(57)【要約】  本発明は、分離膜を用いて、原水を処理水と活性汚泥とに分離する、膜分離活性汚泥法において、活性汚泥を光学的手段で撮像して、汚泥画像を得る、汚泥撮像工程と、前記画像を処理して、汚泥画像情報を得る、汚泥画像処理工程と、前記画像情報に基づき、膜ろ過性パラメータを算出する、パラメータ算出工程と、を備える、パラメータ算出方法を提供する。
2020213737.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分離膜を用いて、原水を処理水と活性汚泥とに分離する膜分離活性汚泥法において、
活性汚泥を光学的手段で撮像して、汚泥画像を得る汚泥撮像工程と、
前記汚泥画像を処理して、汚泥画像情報を得る汚泥画像処理工程と、
前記汚泥画像情報に基づき、膜ろ過性パラメータを算出するパラメータ算出工程とを備えることを特徴とするパラメータ算出方法。
【請求項２】
前記膜ろ過性パラメータが、ケーク付着速度、ケーク剥離速度、ケーク抵抗、非剥離ケーク形成速度、非剥離ケーク抵抗、分離膜細孔の閉塞の進行速度、分離膜細孔の閉塞による抵抗の何れかを算出するのに関わるパラメータであることを特徴とする請求項１に記載のパラメータ算出方法。
【請求項３】
前記汚泥画像情報が、固体相領域と水相領域とが区別された画像情報である、請求項１または２に記載のパラメータ算出方法。
【請求項４】
前記膜ろ過性パラメータが、下記（ａ）〜（ｆ）のいずれかの条件で算出されることを特徴とする請求項３に記載のパラメータ算出方法。
（ａ）前記固体相領域について求められる画像情報要素から、前記膜ろ過性パラメータを算出
（ｂ）前記（ａ）で算出された、複数の膜ろ過性パラメータの組み合わせとして算出
（ｃ）前記水相領域について求められる画像情報要素から、前記膜ろ過性パラメータを算出
（ｄ）前記（ｃ）で算出された、複数の前記膜ろ過性パラメータの組み合わせとして算出
（ｅ）固体相領域および水相領域について求められる複数の画像情報要素から、前記膜ろ過性パラメータを算出
（ｆ）前記（ａ）〜（ｅ）で算出された、複数の前記膜ろ過性パラメータの組み合わせとして算出
【請求項５】
前記画像情報要素が、前記固体相領域の面積、前記固体相領域の周囲長、前記水相領域の面積、前記水相領域の周囲長、前記固体相領域間の距離、前記固体相領域間の個数、および、前記固体相領域間の輝度からなる群から選ばれる要素についての、合計値、最大値、最小値、平均値、中央値および偏差値の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項４に記載のパラメータ算出方法。
【請求項６】
前記膜ろ過性パラメータのうちケーク抵抗、分離膜細孔の閉塞に関わるパラメータを、前記画像情報要素における単位視野あたりの水相領域に囲まれた一定面積以下のフロック領域の総面積を用いて算出することを特徴とする請求項５記載のパラメータ算出方法。
【請求項７】
前記汚泥画像が撮像倍率２倍以上１０００倍以下で撮像された画像であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のパラメータ算出方法。
【請求項８】
分離膜を用いて、原水を処理水と活性汚泥とに分離する、膜分離活性汚泥法において、
活性汚泥を光学的手段で撮像して、汚泥画像を得る汚泥撮像工程と、
前記汚泥画像を処理して、汚泥画像情報を得る汚泥画像処理工程と、
前記汚泥画像情報に基づき、膜ろ過性パラメータを算出するパラメータ算出工程と、
前記膜ろ過性パラメータに基づき膜ろ過抵抗の経時変化または膜間差圧の経時変化を予測する経時変化予測工程とを備えることを特徴とする分離膜特性の予測方法。
【請求項９】
前記膜ろ過性パラメータがあらかじめ決めた基準範囲またはあらかじめ決めた変化率の範囲を逸脱した場合に前記経時変化を予測することを特徴とする請求項８に記載の分離膜特性の予測方法。
【請求項１０】
分離膜を用いて、原水を処理水と活性汚泥とに分離する膜分離活性汚泥法において、
活性汚泥を光学的手段で撮像して、汚泥画像を得る汚泥撮像工程と、
前記汚泥画像を処理して、汚泥画像情報を得る汚泥画像処理工程と、
前記汚泥画像情報に基づき、膜ろ過性パラメータを算出するパラメータ算出工程と、
前記膜ろ過性パラメータに基づき膜ろ過抵抗の経時変化または膜間差圧の経時変化を予測する経時変化予測工程とを備え、前記膜ろ過性パラメータまたは前記経時変化の予測結果から運転条件を制御することを特徴とする分離膜の運転方法。
【請求項１１】
前記膜ろ過性パラメータまたは前記膜ろ過抵抗の経時変化または膜間差圧の経時変化の予測結果が、あらかじめ決めた基準範囲またはあらかじめ決めた変化率の範囲を逸脱した場合に運転条件を制御することを特徴とする請求項１０に記載の分離膜の運転方法。
【請求項１２】
前記経時変化の予測結果から、前記膜ろ過抵抗または前記膜間差圧があらかじめ決めた基準範囲を逸脱する予測日を算出し、前記予測日までの日数があらかじめ決めた基準範囲を逸脱した場合に運転条件を制御することを特徴とする請求項１１に記載の分離膜の運転方法。
【請求項１３】
前記予測日までの日数があらかじめ決めた基準範囲を逸脱した場合に、分離膜に供給される空気の風量を制御することを特徴とする請求項１２記載の分離膜の運転方法。
【請求項１４】
分離膜を用いて、原水を処理水と活性汚泥とに分離する水処理装置であって、
活性汚泥を光学的手段で撮像して、汚泥画像を得る汚泥撮像手段と、
前記画像を処理して、汚泥画像情報を得る汚泥画像処理手段と、
前記画像情報に基づき、膜ろ過性パラメータを算出するパラメータ算出手段と、
前記膜ろ過性パラメータに基づき、膜ろ過抵抗の経時変化または膜間差圧の経時変化を予測する経時変化予測手段とを備えることを特徴とする水処理装置。
【請求項１５】
分離膜を用いて、原水を処理水と活性汚泥とに分離する膜分離活性汚泥法における分離膜特性を予測するためにコンピュータに、
活性汚泥を光学的手段で撮像して、汚泥画像を得るステップと、
前記画像を処理して、汚泥画像情報を得るステップと、
前記画像情報に基づき、膜ろ過性パラメータを算出するステップと、
前記膜ろ過性パラメータに基づき、膜ろ過抵抗の経時変化、または、膜間差圧の経時変化を予測するステップを実行させるための分離膜特性の予測プログラム。
【請求項１６】
分離膜を用いて、原水を処理水と活性汚泥とに分離する膜分離活性汚泥法における分離膜特性を予測するためにコンピュータに、
活性汚泥を光学的手段で撮像して、汚泥画像を得るステップと、
前記画像を処理して、汚泥画像情報を得るステップと、
前記画像情報に基づき、膜ろ過性パラメータを算出するステップと、
前記膜ろ過性パラメータに基づき、膜ろ過抵抗の経時変化、または、膜間差圧の経時変化を予測するステップと、
前記膜ろ過性パラメータまたは前記経時変化の予測結果から運転条件を制御するステップを実行させるための分離膜特性の運転プログラム。
【請求項１７】
請求項１５に記載の分離膜特性の予測プログラムまたは請求項１６に記載の分離膜の運転プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パラメータ算出方法、分離膜特性の予測方法、分離膜の運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
膜分離法は、省エネルギー・スペース、およびろ過水質向上等の特長を有するため、様々な分野での使用が拡大している。例えば、下水や産業廃水を処理する際に用いられる膜分離活性汚泥法は、生物反応槽内で、生物処理を行い、反応槽内に浸漬させたろ過膜等を用いて活性汚泥を固液分離し、清澄な処理水を得る処理方法である。【０００３】
このような膜分離活性汚泥法は、活性汚泥自体や反応槽に流入する被処理液中の夾雑物などの固形分が分離膜表面に付着し、付着した物質が膜ろ過抵抗増加を引き起こすこととなる。このとき、膜ろ過抵抗が大きくなると、一定の膜ろ過圧力を加えることにより膜ろ過を行う場合には、膜ろ過流量が低減し、膜ろ過流量を一定として膜ろ過を行う場合には、膜間差圧が増大する。前者の場合には、計画していた流量が確保できないこととなり、後者の場合には圧力を増加させるためのエネルギーが必要となると同時に分離膜に対する負担が増加する。そのため、膜分離活性汚泥法では、ろ過効率が低下しないようにろ過膜の下部に、設置した散気管によって空気等を散気し、気泡および上昇流による分離膜の振動効果と撹拌効果によって、分離膜表面の付着物の付着を剥離させながらろ過している。【０００４】
それでも、被処理液を膜ろ過すると、処理水量に伴って、膜表面や膜細孔内に汚染物質の蓄積量が増大していき、処理水量・水質の低下あるいは膜ろ過圧力の上昇が問題となってくる。このような膜ろ過抵抗の増加挙動は、膜ろ過条件や汚泥の状態によって大きく影響を受けるため、膜ろ過を継続して行うための重要な因子である。すなわち、効率的かつ安定的なろ過を行うためには、活性汚泥の状態を監視し、活性汚泥の状態に即した運転条件を見いだすことが重要となる。【０００５】
特許文献１には、膜分離活性汚泥槽から採取した活性汚泥を光学的手段で撮像後、撮像した画像を処理し、処理した画像情報から求められる管理パラメータとあらかじめ設定した管理基準範囲とを比較して運転条件を判定する方法が提案されている。【０００６】
特許文献２には、被ろ過液を実際に膜ろ過し、そのときの膜間差圧の値や膜ろ過流束、膜ろ過抵抗の値の変化からパラメータを決定し、膜ろ過抵抗の経時変化および膜間差圧の経時変化を求める予測方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２０１８／１８１６１８号
【特許文献２】国際公開第２００９／０５４５０６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
最適な運転条件を決定するためには、活性汚泥の状態から活性汚泥の膜ろ過性を定量化し、現状の活性汚泥状態および運転条件が膜ろ過抵抗に与える影響を考慮することが求められる。しかしながら、特許文献１では、現状の汚泥状態を維持するための運転条件を決定することはできるものの、汚泥の膜ろ過性を定量的に把握できていなかった。また、特許文献２では、汚泥の膜ろ過性を把握する方法としてろ過試験が挙げられているが、そのためには実際に膜ろ過性試験装置で膜ろ過する必要があり、インラインで状態を監視することは困難だった。
そこで本発明は、活性汚泥の膜ろ過性をインラインで定量化することが可能な、膜分離活性汚泥法におけるパラメータ算出方法および分離膜特性の予測方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明は、以下の構成を有する。
（１）分離膜を用いて、原水を処理水と活性汚泥とに分離する、膜分離活性汚泥法において、活性汚泥を光学的手段で撮像して、汚泥画像を得る汚泥撮像工程と、前記画像を処理して、汚泥画像情報を得る汚泥画像処理工程と、前記画像情報に基づき、膜ろ過性パラメータを算出する、パラメータ算出工程とを備えることを特徴とするパラメータ算出方法。
（２）前記膜ろ過性パラメータが、ケーク付着速度、ケーク剥離速度、ケーク抵抗、非剥離ケーク形成速度、非剥離ケーク抵抗、分離膜細孔の閉塞の進行速度、分離膜細孔の閉塞による抵抗、の何れかを算出するのに関わるパラメータであることを特徴とする（１）に記載のパラメータ算出方法。
（３）前記汚泥画像情報が、固体相領域と水相領域とが区別された汚泥画像情報である、（１）または（２）に記載のパラメータ算出方法。
（４）前記膜ろ過性パラメータが、下記（ａ）〜（ｆ）のいずれかの条件で算出されることを特徴とする（３）に記載のパラメータ算出方法。
（ａ）前記固体相領域について求められる画像情報要素から、前記膜ろ過性パラメータを算出
（ｂ）前記（ａ）で算出された、複数の膜ろ過性パラメータの組み合わせとして算出
（ｃ）前記水相領域について求められる画像情報要素から、前記膜ろ過性パラメータを算出
（ｄ）前記（ｃ）で算出された、複数の前記膜ろ過性パラメータの組み合わせとして算出
（ｅ）固体相領域および水相領域について求められる複数の画像情報要素から、前記膜ろ過性パラメータを算出
（ｆ）前記（ａ）〜（ｅ）で算出された、複数の前記膜ろ過性パラメータの組み合わせとして算出
（５）前記画像情報要素が、前記固体相領域の面積、前記固体相領域の周囲長、前記水相領域の面積、前記水相領域の周囲長、前記固体相領域間の距離、前記固体相領域間の個数、および、前記固体相領域間の輝度からなる群から選ばれる要素ついての、合計値、最大値、最小値、平均値、中央値または偏差値の少なくともいずれかであることを特徴とする（４）に記載のパラメータ算出方法。
