CN101231510A - 一种维持sbr反应器自动运行的控制装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种维持SBR反应器自动运行的控制装置和方法。该装置包括时间继电器、中间继电器、液位控制器和电路板，由进水控制系统、水控制系统和液位控制系统组成。控制方法包括：进水控制、反应控制、沉淀控制、排水控制和闲置控制。本发明有效地将SBR反应过程的进水、反应、沉淀、排水和闲置等五个依次进行的不同反应过程进行有效控制，自控装置性能价格比非常优越。

Description

一种维持SBR反应器自动运行的控制装置和方法

技术领域

本发明涉及活性污泥反应器反应器的控制装置和方法，更具体地说是SBR反应器自动运行的控制装置和方法。

背景技术

SBR(Sequencing Batch Reactor，简称SBR)，SBR是一种按时间序列间歇反应的活性污泥反应器，包括进水、反应、沉淀、排水、闲置在内的五个不同的反应过程，都是在一个反应器里进行的，各个不同反应过程的运行状况可以根据所处理的污水性质和出水标准而灵活调节，与传统活性污泥法相比，没有占地面很大的二沉池，也没有专门的曝气池和厌氧池等大型设备，因此，SBR结构紧凑，占地面积很小，可以设置成具有高度自动化运行特性的反应器。

一般SBR工艺运行特点：SBR工艺的过程是按时序来运行的，一个运行周期包括五个不同的反应过程：进水、反应、沉淀、排水、闲置。SBR在运行过程中，各个不同反应过程的运行时间、反应器内混合液体积的变化以及运行状态都可以根据具体污水的性质、出水水质、出水质量与运行功能要求而灵活调节。SBR反应工艺流程如图1所示。(1)进水工序。废水进入反应器之前，池内残存着高浓度的活性污泥混合液。废水由原水池用泵注入，水位上升至正常预定液面，可以设定泵运行时间的长度，也可以启动液控器来维持最高水位的高度。(2)反应工序。这是本工艺最主要的一道工序，废水注入达到预定的高度后，即开始降解反应，根据废水处理的目的，如COD、BOD去除、硝化、磷的吸收以及反应的技术措施，可以采取曝气、机械搅拌或同时曝气与机械搅拌，并根据需要达到的降解程度来设定反应时间的长度。(3)沉淀工序。本工序相当于传统活性污泥法中常用的二次沉淀池。停止曝气或机械搅拌，使混合液处于静置状态，设定沉淀时间的长度，可以实现活性污泥与水的有效分离。(4)排水工序。经沉淀后产生的上清液作为处理水排放后，可以设定排水时间的长度，也可以启动液控器来维持最低水位的高度。反应器内残留大量活性污泥作为下一次反应的种泥。(5)闲置工序。在处理水排放后，反应器处于停滞和闲置状态，污泥进入内源呼吸状态，可以设定闲置时间的长度，直至下一个循环操作周期。

一般由工控机、单片机和PLC为主制作的SBR自动控制装置，往往只能单一地控制SBR反应循环中的某一个反应过程，控制装置中的任何一个电子元件发生故障，整个反应装置都会停止运行，一般断电后再通电，自动控制装置不能重启，不能自行恢复自动运行状态，而必须人工调节。工控机、单片机或PLC为主制作的自动控制装置，对其中任何一个反应过程参数的修改都要重新编写或固化程序，操作技术难度高，实时调节能力差；并且工控机等设备的投资都较大。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

针对以往的SBR自动控制装置往往只能单一地控制SBR反应循环中的某一个反应过程，自动控制装置操作复杂，实时调节能力差；设备的投资都较大等问题，本发明公开了一种维持SBR反应器自动运行的控制装置和方法，来维持SBR反应器的自动和稳定运行。

2.技术方案

本发明中SBR反应器的自动控制的原理：SBR工艺为时间序列上的周期性连续运行，需周期性依次进行五个不同反应过程的开停操作，根据SBR的周期性运行特性可以用电路板和继电器实现SBR的各个不同反应阶段的自动开启和关闭。

