JPH0381645A - 活性汚泥による下水処理方法及び装置 - Google Patents

活性汚泥による下水処理方法及び装置

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JPH0381645A
JPH0381645A JP1217359A JP21735989A JPH0381645A JP H0381645 A JPH0381645 A JP H0381645A JP 1217359 A JP1217359 A JP 1217359A JP 21735989 A JP21735989 A JP 21735989A JP H0381645 A JPH0381645 A JP H0381645A
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昭二 渡辺
Kenji Baba
研二 馬場
Ichirou Enbutsu
伊智朗 圓佛
Toshio Yahagi
矢萩 捷夫
Harumi Matsuzaki
松崎 晴美
Mikio Yoda
幹雄 依田
Naoki Hara
直樹 原
Yoshimasa Asada
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、液中の活性汚泥、フロック等の懸濁物質を処
理する方法及び装置に係る。本発明は、下水中に懸濁す
る有機物質を活性汚泥により処理する下水処理設備、河
川から水を浄化して飲料水などにする上水処理設備、微
生物や細菌或いは酵母などを培養する培養設備、クロレ
ラなどの乳酸菌やペニシリンなどの医薬品を生産する設
備、液中の!!!濁物質物質過する設備、水中に含まれ
るリンを除去する脱リン設備等に適用できる。
〔従来の技術〕
上水処理設備或いは下水処理設備では、液中の活性汚泥
等の懸濁物質を重力により沈降させて水を浄化すること
が一般に行なわれている。
液中の懸濁物質が沈降しない或いは沈降伏態が悪くなる
と、l!!濁物質物質理水とヒもに流出することになり
、水質を悪化させるこヒになる。
従来は、懸濁物質の凝集状態等を目視により観察したり
或いは手分析により測定し、これらの結果に基づいてオ
ペレータの経験ヒ勘により沈降性を評価していた。この
方法は、当然のことながら個人差を伴い、信頼性が乏し
い。
このようなことから、本発明者らは下水処理設備におい
て、凝集性微生物(ズークレア性微生物)と糸状性微生
物の出現状態を画像処理によって求め、活性汚泥の沈降
伏態が現在どうなっているかを判定する方法を提案して
きた。この方法は特開昭60−31886号公報に示さ
れている。
また、上水処理設備において、画像処理により認識した
フロックの輝度情報からフロックの沈降性を求め、現在
の沈降伏態の良否を評価する方法を提案したきた。この
方法は特開昭63−269043号公報に示されている
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術は、いずれも沈降性が現時点でどうなって
いるかを判断しているにすぎない。現在は沈降伏態が良
くても将来はどうなるかわがらない。また沈降伏態が悪
いことを確認してから対応策をとったのでは既に手遅れ
である。
本当に必要なのは、沈降伏態が将来どの方向に向かうの
かを現時点で評価して適切な対応をとることである。
上記従来技術は、将来の沈降伏態を予測する方法を提供
するものではない。また、将来の沈降伏態を予測するこ
とはできない。
本発明の目的は、将来の沈降伏態の予測機能を持った液
中懸濁物質の処理方法及び処理装置を提供することにあ
る。
本発明の他の目的は、懸濁物質の現在の出現状態に基づ
いて将来の沈降伏態を予測して制御を行なうようにした
液中懸濁物質の処理方法及び処理装置を提供することに
ある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の目的は、液中に懸濁する物質の処理において、
該懸濁物質の出現量に基づいて懸濁状態を予測すること
を特徴とする液中懸濁物質の処理方法によって達成され
る。
懸濁物質の異なる時間の出現量の差に基づいて懸濁状態
を予測することが望ましい。
る。
50は診断装置で、第8図に示すように、沈降性診断回
路52と運転判定回路55を有する。沈降性診断回路5
2は画像計測情報に基づいて活性汚泥性状を診断し、沈
降性悪化時の要因を判定する。診断手順の一例を第9図
に示す。評価指標5v(t)はまず評価回路521に六
方され、活性汚泥の沈降特性を評価する。これは、本発
明者らが実験的に鋭意検討した結果、(10)式で提案
した評価指標5v(t)により汚泥沈降性を予知できる
ことから可能となった。第10図にその結果を示す。こ
の図によれば、一定時間静置後の単位活性汚泥量当りの
沈殿容積で、汚泥沈降性の良否を示すS V I (S
ludge Volume Index :汚泥容量示
標)は評価指標5v(t)が大きくなるに従い低下し、
沈降性が良くなる傾向を示す。さらに、評価指標5v(
t)の変化に対して、SVIがあまり変化しない領域が
存在している。この領域を5VI−電域と呼ぶ、汚泥沈
降性の悪化、すなわち、バルキングは一般的にSVIが
200ないし300物の出現量との比を評価指標として
、活性汚泥の沈降性を予測することが望ましい。
もつと具体的には、活性汚泥を撮像し、該撮像情報を画
像処理して凝集性微生物の平均粒径と体積量、糸状性微
生物の出現長さを求め、該凝集性微生物の平均粒径と体
積量に対する糸状性微生物の出現長さの比を評価指標と
して該評価指標の時間的な変化を求め、該評価指標の時
間的な変化を予め求めておいた前記評価指標と活性汚泥
の沈降性との関係に対応させることにより沈降伏態を予
測し、沈降性に影響を及ぼす因子を制御することが望ま
しい。
前記活性汚泥の出現量は、(凝集性微生物の平均粒径)
n/(糸状性微生物の長さ/凝集性微生物の体積量)で
