JP2016191679A - 凝集状態検出方法、薬剤注入制御方法及び薬剤注入制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、凝集物の凝集状態をより精度よく検出し、制御する凝集状態検出方法、凝集沈殿制御方法および凝集沈殿制御方法を提供することを目的とする。【解決手段】本実施形態に係る凝集状態検出方法は、被処理水中の凝集物の凝集状態を検出する凝集状態検出方法において、前記被処理水に薬剤を注入し、前記被処理水に含まれる固形物を囲むようにして形成されるゲル状物を作製することで、前記凝集物とする工程と、この凝集物の画像を撮影する工程と、得られた前記画像に含まれる特定波長の強度を求める工程と、この特定波長の強度を用いて、前記凝集物に含まれる前記固形物および前記ゲル状物の比率並びに前記固形物の成分比率を算出する工程と、この算出した結果に基づいて、前記凝集物の凝集状態の良否を判定する工程と、を具備することを特徴とする。【選択図】図２−１

Description

本発明の実施形態は、凝集状態検出方法、凝集沈殿制御方法および凝集沈殿制御装置に関する。

上下水道、排水処理、用水供給などの分野においては、水を浄化するために、様々な方法が考案され、実施されている。水の浄化は、水中の固形物や溶解物のうち、不要な物や後段プロセスに排出することができないものなどを除去するものである。一般的な浄化方法としては、水槽を設置して被処理水を滞留させ、比重差と重力とにより固形物を沈降分離する。又は、前記沈降分離に加えて、凝結剤や凝集剤といった薬品を添加し、固形物を粗粒化させて沈降分離させる凝集沈殿法を用いたりする。他にも、多孔質のセラミクスや樹脂を用いて、ろ過する膜分離や微生物に有機物などを捕食させる活性汚泥法などが挙げられる。

中でも凝集沈殿法は、薬品注入、攪拌、沈殿槽の比較的単純な構成で、良好な処理水質を得やすいことから、広く普及している。上水処理の凝集沈殿法においては、被処理水に、ＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）や、硫酸ばん土などの凝結剤を注入し、混和池で攪拌混合し、フロキュレータで凝集物の粒子サイズの成長を促進し、沈澱池で凝集物を沈降分離するのが一般的である。産業排水処理などにおいても基本的な構成は同様であるが、凝結剤の他に高分子凝集剤を用いるなどして、凝集物の沈降速度を向上させ、高速分離する手法が用いられることもある。

凝集沈殿法において、水処理の目的である処理水の清澄化の度合いは、除去対象の固形物濃度や、固形物の粒子径、表面の荷電状態、水の導電率やｐＨ、水温、凝集剤などの薬剤の種類や数、注入率、攪拌強度、攪拌時間、沈殿槽の許容水面積負荷など、様々な要素により左右される。さらに、これらの濃度のうち、被処理水の水質や被処理水中の固形物に関わるものは、時間経過に従って変動がある為、それに応じて、ｐＨや薬剤の注入率などを調整して適正に水処理ができるように制御する必要がある。

このような問題に鑑みて、従来から、特に上水分野において、濁度やアルカリ度を指標とした、凝集剤の注入率の定式化が行われてきた。水処理施設の現場では、こういった指標とビーカー規模での実際の凝集試験（ジャーテスト）の結果とを組み合わせて、薬剤注入率を決定するのが一般的である。

しかし、それだけではあまり精度良く凝集状態をコントロールすることができない。また、必ずしも専門知識が豊富でない水処理施設の運転員の心情として、凝集状態が悪化した際には薬剤を多く注入したくなるなどの作用もあり、常に薬剤量が適正であるとは言えない状況が発生する。

そこで近年では、散乱光による凝集物の形成状態の測定など、より高度な凝集状態の検知方法が考案されてきた（特許文献１）。散乱光法は、濁度測定などによく用いられる、粒子濃度測定の手法であり、水にレーザー光を当てて、粒子により散乱された光の強度を測定するものである。薬剤注入後、凝集物形成の為に攪拌する水槽の中で、凝集物形成過程の散乱光を測定することで、水中の粒子濃度から凝集物の形成状態を知ることができる。

しかしながら、こういった手法においては、ある範囲（検知器が光を回収できる範囲）の測定箇所の集約値として一点の数値が出力されるため、出力値が振れやすく、安定的に測定することが難しいという課題がある。さらに、凝集物の影を測定しているのと同義であり、凝集物の内容が良いかどうかについては、全く知ることができないといった課題がある。

特開２００５−２４１３３８号公報

本発明が解決しようとする課題は、凝集物の凝集状態をより精度よく検出すると共に、その凝集状態の判別結果に基づいて沈殿制御する凝集状態検出方法、凝集沈殿制御方法および凝集沈殿制御装置を提供することを目的とする。

