値若しくは膜ろ過流量(流束)と被ろ過液中の固形成分物質量とに基づいて算出される被ろ過液中の固形成分が分離膜へ付着する速度と、膜間差圧値若しくは膜ろ過流量(流束)と分離膜に付着している上清成分物質量及び固形成分物質量に基づいて算出される分離膜から固形成分が剥離する速度との差に基づいて、所定時間後の分離膜に付着している被ろ過液の固形成分物質量を計算する計算式を含むことである。   More preferably, the supernatant component substance in the filtrate to be calculated, which is calculated based on the transmembrane pressure difference value or the membrane filtration flow rate (flux) and the amount of the supernatant component substance in the filtrate, is supplied to the separation membrane. The supernatant component material is calculated from the separation membrane calculated based on the adhesion speed, the transmembrane differential pressure value or the membrane filtration flow rate (flux), the amount of the supernatant component substance adhering to the separation membrane, and the amount of the solid component substance. It includes a calculation formula for calculating the amount of the supernatant component substance of the liquid to be filtered adhering to the separation membrane after a predetermined time based on the difference from the peeling speed, and the transmembrane pressure difference value or the membrane filtration flow rate ( Flux) and the rate at which the solid component in the filtrate is attached to the separation membrane calculated based on the amount of the solid component substance in the filtrate, the transmembrane pressure difference value or the membrane filtration flow rate (flux) Solid formation from the separation membrane calculated based on the amount of supernatant component substance and solid component substance adhering to the separation membrane There based on a difference between the speed of peeling is to include a formula for calculating the solids substance content of the filtered liquid adhering to the separation membrane after a predetermined time.

また、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物及び/又は固形成分物が膜から剥離する速度を求める式が、膜洗浄力値に基づく項を含むことが好ましい。   Moreover, it is preferable that the formula which calculates | requires the speed | rate which peels the supernatant component and / or solid component of the to-be-filtered liquid adhering to a separation membrane include the term based on a membrane cleaning power value.

さらには、前記予め記録された付着成分量算出式が、前記(3)式及び/又は(4)式に基づいた数式で表現されることが好ましい。しかし、本発明の範囲は(3)式及び(4)式に限定されるものではない。ここで、前記(3)式および(4)式は、微分方程式で表現されているが、これをEuler法を用いて計算するとすると、例えば、(6)式および(7)式として表現することができる。   Furthermore, it is preferable that the adhesion component amount calculation formula recorded in advance is expressed by a mathematical formula based on the formula (3) and / or the formula (4). However, the scope of the present invention is not limited to the equations (3) and (4). Here, the above equations (3) and (4) are expressed as differential equations. If this is calculated using the Euler method, for example, they are expressed as equations (6) and (7). Can do.

Figure 0005034326
Figure 0005034326

ただし、(τ−λx・ΔP)≧0、(τ−λp・ΔP)≧0であり、(8)式の条件を満たす。   However, (τ−λx · ΔP) ≧ 0 and (τ−λp · ΔP) ≧ 0, which satisfies the condition of equation (8).

Figure 0005034326
Figure 0005034326

ここで、(7)式の右辺の第1項は、固形成分物質が分離膜に付着する速度、及び、第2項は、固形成分物質が分離膜から剥離する速度を示しており、(6)式の右辺の第1項は、上清成分物質が分離膜に付着する速度、及び、第2項は、上清成分物質が分離膜から剥離する速度を示している。したがって、時刻ti+1における分離膜に付着している固形成分物質量を計算する際には、(7)式を、時刻ti+1における分離膜に付着している上清成分物質量を計算する際には、(6)式を、時刻ti+1における分離膜に付着している固形成分物質量及び上清成分物質量を計算する際には、(6)式及び(7)式を、利用する。また、(6)式及び(7)式の両辺に膜面積Aを乗ずることによって、(7)式の左辺を分離膜に付着した固形成分に含まれる物質量の変化量、(6)式の左辺を分離膜に付着した上清成分に含まれる非膜透過性物質の物質量の変化量に、右辺の膜ろ過流束Jを膜ろ過流量Qに変換することが可能である。また、膜洗浄力値τを、洗浄手段の動力値の関数として表現した場合には、その関数をτに代入することによって、(7)式及び(6)式を膜洗浄力値ではなく洗浄手段の動力値に関する計算式に変換することが可能である。 Here, the first term on the right side of the equation (7) indicates the rate at which the solid component material adheres to the separation membrane, and the second term indicates the rate at which the solid component material peels from the separation membrane. The first term on the right side of the equation () represents the rate at which the supernatant component material adheres to the separation membrane, and the second term represents the rate at which the supernatant component material peels from the separation membrane. Therefore, when calculating the solid component amount of material adhering to the separation membrane at the time t i + 1, at the time of calculating the supernatant component substance amount adhering to (7), the separation membrane at the time t i + 1 For calculating the amount of solid component substances and the amount of supernatant component substances adhering to the separation membrane at time t i + 1, the expressions (6) and (7) are used. . Further, by multiplying both sides of the formulas (6) and (7) by the membrane area A, the amount of change in the amount of the substance contained in the solid component attached to the separation membrane on the left side of the formula (7), It is possible to convert the membrane filtration flux J on the right side into the membrane filtration flow rate Q to the amount of change in the amount of the non-membrane permeable substance contained in the supernatant component attached to the separation membrane on the left side. Further, when the membrane cleaning power value τ is expressed as a function of the power value of the cleaning means, the function is substituted into τ, so that the expressions (7) and (6) are not the film cleaning power value but the cleaning power value. It can be converted into a calculation formula relating to the power value of the means.

また、前記のように、分離膜に付着している上清成分物質及び/又は固形成分物質の変化量を、前記被ろ過液の上清成分物質及び/又は固形成分物質が分離膜に付着する速度と剥離する速度との差として表現される計算式に基づく場合、分離膜に付着した被ろ過液の上清成分物質量及び/又は固形成分物質量に関する微分方程式として表現することができるが、そのとき、この微分方程式を解く積分方法として、Euler法や、Runge−Kutta法や、Runge−Kutta−Gill(RKG)法などがある。   Further, as described above, the amount of change in the supernatant component substance and / or solid component substance adhering to the separation membrane is determined, and the supernatant component substance and / or solid component substance of the liquid to be filtered adheres to the separation membrane. When based on the calculation formula expressed as the difference between the speed and the peeling speed, it can be expressed as a differential equation regarding the amount of the supernatant component substance and / or the amount of the solid component substance of the liquid to be filtered attached to the separation membrane. At this time, as an integration method for solving the differential equation, there are an Euler method, a Runge-Kutta method, a Runge-Kutta-Gill (RKG) method, and the like.

また、上記式中に現れる記号は表1に示すとおりである。ステップS400では、ステップS300で算出された時刻ti+1における分離膜に付着している被ろ過液の固形成分物質量値及び/又は上清成分物質量値がコンピュータ1上のメインメモリに記録される。 The symbols appearing in the above formula are as shown in Table 1. In step S400, the solid component substance amount value and / or supernatant component substance amount value of the liquid to be filtered adhering to the separation membrane at time t i + 1 calculated in step S300 is recorded in the main memory on the computer 1. .

Figure 0005034326
Figure 0005034326

また、膜ろ過抵抗算出手段では、中央処理装置がメインメモリ内の制御プログラムの指示に従い、データ記録手段(ステップS200)でメインメモリに記憶された膜ろ過抵抗初期値と、成分量算出手段(ステップS300)で算出された時刻ti+1における分離膜に付着している被ろ過液の固形成分物質量値及び/又は上清成分物質量値を用いて、補助記憶装置2に予め記録された膜ろ過抵抗予測値算出式を用いて、時刻ti+1における膜ろ過抵抗予測値を算出する。この予め記録された算出式は、分離膜に付着している被ろ過液の固形成分物質量値及び/又は上清成分物質量値によって決定される膜ろ過抵抗と膜ろ過抵抗初期値との和として算出されることが好ましく、より好ましくは、前記(5)式に基づくことである。そのために、例えば、下記の(9)式を用いる。 In the membrane filtration resistance calculation means, the central processing unit follows the instruction of the control program in the main memory, and the membrane filtration resistance initial value stored in the main memory by the data recording means (step S200) and the component amount calculation means (step Using the solid component substance amount value and / or the supernatant component substance amount value of the liquid to be filtered adhering to the separation membrane at time t i + 1 calculated in S300), the membrane filtration recorded in advance in the auxiliary storage device 2 The predicted membrane filtration resistance value at time t i + 1 is calculated using the predicted resistance value calculation formula. This pre-recorded calculation formula is the sum of the membrane filtration resistance determined by the solid component substance amount value and / or the supernatant component substance amount value of the liquid to be filtered adhering to the separation membrane and the initial value of the membrane filtration resistance. Is more preferably calculated based on the equation (5). For this purpose, for example, the following equation (9) is used.

Figure 0005034326
Figure 0005034326

ここで、(9)式中に現れる記号は表1に示すとおりである。 Here, symbols appearing in the equation (9) are as shown in Table 1.

また、膜ろ過流量(流束)算出手段では、前記データ記録手段から膜ろ過抵抗初期値および時刻ti+1における膜間差圧値を読み出し、読み出された膜ろ過抵抗初期値と時刻ti+1における膜間差圧値と成分量算出手段で算出された時刻ti+1における分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値とに基づいて、予め記録された膜ろ過流量(流束)予測値算出式Iを用いて、時刻ti+1における膜ろ過流量(流束)の予測値を算出、又は、前記データ記録手段から時刻ti+1における膜間差圧値を読み出し、読み出された時刻ti+1における膜間差圧値と、前記膜ろ過抵抗算出手段で算出された時刻ti+1における膜ろ過抵抗予測値とに基づいて、予め記録された膜ろ過流量(流束)予測値算出式IIを用いて、時刻ti+1における膜ろ過流量(流束)の予測値を算出する。 Further, the membrane filtration flow rate (flux) calculation means reads the membrane filtration resistance initial value and the transmembrane pressure difference value at time t i + 1 from the data recording means, and the read membrane filtration resistance initial value and time t i + 1 . Pre-recorded based on the transmembrane differential pressure value and the supernatant component substance amount value and / or solid component substance amount value of the liquid to be filtered adhering to the separation membrane at time ti + 1 calculated by the component amount calculating means The predicted value of the membrane filtration flow rate (flux) at time t i + 1 is calculated using the calculated membrane filtration flow rate (flux) predicted value calculation formula I, or the transmembrane pressure difference at time t i + 1 from the data recording means The membrane filtration flow rate recorded in advance based on the transmembrane pressure difference value at time ti + 1 read out and the membrane filtration resistance prediction value at time ti + 1 calculated by the membrane filtration resistance calculation means (Flux) Pre A predicted value of the membrane filtration flow rate (flux) at time t i + 1 is calculated using the measured value calculation formula II.

ここにおいて、膜ろ過予測プログラムが前記(i)(即ち、成分量算出手段および膜ろ過流量(流束)算出手段)を含む場合、成分量算出手段で求めた時刻ti+1における分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を用いて時刻ti+1における膜ろ過流量(流束)値を算出する。その方法として、例えば、前記(5)式を前記(1)式に代入した数式を用いることなどがある。また、膜ろ過予測が前記(g)(即ち、成分量算出手段および膜ろ過抵抗算出手段および膜ろ過流量(流束)算出手段)を含む場合、膜ろ過抵抗算出手段で求めた時刻ti+1における膜ろ過抵抗値を用いて、任意の時刻における膜ろ過流量(流束)値を算出する。その方法として、前記(1)式、または、それに基づいた数式を用いて計算することが好ましい。そのために、例えば、(10)式あるいは(11)式を用いる。 Here, when the membrane filtration prediction program includes (i) (that is, the component amount calculation means and the membrane filtration flow rate (flux) calculation means), the membrane filtration prediction program adheres to the separation membrane at the time t i + 1 obtained by the component amount calculation means. The membrane filtration flow rate (flux) value at time t i + 1 is calculated using the supernatant component substance amount value and / or the solid component substance amount value of the liquid to be filtered. As such a method, for example, a mathematical formula obtained by substituting the formula (5) into the formula (1) may be used. Further, when the membrane filtration prediction includes (g) (that is, the component amount calculating means, the membrane filtration resistance calculating means, and the membrane filtration flow rate (flux) calculating means), at the time t i + 1 obtained by the membrane filtration resistance calculating means. The membrane filtration flow rate (flux) value at an arbitrary time is calculated using the membrane filtration resistance value. As the method, it is preferable to calculate using the formula (1) or a mathematical formula based on the formula (1). For this purpose, for example, Expression (10) or Expression (11) is used.

Figure 0005034326
Figure 0005034326

ここで、(10)式および(11)式中に現れる記号は表1に示すとおりである。 Here, symbols appearing in the expressions (10) and (11) are as shown in Table 1.