表し、活性汚泥の沈降性は、該活性汚泥の単位重量当た
りの沈降容積で表し、それらの関係に前記活性汚泥の出
現量の時間的な変化を対応させることが望ましい。
最も望ましいのは、前記活性汚泥の出現量を(凝集性微
生物の平均粒径)2/(糸状性微生物の長さ/凝集性微
生物の体積量)で表し、活性汚泥の沈降性を該活性汚泥
の単位重量当たりの沈降容積で表し、それらの関係に前
記活性汚泥の出現量の時間的な変化を対応させることで
ある。
本発明は、上述の(凝集性微生物の平均粒径)2/(糸
状性微生物の長さ/凝集性微生物の体積量)で表される
活性汚泥の出現量と、活性汚泥の単位重量当たりの沈降
容積によって表される活性汚泥の沈降性とが、極めて容
積な関係を有していることを究明したことに基づいてい
る。
具体的には、後述の第10図に示すように、(凝集性微
生物の平均粒径)2/(糸状性微生物の長さ/凝集性微
生物の体積量)で表される活性汚泥の出現量が成る値ま
では、活性汚泥の単位重量当たりの沈降容積によって表
される活性汚泥の沈降性が一定或いはほぼ一定で良好な
沈降伏態を有しており、それを過ぎると沈降性が悪くな
ることを究明したことにある。
したがって、かかる活性汚泥の出現量の時間的な変化を
求めれば、現在の沈降伏態が良好であっても将来どうな
るかを予測でき、現時点で必要な対応策を打つことがで
きる。
活性汚泥の出現量+i、このほかに下記で表すこともで
きる。
■ (凝集性微生物の平均粒径)n/(糸状性微生物の
長さ) ■ (凝集性微生物の平均粒径)X(糸状性微生物の長
さ) ■ (凝集性微生物の平均粒径)′″/log(糸状性
微生物の長さ/凝集性微生物の体積量) ■]、oH(糸状性微生物の長さ/凝集性微生物の体積
it)/(凝集性微生物の平均粒径)nまた、糸状性微
生物を、長さではな(5体積換算するようにしてもよい
。凝集性微生物の平均粒径を面積で表すようにしてもよ
い。
本発明を、液中で微生物、細胞或いは酵母を培養する方
法に適用する場合には、該微生物、細胞或いは酵母の出
現量の時間的な変化に基づいて反応状態を予測し、該反
応状態に影響を及ぼす因子を制御することが望ましい。
本発明を、液中の糸状性微生物に菌を分泌させ、該菌を
分離精製させ、これらを繰り返すことによって、菌を増
殖する方法に適用する場合には、前記糸状性微生物の出
現量の時間的な変化に基づいて該菌の増殖状態を予測す
ることが望ましシ1゜懸濁物質を含む液を濾過手段に通
ず工程と該濾過手段の逆洗浄とを繰り返す方法に適用す
る場合には、前記濾過手段を通った液中の懸濁物質の大
きさを求め、該大ぎさの時間的な変化に基づいて該懸濁
物質の除去性能を予測することが望ましい。
リンを含む溶液中i、こ種晶を挿入し、該種晶の表面に
リンを晶析させて除去する方法に適用する場合には5.
晶析した該リンの剥離量に求め、該剥離量の時間的な変
化に基づいてリンの除去性能を予測することが望ましい
a素を含むガスで曝気し下水中の有機物質を活性汚泥で
処理する曝気槽と、該活性汚泥を固液分離する沈殿池と
を具備する下水処理装置に適用する場合には、該活性汚
泥の出現量を評価指標として活性汚泥の沈降性を予測す
るここが望ましい。
本発明の処理装置は、−例として液中の懸濁物質を凝集
剤を添加することによって凝集させる混和池と、凝集し
た該懸濁物質を沈殿させる沈殿池とを具備する懸濁物質
処理装釘において、該懸濁物質の出現量を評価指標とし
て該懸濁物質の沈降性を予測する手段を有する。
また、酸素を含むガスで曝気し下水中の有機物質を活性
汚泥で処理する曝気槽と、該活性汚泥を固液分離する沈
殿池とを具備する下水処理装置において、該活性汚泥を
拡大して撮像する撮像手段と、該撮像情報から画像処理
により該活性汚泥中の凝集性微生物の出現量及び糸状性
微生物の出現量を求める手段と、該凝集性微生物の出現
量及び該糸状性微生物の出現量との比を評価指標として
活性汚泥の沈降性を予測する手段とを有する。
更に又、酸素を含むガスで曝気し下水中の有機物質を活
性汚泥で処理する曝気槽と、該活性汚泥を固液分離する
沈殿池とを具備する下水処理装置において、該活性汚泥
を拡大して撮像する撮像手段と、該撮像情報から画像処
理により該活性汚泥中の凝集性微生物の平均粒径と体積
量、糸状性微生物の出現長さ求める手段と、該凝集性微
生物の平均粒径ヒ体積量に対する糸状性微生物の出現長
さの比を評価指標として活性汚泥の沈降性を予測する手
段たを有する。
本発明は、下水処理における活性汚泥の沈降性を種々の
方法で確めた結果、活性汚泥の出現量と沈降性ヒの間に
は相関性があり、活性汚泥の出現量を求めることで沈降
性を予測できることを見出したものである。具体的には
活性汚泥混合液から画像処理で液相部分と活性汚泥部と
を分離抽出し、抽出した活性汚泥部からフロック形成菌
の平均粒径と糸状性微生物の出現量、さらに、活性汚泥
の量を求め、平均粒径の2乗に対する糸状性微生物の出
現量と活性汚泥量の比を指標とし、その増減傾向を求め
ることにより沈降性能を予知できることを見出した。液
相部分と活性汚泥部の輝度差を考慮した指標とすること
により、活性汚泥の性状変化にも対応した沈降性能の予
知の信頼性が一層高まる二kを見出した。上記指標で汚
泥沈降性が悪化するバルキング現象を早期に予知するこ
とができるので、対策手段を講じることが可能である。
この対策手段の判定のために、画像計測情報であるフロ
ック数とフロック粒径を利用し、オペ1ノータへの運転
支援を行うことが望ましい、〔作用〕 本発明は、前述のように液中懸濁物質の出現量により、
懸濁物質の沈降性、浮上性などの懸濁状態を予測できる
ことを見出したことにある。2これ1、こより懸濁状態
の予測機能を細えた水処理設備を提供することができた
懸濁物質の出現量と1.て、具体的には凝集性微生物の
平均粒径と、体積量、糸状性微生物の出現長′:!:d
、’いは体積量を求め、これらを指標とする。:とによ
り、懸濁物質の沈降性を予知できることを確認した。
