JP6479277B1 - 散気量制御システム及び散気量制御方法 - Google Patents

Abstract

散気量制御システムの運転コストを低減可能な散気量制御システム及び水処理方法を得る。被処理水を貯留する膜分離槽２内の分離膜３に対し目標散気量に基づいて散気を行なう散気量制御システム１００において、目標散気量として第１目標散気量を決定し、第１目標散気量を決定したあとに目標散気量として第２目標散気量を決定する制御装置７と、目標散気量に基づいて気体を供給して散気を行なう散気装置５と、散気装置５が供給した気体に対する分離膜３の膜間差圧の変化量を測定する測定装置６とを備え、測定装置６が算出した、散気装置５が第１目標散気量に基づく散気を行った間の分離膜３の膜間差圧の第１変化量が、測定装置６が算出した、散気装置５が第２目標散気量に基づく散気を行った間の分離膜３の膜間差圧の第２変化量よりも大きい場合、制御装置７は、第３目標散気量として第２目標散気量よりも小さな値を決定することを特徴とする。

Description

本発明は、分離膜を用いた散気量制御システム及び散気量制御方法に関する。

有機物含有の排水（以下「被処理水」という）を処理する方法として、微生物を用いて被処理水中の有機物を分解するとともに、分離膜による固液分離を行う膜分離活性汚泥法（ＭＢＲ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｂｉｏ Ｒｅａｃｔｏｒ）が用いられている。分離膜を用いたろ過処理は、分離膜の継続的な使用に伴い、分離膜の表面と孔中に汚濁物質が付着して目詰まり（ファウリング）が生じた場合、ろ過性能が徐々に低下する。

膜分離活性汚泥法は、分離膜のファウリングに起因するろ過性能の低下を抑制するために、分離膜の下部に散気装置を設ける。分離膜の下部に設けられた散気装置は、分離膜に向けて空気等を散気し、気泡と、被処理水の上昇流とによって分離膜表面の付着物を剥離させる。散気装置の散気に要するエネルギーコストは、散気量制御システムの全運転コストの約半分にも達すると算出されている。従って、散気装置による散気量を抑制する技術が求められている。

特許文献１には、膜分離装置の運転方法として、分離膜の膜間差圧を測定し、膜間差圧が事前に設定した所定の上昇速度に維持されるように散気量を制御する方法が提案されている。具体的には、特許文献１に記載の膜分離装置の運転方法は、膜間差圧の基準値と測定値との差分値に基づき、散気量の目標値を一定の割合で増加させる。

特開２０１３−２０２４７２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の膜分離装置の運転方法は、予め定めた一定の割合で散気量の目標値を増加させた場合に、ファウリング抑制に必要な散気量を超えている虞がある。増加させた目標値がファウリング抑制に必要な散気量を超えている場合は、散気装置の散気に要するエネルギーコストの改善が可能となり得る。

本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、散気量制御システムの運転コストを低減可能な散気量制御システム及び散気量制御方法を得ることにある。

本発明に係る散気量制御システムは、被処理水を貯留する膜分離槽内の分離膜に対し目標散気量に基づいて散気を行なう散気量制御システムにおいて、目標散気量として第１目標散気量を決定し、第１目標散気量を決定したあとに目標散気量として第２目標散気量を決定する制御装置と、制御装置が決定した目標散気量に基づいて気体を供給して散気を行なう散気装置と、散気装置が供給した気体に対する分離膜の膜間差圧の変化量を算出する測定装置とを備え、散気装置が第１目標散気量に基づいて行った散気に対して前記測定装置が算出した分離膜の膜間差圧の第１変化量が、散気装置が第２目標散気量に基づいて行った散気に対して前記測定装置が算出した分離膜の膜間差圧の第２変化量よりも大きい場合、制御装置は、第３目標散気量として第２目標散気量よりも小さな値を決定することを特徴とする。
また、本発明に係る散気量制御システムは、被処理水を貯留する膜分離槽内の複数の分離膜に対し、目標散気量に基づいて散気を行なう散気量制御システムにおいて、目標散気量として第１目標散気量を決定する制御装置と、制御装置が決定した目標散気量に基づいて気体を供給して散気を行なう散気装置と、散気装置が供給した気体に対する複数の分離膜の膜間差圧の変化量をそれぞれ算出する測定装置とを備え、測定装置が算出した、散気装置が第１目標散気量に基づく散気を行った間の複数の分離膜のそれぞれの膜間差圧に対応する各第１変化量同士の差が閾値未満の場合、制御装置は、第２目標散気量として第１目標散気量よりも小さな値を決定することを特徴とする。

本発明に係る散気量制御方法は、被処理水を貯留する膜分離槽内の分離膜に対し目標散気量に基づいて散気を行なう散気量制御方法において、目標散気量として第１目標散気量を決定し、第１目標散気量を決定したあとに目標散気量として第２目標散気量を決定する散気量決定ステップと、散気量決定ステップによって決定した目標散気量に基づいて気体を供給して散気を行なう散気ステップと、散気ステップによって供給した気体に対する分離膜の膜間差圧の変化量を算出する変化量算出ステップとを備え、第１目標散気量に基づいて行った散気に対して算出した分離膜の膜間差圧の第１変化量が、第２目標散気量に基づいて行った散気に対して算出した分離膜の膜間差圧の第２変化量よりも大きい場合、第３目標散気量として第２目標散気量よりも小さな値を決定することを特徴とする。
また、本発明に係る散気量制御方法は、被処理水を貯留する膜分離槽内の複数の分離膜に対し目標散気量に基づいて散気を行なう散気量制御方法において、目標散気量として第１目標散気量を決定する散気量決定ステップと、散気量決定ステップによって決定した目標散気量に基づいて気体を供給して散気を行なう散気ステップと、散気ステップによって供給した気体に対する複数の分離膜の膜間差圧の変化量をそれぞれ算出する変化量算出ステップとを備え、第１目標散気量に基づく散気を行った間の複数の分離膜のそれぞれの膜間差圧に対応する各第１変化量同士の差が閾値未満の場合、第２目標散気量として第１目標散気量よりも小さな値を決定することを特徴とする。

