JP2017026527A - 凝集沈殿制御装置、凝集沈殿制御方法、コンピュータプログラム及び凝集沈殿システム - Google Patents

Abstract

【課題】凝集沈殿法における薬剤の注入量をより精度良く制御することができる凝集沈殿制御装置、凝集沈殿制御方法、コンピュータプログラム及び凝集沈殿システムを提供することである。【解決手段】実施形態の凝集沈殿制御装置は、凝集物識別部と、凝集状態取得部と、制御部とを持つ。凝集物識別部は、被処理水を連続的に撮像する撮像部によって取得された画像から、前記被処理水中の凝集物を識別する。凝集状態取得部は、前記凝集物識別部によって識別された前記凝集物の凝集状態を取得する。制御部は、前記凝集状態取得部によって取得された前記凝集状態に基づいて、前記被処理水中の不要物を前記凝集物として凝集させるために注入される薬剤の注入量が適正であるか否かを判断する。【選択図】図４

Description

本発明の実施形態は、凝集沈殿制御装置、凝集沈殿制御方法、コンピュータプログラム及び凝集沈殿システムに関する。

上下水道、排水処理、用水供給などの分野においては、さまざまな方法で水の浄化処理が行われている。浄化処理とは、具体的には処理対象の水（以下、「被処理水」という。）に含まれる固形物や溶解物などの不要物を除去する処理である。被処理水から不要物を除去する方法の代表的なものとして、重力によって沈殿した不要物を被処理水から分離する沈降分離や、多孔質のセラミクスや樹脂を用いてろ過する膜分離、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。さらに沈降分離では、薬剤によって不要物の凝集と沈降を促進させる凝集沈殿法が用いられるのが一般的である。上記の方法の中でも、凝集沈殿法は、薬剤の注入、撹拌、沈殿物除去という比較的単純な操作で良好な浄化効果を得やすいことから広く普及している。

凝集沈殿法において、被処理水理の清澄化の度合いは、不要物の濃度や粒子径、表面の帯電状態、被処理水の導電率やｐＨ、水温、薬剤の種類や数、注入量、撹拌強度、撹拌時間、沈殿槽の許容水面積負荷などのさまざまな要素によって左右される。また、これらの要素のうち被処理水の水質や不要物の状態に関する要素は時間の経過に伴って変化する。そのため、凝集沈殿法では、被処理水の水質や凝集物の形成状態（以下、「凝集状態」という。）などに応じて薬剤の注入量を調整する必要がある。従来、この注入量は、被処理水の水質（例えば、濁度やアルカリ度などの指標による）に基づいて定式化されたモデルと、ビーカー規模での凝集試験（ジャーテスト）の結果と、を組み合わせて決定されるのが一般的であった。

また、近年では、より高度な凝集状態の判定方法として、散乱光法に基づく判定方法が提案されている。散乱光法は、濁度の測定などに用いられる粒子濃度の測定手法の一つである。散乱光法は、被処理水に照射されたレーザー光が被処理水に含まれる粒子によって散乱された散乱光の強度を計測することによって、被処理水中の粒子濃度を測定する手法である。散乱光法を用いれば、測定された粒子濃度から凝集状態を推定することができる。

しかしながら、上記のいずれの方法も、間接的に凝集状態を推定するものである。そのため、薬剤の注入量の制御が必ずしも実際の凝集状態に応じた制御とならず、精度良く制御することができない場合があった。

特開２００５−２４１３３８号公報

本発明が解決しようとする課題は、凝集沈殿法における薬剤の注入量をより精度良く制御することができる凝集沈殿制御装置、凝集沈殿制御方法、コンピュータプログラム及び凝集沈殿システムを提供することである。

実施形態の凝集沈殿制御装置は、凝集物識別部と、凝集状態取得部と、制御部とを持つ。凝集物識別部は、被処理水を連続的に撮像する撮像部によって取得された画像から、前記被処理水中の凝集物を識別する。凝集状態取得部は、前記凝集物識別部によって識別された前記凝集物の凝集状態を取得する。制御部は、前記凝集状態取得部によって取得された前記凝集状態に基づいて、前記被処理水中の不要物を前記凝集物として凝集させるために注入される薬剤の注入量が適正であるか否かを判断する。

