检测系统和方法以及水处理系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及一种检测系统和方法以及水处理系统和方法。依照本发明专利技术的检测系统可以检测介质中颗粒的状态。所述检测系统包括：光学探头，其包括至少一发射光纤，用于向介质发射光；和至少两接收光纤，用于接收介质反射或反向散射的光，当所述检测系统进行检测时，至少光学探头的端部位于介质中；信号处理模块，其与光学探头连接，用于将来自光学探头的接收光纤的光信号转换为电信号，并基于该电信号确定介质中颗粒的状态。

【技术实现步骤摘要】
检测系统和方法以及水处理系统和方法
本专利技术涉及一种检测系统和方法，特别涉及一种可以在线检测介质中所含颗粒的检测系统和方法。本专利技术还涉及一种水处理系统和方法，特别涉及可以在线检测水中所含颗粒的状态并根据检测的结果对水进行处理的系统和方法。
技术介绍
初级污水处理的目的在于，通过沉积或絮凝的沉淀过程以及物理-化学处理，去除或降低在原水或污水中的悬浮固体和其他可能的污染物。在众多工业沉淀池(净化池)中，加入化学试剂(混凝剂和絮凝剂)来促进胶体凝结，从而加速固体沉积过程。混凝剂和絮凝剂的选择及其用量在沉淀池工艺中具有重要作用。废水初级处理的常见问题是流动的水质和水量持续变化，需要相应地对化学试剂的添加量进行调节。目前，广泛使用人工烧瓶试验作为工业中的标准方法，用来选择化学试剂及确定剂量范围。但是，人工烧瓶试验有很多问题，首先，不能快速响应废水流的质量/数量的变化，其次，消耗人力和时间，而且响应迟钝，还需要有经验的人员进行操作。如果未能及时调节化学试剂的剂量，会导致较差的排出水质，并增加下游工艺出现问题的风险。因此，在污水处理工艺中急需一种可靠的在线检测系统，通过监视混凝、絮凝过程并且最优化化学试剂的剂量，从而保证净化的一致性和有效性。很多技术已经用于污水净化步骤中以检测凝结效率，例如流动电流探测器(SCD)广泛用于饮用水处理的混凝剂剂量控制。但是，在污水中，电荷中和不会是固体沉淀的唯一作用机制，其他例如聚合物架桥、疏水反应、电荷通路中和等机制也是重要的。因此，使用SCD作为主要传感器用于混凝剂和絮凝剂剂量控制，在污水处理的很多方面是无法胜任的。此外，导电性干扰、探头污损以及高维护成本，阻碍了SCD在污水处理中的应用。随着计算机和数字影像的快速发展，数字显微成像技术日渐成熟，使得通过图像分析软件来分析颗粒形态成为可能。数字显微图像处理技术，可以快速实现大量絮状物尺寸的测量和絮状物悬浊液的原位测量。数字显微图像处理技术通过聚焦在检测容器内很近距离(0.3～1cm)的平面上来捕捉搅拌悬浊液的图像来监视絮状物。图像处理通常是必要步骤，以提高图像质量并用于分析。这种方法的关键在于设定目标和背景的清晰对比度，从而可以准确地测量颗粒大小。使用沉淀来判断絮状物的沉积速度是重要的，因为沉积速度直接影响沉淀池的表现，是优化处理过程的重要参数。沉积作用取决于絮状物的大小、有效密度和孔隙率。但是测量絮状物沉淀需要非常精细的准备和大量的样品数目，才能获得准确结果。颗粒计数是另一重要技术，通过电子检测或光学检测，测定一定尺寸范围内颗粒的数量，提供在凝絮过程中的颗粒信息。在电子检测和光学检测两种技术中，测定颗粒大小的主要问题来自于絮状物沉积在通过测量室时产生破碎。例如与光学图像分析技术相比，库特氏计数器显著低估了絮状物尺寸，因为其仅测量了絮状物中固体的体积，而不是含有空隙和水的絮状物的有效体积。另外，检测区域的颗粒数量、位置和颗粒重叠都会显著影响检测的准确度。综上各种原因，颗粒计数技术需要所测污水具有较低颗粒浓度，因而限制了其在水处理特别是废水处理过程中的应用。目前最常见的商用颗粒尺寸检测设备都使用光散射技术。