JPS61217741A - 浄水場のフロツク形成状況認識方法 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は浄水場のフロック形成池（混和池）における７
０ツクの粒径およびその分布を画像処理技術を用いて計
測する浄水場のフロック形成状況認識方法に関する。

〔発明の背景〕

浄水場では、原水の濁質粒径が小ざいので、これらを凝
集させて凝集塊（フロック）とし、このフロックを沈降
させるプロセスになっている。この丸め、フロック形成
池（混和池）におけるフロックの監視が必要不可欠であ
る。

従来、フロックの監視は浄水場の維持管理者が１日数回
、目視により監視していた。目視に依存するため、判断
基準が主観的かつ定性的であり、監視結果が運転操作に
反映されにくい欠点がある。

さらに、監視頻度が不連続的なため、凝集不良時の対策
が後手になり、トラブルが大きくなるという欠点もある
。

これに対して、最近は、工業用テレビカメラ（ＩＴＶ）
を用いて、フロック形成池内のフロック群を監視する方
法が採用されている。しかし、この場合でも、監視は人
間の視覚に依存するため、主観的かつ不連続的であると
いうことに変夛ない。

このように欠点を改善するため、特開昭５４−１４３２
９６号公報に記載されているように、光電変換装置を用
いてフロックの形状に応じた電気信号を取シだす方法も
提案されている。しかし、実用に際しては次のような問
題点がある。

フロックの形成状、況をオンラインで認識するためには
浄水場のフロック形成池の水中に水密構造とした光電変
換装置を設置する必要がある。

この時、フロック形成池内を浮遊しているフロックが水
密構造とした光電変換装置に堆積し、ある程度以上堆積
すると自重あるいはフロック形成池内の水流の影響によ
シ水密機構からすベシ落ちる現象が生ずる。この時、堆
積フロック群のかたまりが光電変換装置によるフロック
観察空間に侵入通過すると、画像処理装置により巨大な
フロックが形成されたと認識されることになり、正しい
フロック形成状況の認識ができなくなる。ま友、一般に
、フロック形成池は大気に開放された状態で建設される
ため、強風等の気象現象等により空中に舞い上げられ九
枯葉、ゴミクズ等の異物がフロック形成池に着水する。

この異物がフロック形成池内で沈降し光電変換装置によ
るフロック観察空間に侵入通過した場合にも、画像処理
装置によシ巨大な７０ツクが形成されたと認識されるこ
とになり正しいフロックの形成状況の認識ができなくな
る。フロックの形成状況の認識情報は急速混和池の凝集
剤注入量制御あるいはフロック形成池の７０ツキユレ一
タ回転数制御等に適用される。

この場合、例えば、実際に形成されているフロックは小
さいため凝集剤注入量を増加せねばならないのに巨大な
フロックが形成されたと誤認識されたために、凝集剤注
入量を減少すべきと誤判断がなされフロック形成がうま
くできず、後工程のろ過電等の負荷となる。

〔発明の目的〕

本発明の目的はフロック形成池（混和池）におけるフロ
ック群の粒径や分布などを正確にかつ連続的に計測する
ことを実現できる浄水場のフロック形成状況認識方法を
提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の特徴とするところは、フロック形成池における
個々のフロックの面積を画像処理によって計測し、例え
ば粒径分布等を求めることによりフロック形成状況を把
握する際に、１個の７０ツク面積が所定値以上と認識さ
れたときＫはこのフロックをフロックとして認識しない
ようにしたところにある。

〔発明の実施例〕

第１図に本発明の一実施例を示す。

第１図において、取水された原水は着水す１０を介して
急速混和池２０に導かれる。急速混和池２０にはかく拌
機２１が設けられている。このかく拌機２１によって凝
集剤注入機２２から注入された凝集剤がかく拌される。

フロック形成池３０にはかく拌用パドル３１Ａ、３１Ｂ
、３　ＩＣが設けられている。かく拌用パドルはそれぞ
れかく拌用モータ３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃによって回転
駆動される。かく拌用パドル３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃの
間は多数の孔が穿設されている整流壁３３人。

３３Ｂで仕切られている。急速混和池２０から流入した
微小フロック群はフロック形成池３０内においてかく拌
用パドル３１人、３１Ｂ、３１Ｃによって順次かく拌さ
れる。これによシ、微小フロック同志が衝突合一し凝集
することによってフロック３４になる。フロック３４は
フロック形成池３０を通過する間に、次第に粒径が大き
くなる。

