CN114180787B - 基于北斗及电子海图的船舶生活污水处理排放控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于北斗及电子海图的船用生活污水处理排放控制系统，生活污水处理装置由调节柜、水解柜、缺氧柜、好氧柜、污泥柜、膜柜、清水柜以及膜组件组成；智能控制系统中的检测模块和执行模块连接控制模块；检测模块包括北斗位置检测模块、pH传感器、氨氮传感器、UV254传感器、pH+Do传感器、浊度传感器等；北斗位置检测模块用于采集船舶当前的位置信息，并通过电气信号接口传输给控制模块，供控制模块进行工作模式的判断；各类型传感器用于对生活污水处理装置各部件运行参数的采集，并通过电气信号接口传输给控制模块，供控制模块进行各种运行工况的执行和切换；执行模块用于生活污水处理装置各功能流程的执行。
Description
技术领域
本发明涉及一种船舶污水处理排放控制系统，特别是涉及一种基于北斗及电子海图技术的船舶生活污水处理排放控制系统及控制方法。
背景技术
船舶生活污水是一种重要的船舶污染源，国际上颁布了一系列法规用来治理船舶污染并规范污水的排放。根据最新的IMO的国际法规规定，将全球海域划分为“非限制排放区域”、“限制排放区域”和“禁止排放区域”，不同的区域对生活污水处理装置的处理及排放的要求不同，传统的生活污水处理装置只能通过船员的手动操作来进行选择，耗费大量的时间和精力；并且在船舶在航行过程中，船员无法实时准确的获取当前船舶的航行状态是否满足相关法规规定的排放条件，这给船员的操作带来了巨大的困难。因此，设计一种基于北斗及电子海图技术的船舶生活污水处理排放控制系统是十分必要的。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于北斗及电子海图的船用生活污水处理排放控制系统及其控制方法，在满足最新国际法规排放标准的前提下，实现船用生活污水处理装置各个运行工况的全自动无人值守的切换及运行，提升设备的自动化及智能化水平，解决船员操作使用的困难。
为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种基于北斗及电子海图的船用生活污水处理排放控制系统，包括生活污水处理装置、智能控制系统，所述生活污水处理装置由调节柜、水解柜、缺氧柜、好氧柜、污泥柜、膜柜、清水柜以及安装于膜柜内部的膜组件组成；所述智能控制系统由检测模块、控制模块和执行模块组成；所述检测模块和执行模块通过电气连接线连接至控制模块；所述检测模块由北斗位置检测模块、安装在调节柜内的pH传感器、第一氨氮传感器、第一UV254传感器、安装在水解柜内的第一pH+Do传感器、第一浊度传感器、安装在缺氧柜内的第二pH+Do传感器、安装在好氧柜内的第三pH+Do传感器、第二浊度传感器、第二氨氮传感器、第二UV254传感器以及设置在调节柜上的第一液位传感器、设置在膜柜上的第二液位传感器、设置在清水柜第三液位传感器、设置在膜柜的抽吸管道上的负压压力控制器组成；所述北斗位置检测模块用于采集船舶当前的位置信息，并通过电气信号接口传输给控制模块，供控制模块进行工作模式的判断；各类型传感器用于对生活污水处理装置各部件运行参数的采集，并通过电气信号接口传输给控制模块，供控制模块进行各种运行工况的执行和切换；所述执行模块由调节柜排放阀、水解柜排放阀、清水柜排放阀、污泥柜排放阀、缺氧柜供气阀、好氧柜供气阀、膜柜曝气供气阀、污泥柜供气阀、膜柜回流供气阀、好氧回流阀供气阀、污泥回流供气阀、药洗电磁阀、排放泵、提升泵、抽吸泵、风机和紫外杀菌器组成，用于生活污水处理装置各功能流程的执行。
