特許 6376283 分離膜診断方法、水処理方法、分離膜診断装置、水処理装置及び分離膜診断プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6376283

(24)【登録日】2018年8月3日

(45)【発行日】2018年8月22日

(54)【発明の名称】分離膜診断方法、水処理方法、分離膜診断装置、水処理装置及び分離膜診断プログラム

(51)【国際特許分類】

   B01D 65/10 20060101AFI20180813BHJP

   C02F 1/44 20060101ALI20180813BHJP

   B01D 65/02 20060101ALI20180813BHJP

【ＦＩ】

   B01D65/10

   C02F1/44 D

   B01D65/02 520

【請求項の数】12

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2017-510426(P2017-510426)

(86)(22)【出願日】2017年1月31日

(86)【国際出願番号】JP2017003363

(87)【国際公開番号】WO2017135235

(87)【国際公開日】20170810

【審査請求日】2017年2月20日

(31)【優先権主張番号】特願2016-17371(P2016-17371)

(32)【優先日】2016年2月1日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006035

【氏名又は名称】三菱ケミカル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100108578

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 詔男

(74)【代理人】

【識別番号】100094400

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 三義

(72)【発明者】

【氏名】石橋 龍太郎

(72)【発明者】

【氏名】溝越 祐吾

【審査官】 宮部 裕一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−２４０３７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１０４８４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２４８８４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−３００９６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２７５７５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０１４９４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２８１０９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１４−５１９８９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２９６９０８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０１Ｄ ６５／１０

Ｂ０１Ｄ ６５／０２

Ｃ０２Ｆ １／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

固液分離を行う分離膜の状態を表す指標を取得する取得ステップと、
取得された前記指標の経時変化を記録する経時変化記録ステップと、
記録された前記経時変化の振動を周波数変換する振動解析ステップと、
周波数変換した前記振動の大きさに基づいて前記分離膜の透水状態を判定する判定ステップと
を含み、
前記指標は、分離膜の差圧またはろ過流量の少なくとも一方である、分離膜診断方法。

【請求項2】

前記判定ステップにおいて、周波数変換した所定の周波数帯域における前記振動の大きさに基づいて前記分離膜の透水状態を判定する、請求項１に記載の分離膜診断方法。

【請求項3】

前記判定ステップにおいて、第１の周波数帯域における前記振動の大きさと、第２の周波数帯域における前記振動の大きさとを比較することにより、前記分離膜の透水状態を判定する、請求項２に記載の分離膜診断方法。

【請求項4】

前記判定ステップにおいて、第１の周波数帯域における前記振動の大きさの寄与率と、第２の周波数帯域における前記振動の大きさの寄与率とを比較することにより、前記分離膜の透水状態を判定する、請求項３に記載の分離膜診断方法。

【請求項5】

前記判定ステップにおいて判定された固液分離を行う分離膜の透水状態に基づき、さらに前記分離膜を用いた固液分離の運転条件を変更する運転条件変更ステップを含む、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の分離膜診断方法を用いた水処理方法。

【請求項6】

前記運転条件変更ステップにおいて、前記分離膜を曝気する曝気量を変更することにより前記運転条件を変更する、請求項５に記載の水処理方法。

【請求項7】

前記運転条件変更ステップにおいて、前記分離膜の透過水量を変更することにより前記運転条件を変更する、請求項５又は請求項６に記載の水処理方法。

【請求項8】

診断された前記透水状態に基づき、さらに前記分離膜のメンテナンスを促す情報を報知する報知ステップをさらに含む、請求項５から請求項７のいずれか一項に記載の水処理方法。

【請求項9】

前記判定ステップにおいて第１の周波数帯域における前記振動の大きさの寄与率が６０％以下となった時、前記分離膜を用いた固液分離の運転条件を変更する、請求項５から請求項８のいずれか一項に記載の水処理方法。

【請求項10】

固液分離を行う分離膜の状態を表す指標を取得する取得部と、
取得された前記指標の経時変化を記録する経時変化記録部と、
記録された前記経時変化の振動を周波数変換する振動解析部と、
周波数変換した前記振動の大きさに基づいて前記分離膜の透水状態を判定する判定部と
を備え、
前記指標は、分離膜の差圧またはろ過流量の少なくとも一方である、分離膜診断装置。

【請求項11】

固液分離を行う分離膜と、
前記分離膜の状態を表す指標を取得する取得部と、
取得された前記指標の経時変化を記録する経時変化記録部と、
記録された前記経時変化の振動を周波数変換する振動解析部と、
周波数変換した前記振動の大きさに基づいて前記分離膜の透水状態を判定する判定部と、
判定された前記透水状態に基づき、前記分離膜を用いた固液分離の運転条件を変更する運転条件変更部と、
を備え、
前記指標は、分離膜の差圧またはろ過流量の少なくとも一方である、水処理装置。

【請求項12】

固液分離を行う分離膜の状態を表す指標を取得する取得処理と、
取得された前記指標の経時変化を記録する経時変化記録処理と、
記録された前記経時変化の振動を周波数変換する振動解析処理と、
周波数変換した前記振動の大きさに基づいて前記分離膜の透水状態を判定する判定処理と
をコンピュータに実行させ、
前記指標は、分離膜の差圧またはろ過流量の少なくとも一方である、分離膜診断プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、分離膜診断方法、水処理方法、分離膜診断装置、水処理装置及び分離膜診断プログラムに関する。
本願は、２０１６年２月１日に、日本に出願された特願２０１６−０１７３７１号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

【背景技術】

【0002】

従来、下水道等の水処理において、固液分離を行う分離膜を用いた膜分離活性汚泥法（ＭＢＲ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｂｉｏｒｅａｃｔｏｒ）が用いられている。ＭＢＲにおいては、活性汚泥から液体の透過水を分離するときに、時間の経過とともに汚泥に含まれる付着物質が分離膜の表面に累積したり分離膜の透過流路を閉塞したりして分離膜の透過性能が低下するファウリングと呼ばれる現象が発生する。ファウリングが進行して分離膜の透過性能が低下した場合には清掃によって分離膜に付着した付着物を剥離するメンテナンスが必要となる。ファウリングによる透過性能の低下は稼働時間に対して一定ではなく、所定の稼働時間を超えると透過性能が急激に低下する。したがって、透過性能が低下するまで分離膜を使用した場合には洗浄のために予定外に水処理を停止しなくてはいけない場合がある。一方、ファウリングによる水処理の予定外の停止を避けるためには、早目に分離膜の洗浄を実施する。分離膜の洗浄においては、所定の薬液が用いられ、分離膜に付着した有機物や微生物を除去する。分離膜の洗浄の回数が多くなると、清掃のための停止により水処理の稼働率が低下する。また、洗浄の回数が多くなると、洗浄作業を行う作業者の労務費、洗浄用の薬品費等のコストが増える。

【0003】

また、ＭＢＲにおいては、分離膜の下方から曝気（エアレーション）を行い、分離膜の表面に付着した付着部を空気の振動で除去することにより、ファウリングの発生を遅らせることができる。

【0004】

また、ＭＢＲにおいて、蛍光センサ等のセンサを用いてファウリングを検出する技術がある（例えば、特許文献１を参照）。また、ＭＢＲにおいて、遠心分離機等を用いて汚泥の成分を分析してファウリングを予測する技術がある（例えば、特許文献２を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１４−１３６２１０号公報

