CN102390885B

CN102390885B - 一种复合消毒剂的发生设备

Info

Publication number: CN102390885B
Application number: CN 201110326451
Authority: CN
Inventors: 杨艳玲; 李星; �相坤; 周志伟
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2011-10-24
Filing date: 2011-10-24
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2031-10-24
Also published as: CN102390885A

Abstract

本发明针对水处理流程中各种消毒剂联合消毒时，有效消毒剂量复合比例难于控制导致消毒效果不理想的问题，提供一种复合消毒剂的发生设备。该设备包括单一消毒剂储存罐、复合消毒剂储存罐、单一消毒剂输送泵、复合消毒剂投加泵、磁力搅拌混合器、消毒剂浓度在线检测仪和可编程控制器。消毒剂浓度在线检测仪实时测量原水管道中单一消毒剂的有效含量，并传输到可编程控制器中，可编程控制器对接收到的数据进行处理后，通过控制单一消毒剂输送泵的转速调节进入混合器内各种消毒剂的流量，使复合消毒剂储存罐内各种消毒剂投加到原水中之后的有效成分复合比满足预先设定比值。本发明配合西门子windowsCC组态软件实现工艺控制过程，使系统达到工艺要求。

Description

一种复合消毒剂的发生设备

技术领域

本发明属环境保护领域，特别涉及一种复合消毒剂的发生设备。

背景技术

药剂消毒作为保证饮用水卫生安全的最后一道屏障，广泛应用于水厂的水处理流程中。其在控制传染病流行上具有无可非议的成效。然而随着水源污染的日益加剧，药剂消毒所引发的问题也越来越引起人们的关注。

首先，随着水中致病微生物的种类和数量的增加，消毒剂的用量在逐年呈上升的趋势，为此，世界上每年耗费大量的资金，此外，各种残留在水中的消毒剂如氯、二氧化氯本身对人体健康也有很大的影响。其次，受污染的水中含有大量的有机污染物，许多消毒剂与其作用，产生大量的氧化消毒副产物，这些副产物中的许多如三卤甲烷、卤乙酸、氯酸盐、亚氯酸盐、溴酸盐等已被大量研究证实对人体有致畸、致癌、致突变作用。消毒虽然提高了饮用水微生物安全性，却导致饮用水化学安全性的降低。

针对单一消毒存在各自的缺点，近年来为了获得安全可靠的消毒效果，协同消毒方法逐渐受到重视，即在消毒中采用两种以上的消毒剂以便加速和提高消毒效果。这些方法不但可以克服单一消毒的某些不足之处，而且能强化杀菌效果，不失为一种改善消毒效果的有效途径。

研究表明，二氧化氯与氯或氯胺联合消毒在灭活微生物上具有协同消毒作用，二者联合消毒既保持了消毒剂各自的优点又减少了各自的缺点，消毒效果优于或等于单一消毒，同时减少了各自副产物生成量，增强了饮用水的安全性。

二氧化氯与氯或氯胺联合消毒时的复合比例会直接影响消毒效果及化学安全性，同时在实际使用中由于水中污染物造成了一定量消毒剂转化为不具消毒作用的产物，无法准确控制消毒剂有效消毒成分的比例，使得协同消毒的效果得不到充分发挥。

发明内容：

本发明针对二氧化氯与氯或氯胺联合消毒时有效消毒剂量复合比例难于控制的问题，提供一种复合消毒剂的发生设备，该设备通过可编程控制器控制，可按实际需要自动调节消毒剂复合比例，并实现复合消毒剂在水中的有效消毒成分的准确定量投加。

为实现上述目的，本发明采取以下方案：

一种复合消毒剂的发生设备，该设备包括单一消毒剂储存罐、复合消毒剂储存罐、单一消毒剂输送泵、复合消毒剂投加泵、磁力搅拌混合器、消毒剂浓度在线检测仪和可编程控制器；

消毒剂浓度在线检测仪实时检测单一消毒剂在原水（原水指滤后水、超滤出水）管道内的消毒剂有效浓度，并将浓度信号传输至可编程控制器；

可编程控制器输出的控制信号与单一消毒剂输送泵的控制信号输入端连接。可编程控制器根据预设的复合消毒剂有效成分复合比控制单一消毒剂输送泵转速，使得复合消毒剂在原水中的有效浓度复合比保持恒定；