実施形態の凝集沈殿制御装置の制御対象となる凝集沈殿装置の構成の概略を示す概略図。 第１の実施形態の凝集沈殿制御装置による凝集沈殿装置の制御の概要を示す概略図。 分取流路２００及びフローセル２１０の具体例を示す図。 第１の実施形態の凝集沈殿制御装置１の機能構成を示す機能ブロック図。 凝集物が撮像された位相差像及び明視野像の像処理の具体例を示す図。 同軸落射照明及びリングライト照明を用いて撮像された凝集物の画像の具体例を示す図。 同軸落射照明及びリングライト照明を用いて撮像された凝集物の画像の具体例を示す図。 第１の実施形態における凝集状態と薬剤の注入量との関係を示す図。 第２の実施形態の凝集沈殿制御装置１ａによる凝集沈殿装置１００の制御の概要を示す概略図。 フローセル２１０ａの具体例を示す図。 第２の実施形態の凝集沈殿制御装置１ａの機能構成を示す機能ブロック図。 第２の実施形態における凝集状態と薬剤の注入量との関係を示す図。

以下、実施形態の凝集沈殿制御装置、凝集沈殿制御方法、コンピュータプログラム及び凝集沈殿システムを、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、実施形態の凝集沈殿制御装置の制御対象となる凝集沈殿装置の構成の概略を示す概略図である。
凝集沈殿装置１００（凝集沈殿部）は、貯留槽１１０、第１凝集槽１２０、薬剤貯留槽１３０、薬剤注入ポンプ１４０、攪拌機１５０、第２凝集槽１６０、攪拌機１７０及び沈殿槽１８０を備える。貯留槽１１０、第１凝集槽１２０、第２凝集槽１６０及び沈殿槽１８０は、図のとおりに隣接して設置され、各水槽間には被処理水を輸送するための流路（図示せず）が設けられている。貯留槽１１０に貯留された水は、高低差（以下、「ヘッド差」という。）やポンプ等を利用することによって、第１凝集槽１２０、第２凝集槽１６０及び沈殿槽１８０の順に輸送される。

貯留槽１１０は、被処理水を貯留するための水槽である。第１凝集槽１２０は、被処理水に薬剤を注入し、不要物を凝集させるための水槽である。第１凝集槽１２０に注入される薬剤は、ＰＡＣ（Poly Aluminum Chloride：ポリ塩化アルミニウム）などの凝集剤や、硫酸ばん土などの凝結剤である。産業排水処理などでは、凝集物の沈降速度を向上させるために凝結剤に代えて高分子凝集剤などが用いられる場合もある。

薬剤貯留槽１３０は、貯留槽１１０に注入される上記薬剤を貯留する水槽である。薬剤注入ポンプ１４０（薬剤注入装置）は、薬剤貯留槽１３０に貯留された薬剤を第１凝集槽１２０に注入するポンプである。第１凝集槽１２０は、これらの薬剤の他、凝集物の形成を促進させるためのｐＨ調整剤として、塩酸や硫酸などの酸類や、消石灰や苛性ソーダなどのアルカリ類が添加される場合もある。

攪拌機１５０は、第１凝集槽１２０に流入する被処理水を攪拌する。攪拌機１５０は、モータ１５１の駆動によって攪拌翼１５２を回転させることによって被処理水と薬剤とを均一に混合する。攪拌機１５０による攪拌は、薬剤の拡散を早めるとともに、薬剤と懸濁粒子状の固形物との衝突確率を向上させる作用を有する。その結果、被処理水中の不要物が、薬剤による電荷中和作用やファンデルワールス力によって引き寄せられ、凝集物Ｓ１が形成される。

第２凝集槽１６０は、第１凝集槽１２０において形成された凝集物Ｓ１をさらに大きな凝集物Ｓ２に成長させるための水槽である。

攪拌機１７０は、第２凝集槽１６０に流入する被処理水を攪拌する。攪拌機１７０は、モータ１７１の駆動によって攪拌翼１７２を回転させることによって被処理水を攪拌する。攪拌機１７０による攪拌は、凝集物Ｓ１同士を衝突させる作用を有する。その結果、凝集物Ｓ１同士が凝集し、さらに大きな凝集物Ｓ２が形成される。

沈殿槽１８０は、第２凝集槽１６０において形成された凝集物Ｓ２を沈殿させるための水槽である。凝集沈殿装置１００は、沈殿槽１８０において不要物が沈殿した被処理水の上澄み液を取得することによって、浄化された被処理水（以下、「処理水」）を生成する。

図２は、実施形態の凝集沈殿制御装置による凝集沈殿装置の制御の概要を示す概略図である。
図２において、破線矢印は凝集沈殿装置１００から被処理水の一部が分取されていることを表している。分取流路２００（分取部）は、凝集沈殿装置１００から分取された被処理水の流路を模式的に示した図である。分取流路２００の途中に設けられているフローセル２１０は、分取された被処理水を撮像可能にするための管路である。フローセル２１０は、その一部がガラス等の透明な材料で構成され、中を流れる被処理水が撮像可能なように構成される。分取流路２００を流れる被処理水は流入口からフローセル２１０に流入し、流出口から分取流路２００に流出する。

