特許 7530852 凝集剤注入量調整方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-31

(45)【発行日】2024-08-08

(54)【発明の名称】凝集剤注入量調整方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/59 20060101AFI20240801BHJP

   G01N 21/17 20060101ALI20240801BHJP

【ＦＩ】

G01N21/59 Z

G01N21/17 A

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021041922

(22)【出願日】2021-03-16

(65)【公開番号】P2022141986

(43)【公開日】2022-09-30

【審査請求日】2023-06-22

(73)【特許権者】

【識別番号】000001052

【氏名又は名称】株式会社クボタ

(74)【代理人】

【識別番号】110001298

【氏名又は名称】弁理士法人森本国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】吉崎 耕大

(72)【発明者】

【氏名】冨田 麻未

(72)【発明者】

【氏名】池田 俊一

【審査官】伊藤 裕美

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１７／１７５２６１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０２１－０３７４７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－１２５５９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－２８０７９２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２１／００－２１／９５８

Ｇ０１Ｎ ３３／１８

Ｇ０１Ｊ ３／００－３／５２

Ｇ０１Ｎ １５／００－１５／１４９２

Ｃ１２Ｍ １／３４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

対象液へ凝集剤を注入する際の凝集剤注入量調整方法であって、
明度の異なる第１および第２の領域を備えた標識と撮像装置との間に対象液を介在させた状態で、撮像装置を用いて標識を撮像する撮像工程と、
撮像工程で得られた標識の画像から、第１および第２の領域の明度を導出する明度導出工程と、
明度導出工程で得られた第１の領域の明度と第２の領域の明度との差に基づいて凝集剤の注入量を調整する注入量調整工程とを有することを特徴とする凝集剤注入量調整方法。

【請求項2】

注入量調整工程において、予め求めた明度の差と凝集剤の注入量との相関関係に基づいて対象液への凝集剤の注入量を調整することを特徴とする請求項１に記載の凝集剤注入量調整方法。

【請求項3】

第１および第２の領域のいずれか一方の領域が白色領域であり、他方の領域が黒色領域であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の凝集剤注入量調整方法。

【請求項4】

注入量調整工程において、第１の領域と第２の領域との明度差が小さくなる程、凝集剤の注入率を増やすように凝集剤の注入量を調整することを特徴とする請求項２に記載の凝集剤注入量調整方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば、産業廃水処理の分野で行われる凝集沈殿処理等において、凝集剤注入量調整方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、図１１，図１２に示すように、水槽１０１内に貯留された対象液１０２の濁度を評価するため、標識１０３を水槽１０１内に設置し、この標識１０３を撮像するカメラ１０４を設けている。標識１０３は対象液１０２の液面下に没しており、標識１０３の表面１０３ａ（上面）は黒色から白色へと連続的に濃淡が変化するように着色されている。また、カメラ１０４は対象液１０２の液面の上方に設けられている。

【0003】

以下に、対象液１０２の濁度評価方法について説明する。

【0004】

先ず、カメラ１０４を用いて標識１０３を撮影し、得られた画像データを所定の閾値で二値化処理をする。そして、二値化処理によって得られた二値化データの黒色と判断された部分の面積を求める。

【0005】

図１３は、対象液１０２の濁りが黒又は茶色（以下、「暗色系」と称する）の場合であって、（ａ）は濁度が８０の時における標識１０３の画像であり、画像全体が黒っぽくなっている。また、（ｂ）は、（ａ）で示した画像を二値化処理して得られた二値化データを示しており、黒色と判断された部分１０８と白色と判断された部分１０９とがほぼ同じ面積になっている。

【0006】

さらに、図１４は二値化データの黒色と判断された部分の面積と対象液１０２の濁度との相関関係を示すグラフである。これによると、対象液１０２の濁りが暗色系の場合、対象液１０２の濁度が高くなるほど、二値化データの黒色と判断された部分の面積が増大し、対象液１０２の濁度が低くなるほど、二値化データの黒色と判断された部分の面積が減少する。

【0007】

図１４のグラフのような相関関係を予め求めておき、その後、実際に求めた黒色と判断された部分の面積に基づいて、図１４のグラフから対象液１０２の濁度を求める。

【0008】

また、産業廃水処理の分野で行われる凝集沈殿処理において、処理水に凝集剤を注入する際、上記のような方法で処理水の濁度を求め、濁度に応じて凝集剤の注入量を適正量に調整している。

