JPS61111110A - 水中濁質粒子の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の利用分野］ 本発明は浄水場のフロック形成池（混和池）におけるフ
ロック形成制御装置に関する。

［発明の背景］ 浄水場においては原水の濁質をＩｇ集させて凝集塊（フ
ロック）とし、このフロックを沈降させている。負に帯
電している負コロイドである原水濁質微粒子を含む原水
に正の電荷を持つ正コロイドである凝集剤が注入される
と、濁質微粒子と濁質微粒子とを凝集剤が結び付はマイ
クロフロックが形成される。フロック形成池にはこのよ
うなマイ）ロフロックを含む原水が流入する。フロック
形成池ではマイクロフロックがフロラキュレータ−（攪
拌手段）の攪拌パドルの回転によって流動、衝突して大
きなフロックが形成される。攪拌パドルの回転が強すぎ
ると、フロックは乱流のぜん断力により破壊大きくなら
ないことが知られている。

フロック粒径と攪拌パドルの回転数との関係は例えば文
献（水道協会誌、第４４１号、昭和４６年、６月号）に
よれば１次式のようなことが知らここで、ｄ　ｗａｘ　
：成長しうる最大フロック粒径、Ｎｒ：攪拌パドルの回
転数、Ｋり＝係数（１）式はフロックの大きさは攪拌パ
ドルの回転数が小さい径小さいことを示している。

一方、逆に攪拌パドルの回転か弱すぎるとフロックとフ
ロックとを衝突させる頻度が低くなるので、マイクロフ
ロック粒子全てが限られた時間内（フロック形成池での
ｒσ留待時間で大きなフロックになることはできない。

つまり、あまりに弱い攪拌は、部分的に大きなフロック
を形成出来ても、フロックにならないマイクロフロック
粒子が多数存在することになる。これらマイクロフロッ
クが沈殿池において沈降せずにＩ適地に流入し、Ｉ適地
を閉塞させることになる。

したがって、攪拌パドルの回転数を適切に保つことが重
要である。しかし、フロック形成は温度の影響も受ける
など複雑であり、原因不明の理由によりフロックが良好
に出来ない場合もある。このため、フロックにならなか
った濁質粒子、あるいは大きくならなかったマイクロフ
ロックが沈殿池で沈降せず、Ｉ適地を閉塞させる問題点
があった。

したがって、フロック形成池（混和池）においてフロッ
クが適切に出来ているか否かの監視が必要である。従来
、フロックの監視は、浄水場の維持管理者が、１日数回
、目視により監視していた。

目視に依存するため、定性的にフロックの大小は判別出
来ても、フロックの粒径を正確に測定する”１１　　　
　　　　　　　　ことは出来ない、このため、良好なフ
ロックであｙ　　　　　　　　　　るか否かを定量的に
知ることは出来なかった。

一方、最近は工業用テレビカメラ（ＩＴＶ）を用いて、
フロック形成池内のフロック群を監視したす、特開昭５
４−１４３２９６号に記載されているように、光電変換
装置を用いてフロックの形状に応じた電気信号を取りだ
してフロックの形状や大きさを監視する方法も提案され
ている。しかし、これらは単にフロックを画像として認
識または計測するだけであって、この結果に基づいて如
何にして良好なフロックを形成するかについては何ら配
慮されていない。

［発明の目的］ 本発明の目的は、浄水場のフロック形成池（混和池）に
おいて常に安定して良好なフロックを形成させることの
できるフロック形成制御装置を提供することにある。

［発明の概要コ 本発明の特徴とするところは、画像処理技術を用いて、
フロックを認識した上で粒径を計測し、この計測値に基
づいてフロック形成池の攪拌力を制御するようにしたこ
とにある。

