JPS63252511A - 凝集剤の注入制御装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は浄水場、下水処理場、廃業排水処理場等におけ
る懸濁物質を凝集させてフロックを形成するための凝集
剤の注入制御装置に関する。

〔従来の技術〕

浄水場では河川や湖沼等から取水した原水に凝集剤を注
入して懸濁物質を凝集させて凝集物（以下フロックと称
す）を形成し、このフロックを沈殿除去している。すな
わち、急速混和池で凝集剤を注入した後にフロック形成
池に導き、緩やかに撹拌しながらフロックを形成してい
る。フロック形成池からの流出液は沈殿池に導かれ、フ
ロックが沈殿除去される。沈殿池で沈降しなかった微粒
子は濾過池で除去される。

このような処理工程で、フロック形成池でフロックが形
成されないと濾過池の目詰まりを早める。

良好なフロックを形成させることは浄水場の運転管理上
重要であり、このため、凝集剤の注入量を制御している
。

従来、例えば、特開昭５４−１４３２９６号公報に開示
されるように、画像処理によってフロックの大きさや形
状を監視する方法が提案されている。具体的には工業用
カメラで撮影したフロック画像を特定の輝度レベル（閾
値）を基準として、ＩＩ　Ｑ　ＩＩ。

“１”レベルに二値化してフロックを抽出し、フロック
の形成状況を監視している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

フロックの形成は懸濁物質の性状だけでなく、水温、Ｐ
Ｈ，アルカリ度等の水質因子にも大きく影響されること
が知られている。従って、原水の濁度、懸濁物質の粒径
と表面積に基づいて凝集剤注入量を制御しただけではフ
ロック形成を良好に維持できる保証がない。

また、フロックを画像認識した場合、認識画像からフロ
ック形成の良否を判定し、如何に最適な凝集剤注入量の
制御を行うかが問題である。従来例、この良否判定手段
が明確でなく、フロック形成を良好に制御することは困
難であった。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、流入原水中の懸濁物質濃度とフロック画像
の認識結果より求めたフロック数と対数平均粒径に基づ
いて凝集剤注入量を制御することにより達成される。す
なわち、本発明は、フロックの対数平均粒径が特定値以
上であ九ば懸濁物質濃度から認定されるフロック数の目
標値と画像認識で得たフロック数計測値に基づき、また
、対数平均粒径が特定値未満であれば画像認識で求めら
れた対数平均粒径計測値と予め設定された特定値に基づ
いて凝集剤注入量を調節する。

〔作用〕

本発明は、フロック形成池におれるフロック数が流入原
水中の懸濁物質濃度と注入された凝集剤の量に大きく依
存され、さらに、フロックの対数平均粒径が凝集剤注入
量により変化することを実験的に見出した。従って、フ
ロックの対数平均粒径より凝集状態を判定した後に、懸
濁物質濃度とフロック数に基づいて凝集剤注入量を制御
することにより良好なフロック形成を行わせることがで
きる。

〔実施例〕

以下１本発明の一実施例を第１図により説明する。

第１図において、急速混和池１０には河川や湖沼（図示
せず）から導かれた原水が沈砂池（図示せず）等で砂や
粗大粒子が沈殿除去された後流入する。この急速混和池
１０に流入する原水には工ないし１０μｍ前後の微粒子
が２ないし２００ｍｇ／Ｑの濃度で含まれている。急速
混和池１０には凝集剤タンク１１に貯留された高分子ｉ
ｇ集剤（ポリ塩化アルミニウム）や硫酸アルミニウムな
どの無機凝集剤が注入装置１２によって供給される。ま
た、フロックの形成を促進するために水酸化カルシウム
や炭酸ナトリウムなどのアルカリ剤も注入される場合が
ある（図示せず）。急速混和池１０内は撹拌機１３で駆
動される撹拌翼１４により撹拌混合され、凝集剤が原水
中に拡散する。