一种维持SBR反应器自动运行的控制装置，包括时间继电器、中间继电器、液位控制器和电路板，其特征在于由进水控制系统、水控制系统和液位控制系统组成，其中：

(1)进水控制系统由时间继电器T1、时间继电器T2和中间继电器M1组成，实现对进水泵工作电流的周期性输出。时间继电器T1做停泵计时，其输入端电流接中间继电器M1的输出端电流，其输出端电流的有无由时间控制，其开关端电流的有无由时间继电器T2的输出端电流通过控制中间继电器的开关端电流来实现。中间继电器M1和时间继电器T1与时间继电器T2组成循环电路，其开关端电流由时间继电器T2的输出端电流提供，其输出端电流做时间继电器T1的开关端电流。

(2)水控制系统由时间继电器T4、时间继电器T5和中间继电器T2组成。实现对出水泵工作电流的周期性输出。时间继电器T1做开泵计时，其输入端电流接中间继电器M2的输出端电流，其输出端电流的有无由时间控制，其中一个输出端电流输给出水泵。其开关端电流的有无由时间继电器A2的输出端电流通过控制电磁阀的开关端电流来实现。中间继电器T4和时间继电器T51与时间继电器M2组成循环电路，其输入端电流接中间继电器M2的输出端电流，其开关端电流由时间继电器M2提供，其输出端电流做时间继电器T4的开关端电流。

(3)液位控制系统由液位控制器L1，L2，L3和时间继电器T1、时间继电器T2及中间继电器M3所组成。液位控制器对进水系统、出水系统进行调节。其H、L和R三个探头插入MBR反应器，其输入端电流接外部电流，其输出端电流通过时间继电器T1、时间继电器T2、中间继电器M3连接进水系统和出水系统。

本自控装置中，自控电路与工作电路相互独立，自控电路仅仅是周期性输出控制信号，即使没有用电器，自控电路仍然可正常运行，而且可以随时移植到另一个SBR的自控运行上，也可以方便地改变自控的运行参数调整；而工作电路则是依靠中间继电器的周期性输出，周期性地切断和闭合工作电路，以达到SBR反应器中各类泵的周期性运行。这种连接方式，也可以通过方便地接入新的用电器，而实现不同的SBR运行方式。

电路板和接线板的制作。电路板设计依据是SBR序批式周期性反应原理，将周期性法反应的电路特点与继电器的工作原理相结合，制作成电路板，避免复杂电路连接带来的杂乱的缺点，一旦发生故障，电路的检查工作变得非常简单明了。同时各种输入输出电路全部从电路板连接到同一个接线板，使得自控装置的外观整洁，应用简单。

一种维持SBR反应器自动运行的控制方法，其包括：

(1)进水控制，采用由液控器和继电器联合控制，依靠液面升降来改变控制电路的工作电流有无以控制进水泵的工作，维持进出水量的基本平衡；

(2)反应控制，反应过程的输出电流主要由继电器控制，在设定的时间内，可以选择开启或关闭曝气泵、机械搅拌泵、控温装置反应过程需要的单元操作，曝气操作在供氧的同时，也可起到一定程度的搅拌作用；机械搅拌可以充分搅拌混合液，加快和促进反应过程；控温装置可以使反应过程维持恒定的反映温度；

(3)沉淀控制，沉淀过程的输出电流主要由继电器控制，在设定的时间内，自动关闭曝气泵、机械搅拌泵、控温装置单元操作，在该阶段反应器内混合液处于静置状态，在足够长的时间内，活性污泥自然重力沉降，促进泥水有效分层与分离；

(4)排水控制，采用由继电器和液控器联合控制排水泵，使反应器上清液迅速排出，当水位低于设定高度，或者排水泵运行时间超过设定时间长度，排水控制部分将切断排水泵和液控器的工作电流；

(5)闲置控制，闲置阶段依然有工作电流输出，在设定的时间内，可以通过选择开启或关闭各种单元操作，选择关闭闲置阶段的工作电流输出，使活性污泥处于内源呼吸状态，完成污泥的好氧厌氧状态交替，为下一个循环做好准备，当闲置状态超过设定的时间长度，整个自动控制装置的运行状态自动切换至初始的进水控制阶段。

因此，本发明采用由时间继电器、中间继电器、液位控制器和电路板等电子元件所构成自动控制装置，控制SBR依次实现进水、反应、沉淀、排水和闲置等五个不同的周期性反应过程，维持SBR反应器的稳定和连续运行，其中进水泵、排水泵、曝气泵和搅拌泵的运行分别由时间继电器控制开启、关闭以及运行时间的长度。最高水位和最低水位的控制由液控器实现，保持进出水的基本平衡，保证水力停留时间的相对稳定。

