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JP7592405B2 - Membrane Differential Pressure Control Device - Google Patents

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JP7592405B2 JP2020089892A JP2020089892A JP7592405B2 JP 7592405 B2 JP7592405 B2 JP 7592405B2 JP 2020089892 A JP2020089892 A JP 2020089892A JP 2020089892 A JP2020089892 A JP 2020089892A JP 7592405 B2 JP7592405 B2 JP 7592405B2
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  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Description

本発明の実施形態は、膜差圧制御装置に関する。 An embodiment of the present invention relates to a membrane differential pressure control device.

水処理プロセスにおいて、沈殿やろ過等の固体及び液体を分離させる固液分離技術は頻繁に用いられる技術である。特に浄水処理分野では、クリプトスポリジウム等の原虫や細菌類などの確実な除去の点から膜を使用した膜分離処理の普及が進んでいる。膜分離処理は省スペース性や処理水質の安定性といった点で他の個液分離処理と比較して優位である。 In water treatment processes, solid-liquid separation techniques such as sedimentation and filtration to separate solids and liquids are frequently used. In particular, in the field of water purification, membrane separation processes using membranes are becoming increasingly popular due to their reliable removal of protozoa such as Cryptosporidium and bacteria. Membrane separation processes have advantages over other solid-liquid separation processes in terms of space saving and stability of treated water quality.

一方、固液分離技術を用いる際には、イニシャルコストだけでなくランニングコストも考慮すべきであり、膜分離処理のランニングコストを低減する技術的ニーズは高くなっている。膜分離処理における特徴的な現象として膜の目詰まり(膜ファウリング現象)が挙げられる。膜ファウリング現象が進むことで、加圧又は吸引によりろ過する際に必要なエネルギーが変化する。また、膜ファウリング現象を抑制するために、ろ過方向と逆方向から水や空気を通す逆洗浄や、膜面を散気洗浄するといった物理的な洗浄や、薬品による化学的な洗浄などを実施する。したがって、ランニングコストにはこれらに必要な電力費及び薬品費が含まれる。すなわち、運用や制御に応じて電力費及び薬品費は変化する。しかし、従来の制御では、膜のファウリングに基づいて最大限、ランニングコストが低減されていない場合があった。 On the other hand, when using solid-liquid separation technology, not only the initial cost but also the running cost should be considered, and there is a growing technical need to reduce the running cost of membrane separation processing. A characteristic phenomenon in membrane separation processing is clogging of the membrane (membrane fouling). As the membrane fouling phenomenon progresses, the energy required for filtration by pressurization or suction changes. In addition, in order to suppress the membrane fouling phenomenon, backwashing in which water or air is passed in the opposite direction to the filtration direction, physical cleaning such as aeration cleaning of the membrane surface, and chemical cleaning with chemicals are performed. Therefore, the running cost includes the electricity cost and chemical cost required for these. In other words, the electricity cost and chemical cost change depending on the operation and control. However, with conventional control, there were cases where the running cost was not reduced to the maximum due to membrane fouling.

膜分離処理プロセスでは、一般に膜差圧(膜間差圧)などの物理計測値にもとづいて膜分離処理プロセスを運用していた。膜交換あるいは薬品洗浄後間もない期間は、膜差圧の上昇は緩やかであるが、ファウリングが進むと膜差圧が上昇する速度は大きくなってくる。膜差圧の上昇(ファウリング)速度は、原水の水質や膜分離処理プロセスの前処理条件、膜面の洗浄方法によって異なってくる。そのため、膜差圧の上昇が急激になってから、前処理条件や膜面の洗浄方法を変更させる運用では、差圧上昇を抑制することは難しく、膜ろ過運転が不安定となったりする可能性があった。 In membrane separation processes, membrane separation processes are generally operated based on physical measurements such as transmembrane pressure (transmembrane pressure). In the period immediately following membrane replacement or chemical cleaning, the transmembrane pressure rises slowly, but as fouling progresses, the rate at which the transmembrane pressure rises increases. The rate at which the transmembrane pressure rises (fouling) varies depending on the quality of the raw water, the pretreatment conditions of the membrane separation process, and the membrane surface cleaning method. Therefore, if the transmembrane pressure suddenly rises and the pretreatment conditions or membrane surface cleaning method are changed, it is difficult to suppress the rise in pressure difference, and there is a risk of membrane filtration operation becoming unstable.

従来、上記のような課題を解決するために、ファウリング現象を膜差圧モデルにより予測することで洗浄風量を適切に制御し、電力費や薬品費といったランニングコストを最小化する制御技術が提案されている。提案技術では、洗浄風量を制御の操作量として積極的に変化させることで膜差圧の上昇を抑制したり、膜差圧の上昇が少ない場合は省エネを図ったりすることができる。洗浄風は、膜ろ過装置に設置されたブロワによって発生されるため、膜ろ過装置内の膜差圧から将来の膜差圧を予測し、膜面の洗浄方法を変更することが可能であった。 To solve the problems mentioned above, a control technology has been proposed that predicts the fouling phenomenon using a transmembrane pressure difference model to appropriately control the cleaning air volume and minimize running costs such as electricity and chemical costs. With the proposed technology, the increase in transmembrane pressure can be suppressed by actively changing the cleaning air volume as a control operation variable, and energy can be saved when the increase in transmembrane pressure is small. Because the cleaning air is generated by a blower installed in the membrane filtration device, it was possible to predict future transmembrane pressure differences from the transmembrane pressure differences inside the membrane filtration device and change the cleaning method for the membrane surface.

特開2019-25437号公報JP 2019-25437 A

一般に、膜分離処理プロセスは、複数系列に分割して設置されることが多い。これは各膜分離処理プロセスが洗浄、故障、膜交換といった非稼働を余儀なくされる場合に、全体の処理量を変更しないで済むように予備系列を有するためである。このように設計することで、複数系列のうち、ある系列が非稼働になった場合にも他の系列の処理量を一時的に増加させることで、全体の処理量を維持したまま、洗浄や膜交換といったメンテナンスを実施することができる。 Generally, membrane separation treatment processes are often installed divided into multiple lines. This is because each membrane separation treatment process has a spare line so that the overall processing volume does not need to be changed if it is forced to stop operating due to cleaning, malfunction, or membrane replacement. By designing in this way, even if one of the multiple lines is taken out of operation, the processing volume of the other lines can be temporarily increased, making it possible to carry out maintenance such as cleaning and membrane replacement while maintaining the overall processing volume.

一方、前処理プロセスも複数系列に分割される場合があるが、設計条件によっては前処理プロセスの系列数と膜分離処理プロセスの系列数とが異なることもある。また、特に前処理プロセスの薬品注入点は、設置コストを抑えるため、複数ではなく1つである場合も少なくない。以上のように、膜分離処理プロセスの系列数と前処理プロセス数とが1対1で対応するとは限らないため、膜ろ過装置内の膜差圧の上昇速度に応じて前処理の条件を変更する場合、対応することが困難であった。 On the other hand, the pretreatment process may also be divided into multiple lines, but depending on the design conditions, the number of lines in the pretreatment process may differ from the number of lines in the membrane separation process. In particular, the chemical injection point in the pretreatment process is often only one, rather than multiple, in order to keep installation costs down. As described above, since the number of lines in the membrane separation process and the number of pretreatment processes do not necessarily correspond one-to-one, it has been difficult to change the pretreatment conditions depending on the rate at which the transmembrane pressure rises in the membrane filtration device.

本発明の実施形態は、上記事情に鑑みてなされたものであって、水処理プロセスのランニングコストを最小化する膜差圧制御装置を提供することを目的とする。 The embodiment of the present invention was made in consideration of the above circumstances, and aims to provide a membrane differential pressure control device that minimizes the running costs of a water treatment process.

実施形態による膜差圧制御装置は、液体に含まれる固体を液体から分離させる分離膜を備える複数系列の膜ろ過装置と、複数系列の前記膜ろ過装置の少なくとも一部へ流入する液体に薬品を注入する前処理装置と、を含む水処理プロセスに対し、前記分離膜の膜差圧を制御する装置であって、前記分離膜の膜差圧上限値と、前記分離膜の使用の開始から終了までの薬品洗浄期間とを用いて、前記薬品洗浄期間の終了時点における前記分離膜の膜抵抗値が前記膜差圧上限値における膜抵抗値となるように、前記薬品洗浄期間における前記分離膜の目標抵抗値を算出する目標抵抗値算出部と、複数系列の前記膜ろ過装置の各々について、前記分離膜を液体が透過する際の抵抗値である実績抵抗値が前記目標抵抗値に追従するように、前記薬品の要求薬品注入率を算出する前処理条件制御部と、前記前処理条件制御部から供給される複数の前記要求薬品注入率を用いて、前記前処理装置から液体に注入される前記薬品の薬品注入率を決定する前処理条件統合部と、を備え、前記前処理条件統合部は、複数の前記要求薬品注入率の最大値、平均値、中央値、又は、複数系列の前記膜ろ過装置の優先度に応じて複数の前記要求薬品注入率を重み付けした値の平均値を前記薬品注入率とする A transmembrane pressure control device according to an embodiment is a device for controlling a transmembrane pressure of a separation membrane in a water treatment process including a plurality of membrane filtration devices each having a separation membrane for separating a solid contained in the liquid from the liquid, and a pretreatment device for injecting a chemical into a liquid flowing into at least some of the membrane filtration devices, the device including a target resistance value calculation unit that calculates a target resistance value of the separation membrane during a chemical cleaning period from the start to the end of use of the separation membrane, using a transmembrane pressure upper limit value of the separation membrane and a chemical cleaning period from the start to the end of use of the separation membrane, so that the membrane resistance value of the separation membrane at the end of the chemical cleaning period becomes the membrane resistance value at the transmembrane pressure upper limit value; The system includes a pretreatment condition control unit that calculates a required chemical injection rate of the chemical for each of several series of membrane filtration devices so that an actual resistance value, which is the resistance value when a liquid passes through the separation membrane, follows the target resistance value, and a pretreatment condition integration unit that determines the chemical injection rate of the chemical to be injected from the pretreatment device to the liquid using the multiple required chemical injection rates supplied from the pretreatment condition control unit, wherein the pretreatment condition integration unit determines the chemical injection rate to be the maximum, average or median of the multiple required chemical injection rates, or the average of values obtained by weighting the multiple required chemical injection rates according to the priorities of the multiple membrane filtration devices .

図1は、分離膜により固液分離を行う膜分離処理プロセスを含む水処理プロセスの一例を概略的に示す図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a water treatment process including a membrane separation treatment process in which solid-liquid separation is performed using a separation membrane. 図2は、薬品洗浄期間における膜抵抗の目標値と、膜抵抗の実績値および予測値との一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of a target value of membrane resistance, and actual and predicted values of membrane resistance during a chemical cleaning period. 図3は、第1実施形態の膜差圧制御装置を含む水処理プロセスの一構成例を概略的に示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a schematic configuration example of a water treatment process including the transmembrane pressure difference control device of the first embodiment. 図4は、第2実施形態の膜差圧制御装置を含む水処理プロセスの一構成例を概略的に示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a schematic configuration example of a water treatment process including a transmembrane pressure difference control device according to the second embodiment. 図5は、第3実施形態の膜差圧制御装置を含む水処理プロセスの一構成例を概略的に示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a schematic configuration example of a water treatment process including a transmembrane pressure difference control device according to the third embodiment. 図6は、第4実施形態の膜差圧制御装置を含む水処理プロセスの一構成例を概略的に示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a schematic configuration example of a water treatment process including a transmembrane pressure difference control device according to the fourth embodiment. 図7は、第5実施形態の膜差圧制御装置を含む水処理プロセスの一構成例を概略的に示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a schematic configuration example of a water treatment process including a transmembrane pressure difference control device according to the fifth embodiment. 図8は、第6実施形態の膜差圧制御装置を含む水処理プロセスの一構成例を概略的に示す図である。FIG. 8 is a diagram illustrating a schematic configuration example of a water treatment process including a transmembrane pressure difference control device according to the sixth embodiment. 図9は、第7実施形態の膜差圧制御装置を含む水処理プロセスの一構成例を概略的に示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating a schematic configuration example of a water treatment process including a transmembrane pressure difference control device according to the seventh embodiment. 図10は、第8実施形態の膜差圧制御装置を含む水処理プロセスの一構成例を概略的に示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a schematic configuration example of a water treatment process including a transmembrane pressure difference control device according to the eighth embodiment.

以下、複数の実施形態の膜差圧制御装置について、図面を参照して説明する。
まず、1系列の膜分離処理プロセスを含む水処理プロセスを一例として、複数の実施形態に共通の事項について説明する。ここでは、前処理プロセスの運転状態を考慮せずに、分離膜により固液分離を行う際の目詰まり(ファウリング)を抑制する膜差圧制御の動作について説明する。
Hereinafter, a transmembrane pressure difference control device according to a number of embodiments will be described with reference to the drawings.
First, a water treatment process including one membrane separation treatment process will be taken as an example to explain matters common to a number of embodiments. Here, the operation of membrane pressure difference control to suppress clogging (fouling) during solid-liquid separation using a separation membrane will be explained, without taking into account the operating state of the pretreatment process.

図1は、分離膜により固液分離を行う膜分離処理プロセスを含む水処理プロセスの一例を概略的に示す図である。
図1に示す水処理プロセスは、前処理プロセスと膜分離処理プロセスとを含む。水処理プロセスにおいて、原水は、前処理プロセスを行う前処理装置20を経て、膜分離処理プロセス内の膜ろ過装置を通流して膜ろ過水として排出される。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a water treatment process including a membrane separation treatment process in which solid-liquid separation is performed using a separation membrane.
The water treatment process shown in Fig. 1 includes a pretreatment process and a membrane separation process. In the water treatment process, raw water passes through a pretreatment device 20 that performs the pretreatment process, and then flows through a membrane filtration device in the membrane separation process, and is discharged as membrane filtered water.

