CN104881053B - 一种智能加药系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能加药系统，包括主药管，所述主药管的出口端与支药管连接，所述支药管的出口端设置在装有废水的反应池的加药点，所述主药管的进口端与高位药桶连接；所述支药管设置有与PLC连接的气动调节阀；所述反应池设置有采集废水一个或者多个理化参数的仪表，所述理化参数包括pH、ORP；所述PLC与所述仪表连接，所述PLC通过所述理化参数自动控制所述气动调节阀的开度，将药液输送到所述加药点。PLC通过监控反应池的仪表采集的一个或者多个理化参数自动分析计算所述加药点的加药量并实时调节气动调节阀的开度，将药液输送到所述加药点，实现了自动精确调整加药的功能。
Description
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种智能加药系统。
背景技术
污水处理中药液费往往占据运行费用的大部分，尤其是像电镀废水、线路板废水等以物理化学为主要处理方法的废水，因此加药量的控制成为污水厂运行和管理的关键。而目前污水厂的投药系统大多仍处于粗放型的管理，为了达到排放标准，往往盲目增加投药量，这必然会造成药液费用高昂，同时也产生大量的沉淀污泥，污泥的处理成本也相应增加，最终导致污水处理的费用居高不下，使污水厂运营企业和生产企业备受压力。
目前常采用的投药方式有两种，一种是计量泵点对点加药方式，这种方式每个投药点单独设置一个计量泵，计量泵直接从配药池将药液提升到加药点，投药量精准，能够及时调整加药量，但是对于投药点多的项目，特别是电镀和线路板项目，往往有几十个加药点，一次建设投资成本较高，而且设备较多运行维护也比较麻烦，管理成本也较高。
另一种是高位药桶投药方式，这种方式将药桶放置在一定高度，通过提升泵先将药液从配药池提升到高位药桶，再通过管路使药液在重力作用下自流到各加药点。每种药液只需要设置1～2个高位药桶和提升泵，投资节省，但是高位药桶的液面随时变化，投药量不好控制，也容易发生管道堵塞。
发明内容
本发明的目的在于提供一种智能加药系统，根据反应池的仪表所采集的一个或者多个理化参数可实现实时自动精确调整最佳加药量。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种智能加药系统，包括主药管，所述主药管的出口端与支药管连接，所述支药管的出口端设置在装有废水的反应池的加药点，所述主药管的进口端与高位药桶连接；
所述支药管设置有与PLC连接的气动调节阀；所述反应池设置有采集废水一个或者多个理化参数的仪表，所述理化参数包括pH、ORP；所述PLC与所述仪表连接，所述PLC通过所述理化参数自动控制所述气动调节阀的开度，将药液输送到所述加药点。
本发明中，所述理化参数还包括浊度、污泥界面、总镍、总铬、六价铬、总铜、总锌、氰化物、总氮、总磷、氨氮以及COD。
本发明中，所述智能加药系统还包括与所述主药管并联的自来水主管，所述支药管包括第一支药管与第二支药管，所述第一支药管与自来水支管并联；所述第一支药管设置有第一气动隔膜阀，从流体流向，所述第二支药管依次设置有所述气动调节阀以及采集管道流量值的流量计，所述流量计与所述PLC连接，所述自来水支管依次设置有止回阀以及第二气动隔膜阀，所述流量计、所述第一气动隔膜阀以及所述第二气动隔膜阀均与所述PLC连接；
当所述气动调节阀的开度与所述流量计采集的流量值不相符时，所述PLC控制关闭所述第一气动隔膜阀，然后打开所述第二气动隔膜阀，用以清洗所述第二支药管；
当所述气动调节阀的开度与所述流量计采集的流量值相符时，所述PLC控制打开所述第一气动隔膜阀并关闭所述第二气动隔膜阀；
优选地，所述第一支药管的进口端设置有第一球阀，所述自来水支管的进口端设置有第二球阀，所述第二支药管的进口端设置有第三球阀；