本発明に係る散気量制御システムは、散気量の目標値増減を介して散気に要するエネルギーコストの低減が可能であり、散気量制御システムの全運転コストを低減し得る。

本発明に係る散気量制御方法は、散気量の目標値増減を介して散気に要するエネルギーコストの低減が可能であり、散気量制御システムの全運転コストを低減し得る。

本発明の実施の形態１に係る散気量制御システムの構成図である。 本発明の実施の形態１に係る散気量制御システムの変化量算出部及び制御装置の構成を例示した図である。 本発明の実施の形態１に係る散気量制御システムの制御フロー図である。 本発明の実施の形態１に係る散気量制御システムにおいて、膜間差圧と散気量の関係を示す説明図である。 本発明の実施の形態１に係る散気量制御システムの制御フロー図である。 本発明の実施の形態２に係る散気量制御システムの構成図である。 本発明の実施の形態２に係る散気量制御システムの制御フロー図である。 本発明の実施の形態３に係る散気量制御システムの構成図である。

以下、添付図面を参照して、本願が開示する散気量制御システム及び散気量制御方法に係る実施の形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態は一例であり、これらの実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態１に係る散気量制御システム１００の構成図である。図１に示すように、散気量制御システム１００は、被処理水１が流入する膜分離槽２と、膜分離槽２内の被処理水１に浸漬配置され、膜分離槽２内の被処理水１をろ過する分離膜３と、分離膜３によってろ過された処理水を吸引するろ過ポンプ４と、分離膜３に向けて被処理水１への散気を行う散気装置５と、分離膜３の膜間差圧の変化量を測定する測定装置６と、散気装置５の散気量を制御する制御装置７と、を備える。

膜分離槽２には被処理水１が流入するようになっており、分離膜３を介して処理水を排水するろ過水配管（図示せず）が接続されている。膜分離槽２は、被処理水１を受入れて被処理水１を貯留できる材料で構成され、例えば、コンクリート、ステンレス、樹脂等によって構成されている。

分離膜３は、被処理水１の固液分離を行う。固液分離とは、被処理水を汚濁物質と処理水とに分離する処理を指す。分離膜３は、膜分離槽２内の被処理水１に対して浸漬配置されており、ろ過水配管を介してろ過ポンプ４に接続されている。ろ過ポンプ４は、膜分離槽２内の被処理水１を吸引する。散気量制御システム１００は、分離膜３によって被処理水中の汚濁物質を除去することで処理水を得る。

分離膜３は、中空糸膜、平膜等のような固体と液体とを分離できる材料で構成され、例えば、ＲＯ（Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｏｓｍｏｓｉｓ）膜、ＮＦ（Ｎａｎｏｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）膜、ＵＦ（Ｕｌｔｒａｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）膜、ＭＦ（Ｍｉｃｒｏｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）膜等によって構成されている。

散気装置５は、分離膜３の下方に配置され、分離膜３に向けて被処理水１への散気を行うための複数の散気孔が形成された散気管５１と、散気管５１へと気体を供給する気体供給部５２と、を備える。

散気装置５は、分離膜３の下部に設置された散気管５１から空気等の気体を散気し、気泡と気泡により発生した被処理水１の上昇流とによって分離膜３表面の付着物を剥離させて、分離膜３のファウリングを抑制する。分離膜３の膜面積あたりの散気量は、０．０１〜１０（ｍ^３／ｈｒ／ｍ^２）となるように制御されている。

気体供給部５２は、制御装置７に接続されており、制御装置７からの出力に基づき散気管５１への気体の供給を行う。

分離膜３による固液分離を続けると、散気装置５による散気では、分離膜３に付着・堆積した汚濁物質を除去しきれなくなる。散気装置５による散気で除去しきれない分離膜３に付着・堆積した汚濁物質を除去するために、分離膜３へ向けてオゾン水、次亜塩素酸ナトリウム等による逆洗を行う。分離膜３の表面と孔中に付着・堆積した汚濁物質は、逆洗によって排出される。また、分離膜３の表面と孔中に付着・堆積した微生物は、逆洗によって殺菌される。分離膜３は、膜間差圧が予め決められた値、例えば２５ｋＰａに到達した場合に洗浄される。

測定装置６は、分離膜３の膜間差圧の変化量を測定する。測定装置６は、分離膜３とろ過ポンプ４の間のろ過水配管に配置され、分離膜３の膜間差圧を測定する圧力測定部６１と、圧力測定部６１が測定した膜間差圧から膜間差圧の単位時間当たりの変化量を算出する変化量算出部６２とを備えている。膜間差圧とは、分離膜３の一次側すなわち未透過水側と、二次側すなわち透過水側との間の圧力差である。

測定装置６は、圧力測定部６１の膜間差圧値により分離膜３のファウリングの程度を把握することができる。膜ろ過処理を継続すると、分離膜３は、徐々に目詰まりし、膜間差圧が上昇する。圧力測定部６１は、膜間差圧を測定できる計器であり、デジタルもしくはアナログどちらでも使用可能である。また、測定装置６は、圧力測定部６１で測定した膜間差圧を保存できるフレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、メモリカード等の各種記憶媒体を有する。

変化量算出部６２は、圧力測定部６１で測定した膜間差圧から、膜間差圧の単位時間当たりの変化量を算出し、算出した膜間差圧の単位時間当たりの変化量を制御装置７へ出力する。実施の形態１では、膜間差圧の単位時間当たりの変化量を、膜間差圧上昇速度として算出する。膜間差圧上昇速度とは、単位時間当たりに膜間差圧が上昇する速度である。変化量算出部６２は、例えば、図２（ａ）に示すようなＣＰＵ１０００ａがメモリ１００１ａに記憶されたプログラムを実行するソフトウェア制御によって実現することが可能である。なお、圧力測定部６１は、ろ過水配管内の圧力のみを測定する計器を用いて、膜間差圧は、変化量算出部６２によって算出する構成でも良い。

制御装置７は、散気装置５の散気量を制御する。また、制御装置７は、測定装置６の測定値に基づいて散気装置５の散気量を制御している。制御装置７は、例えば、図２（ｂ）に示すようなＣＰＵ１０００ｂがメモリ１００１ｂに記憶されたプログラムを実行するソフトウェア制御によって実現することが可能である。