根据不同的进水水质和所需要实现的脱氮、除磷等处理目标，可以灵活进调节不同反应过程的时间长度，针对时间长度的调节，可以用继电器实现SBR的各个不同反应阶段的时间长度调整。

3.有益效果

本发明提供了一种维持SBR反应器自动运行的控制装置和方法，具有以下效果：(1)本发明有效地将SBR反应过程的进水、反应、沉淀、排水和闲置等五个依次进行的不同反应过程进行有效控制，自控设备采用电路板和液控器等电子元件，抗环境干扰能力强，断电时整个装置停止运行，来电时整个系统自动恢复正常运行。供电故障对装置的影响不大。(2)本发明完全由时间继电器、中间继电器和液位控制器组成，除电路板需要制作，不能随意改写以外，SBR反应循环中的每一个反应过程的时间长度的调整、工作电流的输出和接入，都可以很方便地直接在控制装置上进行调整，同时，本设计中采用的继电器的机械寿命为长，电气绝缘性能好，更换和维修非常简便。相比而言，本SBR反应器自控装置性能价格比非常优越。(3)本发明的继电器和液控器等电子元件大多都仅仅强电流进行工作，减少弱电接入，而且自动控制装置的运行电流和输出的工作电流可以分别采用不同的电压，因此，可以采用正常的电压和电流运行SBR自动控制装置，而低压的工作电器都可以在不同使用变压器的情况下直接接入工作电路。

附图说明

图1为SBR反应工艺流程图；

图2为SBR反应器自控装置原理图。

实施例

维持SBR反应器自动运行的控制装置组成为

(1)进水控制系统。

由时间继电器T1、时间继电器T2和中间继电器M1联合实现。实现对进水泵工作电流的周期性输出。时间继电器T1做停泵计时，其输入端电流接中间继电器M1的输出端电流，其输出端电流的有无由时间控制，其开关端电流的有无由时间继电器T2的输出端电流通过控制中间继电器的开关端电流来实现。中间继电器M1和时间继电器T1与时间继电器T2组成循环电路，其开关端电流由时间继电器T2的输出端电流提供，其输出端电流做时间继电器T1的开关端电流。

(2)水控制系统。

由时间继电器T4、时间继电器T5和中间继电器T2组成。实现对出水泵工作电流的周期性输出。

时间继电器T1做开泵计时，其输入端电流接中间继电器M2的输出端电流，其输出端电流的有无由时间控制，其中一个输出端电流输给出水泵。其开关端电流的有无由时间继电器A2的输出端电流通过控制电磁阀的开关端电流来实现。中间继电器T4和时间继电器T51与时间继电器M2组成循环电路，其输入端电流接中间继电器M2的输出端电流，其开关端电流由时间继电器M2提供，其输出端电流做时间继电器T4的开关端电流。

(3)液位控制系统

由液位控制器L1，L2，L3和时间继电器T1、时间继电器T2及中间继电器M3所组成。液位控制器对进水系统、出水系统进行调节。其H、L和R三个探头插入MBR反应器，其输入端电流接外部电流，其输出端电流通过时间继电器T1、时间继电器T2、中间继电器M3连接进水系统和出水系统。

以上装置的控制方法包括：

(1)进水控制。在本自动控制装置中，进水控制采用由液控器和继电器联合控制，依靠液面升降来改变控制电路的工作电流有无以控制进水泵的工作，维持进出水量的基本平衡。当进水在设定时间内液面的上升或下降超过设定高度，进水泵的工作电流将被切断；超过设定的进水时间，液控器的工作电流也将被切断，这种进水控制设计，一方面可以维持进出水的基本平衡，保持恒定的水力停留时间，另一方面，也对进水泵、继电器和液控器等各种电子元件起到很好的保护作用。

(2)反应控制。反应过程的输出电流主要由继电器控制，在设定的时间内，可以选择开启或关闭曝气泵、机械搅拌泵、控温装置等数个反应过程需要的单元操作。曝气操作在供氧的同时，也可起到一定程度的搅拌作用；机械搅拌可以充分搅拌混合液，加快和促进反应过程；控温装置可以使反应过程维持恒定的反映温度。

