水处理系统、控制装置、水处理方法以及程序与流程

1.本发明涉及水处理系统、控制装置、水处理方法以及程序。


背景技术：

2.在净水场、污水处理场、其他排水处理设备中，进行如下处理：在被处理水中添加凝结剂，使被处理水中的悬浊物质(ss)凝结形成絮凝物，通过沉淀分离、浮上分离等对絮凝物进行分离。此时，例如，考虑了如下技术：在作为被处理水的原水中注入凝结剂并进行搅拌，基于对搅拌后的水照射光而得到的光学测定值，来决定凝结剂的注入量(例如，参照专利文献1)。在先技术文献专利文献
3.专利文献1：日本特开2017-121601号公报


技术实现要素：

(发明要解决的课题)
4.在专利文献1所记载的技术中，使用透过光强度作为光学测定值来判定原水的状态。因此，存在由于光源、槽的壁面的污染而无法准确地判定槽内的水的状态的问题。
5.本发明的目的在于提供一种能够更准确地判定槽内的水的状态的水处理系统、控制装置、水处理方法以及程序。(用于解决课题的技术方案)
6.本发明提供一种水处理系统，具有：槽，其供被处理水流入；摄像装置，其对注入了凝结剂的、贮存于所述槽的水的图像进行拍摄；以及控制装置，其对所述摄像装置拍摄到的图像实施浓淡处理，并对实施所述浓淡处理后的图像实施微分处理，且基于根据进行所述微分处理得到的结果所计算的特征量，来判定所述水中的凝结物的状态。
7.优选地，所述控制装置进行将所述摄像装置拍摄到的图像的浓淡数值化为3阶以上的灰度的处理作为所述浓淡处理。
8.优选地，所述水处理系统具有添加装置，所述添加装置向被处理水注入所述凝结剂，所述控制装置基于所述特征量来生成用于控制所述凝结剂的注入的控制信号，并向所述添加装置发送所述生成的控制信号，所述添加装置基于从所述控制装置发送来的控制信号，控制所述凝结剂的注入。
9.优选地，所述控制装置将所述特征量与预先设定的阈值进行比较，并基于该比较的结果来生成所述控制信号。
10.优选地，所述控制装置根据进行所述微分处理得到的结果，来计算边缘像素数或
者基于该边缘像素数得到的数值作为所述特征量。
11.所述摄像装置优选为红外线传感器。
12.此外，本发明提供一种控制装置，具有：浓淡处理部，其对摄像装置拍摄到的、贮存于槽的水的图像实施浓淡处理；微分处理部，其对由所述浓淡处理部实施浓淡处理后的图像实施微分处理；以及判定部，其基于由所述微分处理部进行微分处理得到的结果来计算特征量，并基于该计算出的特征量来判定所述水中的凝结物的状态。
13.优选地，所述浓淡处理部进行将所述摄像装置拍摄到的图像的浓淡数值化为3阶以上的灰度的处理作为所述浓淡处理。
14.优选地，所述控制装置具有：控制信号生成部，其基于由所述判定部计算出的特征量，来生成用于控制凝结剂向贮存于所述槽的水的注入的控制信号；以及发送部，其向添加装置发送由所述控制信号生成部生成的控制信号，所述添加装置向被处理水注入所述凝结剂。
15.此外，本发明提供一种水处理方法，在所述水处理方法中进行如下处理：对注入了凝结剂的、贮存于供被处理水流入的槽的水的图像进行拍摄的处理；对所述拍摄到的图像实施浓淡处理的处理；对实施所述浓淡处理后的图像实施微分处理的处理；基于进行所述微分处理得到的结果来计算特征量的处理；以及基于所述计算出的特征量来判定所述水中的凝结物的状态的处理。
16.优选地，所述浓淡处理是将所述拍摄到的图像的浓淡数值化为3阶以上的灰度的处理。
17.优选地，在所述水处理方法中进行如下处理：基于所述计算出的特征量，来生成用于控制所述凝结剂的注入的控制信号的处理；以及向添加装置发送所述生成的控制信号的处理，所述添加装置向被处理水注入所述凝结剂。
