JP4341067B2 - 排水処理異常検知システム - Google Patents

Description

本発明は排水処理異常検知システムに係り、特にフッ素及びリンを含有する排水を処理する際に、排水処理の異常を検知する排水処理異常検知システムに関する。

排水処理を安定して行なうためには、定期的に水質を監視する必要がある。定期的に水質を監視する方法として、目視によって濁度を検査する方法や、採取した排水の濁度や成分などを化学的に分析する方法が多く採用される。

また、特許文献１の水質監視装置のように、水槽の水面上に浮いている遮光フード内で撮影手段及び照明手段を用いて水面を常に撮影し、撮影した画像から水中のフロックの状態を解析して自動的に排水処理の適否を判定する方法が提案されている。これにより、連続して行われる排水処理を自動監視することができる。
特開平９−２８１１００号公報

ところで、半導体などの製造過程ではフッ酸及びリン酸を使用しているのでフッ素及びリンを含有する排水が発生する。そのため、カルシウム化合物の添加などにより排水からフッ素を除去する排水処理が行なわれるが、この排水処理で発生する異常としては、排水の水質の変化、特にリン濃度の上昇が主な原因として挙げられる。したがって、安定した排水処理を行なうためには常に排水中のリン濃度を監視する必要がある。

従来、リン濃度の上昇による異常検知方法としては、定期的に採取された排水の比色吸光度を測定し、その測定値からリン濃度を解析する方法が多く採用される。

しかしながら、上記の比色吸光度による分析方法では測定作業に３０分ほど要するため、連続して行われる排水処理を常に監視することは困難であった。

また、特許文献１では連続して行われる排水処理におけるフロックを撮影手段で自動監視することが可能であっても、リンのように微小な粒子に対して検知可能であるかについては記載されていない。また、水質監視装置を設置するスペースを確保しなければならない上、水面を撮影する方式なので設置する水面の流れが激しいと撮影が不安定となるため正確に監視することができないという問題があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、常に安定した状態でフッ素及びリンを含有する排水のリン濃度を連続式に監視することにより、排水処理の異常を検知できる排水処理異常検知システムを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は前記目的を達成するために、フッ素及びリンを含有する排水を排水処理してフッ素を除去する際に、該排水処理の異常を検知する排水処理異常検知システムであって、前記排水を貯留する検知槽と、前記検知槽に前記排水を循環させる循環経路と、前記検知槽内の前記排水をカラーで撮影する撮影手段と、前記検知槽の撮影箇所を所定の光量に保持する照明手段と、前記撮影手段で撮影された画像を赤色、緑色、及び青色成分の輝度諧調に分解して解析する解析手段と、前記解析手段で解析した解析結果を予め設定した閾値と比較して、前記解析結果が前記閾値を越えた場合に前記排水処理の異常として検知する検知手段と、前記解析手段及び検知手段の結果を表示する表示手段と、から構成されることを特徴とする。

本発明によれば、排水処理される排水の一部を検知槽へ連続式に循環させて、検知槽において水質の異常を検知するようにした。これにより、検知する環境に影響されることなく安定した状態で水質を監視できるので、水質の異常を正確に検知することができる。

検知槽中の排水は、照明手段により光量が調整された状態で、撮影手段によって連続してカラーで撮影される。解析手段では、撮影手段で撮影された画像を赤色、緑色、青色の３原色成分の輝度諧調に分解して解析する。そして、検知手段では、解析手段における解析結果を予め設定された閾値と比較して、閾値を越えた場合に水質の異常として検知する。表示手段では、解析手段及び検知手段の結果を表示させる。

