JPS62266107A - 浄水場の凝集剤注入制御装置 - Google Patents

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〕 本発明は浄水場におけるフロック形成を良好に行うため
注入する凝集剤を適切な量だけ注入するようにした浄水
場の凝集剤注入制御装置に関する。

〔従来の技術〕

浄水場においては取水した原水に凝集剤を添加して懸濁
物質を凝集させ凝集物（以下フロックという）を形成し
、このフロックを沈降除去している。具体的には急速混
和池において凝集剤を注入した後にフロック形成池に導
き、緩やかに攪拌しながらフロックを形成する。フロッ
ク形成池から流出した原水は沈殿池に導かれ、フロック
を沈降させて懸濁物質を除去する。沈殿池で沈降しなが
った微粒子は濾過池で除去される。

このようにして水処理を行う際に、フロック形成池でフ
ロックが形成されないと濾過池の目詰まりを早めること
になる。フロックを良好に形成するために凝集剤の注入
量を制御することが知られている。従来は例えば特公昭
５４−２９８２８１号公報に記載されているように、原
水の濁度、濁質の粒径と表面積に基づいて凝集剤注入量
を制御するようにしている。

一方、例えば特公昭５４−１４３２９６号公報に記載さ
れているように１画像処理によってフロックの形状や大
きさを監視する方法が提案されている。具体的には、工
業容カメラなどによって撮影したフロック画像から、所
定の明るさく閾値）よりも明るい部分（画素）を“１”
レベルとしてこれをフロックであると認識し、逆に所定
値よりも暗い部分（画素）を“０”レベルとしてフロッ
ク以外と認識する。このように、フロック画像を２値化
して画像処理を行い、フロック形成状況を監視する。

〔発明が解決しようとする問題点〕 原水の濁度、濁質の粒径と表面積に基づいて凝集剤注入
量を制御しただけではフロック形成が温度、濁度１粒径
、ｐＴＩおよびアルカリ度などにより影響されるのでフ
ロック形成を良好にできるとは保証できない。換言する
と、フロック形成状態を直接計測して凝集剤注入を行っ
ていないので、フロック形成を常に良好に維持できない
。一方、フロックを画像認識するという思想は公知であ
るが、認識した画像から如何にしてフロック形成の良否
を評価し、フロック形成のために凝集剤注入制御するか
ということは何ら知られていない。このため、画像認識
したフロック画像に基づいてフロック形成を良好に制御
することは困難である。

本発明の目的はフロック形成を良好に行える凝集剤の注
入制御装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

沈殿池におけるフロック画像情報からフロックの沈降速
度を演算すると共に、フロック形成池におけるフロック
画像情報から求めた、フロック粒径と濁度計測値により
フロック密度を計算する。

これらフロック密度とフロック沈降速度のフロンりの沈
降特性を表わす計算値を指標にフロック形成状況を把握
して凝集剤を注入する。

〔作用〕

原水濁度は原水濁質の質量と相関関係にあるので、濁度
と凝集剤注入率からフロック形成池で形成されるフロッ
クの質量を求められる。このフロック質量からフロック
密度を求めることができる。

フロックの密度、フロック沈降速度および平均粒径はフ
ロック沈降性に関係するのでこれらの要素を把握して凝
集剤を注入することによって良好なフロックを形成でき
る。

〔実施例〕

第１図に本発明の実施例を示す。

第１図において河川などから取水した原水は着水井に導
かれる。濁度計１１は着水井１０から流出する原水の濁
度Ｔｕを計測する。濁度計測値Ｔｕは濁質質量演算袋［
１２３０に入力される。濁質質量演算装置２３０は濁度
計測値Ｔｕから流入濁質の質量ＭＷを計算する。濁質質
量信号ＭＷはフロック密度演算装置２２０に入力される
。急速混和池２０には攪拌機２１が設けられている。ま
た、急速混和池２０は凝集剤注入機２２から凝集剤を注
入される。フロック形成池３０には３個の攪拌用パドル
３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｇが設けられており、これら攪拌
用パドル３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｇはそれぞれ攪拌用モー
タ３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｇによって回転駆動される。攪
拌用バドル３１Ａ。