一种基于北斗及电子海图的船用生活污水处理排放控制方法，采用基于北斗及电子海图的船用生活污水处理排放控制系统，实现6种工况的控制执行及切换，包括：培菌工况、直排工况、达标排放工况、禁止排放工况、膜清洗工况和排泥工况的控制执行及切换。
所述培菌工况：生活污水处理装置运行后，控制模块分别通过安装在调节柜上的第一UV254传感器、好氧柜上的第二UV254传感器采集进水和出水的CODcr值，当高于培菌阈值时，控制模块控制装置进入培菌工况；控制模块控制风机和安装在供气管路上的缺氧柜供气阀、好氧柜供气阀、好氧回流供气阀、污泥回流供气阀、膜柜回流供气阀的开度来调整缺氧柜和好氧柜的溶解氧和回流比等运行参数，同时，控制模块采集安装在调节柜上的pH传感器、水解柜上的第一pH+Do传感器、缺氧柜上的第二pH+Do传感器、好氧柜上的第三pH+Do传感器、调节柜上的第一UV254传感器、好氧柜上的第二UV254传感器、水解柜上的第一浊度传感器、好氧柜上的第二浊度传感器、调节柜上的第一氨氮传感器、好氧柜上的第二氨氮传感器的数据，直到控制模块检测到进出水的CODcr、浊度以及氨氮等指标满足阈值要求，认为完成培菌。
当生活污水处理装置完成培菌工况后，控制模块通过北斗位置检测模块采集的船舶位置信息，与内置的位置数据库进行比较，进行工作模块的判断，当船舶当前位置处于“非限制区域”时，控制模块切换装置进入直排工况；当船舶当前位置处于“限制区域”时，控制模块切换装置进入达标排放工况；当船舶当前位置处于“禁止区域”时，控制模块切换装置进入禁止排放工况。
所述直排工况：污水正常进入生活污水处理装置，控制模块根据采集到的调节柜上安装的第一液位传感器的数据进行液位的判断，当液位到达中位时控制模块控制调节柜排放阀和排放管路上的排放泵向舷外直排污水，直到液位降为低位时停止；控制模块控制风机降低风量间歇运行，水解柜、缺氧柜、好氧柜、污泥柜进入低负荷状态。
所述达标排放工况：污水正常进入生活污水处理装置，控制模块控制提升泵将调节柜中的污水驳入水解柜，污水经缺氧柜、好氧柜的生化分解后流入膜柜中，控制模块根据安装在膜柜上安装的第二液位传感器的数据进行液位的判断，当液位到达中位时控制抽吸泵将污水从膜组件中抽出至清水柜，直到液位降为低位时停止；同时控制模块控制紫外杀菌器对处理后的污水进行杀菌处理，最后控制模块根据采集到的清水柜上安装的第三液位传感器的数据进行液位判断，当液位达到中位时控制清水柜排放阀和排放泵开启将污水排出舷外，直到液位降到低位时停止。
所述禁止排放工况：污水正常进入生活污水处理装置，控制模块根据采集到的调节柜上安装的第一液位传感器的数据进行液位的判断，当液位到达中位时控制模块控制排放泵通过排放管路排放至黑水舱，直到液位降为低位时停止；控制模块控制风机降低风量间歇运行，水解柜、缺氧柜、好氧柜、污泥柜进入低负荷状态。
所述膜清洗工况：生活污水处理装置运行后，控制模块采集安装在膜组件抽吸管路上的负压压力控制器的数值对膜组件的失效情况进行判断。若负压压力低于设定值，膜组件进入在线化学清洗工况；控制模块控制安装在膜组件出口管路上的药洗电磁阀开启，进行膜组件在线化学清洗。同时，控制模块对膜组件在线化学清洗的次数进行计数，当膜组件进行过3次在线化学清洗后，控制模块通过人机交互界面发出膜组件需离线手动清洗的操作提醒。
所述排泥工况：生活污水处理装置运行后，控制模块通过北斗位置检测模块检测到船舶当前位置处于“非限制区域”时，控制模块控制安装在污泥柜排放管路上的污泥柜排放阀和安装在水解柜排放管路上的水解柜排放阀打开，并控制排放泵将污泥向外直接排放；同时，控制模块控制安装在风机供气管路上的污泥柜供气阀开启进行冲刷。当控制模块通过北斗位置检测模块检测到船舶当前位置处于“限制区域”或“禁止区域”时，控制模块通过人机界面会发出排泥通知。特别地，装置运行时，控制模块设定在达标排放工况下每15天自动进行一次排泥，并根据设定的时间发出排泥倒计时提醒。
