CN102004458B - 循环水水质控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种循环水水质控制系统及控制方法，系统连接在循环水系统的管路上，包括控制系统、检测装置及执行装置，控制系统分别与检测装置及执行装置相连接，检测装置由水质检测装置及保有水量检测装置组成，执行装置由水质调节执行器及强制排污执行器组成，强制排污执行器连接于循环水系统的循环水管路上，水质调节执行器进出水端分别连接在补水源水进水管路上和循环水补水管路上，保有水量检测装置连接于循环水系统的管路或冷却塔、水池上，水质检测装置连接在水质取样管上，水质取样管连接在循环水系统的循环水管路上，水质取样管两端分别安装进水阀门、调压阀门和出水阀门。本发明可及时检测循环水系统中的水质质量及保有水量，稳定控制循环水水质及保有水量，设备运行及投资成本较低，有效节约水资源。
Description
技术领域
本发明涉及一种水处理系统，具体是涉及一种循环水水质控制系统。
背景技术
目前循环水处理技术分为物理法、化学法和物化法。这些处理技术都是用于在一定的水质条件下对循环水进行防垢、防腐及杀菌灭藻处理。即循环水处理技术与循环水运行水质呈现一一对应的静态关系。但是循环水水质在运行期间水质处于逐渐恶化状态，如敞开式冷却循环水系统，由于水的蒸发降温，水中的阴阳离子含量虽浓缩倍数的增加而成倍数逐渐递增。即循环水运行水质呈现动态变化的特征。从而导致系统运行水质超过水处理技术为达到防垢防腐杀菌灭藻功效的极限水质，导致水处理功效降低甚至失效。增加循环水系统运行能耗及水耗。缩短系统使用寿命。
鉴于循环水在运行过程中水质呈现动态变化这一特征，目前，工业循环水系统大多是采用每天监测分析水质的方式人工控制循环水水质，当水质超标时，一边排水一边补水，通过补充优质水资源与系统原有循环水混合，达到控制水质的目的。而民用采暖空调循环水系统，一般都是委托运营公司对系统进行水质人工监测及水质控制。上述方式的循化水水质处理存在以下不足及缺陷：
(1)投资与运行成本过高：工业用户需配置专业的水质分析实验室及设置专门人员定员定岗来进行水质稳定控制，而民用用户则需委托运营公司代为监控，其投资及运行成本均较高；
(2)检测不及时，容易次生污染：目前对循环水的水质监测分析均是定时定量分析(工业循环水按规范按周取样分析、民用采暖空调循环水一般按月或季度分析)，且水样分析周期一般需3-7个工作日。但水质变化不仅受补充水及系统工况的影响，还受到气象条件的变化影响，如台风、温度、酸雨等。取样及分析周期过长，不能及时动态分析，从而导致水质监控滞后性严重，当水质超过运行设定的水质及超过排放标准时，无法及时反映，导致排放水质超标，产生次生水污染，严重时系统需停机清洗，重新换水，影响设备正常运行，维护成本高。
(3)浪费水资源，不利于节水：由于人工分析水质滞后，导致系统水质长期超标。因而一般在具体运行期间，运营单位基本上采取长期边排水边补水的方式来控制水质，补充水水量过大，浪费水资源。与国家节能减排相关规范，如《给水排水设计手册》《建筑给水排水设计规范》《敞开式工业循环冷却水处理设计规范》《公共建筑节能设计规范》等冲突。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种可及时监测水质变化、确保循环水水质能长期稳定在水处理技术要求的运行水质条件的范围内的循环水水质控制系统。
本发明的另一目的是提供一种可及时监测水质变化、确保循环水水质能长期稳定在水处理技术要求的运行水质条件的范围内的循环水水质控制方法。