また、膜間差圧算出手段では、前記データ記録手段から膜ろ過抵抗初期値および時刻ti+1における膜ろ過流量(流束)値を読み出し、読み出された膜ろ過抵抗初期値と時刻ti+1における膜ろ過流量(流束)値と成分量算出手段で算出された時刻ti+1における分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値とに基づいて、予め記録された膜間差圧予測値算出式Iを用いて、時刻ti+1における膜間差圧の予測値を算出、又は、前記データ記録手段から時刻ti+1における膜ろ過流量(流束)値を読み出し、読み出された時刻ti+1における膜ろ過流量(流束)値と、前記膜ろ過抵抗算出手段で算出された時刻ti+1における膜ろ過抵抗予測値とに基づいて、予め記録された膜間差圧予測値算出式IIを用いて、時刻ti+1における膜間差圧の予測値を算出する。 Further, the transmembrane pressure calculating means reads the membrane filtration resistance initial value and the membrane filtration flow rate (flux) value at time t i + 1 from the data recording means, and the read membrane filtration resistance initial value and time t i + 1 . Based on the membrane filtration flow rate (flux) value and the supernatant component substance amount value and / or the solid component substance amount value of the liquid to be filtered adhering to the separation membrane at time t i + 1 calculated by the component amount calculation means. Then, using the pre-recorded transmembrane pressure difference predicted value calculation formula I, the predicted value of the transmembrane pressure difference at time t i + 1 is calculated, or the membrane filtration flow rate (flux) at time t i + 1 from the data recording means reads the value, the membrane filtration flow rate (flux) value at time t i + 1 that is read, the based on the membrane filtration resistance prediction value at time t i + 1 calculated by the membrane filtration resistance calculation means, prerecorded Transmembrane pressure difference A predicted value of the transmembrane pressure difference at time t i + 1 is calculated using the measured value calculation formula II.

ここにおいて、膜ろ過予測プログラムが前記(m)(即ち、成分量算出手段および膜間差圧算出手段)を含む場合、成分量算出手段で求めた時刻ti+1における分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を用いて時刻ti+1における膜間差圧値を算出する。その方法として、例えば、前記(5)式を前記(1)式に代入した数式を用いることなどがある。また、膜ろ過予測が前記(j)(即ち、成分量算出手段および膜ろ過抵抗算出手段および膜間差圧算出手段)を含む場合、膜ろ過抵抗算出手段で求めた時刻ti+1における膜ろ過抵抗値を用いて、任意の時刻における膜間差圧値を算出する。その方法として、前記(1)式、または、それに基づいた数式を用いて計算することが好ましい。そのために、例えば、(12)式あるいは(13)式を用いる。 Here, when the membrane filtration prediction program includes the above (m) (that is, the component amount calculating means and the transmembrane pressure calculating means), the coating attached to the separation membrane at the time t i + 1 obtained by the component amount calculating means. The transmembrane pressure difference value at time t i + 1 is calculated using the supernatant component substance amount value and / or the solid component substance amount value of the filtrate. As such a method, for example, a mathematical formula obtained by substituting the formula (5) into the formula (1) may be used. Further, when the membrane filtration prediction includes the above (j) (that is, the component amount calculation means, the membrane filtration resistance calculation means, and the transmembrane pressure difference calculation means), the membrane filtration resistance at the time t i + 1 obtained by the membrane filtration resistance calculation means The transmembrane pressure difference value at an arbitrary time is calculated using the value. As the method, it is preferable to calculate using the formula (1) or a mathematical formula based on the formula (1). For this purpose, for example, Expression (12) or Expression (13) is used.

Figure 0005034326
Figure 0005034326

ここで、(12)式および(13)式中に現れる記号は表1に示すとおりである。 Here, symbols appearing in the expressions (12) and (13) are as shown in Table 1.

また、膜ろ過予測値記録手段(ステップS600)では、前記膜ろ過抵抗算出手段によって算出された時刻ti+1における膜ろ過抵抗の予測値、及び/又は、前記膜ろ過流量(流束)算出手段によって算出された時刻ti+1における膜ろ過流量(流束)の予測値がコンピュータ1上のメインメモリに記録される。 Further, in the membrane filtration predicted value recording means (step S600), the membrane filtration resistance prediction value at time t i + 1 calculated by the membrane filtration resistance calculation means and / or the membrane filtration flow rate (flux) calculation means. The calculated predicted value of the membrane filtration flow rate (flux) at the time t i + 1 is recorded in the main memory on the computer 1.

膜間差圧を設定値に制御しつつ継続する際に、経時的に変化する膜ろ過抵抗値の時間変化及び/又は膜ろ過流量(流束)値の時間変化を予測する場合には、成分量算出手段、成分量算出値記録手段、膜ろ過抵抗算出手段及び/又は膜ろ過流量(流束)算出手段、膜ろ過予測値記録手段を、膜ろ過流量を設定値に制御しつつ継続する際に、経時的に変化する膜ろ過抵抗値の時間変化及び/又は膜間差圧値の時間変化を予測する場合には、成分量算出手段、成分量算出値記録手段、膜ろ過抵抗算出手段及び/又は膜間差圧算出手段、膜ろ過予測値記録手段を、時刻をΔtずつ更新しながら繰り返すことでメモリ上にΔt毎の予測値の時系列データ(時間t〜tに対応する予測値の時系列データ)が生成される。ここで、予測の終了はステップS200でメモリに記憶された時系列データの最終時刻t、または、事前に設定された時刻でもよい。 When predicting the time change of the membrane filtration resistance value and / or the membrane filtration flow rate (flux) value that change over time when continuing while controlling the transmembrane pressure difference to the set value, When continuing the amount calculation means, the component amount calculation value recording means, the membrane filtration resistance calculation means and / or the membrane filtration flow rate (flux) calculation means, the membrane filtration predicted value recording means while controlling the membrane filtration flow rate to the set value In addition, when predicting the temporal change of the membrane filtration resistance value and / or the temporal change of the transmembrane pressure difference value that change with time, the component amount calculation means, the component amount calculation value recording means, the membrane filtration resistance calculation means, By repeating the transmembrane pressure difference calculating means and the membrane filtration predicted value recording means while updating the time by Δt i , time series data of predicted values for each Δt i on the memory (corresponding to times t 0 to t n) Time-series data of predicted values to be generated). Here, the end of the prediction may be the final time t n of the time-series data stored in the memory in step S200 or a time set in advance.

最後に、出力手段(ステップS700)では、メインメモリ内の制御プログラムの指示に従って予測値の時系列データが表示装置4によって表示される。表示は時刻と予測値が対になった表や、縦軸に予測値、横軸に時刻をとったグラフなどでなされることが好ましい。また、任意の時刻における異なる2種の予測値(例えば、膜ろ過流量値と膜ろ過抵抗値など)を対として、一方を縦軸に他方を横軸として表示してもよい。また、この表やグラフはプリンタなどにより出力されてもよい。   Finally, in the output means (step S700), the time series data of predicted values is displayed on the display device 4 in accordance with the instruction of the control program in the main memory. The display is preferably performed in a table in which the time and the predicted value are paired, a graph in which the vertical axis indicates the predicted value, and the horizontal axis indicates the time. Alternatively, two different predicted values (for example, a membrane filtration flow rate value and a membrane filtration resistance value) at an arbitrary time may be displayed as a pair, one as a vertical axis and the other as a horizontal axis. Further, this table or graph may be output by a printer or the like.

上記プログラムは、フレキシブルディスク、CD−ROMなどに代表される有形の記憶媒体や、有線もしくは無線のネットワークなどの電送経路(自動公衆送信を含む)を通じて流通される。   The program is distributed through a tangible storage medium represented by a flexible disk, a CD-ROM, and the like, and a transmission path (including automatic public transmission) such as a wired or wireless network.

以下、本発明を具体的に説明するが、本発明はこの実施例のみに限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in detail, but the present invention is not limited to only these examples.

(実施例1)
まず、被ろ過液として活性汚泥を用い、図7に示した膜ろ過試験装置400を用いて膜ろ過試験を行った。膜ろ過試験装置400は、窒素ガス405によって、純水を収容している純水チャンバー410を、あるいは、攪拌式セル401(ミリポア(株)製Amicon8050)を加圧すること(その圧力は、圧力計411によって測定)、によって、被ろ過液である活性汚泥を膜固定ホルダー406に設置された分離膜402によってろ過する装置である。また、膜ろ過は、マグネティックスターラー403によって被ろ過液中に浸漬されている攪拌子404を回転させることによって、被ろ過液を攪拌することが可能である。また、膜透過液を電子秤408上に載せたビーカー407に受けて、その膜透過液量を電子秤408によって測定し、その測定値をパソコン409に取り込む構造とした。また、バルブ412、バルブ413、バルブ414を開閉することにより、膜ろ過試験装置各部の加圧の有無を調整した。
Example 1
First, a membrane filtration test was conducted using activated sludge as a liquid to be filtered and using the membrane filtration test apparatus 400 shown in FIG. The membrane filtration test apparatus 400 pressurizes a pure water chamber 410 containing pure water or a stirring cell 401 (Amicon 8050 manufactured by Millipore Corporation) with nitrogen gas 405 (the pressure is measured by a pressure gauge). ), The activated sludge as the liquid to be filtered by the separation membrane 402 installed in the membrane fixing holder 406. In membrane filtration, the liquid to be filtered can be stirred by rotating a stirring bar 404 immersed in the liquid to be filtered by a magnetic stirrer 403. The membrane permeate was received by a beaker 407 mounted on an electronic balance 408, the amount of the membrane permeate was measured by the electronic balance 408, and the measured value was taken into the personal computer 409. Moreover, the presence or absence of pressurization of each part of the membrane filtration test apparatus was adjusted by opening and closing the valve 412, the valve 413, and the valve 414.

まず、膜ろ過抵抗初期値を測定するために純水を用いた膜ろ過試験を行った。ここにおいて、膜ろ過圧力を20kPa、マグネティックスターラー403による攪拌速度を600rpmとした。また、電子秤408における測定値を2秒間隔でパソコン409に取り込んだ。純水を用いた膜ろ過試験は80mlの膜透過液量が得られるまで行った。   First, a membrane filtration test using pure water was performed to measure the initial value of membrane filtration resistance. Here, the membrane filtration pressure was 20 kPa, and the stirring speed by the magnetic stirrer 403 was 600 rpm. Moreover, the measured value in the electronic balance 408 was taken into the personal computer 409 at intervals of 2 seconds. The membrane filtration test using pure water was conducted until an amount of 80 ml of membrane permeate was obtained.

次に、活性汚泥を用いた膜ろ過性評価試験を行った。まず、純水チャンバー310を外し、図7の点線のライン415を接続した。攪拌式セル401内に12mlの活性汚泥を投入し、膜ろ過圧力を20kPa、マグネティックスターラー403による攪拌速度を600rpmとして膜ろ過試験を行った。電子秤408における測定値を2秒間隔でパソコン409に取り込み、700秒間の膜ろ過試験を行った。   Next, a membrane filterability evaluation test using activated sludge was performed. First, the pure water chamber 310 was removed, and the dotted line 415 in FIG. 7 was connected. 12 ml of activated sludge was put into the stirring type cell 401, the membrane filtration test was conducted at a membrane filtration pressure of 20 kPa and a stirring speed by the magnetic stirrer 403 of 600 rpm. The measured value in the electronic balance 408 was taken into the personal computer 409 at intervals of 2 seconds, and the membrane filtration test for 700 seconds was performed.

上記、膜ろ過試験を、遠心分離(3500rpm、10分間)によって得られた遠心上清を用いても行った。   The membrane filtration test was also performed using a centrifugal supernatant obtained by centrifugation (3500 rpm, 10 minutes).

上記の各膜ろ過試験において、パソコン409内に取り込まれたろ過時間とろ過液量との関係を示したデータを次のように処理した。まず、任意のろ過時間におけるろ過液量の微分係数を用いて、任意のろ過時間における膜ろ過流束を算出した。次に、前記任意のろ過時間における膜ろ過流束から、膜ろ過圧力を用いて、前記(1)式に従い、任意のろ過時間における膜ろ過抵抗を算出した。上記のように算出された結果から、単位膜面積あたりの総ろ過液量と膜ろ過抵抗との関係を作成した。   In each membrane filtration test described above, data indicating the relationship between the filtration time taken into the personal computer 409 and the amount of filtrate was processed as follows. First, the membrane filtration flux at any filtration time was calculated using the differential coefficient of the filtrate amount at any filtration time. Next, from the membrane filtration flux at the arbitrary filtration time, the membrane filtration resistance at the arbitrary filtration time was calculated according to the formula (1) using the membrane filtration pressure. From the results calculated as described above, a relationship between the total filtrate amount per unit membrane area and the membrane filtration resistance was created.

前記純水を用いた膜ろ過試験の結果から作成された単位膜面積あたりの総ろ過液量と膜ろ過抵抗との関係から、ろ過液量が70〜80mLの区間における膜ろ過抵抗の平均値を膜ろ過抵抗初期値とした。   From the relationship between the total filtrate volume per unit membrane area and the membrane filtration resistance created from the results of the membrane filtration test using pure water, the average value of the membrane filtration resistance in the section where the filtrate volume is 70 to 80 mL is calculated. The initial value was membrane filtration resistance.

ここで、上記のような膜ろ過試験の結果を予測するための膜ろ過予測プログラムを、数値計算ソフトMATLAB(米国 Mathworks社製)を用いて作成した。   Here, a membrane filtration prediction program for predicting the results of the membrane filtration test as described above was created using numerical calculation software MATLAB (made by Mathworks, USA).

