JPH0712738A - 微生物監視システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、プロセスを監視するため所定の微生
物量を定量的に計測し、微生物情報を運転管理に反映で
き、かつ維持管理の高度化に対応できる微生物監視シス
テムを提供することにある。 【構成】本発明は液体中の微生物の原画像（濃淡画像）
を撮像した映像信号を画像処理し微生物を抽出認識かつ
定量的に計測できる画像処理装置を複数の処理系列で共
用し、時間的に切換えて監視するようにする。 【効果】複数系列を有するプラントに対応可能な微生物
監視システムを実現し、系列ごとの汚泥変化傾向および
系列間の汚泥変化などの微生物情報を運転に反映し、よ
り正確な運転管理が行える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、微生物撮像装置を用
い、微生物の画像から活性汚泥の状態を判断し、活性汚
泥法を運転管理する微生物監視システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】下水処理プラントでは、曝気槽で流入下
水の有機物を微生物に摂取させ、沈殿池で微生物を沈降
させて上澄液を放流している。下水処理場から放流する
水質をよくするには、微生物の形状（大きさ）をよく
し、沈降性をよくすることが必要である。下水の微生物
は凝集性微生物と糸状性微生物に大別されるが、糸状性
微生物が繁殖しすぎると沈降性が悪くなる。沈降性が悪
くなることをバルキング現象と称されている。沈降性が
悪化すると、沈殿池から微生物が流出し、放流水質の悪
化を招くことになる。従って、糸状性微生物を過剰に繁
殖させないことが重要である。糸状性微生物として、例
えば、スファエロテルス（Sphaerotilus）などがある。
糸状性微生物が繁殖しすぎるのを防止するためには、微
生物の種類やその出現量あるいは濃度などの微生物情報
を連続的かつ定量的に計測し、プラントの運転管理に反
映させる必要がある。この場合、微生物の凝集状態やそ
の棲息環境を乱さず、正確な微生物の状態を得ることが
重要である。

【０００３】従来、微生物の状態を監視するには撮像手
段により微生物を撮像し画像処理技術を利用した微生物
認識計測装置が提案されている。具体的には撮像手段で
撮像した映像信号（濃淡画像）を閾値によって２値化し
た後に微生物を抽出認識し、定量的に計測するようにし
ている。画像処理技術を利用した微生物認識計測装置は
例えば、特開昭62−50608 号公報に記載されている。微
生物の撮像手段は例えば、特願平3−83506号公報に記載
されている連続的に微生物をサンプリングして撮像でき
る水中顕微鏡などがある。このような水中顕微鏡は従来
センサと同様にプロセスに配置でき、連続的に微生物を
撮像することができる。一方、水中顕微鏡は、流動して
いる微生物を撮像するため、撮像された微生物状態も、
サンプリングごとに異なる。そこで、画像計測の定量結
果のバラツキを低減するため、複数回の計測データを平
均化し、その平均値を代表値として利用される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】下水処理プラントで
は、通常、同様な処理を行える複数の系列（図１を参
照）からなる。現状のプロセス構成において、微生物認
識装置を用いて微生物情報を把握するには、系列ごとに
水中顕微鏡を配置し、その映像信号を画像処理し、微生
物情報を計測するのが現状である。しかし、微生物認識
装置自身は高価的かつ精密機器であり、配置台数の増加
につれて、オペレータにコスト面や維持管理上の負担を
もたらすという問題点があった。維持管理上には負担を
生じると、微生物情報の信頼性の低下を招くという問題
点があった。また、水中顕微鏡と画像処理装置からなる
微生物認識装置は、ハードが異なると、同一サンプルで
あっても、その計測結果が異なる。ここで、平均値を用
いた場合でも、同様な現象が見られる。その計測値のな
か、特に、糸状性微生物に関する計測値、例えば長さ，
個数などは、ハードの性能により大きく違ってくる。そ
のため、系列ごとに水中顕微鏡を配置すると、各顕微鏡
からの情報は、各系列の微生物情報の把握に適用する
が、ハードが異なるため、系列間のデータ比較ができな
く、系列間の情報を把握し難いという問題点があった。
一方、活性汚泥の異常現象は、流入下水の異変によるも
のと、微生物の活動環境などによるものがあるため、オ
ペレータは、系列ごとに運転を管理しているのではな
く、常に複数系列の状態を比較しながら運転管理してい
る。従って、系列間の情報を把握できないと、系列間の
異常の前兆を見逃すとうい問題点があった。

