CN103708590A - 水处理加药优化系统、水处理系统以及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水处理加药优化系统、水处理系统以及其方法。依照本发明的的水处理加药优化系统包括：化学药剂添加装置，用于以预定时间间隔向在待处理水样中添加一定剂量的化学药剂，光学检测模块，用于实时检测添加化学药剂后水样中颗粒的粒径变化，和化学药剂剂量确定装置，其根据光学检测模块所得到的粒径变化与添加化学药剂剂量之间的相关关系，确定用于水样中颗粒凝聚的化学药剂的最佳剂量。

Description

水处理加药优化系统、水处理系统以及其方法

技术领域

本发明涉及一种水处理加药优化系统、水处理系统以及其水处理加药优化方法和水处理方法，可以在水处理过程中，进行实时加药优化处理。

背景技术

典型的污水处理过程通常包含初级处理和次级处理。在初级处理阶段，主要是固液分离的过程，由于自然沉降所需的时间比较长，因此通常在水流中添加化学药剂来沉淀悬浮固体，从而加速沉降过程。基于特定的物理化学作用，所添加的化学药剂作用于悬浮的固体，这种化学药剂称为混凝剂、凝结剂(coagulant)或絮凝剂(flocculant)。对于混凝和絮凝，都需要进行搅拌混合，以使颗粒碰撞而粘合在一起(凝结)，然后形成并生长成絮凝物。进行凝结的混合是激烈的，以产生大量的碰撞而使得颗粒表面性质发生变化从而可以凝结，而进行絮凝的混合是缓和的，强度足以产生碰撞但不至于过强而破碎大块的絮状物。

凝结剂和絮凝剂的类型和剂量的选择取决于很多因素，包括这些化学药剂本身的性能、水流中悬浮胶体的浓度、表面特性和类型，以及已经存在于水流中的天然有机物和其他有机物的浓度和特征，水温、pH以及其他水质参数。目前，只能定性了解这些参数的相互关系，通过人工实验确定优化药剂量。根据胶体和水质的特征来预测最优的凝结剂组合尚不能实现。相反，选择凝结剂和絮凝剂通常是通过使用不同的化学添加剂进行的烧杯试验(jar test)来确定。

烧杯试验，也叫做悬浮物分离试验，是实验室操作程序，其通过使用不同的化学药剂、混合速度以及沉淀时间模拟水处理厂或污水处理厂的凝结/絮凝单元，在一排烧杯中加入不同剂量的混凝剂和絮凝剂，来估计最低或优化的凝结剂和絮凝剂的剂量来处理特定水质。烧杯试验是水处理领域内悬浮物分离的标准操作，搅拌强度、搅拌时间、操作步骤以及沉淀时间等参数的设定都有一系列的参考值。由于这种取样检测的方法，烧杯试验有很多缺点。首先，不能快速响应废水流的质量/数量的变化，所得到的凝结剂和絮凝剂的优化剂量也相对滞后，其次，存在大量的人工操作，消耗人力和时间，而且响应迟钝，对于操作人员的要求也相对较高。

本领域技术人员也相应对传统烧杯试验进行研发，试图推进烧杯试验的自动化技术。下文将描述一些与烧杯试验自动化相关的现有技术。

Accustech公司名下的网站(http://www.accustech.com/j artester.html)描述一种试验性悬浮物分离试验系统。根据该网站提供的说明，研究者尝试使用自动悬浮物分离试验器或悬浮物分离试验絮凝优化器的概念来建立原型自动化系统。然而，该原型从未到达商业化阶段，该项目已在2006年由于资金限制而被放弃，并且自此以后没有进一步的开发计划。该方案使用了颗粒计数器来测量沉淀效率。

韩国专利KR2010000738公开了一种自动化悬浮物分离试验器，包括外壳，化学药剂存储罐，若干带有搅拌器的样品罐，样品罐与用于接收样品的外管连接，若干浊度检测仪连接于带有自动阀的浊度管，以响应于样品罐。这基本上是传统悬浮物分离试验器模式的自动化模型，但是废水处理过程中，样品罐会沉积大量杂质，相应的清洗工作会极大影响这种试验器在工业上应用的效率和成本。

韩国专利KR2009061336公开了一种自动悬浮物分离试验装置和方法，该装置包括至少三个罐，泵单元，搅拌器，浊度测试单元，计算单元和控制单元。该装置可以提供不同量的化学药剂到几个罐中，比较上清液浊度，从而判断化学药剂的最优化供应量。这种装置和上文所描述的装置有同样的问题。

韩国专利KR2003044448公开了一种自动悬浮物分离试验系统。其中，多个透明罐放置在旋转盘的中心，该旋转盘在旋转马达的旋转力作用下旋转。叶轮放置于罐中，使得叶轮能在旋转马达的旋转力作用下旋转。在靠近旋转盘处放置照相机，在照明下拍照罐中形成的絮凝物。这种分离系统需要处理大量拍照的数据，人工观察絮凝物形成的情况，而且在颗粒交叠的时候，照相的效果并不好，使用这种系统对于水质的应用具有一定的局限性。

