JP5201372B2 - 汚泥性状診断装置 - Google Patents
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Description
他方、汚泥スラリーに含まれる汚泥の沈降性を測定する方法としては、汚泥スラリーをそのまま若しくは適当に希釈してメスシリンダ等の容器に流し込み、例えば30分経過した後、メスシリンダ内で沈降して堆積した汚泥がなす堆積層の容積を計測して、その容積量によって汚泥の沈降性を測定するSV30計測法が知られている。ちなみに、このSV30計測法を適用して汚泥沈降性指標を自動計測する計測器は、実用化され利用されている。この装置は、計測槽内に収容された生物汚泥スラリーに含まれる生物汚泥がメスシリンダ内を沈降して堆積してできた汚泥堆積層と、その上澄水からなる水層とがそれぞれなす境界面を例えば界面センサ等によって計測し、生物汚泥の沈降性指標を自動計測するものである。
次に一定時間経過後(例えば30分後)再び、上述したカメラ14によってメスシリンダの側方面から該メスシリンダを撮像した得られた画像情報を画像処理部15によって処理して濃淡分布を求めると、図1(c)または図1(d)、或いは図1(e)にそれぞれ示すような濃淡分布曲線が得られる。
尚、上述した不純物の処理を担う微生物は、嫌気性生物処理装置や好気性生物処理装置のいずれの装置であっても通常、フロックを形成して反応槽中に存在している。この微生物は、水と略等しい比重であるためある程度の大きさをもつ粒子として存在しないと、反応槽から系外へ流出してしまうという特性がある。このような微生物の粒子化(フロック形成)は、微生物の自然な働きによってなされるが、さらに効率よく粒子化を行わせるため造粒装置を設置して小さいペレット状へと人工的に粒子を形成させることも行われている。
一方、汚泥の状態を検出する方法を整理すれば前述したように、
(a)顕微鏡による観測法
(b)画像処理を利用した映像法
(c)光散乱式センサを利用した汚泥性状検出法
(d)メスシリンダを用いたSV30測定法
がある。しかしながら(a)の方法では、顕微鏡で観測可能な視野範囲が狭いほか、特に粒子径分布が広範囲に亘る解体汚泥の場合、顕微鏡で汚泥の状態を観測すべく採取した汚泥のプレパラートを作成するとき、汚泥粒子の粒子径が小さく、汚泥が流出しやすいという欠点がある。このため解体汚泥の場合は、均一の試料が作り難い。このため観測者は、正常汚泥と解体汚泥との判別を誤る懸念がある。一方、上澄水を採取して観測した場合、上述したように分散汚泥と解体汚泥との違いは微生物に熟練したオペレータ等でないと判別しにくいという問題もある。このため分散汚泥か解体汚泥かを判断するには、堆積している汚泥と上澄水中に存在している汚泥の両方を顕微鏡等で観察しなければならず、極めて面倒であるという問題もあった。
さらにメスシリンダ様の容器の側方から撮像する場合には、上下左右の歪みはレンズという構造上避けられない。また撮像法は、光を容器に照射したときに生ずる反射光の影響や外光の影響、写り込み、濃淡の発生等に対する対策を施す必要が多々ある。ちなみに均一サンプルを得るため容器内面は、円筒形が好ましい。一方、撮像のためには容器内面が平滑かつ透明であることが好ましい。そこで、仮に撮像のため容器に平面を設けるものとすれば、容器は、かなりの大きさにしなければならず実用的ではない。したがって(b)の方法を実施するには、困難な課題が多い。
