JP5034326B2 - 膜ろ過予測方法、及び膜ろ過予測プログラム - Google Patents
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Description
そこで、ろ過中の膜ろ過抵抗の時間変化を的確に予測することができれば、定量的な膜ろ過条件を決定することができるため非常に有効である。例えば、膜ろ過抵抗の増加を抑制するために必要な最小限の曝気風量を決定することが可能となる。
H. Nagaoka, "MODELING OF BIOFOULING BY EXTRACELLULAR POLYMERS IN A MEMBRANE SEPARATION ACTIVATED SLUDGE SYSTEM", Wat. Sci. Tech. Vol.38, No.4-5, pp497-504,1998.
(1) 分離膜の被ろ過液側と透過液側の圧力差(以下、膜間差圧という)を駆動力として、被ろ過液を分離膜によってろ過する膜ろ過方法において、膜ろ過流量(流束)を設定値に制御しつつ膜ろ過を継続する際、膜ろ過抵抗の経時的変化及び/又は膜間差圧の経時的変化を予測する膜ろ過予測方法であって、
膜ろ過予測計算のための数値として、少なくとも、膜ろ過流量(流束)の設定値、膜ろ過抵抗の初期値、および、被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を用いること、
少なくとも下記の計算ステップ1と計算ステップ2及び/又は計算ステップ3とを行うことにより、任意の時刻における膜ろ過抵抗値及び/又は膜間差圧値を求めること、
(計算ステップ1) 任意の時刻において分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を算出する、
(計算ステップ2) 少なくとも、計算ステップ1で求めた分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を用いて、任意の時刻における膜ろ過抵抗値を算出する、
(計算ステップ3) 少なくとも、計算ステップ1で求めた分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を用いて、又は、計算ステップ2で求めた膜ろ過抵抗値を用いて、任意の時刻における膜間差圧値を算出する、
さらに、時刻を更新しながら前記計算ステップを繰り返し行うことによって、膜ろ過抵抗の経時的変化、及び/又は、膜間差圧の経時的変化を求め、
該計算ステップ1が、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量及び/又は固形成分物質量の、所定時間内における変化量に基づく計算ステップであって、
計算ステップ1における計算式が、被ろ過液の上清成分物及び/又は固形成分物が分離膜に付着する速度の項と、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物及び/又は固形成分物が分離膜から剥離する速度の項とを含み、
前記分離膜に付着する速度は、膜間差圧値若しくは膜ろ過流量(流束)値と、被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値とを用いて算出され、かつ、
前記分離膜から剥離する速度は、膜間差圧値若しくは膜ろ過流量(流束)値と、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値の2次関数とを用いて算出されることを特徴とする膜ろ過予測方法。
膜ろ過予測計算のための数値として、少なくとも、膜間差圧の設定値、膜ろ過抵抗の初期値、および、被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を用いること、
少なくとも、下記の計算ステップ1と計算ステップ2及び/又は計算ステップ4とを行うことにより、任意の時刻における膜ろ過抵抗値及び/又は膜ろ過流量(流束)を求めること、
(計算ステップ1) 任意の時刻において分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を算出する、
(計算ステップ2) 少なくとも、計算ステップ1で求めた分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を用いて、任意の時刻における膜ろ過抵抗値を算出する、
(計算ステップ4) 少なくとも、計算ステップ1で求めた分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値膜を用いて、又は、計算ステップ2で求めた膜ろ過抵抗値を用いて、任意の時刻における膜ろ過流量(流束)値を算出する、
さらに、時刻を更新しながら前記計算ステップを繰り返し行うことによって、膜ろ過抵抗の経時的変化、及び/又は、膜ろ過流量(流束)の経時的変化を求め、
該計算ステップ1が、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量及び/又は固形成分物質量の、所定時間内における変化量に基づく計算ステップであって、
