JP7214576B2 - Cleaning air volume control system and cleaning air volume control device - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、洗浄風量制御システム及び洗浄風量制御装置に関する。 An embodiment of the present invention relates to a cleaning air volume control system and a cleaning air volume control device.
下水管を流れた汚水は、スクリーン、沈砂池、及び最初沈澱池等を経て、曝気槽へと供給される。汚水中の有機物質は、曝気槽内の活性汚泥に含まれる微生物の一種である従属栄養細菌によって、二酸化炭素及び水に分解される。また、汚水中のアンモニア成分は、曝気槽内の活性汚泥に含まれる微生物の一種である硝化菌(亜硝酸菌及び硝酸菌)によって、硝酸態の窒素成分に酸化される。これらの分解反応によって、従属栄養細菌や硝化菌は各々増殖する。 The sewage that has flowed through the sewage pipe is supplied to the aeration tank through a screen, a settling basin, a primary sedimentation basin, and the like. Organic substances in sewage are decomposed into carbon dioxide and water by heterotrophic bacteria, which are a type of microorganism contained in activated sludge in the aeration tank. Further, the ammonia component in the sewage is oxidized into nitrate-form nitrogen components by nitrifying bacteria (nitrite bacteria and nitrate bacteria), which are a kind of microorganisms contained in the activated sludge in the aeration tank. Heterotrophic bacteria and nitrifying bacteria proliferate by these decomposition reactions.
汚水中の有機物質やアンモニアが分解除去された後の処理水は、曝気槽内に配置された分離膜ユニットによって活性汚泥から分離される。活性汚泥中の固形成分は分離膜ユニットを通過することができず、処理水が分離膜ユニットを通過する。分離膜ユニットを通過した処理水は、曝気槽から排出される。 The treated water after organic substances and ammonia in the sewage are decomposed and removed is separated from the activated sludge by a separation membrane unit arranged in the aeration tank. Solid components in the activated sludge cannot pass through the separation membrane unit, and treated water passes through the separation membrane unit. The treated water that has passed through the separation membrane unit is discharged from the aeration tank.
分離膜ユニットによって処理水が排出されるにつれ、活性汚泥に含まれる微生物及び微生物の代謝物質であるEPS(Extracellular Polymeric Substance)等の高分子化合物及び無機物等が分離膜ユニットの処理水通過流路に入り込む。これによって、分離膜ユニットの目詰まりが徐々に発生する。この目詰まり状態を検出するために、処理水排出時において分離膜の上流側(一次側)の水圧と下流側(二次側)の水圧の差である膜差圧(TMP:Trans Membrane Pressure)が測定される。 As the treated water is discharged from the separation membrane unit, microorganisms contained in the activated sludge and polymer compounds such as EPS (Extracellular Polymeric Substance), which are metabolites of microorganisms, and inorganic substances, etc. enter the treated water passage of the separation membrane unit. enter. This causes gradual clogging of the separation membrane unit. In order to detect this clogging state, trans membrane pressure (TMP), which is the difference between the water pressure on the upstream side (primary side) and the water pressure on the downstream side (secondary side) of the separation membrane when the treated water is discharged. is measured.
分離膜ユニットの目詰まりが生じると、同じ処理水の排出流量を得るのに必要な膜差圧が徐々に上昇する。分離膜ユニットの目詰まりを抑制するため、曝気槽内には、分離膜ユニットを空気洗浄するための散気部が分離膜ユニットの下方に設けられている。散気部は、膜面を洗浄するために空気を供給する。散気部によって供給される膜洗浄用の空気量を洗浄風量という。従来、散気部は、分離膜ユニット毎に定められた定格風量にて運用される場合が多かった。洗浄風量を供給するブロワの消費電力は、膜処理システムの動力費の大半を占める。このため、洗浄風量を削減することが求められている。 When clogging occurs in the separation membrane unit, the transmembrane pressure difference required to obtain the same discharge flow rate of treated water gradually increases. In order to suppress clogging of the separation membrane unit, an air diffuser for cleaning the separation membrane unit with air is provided below the separation membrane unit in the aeration tank. The air diffuser supplies air to clean the membrane surface. The amount of air for cleaning the membrane supplied by the diffuser is called cleaning air volume. Conventionally, the air diffuser was often operated at a rated air volume determined for each separation membrane unit. The power consumption of the blower that supplies the cleaning air volume accounts for most of the power cost of the membrane treatment system. Therefore, it is required to reduce the amount of cleaning air.
そこで、洗浄風量を削減するため、膜処理システムでは、膜差圧又は膜ろ過抵抗の制御目標値を生成し、その制御目標に沿うように洗浄風量を制御する方法が用いられる。制御目標値は、膜差圧又は膜ろ過抵抗の初期値TMP0、薬液洗浄実施が必要となる膜差圧又は膜ろ過抵抗の上限値TMPlim、薬液洗浄実施のメンテナンス周期L及び閉塞指数kに基づいて決定される。上述の制御方法では、メンテナンス周期Lを適切に設定する必要がある。ここで、分離膜ユニットに対して定格風量で洗浄風量を散気した場合におけるメンテナンス周期Lmよりも大きなメンテナンス周期Lを設定した場合、制御目標に沿うように洗浄風量を制御することはできなかった。また、メンテナンス周期Lmは、処理水の量又は水質に応じて変化する。したがって、膜処理システムの運用者は、処理水の量又は水質に応じて、メンテナンス周期Lを設定する必要がある。膜処理システムの運用者は、自らの経験及び知識に基づいて、適宜メンテナンス周期Lを設定する。しかし、このような経験や知識に基づく設定方法では、運用者が判断を誤ったり、運用者の経験や知識が十分ではない場合があったり等の理由で、適切なメンテナンス周期Lを設定することは難しい場合があった。 Therefore, in order to reduce the cleaning air volume, a method of generating a control target value of transmembrane pressure difference or membrane filtration resistance and controlling the cleaning air volume in accordance with the control target is used in the membrane treatment system. The control target values are the initial value TMP 0 of the transmembrane pressure or membrane filtration resistance, the upper limit value TMP lim of the transmembrane pressure or membrane filtration resistance that requires chemical cleaning, the maintenance cycle L for chemical cleaning, and the clogging index k. determined based on In the control method described above, it is necessary to set the maintenance cycle L appropriately. Here, if the maintenance cycle L is set to be longer than the maintenance cycle L m when the cleaning air volume is diffused at the rated air volume for the separation membrane unit, it is not possible to control the cleaning air volume in accordance with the control target. rice field. Also, the maintenance cycle Lm changes according to the amount or quality of treated water. Therefore, the operator of the membrane treatment system needs to set the maintenance cycle L according to the amount or quality of treated water. The operator of the membrane treatment system appropriately sets the maintenance cycle L based on his/her experience and knowledge. However, in such a setting method based on experience and knowledge, it is difficult to set an appropriate maintenance cycle L for reasons such as the operator making a mistake in judgment or the operator's experience and knowledge being insufficient. was difficult at times.
本発明が解決しようとする課題は、洗浄風量の削減を図りながら、より適切にメンテナンス周期を決定することができる洗浄風量制御システム及び洗浄風量制御装置を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a cleaning air volume control system and a cleaning air volume control device that can more appropriately determine a maintenance cycle while reducing the cleaning air volume.
実施形態の洗浄風量制御システムは、代表池圧力計と、目標値設定部と、風量制御部とを持つ。代表池圧力計は、定格風量で空気が供給される代表池に設置され、前記代表池に流入する被処理水をろ過する代表池分離膜ユニットの膜差圧を測定する。目標値設定部は、前記定格風量より少ない所定の風量で空気が供給される制御池に設置され、前記代表池に流入する被処理水と同様の被処理水をろ過する制御池分離膜ユニットの膜差圧又は膜ろ過抵抗の上限値と、前記代表池分離膜ユニットの膜差圧に基づいて算出される膜ろ過抵抗又は前記代表池分離膜ユニットの膜差圧の経時変化情報と、に基づいて前記制御池の膜差圧又は膜ろ過抵抗の目標値を設定する。風量制御部は、前記目標値に基づいて前記制御池に供給される風量を制御する。 The cleaning air volume control system of the embodiment has a representative pond pressure gauge, a target value setting section, and an air volume control section. The representative pond pressure gauge is installed in a representative pond to which air is supplied at a rated air volume, and measures the transmembrane pressure difference of the representative pond separation membrane unit that filters the water to be treated flowing into the representative pond. The target value setting unit is installed in a control pond to which air is supplied at a predetermined air volume less than the rated air volume, and is a control pond separation membrane unit that filters the same water to be treated as the water to be treated that flows into the representative pond. Based on the upper limit value of the transmembrane pressure difference or the transmembrane filtration resistance, and the temporal change information of the transmembrane filtration resistance or the transmembrane pressure difference of the representative pond separation membrane unit calculated based on the transmembrane pressure difference of the representative pond separation membrane unit to set the target value of the transmembrane pressure or membrane filtration resistance of the control reservoir. The air volume control unit controls the volume of air supplied to the control pond based on the target value.