３１Ｂ、３１Ｃの間は整流壁３３Ａ、３３Ｂで仕切られ
ている。急速混和池２０からフロック形成池３０に流入
した微小フロック群はフロック形成池３０内を順次流下
し、攪拌用バドル３１Ａ。

３１Ｂ、３１Ｇによって順次攪拌される。微小フロック
はフロック形成池３０内を流下する間にフロック同志が
衝突合体して大きなフロック３４に成長する。このよう
に、フロックはフロック形成池３０内を通過する間に次
第に粒径が増加する。

フロック形成池３０にはフロック３４の画像を輝度情報
に変換する撮像装置１００が配置されている。撮像装置
１００は工業用テレビカメラ（ＴＴＶ）を含んでいる。

画像処理装置１１．Ｏは撮像装置１００で得られた輝度
情報に基づいてフロック３４の画像処理を行い、フロッ
クの粒径と粒径分布（体積濃度分布Ｖ）を計算する。体
積・粒径演算装置２１０は画像処理装置１１０で計算し
たフロック体積濃度分布Ｖからフロックの全体積Ｖｔ及
び、平均粒径−ｂ−を計算する。体積・粒径演算装置２
１０で計算したフロックの全体積Ｖｔはフロック密度演
算装置２２０に入力される。一方、制御用コンピュータ
２００から出力される凝集剤注入率信号Ａは凝集剤重量
演算装置４００に入力される。凝集剤重量演算装置４０
０は、凝集剤注入質量ＭＡを演算し、フロック密度演算
袋ｗ２２０に出力する。フロック密度演算装置２２０は
流入濁質の質量ＭＷとフロックの全体積Ｖｔ並びに凝集
剤注入質量ＭＡとからフロックの平均密度ρを次式で計
算する。

ｐ＝　（ＭＷ＋ＭＡ）／Ｖｔ　　　　　　−−（１）フ
ロック形成池３０で形成されたフロック３４は沈殿池４
０に流入して沈降除去される。沈殿池４０には沈降する
フロック画像を輝度情報に変換する撮像袋［３００が設
置されている。この撮像装置３００は、フロック形成池
内の撮像装置１００と同一の構造である。撮像袋！１３
００にはＩＴＶが内蔵されている。画像処理装置１１０
は撮像装置３００から送られる輝度信号に基づきフロッ
ク沈降速度Ｕを演算する。フロック沈降速度Ｕは体積・
粒径演算装置２１０を経て制御用コンピュータ２００に
入力される。沈殿池４０においてフロック３４が除去さ
れた上澄水は濾過池５０に流入する。濾過池５０では沈
殿＄４０で除去されなかった残存する微小フロックを濾
過して除去する。

濾過池５０から流出した水は配水池（図示せず）及び貯
水池（図示せず）などを経て需要家に供給される。

制御用コンピュータ２００はフロック密度ρ、フロック
平均粒径ｎ並びにフロック沈降速度Ｕに基づき凝集剤注
入率Ａを演算する。凝集剤注入機２２は凝集剤注入率Ａ
の信号を受けて凝集剤注入量を操作する。

第２図に撮像装置１１．　ＯＯと画像処理装置１１０と
の−例の詳細図を示す。

第２図において、気密容器１２０内に固定されたＩＴＶ
１３０は接写レンズ１３１によりガラス等の透明材料で
作られた観察窓１２１を通してフロック形成池３０内に
あるフロック３４の画像を拡大認識する。ワイパ駆動装
置１２３によって駆動されるワイパ１２２は観察窓１２
１とバックスクリーン１２４の表面の汚れを取るために
定期的に作動する。バックスクリーン１２４はフロック
群を高いコントラストで精度良く認識するために設けら
れるもので、気密容器１２０に固定したバックスクリー
ン固定器具１２５によって観察窓１２１の対向前面に設
置される。バックスクリーン１２４は白色系フロックを
高コントラストで精度良く認識するために暗色系である
のが望ましい。

ランプ１４０は複数個設置されており、ブロック３４を
多面的に照射する。ランプ１４０の照度は一定条件とす
るために、照度コントローラ１４１によって周囲の照度
変化に応じて適時照度を一定となるように制御される。

