一种多孔介质滤床悬浮颗粒物堵塞形态可视化分析系统

摘要

本发明公开了一种多孔介质滤床悬浮颗粒物堵塞形态可视化分析系统，其特征在于，包括多孔介质滤床和床体后侧连接的LED发光板组件，多孔介质滤床左侧连接的供水组件，多孔介质床右侧连接的集水组件和多孔介质滤床前部安置的高清照相机。本发明采用透明多孔介质滤床，能形象地对悬浮颗粒物造成的堵塞现象进行研究，能直接计算堵塞分布与堵塞面积大小。采用荧光粉末模拟悬浮颗粒物，发光明显，易于识别悬浮颗粒物堵塞区域，相对于盐示踪和染料示踪，具有直观可视化的特点。本发明构造、使用简单，建造和维护成本相对较低，适用于在设计和管理多孔介质滤床处理污水时，提供控制和减少多孔介质滤床堵塞情况发生的措施和管理方案。

说明书

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，更具体涉及一种多孔介质滤床悬浮颗粒物(SS)堵塞区域分布和堵塞区域面积的分析系统，同时还涉及一种多孔介质滤床悬浮物沉积堵塞的可视化分析系统，适用于在设计和管理多孔介质滤床处理污水时，提供控制和减少多孔介质滤床堵塞情况发生的措施和管理方案。

背景技术

多孔介质因其具有较大的比表面积，一定的过流能力，能为微生物提供充足的生长空间和附着基础，已成为处理污废水时常用的填料。例如人工湿地和生物滤床，就是填充了多孔介质，利用孔隙中附着的微生物进行生化处理。多孔介质作为污水处理的填料，适用于农村生活污水、畜禽养殖废水、以及一部分工业废水的集中净化处理，应用前景广泛。

然而，利用多孔介质作为污水处理的填料，由于多孔介质内悬浮颗粒物的沉淀，存在易堵塞的弊端。多孔介质滤床配置条件的不同，例如进水负荷，进水位置，停留时间，填料粒径大小等的差异，造成的堵塞形态(包括：堵塞分布和堵塞面积)也存在一定差异，影响处理效果的机制也有不同。相关研究表明，进水有机负荷，悬浮颗粒物(SS)含量，填料粒径大小不同，堵塞程度有所不同。因此，研究不同进水负荷，停留时间和多孔介质填布方式等配置条件下，多孔介质滤床的堵塞分布和堵塞面积等，以提供控制和减少多孔介质滤床堵塞情况发生的措施和管理方案，是十分必要的。

以往，研究多孔介质堵塞的方法常用的是采用染料示踪和盐示踪(如：氯化锂、罗丹明)。通过获得水力效率、短路值等数据来反映多孔介质滤床的堵塞情况。但是，利用示踪方法不能直接获得实际的堵塞形态，只能间接通过示踪结果计算出短路值、水力效率等参数，判断多孔介质是否存在堵塞情况，也不能直观地给出多孔介质滤床的堵塞分布，堵塞面积大小等情况，存在较大局限性。因此，如何有效直观地探究多孔介质滤床的堵塞分布和堵塞面积大小是一大难点。

发明内容

本发明的目的是：能有效直接地获得多孔介质堵塞区域分布、堵塞区域面积等情况。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种多孔介质滤床悬浮颗粒物堵塞形态可视化分析系统，其特征在于，包括具有透明的四壁及底部的多孔介质滤床、供水组件、发光单元、摄像单元、集水组件，其中：

在多孔介质滤床内填充有透明填料；

由供水组件将SS实验用水送入多孔介质滤床内，其中，SS实验用水中加入有荧光粉末；

发光单元发出的光照射多孔介质滤床后，使得多孔介质滤床中SS实验用水所含的荧光粉末发出荧光，此时利用摄像单元获取多孔介质滤床的图像，由后端的计算机对图像进行处理；

集水组件，用于收集自多孔介质滤床排出的SS实验用水。

优选地，所述多孔介质滤床的底部和四壁采用透明有机玻璃板，所述透明填料采用透明石英玻璃珠，在所述多孔介质滤床左右两个侧壁内侧垂直铺设有细纱网，所述多孔介质滤床左右两个侧壁在垂直方向上均匀钻孔攻丝各一排分别形成进水孔及出水孔，通过进水管与不同进水孔相连从而调节进水管的高度，通过出水管与不同出水孔相连从而调节出水管的高度。