撮像装置１００はフロック３４の画像を工業用テレビカ
メラ（図示せず）で電気信号に変換する。

画像処理装置１１０は撮像装置１００から得られる電気
信号に基づいてフロック３４の画像処理を行いフロック
３４の面積Ｓを演算する。

フロック形成池３０で形成され次フロック３４は沈殿池
４０に流入して沈殿除去される。フロック３４が除去さ
れた上澄水はろ過電５０に注入する。ろ過電５０では沈
殿池４０で除去されなかった残存する微小フロックがろ
過除去される。ろ過電５０から流出する上澄水は排水池
（図示せず）及び貯水池（図示せず）などを経て需要家
に給水される。

第２図に撮像装置１００と画像処理装置１１０の詳細な
構成を示す。

気密容器１２０内に固定された工業用テレビカメラ（Ｉ
ＴＶ）１３０は接写レンズ１３１により、ガラスなどの
透明材料で作られた観察窓１２１を通してフロック形成
池３０内にあるフロック３４の画像を拡大認識する。ワ
イパー駆動装置１２３によって駆動されるワイパー１２
２は観察窓１２１の表面の汚れを取るために定期的に作
動する。フロック群を高いコントラストで精度良く認識
する丸めにバックスクリーン１２４が設けられている。

スクリーン１２４は気密容器１２０に固定したバックス
クリーン固定具１２４人、１２４Ｂを介して、観察窓１
２１の前面に設置される。バックスクリーン１２４は白
色系のフロック群を高いコントラストで精度良く認識す
るために、暗色系のものが望ましい。遮光カバー１４２
は周囲を暗くして照明装置１４０のみによる一定条件の
照度とするために設けられる。遮光カバー１４２を設け
ると、フロック群の画像は周囲の照度変化に影響されな
くなる。照明装置１４０は複数台設置してフロック群に
多面的に照射したほうが実際的である。

なお、遮光カバー１４２を設けずに、照明コントローラ
１４１によって、周囲の照度変化に応じて照明装置１４
０を制御することもできる。じゃま板１２５Ａ、１２５
Ｂはフロック形成池３０内において水の移動をできるだ
け抑制し、かつ照明を遮らないようにする念めに設けら
れる。水の移動を抑制すると流動状態の７０ツク群の画
像を精度良く認識できる。

ＩＴＶｌ　３０により取シ込まれたフロック画像情ｌｌ
はＩＴＶコントローラ１３２を介して画像認識装置１５
０に送られる。画像認識制御装置１６０は画像認識装置
１５０によるフロック認識の頻度を制御する。一般に、
フロック形成状況は短時間で急激に変化することが少な
い。したがって、フロック監視操作ＵＩＯ分ないし１時
間に１回程度実施すれば充分である。

フロック群の画像情報が画像認識装置１５０内において
信号処理される過程を以下に説明する。

第３図（ａ）はＩ　ＴＶ　１３０により認識されたフロ
ック群の画儂面を示す。フロック群は白色系なので輝度
レベルが高く、背景のバックスクリーン１２４は黒色な
ので水の輝度レベルが低くなる。

フロック群は濃淡画像であるので、実際にはフロック３
４と水の部分との境界は明確でない。第３図（ａ）は簡
単にするためフロック群の輪郭のみを図示している。

第３図（ｂ）に同図（ａ）の画面においてＮ人′線上を
走査した輝度レベルの分布を示す。輝度レベルは２５６
段階で表示されており、縦軸の上方向が輝度レベルが低
く、下方向が輝度レベルが高くなっている。フロック３
４は白色系なので輝度レベルから高くなる。８ｇ３図（
ｂ）において下方向に谷となる部分が７０ツクを表す。

第３図（ｂ）に示す輝度分布をＢＢ’線の輝度レベルし
きい値に基づいて２値化処理される。しきい値よりも高
い輝度レベルにある画素を′″１＃１＃レベルしきい値
以下の′　　輝度レベルにある画素を″′０＃レベルと
する。第３図（Ｃ）は同図（ａ）に示す画面をＡλ′線
に沿って２値化処理した信号波形を示す。

第３図（ａ）の画面全体を前述した２値化処理すること
によって第３図（ｄ）に示すような２値化画面が得られ
る。第３図（ｄ）の３００は画素のひとつひとつを示し
ている。各々の７０ツクが持つ画素３００の総和（Ｎｓ
ｔ、ｉ＝１・・・ｎ）から各々のフロックの面積（Ｓ＋
　、ｉ＝１．２．・・・ｎ）を次式で計算する。