一方、(d)の方法は、あくまで汚泥の沈降性測定という概念に基づく計測法であってSV30値の変化や異常値により生物汚泥に何らかの異常が発生していることが推測できるものの、汚泥の分散や解体という現象を検出することができないという問題がある。この種の問題は、SV30法を用いた自動計測器の場合であっても同様に起こりうる。更にSV30法を用いた自動計測器の場合は、汚泥堆積層の形成が悪く、界面がわかりにくくなり、それ故、計測エラーを引き起こすという懸念があった。このため例えば汚泥の状態を遠隔監視しているような場合、計測器の故障なのか、センサの汚れによるエラーなのか、汚泥の状態が悪いのかといった判別ができないという問題があった。
一方、前述したように分散汚泥や解体汚泥は、プラントが異常状態にあるときに発生する。したがって汚泥の異常状態を早期に検出するには、連続的な監視が必要である。特に解体汚泥は、毒物混入などの原因によって重大な問題を引き起こす懸念があり、速やかに汚泥の異常状態を検出する必要がある。このため汚泥の状態を連続的に監視できる汚泥性状診断装置が望まれているが、上述のような既存の検出方法では、いずれも実現が困難である。
他方、解体汚泥には、生物汚泥スラリーに含まれるフロック形成力を有する大きな粒子径の汚泥群が存在する。このため解体汚泥を含む生物汚泥スラリーを容器内で均一に撹拌した後、静置すると時間の経過と共に容器の底部に汚泥が沈降して堆積し、汚泥堆積層を形成する。一方、フロックが解体して発生した小さな粒子は沈降することができず、このため上澄水となるべき水層には濁りが発生する。したがってこのような汚泥堆積層と濁った水層とが形成された場合、解体汚泥と判別することができる。
本発明の汚泥性状診断装置は、上述した知見に基づいてなされたものであって、生物汚泥スラリーを収容する容器と、この容器内に収容された前記生物汚泥スラリーの水面直下に位置付けられて該スラリーの水面直下における生物汚泥を撮像するカメラと、このカメラにより撮像された画像を解析して前記生物汚泥の粒子径および該生物汚泥の粒子径毎に粒子数を計数する画像処理部を備え、
前記容器に収容された前記生物汚泥スラリーを均一に撹拌して所定の時間経過後、前記画像処理部が計数した前記生物汚泥スラリーに含まれる前記生物汚泥の粒子径毎の粒子数の分布が
(a)所定の粒子径以下の粒子のみまたは粒子がないとき正常汚泥と判定し、
(b)撹拌直後における前記粒子数の分布と略等しいとき分散汚泥と判定し、
(c)前記正常汚泥または前記分散汚泥でないとき解体汚泥であると判定する粒子径分布判定部を備えて構成されることを特徴としている。
上述の汚泥性状診断装置は、例えば円筒状もしくは円筒の下部が円錐状の容器に生物汚泥スラリーを収容して均一に撹拌した後、センサにより該容器中を沈降して堆積する生物汚泥の経時変化を検出する。そして粒子径分布判定部は、検出した粒子径分布の経時変化から生物汚泥スラリーに含まれる生物汚泥の性状を判定する。
(a)所定の濃度値以下になったとき正常汚泥と判定し、
(b)撹拌直後と略等しい濃度値のとき分散汚泥と判定し、
(c)前記正常汚泥以上、かつ前記分散汚泥以下の濃度値範囲内にあるとき解体汚泥であると判定することも可能である。
或いは、前記容器に収容された生物汚泥スラリーを均一に撹拌して所定の時間経過後、センサが検出した生物汚泥の濃度が上述した正常汚泥より高い濃度値、かつ分散汚泥よりも低い濃度値の範囲にあるとき解体汚泥と判定する。即ち、解体汚泥は、元々あったフロックのほかに解体された粒子径の小さな汚泥まで存在するため、汚泥の一部は容器の底に沈降して堆積するものの、小さな粒子径の汚泥は沈降せず、正常汚泥の場合に上澄水となるべき部位にも粒子径の小さな汚泥が浮遊した状態にある。それ故、所定時間経過後にセンサが検出する汚泥物質の濃度は、上述した正常汚泥より高い濃度値、かつ分散汚泥よりも低い濃度値の範囲にあることになる。
