JP2024035907A - 脱水システム - Google Patents

Abstract

【課題】スクリュープレスから排出される汚泥の状態をリアルタイムに把握することができる脱水システムが提供される。【解決手段】脱水システムＤＳは、脱水装置ＳＰと、脱水装置ＳＰから排出されたケーキの画像データを生成する画像取得装置２００と、画像取得装置２００によって取得された画像データに基づいて、ケーキの状態を判定する制御装置６と、を備えている。【選択図】図２

Description

本発明は、脱水システムに関する。

従来から、上下水処理場、し尿処理場、工場排水処理場、有機性廃棄物処理場などの液体処理施設から排出される汚泥（液体含有物）を圧搾して、該汚泥から水を分離する（すなわち、脱水する）装置として、スクリュープレスが知られている。

このスクリュープレスは、スクリーン（多孔板）から形成されたろ過筒と、ろ過筒の内部に配置されたスクリューと、を備える。スクリューは、ろ過筒に投入された汚泥を圧搾し、脱水する。脱水された汚泥（ケーキ）は、ろ過筒の排出側端部から排出される。ケーキは、その含水率ができる限り低下した状態で、ろ過筒の排出側端部から排出されることが望ましい。

特開２０１８－５１５８２号公報 特開２０２１－１５９８７８号公報 特開２０２１－３７５０８号公報

スクリュープレスは、汚泥の脱水に広く用いられるが、様々な事象（汚泥の性状（例えば、汚泥の濃度、汚泥の温度、汚泥の粘性、汚泥の化学組成などの物性値）の変動や汚泥量の変動）により、刻々と汚泥の脱水状態が変化しうる。これらの事象に対し、汚泥の脱水は、脱水ケーキの含水率を維持するために、スクリュープレスの操作因子（例えば、凝集剤の注入率や機械設備の回転速度など）を調整して運転するが、汚泥の性状や量が変動するため、脱水ケーキの含水率が変動したり、供回りが発生（脱水機内の汚泥が排出部へ搬送できない現象）するといった課題がある。

そこで、本発明は、スクリュープレスから排出される汚泥の状態をリアルタイムに把握することができる脱水システムを提供することを目的とする。

一態様では、第１スクリューおよび第２スクリューを備える同軸型の脱水装置と、前記脱水装置から排出されたケーキの画像データを生成する画像取得装置と、前記画像取得装置によって取得された前記画像データに基づいて、前記ケーキの状態を判定する制御装置と、を備えている、脱水システムが提供される。

一態様では、前記制御装置は、前記画像データに基づいて、前記脱水装置内部の供回りの発生を判定する。
一態様では、前記制御装置は、前記画像データに基づいて、前記ケーキに形成されたスクリュー跡に生じた欠けの有無を判定し、前記欠けの有無に基づいて、前記供回りの発生を決定する。
一態様では、前記脱水装置は、前記ケーキの移送方向に沿って、前記ケーキにスリットを形成するスリット形成部材を備えており、前記制御装置は、前記スリット形成部材によって形成されたスリットの形状に基づいて、前記供回りの発生を決定する。

一態様では、前記制御装置は、前記供回りが発生していると決定した場合、少なくとも前記第２スクリューの回転速度を大きくする。
一態様では、前記制御装置は、前記画像データに基づいて、前記ケーキの含水率を判定する。
一態様では、前記制御装置は、前記画像データに基づいて、前記ケーキに形成されたスクリュー跡を境界に、前記ケーキを、基準領域と、前記基準領域と比較する比較領域と、を区画し、前記比較領域の含水率が前記基準領域の含水率よりも高いか否かを判定する。

一態様では、前記制御装置は、前記比較領域の含水率が所定の目標値から外れた第１条件と、前記基準領域の含水率と前記比較領域の含水率との間の差分が所定の値以上である第２条件と、のうちの少なくとも１つの条件を満たす場合、少なくとも前記第２スクリューの回転速度を調整する。
一態様では、前記脱水装置は、液体含有物が投入されるろ過筒と、前記液体含有物の、前記ろ過筒に対する圧力を検出する圧力センサと、を備えており、前記制御装置は、前記圧力センサから送られる信号に基づいて、圧力値を測定し、前記測定した圧力値のデータに基づいて、汚泥の状態判別モデルを構築し、前記状態判別モデルと、前記画像データと、に基づいて、前記脱水装置の運転状態を判定する。
一態様では、前記制御装置は、機械学習アルゴリズムにより構築されたモデルが格納された記憶装置と、前記画像データを前記モデルに入力し、前記ケーキの状態を示す判定結果を前記モデルから出力するための演算を実行する処理装置と、を備えている。

一態様では、前記制御装置は、前記ケーキの状態を示す判定結果に基づいて、前記ケーキの、前記第２スクリューとの供回りの発生を防止するように、少なくとも前記第２スクリューの回転速度を制御する。
一態様では、前記制御装置は、前記ケーキの状態を示す判定結果に基づいて、前記ケーキの含水率が所定の含水率になるように、少なくとも前記第２スクリューの回転速度を制御する。

制御装置は、画像取得装置によって取得された画像データに基づいて、ケーキの状態を判定することができる。したがって、制御装置は、スクリュープレスから排出される汚泥の状態をリアルタイムに把握することができる。