撮像装置３００（撮像部）は、フローセル２１０を撮像することにより、凝集沈殿装置１００から分取された被処理水の画像を取得する。撮像装置３００は、被処理水の画像を連続的に取得して凝集沈殿制御装置１に出力する。撮像装置３００には、モノクロカメラやＲＧＢカメラ、複数のカラーフィルターの切り替えが可能なカメラ、ハイパースペクトルカメラなどを用いてもよい。

凝集沈殿制御装置１は、撮像装置３００から被処理水が撮像された画像を取得する。凝集沈殿制御装置１は、取得した画像に基づいて、凝集物の凝集状態を判定する。凝集沈殿制御装置１は、判定した凝集状態に基づいて、凝集沈殿装置１００の注入量を制御する制御情報を生成し、凝集沈殿装置１００に出力する。

ここで、凝集状態と薬剤の注入量との関係について説明する。
水処理の目的は被処理水から不要物を除去することである。より具体的には、被処理水中の不要物の濃度を予め定められた所定の基準値以下にすることである。凝集沈殿装置１００は薬剤によって不要物（固形物や溶解物）などを凝集させ、凝集物を重力によって沈殿させることにより被処理水から不要物を除去するため、凝集物の状態（凝集状態）が被処理水の水質に大きく影響する。例えば、不要物の凝集（粗粒子化）が不十分であれば被処理水中の不要物を十分に分離することができないし、凝集物を十分な大きさに凝集させることができなければ凝集物の沈降速度が遅くなる。

凝集沈殿装置１００は予め設定された凝集物の沈降速度に基づいて設計される。そのため、例えば、第２凝集槽１６０での凝集物の粗粒化が十分でなければ、沈殿槽１８０の設計に見合った十分な沈降速度を得られず処理水の水質が悪化する。この場合、第１凝集槽１２０において、被処理水中の固形物（又は凝集物）濃度の変化に応じて適切な量の薬剤が注入されなかったことなどが要因として考えられる。

一般に、被処理水中の固形物は、薬剤（凝結剤や凝集剤等）の濃度が所定濃度に達するまでは凝集しないことが知られている。この所定濃度は臨界凝集濃度と呼ばれている。薬剤の濃度が臨海凝集濃度以上になると凝集が始まり、凝集物が形成され始めるが、凝集物の形成の度合いは被処理水中の固形物（又は凝集物）の濃度に応じて異なる。そのため、薬剤の濃度は、処理水中の不要物の濃度が上記の基準値に照らして適正な濃度（以下、「適正濃度」という。）となるように調整される必要がある。

薬剤の濃度が適正濃度に満たない場合、固形物や溶解物の量に対する薬剤が不足することとなり、結果として処理水中の不要物の濃度が高くなる。一方、適正濃度を越えて薬剤を注入した場合、薬剤の粒子同士が凝集する作用によってある程度の濃度までは良質な処理水を得ることができる。しかしながら、薬剤の濃度がさらに高くなると、薬剤同士が凝集しきれなくなることに加え、薬剤が相対的に少ない固形物を取り合う形となってしまい凝集物の粗粒化が阻害される要因となる。その結果、凝集物の沈降性が低下し、処理水中の不要物の濃度が上昇してしまう。このような理由により、被処理水に注入する薬剤の量（注入量）は、凝集沈殿装置１００の構成や、被処理水中の不要物や凝集物の濃度に応じた適正濃度に制御される必要がある。

図３は、分取流路２００及びフローセル２１０の具体例を示す図である。
図３において、符号４００は、凝集沈殿装置１００において隣接する水槽の隣接面を表している。隣接面４００には、隣接する水槽間で被処理水を輸送するための流路としての穴４０１が設けられている。分取流路２００は、このような穴４０１を流れる被処理水の一部を分取可能なように配置される。分取された被処理水は、分取流路２００を流れ、分取流路の途中に設けられたフローセル２１０に流入する。

なお、一般に、凝集物は崩れやすく固定することが難しいため、分取流路２００は、ヘッド差やポンプ（図示せず）などを利用して層流を実現可能な流速かつ寸法を持つように構成される。分取流路２００がこのように構成されることによって、凝集物が水槽内と同じ状態で懸濁されたままの被処理水が分取される。

フローセル２１０は、撮像装置３００が歪みの無い画像を撮像することができるように、その一部に平らな撮像面を持つ。このような構成を持つフローセル２１０の例として、図３には、被処理水が長手方向に流れるように構成された直方体状のフローセル２１０が示されている。また、フローセル２１０は、被処理水の流速を調整するための絞り弁などを備えてもよい。

