JP5034337B2 - 膜ろ過装置の運転条件の決定方法、およびそれを用いた膜ろ過装置の運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、液体を分離膜によってろ過する膜ろ過装置の運転条件の決定方法、およびそれを用いた膜ろ過装置の運転方法、ならびに膜ろ過装置に関し、さらに詳しくは、活性汚泥や微生物培養液などを膜ろ過によって固液分離することを特徴とする膜ろ過装置の運転条件の決定方法、およびそれに基づいた膜ろ過装置の運転方法に関する。

液体を分離膜によってろ過する方法には、被ろ過液である液体と分離膜を接触させ、被ろ過液側を正圧もしくは透過側を負圧にしてろ過液を得る方法がある。この膜ろ過工程において、被ろ過液に含まれる非膜透過物質が膜表面に蓄積し、蓄積された物質が膜抵抗の上昇を引き起こすこととなる。このような膜抵抗の上昇を抑制するために、分離膜の下方部に設置された曝気装置によって膜表面を曝気したり、ポンプなどを利用して膜表面と水平方向に被ろ過液を流動させたり、分離膜を移動または振動させたりなどすることにより、膜表面を洗浄しながら膜ろ過を行う方法が知られている。このような膜ろ過方法において、膜洗浄を十分に行うことによって膜抵抗増加を抑制することが可能となるのだが、このような膜表面の洗浄には大量のエネルギーの供給を必要とし、必要以上に膜洗浄を行うことは余分なエネルギーを消費することとなる。すなわち、必要十分に膜表面洗浄を行うことは、膜ろ過装置の運転適正化にとって重要であり、省エネやコスト削減に寄与する。

膜表面洗浄の程度を決定する方法として、例えば特許文献１がある。特許文献１は、前記膜表面洗浄手段として曝気を用いた膜ろ過方法であり、膜ろ過装置の運転時間に対する膜ろ過圧力の経時変化を測定し、前記測定した結果から前記膜ろ過圧力の上昇速度および前記上昇速度の変化率を演算し、前記膜ろ過圧力が一定となるように、あるいは、前記演算した上昇速度あるいは上昇速度の変化率が所定値となるように曝気量を制御する膜ろ過方法である。また、特許文献１によれば、前記所定値を決定する手段として、実験値にそのまま基づく方法、あるいは、ニューラルネットなどを利用して一旦実験値から学習させ、その推論値に基づく方法を提案している。

また、特許文献２では、被ろ過液である活性汚泥を、膜モジュールに循環させながら膜ろ過処理する膜ろ過排水処理装置において、被ろ過液中の汚泥濃度の大きさによって、前記膜モジュールを通過する被処理排水の膜面流速を変更する膜ろ過方法を提案している。

特許第３５７２９９２号公報 特開２０００−６１４６６号公報

しかしながら、特許文献１に基づく膜ろ過方法では、次のような問題点があった。例えば、膜ろ過圧力が一定に維持される運転初期時に膜ろ過圧力が徐々に増加し始めた場合、それが運転初期であるとオペレーターが判断した際には、膜ろ過圧力を一定にするために曝気量を増加させることとなり、運転中期であるとオペレーターが判断した際には、膜ろ過圧力の上昇速度が所定値となるように曝気量を調整することとなる。このように、オペレーターの判断次第で曝気量が異なる曖昧さがあり、前記例において、運転初期とオペレーターが判断した場合には曝気量を必要以上に増加させてしまう可能性があり、運転中期とオペレーターが判断した場合には膜の目詰まりを促進させてしまう可能性があった。

また、特許文献１の膜ろ過方法は、運転終期において膜ろ過圧力が次第に大きくなることを許容しており、その後膜の目詰まりが進行し膜を洗浄しなければいけなかった。また、特許文献１の膜ろ過方法は、膜ろ過圧力の挙動のみから運転初期・中期・終期を判断し、曝気量を調整することとなるが、運転時において膜ろ過流束を変化させた場合、変化以前の挙動に基づいて曝気量を決定できなかった。

また、特許文献２に基づく膜ろ過方法では、膜ろ過圧力や膜ろ過流束が変化した際にも適切な膜面流速は変化するにもかかわらず、膜ろ過圧力や膜ろ過流束に対応できないという欠点があった。また、汚泥濃度の大きさによって膜面流速を変更するとあるが、具体的にどのように変更すべきかについては開示されておらず、膜ろ過装置に適した制御条件を決定するのが困難である欠点があった。

本発明は、これらの問題点を受けてなされたものであって、その目的は、汚泥の膜ろ過性状および膜ろ過条件に適した膜表面洗浄力（以下、膜洗浄力という）の程度を決定し、その決定値に基づき膜表面を洗浄しながら膜ろ過することによって、エネルギー消費の適正化、コストの削減、膜ろ過装置の負担の低減に寄与する膜ろ過装置の運転条件の決定方法、およびそれに基づいた膜ろ過装置の運転方法を提供するものである。

上記課題を解決するために、本発明の膜ろ過装置の運転条件の決定方法は、以下の構成のいずれかであることを必須とする。

（１）少なくとも分離膜、および該分離膜の表面を洗浄する洗浄手段を有する膜ろ過装置を用いて、被ろ過液を前記分離膜によりろ過し、ろ過と同時または逐次的に前記分離膜の表面の洗浄を行う膜ろ過装置の運転条件の決定方法であって、被ろ過液の構成成分の種類および構成成分量の時系列的変化を表すデータ、および、膜ろ過流量の時系列的変化を表すデータから、前記分離膜に付着している構成成分量の変動、膜ろ過圧力の変動、あるいは膜抵抗の変動を予測し、前記予測結果に基づいて前記洗浄手段の動力値を決定し、かつ前記予測が、前記被ろ過液の構成成分量の時系列的変化を表すデータ、および、膜ろ過流量の時系列的変化を表すデータに基づいて、前記分離膜に付着している構成成分量を計算する計算ステップ１００を含み、かつ前記計算ステップ１００が、前記分離膜に付着している構成成分量の変化量を、前記被ろ過液の構成成分に含まれる物質が前記分離膜に付着する速度と前記分離膜から剥離する速度との差として表現される計算式に基づいて計算される計算ステップ１０１であり、かつ前記被ろ過液の構成成分に含まれる物質が前記分離膜から剥離する速度が、前記分離膜に付着している構成成分量の値の２次式に基づいて決定されることを含む膜ろ過装置の運転条件の決定方法。

（２）少なくとも分離膜、および該分離膜の表面を洗浄する洗浄手段を有する膜ろ過装置を用いて、被ろ過液を前記分離膜によりろ過し、ろ過と同時または逐次的に前記分離膜の表面の洗浄を行う膜ろ過装置の運転条件の決定方法であって、被ろ過液の構成成分の種類および構成成分量の時系列的変化を表すデータ、および、膜ろ過圧力の時系列的変化を表すデータから、前記分離膜に付着している構成成分量の変動、膜ろ過流量の変動、膜ろ過流束の変動、あるいは膜抵抗の変動を予測し、前記予測結果に基づいて前記洗浄手段の動力値を決定し、かつ前記予測が、前記被ろ過液の構成成分量の時系列的変化を表すデータ、および、膜ろ過圧力の時系列的変化を表すデータに基づいて、前記分離膜に付着している構成成分量を計算する計算ステップ１００を含み、かつ前記計算ステップ１００が、前記分離膜に付着している構成成分量の変化量を、前記被ろ過液の構成成分に含まれる物質が前記分離膜に付着する速度と前記分離膜から剥離する速度との差として表現される計算式に基づいて計算される計算ステップ１０１であり、かつ前記被ろ過液の構成成分に含まれる物質が前記分離膜から剥離する速度が、前記分離膜に付着している構成成分量の値の２次式に基づいて決定されることを含む膜ろ過装置の運転条件の決定方法。

本発明によれば、様々な被ろ過液の膜ろ過性状や膜ろ過条件に応じて、適正な前記洗浄手段の動力値を決定し、その決定結果に基づいて、適正に膜ろ過装置を運転することが可能となる。

ここで、従来の膜ろ過方法では、オペレーターの判断次第で曝気量が異なる曖昧さがあるという問題点があったが、本発明によれば、客観的に膜洗浄力を決定することができ、オペレーターの判断により膜洗浄力が異なるという曖昧さは解消できる。また、従来の膜ろ過方法では、運転終期において膜ろ過圧力が次第に大きくなることを許容しており、その後膜の目詰まりが進行し膜を洗浄しなければいけなかったという問題点があったが、本発明によれば、運転終期においても膜の目詰まりを促進しない膜ろ過方法が可能となる。また、従来の膜ろ過方法では、膜ろ過圧力の挙動のみから運転初期・中期・終期を判断し、曝気量を調整することとなり、運転時において膜ろ過流束を変化させた場合、変化以前の挙動に基づいて曝気量を決定できないという問題点があったが、本発明によれば、膜ろ過流束を変化させた場合についても、迅速に対応可能となる。

さらに、従来の膜ろ過方法では、膜ろ過圧力や膜ろ過流束が変化した際にも適切な膜面流速は変化するにもかかわらず、膜ろ過圧力や膜ろ過流束に対応できないという欠点があったが、本発明によれば、このような膜ろ過圧力や膜ろ過流束の変化にも対応して膜洗浄力の適正値を決定し、それに基づいた膜ろ過方法が可能となる。特に、前記特許文献２の膜ろ過方法では、汚泥濃度の大きさによって膜面流速を変更するとあるが、具体的にどのように変更すべきかについては開示されておらず、膜ろ過装置に適した制御条件を決定するのが困難であるという欠点があったが、本発明によれば、汚泥濃度に応じた膜面流速を客観的に決定することが可能である。

以上のように、本発明によって適正な洗浄手段の動力値を決定し、その決定された洗浄手段の動力値に基づき膜表面を洗浄しながら膜ろ過することによって、エネルギー消費の適正化、コストの削減、膜ろ過装置の負担の低減に寄与することができる。