まず、膜間差圧ΔP[Pa]の時系列値、被ろ過液の上清成分物質量P[gC/m]および固形成分量X[gC/m]の時系列値、および、膜洗浄力の時系列値を予め用意したデータファイルとして入力することとし、膜ろ過抵抗初期値、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量および固形成分量の初期値、膜面積値、および、透過水粘度値は、キーボードから直接入力する構造とした。また、入力されたデータおよび値は、メモリに記録される構造とした。 First, the time-series value of the transmembrane pressure difference ΔP [Pa], the time-series value of the supernatant component amount P [gC / m 3 ] and the solid component amount X [gC / m 3 ] of the liquid to be filtered, and the membrane The time series value of the detergency is entered as a data file prepared in advance, the initial value of membrane filtration resistance, the initial value of the amount of the supernatant component substance and the solid component of the filtered liquid adhering to the separation membrane, and the membrane area The value and the permeated water viscosity value were configured to be input directly from the keyboard. The input data and values are recorded in the memory.

また、付着成分量算出式として、前記(3)式および前記(4)式を、膜ろ過抵抗予測値算出式として、前記(5)式を、膜ろ過流量(流束)予測値算出式として、前記(1)式にJ=Q/Aを代入した数式を、予め記録させた。   Moreover, as said adhesion component amount calculation formula, said Formula (3) and said Formula (4) are used as a membrane filtration resistance prediction value calculation formula, and said Formula (5) is used as a membrane filtration flow rate (flux) prediction value calculation formula. A mathematical formula in which J = Q / A is substituted into the formula (1) is recorded in advance.

成分量算出手段として、前記メモリに記録された時刻tにおける膜間差圧値、時刻tにおける被ろ過液の上清成分量値および固形成分量値、時刻tにおける膜洗浄力値、および、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量および固形成分量の初期値又はメモリに記録された時刻tにおける分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値および固形成分量値を読み出し、前記付着成分算出式を用いて、時刻ti+1における分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値および固形成分量値を算出する構造とした。このとき、積分法として、Runge−Kutta法を用いた。 As component amount calculating means, the inter-membrane differential at the time t i which is recorded in the memory pressure value, the upper Kiyonari component values and solid component quantity value of the filtrate at the time t i, membrane washing force value at time t i, and, the supernatant component substances of the filtrate adhering to the separation membrane at the time t i recorded in the initial value or the memory of the supernatant component material amount and the solid component amount of the liquid to-be-filtrated attaching on the separation membrane A structure for reading a quantity value and a solid component quantity value, and calculating a supernatant component substance quantity value and a solid component quantity value of the liquid to be filtered adhering to the separation membrane at time t i + 1 using the attached component calculation formula; did. At this time, the Runge-Kutta method was used as the integration method.

前記成分量算出手段で算出された時刻ti+1における分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値および固形成分物質量値は、メモリに記録される構造とした(成分量算出値記録手段)。 The supernatant component substance amount value and the solid component substance amount value of the liquid to be filtered adhering to the separation membrane at time t i + 1 calculated by the component amount calculating means have a structure recorded in a memory (component amount calculation). Value recording means).

膜ろ過抵抗予測値算出手段として、前記メモリに記録された膜ろ過抵抗初期値を読み出し、読み出された膜ろ過抵抗初期値と、前記成分量算出手段において算出された時刻ti+1における分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値および固形成分量値とを用いて、膜ろ過抵抗予測値算出式に従って、時刻ti+1における膜ろ過抵抗値を算出する構造とした。ここで、膜ろ過抵抗予測値算出式として、前記(5)式を用いた。 As the membrane filtration resistance predicted value calculation means, the membrane filtration resistance initial value recorded in the memory is read out, and the read membrane filtration resistance initial value and the separation membrane at the time t i + 1 calculated by the component amount calculation means Using the supernatant component substance amount value and the solid component amount value of the attached filtrate to be filtrated, the membrane filtration resistance value at time ti + 1 was calculated according to the membrane filtration resistance prediction value calculation formula. Here, the formula (5) was used as a formula for calculating the membrane filtration resistance prediction value.

膜ろ過流量(流束)予測値算出手段として、前記メモリに記録された時刻ti+1における膜間差圧値と膜面積値を読み出し、読み出された時刻ti+1における膜間差圧値と膜面積値と、前記膜ろ過抵抗予測値算出手段において算出された時刻ti+1における膜ろ過抵抗値とを用いて、膜ろ過流量(流束)予測値算出式IIに従って、時刻ti+1における膜ろ過流量値を算出する構造とした。ここで、膜ろ過流量(流束)予測値算出式IIとして前記(1)式を用いた。 As the membrane filtration flow rate (flux) predicted value calculation means, the transmembrane differential pressure value and the membrane area value recorded at the time t i + 1 recorded in the memory are read, and the read transmembrane differential pressure value and membrane at the time t i + 1 are read. Using the area value and the membrane filtration resistance value at time t i + 1 calculated by the membrane filtration resistance predicted value calculation means, the membrane filtration flow rate at time t i + 1 according to the membrane filtration flow rate (flux) predicted value calculation formula II It was set as the structure which calculates a value. Here, the above formula (1) was used as the membrane filtration flow rate (flux) predicted value calculation formula II.

前記膜ろ過抵抗予測値算出手段において算出された時刻ti+1における膜ろ過抵抗値、および、前記膜ろ過流量(流束)予測値算出手段において算出された時刻ti+1における膜ろ過流量値をメモリに記録する構造とした(膜ろ過予測値記録手段)。 The membrane filtration resistance value at time t i + 1 calculated by the membrane filtration resistance predicted value calculation means and the membrane filtration flow value at time t i + 1 calculated by the membrane filtration flow rate (flux) prediction value calculation means are stored in memory. It was set as the structure to record (membrane filtration predicted value recording means).

また、本膜ろ過試験装置を用いた活性汚泥およびその遠心上清の膜ろ過試験では、ろかの継続に伴い、被ろ過液の容量が減少する。そのため、水、固形成分物質、上清成分物質に関するマテリアルバランスの計算が必要となる。そこで、下記(14)式、(15)式、(16)式に従い、それぞれ、時刻ti+1における被ろ過液容量、時刻ti+1における固形成分物質量、時刻ti+1における上清成分物質量を算出した(マテバラ補正値算出手段)。 Moreover, in the membrane filtration test of the activated sludge and the centrifugal supernatant thereof using the membrane filtration test apparatus, the volume of the liquid to be filtered decreases as the filtration continues. Therefore, calculation of the material balance regarding water, a solid component substance, and a supernatant component substance is needed. Therefore, calculating the following equation (14), (15), in accordance with (16), respectively, the filtered liquid volume at time t i + 1, the solid component amount of substance at time t i + 1, the supernatant component material amount at the time t i + 1 (Matebara correction value calculation means).

Figure 0005034326
Figure 0005034326

ここで、V(t)は、時刻tにおける被ろ過液容量[m]である。 Here, V (t) is the filtrate volume [m 3 ] at time t.

また、前記算出された時刻ti+1における被ろ過液容量、時刻ti+1における固形成分物質量、時刻ti+1における上清成分物質量をメモリ内に記録した。 It was also recorded the filtrate volume at time t i + 1 to the calculated solid component amount of substance at time t i + 1, the supernatant component material amount at the time t i + 1 in the memory.

前記成分量算出手段、前記マテバラ補正値算出手段、前記膜ろ過抵抗予測値算出手段、および、前記膜ろ過流量(流束)予測値算出手段を、予め記録された時刻tとなるまで、ti+1=t+Δt(ここで、Δt=t/n)に従って時刻を更新しながら行う構造とした。 The component amount calculating means, the materialized correction value calculating means, the membrane filtration resistance predicted value calculating means, and the membrane filtration flow rate (flux) predicted value calculating means are t until the time t n recorded in advance is reached. The structure is such that the time is updated according to i + 1 = t i + Δt (where Δt = t n / n).

前記膜ろ過予測値記録手段において記録された時刻t〜tにおける膜ろ過抵抗値および膜ろ過流量値を時系列値として、メモリ内に記録した(時系列値記録手段)。また、メモリ内に記録された時刻t〜tにおける膜ろ過流量値を用いて、時刻t〜tにおける単位膜面積あたりの総ろ過液量値を下記(17)式(時刻tにおける単位膜面積あたりの総ろ過液量値は、時刻t〜tの範囲で膜ろ過流束を積分したもの)を用いて算出し、算出された時刻t〜tにおける単位膜面積あたりの総ろ過液量値と膜ろ過抵抗値とを対としたデータをメモリ内に記録した。横軸に時刻、縦軸に膜ろ過流量値もしくは膜ろ過抵抗値として、もしくは、横軸に単位膜面積あたりの総ろ過液量値、縦軸に膜ろ過抵抗値として、グラフ化して出力する構造とした。 The membrane filtration resistance value and the membrane filtration flow rate value recorded at the time t 0 to t n recorded in the membrane filtration predicted value recording means were recorded in the memory as time series values (time series value recording means). Further, using the membrane filtration flow rate value at times t 0 to t n recorded in the memory, the total filtrate amount value per unit membrane area at times t 0 to t n is expressed by the following equation (17) (time t i the total filtrate volume value per unit membrane area in a unit membrane area at time t 0 ~t i the integral membrane filtration flux in the range of) calculated using the calculated time t 0 ~t n Data obtained by pairing the total filtrate amount value and the membrane filtration resistance value was recorded in the memory. A structure in which the horizontal axis represents time, the vertical axis represents the membrane filtration flow rate value or the membrane filtration resistance value, or the horizontal axis represents the total filtrate volume value per unit membrane area, and the vertical axis represents the membrane filtration resistance value. It was.

Figure 0005034326
Figure 0005034326

ここで、v(t)は、時刻tにおける単位膜面積あたりの総ろ過液量値[m]である。 Here, v (t) is the total filtrate amount value [m] per unit membrane area at time t.

前記膜ろ過予測プログラムを用いて、前記膜ろ過試験の結果を再現するために、まず、活性汚泥のMLSS濃度、遠心分離上清のTOC濃度、膜透過液のTOC濃度を測定した。ここで、固形成分物質量Xを、その示性式がCNであると仮定し、MLSS測定値に60/113を乗じることで算出した。また、上清成分物質量Pを、遠心分離上清のTOC濃度から膜透過液のTOC濃度を減ずることで算出した。その結果、
X=6.84×10[gC/m
P=289 [gC/m
であった。
In order to reproduce the results of the membrane filtration test using the membrane filtration prediction program, first, the MLSS concentration of activated sludge, the TOC concentration of the centrifugal supernatant, and the TOC concentration of the membrane permeate were measured. Here, the solid component substance amount X was calculated by multiplying the MLSS measurement value by 60/113, assuming that the characteristic formula is C 5 H 7 O 2 N. Further, the amount P of the supernatant component substance was calculated by subtracting the TOC concentration of the membrane permeate from the TOC concentration of the centrifuged supernatant. as a result,
X = 6.84 × 10 3 [gC / m 3 ]
P = 289 [gC / m 3 ]
Met.

まず、遠心上清による膜ろ過試験結果の予測を行った。
ここで、遠心上清は、固形成分を含まないので、時刻ゼロにおける固形成分物質量値をX(0)=0、分離膜に付着している固形成分物質量値をXm(0)=0とした。このことにより、前記膜ろ過予測プログラムを、固形成分を含まずに上清成分のみで構成した形に修正できる。
First, the result of the membrane filtration test using the centrifugal supernatant was predicted.
Here, since the centrifugal supernatant does not contain a solid component, the solid component substance amount value at time zero is X (0) = 0, and the solid component substance amount value adhering to the separation membrane is Xm (0) = 0. It was. As a result, the membrane filtration prediction program can be modified to include only the supernatant component without including the solid component.

また、時刻ゼロにおける上清成分物質量値P(0)=289、分離膜に付着している上清成分物質量値Pm(0)=0、膜ろ過抵抗初期値Rm=8.5×1010、膜洗浄力値τ=10(一定値)、膜ろ過液の粘度μ=1.0×10−3、膜間差圧値ΔP=20×10を入力した。その他、前記膜ろ過プログラムに必要なパラメータとして抵抗係数αp、剥離係数γp、摩擦係数λpを入力し、膜ろ過予測結果を出力した。そして、実測値と膜ろ過予測結果との差異が最小となるように、抵抗係数αp、剥離係数γp、摩擦係数λpを変化させながら、上記膜ろ過予測を繰り返し行った。その結果、抵抗係数αp=940×1010、剥離係数γp=5.4×10、摩擦係数λp=4.2×10−5となるときに実測値と膜ろ過予測結果が最小となった。このときの膜ろ過予測結果と実測結果を図8に示す。このように、膜ろ過予測結果が実測結果に非常に類似しており、膜ろ過予測が精度良く実現できていることを示している。 Also, the supernatant component substance amount value P (0) = 289 at time zero, the supernatant component substance amount value Pm (0) = 0 attached to the separation membrane, and the membrane filtration resistance initial value Rm = 8.5 × 10 10 , membrane cleaning power value τ = 10 (constant value), membrane filtrate viscosity μ = 1.0 × 10 −3 , transmembrane pressure difference value ΔP = 20 × 10 3 were input. In addition, a resistance coefficient αp, a peeling coefficient γp, and a friction coefficient λp were input as parameters necessary for the membrane filtration program, and a membrane filtration prediction result was output. And the said membrane filtration prediction was repeatedly performed changing resistance coefficient (alpha) p, peeling coefficient (gamma) p, and friction coefficient (lambda) p so that the difference of a measured value and a membrane filtration prediction result might become the minimum. As a result, when the resistance coefficient αp = 940 × 10 10 , the peeling coefficient γp = 5.4 × 10 2 , and the friction coefficient λp = 4.2 × 10 −5 , the actual measurement value and the membrane filtration prediction result were minimized. . The membrane filtration prediction result and the actual measurement result at this time are shown in FIG. Thus, the membrane filtration prediction result is very similar to the actual measurement result, indicating that the membrane filtration prediction can be realized with high accuracy.

