CN101880079A - 一种处理重金属污染水的自动投药控制方法及其装置 - Google Patents

一种处理重金属污染水的自动投药控制方法及其装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种处理重金属污染水的自动投药控制方法及其装置，属于水处理领域，可以有效解决现有重金属污染水处理过程中存在的投药量控制的关键问题，通过在线pH传感器和在线S2-浓度传感器对溶液中pH和pS参数进行双重控制，从而确保重金属硫化沉淀完全所需的适量硫化剂投加量，实现硫化剂投药过程的自动、准确、连续控制，确保其处理后出水水质稳定达标。

Description

一种处理重金属污染水的自动投药控制方法及其装置
技术领域
本发明涉及一种处理重金属污染水的自动投药控制方法及其装置，能够同时处理一种或多种重金属污染水，并实现自动连续准确地控制投药量，属于水处理技术领域。
背景技术
随着重金属污染水处理技术的发展，目前，国内外普遍采用化学沉淀法对重金属污染水进行处理，化学沉淀法是将溶解性的重金属离子转变为不溶或难溶的重金属化合物，从而将其从水体中去除。通常采用碱性药剂和硫化剂对重金属污染水中的重金属离子进行沉淀，形成难溶的重金属氢氧化物沉淀和重金属硫化物沉淀，将重金属从水体中去除。
无论是采用碱性药剂，还是硫化剂对重金属污染水中的重金属离子进行沉淀，其最关键的环节均为投药量自动控制技术，近年来针对该问题进行了大量研究，现普遍采用的是投加碱性药剂，根据检测重金属离子氢氧化物沉淀反应过程中的pH值，实现重金属离子氢氧化物沉淀过程的投药控制。但这种控制技术存在着以下缺陷：①仅通过检查pH值控制，往往不能确保重金属离子氢氧化物沉淀过程是否完全，从而必将投加过量的碱性药剂，导致水体的二次污染；②当处理同时含多种重金属污染水时，由于每一种重金属离子对应的氢氧化物沉淀反应所需pH值不同，从而增加了碱性药剂投加过程的难度。
发明内容
为有效解决现有重金属污染水处理过程中存在的投药量控制关键问题，根据重金属硫化物的溶度积各不相同，并且重金属硫化沉淀比氢氧化物沉淀的溶解度低，从而可实现重金属的选择性沉淀分离。本发明提供一种处理重金属污染水的自动投药控制方法及其装置，实现硫化剂投药过程的自动连续准确控制。
通过在线pH传感器检测进入反应器中水体的pH值，自动控制酸或碱的投加量及投加过程，使水体的pH达到重金属硫化沉淀反应的适合范围；基于各种金属硫化物具有不同的溶度积，利用在线S2-浓度传感器，分别检测开始投加硫化剂时的pS0值及重金属硫化沉淀完全时的pSt值，并根据重金属硫化沉淀反应完全和开始反应时的pS比值(pSt/pS0)，实现自动连续地控制硫化剂的投药量及投药过程。
重金属硫化沉淀所用的硫化剂可以为Na2S、NaHS、H2S、CaS和FeS等中的一种或多种。
该方法可以应用于含镉、铬、铅、镍、银、铜、锌、锰、砷、铍等中的一种或多种的重金属污染水处理过程中。
本发明提出的一种处理重金属污染水的自动投药控制装置，它可以由在线pH传感器、在线S2-浓度传感器、变送器、对数运算器、数学运算器、PID控制器、酸加药泵、碱加药泵、硫化剂加药泵及其对应的电磁阀组成；其特征在于：
①在线pH传感器先检测投加硫化剂之前的污染水体中pH值，通过变送器输出对应的4～20mA信号至PID控制器；
②PID控制器接收到在线pH传感器输出信号后，根据预先设定的pH值范围，输出相对应的4～20mA控制信号至带有4～20mA信号接收功能的酸加药泵或碱加药泵及其对应的电磁阀，自动连续地控制酸加药泵或碱加药泵向反应装置内投加酸或碱，使污染水体达到设定的pH值范围；
③污染水体调定pH值后，在线S2-浓度传感器检测开始投加硫化剂时的S0 2-浓度，通过变送器输出对应的4～20mA信号至对数运算器，经对数运算后转换成pS0对应的4～20mA信号至数学运算器；
④随着硫化剂的不断投加，在线S2-浓度传感器检测重金属硫化沉淀反应过程中的St 2-浓度，通过变送器输出对应的4～20mA信号至对数运算器，经对数运算后转换成pSt对应的4～20mA信号至数学运算器；
⑤数学运算器进行(pSt/pS0)的比值运算后，输出相对应的4～20mA控制信号至PID控制器，PID控制器再输出相对应的4～20mA控制信号至带有4～20mA信号接收功能的硫化剂投药泵及其对应的电磁阀，实现自动连续地控制硫化剂的投加量及投药过程。
本发明提出的一种处理重金属污染水的自动投药控制装置，它还可以由在线pH传感器、在线S2-浓度传感器、变送器、PLC可编程序控制器、酸加药泵、碱加药泵、硫化剂加药泵及其对应的电磁阀组成；其特征在于：
①在线pH传感器先检测投加硫化剂之前的污染水体中pH值，通过变送器输出对应的4～20mA信号至PLC可编程序控制器；
