水处理絮凝剂最佳投量粒度分维测定方法

摘要

水处理絮凝剂最佳投量粒度分维测定方法，本发明涉及一种水处理的检测方法。它解决了常规水处理投药控制系统不能及时有效控制絮凝剂的投加量和最优沉淀出水浊度范围等问题，它通过设置在水厂反应池旁的颗粒计数仪在线检测8个粒径通道的絮凝水样颗粒数检测值，根据各通道所代表的粒径范围上限值D和各通道颗粒粒度分布函数P的自然对数进行直线拟和求得粒度分形维数值Df。Df的最大值对应絮凝剂的最佳投加量，对应的沉淀出水浊度为最优沉淀出水浊度。本发明利用简易可行的颗粒计数法来计算絮体的粒度分形维数值Df，将其作为预测沉淀出水浊度变化的实时监测指标，可及时有效测定絮凝剂的最佳投量，极大地缩短了检测滞后时间，避免水质事故的发生。

说明书

技术领域

本发明属于环境保护领域，具体涉及一种水处理的检测方法。

背景技术

絮凝是水处理中最重要的环节之一，其效果的好坏直接影响到后续处理工艺的处理质量。絮凝剂的投量是影响絮凝效果的决定因素，而能够使得沉淀出水浊度最低，即获得最好絮凝效果的投量称为最佳投量。我国以往的絮凝剂投量控制都是以“经济浊度范围”为目标的，该经济浊度范围是视具体情况而定的，并不代表最低沉淀出水浊度，一般都高出很多，满足该浊度要求的絮凝剂投量称为经济投量。在经济浊度范围内随着絮凝剂投量增大沉淀出水浊度显著下降，比较容易进行控制。随着我国国民经济的发展，人民对生活饮用水水质要求日益提高，卫生部、建设部先后颁布了新的水质标准，对出厂水浊度等指标有了更严格的要求，因此有必要将进入滤池前的沉淀出水浊度进一步降低，以保证出厂水质。与此相适应，絮凝剂投量控制目标已进入“最优浊度范围”，即沉淀出水已接近最低浊度。此时随着絮凝剂投量增大，沉淀出水浊度呈无规则波动状态，如果运行点越过最佳投量范围，则投加规律走向反面：随着絮凝剂投加量增大沉淀出水浊度反而升高(如图1所示)。同时，絮凝剂投量的调整要有一个很大的滞后时间才能体现到沉淀出水浊度的变化，因此在水处理的动态过程中投药控制变得十分困难，无论是人工手动投药还是广泛应用的流动电流自动投药控制技术都不能及时有效地确定絮凝剂的最佳投量和最优沉淀出水浊度范围，因此不能避免水质事故的发生。

发明内容

本发明的目的是为了解决常规水处理投药控制系统不能及时有效控制絮凝剂的最佳投量和最优沉淀出水浊度范围，导致絮凝剂盲目投加、出水水质恶化等问题，提供一种水处理絮凝剂最佳投量粒度分维测定方法，该方法可测定絮凝剂最佳投量，将其应用在水处理过程中，有助于及时准确地调节投药量以适应原水水质及运行条件的变化，避免沉淀出水从最优浊度走向反面，从而保证了工艺过程稳定运行在期望值附近，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：一、在水厂反应池旁设置在线颗粒计数仪；二、取距反应池入口水流时间5~10分钟处的絮凝水样到颗粒计数仪进行连续检测；三、设置颗粒计数仪在线检测8个粒径通道；四、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；五、取各通道所测取的粒径范围上限值D；六、各通道的颗粒数检测值N相加得出颗粒总数M，公式为：M＝N₀+N₁+N₂+N₃+N₄+N₅+N₆+N₇；七、根据颗粒数检测值N和颗粒总数M计算各通道的颗粒粒度分布函数P，公式为：P₀＝N₀/M、P₁＝(N₀+N₁)/M、P₂＝(N₀+N₁+N₂)/M、P₃＝(N₀+N₁+N₂+N₃)/M、P₄＝(N₀+N₁+N₂+N₃+N₄)/M、P₅＝(N₀+N₁+N₂+N₃+N₄+N₅)/M、P₆＝(N₀+N₁+N₂+N₃+N₄+N₅+N₆)/M、P₇＝1；八、取各通道所代表的粒径范围上限值D的自然对数值lnD_i，其中i＝0至7；九、取各通道的颗粒粒度分布函数P的自然对数值lnP_i；十、根据lnP_i和lnD_i的直线关系用最小二乘法进行拟和求得直线方程为：lnP＝KlnD+E，lnP、lnD分别为直线方程的y变量和x变量，同时取得直线方程的相关系数值R²，E为直线截距，K为直线斜率；十一、取相关系数值R²进行比较；十二、判断R²是否大于等于0.9；结果为否，则执行第十三步骤、忽略本次计算，返回到步骤四的开始处；结果为是，则执行第十四步骤、取此时计算的直线斜率K为粒度分形维数值D_f并实时记录下来，粒度分形维数值D_f的最大值对应絮凝剂的最佳投量，对应的沉淀出水浊度为最优沉淀出水浊度；返回步骤四的开始端。