凝縮性微生物の平均粒径と体積量に対する糸状性微生物
の出現長さの比を評価指標とすることにより、活性汚泥
の沈降性をきわめて高い信頼度で予知できることを見出
した。、これにより活性汚泥の沈降性を予知する具体的
な手法を確立することができた。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を第1−図により説明する。第
1図は活性汚泥による下水処理設備への適用例で、処理
機能をまず、簡単に説明する。家庭や工場等から排出さ
れた下水は、前処理プロセス(図示せず)で粗大な夾雑
物を除いた後、原水4として最初の沈澱池3に流入し、
前処理で除去できなかった浮遊固形物質を重力沈降によ
り沈殿させる。沈殿物質は生汚泥JOとして系外に引抜
かれ、汚泥処理施設(図示せず)で濃縮、脱水、乾燥、
焼却などにより処理される、一方、上澄液は沈後水5と
して曝気槽〕−に湛かれ、活性汚泥と称す微生物群との
混合液]5となる。この混合液]5は曝気槽1の底部に
設置された散気管]】−から噴射される空気8により撹
拌されるとともに酸素が供給され、液中の汚染物質が活
性汚泥の@きにより処理される。例えば、有機物は炭酸
ガスや水に変換され、8アンモニア性窒素は硝酸性ある
いは亜硝酸性窒素に酸化されるとともに活性汚泥自身が
自己増殖する。この過程でリンの取込み等も行われる。
曝気槽1−から流出した混合液15は最終沈殿池2で活
性汚泥が重力沈降し、その上澄液は処理水6として殺菌
処理を受けた後、河川や海に放流される、一方、沈殿し
た活性汚泥は高濃度となり、その大部分は返送汚泥7と
して曝気槽1−に再循環され、増殖分に相当する一部を
余剰汚11m9として系外に排出l11、生汚泥10と
同様に処理される。処理設備によっては、余剰汚泥9を
−・たん最初の沈殿池3に導いた後、生汚泥と一緒に系
外じ」ト出する場合もある。まl七、最初の沈殿池3が
設置しない、あるいは最初の沈殿池3を介さないで原水
4を直接曝気槽1−に導入することもある。
このような水処理設備において、活性汚泥の管理は重要
な運転業務内容の1.つである。特に、沈降性の良好な
活性汚泥を形成する維持管理が要求される。活性汚泥の
沈降性悪化は、バルキングと称され最終沈殿池2からの
汚泥流出の危険を増すのみならず、曝気処理機能さらに
は汚泥処理機能にも大きな負担を強いる。沈降性の良好
な汚泥を維持で@11.げ、前述の心配は起こらない、
それゆす、活性汚泥の沈降特性を把握し、悪化する前兆
あるいはその兆候を早期に予知することは、きわめて有
効である。本発明はこの観点に立ち、バルキングの予知
法と予知に基づく運転管理方式を提供するもので、以下
にその詳細を説明する。
20は混合液]−5をR察する撮像装置で、曝気槽〕に
浸漬され。撮像袋[20は、活性汚泥に出現している微
生物相を判読できるように拡大光像提携と、その拡大光
像の輝度情報を電気信号化するTVカメラと、搬像対象
とする混合液15に光を照射する照明機構、並びに混合
液入替機構を有するここが望ましい。TVカメラはモノ
クロ、カラ・−のいずれも適用できる。撮像装置20で
得られた混合液〕5の一部を対象とした濃淡画像(原画
像)は、明るさを反映したアナログ信号として画像処理
装置30に出力される9図示していないが、画像処理装
置30に出力した信号を分岐してモニターTVに映像す
ることも可能である。
画像処理装置30は入力された濃淡画像から、第2図に
その一例を示す処理を経て、活性汚泥に出現している微
生物相の特微量を認識、演算する。
まず、入力信号30aは画像処理回路31で微生物相の
抽出とそれぞれの画素数演算が実行される。
その実行手順の一例を第3図に示す。入力信号30aは
変換器301でアナログ信号をディジタル信号に変換さ
れ、濃淡画像メモリ302に格納される。画像メモリ3
02は例えば256X256画素で構成される格納エリ
アを持ち、格納画像の各画素は明るさに対応した輝度情
報g (L j)を有する。活性汚泥に出現する微生物
としては、一般にフロック形成菌と糸状性微生物、及び
原生動物で、このうち、汚泥沈降性に深く関与するのは
前2者である。第4図は撮像装置20の照明方式を透過
光とし、拡大光像機構の焦点が一致している場合の活性
汚泥混合液の濃淡画像g(i、j)の例で、A−A’ 
に沿った輝度分布をとると第5図に示すように液相部B
は高く、糸状性微生物F。
及び原生動物Mとフロック形成菌Zの順で輝度が低くな
る0画像メモリ302の濃淡画像は強調処理手段303
で液相部と活性汚泥部の境界が鮮明となるようにフィル
タリング処理して輝度を修正する。この修正濃淡画像g
’ (i2.j)は濃淡画像メモリ304に格納される
。強調処理手段303における輝度修正は、特に液相部
との輝度差が小さい糸状微生物Fを鮮明にすることが重
要となる。
これは例えば3×3画素で構成する空間フィルタを用い
て実行することができる。この輝度修正により、種々の
微生物相を精度良く画像抽出できる効果がある。修正濃
淡画像g’(Lj)は2値化処理手順305に入力され
、所定の輝度レベルshを基準として、次式に示す処理
を行い、活性汚泥の存在領域(B(i、j)−1)と液
相領域(B(i、j)=O)を分離抽出し、2値化画像
B(itj)は2値化画像メモリ306に格納される。
所定輝度shは固定化で良いが、修正濃淡画像g’(i
+ j)のヒストグラムと呼ばれる輝度と画素数の頻度
分布に対応して変化させてもよい。この場合の輝度値s
hは、第6図に示すように、液相部Bのピーク輝度値P
1より所定値低い値、あるいは液相部Bの下方に現われ
る鞍部を示す輝度値P2とすることもできる。この輝度
値sh変更により撮像装置20の照明強度が変化しても
活性汚泥を精度良く抽出することが可能となる。
2値化画像B(ITJ)は、まず縮退処理手段307に
入力され、情報″′1″の領域を判断し、この領域が端
から1画像ずつ削られる。この処理により、■ないし2
画素幅の糸状性微生物は消え。