【特許文献2】特開２０１２−２００６３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、付着物の除去に用いる曝気量は、例えば活性汚泥に必要な生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ：Ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｏｘｙｇｅｎ Ｄｅｍａｎｄ）の確保に必要な曝気量に比べて多いため、付着物を除去する効果を上げるために曝気量を増やすと、曝気のために大きなエネルギーを消費してしまう場合があった。
また、分離膜のファウリング状態を把握するためには、蛍光センサや遠心分離機等の高額な検査機器が必要であった。また、検査機器を用いた検査においては手間の掛る測定作業が必要であり、ファウリング状態を常に監視することは困難であった。

【0007】

本発明は、水処理に用いる分離膜の状態を正確に把握することにより水処理コストを低減することができる、分離膜診断方法、水処理方法、分離膜診断装置、水処理装置及び分離膜診断プログラムである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一態様は、固液分離を行う分離膜の状態を表す指標を取得する取得ステップと、取得された前記指標の経時変化を記録する経時変化記録ステップと、記録された前記経時変化の振動を解析する振動解析ステップと、周波数変換した前記振動の大きさに基づいて前記分離膜の透水状態を判定する判定ステップとを含み、前記指標は、分離膜の差圧またはろ過流量の少なくとも一方である、分離膜診断方法である。

【0010】

本発明の一態様は、前記判定ステップにおいて、周波数変換した所定の周波数帯域における前記振動の大きさに基づいて前記分離膜の透水状態を判定する。

【0011】

本発明の一態様は、前記判定ステップにおいて、第１の周波数帯域における前記振動の大きさと、第２の周波数帯域における前記振動の大きさとを比較することにより、前記分離膜の透水状態を判定する。

【0012】

本発明の一態様は、前記判定ステップにおいて、第１の周波数帯域における前記振動の大きさの寄与率と、第２の周波数帯域における前記振動の大きさの寄与率とを比較することにより、前記分離膜の透水状態を判定する。

【0013】

本発明の一態様は、前記判定において判定された固液分離を行う分離膜の透水状態に基づき、前記分離膜を用いた固液分離の運転条件を変更する運転条件変更ステップを含む、水処理方法である。

【0014】

本発明の一態様は、前記運転条件変更ステップにおいて、前記分離膜を曝気する曝気量を変更することにより前記運転条件を変更する。

【0015】

本発明の一態様は、前記運転条件変更ステップにおいて、前記分離膜の透過水量を変更することにより前記運転条件を変更する。

【0016】

本発明の一態様は、診断された前記透水状態に基づき、さらに前記分離膜のメンテナンスを促す情報を報知する報知ステップをさらに含む。
本発明の一態様は、前記判定ステップにおいて第１の周波数帯域における前記振動の大きさの寄与率が６０％以下となった時、前記分離膜を用いた固液分離の運転条件を変更する。

【0017】

本発明の一態様は、固液分離を行う分離膜の状態を表す指標を取得する取得部と、取得された前記指標の経時変化を記録する経時変化記録部と、記録された前記経時変化の振動を周波数変換する振動解析部と、周波数変換した前記振動の大きさに基づいて前記分離膜の透水状態を判定する判定部とを備え、前記指標は、分離膜の差圧またはろ過流量の少なくとも一方である分離膜診断装置である。

【0018】

本発明の一態様は、固液分離を行う分離膜と、前記分離膜の状態を表す指標を取得する取得部と、取得された前記指標の経時変化を記録する経時変化記録部と、記録された前記経時変化の振動を周波数変換する振動解析部と、周波数変換した前記振動の大きさに基づいて前記分離膜の透水状態を判定する判定部と、判定された前記透水状態に基づき、前記分離膜を用いた固液分離の運転条件を変更する運転条件変更部と、を備え、前記指標は、分離膜の差圧またはろ過流量の少なくとも一方である水処理装置である。

【0019】

本発明の一態様は、固液分離を行う分離膜の状態を表す指標を取得する取得処理と、取得された前記指標の経時変化を記録する経時変化記録処理と、記録された前記経時変化の振動を周波数変換する振動解析処理と、周波数変換した前記振動の大きさに基づいて前記分離膜の透水状態を判定する判定処理とをコンピュータに実行させ、前記指標は、分離膜の差圧またはろ過流量の少なくとも一方である、分離膜診断プログラムおよび前記プログラムが記録された記憶媒体である。

【発明の効果】

【0020】

本発明の一態様により、水処理に用いる分離膜の状態を正確に把握することにより水処理コストを低減することができる、分離膜診断方法、水処理方法、分離膜診断装置、水処理装置及び分離膜診断プログラムおよび前記プログラムが記録された記憶媒体を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の一実施形態における、水処理装置の構成の一例を示す図。

【図2】本発明の一実施形態における、水処理装置の水処理制御装置と分離膜診断装置の機能構成の一例を示す図。

【図3】本発明の一実施形態における、分離膜診断装置の動作の一例を示すフローチャート。

【図4】本発明の一実施形態における、分離膜診断装置の運転条件変更処理の第１の動作の一例を示すフローチャート。

【図5】本発明の一実施形態における、分離膜診断装置の運転条件変更処理の第２の動作の一例を示すフローチャート。

【図6】本発明の一実施形態における、分離膜診断装置を用いた分離膜の膜抵抗の測定における経時変化の一例を示すグラフ。

【図7】本発明の一実施形態における、分離膜診断装置を用いた分離膜の膜抵抗の測定における経時変化を近似した一例を示すグラフ。

【図8】本発明の一実施形態における、分離膜診断装置を用いた分離膜の膜抵抗上昇速度の測定における経時変化の一例を示すグラフ。

【図9】本発明の一実施形態における、分離膜診断装置を用いた測定における分離膜２１の洗浄から第１の時間経過後の膜抵抗上昇速度の経時変化を周波数変換した一例を示すグラフ。

【図10】本発明の一実施形態における、分離膜診断装置を用いた測定における分離膜２１の洗浄から第２の時間経過後の膜抵抗上昇速度の経時変化を周波数変換した一例を示すグラフ。

【図11】本発明の一実施形態における、分離膜診断装置を用いた測定における分離膜２１の洗浄から第３の時間経過後の膜抵抗上昇速度の経時変化を周波数変換した一例を示すグラフ。

【図12】本発明の一実施形態における、分離膜診断装置を用いた測定における寄与率を算出するための周波数帯域の設定方法の一例を示すグラフ。

【図13】本発明の一実施形態における、分離膜診断装置を用いた測定におけるバンド１寄与率とバンド２寄与率の推移の一例を示すグラフ。

【図14】本発明の一実施形態における、分離膜診断装置を用いた測定における曝気量を変更したときの寄与率の推移の一例を示すグラフ。

【図15】本発明の一実施形態における、分離膜診断装置を用いた測定における分離膜の診断結果を示すグラフ。

【図16】本発明の一実施形態における、分離膜診断装置を用いた測定における分離膜の診断結果を示すグラフ。

【図17】本発明の一実施形態における、分離膜診断装置を用いた測定における分離膜の診断結果を示すグラフ。

【図18】本発明の一実施形態における、分離膜診断装置を用いた測定における分離膜の診断結果を示すグラフ。

【図19】本発明の一実施形態における、分離膜診断装置を用いた測定における分離膜の診断結果を示すグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、図面を参照して、本発明に係る一実施形態における分離膜診断方法、水処理方法、分離膜診断装置、水処理装置及び分離膜診断プログラムまたは当該プログラムが記憶された記憶媒体について説明する。

【0023】

先ず、図１を用いて、水処理装置の構成を説明する。図１は、本実施形態における、水処理装置の構成の一例を示す図である。図１の水処理装置は、活性汚泥を分離膜により分離するＭＢＲを例示している。

