JP5034381B2 - 膜ろ過装置の運転条件の決定方法、およびそれを用いた膜ろ過装置の運転方法 - Google Patents
膜ろ過装置の運転条件の決定方法、およびそれを用いた膜ろ過装置の運転方法 Download PDFInfo
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Description
ここで、ΔPは膜ろ過圧力[Pa]、μは膜ろ過液の粘度[Pa・s]、Rは膜抵抗[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、(2)式に従い、温度から換算してもよい。
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。
ここで、Qは膜ろ過流量[m3/s]、Aは膜面積[m2]である。
dPm/dt=P・J−γp・(τ−λp・ΔP)・(ηx・Xm+ηp・Pm)・Pm (4)
ただし、(τ−λx・ΔP)≧0、(τ−λp・ΔP)≧0である。
ここで、Rmは初期膜抵抗の値[1/m]、αxは前記Xmの単位量あたりの抵抗発生量[m/gC]、αpは前記Pmの単位量あたりの抵抗発生量[m/gC]である。
本実施例に用いた膜ろ過装置500の構造概略を図8に示す。膜ろ過装置500は、浸漬型の膜分離式活性汚泥装置であり、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。原水506として、酢酸を主成分とする工場排水を、有効容量2.3m3の被ろ過液収容槽501に投入した。被ろ過液収容槽501の中の被ろ過液504には、活性汚泥が収容されていた。被ろ過液504中に分離膜502を浸漬させ、前記分離膜502の下方部には散気管507が設置され、前記散気管507には曝気ブロア503からエアが供給され、散気管507からエアが噴出される構造とした。すなわち、本装置においては、散気管507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。また、分離膜502には、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)製の平膜型の精密ろ過膜(孔径0.08μm、有効膜面積10.4m2)を用い、圧力発生手段505として、膜透過液側に流量調整可能なインバータ制御付(流量調整手段)の吸引ポンプを設置した。
時刻ゼロにおける上清成分物質量値P(0)=9.3、時刻ゼロにおける固形成分物質量値X(0)=6.372×103、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=4.65×1010、膜洗浄力値τ=1(一定値)、膜ろ過液の粘度μ=1.0×10−3、膜間差圧値ΔP=20×103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=4.89×1012、剥離係数γp=1.5×105、摩擦係数λp=9.8×10−5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=2.0×1010、剥離係数γx=1.7×103、摩擦係数λx=3.0×10−5となるときに実測値と膜ろ過予測結果が最小となった。
実施例1では、連続ろ過の場合の実施例について記したが、実施例2では、間欠ろ過の場合の実施例について記す。
本実施例に用いた膜ろ過装置500の構造概略を図12に示す。膜ろ過装置500は、浸漬型の膜分離式活性汚泥装置であり、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。原水506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4.2m3/dで有効容量2.3m3の被ろ過液収容槽501に投入した。被ろ過液収容槽501には、被ろ過液504として活性汚泥が収容されており、被ろ過液504中に分離膜502を浸漬させ、前記分離膜502の下方部には散気管507が設置され、前記散気管507には洗浄手段503である曝気ブロア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507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。また、被ろ過液収容槽501から被ろ過液504である活性汚泥をポンプにより排出する構成成分量調整手段508を設けた。ここにおいて、構成成分量調整手段508によって活性汚泥が被ろ過液収容槽501から排出されたときに、排出された活性汚泥量に相当する原水量が被ろ過液収容槽501に供給されることによって、活性汚泥の構成成分量(濃度)が調整される構造とした。なお、ここで、分離膜502には、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)製の平膜型の精密ろ過膜(孔径0.08μm、有効膜面積10.4m2)を用い、膜透過液側に設置した吸引ポンプを膜ろ過液取得手段505として用いた。
