去除效率研究（共10篇）
去除效率研究 篇1
0 引言
降雨初期, 雨水溶解了空气中的大量酸性气体、汽车尾气、工厂废气等污染性气体, 降落地面后, 又由于冲刷屋面、沥青混凝土道路等, 使得前期雨水中含有大量的污染物质, 前期雨水的污染程度较高, 甚至超出普通城市污水的污染程度[1]。如果将初期雨水直接排入河道或者自然承受水体, 将会对水体造成非常严重的污染, 必须对初期雨水进行收集、处理。为了响应国家号召, 控制水质目标到2020年所有指标优于地表Ⅳ类水, 在河道两岸截污工程全部实施后, 对河流沿线初期雨水的截留处理是必要和紧迫的[2]。
1 初期雨水处理工艺选择
通过其基本原理、适应水质、表面复核、主体功能、出水SS, TP保障, COD去除率以及工程造价等因素, 选定初期雨水处理沉淀工艺选取高效沉淀池[3];同时, 考虑到占地面积、工艺流程、反冲洗系统、运行方式、滤料介质、使用寿命、滤床厚度、抗冲击能力、过滤水头损失、维护管理、运行费用等问题, 选定其过滤工艺采用深层床纤维束滤池[4]。
经试验发现高效沉淀池对TP, BOD, COD处理效果较好, 而对氮素处理能力有限, 需进一步经过脱氮处理后方可排放;深层床纤维滤池兼生化功能, 对多项指标有去除效果, 能保证过滤后出水达标。
再结合当地实际情况等因素, 推荐雨季截流污水处理工艺采用“高效沉淀池+深层床纤维束滤池”工艺。
本文将对该组合工艺的初雨处理站对CODCr, NH3-N, TP和BOD5四方面的去除效率进行试验研究。初期雨水处理工艺流程见图1。
2 实验材料与方法
指标检测方法见表1。
3 结果分析与讨论
3.1 初雨处理站对化学需氧量 (CODCr) 的去除效率
本次实验对初雨处理站出水每间隔1 h进行一次取样, 共取10次样, 在进行0.45μm滤膜预处理后, 采用快速消解分光光度法进行CODCr指标测定, 并计算出初雨处理站对CODCr的去除效率, 测定结果见图2。
由图2可以看出, 初期雨水中化学需氧量的指标在85.1 mg/L~94.2 mg/L之间, 在初雨处理站 (高效沉淀池+深层床纤维束滤池) 净化之后, 出水水质指标维持在42.3 mg/L~57.1 mg/L左右, 去除率达44.5%, 说明该组合工艺的初雨处理站对水体中化学需氧量有较好的去除效果。
3.2 初雨处理站对五日生化需氧量 (BOD5) 的去除效率
本次实验对初雨处理站出水每间隔1 h进行一次取样, 共取10次样, 采用标准稀释测定法进行BOD5指标测定, 并计算出初雨处理站对BOD5的去除效率, 测定结果见图3。
由图3看出:初期雨水中五日生化需氧量的指标在38.4 mg/L~43.2 mg/L之间, 在初雨处理站 (高效沉淀池+深层床纤维束滤池) 净化之后, 出水水质指标维持在8.12 mg/L~11.31 mg/L左右, 去除率达75%, 说明该组合工艺的初雨处理站对水体中五日生化需氧量有很好的去除效果。这是因为高效沉淀池为三个单元的综合体:反应、预—浓缩和斜板分离;在投入混凝剂 (硫酸铝) 后进入快速搅拌, 由一个轴流叶轮进行搅拌, 该叶轮使水流在反应器内循环流动导流桶内部快速絮凝, 同时导流桶外壁和池壁间的推流状况导致慢速絮凝, 从而形成了大颗粒、密实的矾花。矾花中聚集着污水中的悬浮物、非溶解性有机物, 经过沉淀脱离水体, 从而使水体中化学需氧量和五日生化需氧量降低[5]。
同时, 深层床纤维束滤池中模块化的纤维束滤元均匀悬挂在池内, 构成高孔隙率的深层滤床。当原水流经立体微网络状滤料时, 悬浮物被吸附截留, 同时纤维束附着繁殖的微生物通过自身的新陈代谢将水体中的有机物分解, 从而也降低了水体中的化学需氧量和五日生化需氧量[6]。
3.3 初雨处理站对氨氮 (NH3-N) 的去除效率
本次实验对初雨处理站出水每间隔1 h进行一次取样, 共取10次样, 在进行消解—过滤预处理后, 采用过硫酸消解—离子色谱法进行NH3-N指标测定, 并计算出初雨处理站对NH3-N的去除效率, 测定结果见图4。
由图4看出:初期雨水中氨氮指标在8.93 mg/L~10.12 mg/L之间, 在初雨处理站 (高效沉淀池+深层床纤维束滤池) 净化之后, 出水水质指标维持在7.21 mg/L~7.58 mg/L左右, 去除率达21%, 说明该组合工艺的初雨处理站对水体中氨氮有一定的去除效果。
在絮凝阶段通过压缩双电层、吸附电中和机理、吸附架桥机理、沉淀网捕机理形成的矾花中, 包括了部分颗粒态形式的氨氮分子;同时深层床纤维束滤池以纤维束滤元为滤料, 构成了高孔隙率的深层滤床。当原水流经立体微网络状滤料时, 实现了吸附截留SS和生物脱氮的功能[7]。
3.4 初雨处理站对总磷 (TP) 的去除效率
本次实验对初雨处理站出水每间隔1 h进行一次取样, 共取10次样, 在进行过0.45μm滤膜预处理后, 采用钼酸铵分光光度法进行TP指标测定, 并计算出初雨处理站对TP的去除效率, 测定结果见图5。
由图5看出:初期雨水中总磷指标在4.21 mg/L~4.75 mg/L之间, 在初雨处理站 (高效沉淀池+深层床纤维束滤池) 净化之后, 出水水质指标维持在0.65 mg/L~0.75 mg/L左右, 去除率达88.9%, 说明该组合工艺的初雨处理站对水体中总磷有很好的去除效果。
初期雨水首先流入混凝区, 在投入混凝剂后进入快速搅拌, 使污水与混凝剂快速混凝。随后污水进入絮凝区, 向污水中投加聚合物以进行絮凝反应, 使污水中非溶解性磷和溶解性磷在电解质和聚合物的作用下形成直径大、密度高的絮体, 随后流入沉淀区, 与水体隔离, 达到降低总磷的目的[5]。
4 结语
佛山市顺德区市政污水管网不完善, 污水大量进入雨水系统直接污染河流, 是目前该区外河道普遍存在的现象, 也是部分河道水体黑臭的主要原因。雨污分流制的近期难以见效和交接断面达标时限性与顺德区城市环境改善的迫切需求存在较大冲突。除了少数新建和新设计的道路实施了分流制的污水管道外, 其余部分的污水为合流制排放系统, 污水错接乱排的现象比较严重, 污水大部分通过雨水管渠排放, 造成雨污混流, 有的污水直接排入水体, 造成水体污染。同时, 初期雨水溶解了大量污染物, 其水质指标甚至超过了污水厂的进水, 给水环境造成了很大的污染。
实验结果表明, 采用高效沉淀池+深层床纤维束滤池结合的初雨处理站净化新城区初期雨水, 对主要污染物CODCr, BOD5, NH3-N, TP的平均去除率分别为44.4%, 75%, 21%, 88.9%, 且处理效能稳定。
5 建议
高效沉淀池的机械设备多, 能耗大, 运行管理较为复杂, 同时深层床纤维束滤池滤料填装较复杂、易板结, 故后期需要加强设备的运营和维护工作。
参考文献
[1]袁步先, 张浏, 郑西强, 等.城市新区初期雨水污染控制技术探讨[J].安徽农业科学, 2015 (19) :251-253.