现有技术所描述的自动悬浮物分离试验装置基本没有突破传统悬浮物分离试验器模式，通过将水样放在一系列烧杯或者样品罐中，加入不同类型或数量的药剂，在等待一段时间沉降后，获得絮凝物的形成情况，从而来判断化学药剂的优化剂量。一方面水流中悬浮物是时时变化的，烧杯试验所得到的结果是相对滞后的，另一方面，烧杯取样试验的过程也严重影响工业上自动化，样品罐的清洁也是一个问题，实质上仍然是一个实验室程序。

尽管水处理相关自动化技术的开发可追溯到1960年代，包括上文描述的技术，但迄今为止，传统的人工试错型的悬浮物分离试验在饮用水领域尤其是废水处理领域仍然是被广泛采用的化学药剂加药方法。设备的高成本、维护需求、数据不能实时更新以及可靠性等问题都限制了自动系统在水处理和污水处理市场中的应用。因此，本发明人认为，悬浮物分离试验创新的关键在于构建一种可靠、快速响应、容易维护并且成本相对低廉的系统和方法，来及时地和实际可行地模拟客观反应条件和颗粒凝聚情况，从而确定凝结剂和絮凝剂的优化剂量。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明公开了一种水处理系统，包括水处理加药优化系统，以及一种水处理方法，包括水处理加药优化方法，可以实时检测待处理水流中絮凝物的形成，以及随时调整化学试剂添加的剂量，以实现优化药剂添加量的自动化。

一方面，本发明提供一种水处理加药优化系统，其用于水处理过程中优化凝聚颗粒的化学药剂剂量，所述系统包括：

化学药剂添加装置，用于以预定时间间隔向在待处理水样中添加一定剂量的化学药剂，光学检测模块，用于实时检测添加化学药剂后水样中颗粒的粒径变化，和化学药剂剂量确定装置，其根据光学检测模块所得到的粒径变化与添加化学药剂剂量之间的关系，确定用于水样中颗粒凝聚的化学药剂的最佳剂量。

其中，光学检测模块和化学药剂添加装置优选相隔预定距离，且相对于化学药剂添加装置，光学检测模块位于水样流动的下游。

根据本发明水处理加药优化系统，其中所述光学检测模块包括：发光部，用于向水样发射光；光接收部，用于接收水样的反射光、透射光、散射光中的一种或多种；和光信号处理部，用于将来自光接收部的光转换为电信号，并根据电信号确定水样中颗粒的粒径变化。

根据本发明水处理加药优化系统，其中化学药剂添加装置可以按照时间间隔逐次递增增加化学药剂的剂量，且化学药剂的递增量预先设置。

优选地，本发明水处理加药优化系统，进一步包括数据传送装置，该数据传送装置传送并记录光学检测模块所得到的粒径变化值，以及控制并记录化学药剂添加装置每次添加的剂量。

根据本发明水处理加药优化系统，其中，化学药剂添加部根据之前向水样中添加化学药剂而导致颗粒粒径变化的量确定本次向水样中添加化学药剂的剂量。或者，化学药剂添加部根据之前两次添加化学药剂导致颗粒粒径的变化确定本次需要向水样添加的化学药剂的药剂量。

进一步，当上次添加化学药剂后测量颗粒粒径变化小于预定阈值时，化学药剂添加装置增大药剂调节量；当上次添加化学药剂后测量颗粒粒径变化大于预定阈值时，化学药剂添加装置减小本次药剂添加量或者保持本次药剂添加量不变。由于药剂添加量的变化导致絮凝凝结形成絮状物或沉淀物，本发明水处理加药优化系统就是通过实时检测颗粒粒径的变化，不断调节药剂添加量，并从而最终确定化学药剂的优化剂量。

根据本发明水处理加药优化系统，进一步包括水流调节部，调节水流的稳定性和停留时间。其中水流调节部为由直管道和弯管道组成的管路系统。

根据本发明水处理加药优化系统，进一步包括混合器，其相对于光学检测模块，位于水流的上游，所述混合器用于使得水流和添加的化学药剂充分混合。

通过对混合强度以及对应的水力停留时间的调节，可以防止本发明水处理加药系统发生堵塞，并且降低水的污浊程度。

根据本发明水处理加药优化系统，进一步包括自来水提供部、压缩空气提供部、超声波发射器中的一个或多个，自来水提供部和压缩空气提供部能够分别向管路提供自来水和压缩空气以对管路进行清洁，超声波发射器能够向光学检测模块的光学探头发射超声波以对光学探头进行清洁。其中，超声波发射器可以位于靠近光学检测模块的光学探头的位置。

