CN114295553A - 一种高通量混凝絮凝实验***及实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高通量混凝絮凝实验***及实验方法，包括多组透明沉降槽，多组透明沉降槽依次成列放置在摄像机前端，距离摄像机最远的透明沉降槽上印制有刻度线；多组透明沉降槽的远离摄像机一侧设置有平行光源发射器；多组透明沉降槽的加注端均安装有四通阀，四通阀的一端通过药剂变频高通量计量泵与药剂搅动箱连接，多组透明沉降槽分别对应药剂搅动箱的一个内腔；料浆变频高通量定量给料泵安装于料浆制备槽和四通阀之间。摄像机、药剂变频高通量计量泵、料浆制备槽和料浆变频高通量定量给料泵、药剂搅动箱、平行光源发射器与控制计算机电连接。本发明具备无人为干扰因素沉降实验的优点，解决了现有沉降实验人为误差大、实验结果因人而异的问题。
Description
技术领域
本发明属于固液分离实验技术领域，尤其涉及一种高通量混凝絮凝实验***及实验方法。
背景技术
混凝/絮凝沉降实验是固液分离沉降实验的基本方法之一，广泛应用于环保、矿山、冶金、石化等工业领域，沉降实验可以探索水处理外加剂适宜类型、最佳用量以及指导设备选型等，目前的实验手段通常采用一只量筒对不同实验条件进行分批次实验，即每一种实验条件对应一次实验操作；也偶有采用多只量筒同时进行多组实验条件，一般为3～6只量筒同时进行多组实验条件，达到减少实验次数的目的，但无论是分批单次实验还是多组同时实验，观测沉降分界面均需通过人工肉眼完成；进行多组同时实验时，还需多人配合完成，因此上述两种方法容易产生以下几个问题：1)有些物料很难肉眼观测区分出沉降分界面，不同实验人员界定的沉降分界面也不尽相同，造成不同人进行实验得到不同的实验结果；2)当完成沉降时间较长时(有时大于24小时或更长)，增加了实验人员的负担，若中途换人继续实验，同样存在不同人员对沉降分界面界定不同的问题；3)在多组同时实验中，添加混凝/絮凝药剂时，一人很难完成同时添加，若多人同时完成，也存在混合程度、添加时间、添加手法等不同造成人为误差；4)综上所述，目前沉降实验方法存在较大的人为误差，往往导致实验结果偏离真实值，最关键的是，不同实验人员的操作不同，造成实验结果因人而异。同时，随着高通量技术和图像处理技术的发展，实现高通量混凝絮凝沉降实验对于固液分离沉降实验的准确性和标准化具有重要意义，因此，亟需一种高通量混凝絮凝实验***。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供一种高通量混凝絮凝实验***及实验方法，具备标准化且无人为干扰因素沉降实验的优点，解决了现有沉降实验人为误差大、实验结果因人而异的问题；操作简单方便且极易推广使用。
一种高通量混凝絮凝实验***，包括摄像机、多组透明沉降槽、药剂搅动箱、料浆制备槽、料浆变频高通量定量给料泵和控制计算机，多组透明沉降槽依次成列放置在摄像机前端，距离摄像机最远的透明沉降槽上印制有刻度线；多组透明沉降槽远离摄像机的一侧设置有平行光源发射器；多组透明沉降槽的加注端均安装有四通阀，四通阀的一端通过药剂变频高通量计量泵与药剂搅动箱连接；料浆变频高通量定量给料泵安装于料浆制备槽和四通阀之间；四通阀的其中一端外接水源；所述摄像机、药剂搅动箱、平行光源发射器、药剂变频高通量计量泵、料浆制备槽和料浆变频高通量定量给料泵通过信号线与控制计算机电连接。
所述透明沉降槽为四组，药剂搅动箱内包括四个与之相对应的四个内腔。
所述药剂变频高通量计量泵的进液端延伸至药剂搅动箱内腔的底部。
所述料浆变频高通量定量给料泵的输入端延伸至料浆制备槽内腔的底部。
