CN112960867A - 一种一体化污水处理动态调控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一体化污水处理动态调控系统，包括一体化污水处理设备、进口采样模块、出口采样模块、水质分析仪、工业控制计算机PLC控制器和数据监控平台；进口采样模块设置于一体化污水处理设备的进水口，用于采集进水水样至水质分析仪；出口采样模块设置于一体化污水处理设备的出水口，用于采集出水水样至水质分析仪；工业控制计算机用于协调控制各系统部件按照设定流程进行逻辑工作。本发明由于有进水污染指标和出水污染指标的输出，一体化污水处理设备可以根据进水出水的污水浓度，动态调节污水处理过程中的各个工艺参数，如沉淀时间、加药数量、爆气时间、菌类反应时间等各工艺参数，实现一体化污水设备真正自动化运行和自动化管理。

Description

一种一体化污水处理动态调控系统

技术领域

本发明涉及环境在线监测技术领域，具体涉及一种一体化污水处理动态调控系统。

背景技术

现有的一体化污水处理设备采用一套水质分析仪仪器，只能对进水口或者出水口的一个采样口进行污染物指标检测，不能同时对进出水口进行检测。如需要同时检测，则需要多增加一套水质分析仪仪器，这样即增加了设备的制造成本和运营成本，同时也增加了一体化污水处理设备的整体体积和建设复杂度，对于一体化污水设备的建设要求更高。一体化污水处理设备的应用方向是针对于农村污水处理进行设计的，需要一体化污水处理设备具有体积小、成本低、占地面积小和安装建设灵活等特点。为了减少一体化污水处理设备的制造和运行成本，采用一套水质分析仪仪器进行污染指标的检测，那就只能对一体化污水处理设备进口或者出口进行检测，无法对一体化污水处理设备的进口污染指标浓度、出口污染指标浓度、一体化污染物处理效率等多种相关指标和情况进行测量和控制计算，无法通过水质分析仪仪器对一体化污水处理设备处理过程进行动态调控。

发明内容

有鉴于此，为了解决现有技术中的一体化污水处理设备无法同时获得进口污染指标浓度、出口污染指标浓度和一体化污染物处理效率，无法通过水质分析仪仪器对一体化污水处理设备处理过程进行动态调控等问题，本发明提出一种一体化污水处理动态调控系统。

本发明通过以下技术手段解决上述问题：

一种一体化污水处理动态调控系统，包括：

一体化污水处理设备，用于对工业废水、生活污水和城市污水进行处理；

进口采样模块，设置于一体化污水处理设备的进水口，用于采集进水水样至水质分析仪；

出口采样模块，设置于一体化污水处理设备的出水口，用于采集出水水样至水质分析仪；

水质分析仪，用于收集进水水样和出水水样，通过单色光源发射一定波长平行光，垂直通过比色测定池，测量比色测定池内物质的吸光度，从而可通过标定产生的标准曲线计算出比色内物质相对应的浓度，得到进水浓度数据和出水浓度数据，并将进水浓度数据和出水浓度数据上传至工业控制计算机；

工业控制计算机，用于发出控制指令和分析处理数据，协调控制各系统部件按照设定流程进行逻辑工作，通过PLC控制器控制进口采样模块和出口采样模块按照设定的时间，分时段供测试水样给水质分析仪；根据进水浓度数据和出水浓度数据计算污水处理率，并根据进水浓度数据、出水浓度数据和污水处理率动态调节污水处理过程中的各个工艺参数，包括沉淀时间、加药数量、爆气时间、菌类反应时间的各工艺参数；

PLC控制器，用于根据工业控制计算机的控制指令启动进口采样模块和出口采样模块；

数据监控平台，用于接收工业控制计算机上传的进水浓度数据、出水浓度数据和污水处理率，供相关人员查看及监控。

进一步地，所述水质分析仪包括：

量程切换模块，用于根据进出水样的不同浓度，通过工业控制计算机的协调自动切换量程，测量出水口数据时采用低量程，测量进水口数据时采用高量程，始终保证分析仪测量结果准确可靠；

