汚泥処理装置及び汚泥処理方法
【課題】 汚泥原液中のフロックの凝集状態を撮影して、凝集剤の添加量及び凝集剤撹拌機の回転数を調整する汚泥処理装置及び汚泥処理方法を提供する。
【解決手段】 汚泥原液供給管３３を通過する凝集フロックを撮像する撮像部１１と、撮像部１１が撮像した凝集フロックの画像を２値化し、２値画像を生成する変換部１８と、変換部１８が生成した２値画像に表示された凝集フロックの面積である凝集フロック測定面積及び予め設定した初期の凝集剤添加率に基づいて凝集フロック基準面積を算出する算出部１３と、凝集フロック測定面積と凝集フロック基準面積とを比較する比較部１４と、比較部１４による比較結果に応じて、凝集剤供給ポンプ２９及び凝集剤撹拌機２１の回転数を制御する制御部１５と、比較部１４による比較結果に応じて、警報を発する出力部１６とを備える。
【解決手段】 汚泥原液供給管３３を通過する凝集フロックを撮像する撮像部１１と、撮像部１１が撮像した凝集フロックの画像を２値化し、２値画像を生成する変換部１８と、変換部１８が生成した２値画像に表示された凝集フロックの面積である凝集フロック測定面積及び予め設定した初期の凝集剤添加率に基づいて凝集フロック基準面積を算出する算出部１３と、凝集フロック測定面積と凝集フロック基準面積とを比較する比較部１４と、比較部１４による比較結果に応じて、凝集剤供給ポンプ２９及び凝集剤撹拌機２１の回転数を制御する制御部１５と、比較部１４による比較結果に応じて、警報を発する出力部１６とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上水汚泥、下水汚泥及び産業排水汚泥等の汚泥原液中に含まれるフロックの凝集状態に基づいて、凝集剤添加率及び撹拌機の回転数を制御する汚泥処理装置及び汚泥処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水処理プロセスより発生する汚泥の凝集処理は汚泥を効率良く処理するための前段プロセスであり、汚泥に凝集剤を添加して脱水に適した凝集を行う工程である。この凝集処理工程による汚泥の凝集状態が良好であると、脱水後の汚泥の含水率の低減を図ることができる。このため、汚泥の凝集状態を計測し、適量の凝集剤を添加して極力良好な凝集状態を実現することが脱水処理においては重要である。
【０００３】
従来、上水汚泥、下水汚泥及び産業排水汚泥等のように懸濁物質を含有する汚泥原液は、凝集剤を添加して懸濁物質のフロックを形成させることで、脱水汚泥の含水率の低減を図っている。汚泥原液中の懸濁物質の凝集状態を制御するために、凝集混和槽中の懸濁物質の凝集状態すなわち懸濁物質を凝集させたフロック（凝集フロック）を撮影し、撮影画像を２値化して得られたフロックの割合によって懸濁物質の凝集状態を解析し、凝集剤の添加率を制御する方法がある（例えば、特許文献１参照。）。ここで、汚泥原液は汚泥の種類によって、汚泥原液に添加する凝集剤の添加率の増減に対する、凝集フロックの総面積及び脱水機で脱水処理した脱水ケーキのケーキ水分との関係に関する挙動が異なる。当該従来の凝集剤添加率の制御方法では、図８に示すような特性を示す汚泥原液に対する凝集剤添加率の制御が可能となる。すなわち、凝集剤添加率に対する制御の前提として、凝集フロック単一の大きさは凝集剤の添加量と比例し、凝集フロックが大きい程、撮像画像の間隙部が増大する。そのため、１画像内の凝集フロックの総面積は凝集剤の添加量と反比例する。この傾向は、特に撮影画像の輝度信号を基に２値化する場合に顕著になる。また、ケーキ水分は凝集剤添加率に一概に比例することはなく、最適な凝集剤添加率で凝集フロックを生成させると、脱水後のケーキ水分も下がる。したがって、当該従来の凝集剤添加率の制御の一例を示すと、図８に示すように凝集剤添加率が０．６％付近においてケーキ水分が最も下がるので、このときの凝集剤添加率０．６％を基準の凝集剤添加率としたとき、ア）運転中に測定したフロックの面積が５５０００以上であれば、現在の凝集剤添加率は基準の凝集剤添加率よりも左にあると考えられ、凝集剤添加率を増加させることで、最適な凝集剤添加率である基準の凝集剤添加率に近づけるよう制御できる。また、イ）運転中に測定したフロック面積が５５０００以下であれば、現在の凝集剤添加率は基準の凝集剤添加率よりも右にあると考えられ、凝集剤添加率を減少させることで、最適な凝集剤添加率である基準の凝集剤添加率に近づけるよう制御できる。
【０００４】
しかしながら、汚泥原液の種類によっては、凝集フロックの総面積及び脱水機で脱水処理した脱水ケーキのケーキ水分との関係に関して図９に示すような挙動を取るものもある。すなわち、１画像内の凝集フロックの総面積は凝集剤の添加量と反比例しない汚泥原液である。
【０００５】
このような汚泥原液に対しては、従来の凝集剤添加率の制御方法を用いても、凝集剤添加率の制御は不可能である。すなわち、図９に示すように、凝集剤の添加率０．６％付近がケーキ水分が最も下がるので、このときの凝集剤添加率を基準の凝集剤添加率として、運転中に測定したフロックの面積が５６０００である場合、基準の凝集剤添加率に近づけるには凝集剤添加率を増加させるか減少させるかの判断ができないため、凝集剤添加率の制御ができないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４２３８９８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記問題点を鑑み、本発明は、汚泥原液中の凝集フロックの凝集状態を高精度に測定し、凝集剤の添加量及び凝集混和槽の撹拌強度を制御及び異常運転を防止する汚泥処理装置及び汚泥処理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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の一様態は、汚泥原液供給ポンプが供給する汚泥原液及び凝集剤供給ポンプが供給する凝集剤を貯槽する凝集混和槽と、凝集混和槽で汚泥原液及び凝集剤を撹拌する撹拌機と、凝集混和槽で形成した懸濁物質である凝集フロックを含む汚泥原液が汚泥原液供給管を通して供給される脱水機とを有する汚泥処理装置に関する。すなわち、本発明の様態に係る汚泥処理装置は、（イ）汚泥原液供給管を通過する凝集フロックを撮像する撮像部と、（ロ）撮像部が撮像した凝集フロックの画像の輝度信号を電気信号に変換し、電気信号から画像を２値化し、２値画像を生成する変換部と、（ハ）変換部が生成した２値画像に表示された凝集フロックの総面積である凝集フロック測定面積を算出する算出部と、（ニ）脱水機の運転開始後に算出した凝集フロックの面積である凝集フロック測定面積と凝集フロック基準面積とを比較する比較部と、（ホ）比較部による比較結果に応じて、凝集剤供給ポンプ及び撹拌機の回転数を制御する制御部と、（ヘ）比較部による比較結果に応じて、警報を発する出力部とを備え、算出部は、予め同一の凝集剤添加率において複数回分の凝集フロック測定面積を算出し、複数回分の凝集フロック測定面積の平均値である凝集フロック平均面積を算出し、凝集フロック平均面積に基づいて凝集フロック基準面積を算出することを要旨とする。
【０００９】
本発明の別の様態は、汚泥原液供給ポンプが供給する汚泥原液及び凝集剤供給ポンプが供給する凝集剤を貯槽する凝集混和槽と、凝集混和槽で汚泥原液及び凝集剤を撹拌する撹拌機と、凝集混和槽で形成した懸濁物質である凝集フロックを含む汚泥原液が汚泥原液供給管を通して供給される脱水機とを有する汚泥処理装置に関する。すなわち、本発明の別の様態に係る汚泥処理装置は、（イ）汚泥原液供給管を通過する凝集フロックを撮像する撮像部と、（ロ）撮像部が撮像した凝集フロックの画像の輝度信号を電気信号に変換し、電気信号から画像を２値化し、２値画像を生成する変換部と、（ハ）変換部が生成した２値画像に表示された凝集フロックの面積である凝集フロック測定面積及び凝集フロックの数を算出し、凝集フロック測定面積を画像に表示された凝集フロックの数で除した単フロック面積を算出する算出部と、（ニ）脱水機の運転開始後に算出した単フロック面積である単フロック測定面積と単フロック基準面積とを比較する比較部と、（ホ）比較部による比較結果に応じて、凝集剤供給ポンプ及び撹拌機の回転数を制御する制御部と、（へ）比較部による比較結果に応じて、警報を発する出力部とを備え、算出部は、予め同一の凝集剤添加率において複数回分の単フロック面積を算出し、複数回分の単フロック面積の平均値である単フロック平均面積を算出し、単フロック平均面積に基づいて単フロック基準面積を算出することを要旨とする。
【００１０】
本発明のさらに別の様態は、汚泥原液供給ポンプが供給する汚泥原液及び凝集剤供給ポンプが供給する凝集剤を貯槽する凝集混和槽と、凝集混和槽で汚泥原液及び凝集剤を撹拌する凝集剤撹拌機と、凝集混和槽で形成した懸濁物質である凝集フロックを含む汚泥原液が汚泥原液供給管を通して供給される脱水機とを有する汚泥処理装置を制御する汚泥処理方法に関する。すなわち、本発明のさらに別の様態に係る汚泥処理方法は、（イ）撮像部が、汚泥原液供給管を通過する凝集フロックを撮像するステップと、（ロ）変換部が、撮像部が撮像した凝集フロックの画像の輝度信号を電気信号に変換し、電気信号から画像を２値化し、２値画像を生成するステップと、（ハ）算出部が、変換部が生成した２値画像に表示された凝集フロックの総面積である凝集フロック測定面積を算出するステップと、（ニ）比較部が、脱水機の運転開始後に算出した凝集フロック測定面積である凝集フロック測定面積と凝集フロック基準面積とを比較するステップと、（ホ）制御部が、比較部による比較結果に応じて、凝集剤供給ポンプ及び凝集剤撹拌機の回転数を制御するステップと、（ヘ）出力部が、比較部による比較結果に応じて、警報を発するステップとを含み、算出部が算出するステップは、予め同一の凝集剤添加率において複数回分の凝集フロック測定面積を算出し、複数回分の凝集フロック測定面積の平均値である凝集フロック平均面積を算出し、凝集フロック平均面積に基づいて凝集フロック基準面積を算出することを要旨とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、汚泥原液中の凝集フロックの凝集状態を高精度に測定し、凝集剤の添加量及び凝集混和槽の撹拌強度を制御及び異常運転を防止する汚泥処理装置及び汚泥処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る汚泥処理装置のブロック図である。
【図２】本発明の第１〜３の実施の形態に係る汚泥処理装置の概略図である。
【図３】本発明の第１〜３の実施の形態に係る汚泥処理装置の概略図である。
【図４】本発明の第１〜３の実施の形態に係る輝度基準二値化変換による基準凝集剤添加率の算出フローチャート図である。
【図５】本発明の第１〜３の実施の形態に係る階調基準二値化変換による階調凝集フロック基準面積の算出フローチャート図である。
【図６】本発明の第１〜３の実施の形態に係る汚泥処理方法のフローチャート図である。
【図７】本発明の第１〜３の実施の形態に係る汚泥処理方法のフローチャート図である。
【図８】本発明の第１〜３の実施の形態に係る従来の汚泥原液の特性を示すグラフ図である。
【図９】本発明の第１〜３の実施の形態に係る汚泥原液の輝度基準による特性を示すグラフ図である。
【図１０】本発明の第１〜３の実施の形態に係る汚泥原液の階調基準による特性を示すグラフ図である。
【図１１】本発明の第１〜３の実施の形態に係る汚泥原液の階調基準による特性を示すグラフ図である。
【図１２】本発明の第１〜３の実施の形態に係る汚泥原液の階調基準による特性を示すグラフ図である。
【図１３】本発明の第１の実施の形態の変形例に係る汚泥処理方法のフローチャート図である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態に係る汚泥処理方法のグラフ図である。
【図１５】本発明の第２の実施の形態に係る汚泥処理方法のグラフ図である。
【図１６】本発明の第２の実施の形態に係る汚泥処理方法のフローチャート図である。
【図１７】本発明の第３の実施の形態に係る汚泥処理方法のブロック図である。
【図１８】本発明の第３の実施の形態に係る汚泥処理方法のフローチャート図である。
【図１９】本発明の第４の実施の形態に係る汚泥処理方法のブロック図である。
【図２０】本発明の第４の実施の形態に係る汚泥処理方法のフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、装置やシステムの構成等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な構成は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの構成の異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１４】
また、以下に示す本発明の実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものではない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【００１５】
（第１の実施の形態）
＜汚泥処理装置の機能構成＞
本発明の第１の実施の形態に係る汚泥処理装置は、図１に示すように、汚泥原液供給管３３を通過する凝集フロックを撮像する撮像部１１と、撮像部１１が撮像した凝集フロックの画像を２値化し、２値画像を生成する変換部１２と、変換部１８が生成した２値画像に表示された凝集フロックの面積である凝集フロック測定面積及び予め設定した初期の凝集剤添加率に基づいて凝集フロック基準面積を算出する算出部１３と、脱水機３５の運転開始後に算出した凝集フロックの面積である凝集フロック測定面積と凝集フロック基準面積とを比較する比較部１４と、比較部１４による比較結果に応じて、凝集剤供給ポンプ２９及び凝集剤撹拌機２１の回転数を制御する制御部１５と、比較部１４による比較結果に応じて、警報を発する出力部１６とを備える。
【００１６】
本発明の第１の実施の形態に係る汚泥処理装置１００は、図９に示すような汚泥性状を有する汚泥原液を制御する。従来の汚泥原液の制御に関する汚泥性状は、図８に示すように、凝集剤添加率の増加と共に、凝集フロック測定面積は減少する。しかし、図９に示す汚泥原液の汚泥性状は、凝集剤添加率０．６％、凝集フロック測定面積５５０００ｐｉｘｅｌを中心に増減関係が逆転する。ここで、凝集フロック測定面積は、凝集フロックの画像の画素数である。
【００１７】
撮像部１１は、図２示す検視窓３４を通して検視装置４５の内部を撮像し、画像として出力する。検視装置４５は、脱水機３５に連結した汚泥原液供給管３３に配設され、検視窓３４を任意の位置に備える。撮像部１１は、図２に示すテレビカメラ３１、ＣＣＤカメラ等を採用可能である。
【００１８】
変換部１２は、撮像部１１が撮像した凝集フロックの画像を２値化し、２値画像を生成する。また、変換部１２は、階調変換部１８及び輝度変換部１９によって構成される。階調変換部１８は、凝集フロックの画像を画像が有する階調情報に基づいて２値化する。また、輝度変換部１９は、画像が有する輝度情報に基づいて凝集フロックの画像を２値化する。階調変換部１８が変換した２値画像を「階調２値画像」、輝度変換部１９が変換した２値画像を「輝度２値画像」という。
【００１９】
算出部１３は、変換部１２が２値化したデータから、「凝集フロック測定面積」を算出する。ここで、「凝集フロック測定面積」とは、変換部１２が変換した凝集フロックの２値画像に基づいて、算出部１３が算出した画像に表示される凝集フロックの面積である。特に、画像に表示された凝集フロック全体の面積を「凝集フロック総面積」という。また、算出部１３が算出した画像に表示される凝集フロックの数で「凝集フロック総面積」を除した、単位凝集フロック当たりの面積を「凝集フロック単面積」という。「凝集フロック測定面積」は、「凝集フロック総面積」、「凝集フロック単面積」のいずれも適用可能である。
【００２０】
また算出部１３は、予め同一の凝集剤添加率において複数回分の凝集フロック測定面積を算出し、複数回分における凝集フロック測定面積の平均値である「凝集フロック平均面積」を算出し、「凝集フロック平均面積」に基づいて「凝集フロック基準面積」を算出する。ここで、脱水機３５の運転開始後に撮像した「輝度２値画像」に表示される凝集フロックの面積を「輝度凝集フロック測定面積」、「階調２値画像」に表示される凝集フロックの面積を「階調凝集フロック測定面積」とする。また、同一の凝集剤添加率に対して予め設定した回数分の輝度凝集フロック測定面積の平均値を「輝度凝集フロック平均面積」、同様にして階調凝集フロック測定面積の平均値を「階調凝集フロック平均面積」とする。
【００２１】
算出部１３は、「初期の凝集剤添加率近傍」において「予め設定された割合」で互いに異なる複数の凝集剤添加率それぞれに対して輝度凝集フロック平均面積を算出し、算出された複数の輝度凝集フロック平均面積の中で最小の値となる面積を「輝度凝集フロック基準面積」とする。「初期の凝集剤添加率近傍」とは、初期凝集剤添加率ＲＰ［０］の±０．３％の範囲内の程度を指す。「予め設定された割合」とは、隣り合う凝集剤添加率の値の差であり、０．０１％〜０．１％程度を指す。例えば、「初期凝集剤添加率」を含め、「初期凝集剤添加率」の前後０．０２％、０．０４％及び０．０６％だけ増減させた全７段階において、それぞれの段階における凝集フロック平均面積を算出部１３が算出する。凝集剤添加率の各段階において平均する際のサンプル数は、汚泥原液の種類やユーザによる経験、算出速度に応じて適宜決定される。サンプルとなる凝集フロックの画像は、凝集剤添加率の各段階において、撮像部１１が１０〜６０秒の間隔で撮像する。撮像した画像を基に算出部１３がサンプルとなる各凝集フロックの面積を算出する。算出結果に基づいて７つの凝集フロック平均面積が得られる。得られた凝集フロック平均面積の中で最も値の小さいものを「凝集フロック基準面積」と定義する。
【００２２】
また、算出部１３が基準凝集剤添加率近傍における第１の凝集剤添加率の値を予め試験的に算出している場合には、算出部１３は基準凝集剤添加率近傍の値における第１の凝集剤添加率に対する凝集フロック平均面積と、予め設定した第１の凝集財添加率とは異なる第２の凝集剤添加率における凝集フロック平均面積とを比較して、大きさが小さい方の凝集フロック平均面積に対する凝集剤添加率を決定する。さらに、算出部１３は、決定した凝集剤添加率の値から凝集剤添加率近傍における複数の凝集剤添加率に対する凝集フロック平均面積をそれぞれ算出及び比較し、凝集フロック平均面積が最小となる凝集財添加率を決定する。このような過程を凝集フロック平均面積が最小値として収束するまで繰り返し、収束した凝集フロック平均面積の値を凝集フロック基準面積とすることもできる。
【００２３】
なお、「基準凝集剤添加率」とは、「凝集フロック基準面積」が算出された際の凝集剤添加率である。本発明の第１の実施の形態に係る汚泥処理装置１００が算出する「基準凝集剤添加率」は「輝度凝集フロック基準面積」が該当する。また、「基準凝集剤添加率」において撮像される「階調２値画像」から算出される凝集フロック測定面積を「階調凝集フロック基準面積」とする。さらに、「初期凝集剤添加率」とは、一定の条件下で定められた任意の凝集剤添加率であり、過去に汚泥処理装置１００を運転して得られ、蓄積された経験値に基づいて決定する。