优选地，所述供水组件包括恒流水泵、流量计、SS浓度测定仪一、实验水箱、冲洗水箱、旋转搅拌器，实验水箱经由流量计一及控制阀一与输水管相连；冲洗水箱经由流量计二及控制阀二相连与输水管相连，输水管与恒流泵的进水端相连；旋转搅拌器固定于实验水箱中，SS浓度测定仪一的探头固定在实验水箱中，恒流泵的出水端通过输水管与多孔介质滤床的进水管相连。

优选地，所述实验水箱与冲洗水箱采用PVC版制成，容积为1.0m³～1.5m³，实验水箱内存储SS实验用水；所述旋转搅拌器转速为40r/min～60r/min。

优选地，所述集水组件包括集水箱、SS浓度测定仪二、输水管，多孔介质滤床的出水管与输水管相连，输水管与集水箱相连，SS浓度测定仪二安置于集水箱内。

优选地，所述多孔介质滤床长1.0m～1.2m、宽0.25m～0.3m、高0.5m～0.6m；所述透明有机玻璃板平均厚度15mm～20mm；所述透明石英玻璃珠粒径3.0mm～5.0mm、填充高度0.5m～0.6m；所述进水孔孔径10mm～12mm，所述出水孔孔径10mm～12mm；相邻进水孔之间中心间距为2.5cm～3.0cm；进水管和出水管外径10mm～12mm，长4cm～6cm；所述细纱网孔径1.0mm～2.0mm。

优选地，所述发光单元采用LED发光板组件，该LED发光板组件包括透明防水灯罩、LED发光灯板、灯板支架和可调节直流电源，用于照射所述多孔介质滤床的LED发光灯板固定于透明防水灯罩内，灯板支架固定支撑透明防水灯罩，LED发光灯板与可调节直流电源相连。

优选地，所述透明防水灯罩长、高与所述多孔介质滤床长、高相同；所述LED发光灯板采用蓝光二极管；所述灯板支架选用不锈钢制成。

优选地，所述SS实验用水采用去离子水与荧光粉末调制而成，荧光粉末浓度优选为4mg/L～8mg/L。

优选地，所述荧光粉末为黄绿色；所述冲洗水箱中存储的冲洗水为去离子水。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1.本发明采用透明多孔介质滤床，能形象地对SS造成的堵塞现象进行模拟研究，能直接计算堵塞分布与堵塞面积大小；

2.本发明采用荧光粉末模拟SS，在蓝光LED灯的照射下发出荧光，发光明显，易于识别SS堵塞区域，相对于盐示踪和染料示踪，更具有直观可视化的特点；

3.本发明构造、使用简单，建造和维护成本相对较低，可为设计管理多孔介质滤床污水处理系统提供小试堵塞实验作为参考。

附图说明

图1为本发明提供的多孔介质滤床悬浮颗粒物堵塞形态可视化分析系统的整体结构示意图；

图2为本发明提供的多孔介质滤床和LED发光板组件的正视图；

图3为本发明提供的多孔介质滤床和LED发光板组件的俯视图；

图4为本发明提供的多孔介质滤床和LED发光板组件的左视图；

图5为本发明提供的供水组件的结构示意图；

图6为本发明提供的集水组件的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

如图1所示，为本发明多孔介质滤床悬浮颗粒物SS堵塞形态可视化分析系统的整体结构示意图。多孔介质滤床悬浮颗粒物堵塞形态可视化分析系统包括多孔介质滤床和床体后侧连接的LED发光板组件1，多孔介质滤床左侧连接的供水组件2，多孔介质床右侧连接的集水组件3和多孔介质滤床前部安置的高清照相机4。

多孔介质滤床，长1.0m～1.2m、宽0.25m～0.3m、高0.5m～0.6m。底部和四壁优选透明有机玻璃板12，平均厚度15mm～20mm。多孔介质滤床内填充透明石英玻璃珠13，粒径3.0mm～5.0mm、填充高度0.5m～0.6m。多孔介质滤床两个侧壁内侧垂直铺设细纱网，孔径1.0mm～2.0mm。透明多孔介质滤床左右两个侧壁在垂直方向上均匀钻孔攻丝各一排，孔口使用螺丝密封，左侧壁为进水孔，右侧壁为出水孔，进水孔和出水孔孔径均为10mm～12mm，相邻进水孔之间中心间距为2.5cm～3.0cm。左侧壁与右侧壁各连接一个进水管15和一个出水管16，进水管15和出水管16外径10mm～12mm、长4cm～6cm。

