CN113109246A - 活性污泥性能的快速检测方法 - Google Patents

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CN113109246A CN202110453501.5A CN202110453501A CN113109246A CN 113109246 A CN113109246 A CN 113109246A CN 202110453501 A CN202110453501 A CN 202110453501A CN 113109246 A CN113109246 A CN 113109246A
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Abstract

本发明公开了一种活性污泥性能的快速检测方法，该方法采集空白样品时，在优选温度点、不同转速下；随时间变化的离心机电机输入转矩值的转矩集合；对不同浓度的标准污泥样品检测，得到随时间i变化时，离心机电机输入转矩值的转矩集合；消除检测系统背噪值后，获得标准污泥的输入转矩集合；标定标准图集，测定标准污泥性状全息图集及特征图集；将随机采集未知浓度污泥样品检测，绘制时间‑转矩特征曲线；绘制采样污泥样品的特征曲线；根据已知标准曲线与绘制特征曲线比较，读取采样污泥样品浓度以及其变化特性信息。本发明为乡村大批量运行个体提供无人化监控系统和城镇污水处理厂精准运行提供了检测技术保障；提高了系统运行效率，节约人力成本。

Description

活性污泥性能的快速检测方法
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种活性污泥性能的快速检测方法。
背景技术
活性污泥系统在污水处理领域占有重要地位，其浓度、活性、稳定性直接影响污水处理的效果。随着污水处理系统的大面积广泛应用，尤其是乡镇分布式小型污水站，数量多、难集中，大量污水处理单位对污泥性状的快速、准确、及时的检测提出更高要求。
活性污泥法处理城乡生活污水是通过培养活性污泥，在与污水混合后，以悬浮态进行接触、吸附，并进行复杂的生物反应，再经絮凝沉淀，以除去污水中溶解的COD、TP、TN和SS等污染物质，达到城镇污水排放标准后，向环境排放。
目前污泥系统对污泥的检测和控制是通过污泥浓度、悬浮物和回流、排放来控制。其中污泥浓度一般以30分钟沉降比来指示、悬浮物一般SS仪表指示，控制方式以间断排放和连续污泥回流或间歇污泥回流为主。
在系统运行中经常会遇到未知因素导致水量、水质波动，存在污水中污染物浓度变化、组分变化、温度变化、毒性物质等情况，对活性污泥系统构成不利影响，甚至崩溃。因为活性污泥成分较复杂，由种类繁多的微生物、微生动物、无机质和相关分泌物等组成，如脱氢酶、ATP等，检测麻烦，耗时长较长、费用较高；生产中以人工定时采样，检测污泥沉降指数等代替，存在检测数量少，数据滞后，人员要求高，不利于乡村污水处理，无法适应无人化集中管理。
目前污泥检测存在的主要问题：
一是数据少、不利于及时掌握系统活性污泥的变化情况，尤其是水量小或者抗冲击能力小的系统，需要高频的监测数据；比如每日提取样品检测污泥浓度和30分钟沉降比，24小时只有1至2组，数据少。
二是目前的数据孤立，没有挖局深层信息，未形成连续化分析，对污泥性状变化没有预判功能；比如SS仪表，只有一个时间点上悬浮态的指标，其他沉降性能等没法指示；另外这类仪表对设备清洁要求高，否则光电检测数据误差较大。
三是部分处理方法以人工观察，经验判断，无法精确应用到智能运行系统中；在智慧化、无人化过程中，需要为自动控制提供实时的闭环参数，目前的方法还无法提供或者检测速度和频率跟不上。
因此，针对活性污泥系统的检测方法的改进，提出检测速度快、数据丰富的检测方法和数据分析处理方法。
发明内容
本发明针对活性污泥系统的检测方法的不足；提供了一种活性污泥性能的快速检测方法，该方法能快速提供活性污泥性状演变过程，其检测速度快、数据丰富；通过空白数据消除系统误差。
为实现上述目的，本发明所设计一种活性污泥性能的快速检测方法，包括以下步骤：
