CN100999367A

CN100999367A - 适用于小水量、多种类及复杂反应过程的自动化废水批处理方法及设备

Info

Publication number: CN100999367A
Application number: CN 200710066666
Authority: CN
Inventors: 杨岳平; 金洁蓉
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2007-01-10
Filing date: 2007-01-10
Publication date: 2007-07-18

Abstract

本发明公开了一种全自动化的适用于小水量、多种类及反应过程复杂的物化法废水批处理方法及设备。引入的MFA无模型自适应控制技术、批量加药系统可实现pH及加药量的精确控制，确保取得最佳处理效果，并有效节约处理成本；引入PLC批处理控制系统，根据预先设置的处理方案，利用计算机设定具体处理工序，可实现同一系统自动处理多种不同性质的废水，具有极大的灵活性，实现了废水处理的自动化，操作管理方便。

Description

适用于小水量、多种类及复杂反应过程的自动化废水批处理方法及设备

技术领域

本发明涉及一种废水处理方法及设备，特别是一种全自动化的适用于小水量、多种类及复杂反应过程的物化法废水批处理方法及设备。

背景技术

目前的现有技术及工程实例中，工业废水的物化处理多采用连续式：“集水池→pH调节池→......→沉淀池→”。例如2006年第五期的《广东化工》中“小型电镀厂废水处理技术介绍”一文所介绍的处理工艺。类似的连续流处理流程提供的是空间序列上的废水处理，这方面的研究已相当成熟，但是这种处理方式存在着明显的弊端：构筑物的占地面积较大，设备投资较高；对水量变化的适应性不强，尤其是在小水量的情况下，由于本身的出水量小，如果采用连续式，就是说在一个时间点上，本来就是小量的废水还要分布到中和池、絮凝池、沉淀池......等一系列池中，每个池中的水量都只是“小量”的多少分之一，池内污水的流态、药剂量的添加等都会存在很大问题。不能保证出水水质；pH的精确调节较难把握，影响后继的处理流程；非静置沉淀，沉淀效果较差；自动化程度不高，操作管理较复杂，所以连续式不适合小水量废水的处理。

中国发明专利00116872.x中公开了一种间歇式自动化废水处理工艺及设备，介绍了一种在PLC和PH/ORP测控仪表的控制下的废水处理工艺。这一工艺中，终端pH的控制采用的是比例控制技术。这一技术对pH做出的反应存在时间滞后现象，而且比例控制作用会存在余差即pH在受到外界扰动后不能完全恢复到原来的设定值，在目前的实际应用中尚存在一些问题，pH的误差会达到±1.5。pH的不精确会造成出水不达标、浪费药剂，增加处理成本。此外，在主体设备的池型设计上，并未做出详细说明，而池型设计是否合理，也是污水处理效果的重要影响因素。

连续式处理由于过程在时间及空间上都是连续的，而间歇式只是利用了时间上的连续性，所以连续式的处理方式在各种参数的控制上有较大的灵活性，而间歇式的参数控制要达到精确是很难的。利用间歇式处理小水量废水如何提高自动化程度和处理过程的精确控制一直是个难题。

发明内容

本发明提供了一种全自动化的适用于小水量、多种类及复杂反应过程的物化法废水批处理方法及设备，提高了处理废水的自动化程度，实现了废水处理过程的精确控制，可提高处理效果，降低处理成本，操作管理十分方便。

一种适用于小水量、多种类及复杂反应过程的自动化废水批处理方法，包括如下步骤：

(1)将待处理废水按性质分类收集至不同的集水池，通过终端液位仪表将集水池水位及批处理池状态传送到嵌有批处理过程控制模块、批量加药反应控制模块、MFA加药反应控制模块的PLC批处理控制器；当集水池液位至设定高位且批处理池处于闲置状态时，PLC批处理控制器自动启动相应集水池提升泵，将集水池中的废水泵入批处理池；

