(57)【要約】  水処理槽の活性汚泥の状態を自動評価する。０．０１〜０．１０ｍｍの隙間を設けて透明部材を対向させて構成された評価流路に、水処理槽から採取された、あるいは水処理槽に直接配管されて、汚泥水を送り込み、送りこまれた汚泥水の位相差像あるいは明視野像を、評価流路を通して撮像する。得られた撮像画像から水処理槽の活性汚泥の状態指標を求め、この状態指標から水処理槽の汚泥状態を評価する。
2017030138.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水処理槽の活性汚泥の状態を評価する水処理槽活性汚泥状態評価装置用治具であって、
０．０１〜０．１０ｍｍの隙間を設けて透明部材を対向して配置した評価流路と、前記評価流路と連通し、前記活性汚泥の汚泥水を搬送する搬送流路と、
を備えることを特徴とする水処理槽活性汚泥状態評価装置用治具。
【請求項２】
前記透明部材が、前記０．０１〜０．１０ｍｍの隙間を設けた部分に向けて前記評価流路が次第に狭くなるように傾斜が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の水処理槽活性汚泥状態評価装置用治具。
【請求項３】
前記搬送流路が、前記０．０１〜０．１０ｍｍの隙間を設けた前記透明部材に向けて次第に狭くなるように傾斜が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の水処理槽活性汚泥状態評価装置用治具。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の水処理槽活性汚泥状態評価装置用治具を用いた水処理槽活性汚泥状態評価装置であって、
搬送流路に水処理槽から採取された、あるいは前記水処理槽に直接配管されて、汚泥水を送り込む送液手段と、
前記送液手段で送られた前記汚泥水を、前記評価流路を通して撮像する撮像手段と、
前記撮像手段で得られた撮像画像から前記水処理槽の活性汚泥の状態指標を求める画像処理手段と、
前記状態指標から前記水処理槽の汚泥状態を評価する評価手段と、
を備えることを特徴とする水処理槽活性汚泥状態評価装置。
【請求項５】
前記送液手段の送液量を制御する送液制御手段を備える請求項４に記載の水処理槽活性汚泥状態評価装置。
【請求項６】
前記撮像画像が位相差像あるいは明視野像である請求項４または５に記載の水処理槽活性汚泥状態評価装置。
【請求項７】
前記送液制御手段が前記汚泥水の送流を一定時間止める、あるいは流路端を物理的に閉塞する送液停止手段を備える請求項５に記載の水処理槽活性汚泥状態評価装置。
【請求項８】
前記画像処理手段が前記撮像画像から前記活性汚泥中の汚泥領域を認識する汚泥認識手段を備える請求項４〜請求項７のいずれか１項に記載の水処理槽活性汚泥状態評価装置。
【請求項９】
前記画像処理手段が前記撮像画像から前記活性汚泥中の微生物を認識する微生物認識手段を備える請求項４〜請求項７のいずれか１項に記載の水処理槽活性汚泥状態評価装置。
【請求項１０】
前記画像処理手段が複数枚の前記撮像画像から前記微生物の位置変化を微生物の移動量として識別する微生物移動量認識手段を備える請求項９に記載の水処理槽活性汚泥状態評価装置。
【請求項１１】
前記微生物移動量認識手段が前記微生物の位置変化と、前記汚泥水の自重による対流で起こる前記撮像画像の変化とを弁別し、前記微生物の位置変化だけを認識する、判別手段を備える請求項１０に記載の水処理槽活性汚泥状態評価装置。
【請求項１２】
前記評価流路の隙間を任意に可変する評価流路隙間可変手段を備える請求項４または５に記載の水処理槽活性汚泥状態評価装置。
【請求項１３】
０．０１〜０．１０ｍｍの隙間を設けて透明部材を対向させて配置した評価流路に、水処理槽から採取された、あるいは前記水処理槽に直接配管されて、汚泥水を送り込むステップＡと、
前記ステップＡで送りこまれた汚泥水を、前記評価流路を通して撮像するステップＢと、
前記ステップＢで得られた撮像画像から前記水処理槽の活性汚泥の状態指標を求めるステップＣと、
前記状態指標から前記水処理槽の汚泥状態を評価するステップＤと、
を備えることを特徴とする水処理槽活性汚泥の状態評価方法。
【請求項１４】
前記ステップＡは、前記汚泥水の送液量を制御する請求項１３に記載の水処理槽活性汚泥の状態評価方法。
