用于莱赛尔纤维生产的溶剂回收废水处理方法及系统与流程

本发明涉及机器视觉废水处理，尤其涉及一种用于莱赛尔纤维生产的溶剂回收废水处理方法及系统。

背景技术：

1、莱赛尔纤维被誉为“21世纪的绿色纤维”，其生产工艺采用可回收的n-甲基吗啉-n-氧化物（nmmo）作为溶剂。为实现闭环生产和成本控制，作为溶剂的nmmo的回收率须达到99.5%以上。nmmo的回收过程需采用阴阳离子交换树脂对nmmo进行净化处理，阴阳离子交换树脂是一种可再生材料，其对nmmo回收溶剂进行净化而吸附饱和后需采用强酸或强碱进行再生以循环利用，而在阴阳离子交换树脂的再生阶段会产生大量高浓度有机废水，这类废水具有化学需氧量（cod）极高（通常超过20000mg/l）、可生化性极差（bod5/cod比值常低于0.15）、总氮含量高且颜色深的特点，属于典型的高盐高浓度难降解有机废水。

2、目前工业上普遍采用以芬顿氧化法为代表的高级氧化技术作为核心处理单元，来对阴阳离子交换树脂再生阶段所产生的有机废水进行处理。然而，现有高级氧化处理工艺在实际运行中面临一个关键性的技术瓶颈：工艺参数的设定与调整严重滞后于水质特征的动态变化。由于不同批次的阴阳离子交换树脂的再生废水受原料品质、生产工况、再生剂纯度等多重因素影响，废水中有机污染物的种类、浓度、分子结构及其抗氧化降解的难易程度存在显著的批次间差异。传统的高级氧化工艺通常采用固定的工艺参数（如固定的h2o2投加量、fe2+催化剂用量和反应停留时间），或是仅依据每隔数小时一次的离线cod检测结果进行粗略的事后调整。这种“开环控制”模式导致当处理易于氧化的废水时，会造成氧化剂（如双氧水）的严重过量投加，不仅增加了药剂成本，还可能对后续生化处理单元产生抑制；同时，当处理难降解有机组分占比高的废水时，固定的氧化剂投加量又无法提供足够的氧化能力，导致出水cod超标，系统运行稳定性差。

3、所以，当前存在着对用于莱赛尔纤维生产的溶剂回收废水的氧化降解处理稳定性较差的技术问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种用于莱赛尔纤维生产的溶剂回收废水处理方法及系统，以解决当前对用于莱赛尔纤维生产的溶剂回收废水的氧化降解处理稳定性较差的技术问题技术问题。

2、本发明的一种用于莱赛尔纤维生产的溶剂回收废水处理方法，包括：

3、将莱赛尔纤维生产所用阴阳离子交换树脂的再生废水在氧化降解过程开始后的预设观测时段下以设定采样间隔进行采样并依次获取每个样本的灰度图像，构成灰度图像序列；

4、由所述灰度图像序列确定灰度变化速率序列，将所述预设观测时段的最后采样时刻下的灰度变化速率与所述灰度变化速率序列中的最大值的比值记为速率衰减比，根据所述预设观测时段的初始采样时刻的灰度均值以及所述速率衰减比确定早期氧化活性指数；

5、当所述早期氧化活性指数大于预设活性指数阈值时，根据所述灰度变化速率序列确定所述氧化降解过程的快速反应阶段，根据所述快速反应阶段初始采样时刻的灰度均值、所述快速反应阶段任一采样时刻的灰度均值以及所述再生废水理论完全氧化后的灰度均值确定所述快速反应阶段任一采样时刻可降解物质浓度与所述快速反应阶段初始采样时刻可降解物质浓度比，记为所述快速反应阶段任一采样时刻的实时浓度比；

6、根据所述快速反应阶段任一采样时刻的实时浓度比确定所述快速反应阶段下符合一级动力学方程的实际一级反应速率常数，根据所述快速反应阶段下的理论一级反应速率常数以及所述实际一级反应速率常数确定氧化剂投放系数，并确定对所述再生废水的氧化处理策略。

7、进一步的，由所述灰度图像序列确定灰度变化速率序列，包括：

8、将所述灰度图像序列中任一采样时刻下的灰度图像的灰度均值与所述任一采样时刻的前一采样时刻下的灰度图像的灰度均值作差后除以所述设定采样间隔，得到所述任一采样时刻下的灰度变化速率，将所述预设观测时段下除初始采样时刻的其他采样时刻下的所述灰度变化速率依次构成所述灰度变化速率序列。

9、进一步的，确定早期氧化活性指数，包括：

10、将所述预设观测时段的初始采样时刻的灰度均值的归一化值记为第一指数表征项，将所述速率衰减比记为第二指数表征项；

11、以第一指数加权权重乘以所述第一指数表征项得到第一加权指数表征项，以第二指数加权权重乘以所述第二指数表征项得到第二加权指数表征项，将所述第一加权指数表征项与所述第二加权指数表征项的和作为所述早期氧化活性指数，所述第一指数加权权重与所述第二指数加权权重之和为常数1，且所述第一指数加权权重小于所述第二指数加权权重。

