JP5841474B2 - 膜分離装置の運転方法及び膜分離装置 - Google Patents

Description

本発明は、被処理水中に浸漬して配置された分離膜と、分離膜の下方に配置された散気装置とを備え、散気装置から分離膜に向けて散気しながら分離膜を透過した処理水を得る膜分離装置の運転方法及び膜分離装置に関する。

従来、有機性排水等（以下「被処理水」という）を処理する方法として、活性汚泥中の微生物を用いて有機物を分解する浄化処理とともに、活性汚泥を分離膜により固液分離して分離水を得る膜分離活性汚泥法が広く採用されている。固液分離の方法として、精密ろ過膜、限外ろ過膜等の分離膜を備えた膜分離装置を用いて、被処理水を固液分離する方法が種々検討されている。

このような膜分離装置は被処理水中に浸漬状態で配置され、処理槽内の活性汚泥自体や処理槽に流入する被処理水中の夾雑物等の固形分、さらには被処理水または微生物由来の高分子の溶質、コロイド、微小固形物等のいわゆるファウリング物質が分離膜表面に付着してろ過効率が低下しないように分離膜の下部に設置した散気装置を備え、散気装置から槽内に空気等を散気し、気泡及び被処理水の上昇流によって、分離膜表面への固形分等の付着を抑制し、または付着した固形分等を剥離させている。

従来、汚泥性状等の影響により分離膜面が閉塞し易い状況になっても分離膜面が容易に閉塞することがないように、散気装置から供給される散気量は、膜面の洗浄に最低限必要な量より過剰な量に設定されており、散気のための電力コストが嵩むという問題があった。

膜分離活性汚泥法を採用した処理設備に要する運転コストの約半分が散気のために費やされている現状、分離膜の閉塞を回避しながら散気量を削減することが重要な課題になっている。

特許文献１には、曝気風量に要するエネルギーコストを抑制することを目的として、膜分離装置の膜間差圧を監視し、膜間差圧が非定常時を除く通常のレベルの範囲内であるときの曝気風量を、予め定めた許容定常値に設定し、膜間差圧が所定値以上に急上昇する非定常時に、曝気装置から供給される曝気風量を増加させるよう制御する曝気風量の制御方法が提案されている。

尚、本公報には、膜間差圧の挙動が定常時のレベルにあるときの曝気風量として、これ以下に低下させると膜差圧が急激に増加するという許容される下限の曝気風量（許容下限値）を予め予備試験によって定めておき、その許容下限値に設定すること、膜間差圧が所定値以上に急上昇したか否かは、膜間差圧上昇速度（例えばｋＰａ／日で表す）で評価することが記載されている。

特開２００５‐１４４２９１号公報

しかし、分離膜の膜間差圧は経時的に上昇するという特性があり、また汚泥処理装置に流入する被処理水の性状は季節や時間により変化し、それに対応して分離膜の詰まりの状況が変動するため、許容下限値で長時間運転することは現実的に困難であり、逆に分離膜の早期の閉塞を招く虞もあった。

また、膜間差圧が所定値以上に急上昇したか否かを、ｋＰａ／日で表される膜間差圧上昇速度で評価する場合、評価に少なくとも１日の時間を要することになり、その間に目詰まりが酷くなる虞がある。

特許文献１に開示された方法以外に他に様々な試みがなされているが、何れも効果的に電力コストを低減させることが困難な状況である。

本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、膜分離装置の運転コストを効果的に低減可能な膜分離装置の運転方法及び膜分離装置を提供する点にある。

上述の目的を達成するため、本発明による膜分離装置の運転方法の第一特徴構成は、被処理水中に浸漬して配置された分離膜と、前記分離膜の下方に配置された散気装置とを備え、前記散気装置から前記分離膜に向けて散気しながら前記分離膜を透過した処理水を得る膜分離装置の運転方法であって、膜間差圧に基づいて前記散気装置からの散気量の目標値を設定する目標値設定ステップと、散気量が前記目標値になるように前記散気装置を制御する散気量制御ステップを含み、前記目標値設定ステップでは、散気量を増加する場合の目標値と現在の目標値との間の変化量または変化率の絶対値が、散気量を減少する場合の目標値と現在の目標値との間の変化量または変化率の絶対値よりも大きな値に設定される点にある。

上述の構成によれば、目標値設定ステップで、膜間差圧が大きいときには散気装置からの散気量の目標値が増加設定され、膜間差圧が低いときには散気装置からの散気量の目標値が減少設定される。このとき、散気量を増加する場合の目標値の変化量または変化率の絶対値が、散気量を減少する場合の目標値の変化量または変化率の絶対値よりも大きな値に設定される。そして、散気量制御ステップで散気量が目標値になるように散気装置が制御される。尚、膜間差圧とは、ろ過により透過水を得るために必要な圧力をいい、ろ過差圧、ＴＭＰ（Trans Membrane Pressure）ともいう。