（６）前記膜ろ過性パラメータのうちケーク抵抗および分離膜細孔の閉塞に関わるパラメータを前記画像情報要素における単位視野あたりの水相領域に囲まれた一定面積以下のフロック領域の総面積を用いて算出することを特徴とする（５）に記載のパラメータ算出方法。
（７）前記汚泥画像が撮像倍率２倍以上１０００倍以下で撮像された画像であることを特徴とする（１）〜（６）のいずれかに記載のパラメータ算出方法。
（８）分離膜を用いて、原水を処理水と活性汚泥とに分離する、膜分離活性汚泥法において、活性汚泥を光学的手段で撮像して、汚泥画像を得る、汚泥撮像工程と、前記汚泥画像を処理して、汚泥画像情報を得る、汚泥画像処理工程と、前記汚泥画像情報に基づき、あらかじめ求めた相関から膜ろ過性パラメータを算出するパラメータ算出工程と、前記膜ろ過性パラメータに基づきケーク膜ろ過抵抗の経時変化または膜間差圧の経時変化を予測する経時変化予測工程とを備えることを特徴とする分離膜特性の予測方法。
（９）前記膜ろ過性パラメータがあらかじめ決めた基準範囲またはあらかじめ決めた変化率の範囲を逸脱した場合に前記経時変化を予測することを特徴とする（８）に記載の分離膜特性の予測方法。
（１０）分離膜を用いて、原水を処理水と活性汚泥とに分離する、膜分離活性汚泥法において、活性汚泥を光学的手段で撮像して、汚泥画像を得る、汚泥撮像工程と、前記汚泥画像を処理して、汚泥画像情報を得る、汚泥画像処理工程と、前記汚泥画像情報に基づき、あらかじめ求めた相関から膜ろ過性パラメータを算出するパラメータ算出工程と、前記膜ろ過性パラメータに基づきケーク膜ろ過抵抗の経時変化または膜間差圧の経時変化を予測する経時変化予測工程とを備え、前記膜ろ過性パラメータまたは前記経時変化の予測結果から運転条件を制御することを特徴とする分離膜の運転方法。
（１１）前記膜ろ過性パラメータまたは前記膜ろ過抵抗の経時変化または膜間差圧の経時変化の予測結果が、あらかじめ決めた基準範囲またはあらかじめ決めた変化率の範囲を逸脱した場合に運転条件を制御することを特徴とする（１０）に記載の分離膜の運転方法。
（１２）前記経時変化の予測結果から、前記膜ろ過抵抗または前記膜間差圧があらかじめ決めた基準範囲を逸脱する予測日を算出し、前記予測日までの日数があらかじめ決めた基準範囲を逸脱した場合に運転条件を制御することを特徴とする（１１）に記載の分離膜の運転方法。
（１３）前記予測日までの日数があらかじめ決めた基準範囲を逸脱した場合に、分離膜に供給される空気の風量を制御することを特徴とする（１２）記載の分離膜の運転方法。
（１４）分離膜を用いて、原水を処理水と活性汚泥とに分離する、水処理装置であって、活性汚泥を光学的手段で撮像して、汚泥画像を得る、汚泥撮像手段と、前記画像を処理して、汚泥画像情報を得る、汚泥画像処理手段と、前記画像情報に基づき、膜ろ過性パラメータを算出する、パラメータ算出手段と、前記膜ろ過性パラメータに基づき、膜ろ過抵抗の経時変化、または、膜間差圧の経時変化を予測する、経時変化予測手段と、を備えることを特徴とする水処理装置。
（１５）分離膜を用いて原水を処理水と活性汚泥とに分離する膜分離活性汚泥法における、分離膜特性を予測するためにコンピュータに、活性汚泥を光学的手段で撮像して、汚泥画像を得るステップと、前記画像を処理して、汚泥画像情報を得るステップと、前記画像情報に基づき、膜ろ過性パラメータを算出するステップと、前記膜ろ過性パラメータに基づき、膜ろ過抵抗の経時変化、または、膜間差圧の経時変化を予測するステップを実行させるための分離膜特性の予測プログラム。
（１６）分離膜を用いて原水を処理水と活性汚泥とに分離する膜分離活性汚泥法における、分離膜特性を予測するためにコンピュータに、活性汚泥を光学的手段で撮像して、汚泥画像を得るステップと、前記画像を処理して、汚泥画像情報を得るステップと、前記画像情報に基づき、膜ろ過性パラメータを算出するステップと、前記膜ろ過性パラメータに基づき、膜ろ過抵抗の経時変化、または、膜間差圧の経時変化を予測するステップと、前記膜ろ過性パラメータまたは前記経時変化の予測結果から運転条件を制御するステップを実行させるための分離膜特性の運転プログラム。
（１７）（１５）または（１６）に記載の分離膜特性の予測プログラムおよび分離膜の運転プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は膜分離活性汚泥法において、汚泥の膜ろ過性を簡便かつ即時に可視化およびパラメータとして定量化することで、膜ろ過抵抗の時間変化、膜間差圧の時間変化、膜ろ過流束の時間変化、あるいは、膜ろ過流量の時間変化を、精度良く予測することができる。その結果、汚泥の状態の変化によって発生する膜ろ過抵抗の急上昇を抑制する曝気風量やろ過流量などの運転条件を、事前検討による予測に基づき最適化することができ、長期間において安定した膜ろ過運転を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、膜分離活性汚泥法による廃水処理のフローを示す一例である。
【図２】図２は、膜分離活性汚泥法における活性汚泥槽内の被処理水の流れを示す一例である。
【図３】図３は、膜分離活性汚泥法における平膜エレメントの一部の拡大図を示す一例である。
【図４】図４は、本発明の形態の一例を示す概略図である。
【図５】図５は、本発明に係る画像処理の形態の一例を示す撮像画像である。
【図６】図６は、本発明の予測方法のフローチャートの一例である。
【図７】図７は、本発明の予測方法のフローチャートの他の一例である。
【図８】図８は、本発明に係る膜分離活性汚泥法による廃水処理のフローを示す一例である。
【図９】図９は、本発明に係る観察用治具の形態の一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施態様について図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれらによって何ら限定されるものではない。
【００１３】
本発明の膜ろ過予測方法では、活性汚泥を光学的手段で撮像して、汚泥画像を得ると共に、前記画像を処理して得た画像情報に基づき膜ろ過性パラメータを算出し、前記膜ろ過性パラメータに基づき、膜ろ過流量を設定値として制御しつつ膜ろ過を継続する際の、膜ろ過抵抗の経時的変化または膜間差圧の経時的変化を予測する。あるいは、ろ過圧力を設定値として制御しつつ膜ろ過を継続する際の、膜ろ過抵抗の経時的変化およびまたは膜ろ過流量（流束）の経時的変化を予測する。
【００１４】
図１および図２は、本発明の好適な実施形態で用いられる一般的な膜分離活性汚泥処理のフローを概略化したものである。
まず、廃水（原水）１が原水供給ポンプ６によって膜分離活性汚泥槽３に供給され、活性汚泥による吸着・微生物による分解作用により廃水中の有機物や窒素などが除去・処理される。ついで、活性汚泥は、浸漬型膜分離ユニット２によりろ過され、ろ過されたろ過水５はろ過水槽４に貯えられた後、再利用、あるいは、放流される。
【００１５】
ここで、本実施形態で浸漬型膜分離ユニット２を構成する膜エレメントに用いられる膜は、特に限定されるものではなく、平膜、中空糸膜のいずれでもよい。本実施形態で好適に用いられる平膜エレメントの一例を図３に示す。膜の構造は、特に限定されるものではなく、例えば、フレーム２ｄの両面に平膜を接着した平膜エレメント構造や、平膜がスパイラル状に巻かれた平膜エレメント構造、透過側の面が互いに対向するように配置された２枚の平膜と、前記平膜間に設けられた集水流路とを有する平膜対、および前記平膜の周縁部において平膜間を封止する封止部を含み、可とう性を有する平膜エレメント構造、さらには中空糸膜を複数本束ねた中空糸膜エレメント構造、のいずれを用いてもよい。本実施形態で好適に用いられる平膜は、基材２ｃと分離機能層２ｂとからなり、基材２ｃと分離機能層２ｂとの間には、当該分離機能層を構成する樹脂と基材とが混在する層が介在していてもよい。分離機能層は、基材に対して、対称構造であっても、非対称構造であっても構わない。
【００１６】
平膜としては、限外ろ過膜、精密ろ過膜のいずれにも適用することができる。また、分離対象物質の大きさに応じて適当な一種以上の膜を選択、組み合わせればよい浸漬型膜分離ユニット２に用いられる精密ろ過膜は、孔径が０．０１μｍから１０μｍ程度のものをいい、一般的に分子ふるいによる分離が行われる限外ろ過膜より目が粗く、通常操作圧は減圧状態から２００ｋＰａ以下で運転される。
【００１７】
本実施形態において、浸漬型膜分離ユニット２を活性汚泥槽に浸漬させる際には、複数個並べてもよく、複数段重ねてもよい。複数個並べる場合には、浸漬型膜分離ユニットの平膜エレメントが複数装填されている方向に平行な側面同士を隣接させて並べてもよく、複数段重ねる場合には、浸漬型膜分離ユニットの平膜エレメントが複数装填されている方向に垂直な面同士を上下段に隣接させて重ねてもよい。
【００１８】
ここで、膜分離活性汚泥法による廃水処理方法において、安定運転とは、運転期間中、ろ過圧力があらかじめ設定した管理範囲以上に上昇することなく、処理水質をあらかじめ設定した管理範囲を逸脱しない状態のことをいう。ろ過対象である活性汚泥の状態が悪化すると、活性汚泥の膜ろ過性が悪化して膜のろ過圧力上昇につながるため、活性汚泥の状態を、安定に維持管理することが重要である。また早期に、膜分離活性汚泥槽における活性汚泥の状態変化を捉え、膜のろ過圧力上昇が起きる前に、活性汚泥の状態を改善するための各種廃水処理条件の制御を行うことが重要である。
【００１９】
活性汚泥は、フロックや水相浮遊物と呼ばれる固体相とそれ以外の水相からなる。フロックとは、活性汚泥において、微生物やその代謝物および死がい、その他流入水に含まれる混入物、析出物など、固体からなる凝集物のことをいう。水相とは、活性汚泥において、フロックの周囲およびフロック内の空隙にある水分のことを言う。
フロックの大きさは、直径１〜１０００μｍ程度が多く、中でも５０〜５００μｍに粒度分布の極大があるものが例示される。
【００２０】
一方で、微生物の死がいや代謝物などが、フロックに取り込まれず、コロイド状もしくは浮遊物として水相に存在する場合がある。その大きさは直径５０μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以下、さらに好ましくは１μｍ以下のものが例示されるが、本発明においては、所定サイズ以上の大きさの固体相をフロックとし、それ以下のものを水相浮遊物として区別する。典型的に固体相と水相を区別するには、上記のように直径１〜５０μｍの範囲内で区別の境界線となる所定サイズを設定することが好ましいが、活性汚泥の状況に応じて適宜上記所定サイズを設定してもよい。
【００２１】
本発明の実施形態では、膜分離活性汚泥槽から採取した活性汚泥を光学的手段で撮像および画像処理を行い、活性汚泥の水相浮遊物量として、水相領域に存在する一定面積以下の固体相領域の総面積、もしくは、上記一定面積以下の固体相領域の面積の水相領域の面積に対する比のほかに、水相領域に囲まれた固体相領域の面積を水相領域の面積に含めて比を求めたりする場合など、一定面積以下の固体相領域の面積の水相領域の面積に対する割合と相関のあるいかなる量を用いてもよい。特に活性汚泥量の総量に変動がある場合は、水相浮遊物量の変動と区別するため、面積比を用いるのが好適である。
【００２２】
膜分離活性汚泥槽内でろ過運転を実施している際、フロックは曝気によって生じる旋回流により膜面から剥離され、水相と水相に含まれる膜の孔径以下の大きさの水相浮遊物が膜を通過し、膜ろ過水として排出される。本実施形態において、安定状態の活性汚泥とは、微生物により生物処理が順調に行われている状態を指し、発生した微生物の死がいや代謝物が、別の微生物によって分解されることでフロックに取り込まれ、水相浮遊物量が少ない状態のことを示す。一方、水温変動や水質変動などにより、生物処理条件のバランスが崩れた場合には、微生物の死がいや代謝物の発生量が増え、分解やフロックへの取り込みが間に合わず、水相浮遊物量が増加したり、フロックが分散したりする。水相浮遊物量が多くなるにつれ、膜を通過する際に、膜の表面または孔内に付着・蓄積し、膜を閉塞させやすくなる。つまり、膜ろ過性が悪化する。このような活性汚泥を、本発明では、状態が悪化した活性汚泥と定義する。
【００２３】
本発明では光学的手段である顕微鏡を用いて活性汚泥を可視化し、その画像を解析することで、水相領域と固体相領域の両方の情報を同時に取得し、即時に、活性汚泥の状態を総合判断可能であり、膜ろ過性パラメータとして膜を通過する際の閉塞の程度を定量化可能であることを見出した。算出した膜ろ過性パラメータを用いることで膜ろ過抵抗の時間変化、膜間差圧の時間変化、膜ろ過流束の時間変化、あるいは、膜ろ過流量の時間変化を、精度良く予測することができる。