脱水システムを示す図である。 脱水装置の一実施形態を示す図である。 画像取得装置を示す図である。 スリット形成部材の一実施形態を示す図である。 図５（ａ）および図５（ｂ）は、スリット形成部材の他の実施形態を示す図である。 ケーキに付されたスリットを示す図である。 スクリュー跡に生じた欠けを示す図である。 ２つの領域に区画されたケーキを示す図である。 スクリュープレスの他の実施形態を示す図である。 スクリュープレスの運転状態に異常が発生した場合における圧力測定値の変化を示す図である。 画像取得装置によって取得された画像データと、圧力値のデータと、を組み合わせたデータセットを示す図である。 圧力値のデータセットと、画像データのデータセットと、を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、脱水システムを示す図である。脱水システムＤＳは、有機性廃棄物としての汚泥（有機汚泥）に対して脱水処理を行うためのシステムである。図１に示すように、脱水システムＤＳは、汚泥を貯留する汚泥貯留槽１０１と、凝集汚泥を調製する凝集槽１０３と、汚泥貯留槽１０１内の汚泥を凝集槽１０３に供給する汚泥供給ポンプ１０２と、を備えている。

脱水システムＤＳは、ポリマ剤（すなわち、凝集剤）が溶解されたポリマ溶解槽１０５と、ポリマ溶解槽１０５内のポリマ剤を凝集槽１０３に供給するポリマ供給ポンプ１０６と、を備えている。凝集槽１０３内の凝集汚泥は、ポリマ剤を汚泥に添加することによって、調製される。脱水システムＤＳは、凝集槽１０３で凝集された凝集汚泥から水分を分離して流動性の低い濃縮汚泥を生成する濃縮機１０４と、濃縮機１０４で濃縮された濃縮汚泥（液体含有物）を脱水する脱水装置ＳＰと、を備えている。

図２は、脱水装置の一実施形態を示す図である。図２に示すように、脱水装置ＳＰは、円筒状のスクリーンケーシング（ろ過筒）１と、スクリーンケーシング１内で、スクリーンケーシング１と同心状に配置され、濃縮汚泥を所定の移送方向Ｄに移送する、同軸（２軸）の第１スクリュー３および第２スクリュー４と、第１スクリュー３を回転させる第１回転機構７と、第１スクリュー３とは独立に第２スクリュー４を回転させる第２回転機構２０と、を備えている。以下、脱水装置ＳＰをスクリュープレスＳＰと呼ぶことがある。

スクリーンケーシング１は、パンチングメタルなどのスクリーン（多孔板）から形成されており、外筒および内筒を有する二重構造を有している。スクリーンケーシング１の上流側端部には、汚泥の投入口（言い換えれば、ホッパ）２が形成されている。投入口２からスクリーンケーシング１に投入された汚泥は、回転する第１スクリュー３および第２スクリュー４により、スクリーンケーシング１内で所定の移送方向Ｄに移送される。

脱水システムＤＳは、その構成要素としての装置の動作を制御する制御装置６を備えている。図１に示すように、制御装置６は、汚泥供給ポンプ１０２、ポリマ供給ポンプ１０６、凝集槽１０３（より具体的には、凝集槽１０３内のポリマ剤および汚泥の混合液を攪拌する攪拌機１０３ａの動作）、濃縮機１０４、およびスクリュープレスＳＰの動作を制御するように構成されている。

図２に示すように、制御装置６は、プログラム（各種データを含む）を格納する記憶装置６ａと、記憶装置６ａに格納されたプログラムに含まれる命令に従って演算を実行する処理装置６ｂと、を備えている。

制御装置６は、第１回転機構７および第２回転機構２０の動作を制御するように構成されている。第２スクリュー４は、第１スクリュー３とは独立に回転可能なように、第１スクリュー３に連結されている。第１スクリュー３および第２スクリュー４は、スクリーンケーシング１および排出チャンバー３３をそれぞれ貫通して延びている。排出チャンバー３３は、スクリーンケーシング１に接続されている。この排出チャンバー３３に、後述するプラグケーキがスクリーンケーシング１から排出される。第２スクリュー４の軸方向の長さは、第１スクリューの軸方向の長さよりも短い。

第１スクリュー３は、汚泥の移送方向Ｄにおける下流側に向かってその径が徐々に大きくなる円錐台形状（テーパ形状）の第１スクリュー軸３Ａと、第１スクリュー軸３Ａの外面に固定された第１スクリュー羽根３Ｂと、を有している。第２スクリュー４は、円筒形状の第２スクリュー軸４Ａと、第２スクリュー軸４Ａの外面に固定された第２スクリュー羽根４Ｂと、を有している。第２スクリュー４は、汚泥の移送方向Ｄにおいて第１スクリュー３の下流側に配置されている。

スクリーンケーシング１の上流側の端部は閉塞壁８によって密封されている。第１スクリュー軸３Ａの一方の端部（移送方向Ｄにおける上流側端部）はこの閉塞壁８を貫通して延びている。この閉塞壁８には、閉塞壁８と第１スクリュー軸３Ａとの間の隙間をシールする水封装置１０が設置されている。閉塞壁８を貫通して延びる第１スクリュー軸３Ａの上流側端部は、ベース（図示せず）に設置された軸受１１，１２により軸方向の移動を拘束されながら回転自在に支持されている。なお、軸受１１，１２の一方を省略することができる。

第１スクリュー軸３Ａの上流側端部は、第１スクリュー３を回転させるための第１回転機構７に連結されている。本実施形態では、第１回転機構７は、第１駆動機（例えば、電動機）１４と、第１駆動機１４の回転軸に固定されたスプロケット１５と、第１スクリュー軸３Ａに固定されたスプロケット１６と、これらスプロケット１５，１６に巻きかけられたチェーン１７と、を備える。

スプロケット１６は、上記軸受１１，１２の間に位置している。第１回転機構７の第１駆動機１４を駆動すると、この第１駆動機１４の回転軸に固定されたスプロケット１５が回転し、チェーン１７を介して第１スクリュー軸３Ａに固定されたスプロケット１６を回転させる。その結果、第１スクリュー３が第１回転機構７により回転させられる。第１駆動機１４は、制御装置６に接続され、制御装置６は、第１駆動機１４の動作を制御することができるように構成されている。

