(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水に凝集剤を注入して凝集フロックを形成させ、形成された凝集フロックを含む原水を膜ろ過装置に供給してろ過する凝集剤注入量制御方法であって、膜ろ過装置への原水の流入量を検出するとともに膜ろ過装置の入り側と出側の差圧の上昇速度を検出し、検出された前記流入量と差圧の上昇速度に基づいて凝集剤注入量を制御する凝集剤注入量制御方法において、運転開始時点における凝集剤注入量は、原水の有機物等濃度と流入量に基づいて予め設定された量とすることを特徴とする凝集剤注入量制御方法。
【請求項２】
請求項１記載の凝集剤注入量制御方法において、検出された前記流入量が変動した場合、凝集剤注入量を流入量の変動に比例した量だけ変化させることを特徴とする凝集剤注入量制御方法。
【請求項３】
原水に凝集剤を注入し、生成された凝集フロックを含む原水を送水ポンプで膜ろ過装置に供給してろ過する装置における凝集剤注入量を制御する制御コントローラであって、原水への凝集剤の注入量を膜ろ過装置の差圧の上昇速度と送水ポンプの台数の組み合わせに応じて予め定められた量、又は前記差圧の上昇速度と原水の流入量の組み合わせに応じて予め定められた量のいずれか一方に基づいて制御する手段と、運転開始時点における凝集剤の注入量を原水の有機物等濃度と流入量に基づいて予め設定された量に制御する手段とを有することを特徴とする制御コントローラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原水に凝集剤を注入して原水中の有機物等、不純物を凝集させてろ過する水処理設備の制御方法に係り、特に、原水への凝集剤の注入量制御方法及び制御コントローラに関する。
【背景技術】
【０００２】
表流水のような水質が変動する性質を持つ原水を処理する水処理設備に膜ろ過装置を設け、原水に凝集剤を注入して有機物等、不純物を凝集させて膜ろ過処理を行う際、凝集剤の注入量を適切に制御することが重要である。もし、凝集剤の注入量が不足すると凝集不良を起して、ろ過された水の水質の低下を招き、凝集剤の注入量が多すぎると凝集フロックが崩れ易くなって膜の閉塞が急速に進行し、短時間に膜差圧が上昇して処理不能に陥る。
【０００３】
従来の膜ろ過処理における凝集剤の注入量制御方法には、特許文献１に記載の、差圧上昇速度が基準の値に一致するように注入量を変化させる方法がある。また、特許文献２には、膜ろ過装置ではないが、原水の流量に応じて凝集剤を注入することが記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１５３０７号公報
【特許文献２】特開平０７−１１２１０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
差圧の上昇速度を予め定めた基準値に一致するようにして凝集剤注入量の制御を行う場合、送水ポンプの台数を増加させると、送水ポンプ１台の場合に比べて処理する有機物が増加するため、凝集剤の注入量が不足して凝集不良が起こる恐れがある。また、膜ろ過装置への送水量が最大の場合に有機物、不純物等を完全に凝集させたときの差圧の上昇速度を基準値に定めた場合、送水量が最大送水量に達しない場合は、膜ろ過装置へ送り込まれる有機物、不純物等の量も少なくなる。したがって、それらを完全に凝集させたとしても、差圧の上昇速度は、送水量が最大の場合について定めた差圧の上昇速度の基準値に達しない。このとき、差圧の上昇速度を予め定めた基準値に一致するようにして凝集剤注入量の制御を行うと、凝集剤注入量が過剰になる惧れがある。
【０００６】
本発明の課題は、入口流入量又は送水ポンプの台数の変動があっても、安定した状態で膜ろ過運転を行えるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するには、差圧の上昇速度以外に膜ろ過装置の状態を検知するために、膜ろ過装置の入口流入量を考慮に入れればよい。そこで、膜ろ過装置の差圧、膜ろ過装置の入口流入量を測定し、入口流入量の変動を考慮した凝集剤注入量の制御を行う。