微粒子状の懸濁物質は粒子表面が負に帯電している負コ
ロイドで、正の電荷を持つ凝集剤が無数の懸濁微粒子を
相互に結合（ｉｇ集）させる。急速混和池１０の滞留時
間は一般的に１ないし５分であり、この間に１０ないし
１００μｍのマイクロフロック（フロックの核）が形成
される。マイクロフロックを含む混合液は凝集槽（以下
フロック形成池と称す）１５に導かれる。フロック形成
池１５は複数の孔をもつ整流壁１６Ａ、及び１６Ｂで仕
切られ、三つの池１５Ａ、１５Ｂ、及び１５Ｃから構成
されている。フロック形成池１５に流入した混合液は三
つの池１５Ａ、１５Ｂ、及び１５Ｃを順次流下する。整
流壁１６Ａ、及び１６Ｂはフロック形成池１５内で混合
液を完全混合するためのもので、流入した混合液が充分
混合されないで流出するのを防止する機能を持つ。フロ
ック形成池１５内の滞留時間は１５分ないし４５分程度
である。仕切られた各々の池は撹拌パドル１７Ａ。

１７Ｂ、及び１７Ｃにより緩やかに撹拌される。

フロック形成池１５に流入した混合液中のマイクロフロ
ックは撹拌により衝突や接触を繰り返して凝集し合い、
１００ないし、５０００μｍの粒径をもつフロックに成
長する。

フロック形成池１５の最上流側の池１５Ａには水中カメ
ラなどの凝集物撮像手段１８が浸漬される。凝集物撮像
手段１８で撮影したフロックの濃淡画像信号（アナログ
信号）は画像認識手段３０に入力される。画像認識手段
３０は画像処理を所定時間単位で実行させるタイマ３５
．濃淡画像記憶手段４０．輝度強調手段５０並びに二値
化手段６０で構成される。凝集物撮像手段には水中カメ
ラ等が用いられる。タイマ３５の指令により凝集物撮像
手段１８から取込まれた濃淡画像信号はＡ／Ｄ変換され
て濃淡画像記憶手段４０にメモリされる。メモリされた
濃淡画像は輝度強調手段５ｏで認識対象とするフロック
の輝度が強調され、背景となる液と容易に区別可能な画
像に改良される。輝度強調された濃淡画像は二値化手段
６０に入力され、特定輝度レベルで二値化することによ
りフロックが抽出される。二値化手段６０から出力され
た二値化画像は特徴量演算手段７０に入力される。特徴
量演算手段７０は二値化画像信号に基づきフロック数と
フロックの対数平均粒径を演算し、特徴量記憶手段８５
に格納する。認識終了判定手段８０はフロック画像の認
識画面数が所定数終了したか否かを判定するもので、認
識画面数が所定値以下のとき濃淡画像記憶手段４０に凝
集物撮像手段１８で撮影しているフロックの濃淡画像を
記憶させ、フロック数を演算記憶するまでの所定の画像
処理を実行させる。認識終了判定手段８０が所定画面数
１例えば、子画面の画像認識を終了したと判定すると特
徴量記憶手段８５に記憶されているフロック数とフロッ
クの対数平均粒径が凝集状態判定手段９０に入力される
。凝集状態判定手段９０では、まず、画像認識された対
数平均粒径に基づいてフロックの性状が判定された後。

懸濁物質濃度検知手段１９で検出された流入原水の濁質
濃度と画像認識されたフロック数に基づいてフロックの
形成状態が判定される。注入制御手段１００は凝集状態
判定手段９ｏでのフロック性状及び形成状態の適否判定
に基づき注入装置１２を操作し、凝集剤注入量を制御す
る。

