CN112334215B - 运转支援装置以及运转支援方法 - Google Patents

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Abstract

运转支援装置(100A)具备运算部(1)，所述运算部(1)使用用于表现自处理水将去除对象物去除的分离膜的按照清洗次数的劣化的清洗效率模型(D5)，计算与分离膜的劣化对应的分离处理的成本，使用分离处理的成本、分离膜的每1次的清洗成本和分离膜的每1次的更换成本，计算分离膜的运用期间中的、分离处理的成本、分离膜的清洗成本与分离膜的更换成本的总和即运用成本，基于运用成本，决定用于判定是否清洗分离膜的第1基准值以及用于判定是否更换分离膜的第2基准值，使用所决定的第1基准值以及第2基准值计算分离膜的清洗正时以及更换正时。

Description

运转支援装置以及运转支援方法
技术领域
本发明涉及对水处理的运转进行支援的运转支援装置以及运转支援方法。
背景技术
污水处理方法之一有膜过滤法，该膜过滤法是使想要自流入水中除去的物质附着于分离膜的膜面从而除去该物质的方法。在膜过滤法中，若在分离膜发生堵塞，则过滤能力下降而使消耗电力增大。因此，定期地进行分离膜的清洗，但在反复进行分离膜的清洗而使分离膜不再能被再利用时，更换分离膜。
在膜过滤法中，由于花费分离膜的清洗成本以及分离膜的更换成本，所以为了以低成本进行过滤，希望知道分离膜的适当的清洗正时(日文：洗浄時期)以及更换正时(日文：交換時期)。
专利文献1所述的运转支援装置基于膜过滤处理装置的运转信息，算出用于降低膜过滤处理装置的运转成本的分离膜的过滤时间以及清洗时间，基于计算结果预测分离膜的更换正时。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-000580号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，在上述专利文献1的技术中，需要由运转支援装置的使用者输入用于判定是否清洗分离膜的基准值以及用于判定是否更换分离膜的基准值。为了求出以上的基准值，需要膜过滤法的专业的知识，因此无法容易地计算用于抑制分离膜的运用成本的、分离膜的清洗正时以及更换正时。
本发明是鉴于上述情况而做成的，目的在于获得能够容易地计算用于抑制分离膜的运用成本的分离膜的清洗正时以及更换正时的运转支援装置。
用于解决课题的方案
为了解决上述的课题而达成目的，本发明的运转支援装置具备运算部，所述运算部使用用于表现自处理水将去除对象物去除的分离膜的按照清洗次数的劣化的清洗效率模型，计算与分离膜的劣化对应的分离处理的成本，使用分离处理的成本、分离膜的每1次的清洗成本和分离膜的每1次的更换成本，计算分离膜的运用期间中的、分离处理的成本与分离膜的清洗成本与分离膜的更换成本的总和即运用成本，基于运用成本，决定用于是否清洗分离膜的判定的第1基准值以及用于是否更换分离膜的判定的第2基准值，使用所决定的第1基准值以及第2基准值计算分离膜的清洗正时以及更换正时。
发明效果
采用本发明，取得能够容易地计算用于抑制分离膜的运用成本的分离膜的清洗正时以及更换正时的效果。
附图说明
图1是实施方式1的运转支援装置的功能结构图。
图2是表示在实施方式1的运转支援装置中使用的模式集合的例子的图。
图3是表示实施方式1的运转支援装置计算的阻塞率的时间序列变化的例子的图。
图4是表示实施方式1的运转支援装置用于模式运用成本的计算的计算期间与模式运用成本的计算结果的关系的图。
图5是表示实施方式1的运转支援装置提示的提示画面的例子的图。
图6是表示由实施方式1的运算部进行的运算处理的处理次序的流程图。
图7是实施方式2的运转支援装置的功能结构图。
图8是用于说明由实施方式2的运转支援装置进行的运转条件的变更处理和最小基准值模式的再计算处理的图。
图9是用于说明实施方式2的运转支援装置在不变更运转条件的前提下计算得到的更换周期的图。
图10是用于说明实施方式2的运转支援装置变更运转条件而计算得到的更换周期的图。
图11是实施方式3的运转支援装置的功能结构图。
图12是用于说明由实施方式3的运转支援装置进行的运转条件的变更处理和最小基准值模式的再计算处理的图。
图13是用于说明实施方式3的运转支援装置在不变更运转条件的前提下计算得到的更换周期的图。
图14是用于说明实施方式3的运转支援装置变更运转条件而计算得到的更换周期的图。
图15是表示实现实施方式1～3的运转支援装置的硬件结构的图。
图16是实施方式4的运转支援装置的功能结构图。
图17是表示在实施方式4的运转支援装置中使用的假定基准值模式集合的例子的图。
图18是表示实施方式4的运转支援装置计算的阻塞率的时间序列变化的例子的图。
图19是表示实施方式4的运转支援装置用于模式运用成本的计算的计算期间与模式运用成本的计算结果的关系的图。
图20是表示由实施方式4的运算部进行的运算处理的处理次序的流程图。
图21是表示实施方式4的运转支援装置的另一结构例的图。
具体实施方式
以下，基于附图详细地说明本发明的运转支援装置以及运转支援方法的实施方式。另外，这些实施方式并不限定本发明。
实施方式1.
图1是实施方式1的运转支援装置的功能结构图。作为水处理运转支援装置的运转支援装置100A是对用于抑制在污水处理这样的水处理中使用的分离膜的运用成本的、分离膜的清洗正时以及更换正时进行预测的计算机。分离膜是通过过滤而自处理水将去除对象物去除的膜。另外，在以下的说明中，有时将分离膜称为膜。另外，有时将分离膜的清洗正时以及更换正时称为维护正时。
运转支援装置100A包括运算部1、处理水信息输入部2、蓄积模型输入部3、效率模型输入部4、成本输入部5、消耗电力模型输入部6和结果提示部7。
处理水信息输入部2、蓄积模型输入部3、效率模型输入部4、成本输入部5以及消耗电力模型输入部6取得数据并输入到运算部1。以上的各输入部可以利用任何的手段取得数据。各输入部通过由人手进行的数据输入、来自外部软件的数据输入、自传感器取得的数据的输入等取得数据。另外，各输入部可以利用网络通信和媒体媒介等任意的手段将数据输入到运算部1。
处理水信息输入部2取得成为水处理的对象的处理水的水质信息即水质预测值D1而输入到运算部1。水质预测值D1是表示处理水的水质的预测值的数据。
蓄积模型输入部3取得用于表现污垢物的蓄积量的蓄积模型D2而输入到运算部1。蓄积模型D2是表现由水垢蓄积的污垢物的蓄积量的模型。水垢是处理水中包含的分离对象物质物理性或化学性地附着于分离膜的膜面的现象。污垢物是附着于分离膜的膜面的物质。
效率模型输入部4取得清洗效率的模型即清洗效率模型D5而输入到运算部1。清洗效率模型D5是表现分离膜的按照清洗次数的劣化的模型。在膜过滤法中，当持续使用分离膜时，会发生分离膜的堵塞，因此随着处理时间的经过，过滤处理的效率下降下去。在膜过滤法中，为了定期地自膜将污垢物除去，需要定期地执行分离膜的清洗和分离膜的更换。在分离膜的清洗处理中，利用药水或滤液洗涤分离膜，从而去掉污垢物。通常，分离膜的清洗成本比分离膜的更换成本便宜，因此在分离膜发生了堵塞的情况下，首先进行分离膜的清洗。当分离膜被清洗时，分离膜的过滤能力恢复，但相比新的分离膜的过滤能力，清洗后的分离膜的过滤能力低，而且分离膜的耐久性也下降。清洗分离膜的次数越多，过滤能力的恢复率以及分离膜的耐久性越低。当过滤能力的恢复率或分离膜的耐久性下降到不能再利用的程度时，更换分离膜。本实施方式的清洗效率模型D5表现分离膜的按照清洗次数的、过滤能力的恢复率以及分离膜的耐久性。
成本输入部5取得维护成本D6而输入到运算部1。维护成本D6是分离膜的维护所需的成本，包含分离膜的每1次的清洗所需的清洗成本和分离膜的每1次的更换所需的更换成本。