以下、本発明を詳細かつ具体的に説明する。

本発明は、少なくとも分離膜、および該分離膜の表面を洗浄する洗浄手段を有する膜ろ過装置を用いて、被ろ過液を前記分離膜によりろ過し、ろ過と同時または逐次的に前記分離膜の表面の洗浄を行う膜ろ過装置の運転条件の決定方法に関するものである。本発明において、分離膜の表面を洗浄する洗浄手段としては、分離膜表面を曝気すること、被ろ過液を流動させること、分離膜を移動させること、分離膜を振動させることなどがあり、分離膜表面に付着している物質を取り除く効果のあるものなら、特にその形態は限定しないが、分離膜表面を曝気する場合には、曝気に伴い被ろ過液が流動するだけでなく、気泡が膜表面に接触するため、分離膜表面に付着している物質が分離膜表面から剥離される効果が大きい。また、分離膜の洗浄を分離膜の下部から曝気することによって行う場合、前記曝気が分離膜の洗浄だけではなく、被ろ過液への酸素供給をも目的とする場合がある。そのような場合には、必要十分量の曝気風量を決定することが重要となるが、その決定方法として、後述のように決定される分離膜の洗浄に必要な曝気風量と酸素供給に必要な曝気風量とで大きい値の曝気風量を曝気風量の適正値として決定する方法や、後述のように決定される分離膜の洗浄に必要な曝気風量に対して酸素供給に必要な曝気風量が大きい場合には、両者の差分の曝気風量を予め別途設置しておいた曝気装置によって補う方法などがある。

また、本発明において被ろ過液とは、懸濁物質を含有するものであり、特に限定しないが、例えば、微生物を含む液体の場合には、一般的に被ろ過液の中には物質としての微生物と微生物の代謝産物が比較的高濃度で存在するため、被ろ過液を膜ろ過した際の抵抗などの変動を予測することが困難となるが、本発明に従えば、被ろ過液を膜ろ過した際の抵抗などの変動を予測することが可能となり、被ろ過液を膜ろ過する膜ろ過装置における洗浄手段の動力値を精度よく決定することが可能となると言う点で、微生物培養液や活性汚泥などの微生物を含む液体であることが好ましい。また、被ろ過液に含まれる懸濁物質の濃度が大きいときに、膜表面の洗浄による膜付着物質の剥離が特に重要となるため、本発明では、懸濁物質の濃度が１００ｍｇ／Ｌ以上の被ろ過液が好ましい。

また、本発明において分離膜とは、被ろ過液に圧力を加えて、もしくは透過側から吸引することによって、被ろ過液中に含まれる一定粒子径以上の物質を捕捉する機能を有するものであり、その捕捉粒子径の違いにより、ダイナミックろ過膜、精密ろ過膜、限外ろ過膜、ナノろ過膜、逆浸透膜などがある。本発明で用いられる分離膜としては、好ましくは、ダイナミックろ過膜、精密ろ過膜、限外ろ過膜である。

また、分離膜の形状としては、平膜や中空糸膜などがあるが、形状は特に限定しない。また、本発明の膜ろ過方法および装置には、分離膜を被ろ過液に浸漬させることを特徴とする浸漬型の膜ろ過方法および装置、分離膜を収容した容器に被ろ過液を送液しながら膜ろ過することを特徴とするクロスフロー型の膜ろ過方法および装置、分離膜の全てまたは一部を被ろ過液に浸漬させ分離膜を回転させることを特徴とする回転型の膜ろ過方法および装置などがある。すなわち、本発明に好ましく適用できる方法および装置として、下水や工場排水や屎尿などの処理に利用される膜分離式活性汚泥法、膜分離工程を含む微生物学的物質生産プロセスなどがある。

本発明は、少なくとも分離膜、および該分離膜の表面を洗浄する洗浄手段を有する膜ろ過装置を用いて、被ろ過液を前記分離膜によりろ過し、ろ過と同時または逐次的に前記分離膜の表面の洗浄を行う膜ろ過装置の運転条件の決定方法であって、被ろ過液の構成成分の種類および構成成分量の時系列的変化を表すデータ、および、膜ろ過流量の時系列的変化を表すデータから、前記分離膜に付着している構成成分量の変動、膜ろ過圧力の変動、あるいは膜抵抗の変動を予測し、前記予測結果に基づいて前記洗浄手段の動力値を決定することを含む膜ろ過装置の運転条件の決定方法（図１参照）、あるいは、少なくとも分離膜、および該分離膜の表面を洗浄する洗浄手段を有する膜ろ過装置を用いて、被ろ過液を前記分離膜によりろ過し、ろ過と同時または逐次的に前記分離膜の表面の洗浄を行う膜ろ過装置の運転条件の決定方法であって、被ろ過液の構成成分の種類および構成成分量の時系列的変化を表すデータ、および、膜ろ過圧力の時系列的変化を表すデータから、前記分離膜に付着している構成成分量の変動、膜ろ過流量の変動、膜ろ過流束の変動、あるいは膜抵抗の変動を予測し、前記予測結果に基づいて前記洗浄手段の動力値を決定することを含む膜ろ過装置の運転条件の決定方法（図２参照）である。

ここにおいて、被ろ過液の構成成分は、被ろ過液を構成する成分のことであり、例えば、遠心分離、ろ紙によるろ過、分離膜によるろ過などによって被ろ過液を分画し、その画分となる液体を構成成分とすることができる。また、本発明では、被ろ過液の構成成分の種類として、上清成分あるいは固形成分を利用することが好ましく、上清成分と固形成分を利用することがさらに好ましく、上清成分と固形成分と溶解成分を利用することが最も好ましい。ここで、上清成分は、例えば、被ろ過液を遠心分離したときの遠心上清、前記膜ろ過装置における分離膜より孔径の大きい分離膜（例えば、前記膜ろ過装置における分離膜として精密ろ過膜や限外ろ過膜などを用いた場合にはろ紙など）を用いて被ろ過液をろ過したときのろ過液などとすることができ、また、固形成分は、例えば、被ろ過液を遠心分離したときの沈殿物、前記膜ろ過装置における分離膜より孔径の大きい分離膜（例えば、前記膜ろ過装置における分離膜として精密ろ過膜や限外ろ過膜などを用いた場合にはろ紙など）を用いて被ろ過液をろ過したときの非膜ろ過液物とすることができる。また、溶解成分は、膜ろ過装置における分離膜、あるいは、前記分離膜と同じ素材の分離膜からの透過液とすることが好ましい。また、被ろ過液の構成成分量とは、前記構成成分中に含まれる溶解物質や懸濁物質などの物質量のことであり、例えば、全有機炭素量（ＴＯＣ）、化学的酸素要求量（ＣＯＤ）、生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）、細胞外高分子物質量（ＥＰＳ）、浮遊固形物濃度（ＭＬＳＳ）、乾燥重量、浮遊固形物強熱減量（ＭＬＶＳＳ）などによって測定することができる。本発明では、測定の容易性・精度・自動化を鑑みた場合、ＴＯＣに基づいて測定された物質量で規定することを推奨する。

また、本発明では、上清成分の物質量と溶解成分の物質量との差分量を構成成分量として用いること、あるいは、固形成分の物質量を構成成分量として用いることが好ましく、上清成分の物質量と溶解成分の物質量との差分量、および、固形成分の物質量を構成成分量として用いることがさらに好ましい。被ろ過液の上清成分の物質量と溶解成分の物質量との差分量、および、固形成分の物質量は、実際に膜を透過することができずに、膜表面に付着することによって抵抗に寄与する物質量であるためである。特に、被ろ過液を膜ろ過する際には、被ろ過液の上清成分の中で膜ろ過装置における分離膜を透過しない物質（その物質量は、上清成分の物質量と溶解成分の物質量との差分量として表現される）が膜に付着し、膜抵抗を主として形成していることが多く、被ろ過液の構成成分量として、上清成分の物質量と溶解成分の物質量との差分量を用いることによって、より精度良く、分離膜に付着している被ろ過液の構成成分量の変動、膜ろ過圧力の変動、膜ろ過流量の変動、膜ろ過流束の変動、あるいは、膜抵抗の値の変化を予測することが可能となる。また、被ろ過液の構成成分量として固形成分量のみを用いることによって、被ろ過液全体を包括的かつ容易に定義することができる。また、被ろ過液の固形成分に含まれる物質は、膜に付着すれば抵抗に寄与し、また、前記上清成分の中で膜ろ過装置における分離膜を透過しない物質と比較して膜から剥離しやすいため、膜に付着した前記上清成分の中で膜ろ過装置における分離膜を透過しない物質を巻き込んでともに剥離する効果がある。従って、上清成分の物質量と溶解成分の物質量との差分量、および、固形成分の物質量を構成成分量として用いることによって、分離膜に付着している被ろ過液の構成成分量の変動、膜ろ過圧力の変動、膜ろ過流量の変動、膜ろ過流束の変動、あるいは、膜抵抗の値の変化を予測する際に、上記現象を再現することが可能となる。

また、被ろ過液の構成成分量の時系列的変化を表すデータとは、任意の時間に対する被ろ過液の構成成分量の値を時系列的に組み合わせたものであり、経時的に被ろ過液の構成成分量の値が変動してもよいが、変動せずに一定でも構わない。

また、膜ろ過流量とは、膜から得られる透過液の流量である。また、膜ろ過流量の値を膜面積で除したものが膜ろ過流束である（即ち、膜ろ過流束とは、前記分離膜の単位面積あたりの膜ろ過流量である。）。膜ろ過流量の時系列的変化を表すデータとは、任意の時間に対する膜ろ過流量の値を時系列的に組み合わせたものであり、経時的に膜ろ過流量の値が変動してもよいが、変動せずに一定でも構わない。また、膜ろ過流量の値を膜ろ過流束に換算し、膜ろ過流量の時系列的変化を表すデータを膜ろ過流束の時系列的変化を表すデータに置き換えても構わない。

また、膜ろ過圧力とは、分離膜の被ろ過液側の圧力と透過液側の圧力との差として算出されるものであり、ポンプによって加圧あるいは吸引することによって膜ろ過液を得る場合には加圧や吸引圧など、サイフォンの原理を利用して膜ろ過液を得る場合には水頭差などから算出することができる。膜ろ過圧力の時系列的変化を表すデータとは、任意の時間に対する膜ろ過圧力の値を時系列的に組み合わせたものであり、経時的に膜ろ過圧力の値が変動してもよいが、変動せずに一定でも構わない。

また、分離膜に付着している構成成分量とは、膜表面に付着している前記被ろ過液の構成成分に含まれる物質量である。ここで、被ろ過液の構成成分量として２種類以上の物質量（例えば、上清成分の物質量と溶解成分の物質量との差分量と、固形成分の物質量など）を用いる場合には、それぞれの種類の構成成分について、分離膜に付着している構成成分量を意味する。

また、膜抵抗とは、被ろ過液を膜によってろ過する際に発生する抵抗のことであり、一般的に、（１）式によって定義される。

ここで、ΔＰは膜ろ過圧力［Ｐａ］、μは膜ろ過液の粘度［Ｐａ・ｓ］、Ｒは膜抵抗［１／ｍ］、Ｊは膜ろ過流束［ｍ／ｓ］である。ここで、μは膜ろ過液の粘度を直接測定してもよいが、（２）式に従い、温度から換算してもよい。