【００２４】
以降、本発明の好ましい形態の詳細について述べる。
本発明の実施形態について図４を用いて説明する。本発明では、膜分離活性汚泥法による廃水処理方法において、膜のろ過性パラメータを取得するため、膜分離活性汚泥槽３から活性汚泥を採取し、光学的手段（光学顕微鏡）４１とカメラ（撮像手段）４３からなる撮像手段を用いて活性汚泥を撮像する汚泥撮像工程と、画像処理手段４２であらかじめ条件設定した画像処理を行う汚泥画像処理工程と、現状の活性汚泥の膜ろ過性パラメータを算出するパラメータ算出工程と、膜ろ過性パラメータに基づき、ケーク膜ろ過抵抗の経時変化、または、膜間差圧の経時変化を予測する経時変化予測工程を備える。
【００２５】
光学的手段４１は、可視化のために顕微鏡を用いる。顕微鏡は、特に限定されるものではなく、透過型でも落射型でもよく、実体顕微鏡、位相差顕微鏡、微分干渉顕微鏡、蛍光顕微鏡、さらには透過型もしくは走査型の電子顕微鏡などいずれでもよいが、中でも、本発明における観察対象および前処理不要で直接観察可能などの操作性において透過型の位相差顕微鏡が最も好適である。
【００２６】
汚泥撮像工程では、活性汚泥を、顕微鏡４１で観察し、カメラ４３で撮像する。観察対象の活性汚泥をスライドガラスの上に一定量滴下し、カバーガラスをのせて、顕微鏡のステージにのせて観察してもよく、２枚のガラス板の間隙に、活性汚泥を連続的に送液し、適宜観察してもよい。また後述する専用の観察用治具４４を用いてもよい。
【００２７】
カメラ４３はカラーカメラでもモノクロカメラでも構わないが、活性汚泥の色調なども数値情報として入手するためには、カラーカメラの方が好ましい。計測機能を搭載したカメラであれば、画像を撮像したのち、あらかじめ設定した条件で画像処理を行い、即時に数値化できるため、好適である。
【００２８】
本実施形態においては、フロックは、直径５０μｍ以上、水相浮遊物は、直径５０μｍ以下のもので判別するので、カメラ４３はこれらを観察し撮像可能な分解能があればよい。フロックまたは水相浮遊物のそれぞれを認識・判別し、撮像時のノイズと分別するための画像処理を実施するには、２ピクセル×２ピクセル以上で画像化することが好ましく、視野における空間分解能は、５００ｎｍ／ピクセル以下、より好ましくは３００ｎｍ／ピクセル以下であることが好ましい。
【００２９】
本実施形態では、光学的手段４１とカメラ４３では、５００〜８００ｎｍの波長範囲の光線を透過させる波長選択手段と、前記光線が撮像対象を透過する際に位相差を生じさせる位相差発生手段と、前記位相差発生手段により位相差を生じた透過光線を、撮像して画像を取得する撮像手段を有していることが最も好適である。
【００３０】
汚泥画像処理工程では、画像処理手段４２であらかじめ設定した条件で前記撮像画像を処理する。前記撮像画像において、５００〜８００ｎｍの波長範囲の画像情報要素を抽出して抽出画像を作成する要素抽出手段と、前記抽出画像を前記撮像画像に置き換える変換手段と、所定の閾値で、候補領域の抽出画像を作成する手段と、複数の候補領域の抽出画像を合成する手段と、抽出した領域それぞれの形状特徴を数値化して画像情報要素の数値群を得る手段とを有していることが好ましい。画像情報要素とは、フロック領域や水相浮遊物の画像における画像としての特徴量をいい、色相、明度、彩度、画素数、色度、輝度などがあげられる。これらの内から一つないし二つ以上の画像情報要素を抽出して抽出画像を作成し、さらに処理後画像に変換する。さらに一つないし二つ以上の画像情報要素において、それぞれ閾値を設定し、複数の候補領域の抽出画像を合成し、閾値を判定した後の複数の結果を論理演算することで、抽出した領域の形状特徴を数値化して更なる別の画像情報要素の数値群を得る。
【００３１】
また、前記５００〜８００ｎｍの波長の成分に注目した画像は、例えばＬＥＤ光源などに代表される広範な出力波長帯域をもつ光源を用いて前記撮像対象を位相差観察した場合の撮像画像において、画像処理の段階で５００〜８００ｎｍの波長の成分を抽出して取得してもよい。
【００３２】
図５に、本実施形態に係る抽出画像の形態の一例を示す。膜分離活性汚泥槽から採取した活性汚泥を顕微鏡で位相差観察すると、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、活性汚泥は、フロックや微生物などの固体相と非フロック領域である水相に大別される。
【００３３】
固体相領域６１は、構成成分や状態に応じてばらつきはあるものの、総じて、水相より輝度や彩度が高く、かつその色味は白あるいは赤、黄、黒あるいは茶色である。
非固体相領域である水相領域６２は、背景として中程度の輝度で撮像され、色味はグレーで彩度が低い。その他、例えば糸状性細菌や微小動物は、中〜低輝度で、色味は青色、その彩度は中程度に撮像されることが多い。
【００３４】
単位視野あたりの固体相領域６１の抽出は、特に限定されるものではないが、撮像画像を色相、彩度、明度の３つの成分からなるＨＳＶ空間に変換し、その１バンドであるＳ（彩度）成分を抽出し、彩度成分を表示するときに表示装置のピクセルの明るさに置き換えて表示した画像を得ることで、ＨＳＶ画像のＳ（彩度）成分の情報を利用して行うとよい。これにより、非固体相領域である水相領域６２との間に、大きなコントラストができるため、彩度の高低で２値化処理を行い、固体相領域と水相領域とに区別する。このほか、ＲＧＢ（赤色・緑色・青色）カラー撮像した画像をＲ、Ｇ、Ｂの情報に分解し、成分ごとの輝度プロファイルを求め、Ｒのみの、Ｇのみの、あるいはＲとＧを合成した画像として得ることも好適である。輝度情報またはそのほかの成分あるいは別の方法による２値化処理を行っても構わない。
【００３５】
閾値は、あらかじめ撮像した活性汚泥の画像と輝度分布を見ながら、任意に設定し、その閾値を用いて２値化処理した画像を作成し、処理前後の画像を比較し、ズレが生じている場合には、閾値を修正することを繰り返し行い、適切な閾値を設定する。撮像画像に各種画像処理フィルタを掛け合わせた後の結果に対して閾値を設定しても良い。たとえばラプラシアンフィルタに代表されるエッジ抽出処理の結果に閾値を設定し、撮像画像の画素ごとの先鋭化処理の結果値と閾値との大小を比較することで撮像画像の２値化をしても良い。さらに、２値化後の画像に膨張処理や収縮処理またそれらを組み合わせた処理などを施し、画像からノイズ成分を除去してもよい。
【００３６】
また、画像情報を論理演算することで目的とする領域の情報を精度高く得ることも好適である。例えば、単位視野画像の総面積に占める固体相領域から総面積比を求めたり、固体相領域の周囲長を面積で除算して真円度を求め、固体相領域とそれ以外の異物とを区別したりしても構わない。これらは人手で任意に計算してもよく、あらかじめ設定した計算ソフトを用いて自動計算してもよい。
【００３７】
パラメータ算出工程では、前記画像処理手段４２によって区別された、固体相領域および水相領域の少なくともいずれかの領域における画像情報として画像情報要素を取得し、画像情報要素を用いて、以下の少なくともいずれかの条件で計算し、膜ろ過性パラメータを算出する。
（ａ）前記固体相領域について求められる画像情報要素から、前記膜ろ過性パラメータを算出
（ｂ）前記（ａ）で算出された、複数の膜ろ過性パラメータの組み合わせとして算出
（ｃ）前記水相領域について求められる画像情報要素から、前記膜ろ過性パラメータを算出
（ｄ）前記（ｃ）で算出された、複数の前記膜ろ過性パラメータの組み合わせとして算出
（ｅ）固体相領域および水相領域について求められる複数の画像情報要素から、前記膜ろ過性パラメータを算出
（ｆ）前記（ａ）〜（ｅ）で算出された、複数の前記膜ろ過性パラメータの組み合わせとして算出する。
ここで、膜ろ過性パラメータは、活性汚泥の膜ろ過性を表す指標であり、ケークと呼ばれる膜面に付着した活性汚泥や、細孔閉塞と呼ばれる膜の細孔内に入り込んだ細孔径よりも小さい活性汚泥中の構成成分等の付着速度や剥離速度、付着量に対する抵抗等に関わるパラメータがあげられる。具体的には、ケーク付着速度、ケーク剥離速度、ケーク抵抗、非剥離ケーク形成速度、非剥離ケーク抵抗、分離膜細孔の閉塞の進行速度、分離膜細孔の閉塞による抵抗、の何れかを算出するのに関わるパラメータなどがあげられるが、特に限定されるものではない。
【００３８】
本発明者は、鋭意検討した結果、膜ろ過性パラメータと画像情報要素との間に相関があることを見出し、画像情報要素から膜ろ過性パラメータを算出することを可能とした。膜ろ過性パラメータのうち、ケーク抵抗および分離膜細孔の閉塞の進行速度の算出に関わる膜ろ過性パラメータは、特に、単位視野あたりの水相領域に囲まれた一定面積以下のフロック領域の総面積と強い相関を有することが明らかになっており、本画像情報要素を用いて算出することが好ましい。
【００３９】
前記画像情報要素には、前記固体相領域の面積、前記固体相領域の周囲長、前記水相領域の面積、前記水相領域の周囲長、前記フロック領域間の距離、前記固体相領域間の個数、および、前記固体相領域間の輝度からなる群から選ばれる要素ついての、合計値、最大値、最小値、平均値、中央値または偏差値があげられる。
【００４０】
領域間距離は、たとえばフロックにおける各領域の重心間の距離、領域と領域の一番近い部位の間の距離などがあげられる。さらに、本発明では、画像情報要素を用いて、上記（ａ）〜（ｄ）の少なくともいずれかの条件で計算し、さらに別の画像情報要素を算出することを特徴としている。別の画像情報要素は特に限定されるものではないが、例えば、以下が例示される。
（ｉ）固体相領域総面積および／または水相領域総面積
（ｉｉ）固体相領域と水相領域の総面積比
（ｉｉｉ）固体相領域および／または水相領域数
（ｉｖ）固体相領域および／または水相領域の輝度
（ｖ）固体相領域および／または水相領域の周長
（ｖｉ）水相領域に囲まれた一定面積以下の固体相領域の面積または水相領域に囲まれた一定面積以下の固体相領域の面積の水相領域全体もしくは固体相領域全体に対する面積比  
（ｖｉｉ）固体相領域に囲まれた一定面積以下の水相領域の面積または固体相領域に囲まれた一定面積以下の水相領域の面積の固体相領域全体もしくは水相領域全体に対する面積比
（ｖｉｉｉ）一定色調もしくは一定輝度以下の固体相領域の面積または一定色調もしくは一定輝度以下の固体相領域の面積の水相領域全体もしくはフロック領域全体に対する面積比
（ｉｘ）一定色調もしくは一定輝度以下の水相領域の面積または一定色調もしくは一定輝度以下の水相領域の面積の固体相領域もしくは水相領域に対する面積比
【００４１】
具体的には（ｉｖ）固体相領域または水相領域の輝度は、（ａ）固体相領域および／または水相領域において個々に求められる画像処理要素である輝度を用いることが好適である。
【００４２】
（ｉ）固体相領域総面積または水相領域総面積、（ｉｉｉ）固体相領域の数または水相領域の数、（ｖ）固体相領域の周長または水相領域の周長は、（ｂ）固体相領域または水相領域で個々に求められる画像処理要素から算出する別の画像情報要素を、各領域別に少なくとも２つ以上組み合わせて算出するのが好適である。
【００４３】
（ｉｉ）固体相領域と水相領域の総面積比は、（ｃ）固体相領域または水相領域で個々に求められる総面積値を少なくとも２つ以上組み合わせて算出するのが好適である。この時、水相領域に囲まれた固体相領域の面積に含めて算出する。なお、本実施形態において「水相領域に囲まれた一定面積以下の固体相領域の総面積の比を用いる」などという場合、上記一定面積以下の固体相領域の面積の水相領域の面積に対する比のほかに、水相領域に囲まれた固体相領域の面積を水相領域の面積に含めて比を求めたりする場合など、一定面積以下の固体相領域の面積の水相領域の面積に対する割合と相関のあるいかなる量を用いてもよい。また、比を算出する場合、領域の面積のほかに、領域の個数、各領域における平均もしくは合計の輝度などを用いて、各領域の割合を算出してもよい。
【００４４】
（ｖｉ）水相領域に囲まれた一定面積以下の固体相領域の面積または水相領域または固体相領域に対する面積比、（ｖｉｉ）固体相領域に囲まれた一定面積以下の水相領域の面積または固体相領域または水相領域に対する面積比、（ｖｉｉｉ）一定色調もしくは一定輝度以下の固体相領域の面積または水相領域または固体相領域に対する面積比、（ｉｘ）一定色調もしくは一定輝度以下の水相領域の面積または固体相領域または水相領域に対する面積比は、（ｄ）の（ａ）〜（ｃ）で算出される値を少なくとも２つ以上組み合わせて算出し、任意に設けた閾値に応じて分類するのが好適である。
【００４５】