【０００５】本発明の目的は、上記の事情に鑑み、プロ
セスを監視するため所定の微生物量を定量的に計測し、
微生物情報を運転管理に反映でき、かつ維持管理の高度
化に対応できる微生物監視システムを提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る計測器管理システムは、液体中の微生
物の原画像（濃淡画像）を撮像する撮像装置と、撮像装
置が稼働可能の水槽装置と、撮像装置の映像信号を画像
処理し微生物を抽出認識かつ定量的に計測できる画像処
理装置と、外部信号を入力する入力装置とに接続され、
微生物情報を表示するすくなくとも一つにモニタを備え
てなる微生物認識計測装置と、複数の系列の処理プロセ
スから水槽装置への汚泥導入、および水槽装置から各系
列の処理プロセスへの汚泥排出が可能な汚泥輸送装置を
備えてなる微生物監視システムにおいては、入力装置に
より指定された処理対象となるプロセスを指定された時
間帯で汚泥輸送装置と微生物認識計測装置を起動させる
装置と、複数回の微生物情報から平均値を求める手段を
設けた構成とする。

【０００７】

【作用】本発明によれば、複数系列を有するプラントに
対応可能な微生物監視システムを実現し、系列ごとの汚
泥変化傾向および系列間の汚泥変化などの微生物情報を
運転に反映し、より正確な運転管理が行える。また、運
転員に処理プロセスの増設によるコスト面や維持管理上
の問題をもたらすことなく、効率の高い維持管理の実現
が可能となる。

【０００８】

【実施例】本発明の実施例を図面を用いて説明する。

【０００９】まず、本発明の微生物監視システムが適用
される下水処理プラントと微生物認識計測装置を図１を
参照して説明する。

【００１０】下水処理プラントは、通常、同様な処理を
行える複数系列から構成される。図１にａ，ｂ系の２つ
系列を有するプラントの実施例を示す。

【００１１】図１において、流入下水は最初沈殿池１０
０ａ，１００ｂにおいて大きい塵埃などを沈降除去され
た後に、エアレーションタンク１１０ａ，１１０ｂに流
入する。さらに、エアレーションタンク１１０ａ，１１
０ｂは最終沈殿池１５０ａ，１５０ｂから汚泥返送管１
６０ａ，１６０ｂを介して返送汚泥（微生物）が供給さ
れる。エアレーションタンク１１０ａ，１１０ｂには、
ブロワ１４０ａ，１４０ｂから空気管１３０ａ，１３０
ｂを介して送気された空気が散気装置１２０ａ，１２０
ｂによって散気される。これにより、エアレーションタ
ンク１１０ａ，１１０ｂ内に供給された返送汚泥と汚水
は撹拌混合される。返送汚泥すなわち活性汚泥は、微生
物の凝集した粒径０.１〜１.０mm前後の塊(フロック)
で、数十種の微生物を含むが、大別すると凝集性微生物
と糸状性微生物とからなる。活性汚泥は、供給された空
気中の酸素を吸収して汚水中の有機物を分解して炭酸ガ
スと水にする。有機物の一部は活性汚泥の菌体増殖に当
てられる。活性汚泥と汚水の混合液は最終沈殿池１５０
ａ，１５０ｂに導かれ、ここで活性汚泥が重力沈降す
る。上澄液は通常塩素殺菌処理した後に放流される。一
方、最終沈殿池の沈降汚泥の一部は泥返送管１６０ａ，
１６０ｂを介してから返送汚泥としてエアレーションタ
ンク１１０ａ，１１０ｂに返送され、その他の沈降汚泥
は汚泥排出管１７０ａ，１７０ｂから余剰汚泥としてプ
ロセスから排出される。また、汚泥の返送，余剰汚泥の
排出は、それぞれ、汚泥返送ポンプ１６５ａ，１６５ｂ
と、余剰汚泥排出ポンプ１７５ａ，１７５ｂにより行わ
れる。