第２図に画像認識手段３０の一構成例を示す。

第２図において、濃淡画像記憶手段４０はＡ／Ｄ変換回
路４１と濃淡画像記憶回路４２とから構成される。Ａ／
Ｄ変換回路４１は凝集物撮像手段１８で撮影されたアナ
ログの濃淡画像情報をディジタル信号に変換して濃淡画
像記憶回路４２に出力する。出力濃淡画像はＡ／Ｄ変換
回路４１が７ビツトのディジタル信号に変換するもので
あれば、各画素が１２８レベルの輝度情報ｇ　（Ｌ　ｊ
）をもつ。濃淡画像記憶回路４２はタイマ３５と認識終
了判定手段８０から記憶指令を与えられたときに濃淡画
像信号を記憶するもので、例えば、横力向ｉ及び縦方向
ｊが２５６画素（８ビツト）に対応した格納エリアを持
つ。輝度強調手段５０は空間フィルタリング回路５１と
濃淡画像記憶回路５２で構成される。空間フィルタリン
グ回路５１は濃淡画像記憶回路４２の画像信号を入力し
てフロックと背景の間の輝度勾配を強調する。強調方法
としては、例えば、３×３画素配列の各画素に任意の荷
重係数を与えたフィルタを作成し、このフィルタで全画
素に渡って積和演算する一般的な方式を用いることがで
きる。この場合、演算結果が１２８以上とならないよう
にスケーリングする必要がある。このようにして強調さ
れた輝度情報Ｇ（ｉ、ｊ）は２５６Ｘ２５６画素の記憶
エリアを持つ濃淡画像記憶回路５２に格納される。二値
化手段６０は二値化回路６１と二値化画像記憶回路６２
から構成される。二値化回路６１には濃淡画像記憶回路
５２からフィルタリング濃淡画像Ｇ’（ｘ、ｊ）が入力
され、この画像を二値化する。

二値化は特定の輝度ＳＨを基準とし、３８以上ならば画
素情報に１を与え、Ｓｏ未満ならば０情報を与える次式
に示す処理操作である。この二値化処理を全画素に対し で実行し、二値化画像Ｂ（ｘ、ｊ）を得る。二値化画像
は濃淡画像記憶回路５２と同様の格納エリアをもつ二値
化画像記憶回路６２に記憶される。

第３図に特徴量演算手段７０の一構成例を示す。

二値化画像記憶回路６２から特徴量演算手段７゜に入力
される二値化画像Ｂ（１？ｊ）は、第４図にその一例を
示すように、二値化輝度レベルＳＨより高い輝度の画素
（白色部）がフロックに相当する画素と認識されるルベ
ルとなり、逆にＳＨより低い輝度領域（斜線部）がフロ
ック以外の画素と認識されるＯレベルで与えられる。こ
のような二値化画像に対してフロックの数及び対数平均
径が以下により演算される。まず、ラベリング回路７１
は、第４図に示すように、画像Ｂに存在するフロックの
各々に１．２．３・・・・・・ｍと番号を付ける。ここ
で、ｍは画像Ｂのフロック総数で特徴量記憶手段８５に
記憶される０面積計算回路７２はラベリングした番号毎
にフロックの面積を次式で計算する。

Ａ　＝ｋ　１・Ａｐ　　　　　　　　　　　・・・・・
・・・・（２）Ａはフロックの投影面積〔１ｌｌＩＩＩ
ｚ〕、ＡＰは各々のフロックの画素数（ｐｉｘｅｌ）　
、ｋ　１は変換定数（ｍｍ２／ｐｉｘｅＬ］である。ｐ
ｉｘｅｌとは画素を表す単位である。ラベリング回路７
１によって番号付けされた各々のフロックについて（２
）式の計算が実行され、その結果が面積メモリ７２′に
格納される。

直径計算回路７３は各々のフロックの面積と同じ面積に
なる円を仮定してその直径ｄを次式で計算する。

ｄ＝５フ　　　　　　　　　（３） 各々の面積についてこの直径を計算して結果を直径メモ
リ７３′に格納する。体積計算回路７４は直径メモリ７
３′から各フロックの直径を入力して各々のフロックの
体積Ｖを次式で計算する。