反应控制的各种单元操作的控制，都以所处理污水的具体指标和处理标准而定。

(3)沉淀控制。沉淀过程的输出电流也主要由继电器控制，在设定的时间内，自动关闭曝气泵、机械搅拌泵、控温装置等数个单元操作。在该阶段反应器内混合液处于静置状态，在足够长的时间内，活性污泥自然重力沉降，促进泥水有效分层与分离。

(4)排水控制。在排水控制中，采用由继电器和液控器联合控制排水泵，使反应器上清液迅速排出，当水位低于设定高度，或者排水泵运行时间超过设定时间长度，排水控制部分将切断排水泵和液控器的工作电流，一方面可以保证水力停留时间的恒定，另一方面，也可以对排水泵起到良好的保护作用。

(5)闲置控制。闲置阶段依然有工作电流输出，在设定的时间内，可以通过选择开启或关闭各种单元操作，本专利控制中，选择关闭闲置阶段的工作电流输出，使活性污泥处于内源呼吸状态，完成污泥的好氧厌氧状态交替，为下一个循环做好准备。当闲置状态超过设定的时间长度，整个自动控制装置的运行状态自动切换至初始的进水控制阶段。

研究含氮高强度废水的反应特性，采用的反应器为有效容积为7L的SBR反应器，采用有机玻璃制作，间歇微孔曝气，反应周期24h，HRT1.4d，在每个循环里，进水时间为30min，反应时间为9h 50min，沉淀时间为30min，排水时间为10min，闲置时间为1h。上述参数的控制采用本SBR自动控制装置。试验期间，反应器运行状态稳定，数据可靠。

Claims (4)

1.一种维持SBR反应器自动运行的控制装置，包括时间继电器、中间继电器、液位控制器和电路板，其特征在于由进水控制系统、水控制系统和液位控制系统组成，其中：

(1)进水控制系统由时间继电器T1、时间继电器T2和中间继电器M1组成；

(2)水控制系统由时间继电器T4、时间继电器T5和中间继电器T2组成；

(3)液位控制系统由液位控制器L1、L2、L3和时间继电器T1、时间继电器T2及中间继电器M3所组成。

2.根据权利要求1所述的一种维持SBR反应器自动运行的控制装置，其特征在于本装置中自控电路与工作电路相互独立，自控电路仅仅是周期性输出控制信号，工作电路则是依靠中间继电器的周期性输出，周期性地切断和闭合工作电路，以达到SBR反应器中各类泵的周期性运行。

3.根据权利要求1所述的一种维持SBR反应器自动运行的控制装置，其特征在于电路板设计依据是SBR序批式周期性反应原理，将周期性法反应的电路特点与继电器的工作原理相结合，制作成电路板，同时各种输入输出电路全部从电路板连接到同一个接线板。

4.一种维持SBR反应器自动运行的控制方法，其包括：

(1)进水控制，采用由液控器和继电器联合控制，依靠液面升降来改变控制电路的工作电流有无以控制进水泵的工作，维持进出水量的基本平衡；

(2)反应控制，反应过程的输出电流主要由继电器控制，在设定的时间内，可以选择开启或关闭曝气泵、机械搅拌泵、控温装置反应过程需要的单元操作，曝气操作在供氧的同时，也可起到一定程度的搅拌作用；机械搅拌可以充分搅拌混合液，加快和促进反应过程；控温装置可以使反应过程维持恒定的反映温度；

(3)沉淀控制，沉淀过程的输出电流主要由继电器控制，在设定的时间内，自动关闭曝气泵、机械搅拌泵、控温装置单元操作，在该阶段反应器内混合液处于静置状态，在足够长的时间内，活性污泥自然重力沉降，促进泥水有效分层与分离；

(4)排水控制，采用由继电器和液控器联合控制排水泵，使反应器上清液迅速排出，当水位低于设定高度，或者排水泵运行时间超过设定时间长度，排水控制部分将切断排水泵和液控器的工作电流；

(5)闲置控制，闲置阶段依然有工作电流输出，在设定的时间内，可以通过选择开启或关闭各种单元操作，选择关闭闲置阶段的工作电流输出，使活性污泥处于内源呼吸状态，完成污泥的好氧厌氧状态交替，为下一个循环做好准备，当闲置状态超过设定的时间长度，整个自动控制装置的运行状态自动切换至初始的进水控制阶段。

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