ここで、Ｆ=0.01257187、Ｂ=−0.005806436、Ｃ＝0.001130911、Ｄ＝−0.000005723952であり、Ｔは絶対温度[K]である。すなわち、摂氏温度をσ[℃]とすると、Ｔ＝σ+273.15として表される。

本発明では、被ろ過液の構成成分の種類および構成成分量の時系列的変化を表すデータ、および、膜ろ過流量の時系列的変化を表すデータから、前記分離膜に付着している構成成分量の変動、膜ろ過圧力の変動、あるいは膜抵抗の値の変動を予測（以下、予測ステップ１とする）、あるいは、被ろ過液の構成成分の種類および構成成分量の時系列的変化を表すデータ、および、膜ろ過圧力の時系列的変化を表すデータから、前記分離膜に付着している構成成分量の変動、膜ろ過流量の変動、膜ろ過流束の変動、あるいは膜抵抗の値の変動を予測（以下、予測ステップ２とする）する。

ここで、予測とは、インプットとなる時系列的変化を表すデータ（即ち、予測ステップ１の場合は、被ろ過液の構成成分の種類および構成成分量の時系列的変化を表すデータ、および、膜ろ過流量の時系列的変化を表すデータであり、予測ステップ２の場合は、被ろ過液の構成成分の種類および構成成分量の時系列的変化を表すデータ、および、膜ろ過圧力の時系列的変化を表すデータである。）から、対象とする変動（即ち、予測ステップ１の場合は、前記分離膜に付着している構成成分量の変動、膜ろ過圧力の変動、あるいは膜抵抗の値の変動であり、予測ステップ２の場合は、前記分離膜に付着している構成成分量の変動、膜ろ過流量の変動、膜ろ過流束の変動、あるいは膜抵抗の値の変動である。）をアウトプットとして出力することである。前記、予測ステップ１あるいは予測ステップ２の手段としては、ニューラルネットなどを利用して実データを学習させた結果に基づいて予測する方法、入力されたデータの関数として膜抵抗の値や膜ろ過圧力の値の変化を表現する方法があるが、本発明においては、前記被ろ過液の構成成分量の時系列的変化を表すデータ、膜ろ過流量の時系列的変化を表すデータ、あるいは、膜ろ過圧力の時系列的変化を表すデータに基づいて、前記分離膜に付着している構成成分量の値を計算する計算ステップ１００を含む予測方法であることが好ましい。このことにより、予測ステップ１の場合は、前記分離膜に付着している構成成分量の変動、膜ろ過圧力の変動、あるいは膜抵抗の値の変動を、予測ステップ２の場合は、前記分離膜に付着している構成成分量の変動、膜ろ過流量の変動、膜ろ過流束の変動、あるいは膜抵抗の値の変動を、より精度良く予測することが可能となる。

また、前記計算ステップ１００が、前記分離膜に付着した構成成分量の変化量を、前記被ろ過液の構成成分に含まれる物質が分離膜に付着する速度と剥離する速度との差として表現される計算式に基づいて計算される計算ステップ１０１であることがさらに好ましい。このことにより、分離膜に付着している構成成分量の変化量を計算することができ、それによって、任意の時間ｔ_ｉの分離膜に付着している構成成分量の値があれば、一定時間後のｔ_ｉ＋１における分離膜に付着している構成成分量の値が計算できる。さらに、膜ろ過流量の値や膜ろ過流束の値や膜ろ過圧力の値が一定でなく変動している場合などについても、被ろ過液の構成成分の膜付着量の変動を計算することが可能となる。また、前記被ろ過液の構成成分に含まれる物質が前記分離膜から剥離する速度が、前記分離膜に付着している構成成分量の値の２次以上の高次式に基づいて決定されることが、さらに好ましい。このことによって、予測ステップ１の場合は、前記分離膜に付着している構成成分量の変動、膜ろ過圧力の変動、あるいは膜抵抗の値の変動を、予測ステップ２の場合は、前記分離膜に付着している構成成分量の変動、膜ろ過流量の変動、膜ろ過流束の変動、あるいは膜抵抗の値の変動を、より精度良く予測することが可能となる。

また、前記分離膜に付着している上清成分の物質量の変化量を表現した計算式が、前記分離膜に付着している固形成分の物質量の値を含んでいる、あるいは、前記分離膜に付着している固形成分の物質量の変化量を表現した計算式が、前記分離膜に付着している上清成分の物質量の値を含んでいる計算式であることが最も好ましい。このことによって、分離膜に付着している固形成分に含まれる物質が、膜に付着している上清成分に含まれる非膜透過性の物質を巻き込んでともに剥離する現象（被ろ過液の固形成分は、膜に付着すれば抵抗に寄与し、また上清成分に含まれる非膜透過性の物質と比較して膜から剥離しやすいため）を予測することが可能となり、被ろ過液を膜ろ過する膜ろ過装置における洗浄手段の動力値を精度よく決定することが可能となる。

ここにおいて、前記予測ステップ１および前記予測ステップ２における計算手順として以下のような手順がある。

前記予測ステップ１および前記予測ステップ２は、任意の時刻における膜ろ過流束の値あるいは膜ろ過圧力の値を計算する計算ステップ１０、任意の時刻における分離膜に付着している構成成分量の値を計算する計算ステップ２０、任意の時刻における膜抵抗の値を計算する計算ステップ３０によって構成され、時刻を更新しながら、前記計算ステップ１０、前記計算ステップ２０、および、前記計算ステップ３０を繰り返すことによって、前記予測ステップ１あるいは前記予測ステップ２において、予測対象としている値の時間変化（すなわち、変動）を求めることができる。

ここで、前記計算ステップ１０では、前記（１）式に従うことが好ましい。このとき、（１）式を次のような（１’）式に変換してもよい。

ここで、Ｑは膜ろ過流量［ｍ^３／ｓ］、Ａは膜面積［ｍ^２］である。

（１）式あるいは（１’）式を用いることにより、予測ステップ１の場合には任意の時刻における膜ろ過圧力の値を、予測ステップ２の場合には任意の時刻における膜ろ過流量の値あるいは膜ろ過流束の値を計算することができる。

また、計算ステップ２０では、上記のように、前記分離膜に付着している構成成分量の変化量を、前記被ろ過液の構成成分に含まれる物質が分離膜に付着する速度と剥離する速度との差として表現される計算式に基づいて計算される計算ステップ１０１であることが好ましく、前記分離膜に付着している上清成分の物質量の値の変化量を表現した計算式が、前記分離膜に付着している固形成分の物質量の値を含んでいる、あるいは、前記分離膜に付着している固形成分の物質量の値の変化量を表現した計算式が、前記分離膜に付着している上清成分の物質量の値を含んでいる計算式であることがさらに好ましい。このような計算式として、例えば、次の（３）式および（４）式があり、本発明においては、（３）式および（４）式に従うことを推奨する。しかし、本発明の範囲は（３）式及び（４）式に限定されるものではない。

ただし、（τ−λｘ・ΔＰ）≧０、（τ−λｐ・ΔＰ）≧０である。

ここで、Ｘは固形成分に含まれる物質量［ｇＣ／ｍ^３］、Ｐは上清成分に含まれる非膜透過性物質の物質量［ｇＣ／ｍ^３］、Ｘｍは単位膜面積あたりの分離膜に付着した固形成分に含まれる物質量［ｇＣ／ｍ^２］、Ｐｍは単位膜面積あたりの分離膜に付着した上清成分に含まれる非膜透過性物質の物質量［ｇＣ／ｍ^２］、ｔは時間［ｓ］、τは膜洗浄力［−］、γｘは固形成分に含まれる物質の剥離係数［１／ｍ／ｓ］、γｐは上清成分に含まれる非膜透過性物質の剥離係数［１／ｍ／ｓ］、λｘは固形成分に含まれる物質の摩擦係数［１／Ｐａ］、λｐは上清成分に含まれる非膜透過性物質の摩擦係数［１／Ｐａ］、ηｘは固形成分に含まれる物質の密度の逆数［ｍ^３／ｇＣ］、ηｐは上清成分に含まれる非膜透過性物質の密度の逆数［ｍ^３／ｇＣ］である。ここで、（３）式及び（４）式の右辺の第１項は、構成成分に含まれる物質が分離膜に付着する速度、及び、第２項は、構成成分に含まれる物質が分離膜から剥離する速度を示している。また、（３）式及び（４）式の両辺に膜面積Ａを乗ずることによって、（３）式の左辺を分離膜に付着した固形成分に含まれる物質量の変化量、（４）式の左辺を分離膜に付着した上清成分に含まれる非膜透過性物質の物質量の変化量に、右辺の膜ろ過流束Ｊを膜ろ過流量Ｑに変換することが可能である。また、後述のように、膜洗浄力τを、洗浄手段の動力値の関数として表現した場合には、その関数をτに代入することによって、（３）式及び（４）式を膜洗浄力ではなく洗浄手段の動力値に関する計算式に変換することが可能である。

また、前記のように、分離膜に付着している構成成分量の変化量を、前記被ろ過液の構成成分に含まれる物質が分離膜に付着する速度と剥離する速度との差として表現される計算式に基づく場合、分離膜に付着した被ろ過液の構成成分量に関する微分方程式として表現されるが、そのとき、この微分方程式を解く方法として、Ｅｕｌｅｒ法や、Ｒｕｎｇｅ−Ｋｕｔｔａ法や、Ｒｕｎｇｅ−Ｋｕｔｔａ−Ｇｉｌｌ（ＲＫＧ）法などがある。