(a)上記光が上記生物汚泥スラリーに含まれる生物汚泥粒子への衝突によって発生する散乱光を検出してその受光レベルに応じた検出信号を出力する散乱光センサ、
(b)上記光が上記生物汚泥スラリーに含まれる生物汚泥粒子間を透過した透過光を検出してその受光レベルに応じた検出信号を出力する透過光センサ、
(c)上記光が上記生物汚泥スラリーに含まれる生物汚泥粒子への衝突によって発生する反射光を検出してその受光レベルに応じた検出信号を出力する反射光センサ
の少なくとも一つを備える光学センサを用いることができる。
次に分散汚泥の場合、汚泥フロックが形成されず粒子径の小さな汚泥しか存在していない状態にあるので、汚泥の沈降が極めて鈍く、それ故、散乱光センサから出力される信号の強度は、時間的にほとんど変化しない。
また、ステップS9で判定部は、初期粒子径情報N0が所定の粒子径C4未満であると判定したとき、生物汚泥スラリーに糸状性バルキングまたは粘質性バルキングの発生、その他の異常が発生したものと判定する[ステップS12]。
即ち、この発明は、上述した如く生物汚泥スラリーの濃度が汚泥の性状に関係すること、また汚泥フロックを形成する粒子の粒子径の分布が生物汚泥スラリーの濃度に密接に関係する点に着目してなされたものである。具体的には、正常汚泥の場合、容器に収容された生物汚泥スラリーを均一に撹拌した直後は、粒子径が小さな生物汚泥から粒子径が大きな生物汚泥まで広範囲に分布するものの、やや粒子径の大きな生物汚泥が多く存在している。そして所定時間経過後、大きな粒子径の生物汚泥は、容器の底に沈降して堆積するのでカメラ近傍には粒子径が小さい生物汚泥のみが僅かに存在する状態になる。
超音波センサを用いた場合、生物汚泥スラリーが収容される容器の水面付近に浸された超音波センサから生物汚泥スラリーが収容される容器の水底に向かって超音波を放射して容器の水深方向に超音波を走査したとき、生物汚泥スラリーに含まれる生物汚泥の粒子によって反射されて超音波センサに戻ってきた超音波(反射波)の強度分布を調べるのに有用である。
このように構成された上述の汚泥性状診断装置において正常汚泥の場合は、前述したように均一に撹拌して所定時間経過した後、大部分の生物汚泥が容器の底に沈降して堆積した状態にある。このため、超音波を容器内に収容された汚泥スラリーの水深方向に走査したとき、水深の浅い部位については、反射波の強度が弱い一方、ある水深より深い部位については、堆積した汚泥によって反射波の強度が強くなる。
一方、解体汚泥は、上述したように生物汚泥スラリーには元々あったフロックから解体された粒子径の小さな生物汚泥まで存在している。このため、生物汚泥の一部は容器の底に沈降して堆積するものの、粒子径の小さな生物汚泥は沈降せず上澄水となるべき部位にも浮遊している。それ故、容器の底に堆積した生物汚泥によって反射される強い反射波を検出することができると共に、正常汚泥の場合に上澄水となる部位に存在する粒子径の小さな生物汚泥からの反射される反射波をも検出することができる。
上述の汚泥性状診断装置は、計測対象の生物汚泥スラリーの濃度が、MLSSとして6000mg/Lを超えるような高い濃度である場合、計測に適した適当な濃度、例えば1000〜6000mg/L程度になるよう容器中に希釈水を流入させて調整する。また、測定に先立って容器に収容した生物汚泥スラリーおよび希釈水とを撹拌手段により均一になるよう撹拌する。
