JP7612909B2 - Dehydration System - Google Patents
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Description
本発明は、汚泥またはスラリーなどの懸濁液を濁質と液体とに分離させる脱水システムに関し、特に最適な自動運転をすることができる脱水システムに関するものである。 The present invention relates to a dehydration system that separates suspensions such as sludge or slurry into turbid matter and liquid, and in particular to a dehydration system that can be optimally operated automatically.
従来から、下水処理場、し尿処理場、産業排水処理場などの液体処理施設から排出される懸濁液(例えば汚泥)を圧搾して、該懸濁液から水を分離する(すなわち、脱水する)脱水機が使用されている。脱水工程においては、凝集剤が注入された懸濁液を凝集槽にて攪拌し、凝集フロックを形成し固液分離をし易い状態にした後に、濃縮装置あるいは脱水装置により脱水をする。 Conventionally, dehydrators have been used to squeeze suspensions (e.g., sludge) discharged from liquid treatment facilities such as sewage treatment plants, sewage treatment plants, and industrial wastewater treatment plants to separate water from the suspension (i.e., dewater it). In the dewatering process, the suspension to which a coagulant has been injected is stirred in a coagulation tank to form coagulated flocs that facilitate solid-liquid separation, and then dewatered using a concentrator or dehydrator.
脱水装置の一例であるスクリュープレスは、汚泥脱水機として知られている。このスクリュープレスは、スクリーン(多孔板)から形成されたろ過筒と、ろ過筒の内部に配置されたスクリューとを備えており、スクリューを回転させることにより、ろ過筒に投入された汚泥を圧搾し、脱水する。ろ過筒の下流側開口端には、汚泥を堰き止める背圧板が配置され、この背圧板により、回転するスクリューにより送られてくるケーキ(脱水された汚泥)を滞留させ、ケーキからなるプラグ(栓)を形成する。このプラグは、後から送り込まれるケーキに背圧を加えて、ケーキをさらに圧搾する。プラグを形成するケーキは、後続のケーキに押されてろ過筒から少しずつ排出される。このようにして低含水率のケーキがスクリュープレスによって形成される。 One example of a dewatering device is a screw press, known as a sludge dewatering machine. This screw press is equipped with a filter cylinder made of a screen (perforated plate) and a screw placed inside the filter cylinder. By rotating the screw, the sludge put into the filter cylinder is squeezed and dewatered. A back pressure plate that holds back the sludge is placed at the downstream open end of the filter cylinder, and this back pressure plate retains the cake (dewatered sludge) sent by the rotating screw, forming a plug of cake. This plug applies back pressure to the cake sent in later, further squeezing the cake. The cake that forms the plug is pushed by the succeeding cake and gradually discharged from the filter cylinder. In this way, a cake with a low moisture content is formed by the screw press.
汚泥の脱水処理によって最終的に得られるケーキの含水率を低く維持することで、廃棄等の対象となるケーキ量を削減することができる。ケーキの含水率を可能な限り低く安定に維持するためには、汚泥性状や負荷に応じた凝集、脱水のそれぞれの工程での汚泥の状態を最適にするための運転操作が重要になる。しかしながら、ケーキの含水率は、日々変動する汚泥性状や各工程の設備の運転状態等のさまざまな要因によって変わり得る。 By maintaining a low moisture content in the cake that is ultimately obtained from the sludge dewatering process, it is possible to reduce the amount of cake that is subject to disposal, etc. In order to maintain the moisture content of the cake as low and stable as possible, it is important to operate the system in a way that optimizes the condition of the sludge in each process of coagulation and dewatering according to the sludge properties and load. However, the moisture content of the cake can change depending on various factors such as the daily changing sludge properties and the operating conditions of the equipment in each process.
一方で、下水処理施設内外にある種々の情報を収集し、収集した情報を活用して脱水装置の適切な運転パターンを設定(或いは、再設定)することで全自動化運転を実現可能にしたAI(人工知能)制御方式の脱水方式がある(例えば特許文献1参照)。しかしながら、収集する種々の情報を基に運転を制御しても、日々異なる人間生活の結果下水等として排出される様々な物質を由来とする汚泥性状を完全に把握することは困難である。脱水装置の運転最適化のためには、実際には現状の汚泥を運転員が目視で確認することにより、各工程での汚泥の状態を感覚で把握する必要がある。 On the other hand, there is an AI (artificial intelligence) controlled dehydration method that makes it possible to achieve fully automated operation by collecting various information inside and outside the sewage treatment facility and using the collected information to set (or reset) an appropriate operating pattern for the dehydration device (see, for example, Patent Document 1). However, even if operation is controlled based on the various collected information, it is difficult to fully grasp the properties of sludge, which is derived from various substances that are discharged as sewage, etc., as a result of different human activities every day. In order to optimize the operation of the dehydration device, it is actually necessary for the operator to visually check the current sludge and to intuitively grasp the condition of the sludge at each process.
しかしながら、運転員が汚泥の目視に基づいて運転状態を最適化するためには、運転員の豊富な経験とノウハウが必要とされる。さらに、運転員によって運転状態が異なることがあり、結果としてケーキの含水率が安定しないことがあった。 However, in order for an operator to optimize the operating conditions based on visual inspection of the sludge, the operator must have a wealth of experience and know-how. Furthermore, the operating conditions may differ depending on the operator, resulting in an unstable moisture content of the cake.
そこで、本発明は、汚泥やスラリーなどの懸濁液の状態を画像データとして取得し、画像データに基づき、運転状態の良し悪しを判断し、濁質残渣(例えばケーキ)の含水率を目標範囲内に収め、かつ安定して維持することができる脱水システムを提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a dewatering system that can obtain the state of suspensions such as sludge and slurry as image data, judge the quality of the operating condition based on the image data, and keep the moisture content of the turbid residue (e.g., cake) within a target range and maintain it stably.
一態様では、汚泥から液体を除去するための脱水システムであって、汚泥を貯留する懸濁液貯留槽と、前記汚泥と凝集剤を攪拌して凝集物を形成する凝集装置と、前記凝集物から液体を除去し、濃度3~50wt%のケーキを形成する脱水装置と、前記汚泥から除去された液体の画像データを生成する撮像装置と、械学習アルゴリズムにより構築された学習済みモデルを有する制御システムを備え、前記制御システムは、前記学習済みモデルが格納された記憶装置と、前記画像データおよび状態データを前記学習済みモデルに入力し、前記脱水装置から排出されるケーキの含水率を目標範囲内に収めることができる前記脱水システムの最適な運転パラメータを前記学習済みモデルから出力するための演算を実行する処理装置を備えており、前記状態データは、前記凝集装置への前記汚泥の流量、前記汚泥の性状、および前記凝集剤の流量を含む、脱水システムが提供される。 In one aspect, a dehydration system for removing liquid from sludge is provided, the dehydration system comprising: a suspension tank for storing sludge; a flocculation device for stirring the sludge and a flocculant to form a flocculate; a dehydration device for removing liquid from the flocculate to form a cake with a concentration of 3 to 50 wt %; an imaging device for generating image data of the liquid removed from the sludge; and a control system having a trained model constructed by a machine learning algorithm, the control system comprising: a storage device in which the trained model is stored; and a processing device for inputting the image data and status data into the trained model and executing calculations for outputting from the trained model optimal operating parameters for the dehydration system that can keep the moisture content of the cake discharged from the dehydration device within a target range, the status data including the flow rate of the sludge to the flocculation device, the properties of the sludge, and the flow rate of the flocculant.
一態様では、汚泥から液体を除去するための脱水システムであって、汚泥を貯留する懸濁液貯留槽と、前記汚泥と凝集剤を攪拌して凝集物を形成する凝集装置と、前記凝集物から液体を除去し、濃度3~15wt%の濃縮物を形成する濃縮装置と、前記濃縮物から液体を除去し、濃度3~50wt%のケーキを形成する脱水装置と、前記汚泥から除去された液体の画像データを生成する撮像装置と、機械学習アルゴリズムにより構築された学習済みモデルを有する制御システムを備え、前記制御システムは、前記学習済みモデルが格納された記憶装置と、前記画像データおよび状態データを前記学習済みモデルに入力し、前記脱水装置から排出されるケーキの含水率を目標範囲内に収めることができる前記脱水システムの最適な運転パラメータを前記学習済みモデルから出力するための演算を実行する処理装置を備えており、前記状態データは、前記凝集装置への前記汚泥の流量、前記汚泥の性状、および前記凝集剤の流量を含む、脱水システムが提供される。 In one aspect, a dehydration system for removing liquid from sludge is provided, the dehydration system comprising: a suspension tank for storing sludge; a flocculation device for stirring the sludge and a flocculant to form a flocculate; a concentrator for removing liquid from the flocculate to form a concentrate with a concentration of 3 to 15 wt%; a dehydration device for removing liquid from the concentrate to form a cake with a concentration of 3 to 50 wt%; an imaging device for generating image data of the liquid removed from the sludge; and a control system having a trained model constructed by a machine learning algorithm, the control system comprising: a storage device in which the trained model is stored; and a processing device for inputting the image data and status data into the trained model and executing calculations for outputting from the trained model optimal operating parameters for the dehydration system that can keep the moisture content of the cake discharged from the dehydration device within a target range, the status data including the flow rate of the sludge to the flocculation device, the properties of the sludge, and the flow rate of the flocculant.
一態様では、前記汚泥から除去された液体の前記画像データは、前記脱水装置から排出されたろ液の画像データである。
一態様では、前記脱水装置は、スクリュープレス、又は、ベルトプレス型脱水装置である。
一態様では、前記学習済みモデルから出力される前記運転パラメータは、前記凝集装置への汚泥の流量の適正範囲に対する過不足、前記凝集剤の適合性に対する適不適、前記凝集剤の流量の適正範囲に対する過不足、前記凝集装置の攪拌速度の適正範囲に対する過不足、前記凝集装置に供給される水の流量の適正範囲に対する過不足、のうちの少なくとも1つを含む。
一態様では、前記脱水装置は、ろ過筒内に配置されたスクリュー軸と、前記スクリュー軸の外面に固定されたスクリュー羽根を備えたスクリュープレスであり、前記学習済みモデルから出力される前記運転パラメータは、前記スクリュー軸の回転速度の適正範囲に対する過不足、前記スクリュー軸の回転トルクの適正範囲に対する過不足、のうちの少なくとも1つをさらに含む。
一態様では、前記脱水装置は、ろ過筒内に配置された、汚泥を移送する第1スクリューおよび第2スクリューを備えた二段式スクリュープレスであり、前記学習済みモデルから出力される前記運転パラメータは、前記第1スクリューの回転速度の適正範囲に対する過不足、前記第2スクリューの回転速度の適正範囲に対する過不足、前記第1スクリューの回転トルクの適正範囲に対する過不足、前記第2スクリューの回転トルクの適正範囲に対する過不足、のうちの少なくとも1つをさらに含む。
一態様では、前記脱水装置は、前記汚泥を挟んで圧搾する第1ろ布ベルトおよび第2ろ布ベルトを有するベルトプレス型脱水装置であり、前記学習済みモデルから出力される前記運転パラメータは、前記第1ろ布ベルトおよび前記第2ろ布ベルトの移動速度、前記第1ろ布ベルトおよび前記第2ろ布ベルトの緊張力、のうちの少なくとも1つを含む。
In one aspect, the image data of liquid removed from the sludge is image data of filtrate discharged from the dewatering device.
In one embodiment, the dewatering device is a screw press or a belt press type dewatering device.
In one aspect, the operating parameters output from the trained model include at least one of the following: the sludge flow rate to the flocculation device being in excess or insufficient relative to the appropriate range; the suitability of the flocculant; the flocculant flow rate being in excess or insufficient relative to the appropriate range; the agitation speed of the flocculation device being in excess or insufficient relative to the appropriate range; and the water flow rate supplied to the flocculation device being in excess or insufficient relative to the appropriate range.
In one aspect, the dehydration device is a screw press having a screw shaft arranged in a filter cylinder and screw blades fixed to the outer surface of the screw shaft, and the operating parameters output from the trained model further include at least one of the rotational speed of the screw shaft being in excess or insufficient relative to an appropriate range, and the rotational torque of the screw shaft being in excess or insufficient relative to an appropriate range.
In one aspect, the dewatering device is a two-stage screw press having a first screw and a second screw arranged in a filter cylinder for transporting sludge, and the operating parameters output from the trained model further include at least one of the following: a rotational speed of the first screw that is insufficient or overshooting its appropriate range, a rotational speed of the second screw that is insufficient or overshooting its appropriate range, a rotational torque of the first screw that is insufficient or overshooting its appropriate range, and a rotational torque of the second screw that is insufficient or overshooting its appropriate range.
In one aspect, the dewatering device is a belt press type dewatering device having a first filter cloth belt and a second filter cloth belt that sandwich and squeeze the sludge, and the operating parameters output from the trained model include at least one of the moving speeds of the first filter cloth belt and the second filter cloth belt, and the tensions of the first filter cloth belt and the second filter cloth belt.
一態様では、懸濁液から液体を除去するための脱水システムであって、懸濁液を貯留する懸濁液貯留槽と、前記懸濁液と凝集剤を攪拌して凝集物を形成する凝集装置と、前記凝集物から液体を除去し、濃度3~50wt%の濁質残渣を形成する脱水装置と、前記懸濁液、前記凝集物、前記濁質残渣、および前記懸濁液から除去された液体のうちの少なくとも1つの画像データを生成する撮像装置と、機械学習アルゴリズムにより構築された学習済みモデルを有する制御システムを備え、前記制御システムは、前記学習済みモデルが格納された記憶装置と、前記画像データを前記学習済みモデルに入力し、前記脱水装置から排出される濁質残渣の含水率を目標範囲内に収めることができる前記脱水システムの最適な運転パラメータを前記学習済みモデルから出力するための演算を実行する処理装置を備えている、脱水システムが提供される。 In one aspect, a dehydration system for removing liquid from a suspension is provided, the dehydration system comprising: a suspension storage tank for storing a suspension; a flocculation device for stirring the suspension and a flocculant to form a flocculate; a dehydration device for removing liquid from the flocculate to form a turbid residue with a concentration of 3 to 50 wt %; an imaging device for generating image data of at least one of the suspension, the flocculate, the turbid residue, and the liquid removed from the suspension; and a control system having a trained model constructed by a machine learning algorithm, the control system comprising a storage device in which the trained model is stored, and a processing device for inputting the image data into the trained model and executing calculations for outputting from the trained model optimal operating parameters for the dehydration system that can bring the water content of the turbid residue discharged from the dehydration device within a target range.