18.此外，本发明提供一种程序，用于使计算机执行如下步骤：对摄像装置拍摄到的、贮存于槽的水的图像实施浓淡处理的步骤；对实施所述浓淡处理后的图像实施微分处理的步骤；基于进行所述微分处理得到的结果来计算特征量的步骤；以及基于所述计算出的特征量来判定所述水中的凝结物的状态的步骤。
19.优选地，所述浓淡处理是将所述拍摄到的图像的浓淡数值化为3阶以上的灰度的处理。
20.优选地，所述程序用于执行如下步骤：基于所述计算出的特征量，来生成用于控制凝结剂向贮存于所述槽的水的注入的控制信号的步骤；以及向添加装置发送所述生成的控制信号的步骤，所述添加装置向被处理水注入所述凝结剂。
(发明效果)
21.在本发明中，能够更准确地判定槽内的水的状态。
附图说明
22.图1是示出本发明的水处理系统的第一实施方式的图。图2是示出图1所示的控制装置200的内部构成的一个例子的图。图3是用于对图1所示的水处理系统中的水处理方法的一个例子进行说明的流程图。图4是示出本发明的水处理系统的第二实施方式的图。图5是示出图4所示的控制装置的内部构成的一个例子的图。图6是用于对浓淡处理以及微分处理的一个例子进行说明的图。图7是用于对二值化处理以及微分处理的一个例子进行说明的图。图8是用于对图4所示的水处理系统中的水处理方法的一个例子进行说明的流程图。图9是示出本发明的水处理系统的第一应用例的流程图。图10是示出本发明的水处理系统的第二应用例的流程图。
具体实施方式
23.以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。(第一实施方式)
24.图1是示出本发明的水处理系统的第一实施方式的图。如图1所示，本方式中的水处理系统具有槽100、控制装置200以及摄像装置300。
25.槽100是供作为原水的被处理水流入并贮存所流入的被处理水的贮存槽。被处理水只要是含有悬浊物质或想要不溶化的物质的水就没有特别限定。在贮存于槽100的水中注入凝结剂。此外，也可以在槽100中设置对贮存的水进行搅拌的搅拌机构。摄像装置300对注入了凝结剂的、贮存于槽100的水中的图像进行拍摄。摄像装置300例如为相机、图像传感器等。在使用图像传感器的情况下，也可以是彩色传感器、单色传感器、红外线传感器，但由于控制装置200进行后述的浓淡处理，因此优选使用红外线传感器。此外，在因水面的光的漫反射而阻碍拍摄的情况下，优选在摄像装置300和槽100之间设置偏振滤波器。偏振滤波器例如也可以是安装于摄像装置300的透镜的类型的滤波器。控制装置200基于摄像装置300拍摄到的图像，判定凝结物的状态。
26.图2是示出图1所示的控制装置200的内部构成的一个例子的图。如图2所示，图1所示的控制装置200具有浓淡处理部210、微分处理部220以及判定部230。另外，在图2中，仅示出了图1所示的控制装置200所具有的构成要素当中、与本方式相关的主要的构成要素。
27.浓淡处理部210对摄像装置300拍摄到的图像实施浓淡处理。该浓淡处理是将图像的浓淡(明暗)数值化为3阶以上的灰度例如256阶的灰度(0～255灰度)的处理。该浓淡处理也称为投影处理。微分处理部220对由浓淡处理部210实施浓淡处理后的结果进行微分处理。具体地，微分处理部220对由浓淡处理部210进行浓淡处理后的结果即数值数据进行微分处理。由此，微分处理部220计算该数值数据(灰度)的变化的比例。判定部230基于由微分
处理部220进行微分处理得到的结果来计算特征量。判定部230基于计算出的特征量来判定凝结物的状态。
28.以下，对图1所示的水处理系统中的水处理方法进行说明。图3是用于对图1所示的水处理系统中的水处理方法的一个例子进行说明的流程图。处于在槽100中贮存有作为原水的被处理水、且在该槽100中注入有凝结剂的状态。