【００１２】共通水槽１８０は、エアレーションタンク
１１０ａ，１１０ｂから汚泥輸送管１９１を介して被検
水(活性汚泥と汚水の混合液)が供給される。共通水槽１
８０内の被検水は、汚泥輸送管１９２を介してエアレー
ションタンク１１０ａ，110bに導かれる。撮像装置２０
０は共通水槽１８０の液中に浸漬配置され、微生物を撮
像するため、共通水槽装置１８０は、撮像装置２００が
微生物の凝集状態を乱さずに稼働できる容量が望まし
い。また、汚泥輸送管１９１，１９２は、輸送中活性汚
泥の形状の破壊を防ぐことのできる管径が望ましい。共
通水槽装置１８０内での微生物の成長への影響を少なく
するためには、ブロワ１８３，空気管182，散気装置１
８１を設け、空気を供給する。

【００１３】汚泥輸送管１９１にバルブ１９５ａ，１９
５ｂ，１９６を設け、バルブの開閉により、エアレーシ
ョンタンク１１０ａ，１１０ｂの被検水が、共通水槽部
180に輸送される。例えば、バルブ１９５ａ，１９６を
開、バルブ１９５ｂを閉とすると、エアレーションタン
ク１１０ａの被検水が共通水槽装置１８０に導入され
る。また、汚泥輸送管１９２にバルブ１９７，１９８
ａ，１９８ｂを設け、同様にこれらのバルブの開閉によ
り、共通水槽装置１８０の被検水が、エアレーションタ
ンク１１０ａ，１１０ｂに排出される。例えば、バルブ
１９８ａ，１９７を開、バルブ１９８ｂを閉とすると、
共通水槽１８０の被検水がエアレーションタンク１１０
ａに導かれる。このように、バルブの開閉により、被検
水の交換が行われる。

【００１４】撮像装置２００は、特殊な水中顕微鏡が用
いられ、共通水槽１８０の液中に浸漬配置され、撮像装
置２００で、撮像された映像信号(濃淡画像)は現場操作
盤３３０を介して現場用モニタ３４０に入力されるとと
もに、現場操作盤３３０及び中央操作盤３００を介して
画像処理装置４００に入力される。現場操作盤330は、
撮像装置２００に電源を供給するとともに、撮像装置２
００に設置されているテレビカメラ，照明，洗浄及びサ
ンプリングなどの操作信号を与え、また、中央操作盤３
００からも同様な操作信号を現場操作盤３３０を介して
撮像装置200に与える。現場用モニタ３４０は、常に撮
像装置２００からの微生物拡大画像を映す。現場操作盤
３３０を操作する場合、現場用モニタ３４０を参照しな
がら操作を行う。この操作、例えば、照明強度の調整な
どがある。

【００１５】中央操作盤３００は、現場操作盤３３０か
ら送信されてくる映像信号を受信し、画像処理装置４０
０に送信する装置と、撮像装置２００を遠隔操作する制
御信号を現場操作盤３３０に送信する装置とを備えてい
る。ここで、制御信号とは、例えば、撮像装置２００に
内蔵テレビカメラ，照明装置などの電源の入切指令，洗
浄，サンプリングの開始指令，カメラの絞り，焦点操作
指令及びモータ制御指令などの信号である。

【００１６】画像処理装置４００は、撮像装置２００か
らの微生物拡大画像の映像信号を画像処理し、微生物の
種類の同定，微生物の大きさ，個数，出現頻度などを計
算し、これらの計算値並びに各処理過程で得られた処理
画像を中央モニタ３２０に表示し、さらに、計算値を基
に微生物状態を判定し、その異常信号を制御回路500に
送信する。異常信号は、例えば、糸の過剰繁殖（バルキ
ング），バルキングの前兆がある。

