(57)【要約】【課題】洗浄風量の削減を図りながら、より適切にメンテナンス周期を決定することができる洗浄風量制御システム及び洗浄風量制御装置を提供することである。【解決手段】実施形態の洗浄風量制御システムは、代表池圧力計と、目標値設定部と、風量制御部とを持つ。代表池圧力計は、定格風量で空気が供給される代表池に設置され、代表池に流入する被処理水をろ過する代表池分離膜ユニットの膜差圧を測定する。目標値設定部は、定格風量より少ない所定の風量で空気が供給される制御池に設置され、代表池に流入する被処理水と同様の被処理水をろ過する制御池分離膜ユニットの膜差圧又は膜ろ過抵抗の上限値と、代表池分離膜ユニットの膜差圧に基づいて算出される膜ろ過抵抗又は代表池分離膜ユニットの膜差圧の経時変化情報と、に基づいて制御池の膜差圧又は膜ろ過抵抗の目標値を設定する。風量制御部は、目標値に基づいて制御池に供給される風量を制御する。【選択図】図２
2020199475.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
定格風量で空気が供給される代表池に設置され、前記代表池に流入する被処理水をろ過する代表池分離膜ユニットの膜差圧を測定する代表池圧力計と、
前記定格風量より少ない所定の風量で空気が供給される制御池に設置され、前記代表池に流入する被処理水と同様の被処理水をろ過する制御池分離膜ユニットの膜差圧又は膜ろ過抵抗の上限値と、前記代表池分離膜ユニットの膜差圧に基づいて算出される膜ろ過抵抗又は前記代表池分離膜ユニットの膜差圧の経時変化情報と、に基づいて前記制御池の膜差圧又は膜ろ過抵抗の目標値を設定する目標値設定部と、
前記目標値に基づいて前記制御池に供給される風量を制御する風量制御部と、
を備える、洗浄風量制御システム。
【請求項２】
前記目標値設定部は、前記代表池分離膜ユニットに対する薬液洗浄がおこなわれた直後の膜差圧を表す初期値を取得した時刻から現在の膜差圧を取得した時刻までの経過時間における前記膜差圧又は膜ろ過抵抗の経時変化情報に基づいて、薬液洗浄を行うタイミングを表す周期を算出する、
請求項１に記載の洗浄風量制御システム。
【請求項３】
前記目標値設定部は、制御池分離膜ユニットに対する薬液洗浄がおこなわれた直後の膜差圧を表す制御池の膜差圧初期値に基づいて、前記制御池分離膜ユニットの膜差圧又は膜ろ過抵抗の目標値を設定し、
前記制御池分離膜ユニットの膜差圧を測定する制御池圧力計と、をさらに備え、
前記風量制御部は、前記目標値設定部によって設定された前記目標値と、前記制御池圧力計によって取得された前記制御池分離膜ユニットの膜差圧又は制御池圧力計の情報に基づき算出される膜ろ過抵抗と、に基づいて、前記制御池に設けられた散気装置によって供給される前記制御池分離膜ユニットの洗浄風量を制御する、
をさらに備える、請求項２に記載の洗浄風量制御システム。
【請求項４】
前記目標値設定部は、前記代表池分離膜ユニットに対して行われる薬液洗浄と前記制御池分離膜ユニットに対して行われる薬液洗浄との時間差を補正することで、前記制御池分離膜ユニットの膜差圧又は前記膜ろ過抵抗の目標値を設定する、
請求項３に記載の洗浄風量制御システム。
【請求項５】
前記目標値設定部は、前記膜差圧、前記上限値及び前記周期に基づいて、前記目標値を算出する、
請求項３又は４に記載の洗浄風量制御システム。
【請求項６】
前記制御池分離膜ユニットの目詰まりに関する測定値に基づいて、前記制御池分離膜ユニットの膜差圧の測定時以降の前記膜差圧又は前記膜ろ過抵抗の予測値を取得する予測値取得部と、をさらに備え、
前記風量制御部は、前記目標値と、前記予測値取得部によって取得された前記予測値とに基づいて、前記散気装置から前記制御池分離膜ユニットに向けて供給される前記制御池分離膜ユニットの洗浄風量を制御する、
請求項３から５のいずれか一項に記載の洗浄風量制御システム。
【請求項７】
前記予測値取得部は、前記制御池分離膜ユニットの目詰まりに関する測定値と、前記制御池分離膜ユニットによってろ過された処理水のフラックスとに基づいて、前記予測値を算出する、
請求項６に記載の洗浄風量制御システム。
【請求項８】
前記予測値取得部は、前記制御池分離膜ユニットの目詰まりに関する測定値の数、前記制御池分離膜ユニットの目詰まりに関する測定値及び定められた係数に基づいて、前記予測値の算出に用いられるパラメータを算出する、
請求項７に記載の洗浄風量制御システム。
【請求項９】
前記制御池分離膜ユニットの目詰まりに関する測定値は、前記フラックスと、前記散気装置から前記制御池分離膜ユニットに向けて供給される空気の風量又は空気倍率と、を含む、
請求項８に記載の洗浄風量制御システム。
【請求項１０】
前記制御池分離膜ユニットの目詰まりに関する測定値は、水温、ＭＬＳＳ濃度、補助散気量、凝集剤注入量、循環ポンプ流量、返送ポンプ流量、前記被処理水又は前記処理水又は生物反応槽内の溶存酸素濃度、ＯＲＰ、ｐＨ、ＥＥＭ、吸光度、ＢＯＤ、ＣＯＤ、ＴＯＣ、アンモニア濃度、硝酸濃度、リン酸濃度、全窒素濃度、全リン濃度、溶解性ＣＯＤ濃度、及び溶解性ＢＯＤ濃度を表す変数及びこれらの変数が四則演算されることによって得られる合成変数の少なくとも１つを含む、
請求項８又は９に記載の洗浄風量制御システム。
【請求項１１】
前記予測値取得部は、前記制御池分離膜ユニットの目詰まりに関する測定値に基づいて、最小二乗法、部分最小二乗法、総最小二乗法、一般化最小二乗法、正則化最小二乗法、サポートベクトル回帰、適合ベクトル回帰のいずれか１つ以上を用いて前記係数を算出する、
請求項８から１０のいずれか一項に記載の洗浄風量制御システム。
【請求項１２】
前記風量制御部は、前記目標値と前記予測値との差分に基づいて、ＰＩ制御、ＰＩＤ制御、ルールベース制御又は極値制御のいずれかを実行することで、前記散気装置から前記制御池分離膜ユニットに向けて供給される空気の風量を制御する、
請求項６から１１のいずれか一項に記載の洗浄風量制御システム。
【請求項１３】
前記目標値設定部は、前記代表池分離膜ユニットの膜ろ過抵抗を前記代表池圧力計によって測定された前記代表池分離膜ユニットの膜差圧をフラックスのべき乗で除した値に定数を乗じた形で算出し、
前記制御池分離膜ユニットの膜ろ過抵抗を前記制御池圧力計によって測定された前記制御池分離膜ユニットの膜差圧をフラックスのべき乗で除した値に定数を乗じた形で算出する、
請求項３から１１のいずれか一項に記載の洗浄風量制御システム。
【請求項１４】
前記代表池と前記制御池は所定期間毎に変更される、
請求項２から１３のいずれか一項に記載の洗浄風量制御システム。
【請求項１５】
前記周期又は前記代表池分離膜ユニットの現在の膜差圧が前記周期に到達するまでの期間のうち少なくとも１つを表示する表示部を、さらに備える、
請求項２から１４のいずれか一項に記載の洗浄風量制御システム。
【請求項１６】
定格風量で空気が供給される代表池に設置され、前記代表池に流入する被処理水をろ過する代表池分離膜ユニットの膜差圧を測定する代表池圧力計と、
前記定格風量より少ない所定の風量で空気が供給される制御池に設置され、前記代表池に流入する被処理水と同様の被処理水をろ過する制御池分離膜ユニットの膜差圧又は膜ろ過抵抗の上限値と、前記代表池分離膜ユニットの膜差圧に基づいて算出される膜ろ過抵抗又は前記代表池分離膜ユニットの膜差圧の経時変化情報と、に基づいて前記制御池の膜差圧又は膜ろ過抵抗の目標値を設定する目標値設定部と、
前記目標値に基づいて前記制御池に供給される風量を制御する風量制御部と、