消耗电力模型输入部6取得消耗电力模型D7而输入到运算部1。消耗电力模型D7是表现相对于分离膜的阻塞率的、水处理设备的消耗电力的模型。另外，在以下的说明中，有时将蓄积模型D2、清洗效率模型D5和消耗电力模型D7的任一个或多个称为模型。
运算部1运算用于分离膜的维护正时的计算的基准值。分离膜的维护的例子是分离膜的清洗以及分离膜的更换。基准值的例子是分离膜的阻塞率。以下，说明基准值是阻塞率的情况。
运算部1使用与分离膜的劣化对应的分离处理的成本和维护成本D6，以使分离膜的运用中的、分离处理的成本、清洗成本和更换成本的总和即运用成本成为最小的方式决定基准值，使用所决定的基准值计算分离膜的清洗正时以及更换正时。分离处理的成本是分离膜进行分离处理时的每单位时间内的电费这样的成本。运算部1使用清洗效率模型D5计算分离处理的成本。运算部1具备蓄积量计算部8和基准值计算部9，将运算结果输出到结果提示部7。
蓄积量计算部8使用水质预测值D1以及蓄积模型D2计算此后产生的水垢蓄积量的时间序列变化D3。时间序列变化D3是表示污垢物的蓄积量即水垢蓄积量的时间性的变化的数据。蓄积量计算部8将时间序列变化D3发送给基准值计算部9。
基准值计算部9具备计划计算部13和模式比较部14。计划计算部13计算表示清洗处理的计划以及更换处理的计划的分离膜的计划集合D4。具体而言，计划计算部13使用清洗效率模型D5、维护成本D6和时间序列变化D3计算计划集合D4。此时，计划计算部13计算与模式集合P(wsh，cng)对应的计划集合D4。模式集合P(wsh，cng)是用于判定是否清洗分离膜的第1基准值即清洗基准值与用于判定是否更换分离膜的第2基准值即更换基准值的组合模式的集合。wsh是清洗基准值，cng是更换基准值。在计算分离膜的维护正时之前，预先设定模式集合P(wsh，cng)。在以下的说明中，将模式集合P(wsh，cng)称为模式集合P。
另外，在以下的说明中，有时将清洗基准值与更换基准值的组合的模式称为基准值模式。即，有时将用于进行是否进行分离膜的维护的判定的基准值即膜维护基准值称为基准值模式。
计划集合D4是表示分离膜的清洗正时以及更换正时的维护的计划。因而，计划集合D4也可以说是分离膜的运用计划。利用进行分离膜的清洗的日期时间或从过滤处理的开始到进行清洗为止的经过时间表示清洗正时，利用进行分离膜的更换的日期时间或从过滤处理的开始到进行更换为止的经过时间表示更换正时。计划集合D4针对每种基准值模式用一览表表示由时间序列变化D3所示的清洗正时以及更换正时。
在依照模式集合P中包含的各基准值模式进行由分离膜进行的过滤处理、清洗处理和更换处理的情况下，清洗正时以及更换正时按照基准值模式而不同。计划计算部13计算基于清洗基准值与更换基准值的组合的清洗正时以及更换正时来作为计划集合D4。计划计算部13将计算得到的计划集合D4发送给模式比较部14。
模式比较部14使用计划集合D4和消耗电力模型D7，计算在将基准值模式应用于某一期间内的各分离膜的情况下所需的运用成本。在以下的说明中，将在分离膜应用了基准值模式的情况下所需的运用成本称为模式运用成本。在模式运用成本中包含清洗成本与更换成本的合计成本和过滤的电费这样的分离处理的成本。清洗成本与更换成本之和是分离膜的维护所需的成本，过滤的电费是分离膜的运行成本。在清洗成本中包含清洗液的成本等，在更换成本中包含分离膜的价钱。
这里，用于模式运用成本的计算的期间越长，计算结果的可靠度越高。换言之，当比较模式运用成本的期间过短时，可能会采用不是最佳的基准值模式。因此，模式比较部14将比较按照每一基准值模式的运用成本的期间，设为在开始分离膜的使用后包含至少1次更换分离膜的期间或包含至少两次更换分离膜的期间。换言之，模式比较部14将比较运用成本的期间设为比分离膜的更换周期长的期间。
模式比较部14相对于模式集合P内的各基准值模式计算模式运用成本。模式比较部14比较计算得到的各模式运用成本，判定最小的模式运用成本。模式比较部14从模式集合P内抽取用于最小的模式运用成本的计算的基准值模式。模式比较部14将最小的模式运用成本和所抽取的基准值模式发送给结果提示部7。
结果提示部7向用户提示最小的模式运用成本和使模式运用成本成为最小的基准值模式。由结果提示部7进行的提示手段可以是在显示器上显示和在纸张上打印等任意的手段。
接下来，使用具体例说明蓄积量计算部8、计划计算部13和模式比较部14进行的各计算。水垢蓄积量与处理水的流入负荷成比例。因此，在将输入的负荷的水质预测值D1设为Xt并使用比例式作为蓄积模型D2的情况下，蓄积量计算部8算出的水垢蓄积量V(t)的时间序列变化D3能如以下的算式(1)那样表达。算式(1)的“a”是比例常数。
方程式1
V(t)＝a*Xt……算式(1)
此外，蓄积量计算部8能够使用水垢蓄积量计算分离膜的阻塞率，因此能将阻塞率用作分离膜的清洗基准值以及更换基准值。在使用相对于水垢蓄积量的比例式作为分离膜的阻塞率的计算模型的情况下，分离膜的阻塞率R(t)能如以下的算式(2)那样表达。算式(2)的“b”是比例常数。
方程式2
R(t)＝b*V(t)……算式(2)
这里，为了简化说明，使用算式(2)那样的比例式，但蓄积模型D2也可以使用以下的算式(3)所示的路易斯方程式等，还可以使用以前的水质变化的数据。在算式(3)中，Vf是滤液的总量，A是分离膜的膜面积，k是阻力系数，Pf是过滤时的膜间压力差，c是滤饼比率，μ是水的粘性系数，V0是过滤常数。膜间压力差是隔着分离膜在作为处理水侧的一级侧与作为滤液侧的二级侧的压力差。
方程式3
Figure GDA0002829517350000081
计划计算部13使用算式(1)、事先设定的模式集合P和清洗效率模型D5，计算分离膜的计划集合D4。清洗效率模型D5考虑分离膜的清洗效率，从而能够表现因反复进行清洗而使分离膜劣化的现象。在不考虑分离膜的清洗效率即将清洗效率始终设为100％时，即使进行了多次分离膜清洗，若进行清洗，则分离膜始终恢复至与新品相同的水准。因此，变得不必进行分离膜的更换，会不切实际。另外，在使用分离膜的清洗效率相对于分离膜的清洗次数n以指数函数的方式下降的模型作为分离膜的清洗效率模型D5的情况下，分离膜的清洗效率Ref(n)能如以下的算式(4)那样表达。这里的“c”是指数函数的底数。
方程式4
Ref(n)＝cn……算式(4)
图2是表示在实施方式1的运转支援装置中使用的模式集合的例子的图。在图2中，表示各基准值模式中的作为清洗基准值的阻塞率与作为更换基准值的阻塞率的组合。在图2以及后述的图4中，将基准值模式的例子表示为模式A～I。这里，表示模式A～I中的清洗基准值的具体的数值例和更换基准值的数值例。
图3是表示实施方式1的运转支援装置计算的阻塞率的时间序列变化的例子的图。在图3中，表示使用图2所示的基准值模式中的模式A、模式E和模式I进行了清洗以及更换的情况下的阻塞率的时间序列变化D3的曲线图。图3所示的曲线图的横轴表示分离膜开始处理水的过滤后的经过时间，纵轴表示对应于膜间压力差的分离膜的阻塞率。
模式A的阻塞率的变化推移用变化推移PA表示，模式E的阻塞率的变化推移用变化推移PE表示，模式I的阻塞率的变化推移用变化推移PI表示。在着眼于第1次清洗正时时，读取到模式A在阻塞率较低的阶段进行清洗，模式I在阻塞率较高的阶段进行清洗。计划计算部13能够基于在采用了各基准值模式的情况下的阻塞率的变化推移制定计划集合D4。
模式比较部14使用维护成本D6和消耗电力模型D7计算计划集合D4中包含的每个计划的模式运用成本。模式比较部14判定在计算得到的模式运用成本中最小的模式运用成本，取得与最小的模式运用成本对应的基准值模式。模式比较部14基于所取得的基准值模式做成维护计划。在模式比较部14做成的维护计划中包含分离膜的清洗正时和分离膜的更换正时。
在使用相对于阻塞率的比例式作为消耗电力模型D7的情况下，消耗电力W(t)能如以下的算式(5)表达。这里的“d”是比例常数。
