特許 7603520 水処理監視装置および撮像装置

(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】2024-12-12

(45)【発行日】2024-12-20

(54)【発明の名称】水処理監視装置および撮像装置

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/00 20230101AFI20241213BHJP

   G03B 15/00 20210101ALI20241213BHJP

   G03B 17/02 20210101ALI20241213BHJP

   H04N 23/52 20230101ALI20241213BHJP

【ＦＩ】

C02F1/00 A

C02F1/00 V

G03B15/00 U

G03B17/02

H04N23/52

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2021077449

(22)【出願日】2021-04-30

(65)【公開番号】P2022171062

(43)【公開日】2022-11-11

【審査請求日】2023-12-14

(73)【特許権者】

【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】田村 将

【審査官】目代 博茂

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２２３４５２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１１０９３７６４９（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開平０９－２８１１００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０５６３９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－０４７０３９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０２Ｆ１／００

Ｃ０２Ｆ１／５２－１／５６

Ｂ０１Ｄ２１／００－２１／３４

Ｇ０３Ｂ１７／００－１７／５８

Ｈ０４Ｎ２３／００－２３／９５９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水槽と、
前記水槽に貯留された水を撮像する撮像部と、
前記撮像部が収納され、開放された底面が前記貯留された水の水面と接触しない位置に配置された、筒状の収納部材と、
前記収納部材の側面に取り付けられ、前記貯留された水の水位変動に追従して前記底面が前記貯留された水の水面と接触しないように前記収納部材を動かす上下駆動機構を有し、
前記上下駆動機構は、前記貯留された水から受ける浮力を用いて前記収納部材を動かす水処理監視装置。

【請求項2】

請求項１に記載の水処理監視装置において、
前記水槽内の水を整流する整流部材を有し、
前記整流部材は、前記収納部材の下方であって、当該整流部材によって整流された水を前記撮像部が撮像可能な位置に配置される水処理監視装置。

【請求項3】

請求項２に記載の水処理監視装置において、
前記整流部材は、上端および下端が開放された筒状である水処理監視装置。

【請求項4】

請求項３に記載の水処理監視装置において、
前記上下駆動機構は、前記整流部材の側面に取り付けられている水処理監視装置。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか１項に記載の水処理監視装置において、
前記水槽に固定され、前記収納部材の水平方向への動きを抑制する抑制部材を有する水処理監視装置。

【請求項6】

請求項１から５のいずれか１項に記載の水処理監視装置において、
前記撮像部は、撮像した画像を示す信号を、前記水槽に凝集剤を添加する添加装置を制御する制御装置へ送信する水処理監視装置。

【請求項7】

水槽に貯留された水を撮像する撮像部が収納され、該撮像部が撮像する方向の端面が開放された、筒状の収納部材と、
前記収納部材の側面に取り付けられ、前記貯留された水の水位変動に追従して前記端面が前記貯留された水の水面と接触しないように、前記貯留された水から受ける浮力を用いて前記収納部材を動かす上下駆動機構と、
両端部が開放された筒状の整流部材とを有し、
前記上下駆動機構は、前記整流部材の側面に取り付けられ、
前記整流部材は、一方の端部が前記収納部材の前記開放された端部と対向し、該端部から離れて設けられている撮像装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水処理監視装置および撮像装置に関する。

【背景技術】

【0002】

浄水場や下水処理場、その他の排水処理設備においては、被処理水に凝集剤を添加し、被処理水中の懸濁物質（ＳＳ）を凝集させてフロックを形成させ、フロックを沈殿分離や浮上分離等で分離する処理が行われている。一般的には、分離した沈殿物や浮遊物の状態を分析し、その分析結果に基づいて、凝集剤の添加を制御する。浮遊物の状態を判定するために、例えば、下端が開放された筒部材に撮影手段を取り付け、その下端を水中に浸漬させて液面を撮影する装置が考えられている（例えば、特許文献１参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２０－９８３２３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に記載されたような技術においては、撮影手段が取り付けられた筒部材の下端が水に浸漬されているため、水に含まれる浮遊物等が筒部材に付着する。より鮮明な画像を撮影するには筒部材に付着した浮遊物等を取り除く必要がある。付着した浮遊物等を取り除くためには、筒部材を一度水中から取り出さなければならない。そのため、連続した画像を撮像することができないという問題点がある。連続した画像を撮像することができないと、撮像していない期間の水の状態を取得することができず、より正確な水の状態を得ることができない。