步骤1：采集空白样品(清水，其污泥浓度C0＝0mg/L)时，在优选温度点、不同转速Nq下；随时间变化的离心机电机输入转矩值T1-i的转矩集合(本发明以累积输入功率
Figure BDA0003039721640000021
计算，与瞬时输入功率IxUx方法一致)；
步骤2：对不同浓度CT的标准污泥样品检测，得到随时间i变化时，离心机电机输入转矩值T2-i的转矩集合；
步骤3：消除检测系统背噪值后，获得标准污泥的输入转矩集合；
步骤4：标定标准图集，测定标准污泥性状全息图集及特征图集；
步骤5：将随机采集未知浓度污泥样品(采样污泥样品为即未知浓度Cx的污泥样品，依据已知标准污泥样检测选定温度下进行未知浓度样品检测)置于离心机中进行检测，按步骤1)第a小步进行并获得采样污泥样品的P3(q-s-i)数据组，绘制时间-转矩特征曲线；
步骤6：绘制采样污泥样品(未知浓度Cx)在优选温度Ts和转速Nq下的输入转矩ΔT2-i和时间i的特征曲线；
步骤7：根据步骤4已知标准曲线与步骤6绘制特征曲线比较，读取采样污泥样品浓度Cx以及其变化特性信息。
进一步地，所述步骤1中的具体步骤如下：
a.在转速上下限范围内等间隔分成多个转速标定点Nq，Nq＝1000～5000rpm；在各个标定点下在温度上下限内等间隔分成温度测点Tp，Tp＝10～35℃；将所有转速标定点Nq和所有温度测点Tp排列组合形成离心机不同工作条件Nq-Tp，将空白样品置于离心机中，离心机由初始状态运转至上述某一个工作条件Nq-Tp，并在该工作条件Nq-TP运转一段时间，在该段时间内按等分的时间节点i记录电机输入功率P1(q-p-i)，并按公式(1)，计算得到该工作条件Nq-Tp下，不同时间节点i的离心机电机输入转矩值Ti，并形成Ti集合；
Figure BDA0003039721640000031
公式中，Nq为转速，rpm；
P1(q-p-i)为工作条件Nq-Tp下，时间节点i的电机输入功率，kJ/s；
Ti为离心机电机输入转矩值；kNm；
b.同时，记录下该工作条件Nq-Tp、对应时间节点i的电机轴端输出功率P′1(q-p-i)；
c.通过公式(2)～(3)校正离心机消除机械误差和纠正离心机的温度漂移(温度漂移通过设定不同温度下，相同样品的输入功率绘制温度与功率曲线，通过内插法小范围纠正偏差)；得到各温点Tp系统回归差ΔP1(q-p-i)；
Figure BDA0003039721640000032
回归方程
Figure BDA0003039721640000033
公式(2)和(3)中，
Figure BDA0003039721640000034
为工作条件Nq-Tp运转一段时间内，时间节点i的离心机的电机输入功率P1(q-p-i)与电机轴端输出功率P1′(q-p-i)的平均差，kJ/s；
n为室温升至目标温度的时间段内，不同转速下，检测离心机的电机输入功率P1(q-p-i)和电机轴端输出功率P′1(q-p-i)的检测次数；
功率检测频次，取1～2次/秒；检测时长，取1-5min；
Figure BDA0003039721640000048
为待定系数，为室温升至目标温度的时间段内，不同转速下，通过n次试验数据方程组，通过回归法确定；
ΔP1(q-p-i)为工作条件Nq-Tp运转一段时间内，时间节点i的离心机的电机输入功率P1(q-p-i)与电机轴端输出功率P′1(q-p-i)的线性回归矫正差，kJ/s；
d.数据误差校正
根据上述数据得到数据组合
Figure BDA0003039721640000041
ΔP1(q-p)，再通过如下校验公式(4)和(5)进行数据有效性校验，通过校验的合格数据；通过k值排除偏离较大值，选出偏离较小值对应的点，且k值均方差误差最小的所对应的数据集合，即获取优选的温度点Ts时的有效数组P1(q-s-i)；
Figure BDA0003039721640000042
Figure BDA0003039721640000043
公式(4)、(5)中，
k为系统误差控制系数，取值0.01～0.02；
ΔΡ1(q-p)为工作条件Nq-Tp运转一段时间内，所有时间节点i的离心机的电机输入功率
Figure BDA0003039721640000044
与电机轴端输出功率
