JP7344066B2

JP7344066B2 - 測定装置および水処理システム

Info

Publication number: JP7344066B2
Application number: JP2019176726A
Authority: JP
Inventors: 圭一郎福水
Original assignee: Organo Corp
Current assignee: Organo Corp
Priority date: 2019-09-27
Filing date: 2019-09-27
Publication date: 2023-09-13
Anticipated expiration: 2039-09-27
Also published as: JP2021053544A

Description

本発明は、測定装置および水処理システムに関する。

浄水場や下水処理場、その他の排水処理設備においては、被処理水に凝集剤を添加し、被処理水中の懸濁物質（ＳＳ）を凝集させてフロックを形成させ、フロックを沈殿分離や浮上分離等で分離する処理が行われている。その際、例えば、被処理水である原水に凝集剤を添加して攪拌し、攪拌された原水に光を照射して得た光学的測定値に基づいて、凝集剤の添加量を決定する技術が考えられている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１７－１２１６０１号公報

特許文献１に記載されたような技術においては、流れのある原水に対して測定を行うため、その測定値が不安定な値になってしまう。そのため、正確な凝集状態を取得することが困難であるという問題点がある。

本発明の目的は、正確な凝集状態を取得することができる測定装置および水処理システムを提供することにある。

本発明は、反応槽に貯留された水の凝集状態を取得するセンサと、
前記反応槽内の水を整流する整流部材とを有し、
前記センサは、前記反応槽に貯留された水のうち、前記整流部材によって整流された水の凝集状態を取得する測定装置である。

前記整流部材は、両端が開放された筒状であり、開放された断面が前記水の水面と略平行になるように設置され、
前記センサは、前記筒状の整流部材に囲まれた領域の前記水の凝集状態を取得することが好ましい。

前記整流部材は、前記開放された両端のうちの上端が、前記水面よりも高い位置に設置されることが好ましい。

前記整流部材は、前記開放された両端のうちの上端よりも下端に近い位置に、複数の孔部が設けられていることが好ましい。

前記整流部材は、前記開放された両端のうちの上端に所定の高さの切り欠きが設けられていることが好ましい。

前記センサは、前記水の画像をあらかじめ設定された時間間隔以下で撮像する画像センサであることが好ましい。

また、本発明は、被処理水が流入する反応槽と、
前記反応槽に貯留された水に凝集剤を添加する添加装置と、
前記反応槽に貯留され、前記添加装置から前記凝集剤が添加された水の凝集状態を取得するセンサと、
前記センサが取得した凝集状態に基づいて、前記添加装置からの前記凝集剤の添加を制御する制御装置とを有し、
前記反応槽は、該反応槽内の水を整流する整流部材を有し、
前記センサは、前記反応槽に貯留され、前記添加装置から前記凝集剤が添加された水のうち、前記整流部材によって整流された水の凝集状態を取得する水処理システムである。

前記制御装置は、前記画像センサが撮像した画像に基づいて、画像中のフロックのエッジピクセル数を検出し、該検出したエッジピクセル数に基づいて、前記添加装置からの前記凝集剤の添加を制御することが好ましい。

本発明においては、正確な凝集状態を取得することができる。

本発明の水処理システムの実施の一形態を示す図である。凝集剤の添加量が一定であり、原水ＳＳが変動した場合のエッジピクセル数および色面積の変化の様子の一例を示す図である。原水ＳＳが一定であり、凝集剤の添加量が変動した場合のエッジピクセル数および色面積の変化の様子の一例を示す図である。図１に示した整流部材の設置位置の一例を示す図である。図１に示したセンサが画像センサである場合の設置位置の一例を示す図である。図１に示した整流部材の構造の一例を示す図である。図１に示した整流部材の構造の他の例を示す図である。図１に示した水処理システムにおける処理の一例を説明するためのフローチャートである。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の水処理システムの実施の一形態を示す図である。本形態における水処理システムは図１に示すように、反応槽１００と、添加装置２００と、センサ３００と、制御装置４００とを有する。また、反応槽１００には、整流部材１１０が設けられている。