【0024】

図１において、水処理装置１００は、水槽１１、原水流路１２、余剰汚泥流路１３、分離膜２１、透過水流路２２、吸引ポンプ２３、排水流路２４、差圧計２５、散気管３１、ブロア３２、水処理制御装置４０及び分離膜診断装置５０を有する。

【0025】

水槽１１は、原水流路１２から流入する原水を、活性汚泥による生物反応によって処理をする生物反応槽である。水槽１１は、ＭＬＳＳ（Ｍｉｘｅｄ Ｌｉｑｕｏｒ Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ Ｓｏｌｉｄｓ：活性汚泥浮遊物質）を所定範囲内にするために、余剰汚泥流路１３から余剰汚泥を排出する。

【0026】

分離膜２１は、水槽１１の中の活性汚泥を含む処理水に浸漬される。分離膜２１は、例えば、ＭＦ（精密ろ過：Ｍｉｃｒｏｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）膜、ＵＦ（限外ろ過：Ｕｌｔｒａｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）膜、ＮＦ（ナノろ過：Ｎａｎｏｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）膜等を用いることができる。ＭＢＲにおいては、例えば、０．０１〜１０μｍ程度の孔径のＭＦ膜を用いてもよい。ＵＦ膜は、ＭＦ膜より小さい孔径を持つ。また、ＮＦ膜は、ＲＯ（逆浸透：Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｏｓｍｏｓｉｓ）膜等の逆浸透膜である。分離膜２１の孔径は、分離対象の粒子の大きさによって適宜選択される。分離膜２１の材質には、ＰＳＦ（ポリスルホン）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＣＡ（酢酸セルロース）、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフロロエチレン）等を用いることができる。また、分離膜２１には、セラミック等の無機物の材質を用いることができる。また、分離膜２１は、上記素材の膜を複数配置して膜の支持体等の部品と一体化した分離膜エレメントであってもよい。また、分離膜２１は、分離膜エレメントをシート状や管状に配置した分離膜モジュールであってもよい。シート状の分離膜モジュールとしては、例えば、平膜モジュール、スパイラル型モジュールを用いることができる。また、管状の分離膜モジュールとしては、例えば、中空糸を多数本束ねて両端を樹脂に包埋した中空糸モジュールを用いることができる。

【0027】

吸引ポンプ２３は、分離膜２１から透過水流路２２を通じて透過水を吸引する。吸引ポンプ２３により吸引される透過水の量は、分離膜２１における透過流束（フラックス（「濾過流速」ともいう））に影響する。透過流束は、分離膜の表面積あたりの透過水の量である。分離膜２１の表面積が一定であるとすると、透過水の量が大きくなると透過流束も大きくなり、透過水の量が小さくなると透過流束も小さくなる。透過流束が大きいと、分離膜２１におけるファウリングの進行が早くなるため、分離膜２１の洗浄の周期が短くなり、洗浄作業時の水処理の停止により所定期間における平均処理量が低下する。一方、透過流束が小さいと、ファウリングの進行は遅くなり、分離膜２１の洗浄の周期が長くなるが、透過水の量が小さくなるため、所定期間における平均処理量が低下する。本実施形態では、所定の時間吸引ポンプ２３を運転して透過水を吸引した後に吸引ポンプを停止して、一定の時間曝気による分離膜２１の洗浄を行うインターバル運転を行う場合を説明する。図６等を用いて説明するインターバル運転においては、７分間の吸引と１分間の停止を繰り返す場合について説明する。一定の時間の吸引ポンプ２３の停止を行うことにより、ファウリングの進行を遅らせることができる。なお、吸引ポンプ２３の停止の間、例えば、分離膜２１に対して吸引と逆方向の水圧を与えて分離膜２１を洗浄する逆洗を行うようにしてもよい。吸引ポンプ２３は、水処理制御装置４０により駆動されて、吸引ポンプの吸引により透過水量が調整される。吸引ポンプ２３は、吸引した透過水を排水流路２４から排水する。

【0028】

差圧計２５は、吸引ポンプ２３によって生じる、分離膜２１の１次側と２次側の差圧を測定して、測定した差圧データを水処理制御装置４０に出力する。差圧計２５は、測定した差圧データを、例えば４〜２０ｍＡの電流値として水処理制御装置４０に出力する。図１に図示する分離膜２１は、大気開放された水槽１１に所定の水深で浸漬されるため、分離膜２１の１次側は一定圧力となる。差圧計２５は、大気圧と分離膜２１の２次側（吸引ポンプ２３の吸引側）の圧力の差圧を分離膜２１の１次側と２次側の差圧として測定することができる。

【0029】

散気管３１は、水槽１１の水中において分離膜２１の下部に設置されて、散気管３１に設けられた空気孔から空気を曝気する。散気管３１から曝気された空気は、分離膜２１を物理的に振動させて、分離膜２１の表面に付着した付着物を剥離させる洗浄を行う。曝気による付着物の剥離を空気洗浄という。散気管３１から曝気される空気は、ブロア３２によって供給される。散気管３１から曝気される気泡の大きさ及び気泡の速度は、散気管３１の空気孔の大きさとブロアから供給される空気の空気圧によって異なる。空気洗浄による洗浄力の大きさは、ブロアから供給される空気圧を制御することにより調整することができる。なお、散気管３１の配置位置及び分離膜２１の形状は、空気洗浄の洗浄力が向上するように決定することができる。例えば、曝気された気泡は水槽１１の水中を上方に向かって移動するため、分離膜２１を水槽１１の上下方向に長くなるように配置することにより、分離膜２１が気泡に接する時間を長くすることができるので空気洗浄の洗浄力を向上させることができる。

【0030】

ブロア３２は、水処理制御装置４０によって駆動される。ブロア３２は、水処理制御装置４０によってモータの回転速度によって散気管３１に供給する空気の空気圧を変更することができる。

【0031】

水処理制御装置４０は、吸引ポンプ２３及びブロア３２を駆動するとともに、差圧計２５から差圧データを取得する。水処理制御装置４０は、取得した差圧データを分離膜診断装置５０に出力するとともに、分離膜診断装置５０から吸引ポンプ２３又はブロア３２の運転条件を変更するための情報を取得する。なお、水処理制御装置４０の詳細は、図２を用いて後述する。

【0032】

分離膜診断装置５０は、分離膜２１の透水状態を診断する。以下の説明において、分離膜診断装置５０は、分離膜２１の透水状態として、ＭＢＲにおける分離膜２１におけるファウリングの状態を診断する場合を説明する。

【0033】

なお、図１では、分離膜２１を水槽１１の処理水に直接浸漬する一体型のＭＢＲを例示したが、本実施形態におけるＭＢＲは、一体型のＭＢＲに限定されるものではない。本実施形態は、例えば、分離膜を浸漬させる分離膜水槽を水槽１１とは別個に設け、分離膜水槽と水槽１１とで処理水を循環させる水槽別置型のＭＢＲにおいて実施されてもよい。また、本実施形態は、分離膜を浸漬させる分離膜のケーシングを水槽１１の外に設け、ケーシングに処理水を送水する槽外型のＭＢＲにおいて実施されてもよい。また、図１においては、分離膜２１の２次側を吸引ポンプ２３で吸引して透過水を透過する場合を例示したが、例えば、分離膜２１を水槽１１より低い位置に設置して、水槽１１と分離膜２１の落差により分離膜２１の１次側に水圧をかけて透過水を透過させてもよい。
以上で、図１を用いた、水処理装置１００の構成の説明を終了する。