根据本发明水处理加药优化系统，进一步包括水质参数监控部，其监测水样的水质参数以确定水样是否适合颗粒凝聚处理，所述水质参数包括pH值、温度、压力和流量中的一种或多种。还可以进一步包括报警部，当水质参数监控部监测到水样不适合颗粒凝聚处理时，报警部向用户报警。其中，相对于化学药剂添加部，水质参数监控部优选位于水流的上游。

根据本发明水处理加药优化系统，进一步包括预处理部，对水样进行预处理以调节水样的水质参数，从而使得水样适合颗粒凝聚处理，其中，所述水质参数包括pH值、温度、压力和流量中的一种或多种。

另一方面，本发明还提供一种水处理系统，其包括：

主水流；旁路水流，从主水流中提取的部分水流或分支水流；本发明上文所描述的水处理加药优化系统，其用于用于以预定时间间隔向旁路水流中添加一定剂量的化学药剂，以确定用于旁路水流中颗粒凝聚的化学药剂的最佳剂量；还包括主加药装置，其根据水处理加药优化系统确定的化学药剂的最佳剂量，确定向主水流中添加化学药剂的剂量，并向主水流中添加化学药剂。

其中，根据本发明水处理方法，其中，所述主加药装置将旁路水流中水处理加药优化系统确定的加药量乘以主水流和旁路水流的流量比，来确定需要向主水流中添加的化学药剂的剂量。

另一方面，本发明还提供一种水处理加药优化方法，其用于优化颗粒凝聚的化学药剂剂量，该方法包括以下步骤：

(a)以预定时间间隔向在待处理水样中添加一定剂量的化学药剂，

(b)利用光信号实时检测添加化学药剂后水样中颗粒的粒径变化，和

(c)根据光信号检测到的粒径变化与添加化学药剂剂量之间的关系，确定用于水样中颗粒凝聚的化学药剂的优化剂量。

其中，步骤(b)还包括：

向水样发射光；接收来自水样的反射光、透射光、散射光中的一种或多种；以及将接收的光转换为电信号，并根据电信号确定水样中颗粒的粒径变化。

其中在步骤(a)中，按照时间间隔逐次递增增加化学药剂的剂量，且化学药剂的递增量预先设置。

其中，在步骤(a)中，根据之前向水样中添加化学药剂而导致颗粒粒径变化的量确定本次向水样中添加化学药剂的剂量。也可以根据之前两次添加化学药剂导致颗粒粒径的变化确定本次需要向水样添加的化学药剂的药剂量。并且，当之前测量颗粒粒径变化小于预定阈值时，化学药剂添加装置增大药剂添加量；当之前测量颗粒粒径变化大于预定阈值时，化学药剂添加装置减小本次药剂添加量或者保持本次药剂添加量不变。

根据本发明水处理加药优化方法，进一步包括调节水流的稳定性和停留时间。

根据本发明水处理加药优化方法，进一步包括在利用光信号实时检测添加化学药剂后水样中颗粒的粒径变化之前，使得水流和添加的化学药剂充分混合。

根据本发明水处理加药优化方法，进一步包括向管路提供自来水和压缩空气以对水样流经管路进行清洁，和/或利用超声波对光信号检测装置的光学探头进行清洁。

根据本发明水处理加药优化方法，进一步包括监测水样的水质参数以确定水样是否适合颗粒凝聚处理，所述水质参数包括pH值、温度、压力和流量中的一种或多种。

根据本发明水处理加药优化方法，进一步包括当水质参数监控部监测到水样不适合颗粒凝聚处理时，向用户报警。

本发明水处理加药优化方法，进一步包括对水样进行预处理以调节水样的水质参数，从而使得水样适合颗粒凝聚处理，所述水质参数包括pH值、温度、压力和流量中的一种或多种。

再一方面，本发明提供一种水处理方法，其包括：

从主水流中提取旁路水流或分支水流；通过本发明上文描述的水处理加药优化方法确定用于旁路水流中颗粒凝聚的化学药剂的优化剂量，根据水处理加药优化方法确定的化学药剂优化剂量，确定向主水流中添加化学药剂的剂量，并向主水流中添加化学药剂。

根据本发明水处理方法，其中，将水处理加药优化方法确定的加药量乘以主水流和旁路水流的流量比，来确定需要向主水流中添加的化学药剂的剂量。

本发明水处理加药优化系统及其方法以及水处理系统和方法，解决了现有技术的问题，不仅可以作为独立设备在实验室中使用，进行化学药剂的筛选和最佳剂量的确定，也可以在工业上废水处理中予以应用。

采用本发明水处理优化加药系统可以替代传统烧杯试验中部分人工工作，从而克服了人工烧杯分离试验的缺陷，以更标准化的、成本更节约的方式加快水处理过程。

本发明系统和方法通过光学检测模块来实时测量悬浮颗粒尺寸的变化状态，从而自动实时检测待处理水样中悬浮物絮凝凝结的程度，并根据颗粒粒径变化的信息与化学药剂添加量的变化的相关关系，从而确定化学试剂的优化剂量以获得稳定的悬浮液，从而显著提高了水处理的操作效率和处理效果。