为达上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种循环水水质控制系统，连接在循环水系统的管路上，包括控制系统、检测装置及执行装置，控制系统上设有电源线，其中，控制系统分别与检测装置及执行装置相连接，检测装置由水质检测装置及保有水量检测装置组成，执行装置由水质调节执行器及强制排污执行器组成，强制排污执行器连接于循环水系统的管路上，水质调节执行器进水端连接在补水源水进水管路上，水质调节执行器出水端连接在循环水系统补水管上，保有水量检测装置连接于循环水系统的管路或冷却塔、水池上，水质检测装置连接在水质取样管上，水质取样管连接在循环水系统的循环水管路上，水质取样管两端分别安装进水阀门、调压阀和出水阀门。
本发明还可通过以下技术方案进一步实现：
所述的循环水水质控制系统，其中，所述控制系统包括中央控制器、强制排污控制器及水质调节控制器；中央控制器分别与强制排污控制器、水质调节控制器、水质检测装置、保有水量检测装置及取样管进/出水阀门相连接，中央控制器控制水质取样管进/出水阀门的开启与闭合，接收并分析水质检测装置输出的水质参数信号和保有水量检测装置输出的保有水量参数信号，并将水质调节控制信号传送到水质调节控制器，将强制排污控制信号传送到强制排污控制器；水质调节控制器控制水质调节执行器的开启与闭合；强制排污控制器控制强制排污执行器的开启与闭合。
所述的循环水水质控制系统，其中，所述中央控制器、强制排污控制器及水质调节控制器分别与电控开关相连。
所述的循环水水质控制系统，其中，所述中央控制器、强制排污控制器、水质调节控制器、电控开关、水质检测装置共同装设于一箱体内，水质取样管贯穿箱体的底部或箱体外部。
所述的循环水水质控制系统，其中，所述强制排污执行器终端设置有排污口。
所述的循环水水质控制系统，其中，所述中央控制器为单片机或PLC可编程逻辑控制器；所述强制排污控制器及水质调节控制器均包括开启及闭合控制电路，开启及闭合控制电路均由继电器和接触器组成。
所述的循环水水质控制系统，其中，所述循环水水质检测装置为电导率仪、pH计、氯离子在线监测仪表、钠离子在线监测仪表等反映循环水水质状况的一个或多个监测仪表组成；所述循环水保有水量检测装置为液位计或压力表等反映循环水系统实际保有水量的监测装置；所述强制排污执行器为电动或气动执行方式的快速排污阀、蝶阀或闸阀等排污设备。
所述的循环水水质控制系统，其中，对于敞开式循环水系统，为电动或气动执行方式的闸阀、蝶阀或高位水箱、自动给水装置；对于闭式循环水系统则为定压补水装置或真空脱气定压补水装置。
本发明还公开了一种循环水水质控制方法，在循环水系统管路串联接入强制排污执行器及保有水量检测装置，保有水量检测装置连接于循环水系统的管路或冷却塔、水池上，，水质调节执行器进出水端分别连接在补水源水进水管路上和循环水补水管路上，强制排污执行器、保有水量检测装置、水质检测装置及水质调节执行器分别与控制系统相连接，控制系统接收保有水量检测装置/水质检测装置输出的保有水量/循环水水质参数信号，并对接收到的信号进行分析整理，然后根据分析控制水质调节执行器及强制排污执行器的开启与闭合。
所述的循环水水质控制方法，其包括如下步骤：
(1)控制系统通电后，自动开启水质检测装置及保有水量检测装置，检测循环水水质及保有水量，然后分别将循环水水质参数信号及保有水量参数信号输入控制系统；
(2)控制系统接收到上述参数信号后，与其内部预先设定的设定值进行比对分析，获得数据分析信号；
(3)根据数据分析信号控制水质调节执行器及强制排污执行器的开启与闭合。
所述的循环水水质控制方法，其中，所述控制系统在对比分析参数信号时，当保有水量处于设定值的下限时，控制系统向水质调节执行器输出水质调节信号，开启水质调节执行器向循环水系统中注入源水；当循环水的水质参数超过设定值时，而保有水量未达到设定值的上限时，控制系统向水质调节执行器输出水质调节信号，启动水质调节执行器向循环水系统补水；当保有水量达到设定值的上限，而循环水的水质参数超过设定值时，控制系统向水质调节执行器输出水质调节信号，并同时向强制排污执行器输出强制排污信号，在开启水质调节执行器向循环水系统内补水的同时，开启强制排污执行器进行强制排污；当保有水量及水质参数均在设定值内，控制系统同时向水质调节执行器及强制排污执行器输出信号，闭合水质调节执行器及强制排污执行器。