具体的には、フロック粒径が小さい場合には攪　　　　
　　　　　１拌力を低下させ、逆に、フロック粒径が大
きい場合には攪拌力を増加させる。

〔発明の実施例］ 第１図に本発明の実施例を示す。第１図において、河川
などから取水された原水は沈砂池（図示せず）を経て着
水井１０に至る０着水井１０では粗大粒子が沈降除去さ
れる。微粒子は着水井１０で沈降せず、これら微粒子を
含む原水が急速混和池２０に導かれる。急速混和池２０
には攪拌機２１が設けられている。また、急速混和池２
０には凝集剤注入機２２から凝集剤を注入される。急速
混和池２ｏにおいて濁質微粒子が凝集剤の作用でマイク
ロフロックになる。フロック形成池３０には３個の攪拌
用パドル３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃが設けられており、こ
れら攪拌用パドル３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃはそれぞれ攪
拌用モータ３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｇによって回転駆動さ
れる。攪拌用パドル３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｇの間は整流
壁３３Ａ。

３３Ｂで仕切られている。急速混和池２０からフロック
形成池３０に流入したマイクロフロック群はフロック形
成池３０内を順次流下し攪拌用パドル３１Ａ、３１Ｂ、
３１Ｃによって順次攪拌される。微小フロックはフロッ
ク形成池３０内を順次流下する間にフロック同志が衝突
合体し、大きなフロック３４になる。このように、フロ
ックはフロック形成池３０内を通過する間に次第に粒径
が増加する。

フロック形成池３ｏ内にはフロック３４の画像の輝度信
号を電気信号に変換する撮像装置１００が配置されてい
る。撮像装！１００には工業用テレビカメラＩＴＶ（図
示せず）を含んでいる０画像処理装置１１０は撮像装置
１１００で得られた電気信号に基づいてフロック３４の
画像処理を行い、。

粒径、粒径分布並びに粒径分布の特性値を演算する。こ
れらの演算は公知であり、詳細説明を省略する。攪拌制
御装置２００は画像処理装置１１゜で計算したフロック
粒径分布の特性値に基づいて攪拌用モータ３２Ａ、３２
Ｂ、３２Ｃの各々の回転数Ｎｒ（Ａ）、Ｎｒ（Ｂ）、Ｎ
ｒ（Ｃ）を制御する。攪拌用モータ３２Ａ、３２Ｂ、３
２Ｃの回転数Ｎｒは総て同一の場合とそれぞれ異なる場
合とがある。

これは浄水場によって決められる。攪拌用モータ３２Ａ
、３２Ｂ、３２Ｇの回転数Ｎｒが異なる場合は上流側の
モータ速度が下流側より高くなる。

攪拌用モータ３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃによってそれぞれ
攪拌用パドル３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃが回転数駆動され
る。

フロック形成池３０で形成されたフロック３４は沈殿池
４０に流入して沈降除去される。フロック３４が除去さ
れた上ｌ水は濾過池５０に流入する。Ｊ過゛池５ｏでは
、沈殿池４０で除去されなかった残存する微小フロック
が濾過されて除去される。ｒ過電５０を経た水は、排水
池（図示せず）及び貯水池（図示せず）などを経て需要
家↓こ給水される。

第２図に撮像袋Ｗｔ１００と画像処理袋［１１’０の一
例の詳細図を示す。

気密容器１２０内に固定されたＩＴＶ１３０は接写レン
ズ１３１によりガラスなどの透明材料で作られた観察窓
１２１を通してフロック形成池３０内にあるフロック３
４の画像を拡大認識する。

ワイパー駆動装置１２３によって駆動されるワイパー１
２２は、Ｊｌｌ！察窓１２１及びバンクスクリーン１２
４表面の汚れを取るために定期的に作動するようになっ
ている。バックスクリーン１２４はフロック群を高いコ
ントラストで精度良く認識すＩ　　　　　　　　　るた
めに設けられるもので、気密容器１２０に固定したバッ
クスクリーン固定具１２４Ａ及び１２４Ｂによって１１
察窓１２１の前面に設置される。

バックスクリーン１２４は白色系のフロック群を高いコ
ントラストで精度良く認識するために暗色系であるのが
望ましい、遮光カバー１４２はＩＴｖ１３０の配置され
ている周囲を暗くしてランプ１４０のみによる照度を一
定条件とするために設けられてる。遮光カバー１４２を
設けるとフロック群の画像は周囲の照度変化に影響され
なくなる。

