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

    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。 

 

页数：79

 

【学位级别】：硕士

 

文章目录

 

摘要

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第一章 绪论

    1.1 引言

    1.2 研究进展

        1.2.1 化工园区污水处理厂现状

        1.2.2 化工园区的污水对活性污泥性能的影响研究

        1.2.3 图像识别技术的应用

        1.2.4 化工园区在线检测污水水质系统的建立方法

        1.2.5 化工园区污水厂污泥沉降比在线检测装置的研究进展

    1.3 研究目的

    1.4 研究的主要内容

    1.5 研究框架

第二章 实验材料与图像识别理论基础

    2.1 实验材料和方法

        2.1.1 实验污泥

        2.1.2 接种污泥的培养

        2.1.3 污泥沉降参数的测量方法

    2.2 图像识别理论基础和方法

        2.2.1 图像处理操作平台的简介

        2.2.2 图像颜色模型和图像坐标系

        2.2.3 图像的边缘检测算法

        2.2.4 图像二值化算法

        2.2.5 霍夫变换检测直线算法

第三章 化工园区污水厂污泥沉降比的图像识别研究

    3.1 基于识别量筒刻度线数量测量沉降比的研究

        3.1.1 基于霍夫变换检测直线数量计算SV30 的研究

        3.1.2 基于检测刻度线轮廓数量计算污泥沉降比的研究

    3.2 基于污泥投影面积比计算污泥沉降比的研究

        3.2.1 投影面积比计算污泥沉降比的图像处理流程

        3.2.2 投影面积比计算污泥沉降比的误差分析

    3.3 两种测量方法的对比

    3.4 本章小结

第四章 化工园区污水厂污泥沉降比在线检测装置的设计和构建

    4.1 在线测量沉降比仪器的结构设计

        4.1.1 装置系统的设计及其功能

        4.1.2 装置中量筒的结构设计及其作用

    4.2 装置软件系统的设计

        4.2.1 装置中控制系统的设计

        4.2.2 装置的操作界面设计

        4.2.3 装置操作流程的程序设计

    4.3 本章小结

第五章 化工园区污水厂污泥沉降比在线检测仪器的测试与研究

    5.1 不同污泥浓度下设备和人工测量数据的对比研究

    5.2 污泥静态条件下设备和人工测量数据的对比研究

        5.2.1 设备和人工测量污泥沉降比的对比研究

        5.2.2 设备和人工测量污泥沉降过程的对比研究

        5.2.3 安阳某化工园区污水厂设备和人工测量污泥沉降过程的对比研究

    5.3 污泥动态条件下设备测量数据和人工测量数据的对比研究

        5.3.1 日照某化工园区设备测量结果和人工测量结果的对比研究

        5.3.2 日照开发区某污水厂设备测量结果和人工测量结果的对比研究

    5.4 本章小结

第六章 结论与建议

    6.1 结论

    6.2 创新点

    6.3 建议

参考文献

附录