(57)【要約】【課題】浮上槽内における浮上固形分層と液層との界面の位置を適切に制御する界面制御方法を提供する。【解決手段】  浮上型固液分離装置（１０）の浮上槽（２０）内における浮上固形分層と液層との界面の位置を制御する界面制御方法であって、前記浮上槽の側壁部（２２ａ）に設けられており前記浮上槽内部からの光を透過可能な窓部（２２ｂ）の画像を前記浮上槽外部から撮像する撮像工程と、前記画像に対して画像処理を行い、前記界面の前記位置に関する位置情報を取得する情報取得工程と、前記位置情報に基づき、前記浮上槽への原水流入速度、前記浮上槽からの処理水排出速度及び前記浮上槽からの浮上固形分排出速度のうち少なくとも１つを調整する調整工程と、を有する界面制御方法。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
浮上型固液分離装置の浮上槽内における浮上固形分層と液層との界面の位置を制御する界面制御方法であって、
前記浮上槽の側壁部に設けられており前記浮上槽内部からの光を透過可能な窓部の画像を前記浮上槽外部から撮像する撮像工程と、
前記画像に対して画像処理を行い、前記界面の前記位置に関する位置情報を取得する情報取得工程と、
前記位置情報に基づき、前記浮上槽への原水流入速度、前記浮上槽からの処理水排出速度及び前記浮上槽からの浮上固形分排出速度のうち少なくとも１つを調整する調整工程と、を有する界面制御方法。
【請求項２】
前記調整工程では、前記浮上槽への原水流入速度を変更する流入バルブの開放量及び前記浮上槽からの処理水排出速度を変更する排出バルブの開放量を調整することを特徴とする請求項１に記載の界面制御方法。
【請求項３】
前記撮像工程、前記情報取得工程及び前記調整工程を含む循環過程を、所定の循環周期で行い、
前記情報取得工程において前記位置情報を取得できない前記循環過程が、２以上の所定回数連続した場合、警告表示又は警告音を伴う警告工程を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の界面制御方法。
【請求項４】
前記撮像工程、前記情報取得工程及び前記調整工程を含む循環過程を、所定の循環周期で行い、
前記循環周期は、前記浮上槽を周回する公転部材の公転周期の自然数倍であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の界面制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浮上型固液分離装置の浮上槽内における浮上固形分層と液層との界面の位置を制御する界面制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラントの廃水処理工程等において、原水中の固形分（浮遊物質）を除去するための固液分離装置として、浮上型固液分離装置が用いられる場合がある。浮上型固液分離装置としては、例えば、配管内で加圧により空気を過飽和溶解させた原水を浮上槽に開放することで微細な気泡を発生させ、固形分（浮遊物質）が浮上して形成される浮上固形分層と液層とに原水を分離する加圧浮上装置がある。
【０００３】
浮上型固液分離装置は、固形分を沈降させるタイプの固液分離装置（特許文献１等参照）に比べて短時間で原水中の固形分を分離することが可能であるため、小型でありながら処理能力の高い固液分離装置を実現できる。一方で、小型の浮上槽で多量の原水を処理可能である浮上型固液分離装置は、浮上固形分層と液層との界面の位置が変動しやすいという傾向があるが、適切な処理を実現するためには、その界面の位置を所定範囲内に制御することが望ましい。なぜなら、界面の位置が上昇しすぎると排出される浮上固形分が過剰に水分を含み、反対に界面の位置が下降しすぎると排出される処理液中に固形分が混入するため、いずれの場合も、その後の処理効率に悪影響を及ぼすからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２８０６２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