制御装置７は、記録部７１と、変化量比較部７２と、散気量算出部７３と、散気量制御部７４と、を備える。

記録部７１は、変化量算出部６２及び散気量制御部７４と接続される。記録部７１は、散気量情報として、変化量算出部６２で算出された膜間差圧の単位時間当たりの変化量と、変化量を算出した際の散気量制御部７４によって散気制御されている散気量とを互いに関連付けて記録する。

変化量比較部７２は、記録部７１に記録されている膜間差圧の単位時間当たりの変化量である第１変化量と、変化量算出部６２で第１変化量より後に算出された膜間差圧の単位時間当たりの変化量である第２変化量とを比較する。変化量比較部７２は、散気量算出司令を算出し、算出した散気量算出司令を散気量算出部７３へ出力する。散気量算出司令とは、散気量算出部７３が散気量を算出するための、変化量比較部７２の変化量の比較結果を含む情報である。

散気量算出部７３は、受信した散気量算出司令に基づき散気装置５の目標散気量を算出し、目標散気量を散気量制御部７４へ出力する。散気量算出部７３は、変化量比較部７２の比較結果として、第１変化量が第２変化量よりも大きい場合は、第２変化量と対応して記録部７１に記録されている散気量から所定量又は所定の割合で減少させた散気量を目標散気量として算出する。散気量の減少量は０．０１〜５（ｍ^３／ｈｒ／ｍ^２）の範囲であることが望ましく、散気量の減少割合は１０〜５０％の範囲であることが望ましい。散気量算出部７３は、変化量比較部７２の比較結果として、第１変化量が第２変化量よりも小さい場合は、第２変化量と対応して記録部７１に記録されている散気量から所定量又は所定の割合で増加させた散気量を目標散気量として算出する。なお、散気量の増加量及び増加割合は、散気量の減少量及び減少割合と同じ範囲内であることが望ましい。また、散気量算出部７３は、目標散気量の算出から一定時間が経過して次の目標散気量を算出するタイミングになると、目標散気量の算出から一定時間の間での膜間差圧の単位時間当たりの変化量を算出させるための変化量算出司令を変化量算出部６２へ出力する。

散気量制御部７４は、散気量算出部７３よって算出された散気量に基づき、気体供給部５２が供給する気体量を制御して、散気装置５に散気を実行させる。散気量制御部７４による気体供給部５２の制御は、例えばインバータ制御が挙げられる。また、散気量制御部７４は、変化量算出部６２において変化量が算出された時点での散気量を記録部７１へ送信する。なお、散気量を記録部７１へ送信する機能は、散気量算出部７３が備える構成としてもよい。

図３は、散気量制御システム１００の制御フロー図である。散気量制御システム１００の散気量制御システム１００方法について、図３に示す制御フロー図を用いて説明する。

散気量制御システム１００が散気量制御を実行している間は、ろ過ポンプ４は、膜分離槽２内の被処理水１を連続的に吸引する。散気量制御システム１００のろ過処理が開始されると、初期化ステップＳ１ａでは、制御装置７は、ｎ＝１に初期化する。次に散気ステップＳ２ａでは、散気量算出部７３は、第１目標散気量として、予め設定された散気量Ｑ_１での散気を実行する。第１目標散気量Ｑ_１は、分離膜３のファウリングを抑制できる散気量として妥当な範囲から任意の値が採用される。例えば、散気装置５の最大風量を設定する。

変化量算出ステップＳ３ａでは、散気ステップＳ２ａ開始から時間Ｔ_１が経過すると、散気量算出部７３は、測定装置６へと変化量算出司令を出力する。測定装置６は、変化量算出司令を受信して第１膜間差圧上昇速度Ｒ_１を算出する。第１膜間差圧上昇速度Ｒ_１の算出は、圧力測定部６１において散気ステップＳ２ａ開始時に測定された膜間差圧Ｐ_１と、測定装置６が変化量算出司令を受信時に測定された膜間差圧Ｐ_２とを用いて以下に示す式（１）に基づき算出される。
Ｒ_１＝（Ｐ_２−Ｐ_１）／Ｔ_１ ・・・（１）
なお、時間Ｔ_１は膜間差圧上昇速度を算出するために必要な時間であり、１時間から１日、さらには１週間のいずれの期間でもよい。また、時間Ｔ_１は一定の期間である必要はなく、変化量算出ステップを実行する毎に変更する構成としてもよい。

記録ステップＳ４ａでは、記録部７１は、第１膜間差圧上昇速度Ｒ_１及び第１目標散気量Ｑ_１を互いに関連付けて記録する。

変化量比較ステップＳ５ａでは、変化量比較部７２は、記録部７１に記録されている変化量算出ステップＳ３ａにおいて、ｎ−１回目に算出された散気量減少前の膜間差圧の変化量である膜間差圧上昇速度Ｒ_ｎ−１と、変化量算出ステップＳ３ａにおいてｎ回目に算出された散気量減少後の膜間差圧の変化量である膜間差圧上昇速度Ｒ_ｎとを比較する。つまり、ｎ＝２の場合に変化量比較ステップＳ５ａでは、変化量比較部７２は、第１膜間差圧上昇速度Ｒ_１と、第２膜間差圧上昇速度Ｒ_２とを比較する。変化量比較部７２は、散気量算出司令を算出し、算出した散気量算出司令を散気量算出部７３へ出力する。膜間差圧上昇速度Ｒ_ｎ−１が、膜間差圧上昇速度Ｒ_ｎよりも小さい場合は散気量決定ステップＳ６ａへ進み、膜間差圧上昇速度Ｒ_ｎ−１が、膜間差圧上昇速度Ｒ_ｎよりも大きい場合は散気量減少ステップＳ８ａへ進む。
なお、ｎ＝１回目の場合は、ｎ−１回目に算出された散気量減少前の膜間差圧の変化量である膜間差圧上昇速度Ｒ_ｎ−１が存在しないため、散気量減少ステップＳ８ａへ進む。

