(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
嫌気性反応槽内部の懸濁液中を撮影する撮像手段と、該撮像手段から得られた画像情報の中から、形状パターンをもとに顆粒状汚泥を識別する画像処理手段と、該画像処理手段が出力する顆粒状汚泥の形状情報と個数情報とをもとに汚泥の浮上性を判定する判定部とを具備してなる汚泥浮上予測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、嫌気性反応槽内における汚泥の浮上性を予測するための汚泥浮上予測装置に係り、特に、ＵＡＳＢ方式（顆粒状の汚泥を用いた上向流式スラッジブランケット方式）の内部における汚泥の浮上性予測に好適な装置に関する。
【０００２】
詳しくは、運転状態によって変化する顆粒状汚泥の形状情報と個数情報およびそれの変化に基づいて汚泥の浮上性を判定する汚泥浮上予測装置に関する。
【０００３】
【従来の技術】
ＵＡＳＢ方式の嫌気性汚泥処理装置において、メタンガスはコロイド状の微細気泡や、その微細気泡が会合した粗大気泡となった状態で発生している。処理装置内の汚泥の存在状態は、粒径０．５〜３ｍｍの顆粒状の汚泥が２００００〜５００００ｍｇ／ｌの濃度の濃縮されている汚泥相と、流入原水中の微細なＳＳや顆粒状の汚泥が破砕した粒径０．５ｍｍ以下の破砕汚泥が、ＳＳ（汚泥）濃度として１００〜１０００ｍｇ／ｌで存在している上澄み液相に大別できる。その汚泥相と上澄み液相の界面（汚泥界面）は一定しておらず、発生ガス量や流入原水量に応じて絶えず展開流動している。
【０００４】
この汚泥の浮上性が異常に高まると、処理装置内から顆粒状の汚泥が処理水に流出する可能性があり、処理装置の汚泥保持量が少ないことにつながる。そのため、嫌気性汚泥処理装置の運転管理において、装置内の汚泥界面を連続的に把握することは重要である。
【０００５】
一般に活性汚泥処理装置の沈澱槽や凝集沈澱処理装置の沈澱槽の汚泥界面を測定する手段として、超音波式汚泥界面計や光学式汚泥濃度計による方法が用いられている。超音波式は、音波を汚泥界面に対して発射し、汚泥界面で反射した音波が帰ってくるまでの時間から汚泥までの距離を計測する方法である。また光学式汚泥濃度計による方法は、光の透過量が汚泥層と上澄み液で異なることを用いて界面を判定する方法である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
これらの方式を用いて嫌気性汚泥処理装置内の汚泥界面を測定した結果、両方式とも発生メタンガスの影響が多大であり、信頼できる測定がなされなかった。特に、超音波式汚泥界面計では、発生メタンガスの気泡のため、超音波の伝播が正常に行われない。また、光学式汚泥濃度計では、発生した微細なメタンガスと顆粒状汚泥との識別が不十分となった。
【０００７】
さらに、これらの計器によって界面レベルを検出したとしても、汚泥の流出という結果を検出することはできても、今後の汚泥の流出を予測することはできない。
【０００８】
本発明は、上記のような問題点に鑑み、嫌気性反応槽内の汚泥の浮上性を判断し、これに基づいて浮上を予測することが可能な汚泥浮上予測装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
一般に嫌気性反応槽内の汚泥は、顆粒状汚泥の内部に生成したガスが包みこまれた状態で成長し、大きな粒状物となって、浮上し易い状態になる。したがって、汚泥層における大径の汚泥の数が増えることを把握することにより、汚泥の浮上性が予測できる。
【００１０】
本発明の汚泥浮上予測装置は、かかる知見に基づくものであり、嫌気性反応槽内部の懸濁液中を撮影する撮像手段と、該撮像手段から得られた画像情報の中から、形状パターンをもとに顆粒状汚泥を識別する画像処理手段と、該画像処理手段が出力する顆粒状汚泥の形状情報と個数情報とをもとに汚泥の浮上性を判定する判定部とを具備したものである。
【００１１】
かかる本発明の汚泥浮上予測装置によって汚泥の浮上性を予測するには、例えば、ＣＣＤカメラ等の撮像手段によって液中を撮像する。この撮像データを画像処理することにより、汚泥と気泡とがそれぞれ塊粒状の画像として認識される。このうち、気泡の画像は円または円に近似したものとなっており、しかも液中を比較的高速で移動するのに対し、汚泥の画像は非円形で不規則形状となっており、しかも液中の移動が緩慢であるので、塊粒状の画像のうちの汚泥画像と気泡画像とを識別できる。
【００１２】
たとえば、所定の撮像範囲内におけるこの汚泥画像として識別された塊粒状物のうち所定大きさ以上の個数をカウントする。このカウント数が所定個数を超えるときには、撮像範囲内の汚泥は浮上性ありと判断する。
【００１３】
また、個数の経時的データに基いて、所定大きさ以上の汚泥個数の増加率を求め、この増加率から汚泥の浮上性を判断してもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は実施例装置を備えた嫌気性生物処理槽１の断面図であり、内部に上澄み液相２と汚泥相３とが存在している。槽１の上部に設けられた昇降装置６に対し懸吊部材７を介して撮像機（ＣＣＤカメラ）４と投光器５とが吊設されている。この昇降装置６は、カメラ４及び投光器５の水中の上下方向位置（深さ）を変更できると共に、その深さを検知して深さ情報を出力可能としている。
【００１５】
