特開 2023-107286 水処理システム、制御装置、水処理方法およびプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023107286

(43)【公開日】2023-08-03

(54)【発明の名称】水処理システム、制御装置、水処理方法およびプログラム

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/52 20230101AFI20230727BHJP

【ＦＩ】

C02F1/52 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022008388

(22)【出願日】2022-01-24

(71)【出願人】

【識別番号】000004400

【氏名又は名称】オルガノ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100123788

【弁理士】

【氏名又は名称】宮崎 昭夫

(74)【代理人】

【識別番号】100127454

【弁理士】

【氏名又は名称】緒方 雅昭

(72)【発明者】

【氏名】福水 圭一郎

(72)【発明者】

【氏名】山本 太一

【テーマコード（参考）】

4D015

【Ｆターム（参考）】

4D015BA19

4D015BA21

4D015BB09

4D015BB12

4D015CA02

4D015DA04

4D015DA05

4D015DA13

4D015DB01

4D015DC07

4D015DC08

4D015EA03

4D015EA12

4D015EA33

4D015FA01

4D015FA02

4D015FA12

4D015FA13

4D015FA26

(57)【要約】

【課題】生物処理状況に応じて凝集剤の添加量を適切に制御することができる水処理システムを提供する。
【解決手段】水処理システム１は、有機物を含有する被処理水を生物処理する生物反応槽２０と、生物処理した生物処理水を貯留する凝集反応槽２１と、生物反応槽２０に貯留された被処理水から放出される気体の濃度を測定する気体濃度測定手段１１と、気体濃度測定手段１１が測定した気体の濃度の測定値に基づき、凝集反応槽２１に貯留された生物処理水に添加する凝集剤の添加量を制御する制御手段１２と、を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

有機物を含有する被処理水を生物処理する生物反応槽と、
前記生物処理した生物処理水を貯留する凝集反応槽と、
前記生物反応槽に貯留された前記被処理水から放出される気体の濃度を測定する気体濃度測定手段と、
前記気体濃度測定手段が測定した前記気体の濃度の測定値に基づき、前記凝集反応槽に貯留された前記生物処理水に添加する凝集剤の添加量を制御する制御手段と、を有する水処理システム。

【請求項2】

請求項１に記載の水処理システムにおいて、
前記気体濃度測定手段は二酸化炭素濃度測定器を含む水処理システム。

【請求項3】

請求項１または２に記載の水処理システムにおいて、
前記凝集剤が添加された前記生物処理水に含まれる凝集物を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段が撮像した画像から前記凝集物の凝集状態を示す特徴量を算出する画像処理手段と、をさらに有し、
前記制御手段は、前記気体濃度測定手段が測定した前記気体の濃度の測定値と前記画像処理手段が算出した前記凝集物の前記特徴量とに基づき、前記凝集剤の添加量を制御する水処理システム。

【請求項4】

請求項３に記載の水処理システムにおいて、
前記画像処理手段は、前記撮像手段が撮像した画像について隣接する画素との色差が規定値を越える画素であるエッジピクセルを検出し、前記エッジピクセルに基づいて前記凝集物の前記特徴量を算出する水処理システム。

【請求項5】

請求項３または４に記載の水処理システムにおいて、
前記制御手段は、前記気体濃度測定手段が測定した前記気体の濃度の測定値に基づいて前記凝集剤の添加量を制御する第１の制御と、前記画像処理手段が算出した前記凝集物の前記特徴量に基づいて前記凝集剤の添加量を制御する第２の制御と、を実行可能であり、前記第１および第２の制御の一方を所定時間毎に実行し、前記所定時間の期間内は、前記第１および第２の制御の他方を実行する水処理システム。

【請求項6】

請求項５に記載の水処理システムにおいて、
前記制御手段は、前記所定時間の期間内に前記第２の制御を実行し、単位時間当たりの前記気体の濃度の変化量が閾値を越えた場合は、前記第２の制御に替えて前記第１の制御を実行する水処理システム。

【請求項7】

請求項５または請求項６に記載の水処理システムにおいて、
前記制御手段は、前記所定時間の期間内に前記第１の制御を実行し、単位時間当たりの前記凝集物の前記特徴量の変化量が閾値を越えた場合は、前記第１の制御に替えて前記第２の制御を実行する水処理システム。

【請求項8】

有機物を含有する被処理水を生物処理する工程と、
前記生物処理で生じる気体の濃度を測定する工程と、
前記生物処理を行った生物処理水に凝集剤を添加するとともに、前記気体の濃度の測定値に基づき、前記凝集剤の添加量を制御する工程と、を含む水処理方法。

【請求項9】

有機物を含有する被処理水を生物処理した際に生じる気体の濃度を測定する気体濃度測定手段と、
前記気体濃度測定手段が測定した前記気体の濃度の測定値に基づき、前記被処理水を生物処理した生物処理水に添加する凝集剤の添加量を制御する制御手段と、を有する制御装置。