优选地，所述流量计为金属浮子流量计。
本发明中，所述废水通过废水泵抽入所述反应池中，所述废水泵与PLC连接，所述废水泵为离心泵；
当所述废水泵关闭时，所述PLC控制关闭所述第一气动隔膜阀，然后控制打开所述第二气动隔膜阀，用以清洗所述第二支药管，清洗完之后所述PLC控制关闭所述第一气动隔膜阀与所述第二气动隔膜阀，所述清洗时间根据药液种类可调。
优选地，所述第二支药管的出口端设置有第四球阀，所述第二支药管与用以设备维修的旁通管并联，所述旁通管设置有第五球阀。
优选地，所述智能加药系统包括箱体，所述主药管与所述自来水主管设置在所述箱体底部，所述支药管设置在所述箱体顶部，所述支药管、所述旁通管以及所述自来水支管均通过万能角钢固定在所述箱体内部。
本发明中，所述主药管的数量N＝8～10，所述主药管之间相互并联；所述支药管的数量n＝20～40，所述支药管之间相互并联。
本发明中，所述高位药桶的进口端通过进药泵与所述药池连接，所述自来水主管的进口端通过进水泵与水池连接，所述进药泵与所述进水泵均与所述PLC连接、且由所述PLC控制自动开关，所述进药泵为气动隔膜泵，所述进水泵为离心泵。
本发明中，所述智能加药系统还包括与所述PLC连接的工控电脑，所述工控电脑中安装有组态程序，所述PLC将所述仪表采集的理化参数传输至所述工控电脑，所述工控电脑自动保留理化参数历史数据并产生相应报表，当需要分析数据和细化加药情况时，所述工控电脑与所述组态程序调节所述理化参数的记录周期。
本发明中，所述PLC通过以太网与所述工控电脑以及远程控制系统连接并进行通讯，当流量计采集的流量值与所述气动调节阀的开度不相符时，所述远程控制系统向各级控制和调度中心发出警报，以实现各级控制与调度中心的联动监控与管理。
与现有技术相比，本发明的有益效果：一种智能加药系统，包括主药管，所述主药管的出口端与支药管连接，所述支药管的出口端设置在装有废水的反应池的加药点，所述主药管的进口端与高位药桶连接；所述支药管设置有与PLC连接的气动调节阀；所述反应池设置有采集废水一个或者多个理化参数的仪表，所述理化参数包括pH、ORP；所述PLC与所述仪表连接，所述PLC通过所述理化参数自动控制所述气动调节阀的开度，将药液输送到所述加药点。PLC通过监控反应池的仪表所采集的一个或者多个理化参数自动分析计算加药点的加药量并实时调节气动调节阀的开度，将药液输送到所述加药点，实现了自动精确调整加药的功能。
附图说明
图1为本发明的智能加药系统的工艺流程图。
图2为本发明的智能加药系统的主视图。
图3为图2的A-A剖面图。
图4为本发明实施例的PLC根据pH控制开度加药的控制流程。
图5为本发明实施例的PLC根据ORP控制开度加药的控制流程。
图6为本发明实施例的自动流量校核的控制流程。
附图标记为：
1-主药管；2-支药管；21-第一支药管；22-第二支药管；3-自来水主管；4-自来水支管；5-旁通管；6-气动调节阀；71-第一气动隔膜阀；72-第二气动隔膜阀；81-第一球阀；82-第二球阀；83-第三球阀；84-第四球阀；85-第五球阀；9-流量计；10-止回阀；11-万能角钢；12-PLC控制柜；N-主药管数量；n-支药管数量。
具体实施方式
下面结合附图1～6并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
一种智能加药系统，包括主药管1，主药管1的出口端与支药管2连接，支药管2的出口端设置在装有废水的反应池的加药点，主药管1的进口端与高位药桶连接，高位药桶中的药液在自身重力下流入主药管1、支药管2，然后从加药点进入反应池；支药管2设置有与PLC连接的气动调节阀6；反应池设置有采集废水一个或者多个理化参数的仪表，理化参数包括pH、ORP；PLC与仪表连接，PLC通过一个或者多个理化参数自动控制气动调节阀6的开度，将药液输送到加药点。PLC通过监控反应池的仪表所采集的一个或者多个理化参数自动分析计算加药点的加药量并实时调节气动调节阀6的开度，将药液输送到所述加药点，实现了自动精确调整加药的功能。