計算ステップ２０を上記のように行うことにより、任意の時刻における分離膜に付着している構成成分量の値を計算することができる。

また、前記計算ステップ３０では、例えば、（５）式に従うことにより任意の時刻における膜抵抗の値を計算できる。

ここで、Ｒｍは初期膜抵抗の値［１／ｍ］、αｘは前記Ｘｍの単位量あたりの抵抗発生量［ｍ／ｇＣ］、αｐは前記Ｐｍの単位量あたりの抵抗発生量［ｍ／ｇＣ］である。

以上のように、前記計算ステップ１０、前記計算ステップ２０、および、前記計算ステップ３０の３つの計算ステップによって、予測対象の値の変動を計算することができるが、膜抵抗の値の変動のみを予測する場合には、前記計算ステップ１０を省略し、前記計算ステップ２０および前記計算ステップ３０の２つの計算ステップで構成することも可能である。例えば、前記計算ステップ２０において、予測ステップ１の場合には、膜ろ過圧力の値を含む計算式（例えば（３）式や（４）式）を用いるとき、前記計算ステップ１０において膜ろ過圧力の値の計算のために利用する計算式（例えば（１）式）を、前記計算ステップ２０における膜ろ過圧力の値を含む計算式に代入した計算式を前記計算ステップ２０に用いることによって、前記膜ろ過圧力の値を計算する計算ステップを省略でき、予測ステップ２の場合には、膜ろ過流量や膜ろ過流束の値を含む計算式（例えば（３）式や（４）式）を用いるとき、前記計算ステップ１０において膜ろ過流量や膜ろ過流束の値の計算のために利用する計算式（例えば（１）式）を、前記計算ステップ２０における膜ろ過流量や膜ろ過流束の値を含む計算式に代入した計算式を前記計算ステップ２０に用いることによって、前記膜ろ過圧力の値を計算する計算ステップを省略できる。同様に、予測ステップ１の場合には膜ろ過圧力の値の変動のみを、予測ステップ２の場合には膜ろ過流量あるいは膜ろ過流束の値の変動のみを予測する場合には、前記計算ステップ３０を省略し、前記計算ステップ１０および前記計算ステップ２０の２つの計算ステップで構成することも可能である。例えば、前記計算ステップ１０において、膜ろ過抵抗の値を含む計算式（例えば（１）式）を用いる場合、前記計算ステップ３０において膜抵抗の値の計算のために利用する計算式（例えば（５）式）を、前記計算ステップ１０における膜抵抗の値を含む計算式に代入した計算式を前記計算ステップ１０に用いることによって、前記計算ステップ３０を省略できる。上記のように、計算ステップ１０あるいは計算ステップ３０は適宜省略することが可能であるが、計算ステップ２０は省略しないことが推奨される。

また、前記計算ステップ１０、前記計算ステップ２０、および、前記計算ステップ３０では、予め決められた計算式に従って計算するが、それら計算式の中に各計算ステップの説明において記述された値やデータや物質量以外のパラメータが含まれる場合がある。そのような場合、前記各計算ステップにおける計算を行う上でパラメータの値を決定する必要がある。本発明においては、パラメータの値の決定方法は特に限定しないが、膜ろ過装置の分離膜と同じ素材・形状の分離膜を用いて、被ろ過液あるいは被ろ過液の構成成分を実際にろ過し、そのときの膜ろ過圧力の値、膜ろ過流束あるいは膜ろ過流量の値、膜抵抗の値の変化を実測または算出し、その結果に基づいてパラメータを推定または決定することが好ましい。これは、前記のようなパラメータの中には、利用する被ろ過液と分離膜の性質によって決定されるものが多く含まれており、前記のようなパラメータの推定・決定方法に従うことによって、前記予測を精度良く行うことが可能となり、被ろ過液を膜ろ過する膜ろ過装置における洗浄手段の動力値を精度よく決定することが可能となるためである。

本発明では、上記のように予測された結果に基づいて、前記洗浄手段の動力値を決定する。かかる洗浄手段の動力値の決定方法としては、仮想的な膜洗浄力の値から、前記分離膜に付着している構成成分量の変動、膜ろ過圧力の変動、膜ろ過流量の変動、膜ろ過流束の変動、あるいは、膜抵抗の変動を予測し、前記予測結果に基づいて、前記仮想的な膜洗浄力の値の是非を判断し、前記判断結果において是と判断された前記仮想的な膜洗浄力の値から膜洗浄力の適正値を決定し、前記決定された膜洗浄力の適正値に基づいて前記洗浄手段の動力値を決定すること、あるいは、仮想的な前記洗浄手段の動力値から、前記分離膜に付着している構成成分量の変動、膜ろ過圧力の変動、膜ろ過流量の変動、膜ろ過流束の変動、あるいは、膜抵抗の変動を予測し、前記予測結果に基づいて、前記仮想的な前記洗浄手段の動力値の是非を判断し、前記判断結果において是と判断された前記仮想的な前記洗浄手段の動力値から前記洗浄手段の動力の適正値を決定し、前記決定された洗浄手段の動力の適正値に基づいて前記洗浄手段の動力値を決定することが好ましい。

ここにおいて、膜洗浄力とは、膜表面に付着している膜付着物質を剥離させるための応力であり、当該膜洗浄力の値は、膜表面に発生する剪断力の値、膜表面の被ろ過液の流速の値、前記剪断力や前記流速に基づいて算出された値、あるいは、洗浄手段の動力値などに基づいて算出された値とすることが好ましく、また、後述のように、任意の洗浄手段の動力値に対する膜洗浄力の値を、前記計算ステップ１００あるいは前記計算ステップ１０１を含む予測方法によってキャリブレーションされた結果に基づいて決定することによって、膜洗浄力の値と洗浄手段の動力値との関係を求めた結果から決定することも好ましい。このことにより、膜洗浄力を直接的に測定、あるいは、安全率をかけたり、関数として表現したりなど、間接的に算出することが可能となる。

また、洗浄手段の動力値とは、例えば、分離膜の洗浄を分離膜の下部から曝気することによって行うときには、曝気風量や曝気ブロアの出力値などが相当し、分離膜の洗浄を被ろ過液を流動させることによって行うときには、その流動を生じさせるための動力（例えば、液体ポンプによって被ろ過液を流動させる場合には液体ポンプの出力値）などが相当し、分離膜の洗浄を分離膜を移動させることによって行うときには、その移動速度やそのための動力値（例えば、回転ろ過膜の場合には、回転速度やその回転を発生させるためのモーターの出力値）などが相当し、分離膜の洗浄を振動させることによって行うときには、その振動の程度（例えば、周波数）やそのための動力値（例えば、モーターの出力値）などのことである。

また、仮想的な膜洗浄力の値および仮想的な洗浄手段の動力値は、前記分離膜に付着している構成成分量の変動、膜抵抗の変動、膜ろ過流量の変動、膜ろ過流束の変動、あるいは、膜ろ過圧力の変動の予測のために利用することを前提として設定された値である。ここで、仮想的とは、実データに必ずしもよらないことを意味し、最終的に決定される膜洗浄力の適正値や洗浄手段の動力の適正値とは異なったものである可能性があることを前提としていることによる。

また、前記予測結果に基づいて、前記仮想的な膜洗浄力の値の是非、あるいは、前記仮想的な前記洗浄手段の動力値の是非を判断する方法としては、前記分離膜に付着している構成成分量の値、膜抵抗の値あるいは膜ろ過圧力の値があらかじめ決定された所定値以下、あるいは、膜ろ過流束の値あるいは膜ろ過流量の値があらかじめ決定された所定値以上となったときに、前記仮想的な膜洗浄力の値、あるいは、前記仮想的な前記洗浄手段の動力値を是と判断することや、前記予測結果において、前記分離膜に付着している構成成分量の値、膜抵抗の値あるいは膜ろ過圧力の値が収束するときに、前記仮想的な膜洗浄力の値、あるいは、前記仮想的な前記洗浄手段の動力値を是と判断することが好ましい。このことにより、膜洗浄力の適正値あるいは洗浄手段の動力の適正値を客観的に決定することができる。

ここにおいて、所定値は、あらかじめ設定しておく必要があるが、その所定値を、膜ろ過圧力を発生させるポンプの出力最大値に基づいて決定する方法、膜ろ過圧力を発生させるポンプのエネルギー消費許容最大値に基づいて決定する方法、膜の寿命や洗浄間隔を増加させるために膜抵抗の値や膜ろ過圧力の値の許容最大値に基づいて決定する方法、あらかじめ計画された膜ろ過流量を満足するために膜ろ過流束の値や膜ろ過流量の値の許容最小値に基づいて決定する方法などが例示される。例えば、所定値を、膜ろ過圧力を発生させるポンプの出力最大値とした場合、膜ろ過条件が非と判断されるときには、当初予定していた膜ろ過液量が獲得できないことになり、膜ろ過条件が是と判断されるときには、予定している膜ろ過液量が獲得できることとなる。

また、本発明においては、前記判断結果において是と判断された前記仮想的な膜洗浄力の値から膜洗浄力の適正値を決定し、あるいは、前記判断結果において是と判断された前記仮想的な前記洗浄手段の動力値から前記洗浄手段の動力の適正値を決定する。膜ろ過の省エネやコスト削減の目的から、洗浄手段の動力値はできるだけ小さい値である方が好ましく、膜洗浄力は洗浄手段の動力値が大きくなればそれに伴い大きくなるため、洗浄手段の動力値と同様に小さい値である方が好ましい。よって、前記判断結果において是と判断される前記仮想的な膜洗浄力の値の中で最小となる仮想的な膜洗浄力の値を膜洗浄力の適正値とすること、および、前記判断結果において是と判断される前記仮想的な洗浄手段の動力値の中で最小となる仮想的な洗浄手段の動力値を洗浄手段の動力の適正値とすることが好ましい。

上記に説明した膜洗浄力の適正値あるいは洗浄手段の動力の適正値の決定方法として、例えば、図５に示した方法がある。図５は、本発明を実施するためのフローチャートの一例である。まず、被ろ過液の構成成分量の時系列的な変化を表すデータ、膜ろ過流量の時系列的な変化を表すデータ、および、ｎ通りの任意の仮想的な膜洗浄力の値あるいは仮想的な洗浄手段の動力値を準備する。被ろ過液の構成成分量の時系列的な変化を表すデータ、膜ろ過流量の時系列的な変化を表すデータを利用し、仮想的な膜洗浄力の値あるいは仮想的な洗浄手段の動力値には、仮に１番目の値（膜洗浄力１あるいは動力値１とする）を利用する。ここにおいて、予測ステップ１を利用する場合には、これらのデータ及び値に基づいて、予測ステップ１に基づいて分離膜に付着している構成成分量の変動、膜ろ過圧力の変動、あるいは膜抵抗の変動を予測し、その予測結果に基づいて、仮想的な膜洗浄力の値あるいは仮想的な洗浄手段の動力値の是非を判断する。この判断結果を判断結果１とする。同様に、２番目〜ｎ番目までの仮想的な膜洗浄力の値あるいは仮想的な洗浄手段の動力値を利用して、予測を行い、その予測結果に基づいて仮想的な膜洗浄力の値あるいは仮想的な洗浄手段の動力値の是非を判断し、判断結果２〜判断結果ｎを得る。上記のようにして得られた判断結果１〜判断結果ｎに基づいて、膜洗浄力の適正値あるいは洗浄手段の動力の適正値を決定する。ここにおいて、予測ステップ２を利用する場合には、これらのデータ及び値に基づいて、予測ステップ１に基づいて分離膜に付着している構成成分量の変動、膜ろ過流量の変動、膜ろ過流束の変動あるいは膜抵抗の変動を予測し、その予測結果に基づいて、仮想的な膜洗浄力の値あるいは仮想的な洗浄手段の動力値の是非を判断する。この判断結果を判断結果１とする。同様に、２番目〜ｎ番目までの仮想的な膜洗浄力の値あるいは仮想的な洗浄手段の動力値を利用して、予測を行い、その予測結果に基づいて仮想的な膜洗浄力の値あるいは仮想的な洗浄手段の動力値の是非を判断し、判断結果２〜判断結果ｎを得る。上記のようにして得られた判断結果１〜判断結果ｎに基づいて、膜洗浄力の適正値あるいは洗浄手段の動力の適正値を決定する。

