CN102680164B - 一种厌氧反应器的在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种厌氧反应器的在线监测系统，包括气体传感器、气体触发器、计数器、数据采集卡和具有检测软件的计算设备；气体传感器设置在厌氧反应器的出气口处，气体触发器与厌氧反应器的出气口相连通，计数器与气体触发器相连接，数据采集卡分别与计数器和气体传感器相连接，计算设备与数据采集卡相连接。气体传感器和计数器会将采集的数据传送至数据采集卡中，数据采集卡会将所获取的数据发送至计算设备中，所以系统在运行时无需人工记录；本系统可以一直处于采样状态，中途无需人工调整，所以采样频率高；本系统的结构简单，不仅造价低，而且对操作人员的专业要求不高。因此，本发明具有结构简单、造价低廉、采样频率高、操作简单等优点。

Description

一种厌氧反应器的在线监测系统

技术领域

本发明涉及厌氧反应器的检测仪器领域，更具体的说，涉及一种厌氧反应器的在线监测系统。 

背景技术

厌氧生物技术广泛应用于污水处理污泥消化诸多领域，是一种成熟有效的环保技术，但工厂实际运行的厌氧生物反应器的运行存在较多问题，原因在于厌氧反应器运行过程受进水等多种运行参数影响容易出现酸化进而导致厌氧反应器运行崩溃，所以对厌氧反应器内部各运行参数的监测就异常重要。厌氧反应器内部生化反应过程较为复杂，对反应器运行状况具有指标意义的参数较多，只有全面测定反应器气液相的多项参数才能真正了解反应器所处状态。其中，气相指标主要包括产气速率，甲烷分压，二氧化碳分压等，气相指标是厌氧反应器运行状态最直接最重要的指标之一。 

目前国内采用的主要监测手段是用气相色谱法对厌氧反应器各种气体分压的监测，以及气体流量计对产气速率的监测，在对现有技术的研究和实践过程中，本发明的发明人发现现有技术存在以下问题： 

气相色谱仪器不仅造价昂贵，而且气相色谱仪器操作维护复杂，对操作人员的专业素质要求较高，另外，每隔一定时间都需要工作人员进行调整，所以气相色谱仪器的采样频率相对较低；气体流量计只将当前的产气速率显示出来，而无法即时的存储产气速率的历史记录，往往依靠操作人员进行人工记录。 

因此，如何制作一种能够解决上述缺陷的厌氧反应器的在线监测系统，成为目前最需要解决的问题。 

发明内容

有鉴于此，本发明的设计目的在于，提供一种厌氧反应器的在线监测系统，以降低成本，提高采样频率，无需人工维护，并且能够即时的记录产气速率。 

本发明实施例是这样实现的： 

一种厌氧反应器的在线监测系统，包括气体传感器、气体触发器、计数器、数据采集卡和具有检测软件的计算设备； 

其中，所述气体传感器设置在所述厌氧反应器的出气口处，所述气体触发器与所述厌氧反应器的出气口相连通，所述计数器与所述气体触发器相连接，所述数据采集卡分别与所述计数器和所述气体传感器相连接，所述计算设备与所述数据采集卡相连接； 

所述气体传感器，用于测量所述厌氧反应器的出气口的气体分压，并将所述气体分压转换成模拟信号发送至所述数据采集卡中； 

所述气体触发器，用于在每获得预设量的气体时，向所述计数器发送一次信号； 

所述计数器，用于获取所述气体触发器发送的信号，进行计数并且向所述数据采集卡发送脉冲信号； 

所述数据采集卡，用于获取所述气体传感器发送的模拟信号，将所述模拟信号转化成第一数字信号发送至所述计算设备中，并且获取所述计数器发送的脉冲信号，将所述脉冲信号转化成第二数字信号发送至所述计算设备中； 

