JP2011045839A - 汚泥処理装置及び汚泥処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 原液中のフロックの凝集状態を撮影して、凝集剤の添加量及び凝集剤撹拌機の回転数を調整する汚泥処理装置及び汚泥処理方法を提供する。
【解決手段】 凝集フロックを撮像する撮像部１１と、凝集フロックの画像の輝度信号を電気信号に変換し、電気信号から画像を２値化し、２値画像を生成する変換部１２と、２値画像に表示された凝集フロック面積を算出する算出部１３と、凝集フロック測定面積と凝集フロック基準面積とを比較する比較部１４と、比較結果に応じて、凝集剤供給ポンプ２９及び凝集剤撹拌機２１の回転数を制御する制御部１５と、比較結果に応じて、警報を発する出力部１６とを備え、算出部１３は、予め同一の凝集剤添加率において複数回分の凝集フロック面積を算出し、複数回分の凝集フロック面積の平均値である凝集フロック平均面積を算出し、凝集フロック平均面積に基づいて凝集フロック基準面積を算出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、上水汚泥、下水汚泥及び産業排水汚泥等の原液中に含まれるフロックの凝集状態を撮影して、凝集剤添加率及び撹拌機の回転数を制御する汚泥処理装置及び汚泥処理方法に関する。

水処理プロセスより発生する汚泥の凝集処理は汚泥を効率良く処理するための前段プロセスであり、汚泥に凝集剤を添加して脱水に適した凝集を行う工程である。この凝集処理工程による汚泥の凝集状態が良好であると、脱水後の汚泥の含水率の低減を図ることができる。このため、汚泥の凝集状態を計測し、適量の凝集剤を添加して極力良好な凝集状態を実現することが脱水処理においては重要である。

従来、上水汚泥、下水汚泥及び産業排水汚泥等のように懸濁物質を含有する原液は、凝集剤を添加して懸濁物質のフロックを形成させることで、脱水汚泥の含水率の低減を図っている。原液中の懸濁物質の凝集状態を制御するために、凝集混和槽中の懸濁物質の凝集状態すなわち懸濁物質を凝集させたフロック（凝集フロック）を撮影し、撮影画像を２値化して得られたフロックの割合によって懸濁物質の凝集状態を解析し、凝集剤の添加率を制御する方法がある（例えば、特許文献１参照。）。ここで、汚泥原液は汚泥の種類によって、原液に添加する凝集剤の添加率の増減に対する、凝集フロックの総面積及び脱水機で脱水処理した脱水ケーキのケーキ水分との関係に関する挙動が異なる。当該従来の凝集剤添加率の制御方法では、図６に示すような特性を示す汚泥原液に対する凝集剤添加率の制御が可能となる。すなわち、凝集剤添加率に対する制御の前提として、凝集フロック単一の大きさは凝集剤の添加量と比例し、凝集フロックが大きい程、撮像画像の間隙部が増大する。そのため、１画像内の凝集フロックの総面積は凝集剤の添加量と反比例する。この傾向は、特に撮影画像の輝度信号を基に２値化する場合に顕著になる。また、ケーキ水分は凝集剤添加率に一概に比例することはなく、最適な凝集剤添加率で凝集フロックを生成させると、脱水後のケーキ水分も下がる。したがって、当該従来の凝集剤添加率の制御の一例を示すと、図６に示すように凝集剤添加率が０．６％付近においてケーキ水分が最も下がるので、このときの凝集剤添加率０．６％を基準の凝集剤添加率としたとき、ア）運転中に測定したフロックの面積が５５００以上であれば、現在の凝集剤添加率は基準の凝集剤添加率よりも左にあると考えられ、凝集剤添加率を増加させることで、最適な凝集剤添加率である基準の凝集剤添加率に近づけるよう制御できる。また、イ）運転中に測定したフロック面積が５５００以下であれば、現在の凝集剤添加率は基準の凝集剤添加率よりも右にあると考えられ、凝集剤添加率を減少させることで、最適な凝集剤添加率である基準の凝集剤添加率に近づけるよう制御できる。

しかしながら、汚泥原液の種類によっては、凝集フロックの総面積及び脱水機で脱水処理した脱水ケーキのケーキ水分との関係に関して図５に示すような挙動を取るものもある。すなわち、１画像内の凝集フロックの総面積は凝集剤の添加量と反比例しない汚泥原液である。

このような汚泥原液に対しては、従来の凝集剤添加率の制御方法を用いても、凝集剤添加率の制御は不可能である。すなわち、図５に示すように、凝集剤の添加率０．６％付近がケーキ水分が最も下がるので、このときの凝集剤添加率を基準の凝集剤添加率として、運転中に測定したフロックの面積が５６００である場合、基準の凝集剤添加率に近づけるには凝集剤添加率を増加させるか減少させるかの判断ができないため、凝集剤添加率の制御ができないという問題がある。

特許第４２３８９８３号公報

上記問題点を鑑み、本発明は、原液中の凝集フロックの凝集状態を高精度に測定し、凝集剤の添加量及び凝集混和槽の撹拌強度を制御及び異常運転を防止する汚泥処理装置及び汚泥処理方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一様態は、原液供給ポンプが供給する原液及び凝集剤供給ポンプが供給する凝集剤を貯槽する密閉状の凝集混和槽と、凝集混和槽で原液及び凝集剤を撹拌する撹拌機と、凝集混和槽で形成した懸濁物質である凝集フロックを含む原液が原液供給管を通して供給される脱水機とを有する汚泥処理装置に関する。すなわち、本発明の様態に係る汚泥処理装置は、（イ）原液供給管を通過する凝集フロックを撮像する撮像部と、（ロ）撮像部が撮像した凝集フロックの画像の輝度信号を電気信号に変換し、電気信号から画像を２値化し、２値画像を生成する変換部と、（ハ）変換部が生成した２値画像に表示された凝集フロックの総面積である凝集フロック面積を算出する算出部と、（ニ）脱水機の運転開始後に算出した凝集フロック面積である凝集フロック測定面積と凝集フロック基準面積とを比較する比較部と、（ホ）比較部による比較結果に応じて、凝集剤供給ポンプ及び撹拌機の回転数を制御する制御部と、（ヘ）比較部による比較結果に応じて、警報を発する出力部とを備え、記算出部は、予め同一の凝集剤添加率において複数回分の凝集フロック面積を算出し、複数回分の凝集フロック面積の平均値である凝集フロック平均面積を算出し、凝集フロック平均面積に基づいて凝集フロック基準面積を算出することを要旨とする。