なお、図３に示した穴４０１は、隣接する水槽間で被処理水を輸送するための手段の一例を示したものであり、隣接する水槽間で被処理水を輸送することができれば、輸送路は他のどのような態様で構成されてもよい。また、図３に示した分取流路２００も、隣接する水槽から被処理水を分取する手段の一例を示したものであり、各水槽から被処理水の一部を取得することができれば、分取流路２００は輸送路の構成に関わらず他のどのような態様で構成されてもよい。

図４は、第１の実施形態の凝集沈殿制御装置１の機能構成を示す機能ブロック図である。
凝集沈殿制御装置１は、バスで接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリや補助記憶装置などを備え、制御プログラムを実行する。凝集沈殿制御装置１は、制御プログラムの実行によって画像取得部１１、凝集物識別部１２、凝集状態取得部１３及び制御情報生成部１４を備える装置として機能する。なお、凝集沈殿制御装置１の各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されてもよい。制御プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。制御プログラムは、電気通信回線を介して送信されてもよい。

画像取得部１１は、凝集沈殿装置１００から分取された被処理水が撮像された画像を撮像装置３００から取得する。画像取得部１１は、取得した画像を凝集物識別部１２に出力する。

凝集物識別部１２は、取得された被処理水の画像に基づいて、被処理水中の凝集物を識別する。具体的には、凝集物識別部１２は、被処理水の画像に基づいて、凝集物に含まれる固形物と、凝集物に含まれない固形物とを識別する。

上述したように凝集物は固形物が凝集したものであるが、実際は固形物だけでなく、薬剤自体が凝集した凝集物も含まれる。凝結剤や凝集剤等の薬剤は高分子であり、ハイドロゲルを形成する特徴がある。ＰＡＣなどの無機凝結剤やポリアクリルアミドなどの有機高分子凝集剤は分子量や組成、構造などの違いはあるが、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被処理水中の水を取り込んで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包み込むようにして形成される。

このような固形物とゲル状物とからなる凝集物は、通常の写真として用いられるような画像では、両者を識別することが困難である。そのため、撮像装置３００は、固形物及びゲル状物が強調して表現されるような撮像方法で被処理水を撮像する。撮像装置３００が用いる撮像方法の例として、次の位相差像や明視野像などの特殊な画像を取得する方法、同軸落射照明やリングライト照明などを用いた方法が挙げられる。

図５は、凝集物が撮像された位相差像及び明視野像の像処理の具体例を示す図である。
図５（Ａ）は位相差像であり、図５（Ｂ）は明視野像である。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）はいずれも、同じ状態の被処理水が撮像された画像である。両画像は、数μｍ〜数十μｍの大きさの凝集物が撮像されたものである。

図５（Ａ）の位相差像では、比較的明るく表現されている領域５０１、５０２及び５０３が凝集物である。このように、位相差像では凝集物が比較的明るく表現されるため、凝集物識別部１２は、取得された画像から比較的明るく表現された領域を検出することによって画像から凝集物を識別することができる。

一方、図５（Ｂ）の明視野像では、凝集物に含まれるゲル状物が比較的薄い色で表現され（例えば図中の領域５１１、５１２、５１３など）、固形物は比較的濃い色で表現されている。このように明視野像では、固形物が強調されて表現される（例えば図中の領域５１４、５１５及び５１６など）ため、凝集物識別部１２は、取得された画像から比較的濃い色で表現された領域を検出することによって画像から固形物を識別することができる。

図６及び図７は、同軸落射照明及びリングライト照明を用いて撮像された凝集物の画像の具体例を示す図である。
図６は数十μｍ〜数百μｍの大きさの凝集物が撮像された画像であり、図７は数百μｍ〜数ｍｍの大きさの凝集物が撮像された画像である。

図６（Ａ）はリングライト照明を用いて撮像された画像であり、図６（Ｂ）は同軸落射照明を用いて撮像された画像である。図６（Ａ）及び図６（Ｂ）はいずれも、同じ状態の被処理水が撮像された画像である。

図６（Ａ）の画像において、黒い点状に撮像された物体が凝集物中の固形物（例えば図中の領域５２１、５２２、５２３など）である。また、固形物を取り囲む薄暗い物体（例えば図中の領域５２４、５２５、５２６など）が凝集物中のゲル状物である。このように、リングライト照明を用いて撮像された画像では、固形物の識別は可能であるが、ゲル状物の識別は難しい。一方、図６（Ｂ）の同軸落射照明を用いて撮像された画像では、ゲル状物がより濃く表現されるため、凝集物に含まれる固形物とゲル状物とを識別することができる。