【請求項１５】
前記ステップＢは、前記汚泥水の位相差像あるいは明視野像を撮像する請求項１３または１４に記載の水処理槽活性汚泥の状態評価方法。  
【請求項１６】
前記ステップＡは、前記汚泥水の送流を一定時間止める、あるいは前記評価流路の両端を物理的に閉塞することで、前記汚泥水の送液量を制御する請求項１４に記載の水処理槽活性汚泥の状態評価方法。
【請求項１７】
前記ステップＣは、前記撮像画像から前記活性汚泥中の汚泥領域を認識する請求項１３から請求項１６のいずれか１項に記載の水処理槽活性汚泥の状態評価方法。
【請求項１８】
前記ステップＣは、前記撮像画像から前記活性汚泥中の微生物を認識する請求項１３から請求項１６のいずれか１項に記載の水処理槽活性汚泥の状態評価方法。
【請求項１９】
前記ステップＣは、複数枚の前記撮像画像から前記微生物の位置変化を微生物の移動量として識別する請求項１８に記載の水処理槽活性汚泥の状態評価方法。
【請求項２０】
前記ステップＣは、前記微生物の位置変化と、前記汚泥水の自重による対流で起こる前記撮像画像の変化とを弁別し、前記微生物の位置変化だけを認識する請求項１９に記載の水処理槽活性汚泥の状態評価方法。
【請求項２１】
前記ステップＡは、前記評価流路の隙間を任意に可変する請求項１３に記載の水処理槽活性汚泥の状態評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理槽（曝気槽、沈殿槽など）から採取した汚泥水を観察し、得られた画像から水処理槽の活性汚泥の状態を評価する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
浄水処理において、ろ過障害微生物である珪藻類の出現個数を自動計測できる「ろ過障害微生物監視装置」が提案されている（特許文献１）。浄水場の検水の標本を観察するマイクロスコープと、マイクロスコープの像を撮るＩＴＶカメラと、ＩＴＶカメラからの画像信号を受けろ過障害微生物である珪藻類を同定し、計数を行う、モデルベーストマッチング方式を採用した画像認識装置と、前記マイクロスコープの視野画像を自動的に変える手段とからなり、画像認識装置は浄水処理のろ過障害微生物である珪藻類の出現個数を自動計数できるように構成されている。【０００３】
より具体的には、図２１に示すような構成となっている。水処理槽から検水をサンプリングポンプでサンプリング水槽１０５に送られる。サンプリング水槽１０５には、上部から光源を備えたマイクロスコープ１０６が内蔵されたホルダ１６１の先端（下部）が検水の中に浸されている。ホルダ１６１の先端は透明ガラスでできている。サンプリング水槽１０５内下部にはホルダ１６１の先端面と対向するようにステージ１０３が設けられ、ステージ駆動装置１３１で上下方向に移動できるようになっている。ステージ１０３とホルダ１６１先端面の間にスペーサ１３２をはさんで、ステージ１０３をホルダ１６１先端面に当接させることで検水が捕捉され、これが検水の標本となる。【０００４】
この標本はステージ１０３の上にセットされた状態となっているので、マイクロスコープ１０６により標本の画像が得られる。この画像はＩＴＶカメラで撮像され、その画像信号が画像記録装置及び画像認識装置に出力される。画像認識装置は微生物の同定をし、その出現個数を出力する。【０００５】
標本の観察が終わると、ステージ駆動装置１３１が前記と逆に動作してステージ１０３を元の位置まで下げる。ステージ１０３が下がると観察の終わった標本が撹拌されている検水により流されるとともにホルダ１６１、ステージ１０３などがサンプリング水槽１０５内で超音波洗浄される。【０００６】
再びステージ駆動装置１３１が動作してステージ１０３を上昇させてステージ１０３、スペーサ１３２及びホルダ１６１の間に検水を捕捉し、新たな標本として上記同様に画像認識を行う。このように、標本を自動的に変えて所定数の視野像の画像認識を自動的に行う。また、ステージ駆動装置１３１は、ステージ１０３を水平方向にも移動できるよう構成することもできる。【０００７】