29.首先，摄像装置300对槽100内的图像进行拍摄，控制装置200取入所拍摄到的图像(步骤s1)。这样，浓淡处理部210对取入控制装置200内的图像实施浓淡处理(步骤s2)。接着，微分处理部220对由浓淡处理部210进行浓淡处理后的结果即数值数据进行微分(步骤s3)。如此，微分处理部220基于由微分处理部220进行微分处理得到的结果来计算特征量(步骤s4)。另外，步骤s4的处理可以由判定部230而不是由微分处理部220执行。然后，判定部230基于计算出的特征量来判定凝结物的状态(步骤s5)。
30.这样，控制装置200对摄像装置300拍摄到的槽100内的图像进行浓淡处理以及微分处理，基于根据该处理的结果得到的特征量，来判定槽100内的凝结物的状态。因此，能够更准确地判定槽100内的水的状态。(第二实施方式)
31.图4是示出本发明的水处理系统的第二实施方式的图。如图4所示，本方式中的水处理系统具有槽100、控制装置201、摄像装置300以及添加装置401。槽100以及摄像装置300分别与第一实施方式中的相同。
32.控制装置201在第一实施方式中的控制装置200所具备的功能的基础上，还基于判定出凝结物的状态的结果，向添加装置401发送用于控制凝结剂411向槽100的注入的控制信号。添加装置401向贮存于槽100的水注入凝结剂411。此时，添加装置401根据从控制装置201发送来的控制信号来控制凝结剂411的注入(注入量)。由添加装置401进行的凝结剂411的注入也可以是向流入槽100之前的被处理水进行的注入。
33.图5是示出图4所示的控制装置201的内部构成的一个例子的图。如图5所示，图4所示的控制装置201具有浓淡处理部210、微分处理部220、判定部230、控制信号生成部241以及发送部251。另外，在图5中，仅示出了图4所示的控制装置201所具有的构成要素当中、与本方式相关的主要的构成要素。浓淡处理部210、微分处理部220以及判定部230分别与第一实施方式中的相同。首先，对浓淡处理部210、微分处理部220以及判定部230各自的处理的细节进行说明。
34.图6是用于对浓淡处理以及微分处理的一个例子进行说明的图。图6的(a)示出摄像装置300所拍摄到的图像的一个例子。在图6的(a)所示的图像中，两个凝结物的一部分相互重叠地存在。浓淡处理部210判定该图像的浓淡(亮度)，对其进行数值化(浓淡处理)。图6的(b)是在图表中示出对图6的(a)所示的图像的a-a’中的浓淡(亮度)进行了数值化的图。如图6的(b)所示，图6的(a)所示的图像的a-a’中的各浓淡(各亮度)成为与各自对应的数值，在图表中示出。如图6的(b)所示，微分处理部220基于通过浓淡处理计算出的数值进行微分处理。由此，微分处理部220计算浓淡(亮度)的变化率(绝对值)。也就是说，微分处理部220检测图表所示的浓淡(亮度)的数值数据的变化点(边缘)。图6的(c)是示出微分处理部220对由浓淡处理部210进行浓淡处理得到的结果进行了微分处理的结果的图表。如图6的(c)所示，检测浓淡(亮度)的数值数据的变化点以及变化率。图6的(c)中的信号表示浓淡
(亮度)的变化率(绝对值)。可能成为边缘的浓淡变化大的位置的微分值变大。判定部230可以将微分处理的结果所得到的边缘的像素数作为特征量来计算，也可以将给定的变化率以上的边缘的像素数作为特征量来计算。通过这种处理，能够将边缘像素数作为特征量来判定凝结物的状态。此外，判定部230也可以对微分处理的结果所得到的边缘的像素数(浓淡的变化点的数量)乘以与该变化率的大小相应的系数来计算特征量。
