WO2017135235A1 - 分離膜診断方法、水処理方法、分離膜診断装置、水処理装置及び分離膜診断プログラム - Google Patents

分離膜診断方法、水処理方法、分離膜診断装置、水処理装置及び分離膜診断プログラム Download PDF

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vibration
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water
separation
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龍太郎 石橋
祐吾 溝越
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Mitsubishi Chemical Corp
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Mitsubishi Chemical Corp
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D65/00—Accessories or auxiliary operations, in general, for separation processes or apparatus using semi-permeable membranes
    • B01D65/10—Testing of membranes or membrane apparatus; Detecting or repairing leaks
    • B01D65/109—Testing of membrane fouling or clogging, e.g. amount or affinity
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D65/00—Accessories or auxiliary operations, in general, for separation processes or apparatus using semi-permeable membranes
    • B01D65/02—Membrane cleaning or sterilisation ; Membrane regeneration
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/08—Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials

Definitions

  • the present invention relates to a separation membrane diagnostic method, a water treatment method, a separation membrane diagnostic device, a water treatment device, and a separation membrane diagnostic program.
  • MBR Membrane Bioreactor
  • MBR Membrane Bioreactor
  • the adhering substances contained in the sludge accumulate on the surface of the separation membrane or block the permeation flow path of the separation membrane over time.
  • a phenomenon called fouling in which the permeation performance of the film deteriorates occurs.
  • fouling progresses and the permeation performance of the separation membrane deteriorates, maintenance is required to remove the deposits attached to the separation membrane by cleaning.
  • the decrease in the permeation performance due to fouling is not constant with respect to the operation time, and the permeation performance rapidly decreases when the predetermined operation time is exceeded. Therefore, when the separation membrane is used until the permeation performance is lowered, the water treatment may have to be stopped unexpectedly for cleaning.
  • the separation membrane is cleaned early. In cleaning the separation membrane, a predetermined chemical solution is used to remove organic substances and microorganisms attached to the separation membrane. When the number of cleaning of the separation membrane increases, the operation rate of water treatment decreases due to the stop for cleaning. Further, if the number of times of cleaning increases, costs such as labor costs of workers who perform cleaning operations and chemical costs for cleaning increase.
  • fouling can be delayed by performing explosion (aeration) from below the separation membrane and removing the adhering portion adhering to the surface of the separation membrane by air vibration.
  • MBR there is a technique for detecting fouling using a sensor such as a fluorescence sensor (see, for example, Patent Document 1). Moreover, in MBR, there exists a technique which predicts fouling by analyzing the component of sludge using a centrifuge etc. (for example, refer patent document 2).
  • JP 2014-136210 A Japanese Patent Laid-Open No. 2012-200351
  • the amount of blast used to remove deposits is larger than the amount of blast required to secure the biochemical oxygen demand (BOD) required for activated sludge, for example. If the amount of explosion was increased to increase the effect, there was a case where a large amount of energy was consumed due to the explosion. Further, in order to grasp the fouling state of the separation membrane, expensive inspection equipment such as a fluorescence sensor and a centrifuge is required. In addition, in the inspection using the inspection equipment, it is necessary to perform laborious measurement work, and it is difficult to always monitor the fouling state.
  • BOD biochemical oxygen demand
  • the present invention provides a separation membrane diagnosis method, a water treatment method, a separation membrane diagnosis device, a water treatment device, and a separation membrane diagnosis that can reduce water treatment costs by accurately grasping the state of the separation membrane used for water treatment. It is a program.
  • One aspect of the present invention includes an acquisition step of acquiring an index representing a state of a separation membrane that performs solid-liquid separation, a time-change recording step of recording a time-dependent change of the acquired index, and the recorded time-dependent change It is a separation membrane diagnostic method including a vibration analysis step of analyzing vibration and a determination step of determining a water permeation state of the separation membrane based on the analyzed vibration.
  • the recorded vibration with time change is frequency-converted
  • the water permeability state of the separation membrane is determined based on the magnitude of the frequency-converted vibration.
  • the water permeability state of the separation membrane is determined based on the magnitude of the vibration in a predetermined frequency band subjected to frequency conversion.
  • the water permeability state of the separation membrane is determined by comparing the magnitude of the vibration in the first frequency band with the magnitude of the vibration in the second frequency band.
  • the contribution ratio of the vibration magnitude in the first frequency band is compared with the contribution ratio of the vibration magnitude in the second frequency band.
  • the water permeability state of the separation membrane is determined.
  • One aspect of the present invention includes an operation condition changing step of changing an operation condition of solid-liquid separation using the separation membrane based on a water permeability state of the separation membrane that performs solid-liquid separation determined in the determination. Is the method.
  • the operating condition in the operating condition changing step, is changed by changing the amount of explosion that explodes the separation membrane.
  • the operating condition in the operating condition changing step, is changed by changing the amount of permeated water of the separation membrane.
  • One aspect of the present invention further includes a notifying step for notifying information for prompting maintenance of the separation membrane based on the determined water permeability state.
  • One aspect of the present invention is an acquisition unit that acquires an index that represents a state of a separation membrane that performs solid-liquid separation, a time-change recording unit that records a change over time of the acquired index, and the recorded change over time
  • a separation membrane diagnostic apparatus including a vibration analysis unit that analyzes vibration and a determination unit that determines a water permeation state of the separation membrane based on the analyzed vibration.
  • One aspect of the present invention is recorded with a separation membrane that performs solid-liquid separation, an acquisition unit that acquires an index that represents the state of the separation membrane, and a time-change recording unit that records a change over time of the acquired index.
  • the vibration analysis unit for analyzing the vibration of the secular change, the determination unit for determining the water permeation state of the separation membrane based on the analyzed vibration, and the separation membrane based on the determined water permeation state It is a water treatment apparatus provided with the operation condition change part which changes the operation conditions of solid-liquid separation.
  • One aspect of the present invention is an acquisition process for acquiring an index representing a state of a separation membrane for performing solid-liquid separation, a time-change recording process for recording a change over time of the acquired index, A separation membrane diagnostic program for causing a computer to execute vibration analysis processing for analyzing vibration and determination processing for determining a water permeation state of the separation membrane based on the analyzed vibration, and a storage medium storing the program is there.
  • a separation membrane diagnostic method, a water treatment method, a separation membrane diagnostic device, a water treatment device, and a water treatment cost can be reduced by accurately grasping the state of a separation membrane used for water treatment, and A separation membrane diagnostic program and a storage medium on which the program is recorded can be provided.
  • the graph which shows an example of a time-dependent change in the measurement of the membrane resistance of a separation membrane using the separation membrane diagnostic apparatus in one Embodiment of this invention The graph which shows an example which approximated the time-dependent change in the measurement of the membrane resistance of the separation membrane using the separation membrane diagnostic apparatus in one Embodiment of this invention.
  • the graph which shows an example of transition of the contribution rate when changing the explosion amount in the measurement using the separation membrane diagnostic apparatus in one Embodiment of this invention The graph which shows the diagnostic result of the separation membrane in the measurement using the separation membrane diagnostic apparatus in one Embodiment of this invention.
  • the graph which shows the diagnostic result of the separation membrane in the measurement using the separation membrane diagnostic apparatus in one Embodiment of this invention The graph which shows the diagnostic result of the separation membrane in the measurement using the separation membrane diagnostic apparatus in one Embodiment of this invention.
  • the graph which shows the diagnostic result of the separation membrane in the measurement using the separation membrane diagnostic apparatus in one Embodiment of this invention The graph which shows the diagnostic result of the separation membrane in the measurement using the separation membrane diagnostic apparatus in one Embodiment of this invention.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of a water treatment device in the present embodiment.
  • the water treatment apparatus of FIG. 1 illustrates an MBR that separates activated sludge with a separation membrane.
  • a water treatment apparatus 100 includes a water tank 11, a raw water flow path 12, an excess sludge flow path 13, a separation membrane 21, a permeate flow path 22, a suction pump 23, a drainage flow path 24, a differential pressure gauge 25, an air diffuser 31, It has a blower 32, a water treatment control device 40, and a separation membrane diagnostic device 50.
  • the water tank 11 is a biological reaction tank that treats raw water flowing from the raw water flow path 12 by a biological reaction using activated sludge.
  • the aquarium 11 discharges excess sludge from the excess sludge flow path 13 in order to bring MLSS (Mixed Liquir Suspended Solids) into the predetermined range.
  • MLSS Mated Liquir Suspended Solids
  • the separation membrane 21 is immersed in the treated water containing activated sludge in the water tank 11.
  • an MF (microfiltration) membrane, a UF (ultrafiltration) membrane, an NF (nanofiltration) membrane, or the like can be used as the separation membrane 21, for example, an MF (microfiltration) membrane, a UF (ultrafiltration) membrane, an NF (nanofiltration) membrane, or the like.
  • an MF membrane having a pore diameter of about 0.01 to 10 ⁇ m may be used.
  • the UF membrane has a smaller pore size than the MF membrane.
  • the NF membrane is a reverse osmosis membrane such as a RO (Reverse Osmosis) membrane.
  • the pore diameter of the separation membrane 21 is appropriately selected depending on the size of the particles to be separated.
  • the material of the separation membrane 21 is PSF (polysulfone), PE (polyethylene), CA (cellulose acetate), PAN (polyacrylonitrile), PP (polypropylene), PVDF (polyvinylidene fluoride), PTFE (polytetrafluoroethylene), etc. Can be used.
  • the separation membrane 21 can be made of an inorganic material such as ceramic.
  • the separation membrane 21 may be a separation membrane element in which a plurality of membranes of the above materials are arranged and integrated with parts such as a membrane support. Further, the separation membrane 21 may be a separation membrane module in which separation membrane elements are arranged in a sheet shape or a tubular shape.
  • the sheet-like separation membrane module for example, a flat membrane module or a spiral type module can be used.
  • the tubular separation membrane module for example, a hollow fiber module in which a number of hollow fibers are bundled and both ends are embedded in a resin can be used.
  • the suction pump 23 sucks permeate from the separation membrane 21 through the permeate flow path 22.
  • the amount of permeated water sucked by the suction pump 23 affects the permeation flux (flux (also referred to as “filtration flow rate”)) in the separation membrane 21.
  • the permeation flux is the amount of permeate per surface area of the separation membrane. If the surface area of the separation membrane 21 is constant, the permeate flux increases as the amount of permeate increases, and the permeate flux decreases as the amount of permeate decreases.
  • suction pump 23 By stopping the suction pump 23 for a certain period of time, the progress of fouling can be delayed. Note that while the suction pump 23 is stopped, for example, backwashing may be performed in which the separation membrane 21 is washed by applying a water pressure in the opposite direction to the suction to the separation membrane 21.
  • the suction pump 23 is driven by the water treatment control device 40, and the amount of permeated water is adjusted by suction of the suction pump.
  • the suction pump 23 drains the sucked permeated water from the drain passage 24.
  • the differential pressure gauge 25 measures the differential pressure between the primary side and the secondary side of the separation membrane 21 generated by the suction pump 23, and outputs the measured differential pressure data to the water treatment control device 40.
  • the differential pressure gauge 25 outputs the measured differential pressure data to the water treatment controller 40 as a current value of 4 to 20 mA, for example. Since the separation membrane 21 illustrated in FIG. 1 is immersed in the water tank 11 opened to the atmosphere at a predetermined water depth, the primary side of the separation membrane 21 has a constant pressure.
  • the differential pressure gauge 25 can measure the differential pressure between the atmospheric pressure and the pressure on the secondary side of the separation membrane 21 (the suction side of the suction pump 23) as the differential pressure between the primary side and the secondary side of the separation membrane 21.
  • the air diffuser 31 is installed in the lower part of the separation membrane 21 in the water of the water tank 11, and explodes air from the air hole provided in the air diffuser 31.
  • the air exploded from the air diffuser 31 performs a cleaning operation that physically vibrates the separation membrane 21 and peels off deposits adhering to the surface of the separation membrane 21. Separation of deposits by explosion is called air cleaning.
  • Air blown from the air diffuser 31 is supplied by the blower 32.
  • the size of the bubbles expelled from the air diffuser 31 and the speed of the bubbles vary depending on the size of the air holes of the air diffuser 31 and the air pressure of the air supplied from the blower.
  • the magnitude of the cleaning power by air cleaning can be adjusted by controlling the air pressure supplied from the blower.
  • the arrangement position of the air diffusing tube 31 and the shape of the separation membrane 21 can be determined so that the cleaning power of air cleaning is improved.
  • the separation membrane 21 is arranged to be long in the vertical direction of the water tank 11, thereby extending the time for the separation membrane 21 to contact the bubbles. Therefore, the cleaning power of air cleaning can be improved.
  • the blower 32 is driven by the water treatment control device 40.
  • the blower 32 can change the air pressure of the air supplied to the air diffuser 31 by the rotation speed of the motor by the water treatment control device 40.
  • the water treatment control device 40 drives the suction pump 23 and the blower 32 and acquires differential pressure data from the differential pressure gauge 25.