固形分を沈降させるタイプの固液分離装置では、例えば沈降槽の上方に設置された光学式のセンサー等を用いて、沈降した固形分層の表面で反射した光を受光することにより、固形分層と液層との界面の位置を検出することが可能である。この際、沈降槽における表面部分に形成される上澄水は容易に光を透過するため、上方に配置されたセンサーによる界面の位置の検出を妨げない。しかし、浮上型固液分離装置では、浮上槽の表面に不透明な浮上固形分層が形成されるために、浮上固形分層と液層との界面の位置を、従来のように上方から検出若しくは視認することが困難である。また、オペレーターによる操作によって界面の位置を調整する従来技術の場合、変動しやすい界面の位置に対応するためにオペレーターが常時若しくは頻繁に装置を監視・操作する必要があった。
【０００６】
本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、浮上槽内における浮上固形分層と液層との界面の位置を適切に制御する界面制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係る界面制御方法は、
浮上型固液分離装置の浮上槽内における浮上固形分層と液層との界面の位置を制御する界面制御方法であって、
前記浮上槽の側壁部に設けられており前記浮上槽内部からの光を透過可能な窓部の画像を前記浮上槽外部から撮像する撮像工程と、
前記画像に対して画像処理を行い、前記界面の前記位置に関する位置情報を取得する情報取得工程と、
前記位置情報に基づき、前記浮上槽への原水流入速度、前記浮上槽からの処理水排出速度及び前記浮上槽からの浮上固形分排出速度のうち少なくとも１つを調整する調整工程と、を有する。
【０００８】
本発明に係る界面制御方法は、浮上槽の側壁部に設けられた窓部の画像を撮像し、これを画像処理することにより、槽上方に設置したセンサー等では検出困難であった界面の正確な位置情報を取得できる。また、取得した位置情報を用いて原水流入速度、処理水排出速度、浮上固形分排出速度等を調整することにより、界面の位置を好適に制御可能である。
【０００９】
また、例えば、前記調整工程では、前記浮上槽への原水流入速度を変更する流入バルブの開放量及び前記浮上槽からの処理水排出速度を変更する排出バルブの開放量を調整しても良い。
【００１０】
流入バルブの開放量及び排出バルブの開放量を調整することにより、浮上槽への原水流入速度及び浮上槽からの処理水排出速度を正確にコントロールすることができるため、このような方法によれば、より精度良く界面の位置を制御できる。
【００１１】
また、例えば、前記撮像工程、前記情報取得工程及び前記調整工程を含む循環過程を、所定の循環周期で行っても良く、
前記情報取得工程において前記位置情報を取得できない前記循環過程が、２以上の所定回数連続した場合、警告表示又は警告音を伴う警告工程を行っても良い。
【００１２】
浮上固形分や処理水を排出するための公転部材が窓部を通過するタイミングで撮像工程が行われたような場合、浮上槽内が撹拌される影響により、情報取得工程において界面の位置を認識できない場合がある。そこで、１回の情報取得工程で位置情報が取得できなかった場合は警告工程を行わず、２以上の所定回数続けて位置情報を取得できなかった場合に警告工程を行うことにより、装置の異常を正しく警告することができる。
【００１３】
また、例えば、前記撮像工程、前記情報取得工程及び前記調整工程を含む循環過程を、所定の循環周期で行っても良く、
前記循環周期は、前記浮上槽内を周回する公転部材の公転周期の自然数倍であっても良い。
【００１４】
循環周期を公転周期の自然数倍にすることにより、画像の取得タイミングを、公転部材が窓部付近を通過することによる撹拌の影響を受けにくいタイミングに常に同期させることが可能であるため、界面の正確な位置情報を取得できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、浮上型固液分離装置の概略斜視図である。
【図２】図２は、浮上型固液分離装置の概略上面図及び側方からの概略断面図である。