Ｓ　＋　＝　Ｃｔ　Ｘ　Ｎｓｔ　　　　　　　　−（１
）Ｃ１：１画素が対応する実際の面積 計算された面積の信号は画像認識装置１５０から出力さ
れる。

以上述べた過程により各々のフロックの面積ＳＬが計測
される。

次に、フロック形成の過程について説明する。

浄水場では、原水の濁質粒径が小さいので、これらを凝
集させて、凝集塊（フロック）とし、このフロックを沈
降させるプロセスになっている。

急速混和池２０において、負に帯電している負コロイド
である原水濁質微粒子に、正の電荷を持つ正コロイドで
ある凝集剤が注入されると、濁質微粒子と濁質微粒子と
を凝集剤が結び付はマイクロフロックが出来る。続いて
、フロック形成池３０ではマイクロフロックが７０ツキ
ュレーターのかく伴用パドル３１Ａ〜３１Ｃの回転によ
って流動、衝突してフロックが形成される。さて、フロ
ック形成ａ３０におけるフロックはフロラキュレータ−
によりかく拌されることによシ、フロックとフロックと
の衝突頻度が高くなる。衝突によってよシ大きなフロッ
クへの成長が促進される。

反面、ある程度以上の大きさに成長したフロックに対し
てはフロラキュレータ−によるかく拌が一種のせん断力
として働き、大きなフロックが破壊されてしまうという
二面性を持っている。このため、経験的に７０ツク形成
池において形成されるフロックの粒径は成長しても数−
程度である。このことは当業者によって良く知られてい
る。大きなフロックとして存在可能と考えられる面積以
上の所定の面積Ｓ、を演算装置２１０に設定しておき、
画像処理装置１１０によシ求めたフロックの面積ＳＬと
所定の設定面積Ｓ、とを演算装置２１０で比較する。演
算装置２１０は５ｔ（Ｓ、の時にフロックであると認識
し、ＳＬ＞８４の時に７０ツクでなく異物であると認識
する。

以上述べた処理によう、異物は除去してフロックのみを
認識することが可能となる。

以下、第４〜９図を用いて具体例を説明する。

なお、第４．６．８図は、第２図における撮像装置１０
０の説明に必要な部分のみ記した図である。

第４図は撮像装置１００のじゃま板１２５Ａ。

１２５Ｂに堆積したフロックのかたまシ５００が自重あ
るいは水流等の影響によシじやま板１２５Ａ。

１２５Ｂからすべり落ち、フロック観察空間４００に侵
入通過した場合を示す図である。この時、第５図（ａ）
に示すような画像情報が得られる。この画像情報を一定
の輝度レベルしきい値で２値化し九ものが第５図（ｂ）
である。第５図（ｂ）中の各々のフロックに番号付け４
１．２・・・５とする。次にＡ１〜５のフロック各々の
面積（８１〜ＳＳ　）を計算し、所定の設定面積Ｓ、と
比較する。第５図（ｂ）の場合は４３の７０ツクの面積
Ｓ３のみが、所定の設定面積Ｓ、より大と認識されたと
仮定すると、＆３の物体はフロックではないと認識する
。

第６図はフロック形成池３０へ着水あるいは侵入した異
物５０１の場合について図示した例であシ、第７図（ａ
）の画像情報を２値化し番号付けしたものが第７図（ｂ
）である。第７図（ｂ）の場合は、＆４の物体はフロッ
クでないと認識される。

第８図は撮像装置１００に観察窓１２１の表面の汚れを
取るためにワイパー１２２が設けである例である。ワイ
パー１２２の動作とＩＴＶＩ　３０による画像情報の取
込み動作は重なり合わないように考慮されている。しか
し、ワイパー１２２の故障等によってワイパー１２２画
面上に存在し画像情報を取り込んだ場合における画像情
報は第９図（ａ）のごとくなる。第９図（ａ）の画像情
報を２値化し番号付けを行なったものが第９図の）であ
る。第９図Φ）の場合は、＆２の物体はフロックでない
と認識される。

以上述べたことに即した処理フローの一例を第１０図に
示す。

第２図のＩＴＶ１３０でフロック３４の画像情報を取り
込みＩＴＶコントローラ１３２を介して画像認識装置１
５０に送られる（ステップ８１）。

ステップＳ２で画像認識装置１５０に送られたフロック
画像情報を画像認識装置１５０で２値化演算を行い、番
号付け（ステップ８３）′ｆ：行々つた後にステップＳ
４で面積ＳＩを計算する。ステップＳ５では演算装置２
１０で画偉認識装ｆｆｔ１５０より送られてくるフロッ
ク各々の面積ＳＬと演算装置２１０に設定されている設
定面積８．との比較を実行する。Ｓｌ＜８−の時は物体
をフロックであると認識（ステップＳ　６　）　Ｌ、例
えば粒径分布等を演算することによりフロック形成状況
を把握する（ステップ８７）。また、ＳＬ＞Ｓ、の時は
物体をフロックでなく、異物であると認識し、処理すべ
き情報には入れず除去しくステップ８８）、警報等出力
する（ステップ８９）。