所述的循环水水质控制方法，其中，所述控制系统由中央控制器、强制排污控制器及水质调节控制器组成，强制排污控制器及水质调节控制器分别与中央控制器相连，中央控制器接收并分析水质检测装置输出的水质参数信号和保有水量检测装置输出的保有水量参数信号，并将水质调节控制信号传送到水质调节控制器，将强制排污控制信号传送到强制排污控制器；水质调节控制器控制水质调节执行器的开启与闭合；强制排污控制器控制强制排污执行器的开启与闭合。
由于采用了上述技术方案，本发明具备如下技术效果：
1、本发明的循环水水质控制系统，在循环水水路循环的过程中，可随时取样检测，并根据检测情况随时调控循环水的水质，从而保证了循环水的水质质量稳定，避免循环水系统因水质不稳定造成的循环水水质超标，循环水处理设备功效降低或失效，导致系统腐蚀、结垢、菌藻滋生、浊度等次生污染问题，有效控制循环水排放水质在设定的排放水质指标范围之内，检测及时，水质稳定；
2、本发明的循环水水质控制系统，根据循环水系统中的保有水量及水质状况同时进行补水和排污工作，并在补水排污过程中随时检测水质状况及保有水量，一旦达到标准即停止补水，彻底解决了传统的先排污后补水造成大量水资源浪费及系统运行水质与水处理技术运行水质条件不相匹配的缺陷，节能节水，符合国家产业政策及强制性规范如《给水排水设计手册》《建筑给水排水设计规范》《敞开式工业循环冷却水处理设计规范》《公共建筑节能设计规范》等相关国家强制标准及规范的有关规定。
3、本发明的循环水水质控制系统，结构简单，所用部件价格低廉，无需人工检测，运行及投资成本均较低，不但适用于在工厂大规模工业化生产中应用，也可用于民用，应用范围广泛，适宜推广应用。
附图说明
图1为本发明循环水水质控制系统的原理图。
具体实施方式
如图1所示，一种循环水水质控制系统，连接在循环水系统的管路上，由中央控制器1、强制排污控制器2、水质调节控制器3、水质检测装置4、保有水量检测装置5、强制排污执行器6、水质调节执行器7、水质取样管8和取样水的控制阀门(进水阀门9及出水阀门10)组成。强制排污执行器6及保有水量检测装置5连接于循环水系统的进水管路上，水质调节执行器7进水端连接在补水源水进水管路上，水质调节执行器7出水端连接在循环水系统补水管路11上，水质检测装置4连接在水质取样管8上，水质取样管8连接在循环水系统的循环水管路上。中央控制器1分别与强制排污控制器2、水质调节控制器3、水质检测装置4、保有水量检测装置5及取样水的控制阀门相连接，控制取样水阀门的开启与闭合，接收并分析水质检测装置输出的水质参数信号和保有水量检测装置5输出的保有水量参数信号，并将水质调节控制信号传送到水质调节控制器3，将强制排污控制信号传送到强制排污控制器2。水质调节控制器3与水质调节执行器7相连，控制水质调节执行器7的开启与闭合。强制排污控制器2与强制排污执行器6相连，控制强制排污执行器6的开启与闭合。
中央控制器1、强制排污控制器2及水质调节控制器3分别与电控开关K1、K2、K3相连，K1/K2/K3并联，并与总控开关K0串联，K1、K2、K3统一由总控开关K0控制，总控开关K0与电源相连。
中央控制器1、强制排污控制器2、水质调节控制器3、水质检测装置4、电控开关K0、K1、K2、K3及水质取样管8共同装设于一箱体内。水质取样管可根据需要置于箱体外。
水质取样管8为普通防腐管材(如PVC、UPVC、不锈钢等，根据循环水系统工作压力确定)位于箱体下部，贯穿整个箱体，水质取样管8的进水端与循环水系统管路上的取样口相连接。进水阀门9和出水阀门10分别安装在箱体外侧水质取样管的进水端和出水端。取样进水阀带有自动调压功能，将进入水质装置的取样水压调整到小于0.6MPa。水质检测装置4与取样管8相连接，并将检测信号输出到中央控制器1。进水阀门9及出水阀门10分别与中央控制器1相连，中央控制器根据设定的时间控制取样控制阀门的开启和关闭。