质控核查模块，用于采用仪器对已知浓度的标准样品进行自动测量，如若测量值误差超出范围，启动分析仪进行自动标定，自动标定的作用为消除仪器长时间运行造成的仪器系统误差；当仪器自动标定完成后，再进行标准样品测量，测量结果合格后，仪器转入正常工作任务；通过工业控制计算机设置质控核查时间，在空闲时间内，可控制分析仪进行核查，通过核查结果，判断分析仪是否测量准确，如果不准确，可控制分析仪自动校准；

分析测量模块，用于收集进水水样和出水水样，通过单色光源发射一定波长平行光，垂直通过比色测定池，测量比色测定池内物质的吸光度，从而可通过标定产生的标准曲线计算出比色内物质相对应的浓度，得到进水浓度数据和出水浓度数据；

数据发送模块，用于将进水浓度数据和出水浓度数据上传至工业控制计算机。

进一步地，所述工业控制计算机包括：

数据接收模块，用于接收水质分析仪测量的进水浓度数据和出水浓度数据；

数据存储模块，用于负责测量数据和各设置参数的存储；

中央控制模块，用于发出控制指令和分析处理数据，协调控制各系统部件按照设定流程进行逻辑工作；

数据显示模块，用于显示测量数据和各设置的参数；

数据通讯模块，用于将进水浓度数据、出水浓度数据和污水处理率上传至数据监控平台，供相关人员查看及监控。

进一步地，所述中央控制模块包括：

分析仪控制单元，用于协调水质分析仪根据进出水样的不同浓度自动切换量程；设置水质分析仪质控核查时间，在空闲时间内，控制分析仪进行核查，通过核查结果，判断分析仪是否测量准确，如果不准确，控制分析仪自动校准；

污水处理设备控制单元，用于根据进水浓度数据和出水浓度数据，计算污水处理率，并根据进水浓度数据、出水浓度数据和污水处理率动态调节污水处理过程中的各个工艺参数，包括沉淀时间、加药数量、爆气时间、菌类反应时间的各工艺参数；

采样控制单元，用于通过PLC控制器控制进口采样模块和出口采样模块按照设定的的时间，分时段供测试水样给水质分析仪。

进一步地，所述水质分析仪包括COD水质分析仪、氨氮水质分析仪和总磷水质分析仪。

进一步地，所述PLC控制器还用于根据工业控制计算机的控制指令在进口采样模块采集进水水样之前对进口采样模块进行润洗。

进一步地，所述PLC控制器还用于根据工业控制计算机的控制指令在出口采样模块采集出水水样之前对出口采样模块进行润洗。

进一步地，所述分析仪控制单元还用于在水质分析仪收集进水水样和出水水样之前，控制水质分析仪反吹采样管路，从而润洗采样管路。

与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：

1、本发明可以分析进水口数据，也可以分析出水口数据。

2、通过新增一套独立的抽水水泵和独立的取水阀切换，确保进水数据和出水数据互相间没有干扰。

3、水质分析仪增加量程切换功能，在测量出水口时采用低量程，测量进水口数据时采用高量程，始终保证分析仪测量结果准确可靠。

4、水质分析仪增加质控核查功能，通过工控机设置质控核查时间，在空闲时间内，可以控制分析仪进行核查，通过核查结果，判断分析仪是否测量准确，如果不准确，可以控制分析仪自动校准。

5、由于有进水污染指标和出水污染指标的输出，一体化污水处理设备可以根据进水出水的污水浓度，动态调节污水处理过程中的各个工艺参数，如沉淀时间、加药数量、爆气时间、菌类反应时间等各工艺参数，可以动态自动调整，满足一体化污水处理设备运行成本合理、最大化运行等情况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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是本发明一体化污水处理动态调控系统的拓扑图；

图2是本发明一体化污水处理动态调控系统的原理框图；

图3是本发明一体化污水处理动态调控系统的系统控制流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。需要指出的是，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做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。

如图1-3所示，本发明提供一种一体化污水处理动态调控系统，包括一体化污水处理设备、进口采样模块、出口采样模块、水质分析仪、工业控制计算机PLC控制器和数据监控平台；

