JPH04287680A - 液中微小物質撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液中の微小物質を連続的
に自動観察できる液中微小物質撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】微生物利用プロセスは微生物と培地、あ
るいは、微生物と被処理水を混合撹拌し、流動状態下で
有用物質の生産や微生物自身の増殖培養、特定物質の分
解除去に広く利用されている。これらの微生物利用プロ
セスでは、微生物を適正な状態に維持することが重要と
されている。

【０００３】例えば、下水処理場では、活性汚泥と称す
る多種多様の微生物に大量の空気を供給して流入下水中
の汚染物質を除去して浄化している。この浄化機能を高
効率に維持するには、出現する微生物の種類やその濃度
を適切に管理する必要がある。これは、特定種類の微生
物のみが過剰に増殖すると、その種類に特異的な異常現
象が発生して処理水質が悪化し、回復させるのに多大な
時間を要するためである。このため、微生物の種類やそ
の出現量をオンラインで定量化し、これらの情報も反映
した運転管理の必要性が高まっている。

【０００４】日常的に、微生物の出現種類や濃度情報を
考慮した運転管理手段の一つとして、画像処理技術の応
用が検討されている。しかし、これを実現するには微生
物を連続的、かつ、自動的に観察できる撮像装置の確立
が前提条件となる。この場合、微生物の凝集状態やその
環境を変化させずに撮像し、活性汚泥の正確な情報を得
ることが重要である。そのためには、液中に、直接、浸
漬して微生物を観察できる撮像装置でなければならない
。直接浸漬方式の撮像装置は特開昭５２−８９９４２号
、特公昭６３−４１６３９号、特開平１−３１２９９２
号公報などが発明されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来方式のうち、
特開昭５２−８９９４２号、特公昭６３−４１６３９号
、及び特開平１−３１２９９２号公報は照明手段，拡大
光学手段と、拡大光学手段で得られた拡大光像を電気信
号に変換する手段（例えばテレビカメラ）を水平に配置
し、サンプル室を重力方向に形成する構造を採用してい
る。この方式は、重力沈降する性質を持つ微生物がサン
プル室に取り込まれた後も下方向に動き、静止画像を得
ることが困難である。 この静止画像は微生物の出現状態を観察するうえで、撮
像装置の重要な機能である。特に、活性汚泥中に頻繁に
出現する太さ約１μｍの糸状性微生物や、運動性のある
原生動物を画像処理で定量化する場合、不可欠な条件で
ある。本発明の目的は流動状態の液体中でも常に良好な
静止画像を得ることができる液中微小物質撮像装置を提
供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、本発明は浸漬可能な二つの防水筐体をもち、一方の防
水筐体は浸漬対象液を保持する構造物に固定された架台
と連結された支持棒に固定し、前記支持棒の上下位置を
調節できる手段を前記架台に配設し、他方の防水筐体を
前記固定筐体を基準として移動可能なプランジャ方式と
し、前記固定防水筐体には前記プランジャと対向する部
分に観察窓ガラスを設置して前記接液窓外のサンプル液
を撮像対象とする拡大光学手段とテレビカメラを内蔵さ
せ、プランジャには固定防水筐体の接液窓と対向する部
分に凹型観察窓ガラスを設置し、この凹部を含む観察窓
ガラスを照射する照明手段を内蔵させ、前記二つの防水
筐体の間に浸漬対象液の流動を抑制する手段を配設する
。

【０００７】

【作用】本発明を構成する上記手段において、プランジ
ャは固定防水筐体に近づき、離れる動作を繰り返す。近
づく動作は微生物混合液を取り込んで観察画像を得るも
ので固定防水筐体間の隙間が１５０μｍ以下に調節され
、離れる動作は取り込んだ混合液を入れ替えるために最
大数ないし数十ｍｍに隙間に調節される。防水筐体間に
設置した流動抑制手段は、少なくともプランジャが近づ
く動作をした段階で、外部流動液の流れが筐体間凹部に
形成されたサンプル室に直接当らないようにする。これ
らの構成により、流動の激しい混合液中でもサンプル液
を完全に保持でき、静止画像を得ることができる。この
ため、非運動性の微生物は勿論のこと、可動性微生物の
画像処理による特徴量計測が可能となる。さらに、常に
安定した静止画像が得られることは、オペレータが撮影
像を直接観察して微生物状態を把握できる効果もある。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１により説明す
る。図１は活性汚泥による下水処理設備への適用例で、
処理機能をまず、簡単に説明する。家庭や工場等から排
出された下水は、前処理プロセス（図示せず）で粗大な
夾雑物を除いた後、曝気槽１に導かれる。曝気槽１に流
入した下水３は曝気槽１の後方に配置された沈殿池２か
ら返送される活性汚泥と称する微生物群５との混合液９
となる。流入下水３には前処理プロセスで除去されなか
った夾雑物が混入している。この夾雑物は、例えば土砂
や果実種、木片などで数ｍｍから数十ｍｍの大きさのも
のもある。混合液９は曝気槽１の底部に設置された散気
管８から噴射される大量の空気４により秒速数ｍの流速
で撹拌されるとともに酸素が供給され、液中の汚染物質
が活性汚泥の働きにより処理される。例えば、有機物は
炭酸ガスや水に変換され、アンモニア性窒素は硝酸性あ
るいは亜硝酸性窒素に酸化されるとともに活性汚泥自身
が自己増殖する。この過程でリンの取り込み等も行われ
る。 曝気槽１から流出した混合液９は沈殿池２で活性汚泥が
重力沈降し、その上澄液は処理水７として殺菌処理を受
けた後、河川や海に放流される。一方、沈殿した活性汚
泥は高濃度となり、その大部分は返送汚泥５として曝気
槽１に再循環され、増殖分に相当する一部を余剰汚泥６
として系外に排出し、脱水や焼却等の工程を経て処理さ
れる。