【００１７】制御回路５００は、画像処理装置４００と
水質計測手段５１０から送信されてくる信号を受信する
装置と、プラント設備に制御信号を送信する装置とを備
えている。ここで、制御信号とは、例えば、汚泥返送ポ
ンプ１６５ａ，１６５ｂ、余剰汚泥排出ポンプ１７５
ａ，１７５ｂ、汚泥輸送バルブ１９５ａ，１９５ｂ，１
９６，１９７，１９８ａ，１９８ｂなどの機械を操作す
る信号である。また、制御回路５００は、画像処理装置
４００から送信されてくる信号と中央モニタ３２０から
得た目視情報に基づく指示を入力し、糸状性微生物の繁
殖に影響する要因を操作することもできる。前記影響要
因は、例えば、有機物負荷，ＤＯ，ｐＨ，Ｎ（窒素）と
Ｐ（リン）のバランス，返送汚泥量，水温，余剰汚泥
量，流入水量，汚泥滞留時間等がある。制御操作を行う
際、水質計測手段５１０からの計測値を参照しながら操
作を行う。

【００１８】水質計測手段５１０には、ＤＯ，ＭＬＳ
Ｓ，ｐＨ，アルカリ度及び流量などの計測機能があり、
それらの計測値が制御回路５００へ送信される。なお、
図１の実線は物質の流れ、点線は信号の流れを示す。

【００１９】図２に、画像処理装置４００の構成を示
す。

【００２０】画像処理装置４００は、撮像装置２００の
映像信号を画像処理し微生物を抽出認識する画像処理部
４１０と、外部信号を入力する入力装置４５０と、画像
処理部４１０から送信されたデータを演算する中央処理
装置（ＣＰＵ）５２０と、記憶装置主メモリ６００と、
補助メモリ６０１と、ディスク６０２から構成される。
まず、画像処理装置における微生物認識計測の動作を説
明する。

【００２１】撮像装置２００からの映像信号を画像処理
部４１０の画像処理プロセッサ420で画像間の演算及び
２値化などの処理を行い、特微量を抽出し、微生物の大
きさ，個数及び出現頻度などの微生物量を計算し、これ
らの計算値をシステムバス５０７を経由し、中央処理装
置（ＣＰＵ）５２０へ送信する。中央モニタ（モニタ）
３２０には、撮像装置２００からの映像信号と、画像処
理部４１０からの処理画像及び計算値などを表示する。
画像処理メモリ４４０は、撮像装置２００からの濃淡画
像（原画像）を格納し、また、画像処理プロセッサ４２
０での各処理過程から得た処理画像を格納する。

【００２２】中央処理装置５２０は、画像処理プロセッ
サ４２０から出力される計算値に基づいて、プロセスの
状態診断を行う。これらの処理に必要な情報と、プログ
ラムやデータなどは主メモリ６００、又は補助メモリ６
０１やディスク６０２に記憶される。中央処理装置５２
０の診断結果を制御回路５００に送信するとともに、モ
ニタ３２０に表示する。通常、オペレータはモニタに表
示される監視画面によってプロセスの状態を監視し、プ
ロセスの制御を行う。

