(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生物処理槽の処理水ラインを流れる処理水の様子を撮像して画像データに変換する撮像部と、この画像データを解析して画像中に示される複数の被写体の階調および粒径をそれぞれ求めると共に、この解析結果と予め求められた担体付着汚泥または造粒汚泥の標準的な階調および粒径とを比較して当該画像中における担体付着汚泥または造粒汚泥に相当する被写体を判定する判定部と、この判定結果に基づいて単位時間当たりに前記画像中に出現する上記担体付着汚泥または造粒汚泥に相当する被写体の数を計測して前記処理水ラインを介する前記担体付着汚泥および造粒汚泥の流出量を演算する演算部とを具備したことを特徴とする活性汚泥用画像処理装置。
【請求項２】
計測槽と、この計測槽内を沈降する担体付着汚泥または造粒汚泥の様子を撮像して画像データに変換する撮像部と、この画像データを解析して当該画像中における担体付着汚泥または造粒汚泥に相当する被写体を判定する判定部と、この判定結果に基づいて前記画像中における担体付着汚泥または造粒汚泥の移動変位を解析して前記担体付着汚泥および造粒汚泥の沈降速度を演算する演算部とを具備したことを特徴とする活性汚泥用画像処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は生物処理槽（生物反応槽）から処理水ラインに流出する担体付着汚泥や造粒汚泥等の活性汚泥の流出量、或いはその沈降速度を高精度に、しかも連続的にオンライン計測することのできる活性汚泥用画像処理装置に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
近時、硝化細菌やＰＶＡ分解細菌，フェノール分解細菌等の特殊能力を持った細菌（特殊細菌）を利用して排水等を浄化する生物処理装置が注目されている。特に最近では、上記特殊細菌を粒径０.３〜５mm程度のゼオライトや活性炭や、ポリウレタンやポリスチレン，ポリプロピレン等のプラスチック素材の充填担体表面に付着固定化させた担体付着汚泥を用いた生物膜処理が行われている。そして生物処理槽（生物反応槽）における上記特殊細菌の濃度を高めることが行われている。更には嫌気性処理法であるＵＡＳＢ方式に代表されるように、嫌気性細菌を粒径１〜４mm程度の顆粒状に自己造粒させた造粒汚泥を用いることで、嫌気性反応槽内における汚泥濃度を高め、その浄化能力を高めることも行われている。
【０００３】
このような特殊細菌を充填担体に付着固定した担体付着汚泥や、自己造粒させた造粒汚泥（以下、汚泥とも言う）を用いた生物処理装置によれば、活性汚泥の沈降濃縮性能を高めることができ、その結果として生物反応槽内における有用な汚泥濃度を高めることが可能となる。そして反応槽内での汚泥を高濃度に保持することにより、高負荷処理が可能となり、また高度で安定した処理水を得ることが可能となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで上記担体付着汚泥や自己造粒汚泥を用いた生物処理装置においては、その反応槽からの上記汚泥の流出を如何にして防止するかが大きな課題となる。ちなみに反応槽から処理水ラインに導かれる処理水中に、上記担体付着汚泥等が含まれていることを即座に検出可能ならば、例えば反応槽への原水流入を一時的に停止させる等して対策を講じることが可能となる。しかし現状においては、処理水中の全懸濁物質（ＳＳ）や担体から剥離した剥離汚泥を測定することは可能ではあるが、懸濁物質中に上述した有用な活性汚泥（担体付着汚泥，自己造粒汚泥）が含まれているか否かを判断することは非常に困難である。
【０００５】
また前記反応槽内における汚泥の濃度は、例えば反応槽内におけるｐＨ濃度や水温の変化、また原水濃度や原水組成の変化、更には予期しない阻害物質や毒性物質の流入等によって変化し易い。例えば上記要因によって汚泥が充填担体から剥離したり、グラニュールが解体する可能性がある。更には充填担体の付着汚泥やグラニュール汚泥の性状変化により、これらの汚泥が反応槽内で浮上することもある。これ故、反応槽内における処理状況をオンライン的に把握するべく、反応槽内での汚泥、即ち、充填担体に付着固定化している汚泥や自己造粒している汚泥の性状、特にその沈降性を連続的に測定することが強く望まれている。しかし現状では人手により、汚泥の沈降速度や沈降汚泥の圧密性を測定・観察しているに過ぎない。