計算ステップ1における計算式が、被ろ過液の上清成分物及び/又は固形成分物が分離膜に付着する速度の項と、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物及び/又は固形成分物が分離膜から剥離する速度の項とを含み、
前記分離膜に付着する速度は、膜間差圧値若しくは膜ろ過流量(流束)値と、被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値とを用いて算出され、かつ、
前記分離膜から剥離する速度は、膜間差圧値若しくは膜ろ過流量(流束)値と、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値の2次関数とを用いて算出されることを特徴とする膜ろ過予測方法。
膜間差圧値若しくは膜ろ過流量(流束)と被ろ過液中の上清成分物質量とに基づいて算出される被ろ過液中の上清成分物質が分離膜へ付着する速度と、膜間差圧値若しくは膜ろ過流量(流束)と分離膜に付着している上清成分物質量及び固形成分物質量に基づいて算出される分離膜から上清成分物質が剥離する速度との差に基づいて、所定時間後の分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量を計算する計算式を含み、かつ、
膜間差圧値若しくは膜ろ過流量(流束)と被ろ過液中の固形成分物質量とに基づいて算出される被ろ過液中の固形成分が分離膜へ付着する速度と、膜間差圧値若しくは膜ろ過流量(流束)と分離膜に付着している上清成分物質量及び固形成分物質量に基づいて算出される分離膜から固形成分が剥離する速度との差に基づいて、所定時間後の分離膜に付着している被ろ過液の固形成分物質量を計算する計算式を含むことを特徴とする(1)または(2)に記載の膜ろ過予測方法。
(5) 被ろ過液が、微生物を含む混合液であることを特徴とする(1)〜(4)のいずれかに記載の膜ろ過予測方法。
(6) 分離膜による被ろ過液のろ過を、膜間差圧を設定値に制御しつつ継続する際に、経時的に変化する膜ろ過抵抗値の時間変化及び/又は膜ろ過流量(流束)値の時間変化を予測するためのコンピュータプログラムであって、
膜間差圧の時系列値、被ろ過液の上清成分物質量の時系列値及び/又は固形成分物質量の時系列値、膜洗浄力の時系列値、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量及び/又は固形成分物質量の初期値、および膜ろ過抵抗の初期値を入力するデータ入力手段、
前記データ入力手段で入力された膜間差圧の時系列値、被ろ過液の上清成分物質量の時系列値及び/又は固形成分物質量の時系列値、膜洗浄力の時系列値、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量及び/又は固形成分物質量の初期値、および膜ろ過抵抗初期値を記録しておくデータ記録手段、
前記データ記録手段から任意の時刻ti(ここで、i=0〜nであり、ti+1=ti+Δti、t0=0、nは刻み数を表す自然数。)における膜間差圧値、被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値、膜洗浄力値、および、時刻t0の場合には分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量及び/又は固形成分物質量の初期値を読み出し、さらに、時刻t0以外の場合には後述の成分量算出値記録手段によって前記データ記録手段に記録された時刻tiにおける分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を読み出し、予め記録された付着成分量算出式を用いて、時刻ti+1における分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を算出する成分量算出手段、
前記成分量算出手段で算出された時刻ti+1における分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を記録する成分量算出値記録手段、
次の膜ろ過抵抗算出手段及び/又は膜ろ過流量(流束)算出手段
(膜ろ過抵抗算出手段) 前記データ記録手段から膜ろ過抵抗初期値を読み出し、読み出された膜ろ過抵抗初期値と成分量算出手段で算出された時刻ti+1における分離膜に付着している被ろ過液の上清成分中非膜透過物質量値及び/又は固形成分物質量値に基づいて、予め記録された膜ろ過抵抗予測値算出式を用いて、時刻ti+1における膜ろ過抵抗の予測値を算出する膜ろ過抵抗算出手段、
(膜ろ過流量(流束)算出手段) 前記データ記録手段から膜ろ過抵抗初期値および時刻ti+1における膜間差圧値を読み出し、読み出された膜ろ過抵抗初期値と時刻ti+1における膜間差圧値と成分量算出手段で算出された時刻ti+1における分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値とに基づいて、予め記録された膜ろ過流量(流束)予測値算出式Iを用いて、時刻ti+1における膜ろ過流量(流束)の予測値を算出する膜ろ過流量(流束)算出手段I、又は、前記データ記録手段から時刻ti+1における膜間差圧値を読み出し、読み出された時刻ti+1における膜間差圧値と、前記膜ろ過抵抗算出手段で算出された時刻ti+1における膜ろ過抵抗予測値とに基づいて、予め記録された膜ろ過流量(流束)予測値算出式IIを用いて、時刻ti+1における膜ろ過流量(流束)の予測値を算出する膜ろ過流量(流束)算出手段II、