【請求項10】

コンピュータに、
有機物を含有する被処理水を生物処理した際に生じる気体の濃度を測定する気体濃度測定手段から前記気体の濃度の測定値を取得する手順と、
前記気体の濃度の測定値に基づいて、前記被処理水を生物処理した生物処理水に添加する凝集剤の添加量を制御する手順と、を実行させるためのプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水処理システム、制御装置、水処理方法およびプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

下水処理場、浄水場、排水処理施設等では、汚濁物質の物理的性状に応じた水処理が行われており、その中の一つに、有機物を微生物に分解させる生物処理を利用したものがある。この種の水処理では、有機物を含む原水（以下、被処理水）に生物処理を施した後、生物処理水に含まれる懸濁物質を除去する凝集固液分離処理が行われる。被処理水に含まれる有機物（特に低分子有機物）の多くは、そのままの状態では凝集できないため、生物処理して凝集可能な状態とする。凝集固液分離処理では、凝集剤を添加して懸濁物質を粗大化させる凝集操作と、凝集操作により発生した凝集物（フロック）を分離する固液分離操作が行われる。
被処理水に含まれる有機物の負荷が経時変化すると、それに伴って生物処理水に含まれる生物由来の懸濁物質（生物増殖で生じた物質、生物死骸等）の量も変化する。このため、生物処理状況に応じて、凝集操作における凝集剤の添加量を適切に制御することが好ましい。特許文献１には、凝集反応槽に流入する生物処理水のＢＯＤ（Ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｏｘｙｇｅｎ Ｄｅｍａｎｄ：生物化学的酸素要求量）濃度を吸光度センサで測定し、ＢＯＤ濃度の測定値に基づいて凝集剤の添加量を制御する処理方法が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００４－１４８１４６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の処理方法において、吸光度センサは、生物処理水中に光ビームを通過させることで、生物処理水中の汚濁成分による吸収または分散を測定する。しかし、生物処理水には、生物処理で生じる物質以外の懸濁物質も含まれている。このため、吸光度センサでは、ＢＯＤ濃度を正確に測定することは困難である。
また、吸光度センサは、生物処理水の流路中に挿入されるため、センサ部が汚れてＢＯＤ濃度を正確に測定することができなくなるおそれがある。
上記のように、特許文献１に記載の処理方法では、ＢＯＤ濃度を正確に測定することができないために、生物処理状況に応じて凝集剤の添加量を適切に制御することは困難である。

【0005】

本発明の目的は、生物処理状況に応じて凝集剤の添加量を適切に制御することができる水処理システム、制御装置、水処理方法およびプログラムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様によれば、
有機物を含有する被処理水を生物処理する生物反応槽と、
前記生物処理した生物処理水を貯留する凝集反応槽と、
前記生物反応槽に貯留された前記被処理水から放出される気体の濃度を測定する気体濃度測定手段と、
前記気体濃度測定手段が測定した前記気体の濃度の測定値に基づき、前記凝集反応槽に貯留された前記生物処理水に添加する凝集剤の添加量を制御する制御手段と、を有する水処理システムが提供される。

【0007】

前記気体濃度測定手段は、二酸化炭素濃度測定器を含むことが好ましい。

【0008】

前記凝集剤が添加された前記生物処理水に含まれる凝集物を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段が撮像した画像から前記凝集物の凝集状態を示す特徴量を算出する画像処理手段と、をさらに有し、
前記制御手段は、前記気体濃度測定手段が測定した前記気体の濃度の測定値と前記画像処理手段が算出した前記凝集物の前記特徴量とに基づき、前記凝集剤の添加量を制御することが好ましい。

【0009】

前記画像処理手段は、前記撮像手段が撮像した画像について隣接する画素との色差が規定値を越える画素であるエッジピクセルを検出し、前記エッジピクセルに基づいて前記凝集物の前記特徴量を算出することが好ましい。

【0010】

前記制御手段は、前記気体濃度測定手段が測定した前記気体の濃度の測定値に基づいて前記凝集剤の添加量を制御する第１の制御と、前記画像処理手段が算出した前記凝集物の前記特徴量に基づいて前記凝集剤の添加量を制御する第２の制御と、を実行可能であり、前記第１および第２の制御の一方を所定時間毎に実行し、前記所定時間の期間内は、前記第１および第２の制御の他方を実行することが好ましい。

【0011】

前記制御手段は、前記所定時間の期間内に前記第２の制御を実行し、単位時間当たりの前記気体の濃度の変化量が閾値を越えた場合は、前記第１の制御に切り替えることが好ましい。

【0012】

前記制御手段は、前記所定時間の期間内に前記第１の制御を実行し、単位時間当たりの前記凝集物の前記特徴量の変化量が閾値を越えた場合は、前記第２の制御に切り替えることが好ましい。