次に、汚泥による膜ろ過試験結果の予測を行った。   Next, the results of the membrane filtration test using sludge were predicted.

時刻ゼロにおける上清成分物質量値P(0)=289、時刻ゼロにおける固形成分物質量値X(0)=6.84×10、分離膜に付着している上清成分物質量値Pm(0)=0、分離膜に付着している固形成分物質量値Xm(0)=0、膜ろ過抵抗初期値Rm=8.5×1010、膜洗浄力値τ=10(一定値)、膜ろ過液の粘度μ=1.0×10−3、膜間差圧値ΔP=20×10を入力した。また、上記で決定されたパラメータとして、抵抗係数αp=940×1010、剥離係数γp=5.4×10、摩擦係数λp=4.2×10−5を入力した。その他、前記膜ろ過プログラムに必要なパラメータとして抵抗係数αx、剥離係数γx、摩擦係数λxを入力し、膜ろ過予測結果を出力した。そして、実測値と膜ろ過予測結果との差異が最小となるように、抵抗係数αx、剥離係数γx、摩擦係数λxを変化させながら、上記膜ろ過予測を繰り返し行った。その結果、抵抗係数αx=20×1010、剥離係数γx=3.3×10、摩擦係数λx=1.1×10−5となるときに実測値と膜ろ過予測結果が最小となった。このときの膜ろ過予測結果と実測結果を図9に示す。このように、膜ろ過予測結果が実測結果に非常に類似しており、膜ろ過予測が精度良く実現できていることを示している。 The supernatant component substance amount value P (0) = 289 at time zero, the solid component substance amount value X (0) = 6.84 × 10 3 at time zero, and the supernatant component substance amount value Pm attached to the separation membrane (0) = 0, solid component substance amount value Xm (0) = 0 attached to the separation membrane, membrane filtration resistance initial value Rm = 8.5 × 10 10 , membrane cleaning power value τ = 10 (constant value) Membrane filtrate viscosity μ = 1.0 × 10 −3 and transmembrane pressure difference ΔP = 20 × 10 3 were input. As the parameters determined above, the resistance coefficient αp = 940 × 10 10 , the peeling coefficient γp = 5.4 × 10 2 , and the friction coefficient λp = 4.2 × 10 −5 were input. In addition, a resistance coefficient αx, a peeling coefficient γx, and a friction coefficient λx were input as parameters necessary for the membrane filtration program, and a membrane filtration prediction result was output. And the said membrane filtration prediction was repeatedly performed changing resistance coefficient (alpha) x, peeling coefficient (gamma) x, and friction coefficient (lambda) x so that the difference of a measured value and a membrane filtration prediction result might become the minimum. As a result, when the resistance coefficient αx = 20 × 10 10 , the peeling coefficient γx = 3.3 × 10 3 , and the friction coefficient λx = 1.1 × 10 −5 , the actual measurement value and the membrane filtration prediction result were minimized. . The membrane filtration prediction result and the actual measurement result at this time are shown in FIG. Thus, the membrane filtration prediction result is very similar to the actual measurement result, indicating that the membrane filtration prediction can be realized with high accuracy.

(実施例2)
下記の膜分離装置300における膜ろ過結果の予測を行った。
(Example 2)
The membrane filtration result in the following membrane separation apparatus 300 was predicted.

膜分離装置300の構造概略を図10に示す。膜分離装置は、浸漬型の膜分離式活性汚泥装置(MBR)であり、酢酸を主成分とする工場排水を処理する排水処理装置である。酢酸を主成分とする工場排水を、断続的に平均流量2.3m/dで有効容量2.3mの被ろ過液収容槽301に投入した。被ろ過液収容槽301には、被ろ過液304として活性汚泥が収容されており、被ろ過液304中に分離膜302を浸漬させ、前記分離膜302の下方部には散気管が設置され、前記散気管には膜表面洗浄手段である曝気ブロア303からエアが供給される構造とした。すなわち、本装置においては、散気管から供給されるエアバブルが膜表面に接触し、また曝気による活性汚泥の流動も同時に発生するために、膜表面の付着成分が膜から剥離する効果が得られることとなる。分離膜302は、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)製の平膜型の精密ろ過膜(有効膜面積7.8m)であり、透過側から吸引することによって膜ろ過液305を得る。 A schematic structure of the membrane separation apparatus 300 is shown in FIG. The membrane separator is a submerged membrane separation activated sludge device (MBR), which is a wastewater treatment device for treating factory wastewater mainly composed of acetic acid. Industrial wastewater containing acetic acid as a main component was intermittently charged into a filtrate storage tank 301 having an average flow rate of 2.3 m 3 / d and an effective capacity of 2.3 m 3 . In the filtrate storage tank 301, activated sludge is stored as the filtrate to be filtrated 304, the separation membrane 302 is immersed in the filtrate to be filtered 304, and an aeration pipe is installed below the separation membrane 302, Air is supplied to the air diffuser from an aeration blower 303 which is a membrane surface cleaning means. In other words, in this device, the air bubbles supplied from the air diffuser come into contact with the membrane surface, and the activated sludge flow due to aeration also occurs at the same time. It becomes. The separation membrane 302 is a flat membrane type microfiltration membrane (effective membrane area 7.8 m 2 ) made of PVDF (polyvinylidene fluoride), and the membrane filtrate 305 is obtained by suction from the permeation side.

前記膜分離装置300において、分離膜302の中の平膜エレメント1枚(有効膜面積1.3m)を用いて、図11のような膜ろ過試験装置500を設置した。なお、被ろ過液である活性汚泥504は、実施例1と同じ活性汚泥である。 In the membrane separation apparatus 300, a membrane filtration test apparatus 500 as shown in FIG. 11 was installed using one flat membrane element (effective membrane area 1.3 m 2 ) in the separation membrane 302. In addition, the activated sludge 504 which is a to-be-filtered liquid is the same activated sludge as Example 1.

膜ろ過試験装置500では、被ろ過液である活性汚泥504を収容した活性汚泥収容槽501内に、分離膜502(有効膜面積1.3m)を設置し、前記分離膜に、曝気ブロア503から散気管507を通して供給されるエアバルブを接触させることによって、分離膜502の膜表面に汚泥ケークが蓄積するのを抑制しながら(膜洗浄力を膜表面に与えながら)、水頭差ΔHによって発生する膜間差圧を駆動力として膜ろ過を行った。ここで、膜ろ過の停止と開始の切り替えにはバルブ516を用い、また、流量計514によって膜ろ過流量を測定し、前記膜ろ過流量測定値を1秒間隔で記録計515に記録した。ここにおいて、水頭差ΔHを定期的に変化させることにより、また、バルブ516を開閉することにより、分離膜502における膜間差圧を図12のように変化させた。 In the membrane filtration test apparatus 500, a separation membrane 502 (effective membrane area 1.3 m 2 ) is installed in an activated sludge storage tank 501 that contains activated sludge 504 that is a liquid to be filtered, and an aeration blower 503 is provided on the separation membrane. Is caused by a water head difference ΔH while preventing accumulation of sludge cake on the membrane surface of the separation membrane 502 (while giving membrane cleaning power to the membrane surface) by contacting the air valve supplied from the air through the air diffusion pipe 507 Membrane filtration was performed using the transmembrane pressure as the driving force. Here, the valve 516 was used for switching between the stop and start of the membrane filtration, the membrane filtration flow rate was measured by the flow meter 514, and the measured value of the membrane filtration flow rate was recorded on the recorder 515 at intervals of 1 second. Here, the transmembrane pressure difference in the separation membrane 502 was changed as shown in FIG. 12 by periodically changing the water head difference ΔH and opening and closing the valve 516.

前記膜ろ過試験の結果を予測するために、下記のような膜ろ過予測プログラムを作成した。
この膜ろ過予測プログラムは、実施例1で記載した膜ろ過予測プログラムと下記の点を除いて同じである。
In order to predict the results of the membrane filtration test, the following membrane filtration prediction program was created.
This membrane filtration prediction program is the same as the membrane filtration prediction program described in Example 1 except for the following points.

前記膜ろ過試験装置では、膜ろ過によって被ろ過液の容量が減少する分、工場排水を投入し、被ろ過液の容量をほぼ一定に保っている。そのため、膜ろ過の過程において、固形成分物質量と上清成分物質量が変化しないと判断し、実施例1に記載の膜ろ過予測プログラムから、前記マテバラ補正値算出手段を削除した。   In the membrane filtration test apparatus, the amount of the filtrate to be filtered is reduced by the membrane filtration, so that the factory waste water is introduced and the volume of the filtrate to be filtrated is kept almost constant. Therefore, it was determined that the amount of the solid component substance and the amount of the supernatant component substance did not change in the process of membrane filtration, and the material correction value calculation unit was deleted from the membrane filtration prediction program described in Example 1.

以上のような膜ろ過予測プログラムを用いて、前記膜ろ過試験装置における膜ろ過流量値の変化の予測を行った。   Using the membrane filtration prediction program as described above, a change in the membrane filtration flow value in the membrane filtration test apparatus was predicted.

実施例1と同じ汚泥および分離膜を用いているので、被ろ過液の上清成分物質量値P=289(一定値)、固形成分物質量値X=6.84×10(一定値)、分離膜に付着している上清成分物質量の初期値Pm(0)=0、分離膜に付着している固形成分物質量の初期値Xm(0)=0、膜ろ過抵抗初期値Rm=8.5×1010、膜ろ過液の粘度μ=1.0×10−3を入力した。また、膜間差圧の時系列値として、図12に記載の膜間差圧変化をデータファイルとして入力した。また、上記で決定されたパラメータとして、抵抗係数αp=940×1010、αx=20×1010、剥離係数γp=5.4×10、γx=3.3×10、摩擦係数λp=4.2×10−5、λx=1.1×10−5を入力した。ただし、膜洗浄力値τに関しては、前記実施例1とは状況が異なるので、前記実施例1とは異なる値を入力し、膜ろ過予測結果を出力した。そして、実測値と膜ろ過流量予測結果との差異が最小となるように、膜洗浄力値τを変化させながら、上記膜ろ過流量予測を繰り返し行った。その結果、τ=16となるときに実測値と膜ろ過流量予測結果が最小となった。このときの膜ろ過流量予測結果と実測結果を図13に示す。このように、膜ろ過流量予測結果が実測結果に非常に類似しており、膜ろ過流量予測が精度良く実現できていることを示している。 Since the same sludge and separation membrane as in Example 1 are used, the supernatant component substance amount value P = 289 (constant value) and the solid component substance amount value X = 6.84 × 10 3 (constant value) of the liquid to be filtered , Initial value Pm (0) = 0 of supernatant component substance adhering to the separation membrane, initial value Xm (0) = 0 of solid component substance adhering to the separation membrane, initial value Rm of membrane filtration resistance = 8.5 × 10 10 and the viscosity of the membrane filtrate μ = 1.0 × 10 −3 were input. Moreover, the transmembrane differential pressure change shown in FIG. 12 was input as a data file as the time series value of the transmembrane differential pressure. Further, as the parameters determined above, resistance coefficient αp = 940 × 10 10 , αx = 20 × 10 10 , peeling coefficient γp = 5.4 × 10 2 , γx = 3.3 × 10 3 , friction coefficient λp = 4.2 × 10 −5 and λx = 1.1 × 10 −5 were input. However, regarding the membrane cleaning power value τ, since the situation is different from that in Example 1, a value different from that in Example 1 was input, and a membrane filtration prediction result was output. The membrane filtration flow rate prediction was repeated while changing the membrane cleaning power value τ so that the difference between the actual measurement value and the membrane filtration flow rate prediction result was minimized. As a result, when τ = 16, the actual measurement value and the membrane filtration flow rate prediction result were minimized. FIG. 13 shows the membrane filtration flow rate prediction result and the actual measurement result at this time. Thus, the membrane filtration flow rate prediction result is very similar to the actual measurement result, indicating that the membrane filtration flow rate prediction can be realized with high accuracy.

(実施例3)
前記実施例2に記載の膜分離装置300における膜ろ過結果の予測を行った。
(Example 3)
The membrane filtration results in the membrane separation apparatus 300 described in Example 2 were predicted.

まず、入力手段において、膜間差圧ΔP[Pa]、活性汚泥の上清成分量P[gC/m]および固形成分量X[gC/m]の時系列データを予め用意したデータファイルとして入力した。このとき入力された膜間差圧の時系列変化は図14に示すようなものである。また初期膜ろ過抵抗Rmは
Rm=8.5×1010[m−1
としてキーボードから直接入力された。時系列データは2000秒間のデータで2秒おきのデータ集合である。
First, in the input means, a data file prepared in advance with time series data of transmembrane pressure difference ΔP [Pa], activated sludge supernatant component amount P [gC / m 3 ] and solid component amount X [gC / m 3 ]. As entered. The time series change of the transmembrane pressure difference inputted at this time is as shown in FIG. The initial membrane filtration resistance Rm is Rm = 8.5 × 10 10 [m −1 ].
As entered directly from the keyboard. The time-series data is a data set every 2 seconds for 2000 seconds.