前記膜ろ過抵抗算出手段によって算出された時刻ti+1における膜ろ過抵抗の予測値、及び/又は、前記膜ろ過流量(流束)算出手段によって算出された時刻ti+1における膜ろ過流量(流束)の予測値を記録する膜ろ過予測値記録手段、
膜ろ過予測値記録手段によって記録された時間t0〜tnにおける前記膜ろ過抵抗の予測値及び/又は膜ろ過流量(流束)の予測値を時系列値として記録する時系列値記録手段、並びに、
前記時系列値記録手段で記録された膜ろ過抵抗予測値の時系列値及び/又は膜ろ過流量(流束)予測値の時系列値を出力する出力手段、
の機能を備え、
前記予め記録された付着成分量算出式が、時刻iにおいて分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量及び/又は固形成分物質量の値と、これら付着量が時刻tiから時刻ti+1までに増減変化する変化量とに基づき、時刻ti+1において分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量及び/又は固形成分物質量を求める付着成分量算出式であって、
該付着成分量算出式における時刻tiから時刻ti+1までの変化量が、被ろ過液の上清成分物及び/又は固形成分物が分離膜に付着する速度と、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物及び/又は固形成分物が分離膜から剥離する速度との差に基づいて計算され、
前記分離膜に付着する速度は、時刻tiにおける膜間差圧値若しくは膜ろ過流量(流束)値と、時刻tiにおける被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値とを用いて算出され、かつ、
前記分離膜から剥離する速度は、時刻tiにおける膜間差圧値若しくは膜ろ過流量(流束)値と、時刻tiにおいて分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値2次関数とを用いて算出されることを特徴とする膜ろ過予測プログラム。
膜ろ過流量(流束)の時系列値、被ろ過液の上清成分物質量の時系列値及び/又は固形成分物質量の時系列値、膜洗浄力の時系列値、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量及び/又は固形成分物質量の初期値、および膜ろ過抵抗の初期値を入力するデータ入力手段、
前記データ入力手段で入力された膜ろ過流量(流束)の時系列値、被ろ過液の上清成分物質量の時系列値及び/又は固形成分物質量の時系列値、膜洗浄力の時系列値、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量及び/又は固形成分物質量の初期値、および膜ろ過抵抗初期値を記録しておくデータ記録手段、
前記データ記録手段から任意の時刻ti(ここで、i=0〜nであり、ti+1=ti+Δti、t0=0、nは刻み数を表す自然数。)における膜ろ過流量(流束)値、被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値、膜洗浄力値、および、時刻t0の場合には分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量及び/又は固形成分物質量の初期値を読み出し、さらに、時刻t0以外の場合には後述の成分量算出値記録手段によって前記データ記録手段に記録された時刻tiにおける分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を読み出し、予め記録された付着成分量算出式を用いて、時刻ti+1における分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を算出する成分量算出手段、
前記成分量算出手段で算出された時刻ti+1における分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を記録する成分量算出値記録手段、
次の膜ろ過抵抗算出手段及び/又は膜間差圧算出手段
(膜ろ過抵抗算出手段) 前記データ記録手段から膜ろ過抵抗初期値を読み出し、読み出された膜ろ過抵抗初期値と成分量算出手段で算出された時刻ti+1における分離膜に付着している被ろ過液の上清成分中非膜透過物質量値及び/又は固形成分物質量値に基づいて、予め記録された膜ろ過抵抗予測値算出式を用いて、時刻ti+1における膜ろ過抵抗の予測値を算出する膜ろ過抵抗算出手段、