(2)PLC批处理控制器预设不同种类废水的处理程序，根据废水所在集水池中的液位信号确定废水类型，启动相应的处理程序，并由程序控制整个处理过程，批处理池中的设备及终端仪表将反应参数或设备状态参数反馈给PLC批处理控制器，PLC批处理控制器将指令传递给相应执行机构并执行相应的动作；其中线性批量加药反应过程由PLC批处理控制器中的批量加药反应控制模块控制、非线性反应过程加药由PLC批处理控制器中的MFA加药反应控制模块控制；

(3)反应完毕，PLC批处理控制器关闭批处理池搅拌器，批处理池内的混合液按设定的时间静置沉淀后进行泥水分离；上层清液达标排放或进入下一个处理单元，污泥则排入污泥池或直接进入脱水系统；完成后，批处理池进入闲置阶段，等待下一批废水的处理；

(4)批处理池或污泥池中的污泥由泵压入污泥脱水装置，PLC批处理控制器根据污泥脱水装置中的压力信号进行自动卸泥。

批处理池中的非线性反应包括pH值的调节和氧化还原反应，由于非线性反应利用传统控制方法会发生时间滞后现象，影响控制精度和效果，本发明利用MFA加药反应控制模块(包括MFA加药反应pH控制模块、MFA加药反应氧化还原电位控制模块)控制，其自适应的特点可以避免时间滞后带来的控制误差，通过MFA加药反应控制模块收集的反应进程参数如pH值、电位等信息，经过自适应处理可以更准确的控制加入药剂的时间和量。其他如混凝等线性反应，其控制过程由批量加药反应控制模块实现。

本发明中每一种废水在PLC批处理控制器中都预先设置好处理程序，与收集该种废水的集水池一一对应。在批处理池接受集水池的进水时，相应的处理程序自动进行切换。针对不同污水编写的多个处理程序，可自动控制污水处理的全过程，包括药剂的投加、处理流程各个阶段(中和、氧化还原、混凝等)的控制以及不同污水(含铬废水、含镍废水等)处理流程之间的自动切换等等。

一种适用于小水量、多种类及复杂处理过程的自动化废水批处理设备，包括PLC批处理控制器，带有搅拌器的批处理池，通过泵、阀、管路系统与批处理池相连的若干个的集水池、自动加药系统、泥水分离器及污泥脱水装置；所述的PLC批处理控制系统嵌有用于读取终端仪表参数及设备状态参数并控制泵、阀、搅拌装置、泥水分离器及加药系统的批处理过程控制模块，批量加药反应控制模块，MFA加药反应控制模块，受控于MFA加药反应控制模块的变频器；所述的终端仪表包括集水池中的液位器，污泥脱水装置中的压力表，泥水分离器中的泥水界面计，批处理池中的氧化还原电位计、pH计。

所述的批处理池底部为斗状，斗壁倾角50°-60°。

所述的所述的搅拌器为机械搅拌器或由自动阀控制的空气搅拌系统。

所述的所述的泥水分离器安装有污泥界面计。

所述的加药系统包括若干个设有批量控制器的加药槽。

所述的MFA加药反应控制模块包括MFA加药反应pH控制模块和MFA加药反应氧化还原电位控制模块。

所述的集水池为多个，保证不同种类污水的分类收集，数量可视具体情况增减。

废水经集水池分类收集，某一集水池内废水达一定液位后，该集水池内的液位器向PLC批处理控制器发出信号，PLC批处理控制器自动判断此时批处理池的工作状态：如果批处理池处于工作状态，则该集水池进入等待状态；如果批处理池处于闲置状态，则PLC批处理控制器自动打开该集水池的出水阀门及批处理池的进水阀门，启动泵将集水池中的水泵入批处理池。

进水完毕，批处理池进水阀门和集水池出水阀门自动关闭。预设的相应污水的处理程序接到指令自动运行，对污水进行中和、氧化还原、混凝等一系列处理，处理过程沿时间上的推移而实现。在处理的各个阶段中，根据自动运行的处理程序，PLC批处理控制器传递指令给批量加药反应控制模块和MFA加药反应控制模块分阶段向批处理池中投入定量的药剂(酸、碱、氧化还原剂、混凝剂等)，池中的液位器、pH计、氧化还原电位(ORP)仪表等可将批处理池中的水质水量变化情况反馈给PLC批处理控制器，从而实现加药时间及加药量的精确控制。嵌入MFA加药反应控制模块可以对整个处理过程中pH进行精确控制，以及氧化还原反应过程中电位的精确控制。