【０００８】
具体的には、原水に凝集剤を注入して凝集フロックを形成させ、形成された凝集フロックを含む原水を膜ろ過装置に供給してろ過する装置における凝集剤注入量制御方法であって、膜ろ過装置への原水の流入量を検出するとともに膜ろ過装置の入り側と出側の差圧の上昇速度を検出し、検出された前記流入量と差圧の上昇速度に基づいて凝集剤注入量を制御する。
【０００９】
検出された前記流入量が変動した場合、凝集剤注入量を流入量の変動に比例した量だけ変化させればよい。また、運転開始時点における凝集剤注入量は、原水の有機物等濃度と流入量に基づいて予め設定された量とすることが望ましい。
【００１０】
運転開始時点において、凝集剤注入量を、原水の有機物等濃度と流入量に基づいて予め設定された量とすることで、原水中の有機物、不純物等を十分に凝集フロック化することができる。さらに、流入量が変動した場合、流入量の変動に比例した量だけ凝集剤注入量を変化させれば、流入量が変動しても、原水中の有機物、不純物等を十分に凝集フロック化することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、膜ろ過装置への原水流入量が変動しても、安定した状態で膜ろ過装置を運転できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１に本発明の実施の形態に係る水処理設備の全体構成を示す。図示の水処理設備は、表流水が流入する原水槽１と、この原水槽１より取水した原水を一時貯溜する凝集槽２と、凝集槽２に接続して配置された凝集剤タンク３と、凝集槽２の出側に接続された吸い込みヘッダー２５と、吸い込みヘッダー２５に互いに並列に吸込み側を接続させた３台の送水ポンプ４と、３台の送水ポンプ４の吐出側に共通に接続された吐出ヘッダー２６と、吐出ヘッダー２６に流入管２７で入り側を接続された膜ろ過装置５と、膜ろ過装置５の出側に接続された流出管２８と、流入管２７に介装された流入量流量計７と、流入量流量計７下流側の流入管２７と流出管２８に接続されて両者の差圧を計測、出力する差圧計６と、差圧計６と流入量流量計７の出力を入力として凝集剤タンク３から凝集槽２に注入される凝集剤の量を制御する制御コントローラ８と、制御コントローラ８に接続された表示装置１３とを含んで構成されている。
【００１３】
上記水処理設備では、原水槽１より取水された、凝集対象の有機物、不純物（以下、有機物等という）を含む原水は凝集槽２に一時貯溜され、凝集槽２に凝集剤タンク３から凝集剤が注入、添加される。凝集剤タンク３の凝集剤出側には、図示されていない凝集剤の注入量制御手段が設けられており、凝集剤の凝集槽２への注入、添加により、原水中の有機物等を凝集させて凝集フロックを形成させる。凝集槽２の凝集フロックを含む原水は、送水ポンプ４にて膜ろ過装置５に送り込まれ、ろ過される。膜ろ過装置５でろ過された原水は、清浄水となって流出管２８から排出される。
【００１４】
膜ろ過装置５の入口圧力と出口圧力の差を測定する差圧計６と、膜ろ過装置５の入口流入量を測定する流入量流量計７の各出力信号は制御コントローラ８に送られ、制御コントローラ８は、差圧計６と流入量流量計７の各出力信号を入力として凝集剤タンク３から凝集槽２に注入される凝集剤の量を、前記注入量制御手段を介して制御する。
【００１５】
図２に制御コントローラ８の構成を示す。制御コントローラ８は、前記差圧計６や流入量流量計７などの計測機器９より得られたデータを演算処理する演算部１０と、演算部１０の処理結果を入力として前記注入量制御手段などの操作機器１２への操作指令を出す制御部１１とを含んで構成されている。演算部１０には、原水の有機物等の濃度と膜ろ過装置の入口流入量（以下、単に、流入量という）に対応した凝集剤注入量のデータおよびそのときの差圧上昇速度のデータが格納されている。前記表示装置１３は、制御コントローラ８の演算結果や装置の状態などを表示するもので、設備運転者は、表示装置１３を利用して監視制御を行うことも可能である。なお、制御コントローラ８には、原水の有機物等の濃度設定を行うことができるようになっており、演算部１０は前記差圧計６から入力される差圧に基づいて差圧上昇速度を算出するとともに、設定された前記濃度に応じた演算処理を行うようになっている。