膜間差圧が高い場合には、既に分離膜表面に固形物質等が付着した状態にあるので、その状態を解除するために、散気量を減少する場合の変化量よりも大きな変化量で増加することによって、気泡及び被処理水の上昇流による分離膜の洗浄効果を高め、分離膜表面の付着物を効果的に剥離させることができる。そして、膜間差圧が低い場合には、散気量を減少させた場合の分離膜表面の閉塞の発生リスクを抑えるために、散気量を増加する場合の変化量よりも小さな変化量で減少することによって、気泡及び被処理水の上昇流の急激な変動を抑制し、分離膜表面の洗浄効果の急激な低下を回避し、また新たな付着を抑制する。

同第二の特徴構成は、上述の第一の特徴構成に加えて、散気量制御ステップでは、膜間差圧にかかわらず、散気量を増加するように設定された場合の目標値の保持時間が、散気量を減少するように設定された場合の目標値の保持時間よりも長い時間に設定される点にある。

散気量を増加するように設定された場合には、そのときの膜間差圧にかかわらず、散気量を減少するように設定された場合よりも長い時間その状態が維持されるので、分離膜表面の洗浄効果を一層高めることができる。散気量を減少する場合には、その状態を維持する時間を短くすることにより、比較的速やかに更なる散気量の減少機会を確保することができる。

同第三の特徴構成は、上述の第一または第二の特徴構成に加えて、目標値設定ステップでは、目標値を下げるための閾値よりも低い値を示す膜間差圧の継続時間が、目標値を上げるための閾値よりも高い値を示す膜間差圧の継続時間よりも長い時間に設定され、膜間差圧と閾値との関係がそれぞれの閾値に対して設定された継続時間を越えて維持されたときに目標値が変更される点にある。

散気量の目標値を上昇させる場合には、目標値を下降させる場合よりも短時間で判断して、迅速に分離膜表面の付着・堆積物を剥離させるように目標値を設定し、散気量の目標値を下降させる場合には、その状況の確からしさを見極めるべく、相対的に長い時間をかけて判断する。つまり、膜間差圧が上昇して膜が閉塞に到る可能性があるときは、その状況の確からしさの確認よりも分離膜表面の付着・堆積物の剥離を優先し、膜間差圧が下降して膜の詰まりが解消されつつあるときには、散気量の低減よりもその状況の確からしさの確認を優先することにより、分離膜の状態を良好に調整できるようになる。

本発明による膜分離装置の特徴構成は、被処理水中に浸漬して配置された分離膜と、前記分離膜の下方に配置された散気装置とを備え、前記散気装置から前記分離膜に向けて散気しながら前記分離膜を透過した処理水を得る膜分離装置であって、膜間差圧に基づいて前記散気装置からの散気量の目標値を設定する目標値設定手段と、散気量が前記目標値になるように前記散気装置を制御する散気量制御手段とを含み、前記目標値設定手段は、散気量を増加する場合の目標値と現在の目標値との間の変化量または変化率の絶対値を、散気量を減少する場合の目標値と現在の目標値との間の変化量または変化率の絶対値よりも大きな値に設定する点にある。

以上説明した通り、本発明によれば、膜分離装置の運転コストを効果的に低減可能な膜分離装置の運転方法及び膜分離装置を提供することができるようになった。

膜分離装置の説明図 分離膜の説明図 膜間差圧の評価手順の説明図 （ａ），（ｂ）は、膜間差圧の基準値の更新設定の説明図、（ｃ），（ｄ）は、分離膜の膜間差圧の変動と膜間差圧の基準値の関係の説明図 散気量の変化を示す説明図 ろ過運転制御を示すフローチャート １周期内の膜間差圧の評価手順を示すフローチャート 散気量の目標値設定手順を示すフローチャート 膜間差圧の基準値の設定手順を示すフローチャート （ａ）は基準膜間差圧の推移を示すグラフ、（ｂ）は基準膜間差圧と、ΔＴＭＰに対する空気量の推移を示すグラフ

以下、本発明による膜分離装置の運転方法及び膜分離装置を説明する。
図１には、膜分離装置６が組み込まれた汚水処理設備１の一例が示されている。汚水処理設備１は、前処理設備２と、流量調整槽３と、活性汚泥が充填された嫌気槽４ａと膜分離槽４ｂとからなる活性汚泥処理槽４と、膜分離槽４ｂに浸漬配置され槽内の被処理水から透過水を得る膜分離装置６と、膜分離装置６でろ過された処理水を受け入れる処理水槽５を備えている。

前処理設備２には原水に混入している夾雑物を除去するバースクリーン２ａ等が設けられ、バースクリーン２ａ等で夾雑物が除去された被処理水が流量調整槽３に一旦貯留される。原水の流入量が変動する場合であっても、ポンプやバルブ等の流量調整機構３ａによって、流量調整槽３からは一定流量の被処理水が活性汚泥処理槽４に安定供給されるように構成されている。

