CN115728196A - 基于絮体沉降性能的絮凝沉淀在线监控分析系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于絮体沉降性能的絮凝沉淀在线监控分析系统及方法，所述系统包括絮凝澄清单元、絮体特性测量单元和在线监控分析单元，通过实时监控絮凝澄清单元的进水、加药、排泥、出水等情况量化絮凝反应区状态，并通过絮体特性测量单元周期性测量分析絮体特性，构建了以絮体沉降比(FV)、混合液悬浮固体浓度(FLSS)、絮体分配系数(FLD)、絮体沉降性能指数(FVI)4个絮凝反应过程控制参数为核心的絮凝澄清过程控制体系，实现自动化测量、精准化监控和智能化分析，解决了传统絮凝澄清器调控人工随意性大、智慧化程度低、无控制指标等缺点，适用于多种水处理系统。

Description

基于絮体沉降性能的絮凝沉淀在线监控分析系统及方法

技术领域

本发明属于水处理技术领域，涉及一种基于絮体沉降性能的絮凝沉淀在线监控分析系统及方法。

背景技术

絮凝沉淀作为最基本的理论和工艺广泛应用于各类水处理系统中，构建良好的絮凝反应环境需要正确适当的化学药剂、良好的反应条件、精确的自动控制三者的有机结合，共同协同。然目前，更多研究关注在正确适当的化学药剂，通过药剂实验确定最佳的投药量，而对于投加药剂后是否构建了良好的反应条件，只能从出水效果进行判断(相对滞后)，对系统内部的反应状态没有合适的监控手段及调整办法，也没有合适的控制参数；对于精确的自动控制，目前也更多的为对加药量、进水流量、温度等的监控，对澄清池运行的絮凝沉淀过程控制缺少精确的控制参数及手段。申请人先期研究开发的CN202011183164.4《一种絮体沉降比自动测量装置及测量方法》中，以自动取样单元、数据自动采集单元和自动控制分析单元为基础，实现了实时取样、自动采集和实时分析等功能，但仅仅实现了絮体沉降比单一参数的测量，用于表征絮凝反应效果过于单一，系统性不足，不具备普适性。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种基于絮体沉降性能的絮凝沉淀在线监控分析系统及方法，该发明通过开发对应的测量分析装置及系统，构建多参数的絮凝反应过程控制体系，实时监测并反映絮凝沉淀过程的絮凝反应效果，解决了现有絮凝沉淀过程无精确控制方案、人为随意性大、智能化程度低、控制参数少等缺点，适用于多种水处理系统。

第一方面，本发明提供一种基于絮体沉降性能的絮凝沉淀在线监控分析系统，包括：

絮体特性测量单元，所述絮体特性测量单元的测量端与絮凝澄清单元相连，用于测量絮凝澄清单元内的反应区絮体沉降高度和絮体浓度；

在线监控分析单元，所述在线监控分析单元包括监控模块和智能计算分析模块；所述监控模块的测量端与絮凝澄清单元相连，用于实时收集监控数据；所述智能计算分析模块与监控模块相连，用于接收监控模块收集的监控数据，对絮体沉降性能状态进行研判。

第二方面，本发明提供一种絮体沉降性能在线监控分析方法，包括以下步骤：

步骤1，待处理来水进入絮凝澄清单元，依次经过第一反应区、第二反应区、澄清区后，出水进入后续系统；

步骤2，在第一反应区和第二反应区中加入除硬剂、凝聚剂和絮凝剂使得来水中悬浮物、硬度和杂质絮凝沉淀成底部污泥，实现降硬除浊；

步骤3，底部污泥通过污泥排放单元将部分污泥回流至反应区提供强化絮凝晶核，剩余污泥外部排放以维持池内泥量平衡；

步骤4，通过监控模块建立以絮体沉降比FV、絮体分配系数FLD、混合液悬浮固体浓度FLSS和絮体沉降性能指数FVI的絮凝反应过程控制参数体系，完成絮体沉降性能的在线监控分析。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供了一种基于絮体沉降性能的絮凝沉淀在线监控分析系统，通过设置絮体特性测量单元、监控模块和智能计算分析模块，能够实时测量絮凝澄清单元内的反应区絮体沉降高度和絮体浓度，并实时收集监控数据，最后利用智能计算分析模块对监控数据进行分析，进而对絮体沉降性能状态进行研判。本发明构建了一套多参数、全面化、典型性的絮凝沉淀过程控制体系，以测量或分析絮体沉降性能的关键可行的表征参数为基础，实时监测计算并反映反应器絮凝反应效果，从而指导絮凝沉淀系统的运行、调整、控制，提高絮凝反应系统的智能化、精确化控制水平。

