JP3136554B2 - 汚泥凝集処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は水処理プロセスの汚泥凝
集処理装置に関し、特に汚泥の凝集状態を自動計測して
凝集剤の添加量を自動調整する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】水処理プロセスの汚泥凝集処理は汚泥を
効率良く除去するための前処理であり、汚泥を含む水に
凝集剤を添加して汚泥を凝集沈殿させる工程である。こ
の凝集処理工程による汚泥の凝集状態が良好であると、
脱水後の汚泥の含水率の低減を図ることができる。この
ため、汚泥の凝集状態を計測し、適量の凝集剤を添加し
て極力良好な凝集状態を実現することが水処理プロセス
においては重要である。

【０００３】従来、このような汚泥の凝集状態を計測す
る方法としては、凝集汚泥の脱水分離液のコロイド荷電
量を測定する第１の方法、あるいは脱水後の汚泥に対
し、電極を接触させた時の電解電流から直接汚泥の水分
を計る第２の方法が提案されている。しかしながら、上
述した第１、第２の方法はいずれも、特殊なセンサを必
要とし、実ラインではその保守が問題となるばかりでな
く、オンラインで凝集状態を計測するためには適切な方
法とはいえない。

【０００４】このような問題点を解決する手法として、
画像処理による凝集状態の評価方法が特公平６−６１４
１０号公報に提案されている。この手法では、凝集フロ
ック形成池で形成された凝集フロックの画像を撮像する
撮像手段と、沈殿池における水の濁質度を計測する計測
手段と、凝集フロックの画像を輝度レベルにより２値化
し得られた２値化画像により凝集フロック群の平均粒径
を求める手段と、この平均粒径が規定粒径以下で且つ濁
質度が規定濁度以下となるように凝集剤の注入量を制御
する注入制御手段とを備えて、オペレータの目視評価の
自動化を図っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の手法
では、凝集フロックの分布密度が高く、凝集フロックが
重なり合ったような画像に対しては評価が困難となる場
合がある。

【０００６】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たもので、凝集フロックの状態の影響を受けること無
く、最適な添加量を自動かつ正確に決定して汚泥凝集処
理を自動制御することのできる凝集状態計測制御装置を
備えた汚泥凝集処理装置を提供することを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、汚泥を
含む汚泥水に凝集剤を添加して汚泥を凝集沈殿させる凝
集槽を備えた汚泥凝集処理装置において、前記凝集槽へ
の汚泥水供給ライン及び凝集剤供給ラインからそれぞ
れ、汚泥水及び凝集剤の一部を受けて小型の試験槽にて
汚泥の凝集状態の評価を行うと共に、該評価の結果に応
じて前記凝集槽への前記凝集剤の最適添加量を決定する
凝集状態計測制御装置と、前記決定された最適添加量の
凝集剤を前記凝集槽へ供給する凝集剤流量制御装置とを
備え、前記凝集状態計測制御装置は、前記試験槽内の凝
集フロックの凝集状態を撮像して画像情報を得るテレビ
ジョンカメラと、このテレビジョンカメラにより得られ
た画像情報に対して２値化処理を行い、この２値化画像
からスケルトンアルゴリズムによりスケルトンの総個数
を算出する画像処理手段と、算出されたスケルトンの総
個数から凝集状態を評価して最適添加量を決定する制御
装置とを備え、前記試験槽への前記汚泥水及び前記凝集
剤の供給及び廃棄を前記凝集剤の量を変化させながら計
測の都度行うことを複数回繰り返して前記最適添加量を
決定することを特徴とする汚泥凝集処理装置が得られ
る。

【０００８】

【０００９】なお、汚泥を含む汚泥水に凝集剤を添加し
て汚泥を凝集沈殿させる凝集槽を備えた汚泥凝集処理装
置において、前記凝集槽内の凝集フロックの凝集状態を
撮像して画像情報を得るテレビジョンカメラと、このテ
レビジョンカメラにより得られた画像情報に対して２値
化処理を行い、この２値化画像からスケルトンアルゴリ
ズムによりスケルトンの総個数を算出する画像処理手段
と、算出されたスケルトンの総個数から凝集状態を評価
して前記凝集剤の最適添加量を決定する制御装置とを備
えるようにしても良い。

【００１０】

【００１１】

【作用】本発明は、凝集状態の計測を、凝集槽に比べて
非常に小型の試験槽を用いてバッチ処理的に行うので、
凝集剤を添加した後、それが凝集状態に反映するまでの
時間が短い。このことから、凝集剤の添加量調整を繰り
返し行い、その結果から最適な添加量を正確に決定する
ことができる。