【図３】図３は、浮上型固液分離装置のブロック図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態に係る界面制御方法を表すフローチャートである。
【図５】図５は、変形例に係る界面制御方法を表すフローチャートである。
【図６】図６は、表示用モニタによる表示例を表す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係る界面制御方法を行う浮上型固液分離装置１０の概略斜視図である。浮上型固液分離装置１０は、浮上固形分層と液層とを形成して原水中の固形分（浮遊物質）を分離するための浮上槽２０と、浮上固形分層を形成している浮上固形分（スカム）を浮上槽２０から掻き出して除去する浮上固形分排出手段としての浮上固形分排出手段３０と、浮上固形分層と液層との界面の付近の画像を撮像する撮像部６０等を有する。
【００１７】
浮上槽２０は、平面視円形の上部開放型であり、中心部に配置された内部回転リング２４と、浮上槽２０の外周側壁を構成する側壁部２２ａとの間に形成されるリング状の領域に、処理対象となる原水が貯められる。側壁部２２ａには、浮上槽２０内部からの光を透過可能な窓部２２ｂが形成されており、窓部２２ｂに対向する位置に撮像部６０が配置されている。窓部２２ｂの材質は強化ガラス等を用いることができ、窓部２２ｂ以外の浮上槽２０はステンレス等で構成されるが、浮上槽２０の材質は特に限定されない。
【００１８】
図２（ａ）は、浮上型固液分離装置１０の概略平面図であり、図２（ｂ）は浮上型固液分離装置１０の概略断面図である。図２（ｂ）に示すように、浮上槽２０の中央底部には原水流入口４２が形成されており、処理対象となる原水は、原水流入口４２から原水流入経路４０を通過して、浮上槽２０の貯水領域に流入する。原水流入口４２は原水流入バルブ５２に接続しており、浮上槽２０への原水の流入量は、原水流入バルブ５２の開放量によって調整される。
【００１９】
浮上固形分排出手段３０は、図示省略の公転駆動手段及び自転駆動手段により、浮上槽２０の上部を自転しながら周回（公転）するように設けられており、浮上固形分層を形成している浮上固形分をすくい取る。浮上固形分排出手段３０によりすくい取られた浮上固形分は、浮上槽２０の中央部に設けられた内部固定槽４４に流れ込み、内部固定槽４４の底部に形成された浮上固形分排出口４６から排出される。
【００２０】
浮上槽２０の底部近傍には、処理水排出手段としての４本の廃水出口ダクト３５が設けられている。廃水出口ダクト３５は、図示省略の公転駆動手段により、浮上槽２０の底部近傍を周回（公転）するように設けられており、固形分が分離された液層を構成する処理水を排出する。処理水は、廃水出口ダクト３５を介して内部回転リング２４の内側の領域に流入し、オーバーフローリング２７を超えて浮上槽２０の底部に形成された処理水出口２８から排出される。処理水出口２８は処理水排出バルブ５４に接続されており、処理水の排出量は、処理水排出バルブ５４の開放量によって調整される。
【００２１】
浮上槽２０の底部には、沈殿したスラッジを排出するためのスラッジ出口２６が形成されており、スラッジ出口２６に接続されたスラッジ排出バルブ５６を開放することにより、スラッジを排出可能である。ただし、スラッジ排出バルブ５６は、通常の運転時には閉じられている。
【００２２】
図３は、浮上型固液分離装置１０での界面制御方法に関連する構成を表すブロック図である。窓部２２ｂの画像を浮上槽２０外部から撮像する撮像部６０は、光学レンズ及び固体撮像素子を有しており、取得した窓部２２ｂの画像を、画像処理コントローラ６３に出力する。画像処理コントローラ６３は、撮像部６０で撮像された窓部２２ｂの画像に対して画像処理を行い、浮上固形分層と液層との界面の位置に関する位置情報を取得する。画像処理コントローラ６３で取得された界面の位置情報は、表示用モニタ６７及び本体制御部７０に出力される。画像処理コントローラ６３は、例えば画像に含まれる各画素の輝度、明度、彩度及び色相等を分析し、界面の位置情報を取得することができる。
【００２３】