本实施例中的理化参数还包括浊度、污泥界面、总镍、总铬、六价铬、总铜、总锌、氰化物、总氮、总磷、氨氮以及COD，其中，所述氨氮是指以氨或铵离子形式存在的化合氨。
上述实施例中每一种理化参数对应一种仪表或者几种理化参数对应一种仪表，例如检测pH的pH在线仪，检测氧化还原电位的ORP在线仪，检测浊度的浊度仪，检测污泥界面的污泥界面分析仪，检测总镍、总铬、六价铬、总铜、总锌的重金属检测仪，以及检测化学需氧量的COD测定仪等；为了节省仪表安装时间及简化安装工序，也可以将该仪表设计成多功能的仪表，集上述各种仪表的功能于一体，可以根据需求采集上述其中一种理化参数，也可以同时采集所有理化参数，并将所采集的理化参数传输至PLC。
智能加药系统还包括与主药管1并联的自来水主管3，支药管2包括第一支药管21与第二支药管22，第一支药管21与自来水支管)并联；第一支药管21设置有第一气动隔膜阀71，从流体流向，第二支药管22依次设置有气动调节阀6以及采集管道流量值的流量计9，流量计10与PLC连接，自来水支管4依次设置有止回阀10以及第二气动隔膜阀72，流量计9、第一气动隔膜阀71以及第二气动隔膜阀72均与PLC连接；
PLC根据气动调节阀6的开度与流量计9采集的流量值是否相符自动启动或者关闭在线清洗程序，该清洗程序为：
当气动调节阀6的开度与流量计9采集的流量值不相符时，PLC控制关闭第一气动隔膜阀71，一段时间后打开第二气动隔膜阀72，用以清洗第二支药管22；清洗一段时间之后PLC控制关闭第二气动隔膜阀72，打开第一气动隔膜阀71，PLC继续对开度与流量值进行监控，如果不相符，再继续前述清洗程序；
当气动调节阀6的开度与流量计9采集的流量值相符时，PLC控制打开第一气动隔膜阀71并关闭第二气动隔膜阀72；PLC根据反应池的仪表所采集的理化参数继续实时调整气动调节阀6的开度进行加药。
作为本实施例优选的实施方式，在每个含有气动隔膜阀、气动调节阀的管路的进口端设置一个手动球阀，即在第一支药管21的进口端设置有第一球阀81，在自来水支管4的进口端设置有第二球阀82，在第二支药管22的进口端设置有第三球阀83，以便某个气动隔膜阀、气动调节阀损坏的时候可以使用球阀进行手动控制。
作为本实施例优选的实施方式，流量计9为金属浮子流量计；本实施例的金属浮子流量计为智能远传型流量计，具有压损小、检测范围大、使用方便等特点。PLC通过流量计9自动实时采集并显示某个反应池中加药点的加药量数据，与气动调节阀8联动，可实现智能加药系统的自动流量校核功能。
废水通过废水泵抽入反应池中，废水泵与PLC连接，废水泵为离心泵；
PLC根据废水泵的开关可以自动启动在线清洗程序，该清洗程序不同于前述的清洗程序：
当废水泵关闭时，PLC控制关闭第一气动隔膜阀71，然后控制打开第二气动隔膜阀72，用以清洗第二支药管22，清洗完之后PLC控制关闭第一气动隔膜阀71与第二气动隔膜阀72，所述清洗时间根据药液种类可调。通常情况下，由于生产企业的废水源源不断进入废水池，因此废水泵通常都是开启的状态，该在线清洗程序一般不会因为废水泵关闭而启动。
为了使设备维修不至于影响到支药管，本实施例在第二支药管22的出口端设置第四球阀84，还设置一个专门用于设备维修的旁通管5，第二支药管22与旁通管5并联，旁通管5设置有第五球阀85，智能加药系统运行的时候除第五球阀85关闭外，其他球阀均打开，用于设备维修的时候，第五球阀85打开，其他球阀军均关闭。
智能加药系统包括箱体，主药管1与自来水主管3设置在箱体底部，支药管2设置在箱体顶部，支药管2、旁通管5以及自来水支管4均通过万能角钢11固定在箱体内部，以使支药管2、旁通管5以及自来水支管4在智能加药系统运行时可以提供足够的承重；箱体的另一侧设置PLC控制柜12，箱体与PLC控制柜12的连接板上开设有一个线槽，气动调节阀6、气动隔膜阀流量计9以及各种泵与PLC连接的连线都通过该线槽与PLC控制柜12的PLC连接，以方便操作。
