本發(fā)明涉及污水處理技術(shù)領(lǐng)域，更具體涉及一種多孔介質(zhì)濾床懸浮顆粒物(SS)堵塞區(qū)域分布和堵塞區(qū)域面積的分析系統(tǒng)，同時(shí)還涉及一種多孔介質(zhì)濾床懸浮物沉積堵塞的可視化分析系統(tǒng)，適用于在設(shè)計(jì)和管理多孔介質(zhì)濾床處理污水時(shí)，提供控制和減少多孔介質(zhì)濾床堵塞情況發(fā)生的措施和管理方案。

背景技術(shù)：

多孔介質(zhì)因其具有較大的比表面積，一定的過(guò)流能力，能為微生物提供充足的生長(zhǎng)空間和附著基礎(chǔ)，已成為處理污廢水時(shí)常用的填料。例如人工濕地和生物濾床，就是填充了多孔介質(zhì)，利用孔隙中附著的微生物進(jìn)行生化處理。多孔介質(zhì)作為污水處理的填料，適用于農(nóng)村生活污水、畜禽養(yǎng)殖廢水、以及一部分工業(yè)廢水的集中凈化處理，應(yīng)用前景廣泛。

然而，利用多孔介質(zhì)作為污水處理的填料，由于多孔介質(zhì)內(nèi)懸浮顆粒物的沉淀，存在易堵塞的弊端。多孔介質(zhì)濾床配置條件的不同，例如進(jìn)水負(fù)荷，進(jìn)水位置，停留時(shí)間，填料粒徑大小等的差異，造成的堵塞形態(tài)(包括：堵塞分布和堵塞面積)也存在一定差異，影響處理效果的機(jī)制也有不同。相關(guān)研究表明，進(jìn)水有機(jī)負(fù)荷，懸浮顆粒物(SS)含量，填料粒徑大小不同，堵塞程度有所不同。因此，研究不同進(jìn)水負(fù)荷，停留時(shí)間和多孔介質(zhì)填布方式等配置條件下，多孔介質(zhì)濾床的堵塞分布和堵塞面積等，以提供控制和減少多孔介質(zhì)濾床堵塞情況發(fā)生的措施和管理方案，是十分必要的。

以往，研究多孔介質(zhì)堵塞的方法常用的是采用染料示蹤和鹽示蹤(如：氯化鋰、羅丹明)。通過(guò)獲得水力效率、短路值等數(shù)據(jù)來(lái)反映多孔介質(zhì)濾床的堵塞情況。但是，利用示蹤方法不能直接獲得實(shí)際的堵塞形態(tài)，只能間接通過(guò)示蹤結(jié)果計(jì)算出短路值、水力效率等參數(shù)，判斷多孔介質(zhì)是否存在堵塞情況，也不能直觀(guān)地給出多孔介質(zhì)濾床的堵塞分布，堵塞面積大小等情況，存在較大局限性。因此，如何有效直觀(guān)地探究多孔介質(zhì)濾床的堵塞分布和堵塞面積大小是一大難點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：能有效直接地獲得多孔介質(zhì)堵塞區(qū)域分布、堵塞區(qū)域面積等情況。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供了一種多孔介質(zhì)濾床懸浮顆粒物堵塞形態(tài)可視化分析系統(tǒng)，其特征在于，包括具有透明的四壁及底部的多孔介質(zhì)濾床、供水組件、發(fā)光單元、攝像單元、集水組件，其中：

在多孔介質(zhì)濾床內(nèi)填充有透明填料；

由供水組件將SS實(shí)驗(yàn)用水送入多孔介質(zhì)濾床內(nèi)，其中，SS實(shí)驗(yàn)用水中加入有熒光粉末；

發(fā)光單元發(fā)出的光照射多孔介質(zhì)濾床后，使得多孔介質(zhì)濾床中SS實(shí)驗(yàn)用水所含的熒光粉末發(fā)出熒光，此時(shí)利用攝像單元獲取多孔介質(zhì)濾床的圖像，由后端的計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行處理；

集水組件，用于收集自多孔介質(zhì)濾床排出的SS實(shí)驗(yàn)用水。

優(yōu)選地，所述多孔介質(zhì)濾床的底部和四壁采用透明有機(jī)玻璃板，所述透明填料采用透明石英玻璃珠，在所述多孔介質(zhì)濾床左右兩個(gè)側(cè)壁內(nèi)側(cè)垂直鋪設(shè)有細(xì)紗網(wǎng)，所述多孔介質(zhì)濾床左右兩個(gè)側(cè)壁在垂直方向上均勻鉆孔攻絲各一排分別形成進(jìn)水孔及出水孔，通過(guò)進(jìn)水管與不同進(jìn)水孔相連從而調(diào)節(jié)進(jìn)水管的高度，通過(guò)出水管與不同出水孔相連從而調(diào)節(jié)出水管的高度。