【0009】

尚、例えば下記特許文献１には、黒色から白色へと連続的に濃淡が変化するように着色された標識が記載されている。また、下記特許文献２には、カメラで撮影した画像データを所定の閾値で二値化処理して濁度を測定することが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【文献】実開平７－２３２７０

【文献】特許第３１０７７００号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

上記のように、対象液１０２の濁りが暗色系の場合、図１４のグラフに示すような相関関係に基づいて、対象液１０２の濁度を求めることができるが、対象液１０２の濁りが白っぽい（以下、「白色系」と称する）場合、図１４のグラフに示すような相関関係ではなく、図１５のグラフに示すように、対象液１０２の濁度が高くなるほど、二値化データの黒色と判断された部分の面積が減少し、対象液１０２の濁度が低くなるほど、二値化データの黒色と判断された部分の面積が増大する、といった相関関係になる。

【0012】

図１６は、対象液１０２の濁りが白色系の場合であって、（ａ）は濁度が９４の時における標識１０３の画像であり、画像全体が白っぽくなっている。また、（ｂ）は、（ａ）で示した画像を二値化処理して得られた二値化データを示しており、黒色と判断された部分１０８の面積は白色と判断された部分１０９の面積に比べて大幅に減少している。これは、先に図１３で示した対象液１０２の濁りが暗色系の場合の濁度８０の時の二値化データと大幅に異なっているのがわかる。

【0013】

上記のように、二値化データの黒色と判断された部分の面積と濁度との相関関係は、対象液１０２の濁りが暗色系の場合（図１４参照）と白色系の場合（図１５参照）とにおいて、逆になる。従って、図１４のグラフを用いて暗色系に濁った対象液１０２の濁度を求めているときに、濁質成分の色調が急に変わって対象液１０２の濁りが暗色系から白色系に変動した場合或いは暗色系の濁質成分に白色系の濁質成分が加わった混在状態になった場合、正確な濁度を求めることができないといった問題がある。

【0014】

同様に、図１５のグラフを用いて白色系に濁った対象液１０２の濁度を求めているときに、濁質成分の色調が急に変わって対象液１０２の濁りが白色系から暗色系に変動した場合或いは白色系の濁質成分に暗色系の濁質成分が加わった混在状態になった場合も、正確な濁度を求めることができないといった問題がある。

【0015】

このように対象液１０２の濁り具合（色調）が途中で急に変動した場合、正確な濁度を求めることができないので、凝集沈殿処理において、処理水に凝集剤を注入する際、凝集剤の注入量を適正量に調整することが困難であった。

【0016】

本発明は、濁質成分の色調が急に変わって対象液の濁り具合が変動しても、凝集剤の注入量を適正量に調整することが可能な凝集剤注入量調整方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0022】

上記目的を達成するために、本第１発明は、対象液へ凝集剤を注入する際の凝集剤注入量調整方法であって、
明度の異なる第１および第２の領域を備えた標識と撮像装置との間に対象液を介在させた状態で、撮像装置を用いて標識を撮像する撮像工程と、
撮像工程で得られた標識の画像から、第１および第２の領域の明度を導出する明度導出工程と、
明度導出工程で得られた第１の領域の明度と第２の領域の明度との差に基づいて凝集剤の注入量を調整する注入量調整工程とを有するものである。

【0023】

これによると、濁質成分の色調に関わらず、対象液の濁りが暗色系や白色系等に変動しても、第１の領域の明度と第２の領域の明度との差を求めることができれば、注入量調整工程において、凝集剤の注入量を適正量に調整することができる。

【0024】

本第２発明における凝集剤注入量調整方法は、注入量調整工程において、予め求めた明度の差と凝集剤の注入量との相関関係に基づいて対象液への凝集剤の注入量を調整するものである。

【0025】

本第３発明における凝集剤注入量調整方法は、第１および第２の領域のいずれか一方の領域が白色領域であり、他方の領域が黒色領域である。
本第４発明における凝集剤注入量調整方法は、注入量調整工程において、第１の領域と第２の領域との明度差が小さくなる程、凝集剤の注入率を増やすように凝集剤の注入量を調整するものである。

【発明の効果】

【0026】

以上のように本発明によると、濁質成分の色調が急に変わって対象液の濁り具合が変動しても、凝集剤の注入量を適正量に調整することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】本発明の第１の実施の形態における濁度評価装置の断面図である。

