[发明专利]检测系统和方法以及水处理系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种检测系统和方法，特别涉及一种可以在线检测介质中所含颗粒的检测系统和方法。本发明还涉及一种水处理系统和方法，特别涉及可以在线检测水中所含颗粒的状态并根据检测的结果对水进行处理的系统和方法。

背景技术

初级污水处理的目的在于，通过沉积或絮凝的沉淀过程以及物理-化学处理，去除或降低在原水或污水中的悬浮固体和其他可能的污染物。在众多工业沉淀池(净化池)中，加入化学试剂(混凝剂和絮凝剂)来促进胶体凝结，从而加速固体沉积过程。混凝剂和絮凝剂的选择及其用量在沉淀池工艺中具有重要作用。废水初级处理的常见问题是流动的水质和水量持续变化，需要相应地对化学试剂的添加量进行调节。目前，广泛使用人工烧瓶试验作为工业中的标准方法，用来选择化学试剂及确定剂量范围。

但是，人工烧瓶试验有很多问题，首先，不能快速响应废水流的质量/数量的变化，其次，消耗人力和时间，而且响应迟钝，还需要有经验的人员进行操作。如果未能及时调节化学试剂的剂量，会导致较差的排出水质，并增加下游工艺出现问题的风险。因此，在污水处理工艺中急需一种可靠的在线检测系统，通过监视混凝、絮凝过程并且最优化化学试剂的剂量，从而保证净化的一致性和有效性。

很多技术已经用于污水净化步骤中以检测凝结效率，例如流动电流探测器(SCD)广泛用于饮用水处理的混凝剂剂量控制。但是，在污水中，电荷中和不会是固体沉淀的唯一作用机制，其他例如聚合物架桥、疏水反应、电荷通路中和等机制也是重要的。因此，使用SCD作为主要传感器用于混凝剂和絮凝剂剂量控制，在污水处理的很多方面是无法胜任的。此外，导电性干扰、探头污损以及高维护成本，阻碍了SCD在污水处理中的应用。

随着计算机和数字影像的快速发展，数字显微成像技术日渐成熟，使得通过图像分析软件来分析颗粒形态成为可能。数字显微图像处理技术，可以快速实现大量絮状物尺寸的测量和絮状物悬浊液的原位测量。数字显微图像处理技术通过聚焦在检测容器内很近距离(0.3～1cm)的平面上来捕捉搅拌悬浊液的图像来监视絮状物。图像处理通常是必要步骤，以提高图像质量并用于分析。这种方法的关键在于设定目标和背景的清晰对比度，从而可以准确地测量颗粒大小。

使用沉淀来判断絮状物的沉积速度是重要的，因为沉积速度直接影响沉淀池的表现，是优化处理过程的重要参数。沉积作用取决于絮状物的大小、有效密度和孔隙率。但是测量絮状物沉淀需要非常精细的准备和大量的样品数目，才能获得准确结果。

颗粒计数是另一重要技术，通过电子检测或光学检测，测定一定尺寸范围内颗粒的数量，提供在凝絮过程中的颗粒信息。在电子检测和光学检测两种技术中，测定颗粒大小的主要问题来自于絮状物沉积在通过测量室时产生破碎。例如与光学图像分析技术相比，库特氏计数器显著低估了絮状物尺寸，因为其仅测量了絮状物中固体的体积，而不是含有空隙和水的絮状物的有效体积。另外，检测区域的颗粒数量、位置和颗粒重叠都会显著影响检测的准确度。综上各种原因，颗粒计数技术需要所测污水具有较低颗粒浓度，因而限制了其在水处理特别是废水处理过程中的应用。

目前最常见的商用颗粒尺寸检测设备都使用光散射技术。这些设备通过环状检测仪的阵列，记录不同角度范围内散射光的强度来测量颗粒尺寸，较小颗粒对应大角度散射光，较大颗粒对应小角度散射光。但是，由于水样过度浑浊导致激光散射的显著损失，光散射技术仅仅适合用于低浊度的水样品中。此外，基于该技术的在线测量进度很大程度上依赖测量过程中水样的稳定流动，这对于实际应用来说是一个问题。