一种高速软化反应器流态在线监控装置及方法与流程

本发明属于水处理，涉及一种高速软化反应器流态在线监控装置及方法。

背景技术：

1、目前高速造粒结晶软化技术在水处理除硬领域研究颇多，尤其是在循环水、循环水排污水、矿井水等水体。其主要原理是在反应器中投入反应晶核，使待处理原水中的硬度离子与晶核颗粒发生非均相结晶反应，生成的caco3固体沉淀涂覆在晶核表面，使得晶核逐渐变大成熟。基于作用原理的特点，其具有占地面积小、上升流速高、无污泥生成、结晶产物可回收利用等优势，设备整体呈现细高状，内部流场运动碰撞强烈。但高速造粒结晶软化反应器在实际运行过程中也存在一定的问题：设备内部为“黑匣子”，无法获悉内部水和晶核的固液状态；晶核排放大多依据出水效果判断，很不准确；内部固液流场暂无监测观察手段，晶核成熟变大的趋势、现状没有自动化监控手段，对系统的调控构成极大的制约瓶颈。

2、综上所述，目前基于高速造粒结晶软化反应器的“直径小、高度高”的设备特点，针对反应器内部流态监测手段空白、固液反应情况无法及时获悉的缺点，亟待开发一种能够获得反应器内部固液反应流态变化情况，实现反应状态可调控的装置。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有技术中反应器内部固液流场难以监测、难以及时获悉晶核变化状态、使得系统调控难度大的技术问题，提供一种高速软化反应器流态在线监控装置及方法。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、第一方面，本发明提供一种高速软化反应器流态在线监控装置，包括高速软化反应器本体；所述高速软化反应器本体一侧固定安装并通长设置有通长窥视窗；高速软化反应器本体内部自下而上依次设置有填料成熟区、填料反应区、填料成长区和分离区；高速软化反应器本体底部设置有进水口和大颗粒排放口，顶部侧壁设置有出水口；通长窥视窗一侧还间隔设置有与其相平行的滑动装置；滑动装置上安装有移动式监控器，移动式监控器用于通过通长窥视窗采集高速软化反应器本体内的物料形貌和光谱特性，以判断反应器流态情况。

4、进一步地，所述移动式监控器包括光谱检测器、高速摄像头和电脑终端，使得移动式监控器沿滑动装置滑动，通过光谱检测器发出近红外光线，并收集通长窥视窗内侧的物料反射的近红外光谱；通过高速摄像头拍摄通长窥视窗内侧物料实时照片，并通过电脑终端对近红外光谱和实时照片进行分析。

5、进一步地，所述移动式监控器距离通长窥视窗的最短距离为5cm-10cm。

6、进一步地，所述通长窥视窗的长度能够保证覆盖填料成熟区、填料反应区和填料成长区区域。

7、进一步地，所述通长窥视窗采用强化玻璃制成。

8、进一步地，所述通长窥视窗的厚度不低于10mm。

9、进一步地，所述通长窥视窗与高速软化反应器本体之间通过螺栓固定。

10、第二方面，本发明提供一种上述装置的高速软化反应器流态在线监控方法，包括以下步骤：

11、步骤一：来料带压进入高速软化反应器本体后，与内部反应填料和软化剂反应，使得内部填料逐渐长大、沉淀；来水依次通过填料成熟区、填料反应区、填料成长区、分离区，随后出水；

12、步骤二：高速软化反应器运行过程中，启动移动式监控器使其自下而上匀速移动；首先光谱检测器发出近红外光线，并收集通长窥视窗内侧的物料反射的近红外光谱；间隔设定时间后启动高速摄像头，即时拍摄通长窥视窗内侧物料实时照片，并将近红外光谱及实时照片传输至电脑终端进行分析；

13、步骤三：通过电脑终端将收集到的近红外光谱利用聚类算法分析计算光谱相似度，并设定阈值范围；结合物料实物照片分析内部反应填料粒径大小及分布比例，以此判断高速软化反应器流态是否为熟化饱和工况、正常反应工况或不成熟流化工况；