【０００９】このような水処理設備において、活性汚泥
の管理は重要な運転業務内容の一つである。特に、沈降
性の良好な活性汚泥を形成する維持管理が要求される。 活性汚泥の沈降性悪化は、バルキングと称され、沈殿池
からの汚泥流出の危険を増すのみならず、曝気処理機能
さらには汚泥処理機能にも大きな負担を強いる。沈降性
の良好な汚泥を維持できれば、前述の心配は起こらない
。このバルキングは活性汚泥に棲息する多種多様の微生
物のうち、糸状性微生物の異常繁殖が原因とされている
。活性汚泥を用いる水処理設備では、バルキングの他に
、特定微生物に起因する異常現象が数多く発生する。 従って、微生物の種類や出現量を把握することにより、
活性汚泥の性状を判定し、異常現象の早期発見と事前対
策が可能となる。そのためには活性汚泥中の微生物を連
続的に観察できるオンライン撮像装置が必要不可欠であ
る。本発明はこの観点に立ち、強制的に流動されている
混合液中でも静止画像が安定的に得られる撮像装置を提
供するもので、以下にその詳細を説明する。

【００１０】１０は混合液３を観察する撮像装置で、図
２に詳細構造を示す。撮像装置１０は固定支持棒１２に
接続された固定防水筐体１０Ａと、固定防水筐体１０Ａ
を基準に往復動が可能な移動防水筐体１０Ｂと、これら
二つの防水筐体を連結する連結棒１１で構成され、全体
が曝気槽混合液９内に浸漬される。図２では、連結棒１
１を一本しか示していないが、複数本設置するのが好ま
しい。連結棒１１は移動防水筐体１０Ｂに固定され、固
定防水筐体１０Ａに固定されたガイド１３，１３′に沿
って往復動できる。二つの防水筐体１０Ａ，１０Ｂは上
下方向に配設され、対向する領域の一部に観察窓１４Ａ
，１４Ｂが設置されている。観察窓はガラスのような透
明な材質が用いられ、少なくとも一方を凹型構造とする
。

【００１１】移動防水筐体１０Ｂには、観察窓１４Ｂを
通して観察窓間の混合液９のを照射する照明手段１８を
内蔵させる。照明手段１８は、光源部を撮像装置１０の
外部に設置し、例えば、ライトガイドを介して観察窓１
４Ｂを照射しても良いが、図２のように、直接、光源部
を設置しても良い。この場合、集光レンズを照明手段１
８の前方に配置すれば、平行光が得られるので画質が向
上する。

【００１２】固定防水筐体１０Ａには、観察窓１４Ａの
外側の混合液９に焦点を合わせた拡大光学レンズ１９と
、拡大光学レンズ１９の光像を受光して電気信号に変換
するテレビカメラ２０、移動防水筐体１０Ｂを往復動作
させる移動用駆動装置２２、及びワイパ３２を動作させ
るワイパ用駆動装置３４を内蔵している。移動防水筐体
１０Ｂは移動用駆動装置２２により上下方向に動作する
伝達棒２５に連動して動く。また、ワイパ３２は、移動
防水筐体１０Ｂが下方に移動した段階でワイパ用駆動装
置３４が作動して観察窓１４Ａ，１４Ｂを洗浄する（図
３参照）。また、観察窓１４Ａが設置されている面に抑
止板３０を設置させる。