一態様では、懸濁液から液体を除去するための脱水システムであって、懸濁液を貯留する懸濁液貯留槽と、前記懸濁液と凝集剤を攪拌して凝集物を形成する凝集装置と、前記凝集物から液体を除去し、濃度3~15wt%の濃縮物を形成する濃縮装置と、前記濃縮物から液体を除去し、濃度3~50wt%の濁質残渣を形成する脱水装置と、前記懸濁液、前記凝集物、前記濃縮物、前記濁質残渣、および前記懸濁液から除去された液体のうちの少なくとも1つの画像データを生成する撮像装置と、機械学習アルゴリズムにより構築された学習済みモデルを有する制御システムを備え、前記制御システムは、前記学習済みモデルが格納された記憶装置と、前記画像データを前記学習済みモデルに入力し、前記脱水装置から排出される濁質残渣の含水率を目標範囲内に収めることができる前記脱水システムの最適な運転パラメータを前記学習済みモデルから出力するための演算を実行する処理装置を備えている、脱水システムが提供される。 In one aspect, a dehydration system for removing liquid from a suspension is provided, the dehydration system comprising: a suspension storage tank for storing a suspension; a flocculation device for stirring the suspension and a flocculant to form a flocculate; a concentration device for removing liquid from the flocculate to form a concentrate with a concentration of 3 to 15 wt %; a dehydration device for removing liquid from the concentrate to form a turbid residue with a concentration of 3 to 50 wt %; an imaging device for generating image data of at least one of the suspension, the flocculate, the concentrate, the turbid residue, and the liquid removed from the suspension; and a control system having a trained model constructed by a machine learning algorithm, the control system comprising: a storage device in which the trained model is stored; and a processing device for inputting the image data into the trained model and executing calculations for outputting from the trained model optimal operating parameters of the dehydration system that can bring the water content of the turbid residue discharged from the dehydration device within a target range.
一態様では、前記濃縮装置は、回転円板式脱液装置である。
一態様では、前記制御システムは、前記画像データと、前記脱水システムの状態データを前記学習済みモデルに入力し、前記脱水装置から排出される濁質残渣の含水率を目標範囲内に収めることができる前記脱水システムの最適な運転パラメータを前記学習済みモデルから出力するための演算を前記処理装置に実行させるように構成されている。
In one embodiment, the concentrator is a rotating disc deliquator.
In one aspect, the control system is configured to input the image data and status data of the dewatering system into the trained model and cause the processing device to perform calculations to output from the trained model optimal operating parameters of the dewatering system that can keep the moisture content of the turbid residue discharged from the dewatering device within a target range.
一態様では、懸濁液から液体を除去するための脱水システムであって、懸濁液と凝集剤を攪拌して凝集物を形成する凝集装置と、前記凝集物から液体を除去し、濁質残渣を形成する脱水装置と、前記脱水装置から排出された前記濁質残渣の画像データを生成する撮像装置と、機械学習アルゴリズムにより構築された学習済みモデルを有する制御システムを備え、前記制御システムは、前記学習済みモデルが格納された記憶装置と、前記画像データを前記学習済みモデルに入力し、前記脱水システムの運転状態が正常または異常であることを示す運転指標値を前記学習済みモデルから出力するための演算を実行する処理装置を備えている、脱水システムが提供される。 In one aspect, a dehydration system for removing liquid from a suspension is provided, the dehydration system comprising: a flocculation device that mixes a suspension and a flocculant to form a floc, a dehydration device that removes liquid from the floc and forms a turbid residue, an imaging device that generates image data of the turbid residue discharged from the dehydration device, and a control system having a trained model constructed by a machine learning algorithm, the control system comprising a storage device that stores the trained model, and a processing device that inputs the image data into the trained model and executes calculations to output from the trained model an operating index value that indicates whether the operating state of the dehydration system is normal or abnormal.
一態様では、前記制御システムは、前記運転指標値の移動平均を算定するように構成されている。
一態様では、前記制御システムは、前記運転指標値の移動平均がしきい値を越えたときに、前記脱水システムの運転に異常が起きていることを決定する。
一態様では、前記制御システムは、前記運転指標値の移動平均が所定の正常レベルにまで低下すると、前記脱水システムの運転異常の決定動作をリセットする。
In one aspect, the control system is configured to determine a running average of the driving metric value.
In one aspect, the control system determines that an anomaly is occurring in the operation of the dehydration system when a moving average of the operational index value exceeds a threshold value.
In one aspect, the control system resets the determination of an operational anomaly in the dehydration system when the moving average of the operational index value falls to a predetermined normal level.
本発明によれば、機械学習アルゴリズムにより構築された学習済みモデルは、懸濁液(例えば汚泥)から液体を除去した後に残る濁質残渣(例えばケーキ)の含水率を目標範囲内に収めることができる最適な運転パラメータを生成し、上記運転パラメータを凝集装置および/または脱水装置に適用することで、脱水システムの全体の運転を最適化することができる。 According to the present invention, a trained model constructed by a machine learning algorithm generates optimal operating parameters that can keep the moisture content of the turbid residue (e.g., cake) remaining after removing liquid from a suspension (e.g., sludge) within a target range, and by applying the operating parameters to the flocculation device and/or dewatering device, the operation of the entire dewatering system can be optimized.
特に、本発明によれば、従来ベテランの運転員が懸濁液の目視に基づいて決定していた運転パラメータに代えて、脱水システムは、学習済みモデルを用いて、濁質残渣の含水率を目標範囲内に収めることができる最適な運転パラメータを生成することができる。したがって、脱水システムは、ベテランの運転員と同等、あるいは同等以上に正確に、凝集剤添加率の過不足の判定、凝集のための攪拌速度の調整、脱水装置の運転パラメータの調整等をリアルタイムに行うことが可能である。 In particular, according to the present invention, instead of the operating parameters that were previously determined by an experienced operator based on visual inspection of the suspension, the dewatering system can use a trained model to generate optimal operating parameters that can bring the water content of the turbid residue within a target range. Therefore, the dewatering system can determine whether the coagulant addition rate is too high or too low, adjust the stirring speed for coagulation, adjust the operating parameters of the dewatering device, and so on in real time with the same or even greater accuracy as an experienced operator.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図1は、脱水システムの一実施形態を示す図である。脱水システムは、懸濁液を貯留する懸濁液貯留槽1と、凝集剤を懸濁液に注入し、凝集剤と懸濁液を攪拌することにより凝集物を形成する凝集装置3と、凝集物から液体を除去し、濃縮物を形成する濃縮装置4と、濃縮された凝集物からなる濃縮物から液体をさらに除去して濁質残渣を形成する脱水装置5と、凝集装置3、濃縮装置4、および脱水装置5の動作を制御する制御システム6を備えている。濃縮装置4は、凝集装置3によって形成された凝集物から液体を除去し、濃度3~15wt%の濃縮物を形成する装置であり、脱水装置5は、凝集装置3によって形成された凝集物、または濃縮装置4によって形成された濃縮物から液体を除去し、濃度3~50wt%の濁質残渣を形成する装置である。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing one embodiment of a dehydration system. The dehydration system includes a
濁質残渣は、懸濁液から液体を除去した後に残る低含水率の物質である。脱水装置5によって懸濁液から液体を除去した後に残る濁質残渣は、一般に、ケーキと呼ばれる。以下の説明では、懸濁液を汚泥と呼び、濁質残渣をケーキと呼ぶ。汚泥の具体例としては、下水またはし尿、工場排水の処理時に発生する汚泥が挙げられる。また、汚泥以外の懸濁液の例としては、食料品、化粧品、紙などの工業製品の製造時に発生する産業廃棄物、またはスラリーが挙げられる。
The turbid residue is a low-water content material that remains after the liquid is removed from the suspension. The turbid residue that remains after the liquid is removed from the suspension by the
本実施形態では、濃縮装置4は、回転円板式脱液装置(例えば株式会社研電社製のスリットセーバー)である。このタイプの濃縮装置4は、濃縮汚泥の状態変化が把握しやすいために好ましいが、濃縮装置4のタイプは特に限定されない。例えば、濃縮装置4は、ドラム式、スクリュー式、またはベルト式であってもよい。本実施形態の脱水装置5は、汚泥を加圧して脱水するスクリュープレスから構成される。スクリュープレスは、汚泥を脱水する加圧脱水機の一例である。スクリュープレスは圧入式、軸摺動式、2段式を使用することができる。図1に示す脱水装置5は、軸摺動式のスクリュープレスである。また、加圧脱水機として、スクリュープレス以外にも、フィルタープレス、遠心分離機などの他のタイプのものを使用することもできる。
In this embodiment, the
図1に示すように、凝集装置3は、汚泥を収容し、汚泥を凝集剤と混合する凝集混和槽7と、凝集混和槽7内の汚泥を攪拌するための攪拌機8と、凝集混和槽7に接続された汚泥導入管(懸濁液導入管)14と、汚泥導入管14に設けられたポンプ12を備えている。攪拌機8は、凝集混和槽7内に配置された攪拌羽根9と、攪拌羽根9に連結された攪拌モータ10を備えている。懸濁液貯留槽1は、汚泥導入管14によって凝集混和槽7に接続されている。汚泥は、ポンプ12により汚泥導入管14を通じて懸濁液貯留槽1から凝集混和槽7に移送される。凝集混和槽7への汚泥の流量は、ポンプ12の運転によって調整することが可能である。
As shown in FIG. 1, the
ポンプ12は制御システム6に接続されており、ポンプ12の動作、すなわち凝集混和槽7への汚泥の流量は、制御システム6によって制御される。汚泥導入管14には温度センサ22が取り付けられている。この温度センサ22は、凝集混和槽7に導入される汚泥の温度を測定するように構成されている。さらに、汚泥導入管14には汚泥濃度計(懸濁液濃度計)24が取り付けられており、凝集混和槽7に導入される汚泥中の懸濁物質の濃度は汚泥濃度計24によって測定される。
The
脱水システムは、懸濁液貯留槽1内の汚泥(処理前の懸濁液)の画像データを生成する懸濁液撮像装置29を備えている。懸濁液撮像装置29は、対象物の静止画像または連続画像を生成することができるイメージセンサ(例えばCCDイメージセンサまたはCMOSイメージセンサ)を備えたデジタルカメラである。あるいは、懸濁液撮像装置29は、光を波長ごとに分解して対象物を撮像することができるハイパースペクトルカメラであってもよい。懸濁液撮像装置29は、制御システム6に接続されており、懸濁液撮像装置29によって生成された汚泥(懸濁液)の画像データは、制御システム6に送られるようになっている。
The dewatering system includes a
凝集装置3は、凝集混和槽7に接続された水供給ライン26と、水供給ライン26に取り付けられた流量制御弁27をさらに備えている。水供給ライン26は、水を凝集混和槽7内に供給し、凝集混和槽7内の汚泥を希釈する。水供給ライン26を通って凝集混和槽7に供給される水の流量は流量制御弁27によって調整される。流量制御弁27は制御システム6に接続されており、流量制御弁27の動作、すなわち水の流量は、制御システム6によって制御される。一実施形態では、水供給ライン26を汚泥導入管14に接続し、水を汚泥導入管14に直接供給してもよい。
The
凝集装置3は、凝集混和槽7に接続された凝集剤供給装置28をさらに備えている。この凝集剤供給装置28は、凝集剤を予め定められた流量で凝集混和槽7内の汚泥に注入するように構成されている。凝集混和槽7内の汚泥に注入される凝集剤の流量は、凝集剤供給装置28によって調整される。この凝集剤供給装置28は制御システム6に接続されており、凝集剤供給装置28の動作、すなわち凝集剤の流量は、制御システム6によって制御される。汚泥は凝集剤とともに攪拌機8によって攪拌される。凝集混和槽7内で凝集剤と汚泥を攪拌することにより、汚泥内の懸濁物質が集合した凝集物が形成される。凝集混和槽7内で形成される凝集物は、一般に、凝集フロックと呼ばれる。
The