この昇降装置６としては、ラックアンドピニオン機構を備え、このピニオン回転用のモータの回転数から深さ情報を出力するようにしたもの；回転ナットに螺子棒を螺合し、ナットの回転により螺子棒を上下させるようにした螺進機構を備え、ナット回転用のモータの回転数から深さ情報を出力するようにしたもの；懸吊用のワイヤの巻取機を備え、この巻取機の回転数から深さ情報を出力するようにしたもの；など、各種のものを用いることができる。
【００１６】
投光器５は、外光を遮断した槽１内を照射するために設置されているが、槽１に採光用の窓や照明が設けられている場合は省略できる。
【００１７】
ＣＣＤカメラ４は、防水ケース（図示略）内に配置されている。このＣＣＤカメラ４は、例えば２５６×２５６個の画素を備えており、撮像データを信号処理装置１０の画像処理回路８に出力している。
【００１８】
画像処理回路８においては、図１（ｃ）のように液中に気泡が存在すると、気泡を撮像した画素の明度は周囲の液を撮像した画素の明度よりも高い。また、液中に汚泥が存在すると、汚泥を撮像した画素の明度は周囲の液を撮像した画素の明度よりも明度が低い。
【００１９】
従って、この画像処理回路において、例えば隣接する画素の明度差から粒状物とその周囲の液との境界が識別され、すべての画素についてこの処理を行なうことにより、粒状物（境界を結んで得られる線が閉じている場合の閉じた領域）と液（連続相）との識別が行なわれる。
【００２０】
本発明では、図３（ａ）に示すように、例えば径が０．５ｍｍ以上であって且つ形状が円又は円近似形状でない粒状物の撮像を汚泥の撮像として判定する。
【００２１】
この径Ｄとしては、複数方向の径の平均を採るのが好適であり、例えば、最大系Ｄ1 （図１（ｃ））と、該最大径方向と直交方向の径Ｄ2 との平均をとることが好ましい。
【００２２】
この径が０．５ｍｍ以上であっても、形状が円又は円近似形状であるものは気泡として判定する。円又は円近似形状であるか否かの判定は、例えばその粒状物の像の外周囲の長さＬが、径Ｄの３．１４倍（円の外周囲長さ）に対し所定範囲内のもの即ち、Ｌ／３．１４Ｄ≦Ｎ（予め定めた値）であれば円又は円近似形状であると判定することにより行なわれる。
【００２３】
また、気泡の移動速度が汚泥のそれより大きいことから短時間例えば１秒間に２回の撮像を行ない、その２つの画像データを比較して移動の大きい粒子を気泡と判定しても良い。画像処理回路８では、上述のようにして顆粒状汚泥を識別すると共に、粒径Ｄのレンジ別に個数カウントを浮上性判定部９に出力する。粒径Ｄのレンジとしては、例えば０．５〜１．５ｍｍ、１．５〜３ｍｍ、３ｍｍ以上とすることができる。
【００２４】
図２に示すように、ある深さにおける１つの撮像画面中における所定大きさ以上のすべての汚泥を検出し、粒径レンジ別にその個数をカウントする。そして、所定レンジのカウント数が所定個数以上であるときには、その撮像地点の汚泥は浮上性が高いものと判定し、汚泥浮上予測信号を出力する。例えば、画像処理回路８から入力されたデータに基づいて浮上性判定部９において、図３（ｂ）に示すように、粒径Ｄが３ｍｍ以上又は１．５〜３ｍｍの汚泥の個数が所定個数以上になった場合は、浮上性が高くなると予測する。
【００２５】
次に所定距離上方又は下方へＣＣＤカメラ４を移動させ、その地点で液中を撮像し、所定大きさ以上の汚泥個数をカウントし、その地点での汚泥の浮上性を予測する。このようにして、嫌気性反応槽内のすべての深さあるいは予め設定した範囲の深さにおける汚泥の浮上性が予測される。
【００２６】
上記説明では、図３（ｂ）のように、所定大きさ以上の汚泥の個数から直ちに浮上性を予測しているが、同一の深さにおいて同一領域を経時的に撮像し、その領域における所定大きさ以上の汚泥の個数の変化率（増加率又は減少率）を検出し、この増加率が所定比率以上である場合に汚泥浮上性ありと予測するようにしても良い。
【００２７】
上記説明では、径が所定値以上の粒状物を、その外周長さにもとづいて汚泥と気泡とに判別しているが、同一地点（深さ）において撮像時間を異ならせて複数回撮像し、各撮像画像上における粒状物の位置変化の大きいものを気泡として判定するようにしても良い。即ち、気泡は液中を速やかに移動（特に上昇）するが、汚泥は殆ど停滞しているため、経時的な位置変化から汚泥と気泡とを判別できる。もちろん、この経時的な位置変化（形状パターンの経時的変化）と外周長さデータとの双方に基づいて気泡と汚泥との判別を行なうようにしても良い。
【００２８】
【発明の効果】
以上の通り、本発明の汚泥浮上予測装置によると、液中の汚泥と気泡とを識別して高精度にて汚泥の浮上性を予測することが可能となる。また、汚泥の浮上予測信号を受けて適切な汚泥処理（汚泥の破砕等）を実施することで、汚泥の浮上を防止でき、この結果として汚泥の処理水への流出を阻止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）図は実施例装置を備えた生物処理槽の断面図、（ｂ）図は実施例装置のブロック図、（ｃ）図は液中の汚泥と気泡とを示す模式図である。
【図２】実施例装置の作動を示すフローチャートである。
【図３】汚泥と気泡との判別方法及び浮上性判定の説明図である。
【符号の説明】
１  生物処理槽
２  上澄み液相
３  汚泥相
４  ＣＣＤカメラ
５  投光器
６  昇降装置
【図１】
0003700204.tif 000002
【図２】
0003700204.tif 000003
【図３】
0003700204.tif 000004