ところで、フッ素及びリンを含有する排水を処理する際に、発生する異常の原因として排水中のリン濃度の上昇がある。排水中のリン濃度が上昇すると、排水中のリン粒子量が増加するため、排水中の色調が変化する。そのため、本発明の排水処理異常検知システムでは、検知槽内に取り込まれた排水を撮影し、解析手段で撮影した画像の色調変化を３原色における各成分の輝度諧調に分解して解析を行なうため、微小な色調の変化を検知手段で検知することができる。したがって、解析手段の解析結果が閾値を超えると、検知手段は水質の異常として検知して、その検知結果を表示手段に表示させる。これにより、排水処理槽における排水処理における異常を自動的に検知することができる。また、循環経路により検知槽には常に連続通水式に排水処理槽内の排水が流入しており、撮影手段では連続式に検知槽内の排水を撮影されている。そのため、排水処理の状況を連続的に監視することができるので、排水処理の異常に迅速に検知することができる。

なお、解析手段は、前記輝度諧調を２５６段階に分解して解析を行い、前記検知手段は、前記閾値として赤色成分の輝度諧調を９４に、緑色成分の輝度諧調を８９に、青色成分の輝度諧調を９２に設定することにより、前記解析結果が該閾値を越えた場合に前記排水中のリン濃度の異常を検知することが好ましい。排水処理の異常は、排水中のリン濃度が１００ｍｇ／Ｌ以上になると発生する。そこで、解析手段における輝度諧調を２５６段階で行なうことにより、微細なリン濃度の変化を正確に解析することができる。その上、検知手段における閾値を上述した輝度諧調に設定することにより、排水中のリン濃度が１００ｍｇ／Ｌ以上のときに、排水処理の異常として確実に検知することができる。

また、前記解析手段は、分解された各色成分の輝度諧調に所定の重み係数を乗じた合計である水質評価指数に基づいて解析を行なうようにしてもよい。これにより、比較的微妙な判定である排水処理の異常を正確に検知することができる。

さらに、検知槽、撮影手段、及び照明手段は、遮光性を有する暗室に格納されることが好ましい。これにより、安定した所定の光量で撮影することができるので、安定した画像で解析することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４に記載の検知槽及び撮影手段は、表面に付着する結露を防止するための空調手段を備えたことを特徴とする。

請求項５によれば、排水温度や外気温が変化すると、検知槽、撮影手段、及び照明手段の表面が結露して曇る可能性がある。そのため、撮影された画像に乱れが生じてしまい、排水処理の監視を正確に行なうことが困難となる。そこで、空調手段で検知槽、撮影手段、及び照明手段の周囲の温度や湿度を調整することにより、検知槽、撮影手段、及び照明手段における曇りによる画像の乱れを防止することができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５の何れか１に記載の循環経路は、前記検知槽の流入側に前記排水を濾過するフィルタを有することを特徴とする。

請求項６によれば、排水中にリン以外の物質が多く存在する場合、その物質の粒子によって撮影した画像の色調が変化するため、排水処理の異常を正確に検知することが困難となる。そのため、循環経路にフィルタを設けて、検知槽に流入する排水を濾過することにより、リン以外の物質をフィルタで除去することができるため、リン濃度の異常をより正確に検知することができる。

以上説明したように本発明に係る排水処理異常検知システムによれば、検知槽内の流水状態である排水を撮影した画像を解析することにより、常に安定した状態で連続式にリン濃度を監視することができるので、排水処理の異常を早急に検知することができる。

以下添付図面に従って本発明に係る排水処理異常検知システムの好ましい実施の形態について詳説する。

図１は、本発明の実施の形態である排水処理異常検知システム１０の構成図であり、半導体製造過程でフッ酸及びリン酸を使用して生じた排水に対して、カルシウム化合物を添加してフッ素を除去する排水処理工程に採用した例である。

同図の如く、排水処理異常検知システム１０は、主に観測ボックス１２と、解析手段及び検知手段である解析・検知装置１４と、表示手段であるモニタ１６及び監視盤１８と、から構成される。

観測ボックス１２は遮光性を有する暗室であり、防錆製の材質であることが好ましく、例えばポリ塩化ビニルが使用される。観測ボックス１２の内部には、検知槽２０、撮影手段であるＣＣＤカメラ２２、照明手段であるＬＥＤライト２４、空調手段であるヒータ２６が配置される。