脱水システムは、凝集装置3によって形成された凝集物の画像データを生成する凝集物撮像装置31を備えている。凝集物撮像装置31は、対象物の静止画像または連続画像を生成することができるイメージセンサ(例えばCCDイメージセンサまたはCMOSイメージセンサ)を備えたデジタルカメラである。あるいは、凝集物撮像装置31は、光を波長ごとに分解して対象物を撮像することができるハイパースペクトルカメラであってもよい。
The dewatering system includes an
凝集物撮像装置31は、凝集混和槽7の内部を向いており、凝集混和槽7内の凝集物の画像データを生成するように配置されている。凝集物撮像装置31は、制御システム6に接続されており、凝集物撮像装置31によって生成された凝集物の画像データは、制御システム6に送られるようになっている。一実施形態では、凝集物撮像装置31は、凝集混和槽7の出口を向き、凝集混和槽7から排出された凝集物の画像データを生成するように配置されてもよい。
The
図1に示される凝集混和槽7は単段の槽であるが、凝集混和槽7は、複数段の槽であってもよい。汚泥の攪拌強度は、攪拌機8の回転速度によって調整することができる。攪拌機8は制御システム6に接続されており、攪拌機8の動作、すなわち汚泥の攪拌強度は、制御システム6によって制御される。凝集混和槽7は、その内部の凝集物の状態を観察できるように、サイドグラスが設置されてもよい。
The
凝集混和槽7は、汚泥移送管18によって濃縮装置4に連結されている。濃縮装置4は、凝集装置3と脱水装置5との間に配置されている。凝集装置3によって形成された凝集物からなる汚泥は、汚泥移送管18を通って濃縮装置4に移送される。凝集物は、濃縮装置4によって濃縮され、脱水される。濃縮装置4の一例としては、回転円板式脱液装置が挙げられる。
The
脱水システムは、濃縮装置4によって形成された濃縮物(濃縮された凝集物)の画像データを生成する濃縮物撮像装置32をさらに備えている。濃縮物撮像装置32は、対象物の静止画像または連続画像を生成することができるイメージセンサ(例えばCCDイメージセンサまたはCMOSイメージセンサ)を備えたデジタルカメラである。あるいは、濃縮物撮像装置32は、光を波長ごとに分解して対象物を撮像することができるハイパースペクトルカメラであってもよい。
The dehydration system further includes a
濃縮物撮像装置32は、濃縮装置4に隣接して配置されている。より具体的には、濃縮物撮像装置32は、濃縮装置4の内部を向いており、濃縮装置4によって濃縮される工程中の凝集物の画像データを生成するように配置されている。一実施形態では、濃縮物撮像装置32は、濃縮装置4の入口、または濃縮装置4の入口から濃縮装置4の上部を向き、凝集物から液体が除去されている状態の濃縮物の画像データを生成するように配置されてもよいし、または濃縮物撮像装置32は、濃縮装置4の出口を向き、濃縮装置4によって濃縮された後の凝集物、すなわち濃縮物の画像データを生成するように配置されてもよい。濃縮物撮像装置32は、制御システム6に接続されており、濃縮物撮像装置32によって生成された濃縮物の画像データは、制御システム6に送られるようになっている。
The
脱水システムは、濃縮装置4によって凝集物から分離された液体の画像データを生成する分離液撮像装置33をさらに備えている。分離液撮像装置33は、対象物の静止画像または連続画像を生成することができるイメージセンサ(例えばCCDイメージセンサまたはCMOSイメージセンサ)を備えたデジタルカメラである。あるいは、分離液撮像装置33は、光を波長ごとに分解して対象物を撮像することができるハイパースペクトルカメラであってもよい。分離液撮像装置33は、濃縮装置4の排液ドレイン4aに隣接して配置されており、濃縮装置4から排出された液体の画像データを生成するように配置されている。一実施形態では、濃縮装置4は、濃縮装置4から排出された液体を受ける液体受け(図示せず)を有し、分離液撮像装置33はこの液体受けの内部を向いて配置されてもよい。分離液撮像装置33は、制御システム6に接続されており、分離液撮像装置33によって生成された液体の画像データは、制御システム6に送られるようになっている。
The dewatering system further includes a separated
濃縮装置4の出口は、脱水装置5の投入口35の上方に配置されており、濃縮装置4によって形成された濃縮物からなる汚泥は、脱水装置5の投入口35に投入される。本実施形態では、脱水装置5は、スクリュープレスである。スクリュープレスとしての脱水装置5は、ろ過筒36と、ろ過筒36内に同心状に配置されたスクリュー軸37と、スクリュー軸37の外面に固定されたスクリュー羽根38と、スクリュー軸37およびスクリュー羽根38を回転させて汚泥を排出室41に向かって送るスクリューモータ40と、スクリューモータ40に連結された軸摺動アクチュエータ42を備えている。
The outlet of the
ろ過筒36は、パンチングメタルなどの多孔板から構成されている。ろ過筒36の一端は閉塞壁44によって密封されており、ろ過筒36の他端は排出室41に接続されている。投入口35はろ過筒36に形成されており、かつ閉塞壁44に隣接している。
The
スクリュー軸37は、ろ過筒36内を貫通して延びている。スクリュー軸37は、下流側に向かってその径が徐々に大きくなる円錐台形状を有している。スクリュー軸37は閉塞壁44を貫通して延びており、スクリュー軸37の端部はスクリューモータ40に連結されている。スクリューモータ40には、インバータ(図示せず)が内蔵されている。スクリューモータ40は制御システム6に接続されており、スクリューモータ40の動作、すなわちスクリュー軸37およびスクリュー羽根38の回転速度は、制御システム6によって制御される。
The
スクリュー羽根38は、スクリュー軸37の長手方向に沿って螺旋状に延びる一枚羽根である。ろ過筒36の内面とスクリュー羽根38との間には微小な隙間が形成されており、スクリュー羽根38はろ過筒36に接触することなく回転することができる。投入口35からろ過筒36内に投入された汚泥は、回転するスクリュー羽根38によりろ過筒36内を排出室41に向かって移送される。
The
汚泥がろ過筒36内で移送される空間は、ろ過筒36の内面と、スクリュー羽根38と、スクリュー軸37とによって形成される。この空間の容積は、汚泥の進行方向に沿って漸次減少する。したがって、この空間をスクリュー羽根38によって移動されるに従って、汚泥は圧搾され、脱水される。ろ過筒36を通過したろ液は、ろ過筒36の下方に配置されたろ液受け45によって回収された後に、ドレイン46を通じて排出される。
The space through which the sludge is transported within the
ろ過筒36の下流側端部に対向して環状の背圧板50が配置されている。この背圧板50は、ろ過筒36内を移送された脱水汚泥を受けるためのテーパー面を有する円錐台の形状を有している。背圧板50の中央部には、スクリュー軸37が貫通する貫通孔が形成されており、背圧板50はスクリュー軸37と同心状に配置されている。背圧板50はスクリュー軸37に固定されておらず、背圧板50は回転しない。
An annular
背圧板50は、背圧板駆動装置51に連結されている。この背圧板駆動装置51は、背圧板50を、スクリュー軸37の軸方向に移動させるように構成されている。背圧板50とろ過筒36の下流側端部との間の隙間は、背圧板駆動装置51によって調整される。背圧板駆動装置51は、例えば油圧シリンダーまたは電動シリンダーなどから構成されている。背圧板駆動装置51は制御システム6に接続されており、背圧板駆動装置51の動作、すなわち背圧板50の軸方向の位置は、制御システム6によって制御される。
The
軸摺動アクチュエータ42は、スクリューモータ40をスクリュー軸37の軸方向に移動させるように構成されている。軸摺動アクチュエータ42がスクリューモータ40を軸方向に移動させると、スクリューモータ40に連結されたスクリュー軸37およびスクリュー羽根38は、ろ過筒36内でスクリュー軸37の軸方向に移動される。
The
次に、脱水装置5の動作について説明する。濃縮装置4によって形成された濃縮物からなる汚泥は、投入口35からろ過筒36内に投入される。汚泥は、回転するスクリュー羽根38によりろ過筒36内を排出室41に向かって移送される。ろ過筒36内を移動されるに従って、汚泥は圧搾され、脱水される。ろ過筒36を通過したろ液は、ろ液受け45によって回収され、ドレイン46を通じて排出される。汚泥は、ろ過筒36内で脱水されてケーキを形成する。洗浄装置55は、予め設定された時間間隔で、ろ過筒36の外周面に洗浄液を供給する。
Next, the operation of the
ろ過筒36内を移動してきたケーキは、背圧板50に押し付けられる。ケーキは、その移動を背圧板50によって妨げられることで圧縮される。この圧縮されたケーキは、ろ過筒36の下流側端部をシールするプラグ52を形成する。プラグ52は、後続のケーキに背圧を加えることにより、ろ過筒36内のケーキの含水率を低下させる。ケーキは、ろ過筒36内でプラグ52を形成しながら、後続のケーキにより押されて背圧板50とろ過筒36の下流側端部との間の隙間を通過して、少しずつ排出室41に排出される。ケーキは、排出室41の下部に設けられた排出口53を通って排出室41から排出される。このようにして、汚泥から液体が除去されて、低含水率のケーキが形成される。
The cake moving through the
背圧板50の軸方向の位置によって背圧板50とろ過筒36の下流側端部との間の隙間が変わり、結果として、ろ過筒36内の汚泥に加わる圧縮力が変わる。より具体的には、背圧板50とろ過筒36の下流側端部との間の隙間が小さくなると、プラグ52を押し出すのにより大きな力が必要となるので、ろ過筒36内の汚泥に加わる圧縮力が増加する。よって、スクリュー羽根38の回転速度のみならず、背圧板50の位置によっても、汚泥に加わる圧縮力を調整することができる。ろ過筒36内には圧力センサ61が配置されており、ろ過筒36内の汚泥の圧力は、圧力センサ61によって測定される。圧力センサ61は制御システム6に接続されており、汚泥の圧力の測定値は制御システム6に送られるようになっている。圧力センサ61の位置はろ過筒36内であれば特に限定されず、ろ過筒36内の前段、中段、または後段のいずれであってもよく、複数の圧力センサ61がろ過筒36内に配置されてもよい。
The gap between the
プラグ52は、低含水率のケーキから形成されている。プラグ52を形成しているケーキの含水率が低下すると、プラグ52が硬くなり、ろ過筒36の下流側端部を閉塞してしまうことがある。このような場合は、軸摺動アクチュエータ42は、スクリュー軸37およびスクリュー羽根38を軸方向に移動させることで、硬い低含水率のケーキを強制的に排出することができる。結果として、脱水装置5は、安定した連続運転が可能となる。
The
脱水システムは、脱水装置5によって形成されたケーキ(低含水率の濁質残渣)の画像データを生成するケーキ撮像装置64と、脱水装置5から排出されたろ液の画像データを生成する脱水ろ液撮像装置65を備えている。ケーキ撮像装置64および脱水ろ液撮像装置65は、対象物の静止画像または連続画像を生成することができるイメージセンサ(例えばCCDイメージセンサまたはCMOSイメージセンサ)を備えたデジタルカメラである。あるいは、ケーキ撮像装置64および脱水ろ液撮像装置65は、光を波長ごとに分解して対象物を撮像することができるハイパースペクトルカメラであってもよい。
The dehydration system includes a
ケーキ撮像装置64は、脱水装置5の排出口53に隣接して配置されてもよいし、またはケーキが排出される背圧板50に隣接して配置されてもよい。さらに、ケーキ撮像装置64は、排出口53または排出室41内に配置されてもよい。脱水ろ液撮像装置65は、脱水装置5のドレイン46に隣接して配置されている。一実施形態では、脱水ろ液撮像装置65は、ろ液受け45の内部を向いて配置され、ろ液受け45に受けられたろ液の画像データを生成してもよい。さらに、一実施形態では、脱水ろ液撮像装置65は、ろ過筒36の下面を向いて配置されてもよい。ケーキ撮像装置64および脱水ろ液撮像装置65は、制御システム6に接続されており、ケーキ撮像装置64および脱水ろ液撮像装置65によって生成されたケーキの画像データおよびろ液の画像データは、制御システム6に送られるようになっている。
The
脱水システムは、ろ過筒36の外面の画像データを生成するろ過筒撮像装置66をさらに備えている。ろ過筒撮像装置66は、対象物の静止画像または連続画像を生成することができるイメージセンサ(例えばCCDイメージセンサまたはCMOSイメージセンサ)を備えたデジタルカメラである。あるいは、ろ過筒撮像装置66は、光を波長ごとに分解して対象物を撮像することができるハイパースペクトルカメラであってもよい。
The dehydration system further includes a filter
ろ過筒撮像装置66は、ろ過筒36の上方に配置され、脱水装置5が汚泥を圧搾しているときのろ過筒36の外面の画像データを生成する。より具体的には、ろ過筒撮像装置66は、ろ過筒36から漏れ出る濁質(汚泥中の固形物)の画像データを生成するように配置されている。一実施形態では、ろ過筒撮像装置66は、ろ過筒36の側方または下方に配置されてもよい。ろ過筒撮像装置66は、制御システム6に接続されており、ろ過筒撮像装置66によって生成されたろ過筒36の外面の画像データは、制御システム6に送られるようになっている。
The filter
脱水装置5で形成されるケーキ(濁質残渣)の含水率は、凝集装置3に導入される汚泥の状態、および脱水システムの運転状態(すなわち、凝集装置3、濃縮装置4、脱水装置5の運転状態)に依存して変わる。
The moisture content of the cake (turbid residue) formed in the
そこで、制御システム6は、上述した撮像装置29,31,32,33,64,65,66によって生成された画像データを取得し、これら画像データに基づいて脱水システムの運転パラメータを最適化するように構成されている。制御システム6は、機械学習アルゴリズムにより構築された学習済みモデルが格納された記憶装置6aと、画像データを学習済みモデルに入力し、脱水装置5から排出されるケーキ(濁質残渣)の含水率を目標範囲内に収めることができる脱水システムの最適な運転パラメータを学習済みモデルから出力するための演算を実行する処理装置6bを備えている。
The
記憶装置6aは、処理装置6bがアクセス可能な主記憶装置と、プログラム、学習済みモデル、データを格納する補助記憶装置を備えている。主記憶装置は、例えばランダムアクセスメモリ(RAM)であり、補助記憶装置は、ハードディスクドライブ(HDD)またはソリッドステートドライブ(SSD)などのストレージ装置である。処理装置6bは、CPU(中央処理装置)またはGPU(グラフィックプロセッシングユニット)などから構成されている。
The
制御システム6は、少なくとも1台のコンピュータから構成されている。前記少なくとも1台のコンピュータは、1台のサーバまたは複数台のサーバであってもよい。制御システム6は、撮像装置29,31,32,33,64,65,66に通信線で接続されたエッジサーバであってもよいし、インターネットなどのネットワークによって撮像装置29,31,32,33,64,65,66に接続されたクラウドサーバであってもよいし、あるいは撮像装置29,31,32,33,64,65,66に接続されたネットワーク内に設置されたフォグコンピューティングデバイス(ゲートウェイ、フォグサーバ、ルーターなど)であってもよい。制御システム6は、インターネットなどのネットワークにより接続された複数のサーバであってもよい。例えば、制御システム6は、エッジサーバとクラウドサーバとの組み合わせであってもよい。
The
学習済みモデルは、ニューラルネットワークから構成されている。記憶装置6aには、学習済みモデルを機械学習アルゴリズムに従って構築するためのプログラムが格納されている。処理装置6bは、プログラムに含まれる命令に従って演算を実行することによって学習済みモデルを構築する。機械学習アルゴリズムに従って学習済みモデルを構築することは、ニューラルネットワークの重みなどのパラメータを最適化する工程を含む。
The trained model is composed of a neural network. The
機械学習アルゴリズムの例としては、SVR法(サポートベクター回帰法)、PLS法(部分最小二乗法:Partial Least Squares)、ディープラーニング法(深層学習法)、ランダムフォレスト法、または決定木法などが挙げられるが、特にディープラーニング法が好適である。ディープラーニング法は、隠れ層が多層化されたニューラルネットワークをベースとする学習法である。本明細書では、入力層と、二層以上の隠れ層と、出力層で構成されるニューラルネットワークを用いた機械学習をディープラーニングと称する。ディープラーニング法を用いることで、これまで人の目と経験を基に判定していた汚泥、凝集物、濃縮物などの状態を、画像データに基づいてコンピュータにより判定が可能となる。 Examples of machine learning algorithms include the SVR method (support vector regression method), the PLS method (partial least squares method), the deep learning method, the random forest method, and the decision tree method, but the deep learning method is particularly suitable. The deep learning method is a learning method based on a neural network with multiple hidden layers. In this specification, machine learning using a neural network consisting of an input layer, two or more hidden layers, and an output layer is referred to as deep learning. By using the deep learning method, the state of sludge, flocculation, concentrated matter, etc., which was previously determined based on human eyes and experience, can be determined by a computer based on image data.