また、本実施例において、上記計算を行うために用いた各諸元値を表2にまとめた。   In addition, in this example, each specification value used for performing the above calculation is summarized in Table 2.

Figure 0005034326
Figure 0005034326

これら入力された時系列値および膜ろ過抵抗初期値は、データ記録手段においてメモリに記憶された。   These input time series values and initial values of membrane filtration resistance were stored in the memory in the data recording means.

次に、成分量算出手段において、時刻tにおける
膜間差圧:ΔP(t)、
活性汚泥の上清成分物質量:P(t)、固形成分物質量:X(t)、
分離膜に付着している上清成分量:P(t)および分離膜に付着している固形成分量:X(t
から次の時刻ti+1における
活性汚泥の膜付着上清成分量:P(ti+1)[gC/m]および膜付着固形成分量:X(ti+1)[gC/m
を算出するにはそれぞれ前記(6)式及び(7)式を用いた。ただし、前記(8)式及び下記(18)式の通りである。
Next, in the component amount calculation means, the transmembrane pressure difference at time t i : ΔP (t i ),
Activated sludge supernatant component substance amount: P (t i ), solid component substance amount: X (t i ),
The amount of supernatant component adhering to the separation membrane: P m (t i ) and the amount of solid component adhering to the separation membrane: X m (t i )
To the next time t i + 1 from the membrane adhering supernatant component amount of activated sludge: P m (t i + 1 ) [gC / m 2 ] and the membrane adhering solid component amount: X m (t i + 1 ) [gC / m 2 ]
The above equations (6) and (7) were used to calculate However, it is as the said (8) Formula and the following (18) Formula.

Figure 0005034326
Figure 0005034326

上記式中に用いられている記号類を表1に示した。また、ここに示す各種パラメータの値は表2のとおりとした。   The symbols used in the above formula are shown in Table 1. The values of various parameters shown here are as shown in Table 2.

(6)式の右辺について、第2項はΔtの間に上清成分が分離膜へ付着する量を表している。第3項はΔtの間に上清成分が分離膜から剥離する量を表現している。同様に、(7)式の右辺について、第2項はΔtの間に固形成分が分離膜へ付着する量を表している。第3項はΔtの間に固形成分が分離膜から剥離する量を表現している。(6)式および(7)式に従い、CPUにて時刻ti+1における分離膜に付着している活性汚泥の上清成分物質量P(ti+1)および分離膜に付着している活性汚泥の固形成分物質量X(ti+1)が演算された。 Regarding the right side of the equation (6), the second term represents the amount of the supernatant component adhering to the separation membrane during Δt. The third term expresses the amount of the supernatant component peeled from the separation membrane during Δt. Similarly, for the right side of equation (7), the second term represents the amount of solid components adhering to the separation membrane during Δt. The third term expresses the amount that the solid component peels from the separation membrane during Δt. According to the equations (6) and (7), the amount of supernatant component substance P m (t i + 1 ) of the activated sludge adhering to the separation membrane at time t i + 1 and the activated sludge adhering to the separation membrane according to the equation (7) The amount of solid component substance X m (t i + 1 ) was calculated.

続いて成分量算出値記録手段では、算出された分離膜に付着している活性汚泥の上清成分物質量P(ti+1)および分離膜に付着している活性汚泥の固形成分物質量X(ti+1)がメモリ上に記憶された。 Subsequently, in the component amount calculation value recording means, the calculated amount of supernatant component substance P m (t i + 1 ) of activated sludge adhering to the separation membrane and the amount of solid component substance X of activated sludge adhering to the separation membrane m (t i + 1 ) was stored in the memory.

さらに、膜ろ過抵抗算出手段において、メモリ上に記憶された分離膜に付着している活性汚泥の上清成分物質量P(ti+1)および分離膜に付着している活性汚泥の固形成分物質量X(ti+1)、メモリに記憶された膜ろ過抵抗初期値Rを用いてCPUにて膜ろ過抵抗R(ti+1)が算出されるが、この算出には前記(9)式を用いた。 Further, in the membrane filtration resistance calculating means, the amount of supernatant component substance P m (t i + 1 ) of activated sludge adhering to the separation membrane stored in the memory and the solid component substance of activated sludge adhering to the separation membrane The CPU calculates the membrane filtration resistance R (t i + 1 ) using the amount X m (t i + 1 ) and the membrane filtration resistance initial value R m stored in the memory. For this calculation, the above equation (9) is used. Using.

膜ろ過予測値記録手段では、算出された膜ろ過抵抗R(ti+1)が、メモリ上に記録された。 In the membrane filtration predicted value recording means, the calculated membrane filtration resistance R (t i + 1 ) was recorded on the memory.

本プログラムでは、上記の成分量算出手段、成分量算出値記録手段、膜ろ過抵抗算出手段、膜ろ過予測値記録手段を時刻tを更新しながら時系列データ2000秒間分繰り返し計算し、膜ろ過抵抗R(t)(i=1,2,…,n)が時系列値として得られた。前記得られた膜ろ過抵抗の時系列値は、メモリ内に記録された(時系列値記録手段)。 In this program, the above components amount calculating means, component amount calculating value recording means, membrane filtration resistance calculation means, time-series data to 2000 seconds of iterations while updating the time t i the membranous filtration prediction value recording means, membrane filtration Resistance R (t i ) (i = 1, 2,..., N) was obtained as a time series value. The obtained time series value of the membrane filtration resistance was recorded in the memory (time series value recording means).

次に、出力手段において、上記で得られた膜ろ過抵抗の時系列データを、横軸を時間、縦軸を膜ろ過抵抗としてグラフ表示された。その結果を図15に示した。   Next, in the output means, the time-series data of the membrane filtration resistance obtained above was displayed as a graph with time on the horizontal axis and membrane filtration resistance on the vertical axis. The results are shown in FIG.

一方、実際に図10に示す装置で膜間差圧ΔP[kPa]を図14に示すように間欠的に変化させ、活性汚泥の上清成分物質量P[gC/m]および固形成分物質量X[gC/m]がそれぞれ、
P=289 [gC/m
X=6.84×10[gC/m
である活性汚泥の膜ろ過抵抗変化を実測した。その結果を本プログラムで予測した膜ろ過抵抗と比較して図16に示した。本プログラムで算出した膜ろ過抵抗予測値が実測値に類似しており、膜ろ過抵抗の予測が精度良く実現できていることを示している。
On the other hand, the transmembrane pressure difference ΔP [kPa] is actually changed intermittently as shown in FIG. 14 using the apparatus shown in FIG. 10, and the amount of the supernatant component substance P [gC / m 3 ] of the activated sludge and the solid component substance are shown. The amount X [gC / m 3 ] is respectively
P = 289 [gC / m 3 ]
X = 6.84 × 10 3 [gC / m 3 ]
The change in membrane filtration resistance of activated sludge was measured. The results are shown in FIG. 16 in comparison with the membrane filtration resistance predicted by this program. The predicted value of the membrane filtration resistance calculated by this program is similar to the actual measurement value, which indicates that the prediction of the membrane filtration resistance can be realized with high accuracy.

(実施例4)
下記のような膜ろ過予測プログラムを、数値計算ソフトExcelVBA(Visual Basic Applications、Microsoft社製)を用いて作成した。
Example 4
The following membrane filtration prediction program was created using numerical calculation software Excel VBA (Visual Basic Applications, manufactured by Microsoft).

まず、膜ろ過流束の時系列データ、被ろ過液の上清成分量P[gC/m]および固形成分量X[gC/m]の時系列データ、および、膜洗浄力の時系列値を予め用意したデータファイルとして入力することとし、膜ろ過抵抗初期値Rm、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量および固形成分量の初期値、膜面積値、および、透過水粘度値は、キーボードから直接入力することとした。また、入力されたデータおよび値は、メモリに記録される構造とした。 First, time-series data of membrane filtration flux, time-series data of supernatant component amount P [gC / m 3 ] and solid component amount X [gC / m 3 ] of the filtrate, and time-series of membrane cleaning power The value is input as a data file prepared in advance, the membrane filtration resistance initial value Rm, the supernatant component substance amount and the solid component amount of the liquid to be filtered attached to the separation membrane, the membrane area value, and The permeated water viscosity value was input directly from the keyboard. The input data and values are recorded in the memory.

また、付着成分量算出式として、前記(3)式および前記(4)式を、膜ろ過抵抗予測値算出式として、前記(5)式を、膜ろ過圧力予測値算出式として、前記(1)式にJ=Q/Aを代入した数式を、予め記録させた。   Further, as the formula for calculating the amount of adhering component, the above formula (3) and the above formula (4) are used as the membrane filtration resistance prediction value calculation formula, the above formula (5) is used as the membrane filtration pressure prediction value calculation formula, (1 ), A mathematical formula in which J = Q / A is substituted is recorded in advance.

成分量算出手段として、前記メモリに記録された時刻tにおける膜ろ過流束値、時刻tにおける被ろ過液の上清成分量値および固形成分量値、時刻tにおける膜洗浄力値、および、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量および固形成分量の初期値又は後述の成分量算出値記録手段によってメモリに記録された時刻tにおける分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値および固形成分量値を読み出し、前記付着成分算出式を用いて、時刻ti+1における分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値および固形成分量値を算出する構造とした。このとき、積分法として、Euler法を用いた。 As component amount calculating means, membrane filtration flux value at time t i recorded in the memory, the upper Kiyonari component values and solid component quantity value of the filtrate at the time t i, membrane washing force value at time t i, and, attached to the separation membrane at the time t i recorded in the memory by the initial value or below described component amount calculating value recording means supernatant component material amount and the solid component amount of the liquid to-be-filtrated attaching on the separation membrane The supernatant component substance amount value and the solid component amount value of the filtrate to be filtered, and the supernatant component substance amount value of the filtrate to be filtered attached to the separation membrane at time t i + 1 using the attached component calculation formula and The solid component amount value was calculated. At this time, the Euler method was used as an integration method.

前記成分量算出手段で算出された時刻ti+1における分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値および固形成分量値は、成分量算出値記録手段によってメモリに記録される構造とした。 A structure in which the supernatant component substance amount value and the solid component amount value of the liquid to be filtered adhering to the separation membrane at time t i + 1 calculated by the component amount calculating means are recorded in the memory by the component amount calculated value recording means. It was.

膜ろ過抵抗予測値算出手段として、前記メモリに記録された膜ろ過抵抗初期値を読み出し、読み出された膜ろ過抵抗初期値と、前記成分量算出手段において算出された時刻ti+1における分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値および固形成分量値とを用いて、時刻ti+1における膜ろ過抵抗値を算出する構造とした。 As the membrane filtration resistance predicted value calculation means, the membrane filtration resistance initial value recorded in the memory is read out, and the read membrane filtration resistance initial value and the separation membrane at the time t i + 1 calculated by the component amount calculation means The membrane filtration resistance value at time t i + 1 was calculated using the supernatant component substance amount value and the solid component amount value of the attached liquid to be filtered.

膜間差圧予測値算出手段として、前記メモリに記録された時刻ti+1における膜ろ過流束値と膜面積値を読み出し、読み出された時刻ti+1における膜ろ過流束値と膜面積値と、前記膜ろ過抵抗予測値算出手段において算出された時刻ti+1における膜ろ過抵抗値とを用いて、時刻ti+1における膜間差圧値を算出する構造とした。 As the transmembrane pressure difference predicted value calculation means, the membrane filtration flux value and membrane area value at time t i + 1 recorded in the memory are read out, and the membrane filtration flux value and membrane area value at time t i + 1 read out are read out The transmembrane differential pressure value at time t i + 1 is calculated using the membrane filtration resistance value at time t i + 1 calculated by the membrane filtration resistance predicted value calculation means.

前記膜ろ過抵抗予測値算出手段において算出された時刻ti+1における膜ろ過抵抗値、および、前記膜間差圧予測値算出手段において算出された時刻ti+1における膜間差圧値を膜ろ過予測値記録手段においてメモリに記録する構造とした。 The membrane filtration resistance value at the time t i + 1 calculated by the membrane filtration resistance predicted value calculation unit and the transmembrane pressure difference value at the time t i + 1 calculated by the transmembrane differential pressure prediction value calculation unit are used as the membrane filtration prediction value. The recording means records in the memory.

前記成分量算出手段、前記膜ろ過抵抗予測値算出手段、および、前記膜間差圧予測値算出手段を、予め記録された時刻tとなるまで、ti+1=t+Δt(ここで、Δt=t/n)に従って時刻を更新しながら行う構造とした。 The component amount calculating means, said membrane filtration resistance predicted value calculating means, and, the transmembrane pressure predicted value calculating means, until a pre-recorded time t n, t i + 1 = t i + Δt ( where, Delta] t = T n / n).

前記膜ろ過予測値記録手段において記録された時刻t〜tにおける膜ろ過抵抗値および膜間差圧値を時系列値として、メモリ内に記録し、横軸に時刻、縦軸に膜間差圧値もしくは膜ろ過抵抗値としてグラフ化して出力する構造とした。 The membrane filtration resistance value and the transmembrane pressure value recorded at the time t 0 to t n recorded in the membrane filtration predicted value recording means are recorded in the memory as time series values, the time is plotted on the horizontal axis, and the membrane is plotted on the vertical axis. The differential pressure value or the membrane filtration resistance value was graphed and output.