膜分離槽４ｂの被処理水の一部が返送ポンプで引き抜かれ、返送路４ｃを介して嫌気槽４ａに返送される。また、余剰汚泥は引き抜かれて廃棄される。

膜分離装置６は、複数の膜エレメント６０と、膜エレメント６０の下方に設置された散気装置７を備えている。複数の膜エレメント６０は各膜面が縦姿勢となるように、ケーシングに一定間隔を隔てて配列収容されている。

図２に示すように、膜エレメント６０は上部に集水管６０ｃを備えた樹脂製の膜支持体６０ａの表裏両面に分離膜６０ｂが配置されて構成されている。本実施形態では、分離膜６０ｂは、不織布の表面に多孔性を有する樹脂が塗布及び含浸されて接合された公称孔径が０．４μｍ程度の精密ろ過膜で構成されている。分離膜６０ｂを透過した処理水は、膜支持体６０ａに形成された溝部に沿って集水管６０ｃに流れる。

尚、本発明に用いられる分離膜６０ｂの種類及び膜エレメント６０の形態は、このような構成に限定されるものではなく、任意の種類の分離膜及び任意の形態の膜エレメント（中空糸膜エレメント、管状膜エレメント、モノリス膜エレメント等）に用いることも可能である。

各膜エレメント６０から集水管６０ｃを介して吸引ろ過するろ過ポンプ８がヘッダー管に接続され、ろ過ポンプ８により生じる差圧で膜分離槽４ｂ内の被処理水が分離膜６０ｂを透過する。

散気装置７は、複数の散気孔７ｃが形成された散気管７ｂと、散気管７ｂに空気等を供給するブロワ７ａでなる給気源を備えている。尚、ろ過ポンプ８を用いずに、分離膜６０ｂと処理水槽５間の自然水頭によってろ過する構成であってもよい。

図１に戻り、膜分離装置６は、さらに分離膜６０ｂを透過する処理水量が一定となるように、図示しない流量調整バルブや図示しないろ過ポンプ８のインバータ回路によりろ過ポンプ８を運転制御するとともに、散気装置７からの散気量を制御するコンピュータを用いた制御装置１０を備えている。
制御装置１０は、演算部１０ａ、ＰＩＤ制御部１０ｂ、インバータ回路１０ｃ、ろ過運転制御部１０ｄ、操作入力部１０ｅ等のブロックで構成されている。

ろ過運転制御部１０ｄは、演算部１０ａからの制御指令に基づいてろ過ポンプ８を一定の制御サイクルで間歇駆動するブロックである。インバータ回路１０ｃは、ＰＩＤ制御部１０ｂからの制御指令に基づいてブロワ７ａのモータの回転数を増減して駆動することにより散気量を増減調整するブロックである。

ＰＩＤ制御部１０ｂは、散気管７ｂに設けられたエアフローセンサＦｍからの空気量ＰＶを入力し、当該空気量ＰＶが演算部１０ａから入力された散気量目標値ＳＶになるようにＰＩＤ演算して、演算結果であるブロワ７ａのモータに対する駆動周波数をインバータ回路１０ｃに出力するブロックである。

操作入力部１０ｅは入力操作用のタッチパネルを備え、演算部１０ａで実行される制御用の演算処理に必要な各種の制御情報、例えばろ過ポンプ８の制御サイクル、散気量目標値ＳＶの設定範囲、膜間差圧を求めるために必要な停止圧や運転圧の入力タイミング、膜間差圧の差分値の評価用の閾値等を入力するブロックである。

演算部１０ａは、操作入力部１０ｅを介して入力された制御サイクルでろ過ポンプ８を間歇作動するための制御指令をろ過運転制御部１０ｄに出力するブロックである。さらに、演算部１０ａは、ろ過ポンプ８の上流側管路に設置された圧力センサＰｍからの圧力を入力し、その値に基づいて散気量目標値ＳＶを算出し、ＰＩＤ制御部１０ｂに出力するブロックである。

以下、制御装置１０により実行される膜分離装置６の運転方法を説明する。
図６には、ろ過運転制御部１０ｄにより実行される制御手順が示されている。ろ過運転制御部１０ｄは、ろ過ポンプ８を作動して（ＳＡ１）、９分のろ過作動タイマＴＭｏｎをセットし（ＳＡ２）、タイマＴＭｏｎの経時を待つ（ＳＡ３）。

タイマＴＭｏｎがカウントアップすると（ＳＡ３，Ｙ）、ろ過ポンプ８を停止して（ＳＡ４）、１分のろ過作動タイマＴＭｏｆｆをセットし（ＳＡ５）、タイマＴＭｏｆｆの経時を待つ（ＳＡ６）。