【００２４】
比較部１４は、「凝集フロック測定面積」及び「凝集フロック基準面積」を比較する。本発明の第１の実施の形態に係る比較部１４は、算出部１３が階調２値画像を基に算出する「階調凝集フロック測定面積」と輝度凝集フロック基準面積算出時の凝集剤添加率である基準凝集剤添加率における階調２値画像を基に算出部１３が算出する「階調凝集フロック基準面積」とを比較する。
【００２５】
制御部１５は、比較部１４による「階調凝集フロック測定面積」と「階調凝集フロック基準面積」との比較結果に基づいて、図２に示す凝集剤供給ポンプ２９による凝集剤の添加量を制御する。また、制御部１５は、比較部１４による比較結果に基づいて、凝集混和層２５が備える凝集剤撹拌機２１の回転数を制御する。
【００２６】
以下、詳細を図９〜１２を参照して説明する。図９に示すように、本発明の実施の形態に係る汚泥処理装置１００が処理する汚泥原液について、汚泥原液に添加する凝集剤の添加率の増加に伴い画像が含む輝度情報を基に輝度変換部１９が変換した輝度２値画像より算出部１３が算出した輝度凝集フロック測定面積は減少し、特定の凝集剤添加率を閾値として、閾値以上の凝集剤添加率の増加に伴い輝度凝集フロック測定面積は増大する。また、本発明の実施の形態に係る汚泥処理装置１００が処理する汚泥原液について、汚泥原液に添加する凝集剤の添加率の増加に伴い脱水機３５で処理した脱水ケーキのケーキ水分は減少し、特定の凝集剤添加率を超えた段階で、凝集剤添加率の増加に伴いケーキ水分は増大する。なお、輝度凝集フロック測定面積が最小の値を取る際に対応する凝集剤添加率と、ケーキ水分が最小の値を取る際に対応する凝集剤添加率とはほぼ同一の値となる。すなわち、ケーキ水分が最小となる最適な状態に汚泥原液を処理するためには、汚泥処理装置１００の運転中に測定される凝集剤添加率が基準凝集剤添加率と同一である必要がある。しかし、汚泥処理装置１００の運転中に汚泥性状は変化するため、凝集剤の添加量が一定であっても測定される輝度凝集フロック測定面積は変化する。そのため、高品質の処理を実現するためには運転中に測定される輝度凝集フロック測定面積を最小値に近づける制御が必要になる。なお、算出部１３が算出する輝度凝集フロック測定面積は凝集フロック全体の総面積でも、単位凝集フロック当たりの面積である輝度凝集フロック単面積でも同様の特性を示す。
【００２７】
ここで、図１０は、汚泥原液の画像が含む階調情報を基に算出部１３が算出した階調凝集フロック測定面積と凝集剤添加率によって示される図９と同様の汚泥原液の特性を示す。図１０に示すように、凝集剤添加率の増加に伴って、階調凝集フロック測定面積は単純に増加する。そのため、基準凝集剤添加率に対応する階調凝集フロック基準面積と階調凝集フロック測定面積との大きさを比較することで、運転中の凝集剤添加率を簡単及び迅速に基本凝集剤添加率へ近づける制御が可能となる。すなわち、図１０において、階調凝集フロック測定面積＞階調凝集フロック基準面積の場合、凝集剤添加率を減少させることで運転中の凝集剤添加率を基準凝集剤添加率に近づけることが可能となる。また、階調凝集フロック測定面積＜階調凝集フロック基準面積の場合、凝集剤添加率を増加させることで運転中の凝集剤添加率を基準凝集剤添加率に近づけることが可能となる。
【００２８】
ところが、図９に示すように、輝度情報を基にした輝度基準の汚泥原液の特性では、特定の輝度凝集フロック測定面積の値、例えば５６０００付近における輝度凝集フロック測定面積の値に対応する凝集剤添加率の値が２種類存在するため、輝度凝集フロック測定面積と輝度凝集フロック基準面積との大きさの比較だけで、基準凝集剤添加率に近づけるために運転中の凝集剤添加率を増加させるか減少させるかを判断することは不可能となる。
【００２９】
そこで、本発明の第１の実施の形態に係る制御部１５は、「階調凝集フロック測定面積」と「階調凝集フロック基準面積」とを比較する。なお、図１０は凝集フロックの総面積に対する汚泥原液の特性を示すグラフであるが、図１１及び１２に示すように、凝集フロック総面積を凝集フロックの数で除した単位凝集フロック当たりの面積である輝度凝集フロック単面積でも同様のグラフ形状を示すため、本発明の第１の実施の形態に係る制御部１５は同様の制御が可能である。
【００３０】
すなわち、本発明の第１の実施の形態に係る汚泥処理装置１００は、撮像部１１が撮像した画像に含まれる階調情報に基づいて算出した、基準凝集剤添加率に対応する階調凝集フロック基準面積と、汚泥処理装置１００の運転中に測定し階調情報に基づいて算出した階調凝集フロック測定面積とを比較することで、迅速容易に汚泥原液の最適な処理を実施することが可能となる。
【００３１】
つぎに、図９に示す特性を示す汚泥原液を処理する際に、制御部１５は、比較部１４による比較結果として、階調凝集フロック測定面積＞階調凝集フロック基準面積で、且つ、算出部１３が算出し、式（１）で表される「誤差率」が「予め定めた特定の値」（以下において、「誤差既定値」という。）を超える際に、凝集剤の添加量を減少させ、ひいては凝集剤添加率が減少するように凝集剤供給ポンプ２９を制御する。すなわち、この際に制御部１５は、凝集剤添加率が「予め設定した値」だけ減少するように凝集剤供給ポンプ２９の回転数を減少させる。ここで、「誤差率」は階調凝集フロック基準面積に対する階調凝集フロック測定面積の差分の割合である。階調凝集フロック基準面積に対する階調凝集フロック測定面積の誤差率ε、階調凝集フロック測定面積をｇＦＡｍ、階調凝集フロック基準面積をｇＦＡとすると次式が成り立つ。
ε＝｛（ｇＦＡｍ−ｇＦＡ）／ｇＦＡ｝×１００ ・・・（１）
【００３２】
また、誤差率が誤差既定値以下の場合は、制御部１５は凝集剤供給ポンプ２９の回転数を維持して、引き続き凝集剤添加率を維持する。ここで、「予め設定した値」とは、階調凝集フロック測定面積が階調凝集フロック基準面積に近づく際の調整幅であり、それまでの経験値により、０．０５％と設定することも可能であり、０．０１％と設定することも可能である。
【００３３】
さらに、階調凝集フロック測定面積が階調凝集フロック基準面積よりも小さく、且つ誤差率が誤差既定値よりも大きい場合は、制御部１５は凝集剤供給ポンプ２９の回転数を増加させることで、凝集剤添加率が予め設定した値だけ増加するよう制御する。階調凝集フロック測定面積が階調凝集フロック基準面積よりも大きく、且つ誤差率が誤差既定値よりも大きい場合は、制御部１５は凝集剤供給ポンプ２９の回転数を減少させることで、凝集剤添加率が予め設定した値だけ減少するよう制御する。
【００３４】
ここで、「誤差既定値」とは、凝集フロック測定面積と凝集フロック基準面積との差分に関する値である。また、実際の機器等における精度によって生じる誤差として無視できる程度の大きさの値であり、基準凝集添加率の決定に対して現実的に影響を及ぼさない程度の微小な値である。
【００３５】
つづいて、制御部１５が凝集剤添加率を減少させる制御を実施した後、減少後の凝集剤添加率が予め設定した最小凝集剤添加率以下である場合、後に詳述する出力部１６が警報を出力する。また、減少後の凝集剤添加率が最小凝集剤添加率よりも大きい場合は、制御部１５は凝集剤供給ポンプ２９の回転数を減少させることで凝集剤添加率が更に減少するよう制御する。制御部１５が凝集剤添加率を増加させる制御を実施した後、増加後の凝集剤添加率が予め設定した最大凝集剤添加率以上である場合、制御部１５は凝集剤撹拌機２１の回転数を減少させることで、凝集剤添加率が更に減少するよう制御し、増加後の凝集剤添加率が最大凝集剤添加率よりも小さい場合は、制御部１５は凝集剤供給ポンプ２９の回転数を増加させることで増加後の凝集剤添加率が更に増加するよう制御する。
【００３６】
また、誤差率が誤差既定値以下の場合は、制御部１５は凝集剤撹拌機２１の回転数を維持し、階調凝集フロック測定面積が階調凝集フロック基準面積よりも小さく、且つ誤差率が誤差既定値よりも大きい場合は、制御部１５は凝集剤撹拌機２１の回転数を減少させることで、運転中の凝集剤添加率を基準凝集剤添加率に近づけることも可能である。階調凝集フロック測定面積が階調凝集フロック基準面積よりも大きく、且つ誤差率が誤差既定値よりも大きい場合は、制御部１５が凝集剤撹拌機２１の回転数を増加させることで運転中の凝集剤添加率を基準凝集剤添加率に近づけることも可能である。
【００３７】
出力部１６は一定の条件下において、汚泥処理装置１００に異常が発生した際に、汚泥処理装置１００のユーザに対し、異常状態の情報を提供する。ここで、「一定の条件」とは、凝集フロック基準面積及び凝集フロック測定面積の差が異常値に達した場合とすることも可能であり、あるいは凝集フロック基準面積に対する凝集フロック測定面積の誤差率と誤差既定値との差が異常値に達した場合とすることも可能である。ここで、「異常値」とは、汚泥処理装置１００の処理の中で、汚泥処理装置１００本来の仕様において、取り扱いに熟練したユーザが明らかに異常な状態が発生したと判断可能な際の各種値を指す。
【００３８】
出力方法及び出力形式は汚泥処理装置１００のユーザに注意喚起を呼びかけるものが適する。例えば、映像信号を出力して表示部に画像及び文字を表示することも可能であり、音声信号を出力して音声を出力することも可能である。
【００３９】
記憶装置１７は、算出部１３が算出する凝集フロック測定面積、凝集フロック基準面積、基準凝集剤添加率、誤差率及び誤差既定値、比較部１４が比較した比較結果等を格納し、必要に応じて制御部１５等に供給する。
【００４０】
本発明の実施の形態に係る汚泥処理装置１００の図１に示す記憶装置１７には、撮像部１１、変換部１２、算出部１３、比較部１４、制御部１５及び出力部１６の管理を支援するプログラムが記憶されるとともに、ユーザの指示に基づいて図示しないユーザインタフェース手段が入力した凝集剤の添加量、凝集混和槽２５における凝集剤撹拌機２１の撹拌強度等が記憶される。また、撮像部１１が撮像し出力した凝集フロックの画像、その画像を変換部１２が２値化したデータも記憶される。さらに、撮像部１１、変換部１２、算出部１３、比較部１４、制御部１５及び出力部１６等によるデータ演算処理の管理に関するプログラムが汚泥処理装置１００の図示しない中央演算処理装置に読み込まれ実行されることによって、撮像部１１、変換部１２、算出部１３、比較部１４、制御部１５及び出力部１６等が汚泥処理装置１００に実装される。
【００４１】
＜汚泥処理装置の機器構成＞
本発明の実施の形態に係る汚泥処理装置１００の機器構成は、図２及び図３に示すように、懸濁物質を含有する汚泥原液を貯留し、撹拌機２６を配設した汚泥貯留槽２２と、圧入管２４から凝集混和槽２５の槽底に一定量の汚泥原液を圧入する汚泥原液供給ポンプ２３と、撹拌機２６を配設し、凝集剤が貯留している高分子溶解槽２７と、高分子溶解槽２７から圧入管２４の汚泥原液に０．３〜１．０％の範囲で可変容量の凝集剤を添加する凝集剤供給ポンプ２９と、汚泥原液供給ポンプ２３が供給する汚泥原液及び凝集剤供給ポンプ２９が供給する凝集剤を貯槽する凝集混和槽２５と、撹拌機モータ３０に連結し、凝集混和槽２５で汚泥原液及び凝集剤を撹拌する凝集剤撹拌機２１と、凝集混和槽２５で形成した懸濁物質である凝集フロックを含む汚泥原液が汚泥原液供給管３３を通して供給される脱水機３５とを備える。なお、凝集混和槽２５に配設される凝集剤撹拌機２１は、汚泥原液と凝集剤を通常４０ｒｐｍの速度で撹拌し、段階的に３〜５ｒｐｍの増速と減速が可能である。
【００４２】
また、本発明の実施の形態に係る汚泥処理装置１００は、凝集混和槽２５の凝集剤が添加された汚泥原液を凝集剤撹拌機２１が撹拌することで汚泥原液中に含まれる懸濁物質の凝集フロックを形成させ、脱水機３５が汚泥原液供給管３３より供給される汚泥原液から形成された凝集フロックを分離して排出する。また、汚泥処理装置１００は、凝集フロックを含む汚泥原液をタンク圧で脱水機３５に供給する汚泥原液供給管３３と、検視装置４５とを備える。
【００４３】
さらに、図４に示すように、検視装置４５が有する検視窓３４を通して検視装置１の内部を撮像し、画像として出力する撮像テレビカメラ３１と、画像を２値化して凝集フロック測定面積等を算出する演算装置４４と、凝集フロック測定面積と凝集フロック基準面積とを比較し、比較結果に応じた制御信号を出力し制御信号の特性に応じて、凝集剤供給ポンプ２９、凝集剤撹拌機２１及び異常信号装置４３を制御するシーケンサー比例制御装置４２とを備える。
【００４４】
凝集混和槽２５には形成した凝集フロックを含む汚泥原液を脱水機３５のスクリュープレス３２に供給する汚泥原液供給管３３が連結している。なお、本発明の実施の形態では、脱水機３５にスクリュープレス３２を使用しているが、周知の脱水機、例えば遠心脱水機、ベルト式脱水機等でも使用可能である。汚泥原液供給ポンプ２３による凝集混和槽２５への圧入圧を利用して、凝集混和槽２５のタンク圧で汚泥原液をスクリュープレス３２に圧入し、凝集した懸濁物質である凝集フロックが脈動により壊れないようにしている。汚泥原液供給管３３には凝集フロックの状況を撮像する可能にする検視窓３４が設けられている。検視窓３４は、円形でも多角形でも可能である。汚泥原液供給管３３に配設された検視窓３４から１０〜４０ｃｍ離れた位置にテレビカメラ３１が配置される。図１に示す撮像部１１に該当するテレビカメラ３１は、汚泥原液供給管３３を通過する凝集フロックを１５〜３０秒間に１回撮影し、その輝度信号をデジタル信号に変換する。電気信号の輝度情報はコントローラ３７に送信され、、コントローラ３７が凝集フロックの画像を演算装置４４に伝送する。テレビカメラ３１から伝送される凝集フロック群の画像輝度情報は、図３に示す演算装置４４の画像ボード３８に記憶される。この画像情報は２値化回路３９より輝度レベルに応じて２値化される。
【００４５】
２値化された凝集フロック群の画像情報は演算回路４０に入力されて、凝集フロック測定面積及び凝集フロック基準面積等が算出される。演算装置４４から信号変換機４１に送信された凝集フロックの面積情報は、デジタル信号をアナログ信号に変換し、シーケンサー比例制御装置４２に送信される。シーケンサー比例制御装置４２は、予め入力された汚泥原液中の懸濁物質量の変動と濃度の変動に対する凝集剤添加率の関係情報を基に、凝集フロックの各種面積を比較、比較結果に基づいて、凝集剤撹拌機２１の回転数、凝集剤供給ポンプ２９及び異常信号装置４３を制御する。
【００４６】
凝集フロック測定面積が過大であった場合は、凝集剤の添加率を減少させて、あるいは凝集剤撹拌機２１の回転数を増加させることで、シーケンサー比例制御装置４２は凝集フロック測定面積を凝集フロック基準面積に近づける。また、凝集フロック測定面積が微小であった場合は、凝集剤の添加率を増加させて、あるいは凝集剤撹拌機２１の回転数を減少させることで、シーケンサー比例制御装置４２は凝集フロック測定面積を凝集フロック基準面積に近づける。
【００４７】
＜輝度基準二値化変換による基準凝集剤添加率の算出方法＞
つぎに、本発明の第１の実施の形態に係る汚泥処理装置が、凝集フロックの画像が含む輝度情報に基づいて凝集フロック測定面積を算出することで基準凝集剤添加率を決定する方法について、図４のフローチャートを参照しながら説明する。
【００４８】
ここで、「初期凝集剤添加率」をＲＰ［０］、「初期輝度凝集フロック面積」をｂＦＡ［０］、「凝集剤添加率差分」をα、「第ｎ凝集剤添加率」をＲＰ［ｎ］、「第ｎ輝度凝集フロック面積」をｂＦＡ［ｎ］、「基準凝集剤添加率」をＲＰ、「輝度凝集フロック基準面積」をｂＦＡ、「第ｎ輝度凝集フロック平均面積」をａｖｅ（ｂＦＡ［ｎ］）、「平均面積算出時サンプリング回数」をａとする。ただし、「第ｎ輝度凝集フロック平均面積」とは、第ｎ凝集剤添加率におけるサンプリング回数分の輝度凝集フロック測定面積の平均値であり、次式が成り立つ。
【００４９】
α＝ＲＰ［ｎ＋１］−ＲＰ［ｎ］、α＝０．０１〜０．１ ・・・（２）
ｂＦＡ＝ｍｉｎ｛ａｖｅ（ｂＦＡ［ｎ］）｝、ｎ＝０〜ｎ ・・・（４）
また、式（４）は、初期輝度凝集フロック平均面積の値ａｖｅ（ｂＦＡ［０］）、第１輝度凝集フロック平均面積の値ａｖｅ（ｂＦＡ［１］）、・・・、第ｎ輝度凝集フロック平均面積の値ａｖｅ（ｂＦＡ［ｎ］）の中の最小値が「凝集フロック基準面積」であることを示す。
【００５０】
（イ）図４（ａ）に示すステップＳ１０１において、撮像部１１が撮像した凝集剤添加率ＲＰ［０］〜ＲＰ［ｎ］における凝集フロックの画像を輝度変換部１９が、画像が含む輝度情報に基づいて（輝度基準により）輝度２値画像に変換し、算出部１３が変換された輝度二値画像から輝度凝集フロック測定面積ｂＦＡ［０］〜ｂＦＡ［ｎ］をそれぞれ算出する。このとき算出部１３は同一の凝集剤添加率ＲＰ［ｎ］において輝度凝集フロック測定面積ｂＦＡ［ｎ］をａ回算出する。ここで、「ａ」は、予め設定された任意の値であり、汚泥処理装置１００の計算負荷及び計算速度等に関する能力、算出結果の精度等によって最適な値が経験的に設定される。算出部１３は、ｎ＝０〜ｎそれぞれにおいて、輝度凝集フロック測定面積ｂＦＡ［ｎ］のａ回分の算出を繰り返す。また、「ｎ」は、１から予め設定された任意の値までの変数であり、ステップＳ１０１からステップＳ１０５までは１からｎまでインクリメントを１として処理を繰り返す。「ｎ」も「ａ」同様、汚泥処理装置１００の計算負荷及び計算速度等に関する能力、算出結果の精度等によって最適な値が経験的に設定される。
【００５１】
（ロ）ステップＳ１０２において、算出部１３は、凝集剤添加率ＲＰ［０］〜ＲＰ［ｎ］における輝度凝集フロック測定面積のａ回分の平均値ａｖｅ（ｂＦＡ［０］）〜ａｖｅ（ｂＦＡ［ｎ］）をそれぞれ算出する。ステップＳ１０３において、算出部１３は、ｎ＝０〜ｎにおいてそれぞれ算出した平均値ａｖｅ（ｂＦＡ［０］）〜ａｖｅ（ｂＦＡ［ｎ］）から最小値を判定し、ステップＳ１０４において、算出部１３は、判定した最小値を凝集フロック基準面積ｂＦＡと定める。ステップＳ１０５において、算出部１３は、ｂＦＡに該当する凝集フロック基準面積を算出した際の凝集剤添加率を基準凝集剤添加率と認定する。
【００５２】
つぎに、図４（ｂ）は、図４（ａ）に対応して、輝度基準二値化変換による基準凝集剤添加率の算出方法におけるアルゴリズムを示すフローチャートである。
【００５３】
ルーチンＲ１１−１〜１１−２は、同一の凝集剤添加率ＲＰ［ｎ］において、ａ回繰り返して輝度凝集フロック測定面積を算出する繰り返し処理のサブルーチンである。ルーチンＲ１２−１〜１２−２は、輝度凝集フロック平均面積を異なる凝集剤添加率ＲＰ［０］，・・・，ＲＰ［ｎ］それぞれにおいて繰り返し算出する、繰り返し処理のサブルーチンである。
【００５４】
ステップＳ１１において、撮像部１１は、汚泥原液を撮像する。ステップＳ１２において、輝度変換部１９は、撮像部１１が撮像した画像を輝度基準で輝度２値画像に変換する。ステップ１３において、算出部１３は輝度２値画像から輝度凝集フロック測定面積ｂＦＡ［ｎ］を算出する。ルーチンＲ１１−１〜１１−２において、算出部１３は、ｂＦＡ［ｎ］をａ回算出する。ステップＳ１４において、算出部１３は、ａ回におけるｂＦＡ［ｎ］の平均値である、輝度凝集フロック平均面積ａｖｅ（ｂＦＡ［ｎ］）を算出する。
【００５５】