  • the water treatment control device 40 outputs the acquired differential pressure data to the separation membrane diagnostic device 50 and acquires information for changing the operating conditions of the suction pump 23 or the blower 32 from the separation membrane diagnostic device 50. Details of the water treatment control device 40 will be described later with reference to FIG.
  • the separation membrane diagnostic device 50 diagnoses the water permeability state of the separation membrane 21.
  • the separation membrane diagnostic apparatus 50 will explain a case where the fouling state in the separation membrane 21 in the MBR is diagnosed as the water permeable state of the separation membrane 21.
  • the MBR in the present embodiment is not limited to the integrated MBR.
  • This embodiment may be implemented in, for example, a separate water tank type MBR in which a separation membrane water tank in which a separation membrane is immersed is provided separately from the water tank 11 and treated water is circulated between the separation membrane water tank and the water tank 11.
  • the present embodiment may be implemented in an outside tank type MBR in which a separation membrane casing in which the separation membrane is immersed is provided outside the water tank 11 and treated water is supplied to the casing.
  • 1 illustrates the case where the secondary side of the separation membrane 21 is sucked by the suction pump 23 to allow permeate to pass therethrough.
  • the separation membrane 21 is installed at a position lower than the water tank 11, and the water tank
  • the permeated water may be permeated by applying water pressure to the primary side of the separation membrane 21 due to a drop between the separation membrane 11 and the separation membrane 21.
  • description of the structure of the water treatment apparatus 100 using FIG. 1 is complete
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of functional configurations of the water treatment control device 40 and the separation membrane diagnostic device 50 of the water treatment device 100 in the present embodiment.
  • the water treatment control device 40 has functions of a control unit 41, a pump drive unit 42, a blower drive unit 43, a differential pressure acquisition unit 44, an operation unit 45, a display unit 46, and a communication unit 47.
  • the separation membrane diagnostic apparatus 50 has functions of a control unit 51, a membrane resistance calculation unit 52, a frequency analysis unit 53, a determination unit 54, an operation unit 55, a display unit 56, and a communication unit 57.
  • each function of the water treatment control device 40 shown in FIG. 2 can be realized by a program (software) executed by a computer. Moreover, each said function of the separation membrane diagnostic apparatus 50 is realizable in the program (software) performed with a computer. However, any one or more of the above functions of the water treatment control device 40 may be realized in hardware. In addition, any one or more of the above functions of the separation membrane diagnostic apparatus 50 may be realized in hardware. Further, in FIG. 2, each function of the water treatment control device 40 or the separation membrane diagnostic device 50 is described as one function block illustrated by a frame line, but a plurality of functions are realized by one function block. May be. Similarly, each function of the water treatment control device 40 or the separation membrane diagnostic device 50 may be realized by a plurality of functional blocks.
  • the control unit 41 controls the operation of the water treatment control device 40.
  • the control unit 41 includes an arithmetic processing unit such as a CPU (Central Processing Unit), for example, and each function of the pump drive unit 42, the blower drive unit 43, the differential pressure acquisition unit 44, the operation unit 45, the display unit 46, and the communication unit 47. It may be one that controls.
  • a CPU Central Processing Unit
  • the pump drive unit 42 drives the suction pump 23.
  • the pump drive unit 42 controls, for example, an inverter drive circuit (not shown) to control the rotation speed of the motor that drives the suction pump 23.
  • the control of the rotational speed of the motor includes ON / OFF control for turning on / off the motor.
  • the blower drive unit 43 drives the blower 32.
  • the blower drive unit 43 controls, for example, an inverter drive circuit (not shown) to control the rotation speed of a motor that drives the blower 32.
  • the control of the rotational speed of the motor includes ON / OFF control for turning on / off the motor.
  • the differential pressure acquisition unit 44 acquires differential pressure data measured by the differential pressure gauge 25.
  • the differential pressure data acquired by the differential pressure acquisition unit 44 is monitored by, for example, the control unit 41, and issues a warning that prompts cleaning when the differential pressure data exceeds a preset threshold value.
  • the differential pressure data acquired by the differential pressure acquisition unit 44 is output to the separation membrane diagnostic apparatus 50.
  • the operation unit 45 is operated by an operator of the water treatment control device 40.
  • the operation unit 45 is, for example, a keyboard.
  • the display unit 46 displays the state of the water treatment control device 40 and the like to the operator of the water treatment control device 40.
  • the display unit 46 displays, for example, a warning that prompts the cleaning described above.
  • the display unit 46 is, for example, a display or a lamp.
  • the operation unit 45 and the display unit 46 may be a device that performs operation input and display, such as a touch panel.
  • the communication unit 47 communicates with the communication unit 57 of the separation membrane diagnostic apparatus 50. Communication between the communication unit 47 and the communication unit 57 can be performed by wired communication or wireless communication.
  • the control unit 51 controls the operation of the separation membrane diagnostic apparatus 50.
  • the control unit 51 includes an arithmetic processing unit such as a CPU, for example, and controls each function of the membrane resistance calculation unit 52, the frequency analysis unit 53, the determination unit 54, the steering unit 55, the display unit 56, and the communication unit 57. May be.
  • the membrane resistance calculation unit 52 calculates the membrane resistance of the separation membrane 21.
  • the membrane resistance R is calculated from the equation (1).
  • R P / F (KPa / (m / day)) (1)
  • P differential pressure of separation membrane 21 (KPa)
  • the differential pressure of the separation membrane 21 can be acquired from the differential pressure gauge 25 as differential pressure data. Further, since the surface area of the separation membrane 21 is constant, the permeation flow rate can be obtained by measuring the amount of permeated water (m 3 / day) of the separation membrane 21 with a flow meter (not shown). For example, when the pump drive unit 42 is controlled to keep the amount of permeated water of the separation membrane 21 constant, the permeate flow velocity F becomes a constant value.
  • the membrane resistance calculation unit 52 calculates the rate of increase of the membrane resistance R (referred to as “membrane resistance increase rate”).
  • the rate of increase in membrane resistance is the change in membrane resistance R per predetermined time.
  • the rate of increase of the membrane resistance R is calculated as a change per minute. That is, the rate of increase in film resistance is expressed by equation (2).
  • Membrane resistance increase rate ⁇ R / min (KPa / ((m / day) ⁇ min)) (2)
  • ⁇ R change in membrane resistance R (KPa / (m / day))
  • the membrane resistance calculation unit 52 calculates the membrane resistance R at a rate of once per second, and sets the change in the calculated membrane resistance R as an approximate value with a value of 7 minutes. Can be calculated.
  • the membrane resistance increase rate in 7 minutes is approximated by calculating the membrane resistance increase rate in one suction time (7 minutes) in the interval operation in which the suction pump 23 sucks for 7 minutes and stops for 1 minute. It is to do.
  • the membrane resistance calculation unit 52 records the calculated membrane resistance increase rate.
  • the record of the film resistance increasing speed can be stored in a storage device such as a memory (not shown).
  • the rate of increase in membrane resistance is 0 (KPa / ((m / day) ⁇ min)).
  • the adhesion of the adhering portion to the separation membrane 21 also changes over time.
  • attachment adhering to the separation membrane 21 is physically peeled by the vibration by explosion, the peeling amount of a deposit
  • the membrane resistance calculation unit 52 records the state of the separation membrane 21 as a change in the membrane resistance increase rate.
  • the rate of increase in membrane resistance is an aspect of an index representing the state of the separation membrane.
  • the membrane resistance increase rate is described as an index representing the state of the separation membrane, but the index representing the state of the separation membrane is not limited to the membrane resistance increase rate.
  • the membrane resistance increase rate can be calculated based on the differential pressure of the separation membrane 21 and the flow rate of the permeated water. Therefore, for example, the differential pressure of the separation membrane 21, the flow rate of permeated water of the separation membrane 21, the permeation flow rate of the separation membrane 21, etc. may be used as an index representing the state of the separation membrane. That is, the index indicating the state of the separation membrane 21 may be an index indicating that the permeation performance of the separation membrane 21 changes with time (referred to as “time-dependent change”) due to fouling or the like.
  • the frequency analysis unit 53 frequency-converts the calculated vibration of the membrane resistance increasing speed and analyzes the vibration of the membrane resistance increasing speed.
  • the vibration of the membrane resistance increase rate refers to the fluctuation of the membrane resistance increase rate recorded at a predetermined time interval. When the membrane resistance increase rate is calculated every 7 minutes, the vibration of the membrane resistance increase rate becomes a fluctuation of the membrane resistance increase rate every 7 minutes.
  • the frequency analysis unit 53 performs frequency conversion using, for example, fast Fourier transform (FFT: Fast Fourier Transform).
  • FFT Fast Fourier Transform
  • the frequency analysis unit 53 may transmit vibration data of the membrane resistance increasing speed to an FFT analyzer outside the separation membrane diagnostic apparatus 50 (not shown) to obtain frequency-converted data.
  • the frequency analysis unit 53 hereinafter refers to the frequency-converted vibration of the film resistance increasing speed as “frequency conversion data”.
  • the frequency conversion data includes the frequency and the magnitude of vibration of the film resistance increasing speed (hereinafter referred to as “power”).
  • the frequency analysis unit 53 outputs the frequency conversion data to
  • the determination part 54 determines the water permeation state of the separation membrane 21 based on the frequency conversion data. In this embodiment, the case where the fouling state of the separation membrane 21 is determined as the water-permeable state of the separation membrane 21 will be described.
  • the determination unit 54 pays attention to a predetermined frequency band in the frequency conversion data, and determines the water permeability state of the separation membrane 21 based on the power in the frequency band.
  • the determination algorithm of the determination unit 54 that focuses on a predetermined frequency band is arbitrary.
  • the determination unit 54 determines the water permeable state based on the power in a predetermined frequency band.
  • the predetermined frequency band is, for example, a frequency band equal to or lower than a predetermined frequency, a frequency band equal to or higher than a predetermined frequency, a frequency band equal to or higher than the first frequency and equal to or lower than the second frequency, and the like.
  • the determination unit 54 can determine whether the power exceeds a predetermined threshold (upper limit value or lower limit value) by comparing the power with a threshold value in a predetermined frequency band.
  • the power to be compared with the threshold is a maximum value of power, an average value of power, a power contribution rate, or the like.
  • the power contribution rate can be calculated based on Equation (3).
  • the determination part 54 determines a water-permeable state by comparing a contribution rate and a threshold value.
  • the determination unit 54 may determine the water permeation state by separating the frequency conversion data into a plurality of frequency bands and comparing the power for each frequency band. For example, the determination unit 54 can determine the water permeation state by separating the first frequency band and the second frequency band and comparing the power of the first frequency band and the second frequency band.
  • the first frequency band is, for example, a low frequency region.
  • the second frequency band is, for example, a high frequency band.
  • the comparison of power for each frequency band includes, for example, comparison of maximum power values, comparison of average power values, comparison of power contribution ratios, and the like.
  • the determination unit 54 can determine the determination of the water permeability state of the separation membrane 21 as a multi-stage evaluation. For example, the determination unit 54 determines the first stage for determining that no fouling occurs, the second stage for determining mild fouling, the third stage for determining moderate fouling, and determines that the fouling is severe. As a fourth stage, determination for evaluating the separation membrane 21 is performed. The determination unit 54 outputs the determination result to the water treatment control device 40.
  • the operation unit 55 is operated by an operator of the separation membrane diagnostic apparatus 50.
  • the operation unit 55 is, for example, a keyboard.
  • the display unit 56 displays the state of the separation membrane diagnostic device 50 and the like to the operator of the separation membrane diagnostic device 50.
  • the display part 56 displays the determination result in the determination part 54, for example.
  • the display unit 56 is, for example, a display or a lamp.
  • the operation unit 55 and the display unit 56 may be a device that performs operation input and display, such as a touch panel.
  • the communication unit 57 communicates with the communication unit 47 of the water treatment control device 40. Above, description of the function of the water treatment control apparatus 40 and the separation membrane diagnostic apparatus 50 using FIG. 2 is complete
  • FIG. 3 is a flowchart showing an example of the operation of the separation membrane diagnostic apparatus in the present embodiment.
  • the flowchart shown in FIG. 3 is executed in the functions of the control unit 51 and the like shown in FIG.
  • the separation membrane diagnostic apparatus 50 calculates the rate of increase in membrane resistance (step S11).
  • the calculation of the rate of increase in membrane resistance is approximated by the suction time by the suction pump 23 for 7 minutes.
  • the separation membrane diagnostic apparatus 50 After performing the process of step S11, the separation membrane diagnostic apparatus 50 performs a Fourier transform on the fluctuation (vibration) of the membrane resistance increase rate by an FFT analyzer, and performs frequency analysis on the power of the membrane resistance increase rate (step S12).
  • the separation membrane diagnostic apparatus 50 calculates a contribution rate.
  • the calculation of the contribution rate will be described later with reference to FIG. 14 as an example of calculating the contribution rate in the low frequency band as the first frequency band and the contribution rate in the high frequency band as the second frequency band.