本実施形態に係る凝集状態検出方法は、被処理水中の凝集物の凝集状態を検出する凝集状態検出方法において、前記被処理水に薬剤を注入し、前記被処理水に含まれる固形物を囲むようにして形成されるゲル状物を作製することで、前記凝集物とする工程と、この凝集物の画像を撮影する工程と、得られた前記画像に含まれる特定波長の強度を求める工程と、この特定波長の強度を用いて、前記凝集物に含まれる前記固形物および前記ゲル状物の比率並びに前記固形物の成分比率を算出する工程と、この算出した結果に基づいて、前記凝集物の凝集状態の良否を判定する工程と、を具備することを特徴とする。

本実施形態に係る薬剤注入制御方法は、被処理水中の凝集物の凝集状態を検出し、その検出結果に基づいて薬剤の注入量を制御する薬剤注入制御方法において、前記被処理水に薬剤を注入し、前記被処理水に含まれる固形物を囲むようにして形成されるゲル状物を作製することで、前記凝集物とする工程と、この凝集物の画像を撮影する工程と、得られた前記画像に含まれる特定波長の強度を求める工程と、この特定波長の強度を用いて、前記凝集物に含まれる前記固形物および前記ゲル状物の比率並びに前記固形物の成分比率を算出する工程と、この算出した結果に基づいて、前記凝集物の凝集状態の良否を判定する工程と、前期判定結果に基づいて、前記薬剤の注入量を制御する工程と、を具備することを特徴とする。

本実施形態に係る薬剤注入制御装置は、被処理水中の凝集物の凝集状態を検出し、その検出結果に基づいて薬剤の注入量を制御する薬剤注入制御装置において、前記被処理水に薬剤を注入し、前記被処理水に含まれる固形物を囲むようにして形成されるゲル状物を作製することで、前記凝集物とする手段と、この凝集物の画像を撮影する手段と、得られた前記画像に含まれる特定波長の強度を求める手段と、この特定波長の強度を用いて、前記凝集物に含まれる前記固形物および前記ゲル状物の比率並びに前記固形物の成分比率を算出する手段と、この算出した結果に基づいて、前記凝集物の凝集状態の良否を判定する手段と、前期判定結果に基づいて、前記薬剤の注入量を制御する手段と、を具備することを特徴とする。

実施形態における凝集沈殿装置の概略構成を示す図である。 実施形態における凝集状態検知装置の概略構成を示す図である。 実施形態における凝集状態検知装置の概略構成を示す図である。 実施形態に係る、凝集物の画像の強調処理を行った画像及び画像の波長の強度を示す図である。 実施形態に係る、凝集物の画像の強調処理を行った画像を示す図である。 実施形態に係る、凝集物の画像の強調処理を行った画像を示す図である。 実施形態に係る図３−１の画像の波長の強度を示す図である。 実施形態に係る図３−１の画像の波長の強度を示す図及び画像の数値を正規化した写真である。 実施形態に係る固形物の写真の波長の強度を示す図及び画像の数値を正規化した写真である。 実施形態に係るＲＧＢカメラで撮影し、明暗をもとに画像処理をした画像 実施形態に係る凝集剤の量や凝集物の成分の面積比を示すグラフである。 実施形態に係る凝集物中の固形物の成分の面積比を示すグラフである。 実施形態に係るＲＧＢカメラで撮影した際の凝集剤量変化によるフロックの変化を示した図である。

以下、図面を参照して実施形態の凝集状態検出方法、凝集沈殿制御方法および凝集沈殿制御装置を説明する。

（凝集プロセス）
図１は、本発明が適用される凝集沈殿装置の概略構成を示す図である。

図１に示すように、凝集沈殿装置１０は、被処理水Ｗ０を貯留するための貯留槽１１と、この貯留槽１１に隣接して配設され、凝集物Ｓ１を形成するための第１の凝集槽１２と、この第１の凝集槽１２に隣接して配設され、凝集物Ｓ１を粗粒化して凝集物Ｓ２を形成するための第２の凝集槽１３と、この第２の凝集槽１３に隣接して配設され、粗粒化した凝集物Ｓ２を沈殿させるための沈殿槽１４とを有する。

また、第１の凝集槽１２の上流側には、凝集剤注入ポンプ１８を介して薬剤（凝集剤）Ｐが入った薬剤貯留槽１５が配設されている。さらに、第１の凝集槽１２及び第２の凝集槽１３中には、それぞれ第１の攪拌機１６の第１の攪拌翼１６Ａ及び第２の攪拌機１７の第２の攪拌翼１７Ａが配設されている。