【0005】

本発明の目的は、連続した画像を撮像することができる水処理監視装置および撮像装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の水処理監視装置は、
水槽と、
前記水槽に貯留された水を撮像する撮像部と、
前記撮像部が収納され、開放された底面が前記貯留された水の水面と接触しない位置に配置された収納部材とを有する。

【0007】

また、本発明の撮像装置は、
撮像部が収納され、該撮像部が撮像する方向の端面が開放された収納部材と、
前記収納部材の側面に取り付けられた上下駆動機構と、
両端部が開放された筒状の整流部材とを有し、
前記上下駆動機構は、前記整流部材の側面に取り付けられ、
前記整流部材は、一方の端部が前記収納部材の前記開放された端部と対向し、該端部から離れて設けられている。

【発明の効果】

【0008】

本発明においては、連続した画像を撮像することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の水処理監視装置の実施の一形態を示す図である。

【図2】図１に示した水槽に対して撮像装置が配置される位置の一例を示す図である。

【図3】図１に示した撮像装置の構成の詳細を示す図である。

【図4】図３に示した撮像装置の上面図である。

【図5】図３に示した撮像装置の斜視図である。

【図6】図４に示したＡ－Ａ’の断面における固定部材の収納部材および整流部材への取り付けの部分の詳細の一例を示す図である。

【図7】図３に示した整流部材の構造の一例を示す図である。

【図8】本形態における水処理監視装置に設けられた送気機構の一例を示す図である。

【図9】図８に示した送気機構が撮像面に空気を当てる様子の一例を示す図である。

【図10】本形態における収納部材の他の形状の一例を示す図である。

【図11】図２に示した抑制部材の機能を説明するための図である。

【図12】本形態における収納部材の他の形状の一例を示す図である。

【図13】本発明の水処理監視装置の適用例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

【0011】

図１は、本発明の水処理監視装置の実施の一形態を示す図である。本形態における水処理監視装置は図１に示すように、撮像装置１００と、水槽２００とを有する。水槽２００は、原水である被処理水が流入し、流入された被処理水を貯留する貯留槽である。水槽２００に貯留された被処理水は、凝集剤が添加されて凝集水として流出される。水槽２００に貯留される被処理水は、懸濁物質等の凝集剤によって不溶化したい物質を含むものであれば良い。撮像装置１００は、水槽２００に貯留された水を撮像する。

【0012】

図２は、図１に示した水槽２００に対して撮像装置１００が配置される位置の一例を示す図である。図３は、図１に示した撮像装置１００の構成の詳細の一例を示す図である。なお、図３には、図１に示した撮像装置１００が有する構成要素のうち、本形態に関わる主要な構成要素のみを示している。

【0013】

図１に示した水槽２００には図２に示すように、抑制部材３００が固定されている。抑制部材３００は、撮像装置１００の水平方向への動きを抑制する。撮像装置１００の水平方向への動きの抑制は、例えば、撮像装置１００が水槽２００の内壁面に当接しないようにするためでもある。抑制部材３００は、撮像装置１００の鉛直方向（上下方向）への動きは許容する。また、抑制部材３００は１か所だけでなく、複数か所に設けられていても良い。図１に示した撮像装置１００は図３に示すように、撮像部１１０と、収納部材１２０と、複数の浮体１３０と、固定部材１４０－１，１４０－２と、整流部材１５０とを有する。浮体１３０と固定部材１４０－１，１４０－２とから上下駆動機構１６０を構成する。

【0014】

撮像部１１０は、水槽２００に貯留された水を所定のタイミングで撮像する。撮像部１１０は、画像センサであっても良い。撮像部１１０は、水槽２００内の水の画像をあらかじめ設定された時間間隔以下の時間間隔で撮像するカメラ（例えば、動画撮像用カメラ）であっても良い。撮像部１１０は、水槽２００に貯留された水のうち、整流部材１５０によって整流された（流れが堰き止められた）水のフロックの凝集状態を撮像する。撮像部１１０は、撮像した画像を示す画像信号を外部の装置へ送信する。この外部の装置とは、例えば、水槽２００に凝集剤を添加する添加装置を制御する制御装置である。撮像部１１０は、水槽２００に貯留された水のフロックの凝集状態を判別できるものであれば良いが、外部の装置とともにフロックのエッジピクセル数を検出できるものが望ましい。