以下、実施形態の洗浄風量制御システム及び洗浄風量制御装置を、図面を参照して説明する。 Hereinafter, a cleaning air volume control system and a cleaning air volume control device according to embodiments will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態の下水処理システム10を示す図である。下水処理システム10は、スクリーン100、曝気槽200及び処理水槽300を備える。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a
スクリーン100は、下水処理システム10に流れてきた汚水から、分離膜の膜面に傷をつけるようなミリオーダの大きなゴミを除去する。汚水は、例えば汚れ又は不純物を含む液体である。スクリーン透過後の汚水は、曝気槽200へ流れ込む。曝気槽200内の活性汚泥の中には、空気が吹き込まれる。これによって、活性汚泥中の微生物の働きにより、汚水中の有機物やアンモニアは酸化分解されて除去される。処理水は、分離膜ユニット204を使って排出される。分離膜ユニット204を通過して排出された処理水は、処理水槽300へ流れ込む。
The
図2は、第1の実施形態の洗浄風量制御システム1のシステム構成図である。洗浄風量制御システム1は、曝気槽200内に設けられた分離膜ユニット204の洗浄曝気の制御を行う。洗浄曝気は、分離膜ユニット204の下部から膜の目詰まりを防止するための空気を吹き込む。洗浄風量制御システム1は、吹き込まれる空気の量(以下「洗浄風量」という。)の制御を行う。第1の実施形態における洗浄風量制御システム1では、水処理系列を3系列備える。
FIG. 2 is a system configuration diagram of the cleaning air
第1の実施形態の洗浄風量制御システム1は、第1流路201aに対し、第1曝気槽200aを備え、第1曝気槽200aは、第1補助散気ブロワ202a、第1補助散気装置203a、第1分離膜ユニット204a、第1圧力計205a、第1流量計206a、第1膜洗浄ブロワ207a、第1洗浄風量計208a、第1散気装置209aを備える。第1の実施形態の洗浄風量制御システム1は、第2流路201bに対し、第2曝気槽200bを備え、第2曝気槽200bは、第2補助散気ブロワ202b、第2補助散気装置203b、第2分離膜ユニット204b、第2圧力計205b、第2流量計206b、第2膜洗浄ブロワ207b、第2洗浄風量計208b、第2散気装置209bを備える。第1の実施形態の洗浄風量制御システム1は、第3流路201cに対し、第3曝気槽200cを備え、第3曝気槽200cは、第3補助散気ブロワ202c、第3補助散気装置203c、第3分離膜ユニット204c、第3圧力計205c、第3流量計206c、第3膜洗浄ブロワ207c、第3洗浄風量計208c、第3散気装置209cを備える。第1の実施形態の洗浄風量制御システム1は、制御装置250を備える。第1分離膜ユニット204aは、代表池分離膜ユニットの一態様である。第1圧力計205aは、代表池圧力計の一態様である。第2分離膜ユニット204b及び第3分離膜ユニット204cは、制御池分離膜ユニットの一態様である。第2圧力計205b及び第3圧力計205cは、制御池圧力計の一態様である。
The cleaning air
以下、第1から第3のいずれの曝気槽であるかを区別しないときは、単に曝気槽200と称して説明する。以下、第1から第3のいずれの流路であるかを区別しないときは、単に流路201と称して説明する。以下、第1から第3のいずれの補助散気ブロワであるかを区別しないときは、単に補助散気ブロワ202と称して説明する。以下、第1から第3のいずれの補助散気装置であるかを区別しないときは、単に補助散気装置203と称して説明する。以下、第1から第3のいずれの分離膜ユニットであるかを区別しないときは、単に分離膜ユニット204と称して説明する。以下、第1から第3のいずれの圧力計であるかを区別しないときは、単に圧力計205と称して説明する。以下、第1から第3のいずれの流量計であるかを区別しないときは、単に流量計206と称して説明する。以下、第1から第3のいずれの膜洗浄ブロワであるかを区別しないときは、単に膜洗浄ブロワ207と称して説明する。以下、第1から第3のいずれの洗浄風量計208であるかを区別しないときは、単に洗浄風量計208と称して説明する。以下、第1から第3のいずれの散気装置であるかを区別しないときは、単に散気装置209と称して説明する。
In the following description, the
洗浄風量制御システム1における水処理系列について説明する。曝気槽200には、流路201を通った処理対象の汚水が流入する。曝気槽200は、汚水を処理する生物反応タンクと生物反応タンク内に固液分離を行う分離膜ユニット204とを備える。分離膜ユニット204の下部には、膜の目詰まりを防止するための洗浄曝気を行うための膜洗浄ブロワ207が設けられる。また、曝気槽200には、補助散気ブロワ202が設けられる。補助散気ブロワ202は、生物処理に必要な酸素を供給する。
A water treatment system in the cleaning air
洗浄風量制御システム1における汚水処理の流れについて説明する。処理対象の汚水を曝気槽200に流入させる。曝気槽200は、微生物及び膜ろ過によって流入した汚水を処理する。以下、具体的に説明する。曝気槽200内には、好気性の微生物(従属栄養細菌及び硝化菌等)が活性化された活性汚泥が存在する。補助散気ブロワ202は、補助散気装置203内に空気を供給する。補助散気装置203は、空気を曝気槽200内の活性汚泥に供給する。これによって、曝気槽200内の活性汚泥中に気泡が放出される。曝気槽200に流入した汚水中の有機物及びアンモニアは、曝気槽200内の活性汚泥中の微生物の働きによって分解及び除去される。
A flow of sewage treatment in the cleaning air
分離膜ユニット204は、複数枚の分離膜を集積した機材である。分離膜ユニット204は、曝気槽200内の汚水中に浸漬して配置される。分離膜ユニット204は、曝気槽200内の汚水等の被処理水をろ過する。分離膜ユニット204に使用される分離膜は、例えば平均孔径0.4[μm]の複数の透過流路を備えた多孔性の平膜である。活性汚泥に含まれる微生物のサイズは、約1[μm](細菌)~数100[μm](原生動物等)である。このため、活性汚泥に含まれる微生物は、分離膜ユニット204を通過することができず、清澄な処理水が分離膜ユニット204を通過する。汚水処理において、吸引ポンプ(不図示)が駆動されることによって、分離膜ユニット204による固液分離行われ、分離膜ユニット204を透過した汚水が処理水として排出される。分離膜ユニット204を透過した処理水の配管には、圧力計205及び流量計206が設けられる。圧力計205は、測定値に基づいて、分離膜ユニット204の膜差圧を算出できる。圧力計205は、測定値を制御装置250に送信する。流量計206は、処理水の流量を測定する。
The
膜洗浄ブロワ207は、散気装置209に空気を供給する。散気装置209は、分離膜ユニット204の下部に設置される。散気装置209は、供給された空気によって気泡を放出する。散気装置209は、気泡流を分離膜の表面に与えることで、膜面を洗浄する。これによって、分離膜の目詰まり(以下「膜ファウリング」という。)の進行が抑制される。散気装置209に供給される空気が通過する配管には、洗浄風量計208が設けられる。洗浄風量計208は、膜洗浄ブロワ207から供給される空気の風量を測定する。
Membrane cleaning blower 207 supplies air to diffuser 209 . The air diffuser 209 is installed below the
なお、分離膜の膜差圧が予め設定された上限値よりも高くなった場合、分離膜は薬液洗浄される。具体的には、曝気槽200へ流入される汚水を一時的に停止し、分離膜による膜ろ過も同時に停止する。その後、分離膜ユニット204は、分離膜ユニット204の下流側(二次側)より次亜塩素酸ナトリウムやシュウ酸等の薬液が注入されて洗浄される。分離膜ユニット204の洗浄が完了すると、分離膜ユニット204の膜差圧は初期値近くまで回復する。薬液洗浄された分離膜ユニット204は、曝気槽200内で再び膜ろ過を開始する。
When the transmembrane pressure difference of the separation membrane becomes higher than a preset upper limit value, the separation membrane is washed with a chemical solution. Specifically, the sewage flowing into the
第1の実施形態における洗浄風量制御システム1は、第1曝気槽200a、第2曝気槽200b及び第3曝気槽200cの3つの曝気槽を備える。洗浄風量制御システム1は、第1曝気槽200aを代表池として運用する。洗浄風量制御システム1は、第2曝気槽200bを第1制御池として運用する。洗浄風量制御システム1は、第3曝気槽200cを第2制御池として運用する。代表池及び制御池は、同じ仕様で構成される。例えば、代表池及び制御池は、同じ容量の曝気槽を持つ。例えば、代表池及び制御池に設けられる分離膜ユニット204は、膜の枚数、厚み、孔の大きさ等が同じ仕様である分離膜ユニットである。例えば、代表池及び制御池に流入される汚水は同じ汚水を処理する。代表池の第1膜洗浄ブロワ207aは、分離膜ユニット204毎に定められる定格風量で運用される。これに対して、第1制御池の第2膜洗浄ブロワ207bと第2制御池の第3膜洗浄ブロワ207cとは、制御装置250によって洗浄風量を制御される。制御装置250によって制御される洗浄風量は、定格風量よりも少ない風量であってよい。以下、第1制御池又は第2制御池のいずれの制御池に設けられた装置(例えば、第2分離膜ユニット204b又は第3分離膜ユニット204c)であるかを区別しないときは、単に制御池の装置(例えば、制御池の分離膜ユニット204)と称して説明する。
The cleaning air
図3は、第1の実施形態の洗浄風量制御システム1の機能ブロック図である。洗浄風量制御システム1は、制御装置250を備える。制御装置250は、第1制御池及び第2制御池の洗浄風量を制御する。制御装置250は、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサと、プロセッサが実行するプログラムを格納するメモリとを備える。制御装置250は、メモリに格納されたプログラムを実行することで、目標値設定部251及び風量制御部252の各機能を実現する。なお、目標値設定部251及び風量制御部252は、LSI(Large Scale Integration)やASIC(Application Specific Integrated Circuit)等のハードウェアであってもよい。
FIG. 3 is a functional block diagram of the cleaning air
目標値設定部251は、代表池の膜差圧に基づいて、第1制御池及び第2制御池の膜差圧の目標値を算出する。目標値設定部251は、例えば、以下の数式(1)による演算により、膜差圧の目標値を算出する。
The target