Figure BDA0003039721640000045
的平均矫正差，kJ/s；
Figure BDA0003039721640000046
为该工作条件Nq-Tp下，所有时间节点i的电机输入功率的平均值，kJ/s；
Figure BDA0003039721640000047
为该工作条件Nq-Tp下，所有时间节点i的电机轴端输出功率的平均值，kJ/s；
ΔP1(q-p-i)为公式(3)中，在工作条件Nq-Tp运转一段时间内，时间节点i的离心机的电机输入功率P1(q-p-i)与电机轴端输出功率P′1(q-p-i)的线性回归矫正差，kJ/s；
e.对获取有效数据组优化和标准化
通过对测量有效数组进行标准化，获得空白比对样输入功率数据矩阵(标准化是通过公式(6)再次进行校验数据，即P1(q-s-i)数据组中λ超范围值，通过相邻数据内插法进行补缺)；得到优选温度Ts(Ts＝25℃)下数据集合P1(q-s-i)；并根据公式(1)计算对应转矩数据，最终获得优选温度点，不同转速Nq下；随时间变化的离心机电机输入转矩值T1-i的转矩集合；
Figure BDA0003039721640000051
Figure BDA0003039721640000052
公式(6)(7)中，
λ为系统误差控制系数，取值0.01～0.02；
ΔP1(q-s)为工作条件Nq-Ts运转一段时间内，所有时间节点i的离心机的电机输入功率
Figure BDA0003039721640000053
与电机轴端输出功率
Figure BDA0003039721640000054
的平均矫正差，kJ/s；
Figure BDA0003039721640000055
为该工作条件Nq-Ts下，所有时间节点i的电机输入功率的平均值，kJ/s；
Figure BDA0003039721640000056
为该工作条件Nq-Ts下，所有时间节点i的电机轴端输出功率的平均值，kJ/s；
P1(q-s-i)为该工作条件Nq-Ts下，时间节点i的电机输入功率，kJ/s。
再进一步地，所述步骤2中的具体步骤如下：
a.使用标准污泥在1000～10000mg/L范围内，配置不同浓度CT梯度的标准污泥样品；
b.在步骤1第c步骤优选的该离心机的工作温度Ts，按步骤1第a小步对不同浓度CT梯度的标准污泥样品进行检测，获得优选工作温度Ts下，不同浓度CT梯度的标准污泥样品的P2(q-p-i)数据组合；并根据公式(1)，得到随时间i变化时，离心机电机输入转矩值T2-i的转矩集合；
其中，P2(q-s-i)为该工作条件Nq-Ts下，对应时间节点i的标准污泥样品检测的电机输入功率，kJ/s；
再进一步地，所述步骤3中的具体步骤如下：
对上述步骤1、步骤2对应功率数据组进行做差，消除系统噪声误差，测得标准污泥样品的特征运动数组；计算ΔP(q-s-i)，并根据公式(1)计算对应转矩数据，最终获得随时间变化的ΔT1-i；形成ΔT1-i数据集合；其中，
ΔP(q-s-i)＝P2(q-s-i)-P1(q-s-i)
其中，P1(q-s-i)为工作条件Nq-Ts下，时间节点i的电机输入功率，kJ/s；
P2(q-s-i)为该工作条件Nq-Ts下，对应时间节点i的标准污泥样品检测的电机输入功率，kJ/s；
ΔP(q-s-i)为选定Ts温度下，为浓度CT的标准污泥样品输入功率P2(q-s-i)与P1(q-s-i)的差值，即为浓度CT的标准污泥样品随时间i变化的特征数据集合；kJ/s；
ΔT1-i为ΔP(q-s-i)根据公式(1)计算对应转矩数据集合。
再进一步地，所述步骤4中的具体步骤如下：
a.将步骤3得到ΔT1-i数据集(此转矩数组即为选定Ts温度下，不同浓度CT的标准污泥样输入转矩随时间变化的特征数据；kNm；)分别绘制活性污泥性状全息图集和活性污泥特征图集；通过以上步骤和方法，对不同浓度及物性的活性污泥建立标准的输入转矩特征矩阵；
b.通过上述步骤得到输入转矩特征矩阵比较污泥在优选温度下(近恒温态)、不同转速下N和不同时段i时，活性污泥运动时连续输入转矩变化，反映活性污泥的性状变化规律。
再进一步地，所述步骤6中的具体步骤如下：