また、水処理工程中のフロックの凝集性能を、多大の労力を必要とせず、迅速にかつ正確に監視できる「水処理フロックの監視方法およびその装置」が提案されている（特許文献２）。図２２に示すように、撮像容器２１２の底部に開口２１２ａが形成され、この開口２１２ａに透明板２１７が取付けられており、透明板２１７と検体皿２１６との間に外部に連通する空間２１６ａが形成されている。検体皿２１６は噴気管２０２が噴気口２１３を介して取り付けられた平板状の背影板２１４との間に介在され空間２１６ａを形成するスペーサ２１５とからなっている。この空間２１６ａ内に検体を浸入させ、噴気管２０２から加圧空気を供給して空間２１６ａ内の検体のフロックを破砕する。次に噴気管２０２から空間２１６ａ内に微圧振動を与えて、微細フロックを迅速に凝集させ大きなフロックとする。撮像容器２１２の内部には、照明器２１８と、対物レンズ２１９ａを含む拡大光学系２１９と、この拡大光学系２１９の拡大像を撮像するビデオカメラ２２０とが収容されている。フロックの動きがビデオカメラ２２０で撮影され、画像処理を行なうことによりフロックの凝集性能が求められるというものである。【０００８】
すなわち、検体皿２１６の空間２１６ａ内に浸入した検体中のフロックを空気調整装置からの加圧空気により破砕した後、振動発生装置により空間内に微圧振動を与えると、検体内がわずかに撹拌され微細フロックが迅速に凝集して大きなフロックとなる。この間のフロックの動きを撮影手段により撮影し、画像処理手段により処理するよう構成されている。【０００９】
このような水処理フロックの監視装置は、水処理工程中の水処理フロックの凝集性能を自動的に測定するために用いられるもので、水処理設備の原水中に画像検出プローブの一部が没する状態に設置される。この場合、画像検出プローブは水上の制御部と支持管を介して連結され、この状態で、必要な電気系統の接続、空気系統の接続が行なわれ、制御器が行うシーケンス制御に従って、水処理フロックの凝集性能が自動的に測定される。【００１０】
検体中の懸濁粒子である小フロックが大きなフロックに迅速に凝集する進行過程はビデオカメラで撮影され、撮影した画像に対して画像処理手段内において、濃淡処理、２値化処理、および穴埋め・細線化などの２値処理、さらに画像計測が行なわれ、凝集指標が算出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】日本国特許第３７７７６６１号公報
【特許文献２】日本国特許第３１１０２２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１の「ろ過障害微生物監視装置」によれば、先端が透明ガラスでできたホルダを介してマイクロスコープで検水を観察しており、位相差像を取得していないので検水中の透明な菌や汚泥の認識が困難である。透明の菌や汚泥と水を観察する時に、透過率や反射率の差で画像化すると、透明の菌や汚泥と水は同程度の透過率を持っているため、違いを見出すことが困難であり、菌や汚泥を透過する際に生じる位相差を画像化する観察が適している。また、標本の厚みが必ずしも好適な厚みではないので、汚泥の形状認識が難しい。加えて、そもそも珪藻類の出現個数だけを求めるもので、汚泥の凝集性に関する評価基準がない。【００１３】
また、特許文献２の「水処理フロックの監視方法およびその装置」では、撮像容器の底部に透明板を介して、透明板と検体皿の間に浸入した原水をビデオカメラで観察しており、特許文献１と同様に、位相差像を取得していないので透明な菌や汚泥の認識が難しい。【００１４】
本発明の目的は、水処理槽の活性汚泥の状態を評価する水処理槽活性汚泥状態評価装置用治具と、水処理槽活性汚泥の状態を評価することで、活性汚泥の良し悪しを判断し、状態悪化によるロスを削減するができる水処理槽活性汚泥の状態評価装置および状態評価方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明は水処理槽の活性汚泥の状態を評価する水処理槽活性汚泥状態評価装置用治具であって、０．０１〜０．１０ｍｍの隙間を設けて透明部材を対向して配置した評価流路と、前記評価流路と連通し前記活性汚泥の汚泥水を搬送する搬送流路と、を備えることを特徴とする。【００１６】
本発明の水処理槽活性汚泥状態評価装置用治具は、前記透明部材が、前記０．０１〜０．１０ｍｍの隙間を設けた部分に向けて前記評価流路が次第に狭くなるように傾斜が設けられていることが好ましい。【００１７】