本発明の別の様態は、原液供給ポンプが供給する原液及び凝集剤供給ポンプが供給する凝集剤を貯槽する密閉状の凝集混和槽と、凝集混和槽で原液及び凝集剤を撹拌する撹拌機と、凝集混和槽で形成した懸濁物質である凝集フロックを含む原液が原液供給管を通して供給される脱水機とを有する汚泥処理装置に関する。すなわち、本発明の別の様態に係る汚泥処理装置は、（イ）原液供給管を通過する凝集フロックを撮像する撮像部と、（ロ）撮像部が撮像した凝集フロックの画像の輝度信号を電気信号に変換し、電気信号から画像を２値化し、２値画像を生成する変換部と、（ハ）変換部が生成した２値画像に表示された凝集フロックの面積である凝集フロック面積及び凝集フロックの数を算出し、凝集フロック面積を画像に表示された凝集フロックの数で除した単フロック面積を算出する算出部と、（ニ）脱水機の運転開始後に算出した単フロック面積である単フロック測定面積と単フロック基準面積とを比較する比較部と、（ホ）比較部による比較結果に応じて、凝集剤供給ポンプ及び撹拌機の回転数を制御する制御部と、（へ）比較部による比較結果に応じて、警報を発する出力部とを備え、算出部は、予め同一の凝集剤添加率において複数回分の単フロック面積を算出し、複数回分の単フロック面積の平均値である単フロック平均面積を算出し、単フロック平均面積に基づいて単フロック基準面積を算出することを要旨とする。

本発明のさらに別の様態は、原液供給ポンプが供給する原液及び凝集剤供給ポンプが供給する凝集剤を貯槽する密閉状の凝集混和槽と、凝集混和槽で原液及び凝集剤を撹拌する凝集剤撹拌機と、凝集混和槽で形成した懸濁物質である凝集フロックを含む原液が原液供給管を通して供給される脱水機とを有する汚泥処理装置を制御する汚泥処理方法に関する。すなわち、本発明のさらに別の様態に係る汚泥処理方法は、（イ）撮像部が、原液供給管を通過する凝集フロックを撮像するステップと、（ロ）変換部が、撮像部が撮像した凝集フロックの画像の輝度信号を電気信号に変換し、電気信号から画像を２値化し、２値画像を生成するステップと、（ハ）算出部が、変換部が生成した２値画像に表示された凝集フロックの総面積である凝集フロック面積を算出するステップと、（ニ）比較部が、脱水機の運転開始後に算出した凝集フロック面積である凝集フロック測定面積と凝集フロック基準面積とを比較するステップと、（ホ）制御部が、比較部による比較結果に応じて、凝集剤供給ポンプ及び凝集剤撹拌機の回転数を制御するステップと、（ヘ）出力部が、比較部による比較結果に応じて、警報を発するステップとを含み、算出部が算出するステップは、予め同一の凝集剤添加率において複数回分の凝集フロック面積を算出し、複数回分の凝集フロック面積の平均値である凝集フロック平均面積を算出し、凝集フロック平均面積に基づいて凝集フロック基準面積を算出することを要旨とする。

本発明によれば、原液中の凝集フロックの凝集状態を高精度に測定し、凝集剤の添加量及び凝集混和槽の撹拌強度を制御及び異常運転を防止する汚泥処理装置及び汚泥処理方法を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る汚泥所装置のブロック図である。 本発明の実施の形態に係る汚泥処理装置の概略図である。 本発明の実施の形態に係る汚泥処理装置の概略図である。 本発明の実施の形態に係る汚泥処理装置の概略図である。 本発明の実施の形態に係る原液の特性を示すグラフ図である。 本発明の実施の形態に係る従来の原液の特性を示すグラフ図である。 本発明の実施の形態に係る汚泥処理方法のフローチャート図である。 本発明の実施の形態に係る汚泥処理方法のフローチャート図である。 本発明の実施の形態に係る汚泥処理方法のフローチャート図である。

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、装置やシステムの構成等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な構成は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの構成の異なる部分が含まれていることは勿論である。

また、以下に示す本発明の実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものではない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

（実施の形態）
＜汚泥処理装置の機能構成＞
本発明の実施の形態に係る汚泥処理装置は、図１に示すように、凝集フロックを撮像する撮像部１１と、撮像部１１が撮像した凝集フロックの画像の特定の色、あるいは輝度信号を電気信号に変換し、電気信号から画像を２値化し、２値画像を生成する変換部１２と、変換部１２が生成した２値画像に表示された凝集フロックの総面積である凝集フロック面積を算出する算出部１３と、図２及び図３に示す脱水機３５の運転開始後に算出した凝集フロック面積である凝集フロック測定面積と凝集フロック基準面積とを比較する比較部１４と、比較部１４による比較結果に応じて、図２及び図３に示す凝集剤供給ポンプ２９及び凝集混和槽２５が有する凝集剤撹拌機２１の回転数を制御する制御部１５と、比較部１４による比較結果に応じて、警報を発する出力部１６とを備える。

撮像部１１は、図２及び図３に示す検視窓３４を通して検視装置４５の内部を撮像し、画像として出力する。検視装置４５は、脱水機３５に連結した原液供給管３３に配設され、検視窓３４を備える。撮像部１１は、図２乃至４に示すテレビカメラ３１、ＣＣＤカメラ等を採用可能である。