对步骤5数据与步骤1对应功率数据组进行做差，消除系统误差，测得采样污泥样品的特征运动数组，获得随机采集未知浓度污泥样品的ΔP′(q-s-i)数据组，并根据公式(1)计算对应转矩数据，获得随时间变化的ΔT2-i，最终绘制采样污泥样品(未知浓度Cx)在优选温度Ts和转速Nq下的输入转矩ΔT2-i和时间i的特征曲线。
本发明原理：
本发明检测原理是利用不同活性污泥在离心运动过程中，存在不同的质心运动规律，以此来标准化其活性特征。具体原理如下：
1.活性污泥在悬浮态是为非均质悬浮液，对活性污泥做离心运动时，发生泥水分离，非均匀质向远离中心运动，并发生污泥质压缩脱水；同时在转速一定时输入功率(输入转矩)逐渐加大；通过检测系统输入转矩就能间接反映污泥压缩、脱水运动以及污泥活性特征。
2.系统功率输入与温度、转速和质心运动速度、运动时间和污泥浓度相关，所以对系统检测温度、转速监测控制，分时间段进行数据收集；通过空白样品(如清水样)和活性污泥样分别检测，通过输入功率标准准化后，对数据矩阵做差，消除系统误差获得污泥本身的运动输入功率(转矩)特征。
本发明的有益效果：
1.本发明的方法利用非刚体离心旋转状态下，检测其转动惯量随时间的变化情况，来快速监测活性污泥的性状。检测时间快，10-60秒内即可完成。提供了实现活性污泥远程快速检测有效途径。为无人化自动运行的活性污泥系统提供了污泥性状数据在线快速反馈，解决了活性污泥系统自主运行中缺少快速、可靠的性状监测和反馈问题；
2.本发明可以快速量化活性污泥性状参数；可以在线指导生物段后续泥水分离参数，优化沉淀时间；它可以自动反馈调节污泥回流参数和鼓风机曝气量；
综上所述：本发明为乡村大批量运行个体提供无人化监控系统和城镇污水处理厂精准运行提供了检测技术保障。提高了系统运行效率，节约人力成本，保障系统精准节能稳定运行。
附图说明
图1为活性污泥性能的快速检测方法的流程图；
图2为活性污泥性状全息图集；
图3为转速为1650rpm条件下污泥浓度-检测时间、输入转矩标准图(活性污泥特征图集)；
图4为转速为2250rpm条件下污泥浓度-检测时间、输入转矩标准图(活性污泥特征图集)；
图5为转速为2850rpm条件下污泥浓度-检测时间、输入转矩标准图(活性污泥特征图集)；
图6为转速为3450rpm条件下污泥浓度-检测时间、输入转矩标准图(活性污泥特征图集)；
图中，输入转矩(N·m)即输入功率(J)。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述，以便本领域技术人员理解。
实施例1
如图1所示的活性污泥性能的快速检测方法，包括以下步骤：
步骤1：采集空白样品(清水，其污泥浓度C0＝0mg/L)时，在优选温度点、不同转速Nq下；随时间变化的离心机电机输入转矩值T1-i的转矩集合；
a.在转速上下限范围内等间隔分成多个转速标定点Nq，Nq＝1000～5000rpm；在各个标定点下在温度上下限内等间隔分成温度测点Tp，Tp＝10～35℃；
将所有转速标定点Nq和所有温度测点Tp排列组合形成离心机不同工作条件Nq-Tp，将空白样品置于离心机中，离心机由初始状态运转至上述某一个工作条件Nq-Tp，并在该工作条件Nq-TP运转一段时间，在该段时间内按等分的时间节点i记录电机输入功率P1(q-p-i)，
其中，温度TP选15℃、25℃、35℃三个温度点；
转速Nq选择1650rpm、2250rpm、2850rpm、3450rpm；
时间i选择0s、1s、2s、3s、4s、5s、6s、7s；
并按公式(1)，计算得到该工作条件Nq-Tp下，不同时间节点i的离心机电机输入转矩值Ti，并形成Ti集合
Figure BDA0003039721640000081
公式中，Nq为转速，rpm；
P1(q-p-i)为工作条件Nq-Tp下，时间节点i的电机输入功率，kJ/s；
Ti为离心机电机输入转矩值；kNm；
b.同时，记录下该工作条件Nq-Tp、对应时间节点i的电机轴端输出功率P′1(q-p-i)；
c.通过公式(2)～(3)校正离心机消除机械误差和纠正离心机的温度漂移(温度漂移通过设定不同温度下，相同样品的输入功率绘制温度与功率曲线，通过内插法小范围纠正偏差)；得到各温点Tp系统回归差ΔP1(q-p-i)
Figure BDA0003039721640000082
