CN108947113A - 一种污水处理设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种污水处理设备，所述污水处理设备包括依次连通的预处理池、混液池、动态膜池和沉淀池，所述沉淀池包括第一污水出口和第二污水出口，所述第一污水出口通过第一调节阀与生物处理池连通，所述第二污水出口通过第二调节阀与下水管道连通，所述生物处理池的出口通过第三调节阀与所述下水管道连通。本发明独创性的设计了用于投放添加剂的投掷机器人，以及用于准确评估水的pH值以及浊度值的数据处理算法，以及对各个开关以及调节阀的控制算法。自动化程度高，能够实现全自动处理；鲁棒性强，能够屏蔽各种可能导致评估误差的因素，从而使得对于污水PH值和浊度值的评估结果足够准确，因此，控制精度高。

Description

一种污水处理设备
技术领域
本发明涉及环保装备领域，尤其涉及一种污水处理设备。
背景技术
污水处理(sewage treatment,wastewater treatment)：为使污水达到排入某一水体或再次使用的水质要求对其进行净化的过程。污水处理被广泛应用于建筑、农业、交通、能源、石化等多个领域。不同领域的污水处理方法不同，物理法、生化法的具体使用方式也差别较大。
在对污水进行处理的过程中，生物膜法在近几年异军突起，但是生物膜法也存在一定的问题，比如生物膜的生成难以控制，生物膜的性能不够稳定，因此，基于生物膜进行污水处理难以实现自动化，也难以达到较好的处理效果。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种污水处理设备。
本发明是以如下技术方案实现的：
一种污水处理设备，所述污水处理设备包括依次连通的预处理池、混液池、动态膜池和沉淀池，所述沉淀池包括第一污水出口和第二污水出口，所述第一污水出口通过第一调节阀与生物处理池连通，所述第二污水出口通过第二调节阀与下水管道连通，所述生物处理池的出口通过第三调节阀与所述下水管道连通。
进一步地，所述混液池附近设置有添加剂投掷机器人，所述添加剂投掷机器人用于向混液池投放动态膜生成剂，所述沉淀池附近设置有取样机器人，其中取样机器人为六轴串联机器人。
进一步地，所述添加剂投掷机器人和所述取样机器人均受控于总控制器，所述总控制还用于控制第一调节阀、第二调节阀和第三调节阀的开闭；所述取样机器人用于采集沉淀池水样并检测经过动态膜池之后的污水是否达到排放标准，若否，则总控制器开启第一调节阀，若是，则总控制器开启第二调节阀。
进一步地，所述投掷机器人包括基座、动平台、机械抓手，其中基座通过三条支链与动平台连接，三条支链中第一支链为双平行四边形结构，其中上平行四边形结构的第一连杆通过第一转动副与基座相连，第一连杆的另一端通过第二转动副与第三连杆的一端相连，第三连杆的另一端通过第四转动副与第二连杆的一端相连，第二连杆的另一端通过第三转动副与基座相连；
下平行四边形结构的第四连杆的一端通过第六转动副与第五连杆的一端相连，第五连杆的另一端通过第七转动副与动平台相连，第四连杆的另一端通过第八转动副与第六连杆的一端相连，第六连杆的另一端通过第九转动副与动平台相连，其中上平行四边形结构的第三连杆中部与下平行四边形结构的第四连杆中部通过第五转动副进行连接；
第二支链通过第七连杆的一端通过第十转动副与基座相连，第七连杆的另一端通过第一移动副与第八连杆的一端相连，第八连杆的另一端通过第十一转动副与动平台相连；
第三支链通过第九连杆的一端通过第十二转动副与基座相连，第九连杆的另一端通过第二移动副与第十连杆的一端相连，第十连杆的另一端通过第十三转动副与动平台相连。
进一步地，所述机械抓手设置在动平台上，所述机械抓手为钳式抓手。
进一步地，所述机械抓手每次抓取固定数量的添加剂，并将其投入混液池；所述添加剂投掷机器人所投掷的动态膜生成剂可以为混凝土粉末、人工树脂等具备凝絮功能的易于生成动态膜的材料。
本发明的有益效果是：