【００１２】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。図１は、本発明の第１の実施例を適用した水処理プ
ロセスを示す概略図である。攪拌機１−１を備えた凝集
槽１に、汚泥水供給ライン２、凝集剤供給ライン３から
それぞれ汚泥水、凝集剤が供給される。汚泥水供給ライ
ン２、凝集剤供給ライン３にはそれぞれ、分岐ライン２
−１、３−１が設けられ、汚泥水、凝集剤の一部が凝集
状態計測制御装置４内の試験槽４−１に供給される。分
岐ライン２−１、３−１にはそれぞれ、モータ駆動によ
るポンプ２−２、３−２が設けられ、後述する制御装置
４−２により供給量及び起動タイミングが制御される。
凝集剤供給ライン３にはモータ駆動によるポンプ３−３
が設けられ、後述する凝集剤流量制御装置５により供給
量及び起動タイミングが制御される。凝集槽１に生じた
凝集フロックは、図示しないポンプ等により抜き出され
て脱水機６で脱水され、廃棄処分される。

【００１３】凝集状態計測制御装置４は、攪拌機４−３
を備えた試験槽４−１、制御装置４−２に加えて、テレ
ビジョンカメラ１１と後述する画像処理を行う画像処理
装置１０とテレビジョンカメラ１１からの画像や画像処
理装置１０からの画像処理結果を表示する表示装置１２
とを備えている。なお、試験槽４−１の大きさは、１０
００（ｃｃ）程度の容量を有していれば良く、水数トン
分の大容量を持つ凝集槽１の大きさに比べて非常に小さ
い。

【００１４】凝集状態計測制御装置４の動作を図２を参
照して説明する。ステップＳ１では、制御装置４−２に
よりポンプ２−２、３−２を定期的に必要な時間だけ駆
動して、汚泥水を一定量だけ試験槽４−１に供給すると
共に、汚泥水に対してある混合比となる量の凝集剤を供
給する。ステップＳ２では、攪拌機４−３により試験槽
４−１内を攪拌する。攪拌後、テレビジョンカメラ１１
により試験槽４−１内を撮像する（ステップＳ３）。ス
テップＳ４では、テレビジョンカメラ１１からの画像信
号を処理し、処理結果のうち必要なデータを表示装置１
２に表示させたり、制御装置４−２へ送出する。

【００１５】ステップＳ５では、制御装置４−２により
排出弁４−４を開として、試験槽４−１内の凝集フロッ
クや水をすべて廃棄する。ステップＳ６では、制御装置
４−２において最適な凝集剤の量を決定できたかどうか
の判定を行い、決定できていなければステップＳ７で凝
集剤の混合比を変更してステップＳ１に戻る。ステップ
Ｓ１では、制御装置４−２が変更された混合比を得られ
るようにポンプ３−２を制御する。ステップＳ１〜Ｓ７
は、最適な凝集剤の添加量を決定できるまで繰り返され
る。

【００１６】制御装置４−２は、最適な凝集剤の添加量
を決定すると、これを指令値として凝集剤流量制御装置
５と表示装置１２に送る。凝集剤流量制御装置５は、送
られてきた指令値に基づいてポンプ３−３を制御して指
定された量の凝集剤を凝集槽１に供給する。なお、必要
に応じてスイッチＳ１をオペレータ操作側に切り換える
ことにより、表示装置１２に表示された指令値をオペレ
ータがキー入力装置等から手動で入力することができ
る。

【００１７】以上のように、本発明に用いられる凝集状
態計測制御装置４は、凝集槽とは別系統にて少量の汚泥
水に対して一定時間毎に、いわばバッチ処理にて凝集剤
の添加量を変えながら凝集状態の計測を繰り返し、後述
する処理方法によりそれらの結果の中からピーク値を最
適な凝集剤の量として適確に決定する。しかも、実際に
起こっている凝集状態の撮像を凝集体が静止した状態、
かつ至近距離から行うので、凝集状態をより正確に把握
することができる。更に、試験槽４−１内では常に良好
な凝集状態が得られなくても問題は生じないので、はじ
めは凝集剤の変更量を大きくし、徐々に変更量を小さく
してゆくというサーチ方法により、最適値の決定を正確
に行うことができる。

【００１８】図３は、図１の画像処理装置１０の構成を
より詳細に示すブロック図である。テレビジョンカメラ
１１から送られた画像信号はフレームメモリ１０１にデ
ィジタル信号として記憶された後、ＣＰＵ１０２により
読み出され、後述するアルゴリズムに従って画像の評価
が行われる。この評価結果は表示用回路１０３を通して
表示装置１２に表示される。

