[发明专利]湍动条件下低浓度污泥沉降速率的测量方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种湍动条件下低浓度污泥沉降速率的测量方法和装置，尤其指一种通过处理污泥的影像从而获取污泥测量资料的装置和方法，用于各类污泥沉降速率以及形态尺寸大小的测试、污水处理厂污泥沉降性能日常监测、污泥沉降过程水动力学实验室研究，以及各类水处理反应器局部污泥沉积的评估与预警等方面。

背景技术

目前，沉淀主要可分为混凝沉降、自由沉降、絮凝沉降和区域沉降等。在静水条件下，混凝沉降通过试验绘出浊度与投药量的关系曲线，并计算水样慢速搅拌过程中的速度梯度G和GT；自由沉降试验在圆管中进行，绘制悬浮物去除百分数P与沉速v的P-v曲线描述整个沉降过程；絮凝沉降则由絮体颗粒沉淀试验去除百分数等值线进行表达；区域沉降由批沉降实验或污泥沉降性能指标SVI、DSVI(diluted SVI)、SSVI(stirred SVI)的经验关系获得，主要是测定不同初始浓度条件下污泥浑液面高度与污泥沉降时间的关系曲线，在此基础上确定污泥沉降速率与各种污泥及其初始浓度相关的各类模型参数来得到，如：Vesilind公式、Cho公式以及其他经验或半经验沉降公式。由于目前对各类沉降都需要通过试验绘制沉降曲线的办法进行研究，从所获得相关参数间接求出沉速，无法直接得到沉降过程中污泥形态尺寸及运动信息，在实际运用时试验过程复杂，降低了测试精度，同时也浪费了大量的人力与时间；并且，上述各类沉淀在动水条件下的研究至今尚未形成公认的试验方法，已出现的方法也是基于静水条件下的各类沉降曲线进行修正。

人们在生产过程中，利用获取物件的影像，然后处理物件的影像来获取物件的测量资料，这样可以大大提高测量效率，如中国专利ZL02139916.6，即是通过影像法来测量物件的尺寸，然而，该系统只适用于宏观物体尺寸的测量，无法测量类似污泥这样的细小物体。

发明内容

本发明目的是提供一种湍动条件下低浓度污泥沉降速率的测量方法和装置，通过处理污泥的影像来获得污泥的测量资料，可测量不同水力条件下各类污泥的沉降速率以及形态尺寸，具有精度高、分析快速的优点。

为了实现上述目的，本发明提供的湍动条件下低浓度污泥沉降速率的测量方法包括有下列步骤：(a)影像撷取步骤，获取沉降柱中被测污泥的影像；(b)影像处理步骤，将被测污泥的影像转换成计算机可识别处理的格式，并根据沉降柱的实际尺寸以及该沉降柱的影像尺寸计算测量中所用的换算比例；(c)影像测量步骤，测量影像以获取被测污泥的资料，该影像测量步骤包括：污泥粒径测量步骤，测量污泥影像中污泥的的平均粒径，以根据换算比例计算被测量污泥的实际平均粒径，该污泥粒径测量步骤依次包含下列步骤：二值化处理步骤，对获取的污泥影像进行二值化处理；对象标记步骤，将影像中的各污泥粒子进行对象标记；计算粒径步骤，计算影像中各污泥粒子的粒径，以计算影像中污泥的平均粒径，根据换算比例计算污泥的实际平均粒径；污泥沉降速率测量步骤，选取相邻的两帧污泥影像，根据同一个污泥粒子在两帧影像中的相对位移计算该污泥粒子的沉降速率，以计算出在影像上污泥运动的速率，并由换算比例计算出污泥实际沉降速率，该污泥沉降速率测量步骤依次包含下列步骤：划分搜索区域步骤，获取相邻两帧影像，在第一帧影像中划分子窗口f，以及在第二帧影像中以f为中心划分搜索区域；粒子匹配计算步骤，对在搜索区域中的粒子进行匹配计算，以在第二帧影像中找出在第一帧子窗口f中的污泥粒子；计算粒子的沉降速率步骤，根据分子窗口f中的污泥粒子在两帧影像中的相对位移，计算在影像中粒子的二维速率，由粒子垂向速度的加权平均值换算出实际条件下污泥的沉降速率。

上述影像处理步骤还包含有用于对原始影像进行增强与去噪处理的步骤。