所述一体化污水处理设备用于对工业废水、生活污水和城市污水进行处理；

所述进口采样模块设置于一体化污水处理设备的进水口，用于采集进水水样至水质分析仪；

所述出口采样模块设置于一体化污水处理设备的出水口，用于采集出水水样至水质分析仪；

所述水质分析仪用于收集进水水样和出水水样，通过单色光源发射一定波长平行光，垂直通过比色测定池，测量比色测定池内物质的吸光度，从而可通过标定产生的标准曲线计算出比色内物质相对应的浓度，得到进水浓度数据和出水浓度数据，并将进水浓度数据和出水浓度数据上传至工业控制计算机；

所述工业控制计算机用于发出控制指令和分析处理数据，协调控制各系统部件按照设定流程进行逻辑工作，通过PLC控制器控制进口采样模块和出口采样模块按照设定的时间，分时段供测试水样给水质分析仪；根据进水浓度数据和出水浓度数据计算污水处理率，并根据进水浓度数据、出水浓度数据和污水处理率动态调节污水处理过程中的各个工艺参数，包括沉淀时间、加药数量、爆气时间、菌类反应时间的各工艺参数；

所述PLC控制器用于根据工业控制计算机的控制指令启动进口采样模块和出口采样模块；

所述数据监控平台用于接收工业控制计算机上传的进水浓度数据、出水浓度数据和污水处理率，供相关人员查看及监控。

本发明由工业控制计算机(工控机)和PLC控制器组成系统的控制部分，水质分析仪通过外接通信串口与工控机连接，一体化污水处理设备的进水口和出水口各有一套取样泵设备，通过相应的PLC执行部分与工控机相连。

采样：进出口水样各自通过独立的抽水水泵进行切换，确保进水水样和出水水样互相间没有干扰。

本发明通过控制部分(工控机+PLC)，对进出口采样泵协调启动，向同一套水质分析仪分时段供被测水样，同时通过水质分析仪外接控制口协调仪器按照进出水污染指标的浓度不同选择不同的仪器量程进行测试。测量的数据结果通过控制部分分别进行存储和展示，并将进水口和出水口数据通过网关传输到数据监控平台。同时控制部分可以向一体化污水处理设备的工艺控制系统传输进出口污染指标浓度等指标，工艺控制系统可根据进出口浓度对工艺过程的工艺动作进行动态调节，以达到一体化污水处理设备的最佳运行方式。

具体地，所述水质分析仪包括量程切换模块、质控核查模块、分析测量模块和数据发送模块。

量程切换模块：分析仪具有量程可切换功能，仪器的测量采用比尔朗伯定律(y＝ka+b)进行数据测量，但是由于测量水样的浓度范围过大，由于受比尔朗伯定律的要求，仪器测量的吸光度不能超过一个线性范围，所以需要通过不同的稀释倍数进行高低浓度的测量，这样就造成了高低浓度的测量中使用的稀释倍数不一致，从而诞生了量程概念，不同的量程对应不同的稀释倍数。这样从而造成低浓度使用低量程测量，高浓度使用高量程测量。

量程切换模块可根据进出水样的不同浓度，通过工控机的协调自动切换。即测量出水口数据时采用低量程，测量进水口数据时采用高量程，始终保证分析仪测量结果准确可靠。

质控核查模块：仪器在长时间运行中会造成仪器的测量误差变大，造成仪器检测指标的误差偏低，从而造成测量数据失真。质控核查模块的作用就是采用仪器对已知浓度的标准样品(一般选用量程50％浓度)进行自动测量，如若测量值误差超出范围(±10％)，质控核查模块启动水质分析仪进行自动标定，自动标定的作用为消除仪器长时间运行造成的仪器系统误差。当仪器自动标定完成后，再进行标准样品进行测量，测量结果合格后，仪器转入正常工作任务。通过工控机设置质控核查时间，在空闲时间内，可以控制分析仪进行核查，通过核查结果，判断分析仪是否测量准确，如果不准确，可以控制分析仪自动校准。

分析测量模块：主要是收集进水水样和出水水样，通过单色光源发射一定波长平行光，垂直通过比色测定池(比色池内为均匀非散射的吸光物质)，测量比色测定池内物质的吸光度，从而可以通过标定产生的标准曲线计算出比色内物质相对应的浓度，得到进水浓度数据和出水浓度数据。