タイマＴＭｏｆｆがカウントアップすると（ＳＡ６，Ｙ）、ステップＳＡ１に戻り、以下同様の動作を繰り返す。つまり、ろ過運転制御部１０ｄは、１分間の停止と９分間のろ過運転を１０分のサイクルで繰り返すようにろ過ポンプ８を制御する。尚、ろ過ポンプ８が停止している間も散気装置からの散気は継続することで、分離膜表面を積極的に洗浄している。

図３（ａ）には、圧力センサＰｍによって検知される圧力の挙動が例示されている。ろ過ポンプ８の作動時に検知される運転圧力は、ろ過ポンプ８の運転期間Ｔｆｏｎ（本実施形態では９分）の初期に停止圧力から次第に低くなり、終期にほぼ一定の値を示すように変化する。ろ過ポンプ８の停止時に検知される停止圧力は、ろ過ポンプ８の停止期間Ｔｆｏｆｆ（本実施形態では１分）の初期に速やかに上昇し、ほぼ一定の圧力に維持される。このような挙動がＴｆｃｙｃｌｅ（本実施形態では１０分）で繰り返される。

最大運転圧力Ｐｏｎ／ｍａｘ．は分離膜６０ｂの表面状態によって変動し、膜詰まりの程度が大きくなると最大運転圧力Ｐｏｎ／ｍａｘ．が低下（負側に上昇）する。従って、運転圧力をモニタすることにより分離膜６０ｂの詰まりの程度を把握することができる。

演算部１０ａは、圧力センサＰｍの値が入力されると、膜間差圧ＴＭＰを次式に基づいて算出する。
ＴＭＰ＝停止圧（Ｐｏｆｆ）−運転圧（Ｐｏｎ）
次に、演算部１０ａは、膜間差圧ＴＭＰの基準膜間差圧との差分値ΔＴＭＰを次式に基づいて算出する。
ΔＴＭＰ＝ＴＭＰ（ｃｕｒ．ｖａｌｕｅ）−ＴＭＰ（ｒｅｆ．ｖａｌｕｅ）
上式中、ＴＭＰ（ｃｕｒ．ｖａｌｕｅ）は現在値を示し、ＴＭＰ（ｒｅｆ．ｖａｌｕｅ）は基準膜間差圧（以下では、単に「基準値」とも記す。）を示す。

図３（ｂ）には、図３（ａ）に示した圧力に対応した膜間差圧が示され、図３（ｃ）には、膜間差圧ＴＭＰの現在値と基準値の関係、及び膜間差圧の差分値ΔＴＭＰ１，ΔＴＭＰ２，ΔＴＭＰ３，ΔＴＭＰ４，・・・が示されている。

膜間差圧がほぼ一定の値に安定するろ過ポンプ８の運転期間Ｔｆｏｎの後半以降に設定された有効判定期間（図３（ｃ）参照）に算出される値が、散気量の制御に用いる膜間差圧に採用される。本実施形態では、９分の運転期間Ｔｆｏｎのうち、６分経過後からの３分間が有効判定期間に設定されている。尚、有効判定期間はこの範囲に限るものではないが、比較的安定した期間に設定する必要がある。

図３（ｄ）には、この有効判定期間に算出された膜間差圧の差分値ΔＴＭＰ１，ΔＴＭＰ２，ΔＴＭＰ３，ΔＴＭＰ４が示されている。図３（ｄ）には当該差分値がほぼ一定の値として直線状に示されているが、実際には上下に変動している。基準値と同値であれば０になり、基準値よりも低ければ負の値を示し、基準値よりも高ければ正の値を示す。

演算部１０ａは、有効判定期間での膜間差圧の差分値ΔＴＭＰに二つの閾値Ｔｈ（ａ）とＴｈ（ｂ）（Ｔｈ（ｂ）＜Ｔｈ（ａ））を設定し、差分値ΔＴＭＰが閾値Ｔｈ（ｂ）（本実施形態では０．０５ｋＰａ）以下または未満であれば、膜詰まり状態が軽減され比較的良好な状態であると判定し、差分値ΔＴＭＰが閾値Ｔｈ（ａ）（本実施形態では０．２ｋＰａ）以上またはそれより大であれば、膜詰まり状態が進み散気による浄化を促進する必要がある状態であると判定し、差分値ΔＴＭＰが閾値Ｔｈ（ｂ）とＴｈ（ａ）の間にあれば、膜詰まり状態がそれほど酷くなく、現在の散気状態で維持可能な状態であると判定する。

図４（ｂ）に示すように、演算部１０ａは、直近に基準膜間差圧ＴＭＰ（ｒｅｆ．ｖａｌｕｅ）を更新設定した後、少なくとも３時間経過し、１２時間を超えない所定時間間隔で、基準膜間差圧ＴＭＰ（ｒｅｆ．ｖａｌｕｅ）を更新設定する。更新のための時間間隔は、被処理水の特性により適切な値を採用することができる。例えば、被処理水が下水の場合で変動の大きな昼間は３時間ごとに更新し、変動の小さな夜間は６時間ごとに更新する等、任意に設定することができる。本実施形態では、６時間間隔で基準膜間差圧が更新設定される。