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[3]杨华仙, 陈键, 黄慎勇.高密度沉淀池处理合流污水的工艺设计[J].西南给排水, 2010, 28 (2) :6-8.
[4]张万友, 周定, 王旭生, 等.V型纤维滤池设计及运行[J].工业水处理, 2007, 27 (12) :80-82.
[5]王丽娜, 王洪波, 李莹莹, 等.高密度沉淀池技术概述[J].环境科学与管理, 2011, 36 (6) :64-66.
[6]张淑萍.纤维滤池在关铝热电厂供水水处理中的应用[J].科技情报开发与经济, 2005, 15 (24) :247-248.
[7]王美秋, 信昆仑.纤维束过滤技术与均质滤料过滤技术的对比中试研究[J].中国资源综合利用, 2007, 25 (3) :20-22.
去除效率研究 篇2
利用缺氧反硝化去除苯的试验研究
研究难降解有机物苯在缺氧反硝化条件下的.生物降解性能.在不同试验条件下对含苯废水处理的运行参数进行了研究.结果表明,在pH为7.5,C/N约为15时,苯可以完全降解且出水中不含NO-x-N.
作 者：李本玉 顾国维 李咏梅 LI Ben-yu GU Guo-wei Li Yong-mei 作者单位：同济大学环境科学与工程学院,上海,200092刊 名：给水排水 ISTIC PKU英文刊名：WATER & WASTEWATER ENGINEERING年，卷(期)：200531(3)分类号：关键词：苯 缺氧 反硝化 生物降解
海上资料去除多次波技术应用研究 篇3
关键词：海上资料；组合技术；确定性水层多次波压制、非海底的自由表面多次波压制；Radon变换
中图分类号： TE48 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）25-210-2
0 引言
多次波干扰压制是海上地震资料处理的关键。多次波消除效果的好坏严重影响后续地震资料处理效果的品质。已经发展了多种多次波压制的方法技术，如基于一次波和多次波之间剩余时差差异的方法，主要有CMP叠加、f-k滤波法、Radon变换、聚束滤波法等[1-3]，基于多次波周期性的预测反褶积方法，以及基于波动理论的多次波预测相减法，主要有波场外推法、反馈迭代法和逆散射级数法等。然而，实际资料处理时多次波情况一般都比较复杂，单一压制技术很难彻底压制多次波，需要针对实际情况采用优化组合的多次波压制技术，逐步衰减多次波。本文在分析海上资料多次波的不同类型和特征的基础上，合理选取确定性水层多次波压制、非海底的自由表面多次波压制以及RADON变换多次波压制方法，并进行优化组合，形成了一套海洋地震资料多次波压制的组合流程。实际资料的测试结果表明，采用所述的组合压制技术来消除海洋多次波是切实有效的。
1 海上资料多次波的产生机理及分类
1.1 海上多次波产生的条件
海上地震勘探中，通常会有比较强的波阻抗界面，例如海水层与空气界面以及海底与海水界面是两个较强反射界面，这样地震波在海水中传播时，就会形成来回于海面、海水以及海底之间的多次反射。另外，地下构造中的基岩面、强不整合面、火成岩和其他强反射界面，如石膏岩、岩盐、石灰岩等，都会形成强反射界面，从而产生多次波。
1.2 海上多次波的类型
根据多次波产生机理，多次波可分为以下几种类型：
①海底自由表面多次波
由于海底与海水表面形成的强反射界面，容易在海底与海水表面之间形成多次波，此为海底自由表面多次波，如图1所示。
②非海底自由表面多次波
地震波由地下构造中的基岩面、强不整合面、火成岩和其他强反射界面，如石膏岩、岩盐、石灰岩等，传播至海平面，并继续向下传播，再被地下地质构造强反射界面反射回来至地表，形成的多次波，如图2所示。
③层间多次波（非自由表面多次波）
地震波传播至地下以后，在地下地质构造的强反射界面之间多次反射传播，形成的多次波，即层间多次波，也是非自由表面多次波，如图3所示。
2 海上资料多次波压制方法技术流程设计
2.1 多次波压制技术预处理
由于多次波压制方法技术都需要近偏移距信息（包括零偏移距），因此，在进行多次波压制之前，要进行近道插值。采用线性τ-p变换进行波场的重建实现插值。技术流程如下：
①选择部分近偏移距范围数据，进行动校正；
②对动校正后的数据进行线性τ-p域插值；
③反动校正，得到近偏移距数据；
④结合原观测数据，得到全偏移距数据。
2.2 延拓τ-p谱类确定性水层多次波压制方法
海底自由表面多次波是在海水与海底之间多次传播形成，应用延拓τ-p谱类（确定性水层多次波压制）压制方法对此类多次波进行压制。此方法通过确定的周期对各个τ-p谱进行向下时移，由于海水反射系数为-1，用时移的τ-p谱和原来的τ-p谱进行相加，得到去除海底多次波的τ-p谱，再反变换回t-x域就达到了压制海底自由表面多次波的效果。
2.3 SRME方法压制非海底自由表面多次波
数据驱动的非海底自由表面多次波压制（SRME）技术是基于波动方程理论，是利用地震数据自身进行时空褶积来预测多次波，然后将多次波从原始数据中减去。每个多次波可被分解为若干个初至反射波（子反射）。因此，对于地震记录中的任何一个反射轴，可以看作为数据中自由表面多次波的某个子反射。通过将原始数据f有效波和多次波之间进行时空域褶积。所有的子反射就“被褶积”在一起，从而就可预测出所有的自由表面多次波。该方法是由数据驱动，与速度场无关，实际应用操作性强，可以很好地压制复杂地质构造中近道与自由表面有关的长周期多次波，且具有良好的保持振幅能力。多次波预测出来以后，再应用自适应匹配相减方法将多次波减去。
2.4 高精度Radon压制剩余多次波
对于海上资料，经过确定性水层多次波压制、非海底的自由表面多次波压制方法处理后，绝大部分多次波被衰减，但仍有一些能量强的复合多次波残余以及层间多次波，此类复合波波形在NMO道集上显示为畸变、能量强、无明显规律的多次波。因此，在NMO道集上进行高精度Radon，Radon后一次波能量集中在p=0附近，多次波能量分散在其他大p值处，将多次波能量切除，然后进行反Radon变换，就可实现剩余多次波的衰减。
3 海上实际资料测试
为了更好地说明此方法技术适用性和有效性，结合某区二维实际资料进行试处理。（见图4，图5）
从速度谱和叠加剖面效果对比图中可以看出，应用本文所述方法技术流程后，多次波去除效果明显，有效波凸现出来且无畸变，波组特征合理，连续性得到了改善，整体变化形态更加合理。
4 结论
本文所述延拓τ-p谱类确定性水层多次波压制、SRME非海底的自由表面多次波压制以及高精度Radon变换组合多次波压制法，可以分别针对海底自由表面多次波、非海底自由表面多次波和剩余多次波进行逐级压制，经实际资料验证，可以对海上资料多次波进行较好地压制。
参 考 文 献
[1] 李鹏，刘伊克，常旭.多次波问题的研究进展[J].地球物理学进展，2006，21（3）：888-897.