膜ろ過装置は、液体に含まれる固体を液体から分離させる分離膜を含む膜ろ過槽10と、図示しないポンプと、洗浄ブロアBと、制御部100と、を含む。分離膜は膜ろ過槽10に収容され、膜ろ過装置内の通流経路に配置されている。
ポンプは、分離膜によりろ過される水の流れを発生させる。前処理装置20を通過した水は、ポンプにより膜ろ過装置へ通水され、分離膜を通して膜ろ過水として排出される。なお、分離膜の構造に応じて、吸引ろ過する場合や加圧ろ過する場合があるため、分離膜の構造に応じてポンプの構造は異なる。
The membrane filtration apparatus includes a membrane filtration tank 10 including a separation membrane that separates solids contained in a liquid from the liquid, a pump (not shown), a cleaning blower B, and a control unit 100. The separation membrane is housed in the membrane filtration tank 10 and is disposed in a flow path within the membrane filtration apparatus.
The pump generates a flow of water to be filtered by the separation membrane. The water that has passed through the pretreatment device 20 is passed through the membrane filtration device by the pump and discharged as membrane-filtered water through the separation membrane. Note that, depending on the structure of the separation membrane, suction filtration or pressure filtration may be performed, so the structure of the pump differs depending on the structure of the separation membrane.

洗浄ブロアBは、分離膜の表面を洗浄散気する空気を送出する。制御部100は、例えば洗浄ブロワBの洗浄風量を一定として制御してもよく、この洗浄ブロワBの洗浄風量を制御の操作量として積極的に変化させることで、分離膜の膜差圧を制御してもよい。また、膜ろ過水の処理量を計測するための流量計F、膜の状態を監視するための圧力計Pが計測機器として設置され得る。また、水温に応じて分離膜の透水性能は変化するため、水温計Tが設置されてもよい。 The cleaning blower B blows out air to clean and diffuse the surface of the separation membrane. The control unit 100 may, for example, control the cleaning air volume of the cleaning blower B at a constant volume, or may actively change the cleaning air volume of the cleaning blower B as a control operation variable to control the membrane pressure difference of the separation membrane. In addition, a flowmeter F for measuring the processing volume of the membrane filtered water and a pressure gauge P for monitoring the state of the membrane may be installed as measuring instruments. In addition, a water thermometer T may be installed because the water permeability of the separation membrane changes depending on the water temperature.

圧力計Pから得られる膜差圧の上昇は、膜のファウリング以外にも流体の粘度やろ過流量にも影響される。一般的に、膜差圧ΔPは以下の膜ろ過の基本式(1)で表すことができ、流体粘度μ、膜抵抗R、膜ろ過流束J(膜ろ過流量を膜断面積で割ったもの)の積で表すことができる。
なお、流体粘度μは水温に依存する部分が大きく、流体粘度μの部分を温度補正係数TCF(Temperature Correction Factor)と称して考える場合もあり得る。
The increase in transmembrane pressure obtained from the pressure gauge P is affected not only by membrane fouling but also by the viscosity of the fluid and the filtration flow rate. In general, the transmembrane pressure ΔP can be expressed by the following basic equation (1) of membrane filtration, and can be expressed as the product of the fluid viscosity μ, the membrane resistance R, and the transmembrane filtration flux J (the transmembrane filtration flow rate divided by the membrane cross-sectional area).
The fluid viscosity μ is largely dependent on the water temperature, and the fluid viscosity μ may be referred to as a temperature correction factor (TCF).

上記膜ろ過の基本式(1)を用いて膜差圧の挙動を考えれば、実質的に膜ファウリング現象によって変化する値を示す膜抵抗Rは下記式(2)で示すことができる。
Considering the behavior of the transmembrane pressure difference using the above basic equation (1) of membrane filtration, the membrane resistance R, which indicates a value that changes substantially due to the membrane fouling phenomenon, can be expressed by the following equation (2).

使用する物理量の単位系により膜抵抗Rが極端に小さい値を取ることがあるため、その場合は一定の係数を乗じることで、他の物理量と同程度の大きさになるように計算してもよい。膜分離処理プロセスでは経時的にファウリング現象が進むため、それに合わせて運転期間中に膜抵抗Rは単調増加していく。膜抵抗が増加すると、膜ろ過流束Jや流体粘度μの変化がない限り、膜差圧ΔPもそれに合わせて増加していく。膜抵抗がある上限値になった場合は、薬品洗浄により機能回復し、膜抵抗を再び低下させる必要がある。 Because the membrane resistance R may take an extremely small value depending on the unit system of physical quantities used, in such cases it can be calculated by multiplying it by a certain coefficient so that it is approximately the same magnitude as other physical quantities. In a membrane separation treatment process, the fouling phenomenon progresses over time, so the membrane resistance R increases monotonically during the operation period accordingly. When the membrane resistance increases, the transmembrane pressure difference ΔP also increases accordingly, unless there is a change in the membrane filtration flux J or fluid viscosity μ. When the membrane resistance reaches a certain upper limit, it is necessary to restore function by chemical cleaning and reduce the membrane resistance again.

制御部100は、例えば、現在の膜抵抗Rの値または膜抵抗Rの将来の予測値を、所定の膜抵抗の目標値(目標抵抗値)に追従させるように、例えば分離膜の洗浄風量を決定し、洗浄ブロアBを制御することができる。 The control unit 100 can, for example, determine the cleaning air volume for the separation membrane and control the cleaning blower B so that the current value of the membrane resistance R or the future predicted value of the membrane resistance R follows a predetermined target value of the membrane resistance (target resistance value).

制御部100は、少なくとも1つのプロセッサと、プロセッサにより実行されるプログラムが記録されたメモリと、を備え、ソフトウエアにより若しくはソフトウエアとハードウエアとの組み合わせにより、洗浄ブロアBの制御を実行することが出来る。 The control unit 100 has at least one processor and a memory in which a program executed by the processor is recorded, and can control the cleaning blower B by software or a combination of software and hardware.

図2は、薬品洗浄期間における膜抵抗の目標値と、膜抵抗の実績値および予測値との一例を示す図である。
目標抵抗値となる曲線は、膜ろ過運転の開始時(例えば膜交換後に初めて運転する時)に、所望の薬品洗浄期間と膜差圧の上限とから導出することができる。すなわち、薬品洗浄期間の終了時点における膜抵抗値が、膜差圧上限時の膜抵抗値となるように、運転開始時から薬品洗浄期間終了時点までの期間の目標抵抗値を設定する。
FIG. 2 is a diagram showing an example of a target value of membrane resistance, and actual and predicted values of membrane resistance during a chemical cleaning period.
The curve that becomes the target resistance value can be derived from the desired chemical cleaning period and the upper limit of the transmembrane pressure at the start of membrane filtration operation (e.g., the first operation after membrane replacement). That is, the target resistance value for the period from the start of operation to the end of the chemical cleaning period is set so that the membrane resistance value at the end of the chemical cleaning period is the membrane resistance value at the upper limit of the transmembrane pressure.

膜抵抗の実績値である実績抵抗は式(2)により、圧力計P、流量計Fおよび水温計Tにより計測された値から換算して求めることができる。実際の洗浄風量は、目標抵抗値と予測抵抗値との偏差の大きさに基づいて決定することができる。目標抵抗値と予測抵抗値との差が大きければ、膜抵抗の予測値である予測抵抗値が目標よりも小さいため、目標抵抗値のときよりも洗浄風量を小さくすることができる。逆に、目標抵抗値と予測抵抗値との差が負値(目標抵抗値-予測抵抗値<0)である場合は、予測抵抗が目標抵抗を超えているため、膜差圧の上昇を抑制するため、目標抵抗値のときよりも洗浄風量を大きくするといった制御が可能である。 The actual resistance, which is the actual value of the membrane resistance, can be calculated using equation (2) by converting the values measured by the pressure gauge P, flow meter F, and water temperature gauge T. The actual cleaning air volume can be determined based on the magnitude of deviation between the target resistance value and the predicted resistance value. If the difference between the target resistance value and the predicted resistance value is large, the predicted resistance value, which is the predicted value of the membrane resistance, is smaller than the target, so the cleaning air volume can be made smaller than when the target resistance value is used. Conversely, if the difference between the target resistance value and the predicted resistance value is a negative value (target resistance value - predicted resistance value < 0), the predicted resistance exceeds the target resistance, so it is possible to control the cleaning air volume to be larger than when the target resistance value is used in order to suppress the increase in membrane pressure difference.

膜差圧の将来の値である予測抵抗値は、膜分離処理プロセスあるいは前処理プロセス内に設置されるセンサ計測値を入力とした予測式によって算出することができる。例えば図1の構成では、洗浄風量の他に前処理プロセスで計測する水素イオン濃度(pH)などの水質情報や活性炭、凝集剤などの薬品注入率が予測式の入力に相当する。 The predicted resistance value, which is the future value of the transmembrane pressure difference, can be calculated by a prediction formula that uses the measured values of sensors installed in the membrane separation treatment process or pretreatment process as inputs. For example, in the configuration of Figure 1, in addition to the cleaning air volume, water quality information such as hydrogen ion concentration (pH) measured in the pretreatment process and the chemical injection rates of activated carbon, coagulants, etc. correspond to the inputs of the prediction formula.

上記のように、前処理プロセスの運転条件が膜抵抗の予測に影響するのであれば、前処理プロセスの運転条件を操作することによって膜抵抗の上昇を抑制することは可能であるといえる。一方で、例えば、複数系列の膜ろ過装置を有する膜分離処理プロセスの場合、前処理装置20と膜ろ過装置とが1対1で対応するとは限らないため、1系列の場合と同じ制御方法を適用できない場合があった。
そこで、複数系列を有する膜分離処理プロセスにおいて、膜抵抗の実績値と目標値とを用いて膜差圧の制御を行う膜差圧制御装置について以下に説明する。
As described above, if the operating conditions of the pretreatment process affect the prediction of the membrane resistance, it can be said that it is possible to suppress the increase in membrane resistance by manipulating the operating conditions of the pretreatment process. On the other hand, for example, in the case of a membrane separation treatment process having a plurality of membrane filtration units, the pretreatment unit 20 and the membrane filtration unit do not necessarily correspond one-to-one, so that the same control method as in the case of a single unit may not be applicable.
Hereinafter, a transmembrane pressure difference control device that controls the transmembrane pressure difference using an actual value and a target value of the membrane resistance in a membrane separation treatment process having a plurality of lines will be described.

図3は、第1実施形態の膜差圧制御装置を含む水処理プロセスの一構成例を概略的に示す図である。
図3では、説明のため、2系列(第1系列および第2系列)の膜ろ過装置と、1点の薬品注入点を有する前処理装置20とを含む水処理プロセスの例を示している。なお、膜ろ過装置は、図示した系列数に限定されることなく、膜ろ過装置の系列数は2以上の系列数でもよく、薬品注入点も複数の構成であっても、膜ろ過装置の系列数と異なっていても構わない。
FIG. 3 is a diagram illustrating a schematic configuration example of a water treatment process including the transmembrane pressure difference control device of the first embodiment.
For the sake of explanation, Fig. 3 shows an example of a water treatment process including two membrane filtration systems (first and second systems) and a pretreatment system 20 having one chemical injection point. Note that the number of membrane filtration systems is not limited to the number shown in the figure, and the number of membrane filtration system systems may be two or more, and the chemical injection point may be multiple or different from the number of membrane filtration system systems.

図3に示す水処理プロセスにおいて、原水は、前処理装置20を経て、膜分離処理プロセス内の第1系列の膜ろ過装置と第2系列の膜ろ過装置とに分岐して通流して、それぞれの系列から膜ろ過水として排出される。 In the water treatment process shown in FIG. 3, the raw water passes through a pretreatment device 20, branches off and flows through a first line of membrane filtration devices and a second line of membrane filtration devices in the membrane separation treatment process, and is discharged from each line as membrane filtered water.

前処理装置20は、有機物指標(TOC(全有機体炭素)、Tu(濁度)、UV(紫外線)、EEM(励起―蛍光マトリクス))を検出する検出器と、水素イオン指数(pH)を検出する検出器と、薬品(塩素、活性炭、凝集剤)注入部24と、前処理条件統合部21と、を備えている。 The pretreatment device 20 is equipped with a detector for detecting organic indicators (TOC (total organic carbon), Tu (turbidity), UV (ultraviolet), EEM (excitation-emission matrix)), a detector for detecting hydrogen ion exponent (pH), a chemical (chlorine, activated carbon, coagulant) injection section 24, and a pretreatment condition integration section 21.

第1系列の膜ろ過装置は、分離膜が収容される膜ろ過槽11と、図示しないポンプと、洗浄ブロアB1と、水温計T1と、圧力計P1と、流量計F1と、制御部101と、を含む。分離膜は、膜ろ過槽11内に収容され、膜ろ過装置における水の通流経路に配置されている。 The first series of membrane filtration devices includes a membrane filtration tank 11 in which a separation membrane is housed, a pump (not shown), a cleaning blower B1, a water temperature gauge T1, a pressure gauge P1, a flow meter F1, and a control unit 101. The separation membrane is housed in the membrane filtration tank 11 and is disposed in the water flow path of the membrane filtration device.

第2系列の膜ろ過装置は、分離膜が収容される膜ろ過槽12と、図示しないポンプと、洗浄ブロアB2と、水温計T2と、圧力計P2と、流量計F2と、制御部102と、を含む。分離膜は、膜ろ過槽12内に収容され、膜ろ過装置における水の通流経路に配置されている。 The second series of membrane filtration equipment includes a membrane filtration tank 12 in which a separation membrane is housed, a pump (not shown), a cleaning blower B2, a water temperature gauge T2, a pressure gauge P2, a flow meter F2, and a control unit 102. The separation membrane is housed in the membrane filtration tank 12 and is disposed in the water flow path of the membrane filtration equipment.