散気量決定ステップＳ６ａでは、散気量算出部７３は、膜間差圧上昇速度Ｒ_ｎと対応して記録部７１に記録されている散気量から所定量又は所定の割合で増加させた散気量を目標散気量として算出する。つまり、ｎ＝２の場合に散気量決定ステップＳ６ａでは、散気量算出部７３は、第２目標散気量Ｑ_２から所定量又は所定の割合で増加させた第３目標散気量Ｑ_３を算出する。

散気ステップＳ７ａでは、散気量制御部７４は、目標散気量Ｑ_ｎでの散気を実行する。

散気量減少ステップＳ８ａでは、散気量算出部７３は、第１目標散気量Ｑ_１から所定量又は所定の割合で減少させた散気量である第２目標散気量Ｑ_２を算出する。つまり、ｎ＝２の場合は、第２目標散気量Ｑ_２から所定量又は所定の割合で減少させた第３目標散気量Ｑ_３を算出する。

加算ステップＳ９ａでは、制御装置７は、ｎを１つ増やしてｎ＝ｎ＋１として散気ステップＳ２ａに戻る。

次に、膜間差圧の単位時間当たりの変化量膜間差圧と散気量との関係を説明する。

発明者らが鋭意検討した結果、膜間差圧の単位時間当たりの変化量と散気量との間には図４のような関係が成立することを見出した。

図４は、膜間差圧と散気量との関係を示す説明図である。縦軸は膜間差圧（ｋＰａ）、横軸はろ過時間（Ｔ）を示している。図４の各線は散気量の違いを示しており、Ｑ_２、Ｑ_３及びＱ_４は、Ｑ_１から一定の量又は一定の割合で徐々に減少させた散気量である。散気量の大きさはＱ_１＞Ｑ_２＞Ｑ_３＞Ｑ_４の関係である。図４に示すように膜間差圧上昇速度は、Ｑ_１、Ｑ_２及びＱ_３において大きな差はなく、Ｑ_４において急激に増加している。つまり、図４に示すように、散気量が小さくなると膜間差圧の単位時間当たりの変化量（膜間差圧上昇速度）が急激に増加することが明らかになった。以下、膜間差圧の単位時間当たりの変化量（膜間差圧上昇速度）が急激に増加する点を変化点とする。

図４より、膜間差圧上昇速度は、変化点よりも大きな散気量での散気を実行しても僅かに低減できるのみであることが明らかになった。つまり、変化点での散気を実行することによって、変化点よりも大きな散気量での散気を実行する場合と比較して僅かに膜間差圧上昇速度は上昇するが、散気に要するエネルギーコストは、洗浄等の運転コストと比較して大幅に大きいため、散気量制御システムの全運転コストは低減される。

図３に示す制御フローでは、散気量制御システム１００は、第１膜間差圧上昇速度Ｒ_１が第２膜間差圧上昇速度Ｒ_２よりも大きい場合は第３目標散気量Ｑ_３として第２目標散気量Ｑ_２よりも小さな値を算出し、第１膜間差圧上昇速度Ｒ_１が第２膜間差圧上昇速度Ｒ_２よりも小さい場合は第３目標散気量Ｑ_３として第２目標散気量Ｑ_２よりも大きな値を算出する。つまり、散気量制御システム１００は、図３に示す制御フローによって、変化点での散気を実行することができる。従って、散気量制御システム１００は、散気量制御システムの全運転コストを低減することができる。

図３に示した散気量制御システム１００の制御方法では、目標散気ステップＳ７ａは、散気量決定ステップＳ６ａで算出された目標散気量である変化点での散気を継続する構成である。図３に示す初期化ステップＳ１ａから目標散気ステップＳ７ａまでの操作を１回の変化点検出操作とする。散気量制御システム１００の制御方法では、この変化点検出操作を繰り返し実行することが好ましい。散気量制御システム１００は、２回目の変化点検出操作を実行する場合は、目標散気ステップＳ７ａの後に予め設定された目標散気量Ｑ_１を散気量決定ステップＳ６ａで算出された目標散気量へと変更し、散気量減少ステップＳ８ａで減少させる散気量の所定量又は所定の割合を１回目の変化点検出操作時より小さくし、初期化ステップＳ１ａへと戻る構成としてもよい。散気量制御システム１００による２回目の変化点検出操作は、散気量減少ステップＳ８ａで減少させる散気量の所定量又は所定の割合を１回目の変化点検出操作時より小さくするため、変化点をより詳細に検出できる。

図５は、散気量制御システム１００の制御フロー図である。散気量制御システム１００の散気量制御方法の変形例について、図５に示す制御フロー図を用いて説明する。図３に示した制御フローは、変化量算出ステップＳ３ａにおいて膜間差圧上昇速度を算出していたが、図５に示す制御フローは、変化量算出ステップＳ３ｂにおいて、膜間差圧上昇速度ではなく、膜間差圧増加量を算出する構成である。

散気量制御システム１００のろ過処理が開始されると、初期化ステップＳ１ｂでは、制御装置７は、ｎ＝１に初期化する。次に散気ステップＳ２ｂでは、散気量算出部７３は、第１目標散気量として、予め設定された散気量Ｑ_１での散気を実行する。第１目標散気量Ｑ_１は、分離膜３のファウリングを抑制できる散気量として妥当な範囲から任意の値が採用される。例えば、散気装置５の最大風量を設定する。

変化量算出ステップＳ３ｂでは、散気ステップＳ２ｂ開始から時間Ｔが経過すると、散気量算出部７３は、測定装置６へと変化量算出司令を出力する。測定装置６は、変化量算出司令を受信して第１膜間差圧増加量ΔＰ_１を算出する。第１膜間差圧増加量ΔＰ_１の算出は、圧力測定部６１において散気ステップＳ２ｂ開始時に測定された膜間差圧Ｐ_１と、測定装置６が変化量算出司令を受信時に測定された膜間差圧Ｐ_２とを用いて以下に示す式（２）に基づき算出される。
ΔＰ_１＝Ｐ_２−Ｐ_１ ・・・（２）