■＝πｄ３／６　　　　　　　　　・・・・・・・・・
（４）粒径に対する体積の計算結果は体積メモリ７４′
に格納される。粒径分布計算回路７５は体積メモリ７４
′から各フロックの体積Ｖを取込み各々のフロックの粒
径がどの分級に属するかを判定しながら、各々のフロッ
クの体積を粒径分布メモリ７５′の該当記憶エリアに加
算する。粒径の分級幅を０．１　ｍとすると、分級は１
例えば、下記の５１分割にする。粒径分布メモリ７５′
も５１個の記憶エリアをもつ。

Ｄｉ：Ｏ〜０．１醜 ＤＺ：０．１〜０．２請 Ｄａ：　０．２〜０．３調 Ｄｓｏ：　４．９〜５．０ｍｍ ＤＦＩＩ：５．０〜 一例としであるフロックの直径が０．２５　ｍｍである
と１体積は（４）式から０．００８１８＋＋ｕｓ３とな
る。

粒径Ｄ１の体積をｖｌとすると、粒径分布メモリ７５′
の粒径Ｄ３に相当する記憶エリアに体積０．００８１８
が格納される。このようにして、各々のフロックの粒径
がどの分級に属するかを判定しながら、粒径分布メモリ
７５′の各エリアに次々に加算することによりフロック
の粒径分布を求める。

体積濃度分布演算回路７６は粒径分布メモリ７５′の体
積値Ｖｉ　からフロックの体積濃度分布ｖ１′（単位容
積において各粒径Ｄ１のフロック体積Ｖｉ　がどのくら
いあるかを示す分布）を次式で計算する。

■！’　＝　Ｖ　ｔ　／　Ｖ　−・・・・・・・・・（
５）ここで、ｖｗは１画面で撮像した容積である。

（５）式で得られた体積濃度分布（横軸：粒径Ｄ　ｓ　
。

縦軸：体積濃度Ｖｊ’　）の−例を第５図に示す。曲線
ａは第５図の体積濃度分布のヒストグラムから求めた対
数正規分布の理論曲線である。（５）式で計算された体
積濃度分布Ｖ　ｔ　’は特徴量記憶手段８５に格納する
。認識終了判定手段８０は特徴量演算手段７０が一画面
毎にフロック数ｍと体積濃度分布ｖｉ′の演算を終了す
る毎に所定画面数Ｎについて画像認識を終了したかどう
かを判定する。

認識回数がＮ回未満であれば、その時点で凝集物撮像手
段１８が撮像している画像を濃淡画像記憶手段４０に記
憶させフロックの画像処理を繰り返す。

処理画面数がＮ回に達した場合、特微量記憶手段８５に
記憶されていたＮ回分のフロック数と体積濃度分布に基
づいて総フロック数Ｍとフロラ粒径分布の対数平均径Ｄ
ａを、 凝集状態判定手段９０に出力する。ここで、ｖ１″は粒
径り、における体積濃度ｖＩをＮ回分積算した値である
。なお、フロック数及び体積濃度分布の積算を設定画面
数Ｎの終了後に実行したが、認識画面毎に実施しても良
い。

第６図に凝集状態判定手段９ｏの一構成例を示す。凝集
状態判定手段９０はフロック数目標値演算回路９１．フ
ロック数比較回路９２．対数平均径設定回路９３．対数
平均径比較回路９４．及び制御量判定回路９５から構成
される。フロック数目標値設定回路９１は懸濁物質濃度
検知手段１９で検出された流入原水の濁質濃度Ｔｕを入
力し、濁質濃度Ｔｕに対するフロック数の至適値を演算
し、その至適値を目標値Ｍ＊としてフロック数比較回路
９２に出力する。フロック数目標値設定回路９１に入力
される濁質濃度Ｔｕは懸濁物質濃度検知手段１９で得た
検出値を直接用いても良いが、小刻みな変動をともなう
場合は、フィルタを介した平滑値を用いることもできる
。さらに、認識終了判定手段８０の設定画面数Ｎを認識
する時間帯の平均値とすることもできる。フロック数比
較回路９２はフロック数目標値設定回路９１から与えら
れるフロック数の目標値Ｍ本と特徴量記憶手段８５から
出力されるフロック数の演算値Ｍとの偏差ΔＭを次式で
求め、制御量判定回路９５ΔＭ＝Ｍ＊　　Ｍ　　　　　
　　　　　・・・・・・・・・（８）に出力する。対数
平均径比較回路９４には特徴量記憶手段８５から出力さ
れる対数平均径の演算値り、と対数平均径設定回路９３
で予め設定された対数平均径の目標値ＤＬ市　とが入力
され、両者の偏差ΔＤａを次式で求めて制御量判定回路
９５に出力する。