検知槽２０は密閉された筒状の槽であり、透視性及び耐フッ素性を有する材質であることが好ましく、例えば透明アクリルが使用される。

また、検知槽２０には、流入管３０が底部に、流出管３２が上側面に設けられており、流入管３０及び流出管３２の一端は、排水処理工程でカルシウム化合物を添加して混合する混合槽９０と接続している。これにより、検知槽２０において、混合槽９０内の排水の一部が流入管３０を介して検知槽２０の底部へ流入し、流出管３２によって検知槽２０の上方から流出して混合槽９０へ返送される循環経路が形成される。

流入管３０には、混合槽９０から排水を送水する駆動源である流入ポンプ３４が設置されるとともに、流入管３０の流量を調整する流入弁３６が設置される。また、流入管３０の検知槽２０近傍にはフィルタ３８が配置されており、流入する排水に含有される粒子のうちリン粒子よりも大きな物質が除去される。

ＣＣＤカメラ２２は、検知槽２０の側面近傍に設置され、検知槽２０内の排水を一定の距離で連続式にカラー撮影を行なう。

ＬＥＤライト２４は、検知槽２０の上面に設置され、検知槽２０内の排水を所定の光量で照らし出す。このとき、検知槽２０は観測ボックス１２によって遮光されているため、ＣＣＤカメラ２２はＬＥＤライト２４からの適切な光量で検知槽２０内の排水をカラー撮影することができる。

ヒータ２６はＣＣＤカメラ２２の下方に設置され、観測ボックス１２内部を暖めて温度調整する。これにより、検知槽２０、ＣＣＤカメラ２２、及びＬＥＤライト２４の表面が結露することを防止できる。

解析・検知装置１４はＣＣＤカメラ２２、モニタ１６、及び監視盤１８と接続している。解析・検知装置では、ＣＣＤカメラ２２でカラー撮影された画像を３原色である赤色成分、緑色成分、及び青色成分（以下、ＲＧＢ成分と記す）の３成分に分解して解析を行なう。そして、解析した解析結果を予め設定された閾値と比較して、解析結果が閾値を越えた場合に排水処理の異常として検知する。

モニタ１６は解析・検知装置１４と接続し、解析された画像の各色調諧調を連続して表示する。

監視盤１８は解析・検知装置１４と接続しており、解析・検知装置１４から送信された解析及び検知結果に基づいて、付属する異常時警報ランプ１８ａなどの各種ランプ（図示せず）を点灯させて、排水処理の状態を表示する。

電源装置４０は、ＣＣＤカメラ２４、ＬＥＤライト２４、ヒータ２６、及び解析・検知装置１４と接続し、その電源を供給する。なお、電源装置４０を設置する場所は、解析・検知装置１４の下方に限定されるものではない。

次に、上記の如く構成された本発明の実施の形態である排水処理異常検知システム１０の作用について説明する。

フッ素及びリンを含有する排水からフッ素を除去する排水処理において、排水処理の異常が発生する原因として、装置構成的な要因の他に排水原水の水質変化による影響が懸念される。そこで、本願発明者は、異常が発生した際の排水の水質を分析して、排水の水質変化を調査した。

表１は、各排水の水質分析した結果を示した表であり、正常値は排水処理が正常に行われた際の排水を分析した範囲の値を、サンプル１〜３は排水処理に異常が発生した際の排水を分析した値を示している。

表１において、サンプル１〜３では、排水中のリン濃度が極めて高いことが示されている。この結果から、本願発明者は排水中のリン濃度が１００ｍｇ／Ｌ以上になると排水処理の異常が発生することを表１の結果から導き出した。