本实施例中，根据各个反应池中废水的类型选择合适的药液储存于药池中，然后根据药液的种类设置数量合适的主药管1，根据各个反应池中的加药点以及所需药液类型设置合适数量的支药管2，可满足废水处理的常规需求。作为本实施例优选的实施方案，主药管1的数量N＝8～10，主药管1之间相互并联,其中每个主药管1的进口端均与一个高位药桶连接，该高位药桶通过进药泵与一个药池连接；支药管2的数量n＝20～40，支药管2之间相互并联，每个反应池至少设置一个加药点，每个加药点至少对应一根支药管2。
高位药桶的进口端通过进药泵与药池连接，自来水主管3的进口端通过进水泵与水池连接，进药泵与进水泵均与PLC连接、且由PLC控制自动开关，进药泵为气动隔膜泵，进水泵为离心泵。当智能加药系统运行时，PLC自动控制反应池中各个加药点对应的进药泵打开；当需要清洗支药管2的时候，PLC自动控制自来水主管3中的进水泵打开。
智能加药系统还包括与PLC连接的工控电脑，工控电脑中安装有组态程序，PLC将仪表采集的理化参数传输至工控电脑，工控电脑自动保留理化参数历史数据并产生相应报表，当需要分析数据和细化加药情况时，工控电脑与组态程序可以根据实际需求进行组态化定制，调节理化参数的记录周期，对短期及长期采集的各项历史数据进行处理分析，计算分析各种药液使用的合理性及有效性，主要是根据原水水质和出水水质的关系计算出污染物去除率，然后再根据各药液的使用量、处理的水量和水质计算出药液投加比，通过一段时间的数据采集和分析，找出污染物去除率和药液投加比之间的最优关系，作为加药量的参考值，在此基础上生成运行指标，用于细化加药情况和方便数据分析，并根据运行效果再做出调整，实现智能化运作，提高了智能加药系统的加药精度，避免因为药液过量投放造成的浪费，降低了废水处理成本。
PLC通过以太网与工控电脑以及远程控制系统连接并进行通讯，当流量计9采集的流量值与气动调节阀6的开度不相符时，远程控制系统向各级控制和调度中心发出警报，实现班组、部门和总部联动管理，可以对异常情况及时进行处理，以实现各级控制与调度中心的联动监控与管理。
以下采用本发明的智能加药系统处理某生产企业的混排废水为例来进一步说明本发明的技术方案。
该混排废水从第一个反应池依次流入第九个反应池，最后进入沉淀池沉降污泥，每个反应池对应一个加药点，每个加药点对应采用的药液以及相应理化参数的目标值见表1。
表1
| 加药点 | 药液 | 理化参数目标值 |
| 第一加药点 | 硫酸 | pH＝2～3 |
| 第二加药点 | 次氯酸钠 | ORP＝350～400mV |
| 第三加药点 | 氢氧化钠 | pH＝8～9 |
| 第四加药点 | 次氯酸钠 | ORP＝650～680mV |
| 第五加药点 | 硫酸 | pH＝2～3 |
| 第六加药点 | 亚硫酸氢钠 | ORP＝250～280mV |
| 第七加药点 | 氢氧化钠 | pH＝8～9 |
| 第八加药点 | PAC | —— |
| 第九加药点 | PAM | —— |
上述表1中，PAC的用量为20-50g/m3废水，PAM的用量为0.3-0.6g/m3废水，其他药液的用量为使混排废水的相应参数达到目标值为宜。
混排废水采用本发明的智能加药系统处理前后的各项理化参数见表2，处理后的废水完全符合排放标准。
表2
| 理化参数 | 处理前 | 处理后 | 是否符合排放标准 |
| pH | 3～12 | 2～3 | 符合 |
| COD/mg·L-1 | 100～120 | ≤60 | 符合 |
| 氰化物/mg·L-1 | 30～50 | ≤0.3 | 符合 |
| Cr/mg·L-1 | 20～40 | ≤1.0 | 符合 |