【0034】

次に、図２を用いて、水処理装置１００の水処理制御装置４０と分離膜診断装置５０の機能を説明する。図２は、本実施形態における、水処理装置１００の水処理制御装置４０と分離膜診断装置５０の機能構成の一例を示す図である。

【0035】

図２において、水処理制御装置４０は、制御部４１、ポンプ駆動部４２、ブロア駆動部４３、差圧取得部４４、操作部４５、表示部４６及び通信部４７の各機能を有する。分離膜診断装置５０は、制御部５１、膜抵抗算出部５２、周波数解析部５３、判定部５４、操作部５５、表示部５６、通信部５７の各機能を有する。

【0036】

図２に示す、水処理制御装置４０の上記各機能は、コンピュータで実行されるプログラム（ソフトウェア）において実現することができる。また、分離膜診断装置５０の上記各機能は、コンピュータで実行されるプログラム（ソフトウェア）において実現することができる。但し、水処理制御装置４０の上記各機能のいずれか１以上の機能はハードウェアにおいて実現されてもよい。また、分離膜診断装置５０の上記各機能のいずれか１以上の機能はハードウェアにおいて実現されてもよい。また、図２において水処理制御装置４０又は分離膜診断装置５０の上記各機能は、それぞれ枠線で図示する１つの機能ブロックとして説明するが、複数の機能を１の機能ブロックで実現するようにしてもよい。同様に、水処理制御装置４０又は分離膜診断装置５０の上記各機能は、複数の機能ブロックで実現するようにしてもよい。

【0037】

制御部４１は、水処理制御装置４０の動作を制御する。制御部４１は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等の演算処理装置を含み、ポンプ駆動部４２、ブロア駆動部４３、差圧取得部４４、操作部４５、表示部４６及び通信部４７の各機能を制御するものであってもよい。

【0038】

ポンプ駆動部４２は、吸引ポンプ２３を駆動する。ポンプ駆動部４２は、例えば、図示しないインバータ駆動回路を制御して、吸引ポンプ２３を駆動するモータの回転数を制御する。モータの回転数の制御には、モータをＯＮ／ＯＦＦするＯＮ／ＯＦＦ制御も含まれる。

【0039】

ブロア駆動部４３は、ブロア３２を駆動する。ブロア駆動部４３は、例えば、図示しないインバータ駆動回路を制御して、ブロア３２を駆動するモータの回転数を制御する。モータの回転数の制御には、モータをＯＮ／ＯＦＦするＯＮ／ＯＦＦ制御も含まれる。

【0040】

差圧取得部４４は、差圧計２５で測定された差圧データを取得する。差圧取得部４４が取得した差圧データは、例えば、制御部４１が監視して、予め設定された閾値以上となったときに清掃を促す警告を行う。差圧取得部４４が取得した差圧データは、分離膜診断装置５０に出力される。

【0041】

操作部４５は、水処理制御装置４０の操作者によって操作される。操作部４５は、例えば、キーボードである。表示部４６は、水処理制御装置４０の操作者に対して、水処理制御装置４０の状態等を表示する。表示部４６は、例えば、上述の清掃を促す警告を表示する。表示部４６は、例えば、ディスプレイ、ランプ等である。なお、操作部４５と表示部４６は、例えばタッチパネルのように操作入力と表示とを行う機器を用いてもよい。通信部４７は、分離膜診断装置５０の通信部５７と通信する。通信部４７と通信部５７の通信は、有線通信又は無線通信において行うことができる。

【0042】

制御部５１は、分離膜診断装置５０の動作を制御する。制御部５１は、例えばＣＰＵ等の演算処理装置を含み、膜抵抗算出部５２、周波数解析部５３、判定部５４、操舵部５５、表示部５６、通信部５７の各機能を制御するものであってもよい。

【0043】

膜抵抗算出部５２は、分離膜２１の膜抵抗を算出する。膜抵抗Ｒは式（１）より算出される。
Ｒ＝Ｐ／Ｆ（ＫＰａ／（ｍ／ｄａｙ））・・・（１）
但し、Ｐ＝分離膜２１の差圧（ＫＰａ）
Ｆ＝透過流速（ｍ^３／（ｍ^２・ｄａｙ）＝ｍ／ｄａｙ）

【0044】

上記式（１）において、分離膜２１の差圧は、差圧計２５から差圧データとして取得することができる。また、透過流速は、分離膜２１の表面積は一定であるので、分離膜２１の透過水量（ｍ^３／ｄａｙ）を、図示しない流量計で測定することによって取得することができる。例えば、ポンプ駆動部４２において分離膜２１の透過水量を一定に保つ制御が行われた場合、透過流速Ｆは一定値となる。

【0045】

膜抵抗算出部５２は、算出した膜抵抗Ｒに基づき、膜抵抗Ｒの上昇速度（「膜抵抗上昇速度」という。）を算出する。膜抵抗上昇速度とは、所定の時間あたりの膜抵抗Ｒの変化である。本実施形態では、膜抵抗Ｒの上昇速度を１分あたりの変化として算出する場合を示す。すなわち、膜抵抗上昇速度は式（２）で表される。
膜抵抗上昇速度＝ΔＲ／ｍｉｎ（ＫＰａ／（（ｍ／ｄａｙ）・ｍｉｎ））・・・（２）
但し、ΔＲ＝膜抵抗Ｒの変化（ＫＰａ／（ｍ／ｄａｙ））

【0046】

膜抵抗算出部５２は、例えば、膜抵抗Ｒを１秒に１回の割合で算出し、算出した膜抵抗Ｒの値の変化を７分間の値で近似値とすることにより膜抵抗上昇速度を算出することができる。ここで、７分間における膜抵抗上昇速度を近似するのは、吸引ポンプ２３による７分間の吸引と１分間の停止を繰り返すインターバル運転における１回の吸引時間（７分間）の膜抵抗上昇速度を算出するためである。膜抵抗算出部５２は、算出した膜抵抗上昇速度を記録する。膜抵抗上昇速度の記録は、例えば図示しないメモリ等の記憶装置に記憶することができる。

【0047】

ところで、分離膜２１の膜抵抗Ｒが一定である場合、膜抵抗上昇速度は０（ＫＰａ／（（ｍ／ｄａｙ）・ｍｉｎ））となる。しかし、処理水の水質、活性汚泥の状態等は経時的に変化するために、分離膜２１への付着部の付着も経時的に変化する。また、分離膜２１に付着した付着物は曝気による振動で物理的に剥離されるため、付着物の剥離量も経時的に変化する。したがって、分離膜２１の状態は経時的に変化している。膜抵抗算出部５２は、分離膜２１の状態を膜抵抗上昇速度の変化として記録する。

【0048】

なお、膜抵抗上昇速度は分離膜の状態を表す指標の一態様である。本実施形態においては、膜抵抗上昇速度を分離膜の状態を表す指標として説明するが、分離膜の状態を表す指標は膜抵抗上昇速度に限定されるものではない。膜抵抗上昇速度は上述の通り、分離膜２１の差圧と透過水の流量に基づき算出することができる。したがって、分離膜の状態を表す指標として、例えば、分離膜２１の差圧、分離膜２１の透過水の流量、分離膜２１の透過流速等を用いてもよい。すなわち、分離膜２１の状態を表す指標とは、ファウリング等により分離膜２１の透過性能が、時間の経過とともに変化（「経時変化」という。）することを表す指標であればよい。