ランプ１４０としてはフロックの動きにかかわらず精度
良くフロックを認識するために、瞬間発光型のストロボ
スコープなどを用いることもできる。

ＩＴＶ１３０で撮像したフロック輝度情報はＩＴＶコン
トローラ１３２へ送られる。ＩＴＶコントローラ１３２
はＩＴＶ１３０に輝度情報を取り出すタイミングを決定
するタイミング信号を与える機能も有する。ＩＴＶコン
トローラ１３０と７、照度コントローラ１４１は撮像装
置コントローラ１４３により指令制御される。撮像装置
コントローラ１４３はセレクタＪ−４４を介し画像処理
装置１１０と信号の送受信を行なう。画像制御装置１６
０は画像認識装置１１５０によるフロック認識の回数や
インターバルなどを制御する。画像処理装置１１０はセ
レクタ１４４を介し複数個の撮像装置と信号を送受信で
きる。本実施例では、フロック形成池内の撮像装置１０
０と沈殿池内の撮像袋［３００の２個が画像処理袋！１
１．０と接続している。

第３図に画像認識装置１１１５０の詳細を示す。セレク
タ１４４介して送られるＩＴＶ輝度信号は処理セレクタ
１５１に入力される。セレクタ１５１はフロック形成池
３０からの輝度信号と沈殿池４０からの輝度信号をそれ
ぞれフロック粒径分布演算処理系とフロック沈降速度演
算処理系に分岐させる。まず、フロック粒度分布演算系
について説明する。輝度信号はＡ／Ｄ変換器１５２Ａに
よりデジタル信号に変換され、画像メモリ１５３Ａに格
納される。画像メモリ１５３Ａは例えば２５６（画素）
Ｘ２４０　（画素）ｘ８ｂｉｔの容量を持っている。画
像メモリ１５３Ａに格納されたフロック濃淡画像は、２
値化回路１５４Ａによりフロック部輝度が“１″レベル
背景輝度が“Ｏ”レベルに２値化される。後に詳細に説
明するが、分布演算回路１５５Ａは画像メモリ１５３Ａ
の一画面分のフロツク２値画像からフロックの個数９粒
径。

体積を演算し、さらに体積濃度分布Ｖを演算する。

以上の処理を処理判定回路１５６Ａに設定した回数だけ
繰返し実行する。

次に、フロック沈降速度演算系について説明する。フロ
ック画像輝度信号はＡ／Ｄ変換器１５２Ｂによりデジタ
ル信号に変換され、画像メモリ１５３Ｂに格納される。

画像メモリ１５３Ｂは例えば２５６Ｘ２４０Ｘ８ｂｉｔ
　Ｘ１０画面のように複数両面分の容量を持っている。

フロック画像の画像メモリ１５３Ｂへの格納は画面取入
処理の初期設定回路１５４Ｂに設定した回数Ｎだけイン
ターバルを間隔で行なわれる。画像メモリ１５３Ｂに格
納されたＮ画面のフロック画像は、背景輝度を除去した
後に一画面の画像メモリ１５５Ｂに加算される。

この画面にはＮ画部分のフロックの軌跡が格納されてい
る。初期設定回路１５４Ｂに設定されているインターバ
ルｔは例えば０．１　秒のような時間である。沈殿池フ
ロックがインターバルｔの間に沈降する距離は画像メモ
リーにで最大でも数画素程度となるようにインターバル
を及びＩＴＶＩＩＩ察空間を設室空間６２値化回路１５
６Ｂは画像メモリ１５５Ｂの濃淡画像を２値化する。す
なわち、フロック部に輝度１１１　ＩＩレベルを与え、
背景部の輝度は“０”レベルとすることでフロック群を
抽出する。後に詳細に説明するが２値化されたフロック
画像は膨張・縮小回路１５６Ｂにより複数回膨張処理を
行なった後同じ回数でけ縮小処理を行なう、これらの処
理で１個のフロックの軌跡を連結できる。１画面では複
数個（例えばＦＮ個）のフロック軌跡が得られる。細線
化回路１５７Ｂはフロック軌跡を細線化し幅１画素の線
とする。軌跡に相当しない１点ノイズなどは公知の画像
処理波、術により除去する。平均化回路１５８Ｂはこの
ｋＮ個のフロック軌跡を表わす画素列の画素数をカウン
トし、画素数からフロック軌跡の長さの平均値を計算す
る。この軌跡の長さの平均値は初期設定時間当りのフロ
ック沈降量を表わすので、沈降速度Ｕを計算できる。