学習済みモデルは、撮像装置29,31,32,33,64,65,66によって生成された過去の画像データと、脱水装置5から排出されるケーキ(濁質残渣)の含水率を目標範囲内に収めることができる脱水システムの最適な運転パラメータとの複数の組み合わせを含む学習データを用いて、機械学習アルゴリズムに従って構築されたモデルである。上記撮像装置によって生成された過去の画像データは説明変数であり、脱水装置5から排出されるケーキ(濁質残渣)の含水率を目標範囲内に収めることができる脱水システムの最適な運転パラメータは目的変数である。学習データを構成する最適な運転パラメータは、正解データであり、熟練した運転員が汚泥、凝集物、濃縮物などの状態と、脱水装置5から排出されたケーキの含水率に基づいて決定した運転パラメータである。学習データは、訓練データまたは教師データとも呼ばれる。
The trained model is a model constructed according to a machine learning algorithm using training data including multiple combinations of past image data generated by the
学習済みモデルのパラメータ(重みなど)を最適化するために、撮像装置29,31,32,33,64,65,66によって生成された画像データと、ケーキの含水率を目標範囲内に収めることができる最適な運転パラメータとの多数の組み合わせを含む学習データが用意される。制御システム6は、この学習データを用いて機械学習アルゴリズムにより学習済みモデルを構築する。学習済みモデルのパラメータには、重みの他に、バイアスが含まれることがある。このようにして構築された学習済みモデルは、記憶装置6a内に格納される。
To optimize the parameters (weights, etc.) of the trained model, training data is prepared that includes many combinations of image data generated by the
制御システム6は、画像データを所定の周期で上記撮像装置29,31,32,33,64,65,66から取得し、記憶装置6a内に記憶する。制御システム6は、画像データを学習済みモデルに入力し、ケーキの含水率を目標範囲内に収めることができる最適な運転パラメータを学習済みモデルから出力する。
The
本実施形態では、上述した撮像装置29,31,32,33,64,65,66のすべてによって生成された画像データが学習済みモデルに入力されるが、一実施形態では、撮像装置29,31,32,33,64,65,66のうちの少なくとも1つによって生成された画像データが学習済みモデルに入力されてもよい。この場合、学習済みモデルの構築には、その学習済みモデルに入力される画像データと同種の画像データが使用される。例えば、凝集物撮像装置31および濃縮物撮像装置32によって生成された画像データが学習済みモデルに入力される場合は、凝集物撮像装置31および濃縮物撮像装置32によって生成された過去の画像データを含む学習データを用いて学習済みモデルが構築される。
In this embodiment, image data generated by all of the above-mentioned
図2は、学習済みモデルの一例を示す模式図である。学習済みモデルは、入力層201と、複数の隠れ層(中間層ともいう)202と、出力層203を有したニューラルネットワークである。図2に示すモデルは、4つの隠れ層202を有しているが、学習済みモデルの構成は図2に示す実施形態に限られない。学習済みモデルは、5つ以上の隠れ層202を有してもよい。
Figure 2 is a schematic diagram showing an example of a trained model. The trained model is a neural network having an
学習済みモデルの入力層201には画像データが入力される。より具体的には、画像データを構成する各ピクセルの数値が入力層201に入力される。画像データがカラー画像データである場合は、各ピクセルの赤色、緑色、青色を表す数値が学習済みモデルの入力層201の対応するノード(ニューロン)に入力される。少なくとも1台のコンピュータから構成された制御システム6は、ニューラルネットワークを構成する多層パーセプトロンのアルゴリズムに従って演算を実行し、学習済みモデルの出力層203は、脱水装置5から排出されるケーキの含水率を目標範囲内に収めることができる運転パラメータを表す数値を出力する。ただし、図2に示す学習済みモデルの構成は一例であって、本発明は、図2に示す例に限定されない。
Image data is input to the
学習済みモデルから出力される運転パラメータの具体例は、次の通りである。
・凝集混和槽7への汚泥の流量の適正範囲に対する過不足
→ポンプ12の回転速度の増加、または維持、または減少
・凝集剤の適合性に対する適不適
→凝集剤の使用を維持、または凝集剤の種類の変更
・凝集剤の流量の適正範囲に対する過不足
→凝集剤供給装置28の運転速度の増加、または維持、または減少
・攪拌機8の攪拌速度の適正範囲に対する過不足
→攪拌モータ10の回転速度の増加、または維持、または減少
・凝集混和槽7に供給される水の流量の適正範囲に対する過不足
→流量制御弁27の開度の増加、または維持、または減少
・濃縮装置4の運転速度の適正範囲に対する過不足
→増加、または維持、または減少
・濃縮装置4の調整変数(例えば圧搾板圧力調整)の適正範囲に対する過不足
→増加、または維持、または減少
・スクリュー軸37の回転速度の適正範囲に対する過不足
→スクリューモータ40の回転速度の増加、または維持、または減少
・背圧板50の開度の適正範囲に対する過不足
→増加、または維持、または減少
・スクリュー軸37の回転トルクの適正範囲に対する過不足
→スクリューモータ40への電流の増加、または維持、または減少
Specific examples of operating parameters output from the trained model are as follows:
- The flow rate of sludge to the
上述した運転パラメータは例であり、学習済みモデルから出力される運転パラメータは、上記運転パラメータのうちのいずれかのみであってもよい。 The above-mentioned driving parameters are examples, and the driving parameters output from the trained model may be only any of the above driving parameters.
従来は、熟練した運転員が、凝集物、濃縮物、ケーキなどの状態を目視により判断し、経験に基づいて上記運転パラメータを適宜設定していたのに対して、本実施形態では、制御システム6は、凝集物、濃縮物、ケーキなどの画像データをモデルに入力し、最適な運転パラメータを学習済みモデルから出力させる。これら運転パラメータを凝集装置3、濃縮装置4、および脱水装置5に適用することで、脱水システムの全体の運転を最適化することができる。
Conventionally, a skilled operator would visually determine the state of the flocculants, concentrates, cakes, etc., and set the above operating parameters appropriately based on experience. In contrast, in this embodiment, the
より最適化された運転パラメータを学習済みモデルから出力するために、学習済みモデルの構築に使用される学習データは、過去の画像データに加え、過去の画像データが生成されたときの脱水システムの状態データを含んでもよい。脱水システムの状態データの具体例は、次の通りである。
・汚泥の温度(温度センサ22によって測定される)
・凝集混和槽7への汚泥の流量(ポンプ12の回転速度から推定される)
・汚泥の性状(pH、アルカリ度、TS、VTS、SS、VSS、浮遊物質量)
・凝集剤の物性(カチオン度、分子量)
・凝集剤の流量(凝集剤供給装置28の運転速度)
・攪拌機8の攪拌速度(攪拌モータ10の回転速度)
・凝集混和槽7への水の流量(流量制御弁27の開度)
・濃縮装置4の運転速度(濃縮装置4の駆動モータの回転速度)
・濃縮装置4の運転トルク(濃縮装置4の駆動モータへの電流値)
・濃縮装置4によって分離された液体の流量(図示しない流量計によって測定される)
・濃縮装置4によって濃縮された汚泥濃度(図示しない濃度センサによって測定される)
・スクリュー軸37の回転速度
・スクリューモータ40への電流値(トルク値)
・ろ過筒36内の汚泥の圧力(圧力センサ61によって測定される)
・背圧板50の開度(背圧板駆動装置51の設定値)
・背圧板50の圧力(図示しない圧力センサによって測定される)
・ケーキ含水率の測定値(図示しない測定装置または手動によって測定される)
In order to output more optimized operating parameters from the trained model, the training data used to construct the trained model may include, in addition to past image data, state data of the dehydration system when the past image data was generated. Specific examples of state data of the dehydration system are as follows.
- Temperature of the sludge (measured by temperature sensor 22)
Flow rate of sludge into the coagulation mixing tank 7 (estimated from the rotation speed of the pump 12)
- Sludge properties (pH, alkalinity, TS, VTS, SS, VSS, suspended solids)
・Physical properties of flocculant (cationicity, molecular weight)
Flow rate of flocculant (operating speed of flocculant supply device 28)
Stirring speed of the stirrer 8 (rotation speed of the stirring motor 10)
Flow rate of water to the flocculation mixing tank 7 (opening degree of the flow control valve 27)
Operation speed of the concentrator 4 (rotation speed of the drive motor of the concentrator 4)
Operating torque of the concentrator 4 (current value to the drive motor of the concentrator 4)
Flow rate of the liquid separated by the concentrator 4 (measured by a flow meter not shown)
Concentration of sludge thickened by the thickening device 4 (measured by a concentration sensor not shown)
Rotational speed of the
The pressure of the sludge in the filter cylinder 36 (measured by the pressure sensor 61)
Opening degree of the back pressure plate 50 (setting value of the back pressure plate driver 51)
Pressure of the back pressure plate 50 (measured by a pressure sensor not shown)
- Measurement value of cake moisture content (measured by a measuring device not shown or manually)
上述した脱水システムの状態データの項目は例であり、脱水システムの状態データは、上記項目のうちのいずれかのみであってもよい。 The above-mentioned items of status data of the dehydration system are examples, and the status data of the dehydration system may be only any of the above items.
