(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応槽内を上下動して計測対象領域内の汚泥を撮影する撮像部と、
前記撮像部の反応槽内における位置を計測する位置計測部と、
前記撮像部からの画像信号と前記位置計測部からの位置信号が導入され、前記画像信号に基づいて汚泥界面の存在を確認して汚泥相の高さを認識し、また前記計測対象領域内に分布する汚泥の大きさを全て計測し、それを積算して平均化することにより汚泥の平均粒径を算出し、かつ前記計測対象領域の面積と汚泥の前記平均粒径を積算して前記計測対象領域の体積とその中に分布する汚泥の体積を演算し、これらの積算値に基づいて汚泥濃度を演算し、得られた演算値と汚泥相の高さを積算して汚泥保有量を演算する演算部とを備えていることを特徴とする汚泥保有量計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は汚泥保有量計測装置に関し、更に詳しくは、嫌気性反応槽、とりわけＵＡＳＢ（Upflow Anaerobic Sludge Blanket）方式で運転される反応槽内における汚泥保有量を連続的にかつ自動的にオンラインで計測することができる汚泥保有量計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
好気性の活性汚泥処理から生ずる余剰汚泥の処理、し尿処理、高濃度有機性排水の処理等で、嫌気性の生物処理が適用されている。
この処理では、嫌気性細菌を主体とする汚泥を所定濃度で収容する反応槽に処理対象の原水が流入され、原水中の有機物が最終的にはメタンガスと炭酸ガスに分解されて、当該有機物の無機化が進められる。
例えば、ＵＡＳＢ方式の嫌気性生物処理の場合、運転処理時には、コロイド状の微細気泡やその微細気泡が会合して粗大気泡になった状態でメタンガスが発生する。そのとき、反応槽内には、粒径0.５〜３mm程度のグラニュール汚泥が濃度が２０００〜５００００mg/Lに濃縮された状態で存在している。
【０００３】
その場合、反応槽内の汚泥は、上記した濃度に濃縮されている汚泥相と、流入原水中の微細なＳＳ成分やグラニュール汚泥が破砕して粒径0.５mm以下になっている破砕汚泥とが１００〜１０００mg/Lの濃度で分散している上澄み相とに大別され、上記した汚泥相と上澄み相との間には界面が存在している。
そして、この汚泥相と上澄み相との界面（以後、汚泥界面という）は反応槽の深さ方向で一定の位置にあるわけではなく、発生ガス量や流入原水量などに応じて絶えず変動している。この汚泥界面が異常に高まると、グラニュール汚泥が反応槽内から処理水に流出する可能性があり、また汚泥界面が低いと、反応槽の汚泥保有量が少ないということになる。
【０００４】
ところで、上記した嫌気性生物処理における原水の処理能力は、運転処理時におけるグラニュール汚泥の汚泥保有量はそれほど変化しないので、基本的には、反応槽の汚泥保有量によって左右される。反応槽の汚泥保有量が多くなれば原水の処理能力は高くなり、逆に反応槽の汚泥保有量が少なくなれば原水の処理能力は低下する。
【０００５】
したがって、嫌気性生物処理の場合、原水の処理能力を適正に管理して運転するためには、当該反応槽の汚泥保有量を把握することが必要になる。すなわち、反応槽内の汚泥の基本的な部分を占める汚泥相の量を把握することが必要になる。
その場合、汚泥濃度をＣ、汚泥相の高さをＨ、反応槽の底面積をＳとすれば、汚泥保有量Ｑは、次式：
Ｑ＝Ｃ×Ｈ×Ｓ……（１）
に基づいて近似的に算出することができる。
【０００６】
（１）式において、Ｓは反応槽に固有の一定値であり、汚泥濃度Ｃと汚泥相の高さＨは反応槽の運転条件で規制される変数である。したがって、汚泥濃度と汚泥相の高さを随時計測すれば、（１）式に基づいて、汚泥保有量を把握することができる。
従来、汚泥保有量の計測は次のようにして行われている。
【０００７】