また、本発明では、前記判断結果において、前記仮想的な膜洗浄力の値を非と判断したときに、前記仮想的な膜洗浄力の値を所定量増加させた後に、再び仮想的な膜洗浄力の値から、前記分離膜に付着している構成成分量の変動、膜ろ過圧力の変動、膜ろ過流量の変動、膜ろ過流束の変動、あるいは、膜抵抗の変動を予測し、該予測結果に基づいて、前記所定量増加後の仮想的な膜洗浄力の値の是非を判断すること、および、前記判断結果において、前記仮想的な膜洗浄力の値を是と判断したときに、前記仮想的な膜洗浄力の値を膜洗浄力の適正値とすること、あるいは、前記判断結果において、前記仮想的な前記洗浄手段の動力値を非と判断したときに、前記仮想的な前記洗浄手段の動力値を所定量増加させた後に、再び仮想的な前記洗浄手段の動力値から、前記分離膜に付着している構成成分量の変動、膜ろ過圧力の変動、膜ろ過流量の変動、膜ろ過流束の変動、あるいは、膜抵抗の変動を予測し、該予測結果に基づいて、前記所定量増加後の仮想的な前記洗浄手段の動力値の是非を判断すること、および、前記判断結果において、前記仮想的な前記洗浄手段の動力値を是と判断したときに、前記仮想的な前記洗浄手段の動力値を前記洗浄手段の動力の適正値とすることが好ましい。

例えば、図３（予測ステップ１を用いる場合）および図４（予測ステップ２を用いる場合）に、仮想的な膜洗浄力の値あるいは仮想的な洗浄手段の動力値を変更する変更ステップ４０を備えた場合のフローチャートの例を示す。ここでは、まず、十分に小さな値の仮想的な膜洗浄力の値あるいは仮想的な洗浄手段の動力値を準備し、前記予測ステップ１あるいは前記予測ステップ２によって予測を行う。前記予測の結果から仮想的な膜洗浄力の値あるいは仮想的な洗浄手段の動力値を判断し、その判断結果が非となるときに、変更ステップ４０において仮想的な膜洗浄力の値あるいは仮想的な洗浄手段の動力値を所定量増加させ、再度、予測ステップ１あるいは予測ステップ２以降を繰り返し行う。このとき、判断結果が是となるときに用いた仮想的な膜洗浄力の値あるいは仮想的な洗浄手段の動力値を、それぞれ膜洗浄力の適正値あるいは洗浄手段の動力の適正値とする。このような手順に従えば、図５で示した手順より効率的に膜洗浄力の適正値あるいは洗浄手段の動力の適正値を決定することができる。また、変更ステップ４０において、判断結果が是となる仮想的な膜洗浄力の値と、非となる仮想的な膜洗浄力の値との間の仮想的な膜洗浄力の値に変更することによって、膜洗浄力の適正値として推定される範囲を次第に小さくする方法や、変更ステップ４０において、判断結果が是となる仮想的な洗浄手段の動力値と、非となる仮想的な洗浄手段の動力値との間の仮想的な洗浄手段の動力値に変更することによって、洗浄手段の動力の適正値として推定される範囲を次第に小さくする方法があるが、このような方法に従う場合、最終的に膜洗浄力の適正値あるいは洗浄手段の動力の適正値を決定する際には、前記図３あるいは図４で示した手順に従うことが好ましい。

本発明では、前記決定された前記洗浄手段の動力の適正値に基づいて前記洗浄手段の動力値を決定する。このとき、前記洗浄手段の動力の適正値をそのまま洗浄手段の動力値として決定しても良く、また、本発明が対象とする膜ろ過装置においては、膜洗浄力が必要十分量よりも小さいときには急速な膜目詰まりを引き起こす危険を孕むため、より安全にするために、洗浄手段の動力の適正値に一定値を安全率として乗じたり、一定値を加えたりしてもよい。

また、本発明では、前記決定された前記膜洗浄力の適正値に基づいて前記洗浄手段の動力値を決定する。このとき、前記膜洗浄力の適正値に基づいて洗浄手段の動力の適正値を決定し、前記決定された洗浄手段の動力の適正値に基づいて前記洗浄手段の動力値を決定することが好ましい。その方法として、任意の洗浄手段の動力に対する膜表面に発生する剪断力の値、あるいは膜表面における被ろ過液の流速の値を求め、前記膜表面に発生する剪断力の値、あるいは前記膜表面における被ろ過液の流速の値に基づいて膜洗浄力の値を決定することによって、膜洗浄力の値と洗浄手段の動力値との関係を求め、前記関係に基づいて、膜洗浄力の適正値から洗浄手段の動力の適正値を決定する方法、分離膜表面に発生する剪断力の値あるいは膜表面における被ろ過液の流速の値が測定できる膜ろ過装置において、予め膜洗浄力の値と膜表面に発生する剪断力の値あるいは膜表面における被ろ過液の流速の値との関係を関数などとして表現し、膜洗浄力の適正値に対応する前記剪断力の値（剪断力適正値）あるいは流速の値（流速適正値）を決定し、分離膜表面に発生する剪断力の測定値あるいは膜表面における被ろ過液の流速の測定値が、前記決定された剪断力適正値あるいは流速適正値となるように、洗浄手段の動力値を調整する方法、任意の洗浄手段の動力値に対する膜洗浄力の値を、後述のキャリブレーションの結果に基づいて決定することによって、膜洗浄力の値と洗浄手段の動力値との関係を求め、膜洗浄力の適正値から洗浄手段の動力の適正値を決定する方法などがある。

本発明では、任意の洗浄手段の動力値に対する膜洗浄力の値を、前記予測ステップ１あるいは前記予測ステップ２によってキャリブレーションされた結果に基づいて決定することによって、膜洗浄力の値と洗浄手段の動力値との関係を求め、前記関係に基づいて、前記膜洗浄力の適正値から前記洗浄手段の動力の適正値を決定することが好ましい。ここで、キャリブレーションとは、仮想データとして膜洗浄力の値を与えたときの前記膜抵抗予測ステップによる予測結果と、実際に膜ろ過したときに観察・測定される実測値との差異が小さくなるような膜洗浄力を求めることである。その方法として、本発明では次のようなキャリブレーション手順２００あるいはキャリブレーション手順２１０に従うことを推奨する。

キャリブレーション手順２００は以下の通りである。
（１）膜ろ過装置において、任意の膜ろ過流束パターンあるいは膜ろ過流量のパターンのもと、任意の一定の膜洗浄力を与えながら（即ち、洗浄手段の動力値を一定にしながら）、被ろ過液を分離膜によって膜ろ過し、そのろ過過程における膜ろ過圧力の値または膜抵抗の値の変化を計測する。

（２）前記（１）の膜ろ過における、膜ろ過流束あるいは膜ろ過流量の時系列的変化を表すデータ、および、被ろ過液の構成成分量の時系列的変化を表すデータを用意する。
（３）前記予測ステップ１により、前記（２）によって用意されたデータをもとに、仮想データとして任意の膜洗浄力の値を与えたときの膜ろ過過程における膜ろ過圧力の値または膜抵抗の値の変化を計算する。

（４）前記（１）において計測された膜ろ過過程における膜ろ過圧力の値または膜抵抗の値の変化と、前記（３）における計算された膜ろ過過程における膜ろ過圧力の値または膜抵抗の値の変化との差の積分値（和）を求める。
（５）前記（３）によって与えた膜洗浄力の値を変更する。

（６）前記（２）〜（５）を繰り返し、仮想データとして与えた膜洗浄力の値と、それに対する前記（４）で求めた前記（１）において計測された膜ろ過過程における膜ろ過圧力の値または膜抵抗の値の変化と、前記（３）における計算された膜ろ過過程における膜ろ過圧力の値または膜抵抗の変化の値との差の積分値（和）の組を求める。

（７）前記（６）において求められた仮想データとして与えた膜洗浄力の値と、それに対する前記（４）で求めた前記（１）において計測された膜ろ過過程における膜ろ過圧力の値または膜抵抗の値の変化と、前記（３）における計算された膜ろ過過程における膜ろ過圧力の値または膜抵抗の変化の値との差の積分値（和）の組の中から、前記（４）で求めた前記（１）において計測された膜ろ過過程における膜ろ過圧力の値または膜抵抗の値の変化と、前記（３）における計算された膜ろ過過程における膜ろ過圧力の値または膜抵抗の値の変化との差の積分値（和）が最小となる膜洗浄力の値を、前記（１）において与えた一定の膜洗浄力の値とする。

また、キャリブレーション手順２１０は以下の通りである。

（１１）膜ろ過装置において、任意の膜ろ過圧力パターンのもと、任意の一定の膜洗浄力を与えながら（即ち、洗浄手段の動力値を一定にしながら）、被ろ過液を分離膜によって膜ろ過し、そのろ過過程における膜ろ過流束の値、膜ろ過流量または膜抵抗の値の変化を計測する。

（１２）前記（１１）の膜ろ過における、膜ろ過圧力の時系列的変化を表すデータ、および、被ろ過液の構成成分量の時系列的変化を表すデータを用意する。
（１３）前記予測ステップ２により、前記（１２）によって用意されたデータをもとに、仮想データとして任意の膜洗浄力の値を与えたときの膜ろ過過程における膜ろ過流束あるいは膜ろ過流量の値または膜抵抗の値の変化を計算する。

（１４）前記（１１）において計測された膜ろ過過程における膜ろ過流束あるいは膜ろ過流量の値または膜抵抗の値の変化と、前記（１３）における計算された膜ろ過過程における膜ろ過流束あるいは膜ろ過流量の値または膜抵抗の値の変化との差の積分値（和）を求める。
（１５）前記（１３）によって与えた膜洗浄力の値を変更する。