詳述すると、図４（ａ），（ｂ）のタイミングチャート及び図９のフローチャートに示すように、演算部１０ａは、６時間経過する度に（ＳＤ１）、ろ過ポンプ８の運転期間Ｔｆｏｎの終期の所定時間に設定された運転圧検知領域（例えば、６分経過以降９分までの時間）で代表運転圧を特定し（ＳＤ２）、ろ過ポンプ８の停止期間Ｔｆｏｆｆの終期の所定時間に設定された停止圧検知領域（例えば、４０秒経過以降６０秒までの時間）で代表停止圧を特定し（ＳＤ２）、それらの値から膜間差圧を算出する処理を連続して数サイクル行ない（ＳＤ３，ＳＤ４）、その平均値を新たな基準膜間差圧ＴＭＰ（ｒｅｆ．ｖａｌｕｅ）に更新設定する（ＳＤ５）。

本実施形態では、運転期間Ｔｆｏｎ開始後８分５０秒での運転圧を代表運転圧とし、停止期間Ｔｆｏｆｆ開始後の５９秒での停止圧を代表停止圧に特定し、連続３サイクルの膜間差圧の平均値を新たな基準膜間差圧ＴＭＰ（ｒｅｆ．ｖａｌｕｅ）に更新設定する。

尚、これらの条件は例示であり、適宜設定すればよく、例えば、運転圧検知領域の一定時間ごとの平均値で代表運転圧を特定し、停止圧検知領域の一定時間ごとの平均値で代表停止圧を特定してもよいし、膜間差圧の平均値を求めるサイクル数を増加してもよい。

図４（ｃ）に示すように、所定時間間隔で算出された基準膜間差圧ＴＭＰ（ｒｅｆ．ｖａｌｕｅ）を実線で示す新たな基準膜間差圧ＴＭＰ（ｒｅｆ．ｖａｌｕｅ）に設定するのであるが、算出された基準膜間差圧ＴＭＰ（ｒｅｆ．ｖａｌｕｅ）が前回値よりも下降している場合には、破線で示すように、新たに更新することなく現在値を維持するのが、散気量の過剰な増大を招かないように安全側で散気量を調整できる点で好ましい。

尚、図４（ｄ）の右上がりの斜めの直線で示されるように、本実施形態に用いられる膜分離装置は、被処理水やろ過運転条件にもよるが、例えば、７Ｌ／（ｍｉｎ．枚）の十分な散気量で散気しながらろ過ポンプ８を連続作動させた場合に、１日当たりおよそ０．１ｋＰａ運転圧が上昇し、半年に一回洗浄メンテナンスを行なえばよいような性能を備えている。

図４（ｄ）のステップ的な線分で示された特性は、このような分離膜６０ｂに対して、６時間間隔で算出された基準膜間差圧ＴＭＰ（ｒｅｆ．ｖａｌｕｅ）が例示されている。つまり、基準膜間差圧ＴＭＰ（ｒｅｆ．ｖａｌｕｅ）が経時的に変化する分離膜６０ｂの膜間差圧に実質的に追随した値となり、この基準膜間差圧に対して現在の膜間差圧が低いのか高いのかを判定して散気量を調整することにより、過剰な散気を行なうことなくろ過性能を維持することができるようになる。

以下、散気量の制御を詳述する。
図７には、間歇作動されるろ過ポンプ８の一サイクル毎に、演算部１０ａで行なわれる膜間差圧の基準値との差分値と閾値との比較処理が示されている。

停止圧検知タイミングになると（ＳＢ１）、停止圧を入力し（ＳＢ２）、運転圧検知タイミングになると（ＳＢ３）、運転圧を入力する（ＳＢ４）。続いて膜間差圧ＴＭＰを算出し（ＳＢ５）、膜間差圧ＴＭＰの基準膜間差圧との差分値ΔＴＭＰを算出（ＳＢ６）する。

停止圧検知タイミングは、図４（ａ）の停止圧検知領域に対応する区間であり、運転圧検知タイミングは、図４（ａ）の運転圧検知領域に対応する区間であり、図３（ｃ），（ｄ）の有効判定期間でもある。

運転圧検知タイミングでは、差分値ΔＴＭＰが閾値Ｔｈ（ａ）以上である状態が１０秒連続すると（ＳＢ７）、フラグＦｂがセットされていないことを条件にフラグＦａをセットし（ＳＢ９）、差分値ΔＴＭＰが閾値Ｔｈ（ｂ）以下である状態が３０秒連続すると（ＳＢ１０）、フラグＦａがセットされていないことを条件にフラグＦｂをセットする（ＳＢ１２）。