同様に、図７（Ａ）はリングライト照明を用いて撮像された画像であり、図７（Ｂ）は同軸落射照明を用いて撮像された画像である。図７（Ａ）及び図７（Ｂ）はいずれも、同じ状態の被処理水が撮像された画像である。この場合、リングライト照明を用いて撮像された画像の方が、固形物（例えば図中の領域５３１、５３２、５３３など）とゲル状物（例えば図中の領域５３４、５３５、５３６など）とをより明確に識別可能である。同軸落射照明を用いて撮像された画像は、凝集物全体が濃く表現され固形物とゲル状物との識別が困難である。

このように、画像における固形物及びゲル状物の表現は、撮像方法の違いや凝集物（固形物及びゲル状物）の大きさによって大きく異なる。そのため、撮像装置３００は、識別対象の凝集物の大きさに応じた適切な撮像方法を用いて構成される。また、撮像装置３００は、このような撮像方法の複数を実現可能なように構成されてもよい。

凝集物識別部１２は、このように撮像された被処理水の画像から、画素値が所定の範囲の値を持つ領域を抽出する。ここでいう所定の範囲は、画像において固形物やゲル状物が撮像された領域を示す画素値の範囲である。凝集物識別部１２は、連続して撮像された被処理水の画像のそれぞれから固形物及びゲル状物の領域を抽出し、各画像について抽出された領域を示す識別情報を凝集状態取得部１３に出力する。

なお、撮像装置３００が複数の異なる撮像方法によって被処理水の画像を取得可能な場合、凝集物識別部１２は、固形物及びゲル状物の識別を、それぞれ異なる撮像方法で取得された画像に基づいて行ってもよい。例えば、凝集物識別部１２は、位相差像に基づいてゲル状物を識別し、識別されたゲル状物に対応する明視野像の領域から固形物を識別してもよい。このように、複数の異なる撮像方法で取得された画像を用いることによって、固形物及びゲル状物の識別をより精度よく行うことができる。例えば、上記の方法によって、図５（Ａ）の明視野像に撮像されたフローセル２１０の傷（例えば図中の領域５１７、５１８など）が固形物として識別されることを抑制することができる。

図４の説明に戻る。
凝集状態取得部１３は、凝集物識別部１２から出力された識別情報に基づいて、凝集物の凝集状態を判定する。具体的には、凝集状態取得部１３は、凝集物におけるゲル状物に対する固形物の面積比、又は凝集物に含まれない固形物の量を凝集状態として取得する。凝集状態取得部１３は、判定した凝集状態を示す凝集状態情報を制御情報生成部に出力する。

例えば、凝集状態取得部１３は、識別情報が示す各領域（固形物及びゲル状物）の画素数を計数することによって固形物及びゲル状物の面積を取得する。凝集状態取得部１３は、取得した固形物及びゲル状物の面積に基づいて上記面積比を取得する。また、凝集状態取得部１３は、ゲル状物の外にある固形物の面積の総和をとることによって、凝集物に含まれない固形物の量を取得する。

制御情報生成部１４（制御部）は、凝集状態取得部１３から出力された凝集状態情報に基づいて、薬剤の注入量を制御するための制御情報を生成する。制御情報生成部１４は、生成した制御情報を凝集沈殿装置１００に出力する。

凝集沈殿装置１００は、制御情報生成部１４から出力された制御情報に基づいて、薬剤の注入量を制御する。具体的には、凝集沈殿装置１００は、薬剤注入ポンプ１４０を制御することによって、第１凝集槽１２０に対する薬剤の注入量を制御する。これにより、凝集沈殿装置１００における被処理水の清澄化を適切に制御することが可能となる。

図８は、第１の実施形態における凝集状態と薬剤の注入量との関係を示す図である。
図８（Ａ）は、固形物及びゲル状物の面積比と薬剤の注入量との関係を示す図である。図８（Ａ）において、横軸が固形物及びゲル状物の面積比を表し、縦軸が薬剤の注入量を表す。上述したように、薬剤の注入量が適正量より多くなると、過剰な薬剤がゲル状物となって凝集物に取り込まれることになるため、凝集物中の固形物の割合が減少する。そのため、ゲル状物に対する固形物の割合が小さくなり、面積比も小さくなる。

一方、薬剤の注入量が適正量より少なくなると、相対的に多い固形物を薬剤が取り合う形となってしまうため、凝集物中の固形物の割合が高くなる。そのため、ゲル状物に対する固形物の割合が大きくなり、面積比も大きくなる。このような関係に基づけば、ゲル状物に対する固形物の面積比によって、薬剤の注入量が適正量よりも多いか又は少ないかを判断することができる。

図８（Ｂ）は、凝集物に含まれない固形物の量と薬剤の注入量との関係を示す図である。図８（Ｂ）において、横軸が凝集物に含まれない固形物の量を表し、縦軸が薬剤の注入量を表す。薬剤の注入量が適正量より多くなると、被処理水中の固形物がほぼ全て凝集物に取り込まれるため、凝集物に含まれない固形物の量が少なくなる。