回归方程
Figure BDA0003039721640000083
公式(2)和(3)中，
Figure BDA0003039721640000091
为工作条件Nq-Tp运转一段时间内，时间节点i的离心机的电机输入功率P1(q-p-i)与电机轴端输出功率P′1(q-p-i)的平均差，kJ/s；
n为室温升至目标温度的时间段内，不同转速下，检测离心机的电机输入功率P1(q-p-i)和电机轴端输出功率P′1(q-p-i)的检测次数；
功率检测频次，取1～2次/秒；检测时长，取1-5min；
Figure BDA0003039721640000092
为待定系数，为室温升至目标温度的时间段内，不同转速下，通过n次试验数据方程组，通过回归法确定；
ΔP1(q-p-i)为工作条件Nq-Tp运转一段时间内，时间节点i的离心机的电机输入功率P1(q-p-i)与电机轴端输出功率P′1(q-p-i)的线性回归矫正差，kJ/s；
d.数据误差校正
根据上述数据得到数据组合
Figure BDA0003039721640000093
ΔP1(q-p)，再通过如下校验公式(4)和(5)进行数据有效性校验，通过校验的合格数据；通过k值排除偏离较大值，选出偏离较小值对应的点，且k值均方差误差最小的所对应的数据集合，即获取优选的温度点Ts时的有效数组P1(q-s-i)；
Figure BDA0003039721640000094
Figure BDA0003039721640000095
公式(4)、(5)中，
k为系统误差控制系数，取值0.01～0.02；
ΔΡ1(q-p)为工作条件Nq-Tp运转一段时间内，所有时间节点i的离心机的电机输入功率
Figure BDA0003039721640000096
与电机轴端输出功率
Figure BDA0003039721640000097
的平均矫正差，kJ/s；
Figure BDA0003039721640000098
为该工作条件Nq-Tp下，所有时间节点i的电机输入功率的平均值，kJ/s；
Figure BDA0003039721640000099
为该工作条件Nq-Tp下，所有时间节点i的电机轴端输出功率的平均值，kJ/s；
ΔP1(q-p-i)为公式(3)中，在工作条件Nq-Tp运转一段时间内，时间节点i的离心机的电机输入功率P1(q-p-i)与电机轴端输出功率P′1(q-p-i)的线性回归矫正差，kJ/s；
e.对获取有效数据组优化和标准化
通过对测量有效数组进行标准化，获得空白比对样输入功率数据矩阵(标准化是通过公式(6)再次进行校验数据，即P1(q-s-i)数据组中λ超范围值，通过相邻数据内插法进行补缺)；得到优选温度Ts(Ts＝25℃)下数据集合P1(q-s-i)；并根据公式(1)计算对应转矩数据，最终获得优选温度点，不同转速Nq下；随时间变化的离心机电机输入转矩值T1-i的转矩集合；
Figure BDA0003039721640000101
Figure BDA0003039721640000102
公式(6)(7)中，
λ为系统误差控制系数，取值0.01～0.02；
ΔP1(q-s)为工作条件Nq-Ts运转一段时间内，所有时间节点i的离心机的电机输入功率
Figure BDA0003039721640000103
与电机轴端输出功率
Figure BDA0003039721640000104
的平均矫正差，kJ/s；
Figure BDA0003039721640000105
为该工作条件Nq-Ts下，所有时间节点i的电机输入功率的平均值，kJ/s；
Figure BDA0003039721640000106
为该工作条件Nq-Ts下，所有时间节点i的电机轴端输出功率的平均值，kJ/s；
P1(q-s-i)为该工作条件Nq-Ts下，时间节点i的电机输入功率，kJ/s；
步骤2：对不同浓度CT的标准污泥样品检测：
a.使用标准污泥在1000～10000mg/L范围内，每隔1000mg/L配置不同浓度CT梯度的标准污泥样品，分别为1000mg/L、2000mg/L、3000mg/L、4000mg/L、5000mg/L、2000mg/L、7000mg/L、8000mg/L、9000mg/L、10000mg/L，