中央控制器1为单片机或PLC可编程逻辑控制器。
强制排污控制器2主要由接触器和继电器组成。具体来说包括强制排污执行器开启和关闭两路控制。开启控制时，中央控制器1将强制排污开启信号输入到继电器，此时继电器闭合，继电器将闭合信号输出到接触器，接触器闭合，中央控制器1停止输出强制排污控制器开启信号，中间继电器自动断开，接触器输出动力电源到强制排污执行器6，强制排污执行器6开启，强制排污执行器6完全开启以后，强制排污执行器6微动开关控制关闭接触器。关闭控制时，中央控制器1将强制排污关闭信号输入到继电器，此时继电器闭合，继电器将闭合信号输出到接触器，接触器闭合，中央控制器1停止输出强制排污控制器关闭信号，继电器自动断开，接触器输出动力电源到强制排污执行器，强制排污执行器6关闭，强制排污执行器6完全关闭以后，强制排污执行器6的微动开关控制关闭接触器。
水质调节控制器3主要由继电器和接触器组成，具体来说由水质调节执行器开启和关闭两路控制。开启控制：中央控制器1将水质调节开启信号输入到继电器，此时继电器闭合，继电器将闭合信号输出到接触器，接触器闭合，中央控制器1停止输出水质调节控制器开启信号，继电器自动断开，接触器输出动力电源到水质调节执行器7，水质调节执行器7开启，水质调节执行器7完全开启以后，水质调节执行器71微动开关控制关闭接触器。关闭控制：中央控制器将水质调节关闭信号输入到继电器，此时继电器闭合，继电器将闭合信号输出到接触器，接触器闭合，中央控制器1停止输出水质调节控制器关闭信号，继电器自动断开，接触器输出动力电源到水质调节执行器7，水质调节执行器7关闭，水质调节执行器7完全关闭以后，水质调节执行器7微动开关控制关闭接触器。
水质检测装置4可根据循环水系统稳定指数及采取的循环水处理技术的性能确定检测水质的类别，再选取相应的在线检测仪表，如电导率仪、pH计等。
保有水量检测装置5按照系统工况不同(如开式系统、闭式系统等)选择不同的检测装置如在线液位检测，回水压力检测等的液位计、压力表等。
强制排污执行器6根据系统水容积与循环水量之比比值及系统安装位置，选择电动或气动执行方式的快速排污阀、蝶阀或闸阀等排污设备。
水质调节执行器7根据应用循环水系统的工作压力及补水源水水压确定。对于敞开式循环水系统，为电动或气动执行方式的闸阀、蝶阀或高位水箱、自动给水装置；对于闭式循环水系统则为定压补水装置或真空脱气定压补水装置。这些产品均为市场上现有产品。生产厂家众多，型号需根据系统工况、循环水量、补水量、空间布置等因素综合确定。
强制排污执行器6的终端可设有排污口61，将处理后的循环水污物自循环水系统中清除。
本发明的循环水水质控制系统的工作原理如下：
打开取样进水阀9和空气开关K0/K1/K2/K3，中央控制器1或与中央控制器1相配套的时间控制器控制水质取样管8定时取样，时间根据现场工况可调。自循环水的出水口处取样，样水送入水质检测装置4自动检测后将循环水水质参数输入到中央控制器1，同时安装在循环水系统的保有水量检测装置5将自动检测的实时保有水量参数输入到中央控制器1。
当水质检测装置4检测到的实时循环水水质参数达到设定的循环水水质运行参数的限制值，且保有水量检测装置5检测到的实时循环水保有水量小于设定的循环水保有水量设定参数的上限值时，中央控制器1关闭取样进水阀9，打开取样出水阀10，出水可根据系统工况选择直接排放还是回到补水源水水箱或循环系统内(如冷却塔)。同时中央控制器1将水质调节控制信号输出到水质调节控制器3，水质调节控制器3控制启动水质调节执行器7向循环水系统中加入补水源水。