数据发送模块：将进水浓度数据和出水浓度数据上传至工业控制计算机。

本实施例中，所述水质分析仪包括COD水质分析仪、氨氮水质分析仪和总磷水质分析仪。

具体地，所述工业控制计算机包括数据接收模块、数据存储模块、中央控制模块、数据显示模块和数据通讯模块；

所述数据接收模块用于接收水质分析仪测量的进水浓度数据和出水浓度数据；

所述数据存储模块用于负责测量数据和各设置参数的存储；

所述中央控制模块用于发出控制指令和分析处理数据，协调控制各系统部件按照设定流程进行逻辑工作；

所述数据显示模块用于显示测量数据和各设置的参数；

所述数据通讯模块用于将进水浓度数据、出水浓度数据和污水处理率上传至数据监控平台，供相关人员查看及监控。

具体地，所述中央控制模块包括分析仪控制单元、污水处理设备控制单元和采样控制单元；

所述分析仪控制单元用于协调水质分析仪根据进出水样的不同浓度自动切换量程；设置水质分析仪质控核查时间，在空闲时间内，控制分析仪进行核查，通过核查结果，判断分析仪是否测量准确，如果不准确，控制分析仪自动校准；

所述污水处理设备控制单元用于根据进水浓度数据和出水浓度数据，计算污水处理率，并根据进水浓度数据、出水浓度数据和污水处理率动态调节污水处理过程中的各个工艺参数，包括沉淀时间、加药数量、爆气时间、菌类反应时间的各工艺参数；

所述采样控制单元用于通过PLC控制器控制进口采样模块和出口采样模块按照设定的的时间，分时段供测试水样给水质分析仪。

本实施例中，所述PLC控制器还用于根据工业控制计算机的控制指令在进口采样模块采集进水水样之前对进口采样模块进行润洗。

所述PLC控制器还用于根据工业控制计算机的控制指令在出口采样模块采集出水水样之前对出口采样模块进行润洗。

所述分析仪控制单元还用于在水质分析仪收集进水水样和出水水样之前，控制水质分析仪反吹采样管路，从而润洗采样管路。

本发明实现一套水质分析仪对进出口水样都可测量，由于有了进出口污染指标浓度，可以进行一体化污水处理设备的污染治理率进行核算，也可以通过进出口污染浓度的综合计算和应用对一体化污水处理设施的各个参数进行动态调节，实现一体化污水设备真正自动化运行和自动化管理。

本发明具有以下功能：

1、本发明可以分析进水口数据，也可以分析出水口数据。

2、通过新增一套独立的抽水水泵和独立的取水阀切换，确保进水数据和出水数据互相间没有干扰。

3、水质分析仪增加量程切换功能，在测量出水口时采用低量程，测量进水口数据时采用高量程，始终保证分析仪测量结果准确可靠。

4、水质分析仪增加质控核查功能，通过工控机设置质控核查时间，在空闲时间内，可以控制分析仪进行核查，通过核查结果，判断分析仪是否测量准确，如果不准确，可以控制分析仪自动校准。

5、由于有进水污染指标和出水污染指标的输出，一体化污水处理设备可以根据进水出水的污水浓度，动态调节污水处理过程中的各个工艺参数，如沉淀时间、加药数量、爆气时间、菌类反应时间等各工艺参数，可以动态自动调整，满足一体化污水处理设备运行成本合理、最大化运行等情况。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种一体化污水处理动态调控系统，其特征在于，包括：

一体化污水处理设备，用于对工业废水、生活污水和城市污水进行处理；

进口采样模块，设置于一体化污水处理设备的进水口，用于采集进水水样至水质分析仪；

出口采样模块，设置于一体化污水处理设备的出水口，用于采集出水水样至水质分析仪；

水质分析仪，用于收集进水水样和出水水样，通过单色光源发射一定波长平行光，垂直通过比色测定池，测量比色测定池内物质的吸光度，从而可通过标定产生的标准曲线计算出比色内物质相对应的浓度，得到进水浓度数据和出水浓度数据，并将进水浓度数据和出水浓度数据上传至工业控制计算机；