处理反应完毕，自动停止搅拌器的搅拌，批处理池内的混合液进入静止状态，污泥絮体和上清液逐渐分离。由于静止沉淀，沉淀效果良好。沉淀时间可由处理程序进行调整，一般1-2h。

沉淀完毕，进入排放阶段。批处理池内的泥水分离器可控制泥、水由同一管路按序分段排放。先排泥后排水，两者之间的切换由控制系统在接到泥水分离器输出的信号后做出。排出的水达标排放或进一步深度处理后回用。排出的泥泵入污泥脱水装置脱水。

污泥脱水装置内的污泥压力表可将污泥量反馈给PLC批处理控制器，达到一定泥量，PLC批处理控制器发出指令自动卸泥。污泥脱出水重新泵入集水池等待处理或达标排放。

一批废水处理结束后，批处理池进入闲置阶段，等待已满的集水池中的废水泵入。每一种废水在PLC批处理控制器中都预先设置好处理程序，与收集该种废水的集水池一一对应。在批处理池接受集水池的进水时，相应的处理程序自动进行切换。

本发明与现有技术相比，本发明引入了可进行批处理的批处理池，实现了处理流程在时间上的推移，节省了占地面积，设备投资低，处理成本低；注意了批处理池池型的设计，提高了沉淀效果；采用静止沉淀，分离效果好；对水量变化适应性强，具有很大的操作弹性，效果稳定。引入的MFA无模型自适应控制技术、批量加药反应控制系统可实现pH及加药量的精确控制，确保取得最佳处理效果，并有效的节约了处理成本；引入PLC控制系统，根据预先设置的处理方案，利用计算机设定具体处理工序，可实现同一系统自动处理多种不同性质的废水，具有极大的灵活性，实现了废水处理的自动化，操作管理方便。

附图说明

图1本发明设备示意图

具体实施方式：

如图1所示，本发明的自动化废水批处理设备，包括PLC批处理控制器13，MFA加药反应控制模块19嵌入PLC批处理控制器13，变频器20受控于MFA加药反应控制模块19。

集水池15、16、17、18通过泵P1、P2、P3、P4与批处理池14相连，集水池15、16、17、18中分别设有液位计L1、L2、L3、L4。

批处理池14底部为斗状，斗壁倾角50°，批处理池14内设有搅拌器4、ORP仪表2、液位器1、pH仪表3和泥水分离器5；批处理池14出口经泵P9连有中间池6、经泵P10连有污泥脱水装置7，污泥脱水装置7设有污泥压力表21，污泥脱水装置7的水出口经泵P11连入集水池18。

自动加药系统包括加药槽9、10、11、12、22分别通过泵P5、P6、P7、P8、P12与批处理池14相连；并分别由批量加药反应控制模块M23、M24、M25、M26、M27及MFA加药反应控制模块19控制加药。

实施例1含铬废水的处理

含铬废水在集水池内收集，然后泵入批处理池。向批处理池内加酸调节废水pH值至2.0～3.0后，加入还原剂，将+6价的铬还原成Cr³⁺，反应方程式为：

CrO₂ ²⁺+3Fe+8H⁺＝Cr³⁺+3Fe³⁺+4H₂O

氧化还原电位控制在250mV-400mV。还原反应完毕，向批处理池内加入碱，将pH升至8.0-11.0，使水中的金属离子发生沉淀反应，反应方程式为

Cr²⁺+3OH^-＝Cr(OH)₂↓

Ni²⁺+2OH^-＝Ni(OH)₂↓

Cu²⁺+2OH^-＝Cu(OH)₂↓

Zn²⁺+2OH^-＝Zn(OH)₂↓

反应完全的废水经中和后，投入助凝剂，混凝沉淀，最后在泥水界面器控制下，在同一管道内依次排泥排水。排出的泥进入脱水机房脱水，排出的水可达标排放，或接受深度处理后回用。