当保有水量检测装置5检测到的实时循环水保有水量达到设定的循环水保有水量设定参数的上限值时，中央控制器1关闭取样出水阀10，再打开取样进水阀9，循环水水质检测装置4对水质取样管8的循环水进行检测。当水质检测装置4输入到中央控制器1的水质参数不超过设定的循环水水质运行参数，中央控制器1将水质调节控制信号输入到水质调节控制器3，水质调节控制器3关闭水质调节执行器7。当水质检测装置4输入到中央控制器1的水质参数超过设定的循环水水质运行参数，中央控制器1将强制排污控制信号输入到强制排污控制器2，强制排污控制器2控制启动强制排污执行器6，同时水质调节执行器7继续运行。直到水质检测装置4输入到中央控制器1的水质参数不超过设定的循环水水质运行参数后，中央控制器1再将水质调节控制信号输入到水质调节控制器3，水质调节控制器3关闭水质调节执行器7停止注入补水源水。同时中央控制器1将强制排污控制信号输入到强制排污控制器2，强制排污控制器2控制关闭强制排污执行器6停止排污。如此循环，控制循环水水质稳定。
即，当循环水的水质参数超过设定值时，如保有水量未达到设定参数的上限时，中央控制器1仅输出水质调节信号加入源水；而当保有水量达到设定参数的上限，循环水的水质参数仍超过设定值时，中央控制器1则同时输出水质调节信号和强制排污信号，加入源水的同时强制排污；而当保有水量处于设定参数的下限时，无论水质参数是否超过控制指标，均输出水质调节信号向循环水系统中注入源水。
以敞开式中央空调冷却循环水系统为例，其设定的运行循环水水质参数：电导率≤1500us/cm；循环水保有水量(以冷却塔的液位计算)：0.6m≤H≤0.9m。
当保有水量小于等于0.6m时，中央控制器1输出水质调节信号到水质调节控制器3，启动水质调节执行器7，当保有水量等于0.9m时，中央控制器1输出水质调节信号到水质调节控制器3，关闭水质调节执行器7。
当循环水电导率大于等于1500us/cm时，且保有水量0.6m≤H＜0.9m，中央控制器1输出水质调节信号到水质调节控制器3，启动水质调节执行器3。当循环水电导率小于等于1500us/cm时，且保有水量0.6m≤H＜0.9m，中央控制器1输出水质调节信号到水质调节控制器3，关闭水质调节执行器7。
当循环水电导率大于等于1500us/cm时，且保有水量H≥0.9m，中央控制器1输出强制排污信号到强制排污控制器2，启动强制排污执行器6，同时中央控制器1输出水质调节信号到水质调节控制器3，启动水质调节执行器7，同时启动强制排污及水质调节功能。
当循环水电导率小于等于1500us/cm时，且保有水量0.6m≤H＜0.9m，中央控制器1输出强制排污信号到强制排污控制器2，关闭强制排污执行器6，同时中央控制器1输出水质调节信号到水质调节控制器3，关闭水质调节执行器7。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限定。凡本领域的技术人员利用本发明的技术方案对上述实施例做出的任何等同的变动、修饰或演变等，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (11)
1.一种循环水水质控制系统，连接在循环水系统的管路上，包括控制系统、检测装置及执行装置，控制系统上设有电源线，其特征在于：
控制系统分别与检测装置及执行装置相连接，检测装置由水质检测装置及保有水量检测装置组成，执行装置由水质调节执行器及强制排污执行器组成，强制排污执行器连接于循环水系统的循环水管路上，水质调节执行器进出水端分别连接在补水源水进水管路上和循环水补水管路上，保有水量检测装置连接于循环水系统的管路或冷却塔、水池上，水质检测装置连接在水质取样管上，水质取样管连接在循环水系统的循环水管路上，水质取样管两端分别安装进水阀门和出水阀门。
2.根据权利要求1所述的循环水水质控制系统，其特征在于：
所述控制系统包括中央控制器、强制排污控制器及水质调节控制器；
中央控制器分别与强制排污控制器、水质调节控制器、水质检测装置、保有水量检测装置及取样管进/出水阀门相连接，中央控制器控制水质取样管进/出水阀门的开启与闭合，接收并分析水质检测装置输出的水质参数信号和保有水量检测装置输出的保有水量参数信号，并将水质调节控制信号传送到水质调节控制器，将强制排污控制信号传送到强制排污控制器；
水质调节控制器控制水质调节执行器的开启与闭合；