【0049】

周波数解析部５３は、算出された膜抵抗上昇速度の振動を周波数変換して、膜抵抗上昇速度の振動を解析する。膜抵抗上昇速度の振動とは、所定の時間間隔で記録された膜抵抗上昇速度の変動をいう。膜抵抗上昇速度を７分毎に算出した場合、膜抵抗上昇速度の振動は、７分毎の膜抵抗上昇速度の変動となる。周波数解析部５３は、例えば、高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を用いて周波数変換を行う。周波数解析部５３は、図示しない分離膜診断装置５０の外部のＦＦＴアナライザに膜抵抗上昇速度の振動のデータを送信し、周波数変換されたデータを取得するものであってもよい。周波数解析部５３は、周波数変換した膜抵抗上昇速度の振動のデータを以下、「周波数変換データ」という。周波数変換データは、周波数と、膜抵抗上昇速度の振動の大きさ（以下、「パワー」という。）を含む。周波数解析部５３は、周波数変換データを判定部５４に出力する。

【0050】

判定部５４は、周波数変換データ基づき、分離膜２１の透水状態を判定する。本実施形態では、分離膜２１の透水状態として、分離膜２１のファウリング状態を判定する場合を説明する。判定部５４は、周波数変換データにおける所定の周波数帯域に着目して、その周波数帯域におけるパワーに基づき分離膜２１の透水状態を判定する。所定の周波数帯域に着目した判定部５４の判定アルゴリズムは任意である。

【0051】

例えば、判定部５４は、所定の周波数帯域におけるにパワーに基づき透水状態を判定する。所定の周波数帯域とは、例えば、所定の周波数以下の周波数帯域、所定の周波数以上の周波数帯域、第１の周波数以上かつ第２の周波数以下の周波数帯域等である。判定部５４は、所定の周波数帯域におけるにパワーと閾値を比較して、パワーが予め定められた閾値（上限値又は下限値）を超えたか否かを判断することができる。ここで、閾値と比較するパワーとは、パワーの最大値、パワーの平均値、パワーの寄与率等である。パワーの寄与率は式（３）に基づき算出することができる。
寄与率＝ＰＯＡ／ＯＡ・・・（３）
但し、ＯＡ＝全周波数帯域におけるパワーの合計値（Ｏｖｅｒ Ａｌｌ）
ＰＯＡ＝所定の周波数帯域におけるパワーの合計値（Ｐａｒｔｉａｌ ＯＡ）
判定部５４は、寄与率と閾値とを比較することにより透水状態を判定する。

【0052】

また、判定部５４は、周波数変換データを複数の周波数帯域に分離して、周波数帯域毎のパワーの比較によって透水状態を判定してもよい。例えば、判定部５４は、第１の周波帯域と第２の周波帯域に分離して、第１の周波帯域と第２周波帯域のパワーを比較することにより透水状態を判定することができる。第１の周波帯域は、例えば低周波領域である。第２の周波帯域は、例えば高周波帯域である。周波数帯域毎のパワーの比較は、例えば、パワーの最大値の比較、パワーの平均値の比較、パワーの寄与率の比較等である。

【0053】

判定部５４は、分離膜２１の透水状態の判定を複数段階の評価として判定することができる。例えば、判定部５４は、ファウリングの発生が無いと判定する第１段階、軽度のファウリングと判定する第２段階、中度のファウリングと判定する第３段階、重度のファウリングと判定する第４段階として分離膜２１を評価する判定を行う。判定部５４は、判定の結果を水処理制御装置４０に出力する。

【0054】

操作部５５は、分離膜診断装置５０の操作者によって操作される。操作部５５は、例えば、キーボードである。表示部５６は、分離膜診断装置５０の操作者に対して、分離膜診断装置５０の状態等を表示する。表示部５６は、例えば、判定部５４における判定結果を表示する。表示部５６は、例えば、ディスプレイ、ランプ等である。なお、操作部５５と表示部５６は、例えばタッチパネルのように操作入力と表示とを行う機器を用いてもよい。通信部５７は、水処理制御装置４０の通信部４７と通信する。
以上で、図２を用いた、水処理制御装置４０と分離膜診断装置５０の機能の説明を終了する。

【0055】

次に、図３を用いて、分離膜診断装置５０の動作を説明する。図３は、本実施形態における、分離膜診断装置の動作の一例を示すフローチャートである。図３に示すフローチャートは、図２で示した制御部５１等の機能において実行されるものとする。

【0056】

図３において、分離膜診断装置５０は、膜抵抗上昇速度を算出する（ステップＳ１１）。本実施形態において膜抵抗上昇速度の算出は、７分間の吸引ポンプ２３による吸引時間において近似される。

【0057】

ステップＳ１１の処理を実行した後、分離膜診断装置５０は、膜抵抗上昇速度の変動（振動）についてＦＦＴアナライザによってフーリエ変換して、膜抵抗上昇速度のパワーについて周波数分析を行う（ステップＳ１２）。

【0058】

ステップＳ１２の処理を実行した後、分離膜診断装置５０は、寄与率を算出する。寄与率の算出は、第１の周波数帯域としての低周波帯域における寄与率と、第２の周波数帯域としての高周波帯域における寄与率とを算出する場合の例を、図１４を用いて後述する。

【0059】

ステップＳ１３の処理を実行した後、分離膜診断装置５０は、分離膜２１の透水状態を判定するか否かを判断する（ステップＳ１４）。分離膜２１の透水状態を判定するか否かの判断は、例えば、水処理装置１００が稼働中であるか否か、所定の判定時刻であるか否か等である。分離膜２１の透水状態を判定しないと判断した場合（ステップＳ１４：ＮＯ）、分離膜診断装置５０は、図３のフローチャートに示す処理を終了する。なお、図３のフローチャートは終了後に繰り返して実行されるものとする。

【0060】

一方、分離膜２１の透水状態を判定すると判断した場合（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、分離膜診断装置５０は、運転条件変更処理を実行する（ステップＳ１５）。ステップＳ１５における運転条件変更処理の詳細は図４及び図５を用いて後述する。ステップＳ１５の処理を実行した後、分離膜診断装置５０は、図３のフローチャートに示す処理を終了する。
以上で、図３を用いた、分離膜診断装置５０の動作の説明を終了する。

【0061】

次に、図４を用いて、図３のステップＳ１５の運転条件変更処理の第１の動作を説明する。図４は、本実施形態における、分離膜診断装置５０の運転条件変更処理の第１の動作の一例を示すフローチャートである。運転条件変更処理の第１の動作は、分離膜２１の透水状態の判定結果に基づき、曝気量を変更することにより、水処理装置１００の運転条件を変更する動作である。

【0062】

図４において、分離膜診断装置５０は、判定条件がＡ１であるか否かを判断する（ステップＳ１５１１）。判定条件がＡ１であるとは、例えば、分離膜２１の透水状態が良好であることを示す。分離膜診断装置５０は、例えば、低周波帯域の寄与率が６０％以上である場合、判定条件がＡ１であると判断する。判定条件がＡ１であるか否かは、例えば、所定の時間における寄与率、又は寄与率の最大値、又は平均値が６０％以上であるときに判定条件がＡ１であると判断してもよい。所定の時間とは例えば２日である。差圧データにノイズが多い場合は時間を長くとることでノイズの影響を小さくすることが可能である。一方、ノイズが少ない場合は時間を短くすることが可能である。以上は、以下の判定条件Ａ２及びＡ３についても同様である。判定条件がＡ１であると判断した場合（ステップＳ１５１１：ＹＥＳ）、分離膜診断装置５０は、ブロア３２を用いた曝気量が第１曝気量になるように、水処理制御装置４０に対して指示を出力する（ステップＳ１５１２）。第１曝気量は、後述する第２曝気量より少ない曝気量である。水処理制御装置４０は分離膜診断装置５０から取得した指示に従い、ブロア駆動部４３においてブロア３２を駆動するものとする。ステップＳ１５１２の処理を実行した後、分離膜診断装置５０は、図４に示すステップＳ１５の処理を終了する。