35.图7是用于对二值化处理以及微分处理的一个例子进行说明的图。图7的(a)示出摄像装置300拍摄到的图像的一个例子。在图7的(a)所示的图像中，两个凝结物的一部分相互重叠地存在。图7的(b)是在图表中示出对图7的(a)所示的图像的a-a’中的浓淡(亮度)进行二值化处理而不是上述浓淡处理的图。如图7的(b)所示，图7的(a)所示的图像的a-a’中的各浓淡(各亮度)分别基于与给定的阈值的大小关系进行二值化，即数值化为白色或黑色这两阶的灰度，并在图表中示出。图7的(c)是示出对图7的(b)所示的图表的数据进行了微分处理的结果的图表。若进行二值化的处理，则无法表现如图7的(c)所示的浓淡(亮度)的变化点的一部分。在对水中的凝结物进行拍摄的情况下，多个凝结物在深度方向上相互重叠的情况较多。因此，在使用了二值化处理的情况下，无法准确地把握水中的凝结物的状态。
36.控制信号生成部241基于由判定部230计算出的特征量，来生成用于对添加装置401向槽100注入凝结剂411进行控制的控制信号。控制信号生成部241将特征量与预先设定的阈值进行比较，并基于比较的结果来生成控制信号。控制信号生成部241生成包含表示将添加装置401向槽100注入的凝结剂411的量增加、减少、维持的信息的控制信号。或者，控制信号生成部241生成表示电流值、电压值或者注入的凝结剂的量的控制信号。在控制信号表示电流值、电压值的情况下，控制信号表示的电流值、电压值是用于驱动添加装置401的电流值、电压值。控制信号生成部241在控制信号中含有添加装置401注入应该注入的量的凝结剂所需的电流值、电压值。也就是说，添加装置401利用发送来的控制信号中包含的电流值、电压值进行驱动，从而能够注入所需的量的凝结剂。特征量与阈值的比较的结果、和表示创建什么样的控制信号的信息是预先对应地设定的。控制信号生成部241参照该对应关系来创建控制信号。控制信号的信号方式没有特别规定。例如，在特征量超过阈值的情况下，控制信号生成部241生成示出使添加装置401注入的凝结剂的量减少的电流值、电压值的控制信号。此外，在特征量小于阈值的情况下，控制信号生成部241生成示出使添加装置401注入的凝结剂的量增加的电流值、电压值的控制信号。此外，在特征量为与阈值相同的值的情况下，控制信号生成部241生成示出使添加装置401注入的凝结剂的量维持的电流值、电压值的控制信号。
37.另外，控制信号生成部241也可以将特征量与多个阈值进行比较。在该情况下，例如，控制信号生成部241将特征量与a以及比a大的值即b这两个阈值进行比较。也可以分别在特征量小于a的情况、特征量为a以上且小于b的值的情况、以及特征量为b以上的情况下，控制信号生成部241生成控制多种凝结剂的注入量的控制信号。
38.发送部251向添加装置401发送控制信号生成部241所生成的控制信号。该发送可以使用无线，也可以使用有线。此外，控制装置201和添加装置401之间的连接方式只要是能够进行相互通信的连接方式即可。例如，控制装置201和添加装置401可以相互直接连接，也可以经由通信网络连接。另外，发送部251也可以使控制信号生成部241所生成的信号表示
的电流值的电流流向添加装置401。此外，发送部251也可以将控制信号生成部241所生成的信号表示的电压值的电压施加到添加装置401。
39.以下，对图4所示的水处理系统中的水处理方法进行说明。图8是用于对图4所示的水处理系统中的水处理方法的一个例子进行说明的流程图。处于槽100中贮存有作为原水的被处理水、且该槽100中注入有凝结剂的状态。
40.首先，摄像装置300对槽100内的图像进行拍摄，控制装置201取入所拍摄到的图像(步骤s11)。这样，浓淡处理部210对取入到控制装置201内的图像实施浓淡处理(步骤s12)。接着，微分处理部220对由浓淡处理部210进行浓淡处理后的结果即数值数据进行微分(步骤s13)。这样，判定部230基于由微分处理部220进行微分处理得到的结果，来计算该边缘像素数作为特征量(步骤s14)。接着，控制信号生成部241将计算出的特征量与预先设定的阈值进行比较(步骤s15)。在此，举例对控制信号生成部241将计算出的特征量与预先设定的一个阈值进行比较的情况进行说明。