【0013】

前記凝集剤が添加された前記生物処理水から前記凝集物を浮上分離する浮上分離槽をさらに有することが好ましい。

【0014】

また、本発明の別の態様によれば、
有機物を含有する被処理水を生物処理する工程と、
前記生物処理で生じる気体の濃度を測定する工程と、
前記生物処理を行った生物処理水に凝集剤を添加するとともに、前記気体の濃度の測定値に基づき、前記凝集剤の添加量を制御する工程と、を含む水処理方法が提供される。

【0015】

また、本発明のさらに別の態様によれば、
有機物を含有する被処理水を生物処理した際に生じる気体の濃度を測定する気体濃度測定手段と、
前記気体濃度測定手段が測定した前記気体の濃度の測定値に基づき、前記被処理水を生物処理した生物処理水に添加する凝集剤の添加量を制御する制御手段と、を有する制御装置が提供される。

【0016】

また、本発明のさらに別の態様によれば、
コンピュータに、
有機物を含有する被処理水を生物処理した際に生じる気体の濃度を測定する気体濃度測定手段から前記気体の濃度の測定値を取得する手順と、
前記気体の濃度の測定値に基づいて、前記被処理水を生物処理した生物処理水に添加する凝集剤の添加量を制御する手順と、を実行させるためのプログラムが提供される。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、生物処理状況に応じて凝集剤の添加量を適切に制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の第１の実施形態による水処理システムの構成を示すブロック図である。

【図2】図１に示した制御手段の一構成例を示すブロック図である。

【図3】制御用特性データの一例を示す図である。

【図4】制御用特性データの別の例を示す図である。

【図5】図１に示した水処理システムで実行される水処理方法の一例を説明するためのフローチャートである。

【図6】本発明の第２の実施形態による水処理システムの構成を示すブロック図である。

【図7】凝集剤の添加量の制御の一例を説明するための図である。

【図8】凝集子液分離処理前後のＬＣ－ＯＣＤの一測定例を示す図である。

【図9】本発明の第３の実施形態による水処理システムの構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。但し、実施形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の範囲をそれらに限定する趣旨のものではない。

【0020】

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態による水処理システムの構成を示すブロック図である。図１を参照すると、水処理システム１は、制御装置１０、生物反応槽２０、凝集反応槽２１、フロック形成槽２２、浮上分離槽２３および凝集剤貯槽２４を有する。

【0021】

生物反応槽２０は、有機物を含有する被処理水（原水）を貯留し、有機物を微生物に分解させる生物処理を施す槽である。被処理水は、例えば顧客から提供される排水等であってもよく、ＳＳ（Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ Ｓｏｌｉｄ）と呼ばれる懸濁物質や不溶化したい物質を含んでいてもよい。生物処理として、好気処理法と嫌気処理法のいずれも適用可能であるが、本実施形態では、好気処理法の一例である生物膜法を適用する。生物膜法とは、担体に微生物を付着させ、付着した微生物を利用した生物反応により被処理水中の有機物を処理する方法である。微生物が有機物を消費するためには酸素が必要となるため、生物反応槽２０には、被処理水をばっ気する機構（微生物に必要な酸素を供給するためのエアバブリング機構）が設けられている。ばっ気により微生物が増殖して浮遊性の懸濁物質を発生する。浮遊性の懸濁物質は、多数の微生物の他、有機性および無機性の浮遊物質を含む。

【0022】

凝集反応槽２１は、配管を介して生物反応槽２０と連結されており、生物処理水が生物反応槽２０から凝集反応槽２１に流入する。生物処理水は、被処理水を生物処理したものであり、生物由来の懸濁物質（微生物の増殖で生じた物質、生物死骸等）を含む。凝集反応槽２１は、生物処理水を貯留し、生物処理水に凝集剤を添加して第１凝集操作を行う槽である。第１凝集操作では、凝結反応によって懸濁物質を凝集した微小な塊である凝集物（フロック）を析出させる。第１凝集操作で使用する凝集剤は、例えば、アルミニウム系（ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）、硫酸バンド等）、鉄系（ポリ鉄、塩化第二鉄）等の無機凝集剤や有機凝結剤であるが、これらに限定されない。

【0023】

なお、凝集反応槽２１には、生物処理水の水素イオン指数（ｐＨ）を調整するためのｐＨ調整剤も添加されている。ここで、水素イオン指数（ｐＨ）は、溶液の酸性およびアルカリ性の程度を表す。凝集反応槽２１には、撹拌機構が設けられており、凝集剤やｐＨ調整剤を撹拌させることが可能である。また、必要に応じてバッファ槽およびポンプを凝集反応槽２１と生物反応槽２０との間の配管の途中に設けて、凝集反応槽２１への生物処理水の流入量を適宜に調整してもよい。

【0024】

フロック形成槽２２は、配管を介して凝集反応槽２１と連結されており、第１凝集操作が行われた生物処理水が凝集反応槽２１からフロック形成槽２２に流入する。フロック形成槽２２は、第１凝集操作が行われた生物処理水に凝集剤を添加してフロックを粗大化する第２凝集操作を行う凝集反応槽である。第２凝集操作では、生物処理水中の浮遊物質や第１凝集操作で形成された微小なフロックを絡め取ることで、さらに大きなフロックが形成される。第２凝集操作で使用する凝集剤は、ポリマー等の有機凝集剤（高分子凝集剤）である。ポリマーは、カチオンであっても、アニオンであってもよい。