本发明公开了一种用于进行污水处理的环保设备，其包括多个水处理池，并独创性的设计了用于投放添加剂的投掷机器人，以及用于准确评估水的pH值以及浊度值的数据处理算法，以及对各个开关以及调节阀的控制算法。通过上述独创性设计使得本申请中的环保设备具备下述优势：自动化程度高，能够实现全自动处理；鲁棒性强，能够屏蔽各种可能导致评估误差的因素，从而使得对于污水PH值和浊度值的评估结果足够准确，因此，控制精度高。
附图说明
图1是本实施例提供的一种污水处理设备示意图；
图2是本实施例提供的投掷机器人示意图；
图3是本实施例提供的浊度值的数据处理方法流程图；
图4是本实施例提供的PH值的数据处理方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明作进一步地详细描述。下述实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用的设备、原料、试剂等，如无特殊说明，均为可从常规商业途径购买得到的设备、原料、试剂。
本发明实施例提供一种污水处理设备，如图1所示，所述污水处理设备包括依次连通的预处理池101、混液池102、动态膜池103和沉淀池104，所述沉淀池104包括第一污水出口和第二污水出口，所述第一污水出口通过第一调节阀与生物处理池105连通，所述第二污水出口通过第二调节阀与下水管道106连通，所述生物处理池105的出口通过第三调节阀与所述下水管道106连通。
所述混液池102附近设置有添加剂投掷机器人，所述添加剂投掷机器人用于向混液池投放动态膜生成剂，所述沉淀池104附近设置有取样机器人，其中取样机器人为本领域常用的六轴串联机器人。所述添加剂投掷机器人和所述取样机器人均受控于总控制器，所述总控制还用于控制第一调节阀、第二调节阀和第三调节阀的开闭。所述取样机器人用于采集沉淀池水样并检测经过动态膜池之后的污水是否达到排放标准，若否，则总控制器开启第一调节阀，若是，则总控制器开启第二调节阀。
如图2所示，所述投掷机器人包括基座100、动平台200、机械抓手300，其中基座100通过三条支链与动平台200连接，三条支链中第一支链为双平行四边形结构，其中上平行四边形结构的第一连杆L1通过第一转动副1与基座100相连，第一连杆L1的另一端通过第二转动副2与第三连杆L3的一端相连，第三连杆L3的另一端通过第四转动副4与第二连杆L2的一端相连，第二连杆L2的另一端通过第三转动副3与基座100相连；
下平行四边形结构的第四连杆L4的一端通过第六转动副6与第五连杆L5的一端相连，第五连杆L5的另一端通过第七转动副7与动平台200相连，第四连杆L4的另一端通过第八转动副8与第六连杆6的一端相连，第六连杆6的另一端通过第九转动副9与动平台相连，其中上平行四边形结构的第三连杆L3中部与下平行四边形结构的第四连杆L4中部通过第五转动副5进行连接；
第二支链通过第七连杆L7的一端通过第十转动副10与基座100相连，第七连杆L7的另一端通过第一移动副14与第八连杆L8的一端相连，第八连杆L8的另一端通过第十一转动副11与动平台200相连；
第三支链通过第九连杆L9的一端通过第十二转动副12与基座100相连，第九连杆L9的另一端通过第二移动副15与第十连杆L10的一端相连，第十连杆L10的另一端通过第十三转动副13与动平台200相连；
所述机械抓手300设置在动平台200上，优选的是，所述机械抓手300为钳式抓手。
所述机械抓手300每次抓取固定数量的添加剂，并将其投入混液池102。所述添加剂投掷机器人所投掷的动态膜生成剂可以为混凝土粉末、人工树脂等具备凝絮功能的易于生成动态膜的材料。
本发明实施例中的投掷机器人为本发明实施例中的独创性设计，其设计以小工作控件、灵活动态响应以为设计重心，并且这种设计能够使得投掷机器人的刚度高并且承载能力大。
所述预处理池101被多个过滤板分割为多个腔室，每个过滤板上均设置有多个连通孔，所述连通孔用于改变水流速度或者改变水流速度以及方向，沿污水流动方向过滤板的过滤孔径依次降低，靠近所述预处理池出口处的过滤板中过滤孔的直径小于0.2cm，所述预处理池出口设置有污水流通开关，所述污水流通开关受控于所述总控制器。