【図2】図１におけるＸ－Ｘ矢視図である。

【図3】同、濁度評価装置を用いた濁度評価方法の各工程を示す図である。

【図4】同、濁度評価装置の標識の平面図である。

【図5】同、濁度評価方法において使用される汚泥の明度差と濁度との相関関係を示すグラフである。

【図6】同、濁度評価方法において汚泥の濁りが暗色系である場合の標識の白色領域と黒色領域との明度差を示す図である。

【図7】同、濁度評価方法において汚泥の濁りが白色系である場合の標識の白色領域と黒色領域との明度差を示す図である。

【図8】本発明の第２の実施の形態における凝集剤注入量調整方法の各工程を示す図である。

【図9】同、凝集剤注入量調整方法において使用される凝集剤の注入率と汚泥の明度差との相関関係を示すグラフである。

【図10】本発明の第３の実施の形態における濁度評価装置の模式図である。

【図11】従来の濁度評価装置の図である。

【図12】同、濁度評価装置の標識の平面図である。

【図13】同、標識の画像と、画像を二値化処理した二値化データの図であり、対象液の濁りが暗色系の場合を示す。

【図14】同、対象液の濁りが暗色系の場合における、二値化データの黒色と判断された部分の面積と対象液の濁度との相関関係を示すグラフである。

【図15】同、対象液の濁りが白色系の場合における、二値化データの黒色と判断された部分の面積と対象液の濁度との相関関係を示すグラフである。

【図16】同、標識の画像と、画像を二値化処理した二値化データの図であり、対象液の濁りが白色系の場合を示す。

【発明を実施するための形態】

【0028】

以下、本発明における実施の形態を、図面を参照して説明する。

【0029】

（第１の実施の形態）
第１の実施の形態では、図１に示すように、産業廃水処理の分野で行われる凝集沈殿処理設備として凝集槽１が備えられ、凝集槽１内には汚泥２（対象液の一例）が貯留されている。凝集槽１には、汚泥２の濁度を評価する濁度評価装置１０と、凝集剤１１を汚泥２に注入する注入装置１２とが設けられている。凝集剤１１を注入装置１２から凝集槽１内の汚泥２に注入し、汚泥２を攪拌装置（図示省略）で攪拌することにより、径の大きな凝集フロック１４（粗大フロック）が汚泥２中に形成される。

【0030】

図１，図２に示すように、濁度評価装置１０は、上端が閉口し下端が開口する円形の筒部材２０と、筒部材２０内に設けられた標識２１と、標識２１を上方から撮像可能なカメラ２２（撮像装置の一例）と、照明装置２３と、筒部材２０内に圧縮空気２４（気体の一例）を供給する空気供給装置２５（気体供給装置の一例）と、筒部材２０内の汚泥２を揚水して筒部材２０外へ排出する揚水管２６と、筒部材２０を凝集槽１に取り付ける取付部材２７とを有している。

【0031】

筒部材２０は、金属製又は樹脂製の遮光体からなり、下端に形成された下端開口部２９を有している。筒部材２０内の液面３１は筒部材２０外の液面３２よりも低く、標識２１は筒部材２０内の液面３１下に没している。

【0032】

カメラ２２は、筒部材２０の天井部２０ａに取り付けられて、筒部材２０内の液面３１よりも上方に位置している。カメラ２２にはケーブル３４を介して画像処理装置（図示省略）が接続されている。

【0033】

照明装置２３は、円環状の照明であり、カメラ２２のレンズ部分の周囲を取り囲むようにして筒部材２０の天井部２０ａに取り付けられており、筒部材２０内の液面３１よりも上方位置から標識２１を照射する。

【0034】

筒部材２０の円筒状の周壁部２０ｂは標識２１よりも下方に延伸されており、周壁部２０ｂの内部において、標識２１の下方には、汚泥２中の凝集フロック１４が沈降する沈降領域３５が形成されている。

【0035】

空気供給装置２５は、エアポンプ等からなり、給気管３６を介して筒部材２０の天井部２０ａに接続されている。

【0036】

揚水管２６は、一端が筒部材２０内で開口するとともに、他端が筒部材２０外で開口している逆Ｌ形の管である。

【0037】

標識２１は、上面（表面）が白色に着色された白色領域４１（第１の領域の一例）と黒色に着色された黒色領域４２（第２の領域の一例）とを有しており、取付軸４４を介して筒部材２０に取り付けられている。