学習済みモデルは、撮像装置29,31,32,33,64,65,66のうちの少なくとも1つによって生成された過去の画像データと、過去の画像データが生成されたときの脱水システムの状態データと、脱水装置5から排出されるケーキの含水率を目標範囲内に収めることができる脱水システムの最適な運転パラメータとの複数の組み合わせを含む学習データを用いて、機械学習アルゴリズムに従って構築される。過去の画像データと、過去の画像データが生成されたときの脱水システムの状態データは、説明変数であり、脱水装置5から排出されるケーキの含水率を目標範囲内に収めることができる脱水システムの最適な運転パラメータは、目的変数である。脱水システムの運転中、制御システム6は、撮像装置29,31,32,33,64,65,66のうちの少なくとも1つによって生成された現在の画像データと、脱水システムの現在の状態データを学習済みモデルに入力し、脱水システムの最適な運転パラメータを学習済みモデルから出力するための演算を処理装置6bに実行させる。
The trained model is constructed according to a machine learning algorithm using training data including multiple combinations of past image data generated by at least one of the
図3は、脱水システムの他の実施形態を示す図である。図3に示す脱水システムは、脱水装置5として二段式スクリュープレスを採用している点で、軸摺動型のスクリュープレスを採用している図1の実施形態と相違する。本実施形態では、図1に示す軸摺動アクチュエータ42は設けられていない。特に説明しない実施形態の構成および動作は、図1および図2に示す実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。
Figure 3 is a diagram showing another embodiment of the dehydration system. The dehydration system shown in Figure 3 differs from the embodiment in Figure 1, which uses a shaft-sliding screw press, in that a two-stage screw press is used as the
二段式スクリュープレスから構成された脱水装置5は、ろ過筒36と、ろ過筒36内で、該ろ過筒36と同心状に配置され、汚泥を移送する第1スクリュー71および第2スクリュー72と、第1スクリュー71を回転させる第1スクリューモータ75と、第1スクリュー71とは独立に第2スクリュー72を回転させる第2スクリューモータ76を備えている。第1スクリューモータ75と第2スクリューモータ76の動作は、制御システム6によって制御される。
The
第1スクリューモータ75および第2スクリューモータ76は、第1スクリュー71および第2スクリュー72にそれぞれ直接連結されてもよいし、またはチェーンおよびスプロケットなどから構成されるトルク伝達機構を介して第1スクリュー71および第2スクリュー72にそれぞれ連結されてもよい。
The
ろ過筒36は、パンチングメタルなどのスクリーン(多孔板)から形成されている。ろ過筒36の上流側端部には、投入口35が形成されている。投入口35からろ過筒36に投入された汚泥は、回転する第1スクリュー71および第2スクリュー72によりろ過筒36内で所定の移送方向に移送される。ろ過筒36の下流側端部は排出室41に接続されている。
The
第2スクリュー72は、第1スクリュー71とは独立に回転可能なように、第1スクリュー71に連結されている。第1スクリュー71および第2スクリュー72は、ろ過筒36および排出室41をそれぞれ貫通して延びている。排出室41は、ろ過筒36に接続されている。この排出室41に、ケーキから構成されたプラグ77がろ過筒36から排出される。第2スクリュー72の軸方向の長さは、第1スクリュー71の軸方向の長さよりも短い。第1スクリュー71は、汚泥の移送方向に沿ってその径が徐々に大きくなる円錐台形状の第1スクリュー軸71Aと、第1スクリュー軸71Aの外面に固定された第1スクリュー羽根71Bとを有している。第2スクリュー72は、円筒形状の第2スクリュー軸72Aと、第2スクリュー軸72Aの外面に固定された第2スクリュー羽根72Bとを有している。
The
ろ過筒36の上流側端部は閉塞壁44によって密封されている。第1スクリュー軸71Aの上流側端部はこの閉塞壁44を貫通して延び、第1スクリュー71を回転させるための第1スクリューモータ75に連結されている。第2スクリュー72の第2スクリュー軸72Aは、第1スクリュー軸71Aと同心状に配置される。第2スクリュー軸72Aの外径は第1スクリュー軸71Aの最大径と同一である。第2スクリュー軸72Aの下流側端部は、排出室41を構成する壁41Aを貫通して延び、第2スクリュー72を回転させるための第2スクリューモータ76に連結されている。排出室41の下部は、排出口53に接続されている。
The upstream end of the
第1スクリューモータ75は、上記制御システム6に接続されている。第1スクリューモータ75には、インバータ(図示せず)が内蔵されており、制御システム6は、インバータを介して第1スクリューモータ75の動作を制御することができるように構成されている。すなわち、制御システム6は、インバータを介して第1スクリューモータ75の回転速度および回転方向を制御することができる。制御システム6は第1スクリューモータ75に指令を発して、第1スクリュー71を第2スクリュー72とは独立して回転させることが可能である。
The
第2スクリューモータ76も、上記制御システム6に接続される。第2スクリューモータ76には、インバータ(図示せず)が内蔵されており、制御システム6は、インバータを介して第2スクリューモータ76の動作を制御することができるように構成されている。すなわち、制御システム6は、インバータを介して第2スクリューモータ76の回転速度および回転方向を制御することができる。制御システム6は第2スクリューモータ76に指令を発して、第2スクリュー72を第1スクリュー71とは独立して回転させることが可能である。
The
第1スクリュー羽根71Bは、第1スクリュー軸71Aの軸方向に沿って螺旋状に延びており、第2スクリュー羽根72Bは、第2スクリュー軸72Aの軸方向に沿って螺旋状に延びている。第1スクリュー羽根71Bが固定されている第1スクリュー71の部分と、第2スクリュー羽根72Bが固定されている第2スクリュー72の部分を合計した長さは、ろ過筒36の軸方向の長さと同一か、または長い。
The
ろ過筒36の内面と第1スクリュー羽根71Bとの間には微小な隙間が形成されており、第1スクリュー羽根71Bはろ過筒36に接触することなく回転することができるようになっている。同様に、ろ過筒36の内面と第2スクリュー羽根72Bとの間には微小な隙間が形成されており、第2スクリュー羽根72Bはろ過筒36に接触することなく回転することができるようになっている。ろ過筒36の上流側端部に形成された投入口35からろ過筒36に投入された汚泥を、回転する第1スクリュー羽根71Bおよび第2スクリュー羽根72Bによって排出室41に向かって移送することができる。
A small gap is formed between the inner surface of the
第2スクリュー羽根72Bのピッチは、第1スクリュー羽根71Bのピッチよりも小さい。さらに、第2スクリュー羽根72Bは、その巻数が3巻き未満である。本実施形態では、第2スクリュー羽根72Bの巻き方向(すなわち、螺旋方向)は、第1スクリュー羽根71Bの巻き方向とは逆である。したがって、投入口35から投入された汚泥を、排出室41へ送り出すときは、図3に示されるように、第2スクリュー72を第1スクリュー71とは逆方向に回転させる。
The pitch of the
第2スクリュー羽根72Bの巻き方向を、第1スクリュー羽根71Bの巻き方向と同一にしてもよい。この場合、投入口35から投入された汚泥を、排出室41へ送り出すときは、第2スクリュー72を第1スクリュー71と同方向に回転させる。
The winding direction of the
ろ過筒36は、第1スクリュー71が配置された脱水領域1Aと、第2スクリュー72が配置されたプラグ形成領域1Bとに分割される。脱水領域1Aで汚泥が移送される空間は、ろ過筒36の内面と、第1スクリュー羽根71Bと、第1スクリュー軸71Aとによって形成される。この移送空間の断面積は、図3に示すように、汚泥の移送方向に沿って漸次減少する。したがって、投入口35から投入された汚泥がこの移送空間を第1スクリュー羽根71Bによって移送されるに従って、汚泥は圧搾され、脱水される。ろ過筒36を通過したろ液は、ろ過筒36の下方に配置されたろ液受け45によって回収される。ろ液受け45には、ドレイン46が接続されており、ろ液受け45によって回収されたろ液は、ドレイン46を介して脱水装置5から排出される。
The
プラグ形成領域1Bで汚泥が移送される空間は、ろ過筒36の内面と、第2スクリュー羽根72Bと、第2スクリュー軸72Aとによって形成される。図3に示すように、この移送空間の断面積は一定である。プラグ形成領域1Bでは、脱水領域1Aで脱水された汚泥(すなわち、ケーキ)によって、プラグ77が形成される。プラグ77は、後続のケーキに背圧を加えることにより、ろ過筒36内のケーキの含水率を低下させる。ケーキは、プラグ形成領域1B内でプラグ77を形成しながら、後続のケーキにより押されて、少しずつ排出室41に排出される。ケーキは、排出室41の下部に設けられた排出口53を通って排出室41から排出される。このようにして、汚泥から液体が除去されて、低含水率のケーキが形成される。
The space through which the sludge is transported in the
図1に示す実施形態と同様に、制御システム6は、汚泥、凝集物、濃縮物などの画像データを学習済みモデルに入力し、脱水装置5から排出されるケーキの含水率を目標範囲内に収めることができる最適な運転パラメータを出力するように構成されている。
学習済みモデルから出力される運転パラメータの具体例は、次の通りである。
・凝集混和槽7への汚泥の流量の適正範囲に対する過不足
→ポンプ12の回転速度の増加、または維持、または減少
・凝集剤の適合性に対する適不適
→凝集剤の使用を維持、または凝集剤の種類の変更
・凝集剤の流量の適正範囲に対する過不足
→凝集剤供給装置28の運転速度の増加、または維持、または減少
・攪拌機8の攪拌速度の適正範囲に対する過不足
→攪拌モータ10の回転速度の増加、または維持、または減少
・凝集混和槽7に供給される水の流量の適正範囲に対する過不足
→流量制御弁27の開度の増加、または維持、または減少
・濃縮装置4の運転速度の適正範囲に対する過不足
→増加、または維持、または減少
・濃縮装置4の調整変数(例えば圧搾板圧力調整)の適正範囲に対する過不足
→増加、または維持、または減少
・第1スクリュー71の回転速度の適正範囲に対する過不足
→第1スクリューモータ75の回転速度の増加、または維持、または減少
・第2スクリュー72の回転速度の適正範囲に対する過不足
→第2スクリューモータ76の回転速度の増加、または維持、または減少
・第1スクリュー71の回転トルクの適正範囲に対する過不足
→第1スクリューモータ75への電流の増加、または維持、または減少
・第2スクリュー72の回転トルクの適正範囲に対する過不足
→第2スクリューモータ76への電流の増加、または維持、または減少
Similar to the embodiment shown in FIG. 1, the
Specific examples of operating parameters output from the trained model are as follows:
- The flow rate of sludge to the
上述した運転パラメータは例であり、学習済みモデルから出力される運転パラメータは、上記運転パラメータのうちのいずれかのみであってもよい。 The above-mentioned driving parameters are examples, and the driving parameters output from the trained model may be only any of the above driving parameters.
より最適化された運転パラメータをモデルから出力するために、学習済みモデルの構築に使用される学習データは、過去の画像データに加え、過去の画像データが生成されたときの脱水システムの状態データを含んでもよい。脱水システムの状態データの具体例は、次の通りである。
・汚泥の温度(温度センサ22によって測定される)
・凝集混和槽7への汚泥の流量(ポンプ12の回転速度)
・汚泥の性状(pH、アルカリ度、TS、VTS、SS、VSS、浮遊物質量)
・凝集剤の物性(カチオン度、分子量)
・凝集剤の流量(凝集剤供給装置28の運転速度)
・攪拌機8の攪拌速度(攪拌モータ10の回転速度)
・凝集混和槽7への水の流量(流量制御弁27の開度)
・濃縮装置4の運転速度(駆動モータの回転速度)
・濃縮装置4の運転トルク(駆動モータへの電流値)
・濃縮装置4によって分離された液体の流量(図示しない流量計によって測定される)
・濃縮装置4によって濃縮された汚泥濃度(図示しない濃度センサによって測定される)
・第1スクリュー71の回転速度
・第1スクリューモータ75への電流値(トルク値)
・第2スクリュー72の回転速度
・第2スクリューモータ76への電流値(トルク値)
・ろ過筒36内の汚泥の圧力(圧力センサ61によって測定される)
・ケーキ含水率の測定値(図示しない測定装置または手動によって測定される)
In order to output more optimized operating parameters from the model, the learning data used to construct the trained model may include, in addition to past image data, state data of the dehydration system when the past image data was generated. Specific examples of state data of the dehydration system are as follows:
- Temperature of the sludge (measured by temperature sensor 22)
Flow rate of sludge into the coagulation mixing tank 7 (rotation speed of pump 12)
- Sludge properties (pH, alkalinity, TS, VTS, SS, VSS, suspended solids)
・Physical properties of flocculant (cationicity, molecular weight)
Flow rate of flocculant (operating speed of flocculant supply device 28)
Stirring speed of the stirrer 8 (rotation speed of the stirring motor 10)
Flow rate of water to the flocculation mixing tank 7 (opening degree of the flow control valve 27)
- Operating speed of the concentrator 4 (rotation speed of the drive motor)
Operating torque of the concentrator 4 (current value to the drive motor)
Flow rate of the liquid separated by the concentrator 4 (measured by a flow meter not shown)
Concentration of sludge thickened by the thickening device 4 (measured by a concentration sensor not shown)
Rotational speed of the
Rotational speed of the
The pressure of the sludge in the filter cylinder 36 (measured by the pressure sensor 61)
- Measurement value of cake moisture content (measured by a measuring device not shown or manually)
上述した脱水システムの状態データの項目は例であり、脱水システムの状態データは、上記項目のうちのいずれかのみであってもよい。 The above-mentioned items of status data of the dehydration system are examples, and the status data of the dehydration system may be only any of the above items.