(膜間差圧算出手段) 前記データ記録手段から膜ろ過抵抗初期値および時刻ti+1における膜ろ過流量(流束)値を読み出し、読み出された膜ろ過抵抗初期値と時刻ti+1における膜ろ過流量(流束)値と成分量算出手段で算出された時刻ti+1における分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値とに基づいて、予め記録された膜間差圧予測値算出式Iを用いて、時刻ti+1における膜間差圧の予測値を算出する膜間差圧算出手段I、又は、前記データ記録手段から時刻ti+1における膜ろ過流量(流束)値を読み出し、読み出された時刻ti+1における膜ろ過流量(流束)値と、前記膜ろ過抵抗算出手段で算出された時刻ti+1における膜ろ過抵抗予測値とに基づいて、予め記録された膜間差圧予測値算出式IIを用いて、時刻ti+1における膜間差圧の予測値を算出する膜間差圧算出手段II、
前記膜ろ過抵抗算出手段によって算出された時刻ti+1における膜ろ過抵抗の予測値、及び/又は、前記膜間差圧算出手段によって算出された時刻ti+1における膜間差圧の予測値を記録する膜ろ過予測値記録手段、
膜ろ過予測値記録手段によって記録された時間t0〜tnにおける前記膜ろ過抵抗の予測値及び/又は膜間差圧の予測値を時系列値として記録する時系列値記録手段、並びに、
前記時系列値記録手段で記録された膜ろ過抵抗予測値の時系列値及び/又は膜間差圧予測値の時系列値を出力する出力手段、
の機能を備え、
前記予め記録された付着成分量算出式が、時刻iにおいて分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量及び/又は固形成分物質量の値と、これら付着量が時刻tiから時刻ti+1までに増減変化する変化量とに基づき、時刻ti+1において分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量及び/又は固形成分物質量を求める付着成分量算出式であって、
該付着成分量算出式における時刻tiから時刻ti+1までの変化量が、被ろ過液の上清成分物及び/又は固形成分物が分離膜に付着する速度と、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物及び/又は固形成分物が分離膜から剥離する速度との差に基づいて計算され、
前記分離膜に付着する速度は、時刻tiにおける膜間差圧値若しくは膜ろ過流量(流束)値と、時刻tiにおける被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値とを用いて算出され、かつ、
前記分離膜から剥離する速度は、時刻tiにおける膜間差圧値若しくは膜ろ過流量(流束)値と、時刻tiにおいて分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値2次関数とを用いて算出されることを特徴とする膜ろ過予測プログラム。
(a)後述の計算ステップ1および計算ステップ2および計算ステップ3
(b)後述の計算ステップ1および計算ステップ2
(c)後述の計算ステップ1および計算ステップ3
(d)後述の計算ステップ1および計算ステップ2および計算ステップ4
(e)後述の計算ステップ1および計算ステップ2
(f)後述の計算ステップ1および計算ステップ4
以下、本発明の膜ろ過予測プログラムの最良の実施形態の例を、図面を参照しながら説明する。
(g)後述の成分量算出手段および膜ろ過抵抗算出手段および膜ろ過流量(流束)算出手段
(h)後述の成分量算出手段および膜ろ過抵抗算出手段
(i)後述の成分量算出手段および膜ろ過流量(流束)算出手段
(j)後述の成分量算出手段および膜ろ過抵抗算出手段および膜間差圧算出手段
(k)後述の成分量算出手段および膜ろ過抵抗算出手段
(m)後述の成分量算出手段および膜間差圧算出手段
まず、被ろ過液として活性汚泥を用い、図7に示した膜ろ過試験装置400を用いて膜ろ過試験を行った。膜ろ過試験装置400は、窒素ガス405によって、純水を収容している純水チャンバー410を、あるいは、攪拌式セル401(ミリポア(株)製Amicon8050)を加圧すること(その圧力は、圧力計411によって測定)、によって、被ろ過液である活性汚泥を膜固定ホルダー406に設置された分離膜402によってろ過する装置である。また、膜ろ過は、マグネティックスターラー403によって被ろ過液中に浸漬されている攪拌子404を回転させることによって、被ろ過液を攪拌することが可能である。また、膜透過液を電子秤408上に載せたビーカー407に受けて、その膜透過液量を電子秤408によって測定し、その測定値をパソコン409に取り込む構造とした。また、バルブ412、バルブ413、バルブ414を開閉することにより、膜ろ過試験装置各部の加圧の有無を調整した。
X=6.84×103 [gC/m3]
P=289 [gC/m3]
であった。
ここで、遠心上清は、固形成分を含まないので、時刻ゼロにおける固形成分物質量値をX(0)=0、分離膜に付着している固形成分物質量値をXm(0)=0とした。このことにより、前記膜ろ過予測プログラムを、固形成分を含まずに上清成分のみで構成した形に修正できる。
下記の膜分離装置300における膜ろ過結果の予測を行った。
この膜ろ過予測プログラムは、実施例1で記載した膜ろ過予測プログラムと下記の点を除いて同じである。
