[发明专利]一种在线测定水中颗粒物孔隙复杂程度的方法

说明书

本发明公开了一种在线测定水中颗粒物孔隙复杂程度的方法，属于环境保护技术领域，旨在解决现有方法难以满足实际在线控制需求等问题。本发明利用连接有电导电极的电化学阻抗仪对颗粒物悬浊液进行实时频率扫描，以扫描过程中阻抗反馈信号形成的颗粒物谱维数dsubgt;s/subgt;表征颗粒物孔隙复杂程度，假设扫描过程中电子在孔隙中是随机行走的，同一个电子在同一个位置上出现的概率与颗粒物阻抗反馈信号的谱维数dsubgt;s/subgt;直接关联。dsubgt;s/subgt;越大，意味着电子出现在孔隙同一位置的概率越小，对应着孔隙结构越复杂。本发明在测试时无需对样品进行特殊处理，仅将电极探头插入待测颗粒悬浮液进行频率扫描，且设备维护相对简单，更能满足水中颗粒物实时分析控制的需求。

所属技术领域

本发明涉及的是一种在线测定水中颗粒物孔隙复杂程度的方法，属于环境保护技术领域。

背景技术

水中颗粒物(如活性污泥等)孔隙的复杂程度对颗粒物的吸附、过滤等过程有着显著影响，也关系到水中污染物的迁移和转化。因此，实时确定水中颗粒物的孔隙复杂程度对这些过程的控制有着重要意义。目前表征水中颗粒孔隙的方法主要有比表面积测定法，显微图像法及电子计算机断层(CT)扫描法等。其中比表面积测定法是通过将气体(如氮气)或非浸润液体(如汞)压入颗粒物的孔隙中，以观测孔结构，获取比表面积、孔径分布等特征参数。显微图像法及CT扫描法则是通过成像来反映孔结构的特征参数。然而，这些方法在测定中样品的制备过程较为复杂，难以实现在线测试，且测试过程所涉及的仪器较为昂贵，限制了其在实际工业中的应用。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷，本发明提供了一种在线测定水中颗粒物孔隙复杂程度的方法，其目的是绕过现有方法的不足，利用连接有探头的电学设备对水中颗粒物进行实时频率扫描获取阻抗反馈信号，并计算扫描过程中颗粒物阻抗反馈信号的谱维数d_s，以此表征颗粒物的孔隙复杂程度。

本发明可通过如下技术途径实现：

包括，用连接有电导电极的商业电化学阻抗仪对颗粒物悬浊液进行实时频率扫描，并假设扫描过程中电子在颗粒物的孔隙中是随机行走的，同一个电子在同一个位置上出现的概率与颗粒物阻抗反馈信号的谱维数d_s直接关联。d_s越大，意味着电子在孔隙中运动轨迹越无序，运动路径越复杂，出现在孔隙同一位置的概率越小，对应着颗粒物的孔隙结构越复杂。

进一步地，d_s的确定包括如下步骤：

(1)在测试时无需对样品进行特殊处理，仅将电极探头插入待测颗粒悬浮液进行频率扫描以获取悬浮液的阻抗实部、虚部及复阻抗模量，对复阻抗模量进行校正，并计算出校正后复阻抗模量突变的临界频率；

(2)以临界频率及其所对应的校正后的复阻抗模量为起始端点，对频率-校正后的复阻抗模量曲线做傅里叶变换，得到变换后的时间域及阻抗信号的振幅；

(3)对所得时间域-阻抗信号振幅曲线做逆傅里叶变换，得到频率域及阻抗信号振幅的平方；

(4)根据频率与阻抗信号振幅平方的无标度模型计算出颗粒物的谱维数。

特别是，子步骤(1)中所述颗粒物悬浊液样品的浓度范围为1mg/L-100g/L，测定时温度保持恒定，电化学阻抗仪施加的正弦电压范围为1-1000mV，扫描频率范围为0.1Hz-10MHz。所述复阻抗模量的校正方法为，校正后的复阻抗模量等于每个扫描频率下对应的复阻抗模量减去最高频率下的复阻抗模量。所述临界频率为校正后的复阻抗模量的对数值由近似恒定转变为随频率的对数值增加而下降的相关频率点，其计算式为：