[2] 李列，谢玉洪，李志娜.海上多次波压制与成像方法研究进展[J].地球物理学进展，2015，30（1）：0446-0453.
去除效率研究 篇4
1 工艺流程
拱北污水处理厂三期工程项目采用较为先进的圆形环流A2/O处理工艺, 项目于2002年9月建成并投入运行。改扩一期项目采用改良A2/O处理工艺, 于2009年12月正式投入运行, 其具体工艺流程图如图1所示。
2 设计进出水水质状况
拱北污水处理厂三期以及改扩一期工程出水排放标准按《城镇污水处理厂污染物排放标准》 (GB18918-2002) 一级B标准执行。
3 数据处理与统计分析
本实验主要对进出水中的化学需氧量、生物需氧量、总氮、氨氮、总磷等污染物进行比较, 两独立样本T检验在SPSS 18.0中进行, 数据作图均在Origin 8.0中完成。
4 实验结果
4.1 总氮和氨氮去除状况
拱北污水处理厂在氨氮的去除效果上, 三期圆形环流A2/O处理工艺总体好于改扩一期的改良A2/O处理工艺;而改良A2/O处理工艺对总氮的去除百分率和稳定性更优于圆形环流A2/O处理工艺。三期处理工艺对污水中氨氮的去除率较稳定, 在95.0%左右波动, 而改扩一期处理工艺的氨氮去除率在88.3%~94.6%左右。改良A2/O处理工艺对总氮去除率在70.0%左右, 全年各个月份的去除率比较稳定。圆形环流A2/O处理工艺对总氮的去除率在48.5%~69.7%之间, 全年各个月份之间波动较大, 而且单个月份内对总氮的最高去除率和最低去除率相差超过30%。
4.2 总磷去除率比较
改扩一期改良A2/O处理工艺对总磷的处理效果明显优于圆形环流A2/O处理工艺, 其对总磷的去除率比较稳定。改良A2/O处理工艺对总磷的去除率约为95.0%, 全年基本上在91.7%~97.2%之间, 而且去除效果非常稳定。圆形环流A2/O处理工艺对总磷的去除率则在68.5%~90.0%之间, 月度之间以及每月内波动较大。
4.3 化学需氧量和生物需氧量去除率
改扩一期的改良A2/O处理工艺在化学需氧量和生物需氧量的去除率上优于三期圆形环流A2/O处理工艺。两种处理工艺对生物需氧量的处理效果较好, 去除百分率均在97.0%以上, 而且处理效果比较稳定, 改良A2/O处理工艺的去除率高于形环流A2/O处理工艺。两种处理工艺对化学需氧量的去除率分别在83.1%~90.0%和86.8%~92.6%之间。
5 结束语
目前, A2/O污水处理工艺在国内外被广泛应用, 是处理系统最简单、效果最为稳定的同步脱氮除磷工艺之一。采用A2/O处理工艺的拱北污水处理厂污水处理全年出水各指标均能达到一级B标准。三期A2/O污水处理工艺对总磷的去除率达到80.0%以上, 对氨氮和生物需氧量的去除率达到94.0%以上, 对总氮和化学需氧量的去除率分别在59.4%和87.0%。
改扩一期改良A2/O工艺对总氮、总磷、化学需氧量、生物需氧量以及悬浮物的去除效果更好, 污染物的去除率也更为稳定。统计结果表明改良A2/O工艺对除氨氮以外几种污染的去除率显著高于圆形环流A2/O处理工艺, 圆形环流A2/O处理工艺对氮的处理效率更高, 这需要针对氮循环的机制进一步研究。
由于A2/O处理工艺特点及其设计、运行参数、处理深度以及污水性质等多方面因素对污水的处理效果均有较大影响, 本研究对圆形环流A2/O处理工艺和改良的A2/O工艺做了初步的探讨, 这些研究结果在一定程度上为污水处理厂升级改造和管理策略提供一定的借鉴, 在深入脱氮除磷研究上还需进一步研究。
参考文献
[1]樊杰, 张碧波, 陶涛, 等.安庆市城东污水处理厂改良型A2/O工艺的设计与运行, 2008.
[2]给水排水.
生物法去除水中重金属离子的研究 篇5
生物法去除水中重金属离子的研究
微生物去除水中的重金属离子是微生物利用一个新的研究领域,微生物的这种性质在处理含有重金属离子的废水溶液中具有广阔的.应用前景.本文对微生物去除重金属离子的原理,去除过程中的影响因素:溶液pH值、重金属离子的初始浓度、生物去除剂的预处理、去除时间、去除温度以及重金属离子的回收和重复使用等作了详细的综述.
作 者：沈杰 张朝晖 周晓云 董丽辉 Shen Jie Zhang Zhao-hui Zhou Xiao-yun Dong Li-hui 作者单位：浙江工业大学生物与环境工程学院,浙江,杭州,310014刊 名：水处理技术 ISTIC PKU英文刊名：TECHNOLOGY OF WATER TREATMENT年，卷(期)：31(3)分类号：X703.1关键词：生物法 微生物 重金属离子 废水处理
振动研磨材料去除机理研究 篇6
关键词：振动研磨,砂纸,材料去除,加工长度
0 引言
为了提高加工效率和表面质量, 振动研磨工艺被广泛引入到各种磨粒加工中, 如振动磁力研磨加工[1]、振动磨削[2]、振动砂带研磨[3]、超声波加工[4]等。迄今为止的研究结果[5,6,7]表明, 振动研磨工艺能提高材料去除率和降低表面粗糙度, 并且在游离磨粒加工过程中, 振动还有利于增加磨粒相对之间的滚动、滑动以及磨粒搅拌效果。而以往大部分的研究都没有探讨振动研磨的加工机理。文献[8-9]证实了振动研磨可增大单位长度内材料去除量 (即材料去除率) 和磨粒切削轨迹的长度, 并且材料去除量提高的主要因素是材料去除率的增大。但是对于材料去除率的增加机理还没有进行深入探讨。
在振动研磨过程中, 由于振动频率、切削速度、加工轨迹以及工件与磨粒之间的相对运动等参数受到工件振动的影响而呈现周期性的变化, 因此其加工特性和加工机理与常规的磨粒加工有很多不同。实际上, 考虑到在游离磨粒加工过程中磨粒相对之间的滚动、滑动以及磨粒搅拌效果等因素的影响, 很难建立振动研磨的相关数学模型。为了减少这些相关因素的影响, 更好地揭示辅助振动的加工机理, 我们采用了固定磨粒 (砂纸或者砂带) 振动研磨来进行一些基础的试验, 以便于深入探讨材料去除率增大的机理。
因此, 本文旨在揭示振动研磨的加工机理, 探讨振动频率、振动幅度和磨粒的运动规律对加工特性的影响, 分析材料去除量提高的原因, 特别是材料去除率的增大机理。
1 加工原理、试验装置及试验结果
为了分析和探讨砂纸研磨中振动所带来的影响和效果, 我们分别进行了两组相关试验, 即平面交叉研磨试验和外圆砂带振动研磨试验。
1.1平面交叉研磨
从基础的平面磨粒交叉研磨试验中, 我们可以了解一些振动研磨的基本特性。我们所设计使用的砂纸研磨装置如图1所示。工件安装在加工中心主轴上, 并由机床主轴驱动。由加载装置施加恒定压力, 而砂纸则固定在工作台上。
工件可实现单一方向或垂直交叉方向进给。试验条件见表1。
