一种含油污水气浮法除污的压力控制方法与流程

1.本发明涉及压力控制领域，具体涉及一种含油污水气浮法除污的压力控制方法。


背景技术：

2.在物质生活日趋丰富的同时，环境污染已成为全球关注的焦点问题之一。其中，含油废水的排放会严重影响环境，含油废水对人类、动物和植物乃至整个生态系统都产生不良的影响，因此，含油污水的处理和回注已成为当今油气田环境保护的重要课题。目前含油污水处理工艺有：沉降法、气浮处理法、微生物处理法等，其中气浮处理技术是一种高效快速的分离技术。采用气浮处理技术处理含油污水时，给加压力是影响气浮效果的一个重要因素，人们往往根据经验设定好给加压力，但是由于水质的不同，使得气浮时间有长有短，给加压力较小会降低处理效率，给加压力较大会浪费能源。


技术实现要素：

3.为了解决现有方法对含油污水除污过程中压力设定不合理导致存在处理效率低或者能源浪费的问题，本发明的目的在于提供一种含油污水气浮法除污的压力控制方法，所采用的技术方案具体如下：本发明提供了一种含油污水气浮法除污的压力控制方法,该方法包括以下步骤：获取不同给压压力下气浮池的气泡图像；根据各给压压力对应的气泡图像中像素点的灰度值和像素点之间的距离，对各给压压力对应的气泡图像中的像素点进行初始聚类，得到各给压压力对应的气泡图像对应的各第一聚类簇；将各给压压力对应的气泡图像划分为设定个数的区域；对于任一给压压力对应的气泡图像的任一区域：根据该区域对应的各聚类簇的平均灰度值和任意两个聚类簇的像素中心之间的距离，计算任意两个聚类簇之间的聚类距离；根据所述聚类距离，对该区域进行层次聚类，得到该区域对应的各第二聚类簇；统计各给压压力对应的气泡图像中第二聚类簇的数量；计算各给压压力对应的气泡图像中第二聚类簇的加权平均大小；根据所述各给压压力对应的气泡图像中第二聚类簇的数量和第二聚类簇的加权平均大小，计算各给压压力对应的污水气浮效果评价指标；根据所述各给压压力对应的污水气浮效果评价指标，得到最优给压压力。
4.优选的，采用如下公式计算任意两个聚类簇之间的聚类距离：其中，为任意两个聚类簇之间的聚类距离，为其中一个聚类簇的平均灰度值，为另一个聚类簇的平均灰度值，为这两个聚类簇的像素中心之间的距离。
5.优选的，所述根据所述聚类距离，对该区域进行层次聚类，得到该区域对应的各第二聚类簇，包括：采用如下公式计算该区域的聚类评价指标：
其中，为该区域的聚类评价指标，为该区域聚类簇的平均大小，为该区域聚类簇的平均灰度值的方差，为该区域聚类簇的数量；根据该区域任意两个聚类簇之间的聚类距离，对该区域进行层次聚类，判断该区域的聚类评价指标是否大于设定阈值，若大于，停止对该区域的聚类，将最后一次聚类得到的聚类簇记为该区域对应的各第二聚类簇。
6.优选的，对于任一第一聚类簇：该聚类簇中像素点的灰度值相等。
7.优选的，所述计算各给压压力对应的气泡图像中第二聚类簇的加权平均大小，包括：对于任一给压压力对应的气泡图像：统计该气泡图像中各第二聚类簇中像素点的个数，将像素点个数大于第一阈值且小于第二阈值的第二聚类簇记为目标聚类簇；所述第一阈值小于第二阈值；计算目标聚类簇中像素点的个数之和，统计目标聚类簇的总个数；计算目标聚类簇中像素点的个数之和与目标聚类簇的总个数的比值，将该比值记为该气泡图像中第二聚类簇的加权平均大小。
8.优选的，所述根据所述各给压压力对应的气泡图像中第二聚类簇的数量和第二聚类簇的加权平均大小，计算各给压压力对应的污水气浮效果评价指标，包括：分别计算各给压压力对应的气浮池的气泡图像的平均灰度值与未经处理的污水的平均灰度值的差值；根据各给压压力对应的气泡图像中第二聚类簇的数量、第二聚类簇的加权平均大小及气浮池的气泡图像的平均灰度值与未经处理的污水的平均灰度值的差值，计算各给压压力对应的污水气浮效果评价指标。