【0025】

浮上分離槽２３は、配管を介してフロック形成槽２２と連結されており、第２凝集操作が行われた生物処理水がフロック形成槽２２から浮上分離槽２３に流入する。浮上分離槽２３は、固液分離槽である。浮上分離槽２３では、気体を加圧溶解させた加圧水が槽の下部から注入され、フロックに気泡を付けて浮力を与えることで浮上分離する。浮上分離槽２３の貯留水のうち下層のきれいな水が、浮上分離処理水として排出される。浮上分離処理水は、例えば、河川や海洋に放流される他、回収水として再利用される。

【0026】

凝集剤貯槽２４は、第１凝集操作で使用する凝集剤を貯留する。凝集剤貯槽２４は、配管を介して凝集反応槽２１と連結されており、凝集剤を凝集反応槽２１に添加することが可能である。凝集剤貯槽２４と凝集反応槽２１との間の配管には、凝集剤貯槽２４に貯留した凝集剤を凝集反応槽２１に送り出すためのポンプ２５が設けられている。ポンプ２５は、凝集剤の添加量を制御するための凝集剤制御信号Ｓ１１に従って凝集剤の送り出す量を調整することが可能である。凝集剤貯槽２４およびポンプ２５は、凝集剤添加手段の一例である。

【0027】

制御装置１０は、生物処理状況に応じて凝集剤の添加量を制御する。制御装置１０は、生物反応槽２０から放出される気体の濃度を測定する気体濃度測定手段１１と、気体濃度測定手段１１が測定した気体の濃度の測定値に基づき、凝集剤の添加量を制御する制御手段１２とを有する。

【0028】

気体濃度測定手段１１は、生物反応槽２０の内部にセンサ部１１ａを備え、このセンサ部１１ａを介して、生物処理で生じる気体の濃度を測定する。気体濃度測定手段１１は、気体濃度測定値を示す測定信号Ｓ１０を制御手段１２に供給する。測定対象気体は、酸素、窒素、硫化水素、二酸化炭素等である。生物処理状況に応じて凝集剤の添加量を制御する場合の制御精度の観点から、センサ部１１ａには、二酸化炭素濃度測定器（ＣＯ₂センサ）を用いることが好ましい。

【0029】

制御手段１２は、気体濃度測定手段１１から測定信号Ｓ１０を受信し、測定信号Ｓ１０により示される気体濃度測定値に基づいて凝集反応槽２１への凝集剤の添加量を制御する。制御手段１２は、凝集剤の添加量を制御するための凝集剤制御信号Ｓ１１をポンプ２５に供給する。制御手段１２は、ポンプ２５の送り出し量を制御することで、凝集剤の添加量を連続的に、または、段階的に制御することができる。

【0030】

図２は、制御手段１２の一構成例を示すブロック図である。図２に示すように、制御手段１２は、制御部１２１と、記憶部１２２とを有する。制御部１２１は、マイクロプロセッサ等を含むコンピュータである。制御部１２１は、例えば、ＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）で構成されてもよい。記憶部１２２は、半導体メモリ等からなり、制御装置１０を動作させるのに必要な情報（例えば、プログラムやデータ）を格納する。例えば、気体濃度測定値に基づく凝集剤の添加量を制御するためのプログラム、その制御に必要なデータや演算結果などが記憶部１２２に格納される。なお、図２には、制御装置１０が有する構成要素のうち、本実施形態に関わる主要な構成要素のみを示した。

【0031】

図３に、気体濃度に基づいて凝集剤の添加量を制御するための制御用特性データの一例を示す。図３において、縦軸は凝集剤の添加量を示し、横軸は生物反応槽の気体濃度を示す。制御用特性データは、気体濃度の段階的な変化に対する凝集剤の添加量を規定したものである。この制御用特性データは、記憶部１２２に格納される。制御部１２１は、記憶部１２２に格納された制御用特性データを参照し、気体濃度測定手段１１が測定した気体濃度の測定値に基づいて凝集剤の添加量を演算することができる。

【0032】

図４に、気体濃度に基づいて凝集剤の添加量を制御するための制御用特性データの別の例を示す。図３と同様、図４においても、縦軸は凝集剤の添加量を示し、横軸は生物反応槽の気体濃度を示す。制御用特性データは、気体濃度の連続的な変化に対する凝集剤の添加量を規定したものである。この制御用特性データも、記憶部１２２に格納される。制御部１２１は、記憶部１２２に格納された制御用特性データを参照し、気体濃度測定手段１１が測定した気体濃度の測定値に基づいて凝集剤の添加量を演算することができる。