【0063】

一方、判定条件がＡ１でないと判断した場合（ステップＳ１５１１：ＮＯ）、分離膜診断装置５０は、判定条件がＡ２であるか否かを判断する（ステップＳ１５１３）。判定条件がＡ２であるとは、例えば、分離膜２１において軽度のファウリングが発生していることを示す。分離膜診断装置５０は、例えば、低周波帯域の寄与率が５０％以上６０％未満である場合、判定条件がＡ２であると判断する。判定条件がＡ２であると判断した場合（ステップＳ１５１３：ＹＥＳ）、分離膜診断装置５０は、ブロア３２を用いた曝気量が第２曝気量になるように、水処理制御装置４０に対して指示を出力する（ステップＳ１５１４）。第２曝気量は第１曝気量より多く、後述する第３曝気量より少ない曝気量である。ステップＳ１５１４の処理を実行した後、分離膜診断装置５０は、図４に示すステップＳ１５の処理を終了する。

【0064】

一方、判定条件がＡ２でないと判断した場合（ステップＳ１５１３：ＮＯ）、分離膜診断装置５０は、判定条件がＡ３であるか否かを判断する（ステップＳ１５１５）。判定条件がＡ３であるとは、例えば、分離膜２１において中度のファウリングが発生していることを示す。分離膜診断装置５０は、例えば、低周波帯域の寄与率が４０％以上５０％未満である場合、判定条件がＡ３であると判断する。判定条件がＡ３であると判断した場合（ステップＳ１５１５：ＹＥＳ）、分離膜診断装置５０は、ブロア３２を用いた曝気量が第３曝気量になるように、水処理制御装置４０に対して指示を出力する（ステップＳ１５１６）。第３曝気量は第２曝気量より多い曝気量である。ステップＳ１５１６の処理を実行した後、分離膜診断装置５０は、図４に示すステップＳ１５の処理を終了する。

【0065】

一方、判定条件がＡ３でないと判断した場合（ステップＳ１５１３：ＮＯ）、分離膜診断装置５０は、分離膜２１の清掃作業の実施を促すフィルタ清掃報知をする（ステップＳ１５１７）。判定条件がＡ３でないは、例えば、分離膜２１において重度のファウリングが発生していることを示す。分離膜診断装置５０は、例えば、低周波帯域の寄与率が４０％未満である場合、判定条件がＡ３であると判断する。フィルタ清掃報知は、例えば、表示部４６又は表示部５６に分離膜２１の清掃作業の実施を促す表示をしたり、スピーカ等から所定の警報を発したりする動作である。
ステップＳ１５１７の処理を実行した後、分離膜診断装置５０は、図４に示すステップＳ１５の処理を終了する。
以上で、図４を用いた、運転条件変更処理の第１の動作の説明を終了する。

【0066】

次に、図５を用いて、図３のステップＳ１５の運転条件変更処理の第２の動作を説明する。図５は、本実施形態における、分離膜診断装置５０の運転条件変更処理の第２の動作の一例を示すフローチャートである。運転条件変更処理の第２の動作は、分離膜２１の透水状態の判定結果に基づき、曝気量とフラックスを変更することにより、水処理装置１００の運転条件を変更する動作である。図４を用いて説明した運転条件変更処理の第１の動作と図５を用いて説明する運転条件変更処理の第２の動作とは、いずれか一方を実施するものとする。

【0067】

図５において、分離膜診断装置５０は、判定条件がＢ１であるか否かを判断する（ステップＳ１５２１）。判定条件がＢ１であるとは、例えば、分離膜２１の透水状態が良好であることを示す。分離膜診断装置５０は、例えば、低周波帯域の寄与率が６０％以上である場合、判定条件がＢ１であると判断する。判定条件がＢ１であるか否かは、例えば、所定の時間における寄与率、又は寄与率の最大値、又は平均値が６０％以上であるときに判定条件がＢ１であると判断してもよい。所定の時間とは例えば２日である。差圧データにノイズが多い場合は時間を長くとることでノイズの影響を小さくすることが可能である。一方、ノイズが少ない場合は時間を短くすることが可能である。以上は、以下の判定条件Ｂ２及びＢ３についても同様である。判定条件がＢ１であると判断した場合（ステップＳ１５２１：ＹＥＳ）、分離膜診断装置５０は、水処理装置１００の運転条件の変更を行わず、図５に示すステップＳ１５の処理を終了する。

【0068】

一方、判定条件がＢ１でないと判断した場合（ステップＳ１５２１：ＮＯ）、分離膜診断装置５０は、ブロア３２を用いた曝気量の制御を開始する（ステップＳ１５２２）。曝気量の制御とは、例えば、判定条件がＢ１になるまで曝気量を増加させる制御である。分離膜診断装置５０は、水処理制御装置４０に対して曝気量を増加させる指示を出力する。

【0069】

ステップＳ１５２２の処理を実行した後、分離膜診断装置５０は、判定条件がＢ２であるか否かを判断する（ステップＳ１５２３）。判定条件がＢ２であるとは、例えば、分離膜２１において軽度のファウリングが発生していることを示す。分離膜診断装置５０は、例えば、低周波帯域の寄与率が５０％以上６０％未満である場合、判定条件がＢ２であると判断する。判定条件がＢ２であると判断した場合（ステップＳ１５２３：ＹＥＳ）、分離膜診断装置５０は、図５に示すステップＳ１５の処理を終了する。すなわち、軽度のファウリングが発生して判定条件がＢ２であると判断した場合は、分離膜診断装置５０は、フラックス制御は行わず、曝気量制御のみを行う。

【0070】

一方、判定条件がＢ２でないと判断した場合（ステップＳ１５２３：ＮＯ）、分離膜診断装置５０は、吸引ポンプ２３を用いたフラックス制御を開始する（ステップＳ１５２４）。フラックス制御とは、例えば、判定条件がＢ２になるまでフラックスを低下させる制御である。分離膜診断装置５０は、水処理制御装置４０に対してフラックスを低下させる指示を出力する。

【0071】

ステップＳ１５２４の処理を実行した後、分離膜診断装置５０は、判定条件がＢ３であるか否かを判断する（ステップＳ１５２５）。判定条件がＢ３であるとは、例えば、分離膜２１において中度のファウリングが発生していることを示す。分離膜診断装置５０は、例えば、低周波帯域の寄与率が４０％以上５０％未満である場合、判定条件がＢＢであると判断する。判定条件がＢＢであると判断した場合（ステップＳ１５２５：ＹＥＳ）、分離膜診断装置５０は、図５に示すステップＳ１５の処理を終了する。すなわち、中度のファウリングが発生して判定条件がＢ３であると判断した場合は、分離膜診断装置５０は、フラックス制御と曝気量制御を行う。

【0072】

一方、判定条件がＢ３でないと判断した場合（ステップＳ１５２５：ＮＯ）、分離膜診断装置５０は、分離膜２１の清掃作業の実施を促すフィルタ清掃報知をする（ステップＳ１５２６）。判定条件がＢ３でないは、例えば、分離膜２１において重度のファウリングが発生していることを示す。分離膜診断装置５０は、例えば、低周波帯域の寄与率が４０％未満である場合、判定条件がＢ３であると判断する。フィルタ清掃報知は、例えば、表示部４６又は表示部５６に分離膜２１の清掃作業の実施を促す表示をしたり、スピーカ等から所定の警報を発したりする動作である。
ステップＳ１５２６の処理を実行した後、分離膜診断装置５０は、図５に示すステップＳ１５の処理を終了する。
以上で、図５を用いた、運転条件変更処理の第２の動作の説明を終了する。

