CN100529729C - 水处理絮凝效果颗粒计数分维在线检测方法 - Google Patents
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Abstract
水处理絮凝效果颗粒计数分维在线检测方法，涉及一种水处理检测方法。为了解决常规水处理絮凝效果检测方法不能准确反应水中絮体动态变化过程、滞后时间长、适应范围窄等问题，本发明的步骤是：在水厂安装颗粒计数仪在线检测8个粒径通道的微絮凝水样粒子数，根据各通道的检测值N、各通道粒径中值D和颗粒总数值P进行运算得到平均粒径值M，通过平均粒径值M和粒径标准偏差值A计算得出反映微絮体分形结构特点的计数分形维数值E。本发明利用简易可行的颗粒计数法来计算微絮体的计数分形维数值E，将其作为检测水处理絮凝效果的评价指标，极大地缩短了检测滞后时间，增强了检测的真实性和准确性，节省药剂投量，提高水质保证率。
Description
技术领域
本发明属于环境保护领域，涉及一种水处理检测方法。
背景技术
水处理生产过程中，颗粒絮凝的完善程度直接影响着后续处理如沉淀、过滤等工艺单元的处理效果。由于絮凝是灰箱大滞后系统，因此传统的建模方法往往不能及时准确获得絮凝过程的定量信息。已经开发和广泛应用的流动电流检测技术仅适用于电解质类常规混凝剂，尚不能直接用于投加非电解质类高分子絮凝剂的絮凝过程检测。在八十年末出现的透光率脉动检测技术，虽可以在线检测水中颗粒物质的粒径变化，但其技术不成熟，存在原水浊度变化对系统设定值影响较大、系统不稳定及造价较高等缺点。近年来，许多电镜观察发现，水处理絮体介于有序和无序的中间状态，它的外表特征是无规则和复杂的，而其内部特征则是具有自相似性和自仿射性，这正是分形的重要特征。作为一种新兴的絮凝研究手段，分形理论启发了研究人员对絮凝体结构、混凝机理和动力学模型作进一步的认识。但目前研究絮体分形通常是将水中颗粒沉淀在显微镜的载玻片上，用一个反相显微镜观测颗粒的静止影像结构。由于该类方法是静态试验，得出的颗粒尺寸分布偏大，所测的分形维数对采样地的状态不敏感，对于絮体生长、破碎等动态过程不能准确表述，因此不能满足实际水处理生产絮凝投药过程对絮凝效果快速在线检测控制的要求。
发明内容
本发明的目的是为了解决常规水处理絮凝效果检测方法不能准确反应水中絮体动态变化过程、滞后时间长、适应范围窄等问题，提供一种水处理絮凝效果颗粒计数分维在线检测方法，该方法突破传统絮凝影像分维检测法的局限，利用颗粒计数仪从水中微絮体颗粒真实大小和数量分布特点出发检测絮凝反应效果，是该领域一种全新的观念与检测手段，将其应用在水处理过程中，可促进絮凝投药工艺的优化控制，具有很高的社会与经济效益。本发明的方法通过以下步骤实现：(1)在水厂静态混合器附近安装在线颗粒计数仪；(2)在静态混合器至反应池入口前的管道上取投药完全混合后的微絮凝水样进行连续检测；(3)设置颗粒计数仪在线检测8个粒径通道，各通道所代表的粒径范围数值为：通道0＝2～10μm、通道1＝10～20μm、通道2＝20～30μm、通道3＝30～40μm、通道4＝40～55μm、通道5＝55～70μm、通道6＝70～85μm、通道7＝85～100μm；(4)取各通道的颗粒数检测值N(粒子数/毫升)：N0、N1、N2、N3、N4、N5、N6、N7；(5)取各通道所代表的粒径范围上限值H(μm)：H0＝10、H1＝20、H2＝30、H3＝40、H4＝55、H5＝70、H6＝85、H7＝100；(6)取各通道所代表的粒径范围下限值L(μm)：L0＝2、L1＝10、L2＝20、L3＝30、L4＝45、L5＝55、L6＝70、L7＝85；(7)根据各通道所代表的粒径范围上限值H和各通道所代表的粒径范围下限值L进行运算得到各通道粒径中值D，公式为：D0＝(H0+L0)/2、D1＝(H1+L1)/2；D2＝(H2+L2)/2；D3＝(H3+L3)/2；D4＝(H4+L4)/2；D5＝(H5+L5)/2；D6＝(H6+L6)/2；D7＝(H7+L7)/2；(8)各通道的颗粒数检测值N相加，得出在2～100μm粒径范围内的颗粒总数值P为：P