また、本発明の水処理槽活性汚泥状態評価装置用治具は、前記搬送流路が、前記０．０１〜０．１０ｍｍの隙間を設けた前記透明部材に向けて次第に狭くなるように傾斜が設けられていることが好ましい。【００１８】
また、本発明は、前記の水処理槽活性汚泥状態評価装置用治具を用いた水処理槽活性汚泥状態評価装置であって、搬送流路に水処理槽から採取された、あるいは前記水処理槽に直接配管されて、汚泥水を送り込む送液手段と、前記送液手段で送られた前記汚泥水を、前記評価流路を通して撮像する撮像手段と、前記撮像手段で得られた撮像画像から前記水処理槽の活性汚泥の状態指標を求める画像処理手段と、前記状態指標から前記水処理槽の汚泥状態を評価する評価手段と、を備えることを特徴とする。【００１９】
本発明の水処理槽活性汚泥状態評価装置は、前記送液手段の送液量を制御する送液制御手段を備えることが好ましい。【００２０】
また、本発明の水処理槽活性汚泥状態評価装置において、前記撮像画像が位相差像あるいは明視野像であると好適である。【００２１】
本発明の水処理槽活性汚泥状態評価装置は、前記送液制御手段が前記汚泥水の送流を一定時間止める、あるいは前記透明流路の両端を物理的に閉塞する送液停止手段を備えることが好ましい。【００２２】
前記の水処理槽活性汚泥状態評価装置において、画像処理手段は撮像画像から活性汚泥中の汚泥領域を認識する汚泥認識手段を備えることがよい。【００２３】
また、前記の水処理槽活性汚泥状態評価装置において、画像処理手段が撮像画像から活性汚泥中の微生物を認識する微生物認識手段を備えることもよい。ここで、画像処理手段は、複数枚の前記撮像画像から前記微生物の位置変化を微生物の移動量として識別する微生物移動量認識手段を備えることがよい。さらに、この微生物移動量認識手段は、微生物の位置変化と、汚泥水の自重による対流で起こる前記撮像画像の変化とを弁別し、前記微生物の位置変化だけを認識する、判別手段を備えるとよい。【００２４】
また、本発明の水処理槽活性汚泥状態評価装置は、前記評価流路の隙間を任意に可変する評価流路隙間可変手段を備えることが好ましい。【００２５】
また、本発明の水処理槽活性汚泥の状態評価方法は、０．０１〜０．１０ｍｍの隙間を設けて透明部材を対向させて配置した評価流路に、水処理槽から採取された、あるいは前記水処理槽に直接配管されて、汚泥水を送り込むステップＡと、前記ステップＡで送りこまれた汚泥水を、前記評価流路を通して撮像するステップＢと、前記ステップＢで得られた撮像画像から前記水処理槽の活性汚泥の状態指標を求めるステップＣと、前記状態指標から前記水処理槽の汚泥状態を評価するステップＤと、を備えることを特徴とする。【００２６】
前記ステップＡにおいて、前記汚泥水の送液量を制御することがよい。【００２７】
前記ステップＢにおいて、前記汚泥水の位相差像あるいは明視野像を撮像するとよい。【００２８】
前記ステップＡは、前記汚泥水の送流を一定時間止める、あるいは前記透明流路の両端を物理的に閉塞することで、前記汚泥水の送液量を制御すると、さらによい。【００２９】
また、前記ステップＣは、前記撮像画像から前記活性汚泥中の汚泥領域を認識することが好ましい。【００３０】
また、前記ステップＣは、前記撮像画像から前記活性汚泥中の微生物を認識することが好ましい。さらに、複数枚の前記撮像画像から前記微生物の位置変化を微生物の移動量として識別することも好ましい。また、前記微生物の位置変化と、前記汚泥水の自重による対流で起こる前期撮像画像の変化とを弁別し、前記微生物の位置変化だけを認識するとより一層好ましい。【００３１】
前記本発明の水処理槽活性汚泥の状態評価方法において、ステップＡは、評価流路の隙間を任意に可変することが好ましい。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の水処理槽活性汚泥状態評価装置用治具と、これを用いた水処理槽活性汚泥状態評価装置および状態評価方法によれば、好適な隙間を設けて透明部材を対向させて配置した評価流路に水処理槽から汚泥水を送り込んで、汚泥水の位相差像あるいは明視野像を評価流路を通して撮像し、撮像画像を画像処理して水処理槽の活性汚泥の状態指標を求めることで、汚泥フロックの認識性を向上させるとともに正確な汚泥状態を定量化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の一実施形態における水処理槽活性汚泥の状態評価装置の全体構成を模式的に示す図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の他の一実施形態における水処理槽活性汚泥の状態評価装置の全体構成を模式的に示す図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、本発明の他の一実施形態における水処理槽活性汚泥の状態評価装置の全体構成を模式的に示す図である。