【0038】

上記のような濁度評価装置１０を用いて汚泥２の濁度を評価する濁度評価方法を以下に説明する。

【0039】

図３に示すように、濁度評価方法は撮像工程４６と明度導出工程４７と濁度評価工程４８とを有している。

【0040】

先ず、撮像工程４６において、図１に示すように、照明装置２３で標識２１を照射し、カメラ２２を用いて標識２１を撮像する。

【0041】

この際、筒部材２０内の沈降領域３５において汚泥２中の凝集フロック１４が沈降するため、筒部材２０内の液面３１付近には、粗大化した凝集フロック１４が少ない上澄み液５０が出現し、標識２１は筒部材２０内の液面３１下に没した状態で上澄み液５０中に存在する。

【0042】

そして、空気供給装置２５から筒部材２０内に圧縮空気２４を供給することにより、筒部材２０内の上澄み液５０が、揚水管２６の一端開口部２６ａから流入する圧縮空気２４の気泡に同伴して押し上げられて揚水管２６内を上昇し、他端開口部２６ｂから筒部材２０外に排出される。

【0043】

このようなエアリフト作用によって筒部材２０内の上澄み液５０が揚水管２６を通って筒部材２０外に排出されると、これに伴って、凝集槽１内の汚泥２が筒部材２０の下端開口部２９から筒部材２０内に流入するため、筒部材２０内の汚泥２が筒部材２０の外部との間でゆっくりと循環して入れ替えられる。これにより、常に最新の性状の汚泥２を筒部材２０内に導入し、汚泥２中の凝集フロック１４に妨げられることなく、標識２１を撮像することができる。

【0044】

次に、明度導出工程４７において、上記撮像工程４６で得られた標識２１の画像から、白色領域４１の明度と黒色領域４２の明度を求める。この際、色の明度をグレースケールで置き換えたときの２５５段階に分けて０～２５５の数字で表しており、図４に示すように、白色は明度２５５と表示され、黒色は明度０と表示される。

【0045】

その後、濁度評価工程４８において、上記明度導出工程４７で得られた白色領域４１の明度と黒色領域４２の明度との差（以下、「明度差」と称する）に基づいて汚泥２の濁度を評価する。

【0046】

尚、明度差［％］は以下のような式１で定義される。
明度差＝（白色領域４１の明度－黒色領域４２の明度）×１００／２５５・・・（式１）
また、汚泥２の明度差と濁度との間には相関関係があり、図５は、予め求めておいた明度差と濁度との相関関係を示すグラフＧ１である。このグラフＧ１の四角形の実測点Ａは汚泥２の濁り（濁質成分）が白色系である場合を示し、丸形の実測点Ｂは汚泥２の濁り（濁質成分）が暗色系である場合を示している。

【0047】

すなわち、上記明度差がわかれば、汚泥２の濁質成分の色調に関わらず、図５のグラフＧ１に基づいて、汚泥２の濁度が求められる。例えば、図６に示すように、筒部材２０内の汚泥２の上澄み液５０の濁りが暗色系であり、明度導出工程４７において、白色領域４１の明度が１１８であり、黒色領域４２の明度が６９である場合、式１により明度差は１９％になり、グラフＧ１により、濁度が７０度になる。

【0048】

或いは、図７に示すように、汚泥２の上澄み液５０が白色系であり、明度導出工程４７において、白色領域４１の明度が１５８であり、黒色領域４２の明度が１１７である場合、式１により明度差は１６％になり、グラフＧ１により濁度が７５度になる。

【0049】

上記のような濁度評価方法によると、明度差と濁度とは図５のグラフＧ１で示されるような相関関係があるため、濁質成分の色調に関わらず、汚泥２の濁りが暗色系から白色系或いは白色系から暗色系に変動しても、明度差を求めることができれば、汚泥２の濁度を正確に求めることができる。

【0050】

（第２の実施の形態）
先述した第１の実施の形態は、凝集槽１内の汚泥２の濁度を評価する濁度評価方法を説明したが、以下に示す第２の実施の形態では、図１に示すように凝集剤１１を注入装置１２から凝集槽１内の汚泥２へ注入する際の凝集剤注入量調整方法を説明する。尚、上記第１の実施の形態で説明した部材と同じものについては、同一の符号を付記して詳細な説明を省略する。

【0051】

図８に示すように、凝集剤注入量調整方法は撮像工程４６と明度導出工程４７と注入量調整工程６０とを有している。このうち、撮像工程４６と明度導出工程４７とは第１の実施の形態で説明したものと同じである。

【0052】

注入量調整工程６０において、上記明度導出工程４７で得られた白色領域４１の明度と黒色領域４２の明度との差（明度差）に基づいて、凝集剤１１の注入装置１２から汚泥２への注入量を調整する。