＝N0+N1+N2+N3+N4+N5+N6+N7；(9)根据各通道的颗粒数检测值N、各通道粒径中值D和颗粒总数值P进行运算得到平均粒径值M，公式为：M＝(D0×N0+D1×N1+D2×N2+D3×N3+D4×N4+D5×N5+D6×N6+D7×N7)/P；(10)根据各通道粒径中值D、平均粒径值M、各通道的颗粒数检测值N和颗粒总数值P进行运算得到粒径标准偏差值A，公式为：A＝[(D0-M)2×N0+(D1-M)2×N1+(D2-M)2×N2+(D3-M)2×N3+(D4-M)2×N4+(D5-M)2×N5+(D6-M)2×N6+(D7-M)2×N7]1/2/(P-1)1/2；(11)根据平均粒径值M和粒径标准偏差值A进行运算得到絮体的计数分形维数值E，公式为：E＝lnM/(lnA)2；(12)取计数分形维数值E值作为检测水处理絮凝效果的评价指标：计数分形维数值E越大，水处理絮凝效果越好，计数分形维数值E越小，水处理絮凝效果越差。
实验发现，水处理工艺投药完全混合后管道内微絮体颗粒分布具有很好的统计自相似性，具有分形结构，反映微絮体分形结构特点的计数分形维数值E可以通过与平均粒径值M和粒径标准偏差值A的函数关系计算得出。计数分形维数值E与水处理絮凝效果存在良好的相关性，因此可以作为检测水处理絮凝效果的评价指标。本发明利用简易可行的颗粒计数法来计算微絮体的分形维数，将其作为检测水处理絮凝效果的评价指标，极大地缩短了检测滞后时间，增强了水处理投药控制系统的动态特性，从而可大幅提高水质保证率，延长滤池反冲洗周期和滤料寿命，并可提高产水率。
附图说明
图1为本发明检测方法的流程图。
具体实施方式
具体实施方式一：如图1所示，本实施方式按照如下方法在线检测水处理絮凝效果：(1)在水厂静态混合器附近安装在线颗粒计数仪；(2)在静态混合器至反应池入口前的管道上取投药完全混合后的微絮凝水样进行连续检测；(3)设置颗粒计数仪在线检测8个粒径通道，各通道所代表的粒径范围数值为：通道0＝2～10μm、通道1＝10～20μm、通道2＝20～30μm、通道3＝30～40μm、通道4＝40～55μm、通道5＝55～70μm、通道6＝70～85μm、通道7＝85～100μm；(4)取各通道的颗粒数检测值N(粒子数/毫升)：N0、N1、N2、N3、N4、N5、N6、N7；(5)取各通道所代表的粒径范围上限值H(μm)：H0＝10、H1＝20、H2＝30、H3＝40、H4＝55、H5＝70、H6＝85、H7＝100；(6)取各通道所代表的粒径范围下限值L(μm)：L0＝2、L1＝10、L2＝20、L3＝30、L4＝45、L5＝55、L6＝70、L7＝85；(7)根据各通道所代表的粒径范围上限值H和各通道所代表的粒径范围下限值L进行运算得到各通道粒径中值D，公式为：D0＝(H0+L0)/2、D1＝(H1+L1)/2；D2＝(H2+L2)/2；D3＝(H3+L3)/2；D4＝(H4+L4)/2；D5＝(H5+L5)/2；D6＝(H6+L6)/2；D7＝(H7+L7)/2；(8)各通道的颗粒数检测值N相加，得出在2～100μm粒径范围内的颗粒总数值P为：P＝N0+N1+N2+N3+N4+N5+N6+N7；(9)根据各通道的颗粒数检测值N、各通道粒径中值D和颗粒总数值P进行运算得到平均粒径值M，公式为：M＝(D0×N0+D1×N1+D2×N2+D3×N3+D4×N4+D5×N5+D6×N6+D7×N7)/P；(10)根据各通道粒径中值D、平均粒径值M、各通道的颗粒数检测值N和颗粒总数值P进行运算得到粒径标准偏差值A，公式为：A＝[(D0-M)2×N0+(D1-M)2×N1+(D2-M)2×N2+(D3-M)2×N3+(D4-M)2×N4+(D5-M)2×N5+(D6-M)2×N6+(D7-M)2×N7]1/2/(P-1)1/2；(11)根据平均粒径值M和粒径标准偏差值A进行运算得到絮体的计数分形维数值E，公式为：E＝lnM/(lnA)2；(12)取计数分形维数值E值作为检测水处理絮凝效果的评价指标：计数分形维数值E越大，水处理絮凝效果越好，计数分形维数值E越小，水处理絮凝效果越差。
