JP6299548B2 - 濾過システム - Google Patents
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Description
図1に示すように、濾過システム1は、被処理水としての原水W1から透過水W2を製造可能な複数(5台)の膜濾過装置(濾過装置)20を含む膜濾過装置群(濾過装置群)2と、複数の原水ポンプ3と、複数の第1インバータ4と、複数の膜濾過装置20において製造された透過水W2を処理水W6として集合させる処理水タンク16と、この処理水タンク16の内部に貯留された処理水W6(透過水W2)の水位を検出する水位センサ17と、逆洗水用タンク7と、逆洗水ポンプ5と、第2インバータ6と、薬剤添加装置8と、膜濾過装置群2により製造される透過水W2の通水流量を制御する制御部32を有する台数制御装置30と、を備える。
原水ポンプ3は、ローカル原水ラインL12を流通する原水W1を吸入し、膜濾過装置20へ向けて圧送(吐出、送出)する装置である。原水ポンプ3には、第1インバータ4から周波数が変換された駆動電力が供給される。原水ポンプ3は、入力された駆動電力の周波数(以下、「駆動周波数」ともいう)に応じた回転速度で駆動される。
この処理水タンク16の下流側は、配水ラインL7を介して、処理水使用設備18に接続されている。処理水タンク16に貯留された処理水W6(透過水W2)は、配水ラインL7を介して、処理水W6として、処理水使用設備18に供給される。
濾過システム1において要求される負荷(要求負荷)は、処理水使用設備18における処理水W6の消費量であって、需要箇所(処理水使用設備18)から要求された処理水W6(透過水W2)の通水流量である。台数制御装置30は、この処理水W6の消費量の変動に対応して生じる処理水タンク16の内部に貯留された処理水W6の水位の変動を、水位センサ17が測定する処理水タンク16の内部に貯留された処理水W6の水位(物理量)に基づいて算出し、膜濾過装置群2を構成する各膜濾過装置20により製造される透過水W2の通水流量(処理水W6の水量)を制御する。
最小通水状態S1の負荷率は、各膜濾過装置20の定格流量に対して、膜濾過装置20の通水流量の検出の精度を確保できる下限流量の割合である。膜濾過装置20の通水流量を正確に把握できないと、濾過システム1を、各膜濾過装置20の負荷率に基づいて制御できないため、最小通水状態S1の負荷率が設定される。本実施形態においては、例えば、最小通水状態S1の負荷率を、膜濾過装置20の定格流量の20%に設定する。
より具体的には、複数の膜濾過装置20それぞれには、変動可能な通水流量の単位である単位通水流量Uが設定されている。これにより、膜濾過装置20は、最小通水状態S1から最大通水状態S2の範囲においては、単位通水流量U単位で、通水流量を変更可能となっている。
尚、出力通水流量とは、膜濾過装置群2により出力される通水流量を示し、この出力通水流量は、複数の膜濾過装置20それぞれから出力される通水流量の合計値により表される。
台数制御装置30は、水位センサ17からの水位信号に基づいて、要求負荷(処理水使用設備18から要求された処理水W6(透過水W2)の通水流量)に応じた運転台数、及び膜濾過装置群2の必要通水流量(負荷率)を算出し、各膜濾過装置20(後述のローカル制御部22)に台数制御信号を送信する。この台数制御装置30は、図1に示すように、記憶部31と、制御部32と、を備える。
優先順位設定部321は、膜詰まり程度検出部222により検出された膜濾過装置20の膜詰まりの程度に基づいて、複数の膜濾過装置20に対して優先順位を設定する。優先順位設定部321は、膜モジュール21の膜詰まりの程度に基づいて、複数の膜モジュール21の膜詰まりの進行度を比較し、膜詰まりの進行していない膜モジュール21を有する膜濾過装置20ほど、膜濾過装置20を運転する優先順位を上位に設定する。具体的には、優先順位設定部321は、各膜濾過装置20の膜詰まり程度検出部222(後述)により検出された複数の膜濾過装置20の膜詰まりの程度に関するデータを取得する。優先順位設定部321は、各膜濾過装置20の膜詰まり程度検出部222(後述)により検出された複数の膜濾過装置20の膜詰まりの程度に関するデータに基づいて、複数の膜モジュール21の膜詰まりの進行度を比較する。そして、優先順位設定部321は、膜詰まりの進行していない膜モジュール21を有する膜濾過装置20ほど、膜濾過装置20を運転する優先順位を上位に設定する。
以下に、水張り工程、濾過工程、逆洗工程、バブリング工程及び排水工程について具体的に説明する。