单一消毒剂输送泵在可编程控制器控制下将单一消毒剂储存罐内的消毒剂送入磁力搅拌混合器充分混匀，混合时间0.5min；

磁力搅拌混合器将混匀的复合消毒剂送入复合消毒剂储存罐；

可编程控制器根据预先设定的投加量的值控制复合消毒剂投加泵的转速；

复合消毒剂投加泵在可编程控制器的控制下将复合消毒剂储存罐内的消毒剂向外投放；

设置了n个单一消毒剂储存罐，n≥2。

n个单一消毒剂储存罐（n≥2）分别用于存放不同的消毒剂，单一消毒剂储存罐与磁力搅拌混合器之间通过单一消毒剂输送泵及硅胶管连接，单一消毒剂输送泵在可编程控制器的控制下将不同的消毒剂分别送入磁力搅拌混合器，各种消毒剂在磁力搅拌混合器内充分混匀后，通过连接管进入复合消毒剂储存罐。由于混合消毒剂中不同消毒剂的复合比例会直接影响消毒效果及化学安全性，因此在系统运行前要人工预设复合消毒剂的有效成分复合比。为了保持该复合比，消毒剂浓度在线检测仪实时测量原水管道中复合消毒剂的有效含量，并将检测到的参数数据传输到可编程控制器中，可编程控制器对接收到的数据进行纪录、储存、处理后，通过控制单一消毒剂输送泵的转速调节进入混合器内各种消毒剂的流量，使复合消毒剂储存罐内各种消毒剂投加到原水中之后的有效成分复合比满足预先设定比值。

当不同消毒剂的有效成分复合比例等于预设值时，消毒剂浓度在线检测仪的浓度测量值模拟量信号传输到可编程控制器，与可编程控制器内预先设定的该消毒剂浓度值相符，可编程控制器输出稳定的模拟量控制信号维持单一消毒剂输送泵转速不变；当某种消毒剂的有效浓度高于预设值时，该消毒剂浓度在线检测仪的浓度测量值模拟量信号传输到可编程控制器，比可编程控制器内预先设定的该消毒剂浓度值高，则可编程控制器按照比例积分微分（PID）调节方式输出下降的模拟量控制信号以降低该消毒剂的输送泵转速，直到该消毒剂浓度在线检测仪的浓度测量值逐步下降重新达到预设值；当某种消毒剂的含量低于预设值时，该消毒剂浓度在线检测仪的浓度测量值模拟量信号传输到可编程控制器，比可编程控制器内预先设定的该消毒剂浓度值低，则可编程控制器按照PID调节方式输出上升的模拟量控制信号以升高该消毒剂的输送泵转速，直到该消毒剂浓度在线检测仪的浓度测量值逐步上升重新达到预设值。每种单一消毒剂的浓度检测和输送量控制都采用上述的控制方式和控制流程。不同单一消毒剂之间的比例关系通过有效成分复合比确定。

经过初始设定后，复合消毒剂在水中的有效成分复合比是固定的，在实际运行和控制过程中需先考虑主消毒剂（采用比例最高的消毒剂作为主消毒剂），并优先设定主消毒剂的有效浓度设定值，再设定复合比，其他单一消毒剂的有效浓度设定值随着复合比数值得到设定。