本实施方式中所述在线颗粒计数仪可选用美国哈希公司(HACH)制造的2200PCX型或美国Chemtrac公司制造的PC2400D型在线颗粒计数仪，取样流速均为100mL/min。
Claims (3)
1、水处理絮凝效果颗粒计数分维在线检测方法，其特征在于所述检测方法是通过以下步骤实现的：
(1)在水厂静态混合器附近安装在线颗粒计数仪；
(2)在静态混合器至反应池入口前的管道上取投药完全混合后的微絮凝水样进行连续检测；
(3)设置颗粒计数仪在线检测8个粒径通道，各通道所代表的粒径范围数值为：通道0＝2～10μm、通道1＝10～20μm、通道2＝20～30μm、通道3＝30～40μm、通道4＝40～55μm、通道5＝55～70μm、通道6＝70～85μm、通道7＝85～100μm；
(4)取各通道的颗粒数检测值N：N0、N1、N2、N3、N4、N5、N6、N7，其中颗粒数检测值N的单位为粒子数/毫升；
(5)取各通道所代表的粒径范围上限值H：H0＝10、H1＝20、H2＝30、H3＝40、H4＝55、H5＝70、H6＝85、H7＝100；
(6)取各通道所代表的粒径范围下限值L：L0＝2、L1＝10、L2＝20、L3＝30、L4＝45、L5＝55、L6＝70、L7＝85；
(7)根据各通道所代表的粒径范围上限值H和各通道所代表的粒径范围下限值L进行运算得到各通道粒径中值D，计算公式为：D0＝(H0+L0)/2、D1＝(H1+L1)/2；D2＝(H2+L2)/2；D3＝(H3+L3)/2；D4＝(H4+L4)/2；D5＝(H5+L5)/2；D6＝(H6+L6)/2；D7＝(H7+L7)/2；
(8)各通道的颗粒数检测值N相加，得出在2～100μm粒径范围内的颗粒总数值P，计算公式为：P＝N0+N1+N2+N3+N4+N5+N6+N7；
(9)根据各通道的颗粒数检测值N、各通道粒径中值D和颗粒总数值P进行运算得到平均粒径值M，计算公式为：M＝(D0×N0+D1×N1+D2×N2+D3×N3+D4×N4+D5×N5+D6×N6+D7×N7)/P；
(10)根据各通道粒径中值D、平均粒径值M、各通道的颗粒数检测值N和颗粒总数值P进行运算得到粒径标准偏差值A，计算公式为：A＝[(D0-M)2×N0+(D1-M)2×N1+(D2-M)2×N2+(D3-M)2×N3+(D4-M)2×N4+(D5-M)2×N5+(D6-M)2×N6+(D7-M)2×N7]1/2/(P-1)1/2；
(11)根据平均粒径值M和粒径标准偏差值A进行运算得到絮体的计数分形维数值E，计算公式为：E＝lnM/(lnA)2；
(12)取计数分形维数值E值作为检测水处理絮凝效果的评价指标：计数分形维数值E越大，水处理絮凝效果越好，计数分形维数值E越小，水处理絮凝效果越差。
2、根据权利要求1所述的水处理絮凝效果颗粒计数分维在线检测方法，其特征在于所述在线颗粒计数仪选用美国哈希公司制造的2200PCX型或美国Chemtrac公司制造的PC2400D型在线颗粒计数仪。
3、根据权利要求1所述的水处理絮凝效果颗粒计数分维在线检测方法，其特征在于取样流速为100mL/min。
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| 以粒子分级计数仪观测絮凝初期动态过程. 曹福苍等.环境化学，第10卷第2期. 1991 |
| 以粒子分级计数仪观测絮凝初期动态过程. 曹福苍等.环境化学，第10卷第2期. 1991 * |
| 在线激光颗粒计数仪在水处理中的应用. 王东升等.中国给水排水，第19卷第9期. 2003 |
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| 絮凝过程中絮体分形及其分形维数的测定. 陆谢娟等.华中科技大学学报(城市科学版)，第20卷第3期. 2003 |
| 絮凝过程中絮体分形及其分形维数的测定. 陆谢娟等.华中科技大学学报(城市科学版)，第20卷第3期. 2003 * |
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