本実施形態の膜差圧制御装置は、制御部101と、制御部102と、前処理条件統合部21と、を少なくとも含む。膜差圧制御装置は、少なくとも1つのプロセッサと、プロセッサにより実行されるプログラムが記録されたメモリと、を備え、ソフトウエアにより若しくはソフトウエアとハードウエアとの組み合わせにより、種々の動作を実現することが出来る。 The membrane differential pressure control device of this embodiment includes at least a control unit 101, a control unit 102, and a pretreatment condition integration unit 21. The membrane differential pressure control device includes at least one processor and a memory in which a program executed by the processor is recorded, and can realize various operations by software or a combination of software and hardware.

なお、第1系列の膜ろ過装置と第2系列の膜ろ過装置とは同様の構成であるため、第1系列の膜ろ過装置の構成について以下に説明し、第2系列膜ろ過装置については説明を省略する。 Because the first and second series membrane filtration devices have the same configuration, the configuration of the first series membrane filtration device will be described below, and a description of the second series membrane filtration device will be omitted.

ポンプは、分離膜によりろ過される水の流れを発生させる。前処理装置20を通った水は、ポンプにより膜ろ過装置へ通水され、分離膜を通して膜ろ過水として排出される。なお、分離膜の構造に応じて、吸引ろ過する場合や加圧ろ過する場合があるため、ポンプは分離膜の構造に応じて適切な構造のものが採用される。 The pump generates a flow of water that is filtered by the separation membrane. The water that has passed through the pretreatment device 20 is passed by the pump to the membrane filtration device, where it passes through the separation membrane and is discharged as membrane-filtered water. Depending on the structure of the separation membrane, suction filtration or pressure filtration may be used, so a pump with an appropriate structure is used depending on the structure of the separation membrane.

洗浄ブロアB1は、分離膜の表面を洗浄散気する空気を送出する。本実施形態では、洗浄ブロアB1は、所定の風量で空気を送出するように制御部101により制御される。
流量計F1は、膜ろ過水の処理量を計測する。流量計F1にて計測された値は、制御部101に供給される。
The cleaning blower B1 blows out air for cleaning and dispersing the surface of the separation membrane. In this embodiment, the cleaning blower B1 is controlled by the control unit 101 so as to blow out air at a predetermined volume.
The flow meter F1 measures the amount of the membrane-filtered water being processed. The value measured by the flow meter F1 is supplied to the control unit 101.

圧力計P1は、分離膜の状態を監視するために、分離膜の一次側の圧力と二次側の圧力とから膜差圧(膜間差圧)を計測する。圧力計P1にて計測された値は、制御部101に供給される。 The pressure gauge P1 measures the transmembrane pressure difference (transmembrane pressure difference) from the pressure on the primary side and the pressure on the secondary side of the separation membrane to monitor the state of the separation membrane. The value measured by the pressure gauge P1 is supplied to the control unit 101.

水温計T1は、水温に応じて分離膜の透水性能は変化するため、膜ろ過水の水温を計測する。水温計T1にて計測された値は、制御部101に供給される。なお、水温計T1は、第1系列と第2系列とのそれぞれに含まれているが、前処理装置20を経た後であって各系列へ分岐する前において水温を計測する水温計が1か所に備えられても構わない。その場合には、第1系列と第2系列との水温は共通の値となる。 The water thermometer T1 measures the temperature of the membrane filtered water because the water permeability of the separation membrane changes depending on the water temperature. The value measured by the water thermometer T1 is supplied to the control unit 101. Note that the water thermometer T1 is included in each of the first and second series, but a water thermometer that measures the water temperature after passing through the pretreatment device 20 and before branching into each series may be provided in one location. In that case, the water temperature in the first and second series will be a common value.

制御部101は、実績抵抗算出部111と、目標抵抗算出部112と、前処理条件制御部113と、を備えている。
実績抵抗算出部111は、水温計T1と、圧力計P1と、流量計F1とから計測値を取得し、上述の式(1)および式(2)により膜抵抗(実績抵抗値)Rを算出することができる。実績抵抗値は、分離膜を液体が透過する際の抵抗値である。膜差圧ΔPは、上述の膜ろ過の基本式(1)で表すことができ、膜差圧ΔPは流体粘度μ、膜抵抗R、膜ろ過流束J(膜ろ過流量を膜断面積で割ったもの)の積で表すことができる。また、膜抵抗Rは上述の式(2)で示すことができる。
The control unit 101 includes an actual resistance calculation unit 111 , a target resistance calculation unit 112 , and a pre-processing condition control unit 113 .
The actual resistance calculation unit 111 can obtain the measured values from the water temperature gauge T1, the pressure gauge P1, and the flow meter F1, and calculate the membrane resistance (actual resistance value) R by the above-mentioned formula (1) and formula (2). The actual resistance value is the resistance value when the liquid permeates the separation membrane. The transmembrane pressure difference ΔP can be expressed by the above-mentioned basic formula (1) of membrane filtration, and the transmembrane pressure difference ΔP can be expressed as the product of the fluid viscosity μ, the membrane resistance R, and the membrane filtration flux J (the membrane filtration flow rate divided by the membrane cross-sectional area). In addition, the membrane resistance R can be expressed by the above-mentioned formula (2).

目標抵抗算出部112は、膜差圧上限値と、薬品洗浄期間と、洗浄期間後水温と、から、目標抵抗値を算出する。目標抵抗値となる曲線は、膜ろ過装置の運転の開始時(例えば膜交換後に初めて運転する時)に、所望の薬品洗浄期間と膜差圧の上限とから導出することができる。すなわち、薬品洗浄期間の終了時点における膜抵抗値が、膜差圧上限時の膜抵抗値となるように、運転開始時から薬品洗浄期間終了時点までの期間の目標抵抗値を設定する。 The target resistance calculation unit 112 calculates the target resistance value from the upper transmembrane pressure difference upper limit, the chemical cleaning period, and the water temperature after the cleaning period. The curve that gives the target resistance value can be derived from the desired chemical cleaning period and the upper limit of the transmembrane pressure difference at the start of operation of the membrane filtration device (e.g., the first time the device is operated after membrane replacement). In other words, the target resistance value for the period from the start of operation to the end of the chemical cleaning period is set so that the membrane resistance value at the end of the chemical cleaning period is the membrane resistance value at the upper limit of the transmembrane pressure difference.

前処理条件制御部113は、目標抵抗値と実績抵抗値との偏差に基づいて、前処理装置20の運転条件を変更させる。前処理条件制御部113は、前処理装置20の運転条件として、例えば、薬品注入率を増減させたり、薬品混和池における撹拌機の撹拌速度を増減させたり、前処理装置20の流量を増減することで滞留時間を制御したりすることができる。 The pretreatment condition control unit 113 changes the operating conditions of the pretreatment device 20 based on the deviation between the target resistance value and the actual resistance value. The pretreatment condition control unit 113 can, for example, increase or decrease the chemical injection rate, increase or decrease the stirring speed of the stirrer in the chemical mixing tank, or increase or decrease the flow rate of the pretreatment device 20 to control the residence time, as operating conditions of the pretreatment device 20.

例えば、前処理条件制御部113が薬品注入率の増減を決定する場合、一般に薬品を注入する方が膜のファウリング要因となる濁質等を除去する効果が得られることが多いため、実績膜抵抗値が目標膜抵抗値より大きい場合は、薬品注入率を増加させ、実績膜抵抗値が目標膜抵抗値より小さい場合は、膜抵抗を上昇させる余地が残っていることから、薬品コストを低減する目的で、薬品注入率を減少させるといったことが可能となる。 For example, when the pretreatment condition control unit 113 decides to increase or decrease the chemical injection rate, since injecting chemicals generally has the effect of removing turbidity and the like that can cause membrane fouling, if the actual membrane resistance value is greater than the target membrane resistance value, the chemical injection rate can be increased, and if the actual membrane resistance value is less than the target membrane resistance value, there is still room to increase the membrane resistance, so the chemical injection rate can be decreased in order to reduce chemical costs.

前処理条件制御部113が撹拌機(図示せず)の撹拌速度や前処理装置20の流量の制御であっても、電力費や薬品費に寄与する要因であるため、膜抵抗の変化に応じて前処理装置20の運転条件を変化させることで、コストの最適化を図ることができる。 Even if the pretreatment condition control unit 113 controls the stirring speed of the stirrer (not shown) or the flow rate of the pretreatment device 20, these are factors that contribute to electricity costs and chemical costs, so costs can be optimized by changing the operating conditions of the pretreatment device 20 in response to changes in membrane resistance.

なお、本実施形態では、前処理条件制御部113は、実績膜抵抗値と目標抵抗値との偏差を利用したフィードバック制御方式としてPID制御(Proportional-Integral-Derivative Control)を例にして説明するが、この例に限定されるものではなく、前処理条件制御部113は、実績膜抵抗値と目標抵抗値との大小を比較することで薬品注入率の増減を決定してもよい。 In this embodiment, the pretreatment condition control unit 113 will be described using PID control (Proportional-Integral-Derivative Control) as an example of a feedback control method that utilizes the deviation between the actual membrane resistance value and the target resistance value, but is not limited to this example. The pretreatment condition control unit 113 may also determine whether to increase or decrease the chemical injection rate by comparing the magnitude of the actual membrane resistance value with the target resistance value.

本実施形態では、前処理条件制御部113は、第1系列の膜ろ過装置の実績膜抵抗値と目標膜抵抗値とから、実績膜抵抗値が目標膜抵抗値に追従するように薬品注入率を演算し、必要な薬品注入率を対象とする系列の要求値として算出する。 In this embodiment, the pretreatment condition control unit 113 calculates the chemical injection rate from the actual membrane resistance value and the target membrane resistance value of the membrane filtration device of the first series so that the actual membrane resistance value tracks the target membrane resistance value, and calculates the required chemical injection rate as the required value for the target series.

前処理条件制御部123についても同様に、第2系列の膜ろ過装置の実質膜抵抗値と目標膜抵抗値とから、実質膜抵抗値が目標抵抗値に追従するように薬品注入率を演算し、必要な薬品注入率を要求値として算出する。 Similarly, the pretreatment condition control unit 123 calculates the chemical injection rate from the actual membrane resistance value and the target membrane resistance value of the second series membrane filtration device so that the actual membrane resistance value tracks the target resistance value, and calculates the required chemical injection rate as the required value.

前処理条件統合部21は、第1系列の前処理条件制御部113と、第2系列の前処理条件制御部123とから、それぞれ要求値を取得する。
前処理条件統合部21は、例えば、膜差圧の上昇を最も抑制する保守的な観点に基づき、各系列の膜ろ過装置から要求されている薬品注入率の最大値を実際に注入する薬品注入率としてもよい。
The pre-processing condition integration unit 21 obtains required values from the pre-processing condition control unit 113 of the first series and the pre-processing condition control unit 123 of the second series.
The pretreatment condition integration unit 21 may, for example, set the maximum value of the chemical injection rate requested by the membrane filtration devices of each series as the chemical injection rate to be actually injected, based on a conservative viewpoint of minimizing the increase in transmembrane pressure difference.

また、前処理条件統合部21は、例えば、複数系列の膜ろ過装置の膜差圧上昇を均等にしたいのであれば、要求値として取得した複数の薬品注入率の平均値や、中央値や、トリム平均値などの代表値を実際に注入する薬品注入率としてもよい。 In addition, if it is desired to equalize the increase in membrane pressure difference of multiple series of membrane filtration devices, the pretreatment condition integration unit 21 may set the actual chemical injection rate to a representative value such as the average, median, or trim mean value of multiple chemical injection rates obtained as required values.

また、例えば優先したい系列の膜ろ過装置がある場合は、前処理条件統合部21は、複数の薬品注入率に対して優先度を重みとして表現した重み付き平均値を演算し、実際に注入する薬品注入率としてもよい。例えば、膜ろ過流量が系列毎に異なる場合には、それら流量計測値(若しくは予め設定された流量値)を重みとして使用してもよい。 In addition, for example, if there is a membrane filtration device in a series that is to be prioritized, the pretreatment condition integration unit 21 may calculate a weighted average of multiple chemical injection rates, with the priority expressed as a weight, and use this as the chemical injection rate to be actually injected. For example, if the membrane filtration flow rate differs for each series, the flow measurement value (or a preset flow rate value) may be used as the weight.

上記のように、複数系列の膜ろ過装置の実績膜抵抗値および目標抵抗値の情報から、前処理条件制御部113、123によって要求する前処理条件(薬品注入率)を算出し、それらを前処理条件統合部21によって統合することで、前処理装置20と1対1で対応しない複数系列を有する膜分離処理プロセスに対して、コストの最適化を図ることが可能となる。さらに加えて、前処理条件統合部21の処理を適切に選択することによって、膜ろ過装置の膜抵抗上昇を各系列間で調整する機能を設けることが可能となる。 As described above, the pretreatment conditions (chemical injection rate) required by the pretreatment condition control units 113, 123 are calculated from information on the actual membrane resistance values and target resistance values of the membrane filtration devices in multiple series, and these are integrated by the pretreatment condition integration unit 21, making it possible to optimize costs for a membrane separation treatment process having multiple series that do not correspond one-to-one to the pretreatment device 20. In addition, by appropriately selecting the processing of the pretreatment condition integration unit 21, it is possible to provide a function for adjusting the increase in membrane resistance of the membrane filtration device between each series.

したがって、本実施形態によれば、前処理条件を適切に制御し、水処理プロセスに要する電力費や薬品費といったランニングコストを最小化する膜差圧制御装置を提供することができる。 Therefore, according to this embodiment, it is possible to provide a membrane differential pressure control device that appropriately controls the pretreatment conditions and minimizes the running costs, such as the electricity costs and chemical costs, required for the water treatment process.

次に、第2実施形態の膜差圧制御装置について図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明において、上述の第1実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
Next, a transmembrane pressure difference control device according to a second embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
In the following description, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.