b.在步骤1)第c步骤优选的该离心机的工作温度Ts(即公式5中k值较小的温度)，按步骤1)第a小步对不同浓度CT梯度的标准污泥样品进行检测，获得优选工作温度Ts下，不同浓度CT梯度的标准污泥样品的P2(q-p-i)数据组合；并根据公式(1)，得到随时间i变化时，离心机电机输入转矩值T2-i的转矩集合；
其中，P2(q-s-i)为该工作条件Nq-Ts下，对应时间节点i的标准污泥样品检测的电机输入功率，kJ/s；
步骤3：消除检测系统背噪值后，获得标准污泥的输入转矩集合
对上述步骤1、步骤2对应功率数据组进行做差，消除系统噪声误差，测得标准污泥样品的特征运动数组；计算ΔP(q-s-i)，并根据公式(1)计算对应转矩数据，最终获得随时间变化的ΔT1-i；形成ΔT1-i数据集合；其中，
ΔP(q-s-i)＝P2(q-s-i)-P1(q-s-i)
其中，P1(q-s-i)为工作条件Nq-Ts下，时间节点i的电机输入功率，kJ/s；
P2(q-s-i)为该工作条件Nq-Ts下，对应时间节点i的标准污泥样品检测的电机输入功率，kJ/s；
ΔP(q-s-i)为选定Ts温度下，不同为浓度为CT的标准污泥样品输入功率P2(q-s-i)与P1(q-s-i)的差值，即为浓度为CT的标准污泥样品随时间i变化的特征数据集合；kJ/s；
ΔT1-i为ΔP(q-s-i)根据公式(1)计算对应转矩数据集合；
步骤4：标定标准图集，测定标准污泥性状状全息图集图1及特征图集(图2～6)，转速分别是1 650 2250 2850 3450时的。
a.将步骤3得到ΔT1-i数据集(此转矩数组即为选定Ts温度下，不同浓度CT的标准污泥样输入转矩随时间变化的特征数据；kNm；)分别绘制活性污泥性状全息图集和活性污泥特征图集；通过以上步骤和方法，对不同浓度及物性的活性污泥建立标准的输入转矩特征矩阵；
b.通过上述步骤得到输入转矩特征矩阵比较污泥在优选温度下(近恒温态)、不同转速下N和不同时段i时，活性污泥运动时连续输入转矩变化，反映活性污泥的性状变化规律；
步骤5：启动设备，预热，设定检测转速2250rpm，于某污水厂曝气池活性污泥处理系统，自动取1000ml活性污泥样品，将活性污泥立即转移至待检测设备中，采样及转运时间不大于15sec；启动检测，15sec后调取数据检测数及检转矩特征曲线；
步骤6：绘制采样活性污泥样品在优选温度Ts和转速Nq下的输入转矩ΔT2-i和时间i的特征曲线；
对步骤5数据与步骤1对应功率数据组进行做差，消除系统误差，测得采样污泥样品的特征运动数组，获得随机采集未知浓度污泥样品的ΔP′(q-s-i)数据组，并根据公式(1)计算对应转矩数据，获得随时间变化的ΔT2-i，最终绘制采样污泥样品(未知浓度Cx)在优选温度Ts和转速Nq下的输入转矩ΔT2-i和时间i的特征曲线；
步骤7：根据步骤4已知标准曲线与步骤6绘制特征曲线比较，读取采样污泥样品浓度Cx以及其变化特性信息：
在同一坐标系下，观察由未知样获得的转矩特征曲线与图4 2250rpm标准曲线进行拟合比较，未知线位于4723-4425mg/L之间，并在7sec后达到最高值，读取最高值4720mg/L，即Cx＝4720mg/L；
该活性污泥样曲线前期靠近4425mg/L，后期迅速升至4723mg/L附近，并达到峰值4720mg/L，说明较标准污泥性状而言，活性污泥含固量未变化，但是污泥趋于分散，颗粒细小，无机化趋势，有曝气过度老化可能；后期迅速升高，无机化和泥水分离显著，微生物菌体活性减弱的趋势。
其它未详细说明的部分均为现有技术。尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。

Claims (6)

1.一种活性污泥性能的快速检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：采集空白样品时，在优选温度点、不同转速Nq下；随时间变化的离心机电机输入转矩值T1-i的转矩集合；
步骤2：对不同浓度CT的标准污泥样品检测，得到随时间i变化时，离心机电机输入转矩值T2-i的转矩集合；
