化工园区污水厂污泥沉降比在线检测装置的开发和应用研究

作     者：张江磊 

作者单位：北京化工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：屈一新

授予年度：2023年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 

主      题：化工园区 在线检测 污泥沉降比 图像识别 

摘      要：化工园区的废水毒性大、可生化性差、水质复杂,对其进行深入的研究是目前污水处理研究的一个重要领域,特别是对其过程的实时监测。如对化工园区污水处理厂污泥沉降比的实时监测,可以直观了解活性污泥的性能和污水厂的运行情况,指导水厂的运行。以往化工园区污水处理厂使用量筒法测定污泥沉降比,该测量过程受不同检测人员和次数的影响,其时效性差、数据误差大。基于此,本研究对化工园区污水厂污泥沉降比(Settling Velocity)进行了研究,开发出在线检测污泥沉降比的新装置,并成功地应用于现有的化工园区污水处理厂。首先,在线检测仪器的测量原理是利用图像识别技术计算污泥沉降比。本文针对有刻度量筒通过识别刻度线数量特征读取污泥沉降比;对于无刻度量筒是基于图像识别污泥投影面积的方式测量污泥沉降比。两种图像检测方法误差均为±1%,由于无刻度的量筒具有流通性,可以持续在线测量污泥沉降比,因此本文选择第二种方式作为仪器的测量方法。其次,本研究对在线检测仪器从硬件组成和软件两方面进行了构建和设计。硬件部分主要由摄像头、泵、阀门、无刻度量筒构成。设备通过摄像头识别技术和无刻度量筒的设计精简了在线监测污泥沉降比仪器的结构。由于化工园区污水厂污泥的蓬松结构,新设计出来的量筒中的污泥沉降和导流管中的沉降过程是互不影响的,这样就不会影响污泥沉降比的测定过程。软件部分是基于Python编程语言设计开发的,开发出了人机友好的新装置操作界面,界面可以实时观察污泥的沉降情况;根据新装置操作的要求,对流程进行了全自动化运行设计。最后,在已有的化工园区污水处理厂对人工量筒测定的数据和新装置测定的数据进行对比研究。首先在不同的污泥浓度下,两者测定结果误差保持在±1%,说明两者测定的数据是一致的;在污泥静态条件下即污泥分布很均匀的情况下,两者测定数据的非参数检验渐进显著性大于0.05,说明量筒和设备测定的数据是没有明显的差异,表明本仪器测定数据的准确性和重复性很好;最后,在实际的化工园区污水处理厂条件下,仪器和量筒测定数据的四分位距分别为2%和17%,表明了本仪器测定数据的稳定性。这些说明了仪器是可以很好地应用于化工园区污水厂污泥沉降比的在线检测。