第２スクリュー４の第２スクリュー軸４Ａは、第１スクリュー軸３Ａと同心状に配置される。第２スクリュー軸４Ａの外径は第１スクリュー軸３Ａの最大径と同一である。第２スクリュー軸４Ａには、排出チャンバー３３の内壁３３Ａを貫通して延びる縮径部４Ｆが形成されている。

第２スクリュー軸４Ａの上流側端部は、図示しないすべり軸受を介して第１スクリュー軸３Ａに回転自在に支持され、第２スクリュー軸４Ａの下流側端部は、ベース（図示せず）に設置された軸受２２，２３により軸方向の移動を拘束されながら回転自在に支持されている。なお、軸受２３を省略することができる。

第２スクリュー軸４Ａの下流側端部は、第２スクリュー４を回転させるための第２回転機構２０に連結されている。本実施形態では、第２回転機構２０は、第２駆動機（例えば、電動機）２４と、第２駆動機２４の回転軸に固定されたスプロケット２５と、第２スクリュー軸４Ａに固定されたスプロケット２６と、これらスプロケット２５，２６に巻きかけられたチェーン２７と、を備える。

スプロケット２６は、軸受２２，２３の間の位置している。第２回転機構２０の第２駆動機２４を駆動すると、この第２駆動機２４の回転軸に固定されたスプロケット２５が回転し、チェーン２７を介して第２スクリュー軸４Ａに固定されたスプロケット２６を回転させる。その結果、第２スクリュー４が第２回転機構２０により回転させられる。

第２駆動機２４は、制御装置６に接続される。第２駆動機２４には、インバータ（図示せず）が内蔵されており、制御装置６は、インバータを介して第２駆動機２４の動作を制御することができるように構成されている。すなわち、制御装置６は、インバータを介して第２駆動機２４の回転速度および回転方向を制御することができる。第２駆動機２４は、第２スクリュー４を第１スクリュー３とは独立して回転させることが可能である。なお、第１駆動機１４も、第１駆動機１４の回転速度および回転方向を変更可能なインバータ（図示せず）を内蔵している。

第１スクリュー羽根３Ｂは、第１スクリュー軸３Ａの軸方向に沿って螺旋状に延びており、第２スクリュー羽根４Ｂは、第２スクリュー軸４Ａの軸方向に沿って螺旋状に延びている。第１スクリュー羽根３Ｂが固定されている第１スクリュー３の部分と、第２スクリュー羽根４Ｂが固定されている第２スクリュー４の部分を合計した長さは、スクリーンケーシング１の軸方向の長さと同一か、または長い。

スクリーンケーシング１（より具体的には、内筒）と第１スクリュー羽根３Ｂとの間には微小な隙間が形成されており、第１スクリュー羽根３Ｂはスクリーンケーシング１に接触することなく回転することができるようになっている。同様に、スクリーンケーシング１の内面と第２スクリュー羽根４Ｂとの間には微小な隙間が形成されており、第２スクリュー羽根４Ｂはスクリーンケーシング１に接触することなく回転することができるようになっている。

回転する第１スクリュー羽根３Ｂおよび第２スクリュー羽根４Ｂは、スクリーンケーシング１の上流側端部に形成された投入口２からスクリーンケーシング１に投入された汚泥を排出チャンバー３３に向かって（すなわち、移送方向Ｄに）移送することができる。

本実施形態では、第２スクリュー羽根４Ｂの巻き方向（すなわち、螺旋方向）は、第１スクリュー羽根３Ｂの巻き方向とは逆である。したがって、投入口２から投入された汚泥を、排出チャンバー３３へ送り出すときは、図２に示すように、第２スクリュー４を第１スクリュー３とは逆方向に回転させることになる。

一実施形態では、第２スクリュー羽根４Ｂの巻き方向を、第１スクリュー羽根３Ｂの巻き方向と同一にしてもよい。この場合、投入口２から投入された汚泥を、排出チャンバー３３へ送り出すときは、第２スクリュー４を第１スクリュー３と同方向に回転させることになる。

図２に示すように、スクリーンケーシング１は、第１スクリュー３が配置された脱水領域１Ａと、第２スクリュー４が配置されたプラグ形成領域１Ｂと、に分割される。脱水領域１Ａで汚泥が移送される空間は、スクリーンケーシング１の内面と、第１スクリュー羽根３Ｂと、第１スクリュー軸３Ａと、によって形成される。

この移送空間の断面積は、図２に示すように、汚泥の移送方向Ｄに沿って漸次減少する。したがって、投入口２から投入された汚泥がこの移送空間を第１スクリュー羽根３Ｂによって移送されるに従って、汚泥は圧搾され、脱水される。スクリーンケーシング１のスクリーン（多孔板）を通過したろ液は、スクリーンケーシング１の下方に配置されたろ液受け３８によって回収される。ろ液受け３８には、ドレイン３９が接続されており、ろ液受け３８によって回収されたろ液は、ドレイン３９を介してスクリュープレスＳＰから排出される。

プラグ形成領域１Ｂで汚泥が移送される空間は、スクリーンケーシング１の内面と、第２スクリュー羽根４Ｂと、第２スクリュー軸４Ａと、によって形成される。図２に示すように、この移送空間の断面積は一定である。プラグ形成領域１Ｂでは、脱水領域１Ａで脱水された汚泥（すなわち、ケーキ）によって、プラグケーキが形成される。