つまり、最終的に何れのフラグもセットされない場合には、差分値ΔＴＭＰが閾値Ｔｈ（ａ）とＴｈ（ｂ）の間に存在することになる。尚、本例ではろ過ポンプ８の一周期で双方のフラグが同時にセットされることなく、先にセットされたフラグが有効になるが、一方のフラグのセット時期に他方のフラグをリセットするように処理してもよく、その場合には最新にセットされたフラグが有効となる。

図８には、演算部１０ａで行なわれる差分値ΔＴＭＰに基づく散気量の目標値設定処理が示されている。当該処理は、図７で説明した差分値ΔＴＭＰと閾値との比較処理の終了後に実行され、ろ過ポンプ８の間歇運転の複数サイクルでの差分値ΔＴＭＰの傾向に基づいて、散気量を増加するか減少するかを設定する処理である。

フラグＦａがセットされていると（ＳＣ１）、図７で説明した次の比較処理のためにフラグＦａがリセットされ（ＳＣ２）、フラグＦａに対応したカウンタが＋１加算され、フラグＦｂに対応したカウンタがリセットされる（ＳＣ３）。

それぞれのカウンタは、図７で説明した比較処理の結果、複数サイクルで連続してフラグがセットされるか否かを判定するためのカウンタである。ステップＳＣ３の処理は、フラグＦａに対応したカウンタが連続して所定数カウントされる間は、フラグＦｂに対応するカウンタをリセットする処理である。

フラグＦａに対応したカウンタが所定数、本実施形態では３に達すると（ＳＣ４）、当該カウンタをリセットして（ＳＣ５）、散気量目標値ＳＶを上昇設定する（ＳＣ６）。

ステップＳＣ１で、フラグＦａがセットされていない場合には、フラグＦｂの状態が判定され（ＳＣ７）、フラグＦｂがセットされていれば、図７で説明した次の比較処理のためにフラグＦｂがリセットされ（ＳＣ８）、フラグＦｂに対応したカウンタが＋１加算され、フラグＦａに対応したカウンタがリセットされる（ＳＣ９）。

ステップＳＣ９の処理は、フラグＦｂに対応したカウンタが連続して所定数カウントされる間は、フラグＦａに対応するカウンタをリセットする処理である。

フラグＦｂに対応したカウンタが所定数、本実施形態では４に達すると（ＳＣ１０）、当該カウンタをリセットして（ＳＣ１１）、散気量目標値ＳＶを下降設定する（ＳＣ１２）。尚、フラグＦａに対応したカウンタの最大値を３、フラグＦｂに対応したカウンタの最大値を４とする例を示しているが、この値に限るものではなく、フラグＦａに対応したカウンタの最大値よりもフラグＦｂに対応したカウンタの最大値が大きな値であればよい。

図５には、ステップＳＣ６，ＳＣ１２で設定される散気量の遷移状態が示されている。初期に２Ｑ（＝７ｌ／（ｍｉｎ．枚））の散気量に設定されていたのが、領域Ａ１では、フラグＦｂに対応したカウンタが４を示す度に、つまり、差分値ΔＴＭＰが下限閾値Ｔｈ（ｂ）以下の状態が４サイクル経過する度に、Ｑ／３という僅かな値で徐々に下降設定される。

領域Ａ２では、そのような状態が継続し、最小散気量がＱに固定された状態を示している。領域Ａ３では、フラグＦａに対応したカウンタが３を示すと、つまり、差分値ΔＴＭＰが上限閾値Ｔｈ（ａ）以上の状態が３サイクル経過すると、最大散気量３Ｑに一気に上昇設定され、この状態が６０分継続される。

６０分経過後、領域Ａ４で散気量が２Ｑに低下設定され、その後、図８で説明した散気量目標値設定処理が行なわれる。尚、領域Ａ４で散気量を２Ｑに低下することなく、最大散気量３Ｑに設定された状態で散気量目標値設定処理が行なわれてもよい。また、最大散気量３Ｑは例示であり、この値に限定されるものではない。また、一気に最大散気量３Ｑに増加する態様に限るものでなく、数サイクルに渡り複数段階に増加して最大散気量３Ｑに設定するものでもよい。

つまり、散気量を増加する場合の目標値ＳＶの変化量または変化率の絶対値が、散気量を減少する場合の目標値ＳＶの変化量または変化率の絶対値よりも大きな値に設定される。

これにより、膜間差圧が高い場合には、既に分離膜表面に固形物等が付着した状態にあるので、その状態を速やかに且つ確実に解除するために、散気量を減少する場合の変化量よりも大きな変化量で増加することによって、気泡及び被処理水の上昇流による分離膜の洗浄効果を高め、分離膜表面の付着物等を効果的に剥離させることができる。