さて、第４図は、フロック形成池内のフロック画像の２
値化回路１５４Ａの機能を説明するためのものである。

第４図（ａ）は撮像装置１００より認識されたフロック
群画像を示す。フロック群は白色系なので輝度レベルは
高くなる。一方、背景のバックスクリーン１２４は黒色
なので水の輝度レベルは低くなる。フロック群は濃淡画
像であるので、実際にはフロック３４と水との境界は明
確ではないが、第４図（ａ）は簡単のためフロック群の
輪郭のみを図示している。第４図（ｂ）は同図（ａ）の
画面においてＡＡ’線で走査した輝度レベルの分布を示
す。輝度レベルは例えば１２８段階で表示され、縦軸の
上方向が輝度が高く、下方向が輝度が低くなる。フロッ
ク３４は白色系なので輝度は高くなる。フロック群輝度
はフロックの成長度合によって異なり、成長したフロッ
クの輝度は高く、微小フロックの輝度は低い。フロック
）を２値化抽出する場合、一定の閾値（例えば１１）で
２値化すると、成長フロックは認識できるが、微小フロ
ックは認識できない、フロック濃淡原画像に輝度差を強
調する空間フィルタリング処理を施した時の輝度分布を
第４図（ｃ）に示す。空間フィルタとしては例えば６行
６列程度のマトリックスを用いる。輝度差を強調した後
一定閾値Ｌｔで２値化してフロックを抽出する。２値化
方法についてはこれ以外にも浮動２値化など公知の画像
処理技術を用いることもできる。第５図は、第４図（、
）のＡＡ’線で２値化した図である。

次に、各々のフロックが持つ画素数（Ｎ１．ｉ＝１．・
・・ｎ）から各々のフロックの粒径Ｆ＋（ｉ＝１，２・
・・ｎ）を次式で計算する。

Ｆ、＝　　、ｚ−マフ７　　　　　・・・・・・（３）
フロック形成状況を表す粒度分布として体積濃度分布を
計算する。体積濃度とはある粒径り、のフロックが単位
体積中に占める体積の割合である。

フロックの分級を例えば０．１ｍｎ幅で５．Ｏｍｎまで
の５０分割と５．０画以上を加えて５１分割とすれば、
分級は次式で表わされる。

ｉ＝１〜５０のとき ０、ＩＸ（ｉ−１）ｎａ＜Ｄａ≦０．Ｉ　Ｘ　１ｎｎｉ
＝５１のとき Ｄｒ、ｔ＞５．０＋ｎｍ　　　　　　　　　　　　　　
・・・・・・（４）個々のフロック粒径Ｆｓがどの分級
り、に属するかを判定し、各分級ＤＩにおけるフロック
の体積Ｖ　ｏ　（Ｄ　ｉ　）を累積してフロックの体積
濃度分布を計算する。体積濃度■は次式で求める。

’Ｖ’（ＤＪ）＝　Ｖｏ（Ｄ＋）／　Ｖｔｏ　　　　　
　　−・・・（５）ここでＶｉｏは観察空間の全体積で
ある。

次に、第６図を参照して沈殿池内フロック沈降量計算方
法を説明する。第６図（ａ）は画像メモリ１５５Ｂに加
算されたＮ画面（Ｎ＝４）フロック軌跡濃淡画像である
。この濃淡画像を一定閾値で２値化し、ある大きさ以上
のフロックを２値化抽出する。このフロック群の２値画
像を膨張・縮小回路１５６Ｂにて複数回膨張したのち縮
小すると第６図（ｂ）のように軌跡が連結したＦＮ個の
フロツク２値画像が得られる。この軌跡２値画像を補線
化回路１５７Ｂにて細線化すると、第６図（ｃ）に示す
ようにＦＮ個の幅１画素の線が得られる。これらはフロ
ックの軌跡の長さを表わす。