ルーチンＲ１２−１〜１２−２において、算出部１３は、ｎ＝０〜ｎにおいてそれぞれ輝度凝集フロック平均面積ａｖｅ（ｂＦＡ［ｎ］）を算出する。ステップＳ１５において、算出部１３は、輝度凝集フロック平均面積ａｖｅ（ｂＦＡ［０］）〜ａｖｅ（ｂＦＡ［ｎ］）の中から最小値を判定し、最小値ｍｉｎ｛ｂＦＡ［ｎ］｝を輝度凝集フロック基準面積ｂＦＡに定める。ステップＳ１６において、算出部１３は、ｂＦＡを算出した際の凝集添加率を基準凝集剤添加率と認定する。
＜階調基準二値化変換による階調凝集フロック基準面積の算出方法＞
つぎに、本発明の実施の形態に係る汚泥処理装置が、凝集フロックの大きさを制御する方法について、図５のフローチャートを参照しながら説明する。
【００５６】
ここで、「階調凝集フロック基準面積」をｇＦＡ、「第ｉ階調凝集フロック測定面積」をｇＦＡ［ｉ］、「第ｉ階調凝集フロック平均面積」をａｖｅ（ｇＦＡ［ｉ］）、「平均面積算出時サンプリング回数」をｂとする。ただし、「第ｉ階調凝集フロック平均面積」とは、第ｉ凝集剤添加率におけるサンプリング回数分の階調凝集フロック測定面積の平均値であり、次式が成り立つ。
【００５７】
ｇＦＡ＝ａｖｅ（ｇＦＡ［ｉ］）｝、ｉ＝０〜ｎ ・・・（６）
【００５８】
なお、以下の処理の説明における凝集フロックの面積は、凝集フロック全体の面積である総面積として述べているが、凝集フロックの総面積を凝集フロックの数で除した単位凝集フロック当たりの面積である単面積を使用して処理を実施することが可能である。
【００５９】
（イ）図５（ａ）に示すステップＳ２０１において、撮像部１１が撮像した基準凝集剤添加率ＲＰにおける凝集フロックの画像を階調変換部１８が、画像が含む階調情報に基づいて（階調基準により）階調２値画像に変換し、算出部１３が変換された階調二値画像から階調凝集フロック測定面積ｇＦＡ［ｉ］を算出する。このとき算出部１３は基準凝集剤添加率ＲＰにおいて階調凝集フロック測定面積ｇＦＡ［ｉ］をｂ回算出する。ここで、「ｂ」は、予め設定された任意の値であり、汚泥処理装置１００の計算負荷及び計算速度等に関する能力、算出結果の精度等によって最適な値が経験的に設定される。また、「ｉ」は、１からｎまでの任意の値であり、図４（ｂ）のステップＳ１６に示すように基準凝集剤添加率となる際に決定した値である。
【００６０】
（ロ）ステップＳ２０２において、算出部１３は、基準凝集剤添加率ＲＰにおける階調凝集フロック測定面積のｂ回分の平均値ａｖｅ（ｇＦＡ［ｉ］）を算出する。ステップＳ２０３において、算出部１３は、階調凝集フロック平均面積ａｖｅ（ｇＦＡ［ｉ］）を階調凝集フロック基準面積ｇＦＡと定める。
【００６１】
つぎに、図５（ｂ）は、図５（ａ）に対応して、階調基準二値化変換による階調凝集フロック基準面積の算出方法におけるアルゴリズムを示すフローチャートである。
【００６２】
ルーチンＲ２１−１〜２１−２は、基準凝集剤添加率ＲＰにおいて、ｂ回繰り返して階調凝集フロック測定面積を算出する繰り返し処理のサブルーチンである。
【００６３】
（イ）ステップＳ２１において、撮像部１１は、汚泥原液を撮像する。ステップＳ１２において、階調変換部１８は、撮像部１１が撮像した画像を階調基準で階調２値画像に変換する。ステップ２３において、算出部１３は階調２値画像から階調凝集フロック測定面積ｇＦＡ［ｉ］を算出する。ルーチンＲ２１−１〜２１−２において、算出部１３は、ｇＦＡ［ｉ］をｂ回算出する。ステップＳ２４において、算出部１３は、ｂ回におけるｇＦＡ［ｉ］の平均値である、階調凝集フロック平均面積ａｖｅ（ｇＦＡ［ｉ］）を算出する。
【００６４】
（ロ）ステップＳ２５において、階調凝集フロック平均面積ａｖｅ（ｇＦＡ［ｉ］）を階調凝集フロック基準面積に定める
＜汚泥処理装置による凝集フロック制御方法＞
つぎに、本発明の第１の実施の形態に係る汚泥処理装置１００が、凝集フロックの大きさを制御する方法について、図６及び図７のフローチャートを参照しながら説明する。
【００６５】
（イ）ステップＳ３０１において、ユーザの指示に基づき、図１に示す記憶装置１７は、図示しないインターフェース部が入力した初期設定値を記憶する。本発明の実施の形態に係る汚泥処理装置１００が凝集フロックの大きさを制御する際に使用する初期設定値は、初期汚泥原液流量Ｑｓ［０］、初期汚泥原液濃度Ｄ［０］、初期凝集剤添加率ＲＰ［０］、最大凝集剤添加率ＲＰｍａｘ、最小凝集剤添加率ＲＰｍｉｎ、初期撹拌回転数ＡＲ［０］、最大撹拌回転数ＡＲｍａｘ、最小撹拌回転数ＡＲｍｉｎ等である。ここで、凝集剤撹拌機２１の撹拌回転数ＡＲは汚泥処理装置１００が正常に運転していれば、下限がＡＲｍｉｎ、上限がＡＲｍａｘの許容撹拌回転数の範囲内で変移する。そのため、許容撹拌回転数の範囲外、すなわち、ＡＲ＜ＡＲｍｉｎ及びＡＲ＞ＡＲｍａｘとなるとき、汚泥処理装置１００は何らかの異常が発生していると判断可能である。
【００６６】
（ロ）ステップＳ３０２において、脱水機３５は、汚泥処理のため運転を開始する。ステップＳ３０３において、図１に示す撮像部１１（図２に示すテレビカメラ３１）が、汚泥原液供給管３３を通過する汚泥原液に含まれる凝集フロックを検視窓３４を通して撮像し、変換部１２が有する輝度変換部１９は撮像画像を輝度２値画像に２値化変換し、算出部１３が輝度２値画像に基づいて輝度凝集フロック基準面積ｂＦＡを算出する。ステップＳ３０４において、算出部１３は、輝度凝集フロック基準面積ｂＦＡに基づいて基準凝集剤添加率ＲＰを算出する。ステップＳ３０５において、算出部１３は、基準凝集剤添加率ＲＰに基づいて階調凝集フロック基準面積ｇＦＡを算出する。ステップＳ３０６において、算出部１３は、任意の凝集剤添加率ＲＰ［ｎ］における階調凝集フロック測定面積ｇＦＡ［ｎ］を算出する。
【００６７】
（ハ）ステップＳ３０７において、比較部１４は、階調凝集フロック測定面積の階調凝集フロック基準面積に対する誤差率と誤差規定値βとを比較する。ここでは、ステップＳ３０６において算出部１３が算出した階調凝集フロック測定面積ｇＦＡ［ｎ］を適用され、ＦＡ［ｎ］の誤差率は（ｇＦＡ［ｎ］−ｇＦＡ）×１００／ｇＦＡと表される。ｇＦＡに対するｇＦＡ［ｎ］の誤差率がβ以下の場合、ステップＳ３０８において、制御部１５は、凝集剤添加率を維持するよう図２に示す凝集剤供給ポンプ２９を制御し、汚泥処理装置１００の運転を継続する。ｇＦＡ［ｎ］の誤差率がβよりも大きい場合、ステップＳ３０９において、比較部１４は、凝集剤添加率ＲＰ［ｎ］における階調凝集フロック測定面積ｇＦＡ［ｎ］と階調凝集フロック基準面積ｇＦＡとを比較する。ｇＦＡ［ｎ］がｇＦＡ以下の場合、ステップＳ３１０において、制御部１５は、凝集剤添加率がＲＰ［ｎ＋１］に増加するように図２に示す凝集剤供給ポンプ２９に指示をする。
【００６８】
（ニ）つづいて、図７に示すステップＳ３１１において、比較部１４は、ステップＳ３１０で増加を指示した後の凝集剤添加率ＲＰ［ｎ＋１］と、図１に示す記憶装置１７が記憶する最大凝集剤添加率ＲＰｍａｘとを比較する。ＲＰ［ｎ＋１］がＲＰｍａｘよりも小さい場合、ステップＳ３１２において、制御部１５は、凝集剤添加率がＲＰ［ｎ］からＲＰ［ｎ＋１］に増加するように図２に示す凝集剤供給ポンプ２９を制御し、ステップＳ３１３において、算出部１３は、凝集剤添加率ＲＰ［ｎ＋１］における階調凝集フロック測定面積ｇＦＡ［ｎ＋１］を算出し、図６に示すステップＳ３０７に移行し、比較部１４は、ｇＦＡに対するｇＦＡ［ｎ＋１］の誤差率とβとを比較する。ステップＳ３１１において、ＲＰ［ｎ＋１］がＲＰｍａｘ以上の場合、ステップＳ３１４において、制御部１５は、凝集剤撹拌機２１の回転数を減少させるよう指示する。
【００６９】
（ホ）つづいて、ステップＳ３１５において、比較部１４は、凝集剤撹拌機２１の回転数である撹拌回転数ＡＲと、最大撹拌回転数ＡＲｍａｘ及び最小撹拌回転数ＡＲｍｉｎとを比較し、ＡＲがＡＲｍｉｎ以下またはＡＲｍａｘ以上であるとき、すなわち、撹拌回転数ＡＲが許容撹拌回転数の範囲外の際には、ステップＳ３１６において、出力部１６は、ステップＳ３１５時の撹拌回転数ＡＲが異常値であるとして警報を出力し、図６に示すステップＳ３０３に移行する。なお、警報は音声又は映像等でも良く、それらの組み合わせでも良い。
【００７０】
（ヘ）ステップＳ３１５において、撹拌回転数ＡＲがＡＲｍｉｎより大きく、ＡＲｍａｘより小さい場合、すなわち、撹拌回転数ＡＲが許容撹拌回転数の範囲内の際には、ステップＳ３１７において、制御部１５は、凝集剤添加率ＲＰ［ｎ］がＲＰ［ｎ＋１］になるように撹拌機回転数ＡＲを予め設定した任意の回転数に変更するよう図２に示す撹拌機モータ３０を制御する。つづいて、ステップＳ３１８において、算出部１３は、凝集剤添加率ＲＰ［ｎ＋１］における階調凝集フロック測定面積ｇＦＡ［ｎ＋１］を算出する。ステップＳ３１９において、比較部１４は、算出部１３が算出した階調凝集フロック測定面積ｇＦＡ［ｎ＋１］の階調凝集フロック基準面積ｇＦＡに対する誤差率と誤差既定値βとを比較する。
【００７１】
（ト）ステップＳ３１９において、ｇＦＡ［ｎ＋１］のｇＦＡに対する誤差率が−βよりも小さい場合、ステップＳ３２０において、凝集剤添加率ＲＰ［ｎ］における階調凝集フロック測定面積ｇＦＡ［ｎ＋１］とＲＰ［ｎ＋２］においける階調凝集フロック測定面積ｇＦＡ［ｎ＋２］とを比較する。ステップＳ３２０において、ｇＦＡ［ｎ＋１］がｇＦＡ［ｎ＋２］よりも小さい場合、ステップＳ３１４に移行し、ｇＦＡ［ｎ＋１］がｇＦＡ［ｎ＋２］以上の場合、図６に示すステップＳ３０３に移行する。ステップＳ３１９において、ｇＦＡ［ｎ＋１］のｇＦＡに対する誤差率がβよりも大きい場合、ステップＳ３２１において、制御部１５は、凝集剤撹拌機２１の回転数が増加するように図２に示す撹拌機モータ３０に指示をし、ステップＳ３１５に移行する。
【００７２】
（チ）ステップＳ３１９において、ｇＦＡ［ｎ＋１］のｇＦＡに対する誤差率の大きさがβ以下の場合、ステップＳ３２２において、制御部１５は、凝集剤撹拌機２１の回転数が維持するように撹拌機モータ３０を制御し、図６に示すステップＳ３０６に移行する。つぎに、図６に示すステップＳ３０９において、ｇＦＡ［ｎ］がｇＦＡよりも大きい場合、ステップＳ３２３において、制御部１５は、凝集剤添加率がＰＲ［ｎ−１］に減少するように図２に示す凝集剤供給ポンプ２９に指示する。つづいて、ステップＳ３２４において、比較部１４は、ステップＳ３２３における減少後の凝集剤添加率ＲＰ［ｎ−１］と図１に示す記憶装置１７が記憶する最小凝集剤添加率ＲＰｍｉｎとを比較する。ＲＰ［ｎ−１］がＲＰｍｉｎ以下の場合、ステップＳ３２５において、図１に示す出力部１６は警報を出力し、ステップＳ３０３に移行する。
【００７３】
（リ）ステップＳ３２４において、ＲＰ［ｎ−１］がＲＰｍｉｎよりも大きい場合、ステップＳ３２６において、制御部１５は、凝集剤添加率がＲＰ［ｎ−1］に減少するように図２に示す凝集剤供給ポンプ２９を制御する。つづいて、ステップＳ３２７において、算出部１３は、凝集剤添加率ＲＰ［ｎ−1］における階調凝集剤添加率ｇＦＡ［ｎ−1］を算出後、ステップＳ３０７に移行し、ステップＳ３０７において、比較部１４は、ｇＦＡに対するｇＦＡ［ｎ−1］の誤差率とβとを比較する。
【００７４】
以上説明したように、本発明の第１の実施の形態に係る汚泥処理装置は、迅速容易に最適な水分の汚泥ケーキを生成すべく凝集剤添加率を制御し、最適な汚泥処理を実施することが可能である。最適な汚泥処理を実施するためには、汚泥ケーキが最適な水分量を維持するように汚泥原液の凝集剤添加率が基準凝集剤添加率を維持する必要がある。基準凝集剤添加率を維持するためには、凝集フロック測定面積が凝集フロック基準面積を維持する必要がある。
【００７５】
すなわち、図８に示す単純右肩下がりのグラフの性状である汚泥において、基準凝集剤添加率を制御する際には、凝集フロック測定面積が６００００であれば、凝集フロック基準面積の５５０００に近づけるために、凝集剤添加率が減少するよう制御する。凝集剤供給ポンプ２９の回転数を増加させ、凝集剤の供給量を増やすことで、汚泥原液中の凝集剤添加率を基準凝集剤添加率に近づける制御が可能である。
【００７６】
また、凝集フロック測定面積が５２０００であれば、凝集フロック基準面積の５５０００に近づけるために、凝集剤添加率が減少するよう制御する。凝集剤供給ポンプ２９の回転数を減少させ、凝集剤の供給量を減らすことで、汚泥原液中の凝集剤添加率を基準凝集剤添加率に近づける制御が可能である。しかし、図９に示す性状の汚泥において、凝集フロック測定面積が５７０００付近では、該当する凝集剤添加率の値が基準凝集剤添加率を挟んで複数存在するため、単純に凝集剤の添加量を増減を決定することは不可能である。
【００７７】
しかしながら、輝度基準により凝集フロック測定面積を算出した図９に対し、階調基準により凝集フロック測定面積を算出すると、図１０に示すように、凝集フロック測定面積及び凝集剤添加率が一対一で対応する単純な関係で示される。そのため、階調基準により算出した凝集フロック測定面積と凝集フロック基準面積との関係を検討することで、迅速及び容易に基準凝集剤添加率を維持するような制御を実施することができる。
【００７８】
つぎに、図１０及び図１１は共に濃淡基準により算出した凝集フロック測定面積と凝集剤添加率との関係を示す。ただし、図１０が画像に表示された凝集フロック全体の面積である凝集フロック総面積と凝集剤添加率との関係を示しているのに対し、図１１は画像に表示される凝集フロックの数で凝集フロック総面積を除した、単位凝集フロック当たりの面積である凝集フロック単面積と凝集剤添加率との関係を示す。図１１及び図１２に示すように、凝集フロック単面積も凝集フロック総面積と同様に凝集剤添加率の増加に伴って単純に増加するため、凝集フロック単面積を凝集フロック測定面積に適用しても、適切な凝集剤添加率の制御は可能となる。
【００７９】
（第１の実施の形態の変形例）
本発明の第１の実施の形態の変形例に係る汚泥処理装置は、図１３に示すように、図７とは、ステップＳ４１１、Ｓ４１５及びＳ４１９において異なる。また、図１３に示すステップＳ４１２〜Ｓ４１４、Ｓ４１６〜Ｓ４１８及びＳ４２０〜Ｓ４２４は、図７に示すステップＳ３１２〜Ｓ３１６及びＳ３１８〜Ｓ３２２と同様である。
【００８０】
すなわち、本発明の第１の実施の形態の変形例に係る汚泥処理装置１００は、図１３に示すステップＳ４１１において、
（イ）比較部１４は、図６に示すステップＳ３１０で増加を指示した後の凝集剤添加率ＲＰ［ｎ＋１］と、「凝集剤添加率撹拌基準値ＲＰａｒ」とを比較する。ここで、「凝集剤添加率撹拌基準値ＲＰａｒ」とは、最大凝集剤添加率ＲＰｍａｘ以下の値であり、図１に示す制御部１５が図２に示す凝集撹拌機２１を回転させる際の閾値である。最大凝集剤添加率ＲＰｍａｘと同様に汚泥処理装置１００の運転に際して予め設定される値であり、図１に示す記憶装置１７が記憶する。「凝集剤添加率撹拌基準値ＲＰａｒ」は、従来の処理における経験値を考慮して設定され、最大凝集剤添加率ＲＰｍａｘの７０〜１００％程度の値が適切であるが、汚泥性状及び汚泥処理装置１００の性能等によって適宜柔軟に変更可能である。
【００８１】
（ロ）ステップＳ４１１において、ＲＰ［ｎ＋１］がＲＰａｒよりも小さい場合、ステップＳ４１２において、制御部１５は、凝集剤添加率がＲＰ［ｎ］からＲＰ［ｎ＋１］に増加するように図２に示す凝集剤供給ポンプ２９を制御し、ステップＳ４１３において、算出部１３は、凝集剤添加率ＲＰ［ｎ＋１］における階調凝集フロック測定面積ｇＦＡ［ｎ＋１］を算出し、図６に示すステップＳ３０７に移行し、比較部１４は、ｇＦＡに対するｇＦＡ［ｎ＋１］の誤差率とβとを比較する。
【００８２】
（ハ）ステップＳ４１１において、ＲＰ［ｎ＋１］がＲＰａｒ以上の場合、ステップＳ４１４において、凝集剤添加率ＲＰ［ｎ＋１］と最大凝集剤添加率ＲＰｍａｘとを比較する。ステップＳ４１４において、凝集剤添加率ＲＰ［ｎ＋１］が最大凝集剤添加率ＲＰｍａｘ以上の際、ステップＳ４１５において、出力部１６は、ステップＳ４１４時の凝集剤添加率ＲＰ［ｎ＋１］が異常値であるとして警報を出力し、図６に示すステップＳ３０３に移行する。
【００８３】
（ニ）ステップＳ４１４において、凝集剤添加率ＲＰ［ｎ＋１］が最大凝集剤添加率ＲＰｍａｘよりも小さい場合、ステップＳ４１６において、制御部１５は、凝集剤撹拌機２１の回転数を減少させるよう指示する。ステップＳ４１７において、比較部１４は、撹拌回転数ＡＲがＡＲｍｉｎより大きく、ＡＲｍａｘより小さい場合、すなわち、撹拌回転数ＡＲが許容撹拌回転数の範囲内の際には、ステップＳ４１９において、凝集剤添加率がＲＰ［ｎ＋１］からＲＰ［ｎ＋２］に増加するように図２に示す凝集剤供給ポンプ２９の回転数を増加させ、且つ、撹拌機回転数ＡＲを予め設定した任意の回転数に変更するよう図２に示す撹拌機モータ３０を制御する。
【００８４】
ここで、ステップＳ４１９において、制御部１５は、凝集剤供給ポンプ２９及び凝集剤撹拌機２１の回転数を同時に制御するが、それぞれの制御は個別に実施され、制御方法等において互いに関連する因果関係はない。また、汚泥性状等によって、それぞれの制御方法は大きく異なる。すなわち、処理対象の汚泥性状によって、凝集剤添加率が０，２％増加するよう凝集剤供給ポンプ２９の回転数を制御し、且つ凝集撹拌機２１の回転数を５％減少するよう制御することもでき、凝集剤添加率が０，１％増加するよう凝集剤供給ポンプ２９の回転数を制御し、且つ凝集撹拌機２１の回転数を３％減少するよう制御することもできる。
【００８５】
以上説明したように、本発明の第１の実施の形態の変形例に係る汚泥処理装置は、凝集剤添加率を、凝集剤供給ポンプ２９及び凝集撹拌機２１を併用して制御することで、いずれか一方のみで制御するよりも、迅速に調整及び制御を実施することが可能になる。また、凝集剤供給ポンプ２９の回転数及び凝集撹拌機２１の回転数という２つのパラメータにより制御することで、制御時における微調整が容易に実現できる。さらに、同時に凝集撹拌機２１を使用することで、凝集剤供給ポンプ２９が大量に使用していた高価な凝集剤添加率の使用量を減量させることができ、処理運転に際して大幅なコスト削減を実現できる。
【００８６】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る汚泥処理装置は、性状の変動する汚泥に対して汚泥処理を実施する。一方、本発明の第１の実施の形態に係る汚泥処理装置は、性状が一定である汚泥に対して処理を実施する。汚泥性状の変動によって基準凝集剤添加率及び凝集フロック基準面積は変動するが、より適切及び正確な汚泥処理を実施するためには、逐次変動する基準凝集剤添加率に対して、汚泥処理装置１００運転中における凝集剤添加率を制御する必要がある。
【００８７】
そのため、本発明の第２の実施の形態に係る汚泥処理装置１００は、汚泥性状が変動する毎に新たな基準凝集剤添加率を算出し、算出された新たな基準凝集剤添加率に対して凝集剤添加率の制御を実施する。ここで、汚泥性状の変動は、一定期間前後に測定した基準凝集剤添加率それぞれに対する凝集フロック測定面積の差と、予め設定した「汚泥性状変動許容値」との比較で判断する。
【００８８】
すなわち、一定期間前後に測定した基準凝集剤添加率それぞれにおける凝集フロック測定面積の差が、「汚泥性状変動許容値」より大きければ汚泥性状は変化したとして、一定期間後における基準凝集剤添加率を新たな基準凝集剤添加率として採用し、「汚泥性状変動許容値」以下であれば、一定期間前における基準凝集剤添加率をそのまま採用する。「汚泥性状変動許容値」は、基準凝集剤添加率が変化したにも関わらず、当初の一定の値で汚泥処理を実行した際に、処理結果に及ぼす影響の程度で決定する。