本実施形態では、前処理条件統合部21は条件に応じて、複数系列の膜ろ過プロセスから取得した要求値の統合方法を切り替える機能を有する点において上述の第1実施形態と相違している。本実施形態では、前処理条件統合部21にて統合方法を切り替えることで、さらに膜ろ過プロセスのランニングコストを抑えることができる。 In this embodiment, the pretreatment condition integration unit 21 differs from the first embodiment described above in that it has a function of switching the integration method of the required values obtained from multiple membrane filtration processes depending on the conditions. In this embodiment, by switching the integration method in the pretreatment condition integration unit 21, it is possible to further reduce the running costs of the membrane filtration process.

図4は、第2実施形態の膜差圧制御装置を含む水処理プロセスの一構成例を概略的に示す図である。
本実施形態の膜差圧制御装置は、前処理条件統合部21に、統合方法を切り替えるトリガとなる切替条件が入力される点において、上述の第1実施形態と異なっている。統合方法を切り替えるトリガとなる切替条件は、信号の比較等で得られるイベントに起因してもよいし、指定時刻などの時間に基づく信号でもよい。
FIG. 4 is a diagram illustrating a schematic configuration example of a water treatment process including a transmembrane pressure difference control device according to the second embodiment.
The transmembrane pressure control device of this embodiment differs from the above-described first embodiment in that a switching condition that serves as a trigger for switching the integration method is input to the pretreatment condition integration unit 21. The switching condition that serves as a trigger for switching the integration method may be due to an event obtained by a comparison of signals or the like, or may be a signal based on time such as a specified time.

ファウリングによる膜抵抗の上昇は、図2に例示したように、初期の上昇速度と比較して、後半や終盤の上昇速度の方が大きいことが知られている。このことから、例えば、薬品洗浄期間の初期の時点から指定した期間が経過するまでは、複数の要求値(薬品注入率)の平均値を実際に注入する薬品注入率として、複数系列の膜ろ過装置の膜差圧上昇を均等にするように運転してもよく、指定した期間が経過後には、膜差圧の上昇を抑制するように、複数の要求値(薬品注入率)の最大値を実際に注入する薬品注入率とするように運用してもよい。 It is known that the rate of increase in membrane resistance due to fouling is greater in the latter and final stages than in the initial stage, as shown in Figure 2. For this reason, for example, from the initial point of the chemical cleaning period until a specified period has elapsed, the average value of multiple required values (chemical injection rates) may be set as the actual chemical injection rate to equalize the increase in transmembrane pressure of multiple membrane filtration devices, and after the specified period has elapsed, the maximum value of multiple required values (chemical injection rates) may be set as the actual chemical injection rate to suppress the increase in transmembrane pressure.

この場合、トリガ信号(切替条件)として、例えば薬品洗浄開始後から半年が経過したことを通知する信号であってもよく、複数系列の膜ろ過装置の分離膜の膜抵抗値の最大値が30kPa(閾値)を超過したことを通知する信号であってもよく、その他の時間の信号や判断の基準となる膜抵抗値などが用いられ得る。 In this case, the trigger signal (switching condition) may be, for example, a signal notifying that six months have passed since the start of chemical cleaning, or a signal notifying that the maximum membrane resistance value of the separation membranes of multiple series of membrane filtration devices has exceeded 30 kPa (threshold value), or other time signals or membrane resistance values that serve as a basis for judgment may be used.

切替条件は上記に限定されるものではなく、例えば、ある系列における分離膜の膜抵抗値の上昇率が所定の閾値よりも大きくなった異常状態を通知する信号であってもよく、膜ろ過水質が悪化した異常状態を通知する信号であってもよい。異常状態が通知された場合には、前処理条件統合部21は、ランニングコストの抑制よりも異常時対応を優先し、例えば、要求された複数の薬品注入率の最大値を実際に注入する薬品注入率としてもよい。 The switching condition is not limited to the above, and may be, for example, a signal notifying an abnormal state in which the rate of increase in the membrane resistance value of a separation membrane in a certain series becomes greater than a predetermined threshold value, or a signal notifying an abnormal state in which the quality of the membrane-filtered water has deteriorated. When an abnormal state is notified, the pretreatment condition integration unit 21 prioritizes responding to the abnormality over reducing running costs, and may, for example, set the maximum of the multiple requested chemical injection rates as the chemical injection rate to be actually injected.

なお、膜抵抗値の上昇率が正常であるか否かは、実績抵抗算出部111、121が実績抵抗値を監視して、異常であると判断されたときに異常状態を通知してもよい。膜ろ過水質については、膜ろ過水質を監視する監視手段が外部に設けられ、監視手段により異常であると判断されたときに異常状態を通知してもよい。 The actual resistance calculation units 111 and 121 may monitor the actual resistance value to determine whether the rate of increase in the membrane resistance value is normal, and may notify an abnormal state when it is determined to be abnormal. Regarding the membrane filtrate water quality, a monitoring means for monitoring the membrane filtrate water quality may be provided externally, and an abnormal state may be notified when it is determined to be abnormal by the monitoring means.

上記のように、前処理条件統合部21の統合方法を切り替えることで、前処理装置20と、複数系列を有する膜分離処理プロセスとを含む水処理プロセスに対して、膜ろ過装置の分離膜の膜抵抗上昇を複数系列間で調整し、より柔軟にコストや水質の最適化を図ることが可能となる。 As described above, by switching the integration method of the pretreatment condition integration unit 21, it is possible to adjust the increase in membrane resistance of the separation membrane of the membrane filtration device between multiple series in a water treatment process that includes a pretreatment device 20 and a membrane separation treatment process having multiple series, thereby enabling more flexible optimization of costs and water quality.

また、本実施形態の膜差圧制御装置によれば、膜ろ過装置が異常状態であるときに、前処理装置20にて異常時対応を行うことが可能である。
したがって、本実施形態によれば、前処理条件を適切に制御し、水処理プロセスに要する電力費や薬品費といったランニングコストを最小化する膜差圧制御装置を提供することができる。
Furthermore, according to the transmembrane pressure difference control device of this embodiment, when the membrane filtration device is in an abnormal state, it is possible for the pretreatment device 20 to take measures against the abnormality.
Therefore, according to this embodiment, it is possible to provide a transmembrane pressure difference control device that appropriately controls the pretreatment conditions and minimizes the running costs, such as the electricity costs and chemical costs, required for the water treatment process.

次に、第3実施形態の膜差圧制御装置について図面を参照して詳細に説明する。
図5は、第3実施形態の膜差圧制御装置を含む水処理プロセスの一構成例を概略的に示す図である。
本実施形態の膜差圧制御装置は、前処理条件統合部21に外部の制御装置における制御により決定された第2要求値(薬品注入率)が入力されている点が上述の第1実施形態と異なっている。
Next, a transmembrane pressure difference control device according to a third embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 5 is a diagram illustrating a schematic configuration example of a water treatment process including a transmembrane pressure difference control device according to the third embodiment.
The transmembrane pressure control device of this embodiment differs from the first embodiment described above in that a second required value (chemical injection rate) determined by control in an external control device is input to the pretreatment condition integration unit 21.

前処理条件は、分離膜の状態のみでなく原水の水質や膜ろ過水の水質等を考慮した決定されることが望ましい。そこで、本実施形態の膜差圧制御装置では、前処理条件制御部113、123以外の制御機能からの要求薬品注入率などの前処理条件を前処理条件統合部21にて統合する。 It is desirable to determine the pretreatment conditions taking into consideration not only the state of the separation membrane but also the quality of the raw water and the quality of the membrane filtered water. Therefore, in the membrane differential pressure control device of this embodiment, pretreatment conditions such as the required chemical injection rate from control functions other than the pretreatment condition control units 113 and 123 are integrated in the pretreatment condition integration unit 21.

前処理条件は原水水質や膜ろ過水質の情報に応じて決定することができる。例えば、他の制御機能は、原水に含まれるアンモニアやマンガンの濃度に応じた塩素要求量などに応じて塩素の注入量を決定したり、膜ろ過水の濁度、色度、紫外線吸光度などの濁質や有機物指標の情報に応じて凝集剤注入量を決定したり、その他様々な制御方法が実現可能である。 Pretreatment conditions can be determined based on information about the raw water quality and the membrane-filtered water quality. For example, other control functions include determining the amount of chlorine to be injected based on the chlorine demand amount according to the concentration of ammonia and manganese contained in the raw water, determining the amount of coagulant to be injected based on information about turbidity and organic matter indicators such as the turbidity, color, and ultraviolet absorbance of the membrane-filtered water, and various other control methods are possible.

本実施形態の膜差圧制御装置では、前処理条件統合部21は、上記のように他の制御機能により要求された薬品注入率(第2要求値)と、前処理条件制御部113、123からの要求値とを統合して、実際の薬品注入率を設定する。 In the membrane differential pressure control device of this embodiment, the pretreatment condition integration unit 21 integrates the chemical injection rate (second required value) requested by other control functions as described above with the required value from the pretreatment condition control units 113 and 123 to set the actual chemical injection rate.

例えば、前処理条件統合部21は、膜ろ過水の水質情報に基づいて得られる凝集剤注入率を要求薬品注入率の一つとして、複数の膜ろ過装置系列の前処理条件制御部113、123からの要求薬品注入率である凝集剤注入率と合わせて、複数の要求薬品注入率の最大値を実際の薬品注入率としてもよい。この場合、膜ろ過水の水質情報から得られる凝集剤注入率が他の膜ろ過装置系列から得られる凝集剤注入率より大きい場合は、膜ろ過水質を優先した状態となり、逆に、他の膜ろ過装置系列から得られる凝集剤注入率の最大値が水質情報から得られる凝集剤注入率よりも大きい場合は、膜差圧の抑制を優先した状態となる。 For example, the pretreatment condition integration unit 21 may set the coagulant injection rate obtained based on the water quality information of the membrane filtered water as one of the required chemical injection rates, and combine it with the coagulant injection rate, which is the required chemical injection rate from the pretreatment condition control units 113, 123 of the multiple membrane filtration device series, to set the maximum value of the multiple required chemical injection rates as the actual chemical injection rate. In this case, if the coagulant injection rate obtained from the water quality information of the membrane filtered water is greater than the coagulant injection rate obtained from the other membrane filtration device series, the membrane filtered water quality is prioritized, and conversely, if the maximum value of the coagulant injection rate obtained from the other membrane filtration device series is greater than the coagulant injection rate obtained from the water quality information, suppression of the transmembrane pressure is prioritized.

なお、原水水質や膜ろ過水質の情報だけでなく、例えば、膜ろ過装置の系列と並列に設けられた他の方式の膜ろ過系列や砂ろ過系列が存在する場合、それらの系列に対して推奨される前処理条件を要求される前処理条件として、前処理条件統合部21で統合してもよい。 In addition to the information on raw water quality and membrane filtration water quality, for example, if there is a membrane filtration series or sand filtration series of other types installed in parallel with the membrane filtration equipment series, the pretreatment conditions recommended for those series may be integrated by the pretreatment condition integration unit 21 as the required pretreatment conditions.

例えば、浄水場などの水処理プロセスに本実施形態の膜差圧制御装置を適用するときには、新規に全体を設計するだけでなく、一部を更新することなどもあり、並列に設置された系列の処理方式が異なる場合もある。このような場合、本実施形態の膜差圧制御装置によれば、既設の水処理プロセスにて行われていた制御と組み合わせて利用することが可能である。 For example, when applying the membrane pressure difference control device of this embodiment to a water treatment process such as a water purification plant, not only is the entire system designed from scratch, but some parts may also be updated, and the treatment methods of the parallel series may differ. In such cases, the membrane pressure difference control device of this embodiment can be used in combination with the control performed in the existing water treatment process.

また更新の場合でなくても、例えば並列に設置するろ過系列を異種のろ過方式とすることで水処理プロセス全体を最適化したい場合にも、本実施形態の膜差圧制御装置において前処理条件統合部21で要求される前処理条を統合する考え方は有効となる。 Even if it is not an upgrade, for example, when it is desired to optimize the entire water treatment process by installing filtration systems in parallel using different filtration methods, the idea of integrating the pretreatment conditions required by the pretreatment condition integration unit 21 in the membrane differential pressure control device of this embodiment is effective.

上記のように、本実施形態の膜差圧制御装置によれば、膜抵抗以外の原水水質や膜ろ過水質の情報に応じて算出される条件、あるいは他系列の前処理条件の制御によって出力される条件と、前処理条件制御部113、123からの要求値と、を組み合わせて実際の薬品注入率を設定することができ、より柔軟にコストや水質の最適化を図ることが可能となる。 As described above, according to the membrane differential pressure control device of this embodiment, the actual chemical injection rate can be set by combining conditions calculated based on information on raw water quality and membrane filtered water quality other than membrane resistance, or conditions output by controlling pretreatment conditions of other series, with the required values from the pretreatment condition control units 113 and 123, making it possible to optimize costs and water quality more flexibly.

すなわち、本実施形態によれば、前処理条件を適切に制御し、水処理プロセスに要する電力費や薬品費といったランニングコストを最小化する膜差圧制御装置を提供することができる。 In other words, this embodiment can provide a membrane differential pressure control device that appropriately controls pretreatment conditions and minimizes running costs, such as electricity costs and chemical costs, required for the water treatment process.

次に第4実施形態の膜差圧制御装置について図面を参照して詳細に説明する。
図6は、第4実施形態の膜差圧制御装置を含む水処理プロセスの一構成例を概略的に示す図である。
Next, a transmembrane pressure difference control device according to a fourth embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 6 is a diagram illustrating a schematic configuration example of a water treatment process including a transmembrane pressure difference control device according to the fourth embodiment.

本実施形態の膜差圧制御装置は、膜抵抗の情報に基づいて、膜ろ過装置の運転条件と前処理プロセスの運転条件とを制御する点が上述の第1実施形態と異なっている。 The membrane differential pressure control device of this embodiment differs from the first embodiment described above in that it controls the operating conditions of the membrane filtration device and the operating conditions of the pretreatment process based on membrane resistance information.