所述混液池104通过第四控制阀与储酸器107连通，通过第五控制阀与储碱器108连通，所述第四控制阀和第五控制阀均受控于所述总控制器。所述储酸器中的酸和储碱器中的碱均用于调节PH值，本领域技术人员可以根据实际需要自行选用。
由于污水的浊度以及污水的PH值对于动态膜池中的动态膜的性状和生成速度存在较大影响，为实现全自动的污水控制处理，本发明实施例中在动态膜池前设置混液池，实现对于污水中浊度和PH值的全自动调节。所述混液池内随机位置设置有多个传感器组，每个传感器组均包括PH检测器和浊度检测器，所述混液池的中心设置有液位传感器，传感器组以及所述液位传感器均受控于所述总控制器。本发明实施例中对于各个传感器组中使用的具体传感器以及各个传感器是否相同型号不做限制。不做限制的原因在于本发明实施例使用的算法可以较大程度的减少由于传感器型号不同，分布位置不均等引入的误差对于控制结果的影响，即本发明实施例独创性使用的控制算法具备较好的鲁棒性和自适应性。
所述液位传感器用于测量所述混液池中的液位，当液位到达预设值但是并未到达封顶值时，向总控制器发布数据采集指令，当液位到达封顶值时，向总控制器发布警报指令，当液位到达封底值时，向总控制器发布警报解除指令。所述总控制器响应于所述数据采集指令，驱动传感器组进行数据采集，响应于所述警报指令，所述总控制器控制所述污水流通开关关闭，响应于所述警报解除指令，所述总控制器控制所述污水流通开关开启。本发明实施例中使用了液位作为传感器组数据采集的驱动部件，从而使得整个数据采集、数据处理以及相应控制的进程与混液池中的实际水位相关，从而提升控制的精准度。对于采集以及处理的过程详细的控制，也可以提升整个系统的可控性。
具体地，所述预设值可以根据实际需要按照等分原则设置，比如，若封顶液位100cm，封底液位10cm，则预设值对应的液位值可以为20cm，30cm，40cm，50cm，60cm，70cm，80。
响应于所述数据采集指令，各组浊度检测器采集p组数据，各组PH检测机采集一次数据并汇总到总控制器，由所述总控制器进行数据处理后，依据数据处理结果控制污水流通开关的开闭。即污水流通开关的开闭不仅与实际水位相关也与混液池中水的状态相关，即根据水位、PH、浊度三个变量综合控制污水流通开关的开闭。
所述数据处理包括PH值处理和浊度值处理两部分内容。所述PH值处理和浊度值处理存在下述作用：获得的数据处理结果可以较大限度地避免数据采集设备本身以及安装位置对于数据采集的影响，屏蔽误差带来的影响，从而使得数据处理结果更加接近实际情况，即提升控制的精准度。
对于浊度值的数据处理方法如图3所示，包括：
S101.获取浊度值数据集(x1,x2,……,xn)，所述浊度值数据集中n为浊度检测器的数量，xi是p组数据构成的p维向量。
S103.设定浊度估计目标，以浊度值数据集为输入，以迭代方式最小化所述浊度估计目标以得到浊度估计矩阵V(c,p)，其中，所述c为正整数，其可以根据混液池形状进行设定。
在一个可行的实施例中，若混液池的形状为四边形，则c可以取值为4。若混液池的形状为六边形，则c可以取值为6。
具体地，所述浊度估计目标为其中，dij指的是浊度估计矩阵中浊度估计值与浊度值数据集中的采集的浊度值之间的欧氏距离。
S105.取所述浊度估计矩阵V(c,p)中的最后一列数据，取其均值得到浊度估计值并以所述浊度估计值作为浊度值处理结果。
对于PH值的数据处理方法如图4所示，包括：
S102.获取PH值数据集(y1,y2,……,yn)，所述PH值数据集中n为PH检测器的数量，yi是PH检测器采集的PH检测值。
S104.获取影响矩阵，所述影响矩阵表示了n个PH检测器之间检测结果的相互影响关系。
所述影响矩阵可以根据先验知识获得，并在实际使用中，根据采集的PH值不断的优化。所述影响矩阵与PH传感器的位置的有关。
所述影响矩阵为一个n*n矩阵，可以表示为Y＝[inij」
S106.根据所述影响矩阵获取权重估值向量(ω1,ω2……ωn)。
具体地，根据计算其模最大的特征值λmax及其特征向量(π1,π2……πn)；并以(π1/λmax,π2/λmax……πn/λmax)作为(ω1,ω2……ωn)。