【0033】

次に、上述した水処理システム１にて行われる水処理方法について説明する。ここでは、便宜上、凝集剤の添加量を制御する処理に関わる工程についてのみ説明する。
図５は、水処理方法の一例を示すフロー図である。まず、生物反応槽２０にて、有機物を含有する被処理水を生物処理する（ステップＳ２１）。次に、気体濃度測定手段１１が、生物処理で生じる気体の濃度を測定する（ステップＳ２２）。そして、凝集反応槽（凝集反応槽２１／フロック形成槽２２）にて、生物処理を行った生物処理水に凝集剤を添加するとともに、制御手段１２が、気体の濃度の測定値に基づき、凝集剤の添加量を制御する（ステップＳ２３）。

【0034】

ステップＳ２３の凝集処理／添加量制御処理において、具体的には、凝集反応槽２１にて、生物処理を行った生物処理水に第１凝集操作のための凝集剤を添加し、さらに、フロック形成槽２２にて、第２凝集操作のための凝集剤を添加する。そして、制御部１２１が、記憶部１２２に格納した制御用特性データを参照し、気体濃度測定手段１１が測定した気体濃度の測定値に基づいて第１凝集操作で使用する凝集剤の添加量を演算し、演算結果に基づいて、凝集反応槽２１への凝集剤の添加量を制御する。

【0035】

以上説明した本実施形態の水処理システム１によれば、以下のような作用効果を奏する。
例えば、微生物である細菌は、有機物を食べると二酸化炭素を発生する。被処理水中の有機物の負荷（汚濁負荷）が増大すると、二酸化炭素の量が増え、その分、生物由来の懸濁物の量も増大する。このように、生物処理で生じる気体の濃度と生物由来の懸濁物の量との間には相関があり、気体濃度が変化すると、それに伴って生物由来の懸濁物の量も変化する。水処理システム１では、上記相関を利用し、生物処理で生じる気体の濃度に応じて凝集剤の添加量を制御する。よって、生物処理状況に応じて凝集剤の添加量を適切に制御することができる。

【0036】

また、凝集剤の添加量を適切に制御することで、凝集剤のコストや汚泥発生量などを削減することもできる。
さらに、有機物や懸濁物質の濃度が変化する被処理水（原水）に対して、安定した凝集固液分離処理を行うことができる。
また、水回収設備では、生物処理、凝集固液分離処理、膜ろ過（除濁膜、逆浸透膜（ＲＯ膜））などの工程を含むシステムを採用しているが、このシステムに、本発明を用いれば、膜ろ過への負荷も低減することが可能となる。よって、システム全体での安定な運用を実現することが可能である。

【0037】

なお、本実施形態の水処理システム１では、凝集反応槽２１への凝集剤の添加量を制御しているが、これに代えて、フロック形成槽２２への凝集剤の添加量を制御してもよい。この場合は、フロック形成槽２２に対して、凝集剤貯槽２４およびポンプ２５に相当する凝集剤貯槽およびポンプを設ける。また、凝集反応槽２１およびフロック形成槽２２の両方について凝集剤の添加量を制御してもよい。ただし、凝集操作において、第１凝集操作の調整が重要であるので、第１凝集操作に使用する凝集剤の添加量を調整することが好ましい。

【0038】

また、本実施形態では、固液分離に加圧浮上分離を用いているが、これに代えて沈殿分離を用いてもよい。ただし、生物処理で発生する懸濁物質（ＳＳ）の密度が低いことから、加圧浮上分離を用いることが好ましい。
さらに、懸濁物質（ＳＳ）やＢＯＤ成分の粗取りを目的として、生物反応槽２０の前段に、凝集固液分離処理を行う槽が配置されてもよい。

【0039】

（第２の実施形態）
図６は、本発明の第２の実施形態による水処理システムの構成を示すブロック図である。本実施形態の水処理システム２は、制御装置１０が画像処理手段１３および撮像手段１４を備える点で、第１の実施形態と異なる。画像処理手段１３および撮像手段１４を除く構成は、第１の実施形態で説明したものと同じであるので、ここでは、それらの構成の詳細な説明は省略する。

【0040】

撮像手段１４は、凝集反応槽２１に取り付けられている。撮像手段１４は、凝集剤が添加された生物処理水に含まれる凝集物（以下、フロックと呼ぶ。）を撮像する。撮像手段１４は、フロックを撮像できるものであればよく、例えば、カメラや画像センサである。メンテナンス性や費用対効果を考慮すると、撮像手段１４として、非接液型の画像センサを用いるのが好ましく、赤外センサを用いることがより好ましい。

【0041】

画像処理手段１３は、撮像手段１４が撮像した画像からフロックの凝集状態を示す特徴量を算出する。画像処理手段１３は、撮像手段１４が撮像した画像について隣接する画素との色差が規定値を越える画素であるエッジピクセルを検出し、エッジピクセルに基づいてフロックの特徴量を算出する。例えば、画像処理手段１３は、単位面積当たりのエッジピクセル数の総和をフロックの特徴量として算出する。ここで、単位面積は、撮像範囲である。