【００１６】
図３に制御コントローラ８のデータ処理フローを示す。設備運転開始に先立って、前記差圧計６や流入量流量計７などの計測機器９より得られたデータおよび前記設定された濃度と凝集剤注入量の関係を規定した関係表読込み（手順１４）が行われる。運転が開始されると、差圧計６、流入量流量計７のデータの受信（手順１５）があらかじめ定められた時間間隔で行われる。次いで、受信したデータに基づき、前記読み込んだ関係表を参照して凝集剤注入量が決定される（手順１６）。決定された凝集剤注入量に基づき、操作機器への制御信号が生成され、出力される（手順１７）。尚、上記手順では凝集剤注入量は前記読み込んだ関係表を参照して決定されるが、必ずしも関係表でなくても、前記差圧計６や流入量流量計７などの計測機器９より得られたデータと凝集剤注入量の関係を数式、グラフを用いて規定するようにしてもよい。
【００１７】
図４に送水ポンプの台数を増加させた場合の凝集剤注入量決定手順を示す。各送水ポンプ４は、いずれも定速運転される同一容量のポンプである。送水ポンプの台数増加（手順１８）が起こると、膜ろ過装置入口流入量が台数増加に比例して増加する（手順１９）。それによって処理する有機物数が増加する（手順２０）。このとき、ポンプの台数に比例して凝集剤注入量を増加する（手順２１）。十分な凝集剤を注入し凝集フロックを形成すると凝集フロック数は送水ポンプの台数に比例して増加する（手順２２）。それによって膜ろ過装置により除去される凝集フロック数は増加して膜の閉塞が早まる。すなわち、ポンプの台数の増加または、入口流入量増加に伴い凝集剤注入量はそれに比例して増加し、それに伴って差圧上昇速度が増加する（手順２３）。
【００１８】
原水中の有機物等が注入された凝集剤により凝集され、凝集フロックとなって膜ろ過装置でろ過されると、時間の経過とともに膜の入り側に堆積する凝集フロックが増加し、ろ過装置の差圧が上昇してくる。この差圧の上昇速度は、凝集剤注入量が適切な場合、膜の入り側に堆積する凝集フロックの時間当たり量、すなわち、有機物等の濃度と流入量で決まる。つまり、有機物等の濃度と流入量が決まれば、差圧の上昇速度が有機物等の濃度と流入量に対応して予め設定した値になるように凝集剤注入量を調節することで、適切な凝集剤注入量とすることができる。このことは、ある流入量に対して凝集剤注入量が適切な状態に設定された状態で運転されている場合、流入量が変動しても、有機物等の濃度が変動しない限り、流入量に比例して凝集剤注入量を変化させればよいことを意味する。
【００１９】
制御コントローラ８は、膜ろ過装置の運転開始時は、有機物等の濃度と流入量に応じて予め設定されている凝集剤注入量を注入するが、その後の差圧の上昇速度が予め設定した値よりも小さい場合、凝集剤注入量が不足していると判断し、凝集剤注入量を予め定めた量だけ増加するように動作する。
【００２０】
一方、凝集剤注入量が過剰な場合、先に述べたように、生成された凝集フロックが崩れ易く、膜の孔を詰まらせ易い。つまり、適切な凝集剤注入量よりも過剰な凝集剤が注入された場合、差圧の上昇速度が、有機物等の濃度と流入量に対応して予め設定された差圧の上昇速度よりも大きくなる。すなわち、差圧の上昇速度が予め設定された差圧の上昇速度よりも大きい場合、前記制御コントローラ８は、凝集剤注入量を予め定めた量だけ低減するように動作する。
【００２１】