（１６）前記（１２）〜（１５）を繰り返し、仮想データとして与えた膜洗浄力の値と、それに対する前記（１４）で求めた前記（１１）において計測された膜ろ過過程における膜ろ過流束あるいは膜ろ過流量の値または膜抵抗の値の変化と、前記（１３）における計算された膜ろ過過程における膜ろ過流束あるいは膜ろ過流量の値または膜抵抗の値の変化との差の積分値（和）の組を求める。

（１７）前記（１６）において求められた仮想データとして与えた膜洗浄力の値と、それに対する前記（１４）で求めた前記（１１）において計測された膜ろ過過程における膜ろ過流束あるいは膜ろ過流量の値または膜抵抗の値の変化と、前記（１３）における計算された膜ろ過過程における膜ろ過流束あるいは膜ろ過流量の値または膜抵抗の値の変化との差の積分値（和）の組の中から、前記（１４）で求めた前記（１１）において計測された膜ろ過過程における膜ろ過流束あるいは膜ろ過流量の値または膜抵抗の値の変化と、前記（１３）における計算された膜ろ過過程における膜ろ過流束あるいは膜ろ過流量の値または膜抵抗の値の変化との差の積分値（和）が最小となる膜洗浄力の値を、前記（１１）において与えた一定の膜洗浄力の値とする。

ここで、前記（１）における膜ろ過流束のパターンあるいは膜ろ過流量のパターン、あるいは前記（１１）における膜ろ過圧力パターンは、それぞれ、実際の膜ろ過装置の運転における膜ろ過流束の値あるいは膜ろ過流量の値あるいは膜ろ過圧力の値の範囲内を変動させるものが好ましく、また、実際の膜ろ過装置において間欠運転を行うときには、間欠条件を含むものが好ましい。このことによって膜洗浄力を精度良く決定することが可能となる。また、前記（３）あるいは前記（１３）において利用する膜抵抗予測方法は、同じ被ろ過液および分離膜を用いた別の膜ろ過試験を行い、その膜ろ過圧力の値、膜ろ過流束あるいは膜ろ過流量の値、あるいは、膜抵抗の値の変化を十分に予測できていることを確認したものを用いることが好ましい。また、前記（５）あるいは前記（１５）における変更は、所定値の増加あるいは減少とすることが好ましい。ここで、所定値をできるだけ小さい値とすることで、より精度よく膜洗浄力の値を決定することができる。

また、前記（３）において利用する仮想的な膜洗浄力の値を、まず十分に小さい値から与え、前記（５）における変更を所定値の増加とし、前記（４）において求めた積分値が、前回の計算値より大きくなるときに計算を停止し、前回の計算において前記（３）において利用する仮想的な膜洗浄力の値を前記（１）で与えた膜洗浄力の値として決定するという方法や、前記（１３）において利用する仮想的な膜洗浄力の値を、まず十分に小さい値から与え、前記（１５）における変更を所定値の増加とし、前記（１４）において求めた積分値が、前回の計算値より大きくなるときに計算を停止し、前回の計算において前記（１３）において利用する仮想的な膜洗浄力の値を前記（１１）で与えた膜洗浄力の値として決定するという方法も好ましい。ただし、前記（３）において利用する仮想的な膜洗浄力の値を横軸に、前記（４）において求めた積分値の関係を最小となる膜洗浄力の値を縦軸にグラフ化したときに、必ずしも極小値が一つとは限らないので、決定された膜洗浄力の値を用いたときの前記（３）における予測結果と前記（１）における実測値を比較しておくことや、前記（１３）において利用する仮想的な膜洗浄力の値を横軸に、前記（１４）において求めた積分値の関係を最小となる膜洗浄力の値を縦軸にグラフ化したときに、必ずしも極小値が一つとは限らないので、決定された膜洗浄力の値を用いたときの前記（１３）における予測結果と前記（１１）における実測値を比較しておくことが望ましい。

かかる手順に従えば、本発明で必要とする膜洗浄力を精度良く求めることが可能であり、これをもとに洗浄手段の動力値を決定することによって、精度良く洗浄手段の動力の適正値を決定することができる。その具体例については、実施例１において示す。

また、本発明では、上記のように決定された膜ろ過装置の運転条件に基づいて、前記洗浄手段の動力値を制御することを特徴とする膜ろ過装置の運転方法、および、少なくとも分離膜、該分離膜の表面を洗浄する洗浄手段、および該洗浄手段の運転を制御する制御手段を有する膜ろ過装置であって、前記制御手段が、上記のように決定された膜ろ過装置の運転条件に基づいて、前記洗浄手段の運転を制御することを特徴とする膜ろ過装置を提供する。ここにおいて、洗浄手段としてその動力を可変できるインバータを備えたものを利用し、洗浄手段の動力値を制御することが好ましい。

以下、本発明を具体的に説明するが、本発明はこの実施例のみに限定されるものではない。

（実施例１）
本実施例に用いた膜ろ過装置５００の構造概略を図６に示す。膜ろ過装置５００は、浸漬型の膜分離式活性汚泥装置であり、酢酸を主成分とする工場排水を処理する排水処理装置である。原水５０６である酢酸を主成分とする工場排水を、断続的に平均流量２．３ｍ^３／ｄで有効容量２．３ｍ^３の被ろ過液収容槽５０１に投入した。被ろ過液収容槽５０１には、被ろ過液５０４として活性汚泥が収容されており、被ろ過液５０４中に分離膜５０２を浸漬させ、前記分離膜５０２の下方部には散気管５０７が設置され、前記散気管５０７には洗浄手段である曝気ブロア５０３からエアが供給される構造とした。すなわち、本装置においては、散気管５０７から供給されるエアバブルが膜表面に接触し、また曝気による活性汚泥の流動も同時に発生するために、膜表面の付着成分が膜から剥離する効果が得られることとなる。なお、ここで、分離膜５０２には、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）製の平膜型の精密ろ過膜（有効膜面積７．８ｍ^２）を用い、膜透過液側に設置した吸引ポンプを膜ろ過液獲得手段５０５として用いた。

また、本実施例では、被ろ過液の構成成分量を次のように定義し測定した。被ろ過液は、固形成分（物質量：Ｘ［ｇＣ／ｍ^３］）、上清中非膜ろ過成分（物質量：Ｐ［ｇＣ／ｍ^３］）、溶解成分（物質量：Ｓ［ｇＣ／ｍ^３］）によって構成されるとした。Ｘは、被ろ過液のＭＬＳＳ［ｇＣ／ｍ^３］を下水道試験法に従って測定し、その示性式がＣ_５Ｈ_７Ｏ_２Ｎであると仮定し、その測定値に６０／１１３を乗じることで算出した。Ｓは、前記膜ろ過装置５００において得られた膜ろ過液のＴＯＣ［ｇＣ／ｍ^３］を測定し、その測定値とした。Ｐは、被ろ過液を遠心分離（３５００ｒｐｍ、１０分間）し、上清成分を得て、前記上清成分のＴＯＣ測定値［ｇＣ／ｍ^３］とＳ［ｇＣ／ｍ^３］との差として算出した。その結果、Ｘは１７３１［ｇＣ／ｍ^３］、Ｐは２４［ｇＣ／ｍ^３］、Ｓは３．６［ｇＣ／ｍ^３］であった。

また、本実施例では、予測ステップ１において、膜抵抗の値の変動を予測することとした。ここにおいて、計算ステップ１０として前記（１）式を利用し（ここにおいて、μは前記（２）式を利用した）、計算ステップ２０として前記（３）式および前記（４）式を利用し、計算ステップ３０として前記（５）式を利用した。

本実施例では、数値計算ソフトＭＡＴＬＡＢ（米国Mathworks社製）を用いて、膜ろ過予測プログラムを作成し、上記計算を行った。ここでは、積分法としてＲｕｎｇｅ−Ｋｕｔｔａ法を用いた。また、本実施例において、上記計算を行うために用いた各諸元値を表１にまとめた。

ここにおいて、表１に示した諸元値の中において、抵抗係数αｘとαｐ、剥離係数γｘとγｐ、摩擦係数λｘとλｐは次のように決定した。

まず、被ろ過液として前記活性汚泥を用い、図１２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。

まず、膜ろ過抵抗初期値を測定するために純水を用いた膜ろ過試験を行った。ここにおいて、膜ろ過圧力を２０ｋＰａ、マグネティックスターラー４０３による攪拌速度を６００ｒｐｍとした。また、電子秤４０８における測定値を２秒間隔でパソコン４０９に取り込んだ。純水を用いた膜ろ過試験は８０ｍｌの膜透過液量が得られるまで行った。

次に、活性汚泥を用いた膜ろ過性評価試験を行った。まず、純水チャンバー４１０を外し、図１２の点線のライン４１５を接続した。攪拌式セル４０１内に１２ｍｌの活性汚泥を投入し、膜ろ過圧力を２０ｋＰａ、マグネティックスターラー４０３による攪拌速度を６００ｒｐｍとして膜ろ過試験を行った。電子秤４０８における測定値を２秒間隔でパソコン４０９に取り込み、７００秒間の膜ろ過試験を行った。

上記、膜ろ過試験を、遠心分離（３５００ｒｐｍ、１０分間）によって得られた遠心上清を用いても行った。

上記の各膜ろ過試験において、パソコン４０９内に取り込まれたろ過時間とろ過液量との関係を示したデータを次のように処理した。まず、任意のろ過時間におけるろ過液量の微分係数を用いて、任意のろ過時間における膜ろ過流束を算出した。次に、前記任意のろ過時間における膜ろ過流束から、膜ろ過圧力を用いて、前記（１）式に従い、任意のろ過時間における膜ろ過抵抗を算出した。上記のように算出された結果から、単位膜面積あたりの総ろ過液量と膜ろ過抵抗との関係を作成した。

前記純水を用いた膜ろ過試験の結果から作成された単位膜面積あたりの総ろ過液量と膜ろ過抵抗との関係から、ろ過液量が７０〜８０ｍＬの区間における膜ろ過抵抗の平均値を膜ろ過抵抗初期値とした。

まず、遠心上清による膜ろ過試験結果の予測を行った。

時刻ゼロにおける上清成分物質量値Ｐ（０）＝２８９、分離膜に付着している上清成分物質量値Ｐｍ（０）＝０、膜ろ過抵抗初期値Ｒｍ＝８．５×１０^１０、膜洗浄力値τ＝１０（一定値）、膜ろ過液の粘度μ＝１．０×１０^−３、膜間差圧値ΔＰ＝２０×１０^３を入力した。その他、前記膜ろ過プログラムに必要なパラメータとして抵抗係数αｐ、剥離係数γｐ、摩擦係数λｐを入力し、膜ろ過予測結果を出力した。そして、実測値と膜ろ過予測結果との差異が最小となるように、抵抗係数αｐ、剥離係数γｐ、摩擦係数λｐを変化させながら、上記膜ろ過予測を繰り返し行った。その結果、抵抗係数αｐ＝１．３２×１０^１３、剥離係数γｐ＝２．６×１０^４、摩擦係数λｐ＝４．２×１０^−５となるときに実測値と膜ろ過予測結果が最小となった。