記録ステップＳ４ｂでは、記録部７１は、第１膜間差圧増加量ΔＰ_１及び第１目標散気量Ｑ_１を互いに関連付けて記録する。

変化量比較ステップＳ５ｂでは、変化量比較部７２は、記録部７１に記録されている変化量算出ステップＳ３ｂにおいて、ｎ−１回目に算出された散気量減少前の膜間差圧の変化量である膜間差圧増加量ΔＰ_ｎ−１と、変化量算出ステップＳ３ｂにおいてｎ回目に算出された散気量減少後の膜間差圧の変化量である膜間差圧増加量ΔＰ_ｎとを比較する。つまり、変化量比較ステップＳ５ｂでは、ｎ＝２の場合は、第１膜間差圧増加量ΔＰ_１と、第２膜間差圧増加量ΔＰ_２とを比較する。変化量比較部７２は、散気量算出司令を算出し、算出した散気量算出司令を散気量算出部７３へ出力する。膜間差圧増加量ΔＰ_ｎ−１が、膜間差圧増加量ΔＰ_ｎよりも小さい場合は散気量決定ステップＳ６ｂへ進み、膜間差圧増加量ΔＰ_ｎ−１が、膜間差圧増加量ΔＰ_ｎよりも大きい場合は散気量減少ステップＳ８ｂへ進む。
なお、ｎ＝１回目の場合は、ｎ−１回目に算出された散気量減少前の膜間差圧の変化量である膜間差圧増加量ΔＰ_ｎ−１が存在しないため、散気量減少ステップＳ８ｂへ進む。

散気量決定ステップＳ６ｂでは、散気量算出部７３は、膜間差圧増加量ΔＰ_ｎと対応して記録部７１に記録されている散気量から所定量又は所定の割合で増加させた散気量を目標散気量Ｑ_ｎとして算出する。つまり、ｎ＝２の場合は、第２目標散気量Ｑ_２から所定量又は所定の割合で増加させた第３目標散気量Ｑ_３を算出する。

目標散気ステップＳ７ｂでは、散気量制御部７４は、目標散気量Ｑ_ｎでの散気を実行する。

散気量減少ステップＳ８ｂでは、散気量算出部７３は、第１目標散気量Ｑ_１から所定量又は所定の割合で減少させた散気量である第２目標散気量Ｑ_２を算出する。つまり、ｎ＝２の場合は、第２目標散気量Ｑ_２から所定量又は所定の割合で減少させた第３目標散気量Ｑ_３を算出する。

加算ステップＳ９ｂでは、制御装置７は、ｎを１つ増やしてｎ＝ｎ＋１として散気ステップＳ２ｂに戻る。

実施の形態１に係る散気量制御システムは被処理水を貯留する膜分離槽内の分離膜に対し目標散気量に基づいて散気を行なう散気量制御システムにおいて、目標散気量として第１目標散気量を決定し、第１目標散気量を決定したあとに目標散気量として第２目標散気量を決定する制御装置と、制御装置が決定した目標散気量に基づいて気体を供給して散気を行なう散気装置と、散気装置が供給した気体に対する分離膜の膜間差圧の変化量を測定する測定装置とを備え、測定装置が算出した、散気装置が第１目標散気量に基づく散気を行った間の分離膜の膜間差圧の第１変化量が、測定装置が算出した、散気装置が第２目標散気量に基づく散気を行った間の分離膜の膜間差圧の第２変化量よりも大きい場合、制御装置は、第３目標散気量として第２目標散気量よりも小さな値を決定することを特徴とする。

以上の構成によって、実施の形態１に係る散気量制御システム１００では、散気量の目標値増減を介して散気に要するエネルギーコストの低減が可能であり、散気量制御システムの全運転コストを低減し得る。

実施の形態１に係る散気量制御方法は、被処理水を貯留する膜分離槽内の分離膜に対し目標散気量に基づいて散気を行なう散気量制御システムにおいて、目標散気量として第１目標散気量を決定し、第１目標散気量を決定したあとに目標散気量として第２目標散気量を決定する散気量決定ステップと、散気量決定ステップによって決定した目標散気量に基づいて気体を供給して散気を行なう散気ステップと、散気ステップによって供給した気体に対する分離膜の膜間差圧の変化量を算出する変化量算出ステップとを備え、測定装置が算出した、第１目標散気量に基づく散気を行った間の分離膜の膜間差圧の第１変化量が、測定装置が算出した、第２目標散気量に基づく散気を行った間の分離膜の膜間差圧の第２変化量よりも大きい場合、第３目標散気量として第２目標散気量よりも小さな値を決定することを特徴とする。

以上の構成によって、実施の形態１に係る散気量制御システム１００の散気量制御方法では、散気量の目標値増減を介して散気に要するエネルギーコストの低減が可能であり、散気量制御システムの全運転コストを低減し得る。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る散気量制御システム２００の構成について説明する。なお、実施の形態１と同一または対応する構成については、その説明を省略し、構成の異なる部分のみを説明する。

図６は、散気量制御システム２００の構成図である。散気量制御システム２００は、分離膜３と、ろ過ポンプ４と、散気管５１と、気体供給部５２と、圧力測定部６１と、変化量算出部６２と、がそれぞれ複数設けられている。なお、同一の機能を有する部分には同じ数字を付与し、符号の後ろにａ，ｂを付与している。また、その他の構成は実施の形態１と同じにつき、同じ、又は相当部分には同じ符号を付して説明を省略する。なお、符号の後ろにａを付与したろ過系統をろ過系統ａ、符号の後ろにｂを付与したろ過系統をろ過系統ｂとする。

変化量算出部６２ａ，６２ｂは、同一のタイミングで各系統における膜間差圧の単位時間当たりの変化量をそれぞれ算出する。

記録部７１は、変化量算出部６２ａ，６２ｂ及び散気量制御部７４と接続されている。記録部７１は、変化量算出部６２ａで算出された膜間差圧の単位時間当たりの変化量と、変化量算出部６２ａによって膜間差圧の単位時間当たりの変化量が算出された時点での散気量制御部７４によって散気制御されているろ過系統ａの散気量と、を互いに関連付けて記録する。また、記録部７１は、変化量算出部６２ｂで算出された膜間差圧の単位時間当たりの変化量と、変化量算出部６２ｂによって膜間差圧の単位時間当たりの変化量が算出された時点での散気量制御部７４によって散気制御されているろ過系統ｂの散気量と、を互いに関連付けて記録する。