変換部１２は、撮像部１１が撮像した凝集フロックの画像を２値化し、２値画像を生成する。

算出部１３は、変換部１２が２値化したデータから、「凝集フロック面積」及び「凝集フロック測定面積」を算出する。ここで、「凝集フロック面積」とは、撮像部１１が撮像した凝集フロックの画像を変換部１２が２値化し、生成した２値画像における凝集フロックの総面積である。また、「凝集フロック測定面積」とは、脱水機３５の運転開始後に測定する凝集フロック面積である。

また算出部１３は、予め同一の凝集剤添加率において複数回分の凝集フロック面積を算出し、複数回分における凝集フロック面積の平均値である「凝集フロック平均面積」を算出し、「凝集フロック平均面積」に基づいて「凝集フロック基準面積」を算出する。

比較部１４は、「凝集フロック測定面積」及び「凝集フロック基準面積」を比較する。ここで、「凝集フロック基準面積」とは、「初期凝集剤添加率」及び「初期凝集剤添加率」を前後数段階に増減を変化させた凝集剤添加率のそれぞれにおいて算出した複数の凝集フロック平均面積の中の最小値である。

例えば、「初期凝集剤添加率」を含め、「初期凝集剤添加率」の前後０．１％、０．２％及び０．３％だけ増減させた全７段階において、それぞれの段階における凝集フロック平均面積を算出部１３が算出する。凝集剤添加率の各段階において平均する際のサンプル数は、原液の種類やユーザによる経験、算出速度に応じて適宜決定される。サンプルとなる凝集フロックの画像は、凝集剤添加率の各段階において、撮像部１１が３０〜６０秒の間隔で測定する。算出結果として７つの凝集フロック平均面積が得られる。得られた凝集フロック平均面積の中で最も値の小さいものを「凝集フロック基準面積」と定義する。

また、算出部１３が基準凝集剤添加率近傍における第１の凝集剤添加率の値を予め試験的に算出している場合には、算出部１３は基準凝集剤添加率近傍の値における第１の凝集剤添加率に対する凝集フロック平均面積と、予め設定した第１の凝集財添加率とは異なる第２の凝集剤添加率における凝集フロック平均面積とを比較して、大きさが小さい方の凝集フロック平均面積に対する凝集剤添加率を決定する。さらに、算出部１３は、決定した凝集剤添加率の値から凝集剤添加率近傍における複数の凝集剤添加率に対する凝集フロック平均面積をそれぞれ算出及び比較し、凝集フロック平均面積が最小となる凝集財添加率を決定する。このような過程を凝集フロック平均面積が最小値として収束するまで繰り返し、収束した凝集フロック平均面積の値を凝集フロック基準面積とすることもできる。

なお、「基準凝集剤添加率」とは、「凝集フロック基準面積」が算出された際の凝集剤添加率である。また、「初期凝集剤添加率」とは、一定の条件下で定められた任意の凝集剤添加率であり、過去に汚泥処理装置１００を運転して得られ、蓄積された経験値に基づいて決定する。

制御部１５は、比較部１４による「凝集フロック測定面積」と「凝集フロック基準面積」との比較結果に基づいて、図２及び図３に示す凝集剤供給ポンプ２９による凝集剤の添加量を制御する。また、制御部１５は、凝集混和層２５の凝集剤撹拌機２１の回転数を制御する。

詳しくは、図５を参照して説明する。図５に示すように、本発明の実施の形態に係る汚泥処理装置１００が処理する原液について、原液に添加する凝集剤の添加率の増加に伴い凝集フロック面積は減少し、特定の凝集剤添加率を超えた段階で、凝集剤添加率の増加に伴い凝集フロック面積は増大する。また、本発明の実施の形態に係る汚泥処理装置１００が処理する原液について、原液に添加する凝集剤の添加率の増加に伴い脱水機３５で処理した脱水ケーキのケーキ水分は減少し、特定の凝集剤添加率を超えた段階で、凝集剤添加率の増加に伴いケーキ水分は増大する。なお、凝集フロック面積が最小の値を取る際に対応する凝集剤添加率と、ケーキ水分が最小の値を取る際に対応する凝集剤添加率とはほぼ同一の値である。

図５に示す特性を示す原液を処理する際に、制御部１５は、比較部１４による比較結果として、凝集フロック測定面積＞凝集フロック基準面積であり、且つ、次式で示される凝集フロック基準面積に対する凝集フロック測定面積の誤差率が「予め定めた特定の値」（以下において、「誤差規定値」という。）を超える際に、凝集剤の添加量を増加させ凝集剤添加率が増加するように凝集剤供給ポンプ２９を制御する。すなわち、この際に制御部１５は、凝集剤添加率が「予め設定した値」だけ増加するように凝集剤供給ポンプ２９の回転数を増加させる。また、凝集フロック測定面積＜凝集フロック基準面積の際、制御部１５は、凝集剤供給ポンプ２９の回転数を維持して、引き続き凝集剤添加率を維持する。なお、誤差率は算出部１３が算出する。

凝集フロック基準面積に対する凝集フロック測定面積の誤差率＝｛（凝集フロック測定面積−凝集フロック基準面積）／凝集フロック基準面積｝×１００
また、誤差率が誤差規定値以下の場合は、制御部１５は凝集剤供給ポンプ２９の回転数を維持して、引き続き凝集剤添加率を維持する。ここで、「予め設定した値」とは、凝集フロック測定面積が凝集フロック基準面積に近づく際の調整幅であり、それまでの経験値により、０．１％と設定することも可能であり、０．０５％と設定することも可能である。

さらに、誤差率が誤差規定値以下の場合は、制御部１５は凝集剤撹拌機２１の回転数を維持し、凝集フロック測定面積が凝集フロック基準面積よりも小さく、且つ誤差率が誤差規定値よりも大きい場合は、制御部１５は凝集剤撹拌機２１の回転数を増加させることもできる。凝集フロック測定面積が凝集フロック基準面積よりも大きく、且つ誤差率が誤差規定値よりも大きい場合は、制御部１５は凝集剤撹拌機２１の回転数を減少させることもできる。

ここで、「誤差規定値」とは、凝集フロック測定面積と凝集フロック基準面積との差分に関する値である。また、実際の機器等における精度によって生じる誤差として無視できる程度の大きさの値であり、基準凝集添加率の決定に対して現実的に影響を及ぼさない程度の微小な値である。