【００１９】複雑な画像処理を行う場合、もしくは処理
時間を短縮したい場合には、画像処理用の高速処理用プ
ロセッサ１０４を追加する場合もある。なお、画像処理
装置１０による上記の画像処理はパーソナルコンピュー
タを利用しても容易に行うことができる。

【００２０】次に、画像処理装置１０による画像処理動
作について説明する。図４は凝集フロックの凝集状態を
撮像した画像に対して前処理のために行われた２値化処
理後の画像を説明するための図である。図４（ａ）は良
い凝集フロックから得られた２値化処理後の画像であ
り、各凝集フロックの境界を比較的判別し易いが、図４
（ｂ）では多数の凝集フロックがくっついてしまい、各
凝集フロックの境界を認識しにくい。なお、原画像から
２値化画像に変換する方法は、通常の画像処理分野でよ
く知られた技術を用いることができるので、詳細な説明
は省略する。

【００２１】本発明による画像処理装置１０では特に、
凝集フロックが重なり合った場合でも凝集状態の評価を
正確に行うことができる方法として以下の２つの方法を
採用している。

【００２２】凝集フロック画像を２値化処理後にスケ
ルトン処理し、その総個数を評価値とする（以下、スケ
ルトン手法と呼ぶ）。

【００２３】凝集フロック画像の濃淡から算出される
標準偏差を評価値とする（以下、標準偏差手法と呼
ぶ）。

【００２４】本発明は以下の観点に基づいている。すな
わち、オペレータの凝集状態の目視評価は経験や凝集フ
ロックの比較などによる大まかなものである。その評価
は凝集フロックの大きさとその分布、凝集フロック内部
の密集度、表面性状などを総合的に判断して行われる。
今回の２つの評価方法ともに凝集状態を定量化し、オペ
レータの感覚と合致する大ざっぱな評価を行うことが基
本的な考え方である。以下にスケルトン手法、標準偏差
手法の説明を行う。

【００２５】スケルトン手法 まず、スケルトン処理について簡単に述べる。スケルト
ン処理は、『コンピュータ画像処理入門』（田村秀行監
修、総研出版）にて説明されている。簡単に言えば、図
５を参照して、画像処理におけるスケルトンとは、図形
に内接してその図形を覆い尽くすことのできる必要最小
限の円盤の中心の集合である。実際の画像処理上ではア
ルゴリズムの実現を容易にするため円の代わりに四角形
を用いる。

【００２６】図６の例では、数字を有する画素が白い部
分のスケルトンであり、その数値はその画素から最も近
い黒い部分との境界線までの画素数である。この処理法
を用いて凝集状態を評価する。具体的には凝集フロック
の２値化画像中のスケルトンの総個数を評価値とする。
この場合、スケルトンの持つ値（半径に相当）は考慮し
ない。この評価方法の意味を次に述べる。凝集状態が良
い場合の２値化画像（図４（ａ））は、白いフロック部
分を大きな円盤で覆える箇所が多い為、円盤数（スケル
トンの数）は少なくなる。しかし、悪い場合（図４
（ｂ））は良い場合に比べて、小さな円盤を多用して覆
い尽くす必要がある為、スケルトン（円盤の中心）の個
数が多くなる。よって、スケルトンの総個数で画像全域
を考慮した凝集フロックの大きさに関する評価ができ
る。この評価値（スケルトンの総個数）は小さいほど凝
集フロックが全体的に大きいことを示す。

【００２７】いずれにしても、画像処理装置１０は、テ
レビジョンカメラ１１から得られる画像を用いて上記の
ようなスケルトン処理を行うことによりスケルトンの総
個数を算出し、制御装置４−２はこのスケルトンの総個
数が最小となる時の凝集剤の添加量を最適添加量として
決定してこれを凝集剤流量制御装置５に出力する。

【００２８】標準偏差手法 図７（ａ）に悪い凝集状態、図７（ｂ）に良い凝集状態
の画像例を示す。図７（ａ）では良好な凝集フロックが
形成されずに、小さな凝集フロックで濁ったような状態
になっている。一方、図７（ｂ）では適度な大きさの凝
集フロックが境界のはっきりした適度な密度で形成され
ている。このような濃淡画像では個々の凝集フロックが
大きいほど奥行きが見て取れる。この奥行きは画素の輝
度レベルで表現される。当然、凝集フロックの小さい凝
集不良の画像は奥行きの小さいものとなり、画像全域に
おける個々の画素の輝度レベルの差やばらつきは小さ
い。図８（ａ）に図７（ａ）、図８（ｂ）に図７（ｂ）
のヒストグラム（同じ輝度レベルの画素数を表すグラ
フ）を示す。よって、濃淡画像の輝度レベルに注目し、
全画素の輝度レベルの標準偏差を評価値とする。評価値
が大きいほどフロックが全体的に大きいことを示す。