所述药剂变频高通量计量泵输出端的一侧与四通阀通过管路连接。
所述多组透明沉降槽分别对应药剂搅动箱的一个内腔。
所述控制计算机内置搭载有控制***，控制***包括控制模块、数据接收模块、图像处理模块、数据处理模块和结果输出模块，所述控制模块用于按照试验前预先设定的给料值控制料浆变频高通量定量给料泵的开启、定量和关闭，用于控制药剂变频高通量计量泵的开启、计量和关闭以及摄像机、药剂搅动箱、料浆制备槽和平行光源发射器的电源启停；数据接收模块用于接收摄像机拍摄的试验过程拍摄的图片；图像处理模块用于将数据接收模块的图片信息数据转化为试验所需的数据，原理是将图片信息进行二值化处理得到固液分离界面值，并将转化后的数据传递给数据处理模块；数据处理模块用于将每一个固液分离界面值对应的摄像机的记录时间T进行一一对应，得到时间T和沉降高度H的一一对应数据，形成数据表作为试验结果表格；结果输出模块用于将试验结果数据表绘制成沉降曲线与表格一并输出为试验结果进行展示。
上述的一种高通量混凝絮凝实验***的实验方法，具体包括以下步骤：
步骤一：根据实验需求配置待测试样品；
步骤二：配制待添加混凝/絮凝剂，所述待添加混凝/絮凝剂为多种不同的待添加混凝/絮凝剂或一种待添加混凝/絮凝剂均分为多组；
步骤三：将步骤一中配置的待测试样品放置于料浆制备槽内；将步骤二中配置好的待添加混凝/絮凝剂分别放置于药剂搅动箱内的内腔内；
步骤四：通过控制计算机分别向料浆变频高通量定量给料泵、药剂变频高通量计量泵和四通阀发出开启指令，打开向料浆变频高通量定量给料泵、药剂变频高通量计量泵和四通阀，混凝/絮凝剂通过药剂变频高通量计量泵分别进入对应透明沉降槽中，待测试样品通过料浆变频高通量定量给料泵进入到多组透明沉降槽中；
当步骤二中配置的待添加混凝/絮凝剂为多种不同的待添加混凝/絮凝剂时，此步骤在添加四种混凝/絮凝剂时，控制计算机控制药剂变频高通量计量泵以相同的添加比例加入；添加待测试样品和四种混凝/絮凝剂时，控制计算机控制料浆制备槽和药剂搅动箱的搅动部件不停运行；
当步骤二中配置的待添加混凝/絮凝剂为一种待添加混凝/絮凝剂均分为多组时，此步骤在添加四种混凝/絮凝剂时，控制计算机控制药剂变频高通量计量泵分别以不同的添加比例加入；
步骤五：测试样品和四种混凝/絮凝剂添加结束的同时，控制计算机开启平行光源发射器和摄像机，此时刻为计时零点，摄像机每间隔一个设定时间ΔT拍摄一张图片数据并给控制计算机，控制计算机内控制***对图片进行处理输出数据表并绘制成的沉降曲线，作为最终试验结果。
本发明的有益效果是：
1、本发明通过设置摄像机、多组透明沉降槽、四通阀、药剂变频高通量计量泵、药剂搅动箱、料浆制备槽、料浆变频高通量定量给料泵和控制计算机的配合使用，可进行高通量的混凝絮凝沉降实验，这样混凝絮凝实验***的实验更加精准，解决了混凝絮凝实验***在使用时，因不能进行标准化且无人为干扰因素沉降实验，极易出现沉降实验人为误差大、实验结果因人而异的问题，值得推广。
2、本发明通过设置刻度线，计算机在处理数据时，通过摄像机获取图像中多组透明沉降槽液位的准确数据，从而能够修正实验人员由于测得的物料密度误差原因造成的试验结果失真。
3、本发明可以实现高通量混凝絮凝实验，通过将药剂变频高通量计量泵和料浆变频高通量定量给料泵对应多组透明沉降槽，一次实验即可以完成多组混凝絮凝沉降实验数据。
4、本发明通过控制计算机内置的控制***进行接收并进行数据后处理，得到实验结果反馈。
附图说明
图1为本发明提供的高通量混凝絮凝实验***的结构连接示意图(其中透明沉降槽、药剂搅拌箱、料浆制备槽为主视方向)；