【図２】図２は、汚泥水の位相差画像の一例を示す図である。
【図３】図３は、図２に示す画像のＳ（彩度）成分を抽出した画像である。
【図４】図４は、図３に示す画像の輝度情報を２値化処理した画像である。
【図５】図５は、汚泥水の位相差画像の一例を示す図である。
【図６】図６は、図５に示す画像のＳ（彩度）成分を抽出した画像である。
【図７】図７は、図６に示す画像を２値化処理し、さらに形状判別処理した画像である。
【図８】図８は、汚泥水の位相差画像の一例を示す図である。
【図９】図９は、図８に示す画像を２値化処理した画像である。
【図１０】図１０は、図９に示す画像をフィルタ処理し、さらに形状判別処理した画像である。
【図１１】図１１は、図１０に示す画像を穴埋め処理した画像である。
【図１２】図１２は、汚泥水の位相差画像の一例を示す図である。
【図１３】図１３は、汚泥水の明視野画像の一例を示す図である。
【図１４】図１４は、時間差画像の１コマ目（画像Ａ）を示す画像である。
【図１５】図１５は、時間差画像の２コマ目（画像Ｂ）を示す画像である。
【図１６】図１６は、時間差画像の３コマ目（画像Ｃ）を示す画像である。
【図１７】図１７は、画像Ａ−画像Ｂを示す差分画像である。
【図１８】図１８は、画像Ｂ−画像Ｃを示す差分画像である。
【図１９】図１９は、画像Ｂ−画像Ａを示す差分画像である。
【図２０】図２０は、画像Ｂ−画像Ｃを示す差分画像である。
【図２１】図２１は、従来のろ過障害微生物監視装置を示す図である。
【図２２】図２２は、従来の水処理フロックの監視装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本発明の望ましい実施の形態について、以下の通り図面を参照しながら説明する。
【００３５】
図１Ａは、本発明の一つの実施形態における水処理槽活性汚泥状態評価装置の全体構成を模式的に示す図である。水処理槽活性汚泥状態評価装置１は、水処理槽活性汚泥状態評価装置用治具２０と、水処理槽活性汚泥状態評価装置用治具２０の評価流路１４に汚泥水１０を送り込む送液手段１１と、評価流路１４を通して汚泥水１０を撮像する撮像手段２と、画像処理手段５と、水処理槽の状態を評価する評価手段６と、汚泥水１０の位相差像と明視野像を切り替えて観察するための位相差・明視野切替・光学フィルタ手段７とで構成されている。また、水処理槽活性汚泥状態評価装置用治具２０は、架台８に載置された上下１対の例えば、透明ガラスやアクリル樹脂などの透明部材９を対向して配置した０．０１〜０．１ｍｍの間隔の評価流路１４と、評価流路１４に水処理槽に直結された配管１２から送り込まれた汚泥水１０を評価流路１４に送るため、評価流路１４に連通した搬送流路１３と、を備える。
【００３６】
位相差・明視野切替・光学フィルタ手段７は位相差像を得る際に、図示しないリングスリット、位相差板、専用対物レンズなどで位相差を画像化する。送液手段１１は事前に採取した汚泥水１０を送液するようにしていてもよい。レンズ４は必要な倍率、視野を確保できれば特にこだわらない。透明部材９で挟む方向は上下方向に制約されず、評価流路１４の面に光が通過するように、評価流路１４を挟んで光源３と撮像手段２とが反対側に設け、レンズ４、位相差・明視野切替・光学フィルタ手段７等を設定すればよい。
【００３７】