原水の有機物等の濃度が変動しない場合の、膜ろ過装置入口流入量と適切な凝集剤注入量の関係を、膜ろ過装置入口流入量を横軸に、適切な凝集剤注入量を縦軸に、それぞれとって図５に示す。直線Ｓ１は、有機物等の濃度が標準的な濃度の原水について、流入量に対応する凝集剤注入量を示し、縦軸のｍ、２ｍ、３ｍは、有機物等の濃度が標準的な濃度Ｋの原水について、それぞれ流入量ｆ１、ｆ２、ｆ３の場合の凝集剤注入量初期設定値であり、直線Ｓ１上の点ｆ１ｍ、点ｆ２ｍ、点ｆ３ｍは、それぞれ、原水に含まれる有機物等を凝集させるのに必要十分な量の凝集剤注入量を示す点である。直線Ｓ２は原水に含まれる有機物等の濃度が前記標準的な濃度Ｋよりも低い濃度Ｌの場合を示し、直線Ｓ３は原水に含まれる有機物等の濃度が前記標準的な濃度Ｋよりも高い濃度Ｍの場合を示している。
【００２２】
図３の制御量を決定する関係である膜ろ過装置入口流入量と差圧上昇速度、凝集剤注入量の関係を図６に示す。図６は、有機物等の濃度が標準的な濃度の原水について、凝集剤注入量のデータを示すもので、差圧上昇速度を横軸に、凝集剤注入量を縦軸に、それぞれとって示してある。図の斜線は膜ろ過装置への流入量一定の線ｆ１、ｆ２、ｆ３を示し、線ｆ１、ｆ２、ｆ３は、送水ポンプ１台、２台、３台を運転した場合の流入量をそれぞれ示している。
【００２３】
縦軸のｍ０、２ｍ０、３ｍ０は、それぞれ流入量ｆ１、ｆ２、ｆ３の場合の凝集剤注入量初期設定値であり、点ｆ１ｍ、点ｆ２ｍ、点ｆ３ｍは、それぞれ、原水に含まれる有機物等を凝集させるのに必要十分な量の凝集剤注入量を示す点であるとともに、前記必要十分な量の凝集剤が注入された場合の差圧上昇速度ｖ，２ｖ，３ｖを示している。
【００２４】
線ｆ１、ｆ２、ｆ３は、点ｆ１ｍ、点ｆ２ｍ、点ｆ３ｍの図上下側では直線であるが、点ｆ１ｍ、点ｆ２ｍ、点ｆ３ｍの図上上側では、点ｆ１ｍ、点ｆ２ｍ、点ｆ３ｍを起点として傾斜を緩やかにした曲線となっている。これは、流入量に対して凝集剤注入量が過剰になり、その結果、形成される凝集フロックが崩れ易くなって急激に差圧が上昇することを示している。
【００２５】
なお、ｆ３ｍで示される点は、送水ポンプ３台で有機物等の濃度が標準的な濃度の原水が送水された場合の差圧上昇速度３ｖを示し、膜ろ過装置としての計画差圧上昇速度、言い換えると差圧上昇速度の上限である。差圧上昇速度がこれよりも高くなると、つまり、原水に含まれる有機物等の濃度が前記標準的な濃度よりも高い状態で送水ポンプ３台で送水すると逆洗の頻度が増加し、ろ過能率が低下して好ましくないので、流入量を低下させる。
【００２６】
図５に示すように、点ｆ１ｍ、点ｆ２ｍ、点ｆ３ｍは直線Ｓ１上に並んでいて、点ｆ１ｍ、点ｆ２ｍ、点ｆ３ｍで表される凝集剤注入量が流入量に比例している。したがって、凝集剤注入量を流入量に比例して変化させればよい。本実施の形態においては、一定流量の同仕様の送水ポンプ３台を用い、台数制御により流入量を変化させるので、図６においては、流入量を示す３本の線ｆ１、ｆ２、ｆ３が示されているが、回転数制御等により、無段階的に流入量が変わる場合にも、同様に、凝集剤注入量を流入量に比例して直線Ｓ１に沿って変化させればよい。
【００２７】
図５の直線Ｓ２では、原水に含まれる有機物等の濃度が前記標準的な濃度よりも低いため、流入量ｆ３においても、凝集剤注入量は２ｍ０にとどまり、差圧上昇速度は、図６の点ｆ２ｍで表される差圧上昇速度２ｖで納まっている。図５の直線Ｓ３では、原水に含まれる有機物等の濃度が前記標準的な濃度よりも高いため、流入量に応じて凝集剤注入量を変化させると、流入量ｆ２で凝集剤注入量が３ｍ０に達している。この結果、形成される凝集フロックが急激に増加し、流入量ｆ２で、図６の点ｆ３ｍで表される差圧上昇速度３ｖに達している。差圧上昇速度３ｖが検知された場合、制御コントローラ８は、それ以上の流入量増加を停止するようになっている。
【００２８】
前記図５のデータ及び図６のデータは、制御コントローラ８の演算部１０に、有機物等濃度や流入量をキーにして読み出し可能に格納されている。
【００２９】
表示装置１３には、運転中、処理中の原水の有機物濃度、原水の入り口流入量、凝集剤注入量、及び差圧上昇速度が表示されるようになっている。