步骤3：消除检测系统背噪值后，获得标准污泥的输入转矩集合；
步骤4：标定标准图集，测定标准污泥性状全息图集及特征图集；
步骤5：将随机采集未知浓度污泥样品置于离心机中进行检测，按步骤1进行并获得采样污泥样品的P3(q-s-i)数据组，绘制时间-转矩特征曲线；
步骤6：绘制采样污泥样品在优选温度Ts和转速Nq下的输入转矩ΔT2-i和时间i的特征曲线；
步骤7：根据步骤4已知标准曲线与步骤6绘制特征曲线比较，读取采样污泥样品浓度Cx以及其变化特性信息。
2.根据权利要求1所述活性污泥性能的快速检测方法，其特征在于：所述步骤1中的具体步骤如下：
a.在转速上下限范围内等间隔分成多个转速标定点Nq，Nq＝1000～5000rpm；在各个标定点下在温度上下限内等间隔分成温度测点Tp，Tp＝10～35℃；将所有转速标定点Nq和所有温度测点Tp排列组合形成离心机不同工作条件Nq-Tp，将空白样品置于离心机中，离心机由初始状态运转至上述某一个工作条件Nq-Tp，并在该工作条件Nq-TP运转一段时间，在该段时间内按等分的时间节点i记录电机输入功率P1(q-p-i)，并按公式(1)，计算得到该工作条件Nq-Tp下，不同时间节点i的离心机电机输入转矩值Ti，并形成Ti集合；
Figure FDA0003039721630000011
公式中，Nq为转速，rpm；
P1(q-p-i)为工作条件Nq-Tp下，时间节点i的电机输入功率，kJ/s；
Ti为离心机电机输入转矩值；kNm；
b.同时，记录下该工作条件Nq-Tp、对应时间节点i的电机轴端输出功率P′1(q-p-i)；
c.通过公式(2)～(3)校正离心机消除机械误差和纠正离心机的温度漂移(温度漂移通过设定不同温度下，相同样品的输入功率绘制温度与功率曲线，通过内插法小范围纠正偏差)；得到各温点Tp系统回归差ΔP1(q-p-i)；
Figure FDA0003039721630000021
回归方程
Figure FDA0003039721630000022
公式(2)和(3)中，
Figure FDA0003039721630000023
为工作条件Nq-Tp运转一段时间内，时间节点i的离心机的电机输入功率P1(q-p-i)与电机轴端输出功率P′1(q-p-i)的平均差，kJ/s；
n为室温升至目标温度的时间段内，不同转速下，检测离心机的电机输入功率P1(q-p-i)和电机轴端输出功率P′1(q-p-i)的检测次数；
功率检测频次，取1～2次/秒；检测时长，取1-5min；
Figure FDA0003039721630000024
为待定系数，为室温升至目标温度的时间段内，不同转速下，通过n次试验数据方程组，通过回归法确定；
ΔP1(q-p-i)为工作条件Nq-Tp运转一段时间内，时间节点i的离心机的电机输入功率P1(q-p-i)与电机轴端输出功率P′1(q-p-i)的线性回归矫正差，kJ/s；
d.数据误差校正
根据上述数据得到数据组合
Figure FDA0003039721630000025
ΔP1(q-p)，再通过如下校验公式(4)和(5)进行数据有效性校验，通过校验的合格数据；通过k值排除偏离较大值，选出偏离较小值对应的点，且k值均方差误差最小的所对应的数据集合，即获取优选的温度点Ts时的有效数组P1(q-s-i)；
Figure FDA0003039721630000026
Figure FDA0003039721630000027
公式(4)、(5)中，
k为系统误差控制系数，取值0.01～0.02；
ΔΡ1(q-p)为工作条件Nq-Tp运转一段时间内，所有时间节点i的离心机的电机输入功率
Figure FDA0003039721630000031
与电机轴端输出功率
Figure FDA0003039721630000032
的平均矫正差，kJ/s；
Figure FDA0003039721630000033
为该工作条件Nq-Tp下，所有时间节点i的电机输入功率的平均值，kJ/s；
Figure FDA0003039721630000034
为该工作条件Nq-Tp下，所有时间节点i的电机轴端输出功率的平均值，kJ/s；