  • the separation membrane diagnostic apparatus 50 determines whether or not to determine the water permeability state of the separation membrane 21 (step S14).
  • the determination as to whether or not to determine the water permeability state of the separation membrane 21 is, for example, whether or not the water treatment apparatus 100 is in operation, whether or not it is a predetermined determination time, and the like.
  • the separation membrane diagnostic device 50 ends the process shown in the flowchart of FIG. Note that the flowchart of FIG. 3 is repeatedly executed after completion.
  • step S15 when it is determined that the water permeation state of the separation membrane 21 is determined (step S14: YES), the separation membrane diagnostic apparatus 50 executes an operation condition changing process (step S15). Details of the operation condition changing process in step S15 will be described later with reference to FIGS. After performing the process of step S15, the separation membrane diagnostic apparatus 50 ends the process shown in the flowchart of FIG. Above, description of operation
  • FIG. 4 is a flowchart showing an example of the first operation of the operation condition changing process of the separation membrane diagnostic apparatus 50 in the present embodiment.
  • the first operation of the operation condition changing process is an operation for changing the operation condition of the water treatment device 100 by changing the explosion amount based on the determination result of the water permeability state of the separation membrane 21.
  • the separation membrane diagnostic apparatus 50 determines whether or not the determination condition is A1 (step S1511).
  • the determination condition is A1, for example, indicates that the water permeable state of the separation membrane 21 is good. For example, when the contribution rate of the low frequency band is 60% or more, the separation membrane diagnostic apparatus 50 determines that the determination condition is A1.
  • Whether or not the determination condition is A1, for example, may be determined that the determination condition is A1 when the contribution rate in a predetermined time, or the maximum value or average value of the contribution rate is 60% or more. .
  • the predetermined time is, for example, two days. When there is a lot of noise in the differential pressure data, it is possible to reduce the influence of noise by taking a long time.
  • step S1511 YES
  • the separation membrane diagnostic device 50 instructs the water treatment control device 40 so that the amount of explosion using the blower 32 becomes the first amount of explosion.
  • the instruction is output (step S1512).
  • the first explosion amount is a smaller explosion amount than a second explosion amount described later. It is assumed that the water treatment control device 40 drives the blower 32 in the blower drive unit 43 in accordance with the instruction acquired from the separation membrane diagnostic device 50. After performing the process of step S1512, the separation membrane diagnostic apparatus 50 ends the process of step S15 shown in FIG.
  • the separation membrane diagnostic apparatus 50 determines whether or not the determination condition is A2 (step S1513).
  • the determination condition being A2 indicates that, for example, mild fouling has occurred in the separation membrane 21. For example, when the contribution rate of the low frequency band is 50% or more and less than 60%, the separation membrane diagnostic apparatus 50 determines that the determination condition is A2.
  • the separation membrane diagnostic device 50 instructs the water treatment control device 40 so that the amount of explosion using the blower 32 becomes the second amount of explosion.
  • the instruction is output (step S1514).
  • the second explosion amount is larger than the first explosion amount and smaller than a third explosion amount described later.
  • step S1513 NO
  • the separation membrane diagnostic apparatus 50 determines whether or not the determination condition is A3 (step S1515).
  • the determination condition being A3 indicates that, for example, moderate fouling has occurred in the separation membrane 21.
  • the separation membrane diagnostic apparatus 50 determines that the determination condition is A3.
  • step S1515: YES the separation membrane diagnostic apparatus 50 instructs the water treatment control apparatus 40 so that the explosion amount using the blower 32 becomes the third explosion amount.
  • the instruction is output (step S1516).
  • the third explosion amount is a larger explosion amount than the second explosion amount.
  • the separation membrane diagnostic apparatus 50 issues a filter cleaning notification that prompts the cleaning operation of the separation membrane 21 (step S1517).
  • the determination condition not A3 indicates that, for example, severe fouling has occurred in the separation membrane 21.
  • the filter cleaning notification is, for example, an operation for displaying on the display unit 46 or the display unit 56 urging the cleaning work of the separation membrane 21 or issuing a predetermined alarm from a speaker or the like.
  • FIG. 5 is a flowchart showing an example of the second operation of the operating condition changing process of the separation membrane diagnostic apparatus 50 in the present embodiment.
  • the second operation of the operation condition changing process is an operation for changing the operation condition of the water treatment device 100 by changing the explosion amount and the flux based on the determination result of the water permeability state of the separation membrane 21.
  • One of the first operation of the operation condition changing process described using FIG. 4 and the second operation of the operation condition changing process described using FIG. 5 is performed.
  • the separation membrane diagnosis apparatus 50 determines whether or not the determination condition is B1 (step S1521).
  • the determination condition being B1 indicates, for example, that the water permeable state of the separation membrane 21 is good. For example, when the contribution rate of the low frequency band is 60% or more, the separation membrane diagnostic apparatus 50 determines that the determination condition is B1.
  • Whether or not the determination condition is B1 may be determined that the determination condition is B1 when, for example, the contribution rate in a predetermined time, the maximum value of the contribution rate, or the average value is 60% or more.
  • the predetermined time is, for example, two days.
  • step S1521 YES
  • the separation membrane diagnostic apparatus 50 does not change the operation condition of the water treatment apparatus 100, and ends the process of step S15 shown in FIG.
  • the separation membrane diagnostic apparatus 50 starts controlling the amount of explosion using the blower 32 (step S1522).
  • the explosion amount control is, for example, control for increasing the explosion amount until the determination condition becomes B1.
  • the separation membrane diagnostic device 50 outputs an instruction to increase the amount of explosion to the water treatment control device 40.
  • the separation membrane diagnostic apparatus 50 determines whether or not the determination condition is B2 (step S1523).
  • the determination condition of B2 indicates that, for example, mild fouling has occurred in the separation membrane 21. For example, when the contribution rate of the low frequency band is 50% or more and less than 60%, the separation membrane diagnostic apparatus 50 determines that the determination condition is B2. If it is determined that the determination condition is B2 (step S1523: YES), the separation membrane diagnostic apparatus 50 ends the process of step S15 shown in FIG. That is, when mild fouling occurs and it is determined that the determination condition is B2, the separation membrane diagnostic apparatus 50 performs only explosion amount control without performing flux control.
  • step S1523 NO
  • the separation membrane diagnostic apparatus 50 starts flux control using the suction pump 23 (step S1524).
  • the flux control is, for example, control for reducing the flux until the determination condition becomes B2.
  • the separation membrane diagnostic device 50 outputs an instruction to reduce the flux to the water treatment control device 40.
  • the separation membrane diagnostic apparatus 50 determines whether or not the determination condition is B3 (step S1525).
  • the determination condition is B3, for example, indicates that moderate fouling has occurred in the separation membrane 21. For example, when the contribution rate of the low frequency band is 40% or more and less than 50%, the separation membrane diagnostic apparatus 50 determines that the determination condition is BB. If it is determined that the determination condition is BB (step S1525: YES), the separation membrane diagnostic apparatus 50 ends the process of step S15 shown in FIG. That is, when the medium fouling occurs and it is determined that the determination condition is B3, the separation membrane diagnostic apparatus 50 performs the flux control and the explosion amount control.
  • the separation membrane diagnostic apparatus 50 issues a filter cleaning notification that prompts the cleaning operation of the separation membrane 21 (step S1526).
  • the determination condition is not B3, for example, indicates that severe fouling has occurred in the separation membrane 21.
  • the filter cleaning notification is, for example, an operation for displaying on the display unit 46 or the display unit 56 urging the cleaning work of the separation membrane 21 or issuing a predetermined alarm from a speaker or the like.
  • FIGS. 4 and 5 exemplify the operation of changing the operating condition based on the determination result of the water permeable state of the separation membrane 21, the operation of changing the operating condition based on the determination result of the water permeable state of the separation membrane 21 is illustrated here. It is not limited to. For example, in FIGS. 4 and 5, the case where the water permeation state of the separation membrane 21 is determined in four stages has been described, but three or less stages or five or more stages may be determined. Moreover, although the method of changing the amount of explosions, the method of changing the amount of explosions and a flux was shown as a change of operating conditions, the method of changing only a flux, the method of changing the flow volume of raw water, the method of changing MLSS For example, other operating conditions may be changed.
  • FIG. 6 is a graph showing an example of the change over time of the membrane resistance of the separation membrane 21 in the present embodiment.
  • FIG. 6 shows the change over time in the differential pressure when an interval operation is repeated in which a suction time of 7 minutes by the suction pump 23 and a stop time of 1 minute are repeated.
  • One point illustrated in FIG. 6 is the measured differential pressure every minute.
  • the difference in pressure during the time t1, t2, t3, etc. is a measured value when the suction pump 23 is stopped.
  • FIG. 6 shows that the differential pressure may increase during the suction time of 7 minutes, while the differential pressure may decrease during the suction time of 7 minutes.
  • FIG. 7 is a graph showing an example of approximating the change with time of the membrane resistance of the separation membrane 21 in the present embodiment.
  • the straight line shown approximates the change in the differential pressure during the suction time of 7 minutes with a straight line.
  • the approximation method is arbitrary.
  • the linear approximation can be performed by, for example, the least square method. Further, instead of performing linear approximation, curve approximation may be performed.
  • the background of the straight line is displayed in white so that the approximate straight line can be easily seen.
  • the approximate straight line shown in FIG. 7 indicates that there is a case of a positive slope and a case of a negative slope.
  • the slope of the approximate straight line shown in FIG. 7 indicates the film resistance increase rate.
  • FIG. 8 is a graph showing an example of a change with time of the rate of increase in membrane resistance of the separation membrane 21 in the present embodiment.
  • the horizontal axis indicates the number of days that have elapsed since the day (first day) when the separation membrane 21 was cleaned.
  • the vertical axis represents the rate of increase in membrane resistance.
  • the film resistance increase rate has changed around 0 (KPa / ((m / day) ⁇ min)) from about the 11th day after the cleaning operation. However, it rapidly increases from around the 12th day, indicating that the membrane resistance R is increasing at an accelerated rate.
  • FIG. 8 shows that the permeation performance of the separation membrane 21 by fouling rapidly deteriorates after a predetermined number of days. The separation membrane 21 whose change with time was measured was emergency stopped by fouling on the 13th day. Therefore, for example, even if only the measurement value of the differential pressure gauge is recorded, it is difficult to predict a rapid deterioration of the permeation performance of the separation membrane 21 due to fouling.
  • FIG. 9 is a graph showing an example of frequency conversion of the change over time in the rate of increase in membrane resistance after the first time has elapsed since the separation membrane 21 was washed in the present embodiment.
  • the first time elapse is the cleaning work execution date in FIG.
  • the separation membrane 21 is assumed to be clean by washing.
  • the horizontal axis indicates the frequency.
  • the entire frequency band is in the vicinity of 0 to 1.05 ⁇ 10 ⁇ 3 (Hz).
  • the vertical axis represents the magnitude (power) of the membrane resistance increase rate.
  • the graph shown in FIG. 9 uses a Hanning window as a window function in FFT. The FFT is performed once every 80 minutes, and noise is removed by averaging the conversion results for 8 hours before and after. The result shown in FIG.
  • the filter 9 has a peak in the vicinity of 0.1 ⁇ 10 ⁇ 3 (Hz), the entire frequency band is 0 to 0.6 ⁇ 10 ⁇ 3 (Hz), the low frequency band, 0.6
  • a frequency band of ⁇ 10 ⁇ 3 (Hz) or higher is classified as a high frequency band, the power in the low frequency band is high.
  • FIG. 10 is a graph showing an example of frequency conversion of the change over time in the rate of increase in membrane resistance after the second time has elapsed since cleaning of the separation membrane 21 in the present embodiment.
  • the second time passage is the seventh day in FIG.
  • the elapsed time is roughly in the middle of the thirteenth day when the permeation performance of the separation membrane 21 rapidly deteriorates due to fouling.
  • the FFT conditions in FIG. 10 are the same as those in FIG.
  • the results shown in FIG. 10 indicate that, as in FIG. 9, the entire frequency band is 0 to 0.6 ⁇ 10 ⁇ 3 (Hz), the low frequency band, and the frequency band of 0.6 ⁇ 10 ⁇ 3 (Hz) or higher. Is classified as a high frequency band, the power in the low frequency band is high. However, peaks also appear in the vicinity of 0.25 ⁇ 10 ⁇ 3 (Hz) and in the vicinity of 0.9 ⁇ 10 ⁇ 3 (Hz), and the power distribution in the entire frequency band is shifted to the high frequency band compared to FIG. .
  • FIG. 11 is a graph showing an example of frequency conversion of the change over time in the rate of increase in membrane resistance after the third time has elapsed since the separation membrane 21 was washed in the present embodiment.
  • the third time passage is the 11th day in FIG.
  • the 11th day is 2 days before the permeation performance of the separation membrane 21 is rapidly deteriorated due to fouling, and the magnitude of the rate of increase in membrane resistance shown in FIG. 8 is after the first time and the second time. There is no difference.
  • the FFT conditions in FIG. 11 are the same as those in FIGS.