【００８９】
ここで、「一定期間」の前に測定した凝集フロック測定面積をＦＡ［ｎ］、「一定期間」の後に測定した凝集フロック測定面積をＦＡ［ｎ＋１］、汚泥性状変動許容値をχとすると、│ＦＡ［ｎ＋１］−ＦＡ［ｎ］│≦χの場合、汚泥性状の変動は発生していない判断し、│ＦＡ［ｎ＋１］−ＦＡ［ｎ］│＞χの場合、汚泥性状の変動が発生したと判断し、その際の基準凝集剤添加率を算出し、新たな基準凝集剤添加率として設定する。また、凝集フロック測定面積をＦＡ［ｎ］は輝度凝集フロック測定面積ｂＦＡ［ｎ］でも階調凝集フロック測定面積をｇＦＡ［ｎ］でも適用可能である。
【００９０】
さらにまた、「一定期間」とは、汚泥性状が変動することが予想される一定の長さを有する時間帯であり、汚泥処理環境によって３時間の場合もあれば１日の場合もある。汚泥処理装置１００は、トラブルの発生及びメンテナンス等により運転の中断を余儀なくされるケース以外は、汚泥処理の運転を継続する。そのため、汚泥処理装置１００は、運転中に「一定期間」の間隔で継続して汚泥性状の変動を検査する。
【００９１】
このようにして、汚泥性状の変動が発生する度に、基準凝集剤添加率は再設定される。
【００９２】
汚泥性状の変動による基準凝集剤添加率の再設定例を図１４及び図１５を用いて説明する。
【００９３】
まず、図１４は、実線で表される凝集剤添加率及び凝集フロック測定面積の関係を示す汚泥性状から、破線で表される汚泥性状に変動した状態を示す。実線で表されるように、汚泥性状変動前において、凝集フロック測定面積が最小となる基準凝集剤添加率は、輝度凝集フロック測定面積が最小となるｂＦＡ［ｎ］に対応するＲＰである。しかし、破線で表されるように、汚泥性状変動後においてはＲＰに対応する輝度凝集フロック測定面積はｂＦＡ［ｎ＋１］となり、汚泥性状変動前における輝度凝集フロック測定面積の最小値から変化する。汚泥性状変動後における輝度凝集フロック測定面積の最小値はｂＦＡ’［ｎ］であり、したがって、ｂＦＡ’［ｎ］に対応する基準凝集剤添加率はＲＰ’となる。
【００９４】
ここで、│ＦＡ［ｎ＋１］−ＦＡ［ｎ］│≦χであり、汚泥性状変動後の汚泥処理に影響を与えない差分であれば基準凝集剤添加率はＲＰを維持して運転処理を継続することができるが、│ＦＡ［ｎ＋１］−ＦＡ［ｎ］│＞χであり、凝集剤添加率がＲＰの状態を維持することで、汚泥のケーキ水分を適切な状態に処理できない場合はＲＰ’を新たな基準凝集剤添加率とすることで、汚泥性状変動後における適切な運転処理を継続することが可能となる。
【００９５】
つづいて、│ＦＡ［ｎ＋１］−ＦＡ［ｎ］│＞χであり、汚泥性状が変動した際に、新たな基準凝集剤添加率に近づけるためには、凝集剤添加率を増加させるか減少させるかが問題となる。図１４に示す階調凝集剤添加率に着目すると、基準凝集剤添加率ＲＰにおいて、階調凝集フロック測定面積は実線のｇＦＡ［ｎ］から破線のｇＦＡ［ｎ＋１］へと変化しており、階調凝集フロック測定面積及び凝集剤添加率がお互いに一意に決まる単純増加の関係から、ｇＦＡ［ｎ＋１］≧ｇＦＡ［ｎ］の際にはｂＦＡ’［ｎ］−ｂＦＡ［ｎ］≦０となることが明らかである。そのため、ｇＦＡ［ｎ＋１］≧ｇＦＡ［ｎ］の際には、制御部１５は、凝集剤供給ポンプ２９の回転数を減少し、凝集剤添加率を減少させることで、新たな基準凝集剤添加率に近づけるよう制御する。
【００９６】
同様にして、図１５では、汚泥性状変動前後で、階調凝集フロック測定面積はｇＦＡ［ｎ］からｇＦＡ［ｎ＋１］に、ｇＦＡ［ｎ＋１］≦ｇＦＡ［ｎ］の状態で変化する。その際、ｂＦＡ’［ｎ］−ｂＦＡ［ｎ］≧０となることが明らかである。そのため、ｇＦＡ［ｎ＋１］≦ｇＦＡ［ｎ］の際には、制御部１５は、凝集剤供給ポンプ２９の回転数を増加し、凝集剤添加率を増加させることで、新たな基準凝集剤添加率に近づけるように制御する。
【００９７】
すなわち、図１４及び１５に示すように、汚泥性状変動前後で制御部１５は、階調凝集フロック測定面積がｇＦＡ［ｎ＋１］≧ｇＦＡ［ｎ］の際に、凝集剤供給ポンプ２９の回転数を減少し、ｇＦＡ［ｎ＋１］≦ｇＦＡ［ｎ］の際に、凝集剤供給ポンプ２９の回転数を増加させることで、適切な一定の基準凝集剤添加率を維持するべく制御することができ、最適な汚泥処理を実施することが可能となることがわかる。
【００９８】
つぎに、本発明の第２の実施の形態に係る汚泥処理装置が、汚泥性状の変動が発生する際において、基準凝集剤添加率の算出方法について、図１６のフローチャートを参照しながら説明する。
【００９９】
（イ）ステップＳ５０１において、算出部１３は、基準凝集剤添加率における輝度凝集フロック測定面積を一定間隔で算出する。ステップＳ５０２において、算出部１３は、一定間隔の前後における輝度凝集フロック測定面積それぞれの差を算出する。ステップＳ５０３において、比較部１４は、ステップ５０２において算出した差と汚泥性状変動許容値とを比較する。
【０１００】
（ロ）ステップＳ５０４において、差が汚泥性状変動許容値以上であれば、比較部１４は、汚泥性状の変動が発生したと判断し、ステップＳ５０５において、算出部１３は、ステップＳ５０２における一定間隔後の輝度凝集フロック測定面積に対応する基準凝集剤添加率を新たな基準凝集剤添加率として設定する。ステップＳ５０４において、差が汚泥性状変動許容値よりも小さければ、比較部１４は、汚泥性状の変動はないと判断し、ステップＳ５０２に移行する。
【０１０１】
以上説明したように、本発明の第２の実施の形態に係る汚泥処理装置は、一定以上における汚泥性状の変動によって、最適な汚泥処理に影響が出る場合、新たな基準凝集剤添加率を再設定することで、最適な汚泥処理を実施することができる。また、汚泥性状の変動前後における階調凝集フロック測定面積の比較から、迅速容易に凝集剤供給ポンプ２９の回転数に関する増減を判断することが可能となる。
【０１０２】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態に係る汚泥処理装置は、図１７に示すように、本発明の第２の実施の形態に係る汚泥処理装置に、更に近似部１３１及び微分解析部１３２を備える。図１７に示すように、近似部１３１及び微分解析部１３２は、算出部１３を構成する。
【０１０３】
近似部１３１は、輝度凝集フロック測定面積及び凝集剤添加率の関係を示すグラフを近似式をとして関数化する。
【０１０４】
微分解析部１３２は、近似部１３１が関数化した数式から、極小値を算出する。図９に示すように、下に凸の曲線を描く輝度凝集フロック測定面積のグラフは、極小値が最小値となる。したがって、近似部１３１が近似した数式から、極小値となる輝度凝集フロック測定面積に対応する凝集剤添加率を算出することで、基準凝集剤添加率を求めることができる。
【０１０５】
汚泥性状の変動に伴って、近似部１３１が近似した数式から微分解析部１３２が極小値を再算出することで、新たな基準凝集剤添加率を決定することが可能となる。
【０１０６】
つぎに、本発明の第３の実施の形態に係る汚泥処理装置が、基準凝集剤添加率を算出する方法について、図１８のフローチャートを参照しながら説明する。
【０１０７】
ステップＳ６０１において、近似部１３１は、輝度凝集フロック測定面積及び凝集剤添加率の関係を示すグラフを関数による近似式化を実施する。ステップＳ６０２において、微分解析部１３２は、ステップＳ６０１における近似式から極小値を算出する。ステップＳ６０３において、微分解析部１３２は、極小値となる輝度凝集フロック測定面積に対応する凝集剤添加率をステップＳ６０１で求めた近似式から算出する。ステップＳ６０４において、制御部１５は、ステップＳ６０３で算出した凝集剤添加率を基準凝集剤添加率として設定する。
【０１０８】
ここで、性状変動が発生した際に新たに設定する基準凝集剤添加率においても、ステップＳ６０１〜６０４を適用することができる。すなわち、図１６に示すステップＳ５０５において、図４に示す方法適用する代わりに図１８に示す方法を適用することが可能である。
【０１０９】
以上説明したように、本発明の第３の実施の形態に係る基準凝集剤添加率の算出方法は、本発明の第１の実施の形態に係る基準凝集剤添加率の算出方法と比較して処理数が少なく、また、本発明の第２の実施の形態に係る基準凝集剤添加率の算出方法と比較して階調凝集フロック測定面積を算出する負荷を削減することができるため、迅速容易に基準凝集剤添加率を算出することが可能となる。
【０１１０】
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態に係る汚泥処理装置は、図１９に示すように、本発明の第３の実施の形態に係る汚泥処理装置に、更に移動式算出部１３３を備える。図１９に示すように、近似部１３１、微分解析部１３２及び移動式算出部１３３は、算出部１３を構成する。
【０１１１】
本発明の第４の実施の形態に係る汚泥処理方法では、汚泥性状変動前後において、近似部１３１が近似した輝度凝集フロック測定面積−凝集剤添加率曲線が平行移動したと仮定する。本発明の第４の実施の形態に適用する仮定は、経験的データの蓄積から検討し、汚泥処理を実施する上で明らかに妥当である。
【０１１２】
移動式算出部１３３は、近似部１３１が近似したグラフｙ＝ｆ（ｘ）が汚泥性状変動後に平行移動したグラフをｙ−ｂ＝ｆ（ｘ−ａ）と仮定する。また、移動式算出１３３は、汚泥性状変動後における任意の２点を平行移動後の数式に適用することで、ａ及びｂを算出する。
【０１１３】
つぎに、本発明の第４の実施の形態に係る汚泥処理装置が、汚泥性状変動後の新たな基準凝集剤添加率を算出する方法について、図２０のフローチャートを参照しながら説明する。
【０１１４】
ステップＳ７０１において、汚泥性状変動前に近似部１３１が近似したグラフが、汚泥性状変動後に平行移動したとして、移動式算出部１３３は、平行移動後のグラフを算出する。ステップＳ７０２において、微分解析部１３２は、ステップＳ７０１における近似式から極小値を算出する。ステップＳ７０３において、微分解析部１３２は、極小値となる輝度凝集フロック測定面積に対応する凝集剤添加率をステップＳ７０１で求めた近似式から算出する。ステップＳ７０４において、制御部１５は、ステップＳ７０３で算出した凝集剤添加率を基準凝集剤添加率として設定する。
【０１１５】
以上説明したように、本発明の第４の実施の形態に係る汚泥性状変動後の新たな基準凝集剤添加率の算出方法は、本発明の第３の実施の形態に係る汚泥性状変動後の新たな基準凝集剤添加率の算出方法と比較して、汚泥性状変動後に近似部１３１が再度、輝度凝集フロック測定面積−凝集剤添加率の近似式を算出する必要がないため、算出処理の負荷を軽減することができる。
【０１１６】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は本発明の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【０１１７】
１００，２００，３００…汚泥処理装置
１１…撮像部
１２…変換部
１３…算出部
１４…比較部
１５…制御部
１６…出力部
１７…記憶装置
１８…階調変換部
１９…輝度変換部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上水汚泥、下水汚泥及び産業排水汚泥等の汚泥原液中に含まれるフロックの凝集状態に基づいて、凝集剤添加率及び撹拌機の回転数を制御する汚泥処理装置及び汚泥処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水処理プロセスより発生する汚泥の凝集処理は汚泥を効率良く処理するための前段プロセスであり、汚泥に凝集剤を添加して脱水に適した凝集を行う工程である。この凝集処理工程による汚泥の凝集状態が良好であると、脱水後の汚泥の含水率の低減を図ることができる。このため、汚泥の凝集状態を計測し、適量の凝集剤を添加して極力良好な凝集状態を実現することが脱水処理においては重要である。
【０００３】
従来、上水汚泥、下水汚泥及び産業排水汚泥等のように懸濁物質を含有する汚泥原液は、凝集剤を添加して懸濁物質のフロックを形成させることで、脱水汚泥の含水率の低減を図っている。汚泥原液中の懸濁物質の凝集状態を制御するために、凝集混和槽中の懸濁物質の凝集状態すなわち懸濁物質を凝集させたフロック（凝集フロック）を撮影し、撮影画像を２値化して得られたフロックの割合によって懸濁物質の凝集状態を解析し、凝集剤の添加率を制御する方法がある（例えば、特許文献１参照。）。ここで、汚泥原液は汚泥の種類によって、汚泥原液に添加する凝集剤の添加率の増減に対する、凝集フロックの総面積及び脱水機で脱水処理した脱水ケーキのケーキ水分との関係に関する挙動が異なる。当該従来の凝集剤添加率の制御方法では、図８に示すような特性を示す汚泥原液に対する凝集剤添加率の制御が可能となる。すなわち、凝集剤添加率に対する制御の前提として、凝集フロック単一の大きさは凝集剤の添加量と比例し、凝集フロックが大きい程、撮像画像の間隙部が増大する。そのため、１画像内の凝集フロックの総面積は凝集剤の添加量と反比例する。この傾向は、特に撮影画像の輝度信号を基に２値化する場合に顕著になる。また、ケーキ水分は凝集剤添加率に一概に比例することはなく、最適な凝集剤添加率で凝集フロックを生成させると、脱水後のケーキ水分も下がる。したがって、当該従来の凝集剤添加率の制御の一例を示すと、図８に示すように凝集剤添加率が０．６％付近においてケーキ水分が最も下がるので、このときの凝集剤添加率０．６％を基準の凝集剤添加率としたとき、ア）運転中に測定したフロックの面積が５５０００以上であれば、現在の凝集剤添加率は基準の凝集剤添加率よりも左にあると考えられ、凝集剤添加率を増加させることで、最適な凝集剤添加率である基準の凝集剤添加率に近づけるよう制御できる。また、イ）運転中に測定したフロック面積が５５０００以下であれば、現在の凝集剤添加率は基準の凝集剤添加率よりも右にあると考えられ、凝集剤添加率を減少させることで、最適な凝集剤添加率である基準の凝集剤添加率に近づけるよう制御できる。
【０００４】
しかしながら、汚泥原液の種類によっては、凝集フロックの総面積及び脱水機で脱水処理した脱水ケーキのケーキ水分との関係に関して図９に示すような挙動を取るものもある。すなわち、１画像内の凝集フロックの総面積は凝集剤の添加量と反比例しない汚泥原液である。
【０００５】
このような汚泥原液に対しては、従来の凝集剤添加率の制御方法を用いても、凝集剤添加率の制御は不可能である。すなわち、図９に示すように、凝集剤の添加率０．６％付近がケーキ水分が最も下がるので、このときの凝集剤添加率を基準の凝集剤添加率として、運転中に測定したフロックの面積が５６０００である場合、基準の凝集剤添加率に近づけるには凝集剤添加率を増加させるか減少させるかの判断ができないため、凝集剤添加率の制御ができないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４２３８９８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記問題点を鑑み、本発明は、汚泥原液中の凝集フロックの凝集状態を高精度に測定し、凝集剤の添加量及び凝集混和槽の撹拌強度を制御及び異常運転を防止する汚泥処理装置及び汚泥処理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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の一様態は、汚泥原液供給ポンプが供給する汚泥原液及び凝集剤供給ポンプが供給する凝集剤を貯槽する凝集混和槽と、凝集混和槽で汚泥原液及び凝集剤を撹拌する撹拌機と、凝集混和槽で形成した懸濁物質である凝集フロックを含む汚泥原液が汚泥原液供給管を通して供給される脱水機とを有する汚泥処理装置に関する。すなわち、本発明の様態に係る汚泥処理装置は、（イ）汚泥原液供給管を通過する凝集フロックを撮像する撮像部と、（ロ）撮像部が撮像した凝集フロックの画像の輝度信号を電気信号に変換し、電気信号から画像を２値化し、２値画像を生成する変換部と、（ハ）変換部が生成した２値画像に表示された凝集フロックの総面積である凝集フロック測定面積を算出する算出部と、（ニ）脱水機の運転開始後に算出した凝集フロックの面積である凝集フロック測定面積と凝集フロック基準面積とを比較する比較部と、（ホ）比較部による比較結果に応じて、凝集剤供給ポンプ及び撹拌機の回転数を制御する制御部と、（ヘ）比較部による比較結果に応じて、警報を発する出力部とを備え、算出部は、予め同一の凝集剤添加率において複数回分の凝集フロック測定面積を算出し、複数回分の凝集フロック測定面積の平均値である凝集フロック平均面積を算出し、凝集フロック平均面積に基づいて凝集フロック基準面積を算出することを要旨とする。
【０００９】
本発明の別の様態は、汚泥原液供給ポンプが供給する汚泥原液及び凝集剤供給ポンプが供給する凝集剤を貯槽する凝集混和槽と、凝集混和槽で汚泥原液及び凝集剤を撹拌する撹拌機と、凝集混和槽で形成した懸濁物質である凝集フロックを含む汚泥原液が汚泥原液供給管を通して供給される脱水機とを有する汚泥処理装置に関する。すなわち、本発明の別の様態に係る汚泥処理装置は、（イ）汚泥原液供給管を通過する凝集フロックを撮像する撮像部と、（ロ）撮像部が撮像した凝集フロックの画像の輝度信号を電気信号に変換し、電気信号から画像を２値化し、２値画像を生成する変換部と、（ハ）変換部が生成した２値画像に表示された凝集フロックの面積である凝集フロック測定面積及び凝集フロックの数を算出し、凝集フロック測定面積を画像に表示された凝集フロックの数で除した単フロック面積を算出する算出部と、（ニ）脱水機の運転開始後に算出した単フロック面積である単フロック測定面積と単フロック基準面積とを比較する比較部と、（ホ）比較部による比較結果に応じて、凝集剤供給ポンプ及び撹拌機の回転数を制御する制御部と、（へ）比較部による比較結果に応じて、警報を発する出力部とを備え、算出部は、予め同一の凝集剤添加率において複数回分の単フロック面積を算出し、複数回分の単フロック面積の平均値である単フロック平均面積を算出し、単フロック平均面積に基づいて単フロック基準面積を算出することを要旨とする。
【００１０】
本発明のさらに別の様態は、汚泥原液供給ポンプが供給する汚泥原液及び凝集剤供給ポンプが供給する凝集剤を貯槽する凝集混和槽と、凝集混和槽で汚泥原液及び凝集剤を撹拌する凝集剤撹拌機と、凝集混和槽で形成した懸濁物質である凝集フロックを含む汚泥原液が汚泥原液供給管を通して供給される脱水機とを有する汚泥処理装置を制御する汚泥処理方法に関する。すなわち、本発明のさらに別の様態に係る汚泥処理方法は、（イ）撮像部が、汚泥原液供給管を通過する凝集フロックを撮像するステップと、（ロ）変換部が、撮像部が撮像した凝集フロックの画像の輝度信号を電気信号に変換し、電気信号から画像を２値化し、２値画像を生成するステップと、（ハ）算出部が、変換部が生成した２値画像に表示された凝集フロックの総面積である凝集フロック測定面積を算出するステップと、（ニ）比較部が、脱水機の運転開始後に算出した凝集フロック測定面積である凝集フロック測定面積と凝集フロック基準面積とを比較するステップと、（ホ）制御部が、比較部による比較結果に応じて、凝集剤供給ポンプ及び凝集剤撹拌機の回転数を制御するステップと、（ヘ）出力部が、比較部による比較結果に応じて、警報を発するステップとを含み、算出部が算出するステップは、予め同一の凝集剤添加率において複数回分の凝集フロック測定面積を算出し、複数回分の凝集フロック測定面積の平均値である凝集フロック平均面積を算出し、凝集フロック平均面積に基づいて凝集フロック基準面積を算出することを要旨とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、汚泥原液中の凝集フロックの凝集状態を高精度に測定し、凝集剤の添加量及び凝集混和槽の撹拌強度を制御及び異常運転を防止する汚泥処理装置及び汚泥処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る汚泥処理装置のブロック図である。
