一种自动化污泥比阻测定装置及方法

技术领域

本发明涉及污泥脱水技术领域，特别涉及一种自动化污泥比阻测定装置及方法。

背景技术

生活水平的提高和城镇化进程的加快推动了城市的给水和排水规模。污泥是水和污水处理过程中的副产物。随着各国环境法律法规趋于严格、民众环保意识不断提高，污泥处理已经成为全球水处理领域中的热点问题之一。为了降低其储存和运输成本、满足焚烧或填埋等最终处置要求，必须对污泥进行高效的泥水分离，然而由于污泥组成的复杂性，因此，污泥调理工艺及脱水性能的研究至关重要，污泥比阻作为污泥调理性能最常用的判断指标之一，提高其测定效率和准确度具有深远意义。

现有2019年5月3日授权公告CN109709309A一种污泥比阻测定装置及系统公开了包括布氏漏斗和量筒；布氏漏斗包括漏斗本体，在漏斗本体的外壁上固定设有密封抽气罩，密封抽气罩将漏斗本体的下水管罩设其内，在密封抽气罩与下水管之间形成环形通道；在密封抽气罩上还设有抽气嘴；量筒包括量筒本体，量筒本体的上部设置为与密封抽气罩配合的磨砂接口；密封抽气罩与磨砂接口之间密封连接，连接后使量筒本体的内腔与环形通道连通，一种污泥比阻测定系统，该系统包括抽真空装置和至少一个污泥比阻测定装置；抽真空装置包括真空罐和真空泵，真空罐通过真空管路与真空泵连接，真空罐通过抽气管路与抽气嘴连接。其中该装置及系统存在操作过程复杂、数据读取困难、计算过程复杂、数据误差大和工作效率低等问题。

发明内容

本发明的技术目的是提供一种自动化污泥比阻测定装置及方法，使其具有简便，一键启动，自动记录数据并计算结果，提高工作效率并减少人为误差，有利于快速、准确、高效地测定污泥比阻的技术特点。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种自动化污泥比阻测定装置，包括：稳压模块、过滤模块和PLC控制模块；

所述稳压模块包括真空泵和调压瓶，所述真空泵上设有真空压力表；所述调压瓶上设有压力调节旋钮，所述调压瓶内设有压力传感器；所述真空泵与所述调压瓶的内圈通过第一导管相连通；

所述过滤模块包括过滤器、布氏漏斗、质量传感器和量筒；所述过滤器上端设有所述布氏漏斗，所述质量传感器水平放置于所述过滤器内腔内，且所述量筒放置于所述质量传感器的测量面上；

所述布氏漏斗的输出端伸入至所述过滤器的内腔并与所述量筒的上端开口相对应；所述调压瓶与所述过滤器的内圈通过第二导管相连通；

所述PLC控制模块包括PLC控制器，所述PLC控制器分别与所述压力调节旋钮、所述压力传感器和所述质量传感器信号连接，分别用于控制所述压力调节旋钮的开关程度，以及，获取所述压力传感器上的实时压力值和所述质量传感器上的实时滤液质量值。

优选地，所述布氏漏斗上装载有滤纸，用于控制过滤面积。

优选地，所述第一导管和所述第二导管为橡胶材质。

一种自动化污泥比阻测定方法，包括以下步骤：

S1：将外部待测污泥，放入烘箱，得到抽滤前污泥含水率w1；根据外部待测污泥量选择合适尺寸的布氏漏斗，并装载相应的湿润的滤纸，检查装置气密性；

S2：开启PLC控制器，输入装置所需的预设压力值p1，同时将质量传感器数值调零；

S3：将外部待测污泥倒入所述布氏漏斗中，开启真空泵，所述PLC控制器上分别显示获取的实时压力值p2和实时滤液质量值M；

S4：所述PLC控制器根据所述预设压力值p1和所述实时压力值p2，控制压力调节旋钮的开关程度，直至所述实时压力值p2和所述预设压力值p1相等，即系统处于稳压状态，记录当前时间为T1，此时观察真空压力表上的真空压力值p3和所述预设压力值p1数值一致，即系统工作正常；