実施例3では、連続ろ過の場合の実施例について記したが、実施例4では、間欠ろ過の場合の実施例について記す。
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、413,414:バルブ
500:膜ろ過装置
501:被ろ過液収容槽
502:分離膜
503:洗浄手段
504:被ろ過液
505:膜ろ過液取得手段
506:原水
507:散気管
508:構成成分量調整手段
514:流量計
515:記録計
516:バルブ
Claims (21)
- 少なくとも、分離膜、前記分離膜の被ろ過液側と膜ろ過液側との圧力差を発生させる圧力発生手段、および、前記圧力発生手段によって得られる膜ろ過液の流量(以下、膜ろ過流量)を調整する流量調整手段を有する膜ろ過装置を用いて、前記被ろ過液を前記分離膜によりろ過し、ろ過と同時または逐次的に前記膜ろ過流量の調整を行う膜ろ過装置の運転条件の決定方法であって、被ろ過液の構成成分の種類および構成成分量、および、膜ろ過流量の時系列的変化を表すデータから、前記分離膜に付着している構成成分量の変動、膜ろ過圧力の変動、あるいは膜抵抗の変動を予測し、前記予測結果に基づいて、前記流量調整手段の運転条件を決定することを含み、かつ前記予測が、前記被ろ過液の構成成分量の時系列的変化を表すデータ、膜ろ過流量の時系列的変化を表すデータに基づいて、前記分離膜に付着している構成成分量の値を計算する計算ステップ100を含み、かつ前記計算ステップ100が、前記分離膜に付着している構成成分量の変化量を、前記被ろ過液の構成成分に含まれる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いて計算される計算ステップ101であり、かつ前記被ろ過液の構成成分に含まれる物質が前記分離膜から剥離する速度が、前記分離膜に付着している構成成分量の値の2次式に基づいて決定されることを特徴とする膜ろ過装置の運転条件の決定方法。
- 仮想的な流量調整手段の運転条件から、前記分離膜に付着している前記被ろ過液の構成成分量の変動、膜ろ過圧力の変動、あるいは膜抵抗の変動を予測し、前記予測結果に基づいて、前記仮想的な流量調整手段の運転条件の是非を判断し、前記判断結果において是と判断された前記仮想的な流量調整手段の運転条件の中から、適正な流量調整手段の運転条件を決定し、前記決定された適正な流量調整手段の運転条件に基づいて、前記流量調整手段の運転条件を決定することを特徴とする請求項1に記載の膜ろ過装置の運転条件の決定方法。
- 前記予測に際し、仮想的な流量調整手段の運転条件を用いて予測を行い、前記予測の結果において、前記分離膜に付着している構成成分量の値、膜抵抗の値、あるいは、膜ろ過圧力の値があらかじめ決定された所定値以下となったときに、前記仮想的な流量調整手段の運転条件を是と判断することを特徴とする請求項2に記載の膜ろ過装置の運転条件の決定方法。
- 前記予測に際し、仮想的な流量調整手段の運転条件を用いて予測を行い、前記予測の結果において、前記分離膜に付着している構成成分量の値、膜抵抗の値あるいは膜ろ過圧力の値が収束するときに、前記仮想的な流量調整手段の運転条件を是と判断することを特徴とする請求項2に記載の膜ろ過装置の運転条件の決定方法。
- 前記判断結果において、仮想的な流量調整手段の運転条件を非と判断したときに、前記仮想的な流量調整手段の運転条件に相当する仮想的な膜ろ過流量の値より、仮想的な膜ろ過流量の値が小さくなるような仮想的な流量調整手段の運転条件に変更し、変更された仮想的な流量調整手段の運転条件から、再度前記分離膜に付着している構成成分量の変動、膜ろ過圧力の変動、あるいは、膜抵抗の変動を予測し、該予測結果に基づいて、前記変更後の仮想的な流量調整手段の運転条件の是非を判断すること、および、前記仮想的な流量調整手段の運転条件が是と判断したときに、前記仮想的な流量調整手段の運転条件を適正な流量調整手段の運転条件とすることを特徴とする請求項2〜4のいずれかに記載の膜ろ過装置の運転条件の決定方法。