また、ローカル制御部22は、台数制御装置30で用いられる信号を、信号線52を介して台数制御装置30に送信する。台数制御装置30で用いられる信号としては、膜濾過装置20の実際の通水状態、及びその他のデータが挙げられる。
濾過工程時差圧算出部221は、第1圧力センサ13及び第2圧力センサ14で測定された検出圧力値に基づいて、濾過工程(逆洗工程の実行直後の濾過工程を含む)において、開始時(膜モジュール21が通水初期の状態にあるとき)における膜モジュール21の膜間差圧と、終了時における膜モジュール21の膜間差圧と、を算出する。
各膜濾過装置20の膜詰まりの程度は、逆洗工程が実施される場合において、例えば、膜モジュール21の膜間差圧の経時変化や、膜モジュール21の回復率や、膜モジュール21の回復率の経時変化等により算出される。なお、各膜濾過装置20の膜詰まりの程度は、これらに限定されず、例えば、膜モジュール21により製造される透過水W2の流量を計測している場合には、膜間流量差の経時変化であってもよい。
膜詰まりの程度を膜間差圧の経時変化で算出する理由は、複数回数の逆洗工程が実行されているにも関わらず、濾過工程における通水初期の膜間差圧が増加傾向にある場合には、濾過工程の実行中に膜の細孔内に侵入した汚濁物質が付着したままで、膜詰まりが進行していると考えられるためである。
タイミングt2における2回目の逆洗工程の終了時においては、膜モジュール21の通水抵抗が差圧b2分だけ回復されて膜間差圧P2となっているが、2回目の濾過工程における通水初期の膜間差圧P1まで回復されていない。つまり、濾過工程で上昇した差圧c2のうち、差圧a2の分は、逆洗浄では解消しなかった不可逆的な通水抵抗の上昇分として残存した状態である。
タイミングt3において3回目の逆洗工程を実行した場合に、3回目の逆洗工程の終了時においては、膜モジュール21の通水抵抗が差圧b3分だけ回復されて膜間差圧P3となっているが、3回目の濾過工程における通水初期の膜間差圧P2まで回復されていない。つまり、濾過工程で上昇した差圧c3のうち、差圧a3の分は、逆洗浄では解消しなかった不可逆的な通水抵抗の上昇分として残存した状態である。ここで、例えば、1回目から3回目までの連続した3回の逆洗工程を実行した場合には、2回目以降の濾過工程(濾過処理)における通水初期の膜間差圧P1,P2,P3,・・・が1回目の濾過工程(濾過処理)における通水初期の膜間差圧P0に対して増加傾向にある(P0<P1<P2<P3<・・・)。
タイミングt0〜t1の期間Tにおいて、時間変化率=[P1−P0(=a1)]/Tと算出できる。
タイミングt1〜t2の期間Tにおいて、時間変化率=[P2−P1(=a2)]/Tと算出できる。
タイミングt2〜t3の期間Tにおいて、時間変化率=[P3−P2(=a3)]/Tと算出できる。
ここで、膜詰まりの程度としては、膜モジュール21の膜間圧力の時間変化率のバラツキを抑制するため、各膜濾過装置20において、所定期間内(例えば各週の所定の1日間)において、複数回数の逆洗工程を実行した場合の膜モジュール21の膜間圧力の時間変化率の平均を算出する。これにより、膜モジュール21の膜詰まりの程度を数値化する。
膜詰まりの程度を膜モジュール21の回復率で算出する理由は、複数回数の逆洗工程が実行されているにも関わらず、濾過工程における通水初期の回復率が小さい場合には、濾過工程の実行中に膜の細孔内に侵入した汚濁物質が付着したままで、膜詰まりが進行していると考えられるためである。
また、同様に、図5における2回目の逆洗工程の実行後においては、タイミングt2において、膜モジュール21の回復率(通水抵抗の回復率)は、(b2/c2)×100[%]と算出できる。
また、同様に、図5における3回目の逆洗工程の実行後においては、タイミングt3において、膜モジュール21の回復率(通水抵抗の回復率)は、(b3/c3)×100[%]と算出できる。
膜詰まりの程度を膜モジュール21の回復率の経時変化で算出する理由は、複数回数の逆洗工程が実行されているにも関わらず、濾過工程における通水初期の回復率の経時変化が小さい場合には、回復率の上昇度合が鈍くなっており、濾過工程の実行中に膜の細孔内に侵入した汚濁物質が付着したままで、膜詰まりが進行していると考えられるためである。
タイミングt1からt2の間において、回復率が[(b1/c1)×100%](タイミングt1)から[(b2/c2)×100%](タイミングt2)に変化したときの回復率の変化率は、タイミングt1における回復率[(b1/c1)×100%]に対して、[{[(b2/c2)×100%]−[(b1/c1)×100%]}/[(b1/c1)×100%]]×100%と算出できる。