照明６２は、例えばＬＥＤ等によって構成され、夜間等必要な場合において窓部２２ｂを照明する。照明６２の点灯、消灯及び点灯時の明るさ等は、照明コントローラ６４によって制御される。表示用モニタ６７は、撮像部６０で取得した窓部２２ｂの画像や、画像処理コントローラ６３で算出された界面の位置情報を表示する。操作用コンソール６８は、オペレーターが画像処理コントローラ６３や照明コントローラ６４に指令を伝えるためのユーザーインターフェースである。オペレーターは、操作用コンソール６８を用いて、画像処理コントローラ６３での画像処理条件、表示用モニタ６７への出力条件及び照明６２の点灯条件等を設定できる。電源６５は、撮像部６０、照明６２及び画像処理コントローラ６３など、画像処理に関連する各構成に対して、電力を供給する。
【００２４】
本体制御部７０は、画像処理コントローラ６３で取得された界面の位置情報に基づき、浮上槽２０への原水流入速度、浮上槽２０からの処理水排出速度及び浮上槽２０からの浮上固形分排出速度を制御する。具体的には、本体制御部７０は、流入バルブ駆動部７２及び排出バルブ駆動部７４や、浮上固形分排出手段３０を駆動する浮上固形分排出手段駆動部７６に制御信号を出力し、バルブ５２、５４の開放量や浮上固形分排出手段３０の自転及び公転速度を維持若しくは変化させる。流入バルブ駆動部７２及び排出バルブ駆動部７４は、例えば空気等の圧力で作動するように構成されており、空気等の圧力で原水流入バルブ５２や処理水排出バルブ５４を駆動する。浮上固形分排出手段駆動部７６は、回動モータ等で構成されており、浮上固形分排出手段３０を自転及び公転運動させる。
【００２５】
図４は、本発明の一実施形態に係る界面制御方法を表すフローチャートである。以下、図４等を用いて、具体的な界面制御方法を解説する。
【００２６】
図４のステップＳ００１では、浮上型固液分離装置１０の原水流入バルブ５２を開き、浮上槽２０への原水の流入を開始する。原水には配管内で加圧により空気が過飽和状態に溶かし込まれており、原水が浮上槽２０の貯水領域に開放されると微細な気泡が発生して固形分を浮上させ、浮上槽２０内に浮上固形分層と液層とが形成される。
【００２７】
ステップＳ００２では、浮上固形分排出手段３０が浮上固形分の排出を開始する。浮上固形分排出手段３０は、略水平方向に延在する軸を回転中心軸とする自転運動を行いながら、浮上槽２０の中心部を回転中心とする公転運動を行う。浮上固形分排出手段３０は、浮上槽２０を構成する浮上固形分を自転運動により掻き取りながら公転することにより、浮上槽２０の上部を周回しながら浮上固形分を排出する。図２に示すように、浮上固形分排出手段３０で掻き取られた浮上固形分は、本体槽２２の中央部に配置される内部固定槽４４に流し込まれ、浮上固形分排出口４６から排出される。
【００２８】
ステップＳ００３では、廃水出口ダクト３５及び処理水排出バルブ５４を介して、原水から固形分が除去された処理水の排出を開始する。図２に示すように、処理水は、浮上槽２０の中心部を回転中心とする公転運動を行う廃水出口ダクト３５を介して処理水出口２８へ流れ込む。この状態において、処理水出口２８に繋がる処理水排出バルブ５４を開放することにより、処理水の排出が開始される。
なお、浮上型固液分離装置１０は、浮上固形分排出手段３０と廃水出口ダクト３５の２つの公転部材を有しており、本実施形態において浮上固形分排出手段３０と廃水出口ダクト３５の公転周期は同一であるが、本発明の実施形態はこれに限定されず、２つの公転部材が異なる公転周期で周回しても良い。
【００２９】
ステップＳ００４では、撮像部６０が窓部２２ｂの画像を取得する。撮像時において窓部２２ｂ周辺が暗い場合には、照明コントローラ６４が照明６２を点灯し、取得される画像の明るさを調整する（図３参照）。撮像部６０で取得された画像は、画像処理コントローラ６３に出力される。
【００３０】
ステップＳ００５では、画像処理コントローラ６３が撮像部６０で取得された画像に対して画像処理を行い、浮上固形分層と液層との界面の位置に関する位置情報を取得する。取得された位置情報は、本体制御部７０に出力されるとともに、画像と併せて表示用モニタ６７に出力される。
【００３１】