反応槽１００は、原水である被処理水が流入し、流入された被処理水を貯留する貯留槽である。添加装置２００は、反応槽１００に貯留された水に凝集剤２１０を添加する。添加装置２００は、制御装置４００からの指示に基づいた量の凝集剤２１０を水に添加する。センサ３００は、反応槽１００に貯留された水に添加装置２００から凝集剤２１０が添加された水の凝集状態を取得する。整流部材１１０は、反応槽１００に貯留され、添加装置２００から凝集剤２１０が添加された水を整流する。具体的には、整流部材１１０は、反応槽１００内の水の流れを堰き止める。反応槽１００内では、被処理水が外部から流入され、流入された被処理水に対して添加装置２００から凝集剤２１０が添加されるため、処理後の水には流れが生じる。流れが生じている水の凝集状態をセンサ３００が取得すると、その結果が安定しない。そこで、整流部材１１０がその流れを堰き止める。センサ３００は、反応槽１００に貯留され、添加装置２００から凝集剤２１０が添加された水のうち、整流部材１１０によって整流された（流れが堰き止められた）水の凝集状態を取得する。センサ３００は、例えば、水の画像を撮像する画像センサ（カメラ）であっても良い。センサ３００が、画像センサである場合、センサ３００は、反応槽１００内の水の画像をあらかじめ設定された時間間隔以下の時間間隔で撮像するカメラ（例えば、動画撮像用カメラ）であっても良い。制御装置４００は、センサ３００が取得した凝集状態に基づいて、添加装置２００が添加する凝集剤２１０の添加量を制御する。制御装置４００における凝集剤２１０の添加量の制御の詳細については、後述する。なお、反応槽１００に、水を攪拌する攪拌部材が設けられていても良い。また、センサ３００と整流部材１１０とで、測定装置を構成する。

以下に、被処理水に対して凝集剤を添加したときの水中のエッジピクセル数および色面積の変化の様子について説明する。ここで、エッジピクセル数とは、画像センサが撮像した画像中の互いに隣接する画素の色差（例えば、ＲＧＢの値の差）があらかじめ設定された閾値以上である画素の数である。また、色面積とは、画像センサが撮像した画像中、あらかじめ設定された閾値以上の色調を有する画素が占める面積である。

図２は、凝集剤の添加量が一定であり、原水ＳＳが変動した場合のエッジピクセル数および色面積の変化の様子の一例を示す図である。図２に示すように、反応槽における凝集状態が良好である状態におけるエッジピクセル数を１．０とし、色面積を１．０とする。その良好な状態から、水の浮遊物質量を示す原水ＳＳが減少すると、エッジピクセル数は０．５となり、色面積は０．５となり、エッジピクセル数と色面積とがともに減少する。また、良好な状態から、原水ＳＳが増加すると、エッジピクセル数は１．５となり、色面積は１．５となり、エッジピクセル数と色面積とがともに増加する。

図３は、原水ＳＳが一定であり、凝集剤の添加量が変動した場合のエッジピクセル数および色面積の変化の様子の一例を示す図である。図３に示すように、反応槽における凝集状態が良好である状態におけるエッジピクセル数を１．０とし、色面積を１．０とする。その良好な状態から、添加する凝集剤の添加量が減少すると、エッジピクセル数は１．５となり、色面積は１．０となり、エッジピクセル数が増加する。また、良好な状態から、添加する凝集剤の添加量が増加すると、エッジピクセル数は０．５となり、色面積は１．０となり、エッジピクセル数が減少する。

図４は、図１に示した整流部材１１０の設置位置の一例を示す図である。図４は、整流部材１１０が設置された反応槽１００の、反応槽１００の底面に直交する方向の断面を示す図である。図４に示すように、整流部材１１０は、原水（被処理水）が流入され、凝集剤が添加され、凝集水（処理水）が排出される反応槽１００の内部に設置される。整流部材１１０は、両端が開放された筒状であり、開放された断面が水の水面とほぼ平行になるように設置される。また、整流部材１１０は、開放された両端のうちの上端が、水の水面よりも高い位置に設置される。整流部材１１０の設置（固定）方法は、例えば、反応槽１００の上部に整流部材１１０を固定するための部材を取り付け、その部材と整流部材１１０とをネジ等で固定する方法が挙げられる。

図５は、図１に示したセンサ３００が画像センサである場合の設置位置の一例を示す図である。センサ３００は、図４に示すような筒状の整流部材１１０に囲まれた領域の水の凝集状態を取得できる位置に設置される。また、センサ３００は、水の水面または水面から１ｃｍ程度の深さまでの撮像可能範囲の直径Ｄ１が、整流部材１１０の直径Ｄ２よりも小さくなる位置に設置されることが好ましい。例えば、直径Ｄ２が直径Ｄ１の１．５倍以上であることがより好ましい。これは、画像センサであるセンサ３００が、水の凝集状態の取得には必要のない整流部材１１０の壁面の画像を撮像して、撮像した画像を検知結果として制御装置４００へ通知しないようにするためである。直径Ｄ１は、センサ３００である画像センサの画角や焦点距離等の性能に依存するため、固定される値ではない。