回復率が[(b2/c2)×100%](タイミングt2)から[(b3/c3)×100%](タイミングt3)に変化したときの回復率の変化率は、タイミングt2における回復率[(b2/c2)×100%]に対して、[{[(b3/c3)×100%]−[(b2/c2)×100%]}/[(b2/c2)×100%]]×100%と算出できる。
タイミングt2からt3の間において、回復率が70%から60%に変化したときの回復率の変化率は、タイミングt2における回復率70%に対して、((60%−70%)/60%)×100%=−16.7%と算出できる。
回復率の変化率の平均は、((−12.5%)+(−16.7%))/2=−14.6と算出できる。
膜詰まりの程度を膜間流量差で算出する理由は、複数回数の逆洗工程が実行されているにも関わらず、濾過工程における通水初期の膜間流量差が増加傾向にある場合には、濾過工程の実行中に膜の細孔内に侵入した汚濁物質が付着したままで、膜詰まりが進行していると考えられるためである。
膜間差圧は、基準となる一定の通水流量の水を膜モジュール21に通水させるのであれば、膜モジュール21の下流側にのみ圧力センサを設けて、圧力センサにより透過水W2の圧力の絶対値を算出することができる。これにより、前記(i)〜(iii)で説明した膜間差圧に代えて、透過水W2の圧力の絶対値として、前記(i)〜(iii)で説明したことを援用することができる。
膜詰まりの程度を膜モジュール21の回復率の経時変化で判断する場合には、膜モジュール21の膜詰まりが進行すると、逆洗工程を実行しても膜モジュール21の通水抵抗の回復の程度が鈍くなるため、膜モジュール21の回復率の変化率が大きな値であるほど、膜詰まりが進行していないといえる。
膜詰まりの程度を膜モジュール21の膜間差圧の経時変化で判断する場合には、膜間差圧の変化率が小さな値であるほど、膜モジュール21は、通水初期の状態に回復されているため、膜詰まりが進行していないといえる。
このような膜詰まりの進行の判断基準に基づいて、優先順位設定部321は、膜詰まりの進行していない膜濾過装置20ほど優先順位を上位に設定する。
本実施形態においては、負荷率を連続的に変更して原水W1から透過水W2を製造可能な複数の膜濾過装置20を備える膜濾過装置群2と、要求された透過水W2の通水流量である要求負荷に応じて濾過装置群2により製造される透過水W2の通水流量を制御する制御部32と、を備える濾過システム1であって、複数の膜濾過装置20は、それぞれ、該膜濾過装置20の膜詰まりの程度を検出する膜詰まり程度検出部222を有し、制御部32は、膜詰まり程度検出部222により検出された膜濾過装置20の膜詰まりの程度に基づいて、膜詰まりの進行していない膜濾過装置20ほど優先順位を上位に設定する優先順位設定部321を有する。
2 膜濾過装置群(濾過装置群)
20 膜濾過装置(濾過装置)
32 制御部
321 優先順位設定部
222 膜詰まり程度検出部(膜詰まり程度検出手段)
W1 原水(被処理水)
W2 透過水
Claims (4)
- 負荷率を連続的に変更して被処理水から透過水を製造可能な複数の濾過装置を備える濾過装置群と、要求された透過水の通水流量である要求負荷に応じて前記濾過装置群により製造される透過水の通水流量を制御する制御部と、を備える濾過システムであって、
前記複数の濾過装置は、それぞれ、逆洗浄プロセスを実行しても回復できない該濾過装置の膜詰まりの程度を検出する膜詰まり程度検出手段を有し、
前記制御部は、前記膜詰まり程度検出手段により検出された逆洗浄プロセスを実行しても回復できない該濾過装置の膜詰まりの程度に基づいて、逆洗浄プロセスを実行しても回復できない膜詰まりの進行していない濾過装置ほど優先順位を上位に設定する優先順位設定部を有する
濾過システム。 - 逆洗浄プロセスを実行しても回復できない前記濾過装置の膜詰まりの程度は、逆洗浄プロセスが実行される場合において、濾過プロセスの実行による前記濾過装置の膜の通水抵抗の上昇量に対する逆洗浄プロセスの実行後の膜の通水抵抗の下降量の割合である回復率である
請求項1に記載の濾過システム。 - 逆洗浄プロセスを実行しても回復できない前記濾過装置の膜詰まりの程度は、前記回復率の経時変化である
請求項2に記載の濾過システム。 - 逆洗浄プロセスを実行しても回復できない前記濾過装置の膜詰まりの程度は、複数回数の逆洗浄プロセスが実行される場合において、該濾過装置の膜が通水初期の状態にあるときと逆洗浄プロセスの実行後とにおける該濾過装置の一次側と二次側との差圧の経時変化、又は、該濾過装置の膜が通水初期の状態にあるときと逆洗浄プロセスの実行後とにおける該濾過装置により製造される透過水の流量の経時変化である
請求項1に記載の濾過システム。
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