【００１３】次に、抑止板３０の機能を図３及び図４で
説明する。図３は移動防水筐体１０Ｂが下方に位置させ
、観察窓１４Ａと１４Ｂ間を広げた状態で、混合液９が
自身の流れ９ａにより自由に観察窓間を通過する。この
ように防水筐体間を広げることにより、観察窓間の混合
液が自然に入れ替わり、また、流れ９ａの作用で観察窓
１４Ａ，１４Ｂの付着物が洗い流される効果がある。さ
らに、ワイパ３２の作動により窓面の付着物を強制的に
洗い流すとともに混合液９を完全に入れ替えられる。こ
の場合の観察窓間は、ワイパの大きさで変わるが、数ｍ
ｍから数十ｍｍに設定される。これは、活性汚泥は数ｍ
ｍの大きさを形成するものも有り、正確な汚泥を観察す
るためである。図４は、混合液９を入れ替えた後、移動
防水筐体１０Ｂを上方に移動させて観察窓１４Ａ，１４
Ｂを接しさせた状態である。微生物はこの時点で観察す
ることができる。観察対象となる混合液９は二つの観察
窓が接して形成される凹部のサンプル室に取り込まれる
。このサンプル室の深さは、数百倍の拡大倍率が必要と
なる太さ約１μｍの糸状性微生物を認識する場合、１５
０μｍ以下に設定することにより鮮明画像が得られる。 しかし、観察窓１４Ａ，１４Ｂを完全に密着することは
困難で、僅かな隙間がでる。たとえば、混合液９中には
土砂などの微小な夾雑物が浮遊しており、これが観察窓
１４Ａ，１４Ｂ間に混入して一部が観察窓間に挾み込ま
れ、隙間を形成する。流れ９ａのある外部混合液９はこ
の隙間を通じてサンプル室内を乱すために静止画像が得
られない。抑止板３０は、少なくとも二つの観察窓１４
Ａ，１４Ｂが接する面より高くし、混合液流９ａがサン
プル室に直接当ることを防止する。また、図５に示すよ
うに、観察窓１４Ａの上流側で、ワイパアーム３３の動
作範囲外へ設置する。このような抑止板３０を設けるこ
とにより、混合液流９ａの影響を無くし、常時良好な微
生物の静止画像を得ることができる。

【００１４】図１において、５０は現場操作盤で撮像装
置１０の照明手段１８，移動用駆動装置２２，ワイパ用
駆動装置３４の調節手段や，拡大光学レンズ１９及びテ
レビカメラ２０の撮像条件の設定手段，撮像映像の観察
手段７０が設置されている。さらに、６０は遠隔操作盤
で現場操作盤５０と同様の操作を遠隔地で実行できる。 操作の切替は、混乱を防ぐため現場操作盤５０及び遠隔
操作盤６０のいずれか一方に機能させるとよい。

【００１５】実施例では、抑止板３０を観察窓１４Ａに
設置しているが、１４Ｂの観察窓側、すなわち、移動防
水筐体１０Ｂに配置してもよい。また、本発明は抑止板
３０の設置位置及びその大きさや形状を限定するもので
はない。図６は撮像装置１０の外周に設置した例で、図
７は曝気槽１への取付状況を示している。曝気槽１への
空気４は片側壁に設置した散気管８から吹き込まれる片
側旋回流方式が広く採用されている。従って、混合液９
の流れ９ａは一方向性を示す。抑止板３０は、観察時（
観察窓が接する状態）にこの一方向性の流れ９ａを緩和
するもので、少なくとも筐体間に設置すればよい。これ
は混合液９が機械撹拌の場合も同様である。なお、全周
に抑止板３０を設けてもよい。これは両側旋回流方式，
全面曝気方式、あるいは水中ポンプによる多方向の流れ
９ａとなる場合に有効である。さらに、本発明は撮像光
学系を横方向に配置する撮像装置にも適用可能である。

【００１６】

【発明の効果】本発明によれば、流動状態の液中でも撮
像対象液が動くこと無く保持でき、常に良好な微小物質
の静止画像を得ることができる。このため、画像処理等
による微生物計測において、形状が微妙な微生物や運動
性のある微生物をも精度よく定量化でき、信頼性の高い
微生物情報を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を説明するブロック図。

【図２】本発明の構成条件を説明する撮像装置の断面図
。

【図３】抑止板の機能の説明図。

【図４】抑止板の機能の説明図。

【図５】抑止板の配置の説明図。

【図６】抑止板の他の配置の説明図。

【図７】撮像装置の設置状況の説明図。

【符号の説明】

１…曝気槽、９…混合液、９ａ…混合液流、１０…撮像
装置、１０Ａ…固定防水筐体、１０Ｂ…移動防水筐体、
１４Ａ，１４Ｂ…観察窓、３０…抑止板。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】微生物などの微小物質を含み流動する液体
   中に浸漬し、前記液体の一部をサンプリングする手段と
   、外部液体によるサンプリングした液体の流動抑制手段
   と、前記サンプリングした液体に光を照射する手段と、
   照射された前記液体中の微小物質を拡大する手段と、前
   記微小物質の拡大像を受光して電気信号に変換する手段
   とを具備したことを特徴とする液中微小物質撮像装置。
2. 【請求項２】請求項１において、二つの防水筐体で構成
   され、前記筐体の相互間に前記液体の一部をサンプリン
   グする手段を設け、前記流動抑制手段を前記防水筐体間
   に設けた液中微小物質撮像装置。
3. 【請求項３】請求項２において、前記流動抑制手段を前
   記サンプリングする手段の一方向に配設する液中微小物
   質撮像装置。