すなわち、反応槽の上部から底部方向に一定の間隔ごとに汚泥をサンプリングし、それぞれのサンプリング位置における汚泥濃度を分析することにより、反応槽の深さ方向における濃度分布を求める。そして、各位置における汚泥濃度とサンプリング位置間の厚みと反応槽の底面積を乗算し、その値を各位置における汚泥量として算出し、それらの積算値をもって汚泥保有量として計測している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の汚泥保有量の計測方法には次のような問題がある。まず、計測作業、とりわけ汚泥のサンプリング作業は人手を用いて行われることである。また、サンプリングした汚泥の濃度分析には汚泥の乾燥工程も含めて数日間という時間が必要になるということである。
【０００９】
そのため、汚泥保有量の連続的な計測は事実上不可能であり、汚泥保有量に適合させて迅速に原水負荷の管理を行うことは困難である。
本発明は、従来の汚泥保有量の計測作業における上記した問題を解決し、現に運転されている反応槽の汚泥保有量を連続的に計測することができ、また汚泥のサンプリング作業も不要でかつ自動的に汚泥保有量を計測することができる汚泥保有量計測装置の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記した目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、反応槽内の汚泥の状態を撮影することにより、汚泥界面を認識すると同時に得られた画像信号を処理してそこから汚泥濃度を演算すれば、それらの演算値から前記（１）式に基づいて汚泥保有量の計測が可能であるとの着想を抱き、この着想に基づいて本発明の汚泥保有量計測装置を開発するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明の汚泥保有量計測装置は、
反応槽内を上下動して計測対象領域内の汚泥を撮影する撮像部と、
前記撮像部の反応槽内における位置を計測する位置計測部と、
前記撮像部からの画像信号と前記位置計測部からの位置信号が導入され、前記画像信号に基づいて汚泥界面の存在を確認して汚泥相の高さを認識し、また前記計測対象領域内に分布する汚泥の大きさを全て計測し、それを積算して平均化することにより汚泥の平均粒径を算出し、かつ前記計測対象領域の面積と汚泥の前記平均粒径を積算して前記計測対象領域の体積とその中に分布する汚泥の体積を演算し、これらの積算値に基づいて汚泥濃度を演算し、得られた演算値と汚泥相の高さを積算して汚泥保有量を演算する演算部とを備えていることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の装置およびその機能を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の装置例を示す基本構成図である。
図１において、反応槽１にはグラニュール汚泥が保有され、ここに配管２から処理対象の原水が上向流となって流入するようになっている。原水の流入により、反応槽１には汚泥濃度が高い汚泥相３と、流入ＳＳ成分や破砕汚泥から成る汚泥濃度の低い上澄み相４が形成され、両者の間には汚泥界面５が形成されている。そして、この汚泥界面５は、反応槽１内の汚泥保有量や原水の流入量により常時上下方向で位置変動している。
【００１３】
図１の装置において、昇降手段６から例えばケーブル７で吊り下げられた状態で撮像部８が反応槽１の中に吊設されている。この撮像部８としては透視度の低い汚泥相３の中にあっても汚泥の撮影ができる水中カメラが用いられる。この撮像部８は昇降手段６でケーブル７を巻き上げることにより反応槽内を上昇し、逆に昇降手段６でケーブル７を巻き戻すことにより反応槽内を下降できるようになっている。
【００１４】
反応槽１内における撮像部８の位置は、例えば反応槽１の底部１ａを基準点にしたときのケーブル７の巻き上げ長さ量で把握することができ、その長さ信号は位置計測部９において、撮像部８の位置信号として格納される。そしてこの位置信号は演算部１０に入力される。
一方、撮像部８が撮影した映像は画像信号として演算部１０に入力される。
【００１５】