図６は、表示用モニタ６７の表示例を示しており、図６（ａ）に示す表示例では、ステップＳ００４において撮像部６０で撮像された画像８２が、ステップＳ００５で取得された界面の位置情報（矢印８４）とともに表示されている。例えば、浮上固形分層が光を反射しやすい性質の場合、画像８２において明るい領域となり、その反対に、液層は暗い領域となる。矢印８４で示されるように、画像処理コントローラ６３は、ステップＳ００５において、画像８２における明るい領域と暗い領域の境界を、浮上固形分層と液層との界面位置として検出することができる。
【００３２】
ステップＳ００６では、図３に示す本体制御部７０が、ステップＳ００５で取得された界面の位置情報に基づき、浮上槽２０への原水流入速度、浮上槽２０からの処理水排出速度及び浮上槽２０からの浮上固形分排出速度を調整する。例えば界面の位置が基準位置より低い場合、本体制御部７０は、流入バルブ駆動部７２を駆動して原水流入バルブ５２の開放量を大きくし、原水流入速度を上昇させたり、排出バルブ駆動部７４を駆動して処理水排出バルブ５４の開放量を小さくし、処理水排出速度を低下させたりして、界面の位置を上昇させることができる。
【００３３】
また、例えば、図６（ａ）に示すように、界面の位置（矢印８４）が基準位置９０より高い場合、本体制御部７０は、流入バルブ駆動部７２を駆動して原水流入バルブ５２の開放量を小さくし、原水流入速度を低下させたり、排出バルブ駆動部７４を駆動して処理水排出バルブ５４の開放量を大きくし、処理水排出速度を上昇させたりして、界面の位置を低下させることができる。その他、本体制御部７０は、浮上固形分排出手段駆動部７６を駆動して浮上固形分排出手段３０の自転・公転速度を変えて浮上固形分排出速度を変化させ、浮上固形分層の厚さや浮上固形分層の上面位置を制御することができる。
【００３４】
ステップＳ００６による調整動作の後、ステップＳ００４へ戻り、撮像工程（ステップＳ００４）、情報取得工程（ステップＳ００５）及び調整工程（ステップＳ００６）を含む循環過程が、所定の循環周期で繰り返される。ステップＳ００４〜ステップＳ００６を含む循環過程の循環周期は特に限定されないが、例えば浮上槽２０を周回する浮上固形分排出手段３０又は廃水出口ダクト３５の公転周期の自然数倍であることが好ましく、浮上固形分排出手段３０又は廃水出口ダクト３５の公転周期の１倍又は２倍とすることがさらに好ましい。これにより、撮像工程（ステップＳ００４）のタイミングを、公転部材が窓部２２ｂ付近を通過してから所定時間が経過して浮上固形分層と液層が適切に分離しているタイミングに、常に同期させることができる。
【００３５】
なお、例えば、図６（ｂ）に示すように、画像８５から算出された界面の位置（矢印８６）が、基準位置９０から所定以上離れている場合は、ステップＳ００６の前後で、画像処理コントローラ６３が表示用モニタ６７に警告表示９２を表示させる警告工程を実施しても良い。
【００３６】
このように、本発明に係る界面制御方法によれば、浮上槽２０の側壁部２２ａに設けられた窓部２２ｂの画像を撮像し、これを画像処理することにより、槽上方に設置したセンサー等では検出困難であった界面の正確な位置情報を取得できる。また、取得した位置情報を用いて原水流入速度、処理水排出速度、浮上固形分排出速度等を調整することにより、界面の位置を好適に制御可能である。特に、原水流入バルブ５２及び処理水排出バルブ５４の開口量を調整することにより、界面の位置をより精度良く制御できる。
【００３７】
本発明に係る界面制御方法は、図４のフローチャートに示す実施形態に限定されず、様々な変形例を含む。図５は、本発明の変形例に係る界面制御方法を表すフローチャートである。以下、図５等を用いて変形例に係る界面制御方法を説明する。
【００３８】
図５に示すステップＳ１０１〜ステップＳ１０４は、図４のステップＳ００１〜ステップＳ００４と同様の処理であるため、説明を省略する。
図５に示すステップＳ１０５では、画像処理コントローラ６３が撮像部６０で取得された画像に対して画像処理を行い、浮上固形分層と液層との界面の位置に関する位置情報を取得する。画像処理コントローラ６３が界面の位置を認識できた場合、画像処理コントローラ６３は、界面の位置を含む位置情報を、本体制御部７０及び表示用モニタ６６に出力する。反対に、画像処理コントローラ６３が界面の位置を認識できなかった場合、画像処理コントローラ６３はその旨を位置情報として本体制御部７０に出力するとともに、画像を表示用モニタ６７に出力する。