第１の攪拌機１６は、第１の凝集槽１２に挿入する側に第１の攪拌翼１６Ａが配設され、その反対側に第１のモータ１６Ｂが配設されている。第２の攪拌機１７は、第２の凝集槽１３に挿入する側に第２の攪拌翼１７Ａが配設され、その反対側に第２のモータ１７Ｂが配設されている。

次に、図１に示す凝集沈殿装置１０を用いた凝集沈殿方法について説明する。

最初に、被処理水Ｗ０を貯留槽１１内に貯留し、その後、被処理水Ｗ０はヘッド差や図示しないポンプを用いて第１の凝集槽１２内に送水する。第１の凝集槽１２では、薬剤貯留槽１５より所定の薬剤Ｐ（凝結剤や凝集剤等）を供給し、第１の攪拌機１６の第１のモータ１６Ｂによって第１の攪拌翼１６Ａを回転駆動することによって被処理水Ｗ０と均一に混合する。その結果、被処理水Ｗ０中の懸濁粒子や、一部溶解成分などの固形物が、薬剤Ｐによる荷電中和作用やファンデルワールス力によって寄り集まり、凝集物Ｓ１を形成していく。なお、第１の攪拌機１６による攪拌は、薬剤Ｐを比較的早く分散させると同時に、懸濁粒子などの固形物や凝集物と薬剤Ｐとの衝突確率を向上させる作用を有する。

また、第１の凝集槽１２内には、凝集物の形成速度を促進させるために、塩酸、硫酸といった酸類や、消石灰、苛性ソーダといったアルカリ類を添加して適宜ｐＨ調整を行うこともできる。

次いで、第１の凝集槽１２内の凝集物Ｓ１を含む被処理水Ｗ０は、ヘッド差や図示しないポンプを用いて第２の凝集槽１３内に送水する。第２の凝集槽１３内では、第２の攪拌機１７を駆動させることにより、第１の凝集槽１２内で得た凝集物Ｓ１同士を衝突させて当該凝集物Ｓ１を大きく成長させ、粗粒化した凝集物Ｓ２を得る。

次いで、第２の凝集槽１３内の、凝集物Ｓ２を含む被処理水Ｗ０は、ヘッド差や図示しないポンプを用いて沈殿槽１４に送水する。沈殿槽１４内では、粗粒化した凝集物Ｓ２を重力沈降によって分離し、凝集物Ｓ２が除去された被処理水Ｗ０は処理水Ｗ１として沈殿槽１４より外部に排出する。

（凝集沈殿制御装置）
図２−１および図２−２は、実施形態における凝集状態検出方法および凝集沈殿制御方法を実施する凝集沈殿制御装置の概略構成を示す図である。

図２−１に示す凝集沈殿制御装置２０は、被処理水Ｗ０中の懸濁粒子などの固形物を第１の凝集槽１２中で薬剤Ｐを用いて凝集させて得た凝集物Ｓ１を第１の凝集槽１２から取り出す。そして、当該凝集物Ｓ１の撮影画像を得るための撮像手段としてのカメラ２２と、このカメラ２２で得られた画像に対して処理を行い、凝集物Ｓ１の形態や、凝集物Ｓ１中の固形物と、後に説明するゲル状物とを識別するための演算手段としてのコンピュータ２３と、コンピュータ２３から指示を受けて薬剤Ｐの注入量を制御する凝集剤注入ポンプ１８とを有している。

コンピュータ２３は、撮影手段からデータを受信する受信手段２３ａと、受信した画像を処理する画像処理手段２３ｂと、処理した画像から凝集状態を判断する凝集状態判断手段２３ｃと、凝集剤注入ポンプ１８に薬剤Ｐの注入量を指示する指示手段２３ｄとを有する。

また凝集剤注入ポンプ１８は、コンピュータ２３からの指示を受け付ける受信手段１８ａと、受信した指示に応じてポンプを制御するポンプ制御手段１８ｂと、制御内容に応じてポンプの出力を調整するポンプ出力調整手段１８ｃと、を有する。

なお、本実施形態の凝集沈殿制御装置２０は、図２−２に示すように、凝集物Ｓ１をカメラ２２のレンズ２４の下に支持及び固定するための支持板２１を有している。支持板２１へはスポイトなどの吸引手段で凝集物Ｓ１が液中に懸濁されたまま取り出し固定するのが望ましい。凝集物Ｓ１は、一般に崩れやすく固定することが難しい為、ポンプなどを用いて水中に懸濁されたまま第１の凝集槽１２より取り出し、フローセルを用いて通水しながらレンズ２４の下を通過させ、撮影してもよい。凝集物Ｓ１を上記レンズ２４の下に固定することができれば、支持板２１以外の例えばピンセット状の挟持手段等であってもよい。そして、カメラ２２で撮影した凝集物Ｓ１の画像情報は、コンピュータ２３に送信され、後述する画像処理が実行される。