プラグ形成領域１Ｂ内のケーキは、第２スクリュー羽根４Ｂによって移動を妨げられることで圧搾され、低含水率のケーキとなる。この低含水率のケーキが、後続のケーキの移動を妨げるプラグケーキを形成する。第２スクリュー軸４Ａの周りに形成されたプラグケーキによって、後続のケーキには背圧が加えられ、後続のケーキはさらに圧搾される。プラグ形成領域１Ｂでプラグケーキから分離された液体は、ろ液受け３８によって回収され、ドレイン３９を介してスクリュープレスＳＰから排出される。

プラグケーキを形成した後、制御装置６は、第２回転機構２０を駆動させて、第２スクリュー４を回転させる（または第２回転機構２０を操作して、第２スクリュー４の回転速度を大きくする）。第２スクリュー４を第１スクリュー３の回転方向とは逆方向に回転させることにより、プラグケーキは、少しずつ排出チャンバー３３に送り出される（すなわち、排出される）。このように、プラグケーキの形成とプラグケーキの排出とが連続的に行なわれるので、常にプラグ形成領域１Ｂにプラグケーキが存在する状態で、スクリュープレスＳＰを運転することができる。

しかしながら、スクリュープレスＳＰでは、様々な事象により、刻々と汚泥の脱水状態が変化しうる。そこで、脱水システムＤＳ（より具体的には、制御装置６）は、スクリュープレスＳＰから排出されるケーキの状態をリアルタイムに把握するように構成されている。以下、このような構成について、図面を参照して説明する。

図３は、画像取得装置を示す図である。図２および図３に示すように、脱水システムＤＳは、スクリュープレスＳＰから排出されたケーキの画像データを生成する画像取得装置２００を備えている。画像取得装置２００は、静止画像または連続画像（すなわち、動画）を生成するように構成されている。画像データは、静止画像データおよび連続画像データ（すなわち、動画データ）を含む。

画像取得装置２００によって撮像される画像は、モノクロ画像であってもよいが、好ましくはカラー画像である。画像取得装置２００の一例として、イメージセンサ（例えば、ＣＣＤイメージセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサ）を挙げることができる。一実施形態では、画像取得装置２００は、赤外線写真や紫外線写真など、可視光線の波長とは異なる波長を有する写真を撮像してもよい。

図２に示す実施形態では、画像取得装置２００は、スクリュープレスＳＰの排出側（すなわち、排出側端部、排出チャンバー３３側）に配置されている。より具体的には、画像取得装置２００は、排出チャンバー３３の上方（すなわち、排出されるケーキの上方）に配置されており、スクリーンケーシング１から連続的に排出されるケーキをリアルタイムに撮像可能である。画像取得装置２００は、そのシャッタースピードを調整して、排出されるケーキの、より詳細な画像データを取得してもよい。

画像取得装置２００がスクリーンケーシング１から排出されるケーキを撮像することができれば、画像取得装置２００の配置場所は特に限定されない。例えば、画像取得装置２００は、排出されるケーキの下方に配置されてもよく、排出されるケーキの側方に配置されてもよい。撮像環境を安定させるために、画像取得装置２００をカバー部材で覆ってもよい。

図２に示す実施形態では、単一の画像取得装置２００が配置されているが、複数の画像取得装置２００が配置されてもよく、画像取得装置２００は、カメラと照明装置との組み合わせであってもよい。画像取得装置２００のレンズに汚れが付着することを防止するために、画像取得装置２００は、レンズを覆う透明板（またはフィルター）を備えてもよい。

制御装置６は、画像取得装置２００に電気的に接続されている。記憶装置６ａは、画像取得装置２００によって取得されたケーキの画像データを記憶するように構成されており、処理装置６ｂは、記憶装置６ａに記憶された画像データに基づいて、ケーキの状態を判定するように構成されている。一実施形態では、制御装置６（より具体的には、処理装置６ｂ）は、画像データに基づいて、ケーキの供回りの発生を判定するように構成されている。

図４は、スリット形成部材の一実施形態を示す図である。図４に示すように、スクリュープレスＳＰは、ケーキの移送方向Ｄに沿って、ケーキにスリットを形成するスリット形成部材２１０を備えている。スリット形成部材２１０は、スクリーンケーシング１の外面に固定されており、スクリーンケーシング１から排出されるケーキにマーク（ひっかき傷）を付するひっかき棒である。

図５（ａ）および図５（ｂ）は、スリット形成部材の他の実施形態を示す図である。図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、スクリュープレスＳＰは、スクリーンケーシング１と一直線上に延びる円筒部材（鞘管）２１２に配置されたスリット形成部材２１１を備えている。円筒部材２１２は、排出チャンバー３３（図２参照）に接続されており、内壁３３Ａから突出している。スリット形成部材２１１は、円筒部材２１２の内面に固定されており、スクリーンケーシング１から排出されるケーキにスリット（マーク、ひっかき傷）を付する。

第２スクリュー羽根４Ｂは円筒部材２１２には存在していないため、回転する第２スクリュー羽根４Ｂが円筒部材２１２の内面に固定されたスリット形成部材２１１に接触することはない。一実施形態では、第２スクリュー羽根４Ｂが固定されている第２スクリュー４の部分の長さよりもスクリーンケーシング１の軸方向の長さが長い場合には、スリット形成部材２１１をスクリーンケーシング１の内面に固定しても、第２スクリュー羽根４Ｂはスリット形成部材２１１には接触しない。したがって、この場合には、スクリュープレスＳＰは、必ずしも円筒部材２１２を備える必要はない。

図６は、ケーキに付されたスリットを示す図である。スクリーンケーシング１内のケーキは、回転する第２スクリュー羽根４Ｂとともに回転しながら、スクリーンケーシング１から排出される。排出されるケーキは、回転する第２スクリュー羽根４Ｂによって形成されたスクリュー跡を有している。