加工长度对材料去除量的影响如图2所示。垂直交叉方向模式下的材料去除量明显大于单一方向模式下的材料去除量。但不管是垂直交叉方向模式还是单一方向模式, 材料去除量都随着加工长度的增大而增大。被加工表面的光学微观照片见图3, 从图3中能够很清楚地观察到垂直交叉方向模式下被加工表面的交叉切削痕迹。
1.2外圆砂带振动研磨
图4和图5分别为外圆砂带振动研磨装置的原理图和外观图。砂带通过马达驱动装置实现低速进给。试验采用的圆柱形工件 (材料为黄铜C3601) 可高速转动, 并同时振动。振动装置采用电磁激振器, 通过连接轴带动工件实现与砂带进给方向相垂直的低频振动。试验分别使用120号、240号砂带。试验条件见表2。
为了验证辅助振动的影响, 我们着重研究了材料去除率η的变化。材料去除量、材料去除率以及加工长度算术表达式见表3。
图6所示为采用120号砂带时, 各种振动参数对材料去除量M、材料去除率η的影响。当振动频率和幅度增大时, M和η的值都得到相应增大。如在频率f=15Hz和振幅a=2mm的情况下, 加工83s后, 材料去除量、材料去除率分别是无振动情况下的1.5倍和1.4倍。图7所示为采用240号砂带时M、η和f的关系试验曲线。被加工表面的光学微观照片如图8所示, 同样地也能观察到交叉切削痕迹。
1.a=1mm时的M曲线2.a=2mm时的M曲线3.a=1mm时的η曲线4.a=2mm时的η曲线
2 振动研磨加工机理的讨论
上述试验结果证明了振动研磨确实能够提高材料去除率, 并且在两组试验中的被加工工件表面的微观图中都能观察到明显的交叉切削痕迹。为了探讨和研究其机理, 我们首先进行单颗磨粒的运动学分析。
2.1加工模型的建立
在加工表面上建立坐标轴, x方向为工件的自转方向, y方向为工件的振动方向, 如图9所示, 则
式中, vRx为单颗磨粒的切削速度x方向的大小;t为时间;θ0为初始相位角;D为工件直径;vf为砂带进给速度;ω为工件角速度;vw为工件线速度。
单颗磨粒的切削速度vR为
加工长度L为
2.2振动幅度和频率对材料去除量的影响
2.2.1 对加工长度的影响
根据图6的试验数据, 可以计算出不同频率下工件旋转一周时磨粒的运动轨迹 (图10) 。从图10可发现, 随着频率和振幅的提高, 加工长度L也会随之提高。同时, 不同频率和振幅下加工长度L和对应的长度增加率ΔL的关系如图11所示。加工长度的增大是导致材料去除量增大的原因之一。
1.f=5Hz 2.f=10Hz 3.f=15Hz
1.a=1mm的ΔL曲线 2.a=1mm的L曲线 3.a=2mm的ΔL曲线 4.a=2mm的L曲线
2.2.2 对切削速度的影响
另外, 频率f和振幅a的改变也影响到磨粒的切削速度, 导致平均切削速度v得到提高 (图12) 。通过式 (3) 可计算出磨粒任意时刻的瞬时速度, 磨粒的最小速度vRmin出现在A点 (图9) , 此时vRmin=vw+vf, 最大速度vRmax则出现在B点 (图9) , 此时
1.a=1mm2.a=2mm
2.2.3 对材料去除率的影响
通过图6和式 (4) , 可以计算出不同频率、振幅下ΔM、ΔL、Δη之间的关系。从图13中可知, 振幅的提高, 对应的材料去除率增加率Δη和材料去除量增加率ΔM也随之提高, 并且相对于加工长度增加率ΔL来说, Δη对ΔM的影响占主导地位, 也就是说材料去除率的增加是材料去除量增加的主要因素。为了进一步分析材料去除率增加的原因, 我们对磨粒运动轨迹的影响进行了探讨。
1.a=1mm时的ΔL曲线 2.a=2mm时的ΔL曲线3.a=1mm时的Δη曲线 4.a=1mm时的ΔM曲线5.a=2mm时的Δη曲线 6.a=2mm时的ΔM曲线
2.3磨粒交叉切削运动轨迹对材料去除量的影响
分析前需给定一些假设:①磨粒固定在砂纸上不会脱落;②磨粒的形状为圆锥体, 其圆锥角为β;③磨粒均匀分布在砂纸上, 且相互间距为p。
假设在面积为l×b的砂带上均匀分布着i×j颗磨粒, 那么上面任意一颗磨粒A (i, j) 的运动轨迹 (xA (i, j) , yA (i, j) ) (图14) 可以通过下式计算出来:
从图14可知, 在实际研磨过程中, 由于振动的影响, 在工件表面上会有大量磨粒的运动轨迹与其他磨粒的运动轨迹发生交叉、重叠。而这正是在上文试验中被加工工件表面的微观图中出现交叉切削痕迹的原因。
事实上, 磨粒的实际形状是不规则的, 很多切削刃不均匀地分布在磨粒上。由于振动频率会影响磨粒切削方向的改变次数, 即产生交叉切削现象。而一旦改变切削方向, 就意味着在磨粒上将会有新的切削刃参与切削过程, 那么将不断有新切削刃参与切削, 这对提高材料去除量影响重大。
由于交叉切削的影响, 那么在有振动和无振动情况下, 磨粒在微表面的简单切削模型如图15所示。
在图15a的模型中, ap是平均切削深度。平均切削深度ap、磨粒的圆锥角β、切削槽的长度L (加工长度) 和切削槽的数目N决定了总的材料去除量M:
式中, ρ为材料密度。
由式 (6) , 可以得到M∝a
加工时间t和平均切削深度ap的关系可参考文献[10], 由此, 我们可以得出a
现假设图15a中, 当切削深度达到ap1且其他条件不变时, 所需的加工时间为t1, 总材料去除量为M1。随着切削深度的增大, 当a
而在图15b的振动模式下, 由于振动切削方向改变了90°, 从而形成新的交叉切削槽, 不考虑交叉点的影响, 只要原始切削槽和交叉切削槽的深度都达到ap1时, 那么总的材料去除量就为2M1, 而此时所需的加工时间为2t1。由上文可知, t2>2t1, 这意味着当有辅助振动和无辅助振动的材料去除量相同时, 无辅助振动情况下所需要的加工时间比有辅助振动的所需加工时间长, 即在相同的加工时间内, 有辅助振动情况下的材料去除量要多于无辅助振动情况下的材料去除量。
以上分析是建立在简易的理论模型基础上的。实际的研磨过程中, 在其他条件不变的情况下, 磨粒切削刃的锋利度是决定其切削能力的重要因素。而随着加工时间的延长, 磨粒的磨损是非常快的, 导致参与研磨的有效切削刃变钝从而使切削能力下降。那么对应切削深度的增大也会相应变缓, 这样除了对材料去除率有影响之外, 其加工质量也会受到影响。其实磨粒磨损也正是影响磨粒加工质量的重要技术参数, 如在砂轮磨削中就要定期对砂轮进行修整、修锐。在振动加工中, 磨粒受振动影响不断地改变切削方向, 会不停地引进新的切削刃参与切削, 在一定程度上缓解了磨粒磨损带来的影响, 这对材料去除量的提高是相当有利的。
另外由于振动的影响, 磨粒在工件表面的切削痕迹会不断地发生交叉和重叠。随着切削痕迹交叉和重叠的次数增多, 工件的切削层更加容易破碎或剥落, 并且对切屑的排除更起到有利作用。