なお、凝集フロック測定面積が凝集フロック基準面積より小さい場合は、制御部１５は凝集剤供給ポンプ２９の回転数を維持して、引き続き凝集剤添加率を維持する。

つづいて、凝集剤供給ポンプ２９の回転数を変更し凝集剤添加率を調整した後、算出部１３が新たに算出した第２の凝集フロック測定面積の、凝集フロック基準面積に対する誤差率が規定値よりも大きく、且つ、当初凝集剤添加率を調整した際に既に算出している第１の凝集フロック測定面積が第２の凝集フロック測定面積よりも大きい場合は、制御部１５が凝集剤供給ポンプ２９の回転数を上げることで凝集剤添加率を予め設定した値だけ増加させる。また、誤差率が誤差規定値以下の場合は、制御部１５が凝集剤供給ポンプ２９の回転数を維持して凝集剤添加率を維持する。さらに、算出部１３が新たに算出した第２の凝集フロック測定面積の、凝集フロック基準面積に対する誤差率が規定値よりも大きく、且つ、当初凝集剤添加率を調整した際に既に算出している第１の凝集フロック測定面積が第２の凝集フロック測定面積以下の場合は、制御部１５が凝集剤供給ポンプ２９の回転数を下げることで凝集剤添加率を予め設定した値だけ減少させる。

出力部１６は一定の条件下において、汚泥処理装置１００に異常が発生した際に、汚泥処理装置１００のユーザに対し、異常状態の情報を提供する。ここで、「一定の条件」とは、凝集フロック基準面積及び凝集フロック測定面積の差が異常値に達した場合でも可能であり、あるいは凝集フロック基準面積に対する凝集フロック測定面積の誤差率と誤差規定値との差が異常値に達した場合である。ここで、「異常値」とは、汚泥処理装置１００の処理の中で、汚泥処理装置１００本来の仕様において、取り扱いに熟練したユーザが明らかに異常な状態が発生したと判断可能な際の各種値を指す。

出力方法及び出力形式は汚泥処理装置１００のユーザに注意喚起を呼びかけるものが適する。例えば、映像信号を出力して表示部に画像及び文字を表示することも可能であり、音声信号を出力して音声を出力することも可能である。

記憶装置１７は、算出部１３が算出する凝集フロック測定面積、凝集フロック基準面積、基準凝集剤添加率、誤差率及び誤差規定値、比較部１４が比較した比較結果等を格納し、必要に応じて制御部１５等に供給する。

本発明の実施の形態に係る汚泥処理装置１００の図１に示す記憶装置１７には、撮像部１１、変換部１２、算出部１３、比較部１４、制御部１５及び出力部１６の管理を支援するプログラムが記憶されるとともに、ユーザの指示に基づいて図示しないユーザインタフェース手段が入力した凝集剤の添加量、凝集混和槽２５における凝集剤撹拌機２１の撹拌強度等が記憶される。また、撮像部１１が撮像し出力した凝集フロックの画像、その画像を変換部１２が２値化したデータも記憶される。さらに、撮像部１１、変換部１２、算出部１３、比較部１４、制御部１５及び出力部１６等によるデータ演算処理の管理に関するプログラムが汚泥処理装置１００の図示しない中央演算処理装置に読み込まれ実行されることによって、撮像部１１、変換部１２、算出部１３、比較部１４、制御部１５及び出力部１６等が汚泥処理装置１００に実装される。

＜汚泥処理装置の機器構成＞
本発明の実施の形態に係る汚泥処理装置１００の機器構成は、図２及び図３に示すように、懸濁物質を含有する原液を貯留し、撹拌機２６を配設した汚泥貯留槽２２と、圧入管２４から密閉状の凝集混和槽２５の槽底に一定量の原液を圧入する原液供給ポンプ２３と、撹拌機２６を配設し、凝集剤が貯留している高分子溶解槽２７と、高分子溶解槽２７から圧入管２４の原液に０．３〜１．０％の範囲で可変容量の凝集剤を添加する凝集剤供給ポンプ２９と、原液供給ポンプ２３が供給する原液及び凝集剤供給ポンプ２９が供給する凝集剤を貯槽する密閉状の凝集混和槽２５と、撹拌機モータ３０に連結し、凝集混和槽２５で原液及び凝集剤を撹拌する凝集剤撹拌機２１と、凝集混和槽２５で形成した懸濁物質である凝集フロックを含む原液が原液供給管３３を通して供給される脱水機３５とを備える。なお、凝集混和槽２５に配設される凝集剤撹拌機２１は、原液と凝集剤を通常４０ｒｐｍの速度で撹拌し、段階的に３〜５ｒｐｍの増速と減速が可能である。

また、本発明の実施の形態に係る汚泥処理装置１００は、凝集混和槽２５の凝集剤が添加された原液を凝集剤撹拌機２１が撹拌することで原液中に含まれる懸濁物質の凝集フロックを形成させ、脱水機３５が原液供給管３３より供給される原液から形成された凝集フロックを分離して排出する。また、汚泥処理装置１００は、凝集フロックを含む原液をタンク圧で脱水機３５に供給する原液供給管３３と、検視装置４５とを備える。

さらに、図４に示すように、検視装置４５が有する検視窓３４を通して検視装置１の内部を撮像し、画像として出力する撮像テレビカメラ３１と、画像を２値化して凝集フロック面積等を算出する演算装置４４と、凝集フロック測定面積と凝集フロック基準面積とを比較し、比較結果に応じた制御信号を出力し制御信号の特性に応じて、凝集剤供給ポンプ２９、凝集剤撹拌機２１及び異常信号装置４３を制御するシーケンサー比例制御装置４２とを備える。