附图说明

图1为根据本发明一个实施方式的水处理加药优化系统的示意图。

图2为根据本发明一个实施方式的水处理加药优化系统的流程图。

图3为采用本发明水处理加药优化系统和采用烧杯试验确定加药最佳剂量的对比示意图。

图4为采用本发明水处理加药优化系统和采用烧杯试验确定加药最佳剂量的对比示意图。

图5为采用本发明水处理加药优化系统和采用烧杯试验确定加药最佳剂量的对比示意图。

具体实施方式

图1示出了依照本发明的一个实施方式的水处理加药优化系统的示意图。如图1所示，依照本发明的水处理加药优化系统包括水流控制和水质监测模块101、加药模块102、混合模块103、光学检测模块104和控制模块105。

在本实施例中，首先主水流或者旁路水流的水样被吸入并流过水流控制和水质监测模块101。随后，加药模块102向水样中添加化学药剂。化学药剂和水样在混合模块103中进行混合，混合了化学药剂的水样在排出之前由光学检测模块104进行检测。控制模块105可以对水流控制和水质监测模块101、加药模块102、混合模块103和光学检测模块104进行控制。特别的，控制模块105可以基于加药模块102添加化学药剂的剂量与光学检测模块104检测的信号之间的对应关系，确定用于水样中颗粒凝聚的化学药剂的最佳剂量。

具体而言，水流控制和水质监测模块101的水流控制部可以实时调节吸入的水样的流量及其速度。水流控制和水质监测模块101的水流控制部可以通过由直管道和弯管道组成的管路系统实现。当水流在管路系统中流动时，由于直管道和弯管道是按照一定的顺序排列组合在一起的，因此可以确保水流稳定性和适当的水力停留时间。本领域的普通技术人员可以理解，根据所需的水流稳定性和水力停留时间，可以很容易地设计不同的直管道和弯管道的组合以实现其目的。此外，可以通过控制模块105的控制，使得水流控制和水质监测模块101吸入的水流保持预定的流量稳定性。流速范围可以从1厘米每秒到100厘米每秒，优选3厘米每秒到40厘米每秒，更优选5-30厘米每秒。本领域技术人员也可以调整管径的大小，根据悬浮物絮凝或凝结的颗粒成长时间，可以采用更小的流速。需要明确的是：这里给出的流速范围仅仅是一个实施例，可以根据实际需求而将流速控制在不同的数值或范围。通过模块101控制水流的作用，可以确保在光学检测时水流稳定，并且本发明系统有能力处理含有悬浮固体的磨损性流体以及高污浊液体，具有更广泛的应用范围。

水流控制和水质监测模块101的水质监测部可以持续地监测水质参数，以确定水样是否适合颗粒凝聚处理。水质参数可以包括流量、压力、温度和pH值。此外，水流控制和水质监测模块101的水质监测部还可以将监测到的水质参数发送给控制模块105，以确定加药控制模块101的化学药剂加药范围和递增步骤的所需改变。在一实施方式中，为了使得水样适合颗粒凝聚处理，流量范围可以从小于单位升每分钟到10升每分钟；压力范围可以从大气压(或0巴)到2巴；温度范围可以从小于10摄氏度到80摄氏度；水pH值范围可以从5到10。需要明确的是：这里给出的参数值仅仅是一个实施例，可以根据实际需求而将这些参数设置为不同的数值或范围。本领域的普通技术人员可以理解，水流控制和水质监测模块101是为了使得本系统能够适应不同环境而对水进行处理的部件，并不是实现本发明必不可少的部分。例如，当预先知道水样已经适合进行颗粒凝聚处理时，可以省略水流控制和水质监测模块101，无需对水质参数进行监测。

可选择的，水流控制和水质监测模块101可以将检测到的参数(包括流量、压力、温度和pH值)在人机接口(HMI)上显示。此外，如果水流控制和水质监测模块101确定水样不适合颗粒凝聚处理时，其可以通过报警部向用户发出报警信号，从而提示用户进行相应的处理。此外，如果水流控制和水质监测模块101确定水样不适合颗粒凝聚处理时，水流控制和水质监测模块101也可以向控制模块105发送信号，从而启动预处理部对水样进行预处理。预处理部可以对水样进行预处理以调节水样的水质参数，从而使得水样适合颗粒凝聚处理。

加药模块102用于以预定时间间隔向在待处理水样中添加一定剂量的化学药剂，其包括化学药剂存储部和化学药剂加药泵。一种化学药剂或多种化学药剂存储在化学药剂存储部中。化学药剂存储部可以是存储罐。这些罐可以由各种材料制成，包括但不限于PVC、玻璃、不锈钢、PP、Pyrex(硼硅酸玻璃)。罐的容积范围可以从0.5升到10升。罐的形状可以是圆形或方形或矩形，或任意其他常规形状。化学药剂加药泵可以采用小型化学药剂加药泵，其用于从存储罐中吸出化学添加剂并将化学药剂注入水流中。或者，本领域技术人员可以根据生产的实际需要，而任意设定化学药剂存储罐的容积、材质和形状。