排出されるケーキに供回りが発生していない場合、ケーキは、回転しつつ、スムーズにスクリーンケーシング１から排出されるため、ケーキに形成されたスリットは、排出されるケーキの移送方向Ｄに対して一定の回転角度で延びている。スリットは、排出されるケーキの回転角度を、画像データとして明確に示すために形成されており、スリットの回転角度はケーキの回転角度に対応している。スリットの回転角度は、スリットの、ケーキの移送方向Ｄに対する回転角度を意味し、スリットの回転角度がケーキの移送方向Ｄに対して垂直な方向に近づけば、スリットの回転角度が大きくなる。

排出されるケーキに供回りが発生している場合、ケーキの一部は、スクリーンケーシング１内で停滞してしまい、スクリーンケーシング１からスムーズに排出されない。したがって、供回りが発生している場合、スリットの回転角度は、供回りの有無を判定するための指標となる基準回転角度よりも大きくなる。

供回りの程度は、スリットの回転角度に応じて異なる。例えば、供回りの程度が小さければ、スリットの回転角度は小さくなる（すなわち、スリットの回転角度がケーキの移送方向Ｄと平行な方向に近づく）。供回りの程度は大きければ、スリットの回転角度は大きくなる（すなわち、スリットの回転角度がケーキの移送方向Ｄに対して垂直な方向に近づく）。

このように、制御装置６は、画像取得装置２００によって取得された画像データに基づいて、スリット形成部材２１０（またはスリット形成部材２１１）によって形成されたスリットの形状（本実施形態では、スリットの回転角度）を把握し、スリットの形状に基づいて、供回りの発生を決定する。

制御装置６は、取得した画像データを追加的に処理（例えば、加工処理、水増し処理）してもよい。追加的な処理の一例として、トリミング、白黒化、標準化、圧縮などの処理を挙げることができる。一実施形態では、制御装置６は、複数の画像データ同士を結合してもよい。例えば、制御装置６は、複数の画像取得装置２００で撮像した複数の画像を結合したり、単一の画像取得装置２００で時間変化に応じて撮像した複数の画像データを結合してもよい。

制御装置６は、スリットの回転角度に応じて、供回りの有無を判定することはもちろん、供回りの程度（例えば、供回りレベルの低・中・高）を判定してもよい。供回りの程度は、スリットの回転角度の大きさに対応しており、これら供回りの程度とスリットの回転角度の大きさとの相関関係を示すデータ（相関データ）は記憶装置６ａに記憶されている。

制御装置６は、機械学習アルゴリズムにより構築された少なくとも１つのモデルが格納された記憶装置６ａと、画像データをモデルに入力し、ケーキの状態を示す判定結果をモデルから出力するための演算を実行する処理装置６ｂと、を備えてもよい。

機械学習アルゴリズムとしては、ディープラーニング法（深層学習法）が好適である。ディープラーニング法は、隠れ層が多層化された畳み込みニューラルネットワーク（ＣＮＮ）をベースとする学習法である。本明細書では、入力層と、二層以上の隠れ層と、出力層で構成されるニューラルネットワークを用いた機械学習をディープラーニングと称する。ディープラーニング法を用いることで、これまで人の目と経験に基づいて判定していたケーキの状態を、ケーキの画像データに基づいてコンピュータにより判定が可能となる。

モデルの入力層には、ケーキの画像を構成するピクセルデータが入力される。ピクセルデータは、各画素の色指標値（ＲＧＢ値、グレースケールに従った輝度値、白または黒を表す数値など）を含む。制御装置６は、ニューラルネットワークに定義されるアルゴリズムに従って演算を実行し、モデルの出力層は、ケーキの状態を示す判定結果を出力する。

ディープラーニングなどの機械学習アルゴリズムにより、ケーキの状態を、スリットの回転角度を含む多様な要素を含めて学習（教師あり学習または教師なし学習）し、ケーキの状態の判定が可能なモデルを構築することができる。機械学習アルゴリズムを用いた上記モデルは、そのモデルを用いた運転を実施している脱水システムＤＳにおいて、新たに得られるデータを基に継続的に更新される。実情に合わせて更新されていくモデルは、適切な判定結果を継続的に出力することが可能となる。

制御装置６は、スクリュープレスＳＰ側に配置されたコンピュータであってもよいし、クラウド上にあるサーバーを利用してもよい。コンピュータは、ＧＰＵを搭載してもよい。記憶装置６ａは、制御装置６の内部に配置されてもよく、制御装置６の外部に配置されてもよい。制御装置６は、画像データを出力する出力装置を備えてもよい。

脱水システムＤＳは、制御装置６の他に、画像データを取得する監視装置（図示しない）を備えてもよい。監視装置は、撮像された画像や画像判別結果の出力値を保存するように構成されてもよく、ユーザーは、監視装置を介して、撮像された画像や画像判別結果の出力値などを確認したり、保存してもよい。監視装置は、警報を発信してもよい。警報はスクリュープレスＳＰに発報されてもよく、中央監視室に発報されてもよい。一実施形態では、個人に対して、警報に相当するメールが送信されてもよい。

監視装置のサーバーは、エッジデバイスであってもよく、クラウドサーバーであってもよい。監視装置がクラウドサーバー上にある場合には、ユーザーは、インターネットにより、遠隔で、ケーキの状態を監視してもよい。監視装置の監視画面は、撮像された画像・動画、出力結果のグラフ、出力結果を演算（移動平均処理を含む）したグラフ、グラフの凡例、警報、制御の閾値を表示してもよく、ユーザーは、監視装置の監視画面を通じて、上記閾値などを設定してもよい。監視装置は、上記の出力結果を用いて、演算するように構成されてもよい。