凝集混和槽２５には形成した凝集フロックを含む原液を脱水機３５のスクリュープレス３２に供給する原液供給管３３が連結している。なお、本発明の実施の形態では、脱水機３５にスクリュープレス３２を使用しているが、周知の脱水機、例えば遠心脱水機、ベルト式脱水機等でも使用可能である。原液供給ポンプ２３による凝集混和槽２５への圧入圧を利用して、凝集混和槽２５のタンク圧で原液をスクリュープレス３２に圧入し、凝集した懸濁物質である凝集フロックが脈動により壊れないようにしている。原液供給管３３には凝集フロックの状況を撮像する可能にする検視窓３４が設けられている。検視窓３４は、図２に示すように円形でも図３に示すように多角形でも可能である。原液供給管３３に配設された検視窓３４から１０〜４０ｃｍ離れた位置にテレビカメラ３１が配置される。図１に示す撮像部１１に該当するテレビカメラ３１は、原液供給管３３を通過する凝集フロックを１５〜３０秒間に１回撮影し、その輝度信号をデジタル信号に変換する。電気信号の輝度情報はコントローラ３７に送信され、、コントローラ３７が凝集フロックの画像を演算装置４４に伝送する。テレビカメラ３１から伝送される凝集フロック群の画像輝度情報は、図４に示す演算装置４４の画像ボード３８に記憶される。この画像情報は２値化回路３９より輝度レベルに応じて２値化される。

２値化された凝集フロック群の画像情報は演算回路４０に入力されて、凝集フロック測定面積及び凝集フロック基準面積等が算出される。演算装置４４から信号変換機４１に送信された凝集フロックの面積情報は、デジタル信号をアナログ信号に変換し、シーケンサー比例制御装置４２に送信される。シーケンサー比例制御装置４２は、予め入力された原液中の懸濁物質量の変動と濃度の変動に対する凝集剤添加率の関係情報を基に、凝集フロックの各種面積を比較、比較結果に基づいて、凝集剤撹拌機２１の回転数、凝集剤供給ポンプ２９及び異常信号装置４３を制御する。

凝集フロック測定面積が過大であった場合は、凝集剤の添加率を増加させて、あるいは凝集剤撹拌機２１の回転数を減少させることで、シーケンサー比例制御装置４２は凝集フロック測定面積を凝集フロック基準面積に近づける。また、凝集フロック測定面積が微小であった場合は、凝集剤の添加率を減少させて、あるいは凝集剤撹拌機２１の回転数を増加させることで、シーケンサー比例制御装置４２は凝集フロック測定面積を凝集フロック基準面積に近づける。

＜汚泥処理装置による凝集フロック制御方法＞
つぎに、本発明の実施の形態に係る汚泥処理装置が、凝集フロックの大きさを制御する方法について、図７及び図８のフローチャートを参照しながら説明する。

（イ）ステップＳ１０１において、ユーザの指示に基づき、図１に示す記憶装置１７は、図示しないインターフェース部が入力した初期設定値を記憶する。本発明の実施の形態に係る汚泥処理装置１００が凝集フロックの大きさを制御する際に使用する初期設定値は、初期原液流量Ｑｓ０、初期原液濃度Ｄ０、初期凝集剤添加率Ｒｐ０、最大凝集剤添加率Ｒｐｍａｘ、最小凝集剤添加率Ｒｐｍｉｎ、初期撹拌回転数ＡＲ０、最大撹拌回転数ＡＲｍａｘ、最小撹拌回転数ＡＲｍｉｎ等である。ステップＳ１０２において、脱水機３５は、汚泥処理のため運転を開始する。ステップＳ１０３において、図１に示す撮像部１１（図２及び３に示すテレビカメラ３１）が、原液供給管３３を通過する原液に含まれる凝集フロックを検視窓３４を通して撮像し、撮像画像を変換部１２が２値化し、算出部１３が凝集フロック基準面積ＦＡ０及び基準凝集剤添加率を算出する。

（ロ）ステップＳ１０４において、算出部１３は、凝集フロック測定面積ＦＡ１を算出する。ステップＳ１０５において、算出部１３が算出した凝集フロック測定面積ＦＡ１の凝集フロック基準面積ＦＡ０に対する誤差率と誤差規定値αとを、比較部１４が比較する。ＦＡ１の誤差率がα以下の場合、ステップＳ１０６において、制御部１５は、凝集剤添加率を維持するよう図２及び３に示す凝集剤供給ポンプ２９を制御し、汚泥処理装置１００の運転を継続する。ＦＡ１の誤差率がαよりも大きい場合、ステップＳ１０７において、制御部１５は、凝集剤添加率が増加するよう凝集剤供給ポンプ２９を制御する。続いてステップＳ１０８において、算出部１３は、凝集フロック測定面積ＦＡ２を算出する。

（ハ）ステップＳ１０９において、算出部１３が算出した凝集フロック測定面積ＦＡ２の凝集フロック基準面積ＦＡ０に対する誤差率と誤差規定値αとを、比較部１４が比較する。ＦＡ２の誤差率がα以下の場合、ステップＳ１１０において、制御部１５は、凝集剤添加率を維持するよう図２及び３に示す凝集剤供給ポンプ２９を制御し、汚泥処理装置１００の運転を継続する。ＦＡ２の誤差率がαよりも大きい場合、ステップＳ１１１において、比較部１４は、ステップＳ１０４で算出した凝集フロック測定面積ＦＡ１とステップＳ１０８で算出した凝集フロック測定面積ＦＡ２とを比較する。ＦＡ２がＦＡ１以下の場合、ステップＳ１１２において、制御部１５は、凝集剤添加率が増加するよう凝集剤供給ポンプ２９を制御する。

（ニ）つづいて、図８に示すステップＳ１１３において、ステップＳ１１２で増加した後の凝集剤添加率Ｒｐと、図１に示す記憶装置１７が記憶する最大凝集剤添加率Ｒｐｍａｘとを、比較部１４は比較する。ＲｐがＲｐｍａｘよりも小さい場合、ステップＳ１１４において、凝集フロック測定面積を算出しＦＡ２として図７のステップＳ１０９に移行する。ステップＳ１１３においてＲｐがＲｐｍａｘ以上の場合、ステップＳ１１５において、図１に示す制御部１５は、凝集剤撹拌機２１の回転数を減少させるよう指示を出す。ステップＳ１１６において、比較部１４は、凝集剤撹拌機２１の回転数である撹拌回転数ＡＲと、最大撹拌回転数ＡＲｍａｘ及び最小撹拌回転数ＡＲｍｉｎとを比較する。ＡＲがＡＲｍｉｎ以下またはＡＲｍａｘ以上であるとき、ステップＳ１１７において、出力部１６は、このときの撹拌回転数ＡＲが異常値であるとして警報を出力し、図７に示すステップＳ１０９に移行する。なお、警報は音声及び映像等でも良く、それらの組み合わせでも良い。

