CN108264132A - 一种电催化污水处理工艺安全控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电催化工艺安全控制系统，属于电路控制技术领域。本发明所述装置主要包括四个部分，分别为现场检测单元、PLC控制系统、中央控制计算机及触摸屏。其中现场检测单元包括电磁流量计、电流变送器、电压变送器、液位计（液位变送器）、压力变送器、温度变送器及气体检测仪；所述PLC控制系统根据现场检测单元反馈的流量、液位、压力、温度、气体浓度、电流、电压等参数对电催化过程实时监控，实现了电催化工艺过程的精确自动控制。本发明解决了目前电解工艺在污水处理过程中，对危险气体的监测及处理不充分的问题，避免给生产及人身安全留下隐患。
Description
技术领域
本发明属于电路控制技术领域，特别涉及一种电催化污水处理工艺安全控制系统的实现方法。
背景技术
随着工农业的迅速发展和人口增长，人类排放的污水量急剧增加，致使许多水域都遭受到不同程度的污染。电化学水处理技术属于高级氧化技术的一种，是利用外加电场作用，在特定的电化学反应器内，通过一系列的化学反应、电化学过程或物理过程，达到预期的去除水中污染物或回收有用物质的目的。
早在20世纪30年代，国外学者就提出电解法处理废水。当时主要是用于处理废水中的重金属离子，但因能耗高，电力缺乏以及受电化学理论的局限，该方法曾一度发展缓慢。到了60-70年代，电化学理论研究不断深入，证实了许多有机化学物的化学反应都可以在电极上进行，这为通过电催化氧化法降解有机污染物提供了理论依据；而随着电力工业发展迅速，涂层钛阳极研究成功并实现了工业化，则进一步推动了电解法技术在水处理中的实际应用。电解法就是利用电解产生电化学反应，以去除各种污水中的有害杂质的处理方法，或称电催化氧化法或者电化学法。由于利用该方法对水，包括生活污水，工厂废水进行处理时，不造成二次污染，因而被称为环境友好型水处理技术，或称绿色水处理技术。
电化学水处理技术的优点在于：（1）电子转移只在电极及废水组分间进行，不需另外添加氧化还原剂，避免了由另外添加药剂引起的二次污染问题；（2）可以通过改变外加电流、电压随时调节反应条件，可控性较强；（3）过程中可能产生的自由基无选择性的直接与废水中的有机污染物反应，将其降解为二氧化碳、水和简单的有机物，没有或很少产生二次污染；（4）反应条件温和，电化学过程一般在常温常压下就可以进行；（5）反应器设备及其操作简单，如果设计合理，费用并不昂贵；（6）若排污规模较小，可实现就地处理；（7）当废水中含有金属离子时，阴极、阳极可以同时起作用（阳极氧化有机物，阴极还原重金属），使处理效率尽可能提高，同时回收有价值的化学品或金属；（8）既可单独处理，又可以与其他处理结合，如作为前处理，可以提高废水的可生物降解性；（9）兼有气浮、絮凝、消毒作用；（10）作为一种清洁工艺，占地面积小。由于电催化氧化法具有比一般化学反应更强的氧化和还原能力，很少消耗化学药剂、适应性强、可回收重金属等有用物质，以及易于实现自动化控制等优点，因而在印染废水处理、垃圾渗滤液处理、粪便污水处理、含氰废水处理、制药废水处理、医院污水处理等有机废水处理中的应用越来越广泛。
电化学法处理废水的原理：电化学处理污水分为直接电解和间接电解。1）直接电解是指污染物在电极上直接被氧化或还原而从废水中去除。直接电解可分为阴极过程和阳极过程。阳极过程指污染物在阳极表面氧化而转化成毒性较低的物质或易生物降解物质，甚至发生有机物无机化，从而达到削减污染的目的；阴极过程是指污染物质在阴极表面还原而得以去除，主要用于卤代烃的还原脱卤和重金属的回收。2）间接电解是指利用电化学产生的氧化还原物质作为反应剂或催化剂，使污染物转化成毒性更小的物质，间接电解可分为可逆过程和不可逆过程。可逆过程指的是氧化还原物质在电解过程中可电化学再生和循环使用；不可逆过程指利用不可逆电化学反应。
根据电催化原理可以看出，由于污水中基本上都含有NaCl，在电解过程中可原位产生氢气、氧气、氯气等气体，阴极反应：2H＋ + 2e → H2 ↑；阳极反应： 4OH- - 4e →2H2 O +O2 ↑；2C1- - 2e→ Cl2↑；其中氢气为可燃气体，氯气和氧气是助燃气体，其中氯气还是有害性气体。另外在处理一些含油废水如油田采出水，炼化行业产生的废水中还含有油气等易燃气体，但是目前的电解工艺在污水处理过程中，并没有充分考虑这些危险气体的产生及处理，给生产及人身安全留下了极大的隐患，因此，急需开发一种安全控制系统将这些风险消灭在萌芽状态。我们针对这些问题，提出了一种电催化污水处理工艺安全控制系统。