ランプ１４０は複数個設置されており、フロック３４群
を多面的に照射する。なお、第２図においては遮光カバ
ー１４２を設けなくとも照度を一定条件とするための照
度コントローラ１４１を設け、周囲の照度変化に応じて
適時照度を一定に制御するようにしている。ランプ１４
０としてはフロックの動きにかかわらず精度よくフロッ
クを認識するために、瞬間発光型のストロボスコープな
どを用いることもできる。じゃま板１２５Ａ、１２５Ｂ
、１２５Ｇはフロック形成池３０内において。

水の移動をできるだけ抑制し、かつ照明を遮らないよう
に設けられる。このため、流動状態のフロック群の画像
を精度よく認識できる。

ＩＴＶ１３０で撮像したフロック画像の輝度情報はＩＴ
Ｖコントローラー１３２を介して画像認識装置１５０に
送信される。ＩＴＶコントローラー１３２はＩＴＶ１３
０に輝度情報を取りだすタイミングを決定するタイミン
グ信号を与える機能も有する。画像認識装置装［１６０
は、画像認識装置１５０によるフロック認識の回数など
を制御する。

これらの装置によるフロック形成状況の監視は、短時間
で急激に変化することが少ないので１０分ないし１時間
に１回程度実施される。

次に、フロック群の画像情報が画像認識袋［１５０にお
ける信号処理の動作を説明する。

第３図はＩＴＶ１３０により認識されたフロック群の画
像面を示す、フロック群は白色系なので輝度レベルは高
くなる。一方、背景のバックスクリーン１２４は黒色な
ので水の輝度レベルは低くなる。フロック群は濃淡画像
であるので、実際にはフロック３４と水との境界は明確
ではないが。

第３図には簡単のためフロック群の輪郭のみを図示して
いる。

第４図は第３図の画面においてＡＡ′線で走査した輝度
レベルの分布を示す、輝度レベルは例えば２５６段階で
表示され、縦軸の上方向が輝度が低く、下方向が輝度が
高くなる。フロック３４は白色系なので輝度は高くなる
。すなわち、輝度レベルが下方向で谷となる部分がフロ
ックを表している。

第４図の輝度分布において、ＢＢ’線で指定される輝度
の閾値に基づいて２値化処理される。閾値よりも高い輝
度レベルにある画素を１１”（フロック）とし、一方、
所定値以下の輝度レベルにある画素を“Ｏ”（水）とす
る、第５図は第３図のＡＡ’線で２値化処理した図であ
る。

このようにして認識したフロック３４からフロックの粒
径分布を計算する０粒径分布の計算は公知技術として知
られているので詳細な説明は省略するが、以下に概略を
説明する。

まず、フロック３４の各々にナンバーを付け、ナンバー
毎に粒径を計算する０粒径の計算法には定方向径、最大
径、最小径及び面積円等価径（同じ面積を持つ円と仮定
した時の直径）などがある。

面積円等価径は次のようにして計算される。各々のフロ
ックが持つ画素数をＮ　ｉ　（ｉ　＝１．２．・・・・
・ｎ）とすると；面積円等価径Ｄ　ｉ　（ｉ　＝１．２
．・・・・・ｎ）は次式で計算される。

求めた粒径から粒径分布を計算する。正確な粒径分布を
計算するには、フロックを数多く認識しなければならな
いので、認識画像は複数回必要である。１回の画像で２
５０個程度のフロックを認識する場合には、認識回数は
通常５回以上が望ましく、この回数は画像認識制御表！
！１６０で変更制御する。第６図は縦軸を体積分率Ｆ（
Ｄｉ）とした時の粒径分布を示す、ここで、体積は直径
Ｄｉの球と仮定して計算され、体積分率Ｆ（Ｄｉ）は体
積濃度をその全体積で割り算して計算される。したがっ
て、体積分＄Ｆ（Ｄｉ）の和は１である。なお、縦軸は
フロックの個数濃度など他の濃度でも良い。