（ホ）ステップＳ１１６において、ＡＲがＡＲｍｉｎより大きく、ＡＲｍａｘより小さい場合、ステップＳ１１８において、制御部１５は、撹拌機回転数を予め設定した任意の回転数に変更するよう図２及び３に示す撹拌機モータ３０を制御する。ステップＳ１１９において、算出部１３は、凝集フロック測定面積ＦＡ４を算出する。ステップＳ１２０において、算出部１３が算出した凝集フロック測定面積ＦＡ４の凝集フロック基準面積ＦＡ０に対する誤差率と誤差規定値αとを、比較部１４が比較する。ＦＡ０に対するＦＡ４の誤差率が−αよりも小さい場合、ステップＳ１２１において、制御部１５は凝集剤撹拌機２１の回転数を増加させるよう指示を出し、ステップＳ１１６に移行する。ＦＡ０に対するＦＡ４の誤差率がαよりも大きい場合、ステップＳ１１５に移行する。ＦＡ０に対するＦＡ４の誤差率の大きさがα以下の場合、ステップＳ１２２において、図１に示す制御部１５は、撹拌機回転数を維持するよう図２及び３に示す撹拌機モータ３０を制御し、汚泥処理装置１００の運転を継続する。その後ステップＳ１０４に移行する。

（ヘ）図７に示すステップＳ１１１において、ＦＡ２がＦＡ１よりも大きい場合、ステップＳ１２２において、図１に示す制御部１５は、凝集剤添加率が減少するよう図２及び図３に示す凝集剤供給ポンプ２９を制御する。つづいて、ステップＳ１２３において、比較部１４は、このときの凝集剤添加率Ｒｐと記憶装置１７が記憶する最小凝集剤添加率Ｒｐｍｉｎとを比較する。ＲｐがＲｐｍｉｎ以下であればステップＳ１０３に移行し、撮像部１１、変換部１２及び算出部１３は、再度凝集フロック基準面積ＦＡ０及び基準凝集剤添加率を算出する。ＲｐがＲｐｍｉｎより大きい場合、ステップＳ１２４において、算出部１３は凝集フロック測定面積ＦＡ３を算出する。ステップＳ１２５において、算出部１３が算出した凝集フロック測定面積ＦＡ３の凝集フロック基準面積ＦＡ０に対する誤差率と誤差規定値αとを、比較部１４が比較する。

（ト）ＦＡ３の誤差率がα以下の場合、ステップＳ１２６において、制御部１５は、凝集剤添加率を維持するよう図２及び３に示す凝集剤供給ポンプ２９を制御し、汚泥処理装置１００の運転を継続する。ＦＡ３の誤差率がαよりも大きい場合、ステップＳ１２７において、比較部１４は、ステップＳ１０８で算出した凝集フロック測定面積ＦＡ２とステップＳ１２４で算出した凝集フロック測定面積ＦＡ３とを比較する。ＦＡ３がＦＡ２以下の場合、ステップＳ１２２において、制御部１５は、凝集剤添加率が減少するよう凝集剤供給ポンプ２９を制御する。ＦＡ３がＦＡ２より大きい場合、ステップＳ１２８において、出力部１６は、このときの凝集フロック測定面積ＦＡ３が異常値であるとして警報を出力する。

以上説明したように、本発明の実施の形態に係る汚泥処理装置は、脱水前の汚泥を含む原液に含まれる凝集フロックを測定するため、精度の測定が可能である。また、原液を強制的に検視装置４５内へ吸引するため、常時最新の凝集フロックの状態を撮像可能である。さらに、原液は検視装置４５内で短時間静置するため、原液内に散在する凝集フロックは挙動が安定した状態となり、凝集フロック同士の重なりの少ない環境で精度の高い解析が可能である。凝集剤添加率の変化に伴う凝集フロックの面積の差において、視覚観察では判断できない場合も、画像解析によって高精度に面積の差異を算出できるため、汚泥処理の熟練した経験のないユーザでも、汚泥処理装置による汚泥処理操作が可能となる。

また、本発明の実施の形態に係る汚泥処理装置は、凝集剤添加率の増加に伴って凝集フロック基準面積が一意に決定しない挙動を示す原液に対しても、簡易に目的の凝集フロック基準面積を決定することが可能となる。さらに、凝集フロック測定面積の誤差率、凝集剤添加率、凝集剤撹拌機の回転数等の取り得る値を、熟練ユーザの経験値等で制限を設けることで、汚泥処理装置は異常警報を出力し、ユーザへ視覚的、聴覚的に注意喚起を促すことができるため、人為的な事故等を防止することが可能となる。

つぎに、本発明の実施の形態に係る汚泥処理装置が、凝集フロックの大きさを制御する際に異常を検知する方法について、図９のフローチャートを参照しながら説明する。

（イ）ステップＳ２０１において、ユーザの指示に基づき、図１に示す記憶装置１７は、図示しないインターフェース部が入力した初期設定値を記憶する。本発明の実施の形態に係る汚泥処理装置１００が凝集フロックの大きさを制御する際に使用する初期設定値は、初期原液流量Ｑｓ０、初期原液濃度Ｄ０、初期凝集剤添加率Ｒｐ０、最大凝集剤添加率Ｒｐｍａｘ、最小凝集剤添加率Ｒｐｍｉｎ、初期撹拌回転数ＡＲ０、最大撹拌回転数ＡＲｍａｘ、最小撹拌回転数ＡＲｍｉｎ等である。