優(yōu)選地，所述供水組件包括恒流水泵、流量計(jì)、SS濃度測(cè)定儀一、實(shí)驗(yàn)水箱、沖洗水箱、旋轉(zhuǎn)攪拌器，實(shí)驗(yàn)水箱經(jīng)由流量計(jì)一及控制閥一與輸水管相連；沖洗水箱經(jīng)由流量計(jì)二及控制閥二相連與輸水管相連，輸水管與恒流泵的進(jìn)水端相連；旋轉(zhuǎn)攪拌器固定于實(shí)驗(yàn)水箱中，SS濃度測(cè)定儀一的探頭固定在實(shí)驗(yàn)水箱中，恒流泵的出水端通過(guò)輸水管與多孔介質(zhì)濾床的進(jìn)水管相連。

優(yōu)選地，所述實(shí)驗(yàn)水箱與沖洗水箱采用PVC版制成，容積為1.0m³～1.5m³，實(shí)驗(yàn)水箱內(nèi)存儲(chǔ)SS實(shí)驗(yàn)用水；所述旋轉(zhuǎn)攪拌器轉(zhuǎn)速為40r/min～60r/min。

優(yōu)選地，所述集水組件包括集水箱、SS濃度測(cè)定儀二、輸水管，多孔介質(zhì)濾床的出水管與輸水管相連，輸水管與集水箱相連，SS濃度測(cè)定儀二安置于集水箱內(nèi)。

優(yōu)選地，所述多孔介質(zhì)濾床長(zhǎng)1.0m～1.2m、寬0.25m～0.3m、高0.5m～0.6m；所述透明有機(jī)玻璃板平均厚度15mm～20mm；所述透明石英玻璃珠粒徑3.0mm～5.0mm、填充高度0.5m～0.6m；所述進(jìn)水孔孔徑10mm～12mm，所述出水孔孔徑10mm～12mm；相鄰進(jìn)水孔之間中心間距為2.5cm～3.0cm；進(jìn)水管和出水管外徑10mm～12mm，長(zhǎng)4cm～6cm；所述細(xì)紗網(wǎng)孔徑1.0mm～2.0mm。

優(yōu)選地，所述發(fā)光單元采用LED發(fā)光板組件，該LED發(fā)光板組件包括透明防水燈罩、LED發(fā)光燈板、燈板支架和可調(diào)節(jié)直流電源，用于照射所述多孔介質(zhì)濾床的LED發(fā)光燈板固定于透明防水燈罩內(nèi)，燈板支架固定支撐透明防水燈罩，LED發(fā)光燈板與可調(diào)節(jié)直流電源相連。

優(yōu)選地，所述透明防水燈罩長(zhǎng)、高與所述多孔介質(zhì)濾床長(zhǎng)、高相同；所述LED發(fā)光燈板采用藍(lán)光二極管；所述燈板支架選用不銹鋼制成。

優(yōu)選地，所述SS實(shí)驗(yàn)用水采用去離子水與熒光粉末調(diào)制而成，熒光粉末濃度優(yōu)選為4mg/L～8mg/L。

優(yōu)選地，所述熒光粉末為黃綠色；所述沖洗水箱中存儲(chǔ)的沖洗水為去離子水。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

1.本發(fā)明采用透明多孔介質(zhì)濾床，能形象地對(duì)SS造成的堵塞現(xiàn)象進(jìn)行模擬研究，能直接計(jì)算堵塞分布與堵塞面積大?。?/p>

2.本發(fā)明采用熒光粉末模擬SS，在藍(lán)光LED燈的照射下發(fā)出熒光，發(fā)光明顯，易于識(shí)別SS堵塞區(qū)域，相對(duì)于鹽示蹤和染料示蹤，更具有直觀(guān)可視化的特點(diǎn)；

3.本發(fā)明構(gòu)造、使用簡(jiǎn)單，建造和維護(hù)成本相對(duì)較低，可為設(shè)計(jì)管理多孔介質(zhì)濾床污水處理系統(tǒng)提供小試堵塞實(shí)驗(yàn)作為參考。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明提供的多孔介質(zhì)濾床懸浮顆粒物堵塞形態(tài)可視化分析系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明提供的多孔介質(zhì)濾床和LED發(fā)光板組件的正視圖；

圖3為本發(fā)明提供的多孔介質(zhì)濾床和LED發(fā)光板組件的俯視圖；

圖4為本發(fā)明提供的多孔介質(zhì)濾床和LED發(fā)光板組件的左視圖；

圖5為本發(fā)明提供的供水組件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明提供的集水組件的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明更明顯易懂，茲以?xún)?yōu)選實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說(shuō)明如下。