次に１粒径分布からその特性値を計算し、フロックの大
小を判別する。特性値としては、（１）ある粒径以上の
フロックの体積の割合、（２）粒径分布の体積平均径な
どがある。（１）の特性値は次式割合、Ｄｃ：ある粒径 ここで、Ｒは第６図の斜線で示された部分を表し、Ｒの
値が大きいほどフロックが大きくなったことを意味する
。以下Ｒをフロック判定信号と称す、攪拌制御装置２０
０は信号Ｒを入力し攪拌用モータ　３２Ａ、３２Ｂ、３
２Ｇの各々の回転数Ｎｒ（Ａ）、Ｎｒ（Ｂ）、Ｎｒ（Ｃ
）を演算する。第７図はフロック判定信号Ｒと回転数Ｎ
ｒとの関係を示す図である。すなわち、フロック判定信
号Ｒが小さい場合には大きいフロックが少ないことを表
すので、攪拌用モータ３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｇの各々の
回転数Ｎｒ（Ａ）、Ｎｒ（Ｂ）、Ｎｒ（Ｃ’）が小さく
なるように操作する。逆に、フロック判定信号Ｒが大き
い場合には大きいフロックが多いことを表すので、攪拌
用モータ３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃの各々の回転数Ｎｒ（
Ａ）、Ｎｒ（Ｂ）、Ｎｒ（Ｃ）が大きくなるように操作
する。また、攪拌用モータ　の回転数には上限Ｎ■８ｘ
と下限Ｎｍ１ｎとを設ける。攪拌用パドルの回転数が各
々異なるチーバード方式の場合は、第８図に示すように
フロック判定信号Ｒに応じて回転数Ｎｒ（Ａ）、Ｎｒ（
Ｂ）、Ｎｒ（Ｃ）を操作する。す　　　　　　　　　１
なわち、フロック形成池３０の下流側に行くほど回転数
Ｎｒを小さくする。フロック判定信号Ｒに対する回転数
Ｎｒの操作パターンは第７図と同様である。

虎１几二二！」−シし３２Ｂ　　３２Ｇは、攪拌制部製
［２００によって回転数がＮｒ（Ａ）、　Ｎｒ（Ｂ　）
。

Ｎｒ（Ｃ）となるように制御され各攪拌用モータ３２Ａ
、３２Ｂ、３２Ｇにより攪拌用パドＪｌｚ３１Ａ。

３１Ｂ、３１Ｃがそれぞれ駆動される。このようにして
、フロック形成池３０内の攪拌力が制御されて、常に安
定して良好なフロックを形成できる。

［発明の効果コ 以上説明したように本発明によればフロック形成の良否
（フロック粒径の大小）を常時計測してフロック形成池
の攪拌力を適切に操作するので、常に安定したフロック
形成が行える。このため、沈殿池や夢適地への負荷を低
く維持でき、ひいては浄水場維持管理の省エネルギー、
省力化並びに信頼性の向上が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明の一実施例を示す構成図、第３
図〜第８図は本発明の詳細な説明するための図である。 ［符号の簡単な説明コ １ｏ・・・着水井、２０・・・急速混和池、２２・・・
凝集剤注入機、３ｏ・・・フロック形成池、３１Ａ。 ｔ　　、　、　ｔ　−１１ｙ＃ｍｍパに７１／−，２Ａ
−３２Ｂ、３２Ｃ・・・攪拌用モータ　、ｉｏｏ・・・
撮像装置、１１０・・・画像処理装置、２００・・・攪
拌制御装置。 寮２目 寮３０ 察４０ 第！５区 フロ、ラフ粒径 率１ 尺 町５− ４町５− 丁目２番１号　株式会社日立製作所大み丁目２番１号　
株式会社日立製作所大み手続補正書（方式ン ＋Ｉｉ　Ｎ　ｅ　０年３’　２／Ｊ 持１．Ｔ庁　侵　官　志　賀　　学　殿１ｉ　ｆ’ｌの
ｌ；示

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、攪拌手段を有するフロック形成池と、該フロック形
   成池におけるフロック群の画像の輝度情報を電気信号に
   変換する撮像手段と、該撮像手段から得られる電気信号
   に基づいて前記フロック群の粒径を計算する画像処理手
   段と、該画像処理手段で求めたフロック粒径に基づいて
   前記攪拌手段の攪拌力を制御する攪拌制御手段とを具備
   したフロック形成制御装置