【図２】本発明の第１〜３の実施の形態に係る汚泥処理装置の概略図である。
【図３】本発明の第１〜３の実施の形態に係る汚泥処理装置の概略図である。
【図４】本発明の第１〜３の実施の形態に係る輝度基準二値化変換による基準凝集剤添加率の算出フローチャート図である。
【図５】本発明の第１〜３の実施の形態に係る階調基準二値化変換による階調凝集フロック基準面積の算出フローチャート図である。
【図６】本発明の第１〜３の実施の形態に係る汚泥処理方法のフローチャート図である。
【図７】本発明の第１〜３の実施の形態に係る汚泥処理方法のフローチャート図である。
【図８】本発明の第１〜３の実施の形態に係る従来の汚泥原液の特性を示すグラフ図である。
【図９】本発明の第１〜３の実施の形態に係る汚泥原液の輝度基準による特性を示すグラフ図である。
【図１０】本発明の第１〜３の実施の形態に係る汚泥原液の階調基準による特性を示すグラフ図である。
【図１１】本発明の第１〜３の実施の形態に係る汚泥原液の階調基準による特性を示すグラフ図である。
【図１２】本発明の第１〜３の実施の形態に係る汚泥原液の階調基準による特性を示すグラフ図である。
【図１３】本発明の第１の実施の形態の変形例に係る汚泥処理方法のフローチャート図である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態に係る汚泥処理方法のグラフ図である。
【図１５】本発明の第２の実施の形態に係る汚泥処理方法のグラフ図である。
【図１６】本発明の第２の実施の形態に係る汚泥処理方法のフローチャート図である。
【図１７】本発明の第３の実施の形態に係る汚泥処理方法のブロック図である。
【図１８】本発明の第３の実施の形態に係る汚泥処理方法のフローチャート図である。
【図１９】本発明の第４の実施の形態に係る汚泥処理方法のブロック図である。
【図２０】本発明の第４の実施の形態に係る汚泥処理方法のフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、装置やシステムの構成等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な構成は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの構成の異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１４】
また、以下に示す本発明の実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものではない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【００１５】
（第１の実施の形態）
＜汚泥処理装置の機能構成＞
本発明の第１の実施の形態に係る汚泥処理装置は、図１に示すように、汚泥原液供給管３３を通過する凝集フロックを撮像する撮像部１１と、撮像部１１が撮像した凝集フロックの画像を２値化し、２値画像を生成する変換部１２と、変換部１８が生成した２値画像に表示された凝集フロックの面積である凝集フロック測定面積及び予め設定した初期の凝集剤添加率に基づいて凝集フロック基準面積を算出する算出部１３と、脱水機３５の運転開始後に算出した凝集フロックの面積である凝集フロック測定面積と凝集フロック基準面積とを比較する比較部１４と、比較部１４による比較結果に応じて、凝集剤供給ポンプ２９及び凝集剤撹拌機２１の回転数を制御する制御部１５と、比較部１４による比較結果に応じて、警報を発する出力部１６とを備える。
【００１６】
本発明の第１の実施の形態に係る汚泥処理装置１００は、図９に示すような汚泥性状を有する汚泥原液を制御する。従来の汚泥原液の制御に関する汚泥性状は、図８に示すように、凝集剤添加率の増加と共に、凝集フロック測定面積は減少する。しかし、図９に示す汚泥原液の汚泥性状は、凝集剤添加率０．６％、凝集フロック測定面積５５０００ｐｉｘｅｌを中心に増減関係が逆転する。ここで、凝集フロック測定面積は、凝集フロックの画像の画素数である。
【００１７】
撮像部１１は、図２示す検視窓３４を通して検視装置４５の内部を撮像し、画像として出力する。検視装置４５は、脱水機３５に連結した汚泥原液供給管３３に配設され、検視窓３４を任意の位置に備える。撮像部１１は、図２に示すテレビカメラ３１、ＣＣＤカメラ等を採用可能である。
【００１８】
変換部１２は、撮像部１１が撮像した凝集フロックの画像を２値化し、２値画像を生成する。また、変換部１２は、階調変換部１８及び輝度変換部１９によって構成される。階調変換部１８は、凝集フロックの画像を画像が有する階調情報に基づいて２値化する。また、輝度変換部１９は、画像が有する輝度情報に基づいて凝集フロックの画像を２値化する。階調変換部１８が変換した２値画像を「階調２値画像」、輝度変換部１９が変換した２値画像を「輝度２値画像」という。
【００１９】
算出部１３は、変換部１２が２値化したデータから、「凝集フロック測定面積」を算出する。ここで、「凝集フロック測定面積」とは、変換部１２が変換した凝集フロックの２値画像に基づいて、算出部１３が算出した画像に表示される凝集フロックの面積である。特に、画像に表示された凝集フロック全体の面積を「凝集フロック総面積」という。また、算出部１３が算出した画像に表示される凝集フロックの数で「凝集フロック総面積」を除した、単位凝集フロック当たりの面積を「凝集フロック単面積」という。「凝集フロック測定面積」は、「凝集フロック総面積」、「凝集フロック単面積」のいずれも適用可能である。
【００２０】
また算出部１３は、予め同一の凝集剤添加率において複数回分の凝集フロック測定面積を算出し、複数回分における凝集フロック測定面積の平均値である「凝集フロック平均面積」を算出し、「凝集フロック平均面積」に基づいて「凝集フロック基準面積」を算出する。ここで、脱水機３５の運転開始後に撮像した「輝度２値画像」に表示される凝集フロックの面積を「輝度凝集フロック測定面積」、「階調２値画像」に表示される凝集フロックの面積を「階調凝集フロック測定面積」とする。また、同一の凝集剤添加率に対して予め設定した回数分の輝度凝集フロック測定面積の平均値を「輝度凝集フロック平均面積」、同様にして階調凝集フロック測定面積の平均値を「階調凝集フロック平均面積」とする。
【００２１】
算出部１３は、「初期の凝集剤添加率近傍」において「予め設定された割合」で互いに異なる複数の凝集剤添加率それぞれに対して輝度凝集フロック平均面積を算出し、算出された複数の輝度凝集フロック平均面積の中で最小の値となる面積を「輝度凝集フロック基準面積」とする。「初期の凝集剤添加率近傍」とは、初期凝集剤添加率ＲＰ［０］の±０．３％の範囲内の程度を指す。「予め設定された割合」とは、隣り合う凝集剤添加率の値の差であり、０．０１％〜０．１％程度を指す。例えば、「初期凝集剤添加率」を含め、「初期凝集剤添加率」の前後０．０２％、０．０４％及び０．０６％だけ増減させた全７段階において、それぞれの段階における凝集フロック平均面積を算出部１３が算出する。凝集剤添加率の各段階において平均する際のサンプル数は、汚泥原液の種類やユーザによる経験、算出速度に応じて適宜決定される。サンプルとなる凝集フロックの画像は、凝集剤添加率の各段階において、撮像部１１が１０〜６０秒の間隔で撮像する。撮像した画像を基に算出部１３がサンプルとなる各凝集フロックの面積を算出する。算出結果に基づいて７つの凝集フロック平均面積が得られる。得られた凝集フロック平均面積の中で最も値の小さいものを「凝集フロック基準面積」と定義する。
【００２２】
また、算出部１３が基準凝集剤添加率近傍における第１の凝集剤添加率の値を予め試験的に算出している場合には、算出部１３は基準凝集剤添加率近傍の値における第１の凝集剤添加率に対する凝集フロック平均面積と、予め設定した第１の凝集財添加率とは異なる第２の凝集剤添加率における凝集フロック平均面積とを比較して、大きさが小さい方の凝集フロック平均面積に対する凝集剤添加率を決定する。さらに、算出部１３は、決定した凝集剤添加率の値から凝集剤添加率近傍における複数の凝集剤添加率に対する凝集フロック平均面積をそれぞれ算出及び比較し、凝集フロック平均面積が最小となる凝集財添加率を決定する。このような過程を凝集フロック平均面積が最小値として収束するまで繰り返し、収束した凝集フロック平均面積の値を凝集フロック基準面積とすることもできる。
【００２３】
なお、「基準凝集剤添加率」とは、「凝集フロック基準面積」が算出された際の凝集剤添加率である。本発明の第１の実施の形態に係る汚泥処理装置１００が算出する「基準凝集剤添加率」は「輝度凝集フロック基準面積」が該当する。また、「基準凝集剤添加率」において撮像される「階調２値画像」から算出される凝集フロック測定面積を「階調凝集フロック基準面積」とする。さらに、「初期凝集剤添加率」とは、一定の条件下で定められた任意の凝集剤添加率であり、過去に汚泥処理装置１００を運転して得られ、蓄積された経験値に基づいて決定する。
【００２４】
比較部１４は、「凝集フロック測定面積」及び「凝集フロック基準面積」を比較する。本発明の第１の実施の形態に係る比較部１４は、算出部１３が階調２値画像を基に算出する「階調凝集フロック測定面積」と輝度凝集フロック基準面積算出時の凝集剤添加率である基準凝集剤添加率における階調２値画像を基に算出部１３が算出する「階調凝集フロック基準面積」とを比較する。
【００２５】
制御部１５は、比較部１４による「階調凝集フロック測定面積」と「階調凝集フロック基準面積」との比較結果に基づいて、図２に示す凝集剤供給ポンプ２９による凝集剤の添加量を制御する。また、制御部１５は、比較部１４による比較結果に基づいて、凝集混和層２５が備える凝集剤撹拌機２１の回転数を制御する。
【００２６】
以下、詳細を図９〜１２を参照して説明する。図９に示すように、本発明の実施の形態に係る汚泥処理装置１００が処理する汚泥原液について、汚泥原液に添加する凝集剤の添加率の増加に伴い画像が含む輝度情報を基に輝度変換部１９が変換した輝度２値画像より算出部１３が算出した輝度凝集フロック測定面積は減少し、特定の凝集剤添加率を閾値として、閾値以上の凝集剤添加率の増加に伴い輝度凝集フロック測定面積は増大する。また、本発明の実施の形態に係る汚泥処理装置１００が処理する汚泥原液について、汚泥原液に添加する凝集剤の添加率の増加に伴い脱水機３５で処理した脱水ケーキのケーキ水分は減少し、特定の凝集剤添加率を超えた段階で、凝集剤添加率の増加に伴いケーキ水分は増大する。なお、輝度凝集フロック測定面積が最小の値を取る際に対応する凝集剤添加率と、ケーキ水分が最小の値を取る際に対応する凝集剤添加率とはほぼ同一の値となる。すなわち、ケーキ水分が最小となる最適な状態に汚泥原液を処理するためには、汚泥処理装置１００の運転中に測定される凝集剤添加率が基準凝集剤添加率と同一である必要がある。しかし、汚泥処理装置１００の運転中に汚泥性状は変化するため、凝集剤の添加量が一定であっても測定される輝度凝集フロック測定面積は変化する。そのため、高品質の処理を実現するためには運転中に測定される輝度凝集フロック測定面積を最小値に近づける制御が必要になる。なお、算出部１３が算出する輝度凝集フロック測定面積は凝集フロック全体の総面積でも、単位凝集フロック当たりの面積である輝度凝集フロック単面積でも同様の特性を示す。
【００２７】
ここで、図１０は、汚泥原液の画像が含む階調情報を基に算出部１３が算出した階調凝集フロック測定面積と凝集剤添加率によって示される図９と同様の汚泥原液の特性を示す。図１０に示すように、凝集剤添加率の増加に伴って、階調凝集フロック測定面積は単純に増加する。そのため、基準凝集剤添加率に対応する階調凝集フロック基準面積と階調凝集フロック測定面積との大きさを比較することで、運転中の凝集剤添加率を簡単及び迅速に基本凝集剤添加率へ近づける制御が可能となる。すなわち、図１０において、階調凝集フロック測定面積＞階調凝集フロック基準面積の場合、凝集剤添加率を減少させることで運転中の凝集剤添加率を基準凝集剤添加率に近づけることが可能となる。また、階調凝集フロック測定面積＜階調凝集フロック基準面積の場合、凝集剤添加率を増加させることで運転中の凝集剤添加率を基準凝集剤添加率に近づけることが可能となる。
【００２８】
ところが、図９に示すように、輝度情報を基にした輝度基準の汚泥原液の特性では、特定の輝度凝集フロック測定面積の値、例えば５６０００付近における輝度凝集フロック測定面積の値に対応する凝集剤添加率の値が２種類存在するため、輝度凝集フロック測定面積と輝度凝集フロック基準面積との大きさの比較だけで、基準凝集剤添加率に近づけるために運転中の凝集剤添加率を増加させるか減少させるかを判断することは不可能となる。
【００２９】
そこで、本発明の第１の実施の形態に係る制御部１５は、「階調凝集フロック測定面積」と「階調凝集フロック基準面積」とを比較する。なお、図１０は凝集フロックの総面積に対する汚泥原液の特性を示すグラフであるが、図１１及び１２に示すように、凝集フロック総面積を凝集フロックの数で除した単位凝集フロック当たりの面積である輝度凝集フロック単面積でも同様のグラフ形状を示すため、本発明の第１の実施の形態に係る制御部１５は同様の制御が可能である。
【００３０】
すなわち、本発明の第１の実施の形態に係る汚泥処理装置１００は、撮像部１１が撮像した画像に含まれる階調情報に基づいて算出した、基準凝集剤添加率に対応する階調凝集フロック基準面積と、汚泥処理装置１００の運転中に測定し階調情報に基づいて算出した階調凝集フロック測定面積とを比較することで、迅速容易に汚泥原液の最適な処理を実施することが可能となる。
【００３１】
つぎに、図９に示す特性を示す汚泥原液を処理する際に、制御部１５は、比較部１４による比較結果として、階調凝集フロック測定面積＞階調凝集フロック基準面積で、且つ、算出部１３が算出し、式（１）で表される「誤差率」が「予め定めた特定の値」（以下において、「誤差既定値」という。）を超える際に、凝集剤の添加量を減少させ、ひいては凝集剤添加率が減少するように凝集剤供給ポンプ２９を制御する。すなわち、この際に制御部１５は、凝集剤添加率が「予め設定した値」だけ減少するように凝集剤供給ポンプ２９の回転数を減少させる。ここで、「誤差率」は階調凝集フロック基準面積に対する階調凝集フロック測定面積の差分の割合である。階調凝集フロック基準面積に対する階調凝集フロック測定面積の誤差率ε、階調凝集フロック測定面積をｇＦＡｍ、階調凝集フロック基準面積をｇＦＡとすると次式が成り立つ。
ε＝｛（ｇＦＡｍ−ｇＦＡ）／ｇＦＡ｝×１００ ・・・（１）
【００３２】
また、誤差率が誤差既定値以下の場合は、制御部１５は凝集剤供給ポンプ２９の回転数を維持して、引き続き凝集剤添加率を維持する。ここで、「予め設定した値」とは、階調凝集フロック測定面積が階調凝集フロック基準面積に近づく際の調整幅であり、それまでの経験値により、０．０５％と設定することも可能であり、０．０１％と設定することも可能である。
【００３３】
さらに、階調凝集フロック測定面積が階調凝集フロック基準面積よりも小さく、且つ誤差率が誤差既定値よりも大きい場合は、制御部１５は凝集剤供給ポンプ２９の回転数を増加させることで、凝集剤添加率が予め設定した値だけ増加するよう制御する。階調凝集フロック測定面積が階調凝集フロック基準面積よりも大きく、且つ誤差率が誤差既定値よりも大きい場合は、制御部１５は凝集剤供給ポンプ２９の回転数を減少させることで、凝集剤添加率が予め設定した値だけ減少するよう制御する。
【００３４】
ここで、「誤差既定値」とは、凝集フロック測定面積と凝集フロック基準面積との差分に関する値である。また、実際の機器等における精度によって生じる誤差として無視できる程度の大きさの値であり、基準凝集添加率の決定に対して現実的に影響を及ぼさない程度の微小な値である。
【００３５】
つづいて、制御部１５が凝集剤添加率を減少させる制御を実施した後、減少後の凝集剤添加率が予め設定した最小凝集剤添加率以下である場合、後に詳述する出力部１６が警報を出力する。また、減少後の凝集剤添加率が最小凝集剤添加率よりも大きい場合は、制御部１５は凝集剤供給ポンプ２９の回転数を減少させることで凝集剤添加率が更に減少するよう制御する。制御部１５が凝集剤添加率を増加させる制御を実施した後、増加後の凝集剤添加率が予め設定した最大凝集剤添加率以上である場合、制御部１５は凝集剤撹拌機２１の回転数を減少させることで、凝集剤添加率が更に減少するよう制御し、増加後の凝集剤添加率が最大凝集剤添加率よりも小さい場合は、制御部１５は凝集剤供給ポンプ２９の回転数を増加させることで増加後の凝集剤添加率が更に増加するよう制御する。
【００３６】
また、誤差率が誤差既定値以下の場合は、制御部１５は凝集剤撹拌機２１の回転数を維持し、階調凝集フロック測定面積が階調凝集フロック基準面積よりも小さく、且つ誤差率が誤差既定値よりも大きい場合は、制御部１５は凝集剤撹拌機２１の回転数を減少させることで、運転中の凝集剤添加率を基準凝集剤添加率に近づけることも可能である。階調凝集フロック測定面積が階調凝集フロック基準面積よりも大きく、且つ誤差率が誤差既定値よりも大きい場合は、制御部１５が凝集剤撹拌機２１の回転数を増加させることで運転中の凝集剤添加率を基準凝集剤添加率に近づけることも可能である。
【００３７】
出力部１６は一定の条件下において、汚泥処理装置１００に異常が発生した際に、汚泥処理装置１００のユーザに対し、異常状態の情報を提供する。ここで、「一定の条件」とは、凝集フロック基準面積及び凝集フロック測定面積の差が異常値に達した場合とすることも可能であり、あるいは凝集フロック基準面積に対する凝集フロック測定面積の誤差率と誤差既定値との差が異常値に達した場合とすることも可能である。ここで、「異常値」とは、汚泥処理装置１００の処理の中で、汚泥処理装置１００本来の仕様において、取り扱いに熟練したユーザが明らかに異常な状態が発生したと判断可能な際の各種値を指す。
【００３８】
出力方法及び出力形式は汚泥処理装置１００のユーザに注意喚起を呼びかけるものが適する。例えば、映像信号を出力して表示部に画像及び文字を表示することも可能であり、音声信号を出力して音声を出力することも可能である。
【００３９】
記憶装置１７は、算出部１３が算出する凝集フロック測定面積、凝集フロック基準面積、基準凝集剤添加率、誤差率及び誤差既定値、比較部１４が比較した比較結果等を格納し、必要に応じて制御部１５等に供給する。
【００４０】