ΔＤ区＝Ｄ露傘−り露　　　　　　　　　・・・・・・
・・・（９）制御量判定手段９５は対数平均径の偏差Δ
Ｄａから出力する信号の判定を実行する。すなわち、Δ
Ｄ　ｔ　＞　ＯであればΔＤ、を、逆にΔＤ、≦０であ
ればΔＭを注入制御手段１００に出力する。

注入制御手段１００は対数平均径の偏差ΔＤ区あるいは
フロック数の偏差ΔＭに基づき注入制置１２を操作して
凝集剤注入量を制御する。具体的には、偏差ΔＤｔ、あ
るいは、ΔＭが正であれば凝集剤注入量を増加させ、逆
に、負であれば凝集剤注入量を減少させる。このとき、
凝集剤注入量には最大注入量と最小注入量を予め設定し
ておき、異常注入を防止する。さらに、注入制御手段１
゜Ｏは、フロック数の偏差ΔＭに対する制御不感帯域を
もち、この不感帯域からはずれたときにこの制御動作を
行わせてもよい。不感帯域は、例えば、偏差ΔＭと目標
値Ｍ嘲の比が設定値Ｉより小さい範囲とすることで与え
られる。

■≧ｌ（Ｍ本−Ｍ）／Ｍ＊ｌ　　　　　・・・・・・・
・・（１０）このようにフロックの数及び対数平均径に
より凝集剤注入量を制御すればフロック形成を良好に行
うことができる。以下、第７図、第８図、及び第９図を
用いてその理由を説明する。

第７図は凝集剤注入量を変化させたときのフロック数を
前述の実施例に基づいて計数した特性図である。第７図
において、凝集剤注入量は単位原水量当りの注入重量で
示し、フロック数は認識画面数十画面の総数で示してい
る。第７図から明らかなことは、凝集剤注入量を増加さ
せるとフロック数も多くなり、凝集剤注入量とフロック
数の間に相関関数をもつことである。次に、凝集剤注入
量を適正に維持し、原水の懸濁物質濃度Ｔｕと子画面処
理時の総フロック数とを計測した結果を第８図に示す。

第８図から、懸濁物ａｎ度Ｔｕが高くなるとフロック数
も増加することがわかる。第７図及び第８図によれば、
特定の懸濁物質濃度に対して凝集剤注入量を操作するこ
とにより、フロック数を任意に変化できる。従って、本
発明のようにフロック数を画像計測し、この値が現在流
入している原水の懸濁物質濃度に対応したフロック数目
標種になるように凝集剤注入量を変化させることによっ
てフロックを常時良好に形成させることができる。さら
に、第９図に凝集剤注入量と対数平均径の関係をフロッ
ク形成池１５の各地１５Ａ。

１５Ｂ、１５Ｃについて求めた結果を示す。この図から
対数平均径は凝集剤注入量の増加に対して大きくなり、
また、フロック形成池１５の下流側はど大きくなること
がわかる。フロック形成池１５の後方に設置されている
沈殿池（図示せず）でフロックが良好に沈降するには、
ある程度の大きさを持つフロックを形成させる必要があ
る。この図は、フロックの大きさを凝集剤注入量で操作
できることを意味し、計測対象とする池で経験上良好に
沈降するフロック対数平均径を設定すればフロック形成
を確実に行わせることができる。