を備える、洗浄風量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、洗浄風量制御システム及び洗浄風量制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下水管を流れた汚水は、スクリーン、沈砂池、及び最初沈澱池等を経て、曝気槽へと供給される。汚水中の有機物質は、曝気槽内の活性汚泥に含まれる微生物の一種である従属栄養細菌によって、二酸化炭素及び水に分解される。また、汚水中のアンモニア成分は、曝気槽内の活性汚泥に含まれる微生物の一種である硝化菌（亜硝酸菌及び硝酸菌）によって、硝酸態の窒素成分に酸化される。これらの分解反応によって、従属栄養細菌や硝化菌は各々増殖する。
【０００３】
汚水中の有機物質やアンモニアが分解除去された後の処理水は、曝気槽内に配置された分離膜ユニットによって活性汚泥から分離される。活性汚泥中の固形成分は分離膜ユニットを通過することができず、処理水が分離膜ユニットを通過する。分離膜ユニットを通過した処理水は、曝気槽から排出される。
【０００４】
分離膜ユニットによって処理水が排出されるにつれ、活性汚泥に含まれる微生物及び微生物の代謝物質であるＥＰＳ（Extracellular Polymeric Substance）等の高分子化合物及び無機物等が分離膜ユニットの処理水通過流路に入り込む。これによって、分離膜ユニットの目詰まりが徐々に発生する。この目詰まり状態を検出するために、処理水排出時において分離膜の上流側（一次側）の水圧と下流側（二次側）の水圧の差である膜差圧（ＴＭＰ：Trans Membrane Pressure）が測定される。
【０００５】
分離膜ユニットの目詰まりが生じると、同じ処理水の排出流量を得るのに必要な膜差圧が徐々に上昇する。分離膜ユニットの目詰まりを抑制するため、曝気槽内には、分離膜ユニットを空気洗浄するための散気部が分離膜ユニットの下方に設けられている。散気部は、膜面を洗浄するために空気を供給する。散気部によって供給される膜洗浄用の空気量を洗浄風量という。従来、散気部は、分離膜ユニット毎に定められた定格風量にて運用される場合が多かった。洗浄風量を供給するブロワの消費電力は、膜処理システムの動力費の大半を占める。このため、洗浄風量を削減することが求められている。
【０００６】
そこで、洗浄風量を削減するため、膜処理システムでは、膜差圧又は膜ろ過抵抗の制御目標値を生成し、その制御目標に沿うように洗浄風量を制御する方法が用いられる。制御目標値は、膜差圧又は膜ろ過抵抗の初期値ＴＭＰ０、薬液洗浄実施が必要となる膜差圧又は膜ろ過抵抗の上限値ＴＭＰｌｉｍ、薬液洗浄実施のメンテナンス周期Ｌ及び閉塞指数ｋに基づいて決定される。上述の制御方法では、メンテナンス周期Ｌを適切に設定する必要がある。ここで、分離膜ユニットに対して定格風量で洗浄風量を散気した場合におけるメンテナンス周期Ｌｍよりも大きなメンテナンス周期Ｌを設定した場合、制御目標に沿うように洗浄風量を制御することはできなかった。また、メンテナンス周期Ｌｍは、処理水の量又は水質に応じて変化する。したがって、膜処理システムの運用者は、処理水の量又は水質に応じて、メンテナンス周期Ｌを設定する必要がある。膜処理システムの運用者は、自らの経験及び知識に基づいて、適宜メンテナンス周期Ｌを設定する。しかし、このような経験や知識に基づく設定方法では、運用者が判断を誤ったり、運用者の経験や知識が十分ではない場合があったり等の理由で、適切なメンテナンス周期Ｌを設定することは難しい場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１７−１８９４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、洗浄風量の削減を図りながら、より適切にメンテナンス周期を決定することができる洗浄風量制御システム及び洗浄風量制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態の洗浄風量制御システムは、代表池圧力計と、目標値設定部と、風量制御部とを持つ。代表池圧力計は、定格風量で空気が供給される代表池に設置され、前記代表池に流入する被処理水をろ過する代表池分離膜ユニットの膜差圧を測定する。目標値設定部は、前記定格風量より少ない所定の風量で空気が供給される制御池に設置され、前記代表池に流入する被処理水と同様の被処理水をろ過する制御池分離膜ユニットの膜差圧又は膜ろ過抵抗の上限値と、前記代表池分離膜ユニットの膜差圧に基づいて算出される膜ろ過抵抗又は前記代表池分離膜ユニットの膜差圧の経時変化情報と、に基づいて前記制御池の膜差圧又は膜ろ過抵抗の目標値を設定する。風量制御部は、前記目標値に基づいて前記制御池に供給される風量を制御する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態の下水処理システム１０を示す図。
【図２】第１の実施形態の洗浄風量制御システム１のシステム構成図。
【図３】第１の実施形態の洗浄風量制御システム１の機能ブロック図。
【図４】第１の実施形態の代表池及び制御池における膜差圧及び洗浄風量の変化の一具体例を示す図。
【図５】第１の実施形態の洗浄風量制御の一具体を示すフローチャート。
【図６】第１の実施形態の代表池及び第１制御池における薬液洗浄のタイミングの時間差を補正する一具体例を示す図。
【図７】第２の実施形態の洗浄風量制御システム１ａの機能ブロック図。
【図８】第２の実施形態における制御池の膜差圧と時間との関係を示す図。
【図９】第２の実施形態の制御池の制御目標の修正の一具体例を示す図。
【図１０】第２の実施形態の目標値取得の処理の一具体を示すフローチャート。
【図１１】第２の実施形態のメンテナンス周期は達成可能か否かを判断する処理の一具体を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、実施形態の洗浄風量制御システム及び洗浄風量制御装置を、図面を参照して説明する。
【００１２】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の下水処理システム１０を示す図である。下水処理システム１０は、スクリーン１００、曝気槽２００及び処理水槽３００を備える。
【００１３】
スクリーン１００は、下水処理システム１０に流れてきた汚水から、分離膜の膜面に傷をつけるようなミリオーダの大きなゴミを除去する。汚水は、例えば汚れ又は不純物を含む液体である。スクリーン透過後の汚水は、曝気槽２００へ流れ込む。曝気槽２００内の活性汚泥の中には、空気が吹き込まれる。これによって、活性汚泥中の微生物の働きにより、汚水中の有機物やアンモニアは酸化分解されて除去される。処理水は、分離膜ユニット２０４を使って排出される。分離膜ユニット２０４を通過して排出された処理水は、処理水槽３００へ流れ込む。
【００１４】
図２は、第１の実施形態の洗浄風量制御システム１のシステム構成図である。洗浄風量制御システム１は、曝気槽２００内に設けられた分離膜ユニット２０４の洗浄曝気の制御を行う。洗浄曝気は、分離膜ユニット２０４の下部から膜の目詰まりを防止するための空気を吹き込む。洗浄風量制御システム１は、吹き込まれる空気の量（以下「洗浄風量」という。）の制御を行う。第１の実施形態における洗浄風量制御システム１では、水処理系列を３系列備える。
【００１５】