  • the results shown in FIG. 11 indicate that, as in FIG. 9, when the entire frequency band is 0 to 0.6 ⁇ 10 ⁇ 3 (Hz), the power peak is dispersed in the entire frequency band. That is, the magnitude of the film resistance increase rate for which no difference is recognized in FIG. 8 is expressed as a large difference after frequency conversion. This is the end of the description of the result of frequency conversion of the time-dependent change in the membrane resistance increase rate with reference to FIGS.
  • FIG. 12 is a graph showing an example of a frequency band setting method for calculating the contribution rate in the present embodiment.
  • the graph shown in FIG. 12 uses the graph shown in FIG.
  • the entire frequency band (all bands) is 0 to 1.05 ⁇ 10 ⁇ 3 (Hz).
  • the first frequency band (band 1) is 0 to 0.6 ⁇ 10 ⁇ 3 (Hz).
  • the second frequency band (band 2) is 0.6 ⁇ 10 ⁇ 3 to 1.05 ⁇ 10 ⁇ 3 (Hz).
  • the contribution rate in the first frequency band is defined as a band 1 contribution rate
  • the contribution rate in the second frequency band is defined as a band 2 contribution rate.
  • the calculation method of the band 1 contribution ratio and the band 2 contribution ratio is calculated by Expression (3).
  • FIG. 12 shows the case where the entire frequency band is divided into two frequency bands and the first frequency band and the second frequency band are set as the determination target frequency bands.
  • the setting method is not limited to this.
  • the first frequency band and the second frequency band may be discontinuous frequency bands.
  • a predetermined part of the entire frequency band may be determined.
  • the entire frequency band may be divided into three or more frequency bands to be determined.
  • FIG. 13 is a graph showing an example of transition of the band 1 contribution ratio and the band 2 contribution ratio in the present embodiment.
  • the band 1 contribution rate is higher than the band 2 contribution rate.
  • the band 1 contribution rate decreases and the band 2 contribution rate rises, and the band 1 contribution rate graph and the band 2 contribution rate graph are interlaced.
  • the ninth day is four days before the permeation performance of the separation membrane 21 suddenly deteriorates. That is, FIG. 13 shows that a fouling sign can be determined based on the transition of the contribution rate. Since the signs of fouling can be determined in advance, it is possible to prevent an emergency stop of water treatment due to fouling by the pre-cleaning work, and it is possible to reduce the cleaning cost associated with the regular cleaning work. . Above, description of transition of the band 1 contribution rate and the band 2 contribution rate using FIG. 13 is complete
  • FIG. 14 is a graph showing an example of the transition of the contribution rate when the explosion amount is changed in the present embodiment.
  • the band 1 contribution rate graph and the band 2 contribution rate graph are interlaced to show signs of fouling.
  • the band 1 contribution rate increases and the band 2 contribution rate decreases, indicating that the signs of fouling have disappeared. That is, based on the contribution rate, it can be determined that the permeation performance of the separation membrane 21 has been recovered by explosion or the like.
  • the operating conditions described with reference to FIGS. 3 to 5 are changed based on the contribution rate.
  • FIG. 14 shows that in this embodiment, it is possible to change the appropriate operating conditions based on the contribution rate. Above, description of transition of the contribution rate when changing the amount of explosions using FIG. 14 is complete
  • the separation membrane diagnostic apparatus 50 in this embodiment was demonstrated as what diagnoses the water permeation state of the separation membrane 21 in MBR, the separation membrane diagnostic apparatus 50 is a pure water manufacturing system, a water treatment system, seawater, for example It can also be applied to diagnosis of the water permeability of the separation membrane in a desalination system or the like.
  • the separation membrane diagnostic method includes an acquisition step, a time-change recording step, a vibration analysis step, and a determination step, so that the state of the separation membrane used for water treatment is determined.
  • a separation membrane diagnosis method a water treatment method, a separation membrane diagnosis device, a water treatment device, a separation membrane diagnosis program, or a storage medium on which the program is recorded, which can reduce water treatment costs by accurately grasping be able to.
  • the above-described apparatus may be realized by a computer.
  • a program for realizing the function of each functional block is recorded on a computer-readable recording medium.
  • the program recorded on the recording medium may be read by a computer system and executed by the CPU.
  • the “computer system” here includes hardware such as an OS (Operating System) and peripheral devices.
  • the “computer-readable recording medium” refers to a portable medium such as a flexible disk, a magneto-optical disk, a ROM, and a CD-ROM.
  • the “computer-readable recording medium” includes a storage device such as a hard disk built in the computer system.
  • the “computer-readable recording medium” may include a medium that dynamically holds a program for a short time.
  • the “computer-readable recording medium” may include a medium that holds a program for a certain period of time, such as a volatile memory inside a computer system that serves as a server or a client.
  • the program may be for realizing a part of the functions described above.
  • the program may be a program that can realize the above-described functions in combination with a program already recorded in the computer system.
  • the program may be realized using a programmable logic device.
  • the programmable logic device is, for example, an FPGA (Field Programmable Gate Array).
  • each functional unit of the apparatus described with reference to the drawings is a software functional unit, but a part or all of the functions may be a hardware functional unit such as an LSI.
  • Example 1 An example in which MBR film fouling is predicted is shown in FIG. FIG. 15 shows changes in the membrane resistance R, the band 1 contribution ratio, and the band 2 contribution ratio of the separation membrane 21 in the present embodiment.
  • the membrane resistance increased rapidly from February 13, and operation was stopped on February 14.
  • a method of predicting this sudden rise using the transition of the band 1 contribution rate will be described.
  • the value of the band 1 contribution ratio for two days is determined as a sign of fouling.
  • the method for calculating the band 1 contribution rate is as described above.