强制排污控制器控制强制排污执行器的开启与闭合。
3.根据权利要求2所述的循环水水质控制系统，其特征在于：
所述中央控制器、强制排污控制器及水质调节控制器分别与一电控开关相连；所述强制排污执行器终端设置有排污口。
4.根据权利要求3中所述的循环水水质控制系统，其特征在于：
所述中央控制器、强制排污控制器、水质调节控制器、电控开关及水质检测装置共同装设于一箱体内，水质取样管贯穿箱体的底部或置于箱体外部。
5.根据权利要求2-4中任一所述的循环水水质控制系统，其特征在于：
所述中央控制器为单片机或PLC可编程逻辑控制器；所述强制排污控制器及水质调节控制器均包括开启及闭合控制电路，开启及闭合控制电路均由继电器和接触器组成。
6.根据权利要求1-4中任一所述的循环水水质控制系统，其特征在于：
所述循环水水质检测装置为反映循环水水质状况的电导率仪、pH计、氯离子在线监测仪表或钠离子在线监测仪表中的一个或多个监测仪表组成；所述循环水保有水量检测装置为反映循环水系统实际保有水量的液位计或压力表；所述强制排污执行器为电动或气动执行方式的快速排污阀、蝶阀或闸阀。
7.根据权利要求1-4中任一所述的循环水水质控制系统，其特征在于：
所述水质调节执行器，对于敞开式循环水系统，为电动或气动执行方式的闸阀、蝶阀或高位水箱、自动给水装置；对于闭式循环水系统则为定压补水装置或真空脱气定压补水装置。
8.一种循环水水质控制方法，其特征在于：
在循环水系统管路上接入强制排污执行器及保有水量检测装置，在循环水系统的管路上接入水质取样管，在水质取样管上接入水质检测装置，循环水系统的补水源水进水管路与水质调节执行器进水端相连接，循环水系统补水管与水质调节执行器的出水端相连接，强制排污执行器、保有水量检测装置、水质检测装置及水质调节执行器分别与控制系统相连接，控制系统接收保有水量检测装置/水质检测装置输出的保有水量/循环水水质参数信号，并对接收到的信号进行分析整理，然后根据分析控制水质调节执行器及强制排污执行器的开启与闭合。
9.根据权利要求8所述的循环水水质控制方法，其特征在于：
包括如下步骤：
(1)控制系统通电后，自动开启水质检测装置及保有水量检测装置，检测循环水水质及保有水量，然后分别将循环水水质参数信号及保有水量参数信号输入控制系统；
(2)控制系统接收到上述参数信号后，与其内部预先设定的设定值进行比对分析，获得数据分析信号；
(3)根据数据分析信号控制水质调节执行器及强制排污执行器的开启与闭合。
10.根据权利要求9所述的循环水水质控制方法，其特征在于：
所述控制系统在对比分析参数信号时，当保有水量处于设定值的下限时，控制系统向水质调节执行器输出水质调节信号，开启水质调节执行器向循环水系统中注入补水源水；当循环水的水质参数超过设定值时，而保有水量未达到设定值的上限时，控制系统向水质调节执行器输出水质调节信号，启动水质调节执行器向循环水系统补水；当保有水量达到设定值的上限，而循环水的水质参数超过设定值时，控制系统向水质调节执行器输出水质调节信号，并同时向强制排污执行器输出强制排污信号，在开启水质调节执行器向循环水系统内补水的同时，开启强制排污执行器进行强制排污；当保有水量及水质参数均在设定值内，控制系统同时向水质调节执行器及强制排污执行器输出信号，闭合水质调节执行器及强制排污执行器。
11.根据权利要求8-10所述的循环水水质控制方法，其特征在于：
所述控制系统由中央控制器、强制排污控制器及水质调节控制器组成，强制排污控制器及水质调节控制器分别与中央控制器相连，中央控制器接收并分析水质检测装置输出的水质参数信号和保有水量检测装置输出的保有水量参数信号，并将水质调节控制信号传送到水质调节控制器，将强制排污控制信号传送到强制排污控制器；水质调节控制器控制水质调节执行器的开启与闭合；强制排污控制器控制强制排污执行器的开启与闭合。
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