所有反应沉淀过程均在控制系统的控制下，在批处理池中完成。非线性反应(如pH调节、氧化还原等)过程的加药由MFA加药反应控制模块控制，线性反应(如混凝反应)过程的加药由比例控制器实现。

具体的操作过程如下：

不同种类的废水分别经集水池15、16、17、18收集(假设集水池15收集含铬废水，集水池16收集含氰废水，......)。假设收集含铬废水的集水池15最先达到设定液位，液位器L1向PLC批处理控制器13发出信号。PLC批处理控制器13接到信号，判断批处理池14的工作状态：如果批处理池14处于工作状态，则集水池15进入等待状态；如果批处理池14处于闲置状态，则PLC批处理控制器13发出指令，打开集水池15的出水阀门及批处理池14的进水阀门，启动泵P1将集水池中的水泵入批处理池。

批处理池14内的水到达一定液位，批处理池内的液位器1向PLC批处理控制器13发出信号，PLC批处理控制器13发出指令关闭批处理池14进水阀门、集水池15出水阀门以及停止泵P1。泵P1停止工作的同时，搅拌电机启动，搅拌器4开始搅拌。pH仪表3及MFA加药反应控制模块19开启，受控于MFA加药反应控制模块19输出信号的变频器20，对被控对象实现连续调节。变频器20控制泵P5的加酸过程，加酸泵P5与酸槽9相连。当批处理池14中废水的pH值降至2.0-3.0时，ORP仪表2开启，控制泵P7的氧化还原反应的加药过程，P7泵与还原剂槽11相连，这个过程中加酸泵P5继续受MFA控制模块19控制加酸，直至ORP到达250mV-400mV。

上述过程完成后，ORP仪表2关闭，变频器20控制泵P6的沉淀反应的加药过程，P6泵与碱槽10相连，直至批处理池14中水的pH值升至8.0-11.0。

MFA加药反应控制模块19控制泵P5的加酸过程，加酸泵P5与酸槽9相连。当批处理池14中上清液的pH降至7.5-9.0时，关闭MFA加药反应控制模块19及泵P5，开启泵P8，由批量加药反应控制模块M26控制絮凝反应的加药过程，P8泵与絮凝剂槽12相连。

絮凝反应结束后，pH仪表3、批量加药反应控制模块M26及泵P6、泵P8关闭，搅拌器4停止搅拌。批处理池14静置沉淀1-3小时(时间可由PLC批处理控制器13调节)。

沉淀过程结束后，泵P10开启，将批处理池14底部的污泥排入污泥脱水装置7进行脱水，污泥排尽时，泥水分离器5将信号传至PLC批处理控制器13，PLC批处理控制器13发出指令，停止P10泵，开启P9泵，进入排水阶段，处理水排入中间池6。批处理池14进入闲置阶段，等待已满的集水池中的废水泵入。

污泥脱水装置7内的污泥达到一定量，污泥压力表21将信号反馈给PLC批处理控制器13，PLC批处理控制器13发出泻泥指令。污泥脱出水泵入集水池18中等待处理。

实施例2含氰废水的处理

含氰废水先在集水池内收集，泵入批处理池。

采用二级破氰法处理。破氰的关键在于控制反应pH值和氧化还原电位(ORP)，为此采用MFA准确控制，保证破氰充分进行。一级破氰的pH值控制在11以上，氧化还原电位控制在300mv-400mv，将氰化物氧化为氰酸盐，即局部氧化。二级处理pH值4.0-7.5，氧化还原电位控制在650mv以上，将生成的氰酸盐进一步氧化成二氧化碳和氮，即完全氧化。

两级破氰氧化反应后，向批处理池内加入碱，将pH升至8.0-11.0，使水中的金属离子发生沉淀反应。反应完全的废水经中和后，投入助凝剂，混凝沉淀，最后在泥水分离器控制下在同一管道内依次排泥排水。排出的泥进入脱水机房脱水，排出的水可达标排放，或接受深度处理后回用。

所有反应沉淀过程均在PLC批处理控制器的控制下，在批处理池中完成。非线性反应(如pH、氧化还原等)过程的加药由MFA加药反应控制模块控制，线性反应(如混凝反应)过程的加药由比例控制器实现。