ここで、TMP0(t)は、代表池の膜差圧の計測値である。膜差圧は、kPaの単位で表される。目標値設定部251は、第1圧力計205aから第1分離膜ユニット204aの膜差圧TMP0(t)を取得する。TMPref1(t)は、第1制御池の膜差圧の目標値である。TMPref2(t)は、第2制御池の膜差圧の目標値である。a1、a2、b1及びb2は、補正係数パラメータである。補正係数パラメータは、第2膜洗浄ブロワ207b及び第3膜洗浄ブロワ207cを同一の運転条件で運用された場合に、各池間の膜差圧値に所定の差異がある場合に使用される。補正係数パラメータは、過去の運転データに対して統計的な処理を行うことで決定される。目標値設定部251は、各池間の膜差圧値に所定の差異がない場合、a1=a2=1、b1=b2=0として、膜差圧の目標値を算出してもよい。
Here, TMP 0 (t) is the measured value of the transmembrane pressure of the representative pond. The transmembrane pressure is expressed in units of kPa. The target
なお、目標値設定部251は、膜差圧の目標値を算出するにあたって、代表池のTMP0(t)を用いて算出するのであれば、どのような数式を用いてもよい。例えば、目標値設定部251は、以下の数式(2)による演算により、TMPの目標値を算出してもよい。
In calculating the target value of the transmembrane pressure difference, the target
風量制御部252は、第1制御池及び第2制御池の風量を制御する。風量制御部252は、数式(1)又は数式(2)で算出された各制御池の膜差圧の目標値と各制御池の膜差圧の計測値との差に応じて、風量を算出する。風量制御部252は、例えば、プロセス制御で汎用的に使われるPI(Proportional-Integral)制御式にて算出する。例えば、PI制御式は以下の数式(3)で表される。
The air
ここで、Kpは比例ゲインである。Tiは積分時間である。Kp及びTiは、いずれも正の値である。Qair1(t)は、第1洗浄池の洗浄風量(m3/min)である。TMP1(t)は、第1制御池の膜差圧の計測値(kPa)である。Qair2(t)は、第2洗浄池の洗浄風量(m3/min)である。TMP2(t)は、第2制御池の膜差圧の計測値(kPa)である。 where Kp is the proportional gain. T i is the integration time. Both K p and T i are positive values. Q air1 (t) is the washing air volume (m 3 /min) of the first washing pond. TMP 1 (t) is the measured transmembrane pressure (kPa) of the first control reservoir. Q air2 (t) is the washing air volume (m 3 /min) of the second washing pond. TMP 2 (t) is the measured transmembrane pressure (kPa) of the second control pond.
風量制御部252は、第2圧力計205bから第2分離膜ユニット204bの膜差圧TMP1(t)を取得する。風量制御部252は、数式(3)に基づいて、膜差圧の目標値TMPref1(t)よりも膜差圧の計測値TMP1(t)が高い場合には第2膜洗浄ブロワ207bの風量を増加させる制御を行う。風量制御部252は、数式(3)に基づいて、膜差圧の目標値TMPref1(t)よりも膜差圧の計測値TMP1(t)が低い場合には第2膜洗浄ブロワ207bの風量を減少させる制御を行う。
The air
風量制御部252は、第3圧力計205cから第3分離膜ユニット204cの膜差圧TMP2(t)を取得する。風量制御部252は、数式(3)に基づいて、膜差圧の目標値TMPref2(t)よりも膜差圧の計測値TMP2(t)が高い場合には第3膜洗浄ブロワ207cの風量を増加させる制御を行う。風量制御部252は、数式(3)に基づいて、膜差圧の目標値TMPref2(t)よりも膜差圧の計測値TMP2(t)が低い場合には第3膜洗浄ブロワ207cの風量を減少させる制御を行う。
The air
図4は、第1の実施形態の代表池及び制御池における膜差圧及び洗浄風量の変化の一具体例を示す図である。図4に示されるように、代表池の洗浄風量は、定格風量Q0で一定で運用を行う。風量制御部252は、数式(3)に基づいて洗浄風量を制御することで、代表池の膜差圧と制御池の膜差圧との上昇がほぼ同等になるように制御する。洗浄風量の制御は薬液洗浄実施後から開始される。したがって、風量制御部252は、第2膜洗浄ブロワ207b及び第3膜洗浄ブロワ207cの風量を低減させることができ、制御池の膜洗浄ブロワ207の動力費を低減することができる。なお、洗浄風量制御システム1は、図4に示されるように制御開始時点の制御池における洗浄風量を代表池における洗浄風量(定格風量)よりも小さい風量で開始することで、風量削減効果を得やすくなる。
FIG. 4 is a diagram showing a specific example of changes in the transmembrane pressure difference and the cleaning air volume in the representative pond and the control pond of the first embodiment. As shown in FIG. 4, the washing air volume of the representative pond is kept constant at the rated air volume Q0 . The air
洗浄風量制御システム1は、代表池又は制御池のいずれか1つの膜差圧が所定の圧力以上になった場合、代表池及び制御池にて行われている膜ろ過を停止する。分離膜ユニット204は、膜ろ過が停止された後に薬液洗浄される。薬液洗浄された分離膜ユニット204の膜差圧は、図4に示されるように初期値近傍まで低下する。洗浄風量制御システム1は、膜ろ過運転を開始し、再び洗浄風量制御を行う。洗浄風量制御システム1は、上述の動作を繰り返すことで、洗浄風量を削減する。
When the transmembrane pressure difference in either the representative pond or the control pond becomes equal to or higher than a predetermined pressure, the cleaning air
図5は、第1の実施形態の洗浄風量制御の一具体を示すフローチャートである。本フローチャートにおいて、第i制御池とは、洗浄風量制御システム1にて制御される全ての制御池を表す。例えば、洗浄風量制御システム1が第1制御池から第N制御池までを制御する場合、第i制御池はN個の制御池を指す。本実施形態では、洗浄風量制御システム1は、第1制御池及び第2制御池を制御するため、N=2である。本フローチャートの各ステップにおいて第1制御池及び第2制御池のそれぞれに対して処理が行われる。目標値設定部251は、第1圧力計205aから代表池に設けられた第1分離膜ユニット204aの膜差圧を取得する(ステップS101)。目標値設定部251は、膜差圧に基づいて、第i制御池の膜差圧の目標値を設定する(ステップS102)。目標値設定部251は、例えば、数式(1)又は数式(2)等の所定の数式を解くことで、膜差圧の目標値を算出する。
FIG. 5 is a flow chart showing a specific example of cleaning air volume control according to the first embodiment. In this flow chart, the i-th control pond represents all the control ponds controlled by the cleaning air
風量制御部252は、圧力計から第i制御池に設けられた分離膜ユニットの膜差圧を取得する。具体的には、風量制御部252は、第2圧力計205bから、第1制御池に設けられた第2分離膜ユニット204bの膜差圧を取得する。風量制御部252は、第3圧力計205cから、第2制御池に設けられた第3分離膜ユニット204cの膜差圧を取得する(ステップS103)。風量制御部252は、膜差圧の目標値と取得された制御池の膜差圧とに基づいて、第i制御池の洗浄風量の制御を行う(ステップS104)。具体的には、風量制御部252は、数式(3)に基づいて、第1制御池の膜差圧の目標値よりも第1制御池の膜差圧の計測値が高い場合には第2膜洗浄ブロワ207bの風量を増加させる制御を行う。風量制御部252は、数式(3)に基づいて、第1制御池の膜差圧の目標値よりも第1制御池の膜差圧の計測値が低い場合には第2膜洗浄ブロワ207bの風量を減少させる制御を行う。風量制御部252は、第2制御池についても同様の制御を行う。
The air
目標値設定部251又は風量制御部252は、取得された代表池又は第i制御池の膜差圧が所定の圧力以上であるか否かを判定する(ステップS105)。目標値設定部251又は風量制御部252は、取得された代表池又は第i制御池の膜差圧が所定の圧力以上である場合(ステップS105:YES)、処理を終了する。処理が終了された場合、洗浄風量制御システム1は、膜ろ過を停止する。膜ろ過が停止された後に、薬液洗浄が実施される。取得された代表池又は第i制御池の膜差圧が所定の圧力未満である場合(ステップS105:NO)、処理は、ステップS101に遷移する。
The target
このように構成された、洗浄風量制御システム1では、目標値設定部251が、代表池の膜差圧に基づいて、各制御池の膜差圧の目標値を算出する。風量制御部252は、制御池の膜差圧と算出された目標値とに基づいて、制御池の洗浄風量を制御する。具体的には、風量制御部252は、制御池の膜差圧の目標値よりも制御池の膜差圧の計測値が高い場合には風量を増加させる制御を行う。風量制御部252は、制御池の膜差圧の目標値よりも制御池の膜差圧の計測値が低い場合には風量を減少させる制御を行う。したがって、洗浄風量制御システム1は、メンテナンス周期Lを設定することなく、代表池と同等の薬液洗浄期間を確保しながら、制御池の洗浄風量を低減することが可能になる。
In the cleaning air
第1の実施形態にて説明した数式(1)及び数式(2)は、制御開始又は薬液洗浄のタイミングが代表池と制御池とが同時となる場合の数式である。しかし、代表池と制御池とは、制御開始又は薬液洗浄のタイミングとが異なっていてもよい。具体的には、目標値設定部251は、代表池と制御池との制御開始又は薬液洗浄のタイミングとが異なる場合、以下の数式(4)又は数式(5)に基づいて、制御池の膜差圧の目標値を算出してもよい。
Formulas (1) and (2) described in the first embodiment are formulas when the timing of control start or chemical cleaning is the same for the representative reservoir and the control reservoir. However, the representative pond and the control pond may have different timings of control start or chemical cleaning. Specifically, the target