②PLC可编程序控制器接收到在线pH传感器输出信号后，根据预先设定的pH值范围，输出相对应的4～20mA控制信号至带有4～20mA信号接收功能的酸加药泵或碱加药泵及其对应的电磁阀，自动连续地控制酸加药泵或碱加药泵向反应装置内投加酸或碱，使污染水体达到设定的pH值范围；
③污染水体调定pH值后，在线S2-浓度传感器检测开始投加硫化剂时的S0 2-浓度，通过变送器输出对应的4～20mA信号至PLC可编程序控制器；
④随着硫化剂的不断投加，在线S2-浓度传感器检测重金属硫化沉淀反应过程中的St 2-浓度，通过变送器输出对应的4～20mA信号至PLC可编程序控制器；
⑤PLC可编程序控制器根据(pSt/pS0)的比值控制要求，输出相对应的4～20mA控制信号至带有4～20mA信号接收功能的硫化剂投药泵及其对应的电磁阀，实现自动连续地控制硫化剂的投加量及投药过程。
附图说明
图1为选用PID控制器、数学运算器和对数运算器来实现自动连续投药控制的系统图。
图1标号说明：
1、硫化沉淀反应装置    2、搅拌器               3、酸溶液储备罐
4、碱溶液储备罐        5、PID控制器            6、数学运算器
7、在线pH传感器        8、在线S2-浓度传感器    9、硫化剂储备罐
10、电磁阀             11、对数运算器          12、变送器
13、带有4～20mA信号接收功能的酸加药泵
14、带有4～20mA信号接收功能的碱加药泵
15、带有4～20mA信号接收功能的硫化剂加药泵
图2为本发明选用PLC可编程序控制器来实现自动连续投药控制的系统图。
图2标号说明：
1、硫化沉淀反应装置    2、搅拌器               3、酸溶液储备罐
4、碱溶液储备罐        5、PLC可编程序控制器    6、硫化剂储备罐
7、在线pH传感器        8、在线S2-浓度传感器    9、电磁阀
10、变送器             11、带有4～20mA信号接收功能的酸加药泵
12、带有4～20mA信号接收功能的碱加药泵
13、带有4～20mA信号接收功能的硫化剂加药泵
具体实施方式
实施例1：
根据图1所示，选用PID控制器、数学运算器和对数运算器来实现自动连续投药控制时，先由在线pH传感器(7)检测到在投加硫化剂之前的污染水体中pH值，通过变送器(12)输出对应的4～20mA信号至PID控制器(5)；PID控制器(5)接收到在线pH传感器(7)输出信号后，根据预先设定的pH值范围，输出相对应的4～20mA控制信号至带有4～20mA信号接收功能的酸加药泵(13)或碱加药泵(14)及其对应的电磁阀(10)，自动连续地控制酸加药泵或碱加药泵向反应装置(1)内投加酸或碱，使污染水体达到设定的pH值范围；污染水体调定pH值后，在线S2-浓度传感器(8)检测开始投加硫化剂时的S0 2-浓度，通过变送器(12)输出对应的4～20mA信号至对数运算器(11)，经对数运算后转换成pS0对应的4～20mA信号至数学运算器(6)；随着硫化剂的不断投加，在线S2-浓度传感器(8)检测重金属硫化沉淀反应过程中的St 2-浓度，通过变送器(12)输出对应的4～20mA信号至对数运算器(11)，经对数运算后转换成pSt对应的4～20mA信号至数学运算器(6)；数学运算器(6)进行(pSt/pS0)的比值运算后，输出相对应的4～20mA控制信号至PID控制器(5)，PID控制器(5)再输出相对应的4～20mA控制信号至带有4～20mA信号接收功能的硫化剂投药泵(15)及其对应的电磁阀(10)，实现自动连续准确地控制硫化剂的投加量及投药过程。
实施例2：
根据图2所示，当选用PLC可编程序控制器来实现自动连续投药控制时，先由在线pH传感器(7)先检测投加硫化剂之前的污染水体中pH值，通过变送器(10)输出对应的4～20mA信号至PLC可编程序控制器(5)；PLC可编程序控制器(5)接收到在线pH传感器(7)输出信号后，根据预先设定的pH值范围，输出相对应的4～20mA控制信号至带有4～20mA信号接收功能的酸加药泵(11)或碱加药泵(12)及其对应的电磁阀(9)，自动连续地控制酸加药泵或碱加药泵向反应装置(1)内投加酸或碱，使污染水体达到设定的pH值范围；污染水体调定pH值后，在线S2-浓度传感器(8)检测开始投加硫化剂时的S0 2-浓度，通过变送器(10)输出对应的4～20mA信号至PLC可编程序控制器(5)；随着硫化剂的不断投加，在线S2-浓度传感器(8)检测重金属硫化沉淀反应过程中的St 2-浓度，通过变送器(10)输出对应的4～20mA信号至PLC可编程序控制器(5)；PLC可编程序控制器(5)根据(pSt/pS0)的比值控制要求，输出相对应的4～20mA控制信号至带有4～20mA信号接收功能的硫化剂投药泵(13)及其对应的电磁阀(9)，实现自动连续准确地控制硫化剂的投加量及投药过程。