【0042】

具体的には、画像処理手段１３は、撮像手段１４が撮像した画像について濃淡処理を施し、濃淡処理を施した画像について微分処理を施し、微分処理を行った結果からエッジピクセルを取得する。濃淡処理では、画像の濃淡（明暗）を、３段階以上の階調、例えば２５６段階の階調（０～２５５階調）に数値化する。微分処理では、濃淡処理を施した結果である数値データを微分処理することで、濃淡（明度）の数値データの変化点（エッジ）を検出する。エッジとなり得る濃淡変化が大きな箇所は微分値が大きくなる。微分処理の結果から得られたエッジのピクセル数を、上記のエッジピクセル数としてもよい。

【0043】

制御手段１２は、気体濃度測定手段１１が測定した気体の濃度の測定値と画像処理手段１３が算出したフロックの特徴量とに基づき、凝集剤の添加量を制御する。制御手段１２は、気体濃度測定手段１１が測定した気体の濃度の測定値に基づいて凝集剤の添加量を制御する第１の制御と、画像処理手段１３が算出した凝集物の特徴量に基づいて凝集剤の添加量を制御する第２の制御と、を実行可能である。制御手段１２は、第１および第２の制御の一方を所定時間毎に実行し、所定時間の期間内は、第１および第２の制御の他方を実行してもよい。

【0044】

図７は、凝集剤の添加量の制御の一例を示す。第１の制御（気体濃度に基づく制御）が規定時間Ｔ１毎に実行され、規定時間Ｔ１の期間内は、第２の制御（エッジピクセルに基づく制御）が時間Ｔ２毎に実行される。

【0045】

具体的には、時刻ｔ１で、第１の制御が実行される。時刻ｔ１での気体濃度はＡであり、この気体濃度Ａに対応する凝集剤の添加量が設定される。時刻ｔ１から規定時間Ｔ１を経過する時刻ｔ２までの期間は、第２の制御が時間Ｔ２毎に実行される。第２の制御では、例えば、フロックの特徴量とあらかじめ設定された閾値とを比較し、比較の結果に基づいて凝集剤の添加量を増やすか、減らすか、維持するかを決定する。このため、時刻ｔ１から時刻ｔ２の期間内では、フロックの特徴量に応じて凝集剤の添加量が増減する。その後、時刻ｔ２で、第１の制御が再び実行される。時刻ｔ２での気体濃度はＢ（＞Ａ）であり、この気体濃度Ｂに対応する凝集剤の添加量が設定される。

【0046】

以上説明した本実施形態の水処理システム２によれば、以下のような作用効果を奏する。
生物由来の懸濁物質（菌体や代謝物など）に対する凝集剤の添加量は、生物処理で生じる気体の濃度から算出することができる。しかし、生物反応槽２０から流出する生物処理水には、凝集可能な懸濁物質であって、気体濃度だけでは算出することが困難な物質も含まれている。例えば、生物由来のＥＰＳ（Ｅｘｔｒａｃｅｌｌｕｌａｒ ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ ｓｕｂｓｔａｎｃｅｓ：細胞外高分子物質）や、微生物が分解することができない物質（例えば、生物処理前の被処理水に含まれている無機性の懸濁物質等）などである。

【0047】

本実施形態の水処理システム２では、第１の制御により、生物由来の懸濁物質（菌体や代謝物など）に対する凝集剤の添加量を適切に調整することができる。また、第２の制御により、生物由来のＥＰＳや微生物が分解することができない物質を含む懸濁物質に対しても、凝集剤の添加量を適切に調整することができる。

【0048】

また、浮上分離槽２３の後段に、精密ろ過（ＭＦ）膜、限外ろ過（ＵＦ）膜や逆浸透（ＲＯ）膜等の膜ろ過装置を設けた場合、生物由来のＥＰＳは膜の閉塞要因物質となるため、凝集操作でＥＰＳの量を低減する必要がある。図８は、凝集子液分離処理前後のＬＣ－ＯＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ－Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃａｒｂｏｎ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）の一測定例を示す。ＬＣ－ＯＣＤとは、有機物を分子量毎に分け、それぞれの成分の有機物濃度を測定する方法である。図８において、上側は生物処理水のクロマトグラムを示し、下側は凝集固液分離処理水のクロマトグラムを示す。これらクロマトグラムから、第１の制御と第２の制御とを併用することで、生物由来のＥＰＳを含む懸濁物質の量が減少していることが分かる。このようにＥＰＳの量を低減することで、膜ろ過装置のろ過性能を維持することができる。