发明内容
在利用电化学技术处理废水过程中，会有危险气体产生，本发明的目的是提供一种电催化污水处理工艺安全控制系统，以保证设备及操作人员的安全。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
所述的安全控制系统包括现场检测单元、PLC控制系统、中央控制计算机及触摸屏。所述现场检测单元包括电磁流量计、电流变送器、电压变送器、液位计（液位变送器）、压力变送器、温度变送器及气体检测仪。
在电催化污水处理工艺运行过程中，所述现场检测单元中的各个在线监测仪对污水处理过程中的流量、液位、压力、温度、气体浓度、电流、电压等数据进行在线监测，所述PLC控制系统接收各在线监测仪反馈的测量信号得到现场数据，PLC控制系统根据所接收到的现场数据进行运算，产生用于进行各参数调整的控制指令，发出控制及报警信号，控制电催化工艺过程的安全运行。
所述控制方法具体包括以下控制步骤：
1、气体浓度控制，电催化装置下设有曝气，起到气动搅拌作用，防止污泥积累在极板间，发生短路。另外，设备上设有集气罩，产生的废气由风机抽出经空气净化塔净化后排放，换气次数大于10次/h，保证工作时抽风罩开缝处全是负压，作业区内没有氢气和氯气；风机抽出的空气进入空气洗涤塔，洗涤塔内装有NaOH溶液，用来吸收气体中的Cl2，完全避免有害气体排入大气。利用气体检测仪检测集气罩内氢气和氯气的浓度，并将数据实时上传至PLC控制系统，程序内部设定氢气最高浓度为1%VOL，氯气最高浓度为1mg/m3，当气体检测仪检测到空气中氢气浓度高于1%VOL（爆炸极限为4%-72%VOL），或氯气的浓度高于1mg/m3时，PLC控制系统立即输出指令给声光报警器，启动报警。
2、流量控制，PLC控制系统定期接收进水电磁流量计反馈的4-20 mA流量信号，程序内预先设定标准流量值，当实际流量低于设定值时，PLC系统输出控制指令给中间继电器，切断直流电源供电；同时输出指令给声光报警器，启动报警。
3、电流及电压控制，利用电流、电压变送器实时监测直流电源运行时的电流、电压值，并将数据反馈至PLC控制系统，程序内预先设定积累时间（10 min）内的标准电流、电压值，当电压在积累时间内低于或高于电压设定值的10%时，PLC系统输出指令给声光报警器，启动报警；当电流在积累时间内低于或高于电流设定值的10%时，PLC系统输出控制指令给中间继电器，切断直流电源供电。
4、液位控制，安装投入式压力传感液位计，PLC控制系统定期接收液位计反馈值，并与程序中设定的标准值进行比较，当实际液位低于设定值时，PLC系统输出控制指令给中间继电器，切断直流电源供电；并输出指令给声光报警器，启动报警。
5、温度控制，在电解槽内安装热电偶温度计，将实际温度值反馈至PLC控制系统，程序中预先设定温度的标准值，PLC控制系统将接收到的反馈值与设定值进行比较，当实际温度低于设定值时，PLC系统输出控制指令给中间继电器，切断直流电源供电；同时输出指令给声光报警器，启动报警。
6、压力控制，在电解槽集气罩内安装气体压力传感器，正常情况下，由于强排风机的作用，集气罩内有一定的负压，当出现排风不畅等故障时，集气罩内气压会升高。在程序中设定集气罩内允许的最高气压值为106 kPa，当压力传感器检测到集气罩内气压高于106kPa时，PLC系统输出控制指令给中间继电器，切断直流电源供电；同时输出指令给声光报警器，启动报警。。
7、排风机运行状态控制，排风机运行时采取先起后停的原则，即在直流电源开启前先打开风机，直流电源关闭后再关风机。利用电流变送器实时监测排风机的运行状态，当排风机出现故障，PLC控制系统接收不到正确的电流反馈信号时，立即输出控制指令给中间继电器，切断直流电源供电；并输出指令给声光报警器，启动报警。
本发明的有益效果如下：
（1）本发明充分考虑了电化学工艺在处理废水过程中可能产生的各种危险气体，采取及时有效的控制措施，防止其达到危险浓度，保证了设备及操作人员的安全。