S5：关闭所述PLC控制器和所述真空泵，从所述布氏漏斗中取出抽滤完的污泥样品，放入烘箱，得到抽滤后的污泥样品含水率w2；

S6：输入所述布氏漏斗的过滤面积A、污泥滤液密度ρ和粘度μ、抽滤前污泥含水率w1和抽滤后污泥含水率w2至所述PLC控制器；由所述PLC控制器计算污泥比阻SRF并输出。

优选地，所述步骤S1和所述步骤S5中，所述污泥样品放入烘箱，在105℃条件下烘干至恒温后取出。

优选地，所述污泥滤液为水，在步骤S1前计算得出污泥滤液密度ρ，根据粘度计得出污泥滤液粘度μ。

优选地，在所述步骤S1中，检查装置气密性的具体方式为：调节所述压力调节旋钮，断开调压瓶与大气的连通，开启所述真空泵，当真空压力表上的真空压力值p3达到一定数值时，稳定预设时间内，若所述真空压力值p3数值不变，则说明装置气密性良好，反之装置漏气，不能进行下一步操作，检修装置，直至装置气密性合格，打开所述压力调节旋钮，使装置连通大气。

优选地，在所述步骤S4中，系统稳压状态下，即所述真空压力值p3在所述预设压力值p1上下浮动±0.002MPa内，则稳压过滤直至结束，记录此刻时间为T2，所述PLC控制器自动计算抽滤过程所需时间t：

t＝T2-T1；

系统非稳压状态下，即所述真空压力值p3偏离所述预设压力值p1且超过0.002MPa，记录此刻时间为T3，则所述PLC控制器自动计算抽滤过程所需时间t：

t＝T3-T1。

优选地，在所述步骤S6中，所述PLC控制器计算污泥比阻SRF具体包括以下步骤：

根据所述实时滤液质量值M和所述污泥滤液的密度ρ，自动计算得到抽滤液的体积V：

V＝M/ρ；

根据所述PLC控制器自动计算抽滤过程所需时间t和所述抽滤液的体积V，自动计算得到曲线斜率b:

b＝t/V/V；

根据所述污泥样品抽滤前含水率w1和所述污泥样品抽滤后含水率w2，自动计算得到单位体积滤液所截留的固体质量ω：

ω＝0.01/[w1/(1-w1)-w2/(1-w2)]；

根据所述预设压力值p1、所述过滤面积A、所述曲线斜率b、所述粘度μ和所述固体质量ω，自动计算得到污泥比阻SRF：

其中，所述过滤面积A为所述外部待测污泥在所述布氏漏斗的滤纸上所占的面积。

本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

(1)本发明针对操作过程复杂、数据读取困难的技术问题，采用在调压瓶中安装压力传感器，将量筒放置在质量传感器的测量面上，PLC控制器信号控制压力调节旋钮的开关程度，并获取压力传感器输出端的实时压力值和质量传感器上的实时滤液质量值，使操作过程简便，自动化读取精准数据。

(2)本发明针对计算过程复杂、数据误差大和工作效率低的问题，采用将待测污泥放在布氏漏斗的滤纸上，检查装置气密性，开启PLC控制器和真空泵，控制压力调节旋钮调节装置处于稳压状态，直至抽滤结束，自动计算抽滤时间，自动换算抽滤体积；输入布氏漏斗的过滤面积、污泥滤液密度和粘度、抽滤前污泥含水率和抽滤后污泥含水率至所述PLC控制器；由所述PLC控制器自动计算污泥比阻SRF并输出的技术方法，达到了测定过程简单自动化、自动计算数据精准、提高测定工作效率的技术效果。