41.在计算出的特征量小于阈值的情况下，控制信号生成部241生成指示将添加装置401注入的凝结剂的量增加的控制信号(步骤s16)。例如，控制信号生成部241生成示出将添加装置401注入的凝结剂的量增加的电流值、电压值的控制信号。而且，发送部251向添加装置401发送由控制信号生成部241生成的控制信号。
42.此外，在计算出的特征量和阈值为彼此相同的值的情况下，控制信号生成部241生成指示将添加装置401注入的凝结剂的量维持的控制信号(步骤s17)。例如，控制信号生成部241生成示出将添加装置401注入的凝结剂的量维持的电流值、电压值的控制信号。而且，发送部251向添加装置401发送由控制信号生成部241生成的控制信号。
43.此外，在计算出的特征量为超过阈值的值的情况下，控制信号生成部241生成指示将添加装置401注入的凝结剂的量减少的控制信号(步骤s18)。例如，控制信号生成部241生成示出将添加装置401注入的凝结剂的量减少的电流值、电压值的控制信号。而且，发送部251向添加装置401发送由控制信号生成部241生成的控制信号。
44.之后，控制装置201判定是否已经过规定时间(步骤s19)。在判定为已经过规定时间的情况下，进行步骤s11的处理。也就是说，将规定时间作为周期，进行步骤s11～s19的处理。关于是否已经过规定时间，例如也可以在控制装置201中设置计测规定时间的计时器，在该计时器超时的情况下判定为已经过规定时间。
45.另外，控制装置201也可以基于特征量和阈值的比较，控制设置于槽100的搅拌机构的动作(例如，转速等)。
46.这样，控制装置201通过对摄像装置300拍摄到的槽100内的图像进行浓淡处理，从而对图像的浓淡进行数值化。此外，控制装置201对进行了数值化的数据进行微分处理，作为微分处理的结果，计算进行了数值化的数据的变化点即边缘像素数作为特征量。此外，控制装置201基于计算出的特征量与预先设定的阈值的比较的结果，生成对添加装置401向槽100注入的凝结剂的量进行控制的控制信号并向添加装置401发送。因此，能够容易监视槽100的凝结状态，并且根据凝结状态适当地控制凝结剂的注入量。(应用例1)
47.图9是示出本发明的水处理系统的第一应用例的流程图。图9所示的水处理系统具有相当于上述方式中的槽100的反应槽101以及凝结槽102、沉淀槽103、控制装置201、摄像
装置300、以及分别注入多个凝结剂的添加装置401。反应槽101是被供给作为原水的被处理水并使用添加装置401对被处理水注入无机凝结剂411-1以及ph调整剂411-2的槽。凝结槽102是经由流路与反应槽101的出口连接的槽。凝结槽102是使用添加装置401对从反应槽101供给的被处理水注入聚合物的槽。此外，凝结槽102是供阳离子聚合物411-3和阴离子聚合物411-4中的至少一者注入的槽。此外，在向凝结槽102注入阳离子聚合物411-3的情况下，可以从凝结槽102向连接沉淀槽103的流路注入阴离子聚合物411-4。沉淀槽103是经由流路与凝结槽102的出口连接的槽。沉淀槽103相当于将凝结物和清澄水进行分离的固液分离单元。反应槽101、凝结槽102以及沉淀槽103也可以分别具备搅拌机构。控制装置201、摄像装置300以及添加装置401分别与第二实施方式中的相同。