学習済みモデルは、撮像装置29,31,32,33,64,65,66のうちの少なくとも1つによって生成された過去の画像データと、過去の画像データが生成されたときの脱水システムの状態データと、脱水装置5から排出されるケーキの含水率を目標範囲内に収めることができる脱水システムの最適な運転パラメータとの複数の組み合わせを含む学習データを用いて、機械学習アルゴリズムに従って構築される。脱水システムの運転中、制御システム6は、撮像装置29,31,32,33,64,65,66のうちの少なくとも1つによって生成された現在の画像データと、脱水システムの現在の状態データを学習済みモデルに入力し、脱水システムの最適な運転パラメータを学習済みモデルから出力するための演算を処理装置6bに実行させる。
The trained model is constructed according to a machine learning algorithm using training data including multiple combinations of past image data generated by at least one of the
図1および図3に示す実施形態では、脱水システムは濃縮装置4を備えているが、一実施形態では、濃縮装置4を省略してもよい。この場合は、凝集装置3で形成された凝集物(凝集フロック)は、汚泥移送管18を通って脱水装置5の投入口35に移送される。
In the embodiment shown in Figures 1 and 3, the dewatering system includes a
図4は、脱水システムの他の実施形態を示す図である。図4に示す脱水システムにおいては、脱水装置5としてベルトプレス型脱水装置が採用されている。上述した濃縮装置4は設けられていない。特に説明しない実施形態の構成および動作は、図1および図2に示す実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。
Figure 4 is a diagram showing another embodiment of the dehydration system. In the dehydration system shown in Figure 4, a belt press type dehydration device is used as the
凝集装置3は、汚泥を収容する造粒槽80と、造粒槽80内の汚泥を攪拌するための攪拌機8と、造粒槽80に接続された汚泥導入管14と、汚泥導入管14に設けられたポンプ12を備えている。攪拌機8は、造粒槽80内に配置された攪拌羽根9と、攪拌羽根9に連結された攪拌モータ10を備えている。懸濁液貯留槽1は、汚泥導入管14によって凝造粒槽80に接続されている。汚泥はポンプ12により汚泥導入管14を通じて懸濁液貯留槽1から造粒槽80に移送される。造粒槽80への汚泥の流量は、ポンプ12の運転によって調整することが可能である。
The
ポンプ12は制御システム6に接続されており、ポンプ12の動作、すなわち造粒槽80への汚泥の流量は、制御システム6によって制御される。汚泥導入管14には温度センサ22が取り付けられている。この温度センサ22は、造粒槽80に導入される汚泥の温度を測定するように構成されている。さらに、汚泥導入管14には汚泥濃度計(懸濁液濃度計)24が取り付けられており、造粒槽80に導入される汚泥中の懸濁物質の濃度は汚泥濃度計24によって測定される。
The
凝集装置3は、造粒槽80に接続された凝集剤供給装置28をさらに備えている。この凝集剤供給装置28は、凝集剤を予め定められた流量で造粒槽80内の汚泥に注入するように構成されている。造粒槽80内の汚泥に注入される凝集剤の流量は、凝集剤供給装置28によって調整される。この凝集剤供給装置28は制御システム6に接続されており、凝集剤供給装置28の動作、すなわち凝集剤の流量は、制御システム6によって制御される。汚泥は凝集剤とともに攪拌機8の攪拌羽根9によって攪拌される。造粒槽80内で凝集剤と汚泥を攪拌することにより、汚泥内の懸濁物質が集合した凝集物が形成される。造粒槽80内で形成される凝集物は、一般に、ペレットと呼ばれる。
The
脱水システムは、懸濁液貯留槽1内の汚泥(処理前の懸濁液)の画像データを生成する懸濁液撮像装置29を備えている。懸濁液撮像装置29は、対象物の静止画像または連続画像を生成することができるイメージセンサ(例えばCCDイメージセンサまたはCMOSイメージセンサ)を備えたデジタルカメラである。あるいは、懸濁液撮像装置29は、光を波長ごとに分解して対象物を撮像することができるハイパースペクトルカメラであってもよい。懸濁液撮像装置29は、制御システム6に接続されており、懸濁液撮像装置29によって生成された汚泥(懸濁液)の画像データは、制御システム6に送られるようになっている。
The dewatering system includes a
脱水システムは、凝集装置3によって形成された凝集物(ペレット)の画像データを生成する凝集物撮像装置31を備えている。凝集物撮像装置31は、造粒槽80の内部を向いており、造粒槽80内の凝集物の画像データを生成するように配置されている。一実施形態では、凝集物撮像装置31は、造粒槽80の出口を向き、造粒槽80から排出された凝集物の画像データを生成するように配置されてもよい。凝集物撮像装置31は、制御システム6に接続されており、凝集物撮像装置31によって生成された凝集物の画像データは、制御システム6に送られるようになっている。
The dewatering system includes an
汚泥の攪拌強度は、攪拌機8の回転速度によって調整することができる。攪拌機8は制御システム6に接続されており、攪拌機8の動作、すなわち汚泥の攪拌強度は、制御システム6によって制御される。
The agitation intensity of the sludge can be adjusted by the rotation speed of the
造粒槽80は、汚泥移送管18によってベルトプレス型脱水装置5に連結されている。脱水装置5は、無端状の前処理ろ布ベルト82と、前処理ろ布ベルト82を支持する複数の支持ローラ83a~83cと、無端状の第1ろ布ベルト86と、第1ろ布ベルト86を支持する第1ガイドローラ88a~88eと、無端状の第2ろ布ベルト90と、第2ろ布ベルト90を支持する第2ガイドローラ91a~91fと、第1ろ布ベルト86および第2ろ布ベルト90を支持する複数の圧搾ローラ95A~95Eと、第1ろ布ベルト86および第2ろ布ベルト90を移動させる駆動装置98を備えている。
The
前処理ろ布ベルト82は、汚泥の移送方向において、圧搾ローラ95A~95Eの上流側に配置されている。前処理ろ布ベルト82の一部は、汚泥の移送方向に沿って上方に傾斜した傾斜部82Aを形成するように、支持ローラ83a,83bによって支持されている。支持ローラ83aは、電動機100の駆動軸に連結されている。電動機100が支持ローラ83aを回転させると、前処理ろ布ベルト82は、傾斜部82A上の汚泥が上昇する方向に移動する。
The
駆動装置98は、電動機98Aと、電動機98Aの駆動軸に固定された駆動ホイール98Bと、駆動ホイール98Bに支持された駆動力伝達部材としてのベルト98Cを備えている。ベルト98Cに代えてチェーンが用いられてもよい。ベルト98Cは、第1ガイドローラ88cに連結され、さらに第2ガイドローラ91fに連結されている。電動機98Aが駆動ホイール98Bを回転させると、駆動ホイール98Bの回転はベルト98Cによって第1ガイドローラ88cおよび第2ガイドローラ91fに伝達される。第1ガイドローラ88cおよび第2ガイドローラ91fは同じ速度で回転し、これにより第1ろ布ベルト86および第2ろ布ベルト90は同じ方向に同じ速度で進む。
The
第1ろ布ベルト86は、第1ガイドローラ88a~88eと、複数の圧搾ローラ95A~95Eとにより支持されている。第1ガイドローラ88dは、第1ろ布緊張装置101に連結されている。この第1ろ布緊張装置101は、第1ガイドローラ88dの位置を移動させることで、第1ろ布ベルト86の緊張を調整するように構成されている。
The first
第2ろ布ベルト90は、第2ガイドローラ91a~91fと、複数の圧搾ローラ95A~95Eとにより支持されている。第2ガイドローラ91aは、第2ろ布緊張装置102に連結されている。この第2ろ布緊張装置102は、第2ガイドローラ91aの位置を移動させることで、第2ろ布ベルト90の緊張を調整するように構成されている。
The second
凝集装置3によって形成された凝集物(ペレット)からなる汚泥は、汚泥移送管18を通って前処理ろ布ベルト82上に移送される。汚泥は、前処理ろ布ベルト82の傾斜部82Aを上昇しながら、重力により汚泥中の液体が落下する。この工程は、重力脱水工程である。
The sludge consisting of the flocculants (pellets) formed by the
前処理ろ布ベルト82の移動により、前処理ろ布ベルト82上の汚泥は、第1ろ布ベルト86上に移される。複数の圧搾ローラ95A~95Eの間を延びる第1ろ布ベルト86および第2ろ布ベルト90は、互いに対向している。第1ろ布ベルト86が移動されるにつれて、汚泥は第1ろ布ベルト86と第2ろ布ベルト90との間に挟まれる。第1ろ布ベルト86および第2ろ布ベルト90は圧搾ローラ95A~95Eに巻きつけられながら、汚泥は第1ろ布ベルト86と第2ろ布ベルト90との間に挟まれ、圧搾される。その結果、汚泥は低含水率のケーキ(濁質残渣)となる。低含水率のケーキは、排出口53から排出される。
As the pretreatment
圧搾ローラ95A~95Eの下方には、ろ液受け45が配置されている。汚泥から除去されたろ液は、ろ液受け45によって回収される。ろ液受け45には、ドレイン46が接続されており、ろ液受け45によって回収されたろ液は、ドレイン46を介して脱水装置5から排出される。
A
脱水システムは、脱水装置5によって形成されたケーキ(低含水率の濁質残渣)の画像データを生成するケーキ撮像装置64と、脱水装置5から排出されたろ液の画像データを生成する脱水ろ液撮像装置65を備えている。ケーキ撮像装置64は、脱水装置5の排出口53に隣接して配置されており、脱水ろ液撮像装置65は、脱水装置5のドレイン46に隣接して配置されている。ケーキ撮像装置64は、排出口53内に配置されてもよい。ケーキ撮像装置64および脱水ろ液撮像装置65は、制御システム6に接続されており、ケーキ撮像装置64および脱水ろ液撮像装置65によって生成されたケーキの画像データおよびろ液の画像データは、制御システム6に送られるようになっている。
The dewatering system includes a
制御システム6は、撮像装置29,31,64,65によって生成された画像データを撮像装置29,31,64,65から取得し、この画像データに基づいて脱水システムの運転パラメータを最適化するように構成されている。制御システム6は、機械学習アルゴリズムにより構築された学習済みモデルが格納された記憶装置6aと、画像データを学習済みモデルに入力し、脱水装置5から排出されるケーキ(濁質残渣)の含水率を目標範囲内に収めることができる脱水システムの最適な運転パラメータを学習済みモデルから出力するための演算を実行する処理装置6bを備えている。
The
学習済みモデルは、撮像装置29,31,64,65によって生成された過去の画像データと、脱水装置5から排出されるケーキ(濁質残渣)の含水率を目標範囲内に収めることができる脱水システムの最適な運転パラメータとの複数の組み合わせを含む学習データを用いて、機械学習アルゴリズムに従って構築されたモデルである。撮像装置29,31,64,65によって生成された過去の画像データは説明変数であり、脱水装置5から排出されるケーキ(濁質残渣)の含水率を目標範囲内に収めることができる脱水システムの最適な運転パラメータは目的変数である。学習データを構成する最適な運転パラメータは、正解データであり、熟練した運転員が汚泥、凝集物などの状態と、脱水装置5から排出されたケーキの含水率に基づいて決定した運転パラメータである。
The trained model is a model constructed according to a machine learning algorithm using training data including multiple combinations of past image data generated by the
学習済みモデルのパラメータ(重みなど)を最適化するために、撮像装置29,31,64,65によって生成された画像データと、ケーキの含水率を目標範囲内に収めることができる最適な運転パラメータとの多数の組み合わせを含む学習データが用意される。制御システム6は、この学習データを用いて機械学習アルゴリズムにより学習済みモデルを構築する。学習済みモデルのパラメータには、重みの他に、バイアスが含まれることがある。このようにして構築された学習済みモデルは、記憶装置6a内に格納される。
To optimize the parameters (weights, etc.) of the trained model, training data is prepared that includes many combinations of image data generated by the
制御システム6は、画像データを所定の周期で撮像装置29,31,64,65から取得し、記憶装置6a内に記憶する。制御システム6は、画像データを学習済みモデルに入力し、ケーキの含水率を目標範囲内に収めることができる最適な運転パラメータを学習済みモデルから出力する。
The
本実施形態では、上述した撮像装置29,31,64,65のすべてによって生成された画像データが学習済みモデルに入力されるが、一実施形態では、撮像装置29,31,64,65のうちの少なくとも1つによって生成された画像データが学習済みモデルに入力されてもよい。この場合、学習済みモデルの構築には、その学習済みモデルに入力される画像データと同種の画像データが使用される。例えば、凝集物撮像装置31によって生成された画像データが学習済みモデルに入力される場合は、凝集物撮像装置31によって生成された過去の画像データを含む学習データを用いて学習済みモデルが構築される。
In this embodiment, image data generated by all of the above-mentioned
図1に示す実施形態と同様に、制御システム6は、画像データを学習済みモデルに入力し、脱水装置5から排出されるケーキの含水率を目標範囲内に収めることができる最適な運転パラメータを学習済みモデルから出力するように構成されている。
学習済みモデルから出力される運転パラメータの具体例は、次の通りである。
・造粒槽80への汚泥の流量の適正範囲に対する過不足
→ポンプ12の回転速度の増加、または維持、または減少
・凝集剤の適合性に対する適不適
→凝集剤の使用を維持、または凝集剤の種類の変更
・凝集剤の流量の適正範囲に対する過不足
→凝集剤供給装置28の運転速度の増加、または維持、または減少
・攪拌機8の攪拌速度の適正範囲に対する過不足
→攪拌モータ10の回転速度の増加、または維持、または減少
・第1ろ布ベルト86および第2ろ布ベルト90の移動速度
→電動機98Aの回転速度の増加、または維持、または減少
・第1ろ布ベルト86および第2ろ布ベルト90の緊張力
→ガイドローラ88d,91aの位置の変更、または維持
Similar to the embodiment shown in FIG. 1, the
Specific examples of operating parameters output from the trained model are as follows:
- The flow rate of sludge into the
上述した運転パラメータは例であり、学習済みモデルから出力される運転パラメータは、上記運転パラメータのうちのいずれかのみであってもよい。 The above-mentioned driving parameters are examples, and the driving parameters output from the trained model may be only any of the above driving parameters.
より最適化された運転パラメータをモデルから出力するために、モデルの構築に使用される学習データは、過去の画像データに加え、過去の画像データが生成されたときの脱水システムの状態データを含んでもよい。脱水システムの状態データの具体例は、次の通りである。
・汚泥の温度(温度センサ22によって測定される)
・造粒槽80への汚泥の流量(ポンプ12の回転速度)
・汚泥の性状(pH、アルカリ度、TS、VTS、SS、VSS、浮遊物質量)
・凝集剤の物性(カチオン度、分子量)
・凝集剤の流量(凝集剤供給装置28の運転速度)
・攪拌機8の攪拌速度(攪拌モータ10の回転速度)
・第1ろ布ベルト86および第2ろ布ベルト90の移動速度(電動機98Aの回転速度)
・ガイドローラ88d,91aの位置
In order to output more optimized operating parameters from the model, the learning data used to build the model may include, in addition to past image data, state data of the dehydration system when the past image data was generated. Specific examples of state data of the dehydration system are as follows.
- Temperature of the sludge (measured by temperature sensor 22)
Flow rate of sludge into the granulation tank 80 (rotation speed of pump 12)
- Sludge properties (pH, alkalinity, TS, VTS, SS, VSS, suspended solids)
・Physical properties of flocculant (cationicity, molecular weight)
Flow rate of flocculant (operating speed of flocculant supply device 28)
Stirring speed of the stirrer 8 (rotation speed of the stirring motor 10)
The moving speed of the first
Positions of
上述した脱水システムの状態データの項目は例であり、脱水システムの状態データは、上記項目のうちのいずれかのみであってもよい。 The above-mentioned items of status data of the dehydration system are examples, and the status data of the dehydration system may be only any of the above items.