【0049】

なお、被処理水の濁度（例えば、有機物負荷）が上昇して気体濃度が急激に上昇した場合には、規定時間Ｔ１の期間内であっても、第１の制御を実行することが好ましい。この点について、具体的に説明する。第２の制御（エッジピクセルに基づく制御）では、凝集剤の添加量の増減がゆっくりと変化するため、気体濃度が急激に変化した場合に、凝集操作を適切に行うことができなくなる可能性がある。この問題を解消するために、気体濃度を所定の時間間隔で測定し、気体濃度の変化量が閾値を越えた場合に、第１の制御を実行する。具体的には、規定時間Ｔ１の期間内において、単位時間当たりの気体濃度の変化量が閾値を越えた場合に、第２の制御から第１の制御に切り替える。これにより、凝集操作を適切に行うことができる。ここで、単位時間は、例えば、第２の制御を実行する時間間隔である。

【0050】

また、第２の制御を所定時間（Ｔ１）毎に実行し、所定時間（Ｔ１）の期間内は、第１の制御を実行してもよい。この制御フローによれば、例えば、生物処理できない有機物が被処理水に大量に存在する場合に、凝集剤の添加量を適切に制御することが可能である。

【0051】

さらに、上記制御フローにおいて、制御手段１２は、第１の制御を実行している所定時間（Ｔ１）の期間において、単位時間当たりのフロックの特徴量の変化量が閾値を越えた場合は、第１の制御から第２の制御に切り替えてもよい。これにより、被処理水における、生物由来のＥＰＳや微生物が分解することができない物質を含む懸濁物質の濃度が急激に上昇した場合に、凝集操作を適切に行うことができる。

【0052】

本実施形態では、撮像手段１４は、凝集反応槽２１に取り付けられているが、これに限定されない。撮像手段１４は、フロック形成槽２２に取り付けられてもよい。この場合、撮像手段１４は、フロック形成槽２２に貯留した生物処理水中（第１凝集操作が行われた生物処理水中）のフロックを撮像する。ただし、第１凝集操作から第２凝集操作までにある程度の時間経過を要するため、凝集剤の添加量を、第１凝集操作時点（注入時点）からある程度の時間を経過した後の画像から算出することになる。このタイムラグによる誤差の問題を考慮すると、凝集剤の添加量を正確に制御するという観点から、撮像手段１４は、凝集反応槽２１に取り付けることが好ましい。

【0053】

また、撮像手段１４を凝集反応槽２１とフロック形成槽２２の両方に取り付けても良い。この場合は、以下のように凝集剤の添加量を制御する。

【0054】

凝集剤の添加量が適正であれば、通常、フロック形成槽２２のフロックの特徴量は、凝集反応槽２１のフロックの特徴量よりも小さくなる。換言すると、フロック形成槽２２のフロックの特徴量と凝集反応槽２１のフロックの特徴量との差分が小さい場合は、凝集剤の添加量が適正でないと言える。したがって、フロック形成槽２２のフロックの特徴量と凝集反応槽２１のフロックの特徴量との差分が大きくなるように、凝集剤の添加量を制御することが好ましい。具体的には、画像処理手段１３は、フロック形成槽２２に取り付けた撮像手段１４の撮像画像から第１のフロックの特徴量を算出するとともに、凝集反応槽２１に取り付けた撮像手段１４の撮像画像から第２のフロックの特徴量を算出する。第１および第２のフロックの特徴量は、画像処理手段１３から制御手段１２に供給される。制御手段１２は、第２の制御において、第１のフロックの特徴量と第２のフロックの特徴量との差分が小さくなるように凝集剤の添加量を制御する。

【0055】

（第３の実施形態）
図９は、本発明の第３の実施形態による水処理システムの構成を示すブロック図である。本実施形態の水処理システム３は、栄養剤貯槽２６およびポンプ２７を備え、制御手段１２が栄養剤の添加量を制御する点で、第２の実施形態と異なる。栄養剤貯槽２６およびポンプ２７を除く構成は、第１および第２の実施形態で説明したものと同じであるので、ここでは、それらの構成の詳細な説明は省略する。

【0056】

栄養剤貯槽２６は、微生物に必要な栄養剤を貯留する。栄養剤貯槽２６は、配管を介して凝集反応槽２１と連結されており、栄養剤を凝集反応槽２１に添加することが可能である。栄養剤貯槽２６と凝集反応槽２１との間の配管には、栄養剤貯槽２６に貯留した栄養剤を凝集反応槽２１に送り出すためのポンプ２７が設けられている。ポンプ２７は、栄養剤の添加量を制御するための栄養剤制御信号Ｓ１３に従って栄養剤の送り出し量を調整することが可能である。

【0057】

制御手段１２は、気体濃度測定手段１１によって取得した気体の濃度の測定値に基づいて凝集反応槽２１への栄養剤の添加量を制御する。制御手段１２は、栄養剤の添加量を制御するための栄養剤制御信号Ｓ１３をポンプ２７に供給する。制御手段１２は、ポンプ２７の送り出し量を制御することで、栄養剤の添加量を連続的に、または、段階的に制御することができる。

【0058】

本実施形態の水処理システム３によれば、第１および第２の実施形態で説明した作用効果に加えて、微生物の量に応じて栄養剤の添加量を適切に制御することができる。例えば、微生物が増殖すると、栄養剤の必要量も増大する。このように微生物の量と栄養剤の量との間には相関がある。この相関の関係を利用し、栄養剤の添加量を適切に制御する。これにより、生物処理に必要な栄養剤のコストを削減することができる。