| Cu/mg·L-1 | 10～20 | ≤0.5 | 符合 |
| Ni/mg·L-1 | 10～20 | ≤0.5 | 符合 |
| Zn/mg·L-1 | 10～20 | ≤1.5 | 符合 |
分别以PLC根据第一加药点的pH在线仪、第六加药点的ORP在线仪自动调节气动调节阀的开度为例来说明PLC是如何自动控制运行智能加药系统。
如图4所示，采用pH在线仪检测该废水的pH，根据该废水的排放标准将pH目标值设定为2～3，将控制程序设定为：当pH>7时，PLC控制对应支药管中的气动调节阀全开；5<pH<7时，PLC控制对应支药管中的气动调节阀开1/2，否则PLC控制对应支药管中的气动调节阀全开；3<pH<5时，PLC控制对应支药管中的气动调节阀开1/3，否则PLC控制对应支药管中的气动调节阀开1/2；2<pH<3时，PLC控制对应支药管中的气动调节阀关闭，否则PLC控制对应支药管中的气动调节阀开1/3。
如图5所示，采用ORP在线仪检测该废水的ORP，根据该废水的排放标准将ORP目标值设定为250～280，将控制程序设定为：当ORP>500时，PLC控制对应支药管中的气动调节阀全开；400<ORP<500时，PLC控制对应支药管中的气动调节阀开1/2，否则PLC控制对应支药管中的气动调节阀全开；280<ORP<400时，PLC控制对应支药管中的气动调节阀开1/3，否则PLC控制对应支药管中的气动调节阀开1/2；250<ORP<280时，PLC控制对应支药管中的气动调节阀关闭，否则PLC控制对应支药管中的气动调节阀开1/3。
上述第一加药点调节pH的同时，PLC启动自动流量校核系统，进行实时流量校核，根据金属浮子流量计采集的流量值与气动调节阀的开度实时监测管路是否存在堵塞情况，如存在堵塞则启动在线清洗程序，如图6所示，所采用的控制程序为：当某个支药管中的气动调节阀的开度(简称开度)与金属浮子流量计采集的流量值(简称流量值)不相符时，由PLC控制该第一气动隔膜阀关闭，10min后PLC控制与第一支药管并联的第二气动隔膜阀打开进行在线清洗，清洗时间设定为30min，30min后继续监测开度与流量值是否相符，如果不相符，由PLC控制该第一气动隔膜阀关闭，10min后PLC控制与第一支药管并联的第二气动隔膜阀打开进行在线清洗30min，如此循环；如果开度与流量值相符，则PLC控制该第一气动隔膜阀打开，并控制该第二气动隔膜阀关闭，继续加药。
至于PLC根据其他加药点的相应仪表来调节气动调节阀的开度所采用的控制程序与上述第一加药点、第六加药点的控制程序类似，自动流量校核系统也与上述第一加药点对应的支药管的自动流量校核系统类似，在此不再赘述。
上述pH、ORP以及其他理化参数的目标值均可根据不同水质废水的排放标准进行设定。
于本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”至“第九”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
以上实施例仅用来说明本发明的详细方法，本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助部件的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (11)
1.一种智能加药系统，其特征在于，包括主药管(1)，所述主药管(1)的出口端与支药管(2)连接，所述支药管(2)的出口端设置在装有废水的反应池的加药点，所述主药管(1)的进口端与高位药桶连接；
所述支药管(2)设置有与PLC连接的气动调节阀(6)；所述反应池设置有采集废水一个或者多个理化参数的仪表，所述理化参数包括pH、ORP；所述PLC与所述仪表连接，所述PLC通过所述理化参数自动控制所述气动调节阀(6)的开度，将药液输送到所述加药点；