（ｖｉ）水相領域に囲まれた一定面積以下の固体相領域の面積または水相領域または固体相領域に対する面積比を算出する方法は、具体的には、水相領域と固体相領域を判別した後、水相領域に囲まれた一定面積以下の固体相領域を判別し、最後に、水相領域と水相領域に囲まれた一定面積以下の固体相領域の面積の合計を算出し、水相領域の面積に占める水相領域に囲まれた一定面積以下の固体相領域面積比率を算出する方法が例示される。ここで、固体相領域の面積比を算出する際に、分母として、水相領域に囲まれた一定面積以下の固体相領域の総面積を、水相領域の面積に含めても含めなくても良く、また、固体相領域の面積に含めても含めなくてもよい。水相領域に囲まれた一定面積以下の固体相領域または水相領域の面積であれば、上記のように算出した各領域の面積をそのまま用いればよい。
【００４６】
（ｖｉｉ）固体相領域に囲まれた一定面積以下の水相領域の面積または固体相領域または水相領域に対する面積比を算出する方法についても、（ｖｉ）と同様に、水相領域とフロック領域を判別した後、固体相領域に囲まれた一定面積以下の水相領域を判別し、最後に、固体相領域と固体相領域に囲まれた一定面積以下の水相領域の面積の合計を算出し、固体相領域の面積に占める固体相領域に囲まれた一定面積以下の水相領域面積比率を算出する方法が例示される。（ｖｉｉｉ）、（ｉｘ）についても（ｖｉ）や（ｖｉｉ）と同様の手順で、面積の代わりに、輝度や色調の情報を用いて算出するとよい。
【００４７】
なお、（ｉ）を示す固体相領域総面積や水相領域総面積および（ｉｘ）の一例である低輝度フロック領域総面積に関しては、総面積以外に最大の固体相領域あるいは最大の水相領域の面積を示す最大面積、最小の固体相領域あるいは最小の水相領域の面積を示す最小面積、固体相あるいは水相の各領域における平均面積、固体相あるいは水相の各領域における面積の標準偏差を算出しても良い。（ｉｖ）の一例である固体相領域平均輝度や水相領域平均輝度に関しては、ＲＧＢ（赤色、緑色、青色）毎の輝度、最大輝度、最小輝度、偏差輝度を算出しても良いし、（ｖ）の一例である固体相領域周長や水相領域周長に関しては、最大周長、最小周長、平均周長、周長偏差を算出しても良い。本実施形態によれば、固体相領域および水相領域の少なくともいずれかの領域における画像情報から得られた面積、周長、個数、領域間の距離の少なくともいずれかの項目の算出値または算出値の経時変化量を即時に算出できる。
【００４８】
次いで、膜ろ過性パラメータに基づき、膜ろ過抵抗の経時変化、膜間差圧の経時変化、または膜ろ過流量（流束）を予測する、経時変化予測工程について記載する。本発明の膜ろ過予測方法では、膜ろ過流量を設定値として制御しつつ膜ろ過を継続する際の、膜ろ過抵抗の経時的変化または膜間差圧の経時的変化を予測する。あるいは、膜間差圧を設定値として制御しつつ膜ろ過を継続する際の、膜ろ過抵抗の経時的変化または膜ろ過流量（流束）の経時的変化を予測する。
【００４９】
ここにおいて、膜間差圧とは、分離膜の被ろ過液側と透過液側との圧力差であり、これを発生させる手段として、例えば、ポンプにより被ろ過液側を加圧させる方法、ポンプにより透過液側から吸引する方法、被ろ過液側と透過液側の水頭差を利用する方法が挙げられる。また、膜間差圧は、分離膜の被ろ過液側における圧力測定値と透過液側における圧力測定値との差として実測することも可能であり、このときには、水理的な流れによって発生する圧力損失を測定もしくは算出し、前記分離膜の被ろ過液側における圧力測定値と透過液側における圧力測定値との差から、圧力損失分を減じて算出することが好ましい。また、膜ろ過流量とは、膜ろ過液の流量のことであり、膜ろ過流束とは、分離膜の単位面積あたりの膜ろ過流量のことをさす。
【００５０】
膜ろ過流量を設定値として制御しつつ膜ろ過を継続する、または、膜間差圧を設定値として制御しつつ膜ろ過を継続するとは、膜ろ過流量あるいは膜間差圧をあらかじめ決められた設定値に制御することである。これには、膜ろ過流量や膜間差圧が一定値となるように制御する方法の他に、定期的あるいは断続的にろ過を停止する方法や、膜ろ過流量や膜間差圧を連続的あるいは断続的に変化させる方法などのように設定値を経時的に変更する場合も含む。膜ろ過流量を設定値として制御しつつ膜ろ過を継続する方法としては、分離膜の膜透過液側に吸引ポンプなどを設置して膜ろ過液を取得し、その吸引ポンプを流量インバータで制御する方法などが挙げられる。また、膜間差圧を設定値として制御しつつ膜ろ過を継続する方法としては、分離膜の被ろ過液側を加圧する方法や、水頭差を利用する方法などによって膜ろ過に必要な圧力を加え、この圧力を制御する方法などが挙げられる。
【００５１】
また、膜ろ過抵抗とは、被ろ過液を膜によってろ過する際に発生する抵抗のことであり、一般的に、（１）式によって定義される。
【数１】
2020213737.tif 000003
ここで、ΔＰは膜間差圧［Ｐａ］、μは膜ろ過液の粘度［Ｐａ・ｓ］、Ｒは膜ろ過抵抗［１／ｍ］、Ｊは膜ろ過流束［ｍ／ｓ］である。
【００５２】
ここで、μは膜ろ過液の粘度を直接測定してもよいが、膜分離活性汚泥法では膜ろ過液が活性汚泥のため、（２）式に従い、温度から換算してもよい。
【数２】
2020213737.tif 000004
ここで、Ｆ=0.01257187、Ｂ=−0.005806436、Ｃ＝0.001130911、Ｄ＝−0.000005723952であり、Ｔは絶対温度[K]である。すなわち、摂氏温度をσ[℃]とすると、Ｔ＝σ+273.15として表される。
【００５３】
また、予測とは、インプットとなる数値（膜ろ過流量の時系列値や膜間差圧の時系列値など）を用いて、演算や計算を行い、アウトプットとなる数値（膜ろ過抵抗の時間変化予測値など）を出力することである。
【００５４】
また、本発明の膜ろ過予測方法では、膜ろ過流量（流束）を設定値に制御しつつ膜ろ過を継続する際には、膜ろ過予測計算のための数値として、少なくとも、膜ろ過流量（流束）の設定値、膜ろ過抵抗の初期値、および、活性汚泥濃度（ＭＬＳＳ）を用い、膜間差圧を設定値に制御しつつ膜ろ過を継続する際には、膜ろ過予測計算のための数値として、少なくとも、膜間差圧の設定値、膜ろ過抵抗の初期値、および、ＭＬＳＳを用いる。
【００５５】
ここにおいて、膜ろ過抵抗の初期値とは、膜ろ過開始時の膜ろ過抵抗値であり、純水を分離膜へ透過させたときの膜ろ過抵抗値や分離膜洗浄後における膜ろ過抵抗値などを実測した値でもよいし、また分離膜の種類に基づく仮想値でもよい。
【００５６】
ＭＬＳＳは実測値でも仮想値でもよい。また、活性汚泥のＭＬＳＳの時間変化をＩＷＡ活性汚泥モデルなど、既存のシミュレーションモデルを用いて予測してもよい。
【００５７】
また、膜ろ過流量（流束）の設定値とは、膜ろ過流量あるいは膜ろ過流束の設定値であり、実測値でも仮想値でもよく、一定値でも、連続的あるいは断続的に変化する値としてもよい。また、膜間差圧の設定値は、実測値でも仮想値でもよく、一定値でも、連続的あるいは断続的に変化する値としてもよい。
【００５８】
また、本発明の膜ろ過予測方法では、膜ろ過流量を設定値に制御しつつ膜ろ過を継続する際には、少なくとも後述の計算ステップ１ａ、および計算ステップ１ｂと計算ステップ１ｃのうち少なくとも１ステップ以上と計算ステップ２および／または計算ステップ３とを行うことにより、任意の時刻における膜ろ過抵抗値および／または膜間差圧値を求めること、膜間差圧を設定値に制御しつつ膜ろ過を継続する際には、少なくとも後述の計算ステップ１ａ、および計算ステップ１ｂと計算ステップ１ｃのうち少なくとも１ステップ以上と計算ステップ２および／または計算ステップ４とを行うことにより、任意の時刻における膜ろ過抵抗値および／または膜ろ過流量（流束）値を求める。
【００５９】
即ち、膜ろ過流量を設定値に制御しつつ膜ろ過を継続する際における膜ろ過予測の計算ステップの構成として、下記の９通りがあるということを意味する。
（ａ１）後述する計算ステップ１ａ、計算ステップ１ｂ、計算ステップ２および計算ステップ３
（ａ２）後述の計算ステップ１ａ、計算ステップ１ｃ、計算ステップ２および計算ステップ３
（ａ３）後述の計算ステップ１ａ、計算ステップ１ｂ、計算ステップ１ｃ、計算ステップ２および計算ステップ３
（ｂ１）後述する計算ステップ１ａ、計算ステップ１ｂおよび計算ステップ２
（ｂ２）後述の計算ステップ１ａ、計算ステップ１ｃおよび計算ステップ２
（ｂ３）後述の計算ステップ１ａ、計算ステップ１ｂ、計算ステップ１ｃおよび計算ステップ２
（ｃ１）後述する計算ステップ１ａ、計算ステップ１ｂおよび計算ステップ３
（ｃ２）後述の計算ステップ１ａおよび計算ステップ１ｃおよび計算ステップ３
（ｃ３）後述の計算ステップ１ａ、計算ステップ１ｂ、計算ステップ１ｃおよび計算ステップ３
【００６０】
ここにおいて、（ａ３）の場合（図６参照）には、任意の時刻における膜ろ過抵抗値および膜間差圧値を求めることができる。（ｂ３）の場合には、任意の時刻における膜ろ過抵抗値を求めることができる。また、（ｃ３）の場合には、任意の時刻における膜間差圧値を、求めることができる。
【００６１】
また、同様に、膜間差圧を設定値に制御しつつ膜ろ過を継続する際における膜ろ過予測の計算ステップの構成として、下記の９通りがあるということを意味する。
（ｄ１）後述する計算ステップ１ａ、計算ステップ１ｂ、計算ステップ２および計算ステップ４
（ｄ２）後述の計算ステップ１ａ、計算ステップ１ｃ、計算ステップ２および計算ステップ４
（ｄ３）後述の計算ステップ１ａ、計算ステップ１ｂ、計算ステップ１ｃ、計算ステップ２および計算ステップ４
（ｅ１）後述する計算ステップ１ａ、計算ステップ１ｂおよび計算ステップ２
（ｅ２）後述の計算ステップ１ａ、計算ステップ１ｃおよび計算ステップ２
（ｅ３）後述の計算ステップ１ａ、計算ステップ１ｂ、計算ステップ１ｃおよび計算ステップ２
（ｆ１）後述する計算ステップ１ａ、計算ステップ１ｂおよび計算ステップ４
（ｆ２）後述の計算ステップ１ａおよび計算ステップ１ｃおよび計算ステップ４
（ｆ３）後述の計算ステップ１ａ、計算ステップ１ｂ、計算ステップ１ｃおよび計算ステップ４
【００６２】
ここにおいて、（ｄ３）の場合（図７参照）には、任意の時刻における膜ろ過抵抗値および膜ろ過流量（流束）値を求めることができる。（ｅ３）の場合には、任意の時刻における膜ろ過抵抗値を求めることができる。また、（ｆ３）の場合には、任意の時刻における膜ろ過流量（流束）値を、求めることができる。
【００６３】
ここで、計算ステップ１ａでは、任意の時刻において分離膜表面に付着している活性汚泥（ケーク）量を算出する。
【００６４】
ここにおいて、計算ステップ１ａは、分離膜表面に付着しているケーク量の、所定時間内における変化量を算出する計算ステップであって、計算ステップ１ａにおける計算式が、ケークが分離膜表面に付着する速度の項と、分離膜表面に付着しているケークが分離膜表面から剥離する速度の項とを含み、前記分離膜表面に付着する速度は、膜間差圧値若しくは膜ろ過流量（流束）値と、ケーク量および／または膜洗浄力値とを用いて算出され、かつ、前記分離膜表面から剥離する速度は、膜間差圧値若しくは膜ろ過流量（流束）値と、分離膜表面に付着しているケーク量、および／または、ケークの圧密度とを用いて算出されることが好ましい。これによって、任意の時刻における分離膜表面に付着しているケーク量を、精度良く予測することができる。
【００６５】
ここで、「分離膜表面に付着しているケークの圧密度」とは、分離膜表面に付着しているケークに加えられる圧力によって圧密する度合のことである。この圧密度を用いて、分離膜表面に付着しているケーク量を計算することにより、より精度良く分離膜表面に付着しているケーク量を予測することができる。
【００６６】
また、十分にケークが圧密化されている場合、分離膜表面に付着しているケークは曝気による洗浄によって分離膜表面から剥離されない。この十分に圧密化されたケークを非剥離ケークと定義し、圧密度の代わりに、ケークと非剥離ケークを用いても精度よく分離膜表面に付着しているケーク量を予測することができる。
【００６７】
また、分離膜表面に付着しているケークが膜表面から剥離する速度を求める式が、膜洗浄力値に基づく項を含むことがさらに好ましい。ここで、膜洗浄力とは、分離膜表面に付着している物質を剥離させるための応力であり、当該膜洗浄力の値は、膜表面に発生する剪断力の値、膜表面の被ろ過液の流速の値、前記剪断力や前記流速に基づいて算出された値、あるいは、洗浄手段の動力値（洗浄手段の動力値とは、例えば、分離膜の洗浄を分離膜の下部から曝気することによって行うときには、曝気風量や曝気ブロアの出力値などである。）などに基づいて算出された値とすることが好ましく、また、膜洗浄力の値を、実際に膜ろ過テストを行った結果から算出・推定してもよい。このことにより、分離膜表面に付着しているケークが分離膜表面から剥離する速度を決定する要素として、曝気などの分離膜の性能に依存しない要素を加えることができ、これにより膜ろ過装置の運転条件を反映しやすくなる。