  • the band 1 contribution ratio does not maintain 60% or less for 2 days, and it can be determined that the water permeability of the separation membrane is good. From February 9, it can be determined that the contribution ratio of the band 1 is maintained at 50% or less for 2 days and the state of the separation membrane is poor. This made it possible to predict fouling a few days ago.
  • FIG. 16 shows an example in which MBR film fouling is predicted in the same manner as in Example 1.
  • FIG. 16 shows an operation example from June 1 to July 4, and the film resistance suddenly increased on July 4 and the operation was stopped. From June 1 to June 17 in the initial operation, the band 1 contribution ratio does not maintain 60% or less for 2 days, and it can be determined that the water permeability of the separation membrane is good. From June 17, it can be determined that the band 1 contribution ratio is maintained at 60% or less and the state of the separation membrane is poor. This made it possible to predict fouling from about two weeks ago.
  • FIG. 17 shows an example in which MBR film fouling is predicted under the same conditions as in Example 1.
  • FIG. 17 shows an operation example from March 1 to March 10, and the film resistance increased from March 6, and the operation was stopped on March 10. From March 1 of the operation start date, it can be determined that the band 1 contribution ratio is maintained at 60% or less for 2 days and the state of the separation membrane is poor. As a result, it was possible to predict fouling from several days ago.
  • FIG. 18 shows an example in which MBR film fouling is predicted under the same conditions as in Example 1.
  • FIG. 18 shows an example of operation from April 1 to April 30, and the membrane resistance did not increase after one month of operation. From April 1 of the operation start date, it can be determined that the band 1 contribution ratio does not maintain 60% or less for two days, and the water permeability of the separation membrane is good and fouling does not occur.
  • FIG. 19 shows an example in which MBR film fouling is predicted under the same conditions as in Example 1.
  • FIG. 19 shows an operation example from March 4th to March 19th. From March 10, it can be judged that the band 1 contribution ratio is maintained at 60% or less for 2 days and the state of the separation membrane is poor. According to this result, the explosion air volume was changed 1.5 times on March 16. Thereafter, the pressure difference does not rapidly increase, and the band 1 contribution ratio does not maintain 60% or less, and it can be determined that the water permeability of the separation membrane is improved.

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Abstract

水処理に用いる分離膜の状態を正確に把握することにより水処理コストを低減することができる、分離膜診断方法、水処理方法、分離膜診断装置、水処理装置及び分離膜診断プログラムまたは当該プログラムが記録された記憶媒体を提供する。　分離膜診断方法は、固液分離を行う分離膜の状態を表す指標を取得する取得ステップと、取得された指標の経時変化を記録する経時変化記録ステップと、記録された経時変化の振動を解析する振動解析ステップと、解析された振動に基づいて分離膜の透水状態を判定する判定ステップとを含む。

Description

分離膜診断方法、水処理方法、分離膜診断装置、水処理装置及び分離膜診断プログラム
　本発明は、分離膜診断方法、水処理方法、分離膜診断装置、水処理装置及び分離膜診断プログラムに関する。
　本願は、２０１６年２月１日に、日本に出願された特願２０１６－０１７３７１号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　従来、下水道等の水処理において、固液分離を行う分離膜を用いた膜分離活性汚泥法（ＭＢＲ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ　Ｂｉｏｒｅａｃｔｏｒ）が用いられている。ＭＢＲにおいては、活性汚泥から液体の透過水を分離するときに、時間の経過とともに汚泥に含まれる付着物質が分離膜の表面に累積したり分離膜の透過流路を閉塞したりして分離膜の透過性能が低下するファウリングと呼ばれる現象が発生する。ファウリングが進行して分離膜の透過性能が低下した場合には清掃によって分離膜に付着した付着物を剥離するメンテナンスが必要となる。ファウリングによる透過性能の低下は稼働時間に対して一定ではなく、所定の稼働時間を超えると透過性能が急激に低下する。したがって、透過性能が低下するまで分離膜を使用した場合には洗浄のために予定外に水処理を停止しなくてはいけない場合がある。一方、ファウリングによる水処理の予定外の停止を避けるためには、早目に分離膜の洗浄を実施する。分離膜の洗浄においては、所定の薬液が用いられ、分離膜に付着した有機物や微生物を除去する。分離膜の洗浄の回数が多くなると、清掃のための停止により水処理の稼働率が低下する。また、洗浄の回数が多くなると、洗浄作業を行う作業者の労務費、洗浄用の薬品費等のコストが増える。
　また、ＭＢＲにおいては、分離膜の下方から爆気（エアレーション）を行い、分離膜の表面に付着した付着部を空気の振動で除去することにより、ファウリングの発生を遅らせることができる。
　また、ＭＢＲにおいて、蛍光センサ等のセンサを用いてファウリングを検出する技術がある（例えば、特許文献１を参照）。また、ＭＢＲにおいて、遠心分離機等を用いて汚泥の成分を分析してファウリングを予測する技術がある（例えば、特許文献２を参照）。
特開２０１４－１３６２１０号公報 特開２０１２－２００６３１号公報
　しかしながら、付着物の除去に用いる爆気量は、例えば活性汚泥に必要な生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ：Ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｏｘｙｇｅｎ　Ｄｅｍａｎｄ）の確保に必要な爆気量に比べて多いため、付着物を除去する効果を上げるために爆気量を増やすと、爆気のために大きなエネルギーを消費してしまう場合があった。
　また、分離膜のファウリング状態を把握するためには、蛍光センサや遠心分離機等の高額な検査機器が必要であった。また、検査機器を用いた検査においては手間の掛る測定作業が必要であり、ファウリング状態を常に監視することは困難であった。
　本発明は、水処理に用いる分離膜の状態を正確に把握することにより水処理コストを低減することができる、分離膜診断方法、水処理方法、分離膜診断装置、水処理装置及び分離膜診断プログラムである。
　本発明の一態様は、固液分離を行う分離膜の状態を表す指標を取得する取得ステップと、取得された前記指標の経時変化を記録する経時変化記録ステップと、記録された前記経時変化の振動を解析する振動解析ステップと、解析された前記振動に基づいて前記分離膜の透水状態を判定する判定ステップとを含む分離膜診断方法である。
　本発明の一態様は、前記振動解析ステップにおいて、記録された前記経時変化の振動を周波数変換し、前記判定ステップにおいて、周波数変換した前記振動の大きさに基づいて前記分離膜の透水状態を判定する。
　本発明の一態様は、前記判定ステップにおいて、周波数変換した所定の周波数帯域における前記振動の大きさに基づいて前記分離膜の透水状態を判定する。
　本発明の一態様は、前記判定ステップにおいて、第１の周波数帯域における前記振動の大きさと、第２の周波数帯域における前記振動の大きさとを比較することにより、前記分離膜の透水状態を判定する。
　本発明の一態様は、前記判定ステップにおいて、第１の周波数帯域における前記振動の大きさの寄与率と、第２の周波数帯域における前記振動の大きさの寄与率とを比較することにより、前記分離膜の透水状態を判定する。
　本発明の一態様は、前記判定において判定された固液分離を行う分離膜の透水状態に基づき、前記分離膜を用いた固液分離の運転条件を変更する運転条件変更ステップを含む、水処理方法である。
　本発明の一態様は、前記運転条件変更ステップにおいて、前記分離膜を爆気する爆気量を変更することにより前記運転条件を変更する。
　本発明の一態様は、前記運転条件変更ステップにおいて、前記分離膜の透過水量を変更することにより前記運転条件を変更する。
　本発明の一態様は、判定された前記透水状態に基づき、さらに前記分離膜のメンテナンスを促す情報を報知する報知ステップをさらに含む。
　本発明の一態様は、固液分離を行う分離膜の状態を表す指標を取得する取得部と、取得された前記指標の経時変化を記録する経時変化記録部と、記録された前記経時変化の振動を解析する振動解析部と、解析された前記振動に基づいて前記分離膜の透水状態を判定する判定部とを備える分離膜診断装置である。
　本発明の一態様は、固液分離を行う分離膜と、前記分離膜の状態を表す指標を取得する取得部と、取得された前記指標の経時変化を記録する経時変化記録部と、記録された前記経時変化の振動を解析する振動解析部と、解析された前記振動に基づいて前記分離膜の透水状態を判定する判定部と、判定された前記透水状態に基づき、前記分離膜を用いた固液分離の運転条件を変更する運転条件変更部と、を備える水処理装置である。
　本発明の一態様は、固液分離を行う分離膜の状態を表す指標を取得する取得処理と、取得された前記指標の経時変化を記録する経時変化記録処理と、記録された前記経時変化の振動を解析する振動解析処理と、解析された前記振動に基づいて前記分離膜の透水状態を判定する判定処理とをコンピュータに実行させるための分離膜診断プログラムおよび前記プログラムが記録された記憶媒体である。
　本発明の一態様により、水処理に用いる分離膜の状態を正確に把握することにより水処理コストを低減することができる、分離膜診断方法、水処理方法、分離膜診断装置、水処理装置及び分離膜診断プログラムおよび前記プログラムが記録された記憶媒体を提供することができる。
本発明の一実施形態における、水処理装置の構成の一例を示す図。 本発明の一実施形態における、水処理装置の水処理制御装置と分離膜診断装置の機能構成の一例を示す図。 本発明の一実施形態における、分離膜診断装置の動作の一例を示すフローチャート。 本発明の一実施形態における、分離膜診断装置の運転条件変更処理の第１の動作の一例を示すフローチャート。 本発明の一実施形態における、分離膜診断装置の運転条件変更処理の第２の動作の一例を示すフローチャート。 本発明の一実施形態における、分離膜診断装置を用いた分離膜の膜抵抗の測定における経時変化の一例を示すグラフ。 本発明の一実施形態における、分離膜診断装置を用いた分離膜の膜抵抗の測定における経時変化を近似した一例を示すグラフ。 本発明の一実施形態における、分離膜診断装置を用いた分離膜の膜抵抗上昇速度の測定における経時変化の一例を示すグラフ。 本発明の一実施形態における、分離膜診断装置を用いた測定における分離膜２１の洗浄から第１の時間経過後の膜抵抗上昇速度の経時変化を周波数変換した一例を示すグラフ。 本発明の一実施形態における、分離膜診断装置を用いた測定における分離膜２１の洗浄から第２の時間経過後の膜抵抗上昇速度の経時変化を周波数変換した一例を示すグラフ。 本発明の一実施形態における、分離膜診断装置を用いた測定における分離膜２１の洗浄から第３の時間経過後の膜抵抗上昇速度の経時変化を周波数変換した一例を示すグラフ。 本発明の一実施形態における、分離膜診断装置を用いた測定における寄与率を算出するための周波数帯域の設定方法の一例を示すグラフ。 本発明の一実施形態における、分離膜診断装置を用いた測定におけるバンド１寄与率とバンド２寄与率の推移の一例を示すグラフ。 本発明の一実施形態における、分離膜診断装置を用いた測定における爆気量を変更したときの寄与率の推移の一例を示すグラフ。 本発明の一実施形態における、分離膜診断装置を用いた測定における分離膜の診断結果を示すグラフ。 本発明の一実施形態における、分離膜診断装置を用いた測定における分離膜の診断結果を示すグラフ。 本発明の一実施形態における、分離膜診断装置を用いた測定における分離膜の診断結果を示すグラフ。 本発明の一実施形態における、分離膜診断装置を用いた測定における分離膜の診断結果を示すグラフ。 本発明の一実施形態における、分離膜診断装置を用いた測定における分離膜の診断結果を示すグラフ。
　以下、図面を参照して、本発明に係る一実施形態における分離膜診断方法、水処理方法、分離膜診断装置、水処理装置及び分離膜診断プログラムまたは当該プログラムが記憶された記憶媒体について説明する。