したがって、排水処理で発生した異常を検知するためには、排水中のリン濃度を監視すればよい。しかしながら、排水処理は連続して行なわれているため、リン濃度を連続式に監視する必要がある。連続式に監視する方法としては、撮影した排水の画像から光学的に分析して異常を検知するのが最も適切である。すなわち、リン濃度の変化に従ってリン粒子も変化するため、その粒子の増減によって生じる各色成分の輝度諧調の変化を解析して、その解析結果から排水の異常を検知するようにすればよい。

そこで、本発明の排水処理異常検知装置１０では、解析・検知装置１４において、ＣＣＤカメラ２２で撮影した画像をＲＧＢ成分の２５６段階の輝度諧調に分解して解析し、解析した値が予め設定した閾値を超えた場合に、排水処理の異常として検知するようにした。これにより、連続して撮影された画像から排水処理の異常を検知することができる。

表２は、各リン濃度におけるＲＧＢ成分の２５６段階の輝度諧調を示した表である。

表２に示すように、リン濃度の変化に比例してＲＧＢ成分の輝度諧調が変化する傾向にあるので、本来であればリン濃度が１００ｍｇ／Ｌにおける各色成分の輝度諧調の値を閾値として設定すればよい。しかしながら、本発明の排水処理異常検知システム１０で実際に排水処理の異常を検知する調査を本願発明者が行ったところ、リン濃度が５０ｍｇ／Ｌにおける値を閾値として設定することにより、１００ｍｇ／Ｌ以上のリン濃度を確実に検知できることが判明した。したがって、２５６段階の輝度諧調において赤色９４、緑色８９、青色９２の輝度諧調を閾値として設定することにより、排水処理の異常を確実かつ迅速に検知することができる。

図２は、各色における輝度諧調を示した円グラフであり、実線は排水処理が正常に行なわれた時のＲＧＢ成分の分布を示しており、破線は排水処理に異常が発生した時のＲＧＢ成分の分布を示している。

図２に示すように、正常時と比較して、異常時のＲＧＢ成分の分布は青色成分に高い輝度諧調を示している。したがって、解析・検知装置１４において、実線で結んだＲＧＢ成分の分布を閾値として設定し、ＲＧＢ成分の値を結んだ線が実線から外れた場合に異常として２次元的に検知するようにすれば、排水処理の異常を正確に検知できる。

また、表２及び図２に示したように、排水の正常と異常との境界近辺ではＲＧＢ成分は青色、緑色、赤色の順に輝度諧調が変化する。したがって、解析されたＲＧＢ成分の各輝度諧調を数１で示した水質評価指数Ｓに換算し、この水質評価指数Ｓを用いて排水処理の異常を検知するようにしてもよい。なお、数１におけるｍ１〜３は各色成分の重み係数を示しており、Ｂは青色成分、Ｇは緑色成分、Ｒは赤色成分の輝度諧調を示している。

（数１) 水質評価指数Ｓ＝（ｍ１×Ｂ）＋（ｍ２×Ｇ）＋（ｍ３×Ｒ）
図３は、上述した式を用いて各リン濃度の排水に対する水質評価指数を示したグラフである。

図３のグラフでは、水質評価指数Ｓは排水中のリン濃度に対して比例しており、特にリン濃度が１００ｍｇ／Ｌの値に近づくにつれて傾きが大きくなっている。したがって、実際の排水処理における排水の監視を行なうためには、破線で示した所定の水質評価指数Ｓを閾値として設定すれば、比較的微妙な判定となる画像解析による異常の検知を正確に行なうことができる。

上述したように、排水処理異常検知システム１０では観測ボックス１２内で連続式に排水中のリン濃度を監視しているが、排水の水温や観測ボックス１２内の気温が変化すると、観測ボックス１２内に設置された検知槽２０や、ＣＣＤカメラ２２、ＬＥＤライト２４の表面が結露して曇る可能性がある。そのため、撮影された画像に乱れが生じてしまい、解析・検知装置１４における解析及び検知を正確に行なうことが困難となる。そこで、観測ボックス１２内にヒータ２６を設けて観測ボックス１２内を所定の温度に調整することにより、結露による画像の乱れを防止することができるので、排水処理の異常を安定して検知することができる。