附图说明

图1为本发明自动化污泥比阻测定装置的结构示意图；

图2为本发明自动化污泥比阻测定方法的流程图；

图3为本发明自动化污泥比阻测定方法的试验数据图。

附图标记说明：1：真空泵；2：真空压力表；3：调压瓶；4：压力调节旋钮；5：压力传感器；6：第一导管；7：过滤器；8：布氏漏斗；9：质量传感器；10：量筒；11：PLC控制器；12：第二导管。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种自动化污泥比阻测定装置及方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。

实施例1

参看图1，本实施例提供一种自动化污泥比阻测定装置，包括：稳压模块、过滤模块和PLC控制模块；

稳压模块包括真空泵1和调压瓶3，真空泵1上设有真空压力表2，用于实时测量真空泵1提供的压力值；调压瓶3上设有压力调节旋钮4，压力调节旋钮4的开关程度控制调压瓶3内的压力值，调压瓶3内设有压力传感器5，用于实时测量调压瓶3内的压力值；真空泵1与调压瓶3的内圈通过第一导管6相连通，真空泵1通过第一导管6将调压瓶3内抽真空；

过滤模块包括过滤器7、布氏漏斗8、质量传感器9和量筒10；过滤器7上端设有布氏漏斗8，用于装载外部待测污泥，质量传感器9水平放置于过滤器7内腔内，且量筒10放置于质量传感器9的测量面上，布氏漏斗8抽滤的污泥滤液盛放在量筒10内，质量传感器9实时测量量筒10内污泥抽滤液的质量；

布氏漏斗8的输出端伸入至过滤器7的内腔并与量筒10的上端开口相对应；调压瓶3与过滤器7的内圈通过第二导管12相连通，使真空泵1通过调压瓶3将过滤器7内抽真空，在真空作用下，污泥中的滤液被抽离开；

PLC控制模块包括PLC控制器11，PLC控制器11分别与压力调节旋钮4、压力传感器5和质量传感器9信号连接，分别用于控制压力调节旋钮4的开关程度，以及，获取压力传感器5上的实时压力值和质量传感器9上的实时滤液质量值。

本发明采用在真空泵1上安装真空压力表2，在调压瓶3内安装压力传感器5，调压瓶3上安装压力调节旋钮4，第一导管6连通真空泵1和调压瓶3；布氏漏斗8放入过滤器7上方开口，质量传感器9水平放在过滤器7底部，量筒10放在质量传感器9的测量面上，布氏漏斗8的输出端与量筒10上端开口相对应，第二导管12连通调压瓶3和过滤器7，真空泵1通过第一导管6和第二导管12将调压瓶3和过滤器7内抽真空；PLC控制器11分别与压力调节旋钮4、压力传感器5和质量传感器9信号连接，PLC控制器11根据预设的压力值和压力传感器5输出的实时压力值调节压力调节旋钮4的开关程度，压力调节旋钮4开，装置内的真空环境被破坏，压力调节旋钮4关，装置处于一定压力下的真空环境中；PLC控制器11通过编程算法自动调压、自动测量、自动计算污泥比阻，使测定过程简便、高效、快速，测定误差小，结果更加精确。

现对本实施例进行详细说明：

在本实施例中，布氏漏斗8上装载有滤纸，用于装载外部待测污泥并控制过滤面积。

在本实施例中，第一导管6和第二导管12为橡胶等密封性良好的材质，使真空泵1顺利抽真空及装置内的真空环境不被破坏。

实施例二

参看图2，本实施例在上述实施例一的基础上提供一种自动化污泥比阻测定方法，包括以下步骤：

S1：连接好上述自动化污泥比阻测定装置，将外部待测污泥取样称湿重C1，放入烘箱，在105℃条件下烘干至恒温后取出称干重C2，计算得到抽滤前污泥含水率w1＝(C1-C2)/C1×100％；

根据污泥取样的量选择合适尺寸的布氏漏斗8，并装载相应的湿润的滤纸，检查装置气密性；

S2：开启PLC控制器11，输入装置所需的预设压力值p1，同时控制将质量传感器9数值调零；

S3：将外部待测污泥倒入布氏漏斗8上的滤纸中，开启真空泵1，将装置内抽真空，污泥样品在真空作用下开始抽滤，PLC控制器11上分别显示获取的实时压力值p2和实时滤液质量值M；