【００２３】図３に、画像処理プロセッサ４２０の処理
フローチャートを示す。画像処理プロセッサ４２０は、
複数の処理ステップからなる。まず、ステップ４２１
で、計測対象となるエアレーションタンク、導かれる被
検水の量などの指示信号を制御回路５００に送信し、制
御回路５００により、バルブ１９５ａ，１９５ｂ，19
6，１９７，１９８ａ，１９８ｂの開閉を操作し、計測
対象となる被検水を所定の量を共通水槽装置１８０に導
入し、被検水の交換を行う。ステップ４２２で、撮像装
置２００にサンプリングの指令を送信し、撮像装置２０
０からの映像信号を取り込む。ステップ４２３で、原画
像すなわち、濃淡画像を画像処理メモリ440に格納す
る。ステップ４２４では、濃淡画像を２値化処理し、ス
テップ４２５で、２値化後の画像をラベリングし、ステ
ップ４２６で、物体（微生物）の特徴量を抽出する。こ
こで、物体の特徴量は例えば、面積，周囲長及び重心な
どがある。ステップ４２７で物体の個数，粒径及び種類
などを演算する。ステップ４２８で、各処理過程の処理
画像を画像処理メモリ４４０に格納する。通常、対象と
なる被検水について、ステップ４２２〜４２８の処理を
所定の回数繰返し行う。前記所定の回数は、処理場ごと
に初期設定される。ステップ４２９では、ステップ４２
２〜４２８での複数回の計測結果の平均値を求め、所定
の時間帯の代表値とする。ステップ４２９からの平均値
は、モニタ３２０に表示されるとともに、CPU520に送信
される。

【００２４】ステップ４２２〜４２８までの処理（１サ
ンプルの計測）には、通常、サンプリング時間，画像処
理時間と計測結果表示時間がかかる。また、サンプリン
グを行う際、サンプルを交換するため、プランジャーの
開閉動作が必要とある。そこで、本発明に用いた撮像装
置２００と画像処理装置４００において、１サンプルの
計測タイムチャートを図４に示す。

【００２５】図４（ｂ)，(ｄ）には、それぞれ、プラン
ジャーの開閉に必要な時間を示し、本発明に用いた撮像
装置２００のプランジャーの開閉の所要時間は、各１０
secであり、プランジャーの開閉の間に、ワイパーによ
り窓ガラスの洗浄を行う。ワイパー洗浄は、約５sec か
かり、そのタイムチャートを図４（ｃ）に示す。プラン
ジャーが閉となると、画像処理を行い、その計測結果を
モニタ３２０に連続表示する。画像処理と計測結果の連
続表示のタイムチャートを図４（ｅ)，(ｆ）に示す。オ
ペレータはモニタに表示されている計測データによって
監視を行っているため、計測データをある一定時間に連
続表示することが望ましい。

【００２６】一方、撮像装置２００は共通水槽１８０の
液中に直接浸漬配置され、流動している活性汚泥をサン
プル室に取り込むため、取り込む汚泥の状態は、サンプ
リングごとに異なる。その画像計測データと処理画面数
の関係を図５に示す。図５に示すように、画面処理数の
増加に従い、画像計測データのバラツキが低減する。図
５に示す実施例では、約３０画面以上の画像計測データ
を平均すれば、画像計測データのバラツキが小さく、代
表値として使用できる。

【００２７】図５の結果から、１サンプルの計測時間を
９０sec とし、１時間の計測データを平均化して代表値
として出力する。すなわち、図３のステップ４２２〜４
２８は、９０sec の周期で行い、１時間ごとに、ステッ
プ４２９を実行する。なお、撮像装置２００と画像処理
装置４００が変更すると、それぞれ所要時間も変更する
ため、画像計測の周期や平均の画面数も変わる。

【００２８】図６に、ａ，ｂ，ｃの３系列を有するプラ
ントの微生物認識計測の実施例を示す。図４，５から、
１時間の画像データを平均すれば、プラントの状態を正
確に把握できる。ここで、図６に示すように、ａ，ｂ，
ｃ系列の順に１時間ごとに被検水の交換を行い、微生物
認識計測を行えば、３系列のプラント状態を同時にかつ
正確に把握することができる。また、このａ，ｂ，ｃ３
系列の計測結果は、同一撮像装置２００と画像処理装置
４００により行われるため、ハードの性能差がなく、系
列ごとのデータを基に各系列の変動傾向を把握し、さら
に、系列間のデータ比較により系列間の微生物状態を把
握できる。そこで、系列間のデータを参照しながら、プ
ラントを操作することも可能となる。プラントの操作
は、例えば、処理状態が悪い系列の汚泥を系から除い
て、処理状態がよい系列の汚泥を処理状態が悪い系列に
導入する、または、一番処理状態のよい系列と同様な制
御方法を他の系列で実施するなどがある。