フロック形成菌などが残る。縮退画像は2値化画像メモ
リ308に記載され、膨張処理手段309で情報“1”
の入力領域は全周に渡って1画素ずつ拡げられる。これ
らの縮退及び膨張処理は1回以上実施し、各々の実行回
数は一致させる。膨張画像は、糸状性微生物が消去され
たフロック状の微生物のみが抽出された画像で、2値化
画像メモリ310に格納される。マスク処理手段311
では、膨張画像と納正濃淡画像g’ (L j)を重ね
合せ、膨張画像の情報“1″入力領域に充当する修正濃
淡画像領域を部分抽出し、画像メモリ312に格納する
。部分抽出画像は2値化処理手段313で(1)式と同
様な処理が実行され、フロック部を正確に抽出して2値
化画像メモリ314に記憶される。この2値化処理にお
ける基準輝度Sh′はsh以下とするラベリング処理手
段315はフロック抽出画像の個々のフロックに対して
ナンバ付けをし、さらに面積演算手段316でナンバ付
けされた個々のフロックの画素数を演算し、画面上のフ
ロック数nJと個々のフロック面積fI(画素基準)が
出力される。
一方、2値化画像メモリ306に記載されている2値化
画像B(x、j)は細線化処理手段317に入力され、
抽出物体の長さを変えないで、全て1画素幅の線抽出し
、2値化画像メモリ318に格納される。差分処理手段
319は細線化画像と2値化画像メモリ314のフロッ
ク抽出画像を差分演算してフロック領域を消去し、糸状
性微生物のみを抽出する。この糸状体抽出画像は2値化
画像メモリ320に記憶される。画素演算手段321は
糸状体抽出画像における情報di I Itの入力画素
を全画面に渡って積算演算し、糸状性微生物の総画素数
QJを出力する。ここで出力された総画素数危、は、細
線化画像における抽出物体の線幅が全て1画素幅である
ため、1画面全体の糸状性微生物の出現長さに相当する
第3図では撮像画像30aを直接処理して微生物相の各
種特微量を抽出しているが、予め活性汚泥の混入してい
ないブランク画像を濃淡画像メモリに記憶させ、この画
像と撮像画像30aを差分し、差分画像の全画素に特定
値を加算した差分濃淡画像を処理対象としても良い。こ
の差分濃淡画像を用いることにより、照明機構の強度む
らを解消でき、抽出精度を高める効果がある。また、上
述の実施例では、原生動物をフロック部として認識した
が、原生動物を除いたフロック個数n−と面積fiを求
めても支障ない。これは、同じ混合液を時間を置いて複
数回撮像し、これらの複数画像を差分処理して位置変化
した領域を抽出し、演算対象とする画像から抽出した領
域を除去することにより運動生体である原生動物を除く
ことができる。原生動物の除去は、クロック形成菌の特
徴を正確に抽出する効果がある。さらに、実行手順過程
の各種処理画像をモニターTVに表示して抽出状態の1
1察や評価を行い、基準輝度sh等の設定値判定を実施
してもよい。この場合の微生物相ごとの抽出画像を色分
けして合或表示し、撮像濃淡画像と比較可能にすると良
い。なお、糸状体抽出画像から糸状性微生物の総画素数
QJは、予めノイズ処理を実行した後演算することもで
きる。
画像処理回路31から出力された工画面当りのフロック
数nJ、個々のフロック面積fi、及び糸状性微生物出
現画素数QJは第1の特微量演算回路33に入力され、
各種特微量が演算される。
まず糸状性微生物の出現量La(m/mQ)は次式で求
められる。ここで、αは1画素当りの実長さ、LJ=に
工・QJ−Q/v        ・・・(2)■は撮
像対象容積で、K1は定数である。一方、フロック特微
量はまず、ナンバ付けされた個々のフロックの画素面積
f+ と等価の円を仮定し、次式により、各フロックの
平面径rt を算出する。
ここでatは1画素当りの実視野面積である。とrt=
(4・fs ・ag/ π)’/2    −(3)こ
ろで、本実施例で対象としている活性汚泥の微生物相を
認識するには、撮像装置20における撮像対象混合液の
厚みを数百μm以下とする必要がある。これに対して、
活性汚泥は散開の塊状を威すものもあり、撮像装置20
の液厚みが基準となって形状が変化する。この模様を第
7図に示す。
すなわち、液厚を以上の汚泥は饅頭型を成し、平面径が
変化する。この場合、汚泥が占める体積v1は不変と考
えると、次式に基づいてその自由粒径R1を算出できる
Rt=(t(rt  t)n/24+π・t”(ri 
 t)/48)’/8・−・(s)単位容積当りのフロ
ック数N4は次式から求まる。
NJ=nJ/v            ・・・(6)
このフロック数Niと自由粒径Riより、処理画面の平
均粒径RJ が演算できる。さらに、フロックNJ i
=1 体積量VJを次式で演算する。ここでに2は演算定数で
ある。これらの1処理画面に対する糸状性微生物長LJ
、フロック形成菌の個数N J 、平均粒径RJ及び体
積量vjは第2の特微量演算回路35に出力される。
第2特微量演算回路35では、所定処理画面数Pにおけ
る各種特微量を演算する。所定処理画面数Pは画像処理
回路31の実行周期に対応して設定する。例えば実行周
期が1分間隔で、1時間毎に計測情報を出力したい場合
にはP=60を設定する。活性汚泥の性状変化は遅いと
されているが、少なくとも1日1回以上の計測情報を出
力するように処理画面数Pを設定するのが良い。第2特
微量演算回路35では、入力された各種特微量の記憶手
段を持ち、所定画面数Pを計数された段階で次式に基づ
き各種特微量を演算し、出力信号30bを出力する。
第2特微量演算回路35から出力された糸状性微生特長
L(t)、フロック形成菌の個数N(t)。
平均粒径R(t)及び体積量V(t)は第3の特微量演
算回路37に入力され、次式に基づいて評価指標5v(
t)が擲算される。この指標は画像計測情報のみから求
まるものである。個々の画像計測情報及び評価指標はデ
ータファイル40に格納される。
50は診断装置で、第8図に示すように、沈降性診断回