9.优选的，所述计算各给压压力对应的污水气浮效果评价指标，包括：对于任一给压压力对应的气泡图像：计算该给压压力对应的气泡图像中第二聚类簇的总个数、第二聚类簇的加权平均大小及气浮池的气泡图像的平均灰度值与未经处理的污水的平均灰度值的差值的乘积，将所述乘积作为该给压压力对应的污水气浮效果评价指标。
10.优选的，所述根据所述各给压压力对应的污水气浮效果评价指标，得到最优给压压力，包括：根据各给压压力和污水气浮效果评价指标，构建各给压压力对应的二元组；所述二元组中第一个元素为给压压力值，第二个元素为对应的污水气浮效果评价指标；筛除污水气浮效果评价指标小于气浮效果阈值的二元组；将剩余二元组中最小的给压压力作为最优给压压力。
11.本发明具有如下有益效果：本发明根据不同给压压力下气浮池的气泡图像中的像素点进行初始聚类，得到各给压压力对应的气泡图像对应的各第一聚类簇，然后采用层次聚类的方法对不同给压压力下的气泡图像进行层次聚类，本发明提供了一种自适应终止条件的层次聚类方法，判断聚类结果是否满足聚类终止条件，若满足，则停止聚类；若不满足，则继续进行聚类，直至满足终止条件，得到各给压压力对应的气泡图像中对应的各第二聚
类簇。根据气泡图像中第二聚类簇的数量和第二聚类簇的加权平均大小，计算不同给压压力对应的污水气浮效果评价指标；根据各给压压力对应的污水气浮效果评价指标，得到最优给压压力。本发明在后续对含油污水进行处理时，直接根据最优给压压力对含油污水进行去污处理，提高污水处理效率的同时又保证了工厂的效益。
附图说明
12.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
13.图1为本发明一个实施例所提供的一种含油污水气浮法除污的压力控制方法的流程图。
具体实施方式
14.为了更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种含油污水气浮法除污的压力控制方法进行详细说明如下。
15.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。
16.下面结合附图具体的说明本发明所提供的一种含油污水气浮法除污的压力控制方法的具体方案。
17.一种含油污水气浮法除污的压力控制方法实施例现有方法对含油污水除污过程中压力设定不合理导致存在处理效率低或者能源浪费的问题。为了解决上述问题，本实施例提出了一种含油污水气浮法除污的压力控制方法，如图1所示，本实施例的一种含油污水气浮法除污的压力控制方法包括以下步骤：步骤s1，获取不同给压压力下气浮池的气泡图像；根据各给压压力对应的气泡图像中像素点的灰度值和像素点之间的距离，对各给压压力对应的气泡图像中的像素点进行初始聚类，得到各给压压力对应的气泡图像对应的各第一聚类簇。
18.含油污水含有大量的油类、悬浮物、重金属等物质，如果不加以处理就任意排放或回注，对土壤、水生生物、人体健康和农作物生长危害极大。本实施例采用的气浮法除油污。气浮法除油的原理是在含油废水中引入气体，使水中的乳化油粒粘附在所产生的细微气泡上，随气泡一起上浮到水面，形成浮渣，进而除去油污。相同给压压力下，不同水质的气浮时间不同，在采用气浮法除污时，加压过小可能会导致除污效率较低；加压过大可能会导致能源的浪费，降低工厂的效益。