【００３０】
以下、運転時の手順について説明する。
【００３１】
運転開始に先立って、制御コントローラ８の演算部１０に、原水の有機物等濃度が設定される。また、ポンプの運転台数が設定される。運転が開始されると、制御コントローラ８の演算部１０は、設定された有機物等濃度と検出された流入量に基づき、図５に示されたデータを参照して、凝集剤注入量を選定し、制御部１１は、選定された凝集剤注入量に基づき、注入量制御手段に制御信号を出力して前記選定された量の凝集剤を凝集槽２に注入する。
【００３２】
運転開始後は、制御コントローラ８の演算部１０は、所定のサンプリング間隔で、流入量流量計７及び差圧計６の出力データを読み込み、流入量及び差圧上昇速度を算出する。演算部１０は、算出された差圧上昇速度を、図６に示された流入量に対応する差圧上昇速度ｖあるいは２ｖあるいは３ｖと対比し、算出された差圧上昇速度が低い場合は、予め定められた量だけ凝集剤注入量を増加し、算出された差圧上昇速度が高い場合は、予め定められた量だけ凝集剤注入量を減少させる。
【００３３】
凝集剤注入量を増加あるいは減少させた場合は、差圧上昇速度の応答の遅れを見込んだ時間が経過した後、差圧上昇速度を検出し、検出された差圧上昇速度を、図６に示された流入量に対応する差圧上昇速度ｖあるいは２ｖあるいは３ｖと対比し、上記手順を繰り返す。
【００３４】
算出された差圧上昇速度が、図６に示された流入量に対応する差圧上昇速度ｖあるいは２ｖあるいは３ｖに対して許容範囲内にある場合は、そのまま運転を継続する。
【００３５】
運転中、流入量の変動が検出された場合は、制御コントローラ８の前記演算部１０は、流入量の変動量に比例した量だけ凝集剤注入量を増減させた凝集剤注入量を制御部１１に出力し、制御部１１は、演算部１０から入力された信号に基づいて注入量制御手段に制御信号を出力して、凝集剤注入量を増減させる。
【００３６】
図４の手順に示すように、入口流入量または送水ポンプの台数の増加に伴い、入口流入量または送水ポンプの台数の増加に比例して凝集剤注入量が増加させれば、効率よく制御できる結果が得られる。
【００３７】
さらに上記の結果により、以下の結果も得られる。第一に、ポンプの台数が１台の場合でもその送水ポンプの台数が可変速の場合には入口流入量が変動するので、この場合にも適用可能である。第二に、送水ポンプが複数台で固定速の場合には、差圧上昇速度は台数に比例するので、入口流入量も予測可能なため流入量流量計７が無くても制御可能になるので、流入量流量計を取り除くことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の形態に係る水処理設備の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す制御コントローラの構成例を示すブロック図である。
【図３】送水ポンプの台数を増加した場合の凝集剤注入量を決定する手順を示す手順図である。
【図４】送水ポンプの台数を増加させた場合の凝集剤注入量を決定するまでの要因の連なりを示す図である。
【図５】膜ろ過装置入口流入量と凝集剤注入量及び原水の有機物等濃度の関係を概念的に示す図である。
【図６】膜ろ過装置入口流入量と凝集剤注入量及び差圧上昇速度の関係を概念的に示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  原水槽
２  凝集槽
３  凝集剤タンク
４  送水ポンプ
５  膜ろ過装置
６  差圧計
７  流入量流量計
８  制御コントローラ
９  計測機器
１０  演算部
１１  制御部
１２  操作機器
１３  表示装置
２５  吸込みヘッダー
２６  吐出ヘッダー
２７  流入管
２８  流出管
【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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