【0015】

収納部材１２０は、撮像部１１０を収納する。撮像部１１０は、収納部材１２０内に固定されている。収納部材１２０は、その下端（底面）が開放されている筒状の形状である。収納部材１２０は、開放された下端（底面）が水槽２００に貯留された水の水面１０と接触しない位置に配置されている。上下駆動機構１６０は、水槽２００に貯留された水の水位変動に追従して収納部材１２０の下端（底面）が水面１０と接触しないように収納部材１２０を上下方向に動かす。このとき、上下駆動機構１６０は、水槽２００に貯留された水から受ける浮力を用いて収納部材１２０を動かす。整流部材１５０は、水槽２００内の水を整流する。つまり、整流部材１５０は、水槽２００内の水の流れを堰き止める。そのため、整流部材１５０は水中に位置するように配置される。整流部材１５０は、収納部材１２０の下方であって、整流部材１５０によって整流された水を撮像部１１０が撮像可能な位置に配置される。水槽２００内では、被処理水が外部から流入され、流入された被処理水に対して凝集剤が添加され、攪拌されるため、被処理水には流れが生じる。強い流れが生じている水の凝集状態を撮像部１１０が撮像すると、その結果が安定しない。そこで、整流部材１５０がその流れを堰き止める。整流部材１５０の形状は、例えば、上端および下端が開放された筒状である。上下駆動機構１６０を構成する浮体１３０は、固定部材１４０－１，１４０－２に固定されている。固定部材１４０－１は、収納部材１２０の側面に取り付けられている。固定部材１４０－２は、整流部材１５０の側面に取り付けられている。

【0016】

図４は、図３に示した撮像装置１００の上面図である。図５は、図３に示した撮像装置１００の斜視図である。なお、図３では撮像装置１００の正面から見て浮体１３０が収納部材１２０の左右に１つずつ設けられている場合を例に挙げて示しているが、図４および図５では、その機構が理解しやすいように収納部材１２０の周りに浮体１３０が４つ設けられている場合を例に挙げて示している。浮体１３０の数は限定しない。また、図４および図５では、収納部材１２０および浮体１３０それぞれの形状が円柱状である場合を例に挙げて示しているが、円柱状に限らず、例えば角柱状等であっても良い。図４および図５に示すように、撮像部１１０を収納した収納部材１２０の外側に、収納部材１２０の断面とほぼ同心円となる円盤状の固定部材１４０－１が取り付けられている。固定部材１４０－１には、複数の浮体１３０が取り付けられている。図４には、図示していないが、同様に整流部材１５０の外側に、整流部材１５０の断面とほぼ同心円となる円盤状の固定部材１４０－２が取り付けられている。固定部材１４０－１に取り付けられた複数の浮体１３０は固定部材１４０－２にも取り付けられている。浮体１３０は、上下駆動機構１６０が水槽２００に貯留された水の浮力によって、収納部材１２０の下端（底面）が水面１０に接触しない位置になるように撮像装置１００を浮かせる構造を有する。浮体１３０の材料は、軽く、水に溶解したり、水中で腐食したりしない材質であって、内部に浮力を得るための空洞を形成できるものであれば良い。浮体１３０は、例えば、配管部材として用いられる塩化ビニルを材料とし、筒状の塩化ビニルの部材の両端を板状の塩化ビニルで塞いで、空洞を形成させたものでも良い。固定部材１４０－１，１４０－２の形状は限定しない。また、固定部材１４０－１と固定部材１４０－２とが互いに異なる形状であっても良い。

【0017】

図６は、図４に示したＡ－Ａ’の断面における固定部材１４０－１の収納部材１２０への取り付けおよび固定部材１４０－２の整流部材１５０への取り付けの部分の詳細の一例を示す図である。図６に示すように、収納部材１２０の側面には耳部材１２１が設けられており、また、整流部材１５０には耳部材１５１が設けられており、耳部材１２１，１５１と固定部材１４０－１，１４０－２とがボルト１７０を用いて固定されている。図６に示した耳部材１２１，１５１は、他の図では省略している。なお、固定部材１４０－１の収納部材１２０への取り付け構造および固定部材１４０－２の整流部材１５０への取り付け構造については、図６に示したものに限らない。