Claims (5)

1.一种处理重金属污染水的自动投药控制方法，其特征在于自动控制方法的步骤是：
①检测进入反应器中污染水体的pH值；
②根据检测的实际pH值，自动控制酸或碱的投加量及投加过程，使水体的pH达到重金属硫化沉淀的适合范围；
③在调定pH值后，检测开始投加硫化剂时的pS0值，以及重金属硫化沉淀完全时的pSt值；
④根据重金属硫化沉淀反应完全和开始反应时的pS比值(pSt/pS0)，实现自动连续地控制硫化剂的投药量及投药过程。
2.根据权利要求1所述的一种处理重金属污染水的自动投药控制方法，其特征在于：重金属硫化沉淀所用的硫化剂可以为Na2S、NaHS、H2S、CaS和FeS等中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种处理重金属污染水的自动投药控制方法，其特征在于：重金属污染水中所含重金属可以是镉、铬、铅、镍、银、铜、锌、锰、砷、铍等中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种处理重金属污染水的自动投药控制装置，它可以由在线pH传感器、在线S2-浓度传感器、变送器、对数运算器、数学运算器、PID控制器、酸加药泵、碱加药泵、硫化剂加药泵及其对应的电磁阀组成；其特征在于：
①在线pH传感器先检测投加硫化剂之前的污染水体中pH值，通过变送器输出对应的4～20mA信号至PID控制器；
②PID控制器接收到在线pH传感器输出信号后，根据预先设定的pH值范围，输出相对应的4～20mA控制信号至带有4～20mA信号接收功能的酸加药泵或碱加药泵及其对应的电磁阀，自动连续地控制酸加药泵或碱加药泵向反应装置内投加酸或碱，使污染水体达到设定的pH值范围；
③污染水体调定pH值后，在线S2-浓度传感器检测开始投加硫化剂时的S0 2-浓度，通过变送器输出对应的4～20mA信号至对数运算器，经对数运算后转换成pS0对应的4～20mA信号至数学运算器；
④随着硫化剂的不断投加，在线S2-浓度传感器检测重金属硫化沉淀反应过程中的St 2-浓度，通过变送器输出对应的4～20mA信号至对数运算器，经对数运算后转换成pSt对应的4～20mA信号至数学运算器；
⑤数学运算器进行(pSt/pS0)的比值运算后，输出相对应的4～20mA控制信号至PID控制器，PID控制器再输出相对应的4～20mA控制信号至带有4～20mA信号接收功能的硫化剂投药泵及其对应的电磁阀，实现自动连续地控制硫化剂的投加量及投药过程。
5.根据权利要求1所述的处理重金属污染水的自动投药控制装置，它还可以由在线pH传感器、在线S2-浓度传感器、变送器、PLC可编程序控制器、酸加药泵、碱加药泵、硫化剂加药泵及其对应的电磁阀组成；其特征在于：
①在线pH传感器先检测投加硫化剂之前的污染水体中pH值，通过变送器输出对应的4～20mA信号至PLC可编程序控制器；
②PLC可编程序控制器接收到在线pH传感器输出信号后，根据预先设定的pH值范围，输出相对应的4～20mA控制信号至带有4～20mA信号接收功能的酸加药泵或碱加药泵及其对应的电磁阀，自动连续地控制酸加药泵或碱加药泵向反应装置内投加酸或碱，使污染水体达到设定的pH值范围；
③污染水体调定pH值后，在线S2-浓度传感器检测开始投加硫化剂时的S0 2-浓度，通过变送器输出对应的4～20mA信号至PLC可编程序控制器；
④随着硫化剂的不断投加，在线S2-浓度传感器检测重金属硫化沉淀反应过程中的St 2-浓度，通过变送器输出对应的4～20mA信号至PLC可编程序控制器；
⑤PLC可编程序控制器根据(pSt/pS0)的比值控制要求，输出相对应的4～20mA控制信号至带有4～20mA信号接收功能的硫化剂投药泵及其对应的电磁阀，实现自动连续地控制硫化剂的投加量及投药过程。
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