路52と運転判定回路55を有する。沈降性診断回路5
2は画像計測情報に基づいて活性汚泥性状を診断し、沈
降性悪化時の要因を判定する。診断手順の一例を第9図
に示す。評価指標5v(t)はまず評価回路521に入
力され、活性汚泥の沈降特性を評価する。これは、本発
明者らが実験的に鋭意検討した結果、(10)式で提案
した評価指標5v(t)により汚泥沈降性を予知できる
ことから可能となった。第10図にその結果を示す。こ
の図によれば、一定時間静置後の単位活性汚泥量当りの
沈殿容積で、汚泥沈降性の良否を示すS V I (S
ludge Volume Index :汚泥容量示
標)は評価指標5v(t)が大きくなるに従い低下し、
沈降性が良くなる傾向を示す。さらに、評価指標5v(
t)の変化に対して、SVIがあまり変化しない領域が
存在している。この領域を5VI一定例と呼ぶ、汚泥沈
降性の悪化、すなわち、バルキングは一般的にSVIが
200ないし300(mQ/g・汚泥)以上になった場
合を指す。第10図における5VI−電域は、バルキン
グと称されない沈降性の良好な状態で形成されることが
判明した。このことは、提案した指標で汚泥沈降性を評
価でき、その増減傾向を求めることによりバルキングを
予知できることを示している。提案した評価指標5v(
t)は、懸濁物質の界面沈降速度として一般的に知られ
ているロビンソン(Robinson)の関係式にも合
致し、理論的にも裏付けされたものである。この式は、
次式に示すように、懸濁物質の粒径d、密度数Δρ及び
粘度μで沈降速度Uが表わされている。ところで、S■
工μ は一定時間後の界面を基準とした活性汚泥容積であるた
め、界面沈降速度Uの逆数と考えることができる。換言
すれば、SVIは上式の形で表現できる可能性があり、
構成因子を画像計測情報で置き換えることができれば(
11)式の関係が示されるものと考える。そこで、粒径
dにフロック自由粒径R(t)を、粘度μ及び密度差Δ
ρの要因として単位容積当りの糸状性微生特長L(t)
とフロック体積量V(t)を用いた(10)式を提案し
、SVIの評価を試みたところ、第10図の関係を得た
。なお、粘度と密度差の要因に糸状性微生特長とフロッ
ク体積量を用いたのは、フロック同士の凝集を妨害し、
摩擦抵抗を増加させる役割、すなわち、粘性を高める効
果と、フロック形成菌外の突出量は見かけ密度を低下さ
せる役割を糸状性微生物が持ち、その度合はフロック体
積量に対する糸状性微生特長に影響されるものと推測さ
れたことによる。第10図の関係を式化すれば(12)
式となり、すなわち、(11)式と同形で表現できるこ
とがわかS V I = Ks(Sv(t ))’″エ
       −(12)る。
したがって、評価回路521では評価指標5v(1)と
設定値Sv* との比較により沈降性の良否を判定し、
5v(t)≦Svlならバルキングの警報表示を監視装
置60に出力するとともに、バルキング要因を検索回路
522で検索する。設定値Sv* は例えば、5VI−
電域でバルキングの境界値を設定する。要因検索はフロ
ック個数N(t)とフロック平均粒径R(t)から実施
できる。例えば、N(t)が多く、かつ、R(t)が小
さければ低有機物負荷、あるいは低溶存酸素濃度、逆に
N(1)が少なく、かつ、R(t)が大きければ高有機
物負荷と診断し、その要因を監視装置60に出力する。
一方、5v(t))SV*の場合、判定回路523で評
価指標の増減傾向を求め、少なくとも減少傾向時には汚
泥沈降性悪化状態を監視装置60に表示する。さらに、
第2の要因検索回路524でその要因がフロック平均粒
径か又は糸状性微生物の影響かを判定し、その結果を監
視装置60に出力する。評価指標の増減傾向及び要因判
定は計測時間の異なる複数個の各々の画像情報を用いる
ことにより実施できる。運転判定回路54は監視装置6
0に表示された内容に基づいて判断したオペレータの運
転方式を判定する。
監視装置60は少なくとも表示機能と入力機能を持ち、
入力機能からオペレータの判断結果を入力する。入力情
報としては、操作量の選定とその設定量、あるいは選定
操作量に対する制御指標の目的値等が対象となる。例え
ば曝気空気量を選定した場合には設定空気量か又は溶存
酸素濃度目標値、返送汚泥量を選定した場合には設定返
送流量や返送比率、あるいは曝気槽上の混合液の汚泥濃
度目標値、さらに余剰汚泥量を操作量として選定した場
合には設定引抜き流量や固形物質量、あるいは汚泥日令
や曝気槽汚泥濃度の目標値等である。
これらの操作量の選定及び設定値入力は、沈降性診断回
路52からの出力情報−1並びに出力情報により判定し
た糸状体のタイプ、水質分析結果に基づくオペレータの
経験知識を利用して実行することができる。また、バル
キング要因が画像計測情報から検索可能な場合、評価指
標5v(t)とその設定値Sv傘 の偏差量に対応して
該当要因の設定操作量、あるいは制御指標目標値を変更
することができる。
運転判定回路55はオペレータの入力情報を判定し、そ
の操作条件を制御装置70に出力する。
制御装置70は運転判定回路55の出力情報に基づいて
、曝気空気量調節手段74、あるいは返送汚泥量調速手
段72、あるいは余剰汚泥量調節手段76を該定量とな
るように操作する。操作量調節のためのプラント情報と
しては流入水量5A。
返送汚泥量7A、余剰汚泥量9A、曝気空気量8A、曝
気槽DO15A及び汚泥濃度15B、返送汚泥濃度7B
を制御装置70に入力させる。
以上、本発明の一実施例について述べたが1本発明は上
記内容に限定されるものではない。まず画像処理装置3
0での処理対象画像g (xt g)の白黒を反転させ
ても良い。この場合、(1)式の2値化情報は逆となる
。また、白黒反転画像は撮像装置20の照明位置を変更
する、すなわち、活性汚泥の散乱光を撮像するような照
明法によっても得られ、この画像に対しても上記の画像
処理法により微生物相の抽出が可能である。また、評価