ここでは、凝集状態を検知する凝集物Ｓ１として第１の凝集槽１２中で得た凝集物Ｓ１を選択しているが、第２の凝集槽１３中で得た粗粒化した凝集物Ｓ２であってもよい。また、沈殿槽１４で沈殿した凝集物Ｓ３であってもよい。

さらに、コンピュータ２３は、薬剤貯留槽１５から投入される薬剤Ｐの供給量を制御する機能を有しており、コンピュータ２３は演算制御手段として機能する。

（凝集状態検出方法および凝集沈殿制御方法）
次に、図２に示す凝集沈殿制御装置２０を用いた凝集状態検出方法および凝集沈殿制御方法について説明する。

＜凝集物の形態＞
最初に、凝集物の形態について説明する。

沈殿槽１４から排出される処理水Ｗ１の固形物濃度については、水処理をする目的でもあり、予め決められた水準を守らねばならない。凝集状態が悪化することにより、例えば第２の凝集槽１３における粗粒化が十分でなければ、沈殿槽１４の設計に見合った十分な沈降速度を得られず、処理水Ｗ１の固形物濃度は容易に悪化する。原因としては、被処理水Ｗ０中の固形物濃度が第１の凝集槽１２において変動したにも関わらず、薬剤注入条件を適正な範囲に合わせることができない場合などによる。

被処理水Ｗ０の固形物は、薬剤Ｐ（凝結剤や凝集剤等）の濃度がある濃度に達するまでは、凝集は起こらないとされており、当該濃度は臨界凝集濃度と呼ばれている。それ以上の濃度域になると、凝集が始まり凝集物Ｓ１が形成され始めるが、濃度に応じて状態が異なる。水処理の目的は、懸濁粒子などの固形物を凝集させて分離し、水を清澄にすることであるので、薬剤Ｐの濃度を増加させて清澄な処理水が得られた濃度が、適正な薬剤注入量であると言える。これ未満の濃度においては、相対的に懸濁粒子量に対して薬剤量が不足しており、細かな凝集不足の粒子、すなわち固形物が水中に漂い、処理水Ｗ１中の固形物濃度が高い状態となる。

また、薬剤Ｐの注入濃度を増加させた際には、徐々に薬剤Ｐが過剰となっていくが、薬剤同士が凝集する作用を持つため、ある程度の濃度範囲までは、清澄な処理水を得ることができる。しかしながら、さらに注入濃度が高くなると、薬剤同士が凝集しきれなくなり、しかも相対的に多くの薬剤Ｐが、相対的に少ない固形物を取りあう形となるので、凝集物Ｓ１が粗粒化されなくなり、凝集物Ｓ１の沈降性が悪化し、結果として処理水Ｗ１の固形物濃度が上昇してしまう結果となる。

さらに、被処理水Ｗ０に薬剤Ｐを添加すると汚泥が増加する。すなわち、懸濁粒子などの固形物の量に加えて、薬剤量が汚泥として加算される。しかしながら、実際は、薬剤量以上に汚泥は増加する。これは、薬剤Ｐが被処理水Ｗ０中の水を取り込むためである。凝結剤や凝集剤等の薬剤Ｐは、高分子でありハイドロゲルを形成する特徴がある。ＰＡＣなどの無機凝結剤と、ポリアクリルアミドなどの有機高分子凝集剤との別を問わず、分子量や組成・構造に差はあっても、いずれも親水基を多く持つ高分子体であることから、凝集して固形物化した際にはハイドロゲルを形成する。このハイドロゲルは、ゲル状物として、懸濁粒子などの固形物を囲むようにして形成される。

したがって、得られる凝集物Ｓ１は、懸濁粒子などの固形物と、当該固形物を囲むようにして形成されたゲル状物を含むようにして構成される。

なお、第２の凝集槽１３及び沈殿槽１４で得られる粗粒化した凝集物Ｓ２、Ｓ３も、凝集物Ｓ１同士が衝突し、成長して得られるものであるので、凝集物Ｓ１と同様の構成を有する。

図２−１に示す凝集沈殿制御装置２０を用いた凝集状態の検出方法は、図２−２に示すように、第１の凝集槽１２より凝集物Ｓ１を採取して、支持板２１上に載置して、凝集物Ｓ１を支持及び固定する。次いで、支持板２１の上方に配設した、明暗、ＲＧＢ、もしくは紫外〜赤外領域の複数の波長を同一視野に記録できるカメラ２２によって凝集物Ｓ１を撮影する。なお、カメラ２２には、モノクロカメラ、ＲＧＢ、複数のカラーフィルターの切り替えやハイパースペクトルカメラなどを用いることが出来る。