第１の実施形態の洗浄風量制御システム１は、第１流路２０１ａに対し、第１曝気槽２００ａを備え、第１曝気槽２００ａは、第１補助散気ブロワ２０２ａ、第１補助散気装置２０３ａ、第１分離膜ユニット２０４ａ、第１圧力計２０５ａ、第１流量計２０６ａ、第１膜洗浄ブロワ２０７ａ、第１洗浄風量計２０８ａ、第１散気装置２０９ａを備える。第１の実施形態の洗浄風量制御システム１は、第２流路２０１ｂに対し、第２曝気槽２００ｂを備え、第２曝気槽２００ｂは、第２補助散気ブロワ２０２ｂ、第２補助散気装置２０３ｂ、第２分離膜ユニット２０４ｂ、第２圧力計２０５ｂ、第２流量計２０６ｂ、第２膜洗浄ブロワ２０７ｂ、第２洗浄風量計２０８ｂ、第２散気装置２０９ｂを備える。第１の実施形態の洗浄風量制御システム１は、第３流路２０１ｃに対し、第３曝気槽２００ｃを備え、第３曝気槽２００ｃは、第３補助散気ブロワ２０２ｃ、第３補助散気装置２０３ｃ、第３分離膜ユニット２０４ｃ、第３圧力計２０５ｃ、第３流量計２０６ｃ、第３膜洗浄ブロワ２０７ｃ、第３洗浄風量計２０８ｃ、第３散気装置２０９ｃを備える。第１の実施形態の洗浄風量制御システム１は、制御装置２５０を備える。第１分離膜ユニット２０４ａは、代表池分離膜ユニットの一態様である。第１圧力計２０５ａは、代表池圧力計の一態様である。第２分離膜ユニット２０４ｂ及び第３分離膜ユニット２０４ｃは、制御池分離膜ユニットの一態様である。第２圧力計２０５ｂ及び第３圧力計２０５ｃは、制御池圧力計の一態様である。
【００１６】
以下、第１から第３のいずれの曝気槽であるかを区別しないときは、単に曝気槽２００と称して説明する。以下、第１から第３のいずれの流路であるかを区別しないときは、単に流路２０１と称して説明する。以下、第１から第３のいずれの補助散気ブロワであるかを区別しないときは、単に補助散気ブロワ２０２と称して説明する。以下、第１から第３のいずれの補助散気装置であるかを区別しないときは、単に補助散気装置２０３と称して説明する。以下、第１から第３のいずれの分離膜ユニットであるかを区別しないときは、単に分離膜ユニット２０４と称して説明する。以下、第１から第３のいずれの圧力計であるかを区別しないときは、単に圧力計２０５と称して説明する。以下、第１から第３のいずれの流量計であるかを区別しないときは、単に流量計２０６と称して説明する。以下、第１から第３のいずれの膜洗浄ブロワであるかを区別しないときは、単に膜洗浄ブロワ２０７と称して説明する。以下、第１から第３のいずれの洗浄風量計２０８であるかを区別しないときは、単に洗浄風量計２０８と称して説明する。以下、第１から第３のいずれの散気装置であるかを区別しないときは、単に散気装置２０９と称して説明する。
【００１７】
洗浄風量制御システム１における水処理系列について説明する。曝気槽２００には、流路２０１を通った処理対象の汚水が流入する。曝気槽２００は、汚水を処理する生物反応タンクと生物反応タンク内に固液分離を行う分離膜ユニット２０４とを備える。分離膜ユニット２０４の下部には、膜の目詰まりを防止するための洗浄曝気を行うための膜洗浄ブロワ２０７が設けられる。また、曝気槽２００には、補助散気ブロワ２０２が設けられる。補助散気ブロワ２０２は、生物処理に必要な酸素を供給する。
【００１８】
洗浄風量制御システム１における汚水処理の流れについて説明する。処理対象の汚水を曝気槽２００に流入させる。曝気槽２００は、微生物及び膜ろ過によって流入した汚水を処理する。以下、具体的に説明する。曝気槽２００内には、好気性の微生物（従属栄養細菌及び硝化菌等）が活性化された活性汚泥が存在する。補助散気ブロワ２０２は、補助散気装置２０３内に空気を供給する。補助散気装置２０３は、空気を曝気槽２００内の活性汚泥に供給する。これによって、曝気槽２００内の活性汚泥中に気泡が放出される。曝気槽２００に流入した汚水中の有機物及びアンモニアは、曝気槽２００内の活性汚泥中の微生物の働きによって分解及び除去される。
【００１９】
分離膜ユニット２０４は、複数枚の分離膜を集積した機材である。分離膜ユニット２０４は、曝気槽２００内の汚水中に浸漬して配置される。分離膜ユニット２０４は、曝気槽２００内の汚水等の被処理水をろ過する。分離膜ユニット２０４に使用される分離膜は、例えば平均孔径０．４［μｍ］の複数の透過流路を備えた多孔性の平膜である。活性汚泥に含まれる微生物のサイズは、約１［μｍ］（細菌）〜数１００［μｍ］（原生動物等）である。このため、活性汚泥に含まれる微生物は、分離膜ユニット２０４を通過することができず、清澄な処理水が分離膜ユニット２０４を通過する。汚水処理において、吸引ポンプ（不図示）が駆動されることによって、分離膜ユニット２０４による固液分離行われ、分離膜ユニット２０４を透過した汚水が処理水として排出される。分離膜ユニット２０４を透過した処理水の配管には、圧力計２０５及び流量計２０６が設けられる。圧力計２０５は、測定値に基づいて、分離膜ユニット２０４の膜差圧を算出できる。圧力計２０５は、測定値を制御装置２５０に送信する。流量計２０６は、処理水の流量を測定する。
【００２０】
膜洗浄ブロワ２０７は、散気装置２０９に空気を供給する。散気装置２０９は、分離膜ユニット２０４の下部に設置される。散気装置２０９は、供給された空気によって気泡を放出する。散気装置２０９は、気泡流を分離膜の表面に与えることで、膜面を洗浄する。これによって、分離膜の目詰まり（以下「膜ファウリング」という。）の進行が抑制される。散気装置２０９に供給される空気が通過する配管には、洗浄風量計２０８が設けられる。洗浄風量計２０８は、膜洗浄ブロワ２０７から供給される空気の風量を測定する。
【００２１】
なお、分離膜の膜差圧が予め設定された上限値よりも高くなった場合、分離膜は薬液洗浄される。具体的には、曝気槽２００へ流入される汚水を一時的に停止し、分離膜による膜ろ過も同時に停止する。その後、分離膜ユニット２０４は、分離膜ユニット２０４の下流側（二次側）より次亜塩素酸ナトリウムやシュウ酸等の薬液が注入されて洗浄される。分離膜ユニット２０４の洗浄が完了すると、分離膜ユニット２０４の膜差圧は初期値近くまで回復する。薬液洗浄された分離膜ユニット２０４は、曝気槽２００内で再び膜ろ過を開始する。
【００２２】
第１の実施形態における洗浄風量制御システム１は、第１曝気槽２００ａ、第２曝気槽２００ｂ及び第３曝気槽２００ｃの３つの曝気槽を備える。洗浄風量制御システム１は、第１曝気槽２００ａを代表池として運用する。洗浄風量制御システム１は、第２曝気槽２００ｂを第１制御池として運用する。洗浄風量制御システム１は、第３曝気槽２００ｃを第２制御池として運用する。代表池及び制御池は、同じ仕様で構成される。例えば、代表池及び制御池は、同じ容量の曝気槽を持つ。例えば、代表池及び制御池に設けられる分離膜ユニット２０４は、膜の枚数、厚み、孔の大きさ等が同じ仕様である分離膜ユニットである。例えば、代表池及び制御池に流入される汚水は同じ汚水を処理する。代表池の第１膜洗浄ブロワ２０７ａは、分離膜ユニット２０４毎に定められる定格風量で運用される。これに対して、第１制御池の第２膜洗浄ブロワ２０７ｂと第２制御池の第３膜洗浄ブロワ２０７ｃとは、制御装置２５０によって洗浄風量を制御される。制御装置２５０によって制御される洗浄風量は、定格風量よりも少ない風量であってよい。以下、第１制御池又は第２制御池のいずれの制御池に設けられた装置（例えば、第２分離膜ユニット２０４ｂ又は第３分離膜ユニット２０４ｃ）であるかを区別しないときは、単に制御池の装置（例えば、制御池の分離膜ユニット２０４）と称して説明する。
【００２３】
図３は、第１の実施形態の洗浄風量制御システム１の機能ブロック図である。洗浄風量制御システム１は、制御装置２５０を備える。制御装置２５０は、第１制御池及び第２制御池の洗浄風量を制御する。制御装置２５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサと、プロセッサが実行するプログラムを格納するメモリとを備える。制御装置２５０は、メモリに格納されたプログラムを実行することで、目標値設定部２５１及び風量制御部２５２の各機能を実現する。なお、目標値設定部２５１及び風量制御部２５２は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のハードウェアであってもよい。