图2为本发明提供的高通量混凝絮凝实验***的结构连接示意图(其中透明沉降槽、药剂搅拌箱、料浆制备槽为俯视方向)；
图3为实施例1的实验结果曲线；
图4为实施例2的实验结果曲线；
其中，
1-摄像机，2-透明沉降槽，2-1-刻度线，3-四通阀，4-药剂变频高通量计量泵，5-药剂搅动箱，6-料浆制备槽，7-料浆变频高通量定量给料泵，8-控制计算机，9-平行光源发射器。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明的技术方案和效果作详细描述。
实施例1
如图1-2所示，一种高通量混凝絮凝实验***，包括摄像机1、多组透明沉降槽2、药剂搅动箱5、料浆制备槽6、料浆变频高通量定量给料泵7和控制计算机8。多组透明沉降槽2依次成列放置在摄像机1前端，距离摄像机1最远的透明沉降槽2上印制有刻度线2-1；多组透明沉降槽2远离摄像机1的一侧设置有平行光源发射器9，发射平行光源；摄像机1通过设置的刻度线2-1，能够获得沉降试验时的真实固液分离界面读数，平行光源的设置能够辅助增强固液分离界面的清晰度。多组透明沉降槽2的加注端均安装有四通阀3，四通阀3的一端通过药剂变频高通量计量泵4与药剂搅动箱5连接，多组透明沉降槽2分别对应药剂搅动箱5的一个内腔，药剂变频高通量计量泵4的进液端延伸至药剂搅动箱5内腔的底部；药剂变频高通量计量泵4输出端的一侧与四通阀3通过管路连接。料浆变频高通量定量给料泵7安装于料浆制备槽6和四通阀3之间，料浆变频高通量定量给料泵7的输入端延伸至料浆制备槽6内腔的底部。四通阀的其中一端外接水源，用于实验过程需要时进一步对料浆进行稀释。本实施例中所述透明沉降槽2为四组，药剂搅动箱5内包括四个与之相对应的四个内腔。
所述摄像机1、药剂变频高通量计量泵4、药剂搅动箱5、平行光源发射器9、料浆制备槽6和料浆变频高通量定量给料泵7通过信号线与控制计算机8电连接，摄像机1将拍摄的图片发送至控制计算机8，控制计算机8能够对药剂变频高通量计量泵4、搅拌器、料浆变频高通量定量给料泵7发出开启或结束工作指令。
所述控制计算机8内置搭载有控制***，控制***包括控制模块、数据接收模块、图像处理模块、数据处理模块和结果输出模块，所述控制模块用于按照试验前预先设定的给料值控制料浆变频高通量定量给料泵7的开启、定量和关闭，用于控制药剂变频高通量计量泵4的开启、计量和关闭以及摄像机1、药剂搅动箱5、料浆制备槽6和平行光源发射器9的电源启停；数据接收模块用于接收摄像机1拍摄的试验过程拍摄的图片；图像处理模块用于将数据接收模块的图片信息数据转化为试验所需的数据，原理是将图片信息进行二值化处理得到固液分离界面值，并将固液分离界面值转化为沉降高度H，然后将转化后的沉降高度H传递给数据处理模块；数据处理模块用于将每一个固液分离界面值对应的摄像机1的记录时间T进行一一对应记录，得到时间T和沉降高度H的一一对应数据，形成数据表作为试验结果表格；结果输出模块用于将试验结果数据表绘制成沉降曲线与表格一并输出为试验结果进行展示。
采用上述一种高通量混凝絮凝实验***进行实验的实验方法，具体包括以下步骤：
步骤一：根据实验需求配置待测试样品，本实施例中待测试样品的浓度为C。＝25％。
步骤二：配制待添加混凝/絮凝剂，本实施例中待添加混凝/絮凝剂为w/w％＝0.5‰浓度的589T、N134、AY5002、88905h四种PAM溶液。
步骤三：将步骤一中配置的待测试样品放置于料浆制备槽6内；将步骤二中配置好的589T、N134、AY5002、88905h四种PAM溶液分别放置于药剂搅动箱5内的四个内腔内。