図７は、スクリュー跡に生じた欠けを示す図である。一実施形態では、制御装置６は、画像データに基づいて、第２スクリュー羽根４Ｂによって形成されたスクリュー跡に生じた欠けの有無を判定し、欠けの有無に基づいて、供回りの発生を決定してもよい。スクリュー跡は回転する第２スクリュー羽根４Ｂによって形成されている。図７では、欠けは、第２スクリュー羽根４Ｂの裏面側によって形成されたスクリュー跡に生じているが、第２スクリュー羽根４Ｂの表面側によって形成されたスクリュー跡に生じる場合もある。

スリットの回転角度と同様に、供回りの程度は、スクリュー跡に生じた欠けの大きさに応じて異なる。図７に示すように、供回りの程度が小さければ、小さな欠けが生じ（図７の異常１参照）、供回りの程度が大きければ、大きな欠けが生じる（図７の異常２参照）。制御装置６は、画像取得装置２００によって取得された画像データに基づいて、欠けの形状（例えば、欠けの大きさ）を把握し、欠けの形状に基づいて、供回りの程度を決定する。

一実施形態では、制御装置６は、画像データに基づいて、スリットの形状および欠けの形状を把握し、これらの形状に基づいて、供回りの発生を決定してもよい。一実施形態では、制御装置６は、画像データに基づく物体検出（特定の物体の位置情報を検出する手段）により、スリットの形状および欠けの形状を把握してもよい。

一実施形態では、制御装置６は、画像データに基づく領域検出（特定の物体の面積情報を検出する手段）により、欠けの大きさを把握してもよい。画像解析の手法は特に限定されない。画像解析の手法として、分類、物体検出、セグメンテーションのいずれかの手法を用いることができる。

本実施形態によれば、制御装置６は、画像取得装置２００によって取得された画像データに基づいて、ケーキの状態を判定することができる。したがって、制御装置６は、スクリュープレスＳＰから排出されるケーキの状態をリアルタイムに把握することができる。

制御装置６は、ケーキの状態に基づいて、供回りが発生していると決定し、第２回転機構２０（および／または第１回転機構７）を動作させて、第２スクリュー４（および／または第１スクリュー３）の回転速度を現在の回転速度よりも一時的に大きくする。このような構成により、ケーキを速やかに排出することができ、供回りを解消することができる。

特許文献１は、同軸作動型のスクリュープレスを開示しているが、本実施形態のように構成されたスクリュープレスＳＰを開示していない。特許文献１では、第１スクリューと第２スクリューは、独立に回転するため、これら２つのスクリューの回転速度を適切に制御することは難しい。例えば、第２スクリューの回転速度が高すぎると、後続の汚泥を圧搾するためのプラグがろ過筒内に形成されず、含水率の高いケーキが排出されてしまう。一方で、第２スクリューの回転速度が低すぎると、プラグが後続の汚泥から高い圧力を受けて、ろ過筒内にこびりついてしまう。本実施形態では、制御装置６は、スクリュープレスＳＰから排出されるケーキの状態をリアルタイムに把握することができるため、第２スクリュー４（および／または第１スクリュー３）の回転速度を適切に制御することができる。

特許文献２は、ろ過筒の外面の画像を生成し、画像に基づいて前記第２スクリューの回転速度を決定し、第２スクリューを前記決定された回転速度で回転させることを開示している。しかしながら、ろ過筒の外面の画像を取得するカメラは、高湿度環境な脱水機室内に配置されており、ろ過筒の定期的な洗浄による水や汚泥の飛散がある環境に配置されている。したがって、カメラのレンズに曇りが発生したり、水・汚泥が付着するおそれがあるため、カメラのメンテナンスが煩雑である。また、カメラは、ろ過筒の側面を撮像しているため、供回りや含水率を直接的に判定することは困難である。本実施形態によれば、画像取得装置２００は、スクリーンケーシング１から排出されるケーキを撮像するように構成されているため、画像取得装置２００の設置環境に起因する問題は生じない。

特許文献３は、脱水機（軸摺動式スクリュープレス、ベルトプレス、同軸差動型スクリュープレス）に対し、原汚泥、凝集槽、濃縮槽などにカメラを設置し、含水率を範囲内に収めることを開示している。しかしながら、特許文献３は、テーパーコーンを有さない同軸差動型スクリュープレスに対して、ろ過筒から排出されたケーキを撮像する脱水システムＤＳとは異なる。また、特許文献３は、供回り（および／またはケーキの含水率）を常時把握することを目的とする脱水システムＤＳとは異なる目的を有している。本実施形態に係る脱水システムＤＳでは、制御装置６は、供回りの有無や含水率の把握といった、より詳細な脱水状態を常時、把握することで、より高度な運転制御が可能となる。

一実施形態では、制御装置６は、画像データに基づいて、ケーキの含水率を判定してもよい。例えば、制御装置６は、含水率の状態（高・低など）を判定してもよく、含水率の数値（例えば、割合（％））を判定してもよい。一実施形態では、制御装置６は、含水率の数値を範囲分けしてもよい（例えば、７０～７５％、７５～８０％、８０～８５％などの範囲）。数値を範囲分けする場合には、制御装置６は、分類精度の高い３～５％の刻み幅で範囲分けすることが好ましい。

一実施形態では、制御装置６は、ケーキの状態を示す判定結果に基づいて、ケーキの含水率が所定の含水率になるように、少なくとも第２スクリュー４の回転速度を制御するように構成されてもよい。

図８は、２つの領域に区画されたケーキを示す図である。図８に示すように、制御装置６は、画像データに基づいて、ケーキを２つの領域に区画してもよい。より具体的には、制御装置６は、ケーキのスクリュー跡を境界に、ケーキを、基準領域ＳＬ１と、基準領域ＳＬ１と比較する比較領域ＳＬ２と、を区画してもよい。