【００２４】
目標値設定部２５１は、代表池の膜差圧に基づいて、第１制御池及び第２制御池の膜差圧の目標値を算出する。目標値設定部２５１は、例えば、以下の数式（１）による演算により、膜差圧の目標値を算出する。
【００２５】
【数１】
2020199475.tif 000003
【００２６】
ここで、ＴＭＰ０（ｔ）は、代表池の膜差圧の計測値である。膜差圧は、ｋＰａの単位で表される。目標値設定部２５１は、第１圧力計２０５ａから第１分離膜ユニット２０４ａの膜差圧ＴＭＰ０（ｔ）を取得する。ＴＭＰｒｅｆ１（ｔ）は、第１制御池の膜差圧の目標値である。ＴＭＰｒｅｆ２（ｔ）は、第２制御池の膜差圧の目標値である。ａ１、ａ２、ｂ１及びｂ２は、補正係数パラメータである。補正係数パラメータは、第２膜洗浄ブロワ２０７ｂ及び第３膜洗浄ブロワ２０７ｃを同一の運転条件で運用された場合に、各池間の膜差圧値に所定の差異がある場合に使用される。補正係数パラメータは、過去の運転データに対して統計的な処理を行うことで決定される。目標値設定部２５１は、各池間の膜差圧値に所定の差異がない場合、ａ１＝ａ２＝１、ｂ１＝ｂ２＝０として、膜差圧の目標値を算出してもよい。
【００２７】
なお、目標値設定部２５１は、膜差圧の目標値を算出するにあたって、代表池のＴＭＰ０（ｔ）を用いて算出するのであれば、どのような数式を用いてもよい。例えば、目標値設定部２５１は、以下の数式（２）による演算により、ＴＭＰの目標値を算出してもよい。
【００２８】
【数２】
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【００２９】
風量制御部２５２は、第１制御池及び第２制御池の風量を制御する。風量制御部２５２は、数式（１）又は数式（２）で算出された各制御池の膜差圧の目標値と各制御池の膜差圧の計測値との差に応じて、風量を算出する。風量制御部２５２は、例えば、プロセス制御で汎用的に使われるＰＩ（Proportional-Integral）制御式にて算出する。例えば、ＰＩ制御式は以下の数式（３）で表される。
【００３０】
【数３】
2020199475.tif 000005
【００３１】
ここで、Ｋｐは比例ゲインである。Ｔｉは積分時間である。Ｋｐ及びＴｉは、いずれも正の値である。Ｑａｉｒ１（ｔ）は、第１洗浄池の洗浄風量（ｍ３／ｍｉｎ）である。ＴＭＰ１（ｔ）は、第１制御池の膜差圧の計測値（ｋＰａ）である。Ｑａｉｒ２（ｔ）は、第２洗浄池の洗浄風量（ｍ３／ｍｉｎ）である。ＴＭＰ２（ｔ）は、第２制御池の膜差圧の計測値（ｋＰａ）である。
【００３２】
風量制御部２５２は、第２圧力計２０５ｂから第２分離膜ユニット２０４ｂの膜差圧ＴＭＰ１（ｔ）を取得する。風量制御部２５２は、数式（３）に基づいて、膜差圧の目標値ＴＭＰｒｅｆ１（ｔ）よりも膜差圧の計測値ＴＭＰ１（ｔ）が高い場合には第２膜洗浄ブロワ２０７ｂの風量を増加させる制御を行う。風量制御部２５２は、数式（３）に基づいて、膜差圧の目標値ＴＭＰｒｅｆ１（ｔ）よりも膜差圧の計測値ＴＭＰ１（ｔ）が低い場合には第２膜洗浄ブロワ２０７ｂの風量を減少させる制御を行う。
【００３３】
風量制御部２５２は、第３圧力計２０５ｃから第３分離膜ユニット２０４ｃの膜差圧ＴＭＰ２（ｔ）を取得する。風量制御部２５２は、数式（３）に基づいて、膜差圧の目標値ＴＭＰｒｅｆ２（ｔ）よりも膜差圧の計測値ＴＭＰ２（ｔ）が高い場合には第３膜洗浄ブロワ２０７ｃの風量を増加させる制御を行う。風量制御部２５２は、数式（３）に基づいて、膜差圧の目標値ＴＭＰｒｅｆ２（ｔ）よりも膜差圧の計測値ＴＭＰ２（ｔ）が低い場合には第３膜洗浄ブロワ２０７ｃの風量を減少させる制御を行う。
【００３４】
図４は、第１の実施形態の代表池及び制御池における膜差圧及び洗浄風量の変化の一具体例を示す図である。図４に示されるように、代表池の洗浄風量は、定格風量Ｑ０で一定で運用を行う。風量制御部２５２は、数式（３）に基づいて洗浄風量を制御することで、代表池の膜差圧と制御池の膜差圧との上昇がほぼ同等になるように制御する。洗浄風量の制御は薬液洗浄実施後から開始される。したがって、風量制御部２５２は、第２膜洗浄ブロワ２０７ｂ及び第３膜洗浄ブロワ２０７ｃの風量を低減させることができ、制御池の膜洗浄ブロワ２０７の動力費を低減することができる。なお、洗浄風量制御システム１は、図４に示されるように制御開始時点の制御池における洗浄風量を代表池における洗浄風量（定格風量）よりも小さい風量で開始することで、風量削減効果を得やすくなる。
【００３５】
洗浄風量制御システム１は、代表池又は制御池のいずれか１つの膜差圧が所定の圧力以上になった場合、代表池及び制御池にて行われている膜ろ過を停止する。分離膜ユニット２０４は、膜ろ過が停止された後に薬液洗浄される。薬液洗浄された分離膜ユニット２０４の膜差圧は、図４に示されるように初期値近傍まで低下する。洗浄風量制御システム１は、膜ろ過運転を開始し、再び洗浄風量制御を行う。洗浄風量制御システム１は、上述の動作を繰り返すことで、洗浄風量を削減する。
【００３６】
図５は、第１の実施形態の洗浄風量制御の一具体を示すフローチャートである。本フローチャートにおいて、第ｉ制御池とは、洗浄風量制御システム１にて制御される全ての制御池を表す。例えば、洗浄風量制御システム１が第１制御池から第Ｎ制御池までを制御する場合、第ｉ制御池はＮ個の制御池を指す。本実施形態では、洗浄風量制御システム１は、第１制御池及び第２制御池を制御するため、Ｎ＝２である。本フローチャートの各ステップにおいて第１制御池及び第２制御池のそれぞれに対して処理が行われる。目標値設定部２５１は、第１圧力計２０５ａから代表池に設けられた第１分離膜ユニット２０４ａの膜差圧を取得する（ステップＳ１０１）。目標値設定部２５１は、膜差圧に基づいて、第ｉ制御池の膜差圧の目標値を設定する（ステップＳ１０２）。目標値設定部２５１は、例えば、数式（１）又は数式（２）等の所定の数式を解くことで、膜差圧の目標値を算出する。
【００３７】
風量制御部２５２は、圧力計から第ｉ制御池に設けられた分離膜ユニットの膜差圧を取得する。具体的には、風量制御部２５２は、第２圧力計２０５ｂから、第１制御池に設けられた第２分離膜ユニット２０４ｂの膜差圧を取得する。風量制御部２５２は、第３圧力計２０５ｃから、第２制御池に設けられた第３分離膜ユニット２０４ｃの膜差圧を取得する（ステップＳ１０３）。風量制御部２５２は、膜差圧の目標値と取得された制御池の膜差圧とに基づいて、第ｉ制御池の洗浄風量の制御を行う（ステップＳ１０４）。具体的には、風量制御部２５２は、数式（３）に基づいて、第１制御池の膜差圧の目標値よりも第１制御池の膜差圧の計測値が高い場合には第２膜洗浄ブロワ２０７ｂの風量を増加させる制御を行う。風量制御部２５２は、数式（３）に基づいて、第１制御池の膜差圧の目標値よりも第１制御池の膜差圧の計測値が低い場合には第２膜洗浄ブロワ２０７ｂの風量を減少させる制御を行う。風量制御部２５２は、第２制御池についても同様の制御を行う。
【００３８】
目標値設定部２５１又は風量制御部２５２は、取得された代表池又は第ｉ制御池の膜差圧が所定の圧力以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０５）。目標値設定部２５１又は風量制御部２５２は、取得された代表池又は第ｉ制御池の膜差圧が所定の圧力以上である場合（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、処理を終了する。処理が終了された場合、洗浄風量制御システム１は、膜ろ過を停止する。膜ろ過が停止された後に、薬液洗浄が実施される。取得された代表池又は第ｉ制御池の膜差圧が所定の圧力未満である場合（ステップＳ１０５：ＮＯ）、処理は、ステップＳ１０１に遷移する。