具体的操作过程如下：

不同种类的废水分别经集水池15-18收集(假设集水池15收集含铬废水，集水池16收集含氰废水，......)。集水池16达到一定液位，液位器L2向PLC批处理控制器13发出信号。PLC批处理控制器13接到信号，判断批处理池14的工作状态：如果批处理池14是工作状态，则集水池16进入等待状态；如果批处理池14是闲置状态，则PLC控制器13发出指令，打开集水池16的出水阀门及批处理池14的进水阀门，启动泵P2将集水池中的水泵入批处理池。

批处理池14内的水到达一定液位，池内的液位器1向PLC批处理控制器13发出信号，PLC批处理控制器13发出指令关闭批处理池14进水阀门、集水池16出水阀门以及停止泵P2。泵P2停止工作的同时，搅拌电机启动，搅拌器4开始搅拌。pH仪表3及MFA加药反应控制模块19开启，受控于MFA加药反应控制模块19输出信号的变频器20，对被控对象实现连续调节。变频器20控制泵P6的加碱过程，加碱泵P6与碱槽10相连。当批处理池14中废水的pH大于11.0，ORP仪表2开启，控制泵P12氧化还原反应的加药过程，P7泵与氧化剂槽22相连，这个过程中加碱P6继续接受MFA加药反应控制模块19控制加碱，直至ORP达到300mV-400V。

上述过程完成后，ORP仪表2关闭，变频器20控制泵P5的加酸过程，加酸泵P5与酸槽9相连。当批处理池14中的pH降至4.0-7.0时，ORP仪表2开启，控制泵P12氧化还原反应的加药过程，P7泵与氧化剂槽22相连，这个过程中加酸P5继续接受MFA加药反应控制模块19控制加酸，直至ORP达到650mV。

氧化还原反应完成后，ORP仪表2关闭，变频器20控制泵P6的沉淀反应的加药过程，P6泵与碱槽10相连，直至批处理池14中水的pH值升至8.0-11.0。

沉淀反应结束后，MFA加药反应控制模块19控制泵P5的加酸过程，加酸泵P5与碱槽9相连。当批处理池14中上清液的pH降至7.5-9.0时，关闭MFA加药反应控制模块19及泵P5，开启泵P8，控制絮凝反应的加药过程，P8泵与絮凝剂槽12相连。

污泥脱水装置7内的污泥达到一定量，污泥压力表21将信号反馈给PLC批处理控制器13，PLC批处理控制器发出泻泥指令。污泥脱出水泵入集水池18中等待处理。

Claims

1、一种适用于小水量、多种类及复杂反应过程的自动化废水批处理方法，包括如下步骤：

2、一种适用于小水量、多种类及复杂处理过程的自动化废水批处理设备，其特征在于：包括PLC批处理控制器，带有搅拌器的批处理池，通过泵、阀、管路系统与批处理池相连的若干个的集水池、自动加药系统、泥水分离器及污泥脱水装置；所述的PLC批处理控制系统嵌有用于读取终端仪表参数及设备状态参数并控制泵、阀、搅拌装置、泥水分离器及加药系统的批处理过程控制模块，批量加药反应控制模块，MFA加药反应控制模块，受控于MFA加药反应控制模块的变频器；所述的终端仪表包括集水池中的液位器，污泥脱水装置中的压力表，泥水分离器中的泥水界面计，批处理池中的氧化还原电位计、pH计。

3、根据权利要求2所述的设备，其特征在于：所述的批处理池底部为斗状，斗壁倾角50°-60°。

4、根据权利要求2所述的设备，其特征在于：所述的所述的搅拌器为机械搅拌器或由自动阀控制的空气搅拌系统。

5、根据权利要求2所述的设备，其特征在于：所述的所述的泥水分离器安装有污泥界面计。

6、根据权利要求2所述的设备，其特征在于：所述的MFA加药反应控制模块包括MFA加药反应pH控制模块和MFA加药反应氧化还原电位控制模块。

7、根据权利要求2所述的设备，其特征在于：所述的加药系统包括若干个设有批量控制器的加药槽。