図３−１は、数μｍ〜数十μｍの凝集物Ｓ１の写真および記録した波長の強度データである。図３−１の明視野像（ａ）では、凝集物Ｓ１中の固形物を明確に識別できるが、凝集物Ｓ１の輪郭に関しては明確な識別が出来ない。一方、図３−１の位相差像（ｂ）では、固形物の周囲に存在する透過性のゲル状物を明確に識別出来るが、固形物に関しては明確な識別が出来ない。

同様のことは、記録した複数波長の強度データ（ｃ），（ｄ）からも分かる。即ち、明視野像（ａ）に対応する波長の強度データ（ｃ）では、水（被処理水）とゲル状物が重なるような強度波形となるが、固形物は強度が低く明確に識別できる強度波形である。一方、位相差像（ｂ）に対応する波長の強度データ（ｄ）では、水の強度がピーク値６００以下に変わり、固形物の周囲に存在する透過性のゲル状物と水は明確に識別出来るが、固形物とゲル状物の強度は同じような波形を示すので明確な識別が出来ない。

図３−２は、数十μｍ〜数百μｍの凝集物Ｓ１をＲＧＢカメラで撮影した写真である。同軸落射照明を用いた撮影（ｂ）では、凝集物Ｓ１の輪郭、固形物、被処理水が明確に識別出来ている。しかしながら、リングライト照明を用いた撮影（ａ）では、凝集物Ｓ１の輪郭、固形物、被処理水を明確に識別出来ていない。

図３−３は、数百μｍ〜数ｍｍの凝集物Ｓ１をＲＧＢカメラで撮影した写真である。リングライト照明を用いた撮影（ａ）では、凝集物Ｓ１の輪郭、固形物、被処理水が明確に識別出来ている。しかしながら、同軸落射照明を用いた撮影（ｂ）では、全体が影となり、凝集物Ｓ１の輪郭、固形物、被処理水を明確に識別出来ていない。このように、凝集物Ｓ１の寸法（例えば、上述した３段階）に応じて、凝集物Ｓ１の輪郭、固形物、被処理水を明確に識別するための条件が異なる。なお、光源および観察方法は、凝集物Ｓ１の寸法や種類、把握したい情報により適正なものを用いる。

ハイパースペクトルカメラを用いた本実施形態では、コンピュータ２３によって、上述した撮影画像の各画素について、記録されている「波長の強度データ」の特定の波長を用いて、正規化を行う方法とする。

図４−１と図４−２は、上述した数μｍ〜数十μｍの凝集物Ｓ１の、被処理水（ａ）、ゲル状物（ｂ）、固形物（ｃ）の「波長の強度データ」と、特定の波長を用いて各画素について正規化を行った結果を、画像の濃淡で示したものである（ｄ）。正規化は、下記式で行ったが、異なる被処理水Ｗ０に対しては、その水に適した正規化を行う。

（明視野620nmの強度−位相差620nmの強度）／（明視野620nmの強度＋位相差620nmの強度）×20
正規化後、閾値を設けることで、凝集物Ｓ１の輪郭と、懸濁粒子などの固形物及びこの固形物の周囲に存在するゲル状物とを識別が出来る。閾値は、正規化後の値が〜０を固形物、０〜５をゲル状物、５〜を水としたが、異なる被処理水Ｗ０に対しては、その水に適した閾値を設ける。

図４−３は、数μｍ〜数十μｍの凝集物Ｓ１の固形物中の成分（藻や無機粒子）を、上記とは異なる特定の波長を用いて正規化した結果を濃淡画像で示したものである。

正規化は、下記式で行ったが、異なる被処理水Ｗ０に対しては、その水に適した正規化を行う。

（明視野620nmの強度−明視野755nmの強度）／（明視野620nmの強度＋明視野755nmの強度）×550
同様に正規化後、閾値を設けることで、凝集物Ｓ１の藻や無機粒子を識別が出来る。閾値は、正規化後の値が〜100を藻など、100〜を無機粒子としたが、異なる被処理水Ｗ０に対しては、その水に適した閾値を設ける。

このような知見に鑑み、被処理水Ｗ０、及び薬剤ＰとしてＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）の凝集剤を用い、当該薬剤Ｐの量を３段階に変化させて、図３−１に示すような、撮影画像と「波長の強度データ」を得た。