【００３９】
このように構成された、洗浄風量制御システム１では、目標値設定部２５１が、代表池の膜差圧に基づいて、各制御池の膜差圧の目標値を算出する。風量制御部２５２は、制御池の膜差圧と算出された目標値とに基づいて、制御池の洗浄風量を制御する。具体的には、風量制御部２５２は、制御池の膜差圧の目標値よりも制御池の膜差圧の計測値が高い場合には風量を増加させる制御を行う。風量制御部２５２は、制御池の膜差圧の目標値よりも制御池の膜差圧の計測値が低い場合には風量を減少させる制御を行う。したがって、洗浄風量制御システム１は、メンテナンス周期Ｌを設定することなく、代表池と同等の薬液洗浄期間を確保しながら、制御池の洗浄風量を低減することが可能になる。
【００４０】
第１の実施形態にて説明した数式（１）及び数式（２）は、制御開始又は薬液洗浄のタイミングが代表池と制御池とが同時となる場合の数式である。しかし、代表池と制御池とは、制御開始又は薬液洗浄のタイミングとが異なっていてもよい。具体的には、目標値設定部２５１は、代表池と制御池との制御開始又は薬液洗浄のタイミングとが異なる場合、以下の数式（４）又は数式（５）に基づいて、制御池の膜差圧の目標値を算出してもよい。
【００４１】
【数４】
2020199475.tif 000006
【００４２】
【数５】
2020199475.tif 000007
【００４３】
ここで、Ｔ１は、代表池の薬液洗浄のタイミングと第１制御池の薬液洗浄のタイミングとの時間差を表す。Ｔ２は、代表池の薬液洗浄のタイミングと第２制御池の薬液洗浄のタイミングとの時間差を表す。
【００４４】
図６は、第１の実施形態の代表池及び第１制御池における薬液洗浄のタイミングの時間差を補正する一具体例を示す図である。図６によると、第１制御池は、制御開始からＴ１経過後に膜差圧が低下している。このため、第１制御池は、代表池の薬液洗浄のタイミングよりもＴ１だけ遅れて実施されていることがわかる。このため、第１制御池の膜差圧の目標値を算出するにあたり、目標値設定部２５１は、数式（４）又は数式（５）に基づいて、時間Ｔ１だけずらして、補正をすることで目標値を生成する。
【００４５】
第１の実施形態では、第１制御池及び第２制御池のように制御池が２つある場合の例を示したが、制御池は１つ以上であれば、いくつあってもよい。また、代表池は、特定の曝気槽２００に限定されない。例えば、代表池と制御池とは、所定期間毎に変更されるように構成されてもよい。このように構成されることで、代表池に設けられた分離膜ユニット２０４又は膜洗浄ブロワ２０７等の装置が、常に定格風量で動作することで他の制御池に設けられた装置よりも早期に劣化することを防ぐことができる。
【００４６】
第１の実施形態では、数式（１）から数式（５）までに用いられた膜差圧及び膜差圧の目標値は、膜ろ過抵抗としてもよい。膜ろ過抵抗とは、膜差圧をフラックスのべき乗で除した値（＝ＴＭＰ（ｔ）／Ｊ（ｔ）α）である。ここで、フラックスJ（ｔ）（ｍ/日）は分離膜の時間当たりの処理量（ｍ３／日）を分離膜の膜面積（ｍ２）で割った値である。αはべき乗補正係数である。このように構成されることで、代表池と制御池とで運転フラックスが異なる場合でも洗浄風量を制御することが可能となる。
【００４７】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態における制御装置２５０ａについて説明する。図７は、第２の実施形態の洗浄風量制御システム１ａの機能ブロック図である。第２の実施形態における制御装置２５０ａは、目標値設定部２５１の代わりに目標値設定部２５１ａを、風量制御部２５２の代わりに風量制御部２５２ａを備え、予測値取得部２５３、入力部２６０及び表示部２７０をさらに備える点で第１の実施形態とは異なるが、それ以外の構成は同じである。以下、第１の実施形態と異なる点について説明する。なお、制御装置２５０ａは、第１制御池及び第２制御池に対して同様の処理を行うことができる。したがって、以降の記述では第１制御池又は第２制御池の区別を行わず、単に制御池として説明する。
【００４８】
入力部２６０は、タッチパネル、マウス及びキーボード等の入力装置を用いて構成される。入力部２６０は、入力装置を制御装置２５０ａに接続するためのインタフェースであってもよい。この場合、入力部２６０は、入力装置において入力された入力信号から入力データ（例えば、制御装置２５０ａに対して入力される閉塞指数、メンテナンス周期及び膜差圧の上限値等の各値）を生成し、制御装置２５０ａに入力する。
【００４９】
表示部２７０は、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）ディスプレイ、液晶ディスプレイ、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ等の出力装置である。表示部２７０は、出力装置を制御装置２５０ａに接続するためのインタフェースであってもよい。この場合、表示部２７０は、映像データから映像信号を生成し自身に接続されている映像出力装置に映像信号を出力する。
【００５０】
目標値設定部２５１ａの処理について説明する。目標値設定部２５１ａは、制御池の分離膜ユニット２０４の膜差圧ＴＭＰ（ｔ）の目標値ＴＭＰｒｅｆ（ｔ）を算出する。具体的には、目標値設定部２５１ａは、以下の数式（６）によって表される微分方程式を解くことによって、制御池の分離膜ユニット２０４の膜差圧ＴＭＰ（ｔ）の目標値ＴＭＰｒｅｆ（ｔ）をｔの関数として算出する。なお、ｔは時刻を表す。膜差圧ＴＭＰ（ｔ）は、制御池の圧力計２０５によって計測される。
【００５１】
【数６】
2020199475.tif 000008
【００５２】
ここで、ｋは、閉塞指数を表す。閉塞指数は、制御池の分離膜ユニット２０４の閉塞の度合いを表すパラメータである。閉塞指数ｋは正の値である。ｋ＝１の場合、数式（６）の解は、膜差圧ＴＭＰ（ｔ）が指数関数的に増加する関数となる。ｋ＞１の場合には、数式（６）の解は、ある有限の時間において膜差圧ＴＭＰ（ｔ）の値が無限大に発散する関数となる。閉塞指数ｋは、制御池の分離膜ユニット２０４の閉塞の進行度合いに応じて、ｋ＝１、１．５又は２のいずれかの値に設定されてもよい。例えば、中間閉塞の場合はｋ＝１、標準閉塞の場合はｋ＝１．５、完全閉塞の場合はｋ＝２に設定されてもよい。閉塞指数ｋは、入力部２６０を介して、ユーザによって入力される。ユーザは、洗浄風量制御システム１を運用したり、膜ろ過を監視したりする等の制御装置２５０ａの操作者であればどのような者であってもよい。
【００５３】
ｋ＝１として設定された場合、目標値設定部２５１ａは、以下の数式（７）に基づいて、パラメータＡを算出し、数式（６）に代入される。
【００５４】
【数７】
2020199475.tif 000009
【００５５】
ここで、ＴＭＰ０は膜差圧ＴＭＰ（ｔ）の初期値である。初期値ＴＭＰ０は、制御池の圧力計２０５によって計測される。初期値は、制御池の分離膜ユニット２０４に対する薬液洗浄が行われた後の膜差圧を表す。Ｌは暫定的に定められたメンテナンス周期である。メンテナンス周期Ｌは、入力部２６０を介して、ユーザによって入力される。メンテナンス周期Ｌは、第１周期の一態様である。ＴＭＰｌｉｍは、膜差圧ＴＭＰ（ｔ）の上限値である。膜差圧がＴＭＰｌｉｍに達した場合、分離膜ユニット２０４に対して薬液洗浄が実施される。ＴＭＰｌｉｍは、入力部２６０を介して、ユーザによって入力される。
【００５６】