方程式5
W(t)＝d*R(t)……算式(5)
模式比较部14在计算模式运用成本时，确定用于模式运用成本的计算的计算期间(日文：計算期間)，如上所述，使用比分离膜的更换周期长足够多的计算期间。即，模式比较部14基于分离膜的更换周期设定计算期间。分离膜的更换周期是在更换分离膜后到下一次更换前的期间。另外，模式比较部14可以使用由来自用户的指示而指定的期间来作为计算期间，也可以使用事先设定的初始值来作为计算期间。
这里，说明在计算期间如计算期间T1那样短的情况下和在计算期间是比计算期间T1长的计算期间T2的情况下的判定结果的不同。计算期间T1的一例是240天，计算期间T2的一例是300天。另外，在本实施方式中，说明期间的单位是“天”的情况，但期间也可以是“周”和“月”等任意的单位。
图4是表示实施方式1的运转支援装置用于模式运用成本的计算的计算期间与模式运用成本的计算结果的关系的图。在图4的计算结果中，表示模式运用成本的计算期间为240天的情况下的相对于模式A、E、I的计算结果和模式运用成本的计算期间为300天的情况下的相对于模式A、E、I的计算结果。这里的计算结果是“清洗次数”、“更换次数”、“电费”以及“模式运用成本”。“清洗次数”是清洗分离膜的次数，“更换次数”是更换分离膜的次数，“电费”是在对应于计算期间的过滤处理中所使用的电费。
在用于模式运用成本的计算期间较短的情况下，相比用于模式运用成本的计算期间较长的情况，判定结果有时不同。例如，在图4中，计算期间T1＝240天是比进行了比较的模式中更换周期最长的模式短的期间。具体而言，是计算期间T1<(模式I的情况下的更换周期)。因此，在计算期间T1＝240天的情况下和在计算期间T2＝300天的情况下，判定结果不同。即，在计算期间T1＝240天的情况下，模式E成为最小的模式运用成本，在计算期间T2＝300天的情况下，模式I成为最小的模式运用成本。
由于模式运用成本的计算期间越长，计算结果的可靠性越高，因此计算期间T2＝300天的情况下的计算结果的可靠性比计算期间T1＝240天的情况高。即，一般认为模式I是最小的模式运用成本。因此，模式比较部14不采用如计算期间T1＝240天那样判定结果不同于计算期间T2＝300天的计算期间。
模式比较部14使用在比较的模式A～I这样的基准值模式中最长的更换周期的至少两倍的长度来作为模式运用成本的计算期间。另外，最好延长模式运用成本的计算期间并反复进行模式运用成本的再计算，直到判定结果收敛。模式比较部14对使用足够长的计算期间计算得到的模式运用成本进行比较，判定模式运用成本成为最小的基准值模式。并且，结果提示部7提示模式运用成本成为最小的基准值模式。
图5是表示实施方式1的运转支援装置提示的提示画面的例子的图。结果提示部7显示“膜阻塞了XX％时”这样的时机来作为分离膜的清洗时机。另外，结果提示部7显示“清洗后的膜间压力差成为YY％以上时”这样的时机来作为分离膜的更换时机。清洗时机是以进行清洗的条件规定的时机，更换时机是以进行更换的条件规定的时机。
另外，结果提示部7显示基准值模式。另外，结果提示部7也可以显示将计算结果转换为向水处理设备的使用者提示的信息而得到的值。在该情况下，模式比较部14将计算结果转换为向水处理设备的使用者提示的信息。转换而得到的值例如是此后进行清洗或更换的日期，模式比较部14所决定的计划以外的清洗计划以及更换计划，执行了清洗计划以及更换计划的情况下的成本，等等。在显示在下一次之后进行清洗或更换的日期的情况下，结果提示部7如“Za天后、Zb天后、Zc天后”那样地进行显示，作为今后的清洗正时，结果提示部7如“Zd天后、Ze天后、Zf天后”那样地进行显示，作为今后的更换正时。
接下来，说明由运算部1进行的运算处理次序。图6是表示由实施方式1的运算部进行的运算处理的处理次序的流程图。这里的处理次序与在执行运算部1来作为程序的情况下的处理次序相同。
运转支援装置100A在运算部1开始运算之前预先准备基准值模式的模式集合P。在模式集合P中包含的基准值中包含各种各样的值。此外，运转支援装置100A预先决定计算期间的初始值。
运算部1取得处理水的信息即水质预测值D1以及蓄积模型D2(步骤S1、S2)。运算部1基于水质预测值D1以及蓄积模型D2，计算今后的水垢蓄积量的时间序列变化D3(步骤S3)。
然后，运算部1取得分离膜的清洗效率模型D5、维护成本D6和相对于分离膜的阻塞率的、水处理设备的消耗电力模型D7(步骤S4、S5、S6)。运算部1从模式集合P内取得第1个基准值模式的值，进行计算期间内的计划即清洗计划以及更换计划的计算(步骤S7)，基于计算得到的清洗计划以及更换计划，计算模式运用成本(步骤S8)。并且，运算部1比较在步骤S8中计算得到的模式运用成本的值和之前的计算结果中的模式运用成本的最小值。运算部1判定在步骤S8中计算得到的模式运用成本是否成为最小值(步骤S9)。
在步骤S8中计算得到的模式运用成本成为最小值的情况下(步骤S9为“是”)，运算部1更新模式运用成本的最小值和在计算成为最小的模式运用成本时所用的基准值模式(步骤S9-1)，并预先存储。另外，在模式运用成本的初次计算时，在步骤S8中计算得到的模式运用成本的值必定成为最小值。运算部1在步骤S9-1之后进行步骤S10的处理。
当在步骤S8中计算得到的模式运用成本没有成为最小值的情况下(步骤S9为“否”)，运算部1判定是否残留有模式集合P中模式运用成本的计算没有结束的基准值模式。即，运算部1针对所有的基准值模式，判定与最小值的比较是否结束(步骤S10)。在有计算没有结束的基准值模式的情况下(步骤S10为“否”)，运算部1取得计算没有结束的基准值模式中的1个，更新计算的基准值模式(步骤S10-1)。并且，运算部1使用新的基准值模式再次进行从步骤S7到S10的处理。
运算部1针对所有的基准值模式，计算模式运用成本，反复进行步骤S10-1、步骤S7～S10的处理，直到计算得到的模式运用成本与最小值的比较结束。在针对所有的基准值模式计算模式运用成本并与最小值进行比较时(步骤S10为“是”)，运算部1比较在实施了本次模式运用成本的计算的计算期间内模式运用成本成为最小的基准值模式是否与在计算了前次模式运用成本时模式运用成本成为了最小的基准值模式相同。在前次计算中导出的最小的基准值模式是以前次的步骤S7～S10的循环计算得到的最小的基准值模式，在本次计算中导出的基准值模式是以本次的步骤S7～S10的循环计算得到的最小的基准值模式。以下，称为最小基准值模式。
运算部1在本次的最小基准值模式不同于前次的最小基准值模式的情况下，将成为最小的最新的基准值模式更新为本次的最小基准值模式。运算部1判定成为最小的基准值模式是否已被更新(步骤S11)。
在成为最小的基准值模式已被更新的情况下(步骤S11为“是”)，即，在本次的最小基准值模式不同于前次的最小基准值模式的情况下，运算部1将本次的计算期间即计算期间T更新为新的计算期间T'＝(T+ΔT)(步骤S11-1)。并且，运算部1使用新的计算期间T'执行步骤S7～S11的处理。
在成为最小的基准值模式未被更新的情况下(步骤S11为“否”)，即，在本次的最小基准值模式与前次的最小基准值模式相同的情况下，运算部1判断最小基准值模式已收敛。运算部1在判断最小基准值模式已收敛时，将本次或前次的最小基准值模式发送给结果提示部7。由此，结果提示部7显示本次或前次的最小基准值模式来作为计算结果(步骤S12)。
这样，在实施方式1中，以分离膜的运用中的、分离处理的成本与分离膜的清洗成本与分离膜的更换成本的总和即模式运用成本成为最小的方式决定基准值模式，使用所决定的基准值模式计算分离膜的清洗正时以及更换正时。因而，不需要基于专业的知识输入基准值，就能容易地预测用于抑制分离膜的模式运用成本的分离膜的清洗正时以及更换正时。
实施方式2.