図６は、図１に示した整流部材１１０の構造の一例を示す図である。図１に示した整流部材１１０には図６に示すように、筒状であって、開放された両端のうちの上端よりも下端に近い位置に、複数の孔部１２０が設けられている。孔部１２０が設けられている位置が、水中の位置であることは言うまでもない。整流部材１１０の好ましい長さは、反応槽１００の高さや水の水深にもよるが、２００ｍｍ以上であり、例えば４５０ｍｍの長さが特に好ましい。また、孔部１２０の総面積は、整流部材１１０の外側の表面積（側面積）のうち、３～６％の面積が好ましい。また、孔部１２０の数は２～１６個程度が好ましく、整流部材１１０の１か所に偏らないように設けられる。

図７は、図１に示した整流部材１１０の構造の他の例を示す図である。図１に示した整流部材１１０には図７に示すように、筒状であって、開放された両端のうちの上端よりも下端に近い位置に、複数の孔部１２０が設けられている。孔部１２０が設けられている位置が、水中の位置であることは言うまでもない。整流部材１１０の好ましい長さは、反応槽１００の高さや水の水深にもよるが、２００ｍｍ以上であり、例えば４５０ｍｍの長さが特に好ましい。また、孔部１２０の総面積は、整流部材１１０の外側の表面積（側面積）のうち、３～６％の面積が好ましい。また、孔部１２０の数は２～１６個程度が好ましく、整流部材１１０の１か所に偏らないように設けられる。また、図７に示すように、整流部材１１０には、開放された両端のうちの上端に所定の高さの切り欠き１３０が設けられている。切り欠き１３０は、整流部材１１０の上端に設けられたＶ字型の溝であって、整流部材１１０の内部の水と外部の水との入れ替わりを促すために設けられる。切り欠き１３０は、図７に示したようなＶ字型に限らず、方形や半円形、ほかの形であっても良い。

以下に、図１に示した水処理システムにおける処理について説明する。図８は、図１に示した水処理システムにおける処理の一例を説明するためのフローチャートである。ここでは、図１に示したセンサ３００が画像センサである場合の処理について説明する。

センサ３００が、反応槽１００に貯留された被処理水に添加装置２００から凝集剤２１０が添加された水の画像を撮像する（ステップＳ１）。センサ３００は撮像した画像を示す画像データを制御装置４００へ出力する。すると、制御装置４００は、センサ３００から出力されてきた画像データが示す画像からエッジピクセルを検出する（ステップＳ２）。ここで検出されるエッジピクセルは上述したように、画像センサが撮像した画像中の互いに隣接する画素の色差（例えば、ＲＧＢの値の差）があらかじめ設定された閾値以上である画素を示す。続いて、制御装置４００は、エッジピクセルとして検出した画素の数をエッジピクセル数として算出する（ステップＳ３）。このエッジピクセル数は、画像中に含まれるフロックのエッジピクセル数である。以下、エッジピクセル数をエッジ数と称する。また、制御装置４００は、センサ３００から出力されてきた画像データが示す画像から色面積を算出する（ステップＳ４）。ここで算出される色面積は上述したように、画像センサが撮像した画像中、あらかじめ設定された閾値以上の色調を有する画素が占める面積を示す。続いて、制御装置４００は、算出したエッジ数と色面積とに基づいて、出力値を算出する（ステップＳ５）。この出力値は、以下に示す（式１）を用いて算出される。
出力値Ａ＝ａ×エッジ数＋ｂ×色面積（式１）
ここで、ａおよびｂそれぞれは定数であり、測定条件に応じて乗ずる補正係数である。また、（ａ×エッジ数）は補正エッジ数Ｅであり、（ｂ×色面積）は補正色面積Ｃである。そして、制御装置４００は、算出した出力値Ａを添加装置２００へ出力する。すると、添加装置２００は、制御装置４００から出力されてきた出力値Ａに基づいて、反応槽１００へ添加する凝集剤２１０の添加量を制御する（ステップＳ６）。添加装置２００は、出力値Ａに応じて、凝集剤２１０を添加するポンプまたはモータを用いて凝集剤の添加量を制御する。