S4：PLC控制器11根据预设压力值p1和实时压力值p2，控制压力调节旋钮4的开关程度，直至实时压力值p2和预设压力值p1相等，停止压力调节旋钮4的调节控制，此时观察真空压力表2上的真空压力值p3和预设压力值p1数值一致，即系统处于稳压状态，记录当前时间为T1，即PLC控制器计算污泥比阻的开始时间；

S5：抽滤结束，先关闭PLC控制器11，打开压力调节旋钮4，使装置连通大气，再关闭真空泵1，从布氏漏斗8中取出抽滤完的污泥样品称湿重C3，放入烘箱，在105℃条件下烘干至恒温后取出称干重C4，计算得到抽滤后的污泥样品含水率w2＝(C3-C4)/C3×100％；

S6：输入布氏漏斗8的过滤面积A、污泥滤液密度ρ和粘度μ、抽滤前污泥含水率w1和抽滤后污泥含水率w2至PLC控制器11；由PLC控制器11自动计算污泥比阻SRF并输出。

在本实施例中，污泥滤液为水，在步骤S1前人工计算得出污泥滤液密度ρ，根据粘度计得出污泥滤液粘度μ。

在本实施例中，在步骤S1中，检查装置气密性的具体方式为：调节压力调节旋钮4，断开调压瓶3与大气的连通，开启真空泵1，当真空压力表2上的真空压力值p3达到一定数值时，稳定30s内，若真空压力值p3数值不变，则说明装置气密性良好，反之装置漏气，不能进行下一步操作，检修装置，直至装置气密性合格，打开压力调节旋钮4，使装置连通大气。

在本实施例中，在步骤S4中，系统稳压抽滤过程中，即真空压力值p3在预设压力值p1上下浮动±0.002MPa内，则稳压抽滤直至结束，记录此刻时间为T2，PLC控制器11自动计算抽滤过程所需时间t：

t＝T2-T1；

系统由稳压变成非稳压的抽滤过程中，其中非稳压即系统内真空环境被破坏，破坏方式为抽滤过程中污泥样品表面裂开，使装置和大气连通，真空环境被破坏，即真空压力值p3偏离预设压力值p1且超过0.002MPa，抽滤结束，记录此刻时间为T3，则PLC控制器11自动计算抽滤过程所需时间t：

t＝T3-T1。

在本实施例中，在步骤S6中，PLC控制器11计算污泥比阻SRF具体包括以下步骤：

根据实时滤液质量值M和污泥滤液的密度ρ，自动计算得到抽滤液的体积V：

V＝M/ρ；

根据PLC控制器11自动计算抽滤过程所需时间t和抽滤液的体积V，自动计算得到曲线斜率b:

b＝t/V/V；

根据污泥样品抽滤前含水率w1和污泥样品抽滤后含水率w2，自动计算得到单位体积滤液所截留的固体质量ω：

ω＝0.01/[w1/(1-w1)-w2/(1-w2)]；

根据预设压力值p1、过滤面积A、曲线斜率b、粘度μ和固体质量ω，自动计算得到污泥比阻SRF：

其中，过滤面积A为外部待测污泥在布氏漏斗8的滤纸上所占的面积。

应用例

本发明经多次实际应用，取得了相近的实验结果，实验如下：

取市政污水处理厂储泥池的污泥，运用本发明和传统方法分别多次测定污泥比阻，结果如表1所示：

表1污泥比阻参数及计算结果

固定参数：布氏漏斗8过滤直径0.07m，A＝0.0038465m

*：本发明自动计算曲线斜率b值，读取及分析数据、计算结果等时间消耗；人为计算时，根据量筒10刻度可精确到小数点后2位，自动计算可根据质量传感器9的精度，精确到小数点后3位及以上(如下表)，减少人为误差的同时提高数据精确度。

表2传统方法人工计算(a)及本发明自动记录(V—t/V)值

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。