实验证明，水处理絮凝过程中絮体颗粒分布存在分形特征，其粒度分形维数值D_f能克服水处理工艺过程非线性和纯滞后对水质控制指标的影响，可灵敏的预测沉淀出水浊度的变化趋势。本发明利用简易可行的颗粒计数法来计算絮体的粒度分形维数值D_f，将其作为预测沉淀出水浊度变化的实时监测指标，可及时有效测定絮凝剂的最佳投量，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，从而可大幅提高水处理生产安全性，避免水质事故的发生。

附图说明

图1为沉淀出水浊度及粒度分形维数值D_f与絮凝剂投量的关系图，图2为本发明方法的流程图。

具体实施方式

具体实施方式一：如图2所示，本实施方式按照如下步骤实现：一、在水厂反应池旁设置在线颗粒计数仪；二、取距反应池入口水流时间5~10分钟处的絮凝水样到颗粒计数仪进行连续检测；三、设置颗粒计数仪在线检测8个粒径通道，各通道所测取的粒径范围数值为：通道0＝2～5μm、通道1＝5～10μm、通道2＝10～20μm、通道3＝20～40μm、通道4＝40～80μm、通道5＝80～160μm、通道6＝160～320μm、通道7＝320～640μm；四、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；五、取各通道所测取的粒径范围上限值D(μm)：D₀＝5、D₁＝10、D₂＝20、D₃＝40、D₄＝80、D₅＝160、D₆＝320、D₇＝640；六、各通道的颗粒数检测值N相加得出颗粒总数M，公式为：M＝N₀+N₁+N₂+N₃+N₄+N₅+N₆+N₇；七、根据颗粒数检测值N和颗粒总数M计算各通道的颗粒粒度分布函数P，公式为：P₀＝N₀/M、P₁＝(N₀+N₁)/M、P₂＝(N₀+N₁+N₂)/M、P₃＝(N₀+N₁+N₂+N₃)/M、P₄＝(N₀+N₁+N₂+N₃+N₄)/M、P₅＝(N₀+N₁+N₂+N₃+N₄+N₅)/M、P₆＝(N₀+N₁+N₂+N₃+N₄+N₅+N₆)/M、P₇＝1；八、取各通道所代表的粒径范围上限值D的自然对数值lnD_i，其中i＝0至7；九、取各通道的颗粒粒度分布函数P的自然对数值lnP_i；十、根据lnP_i和lnD_i的直线关系用最小二乘法进行拟和求得直线方程为：lnP＝KlnD+E，lnP、lnD分别为直线方程的y变量和x变量，同时取得直线方程的相关系数值R²，E为直线截距，K为直线斜率；十一、取相关系数值R²进行比较；十二、判断R²是否大于等于0.9；结果为否，则执行第十三步骤、忽略本次计算，返回到步骤四的开始处；结果为是，则执行第十四步骤、取此时计算的直线斜率K为粒度分形维数值D_f并实时记录下来，粒度分形维数值D_f的最大值对应絮凝剂的最佳投量，对应的沉淀出水浊度为最优沉淀出水浊度；返回步骤四的开始端。

取粒度分形维数值D_f作为预测沉淀出水浊度变化的实时监测指标，如图1所示，粒度分形维数值D_f在经济投量范围内随着絮凝剂投量增大而升高，而沉淀出水浊度将逐渐下降，在粒度分形维数值D_f升高到某一数值后如果突然出现拐点并呈下降趋势，则意味着此时絮凝剂已达到最佳投量，对应的沉淀出水浊度即为最优沉淀出水浊度。

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，取样水的流速为100mL/min，步骤四至步骤十四的运行周期为1~10秒。