この演算部１０は、入力された画像信号から汚泥の平均粒径を計測し、また後述する算出概念に基づいて汚泥濃度を算出し、更にその値から汚泥保有量を演算し、その結果を表示部１１に出力する。
また、この演算部１０では、画像信号を濃淡ヒストグラムパターンに処理し、そのヒストグラムの濃淡パターンが変化することをもって汚泥界面５の存在を確認し、そのときの位置計測部９による位置信号から汚泥界面５の位置の確認することもできる。
【００１６】
この装置では次のようにして汚泥保有量が計測される。
まず、昇降手段６を作動して撮像部８を反応槽１の底部１ａにまで沈めたのち汚泥相３の中を上方に引き上げていく。なお、逆に、反応槽１の上部から徐々に沈降させる態様を採用してもよい。
そして、汚泥相３の任意位置における汚泥濃度が次のような算出概念に基づいて演算部１０によって演算され、それに基づいてその位置（以後、計測対象領域という）における汚泥保有量が演算される。
【００１７】
まず、計測対象領域の映像は撮像部８から画像信号として演算部１０に入力され、表示部１１に表示される。
表示される画像、すなわち計測対象領域の画面は、ある画面高さとある画面幅を有する平面画面になっており、そこに汚泥映像が含まれたものになっている。演算部１０は、上記した平面画面内に分布する汚泥の大きさを全て計測し、それを積算して平均化し、汚泥の平均粒径を算出する。
【００１８】
ついで、演算部１０は、次式：
計測対象領域の面積×汚泥の平均粒径  ……（２）
に基づく演算を行い、得られた値を計測対象領域の体積と認識する。
すなわち、演算部１０は図２で示したような直方体を計測対象領域と認識し、同時に、その中に分布する全ての汚泥の体積を演算し、それを積算することにより、計測対象領域における汚泥体積の合計量として認識する。
【００１９】
なお、上記の演算過程で、平均粒径以上の大きさの汚泥は、上記直方体からはみ出てしまうことになるが、その汚泥の体積は、隣接した直方体から侵入する平均粒径以下の大きさの汚泥の体積によって統計的に相殺されることになるので、計測対象領域における汚泥体積は、上記した直方体内の汚泥体積の合計量と等価であるものと判断してもよいことになる。
【００２０】
このようにして、演算部１０は、計測対象領域の体積とそこにおける汚泥体積の合計量を計測する。
ついで、演算部１０は、次式：
【００２１】
【数１】
0003852505.tif 000002
【００２２】
に基づく演算を行い、得られた値を汚泥濃度と認識する。
なお、（３）式における汚泥単位体積当たりのＶＳＳは、用いた汚泥に関し予め分析しておき、その分析値を演算部１０に記憶させておけばよい。
このようにして、撮像部８からの画像信号を演算処理することにより、汚泥相３の各位置における汚泥濃度の計測が可能となる。
【００２３】
実際の計測に当たっては、撮像部８を一定の移動間隔で順次上昇させ、その都度、各位置における汚泥濃度を上記したようにして演算し、それらを平均し、その平均値が汚泥相３の汚泥濃度（Ｃ）として使用される。
一方、汚泥界面５の位置は次のようにして計測される。
まず、昇降手段６で撮像部８を上昇させていく場合、汚泥相３の中における上昇過程では、撮像部８からの画像信号は汚泥相３を表示するのみであるため、演算部１０で得られる濃淡ヒストグラムパターンに大きな変化は起こらない。しかし、撮像部８の上昇が更に続き、当該撮像部が汚泥界面５を横切る過程では、撮像部８からの画像信号は上澄み相４を表示する信号に切り替わる。このとき、演算部１０で得られる濃淡ヒストグラムパターンは大きく変化するので、その時点をもって演算部１０は撮像部８が汚泥界面を横切ったものと判断する。
【００２４】
そして、このときの撮像部８の位置、すなわち汚泥相３の高さは位置計測部９で計測され、それは位置信号として演算部１０に入力されて、汚泥相の高さ（Ｈ）が確認される。
ついで、演算部１０は、既に計測されている汚泥相３内の各位置における汚泥濃度の平均値である汚泥濃度（Ｃ）と上記汚泥相の高さ（Ｈ）から、（１）式に基づく演算を行い、その値をこの汚泥槽の汚泥保有量として計測する。