【０００６】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その第１の目的は、生物反応槽からの充填担体や汚泥の流出量を連続的にオンラインで測定することのできる活性汚泥用画像処理装置を提供することにある。
また本発明の第２の目的は、生物反応槽における汚泥の性状、特に沈降性能を連続的にオンラインで測定することのできる活性汚泥用画像処理装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するべく本発明に係る活性汚泥用画像処理装置は、生物処理槽の処理水ラインを流れる処理水の様子を撮像する撮像部と、この撮像部で求められた画像データを解析して画像中に示される複数の被写体の階調および粒径をそれぞれ求めると共に、この解析結果と予め求められた担体付着汚泥または造粒汚泥の標準的な階調および粒径とを比較して当該画像中における担体付着汚泥または造粒汚泥に相当する被写体を判定する判定部と、この判定結果に基づいて単位時間当たりに前記画像中に出現する上記担体付着汚泥または造粒汚泥に相当する被写体の数（量）を計測して前記処理水ラインからの前記担体付着汚泥および造粒汚泥の流出量を求める演算部とを具備したことを特徴としている。
【０００８】
また請求項２に記載の発明は、計測槽を備え、この計測槽内を沈降する担体付着汚泥または造粒汚泥の様子を撮像する撮像部と、この撮像部で求められた画像データを解析して当該画像中における担体付着汚泥または造粒汚泥に相当する被写体を判定する判定部と、この判定結果に基づいて前記画像中における担体付着汚泥または造粒汚泥の移動変位を解析して前記担体付着汚泥および造粒汚泥の沈降速度を求める演算部とを備えたことを特徴としている。
【０００９】
つまり処理水ラインを流れる処理水の様子、または計測槽内における汚泥処理水の様子を撮像してその画像データを求め、この画像データを解析して当該画像中における担体付着汚泥または造粒汚泥に相当する被写体を判定すると共に、その判定結果に従って前記画像中における担体付着汚泥または造粒汚泥の単位時間当たりの検出量や移動変位を解析して、汚泥の流出量や沈降速度を算出することを特徴としている。
【００１０】
特に処理水の様子を撮像する撮像部としては、好ましくは処理水ラインまたは計測槽を水平に視野するＣＣＤカメラ等を用い、また画像データの解析による担体付着汚泥または造粒汚泥に相当する被写体の判定については、例えば画像中に存在する複数の被写体を、その階調と粒径に基づいて弁別し、ラベリングすることによってなされる。そして汚泥の流出量や沈降速度の算出に関しては、例えば上記ラベリング結果に基づいて、連続的に求められる複数の画像間における同一被写体を特定してその検出量や移動変位を求め、その解析（検出）結果から算出することを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る活性汚泥用画像処理装置について説明する。
図１はこの実施形態を示す概略的な構成図で、１は生物処理槽であり、２は上記生物処理槽１にて浄化処理された処理水が排水される処理水ラインを示している。また３は生物処理槽や処理水ライン２とは別に設けられた汚泥の沈降速度を計測する為の計測槽であり、この計測槽３はガラス等の透明容器からなる。汚泥の沈降速度の計測は、このような計測槽３に汚泥を含む生物反応槽内の水を投入し、上記水中を沈降する汚泥の様子を、後述するように観察することによってなされる。また上記処理水ライン２の一部は透明化されており、その透明部を介して処理水ライン２の内部を流通する処理水の様子を外部より観察することにより、前記生物処理槽１からの汚泥の流出量の計測が行われる。
【００１２】
さて撮像部４は、例えばＣＣＤカメラからなり、前記処理水ライン２または計測槽３を水平に視野する如く設けられる。この撮像部４によって前記処理水ライン２を流れる処理水の様子、または計測槽３を沈降する汚泥の様子が撮像され、画像データ（映像信号）として変換出力される。そしてこの撮像部４から出力される画像データ（映像信号）は、モニタ５に与えられて画像表示されて観察に供されると共に、例えばマイクロプロセッサを主体として構成される判定部６および演算部７にそれぞれ与えられる。
【００１３】