一方、薬剤の注入量が適正量より少なくなると、被処理水中の固形物が十分に凝集物に取り込まれなくなるため、凝集物に含まれない固形物の量が多くなる。このような関係に基づけば、凝集物に含まれない固形物の量によって、薬剤の注入量が適正量よりも多いか又は少ないかを判断することができる。

制御情報生成部１４は、制御対象となる凝集沈殿装置１００について予め設定された、ゲル状物に対する固形物の面積比又は凝集物に含まれない固形物の量の適正値と、凝集状態取得部１３によって取得された凝集状態とに基づいて、薬剤の注入量を増加させればよいか又は減少させればよいかを判断する。制御情報生成部１４は、判断結果に基づいて、薬剤の注入量を増加又は減少させるための制御情報を生成し、凝集沈殿装置１００に出力する。

このように構成された第１の実施形態の凝集沈殿制御装置１は、分取された被処理水が撮像された画像に基づいて凝集物の凝集状態を取得する。そのため、凝集沈殿制御装置１は、凝集物の凝集状態をより実際に近い状態として精度良く取得することができる。このような機能を備えることによって、凝集沈殿制御装置１は、凝集沈殿法における薬剤の注入量をより精度良く制御することができる。

なお、上記方法による凝集状態の判定は、検査対象の被処理水が分取される貯水槽を限定するものではない。上記方法による検査対象となる被処理水は、検査の目的や水処理の目標等に応じて、いずれの貯水槽から分取されてもよい。ただし、被処理水の水質の変動が大きい場合は、制御の時間遅れを考慮する必要がある。そのため、この場合、被処理水は、凝集沈殿プロセスの早い段階（図１の例では第１凝集層１２０の段階）において分取されるのが望ましい。一方、被処理水の水質の変動が小さくかつ凝集状態の取得に時間的余裕がある場合、被処理水は凝集沈殿プロセスの遅い段階（図１の例では第２の凝集槽１６０又は沈殿槽１８０の段階）において分取されてもよい。

（第２の実施形態）
図９は、第２の実施形態の凝集沈殿制御装置１ａによる凝集沈殿装置１００の制御の概要を示す概略図である。
第２の実施形態では、フローセル２１０に代えてフローセル２１０ａを用いる。フローセル２１０ａは、分取された被処理水に電圧を印加するための電極をさらに備える。撮像装置３００は、フローセル２１０ａによって電圧が印加された状態の被処理水を連続的に撮像する。凝集沈殿制御装置１ａは、撮像装置３００によって取得された電圧が印加された状態の被処理水の画像に基づいて凝集物の凝集状態を取得する。凝集沈殿制御装置１ａは、取得した凝集状態に基づいて、凝集沈殿装置１００の薬剤の注入量を制御するための制御情報を生成する。

図１０は、フローセル２１０ａの具体例を示す図である。
フローセル２１０ａは、被処理水が流れる方向（以下、「流れ方向」という。）に対して垂直方向の電圧を印加する電極２１１をさらに備える。図１０の例では、フローセルの右側に陽極が設けられ、左側に陰極が設けられている。この場合、上から下に流れる被処理水に対して左方向の電圧が印加される。また、図１０の例は、被処理水中の凝集物Ｓ１１及びＳ１２がプラスに帯電していることを表し、凝集物Ｓ１３及びＳ１４がマイナスに帯電していることを表している。この場合、プラスに帯電した凝集物Ｓ１１及びＳ１２は陰極に引き寄せられ、マイナスに帯電した凝集物Ｓ１３及びＳ１４は陽極に引き寄せられる。撮像装置３００は、凝集物がこのように移動している状態の被処理水を紙面手前方向から連続的に撮像する。

図１１は、第２の実施形態の凝集沈殿制御装置１ａの機能構成を示す機能ブロック図である。
凝集沈殿制御装置１ａは、凝集状態取得部１３に代えて凝集状態取得部１３ａを備える点、制御情報生成部１４に代えて制御情報生成部１４ａを備える点で、第１の実施形態の凝集沈殿制御装置１と異なる。他の機能部は、凝集沈殿制御装置１と同様である。そのため、他の機能部には図４と同じ符号を付すことによってここでの説明を省略する。

凝集状態取得部１３ａは、凝集物識別部１２から出力された識別情報に基づいて、凝集物の凝集状態を取得する。具体的には、凝集状態取得部１３ａは、凝集物の帯電状態を凝集状態として取得する。例えば、凝集状態取得部１３ａは、識別情報が示す凝集物の位置を連続する画像同士で比較することによって、凝集物の移動方向と移動量とを取得する。凝集状態取得部１３ａは、取得した凝集物の移動方向及び移動量を示す情報を凝集状態情報として制御情報生成部１４に出力する。