第1系列の膜ろ過装置の制御部101は、実績抵抗算出部111と、目標抵抗算出部112と、前処理条件・風量制御部114と、減算器115と、を備えている。
第2系列の膜ろ過装置の制御部102は、実績抵抗算出部121と、目標抵抗算出部122と、前処理条件・風量制御部124と、減算器125と、を備えている。
第1系列の膜ろ過装置と第2系列の膜ろ過装置とは同様の構成であるので、以下では第1系列の膜ろ過装置について説明し、第2系列の膜ろ過装置については説明を省略する。
The control unit 101 of the membrane filtration device of the first line includes an actual resistance calculation unit 111 , a target resistance calculation unit 112 , a pretreatment condition/air volume control unit 114 , and a subtractor 115 .
The control unit 102 of the membrane filtration device of the second line includes an actual resistance calculation unit 121 , a target resistance calculation unit 122 , a pretreatment condition/air volume control unit 124 , and a subtractor 125 .
Since the first-line membrane filtration device and the second-line membrane filtration device have the same configuration, the following description will be given of the first-line membrane filtration device, and a description of the second-line membrane filtration device will be omitted.

減算器115は、目標抵抗算出部112にて算出された目標抵抗値から、実績抵抗算出部111にて算出された実績抵抗値を減算した差を演算し、前処理条件・風量制御部114へ出力する。 The subtractor 115 calculates the difference obtained by subtracting the actual resistance value calculated by the actual resistance calculation unit 111 from the target resistance value calculated by the target resistance calculation unit 112, and outputs the difference to the pre-processing condition/air volume control unit 114.

前処理条件・風量制御部114は、例えばPID制御により、入力された値がゼロとなるように、前処理条件の要求値(薬品注入率の要求値)と、洗浄風量の要求値とを演算して出力する。前処理条件・風量制御部114で演算された前処理条件の要求値は前処理条件統合部21へ入力され、洗浄風量の要求値は洗浄ブロアB1へ供給される。 The pretreatment condition/air volume control unit 114 calculates and outputs the required value of the pretreatment condition (required value of the chemical injection rate) and the required value of the cleaning air volume, for example by PID control, so that the input values become zero. The required value of the pretreatment condition calculated by the pretreatment condition/air volume control unit 114 is input to the pretreatment condition integration unit 21, and the required value of the cleaning air volume is supplied to the cleaning blower B1.

上記のように、薬品注入率と分離膜の洗浄風量とを制御することにより、分離膜の膜抵抗をより高精度に制御することができる。例えば、複数の膜ろ過装置全体の分離膜の膜抵抗を抑制したりする際は、前処理プロセスの運転条件を変更することが有効となるが、特定の膜ろ過装置の分離膜の膜抵抗のみに影響を与えることが難しい。また、何らかの理由で、複数の膜ろ過装置の間で膜抵抗の上昇に差が生じてしまった場合などは、前処理プロセスの運転条件のみで系列間の差を解消するように水処理プロセスを運転することは難しい。これらに対し、本実施形態の膜差圧制御装置では、前処理プロセスの運転条件だけでなく、複数の膜ろ過装置それぞれの分離膜の洗浄風量を制御することができるため、複数の膜ろ過装置の分離膜の膜抵抗を個々に制御することができる。 As described above, by controlling the chemical injection rate and the amount of air washing the separation membrane, the membrane resistance of the separation membrane can be controlled with higher accuracy. For example, when suppressing the membrane resistance of the separation membrane of the entire plurality of membrane filtration devices, it is effective to change the operating conditions of the pretreatment process, but it is difficult to affect only the membrane resistance of the separation membrane of a specific membrane filtration device. In addition, if a difference in the increase in membrane resistance occurs between the plurality of membrane filtration devices for some reason, it is difficult to operate the water treatment process so as to eliminate the difference between the series only by the operating conditions of the pretreatment process. In contrast, the membrane differential pressure control device of this embodiment can control not only the operating conditions of the pretreatment process but also the amount of air washing the separation membrane of each of the plurality of membrane filtration devices, so that the membrane resistance of the separation membrane of the plurality of membrane filtration devices can be individually controlled.

なお、上記では一例として膜ろ過装置の運転条件として分離膜の洗浄風量を制御することについて説明したが、膜ろ過装置の運転条件であれば、分離膜の洗浄風量を制御対象とする必要はなく、例えば逆洗時間のインターバルや排泥のタイミングなど他の操作量を膜ろ過装置の運転条件として制御対象としてもよく、これらの複数を制御対象としても構わない。 In the above, an example was given of controlling the airflow rate for cleaning the separation membrane as an operating condition of the membrane filtration device. However, if the operating condition of the membrane filtration device is one, the airflow rate for cleaning the separation membrane does not have to be the control target. For example, other operational variables such as the backwash time interval or the timing of sludge discharge may be the control target as an operating condition of the membrane filtration device, and multiple of these may be the control targets.

上記のように、本実施形態によれば、前処理条件を適切に制御し、水処理プロセスに要する電力費や薬品費といったランニングコストを最小化する膜差圧制御装置を提供することができる。 As described above, this embodiment provides a membrane differential pressure control device that appropriately controls pretreatment conditions and minimizes running costs, such as electricity costs and chemical costs, required for the water treatment process.

次に、第5実施形態の膜差圧制御装置について図面を参照して詳細に説明する。
図7は、第5実施形態の膜差圧制御装置を含む水処理プロセスの一構成例を概略的に示す図である。
Next, a membrane pressure difference control device according to a fifth embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 7 is a diagram illustrating a schematic configuration example of a water treatment process including a transmembrane pressure difference control device according to the fifth embodiment.

本実施形態では、膜ろ過装置の運転装置の一例として、膜ろ過流速を制御する例について説明する。なお、膜ろ過流速とは、分離膜のろ過流量を分離膜の膜面積で除した(正規化した)値である。すなわち、膜ろ過流速は、分離膜の単位面積あたりの膜ろ過流量となるため、膜抵抗の上昇を考える上では膜抵抗に関わる負荷と考えて差し支えない。また、複数の膜ろ過装置の分離膜の膜面積が異なる場合は、各膜ろ過装置のろ過流量とろ過流速は同じ比率とならないが、各膜ろ過装置の膜面積が等しい場合は、膜ろ過流量と考えて差し支えない。膜ろ過流速は膜面積を乗じることで、膜ろ過流量に換算することができる。 In this embodiment, an example of controlling the membrane filtration flow rate will be described as an example of an operating device for a membrane filtration device. The membrane filtration flow rate is the filtration flow rate of the separation membrane divided (normalized) by the membrane area of the separation membrane. In other words, since the membrane filtration flow rate is the membrane filtration flow rate per unit area of the separation membrane, it can be considered as a load related to the membrane resistance when considering an increase in membrane resistance. In addition, when the membrane areas of the separation membranes of multiple membrane filtration devices are different, the filtration flow rate and the filtration flow rate of each membrane filtration device will not be in the same ratio, but when the membrane areas of each membrane filtration device are equal, it can be considered as the membrane filtration flow rate. The membrane filtration flow rate can be converted to the membrane filtration flow rate by multiplying it by the membrane area.

本実施形態の膜差圧制御装置は、膜ろ過流速決定部22をさらに備えている。
第1系列の膜ろ過装置の制御部101は、実績抵抗算出部111と、目標抵抗算出部112と、減算器115と、を備えている。第1系列の膜ろ過装置において、ポンプPO1は、膜ろ過槽11の後段に配置され、膜ろ過水を吸引することにより第1系列の膜ろ過装置の膜ろ過流速を制御することができる。なお、ポンプPO1は膜ろ過槽11の前段に配置されてもよい。
The transmembrane pressure control device of this embodiment further includes a transmembrane filtration flow rate determining unit 22 .
The control unit 101 of the first-line membrane filtration apparatus includes an actual resistance calculation unit 111, a target resistance calculation unit 112, and a subtractor 115. In the first-line membrane filtration apparatus, the pump PO1 is disposed in the rear stage of the membrane filtration tank 11, and can control the membrane filtration flow rate of the first-line membrane filtration apparatus by sucking in the membrane filtration water. The pump PO1 may be disposed in the front stage of the membrane filtration tank 11.

第2系列の膜ろ過装置の制御部102は、実績抵抗算出部112と、目標抵抗算出部122と、減算器125と、を備えている。第2系列の膜ろ過装置において、ポンプPO2は、膜ろ過槽12の後段に配置され、膜ろ過水を吸引することにより第2系列の膜ろ過装置の膜ろ過流速を制御することができる。なおポンプPO2は膜ろ過槽12の前段に配置されてもよい。
本実施形態では、減算器115、125は、目標抵抗値から実績抵抗値を引いた差を膜抵抗偏差として、膜ろ過流速決定部22と前処理条件統合部21とへ出力する。
The control unit 102 of the second-line membrane filtration apparatus includes an actual resistance calculation unit 112, a target resistance calculation unit 122, and a subtractor 125. In the second-line membrane filtration apparatus, the pump PO2 is disposed in the rear stage of the membrane filtration tank 12, and can control the membrane filtration flow rate of the second-line membrane filtration apparatus by sucking in the membrane filtrate. The pump PO2 may be disposed in the front stage of the membrane filtration tank 12.
In this embodiment, the subtractors 115 and 125 output the difference obtained by subtracting the actual resistance value from the target resistance value as the membrane resistance deviation to the membranous filtration flow rate determination unit 22 and the pretreatment condition integration unit 21 .

膜ろ過流速決定部22には、外部からろ過要求量が入力され、制御部101、102から膜抵抗偏差が入力される。膜ろ過流速決定部22は、複数の膜ろ過装置により得られるろ過流量がろ過要求量を満たすとともに、膜抵抗偏差の値に応じて個々の膜ろ過装置の膜ろ過流速を決定する。 The membrane filtration flow rate determination unit 22 receives the required filtration volume from the outside and the membrane resistance deviation from the control units 101 and 102. The membrane filtration flow rate determination unit 22 determines the membrane filtration flow rate of each membrane filtration device according to the membrane resistance deviation value while ensuring that the filtration flow rate obtained by the multiple membrane filtration devices satisfies the required filtration volume.

膜ろ過流速決定部22における膜ろ過流速の決定方法は、複数の膜抵抗偏差の大小に応じて、その順位に応じて予め決められた割合で流量を配分してもよく、膜抵抗偏差の大きさと複数の膜ろ過装置に配分される流量の差が比例するように流量が決定されてもよい。膜ろ過流速決定部22にて決定された複数系列の膜ろ過装置それぞれの膜ろ過流速は、対応するポンプPO1、PO2へ入力されて、各系列の膜ろ過流速を実現するようにポンプPO1、PO2の動作が制御される。 The method of determining the membrane filtration flow rate in the membrane filtration flow rate determination unit 22 may involve allocating the flow rate at a predetermined ratio according to the order of the magnitude of the multiple membrane resistance deviations, or the flow rate may be determined so that the difference between the flow rates allocated to the multiple membrane filtration devices is proportional to the magnitude of the membrane resistance deviation. The membrane filtration flow rates of each of the multiple series of membrane filtration devices determined by the membrane filtration flow rate determination unit 22 are input to the corresponding pumps PO1 and PO2, and the operation of the pumps PO1 and PO2 is controlled to achieve the membrane filtration flow rate of each series.

このように膜抵抗偏差を膜ろ過流速の配分に用いることで、膜差圧が目標値と比較して上昇している膜ろ過系列の膜ろ過流速を下げ、負荷を均等化することなどが可能となり、水処理プロセス全体としての負荷均等化を図ることができる。また、この際、それぞれの膜ろ過流速に分離膜の膜面積を乗じて得られる膜ろ過流量の総和が、要求ろ過流量と等しくなるように膜ろ過流速を決定することにより、必要な流量を担保することができる。 In this way, by using the membrane resistance deviation to allocate the membrane filtration flow rate, it is possible to lower the membrane filtration flow rate of the membrane filtration series where the transmembrane pressure difference is elevated compared to the target value, thereby equalizing the load, and achieving equalization of the load across the entire water treatment process. In addition, at this time, the necessary flow rate can be guaranteed by determining the membrane filtration flow rate so that the sum of the membrane filtration flow rates, obtained by multiplying each membrane filtration flow rate by the membrane area of the separation membrane, is equal to the required filtration flow rate.

前処理条件統合部21には、膜ろ過流速決定部22から複数系列の膜ろ過装置に対する膜ろ過流速と、減算器115、125で演算された膜抵抗偏差とが入力される。前処理条件統合部21は、膜ろ過流速と膜抵抗とに応じて、複数系列の膜ろ過装置のそれぞれの負荷に関する情報を演算することができる。なお、本実施形態では、前処理条件統合部21は、複数系列の膜ろ過装置それぞれの洗浄期間の情報と目標抵抗値の曲線の情報とをあらかじめ有しており、膜抵抗偏差と目標抵抗値とから実績抵抗値を算出することが可能に構成されていてもよい。 The pretreatment condition integration unit 21 receives the membrane filtration flow rates for the multiple membrane filtration devices from the membrane filtration flow rate determination unit 22 and the membrane resistance deviation calculated by the subtractors 115 and 125. The pretreatment condition integration unit 21 can calculate information about the load of each of the multiple membrane filtration devices according to the membrane filtration flow rate and membrane resistance. In this embodiment, the pretreatment condition integration unit 21 has in advance information about the cleaning period and the target resistance curve for each of the multiple membrane filtration devices, and may be configured to be able to calculate the actual resistance value from the membrane resistance deviation and the target resistance value.