步骤四：通过控制计算机8分别向料浆变频高通量定量给料泵7、药剂变频高通量计量泵4和四通阀3发出开启指令，打开向料浆变频高通量定量给料泵7、药剂变频高通量计量泵4和四通阀3，在向料浆变频高通量定量给料泵7、药剂变频高通量计量泵4和四通阀3的配合下，四种混凝/絮凝剂通过药剂变频高通量计量泵4分别进入对应透明沉降槽2中，待测试样品通过料浆变频高通量定量给料泵7进入到多组透明沉降槽2中；此步骤在添加四种混凝/絮凝剂时，控制计算机8控制药剂变频高通量计量泵4以相同的添加比例加入，本实施例中按照四个四通阀均以50g/t添加比例加入；添加待测试样品和四种混凝/絮凝剂时，控制计算机8控制料浆制备槽6和药剂搅动箱5的搅动部件不停运行。
步骤五：待测试样品和四种混凝/絮凝剂添加结束的同时，控制计算机8通过控制***向摄像机1和平行光源发射器9发出开启指令，开启摄像机1和平行光源发射器9，此时刻为计时零点，摄像机1每间隔一个设定时间ΔT拍摄一张图片数据并给控制计算机8，控制计算机8内控制***中的图像处理模块对图片进行二值化处理，将处理后产生的固液分离界面数据即沉降高度H传输给数据处理模块，控制计算机自动记录沉降高度H随沉降时间T的变化，试验结束时数据处理模块把整个试验产生的数据传输给结果输出模块，结果输出模块对时间T和沉降高度H进行散点图处理，沉降时间T作为X轴横坐标，沉降高度H作为Y轴纵坐标，控制计算机输出数据表并绘制成的沉降曲线，作为最终试验结果。本实施例的结果如图3所示及表1所示。
表1 实施例1实验中四种混凝/絮凝剂的沉降结果
实施例2
如图1-2所示，一种高通量混凝絮凝实验***，包括摄像机1、多组透明沉降槽2、药剂搅动箱5、料浆制备槽6、料浆变频高通量定量给料泵7和控制计算机8。多组透明沉降槽2依次成列放置在摄像机1前端，距离摄像机1最远的透明沉降槽2上印制有刻度线2-1；多组透明沉降槽2远离摄像机1的一侧设置有平行光源发射器9，发射平行光源；摄像机1通过设置刻度线2-1，能够获得沉降试验时的真实固液分离界面读数，平行光源的设置能够辅助增强固液分离界面的清晰度。多组透明沉降槽2的加注端均安装有四通阀3，四通阀3的一端通过药剂变频高通量计量泵4与药剂搅动箱5连接，多组透明沉降槽2分别对应药剂搅动箱5的一个内腔，药剂变频高通量计量泵4的进液端延伸至药剂搅动箱5内腔的底部；药剂变频高通量计量泵4输出端的一侧与四通阀3通过管路连接。料浆变频高通量定量给料泵7安装于料浆制备槽6和四通阀3之间，料浆变频高通量定量给料泵7的输入端延伸至料浆制备槽6内腔的底部。四通阀的其中一端外接水源。本实施例中所述透明沉降槽2为四组，药剂搅动箱5内包括四个与之相对应的四个内腔。
所述摄像机1、药剂变频高通量计量泵4、药剂搅动箱5、平行光源发射器9、料浆制备槽6和料浆变频高通量定量给料泵7的输出端与控制计算机8电连接，摄像机1将拍摄的图片发送至控制计算机8，控制计算机8能够对药剂变频高通量计量泵4、搅拌器、料浆变频高通量定量给料泵7发出开启或结束工作指令。
所述控制计算机8内置搭载有控制***，控制***包括控制模块、数据接收模块、图像处理模块、数据处理模块和结果输出模块，所述控制模块用于按照试验前预先设定的给料值控制料浆变频高通量定量给料泵7的开启、定量和关闭，用于控制药剂变频高通量计量泵4的开启、计量和关闭以及摄像机1、药剂搅动箱5、料浆制备槽6和平行光源发射器9的电源启停；数据接收模块用于接收摄像机1拍摄的试验过程拍摄的图片；图像处理模块用于将数据接收模块的图片信息数据转化为试验所需的数据，原理是将图片信息进行二值化处理得到固液分离界面值，并将固液分离界面值转化为沉降高度H，然后将转化后的沉降高度H传递给数据处理模块；数据处理模块用于将每一个固液分离界面值对应的摄像机1的记录时间T进行一一对应记录，得到时间T和沉降高度H的一一对应数据，形成数据表作为试验结果表格；结果输出模块用于将试验结果数据表绘制成沉降曲线与表格一并输出为试验结果进行展示。