【0053】

ここで、１リットルの汚泥２に対する凝集剤１１の注入量［ｍｇ］を凝集剤１１の注入率［ｍｇ／Ｌ］とすると、予め基本の注入率Ｓ［ｍｇ／Ｌ］を設定しており、汚泥２の濁度が高くなるほど、凝集剤１１の注入率を基本の注入率Ｓから増加させ、汚泥２の濁度が低くなるほど、凝集剤１１の注入率を基本の注入率Ｓから減少させることで、凝集剤１１の注入量を調整する。

【0054】

この際、汚泥２の濁度と明度差とは図５のグラフＧ１で示した相関関係を有するので、凝集剤１１の注入率と汚泥２の明度差とは相関関係があり、図９は、予め求めておいた凝集剤１１の注入率と汚泥２の明度差との相関関係を示すグラフＧ２である。尚、このグラフＧ２の縦軸は、凝集剤１１の基本の注入率Ｓからの増減を示し、横軸は明度差を示している。このグラフＧ２において、例えば凝集剤１１の基本の注入率Ｓを２００［ｍｇ／Ｌ］に設定しており、明度差が小さくなる（すなわち汚泥２の濁度が高くなる）ほど、凝集剤１１の注入率を基本の注入率Ｓから段階的に増加させ、明度差が大きくなる（すなわち汚泥２の濁度が低くなる）ほど、凝集剤１１の注入率を基本の注入率Ｓから段階的に減少させる。

【0055】

注入量調整工程６０において、例えば、得られた明度差が５０～７０［％］の場合、凝集剤１１の基本の注入率Ｓからの増減が０［ｍｇ／Ｌ］となり、凝集剤１１の注入率を基本の注入率Ｓである２００［ｍｇ／Ｌ］に調整する。

【0056】

また、得られた明度差が３０～５０［％］の場合、凝集剤１１の基本の注入率Ｓからの増減が１００［ｍｇ／Ｌ］となり、凝集剤１１の注入率を３００［ｍｇ／Ｌ］に調整する（すなわち、１００＋２００＝３００ｍｇ／Ｌ）。また、得られた明度差が７０～９０［％］の場合、凝集剤１１の基本の注入率Ｓからの増減が－８０［ｍｇ／Ｌ］となり、凝集剤１１の注入率を１２０［ｍｇ／Ｌ］に調整する（すなわち、２００－８０＝１２０ｍｇ／Ｌ）。

【0057】

上記のような凝集剤注入量調整方法によると、濁質成分の色調に関わらず、汚泥２の濁りが暗色系から白色系或いは白色系から暗色系に変動しても、明度差を求めることができれば、凝集剤１１の注入率（注入量）を適正な注入率（注入量）に調整することができる。

【0058】

（第３の実施の形態）
先述した第１の実施の形態では、図１に示すように、標識２１を汚泥２中に設置し、カメラ２２を汚泥２の液面３１よりも上方に設置した濁度評価装置１０を用いているが、第３の実施の形態として、図１０に示すように、標識２１と防水仕様のカメラ２２とを汚泥２中に浸漬して設置した濁度評価装置を用いてもよい。

【0059】

上記各実施の形態では、対象液の一例として、汚泥２を挙げたが、汚泥２以外の液でもよい。

【0060】

上記各実施の形態では、標識２１の第１の領域の一例として白色領域４１を挙げ、第２の領域の一例として黒色領域４２を挙げたが、第１の領域を黒色領域４２とし、第２の領域を白色領域４１としてもよい。

【0061】

上記各実施の形態では、標識２１の第１および第２の領域を白色と黒色との組み合わせにしているが、このような組み合わせに限定されるものではなく、対象液中の濁質成分の色調に応じて、第１および第２の領域を白色および黒色以外の色同士の組み合わせにしてもよい。

【0062】

上記各実施の形態では、明度の異なる第１および第２の領域の一例として、白色領域４１と黒色領域４２とを標識２１の上面に形成しているが、第１および第２の領域は明度が異なっていればよいため、例えば、図１２に示すように、従来から用いられている標識１０３において明度の異なる領域Ｒ１，Ｒ２を第１および第２の領域としてもよい。

【符号の説明】

【0063】

２ 汚泥（対象液）
１１ 凝集剤
２１ 標識
２２ カメラ（撮像装置）
４１ 白色領域（第１の領域）
４２ 黒色領域（第２の領域）
４６ 撮像工程
４７ 明度導出工程
４８ 濁度評価工程
６０ 注入量調整工程

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】