ｋとして１ではない値が設定された場合、目標値設定部２５１ａは、以下の数式（８）に基づいて、パラメータＡを算出する。ここで、閉塞指数ｋ、メンテナンス周期Ｌ及び膜差圧の上限値ＴＭＰｌｉｍは、入力部２６０を介して、ユーザによって入力される。
【００５７】
【数８】
2020199475.tif 000010
【００５８】
なお、上述の数式（６）から数式（８）において、入力される閉塞指数ｋ、メンテナンス周期Ｌ及び膜差圧の上限値ＴＭＰｌｉｍの各値は、制御池毎に共通であってもよいし、制御池毎に異なる値が入力されてもよい。
【００５９】
図８は、第２の実施形態における制御池の膜差圧と時間との関係を示す図である。図８に示されるように、初期値ＴＭＰ０は、制御池の分離膜ユニット２０４の薬液洗浄直後のタイミングＴ０における膜差圧である。メンテナンス周期Ｌは、分離膜ユニット２０４をメンテナンス（薬液洗浄）する周期である。具体的には、メンテナンス周期Ｌは、分離膜ユニット２０４の薬液洗浄直後のタイミングＴ０から、次の薬液洗浄タイミングＴＭＰｌｉｍまでの時間である。メンテナンス周期Ｌは、例えば３０日に設定される。上限値ＴＭＰｌｉｍは、例えば２０［ｋＰａ］に設定される。
【００６０】
制御池の圧力計２０５は、分離膜ユニット２０４が薬液洗浄された後の膜ろ過が再開されたタイミングＴ０において、膜差圧の初期値ＴＭＰ０を計測する。制御池の圧力計２０５は、測定された初期値ＴＭＰ０を制御装置２５０ａの目標値設定部２５１ａへと送信する。一方、ユーザは、マウスやキーボード等の入力部２６０を用い、閉塞指数ｋ、メンテナンス周期Ｌ、及び上限値ＴＭＰｌｉｍを入力する。入力部２６０は、入力された閉塞指数ｋ、メンテナンス周期Ｌ、及び上限値ＴＭＰｌｉｍを、制御装置２５０ａの目標値設定部２５１ａへと送信する。
【００６１】
図７に戻って、目標値設定部２５１ａの説明を続ける。目標値設定部２５１ａは、判定計算周期ｔ１毎に、代表池の運転情報に基づいて、メンテナンス周期Ｌを達成可能であるか否かを判定する。達成可能であるとは、薬液洗浄が行われたタイミングから次の薬液洗浄が行われるタイミングまでの期間がＬとなることである。達成可能である場合、薬液洗浄が行われたタイミングから期間Ｌが経過した場合に、次の薬液洗浄を行う。判定計算周期ｔ１は、予め任意の値が設定される。判定計算周期ｔ１は例えば、１日であってもよい、数時間から数日までに１回程度であってもよい。目標値設定部２５１ａは、閉塞指数ｋの値に応じて、異なる手段を用いてＬが達成可能であるか否かを判定する。
【００６２】
閉塞指数がｋ＝１の場合について説明する。目標値設定部２５１ａは、代表池のパラメータＡ０を以下の数式（９）に基づいて算出する。数式（９）は、代表池の膜差圧の変化量を表す。変化量は、経時変化情報の一態様である。ここで、ＴＭＰ０′は、代表池の膜差圧の初期値を表す。初期値ＴＭＰ０′は、代表池の第１圧力計２０５ａによって計測される。ＴＭＰ′（Ｔ）は、代表池の膜差圧の現在値を表す。膜差圧の現在値ＴＭＰ′（Ｔ）は、代表池の第１圧力計２０５ａによって計測される。Ｔは、初期値ＴＭＰ０′の取得から、現在値ＴＭＰ′（Ｔ）の取得までの経過時間を表す。
【００６３】
【数９】
2020199475.tif 000011
【００６４】
目標値設定部２５１ａは、算出されたＡ０に基づいて、制御池に設定されたメンテナンス周期Ｌの妥当性を判定する。目標値設定部２５１ａは、以下の数式（１０）が成立する場合、制御池に対して達成可能なメンテナンス周期Ｌが設定されていると判定する。目標値設定部２５１ａは、メンテナンス周期Ｌを達成可能である場合、Ｌの補正を行わない。
【００６５】
【数１０】
2020199475.tif 000012
【００６６】
目標値設定部２５１ａは、以下の数式（１１）が成立する（数式（１０）が成立しない）場合、制御池に対して達成可能ではないメンテナンス周期Ｌが設定されていると判定する。目標値設定部２５１ａは、メンテナンス周期Ｌを達成可能でない場合、Ｌの補正を行う。具体的には、目標値設定部２５１ａは、制御池に設定されたメンテナンス周期Ｌを以下の数式（１２）で表されるＬ′に変更する。ここで、数式（１２）のＢは定められた正の値をとる定数パラメータである。Ｌ′は、分離膜ユニット２０４の洗浄を行うタイミングを表す。
【００６７】
【数１１】
2020199475.tif 000013
【００６８】
【数１２】
2020199475.tif 000014
【００６９】
目標値設定部２５１ａによって算出されたＬ′は、以下の数式（１３）で表されるように、数式（１１）の右辺よりも小さい値となる。以下の数式（１４）は、目標値設定部２５１ａによって算出されたＬ′が数式（７）のＬに代入されることで得られる数式である。目標値設定部２５１ａは、数式（７）のＬにＬ′を代入することで表される数式（１４）に基づいて、Ａ′を算出する。目標値設定部２５１ａは、数式（６）のＡを算出されたＡ′に代入することで、制御池の膜差圧の目標値ＴＭＰｒｅｆ（ｔ）を算出する。
【００７０】
【数１３】
2020199475.tif 000015
【００７１】
【数１４】
2020199475.tif 000016
【００７２】
次に、閉塞指数ｋの値が１ではない場合について説明する。閉塞指数ｋの値が１ではない場合、目標値設定部２５１ａは、代表池パラメータＡ０を数式（１５）に基づいて算出する。
【００７３】
【数１５】
2020199475.tif 000017
【００７４】
目標値設定部２５１ａは、算出されたＡ０に基づいて、制御池に設定されたメンテナンス周期Ｌの妥当性を判定する。目標値設定部２５１ａは、以下の数式（１６）が成立する場合、制御池に対して達成可能なメンテナンス周期Ｌが設定されていると判定する。目標値設定部２５１ａは、メンテナンス周期Ｌを達成可能である場合、Ｌの補正を行わない。
【００７５】
【数１６】
2020199475.tif 000018
【００７６】
目標値設定部２５１ａは、以下の数式（１７）が成立する（数式（１６）が成立しない）場合、制御池に対して達成可能ではないメンテナンス周期Ｌが設定されていると判定する。目標値設定部２５１ａは、メンテナンス周期Ｌが達成可能でない場合、Ｌの補正を行う。具体的には、目標値設定部２５１ａは、制御池に設定されたメンテナンス周期Ｌを以下の数式（１８）で表されるＬ′に置き換える。ここで、数式（１８）のＢは定められた正の値をとる定数パラメータである。
【００７７】
【数１７】
2020199475.tif 000019
【００７８】
【数１８】
2020199475.tif 000020
【００７９】
以下の数式（１９）は、目標値設定部２５１ａによって算出されたＬ′が数式（８）のＬに代入されることで得られる数式である。目標値設定部２５１ａは、Ｌ′を数式（８）のＬに代入した数式（１９）に基づいて、Ａ′を算出する。目標値設定部２５１ａは、数式（６）のＡを算出されたＡ′に置き換えることで、制御池の膜差圧の目標値ＴＭＰｒｅｆ（ｔ）を算出する。
【００８０】
【数１９】
2020199475.tif 000021
【００８１】
図９は、第２の実施形態の制御池の制御目標の修正の一具体例を示す図である。図９に示されるように、目標値設定部２５１ａは、代表池の膜差圧の測定値の曲線に基づいてＡ０を算出する。目標値設定部２５１ａは、制御池に設定されたメンテナンス周期Ｌを達成可能であるか否かを代表池の膜差圧の情報に基づいて判定する。目標値設定部２５１ａは、メンテナンス周期Ｌを達成可能ではないと判断した場合、メンテナンス周期ＬをＬ′となるよう制御目標を修正する。
【００８２】