工业控制计算机，用于发出控制指令和分析处理数据，协调控制各系统部件按照设定流程进行逻辑工作，通过PLC控制器控制进口采样模块和出口采样模块按照设定的时间，分时段供测试水样给水质分析仪；根据进水浓度数据和出水浓度数据计算污水处理率，并根据进水浓度数据、出水浓度数据和污水处理率动态调节污水处理过程中的各个工艺参数，包括沉淀时间、加药数量、爆气时间、菌类反应时间的各工艺参数；

PLC控制器，用于根据工业控制计算机的控制指令启动进口采样模块和出口采样模块；

数据监控平台，用于接收工业控制计算机上传的进水浓度数据、出水浓度数据和污水处理率，供相关人员查看及监控。

2.根据权利要求1所述的一体化污水处理动态调控系统，其特征在于，所述水质分析仪包括：

量程切换模块，用于根据进出水样的不同浓度，通过工业控制计算机的协调自动切换量程，测量出水口数据时采用低量程，测量进水口数据时采用高量程，始终保证分析仪测量结果准确可靠；

质控核查模块，用于采用仪器对已知浓度的标准样品进行自动测量，如若测量值误差超出范围，启动分析仪进行自动标定，自动标定的作用为消除仪器长时间运行造成的仪器系统误差；当仪器自动标定完成后，再进行标准样品测量，测量结果合格后，仪器转入正常工作任务；通过工业控制计算机设置质控核查时间，在空闲时间内，可控制分析仪进行核查，通过核查结果，判断分析仪是否测量准确，如果不准确，可控制分析仪自动校准；

分析测量模块，用于收集进水水样和出水水样，通过单色光源发射一定波长平行光，垂直通过比色测定池，测量比色测定池内物质的吸光度，从而可通过标定产生的标准曲线计算出比色内物质相对应的浓度，得到进水浓度数据和出水浓度数据；

数据发送模块，用于将进水浓度数据和出水浓度数据上传至工业控制计算机。

3.根据权利要求1所述的一体化污水处理动态调控系统，其特征在于，所述工业控制计算机包括：

数据接收模块，用于接收水质分析仪测量的进水浓度数据和出水浓度数据；

数据存储模块，用于负责测量数据和各设置参数的存储；

中央控制模块，用于发出控制指令和分析处理数据，协调控制各系统部件按照设定流程进行逻辑工作；

数据显示模块，用于显示测量数据和各设置的参数；

数据通讯模块，用于将进水浓度数据、出水浓度数据和污水处理率上传至数据监控平台，供相关人员查看及监控。

4.根据权利要求3所述的一体化污水处理动态调控系统，其特征在于，所述中央控制模块包括：

分析仪控制单元，用于协调水质分析仪根据进出水样的不同浓度自动切换量程；设置水质分析仪质控核查时间，在空闲时间内，控制分析仪进行核查，通过核查结果，判断分析仪是否测量准确，如果不准确，控制分析仪自动校准；

污水处理设备控制单元，用于根据进水浓度数据和出水浓度数据，计算污水处理率，并根据进水浓度数据、出水浓度数据和污水处理率动态调节污水处理过程中的各个工艺参数，包括沉淀时间、加药数量、爆气时间、菌类反应时间的各工艺参数；

采样控制单元，用于通过PLC控制器控制进口采样模块和出口采样模块按照设定的的时间，分时段供测试水样给水质分析仪。

5.根据权利要求1所述的一体化污水处理动态调控系统，其特征在于，所述水质分析仪包括COD水质分析仪、氨氮水质分析仪和总磷水质分析仪。

6.根据权利要求1所述的一体化污水处理动态调控系统，其特征在于，所述PLC控制器还用于根据工业控制计算机的控制指令在进口采样模块采集进水水样之前对进口采样模块进行润洗。

7.根据权利要求1所述的一体化污水处理动态调控系统，其特征在于，所述PLC控制器还用于根据工业控制计算机的控制指令在出口采样模块采集出水水样之前对出口采样模块进行润洗。

8.根据权利要求4所述的一体化污水处理动态调控系统，其特征在于，所述分析仪控制单元还用于在水质分析仪收集进水水样和出水水样之前，控制水质分析仪反吹采样管路，从而润洗采样管路。

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