【００６８】
このような条件を満たす数式として、例えば、次の（３）〜（５）式があり、本発明においては、（３）〜（５）式に従うことを推奨する。しかし、本発明の範囲は（３）〜（５）式に限定されるものではない。
【数３】
2020213737.tif 000005
ただし、（１−Ｋτ１・τ）≧０、（τ−Ｋτ２・ΔＰ）≧０である。
【００６９】
ここで、Ｘｃは単位膜面積あたりの分離膜表面に付着したケーク量［ｇＣ／ｍ２］、ｔは時間［ｓ］、Ｘは膜分離槽のＭＬＳＳ［ｇＣ／ｍ３］、Ｊは膜ろ過流束［ｍ／ｄ］、Ｋτ１は膜洗浄力阻害係数［−］、γはケーク剥離係数［１／ｍ／ｓ］、τは膜洗浄力値［−］、Ｋτ２はケーク摩擦係数［１／Ｐａ］、ΔＰは膜間差圧［Ｐａ］、ηは活性汚泥の密度の逆数［ｍ３／ｇＣ］、Ｄｍａｘは最大圧密度［−］（通常は１となる）、Ｄは圧密度［−］、Ｘｃ,ｒｅｓは被剥離ケーク量［ｇＣ／ｍ２］である。また「ｇＣ」は炭素重量を表す。ここで、（３）〜（５）式の右辺の第１項は、ケークが分離膜表面に付着する速度、および、第２項は、ケークが分離膜表面から剥離する速度を示している。また、後述のように、膜洗浄力値τを、曝気風量や曝気ブロアの出力値の関数として表現した場合には、その関数をτに代入することによって、（３）〜（５）式を膜洗浄力値ではなく曝気風量や曝気ブロアの出力値に関する計算式に変換することが可能である。
【００７０】
また、前記のように、分離膜表面に付着しているケークの変化量を、前記ケークが分離膜に付着する速度と剥離する速度との差として表現される計算式に基づく場合、分離膜に付着したケーク量に関する微分方程式として表現することができるが、そのとき、この微分方程式を解く積分方法として、Ｅｕｌｅｒ法や、Ｒｕｎｇｅ−Ｋｕｔｔａ法や、Ｒｕｎｇｅ−Ｋｕｔｔａ−Ｇｉｌｌ（ＲＫＧ）法などがある。
【００７１】
また、計算ステップ１ｂでは、任意の時刻において分離膜細孔内に存在している汚泥由来の物質量（細孔閉塞量）を算出する。
【００７２】
ここにおいて、計算ステップ１ｂは、細孔閉塞量の所定時間内における変化量を算出する計算ステップであって、前記変化量の値が、膜間差圧値および／または膜ろ過流量（流束）および／または分離膜表面に付着しているケーク量値および／または細孔閉塞量の値に基づいて算出されることが好ましい。これによって、任意の時刻における細孔閉塞量を、精度良く予測することができる。
【００７３】
このような条件を満たす数式として、例えば、次の（６）〜（９）式があり、本発明においては、（６）〜（９）式に従うことを推奨する。しかし、本発明の範囲は（６）〜（９）式に限定されるものではない。
【数４】
2020213737.tif 000006
ここで、Ｘｆは細孔閉塞量［ｇＣ／ｍ２］、ψは分離膜細孔内への物質移動速度係数［ｇＣ／ｍ２／Ｐａ／ｓ］、εは分離膜細孔内への物質移動阻害係数［ｍ４／ｇＣ２］、Ｋｆも分離膜細孔内への物質移動阻害係数［ｇＣ２／３／ｍ４／３］、λは細孔閉塞速度係数［ｓｍ−１・ｇＣ１−ｂ／ｍ２＋ｍ−２ｂ］、mは細孔閉塞流束依存係数［-］、bは細孔閉塞ケーク依存係数［-］である。
【００７４】
また、計算ステップ１ｃでは、任意の時刻において分離膜表面に付着しているケークの圧密度を算出する。
【００７５】
ここにおいて、計算ステップ１ｃにおける計算式は、分離膜表面に付着しているケークの圧密度の所定時間内における変化量を算出する計算ステップであって、前記変化量の値が、分離膜表面に付着しているケークに加えられる圧力、および／または分離膜に付着しているケークの圧密度の値に基づいて算出されることが好ましい。これによって、任意の時刻における分離膜表面に付着しているケークの圧密度を、精度良く予測することができる。ここにおいて、分離膜表面に付着しているケークに加えられる圧力には、ケーク由来の圧力値を用いてもよいし、膜間差圧値を用いてもよい。また、ケークの圧密度の代わりに、非剥離ケークを用いて圧密化を表現してもよい。
【００７６】
このような条件を満たす数式として、例えば、次の（１０）式または（１１）式があり、本発明においては、（１０）または（１１）式に従うことを推奨する。しかし、本発明の範囲は（１０）式または（１１）式に限定されるものではない。
【数５】
2020213737.tif 000007
ここで、Ｄは圧密度［−］、ｋ１は圧密化速度係数［１／（Ｐａ／ｓ）］、Ｄｍａｘは最大圧密度［−］（通常は１となる）、ΔＰｃはケークの圧力値［Ｐａ］、ｋは非剥離ケーク形成速度係数［１／Ｐａ／ｓ］、ｌは非剥離ケーク圧力依存係数［−］である。
【００７７】
また、計算ステップ２では、計算ステップ１ａで求めた分離膜に付着しているケーク量および／または計算ステップ１ｂで求めた細孔閉塞量および／または計算ステップ１ｃで求めた分離膜に付着しているケークの圧密度または非剥離ケーク量を用いて、任意の時刻における膜ろ過抵抗値を算出する。
【００７８】
ここにおいて、計算ステップ２では、任意の時刻における膜ろ過抵抗値が分離膜表面に付着しているケークに加えられる圧力の値に基づいて算出されること、および／または、細孔閉塞量の１〜２次式の高次式を含むことが好ましい。これにより、任意の時刻における膜ろ過抵抗値をより精度良く予測できる。ここにおいて、分離膜表面に付着しているケークに加えられる圧力には、分離膜表面に付着しているケーク由来の圧力値を用いてもよいし、膜間差圧値を用いてもよい。
【００７９】
このような条件を満たす数式として、例えば、次の（１２）〜（１４）式があり、本発明においては、（１２）〜（１４）式に従うことを推奨する。しかし、本発明の範囲は（１２）〜（１４）式に限定されるものではない。
【数６】
2020213737.tif 000008
ここで、Ｒｃは分離膜表面に付着しているケーク由来の膜ろ過抵抗［１／ｍ］、αはケーク抵抗係数［ｍ／ｇＣ］、ａはケーク圧力依存係数［ｍ／ｇＣ／Ｐａ］、Ｒｆは細孔閉塞由来の膜ろ過抵抗［１／ｍ］、βは細孔閉塞ろ過抵抗係数［ｍ２／ｇＣ１．５］、Ｒは膜ろ過抵抗［１／ｍ］、Ｒｍは膜ろ過抵抗の初期値［１／ｍ］である。
【００８０】
また、分離膜表面に付着しているケークが階層構造を形成していると定義し、前記計算ステップ１ｃが下記の計算ステップ１ｃ−１、計算ステップ１ｃ−２を含むことが好ましい。
（計算ステップ１ｃ−１）  計算ステップ１ａにより求めた分離膜に付着しているケーク量に基づいて、任意の時刻における分離膜表面に付着しているケークの層数ｎを算出する。
（計算ステップ１ｃ−２）  任意の時刻において、分離膜表面に付着している第ｉ層（ここで、ｉは１〜ｎの任意の自然数であり、第１層が分離膜に最も近く、第ｎ層が分離膜から最も遠いとする。）のケークの圧密度を算出する。
【００８１】
これにより分離膜表面に付着しているケーク量、膜ろ過抵抗値がより精度良く予測することができる。
【００８２】
ここにおいて、計算ステップ１ａは、分離膜表面に付着しているケーク量の、所定時間内における変化量を算出する計算ステップであって、計算ステップ１ａにおける計算式が、ケークが分離膜表面に付着する速度の項と、分離膜表面に付着しているケークが分離膜表面から剥離する速度の項とを含み、前記分離膜表面に付着する速度は、膜間差圧値若しくは膜ろ過流量（流束）値と、ケーク量および／または膜洗浄力値とを用いて算出され、かつ、前記分離膜表面から剥離する速度は、膜間差圧値若しくは膜ろ過流量（流束）値と、分離膜表面に付着している第１層〜第ｎ層のケーク量、および／または第１層〜第ｎ層のケークの圧密度とを用いて算出されることが好ましい。これによって、任意の時刻における分離膜表面に付着しているケーク量を、精度良く予測することができる。
【００８３】
また、計算ステップ１ａにおいて、分離膜表面に付着しているケークが分離膜表面から剥離する速度を求める式が、分離膜表面に付着している第１層〜第ｎ層のケーク量の２次以上の高次関数の項を含むことがさらに好ましい。これによって、任意の時刻における分離膜表面に付着しているケーク量を、さらに精度良く予測することができる。
【００８４】
このような条件を満たす数式として、例えば、次の（１５）〜（１７）式があり、本発明においては、（１５）〜（１７）式に従うことを推奨する。しかし、本発明の範囲は（１５）〜（１７）式に限定されるものではない。
【数７】
2020213737.tif 000009
ここで、ｎは分離膜表面に付着しているケークの階層数［−］、Ｄｉは分離膜表面に付着している第ｉ層のケークの圧密度［−］、Ｘｃ，ｉは分離膜表面に付着しているケーク１階層あたりのケーク量［ｇＣ／ｍ２］である。
【００８５】
また、計算ステップ１ｃ−２では、任意の時刻において分離膜表面に付着している第ｉ層のケークの圧密度を算出する。
【００８６】
ここにおいて、計算ステップ１ｃにおける計算式は、分離膜表面に付着している第ｉ層のケークの圧密度の所定時間内における変化量を算出する計算ステップを含み、前記変化量の値が、分離膜表面に付着しているケークに加えられる圧力、および／または分離膜に付着している第ｉ層のケークの圧密度の値に基づいて算出されることが好ましい。これにより、分離膜表面に付着している第ｉ層のケークの圧密度をより精度よく予測できる。ここにおいて、分離膜表面に付着しているケークに加えられる圧力には、分離膜表面に付着しているケーク由来の圧力値を用いてもよいし、膜間差圧値を用いてもよい。
【００８７】
このような条件を満たす数式として、例えば、次の（１８）式があり、本発明においては、（１８）式に従うことを推奨する。しかし、本発明の範囲は（１８）式に限定されるものではない。
【数８】
2020213737.tif 000010
【００８８】
また、前記計算ステップ２が、下記計算ステップ２’に代わることが好ましい。これにより、任意の時刻における膜ろ過抵抗値をより精度良く予測できる。
（計算ステップ２’）  計算ステップ１ｂで求めた細孔閉塞量、および、分離膜表面に付着している第ｉ層のケーク量、および／または計算ステップ１ｃで求めた分離膜表面に付着している第ｉ層のケークの圧密度に基づいて、時刻ｔ＋Δｔにおける膜ろ過抵抗値を算出する。
【００８９】
このような条件を満たす数式として、例えば、次の（１９）〜（２１）式があり、本発明においては、（１９）〜（２１）式に従うことを推奨する。しかし、本発明の範囲は（１９）〜（２１）式に限定されるものではない。
【数９】
2020213737.tif 000011
ここで、ｋ２は圧密効果定数［−］である。
【００９０】
また、計算ステップ３では、計算ステップ１ａで求めた分離膜に付着しているケーク量および／または計算ステップ１ｂで求めた細孔閉塞量および／または計算ステップ１ｃで求めた分離膜に付着しているケークの圧密度を用いて、または、計算ステップ２もしくは計算ステップ２’で求めた膜ろ過抵抗値を用いて、任意の時刻における膜間差圧値を算出する。
【００９１】
ここにおいて、膜ろ過予測が前記（ｃ）（即ち、計算ステップ１ａおよび／または計算ステップ１ｂおよび／または計算ステップ１ｃおよび計算ステップ３）で構成される場合、計算ステップ１ａで求めた分離膜に付着しているケーク量および／または計算ステップ１ｂで求めた細孔閉塞量および／または計算ステップ１ｃで求めた分離膜に付着しているケークの圧密度を用いて、任意の時刻における膜間差圧値を算出する。その方法として、例えば、前記（１９）、（２０）式を前記（２１）式に代入し、さらに前記（１）式に代入した数式を用いることなどがある。また、膜ろ過予測が前記（ａ）（即ち、計算ステップ１ａおよび／または計算ステップ１ｂおよび／または計算ステップ１ｃおよび計算ステップ２および計算ステップ３）で構成される場合、計算ステップ２で求めた膜ろ過抵抗値を用いて、任意の時刻における膜間差圧値を算出する。その方法として、前記（１）式、または、それに基づいた数式を用いて計算することが好ましい。
【００９２】
また、計算ステップ４では、計算ステップ１ａで求めた分離膜に付着しているケーク量および／または計算ステップ１ｂで求めた分離膜細孔内に存在する、ケーク量値および／または計算ステップ１ｃで求めた分離膜に付着しているケーク量の圧密度を用いて、または、計算ステップ２もしくは計算ステップ２’で求めた膜ろ過抵抗値を用いて、任意の時刻における膜ろ過流量（流束）値を算出する。
【００９３】