【００２５】
【実施例】
（１）本発明装置で計測された汚泥濃度と従来方法で測定された汚泥濃度との比較
図１で示した計測装置において、ある条件で運転されている反応槽１の底に撮像カメラ８を沈め、このカメラ８を昇降手段６で５０cmごとに引き上げ、その都度、撮像カメラ８からの画像信号を前記したように演算処理して汚泥濃度を計測し、その結果を図３に示した。
【００２６】
また、比較のために、次のようにして反応槽の各位置における汚泥濃度を測定した。
まず、紐のついた金属製の円筒管の口に、同じく紐のついたゴム製の栓をした汚泥サンプラーを用意し、この汚泥サンプラーを反応槽の底に沈め、そして汚泥サンプラーを５０cm間隔で順次引き上げていき、その都度、紐を引いてゴム製の栓をあけて瓶の中に汚泥を流し込んで引き上げて各位置における汚泥をサンプリングし、その汚泥を分析した。なお、汚泥を流し込んだのち栓をすることなく引き上げたが、その際に汚泥が入れ替わることはない。このようにして、反応槽の各位置における汚泥濃度を測定し、その結果も図３に示した。
【００２７】
図３において、−○−印は本発明装置による計測値を表し、−×−印は人手による従来のサンプリングによる分析値を表す。
図３から明らかなように、本発明装置の計測結果と従来のサンプリングによる分析結果とは大きな違いはなく、本発明における汚泥濃度の算出概念は適性であることがわかる。また、図３からは、汚泥槽の３００〜３５０cmの位置に汚泥界面が存在していることがわかる。
【００２８】
（２）汚泥保有量の計測
本発明装置で、毎日、反応槽内の汚泥濃度を（１）で行ったようにして計測し、その平均値を求め、その値からその日の汚泥保有量を計測した。本発明装置で計測された毎日の汚泥保有量の変化を図４に示した。
一方、前記した従来のサンプリング方法で反応槽における平均汚泥濃度を分析し、その分析値から汚泥保有量を算出しその結果を図４に示した。なお、この方法では、汚泥濃度の分析には数日を要するので、汚泥保有量の測定は不可避的に毎日はできないことになる。
【００２９】
図中、−●−印は、本発明装置で計測された汚泥保有量を表し、−×−印は従来の方法で算出した汚泥保有量を表す。
図４から明らかなように、本発明装置によれば、運転中の反応槽の汚泥保有量を毎日計測することができ、その変動に対応してきめ細かい原水負荷管理を行うことができる。
【００３０】
一方、従来の方法の場合、反応槽の汚泥保有量をオンラインで計測できないので、きめ細かい原水負荷管理が困難である。
【００３１】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明装置は、汚泥のサンプリング→汚泥濃度の分析→汚泥保有量の算出という従来の汚泥保有量の計測工程に代えて、汚泥の撮影→その画像信号の演算処理→汚泥保有量の算出という汚泥保有量の計測工程を可能とするので、人手は不要となり、また連続的かつ自動的に汚泥保有量を計測することができる。そのため、計測した汚泥保有量に合わせた最適な原水負荷管理をきめ細かく行うことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の汚泥保有量計測装置例の基本構成を示す概略図である。
【図２】画像信号から汚泥濃度を算出するための概念を説明する概念図である。
【図３】反応槽内の高さと汚泥濃度との関係を示すグラフである。
【図４】計測された汚泥保有量の経時変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１    反応槽
１ａ  反応槽１の底
２    配管
３    汚泥相
４    上澄み相
５    汚泥界面
６    昇降手段
７    ケーブル
８    撮像部
９    位置計測部
１０  演算部
１１  表示部
【図１】
0003852505.tif 000003
【図２】
0003852505.tif 000004
【図３】
0003852505.tif 000005
【図４】
0003852505.tif 000006