综上所述, 振动而引起的磨粒切削轨迹方向改变, 形成了交叉切削效果是振动研磨工艺能提高材料去除率的主要因素。
3 结论
(1) 辅助振动能提高磨粒加工的材料去除量, 其原因是提高了加工长度、切削速度, 特别是提高了材料去除率。
(2) 通过加工模型和磨粒运动学的分析可知, 导致材料去除率提高的原因是交叉切削效果。
(3) 在试验结果中由于振动频率、幅度、磨粒运动规律的影响在工件表面产生了不同方向的交叉切削痕迹, 并且还会影响到切削方向的改变次数。
参考文献
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硝化细菌去除氨气试验研究 篇7
恶臭治理技术从最初的扩散稀释、水洗,发展到后来的吸附、焚烧、化学吸收,直至新兴的生物脱臭、光催化氧化、臭氧氧化、等离子体分解等除臭技术,不外乎借助于物理、化学、生物手段,或其联合工艺,通过稀释中和、吸收转化或生物降解等过程,使恶臭减轻或消除[3]。其中,利用微生物脱臭的研究集中在几个方面,一是应用亚硝化细菌处理生活污水中氨氮;二是采用固定化硝化细菌对收集的气态氨进行处理;三是采用复合微生物菌剂对生活垃圾的气态氨进行除臭处理,其总体代谢选择性和有效微生物的比例较低。为了提高对恶臭气体的生物处理效率,以及能就地处理生活垃圾,通过对模拟生活垃圾加入自己筛选、分离和纯化、培养的硝化细菌,进行除氨气脱臭实验。
1 硝化细菌降解氨氮的机理
自然界的硝化菌通过将氨氧化成亚硝酸盐和将亚硝酸盐氧化成硝酸盐,完成硝化作用。根据其利用的无机能源不同,分为两类亚群:亚硝化细菌和硝化细菌。
亚硝化细菌将氨氧化成亚硝酸盐的反应过程可概括为:
2NH3 + 3O2 → 2HNO2 + 2H2O
硝化细菌将亚硝酸氧化为硝酸盐,其氧化过程如下:
2HNO2 + 2H2O → 2HNO3 + 4H+ + 4e
2 材料与方法
2.1 培养基
硝化细菌培养基:NaNO2 1 g,MgSO4·7H2O 0.03 g,MnSO4·4H2O 0.01 g,K2HPO4 0.75 g,Na2CO3 1 g,NaH2PO4 0.25 g,加蒸馏水至1 000 mL,pH保持自然。固体培养基加5%琼脂。
亚硝化细菌培养基:(NH4)2SO4 2.0 g,NaH2PO4 0.25 g,MgSO4·7H2O 0.01 g,K2HPO4 0.75 g,MnSO4·4H2O 0.03 g,Ca2CO3 5.0 g,加蒸馏水至1 000 mL,pH保持自然。固体培养基加5%琼脂。
富集培养基:(NH4)2SO4 1 g,MgSO4·7H2O 0.5 g,NaCl 0.5 g,FeSO4·7H2O 0.4 g,K2HPO40.5 g, NaHCO3 1.5 g,CaCl2 0.1 g,加蒸馏水至1 000 mL,pH保持自然。固体培养基加5%琼脂。
氨化细菌培养基:氨化细菌培养基:蛋白胨10 g,K2HPO4 1 g,FeSO4 0.001 g,MgSO4 0.5 g,NaCl 0.5 g,微量元素溶液1 mL,加蒸馏水至1 000 mL,用10%碳酸钠调pH为7.2～7.4。
微量元素溶液:硼酸0.5 g,钼酸钠0.5 g溶于100 ml蒸馏水。
2.2 菌株分离与纯化
分别采集河水污泥、贵州大学(南区)动物科学学院实验楼旁的土壤、贵州大学(南区)奶牛场附近的土壤,分装于三个不同的灭菌袋中。
由于自然环境中硝化细菌的数量很少,为了提高分离效率,采用先富集培养再分离纯化的方法。将采集到的污泥和土壤稀释后,接入富集培养基中,使硝化细菌的数量从天然环境中劣势菌群转变为人工环境中的优势菌群 [4],然后采用浓度梯度平板培养法从富集培养基液中分离菌株,再用平板划线培养进行纯化[5],并进行Griess,s滴定检测,作革兰氏染色鉴定,在显微镜下(20×50)观察菌株形态,根据《伯杰氏细菌鉴定手册》(第九版)对菌株作初步鉴定。对所得氨化细菌进行奈氏试剂滴定检测。
2.3 除氨实验
将分离纯化的硝化细菌和氨化细菌分别接种到相应的液体培养基中培养3天,制作悬浮液,浓度分别为:1.2×108 个/mL和3.2×109 个/mL。
取两只锥形瓶(一只作实验用,一只作对照组),上部悬挂一支称量盒,并做灭菌处理(图1)。将鸡蛋表面用75%酒精反复擦拭无菌处理,敲开蛋壳,倒入大三角瓶摇匀,然后加入制备好的氨化细菌和硝化细菌悬浮液,置于26 ℃的恒温培养箱中。称量盒内放入吸收液(0.01 mol/L的硫酸溶液),用于吸收瓶内的氨气。每隔6个小时对瓶内氨气含量进行一次检测:用移液枪吸取0.2 mL吸收液,加入到0.2 mL酒石酸钾钠溶液,摇匀,再加入0.2 mL的纳氏试剂,室温放置10 min左右,在波长为420 nm处扫描,记录吸光值,据所得标准曲线(R=0.999 6)计算氨含量[6]。对照组仅添加氨化细菌悬浮液。
CNH3=(A×6.593-0.022 86)×50 (1)
式中:CNH3——所取吸收液中氨含量,mg/L;
A——所取吸收液的吸光值。
2.4 数据处理
本实验中得出的数据分析结果均采用SPSS V11.5软件完成t检验,P < 0.05 被认为是具有统计学意义的。
3 结果与分析
3.1 菌株鉴定
菌种的初步鉴定结论:从三株菌种的菌落形态、菌株形态和生理生化反应的实验结果(表1,图2),初步鉴定菌株X-D-4、X-D-5、X-D-10属硝化杆菌科(Nitrobacteriace)的硝化细菌群;菌株Y-D-1、Y-D-2、N-D-1属硝化杆菌科(Nitrobacteriace)的亚硝化细菌群。
3.2 氨化曲线
根据吸收液中氨气的增加来计算氨化作用的速率。
结果表明:自接种氨化细菌至10 h这一时期,氨化细菌进入对数生长期,氨气急剧增长,在20 h左右达到最大值;之后进入稳定期,氨气产生量趋于稳定;在60 h之后进入衰退期,表明鸡蛋作为培养基质已然耗尽(图3)。这变化趋势与前人研究类似[7]。
3.3 硝化细菌除氨效果
对硝化细菌除氨效果进行分析,从表2可见,在1～20 h阶段,氨气量随着时间增加而增加,表明氨化细菌和硝化细菌处于对数增长期;此后出现降低,说明氨化细菌和硝化细菌处于稳定生长期,同时硝化细菌对氨化细菌产生的氨气加以利用,因此,氨气量大大减少,与对照组相比最高去除率达41%;随后,由于底物消耗殆尽,氨气量也随之减少。
利用SPSS V11.5对两组数据进行t检验。从表3可见,添加硝化细菌前后,方差分别为0.196和0.173,t = 4.199,df =12,P = 0.000 16 < 0.01,可以认为处理组和对照组有极显著差异,即添加硝化细菌可使氨气浓度极显著下降。
4 结论