　先ず、図１を用いて、水処理装置の構成を説明する。図１は、本実施形態における、水処理装置の構成の一例を示す図である。図１の水処理装置は、活性汚泥を分離膜により分離するＭＢＲを例示している。
　図１において、水処理装置１００は、水槽１１、原水流路１２、余剰汚泥流路１３、分離膜２１、透過水流路２２、吸引ポンプ２３、排水流路２４、差圧計２５、散気管３１、ブロア３２、水処理制御装置４０及び分離膜診断装置５０を有する。
　水槽１１は、原水流路１２から流入する原水を、活性汚泥による生物反応によって処理をする生物反応槽である。水槽１１は、ＭＬＳＳ（Ｍｉｘｅｄ　Ｌｉｑｕｏｒ　Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ　Ｓｏｌｉｄｓ：活性汚泥浮遊物質）を所定範囲内にするために、余剰汚泥流路１３から余剰汚泥を排出する。
　分離膜２１は、水槽１１の中の活性汚泥を含む処理水に浸漬される。分離膜２１は、例えば、ＭＦ（精密ろ過：Ｍｉｃｒｏｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）膜、ＵＦ（限外ろ過：Ｕｌｔｒａｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）膜、ＮＦ（ナノろ過：Ｎａｎｏｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）膜等を用いることができる。ＭＢＲにおいては、例えば、０．０１～１０μｍ程度の孔径のＭＦ膜を用いてもよい。ＵＦ膜は、ＭＦ膜より小さい孔径を持つ。また、ＮＦ膜は、ＲＯ（逆浸透：Ｒｅｖｅｒｓｅ　Ｏｓｍｏｓｉｓ）膜等の逆浸透膜である。分離膜２１の孔径は、分離対象の粒子の大きさによって適宜選択される。分離膜２１の材質には、ＰＳＦ（ポリスルホン）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＣＡ（酢酸セルロース）、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフロロエチレン）等を用いることができる。また、分離膜２１には、セラミック等の無機物の材質を用いることができる。また、分離膜２１は、上記素材の膜を複数配置して膜の支持体等の部品と一体化した分離膜エレメントであってもよい。また、分離膜２１は、分離膜エレメントをシート状や管状に配置した分離膜モジュールであってもよい。シート状の分離膜モジュールとしては、例えば、平膜モジュール、スパイラル型モジュールを用いることができる。また、管状の分離膜モジュールとしては、例えば、中空糸を多数本束ねて両端を樹脂に包埋した中空糸モジュールを用いることができる。
　吸引ポンプ２３は、分離膜２１から透過水流路２２を通じて透過水を吸引する。吸引ポンプ２３により吸引される透過水の量は、分離膜２１における透過流束（フラックス（「濾過流速」ともいう））に影響する。透過流束は、分離膜の表面積あたりの透過水の量である。分離膜２１の表面積が一定であるとすると、透過水の量が大きくなると透過流束も大きくなり、透過水の量が小さくなると透過流束も小さくなる。透過流束が大きいと、分離膜２１におけるファウリングの進行が早くなるため、分離膜２１の洗浄の周期が短くなり、洗浄作業時の水処理の停止により所定期間における平均処理量が低下する。一方、透過流束が小さいと、ファウリングの進行は遅くなり、分離膜２１の洗浄の周期が長くなるが、透過水の量が小さくなるため、所定期間における平均処理量が低下する。本実施形態では、所定の時間吸引ポンプ２３を運転して透過水を吸引した後に吸引ポンプを停止して、一定の時間爆気による分離膜２１の洗浄を行うインターバル運転を行う場合を説明する。図６等を用いて説明するインターバル運転においては、７分間の吸引と１分間の停止を繰り返す場合について説明する。一定の時間の吸引ポンプ２３の停止を行うことにより、ファウリングの進行を遅らせることができる。なお、吸引ポンプ２３の停止の間、例えば、分離膜２１に対して吸引と逆方向の水圧を与えて分離膜２１を洗浄する逆洗を行うようにしてもよい。吸引ポンプ２３は、水処理制御装置４０により駆動されて、吸引ポンプの吸引により透過水量が調整される。吸引ポンプ２３は、吸引した透過水を排水流路２４から排水する。
　差圧計２５は、吸引ポンプ２３によって生じる、分離膜２１の１次側と２次側の差圧を測定して、測定した差圧データを水処理制御装置４０に出力する。差圧計２５は、測定した差圧データを、例えば４～２０ｍＡの電流値として水処理制御装置４０に出力する。図１に図示する分離膜２１は、大気開放された水槽１１に所定の水深で浸漬されるため、分離膜２１の１次側は一定圧力となる。差圧計２５は、大気圧と分離膜２１の２次側（吸引ポンプ２３の吸引側）の圧力の差圧を分離膜２１の１次側と２次側の差圧として測定することができる。
　散気管３１は、水槽１１の水中において分離膜２１の下部に設置されて、散気管３１に設けられた空気孔から空気を爆気する。散気管３１から爆気された空気は、分離膜２１を物理的に振動させて、分離膜２１の表面に付着した付着物を剥離させる洗浄を行う。爆気による付着物の剥離を空気洗浄という。散気管３１から爆気される空気は、ブロア３２によって供給される。散気管３１から爆気される気泡の大きさ及び気泡の速度は、散気管３１の空気孔の大きさとブロアから供給される空気の空気圧によって異なる。空気洗浄による洗浄力の大きさは、ブロアから供給される空気圧を制御することにより調整することができる。なお、散気管３１の配置位置及び分離膜２１の形状は、空気洗浄の洗浄力が向上するように決定することができる。例えば、爆気された気泡は水槽１１の水中を上方に向かって移動するため、分離膜２１を水槽１１の上下方向に長くなるように配置することにより、分離膜２１が気泡に接する時間を長くすることができるので空気洗浄の洗浄力を向上させることができる。
　ブロア３２は、水処理制御装置４０によって駆動される。ブロア３２は、水処理制御装置４０によってモータの回転速度によって散気管３１に供給する空気の空気圧を変更することができる。
　水処理制御装置４０は、吸引ポンプ２３及びブロア３２を駆動するとともに、差圧計２５から差圧データを取得する。水処理制御装置４０は、取得した差圧データを分離膜診断装置５０に出力するとともに、分離膜診断装置５０から吸引ポンプ２３又はブロア３２の運転条件を変更するための情報を取得する。なお、水処理制御装置４０の詳細は、図２を用いて後述する。
　分離膜診断装置５０は、分離膜２１の透水状態を診断する。以下の説明において、分離膜診断装置５０は、分離膜２１の透水状態として、ＭＢＲにおける分離膜２１におけるファウリングの状態を診断する場合を説明する。
　なお、図１では、分離膜２１を水槽１１の処理水に直接浸漬する一体型のＭＢＲを例示したが、本実施形態におけるＭＢＲは、一体型のＭＢＲに限定されるものではない。本実施形態は、例えば、分離膜を浸漬させる分離膜水槽を水槽１１とは別個に設け、分離膜水槽と水槽１１とで処理水を循環させる水槽別置型のＭＢＲにおいて実施されてもよい。また、本実施形態は、分離膜を浸漬させる分離膜のケーシングを水槽１１の外に設け、ケーシングに処理水を送水する槽外型のＭＢＲにおいて実施されてもよい。また、図１においては、分離膜２１の２次側を吸引ポンプ２３で吸引して透過水を透過する場合を例示したが、例えば、分離膜２１を水槽１１より低い位置に設置して、水槽１１と分離膜２１の落差により分離膜２１の１次側に水圧をかけて透過水を透過させてもよい。
　以上で、図１を用いた、水処理装置１００の構成の説明を終了する。
　次に、図２を用いて、水処理装置１００の水処理制御装置４０と分離膜診断装置５０の機能を説明する。図２は、本実施形態における、水処理装置１００の水処理制御装置４０と分離膜診断装置５０の機能構成の一例を示す図である。
　図２において、水処理制御装置４０は、制御部４１、ポンプ駆動部４２、ブロア駆動部４３、差圧取得部４４、操作部４５、表示部４６及び通信部４７の各機能を有する。分離膜診断装置５０は、制御部５１、膜抵抗算出部５２、周波数解析部５３、判定部５４、操作部５５、表示部５６、通信部５７の各機能を有する。
　図２に示す、水処理制御装置４０の上記各機能は、コンピュータで実行されるプログラム（ソフトウェア）において実現することができる。また、分離膜診断装置５０の上記各機能は、コンピュータで実行されるプログラム（ソフトウェア）において実現することができる。但し、水処理制御装置４０の上記各機能のいずれか１以上の機能はハードウェアにおいて実現されてもよい。また、分離膜診断装置５０の上記各機能のいずれか１以上の機能はハードウェアにおいて実現されてもよい。また、図２において水処理制御装置４０又は分離膜診断装置５０の上記各機能は、それぞれ枠線で図示する１つの機能ブロックとして説明するが、複数の機能を１の機能ブロックで実現するようにしてもよい。同様に、水処理制御装置４０又は分離膜診断装置５０の上記各機能は、複数の機能ブロックで実現するようにしてもよい。
　制御部４１は、水処理制御装置４０の動作を制御する。制御部４１は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）等の演算処理装置を含み、ポンプ駆動部４２、ブロア駆動部４３、差圧取得部４４、操作部４５、表示部４６及び通信部４７の各機能を制御するものであってもよい。
　ポンプ駆動部４２は、吸引ポンプ２３を駆動する。ポンプ駆動部４２は、例えば、図示しないインバータ駆動回路を制御して、吸引ポンプ２３を駆動するモータの回転数を制御する。モータの回転数の制御には、モータをＯＮ／ＯＦＦするＯＮ／ＯＦＦ制御も含まれる。
　ブロア駆動部４３は、ブロア３２を駆動する。ブロア駆動部４３は、例えば、図示しないインバータ駆動回路を制御して、ブロア３２を駆動するモータの回転数を制御する。モータの回転数の制御には、モータをＯＮ／ＯＦＦするＯＮ／ＯＦＦ制御も含まれる。
　差圧取得部４４は、差圧計２５で測定された差圧データを取得する。差圧取得部４４が取得した差圧データは、例えば、制御部４１が監視して、予め設定された閾値以上となったときに清掃を促す警告を行う。差圧取得部４４が取得した差圧データは、分離膜診断装置５０に出力される。
　操作部４５は、水処理制御装置４０の操作者によって操作される。操作部４５は、例えば、キーボードである。表示部４６は、水処理制御装置４０の操作者に対して、水処理制御装置４０の状態等を表示する。表示部４６は、例えば、上述の清掃を促す警告を表示する。表示部４６は、例えば、ディスプレイ、ランプ等である。なお、操作部４５と表示部４６は、例えばタッチパネルのように操作入力と表示とを行う機器を用いてもよい。通信部４７は、分離膜診断装置５０の通信部５７と通信する。通信部４７と通信部５７の通信は、有線通信又は無線通信において行うことができる。
　制御部５１は、分離膜診断装置５０の動作を制御する。制御部５１は、例えばＣＰＵ等の演算処理装置を含み、膜抵抗算出部５２、周波数解析部５３、判定部５４、操舵部５５、表示部５６、通信部５７の各機能を制御するものであってもよい。
　膜抵抗算出部５２は、分離膜２１の膜抵抗を算出する。膜抵抗Ｒは式（１）より算出される。
　Ｒ＝Ｐ／Ｆ（ＫＰａ／（ｍ／ｄａｙ））・・・（１）
　　但し、Ｐ＝分離膜２１の差圧（ＫＰａ）
　　　　　Ｆ＝透過流速（ｍ３／（ｍ２・ｄａｙ）＝ｍ／ｄａｙ）
　上記式（１）において、分離膜２１の差圧は、差圧計２５から差圧データとして取得することができる。また、透過流速は、分離膜２１の表面積は一定であるので、分離膜２１の透過水量（ｍ３／ｄａｙ）を、図示しない流量計で測定することによって取得することができる。例えば、ポンプ駆動部４２において分離膜２１の透過水量を一定に保つ制御が行われた場合、透過流速Ｆは一定値となる。
　膜抵抗算出部５２は、算出した膜抵抗Ｒに基づき、膜抵抗Ｒの上昇速度（「膜抵抗上昇速度」という。）を算出する。膜抵抗上昇速度とは、所定の時間あたりの膜抵抗Ｒの変化である。本実施形態では、膜抵抗Ｒの上昇速度を１分あたりの変化として算出する場合を示す。すなわち、膜抵抗上昇速度は式（２）で表される。
　膜抵抗上昇速度＝ΔＲ／ｍｉｎ（ＫＰａ／（（ｍ／ｄａｙ）・ｍｉｎ））・・・（２）
　　但し、ΔＲ＝膜抵抗Ｒの変化（ＫＰａ／（ｍ／ｄａｙ））
　膜抵抗算出部５２は、例えば、膜抵抗Ｒを１秒に１回の割合で算出し、算出した膜抵抗Ｒの値の変化を７分間の値で近似値とすることにより膜抵抗上昇速度を算出することができる。ここで、７分間における膜抵抗上昇速度を近似するのは、吸引ポンプ２３による７分間の吸引と１分間の停止を繰り返すインターバル運転における１回の吸引時間（７分間）の膜抵抗上昇速度を算出するためである。膜抵抗算出部５２は、算出した膜抵抗上昇速度を記録する。膜抵抗上昇速度の記録は、例えば図示しないメモリ等の記憶装置に記憶することができる。
　ところで、分離膜２１の膜抵抗Ｒが一定である場合、膜抵抗上昇速度は０（ＫＰａ／（（ｍ／ｄａｙ）・ｍｉｎ））となる。しかし、処理水の水質、活性汚泥の状態等は経時的に変化するために、分離膜２１への付着部の付着も経時的に変化する。また、分離膜２１に付着した付着物は爆気による振動で物理的に剥離されるため、付着物の剥離量も経時的に変化する。したがって、分離膜２１の状態は経時的に変化している。膜抵抗算出部５２は、分離膜２１の状態を膜抵抗上昇速度の変化として記録する。
　なお、膜抵抗上昇速度は分離膜の状態を表す指標の一態様である。本実施形態においては、膜抵抗上昇速度を分離膜の状態を表す指標として説明するが、分離膜の状態を表す指標は膜抵抗上昇速度に限定されるものではない。膜抵抗上昇速度は上述の通り、分離膜２１の差圧と透過水の流量に基づき算出することができる。したがって、分離膜の状態を表す指標として、例えば、分離膜２１の差圧、分離膜２１の透過水の流量、分離膜２１の透過流速等を用いてもよい。すなわち、分離膜２１の状態を表す指標とは、ファウリング等により分離膜２１の透過性能が、時間の経過とともに変化（「経時変化」という。）することを表す指標であればよい。
　周波数解析部５３は、算出された膜抵抗上昇速度の振動を周波数変換して、膜抵抗上昇速度の振動を解析する。膜抵抗上昇速度の振動とは、所定の時間間隔で記録された膜抵抗上昇速度の変動をいう。膜抵抗上昇速度を７分毎に算出した場合、膜抵抗上昇速度の振動は、７分毎の膜抵抗上昇速度の変動となる。周波数解析部５３は、例えば、高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ　Ｆｏｕｒｉｅｒ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を用いて周波数変換を行う。周波数解析部５３は、図示しない分離膜診断装置５０の外部のＦＦＴアナライザに膜抵抗上昇速度の振動のデータを送信し、周波数変換されたデータを取得するものであってもよい。周波数解析部５３は、周波数変換した膜抵抗上昇速度の振動のデータを以下、「周波数変換データ」という。周波数変換データは、周波数と、膜抵抗上昇速度の振動の大きさ（以下、「パワー」という。）を含む。周波数解析部５３は、周波数変換データを判定部５４に出力する。
　判定部５４は、周波数変換データ基づき、分離膜２１の透水状態を判定する。本実施形態では、分離膜２１の透水状態として、分離膜２１のファウリング状態を判定する場合を説明する。判定部５４は、周波数変換データにおける所定の周波数帯域に着目して、その周波数帯域におけるパワーに基づき分離膜２１の透水状態を判定する。所定の周波数帯域に着目した判定部５４の判定アルゴリズムは任意である。
　例えば、判定部５４は、所定の周波数帯域におけるにパワーに基づき透水状態を判定する。所定の周波数帯域とは、例えば、所定の周波数以下の周波数帯域、所定の周波数以上の周波数帯域、第１の周波数以上かつ第２の周波数以下の周波数帯域等である。判定部５４は、所定の周波数帯域におけるにパワーと閾値を比較して、パワーが予め定められた閾値（上限値又は下限値）を超えたか否かを判断することができる。ここで、閾値と比較するパワーとは、パワーの最大値、パワーの平均値、パワーの寄与率等である。パワーの寄与率は式（３）に基づき算出することができる。