図１Ａに示す水処理槽活性汚泥状態評価装置１の動作について説明する。図示しない水処理槽から送液手段１１により、水処理槽の活性汚泥の汚泥水１０が搬送流路１３を介して、架台８に載置された透明部材９で形成された評価流路１４に送り込まれる。送液手段１１は、送液量を制御する送液制御手段（図示しない）を備えている。送液制御手段は、汚泥水１０の送液手段１１の運転を停止して送液を一定時間停止することができる。送液の速度は、円滑に汚泥水１０を送り込むことが出来れば、特にこだわらないが、汚泥水１０の粘度などによっては観察には直接影響しないものの不都合が生じることもあるため、加速や減速を制御したり一定の速度で送液することを選択できることが好ましい。また、送液を一定時間停止する代わりに、評価流路１４の両端（汚泥水の入り口と出口）を物理的に閉塞してもよい。物理的に閉塞するために、例えば、透明流路の両端に電磁弁を設ける。これにより、透明流路では、一時的に汚泥水１０の流れが停止する。これについては、後述する。
【００３８】
汚泥水１０に含まれる汚泥フロックの大きさを考慮すると、評価流路１４を構成する透明部材９の間隔は０．０１〜０．１ｍｍで好適である。光源３からの光は、図中に矢印で示すように、位相差・明視野切替・光学フィルタ手段７、評価流路１４を構成する透明部材９、汚泥水１０を透過する。この光をレンズ４が取り付けられた撮像手段２で撮像する。位相差・明視野切替・光学フィルタ手段７は、位相差画像と明視野画像とを切り替えて観察できるように、リングスリット、位相差板、専用対物レンズなどで構成されている。位相差画像を撮像する場合には、リングスリット、位相差板、専用対物レンズなどを通して観察し、明視野画像を撮像する場合には、リングスリット、位相差板、専用対物レンズなどを通さずに観察する。位相差・明視野切替・光学フィルタ手段７は、電気信号によって切り替えを制御しても、観察者が任意のタイミングで手動により切り替えても良い。撮像手段２が取得した撮像画像は画像処理手段５に送られて画像処理が行われる。画像処理を行うことで水処理槽の活性汚泥の状態指標を求めることができる。ここで、状態指標とは、後述する汚泥フロックの凝集性・菌の数・微生物の移動量などを数値化し、総合勘案した評価基準のことである。この状態指標から、評価手段６は水処理槽の汚泥状態を評価する。
【００３９】
次に画像処理手段５が行う画像処理と、評価手段６が行う活性汚泥の状態指標から水処理槽の汚泥状態の評価について説明する。
【００４０】
水処理槽から送り込まれた汚泥水を位相差観察すると、撮像されたオブジェクトは背景である処理水（非汚泥領域）と汚泥領域に大別され、汚泥領域には汚泥の固形分の主成分であるフロック形成細菌、フロック形成細菌に含まれてゴミや微生物、そして糸状性細菌が存在する。これらを位相差顕微鏡により観察した場合、構成要素の屈折率や厚みの関係から次のような明るさや色味で観察される。なお以降、輝度値について記述する場合、特に波長について言及しない場合は、可視波長領域内ではすべての波長で同様の傾向を示すものとする。
【００４１】
第一に、非汚泥領域である処理水は、背景として中程度の輝度で撮像され、色味はグレーであり彩度が低い。
【００４２】
第二に、汚泥領域は、フロック形成細菌と呼ばれるさまざまな細菌の集合体であるため多少のばらつきはあるものの、高輝度かつその色味は白あるいは赤や黄色であり、また彩度が総じて高い。
【００４３】
第三に、糸状性細菌は、中〜低輝度で撮像され色味は青色に撮像され、その彩度は中程度である。
【００４４】
なお、汚泥領域のフロック形成細菌に存在するゴミや微生物については、さまざまなゴミや微生物が映り込むため、その輝度や色味を一概に述べることはできない。しかし、ゴミについては低輝度かつ色味は黒あるいは茶色に撮像されることが多い。また微生物についてはフロック形成細菌と同様に高輝度かつ色味は白あるいは赤や黄色に撮像されることが多い。
【００４５】
ここで糸状性細菌のＲＧＢ成分それぞれの輝度に着目すると、背景である処理水に対して、緑〜赤色の成分である５００〜８００ｎｍの波長成分では輝度が低く撮像されるが、青色の成分である５００ｎｍ以下の波長成分では背景と同様に中程度の輝度である。
【００４６】
汚泥領域と非汚泥領域を認識することについて説明する。
【００４７】
水処理槽から送られた汚泥水の位相差画像の一例を図２に示す。これをＨＬＳ画像として扱い、ＨＳＬ画像のＳ（彩度）成分の情報を利用したフィルタ処理を行うことで、図３に示すようなＳ（彩度）成分を抽出した画像が得られる。この抽出した成分を輝度に変換し、得られた輝度情報を２値化処理すると、図４に示すような画像が得られ、非汚泥領域（処理水）２１と汚泥領域２２とに分離できる。
【００４８】
