[發明專利]一種基于分形維數和粒度的污泥氧化調理在線控制方法

有效

• 申請號: 202011440190.0
• 申請日: 2020-12-11
• 公開（公告）號: CN112777918B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 王毅力;張達鑫;趙曉琦;樊曉陽;李恩銳;韓志博
• 申請（專利權）人: 北京林業大學
• 主分類號: C02F11/15
• 分類號: C02F11/15;C02F11/00;C02F11/143
• 代理公司: 暫無信息
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1.一種基于分形維數和粒度的污泥氧化調理在線控制方法，包括用連接有電導電極的電化學阻抗儀對污泥進行測試，其特征在于，在污泥氧化調理過程中，將電極探頭插入污泥中進行頻率掃描，利用由頻率連續掃描過程中阻抗反饋信號計算得出的污泥分形維數及粒徑變化為指標，當達到1min內頻率掃描得到的污泥分形維數下降幅度超過臨界值1和1min內頻率掃描得到的污泥粒徑下降幅度小于臨界值2時，在線反饋至氧化劑投加控制單元，精準控制氧化劑的投加量及氧化時間，使污泥達到適度氧化，其中臨界值1為0.1%，臨界值2為1%。

2.根據權利要求1中所述的一種基于分形維數和粒度的污泥氧化調理在線控制方法，其特征在于，所述電化學阻抗儀的電學頻率掃描時溫度保持恒定，掃描時施加的正弦電壓范圍為1-1000 mV，掃描頻率范圍為0.1 Hz-10 MHz，調理污泥的濃度范圍為1g/L-100 g/L。

3.根據權利要求1中所述的一種基于分形維數和粒度的污泥氧化調理在線控制方法，其特征在于，由電化學阻抗儀電學頻率掃描得到的阻抗信號計算污泥分形維數的方法為，首先用電學頻率掃描得到隨頻率變化的復阻抗模量，隨后對得到的復阻抗模量進行校正處理，校正后的復阻抗模量等于每個掃描頻率下對應的復阻抗模量減去最高頻率下的復阻抗模量，根據建立的校正后復阻抗模量與掃描頻率間的無標度模型，以校正后的復阻抗模量的對數值為Y軸，以掃描頻率的對數值為X軸作圖，在確定的分形區間內，用線性回歸分析對圖進行擬合，提取出污泥的分形維數；

其中，建立的校正后復阻抗模量與掃描頻率間的無標度模型為：

式中，為校正后的復阻抗模量，f為掃描頻率，D_f為污泥的分形維數，確定的分形區間為校正后的復阻抗模量的對數值隨頻率的對數值增加而線性下降的頻率區間。

4.根據權利要求1中所述的一種基于分形維數和粒度的污泥氧化調理在線控制方法，其特征在于，由電化學阻抗儀電學頻率掃描得到的阻抗信號計算污泥粒徑的方法包含如下步驟：

（1）由電學頻率掃描得到調理污泥的阻抗實部、虛部及復阻抗模量；

（2）用等效電路對阻抗實部和虛部數據進行擬合，得到等效電學元件的參數，所述等效電路由兩電路串聯而成，其中一個電路為懸濁液的電荷移動電阻R_c，另一個電路由懸濁液雙電層界面的電荷轉移電阻R_t與雙電層電容C_p并聯而成，等效電路的擬合頻率范圍為1Hz-1MHz，以包含復阻抗模量突變的臨界頻率；

（3）根據所得等效電學元件參數計算頻率掃描過程中復阻抗模量突變的臨界頻率，所述復阻抗模量突變的臨界頻率為校正后的復阻抗模量的對數值由近似恒定轉變為隨頻率的對數值增加而下降的相關頻率點，其計算式為：

式中，為復阻抗模量突變的臨界頻率；

（4）建立臨界頻率與顆粒物粒徑的標準曲線，其步驟為：

①以已知粒徑的二氧化硅顆粒為標準顆粒物，制備粒徑不同的二氧化硅懸濁標準液5-10個；

②測定懸濁標準液樣品的臨界頻率；

③將標準液樣品的臨界頻率與粒徑代入所述的臨界頻率與顆粒物粒徑的標準曲線基本關系式，求出參數k與b的值，其中所述臨界頻率與顆粒物粒徑的標準曲線基本關系式為：

式中，R為顆粒物的粒徑，為臨界頻率的對數值，k和b均為常數；

（5）根據標準曲線及頻率掃描數據獲取實時的污泥粒徑。