14、步骤四：当处于熟化饱和工况时，系统提示反应器启动排污程序；当处于不成熟流化工况时，系统提示流量过大或反应填料过少或软化剂投加不足。

15、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

16、本发明公开了一种高速软化反应器流态在线监控装置及方法，采用移动式监控器，透过通长窥视窗采集高速软化反应器本体内部填料形貌和光谱特性，能够实时反映反应过程中的液体物料及固体物料的物理信息，并通过分析这些获取的信息，用于测量过程关键参数，实现过程的实时监控，保证高速造粒结晶软化反应器的良好运行。

17、进一步地，本发明采用近红外光谱分析结合图像分析，利用近红外光源光束聚焦于窥视镜内侧，同时采用高速摄像头即时拍摄内部填料照片，这种非侵入式的检监测方式在获取反应器状态信息的同时规避了污染物料的风险，也及时获得了内部填料成熟状态，以此判断反应器运行模式。

18、进一步地，本发明通长窥视窗的材质采用强化玻璃，具有良好的透光性和抗污染性；并且与高速软化反应器本体通过螺栓固定，便于拆卸更换。

技术特征：

1.一种高速软化反应器流态在线监控装置，其特征在于，包括高速软化反应器本体(1)；所述高速软化反应器本体(1)一侧固定安装并通长设置有通长窥视窗(2)；高速软化反应器本体(1)内部自下而上依次设置有填料成熟区(7)、填料反应区(8)、填料成长区(9)和分离区(10)；高速软化反应器本体(1)底部设置有进水口(4)和大颗粒排放口(5)，顶部侧壁设置有出水口(6)；通长窥视窗(2)一侧还间隔设置有与其相平行的滑动装置(11)；滑动装置(11)上安装有移动式监控器(3)，移动式监控器(3)用于通过通长窥视窗(2)采集高速软化反应器本体(1)内的物料形貌和光谱特性，以判断反应器流态情况。

2.根据权利要求1所述的一种高速软化反应器流态在线监控装置，其特征在于，所述移动式监控器(3)包括光谱检测器、高速摄像头和电脑终端，使得移动式监控器(3)沿滑动装置(11)滑动，通过光谱检测器发出近红外光线，并收集通长窥视窗(2)内侧的物料反射的近红外光谱；通过高速摄像头拍摄通长窥视窗(2)内侧物料实时照片，并通过电脑终端对近红外光谱和实时照片进行分析。

3.根据权利要求2所述的一种高速软化反应器流态在线监控装置，其特征在于，所述移动式监控器(3)距离通长窥视窗(2)的最短距离为5cm-10cm。

4.根据权利要求1所述的一种高速软化反应器流态在线监控装置，其特征在于，所述通长窥视窗(2)的长度能够保证覆盖填料成熟区(7)、填料反应区(8)和填料成长区(9)区域。

5.根据权利要求4所述的一种高速软化反应器流态在线监控装置，其特征在于，所述通长窥视窗(2)采用强化玻璃制成。

6.根据权利要求4所述的一种高速软化反应器流态在线监控装置，其特征在于，所述通长窥视窗(2)的厚度不低于10mm。

7.根据权利要求4所述的一种高速软化反应器流态在线监控装置，其特征在于，所述通长窥视窗(2)与高速软化反应器本体(1)之间通过螺栓固定。

8.一种权利要求1-7任一项所述装置的高速软化反应器流态在线监控方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种高速软化反应器流态在线监控装置及方法，属于水处理技术领域；装置包括高速软化反应器本体；所述高速软化反应器本体一侧固定安装并通长设置有通长窥视窗；高速软化反应器本体内部自下而上依次设置有填料成熟区、填料反应区、填料成长区和分离区；高速软化反应器本体底部设置有进水口和大颗粒排放口，顶部侧壁设置有出水口；通长窥视窗一侧还间隔设置有与其相平行的滑动装置；滑动装置上安装有移动式监控器，移动式监控器用于采集高速软化反应器本体内的物料形貌和光谱特性。本发明能够及时获取反应器内部填料状态，规避了污染物料的风险，计算分析反应器内液固相流态及饱和成熟工况，以此指导反应器良好运行。

技术研发人员：陈玉强,李小军,张凯,胡明睿,陈阳,刘贵栋,高先登
受保护的技术使用者：西安西热水务环保有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16