ここで、T1は、代表池の薬液洗浄のタイミングと第1制御池の薬液洗浄のタイミングとの時間差を表す。T2は、代表池の薬液洗浄のタイミングと第2制御池の薬液洗浄のタイミングとの時間差を表す。 Here, T1 represents the time difference between the chemical cleaning timing of the representative reservoir and the chemical cleaning timing of the first control reservoir. T2 represents the time difference between the chemical cleaning timing of the representative pond and the chemical cleaning timing of the second control pond.
図6は、第1の実施形態の代表池及び第1制御池における薬液洗浄のタイミングの時間差を補正する一具体例を示す図である。図6によると、第1制御池は、制御開始からT1経過後に膜差圧が低下している。このため、第1制御池は、代表池の薬液洗浄のタイミングよりもT1だけ遅れて実施されていることがわかる。このため、第1制御池の膜差圧の目標値を算出するにあたり、目標値設定部251は、数式(4)又は数式(5)に基づいて、時間T1だけずらして、補正をすることで目標値を生成する。
FIG. 6 is a diagram showing a specific example of correcting the time difference between chemical cleaning timings in the representative pond and the first control pond in the first embodiment. According to FIG. 6, in the first control reservoir, the transmembrane pressure has decreased after T1 has elapsed from the start of control. Therefore, it can be seen that the cleaning of the first control pond is carried out with a delay of T1 from the timing of chemical cleaning of the representative pond. Therefore, when calculating the target value of the transmembrane pressure difference in the first control reservoir, the target
第1の実施形態では、第1制御池及び第2制御池のように制御池が2つある場合の例を示したが、制御池は1つ以上であれば、いくつあってもよい。また、代表池は、特定の曝気槽200に限定されない。例えば、代表池と制御池とは、所定期間毎に変更されるように構成されてもよい。このように構成されることで、代表池に設けられた分離膜ユニット204又は膜洗浄ブロワ207等の装置が、常に定格風量で動作することで他の制御池に設けられた装置よりも早期に劣化することを防ぐことができる。
In the first embodiment, an example in which there are two control ponds such as the first control pond and the second control pond was shown, but there may be any number of control ponds as long as they are one or more. Also, the representative pond is not limited to a
第1の実施形態では、数式(1)から数式(5)までに用いられた膜差圧及び膜差圧の目標値は、膜ろ過抵抗としてもよい。膜ろ過抵抗とは、膜差圧をフラックスのべき乗で除した値(=TMP(t)/J(t)α)である。ここで、フラックスJ(t)(m/日)は分離膜の時間当たりの処理量(m3/日)を分離膜の膜面積(m2)で割った値である。αはべき乗補正係数である。このように構成されることで、代表池と制御池とで運転フラックスが異なる場合でも洗浄風量を制御することが可能となる。 In the first embodiment, the transmembrane pressure and the target value of the transmembrane pressure used in Equations (1) to (5) may be the transmembrane filtration resistance. The membrane filtration resistance is a value (=TMP(t)/J(t) α ) obtained by dividing the transmembrane pressure by the power of the flux. Here, the flux J(t) (m/day) is a value obtained by dividing the throughput per hour (m 3 /day) of the separation membrane by the membrane area (m 2 ) of the separation membrane. α is a power correction coefficient. By configuring in this way, it is possible to control the cleaning air volume even when the operating flux differs between the representative pond and the control pond.
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態における制御装置250aについて説明する。図7は、第2の実施形態の洗浄風量制御システム1aの機能ブロック図である。第2の実施形態における制御装置250aは、目標値設定部251の代わりに目標値設定部251aを、風量制御部252の代わりに風量制御部252aを備え、予測値取得部253、入力部260及び表示部270をさらに備える点で第1の実施形態とは異なるが、それ以外の構成は同じである。以下、第1の実施形態と異なる点について説明する。なお、制御装置250aは、第1制御池及び第2制御池に対して同様の処理を行うことができる。したがって、以降の記述では第1制御池又は第2制御池の区別を行わず、単に制御池として説明する。
(Second embodiment)
Next, the
入力部260は、タッチパネル、マウス及びキーボード等の入力装置を用いて構成される。入力部260は、入力装置を制御装置250aに接続するためのインタフェースであってもよい。この場合、入力部260は、入力装置において入力された入力信号から入力データ(例えば、制御装置250aに対して入力される閉塞指数、メンテナンス周期及び膜差圧の上限値等の各値)を生成し、制御装置250aに入力する。
The
表示部270は、CRT(Cathode Ray Tube)ディスプレイ、液晶ディスプレイ、有機EL(Electro Luminescence)ディスプレイ等の出力装置である。表示部270は、出力装置を制御装置250aに接続するためのインタフェースであってもよい。この場合、表示部270は、映像データから映像信号を生成し自身に接続されている映像出力装置に映像信号を出力する。
The
目標値設定部251aの処理について説明する。目標値設定部251aは、制御池の分離膜ユニット204の膜差圧TMP(t)の目標値TMPref(t)を算出する。具体的には、目標値設定部251aは、以下の数式(6)によって表される微分方程式を解くことによって、制御池の分離膜ユニット204の膜差圧TMP(t)の目標値TMPref(t)をtの関数として算出する。なお、tは時刻を表す。膜差圧TMP(t)は、制御池の圧力計205によって計測される。
Processing of the target
ここで、kは、閉塞指数を表す。閉塞指数は、制御池の分離膜ユニット204の閉塞の度合いを表すパラメータである。閉塞指数kは正の値である。k=1の場合、数式(6)の解は、膜差圧TMP(t)が指数関数的に増加する関数となる。k>1の場合には、数式(6)の解は、ある有限の時間において膜差圧TMP(t)の値が無限大に発散する関数となる。閉塞指数kは、制御池の分離膜ユニット204の閉塞の進行度合いに応じて、k=1、1.5又は2のいずれかの値に設定されてもよい。例えば、中間閉塞の場合はk=1、標準閉塞の場合はk=1.5、完全閉塞の場合はk=2に設定されてもよい。閉塞指数kは、入力部260を介して、ユーザによって入力される。ユーザは、洗浄風量制御システム1を運用したり、膜ろ過を監視したりする等の制御装置250aの操作者であればどのような者であってもよい。
where k represents the occlusion index. The clogging index is a parameter representing the degree of clogging of the
k=1として設定された場合、目標値設定部251aは、以下の数式(7)に基づいて、パラメータAを算出し、数式(6)に代入される。
When k=1, the target
ここで、TMP0は膜差圧TMP(t)の初期値である。初期値TMP0は、制御池の圧力計205によって計測される。初期値は、制御池の分離膜ユニット204に対する薬液洗浄が行われた後の膜差圧を表す。Lは暫定的に定められたメンテナンス周期である。メンテナンス周期Lは、入力部260を介して、ユーザによって入力される。メンテナンス周期Lは、第1周期の一態様である。TMPlimは、膜差圧TMP(t)の上限値である。膜差圧がTMPlimに達した場合、分離膜ユニット204に対して薬液洗浄が実施される。TMPlimは、入力部260を介して、ユーザによって入力される。
Here, TMP 0 is the initial value of the transmembrane pressure TMP(t). The initial value TMP 0 is measured by the
kとして1ではない値が設定された場合、目標値設定部251aは、以下の数式(8)に基づいて、パラメータAを算出する。ここで、閉塞指数k、メンテナンス周期L及び膜差圧の上限値TMPlimは、入力部260を介して、ユーザによって入力される。
When a value other than 1 is set as k, the target
なお、上述の数式(6)から数式(8)において、入力される閉塞指数k、メンテナンス周期L及び膜差圧の上限値TMPlimの各値は、制御池毎に共通であってもよいし、制御池毎に異なる値が入力されてもよい。 In the above formulas (6) to (8), the input blockage index k, maintenance cycle L, and upper limit value TMP lim of the transmembrane pressure difference may be common to each control reservoir. , a different value may be input for each control pond.