接下来，使用图7～图10说明本发明的实施方式2。在实施方式1中，计算了在不变更当下实施的水处理设备的运转状况的情况下的最小基准值模式。在该最小基准值模式没有满足使用者要求的膜维护条件的情况下，最好将水处理设备的运转条件变更为满足膜维护条件。那么，在实施方式2中，为了满足膜维护条件而变更水处理设备的运转条件，并且计算用于满足膜维护条件的最小基准值模式。膜维护条件是分离膜的维护的条件。
图7是实施方式2的运转支援装置的功能结构图。对图7所示的运转支援装置100B的各构成要素中达成与图1所示的实施方式1的运转支援装置100A相同的功能的构成要素标注与实施方式1相同的附图标记，省略重复的说明。
运转支援装置100B在运转支援装置100A所具备的构成要素的基础上，还具备膜维护条件输入部19、基准值调整部20B和设备控制部21。设备控制部21与具备膜维护设备22的水处理设备23B连接。
膜维护条件输入部19取得由使用者指定的膜维护条件而输入到基准值调整部20B。膜维护条件的例子是表示分离膜的更换前的期间的更换周期。膜维护条件输入部19通过由人手进行的数据输入、来自外部软件的数据输入和自传感器取得的数据的输入等取得数据。
基准值调整部20B与结果提示部7、膜维护条件输入部19和设备控制部21连接。另外，基准值调整部20B与蓄积模型输入部3、效率模型输入部4、成本输入部5和消耗电力模型输入部6连接。
基准值调整部20B自结果提示部7取得由运算部1获得的计算结果。具体而言，基准值调整部20B自结果提示部7取得最小基准值模式以及维护正时。基准值调整部20B将水处理设备23B的运转条件变更为使由运算部1获得的最小基准值模式满足膜维护条件。运转条件是影响蓄积模型D2、清洗效率模型D5、维护成本D6以及消耗电力模型D7中的至少一者的条件。这里的基准值调整部20B设定使维护正时满足膜维护条件的那样的运转条件，将所设定的运转条件发送给蓄积模型输入部3、效率模型输入部4、成本输入部5或消耗电力模型输入部6。基准值调整部20B在例如设定新的蓄积模型D2时，将所设定的蓄积模型D2发送给蓄积模型输入部3。运算部1使用变更后的运转条件再次再计算最小基准值模式。
基准值调整部20B变更水处理设备23B的运转条件而反复进行使运算部1计算最小基准值模式的处理，直到由运算部1获得的计算结果满足膜维护条件。
基准值调整部20B在决定使维护正时满足膜维护条件的那样的运转条件时，将所决定的运转条件输入到设备控制部21。
设备控制部21控制水处理设备23B。本实施方式的设备控制部21依照来自基准值调整部20B的运转条件变更膜维护设备22的运转条件。膜维护设备22是用于维持分离膜的状态的设备或装置。膜维护设备22的例子是调节膜面的曝气风量的鼓风机和调节用于膜清洗的清洗液的浓度的泵。
运转支援装置100B利用与运转支援装置100A同样的方法计算最小基准值模式以及维护正时。以下，说明在运转支援装置100B计算了最小基准值模式以及维护正时后的、由运转支援装置100B进行的处理。运转支援装置100B在计算了最小基准值模式以及维护正时后，为了满足膜维护条件而变更运转条件，再计算最小基准值模式以及维护正时。
图8是用于说明由实施方式2的运转支援装置进行的运转条件的变更处理和最小基准值模式的再计算处理的图。这里说明以下情况，即，膜维护设备22是进行膜面曝气的鼓风机22X，并且为了使维护正时满足膜维护条件，运转支援装置100B变更鼓风机22X的运转条件的情况。
水处理设备23B包括前处理槽30A、膜过滤槽30B、分离膜31和鼓风机22X。前处理槽30A在使处理水W1内包含的悬浮物质沉淀了后将处理水W1输送到膜过滤槽30B。膜过滤槽30B具备分离膜31，利用分离膜31过滤处理水W1。鼓风机22X对分离膜31进行膜面曝气。膜过滤槽30B将过滤后的处理水W1送出到外部。
通常，在使分离膜31的膜面曝气的风量即鼓风机22X的输出增加时，污垢物的蓄积量的增加量减少。另外，通常在使鼓风机22X的输出增加时，每单位时间内的消耗电力量增加。因而，能够通过变更鼓风机22X的输出而变更的运转条件是蓄积模型D2以及消耗电力模型D7。这里，说明在采用了与在实施方式1中说明的模型相同的蓄积模型D2以及消耗电力模型D7的情况。即，这里的运转支援装置100B使用算式(1)以及算式(2)来作为蓄积模型D2，使用算式(5)来作为消耗电力模型D7。基准值调整部20B将为了满足膜维护条件而进行了调整的蓄积模型D2输入到蓄积模型输入部3，将为了膜维护条件而进行了调整的消耗电力模型D7输入到消耗电力模型输入部6。输入到膜维护条件输入部19的维护条件设为分离膜31的更换周期为51天以上。另外，在将用于膜清洗的清洗液的浓度作为运转条件进行变更的情况下，分离膜31的清洗成本根据清洗液的浓度而变化，因此维护成本D6变化。
以下，说明由运转支援装置100B进行的具体的运转条件的变更处理以及最小基准值模式的再计算处理的处理次序。运转支援装置100B的运算部1与实施方式1的运转支援装置100A同样，计算在当下的运转条件下的最小基准值模式，基于计算得到的最小基准值模式计算分离膜31的更换周期。运算部1将计算结果即更换周期输入到结果提示部7，结果提示部7将更换周期输入到基准值调整部20B。基准值调整部20B比较自膜维护条件输入部19输入的膜维护条件与计算结果即更换周期。
图9是用于说明实施方式2的运转支援装置在不变更运转条件的前提下计算得到的更换周期的图。在图9中，表示鼓风机22X的输出即鼓风机输出的初始值与算式(1)的“a”的初始值、算式(2)的“b”的初始值、算式(5)的“d”的初始值与清洗基准值的初始值、更换基准值的初始值、更换周期、模式运用成本的对应关系。另外，在图9、后述的图10、图13以及图14中，以比例表示清洗基准值以及更换基准值。
如图9所示，在以鼓风机输出的初始值使水处理设备23B进行动作的情况下，更换周期是44天，因此比以维护条件指定的51天短。即，以鼓风机输出的初始值计算得到的更换周期比以维护条件指定的更换周期短，因此鼓风机输出的初始值没有满足维护条件。在该情况下，基准值调整部20B做成在使鼓风机输出增加了的情况下的蓄积模型D2以及消耗电力模型D7。基准值调整部20B通过更新算式(2)的“b”而做成新的蓄积模型D2，通过更新算式(5)的“d”而做成新的消耗电力模型D7。
基准值调整部20B将在使鼓风机输出增加了的情况下的蓄积模型D2输入到蓄积模型输入部3，将在使鼓风机输出增加了的情况下的消耗电力模型D7输入到消耗电力模型输入部6。由此，运算部1再计算最小基准值模式。
这样，运转支援装置100B一边更新模型一边反复进行最小基准值模式的再计算，决定能够满足维护条件的模型或维护成本D6。即，运算部1为了满足维护条件而变更膜维护设备22的运转条件，在基于变更后的运转条件更新了模型以及维护成本D6中的至少一者后，对分离膜31的清洗正时以及更换正时进行再计算。
图10是用于说明实施方式2的运转支援装置变更运转条件而计算得到的更换周期的图。在图10中，表示更换周期的计算次数、鼓风机输出的值、算式(1)的“a”、算式(2)的“b”、算式(5)的“d”、清洗基准值、更换基准值、更换周期、模式运用成本的对应关系。
更换周期的计算次数是基准值调整部20B计算了更换周期的次数。计算次数的“1”是使用鼓风机输出的初始值计算了更换周期的情况。计算次数的“2”是变更鼓风机输出而最先再计算更换周期的情况，计算次数的“3”是进一步变更鼓风机输出而进一步再计算更换周期的情况。
基准值调整部20B每次计算鼓风机输出，都使鼓风机输出增加上去。随着鼓风机输出的增加，算式(2)的“b”减少，算式(5)的“d”增加。另外，随着鼓风机输出的增加，更换周期增长。如图10所示，通过更换周期的第4次计算，更换周期为54天，在以维护条件指定的51天以上。基准值调整部20B使用此时变化的算式(2)的“b”变更蓄积模型D2，使用算式(5)的“d”变更消耗电力模型D7。
在能够满足维护条件的模型决定时，基准值调整部20B将能够满足维护条件的鼓风机输出输入到设备控制部21。
设备控制部21在接受鼓风机输出这样的变更后的动作条件时，为了与所接受的动作条件吻合，计算对水处理设备23B的操作量。设备控制部21通过将膜面曝气用的鼓风机输出设为1.6倍，能够满足维护条件，因此设备控制部21将用于使操作量为1.6倍的信号发送给鼓风机22X。由此，鼓风机22X使膜面曝气的量增加到1.6倍。结果，水处理设备23B能够一边满足维护条件，一边进行处理水W1的过滤。另外，之所以有清洗基准值根据计算次数而不同的部位，是因为：在计算更换周期的各次，计算期间有时不同，当计算期间不同时，清洗基准值有时也不同。
这样，采用实施方式2，通过控制膜维护设备22，能够满足使用者所指定的维护条件，并且不需要基于专业的知识输入基准值，就能容易地预测用于抑制分离膜31的模式运用成本的分离膜31的清洗正时以及更换正时。
实施方式3.