学習済みモデルは、撮像装置29,31,64,65のうちの少なくとも1つによって生成された過去の画像データと、過去の画像データが生成されたときの脱水システムの状態データと、脱水装置5から排出されるケーキの含水率を目標範囲内に収めることができる脱水システムの最適な運転パラメータとの複数の組み合わせを含む学習データを用いて、機械学習アルゴリズムに従って構築される。脱水システムの運転中は、制御システム6は、撮像装置29,31,64,65のうちの少なくとも1つによって生成された現在の画像データと、脱水システムの現在の状態データを学習済みモデルに入力し、脱水システムの最適な運転パラメータをモデルから出力するための演算を処理装置6bに実行させる。
The trained model is constructed according to a machine learning algorithm using training data including multiple combinations of past image data generated by at least one of the
汚泥をポリマーなどの凝集剤で凝集させて凝集フロックを形成し、その凝集フロックを含む汚泥を固液分離する場合の固液分離性能は、汚泥の種類や性状、使用する凝集剤、固液分離装置のタイプ等により異なる。その固液分離状態に関して状況変化が生じた場合に現場のプラント運転員が素早くその変化を察知し適宜運転条件を調整変更し、できるだけ連続的に固液分離性の最適化状態を維持する必要がある。この「汚泥の固液分離状態」に関して判断、評価する場合、その状態変化が色濃く強く出る箇所は汚泥の種類によって大きく異なるため、実施例は以下の3種類の異なる汚泥をそれぞれ対象とする脱水処理施設で行った。なお、これら3つの実施例で入力信号として採用し取込んだ項目は、汚泥性状の季節変動や運転環境の変化により増加、または減少させることにより効率化を図れる場合があることは言うまでもない。 When sludge is coagulated with a coagulant such as a polymer to form coagulated flocs, and the sludge containing the coagulated flocs is subjected to solid-liquid separation, the solid-liquid separation performance differs depending on the type and properties of the sludge, the coagulant used, the type of solid-liquid separation device, etc. If a change occurs in the solid-liquid separation state, the plant operator on-site must quickly detect the change and adjust and change the operating conditions as appropriate, thereby maintaining the optimized state of solid-liquid separation as continuously as possible. When judging and evaluating this "solid-liquid separation state of sludge," the points where the change in state is most pronounced and noticeable vary greatly depending on the type of sludge, so the examples were carried out at dewatering treatment facilities that handle the following three different types of sludge. It goes without saying that the items adopted and imported as input signals in these three examples may be increased or decreased due to seasonal fluctuations in sludge properties or changes in the operating environment, thereby improving efficiency.
上記実施例1~3では、3種類の異なる汚泥をそれぞれ対象とする脱水処理施設で稼働している図1に記載の軸摺動式のスクリュープレスを運転管理している各熟練運転員が、一定期間を通じて上述した運転パラメータ、及び前記画像データ(7ヶ所)を参考にしながら運転条件の最適化を行った。最適化のために運転条件を変更する度に、どの運転パラメータおよび画像データを根拠にして運転条件の変更を行ったかを記録し、それらの記録の統計データを基に多変量解析を行った。さらに、運転最適化のための運転操作項目変更の根拠となった各運転パラメータまたは各画像データの寄与度を統計的に整理し、3つの当該汚泥脱水処理施設においてそれぞれ特に重要かつ必要な採用入力データとしての運転パラメータまたは画像データを抽出した。その結果、各処理施設ごとに以下に示す入力データは、運転最適化にほぼ必要十分なデータであることが分かった。これらのデータを本脱水システムへの入力データとして取込み、出力データとして出された運転パラメータ内容が熟練運転員の実際の操作内容と合致する確率は、3処理施設ともに93%以上を示した。以下に実施例1~3の運転状況を個別に解説する。 In the above Examples 1 to 3, each skilled operator who operates and manages the shaft sliding screw press shown in Figure 1, which is operated in a dewatering treatment facility for three different types of sludge, optimized the operating conditions while referring to the above-mentioned operating parameters and the image data (seven locations) for a certain period of time. Each time the operating conditions were changed for optimization, the operating parameters and image data on which the operating conditions were changed were recorded, and multivariate analysis was performed based on the statistical data of these records. Furthermore, the contribution of each operating parameter or each image data that was the basis for changing the operating operation items for operation optimization was statistically organized, and operating parameters or image data that were particularly important and necessary as input data for adoption in each of the three sludge dewatering treatment facilities were extracted. As a result, it was found that the input data shown below for each treatment facility was almost necessary and sufficient data for operation optimization. When these data were imported as input data for this dewatering system, the probability that the operating parameter contents output as output data matched the actual operation contents of the skilled operator was 93% or more for all three treatment facilities. The operating conditions of Examples 1 to 3 are explained individually below.
運転記録データ、本脱水システム採用による出力データ、及びそれらの統計解析結果より、実施例1の下水混合生汚泥では、「脱水装置内圧力」、「スクリュー軸トルク」、「スクリュー出口付近ろ液排出画像」の3つの要素により、おおよその固液分離状態を判断、評価することができることが分かった。この3つの入力データを用いた脱水システムの出力データと熟練運転員の実際の操作内容の合致率は94%に達した。図5に実施例1の試験結果を示す。一般的に、混合生汚泥は固液分離性に寄与する74μm以上粗浮遊物(大きいほど固液分離性良好)が10~40%と比較的多く、コシのある強固な脱水ケーキを形成し、ケーキ含水率は60~70%程度まで脱水される。このため、その脱水性能が脱水装置内の圧力やスクリュー軸トルクに強く反映され、また脱水ろ液画像(後段)により脱水工程の最終段階での固液分離状態(ろ液の滴り具合)が特徴的に画像として現れたと考えられる。
尚、本試験の運転期間における脱水ケーキの含水率は所定の汚泥流量に対して、目標の含水率を達成した。
From the operation record data, the output data from the dehydration system, and the statistical analysis results, it was found that the solid-liquid separation state of the sewage mixed raw sludge in Example 1 can be roughly judged and evaluated by three elements: "pressure inside the dehydrator,""screw shaft torque," and "image of filtrate discharged near the screw outlet." The matching rate between the output data of the dehydration system using these three input data and the actual operation contents of the skilled operator reached 94%. Figure 5 shows the test results of Example 1. In general, mixed raw sludge has a relatively large amount of 10 to 40% of coarse floating matter of 74 μm or more (the larger the better the solid-liquid separation), which contributes to solid-liquid separation, and forms a firm dehydrated cake with a firm texture, and the cake moisture content is dehydrated to about 60 to 70%. For this reason, it is considered that the dehydration performance is strongly reflected in the pressure inside the dehydrator and the screw shaft torque, and the dehydrated filtrate image (later stage) characteristically shows the solid-liquid separation state (the dripping of the filtrate) at the final stage of the dehydration process.
The moisture content of the dehydrated cake during the operation period of this test achieved the target moisture content for a given sludge flow rate.
運転記録データ、本脱水システム採用による出力データ、及びそれらの統計解析結果より、実施例2の混合バイオマスメタン発酵系汚泥では、「濃縮装置上部画像」のみでおおよその固液分離状態を判断、評価することができることが分かった。この入力データのみを用いた本脱水システムの出力データと熟練運転員の実際の操作内容の合致率は93%に達した。図6に実施例2の試験結果を示す。 From the operation record data, the output data from this dehydration system, and the results of their statistical analysis, it was found that in the mixed biomass methane fermentation sludge of Example 2, the solid-liquid separation state can be roughly determined and evaluated using only the "image of the upper part of the thickening device." The matching rate between the output data of this dehydration system using only this input data and the actual operation content of an experienced operator reached 93%. Figure 6 shows the test results for Example 2.
一般的に、混合バイオマスメタン発酵系汚泥中には、塩類濃度が比較的大きい食品加工品や食品残査が多いことから、凝集剤の適性添加率が対固形物当たり4%を超える場合もある。さらに、日々メタン発酵槽に投入する有機物は質も量も変動が大きく、凝集剤の注入率を適正範囲内に制御することが該汚泥の固液分離性にとって最も重要である。その適正注入率変動具合をリアルタイムで正確に表現できていたのが濃縮装置水切りゾーンにおける凝集凝縮汚泥の動き(広がり、転がり方、固液界面等)であったと考えられる。熟練運転員としてはこの濃縮装置水切りゾーンの上部からの画像を常時監視することで凝集剤の適正注入率の変動を主たる原因とする固液分離性変化を素早く察知し、脱水システムの運転条件を再度最適化することができていたと考えられる。
尚、本試験の運転期間における脱水ケーキの含水率は所定の汚泥流量に対して、目標の含水率を達成した。
In general, mixed biomass methane fermentation sludge contains a large amount of processed food products and food residues with relatively high salt concentrations, so the appropriate flocculant addition rate may exceed 4% per solid. Furthermore, the organic matter fed into the methane fermentation tank varies greatly in both quality and quantity every day, so controlling the flocculant injection rate within an appropriate range is the most important factor for the solid-liquid separability of the sludge. It is believed that the movement of the flocculant-concentrated sludge in the draining zone of the thickener (spreading, rolling, solid-liquid interface, etc.) was able to accurately express the fluctuation in the appropriate injection rate in real time. It is believed that an experienced operator could quickly detect changes in solid-liquid separability caused mainly by fluctuations in the appropriate flocculant injection rate by constantly monitoring images from the top of the draining zone of the thickener, and re-optimize the operating conditions of the dewatering system.
The moisture content of the dehydrated cake during the operation period of this test achieved the target moisture content for a given sludge flow rate.
運転記録データ、本脱水システム採用による出力データ、及びそれらの統計解析結果より、実施例3の飲料水製造工場廃水の活性汚泥処理施設における余剰汚泥では、「凝集混和槽内の凝集フロックの画像」、「濃縮装置の上部画像」、「脱水装置からの濁質リーク状態」、「脱水ろ液の濁度を示す画像」、及び「汚泥のpH」と「脱水装置内圧力」の計6つの要素を見て総合的に評価することで、おおよその固液分離状態を判断、評価することができることが分かった。この6つの入力データを用いた本脱水システムの出力データと熟練運転員の実際の操作内容の合致率は95%に達した。図7に実施例3の試験結果を示す。今回対象とした飲料水製造工場廃水処理施設の余剰汚泥は、固液分離性に寄与する74μm以上粗浮遊物が3%未満と非常に小さく、同じく固液分離性に影響するVTS(小さいほど固液分離性良好)も88%と比較的大きく、難脱水性の汚泥性状であったが、熟練運転員が経験的に知る凝集フロックの形状や質感、濃縮装置上部での汚泥の動き、脱水装置からのSSリーク状態等の画像を中心としたデータを基にして本脱水システムにより最適運転パラメータを出力させることにより、この難脱水性汚泥の特徴を読み込んだ熟練運転員並みの運転操作が可能になったと考えられる。
尚、本試験の運転期間における脱水ケーキの含水率は所定の汚泥流量に対して、目標の含水率を達成した。
From the operation record data, the output data from the dehydration system, and the statistical analysis results, it was found that the solid-liquid separation state of the excess sludge in the activated sludge treatment facility for wastewater from a drinking water manufacturing plant in Example 3 can be roughly judged and evaluated by comprehensively evaluating six elements: "image of the flocculated flocs in the flocculation mixing tank,""image of the top of the thickener,""state of turbidity leakage from the dehydrator,""image showing the turbidity of the dehydration filtrate,""pH of the sludge," and "pressure inside the dehydrator." The matching rate between the output data of the dehydration system using these six input data and the actual operation contents of an experienced operator reached 95%. The test results of Example 3 are shown in Figure 7. The excess sludge from the drinking water manufacturing plant wastewater treatment facility that was the subject of this study had an extremely low ratio of coarse suspended matter of 74 μm or more, which contributes to solid-liquid separation, at less than 3%, and a relatively high VTS of 88%, which also affects solid-liquid separation (the smaller the VTS, the better the solid-liquid separation), making the sludge difficult to dewater. However, by using this dewatering system to output optimal operating parameters based on data mainly consisting of images of the shape and texture of the coagulated flocs, the movement of the sludge at the top of the thickening device, and the state of SS leakage from the dewatering device, which are known from experience by experienced operators, it is believed that it is possible to operate the sludge at the same level as an experienced operator who can understand the characteristics of this difficult-to-dewaterable sludge.
The moisture content of the dehydrated cake during the operation period of this test achieved the target moisture content for a given sludge flow rate.
上述の実施形態は、目標含水率を達成しながら現状の最適な運転パラメータを出力するものであるが、将来の運転状態の予測に応用することも可能であり、例えば、本脱水システムにおける将来の排出される脱水ケーキの含水率や将来起こり得る脱水工程における設備の運転不良の予測も可能である。 The above-described embodiment outputs the current optimal operating parameters while achieving the target moisture content, but it can also be applied to predict future operating conditions. For example, it is possible to predict the moisture content of future dehydrated cake discharged from this dehydration system and possible future malfunctions of equipment in the dehydration process.
一実施形態では、制御システム6は、脱水システムの最適な運転パラメータを出力する上述した学習済みモデルに加えて、または代えて、脱水システムの運転が正常であるか異常であるかを判定するための学習済みモデルを備えてもよい。脱水システムの運転状態に異常が起こると、得られる脱水ケーキの含水率が高くなり、後段の処理に多大な影響を及ぼすことがある。このような運転異常は、頻度は高くないものの、脱水システムの運転異常が起きた場合には、これを正しく検出することが重要である。
In one embodiment, the
そこで、本実施形態は、学習済みモデルを用いて、脱水システムの運転異常を正しく検出することができる脱水システムを提供する。以下の説明では、脱水システムの最適な運転パラメータを出力する上述した学習済みモデルを第1学習済みモデルと称し、脱水システムの運転が正常または異常であるかを判定するための学習済みモデルを第2学習済みモデルと称する。 Therefore, this embodiment provides a dehydration system that can correctly detect operational abnormalities in the dehydration system using a trained model. In the following description, the trained model that outputs optimal operating parameters for the dehydration system is referred to as the first trained model, and the trained model for determining whether the operation of the dehydration system is normal or abnormal is referred to as the second trained model.