本发明的有益效果是：
本发明采用北斗位置检测模块实现船舶所处位置的实时检测，并以此为依据实现船用生活污水处理装置各个运行工况的全自动无人值守的切换及运行，提升设备的自动化及智能化水平，解决船员操作使用的困难。
本发明提供的一种基于北斗及电子海图技术的船舶生活污水处理排放控制系统及控制方法，结构简单、易于安装，能够实现船用生活污水处理装置的处理及排放的自动化及智能化控制，降低了船员的劳动强度，能够在满足法律法规的前提下，有效地处理和排放生活污水。
附图说明
图1是基于北斗及电子海图的船用生活污水处理排放控制系统结构示意图；
图2是船用生活污水处理排放控制系统控制方法主流程图；
图3是培菌工况控制方法流程图；
图4是直排工况控制方法流程图；
图5是达标排放工况控制方法流程图；
图6是禁止排放工况控制方法流程图；
图7是膜清洗工况控制方法流程图；
图8是排泥工况控制方法流程图；
附图标记：1、生活污水处理装置；2、调节柜；3、水解柜；4、缺氧柜；5、好氧柜；6、污泥柜；7、膜柜；8、清水柜；9、膜组件；10、控制模块；11、北斗位置检测模块；12、pH传感器；13、第一pH+Do传感器；14、第二pH+Do传感器；15、第三pH+Do传感器；16、第一浊度传感器；17、第二浊度传感器；18、第一氨氮传感器；19、第二氨氮传感器；20、第一UV254传感器；21、第二UV254传感器；22、第一液位传感器；23、第二液位传感器；24、第三液位传感器；25、负压压力控制器；26、调节柜排放阀；27、水解柜排放阀；28、清水柜排放阀；29、污泥柜排放阀；30、缺氧柜供气阀；31、好氧柜供气阀；32、膜柜曝气供气阀；33、污泥柜供气阀；34、膜柜回流供气阀；35、好氧回流阀供气阀；36、污泥回流供气阀；37、药洗电磁阀；38、排放泵；39、提升泵；40、抽吸泵；41、风机；42、紫外杀菌器；43、智能控制系统。
具体实施方式
下面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、完整的描述，显然，所描述的实施例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所示，本发明实施例提供的基于北斗和电子海图技术的船用生活污水处理排放控制系统，包括：生活污水处理装置1、智能控制系统43。生活污水处理装置1由调节柜2、水解柜3、缺氧柜4、好氧柜5、污泥柜6、膜柜7、清水柜8以及膜组件9等组成，其中，膜组件安装于膜柜内部。
智能控制系统43由检测模块、控制模块10和执行模块组成。所述检测模块和执行模块通过电气连接线连接至控制模块检测模块由北斗位置检测模块11、pH传感器12、第一pH+Do传感器13、第二pH+Do传感器14、第三pH+Do传感器15、第一浊度传感器16、第二浊度传感器17、第一氨氮传感器18、第二氨氮传感器19、第一UV254传感器20、第二UV254传感器21、第一液位传感器22、第二液位传感器23、第三液位传感器24、负压压力控制器25组成。北斗位置检测模块11用于采集船舶当前的位置信息，并通过电气信号接口传输给控制模块10，供控制模块10进行工作模式的判断。各类型传感器用于对生活污水处理装置各部件运行参数的采集，并通过电气信号接口传输给控制模块10，供控制模块10进行各种运行工况的执行和切换。执行模块由调节柜排放阀26、水解柜排放阀27、清水柜排放阀28、污泥柜排放阀29、缺氧柜供气阀30、好氧柜供气阀31、膜柜曝气供气阀32、污泥柜供气阀33、膜柜回流供气阀34、好氧回流阀供气阀35、污泥回流供气阀36、药洗电磁阀37、排放泵38、提升泵39、抽吸泵40、风机41和紫外杀菌器42组成。用于生活污水处理装置1各功能流程的执行。