ΔP1(q-p-i)为公式(3)中，在工作条件Nq-Tp运转一段时间内，时间节点i的离心机的电机输入功率P1(q-p-i)与电机轴端输出功率P′1(q-p-i)的线性回归矫正差，kJ/s；
e.对获取有效数据组优化和标准化
通过对测量有效数组进行标准化，获得空白比对样输入功率数据矩阵(标准化是通过公式(6)再次进行校验数据，即P1(q-s-i)数据组中λ超范围值，通过相邻数据内插法进行补缺)；得到优选温度Ts(Ts＝25℃)下数据集合P1(q-s-i)；并根据公式(1)计算对应转矩数据，最终获得优选温度点，不同转速Nq下；随时间变化的离心机电机输入转矩值T1-i的转矩集合；
Figure FDA0003039721630000035
Figure FDA0003039721630000036
公式(6)(7)中，
λ为系统误差控制系数，取值0.01～0.02；
ΔP1(q-s)为工作条件Nq-Ts运转一段时间内，所有时间节点i的离心机的电机输入功率
Figure FDA0003039721630000037
与电机轴端输出功率
Figure FDA0003039721630000038
的平均矫正差，kJ/s；
Figure FDA0003039721630000039
为该工作条件Nq-Ts下，所有时间节点i的电机输入功率的平均值，kJ/s；
Figure FDA00030397216300000310
为该工作条件Nq-Ts下，所有时间节点i的电机轴端输出功率的平均值，kJ/s；
P1(q-s-i)为该工作条件Nq-Ts下，时间节点i的电机输入功率，kJ/s。
3.根据权利要求1所述活性污泥性能的快速检测方法，其特征在于：所述步骤2中的具体步骤如下：
a.使用标准污泥在1000～10000mg/L范围内，配置不同浓度CT梯度的标准污泥样品；
b.在步骤1第c步骤优选的该离心机的工作温度Ts，按步骤1第a小步对不同浓度CT梯度的标准污泥样品进行检测，获得优选工作温度Ts下，不同浓度CT梯度的标准污泥样品的P2(q-p-i)数据组合；并根据公式(1)，得到随时间i变化时，离心机电机输入转矩值T2-i的转矩集合；
其中，P2(q-s-i)为该工作条件Nq-Ts下，对应时间节点i的标准污泥样品检测的电机输入功率，kJ/s。
4.根据权利要求1所述活性污泥性能的快速检测方法，其特征在于：所述步骤3中的具体步骤如下：
对上述步骤1、步骤2对应功率数据组进行做差，消除系统噪声误差，测得标准污泥样品的特征运动数组；计算ΔP(q-s-i)，并根据公式(1)计算对应转矩数据，最终获得随时间变化的ΔT1-i；形成ΔT1-i数据集合；其中，
ΔP(q-s-i)＝P2(q-s-i)-P1(q-s-i)
其中，P1(q-s-i)为工作条件Nq-Ts下，时间节点i的电机输入功率，kJ/s；
P2(q-s-i)为该工作条件Nq-Ts下，对应时间节点i的标准污泥样品检测的电机输入功率，kJ/s；
ΔP(q-s-i)为选定Ts温度下，不同浓度CT的标准污泥样品输入功率P2(q-s-i)与P1(q-s-i)的差值，即为浓度CT的标准污泥样品随时间i变化的特征数据集合；kJ/s；
ΔT1-i为ΔP(q-s-i)根据公式(1)计算对应转矩数据集合。
5.根据权利要求1所述活性污泥性能的快速检测方法，其特征在于：所述步骤4中的具体步骤如下：
a.将步骤3得到ΔT1-i数据集分别绘制活性污泥性状全息图集和活性污泥特征图集；通过以上步骤和方法，对不同浓度及物性的活性污泥建立标准的输入转矩特征矩阵；
b.通过上述步骤得到输入转矩特征矩阵比较污泥在优选温度下、不同转速下N和不同时段i时，活性污泥运动时连续输入转矩变化，反映活性污泥的性状变化规律。
6.根据权利要求1所述活性污泥性能的快速检测方法，其特征在于：所述步骤6中的具体步骤如下：
对步骤5数据与步骤1对应功率数据组进行做差，消除系统误差，测得采样污泥样品的特征运动数组，获得随机采集未知浓度污泥样品的ΔP′(q-s-i)数据组，并根据公式(1)计算对应转矩数据，获得随时间变化的ΔT2-i，最终绘制采样污泥样品在优选温度Ts和转速Nq下的输入转矩ΔT2-i和时间i的特征曲线。
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