本発明の実施の形態に係る汚泥処理装置１００の図１に示す記憶装置１７には、撮像部１１、変換部１２、算出部１３、比較部１４、制御部１５及び出力部１６の管理を支援するプログラムが記憶されるとともに、ユーザの指示に基づいて図示しないユーザインタフェース手段が入力した凝集剤の添加量、凝集混和槽２５における凝集剤撹拌機２１の撹拌強度等が記憶される。また、撮像部１１が撮像し出力した凝集フロックの画像、その画像を変換部１２が２値化したデータも記憶される。さらに、撮像部１１、変換部１２、算出部１３、比較部１４、制御部１５及び出力部１６等によるデータ演算処理の管理に関するプログラムが汚泥処理装置１００の図示しない中央演算処理装置に読み込まれ実行されることによって、撮像部１１、変換部１２、算出部１３、比較部１４、制御部１５及び出力部１６等が汚泥処理装置１００に実装される。
【００４１】
＜汚泥処理装置の機器構成＞
本発明の実施の形態に係る汚泥処理装置１００の機器構成は、図２及び図３に示すように、懸濁物質を含有する汚泥原液を貯留し、撹拌機２６を配設した汚泥貯留槽２２と、圧入管２４から凝集混和槽２５の槽底に一定量の汚泥原液を圧入する汚泥原液供給ポンプ２３と、撹拌機２６を配設し、凝集剤が貯留している高分子溶解槽２７と、高分子溶解槽２７から圧入管２４の汚泥原液に０．３〜１．０％の範囲で可変容量の凝集剤を添加する凝集剤供給ポンプ２９と、汚泥原液供給ポンプ２３が供給する汚泥原液及び凝集剤供給ポンプ２９が供給する凝集剤を貯槽する凝集混和槽２５と、撹拌機モータ３０に連結し、凝集混和槽２５で汚泥原液及び凝集剤を撹拌する凝集剤撹拌機２１と、凝集混和槽２５で形成した懸濁物質である凝集フロックを含む汚泥原液が汚泥原液供給管３３を通して供給される脱水機３５とを備える。なお、凝集混和槽２５に配設される凝集剤撹拌機２１は、汚泥原液と凝集剤を通常４０ｒｐｍの速度で撹拌し、段階的に３〜５ｒｐｍの増速と減速が可能である。
【００４２】
また、本発明の実施の形態に係る汚泥処理装置１００は、凝集混和槽２５の凝集剤が添加された汚泥原液を凝集剤撹拌機２１が撹拌することで汚泥原液中に含まれる懸濁物質の凝集フロックを形成させ、脱水機３５が汚泥原液供給管３３より供給される汚泥原液から形成された凝集フロックを分離して排出する。また、汚泥処理装置１００は、凝集フロックを含む汚泥原液をタンク圧で脱水機３５に供給する汚泥原液供給管３３と、検視装置４５とを備える。
【００４３】
さらに、図４に示すように、検視装置４５が有する検視窓３４を通して検視装置１の内部を撮像し、画像として出力する撮像テレビカメラ３１と、画像を２値化して凝集フロック測定面積等を算出する演算装置４４と、凝集フロック測定面積と凝集フロック基準面積とを比較し、比較結果に応じた制御信号を出力し制御信号の特性に応じて、凝集剤供給ポンプ２９、凝集剤撹拌機２１及び異常信号装置４３を制御するシーケンサー比例制御装置４２とを備える。
【００４４】
凝集混和槽２５には形成した凝集フロックを含む汚泥原液を脱水機３５のスクリュープレス３２に供給する汚泥原液供給管３３が連結している。なお、本発明の実施の形態では、脱水機３５にスクリュープレス３２を使用しているが、周知の脱水機、例えば遠心脱水機、ベルト式脱水機等でも使用可能である。汚泥原液供給ポンプ２３による凝集混和槽２５への圧入圧を利用して、凝集混和槽２５のタンク圧で汚泥原液をスクリュープレス３２に圧入し、凝集した懸濁物質である凝集フロックが脈動により壊れないようにしている。汚泥原液供給管３３には凝集フロックの状況を撮像する可能にする検視窓３４が設けられている。検視窓３４は、円形でも多角形でも可能である。汚泥原液供給管３３に配設された検視窓３４から１０〜４０ｃｍ離れた位置にテレビカメラ３１が配置される。図１に示す撮像部１１に該当するテレビカメラ３１は、汚泥原液供給管３３を通過する凝集フロックを１５〜３０秒間に１回撮影し、その輝度信号をデジタル信号に変換する。電気信号の輝度情報はコントローラ３７に送信され、、コントローラ３７が凝集フロックの画像を演算装置４４に伝送する。テレビカメラ３１から伝送される凝集フロック群の画像輝度情報は、図３に示す演算装置４４の画像ボード３８に記憶される。この画像情報は２値化回路３９より輝度レベルに応じて２値化される。
【００４５】
２値化された凝集フロック群の画像情報は演算回路４０に入力されて、凝集フロック測定面積及び凝集フロック基準面積等が算出される。演算装置４４から信号変換機４１に送信された凝集フロックの面積情報は、デジタル信号をアナログ信号に変換し、シーケンサー比例制御装置４２に送信される。シーケンサー比例制御装置４２は、予め入力された汚泥原液中の懸濁物質量の変動と濃度の変動に対する凝集剤添加率の関係情報を基に、凝集フロックの各種面積を比較、比較結果に基づいて、凝集剤撹拌機２１の回転数、凝集剤供給ポンプ２９及び異常信号装置４３を制御する。
【００４６】
凝集フロック測定面積が過大であった場合は、凝集剤の添加率を減少させて、あるいは凝集剤撹拌機２１の回転数を増加させることで、シーケンサー比例制御装置４２は凝集フロック測定面積を凝集フロック基準面積に近づける。また、凝集フロック測定面積が微小であった場合は、凝集剤の添加率を増加させて、あるいは凝集剤撹拌機２１の回転数を減少させることで、シーケンサー比例制御装置４２は凝集フロック測定面積を凝集フロック基準面積に近づける。
【００４７】
＜輝度基準二値化変換による基準凝集剤添加率の算出方法＞
つぎに、本発明の第１の実施の形態に係る汚泥処理装置が、凝集フロックの画像が含む輝度情報に基づいて凝集フロック測定面積を算出することで基準凝集剤添加率を決定する方法について、図４のフローチャートを参照しながら説明する。
【００４８】
ここで、「初期凝集剤添加率」をＲＰ［０］、「初期輝度凝集フロック面積」をｂＦＡ［０］、「凝集剤添加率差分」をα、「第ｎ凝集剤添加率」をＲＰ［ｎ］、「第ｎ輝度凝集フロック面積」をｂＦＡ［ｎ］、「基準凝集剤添加率」をＲＰ、「輝度凝集フロック基準面積」をｂＦＡ、「第ｎ輝度凝集フロック平均面積」をａｖｅ（ｂＦＡ［ｎ］）、「平均面積算出時サンプリング回数」をａとする。ただし、「第ｎ輝度凝集フロック平均面積」とは、第ｎ凝集剤添加率におけるサンプリング回数分の輝度凝集フロック測定面積の平均値であり、次式が成り立つ。
【００４９】
α＝ＲＰ［ｎ＋１］−ＲＰ［ｎ］、α＝０．０１〜０．１ ・・・（２）
ｂＦＡ＝ｍｉｎ｛ａｖｅ（ｂＦＡ［ｎ］）｝、ｎ＝０〜ｎ ・・・（４）
また、式（４）は、初期輝度凝集フロック平均面積の値ａｖｅ（ｂＦＡ［０］）、第１輝度凝集フロック平均面積の値ａｖｅ（ｂＦＡ［１］）、・・・、第ｎ輝度凝集フロック平均面積の値ａｖｅ（ｂＦＡ［ｎ］）の中の最小値が「凝集フロック基準面積」であることを示す。
【００５０】
（イ）図４（ａ）に示すステップＳ１０１において、撮像部１１が撮像した凝集剤添加率ＲＰ［０］〜ＲＰ［ｎ］における凝集フロックの画像を輝度変換部１９が、画像が含む輝度情報に基づいて（輝度基準により）輝度２値画像に変換し、算出部１３が変換された輝度二値画像から輝度凝集フロック測定面積ｂＦＡ［０］〜ｂＦＡ［ｎ］をそれぞれ算出する。このとき算出部１３は同一の凝集剤添加率ＲＰ［ｎ］において輝度凝集フロック測定面積ｂＦＡ［ｎ］をａ回算出する。ここで、「ａ」は、予め設定された任意の値であり、汚泥処理装置１００の計算負荷及び計算速度等に関する能力、算出結果の精度等によって最適な値が経験的に設定される。算出部１３は、ｎ＝０〜ｎそれぞれにおいて、輝度凝集フロック測定面積ｂＦＡ［ｎ］のａ回分の算出を繰り返す。また、「ｎ」は、１から予め設定された任意の値までの変数であり、ステップＳ１０１からステップＳ１０５までは１からｎまでインクリメントを１として処理を繰り返す。「ｎ」も「ａ」同様、汚泥処理装置１００の計算負荷及び計算速度等に関する能力、算出結果の精度等によって最適な値が経験的に設定される。
【００５１】
（ロ）ステップＳ１０２において、算出部１３は、凝集剤添加率ＲＰ［０］〜ＲＰ［ｎ］における輝度凝集フロック測定面積のａ回分の平均値ａｖｅ（ｂＦＡ［０］）〜ａｖｅ（ｂＦＡ［ｎ］）をそれぞれ算出する。ステップＳ１０３において、算出部１３は、ｎ＝０〜ｎにおいてそれぞれ算出した平均値ａｖｅ（ｂＦＡ［０］）〜ａｖｅ（ｂＦＡ［ｎ］）から最小値を判定し、ステップＳ１０４において、算出部１３は、判定した最小値を凝集フロック基準面積ｂＦＡと定める。ステップＳ１０５において、算出部１３は、ｂＦＡに該当する凝集フロック基準面積を算出した際の凝集剤添加率を基準凝集剤添加率と認定する。
【００５２】
つぎに、図４（ｂ）は、図４（ａ）に対応して、輝度基準二値化変換による基準凝集剤添加率の算出方法におけるアルゴリズムを示すフローチャートである。
【００５３】
ルーチンＲ１１−１〜１１−２は、同一の凝集剤添加率ＲＰ［ｎ］において、ａ回繰り返して輝度凝集フロック測定面積を算出する繰り返し処理のサブルーチンである。ルーチンＲ１２−１〜１２−２は、輝度凝集フロック平均面積を異なる凝集剤添加率ＲＰ［０］，・・・，ＲＰ［ｎ］それぞれにおいて繰り返し算出する、繰り返し処理のサブルーチンである。
【００５４】
ステップＳ１１において、撮像部１１は、汚泥原液を撮像する。ステップＳ１２において、輝度変換部１９は、撮像部１１が撮像した画像を輝度基準で輝度２値画像に変換する。ステップ１３において、算出部１３は輝度２値画像から輝度凝集フロック測定面積ｂＦＡ［ｎ］を算出する。ルーチンＲ１１−１〜１１−２において、算出部１３は、ｂＦＡ［ｎ］をａ回算出する。ステップＳ１４において、算出部１３は、ａ回におけるｂＦＡ［ｎ］の平均値である、輝度凝集フロック平均面積ａｖｅ（ｂＦＡ［ｎ］）を算出する。
【００５５】
ルーチンＲ１２−１〜１２−２において、算出部１３は、ｎ＝０〜ｎにおいてそれぞれ輝度凝集フロック平均面積ａｖｅ（ｂＦＡ［ｎ］）を算出する。ステップＳ１５において、算出部１３は、輝度凝集フロック平均面積ａｖｅ（ｂＦＡ［０］）〜ａｖｅ（ｂＦＡ［ｎ］）の中から最小値を判定し、最小値ｍｉｎ｛ｂＦＡ［ｎ］｝を輝度凝集フロック基準面積ｂＦＡに定める。ステップＳ１６において、算出部１３は、ｂＦＡを算出した際の凝集添加率を基準凝集剤添加率と認定する。
＜階調基準二値化変換による階調凝集フロック基準面積の算出方法＞
つぎに、本発明の実施の形態に係る汚泥処理装置が、凝集フロックの大きさを制御する方法について、図５のフローチャートを参照しながら説明する。
【００５６】
ここで、「階調凝集フロック基準面積」をｇＦＡ、「第ｉ階調凝集フロック測定面積」をｇＦＡ［ｉ］、「第ｉ階調凝集フロック平均面積」をａｖｅ（ｇＦＡ［ｉ］）、「平均面積算出時サンプリング回数」をｂとする。ただし、「第ｉ階調凝集フロック平均面積」とは、第ｉ凝集剤添加率におけるサンプリング回数分の階調凝集フロック測定面積の平均値であり、次式が成り立つ。
【００５７】
ｇＦＡ＝ａｖｅ（ｇＦＡ［ｉ］）｝、ｉ＝０〜ｎ ・・・（６）
【００５８】
なお、以下の処理の説明における凝集フロックの面積は、凝集フロック全体の面積である総面積として述べているが、凝集フロックの総面積を凝集フロックの数で除した単位凝集フロック当たりの面積である単面積を使用して処理を実施することが可能である。
【００５９】
（イ）図５（ａ）に示すステップＳ２０１において、撮像部１１が撮像した基準凝集剤添加率ＲＰにおける凝集フロックの画像を階調変換部１８が、画像が含む階調情報に基づいて（階調基準により）階調２値画像に変換し、算出部１３が変換された階調二値画像から階調凝集フロック測定面積ｇＦＡ［ｉ］を算出する。このとき算出部１３は基準凝集剤添加率ＲＰにおいて階調凝集フロック測定面積ｇＦＡ［ｉ］をｂ回算出する。ここで、「ｂ」は、予め設定された任意の値であり、汚泥処理装置１００の計算負荷及び計算速度等に関する能力、算出結果の精度等によって最適な値が経験的に設定される。また、「ｉ」は、１からｎまでの任意の値であり、図４（ｂ）のステップＳ１６に示すように基準凝集剤添加率となる際に決定した値である。
【００６０】
（ロ）ステップＳ２０２において、算出部１３は、基準凝集剤添加率ＲＰにおける階調凝集フロック測定面積のｂ回分の平均値ａｖｅ（ｇＦＡ［ｉ］）を算出する。ステップＳ２０３において、算出部１３は、階調凝集フロック平均面積ａｖｅ（ｇＦＡ［ｉ］）を階調凝集フロック基準面積ｇＦＡと定める。
【００６１】
つぎに、図５（ｂ）は、図５（ａ）に対応して、階調基準二値化変換による階調凝集フロック基準面積の算出方法におけるアルゴリズムを示すフローチャートである。
【００６２】
ルーチンＲ２１−１〜２１−２は、基準凝集剤添加率ＲＰにおいて、ｂ回繰り返して階調凝集フロック測定面積を算出する繰り返し処理のサブルーチンである。
【００６３】
（イ）ステップＳ２１において、撮像部１１は、汚泥原液を撮像する。ステップＳ１２において、階調変換部１８は、撮像部１１が撮像した画像を階調基準で階調２値画像に変換する。ステップ２３において、算出部１３は階調２値画像から階調凝集フロック測定面積ｇＦＡ［ｉ］を算出する。ルーチンＲ２１−１〜２１−２において、算出部１３は、ｇＦＡ［ｉ］をｂ回算出する。ステップＳ２４において、算出部１３は、ｂ回におけるｇＦＡ［ｉ］の平均値である、階調凝集フロック平均面積ａｖｅ（ｇＦＡ［ｉ］）を算出する。
【００６４】
（ロ）ステップＳ２５において、階調凝集フロック平均面積ａｖｅ（ｇＦＡ［ｉ］）を階調凝集フロック基準面積に定める
＜汚泥処理装置による凝集フロック制御方法＞
つぎに、本発明の第１の実施の形態に係る汚泥処理装置１００が、凝集フロックの大きさを制御する方法について、図６及び図７のフローチャートを参照しながら説明する。
【００６５】
（イ）ステップＳ３０１において、ユーザの指示に基づき、図１に示す記憶装置１７は、図示しないインターフェース部が入力した初期設定値を記憶する。本発明の実施の形態に係る汚泥処理装置１００が凝集フロックの大きさを制御する際に使用する初期設定値は、初期汚泥原液流量Ｑｓ［０］、初期汚泥原液濃度Ｄ［０］、初期凝集剤添加率ＲＰ［０］、最大凝集剤添加率ＲＰｍａｘ、最小凝集剤添加率ＲＰｍｉｎ、初期撹拌回転数ＡＲ［０］、最大撹拌回転数ＡＲｍａｘ、最小撹拌回転数ＡＲｍｉｎ等である。ここで、凝集剤撹拌機２１の撹拌回転数ＡＲは汚泥処理装置１００が正常に運転していれば、下限がＡＲｍｉｎ、上限がＡＲｍａｘの許容撹拌回転数の範囲内で変移する。そのため、許容撹拌回転数の範囲外、すなわち、ＡＲ＜ＡＲｍｉｎ及びＡＲ＞ＡＲｍａｘとなるとき、汚泥処理装置１００は何らかの異常が発生していると判断可能である。
【００６６】
（ロ）ステップＳ３０２において、脱水機３５は、汚泥処理のため運転を開始する。ステップＳ３０３において、図１に示す撮像部１１（図２に示すテレビカメラ３１）が、汚泥原液供給管３３を通過する汚泥原液に含まれる凝集フロックを検視窓３４を通して撮像し、変換部１２が有する輝度変換部１９は撮像画像を輝度２値画像に２値化変換し、算出部１３が輝度２値画像に基づいて輝度凝集フロック基準面積ｂＦＡを算出する。ステップＳ３０４において、算出部１３は、輝度凝集フロック基準面積ｂＦＡに基づいて基準凝集剤添加率ＲＰを算出する。ステップＳ３０５において、算出部１３は、基準凝集剤添加率ＲＰに基づいて階調凝集フロック基準面積ｇＦＡを算出する。ステップＳ３０６において、算出部１３は、任意の凝集剤添加率ＲＰ［ｎ］における階調凝集フロック測定面積ｇＦＡ［ｎ］を算出する。
【００６７】
（ハ）ステップＳ３０７において、比較部１４は、階調凝集フロック測定面積の階調凝集フロック基準面積に対する誤差率と誤差規定値βとを比較する。ここでは、ステップＳ３０６において算出部１３が算出した階調凝集フロック測定面積ｇＦＡ［ｎ］を適用され、ＦＡ［ｎ］の誤差率は（ｇＦＡ［ｎ］−ｇＦＡ）×１００／ｇＦＡと表される。ｇＦＡに対するｇＦＡ［ｎ］の誤差率がβ以下の場合、ステップＳ３０８において、制御部１５は、凝集剤添加率を維持するよう図２に示す凝集剤供給ポンプ２９を制御し、汚泥処理装置１００の運転を継続する。ｇＦＡ［ｎ］の誤差率がβよりも大きい場合、ステップＳ３０９において、比較部１４は、凝集剤添加率ＲＰ［ｎ］における階調凝集フロック測定面積ｇＦＡ［ｎ］と階調凝集フロック基準面積ｇＦＡとを比較する。ｇＦＡ［ｎ］がｇＦＡ以下の場合、ステップＳ３１０において、制御部１５は、凝集剤添加率がＲＰ［ｎ＋１］に増加するように図２に示す凝集剤供給ポンプ２９に指示をする。
【００６８】
（ニ）つづいて、図７に示すステップＳ３１１において、比較部１４は、ステップＳ３１０で増加を指示した後の凝集剤添加率ＲＰ［ｎ＋１］と、図１に示す記憶装置１７が記憶する最大凝集剤添加率ＲＰｍａｘとを比較する。ＲＰ［ｎ＋１］がＲＰｍａｘよりも小さい場合、ステップＳ３１２において、制御部１５は、凝集剤添加率がＲＰ［ｎ］からＲＰ［ｎ＋１］に増加するように図２に示す凝集剤供給ポンプ２９を制御し、ステップＳ３１３において、算出部１３は、凝集剤添加率ＲＰ［ｎ＋１］における階調凝集フロック測定面積ｇＦＡ［ｎ＋１］を算出し、図６に示すステップＳ３０７に移行し、比較部１４は、ｇＦＡに対するｇＦＡ［ｎ＋１］の誤差率とβとを比較する。ステップＳ３１１において、ＲＰ［ｎ＋１］がＲＰｍａｘ以上の場合、ステップＳ３１４において、制御部１５は、凝集剤撹拌機２１の回転数を減少させるよう指示する。
【００６９】
（ホ）つづいて、ステップＳ３１５において、比較部１４は、凝集剤撹拌機２１の回転数である撹拌回転数ＡＲと、最大撹拌回転数ＡＲｍａｘ及び最小撹拌回転数ＡＲｍｉｎとを比較し、ＡＲがＡＲｍｉｎ以下またはＡＲｍａｘ以上であるとき、すなわち、撹拌回転数ＡＲが許容撹拌回転数の範囲外の際には、ステップＳ３１６において、出力部１６は、ステップＳ３１５時の撹拌回転数ＡＲが異常値であるとして警報を出力し、図６に示すステップＳ３０３に移行する。なお、警報は音声又は映像等でも良く、それらの組み合わせでも良い。
【００７０】
（ヘ）ステップＳ３１５において、撹拌回転数ＡＲがＡＲｍｉｎより大きく、ＡＲｍａｘより小さい場合、すなわち、撹拌回転数ＡＲが許容撹拌回転数の範囲内の際には、ステップＳ３１７において、制御部１５は、凝集剤添加率ＲＰ［ｎ］がＲＰ［ｎ＋１］になるように撹拌機回転数ＡＲを予め設定した任意の回転数に変更するよう図２に示す撹拌機モータ３０を制御する。つづいて、ステップＳ３１８において、算出部１３は、凝集剤添加率ＲＰ［ｎ＋１］における階調凝集フロック測定面積ｇＦＡ［ｎ＋１］を算出する。ステップＳ３１９において、比較部１４は、算出部１３が算出した階調凝集フロック測定面積ｇＦＡ［ｎ＋１］の階調凝集フロック基準面積ｇＦＡに対する誤差率と誤差既定値βとを比較する。
【００７１】
（ト）ステップＳ３１９において、ｇＦＡ［ｎ＋１］のｇＦＡに対する誤差率が−βよりも小さい場合、ステップＳ３２０において、凝集剤添加率ＲＰ［ｎ］における階調凝集フロック測定面積ｇＦＡ［ｎ＋１］とＲＰ［ｎ＋２］においける階調凝集フロック測定面積ｇＦＡ［ｎ＋２］とを比較する。ステップＳ３２０において、ｇＦＡ［ｎ＋１］がｇＦＡ［ｎ＋２］よりも小さい場合、ステップＳ３１４に移行し、ｇＦＡ［ｎ＋１］がｇＦＡ［ｎ＋２］以上の場合、図６に示すステップＳ３０３に移行する。ステップＳ３１９において、ｇＦＡ［ｎ＋１］のｇＦＡに対する誤差率がβよりも大きい場合、ステップＳ３２１において、制御部１５は、凝集剤撹拌機２１の回転数が増加するように図２に示す撹拌機モータ３０に指示をし、ステップＳ３１５に移行する。
【００７２】