19.本实施例针对一种水质的含油污水样本进行以下处理，其它水质的含油污水均可采用本实施例提供的方法进行处理。本实施例选用20个相对较优的给压压力分别对样本污水进行处理，得到20张气浮池的图像，分别对这20张图像进行处理和分析，最终得到该种类的污水的最优给压压力，后续再对该种类的含油污水进行除污处理时可直接给予最优给压压力，在提高工作效率的同时又保证了工厂的效益。
20.具体的，利用相机采集20张气浮池的图像，并对采集到的图像进行图像灰度化、图像滤波去噪以及图像增强等一系列图像预处理，通过提高图像质量来提升后续检测结果的准确性。具体预处理过程为公知技术，在此不作具体阐述。接着，获取这20张预处理后的气浮池的图像的灰度直方图，根据灰度直方图，利用大津阈值法对图像进行划分，得到这20张气浮池的气泡图像。
21.接下来以其中一个给压压力对应的气泡图像为例进行分析，对于该给压压力对应的气泡图像：将所有相邻像素点中灰度值一致的划分为一类，得到基本的层次聚类的簇，即通过区域生长，以每一层像素灰度级为种子，区域生长条件是种子相等，对图像进行生长，得到该图像对应的各第一聚类簇。区域生长法为现有技术，此处不再赘述。
22.步骤s2，将各给压压力对应的气泡图像划分为设定个数的区域；对于任一给压压力对应的气泡图像的任一区域：根据该区域对应的各聚类簇的平均灰度值和任意两个聚类簇的像素中心之间的距离，计算任意两个聚类簇之间的聚类距离；根据所述聚类距离，对该区域进行层次聚类，得到该区域对应的各第二聚类簇。
23.本实施例使用层次聚类的方法，对气泡图像中的气泡进行聚类，方便后续的计算。一般的层次聚类算法的聚类终止条件是人为自行设置的，情况不同，得到的结果并不一定是最好的，鉴于这种情况，本实施例提供了一种自适应终止条件的层次聚类方法。根据聚类结果对图像聚类效果进行判别，判断聚类结果是否满足聚类终止条件，若满足，则停止聚类；若不满足，则继续进行聚类，直至满足终止条件。
24.为了使后续层次聚类的效率更快，将气泡图像划分为面积相等的m个区域，得到各区域对应的各第一聚类簇。本实施例将气泡图像划分为3*3即9个区域，在具体应用中，根据实际情况对气泡图像进行划分。
25.本实施例以各区域对应的各第一聚类簇为层次聚类的初始层，进行层次聚类，具体的，对于任一给压压力对应的气泡图像的任一区域：对该区域进行层次聚类，直到该区域达到对应的聚类终止条件，则停止聚类。本实施例基于各聚类簇中像素点的平均灰度值以及任意两个聚类簇的像素中心之间的距离，计算任意两个聚类簇之间的聚类距离，基于任意两个聚类簇之间的聚类距离，进行层次聚类。该区域任意两个聚类簇之间的聚类距离为：意两个聚类簇之间的聚类距离，进行层次聚类。该区域任意两个聚类簇之间的聚类距离为：其中，为这两个聚类簇之间的聚类距离，为其中一个聚类簇的平均灰度值，为另一个聚类簇的平均灰度值，为这两个聚类簇的像素中心之间的距离，为其中一个聚类簇的像素中心的横坐标，为该聚类簇的像素中心的纵坐标；为另一个聚类簇的像素中心的横坐标，为该聚类簇的像素中心的纵坐标。
26.本实施例基于该区域聚类簇的平均大小，聚类簇的个数和聚类簇的平均灰度值，得到该区域的聚类终止条件，即当聚类结果满足聚类终止条件时，判定层次聚类结束。具体的，在每次聚类完成后，计算该区域聚类簇的平均大小；统计该区域聚类簇的总个数；同时计算该区域每个聚类簇的平均灰度值，根据该区域每个聚类簇的平均灰度值，计算该区域
聚类簇的平均灰度值的方差；然后根据该区域聚类簇的平均大小、聚类簇的总个数和聚类簇的平均灰度值的方差，计算该区域该次聚类的聚类评价指标，即：其中，为该区域的聚类评价指标，为该区域聚类簇的平均大小，为该区域聚类簇的平均灰度值的方差，为该区域聚类簇的数量。