可编程控制器控制复合消毒剂输送泵的转速以满足复合消毒剂定量投加的需要。

多个单一消毒剂储存罐可以实现存储多种消毒剂的需要。

所述的用于存放单一消毒剂的单一消毒剂储存罐，其形状是圆柱体或长方体；单一消毒剂储存罐顶盖上设有注药通气管和带有堵头的排气管；

注药通气管下口距离单一消毒剂储存罐底部高度5cm，上部通空气，单一消毒剂储存罐内液面要保证高于注药通气管底端，以保证单一消毒剂储存罐内稳定的静水水压；

注药通气管还用于向单一消毒剂储存罐内增加消毒剂；

排气管只有在向单一消毒剂储存罐内加药时，才将堵头打开与大气相通，这样便于将单一消毒剂储存罐内的空气排出。其余时间，排气管都用堵头封闭。

向单一消毒剂储存罐加注药液按下述步骤进行：

1、拔掉排气管上的堵头；

2、将注药漏斗与通气管相连；

3、将配好的药液倒入注药漏斗注入单一消毒剂储存罐中，直至将单一消毒剂储存罐注满；

4、停止注药，拿掉漏斗，再用堵头将排气管堵死，向单一消毒剂储存罐中加注药液，不必停止运行。

单一消毒剂储存罐底盖可拆卸，其上设有与单一消毒剂输送泵相连的加药管和带有堵头的排水管。

带有堵头的排水管用于排空消毒剂或清理内部残渣，清洗时将堵头打开。

本发明具有以下优点：

1、该复合消毒剂的发生设备可以使不同消毒剂复合使用时始终保持所需要的有效消毒成分的复合比，充分发挥复合消毒剂组分间的协同作用，达到安全强化消毒的目的；

2、复合消毒剂中不同药液的复合比例通过在线仪表准确计量，不受原液配制浓度和原水中污染物的影响，避免了因原液配制不精确和原水污染物消耗消毒剂导致的误差，使所制备的复合消毒剂的有效消毒成分复合比始终满足要求；

3、设备运行期间可随时补充单一消毒剂，不必停止运行。

4、该复合消毒剂的发生设备不仅用于二氧化氯与氯或氯胺的复合消毒剂的制备，也可用于其它复合消毒剂的制备。

附图说明：

图1为本实施例复合消毒剂的发生设备示意图；

图2为单一消毒剂储存罐示意图；

图3为向储药罐内加注药液示意图；

图4为本实施例复合消毒剂的工艺流程示意图；

1、单一消毒剂储药罐；2、单一消毒剂输送泵；3、磁力搅拌混合器；4、复合消毒剂储存罐；5、在线二氧化氯检测仪；6、在线余氯检测仪；7、可编程控制器；8、复合消毒剂投加计量泵；9、管道

具体实施方式：

本实施例选用两个单一消毒剂储存罐，每个单一消毒剂储存罐连接一个单一消毒剂输送泵，两个单一消毒剂储存罐分别用于存储二氧化氯和氯。单一消毒剂输送泵及复合消毒剂投加泵均采用米顿罗公司LMI系列电磁驱动变频调速计量泵，运行、停止及转速的改变均通过可编程控制器控制，计量泵输入信号：4-20mA，输出流量：0-0.6L/h，与模拟量输出值4-20mA呈线性对应关系；输出压力：0-0.5Mpa，计量泵出口设置流量脉冲阻尼器以消除计量泵的流量脉冲现象。磁力搅拌混合器选用金坛荣华仪器制造有限公司的单联测速搅拌器HJ-1，其转子转速可在0-2400rpm内可任意调节，其运行、停止及转速的改变通过手动控制。消毒剂浓度在线检测仪选用哈西公司9187sc型在线二氧化氯检测仪和9184sc型在线余氯检测仪，量程分别为0-2mg/L和0-5mg/L，精度均为±0.02mg/L；其中二氧化氯检测仪的0-2mg/L输出浓度值与模拟量输出值4-20mA呈线性对应关系；余氯检测仪的0-5mg/L输出浓度值与模拟量输出值4-20mA呈线性对应关系。消毒剂浓度在线检测仪随检测对象的不同而有所不同。可编程控制器选用西门子S7-200系列224型中央处理器主机，具有模拟量和开关量输入和输出功能，配置TP177A型触摸控制屏。可编程控制器可连续接收余氯和二氧化氯在线检测仪输出的消毒剂浓度4-20mA模拟量信号，分别连续输出单一消毒剂输送泵和复合消毒剂投加泵的4-20mA模拟量控制信号以及启停及运行状态开关量信号。