【0073】

なお、図４及び図５は、分離膜２１の透水状態の判定結果に基づく運転条件の変更の動作を例示したが、分離膜２１の透水状態の判定結果に基づく運転条件の変更の動作はこれに限定されるものではない。例えば、図４及び図５においては、分離膜２１の透水状態を４段階で判定する場合を示したが、３段階以下又は５段階以上の判定を行うものであってもよい。また、運転条件の変更として、曝気量を変更する方法、曝気量とフラックスを変更する方法を示したが、フラックスのみを変更する方法、原水の流量を変更する方法、ＭＬＳＳを変更する方法等、他の運転条件を変更するようにしてもよい。

【0074】

次に、図６から図１４を用いて、分離膜診断装置５０を用いた測定結果を説明する。

【0075】

先ず図６を用いて、吸引ポンプ２３のインターバル運転における分離膜２１の差圧の経時変化の測定結果を説明する。図６は、本実施形態における、分離膜２１の膜抵抗の経時変化の一例を示すグラフである。

【0076】

図６において、横軸は時間軸であり、縦軸は差圧計２５において測定された差圧である。図６は、吸引ポンプ２３による７分間の吸引時間と１分間の停止時間を繰り返すインターバル運転をした場合の差圧の経時変化を示している。図６に図示する１つの点は１分毎の差圧の測定値である。ｔ１、ｔ２、ｔ３等の時間において差圧が小さくなっているのは、吸引ポンプ２３が停止しているときの測定値である。図６においては、７分間の吸引時間において差圧が上昇する場合がある一方、７分間の吸引時間においても差圧が下降する場合があることを示している。

【0077】

次に、図７を用いて、図６の測定結果の近似を説明する。図７は、本実施形態における、分離膜２１の膜抵抗の経時変化を近似した一例を示すグラフである。

【0078】

図７において、図示する直線は、７分間の吸引時間における差圧の変化を直線で近似したものである。近似の方法は任意である。直線近似は、例えば最小二乗法によって行うことができる。また、直線近似を行う代わりに曲線近似を行なってもよい。図７においては、近似直線を見やすいように、直線の背景を白抜きで表示している。図７に示す近似直線は、正の傾きである場合と負の傾きである場合とがあることを示している。図７に示す近似直線の傾きは膜抵抗上昇速度を示している。

【0079】

次に、図８を用いて、図７の膜抵抗上昇速度の経時変化を説明する。図８は、本実施形態における、分離膜２１の膜抵抗上昇速度の経時変化の一例を示すグラフである。

【0080】

図８において、横軸は分離膜２１の清掃作業を実施した日（１日目）からの経過日数を示している。縦軸は、膜抵抗上昇速度を示している。

【0081】

膜抵抗上昇速度は、清掃作業を実施してから１１日目あたりまでは、膜抵抗上昇速度０（ＫＰａ／（（ｍ／ｄａｙ）・ｍｉｎ））付近で推移している。しかし、１２日目あたりから急上昇して、膜抵抗Ｒが加速度的に増加していることを示している。図８は、ファウリングによる分離膜２１の透過性能が、所定の日数を経過した後急激に劣化することを示している。経時変化を測定した分離膜２１は、１３日目にファウリングによる緊急停止がされている。したがって、例えば差圧計の測定値のみを記録していても、ファウリングによる分離膜２１の透過性能の急激な劣化を予想することは困難である。

【0082】

次に、図９〜図１１を用いて、図８の膜抵抗上昇速度の経時変化を周波数変換した結果を説明する。図９は、本実施形態における、分離膜２１の洗浄から第１の時間経過後の膜抵抗上昇速度の経時変化を周波数変換した一例を示すグラフである。第１の時間経過は、図８における洗浄作業実施日である。第１の時間経過時において、分離膜２１は洗浄によって清浄な状態であるものとする。

【0083】

図９において、横軸は周波数を示している。図９において、０〜１．０５×１０^−３（Ｈｚ）付近を全周波数帯域としている。縦軸は膜抵抗上昇速度の大きさ（パワー）を示している。図９に示すグラフは、ＦＦＴにおいて、窓関数としてハニング窓を用いた。ＦＦＴは８０分に１回実施して、前後８時間の変換結果を平均化することによりノイズを除去している。図９に示す結果は、０．１×１０^−３（Ｈｚ）付近にピークを持ち、全周波数帯域を０〜０．６×１０^−３（Ｈｚ）の周波数帯域を低周波帯域、０．６×１０^−３（Ｈｚ）以上の周波数帯域を高周波帯域と分類したときに、低周波帯域のパワーが高くなっている。

【0084】

図１０は、本実施形態における、分離膜２１の洗浄から第２の時間経過後の膜抵抗上昇速度の経時変化を周波数変換した一例を示すグラフである。第２の時間経過は、図８における７日目である。７日目はファウリングにより分離膜２１の透過性能が急激に劣化する１３日目に対して大凡中間の経過時間となる。

【0085】

図１０におけるＦＦＴの条件は図９と同じである。図１０に示す結果は、図９と同様に全周波数帯域を０〜０．６×１０^−３（Ｈｚ）の周波数帯域を低周波帯域、０．６×１０^−３（Ｈｚ）以上の周波数帯域を高周波帯域と分類したときに、低周波帯域のパワーが高くなっている。しかし、０．２５×１０^−３（Ｈｚ）付近と０．９×１０^−３（Ｈｚ）付近にもピークが現れ全周波数帯域におけるパワーの分布は図９に比べて高周波帯域にシフトしている。

【0086】

図１１は、本実施形態における、分離膜２１の洗浄から第３の時間経過後の膜抵抗上昇速度の経時変化を周波数変換した一例を示すグラフである。第３の時間経過は、図８における１１日目である。１１日目はファウリングにより分離膜２１の透過性能が急激に劣化する２日前であり、図８に示す膜抵抗上昇速度の大きさにおいては、第１の時間経過後と第２の時間経過後と差異が認められない。

【0087】

図１１におけるＦＦＴの条件は図９及び図１０と同じである。図１１に示す結果は、図９と同様に全周波数帯域を０〜０．６×１０^−３（Ｈｚ）としたときに、パワーのピークが全周波数帯域に分散している。すなわち、図８において差異の認められなかった膜抵抗上昇速度の大きさは、周波数変換後においては大きな差異として表されている。
以上で、図９〜図１１を用いた、膜抵抗上昇速度の経時変化を周波数変換した結果の説明を終了する。

【0088】

次に、図１２を用いて、寄与率を算出するための周波数帯域の設定方法について説明する。図１２は、本実施形態における、寄与率を算出するための周波数帯域の設定方法の一例を示すグラフである。なお、図１２に示すグラフは図９で示したグラフを利用している。

【0089】

図１２において、全周波数帯域（全バンド）を０〜１．０５×１０^−３（Ｈｚ）とする。第１の周波数帯域（バンド１）を０〜０．６×１０^−３（Ｈｚ）とする。第２の周波数帯域（バンド２）を０．６×１０^−３〜１．０５×１０^−３（Ｈｚ）とする。第１の周波数帯域における寄与率をバンド１寄与率、第２の周波数帯域における寄与率をバンド２寄与率とする。バンド１寄与率とバンド２寄与率の算出方法は、式（３）によって算出される。