変化量比較部７２は、ろ過系統ａにおいて算出された単位時間当たりの変化量である第１系統ａ変化量が、ろ過系統ｂにおいて、ろ過系統ａと同一のタイミングで算出された膜間差圧の単位時間当たりの変化量である第１系統ｂ変化量に対して閾値未満であるかを比較する。変化量比較部７２は、散気量算出司令を算出し、算出した散気量算出司令を散気量算出部７３へ出力する。散気量算出司令とは、散気量算出部７３が散気量を算出するための、変化量比較部７２の変化量の比較結果を含む情報である。変化量比較部７２が比較を行うための閾値は、適応する散気量制御システムに応じて決定される値である。

散気量算出部７３は、受信した散気量算出司令に基づき散気装置５ａ，５ｂの目標散気量を算出し、目標散気量を散気量制御部７４へ出力する。散気量算出部７３は、変化量比較部７２の比較結果が、閾値未満の場合は、散気装置５ａの目標散気量は、第１系統ａ変化量から所定量又は所定の割合で減少させた散気量とし、散気装置５ｂの散気量は変更しない。散気量算出部７３は、変化量比較部７２の比較結果が、閾値以上の場合は、散気装置５ａ及び散気装置５ｂの目標散気量を、第１系統ａ変化量から所定量又は所定の割合で増加させた散気量とする。

散気量制御部７４は、散気装置５ａ，５ｂの散気量が、散気量算出部７３によってそれぞれ決定された目標散気量となるように気体供給部５２ａ，５２ｂによる空気の供給をそれぞれ制御する。

図７は、散気量制御システム２００の制御フロー図である。散気量制御システム２００の散気量制御方法について、図７に示す制御フロー図を用いて説明する。

散気量制御システム２００のろ過処理が開始されると、初期化ステップＳ１ｃでは、制御装置７は、ｎ＝１に初期化する。次に散気ステップＳ２ｃでは、制御装置７は、ろ過系統ａでは第１系統ａ目標散気量として予め設定された標散気量Ｑａ_１、ろ過系統ｂでは第１系統ｂ目標散気量として予め設定された散気量Ｑｂでの散気を実行する。散気量Ｑａ_１，Ｑｂは、分離膜３のファウリングを抑制できる散気量として妥当な範囲から任意の値が採用される。予め設定された散気量Ｑａ_１，Ｑｂは、同一の値であり、例えば、散気装置５ａ，５ｂの最大風量を設定する。

散気ステップＳ２ｃ開始から時間Ｔが経過すると、変化量算出ステップＳ３ｃでは、変化量算出部６２ａは第１系統ａ膜間差圧上昇速度Ｒａ_１を、変化量算出部６２ｂは第１系統ｂ膜間差圧上昇速度Ｒｂ_１をそれぞれ算出する。第１系統ａ膜間差圧上昇速度Ｒａ_１及び第１系統ｂ膜間差圧上昇速度Ｒｂ_１の算出は、各ろ過系統において式（１）に基づき算出される。

記録ステップＳ４ｃでは、記録部７１は、散気量Ｑａ_１、第１系統ａ膜間差圧上昇速度Ｒａ_１及び第１系統ｂ膜間差圧上昇速度Ｒｂ_１を互いに関連付けて記録する。

変化量比較ステップＳ５ｃでは、変化量比較部７２は、散気量算出ステップＳ３ｃで、ろ過系統ｂにおいてｎ回目に算出された膜間差圧上昇速度Ｒｂ_ｎに対するろ過系統ａにおいてｎ回目に算出された膜間差圧上昇速度Ｒａ_ｎの割合が閾値以上であるかを判定する。変化量比較部７２は、散気量算出司令を算出し、算出した散気量算出司令を散気量算出部７３へ出力する。膜間差圧上昇速度Ｒａ_ｎが、膜間差圧上昇速度Ｒｂ_ｎに対して閾値以上の場合は散気量決定ステップＳ６ｃへ進み、膜間差圧上昇速度Ｒａ_ｎが、膜間差圧上昇速度Ｒｂ_ｎに対して閾値未満の場合は散気量減少ステップＳ８ｃへ進む。
なお、ｎ＝１回目の場合は、予め設定された散気量Ｑａ_１，Ｑｂは、同一の値であるため、第１系統ａ膜間差圧上昇速度Ｒａ_１及び第１系統ｂ膜間差圧上昇速度Ｒｂ_１の差は無いものとし散気量減少ステップＳ８ｃへ進む。

散気量決定ステップＳ６ｃでは、散気量算出部７３は、膜間差圧上昇速度Ｒａ_ｎと対応して記録部７１に記録されている散気量から所定量又は所定の割合で増加させた散気量をろ過系統ａ及びろ過系統ｂの目標散気量Ｑ_ｎとして算出する。

散気ステップＳ７ｃでは、散気量制御部７４は、ろ過系統ａ及びろ過系統ｂにおいて目標散気量Ｑ_ｎでの散気を実行する。

散気量減少ステップＳ８ｃでは、散気量算出部７３は、膜間差圧上昇速度Ｒａ_ｎと対応して記録部７１に記録されている散気量から所定量又は所定の割合で減少させた散気量である第２目標散気量Ｑ_２をろ過系統ａの目標散気量として算出する。つまり、ｎ＝２の場合は、第２目標散気量Ｑ_２から所定量又は所定の割合で減少させた第３目標散気量Ｑ_３をろ過系統ａの目標散気量として算出する。

加算ステップＳ９ｃでは、制御装置７は、ｎを１つ増やしてｎ＝ｎ＋１として散気ステップＳ２ｃに戻る。

また、図７に示した散気量制御システム２００の散気量制御方法において、膜間差圧上昇速度ではなく、膜間差圧増加量を算出する構成としてもよい。図５に示した散気量制御システム１００の散気量制御方法を、図７に示した散気量制御システム２００の散気量制御方法に適用することで、散気量制御システム２００においても膜間差圧増加量に基づき制御を実行することができる。