（チ）ステップＳ３１９において、ｇＦＡ［ｎ＋１］のｇＦＡに対する誤差率の大きさがβ以下の場合、ステップＳ３２２において、制御部１５は、凝集剤撹拌機２１の回転数が維持するように撹拌機モータ３０を制御し、図６に示すステップＳ３０６に移行する。つぎに、図６に示すステップＳ３０９において、ｇＦＡ［ｎ］がｇＦＡよりも大きい場合、ステップＳ３２３において、制御部１５は、凝集剤添加率がＰＲ［ｎ−１］に減少するように図２に示す凝集剤供給ポンプ２９に指示する。つづいて、ステップＳ３２４において、比較部１４は、ステップＳ３２３における減少後の凝集剤添加率ＲＰ［ｎ−１］と図１に示す記憶装置１７が記憶する最小凝集剤添加率ＲＰｍｉｎとを比較する。ＲＰ［ｎ−１］がＲＰｍｉｎ以下の場合、ステップＳ３２５において、図１に示す出力部１６は警報を出力し、ステップＳ３０３に移行する。
【００７３】
（リ）ステップＳ３２４において、ＲＰ［ｎ−１］がＲＰｍｉｎよりも大きい場合、ステップＳ３２６において、制御部１５は、凝集剤添加率がＲＰ［ｎ−1］に減少するように図２に示す凝集剤供給ポンプ２９を制御する。つづいて、ステップＳ３２７において、算出部１３は、凝集剤添加率ＲＰ［ｎ−1］における階調凝集剤添加率ｇＦＡ［ｎ−1］を算出後、ステップＳ３０７に移行し、ステップＳ３０７において、比較部１４は、ｇＦＡに対するｇＦＡ［ｎ−1］の誤差率とβとを比較する。
【００７４】
以上説明したように、本発明の第１の実施の形態に係る汚泥処理装置は、迅速容易に最適な水分の汚泥ケーキを生成すべく凝集剤添加率を制御し、最適な汚泥処理を実施することが可能である。最適な汚泥処理を実施するためには、汚泥ケーキが最適な水分量を維持するように汚泥原液の凝集剤添加率が基準凝集剤添加率を維持する必要がある。基準凝集剤添加率を維持するためには、凝集フロック測定面積が凝集フロック基準面積を維持する必要がある。
【００７５】
すなわち、図８に示す単純右肩下がりのグラフの性状である汚泥において、基準凝集剤添加率を制御する際には、凝集フロック測定面積が６００００であれば、凝集フロック基準面積の５５０００に近づけるために、凝集剤添加率が減少するよう制御する。凝集剤供給ポンプ２９の回転数を増加させ、凝集剤の供給量を増やすことで、汚泥原液中の凝集剤添加率を基準凝集剤添加率に近づける制御が可能である。
【００７６】
また、凝集フロック測定面積が５２０００であれば、凝集フロック基準面積の５５０００に近づけるために、凝集剤添加率が減少するよう制御する。凝集剤供給ポンプ２９の回転数を減少させ、凝集剤の供給量を減らすことで、汚泥原液中の凝集剤添加率を基準凝集剤添加率に近づける制御が可能である。しかし、図９に示す性状の汚泥において、凝集フロック測定面積が５７０００付近では、該当する凝集剤添加率の値が基準凝集剤添加率を挟んで複数存在するため、単純に凝集剤の添加量を増減を決定することは不可能である。
【００７７】
しかしながら、輝度基準により凝集フロック測定面積を算出した図９に対し、階調基準により凝集フロック測定面積を算出すると、図１０に示すように、凝集フロック測定面積及び凝集剤添加率が一対一で対応する単純な関係で示される。そのため、階調基準により算出した凝集フロック測定面積と凝集フロック基準面積との関係を検討することで、迅速及び容易に基準凝集剤添加率を維持するような制御を実施することができる。
【００７８】
つぎに、図１０及び図１１は共に濃淡基準により算出した凝集フロック測定面積と凝集剤添加率との関係を示す。ただし、図１０が画像に表示された凝集フロック全体の面積である凝集フロック総面積と凝集剤添加率との関係を示しているのに対し、図１１は画像に表示される凝集フロックの数で凝集フロック総面積を除した、単位凝集フロック当たりの面積である凝集フロック単面積と凝集剤添加率との関係を示す。図１１及び図１２に示すように、凝集フロック単面積も凝集フロック総面積と同様に凝集剤添加率の増加に伴って単純に増加するため、凝集フロック単面積を凝集フロック測定面積に適用しても、適切な凝集剤添加率の制御は可能となる。
【００７９】
（第１の実施の形態の変形例）
本発明の第１の実施の形態の変形例に係る汚泥処理装置は、図１３に示すように、図７とは、ステップＳ４１１、Ｓ４１５及びＳ４１９において異なる。また、図１３に示すステップＳ４１２〜Ｓ４１４、Ｓ４１６〜Ｓ４１８及びＳ４２０〜Ｓ４２４は、図７に示すステップＳ３１２〜Ｓ３１６及びＳ３１８〜Ｓ３２２と同様である。
【００８０】
すなわち、本発明の第１の実施の形態の変形例に係る汚泥処理装置１００は、図１３に示すステップＳ４１１において、
（イ）比較部１４は、図６に示すステップＳ３１０で増加を指示した後の凝集剤添加率ＲＰ［ｎ＋１］と、「凝集剤添加率撹拌基準値ＲＰａｒ」とを比較する。ここで、「凝集剤添加率撹拌基準値ＲＰａｒ」とは、最大凝集剤添加率ＲＰｍａｘ以下の値であり、図１に示す制御部１５が図２に示す凝集撹拌機２１を回転させる際の閾値である。最大凝集剤添加率ＲＰｍａｘと同様に汚泥処理装置１００の運転に際して予め設定される値であり、図１に示す記憶装置１７が記憶する。「凝集剤添加率撹拌基準値ＲＰａｒ」は、従来の処理における経験値を考慮して設定され、最大凝集剤添加率ＲＰｍａｘの７０〜１００％程度の値が適切であるが、汚泥性状及び汚泥処理装置１００の性能等によって適宜柔軟に変更可能である。
【００８１】
（ロ）ステップＳ４１１において、ＲＰ［ｎ＋１］がＲＰａｒよりも小さい場合、ステップＳ４１２において、制御部１５は、凝集剤添加率がＲＰ［ｎ］からＲＰ［ｎ＋１］に増加するように図２に示す凝集剤供給ポンプ２９を制御し、ステップＳ４１３において、算出部１３は、凝集剤添加率ＲＰ［ｎ＋１］における階調凝集フロック測定面積ｇＦＡ［ｎ＋１］を算出し、図６に示すステップＳ３０７に移行し、比較部１４は、ｇＦＡに対するｇＦＡ［ｎ＋１］の誤差率とβとを比較する。
【００８２】
（ハ）ステップＳ４１１において、ＲＰ［ｎ＋１］がＲＰａｒ以上の場合、ステップＳ４１４において、凝集剤添加率ＲＰ［ｎ＋１］と最大凝集剤添加率ＲＰｍａｘとを比較する。ステップＳ４１４において、凝集剤添加率ＲＰ［ｎ＋１］が最大凝集剤添加率ＲＰｍａｘ以上の際、ステップＳ４１５において、出力部１６は、ステップＳ４１４時の凝集剤添加率ＲＰ［ｎ＋１］が異常値であるとして警報を出力し、図６に示すステップＳ３０３に移行する。
【００８３】
（ニ）ステップＳ４１４において、凝集剤添加率ＲＰ［ｎ＋１］が最大凝集剤添加率ＲＰｍａｘよりも小さい場合、ステップＳ４１６において、制御部１５は、凝集剤撹拌機２１の回転数を減少させるよう指示する。ステップＳ４１７において、比較部１４は、撹拌回転数ＡＲがＡＲｍｉｎより大きく、ＡＲｍａｘより小さい場合、すなわち、撹拌回転数ＡＲが許容撹拌回転数の範囲内の際には、ステップＳ４１９において、凝集剤添加率がＲＰ［ｎ＋１］からＲＰ［ｎ＋２］に増加するように図２に示す凝集剤供給ポンプ２９の回転数を増加させ、且つ、撹拌機回転数ＡＲを予め設定した任意の回転数に変更するよう図２に示す撹拌機モータ３０を制御する。
【００８４】
ここで、ステップＳ４１９において、制御部１５は、凝集剤供給ポンプ２９及び凝集剤撹拌機２１の回転数を同時に制御するが、それぞれの制御は個別に実施され、制御方法等において互いに関連する因果関係はない。また、汚泥性状等によって、それぞれの制御方法は大きく異なる。すなわち、処理対象の汚泥性状によって、凝集剤添加率が０，２％増加するよう凝集剤供給ポンプ２９の回転数を制御し、且つ凝集撹拌機２１の回転数を５％減少するよう制御することもでき、凝集剤添加率が０，１％増加するよう凝集剤供給ポンプ２９の回転数を制御し、且つ凝集撹拌機２１の回転数を３％減少するよう制御することもできる。
【００８５】
以上説明したように、本発明の第１の実施の形態の変形例に係る汚泥処理装置は、凝集剤添加率を、凝集剤供給ポンプ２９及び凝集撹拌機２１を併用して制御することで、いずれか一方のみで制御するよりも、迅速に調整及び制御を実施することが可能になる。また、凝集剤供給ポンプ２９の回転数及び凝集撹拌機２１の回転数という２つのパラメータにより制御することで、制御時における微調整が容易に実現できる。さらに、同時に凝集撹拌機２１を使用することで、凝集剤供給ポンプ２９が大量に使用していた高価な凝集剤添加率の使用量を減量させることができ、処理運転に際して大幅なコスト削減を実現できる。
【００８６】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る汚泥処理装置は、性状の変動する汚泥に対して汚泥処理を実施する。一方、本発明の第１の実施の形態に係る汚泥処理装置は、性状が一定である汚泥に対して処理を実施する。汚泥性状の変動によって基準凝集剤添加率及び凝集フロック基準面積は変動するが、より適切及び正確な汚泥処理を実施するためには、逐次変動する基準凝集剤添加率に対して、汚泥処理装置１００運転中における凝集剤添加率を制御する必要がある。
【００８７】
そのため、本発明の第２の実施の形態に係る汚泥処理装置１００は、汚泥性状が変動する毎に新たな基準凝集剤添加率を算出し、算出された新たな基準凝集剤添加率に対して凝集剤添加率の制御を実施する。ここで、汚泥性状の変動は、一定期間前後に測定した基準凝集剤添加率それぞれに対する凝集フロック測定面積の差と、予め設定した「汚泥性状変動許容値」との比較で判断する。
【００８８】
すなわち、一定期間前後に測定した基準凝集剤添加率それぞれにおける凝集フロック測定面積の差が、「汚泥性状変動許容値」より大きければ汚泥性状は変化したとして、一定期間後における基準凝集剤添加率を新たな基準凝集剤添加率として採用し、「汚泥性状変動許容値」以下であれば、一定期間前における基準凝集剤添加率をそのまま採用する。「汚泥性状変動許容値」は、基準凝集剤添加率が変化したにも関わらず、当初の一定の値で汚泥処理を実行した際に、処理結果に及ぼす影響の程度で決定する。
【００８９】
ここで、「一定期間」の前に測定した凝集フロック測定面積をＦＡ［ｎ］、「一定期間」の後に測定した凝集フロック測定面積をＦＡ［ｎ＋１］、汚泥性状変動許容値をχとすると、│ＦＡ［ｎ＋１］−ＦＡ［ｎ］│≦χの場合、汚泥性状の変動は発生していない判断し、│ＦＡ［ｎ＋１］−ＦＡ［ｎ］│＞χの場合、汚泥性状の変動が発生したと判断し、その際の基準凝集剤添加率を算出し、新たな基準凝集剤添加率として設定する。また、凝集フロック測定面積をＦＡ［ｎ］は輝度凝集フロック測定面積ｂＦＡ［ｎ］でも階調凝集フロック測定面積をｇＦＡ［ｎ］でも適用可能である。
【００９０】
さらにまた、「一定期間」とは、汚泥性状が変動することが予想される一定の長さを有する時間帯であり、汚泥処理環境によって３時間の場合もあれば１日の場合もある。汚泥処理装置１００は、トラブルの発生及びメンテナンス等により運転の中断を余儀なくされるケース以外は、汚泥処理の運転を継続する。そのため、汚泥処理装置１００は、運転中に「一定期間」の間隔で継続して汚泥性状の変動を検査する。
【００９１】
このようにして、汚泥性状の変動が発生する度に、基準凝集剤添加率は再設定される。
【００９２】
汚泥性状の変動による基準凝集剤添加率の再設定例を図１４及び図１５を用いて説明する。
【００９３】
まず、図１４は、実線で表される凝集剤添加率及び凝集フロック測定面積の関係を示す汚泥性状から、破線で表される汚泥性状に変動した状態を示す。実線で表されるように、汚泥性状変動前において、凝集フロック測定面積が最小となる基準凝集剤添加率は、輝度凝集フロック測定面積が最小となるｂＦＡ［ｎ］に対応するＲＰである。しかし、破線で表されるように、汚泥性状変動後においてはＲＰに対応する輝度凝集フロック測定面積はｂＦＡ［ｎ＋１］となり、汚泥性状変動前における輝度凝集フロック測定面積の最小値から変化する。汚泥性状変動後における輝度凝集フロック測定面積の最小値はｂＦＡ’［ｎ］であり、したがって、ｂＦＡ’［ｎ］に対応する基準凝集剤添加率はＲＰ’となる。
【００９４】
ここで、│ＦＡ［ｎ＋１］−ＦＡ［ｎ］│≦χであり、汚泥性状変動後の汚泥処理に影響を与えない差分であれば基準凝集剤添加率はＲＰを維持して運転処理を継続することができるが、│ＦＡ［ｎ＋１］−ＦＡ［ｎ］│＞χであり、凝集剤添加率がＲＰの状態を維持することで、汚泥のケーキ水分を適切な状態に処理できない場合はＲＰ’を新たな基準凝集剤添加率とすることで、汚泥性状変動後における適切な運転処理を継続することが可能となる。
【００９５】
つづいて、│ＦＡ［ｎ＋１］−ＦＡ［ｎ］│＞χであり、汚泥性状が変動した際に、新たな基準凝集剤添加率に近づけるためには、凝集剤添加率を増加させるか減少させるかが問題となる。図１４に示す階調凝集剤添加率に着目すると、基準凝集剤添加率ＲＰにおいて、階調凝集フロック測定面積は実線のｇＦＡ［ｎ］から破線のｇＦＡ［ｎ＋１］へと変化しており、階調凝集フロック測定面積及び凝集剤添加率がお互いに一意に決まる単純増加の関係から、ｇＦＡ［ｎ＋１］≧ｇＦＡ［ｎ］の際にはｂＦＡ’［ｎ］−ｂＦＡ［ｎ］≦０となることが明らかである。そのため、ｇＦＡ［ｎ＋１］≧ｇＦＡ［ｎ］の際には、制御部１５は、凝集剤供給ポンプ２９の回転数を減少し、凝集剤添加率を減少させることで、新たな基準凝集剤添加率に近づけるよう制御する。
【００９６】
同様にして、図１５では、汚泥性状変動前後で、階調凝集フロック測定面積はｇＦＡ［ｎ］からｇＦＡ［ｎ＋１］に、ｇＦＡ［ｎ＋１］≦ｇＦＡ［ｎ］の状態で変化する。その際、ｂＦＡ’［ｎ］−ｂＦＡ［ｎ］≧０となることが明らかである。そのため、ｇＦＡ［ｎ＋１］≦ｇＦＡ［ｎ］の際には、制御部１５は、凝集剤供給ポンプ２９の回転数を増加し、凝集剤添加率を増加させることで、新たな基準凝集剤添加率に近づけるように制御する。
【００９７】
すなわち、図１４及び１５に示すように、汚泥性状変動前後で制御部１５は、階調凝集フロック測定面積がｇＦＡ［ｎ＋１］≧ｇＦＡ［ｎ］の際に、凝集剤供給ポンプ２９の回転数を減少し、ｇＦＡ［ｎ＋１］≦ｇＦＡ［ｎ］の際に、凝集剤供給ポンプ２９の回転数を増加させることで、適切な一定の基準凝集剤添加率を維持するべく制御することができ、最適な汚泥処理を実施することが可能となることがわかる。
【００９８】
つぎに、本発明の第２の実施の形態に係る汚泥処理装置が、汚泥性状の変動が発生する際において、基準凝集剤添加率の算出方法について、図１６のフローチャートを参照しながら説明する。
【００９９】
（イ）ステップＳ５０１において、算出部１３は、基準凝集剤添加率における輝度凝集フロック測定面積を一定間隔で算出する。ステップＳ５０２において、算出部１３は、一定間隔の前後における輝度凝集フロック測定面積それぞれの差を算出する。ステップＳ５０３において、比較部１４は、ステップ５０２において算出した差と汚泥性状変動許容値とを比較する。
【０１００】
（ロ）ステップＳ５０４において、差が汚泥性状変動許容値以上であれば、比較部１４は、汚泥性状の変動が発生したと判断し、ステップＳ５０５において、算出部１３は、ステップＳ５０２における一定間隔後の輝度凝集フロック測定面積に対応する基準凝集剤添加率を新たな基準凝集剤添加率として設定する。ステップＳ５０４において、差が汚泥性状変動許容値よりも小さければ、比較部１４は、汚泥性状の変動はないと判断し、ステップＳ５０２に移行する。
【０１０１】
以上説明したように、本発明の第２の実施の形態に係る汚泥処理装置は、一定以上における汚泥性状の変動によって、最適な汚泥処理に影響が出る場合、新たな基準凝集剤添加率を再設定することで、最適な汚泥処理を実施することができる。また、汚泥性状の変動前後における階調凝集フロック測定面積の比較から、迅速容易に凝集剤供給ポンプ２９の回転数に関する増減を判断することが可能となる。
【０１０２】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態に係る汚泥処理装置は、図１７に示すように、本発明の第２の実施の形態に係る汚泥処理装置に、更に近似部１３１及び微分解析部１３２を備える。図１７に示すように、近似部１３１及び微分解析部１３２は、算出部１３を構成する。
【０１０３】
近似部１３１は、輝度凝集フロック測定面積及び凝集剤添加率の関係を示すグラフを近似式をとして関数化する。
【０１０４】
微分解析部１３２は、近似部１３１が関数化した数式から、極小値を算出する。図９に示すように、下に凸の曲線を描く輝度凝集フロック測定面積のグラフは、極小値が最小値となる。したがって、近似部１３１が近似した数式から、極小値となる輝度凝集フロック測定面積に対応する凝集剤添加率を算出することで、基準凝集剤添加率を求めることができる。
【０１０５】
汚泥性状の変動に伴って、近似部１３１が近似した数式から微分解析部１３２が極小値を再算出することで、新たな基準凝集剤添加率を決定することが可能となる。
【０１０６】
つぎに、本発明の第３の実施の形態に係る汚泥処理装置が、基準凝集剤添加率を算出する方法について、図１８のフローチャートを参照しながら説明する。
【０１０７】
ステップＳ６０１において、近似部１３１は、輝度凝集フロック測定面積及び凝集剤添加率の関係を示すグラフを関数による近似式化を実施する。ステップＳ６０２において、微分解析部１３２は、ステップＳ６０１における近似式から極小値を算出する。ステップＳ６０３において、微分解析部１３２は、極小値となる輝度凝集フロック測定面積に対応する凝集剤添加率をステップＳ６０１で求めた近似式から算出する。ステップＳ６０４において、制御部１５は、ステップＳ６０３で算出した凝集剤添加率を基準凝集剤添加率として設定する。
【０１０８】
ここで、性状変動が発生した際に新たに設定する基準凝集剤添加率においても、ステップＳ６０１〜６０４を適用することができる。すなわち、図１６に示すステップＳ５０５において、図４に示す方法適用する代わりに図１８に示す方法を適用することが可能である。
【０１０９】
以上説明したように、本発明の第３の実施の形態に係る基準凝集剤添加率の算出方法は、本発明の第１の実施の形態に係る基準凝集剤添加率の算出方法と比較して処理数が少なく、また、本発明の第２の実施の形態に係る基準凝集剤添加率の算出方法と比較して階調凝集フロック測定面積を算出する負荷を削減することができるため、迅速容易に基準凝集剤添加率を算出することが可能となる。
【０１１０】
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態に係る汚泥処理装置は、図１９に示すように、本発明の第３の実施の形態に係る汚泥処理装置に、更に移動式算出部１３３を備える。図１９に示すように、近似部１３１、微分解析部１３２及び移動式算出部１３３は、算出部１３を構成する。
【０１１１】
本発明の第４の実施の形態に係る汚泥処理方法では、汚泥性状変動前後において、近似部１３１が近似した輝度凝集フロック測定面積−凝集剤添加率曲線が平行移動したと仮定する。本発明の第４の実施の形態に適用する仮定は、経験的データの蓄積から検討し、汚泥処理を実施する上で明らかに妥当である。
【０１１２】
移動式算出部１３３は、近似部１３１が近似したグラフｙ＝ｆ（ｘ）が汚泥性状変動後に平行移動したグラフをｙ−ｂ＝ｆ（ｘ−ａ）と仮定する。また、移動式算出１３３は、汚泥性状変動後における任意の２点を平行移動後の数式に適用することで、ａ及びｂを算出する。
【０１１３】
つぎに、本発明の第４の実施の形態に係る汚泥処理装置が、汚泥性状変動後の新たな基準凝集剤添加率を算出する方法について、図２０のフローチャートを参照しながら説明する。