ここにおいて、膜ろ過予測が前記（ｆ）（即ち、計算ステップ１ａおよび／または、計算ステップ１ｂおよび／または計算ステップ１ｃおよび計算ステップ４）で構成される場合、計算ステップ１ａで求めた分離膜に付着しているケーク量および／または計算ステップ１ｂで求めた細孔閉塞量値および／または計算ステップ１ｃで求めた分離膜に付着しているケークの圧密度を用いて、任意の時刻における膜ろ過流量（流束）値を算出する。その方法として、例えば、前記（１７）、（１８）式を前記（１９）式に代入し、さらに前記（１）式に代入した数式を用いることなどがある。また、膜ろ過予測が前記（ｄ）（即ち、計算ステップ１ａおよび／または計算ステップ１ｂおよび／または計算ステップ１ｃおよび計算ステップ２および計算ステップ４）で構成される場合、計算ステップ２で求めた膜ろ過抵抗値を用いて、任意の時刻における膜ろ過流量（流束）値を算出する。その方法として、前記（１）式、または、それに基づいた数式を用いて計算することが好ましい。
【００９４】
本発明では、時刻を更新しながら前記計算ステップを繰り返し行うことによって、膜ろ過流量を設定値に制御しつつ膜ろ過を継続する際の膜ろ過予測を行う場合には、膜ろ過抵抗の経時的変化、および／または、膜間差圧の経時的変化を求め、膜間差圧を設定値に制御しつつ膜ろ過を継続する際の膜ろ過予測を行う場合には、膜ろ過抵抗の経時的変化、および／または、膜ろ過流量（流束）の経時的変化を求める。
【００９５】
本発明では、上記経時的変化を予測する頻度については限定しないが、汚泥の膜ろ過性が安定している時には予測結果に大きな変化は無く、汚泥の膜ろ過性が変化した時には予測結果も変化することから、汚泥の膜ろ過性が変化したタイミングで上記経時変化を求めることが好ましい。すなわち、前記膜ろ過性パラメータがあらかじめ決めた基準範囲またはあらかじめ決めた変化率の範囲を逸脱した場合に前記経時変化を予測することが好ましい。
各数式において用いた記号の説明をまとめて表１に示す。
【表１】
2020213737.tif 000012
【００９６】
膜分離活性汚泥法において、運転条件が不適もしくは不安定な場合（原水水質変動や水温変動、膜の薬液洗浄後など）には、活性汚泥の状態が悪化しやすく、その際には活性汚泥の水相浮遊物量が多くなり、水相浮遊物量が多いと、膜ろ過する際に、膜の表面または孔内に付着・蓄積し、膜を閉塞させやすくなる。つまり、膜ろ過性パラメータが悪化する。
【００９７】
膜分離活性汚泥槽から採取した活性汚泥を光学的手段で撮像後、撮像した画像を処理し、膜ろ過性パラメータを算出し、膜ろ過性パラメータおよび／または予測結果、運転可能日数の値やその変化率と、あらかじめ設定した基準範囲との比較を行うことで、膜分離活性汚泥法における汚泥の状態および運転条件による影響を評価し、膜ろ過圧力が上昇し始める前に、警報および／または運転条件を適正化するための制御を出力可能となる。
【００９８】
ここで、運転可能日数とは、経時変化予測によって得られた膜ろ過抵抗の経時的変化および／または膜ろ過差圧の経時的変化および／または膜ろ過流量（流束）の経時的変化において、設定値に達するまでの運転日数である。
表２では、同じ活性汚泥について、１０視野の画像を撮像し、それぞれの画像における画像情報要素および膜ろ過性パラメータを算出して、それを平均して、その活性汚泥の画像情報要素および膜ろ過性パラメータとするため、複数の画像を取って画像処理を実施している。同じ活性汚泥において、１視野の撮像結果から画像処理すると、誤差が出る可能性があるので、複数視野の撮像結果の平均値を画像処理結果として用いるのが好ましい。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、判断精度が向上する。多くの観察領域の画像を得るために、後述する観察用治具４４および送液手段７５を用いて活性汚泥を入れ替え、自動的に観察視野を増やすことが好ましい。
【００９９】
本実施形態では、評価結果および／または予測結果を用いて、膜分離活性汚泥の状態を検知し、膜ろ過圧力上昇、ろ過水質悪化等を未然に抑制するため、廃水処理条件を制御するが、制御する対象は少なくとも下記に示すいずれかの項目である。
（Ａ）被処理水流入濃度および流入量
（Ｂ）ろ過流量
（Ｃ）ろ過時間もしくはろ過停止時間
（Ｄ）曝気風量もしくは曝気時間
（Ｅ）栄養塩添加量
（Ｆ）薬品添加量
（Ｇ）活性汚泥量
（Ｈ）返送処理水量
（Ｉ）前処理工程の稼動条件
（Ｊ）後処理工程の稼働条件
（Ｋ）活性汚泥槽温度調整条件
（Ｌ）膜エレメントの稼動条件
（Ｍ）膜エレメント洗浄条件
（Ｎ）散気管洗浄条件
【表２】
2020213737.tif 000013
【０１００】
再び図４を用いて、本発明の実施形態の一例を示す。活性汚泥を光学的手段４１およびカメラ４３で撮像し、画像処理手段４２で画像処理することにより、（ｖｉ）水相領域に囲まれた一定面積以下の固体相領域の面積および／または水相領域または固体相領域に対する面積比からあらかじめ設定した算出式を用いてケーク抵抗や細孔の閉塞の進行速度に関わる膜ろ過性パラメータを算出し、パラメータ算出値および／または予測結果、運転可能日数の値やその変化率があらかじめ設定した基準範囲を逸脱する場合には、警報出力手段４９で警報を出力し、それに応じて、例えば（Ｄ）曝気風量もしくは曝気時間を制御することで、膜ろ過圧力上昇およびろ過水質悪化の抑制を行うことが可能となる。
【０１０１】
警報出力手段４９で出力する警報とは、膜ろ過性パラメータまたは膜ろ過予測を行った結果である運転可能日数の値や変化率が管理範囲を逸脱したことを知らせる通知をいい、装置の制御盤にある画面に文字が表示される機能などがある、緊急度に応じて表示方法を変えたり、音を用いたりしてもよく、また通信機器を用いて遠隔地で受信してもよい。
【０１０２】
判定結果の精度を高めるために、膜ろ過性パラメータと運転可能日数がともに管理範囲を逸脱した場合のみ、警報出力手段４９で警報を出力し、運転条件を制御してもよい。さらに、警報出力の表示を段階的に設け、膜ろ過性パラメータが１種のみ管理範囲を逸脱する場合には、お知らせ表示のみとし、２種以上同時に管理範囲を逸脱した場合に、制御が必要であることを表示するよう設定してもよい。
【０１０３】
活性汚泥の状態は、被処理水質、膜分離活性汚泥プロセスおよびその上流の処理プロセスの運転条件に影響され変化する。活性汚泥の状態を正確に把握するためには、連続的もしくは定期的に膜分離活性汚泥槽から活性汚泥を採取し、光学的手段４１およびカメラ４３で撮像し、画像処理手段４２で画像処理する必要がある。そこで、本発明の活性汚泥可視化装置５２には膜分離活性汚泥槽３から活性汚泥を採取する吸引ポンプ４７が設置され、活性汚泥可視化制御部５１からの信号により、連続的もしくは定期的に活性汚泥を採取し、活性汚泥の状態を可視化するのが好ましい。ここでいう定期的とは、１日１回あらかじめ設定した時間、もしくは、３時間毎に１回、などが例示される。
【０１０４】
以下に、図８を用いて、画像情報要素、膜ろ過性パラメータおよび膜ろ過予測結果を用いた制御の一例を示す。なお、図８に示す一例のシステムは、浸漬型膜分離ユニット２、膜分離活性汚泥槽３、廃水１を供給する原水供給ポンプ６、エアーポンプ（空気供給装置）７、散気管８、吸引ポンプ９、活性汚泥引き抜きポンプ１０、栄養塩添加槽１２の栄養塩を添加するための栄養塩添加ポンプ１３、薬品添加槽１４の薬品を添加するための薬品添加ポンプ１５、洗浄薬品添加槽１６の洗浄薬品を添加するための洗浄薬品添加ポンプ１７、栄養塩添加流路切り替えバルブ１８ａ、１８ｂ、洗浄薬品流路切り替えバルブ１９ａ、１９ｂ、洗浄薬品排出バルブ２０、予備槽２１から排水２２を排水する予備槽排水ポンプ２４、予備槽２１から膜分離活性汚泥槽３に送液するための予備槽送液ポンプ２３、及び廃水（被処理水）流路切り替えバルブ２５を備えている。また、一例として、図８の膜分離活性汚泥槽３に図４に示す採取口５３が設置され、活性汚泥が採取され、活性汚泥可視化装置５２に供給される。
【０１０５】
膜分離活性汚泥槽の生物処理において、生物処理を安定化させるためには、流入する廃水１に含まれる有機物量とそれを分解する膜分離活性汚泥槽３における活性汚泥量とのバランスを一定に整えることが重要である。ここでいう有機物量とは、一般的な水質指標であるＢＯＤ（生物学的酸素要求量）やＣＯＤ（化学的酸素要求量）、もしくはＴＯＣ（全有機炭素量）で表されるものを用い、単位活性汚泥量あたりの負荷、例えばＢＯＤ／ＭＬＳＳ負荷を算出し、０．０５〜０．２ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ・日程度、より好ましくは０．０７〜０．１５ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ・日程度に管理する。本実施形態によれば、ケークや細孔閉塞速度に関わる膜ろ過性パラメータを監視し、管理範囲を上回っている場合には、活性汚泥内の汚泥状態が悪化し、膜ろ過性が悪化していると判定し、警報として、例えば「ＢＯＤ／ＭＬＳＳ負荷が管理範囲内であるか確認してください」と表示し、その表示内容に応じて、（Ａ）被処理水である廃水１のＢＯＤ濃度や流入量や、（Ｇ）活性汚泥量が、適正範囲であるかを確認し、管理範囲から逸脱している場合には、範囲内になるよう制御することが例示される。
【０１０６】
また、図示しないが、生物処理活性を維持するために、温調機能を付設している場合には、警報として「温度調整条件を確認してください」と表示し、設定温度の調整を行なう等、（Ｋ）活性汚泥槽温度調整条件を制御することも好ましい。例えば、活性汚泥槽内の温度が低下もしくは上昇し、活性汚泥内の微生物が、流入水中の有機物を生分解処理するために至適な温度範囲から外れた場合には、微生物の生分解能力が低下し、微生物の自己防衛機能が働いて代謝物を発生したり、死滅したりして、水相浮遊物を増加させやすくなるため、活性汚泥槽の温度を至適な温度範囲になるよう上げるもしくは下げることで、微生物の生分解能力を維持し、水相浮遊物を増加させることなく安定運転可能となる。生物処理には有機物だけでなく、窒素やリンなどの微量成分も必要であり、図８に示す（Ｅ）栄養塩添加槽１２から添加する栄養塩量を追加調整している場合、被処理水である廃水１の水質が変化し、一時的に窒素やリンなどの微量成分が不足することがあり、それによって汚泥の状態が悪化し、ケークや細孔閉塞に関わる膜ろ過性パラメータが悪化することがある。そこで、ケークや細孔閉塞に関わる膜ろ過性パラメータを監視し、管理範囲を上回っている場合には、汚泥状態が悪化し、活性汚泥の膜ろ過性が悪化していると判定し、図８に示す（Ｅ）栄養塩添加槽１２から添加する栄養塩量を追加調整するよう警報を出力してもよい。
【０１０７】
また、廃水１の水質変動や膜分離活性汚泥槽３における活性汚泥による生物処理反応の過程で、膜分離活性汚泥槽３の活性汚泥のｐＨが酸性やアルカリ性に変動する場合がある。そこで、ケークや細孔閉塞に関わる膜ろ過性パラメータが管理範囲を上回っている場合には、活性汚泥内の汚泥状態が悪化し、膜ろ過性が悪化していると判定し、「ｐＨを確認して下さい」と警報が出力するようにしてもよい。さらに、警報出力と制御機器を用いて、図８に示す薬品添加槽１４のｐＨ計と連動させ、膜分離活性汚泥槽３の活性汚泥のｐＨが酸性やアルカリ性に変動している場合には、図８に示す薬品添加槽１４から、（Ｆ）薬品添加量の調整として、中和のための酸（例えば塩酸や硫酸）、アルカリ（例えば水酸化ナトリウム）を添加するよう制御してもよい。ここで、ケークや細孔閉塞に関わる膜ろ過性パラメータの値や変化率が、管理範囲を逸脱した場合に、出力する警報内容の選択は、あらかじめ別に調査した過去の実績に基づいて、最も多く発生したトラブルの順でもよいし、あらかじめ登録しておいた膜分離活性汚泥槽３に設けた各種センサーの順でもよい。さらに、警報出力を別途記録し、その処理工程において発生しやすいトラブルの順になるよう、逐次変更してもよい。薬液としては、活性汚泥のｐＨ調整用に用いる酸、アルカリの他に、膜分離活性汚泥槽３の槽内もしくは上流で、廃水１に添加し、水相浮遊物や溶解性物質をあらかじめ凝集させる凝集剤や、活性汚泥の発泡を抑制するための消泡剤などが例示される。
【０１０８】
この他にも、本発明により、運転条件変更前後で、活性汚泥を光学的手段で撮像および画像処理を行うことで、従来の水質分析機器を用いた分析を行なわなくても、即時にその効果を判定することができるため、条件変更にかかる時間が大幅に短縮される効果がある。
【０１０９】
その他、ある特定の膜エレメントのみ定期的にろ過圧力上昇が見られる場合にも、その周囲の活性汚泥を採取し、細孔閉塞に関わる膜ろ過性パラメータを監視し、細孔閉塞速度に関わるパラメータや細孔閉塞の圧力依存に関わるパラメータの値や変化率、予測結果である運転可能日数が管理範囲を逸脱している場合には、その膜エレメントの下方にある散気管が詰まっている可能性が考えられるため、エアーポンプ７の流量を調整して（Ｎ）散気管８を洗浄したり、散気管を構成する例えばラバー樹脂部材を交換したりすることも好適に行われる。
