AIとIoT、新規センサを活用　スマート畜産排水処理技術を開発　農研機構2025年4月23日

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農研機構は畜産排水処理施設の自動最適制御（スマート制御）の実現に向けて、AIやIoT、新規センサを活用した4つのスマート畜産排水処理技術を開発した。このシステムを体系的に活用することで、畜産排水に特有な原排水の濃度変動にも対応できる高度な排水処理が省力的に実施可能となる。

図：排水処理フローにおける4つの新技術の概要

日本の畜産業では、家畜排せつ物の適切な処理が環境調和型畜産の実現に不可欠だが、排水処理には多大な労力が必要で、少子高齢化による労働力不足が課題となっている。

畜産排水の浄化工程は各種の装置を連動して制御・管理されている（図）。効率の良い適正な浄化のためには、曝気槽における①曝気時間と②活性汚泥の量、そして、③汚泥の脱水における凝集剤の添加量が重要で、これらは各種装置の設定において核となるパラメータとなる。しかし、家畜のふん尿や畜舎の洗浄水などに由来する原排水に含まれる有機物の濃度は飼養管理や季節により変動するため、状況に応じてこれらのパラメータを個々に手動で設定する必要がある。

そこで、排水処理における3つのパラメータ制御に必要な新規センサとして「改良型BOD監視システム」「スマート汚泥管理システム」「AI凝集制御システム」を開発し、各種装置の自動制御システムを開発した。

一つ目の技術「改良型BOD監視システム」は、独自のバイオセンサを用いて水汚れの指標であるBODを迅速に測定し、曝気時間を自動制御。測定精度と操作性が向上する。

2つ目の「スマート汚泥管理システム」は、汚泥量を最適に維持するもので、汚泥量を測定するMLSS6）センサを使って汚泥の引抜量を制御して、処理施設の浄化作用を最大化する。

3つ目は、凝集剤の投入量をスマート制御する「AI凝集制御システム」。曝気槽から引き抜かれた汚泥は単独、または原排水と混合された後、凝集剤を使った凝集反応を利用して脱水処理される。AIによる画像認識を利用して凝集の状態を測定する新規センサを開発、これを用いたスマート制御により、脱水処理の効率を向上できる。

さらに、それぞれの装置の運転・稼働状況を遠隔で管理できる「IoT遠隔モニタリングシステム」を開発。ネットワークカメラとIoT技術で排水処理施設の運転状況を遠隔管理することができる。

これらの技術により、排水処理の効率化、省力化が実現し、労働時間を約70%削減。環境調和型畜産の推進と人手不足への対応が期待される。今後は、技術移転を進め、畜産排水処理施設への実装を図り、持続可能な畜産業の発展に貢献する。

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