接下来，使用图11～图14说明本发明的实施方式3。在实施方式2中，为了满足维护条件而控制了膜维护设备22，但也可以利用作为膜分离的前阶段的设备的前处理槽30A控制处理水W1的水质。在实施方式3中，为了满足使用者所指定的维护条件，变更在前处理槽30A中的运转条件，并且计算用于满足维护条件的最小基准值模式。
图11是实施方式3的运转支援装置的功能结构图。对于图11所示的运转支援装置100C的各构成要素中的达成与运转支援装置100A或运转支援装置100B相同的功能的构成要素，标注与运转支援装置100A或运转支援装置100B相同的附图标记，省略重复的说明。
运转支援装置100C与运转支援装置100B相比，具备基准值调整部20C来代替基准值调整部20B。基准值调整部20C与结果提示部7、膜维护条件输入部19和设备控制部21连接。另外，基准值调整部20C与处理水信息输入部2、蓄积模型输入部3和消耗电力模型输入部6连接。设备控制部21与水处理设备23C连接。
基准值调整部20C自结果提示部7取得最小基准值模式以及维护正时。基准值调整部20C为了使由运算部1获得的最小基准值模式以及维护正时满足膜维护条件，变更水处理设备23C的运转条件。运转条件是影响水质预测值D1、蓄积模型D2以及消耗电力模型D7中的至少一者的条件。这里的基准值调整部20C设定使最小基准值模式以及维护正时满足膜维护条件的那样的运转条件，将所设定的运转条件发送给处理水信息输入部2、蓄积模型输入部3或消耗电力模型输入部6。基准值调整部20C例如在设定新的消耗电力模型D7时，将所设定的消耗电力模型D7发送到消耗电力模型输入部6。运算部1使用变更后的运转条件对最小基准值模式进行再计算。
基准值调整部20C变更水处理设备23C的运转条件，反复进行使运算部1计算最小基准值模式的处理，直到由运算部1获得的计算结果满足膜维护条件。
基准值调整部20C在决定使最小基准值模式以及维护正时满足膜维护条件的那样的运转条件时，将所决定的运转条件输入到设备控制部21。
设备控制部21控制水处理设备23C。本实施方式的设备控制部21依照来自基准值调整部20C的运转条件，变更前处理槽30A的运转条件。变更运转条件的装置的例子是活性污泥法中的需氧槽的鼓风机或淡水处理中的药水注入泵这样的、用于维持前处理槽30A的状态的设备或装置。在以下的说明中，说明变更运转条件的装置是需氧槽的鼓风机的情况。
运转支援装置100C利用与运转支援装置100A同样的方法，计算最小基准值模式以及维护正时。说明运转支援装置100C计算了最小基准值模式以及维护正时后的、由运转支援装置100C进行的处理。运转支援装置100C在计算了最小基准值模式以及维护正时后，变更运转条件，对最小基准值模式以及维护正时进行再计算。
图12是用于说明由实施方式3的运转支援装置进行的运转条件的变更处理和最小基准值模式的再计算处理的图。这里说明以下情况，即，变更运转条件的装置是在进行活性污泥处理时向需氧槽输送空气的鼓风机25，并且为了使维护正时满足膜维护条件，运转支援装置100C变更鼓风机25的运转条件的情况。
水处理设备23C包括前处理槽30A、膜过滤槽30B、分离膜31和鼓风机25。前处理槽30A包含需氧槽，鼓风机25向需氧槽输送空气。
通常，在使需氧槽的鼓风机输出增加时，处理水W1的水质提高。另外，通常在使鼓风机输出增加时，每单位时间内的消耗电力量增加。因而，能够通过变更鼓风机25的输出而变更的运转条件，是水质预测值D1以及消耗电力模型D7。运转支援装置100C将流入分离膜31的处理水W1的水质的提高视作污垢物的蓄积量的减少，从而使用与在实施方式1中使用的模型相同的模型。即，运转支援装置100C使用算式(1)作为水质预测值D1，使用算式(5)作为消耗电力模型D7。基准值调整部20C将为了满足膜维护条件而进行了调整的水质预测值D1输入到处理水信息输入部2，将为了满足膜维护条件而进行了调整的消耗电力模型D7输入到消耗电力模型输入部6。输入到膜维护条件输入部19的维护条件设为分离膜31的更换周期是51天以上。
以下，说明由运转支援装置100C进行的具体的运转条件的变更处理以及最小基准值模式的再计算处理的处理次序。运转支援装置100C的运算部1与实施方式1的运转支援装置100A同样，计算在当下的运转条件下的最小基准值模式，基于计算得到的最小基准值模式，计算分离膜31的更换周期。运算部1将作为计算结果的更换周期输入到结果提示部7，结果提示部7将更换周期输入到基准值调整部20C。基准值调整部20C比较自膜维护条件输入部19输入的膜维护条件与作为计算结果的更换周期。
图13是用于说明实施方式3的运转支援装置在不变更运转条件的前提下计算得到的更换周期的图。在图13中，表示鼓风机25的输出即鼓风机输出的初始值、算式(1)的“a”的初始值、算式(5)的“d”的初始值与清洗基准值的初始值、更换基准值的初始值、更换周期、模式运用成本的对应关系。
如图13所示，在以鼓风机输出的初始值使水处理设备23C进行动作的情况下，更换周期为40天，因此比以维护条件指定的51天短。即，以鼓风机输出的初始值计算得到的更换周期比以维护条件指定的更换周期短，因此鼓风机输出的初始值没有满足维护条件。在该情况下，基准值调整部20C做成在使鼓风机输出增加了的情况下的水质预测值D1以及消耗电力模型D7。基准值调整部20C通过更新算式(1)的“a”而做成新的水质预测值D1，通过更新算式(5)的“d”而做成新的消耗电力模型D7。
基准值调整部20C将使鼓风机输出增加了的情况下的水质预测值D1输入到处理水信息输入部2，将使鼓风机输出增加了的情况下的消耗电力模型D7输入到消耗电力模型输入部6。由此，运算部1再计算最小基准值模式。
这样，运转支援装置100C一边更新模型一边反复进行最小基准值模式的再计算，决定能够满足维护条件的水质预测值D1或消耗电力模型D7。即，运算部1为了满足维护条件而变更鼓风机25的运转条件，在基于变更后的运转条件更新了水质预测值D1以及消耗电力模型D7中的至少一者后，对分离膜31的清洗正时以及更换正时进行再计算。
图14是用于说明实施方式3的运转支援装置变更运转条件而计算得到的更换周期的图。
在图14中，表示更换周期的计算次数、鼓风机输出的值、算式(1)的“a”、算式(5)的“d”、清洗基准值、更换基准值、更换周期、模式运用成本的对应关系。
基准值调整部20C与基准值调整部20B同样，在每次计算鼓风机输出时，都使鼓风机输出增加上去。随着鼓风机输出的增加，算式(1)的“a”减少，算式(5)的“d”增加。另外，随着鼓风机输出的增加，更换周期增长。如图14所示，通过更换周期的第4次计算，更换周期为59天，在以维护条件指定的51天以上。基准值调整部20C使用此时变化的算式(1)的“a”变更水质预测值D1，使用算式(5)的“d”变更消耗电力模型D7。
在能够满足维护条件的水质预测值D1以及消耗电力模型D7决定时，基准值调整部20C将能够满足维护条件的鼓风机输出输入到设备控制部21。
设备控制部21在接受鼓风机输出这样的变更后的动作条件时，为了与所接受的动作条件吻合，计算对水处理设备23C的操作量。设备控制部21通过将向需氧槽输送空气的鼓风机25的鼓风机输出设为1.38倍，能够满足维护条件，因此设备控制部21将用于使操作量为1.38倍的信号发送给鼓风机25。由此，鼓风机25使输送到需氧槽的空气的量增加到1.38倍。结果，水处理设备23C能够一边满足维护条件一边进行处理水W1的过滤。
这样，采用实施方式3，通过控制用于维持前处理槽30A的状态的装置，能够满足使用者所指定的维护条件，并且不需要基于专业的知识输入基准值，就能容易地预测用于抑制分离膜31的模式运用成本的分离膜31的清洗正时以及更换正时。
这里，对实现实施方式1～3中的运转支援装置100A～100C的功能的硬件结构进行说明。图15是表示实现实施方式1～3的运转支援装置的硬件结构的图。另外，运转支援装置100A～100C具有同样的硬件结构，因此这里说明运转支援装置100C的硬件结构。
能够利用图15所示的控制回路300即处理器301、存储器302、输入部303以及显示部304实现运转支援装置100C。处理器301是CPU(Central Processing Unit，也叫中央处理装置、处理装置、运转装置、微型处理器、微型计算机、DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理器))和***LSI(Large Scale Integration，大规模集成化)等。存储器302是RAM(Random Access Memory，随机存储器)和ROM(Read Only Memory，只读存储器)等。
在存储器302中存储有执行运算部1的功能的程序、执行基准值调整部20C的功能的程序和执行设备控制部21的功能的程序。
处理器301经由输入部303接受所需的信息，并且将在存储器302中存储的程序读出并执行，从而由运算部1、基准值调整部20C以及设备控制部21执行处理。也可以说，存储于存储器302的程序使计算机执行与运算部1、基准值调整部20C以及设备控制部21的次序或方法对应的多个命令。存储器302也被用作处理器301执行各种处理时的暂时存储器。
使用输入部303实现处理水信息输入部2、蓄积模型输入部3、效率模型输入部4、成本输入部5、消耗电力模型输入部6以及膜维护条件输入部19。另外，使用显示部304实现结果提示部7。
处理器301执行的程序也可以是具有计算机能读取且非迁移性(non-transitory)的记录介质的计算机程序产品，该记录介质含有能够利用计算机执行的用于进行数据处理的多个命令。
另外，图15所示的处理器301以及存储器302也可以置换为处理电路。处理电路例如相当于单一电路、复合电路、程序化后的处理器、并联程序化后的处理器、ASIC(Application Specific Integrated Circuit，专用集成电路)、FPGA(Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)或将以上这些组合后得到的电路。另外，关于运算部1、基准值调整部20C以及设备控制部21的功能，可以利用专用的硬件实现一部分，也可以利用软件或固件实现一部分。
实施方式4.