指標5v(t)の算出は、第4図における液相部Bとフ
ロック部Zの輝度差を求め、この輝度差を(10)式右
辺の分子項に追加し、補正しても良い。
両者の輝度差は密度差と相関し、その変化を考慮するこ
とにより沈降特性の予測精度をより一層高めることがで
きる。また、撮像装置20の設置位置を限定するもので
もない。例えば最終沈澱池2の流入部に浸漬させる、さ
らに、浸漬しないで曝気槽混合液15.曝気槽流出液、
あるいは返送汚泥7を連続的にサンプリングする方式で
も良い。
なお、(10)式の評価指標演算にフロック体積量を用
いたが、フロック総面積を適用しても良い。フロック総
面積F(t)は次式で演算できる。また、フロック平均
粒径は幾何平均径としたが粒径分布を求め、その対数平
均径なども適用可能である。
上記実施例では、全体の曝気空気量、返送汚泥量、及び
余剰汚泥量を操作する方式を説明したが、本発明はこれ
に限定されるものでない。例えば、第11図に示すよう
に、曝気槽1の前段LAと後段IBに別個に設置した散
気管11’、11からの曝気空気7′、7と各々調節手
段74’ 、74を操作して設定量を変更しても良い。
これは、バルキングを発生させる糸状性微生物には前段
の空気量を抑えることによりその増殖を抑制できる種類
も存在し、そのような糸状性微生物に適用可能となる。
この場合、Do目標値を前後段で変化ざぜる、あるいは
、前段の空気量を止め、駆動装置】−01を作動して撹
拌翼]、 02を回転させて流動化を図る方式であって
も良い。
第12図LJ1、バルキングが予知された場合に、供給
装置i!21’05を駆動して、凝集剤]、 06を注
入する方式である。注入位置は図のように最終沈殿池2
流入部でも良いが、曝気槽]−1あるいは流入水5や曝
気槽流出水を対象とすることができる。
凝集剤としてはPAC,硫酸バンド、塩化第2鉄、ある
いは生石灰等が適用できる。この凝集剤を注入する場合
、評価指標の設定値Sv傘 は第11図の実施例より低
目に設定するか、または、第1図との組合せにより、運
転条件の変更に対して4J沈降性が改養されない場合に
適用すると良い。
さらに、上記実施例では、活性汚泥の酸化反応を利用し
たプロセスを対象としたが、還元反応や嫌気反応を利用
した方式にも適用できる。また、流入水量の操作、ある
いはその注入位置の可変可能なプロセスであれば流量や
位置調節を実施することも可能である。
また、本発明は活性汚泥に限らず、フロックの形状が運
転条件、あるいは流入条件で異なるプロセス、例えば浄
水場における形成フロックの沈降特性の予知法としても
適用できる。この場合、出現量は3種類であるので、フ
ロック粒径を主構成要因にし、沈降池滞留時間において
所定位置まで沈降しない粒径範囲と、その範囲に存在す
るフロック体積量により沈殿池流出濁質濃度を評価する
ことができる。さらに、液相部とフロックの輝度差によ
る補正も可能で、凝集剤注入量、あるいはフロック形成
のための撹拌強度の調節をサポートすることができる。
また、フロックの沈降速度が把握できることば、固液分
離槽の沈降物質の排泥操作を沈降速度に対応して実施で
きることを意味する。例えば、沈降速度の遅い粒径に対
しては排泥量を増加させて沈降促進さぜるとともに、沈
降界面を低下させて流動による巻き上げ量を減少させる
等の効果がある。
本発明の効果をさらに高める方法としては、水温を評価
指標の構成要素どし、水溶液そのものの粘性変化を考慮
することである。
〔発明の効果〕
本発明によれば、液中懸濁物質の出現量を用いた評価指
標により沈降特性等の懸濁状態を把握できる効果がある
。この評価指標の増減傾向を求めることにより汚泥沈降
性を予知できる。これにより沈降性悪化の対策手段を迅
速に講じることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を説明する構成図、第2図は
活性汚泥特微量の計測手順の一例を示すフロー図、第3
閃は活性汚泥から微生物相を分離認識する手順の一例を
説明するフロー図、第4図は活性汚泥混合液の撮像画像
の一例を示す模擬図、第5図は第4図のA−A’線で走
査した輝度分布の一例を示す説明図、第6図は第4図を
対象に輝度と画素数の関係を示す説明図、第7図は活性
汚泥の形状変化を示す説明図、第8図は画像計測情報の
利用法を示すブロック図、第9図は汚泥沈降特性の評価
法を説明するブロック図、第10図は評価指標と沈降特
性の関係図、第11図及び第12図は本発明の他の実施
例を示す構成図である。 】・・・曝気槽、2・・・沈殿池、20・・・撮像装置
、30・・・画像処理装置、3〕、・・・画像処理回路
、33゜35.37・・・特微量演算回路、50・・・
診断装置、第 2 図 第 図 第 7 図 活性汚泥 窓ガラス 第 図 第 図 第10 図 出現微生物相の画像特微量 第11 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、液中に懸濁する物質の処理において、該懸濁物質の
    出現量に基づいて懸濁状態を予測することを特徴とする
    液中懸濁物質の処理方法。 2、液中に懸濁する物質の処理において、該懸濁物質の
    異なる時間の出現量の差に基づいて懸濁状態を予測する
    ことを特徴とする液中懸濁物質の処理方法。 3、液中に懸濁する物質の処理において、該懸濁物質の
    異なる時間の出現量をそれぞれ求めること、該出現量の
    時間的な変化を求めること、該出現量の時間的な変化を
    予め求めておいた懸濁物質の出現量と懸濁状態との関係
    に対応させることにより懸濁状態を予測することを特徴
    とする液中懸濁物質の処理方法。 4、請求項3において、該懸濁物質の出現量を少なくと
    も二回以上の異なる時間にわたつて求め、それらの間の
    時間的な変化を求めることを特徴とする液中懸濁物質の
    処理方法。5、請求項3において、該懸濁物質の出現量
    を少なくとも数時間ないし数十時間間隔で求め、それら