各々のフロックの軌跡を表わす画素数Ｐｔ（ｉ＝１゜２
、・・・、ＦＮ）からフロックの軌跡の長さの平均値り
を次式にて求める。

ＦＮ これより沈降速度Ｕは次式にて求まる。

Ｕ＝Ｌ／（Ｎ−ｔ）　　　　　　　　　　　　・・・・
・・（７）ただし、Ｎは取込画面数、ｔは取込インター
バル時間である。

体積・粒径演算装置２１０には以上のような方法で計算
されたフロック体積濃度分布■、フロック沈降速度Ｕが
送られる。体積・粒径演算装置２１０は体積濃度分布Ｖ
と沈降速度Ｕを基にして全フロック体積Ｖｔ及びフロッ
ク平均粒径−ｂ−を次式にて計算する。

Ｖ　ｔ　＝Σ■（ＤＪ）　　　　　　　　　・・・・・
・（８）ｉ＝１ ｔ 平均粒径■はフロック体積濃度分布を表わす代表値であ
り、平均粒径■によりフロック形成池内フロック形成状
況を表わすことができる。

第７図に凝集剤注入率Ａに対するフロック平均粒径■、
沈降速度Ｕ、密度ρの関係を示す。制御用コンピュータ
２００はオンライン計測によるこれらの情報を基にプラ
ントに最適な凝集剤注入率を決定する。一つの例として
、まず沈降速度が最大になる凝集剤注入率ポイントＡｐ
　をあらかじめ計測する。このＡＰ　を目標値として沈
殿池フロック沈降速度をオンライン画像計測し凝集剤注
入率をフィードバック制御する。又他の例としてこの凝
集剤注入ポイントＡｐに対応するフロック平均粒径Ｄｐ
を目標値としフロック形成池におけるフロック平均粒径
■をオンライン画像計測し凝集剤注入率をフィードバッ
ク制御する。

〔発明の効果〕

本発明ではフロック形成池のフロック形成状況。

原水濁度、沈殿池のフロック沈降速度を常時把握して凝
集剤注入量を制御している。このように、実際のフロッ
ク形成の良否を直接判定しながら凝集剤注入量を制御し
ているので最適なフロックを形成させることができる。

このため沈殿部や濾過池への負荷を低く維持でき、ひい
ては浄水場維持管理の省エネルギ、省力化、並びに信頼
性の向上が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は撮像
装置と画像処理装置の一例を示す詳細構成図、第３図は
画像認識装置の一例を示す詳細構成図、第４図、第５図
、第６図、第７図は本発明の詳細な説明するための図で
ある。 １０・・・着水井、１１・・・濁度計、２０・・・急速
混和池、２２・・・凝集剤注入機、３０・・・フロック
形成池、４０・・・沈殿池、１００，３００・・・撮像
装置、１１０・・・画像処理装置、２２０・・・フロッ
ク密度演算装置、２１０・・・演算装置、２００・・・
制御用コンピュータ、２３０・・・フロック重量演算装
置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、原水を供給されると共に凝集剤を注入され原水中の
   濁質のフロックを形成する混和池と、前記フロックを成
   長させるフロック形成池と、成長したフロックを沈降除
   去する沈殿池とを有する浄水場において、前記フロック
   形成池におけるフロックの状態を撮影し輝度情報を電気
   信号に変換する第１フロック撮像手段と、前記沈殿池に
   おけるフロックの状態を撮影し輝度情報を電気信号に変
   換する第２フロック撮像手段と、前記原水の濁度を測定
   する濁度測定手段と、前記第１フロック撮像手段から得
   られるフロック輝度情報に基づき前記フロックの粒径と
   体積を求めると共に前記第２フロック撮像手段から得ら
   れるフロック輝度情報に基づきフロック沈降速度を演算
   する画像処理手段と、前記原水濁度測定値とフロック体
   積演算値に基づきフロック密度を求める密度演算手段と
   、前記フロック密度演算値と沈降速度演算値に基づいて
   前記混和池に注入する凝集剤の注入率を決定し凝集剤注
   入量を制御する注入制御手段とを具備した浄水場の凝集
   剤注入制御装置。