本実施形態の前処理条件統合部21は、膜抵抗偏差がゼロに追従するように前処理条件の要求値(薬品注入率の要求値)を算出し、例えば、複数の膜ろ過流速(若しくは負荷)を、重みやパラメータとして実際の薬品注入率を設定することができる。すなわち、本実施形態の膜差圧制御装置では、上述の第1乃至第4実施形態における前処理条件制御部113、124の機能を含んでいる。
なお、膜ろ過流速決定部22と前処理条件統合部21との制御周期が同程度の長さであると、両者の操作がうまくかみ合わない場合があり得るため、より上位に位置する膜ろ過流速決定部22の制御周期を前処理条件統合部21の制御周期と比較して長くした方が好ましい。また、各膜ろ過装置の膜ろ過流速にばらつきが少ない場合などは、前処理条件統合部21において、膜ろ過流速の値を重みとして使用しないように構成しても構わない。
The pretreatment condition integration unit 21 of this embodiment calculates the required value of the pretreatment condition (required value of the chemical injection rate) so that the membrane resistance deviation follows zero, and can set the actual chemical injection rate using, for example, a plurality of membrane filtration flow rates (or loads) as weights or parameters. That is, the transmembrane pressure control device of this embodiment includes the functions of the pretreatment condition control units 113, 124 in the above-mentioned first to fourth embodiments.
In addition, if the control periods of the membranous filtration flow rate determination unit 22 and the pretreatment condition integration unit 21 are about the same length, there may be cases where the operations of the two do not mesh well, so it is preferable to make the control period of the higher-ranking membranous filtration flow rate determination unit 22 longer than the control period of the pretreatment condition integration unit 21. In addition, in cases where there is little variation in the membranous filtration flow rates of the membrane filtration devices, the pretreatment condition integration unit 21 may be configured not to use the value of the membranous filtration flow rate as a weight.

上記のように、膜抵抗の情報を用いて、前処理プロセスの運転条件と膜ろ過流速とを制御することによって、要求ろ過流量の制約を満たしつつ、複数系列の膜ろ過装置の間に生じた膜差圧の差に応じた対応をすることが可能となり、水処理プロセス全体で、より柔軟にコストや水質の最適化を図ることが可能となる。
すなわち、本実施形態によれば、前処理条件を適切に制御し、水処理プロセスに要する電力費や薬品費といったランニングコストを最小化する膜差圧制御装置を提供することができる。
As described above, by using information on membrane resistance to control the operating conditions of the pretreatment process and the membrane filtration flow rate, it is possible to respond to the difference in transmembrane pressure that occurs between multiple series of membrane filtration devices while satisfying the constraints of the required filtration flow rate, making it possible to more flexibly optimize costs and water quality throughout the entire water treatment process.
That is, according to this embodiment, it is possible to provide a transmembrane pressure difference control device that appropriately controls pretreatment conditions and minimizes running costs such as electricity costs and chemical costs required for the water treatment process.

次に第6実施形態の膜差圧制御装置について図面を参照して詳細に説明する。
図8は、第6実施形態の膜差圧制御装置を含む水処理プロセスの一構成例を概略的に示す図である。
本実施形態の膜差圧制御装置では、膜ろ過流速決定部22の構成が上述の第5実施形態と異なっている。
Next, a transmembrane pressure difference control device according to a sixth embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 8 is a diagram illustrating a schematic configuration example of a water treatment process including a transmembrane pressure difference control device according to the sixth embodiment.
In the transmembrane pressure control device of this embodiment, the configuration of the transmembrane filtration flow rate determining unit 22 is different from that of the fifth embodiment described above.

本実施形態では、膜ろ過流速決定部22には、浄水池水位と、膜抵抗偏差とが入力される。例えば、ろ過流量は、水処理プロセスを経たろ過水が貯水される浄水池水位に応じて受動的に決定され得る。膜ろ過流速決定部22は、浄水池水位が基準とする水位より低い場合には、要求ろ過流量を基準とする値より大きくし、浄水池水位が基準とする水位より高い場合には要求ろ過流量を基準とする値より小さくすることができる。この場合、操作できる膜ろ過流量が連続的ではなく、ポンプPO1、PO2の起動または停止のみで決まる離散的な値であっても対応できる。ポンプが起動している場合の膜ろ過流速は定格流量を膜面積で除した値、停止している場合の膜ろ過流速は0に対応する。 In this embodiment, the membrane filtration flow rate determination unit 22 receives the purified water reservoir water level and the membrane resistance deviation. For example, the filtration flow rate can be passively determined according to the purified water reservoir water level in which the filtered water that has undergone the water treatment process is stored. When the purified water reservoir water level is lower than the reference water level, the membrane filtration flow rate determination unit 22 can set the required filtration flow rate to be greater than the reference value, and when the purified water reservoir water level is higher than the reference water level, the membrane filtration flow rate determination unit 22 can set the required filtration flow rate to be smaller than the reference value. In this case, it is possible to handle cases where the operable membrane filtration flow rate is not continuous but is a discrete value determined only by starting or stopping the pumps PO1 and PO2. The membrane filtration flow rate when the pump is started corresponds to the rated flow rate divided by the membrane area, and the membrane filtration flow rate when the pump is stopped corresponds to 0.

より具体的には、膜ろ過流速決定部22は、例えば、浄水池水位が1~2mの場合は、全体のろ過流量をQm/hとする。膜ろ過流速決定部22は、例えば、浄水池水位が1~2mの場合は、全体のろ過流量をQm/hにしてから、その全体ろ過流量に対して各膜ろ過装置の膜ろ過流速を算出して、浄水池水位が所定の値となるように調整してもよい。 More specifically, when the purified water reservoir water level is 1 to 2 m, for example, the membrane filtration flow rate determination unit 22 sets the total filtration flow rate to Qm 3 /h. When the purified water reservoir water level is 1 to 2 m, for example, the membrane filtration flow rate determination unit 22 may set the total filtration flow rate to Qm 3 /h, and then calculate the membrane filtration flow rate of each membrane filtration device for that total filtration flow rate, and adjust the purified water reservoir water level to a predetermined value.

また、ポンプの起動と停止とで膜ろ過流速を制御する場合は、膜ろ過流速決定部22は、浄水池水位に応じて、ポンプPO1、PO2を稼働させる膜ろ過装置の系列数を変えてもよい。この場合、要求ろ過流量を制約とする場合と比較して、浄水池水位で水処理プロセス全体のろ過流量を考えると制約が緩和され、より柔軟に水処理プロセスを運用することができる。
本実施形態の膜差圧制御装置は、上記の膜ろ過流速決定部22の構成以外は、上述の第5実施形態と同様である。
Furthermore, when controlling the membrane filtration flow rate by starting and stopping the pump, the membrane filtration flow rate determination unit 22 may change the number of membrane filtration device series that operate the pumps PO1 and PO2 according to the purified water reservoir water level. In this case, compared to the case where the required filtration flow rate is a constraint, the constraint is relaxed when the filtration flow rate of the entire water treatment process is considered based on the purified water reservoir water level, and the water treatment process can be operated more flexibly.
The transmembrane pressure control device of this embodiment is similar to that of the above-described fifth embodiment, except for the configuration of the transmembrane filtration flow rate determining unit 22.

上記のように、分離膜の膜抵抗および浄水池水位の情報を用いて、前処理装置20の運転条件および膜ろ過流速を制御することによって、複数の膜ろ過装置の膜抵抗の値に系列間差に対応することが可能となり、水処理プロセス全体で、より柔軟にコストや水質の最適化を図ることが可能となる。
すなわち、本実施形態によれば、前処理条件を適切に制御し、水処理プロセスに要する電力費や薬品費といったランニングコストを最小化する膜差圧制御装置を提供することができる。
As described above, by controlling the operating conditions and membrane filtration flow rate of the pretreatment device 20 using information on the membrane resistance of the separation membrane and the water level of the purified water reservoir, it is possible to respond to differences in the membrane resistance values between multiple membrane filtration devices, making it possible to more flexibly optimize costs and water quality throughout the entire water treatment process.
That is, according to this embodiment, it is possible to provide a transmembrane pressure difference control device that appropriately controls pretreatment conditions and minimizes running costs such as electricity costs and chemical costs required for the water treatment process.

次に、第7実施形態の膜差圧制御装置について図面を参照して詳細に説明する。
図9は、第7実施形態の膜差圧制御装置を含む水処理プロセスの一構成例を概略的に示す図である。
上述の第5実施形態および第6実施形態では、膜ろ過流速を決定した後に前処理装置20の運転条件(薬品注入率の要求値)を決定していたが、本実施形態の膜差圧制御装置では、前処理プロセスの運転条件と複数系列の膜ろ過装置の膜ろ過流速(運転条件)とを最適化問題として定式化し、同時に最適化している。
Next, a transmembrane pressure difference control device according to a seventh embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 9 is a diagram illustrating a schematic configuration example of a water treatment process including a transmembrane pressure difference control device according to the seventh embodiment.
In the above-mentioned fifth and sixth embodiments, the operating conditions of the pretreatment device 20 (required value of chemical injection rate) were determined after determining the membrane filtration flow rate, but in the membrane differential pressure control device of this embodiment, the operating conditions of the pretreatment process and the membrane filtration flow rates (operating conditions) of multiple series of membrane filtration devices are formulated as an optimization problem and optimized simultaneously.

本実施形態の膜差圧制御装置は、膜ろ過流速決定部22と前処理条件統合部21とに代えて、運転条件統合部23を備えている点において、上述の第5および第6実施形態の膜差圧制御装置と相違している。 The transmembrane pressure control device of this embodiment differs from the transmembrane pressure control devices of the fifth and sixth embodiments described above in that it has an operating condition integration unit 23 instead of the membrane filtration flow rate determination unit 22 and the pretreatment condition integration unit 21.

例えば、2系列の膜ろ過装置を有する水処理プロセスにおいて、制御周期の次ステップにおける膜抵抗値がPAC(ポリ塩化アルミニウム)注入率と膜ろ過流速(ポンプの消費電力)との重回帰として定式化すると下記のように表すことができる。
For example, in a water treatment process having two lines of membrane filtration devices, the membrane resistance value at the next step of the control cycle can be formulated as a multiple regression between the PAC (polyaluminum chloride) injection rate and the membrane filtration flow rate (pump power consumption) as shown below.

上記式において、PACは前処理プロセスのPAC注入率、Pはi系列の膜ろ過ポンプの消費電力、αはPACの単価、βは単位膜ろ過流量あたりの電力単価、kij、a、bは回帰係数であって、予め設定されている。その他、Rはi系列の現在の膜抵抗、RiSVはi系列の次ステップの膜抵抗目標値、mはi系列の膜面積である。なお、本実施形態では、運転条件統合部23は、複数系列の膜ろ過装置それぞれの洗浄期間の情報と目標抵抗値の曲線の情報とをあらかじめ有しており、膜抵抗偏差と目標抵抗値とから実績抵抗値を算出することが可能に構成されていてもよい。 In the above formula, PAC is the PAC injection rate of the pretreatment process, P i is the power consumption of the membrane filtration pump of the i series, α is the unit price of PAC, β is the unit price of electricity per unit membrane filtration flow rate, k ij , a i , and b i are regression coefficients that are preset. In addition, R i is the current membrane resistance of the i series, R iSV is the membrane resistance target value of the next step of the i series, and m i is the membrane area of the i series. In this embodiment, the operating condition integration unit 23 may be configured to have information on the cleaning period and the curve of the target resistance value of each of the membrane filtration devices of the multiple series in advance, and to be able to calculate the actual resistance value from the membrane resistance deviation and the target resistance value.

上記の最適化問題は、線形の最適化問題として記述しているため、シンプレックス法や内点法といった方法で解くことができる。また、問題を非線形なものに拡張したとしても、焼きなまし法や粒子群最適化といったメタヒューリスティックな方法を用いて解くことができる。他の薬品注入率についても、PAC注入率の上記算出方法と同様に算出することができる。 The above optimization problem is written as a linear optimization problem, so it can be solved using methods such as the simplex method or the interior point method. Even if the problem is expanded to a nonlinear one, it can be solved using metaheuristic methods such as simulated annealing or particle swarm optimization. Other chemical injection rates can also be calculated in the same way as the above calculation method for the PAC injection rate.

分離膜の膜抵抗の上昇は、一般に、時間オーダー程度の速度で進んでいくため、最適化問題を解くための時間は同程度の速度(周期)でよく、膜差圧の予測式等の構造をあまり複雑にしなければ、演算処理時間の観点でも十分であると考えられる。 The increase in the membrane resistance of a separation membrane generally progresses at a speed on the order of hours, so the time required to solve the optimization problem can be at a similar speed (period), and as long as the structure of the transmembrane pressure prediction equation, etc., is not made too complicated, it is considered to be sufficient in terms of calculation processing time.

上記のように、分離膜の膜抵抗の情報を用いて、前処理プロセスの運転条件および膜ろ過流速を同時に最適化することによって、複数の膜ろ過装置の膜抵抗間に差が生じた場合でも対応することが可能となり、より水処理プロセスのランニングコストや水質の最適化を図ることが可能となる。
すなわち、本実施形態によれば、前処理条件を適切に制御し、水処理プロセスに要する電力費や薬品費といったランニングコストを最小化する膜差圧制御装置を提供することができる。
As described above, by simultaneously optimizing the operating conditions of the pretreatment process and the membrane filtration flow rate using information on the membrane resistance of the separation membrane, it is possible to deal with cases in which differences in the membrane resistance of multiple membrane filtration devices occur, thereby enabling further optimization of the running costs and water quality of the water treatment process.
That is, according to this embodiment, it is possible to provide a transmembrane pressure difference control device that appropriately controls pretreatment conditions and minimizes running costs such as electricity costs and chemical costs required for the water treatment process.