【００３９】
図６（ｃ）は、ステップＳ１０５において界面の位置を認識できなかった場合の表示例である。画像８８は、浮上固形分排出手段３０又は廃水出口ダクト３５のような公転部材が窓部２２ｂの近傍を通過した直後に撮像工程（ステップＳ１０４）が行われたような場合に取得される。画像８８では公転部材による撹拌により浮上固形分層と液層とが混ざりあっており、画像処理コントローラ６３は、画像８８から界面の位置を認識できない。
【００４０】
ステップＳ１０６では、図３に示す本体制御部７０が、ステップＳ１０５において界面の位置情報が取得できたか否かを判断する。ステップＳ１０５において界面の位置を認識できなかった場合はステップＳ１０７へ進む。
【００４１】
ステップＳ１０７では、現在の循環過程から遡って、ステップＳ１０６において界面の位置が取得できないとの判断がなされている循環過程が、２以上の所定回数連続しているか否かを判断する。ステップＳ１０６において界面の位置が取得できない旨の判断がされた循環過程が所定回数連続していない場合、例えば、前回の循環過程におけるステップＳ１０６（前々回のステップＳ１０６）において界面の位置情報が取得できていたような場合、警告動作を行わずステップＳ１０４へ進む。これに対して、界面の位置を取得できていない旨の判断がなされたステップＳ１０６が、現時点から遡って所定回数以上連続して発生している場合には、ステップＳ１０９に進み、警告工程を実施する。
【００４２】
ステップＳ１０９では、表示用モニタ６７が図６（ｃ）に示すような警告表示９４を表示したり、図示しない警報装置により警告音を発生させるなどの警告工程が実施される。ステップＳ１０９の後、ステップＳ１０４へ進む。
【００４３】
ステップＳ１０６において界面の位置を認識できた場合はステップＳ１０８へ進む。
ステップＳ１０８では、界面の位置（ｘ）が所定の範囲内（下限値ａ以上かつ上限値ｂ以下）であるか否かを判断し、界面の位置（ｘ）が所定の範囲内に無い場合は、ステップＳ１１０へ進み、界面の位置を調整する調整工程を実施する。ステップＳ１１０で実施される調整工程は、ステップＳ００６と同様であるため、説明を省略する。ステップＳ１１０の修了後は、ステップＳ１０４へ進む。
【００４４】
ステップＳ１０８において界面の位置（ｘ）が所定の範囲内にあると判断した場合は、調整工程を行わずステップＳ１０４へ進む。
以降同様に、ステップＳ１０４〜ステップＳ１１０を含む循環過程が、所定の循環周期で繰り返される。
【００４５】
変形例に係る界面制御方法によれば、情報取得工程で位置情報が取得できなかった場合でも初回は警告工程を行わず、２以上の所定回数続けて位置情報を取得できなかった場合に警告工程を行うことにより、装置の異常を正しく警告することができる。装置が正常に動作していても、公転部材が窓部２２ｂを通過するタイミングで撮像工程（ステップＳ１０４）が行われたような場合、浮上槽２０内が撹拌される影響により、情報取得工程（ステップＳ１０５）において界面の位置を認識できない場合があるためである。
【００４６】
また、検出された界面の位置（ｘ）が所定の範囲内（ａ以上かつｂ以下）にないときにのみ調整工程を行うことにより、僅かな界面の位置変化に過剰に反応して調整工程が行われることを防止し、安定した界面の位置制御を実現できる。
【符号の説明】
【００４７】
１０…浮上型固液分離装置
２０…浮上槽
２２ｂ…窓部
３０…浮上固形分排出手段
３５…廃水出口ダクト（処理水排出手段）
４４…内部固定槽
４６…浮上固形分排出口
５２…原水流入バルブ
５４…処理水排出バルブ
５６…スラッジ排出バルブ
６０…撮像部
６３…画像処理コントローラ
７０…本体制御部
【図１】
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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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