前記実施例2に記載の膜分離装置300における膜ろ過結果の予測を行った。
Rm=8.5×1010[m−1]
としてキーボードから直接入力された。時系列データは2000秒間のデータで2秒おきのデータ集合である。
膜間差圧:ΔP(ti)、
活性汚泥の上清成分物質量:P(ti)、固形成分物質量:X(ti)、
分離膜に付着している上清成分量:Pm(ti)および分離膜に付着している固形成分量:Xm(ti)
から次の時刻ti+1における
活性汚泥の膜付着上清成分量:Pm(ti+1)[gC/m2]および膜付着固形成分量:Xm(ti+1)[gC/m2]
を算出するにはそれぞれ前記(6)式及び(7)式を用いた。ただし、前記(8)式及び下記(18)式の通りである。
P=289 [gC/m3]
X=6.84×103 [gC/m3]
である活性汚泥の膜ろ過抵抗変化を実測した。その結果を本プログラムで予測した膜ろ過抵抗と比較して図16に示した。本プログラムで算出した膜ろ過抵抗予測値が実測値に類似しており、膜ろ過抵抗の予測が精度良く実現できていることを示している。
下記のような膜ろ過予測プログラムを、数値計算ソフトExcelVBA(Visual Basic Applications、Microsoft社製)を用いて作成した。
2 :補助記憶装置
3 :入力装置
4 :表示装置
300:膜分離装置
301:被ろ過液収容槽
302:分離膜
303:曝気ブロア
304:被ろ過液
305:膜ろ過液
400:膜ろ過試験装置
401:攪拌式セル
402:分離膜
403:マグネティックスターラー
404:攪拌子
405:窒素ガス
406:膜固定ホルダー
407:ビーカー
408:電子秤
409:パソコン
410:純水チャンバー
411:圧力計
412:バルブ
413:バルブ
414:バルブ
500:膜ろ過試験装置
501:活性汚泥収容槽
502:分離膜
503:曝気ブロア
504:活性汚泥
506:工場排水
507:散気管
514:流量計
515:記録計
516:バルブ
Claims (7)
- 分離膜の被ろ過液側と透過液側の圧力差(以下、膜間差圧という)を駆動力として、被ろ過液を分離膜によってろ過する膜ろ過方法において、膜ろ過流量(流束)を設定値に制御しつつ膜ろ過を継続する際、膜ろ過抵抗の経時的変化及び/又は膜間差圧の経時的変化を予測する膜ろ過予測方法であって、
膜ろ過予測計算のための数値として、少なくとも、膜ろ過流量(流束)の設定値、膜ろ過抵抗の初期値、および、被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を用いること、
少なくとも下記の計算ステップ1と計算ステップ2及び/又は計算ステップ3とを行うことにより、任意の時刻における膜ろ過抵抗値及び/又は膜間差圧値を求めること、
(計算ステップ1) 任意の時刻において分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を算出する、
(計算ステップ2) 少なくとも、計算ステップ1で求めた分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を用いて、任意の時刻における膜ろ過抵抗値を算出する、
(計算ステップ3) 少なくとも、計算ステップ1で求めた分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を用いて、又は、計算ステップ2で求めた膜ろ過抵抗値を用いて、任意の時刻における膜間差圧値を算出する、
さらに、時刻を更新しながら前記計算ステップを繰り返し行うことによって、膜ろ過抵抗の経時的変化、及び/又は、膜間差圧の経時的変化を求め、
該計算ステップ1が、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量及び/又は固形成分物質量の、所定時間内における変化量に基づく計算ステップであって、
計算ステップ1における計算式が、被ろ過液の上清成分物及び/又は固形成分物が分離膜に付着する速度の項と、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物及び/又は固形成分物が分離膜から剥離する速度の項とを含み、
前記分離膜に付着する速度は、膜間差圧値若しくは膜ろ過流量(流束)値と、被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値とを用いて算出され、かつ、
前記分離膜から剥離する速度は、膜間差圧値若しくは膜ろ過流量(流束)値と、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値の2次関数とを用いて算出されることを特徴とする膜ろ過予測方法。 - 分離膜の被ろ過液側と透過液側の圧力差(以下、膜間差圧という)を駆動力として、被ろ過液を分離膜によってろ過する膜ろ過方法において、膜間差圧を設定値に制御しつつ膜ろ過を継続する際、膜ろ過抵抗の経時的変化及び/又は膜ろ過流量(流束)の経時的変化を予測する膜ろ過予測方法であって、