次に、汚泥による膜ろ過試験結果の予測を行った。
時刻ゼロにおける上清成分物質量値Ｐ（０）＝２０．４、時刻ゼロにおける固形成分物質量値Ｘ（０）＝１．７３１×１０^３、分離膜に付着している上清成分物質量値Ｐｍ（０）＝０、分離膜に付着している固形成分物質量値Ｘｍ（０）＝０、膜ろ過抵抗初期値Ｒｍ＝８．５×１０^１０、膜洗浄力値τ＝１０（一定値）、膜ろ過液の粘度μ＝１．０×１０^−３、膜間差圧値ΔＰ＝２０×１０^３を入力した。また、上記で決定されたパラメータとして、抗係数αｐ＝１．３２×１０^１３、剥離係数γｐ＝２．６×１０^４、摩擦係数λｐ＝４．２×１０^−５を入力した。その他、前記膜ろ過プログラムに必要なパラメータとして抵抗係数αｘ、剥離係数γｘ、摩擦係数λｘを入力し、膜ろ過予測結果を出力した。そして、実測値と膜ろ過予測結果との差異が最小となるように、抵抗係数αｘ、剥離係数γｘ、摩擦係数λｘを変化させながら、上記膜ろ過予測を繰り返し行った。その結果、抵抗係数αｘ＝２０×１０^１０、剥離係数γｘ＝４．０×１０^３、摩擦係数λｘ＝１．１×１０^−５となるときに実測値と膜ろ過予測結果が最小となった。

予測ステップ１において、膜抵抗の値の変動を予測するために、前記被ろ過液の構成成分量の時系列的な変化を表すデータ（Ｘ：１７３１［ｇＣ／ｍ^３］、Ｐ：２４［ｇＣ／ｍ^３］である固定データ）、膜ろ過流束の時系列的な変化を表すデータ（連続ろ過として、３．４１×１０^−６［ｍ／ｓ］の固定データ）を、前記予測ステップ１における計算式が組み込まれているコンピュータ内に入力した。そのほかのデータとして、膜ろ過液の粘度のデータ、分離膜の初期膜抵抗のデータ（Ｒｍ：８．５×１０^１０［１／ｍ］）、表１に記載のパラメータの値を入力した。また、仮想的な膜洗浄力の値を仮に０．２８と設定し、前記コンピュータ内に入力した。前記入力された被ろ過液の構成成分量のデータ、膜ろ過流束のデータ、および、膜洗浄力の仮想的な値を利用して、膜抵抗の値の変動を予測した。その結果を図７に示す。ろ過時間の経過に伴い、膜抵抗の値が増加し発散する傾向にあった。ここにおいて、膜抵抗の値が発散するときに仮想的な膜洗浄力の値が非であると判断することとし、この仮想的な膜洗浄力の値を非であると判断した。そこで、変更ステップ４０により、仮想的な膜洗浄力の値を０．２９に増加させた。そして、再度予測ステップ１において、膜抵抗の値の変動を予測したところ、仮想的な膜洗浄力の値が０．２８のときと比較して、全体的に膜抵抗が小さくなったものの、膜抵抗の値が発散する傾向は変わらなかった（図７）。したがって、この仮想的な膜洗浄力の値を非であると判断した。そこで、再び変更ステップ４０において、仮想的な膜洗浄力の値を０．３０に増加させ、再び膜抵抗の値の変動を予測したところ、膜抵抗が収束し一定値に安定する結果となった（図７）。そこで、仮想的な膜洗浄力の値が是であると判断し、膜洗浄力の適正値を０．３０と決定した。

一方、洗浄手段の動力値である曝気風量の値と膜洗浄力の値との関係をキャリブレーション２１０に従って求めるために、次のような膜ろ過試験を行った。図８に示すように、前記膜ろ過装置５００において、分離膜５０２のろ過液側にチューブを接続し、サイフォンの原理を利用して水頭差により膜ろ過液を取得できるような構造とした。また、そのチューブの途中に流量計５１４（デジタル式）を設置し、流量計５１４の指示値の経時変化を記録計５１５に連続的に記録できる構造とした。また、流量計５１４の下流にバルブ５１６を設置し、間欠運転が手動で可能な構造とした。被ろ過液収容槽５０１中の被ろ過液の水位と、当膜ろ過試験装置のチューブ出口の高さとの差（図８参照）をΔＨとし、ΔＨから膜ろ過圧力を算出した。

このような膜ろ過装置において、まず、曝気風量を３００Ｌ／ｍｉｎの一定流量で維持した。当膜ろ過試験装置のチューブ出口の高さを経時的に変化させることでΔＨを変化させ、また、断続的にバルブ５１６を開閉することで間欠的に膜ろ過を行った。そのときの膜ろ過圧力の値の経時変化を図９に示す。ここにおいて、膜ろ過圧力の値がゼロとなっているときは、バルブ５１６が閉となっているときである。また、膜ろ過を継続したときの膜ろ過流量の値（前記流量計５１４の指示値）の経時変化を図１０に示す。また、図９に示した膜ろ過圧力の条件下での膜ろ過流量の経時変化を、予測ステップ２を用いて予測した。

予測ステップ２では、計算ステップ１０として前記（１’）式を利用し（ここにおいて、μは前記（２）式を利用した）、計算ステップ２０として前記（３）式および前記（４）式にそれぞれＪ＝Ｑ／Ａを代入したもの利用し、計算ステップ３０として前記（５）式を利用した。このような計算は前記予測ステップ１と同じ計算ソフトおよび計算方法を用いて行った。

前記予測ステップ１と前記予測ステップ２とは、入力と出力が異なるものの、計算に利用する計算式そのものは基本的に同じであり、対象とする被ろ過液および分離膜も同じである。したがって、表１に示す諸元値も同じであり、前記予測ステップ１で利用した膜洗浄力の値と前記予測ステップ２で利用した膜洗浄力の値とは同じものであると判断できる。

ここで、任意の仮想的な膜洗浄力の値における膜ろ過流量の値の経時変化の計算結果と実測の膜ろ過流量の値の経時変化との差の積分値を算出し、その積分値が最小となる膜洗浄力の値を求めた結果、０．２６であった。そのときの膜ろ過流量の値の経時変化の計算結果を実測値と同時に図１０に示す。膜ろ過圧力の値を変化させた直後の膜ろ過流量の値の極端な増加以外十分に実測値を再現できていることを確認した。このようにして、曝気風量３００Ｌ／ｍｉｎのときの膜洗浄力の値は０．２６であると判断した。

同様に、曝気風量４００Ｌ／ｍｉｎのとき、および、曝気風量５００Ｌ／ｍｉｎのときの膜洗浄力の値を評価した結果、それぞれ、０．３０および０．３３であった。

以上より、前記膜洗浄力の適正値０．３０に相当する曝気風量は４００Ｌ／ｍｉｎであり、本発明においては、曝気風量の適正値（即ち、洗浄手段の動力の適正値）は４００Ｌ／ｍｉｎと判断し、前記洗浄手段である曝気ブロア５０３からの曝気風量の値を４００Ｌ／ｍｉｎとした。

（実施例２）
実施例１では、連続ろ過の場合の実施例について記したが、実施例２では、間欠ろ過の場合の実施例について記す。

膜ろ過装置、膜抵抗予測方法、膜ろ過試験方法、利用した計算ソフト、積分方法、計算に必要な各諸元、被ろ過液の構成成分量の値、および、初期膜抵抗の値は実施例１と同じである。ここでは、間欠ろ過条件として、８分間吸引２分間休息の間欠ろ過（吸引時の膜ろ過流束は４．２６×１０^−６［ｍ／ｓ］）、即ち、膜ろ過流束４．２６×１０^−６［ｍ／ｓ］で８分間吸引ろ過し、その後２分間吸引ろ過を停止するというサイクルを繰り返した。

まず、実施例１と同様、予測ステップ１において、膜抵抗の値の変動を予測することとした。ここにおいて、計算ステップ１０として前記（１）式を利用し（ここにおいて、μは前記（２）式を利用した）、計算ステップ２０として前記（３）式および前記（４）式を利用し、計算ステップ３０として前記（５）式を利用した。前記被ろ過液の構成成分量の時系列的な変化を表すデータ（Ｘ：１７３１［ｇＣ／ｍ^３］、Ｐ：２４［ｇＣ／ｍ^３］である固定データ）、膜ろ過流束の時系列的な変化を表すデータ（間欠ろ過として、８分間は膜ろ過流束４．２６×１０^−６［ｍ／ｓ］とし、続く２分間は膜ろ過流束０［ｍ／ｓ］とすることを繰り返す変動データ）を、前記予測ステップ１における計算式が組み込まれているコンピュータ内に入力した。そのほかのデータとして、膜ろ過液の粘度のデータ、分離膜の初期膜抵抗のデータ（Ｒｍ：８．５×１０^１０［１／ｍ］）、表1に記載のパラメータの値を入力した。また、仮想的な膜洗浄力の値を仮に０．２８と設定し、前記コンピュータ内に入力した。前記入力された被ろ過液の構成成分量のデータ、膜ろ過流束のデータ、および、仮想的な膜洗浄力の値を利用して、膜抵抗の値の変動を予測した。

その結果を図１１に示す。吸引時には、ろ過時間の経過に伴い、膜抵抗の値が増加し、休息時には膜抵抗の値が減少する傾向があった。ここにおいて、膜抵抗が所定値以上となるときに非であると判断することとし、膜ろ過装置５００に利用しているポンプの出力最大値から所定値を３．０×１０^１２［１／ｍ］と定めた。仮想的な膜洗浄力の値が０．２８では、膜抵抗の値が所定値を越えたため、この仮想的な膜洗浄力を非であると判断した。そこで、変更ステップ４０により、膜洗浄力の仮想的な値を０．２９に増加させた。そして、再度膜抵抗の値の変動を予測したところ、仮想的な膜洗浄力の値が０．２８のときと比較して、全体的に膜抵抗が小さくなったものの、膜抵抗が所定値を越えるという傾向は変わらなかった（図１１）。すなわち、この仮想的な膜洗浄力の値を非であると判断した。そこで、再び変更ステップ４０において、仮想的な膜洗浄力の値を０．３０に増加させた。このときの膜ろ過条件下において、再び膜抵抗の値の変動を予測したところ、膜抵抗の値が所定値を越えない結果となった（図１１）。そこで、膜洗浄力の適正値を０．３０と決定した。