如圖1所示，為本發(fā)明多孔介質(zhì)濾床懸浮顆粒物SS堵塞形態(tài)可視化分析系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。多孔介質(zhì)濾床懸浮顆粒物堵塞形態(tài)可視化分析系統(tǒng)包括多孔介質(zhì)濾床和床體后側(cè)連接的LED發(fā)光板組件1，多孔介質(zhì)濾床左側(cè)連接的供水組件2，多孔介質(zhì)床右側(cè)連接的集水組件3和多孔介質(zhì)濾床前部安置的高清照相機(jī)4。

多孔介質(zhì)濾床，長(zhǎng)1.0m～1.2m、寬0.25m～0.3m、高0.5m～0.6m。底部和四壁優(yōu)選透明有機(jī)玻璃板12，平均厚度15mm～20mm。多孔介質(zhì)濾床內(nèi)填充透明石英玻璃珠13，粒徑3.0mm～5.0mm、填充高度0.5m～0.6m。多孔介質(zhì)濾床兩個(gè)側(cè)壁內(nèi)側(cè)垂直鋪設(shè)細(xì)紗網(wǎng)，孔徑1.0mm～2.0mm。透明多孔介質(zhì)濾床左右兩個(gè)側(cè)壁在垂直方向上均勻鉆孔攻絲各一排，孔口使用螺絲密封，左側(cè)壁為進(jìn)水孔，右側(cè)壁為出水孔，進(jìn)水孔和出水孔孔徑均為10mm～12mm，相鄰進(jìn)水孔之間中心間距為2.5cm～3.0cm。左側(cè)壁與右側(cè)壁各連接一個(gè)進(jìn)水管15和一個(gè)出水管16，進(jìn)水管15和出水管16外徑10mm～12mm、長(zhǎng)4cm～6cm。

LED發(fā)光板組件包括：透明防水燈罩18，LED發(fā)光燈板19，燈板支架20和可調(diào)節(jié)直流電源。LED發(fā)光燈板19固定于透明防水燈罩18內(nèi)，燈板支架20固定支撐透明防水燈罩18，LED發(fā)光燈板19與可調(diào)節(jié)直流電源相連。所述的透明防水燈罩18采用透明有機(jī)玻璃版制成，長(zhǎng)1.0m～1.2m、寬0.05m～0.08m、高0.5m～0.6m。透明防水燈罩18長(zhǎng)、高與透明多孔介質(zhì)濾床長(zhǎng)、高相同，LED發(fā)光燈板19優(yōu)選藍(lán)光二極管，燈板支架20選用不銹鋼制成。

如圖5所示，為本發(fā)明多孔介質(zhì)濾床懸浮顆粒物堵塞形態(tài)可視化分析系統(tǒng)的供水組件結(jié)構(gòu)示意圖，供水組件2包括：恒流水泵11、流量計(jì)一7-1、流量計(jì)二7-2、SS濃度測(cè)定儀一6-1、實(shí)驗(yàn)水箱9、沖洗水箱10、旋轉(zhuǎn)攪拌器5。實(shí)驗(yàn)水箱9與流量計(jì)一7-1相連，流量計(jì)一7-1與控制閥一8-1相連，控制閥一8-1與輸水管相連，輸水管與恒流泵11進(jìn)水端相連；沖洗水箱10與流量計(jì)二7-2相連，流量計(jì)二7-2與控制閥二8-2相連，控制閥二8-2與輸水管相連，輸水管與恒流泵11進(jìn)水端相連，旋轉(zhuǎn)攪拌器5固定于實(shí)驗(yàn)水箱9中，SS濃度測(cè)定儀一6-1探頭固定在實(shí)驗(yàn)水箱9中。恒流泵11出水端通過(guò)輸水管與多孔介質(zhì)濾床的一個(gè)進(jìn)水孔相連。

實(shí)驗(yàn)水箱9與沖洗水箱10采用PVC版制成，容積優(yōu)選為1.0m³～1.5m³，實(shí)驗(yàn)水箱9內(nèi)存儲(chǔ)SS實(shí)驗(yàn)用水。SS實(shí)驗(yàn)用水采用去離子水與熒光粉末調(diào)制而成，所述熒光粉末顏色優(yōu)選為黃綠色，所述SS實(shí)驗(yàn)用水熒光粉末濃度優(yōu)選為4mg/L～8mg/L。所述沖洗水箱10中存儲(chǔ)沖洗水，沖洗水優(yōu)選為去離子水。所述旋轉(zhuǎn)攪拌器5轉(zhuǎn)速優(yōu)選為40r/min～60r/min。