接下来，使用图16～图21说明本发明的实施方式4。在实施方式4中，在水处理运转的开始前(设计阶段)或水处理设备的运用中决定基准值。即，在实施方式4中，说明当在水处理运转的开始前的设计阶段决定用于决定相对于新构筑的水处理设备的分离膜的清洗正时的基准值(以下称为清洗的基准值)以及用于决定更换正时的基准值(以下称为更换的基准值)的情况，或者再决定相对于运用中的水处理设备的、清洗的基准值以及更换的基准值的情况。关于新构筑的水处理设备，新决定清洗的基准值以及更换的基准值。
此外，关于运用中的水处理设备，因被处理水的水质变化或水处理设备的环境变化而可能使水处理的条件自水处理设备的初次运用时发生变化。因此，关于运用中的水处理设备，也适当地更新清洗的基准值以及更换的基准值。
另外，进行更新的时机可以采用在处理水条件发生了变化等各条件发生了变化时和自前次计算经过了一定期间时等的任一者。在运用上，在需要再计算清洗的基准值以及更换的基准值时，通过反复应用本实施方式的次序，能够持续采用适于水处理设备的状态的清洗的基准值以及更换的基准值。
图16是实施方式4的运转支援装置的功能结构图。运转支援装置100D是计算用于判定是否清洗在水处理中使用的分离膜的第1基准值(清洗的基准值)以及用于判定是否更换分离膜的第2基准值(更换的基准值)的计算机。
运转支援装置100D包括运算部1、处理水信息输入部2、蓄积模型输入部3、效率模型输入部4、成本输入部5、消耗电力模型输入部6和结果提示部7。
处理水信息输入部2、蓄积模型输入部3、效率模型输入部4、成本输入部5以及消耗电力模型输入部6分别取得数据而输入到运算部1。以上的各输入部可以利用任意的手段取得数据。各输入部通过由人手进行的数据输入、来自外部软件的数据输入、在水处理设备为运转中的情况下自传感器取得的数据的输入等取得数据。另外，各输入部也可以利用网络通信和媒体媒介等任意的手段向运算部1输入数据。
处理水信息输入部2取得成为水处理的对象的处理水的水质信息即水质预测值D1而输入到运算部1。本实施方式的水质预测值D1是表示处理水的水质的时间序列变化的数据或处理水的水质的预测值的数据。
蓄积模型输入部3取得表现相对于水质的污垢物的蓄积量的蓄积模型D2而输入到运算部1。蓄积模型D2是表现因水垢而蓄积的污垢物的蓄积量的模型。
效率模型输入部4取得清洗效率的模型即清洗效率模型D5而输入到运算部1。清洗效率模型D5是表现分离膜的按照清洗次数的劣化的变化的模型。在膜过滤法中，当持续使用分离膜时，发生由污垢物导致的分离膜的堵塞，因此随着处理时间的经过，过滤处理的效率(能在单位时间内过滤的水量)下降下去。在膜过滤法中，为了自膜将污垢物除去，需要定期地执行分离膜的清洗和分离膜的更换。
通常，分离膜的清洗成本比分离膜的更换成本便宜，因此当在分离膜发生了堵塞的情况下，首先进行分离膜的清洗。在分离膜的清洗处理中，通过用药水或滤液洗涤分离膜，将污垢物去掉。若清洗分离膜，则分离膜的过滤能力(分离膜能处理的水量)在一定程度上恢复。
但需要注意的是，在与新品的分离膜的过滤能力相比时，清洗后的分离膜的过滤能力和耐久性下降。清洗分离膜的次数越多，过滤能力的恢复率越低。当过滤能力的恢复率下降到不能被再利用的程度时，更换分离膜。本实施方式的清洗效率模型D5表现该分离膜的按照清洗次数的、过滤能力的恢复率。
成本输入部5取得维护成本D6而输入到运算部1。维护成本D6是分离膜的维护所需的成本，包含分离膜的每1次的清洗所需的成本即清洗成本和分离膜的每1次的更换所需的成本即更换成本。在本实施方式中也是，清洗成本包含用于清洗的药水的价钱等，更换成本包含分离膜本身的价钱等。
消耗电力模型输入部6取得消耗电力模型D7而输入到运算部1。消耗电力模型D7是表示相对于分离膜的阻塞率的、水处理设备的消耗电力的模型。在本实施方式中，有时也将蓄积模型D2、清洗效率模型D5和消耗电力模型D7中的任一个或多个称为模型。
运算部1运转用于分离膜的维护正时(分离膜的清洗正时以及更换正时)的计算的基准值。在基准值中例如有分离膜的阻塞率和达到该阻塞率前的期间。具体而言，以如下的方式使用基准值：分离膜的阻塞率达到了A％时进行清洗，分离膜的阻塞率达到A％前的时间小于B个月时进行更换。以下，说明基准值为阻塞率和达到该阻塞率前的期间的情况。
运算部1以维护成本D6和水处理的电力成本的总和即运用成本成为最小的方式决定清洗的基准值和更换的基准值，使用所决定的基准值计算分离膜的清洗正时以及更换正时，使用水质预测值D1、蓄积模型D2、清洗效率模型D5和消耗电力模型D7算出上述电力成本。运算部1具备蓄积量计算部8和基准值计算部9，将运算结果输出到结果提示部7。
蓄积量计算部8使用水质预测值D1以及蓄积模型D2计算此后产生的水垢蓄积量的时间序列变化D3。水垢蓄积量的时间序列变化D3是表示作为污垢物的蓄积量的水垢蓄积量的时间性的变化的数据。水垢蓄积量对应于分离膜的阻塞率。因而，水垢蓄积量的时间序列变化D3对应于分离膜的阻塞率的时间序列变化。蓄积量计算部8将水垢蓄积量的时间序列变化D3发送给基准值计算部9。
基准值计算部9具备计划计算部13和模式比较部14。计划计算部13计算表现清洗处理和更换处理的正时的计划集合D4。计划计算部13首先做成多个清洗的假定基准值来作为清洗的基准值的候补。清洗的假定基准值是清洗的基准值的假定值。基准值计算部9进一步做成多个更换的假定基准值来作为更换的基准值的候补。更换的假定基准值是更换的基准值的假定值。并且，基准值计算部9做成包含以上假定的值的所有组合的假定基准值对的集合。即，基准值计算部9做成清洗的假定基准值和更换的假定基准值的所有组合即假定基准值对的集合。
基准值计算部9做成假定基准值的对的集合来作为假定基准值模式集合Px(wash，change)。以下，有时将基准值计算部9做成的假定基准值的对的集合称为假定基准值模式集合Px。例如，在将清洗的基准设为分离膜的阻塞率，清洗的假定基准值为A％、B％和C％这3种，将更换的基准设为清洗后的分离膜的阻塞率，更换的基准值为a％、b％和c％这3种时，在假定基准值模式集合Px中包含(A％，a％)、(A％，b％)、(A％，c％)、(B％，a％)、(B％，b％)、(B％，c％)、(C％，a％)、(C％，b％)和(C％，c％)这9个要素。
并且，计划计算部13对于以上的假定基准值模式集合Px的各个要素，使用水垢蓄积量的时间序列变化D3和清洗效率模型D5计算分离膜的运用计划。在本实施方式中，将相对于假定基准值模式的运用计划的集合称为计划集合D4。计划集合D4是包含分离膜的清洗正时以及更换正时的分离膜的维护的计划。计划计算部13将计算得到的计划集合D4发送给模式比较部14。以下，有时将假定基准值模式的要素称为模式。
模式比较部14使用计划集合D4、维护成本D6和消耗电力模型D7计算各计划中的运用成本。计划集合D4内的各计划的在一定的运用期间内的清洗次数、更换次数或分离膜的阻塞率的变化不同，因此运用成本按计划而不同。这里，将计算运用成本时的期间称为一定的运用期间，该运用期间越长，计算结果的可靠度越高。
换言之，在比较运用成本的期间过短时，可能会采用不是最佳的基准值模式。因此，模式比较部14将比较按基准值模式的运用成本的期间，设为在开始分离膜的使用后包含至少1次分离膜更换的期间或包含至少两次分离膜更换的期间。
换言之，模式比较部14将比较运用成本的期间设为比分离膜的更换周期长的期间。并且，模式比较部14比较计算得到的按计划的运用成本，求出最小的运用成本。作为运用成本的计算结果，模式比较部14将成为最小的运用成本的计划的计算所用到的假定基准值的对，作为清洗的基准值与更换的基准值的组合发送给结果提示部7。
结果提示部7向用户提示运用成本成为最小的、清洗的基准值与更换的基准值的组合。另外，结果提示部7也可以向用户提示运用成本本身。此时，结果提示部7也可以向用户提示使用了清洗的基准值和更换的基准值的运用计划。结果提示部7的提示手段可以是在显示器上显示和在纸张上打印等任意的手段。
在实施方式4中，结果提示部7也显示与实施方式1同样的信息。即，结果提示部7显示“膜阻塞了XX％时”这样的清洗的基准值来作为分离膜的清洗正时。另外，结果提示部7显示“清洗后的膜间压力差成为YY％以上时”这样的更换的基准值来作为分离膜的更换正时。