図8は、第2の実施形態における制御池の膜差圧と時間との関係を示す図である。図8に示されるように、初期値TMP0は、制御池の分離膜ユニット204の薬液洗浄直後のタイミングT0における膜差圧である。メンテナンス周期Lは、分離膜ユニット204をメンテナンス(薬液洗浄)する周期である。具体的には、メンテナンス周期Lは、分離膜ユニット204の薬液洗浄直後のタイミングT0から、次の薬液洗浄タイミングTMPlimまでの時間である。メンテナンス周期Lは、例えば30日に設定される。上限値TMPlimは、例えば20[kPa]に設定される。
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the transmembrane pressure of the control reservoir and time in the second embodiment. As shown in FIG. 8, the initial value TMP 0 is the transmembrane pressure difference at timing T 0 immediately after the
制御池の圧力計205は、分離膜ユニット204が薬液洗浄された後の膜ろ過が再開されたタイミングT0において、膜差圧の初期値TMP0を計測する。制御池の圧力計205は、測定された初期値TMP0を制御装置250aの目標値設定部251aへと送信する。一方、ユーザは、マウスやキーボード等の入力部260を用い、閉塞指数k、メンテナンス周期L、及び上限値TMPlimを入力する。入力部260は、入力された閉塞指数k、メンテナンス周期L、及び上限値TMPlimを、制御装置250aの目標値設定部251aへと送信する。
The
図7に戻って、目標値設定部251aの説明を続ける。目標値設定部251aは、判定計算周期t1毎に、代表池の運転情報に基づいて、メンテナンス周期Lを達成可能であるか否かを判定する。達成可能であるとは、薬液洗浄が行われたタイミングから次の薬液洗浄が行われるタイミングまでの期間がLとなることである。達成可能である場合、薬液洗浄が行われたタイミングから期間Lが経過した場合に、次の薬液洗浄を行う。判定計算周期t1は、予め任意の値が設定される。判定計算周期t1は例えば、1日であってもよい、数時間から数日までに1回程度であってもよい。目標値設定部251aは、閉塞指数kの値に応じて、異なる手段を用いてLが達成可能であるか否かを判定する。
Returning to FIG. 7, the description of the target
閉塞指数がk=1の場合について説明する。目標値設定部251aは、代表池のパラメータA0を以下の数式(9)に基づいて算出する。数式(9)は、代表池の膜差圧の変化量を表す。変化量は、経時変化情報の一態様である。ここで、TMP0′は、代表池の膜差圧の初期値を表す。初期値TMP0′は、代表池の第1圧力計205aによって計測される。TMP′(T)は、代表池の膜差圧の現在値を表す。膜差圧の現在値TMP′(T)は、代表池の第1圧力計205aによって計測される。Tは、初期値TMP0′の取得から、現在値TMP′(T)の取得までの経過時間を表す。
A case where the occlusion index is k=1 will be described. The target
目標値設定部251aは、算出されたA0に基づいて、制御池に設定されたメンテナンス周期Lの妥当性を判定する。目標値設定部251aは、以下の数式(10)が成立する場合、制御池に対して達成可能なメンテナンス周期Lが設定されていると判定する。目標値設定部251aは、メンテナンス周期Lを達成可能である場合、Lの補正を行わない。
The target
目標値設定部251aは、以下の数式(11)が成立する(数式(10)が成立しない)場合、制御池に対して達成可能ではないメンテナンス周期Lが設定されていると判定する。目標値設定部251aは、メンテナンス周期Lを達成可能でない場合、Lの補正を行う。具体的には、目標値設定部251aは、制御池に設定されたメンテナンス周期Lを以下の数式(12)で表されるL′に変更する。ここで、数式(12)のBは定められた正の値をとる定数パラメータである。L′は、分離膜ユニット204の洗浄を行うタイミングを表す。
The target
目標値設定部251aによって算出されたL′は、以下の数式(13)で表されるように、数式(11)の右辺よりも小さい値となる。以下の数式(14)は、目標値設定部251aによって算出されたL′が数式(7)のLに代入されることで得られる数式である。目標値設定部251aは、数式(7)のLにL′を代入することで表される数式(14)に基づいて、A′を算出する。目標値設定部251aは、数式(6)のAを算出されたA′に代入することで、制御池の膜差圧の目標値TMPref(t)を算出する。
L' calculated by the target
次に、閉塞指数kの値が1ではない場合について説明する。閉塞指数kの値が1ではない場合、目標値設定部251aは、代表池パラメータA0を数式(15)に基づいて算出する。
Next, the case where the value of the occlusion index k is not 1 will be described. When the value of the clogging index k is not 1, the target
目標値設定部251aは、算出されたA0に基づいて、制御池に設定されたメンテナンス周期Lの妥当性を判定する。目標値設定部251aは、以下の数式(16)が成立する場合、制御池に対して達成可能なメンテナンス周期Lが設定されていると判定する。目標値設定部251aは、メンテナンス周期Lを達成可能である場合、Lの補正を行わない。
The target
目標値設定部251aは、以下の数式(17)が成立する(数式(16)が成立しない)場合、制御池に対して達成可能ではないメンテナンス周期Lが設定されていると判定する。目標値設定部251aは、メンテナンス周期Lが達成可能でない場合、Lの補正を行う。具体的には、目標値設定部251aは、制御池に設定されたメンテナンス周期Lを以下の数式(18)で表されるL′に置き換える。ここで、数式(18)のBは定められた正の値をとる定数パラメータである。
The target
以下の数式(19)は、目標値設定部251aによって算出されたL′が数式(8)のLに代入されることで得られる数式である。目標値設定部251aは、L′を数式(8)のLに代入した数式(19)に基づいて、A′を算出する。目標値設定部251aは、数式(6)のAを算出されたA′に置き換えることで、制御池の膜差圧の目標値TMPref(t)を算出する。
The following formula (19) is a formula obtained by substituting L' calculated by the target
図9は、第2の実施形態の制御池の制御目標の修正の一具体例を示す図である。図9に示されるように、目標値設定部251aは、代表池の膜差圧の測定値の曲線に基づいてA0を算出する。目標値設定部251aは、制御池に設定されたメンテナンス周期Lを達成可能であるか否かを代表池の膜差圧の情報に基づいて判定する。目標値設定部251aは、メンテナンス周期Lを達成可能ではないと判断した場合、メンテナンス周期LをL′となるよう制御目標を修正する。
FIG. 9 is a diagram showing a specific example of correction of the control target of the control pond according to the second embodiment. As shown in FIG. 9, the target value setting unit 251a calculates A0 based on the curve of the measured value of the transmembrane pressure difference of the representative pond. The target
図7に戻って、予測値取得部253の処理を説明する。予測値取得部253は、以下の数式(20)を解くことによって、制御池の分離膜ユニット204の膜差圧TMP(t)の予測値TMPhat(t)をtの関数として算出する。予測値は、制御池の分離膜ユニット204の膜差圧の測定時以降の膜差圧又は膜ろ過抵抗の値を予測した値である。予測値は第1制御池又は第2制御池の洗浄風量制御に用いるが、代表池の予測も同様に実施してもよい。なお、代表池は定格風量一定で運用される。
Returning to FIG. 7, the processing of the predicted
ここで、フラックスJ(t)は、時刻tにおける単位時間に単位面積あたりに分離膜ユニット204を通過する処理水の量である。具体的には、予測値取得部253は、制御池の流量計206によって測定された流量を制御池の分離膜ユニット204の膜面積で除算することによって、フラックスJ(t)を算出する。
Here, the flux J(t) is the amount of treated water that passes through the
予測値取得部253は、以下の数式(21)及び数式(22)からR(t)を消去し、TMP(t)kの係数をパラメータAm(t)と定義することで、数式(20)を得る。ここで、μは粘性係数を表す。J(t)はフラックスを表す。R(t)は膜ろ過抵抗を表す。kは閉塞指数(k=1、1.5又は2)を表す。f(X)は膜ろ過抵抗を上昇させる要因を表す。通常、f(X)はフラックスJ(t)又は水質濃度c×フラックスJ(t)に比例する。膜差圧TMP(t)、フラックスJ(t)及び膜ろ過抵抗R(t)は、制御池の分離膜ユニット204の目詰まりに関する測定値である。
The predicted
フラックスJ(t)の値が一定に制御されている場合は、上記数式(21)は、以下の数式(23)で表される。数式(23)は、数式(6)におけるパラメータAがパラメータAm(t)に置き換えられた式である。 When the value of the flux J(t) is controlled to be constant, the above formula (21) is represented by the following formula (23). Equation (23) is an equation obtained by replacing parameter A in equation (6) with parameter A m (t).