また汚泥性状診断装置は、図示しない曝気槽等から生物汚泥スラリーSを汲み上げるポンプ3、このポンプ3によって汲み上げられた生物汚泥スラリーSを搬送する汚泥配管4、容器1搬送される生物汚泥スラリーSを所定の濃度に希釈する希釈水を搬送する希釈水配管5、汚泥配管4および希釈水配管5がそれぞれ接続されて汚泥配管4により搬送される生物汚泥スラリーSと、希釈水配管5により搬送される希釈水とを混合して容器1に送り込む混合配管6を備える。これらの配管には、それぞれ電磁弁4a,5a,6aが備えられて、後述する制御ユニット13の指令を受けて各配管内を流れる流体(生物汚泥スラリーS、希釈水)の流量を調節することができるようになっている。
また容器1には、該容器1内に送り込まれた生物汚泥スラリーSを均一に撹拌する撹拌翼8と、この撹拌翼8を駆動するモータ9が取り付けられている。この撹拌翼8は、円筒形状をなす容器1の中心軸方向に延伸されて設けられる回転軸8aに取り付けられて、この回転軸8aの容器1の上方側端部に接続されたモータ9により駆動され、容器1内に送り込まれた生物汚泥スラリーSを均一に撹拌するようになっている。ちなみにモータ9は、後述する制御ユニット13により駆動制御される。
まず制御ユニット13は、汚泥配管4に設けられた電磁弁4aおよび混合配管6に設けられた電磁弁6aをそれぞれ開き、容器1内に生物汚泥スラリーSを送り込む。そして水位計7が容器1内に送り込まれる生物汚泥スラリーSの水位が、容器1の上澄水となる所定の部位に位置付けられた散乱光センサ2が浸される水位になったことを検出したことを受けて制御ユニット13は、汚泥配管4に設けられた電磁弁4aおよび混合配管6に設けられた電磁弁6aをそれぞれ閉じる。
このようなことから生物汚泥スラリーSの濃度は、1000〜6000mg/L程度に調整することが望ましい。したがって、生物汚泥スラリーSの濃度が1000〜6000mg/L程度になるように、希釈水配管5に設けられた電磁弁5aを開き、混合配管6内の生物汚泥スラリーSの濃度を調整して容器1に送り込む。
一方、分散汚泥の場合、汚泥フロックが形成されず粒子径の小さな汚泥しか存在していない状態にあるので、汚泥の沈降が極めて鈍い状態にあり、それ故、散乱光センサ2から出力される検出信号の強度は、図3(b)に示すように時間的にほとんど変化しない。
かくして上述したように構成された汚泥性状診断装置によれば、容器1内に送り込まれた生物汚泥スラリーSを均一に撹拌した後、上澄水となるべき所定の部位に設けられた散乱光センサ2が検出した汚泥濃度の経時変化を経時変化検出手段11が捉えると共に、汚泥性状判定手段12が検出された汚泥濃度の経時変化が汚泥の性状によって異なることに基づいて生物汚泥の状態を判定している。このため、生物汚泥の性状を確実に、しかも自動的に検出することができる。
尚、経時変化検出手段11が検出した汚泥の経時変化の変化量から汚泥性状判定手段12が生物汚泥の性状を判定してもよい。具体的には図3(a),(b),(c)に示すように信号強度の変化量(グラフにおける傾き)の違いを検出することで、より早い時間で生物汚泥の性状を判定することも可能である。
まず正常汚泥の場合は、容器1に収容された生物汚泥スラリーSを均一に撹拌した直後は、図4(b)に示すように容器1内には粒子径の小さな生物汚泥から粒子径の大きな生物汚泥まで広範囲に分布するものの、やや粒子径の大きな生物汚泥が多く存在している。そして所定時間経過後、生物汚泥の粒子径分布は、粒子径が小さい生物汚泥のみが僅かに存在した状態になるという性質がある。このような粒子径の変化を画像処理部15が捉えることで生物汚泥スラリーSに含まれる汚泥が正常汚泥であると判定できる。
かくして本発明の一実施形態に係る汚泥性状診断装置は、カメラ14近傍における粒子径分布の経時変化を画像処理部15によって検出しているので、汚泥の性状を確実に判別することができる。
このような構成を採用した汚泥性状診断装置について、汚泥性状を判定する解析部17が行う解析手法について説明する。