这些设备通过环状检测仪的阵列，记录不同角度范围内散射光的强度来测量颗粒尺寸，较小颗粒对应大角度散射光，较大颗粒对应小角度散射光。但是，由于水样过度浑浊导致激光散射的显著损失，光散射技术仅仅适合用于低浊度的水样品中。此外，基于该技术的在线测量进度很大程度上依赖测量过程中水样的稳定流动，这对于实际应用来说是一个问题。透光率脉动检测仪(PhotometricDispersionAnalyser,PDA)是独特的商用设备，用来测量颗粒凝聚状态的改变。其使用一束光照射流动悬浊液，测量透射光学强度的波动，表示为絮凝指数。PDA根据该指数，来评估化学试剂的有效性。JohnGregory等在英国专利GB2182432A中公开了此项技术的测量原理与方法。其利用横向窄光束照射流动悬浮物，透过悬浮物的光强度由检测装置所检测并输出。输出信号由两部分组成，其中直流信号(DC信号)表示透过光等效平均强度，而交流信号(RMS信号)表示样品中颗粒数量的随机变化。使用此种技术的分析仪具有从原始输出信号分离直流与交流信号的功能。但是，在PDA技术中也有一些限制。例如，悬浮的固体在穿过PDA测量室时必须具有足够的浓度才能提供可靠的信号。此外，悬浮固体的混合强度和设备校准也会影响在线测量的准确性。较小的取样管会施加巨大的剪切力，可能会破碎絮状物。PDA技术的另一问题是它不是在线检测，样品需要被导入到用于检测的测量室中。由于絮状物可能在取样管中穿过时进一步长大，该测量不能反映沉淀系统中的真实状态。以上问题以及非常昂贵的价格限制了PDA在污水处理工业中的应用。由于诸如可靠性、维护、复杂性、响应时间、成本等各种问题，许多类似的技术都不适合直接用于污水处理。迄今为止，在污水市场中尚无一种广泛使用的产品，来提供监视和初级处理中化学试剂剂量测量的最优化控制。有鉴于现有技术中存在的问题，需要一种可靠、灵敏且廉价的在线检测系统。
技术实现思路
自动最优化剂量控制系统可以降低处理成本、更有效利用净化池容积并有益于下游处理工序，提高整体的水处理能力。本专利技术的目的在于提供一种可靠和廉价的在线光学监测系统和方法以及相应的水处理系统和方法。本专利技术的一方面在于提供一种检测系统，用于检测介质中颗粒的状态，其特征在于包括：光学探头，其包括至少一发射光纤，用于向介质发射光；和至少两接收光纤，用于接收介质反射或反向散射的光，当所述检测系统进行检测时，至少光学探头的端部位于介质中；信号处理模块，其与光学探头连接，用于将来自光学探头的接收光纤的光信号转换为电信号，并基于该电信号确定介质中颗粒的状态。在依照本专利技术的检测系统中，光学探头可以包括多条发射光纤，发射光纤以围绕接收光纤的方式排布。所述光学探头可以包括11条发射光纤和两条接收光纤，每条接收光纤周围等距排布6条发射光纤。所述光学探头可以包括15条发射光纤和两个接收光纤组，每个接收光纤组包括两条并列排布的接收光纤，且每个接收光纤组周围排布有10条光纤。所述光学探头可以包括多条发射光纤和至少两条接收光纤，所述多条发射光纤排布成两个相连接的环状，接收光纤分别位于环状的中心位置。在依照本专利技术的检测系统中，所述光学探头还可以包括多条填充光纤。在依照本专利技术的检测系统中，所述光学探头的一端可以包括一保护窗口。所述保护窗口可以为蓝宝石或光学玻璃，且所述保护窗口上可以具有一对应介质的减反射膜或增透膜。在依照本专利技术的检测系统中，光学探头可以包括光纤接头和适配器，所述发射光纤和所述接收光纤固定在光纤接头中，所述光纤接头与适配器通过螺纹连接。所述适配器可以具有一光纤接头安装孔，该孔的内表面上具有螺纹，所述光纤接头的外表面上具有螺纹。光纤接头可以包括便于将光纤接头拧入光纤接头安装孔中的头部，所述头部包括多条防滑凹槽。