如圖6所示，為本發(fā)明多孔介質(zhì)濾床懸浮顆粒物堵塞形態(tài)可視化分析系統(tǒng)的集水組件結(jié)構(gòu)示意圖，所述集水組件3包括：集水箱21，SS濃度測(cè)定儀二6-2和輸水管。多孔介質(zhì)濾床與輸水管相連，輸水管與集水箱21相連，SS濃度測(cè)定儀二6-2安置于集水箱21內(nèi)。

本發(fā)明的多孔介質(zhì)濾床處理污廢水的SS堵塞形態(tài)可視化分析系統(tǒng)的工作原理為：設(shè)定進(jìn)水流速，選擇進(jìn)水孔和出水孔，將SS實(shí)驗(yàn)用水通過(guò)恒流泵11通入多孔介質(zhì)濾床進(jìn)行過(guò)濾。過(guò)濾結(jié)束后，關(guān)閉出水孔，在多孔介質(zhì)濾床中，充滿(mǎn)去離子水。開(kāi)啟LED發(fā)光燈板19，多孔介質(zhì)濾床中捕集熒光粉末遇藍(lán)光發(fā)出熒光，此時(shí)進(jìn)行拍攝，照片使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，獲得發(fā)光區(qū)域的分布和面積，計(jì)算多孔介質(zhì)濾床的堵塞區(qū)域分布和面積。同時(shí)測(cè)定實(shí)驗(yàn)前后，實(shí)驗(yàn)水箱9和集水箱21的SS濃度，計(jì)算多孔介質(zhì)濾床SS捕集率。

本發(fā)明的多孔介質(zhì)濾床處理生活污水的SS堵塞形態(tài)可視化分析系統(tǒng)的運(yùn)行方法為：將SS實(shí)驗(yàn)用水倒入實(shí)驗(yàn)水箱9，開(kāi)啟攪拌器5，經(jīng)過(guò)10～15分鐘攪拌，待SS實(shí)驗(yàn)用水均勻后，使用SS濃度測(cè)定儀一6-1測(cè)定實(shí)驗(yàn)水箱9中實(shí)驗(yàn)用水的SS濃度。旋開(kāi)多孔介質(zhì)濾床左側(cè)壁的一個(gè)進(jìn)水孔和右側(cè)壁的一個(gè)出水孔，使用輸水管將恒流泵11的出水端與多孔介質(zhì)濾床的進(jìn)水孔連接，使用輸水管將多孔介質(zhì)濾床出水孔與集水箱21連接，關(guān)閉沖洗水箱10控制閥二8-2，開(kāi)啟實(shí)驗(yàn)水箱9控制閥一8-1，開(kāi)啟恒流泵11，調(diào)整流速，將SS實(shí)驗(yàn)用水通入多孔介質(zhì)濾床。SS實(shí)驗(yàn)用水經(jīng)過(guò)多孔介質(zhì)濾床過(guò)濾后，出水收集于集水箱21中。待實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，使用SS濃度測(cè)定儀二6-2測(cè)定集水箱21中出水的SS濃度。開(kāi)啟LED發(fā)光燈板19，多孔介質(zhì)濾床中捕集熒光粉末遇藍(lán)光發(fā)出熒光，此時(shí)開(kāi)啟照相機(jī)4，調(diào)整焦距，進(jìn)行拍攝。

在實(shí)驗(yàn)水箱9中的進(jìn)水，采用去離子水與黃綠色熒光粉末調(diào)制而成，使用SS濃度測(cè)定儀一6-1測(cè)定實(shí)驗(yàn)水箱9中的進(jìn)水SS濃度為7.8mg/L，旋轉(zhuǎn)攪拌器5轉(zhuǎn)速為40r/min，經(jīng)過(guò)多孔介質(zhì)濾床過(guò)濾后，使用SS濃度測(cè)定儀二6-2測(cè)定集水箱21中的出水SS濃度為0.73mg/L，多孔介質(zhì)濾床SS捕集率為90.64％。當(dāng)進(jìn)水口位于多孔介質(zhì)濾床左側(cè)上部，出水口位于右側(cè)底部時(shí)，根據(jù)高清照相機(jī)4拍攝的照片，使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理可知，堵塞區(qū)域位于出水口一側(cè)、遠(yuǎn)離出水口的角落位置，堵塞區(qū)域面積為13.8％。

本發(fā)明采用的透明多孔介質(zhì)濾床和LED發(fā)光板組件，能形象地對(duì)SS造成的堵塞現(xiàn)象進(jìn)行研究，能直接計(jì)算堵塞分布與堵塞面積大小。