【０１１４】
ステップＳ７０１において、汚泥性状変動前に近似部１３１が近似したグラフが、汚泥性状変動後に平行移動したとして、移動式算出部１３３は、平行移動後のグラフを算出する。ステップＳ７０２において、微分解析部１３２は、ステップＳ７０１における近似式から極小値を算出する。ステップＳ７０３において、微分解析部１３２は、極小値となる輝度凝集フロック測定面積に対応する凝集剤添加率をステップＳ７０１で求めた近似式から算出する。ステップＳ７０４において、制御部１５は、ステップＳ７０３で算出した凝集剤添加率を基準凝集剤添加率として設定する。
【０１１５】
以上説明したように、本発明の第４の実施の形態に係る汚泥性状変動後の新たな基準凝集剤添加率の算出方法は、本発明の第３の実施の形態に係る汚泥性状変動後の新たな基準凝集剤添加率の算出方法と比較して、汚泥性状変動後に近似部１３１が再度、輝度凝集フロック測定面積−凝集剤添加率の近似式を算出する必要がないため、算出処理の負荷を軽減することができる。
【０１１６】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は本発明の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【０１１７】
１００，２００，３００…汚泥処理装置
１１…撮像部
１２…変換部
１３…算出部
１４…比較部
１５…制御部
１６…出力部
１７…記憶装置
１８…階調変換部
１９…輝度変換部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚泥原液供給ポンプが供給する汚泥原液及び凝集剤供給ポンプが供給する凝集剤を貯槽する凝集混和槽と、前記凝集混和槽で前記汚泥原液及び凝集剤を撹拌する凝集剤撹拌機と、前記凝集混和槽で形成した懸濁物質である凝集フロックを含む前記汚泥原液が汚泥原液供給管を通して供給される脱水機とを有する汚泥処理装置であって、
前記汚泥原液供給管を通過する前記凝集フロックを撮像する撮像部と、
前記撮像部が撮像した前記凝集フロックの画像を２値化し、２値画像を生成する変換部と、
前記変換部が生成した前記２値画像に表示された前記凝集フロックの面積である凝集フロック測定面積及び予め設定した初期の凝集剤添加率に基づいて凝集フロック基準面積を算出する算出部と、
前記凝集フロック測定面積と前記凝集フロック基準面積とを比較する比較部と、
前記比較部による比較結果に応じて、前記凝集剤供給ポンプ及び前記凝集剤撹拌機の回転数を制御する制御部と、
前記比較部による比較結果に応じて、警報を発する出力部
とを備えることを特徴とする汚泥処理装置。
【請求項２】
前記変換部は、
前記撮像部が撮像した前記凝集フロックの画像を、前記画像が有する階調の情報に基づいて２値化し、階調２値画像を生成する階調変換部と、
前記撮像部が撮像した前記凝集フロックの画像を、前記画像が有する輝度の情報に基づいて２値化し、輝度２値画像を生成する輝度変換部
とを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の汚泥処理装置。
【請求項３】
前記算出部が、前記輝度２値画像に表示された凝集フロックの面積である輝度凝集フロック測定面積に関し、同一の凝集剤添加率に対して予め設定した回数分算出される前記複数の輝度凝集フロック測定面積の平均値である輝度凝集フロック平均面積において、前記初期の凝集剤添加率近傍の予め設定された割合で互いに異なる複数の凝集剤添加率それぞれに対して前記輝度凝集フロック平均面積を算出し、
前記輝度２値画像を基に算出される際の凝集フロック基準面積である輝度凝集フロック基準面積は、前記複数の輝度凝集フロック平均面積のうち最小値であることを特徴とする請求項１又は２に記載の汚泥処理装置。
【請求項４】
前記比較部が比較する前記凝集フロック測定面積は、前記算出部が前記階調２値画像を基に算出する階調凝集フロック測定面積であり、前記比較部が比較する前記凝集フロック基準面積は、前記輝度凝集フロック基準面積に対応する凝集剤添加率である基準凝集剤添加率において、前記算出部が前記階調２値画像を基に算出する階調凝集フロック基準面積であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の汚泥処理装置。
【請求項５】
前記算出部は、前記階調凝集フロック基準面積に対する前記階調凝集フロック測定面積の誤差率を算出することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の汚泥処理装置。
【請求項６】
前記誤差率が予め設定した特定の値である誤差既定値以下の場合は、前記制御部が前記凝集剤供給ポンプの回転数を維持して前記凝集剤添加率を維持し、
前記階調凝集フロック測定面積が前記階調凝集フロック基準面積よりも大きく、且つ前記誤差率が前記誤差既定値よりも大きい場合は、前記制御部が前記凝集剤供給ポンプの回転数を下げることで前記凝集剤添加率を予め設定した値だけ減少させ、
前記階調凝集フロック測定面積が前記階調凝集フロック基準面積よりも小さく、且つ前記誤差率が前記誤差既定値よりも大きい場合は、前記制御部が前記凝集剤供給ポンプの回転数を上げることで前記凝集剤添加率を予め設定した値だけ増加させる
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の汚泥処理装置。
【請求項７】
前記制御部が前記凝集剤添加率を減少させる際に、減少後の凝集剤添加率が予め設定した最小凝集剤添加率以下の場合は出力部が警報を発し、前記減少後の凝集剤添加率が前記最小凝集剤添加率よりも大きい場合は前記制御部が前記凝集剤供給ポンプの回転数を下げ、
前記制御部が前記凝集剤添加率を増加させる際に、前記増加後の凝集剤添加率が予め設定した凝集剤添加率撹拌基準値よりも小さい場合は前記凝集剤供給ポンプの回転数を上げ、前記増加後の凝集剤添加率が前記凝集剤添加率撹拌基準値以上、且つ前記最大凝集剤添加率よりも小さい場合は前記制御部が更に前記凝集剤撹拌機の回転数を下げる
ことを特徴とする請求項６に記載の汚泥処理装置。
【請求項８】
前記制御部が前記凝集剤添加率を増加させる際に、前記増加後の凝集剤添加率が前記最大凝集剤添加率以上の場合は、出力部が警報を発することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の汚泥処理装置。
【請求項９】
前記誤差率が予め設定した特定の値である誤差既定値以下の場合は、前記制御部が前記凝集剤撹拌機の回転数を維持し、
前記階調凝集フロック測定面積が前記階調凝集フロック基準面積よりも小さく、且つ前記誤差率が前記誤差既定値よりも大きい場合は、前記制御部が前記凝集剤撹拌機の回転数を減少させ、
前記階調凝集フロック測定面積が前記階調凝集フロック基準面積よりも大きく、且つ前記誤差率が前記誤差既定値よりも大きい場合は、前記制御部が前記凝集剤撹拌機の回転数を増加させる
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の汚泥処理装置。
【請求項１０】
前記出力部は、前記凝集剤撹拌機の前記回転数が予め設定した最大回転数以上及び最小回転数以下になった場合、警報を発することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の汚泥処理装置。
【請求項１１】
前記凝集フロック測定面積は、前記画像に表示された前記凝集フロック全体の総面積であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の汚泥処理装置。
【請求項１２】
前記凝集フロック測定面積は、前記画像に表示された前記凝集フロック全体の総面積を前記画像に表示された凝集フロックの数で除した単位凝集フロック当たりの面積であり、
前記算出部は、前記画像に表示された凝集フロックの数、前記単位凝集フロック当たりの面積を更に算出することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の汚泥処理装置。
【請求項１３】
汚泥原液供給ポンプが供給する汚泥原液及び凝集剤供給ポンプが供給する凝集剤を貯槽する凝集混和槽と、前記凝集混和槽で前記汚泥原液及び凝集剤を撹拌する凝集剤撹拌機と、前記凝集混和槽で形成した懸濁物質である凝集フロックを含む前記汚泥原液が汚泥原液供給管を通して供給される脱水機とを有する汚泥処理装置を制御する汚泥処理方法であって、
撮像部が、前記汚泥原液供給管を通過する前記凝集フロックを撮像するステップと、
変換部が、前記撮像部が撮像した前記凝集フロックの画像を２値化し、２値画像を生成するステップと、
算出部が、前記変換部が生成した前記２値画像に表示された前記凝集フロックの面積である凝集フロック測定面積び予め設定した初期の凝集剤添加率に基づいて凝集フロック基準面積を算出するステップと、
比較部が、前記凝集フロック測定面積と前記凝集フロック基準面積とを比較するステップと、
制御部が、前記比較部による比較結果に応じて、前記凝集剤供給ポンプ及び前記凝集剤撹拌機の回転数を制御するステップと、
出力部が、前記比較部による比較結果に応じて、警報を発するステップ
とを含むことを特徴とする汚泥処理方法。
【請求項１４】
前記凝集フロック測定面積は、前記画像に表示された前記凝集フロック全体の総面積であることを特徴とする請求項１３に記載の汚泥処理方法。
【請求項１５】
前記凝集フロック測定面積は、前記画像に表示された前記凝集フロック全体の総面積を前記画像に表示された凝集フロックの数で除した単位凝集フロック当たりの面積であり、
前記算出部は、前記画像に表示された凝集フロックの数、前記単位凝集フロック当たりの面積を更に算出することを特徴とする請求項１３に記載の汚泥処理方法。
【請求項１】
汚泥原液供給ポンプが供給する汚泥原液及び凝集剤供給ポンプが供給する凝集剤を貯槽する凝集混和槽と、前記凝集混和槽で前記汚泥原液及び凝集剤を撹拌する凝集剤撹拌機と、前記凝集混和槽で形成した懸濁物質である凝集フロックを含む前記汚泥原液が汚泥原液供給管を通して供給される脱水機とを有する汚泥処理装置であって、
前記汚泥原液供給管を通過する前記凝集フロックを撮像する撮像部と、
前記撮像部が撮像した前記凝集フロックの画像を２値化し、２値画像を生成する変換部と、
前記変換部が生成した前記２値画像に表示された前記凝集フロックの面積である凝集フロック測定面積及び予め設定した初期の凝集剤添加率に基づいて凝集フロック基準面積を算出する算出部と、
前記凝集フロック測定面積と前記凝集フロック基準面積とを比較する比較部と、
前記比較部による比較結果に応じて、前記凝集剤供給ポンプ及び前記凝集剤撹拌機の回転数を制御する制御部と、
前記比較部による比較結果に応じて、警報を発する出力部
とを備えることを特徴とする汚泥処理装置。
【請求項２】
前記変換部は、
前記撮像部が撮像した前記凝集フロックの画像を、前記画像が有する階調の情報に基づいて２値化し、階調２値画像を生成する階調変換部と、
前記撮像部が撮像した前記凝集フロックの画像を、前記画像が有する輝度の情報に基づいて２値化し、輝度２値画像を生成する輝度変換部
とを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の汚泥処理装置。
【請求項３】
前記算出部が、前記輝度２値画像に表示された凝集フロックの面積である輝度凝集フロック測定面積に関し、同一の凝集剤添加率に対して予め設定した回数分算出される前記複数の輝度凝集フロック測定面積の平均値である輝度凝集フロック平均面積において、前記初期の凝集剤添加率近傍の予め設定された割合で互いに異なる複数の凝集剤添加率それぞれに対して前記輝度凝集フロック平均面積を算出し、
前記輝度２値画像を基に算出される際の凝集フロック基準面積である輝度凝集フロック基準面積は、前記複数の輝度凝集フロック平均面積のうち最小値であることを特徴とする請求項１又は２に記載の汚泥処理装置。
【請求項４】
前記比較部が比較する前記凝集フロック測定面積は、前記算出部が前記階調２値画像を基に算出する階調凝集フロック測定面積であり、前記比較部が比較する前記凝集フロック基準面積は、前記輝度凝集フロック基準面積に対応する凝集剤添加率である基準凝集剤添加率において、前記算出部が前記階調２値画像を基に算出する階調凝集フロック基準面積であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の汚泥処理装置。
【請求項５】
前記算出部は、前記階調凝集フロック基準面積に対する前記階調凝集フロック測定面積の誤差率を算出することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の汚泥処理装置。
【請求項６】
前記誤差率が予め設定した特定の値である誤差既定値以下の場合は、前記制御部が前記凝集剤供給ポンプの回転数を維持して前記凝集剤添加率を維持し、
前記階調凝集フロック測定面積が前記階調凝集フロック基準面積よりも大きく、且つ前記誤差率が前記誤差既定値よりも大きい場合は、前記制御部が前記凝集剤供給ポンプの回転数を下げることで前記凝集剤添加率を予め設定した値だけ減少させ、
前記階調凝集フロック測定面積が前記階調凝集フロック基準面積よりも小さく、且つ前記誤差率が前記誤差既定値よりも大きい場合は、前記制御部が前記凝集剤供給ポンプの回転数を上げることで前記凝集剤添加率を予め設定した値だけ増加させる
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の汚泥処理装置。
【請求項７】
前記制御部が前記凝集剤添加率を減少させる際に、減少後の凝集剤添加率が予め設定した最小凝集剤添加率以下の場合は出力部が警報を発し、前記減少後の凝集剤添加率が前記最小凝集剤添加率よりも大きい場合は前記制御部が前記凝集剤供給ポンプの回転数を下げ、
前記制御部が前記凝集剤添加率を増加させる際に、前記増加後の凝集剤添加率が予め設定した凝集剤添加率撹拌基準値よりも小さい場合は前記凝集剤供給ポンプの回転数を上げ、前記増加後の凝集剤添加率が前記凝集剤添加率撹拌基準値以上、且つ前記最大凝集剤添加率よりも小さい場合は前記制御部が更に前記凝集剤撹拌機の回転数を下げる
ことを特徴とする請求項６に記載の汚泥処理装置。
【請求項８】
前記制御部が前記凝集剤添加率を増加させる際に、前記増加後の凝集剤添加率が前記最大凝集剤添加率以上の場合は、出力部が警報を発することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の汚泥処理装置。
【請求項９】
前記誤差率が予め設定した特定の値である誤差既定値以下の場合は、前記制御部が前記凝集剤撹拌機の回転数を維持し、
前記階調凝集フロック測定面積が前記階調凝集フロック基準面積よりも小さく、且つ前記誤差率が前記誤差既定値よりも大きい場合は、前記制御部が前記凝集剤撹拌機の回転数を減少させ、
前記階調凝集フロック測定面積が前記階調凝集フロック基準面積よりも大きく、且つ前記誤差率が前記誤差既定値よりも大きい場合は、前記制御部が前記凝集剤撹拌機の回転数を増加させる
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の汚泥処理装置。
【請求項１０】
前記出力部は、前記凝集剤撹拌機の前記回転数が予め設定した最大回転数以上及び最小回転数以下になった場合、警報を発することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の汚泥処理装置。
【請求項１１】
前記凝集フロック測定面積は、前記画像に表示された前記凝集フロック全体の総面積であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の汚泥処理装置。
【請求項１２】
前記凝集フロック測定面積は、前記画像に表示された前記凝集フロック全体の総面積を前記画像に表示された凝集フロックの数で除した単位凝集フロック当たりの面積であり、
前記算出部は、前記画像に表示された凝集フロックの数、前記単位凝集フロック当たりの面積を更に算出することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の汚泥処理装置。
【請求項１３】
汚泥原液供給ポンプが供給する汚泥原液及び凝集剤供給ポンプが供給する凝集剤を貯槽する凝集混和槽と、前記凝集混和槽で前記汚泥原液及び凝集剤を撹拌する凝集剤撹拌機と、前記凝集混和槽で形成した懸濁物質である凝集フロックを含む前記汚泥原液が汚泥原液供給管を通して供給される脱水機とを有する汚泥処理装置を制御する汚泥処理方法であって、
撮像部が、前記汚泥原液供給管を通過する前記凝集フロックを撮像するステップと、
変換部が、前記撮像部が撮像した前記凝集フロックの画像を２値化し、２値画像を生成するステップと、
算出部が、前記変換部が生成した前記２値画像に表示された前記凝集フロックの面積である凝集フロック測定面積び予め設定した初期の凝集剤添加率に基づいて凝集フロック基準面積を算出するステップと、
比較部が、前記凝集フロック測定面積と前記凝集フロック基準面積とを比較するステップと、
制御部が、前記比較部による比較結果に応じて、前記凝集剤供給ポンプ及び前記凝集剤撹拌機の回転数を制御するステップと、
出力部が、前記比較部による比較結果に応じて、警報を発するステップ
とを含むことを特徴とする汚泥処理方法。
【請求項１４】
前記凝集フロック測定面積は、前記画像に表示された前記凝集フロック全体の総面積であることを特徴とする請求項１３に記載の汚泥処理方法。
【請求項１５】
前記凝集フロック測定面積は、前記画像に表示された前記凝集フロック全体の総面積を前記画像に表示された凝集フロックの数で除した単位凝集フロック当たりの面積であり、
前記算出部は、前記画像に表示された凝集フロックの数、前記単位凝集フロック当たりの面積を更に算出することを特徴とする請求項１３に記載の汚泥処理方法。
【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】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【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】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１１−１８９３２１（Ｐ２０１１−１８９３２１Ａ）
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５９６３７（Ｐ２０１０−５９６３７）
【出願日】平成２２年３月１６日（２０１０．３．１６）
【出願人】（０００１９７７４６）株式会社石垣 (116)
【出願人】（０００２２０６７５）東京都下水道サービス株式会社 (98)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１６日（２０１０．３．１６）
【出願人】（０００１９７７４６）株式会社石垣 (116)
【出願人】（０００２２０６７５）東京都下水道サービス株式会社 (98)
【Ｆターム（参考）】
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