所述智能加药系统还包括与所述主药管(1)并联的自来水主管(3)，所述支药管(2)包括第一支药管(21)与第二支药管(22)，所述第一支药管(21)与自来水支管(4)并联；所述第一支药管(21)设置有第一气动隔膜阀(71)，从流体流向，所述第二支药管(22)依次设置有所述气动调节阀(6)以及采集管道流量值的流量计(9)，所述流量计(9)与所述PLC连接，所述自来水支管(4)依次设置有止回阀(10)以及第二气动隔膜阀(72)，所述流量计(9)、所述第一气动隔膜阀(71)以及所述第二气动隔膜阀(72)均与所述PLC连接；
当所述气动调节阀(6)的开度与所述流量计(9)采集的流量值不相符时，所述PLC控制关闭所述第一气动隔膜阀(71)，然后打开所述第二气动隔膜阀(72)，用以清洗所述第二支药管(22)；
当所述气动调节阀(6)的开度与所述流量计(9)采集的流量值相符时，所述PLC控制打开所述第一气动隔膜阀(71)并关闭所述第二气动隔膜阀(72)。
2.根据权利要求1所述的智能加药系统，其特征在于，所述理化参数还包括浊度、污泥界面、总镍、总铬、六价铬、总铜、总锌、氰化物、总氮、总磷、氨氮以及COD。
3.根据权利要求1所述的智能加药系统，其特征在于，所述第一支药管(21)的进口端设置有第一球阀(81)，所述自来水支管(4)的进口端设置有第二球阀(82)，所述第二支药管(22)的进口端设置有第三球阀(83)。
4.根据权利要求1所述的智能加药系统，其特征在于，所述流量计(9)为金属浮子流量计。
5.根据权利要求1所述的智能加药系统，其特征在于，所述废水通过废水泵抽入所述反应池中，所述废水泵与PLC连接，所述废水泵为离心泵；
当所述废水泵关闭时，所述PLC控制关闭所述第一气动隔膜阀(71)，然后控制打开所述第二气动隔膜阀(72)，用以清洗所述第二支药管(22)，清洗完之后所述PLC控制关闭所述第一气动隔膜阀(71)与所述第二气动隔膜阀(72)，所述清洗时间根据药液种类可调。
6.根据权利要求3所述的智能加药系统，其特征在于，所述第二支药管(22)的出口端设置有第四球阀(84)，所述第二支药管(22)与用以设备维修的旁通管(5)并联，所述旁通管(5)设置有第五球阀(85)。
7.根据权利要求6所述的智能加药系统，其特征在于，所述智能加药系统包括箱体，所述主药管(1)与所述自来水主管(3)设置在所述箱体底部，所述支药管(2)设置在所述箱体顶部，所述支药管(2)、所述旁通管(5)以及所述自来水支管(4)均通过万能角钢(11)固定在所述箱体内部。
8.根据权利要求1所述的智能加药系统，其特征在于，所述主药管(1)的数量N＝8～10，所述主药管(1)之间相互并联；所述支药管(2)的数量n＝20～40，所述支药管(2)之间相互并联。
9.根据权利要求3所述的智能加药系统，其特征在于，所述高位药桶的进口端通过进药泵与药池连接，所述自来水主管(3)的进口端通过进水泵与水池连接，所述进药泵与所述进水泵均和与所述PLC连接、且由所述PLC控制自动开关，所述进药泵为气动隔膜泵，所述进水泵为离心泵。
10.根据权利要求1所述的智能加药系统，其特征在于，所述智能加药系统还包括与所述PLC连接的工控电脑，所述工控电脑中安装有组态程序，所述PLC将所述仪表采集的理化参数传输至所述工控电脑，所述工控电脑自动保留理化参数历史数据并产生相应报表，当需要分析数据和细化加药情况时，所述工控电脑与所述组态程序调节所述理化参数的记录周期。
11.根据权利要求10所述的智能加药系统，其特征在于，所述PLC通过以太网与所述工控电脑以及远程控制系统连接并进行通讯，当流量计(9)采集的流量值与所述气动调节阀(6)的开度不相符时，所述远程控制系统向各级控制和调度中心发出警报，以实现各级控制与调度中心的联动监控与管理。
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