膜ろ過予測計算のための数値として、少なくとも、膜間差圧の設定値、膜ろ過抵抗の初期値、および、被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を用いること、
少なくとも、下記の計算ステップ1と計算ステップ2及び/又は計算ステップ4とを行うことにより、任意の時刻における膜ろ過抵抗値及び/又は膜ろ過流量(流束)を求めること、
(計算ステップ1) 任意の時刻において分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を算出する、
(計算ステップ2) 少なくとも、計算ステップ1で求めた分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を用いて、任意の時刻における膜ろ過抵抗値を算出する、
(計算ステップ4) 少なくとも、計算ステップ1で求めた分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値膜を用いて、又は、計算ステップ2で求めた膜ろ過抵抗値を用いて、任意の時刻における膜ろ過流量(流束)値を算出する、
さらに、時刻を更新しながら前記計算ステップを繰り返し行うことによって、膜ろ過抵抗の経時的変化、及び/又は、膜ろ過流量(流束)の経時的変化を求め、
該計算ステップ1が、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量及び/又は固形成分物質量の、所定時間内における変化量に基づく計算ステップであって、
計算ステップ1における計算式が、被ろ過液の上清成分物及び/又は固形成分物が分離膜に付着する速度の項と、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物及び/又は固形成分物が分離膜から剥離する速度の項とを含み、
前記分離膜に付着する速度は、膜間差圧値若しくは膜ろ過流量(流束)値と、被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値とを用いて算出され、かつ、
前記分離膜から剥離する速度は、膜間差圧値若しくは膜ろ過流量(流束)値と、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値の2次関数とを用いて算出されることを特徴とする膜ろ過予測方法。 - 前記計算ステップ1における計算式が、
膜間差圧値若しくは膜ろ過流量(流束)と被ろ過液中の上清成分物質量とに基づいて算出される被ろ過液中の上清成分物質が分離膜へ付着する速度と、膜間差圧値若しくは膜ろ過流量(流束)と分離膜に付着している上清成分物質量及び固形成分物質量に基づいて算出される分離膜から上清成分物質が剥離する速度との差に基づいて、所定時間後の分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量を計算する計算式を含み、かつ、
膜間差圧値若しくは膜ろ過流量(流束)と被ろ過液中の固形成分物質量とに基づいて算出される被ろ過液中の固形成分が分離膜へ付着する速度と、膜間差圧値若しくは膜ろ過流量(流束)と分離膜に付着している上清成分物質量及び固形成分物質量に基づいて算出される分離膜から固形成分が剥離する速度との差に基づいて、所定時間後の分離膜に付着している被ろ過液の固形成分物質量を計算する計算式を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の膜ろ過予測方法。 - 分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物及び/又は固形成分物が分離膜から剥離する速度を求める式が、膜洗浄力値に基づく項を含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の膜ろ過予測方法。
- 被ろ過液が、微生物を含む混合液であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の膜ろ過予測方法。
- 分離膜による被ろ過液のろ過を、膜間差圧を設定値に制御しつつ継続する際に、経時的に変化する膜ろ過抵抗値の時間変化及び/又は膜ろ過流量(流束)値の時間変化を予測するためのコンピュータプログラムであって、
膜間差圧の時系列値、被ろ過液の上清成分物質量の時系列値及び/又は固形成分物質量の時系列値、膜洗浄力の時系列値、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量及び/又は固形成分物質量の初期値、および膜ろ過抵抗の初期値を入力するデータ入力手段、
前記データ入力手段で入力された膜間差圧の時系列値、被ろ過液の上清成分物質量の時系列値及び/又は固形成分物質量の時系列値、膜洗浄力の時系列値、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量及び/又は固形成分物質量の初期値、および膜ろ過抵抗初期値を記録しておくデータ記録手段、