これらのステップ８１〜９をくシ返し行うことによシ、
撮像装置１００のフロック観察空間４００に侵入、通過
した異物の影響を受けることなく、フロック形成状況を
正確にかつ連続的に認識することが可能になる。

なお、ステップＳ７で得られた粒径分布などを゛　用い
て、凝集剤注入量、アルカリ剤注入量などの制御、並び
に、かく伴用パドル３１Ａ〜３１Ｃの回転数制御が実施
可能である。

次に、第１１図（ａ）に示すごとく、フロック形成池３
０へ着水あるいは侵入した異物５０１の一部分がフロッ
ク観察空間４００に画像情報として得られる場合につい
て説明する。

フロック３４と異物５０１の一部分が第１１図（ａ）の
５０２に示すごとくフロック観察空間４００に画像情報
として得られた場合の画像情報を一定の輝度レベルしき
い値で２値化したものが第１１図（ｂ）である。第１１
図Φ）中の各々の物体に番号付けを行ない屋１．２，３
．４とする。第１１図Φ）中の物体Ａ２の面積８２は第
１１図（ａ）中の物体５０１の一部であるにもかかわら
ず、所定の設定面積Ｓ、より小さい場合には７０ツクで
あると誤認識される。同様に、第１１図（ｂ）中の物体
＆４０面積Ｓ４は第１１図（ａ）中のフロック５０２の
一部であるにもかかわらず、面積Ｓ４のフロックとして
誤認識される。

以上のように、画像情報の取り込みのタイミングによっ
てはフロック観察空間の周辺部に異物の一部や７０ツク
の一部が画像情報として得られるため、誤認識が発生す
る可能性がある。

この問題点は次のようにして解決できる。

第１１図（ａ）の画像情報ｔ−２値化した２値化画偉情
報Φ）に対して、番号付けを行う前に、第１１図（Ｃ）
に示すごとく２値化画偉情報の周辺部４辺全てに、少く
とも１画素以上の巾をもって′″ｌ”レベル（フロック
と同じレベル）を書き込む。こうすることによって、第
１１図（Ｃ）に示すごとく、フロック観察空間の周辺部
にその物体の一部が画像情報として得られた全ての物体
５０１，５０２が連結され、ひとつの物体として認識さ
れる。よって、第１１図（Ｃ）に対して番号付けを行な
うと、フロック観察空間の周辺部にその物体の一部が画
像情報として得られ九全ての物体５０１，５０２がひと
つの物体４１として認識される。そして、この物体ＡＩ
は、フロックではないとして認識するととにより、フロ
ック観察空間内に、全体像が画像情報として得られた物
体以外のものはフロック形成状況の把掴のための対象外
であると認識でき、正確にフロックを認識することが可
能となる。

〔発明の効果〕

以上説明し友ように本発明によれば、撮像装置のフロッ
ク観察空間に侵入１通過した異物の影響を受けることな
く、正確にフロックのみの認識が出来るので、上水フロ
ック形成過程におけるフロック形成状況を、客観的、定
量的かつ高精度で、オンライン自動計測出来る。このた
め、浄水場維持管理の省力化と信頼性の向上、ひいては
制御システムへの応用などが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は第１
図の要部詳細構成図、第３図は画像信号処理の説明図、
第４〜９図は本発明の詳細な説明図、第１Ｏ図は動作フ
ロー図、第１１図は画像認識の説明図である。 １０・・・着水井、２０・・・急速混和池、３０・・・
フロック形成池、１００・・・撮像装置、１１０・・・
画像処理７２図 ￥３図 ￥’／−図 ７５図 脚ＱＮσり ７６図 ’′ｉＪＴ図 ￥８０ ／θＯ ￥９■ ￥１０因

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、原水に凝集剤を注入した後にフロック形成池に導き
   フロックを成長させるようにした浄水場において、前記
   フロック形成池における個々のフロックの面積を画像処
   理によつて測定し、測定したフロックの面積からフロッ
   クの形成状況を認識する際に前記個々のフロック面積が
   所定値以上となつたときには該フロックをフロックとし
   て認識しないようにすることを特徴とする浄水場のフロ
   ック形成状況認識方法。