次に、第8実施形態の膜差圧制御装置について図面を参照して詳細に説明する。
図10は、第8実施形態の膜差圧制御装置を含む水処理プロセスの一構成例を概略的に示す図である。
上述の第1乃至第7実施形態の膜差圧制御装置では、分離膜の目標抵抗値と実績抵抗値との比較をして前処理装置20の運転条件を決定している。一方で、前処理装置20における処理水の滞留時間が長い場合、操作量を変更してから分離膜の膜差圧に影響が表れるまでに時間差(ラグ)が生じるため、制御による操作量の変化が結果に反映されるまでに間に合わない可能性がある。また、制御周期が長い場合や膜抵抗の上昇が速い場合は、膜差圧の変化に対して制御が遅れてしまう可能性がある。そこで、本実施形態の膜差圧制御装置では、実績抵抗値に代えて膜抵抗値の予測値を用いて、予測値が目標抵抗値に追従するように前処理条件を決定している。
Next, a transmembrane pressure difference control device according to an eighth embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 10 is a diagram illustrating a schematic configuration example of a water treatment process including a transmembrane pressure difference control device according to the eighth embodiment.
In the transmembrane pressure control device of the first to seventh embodiments described above, the target resistance value and the actual resistance value of the separation membrane are compared to determine the operating conditions of the pretreatment device 20. On the other hand, if the residence time of the treated water in the pretreatment device 20 is long, a time lag occurs between the change in the manipulated variable and the effect on the transmembrane pressure of the separation membrane, so that the change in the manipulated variable due to the control may not be reflected in the result in time. In addition, if the control period is long or the membrane resistance increases quickly, the control may be delayed with respect to the change in the transmembrane pressure. Therefore, in the transmembrane pressure control device of this embodiment, a predicted value of the membrane resistance is used instead of the actual resistance value, and the pretreatment conditions are determined so that the predicted value follows the target resistance value.

本実施形態の膜差圧制御装置において、制御部101、102は、抵抗変化予測部116、126と、加算器117、127と、を備えている。
抵抗変化予測部116、126は、実績抵抗値から所定期間後の膜抵抗の変化量を表す予測抵抗変化値ΔRを決定する。所定期間Δtは、実績抵抗値が算出されたタイミングから抵抗値が予測されるタイミングまでの期間を表す。予測抵抗変化値ΔRは、膜分離処理プロセスまたは前処理プロセスのセンサ計測値あるいは運転条件によって算出される。例えば、抵抗変化予測部116、126は下記式を用いて予測抵抗変化値を決定する。
In the transmembrane pressure control device of this embodiment, the control units 101 and 102 include resistance change prediction units 116 and 126 and adders 117 and 127 .
The resistance change prediction units 116, 126 determine a predicted resistance change value ΔR that represents the change in membrane resistance after a predetermined period from the actual resistance value. The predetermined period Δt represents the period from the timing when the actual resistance value is calculated to the timing when the resistance value is predicted. The predicted resistance change value ΔR is calculated based on the sensor measurement value or the operating conditions of the membrane separation treatment process or the pretreatment process. For example, the resistance change prediction units 116, 126 determine the predicted resistance change value using the following formula.

上記式において、入力値として膜ろ過流束J及び洗浄風量Qが使用されているが、他のセンサ計測値が使用されてもよい。膜ろ過流束は、ろ過膜の膜面へ膜ファウリング現象の要因となる物質(例えば、濁質や溶解性有機物などの不純物)を届ける作用を示す。膜ろ過流束だけでなく、例えば膜ろ過装置に流入する水のファウリング要因物質の濃度計測値や代替指標を用いてもよい。例えば、ファウリング要因物質や代替指標は、例えば、濁度、色度、SS(Suspended Substance:懸濁物質)、SDI(Silt Density Index:シルト密度指数)、FI(Fouling Index:汚れ指数)、紫外線吸光度(E260)、蛍光強度又は全有機炭素(Total Organic Carbon)などの計測値を用いてもよい。 In the above formula, the membrane filtration flux J and the cleaning air volume Q are used as input values, but other sensor measurement values may be used. The membrane filtration flux indicates the action of delivering substances that cause membrane fouling (e.g., impurities such as turbidity and dissolved organic matter) to the membrane surface of the filtration membrane. In addition to the membrane filtration flux, for example, the concentration measurement value or alternative index of the fouling factor substance in the water flowing into the membrane filtration device may be used. For example, the fouling factor substance or alternative index may be, for example, measurement values such as turbidity, chromaticity, SS (Suspended Substance), SDI (Silt Density Index), FI (Fouling Index), ultraviolet absorbance (E260), fluorescence intensity, or total organic carbon.

また、上記式中で洗浄風量はろ過膜の膜面の膜ファウリング現象を抑制する作用を示す。洗浄風量だけでなく、前処理プロセスの運転条件など、膜ファウリング現象を抑制するセンサ計測値や運転条件を用いてもよい。例えば、膜ろ過装置に流入する水のpH、残留塩素、pH調整剤注入率、塩素注入率、オゾン注入率、凝集剤注入率、活性炭注入率などが挙げられる。 In the above formula, the cleaning air volume indicates the effect of suppressing the membrane fouling phenomenon on the membrane surface of the filtration membrane. In addition to the cleaning air volume, sensor measurement values and operating conditions that suppress the membrane fouling phenomenon, such as the operating conditions of the pretreatment process, may also be used. For example, the pH of the water flowing into the membrane filtration device, residual chlorine, pH adjuster injection rate, chlorine injection rate, ozone injection rate, coagulant injection rate, activated carbon injection rate, etc. may be included.

また、膜分離処理プロセスを運用する前にこれら入力と膜抵抗の変化を示すデータを収集してもよい。ユーザは、収集されたデータを用いて、オフラインにて上記式の未知変数a、kを決定してもよい。未知変数a、kを決定する際に、最小二乗法、PLS(Partial Least Square)回帰、リッジ回帰又はラッソ回帰等を用いられてもよい。オンライン最小二乗法などオンラインで未知変数を更新されてもよい。未知変数を決定するために、どのような方法が用いられてもよい。 In addition, data showing the changes in these inputs and membrane resistance may be collected before operating the membrane separation treatment process. The user may determine the unknown variables a i and k i in the above formula offline using the collected data. When determining the unknown variables a i and k i , the least squares method, PLS (Partial Least Square) regression, ridge regression, lasso regression, or the like may be used. The unknown variables may be updated online, such as by the online least squares method. Any method may be used to determine the unknown variables.

抵抗変化予測部116、126から出力された予測抵抗変化値ΔRは加算器117、127にて、実績抵抗値に加算され、予測抵抗値として前処理条件制御部113、123に入力される。
前処理条件制御部113、123は、予測抵抗値が目標抵抗値に追従するように、要求薬品注入率を演算して出力する。
The predicted resistance change value ΔR output from the resistance change prediction units 116 and 126 is added to the actual resistance value by the adders 117 and 127, and input to the pre-processing condition control units 113 and 123 as a predicted resistance value.
The pretreatment condition control units 113 and 123 calculate and output a required chemical injection rate so that the predicted resistance value follows the target resistance value.

本実施形態の膜差圧制御装置は、上記構成以外は第1実施形態の膜差圧制御装置と同様である。
以上の方法を用いて、膜抵抗の目標値との比較に膜抵抗の予測値を使用することで、制御による操作量の変化が間に合わない可能性を回避し、前処理プロセスと1対1で対応しない複数系列を有する膜分離処理プロセスに対して、ランニングコストの最適化を図ることが可能となる。
The transmembrane pressure difference control device of this embodiment is similar to the transmembrane pressure difference control device of the first embodiment except for the above-mentioned configuration.
By using the above method and using the predicted membrane resistance to compare with the target membrane resistance, it is possible to avoid the possibility that the control will not be able to change the manipulated variable in time, and to optimize the running costs for a membrane separation treatment process having multiple series that do not correspond one-to-one with the pretreatment process.

すなわち、本実施形態によれば、前処理条件を適切に制御し、水処理プロセスに要する電力費や薬品費といったランニングコストを最小化する膜差圧制御装置を提供することができる。 In other words, this embodiment can provide a membrane differential pressure control device that appropriately controls pretreatment conditions and minimizes running costs, such as electricity costs and chemical costs, required for the water treatment process.

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。これら新規な実施形態は、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ともに、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。
以下に、本願の出願当初の特許請求の範囲の記載を付記する。
[付記1]
液体に含まれる固体を液体から分離させる分離膜を備える複数系列の膜ろ過装置と、複数系列の前記膜ろ過装置の少なくとも一部へ流入する液体を処理する前処理装置と、を含む水処理プロセスに対し、前記分離膜の膜差圧を制御する装置であって、
複数系列の前記膜ろ過装置の各々について、前記分離膜を液体が透過する際の抵抗値である実績抵抗値が前記実績抵抗値の目標値に追従するように、前記前処理装置の運転条件の要求値を算出する前処理条件制御部と、
前記前処理条件制御部から供給される複数の前記要求値を統合して、前記前処理装置の運転条件を決定する前処理条件統合部と、を備えた膜差圧制御装置。
[付記2]
前記前処理条件統合部は、複数の前記要求値の平均値又は中央値を前記前処理装置の運転条件とする、[付記1]記載の膜差圧制御装置。
[付記3]
前記前処理条件統合部は、複数の前記要求値に重みを乗じた値の平均値を前記前処理装置の運転条件とする、[付記1]記載の膜差圧制御装置。
[付記4]
前記前処理条件統合部は切替条件を取得し、前記切替条件をトリガとして前記前処理装置における前記要求値の統合方法を切り替える、[付記1]乃至[付記3]のいずれか1項記載の膜差圧制御装置。
[付記5]
前記前処理条件統合部は、外部の制御装置からの第2要求値を取得し、前記第2要求値と複数の前記要求値とを統合して、前記前処理装置の運転条件を決定する、[付記1]乃至[付記4]のいずれか1項記載の膜差圧制御装置。
[付記6]
前記前処理条件制御部は、前記実績抵抗値が前記目標値に追従するように、前記膜ろ過装置の操作量を制御する制御部を含む、[付記1]乃至[付記5]のいずれか1項記載の膜差圧制御装置。
[付記7]
液体に含まれる固体を液体から分離させる分離膜を備える複数系列の膜ろ過装置と、複数系列の前記膜ろ過装置の少なくとも一部へ流入する液体を処理する前処理装置と、複数系列の前記膜ろ過装置それぞれを透過する液体の流速を調整する複数のポンプと、を含む水処理プロセスに対し、前記分離膜の膜差圧を制御する装置であって、
複数の前記膜ろ過装置を通過した膜ろ過水の和が前記水処理プロセスに要求されるろ過流量を満たすように、又は、前記水処理プロセスを経たろ過水が貯水される浄水池の水位が所定の値となるように、前記分離膜を液体が透過する際の抵抗値である実績抵抗値と前記実績抵抗値の目標値とに基づいて複数の前記膜ろ過装置の膜ろ過流速を算出して前記ポンプを制御する膜ろ過流速決定部と、
複数系列の前記膜ろ過装置の各々について、前記実績抵抗値が前記目標値に追従するように前記前処理装置の運転条件の要求値を算出し、前記膜ろ過流速に基づく重み又はパラメータを用いて複数の前記要求値を統合して、前記前処理装置の運転条件を決定する前処理条件統合部と、を備えた膜差圧制御装置。
[付記8]
液体に含まれる固体を液体から分離させる分離膜を備える複数系列の膜ろ過装置と、複数系列の前記膜ろ過装置の少なくとも一部へ流入する液体を処理する前処理装置と、複数系列の前記膜ろ過装置それぞれを透過する液体の流速を調整する複数のポンプと、を含む水処理プロセスに対し、前記分離膜の膜差圧を制御する装置であって、
前記水処理プロセスに要求されるろ過流量、前記分離膜を液体が透過する際の抵抗値である実績抵抗値および前記実績抵抗値の目標値に基づいて、前記前処理装置の運転条件と複数系列の膜ろ過装置の運転条件との最適化問題とした予め設定された演算を行うことにより、前記前処理装置の運転条件と前記膜ろ過装置の運転条件とを決定する運転条件統合部を備えた膜差圧制御装置。
[付記9]
前記前処理装置の運転条件あるいは各膜ろ過装置の運転条件を用いて、前記分離膜の前記実績抵抗値の現在から将来までの変化値を算出する抵抗変化予測部と、前記実績抵抗値と前記変化値とを加算した予測抵抗値を算出する加算器と、をさらに備え、
前記前処理条件制御部は、前記予測抵抗値が将来の前記目標値に追従するように前記前処理装置の運転条件の要求値を算出する、[付記1]乃至[付記6]のいずれか1項記載の膜差圧制御装置。
[付記10]
前記抵抗変化予測部は、前記前処理装置における塩素注入率、凝集剤注入率、活性炭注入率、又は、前記前処理装置から排出された処理水のpH、の少なくともいずれか1つの値に基づいて前記変化値を算出する、[付記9]記載の膜差圧制御装置。
[付記11]
前記抵抗変化予測部は、濁度、色度、E260、蛍光強度又は全有機炭素の少なくともいずれか1つの値に基づいて前記変化値を算出する、[付記9]記載の膜差圧制御装置。
Although some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and spirit of the invention, and are included in the scope of the invention and its equivalents described in the claims.
The following is a summary of the claims as originally filed in this application.
[Appendix 1]
A water treatment process including a plurality of membrane filtration apparatuses each having a separation membrane for separating a solid contained in the liquid from the liquid, and a pretreatment apparatus for treating a liquid flowing into at least a part of the plurality of membrane filtration apparatuses, comprising:
A pretreatment condition control unit that calculates a required value of an operating condition of the pretreatment device for each of the membrane filtration devices of the multiple series so that an actual resistance value, which is a resistance value when a liquid permeates the separation membrane, follows a target value of the actual resistance value;
a pretreatment condition integrating unit that integrates the plurality of required values supplied from the pretreatment condition control units to determine operating conditions of the pretreatment device.
[Appendix 2]
The membrane differential pressure control device according to [Appendix 1], wherein the pretreatment condition integration unit sets an average value or a median value of the multiple required values as the operating condition of the pretreatment device.
[Appendix 3]
The membrane differential pressure control device according to [Appendix 1], wherein the pretreatment condition integration unit sets an average value of a plurality of the required values multiplied by weights as an operating condition of the pretreatment device.
[Appendix 4]
The membrane differential pressure control device according to any one of [Appendix 1] to [Appendix 3], wherein the pretreatment condition integration unit acquires a switching condition and switches the integration method of the required value in the pretreatment device using the switching condition as a trigger.
[Appendix 5]
The pretreatment condition integration unit acquires a second requirement value from an external control device, integrates the second requirement value with a plurality of the requirement values, and determines the operating conditions of the pretreatment device. A membrane differential pressure control device as described in any one of [Appendix 1] to [Appendix 4].
[Appendix 6]
The pretreatment condition control unit includes a control unit that controls an operation amount of the membrane filtration device so that the actual resistance value follows the target value. The membrane differential pressure control device described in any one of [Appendix 1] to [Appendix 5].
[Appendix 7]
A water treatment process including a plurality of membrane filtration apparatuses each having a separation membrane for separating a solid contained in the liquid from the liquid, a pretreatment apparatus for treating a liquid flowing into at least a part of the membrane filtration apparatuses, and a plurality of pumps for adjusting a flow rate of the liquid permeating each of the membrane filtration apparatuses, the apparatus controlling the transmembrane pressure difference of the separation membrane,
A membrane filtration flow rate determination unit that calculates the membrane filtration flow rates of the multiple membrane filtration devices based on an actual resistance value, which is a resistance value when a liquid passes through the separation membrane, and a target value of the actual resistance value, and controls the pump so that the sum of the membrane filtrate water that has passed through the multiple membrane filtration devices satisfies the filtration flow rate required for the water treatment process, or so that the water level of a purified water reservoir in which the filtrate water that has passed through the water treatment process is a predetermined value;
a pretreatment condition integration unit that calculates required values of the operating conditions of the pretreatment device for each of the multiple series of membrane filtration devices so that the actual resistance value tracks the target value, and integrates the multiple required values using a weight or parameter based on the membrane filtration flow rate to determine the operating conditions of the pretreatment device.
[Appendix 8]
A water treatment process including a plurality of membrane filtration apparatuses each having a separation membrane for separating a solid contained in the liquid from the liquid, a pretreatment apparatus for treating a liquid flowing into at least a part of the membrane filtration apparatuses, and a plurality of pumps for adjusting a flow rate of the liquid permeating each of the membrane filtration apparatuses, the apparatus controlling the transmembrane pressure difference of the separation membrane,
A membrane differential pressure control device equipped with an operating condition integration unit that determines the operating conditions of the pretreatment device and the operating conditions of the membrane filtration device by performing a preset calculation that solves an optimization problem between the operating conditions of the pretreatment device and the operating conditions of multiple series of membrane filtration devices based on the filtration flow rate required for the water treatment process, an actual resistance value that is the resistance value when liquid permeates the separation membrane, and a target value for the actual resistance value.
[Appendix 9]
Further provided is a resistance change prediction unit that calculates a change in the actual resistance value of the separation membrane from the present to the future using the operating conditions of the pretreatment device or the operating conditions of each membrane filtration device, and an adder that calculates a predicted resistance value by adding the actual resistance value and the change value,
The pretreatment condition control unit calculates the required value of the operating conditions of the pretreatment device so that the predicted resistance value follows the target value in the future. A membrane differential pressure control device as described in any one of [Appendix 1] to [Appendix 6].
[Appendix 10]
The membrane differential pressure control device described in [Appendix 9], wherein the resistance change prediction unit calculates the change value based on at least one value of the chlorine injection rate, the coagulant injection rate, the activated carbon injection rate in the pretreatment device, or the pH of the treated water discharged from the pretreatment device.
[Appendix 11]
The membrane differential pressure control device according to [Appendix 9], wherein the resistance change prediction unit calculates the change value based on at least one value of turbidity, chromaticity, E260, fluorescence intensity, or total organic carbon.