前記データ記録手段から任意の時刻ti(ここで、i=0〜nであり、ti+1=ti+Δti、t0=0、nは刻み数を表す自然数。)における膜間差圧値、被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値、膜洗浄力値、および、時刻t0の場合には分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量及び/又は固形成分物質量の初期値を読み出し、さらに、時刻t0以外の場合には後述の成分量算出値記録手段によって前記データ記録手段に記録された時刻tiにおける分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を読み出し、予め記録された付着成分量算出式を用いて、時刻ti+1における分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を算出する成分量算出手段、
前記成分量算出手段で算出された時刻ti+1における分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を記録する成分量算出値記録手段、
次の膜ろ過抵抗算出手段及び/又は膜ろ過流量(流束)算出手段
(膜ろ過抵抗算出手段) 前記データ記録手段から膜ろ過抵抗初期値を読み出し、読み出された膜ろ過抵抗初期値と成分量算出手段で算出された時刻ti+1における分離膜に付着している被ろ過液の上清成分中非膜透過物質量値及び/又は固形成分物質量値に基づいて、予め記録された膜ろ過抵抗予測値算出式を用いて、時刻ti+1における膜ろ過抵抗の予測値を算出する膜ろ過抵抗算出手段、
(膜ろ過流量(流束)算出手段) 前記データ記録手段から膜ろ過抵抗初期値および時刻ti+1における膜間差圧値を読み出し、読み出された膜ろ過抵抗初期値と時刻ti+1における膜間差圧値と成分量算出手段で算出された時刻ti+1における分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値とに基づいて、予め記録された膜ろ過流量(流束)予測値算出式Iを用いて、時刻ti+1における膜ろ過流量(流束)の予測値を算出する膜ろ過流量(流束)算出手段I、又は、前記データ記録手段から時刻ti+1における膜間差圧値を読み出し、読み出された時刻ti+1における膜間差圧値と、前記膜ろ過抵抗算出手段で算出された時刻ti+1における膜ろ過抵抗予測値とに基づいて、予め記録された膜ろ過流量(流束)予測値算出式IIを用いて、時刻ti+1における膜ろ過流量(流束)の予測値を算出する膜ろ過流量(流束)算出手段II、
前記膜ろ過抵抗算出手段によって算出された時刻ti+1における膜ろ過抵抗の予測値、及び/又は、前記膜ろ過流量(流束)算出手段によって算出された時刻ti+1における膜ろ過流量(流束)の予測値を記録する膜ろ過予測値記録手段、
膜ろ過予測値記録手段によって記録された時間t0〜tnにおける前記膜ろ過抵抗の予測値及び/又は膜ろ過流量(流束)の予測値を時系列値として記録する時系列値記録手段、並びに、
前記時系列値記録手段で記録された膜ろ過抵抗予測値の時系列値及び/又は膜ろ過流量(流束)予測値の時系列値を出力する出力手段、
の機能を備え、
前記予め記録された付着成分量算出式が、時刻iにおいて分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量及び/又は固形成分物質量の値と、これら付着量が時刻tiから時刻ti+1までに増減変化する変化量とに基づき、時刻ti+1において分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量及び/又は固形成分物質量を求める付着成分量算出式であって、
該付着成分量算出式における時刻tiから時刻ti+1までの変化量が、被ろ過液の上清成分物及び/又は固形成分物が分離膜に付着する速度と、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物及び/又は固形成分物が分離膜から剥離する速度との差に基づいて計算され、
前記分離膜に付着する速度は、時刻tiにおける膜間差圧値若しくは膜ろ過流量(流束)値と、時刻tiにおける被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値とを用いて算出され、かつ、
前記分離膜から剥離する速度は、時刻tiにおける膜間差圧値若しくは膜ろ過流量(流束)値と、時刻tiにおいて分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値2次関数とを用いて算出されることを特徴とする膜ろ過予測プログラム。 - 分離膜による被ろ過液のろ過を、膜ろ過流量(流束)を設定値に制御しつつ継続する際に、経時的に変化する膜ろ過抵抗値の時間変化及び/又は膜間差圧値の時間変化を予測するためのコンピュータプログラムであって、
膜ろ過流量(流束)の時系列値、被ろ過液の上清成分物質量の時系列値及び/又は固形成分物質量の時系列値、膜洗浄力の時系列値、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量及び/又は固形成分物質量の初期値、および膜ろ過抵抗の初期値を入力するデータ入力手段、