図７に戻って、予測値取得部２５３の処理を説明する。予測値取得部２５３は、以下の数式（２０）を解くことによって、制御池の分離膜ユニット２０４の膜差圧ＴＭＰ（ｔ）の予測値ＴＭＰｈａｔ（ｔ）をｔの関数として算出する。予測値は、制御池の分離膜ユニット２０４の膜差圧の測定時以降の膜差圧又は膜ろ過抵抗の値を予測した値である。予測値は第１制御池又は第２制御池の洗浄風量制御に用いるが、代表池の予測も同様に実施してもよい。なお、代表池は定格風量一定で運用される。
【００８３】
【数２０】
2020199475.tif 000022
【００８４】
ここで、フラックスＪ（ｔ）は、時刻ｔにおける単位時間に単位面積あたりに分離膜ユニット２０４を通過する処理水の量である。具体的には、予測値取得部２５３は、制御池の流量計２０６によって測定された流量を制御池の分離膜ユニット２０４の膜面積で除算することによって、フラックスＪ（ｔ）を算出する。
【００８５】
予測値取得部２５３は、以下の数式（２１）及び数式（２２）からＲ（ｔ）を消去し、ＴＭＰ（ｔ）ｋの係数をパラメータＡｍ（ｔ）と定義することで、数式（２０）を得る。ここで、μは粘性係数を表す。Ｊ（ｔ）はフラックスを表す。Ｒ（ｔ）は膜ろ過抵抗を表す。ｋは閉塞指数（ｋ＝１、１．５又は２）を表す。ｆ（Ｘ）は膜ろ過抵抗を上昇させる要因を表す。通常、ｆ（Ｘ）はフラックスＪ（ｔ）又は水質濃度ｃ×フラックスＪ（ｔ）に比例する。膜差圧ＴＭＰ（ｔ）、フラックスＪ（ｔ）及び膜ろ過抵抗Ｒ（ｔ）は、制御池の分離膜ユニット２０４の目詰まりに関する測定値である。
【００８６】
【数２１】
2020199475.tif 000023
【００８７】
【数２２】
2020199475.tif 000024
【００８８】
フラックスＪ（ｔ）の値が一定に制御されている場合は、上記数式（２１）は、以下の数式（２３）で表される。数式（２３）は、数式（６）におけるパラメータＡがパラメータＡｍ（ｔ）に置き換えられた式である。
【００８９】
【数２３】
2020199475.tif 000025
【００９０】
数式（２０）及び数式（２３）の予測モデルに含まれるパラメータＡｍ（ｔ）は、以下の数式（２４）に示されるように、係数ａ１、係数ａ２、フラックスＸ１（ｔ）及び風量Ｘ２（ｔ）に基づいて算出される。ここで、予測値取得部２５３は、算出されたフラックスＪ（ｔ）をフラックスＸ１（ｔ）として用いる。また、予測値取得部２５３は、制御池の洗浄風量計２０８から受信した風量を風量Ｘ２（ｔ）として用いる。
【００９１】
【数２４】
2020199475.tif 000026
【００９２】
なお、数式（２４）において、Ｘ２（ｔ）は制御池の散気装置２０９から供給される空気の風量としたが、Ｘ２（ｔ）は制御池の散気装置２０９から供給される空気の空気倍率としてもよい。空気倍率は、制御池の曝気槽２００へ流入する汚水量に対する、曝気槽２００へ送る空気量の比を表す。なお、予測値取得部２５３は、分離膜の目詰まりに関する測定値に基づいて、最小二乗法、部分最小二乗法、総最小二乗法、一般化最小二乗法、正則化最小二乗法、サポートベクトル回帰又は適合ベクトル回帰のいずれか１つ以上を用いて係数を算出してもよい。
【００９３】
予測値取得部２５３は、フラックスＸ１（ｔ）（＝Ｊ（ｔ））及び風量Ｘ２（ｔ）（＝Ｑ２（ｔ））に基づいて、数式（２４）を用いてパラメータＡｍ（ｔ）を算出する。予測値取得部２５３は、算出されたパラメータＡｍ（ｔ）、フラックスＪ（ｔ）及び閉塞指数ｋを用いて数式（２０）の微分方程式を解くことで、制御池の分離膜ユニット２０４の膜差圧ＴＭＰ（ｔ）の予測値ＴＭＰｈａｔ（ｔ）を算出する。
【００９４】
次に、風量制御部２５２ａの処理について説明する。風量制御部２５２ａは、目標値設定部２５１ａによって算出された目標値ＴＭＰｒｅｆ（ｔ）と、予測値取得部２５３によって算出された予測値ＴＭＰｈａｔ（ｔ）とに基づいて、制御池の膜洗浄ブロワ２０７の風量を制御する。
【００９５】
風量制御部２５２ａは、以下の数式（２５）に基づいて、目標値ＴＭＰｒｅｆ（ｔ）と予測値ＴＭＰｈａｔ（ｔ）との差分Ｅ（ｔ）を算出する。
【００９６】
【数２５】
2020199475.tif 000027
【００９７】
風量制御部２５２ａは、算出された差分Ｅ（ｔ）を用いて、制御池の膜洗浄ブロワ２０７に対してＰＩ制御を行う。具体的に、風量制御部２５２ａは、数式（２６）に基づいて、制御池の膜洗浄ブロワ２０７の操作量ｕ（ｔ）を算出する。Ｋｐは、ＰＩ制御における比例ゲインである。Ｋｉは、ＰＩ制御における積分ゲインである。Ｔｎｏｗは、現在時刻である。Ｔｐは、現在時刻Ｔｎｏｗからの経過時間である。Ｔｐは、例えば、１日（２４時間）に設定されてもよい。
【００９８】
風量制御部２５２ａは、表示部２７０にメンテナンス周期Ｌを表示させる。風量制御部２５２ａは、メンテナンス周期Ｌに到達するまでの日数を表示させてもよい。この場合、風量制御部２５２ａは、メンテナンス周期Ｌから現在時刻Ｔｎｏｗを減ずることで、メンテナンス周期Ｌに到達するまでの日数を算出する。
【００９９】
【数２６】
2020199475.tif 000028
【０１００】
図８に示されるように、膜差圧の目標値ＴＭＰｒｅｆ（ｔ）は太い実線で示される。膜差圧の実測値ＴＭＰａｃｔ（ｔ）は細い実線で示される。現在時刻Ｔｎｏｗ以降の膜差圧の予測値ＴＭＰｈａｔ（ｔ）は、破線で示される。
【０１０１】
図８に示されるように、現在時刻Ｔｎｏｗにおいて、膜差圧の目標値ＴＭＰｒｅｆ（ｔ）と膜差圧の実測値ＴＭＰａｃｔ（ｔ）とは等しい。しかし、図８は、現在時刻ＴｎｏｗからＴｐ経過後の時刻Ｔｎｅｘｔにおいて、目標値ＴＭＰ１と予測値ＴＭＰ２との間には差分Ｅ（ｔ）が生じていることを示している。したがって、風量制御部２５２ａは、目標値ＴＭＰｒｅｆ（ｔ）と予測値ＴＭＰｈａｔ（ｔ）との差分Ｅ（ｔ）に基づき、膜洗浄ブロワ２０７の操作量ｕ（ｔ）を算出する。風量制御部２５２ａは、２つのパラメータ（比例ゲインＫｐ及び積分ゲインＫｉ）を用いて膜洗浄ブロワ２０７を制御することで、パラメータ調整を容易かつシンプルに行うことができる。
【０１０２】
なお、第２の実施形態において、風量制御部２５２ａはＰＩ制御を行うこととしたが、ＰＩＤ（Proportional-Integral-Derivative）制御を行うように構成されてもよい。この場合、風量制御部２５２ａは差分Ｅ（ｔ）の微分値を考慮して制御池の膜洗浄ブロワ２０７の操作量ｕ（ｔ）を算出する。したがって、風量制御部２５２ａは、より安定した制御を行うことができる。また、風量制御部２５２ａは、ＰＩ制御又はＰＩＤ制御の代わりに、ルールベース制御又は極値制御を行うことで、制御池の散気装置２０９から制御池の分離膜ユニット２０４に向けて供給される空気の風量を制御するように構成されてもよい。
【０１０３】
図１０は、第２の実施形態の目標値取得の処理の一具体を示すフローチャートである。本フローチャートは、分離膜ユニット２０４が薬液洗浄された後にろ過運転が再開された際に目標値設定部２５１ａによって実行される。目標値設定部２５１ａは、膜差圧の初期値ＴＭＰ０を制御池の圧力計２０５から取得する（ステップＳ２０１）。目標値設定部２５１ａは、ユーザによって閉塞指数ｋ、上限値ＴＭＰｌｉｍ及びメンテナンス周期Ｌが入力されたかどうかを判定する（ステップＳ２０２）。ユーザは、入力部２６０を用いてこれらの値を入力する。
【０１０４】
ユーザによって閉塞指数ｋ、上限値ＴＭＰｌｉｍ、及びメンテナンス周期Ｌが入力されていない場合（ステップＳ２０２：ＮＯ）、ステップＳ２０２に遷移する。ユーザによって閉塞指数ｋ、上限値ＴＭＰｌｉｍ及びメンテナンス周期Ｌが入力された場合（ステップＳ２０２：ＹＥＳ）、目標値設定部２５１ａは、数式（７）又は数式（８）に基づいてパラメータＡを算出する（ステップＳ２０３）。目標値設定部２５１ａは、数式（６）の微分方程式を解くことで、制御池の膜差圧の目標値ＴＭＰｒｅｆ（ｔ）を算出する（ステップＳ２０４）。
【０１０５】