(1) 本研究从污泥、土壤中采用先富集培养再分离纯化的方法筛选到6株细菌,经初步从形态学和生理生化反应判定,它们均属于硝化杆菌科,其中3株属于硝化细菌群,另外三株属于亚硝化菌群。
(2) 氨化细菌发生氨化反应产生的氨气是生活垃圾中一种主要恶臭气体。本研究将筛选得到的硝化细菌加入反应体系,一方面主要通过其氧化作用中和氨化细菌所产生的氨气,另一方面则是在反应体系中与“氨气生产者”——氨化细菌产生竞争关系,导致营养基质快速消耗,两方面的原因均减少了氨气的排放量(与对照组相比,减少了41%)。
(3) 本研究提出了硝化细菌应用于氨气除恶臭的有效性及可行性,提高了恶臭气体的生物处理效率,拓展了微生物除臭研究的新思路。
摘要：利用分离、纯化得到的硝化细菌,加入到人工模拟的生活垃圾中,通过其自身的氧化作用将氨气转变为硝酸,有效达到除臭作用,最高去除率为41%,在城市生活垃圾的生物处理中具有较好的应用前景。
关键词：硝化细菌,氨气,生物处理,城市生活垃圾
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焦化废水中COD去除的研究 篇8
目前焦化废水处理大多采用蒸氨-除油-气浮-生物处理的工艺流程。由于焦化废水可生化性差,出水常不达标[2],因此提高废水的可生化性,是提高生物法处理效果的关键所在。大量研究表明,铁炭微电解技术用于工业废水的预处理已得到广泛应用,其原理是以铁为阳极,碳为阴极,废水中的离子为电解质,形成无数微小的原电池,通过氧化还原、电富集、物理吸附和混凝沉淀等作用去除污染物[3,4]。同时,固定化微生物技术是依靠微生物自然附着力在固定化载体表面形成附着生物膜对废水进行处理的一种技术。具有去除率高、易于泥水分离、耐负荷冲击能力强、系统稳定等优点[5]。此技术是近代微生物工程的革新,前景广阔。本实验采用铁炭微电解-水解酸化-固定化高效微生物-混凝组合技术进行现场试验,对实际焦化废水进行处理,以其为焦化废水的处理提供技术支持。
1 材料与方法
1.1 废水来源及水质
本试验废水取自西宁江仓焦化厂污水处理站,该废水已经过除油、蒸氨处理,所取焦化废水的水质波动较大,其CODCr为2900~4100 mg/L,BOD为700~900 mg/L,BOD5/CODCr为0.20。
1.2 试验材料
试验所用海绵铁屑粒径为3~5 mm,(海绵铁是一种新型水处理材料,是由精矿粉和氧化铁磷[6]经过研磨、磁选后经高温烧结,然后冷却、冲洗、破碎,再重新磁选和筛选而得到的多孔状颗粒物质。其主要成分为铁氧化物,比表面积大,反应速度快,是一种性能优异的铁屑材料[7]。)纳米凹凸棒土复合亲水性聚氨酯泡沫载体[8],活性炭采用柱状活性炭,粒径为3 mm,海绵铁和活性炭均用清水冲洗干净后,自然风干,待用;固态高效菌由多种微生物筛选及驯化后所得。
1.3 试验装置及流程
实验装置及流程如图1所示。焦化废水处理装置主要由微电解柱、水解酸化池和折流板生化池3部分组成。微电解柱:有机玻璃柱ϕ40 mm×170 mm,柱内填充的铁炭体积比为1:4,底部铺设三层石砾垫层,由下至上粒径依次为32 mm,16 mm,8 mm;水解酸化池采用0.5 m3的塑料桶,折流板生化池由有机玻璃制成,规格为L×B×H=120 mm×48 mm×96 mm,分为三格,每格规格为L×B×H=35 mm×35 mm×70 mm。生化池内放置以聚氨酯泡沫和海绵铁为组合载体的网状塑料小球,每个小球直径为8 cm,内装有64块规格为3 cm×2 cm×2 cm的聚氨酯泡沫和60 g海绵铁。
1.4 试验方法
蒸氨冷却至常温的焦化废水进入调节池,调节pH=3后,用蠕动泵将其注入微电解柱底部的进水口,进行原电池反应,水力停留时间为4 h;出水调节pH=6~9,进入水解酸化池,水力停留时间为24 h;经水解酸化处理的废水用泵打入生化池的下部,通过折流的方式流经载体,使废水得到净化,好氧生化出水进一步进行混凝。
1.5 活性污泥驯化
取西宁市第二污水处理厂污泥浓缩池的活性污泥,采用逐步增大进水负荷的方式对其进行驯化。最初将焦化废水稀释7倍,按照体积比1:6的比例加入反应器中进行驯化,每天换水一次,隔一天投加一次高效菌,投加量为5 g,同时投加适量的磷酸盐营养元素,直至满负荷进水为止,微生物对该浓度的焦化废水处理稳定后即完成了对微生物的驯化。
2 结果与讨论
2.1 铁炭微电解-水解酸化预处理研究
2.1.1 微电解对焦化废水的生化性影响
焦化废水有机污染物的预处理,可通过微电解反应柱的进出口CODCr、BOD5浓度变化来确定,结果见表1。从表1数据得知,焦化废水的可生化性(BOD5/CODCr),其平均值由预处理前的0.20提高到0.39,提高了48.7%,说明微电解预处理可以提高焦化废水的可生化性。
这是因为:①微电解反应过程中产生的新生态[H]和Fe2+具有很高的化学活性,能与水中污染物发生氧化还原反应,破坏发色或助色集团,使其丧失发色能力,还可以破坏其有机物的分子结构,产生小分子物质,从而大幅降低了废水对微生物的毒性,这与其他研究者的研究结论相一致[9,10]。②海绵铁在偏酸环境中,因其自身的溶出性可大量溶出铁离子,Fe2+和Fe3+是良好的絮凝剂,具有很高的吸附-絮凝活性,吸附废水中的悬浮或胶体态的微小颗粒及有机高分子,去除部分有机污染物。
2.1.2 水解酸化对焦化废水的生化性影响
当系统处于稳定运行阶段时,反应池内pH值在6~9之间,HRT为24 h,分别测定酸化反应池进出水CODCr和BOD5,结果见表2,从表2可以看出焦化废水的可生化性进一步提高到0.44,提高了10.3%,说明水解酸化也可以提高焦化废水的可生化性。
这是因为焦化废水经过水解酸化,原来难生物降解的有机物转化为易生物降解的有机物,同时并没有彻底地完成易降解有机物的降解,以CODCr形式存在而不易测出的有机物在水解反应过程中分解为一些可以被BOD5测定的有机物,因此可生化性提高。
2.1.3 预处理效果
预处理对焦化废水中CODCr的处理效果见图2。
由图2可以看出,在1~8周期CODCr去除率有较大波动,随着运行周期的增加,CODCr去除率逐渐趋于稳定,微电解去除率约在4%左右,水解酸化去除率约在2%左右,可见预处理对CODCr的去除贡献不大,主要体现在可生化性的提高方面。
2.2 折流板生化反应器生化处理研究
不同生化停留时间对CODCr的去除效果如图3,由图可知当HRT为24 h时,CODCr去除率较低;随着HRT的增加,CODCr去除率迅速提高,当HRT为48 h时,去除率达到90%;当HRT超过48 h时,去除率基本维持在90%左右,并随着HRT的增加去除率不再显著提高。此时CODCr平均出水为393 mg/L。