另外，结果提示部7也可以显示将计算结果转换为向水处理设备的使用者提示的信息后得到的值。在该情况下，模式比较部14将计算结果转换为向水处理设备的使用者提示的信息。向水处理设备的使用者提示的信息例如是进行下一次清洗或更换的日期和执行了分离膜的运用计划的情况下的运用成本等。
结果提示部7在显示下一次之后进行清洗或更换的日期的情况下，如“Za天后、Zb天后、Zc天后”那样地进行显示，作为今后的清洗正时，如“Zd天后、Ze天后、Zf天后”那样地进行显示，作为今后的更换正时。
接下来，使用具体例说明蓄积量计算部8、计划计算部13和模式比较部14进行的各计算。蓄积量计算部8计算水垢蓄积量的时间序列变化D3。水垢蓄积量与处理水的流入负荷大致成比例。
因而，蓄积量计算部8能够使用比例式来作为例如蓄积模型D2。由此，在将输入的负荷的水质预测值D1设为Xt并使用比例式作为蓄积模型D2的情况下，蓄积量计算部8算出的水垢蓄积量V(t)的时间序列变化D3能如在实施方式1中说明的算式(1)那样地表现。
这里，为了简化说明，使用了算式(1)那样的比例式，但蓄积模型D2也可以使用实施方式1的算式(3)所示的路易斯方程式等。另外，在水质预测值D1中也可以使用水质变化的预测数据。
计划计算部13使用作为蓄积量的时间序列变化D3的算式(1)、假定基准值模式集合Px和清洗效率模型D5，计算分离膜的计划集合D4。
在图17中表示假定基准值模式集合Px的例子。图17是表示在实施方式4的运转支援装置中使用的假定基准值模式集合的例子的图。在图17中，表示在采用分离膜的阻塞率作为清洗的基准并采用清洗后的分离膜的阻塞率作为更换的基准的情况下的假定基准值模式集合Px。如图17所示，假定基准值模式集合Px包含模式Ax～Ix这个9个假定基准值模式。
清洗效率模型D5是与在实施方式1中说明的清洗效率模型D5同样的模型。即，清洗效率模型D5是表现因反复进行清洗而使分离膜劣化的现象的模型。例如，在使用分离膜的清洗效率相对于分离膜的清洗次数n以指数函数的方式下降的模型作为分离膜的清洗效率模型D5的情况下，分离膜的清洗效率Ref(n)能如在实施方式1中说明的算式(4)那样表达。算式(4)中的“c”是指数函数的底数。
在图18中表示计划计算部13计算的计划集合D4的例子。图18是表示实施方式4的运转支援装置计算的阻塞率的时间序列变化的例子的图。本来是为了对图17所示的假定基准值模式集合Px的所有的要素进行运用计划的计算而计算9个运用计划，但在图18中，为了简化图，仅图示了模式Ax、Ex、Ix这3个模式。图18的曲线图的横轴表示分离膜开始处理水的过滤后的经过时间，纵轴表示分离膜的阻塞率。
在图18中，模式Ax的阻塞率的变化推移用变化推移Pax表示，模式Ex的阻塞率的变化推移用变化推移PEx表示，模式Ix的阻塞率的变化推移用变化推移Pix表示。在着眼于第1次清洗正时时，读取到模式Ax在阻塞率较低的阶段进行清洗，模式Ix在阻塞率较高的阶段进行清洗。
模式比较部14使用计划集合D4、维护成本D6和消耗电力模型D7，计算计划集合D4中包含的每个计划的在一定的运用期间内的运用成本。模式比较部14判定计算得到的运用成本中最小的运用成本，取得与最小的运用成本对应的假定基准值模式。
维护成本D6例如设为每1次的清洗成本Ay日元和每1次的更换成本By日元。当在一定的运用期间中实施a次的清洗并实施b次的更换的情况下，维护成本Costwash，change(t)如以下的算式(6)那样表达。
方程式6
Figure GDA0002829517350000301
在使用相对于阻塞率的比例式作为消耗电力模型D7的情况下，水处理的电力成本Costw(t)能如以下的算式(7)那样地表达。这里的“d”是比例常数。
方程式7
Costw(t)＝d*R(t)……算式(7)
利用以上的算式(6)和算式(7)能如以下的算式(8)那样地表达在一定的运用期间内的某一假定基准值模式的运用成本。
方程式8
Costtotal(t)＝Costwash，change(t)+Costw(t)……算式(8)
这里，模式比较部14在计算运用成本时，确定一定的运用期间来作为用于运用成本的计算的计算期间，该计算期间如上所述地使用比分离膜的更换周期长足够多的期间。
换言之，模式比较部14基于分离膜的更换周期设定计算期间。分离膜的更换周期是更换分离膜后到下一次更换前的期间。另外，作为计算期间，模式比较部14可以使用以来自用户的指示指定的期间，也可以使用事先设定的初始值。
这里，说明计算期间如计算期间T1x(图18)那样较短的情况和计算期间是比计算期间T1x长的计算期间T2x(图18)的情况下的判定结果的不同。计算期间T1x的一例是240天，计算期间T2x的一例是300天。另外，在本实施方式中，说明期间的单位是“天”的情况，但期间也可以是“周”和“月”等任意的单位。
图19是表示实施方式4的运转支援装置用于模式运用成本的计算的计算期间与模式运用成本的计算结果的关系的图。在图19的计算结果中，表示运用成本的计算期间是240天的情况下的相对于模式Ax、Ex、Ix的计算结果和运用成本的计算期间是300天的情况下的相对于模式Ax、Ex、Ix的计算结果。
这里的计算结果是“清洗次数”、“更换次数”、“电费”以及“运用成本”。“清洗次数”是清洗分离膜的次数，“更换次数”是更换分离膜的次数，“电费”是在对应于计算期间的过滤处理中所使用的电费。计算期间T1x＝240天是比所比较的模式中更换周期最长的模式短的期间。
具体而言是“计算期间T1x<模式Ix的情况下的更换周期”。因此，在计算期间T1x＝240天的情况下和计算期间T2x＝300天的情况下，判定结果不同。在计算期间T1x＝240天的情况下，模式Ex成为最小的运用成本，在计算期间T2x＝300天的情况下，模式Ix成为最小的运用成本。
运用成本的计算期间越长，计算结果的可靠性越高，因此计算期间T2x＝300天的情况下的计算结果的可靠性比计算期间T1x＝240天的情况高。即，一般认为模式Ix是最小的运用成本。因此，模式比较部14不采用如计算期间T1x＝240天那样判定结果不同于计算期间T2x＝300天的计算期间。
模式比较部14将进行比较的模式Ax～Ix中的最长的更换周期的至少两倍的长度用作运用成本的计算期间。另外，最好延长运用成本的计算期间而反复进行运用成本的再计算，直到判定结果收敛。
模式比较部14对使用足够长的计算期间计算得到的运用成本进行比较，判定运用成本成为最小的假定基准值模式。
接下来，说明由运算部1进行的运算处理次序。图20是表示由实施方式4的运算部进行的运算处理的处理次序的流程图。这里的处理次序与将运算部1作为程序进行执行的情况下的处理次序相同。
运转支援装置100D在运算部1开始运转之前，预先准备作为基准值模式的集合的模式集合P。模式集合P中包含的基准值中包含各种各样的值。此外，运转支援装置100D预先决定计算期间的初始值。
运算部1取得作为处理水的信息的水质预测值D1以及蓄积模型D2(步骤S21、S22)。运算部1基于水质预测值D1以及蓄积模型D2计算今后的水垢蓄积量的时间序列变化D3(步骤S23)。
然后，运算部1取得分离膜的清洗效率模型D5、维护成本D6和相对于分离膜的阻塞率的、水处理设备的消耗电力模型D7(步骤S24、S25、S26)。
运算部1从模式集合P内取得第1个基准值模式的值，进行计算期间内的计划即清洗计划以及更换计划的计算(步骤S27)，基于计算得到的清洗计划以及更换计划，计算运用成本(步骤S28)。并且，运算部1比较在步骤S28中计算得到的运用成本的值和在之前的计算结果中的运用成本的最小值。运算部1判定在步骤S28中计算得到的运用成本是否成为最小值(步骤S29)。
当在步骤S28中计算得到的运用成本成为最小值的情况下(步骤S29为“是”)，运算部1更新运用成本的最小值和在计算了成为最小的运用成本时所用到的基准值模式(步骤S29-1)，并预先存储。另外，在运用成本的初次计算时，在步骤S28中计算得到的运用成本的值必定成为最小值。运算部1在步骤S29-1之后进行步骤S30的处理。
在步骤S28中计算得到的运用成本不成为最小值的情况下(步骤S29为N“否”)，运算部1判定是否残留有模式集合P中的运用成本的计算没有结束的基准值模式。即，运算部1针对所有的基准值模式，判定与最小值的比较是否结束(步骤S30)。
