| Project/Area Number |
23K26237
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| Project/Area Number (Other) |
23H01543 (2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 22060:Environmental systems for civil engineering-related
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| Research Institution | Chuo University |
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Principal Investigator |
山村 寛 中央大学, 理工学部, 教授 (40515334)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
角田 貴之 中央大学, 理工学部, 助教 (30963574)
中屋 佑紀 北海道大学, 工学研究院, 助教 (60868735)
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| Project Period (FY) |
2024-04-01 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥19,240,000 (Direct Cost: ¥14,800,000、Indirect Cost: ¥4,440,000)
Fiscal Year 2026: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2025: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2023: ¥12,220,000 (Direct Cost: ¥9,400,000、Indirect Cost: ¥2,820,000)
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| Keywords | 膜ろ過 / 固体3次元励起蛍光分析 / In-situ観察 / 浄水 / 自律制御 / 励起蛍光スペクトル / SFP-EEM / 浄水処理 / 励起蛍光スペクトル分析 / In-situ分析 / 固体蛍光分析 / 膜ファウリング / 浄水膜 / 蛍光センサー |
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| Outline of Research at the Start |
3波長に限定した小型・励起光を高感度の固体励起蛍光分析装置を試作し，得られた蛍光スペクトルを使用したクエンチング補正手法，および3種類の制御モデルを組み込んだ自律型運転制御システムを開発する。開発した自律制御システムの効果を，実浄水場や山間集落の小規模水道施設において，パイロット試験により検証・実証する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、固体表面蛍光光度法（SPF-EEM法）を活用し、膜表面に付着・堆積するファウリング物質をEEMにより精密に観察します。この観察結果をリアルタイムで解析し、その情報を基に膜ろ過の運転条件（例：洗浄タイミング、薬品注入量など）を自律的に最適化・制御する革新的な手法を開発することを最終目的としています。2025年度は、将来的な実証試験フェーズへ移行するための基盤となる、高精度な膜ろ過評価装置の設計・製作および基礎的な検証を完了することを目標としました。上記目標の達成に向けて、以下の技術開発および環境整備を実施しました。
(1) 制御フィードバックシーケンスの構築: EEMを用いて得られた膜表面のファウリング情報を解析し、その結果を膜ろ過装置の運転制御システムへ自動的にフィードバックするための制御シーケンスを開発・実装しました。
(2) 連続観察用光学システムの開発: 膜表面状態の経時変化を連続的に捉えるため、特注の光ファイバーシステムを設計・製作し、実験用水槽へ効果的に設置しました。
(3) 実証試験環境の整備と基礎検証: 上記で開発した各コンポーネントを統合し、実用的なろ過試験が実施可能な評価環境を構築しました。この環境下において、江戸川より実際に採水した河川水を用い、昨年度までに得られた基礎的な試験結果の追試を実施し、良好な再現性を確認することができました。
今年度における一連の成果により、膜ろ過評価装置の主要な構成要素が完成し、その基礎的な性能も検証されました。これにより、当初の計画通り、2025年度より構築した評価装置を用いた長期間の連続膜ろ過試験に着手できる見通しが立ちました。今後は、この連続試験を通じて、開発した自律的運転制御システムの実際の運転環境下における有効性評価、ならびにさらなる性能向上を目指したシステムの最適化を本格的に推進してまいります。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
膜ろ過装置が完成し、複数のシナリオについて、比較する準備が整った。
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| Strategy for Future Research Activity |
試作機を取り付けた小型パイロット規模（最大 5.0 m3/日）の膜ろ過装置を使用して，自律型膜ろ過運転システムの実証試験を実施する。
従来型の制御方法である，30分ろ過毎に逆洗30秒とエアースクラビング60秒を繰り返すシーケンスを対照系として，モデル1から3を組み込んだ新シーケンスを，4系列パイロット膜ろ過装置を用いて同時に運転することで，各モデルの導入効果を検証する。なお，パイロット試験にあたって，ミラーを追加することで，1台の小型蛍光分光機で3台の膜のSPF-EEMを測定できるように分析装置を改造する予定である。パイロット運転中，膜間差圧の変化に加えて，系列毎の水回収率（膜供給水量－逆洗排水量），薬品使用量，予測膜寿命，連続運転継続時間をモニタリングする。自律運転を想定した，運転の安定性，薬品補給頻度の低減，膜交換頻度の低減に関して，新システム導入効果を検証する。
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