首先在两个单一消毒剂储存罐内加注满消毒剂母液，本实施例采用质量浓度均为1000mg/L的氯和二氧化氯母液。

本发明采用西门子windowsCC组态软件对水处理工艺过程进行编程，实现本系统的工艺技术要求。

系统运行前，通过windowsCC组态软件在可编程控制器的触摸控制屏上对氯和二氧化氯消毒剂复合比进行设定，如设定氯和二氧化氯消毒剂复合比为4：1，则氯和二氧化氯消毒剂输送泵转速比值为4：1，单一消毒剂输送量比例配也为4：1，在磁力搅拌混合器中混合0.5min后即制备成符合要求的复合消毒剂，复合消毒剂质量浓度为1000mg/L。

设定主消毒剂氯在原水中的有效浓度为1.6mg/L，则二氧化氯在原水中的有效浓度为0.4mg/L，复合消毒剂总投加量为2.0mg/L。

在可编程控制器的触摸控制屏上确定复合消毒剂投加量为2.0mg/L后，再人工输入原水流量值，例如为100L/h，则可编程控制器自动计算出复合消毒剂投加量为0.2L/h，可编程控制器输出约9.3mA模拟量信号控制复合消毒剂投加泵转速使得其初始投加量达到0.2L/h。

在可编程控制器的触摸控制屏上可分别手动调节单一消毒剂输送泵的氯和二氧化氯消毒剂输送量分别为0.16L/h和0.04L/h，由此确定复合消毒剂投加泵的投加量为0.2L/h。可编程控制器分别输出8.3mA和5.1mA模拟量信号控制氯和二氧化氯消毒剂输送泵转速。氯和二氧化氯消毒剂输送泵的流量总和与复合消毒剂投加泵的流量相等，以确保复合消毒剂储存罐不被抽空。

复合消毒剂按照2.0mg/L的初始浓度投加到原水管道中，经过原水管道混合装置后进行连续取样，在尽量短的时间内通过在线余氯和在线二氧化氯检测仪进行检测，得到水中余氯和二氧化氯浓度的数值，并采用4-20mA模拟量信号传输到可编程控制器，再由可编程控制器控制单一消毒剂输送泵的输送量，由此完成整个反馈控制过程。

复合消毒剂投加到原水中后会与水中其他物质反应，在水中的实际余氯和二氧化氯浓度值会有不同程度降低，此时在线余氯和二氧化氯在线检测仪的检测值也会发生相应改变，造成实际检测的有效成分复合比不符合初试设定的复合比4：1，此时可编程控制器根据实际复合比的偏差，以PID调节方式对氯和二氧化氯输送泵转速进行适度调节，使得原水中消毒剂实际有效成分复合比以及有效浓度达到和保持在初始设定的数值。

在可编程控制器的触摸控制屏上设置2台单一消毒剂输送泵和1台复合消毒剂投加泵触摸开关，用于单一控制消毒剂输送泵和复合消毒剂投加泵的启停。

该系统的外围设备包括触摸控制屏、单一消毒剂输送泵开关、复合消毒剂投加泵开关、磁力搅拌混合器开关、电源总开关和控制柜。可编程控制器、触摸控制屏、单一消毒剂输送泵开关、复合消毒剂投加泵开关、磁力搅拌混合器开关及电源总开关均置于控制柜内。在线余氯和二氧化氯在线检测仪设置在原水管道的取样点附近，检测信号采用双芯屏蔽信号线传输。