数式(20)及び数式(23)の予測モデルに含まれるパラメータAm(t)は、以下の数式(24)に示されるように、係数a1、係数a2、フラックスX1(t)及び風量X2(t)に基づいて算出される。ここで、予測値取得部253は、算出されたフラックスJ(t)をフラックスX1(t)として用いる。また、予測値取得部253は、制御池の洗浄風量計208から受信した風量を風量X2(t)として用いる。
Parameters A m (t) included in the prediction models of formulas (20) and (23) are, as shown in formula (24) below, coefficient a 1 , coefficient a 2 , flux X 1 (t) and It is calculated based on the air volume X 2 (t). Here, the predicted
なお、数式(24)において、X2(t)は制御池の散気装置209から供給される空気の風量としたが、X2(t)は制御池の散気装置209から供給される空気の空気倍率としてもよい。空気倍率は、制御池の曝気槽200へ流入する汚水量に対する、曝気槽200へ送る空気量の比を表す。なお、予測値取得部253は、分離膜の目詰まりに関する測定値に基づいて、最小二乗法、部分最小二乗法、総最小二乗法、一般化最小二乗法、正則化最小二乗法、サポートベクトル回帰又は適合ベクトル回帰のいずれか1つ以上を用いて係数を算出してもよい。
In Equation (24), X 2 (t) is the volume of air supplied from the air diffuser 209 of the control pond, but X 2 (t) is the air volume supplied from the air diffuser 209 of the control pond. It is good also as air magnification of . The air ratio represents the ratio of the amount of air sent to the
予測値取得部253は、フラックスX1(t)(=J(t))及び風量X2(t)(=Q2(t))に基づいて、数式(24)を用いてパラメータAm(t)を算出する。予測値取得部253は、算出されたパラメータAm(t)、フラックスJ(t)及び閉塞指数kを用いて数式(20)の微分方程式を解くことで、制御池の分離膜ユニット204の膜差圧TMP(t)の予測値TMPhat(t)を算出する。
The predicted
次に、風量制御部252aの処理について説明する。風量制御部252aは、目標値設定部251aによって算出された目標値TMPref(t)と、予測値取得部253によって算出された予測値TMPhat(t)とに基づいて、制御池の膜洗浄ブロワ207の風量を制御する。
Next, processing of the air
風量制御部252aは、以下の数式(25)に基づいて、目標値TMPref(t)と予測値TMPhat(t)との差分E(t)を算出する。
The air
風量制御部252aは、算出された差分E(t)を用いて、制御池の膜洗浄ブロワ207に対してPI制御を行う。具体的に、風量制御部252aは、数式(26)に基づいて、制御池の膜洗浄ブロワ207の操作量u(t)を算出する。Kpは、PI制御における比例ゲインである。Kiは、PI制御における積分ゲインである。Tnowは、現在時刻である。Tpは、現在時刻Tnowからの経過時間である。Tpは、例えば、1日(24時間)に設定されてもよい。
The air
風量制御部252aは、表示部270にメンテナンス周期Lを表示させる。風量制御部252aは、メンテナンス周期Lに到達するまでの日数を表示させてもよい。この場合、風量制御部252aは、メンテナンス周期Lから現在時刻Tnowを減ずることで、メンテナンス周期Lに到達するまでの日数を算出する。
The air
図8に示されるように、膜差圧の目標値TMPref(t)は太い実線で示される。膜差圧の実測値TMPact(t)は細い実線で示される。現在時刻Tnow以降の膜差圧の予測値TMPhat(t)は、破線で示される。 As shown in FIG. 8, the target value TMP ref (t) of the transmembrane pressure is indicated by a thick solid line. The measured transmembrane pressure difference TMP act (t) is indicated by a thin solid line. The predicted value TMP hat (t) of the transmembrane pressure after the current time T now is indicated by a dashed line.
図8に示されるように、現在時刻Tnowにおいて、膜差圧の目標値TMPref(t)と膜差圧の実測値TMPact(t)とは等しい。しかし、図8は、現在時刻TnowからTp経過後の時刻Tnextにおいて、目標値TMP1と予測値TMP2との間には差分E(t)が生じていることを示している。したがって、風量制御部252aは、目標値TMPref(t)と予測値TMPhat(t)との差分E(t)に基づき、膜洗浄ブロワ207の操作量u(t)を算出する。風量制御部252aは、2つのパラメータ(比例ゲインKp及び積分ゲインKi)を用いて膜洗浄ブロワ207を制御することで、パラメータ調整を容易かつシンプルに行うことができる。
As shown in FIG. 8, at the current time T now , the transmembrane pressure target value TMP ref (t) and the transmembrane pressure difference actual measurement value TMP act (t) are equal. However, FIG. 8 shows that a difference E(t) occurs between the target value TMP 1 and the predicted value TMP 2 at the time T next after the lapse of Tp from the current time T now . Therefore, the air
なお、第2の実施形態において、風量制御部252aはPI制御を行うこととしたが、PID(Proportional-Integral-Derivative)制御を行うように構成されてもよい。この場合、風量制御部252aは差分E(t)の微分値を考慮して制御池の膜洗浄ブロワ207の操作量u(t)を算出する。したがって、風量制御部252aは、より安定した制御を行うことができる。また、風量制御部252aは、PI制御又はPID制御の代わりに、ルールベース制御又は極値制御を行うことで、制御池の散気装置209から制御池の分離膜ユニット204に向けて供給される空気の風量を制御するように構成されてもよい。
In the second embodiment, the air
図10は、第2の実施形態の目標値取得の処理の一具体を示すフローチャートである。本フローチャートは、分離膜ユニット204が薬液洗浄された後にろ過運転が再開された際に目標値設定部251aによって実行される。目標値設定部251aは、膜差圧の初期値TMP0を制御池の圧力計205から取得する(ステップS201)。目標値設定部251aは、ユーザによって閉塞指数k、上限値TMPlim及びメンテナンス周期Lが入力されたかどうかを判定する(ステップS202)。ユーザは、入力部260を用いてこれらの値を入力する。
FIG. 10 is a flowchart showing a specific target value acquisition process according to the second embodiment. This flowchart is executed by the target
ユーザによって閉塞指数k、上限値TMPlim、及びメンテナンス周期Lが入力されていない場合(ステップS202:NO)、ステップS202に遷移する。ユーザによって閉塞指数k、上限値TMPlim及びメンテナンス周期Lが入力された場合(ステップS202:YES)、目標値設定部251aは、数式(7)又は数式(8)に基づいてパラメータAを算出する(ステップS203)。目標値設定部251aは、数式(6)の微分方程式を解くことで、制御池の膜差圧の目標値TMPref(t)を算出する(ステップS204)。
If the user has not input the blockage index k, the upper limit TMP lim , and the maintenance cycle L (step S202: NO), the process proceeds to step S202. When the user inputs the blockage index k, the upper limit value TMP lim , and the maintenance cycle L (step S202: YES), the target
目標値設定部251aは、判定計算周期t1が経過したか否かを判定する(ステップS205)。目標値設定部251aは、判定計算周期t1が経過していない場合(ステップS205:NO)、ステップS205に遷移する。目標値設定部251aは、判定計算周期t1が経過している場合(ステップS205:YES)、メンテナンス周期Lが達成可能であるか否かを判定する(ステップS206)。なお、達成可能であるか否かを判定する処理については、図11にて詳述する。目標値設定部251aは、Lが達成可能である場合(ステップS206:YES)、ステップS205に遷移する。
The target
目標値設定部251aは、Lが達成可能でない場合(ステップS206:NO)、目標値設定部251aは、メンテナンス周期LをL′に修正する(ステップS207)。なお、L′の算出については、図11にて詳述する。目標値設定部251aは、数式(6)のAをA′に修正する(ステップS208)。なお、A′の算出については、図11にて詳述する。目標値設定部251aは、、制御池のTMP目標値TMPref(t)を算出する(ステップS209)。目標値設定部251aは、設定された膜差圧が所定の圧力以上であるか否かを判定する(ステップS210)。目標値設定部251aは設定された膜差圧が所定の圧力以上である場合(ステップS210:YES)、処理を終了する。処理が終了された場合、洗浄風量制御システム1は、膜ろ過を停止する。膜ろ過が停止された後に、薬液洗浄が実施される。目標値設定部251aは設定された膜差圧が所定の圧力未満である場合(ステップS210:NO)、ステップS204に遷移する。
When the target
図11は、第2の実施形態のメンテナンス周期は達成可能か否かを判断する処理の一具体を示すフローチャートである。本フローチャートは、判定計算周期t1が経過している場合にメンテナンス周期Lが達成可能であるか否かを判定する際に目標値設定部251aによって実行される。目標値設定部251aは、代表池のパラメータA0を算出する(ステップS301)。ここで、閉塞指数がk=1の場合、目標値設定部251aは、数式(9)に基づいて、代表池のパラメータA0を算出する。閉塞指数kが1以外の場合、目標値設定部251aは、数式(15)に基づいて代表池パラメータA0を算出する。
FIG. 11 is a flow chart showing one specific process for determining whether or not the maintenance cycle of the second embodiment can be achieved. This flowchart is executed by the target
目標値設定部251aは、算出されたA0に基づいて、制御池に設定されたメンテナンス周期Lの達成可能であるか否かを判定する(ステップS302)。具体的には、閉塞指数がk=1の場合、目標値設定部251aは、数式(10)が成立する場合、メンテナンス周期Lは制御池に対して達成可能であると判定する。閉塞指数がkが1以外の場合、目標値設定部251aは、数式(16)が成立する場合、メンテナンス周期Lは制御池に対して達成可能であると判定する。
The target
目標値設定部251aは、メンテナンス周期Lが達成可能である場合(ステップS302:YES)、処理を終了する。目標値設定部251aは、メンテナンス周期Lが達成可能でない場合(ステップS302:NO)、L′を算出する(ステップS303)。具体的には、閉塞指数がk=1の場合、目標値設定部251aは、数式(12)に基づいて、L′を算出する。閉塞指数がkが1以外の場合、目標値設定部251aは、数式(18)に基づいて、L′を算出する。目標値設定部251aは、A′を算出する(ステップS304)。具体的には、閉塞指数がk=1の場合、目標値設定部251aは、数式(14)に基づいて、L′を算出する。閉塞指数がkが1以外の場合、目標値設定部251aは、数式(19)に基づいて、L′を算出する。
If the maintenance cycle L can be achieved (step S302: YES), the target