【００２９】画像処理装置１０は、テレビジョンカメラ
１１から得られる図７（ａ）や図７（ｂ）の画像から各
画素の輝度レベルを算出し、全画素の輝度レベルの標準
偏差を算出し評価値として出力する。制御装置４−２
は、この評価値から標準偏差が最大となる時の凝集剤の
添加量を最適添加量として決定してこれを凝集剤流量制
御装置５に出力する。

【００３０】図９、図１０は２種類の画像処理方法の結
果を示すグラフである。図９はスケルトン手法によるも
ので、横軸に凝集剤の添加量を、縦軸にスケルトン総個
数をそれぞれ示している。図１０は標準偏差手法による
もので、横軸に凝集剤の添加量を、縦軸に標準偏差をそ
れぞれ示している。図９、図１０から明らかなように、
凝集フロックは凝集剤の添加量により、その凝集状態が
変化する。そして、その添加量には最適点が存在し、図
９、図１０のグラフで最大の評価値（スケルトン総個数
最小値、標準偏差最大値）を示す点が最適な凝集剤の添
加量を示す点として把握される。

【００３１】そして、前述したように、本発明では凝集
槽とは別系統にて少量の汚泥水に対して一定時間毎に、
いわばバッチ処理にて凝集剤の添加量を変えながら凝集
状態の計測を短時間で繰り返し、それらの結果の中から
ピーク値を探すことで、このピーク値を最適な凝集剤の
量として正確に決定することができる。

【００３２】図１１、図１２はそれぞれ、凝集状態を定
量的に評価する目安として、水切りの容易さを決める透
過抵抗（図１１）と、脱水後の凝集フロックの含水率
（図１２）を示すグラフである。いずれの図において
も、横軸は凝集剤の添加量を示している。これらのグラ
フにおいて、縦軸の値が小さい程、凝集状態は良好であ
るが、図１１、図１２から明らかに最適点が存在し、ま
たその点は、図９、図１０にて示す最適点とほぼ一致す
ることが解る。したがって、本発明の画像処理結果は、
凝集状態を評価する一つの目安となり、またその評価結
果を最大にするように凝集剤添加量を調整することで、
凝集状態の最適制御も可能となる。

【００３３】図１３は本発明の第２の実施例による水処
理プロセスを示す概略図である。汚泥タンク４１内の汚
泥を含む水４２は、凝集槽４３に送られ、ここで凝集剤
タンク４４内の凝集剤４５が添加されて、汚泥が凝集さ
れる。凝集剤タンク４４内の凝集剤４５は添加量調整機
能を有するポンプ４６により凝集槽４３に送られる。凝
集槽４３内で凝集した凝集フロックは凝集槽４３外に抜
き取られ、脱水機４７により脱水された後、廃棄され
る。

【００３４】凝集状態をオンラインで測定するために、
凝集槽４３内の凝集フロック表面の画像をテレビジョン
カメラ１１により撮像し、その出力画像信号は画像処理
装置１０に供給され、ここで前述したスケルトン手法あ
るいは標準偏差手法により、凝集状態の評価が行なわれ
る。その結果は、必要に応じて表示装置１２に表示され
る。オペレータ２２はその結果を見てキー入力装置等の
リモート操作手段２３により、ポンプ４６の回転数を操
作して凝集剤４５の添加量を調整する。また、画像処理
装置１０による評価結果の情報はモータ制御装置２４に
供給され、スイッチＳ１を切り換えて凝集剤４５の添加
量の調整をオペレータの手動操作に代えて、自動制御す
ることもできる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば汚泥凝集処理において凝集フロックの影響を受けるこ
と無く凝集状態の評価をオンラインにて自動計測するこ
とが可能となり、しかも計測結果から最適な凝集剤の添
加量を自動的に決定すると共に、添加量を自動調整でき
るので、オペレータは凝集状態の評価に長年の経験を必
要とせずに凝集状態の最適制御を行うことができる。