采用上述一种高通量混凝絮凝实验***进行实验的实验方法，具体包括以下步骤：
步骤一：根据实验需求配置待测试样品，本实施例中待测试样品的浓度为C。＝25％。
步骤二：配制待添加混凝/絮凝剂，本实施例中待添加混凝/絮凝剂为w/w％＝0.5‰浓度的AY5002絮凝剂，均分成四份。
步骤三：将步骤一中配置的待测试样品放置于料浆制备槽6内；将步骤二中配置好并均分的四份AY5002絮凝剂分别放置于药剂搅动箱5内的四个内腔内。
步骤四：通过控制计算机8分别向料浆变频高通量定量给料泵7、药剂变频高通量计量泵4和四通阀3发出开启指令，打开向料浆变频高通量定量给料泵7、药剂变频高通量计量泵4和四通阀3，在向料浆变频高通量定量给料泵7、药剂变频高通量计量泵4和四通阀3的配合下，四种混凝/絮凝剂通过药剂变频高通量计量泵4分别进入对应透明沉降槽2中，待测试样品通过料浆变频高通量定量给料泵7进入到多组透明沉降槽2中；此步骤在添加四种混凝/絮凝剂时，控制计算机8控制药剂变频高通量计量泵4分别以不同的添加比例加入，本实施例中四个四通阀3分别以10g/t、25g/t、40g/t、100g/t添加比例加入；添加待测试样品和四种混凝/絮凝剂时，控制计算机8控制料浆制备槽6和药剂搅动箱5的搅动部件不停运行。
步骤五：待测试样品和四组混凝/絮凝剂添加结束后，控制计算机8通过控制***向摄像机1和平行光源发射器9发出开启指令，开启摄像机1和平行光源发射器9，此时刻为计时零点，摄像机1每间隔一个设定时间ΔT拍摄一张图片数据并给控制计算机8，控制计算机8内控制***中的图像处理模块对图片进行二值化处理，将处理后产生的固液分离界面数据即沉降高度H传输给数据处理模块，控制计算机自动记录沉降高度H随沉降时间T的变化，试验结束时数据处理模块把整个试验产生的数据传输给结果输出模块，结果输出模块对时间T和沉降高度H进行散点图处理，沉降时间T作为X轴横坐标，沉降高度H作为Y轴纵坐标，控制计算机输出数据表并绘制成的沉降曲线，作为最终试验结果。本实施例的结果如图4所示及表2所示。
表2 实施例2实验中四组混凝/絮凝剂的沉降结果
通过实施例一和实施例二可知，本申请能够在没有人工参与的情况下得出实验数据，避免了人为因素的干扰。
本申请通过设置摄像机1、多组透明沉降槽2、四通阀3、药剂变频高通量计量泵4、药剂搅动箱5、料浆制备槽6、料浆变频高通量定量给料泵7和控制计算机8，相配合使用，可进行标准化且无人为干扰因素沉降实验，这样混凝絮凝实验***的实验更加精准，解决了混凝絮凝实验***在使用时，因不能进行标准化且无人为干扰因素沉降实验，极易出现沉降实验人为误差大，实验结果因人而异的问题。本发明通过控制***自动完成实验过程的数据后处理、得到实验结果反馈，并进行数据记录和实验结果的保存输出。本发明中通过设置多组透明沉降槽2，通过药剂变频高通量计量泵4和料浆变频高通量定量给料泵7对应多组透明沉降槽2，一次实验即可以完成多组高通量混凝絮凝实验。
Claims (8)
1.一种高通量混凝絮凝实验***，其特征在于：包括摄像机、多组透明沉降槽、药剂搅动箱、料浆制备槽、料浆变频高通量定量给料泵和控制计算机，多组透明沉降槽依次成列放置在摄像机前端，距离摄像机最远的透明沉降槽上印制有刻度线；多组透明沉降槽远离摄像机的一侧设置有平行光源发射器；多组透明沉降槽的加注端均安装有四通阀，四通阀的一端通过药剂变频高通量计量泵与药剂搅动箱连接；料浆变频高通量定量给料泵安装于料浆制备槽和四通阀之间；四通阀的其中一端外接水源；所述摄像机、药剂搅动箱、平行光源发射器、药剂变频高通量计量泵、料浆制备槽和料浆变频高通量定量给料泵通过信号线与控制计算机电连接。