なお、洗浄風量制御システム1aは、以上に述べた処理を、第1制御池及び第2制御池それぞれに対して行う。すなわち、第1制御池の目標値と第1制御池の予測値とに基づいて第2膜洗浄ブロワ207bの風量制御が行われる。第2制御池の目標値と第2制御池の予測値とに基づいて第3膜洗浄ブロワ207cの風量制御が行われる。
The cleaning air volume control system 1a performs the processing described above for each of the first control pond and the second control pond. That is, the air volume control of the second
このように構成された、洗浄風量制御システム1aでは、目標値設定部251aが、入力部260を介して入力されたメンテナンス周期Lが達成可能であるか否かを判定する。目標値設定部251aは、メンテナンス周期Lが達成可能ではない場合、メンテナンス周期LをL′に補正する。このように構成されることで、より精度よくメンテナンス周期を決定することができる。また、目標値設定部251aは、制御池の目標値TMPref(t)をより適切に算出することが可能になる。風量制御部252aは、制御池の目標値TMPref(t)と予測値TMPhat(t)との差分E(t)に基づいて、制御池の散気装置209から分離膜ユニット204に向けて供給される空気の風量を制御する。したがって、分離膜ユニット204の実際の膜差圧と目標値TMPref(t)との差を小さくすることができ、制御池の分離膜ユニット204へ供給される洗浄風量の量を低減することが可能になる。
In the cleaning air volume control system 1a configured as described above, the target
第2の実施形態では、第1制御池及び第2制御池のように制御池が2つある場合の例を示したが、制御池は1つ以上であれば、いくつであってもよい。また、代表池は、特定の曝気槽200に限定されない。例えば、代表池と制御池とは、所定期間毎に変更されるように構成されてもよい。このように構成されることで、特定の分離膜ユニット204又は膜洗浄ブロワ207等の装置が劣化することを防ぐことができる。
In the second embodiment, an example in which there are two control ponds, such as the first control pond and the second control pond, is shown, but the number of control ponds may be one or more. Also, the representative pond is not limited to a
第2の実施形態における洗浄風量制御システム1aは、膜差圧及び膜差圧目標値について、TMPの代わりに膜差圧をフラックスのべき乗で除した膜ろ過抵抗(=TMP(t)/J(t)α)を用いて洗浄風量を制御してもよい。このように構成されることで、洗浄風量制御システム1aは、代表池と制御池とで運転フラックスが異なる場合であっても、メンテナンス周期Lの補正が可能となる。 In the cleaning air volume control system 1a in the second embodiment, the transmembrane pressure difference and the transmembrane pressure target value are divided by the transmembrane pressure difference by the power of the flux (=TMP(t)/J( t) α) may be used to control the cleaning air volume. With this configuration, the cleaning air volume control system 1a can correct the maintenance period L even if the operating flux differs between the representative pond and the control pond.
TMPの予測に用いる情報Xは、フラックスと洗浄風量または空気倍率に限定されない。例えば、第2の実施形態における洗浄風量制御システム1aは、情報Xとして、水温、MLSS濃度、補助散気量、凝集剤注入量、循環ポンプ流量、返送ポンプ流量、汚水又は処理水の溶存酸素濃度、ORP、pH、EEM、吸光度、BOD、COD、TOC、アンモニア濃度、硝酸濃度、リン酸濃度、全窒素濃度、全リン濃度、溶解性COD濃度、溶解性BOD濃度を表す変数及び上述の変数に対して四則演算を行うことによって得られる合成変数等のように、膜のファウリングに影響が考えられるMBRの運転データであれば、どのような情報を付加して用いてもよい。採用される変数は予めTMPとMBRとの運転データ間の相関を定めることで設定すればよい。 The information X used for TMP prediction is not limited to flux, cleaning air volume, or air magnification. For example, the cleaning air volume control system 1a in the second embodiment includes, as information X, water temperature, MLSS concentration, auxiliary aeration amount, coagulant injection amount, circulation pump flow rate, return pump flow rate, dissolved oxygen concentration in sewage or treated water. , ORP, pH, EEM, absorbance, BOD, COD, TOC, ammonia concentration, nitric acid concentration, phosphoric acid concentration, total nitrogen concentration, total phosphorus concentration, soluble COD concentration, soluble BOD concentration and the above variables On the other hand, any information may be added and used as long as it is the operating data of the MBR that can affect the fouling of the membrane, such as a synthetic variable obtained by performing the four arithmetic operations. The variables to be employed may be set by predetermining the correlation between the operating data of TMP and MBR.
制御装置250は、ネットワークを介して通信可能に接続された複数台の情報処理装置を用いて実装されてもよい。この場合、制御装置が備える各機能部は、複数の情報処理装置に分散して実装されてもよい。例えば、目標値設定部251と風量制御部252とはそれぞれ異なる情報処理装置に実装されてもよい。
The
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 While several embodiments of the invention have been described, these embodiments have been presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and spirit of the invention, as well as the scope of the invention described in the claims and equivalents thereof.
1…洗浄風量制御システム、10…下水処理システム、100…スクリーン、200…曝気槽、201…流路、202…補助散気ブロワ、203…補助散気装置、204…分離膜ユニット、205…圧力計、206…流量計、207…膜洗浄ブロワ、208…洗浄風量計、209…散気装置、250…制御装置、251…目標値設定部、252…風量制御部、253…予測値取得部、260…入力部、300…処理水槽
DESCRIPTION OF
Claims (15)
前記定格風量より少ない所定の風量で空気が供給される制御池に設置され、前記代表池に流入する被処理水と同様の被処理水をろ過する制御池分離膜ユニットの膜差圧又は膜ろ過抵抗の上限値と、前記代表池分離膜ユニットの膜差圧に基づいて算出される膜ろ過抵抗又は前記代表池分離膜ユニットの膜差圧の経時変化情報と、に基づいて前記制御池分離膜ユニットの膜差圧又は膜ろ過抵抗の目標値を設定する目標値設定部と、
前記目標値に基づいて前記制御池に供給される風量を制御する風量制御部と、
を備え、
前記代表池及び前記制御池は同じ仕様で構成され、
前記代表池分離膜ユニット及び前記制御池分離膜ユニットは同じ仕様であり、
前記代表池及び前記制御池に流入する被処理水は同じ被処理水である、洗浄風量制御システム。 a representative pond pressure gauge installed in a representative pond to which air is supplied at a rated air volume and measuring the transmembrane pressure difference of a representative pond separation membrane unit that filters the water to be treated flowing into the representative pond;
Membrane differential pressure or membrane filtration of a control pond separation membrane unit that is installed in a control pond to which air is supplied at a predetermined air volume less than the rated air volume and filters the same water to be treated as the water to be treated that flows into the representative pond The control pond separation membrane based on the upper limit value of the resistance and the membrane filtration resistance calculated based on the transmembrane pressure difference of the representative pond separation membrane unit or the temporal change information of the transmembrane pressure difference of the representative pond separation membrane unit a target value setting unit that sets a target value for the transmembrane pressure or membrane filtration resistance of the unit;
an air volume control unit that controls the volume of air supplied to the control pond based on the target value;
with
The representative pond and the control pond are configured with the same specifications,
The representative pond separation membrane unit and the control pond separation membrane unit have the same specifications,
The cleaning air volume control system , wherein the water to be treated flowing into the representative pond and the control pond is the same water to be treated .