【0059】

上述した第１乃至第３の実施形態において、各実施形態で説明した構成要素を組み合わせてもよい。例えば、第３の実施形態で説明した栄養剤の添加量を制御する構成を、第１の実施形態に適用してもよい。

【0060】

また、第１乃至第３の実施形態において、以下のような変形１～４を適用することができる。
（変形例１）
生物反応槽２０に貯留した被処理水の水素イオン指数（ｐＨ）に応じて、凝集反応槽２１へのｐＨ調整剤の添加量を制御してもよい。具体的には、ｐＨ計を生物反応槽２０に取り付けるとともに、凝集剤貯槽２４およびポンプ２５に相当するｐＨ調整剤貯槽およびポンプを設ける。ｐＨ計が被処理水のｐＨを測定し、測定結果を制御手段１２に供給する。制御手段１２は、ｐＨ計の測定結果に基づき、ポンプの送り出し量を制御する。これにより、凝集反応槽２１へのｐＨ調整剤の添加量を適切に制御することができ、ｐＨ調整剤のコスト削減が可能となる。

【0061】

なお、生物反応槽２０に流入する被処理水の有機物負荷が一定であっても、被処理水のｐＨが変化すると、生物反応槽２０で発生する気体の量（気体濃度）が変化する場合がある。この場合は、図３または図４に示した制御用特性データをｐＨの値毎に設け、制御手段１２が、ｐＨ計の測定結果に基づいて、凝集剤の制御に用いる制御用特性データを切り替えてもよい。

【0062】

（変形例２）
生物反応槽２０から凝集反応槽２１に流入する生物処理水の流量は一定であるため、生物反応槽２０に流入する被処理水の流量が変化すると、生物処理水のＢＯＤ濃度が変化する。したがって、被処理水の流量に応じて凝集反応槽２１への凝集剤の添加量を制御することが好ましい。

【0063】

具体的には、被処理水を生物反応槽２０に供給する配管に流量計を設ける。流量計は、被処理水の流量を計測し、計測結果を制御手段１２に供給する。制御手段１２は、気体濃度測定手段１１により取得した気体の濃度の測定値と流量計により取得した被処理水の流量とに基づいて凝集剤の添加量を制御する。例えば、予め設定した複数の流量について、図３または図４に示したような制御用特性データを流量毎に設け、各流量の間については、対応する制御用特性データを補間することで求める。制御手段１２は、流量計の測定値に基づいて凝集剤の制御に用いる制御用特性データを切り替える。

【0064】

（変形例３）
生物反応槽２０において、ばっ気により微生物が増殖する。ばっ気量と微生物の量との間には相関があるため、気体濃度に応じてばっ気量を制御することが好ましい。具体的には、制御手段１２が、気体濃度測定手段１１により取得した気体の濃度の測定値に基づいて、エアバブリング機構のばっ気量を制御する。これにより、より安定した生物処理が可能となる。

【0065】

（変形例４）
被処理水の流量、生物反応槽２０の気体濃度、被処理水のｐＨ、およびフロックの特徴量の少なくとも一つを入力層（インプット）とし、凝集剤の添加量を出力層（アウトプット）として、これらの間の関係をニューラルネットワークで分析してもよい。この場合、制御手段１２は、ニューラルネットワークの分析結果に基づいて凝集剤の添加量を決定する。

【0066】

以上説明した第１乃至第３の実施形態において、制御手段１２が行う処理（例えば、凝集剤に関わる制御）の内容を手順として記述したコンピュータプログラム（以下、プログラムと称する）を、コンピュータ読取可能な記録媒体に記録し、この記録媒体に記録されたプログラムを制御手段１２に読み込ませ、実行させてもよい。ここで、コンピュータ読取可能な記録媒体とは、フロッピー（登録商標）ディスク、光磁気ディスク、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）、Ｂｌｕ－ｒａｙ（登録商標） Ｄｉｓｃ、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）メモリなどの移設可能な記録媒体の他、制御装置１０に内蔵されたＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等のメモリやＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｃ Ｄｒｉｖｅ）等を指す。

【0067】

記録媒体に記録されるプログラムの一例として、コンピュータに、
有機物を含有する被処理水を生物処理した際に生じる気体の濃度を測定する気体濃度測定手段から気体の濃度の測定値を取得する手順と、
気体の濃度の測定値に基づいて、被処理水を生物処理した生物処理水に添加する凝集剤の添加量を制御する手順と、を実行させるためのプログラムが挙げられる。

【符号の説明】

【0068】

１０ 制御装置
１１ 気体濃度測定手段
１１ａ センサ部
１２ 制御手段
２０ 生物反応槽
２１ 凝集反応槽
２２ フロック形成槽
２３ 浮上分離槽
２４ 凝集剤貯槽
２５ ポンプ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】