そして、膜間差圧が低い場合には、散気量を減少させた場合の分離膜表面の閉塞リスクを抑え、慎重に減少の判断を行なうために、散気量を増加する場合の変化量よりも小さな変化量で減少することによって、気泡及び被処理水の上昇流の急激な変動を抑制し、分離膜表面への付着物等の剥離作用の急激な低下を回避し、また新たな付着を抑制することができる。

さらに、散気量を上昇設定した場合には、その後の差分値ΔＴＭＰにかかわらず、少なくとも１時間は目標値が保持されるように構成されている。保持時間は３０分から３時間の間の適当な値に設定されていればよい。つまり、膜間差圧にかかわらず、散気量を増加するように設定された場合の目標値ＳＶの保持時間が、散気量を減少するように設定された場合の目標値ＳＶの保持時間よりも長い時間に設定される。

演算部１０ａで設定された散気量の目標値ＳＶはＰＩＤ制御部１０ｂに出力され、ＰＩＤ制御部１０ｂはエアフローセンサＦｍからの空気量ＰＶと目標値ＳＶとの偏差等に基づいてＰＩＤ演算を行ない、空気量ＰＶが目標値ＳＶになるために必要な制御値ＭＶがインバータ回路１０ｃに入力される。インバータ回路１０ｃによってブロワＢの駆動源であるモータの周波数が制御され、散気量が調整される。

つまり、本発明による膜分離装置６は、膜間差圧に基づいて散気装置７からの散気量の目標値を設定する目標値設定手段としての演算部１０ａと、散気量が目標値になるように散気装置７を制御する散気量制御手段としてのＰＩＤ演算部１０ｂとを含み、目標値設定手段は、散気量を増加する場合の目標値の変化量または変化率の絶対値を、散気量を減少する場合の目標値の変化量または変化率の絶対値よりも大きな値に設定するように構成されている。

また、演算部１０ａは、膜間差圧の測定値を評価するための基準膜間差圧を一定時間毎に更新設定する基準膜間差圧設定手段と、基準膜間差圧と膜間差圧の測定値との差分値に基づいて、散気装置７からの散気量の目標値を設定する目標値設定手段としても機能する。

このような制御装置１０によって、本発明による膜分離装置の運転方法が実現される。即ち、膜間差圧に基づいて散気装置７からの散気量の目標値ＳＶを設定する目標値設定ステップと、散気量が目標値ＳＶになるように散気装置７を制御する散気量制御ステップを含み、目標値設定ステップでは、散気量を増加する場合の目標値の変化量または変化率の絶対値が、散気量を減少する場合の目標値の変化量または変化率の絶対値よりも大きな値に設定される膜分離装置の運転方法である。

そして、散気量制御ステップでは、膜間差圧にかかわらず、散気量を増加するように設定された場合の目標値ＳＶの保持時間が、散気量を減少するように設定された場合の目標値ＳＶの保持時間よりも長い時間に設定される。

また、目標値設定ステップでは、目標値を下げるための閾値Ｔｈ（ｂ）よりも低い値を示す膜間差圧の継続時間（本実施形態では３０秒と例示されているが、固定値ではない）が、目標値を上げるための閾値Ｔｈ（ａ）よりも高い値を示す膜間差圧の継続時間（本実施形態では１０秒と例示されているが、固定値ではない）よりも長い時間に設定され、膜間差圧と閾値との関係がそれぞれの閾値に対して設定された継続時間を越えて維持されたときに目標値が変更される。

さらに、このような膜分離装置の運転方法では、目標値設定ステップでは、基準膜間差圧と膜間差圧の測定値との差分値に基づいて、散気装置７からの散気量の目標値を設定することが好ましく、膜間差圧の測定値を評価するための基準膜間差圧を一定時間毎に更新設定する基準膜間差圧設定ステップを実行することが好ましい。

同様に、目標値設定ステップでは、基準膜間差圧ＴＭＰ（ｒｅｆ．ｖａｌｕｅ）と膜間差圧の測定値ＴＭＰ（ｃｕｒ．ｖａｌｕｅ）との差分値ΔＴＭＰに２つの閾値を設定し、差分値が第一の閾値Ｔｈ（ａ）超または以上になると目標値を大きくし、差分値が第一の閾値Ｔｈ（ａ）よりも小さな第二の閾値Ｔｈ（ｂ）未満または以下になると目標値を小さくし、差分値が第一の閾値と第二の閾値との間になると目標値を維持するように、目標値が設定される。

そして、基準膜間差圧設定ステップでは、基準膜間差圧ＴＭＰ（ｒｅｆ．ｖａｌｕｅ）の更新設定値が直近の過去に更新設定した基準膜間差圧よりも小さい場合に、当該直近の過去に更新設定した基準膜間差圧を引き続き基準膜間差圧として採用するように、基準膜間差圧が更新設定される。