【０１１０】
本実施形態によれば、連続的もしくは定期的に活性汚泥を撮像することで、膜ろ過性パラメータに加えて、画像情報（ｖｉｉｉ）一定色調もしくは一定輝度以下の固体相領域の面積および／または水相領域または固体相領域に対する面積比を監視し、膜ろ過性パラメータが悪化しているとともに、固体相領域の色調が茶色から黒色に変化している場合には、「活性汚泥槽内の溶存酸素濃度が低下している可能性があります」と警報を表示させ、その表示に基づいて、活性汚泥槽内の溶存酸素濃度を測定し、エアーポンプの風量が管理範囲を逸脱していないかを確認し、風量に問題がなければ、散気管の目詰まりにより、槽内の一部で、空気供給の偏りが起きている可能性があるため、（Ｎ）散気管洗浄を実施するとよい。散気管８が複数系列ある場合には、洗浄する順番を決めるために、膜分離活性汚泥槽３の複数箇所の活性汚泥を採取し、それぞれで判定を行い、そのうち管理範囲を逸脱している場所がある場合には、その近傍の散気管が詰まっている可能性が考えられるため、優先的に、エアーポンプ７の流量を調整して、その近傍の散気管８を洗浄したり、散気管を構成する例えばラバー樹脂部材を交換したりすることも好適である。
【０１１１】
他方で、膜分離活性汚泥槽３の活性汚泥の状態や予測結果に応じて、吸引ポンプ９の（Ｃ）ろ過時間もしくはろ過停止時間を調整したり、エアーポンプ７の（Ｄ）曝気風量もしくは曝気時間を増減したり、間欠的に調整してもよい。例えば、（Ｄ）曝気風量もしくは曝気時間を減少させても、膜ろ過パラメータや膜ろ過予測結果に問題無いことを確認しながら（Ｄ）曝気風量もしくは曝気時間を減少させることで、省エネルギー化を図ることができる。特にケークや細孔閉塞に関わる膜ろ過性パラメータの変化率を監視し、変化率があらかじめ設定した管理値以下なら（Ｄ）曝気風量もしくは曝気時間を減少させて運転し、変化率が管理値以上になった場合には（Ｄ）曝気風量もしくは曝気時間を増加させて運転することが好ましい。同様に、膜ろ過予測によって算出した運転可能日数を監視し、運転可能日数があらかじめ設定した管理範囲を逸脱しない範囲で（Ｄ）曝気風量もしくは曝気時間を減少させて運転し、運転可能日数が管理範囲を逸脱した場合には（Ｄ）曝気風量もしくは曝気時間を増加させて運転することが好ましい。さらに、（Ｃ）ろ過時間もしくはろ過停止時間と（Ｄ）曝気風量もしくは曝気時間をそれぞれ組み合わせて調整することも好適である。
【０１１２】
これらの他にも、（Ａ）被処理水流入濃度および流入量が変動しやすい廃水処理施設の場合、膜ろ過性パラメータや膜ろ過予測結果に基づいて膜分離活性汚泥槽３の活性汚泥の状態へ悪影響がないことを監視しながら、（Ａ）被処理水流入濃度および流入量に応じて、吸引ポンプ９の（Ｃ）ろ過時間もしくはろ過停止時間を調整したり、エアーポンプ７の（Ｄ）曝気風量もしくは曝気時間を増減したり、間欠的に調整してもよい。さらに、（Ｃ）と（Ｄ）をそれぞれ組み合わせて調整してもよい。
【０１１３】
また本実施形態によれば、膜ろ過性パラメータが急激に悪化しているにもかかわらず、膜間差圧に変化が見られない場合には、膜に破損部がないか確認するなど、膜分離活性汚泥処理の分離膜の保全にも好適である。
【０１１４】
図９は、本発明の一つの実施形態における活性汚泥を連続観察する際に用いる観察用治具４４の構成を模式的に示す。観察用治具４４は、架台７１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一対の透明部材７２を対向して配置した０．０１〜０．１ｍｍの間隔の評価流路７４と、評価流路に水処理槽に直結された送液ライン４６から評価流路７４に連通した活性汚泥搬送流路７３からなる。評価流路７４に活性汚泥７０を送り込む送液手段７５と、評価流路７４を通して、光学的手段４１およびカメラ４３で、活性汚泥７０を撮像する。なお、光学的手段４１は、レンズ４１ａと、活性汚泥７０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４１ｂおよび光源４１ｃを有する。観察用治具４４の活性汚泥搬送流路７３および、評価流路７４の間隙を維持するための部材の材質は、特に限定されないが、加工しやすいアクリル樹脂やステンレスなどの金属が好ましく、耐薬品性、耐磨耗性からステンレス（ＳＵＳ）３１６製が好ましい。
【０１１５】
ここで活性汚泥を連続観察する際に用いる観察用治具４４の動作について説明する。
膜分離活性汚泥槽３から送液手段７５により、活性汚泥７０が活性汚泥搬送流路７３を介して、架台７１に載置された透明部材７２で形成された評価流路７４に送り込まれる。送液手段７５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。送液手段７５は事前に図示しない容器に採取した活性汚泥７０を送液するようにしてもよく、膜分離活性汚泥槽３に設置した可動式の採取口５３を介して採取してもよい。送液制御手段は、円滑に活性汚泥７０を送り込むことが出来れば特に限定されないが、加速や減速または一定速度で送液するなど速度を選択できることが好ましく、撮像時、送液を一定時間停止するのが好ましい。撮像時に送液を一定時間停止する代わりに、評価流路７４の両端（活性汚泥の入り口と出口）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てもよい。送液手段７５は、外部からの電気信号によって送液や停止、または送液速度を制御できるポンプなどが望ましいがこれに限定されるものではない。撮像時には、活性汚泥の送液を一時停止して一定時間放置、あるいは、一時的に、評価流路７４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て、活性汚泥７０の流れを止めて撮像する。このように、活性汚泥７０の流れが停止している状態で撮像することで、精度よく、固体相領域と水相領域を区別し、水相の浮遊物量を検知する。
【０１１６】
評価流路７４を構成する一対の透明部材７２の間隙の間隔は、特に限定されるものではないが、フロックの大きさを考慮すると、０．０１〜０．１ｍｍが好適である。さらに、評価流路７４を構成する透明部材７２の間隔には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るのも好適である。活性汚泥送液時の詰まりを低減するために、間隙の間隔を調整するための調整機能を付設し、活性汚泥送液時と観察時とで、透明部材７２の間隙を変動させるのも好適である。評価流路７４の隙間を変動させることで、観察時のみ隙間の間隔を好適に保ち、それ以外の場合は隙間を大きく広げ、流路での活性汚泥の詰まりを防ぐことが可能となる。さらに、先述の通り、観察時に、積極的に流路の厚みを変え、活性汚泥形状を厚み方向に変化させることで、変化前後の画像における固体相領域の変化度合いを調べ、その度合いに応じて活性汚泥の密度や凝集度合いや構成成分などを定量評価可能となるため好適である。評価流路７４の隙間を可変させる調整機能は、特に限定されるものではなく、電気信号もしくは手動で、隙間の上下方向の厚みを変更するとよい。また、流路の厚みを一定にして、透過させる光の強度や種類を変えることで、活性汚泥の厚み方向における密度や凝集度合いや構成成分などを位置情報とともに、定量化しても構わない。特に、蛍光色素などで事前に微生物をマーキングし、蛍光顕微鏡を用いて、マーキングした微生物の密度、凝集度合いなどを位置情報とともに定量化することも好適である。なお、膜分離活性汚泥槽３から採取される活性汚泥は、活性汚泥の攪拌状況により、槽の底部では活性汚泥が滞留していたり、槽の水面付近では油分のような浮上しやすい成分が多いなど、活性汚泥の状態の違いがある可能性があるため、槽内における平均的な状態の活性汚泥を採取するのが好ましい。そこで膜分離活性汚泥槽の深さ方向の任意の場所から活性汚泥を採取できるよう採取口５３は深さ方向に可動式となっており、これにより、膜分離活性汚泥槽の深さ方向に平均的な活性汚泥を採取することが可能となる。例えば、三種類の深さから採取し、各深さの活性汚泥における固体相領域総面積の差が大きくなってきた場合には、攪拌のための散気管が一部詰まり、活性汚泥の攪拌状況に偏りが生じたと判断し、（Ｎ）散気管８を洗浄したり、散気管を構成するラバー樹脂部材を交換したりしてもよい。
【０１１７】
採取方法は、図示しないが、例えば、３種類の長さの異なる採取用チューブを取り付けた３個の採取口を活性汚泥槽に浸漬させてもよく、または、あらかじめ深さ方向に、３箇所の開閉弁を設けた採取口を有する採取管を活性汚泥槽に浸漬させて、あらかじめ設定した時間に３箇所のうち１箇所の開閉弁が開き、残りは閉じた状態で、汚泥を吸引する方法でもよい。
【０１１８】
この他、採取口５３に伸縮機能および方向調節機能をつけて、先に活性汚泥槽の上部で、目的とする場所まで、水平方向に可動した後、深さ方向に可動して、活性汚泥を採取してもよい。
【０１１９】
採取口５３から吸引ポンプ４７および活性汚泥可視化装置５２に至る活性汚泥の送液ライン４６には、一般的なチューブやホースもしくは水道配管に使われる硬質ポリ塩化ビニル（ＨＩＶＰ）やステンレス製の配管などを用いる。チューブやホースの材質は特に限定されず、一般的なシリコン、ナイロン、ポリプロピレン、ポリウレタンなどが好適である。
【０１２０】
透明部材７２で挟む方向は上下方向に評価流路７４の面に光が通過するように、評価流路７４を挟んで、光源４１ｃと観察および撮像するためのレンズ４１ａおよびカメラ４３とを設け、適正な位置になるよう位相差・明視野切替・光学フィルタ手段４１ｂの位置を調整する。光源４１ｃ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４１ｂ、評価流路７４を構成する透明部材７２、活性汚泥７０を透過する。この光をレンズ４１ａが取り付けられたカメラ４３で撮像する。カメラ４３が取得した撮像画像は画像処理手段４２に送られる。レンズ４１ａは必要な倍率、視野を確保できれば特に限定されるものではないが、フロックと水相浮遊物のサイズに適した倍率の対物レンズを用いるのが好ましく、本発明では、2倍以上１０００倍以下が好ましく、１０倍以上１００倍以下がより好ましい。位相差・明視野切替・光学フィルタ手段４１ｂ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４１ｂ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。さらに、図示はしないが、評価流路において光を通過可能な面を上下左右複数方向に設け、通過させる光を複数方向からあててもよく、カメラ４３で複数方向から撮像できる態様でもよい。評価流路を他方向から撮像しやすくするため、観察用治具自体もしくは評価流路を回転可能な構造にしてもかまわない。
【０１２１】
活性汚泥には、散気管８による気体や生物処理で発生する気泡など、気体成分が多分に含まれており、気体を含んだ状態で活性汚泥を光学的手段４１およびカメラ４３で撮像し、画像処理手段４２で画像処理すると、正確な処理ができないことがある。そこで活性汚泥を光学的手段４１に送液する送液ライン４６に脱気器具４５を設置し、活性汚泥の気体成分を除去することで、正確な処理が可能となる。
【０１２２】
脱気器具４５は、一般的に気体を排出できる機構であれば、ボール弁、ニードル弁などいずれの器具でも構わないが、効率的に排気を可能とするため、送液ライン４６の上部に取り付けることが好ましい。
【０１２３】
本実施形態は膜分離活性汚泥槽から採取した活性汚泥を光学的手段４１およびカメラ４３からなる撮像手段で撮像し、画像処理手段４２で画像処理を行い、その画像処理結果として算出される膜ろ過性パラメータまたは膜ろ過性パラメータを用いて行った膜ろ過予測結果が、あらかじめ設定した管理基準範囲を逸脱した場合に異常と判定する判定手段４８を有している。
【０１２４】
管理基準範囲の逸脱有無の判定は、過去の実績および予備検討に基づく知見を元にあらかじめ作成した判定式に基づき、カメラの制御ソフトに判定条件を搭載しても良いし、上記判定式を搭載したパソコンなどに画像処理結果を取り込み判定しても良い。これらはいずれも異常警報を出力する警報出力手段４９に接続され、判定結果があらかじめ設定した管理基準範囲を逸脱した場合に警報を出力する。モニターを設けて、判定結果に応じて、撮像した画像や画像処理条件、判定結果や警報内容を、モニターに表示してもよく、判定結果に対応した前記（Ａ）〜（Ｎ）の廃水処理条件制御方法をも表示すると、より好適である。