汚泥領域２２と非汚泥領域２１を分離した状態でラベリング処理を行い汚泥の個数・面積などをカウントし、１画像あたりの汚泥の凝集性を数値化する。これによって、例えば汚泥の数は多く、汚泥一つあたりの面積が小さいと分散傾向にある、あるいは、汚泥の数は少なく、汚泥一つあたりの面積が大きいと凝集傾向にある、と判断できる。
【００４９】
汚泥水に存在する糸状性細菌は以下のようにして検出する。
【００５０】
水処理槽から送られた汚泥水の位相差画像の一例を図５に示す。上記と同様に、これをＨＬＳ画像して扱い、ＨＬＳ画像のＳ（彩度）成分の情報を利用したフィルタ処理を行うことで、図６に示すようなＳ（彩度）成分を抽出した画像が得られる。この画像を２値化処理し、パターンマッチングなどの形状判別処理を行うことで図７に示すような画像が得られ、糸状性細菌２３を検出することができる。
【００５１】
次に、汚泥水に存在する釣鐘ムシの検出について説明する。釣鐘ムシは位相差画像と明視野画像の両方または位相差像のみを使って判別する。図８から図１１に位相差像のみを使って検出する手順を示している。図８のような位相差像を２値化処理するなどして、得られた画像を図９に示す。この画像をフィルタ処理やラベリング処理によって形状特徴を抽出すると図１０に示す画像が得られる。さらにこの画像を穴埋め処理すると図１１に示す画像となる。図１２と図１３に釣鐘ムシの位相差像と明視野像を示す。図１３のように明視野像においては、釣鐘ムシの輝度が低く撮像されることを利用して、図９の画像に対してマスキング処理するなどすればよりその検出精度が向上できる。
【００５２】
送液手段１１は、外部からの電気信号によって送液・停止を制御でき、また送液速度を制御できるポンプなどが望ましいが、送液と停止また送液速度を制御できるのであればポンプにこだわらない。また、一時的に、流路の入り口側と出口側を塞いで、透明部材９の空間内に汚泥水の流れを停止することでも代用できる。
【００５３】
このようにして、汚泥水１０の流れが停止している状態で撮像することで、汚泥領域に存在する微生物の動きを認識することができる。
【００５４】
微生物の動きを認識することについて、具体的に説明する。
【００５５】
位相差・明視野の個別、または両方の時間差画像を入手する。その時、確実に送液が止まっている必要があり、送液が止まっていても汚泥の流動があると誤った判断をすることがある。この時間差画像は何組あってもよい。時間差画像の一例として、１コマ目（画像Ａ）、２コマ目（画像Ｂ）、３コマ目（画像Ｃ）をそれぞれ図１４、図１５、図１６に示す。それぞれの画像において、微生物２４は黒で表示され、汚泥２５は白で表示される。また、これらの画像を差分処理した画像を図１７（画像Ａ−画像Ｂ）、図１８（画像Ｂ−画像Ｃ）、図１９（画像Ｂ−画像Ａ）、図２０（画像Ｃ−画像Ｂ）に示す。差分処理した結果に差が出る領域に微生物２４がいた（入れ替わった）という判断できる。たとえば、画像Ａ−画像Ｂと画像Ｂ−画像Ａの両方を計算し（図１７と図１９を参照）、明暗が反転し、かつペアになっている領域に微生物２４がいたという判断ができる。同様に画像Ｂ−画像Ｃと画像Ｃ−画像Ｂを計算し（図１８と図２０を参照）、明暗が反転し、かつペアになっている領域に微生物２４がいたという判断ができる。
【００５６】
ペアが判明したら、ペアの距離を測ることでそれが微生物２４の移動量として求めることができる。画像の取得間隔を変えるか、連続取得した画像の計算間隔を変えることで、単位時間を調整することができる。単位時間には特にこだわらない。単位時間における移動量がその微生物２４の移動速度とする。これを繰り返し行なうことで一つの微生物２４が移動している総移動量も算出することができる。
【００５７】
微生物の大きさや特徴を記憶することで、微妙な判断能力を向上させることもできる。
【００５８】
正確に微生物の位置変化を算出するには、微生物以外の前記汚泥水が画像内で不変（位置が極力変わらない）である時間差画像を取得する必要がある。一方で、できるだけ多くの観察領域の画像を用いて判断を行なうことで、判断精度を向上できることが考えられる。できるだけ多くの観察領域の画像得るには、観察回数を増やすのが確実であるが、手作業で行なうと観察時間が膨大になってしまう。そこで本出願においては、送液手段１１によって送液を行なうことで自動的に観察回数を増やすことを行なっている。しかし送液を行なうことによって同位置の時間差画像を複数得るには、何らかの手段によって汚泥水の対流を一時的に止める必要がある。水処理槽活性汚泥の状態評価装置では、送液を停止して一定時間放置する、あるいは、一時的に、評価流路１４の入り口側と出口側を塞ぐ電磁弁などの物理的閉塞手段を用いることで汚泥水の対流を止めることが可能となる。