さらに、基準膜間差圧設定ステップでは、少なくとも３時間経過し、１２時間を超えない時間に基準膜間差圧が更新設定される。

図１０（ａ）には、上述の制御装置１０によって制御される膜分離装置６の三日間の基準膜間差圧の推移を示す実験データが示されている。ここでは散気量が低く抑えられた実験データではなく、本発明に特有の散気量の変化をよく表す図４（ｃ）に対応する実験データを採用した。ちなみに、実験データ中の散気量の最大値が、従来一定流量で散気を行なっている値である。基準膜間差圧は約６時間のインタバルで更新されている。

図１０（ｂ）には、同じ膜分離装置６の散気装置７から散気される空気量と、その基となる膜間差圧ＴＭＰの基準膜間差圧との差分値ΔＴＭＰと、基準膜間差圧の各推移が示されている。

空気量がステップ的に大きく上昇する二つのタイミングＡ，Ｂが把握できる。この直前に差分値ΔＴＭＰが大きな値を示しているように、分離膜の詰まりが大きくなったと判断されている。その後、差分値ΔＴＭＰは０を挟んでほぼ低い値に維持され、空気量がステップ的に減少されるようになる。

本実験では、タイミングＢで空気量が増加した後、タイミングＣで基準膜間差圧が直前よりも低い値に更新されている。その後しばらくの間、差分値ΔＴＭＰが大きな値を示していることからも把握できるように、基準膜間差圧が前回値よりも下降している場合には、新たに更新することなく現在値を維持することが好ましい。

尚、第一の閾値Ｔｈ（ａ）及び第二の閾値Ｔｈ（ｂ）の値は例示であり、上述の値に限るものではなく、適宜設定すればよい。また、閾値が一つの値で構成し、差分値ΔＴＭＰが閾値よりも大となる場合に散気量の目標値を大きくし、小となる場合に散気量の目標値を小さくしてもよい。

上述した実施形態では、膜分離活性汚泥処理装置が嫌気槽と膜分離槽の二槽で構成された場合を説明したが、嫌気槽と曝気槽と膜分離槽の三槽で構成されていてもよい。尚、嫌気槽は必ずしも必要ではなく、また、最初沈殿地と曝気槽と膜分離槽を備えた膜分離活性汚泥法が採用される汚水処理装置であってもよい。

上述した実施形態は本発明の一態様であり、該記載により本発明が限定されるものではなく、各部の具体的構成や制御態様は本発明の作用効果が奏される範囲で適宜変更設計可能であることはいうまでもない。

１：汚水処理設備
２：前処理設備
３：流量調整槽
４：活性汚泥処理槽
４ａ：嫌気槽
４ｂ：膜分離槽
５：処理水槽
６：膜分離装置
６０：分離膜
７：散気装置
８：ろ過ポンプ
１０：制御装置

Claims (4)

1. 被処理水中に浸漬して配置された分離膜と、前記分離膜の下方に配置された散気装置とを備え、前記散気装置から前記分離膜に向けて散気しながら前記分離膜を透過した処理水を得る膜分離装置の運転方法であって、
   膜間差圧に基づいて前記散気装置からの散気量の目標値を設定する目標値設定ステップと、
   散気量が前記目標値になるように前記散気装置を制御する散気量制御ステップを含み、
   前記目標値設定ステップでは、散気量を増加する場合の目標値と現在の目標値との間の変化量または変化率の絶対値が、散気量を減少する場合の目標値と現在の目標値との間の変化量または変化率の絶対値よりも大きな値に設定されることを特徴とする膜分離装置の運転方法。
2. 散気量制御ステップでは、膜間差圧にかかわらず、散気量を増加するように設定された場合の目標値の保持時間が、散気量を減少するように設定された場合の目標値の保持時間よりも長い時間に設定されることを特徴とする請求項１に記載の膜分離装置の運転方法。
3. 目標値設定ステップでは、目標値を下げるための閾値よりも低い値を示す膜間差圧の継続時間が、目標値を上げるための閾値よりも高い値を示す膜間差圧の継続時間よりも長い時間に設定され、膜間差圧と閾値との関係がそれぞれの閾値に対して設定された継続時間を越えて維持されたときに目標値が変更されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の膜分離装置の運転方法。
4. 被処理水中に浸漬して配置された分離膜と、前記分離膜の下方に配置された散気装置とを備え、前記散気装置から前記分離膜に向けて散気しながら前記分離膜を透過した処理水を得る膜分離装置であって、
   膜間差圧に基づいて前記散気装置からの散気量の目標値を設定する目標値設定手段と、
   散気量が前記目標値になるように前記散気装置を制御する散気量制御手段とを含み、
   前記目標値設定手段は、散気量を増加する場合の目標値と現在の目標値との間の変化量または変化率の絶対値を、散気量を減少する場合の目標値と現在の目標値との間の変化量または変化率の絶対値よりも大きな値に設定することを特徴とする膜分離装置。

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