在一个实施方式中，化学药剂加药泵可以将化学药剂直接注入混合模块中。加药模块102向水样中添加化学药剂的时间间隔和每次添加的化学药剂的剂量可以人为预先确定，也可以通过控制模块105动态确定。在一个实施方式中，加药模块102可以按步幅调节化学药剂加药量，步幅范围可以从一个步幅多至50个步幅。步幅宽度可以用每分钟1毫升到每分钟10毫升的比值静态地确定。在一个实施方式中，加药模块102可以通过控制模块105的输入动态地确定化学药剂加药量。关于加药模块102加药量的控制，将在下面进行详细描述。

混合模块103可以将加药模块102添加的化学药剂和水样混合在一起。在混合模块103中，可以产生有利的水力条件以很好地混合所述化学药剂和所述水样。混合模块103可以是任何形式的静态混合器。优选的，静态混合器的摩擦水头损失不大于0.5巴。一旦化学添加剂与水样通过混合模块103很好地混合，可以将混合模块103排出的混合流引导到其中没有湍流(雷诺数大于10,000)的流段，从而在混合模块103的下游提供缓和的水流。在缓和的水流流动期间，在化学药剂的作用下，水样中的悬浮物颗粒彼此凝聚以形成较大颗粒。颗粒凝聚的范围取决于加入的化学添加剂的类型和剂量而不同，这对凝聚颗粒的沉淀特性具有主要影响。

光学检测模块104可以实时检测添加化学药剂后水样中颗粒的粒径变化。光学检测模块104处于加药模块102的下游，且两者相隔预定距离。其中，光学检测模块104与加药模块102之间的距离设定使得添加的化学药剂与待处理水样足以充分混合并且水流相对平缓后到达光学检测模块104。在工业应用中，本领域技术人员可以根据主水流或者旁路水流的流速、化学药剂的剂量以及混合模块的作用强度，来确定光学检测模块104与加药模块102之间的合理距离。

优选的，光学检测模块104位于混合模块103下游没有湍流的流段，对水样进行检测。在一种实施方式中，光学检测模块104可以检测与没有加入化学添加剂的基准状态相比加入化学药剂后颗粒凝聚的变化。可选择的，光学检测模块可以记录检测到的颗粒凝聚的变化，并作为“絮凝指数，或FI”报告。光学信息(FI)很好地相关于凝聚颗粒的沉淀特性，这对于本领域技术人员是已知的。

在一个实施例中，光学检测模块104可以包括水样发射光的发光部，用于接收水样的反射光、透射光、散射光中的一种或多种的光接收部，和光信号处理部。光信号处理部将来自光接收部的光转换为电信号，并根据电信号确定水样中颗粒的粒径变化。需要注意的是，这里描述的光学检测模块104的结构仅仅是一个实施例，任何能够检测粒径变化的任何传感器都可以用作本申请中的光学检测模块104，而不管其采用什么传感原理以及是否是成像。

控制模块105可以基于加药模块102添加化学药剂的剂量与光学检测模块104检测的光学信号之间的对应关系，确定用于水样中颗粒凝聚的化学药剂的最佳剂量。优选的，该添加化学药剂的剂量与光学信号之间的对应关系可以以图形方式在人机接口上显示。此外，控制模块105还可以根据该添加化学药剂的剂量与光学信号之间的对应关系确定加药模块102本次需要向水样中添加的化学药剂的剂量。

图2示出根据本发明一个实施方式控制并确定化学药剂优化剂量的流程图。在步骤201打开化学药剂储罐准备进行化学药剂的添加，然后在步骤202执行有效性检查以确保添加了足够或者预定量的化学药剂。举例来说，如果有效性检查得到的数值不在设定值范围内，例如50毫升到500毫升，则将在HMI上显示警报信号。也可以进一步将警报信号发送给操作者。当步骤202中有效性检查值满足设定值时，将进行步骤204。

在任何化学药剂添加之前，将“基准定时器”打开以收集未添加药剂的待处理水的基准光学信号或基准“絮凝指数(FI)”，也就是图2中的步骤204。在成功地采集基准FI数值之后，在步骤205中设置初始加药量，其通常由水样的水质决定。初始加药量一般可以参照平均加药量，也就是通常进行水处理时所需的加药量。如果没有平均加药量可以参考的话，也可以随机设置预定加药量。随后，根据确定的剂量向水样中添加化学药剂。