図４−１と図４−２は、薬剤Ｐを５ｍｇ／ｌに設定し、得られた凝集物Ｓ１に対して、前述した式による正規化を行った結果を、濃淡画像で示したものである。図４−１（ａ）は、被処理水の「波長の強度データ」を示す。この強度波形から被処理水は、明視野像と位相差像の波長強度のバラつきが大きく、明視野像に比べ位相差像の強度が低いことが分かる。また、図４−１（ｂ）は、凝集物Ｓ１のゲル状物の「波長の強度データ」を示す。この強度波形からゲル状物は、明視野像と位相差像の波長強度のバラつきが少ないことが分かる。また、図４−２（ｃ）は、凝集物Ｓ１の固形物の「波長の強度データ」を示す。この強度波形から固形物は、位相差像の強度が高く明視野像の強度が低いことが分かる。そして、図４−２（ｄ）は、正規化後の画像である。この画像から固形物（黒い物体）の面積比を求めることができる。

このような測定結果は、被処理水Ｗ０中の固形物に対して薬剤Ｐの注入量が足りなく、ある程度は凝集物Ｓ１を形成するものの、凝集しきれない固形物が処理水Ｗ１の上澄み中に残存していた場合である。従って、このような測定結果が得られる場合、コンピュータ２３の制御によって薬剤貯留槽１５から投入される薬剤Ｐの供給量を多くする。

同様の操作を、適正な薬剤Ｐの量を用いて得た凝集物Ｓ１に対して行った。その際の薬剤量は、３０ｍｇ／ｌである。凝集物Ｓ１沈降後の処理水Ｗ１は清澄であり、上澄みには固形物はほとんど残存していなかった。従って、このような場合、コンピュータ２３の制御によって薬剤貯留槽１５から投入される薬剤Ｐの供給量をそのまま維持する。

さらに、薬剤Ｐを５０ｍｇ／ｌに設定した場合は、被処理水Ｗ０中の固形物に対して薬剤Ｐの注入量が過剰となり、相対的に多くの薬剤Ｐが、相対的に少ない固形物を取りあう形となるので、凝集物Ｓ１に占める凝集剤の比率が大きくなる。凝集物Ｓ１は形成され、沈降する為、一見良好な水処理のように見えるが、実は無駄に薬剤を使ってしまっている。従って、このような場合、コンピュータ２３の制御によって薬剤貯留槽１５から投入される薬剤Ｐの供給量を少なくする、又は停止する。

図４−４は、数μｍ~数十μｍの凝集物をＲＧＢカメラと同軸落射照明を用いて撮像した写真（ａ）、および得られた画像を、明暗による閾値により固形物部分を識別し、識別した固形物を明るく染色した写真（ｂ）である。これらの操作により、懸濁粒子などの固形物及びこの固形物の周囲に存在するゲル状物を識別できる。

図５−１は、各薬剤量における凝集物Ｓ１のゲル状物に対する固形物の面積比を示すグラフである。図５−１における各グラフは、薬剤を変化させた場合の各画像に対応する。

図５−１の左側に示す棒グラフＢ１は、薬剤Ｐの注入量が不足している場合の面積比であって、凝集物Ｓ１のゲル状物に対する固形物の面積比が最も高い。例えば、薬剤Ｐの注入量が不足している場合の凝集物Ｓ１のゲル状物に対する固形物の面積比は、約３０％である。

また、図５−１の右側に示す棒グラフＢ３は、薬剤Ｐの注入量が過剰である場合の面積比であって、凝集物Ｓ１のゲル状物に対する固形物の面積比が最も低い。例えば、薬剤Ｐの注入量が過剰である場合の凝集物Ｓ１のゲル状物に対する固形物の面積比は、約２％である。

さらに、図５−１の中央に示す棒グラフＢ２は、薬剤Ｐの注入量が適正である場合の面積比であって、上述した薬剤Ｐの注入量が不足している場合より低く、薬剤の注入量が過剰の場合よりも高いことが分かる。例えば、薬剤Ｐの注入量が適量である場合の凝集物Ｓ１のゲル状物に対する固形物の面積比は、約５％である。

図５−２に示すグラフは、薬剤Ｐの注入量が適正である場合の、固形物中の無機粒子と藻などの面積比である。図４−３（ａ）に示すように、藻などの「波長の強度データ」は、波長６００ｎｍ〜８００ｎｍの区間に２つのピーク値（強度）を示す特徴を有している。また、図４−３（ｂ）に示すように、無機粒子の「波長の強度データ」は、波長６００ｎｍ付近でピーク値の強度１１００を示す特徴を有している。また、図４−３（ｃ）には、その正規化後の画像を示している。図４−３（ｃ）の画像から、固形物中の藻と無機粒子の面積比を求めると、例えば図５−２に示すように、約９２％が無機粒子の成分であり、約８％が藻の成分であった。