所述计算设备，用于获取所述数据采集卡发送的第一数字信号和第二数字信号，显示并保存所述第一数字信号和第二数字信号。 

优选地，在上述的厌氧反应器的在线监测系统中，所述气体触发器具体为气体排液装置； 

所述气体排液装置包括储气室、排气室和设置在所述排气室内的第一导体与第二导体； 

所述储气室具有排气孔，所述排气室通过所述排气孔与所述储气室相连通，所述第一导体与电源的一端相连接，所述第二导体与所述计数器的输入端相连接，所述计数器的输出端与所述电源的另一端相连接。 

优选地，在上述的厌氧反应器的在线监测系统中，所述排气孔设置在所述排气室的底部。 

优选地，在上述的厌氧反应器的在线监测系统中，所述气体传感器的数量为两个。 

优选地，在上述的厌氧反应器的在线监测系统中，所述两个气体传感器具体为甲烷传感器和二氧化碳传感器。 

优选地，在上述的厌氧反应器的在线监测系统中，所述计算设备具体为计算机。 

与现有技术相比，本实施例提供的技术方案具有以下优点和特点： 

在本发明提供的方案中，气体传感器和计数器会将采集的数据传送至数据采集卡中，数据采集卡会将所获取的数据发送至计算设备中，所以系统在运行时无需人工记录；并且，本系统可以一直处于采样状态，中途无需人工调整，所以采样频率高；另外，本系统的结构简单，不仅造价低，而且对操作人员的专业要求不高。因此，本发明具有结构简单、造价低廉、采样频率高、操作简单等优点。 

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 

图1为本发明所提供的一种厌氧反应器的在线监测系统的模块图； 

图2为本发明所提供的另一种厌氧反应器的在线监测系统的模块图； 

图3为本发明所提供的气体排液装置的示意图； 

图4为本发明所提供的产气速率的波形图； 

图5为本发明所提供的甲烷分压的波形图。 

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 

请参见图1所示，图1所示的为本发明实施例提供了一种厌氧反应器2的在线监测系统1，基于红外传感器技术、气体排液法在线流量测定技术、数 据采集技术和虚拟仪器技术，全面高频率的在线监测反应器气相主要运行参数，从而在线综合分析得出厌氧反应器2所处状态。该在线检测系统1包括气体传感器11、气体触发器12、计数器13、数据采集卡14和具有检测软件的计算设备15。 

其中，气体传感器11设置在厌氧反应器2的出气口处，气体触发器12与厌氧反应器2的出气口相连通，计数器13与气体触发器12相连接，数据采集卡14分别与计数器13和气体传感器11相连接，计算设备15与数据采集卡14相连接。 

气体传感器11用于测量厌氧反应器2的出气口的气体分压，并将气体分压转换成模拟信号发送至数据采集卡14中；气体触发器12用于在每获得预设量的气体时，向计数器13发送一次信号；计数器13用于获取气体触发器12发送的信号，进行计数并且向数据采集卡14发送脉冲信号；数据采集卡14用于获取气体传感器11发送的模拟信号，将模拟信号转化成第一数字信号发送至计算设备15中，并且获取计数器13发送的脉冲信号，将脉冲信号转化成第二数字信号发送至计算设备15中；计算设备15用于获取数据采集卡14发送的第一数字信号和第二数字信号，显示并保存第一数字信号和第二数字信号。 

在图1所示的实施例中，气体传感器11和计数器13会将采集到的数据传送至数据采集卡14中，数据采集卡14会将所获取的数据发送至计算设备15中，所以系统在运行时无需人工记录；并且，本系统可以一直处于采样状态，中途无需人工调整，所以采样频率高；另外，本系统的结构简单，不仅造价低，而且对操作人员的专业要求不高。因此，本发明具有结构简单、造价低廉、采样频率高、操作简单等优点。 