（2）本发明可通过中央控制计算机进行远程控制，也可通过触摸屏进行现场控制，操作简单。
（3）本发明还具有较高的可扩展性，可按照用户需求添加相应的控制、调节、报警等功能。
附图说明
附图1是本发明的结构示意图；
图中： 1-电磁流量计、2-电流变送器、3-电压变送器、4-液位计（液位变送器）、5-压力变送器、6-温度变送器、7-气体检测仪、8-PLC控制系统、9-触摸屏、10-中央控制计算机。
具体实施方式：
下面结合附图及具体实施例将对本发明作进一步说明：
如图1所示的一种电催化污水处理工艺安全控制系统，包括现场检测单元、PLC控制系统、触摸屏及中央控制计算机。所述现场检测单元包括：电磁流量计1、电流变送器2、电压变送器3、液位计（液位变送器）4、压力变送器5、温度变送器6、气体检测仪7。所述现场检测单元将测量数据上传至PLC控制系统，经过PLC内部程序运算，输出相应的控制信号；所述PLC控制系统通过现场总线与中央控制计算机及触摸屏相连，实现工艺过程的实时监视及参数调整。
在电催化污水处理工艺运行过程中，所述PLC控制系统控制现场检测单元中的各个在线监测仪对污水处理过程中的流量、液位、压力、温度、气体浓度、电流、电压等数据进行在线监测，并接收所述各个在线监测仪反馈的测量信号得到现场数据，PLC控制系统根据接收到的现场数据进行运算，产生用于进行各参数调整的控制指令，发出控制及报警信号，控制电催化工艺过程的安全运行。
实施例1：
安全控制过程中选用的仪表如下：
1、压力变送器：北京格乐普压力变送器GLP2000P53-G-3-A-3-A-d-C，量程0-0.4MPa，过程接口：M20*1.5，输出信号4-20 mA，防爆等级EXDIIBT4，防护等级IP 65。
2、温度变送器：北京格乐普一体化温度变送器RWB-P-E-3-2-3000-D-1-M，量程0-100℃，输出信号4-20 mA，过程接口M27*2，防爆等级EXDIIBT4，防护等级IP 65。
3、液位计：承德市中威电子有限公司的CPPT12-2AFDO21FdC1静压投入式液位变送器，测量范围0~3 m，输出信号4-20 mA，防爆等级EXDIIBT4，防护等级IP 65。
4、气体检测仪：英思科传感仪器（上海）有限公司的固定式可燃气体检测仪GTD-3000EX，测量范围：0-100%VOL，输出信号4-20 mA，防爆等级EXDIICT6，防护等级IP 65；固定式有毒气体检测仪GTD-3000TX，测量范围：0-10ppm，输出信号4-20 mA，防爆等级EXDIICT6，防护等级IP 65。
实施例2：
安全控制过程中选用的仪表如下：
1、压力变送器：安金大数字压力变送器YCD-02C（II）量程90-110kPa，过程接口：M20*1.5，输出信号4-20mA，防爆等级EXDIIBT4，防护等级IP65。
2、温度开关：安金大数字温度开关JDSW-P-I-B-3m-1-A，量程0-100℃，输出信号4-20mA，过程接口M27*2，防爆等级EXDIIBT4，防护等级IP65。
3、液位计：江苏三丰仪表静压投入式液位变送器，测量范围0~3m，输出信号4-20mA，防爆等级EXDIIBT4，防护等级IP65。
4、气体检测仪：深圳市安帕尔科技有限公司的带显示固定式氢气检测仪AP-G-H2-2，测量范围：0-100%VOL，输出信号4-20 mA，防爆等级EXDIICT6，防护等级IP 65；带显示固定式氯气检测仪AP-G-CL2-2，，测量范围：0-20ppm，输出信号4-20 mA，防爆等级EXDIIC T6，防护等级IP 65。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制， 其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种电催化污水处理工艺安全控制系统，其特征在于：包括现场检测单元、PLC控制系统、触摸屏及中央控制计算机。
2.权利要求1所述的现场检测单元，其特征在于包含1电磁流量计、2电流变送器、3电压变送器、4液位计（液位变送器）、5压力变送器、6温度变送器、7气体检测仪。
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