本发明絮体沉降性能在线监控分析方法，首次提出了絮体沉降比(FV)、混合液悬浮固体浓度(FLSS)、絮体分配系数(FLD)、絮体沉降性能指数(FVI)4个絮凝反应过程控制参数，并依此构建了絮凝沉淀过程控制体系，并形成可“自动化测量、精准化监控、智能化分析”的全流程絮体沉降性能系统。絮体沉降比(FV)的测量单元可实现自动取样、精确测量、周期性自动测量等功能，并进一步拓展分析计算絮体分配系数(FLD)，实现了对絮体本身沉降特性的宏观研究。混合液悬浮固体浓度(FLSS)系统性地结合分析进水水质、出水水质、反应药品、污泥处置等因素，较为全面、实际、实时，实现了对絮凝反应效果的量化表征。絮体沉降性能指数(FVI)有机结合絮体本身特性、絮凝反应区状态，有效表征絮体沉降性能。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明基于絮体沉降性能的絮凝沉淀在线监控分析系统的原理图。

图2为本发明实施例澄清池系统某阶段运行效果图。

其中：1-絮凝澄清单元；2-第一反应区；3-第二反应区；4-澄清区；5-污泥排放单元；6-絮体特性测量单元；7-沉降高度测量装置；8-在线监控分析单元；9-出水监控模块；10-智能计算分析模块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，本发明实施例公开了一种基于絮体沉降性能的絮凝沉淀在线监控分析系统，包括絮凝澄清单元1，第一反应区2，第二反应区3，澄清区4，污泥排放单元5，絮体特性测量单元6，沉降高度测量装置7和在线监控分析单元8。

絮凝澄清单元1包括第一反应区2、第二反应区3和澄清区4，各区域依次联通，配套污泥排放单元5进行污泥处置。

絮体特性测量单元6包括沉降高度测量装置7，可自动进行絮体混合液进样、留样、测量、排污，用于测量记录絮体沉降高度、絮体浓度等数据。

在线监控分析单元8包括监控模块和智能计算分析模块10，监控模块包括出水监控模块9、反应药品模块11、絮体沉降测量模块12、污泥监控模块13及进水监控模块14，各个模块实时收集监控数据并上传至智能计算分析模块10，进而研判絮体沉降性能状态。

在絮凝澄清单元1加入除硬剂、凝聚剂、絮凝剂等反应药品实现降硬除浊，来水中悬浮物、硬度、杂质等絮凝沉淀成底部污泥，通过污泥排放单元5将部分污泥回流至反应区以提供强化絮凝晶核，剩余污泥外部排放以维持池内泥量平衡。

沉降高度测量装置7采用透明材质，并从底部至上标有0～100％的百分比刻度值，从絮凝澄清单元1反应区取絮体混合液样品，自动循环“取样-静置-测量-排污”步骤，周期性、连续性测量。

出水监控模块9、反应药品模块11、污泥监控模块13及进水监控模块14实时监控分析絮凝澄清单元1的进水、加药、排泥、出水情况，实时收集水量、水质、药品投加量、污泥回流量、回流污泥密度等数据，絮体沉降测量模块12实时测量分析絮体特性测量单元6的絮体沉降高度、沉降比、絮体浓度等数据，并上传至智能计算分析模块10进行计算分析。

构建以絮体沉降比(FV)、絮体分配系数(FLD)、混合液悬浮固体浓度(FLSS)、絮体沉降性能指数(FVI)为核心的絮凝反应过程控制参数体系。

絮体沉降比FV，表示沉降絮体比例。絮体特性测量单元6实时测量沉降絮体高度，并经絮体沉降测量模块12计算絮体沉降比。

式中，FV为絮体沉降比，H_下为沉降一定时间后下部沉降絮体高度，H_上为沉降一定时间后上清液高度，H₀为絮体混合液取样总高度。

混合液悬浮固体浓度FLSS，表示絮体混合液的污泥固体密度。通过出水监控模块9、反应药品模块11、污泥监控模块13及进水监控模块14的监控数据计算得到。

式中，FLSS为絮凝澄清单元1絮凝混合液悬浮固体浓度。Q为絮凝澄清单元1进水水量；SS为絮凝澄清单元1进水悬浮物含量；由进水分析模块获得。JY_凝聚剂为单位重量铁系或铝系凝聚剂加入后形成的氢氧化铁或氢氧化铝等沉淀量；JY_除硬剂为单位重量氢氧化钙、碳酸钠等除硬剂加入后形成的氢氧化镁、碳酸钙等沉淀量；由药品分析模块获得。Q_回流为污泥排放单元5中的回流污泥量；ρ为在线仪表实时测量的修正回流污泥质量密度。由污泥监控模块13获得。