图2为培菌工况，生活污水处理装置1运行后，控制模块10分别通过安装在调节柜2上的第一UV254传感器20、好氧柜5上的第二UV254传感器21采集进水和出水的CODcr(UV254)值，当高于培菌阈值时，控制模块10控制生活污水处理装置1进入培菌工况。控制模块10控制风机41和安装在供气管路上的缺氧柜供气阀30、好氧柜供气阀31、好氧回流供气阀35、污泥回流供气阀36、膜柜回流供气阀34的开度来调整缺氧柜4和好氧柜5的溶解氧和回流比等运行参数，同时，控制模块10采集安装在调节柜2上的pH传感器12、水解柜3上的第一pH+Do传感器13、缺氧柜4上的第二pH+Do传感器14、好氧柜5上的第三pH+Do传感器15、调节柜2上的第一UV254传感器20、好氧柜5上的第二UV254传感器、水解柜3上的第一浊度传感器16、好氧柜5上的第二浊度传感器17、调节柜2上的第一氨氮传感器18、好氧柜5上的第二氨氮传感器19的数据，直到控制模块10检测到进出水的CODcr(UV254)、浊度以及氨氮等指标满足阈值要求，认为完成培菌。
如图3所示，当生活污水处理装置1完成培菌工况后，控制模块10通过北斗位置检测模块11采集的船舶位置信息，与内置的位置数据库进行比较，进行工作模式的判断，当船舶当前位置处于“非限制区域”时，控制模块10切换生活污水处理装置1进入直排工况；当船舶当前位置处于“限制区域”时，控制模块10切换生活污水处理装置1进入达标排放工况；当船舶当前位置处于“禁止区域”时，控制模块10切换生活污水处理装置1进入禁止排放工况。
图4为直排工况，污水正常进入生活污水处理装置1，控制模块10根据采集到的调节柜2上安装的第一液位传感器22的数据进行液位的判断，当液位到达中位时控制模块10控制调节柜排放阀26和排放管路上的排放泵38向舷外直排污水，直到液位降为低位时停止；控制模块10控制风机41降低风量间歇运行，水解柜3、缺氧柜4、好氧柜5、污泥柜6进入低负荷状态。
图5为达标排放工况，污水正常进入生活污水处理装置1，控制模块10控制提升泵39将调节柜2中的污水驳入水解柜3，污水经缺氧柜4、好氧柜5的生化分解后流入膜柜7中，控制模块10根据安装在膜柜7上安装的第二液位传感器23的数据进行液位的判断，当液位到达中位时控制抽吸泵40将污水从膜组件9中抽出至清水柜8，直到液位降为低位时停止；同时控制模块10控制紫外杀菌器42对处理后的污水进行杀菌处理，最后控制模块10根据采集到的清水柜8上安装的第三液位传感器24的数据进行液位判断，当液位达到中位时控制清水柜排放阀28和排放泵38开启将污水排出舷外，直到液位降到低位时停止。
图6为禁止排放工况，污水正常进入生活污水处理装置1，控制模块10根据采集到的调节柜2上安装的第一液位传感器22的数据进行液位的判断，当液位到达中位时控制模块10控制排放泵38通过排放管路排放至黑水舱，直到液位降为低位时停止；控制模块10控制风机41降低风量间歇运行，水解柜3、缺氧柜4、好氧柜5、污泥柜6进入低负荷状态。