10、11、12…膜ろ過槽、20…前処理装置、21…前処理条件統合部、22…膜ろ過流速決定部、23…運転条件統合部、24…薬品注入部、100、101、102…制御部、111、121…実績抵抗算出部、112、122…目標抵抗算出部、113、123…前処理条件制御部、114、124…前処理条件・風量制御部、115、125…減算器、116、126…抵抗変化予測部、117、127…加算器、B1、B2…ブロア、F1、F2…流量計、PO1、PO2…ポンプ、P1、P2…圧力計、T1、T2…水温系 10, 11, 12...Membrane filtration tank, 20...Pretreatment device, 21...Pretreatment condition integration section, 22...Membrane filtration flow rate determination section, 23...Operation condition integration section, 24...Chemical injection section, 100, 101, 102...Control section, 111, 121...Actual resistance calculation section, 112, 122...Target resistance calculation section, 113, 123...Pretreatment condition control section, 114, 124...Pretreatment condition/air volume control section, 115, 125...Subtractor, 116, 126...Resistance change prediction section, 117, 127...Adder, B1, B2...Blower, F1, F2...Flow meter, PO1, PO2...Pump, P1, P2...Pressure gauge, T1, T2...Water temperature system

Claims (8)

液体に含まれる固体を液体から分離させる分離膜を備える複数系列の膜ろ過装置と、複数系列の前記膜ろ過装置の少なくとも一部へ流入する液体に薬品を注入する前処理装置と、を含む水処理プロセスに対し、前記分離膜の膜差圧を制御する装置であって、
前記分離膜の膜差圧上限値と、前記分離膜の使用の開始から終了までの薬品洗浄期間とを用いて、前記薬品洗浄期間の終了時点における前記分離膜の膜抵抗値が前記膜差圧上限値における膜抵抗値となるように、前記薬品洗浄期間における前記分離膜の目標抵抗値を算出する目標抵抗値算出部と、
複数系列の前記膜ろ過装置の各々について、前記分離膜を液体が透過する際の抵抗値である実績抵抗値が前記目標抵抗値に追従するように、前記薬品の要求薬品注入率を算出する前処理条件制御部と、
前記前処理条件制御部から供給される複数の前記要求薬品注入率を用いて、前記前処理装置から液体に注入される前記薬品の薬品注入率を決定する前処理条件統合部と、を備え
前記前処理条件統合部は、複数の前記要求薬品注入率の最大値、平均値、中央値、又は、複数系列の前記膜ろ過装置の優先度に応じて複数の前記要求薬品注入率を重み付けした値の平均値を前記薬品注入率とする、膜差圧制御装置。
A water treatment process including a plurality of membrane filtration apparatuses each having a separation membrane for separating a solid contained in the liquid from the liquid, and a pretreatment apparatus for injecting a chemical into a liquid flowing into at least a part of the plurality of membrane filtration apparatuses, the apparatus controlling the transmembrane pressure difference of the separation membrane,
a target resistance value calculation unit that calculates a target resistance value of the separation membrane during the chemical cleaning period using a transmembrane pressure upper limit value of the separation membrane and a chemical cleaning period from the start to the end of use of the separation membrane so that a membrane resistance value of the separation membrane at the end of the chemical cleaning period is equal to a membrane resistance value at the transmembrane pressure upper limit value;
A pretreatment condition control unit that calculates a required chemical injection rate of the chemical for each of the membrane filtration devices of the multiple series so that an actual resistance value, which is a resistance value when a liquid permeates the separation membrane, follows the target resistance value;
a pretreatment condition integration unit that determines a chemical injection rate of the chemical to be injected from the pretreatment device into the liquid using the multiple required chemical injection rates supplied from the pretreatment condition control unit ,
The pretreatment condition integration unit sets the chemical injection rate to the maximum value, average value, or median value of the multiple required chemical injection rates, or the average value of values obtained by weighting the multiple required chemical injection rates according to the priority of the multiple membrane filtration devices .
前記前処理条件統合部は前記薬品洗浄期間が開始してから所定時間が経過したこと、又は、異常状態を通知するトリガ信号を取得し、前記トリガ信号の取得をトリガとして、複数の前記要求薬品注入率の最大値を前記薬品注入率とする、請求項1記載の膜差圧制御装置。 The membrane differential pressure control device as described in claim 1, wherein the pretreatment condition integration unit acquires a trigger signal notifying that a predetermined time has elapsed since the start of the chemical cleaning period or that an abnormal state has occurred, and the acquisition of the trigger signal is used as a trigger to set the maximum value of the multiple required chemical injection rates as the chemical injection rate. 前記前処理条件統合部は、前記前処理条件制御部と異なる他の制御機能から供給される、前記前処理装置に流入する又は膜ろ過後の液体の水質、若しくは、複数系列の前記膜ろ過装置と並列に接続された他の系列のろ過装置へ流入する液体に対する薬品注入率に基づく第2要求薬品注入率を取得し、前記第2要求薬品注入率と複数の前記要求薬品注入率とを用いて、前記薬品注入率を決定する、請求項1又は請求項2記載の膜差圧制御装置。 The membrane differential pressure control device according to claim 1 or 2, wherein the pretreatment condition integration unit acquires a second required chemical injection rate based on the water quality of the liquid flowing into the pretreatment device or after membrane filtration, which is supplied from a control function other than the pretreatment condition control unit, or the chemical injection rate for the liquid flowing into another series of filtration devices connected in parallel to the multiple series of membrane filtration devices, and determines the chemical injection rate using the second required chemical injection rate and the multiple required chemical injection rates. 前記前処理条件制御部は、前記実績抵抗値が前記目標抵抗値に追従するように、前記膜ろ過装置の操作量を制御する制御部を含む、請求項1乃至請求項のいずれか1項記載の膜差圧制御装置。 The transmembrane pressure control device according to claim 1 , wherein the pretreatment condition control unit includes a control unit that controls an operation amount of the membrane filtration device so that the actual resistance value follows the target resistance value. 複数系列の前記膜ろ過装置それぞれを透過する液体の流速を調整する複数のポンプを更に含む水処理プロセスに対し、前記分離膜の膜差圧を制御する装置であって、
複数の前記膜ろ過装置を通過した膜ろ過水の和が前記水処理プロセスに要求されるろ過流量を満たすように、又は、前記水処理プロセスを経たろ過水が貯水される浄水池の水位が所定の値となるように、前記分離膜を液体が透過する際の抵抗値である実績抵抗値と前記目標抵抗値とに基づいて複数の前記膜ろ過装置の膜ろ過流速を算出して前記ポンプを制御する膜ろ過流速決定部を備え
前記前処理条件統合部は、複数系列の前記膜ろ過装置の各々について、前記実績抵抗値が前記目標抵抗値に追従するように前記前処理装置により液体に注入される前記薬品の前記要求薬品注入率を算出し、複数の前記膜ろ過流速により重み付けした複数の前記要求薬品注入率を用いて、前記前処理装置により液体に注入される前記薬品の前記薬品注入率を決定する請求項1記載の膜差圧制御装置。
An apparatus for controlling a transmembrane pressure difference of the separation membrane in a water treatment process further including a plurality of pumps for adjusting a flow rate of a liquid permeating each of the plurality of membrane filtration apparatuses,
A membrane filtration flow rate determination unit is provided that calculates the membrane filtration flow rates of the plurality of membrane filtration devices based on an actual resistance value, which is a resistance value when a liquid passes through the separation membrane, and the target resistance value, and controls the pump so that the sum of the membrane filtrate water that has passed through the plurality of membrane filtration devices satisfies the filtration flow rate required for the water treatment process, or so that the water level of a purified water reservoir in which the filtrate water that has passed through the water treatment process is stored reaches a predetermined value.
The membrane differential pressure control device according to claim 1, wherein the pretreatment condition integration unit calculates, for each of the membrane filtration devices in a plurality of series, the required chemical injection rate of the chemical to be injected into the liquid by the pretreatment device so that the actual resistance value tracks the target resistance value, and determines the chemical injection rate of the chemical to be injected into the liquid by the pretreatment device using the multiple required chemical injection rates weighted by the multiple membrane filtration flow rates.
前記薬品注入率あるいは複数の前記膜ろ過装置における流速を用いて、前記分離膜の前記実績抵抗値の現在から将来までの変化値を算出する抵抗変化予測部と、前記実績抵抗値と前記変化値とを加算した予測抵抗値を算出する加算器と、をさらに備え、
前記前処理条件制御部は、前記予測抵抗値が将来の前記目標抵抗値に追従するように前記前処理装置により液体に注入される前記薬品の前記要求薬品注入率を算出する、請求項1乃至請求項のいずれか1項記載の膜差圧制御装置。
Further provided is a resistance change prediction unit that calculates a change in the actual resistance value of the separation membrane from the present to the future using the chemical injection rate or the flow rate in the plurality of membrane filtration devices, and an adder that calculates a predicted resistance value by adding the actual resistance value and the change value,
The membrane differential pressure control device according to any one of claims 1 to 4, wherein the pretreatment condition control unit calculates the required chemical injection rate of the chemical to be injected into the liquid by the pretreatment device so that the predicted resistance value tracks the future target resistance value.
前記抵抗変化予測部は、前記前処理装置における塩素注入率、凝集剤注入率、活性炭注入率、又は、前記前処理装置から排出された処理水のpH、の少なくともいずれか1つの値に基づいて前記変化値を算出する、請求項記載の膜差圧制御装置。 The membrane differential pressure control device according to claim 6, wherein the resistance change prediction unit calculates the change value based on at least one value of the chlorine injection rate, the coagulant injection rate, the activated carbon injection rate in the pretreatment device, or the pH of the treated water discharged from the pretreatment device . 前記抵抗変化予測部は、濁度、色度、紫外線吸光度(E260)、蛍光強度又は全有機炭素の少なくともいずれか1つの値に基づいて前記変化値を算出する、請求項記載の膜差圧制御装置。
The transmembrane pressure control device according to claim 6 , wherein the resistance change prediction unit calculates the change value based on at least one value of turbidity, chromaticity, ultraviolet absorbance (E260), fluorescence intensity, or total organic carbon.
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