（ロ）ステップＳ２０２において、脱水機３５は、汚泥処理のため運転を開始する。ステップＳ２０３において、図１に示す撮像部１１（図２及び３に示すテレビカメラ３１）が、原液供給管３３を通過する原液に含まれる凝集フロックを検視窓３４を通して撮像し、撮像画像を変換部１２が２値化し、算出部１３が凝集フロック基準面積ＦＡ０及び基準凝集剤添加率を算出する。

（ハ）ステップＳ２０４において、算出部１３は、凝集フロック測定面積ＦＡ１を算出する。ステップＳ２０５において、算出部１３が算出した凝集フロック測定面積ＦＡ１とβ倍した凝集フロック基準面積ＦＡ０とを、比較部１４が比較する。ＦＡ１の大きさがβ×ＦＡ０以下の場合、ステップＳ２０４において、算出部１３は、再度ＦＡ１を算出する。ＦＡ１の大きさがβ×ＦＡ０よりも大きい場合、ステップＳ２０６において、出力部１６は、警報を出力する。

以上説明したように、本発明の実施の形態に係る汚泥処理装置は、凝集フロック基準面積と凝集フロック測定面積との差の取り得る値を、熟練ユーザの経験値等で制限を設けることで、汚泥処理装置は異常警報を出力し、ユーザへ視覚的、聴覚的に注意喚起を促すことができるため、人為的な事故等を防止することが可能となる。

（実施の形態の変形例）
本発明の実施の形態の変形例に係る汚泥処理装置は、原液供給管３３を通過する凝集フロックを撮像する撮像部１１と、撮像部１１が撮像した凝集フロックの画像の輝度信号を電気信号に変換し、電気信号から画像を２値化し、２値画像を生成する変換部１２と、変換部が生成した２値画像に表示された凝集フロックの面積である凝集フロック面積及び凝集フロックの数を算出し、凝集フロック面積を画像に表示された凝集フロックの数で除した単フロック面積を算出する算出部１３と、脱水機３３の運転開始後に算出した単フロック面積である単フロック測定面積と単フロック基準面積とを比較する比較部１４と、比較部１４による比較結果に応じて、凝集剤供給ポンプ２９及び凝集剤撹拌機２１の回転数を制御する制御部１５と、比較部１４による比較結果に応じて、警報を発する出力部１６とを備える。

算出部１３は、予め同一の凝集剤添加率において複数回分の単フロック面積を算出し、複数回分の単フロック面積の平均値である単フロック平均面積を算出し、単フロック平均面積に基づいて単フロック基準面積を算出する。単フロック基準面積は、算出部１３が、予め設定した異なる複数の凝集剤添加率それぞれに対して算出した複数の単フロック平均面積のうち最小の値である。

また、算出部１３が基準凝集剤添加率近傍における第３の凝集剤添加率の値を予め試験的に算出している場合には、算出部１３は基準凝集剤添加率近傍の値における第３の凝集剤添加率に対する単フロック平均面積と、予め設定した第３の凝集財添加率とは異なる第４の凝集剤添加率における単フロック平均面積とを比較して、大きさが小さい方の単フロック平均面積に対する凝集剤添加率を決定する。さらに、算出部１３は、決定した凝集剤添加率の値から凝集剤添加率近傍における複数の凝集剤添加率に対する単フロック平均面積をそれぞれ算出及び比較し、単フロック平均面積が最小となる凝集財添加率を決定する。このような過程を単フロック平均面積が最小値として収束するまで繰り返し、収束した単フロック平均面積の値を単フロック基準面積とすることもできる。

単フロック面積と凝集剤添加率及び撹拌強度との関係は、凝集フロック面積とそれらの関係に類似するため、汚泥処理装置１００は凝集フロック面積に基づいた制御と同様の制御が可能となる。

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は本発明の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

１００…汚泥処理装置
１１…撮像部
１２…変換部
１３…算出部
１４…比較部
１５…制御部
１６…出力部
１７…記憶装置

Claims (12)