実施の形態２に係る散気量制御システムは、被処理水を貯留する膜分離槽内の複数の分離膜に対し、目標散気量に基づいて散気を行なう散気量制御システムにおいて、目標散気量として第１目標散気量をする制御装置と、制御装置が決定した目標散気量に基づいて気体を供給して散気を行なう散気装置と、散気装置が供給した気体に対する複数の分離膜の膜間差圧の変化量をそれぞれ測定する測定装置とを備え、測定装置が算出した、散気装置が第１目標散気量に基づく散気を行った間の複数の分離膜のそれぞれ対応する各第１変化量の差が閾値未満の場合、制御装置は、第２目標散気量として第１目標散気量よりも小さな値を決定することを特徴とする。

以上の構成によって、実施の形態２に係る散気量制御システム２００は、複数設けられた分離膜の中から一つの分離膜を用いて散気量の制御を実行することができるため、制御に用いる分離膜以外の分離膜に対する散気量を変化させる必要がなく、制御に用いる分離膜以外の分離膜のファウリングを抑制しながら散気量の目標値増減を介して散気に要するエネルギーコストの低減が可能であり、散気量制御システムの全運転コストを低減し得る。

実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係る散気量制御システム３００の構成について説明する。なお、実施の形態１と同一または対応する構成については、その説明を省略し、構成の異なる部分のみを説明する。

図８は、散気量制御システム３００の構成図である。散気量制御システム３００は、被処理水情報を取得し記憶する情報取得装置３１を備える。情報取得装置３１は、被処理水情報を取得する被処理水情報取得部３１１と、被処理水情報を記憶する記憶媒体３１２と、によって構成される。

被処理水情報取得部３１１は、被処理水情報として、例えば、膜分離槽２中の被処理水１の水温、ＭＬＳＳ（Ｍｉｘｅｄ Ｌｉｑｕｏｒ Ｓｕｓｕｐｅｎｄｅｄ Ｓｏｌｉｄ）濃度、被処理水１の濁度、ＳＳ（Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ Ｓｏｌｉｄ）濃度、分離膜３のろ過フラックス、被処理水１中の有機物濃度等を取得する。

膜分離槽２中の被処理水１の水温は、膜分離槽２に水温センサーを設置して測定する。また、膜分離槽２中の被処理水１の水温は、被処理水１を水温センサーに供給し測定してもよい。

被処理水１の濁度、ＭＬＳＳ濃度及びＳＳ濃度は、膜分離槽２にＭＬＳＳ濃度センサーあるいは濁度計等を設置して測定する。また、被処理水１の濁度、ＭＬＳＳ濃度及びＳＳ濃度は、被処理水１をＭＬＳＳ濃度センサーあるいは濁度計等に供給し測定してもよい。また、被処理水１を採取して、ＭＬＳＳ濃度、ＳＳ濃度、濁度等を手分析で測定してもよい。

分離膜３のろ過フラックスは、ろ過水配管に流量センサーを設置して測定する。ろ過フラックスは、一定時間のろ過水量を測定し流量を算出して、流量値を分離膜３の膜面積で除することで測定できる。

被処理水１中の有機物濃度等は、膜分離槽２内に総有機炭素濃度計、紫外線吸光度計、蛍光強度計等の有機物濃度センサーを浸漬させて測定する。また、被処理水１中の有機物濃度等は、膜分離槽２内の被処理水１を有機物濃度センサーに供給し測定してもよい。つまり、水中の有機物は、総有機炭素濃度計、紫外線吸光度計、蛍光強度計等を用いて直接あるいは間接的に測定できればよい。

記憶媒体３１２は、被処理水情報取得部３１１において取得された被処理水情報と、記録部７１に記録されている散気量情報と、を互いに関連付けて記憶する。

水温が低いほど水の粘性は高くなるため、膜間差圧の単位時間当たりの変化量は大きくなる。また、分離膜３は、ＭＬＳＳ濃度、ＳＳ濃度、濁度等が高くなると目詰まりしやすくなるため、膜間差圧の単位時間当たりの変化量は大きくなる。また、ろ過フラックスが大きくなるほど分離膜３を水が透過する速度は大きくなり、分離膜３が目詰まりしやすくなるため、膜間差圧の単位時間当たりの変化量は大きくなる。被処理水１の有機物指標として、例えば、ＵＶ（Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）、ＴＯＣ（Ｔｏｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃａｒｂｏｎ）、ＣＯＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｏｘｙｇｅｎ Ｄｅｍａｎｄ）、ＢＯＤ（Ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｏｘｙｇｅｎ Ｄｅｍａｎｄ）、フミン酸濃度、糖濃度、タンパク質濃度等を測定することによって、分離膜３の閉塞の原因となる有機物を正確に測定できる。

次に、実施の形態３に係る散気量制御システム３００の動作について説明する。なお、実施の形態１と同一または対応する構成については、その説明を省略し、構成の異なる部分のみを説明する。

散気量制御システム３００は、被処理水情報取得部３１１において取得された被処理水情報と、記録部７１に記憶されている散気量情報とを互いに関連付けて記憶媒体３１２が記憶することでデータベースを作成する。

また、情報取得装置３１は、被処理水１の状態が大きく変化したことを判定する機能と、作成されたデータベースに記憶されている被処理水情報とを照合し、被処理水１の状態が大きく変化した時点での適切な散気量を推定し、目標散気量として設定する機能と、を有してもよい。

情報取得装置３１が上述の機能を有する場合、散気量制御システム３００は、膜分離槽２中の被処理水１の状態が大きく変化した場合に、変化した被処理水情報と、作成されたデータベースに記憶されている被処理水情報とを照合し、被処理水１の状態が大きく変化した時点での適切な散気量を推定し、目標散気量として設定することができる。

また、データベースに被処理水１の状態が大きく変化した時点での被処理水１の状態に対応したデータが記憶されていない場合でも、データベースに記憶されているデータから被処理水の状態が大きく変化した時点での被処理水１の状態において適切な散気量を推定することができる。例えば、データベースが水温１０℃と水温３０℃とにそれぞれ対応したデータを有しており、被処理水１の状態が大きく変化した時点での被処理水１の水温が２０℃の場合、水温１０℃と水温３０℃とにそれぞれ対応したデータの散気量の平均値を、適切な散気量として推定することができる。
さらに、散気量制御システム３００の運転に伴いデータベースを更新することで、より詳細なデータベースを作成することができる。