　寄与率＝ＰＯＡ／ＯＡ・・・（３）
　　但し、ＯＡ＝全周波数帯域におけるパワーの合計値（Ｏｖｅｒ　Ａｌｌ）
　　　　　ＰＯＡ＝所定の周波数帯域におけるパワーの合計値（Ｐａｒｔｉａｌ　ＯＡ）
　判定部５４は、寄与率と閾値とを比較することにより透水状態を判定する。
　また、判定部５４は、周波数変換データを複数の周波数帯域に分離して、周波数帯域毎のパワーの比較によって透水状態を判定してもよい。例えば、判定部５４は、第１の周波帯域と第２の周波帯域に分離して、第１の周波帯域と第２周波帯域のパワーを比較することにより透水状態を判定することができる。第１の周波帯域は、例えば低周波領域である。第２の周波帯域は、例えば高周波帯域である。周波数帯域毎のパワーの比較は、例えば、パワーの最大値の比較、パワーの平均値の比較、パワーの寄与率の比較等である。
　判定部５４は、分離膜２１の透水状態の判定を複数段階の評価として判定することができる。例えば、判定部５４は、ファウリングの発生が無いと判定する第１段階、軽度のファウリングと判定する第２段階、中度のファウリングと判定する第３段階、重度のファウリングと判定する第４段階として分離膜２１を評価する判定を行う。判定部５４は、判定の結果を水処理制御装置４０に出力する。
　操作部５５は、分離膜診断装置５０の操作者によって操作される。操作部５５は、例えば、キーボードである。表示部５６は、分離膜診断装置５０の操作者に対して、分離膜診断装置５０の状態等を表示する。表示部５６は、例えば、判定部５４における判定結果を表示する。表示部５６は、例えば、ディスプレイ、ランプ等である。なお、操作部５５と表示部５６は、例えばタッチパネルのように操作入力と表示とを行う機器を用いてもよい。通信部５７は、水処理制御装置４０の通信部４７と通信する。
　以上で、図２を用いた、水処理制御装置４０と分離膜診断装置５０の機能の説明を終了する。
　次に、図３を用いて、分離膜診断装置５０の動作を説明する。図３は、本実施形態における、分離膜診断装置の動作の一例を示すフローチャートである。図３に示すフローチャートは、図２で示した制御部５１等の機能において実行されるものとする。
　図３において、分離膜診断装置５０は、膜抵抗上昇速度を算出する（ステップＳ１１）。本実施形態において膜抵抗上昇速度の算出は、７分間の吸引ポンプ２３による吸引時間において近似される。
　ステップＳ１１の処理を実行した後、分離膜診断装置５０は、膜抵抗上昇速度の変動（振動）についてＦＦＴアナライザによってフーリエ変換して、膜抵抗上昇速度のパワーについて周波数分析を行う（ステップＳ１２）。
　ステップＳ１２の処理を実行した後、分離膜診断装置５０は、寄与率を算出する。寄与率の算出は、第１の周波数帯域としての低周波帯域における寄与率と、第２の周波数帯域としての高周波帯域における寄与率とを算出する場合の例を、図１４を用いて後述する。
　ステップＳ１３の処理を実行した後、分離膜診断装置５０は、分離膜２１の透水状態を判定するか否かを判断する（ステップＳ１４）。分離膜２１の透水状態を判定するか否かの判断は、例えば、水処理装置１００が稼働中であるか否か、所定の判定時刻であるか否か等である。分離膜２１の透水状態を判定しないと判断した場合（ステップＳ１４：ＮＯ）、分離膜診断装置５０は、図３のフローチャートに示す処理を終了する。なお、図３のフローチャートは終了後に繰り返して実行されるものとする。
　一方、分離膜２１の透水状態を判定すると判断した場合（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、分離膜診断装置５０は、運転条件変更処理を実行する（ステップＳ１５）。ステップＳ１５における運転条件変更処理の詳細は図４及び図５を用いて後述する。ステップＳ１５の処理を実行した後、分離膜診断装置５０は、図３のフローチャートに示す処理を終了する。
　以上で、図３を用いた、分離膜診断装置５０の動作の説明を終了する。
　次に、図４を用いて、図３のステップＳ１５の運転条件変更処理の第１の動作を説明する。図４は、本実施形態における、分離膜診断装置５０の運転条件変更処理の第１の動作の一例を示すフローチャートである。運転条件変更処理の第１の動作は、分離膜２１の透水状態の判定結果に基づき、爆気量を変更することにより、水処理装置１００の運転条件を変更する動作である。
　図４において、分離膜診断装置５０は、判定条件がＡ１であるか否かを判断する（ステップＳ１５１１）。判定条件がＡ１であるとは、例えば、分離膜２１の透水状態が良好であることを示す。分離膜診断装置５０は、例えば、低周波帯域の寄与率が６０％以上である場合、判定条件がＡ１であると判断する。判定条件がＡ１であるか否かは、例えば、所定の時間における寄与率、又は寄与率の最大値、又は平均値が６０％以上であるときに判定条件がＡ１であると判断してもよい。所定の時間とは例えば２日である。差圧データにノイズが多い場合は時間を長くとることでノイズの影響を小さくすることが可能である。一方、ノイズが少ない場合は時間を短くすることが可能である。以上は、以下の判定条件Ａ２及びＡ３についても同様である。判定条件がＡ１であると判断した場合（ステップＳ１５１１：ＹＥＳ）、分離膜診断装置５０は、ブロア３２を用いた爆気量が第１爆気量になるように、水処理制御装置４０に対して指示を出力する（ステップＳ１５１２）。第１爆気量は、後述する第２爆気量より少ない爆気量である。水処理制御装置４０は分離膜診断装置５０から取得した指示に従い、ブロア駆動部４３においてブロア３２を駆動するものとする。ステップＳ１５１２の処理を実行した後、分離膜診断装置５０は、図４に示すステップＳ１５の処理を終了する。
　一方、判定条件がＡ１でないと判断した場合（ステップＳ１５１１：ＮＯ）、分離膜診断装置５０は、判定条件がＡ２であるか否かを判断する（ステップＳ１５１３）。判定条件がＡ２であるとは、例えば、分離膜２１において軽度のファウリングが発生していることを示す。分離膜診断装置５０は、例えば、低周波帯域の寄与率が５０％以上６０％未満である場合、判定条件がＡ２であると判断する。判定条件がＡ２であると判断した場合（ステップＳ１５１３：ＹＥＳ）、分離膜診断装置５０は、ブロア３２を用いた爆気量が第２爆気量になるように、水処理制御装置４０に対して指示を出力する（ステップＳ１５１４）。第２爆気量は第１爆気量より多く、後述する第３爆気量より少ない爆気量である。ステップＳ１５１４の処理を実行した後、分離膜診断装置５０は、図４に示すステップＳ１５の処理を終了する。
　一方、判定条件がＡ２でないと判断した場合（ステップＳ１５１３：ＮＯ）、分離膜診断装置５０は、判定条件がＡ３であるか否かを判断する（ステップＳ１５１５）。判定条件がＡ３であるとは、例えば、分離膜２１において中度のファウリングが発生していることを示す。分離膜診断装置５０は、例えば、低周波帯域の寄与率が４０％以上５０％未満である場合、判定条件がＡ３であると判断する。判定条件がＡ３であると判断した場合（ステップＳ１５１５：ＹＥＳ）、分離膜診断装置５０は、ブロア３２を用いた爆気量が第３爆気量になるように、水処理制御装置４０に対して指示を出力する（ステップＳ１５１６）。第３爆気量は第２爆気量より多い爆気量である。ステップＳ１５１６の処理を実行した後、分離膜診断装置５０は、図４に示すステップＳ１５の処理を終了する。
　一方、判定条件がＡ３でないと判断した場合（ステップＳ１５１３：ＮＯ）、分離膜診断装置５０は、分離膜２１の清掃作業の実施を促すフィルタ清掃報知をする（ステップＳ１５１７）。判定条件がＡ３でないは、例えば、分離膜２１において重度のファウリングが発生していることを示す。分離膜診断装置５０は、例えば、低周波帯域の寄与率が４０％未満である場合、判定条件がＡ３であると判断する。フィルタ清掃報知は、例えば、表示部４６又は表示部５６に分離膜２１の清掃作業の実施を促す表示をしたり、スピーカ等から所定の警報を発したりする動作である。
　ステップＳ１５１７の処理を実行した後、分離膜診断装置５０は、図４に示すステップＳ１５の処理を終了する。
　以上で、図４を用いた、運転条件変更処理の第１の動作の説明を終了する。
　次に、図５を用いて、図３のステップＳ１５の運転条件変更処理の第２の動作を説明する。図５は、本実施形態における、分離膜診断装置５０の運転条件変更処理の第２の動作の一例を示すフローチャートである。運転条件変更処理の第２の動作は、分離膜２１の透水状態の判定結果に基づき、爆気量とフラックスを変更することにより、水処理装置１００の運転条件を変更する動作である。図４を用いて説明した運転条件変更処理の第１の動作と図５を用いて説明する運転条件変更処理の第２の動作とは、いずれか一方を実施するものとする。
　図５において、分離膜診断装置５０は、判定条件がＢ１であるか否かを判断する（ステップＳ１５２１）。判定条件がＢ１であるとは、例えば、分離膜２１の透水状態が良好であることを示す。分離膜診断装置５０は、例えば、低周波帯域の寄与率が６０％以上である場合、判定条件がＢ１であると判断する。判定条件がＢ１であるか否かは、例えば、所定の時間における寄与率、又は寄与率の最大値、又は平均値が６０％以上であるときに判定条件がＢ１であると判断してもよい。所定の時間とは例えば２日である。差圧データにノイズが多い場合は時間を長くとることでノイズの影響を小さくすることが可能である。一方、ノイズが少ない場合は時間を短くすることが可能である。以上は、以下の判定条件Ｂ２及びＢ３についても同様である。判定条件がＢ１であると判断した場合（ステップＳ１５２１：ＹＥＳ）、分離膜診断装置５０は、水処理装置１００の運転条件の変更を行わず、図５に示すステップＳ１５の処理を終了する。
　一方、判定条件がＢ１でないと判断した場合（ステップＳ１５２１：ＮＯ）、分離膜診断装置５０は、ブロア３２を用いた爆気量の制御を開始する（ステップＳ１５２２）。爆気量の制御とは、例えば、判定条件がＢ１になるまで爆気量を増加させる制御である。分離膜診断装置５０は、水処理制御装置４０に対して爆気量を増加させる指示を出力する。
　ステップＳ１５２２の処理を実行した後、分離膜診断装置５０は、判定条件がＢ２であるか否かを判断する（ステップＳ１５２３）。判定条件がＢ２であるとは、例えば、分離膜２１において軽度のファウリングが発生していることを示す。分離膜診断装置５０は、例えば、低周波帯域の寄与率が５０％以上６０％未満である場合、判定条件がＢ２であると判断する。判定条件がＢ２であると判断した場合（ステップＳ１５２３：ＹＥＳ）、分離膜診断装置５０は、図５に示すステップＳ１５の処理を終了する。すなわち、軽度のファウリングが発生して判定条件がＢ２であると判断した場合は、分離膜診断装置５０は、フラックス制御は行わず、爆気量制御のみを行う。
　一方、判定条件がＢ２でないと判断した場合（ステップＳ１５２３：ＮＯ）、分離膜診断装置５０は、吸引ポンプ２３を用いたフラックス制御を開始する（ステップＳ１５２４）。フラックス制御とは、例えば、判定条件がＢ２になるまでフラックスを低下させる制御である。分離膜診断装置５０は、水処理制御装置４０に対してフラックスを低下させる指示を出力する。
　ステップＳ１５２４の処理を実行した後、分離膜診断装置５０は、判定条件がＢ３であるか否かを判断する（ステップＳ１５２５）。判定条件がＢ３であるとは、例えば、分離膜２１において中度のファウリングが発生していることを示す。分離膜診断装置５０は、例えば、低周波帯域の寄与率が４０％以上５０％未満である場合、判定条件がＢＢであると判断する。判定条件がＢＢであると判断した場合（ステップＳ１５２５：ＹＥＳ）、分離膜診断装置５０は、図５に示すステップＳ１５の処理を終了する。すなわち、中度のファウリングが発生して判定条件がＢ３であると判断した場合は、分離膜診断装置５０は、フラックス制御と爆気量制御を行う。
　一方、判定条件がＢ３でないと判断した場合（ステップＳ１５２５：ＮＯ）、分離膜診断装置５０は、分離膜２１の清掃作業の実施を促すフィルタ清掃報知をする（ステップＳ１５２６）。判定条件がＢ３でないは、例えば、分離膜２１において重度のファウリングが発生していることを示す。分離膜診断装置５０は、例えば、低周波帯域の寄与率が４０％未満である場合、判定条件がＢ３であると判断する。フィルタ清掃報知は、例えば、表示部４６又は表示部５６に分離膜２１の清掃作業の実施を促す表示をしたり、スピーカ等から所定の警報を発したりする動作である。
　ステップＳ１５２６の処理を実行した後、分離膜診断装置５０は、図５に示すステップＳ１５の処理を終了する。
　以上で、図５を用いた、運転条件変更処理の第２の動作の説明を終了する。
　なお、図４及び図５は、分離膜２１の透水状態の判定結果に基づく運転条件の変更の動作を例示したが、分離膜２１の透水状態の判定結果に基づく運転条件の変更の動作はこれに限定されるものではない。例えば、図４及び図５においては、分離膜２１の透水状態を４段階で判定する場合を示したが、３段階以下又は５段階以上の判定を行うものであってもよい。また、運転条件の変更として、爆気量を変更する方法、爆気量とフラックスを変更する方法を示したが、フラックスのみを変更する方法、原水の流量を変更する方法、ＭＬＳＳを変更する方法等、他の運転条件を変更するようにしてもよい。
　次に、図６から図１４を用いて、分離膜診断装置５０を用いた測定結果を説明する。
　先ず図６を用いて、吸引ポンプ２３のインターバル運転における分離膜２１の差圧の経時変化の測定結果を説明する。図６は、本実施形態における、分離膜２１の膜抵抗の経時変化の一例を示すグラフである。
　図６において、横軸は時間軸であり、縦軸は差圧計２５において測定された差圧である。図６は、吸引ポンプ２３による７分間の吸引時間と１分間の停止時間を繰り返すインターバル運転をした場合の差圧の経時変化を示している。図６に図示する１つの点は１分毎の差圧の測定値である。ｔ１、ｔ２、ｔ３等の時間において差圧が小さくなっているのは、吸引ポンプ２３が停止しているときの測定値である。図６においては、７分間の吸引時間において差圧が上昇する場合がある一方、７分間の吸引時間においても差圧が下降する場合があることを示している。
　次に、図７を用いて、図６の測定結果の近似を説明する。図７は、本実施形態における、分離膜２１の膜抵抗の経時変化を近似した一例を示すグラフである。
　図７において、図示する直線は、７分間の吸引時間における差圧の変化を直線で近似したものである。近似の方法は任意である。直線近似は、例えば最小二乗法によって行うことができる。また、直線近似を行う代わりに曲線近似を行なってもよい。図７においては、近似直線を見やすいように、直線の背景を白抜きで表示している。図７に示す近似直線は、正の傾きである場合と負の傾きである場合とがあることを示している。図７に示す近似直線の傾きは膜抵抗上昇速度を示している。
　次に、図８を用いて、図７の膜抵抗上昇速度の経時変化を説明する。図８は、本実施形態における、分離膜２１の膜抵抗上昇速度の経時変化の一例を示すグラフである。
　図８において、横軸は分離膜２１の清掃作業を実施した日（１日目）からの経過日数を示している。縦軸は、膜抵抗上昇速度を示している。
　膜抵抗上昇速度は、清掃作業を実施してから１１日目あたりまでは、膜抵抗上昇速度０（ＫＰａ／（（ｍ／ｄａｙ）・ｍｉｎ））付近で推移している。しかし、１２日目あたりから急上昇して、膜抵抗Ｒが加速度的に増加していることを示している。図８は、ファウリングによる分離膜２１の透過性能が、所定の日数を経過した後急激に劣化することを示している。経時変化を測定した分離膜２１は、１３日目にファウリングによる緊急停止がされている。したがって、例えば差圧計の測定値のみを記録していても、ファウリングによる分離膜２１の透過性能の急激な劣化を予想することは困難である。
　次に、図９～図１１を用いて、図８の膜抵抗上昇速度の経時変化を周波数変換した結果を説明する。図９は、本実施形態における、分離膜２１の洗浄から第１の時間経過後の膜抵抗上昇速度の経時変化を周波数変換した一例を示すグラフである。第１の時間経過は、図８における洗浄作業実施日である。第１の時間経過時において、分離膜２１は洗浄によって清浄な状態であるものとする。