27.每次聚类完成后，计算当前的聚类评价指标。当聚类达到一定程度时，聚类得到的聚类簇的数量较少，聚类簇的方差较大，聚类簇的平均大小较大。本实施例设置聚类评价指标阈值，判断该区域的聚类评价指标是否大于设定阈值，若大于，则终止对该区域的聚类，并将该区域最后一次聚类得到的聚类簇记为该区域对应的第二聚类簇。
28.基于上述方法，可以得到各气泡图像中任一区域对应的多个第二聚类簇。
29.步骤s3，统计各给压压力对应的气泡图像中第二聚类簇的数量；计算各给压压力对应的气泡图像中第二聚类簇的加权平均大小；根据所述各给压压力对应的气泡图像中第二聚类簇的数量和第二聚类簇的加权平均大小，计算各给压压力对应的污水气浮效果评价指标；根据所述各给压压力对应的污水气浮效果评价指标，得到最优给压压力。
30.在一定时间内，气泡体量越大，上浮过程能够带走的水中的悬浮颗粒就越多，即污水处理的效果就越好；污水在处理前后的灰度值的变化也能够在一定程度上反映气浮法处理污水的效果，污水处理前后所得灰度差异越大，说明该给压压力下除污效果越好。相同时间内，上浮气泡的数量越多、气泡越大且污水处理前后灰度值变化越大，说明污水的处理效果越好。
31.对于任一给压压力对应的气泡图像：本实施例首先统计该图像中第二聚类簇的总数量，总数量为该图像中所有区域第二聚类簇的个数之和。然后统计该气泡图像中各第二聚类簇中像素点的个数，本实施例设置像素点数量第一阈值和像素点数量第二阈值，其中，大于最小第二聚类簇中像素点的个数，小于最大第二聚类簇中像素点的个数，远小于；本实施例将像素点个数大于且小于的第二聚类簇记为目标聚类簇，计算目标聚类簇中像素点的个数之和与目标聚类簇的总个数的比值，本实施例将该比值记为该气泡图像中第二聚类簇的加权平均大小；极端数据的存在会使得平均数对于这组数据所起的代表作用削弱，本实施例这样做去除了极端数据对平均值的影响，即排除了较大聚类簇和较小聚类簇对第二聚类簇的平均大小的影响， 像素点数量第一阈值和像素点数量第二阈值根据实际情况进行设定。接下来计算该图像中的平均灰度值与未经处理的污水的平均灰度值的差值；进而计算该给压压力对应的污水气浮效果评价指标，即：其中，为该给压压力对应的污水气浮效果评价指标。
32.本实施例根据上述方法得到20张气泡图像对应的污水气浮效果评价指标，根据给压压力和污水气浮效果评价指标，构建二元组，形式为，其中，为给压压力，为污水
气浮效果评价指标。在污水进行排放时，是有一定排放标准的，本实施例设置污水气浮效果评价指标阈值，将所有污水气浮效果评价指标小于污水气浮效果评价指标阈值的二元组筛除，在剩下的二元组中挑选最小的给压压力作为最优给压压力。后续再对该类水质的含油污水进行去污处理时，直接给予最优给压压力对含油污水进行去污处理，防止能源的浪费，同时又保证了除污效率。
33.本实施例根据不同给压压力下气浮池的气泡图像中的像素点进行初始聚类，得到各给压压力对应的气泡图像对应的各第一聚类簇，然后采用层次聚类的方法对不同给压压力下的气泡图像进行层次聚类，本实施例提供了一种自适应终止条件的层次聚类方法，判断聚类结果是否满足聚类终止条件，若满足，则停止聚类；若不满足，则继续进行聚类，直至满足终止条件，得到各给压压力对应的气泡图像中对应的各第二聚类簇。根据气泡图像中第二聚类簇的数量和第二聚类簇的加权平均大小，计算不同给压压力对应的污水气浮效果评价指标；根据各给压压力对应的污水气浮效果评价指标，得到最优给压压力。本实施例在后续对含油污水进行处理时，直接根据最优给压压力对含油污水进行去污处理，提高污水处理效率的同时又保证了工厂的效益。
34.需要说明的是：以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。