【０１２５】
本実施形態における評価頻度は、特に限定されるものではなく、膜分離活性汚泥槽が安定に運転されている場合には、例えば１日１回１時間程度評価するものとし、判定結果に応じて制御手段５０により前記（Ａ）〜（Ｎ）の廃水処理条件制御を行った後は、活性汚泥の状態が安定したことを確認できるまで、連続的に実施することが好適である。
【０１２６】
ここで、評価としては、膜分離活性汚泥槽から汚泥を採取し、撮像し、汚泥を排出し、画像処理し、膜ろ過性パラメータを算出するまでを１セットとして、これを３０セット程度行うことが例示される。評価は、膜分離活性汚泥槽を運転しながら実施する。
【０１２７】
定期的に活性汚泥の状態変化の度合いを観察することで、より精度高く、また早期に、膜分離活性汚泥槽における活性汚泥の状態変化を捉え、異常有無の判定が可能となり、膜のろ過圧力上昇が起きる前に、活性汚泥の状態を改善するための各種廃水処理条件の制御が実施可能である。
【０１２８】
本実施形態において、判定結果に応じて制御手段５０により前記（Ａ）〜（Ｎ）の廃水処理条件を制御するための各種制御手段を機能させるための廃水処理システム管理プログラムとしてもよく、もしくはコンピュータで読み取り可能な記録媒体として、廃水処理システムに組み込んでもよい。これにより、膜分離活性汚泥槽から採取した活性汚泥を光学的手段で撮像および画像処理を行い、膜ろ過性や運転可能日数を判定し、判定結果が、あらかじめ決めた管理基準を逸脱する場合には、警報が表示され、前記（Ａ）〜（Ｎ）の各種廃水処理条件の制御を自動的に行うことが好適である。
【０１２９】
本実施形態の活性汚泥可視化装置５２で得られる活性汚泥撮像画像、画像処理結果は、通信機器５４を介して、遠方監視サーバと接続することで、遠隔地においても活性汚泥を監視し、判定し、前記（Ａ）〜（Ｎ）の各種廃水処理条件を制御することが可能である。廃水処理システムに通常設置されている、プログラムに従って逐次制御を行う制御装置であるＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ｌｏｇｉｃ  ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）やシステムを構成する各機器に制御装置があり、相互に通信し監視し合う分散制御システムＤＣＳ（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｓｙｓｔｅｍ）などの制御管理システムと一緒に設置し、制御管理システムから遠方監視装置を用いて、運転データをインターネット経由で取り出し、任意の場所に設置されるクラウドサーバーに設置してもよい。
【０１３０】
これにより、現地に作業員が行って、活性汚泥の状態を確認する必要がなく、遠隔地から膜分離活性汚泥プロセスおよびその上流の処理プロセスの運転条件を制御し、ろ過圧力上昇やろ過水質悪化などの致命的なトラブルが発生する前に、改善策を実施することが可能である。ここでいう遠隔地とは、プラント内で別の建物にある中央管理室などでもよく、地域もしくは国に１つの集中管理センターのいずれでもよい。
【０１３１】
本発明は、活性汚泥の状態悪化による膜のろ過圧力上昇を最低限に抑えて、長期安定運転を実現するためのものであり、特に限定されるものではない。
【０１３２】
本出願は、２０１９年４月１９日出願の日本特許出願（特願２０１９−０７９９１４）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。
【符号の説明】
【０１３３】
１：廃水（被処理水）
２：浸漬型膜分離ユニット
２ａ：平膜エレメント
２ｂ：平膜分離機能層
２ｃ：平膜基材
２ｄ：フレーム
３：膜分離活性汚泥槽
４：ろ過水槽
５：ろ過水
６：原水供給ポンプ
７：エアーポンプ（空気供給装置）
８：散気管
８ａ：気泡 
９：吸引ポンプ
１０：活性汚泥引き抜きポンプ
１１：引き抜き活性汚泥（余剰活性汚泥）
１２：栄養塩添加槽
１３：栄養塩添加ポンプ
１４：薬品添加槽
１５：薬品添加ポンプ
１６：洗浄薬品添加槽
１７：洗浄薬品添加ポンプ
１８ａ：栄養塩添加流路切り替えバルブ
１８ｂ：栄養塩添加流路切り替えバルブ
１９ａ：洗浄薬品流路切り替えバルブ
１９ｂ：洗浄薬品流路切り替えバルブ
２０：洗浄薬品排出バルブ
２１：予備槽
２２：予備槽排水
２３：予備槽送液ポンプ
２４：予備槽排水ポンプ
２５：廃水（被処理水）流路切り替えバルブ
４１：光学的手段
４１ａ：レンズ
４１ｂ：位相差・明視野切替・光学フィルタ手段
４１ｃ：光源
４２：画像処理手段
４３：カメラ
４４：観察用治具
４５：脱気器具
４６：送液ライン
４７：吸引ポンプ
４８：判定手段（判定部）
４９：警報出力手段（警報出力部）
５０：制御手段
５１：活性汚泥可視化制御部
５２：活性汚泥可視化装置
５３：採取口
５４：通信機器
６１：固体相領域
６２：水相領域（非固体相領域）
６３：水相浮遊物（一定面積以下の固体相）
７０：活性汚泥
７１：架台
７２：透明部材
７３：活性汚泥搬送流路
７４：評価流路
７５：送液手段
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】令和3年5月19日(2021.5.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分離膜を用いて、原水を処理水と活性汚泥とに分離する膜分離活性汚泥法において、
活性汚泥を光学的手段で撮像して、汚泥画像を得る汚泥撮像工程と、
前記汚泥画像を処理して、汚泥画像情報を得る汚泥画像処理工程と、
前記汚泥画像情報に基づき、膜ろ過性パラメータを算出するパラメータ算出工程とを備え、
前記膜ろ過性パラメータが、ケーク付着速度、ケーク剥離速度、ケーク抵抗、非剥離ケーク形成速度、非剥離ケーク抵抗、分離膜細孔の閉塞の進行速度、分離膜細孔の閉塞による抵抗の何れかを算出するのに関わるパラメータであることを特徴とするパラメータ算出方法。
【請求項２】
分離膜を用いて、原水を処理水と活性汚泥とに分離する膜分離活性汚泥法において、
活性汚泥を光学的手段で撮像して、汚泥画像を得る汚泥撮像工程と、
前記汚泥画像を処理して、汚泥画像情報を得る汚泥画像処理工程と、
前記汚泥画像情報に基づき、膜ろ過性パラメータを算出するパラメータ算出工程と、
前記膜ろ過性パラメータに基づき膜ろ過抵抗の経時変化または膜間差圧の経時変化を予測する経時変化予測工程とを備え、
前記膜ろ過性パラメータが、ケーク付着速度、ケーク剥離速度、ケーク抵抗、非剥離ケーク形成速度、非剥離ケーク抵抗、分離膜細孔の閉塞の進行速度、分離膜細孔の閉塞による抵抗の何れかを算出するのに関わるパラメータであり、
前記膜ろ過性パラメータまたは前記経時変化の予測結果から運転条件を制御することを特徴とする分離膜の運転方法。
【請求項３】
前記膜ろ過性パラメータの変化パターンから運転条件を制御することを特徴とする請求項２に記載の分離膜の運転方法。
【請求項４】
前記汚泥画像情報が、固体相領域と水相領域とが区別された画像情報である、請求項２または３に記載の分離膜の運転方法。
【請求項５】
前記膜ろ過性パラメータが、下記（ａ）〜（ｄ）のいずれかの条件で算出されることを特徴とする請求項４に記載の分離膜の運転方法。
（ａ）前記固体相領域について求められる画像情報要素から、前記膜ろ過性パラメータを算出
（ｂ）前記（ａ）で算出された、複数の膜ろ過性パラメータの組み合わせとして算出
（ｃ）前記水相領域について求められる画像情報要素から、前記膜ろ過性パラメータを算出
（ｄ）前記（ｃ）で算出された、複数の前記膜ろ過性パラメータの組み合わせとして算出
（ｅ）固体相領域および水相領域について求められる複数の画像情報要素から、前記膜ろ過性パラメータを算出
（ｆ）前記（ａ）〜（ｅ）で算出された、複数の前記膜ろ過性パラメータの組み合わせとして算出
【請求項６】
前記画像情報要素が、前記固体相領域の面積、前記固体相領域の周囲長、前記水相領域の面積、前記水相領域の周囲長、前記固体相領域間の距離、前記固体相領域間の個数、および、前記固体相領域間の輝度からなる群から選ばれる要素についての、合計値、最大値、最小値、平均値、中央値および偏差値の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項５に記載の分離膜の運転方法。
【請求項７】
前記膜ろ過性パラメータのうちケーク抵抗、分離膜細孔の閉塞に関わるパラメータを、前記画像情報要素における単位視野あたりの水相領域に囲まれた一定面積以下のフロック領域の総面積を用いて算出することを特徴とする請求項６に記載の分離膜の運転方法。
【請求項８】
前記汚泥画像が撮像倍率２倍以上１０００倍以下で撮像された画像であることを特徴とする請求項２〜７のいずれかに記載の分離膜の運転方法。
【請求項９】
前記膜ろ過性パラメータがあらかじめ決めた基準範囲またはあらかじめ決めた変化率の範囲を逸脱した場合に前記経時変化を予測することを特徴とする請求項２に記載の分離膜の運転方法。
【請求項１０】
前記膜ろ過性パラメータまたは前記膜ろ過抵抗の経時変化または膜間差圧の経時変化の予測結果が、あらかじめ決めた基準範囲またはあらかじめ決めた変化率の範囲を逸脱した場合に運転条件を制御することを特徴とする請求項２に記載の分離膜の運転方法。
【請求項１１】
前記経時変化の予測結果から、前記膜ろ過抵抗または前記膜間差圧があらかじめ決めた基準範囲を逸脱する予測日を算出し、前記予測日までの日数があらかじめ決めた基準範囲を逸脱した場合に運転条件を制御することを特徴とする請求項１０に記載の分離膜の運転方法。
【請求項１２】
前記予測日までの日数があらかじめ決めた基準範囲を逸脱した場合に、分離膜に供給される空気の風量を制御することを特徴とする請求項１１に記載の分離膜の運転方法。
【請求項１３】
分離膜を用いて、原水を処理水と活性汚泥とに分離する水処理装置であって、
活性汚泥を光学的手段で撮像して、汚泥画像を得る汚泥撮像手段と、
前記画像を処理して、汚泥画像情報を得る汚泥画像処理手段と、
前記画像情報に基づき、膜ろ過性パラメータを算出するパラメータ算出手段と、
前記膜ろ過性パラメータに基づき、膜ろ過抵抗の経時変化または膜間差圧の経時変化を予測する経時変化予測手段とを備え、
前記膜ろ過性パラメータが、ケーク付着速度、ケーク剥離速度、ケーク抵抗、非剥離ケーク形成速度、非剥離ケーク抵抗、分離膜細孔の閉塞の進行速度、分離膜細孔の閉塞による抵抗の何れかを算出するのに関わるパラメータであることを特徴とする水処理装置。
【請求項１４】
分離膜を用いて、原水を処理水と活性汚泥とに分離する膜分離活性汚泥法における分離膜特性を予測するためにコンピュータに、
活性汚泥を光学的手段で撮像して、汚泥画像を得るステップと、
前記画像を処理して、汚泥画像情報を得るステップと、
前記画像情報に基づき、膜ろ過性パラメータを算出するステップと、
前記膜ろ過性パラメータに基づき、膜ろ過抵抗の経時変化、または、膜間差圧の経時変化を予測するステップを実行させ、
前記膜ろ過性パラメータが、ケーク付着速度、ケーク剥離速度、ケーク抵抗、非剥離ケーク形成速度、非剥離ケーク抵抗、分離膜細孔の閉塞の進行速度、分離膜細孔の閉塞による抵抗の何れかを算出するのに関わるパラメータであることを特徴とする分離膜特性の予測プログラム。
【請求項１５】
分離膜を用いて、原水を処理水と活性汚泥とに分離する膜分離活性汚泥法における分離膜特性を予測するためにコンピュータに、
活性汚泥を光学的手段で撮像して、汚泥画像を得るステップと、
前記画像を処理して、汚泥画像情報を得るステップと、
前記画像情報に基づき、膜ろ過性パラメータを算出するステップと、
前記膜ろ過性パラメータに基づき、膜ろ過抵抗の経時変化、または、膜間差圧の経時変化を予測するステップと、
前記膜ろ過性パラメータまたは前記経時変化の予測結果から運転条件を制御するステップを実行させ、
前記膜ろ過性パラメータが、ケーク付着速度、ケーク剥離速度、ケーク抵抗、非剥離ケーク形成速度、非剥離ケーク抵抗、分離膜細孔の閉塞の進行速度、分離膜細孔の閉塞による抵抗の何れかを算出するのに関わるパラメータであることを特徴とする分離膜の運転プログラム。
【請求項１６】
請求項１４に記載の分離膜特性の予測プログラムまたは請求項１５に記載の分離膜の運転プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【国際調査報告】
2020213737.tif 000023
2020213737.tif 000024
2020213737.tif 000025
2020213737.tif 000026
2020213737.tif 000027