制御情報生成部１４ａは、凝集状態取得部１３から出力された凝集状態情報に基づいて、薬剤の注入量を制御するための制御情報を生成する。制御情報生成部１４ａは、生成した制御情報を凝集沈殿装置１００に出力する。具体的には、制御情報生成部１４ａは、次の図１２に示すような方法によって、薬剤の注入量を増加させればよいか又は減少させればよいかを判断する。

図１２は、第２の実施形態における凝集状態と薬剤の注入量との関係を示す図である。
図１２（Ａ）は、凝集物の移動度と薬剤の注入量との関係を示す図である。移動度は、凝集物の移動の度合いを示す値であり、速度や加速度、移動量などによって表される。本実施形態では、移動度は移動量を表すものと仮定して説明する。この場合、凝集状態取得部１３ａは、識別情報に基づいて取得した凝集物の移動方向及び移動量を用いて凝集物の移動度を取得する。図１２（Ａ）において横軸は移動度を表し、縦軸は薬剤の注入量を表す。横軸の移動度は陽極側（図中の『０』から『＋』への方向）への移動度又は陰極側（図中の『０』から『−』への方向）への移動度として表される。

一般に固形物はマイナスに帯電している。また、上述したように、薬剤の注入量が適正量より少なくなると、凝集物中の固形物の割合が大きくなる。そのため、薬剤の注入量が適正量より少ない場合、凝集物全体での電荷がマイナスとなり、凝集物は陽極側に移動する。一方、ゲル状物はプラスに帯電している。また、上述したように、薬剤の注入量が適正量より多くなると、凝集物中のゲル状物の割合が大きくなる。そのため、薬剤の注入量が適正量より多い場合、凝集物全体での電荷がプラスとなり、凝集物は陰極側に移動する。このような関係に基づけば、電圧を印加したときの凝集物の移動度によって、薬剤の注入量が適正量よりも多いか又は少ないかを判断することができる。

図１２（Ａ）では流れ方向に対して垂直方向（すなわち電圧方向）の移動度によって、薬剤の注入量が適正であるか否かを判断する方法を説明したが、次の図１２（Ｂ）のように移動度の分散値によって判断することもできる。図１２（Ｂ）において、横軸は移動度の分散を表し、縦軸は薬剤の注入量を表す。上述したように、凝集物は、薬剤の注入量が適正量より少ない場合には陽極側に引き寄せられ、薬剤の注入量が適正量より多い場合には陰極側に引き寄せられる。この場合、凝集物の移動度は陽極側又は陰極側のいずれか一方向に偏るため移動度の電界方向の成分の分散値は小さくなる。一方、薬剤の注入量が適正量である場合、凝集物の移動度に対する水の流れや重力等の影響が大きくなるため、移動度は陽極側及び陰極側の両方向に分散する。そのため、移動度の電界方向の成分の分散値が大きくなる。このように、薬剤の注入量と移動度との関係を移動度の分散値で表すことによって、適正量付近での凝集状態の変化をより敏感に察知することができる。

以下、上記実施形態の変形例について説明する。

被処理水に含まれる不要物の詳細が判明している場合には、凝集状態と薬剤の注入量との関係を示すデータベースを予め作成しておき、データベースと取得された凝集状態とに基づいて薬剤の注入量を制御してもよい。例えば、薬剤の注入量の適正値が凝集状態や凝集物の沈殿状態に応じて変化する場合、凝集状態及び沈殿状態と適正値との相関を上記データベースに予め設定しておくことによって、凝集状態及び沈殿状態に応じた注入量の適正値に基づいて、薬剤の増減を判断してもよい。

なお、撮像装置３００に、複数のカラーフィルターの切り替えが可能なカメラやハイパースペクトルカメラなどを用いる場合、凝集物に含まれる固形物ついて成分の特定を行っても良い。このようにして成分を特定すれば、想定される成分について上記データベースを予め設定しておくことにより、成分に応じた薬剤の注入量の制御が可能となる。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、被処理水を連続的に撮像する撮像部によって取得された画像から被処理水中の凝集物を識別する凝集物識別部と、凝集物識別部によって識別された凝集物の凝集状態を取得する凝集状態取得部と、凝集状態取得部によって取得された凝集状態に基づいて、被処理水中の不要物を凝集物として凝集させるために注入される薬剤の注入量が適正であるか否かを判断する制御部と、を持つことにより、凝集沈殿法における薬剤の注入量をより精度良く制御することができる。

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、例として提示したものであり、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同様に、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ものである。