在步骤206中将保持定时器打开，使得加药速率保持一定时间的恒定，例如在30秒到300秒的时间内保持同一加药速率。在步骤207记录加药时间，连续进行光学检测并计算光学信号，从而计算得到FI平均值。在步骤208中，将本次加药量下得到的FI平均值与步骤204中得到的未加药基准FI值相比较，评估本次药剂量加入后的絮凝效果。根据本次FI值与基准FI值比较后的评估结果，可以返回到步骤205重新设定新的加药量，并且本次评估结果也可以指导相应调整下次化学药剂的添加量，设定新的加药速率，重复步骤206和207，将在步骤207得到FI平均值与在先加药的FI平均值相比较，再次评估加药剂量改变后的絮凝效果。持续该循环，直到当显示较好的评估结果，从而在步骤209确定化学药剂添加的优化或最佳剂量。

图2所示的优化加药剂量控制模式仅仅是本发明的一个实施方式。本发明的加药模块可以采用其它不同的加药模式。例如，可以预先设置加药模块103，从而使得其按照时间间隔逐次递增增加化学药剂的剂量，且化学药剂的递增量预先设置。可选择的，加药模块103可以根据之前向水样中添加化学药剂而导致颗粒粒径的变化，而动态确定本次需要向水样中添加化学药剂的剂量。特别的，加药模块103可以根据之前两次添加化学药剂导致颗粒粒径的变化确定本次需要向水样添加的化学药剂的药剂量。当之前测量颗粒粒径变化小于预定阈值时，加药模块103可以增大药剂递增量；当之前测量颗粒粒径变化大于预定阈值时，加药模块103减小药剂递增量或者保持药剂递增量不变。

此外，依照本发明水处理加药优化系统还可以包括用于对系统中与水接触的部件进行定时或不定时清洁的清洁模块。例如，清洁模块可以包括自来水提供部、压缩空气提供部、超声波发射器中的一个或多个。自来水提供部和压缩空气提供部能够向管路提供自来水和压缩空气以对管路进行清洁。超声波发射器能够向光学检测系统包括的灵敏部件例如光学探头发射超声波以对光学探头进行清洁。超声波发射器可以位于靠近光学检测系统的光学探头的位置。

本发明基于将现有的传统烧杯悬浮物体分离试验操作程序转变为自动化方法和装置的独创构思，本发明的自动化方法和装置以连续方式吸取水样，而不是在手工悬浮物体分离试验中以批处理方式吸取水样，并快速测量颗粒沉淀特性，而无需实际上等待颗粒沉淀。可以及时确定实现最佳颗粒凝聚和沉淀的最优化学药剂剂量。该显著的进步可带来人力和时间的节省。此外，由本发明的自动操作提供的标准操作程序可确保在包含不同类型悬浮颗粒的不同类型的水中的测试结果具有改进的可靠性和可重复性。

下面，参考多个实施例可以更好地理解上述描述和说明，这些实施例预期用于说明性目的而不预期限制本发明的范围。

例1

在例1中，使用包含无机颗粒物质、高岭土或类似土壤颗粒的水样。选择聚合氯化铝(PAC)作为凝结剂和聚丙烯酰胺(PAM)作为絮凝剂以对水样进行处理，沉淀水样中的悬浮颗粒沉淀。絮凝剂的添加量为2ppm，凝结剂的添加量的变化范围为0到100ppm。对该水样，分别利用依照本发明的水处理加药优化系统和现有烧杯试验来确定使水样中颗粒凝聚所需的化学药剂最佳剂量。图3示出了由本发明所述的水处理加药优化系统获得的化学性能曲线和现有烧杯试验获得的曲线。在图3中，横坐标表示PAC加药量，左边纵坐标表示絮凝指数，右边纵坐标表示上清液浑浊度。曲线301表示依照本发明获得的PAC加药量与絮凝指数的对应关系。曲线302表示依照本发明获得的PAC加药量与上清液浑浊度的对应关系。从图3可以清晰地看出，依照本发明的水处理加药优化系统获得结果和利用手工悬浮物体分离试验获得的结果之间存在良好的相关性。在最大絮凝指数(FI)下的最优剂量对应于由手工悬浮物体分离试验根据沉淀浊度确定的剂量点。

例2

在例2中，使用从半导体制造厂取得包含钙或镁悬浮颗粒的工业污水样。在PAC处理并且钙颗粒稳定化后，用絮凝剂进一步处理悬浮物以提高颗粒凝聚和沉淀。对该水样，分别利用依照本发明的水处理加药优化系统和传统烧杯试验来确定使水样中颗粒凝聚所需的化学药剂最佳剂量。图4示出了由本发明所述的水处理加药优化系统获得的化学性能曲线和由现有烧杯试验获得的曲线。在图4中，横坐标表示聚合体加药量，左边纵坐标表示絮凝指数，右边纵坐标表示上清液浑浊度。在图4中，曲线401表示依照本发明获得的聚合物加药量与絮凝指数的对应关系。曲线402表示依照本发明获得的聚合物加药量与上清液浑浊度的对应关系。结果表明，本发明在最大絮凝指数(FI)下的最优剂量与通过手工悬浮物体分离试验上清液浊度确定的最优剂量一致。