由于上述在线监测系统的具体实现存在多种方式，下面通过具体实施例进行详细说明： 

请参见图2所示，图2所示的为本发明实施例提供了另一种厌氧反应器2的在线监测系统3，该在线检测系统3包括甲烷传感器31、二氧化碳传感器32、气体排液装置33、计数器34、数据采集卡35、具有检测软件的计算机36和电源37。 

其中，甲烷传感器31和二氧化碳传感器32均设置在厌氧反应器2的出气口处，气体排液装置33与厌氧反应器2的出气口相连通，计数器34与气体排液装置33相连接，数据采集卡35分别与计数器34、甲烷传感器31和二氧化碳传感器32相连接，计算机36与数据采集卡35相连接。 

甲烷传感器31用于测量厌氧反应器2的出气口的甲烷分压，并将甲烷分压转换成模拟信号发送至数据采集卡35中；二氧化碳传感器32用于测量厌氧反应器2的出气口的二氧化碳分压，并将二氧化碳分压转换成模拟信号发送至数据采集卡35中；气体排液装置33用于在每获得预设量的气体时，向计数器34发送一次信号；计数器34用于获取气体排液装置33发送的信号，进行计数并且向数据采集卡35发送脉冲信号；数据采集卡35用于获取甲烷传感器31发送的模拟信号，将模拟信号转化成第一数字信号发送至计算机36中，并且获取二氧化碳传感器32发送的模拟信号，将模拟信号转化成第二数字信号发送至计算机36中，而且还要获取计数器34发送的脉冲信号，将脉冲信号转化成第三数字信号发送至计算机36中；计算机36用于获取数据采集卡35发送的第一数字信号、第二数字信号和第三数字信号，显示并保存第一数字信号、第二数字信号和第三数字信号。 

在图2和图3所示的实施例中，气体排液装置33包括储气室331、排气室332和设置在排气室332内的第一导体333与第二导体334；储气室332具有排气孔335，排气室332通过排气孔335与储气室331相连通，第一导体333与电源37的一端相连接，第二导体334与计数器34的输入端相连接，计数器34的输出端与电源37的另一端相连接，排气孔335设置在排气室332的底部。 

在图2和图3所示的实施例中，气体排液装置33的储气室331内部设置有盐水，盐水通过排气孔335流入排气室332中，由于大气压的作用，使储气室331和排气室332内盐水的液面高度相同，但要保证排气室332内的盐水液面与第一导体333和第二导体334有一定的距离。在进行在线监测的过程中，厌氧反应器2的出气口向气体排液装置33的储气室331发送产出的气体，储气室331内的气体增多也使压强逐渐增大，在储气室331内的盐水通过排气孔335慢慢的被顶入排气室332内，从而导致排气室332内的盐水液面逐渐升高，储气室331内的盐水液面逐渐降低。当厌氧反应器2产生定量 的气体时，排气室332内的盐水液面会升高至接触到第一导体333和第二导体334，从而使电源37、气体排液装置33和计数器34三者之间形成导电回路，此时，电源37向计数器34通电，计数器34计数一次并产生脉冲信号，并将该脉冲信号发送至数据采集卡35中，数据采集卡35再将脉冲信号转化成数字信号，并将该数字信号发送给计算机36，最终通过计算机36进行换算厌氧反应器2的产气速率。然而，排气室332内的液面还会继续升高，直至储气室331内的盐水液面低于排气孔335时，储气室331内膨胀的气体会瞬间通过排气孔335进入排气室332中，并从排气室332的顶部离开排气室332，由于此时储气室331内的气压与外界大气环境相同，造成排气室332内的盐水又重新进入到储气室331内，以使储气室331内的盐水液面高度再次与排气室332内的盐水液面高度相同，从而恢复到初始状态。 

关于厌氧反应器的产气速率的计算过程：由于计数器34每计数一次，说明气体排液装置33获得了定量的气体，该定量的气体是可以根据盐水的容量和气体排液装置33的容量进行调整的，所以定量的气体是可以得知的；并且计算机36会记录检测厌氧反应器2的起始时间和结束时间，会统计计数器34所记录的次数，从而根据一定时间内厌氧反应器2产出的定量气体可以得知产气速率。 