しかして判定部６は、基本的には前記画像データを解析して当該画像中における担体付着汚泥または造粒汚泥に相当する被写体を判定するものである。また演算部７は、上記判定部６による判定結果に基づいて、前記画像データとして連続的に求められる複数の画像間における同一被写体を特定して、例えば単位時間当たりに検出される上記被写体の数（汚泥の量）や同一被写体の移動変位を求め、これによって前記処理水ライン２からの汚泥の流出量や計測槽３における汚泥の沈降速度を算出する。このようにして算出される流出量や沈降速度の情報は、例えば前記モニタ５により表示される。
【００１４】
上記判定部６および演算部７における処理機能について更に説明を加えると、これらの判定部６および演算部７は機能的には図２に示すように構成される。即ち、判定部６は、例えば画像データを解析し、その画像中に示される複数の被写体の階調および粒径を個々に判定し、予め求められている担体付着汚泥または造粒汚泥の標準的な階調および粒径と比較することで、担体付着汚泥または造粒汚泥に相当する被写体を識別する（階調・粒径判定機能６ａ）。そして担体付着汚泥または造粒汚泥に相当するものとして抽出した被写体について、これらを管理するべく一連のラベルを付し（ラベリング機能６ｂ）、ラベル付けされた各被写体の画像中における位置座標（被写体中心の座標）をそれぞれ求める（中心座標検出機能６ｃ）。
【００１５】
具体的には図３に処理対象とする画像例を示すように、画像中における複数の被写体の階調と粒径とをそれぞれ調べ、予めパラメータとして与えられる担体付着汚泥または造粒汚泥の階調の適合範囲、および粒径の適合範囲と比較する。そして階調と粒径とが選択範囲外の被写体ａ、階調が選択範囲外の被写体ｂ、粒径が選択範囲外の被写体ｃをそれぞれ排除し、残された被写体を担体付着汚泥または造粒汚泥に相当するものとして抽出する（階調・粒径判定）。この判定処理によって画像の被写体が、担体付着汚泥または造粒汚泥、気泡、夾雑物とに弁別される。
【００１６】
しかる後、上記判定により抽出された担体付着汚泥または造粒汚泥を示す被写体に対して、例えば図３に示すように一連のラベル番号(1),(2),(3),〜を順に付し、上記各被写体を識別管理する（ラベリング）。そしてこれらのラベル番号を付した上記各被写体の前記画像中における検出位置を、例えば各被写体の中心位置の前記画像上における座標(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3),〜としてそれぞれ求める（中心座標検出）。これらの各被写体の検出位置は前記ラベル番号に従って管理され、ラベル番号と共に前記画像中における担体付着汚泥または造粒汚泥の判定結果として演算部７に出力される。
【００１７】
さて演算部７では、上述した如く判定部６にて求められる判定結果に基づいて前記画像データを解析し、例えば所定の周期で求められる画像間における同一被写体を特定している。そしてその解析結果に従い、同一被写体の複数の画像における検出位置座標を追跡することで、その移動軌跡を解析し、例えば単位時間当たりの上記被写体の垂直移動距離（垂直方向の移動変位量）を求める等して、その移動速度、具体的には汚泥の沈降速度を算出している。また単位時間当たりに画像中に現れる被写体の数、即ち、撮像部４による撮像領域を通過した担体付着汚泥または造粒汚泥を示す被写体の数を計測する等して、担体付着汚泥または造粒汚泥の流出量を計測している。
【００１８】
具体的には前記演算部７は、図４(ａ)に示すように所定の周期で連続的に求められる画像データ（複数の画像）について、前記判定部６による判定結果（ラベル番号と検出位置座標）に従って同一被写体を判定している。そして複数の画像間において同一と看做し得る被写体をグループ化し、例えばそのラベル番号に枝番号を付す等して複数の画像間における被写体を相互に関連付ける（ラベル判定機能７ａ）。この結果、例えば図４(ｂ)に示すように、連続する８枚の画像における同一被写体に(1-1),(1-2),(1-3),〜,(1-8)なるラベルが付される。
【００１９】
しかる後、これらのラベルに従って同一被写体の位置座標の変化を追跡することにより、その移動軌跡の解析を行ない（軌跡解析機能７ｂ）、この移動軌跡に基づいて被写体の垂直移動距離（垂直方向の移動変位量）が求められる（沈降速度計算機能７ｃ）。更には上述した如くして追跡される単位時間当たりの被写体の数を計測することで、汚泥の流出量が求められる（流出量計算機能７ｄ）。