【0018】

図７は、図３に示した整流部材１５０の構造の一例を示す図である。図３に示した整流部材１５０には図７に示すように、筒状であって、側面に複数の孔部１５２が設けられている。この孔部１５２は、整流部材１５０内の水の入れ替わりを促すためのものである。孔部１５２が設けられている位置が、水中の位置であることは言うまでもない。整流部材１５０の上下方向の好ましい長さは、水槽２００の高さや水の水深に応じて設定される。また、孔部１５２の総面積は、整流部材１５０の外側の表面積（側面積）のうち、３～６％の面積が好ましい。また、孔部１５２の数は２～１６個程度が好ましく、整流部材１５０の１か所に偏らないように設けられる。図７では、整流部材１５０の形状が円柱状である例を挙げて示したが、水流を抑制できるものであれば、角柱等の異なる形状の筒であっても良い。

【0019】

また、本形態における水処理監視装置は送気機構を有する。図８は、本形態における水処理監視装置に設けられた送気機構の一例を示す図である。図８に示すように、送気機構４００は、収納部材１２０の外部から空気を撮像部１１０の撮像面１１１へ送り込む。撮像面１１１とは、撮像部１１０が被写体を撮像するレンズの表面である。また、送気機構４００が撮像部１１０の撮像面１１１へ空気を当てる際、撮像面１１１に対して所定の角度から当てることが好ましい。

【0020】

図９は、図８に示した送気機構４００が撮像面１１１に空気を当てる様子の一例を示す図である。図９に示すように、送気機構４００は外部から取り込んだ空気を撮像面１１１へ送り込む。このとき、送気機構４００が撮像面１１１に空気を当てる角度Θは撮像範囲に対して、送気機構４００が映り込まないような角度が好ましい。このように、撮像面１１１に空気を送り込んで当てることで、撮像面１１１の表面に付着した汚れを排除することができ、撮像部１１０が鮮明な画像を撮像することができる。また、送気機構４００が送風する気体の種類は特に限定しない。送気機構４００が送風する気体は、例えば、費用対効果の観点から、空気が望ましく、結露防止の観点から乾燥空気を用いることがより望ましい。

【0021】

図１０は、本形態における収納部材の他の形状の一例を示す図である。図１０に示した収納部材１２２は、図３に示した収納部材１２０とは異なり、上端に近い部分は筒状になっているが、下端（底面）に近付くにつれてその断面が広くなる（裾が広がっていく）構造となっている。このような構造であっても、撮像部１１０を収納できる構造であれば適用可能である。収納部材１２２を図１０に示した構造とすることで、水面上部の撮像部１１０以外の構造物の水面への映り込みを防ぐことができ、かつ、収納部材１２２の軽量化を図ることができる。これにより、浮体１３０の容量を小さくすることができる。

【0022】

図１１は、図２に示した抑制部材３００の機能を説明するための図である。図２に示した抑制部材３００は図１１に示すように、水槽の壁部２１０に固定されている。その固定方法は特に限定しない。上述したように、抑制部材３００は、収納部材１２０の鉛直方向（上下方向）への動きを許容し、水平方向への動きを抑制する。抑制部材３００がこの機能を果たすものであれば、その形状は特に限定しない。例えば、抑制部材３００は、収納部材１２０が貫通するリング状の部材と、そのリング状の部材と水槽の壁部２１０とを固定する柱状または板状の部材とから構成されても良い。リング状の部材の内径は、収納部材１２０の外径よりも大きい。ただし、その差があまりにも大きいと収納部材１２０が水槽２００に対して水平方向に動いてしまうおそれがある。そのため、収納部材１２０の水平方向の動きを抑制し、かつ上下方向に動くことができるリング状の部材の内径をあらかじめ算出して、算出した内径のものを使用する。なお。抑制部材３００の収納部材１２０側の形状は、収納部材１２０の形状に応じたものであれば良く、リング状に限定しない。なお、抑制部材３００を固定する部分は壁部２１０に限定しない。例えば、水槽内に柱などの躯体が固定されている場合、抑制部材３００はその固定された柱などの躯体に固定されていても良い。

【0023】

図１２は、本形態における収納部材の他の形状の一例を示す図である。図１２に示した収納部材１２３は、図３に示した収納部材１２０や図１０に示した収納部材１２２とは異なり、筒状ではなく、半球形である。図１２に示した収納部材１２３も、その底面が開放されており、収納された撮像部１１０が水面を撮像できる構造である。収納部材１２３は、図３に示した収納部材１２０や図１０に示した収納部材１２２と同様に、その底面が水槽２００に貯留された水の水面１０と接触しない位置に配置されている。