1. 原液供給ポンプが供給する原液及び凝集剤供給ポンプが供給する凝集剤を貯槽する密閉状の凝集混和槽と、前記凝集混和槽で前記原液及び凝集剤を撹拌する凝集剤撹拌機と、前記凝集混和槽で形成した懸濁物質である凝集フロックを含む前記原液が原液供給管を通して供給される脱水機とを有する汚泥処理装置であって、
   前記原液供給管を通過する前記凝集フロックを撮像する撮像部と、
   前記撮像部が撮像した前記凝集フロックの画像の輝度信号を電気信号に変換し、前記電気信号から前記画像を２値化し、２値画像を生成する変換部と、
   前記変換部が生成した前記２値画像に表示された前記凝集フロックの総面積である凝集フロック面積を算出する算出部と、
   前記脱水機の運転開始後に算出した前記凝集フロック面積である凝集フロック測定面積と凝集フロック基準面積とを比較する比較部と、
   前記比較部による比較結果に応じて、前記凝集剤供給ポンプ及び前記凝集剤撹拌機の回転数を制御する制御部と、
   前記比較部による比較結果に応じて、警報を発する出力部とを備え、
   前記算出部は、予め同一の凝集剤添加率において複数回分の凝集フロック面積を算出し、前記複数回分の凝集フロック面積の平均値である凝集フロック平均面積を算出し、前記凝集フロック平均面積に基づいて前記凝集フロック基準面積を算出することを特徴とする汚泥処理装置。
2. 前記凝集フロック基準面積は、
   前記算出部が、予め設定した異なる複数の前記凝集剤添加率それぞれに対して算出した複数の前記凝集フロック平均面積のうち最小の値であることを特徴とする請求項１に記載の汚泥処理装置。
3. 前記凝集フロック基準面積は、
   前記算出部が、予め設定した異なる２つの前記凝集剤添加率それぞれに対して算出した２つの前記凝集フロック平均面積のうち最小の値であることを特徴とする請求項１に記載の汚泥処理装置。
4. 前記算出部は、前記凝集フロック基準面積に対する前記凝集フロック測定面積の誤差率を算出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の汚泥処理装置。
5. 前記凝集フロック測定面積が前記凝集フロック基準面積よりも小さい場合、あるいは前記誤差率が予め設定した特定の値である誤差規定値以下の場合は、前記制御部が前記凝集剤供給ポンプの回転数を維持して前記凝集剤添加率を維持し、
   前記凝集フロック測定面積が前記凝集フロック基準面積よりも大きく、且つ前記誤差率が前記誤差規定値よりも大きい場合は、前記制御部が前記凝集剤供給ポンプの回転数を上げることで前記凝集剤添加率を予め設定した値だけ増加させる
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の汚泥処理装置。
6. 前記制御部が前記凝集剤添加率を増加させた後、
   前記誤差率が前記誤差規定値よりも大きく、且つ、既に算出している第１の凝集フロック測定面積が新たに算出した第２の凝集フロック測定面積よりも大きい場合は、前記制御部が、前記凝集剤供給ポンプの前記回転数を上げることで前記凝集剤添加率を予め設定した値だけ増加させ、
   前記誤差率が誤差規定値以下の場合は、前記制御部が、前記凝集剤供給ポンプの回転数を維持して前記凝集剤添加率を維持し、
   前記誤差率が前記誤差規定値よりも大きく、且つ、第１の凝集フロック測定面積が第２の凝集フロック測定面積以下の場合は、前記制御部が、前記凝集剤供給ポンプの前記回転数を下げることで前記凝集剤添加率を予め設定した値だけ減少させる
   ることを特徴とする請求項５に記載の汚泥処理装置。
7. 前記誤差率が予め設定した特定の値である誤差規定値以下の場合は、前記制御部が前記凝集剤撹拌機の回転数を維持し、
   前記凝集フロック測定面積が前記凝集フロック基準面積よりも小さく、且つ前記誤差率が前記誤差規定値よりも大きい場合は、前記制御部が前記凝集剤撹拌機の回転数を減少させ、
   前記凝集フロック測定面積が前記凝集フロック基準面積よりも大きく、且つ前記誤差率が前記誤差規定値よりも大きい場合は、前記制御部が前記凝集剤撹拌機の回転数を増加させる
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の汚泥処理装置。
8. 前記出力部は、前記凝集剤撹拌機の前記回転数が予め設定した最大回転数以上及び最小回転数以下になった場合、警報を発することを特徴とする請求項１に記載の汚泥処理装置。
9. 原液供給ポンプが供給する原液及び凝集剤供給ポンプが供給する凝集剤を貯槽する密閉状の凝集混和槽と、前記凝集混和槽で前記原液及び凝集剤を撹拌する凝集剤撹拌機と、前記凝集混和槽で形成した懸濁物質である凝集フロックを含む前記原液が原液供給管を通して供給される脱水機とを有する汚泥処理装置であって、
   前記原液供給管を通過する前記凝集フロックを撮像する撮像部と、
   前記撮像部が撮像した前記凝集フロックの画像の輝度信号を電気信号に変換し、前記電気信号から前記画像を２値化し、２値画像を生成する変換部と、
   前記変換部が生成した前記２値画像に表示された前記凝集フロックの面積である凝集フロック面積及び凝集フロックの数を算出し、前記凝集フロック面積を前記画像に表示された前記凝集フロックの数で除した単フロック面積を算出する算出部と、
   前記脱水機の運転開始後に算出した前記単フロック面積である単フロック測定面積と単フロック基準面積とを比較する比較部と、
   前記比較部による比較結果に応じて、前記凝集剤供給ポンプ及び前記凝集剤撹拌機の回転数を制御する制御部と、
   前記比較部による比較結果に応じて、警報を発する出力部とを備え、
   前記算出部は、予め同一の凝集剤添加率において複数回分の単フロック面積を算出し、前記複数回分の単フロック面積の平均値である単フロック平均面積を算出し、前記単フロック平均面積に基づいて前記単フロック基準面積を算出することを特徴とする汚泥処理装置。
10. 前記単フロック基準面積は、
    前記算出部が、予め設定した異なる複数の前記凝集剤添加率それぞれに対して算出した複数の前記単フロック平均面積のうち最小の値であることを特徴とする請求項９に記載の汚泥処理装置。
11. 前記単フロック基準面積は、
    前記算出部が、予め設定した異なる２つの前記凝集剤添加率それぞれに対して算出した２つの前記単フロック平均面積のうち最小の値であることを特徴とする請求項９に記載の汚泥処理装置。
12. 原液供給ポンプが供給する原液及び凝集剤供給ポンプが供給する凝集剤を貯槽する密閉状の凝集混和槽と、前記凝集混和槽で前記原液及び凝集剤を撹拌する凝集剤撹拌機と、前記凝集混和槽で形成した懸濁物質である凝集フロックを含む前記原液が原液供給管を通して供給される脱水機とを有する汚泥処理装置を制御する汚泥処理方法であって、
    撮像部が、前記原液供給管を通過する前記凝集フロックを撮像するステップと、
    変換部が、前記撮像部が撮像した前記凝集フロックの画像の輝度信号を電気信号に変換し、前記電気信号から前記画像を２値化し、２値画像を生成するステップと、
    算出部が、前記変換部が生成した前記２値画像に表示された前記凝集フロックの総面積である凝集フロック面積を算出するステップと、
    比較部が、前記脱水機の運転開始後に算出した前記凝集フロック面積である凝集フロック測定面積と凝集フロック基準面積とを比較するステップと、
    制御部が、前記比較部による比較結果に応じて、前記凝集剤供給ポンプ及び前記凝集剤撹拌機の回転数を制御するステップと、
    出力部が、前記比較部による比較結果に応じて、警報を発するステップとを含み、
    前記算出部が算出するステップは、予め同一の凝集剤添加率において複数回分の凝集フロック面積を算出し、前記複数回分の凝集フロック面積の平均値である凝集フロック平均面積を算出し、前記凝集フロック平均面積に基づいて前記凝集フロック基準面積を算出することを特徴とする汚泥処理方法。

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