以上の膜ろ過予測プログラムを用いて、前記膜分離装置300(図10)において、8分間0.8m/d、2分間ろ過停止の間欠運転を行った際の膜間差圧の変化を予測した。同条件で膜ろ過を行ったときの膜間差圧の変化と併せて、図17に示す。なお、膜間差圧の変化を予測するのに必要な数値として、被ろ過液の上清成分物質量値P=289(一定値)、固形成分物質量値X=6.84×10(一定値)、分離膜に付着している上清成分物質量の初期値Pm(0)=0、分離膜に付着している固形成分物質量の初期値Xm(0)=0、膜ろ過抵抗初期値Rm=8.5×1010、膜ろ過液の粘度μ=1.0×10−3、膜間差圧値ΔP=20×10を入力した。また、上記で決定されたパラメータとして、抵抗係数αp=940×1010、αx=20×1010、剥離係数γp=5.4×10、γx=3.3×10、摩擦係数λp=4.2×10−5、λx=1.1×10−5、膜洗浄力τ=16を入力した。図17において、本プログラムで算出した膜間差圧予測値が実測値に類似しており、膜間差圧の予測が精度良く実現できていることを示している。 Using the above membrane filtration prediction program, in the membrane separation device 300 (FIG. 10), a change in transmembrane pressure difference was predicted when intermittent operation of 0.8 m / d for 2 minutes and filtration stop for 2 minutes was performed. . FIG. 17 shows the change in transmembrane pressure difference when membrane filtration is performed under the same conditions. In addition, as numerical values necessary for predicting the change in transmembrane pressure difference, the supernatant component substance amount value P = 289 (constant value) of the liquid to be filtered and the solid component substance amount value X = 6.84 × 10 3 ( Constant value), initial value Pm (0) = 0 of the amount of supernatant component substance adhering to the separation membrane, initial value Xm (0) = 0 of the amount of solid component substance adhering to the separation membrane, membrane filtration resistance Initial value Rm = 8.5 × 10 10 , membrane filtrate viscosity μ = 1.0 × 10 −3 , transmembrane pressure difference ΔP = 20 × 10 3 were input. Further, as the parameters determined above, resistance coefficient αp = 940 × 10 10 , αx = 20 × 10 10 , peeling coefficient γp = 5.4 × 10 2 , γx = 3.3 × 10 3 , friction coefficient λp = 4.2 × 10 −5 , λx = 1.1 × 10 −5 , and membrane cleaning power τ = 16 were input. In FIG. 17, the predicted transmembrane pressure value calculated by this program is similar to the actual measurement value, which indicates that the prediction of transmembrane pressure difference can be realized with high accuracy.

本発明は、ろ過装置の膜抵抗予測に限らず、膜目詰まり警報装置やろ過流量予測装置などにも応用することができ、その応用範囲は、これらに限られるものではない。また、本発明の膜ろ過の予測は、水中に懸濁物質等が混在している水性液を被ろ過液とする場合に好適であるが、水以外の液体物質中に懸濁物質等が混在している混合液を被ろ過液とする場合にも適用することができる。   The present invention can be applied not only to the membrane resistance prediction of a filtration device but also to a membrane clogging alarm device, a filtration flow rate prediction device, and the like, and its application range is not limited to these. The prediction of membrane filtration according to the present invention is suitable when an aqueous liquid in which suspended substances are mixed in water is used as the liquid to be filtered, but suspended substances are mixed in liquid substances other than water. The present invention can also be applied to a case where a mixed liquid is used as a liquid to be filtered.

本発明の予測方法のフローチャートの一例である。It is an example of the flowchart of the prediction method of this invention. 本発明の予測方法のフローチャートの他の一例である。It is another example of the flowchart of the prediction method of this invention. 本発明の実施形態からなる膜ろ過抵抗予測装置のハードウェア構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the hardware constitutions of the membrane filtration resistance prediction apparatus which consists of embodiment of this invention. 本発明の膜ろ過予測プログラムのフローチャートの一例である。It is an example of the flowchart of the membrane filtration prediction program of this invention. 本発明の膜ろ過予測プログラムのフローチャートの他の一例である。It is another example of the flowchart of the membrane filtration prediction program of this invention. 本発明の膜ろ過予測プログラムのフローチャートの他の一例である。It is another example of the flowchart of the membrane filtration prediction program of this invention. 本発明の膜ろ過予測方法及びプログラムを適用した膜ろ過試験装置400の概略図である。It is the schematic of the membrane filtration test apparatus 400 to which the membrane filtration prediction method and program of this invention are applied. 遠心上清を膜ろ過した際の膜ろ過抵抗の予測値と実測値である。It is the predicted value and measured value of membrane filtration resistance at the time of carrying out membrane filtration of the centrifugation supernatant. 活性汚泥を膜ろ過した際の膜ろ過抵抗の予測値と実測値である。It is the predicted value and measured value of membrane filtration resistance at the time of membrane filtration of activated sludge. 本発明の膜ろ過予測方法及びプログラムを適用した膜分離装置300の概略図である。It is the schematic of the membrane separator 300 to which the membrane filtration prediction method and program of this invention are applied. 本発明の膜ろ過予測方法及びプログラムを適用した膜ろ過試験装置500の概略図である。It is the schematic of the membrane filtration test apparatus 500 to which the membrane filtration prediction method and program of this invention are applied. 膜間差圧の時系列データを表す図である。It is a figure showing the time series data of transmembrane differential pressure. 本発明の膜ろ過予測プログラムによって得られる膜ろ過流量予測値時系列データを表す図である。It is a figure showing the membrane filtration flow volume predicted value time series data obtained by the membrane filtration prediction program of the present invention. 膜間差圧の時系列データを表す図である。It is a figure showing the time series data of transmembrane differential pressure. 本発明の膜ろ過予測プログラムによって得られる膜ろ過抵抗予測値時系列データを表す図である。It is a figure showing the membrane filtration resistance prediction value time series data obtained by the membrane filtration prediction program of the present invention. 本発明の膜ろ過予測プログラムによって得られる膜ろ過抵抗予測値時系列データと実測値を比較した図である。It is the figure which compared the membrane filtration resistance prediction value time series data obtained by the membrane filtration prediction program of this invention, and the measured value. 本発明の膜ろ過予測プログラムによって得られる膜間差圧予測値時系列データと実測値を比較した図である。It is the figure which compared the transmembrane differential pressure prediction value time series data obtained by the membrane filtration prediction program of this invention, and the measured value.

符号の説明Explanation of symbols

1 :コンピュータ
2 :補助記憶装置
3 :入力装置
4 :表示装置
300:膜分離装置
301:被ろ過液収容槽
302:分離膜
303:曝気ブロア
304:被ろ過液
305:膜ろ過液
400:膜ろ過試験装置
401:攪拌式セル
402:分離膜
403:マグネティックスターラー
404:攪拌子
405:窒素ガス
406:膜固定ホルダー
407:ビーカー
408:電子秤
409:パソコン
410:純水チャンバー
411:圧力計
412:バルブ
413:バルブ
414:バルブ
500:膜ろ過試験装置
501:活性汚泥収容槽
502:分離膜
503:曝気ブロア
504:活性汚泥
506:工場排水
507:散気管
514:流量計
515:記録計
516:バルブ
1: Computer 2: Auxiliary storage device 3: Input device 4: Display device 300: Membrane separation device 301: Filtration liquid storage tank 302: Separation membrane 303: Aeration blower 304: Filtration liquid 305: Membrane filtration solution 400: Membrane filtration Test apparatus 401: Stirring cell 402: Separation membrane 403: Magnetic stirrer 404: Stirring bar 405: Nitrogen gas 406: Membrane fixing holder 407: Beaker 408: Electronic balance 409: Personal computer 410: Pure water chamber 411: Pressure gauge 412: Valve 413: Valve 414: Valve 500: Membrane filtration test device 501: Activated sludge storage tank 502: Separation membrane 503: Aeration blower 504: Activated sludge 506: Factory drainage 507: Aeration pipe 514: Flow meter 515: Recorder 516: Valve

Claims (7)