【0090】

なお、図１２においては、全周波数帯域を２つの周波数帯域に分割して第１の周波数帯域と第２の周波数帯域を判定対象の周波数帯域として設定する場合を示したが、判定対象の周波数帯域の設定方法はこれに限定されるものではない。例えば、第１の周波数帯域と第２の周波数帯域は連続している場合を示したが、第１の周波数帯域と第２の周波数帯域は不連続な周波数帯域であってもよい。また、全周波数帯域の所定の一部の周波数帯域を判定対象としてもよい。また、全周波数帯域を３以上の周波数帯域に分割して判定対象としてもよい。
以上で、図１２を用いた、寄与率を算出するための周波数帯域の設定方法についての説明を終了する。

【0091】

次に、図１３を用いて、図１２において説明した、バンド１寄与率とバンド２寄与率の推移を説明する。図１３は、本実施形態における、バンド１寄与率とバンド２寄与率の推移の一例を示すグラフである。

【0092】

図１３において、１日目から９日目までは、バンド１寄与率がバンド２寄与率に比べて高くなっている。しかし、９日目以降は、バンド１寄与率が低下するとともにバンド２寄与率が上昇して、バンド１寄与率のグラフとバンド２寄与率のグラフが交錯している。９日目は分離膜２１の透過性能が急激に劣化する４日前である。すなわち、図１３は、寄与率の推移によってファウリングの兆候を判定可能であることを示している。予めファウリングの兆候を判定することができるので、事前の洗浄作業によりファウリングによる水処理の緊急停止を防止できるとともに、定期的な洗浄作業の実施に伴う洗浄コストを削減することが可能となる。
以上で、図１３を用いた、バンド１寄与率とバンド２寄与率の推移の説明を終了する。

【0093】

次に、図１４を用いて、曝気量を変更したときの寄与率の推移を説明する。図１４は、本実施形態における、曝気量を変更したときの寄与率の推移の一例を示すグラフである。

【0094】

図１４において、４日目以降において、バンド１寄与率のグラフとバンド２寄与率のグラフが交錯し、ファウリングの兆候を示している。矢印で図示する１２日目において、曝気量を１．５倍に変更すると、バンド１寄与率は上昇し、バンド２寄与率は下降してファウリングの兆候が消えたことを示している。すなわち、寄与率に基づいて、曝気等によって分離膜２１の透過性能が回復したことを判定できることを示している。本実施形態においては、寄与率に基づき、図３〜図５で説明した運転条件の変更を実施する。図１４は、本実施形態において、寄与率に基づき適切な運転条件の変更が可能であることを示している。
以上で、図１４を用いた、曝気量を変更したときの寄与率の推移の説明を終了する。

【0095】

なお、本実施形態における分離膜診断装置５０は、ＭＢＲにおける分離膜２１の透水状態を診断するものとして説明したが、分離膜診断装置５０は、例えば、純水製造システム、上水処理システム、海水淡水化システム等における分離膜の透水状態等の診断にも適用することができる。

【0096】

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、分離膜診断方法は、取得ステップと、経時変化記録ステップと、振動解析ステップと、判定ステップとを含むことにより、水処理に用いる分離膜の状態を正確に把握することにより水処理コストを低減することができる、分離膜診断方法、水処理方法、分離膜診断装置、水処理装置及び分離膜診断プログラムまたは当該プログラムが記録された記憶媒体を提供することができる。

【0097】

なお、上述した装置は、コンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、各機能ブロックの機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録する。この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、ＣＰＵが実行することで実現してもよい。ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）や周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体のことをいう。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」は、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置を含む。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、短時間の間、動的にプログラムを保持するものを含んでいてもよい。短時間の間、動的にプログラムを保持するものは、例えば、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線である。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」には、サーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。また、上記プログラムは、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。また、上記プログラムは、プログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。プログラマブルロジックデバイスは、例えば、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）である。
また、図を用いて説明した装置の各機能部は、ソフトウェア機能部であるものとしたが、機能の一部又は全部は、ＬＳＩ等のハードウェア機能部であってもよい。

【0098】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【実施例】

【0099】

（実施例１）図１５にＭＢＲの膜ファウリングを予測した例を提示する。図１５は本実施形態における分離膜２１の膜抵抗Ｒとバンド１寄与率、バンド２寄与率の推移を表したものである。２月１３日から膜抵抗が急上昇し、２月１４日に運転を止めている。この急上昇をバンド１寄与率の推移を用いて予測する方法を説明する。なお、ここでは２日間のバンド１寄与率の値をもってファウリングの兆候と判断する。バンド１寄与率の算出方法は前述のとおりである。

【0100】

運転開始から２月９日までバンド１寄与率の値が２日間６０％以下を維持することがなく、分離膜の透水状態は良好と判断できる。２月９日からバンド１寄与率が２日間５０％以下を維持し分離膜の状態が悪いと判断できる。これにより数日前にファウリングを予測することが可能であった。

【0101】

（実施例２）図１６に例１と同様にＭＢＲの膜ファウリングを予測した例を提示する。図１６は６月１日から７月４日までの運転例であり、７月４日に急激に膜抵抗が上昇し運転をやめている。運転初期の６月１日から６月１７日まではバンド１寄与率が２日間６０％以下を維持することがなく、分離膜の透水状態は良好と判断できる。６月１７日からバンド１寄与率が６０％以下を維持し分離膜の状態が悪いと判断できる。これにより約２週間前からファウリングを予測することが可能であった。

【0102】

（実施例３）図１７に例１と同様の条件でＭＢＲの膜ファウリングを予測した例を提示する。図１７は３月１日から３月１０日までの運転例であり、３月６日から膜抵抗が上昇し３月１０日に運転をやめている。運転開始日の３月１日からバンド１寄与率が２日間６０％以下を維持し分離膜の状態が悪いと判断できる。これにより数日前からファウリングを予測することが可能であった。

【0103】

（実施例４）図１８に例１と同様の条件でＭＢＲの膜ファウリングを予測した例を提示する。図１８は４月１日から４月３０日までの運転例であり、１ヵ月の運転で膜抵抗が上昇することはなかった。運転開始日の４月１日からバンド１寄与率が２日間６０％以下を維持することがなく、分離膜の透水状態が良くファウリングが発生しないと判断できる。

【0104】

（実施例５）図１９に例１と同様の条件でＭＢＲの膜ファウリングを予測した例を提示する。図１９は３月４日から３月１９日までの運転例である。３月１０日からバンド１寄与率が２日間６０％以下を維持し分離膜の状態が悪いと判断できる。この結果に従って３月１６日に曝気風量を１．５倍に変更した。その後差圧の急上昇は起きず、バンド１寄与率は６０％以下を維持しなくなり、分離膜の透水状態が良好になったと判断できる。

【符号の説明】

【0105】

１１ 水槽
１２ 原水流路
１３ 余剰汚泥流路
２１ 分離膜
２２ 透過水流路
２３ 吸引ポンプ
２４ 排水流路
２５ 差圧計
３１ 散気管
３２ ブロア
４０ 水処理制御装置
５０ 分離膜診断装置
１００ 水処理装置
４１ 制御部
４２ ポンプ駆動部
４３ ブロア駆動部
４４ 差圧取得部
４５ 操作部
４６ 表示部
４７ 通信部
５１ 制御部
５２ 膜抵抗算出部
５３ 周波数解析部
５４ 判定部
５５ 操舵部
５６ 表示部
５７ 通信部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】