单一消毒剂输送泵和复合消毒剂投加泵的启停和运行状态信号通过可编程控制器的开关量信号传输到控制柜的继电器来控制主控制回路，并在控制柜面板上设置指示灯显示。

系统运行前，将两个单一消毒剂储药罐分别加注满二氧化氯与氯原液，打开控制柜上的总电源开关，接通可编程控制器、在线检测仪表、单一消毒剂输送泵、复合消毒剂投加泵、磁力搅拌混合器的电源开关。手动设定磁力搅拌混合器转速，磁力搅拌器按设定的转速搅拌；通过预先编制的控制程序在可编程控制器的触摸控制屏上设定氯和二氧化氯消毒剂复合比例，单一消毒剂输送泵按设定的转速工作，制备的复合消毒剂进入复合消毒剂储药罐；在可编程控制器触摸控制屏的设定界面上设定复合消毒剂的投加量，复合消毒剂投加泵按设定转速工作。当需要改变复合消毒剂的复合比或投加量时，须先在可编程控制器触摸控制屏的设定界面上重新设定复合消毒剂复合比或投加量，此时单一消毒剂输送泵或复合消毒剂投加泵将在新的指令下改变转速，以改变复合消毒剂复合比及投加量。

启动在线余氯和二氧化氯检测仪，将检测到的余氯和二氧化氯含量数据以4-20mA模拟量信号形式传输至可编程控制器，可编程控制器按设定的复合消毒剂复合比对余氯和二氧化氯信号的比值进行比较，如果符合设定的复合比数值，则可编程控制器继续按现有控制信号输出值控制单一消毒剂输送泵和复合消毒剂投加泵维持现有转速。

如果在线余氯和二氧化氯检测仪检测信号比值高于设定的复合比数值，并且余氯浓度符合设定值、二氧化氯浓度低于设定值，则可编程控制器按照PID调节方式减少模拟量控制信号输出值提高二氧化氯消毒剂的输送泵转速，直到二氧化氯浓度测量值上升重新达到设定值，此时复合比也自然达到了设定值；如果在线余氯和二氧化氯检测仪检测信号比值高于设定的复合比数值，并且余氯浓度高于设定值、二氧化氯浓度符合设定值，则可编程控制器按照PID调节方式减少模拟量控制信号输出值以降低氯消毒剂的输送泵转速，直到余氯浓度测量值下降重新达到预设值，此时复合比也自然达到了设定值。

对于在线余氯和二氧化氯检测仪检测信号比值低于设定复合比数值的情况，也采用相似的调节控制方式。

对于在线余氯和二氧化氯检测仪检测信号比值低于或高于设定复合比数值的情况，并且余氯和二氧化氯浓度均低于或高于设定值，首先按照PID调节方式调节复合消毒剂投加泵转速，使得主消毒剂氯的浓度达到要求，然后再调节二氧化氯浓度。

Claims

1.一种复合消毒剂的发生设备，该设备包括单一消毒剂储存罐、复合消毒剂储存罐、单一消毒剂输送泵、复合消毒剂投加泵、磁力搅拌混合器、消毒剂浓度在线检测仪和可编程控制器；其特征在于：

消毒剂浓度在线检测仪实时检测单一消毒剂在原水中的消毒剂有效浓度，并将浓度信号传输至可编程控制器；

可编程控制器根据该信号调节和控制单一消毒剂输送泵转速；

单一消毒剂输送泵在可编程控制器控制下将单一消毒剂储存罐内的消毒剂送入磁力搅拌混合器充分混匀0.5min；

复合消毒剂投加泵在可编程控制器的控制下将复合消毒剂储存罐内的复合消毒剂向外投放。

2.根据权利要求1所述的一种复合消毒剂的发生设备，其特征在于：设置了n个单一消毒剂储存罐，n≥2。

3.根据权利要求1所述的一种复合消毒剂的发生设备，其特征在于：所述的用于存放单一消毒剂的单一消毒剂储存罐，其形状是圆柱体或长方体；单一消毒剂储存罐顶盖上设有注药通气管和带有堵头的排气管；注药通气管下口距离单一消毒剂储存罐底部高度5cm；单一消毒剂储存罐底盖可拆卸，其上设有与单一消毒剂输送泵相连的加药管和带有堵头的排水管。