分離膜の被ろ過液側と透過液側の圧力差(以下、膜間差圧という)を駆動力として、被ろ過液を分離膜によってろ過する膜ろ過方法において、膜ろ過流量(流束)を設定値に制御しつつ膜ろ過を継続する際、膜ろ過抵抗の経時的変化及び/又は膜間差圧の経時的変化を予測する膜ろ過予測方法であって、
膜ろ過予測計算のための数値として、少なくとも、膜ろ過流量(流束)の設定値、膜ろ過抵抗の初期値、および、被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を用いること、
少なくとも下記の計算ステップ1と計算ステップ2及び/又は計算ステップ3とを行うことにより、任意の時刻における膜ろ過抵抗値及び/又は膜間差圧値を求めること、
(計算ステップ1) 任意の時刻において分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を算出する、
(計算ステップ2) 少なくとも、計算ステップ1で求めた分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を用いて、任意の時刻における膜ろ過抵抗値を算出する、
(計算ステップ3) 少なくとも、計算ステップ1で求めた分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を用いて、又は、計算ステップ2で求めた膜ろ過抵抗値を用いて、任意の時刻における膜間差圧値を算出する、
さらに、時刻を更新しながら前記計算ステップを繰り返し行うことによって、膜ろ過抵抗の経時的変化、及び/又は、膜間差圧の経時的変化を求め、
該計算ステップ1が、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量及び/又は固形成分物質量の、所定時間内における変化量に基づく計算ステップであって、
計算ステップ1における計算式が、被ろ過液の上清成分物及び/又は固形成分物が分離膜に付着する速度の項と、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物及び/又は固形成分物が分離膜から剥離する速度の項とを含み、
前記分離膜に付着する速度は、膜間差圧値若しくは膜ろ過流量(流束)値と、被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値とを用いて算出され、かつ、
前記分離膜から剥離する速度は、膜間差圧値若しくは膜ろ過流量(流束)値と、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値の2次関数とを用いて算出されることを特徴とする膜ろ過予測方法。
In a membrane filtration method in which the filtrate is filtered through a separation membrane using the pressure difference between the filtrate side and the permeate side of the separation membrane (hereinafter referred to as the transmembrane pressure difference) as the driving force, the membrane filtration flow rate (flux) is A membrane filtration prediction method for predicting a change over time in membrane filtration resistance and / or a change over time in transmembrane pressure difference when membrane filtration is continued while controlling to a set value,
As numerical values for the membrane filtration prediction calculation, at least the setting value of the membrane filtration flow rate (flux), the initial value of the membrane filtration resistance, the supernatant component substance amount value and / or the solid component substance amount value of the liquid to be filtered Using
Obtaining a membrane filtration resistance value and / or a transmembrane pressure value at an arbitrary time by performing at least the following calculation step 1 and calculation step 2 and / or calculation step 3;
(Calculation step 1) Calculate the supernatant component substance amount value and / or the solid component substance amount value of the liquid to be filtered adhering to the separation membrane at an arbitrary time,
(Calculation step 2) At least the membrane filtration resistance value at any time using the supernatant component substance amount value and / or solid component substance amount value of the liquid to be filtered adhering to the separation membrane obtained in calculation step 1 To calculate,
(Calculation step 3) At least using the supernatant component substance amount value and / or the solid component substance amount value of the liquid to be filtered adhering to the separation membrane obtained in calculation step 1 or obtained in calculation step 2 Using the membrane filtration resistance value, calculate the transmembrane pressure difference value at any time,
Furthermore, by repeatedly performing the calculation step while updating the time, to determine the change over time of the membrane filtration resistance and / or the change over time of the transmembrane pressure difference,
The calculation step 1 is a calculation step based on an amount of change in a supernatant component substance amount and / or a solid component substance amount of a liquid to be filtered adhering to a separation membrane within a predetermined time,
The calculation formula in calculation step 1 includes a term of a rate at which the supernatant component and / or solid component of the filtrate to be attached to the separation membrane, and a supernatant component of the filtrate to be filtered attached to the separation membrane and / or Or a term of the rate at which the solid component peels from the separation membrane,
The rate of adhering to the separation membrane is calculated using the transmembrane pressure difference value or the membrane filtration flow rate (flux) value, the supernatant component substance amount value and / or the solid component substance amount value of the liquid to be filtered, And,
The separation rate from the separation membrane includes the transmembrane pressure value or the membrane filtration flow rate (flux) value, the supernatant component substance amount value and / or the solid component substance amount value of the liquid to be filtered attached to the separation membrane. membrane filtration prediction method characterized in that it is calculated using a secondary function number.
分離膜の被ろ過液側と透過液側の圧力差(以下、膜間差圧という)を駆動力として、被ろ過液を分離膜によってろ過する膜ろ過方法において、膜間差圧を設定値に制御しつつ膜ろ過を継続する際、膜ろ過抵抗の経時的変化及び/又は膜ろ過流量(流束)の経時的変化を予測する膜ろ過予測方法であって、
膜ろ過予測計算のための数値として、少なくとも、膜間差圧の設定値、膜ろ過抵抗の初期値、および、被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を用いること、
少なくとも、下記の計算ステップ1と計算ステップ2及び/又は計算ステップ4とを行うことにより、任意の時刻における膜ろ過抵抗値及び/又は膜ろ過流量(流束)を求めること、
(計算ステップ1) 任意の時刻において分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を算出する、
(計算ステップ2) 少なくとも、計算ステップ1で求めた分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を用いて、任意の時刻における膜ろ過抵抗値を算出する、
(計算ステップ4) 少なくとも、計算ステップ1で求めた分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値膜を用いて、又は、計算ステップ2で求めた膜ろ過抵抗値を用いて、任意の時刻における膜ろ過流量(流束)値を算出する、
さらに、時刻を更新しながら前記計算ステップを繰り返し行うことによって、膜ろ過抵抗の経時的変化、及び/又は、膜ろ過流量(流束)の経時的変化を求め、
該計算ステップ1が、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量及び/又は固形成分物質量の、所定時間内における変化量に基づく計算ステップであって、
計算ステップ1における計算式が、被ろ過液の上清成分物及び/又は固形成分物が分離膜に付着する速度の項と、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物及び/又は固形成分物が分離膜から剥離する速度の項とを含み、
前記分離膜に付着する速度は、膜間差圧値若しくは膜ろ過流量(流束)値と、被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値とを用いて算出され、かつ、
前記分離膜から剥離する速度は、膜間差圧値若しくは膜ろ過流量(流束)値と、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値の2次関数とを用いて算出されることを特徴とする膜ろ過予測方法。
In the membrane filtration method of filtering the filtrate to be filtered through the separation membrane using the pressure difference between the filtrate side and the permeate side of the separation membrane (hereinafter referred to as the transmembrane pressure difference) as the driving force, the transmembrane pressure difference is set to the set value. A membrane filtration prediction method for predicting a temporal change in membrane filtration resistance and / or a temporal change in membrane filtration flow rate (flux) when continuing membrane filtration while controlling,
Use at least the setting value of the transmembrane pressure difference, the initial value of the membrane filtration resistance, and the supernatant component substance amount value and / or the solid component substance amount value of the liquid to be filtered as numerical values for the membrane filtration prediction calculation. ,
At least calculating the membrane filtration resistance value and / or the membrane filtration flow rate (flux) at an arbitrary time by performing the following calculation step 1 and calculation step 2 and / or calculation step 4;
(Calculation step 1) Calculate the supernatant component substance amount value and / or the solid component substance amount value of the liquid to be filtered adhering to the separation membrane at an arbitrary time,
(Calculation step 2) At least the membrane filtration resistance value at any time using the supernatant component substance amount value and / or solid component substance amount value of the liquid to be filtered adhering to the separation membrane obtained in calculation step 1 To calculate,
(Calculation step 4) At least using the supernatant component substance amount value and / or solid component substance amount value membrane of the liquid to be filtered adhering to the separation membrane obtained in calculation step 1 or obtaining in calculation step 2 The membrane filtration flow rate (flux) value at an arbitrary time is calculated using the membrane filtration resistance value.
Furthermore, by repeatedly performing the calculation step while updating the time, obtain the change over time of the membrane filtration resistance and / or change over time of the membrane filtration flow rate (flux),
The calculation step 1 is a calculation step based on an amount of change in a supernatant component substance amount and / or a solid component substance amount of a liquid to be filtered adhering to a separation membrane within a predetermined time,
The calculation formula in calculation step 1 includes a term of a rate at which the supernatant component and / or solid component of the filtrate to be attached to the separation membrane, and a supernatant component of the filtrate to be filtered attached to the separation membrane and / or Or a term of the rate at which the solid component peels from the separation membrane,
The rate of adhering to the separation membrane is calculated using the transmembrane pressure difference value or the membrane filtration flow rate (flux) value, the supernatant component substance amount value and / or the solid component substance amount value of the liquid to be filtered, And,
The separation rate from the separation membrane includes the transmembrane pressure value or the membrane filtration flow rate (flux) value, the supernatant component substance amount value and / or the solid component substance amount value of the liquid to be filtered attached to the separation membrane. membrane filtration prediction method characterized in that it is calculated using a secondary function number.
前記計算ステップ1における計算式が、
膜間差圧値若しくは膜ろ過流量(流束)と被ろ過液中の上清成分物質量とに基づいて算出される被ろ過液中の上清成分物質が分離膜へ付着する速度と、膜間差圧値若しくは膜ろ過流量(流束)と分離膜に付着している上清成分物質量及び固形成分物質量に基づいて算出される分離膜から上清成分物質が剥離する速度との差に基づいて、所定時間後の分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量を計算する計算式を含み、かつ、
膜間差圧値若しくは膜ろ過流量(流束)と被ろ過液中の固形成分物質量とに基づいて算出される被ろ過液中の固形成分が分離膜へ付着する速度と、膜間差圧値若しくは膜ろ過流量(流束)と分離膜に付着している上清成分物質量及び固形成分物質量に基づいて算出される分離膜から固形成分が剥離する速度との差に基づいて、所定時間後の分離膜に付着している被ろ過液の固形成分物質量を計算する計算式を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の膜ろ過予測方法。
The calculation formula in the calculation step 1 is:
The rate at which the supernatant component substance in the filtrate to be filtered is calculated based on the transmembrane pressure difference or the membrane filtration flow rate (flux) and the amount of the supernatant component substance in the filtrate, and the membrane The difference between the differential pressure value or the membrane filtration flow rate (flux) and the rate of separation of the supernatant component material from the separation membrane calculated based on the amount of the supernatant component material and the solid component material adhering to the separation membrane Including a calculation formula for calculating the amount of the supernatant component substance of the liquid to be filtered adhering to the separation membrane after a predetermined time, and
The rate at which the solid components in the filtered liquid adhere to the separation membrane calculated based on the transmembrane differential pressure value or membrane filtration flow rate (flux) and the amount of solid component substances in the filtered liquid, and the transmembrane differential pressure Based on the difference between the value or the membrane filtration flow rate (flux) and the rate of separation of the solid component from the separation membrane calculated based on the amount of the supernatant component substance and the amount of the solid component substance adhering to the separation membrane The method for predicting membrane filtration according to claim 1 or 2, comprising a calculation formula for calculating a solid component substance amount of the liquid to be filtered adhering to the separation membrane after time.
分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物及び/又は固形成分物が分離膜から剥離する速度を求める式が、膜洗浄力値に基づく項を含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の膜ろ過予測方法。 2. The formula for determining the rate at which the supernatant component and / or solid component of the liquid to be filtered adhering to the separation membrane peels from the separation membrane includes a term based on the membrane detergency value. The membrane filtration prediction method according to any one of? 被ろ過液が、微生物を含む混合液であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の膜ろ過予測方法。 The membrane filtration prediction method according to claim 1, wherein the liquid to be filtered is a mixed liquid containing microorganisms. 分離膜による被ろ過液のろ過を、膜間差圧を設定値に制御しつつ継続する際に、経時的に変化する膜ろ過抵抗値の時間変化及び/又は膜ろ過流量(流束)値の時間変化を予測するためのコンピュータプログラムであって、
膜間差圧の時系列値、被ろ過液の上清成分物質量の時系列値及び/又は固形成分物質量の時系列値、膜洗浄力の時系列値、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量及び/又は固形成分物質量の初期値、および膜ろ過抵抗の初期値を入力するデータ入力手段、
前記データ入力手段で入力された膜間差圧の時系列値、被ろ過液の上清成分物質量の時系列値及び/又は固形成分物質量の時系列値、膜洗浄力の時系列値、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量及び/又は固形成分物質量の初期値、および膜ろ過抵抗初期値を記録しておくデータ記録手段、
前記データ記録手段から任意の時刻t(ここで、i=0〜nであり、ti+1=t+Δt、t=0、nは刻み数を表す自然数。)における膜間差圧値、被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値、膜洗浄力値、および、時刻tの場合には分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量及び/又は固形成分物質量の初期値を読み出し、さらに、時刻t以外の場合には後述の成分量算出値記録手段によって前記データ記録手段に記録された時刻tにおける分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を読み出し、予め記録された付着成分量算出式を用いて、時刻ti+1における分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を算出する成分量算出手段、
前記成分量算出手段で算出された時刻ti+1における分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を記録する成分量算出値記録手段、
次の膜ろ過抵抗算出手段及び/又は膜ろ過流量(流束)算出手段
(膜ろ過抵抗算出手段) 前記データ記録手段から膜ろ過抵抗初期値を読み出し、読み出された膜ろ過抵抗初期値と成分量算出手段で算出された時刻ti+1における分離膜に付着している被ろ過液の上清成分中非膜透過物質量値及び/又は固形成分物質量値に基づいて、予め記録された膜ろ過抵抗予測値算出式を用いて、時刻ti+1における膜ろ過抵抗の予測値を算出する膜ろ過抵抗算出手段、
(膜ろ過流量(流束)算出手段) 前記データ記録手段から膜ろ過抵抗初期値および時刻ti+1における膜間差圧値を読み出し、読み出された膜ろ過抵抗初期値と時刻ti+1における膜間差圧値と成分量算出手段で算出された時刻ti+1における分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値とに基づいて、予め記録された膜ろ過流量(流束)予測値算出式Iを用いて、時刻ti+1における膜ろ過流量(流束)の予測値を算出する膜ろ過流量(流束)算出手段I、又は、前記データ記録手段から時刻ti+1における膜間差圧値を読み出し、読み出された時刻ti+1における膜間差圧値と、前記膜ろ過抵抗算出手段で算出された時刻ti+1における膜ろ過抵抗予測値とに基づいて、予め記録された膜ろ過流量(流束)予測値算出式IIを用いて、時刻ti+1における膜ろ過流量(流束)の予測値を算出する膜ろ過流量(流束)算出手段II、
前記膜ろ過抵抗算出手段によって算出された時刻ti+1における膜ろ過抵抗の予測値、及び/又は、前記膜ろ過流量(流束)算出手段によって算出された時刻ti+1における膜ろ過流量(流束)の予測値を記録する膜ろ過予測値記録手段、
膜ろ過予測値記録手段によって記録された時間t〜tにおける前記膜ろ過抵抗の予測値及び/又は膜ろ過流量(流束)の予測値を時系列値として記録する時系列値記録手段、並びに、
前記時系列値記録手段で記録された膜ろ過抵抗予測値の時系列値及び/又は膜ろ過流量(流束)予測値の時系列値を出力する出力手段、
の機能を備え、
前記予め記録された付着成分量算出式が、時刻において分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量及び/又は固形成分物質量の値と、これら付着量が時刻tから時刻ti+1までに増減変化する変化量とに基づき、時刻ti+1において分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量及び/又は固形成分物質量を求める付着成分量算出式であって、
該付着成分量算出式における時刻tから時刻ti+1までの変化量が、被ろ過液の上清成分物及び/又は固形成分物が分離膜に付着する速度と、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物及び/又は固形成分物が分離膜から剥離する速度との差に基づいて計算され、
前記分離膜に付着する速度は、時刻tにおける膜間差圧値若しくは膜ろ過流量(流束)値と、時刻tにおける被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値とを用いて算出され、かつ、
前記分離膜から剥離する速度は、時刻tにおける膜間差圧値若しくは膜ろ過流量(流束)値と、時刻tにおいて分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値2次関数とを用いて算出されることを特徴とする膜ろ過予測プログラム。
When the filtration of the liquid to be filtered through the separation membrane is continued while controlling the transmembrane pressure difference to the set value, the change in the membrane filtration resistance with time and / or the membrane filtration flow rate (flux) value A computer program for predicting temporal changes,
Time-series value of transmembrane pressure difference, time-series value of supernatant component substance amount and / or solid-component substance amount of filtrate to be filtered, time-series value of membrane detergency, membrane adherence attached to separation membrane Data input means for inputting the initial value of the amount of supernatant component substance and / or the amount of solid component substance of the filtrate and the initial value of membrane filtration resistance,
Time-series value of transmembrane pressure input by the data input means, time-series value of supernatant component substance amount and / or solid-component substance amount of filtered liquid, time-series value of membrane detergency, Data recording means for recording the initial value of the amount of supernatant component substance and / or the amount of solid component substance of the liquid to be filtered adhering to the separation membrane, and the initial value of membrane filtration resistance;