１，１ａ…凝集沈殿制御装置、１１…画像取得部、１２…凝集物識別部、１３，１３ａ…集状態取得部、１４，１４ａ…制御情報生成部、１００…凝集沈殿装置、１１０…貯留槽、１２０…第１凝集槽、１３０…薬剤貯留槽、１４０…薬剤注入ポンプ、１５０…攪拌機、１５１…モータ、１５２…攪拌翼、１６０…第２凝集槽、１７０…攪拌機、１７１…モータ、１７２…攪拌翼、１８０…沈殿槽、２００…分取流路、２１０，２１０ａ…フローセル、２１１…電極、３００…撮像装置、４００…隣接面、４０１…隣接面に設けられた穴、５０１〜５０３…凝集物を示す領域、Ｓ１，Ｓ２…凝集物、Ｓ１１〜Ｓ１３…凝集物

Claims (9)

1. 被処理水を連続的に撮像する撮像部によって取得された画像から、前記被処理水中の凝集物を識別する凝集物識別部と、
   前記凝集物識別部によって識別された前記凝集物の凝集状態を取得する凝集状態取得部と、
   前記凝集状態取得部によって取得された前記凝集状態に基づいて、前記被処理水中の不要物を前記凝集物として凝集させるために注入される薬剤の注入量が適正であるか否かを判断する制御部と、
   を備える凝集沈殿制御装置。
2. 前記凝集状態取得部は、前記凝集物に含まれる固形物とゲル状物との割合を前記凝集状態として取得し、
   前記制御部は、前記固形物とゲル状物との割合に基づいて前記注入量が適正であるか否かを判断する、
   請求項１に記載の凝集沈殿制御装置。
3. 前記凝集状態取得部は、前記被処理水中の前記凝集物に含まれない固形物の量を前記凝集状態として取得し、
   前記制御部は、前記被処理水中の前記凝集物に含まれない固形物の量に基づいて前記注入量が適正であるか否かを判断する、
   請求項１又は２に記載の凝集沈殿制御装置。
4. 前記撮像部によって取得される画像は、電圧が印加された状態の前記被処理水が撮像された画像であり、
   前記凝集状態取得部は、電圧の印加により移動する前記凝集物の移動度を前記凝集状態として取得し、
   前記制御部は、前記凝集物の移動度に基づいて前記注入量が適正であるか否かを判断する、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の凝集沈殿制御装置。
5. 前記制御部は、前記凝集物の移動度の分散値に基づいて前記注入量が適正であるか否かを判断する、
   請求項４に記載の凝集沈殿制御装置。
6. 前記制御部は、判断結果に基づいて、前記被処理水に前記薬剤を注入する薬剤注入装置の前記薬剤の注入量を制御するための制御情報を生成する、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の凝集沈殿制御装置。
7. 被処理水を連続的に撮像する撮像部によって取得された画像から、前記被処理水中の凝集物を識別する凝集物識別ステップと、
   前記凝集物識別ステップにおいて識別された前記凝集物の凝集状態を取得する凝集状態取得ステップと、
   前記凝集状態取得ステップにおいて取得された前記凝集状態に基づいて、前記被処理水中の不要物を前記凝集物として凝集させるために注入される薬剤の注入量が適正であるか否かを判断する判断ステップと、
   を有する凝集沈殿制御方法。
8. 被処理水を連続的に撮像する撮像部によって取得された画像から、前記被処理水中の凝集物を識別する凝集物識別ステップと、
   前記凝集物識別ステップにおいて識別された前記凝集物の凝集状態を取得する凝集状態取得ステップと、
   前記凝集状態取得ステップにおいて取得された前記凝集状態に基づいて、前記被処理水中の不要物を前記凝集物として凝集させるために注入される薬剤の注入量が適正であるか否かを判断する判断ステップと、
   をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム。
9. 薬剤を注入して被処理水の不要物を凝集させ、前記不要物が凝集した凝集物を沈殿させることによって前記被処理水から前記不要物を除去する凝集沈殿部と、
   前記凝集沈殿部から前記被処理水の一部を分取する分取部と、
   前記被処理水を連続的に撮像し、前記被処理水の画像を取得する撮像部と、
   前記撮像部によって取得された前記被処理水の画像から、前記被処理水中の前記凝集物を識別する凝集物識別部と、
   前記凝集物識別部によって識別された前記凝集物の凝集状態を取得する凝集状態取得部と、
   前記凝集状態取得部によって取得された前記凝集状態に基づいて、前記被処理水中の不要物を前記凝集物として凝集させるために注入される薬剤の注入量が適正であるか否かを判断する制御部と、
   前記制御部の判断結果に基づいて、前記凝集沈殿部の前記薬剤の注入量を制御するための制御情報を生成する制御部と、
   を備える凝集沈殿システム。