　図９において、横軸は周波数を示している。図９において、０～１．０５×１０－３（Ｈｚ）付近を全周波数帯域としている。縦軸は膜抵抗上昇速度の大きさ（パワー）を示している。図９に示すグラフは、ＦＦＴにおいて、窓関数としてハニング窓を用いた。ＦＦＴは８０分に１回実施して、前後８時間の変換結果を平均化することによりノイズを除去している。図９に示す結果は、０．１×１０－３（Ｈｚ）付近にピークを持ち、全周波数帯域を０～０．６×１０－３（Ｈｚ）の周波数帯域を低周波帯域、０．６×１０－３（Ｈｚ）以上の周波数帯域を高周波帯域と分類したときに、低周波帯域のパワーが高くなっている。
　図１０は、本実施形態における、分離膜２１の洗浄から第２の時間経過後の膜抵抗上昇速度の経時変化を周波数変換した一例を示すグラフである。第２の時間経過は、図８における７日目である。７日目はファウリングにより分離膜２１の透過性能が急激に劣化する１３日目に対して大凡中間の経過時間となる。
　図１０におけるＦＦＴの条件は図９と同じである。図１０に示す結果は、図９と同様に全周波数帯域を０～０．６×１０－３（Ｈｚ）の周波数帯域を低周波帯域、０．６×１０－３（Ｈｚ）以上の周波数帯域を高周波帯域と分類したときに、低周波帯域のパワーが高くなっている。しかし、０．２５×１０－３（Ｈｚ）付近と０．９×１０－３（Ｈｚ）付近にもピークが現れ全周波数帯域におけるパワーの分布は図９に比べて高周波帯域にシフトしている。
　図１１は、本実施形態における、分離膜２１の洗浄から第３の時間経過後の膜抵抗上昇速度の経時変化を周波数変換した一例を示すグラフである。第３の時間経過は、図８における１１日目である。１１日目はファウリングにより分離膜２１の透過性能が急激に劣化する２日前であり、図８に示す膜抵抗上昇速度の大きさにおいては、第１の時間経過後と第２の時間経過後と差異が認められない。
　図１１におけるＦＦＴの条件は図９及び図１０と同じである。図１１に示す結果は、図９と同様に全周波数帯域を０～０．６×１０－３（Ｈｚ）としたときに、パワーのピークが全周波数帯域に分散している。すなわち、図８において差異の認められなかった膜抵抗上昇速度の大きさは、周波数変換後においては大きな差異として表されている。
　以上で、図９～図１１を用いた、膜抵抗上昇速度の経時変化を周波数変換した結果の説明を終了する。
　次に、図１２を用いて、寄与率を算出するための周波数帯域の設定方法について説明する。図１２は、本実施形態における、寄与率を算出するための周波数帯域の設定方法の一例を示すグラフである。なお、図１２に示すグラフは図９で示したグラフを利用している。
　図１２において、全周波数帯域（全バンド）を０～１．０５×１０－３（Ｈｚ）とする。第１の周波数帯域（バンド１）を０～０．６×１０－３（Ｈｚ）とする。第２の周波数帯域（バンド２）を０．６×１０－３～１．０５×１０－３（Ｈｚ）とする。第１の周波数帯域における寄与率をバンド１寄与率、第２の周波数帯域における寄与率をバンド２寄与率とする。バンド１寄与率とバンド２寄与率の算出方法は、式（３）によって算出される。
　なお、図１２においては、全周波数帯域を２つの周波数帯域に分割して第１の周波数帯域と第２の周波数帯域を判定対象の周波数帯域として設定する場合を示したが、判定対象の周波数帯域の設定方法はこれに限定されるものではない。例えば、第１の周波数帯域と第２の周波数帯域は連続している場合を示したが、第１の周波数帯域と第２の周波数帯域は不連続な周波数帯域であってもよい。また、全周波数帯域の所定の一部の周波数帯域を判定対象としてもよい。また、全周波数帯域を３以上の周波数帯域に分割して判定対象としてもよい。
　以上で、図１２を用いた、寄与率を算出するための周波数帯域の設定方法についての説明を終了する。
　次に、図１３を用いて、図１２において説明した、バンド１寄与率とバンド２寄与率の推移を説明する。図１３は、本実施形態における、バンド１寄与率とバンド２寄与率の推移の一例を示すグラフである。
　図１３において、１日目から９日目までは、バンド１寄与率がバンド２寄与率に比べて高くなっている。しかし、９日目以降は、バンド１寄与率が低下するとともにバンド２寄与率が上昇して、バンド１寄与率のグラフとバンド２寄与率のグラフが交錯している。９日目は分離膜２１の透過性能が急激に劣化する４日前である。すなわち、図１３は、寄与率の推移によってファウリングの兆候を判定可能であることを示している。予めファウリングの兆候を判定することができるので、事前の洗浄作業によりファウリングによる水処理の緊急停止を防止できるとともに、定期的な洗浄作業の実施に伴う洗浄コストを削減することが可能となる。
　以上で、図１３を用いた、バンド１寄与率とバンド２寄与率の推移の説明を終了する。
　次に、図１４を用いて、爆気量を変更したときの寄与率の推移を説明する。図１４は、本実施形態における、爆気量を変更したときの寄与率の推移の一例を示すグラフである。
　図１４において、４日目以降において、バンド１寄与率のグラフとバンド２寄与率のグラフが交錯し、ファウリングの兆候を示している。矢印で図示する１２日目において、爆気量を１．５倍に変更すると、バンド１寄与率は上昇し、バンド２寄与率は下降してファウリングの兆候が消えたことを示している。すなわち、寄与率に基づいて、爆気等によって分離膜２１の透過性能が回復したことを判定できることを示している。本実施形態においては、寄与率に基づき、図３～図５で説明した運転条件の変更を実施する。図１４は、本実施形態において、寄与率に基づき適切な運転条件の変更が可能であることを示している。
　以上で、図１４を用いた、爆気量を変更したときの寄与率の推移の説明を終了する。
　なお、本実施形態における分離膜診断装置５０は、ＭＢＲにおける分離膜２１の透水状態を診断するものとして説明したが、分離膜診断装置５０は、例えば、純水製造システム、上水処理システム、海水淡水化システム等における分離膜の透水状態等の診断にも適用することができる。
　以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、分離膜診断方法は、取得ステップと、経時変化記録ステップと、振動解析ステップと、判定ステップとを含むことにより、水処理に用いる分離膜の状態を正確に把握することにより水処理コストを低減することができる、分離膜診断方法、水処理方法、分離膜診断装置、水処理装置及び分離膜診断プログラムまたは当該プログラムが記録された記憶媒体を提供することができる。
　なお、上述した装置は、コンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、各機能ブロックの機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録する。この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、ＣＰＵが実行することで実現してもよい。ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ）や周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体のことをいう。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」は、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置を含む。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、短時間の間、動的にプログラムを保持するものを含んでいてもよい。短時間の間、動的にプログラムを保持するものは、例えば、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線である。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」には、サーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。また、上記プログラムは、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。また、上記プログラムは、プログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。プログラマブルロジックデバイスは、例えば、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）である。
　また、図を用いて説明した装置の各機能部は、ソフトウェア機能部であるものとしたが、機能の一部又は全部は、ＬＳＩ等のハードウェア機能部であってもよい。
　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。
　（実施例１）図１５にＭＢＲの膜ファウリングを予測した例を提示する。図１５は本実施形態における分離膜２１の膜抵抗Ｒとバンド１寄与率、バンド２寄与率の推移を表したものである。２月１３日から膜抵抗が急上昇し、２月１４日に運転を止めている。この急上昇をバンド１寄与率の推移を用いて予測する方法を説明する。なお、ここでは２日間のバンド１寄与率の値をもってファウリングの兆候と判断する。バンド１寄与率の算出方法は前述のとおりである。
運転開始から２月９日までバンド１寄与率の値が２日間６０％以下を維持することがなく、分離膜の透水状態は良好と判断できる。２月９日からバンド１寄与率が２日間５０％以下を維持し分離膜の状態が悪いと判断できる。これにより数日前にファウリングを予測することが可能であった。
　（実施例２）図１６に例１と同様にＭＢＲの膜ファウリングを予測した例を提示する。図１６は６月１日から７月４日までの運転例であり、７月４日に急激に膜抵抗が上昇し運転をやめている。運転初期の６月１日から６月１７日まではバンド１寄与率が２日間６０％以下を維持することがなく、分離膜の透水状態は良好と判断できる。６月１７日からバンド１寄与率が６０％以下を維持し分離膜の状態が悪いと判断できる。これにより約２週間前からファウリングを予測することが可能であった。
　（実施例３）図１７に例１と同様の条件でＭＢＲの膜ファウリングを予測した例を提示する。図１７は３月１日から３月１０日までの運転例であり、３月６日から膜抵抗が上昇し３月１０日に運転をやめている。運転開始日の３月１日からバンド１寄与率が２日間６０％以下を維持し分離膜の状態が悪いと判断できる。これにより数日前からファウリングを予測することが可能であった。
　（実施例４）図１８に例１と同様の条件でＭＢＲの膜ファウリングを予測した例を提示する。図１８は４月１日から４月３０日までの運転例であり、１ヵ月の運転で膜抵抗が上昇することはなかった。運転開始日の４月１日からバンド１寄与率が２日間６０％以下を維持することがなく、分離膜の透水状態が良くファウリングが発生しないと判断できる。
　（実施例５）図１９に例１と同様の条件でＭＢＲの膜ファウリングを予測した例を提示する。図１９は３月４日から３月１９日までの運転例である。３月１０日からバンド１寄与率が２日間６０％以下を維持し分離膜の状態が悪いと判断できる。この結果に従って３月１６日に爆気風量を１．５倍に変更した。その後差圧の急上昇は起きず、バンド１寄与率は６０％以下を維持しなくなり、分離膜の透水状態が良好になったと判断できる。
　１１　　水槽
　１２　　原水流路
　１３　　余剰汚泥流路
　２１　　分離膜
　２２　　透過水流路
　２３　　吸引ポンプ
　２４　　排水流路
　２５　　差圧計
　３１　　散気管
　３２　　ブロア
　４０　　水処理制御装置
　５０　　分離膜診断装置
　１００　　水処理装置
　４１　　制御部
　４２　　ポンプ駆動部
　４３　　ブロア駆動部
　４４　　差圧取得部
　４５　　操作部
　４６　　表示部
　４７　　通信部
　５１　　制御部
　５２　　膜抵抗算出部
　５３　　周波数解析部
　５４　　判定部
　５５　　操舵部
　５６　　表示部
　５７　　通信部

Claims (13)

  1. 　固液分離を行う分離膜の状態を表す指標を取得する取得ステップと、
    　取得された前記指標の経時変化を記録する経時変化記録ステップと、
    　記録された前記経時変化の振動を周波数変換する振動解析ステップと、
    　周波数変換した前記振動の大きさに基づいて前記分離膜の透水状態を判定する判定ステップと
    を含む分離膜診断方法。
  2. 　前記指標が、差圧またはろ過流量の少なくとも一方である、請求項１に記載の分離膜診断方法。
  3. 　前記判定ステップにおいて、周波数変換した所定の周波数帯域における前記振動の大きさに基づいて前記分離膜の透水状態を判定する、請求項１または２に記載の分離膜診断方法。
  4. 　前記判定ステップにおいて、第１の周波数帯域における前記振動の大きさと、第２の周波数帯域における前記振動の大きさとを比較することにより、前記分離膜の透水状態を判定する、請求項３に記載の分離膜診断方法。
  5. 　前記判定ステップにおいて、第１の周波数帯域における前記振動の大きさの寄与率と、第２の周波数帯域における前記振動の大きさの寄与率とを比較することにより、前記分離膜の透水状態を判定する、請求項４に記載の分離膜診断方法。
  6. 　前記判定ステップにおいて判定された固液分離を行う分離膜の透水状態に基づき、さらに前記分離膜を用いた固液分離の運転条件を変更する運転条件変更ステップを含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の分離膜診断方法を用いた水処理方法。
  7. 　前記運転条件変更ステップにおいて、前記分離膜を爆気する爆気量を変更することにより前記運転条件を変更する、請求項６に記載の水処理方法。
  8. 　前記運転条件変更ステップにおいて、前記分離膜の透過水量を変更することにより前記運転条件を変更する、請求項６又は７に記載の水処理方法。
  9. 　診断された前記透水状態に基づき、さらに前記分離膜のメンテナンスを促す情報を報知する報知ステップをさらに含む、請求項６から８のいずれか一項に記載の水処理方法。
  10. 　前記判定ステップにおいて第１の周波数帯域における前記振動の大きさの寄与率が６０％以下となった時、前記分離膜を用いた固液分離の運転条件を変更する、請求項６から９のいずれか一項に記載の水処理方法。
  11. 　固液分離を行う分離膜の状態を表す指標を取得する取得部と、
    　取得された前記指標の経時変化を記録する経時変化記録部と、
    　記録された前記経時変化の振動を周波数変換する振動解析部と、
    　周波数変換した前記振動の大きさに基づいて前記分離膜の透水状態を判定する判定部と
    を備える分離膜診断装置。
  12. 　固液分離を行う分離膜と、
    　前記分離膜の状態を表す指標を取得する取得部と、
    　取得された前記指標の経時変化を記録する経時変化記録部と、
    　記録された前記経時変化の振動を周波数変換する振動解析部と、
    　周波数変換した前記振動の大きさに基づいて前記分離膜の透水状態を判定する判定部と、
    　判定された前記透水状態に基づき、前記分離膜を用いた固液分離の運転条件を変更する運転条件変更部と、
    を備える水処理装置。
  13. 　固液分離を行う分離膜の状態を表す指標を取得する取得処理と、
    　取得された前記指標の経時変化を記録する経時変化記録処理と、
    　記録された前記経時変化の振動を周波数変換する振動解析処理と、
    　周波数変換した前記振動の大きさに基づいて前記分離膜の透水状態を判定する判定処理と
    をコンピュータに実行させるための分離膜診断プログラム。
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