【0024】

収納部材は、図３に示した収納部材１２０、図１０に示した収納部材１２２および図１２に示した収納部材１２３それぞれの形状に限らず、その下端（底面）が開放されており、底面が水面１０と接触しない位置に配置されるものであれば良い。また、収納部材は、撮像部１１０の下方向以外から光が入らない構造である。

【0025】

図１３は、本発明の水処理監視装置の適用例を示す図である。これまでに説明した撮像装置１００と水槽２００とを有する本発明の水処理監視装置は図１３に示すように、制御装置５００と、添加装置６００と、凝集剤７００と、攪拌器８００とを有する水処理システムにて使用される。

【0026】

撮像装置１００は、水槽２００に貯留された水に添加装置６００から凝集剤７００が添加された水の凝集状態を撮像する。添加装置６００は、水槽２００に貯留された水に凝集剤７００を添加する。添加装置６００は、制御装置５００からの指示に基づいた量の凝集剤７００を水に添加する。攪拌器８００は、水槽２００内の水を攪拌する。凝集剤７００は、アルミニウム系（ＰＡＣ、硫酸バンド等）、鉄系（ポリ鉄、塩化第二鉄）、高分子凝集剤（ポリマー）等が多く使われるが、特に限定しない。

【0027】

制御装置５００は、撮像装置１００から送信されてきた画像信号が示す画像から凝集状態を判定し、判定した凝集状態に基づいて、添加装置６００が添加する凝集剤７００の添加量を制御する。制御装置５００は、撮像装置１００から送信されてきた画像信号に基づいて、フロックのエッジピクセル数を検出し、得られたエッジピクセル数に基づいて、凝集剤注入ポンプである添加装置６００に対して凝集剤７００の添加量を指示する出力信号を制御する。より具体的には、制御装置５００は、撮像装置１００から送信されてきた画像信号が示すデジタル画像を画像処理し、エッジ画像とする。制御装置５００は、エッジ画像中の互いに隣接する画素の色差が閾値以上である画素をエッジとして検出し、エッジとして検出された画素数をエッジ数として算出する。このとき、制御装置５００は、最適なフロックの状態をマスター画像（例えば、エッジ数１００％とした画像）として、あらかじめ記録しておき、撮像装置１００から送信されてきた画像信号が示すデジタル画像とマスター画像との相対値を各機器への出力信号とするのが望ましい。制御装置５００は、エッジ数を電気信号に変換し、添加装置６００等の各薬品注入ポンプへ出力する。

【0028】

図１３に示した適用例は、反応槽での設置例であるが、ポリマーを添加する凝集槽等、どこに設置しても構わない。槽内のタイムラグを考慮すると、反応槽に設置することが望ましい。また、本発明の水処理監視装置を設置する水処理装置は、凝集沈殿や凝集加圧浮上等、凝集を含む装置であれば良く、特に限定しない。

【0029】

このように、本発明においては、撮像部１１０を収納する収納部材１２０は、水槽２００に貯留された水の水面よりも上方にあり、フロートである上下駆動機構１６０により水位変動に追従する。そのため、収納部材１２０の下端である底面に汚れが堆積しにくい。これにより、水処理監視装置の洗浄頻度を低減することができ、長時間の安定した撮影が可能となる。また、上下駆動機構１６０が水位変動に追従することで、撮像部１１０と水面との間の距離が一定に保たれる。そのため、撮像部１１０のピントがずれることなく、常に安定した撮影が可能となる。また、撮像部１１０の撮影部分に空気を送ることで撮影部分の曇りや汚れを防ぎ、撮像部１１０の洗浄頻度を低減することができる。そのため、長時間の安定した撮影が可能となる。このように、本発明においては、連続した画像を撮像することができる。

【符号の説明】

【0030】

１０ 水面
１００ 撮像装置
１１０ 撮像部
１１１ 撮像面
１２０，１２２，１２３ 収納部材
１２１，１５１ 耳部材
１３０ 浮体
１４０－１，１４０－２ 固定部材
１５０ 整流部材
１５２ 孔部
１６０ 上下駆動機構
１７０ ボルト
２００ 水槽
２１０ 水槽の壁部
３００ 抑制部材
４００ 送気機構
５００ 制御装置
６００ 添加装置
７００ 凝集剤
８００ 攪拌器

【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】