JP5230074B2 - 水処理装置の流量制御方法 - Google Patents
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Description
この発明は、上水道、下水道、工業用水または廃水処理水など、原水中に含まれる汚濁物質をろ過膜により分離除去して浄化処理する、膜ろ過による水処理装置用の流量制御方法に関わり、特に、インバータを用いたＰＩＤ制御により目標値（ＳＶ値）となるように流量制御を行う流量制御方法に関する。
被処理水中の汚濁物質を除去する方法として、膜ろ過を利用した水処理方法がよく知られている。この膜ろ過を用いた水処理においては、運転の継続に伴い、ろ過膜の表面に汚濁物質の付着層が生じ、目詰まり、固形物による流路閉塞などのファウリングが起こり、ろ過性能が低下する問題がある。
そのため運転サイクルにおいて、所定時間のろ過工程後に、物理洗浄または薬品洗浄を実施し、ファウリングを低減するようにしている。物理洗浄には、膜ろ過後の処理水を逆流させる逆流洗浄（逆洗）、膜の一次側での水流によるフラッシング（ＦＦ）、水に空気を混合して形成したスラグ流による膜の一次側でのエアーフラッシング（ＡＦ）、空気により膜を振動させるエアースクラビングなどがあり、物理的な作用によって付着物質を取り除いている。一方、薬品洗浄は、物理洗浄では除去しきれない物質を薬品によって分解または溶解させて除去する方法で、例えば次亜塩素酸ナトリウム、硫酸、塩酸などの薬品を添加した逆洗を用いた水処理方法が提案されている（特許文献１参照）。
上記以外にも、オゾンの酸化力を利用した洗浄方法もあり、ニーズに応じて、前記各種の洗浄方法が適宜組み合わせて採用される。
図３は、従来の薬品添加逆洗（CEB:Chemical Enhanced Back Wash）方式による一般的なろ過膜の洗浄方法の一例の概略システム系統図を示し、次亜塩素酸ナトリウム添加逆洗を行なう洗浄方法の一例を示す。
図３において、１は原水、２は原水タンク、３は主ポンプ、４は原水供給弁、５は膜入口圧力計、６は水温計、７は膜モジュール（又は膜ろ過ユニット）、８は膜出口圧力計、９は流量センサー、１０はろ過水出口弁、１１はろ過水タンク入口弁、１２はろ過水タンク、１３は処理水、１４は逆洗ポンプ、１５は逆洗水供給弁、１６は排水弁、１７は次亜塩素酸ナトリウムタンク、１８は次亜塩素酸ナトリウム添加ポンプ、１９は次亜塩素酸ナトリウム添加バルブである。なお、図３においては、次亜塩素酸ナトリウム添加量制御装置の図示を省略している。
次に、図３に示すろ過膜の水処理方法および洗浄方法等について説明する。原水タンク２に流入した原水１は、主ポンプ３により原水供給弁４を介して、膜モジュール７へ供給され、ろ過される（ろ過工程）。ここで、ろ過流量は、流量センサー９の値が一定となるように主ポンプ３をインバータ制御することにより行われる。ろ過された水は流量センサー９、ろ過水出口弁１０、ろ過水タンク入口弁１１を介して、ろ過水タンク１２へ流入される。ろ過水タンク１２で容量を越えたろ過水が処理水１３として次工程へと通水される。所定時間のろ過が行われたところで、逆洗が実施される（逆洗工程）。逆洗工程は、ろ過水タンク１２の水（もしくはろ過水タンクとは別に設けた図示しない逆洗水槽の水）を、逆洗ポンプ１４により逆洗水供給弁１５を介して、膜モジュール７の二次側から一次側へ流すことによりなされ、逆洗後の水は、排水弁１６を介して排水される。
ろ過工程および逆洗工程の所定回数が終了した後に、薬品を添加して逆洗を実施する（薬品添加逆洗工程）。図３の場合、次亜塩素酸ナトリウム添加逆洗として、前記ろ過水による逆洗に続けて、次亜塩素酸ナトリウムタンク１７に貯留された次亜塩素酸ナトリウムを、次亜塩素酸ナトリウム添加ポンプ１８を用いて次亜塩素酸ナトリウム添加バルブ１９を介して逆洗水に添加し、所定濃度の残留塩素濃度とした水を膜モジュールに注入する。
膜モジュール７内が所定濃度の残留塩素水で満たされたところで一旦逆洗ポンプ１４を停止し、各バルブを閉じて、所定時間膜モジュール７を残留塩素水に浸漬する（薬液浸漬工程）。所定時間浸漬後に再度逆洗ポンプを起動してろ過水にて逆洗を実施することにより膜モジュール内の塩素水を洗い流すリンスが実施される（リンス工程）。