    の間の時間的な変化を求めることを特徴とする液中懸濁
    物質の処理方法。 6、請求項3において、該懸濁物質の出現量をほぼ同一
    個所で少なくとも二回以上の異なる時間にわたつて求め
    、それらの間の時間的な変化を求めることを特徴とする
    液中懸濁物質の処理方法。 7、液中に懸濁する物質の処理において、該懸濁物質の
    異なる時間の出現量の差に基づいて懸濁状態を予測し、
    該懸濁物質の懸濁状態に影響を及ぼす因子を制御するこ
    とを特徴とする液中懸濁物質の処理方法。 8、液中に懸濁する物質の処理において、該懸濁物質の
    異なる時間の出現量をそれぞれ求めること、該出現量の
    時間的な変化を求めること、該出現量の時間的な変化を
    予め求めておいた懸濁物質の出現量と懸濁状態との関係
    に対応させることにより懸濁状態を予測すること、該予
    測結果に基づいて該懸濁物質の懸濁状態に影響を及ぼす
    因子を制御することを特徴とする液中懸濁物質の処理方
    法。 9、液中に懸濁する活性汚泥の処理において、該活性汚
    泥中の凝集性微生物の出現量と糸状性微生物の出現量と
    の比を評価指標として、活性汚泥の沈降性を予測するこ
    とを特徴とする液中の活性汚泥の処理方法。 10、液中に懸濁する活性汚泥の処理において、該活性
    汚泥を撮像すること、該撮像情報を画像処理し凝集性微
    生物の平均粒径と体積量、糸状性微生物の出現長さを求
    めること、該凝集性微生物の平均粒径と体積量に対する
    糸状性微生物の出現長さの比を評価指標として該指標の
    時間的な変化を求めること、該指標の時間的な変化を予
    め求めておいた前記指標と活性汚泥の沈降性との関係に
    対応させることにより沈降状態を予測することを特徴と
    する液中の活性汚泥の処理方法。 11、請求項10において、該評価指標を(凝集性微生
    物の平均粒径)^n/(糸状性微生物の長さ/凝集性微
    生物の体積量)で表し、活性汚泥の沈降性を該活性汚泥
    の単位重量当たりの沈降容積で表し、それらの関係に前
    記評価指標の時間的な変化を対応させることにより活性
    汚泥の沈降状態を予測することを特徴とする液中の活性
    汚泥の処理方法。 12、請求項10において、該評価指標を(凝集性微生
    物平均粒径)^2/(糸状性微生物の長さ/凝集性微生
    物の体積量)で表し、活性汚泥の沈降性を荷活性汚泥の
    単位重量当たりの沈降容積で表し、それらの関係に前記
    評価指標の時間的な変化を対応させることにより活性汚
    泥の沈降状態を予測することを特徴とする液中の活性汚
    泥の処理方法。 13、液中で微生物、細胞或いは酵母を培養する方法に
    おいて、該微生物、細胞或いは酵母の出現量の時間的な
    変化に基づいて反応状態を予測し、該反応状態に影響を
    及ぼす因子を制御することを特徴とする培養方法。 14、液中の糸状性微生物に菌を分泌させ、該菌を分離
    精製させ、これらを繰り返すことによつて、菌を増殖す
    る方法において、前記糸状性微生物の出現量の時間的な
    変化に基づいて該菌の増殖状態を予測することを特徴と
    する菌の増殖方法。 15、懸濁物質を含む液を濾過手段に通す工程と該濾過
    手段の逆洗浄とを繰り返す方法において、前記濾過手段
    を通つた液中の懸濁物質の大きさを求め、該大きさの時
    間的な変化に基づいて該懸濁物質の除去性能を予測する
    ことを特徴とする液中の懸濁物質の濾過方法。 16、リンを含む溶液中に種晶を挿入し、該種晶の表面
    にリンを晶析させて除去する方法において、晶析した該
    リンの剥離量を求め、該剥離量の時間的な変化に基づい
    てリンの除去性能を予測することを特徴とする脱リン方
    法。 17、酸素を含むガスで曝気し下水中の有機物質を活性
    汚泥で処理する曝気槽と、該活性汚泥を固液分離する沈
    殿池とを具備する下水処理装置において、該活性汚泥の
    出現量を評価指標として活性汚泥の沈降性を予測する手
    段を有することを特徴とする下水処理装置。18、液中
    の懸濁物質を凝集剤を添加することによつて凝集させる
    混和池と、凝集した該懸濁物質を沈殿させる沈殿池とを
    具備する懸濁物質処理装置において、該懸濁物質の出現
    量を評価指標として該懸濁物質の沈降性を予測する手段
    を有することを特徴とする液中懸濁物質の処理装置。 19、酸素を含むガスで曝気し下水中の有機物質を活性
    汚泥で処理する曝気槽と、該活性汚泥を固液分離する沈
    殿池とを具備する下水処理装置において、該活性汚泥を
    拡大して撮像する撮像手段と、該撮像情報から画像処理
    により該活性汚泥中の凝集性微生物の出現量及び糸状性
    微生物の出現量を求める手段と、該凝集性微生物の出現
    量及び該糸状性微生物の出現量との比を評価指標として
    活性汚泥の沈降性を予測する手段とを有することを特徴
    とする下水処理装置。 20、酸素を含むガスで曝気し下水中の有機物質を活性
    汚泥で処理する曝気槽と、該活性汚泥を固液分離する沈
    殿池とを具備する下水処理装置において、該活性汚泥を
    拡大して撮像する撮像手段と、該撮像情報から画像処理
    により該活性汚泥中の凝集性微生物の平均粒径と体積量
    、糸状性微生物の出現長さ求める手段と、該凝集性微生
    物の平均粒径と体積量に対する糸状性微生物の出現長さ
    の比を評価指標として活性汚泥の沈降性を予測する手段
    とを有することを特徴とする下水処理装置。 21、液中の懸濁物質の出現量を評価指標として懸濁状
    態を予測する手段を備えたことを特徴とする液中懸濁物