在依照本专利技术的检测系统中，所述介质可以为液体。颗粒的状态可以包括颗粒大小的变化和颗粒浓度。在依照本专利技术的检测系统中，所述信号处理模块可以基于来自接收光纤的光信号获得交流电信号和直流电信号，并基于交流电信号确定介质中颗粒大小变化，基于直流电信号确定介质的浓度。本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种检测系统，用于检测介质中颗粒的状态，其特征在于包括：光学探头，其包括至少一发射光纤，用于向介质发射光；和至少两接收光纤，用于接收介质反射或反向散射的光，当所述检测系统进行检测时，至少光学探头的端部位于介质中；和信号处理模块，其与光学探头连接，用于将来自光学探头的接收光纤的光信号转换为电信号，并基于该电信号确定介质中颗粒的状态。

【技术特征摘要】
1.一种检测系统，用于检测介质中颗粒的状态，其特征在于包括：光学探头，其包括多条发射光纤，用于向介质发射光；和至少两条接收光纤，用于接收介质反射或反向散射的光，当所述检测系统进行检测时，至少光学探头的端部位于介质中；和信号处理模块，其与光学探头连接，用于将来自光学探头的接收光纤的光信号转换为电信号，并基于该电信号确定介质中颗粒的状态；其中所述多条发射光纤以围绕所述接收光纤的方式紧凑地排布。2.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述光学探头包括11条发射光纤和两条接收光纤，每条接收光纤周围等距排布6条发射光纤。3.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述光学探头包括15条发射光纤和两个接收光纤组，每个接收光纤组包括两条并列排布的接收光纤，且每个接收光纤组周围排布有10条光纤。4.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述多条发射光纤排布成两个相连接的环状，所述接收光纤分别位于环状的中心位置。5.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述光学探头还包括多条填充光纤。6.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述光学探头的一端包括一保护窗口。7.根据权利要求6所述的检测系统，其特征在于，所述保护窗口为蓝宝石或光学玻璃，且所述保护窗口上具有一对应介质的减反射膜或增透膜。8.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，光学探头包括光纤接头和适配器，所述发射光纤和所述接收光纤固定在光纤接头中，所述光纤接头与适配器通过螺纹连接。9.根据权利要求8所述的检测系统，其特征在于，所述适配器具有用于安装所述光纤接头的孔，该孔的内表面上具有螺纹，所述光纤接头的外表面上具有螺纹。10.根据权利要求9所述的检测系统，其特征在于，光纤接头包括便于将光纤接头拧入光纤接头安装孔中的头部，所述头部包括多条防滑凹槽。11.根据权利要求1-10任一项所述的检测系统，其特征在于，所述介质为液体。12.根据权利要求11所述的检测系统，其特征在于，所述颗粒的状态包括颗粒大小的变化和颗粒浓度。13.根据权利要求12所述的检测系统，其特征在于，所述信号处理模块基于来自接收光纤的光信号获得交流电信号和直流电信号，并基于交流电信...

【专利技术属性】
技术研发人员：程梁，罗德尼·H·班克斯，陈果，李恒，于春波，徐健，陈谱，
申请(专利权)人：埃科莱布美国股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US