LED发光板组件包括：透明防水灯罩18，LED发光灯板19，灯板支架20和可调节直流电源。LED发光灯板19固定于透明防水灯罩18内，灯板支架20固定支撑透明防水灯罩18，LED发光灯板19与可调节直流电源相连。所述的透明防水灯罩18采用透明有机玻璃版制成，长1.0m～1.2m、宽0.05m～0.08m、高0.5m～0.6m。透明防水灯罩18长、高与透明多孔介质滤床长、高相同，LED发光灯板19优选蓝光二极管，灯板支架20选用不锈钢制成。

如图5所示，为本发明多孔介质滤床悬浮颗粒物堵塞形态可视化分析系统的供水组件结构示意图，供水组件2包括：恒流水泵11、流量计一7-1、流量计二7-2、SS浓度测定仪一6-1、实验水箱9、冲洗水箱10、旋转搅拌器5。实验水箱9与流量计一7-1相连，流量计一7-1与控制阀一8-1相连，控制阀一8-1与输水管相连，输水管与恒流泵11进水端相连；冲洗水箱10与流量计二7-2相连，流量计二7-2与控制阀二8-2相连，控制阀二8-2与输水管相连，输水管与恒流泵11进水端相连，旋转搅拌器5固定于实验水箱9中，SS浓度测定仪一6-1探头固定在实验水箱9中。恒流泵11出水端通过输水管与多孔介质滤床的一个进水孔相连。

实验水箱9与冲洗水箱10采用PVC版制成，容积优选为1.0m³～1.5m³，实验水箱9内存储SS实验用水。SS实验用水采用去离子水与荧光粉末调制而成，所述荧光粉末颜色优选为黄绿色，所述SS实验用水荧光粉末浓度优选为4mg/L～8mg/L。所述冲洗水箱10中存储冲洗水，冲洗水优选为去离子水。所述旋转搅拌器5转速优选为40r/min～60r/min。

如图6所示，为本发明多孔介质滤床悬浮颗粒物堵塞形态可视化分析系统的集水组件结构示意图，所述集水组件3包括：集水箱21，SS浓度测定仪二6-2和输水管。多孔介质滤床与输水管相连，输水管与集水箱21相连，SS浓度测定仪二6-2安置于集水箱21内。

本发明的多孔介质滤床处理污废水的SS堵塞形态可视化分析系统的工作原理为：设定进水流速，选择进水孔和出水孔，将SS实验用水通过恒流泵11通入多孔介质滤床进行过滤。过滤结束后，关闭出水孔，在多孔介质滤床中，充满去离子水。开启LED发光灯板19，多孔介质滤床中捕集荧光粉末遇蓝光发出荧光，此时进行拍摄，照片使用计算机进行处理，获得发光区域的分布和面积，计算多孔介质滤床的堵塞区域分布和面积。同时测定实验前后，实验水箱9和集水箱21的SS浓度，计算多孔介质滤床SS捕集率。

本发明的多孔介质滤床处理生活污水的SS堵塞形态可视化分析系统的运行方法为：将SS实验用水倒入实验水箱9，开启搅拌器5，经过10～15分钟搅拌，待SS实验用水均匀后，使用SS浓度测定仪一6-1测定实验水箱9中实验用水的SS浓度。旋开多孔介质滤床左侧壁的一个进水孔和右侧壁的一个出水孔，使用输水管将恒流泵11的出水端与多孔介质滤床的进水孔连接，使用输水管将多孔介质滤床出水孔与集水箱21连接，关闭冲洗水箱10控制阀二8-2，开启实验水箱9控制阀一8-1，开启恒流泵11，调整流速，将SS实验用水通入多孔介质滤床。SS实验用水经过多孔介质滤床过滤后，出水收集于集水箱21中。待实验结束后，使用SS浓度测定仪二6-2测定集水箱21中出水的SS浓度。开启LED发光灯板19，多孔介质滤床中捕集荧光粉末遇蓝光发出荧光，此时开启照相机4，调整焦距，进行拍摄。

在实验水箱9中的进水，采用去离子水与黄绿色荧光粉末调制而成，使用SS浓度测定仪一6-1测定实验水箱9中的进水SS浓度为7.8mg/L，旋转搅拌器5转速为40r/min，经过多孔介质滤床过滤后，使用SS浓度测定仪二6-2测定集水箱21中的出水SS浓度为0.73mg/L，多孔介质滤床SS捕集率为90.64％。当进水口位于多孔介质滤床左侧上部，出水口位于右侧底部时，根据高清照相机4拍摄的照片，使用计算机进行处理可知，堵塞区域位于出水口一侧、远离出水口的角落位置，堵塞区域面积为13.8％。

本发明采用的透明多孔介质滤床和LED发光板组件，能形象地对SS造成的堵塞现象进行研究，能直接计算堵塞分布与堵塞面积大小。