基準領域ＳＬ１は、ケーキの移送方向Ｄにおいて、先にスクリーンケーシング１から排出されるケーキの領域であり、比較領域ＳＬ２は、ケーキの移送方向Ｄにおいて、基準領域ＳＬ１よりも後にスクリーンケーシング１から排出されるケーキの領域である。

制御装置６は、比較領域ＳＬ２の含水率が基準領域ＳＬ１の含水率よりも高いか否かを判定する。例えば、制御装置６は、基準領域ＳＬ１の含水率と比較領域ＳＬ２の含水率とを比較し、比較領域ＳＬ２の含水率が所定の目標値から外れた場合（第１条件）、第２回転機構２０を動作させて、第２スクリュー４の回転速度を調整（制御）するように構成されている。所定の目標値は、記憶装置６ａに記憶されている。

例えば、比較領域ＳＬ２の含水率が目標値よりも高い場合、制御装置６は、ケーキの含水率を低くするために、第２スクリュー４の回転速度を小さくする。比較領域ＳＬ２の含水率が目標値よりも低い場合、制御装置６は、ケーキの含水率を高くするために、第２スクリュー４の回転速度を大きくする。一実施形態では、制御装置６は、基準領域ＳＬ１の含水率と比較領域ＳＬ２の含水率との間の差分が所定の値以上である場合（第２条件）、第２スクリュー４の回転速度を調整（制御）してもよい。

上述した実施形態では、供回りを回避するために、および／またはケーキの含水率を目標の含水率の範囲に収めるために、制御装置６は、凝集槽１０３（図１参照）に添加する凝集剤（無機・有機）の添加量、汚泥の、スクリュープレスＳＰへの投入量、脱水システムＤＳの構成要素（凝集槽１０３の攪拌機１０３ａ、濃縮機１０４、スクリュープレスＳＰの第１回転機構７および第２回転機構２０）の回転速度を制御してもよい。

供回りが発生した場合には、制御装置６は、第２スクリュー４の回転速度を大きくすることが望ましい。ケーキの含水率が目標の含水率の範囲から外れた場合には、制御装置６は、凝集剤の添加量および第２スクリュー４の回転速度を制御することが望ましい。

図９は、スクリュープレスの他の実施形態を示す図である。図９に示すように、スクリュープレスＳＰは、汚泥の、スクリーンケーシング１に対する圧力を検出する複数の圧力センサ４０（４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄ）を備えている。一実施形態では、スクリュープレスＳＰは、単数の圧力センサ４０を備えてもよい。複数の圧力センサ４０のそれぞれは、制御装置６に電気的に接続されている。したがって、制御装置６は、複数の圧力センサ４０のそれぞれから送られる信号に基づいて、汚泥の、スクリーンケーシング１に対する圧力を測定し、測定した圧力に基づいてスクリュープレスＳＰ（より具体的には、第１スクリュー３および第２スクリュー４）の運転状態を判定するように構成されている。

図９に示すように、スクリーンケーシング１は、第１スクリュー３が配置された第１スクリューエリアＰｔと、第２スクリュー４が配置された第２スクリューエリアＰｐと、第１スクリューエリアＰｔと第２スクリューエリアＰｐとの間の切り替わりエリアＰｙと、に区画される。

図９に示す実施形態では、複数の圧力センサ４０のそれぞれは、第１スクリューエリアＰｔ、第２スクリューエリアＰｐ、および切り替わりエリアＰｙのそれぞれに配置されている。より具体的には、圧力センサ４０Ａ，４０Ｄは第１スクリューエリアＰｔに配置されており、圧力センサ４０Ｂは第２スクリューエリアＰｐに配置されており、圧力センサ４０Ｃは切り替わりエリアＰｙに配置されている。

図１０は、スクリュープレスの運転状態に異常が発生した場合における圧力測定値の変化を示す図である。図１０において、横軸は時間を示しており、縦軸は圧力測定値を示している。図１０に示すグラフでは、第１スクリューエリアＰｔの圧力測定値のピークが不規則に変化している。この場合には、スクリーンケーシング１内の汚泥が第１スクリュー３と供回りしている可能性が高い。したがって、制御装置６は、第１スクリュー３の回転速度を大きくすることにより、汚泥の、第１スクリュー３との供回りを解消することができる。

図１１は、画像取得装置によって取得された画像データと、圧力値のデータと、を組み合わせたデータセットを示す図である。図１１に示すように、制御装置６は、複数の圧力センサ４０（または単数の圧力センサ４０）から送られた信号に基づいて測定した圧力値のデータ（例えば、波形データ）と、画像取得装置２００によって取得した画像データと、を統合して、データセットを作成してもよい。

上述したように、圧力値の変化（圧力値が高いと含水率は低下する関係）を基に含水率や供回り有無の状況を把握することができるため、圧力値のデータを用いることで運転の状態をさらに精度よく判定することができる。この圧力値のデータをデータセットとして、汚泥の状態判別モデル（含水率、供回り）を構築することができる。モデル構築用の圧力値のデータセットは、数値としての圧力値をそのまま利用してもよく、または圧力値に基づいて描画されたグラフの画像を用いてもよい。

図１２は、圧力値のデータセットと、画像データのデータセットと、を示す図である。制御装置６は、構築する汚泥の状態判別モデルとして、圧力値のデータ（例えば、波形データ）と、画像データと、を組み合わせて、データセットを構築してもよく（図１１参照）、図１２に示すように、圧力値のデータセットと、画像データのデータセットと、を構築して、これらデータセットから、個別のモデルを構築してもよい。