48.在图9所示的水处理系统中，通过向被处理水注入无机凝结剂411-1，从而在反应槽101中由浮游悬浊物形成微小的絮凝物。通过向凝结槽102注入阳离子聚合物411-3和阴离子聚合物411-4中的至少一者，该微小的絮凝物粗大化。粗大化的絮凝物在沉淀槽103中作为凝结物沉淀。其结果，含有浮游悬浊物的被处理水被固液分离为凝结物和作为清澄水的上清水。堆积在沉淀槽103的底部的凝结物作为污泥被排出。此外，沉淀槽103中的上清水作为处理水被排出。
49.此外，在图9所示的水处理系统中，为了监视凝结状态并控制凝结剂特别是无机凝结剂411-1的注入量，设置有控制装置201、摄像装置300以及添加装置401。摄像装置300以能够拍摄反应槽101内的水的方式设置在反应槽101的上方。摄像装置300所拍摄到的图像由控制装置201进行处理。控制装置201所进行的具体的处理如在第二实施方式中说明的那样。添加装置401分别根据从控制装置201发送来的控制信号来控制凝结剂的注入量。(应用例2)
50.图10是示出本发明的水处理系统的第二应用例的流程图。图10所示的水处理系统与图9所示的水处理系统的不同之处在于摄像装置300的设置位置。在图9所示的水处理系统中，摄像装置300以能够拍摄反应槽101内的水的方式设置在反应槽101的上方。另一方面，在图10所示的水处理系统中，摄像装置300以能够拍摄凝结槽102内的水的方式设置在凝结槽102的上方。
51.在上述方式中，对凝结沉淀进行了说明，但只要是进行包含凝结的固液分离的系统即可。例如，也可以将本发明应用于凝结加压浮上、凝结过滤等。此外，添加装置401向反应槽101添加的无机凝结剂411-1不限于铝系(pac、硫酸铝等)、铁系(聚合铁、氯化铁)。此外，聚合物可以是阳离子，也可以是阴离子。在摄像装置300为图像传感器的情况下，可以如上述方式那样设置在对反应槽101内进行拍摄的位置，也可以设置在对凝结槽102内进行拍摄的位置。但是，若考虑槽内的时滞，则摄像装置300优选为设置在对反应槽101内进行拍摄的位置。此外，在摄像装置300为图像传感器的情况下，摄像装置300只要能够判定絮凝物(凝结物)的凝结状态即可。在该情况下，优选摄像装置300包括进行图像处理的装置，且能够检测絮凝物的边缘数。
52.以上，使各构成要素分担各功能(处理)而进行了说明，但该分配并不限于上述分配。此外，关于构成要素的构成，上述方式只不过是示例，并不限于此。另外，也可以组合各实施方式。
53.上述控制装置200、201进行的处理也可以通过根据目的而分别制作的逻辑电路来
进行。此外，也可以将以处理内容为顺序记述的计算机程序(以下，称为程序)记录在控制装置200、201能够读取的记录介质中，使控制装置200、201读入并执行该记录介质中记录的程序。所谓能够由控制装置200、201读取的记录介质，除了软盘(注册商标)、光磁盘、dvd(digital versatile disc)、cd(compact disc)、blu-ray(注册商标)disc、usb(universal serial bus)存储器等能够移设的记录介质之外，还指内置于控制装置200、201的rom(read only memory)、ram(random access memory)等存储器、hdd(hard disc drive)等。记录在该记录介质中的程序由设置在控制装置200、201中的cpu读入，通过cpu的控制，进行与上述同样的处理。在此，cpu作为执行从记录有程序的记录介质读入的程序的计算机进行动作。
54.以上，参照实施方式对本技术发明进行了说明，但本技术发明不限于上述实施方式。对于本技术发明的构成、细节，能够在本技术发明的范围内进行本领域技术人员能够理解的各种变更。
55.该申请主张2020年3月17日申请的日本技术特愿2020-046476为基础的优先权，并将其全部公开并入其中。