12、进一步的，根据所述灰度变化速率序列确定所述氧化降解过程的快速反应阶段，包括：

13、定义所述氧化降解过程的快速反应阶段的最后时刻为快速反应阶段结束时刻，所述快速反应阶段结束时刻为所述灰度变化速率序列中首个满足灰度变化速率显著下降条件的灰度变化速率所对应的采样时刻；

14、所述灰度变化速率显著下降条件为：

15、灰度变化速率小于速率衰减系数与所述灰度变化速率序列中的最大值的乘积且所述灰度变化速率的导数小于常数0，所述速率衰减系数小于常数1；

16、将所述预设观测时段的初始采样时刻到所述快速反应结束时刻之间的时段记为所述氧化降解过程的快速反应阶段。

17、进一步的，确定所述快速反应阶段任一采样时刻的实时浓度比，包括：

18、将所述再生废水理论完全氧化后的灰度均值与所述快速反应阶段任一采样时刻的灰度均值的差值记为剩余灰度差值，将所述再生废水理论完全氧化后的灰度均值与所述快速反应阶段初始采样时刻的灰度均值的差值记为初始灰度差值，将所述剩余灰度差值与所述初始灰度差值的比值记为所述快速反应阶段任一采样时刻的实时浓度比。

19、进一步的，确定所述再生废水理论完全氧化后的灰度均值，包括：

20、选取所述再生废水的预设数量个历史氧化降解过程结束时刻下的灰度图像的灰度均值的平均值，记为所述再生废水的历史氧化降解后灰度均值；

21、将所述再生废水的历史氧化降解后灰度均值与预设降解转换系数的乘积记为所述再生废水理论完全氧化后的灰度均值，所述预设降解转换系数大于常数1。

22、进一步的，确定所述快速反应阶段下符合一级动力学方程的实际一级反应速率常数，包括：

23、根据所述快速反应阶段任一采样时刻的实时浓度比定义标准化浓度比对数函数：

24、，

25、其中，表示标准化浓度比对数函数，表示以自然数e为底数的对数函数，表示所述再生废水理论完全氧化后的灰度均值，表示所述快速反应阶段初始采样时刻的灰度均值，表示所述快速反应阶段任一采样时刻的灰度均值；

26、所述快速反应阶段的一级动力学方程为：

27、，

28、其中，表示以自然数e为底数的对数函数，表示所述快速反应阶段任一采样时刻可降解物质浓度，表示所述快速反应阶段初始采样时刻可降解物质浓度，表示所述快速反应阶段任一采样时刻的实时浓度比，且，表示所述快速反应阶段下符合一级动力学方程的实际一级反应速率常数，表示采样时刻；

29、将所述标准化浓度比对数函数带入所述快速反应阶段的一级动力学方程，得到所述实际一级反应速率常数的观测方程：

30、，

31、根据所述快速反应阶段下不同采样时刻下的所述标准化浓度比对数函数的取值，计算所述实际一级反应速率常数的最小二乘解，作为所述快速反应阶段下符合一级动力学方程的实际一级反应速率常数。

32、进一步的，确定氧化剂投放系数，包括：

33、将所述快速反应阶段下的理论一级反应速率常数与所述实际一级反应速率常数的比值记为所述氧化剂投放系数；

34、所述快速反应阶段下的理论一级反应速率常数为：

35、，

36、其中，表示所述快速反应阶段下的理论一级反应速率常数，表示以自然数e为底数的对数函数，表示所述再生废水在氧化降解过程中对可降解物质的目标去除率，表示预设的标准反应时长，所述标准反应时长小于所述再生废水的氧化降解过程的总时长。

37、进一步的，确定对所述再生废水的氧化处理策略，包括：

38、当所述氧化剂投放系数小于1时，减少对所述再生废水在氧化降解过程的氧化剂总投放量，当所述氧化剂投放系数大于1时，增加对所述再生废水在氧化降解过程的氧化剂总投放量。

39、本发明还提供了一种用于莱赛尔纤维生产的溶剂回收废水处理系统，包括存储器和处理器，所述处理器用于执行存储在存储器中的指令以实现上述介绍的用于莱赛尔纤维生产的溶剂回收废水处理方法，并达到与该方法相同的效果。

40、本发明与现有技术相比存在的有益效果是：

41、本发明通过将莱赛尔纤维生产所用阴阳离子交换树脂的再生废水的灰度图像的时序演化规律与再生废水的反应动力学阶段建立直接关联，从而建立灰度纹理演化特征到快速反应阶段的反应速率常数的量化映射关系，可在再生废水的氧化反应早期即可通过图像分析估算出表征废水氧化活性的核心动力学参数，完成对氧化反应过程所需氧化策略的准确制定，提高对用于莱赛尔纤维生产的溶剂回收废水的氧化降解处理稳定性。