    質処理設備。 22、請求項10において、前記画像処理により液相部
    と活性汚泥の輝度差を求め、該輝度差情報を用いて沈降
    特性を補正することを特徴とする液中の活性汚泥の処理
    方法。 23、酸素含有ガスで曝気し、流入火中の溶解性あるい
    は非溶解性汚濁物質を活性汚泥で処理する曝気槽と、該
    活性汚泥を同液分離する沈殿池と、該分離活性汚泥を前
    記曝気槽に返送する手段と、分離活性汚泥の一部を系外
    に排出する手段と、前記曝気槽内の活性汚泥を撮像する
    手段と、該撮像画像から画像処理により活性汚泥を形成
    する凝集性微生物の出現量と凝集状態、及び糸状性微生
    物の出現量を求める画像処理手段と、該画像処理手段で
    得られた微生物情報から活性汚泥の沈降性能を判定する
    手段と、該判定に基づき微生物の出現、あるいは凝集に
    影響を及ぼす因子を制御する手段とを有することを特徴
    とする活性汚泥利用の水処理設備。 24、請求項23における沈降性能判定手段は、凝集性
    微生物の平均粒径と体積量、及び糸状性微生物の出現長
    さで構成する指標を用いることを特徴とする活性汚泥利
    用の水処理設備。 25、酸素含有ガスで曝気し、流入水中の溶解性あるい
    は非溶解性汚濁物質を活性汚泥で処理する曝気槽と、該
    活性汚泥を固液分離する沈殿池と、該分離活性汚泥を前
    記曝気槽に返送する手段と、分離活性汚泥の一部を系外
    に排出する手段と、前記曝気槽内の活性汚泥を撮像する
    手段と、該撮像画像から画像処理により活性汚泥内微生
    物相の特微量を求める画像処理手段と、該画像処理手段
    で得られた凝集性微生物平均径の2乗に対する糸状性微
    生物出現量と凝集性微生物体積量の比を評価指標として
    沈降特性を予知する手段と、該予知手段の情報に基づい
    て前記画像処理手段で得られたフロック形成個数とその
    粒径を用いて制御量を選定する手段と、該選定手段に基
    づいて微生物相の出現、あるいは凝集に影響する操作量
    を調節する手段とを有することを特徴とする活性汚泥利
    用の水処理設備。 26、請求項25において、凝集に影響する操作量が凝
    集剤であることを特徴とする活性汚泥利用の水処理設備
    。 27、請求項25において、沈降性の改善を判定する手
    段と、凝集剤を注入する手段とを具備し、該判定手段の
    判定信号を該注入手段に出力することを特徴とする活性
    汚泥利用の水処理設備。 28、請求項25において、制御量の選定、あるいは操
    作量の調節に必要なプラントデータを入力する手段と、
    該入力データを制御量選定手段或いは操作量調節手段に
    出力することを特徴とする活性汚泥利用の水処理設備。 29、液中に懸濁する物質を撮像する手段と、該撮像画
    像から画像処理で懸濁物質を平均粒径と液相部及び懸濁
    物質の輝度差を求める手段とを具備し、該平均粒径と輝
    度差から前記懸濁物質の沈降特性を予知することを特徴
    とする液中懸濁物質の沈降予知装置。 30、液中に懸濁する物質を撮像する手段と、該撮像画
    像から画像処理で懸濁物質を平均粒径を求め手段とを具
    備し、該平均粒径の時系列変化あるいは偏差量の変化か
    ら前記懸濁物質の沈降特性の良否を予知判定することを
    特徴とする液中懸濁物質の沈降予知装置。 31、液中に浮遊し、凝集性を有する微生物を撮像する
    手段と、該撮像画像から画像処物で凝集性微生物の平均
    粒径を求める手段とを具備し、該平均粒径と液相部及び
    凝集性微生物の輝度差を求める手段とを具備し、該平均
    粒径と輝度差から前記凝集性微生物の沈降特性を予知す
    ることを特徴とする液中微生物物質の沈降予知装置。 32、液中に懸濁する物質を凝集させる反応槽と、該反
    応槽の懸濁物質の凝集を促進させる手段と、該懸濁物質
    を撮像する手段と、該撮像画像から画像処理で懸濁物質
    の平均粒径を求める手段とを具備し、該平均粒径により
    前記凝集促進手段に制御信号を出力するように構成した
    ことを特徴とする水処理設備。 33、液中の懸物物質が浮遊状態にある処理槽と、該懸
    濁物質を濃縮する固液分離槽と、該濃縮懸濁物質を排出
    する手段と、前記処理槽内の懸濁物質を撮像する手段と
    、該撮像画像から画像処理で懸濁物質の平均粒径を求め
    る手段とを具備し、該平均粒径により前記懸濁物質排出
    手段を操作するように構成したことを特徴とする水処理
    設備。 34、液中に浮遊し、凝集性を有する微生物で処理する
    反応槽と、該凝集性微生物を濃縮する固液分離槽と、該
    反応槽内の凝集性微生物を撮像する手段と、該撮像画像
    から画像処理で凝集性微生物の平均粒径を求める手段と
    、該平均粒径に基づいて前記反応槽の凝集性能に影響す
    る操作量、あるいは固液分離槽からの濃縮微生物の排出
    量を調節する手段とを有することを特徴とする微生物処
    理設備。 35、酸素含有ガスで曝気し流入水中の有機物質を活性
    汚泥で処理する曝気槽、該活性汚泥を固液分離する沈澱
    池、該分離活性汚泥の一部を前記曝気槽へ返送し残りの
    一部を系外へ排出する手段を具備し、有機物質を含む流
    入水を活性汚泥処理したのち排出するようにした水処理
    システムにおいて、最終的に排出される処理水中の懸濁
    物質の出現量を求める手段、該出現量を該価指標として
    懸濁物質の沈降性を予測する手段及び予測結果に基づい
    て影響因子を制御する手段とを備えたことを特徴とする
    水処理システム。
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