关于厌氧反应器的气体产量的计算过程：根据上述内容可知，产气速率通过计算机36可以计算出来，气体分压可以通过传感器和数据采集卡35发送至计算机36内，由于产气速率×气体含量=气体产量，所以气体产量可通过此公式进行计算得到。 

计算机36会将被测的气体的产气速率、气体含量和甲烷气体产量存储下来，并通过柱状图、波形图或数字等形式即时的显示出这三个参数，以便于工作人员进行后续的分析与研究工作，例如，图4所示的为产气速率的波形图，图5所示的为甲烷分压的波形图。 

综上所述，本发明提供的厌氧反应器的在线监测系统能全面的给出厌氧反应器的主要气相监测参数，例如气体分压和产气速率，从而全面准确的反映厌氧反应器的产气情况，进而了解其运行状态。本发明采用的气体传感器技术，使监测数据可靠精确，重现性好采样频率高。本发明提供的气体产气速率测量装置实现了气体流量监测过程在线化，自动化，长期连续自动监测， 稳定运行。对于计算机内部的虚拟仪器检测软件技术，使得软件界面与实际仪器界面相同，操作简便，在线显示监测结果，数据处理功能强大，软件升级潜力大。因此，本发明能够全面的在线反映厌氧反应器的气相情况，长期操作稳定。 

需要说明的是，图1至图5所示的实施例只是本发明所介绍的优选实施例，本领域技术人员在此基础上，完全可以设计出更多的实施例，因此不在此处赘述。 

对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。 

Claims (5)

1.一种厌氧反应器的在线监测系统，其特征在于，包括气体传感器、气体触发器、计数器、数据采集卡和具有检测软件的计算设备；

其中，所述气体传感器设置在所述厌氧反应器的出气口处，所述气体触发器与所述厌氧反应器的出气口相连通，所述计数器与所述气体触发器相连接，所述数据采集卡分别与所述计数器和所述气体传感器相连接，所述计算设备与所述数据采集卡相连接；

所述气体传感器，用于测量所述厌氧反应器的出气口的气体分压，并将所述气体分压转换成模拟信号发送至所述数据采集卡中；

所述气体触发器，用于在每获得预设量的气体时，向所述计数器发送一次信号，其中，所述气体触发器具体为气体排液装置，所述气体排液装置包括储气室、排气室和设置在所述排气室内的第一导体与第二导体，所述储气室具有排气孔，所述排气室通过所述排气孔与所述储气室相连通，所述第一导体与电源的一端相连接，所述第二导体与所述计数器的输入端相连接，所述计数器的输出端与所述电源的另一端相连接；

所述计数器，用于获取所述气体触发器发送的信号，进行计数并且向所述数据采集卡发送脉冲信号；

所述数据采集卡，用于获取所述气体传感器发送的模拟信号，将所述模拟信号转化成第一数字信号发送至所述计算设备中，并且获取所述计数器发送的脉冲信号，将所述脉冲信号转化成第二数字信号发送至所述计算设备中；

所述计算设备，用于获取所述数据采集卡发送的第一数字信号和第二数字信号，显示并保存所述第一数字信号和第二数字信号。

2.根据权利要求1所述的厌氧反应器的在线监测系统，其特征在于，所述排气孔设置在所述排气室的底部。

3.根据权利要求1所述的厌氧反应器的在线监测系统，其特征在于，所述气体传感器的数量为两个。

4.根据权利要求3所述的厌氧反应器的在线监测系统，其特征在于，所述两个气体传感器具体为甲烷传感器和二氧化碳传感器。

5.根据权利要求1所述的厌氧反应器的在线监测系统，其特征在于，所述计算设备具体为计算机。

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