S108.以权重估值向量(ω1,ω2……ωn)作为加权平均算法的权值，计算PH值数据集(y1,y2,……,yn)的加权平均值，并以所述加权平均值作为PH值的数据处理结果。
所述控制器基于浊度值处理结果和PH值的数据处理结果进行控制的方法包括：
P1.所述浊度值处理结果不小于预设浊度值低限并且PH值的数据处理结果在预设PH阈值区间，则污水流通开关呈开启状态，并且第四控制阀和第五控制阀呈关闭状态；否则，关闭污水流通开关。
P2.若所述浊度值处理结果小于预设浊度低值，控制所述添加剂投掷机器人向所述混液池投掷一次预设剂量的动态膜生成剂。
P3.若所述PH值的数据处理结果小于所述PH阈值区间的低值，开启第五控制阀，若所述PH值的数据处理结果高于所述PH阈值区间的高值，则开启第四控制阀。
具体地，所述生物处理池和动态膜池的具体结构可以参考现有技术，本发明实施例并不对其作出特殊限定。当然在动态膜池环节，需要对已经生成并且失效的生物膜进行清除，这部分内容也可以参考现有技术，本发明实施例并不对其作出特殊限定。
本发明实施例着重公开一种能够实现自动混液的污水处理设备，通过对混液过程进行自动化控制，屏蔽传感器具体位置、型号以及其它可能的引入误差对于控制精度的影响，通过优化数据处理和控制算法保证混液池中液体满足动态膜的生成条件，从而能够基于动态膜进行污水处理。动态膜池的具体结构以及生物处理池的具体结构并不做特殊限定，使用现有技术即可实现，故本发明实施例不再赘述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种污水处理设备，其特征在于，所述污水处理设备包括依次连通的预处理池、混液池、动态膜池和沉淀池，所述沉淀池包括第一污水出口和第二污水出口，所述第一污水出口通过第一调节阀与生物处理池连通，所述第二污水出口通过第二调节阀与下水管道连通，所述生物处理池的出口通过第三调节阀与所述下水管道连通。
2.根据权利要求1所述的一种污水处理设备，其特征在于，所述混液池附近设置有添加剂投掷机器人，所述添加剂投掷机器人用于向混液池投放动态膜生成剂，所述沉淀池附近设置有取样机器人，其中取样机器人为六轴串联机器人。
3.根据权利要求1所述的一种污水处理设备，其特征在于：
所述添加剂投掷机器人和所述取样机器人均受控于总控制器，所述总控制还用于控制第一调节阀、第二调节阀和第三调节阀的开闭；所述取样机器人用于采集沉淀池水样并检测经过动态膜池之后的污水是否达到排放标准，若否，则总控制器开启第一调节阀，若是，则总控制器开启第二调节阀。
4.根据权利要求3所述的一种污水处理设备，其特征在于：
所述投掷机器人包括基座、动平台、机械抓手，其中基座通过三条支链与动平台连接，三条支链中第一支链为双平行四边形结构，其中上平行四边形结构的第一连杆通过第一转动副与基座相连，第一连杆的另一端通过第二转动副与第三连杆的一端相连，第三连杆的另一端通过第四转动副与第二连杆的一端相连，第二连杆的另一端通过第三转动副与基座相连；
下平行四边形结构的第四连杆的一端通过第六转动副与第五连杆的一端相连，第五连杆的另一端通过第七转动副与动平台相连，第四连杆的另一端通过第八转动副与第六连杆的一端相连，第六连杆的另一端通过第九转动副与动平台相连，其中上平行四边形结构的第三连杆中部与下平行四边形结构的第四连杆中部通过第五转动副进行连接；
第二支链通过第七连杆的一端通过第十转动副与基座相连，第七连杆的另一端通过第一移动副与第八连杆的一端相连，第八连杆的另一端通过第十一转动副与动平台相连；
第三支链通过第九连杆的一端通过第十二转动副与基座相连，第九连杆的另一端通过第二移动副与第十连杆的一端相连，第十连杆的另一端通过第十三转动副与动平台相连。
5.根据权利要求4所述的一种污水处理设备，其特征在于：
所述机械抓手设置在动平台上，所述机械抓手为钳式抓手。
6.根据权利要求5所述的一种污水处理设备，其特征在于：
所述机械抓手每次抓取固定数量的添加剂，并将其投入混液池；所述添加剂投掷机器人所投掷的动态膜生成剂可以为混凝土粉末、人工树脂等具备凝絮功能的易于生成动态膜的材料。
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