分析原因:①在进水条件相似的情况下,当HRT较小时,CODCr不能被充分的降解,足够的水力停留时间可使废水中的有机物被污泥中的微生物充分吸收和最大限度的分解,并且聚氨酯泡沫载体的添加,改善了泡沫载体对微生物的亲和性能和传质性能,使微生物由外到内形成从好氧到厌氧的微环境,提高了对CODCr的去除效果。②海绵铁自身的多孔结构,使其具有比表面积大、较强的物理吸附和富集能力,并且海绵铁自身溶出的Fe2+,在有氧条件下产生Fe3+,有强烈的吸附絮凝活性,从而能够对CODCr进行吸附脱除。③加入高效菌后形成的污泥紧实、传质速度快、稳定性高、沉降性能好,其去除效率远高于常规自发性微生物。
2.3 混凝法深度处理生化出水研究
焦化废水经过预处理和生化处理后,CODCr明显降低,但仍未达到标准,为研究其进一步的降解效果,因此再进行混凝深度处理十分必要。
根据单因素试验确定混凝处理生化出水的最佳反应条件如表3所示,在最佳条件下进行反应,测定其最终出水CODCr为65 mg/L,去除率为84%,结果如表4所示。
3 结 论
通过连续运行试验可看出,采用上述工艺组合可以对蒸氨后的焦化废水中的高CODCr起到很好的处理效果。
(1)铁炭微电解-水解酸化预处理可大大提高废水的可生化性。
经过微电解,B/C由预处理前的0.20提高到0.39,提高了48.7%,经过水解酸化进一步提高到0.44,提高了10.3%。
(2)在进水负荷不变的情况下,增加停留时间可提高有机物去除率。
当HRT为24 h时,CODCr的去除率为49%左右;当HRT为48 h时,CODCr的去除率上升到90%;当HRT为60 h,CODCr的去除率稳定在90%左右,CODCr平均出水浓度为393 mg/L。因此,确定生化反应的最佳水力停留时间为48 h。
(3)生化出水经混凝处理后,在混凝剂投加量为6
mL,pH=7,温度为35 ℃,PAM投加量为3 mL的最佳条件下,CODCr最终出水降到65 mg/L,达到污水综合排放标准一级标准。
摘要：采用铁炭微电解-水解酸化-固定化高效菌-混凝技术对蒸氨后的焦化废水进行了研究,结果表明,通过微电解,B/C值由0.20提高到0.39,经水解酸化进一步提高到0.44,之后采用折流板生化反应池进行生化处理,当HRT=48 h时,CODCr由3717 mg/L降到393 mg/L,去除率达到90%左右,出水在混凝剂投加量为6 mL,pH=7,T=35℃,PAM=3 mL的最佳条件下,CODCr最终降到65 mg/L,达到污水综合排放标准一级标准。
关键词：焦化废水,预处理,固定化技术,铁炭微电解,混凝
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去除效率研究 篇9
本文从分析红外图像条带噪声特性入手, 给出了含有列均值和列方差的图像校正公式。进而将分段多项式拟合与中值预处理的思想分别应用于红外图像条带噪声的消除算法中, 得到了改进的多项式拟合滤波法和基于中值预处理的分段拟合滤波法。通过实验对比分析, 本文算法具有去条带效果好, 原始图像信息保留能力好和适应性强的特点。
1 红外图像条带噪声分析
1.1 红外图像条带噪声校正公式
红外焦平面探测器中一般含有多个放大器, 但通常探测器一列或一行输出共用一个放大器, 由此产生了列向或横向的条纹非均匀性, 即条纹噪声[10]。由于红外焦平面探测器的每行像元对应的偏置电压VFID存在噪声, FET (Field Effect Transistor) 栅极得到的栅极电压并不相同, 这造成了即使得到同样的红外辐射, 流过每一行像元的积分电流ip均不同, 这是该类型红外探测器输出的红外图像含有条纹噪声的根源。通过上述分析可知, 红外图像条带噪声产生的原因主要是读出电路的非均匀性以及偏置电压噪声[11]。
假设红外探测单元的响应模型是线性的
式中, Xij表示图像的真实灰度值, Yij表示含有条带噪声图像的灰度值。
因此, 当已知增益系数和偏置系数时, 就能对含有噪声的图像进行恢复, 获得真实图像的灰度值。由于文中假设条带噪声均是沿图像的列方向分布的, 对式 (1) 两边分别按列取均值和方差得
其中, E (Xj) 和D (Xj) 分别表示估计出的真实图像的列均值和列方差, E (Yj) 和D (Yj) 分别表示含有噪声图像的列均值和列方差。
计算增益系数和偏置系数的值与两点定标法的基本原理相似, 可得
将式 (6) 和式 (7) 两式按列代回式 (1) , 可得校正公式
1.2 含条带噪声的红外图像均值方差特性
从校正公式中可以发现, 从图像列均值和方差入手进行图像恢复。对于一幅图像而言, 由于空间相关性的存在, 图像相邻列之间的灰度值具有一定的继承性。假设图像的灰度列均值和列方差分别是一个一维离散信号, 那么由这些离散信号组成的两条曲线应该近似光滑且连续[12]。然而, 条带噪声的存在, 使图像的某些原始灰度值被改变, 出现连续偏高或偏低的现象, 这会进一步对图像的列均值和列方差曲线产生影响, 使其呈现出被噪声干扰的特点。图1分别给出了不含条带噪声和含条带噪声两种情况下, 其灰度列均值和灰度列方差的曲线对比图。
如图3所示, 在不含条带噪声的图像中, 其列均值和列方差的离散信号可近似组成一条连续的曲线, 即曲线上某点的值与其前后位置点的值有关, 不会出现大的波动, 平滑性较好。如图4所示, 在含有条带噪声的图像中, 由其列均值和列方差这两组离散信号组成的曲线连续性较差, 出现了较大的波动性。
从上述分析可知, 条带噪声的出现确实对红外图像的灰度列均值和灰度列方差产生了影响。所以, 可以对列均值和列方差曲线进行消除噪声处理, 近似估计出图像真实的灰度列均值和列方差, 达到提高图像信噪比的目的。
2 红外图像去条带噪声改进算法
2.1 改进的多项式拟合滤波法
红外图像内条带噪声的出现, 主要是由于探测器中各阵列元响应特性不一致所引起的。在假设目标背景较为均一的前提下, 各列探测元输出数据的均值和方差应该近似相等。因此, 可以选取某一行探测元作为参考, 将其它各列探测元的均值和方差分别调整到该参考列的辐射率上。但是, 传统矩匹配法的原理不适合内容较丰富、灰度分布不均匀的图像, 可能产生“带状效应”。所以, 如何根据相邻的列均值和列方差准确地估计出某列的均值和方差, 成为消除红外图像条带噪声的关键。根据以上所述红外图像列均值和列方差曲线, 本文提出了一种能够避免“带状效应”的改进多项式拟合滤波法。
其基本思想是: (1) 对红外图像的列均值和列方差组成的两组离散序列进行插值处理。 (2) 对插值后的离散序列进行分段拟合, 此处采用分段拟合的方法是为了更好地体现出红外图像相邻列的灰度值可能具有明显变化的特点。 (3) 根据拟合得到的列均值和列方差对图像进行消除条带噪声处理。由多项式拟合的最小二乘原理可知, 处理后的图像具有较好的平滑效果[13]。