【００３６】また、試験槽を用いる凝集状態計測制御装
置では、凝集処理の実プラントとは別系統で、試験槽内
の凝集状態の良否は問われないので、１回当たりの凝集
剤添加の変更幅を大きくとることができ、大きな変更幅
から小さな変更幅に移行させて計測を繰り返すことによ
り、より正確に最適な凝集剤の添加量を決定することが
できる。加えて、実際に起こっている凝集状態の撮像を
凝集フロックが静止した状態、かつ至近距離から行うの
で、凝集状態をより正確に把握することができる。更
に、既設の水処理プラントでも簡単な配管工事を行うだ
けで設置することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による凝集状態計測制御
装置を適用した水処理プロセスを示す概略図である。

【図２】図１の凝集状態計測制御装置の動作を説明する
ための図である。

【図３】図１の画像処理装置１０の構成をより詳細に示
すブロック図である。

【図４】本発明に用いられる第１の画像処理方法の原理
を説明するために凝集フロックの凝集状態の２値化画像
を示した概略図である。

【図５】本発明に用いられるスケルトン手法を説明する
ための図である。

【図６】スケルトン手法を用いて画像処理の行う場合の
原理を説明するための図である。

【図７】本発明に用いられる第２の画像処理方法の原理
を説明するために凝集フロックの濃淡画像の２つの例を
示した図である。

【図８】本発明に用いられる画像処理の一例である標準
偏差手法による輝度レベルと画素数との関係を説明する
ための図である。

【図９】本発明に用いられた第１の画像処理方法の結果
を示すグラフである。

【図１０】本発明に用いられた第２の画像処理方法の結
果を示すグラフである。

【図１１】凝集状態を定量的に評価する目安としての、
水切りの容易さを決める透過抵抗を示すグラフ図であ
る。

【図１２】凝集状態を定量的に評価する目安としての、
脱水後の凝集フロックの含水率を示すグラフである。

【図１３】本発明の第２の実施例による汚泥凝集処理装
置の概略を説明するための図である。

【符号の説明】

１、４３ 凝集槽 １−１、４−３ 攪拌機 ２ 汚泥供給ライン ３ 凝集剤供給ライン ４ 凝集状態計測制御装置 ４−１ 試験槽 ４−４ 排出弁 ６、４７ 脱水機 １１ テレビジョンカメラ １２ 表示装置 ４１ 汚泥タンク ４２ 汚泥を含む水 ４４ 凝集剤タンク ４５ 凝集剤 ４６ ポンプ

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 汚泥を含む汚泥水に凝集剤を添加して汚
   泥を凝集沈殿させる凝集槽を備えた汚泥凝集処理装置に
   おいて、 前記凝集槽への汚泥水供給ライン及び凝集剤供給ライン
   からそれぞれ、汚泥水及び凝集剤の一部を受けて小型の
   試験槽にて汚泥の凝集状態の評価を行うと共に、該評価
   の結果に応じて前記凝集槽への前記凝集剤の最適添加量
   を決定する凝集状態計測制御装置と、 前記決定された最適添加量の凝集剤を前記凝集槽へ供給
   する凝集剤流量制御装置とを備え、 前記凝集状態計測制御装置は、前記試験槽内の凝集フロ
   ックの凝集状態を撮像して画像情報を得るテレビジョン
   カメラと、このテレビジョンカメラにより得られた画像
   情報に対して２値化処理を行い、この２値化画像からス
   ケルトンアルゴリズムによりスケルトンの総個数を算出
   する画像処理手段と、算出されたスケルトンの総個数か
   ら凝集状態を評価して最適添加量を決定する制御装置と
   を備え、前記試験槽への前記汚泥水及び前記凝集剤の供
   給及び廃棄を前記凝集剤の量を変化させながら計測の都
   度行うことを複数回繰り返して前記最適添加量を決定す
   ることを特徴とする汚泥凝集処理装置。
2. 【請求項２】 汚泥を含む汚泥水に凝集剤を添加して汚
   泥を凝集沈殿させる凝集槽を備えた汚泥凝集処理装置に
   おいて、 前記凝集槽内の凝集フロックの凝集状態を撮像して画像
   情報を得るテレビジョンカメラと、このテレビジョンカ
   メラにより得られた画像情報に対して２値化処理を行
   い、この２値化画像からスケルトンアルゴリズムにより
   スケルトンの総個数を算出する画像処理手段と、算出さ
   れたスケルトンの総個数から凝集状態を評価して前記凝
   集剤の最適添加量を決定する制御装置とを備えたことを
   特徴とする汚泥凝集処理装置。