制御装置６は、距離センサ４０Ｄによって検出された信号に基づいて、投入口２に投入された汚泥の高さを測定することができる。第１スクリュー３および第２スクリュー４の回転速度が適切であるにもかかわらず、測定された汚泥の高さが異常に高い、もしくは上昇傾向にある場合には、汚泥の、第１スクリュー３との供回りに起因して、投入される汚泥の量が適切でない、もしくは供回りが発生して汚泥が適切に搬送されていないおそれがある。この場合、汚泥の投入量を減らす、もしくは第１スクリュー３の回転速度を高くすることにより、汚泥の、第１スクリュー３との供回りを解消することができ、スクリュープレスＳＰの運転の最適化を実現することができる。このように、制御装置６は、距離センサ４０Ｄによって検出された信号に基づいて、汚泥が第１スクリュー３（および／または第２スクリュー４）と供回りしているか否かを判定することができる。

このように、制御装置６は、複数の圧力センサ４０Ａ～４０Ｃおよび距離センサ４０Ｄのそれぞれから送られる信号に基づいて、スクリュープレスＳＰの運転状態を判定し、かつ画像データに基づいて、ケーキの状態を判定するように構成されてもよい。

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

１ スクリーンケーシング
１Ａ 脱水領域
１Ｂ プラグ形成領域
２ 投入口
３ 第１スクリュー
３Ａ 第１スクリュー軸
３Ｂ 第１スクリュー羽根
４ 第２スクリュー
４Ａ 第２スクリュー軸
４Ｂ 第２スクリュー羽根
４Ｆ 縮径部
６ 制御装置
７ 第１回転機構
８ 閉塞壁
１０ 水封装置
１１，１２ 軸受
１４ 第１駆動機
１５，１６ スプロケット
１７ チェーン
２０ 第２回転機構
２２，２３ 軸受
２４ 第２駆動機
２５，２６ スプロケット
２７ チェーン
３３ 排出チャンバー
３３Ａ 内壁
３８ ろ液受け
３９ ドレイン
４０Ａ～４０Ｃ 圧力センサ
４０Ｄ 距離センサ
１０１ 汚泥貯留槽
１０２ 汚泥供給ポンプ
１０３ 凝集槽
１０３ａ 攪拌機
１０４ 濃縮機
１０５ ポリマ熔解槽
１０６ ポリマ供給ポンプ
２００ 画像取得装置
２１０，２１１ スリット形成部材
２１２ 円筒部材
ＤＳ 脱水システム
ＳＰ 脱水装置（スクリュープレス）

Claims (12)

1. 第１スクリューおよび第２スクリューを備える同軸型の脱水装置と、
   前記脱水装置から排出されたケーキの画像データを生成する画像取得装置と、
   前記画像取得装置によって取得された前記画像データに基づいて、前記ケーキの状態を判定する制御装置と、を備えている、脱水システム。
2. 前記制御装置は、前記画像データに基づいて、前記脱水装置内部の供回りの発生を判定する、請求項１に記載の脱水システム。
3. 前記制御装置は、
   前記画像データに基づいて、前記ケーキに形成されたスクリュー跡に生じた欠けの有無を判定し、
   前記欠けの有無に基づいて、前記供回りの発生を決定する、請求項２に記載の脱水システム。
4. 前記脱水装置は、前記ケーキの移送方向に沿って、前記ケーキにスリットを形成するスリット形成部材を備えており、
   前記制御装置は、前記スリット形成部材によって形成されたスリットの形状に基づいて、前記供回りの発生を決定する、請求項２に記載の脱水システム。
5. 前記制御装置は、前記供回りが発生していると決定した場合、少なくとも前記第２スクリューの回転速度を大きくする、請求項２に記載の脱水システム。
6. 前記制御装置は、前記画像データに基づいて、前記ケーキの含水率を判定する、請求項１に記載の脱水システム。
7. 前記制御装置は、
   前記画像データに基づいて、前記ケーキに形成されたスクリュー跡を境界に、前記ケーキを、基準領域と、前記基準領域と比較する比較領域と、を区画し、
   前記比較領域の含水率が前記基準領域の含水率よりも高いか否かを判定する、請求項１に記載の脱水システム。
8. 前記制御装置は、前記比較領域の含水率が所定の目標値から外れた第１条件と、前記基準領域の含水率と前記比較領域の含水率との間の差分が所定の値以上である第２条件と、のうちの少なくとも１つの条件を満たす場合、少なくとも前記第２スクリューの回転速度を調整する、請求項７に記載の脱水システム。
9. 前記脱水装置は、
   液体含有物が投入されるろ過筒と、
   前記液体含有物の、前記ろ過筒に対する圧力を検出する圧力センサと、を備えており、
   前記制御装置は、
   前記圧力センサから送られる信号に基づいて、圧力値を測定し、
   前記測定した圧力値のデータに基づいて、汚泥の状態判別モデルを構築し、
   前記状態判別モデルと、前記画像データと、に基づいて、前記脱水装置の運転状態を判定する、請求項１に記載の脱水システム。
10. 前記制御装置は、
    機械学習アルゴリズムにより構築されたモデルが格納された記憶装置と、
    前記画像データを前記モデルに入力し、前記ケーキの状態を示す判定結果を前記モデルから出力するための演算を実行する処理装置と、を備えている、請求項１に記載の脱水システム。
11. 前記制御装置は、前記ケーキの状態を示す判定結果に基づいて、前記ケーキの、前記第２スクリューとの供回りの発生を防止するように、少なくとも前記第２スクリューの回転速度を制御する、請求項１０に記載の脱水システム。
12. 前記制御装置は、前記ケーキの状態を示す判定結果に基づいて、前記ケーキの含水率が所定の含水率になるように、少なくとも前記第２スクリューの回転速度を制御する、請求項１０に記載の脱水システム。

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