この実施例では、フロック対数平均径の設定値Ｄａ”　
　は特定値としたが、原水濁質濃度の測定値に基づいて
設定させてもよい。

また、実施例では急速混和池１０の滞留時間を無視でき
るものとして構成したが、本発明は急速混和池１０の滞
留時間を考慮して凝集剤注入量を制御しても良い。

さらに、本発明は凝集物撮像手段１８の浸漬位置を限定
するものでないが、第７図及び第８図の関係はフロック
形成池１５の前段はど顕著となることから、第１池１５
Ａに設置するのが良い。第１地目でフロックの特徴量を
計測することはそれだけ時間遅れを少なくでき、制御精
度や信頼性を向上できる効果がある。

前述の実施例で、フロック数Ｍは認識画面Ｎの総数とし
たが、平均値で与えてもよい。また、認識画面数Ｎは１
０画面として実施例の説明をしたが、本発明は画面数を
限定するものではない。認識した結果がフロック形成池
１５内の混合液を代表する統計的に正確な標本となる最
小の画面数とすることが望ましい。

以上の実施例構成に加えて、フロック形成池１５の後方
に位置する沈殿池（図示せず）上澄液、あるいは、越流
液の悲濁物質濃度で急速混和池１０に注入するａ集剤の
量を補正する手段を付加すれば本発明の効果をさらに高
めることができる。

本発明は浄水場の凝集プロセスにおける凝集剤注入制御
を対象に説明したが、本発明プロセスを限定するもので
はない。例えば、下水処理場で、活性汚泥に凝集剤を注
入して沈降性を改善するプロセスや、処理水に凝集装を
注入して懸濁物質を除去した後に再生利用水を製造する
プロセスや、余剰汚泥、あるいは、生汚泥に凝集剤を注
入して濃縮、あるいは、脱水性を高めるプロセスに適用
できる。さらに、微粉炭の造粒、あるいは、処理プロセ
ス等にも利用することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、常に安定なフロック形成を維持でき、
浄澄な処理水を連続して供給することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図は画像
認識手段の一例のブロック図、第３図は特徴量演算手段
の一例を示すブロック図、第４図はフロックの抽出と計
数処理の説明図、第５図はフロック体積濃度と粒径の特
性図、第６図は凝集状態判定手段の一例のブロック図、
第７図は凝集剤注入量とフロック数の特性図、第８図は
濁質濃度とフロック数の特性図、第９図は対数平均径の
流下特性図である。 ６１　口 茶ル　目 宅５　凹 めし口 第１■ ｆｉｌｌ　庄ｘｆ（ｉｎψ２

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、懸濁物質を含有する流入液に凝集剤を混合し、混合
   液中の懸濁物質のフロックを形成させる凝集槽と、前記
   凝集槽に前記凝集剤を注入する凝集剤注入手段と、前記
   流入液中の前記懸濁物質の濃度を検知する濃度検知手段
   と、前記凝集槽におけるフロックの状態を撮影し輝度情
   報を電気信号に交換するフロック撮像手段と、前記フロ
   ック撮像手段から得られる画像信号の各画素の輝度レベ
   ルによって二値化して前記フロックの形状を認識する画
   像認識手段と、前記画像認識手段で認識されたフロック
   形状に基づき前記フロックの対数平均径を演算する形状
   演算手段と、前記画像認識手段のフロック形状からフロ
   ック数を計測するフロック数計測手段と、前記濃度検知
   手段で検知された前記懸濁物質の濃度に基づきフロック
   数の目標値を演算する目標値演算手段と、前記フロッ数
   目標値と前記フロック数計測値、及び前記フロック対数
   平均径に基づき前記凝集剤注入手段から注入する凝集剤
   の量を制御する注入量制御手段とからなることを特徴と
   する凝集剤の注入制御装置。