正常汚泥の場合、容器1に収容された生物汚泥スラリーSを均一に撹拌した後、所定時間経過すると大部分の汚泥は、容器1内を沈降して該容器1の底に堆積した状態にある。このため超音波を水深方向に走査すると図5(b)に示すように水深の浅い部位については、弱い超音波の反射波が検出される一方、ある水深より深い部位については、堆積した汚泥によって強い超音波の反射波が超音波受信部16bによって検出される。ちなみに生物汚泥が沈降して堆積した汚泥堆積層において、水深が深くなるほど超音波の反射波強度が弱くなるのは、超音波センサ16の超音波送信部16aから送出された超音波が汚泥堆積層によって吸収されて反射波の強度が弱くなるためである。
一方、解体汚泥の場合は、上述したように生物汚泥スラリーS中には元々あったフロックのほか、解体された粒子径の小さな生物汚泥までが存在する。このため、生物汚泥の一部は容器の底に沈降して堆積するものの、小さな粒子径の汚泥は、沈降せず上澄水となるべき部位にも浮遊している。それ故、沈降して堆積した汚泥堆積層における反射波の減衰量が多くなると共に、正常汚泥の場合に上澄水となる部位に存在する粒子径の小さな生物汚泥による反射波の減衰が検出される。
例えば、図7に示すように容器1に収容される生物汚泥スラリーSの水面付近に、該生物汚泥スラリーSを均一に撹拌した後、時間経過と共に形成される生物汚泥層と水層との境界面を検出する界面レベル計18を設けて構成してもよい。このように構成した汚泥性状診断装置は、モータ9を駆動して撹拌翼8を回転させ、生物汚泥スラリーSを容器1内で均一になるように撹拌する。このとき、容器1内の生物汚泥の状態は、図7(b)に示すように生物汚泥が容器1内に均一に分布した状態にある。
2 散乱光センサ
3 ポンプ
4 汚泥配管
5 希釈水配管
6 混合配管
7 水位計
8a 回転軸
8 撹拌翼
9 モータ
10 汚泥性状判定部
11 経時変化検出手段
12 汚泥性状判定手段
13 制御ユニット
14 カメラ
15 画像処理部
Claims (3)
- 生物汚泥スラリーを収容する容器と、
この容器内に収容された前記生物汚泥スラリーの水面直下に位置付けられて該スラリーの水面直下における生物汚泥を撮像するカメラと、
このカメラが捉えた前記生物汚泥の粒子径および該生物汚泥の粒子径毎にその粒子数を計数する画像処理部と、
前記容器に収容された前記生物汚泥スラリーを均一に撹拌して所定の時間経過後、前記画像処理部が計数した前記生物汚泥スラリーに含まれる前記生物汚泥の粒子径毎の粒子数の分布が
(a)所定の粒子径以下の粒子のみまたは粒子がないとき正常汚泥と判定し、
(b)撹拌直後における前記粒子数の分布と略等しいとき分散汚泥と判定し、
(c)前記正常汚泥または前記分散汚泥でないとき解体汚泥であると判定する
粒子径分布判定部と、
を備えることを特徴とする汚泥性状診断装置。 - 前記カメラは、前記容器に収容された上記生物汚泥スラリーを均一に撹拌した後、該生物汚泥スラリーに含まれる生物汚泥が前記容器内を沈降して堆積する際、該生物汚泥スラリーの上澄水となりうる該容器内の所定の部位を撮像するように設けられるものである請求項1に記載の汚泥性状診断装置。
- 請求項1または2に記載の汚泥性状診断装置であって、
更に前記容器に収容された上記生物汚泥スラリーに希釈水を流入させて適当な懸濁物濃度に希釈する希釈手段と、
上記容器に収容された前記生物汚泥スラリーおよび希釈水を均一に撹拌する撹拌手段と
を備えることを特徴とする汚泥性状診断装置。
Priority Applications (1)
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