制御システム6の記憶装置6aには、第2学習済みモデルが格納されている。一例では、第2学習済みモデルは、ニューラルネットワークから構成されている。記憶装置6aには、第2学習済みモデルを機械学習アルゴリズムに従って構築するためのプログラムが格納されている。処理装置6bは、プログラムに含まれる命令に従って演算を実行することによって第2学習済みモデルを構築する。第2学習済みモデルの詳細は、第1学習済みモデルと同様であるので、その重複する説明を省略する。
The second trained model is stored in the
第2学習済みモデルは、ケーキ撮像装置64によって生成された過去の画像データと、脱水システムの運転状態が正常または異常であることを示す運転指標値との複数の組み合わせを含む学習データを用いて、機械学習アルゴリズムに従って構築されたモデルである。ケーキ撮像装置64は、図1、図3、および図4に示すように、脱水装置5によって形成されたケーキ(低含水率の濁質残渣)の画像データを生成するように配置されている。一例では、ケーキ撮像装置64は、脱水装置5によって形成されたケーキを搬出するための排出コンベヤ(図示せず)の上方に配置され、排出コンベヤ上のケーキの画像データを生成するように配置されてもよい。
The second trained model is a model constructed according to a machine learning algorithm using training data including multiple combinations of past image data generated by the
ケーキ撮像装置64によって生成された過去の画像データは説明変数であり、脱水システムの運転状態が正常または異常であることを示す運転指標値は目的変数である。脱水システムの運転状態が正常または異常であるかは、運転員によって決定される。運転指標値の例としては、脱水システムの運転状態が正常であることを示す第1数値(例えば0)と、脱水システムの運転状態が異常であることを示す第2数値(例えば1)が挙げられる。脱水システムの運転状態が異常である原因としては、凝集剤の溶解濃度不良、想定外の汚泥濃度変動、脱水装置5内での汚泥の詰まりなどが挙げられる。
The past image data generated by the
第2学習済みモデルのパラメータ(重みなど)を最適化するために、ケーキ撮像装置64によって生成された画像データと、脱水システムの運転状態が正常または異常であることを示す運転指標値との多数の組み合わせを含む学習データ(訓練データまたは教師データともいう)が用意される。制御システム6は、この学習データを用いて機械学習アルゴリズムにより第2学習済みモデルを構築する。第2学習済みモデルのパラメータには、重みの他に、バイアスが含まれることがある。このようにして構築された第2学習済みモデルは、記憶装置6a内に格納される。
In order to optimize the parameters (weights, etc.) of the second learned model, learning data (also called training data or teacher data) is prepared, which includes a large number of combinations of image data generated by the
脱水システムの運転中、制御システム6は、現在の画像データを所定の周期でケーキ撮像装置64から取得し、記憶装置6a内に記憶する。制御システム6は、画像データを第2学習済みモデルに入力し、脱水システムの運転状態が正常または異常であることを示す運転指標値を第2学習済みモデルから出力するための演算を処理装置6bに実行させる。
When the dehydration system is operating, the
図8は、脱水システムの運転中に第2学習済みモデルから出力された運転指標値の時間変化を示すグラフである。図8において、縦軸は、運転指標値を表し、横軸は運転時間を表す。第2学習済みモデルによる判定結果の出力の間隔は適宜設定される。図8では、秒単位の例を示しているが、より間隔を開けて、分単位、時間単位、日単位としてもよい。図8のグラフの前半では、運転が正常であることを示す数値0が続くが、徐々に運転異常を示す数値1が出力される。図8に示すように、同じ数値が連続的に第2学習済みモデルから出力される間、時々異なる数値が出力されることがある。これは、第2学習済みモデルが脱水システムの運転状態を正しく判定できなかったためである。
Figure 8 is a graph showing the change over time in the operation index value output from the second trained model while the dehydration system is operating. In Figure 8, the vertical axis represents the operation index value, and the horizontal axis represents the operation time. The interval at which the judgment result is output by the second trained model is set as appropriate. Figure 8 shows an example in seconds, but the interval may be longer, such as in minutes, hours, or days. In the first half of the graph in Figure 8, the
図9は、図8に示す運転指標値の移動平均の時間的変化を示すグラフである。図8において、縦軸は、運転指標値の移動平均を表し、横軸は運転時間を表す。制御システム6は、第2学習済みモデルから出力された運転指標値の移動平均を算定する。移動平均の時間間隔は適宜設定される。制御システム6は、運転指標値の移動平均をしきい値と比較し、運転指標値の移動平均がしきい値を超えたときに、脱水システムの運転に異常が起きていることを決定する。そして、制御システム6は、脱水システムの運転異常を示す警報を発する。運転員は、警報により、脱水システムの運転に異常が起きていることを知ることができるので、処理システムに対して適切な処置を施すことにより、運転異常を解消することができる。
Figure 9 is a graph showing the change over time in the moving average of the operation index value shown in Figure 8. In Figure 8, the vertical axis represents the moving average of the operation index value, and the horizontal axis represents the operation time. The
図9から分かるように、運転指標値の移動平均は、一旦しきい値を超えた後も変動し続けるので、しきい値を超えたり、下回ったりする。そこで、制御システム6は、脱水システムの運転に異常が起きていることを一旦決定すると、運転指標値の移動平均が所定の正常レベルにまで低下しない限り、運転異常の決定動作をせず、警報を解除しない。脱水システムの運転異常が解消されると、運転指標値の移動平均は徐々に低下する。制御システム6は、運転指標値の移動平均が所定の正常レベルにまで低下すると、脱水システムの運転異常の決定動作をリセットし、運転異常の決定動作を再開する。さらに、制御システム6は、警報を解除する。
As can be seen from FIG. 9, the moving average of the operation index value continues to fluctuate even after it exceeds the threshold value, so it exceeds and falls below the threshold value. Therefore, once the
本実施形態によれば、制御システム6は、第2学習済みモデルから出力された運転指標値に基づいて、脱水システムに異常が起きていることを正しく決定することができる。
According to this embodiment, the
制御システム6は、脱水システムの最適な運転パラメータを出力する第1学習済みモデルと、脱水システムの運転が正常であるか異常であるかを判定する第2学習済みモデルのいずれか、または両方を備えてもよい。
The
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。 The above-described embodiments have been described with the aim of enabling a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains to practice the present invention. Various modifications of the above-described embodiments would naturally be possible for a person skilled in the art, and the technical concept of the present invention may also be applied to other embodiments. Therefore, the present invention is not limited to the described embodiments, but is to be interpreted in the broadest scope in accordance with the technical concept defined by the scope of the claims.
1 懸濁液貯留槽
3 凝集装置
4 濃縮装置
5 脱水装置
6 制御システム
6a 記憶装置
6b 処理装置
7 凝集混和槽
8 攪拌機
9 攪拌羽根
10 攪拌モータ
12 ポンプ
14 汚泥導入管
18 汚泥移送管
22 温度センサ
24 汚泥濃度計
26 水供給ライン
27 流量制御弁
28 凝集剤供給装置
29 懸濁液撮像装置
31 凝集物撮像装置
32 濃縮物撮像装置
33 分離液撮像装置
35 投入口
36 ろ過筒
37 スクリュー軸
38 スクリュー羽根
40 スクリューモータ
41 排出室
42 軸摺動アクチュエータ
44 閉塞壁
45 ろ液受け
46 ドレイン
50 背圧板
51 背圧板駆動装置
52 プラグ
53 排出口
55 洗浄装置
61 圧力センサ
64 ケーキ撮像装置
65 脱水ろ液撮像装置
66 ろ過筒撮像装置
71 第1スクリュー
71A 第1スクリュー軸
71B 第1スクリュー羽根
72 第2スクリュー
72A 第2スクリュー軸
72B 第2スクリュー羽根
75 第1スクリューモータ
76 第2スクリューモータ
77 プラグ
80 造粒槽
82 前処理ろ布ベルト
83a~83c 支持ローラ
86 第1ろ布ベルト
88a~88e 第1ガイドローラ
90 第2ろ布ベルト
91a~91f 第2ガイドローラ
95A~95E 圧搾ローラ
98 駆動装置
98A 電動機
98B 駆動ホイール
98C ベルト
100 電動機
101 第1ろ布緊張装置
102 第2ろ布緊張装置
LIST OF
Claims (8)
汚泥を貯留する懸濁液貯留槽と、
前記汚泥と凝集剤を攪拌して凝集物を形成する凝集装置と、
前記凝集物から液体を除去し、濃度3~50wt%のケーキを形成する脱水装置と、
前記汚泥から除去された液体の画像データを生成する撮像装置と、
機械学習アルゴリズムにより構築された学習済みモデルを有する制御システムを備え、
前記制御システムは、前記学習済みモデルが格納された記憶装置と、前記画像データおよび状態データを前記学習済みモデルに入力し、前記脱水装置から排出されるケーキの含水率を目標範囲内に収めることができる前記脱水システムの最適な運転パラメータを前記学習済みモデルから出力するための演算を実行する処理装置を備えており、
前記状態データは、前記凝集装置への前記汚泥の流量、前記汚泥の性状、および前記凝集剤の流量を含む、脱水システム。 1. A dewatering system for removing liquid from sludge, comprising:
a suspension storage tank for storing sludge;
a flocculation device for mixing the sludge and a flocculant to form a floc;
a dewatering device for removing liquid from the agglomerate to form a cake having a concentration of 3 to 50 wt %;
an imaging device for generating image data of the liquid removed from the sludge;
A control system having a trained model constructed by a machine learning algorithm,
The control system includes a storage device in which the trained model is stored, and a processing device that inputs the image data and status data into the trained model and executes a calculation to output, from the trained model, optimal operating parameters of the dehydration system that can keep the moisture content of the cake discharged from the dehydration device within a target range;
The status data includes a flow rate of the sludge to the flocculation device, a property of the sludge, and a flow rate of the flocculant.
汚泥を貯留する懸濁液貯留槽と、
前記汚泥と凝集剤を攪拌して凝集物を形成する凝集装置と、
前記凝集物から液体を除去し、濃度3~15wt%の濃縮物を形成する濃縮装置と、
前記濃縮物から液体を除去し、濃度3~50wt%のケーキを形成する脱水装置と、
前記汚泥から除去された液体の画像データを生成する撮像装置と、
機械学習アルゴリズムにより構築された学習済みモデルを有する制御システムを備え、
前記制御システムは、前記学習済みモデルが格納された記憶装置と、前記画像データおよび状態データを前記学習済みモデルに入力し、前記脱水装置から排出されるケーキの含水率を目標範囲内に収めることができる前記脱水システムの最適な運転パラメータを前記学習済みモデルから出力するための演算を実行する処理装置を備えており、
前記状態データは、前記凝集装置への前記汚泥の流量、前記汚泥の性状、および前記凝集剤の流量を含む、脱水システム。 1. A dewatering system for removing liquid from sludge, comprising:
a suspension storage tank for storing sludge;
a flocculation device for mixing the sludge and a flocculant to form a floc;
a concentrator for removing liquid from the agglomerate to form a concentrate having a concentration of 3-15 wt %;
a dewatering device for removing liquid from the concentrate to form a cake having a concentration of 3 to 50 wt %;
an imaging device for generating image data of the liquid removed from the sludge;
A control system having a trained model constructed by a machine learning algorithm,
The control system includes a storage device in which the trained model is stored, and a processing device that inputs the image data and status data into the trained model and executes a calculation to output, from the trained model, optimal operating parameters of the dehydration system that can keep the moisture content of the cake discharged from the dehydration device within a target range;
The status data includes a flow rate of the sludge to the flocculation device, a property of the sludge, and a flow rate of the flocculant.
前記凝集装置への汚泥の流量の適正範囲に対する過不足、
前記凝集剤の適合性に対する適不適、
前記凝集剤の流量の適正範囲に対する過不足、
前記凝集装置の攪拌速度の適正範囲に対する過不足、
前記凝集装置に供給される水の流量の適正範囲に対する過不足、
のうちの少なくとも1つを含む、請求項1に記載の脱水システム。 The operating parameters output from the trained model are
The flow rate of sludge to the flocculation device is in excess of or insufficient to the proper range,
suitability of the flocculant;
The flow rate of the flocculant is insufficient or excessive with respect to the appropriate range,
The stirring speed of the flocculation device is in excess of or insufficient to the appropriate range,
The flow rate of the water supplied to the flocculation device is in excess of or insufficient to the appropriate range.
The dehydration system of claim 1 , comprising at least one of:
前記学習済みモデルから出力される前記運転パラメータは、
前記スクリュー軸の回転速度の適正範囲に対する過不足、
前記スクリュー軸の回転トルクの適正範囲に対する過不足、
のうちの少なくとも1つをさらに含む、請求項1に記載の脱水システム。 The dehydration device is a screw press including a screw shaft disposed in a filter cylinder and a screw blade fixed to an outer surface of the screw shaft,
The operating parameters output from the trained model are
The rotation speed of the screw shaft is in excess of or insufficient to the appropriate range,
The rotation torque of the screw shaft is insufficient or excessive with respect to the appropriate range.
The dehydration system of claim 1 , further comprising at least one of:
前記学習済みモデルから出力される前記運転パラメータは、
前記第1スクリューの回転速度の適正範囲に対する過不足、
前記第2スクリューの回転速度の適正範囲に対する過不足、
前記第1スクリューの回転トルクの適正範囲に対する過不足、
前記第2スクリューの回転トルクの適正範囲に対する過不足、
のうちの少なくとも1つをさらに含む、請求項1に記載の脱水システム。 The dewatering device is a two-stage screw press including a first screw and a second screw arranged in a filter cylinder for transporting sludge,
The operating parameters output from the trained model are
The rotation speed of the first screw is insufficient or excessive with respect to the appropriate range,
The rotation speed of the second screw is insufficient or excessive with respect to the appropriate range.
the rotational torque of the first screw being insufficient or excessive relative to an appropriate range;
the rotation torque of the second screw being insufficient or excessive relative to the appropriate range;
The dehydration system of claim 1 , further comprising at least one of:
前記学習済みモデルから出力される前記運転パラメータは、
前記第1ろ布ベルトおよび前記第2ろ布ベルトの移動速度、
前記第1ろ布ベルトおよび前記第2ろ布ベルトの緊張力、
のうちの少なくとも1つを含む、請求項1に記載の脱水システム。 The dewatering device is a belt press type dewatering device having a first filter cloth belt and a second filter cloth belt that sandwich and squeeze the sludge,
The operating parameters output from the trained model are
the moving speeds of the first filter cloth belt and the second filter cloth belt;
tension of the first filter cloth belt and the second filter cloth belt;
The dehydration system of claim 1 , comprising at least one of:
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