【００２０】
即ち、前述した如く各画像毎にラベリングされた被写体を複数の画像間で比較し、例えば時間の経過に伴う検出位置座標の相関から、処理水の流出方向或いは汚泥の沈降方向に逆らった向きに位置付けられる被写体や、その横方向変位が著しく大きい被写体を同一化の対象から排除することで、時間の経過に伴って位置変化している複数の画像間における同一被写体を特定することができる。従ってこのようにして特定される同一被写体の検出位置座標を追跡すれば、図４(ｂ)に示すように被写体の移動変位の軌跡を求めることが可能となり、その垂直移動距離を求めれば、これらの画像を得た時間との関係から被写体の移動速度、つまり前記計測槽３内における汚泥の沈降速度を求めることが可能となる。
【００２１】
また上述した如く追跡される被写体の、単位時間当たりに出現した数を計測すれば、その数はとりもなおさず撮像部４による撮像領域を通過した汚泥の数なので、これによって処理水ライン２を介して流れ出る担体付着汚泥または造粒汚泥の数、つまり活性汚泥の流出量を計測することが可能となる。
かくして上述した如く構成される活性汚泥用画像処理装置によれば、画像データとして求められる処理水の様子を判定部６による解析処理により、担体付着汚泥等と、気泡や剥離汚泥夾雑物とに弁別した上で、上記担体付着汚泥等の移動変位の状況を解析するので、生物反応槽１から処理水ライン２を介して流出する汚泥の量（流出量）を高精度に、しかも連続的に計測することができる。従ってその流出量を監視することにより、生物反応槽１からの汚泥の流出を早期発見し、その対策をオンライン的に速やかに講じることが可能となる。
【００２２】
また計測槽３の様子を監視した場合には、その槽内における汚泥の沈降速度を高精度に計測することが可能となるので、汚泥の性状、特に沈降性能を効率的に計測することが可能となる。特に汚泥の沈降性能を継続的に計測するようにすれば、例えば生物反応槽１における汚泥の沈降性状をオンライン的に監視することが可能となる。従って生物反応槽１における担体付着汚泥や造粒汚泥の浮上を予測したり、更には担体付着汚泥や造粒汚泥が流出する前に、その浮上流出を防ぐべく対策を講じることが可能となる。これ故、生物処理装置の安定した運転を可能とする等の実用上多大なる効果が奏せられる。
【００２３】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば撮像部４の視野を水平に設定することが困難な場合には、その視野の水平面からのずれ角度に応じて被写体の垂直移動距離から求められる沈降速度に補正を加えるようにすれば良い。また画像中における被写体の弁別に用いる階調や粒径については、撮像部４による処理水の撮像距離や撮像倍率と、検出対象とする汚泥の性状とに応じて定めれば良いものである。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、生物反応槽の処理水ライン、または計測槽の様子を画像として撮像入力し、その画像データを解析して担体付着汚泥または造粒汚泥に相当する被写体だけを判定し、連続的に求められる複数の画像における上記被写体の移動距離や数を計測することによって、前記処理水ラインにおける汚泥の流出量、更には前記計測槽内における沈降速度を求めるので、生物処理装置の安定した運用に必要な情報（汚泥の流出量や沈降性能）をオンライン的に高精度に求めることが可能となる等の実用上多大なる効果が奏せられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る活性汚泥用画像処理装置を示す概略構成図。
【図２】図１に示す装置における判定部および演算部の機能的な構成を示す図。
【図３】汚泥を含む処理水の画像例と、その画像において弁別された被写体の例を示す図。
【図４】活性汚泥を示す被写体の移動軌跡とその垂直移動距離の計測概念を示す図。
【符号の説明】
１  生物処理槽
２  処理水ライン
３  計測槽
４  撮像部
５  モニタ
６  判定部
７  演算部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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