請求項1に記載の洗浄風量制御システム。 The target value setting unit sets the target value setting unit for the membrane in the elapsed time from the time when the initial value representing the transmembrane pressure difference immediately after the chemical cleaning of the representative pond separation membrane unit is performed to the time when the current transmembrane pressure difference is obtained. Calculating a period representing the timing of chemical cleaning based on information on changes in differential pressure or membrane filtration resistance over time;
The cleaning air volume control system according to claim 1.
前記制御池分離膜ユニットの膜差圧を測定する制御池圧力計と、をさらに備え、
前記風量制御部は、前記目標値設定部によって設定された前記目標値と、前記制御池圧力計によって取得された前記制御池分離膜ユニットの膜差圧又は制御池圧力計の情報に基づき算出される膜ろ過抵抗と、に基づいて、前記制御池に設けられた散気装置によって供給される前記制御池分離膜ユニットの洗浄風量を制御する、
をさらに備える、請求項2に記載の洗浄風量制御システム。 The target value setting unit sets the transmembrane pressure difference of the control pond separation membrane unit based on the initial value of the transmembrane pressure difference of the control pond separation membrane unit , which represents the transmembrane pressure difference immediately after the chemical cleaning of the control pond separation membrane unit. Set the target value of pressure or membrane filtration resistance,
a control pond pressure gauge that measures the membrane differential pressure of the control pond separation membrane unit,
The air volume control unit is calculated based on the target value set by the target value setting unit and the membrane differential pressure of the control pond separation membrane unit acquired by the control pond pressure gauge or the information of the control pond pressure gauge. and a membrane filtration resistance that controls the cleaning air volume of the control pond separation membrane unit supplied by an air diffuser provided in the control pond,
3. The cleaning air volume control system of claim 2, further comprising:
請求項3に記載の洗浄風量制御システム。 The target value setting unit corrects the time difference between the chemical cleaning performed on the representative pond separation membrane unit and the chemical cleaning performed on the control pond separation membrane unit. setting a target value for the transmembrane pressure or the membrane filtration resistance;
The cleaning air volume control system according to claim 3.
請求項3又は4に記載の洗浄風量制御システム。 The target value setting unit calculates the target value based on the transmembrane pressure, the upper limit value, and the period.
The cleaning air volume control system according to claim 3 or 4.
前記風量制御部は、前記目標値と、前記予測値取得部によって取得された前記予測値とに基づいて、前記散気装置から前記制御池分離膜ユニットに向けて供給される前記制御池分離膜ユニットの洗浄風量を制御する、
請求項3から5のいずれか一項に記載の洗浄風量制御システム。 Predicted value acquisition unit for acquiring a predicted value of the transmembrane pressure difference or the membrane filtration resistance after the transmembrane pressure difference of the control pond separation membrane unit is measured, based on the measured value related to the clogging of the control pond separation membrane unit. and further comprising
The air volume control unit controls the control pond separation membrane supplied from the air diffuser to the control pond separation membrane unit based on the target value and the predicted value acquired by the predicted value acquisition unit. control the washing air volume of the unit,
The cleaning air volume control system according to any one of claims 3 to 5.
請求項6に記載の洗浄風量制御システム。 The predicted value acquisition unit calculates the predicted value based on a measured value related to clogging of the control pond separation membrane unit and a flux of treated water filtered by the control pond separation membrane unit.
The cleaning air volume control system according to claim 6.
請求項7に記載の洗浄風量制御システム。 The measured values related to the clogging of the control pond separation membrane unit include the flux and the air volume or air ratio of the air supplied from the air diffuser toward the control pond separation membrane unit,
The cleaning air volume control system according to claim 7 .
請求項7又は8に記載の洗浄風量制御システム。 Measured values related to clogging of the control pond separation membrane unit are water temperature, MLSS concentration, auxiliary aeration amount, coagulant injection amount, circulation pump flow rate, return pump flow rate, the water to be treated or the treated water, or the inside of the biological reaction tank Variables representing dissolved oxygen concentration, ORP, pH, EEM, absorbance, BOD, COD, TOC, ammonia concentration, nitric acid concentration, phosphoric acid concentration, total nitrogen concentration, total phosphorus concentration, soluble COD concentration, and soluble BOD concentration and at least one of the composite variables obtained by subjecting these variables to arithmetic operations,
The cleaning air volume control system according to claim 7 or 8 .
請求項7から9のいずれか一項に記載の洗浄風量制御システム。 The predicted value acquisition unit uses a least squares method, a partial least squares method, a total least squares method, a generalized least squares method, a regularized least squares method, a support calculating the predicted value using any one or more of vector regression and adaptive vector regression;
The cleaning air volume control system according to any one of claims 7 to 9 .
請求項6から10のいずれか一項に記載の洗浄風量制御システム。 The air volume control unit performs any one of PI control, PID control, rule-based control, or extreme value control based on the difference between the target value and the predicted value, thereby Control the volume of air supplied to the separation membrane unit,
The cleaning air volume control system according to any one of claims 6 to 10 .
前記制御池分離膜ユニットの膜ろ過抵抗を前記制御池圧力計によって測定された前記制御池分離膜ユニットの膜差圧をフラックスのべき乗で除した値に定数を乗じた形で算出する、
請求項3から10のいずれか一項に記載の洗浄風量制御システム。 The target value setting unit divides the transmembrane pressure difference of the representative pond separation membrane unit measured by the representative pond pressure gauge by the power of the flux, and multiplies the value obtained by dividing the membrane filtration resistance of the representative pond separation membrane unit by a constant. calculated in the form of
Calculate the membrane filtration resistance of the control pond separation membrane unit by multiplying the value obtained by dividing the transmembrane pressure difference of the control pond separation membrane unit measured by the control pond pressure gauge by the power of the flux and multiplying it by a constant;
The cleaning air volume control system according to any one of claims 3 to 10 .
請求項2から12のいずれか一項に記載の洗浄風量制御システム。 The representative pond and the control pond are changed every predetermined period,
The cleaning air volume control system according to any one of claims 2 to 12 .
請求項2から13のいずれか一項に記載の洗浄風量制御システム。 further comprising a display unit that displays at least one of the period or a period until the current transmembrane pressure difference of the representative pond separation membrane unit reaches the period,
The cleaning air volume control system according to any one of claims 2 to 13 .
前記定格風量より少ない所定の風量で空気が供給される制御池に設置され、前記代表池に流入する被処理水と同様の被処理水をろ過する制御池分離膜ユニットの膜差圧又は膜ろ過抵抗の上限値と、前記代表池分離膜ユニットの膜差圧に基づいて算出される膜ろ過抵抗又は前記代表池分離膜ユニットの膜差圧の経時変化情報と、に基づいて前記制御池分離膜ユニットの膜差圧又は膜ろ過抵抗の目標値を設定する目標値設定部と、
前記目標値に基づいて前記制御池に供給される風量を制御する風量制御部と、
を備え、
前記代表池及び前記制御池は同じ仕様で構成され、
前記代表池分離膜ユニット及び前記制御池分離膜ユニットは同じ仕様であり、
前記代表池及び前記制御池に流入する被処理水は同じ被処理水である、洗浄風量制御装置。 a representative pond pressure gauge installed in a representative pond to which air is supplied at a rated air volume and measuring the transmembrane pressure difference of a representative pond separation membrane unit that filters the water to be treated flowing into the representative pond;
Membrane differential pressure or membrane filtration of a control pond separation membrane unit that is installed in a control pond to which air is supplied at a predetermined air volume less than the rated air volume and filters the same water to be treated as the water to be treated that flows into the representative pond The control pond separation membrane based on the upper limit value of the resistance and the membrane filtration resistance calculated based on the transmembrane pressure difference of the representative pond separation membrane unit or the temporal change information of the transmembrane pressure difference of the representative pond separation membrane unit a target value setting unit that sets a target value for the transmembrane pressure or membrane filtration resistance of the unit;
an air volume control unit that controls the volume of air supplied to the control pond based on the target value;
with
The representative pond and the control pond are configured with the same specifications,
The representative pond separation membrane unit and the control pond separation membrane unit have the same specifications,
The cleaning air volume control device , wherein the water to be treated flowing into the representative pond and the control pond is the same water to be treated .
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