【００２９】なお、通常、下水処理プラントは、規模に
より数系列から十数系列を有する。この場合、複数の系
列をグループ化して、各グループには、共通の撮像装置
200と画像処理装置４００を用いて監視を行う。

【００３０】以上の実施例で説明したように、共通水槽
装置と、汚泥輸送装置を設け、複数系列を有するプラン
トに対応可能な微生物監視システムを実現し、系列ごと
の汚泥変化傾向および系列間の汚泥変化などの微生物情
報を運転に反映し、より正確な運転管理が行える。ま
た、運転員に処理プロセスの増設によるコスト面や維持
管理上の問題をもたらすことはなく、効率の高い維持管
理の実現が可能となる。

【００３１】

【発明の効果】複数系列を有するプラントに対応可能な
微生物監視システムを実現し、系列ごとの汚泥変化傾向
および系列間の汚泥変化などの微生物情報を運転に反映
し、より正確な運転管理が行える。また、運転員に処理
プロセスの増設によるコスト面や維持管理上の問題をも
たらすことなく、効率の高い維持管理の実現が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。

【図２】本発明による微生物認識計測装置の一例を示す
構成図である。

【図３】本発明の動作を説明するためのフローチャート
である。

【図４】本発明の動作を説明するためのタイムチャート
である。

【図５】本発明による測定結果を示す特性図である。

【図６】本発明の監視動作の一例を示す特性図である。

【符号説明】

１００ａ，１００ｂ…流入下水の最初沈殿池、１１０
ａ，１００ｂ…エアレーションタンク、１２０ａ，１２
０ｂ，１８１…散気装置、１３０ａ，１３０ｂ，１８２
…空気管、１４０ａ，１４０ｂ，１８３…ブロワ、１５
０ａ，１５０ｂ…最終沈殿池、１６０ａ，１６０ｂ…汚
泥返送管、１８０…共通水槽装置、１９１，１９２…汚
泥輸送管、１９５，１９６，１９７，１９８…汚泥導入
バルブ、２００…撮像装置、３００…中央操作盤、３２
０…中央モニタ、３３０…現場操作盤、３４０…現場モ
ニタ、４００…画像処理装置、４１０…画像処理部、42
0…画像処理プロセッサ、４４０…画像処理メモリ、４
５０…入力装置、５００…制御回路、５１０…水質計測
手段、５２０…ＣＰＵ。

フロントページの続き (72)発明者 山越 信義 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 株 式会社日立製作所大みか工場内 (72)発明者 渡辺 昭二 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 大淵 美砂子 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 矢萩 捷夫 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液体中の微生物の原画像（濃淡画像）を撮
   像する撮像装置と、該撮像装置が稼働可能の水槽装置
   と、撮像装置の映像信号を画像処理し前記微生物を抽出
   認識かつ定量的に計測できる画像処理装置と、外部信号
   を入力する入力装置とに接続され、微生物情報を表示す
   るすくなくとも一つにモニタを備えてなる微生物認識計
   測装置と、前記水槽装置の被検水が交換可能な液交換装
   置とを備えてなることを特徴とする微生物監視システ
   ム。
2. 【請求項２】請求項１記載の微生物監視システムにおい
   ては、前記水槽装置は、複数の系列の処理プロセスから
   の汚泥導入、および水槽装置から各系列の処理プロセス
   への汚泥排出が可能な汚泥輸送装置を備えることを特徴
   とする微生物監視システム。
3. 【請求項３】請求項１，２記載の微生物監視システムに
   おいては、入力装置により指定された処理対象となるプ
   ロセスの被検水を所定の量を前記水槽装置に導入するこ
   とを特徴とする微生物監視システム。
4. 【請求項４】請求項１記載の微生物監視システムにおい
   ては、所定の時間帯で微生物認識計測装置を所定の回数
   を起動させる装置と、該所定の回数の計測データを平均
   化する手段を備えることを特徴とする微生物監視システ
   ム。