- 少なくとも、分離膜、前記分離膜の被ろ過液側と膜ろ過液側との圧力差を発生させる圧力発生手段、および、前記圧力発生手段によって発生する圧力差(以下、膜ろ過圧力)を調整する圧力調整手段を有する膜ろ過装置を用いて、前記被ろ過液を前記分離膜によりろ過し、ろ過と同時または逐次的に前記膜ろ過圧力の調整を行う膜ろ過装置の運転条件の決定方法であって、被ろ過液の構成成分の種類および構成成分量、および、膜ろ過圧力の時系列的変化を表すデータから、前記分離膜に付着している構成成分量の変動、膜ろ過流量もしくは膜ろ過流束の変動、あるいは膜抵抗の変動を予測し、前記予測結果に基づいて、前記圧力調整手段の運転条件を決定することを含み、かつ前記予測が、前記被ろ過液の構成成分量の時系列的変化を表すデータ、膜ろ過圧力の時系列的変化を表すデータに基づいて、前記分離膜に付着している構成成分量の値を計算する計算ステップ100を含み、かつ前記計算ステップ100が、前記分離膜に付着している構成成分量の変化量を、前記被ろ過液の構成成分に含まれる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いて計算される計算ステップ101であり、かつ前記被ろ過液の構成成分に含まれる物質が前記分離膜から剥離する速度が、前記分離膜に付着している構成成分量の値の2次式に基づいて決定されることを特徴とする膜ろ過装置の運転条件の決定方法。
- 仮想的な圧力調整手段の運転条件から、前記分離膜に付着している前記被ろ過液の構成成分量の変動、膜ろ過流量の変動、膜ろ過流束の変動、あるいは膜抵抗の変動を予測し、前記予測結果に基づいて、前記仮想的な圧力調整手段の運転条件の是非を判断し、前記判断結果において是と判断された前記仮想的な圧力調整手段の運転条件の中から、適正な圧力調整手段の運転条件を決定し、前記決定された適正な圧力調整手段の運転条件に基づいて、前記圧力調整手段の運転条件を決定することを特徴とする請求項6に記載の膜ろ過装置の運転条件の決定方法。
- 前記予測に際し、仮想的な圧力調整手段の運転条件を用いて予測を行い、前記予測の結果において、前記分離膜に付着している構成成分量の値、あるいは、膜抵抗の値があらかじめ決定された所定値以下、あるいは、膜ろ過流束の値あるいは膜ろ過流量の値があらかじめ決定された所定値以上となったときに、前記仮想的な圧力調整手段の運転条件を是と判断することを特徴とする請求項7に記載の膜ろ過装置の運転条件の決定方法。
- 前記予測に際し、仮想的な圧力調整手段の運転条件を用いて予測を行い、前記予測の結果において、前記分離膜に付着している構成成分量の値、あるいは、膜抵抗の値が収束するときに、前記仮想的な圧力調整手段の運転条件を是と判断することを特徴とする請求項7に記載の膜ろ過装置の運転条件の決定方法。
- 前記判断結果において、仮想的な圧力調整手段の運転条件を非と判断したときに、前記仮想的な圧力調整手段の運転条件に相当する仮想的な膜ろ過圧力の値より、仮想的な膜ろ過圧力の値が小さくなるような仮想的な圧力調整手段の運転条件に変更し、変更された仮想的な圧力調整手段の運転条件から、再度前記分離膜に付着している構成成分量の変動、膜ろ過流量の変動、膜ろ過流束の変動、あるいは、膜抵抗の変動を予測し、該予測結果に基づいて、前記変更後の仮想的な圧力調整手段の運転条件の是非を判断すること、および、前記仮想的な調整手段の運転条件が是と判断したときに、前記仮想的な圧力調整手段の運転条件を適正な圧力調整手段の運転条件とすることを特徴とする請求項7〜9のいずれかに記載の膜ろ過装置の運転条件の決定方法。
- 少なくとも、分離膜、および、被ろ過液の構成成分量を調整する構成成分量調整手段を有する膜ろ過装置を用いて、前記被ろ過液を前記分離膜によりろ過し、ろ過と同時または逐次的に前記被ろ過液の構成成分量の調整を行う膜ろ過装置の運転条件の決定方法であって、被ろ過液の構成成分の種類および構成成分量、および、膜ろ過流量の時系列的変化を表すデータから、前記分離膜に付着している構成成分量の変動、膜ろ過圧力の変動、あるいは膜抵抗の変動を予測し、前記予測結果に基づいて、前記構成成分量調整手段の運転条件を決定することを含み、かつ前記予測が、前記被ろ過液の構成成分量の時系列的変化を表すデータ、膜ろ過圧力の時系列的変化を表すデータに基づいて、前記分離膜に付着している構成成分量の値を計算する計算ステップ100を含み、かつ前記計算ステップ100が、前記分離膜に付着している構成成分量の変化量を、前記被ろ過液の構成成分に含まれる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いて計算される計算ステップ101であり、かつ前記被ろ過液の構成成分に含まれる物質が前記分離膜から剥離する速度が、前記分離膜に付着している構成成分量の値の2次式に基づいて決定される膜ろ過装置の運転条件の決定方法。