また、排水中にはリン以外の物質で、リン粒子よりも大きな物質、例えばフロックなどが多く存在する場合がある。これらの物質が存在すると、撮影された画像の色調に変化が生じてしまうため、解析・検知装置１６における解析結果に変化が生じる。したがって、排水中のリン濃度の変化を検知することが困難となるため、排水処理の異常を正確に検知することができなくなるという問題が生じる。そこで、流入管３０の検知槽２０側にフィルタ２６を設けることにより、排水中に存在するリン粒子よりも大きな粒子が濾過されるため、排水中に存在する他の物質によって異常の検知が阻害されることを防止できる。

なお、上述した排水処理異常検知システム１０において、各部材及び装置の個数、形状、材質などは特に限定するものではない。

排水処理異常検知システム１０では、解析手段と検知手段とを兼ね備えた解析・検知装置１４を設けたが、特に限定するものではない。解析手段と検知手段とを別々に設けて接続させてもよい。

また、検知槽２０における排水は混合槽９０から採取したが、特に限定するものではない。排水処理過程において、排水中のリン以外の物質が少なく、かつ早い段階で異常を検知できる箇所から排水を採取できればよい。

本発明の実施の形態である排水処理異常検知システムの構成を示したブロック図 本発明の実施の形態における排水処理異常システムで解析したＲＧＢ成分における輝度諧調を示した円グラフ 各リン濃度の排水に対する水質評価指数を示したグラフ

符号の説明

１０…排水処理異常検知システム、１２…観測ボックス、１４…解析・検知装置、１６…モニタ、１８…監視盤、２０…検知槽、２２…ＣＣＤカメラ、２４…ＬＥＤライト、２６…ヒータ、３０…流入管、３２…流出管、３４…流入ポンプ、３６…流入弁、３８…フィルタ、４０…電源装置、９０…混合槽

Claims (6)

1. フッ素及びリンを含有する排水を排水処理してフッ素を除去する際に、該排水処理の異常を検知する排水処理異常検知システムであって、
   前記排水を貯留する検知槽と、
   前記検知槽に前記排水を循環させる循環経路と、
   前記検知槽内の前記排水をカラーで撮影する撮影手段と、
   前記検知槽の撮影箇所を所定の光量に保持する照明手段と、
   前記撮影手段で撮影された画像を赤色、緑色、及び青色成分の輝度諧調に分解して解析する解析手段と、
   前記解析手段で解析した解析結果を予め設定した閾値と比較して、前記解析結果が前記閾値を越えた場合に前記排水処理の異常として検知する検知手段と、
   前記解析手段及び検知手段の結果を表示する表示手段と、
   から構成されることを特徴とする排水処理異常検知システム。
2. 前記解析手段は、前記輝度諧調を２５６段階に分解して解析を行い、
   前記検知手段は、前記閾値として赤色成分の輝度諧調を９４に、緑色成分の輝度諧調を８９に、青色成分の輝度諧調を９２に設定することにより、前記解析結果が該閾値を越えた場合に前記排水中のリン濃度の異常を検知することを特徴とする請求項１に記載の排水処理異常検知システム。
3. 前記解析手段は、分解された各色成分の輝度諧調に所定の重み係数を乗じた合計である水質評価指数に基づいて解析を行うことを特徴とする請求項１に記載の排水処理異常検知システム。
4. 前記検知槽、撮影手段、及び照明手段は、遮光性を有する暗室に格納されることを特徴とする請求項１〜３の何れか１に記載の排水処理異常検知システム。
5. 前記検知槽及び撮影手段は、表面に付着する結露を防止するための空調手段を備えたことを特徴とする請求項１〜４の何れか１に記載の排水処理異常検知システム。
6. 前記循環経路は、前記検知槽の流入側に前記排水を濾過するフィルタを有することを特徴とする請求項１〜５の何れか１に記載の排水処理異常検知システム。

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