絮体分配系数FLD，表明沉降高度测量装置7中上清液残留絮体数量和下部污泥絮体数量之间的关系。

式中，FLD为沉降高度测量装置7中下部沉降絮体在取样混合液絮体总量的占比；C_上为沉降后上清液絮体浓度；C_下为沉降后下部污泥絮体浓度。由絮体沉降测量模块12获得。

絮体沉降性能指数FVI，表明絮体沉降性能好坏。

通过实时测量、采集上述基础数据，智能计算分析模块10分析计算絮体沉降比(FV)、絮体分配系数(FLD)、混合液悬浮固体浓度(FLSS)、絮体沉降性能指数(FVI)，形成了完整的基于絮体沉降性能的絮凝沉淀在线监控分析系统，用于指导絮凝反应的运行、调整。

式中絮体沉降比FV通常为10～25％，混合液悬浮固体浓度FLSS通常为0.002～0.01kg/L，絮体分配系数FLD通常为60％～80％，絮体沉降性能指数FVI通常为4500～6500。

本发明的结构原理和工作过程如下：

本发明包括絮凝澄清单元1，第一反应区2，第二反应区3，澄清区4，污泥排放单元5，絮体特性测量单元6，沉降高度测量装置7，在线监控分析单元8。，在线监控分析单元8包括监控模块和智能计算分析模块10，其中监控模块包括出水监控模块9、反应药品模块11、絮体沉降测量模块12、污泥监控模块13及进水监控模块14。

待处理来水进入絮凝澄清单元1，依次经过第一反应区2、第二反应区3、澄清区4后，出水进入后续系统，在反应区中加入除硬剂、凝聚剂、絮凝剂等反应药品使得来水中悬浮物、硬度、杂质等絮凝沉淀成底部污泥，实现降硬除浊，底部污泥通过污泥排放单元5将部分污泥回流至反应区提供强化絮凝晶核，剩余污泥外部排放以维持池内泥量平衡。并通过监控模块的出水监控模块9、反应药品模块11、污泥监控模块13及进水监控模块14实时监控收集进水水量、进水悬浮物、进出水碱度、进出水硬度、药品投加量、污泥回流量、回流污泥密度等数据，并上传至智能计算分析模块10。

沉降高度测量装置7自动从絮凝澄清单元1反应区进行取样，精确留样、自动测量，并周期性定期进行絮体沉降行为，通过监控模块中絮体沉降测量模块12实时测量计算絮体沉降高度、沉降比、絮体浓度等数据，并上传至智能计算分析模块10。智能计算分析模块10根据上传的终端数据，通过内部程序计算絮体沉降比(FV)、絮体分配系数(FLD)、混合液悬浮固体浓度(FLSS)、絮体沉降性能指数(FVI)等絮凝反应过程控制参数，形成完整的基于絮体沉降性能的絮凝沉淀在线监控分析系统，具备各个参数的变化趋势图绘制、超标报警、研判修正、运行提示等功能，用于指导絮凝澄清反应的监控、运行、调整。

【实施例】

本实施例于某电厂中水深度处理系统中进行应用，该中水深度处理系统采用石灰混凝沉淀法，澄清池由凝聚单元、絮凝单元和澄清单元组成，配套石灰、凝聚剂、絮凝剂加药系统，配套污泥循环回流及剩余污泥系统，并投入生产应用。现取得该澄清池系统某阶段运行效果如图2所示。

由图2可知，絮体沉降比FV为10～15％，混合液悬浮固体浓度FLSS为0.003kg/L左右，絮体分配系数FLD为60％～75％，絮体沉降性能指数FVI为5000～6000，澄清池出水浊度正常低于0.5NTU，满足澄清系统出水低于3.0NTU的要求。其中，絮体沉降性能指数FVI维持在5500上下，波动幅度较小，具有良好的指导意义。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于絮体沉降性能的絮凝沉淀在线监控分析系统，其特征在于，包括：

絮体特性测量单元(6)，所述絮体特性测量单元(6)的测量端与絮凝澄清单元(1)相连，用于测量絮凝澄清单元(1)内的反应区絮体沉降高度和絮体浓度；

在线监控分析单元(8)，所述在线监控分析单元(8)包括监控模块和智能计算分析模块(10)；所述监控模块的测量端与絮凝澄清单元(1)相连，用于实时收集监控数据；所述智能计算分析模块(10)与监控模块相连，用于接收监控模块收集的监控数据，对絮体沉降性能状态进行研判。

