[发明专利]一种基于分形维数和粒度的污泥氧化调理在线控制方法

说明书

本发明公开了一种基于分形维数和粒度的污泥氧化调理在线控制方法，属于环境保护技术领域，旨在解决污泥氧化调理过程中氧化程度难以控制的问题。本发明利用连接有电导电极的电化学阻抗仪在污泥氧化调理过程中对污泥进行实时频率扫描，利用由连续扫描过程中阻抗反馈信号计算得出的污泥分形维数及粒径变化为指标，在线反映污泥的氧化程度，并反馈至氧化剂投加控制单元，精准控制氧化剂的投加量及氧化时间，使污泥达到适度氧化。本发明测试稳定，受污泥性质影响较小，更能满足实际工业应用的需求。

所属技术领域

本发明涉及的是一种基于分形维数和粒度的污泥氧化调理在线控制方法，属于环境保护技术领域。

背景技术

随着中国经济的快速发展及城镇化进程的不断深化，城镇污水厂污泥产量与日俱增。据统计，到2019年，我国污泥干泥的年产生量已达到1175万吨。较高的含水率使得污泥的体积较大，造成了运输、处理、处置等一系列困难，污泥的处置费用也因此一直居高不下。因此，城市污水厂剩余污泥的脱水减量尤为必要。然而，污泥独特的类凝胶结构使得其中的大量水分较难脱除。为了释放污泥中包裹的水分，在脱水减量前，污泥一般需要经过调理，以改善其脱水性能。在众多调理技术中，氧化调理技术可实现污泥水分的深度释放，但该技术中污泥氧化的程度较难控制。在实际工程中，氧化调理剂的投量、氧化时间等参数选择受污泥泥质影响较大，若氧化过度，污泥的脱水性能反而恶化，且药剂的消耗量也随之增加，使得污泥调理脱水的费用升高，若氧化不足，则又难以达到理想的脱水效果。因此如何精准控制污泥氧化调理过程中的氧化程度，维持适度氧化的水平，成为高效发挥氧化调理效果并减少技术成本的关键。专利CN 108931563 B公开了一种通过测量污泥氧化还原电位的变化评价污泥氧化程度的方法。然而，氧化还原电位测定不稳定，波动较大，测定值受pH值影响，且空间差异较大，同一份样品不同位置的测定结果可能均不同。这些问题的存在限制了该方法在工业中的应用。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷，本发明提供了一种基于分形维数和粒度的污泥氧化调理在线控制方法，其目的是绕过现有方法的不足，利用连接有探头的电学设备对污泥进行实时频率扫描获取阻抗信号，以由阻抗信号计算得出的污泥分形维数及粒径变化为指标，在线反映污泥的氧化程度，精准控制氧化剂的投加量及氧化时间。

本发明可通过如下技术途径实现：

包括，用连接有电导电极的商业电化学阻抗仪对污泥调理过程进行实时频率扫描监测，利用由频率连续扫描过程中阻抗反馈信号计算得出的污泥分形维数及粒径变化为指标，在线反映污泥的氧化程度，并反馈至氧化剂投加控制单元，在线控制氧化剂的投加量及氧化时间，使污泥达到适度氧化。

进一步地，所述污泥达到适度氧化时的污泥分形维数及粒径变化应满足，1min内频率扫描得到的污泥分形维数下降幅度超过临界值1和1min内频率扫描得到的污泥粒径下降幅度小于临界值2中的至少一种，其中临界值1优选为0.1％，临界2优选为1％。

所述电化学阻抗仪的电学频率扫描时温度保持恒定，扫描时施加的正弦电压范围为1-1000mV，扫描频率范围为0.1Hz-10 MHz，调理污泥的浓度范围为1g/L-100g/L。

所述由电化学阻抗仪电学频率扫描得到的阻抗信号计算污泥分形维数的方法为，首先用电学频率扫描得到随频率变化的复阻抗模量，随后对得到的复阻抗模量进行校正处理，校正后的复阻抗模量等于每个扫描频率下对应的复阻抗模量减去最高频率下的复阻抗模量，根据建立的校正后复阻抗模量与扫描频率间的无标度模型，以校正后的复阻抗模量的对数值为Y轴，以扫描频率的对数值为X轴作图，在确定的分形区间内，用线性回归分析对图进行拟合，提取出颗粒物的分形维数；

其中，建立的校正后复阻抗模量与扫描频率间的无标度模型为：

式中，|Z_c|为校正后的复阻抗模量，f为扫描频率，D_f为水中颗粒物的分形维数。