なお、この制御装置４００における添加装置２００からの凝集剤２１０の添加量の制御は、例えば、図２および図３の中央に示した凝集状態の画像を最適なフロック（または、沈澱槽内ペレット）の状態であるマスター画像として、あらかじめ制御装置４００に記録させておき、センサ３００が撮像した画像とマスター画像との相対値を示す情報を制御装置４００が添加装置２００への出力信号に含めて出力する。また、制御装置４００における添加装置２００からの凝集剤２１０の添加量の制御は、エッジ数と色面積との比を用いて、ＰＩＤ（ＰｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌＩｎｔｅｇｒａｌＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）制御を用いることが望ましい。

このように、整流部材１１０を用いて反応槽１００内の水の流れを堰き止めた箇所に貯留された水の凝集状態をセンサ３００が取得する。そのため、正確な凝集状態を取得することができる。

なお、センサ３００が画像センサではない場合は、図１に示した整流部材１１０に囲まれ、流れが堰き止められている位置に貯留されている水の凝集状態を取得できる位置にセンサ３００を設置する。センサ３００が取得した水の凝集状態を示す凝集状態情報を制御装置４００へ出力する。制御装置４００は、センサ３００から出力されてきた凝集状態情報が示す凝集状態に基づいて、反応槽１００へ添加する凝集剤２１０の添加量を制御する。この凝集状態に基づいた添加量の制御方法は、一般的なもので良い。

１００反応槽
１１０整流部材
１２０孔部
１３０切り欠き
２００添加装置
２１０凝集剤
３００センサ
４００制御装置

Claims

反応槽に貯留された水の凝集状態を取得するセンサと、
前記反応槽内の水を整流する整流部材とを有し、
前記整流部材は、両端が開放された筒状であり、開放された断面が前記水の水面と略平行になるように設置され、
前記センサは、前記反応槽に貯留された水のうち、前記筒状の整流部材に囲まれた領域の水の凝集状態を取得する測定装置。
請求項１に記載の測定装置において、
前記整流部材は、前記開放された両端のうちの上端が、前記水面よりも高い位置に設置される測定装置。
請求項１または請求項２に記載の測定装置において、
前記整流部材は、前記開放された両端のうちの上端よりも下端に近い位置に、複数の孔部が設けられている測定装置。
請求項１から３のいずれか１項に記載の測定装置において、
前記整流部材は、前記開放された両端のうちの上端に所定の高さの切り欠きが設けられている測定装置。
請求項１から４のいずれか１項に記載の測定装置において、
前記センサは、前記水の画像をあらかじめ設定された時間間隔以下で撮像する画像センサである測定装置。
被処理水が流入する反応槽と、
前記反応槽に貯留された水に凝集剤を添加する添加装置と、
前記反応槽に貯留され、前記添加装置から前記凝集剤が添加された水の凝集状態を取得するセンサと、
前記センサが取得した凝集状態に基づいて、前記添加装置からの前記凝集剤の添加を制御する制御装置とを有し、
前記反応槽は、該反応槽内の水を整流する整流部材を有し、
前記整流部材は、両端が開放された筒状であり、開放された断面が前記水の水面と略平行になるように設置され、
前記センサは、前記反応槽に貯留され、前記添加装置から前記凝集剤が添加された水のうち、前記筒状の整流部材に囲まれた領域の水の凝集状態を取得する水処理システム。
請求項６に記載の水処理システムにおいて、
前記整流部材は、前記開放された両端のうちの上端が、前記水面よりも高い位置に設置される水処理システム。
請求項６または請求項７に記載の水処理システムにおいて、
前記整流部材は、前記開放された両端のうちの上端よりも下端に近い位置に、複数の孔部が設けられている水処理システム。
請求項６から８のいずれか１項に記載の水処理システムにおいて、
前記整流部材は、前記開放された両端のうちの上端に所定の高さの切り欠きが設けられている水処理システム。
請求項６から９のいずれか１項に記載の水処理システムにおいて、
前記センサは、前記水の画像をあらかじめ設定された時間間隔以下で撮像する画像センサである水処理システム。
請求項１０に記載の水処理システムにおいて、
前記制御装置は、前記画像センサが撮像した画像に基づいて、画像中のフロックのエッジピクセル数を検出し、該検出したエッジピクセル数に基づいて、前記添加装置からの前記凝集剤の添加を制御する水処理システム。