The transmembrane pressure difference value at an arbitrary time t i (where i = 0 to n, t i + 1 = t i + Δt i , t 0 = 0, n is a natural number representing the number of steps) from the data recording means. , supernatant component substance quantity value and / or solid components substance quantity value of the filtrate, membrane washing force value, and the supernatant component substances of the liquid to-be-filtrated attaching on the separation membrane in the case of the time t 0 and / or reads the initial value of the solid component amount of substance, furthermore, in the case other than the time t 0 attaching on the separation membrane at the time t i recorded in the data recording means by component amount calculating value recording unit described later The supernatant component substance amount value and / or the solid component substance amount value of the filtrate to be filtered is read out, and the filtrate to be filtered attached to the separation membrane at time t i + 1 is recorded using a pre-recorded adhesion component quantity calculation formula. Calculate supernatant component substance amount value and / or solid component substance amount value Component amount calculating means,
Component amount calculation value recording means for recording the supernatant component substance amount value and / or the solid component substance amount value of the liquid to be filtered adhering to the separation membrane at time t i + 1 calculated by the component amount calculation means,
Next membrane filtration resistance calculation means and / or membrane filtration flow rate (flux) calculation means (membrane filtration resistance calculation means) Read the membrane filtration resistance initial value from the data recording means, and read the membrane filtration resistance initial value and components Based on the non-membrane permeable substance amount value and / or the solid component substance amount value in the supernatant component of the liquid to be filtered adhering to the separation membrane at time t i + 1 calculated by the amount calculating means, the membrane filtration recorded in advance Membrane filtration resistance calculating means for calculating the predicted value of the membrane filtration resistance at time t i + 1 using the resistance predicted value calculation formula,
(Membrane filtration flow rate (flux) calculation means) The membrane filtration resistance initial value and the transmembrane differential pressure value at time ti + 1 are read from the data recording means, and the read membrane filtration resistance initial value and the membrane at time ti + 1 . Based on the differential pressure value and the supernatant component substance amount value and / or solid component substance amount value of the liquid to be filtered adhering to the separation membrane at time t i + 1 calculated by the component amount calculation means, recorded in advance Membrane filtration flow rate (flux) calculation means I for calculating a predicted value of membrane filtration flow rate (flux) at time t i + 1 using a membrane filtration flow rate (flux) predicted value calculation formula I, or the data recording means The transmembrane pressure difference value at time t i + 1 is read out from time t i + 1 , based on the read transmembrane pressure difference value at time t i + 1 and the membrane filtration resistance prediction value at time t i + 1 calculated by the membrane filtration resistance calculation means. Record in advance Membrane using a filtration flow rate (flux) predicted value calculation formula II, the time t membranous filtration flowrate (flux) for calculating a predicted value of the i + 1 membrane filtration in flow rate (flux) calculation means II,
The predicted value of the membrane filtration resistance at time t i + 1 calculated by the membrane filtration resistance calculation means and / or the membrane filtration flow rate (flux) at time t i + 1 calculated by the membrane filtration flow rate (flux) calculation means. Membrane filtration predicted value recording means for recording the predicted value of
Time-series value recording means for recording the predicted value of the membrane filtration resistance and / or the predicted value of the membrane filtration flow rate (flux) at the times t 0 to t n recorded by the membrane filtration predicted value recording means as time-series values; And
Output means for outputting the time series value of the membrane filtration resistance prediction value and / or the time series value of the membrane filtration flow rate (flux) prediction value recorded by the time series value recording means;
With the features of
The pre-recorded formula for calculating the amount of adhering component is the value of the amount of the supernatant component substance and / or the amount of the solid component substance adhering to the separation membrane at time i and the adhering amount from time t i. based on the amount of change and that change in increase and decrease by time t i + 1, there at time t i + 1 at attachment component value calculation formula for obtaining the supernatant component material amount and / or solid components substance amount of the filtrated liquid adhering to the separation membrane And
The amount of change from the time t i to the time t i + 1 in said adhesion component value calculation formula is, the speed supernatant components thereof and / or the solid components of the filtrate are adhered to the separation membrane, attached to the separation membrane Calculated based on the difference from the rate at which the supernatant component and / or solid component of the liquid to be filtered peels from the separation membrane,
The rate at which adhere to the separation membrane, transmembrane pressure value or membrane filtration flow rate (flux) value at time t i and the supernatant component substance quantity value of the filtrate at the time t i and / or solid components substance amount Calculated with the value, and
The rate at which detaches from the separation membrane, transmembrane pressure value or membrane filtration flow rate (flux) value at time t i and the supernatant component substance quantity value of the filtrated liquid adhering to the separation membrane at time t i and / or membrane filtration prediction program characterized by being calculated by using the solid component substance quantity value secondary function.
分離膜による被ろ過液のろ過を、膜ろ過流量(流束)を設定値に制御しつつ継続する際に、経時的に変化する膜ろ過抵抗値の時間変化及び/又は膜間差圧値の時間変化を予測するためのコンピュータプログラムであって、
膜ろ過流量(流束)の時系列値、被ろ過液の上清成分物質量の時系列値及び/又は固形成分物質量の時系列値、膜洗浄力の時系列値、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量及び/又は固形成分物質量の初期値、および膜ろ過抵抗の初期値を入力するデータ入力手段、
前記データ入力手段で入力された膜ろ過流量(流束)の時系列値、被ろ過液の上清成分物質量の時系列値及び/又は固形成分物質量の時系列値、膜洗浄力の時系列値、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量及び/又は固形成分物質量の初期値、および膜ろ過抵抗初期値を記録しておくデータ記録手段、
前記データ記録手段から任意の時刻t(ここで、i=0〜nであり、ti+1=t+Δt、t=0、nは刻み数を表す自然数。)における膜ろ過流量(流束)値、被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値、膜洗浄力値、および、時刻tの場合には分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量及び/又は固形成分物質量の初期値を読み出し、さらに、時刻t以外の場合には後述の成分量算出値記録手段によって前記データ記録手段に記録された時刻tにおける分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を読み出し、予め記録された付着成分量算出式を用いて、時刻ti+1における分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を算出する成分量算出手段、
前記成分量算出手段で算出された時刻ti+1における分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を記録する成分量算出値記録手段、
次の膜ろ過抵抗算出手段及び/又は膜間差圧算出手段
(膜ろ過抵抗算出手段) 前記データ記録手段から膜ろ過抵抗初期値を読み出し、読み出された膜ろ過抵抗初期値と成分量算出手段で算出された時刻ti+1における分離膜に付着している被ろ過液の上清成分中非膜透過物質量値及び/又は固形成分物質量値に基づいて、予め記録された膜ろ過抵抗予測値算出式を用いて、時刻ti+1における膜ろ過抵抗の予測値を算出する膜ろ過抵抗算出手段、
(膜間差圧算出手段) 前記データ記録手段から膜ろ過抵抗初期値および時刻ti+1における膜ろ過流量(流束)値を読み出し、読み出された膜ろ過抵抗初期値と時刻ti+1における膜ろ過流量(流束)値と成分量算出手段で算出された時刻ti+1における分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値とに基づいて、予め記録された膜間差圧予測値算出式Iを用いて、時刻ti+1における膜間差圧の予測値を算出する膜間差圧算出手段I、又は、前記データ記録手段から時刻ti+1における膜ろ過流量(流束)値を読み出し、読み出された時刻ti+1における膜ろ過流量(流束)値と、前記膜ろ過抵抗算出手段で算出された時刻ti+1における膜ろ過抵抗予測値とに基づいて、予め記録された膜間差圧予測値算出式IIを用いて、時刻ti+1における膜間差圧の予測値を算出する膜間差圧算出手段II、
前記膜ろ過抵抗算出手段によって算出された時刻ti+1における膜ろ過抵抗の予測値、及び/又は、前記膜間差圧算出手段によって算出された時刻ti+1における膜間差圧の予測値を記録する膜ろ過予測値記録手段、
膜ろ過予測値記録手段によって記録された時間t〜tにおける前記膜ろ過抵抗の予測値及び/又は膜間差圧の予測値を時系列値として記録する時系列値記録手段、並びに、
前記時系列値記録手段で記録された膜ろ過抵抗予測値の時系列値及び/又は膜間差圧予測値の時系列値を出力する出力手段、
の機能を備え、
前記予め記録された付着成分量算出式が、時刻において分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量及び/又は固形成分物質量の値と、これら付着量が時刻tから時刻ti+1までに増減変化する変化量とに基づき、時刻ti+1において分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量及び/又は固形成分物質量を求める付着成分量算出式であって、
該付着成分量算出式における時刻tから時刻ti+1までの変化量が、被ろ過液の上清成分物及び/又は固形成分物が分離膜に付着する速度と、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物及び/又は固形成分物が分離膜から剥離する速度との差に基づいて計算され、
前記分離膜に付着する速度は、時刻tにおける膜間差圧値若しくは膜ろ過流量(流束)値と、時刻tにおける被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値とを用いて算出され、かつ、
前記分離膜から剥離する速度は、時刻tにおける膜間差圧値若しくは膜ろ過流量(流束)値と、時刻tにおいて分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値2次関数とを用いて算出されることを特徴とする膜ろ過予測プログラム。
When the filtration of the liquid to be filtered by the separation membrane is continued while controlling the membrane filtration flow rate (flux) to the set value, the change in the membrane filtration resistance value that changes with time and / or the transmembrane pressure difference value A computer program for predicting temporal changes,
The time series value of membrane filtration flow rate (flux), the time series value of the amount of supernatant component substance and / or the amount of solid component substance in the liquid to be filtered, the time series value of membrane detergency, attached to the separation membrane Data input means for inputting the initial value of the amount of the supernatant component and / or the amount of the solid component of the liquid to be filtered and the initial value of the membrane filtration resistance,
Time-series value of membrane filtration flow rate (flux) input by the data input means, time-series value of supernatant component substance amount and / or solid-component substance amount of filtered liquid, and membrane cleaning power Data recording means for recording the series value, the initial value of the amount of the supernatant component substance and / or the amount of the solid component substance of the filtered liquid adhering to the separation membrane, and the initial value of the membrane filtration resistance,
Membrane filtration flow rate (flow) from the data recording means at an arbitrary time t i (where i = 0 to n, t i + 1 = t i + Δt i , t 0 = 0, n is a natural number representing the number of steps). flux) value, the supernatant component substance quantity value and / or solid components substance quantity value of the filtrate, membrane washing force value, and, in the case of time t 0 is of the filtrate adhering to the separation membrane supernatant reads the initial value of the component substance amount and / or solid components substance amount, further, in the case other than the time t 0 on the separation membrane at the time t i recorded in the data recording means by component amount calculating value recording unit described later The supernatant component substance amount value and / or the solid component substance amount value of the attached liquid to be filtered is read, and the attached substance adhering to the separation membrane at time t i + 1 is calculated using a pre-recorded attached component amount calculation formula. The amount of the supernatant component in the filtrate and / or the amount of the solid component Component amount calculating means for calculating a value;
Component amount calculation value recording means for recording the supernatant component substance amount value and / or the solid component substance amount value of the liquid to be filtered adhering to the separation membrane at time t i + 1 calculated by the component amount calculation means,
Next membrane filtration resistance calculation means and / or transmembrane differential pressure calculation means (membrane filtration resistance calculation means) Read the membrane filtration resistance initial value from the data recording means, and read the membrane filtration resistance initial value and component amount calculation means Based on the non-membrane permeable substance amount value and / or the solid component substance amount value in the supernatant component of the filtrate to be filtered adhering to the separation membrane calculated at time t i + 1, the membrane filtration resistance prediction value recorded in advance Membrane filtration resistance calculation means for calculating the predicted value of the membrane filtration resistance at time t i + 1 using the calculation formula,
(Transmembrane differential pressure calculation means) The membrane filtration resistance initial value and the membrane filtration flow rate (flux) value at time t i + 1 are read from the data recording means, and the read membrane filtration resistance initial value and membrane filtration at time t i + 1 . Based on the flow rate (flux) value and the supernatant component substance amount value and / or solid component substance amount value of the liquid to be filtered adhering to the separation membrane at time t i + 1 calculated by the component amount calculation means, in advance Using the recorded transmembrane differential pressure predicted value calculation formula I, the transmembrane differential pressure calculating means I for calculating the predicted value of the transmembrane differential pressure at time t i + 1 , or the membrane at time t i + 1 from the data recording means reads the filtration flow rate (flux) value, the basis of the membrane filtration flow rate (flux) value at time t i + 1 read, and membrane filtration resistance prediction value at time t i + 1 calculated by the membrane filtration resistance calculation means Record in advance The using transmembrane pressure predicted value calculation formula II, the time t i + transmembrane difference to calculate the predicted value of the transmembrane pressure in the one pressure calculating means II,
The predicted value of the membrane filtration resistance at the time t i + 1 calculated by the membrane filtration resistance calculation unit and / or the predicted value of the transmembrane pressure difference at the time t i + 1 calculated by the transmembrane pressure difference calculation unit is recorded. Membrane filtration predicted value recording means,
A time series value recording means for recording the predicted value of the membrane filtration resistance and / or the predicted value of the transmembrane pressure difference at the time t 0 to t n recorded by the membrane filtration predicted value recording means, as a time series value, and
Output means for outputting the time series value of the membrane filtration resistance prediction value and / or the time series value of the transmembrane pressure difference prediction value recorded by the time series value recording means;
With the features of
The pre-recorded formula for calculating the amount of adhering component is the value of the amount of the supernatant component substance and / or the amount of the solid component substance adhering to the separation membrane at time i and the adhering amount from time t i. based on the amount of change and that change in increase and decrease by time t i + 1, there at time t i + 1 at attachment component value calculation formula for obtaining the supernatant component material amount and / or solid components substance amount of the filtrated liquid adhering to the separation membrane And
The amount of change from the time t i to the time t i + 1 in said adhesion component value calculation formula is, the speed supernatant components thereof and / or the solid components of the filtrate are adhered to the separation membrane, attached to the separation membrane Calculated based on the difference from the rate at which the supernatant component and / or solid component of the liquid to be filtered peels from the separation membrane,
The rate at which adhere to the separation membrane, transmembrane pressure value or membrane filtration flow rate (flux) value at time t i and the supernatant component substance quantity value of the filtrate at the time t i and / or solid components substance amount Calculated with the value, and
The rate at which detaches from the separation membrane, transmembrane pressure value or membrane filtration flow rate (flux) value at time t i and the supernatant component substance quantity value of the filtrated liquid adhering to the separation membrane at time t i and / or membrane filtration prediction program characterized by being calculated by using the solid component substance quantity value secondary function.
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