2.根据权利要求1所述的基于絮体沉降性能的絮凝沉淀在线监控分析系统，其特征在于，所述絮凝澄清单元(1)包括筒体，筒体内设置有第一反应区(2)、第二反应区(3)和澄清区(4)；所述第一反应区(2)设置于第二反应区(3)内部，澄清区(4)设置于第二反应区(3)外部；第一反应区(2)与第二反应区(3)相连通，第二反应区(3)的底部与澄清区(4)相连通；澄清区(4)的底部连接有污泥排放单元(5)；澄清区(4)的上部设置有出水口，第一反应区(2)底部连接有来水口。

3.根据权利要求2所述的基于絮体沉降性能的絮凝沉淀在线监控分析系统，其特征在于，所述絮体特性测量单元(6)采用沉降高度测量装置(7)，底部设置有排水口。

4.根据权利要求3所述的基于絮体沉降性能的絮凝沉淀在线监控分析系统，其特征在于，所述监控模块包括出水监控模块(9)、反应药品模块(11)、絮体沉降测量模块(12)、污泥监控模块(13)及进水监控模块(14)；

所述出水监控模块(9)与澄清区(4)的出水口管道相连，用于采集出水浊度、pH、出水碱度和出水硬度；

所述反应药品模块(11)与絮凝澄清单元(1)相连，用于采集药品投加量；

所述絮体沉降测量模块(12)与沉降高度测量装置(7)相连，用于采集沉降高度数据；

所述污泥监控模块(13)与污泥排放单元(5)相连，用于采集排泥数据；

所述进水监控模块(14)与第一反应区(2)的来水口管道相连，用于采集进水水量、进水悬浮物、进出水碱度和进出水硬度。

5.根据权利要求2或4所述的基于絮体沉降性能的絮凝沉淀在线监控分析系统，其特征在于，所述监控模块包括出水监控模块(9)、反应药品模块(11)、絮体沉降测量模块(12)、污泥监控模块(13)及进水监控模块(14)，且分别与智能计算分析模块(10)相连；所述智能计算分析模块(10)根据出水数据、加药数据、沉降高度数据、排泥数据和来水数据建立絮凝反应过程控制参数体系，在线监控分析絮体沉降性能。

6.一种采用权利要求2-5任一项所述系统的基于絮体沉降性能的絮凝沉淀在线监控分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，待处理来水进入絮凝澄清单元(1)，依次经过第一反应区(2)、第二反应区(3)、澄清区(4)后，出水进入后续系统；

步骤2，在第一反应区(2)和第二反应区(3)中加入除硬剂、凝聚剂和絮凝剂使得来水中悬浮物、硬度和杂质絮凝沉淀成底部污泥，实现降硬除浊；

步骤3，底部污泥通过污泥排放单元(5)将部分污泥回流至反应区提供强化絮凝晶核，剩余污泥外部排放以维持池内泥量平衡；

步骤4，通过监控模块建立以絮体沉降比FV、絮体分配系数FLD、混合液悬浮固体浓度FLSS和絮体沉降性能指数FVI的絮凝反应过程控制参数体系，完成絮体沉降性能的在线监控分析。

7.根据权利要求6所述的絮体沉降性能在线监控分析方法，其特征在于，所述絮体沉降比FV如下：

式中，H_下为沉降预设时间后下部沉降絮体高度，H_上为沉降预设时间后上清液高度，H₀为絮体混合液取样总高度。

8.根据权利要求6所述的絮体沉降性能在线监控分析方法，其特征在于，所述混合液悬浮固体浓度FLSS如下：

式中，Q为絮凝澄清单元(1)的进水水量；SS为絮凝澄清单元(1)进水悬浮物含量；由进水分析模块获得；JY_凝聚剂为单位重量铁系或铝系凝聚剂加入后形成的氢氧化铁或氢氧化铝等沉淀量；JY_除硬剂为单位重量氢氧化钙、碳酸钠等除硬剂加入后形成的氢氧化镁、碳酸钙等沉淀量；由药品分析模块获得；Q_回流为污泥排放单元(5)中的回流污泥量；ρ为在线仪表实时测量的修正回流污泥质量密度。

9.根据权利要求6所述的絮体沉降性能在线监控分析方法，其特征在于，所述絮体分配系数FLD如下：

式中，C_上为沉降后上清液絮体浓度；C_下为沉降后下部污泥絮体浓度，H_下为沉降预设时间后下部沉降絮体高度，H_上为沉降预设时间后上清液高度，H₀为絮体混合液取样总高度。

10.根据权利要求6所述的絮体沉降性能在线监控分析方法，其特征在于，所述絮体沉降性能指数FVI如下：

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