在有计算没有结束的基准值模式的情况下(步骤S30为“否”)，运算部1取得计算没有结束的基准值模式中的1个，更新计算的基准值模式(步骤S30-1)。并且，运算部1使用新的基准值模式再次进行从步骤S27到S30的处理。
运算部1针对所有的基准值模式，计算运用成本，反复进行步骤S30-1、步骤S27～S30的处理直到计算得到的运用成本与最小值的比较结束。在针对所有的基准值模式计算运用成本并与最小值进行比较时(步骤S30为“是”)，运算部1比较在实施了本次运用成本的计算的计算期间内运用成本成为最小的基准值模式是否与在计算了前次运用成本时模式运用成本成为了最小的基准值模式相同。
在前次的计算中导出的最小基准值模式是以前次的步骤S27～S30的循环计算得到的最小基准值模式，在本次计算中导出的基准值模式是以本次的步骤S27～S30的循环计算得到的最小基准值模式。
运算部1在本次的最小基准值模式不同于前次的最小基准值模式的情况下，将成为最小的最新的基准值模式更新为本次的最小基准值模式。运算部1判定成为最小的基准值模式是否已被更新(步骤S31)。
在成为最小的基准值模式已被更新的情况下(步骤S31为“是”)，即，在本次的最小基准值模式不同于前次的最小基准值模式的情况下，运算部1将本次的计算期间即计算期间T更新为新的计算期间T'＝(T+ΔT)(步骤S31-1)。并且，运算部1使用新的计算期间T'执行步骤S27～S31的处理。
在成为最小的基准值模式未被更新的情况下(步骤S31为“否”)，即，在本次的最小基准值模式与前次的最小基准值模式相同的情况下，运算部1判断为最小基准值模式已收敛。运算部1在判断为最小基准值模式已收敛时，将本次或前次的最小基准值模式发送给结果提示部7。由此，结果提示部7显示本次或前次的最小基准值模式来作为计算结果(步骤S32)。
图21是表示实施方式4的运转支援装置的另一结构例的图。在图21中表示运转支援装置100E的功能结构。例如在再决定相对于运用中的水处理设备的、清洗的基准值以及更换的基准值的情况下，应用运转支援装置100E。运转支援装置100E在运转支援装置100D所具备的构成要素的基础上，还具备维护计划比较部32。
另外，运转支援装置100E可以具备也可以不具备维护计划输入部33。维护计划输入部33接受由外部装置或用户输入的现状的维护计划而发送给维护计划比较部32。
维护计划比较部32比较当下水处理设备所采用的维护计划和以新的条件计算得到的新的维护计划，将成本较低的一方的维护计划发送给结果提示部7。
在当下水处理设备所采用的维护计划是利用运转支援装置100E计算得到的维护计划的情况下，维护计划比较部32自运算部1(基准值计算部9)收到现状的维护计划的信息。在当下水处理设备所采用的维护计划不是利用运转支援装置100E计算得到的维护计划的情况下，运转支援装置100E使用维护计划输入部33。在该情况下，维护计划输入部33自外部装置或用户接受当下采用的维护计划而输入到维护计划比较部32。
这样，在实施方式4中，以分离膜的运用中的、分离处理的电力成本、分离膜的清洗成本和分离膜的更换成本的总和即运用成本成为最小的方式决定基准值模式。因而，不需要基于专业的知识输入基准值，就能容易地预测用于抑制分离膜的运用成本的分离膜的清洗正时以及更换正时。
以上的实施方式所示的结构表示本发明的内容的一例，既能与其他公知的技术组合，也能在不脱离本发明的主旨的范围内将结构的一部分省略和变更。
附图标记说明
1、运算部；2、处理水信息输入部；3、蓄积模型输入部；4、效率模型输入部；5、成本输入部；6、消耗电力模型输入部；7、结果提示部；8、蓄积量计算部；9、基准值计算部；13、计划计算部；14、模式比较部；19、膜维护条件输入部；20B、20C、基准值调整部；21、设备控制部；22、膜维护设备；22X、25、鼓风机；23B、23C、水处理设备；30A、前处理槽；30B、膜过滤槽；31、分离膜；100A～100E、运转支援装置；D1、水质预测值；D2、蓄积模型；D3、时间序列变化；D4、计划集合；D5、清洗效率模型；D6、维护成本；D7、消耗电力模型；W1、处理水。

Claims (6)

1.一种运转支援装置，其特征在于，
所述运转支援装置具备运算部，所述运算部使用用于表现分离膜的按照清洗次数的劣化的清洗效率模型，计算与所述分离膜的劣化对应的分离处理的成本，使用所述分离处理的成本、所述分离膜的每1次的清洗成本和所述分离膜的每1次的更换成本，计算所述分离膜的运用期间中的、所述分离处理的成本、所述分离膜的清洗成本与所述分离膜的更换成本的总和即运用成本，以使所述运用成本最小的方式，决定用于判定是否清洗所述分离膜的第1基准值以及用于判定是否更换所述分离膜的第2基准值，使用所决定的所述第1基准值以及所述第2基准值计算所述分离膜的清洗正时以及更换正时，所述分离膜自处理水将去除对象物去除，所述分离膜的运用期间是比所述分离膜的更换期间长的期间，
所述运算部使用所述处理水的水质信息、蓄积模型、所述清洗效率模型、维护成本和消耗电力模型，计算所述运用成本，所述水质信息包含所述去除对象物的浓度以及流量，所述蓄积模型表现在所述分离膜的膜面蓄积的污垢物的蓄积量，所述维护成本由所述每1次的清洗成本以及所述每1次的更换成本构成，所述消耗电力模型表现在进行所述分离处理的水处理设备中的、与所述分离膜的阻塞率对应的消耗电力。
2.根据权利要求1所述的运转支援装置，其特征在于，
所述运算部为了满足所述分离膜的维护的条件即维护条件，变更用于维持所述分离膜的状态的设备或装置的运转条件，在基于变更后的运转条件更新了所述蓄积模型、所述清洗效率模型、所述维护成本以及所述消耗电力模型中的至少一者后，计算所述清洗正时以及所述更换正时。
3.根据权利要求2所述的运转支援装置，其特征在于，
所述运算部为了满足所述分离膜的维护的条件即维护条件，变更在所述分离处理之前的阶段的处理中使用的设备或装置的运转条件，在基于变更后的运转条件更新了所述水质信息、所述蓄积模型以及所述消耗电力模型中的至少一者后，计算所述清洗正时以及所述更换正时。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的运转支援装置，其特征在于，
所述运算部使用所述第1基准值以及所述第2基准值计算膜的阻塞率的时间序列变化，基于所述阻塞率的时间序列变化计算所述分离处理的成本，从而计算所述运用期间中的所述运用成本。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的运转支援装置，其特征在于，
所述运算部对于所述第1基准值的假定值即多个第1假定基准值与所述第2基准值的假定值即多个第2假定基准值的组合，计算多个所述运用期间中的所述运用成本，比较多个所述运用成本，从而决定所述第1基准值以及所述第2基准值。
6.一种运转支援方法，其特征在于，
所述运转支援方法包含计算步骤、基准值决定步骤和正时计算步骤，
在所述计算步骤中，使用用于表现分离膜的按照清洗次数的劣化的清洗效率模型，计算与所述分离膜的劣化对应的分离处理的成本，所述分离膜自处理水将去除对象物去除，
在所述基准值决定步骤中，使用所述分离处理的成本、所述分离膜的每1次的清洗成本和所述分离膜的每1次的更换成本，计算所述分离膜的运用期间中的、所述分离处理的成本、所述分离膜的清洗成本与所述分离膜的更换成本的总和即运用成本，以使所述运用成本最小方式，决定用于判定是否清洗所述分离膜的第1基准值以及用于判定是否更换所述分离膜的第2基准值，所述分离膜的运用期间是比所述分离膜的更换期间长的期间，
在所述正时计算步骤中，使用所决定的所述第1基准值以及所述第2基准值计算所述分离膜的清洗正时以及更换正时，
使用所述处理水的水质信息、蓄积模型、所述清洗效率模型、维护成本和消耗电力模型，计算所述运用成本，所述水质信息包含所述去除对象物的浓度以及流量，所述蓄积模型表现在所述分离膜的膜面蓄积的污垢物的蓄积量，所述维护成本由所述每1次的清洗成本以及所述每1次的更换成本构成，所述消耗电力模型表现在进行所述分离处理的水处理设备中的、与所述分离膜的阻塞率对应的消耗电力。
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