例3

在例3中，使用包含纤维素纤维有机颗粒和特定量的油脂的水样。分别利用本发明水处理加药优化系统和传统烧杯试验来确定水样中颗粒凝聚所需的化学药剂最佳剂量，将两种方法确定的剂量曲线进行比较。图5示出了由本发明所述的水处理加药优化系统获得的化学性能曲线和由现有烧杯试验获得的曲线。在图5中，横坐标表示絮凝剂加药量，左边纵坐标表示絮凝指数，右边纵坐标表示上清液浑浊度。在图5中，曲线501表示根据本发明获得的絮凝剂加药量与絮凝指数的对应关系。曲线502表示根据本发明获得的絮凝剂加药量与上清液浑浊度的对应关系。结果表明，本发明在最大絮凝指数下的最优剂量与通过手工悬浮物体分离试验上清液浊度确定的最优剂量是一致的。

此外，本发明还涉及一种水处理系统，其可以根据水处理加药优化系统确定的最佳剂量向水流中添加化学药剂对水进行处理。具体而言，水处理系统包括主水流和旁路管道。主水流可以是管道形式的，也可以是河流，或者任何适合水流动的形式。旁路管道从主水流部获取水样，依照本发明的水处理加药优化系统对旁路管道中的水样进行处理以确定使得水样中颗粒凝聚所需的化学药剂最佳剂量。水处理系统的主加药部根据水处理加药优化系统确定的加药量确定向主水流部中加入化学药剂，并向主水流中加入化学药剂以对主水流进行处理。特别的，主加药部可以将水处理加药优化系统确定的加药量乘以主水流和旁路水样的流量比，来确定需要向主水流中添加的化学药剂。

本发明的具体实施方式和详细描述并非用于限定本发明的保护范围，本领域技术人员可以在本发明公开的范围内，做出相应的改进和变更，也在本发明的保护范围之内。

Claims (33)

1.一种水处理加药优化系统，其用于水处理过程中优化凝聚颗粒的化学药剂剂量，所述系统包括：

化学药剂添加装置，用于以预定时间间隔向在待处理水样中添加一定剂量的化学药剂，

光学检测模块，用于实时检测添加化学药剂后水样中颗粒的粒径变化，和

化学药剂剂量确定装置，其根据光学检测模块所得到的粒径变化与添加化学药剂剂量之间的相关关系，确定用于水样中颗粒凝聚的化学药剂的最佳剂量。

2.如权利要求1所述的水处理加药优化系统，其中，光学检测模块和化学药剂添加装置相隔预定距离，且相对于化学药剂添加装置，光学检测模块位于水样流动的下游。

3.如权利要求1所述的水处理加药优化系统，其中所述光学检测模块包括：

发光部，用于向水样发射光；

光接收部，用于接收水样的反射光、透射光、散射光中的一种或多种；和

光信号处理部，用于将来自光接收部的光转换为电信号，并根据电信号确定水样中颗粒的粒径变化。

4.如权利要求1所述的水处理加药优化系统，其中化学药剂添加装置按照时间间隔逐次递增增加化学药剂的剂量，且化学药剂的递增量预先设置。

5.如权利要求1所述的水处理加药优化系统，进一步包括数据传送装置，该数据传送装置传送并记录光学检测模块所得到的粒径变化值，以及控制并记录化学药剂添加装置每次添加的剂量。

6.如权利要求1所述的水处理加药优化系统，其中，化学药剂添加部根据之前向水样中添加化学药剂而导致颗粒粒径变化的量确定本次向水样中添加化学药剂的剂量。

7.如权利要求6所述的水处理加药优化系统，化学药剂添加部根据之前两次添加化学药剂导致颗粒粒径的变化确定本次需要向水样添加的化学药剂的药剂量。

8.如权利要求6所述的水处理加药优化系统，当之前测量颗粒粒径变化小于预定阈值时，化学药剂添加装置增大药剂调节量；当之前测量颗粒粒径变化大于预定阈值时，化学药剂添加装置减小本次药剂添加量或者保持本次药剂添加量不变。

9.如权利要求1所述的水处理加药优化系统，进一步包括水流调节部，调节水流的稳定性和停留时间。

10.如权利要求9所述的水处理加药优化系统，其中水流调节部为由直管道和弯管道组成的管路系统。

11.如权利要求1所述的水处理加药优化系统，进一步包括混合器，其相对于光学检测模块，位于水流的上游，所述混合器用于使得水流和添加的化学药剂充分混合。

12.如权利要求1所述的水处理加药优化系统，进一步包括自来水提供部、压缩空气提供部、超声波发射器中的一个或多个，自来水提供部和压缩空气提供部能够分别向管路提供自来水和压缩空气以对管路进行清洁，超声波发射器能够向光学检测模块的光学探头发射超声波以对光学探头进行清洁。