このように、複数の正規化式と、それに対応する閾値を用いることで、ゲル状物と固形物の面積比、固形物中の成分の面積比を把握することが出来る。

図５−３に示すグラフは、薬剤の量を４パターンに変え、得られた数μｍ~数十μｍの凝集物をＲＧＢカメラと同軸落射照明を用いて撮像した写真、および得られた画像を、明暗による閾値により固形物部分を識別し、作成したゲル状物に対する固形物の面積比を示すグラフである。図中左側に示すグラフは、薬剤の注入量が少量である場合の面積比であって、凝集物Ｓ１のゲル状物に対する固形物の面積比が最も高い。図中右側に示すグラフは、薬剤の注入量が多量である場合の面積比であって、凝集物Ｓ１のゲル状物に対する固形物の面積比が最も低いことが分かる。

したがって、上述した「波形の強度データ」に基づいた正規化後の画像の演算結果により、適正な薬剤Ｐの注入量を把握することが出来る。例えば、固形物中の無機粒子と藻などの比が10%程度であった場合には、凝集物Ｓ１中の固形物の面積比が５％の場合を適正な薬剤Ｐの注入量の閾値とすることが出来る。藻などは凝集しにくいため、藻などが多くなると、凝集剤の量と固形物の適正な値がずれるが、その場合、固形物中の無機粒子と藻などの比に対応した凝集物中の固形物の面積比の閾値を設ける。また、異なる被処理水Ｗ０に対しても、同様にその水に適した閾値を設ける。

このようにして、得られた結果より、薬剤Ｐの注入量が不足した場合には、演算制御手段としても機能するコンピュータ２３より、例えば薬剤貯留槽１５の下流側に配設された凝集剤注入ポンプ１８内のポンプ出力調整手段に制御信号を送信し、ポンプの圧力や流量を増やすなどして薬剤貯留槽１５内に注入する薬剤Ｐの供給量を増大させる、あるいは薬剤Ｐの供給を開始するようにする。

一方、上述のようにして得られた結果が、薬剤Ｐの注入量が過剰である場合には、演算制御手段としても機能するコンピュータ２３より、例えば薬剤貯留槽１５の下流側に配設された凝集剤注入ポンプ１８内のポンプ出力調整手段に制御信号を送信し、ポンプの圧力や流量を減らすなどして薬剤貯留槽１５内に注入する薬剤Ｐの供給量を減少させる、あるいは薬剤Ｐの供給を停止するようにする。

以上のようにすれば、例えば第１の凝集槽１２内における凝集物Ｓ１の形成を効率的かつ効果的に行うことができるように、薬剤Ｐの供給を簡易に制御することができる。その結果、被処理水Ｗ０中に含まれる固形物を低減して、固形物を極力含まない清浄な処理水Ｗ１を得ることができる。

なお、図５−１では、凝集物Ｓ１のゲル状物に対する固形物の面積比を求め、それをグラフ化しているが、凝集物Ｓ１の固形物に対するゲル状物の面積比を求め、それをグラフ化してもよい。後者の場合、面積比の具体的な値は前者の場合と異なるようになるが、図５−１の棒グラフＢ２の面積比は、前者の場合のように、薬剤Ｐの注入量が適正な場合に相当する面積比である。

また、被処理水Ｗ０の水質変動が大きいなどの理由により、制御の時間遅れを考慮する場合は、凝集沈殿プロセスの早い段階、すなわち、上述のように、第１の凝集槽１２内における凝集物Ｓ１を採取して上述のような画像処理及び演算処理に供することが好ましい。一方、被処理水Ｗ０の水質変動が小さいなど、凝集物Ｓ１の状態をより精度良く検知する時間的余裕があるしたい場合は、凝集沈殿プロセスの遅い段階、例えば第２の凝集槽１３や沈殿槽１４における粗粒化した凝集物Ｓ２を採取して上述のような画像処理及び演算処理に供することが好ましい。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として掲示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０ 凝集沈殿装置
１１ 貯留槽
１２ 第１の凝集槽
１３ 第２の凝集槽
１４ 沈殿槽
１５ 薬剤貯留槽
１６ 第１の攪拌機
１６Ａ 第１の攪拌翼
１６Ｂ 第１のモータ
１７ 第２の攪拌機
１７Ａ 第２の攪拌翼
１７Ｂ 第２のモータ
１８ 凝集剤注入ポンプ
２０ 凝集沈殿制御装置
２１ 支持板
２２ カメラ
２３ コンピュータ

Claims (11)