【００５９】
汚泥水には汚泥フロック以上の大きさのゴミなどが浮遊している場合がある。事前に濾すなどの処理を加えた汚泥水を準備すれば大きなゴミなどを取り除くことは可能である。しかし、濾し作業によっては汚泥フロックそのものを破壊してしまうなど、汚泥フロックの形状測定結果に影響してしまうことが考えられる。本発明の水処理槽活性汚泥の状態評価装置では、評価流路１４の隙間を可変させることで、観察時のみ隙間を好適に保ち、それ以外の場合は隙間を大きく広げることができる。これにより、流路でのゴミの詰まりを防ぐとともに、汚泥水の濾し作業などの負荷を緩和することができる。評価流路１４の隙間を可変させる機構は、特にこだわりはなく、電気信号により空間の上下方向の厚みを変更する、手動で変化させるなどで行う。
【００６０】
前記した水処理槽活性汚泥状態評価装置において、治具は０．０１〜０．１０ｍｍの隙間を設けた部分に向けて流路が狭くなるように傾斜を設けていると好ましい。例えば、図１Ｂに示す水処理槽活性汚泥状態評価装置１では、水処理槽活性汚泥状態評価装置用治具２０の一部である評価流路１４を構成する透明部材９が、０．０１〜０．１０ｍｍの隙間を設けた部分に向けて次第に狭くなるように傾斜が設けられて構成されている。また、図１Ｃに示す水処理槽活性汚泥状態評価装置１では、水処理槽活性汚泥状態評価装置用治具２０を構成する搬送流路１３が、０．０１〜０．１０ｍｍの隙間を設けた評価流路１４を構成する透明部材９に向けて次第に狭くなるように傾斜が設けられて構成されている。図１Ｂあるいは図１Ｃに示すように水処理槽活性汚泥状態評価装置用治具２０を構成すると、汎用性が増す。
【００６１】
既設の設備の配管１２を用いる場合、配管１２の径を自由に決められない。汎用性をもたらす装置にするには、どんな配管の径でも対処できる方が良い。透明部材が０．０１〜０．１０ｍｍの隙間を有するため、径の大きい配管１２を用いる場合は、配管１２と隙間を生む境界部を極端に広くすれば流量の局所的な変動はないが、配管１２の径によっては奥行き側を広く設計する必要がある。観察に必要な奥行きを数ｍｍとするとその何倍も長い奥行きが必要になり経済性が悪く、スペースも余分に必要となる。奥行きを狭く設計してしまうと極端な流量の変動を生んでしまい、強い圧力での送液が必要になる。また詰まりの要因となるリスクも高まる。
【００６２】
図１Ｂ、１Ｃは、既設の配管１２の径にも柔軟に対応することができ、且つ省スペースで無駄な送液の圧力も不要な構成となる。
【００６３】
図１Ｂでは透明部材を精密な加工により実現させている。一方で図１Ｃは透明部材の精密な加工が不要となる。それぞれの状況に合わせてどちらを選択しても性能上の違いはない。経済性などを鑑みてどちらを使用するか判断する。
【００６４】
本出願は、２０１５年８月１７日出願の日本特許出願、特願２０１５−１６０２８３に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、水処理槽の活性汚泥の状態評価に有効に利用することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１  水処理槽活性汚泥状態評価装置
２  撮像手段
３  光源
４  レンズ
５  画像処理手段
６  評価手段
７  位相差・明視野切替・光学フィルタ手段
８  架台
９  透明部材
１０  汚泥水
１１  送液手段
１２  配管
１３  搬送流路
１４  評価流路
２０  水処理槽活性汚泥状態評価装置用治具
２１  非汚泥領域
２２  汚泥領域
２３  糸状性細菌
２４  微生物
２５  汚泥
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【国際調査報告】
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