ここにおいて、実施例１においてキャリブレーションによって求めた曝気風量と膜洗浄力の値との関係から、前記膜洗浄力の適正値０．３０に相当する曝気風量は４００Ｌ／ｍｉｎであり、本発明においては、曝気風量の適正値（即ち、洗浄手段の動力の適正値）は４００Ｌ／ｍｉｎと判断し、前記洗浄手段である曝気ブロア５０３からの曝気風量の値を４００Ｌ／ｍｉｎとした。

本発明において予測ステップ１を含む場合のフローチャートである。 本発明において予測ステップ２を含む場合のフローチャートである。 本発明において予測ステップ１を含み、変更ステップ４０を利用する場合のフローチャートである。 本発明において予測ステップ２を含み、変更ステップ４０を利用する場合のフローチャートである。 本発明の実施フローチャートの一例である。 実施例１で用いた膜ろ過装置の概略図である。 実施例１において計算した膜抵抗の値の時系列的変化を示す図である。 実施例１において行った膜ろ過試験装置の概略図である。 実施例１の膜ろ過圧力の時系列的変化を示す図である。 実施例１で得られた膜ろ過流束の時系列的変化（実測値・計算値）を示す図である。 実施例２において計算した膜抵抗の値の経時変化を示す図である。 実施例１において予測を行うための諸因子を決定するために利用した膜ろ過試験装置の図である。

符号の説明

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、４１３，４１４：バルブ
５００：膜ろ過装置
５０１：被ろ過液収容槽
５０２：分離膜
５０３：曝気ブロア
５０４：被ろ過液
５０５：膜ろ過液取得手段
５０６：原水
５０７：散気管
５１４：流量計
５１５：記録計
５１６：バルブ

Claims (16)

1. 少なくとも分離膜、および該分離膜の表面を洗浄する洗浄手段を有する膜ろ過装置を用いて、被ろ過液を前記分離膜によりろ過し、ろ過と同時または逐次的に前記分離膜の表面の洗浄を行う膜ろ過装置の運転条件の決定方法であって、被ろ過液の構成成分の種類および構成成分量の時系列的変化を表すデータ、および、膜ろ過流量の時系列的変化を表すデータから、前記分離膜に付着している構成成分量の変動、膜ろ過圧力の変動、あるいは膜抵抗の変動を予測し、前記予測結果に基づいて前記洗浄手段の動力値を決定し、かつ前記予測が、前記被ろ過液の構成成分量の時系列的変化を表すデータ、および、膜ろ過流量の時系列的変化を表すデータに基づいて、前記分離膜に付着している構成成分量を計算する計算ステップ１００を含み、かつ前記計算ステップ１００が、前記分離膜に付着している構成成分量の変化量を、前記被ろ過液の構成成分に含まれる物質が前記分離膜に付着する速度と前記分離膜から剥離する速度との差として表現される計算式に基づいて計算される計算ステップ１０１であり、かつ前記被ろ過液の構成成分に含まれる物質が前記分離膜から剥離する速度が、前記分離膜に付着している構成成分量の値の２次式に基づいて決定されることを含む膜ろ過装置の運転条件の決定方法。
   
2. 少なくとも分離膜、および該分離膜の表面を洗浄する洗浄手段を有する膜ろ過装置を用いて、被ろ過液を前記分離膜によりろ過し、ろ過と同時または逐次的に前記分離膜の表面の洗浄を行う膜ろ過装置の運転条件の決定方法であって、被ろ過液の構成成分の種類および構成成分量の時系列的変化を表すデータ、および、膜ろ過圧力の時系列的変化を表すデータから、前記分離膜に付着している構成成分量の変動、膜ろ過流量の変動、膜ろ過流束の変動、あるいは膜抵抗の変動を予測し、前記予測結果に基づいて前記洗浄手段の動力値を決定し、かつ前記予測が、前記被ろ過液の構成成分量の時系列的変化を表すデータ、および、膜ろ過圧力の時系列的変化を表すデータに基づいて、前記分離膜に付着している構成成分量を計算する計算ステップ１００を含み、かつ前記計算ステップ１００が、前記分離膜に付着している構成成分量の変化量を、前記被ろ過液の構成成分に含まれる物質が前記分離膜に付着する速度と前記分離膜から剥離する速度との差として表現される計算式に基づいて計算される計算ステップ１０１であり、かつ前記被ろ過液の構成成分に含まれる物質が前記分離膜から剥離する速度が、前記分離膜に付着している構成成分量の値の２次式に基づいて決定されることを含む膜ろ過装置の運転条件の決定方法。
   
3. 前記被ろ過液の構成成分の種類として、被ろ過液の上清成分及び／又は固形成分を用いることを特徴とする請求項１または２に記載の膜ろ過装置の運転条件の決定方法。
4. 前記分離膜に付着している上清成分の物質量の変化量を表現した計算式が、前記分離膜に付着している固形成分の物質量の値の項を含んでいる計算式であること、及び／又は、前記分離膜に付着している固形成分の物質量の変化量を表現した計算式が、前記分離膜に付着している上清成分の物質量の値の項を含んでいる計算式であることを特徴とする請求項３に記載の膜ろ過装置の運転条件の決定方法。
5. 仮想的な膜洗浄力の値から、前記分離膜に付着している構成成分量の変動、膜ろ過圧力の変動、膜ろ過流量の変動、膜ろ過流束の変動、あるいは、膜抵抗の変動を予測し、前記予測結果に基づいて、前記仮想的な膜洗浄力の値の是非を判断し、前記判断結果において是と判断された前記仮想的な膜洗浄力の値から膜洗浄力の適正値を決定し、前記決定された膜洗浄力の適正値に基づいて前記洗浄手段の動力値を決定す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装置の運転条件の決定方法。
6. 前記判断結果において、前記仮想的な膜洗浄力の値を非と判断したときに、前記仮想的な膜洗浄力の値を所定量増加させた後に、再び仮想的な膜洗浄力の値から、前記分離膜に付着している構成成分量の変動、膜ろ過圧力の変動、膜ろ過流量の変動、膜ろ過流束の変動、あるいは、膜抵抗の変動を予測し、該予測結果に基づいて、前記所定量増加後の仮想的な膜洗浄力の値の是非を判断すること、および、前記判断結果において、前記仮想的な膜洗浄力の値を是と判断したときに、前記仮想的な膜洗浄力の値を膜洗浄力の適正値とすることを特徴とする請求項５に記載の膜ろ過装置の運転条件の決定方法。
7. 仮想的な前記洗浄手段の動力値から、前記分離膜に付着している構成成分量の変動、膜ろ過圧力の変動、膜ろ過流量の変動、膜ろ過流束の変動、あるいは、膜抵抗の変動を予測し、前記予測結果に基づいて、前記仮想的な前記洗浄手段の動力値の是非を判断し、前記判断結果において是と判断された前記仮想的な前記洗浄手段の動力値から前記洗浄手段の動力の適正値を決定し、前記決定された洗浄手段の動力の適正値に基づいて前記洗浄手段の動力値を決定す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装置の運転条件の決定方法。
8. 前記判断結果において、前記仮想的な前記洗浄手段の動力値を非と判断したときに、前記仮想的な前記洗浄手段の動力値を所定量増加させた後に、再び仮想的な前記洗浄手段の動力値から、前記分離膜に付着している構成成分量の変動、膜ろ過圧力の変動、膜ろ過流量の変動、膜ろ過流束の変動、あるいは、膜抵抗の変動を予測し、該予測結果に基づいて、前記所定量増加後の仮想的な前記洗浄手段の動力値の是非を判断すること、および、前記判断結果において、前記仮想的な前記洗浄手段の動力値を是と判断したときに、前記仮想的な前記洗浄手段の動力値を前記洗浄手段の動力の適正値とすることを特徴とする請求項７に記載の膜ろ過装置の運転条件の決定方法。
9. 前記予測結果において、前記分離膜に付着している構成成分量の値、膜抵抗の値あるいは膜ろ過圧力の値があらかじめ決定された所定値以下、あるいは、膜ろ過流束の値あるいは膜ろ過流量の値があらかじめ決定された所定値以上となったときに、前記仮想的な膜洗浄力の値、あるいは、前記仮想的な前記洗浄手段の動力値を是と判断することを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の膜ろ過装置の運転条件の決定方法。
10. 前記予測結果において、前記分離膜に付着している構成成分量の値、膜抵抗の値あるいは膜ろ過圧力の値が収束するときに、前記仮想的な膜洗浄力の値、あるいは、前記仮想的な前記洗浄手段の動力値を是と判断することを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の膜ろ過装置の運転条件の決定方法。
11. 前記膜洗浄力の適正値に基づいて前記洗浄手段の動力の適正値を決定した後、前記決定された前記洗浄手段の動力の適正値に基づいて前記運転条件を決定することを特徴とする請求項５、６、９、または１０に記載の膜ろ過装置の運転条件の決定方法。
12. 任意の前記洗浄手段の動力値に対する膜表面に発生する剪断力の値、あるいは膜表面における被ろ過液の流速の値を求め、前記膜表面に発生する剪断力の値、あるいは前記膜表面における被ろ過液の流速の値に基づいて膜洗浄力の値を決定することによって、膜洗浄力の値と前記洗浄手段の動力値との関係を求め、前記関係に基づいて、前記膜洗浄力の適正値から前記洗浄手段の動力の適正値を決定することを特徴とする請求項１１に記載の膜ろ過装置の運転条件の決定方法。
13. 任意の前記洗浄手段の動力値に対する膜洗浄力の値を、前記計算ステップ１００あるいは前記計算ステップ１０１を含む予測方法によってキャリブレーションされた結果に基づいて決定することによって、膜洗浄力の値と洗浄手段の動力値との関係を求め、前記関係に基づいて、前記膜洗浄力の適正値から前記洗浄手段の動力の適正値を決定することを特徴とする請求項１１に記載の膜ろ過装置の運転条件の決定方法。
14. 分離膜の表面の洗浄が、膜表面を曝気すること、被ろ過液を流動させること、あるいは、分離膜を移動させることによってなされることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の膜ろ過装置の運転条件の決定方法。
15. 被ろ過液が、微生物を含有する液体であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の膜ろ過装置の運転条件の決定方法。
16. 請求項１〜１５のいずれかに記載の膜ろ過装置の運転条件の決定方法において決定された前記洗浄手段の動力値を制御することを特徴とする膜ろ過装置の運転方法。

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