1. 被処理水中の凝集物の凝集状態を検出する凝集状態検出方法において、
   前記被処理水に薬剤を注入し、前記被処理水に含まれる固形物を囲むようにして形成されるゲル状物を作製することで、前記凝集物とする工程と、
   この凝集物の画像を撮影する工程と、
   得られた前記画像に含まれる特定波長の強度を求める工程と、
   この特定波長の強度を用いて、前記凝集物に含まれる前記固形物および前記ゲル状物の比率並びに前記固形物の成分比率を算出する工程と、
   この算出した結果に基づいて、前記凝集物の凝集状態の良否を判定する工程と、
   を具備することを特徴とする凝集状態検出方法。
2. 前記撮影画像が、紫外〜赤外領域の複数の異なる波長域を同一視野に記録した画像であることを特徴とする請求項１に記載の凝集状態検出方法。
3. 前記算出したデータに閾値を設定し、前記固形物およびその成分、前記ゲル状物、前記被処理水を検出することを特徴とする請求項１に記載の凝集状態検出方法。
4. 被処理水中の凝集物の凝集状態を検出する凝集状態検出方法において、
   前記被処理水に薬剤を注入し、前記被処理水に含まれる固形物を囲むようにして形成されるゲル状物を作製することで、前記凝集物とする工程と、
   この凝集物の画像を撮影する工程と、
   得られた前記画像の明暗に閾値を設けることで、前記凝集物に含まれる前記固形物および前記ゲル状物の比率を算出する工程と、
   この算出した結果に基づいて、前記凝集物の凝集状態の良否を判定する工程と、
   を具備することを特徴とする凝集状態検出方法。
5. 前記撮影画像が、モノクロ画像、ＲＧＢを記録した画像用いることを特徴とする請求項４に記載の凝集状態検出方法。
6. 前記撮影画像が、明視野と位相差によるものであることを特徴とする請求項１又は４に記載の凝集状態検出方法。
7. 前記画像を撮影する方法は、同軸落射光源、又は凝集物の周囲にリング状に配置された光源を用いることを特徴とする請求項１又は４に記載の凝集状態検出方法。
8. 被処理水中の凝集物の凝集状態を検出し、その検出結果に基づいて薬剤の注入量を制御する薬剤注入制御方法において、
   前記被処理水に薬剤を注入し、前記被処理水に含まれる固形物を囲むようにして形成されるゲル状物を作製することで、前記凝集物とする工程と、
   この凝集物の画像を撮影する工程と、
   得られた前記画像に含まれる特定波長の強度を求める工程と、
   この特定波長の強度を用いて、前記凝集物に含まれる前記固形物および前記ゲル状物の比率並びに前記固形物の成分比率を算出する工程と、
   この算出した結果に基づいて、前記凝集物の凝集状態の良否を判定する工程と、
   前記判定結果に基づいて、前記薬剤の注入量を制御する工程と、
   を具備することを特徴とする薬剤注入制御方法。
9. 被処理水中の凝集物の凝集状態を検出し、その検出結果に基づいて薬剤の注入量を制御する薬剤注入制御方法において、
   前記被処理水に薬剤を注入し、前記被処理水に含まれる固形物を囲むようにして形成されるゲル状物を作製することで、前記凝集物とする工程と、
   この凝集物の画像を撮影する工程と、
   得られた前記画像の明暗に閾値を設けることで、前記凝集物に含まれる前記固形物および前記ゲル状物の比率を算出する工程と、
   この算出した結果に基づいて、前記凝集物の凝集状態の良否を判定する工程と、
   前記判定結果に基づいて、前記薬剤の注入量を制御する工程と、
   を具備することを特徴とする薬剤注入制御方法。
10. 被処理水中の凝集物の凝集状態を検出し、その検出結果に基づいて薬剤の注入量を制御する薬剤注入制御装置において、
    前記被処理水に薬剤を注入し、前記被処理水に含まれる固形物を囲むようにして形成されるゲル状物を作製することで、前記凝集物とする手段と、
    この凝集物の画像を撮影する手段と、
    得られた前記画像に含まれる特定波長の強度を求める手段と、
    この特定波長の強度を用いて、前記凝集物に含まれる前記固形物および前記ゲル状物の比率並びに前記固形物の成分比率を算出する手段と、
    この算出した結果に基づいて、前記凝集物の凝集状態の良否を判定する手段と、
    前記判定結果に基づいて、前記薬剤の注入量を制御する手段
    を具備することを特徴とする薬剤注入制御装置。
11. 被処理水中の凝集物の凝集状態を検出し、その検出結果に基づいて薬剤の注入量を制御する薬剤注入制御装置において、
    前記被処理水に薬剤を注入し、前記被処理水に含まれる固形物を囲むようにして形成されるゲル状物を作製することで、前記凝集物とする手段と、
    この凝集物の画像を撮影する手段と、
    得られた前記画像の明暗に閾値を設けることで、前記凝集物に含まれる前記固形物および前記ゲル状物の比率を算出する手段と、
    この算出した結果に基づいて、前記凝集物の凝集状態の良否を判定する手段と、
    前記判定結果に基づいて、前記薬剤の注入量を制御する手段と、
    を具備することを特徴とする薬剤注入制御装置。