膜モジュール７内が所定濃度の残留塩素水で満たされたところで一旦逆洗ポンプ１４を停止し、各バルブを閉じて、所定時間膜モジュール７を残留塩素水に浸漬する（薬液浸漬工程）。所定時間浸漬後に再度逆洗ポンプを起動してろ過水にて逆洗を実施することにより膜モジュール内の塩素水を洗い流すリンスが実施される（リンス工程）。
上記のように、逆洗工程、薬品添加逆洗工程、薬液浸漬工程およびリンス工程を含むろ過膜の洗浄方式を、薬品添加逆洗方式と称する。なお、膜面へのファウリング物質の洗浄薬品としては、上記の次亜塩素酸ナトリウム以外に、硫酸、塩酸、その他の薬品が使われる場合もある。さらに、前記特許文献１に開示されたように複数の薬品が使われる場合もある。
ところで、前記ろ過工程における原水供給の流量制御方法ならびに通常の逆洗工程や薬品添加逆洗工程における逆洗水の流量制御方法としては、例えば、インバータを用いたＰＩＤ制御により目標値（ＳＶ値）となるように流量制御を行う方法が行われている。上記従来の逆洗水の制御方法及び装置について図２に基づいて述べる。図２は、ろ過水タンクとは別に設けた逆洗水槽２２の水を、逆洗ポンプ２２を有する逆洗ライン３０を介して膜ろ過ユニット２１に通流し、逆洗ライン３０の途中に、薬液注入ライン２４を設けた例を示す。図２において、２５は流量計（伝送器）、２６は流量制御器（ＰＩＤ調節計）、２７はインバータ、２８は制御コントローラ（ＰＬＣ）、２９はプログラマブル操作表示器（ＰＯＤ）である。
図２により、以下に述べるような流量制御を行うとともに流量監視を行う。流量計２５の出力は、流量制御器（ＰＩＤ調節計）２６→インバータ２７→逆洗ポンプ２３用モータのフィードバックループでポンプモータの制御を行う。また、流量計２５の伝送出力を分岐して制御コントローラ２８に直接入力し、指令流量に対して異常な偏差が生じていないか監視を行なう。さらに、制御コントローラ（通常ＰＬＣ：プログラマブルコントローラ） ２８から流量制御器２６へ流量指令値や設定パラメータを伝送し、流量制御器２６はこの指令値に従って制御を行う。
また、流量制御器２６から制御コントローラ２８へ現状運転値、異常情報を伝送する。
流量制御器２６で、設定流量に対する上下偏差を監視させ、偏差を超えた場合には制御コントローラ２８に警報を伝え、制御コントローラ２８は偏差異常通知を行う。さらに、各設定流量において想定される周波数範囲を設定し、その周波数範囲より外れる場合には、制御コントローラ２８は警報を伝える機能（周波数監視機能）を備える。
特開２００４−４１９３５号公報
流量制御器２６で、設定流量に対する上下偏差を監視させ、偏差を超えた場合には制御コントローラ２８に警報を伝え、制御コントローラ２８は偏差異常通知を行う。さらに、各設定流量において想定される周波数範囲を設定し、その周波数範囲より外れる場合には、制御コントローラ２８は警報を伝える機能（周波数監視機能）を備える。
ところで、上記のようなインバータを用いたＰＩＤ制御により目標値（ＳＶ値）となるように流量制御を行う方法においては、下記のような問題があった。
水処理装置の制御対象となる流量を、制御当初からＰＩＤ制御しても、早期に目標値（ＳＶ値）に安定化させるのは困難である。なぜなら、水の慣性力の影響により流量値がオーバーシュートするので、制御がふらつき、また目標値に安定化させるには長時間を要する。
この発明は、上記のような点に鑑みてなされたもので、この発明の課題は、制御のふらつきを防止し、短時間に的確なＰＩＤ制御が実施可能な水処理装置の流量制御方法を提供することにある。
前述の課題を解決するため、この発明は、原水をろ過膜により浄化処理して処理水を得る膜ろ過による水処理装置の流量制御方法であって、少なくとも、ろ過工程における原水供給の流量制御および前記処理水の一部をろ過膜の逆洗水として用いてろ過膜の逆洗を行う逆洗工程における逆洗水の流量制御を、インバータを用いたＰＩＤ制御により目標値（ＳＶ値）となるように流量制御を行う流量制御方法において、前記ＳＶ値に近い値の所定の固定操作量（固定ＭＶ値）となるように、予備的な流量制御を行った後に、前記ＰＩＤ制御により目標値（ＳＶ値）となるように流量制御を行い、前記逆洗工程は、逆洗水のみによる通常逆洗の後段に、薬品添加逆洗工程を含み、前記ろ過工程または逆洗工程を複数回行う場合に、前記固定ＭＶ値は前記各工程の回毎に変更することとし、前回ＰＩＤ制御終了直前の操作量を測定して、この測定値を次回ＰＩＤ制御前の固定ＭＶ値として前回値を変更することとし、前記薬品添加逆洗工程により、ろ過膜差圧がリセットされた場合には、デフォルト時の所定の固定ＭＶ値に変更することを特徴とする。上記方法によれば、固定ＭＶ値の事前入力により、予備的にＳＶ値の近くまでの加速・減速制御を行った後、ＰＩＤ制御に進めることができ、流量制御のふらつき巾を抑えることができる。逆洗工程の場合には、これにより洗浄効果を高めることもできる。また、水温変化や膜閉塞等による変化に追従し、より速やかに流量を安定させることができる。