前記データ入力手段で入力された膜ろ過流量(流束)の時系列値、被ろ過液の上清成分物質量の時系列値及び/又は固形成分物質量の時系列値、膜洗浄力の時系列値、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量及び/又は固形成分物質量の初期値、および膜ろ過抵抗初期値を記録しておくデータ記録手段、
前記データ記録手段から任意の時刻ti(ここで、i=0〜nであり、ti+1=ti+Δti、t0=0、nは刻み数を表す自然数。)における膜ろ過流量(流束)値、被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値、膜洗浄力値、および、時刻t0の場合には分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量及び/又は固形成分物質量の初期値を読み出し、さらに、時刻t0以外の場合には後述の成分量算出値記録手段によって前記データ記録手段に記録された時刻tiにおける分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を読み出し、予め記録された付着成分量算出式を用いて、時刻ti+1における分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を算出する成分量算出手段、
前記成分量算出手段で算出された時刻ti+1における分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値を記録する成分量算出値記録手段、
次の膜ろ過抵抗算出手段及び/又は膜間差圧算出手段
(膜ろ過抵抗算出手段) 前記データ記録手段から膜ろ過抵抗初期値を読み出し、読み出された膜ろ過抵抗初期値と成分量算出手段で算出された時刻ti+1における分離膜に付着している被ろ過液の上清成分中非膜透過物質量値及び/又は固形成分物質量値に基づいて、予め記録された膜ろ過抵抗予測値算出式を用いて、時刻ti+1における膜ろ過抵抗の予測値を算出する膜ろ過抵抗算出手段、
(膜間差圧算出手段) 前記データ記録手段から膜ろ過抵抗初期値および時刻ti+1における膜ろ過流量(流束)値を読み出し、読み出された膜ろ過抵抗初期値と時刻ti+1における膜ろ過流量(流束)値と成分量算出手段で算出された時刻ti+1における分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値とに基づいて、予め記録された膜間差圧予測値算出式Iを用いて、時刻ti+1における膜間差圧の予測値を算出する膜間差圧算出手段I、又は、前記データ記録手段から時刻ti+1における膜ろ過流量(流束)値を読み出し、読み出された時刻ti+1における膜ろ過流量(流束)値と、前記膜ろ過抵抗算出手段で算出された時刻ti+1における膜ろ過抵抗予測値とに基づいて、予め記録された膜間差圧予測値算出式IIを用いて、時刻ti+1における膜間差圧の予測値を算出する膜間差圧算出手段II、
前記膜ろ過抵抗算出手段によって算出された時刻ti+1における膜ろ過抵抗の予測値、及び/又は、前記膜間差圧算出手段によって算出された時刻ti+1における膜間差圧の予測値を記録する膜ろ過予測値記録手段、
膜ろ過予測値記録手段によって記録された時間t0〜tnにおける前記膜ろ過抵抗の予測値及び/又は膜間差圧の予測値を時系列値として記録する時系列値記録手段、並びに、
前記時系列値記録手段で記録された膜ろ過抵抗予測値の時系列値及び/又は膜間差圧予測値の時系列値を出力する出力手段、
の機能を備え、
前記予め記録された付着成分量算出式が、時刻iにおいて分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量及び/又は固形成分物質量の値と、これら付着量が時刻tiから時刻ti+1までに増減変化する変化量とに基づき、時刻ti+1において分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量及び/又は固形成分物質量を求める付着成分量算出式であって、
該付着成分量算出式における時刻tiから時刻ti+1までの変化量が、被ろ過液の上清成分物及び/又は固形成分物が分離膜に付着する速度と、分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物及び/又は固形成分物が分離膜から剥離する速度との差に基づいて計算され、
前記分離膜に付着する速度は、時刻tiにおける膜間差圧値若しくは膜ろ過流量(流束)値と、時刻tiにおける被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値とを用いて算出され、かつ、
前記分離膜から剥離する速度は、時刻tiにおける膜間差圧値若しくは膜ろ過流量(流束)値と、時刻tiにおいて分離膜に付着している被ろ過液の上清成分物質量値及び/又は固形成分物質量値2次関数とを用いて算出されることを特徴とする膜ろ過予測プログラム。
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