具体实现过程如下: (1) 计算原始含噪声图像的灰度列均值和灰度列方差。 (2) 分别对列均值、列方差组成的离散序列进行插值。 (3) 利用最小二乘原理对插值后的列均值、列方差序列进行分段拟合。 (4) 根据返回的拟合系数生成新的多项式, 即为平滑滤波后的列均值和列方差。 (5) 用与插值间隔相对应的频率来对平滑滤波后的列均值和列方差进行采样, 得到估计出的列均值和列方差数据。 (6) 将上一步估计得到的列均值和列方差作为校正公式中真实图像列均值和列方差的估计值, 计算出图像消除条带噪声后的灰度值。
用Matlab将上述改进算法分别运用到以下两组含有条带噪声的红外图像中, 其结果对比如图5所示。
由图5可知, 当原始图像内的条带噪声比较少, 且内容比较单一时, 该算法能在消除条带噪声的同时, 基本保持原始图像的灰度连续性, 即当原始含噪声图像内的灰度变化较缓慢时, 该方法处理后的结果图中基本不会出现明显的灰度突变现象。但是, 当原始含条带噪声图像中某一列上的灰度值变化较明显或者该列灰度值与其前、后某列的灰度值具有较大差别时, 结果图中就会产生列方向上的“带状效应”, 出现较明显的灰度突变现象, 如图6所示结果图中圆圈标记处。这是因为在原始图像某列灰度值变化较大, 使得该算法不能准确地估计出原始图像的灰度列均值和列方差, 因此还需进一步对该算法进行改进。
2.2 基于中值预处理的分段拟合滤波法
针对复杂图像内出现灰度不连续的“带状效应”, 提出基于中值预处理的分段拟合滤波法。
其基本思想是:首先采用中值滤波方法对原始图像进行平滑预处理;然后, 按照改进多项式拟合滤波法的流程对图像进行消除条带噪声的处理。其中, 对图像进行预处理的根本目的是依据条带噪声的分布方向对相应方向的均值和方差进行准确估计, 因此, 最终选择的窗口形状应该为线状, 并且具有与条带噪声的分布方向相同的滤波方向。整个算法流程如图7所示。
用Matlab对基于中值预处理的分段拟合滤波法进行仿真实验, 并把实验结果分别与传统的多项式拟合滤波法[14]和改进多项式拟合滤波法仿真结果进行比较, 如图8所示。
从图8可以看出, 基于中值预处理的分段拟合滤波法则能更好地保持了原始图像的灰度连续性, 在结果图中没有出现灰度突变的“带状效应”。因此, 该算法能够适应内容丰富、灰度分布不均匀的红外图像。
3 图像质量定量评价
为了更客观地对本文算法进行评价, 针对去除红外图像内条带噪声的问题, 采用图像的灰度均值和灰度方差来评价一幅图像的整体质量和被噪声污染的状况[15]。采用信噪比 (SNR) 对消除噪声的图像效果进行评价。信噪比或峰值信噪比的值越高, 则表示图像的质量越好。表1为对图8进行评价的结果。
通过对表1列出的评价参数进行对比, 发现本文提出的两种算法消除条带噪声后图像的方差与原始图像相比没有明显变化。这说明对灰度分布比较均匀的红外图像进行消除条带噪声处理时, 采用本文提出的两种改进算法去除条带噪声后, 保留了原有的大部分信息。从信噪比这一数据作对比, 可以发现利用本文提出的改进算法, 能有效地消除红外图像的条带噪声, 在提高图像信噪比的能力上, 优于传统的多项式拟合滤波法, 这符合文中的研究目的。其中, 基于中值预处理的分段拟合滤波法比改进多项式拟合滤波法的消除条带噪声能力更强、信噪比更高。
4 结束语
通过分析含条带噪声红外图像均值和方差曲线特点, 在已有去条带噪声算法的基础上, 提出了两种去红外图像条带噪声的改进算法。既有效地去除了条带噪声, 又能较好地恢复和保持原始图像信息。从主客观两个方面对仿真结果进行了对比、评估, 验证了本文算法的良好效果。但对于结果图中出现的细节模糊, 还需进一步研究。
摘要：由于红外焦平面阵列中各探测单元的响应特性不完全一致, 导致像元之间存在一定的非均匀性, 使红外图像中出现深浅相间的条纹状噪声, 这种噪声严重影响了红外图像的质量和解析度。针对红外图像条带噪声的产生机理, 在传统距匹配法的基础上, 文中从图像灰度均值和方差的角度入手, 结合红外图像数据量小、图像内容丰富的特点, 将分段多项式拟合和中值预处理的思想分别应用到红外图像条带噪声的消除算法中, 得到了改进的多项式拟合滤波法和基于中值预处理的分段拟合滤波法。理论分析和实验结果表明, 文中提出的两种算法具有原理简单、实用性强的特点, 能够有效地消除红外图像的条带噪声, 提高图像信噪比。
窜心去除锻件缺陷的理论研究 篇10
1 椭球形锻件缺陷去除的数学模型
以内球面缺陷为例, 可通过向下窜心、向缺陷所在方向窜心以及两者结合窜心等方式来去除。现建立向下窜心数学模型, 其它窜心方式与此类似。设椭球形锻件内球两个极半轴长分别为a、b, 锻件壁厚为c, 端面余量为d, 内球余量为e, 外球余量为f;缺陷垂直内球面深为l, 与内球面相交于点P (m, n) , 终于点Q。设椭球中心O向下窜z0至O1时刚好可去除缺陷, 此时点Q位于中心为O1 (0, -z0) , 两个极半轴长分别为a、b的椭圆轮廓线上 (见图1) 。
根据P点坐标可得到Q点坐标为, 这样我们建立窜心量z0的数学模型为
下面我们讨论窜心量z0的取值范围。首先, 在竖直方向上, z0应不大于内球余量和外球余量之和, 即
在水平方向上, 窜心后锻件外球的椭圆轮廓线不能超出与窜心前外球余量处的椭圆轮廓线的交点 (a+c, -z0) 。通过计算不难得出, z0应满足
我们可得到, 要通过向下窜心的方式完全去除内球缺陷, 窜心量z0的取值范围为
2 数学模型的应用
只要锻件缺陷位置及大小确定, 我们即可根据数学模型计算出完全去除缺陷的窜心量。如果求出的值在取值范围之内, 说明缺陷可通过窜心去除。另外, 编制回转体锻件机加工工艺时, 需要注意以下几个问题:
2.1 粗加工前要检测锻件毛坯高度、内外球各部余量及表面深坑等尺寸。通过分析检测数据来定球心, 保证内外球余量充足。
2.2 粗加工阶段主要部位见光后即要安排探伤自检, 此时各部有较大余量, 如发现缺陷可通过窜心及时去除。
3 结论
本文以建立向下窜心去除内球面缺陷数学模型为例, 对去除回转体锻件缺陷的方法进行理论研究。该方法可有效指导回转体锻件的机加工工艺, 具有较大的理论价值和实用价值。
摘要：对采用窜心方式机加去除回转体锻件缺陷的方法进行深入的研究, 建立椭球形锻件窜心去除缺陷的数学模型。该方法为有效解决回转体锻件缺陷提供理论基础, 具有较大的实用价值。
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