13.如权利要求12所述的水处理加药优化系统，超声波发射器位于靠近光学检测模块的光学探头的位置。

14.如权利要求1所述的水处理加药优化系统，进一步包括水质参数监控部，其监测水样的水质参数以确定水样是否适合颗粒凝聚处理，所述水质参数包括pH值、温度、压力和流量中的一种或多种。

15.如权利要求14所述的水处理加药优化系统，进一步包括报警部，当水质参数监控部监测到水样不适合颗粒凝聚处理时，报警部向用户报警。

16.如权利要求14所述的水处理加药优化系统，相对于化学药剂添加部，水质参数监控部位于水流的上游。

17.如权利要求14所述的水处理加药优化系统，进一步包括预处理部，对水样进行预处理以调节水样的水质参数，从而使得水样适合颗粒凝聚处理，其中，所述水质参数包括pH值、温度、压力和流量中的一种或多种。

18.一种水处理系统，其包括：

主水流，

从主水流中提取或分支的旁路水流；

权利要求1-17任一项所述的水处理加药优化系统，其用于用于以预定时间间隔向旁路水流中添加一定剂量的化学药剂，以确定用于旁路水流中颗粒凝聚的化学药剂的最佳剂量，和

主加药装置，其根据水处理加药优化系统确定的化学药剂的最佳剂量，确定向主水流中添加化学药剂的剂量，并向主水流中添加化学药剂。

19.如权利要求18所述的水处理系统，其中

所述主加药装置将旁路水流中水处理加药优化系统确定的加药量乘以主水流和旁路水流的流量比，来确定需要向主水流中添加的化学药剂的剂量。

20.一种水处理加药优化方法，其用于优化颗粒凝聚的化学药剂剂量，该方法包括以下步骤：

(a)以预定时间间隔向在待处理水样中添加一定剂量的化学药剂，

(b)利用光信号实时检测添加化学药剂后水样中颗粒的粒径变化，和

(c)根据光信号检测到的粒径变化与添加化学药剂剂量之间的关系，确定用于水样中颗粒凝聚的化学药剂的优化剂量。

21.如权利要求20所述的水处理加药优化方法，其中步骤(b)包括：

向水样发射光；

接收来自水样的反射光、透射光、散射光中的一种或多种；和

将接收的光转换为电信号，并根据电信号确定水样中颗粒的粒径变化。

22.如权利要求20所述的水处理加药优化方法，其中在步骤(a)中，按照时间间隔逐次递增增加化学药剂的剂量，且化学药剂的递增量预先设置。

23.如权利要求20所述的水处理加药优化方法，其中，在步骤(a)中，根据之前向水样中添加化学药剂而导致颗粒粒径变化的量确定本次向水样中添加化学药剂的剂量。

24.如权利要求23所述的水处理加药优化方法，在步骤(a)中，根据之前两次添加化学药剂导致颗粒粒径的变化确定本次需要向水样添加的化学药剂的药剂量。

25.如权利要求23所述的水处理加药优化方法，在步骤(a)中，当之前测量颗粒粒径变化小于预定阈值时，化学药剂添加装置增大本次药剂添加量；当之前测量颗粒粒径变化大于预定阈值时，化学药剂添加装置减小本次药剂添加量或者保持本次药剂添加量不变。

26.如权利要求20所述的水处理加药优化方法，进一步包括调节水流的稳定性和停留时间。

27.如权利要求20所述的水处理加药优化方法，进一步包括在利用光信号实时检测添加化学药剂后水样中颗粒的粒径变化之前，使得水流和添加的化学药剂充分混合。

28.如权利要求20所述的水处理加药优化方法，进一步包括向管路提供自来水和压缩空气以对水样流经管路进行清洁，和/或利用超声波对光信号检测装置的光学探头进行清洁。

29.如权利要求20所述的水处理加药优化方法，进一步包括监测水样的水质参数以确定水样是否适合颗粒凝聚处理，所述水质参数包括PH值、温度、压力和流量中的一种或多种。

30.如权利要求29所述的水处理加药优化方法，进一步包括当水质参数监控部监测到水样不适合颗粒凝聚处理时，向用户报警。

31.如权利要求29所述的水处理加药优化方法，进一步包括对水样进行预处理以调节水样的水质参数，从而使得水样适合颗粒凝聚处理，所述水质参数包括pH值、温度、压力和流量中的一种或多种。

32.一种水处理方法，其包括：

从主水流中提取旁路水流或分支水流；

通过权利要求20-31任一项所述的水处理加药优化方法确定用于旁路水流中颗粒凝聚的化学药剂的优化剂量，

根据水处理加药优化方法确定的化学药剂优化剂量，确定向主水流中添加化学药剂的剂量，并向主水流中添加化学药剂。

33.如权利要求32所述的水处理方法，其中，将水处理加药优化方法确定的加药量乘以主水流和旁路水流的流量比，来确定需要向主水流中添加的化学药剂的剂量。

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