- 少なくとも、分離膜、および、被ろ過液の構成成分量を調整する構成成分量調整手段を有する膜ろ過装置を用いて、前記被ろ過液を前記分離膜によりろ過し、ろ過と同時または逐次的に前記被ろ過液の構成成分量の調整を行う膜ろ過装置の運転条件の決定方法であって、被ろ過液の構成成分の種類および構成成分量、および、膜ろ過圧力の時系列的変化を表すデータから、前記分離膜に付着している構成成分量の変動、膜ろ過流量もしくは膜ろ過流束の変動、あるいは膜抵抗の変動を予測し、前記予測結果に基づいて、前記構成成分量調整手段の運転条件を決定することを含み、かつ前記予測が、前記被ろ過液の構成成分量の時系列的変化を表すデータ、膜ろ過圧力の時系列的変化を表すデータに基づいて、前記分離膜に付着している構成成分量の値を計算する計算ステップ100を含み、かつ前記計算ステップ100が、前記分離膜に付着している構成成分量の変化量を、前記被ろ過液の構成成分に含まれる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いて計算される計算ステップ101であり、かつ前記被ろ過液の構成成分に含まれる物質が前記分離膜から剥離する速度が、前記分離膜に付着している構成成分量の値の2次式に基づいて決定される膜ろ過装置の運転条件の決定方法。
- 仮想的な構成成分量調整手段の運転条件から、前記分離膜に付着している前記被ろ過液の構成成分量の変動、膜ろ過圧力の変動、膜ろ過流量もしくは膜ろ過流束の変動、あるいは膜抵抗の変動を予測し、前記予測結果に基づいて、前記仮想的な構成成分量調整手段の運転条件の是非を判断し、前記判断結果において是と判断された前記仮想的な構成成分量調整手段の運転条件の中から、適正な構成成分量調整手段の運転条件を決定し、前記決定された適正な構成成分量調整手段の運転条件に基づいて、前記構成成分量調整手段の運転条件を決定することを特徴とする請求項11または12に記載の膜ろ過装置の運転条件の決定方法。
- 前記予測に際し、仮想的な構成成分量調整手段の運転条件を用いて予測を行い、前記予測の結果において、前記分離膜に付着している構成成分量の値、膜抵抗の値あるいは膜ろ過圧力の値があらかじめ決定された所定値以下、あるいは、膜ろ過流束の値あるいは膜ろ過流量の値があらかじめ決定された所定値以上となったときに、前記仮想的な構成成分量調整手段の運転条件を是と判断することを特徴とする請求項13に記載の膜ろ過装置の運転条件の決定方法。
- 前記予測に際し、仮想的な構成成分量調整手段の運転条件を用いて予測を行い、前記予測の結果において、前記分離膜に付着している構成成分量の値、膜抵抗の値、膜ろ過圧力の値、膜ろ過流束の値あるいは膜ろ過流量の値が収束するときに、前記仮想的な構成成分量調整手段の運転条件を是と判断することを特徴とする請求項13に記載の膜ろ過装置の運転条件の決定方法。
- 前記判断結果において、仮想的な構成成分量調整手段の運転条件を非と判断したときに、前記仮想的な構成成分量調整手段の運転条件に相当する仮想的な被ろ過液の構成成分量より、仮想的な被ろ過液の構成成分量が小さくなるような仮想的な構成成分量調整手段の運転条件に変更し、変更された仮想的な構成成分量調整手段の運転条件から、再度前記分離膜に付着している構成成分量の変動、膜ろ過圧力の変動、膜ろ過流量もしくは膜ろ過流束の変動、あるいは、膜抵抗の変動を予測し、該予測結果に基づいて、前記変更後の仮想的な構成成分量調整手段の運転条件の是非を判断すること、および、前記仮想的な構成成分量調整手段の運転条件が是と判断したときに、前記仮想的な構成成分量調整手段の運転条件を適正な構成成分量調整手段の運転条件とすることを特徴とする請求項13〜15のいずれかに記載の膜ろ過装置の運転条件の決定方法。
- 前記構成成分量調整手段が、被ろ過液を排出すること、あるいは、被ろ過液を希釈することによってなされることを特徴とする請求項11〜16のいずれかに記載の膜ろ過装置の運転条件の決定方法。
- 前記被ろ過液の構成成分の種類として、被ろ過液の上清成分及び/又は固形成分を用いることを特徴とする請求項1〜17のいずれかに記載の膜ろ過装置の運転条件の決定方法。
- 前記分離膜に付着している上清成分の物質量の変化量を表現した計算式が、前記分離膜に付着している固形成分の物質量の値の項を含んでいる計算式であること、及び/又は、前記分離膜に付着している固形成分の物質量の変化量を表現した計算式が、前記分離膜に付着している上清成分の物質量の値の項を含んでいる計算式であることを特徴とする請求項18に記載の膜ろ過装置の運転条件の決定方法。
- 被ろ過液が、微生物を含有する液体であることを特徴とする請求項1〜19のいずれかに記載の膜ろ過装置の運転条件の決定方法。
- 請求項1〜20のいずれかに記載の膜ろ過装置の運転条件の決定方法において決定された前記圧力調整手段の運転条件、あるいは、前記流量調整手段の運転条件、あるいは、前記構成成分量調整手段の運転条件に基づいて、前記圧力調整手段の運転条件、あるいは、前記流量調整手段の運転条件、あるいは、前記構成成分量調整手段の運転条件を制御することを特徴とする膜ろ過装置の運転方法。
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