実施の形態３に係る散気量制御システム３００は、膜分離槽内の被処理水の被処理水情報を取得する被処理水情報取得部と、被処理水情報と、制御装置が算出した目標散気量と、測定装置が測定した膜間差圧の変化量とを互いに関連付けて記憶する記憶媒体と、を有する。

以上の構成によって、実施の形態３に係る散気量制御システム３００は、膜分離槽２中の被処理水１の状態が大きく変化した場合でも、データベースに記憶されているデータを用いて素早く目標散気量を算出することができる。

本発明は、実施の形態１ないし３で説明した形状に限定されるものでなく、発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせることや、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

以上のように本発明の実施の形態について説明を行ったが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の権利範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲のすべての変更が含まれることが意図される。

１００，２００，３００ 散気量制御システム、
１ 被処理水、２ 膜分離槽、３ 分離膜、４ ろ過ポンプ、５ 散気装置、
６ 測定装置、７ 制御装置、
３１ 情報取得装置、
５１ 散気管、５２ 気体供給部、
６１ 圧力測定部、６２ 変化量算出部、
７１ 記録部、７２ 変化量比較部、７３ 散気量算出部、７４ 散気量制御部、
３１１ 被処理水情報取得部、３１２ 記憶媒体、
１０００ａ，１０００ｂ ＣＰＵ、１００１ａ，１００１ｂ メモリ。

Claims (9)

1. 被処理水を貯留する膜分離槽内の分離膜に対し目標散気量に基づいて散気を行なう散気量制御システムにおいて、
   前記目標散気量として第１目標散気量を決定し、前記第１目標散気量を決定したあとに前記目標散気量として第２目標散気量を決定する制御装置と、
   前記制御装置が決定した前記目標散気量に基づいて気体を供給して前記散気を行なう散気装置と、
   前記散気装置が供給した前記気体に対する前記分離膜の膜間差圧の変化量を算出する測定装置とを備え、
   前記散気装置が前記第１目標散気量に基づいて行った前記散気に対して前記測定装置が算出した前記分離膜の膜間差圧の第１変化量が、前記散気装置が前記第２目標散気量に基づいて行った前記散気に対して前記測定装置が算出した前記分離膜の膜間差圧の第２変化量よりも大きい場合、前記制御装置は、第３目標散気量として前記第２目標散気量よりも小さな値を決定することを特徴とする散気量制御システム。
2. 前記第１変化量が前記第２変化量よりも小さい場合、前記制御装置は、前記第３目標散気量として前記第２目標散気量よりも大きい値を決定することを特徴とする請求項１に記載の散気量制御システム。
3. 被処理水を貯留する膜分離槽内の複数の分離膜に対し、目標散気量に基づいて散気を行なう散気量制御システムにおいて、
   前記目標散気量として第１目標散気量を決定する制御装置と、
   前記制御装置が決定した前記目標散気量に基づいて気体を供給して前記散気を行なう散気装置と、
   前記散気装置が供給した前記気体に対する前記複数の分離膜の膜間差圧の変化量をそれぞれ算出する測定装置とを備え、
   前記測定装置が算出した、前記散気装置が前記第１目標散気量に基づく前記散気を行った間の前記複数の分離膜のそれぞれの膜間差圧に対応する各第１変化量同士の差が閾値未満の場合、前記制御装置は、第２目標散気量として前記第１目標散気量よりも小さな値を決定することを特徴とする散気量制御システム。
4. 前記各第１変化量同士の差が閾値以上の場合、前記制御装置は、第２目標散気量として前記第１目標散気量よりも大きな値を決定することを特徴とする請求項３に記載の散気量制御システム。
5. 前記膜分離槽内の被処理水の被処理水情報を取得する被処理水情報取得部と、
   前記被処理水情報と、前記制御装置が決定した目標散気量と、前記測定装置が算出した膜間差圧の変化量とを互いに関連付けて記憶する記憶媒体と、
   を有する情報取得装置を備える請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の散気量制御システム。
6. 被処理水を貯留する膜分離槽内の分離膜に対し目標散気量に基づいて散気を行なう散気量制御方法において、
   前記目標散気量として第１目標散気量を決定し、前記第１目標散気量を決定したあとに前記目標散気量として第２目標散気量を決定する散気量決定ステップと、
   前記散気量決定ステップによって決定した前記目標散気量に基づいて気体を供給して前記散気を行なう散気ステップと、
   前記散気ステップによって供給した前記気体に対する前記分離膜の膜間差圧の変化量を算出する変化量算出ステップとを備え、
   前記第１目標散気量に基づいて行った前記散気に対して算出した前記分離膜の膜間差圧の第１変化量が、前記第２目標散気量に基づいて行った前記散気に対して算出した前記分離膜の膜間差圧の第２変化量よりも大きい場合、第３目標散気量として前記第２目標散気量よりも小さな値を決定することを特徴とする散気量制御方法。
7. 前記第１変化量が前記第２変化量よりも小さい場合、前記第３目標散気量として前記第２目標散気量よりも大きい値を決定することを特徴とする請求項６に記載の散気量制御方法。
8. 被処理水を貯留する膜分離槽内の複数の分離膜に対し目標散気量に基づいて散気を行なう散気量制御方法において、
   前記目標散気量として第１目標散気量を決定する散気量決定ステップと、
   前記散気量決定ステップによって決定した前記目標散気量に基づいて気体を供給して前記散気を行なう散気ステップと、
   前記散気ステップによって供給した前記気体に対する前記複数の分離膜の膜間差圧の変化量をそれぞれ算出する変化量算出ステップとを備え、
   前記第１目標散気量に基づく前記散気を行った間の前記複数の分離膜のそれぞれの膜間差圧に対応する各第１変化量同士の差が閾値未満の場合、第２目標散気量として前記第１目標散気量よりも小さな値を決定することを特徴とする散気量制御方法。
9. 前記各第１変化量同士の差が閾値以上の場合、前記第２目標散気量として前記第１目標散気量よりも大きい値を決定することを特徴とする請求項８に記載の散気量制御方法。

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