目標値設定部２５１ａは、判定計算周期ｔ１が経過したか否かを判定する（ステップＳ２０５）。目標値設定部２５１ａは、判定計算周期ｔ１が経過していない場合（ステップＳ２０５：ＮＯ）、ステップＳ２０５に遷移する。目標値設定部２５１ａは、判定計算周期ｔ１が経過している場合（ステップＳ２０５：ＹＥＳ）、メンテナンス周期Ｌが達成可能であるか否かを判定する（ステップＳ２０６）。なお、達成可能であるか否かを判定する処理については、図１１にて詳述する。目標値設定部２５１ａは、Ｌが達成可能である場合（ステップＳ２０６：ＹＥＳ）、ステップＳ２０５に遷移する。
【０１０６】
目標値設定部２５１ａは、Ｌが達成可能でない場合（ステップＳ２０６：ＮＯ）、目標値設定部２５１ａは、メンテナンス周期ＬをＬ′に修正する（ステップＳ２０７）。なお、Ｌ′の算出については、図１１にて詳述する。目標値設定部２５１ａは、数式（６）のＡをＡ′に修正する（ステップＳ２０８）。なお、Ａ′の算出については、図１１にて詳述する。目標値設定部２５１ａは、、制御池のＴＭＰ目標値ＴＭＰｒｅｆ（ｔ）を算出する（ステップＳ２０９）。目標値設定部２５１ａは、設定された膜差圧が所定の圧力以上であるか否かを判定する（ステップＳ２１０）。目標値設定部２５１ａは設定された膜差圧が所定の圧力以上である場合（ステップＳ２１０：ＹＥＳ）、処理を終了する。処理が終了された場合、洗浄風量制御システム１は、膜ろ過を停止する。膜ろ過が停止された後に、薬液洗浄が実施される。目標値設定部２５１ａは設定された膜差圧が所定の圧力未満である場合（ステップＳ２１０：ＮＯ）、ステップＳ２０４に遷移する。
【０１０７】
図１１は、第２の実施形態のメンテナンス周期は達成可能か否かを判断する処理の一具体を示すフローチャートである。本フローチャートは、判定計算周期ｔ１が経過している場合にメンテナンス周期Ｌが達成可能であるか否かを判定する際に目標値設定部２５１ａによって実行される。目標値設定部２５１ａは、代表池のパラメータＡ０を算出する（ステップＳ３０１）。ここで、閉塞指数がｋ＝１の場合、目標値設定部２５１ａは、数式（９）に基づいて、代表池のパラメータＡ０を算出する。閉塞指数ｋが１以外の場合、目標値設定部２５１ａは、数式（１５）に基づいて代表池パラメータＡ０を算出する。
【０１０８】
目標値設定部２５１ａは、算出されたＡ０に基づいて、制御池に設定されたメンテナンス周期Ｌの達成可能であるか否かを判定する（ステップＳ３０２）。具体的には、閉塞指数がｋ＝１の場合、目標値設定部２５１ａは、数式（１０）が成立する場合、メンテナンス周期Ｌは制御池に対して達成可能であると判定する。閉塞指数がｋが１以外の場合、目標値設定部２５１ａは、数式（１６）が成立する場合、メンテナンス周期Ｌは制御池に対して達成可能であると判定する。
【０１０９】
目標値設定部２５１ａは、メンテナンス周期Ｌが達成可能である場合（ステップＳ３０２：ＹＥＳ）、処理を終了する。目標値設定部２５１ａは、メンテナンス周期Ｌが達成可能でない場合（ステップＳ３０２：ＮＯ）、Ｌ′を算出する（ステップＳ３０３）。具体的には、閉塞指数がｋ＝１の場合、目標値設定部２５１ａは、数式（１２）に基づいて、Ｌ′を算出する。閉塞指数がｋが１以外の場合、目標値設定部２５１ａは、数式（１８）に基づいて、Ｌ′を算出する。目標値設定部２５１ａは、Ａ′を算出する（ステップＳ３０４）。具体的には、閉塞指数がｋ＝１の場合、目標値設定部２５１ａは、数式（１４）に基づいて、Ｌ′を算出する。閉塞指数がｋが１以外の場合、目標値設定部２５１ａは、数式（１９）に基づいて、Ｌ′を算出する。
【０１１０】
なお、洗浄風量制御システム１ａは、以上に述べた処理を、第１制御池及び第２制御池それぞれに対して行う。すなわち、第１制御池の目標値と第１制御池の予測値とに基づいて第２膜洗浄ブロワ２０７ｂの風量制御が行われる。第２制御池の目標値と第２制御池の予測値とに基づいて第３膜洗浄ブロワ２０７ｃの風量制御が行われる。
【０１１１】
このように構成された、洗浄風量制御システム１ａでは、目標値設定部２５１ａが、入力部２６０を介して入力されたメンテナンス周期Ｌが達成可能であるか否かを判定する。目標値設定部２５１ａは、メンテナンス周期Ｌが達成可能ではない場合、メンテナンス周期ＬをＬ′に補正する。このように構成されることで、より精度よくメンテナンス周期を決定することができる。また、目標値設定部２５１ａは、制御池の目標値ＴＭＰｒｅｆ（ｔ）をより適切に算出することが可能になる。風量制御部２５２ａは、制御池の目標値ＴＭＰｒｅｆ（ｔ）と予測値ＴＭＰｈａｔ（ｔ）との差分Ｅ（ｔ）に基づいて、制御池の散気装置２０９から分離膜ユニット２０４に向けて供給される空気の風量を制御する。したがって、分離膜ユニット２０４の実際の膜差圧と目標値ＴＭＰｒｅｆ（ｔ）との差を小さくすることができ、制御池の分離膜ユニット２０４へ供給される洗浄風量の量を低減することが可能になる。
【０１１２】
第２の実施形態では、第１制御池及び第２制御池のように制御池が２つある場合の例を示したが、制御池は１つ以上であれば、いくつであってもよい。また、代表池は、特定の曝気槽２００に限定されない。例えば、代表池と制御池とは、所定期間毎に変更されるように構成されてもよい。このように構成されることで、特定の分離膜ユニット２０４又は膜洗浄ブロワ２０７等の装置が劣化することを防ぐことができる。
【０１１３】
第２の実施形態における洗浄風量制御システム１ａは、膜差圧及び膜差圧目標値について、ＴＭＰの代わりに膜差圧をフラックスのべき乗で除した膜ろ過抵抗（＝ＴＭＰ（ｔ）／Ｊ（ｔ）α）を用いて洗浄風量を制御してもよい。このように構成されることで、洗浄風量制御システム１ａは、代表池と制御池とで運転フラックスが異なる場合であっても、メンテナンス周期Ｌの補正が可能となる。
【０１１４】
ＴＭＰの予測に用いる情報Ｘは、フラックスと洗浄風量または空気倍率に限定されない。例えば、第２の実施形態における洗浄風量制御システム１ａは、情報Ｘとして、水温、ＭＬＳＳ濃度、補助散気量、凝集剤注入量、循環ポンプ流量、返送ポンプ流量、汚水又は処理水の溶存酸素濃度、ＯＲＰ、ｐＨ、ＥＥＭ、吸光度、ＢＯＤ、ＣＯＤ、ＴＯＣ、アンモニア濃度、硝酸濃度、リン酸濃度、全窒素濃度、全リン濃度、溶解性ＣＯＤ濃度、溶解性ＢＯＤ濃度を表す変数及び上述の変数に対して四則演算を行うことによって得られる合成変数等のように、膜のファウリングに影響が考えられるＭＢＲの運転データであれば、どのような情報を付加して用いてもよい。採用される変数は予めＴＭＰとＭＢＲとの運転データ間の相関を定めることで設定すればよい。
【０１１５】
制御装置２５０は、ネットワークを介して通信可能に接続された複数台の情報処理装置を用いて実装されてもよい。この場合、制御装置が備える各機能部は、複数の情報処理装置に分散して実装されてもよい。例えば、目標値設定部２５１と風量制御部２５２とはそれぞれ異なる情報処理装置に実装されてもよい。
【０１１６】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【０１１７】
１…洗浄風量制御システム、１０…下水処理システム、１００…スクリーン、２００…曝気槽、２０１…流路、２０２…補助散気ブロワ、２０３…補助散気装置、２０４…分離膜ユニット、２０５…圧力計、２０６…流量計、２０７…膜洗浄ブロワ、２０８…洗浄風量計、２０９…散気装置、２５０…制御装置、２５１…目標値設定部、２５２…風量制御部、２５３…予測値取得部、２６０…入力部、３００…処理水槽
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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