2.根据权利要求1所述的一种高通量混凝絮凝实验***，其特征在于：所述透明沉降槽为四组，药剂搅动箱内包括四个与之相对应的四个内腔。
3.根据权利要求1所述的一种高通量混凝絮凝实验***，其特征在于：所述药剂变频高通量计量泵的进液端延伸至药剂搅动箱内腔的底部。
4.根据权利要求1所述的一种高通量混凝絮凝实验***，其特征在于：所述料浆变频高通量定量给料泵的输入端延伸至料浆制备槽内腔的底部。
5.根据权利要求1所述的一种高通量混凝絮凝实验***，其特征在于：所述药剂变频高通量计量泵输出端的一侧与四通阀通过管路连接。
6.根据权利要求1所述的一种高通量混凝絮凝实验***，其特征在于：所述多组透明沉降槽分别对应药剂搅动箱的一个内腔。
7.根据权利要求1所述的一种高通量混凝絮凝实验***，其特征在于：所述控制计算机内置搭载有控制***，控制***包括控制模块、数据接收模块、图像处理模块、数据处理模块和结果输出模块，所述控制模块用于按照试验前预先设定的给料值控制料浆变频高通量定量给料泵的开启、定量和关闭，用于控制药剂变频高通量计量泵的开启、计量和关闭以及摄像机、药剂搅动箱、料浆制备槽和平行光源发射器的电源启停；数据接收模块用于接收摄像机拍摄的试验过程拍摄的图片；图像处理模块用于将数据接收模块的图片信息数据转化为试验所需的数据，原理是将图片信息进行二值化处理得到固液分离界面值，并将转化后的数据传递给数据处理模块；数据处理模块用于将每一个固液分离界面值对应的摄像机的记录时间T进行一一对应，得到时间T和沉降高度H的一一对应数据，形成数据表作为试验结果表格；结果输出模块用于将试验结果数据表绘制成沉降曲线与表格一并输出为试验结果进行展示。
8.权利要求1-7任一项所述的一种高通量混凝絮凝实验***的实验方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤一：根据实验需求配置待测试样品；
步骤二：配制待添加混凝/絮凝剂，所述待添加混凝/絮凝剂为多种不同的待添加混凝/絮凝剂或一种待添加混凝/絮凝剂均分为多组；
步骤三：将步骤一中配置的待测试样品放置于料浆制备槽内；将步骤二中配置好的待添加混凝/絮凝剂分别放置于药剂搅动箱内的内腔内；
步骤四：通过控制计算机分别向料浆变频高通量定量给料泵、药剂变频高通量计量泵和四通阀发出开启指令，打开向料浆变频高通量定量给料泵、药剂变频高通量计量泵和四通阀，混凝/絮凝剂通过药剂变频高通量计量泵分别进入对应透明沉降槽中，待测试样品通过料浆变频高通量定量给料泵进入到多组透明沉降槽中；
当步骤二中配置的待添加混凝/絮凝剂为多种不同的待添加混凝/絮凝剂时，此步骤在添加四种混凝/絮凝剂时，控制计算机控制药剂变频高通量计量泵以相同的添加比例加入；添加待测试样品和四种混凝/絮凝剂时，控制计算机控制料浆制备槽和药剂搅动箱的搅动部件不停运行；
当步骤二中配置的待添加混凝/絮凝剂为一种待添加混凝/絮凝剂均分为多组时，此步骤在添加四种混凝/絮凝剂时，控制计算机控制药剂变频高通量计量泵分别以不同的添加比例加入；
步骤五：测试样品和四种混凝/絮凝剂添加结束的同时，控制计算机开启平行光源发射器和摄像机，此时刻为计时零点，摄像机每间隔一个设定时间ΔT拍摄一张图片数据并给控制计算机，控制计算机内控制***对图片进行处理输出数据表并绘制成的沉降曲线，作为最终试验结果。
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