この発明によれば、制御のふらつきを防止し、短時間に的確なＰＩＤ制御が実施可能な水処理装置の流量制御方法を提供することができる。
本発明の実施例について、図１に基づき以下に述べる。なお、図１の実施例は、薬品添加逆洗方式の水処理装置の流量制御方法を対象として述べるが、本発明はこの実施例によって限定されるものではなく、前記フラッシング（ＦＦ）やエアーフラッシング（ＡＦ）工程を実施する場合の流量制御等にも適用できる。
図１は本発明の実施例に係る流量制御方法の模式的説明図であり、横軸に時間、縦軸に流量を、いずれも任意目盛で示す。時間軸と平行な２本のラインは、それぞれ、上側は通常逆洗のＳＶ値（目標値）、下側はＣＥＢ逆洗（薬品添加逆洗）のＳＶ値（目標値）を示す。
図１において、ＭＶ１は通常逆洗におけるＰＩＤ制御前の固定ＭＶ値を、ＭＶ２はＣＥＢ逆洗におけるＰＩＤ制御前の固定ＭＶ値を示す。また、ＭＶｎ１は通常逆洗におけるＰＩＤ制御終了直前の操作量の測定値で、この測定値は、次回の通常逆洗におけるＰＩＤ制御前の固定ＭＶ値となる。本実施例では、ＭＶｎ１の方がＭＶ１に比較して小さい値を示している。さらに、ＭＶｎ２はＣＥＢ逆洗におけるＰＩＤ制御終了直前の操作量の測定値で、この測定値は、次回のＣＥＢ逆洗におけるＰＩＤ制御前の固定ＭＶ値となる。本実施例では、ＭＶｎ２の方がＭＶ２に比較して小さい値を示している。
図１のように、通常逆洗およびＣＥＢ逆洗のそれぞれの逆洗流量に対し、固定ＭＶ値（操作量）の事前入力により、ＳＶ値の近くまでの加速・減速制御を速やかに行った後、ＰＩＤ制御に進めることにより、洗浄効果を高め、制御のふらつき巾を抑えることができる。
また、図１において、ＭＶｎ１（通常逆洗）、ＭＶｎ２（ＣＥＢ逆洗）、並びに図示しない、例えばＭＶｎ３（ろ過）、ＭＶｎ４（フラッシング）等の、制御が落着く各工程のＰＩＤ制御終了直前の操作量を測定・サンプリングし、次回のそれぞれの工程のＭＶ値に前記測定・サンプリング値を使用することにより、水温変化や膜閉塞等による変化に追従し、より速やかに流量を目標値に安定させることができる。
なお、ＣＥＢ逆洗や薬品洗浄等、膜差圧がリセットされた場合には、デフォルトのＭＶ値に戻して制御を再開する。
２１：膜ろ過ユニット、２２：逆洗水槽、２３：逆洗ポンプ、２４：薬液注入ライン、２５：流量計、２６：流量制御器（ＰＩＤ調節計）、２７：インバータ、２８：制御コントローラ（ＰＬＣ）、２９：プログラマブル操作表示器（ＰＯＤ）、３０：逆洗ライン。
Claims (1)
- 原水をろ過膜により浄化処理して処理水を得る膜ろ過による水処理装置の流量制御方法であって、少なくとも、ろ過工程における原水供給の流量制御および前記処理水の一部をろ過膜の逆洗水として用いてろ過膜の逆洗を行う逆洗工程における逆洗水の流量制御を、インバータを用いたＰＩＤ制御により目標値（ＳＶ値）となるように流量制御を行う流量制御方法において、
前記ＳＶ値に近い値の所定の固定操作量（固定ＭＶ値）となるように、予備的な流量制御を行った後に、前記ＰＩＤ制御により目標値（ＳＶ値）となるように流量制御を行い、
前記逆洗工程は、逆洗水のみによる通常逆洗の後段に、薬品添加逆洗工程を含み、前記ろ過工程または逆洗工程を複数回行う場合に、前記固定ＭＶ値は前記各工程の回毎に変更することとし、前回ＰＩＤ制御終了直前の操作量を測定して、この測定値を次回ＰＩＤ制御前の固定ＭＶ値として前回値を変更することとし、
前記薬品添加逆洗工程により、ろ過膜差圧がリセットされた場合には、デフォルト時の所定の固定ＭＶ値に変更することを特徴とする膜ろ過による水処理装置の流量制御方法。
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