图7为膜清洗工况，生活污水处理装置1运行后，控制模块10采集安装在膜组件9抽吸管路上的负压压力控制器25的数值对膜组件9的失效情况进行判断。若负压压力低于设定值，膜组件9进入在线化学清洗工况。控制模块10控制安装在膜组件9出口管路上的药洗电磁阀37开启，进行膜组件9在线化学清洗。同时，控制模块10对膜组件9在线化学清洗的次数进行计数，当膜组件9进行过3次在线化学清洗后，控制模块10通过人机交互界面发出膜组件9需离线手动清洗的操作提醒。
图8为排泥工况，生活污水处理装置1运行后，控制模块10通过北斗位置检测模块11检测到船舶当前位置处于“非限制排放区域”时，控制模块10控制安装在污泥柜6排放管路上的污泥柜排放阀29和安装在水解柜3排放管路上的水解柜排放阀27打开，并控制排放泵38将污泥向外直接排放；同时，控制模块10控制安装在风机41供气管路上的污泥柜供气阀33开启进行冲刷。当控制模块10通过北斗位置检测模块11检测到船舶当前位置处于“限制排放区域”或“禁止排放区域”时，控制模块10通过人机界面会发出排泥通知。特别地，生活污水处理装置1运行时，控制模块10设定在达标排放工况下每15天自动进行一次排泥，并根据设定的时间发出排泥倒计时提醒。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (9)
1.一种基于北斗及电子海图的船用生活污水处理排放控制系统，包括生活污水处理装置、智能控制系统，其特征在于：所述生活污水处理装置由调节柜、水解柜、缺氧柜、好氧柜、污泥柜、膜柜、清水柜以及安装于膜柜内部的膜组件组成；所述智能控制系统由检测模块、控制模块和执行模块组成；所述检测模块和执行模块通过电气连接线连接至控制模块；所述检测模块由北斗位置检测模块、安装在调节柜内的pH传感器、第一氨氮传感器、第一UV254传感器、安装在水解柜内的第一pH+Do传感器、第一浊度传感器、安装在缺氧柜内的第二pH+Do传感器、安装在好氧柜内的第三pH+Do传感器、第二浊度传感器、第二氨氮传感器、第二UV254传感器以及设置在调节柜上的第一液位传感器、设置在膜柜上的第二液位传感器、设置在清水柜第三液位传感器、设置在膜柜的抽吸管道上的负压压力控制器组成；所述北斗位置检测模块用于采集船舶当前的位置信息，并通过电气信号接口传输给控制模块，供控制模块进行工作模式的判断；各类型传感器用于对生活污水处理装置各部件运行参数的采集，并通过电气信号接口传输给控制模块，供控制模块进行各种运行工况的执行和切换；所述执行模块由调节柜排放阀、水解柜排放阀、清水柜排放阀、污泥柜排放阀、缺氧柜供气阀、好氧柜供气阀、膜柜曝气供气阀、污泥柜供气阀、膜柜回流供气阀、好氧回流阀供气阀、污泥回流供气阀、药洗电磁阀、排放泵、提升泵、抽吸泵、风机和紫外杀菌器组成，用于生活污水处理装置各功能流程的执行。
2.一种基于北斗及电子海图的船用生活污水处理排放控制方法，其特征在于：采用权利要求1所述的基于北斗及电子海图的船用生活污水处理排放控制系统，实现6种工况的控制执行及切换，包括：培菌工况、直排工况、达标排放工况、禁止排放工况、膜清洗工况和排泥工况的控制执行及切换。
3.根据权利要求2所述的基于北斗及电子海图的船用生活污水处理排放控制方法，其特征在于：所述培菌工况：生活污水处理装置运行后，控制模块分别通过安装在调节柜上的第一UV254传感器、好氧柜上的第二UV254传感器采集进水和出水的CODcr值，当高于培菌阈值时，控制模块控制装置进入培菌工况； 控制模块控制风机和安装在供气管路上的缺氧柜供气阀、好氧柜供气阀、好氧回流供气阀、污泥回流供气阀、膜柜回流供气阀的开度来调整缺氧柜和好氧柜的溶解氧和回流比运行参数，同时，控制模块采集安装在调节柜上的pH传感器、水解柜上的第一pH+Do传感器、缺氧柜上的第二pH+Do传感器、好氧柜上的第三pH+Do传感器、调节柜上的第一UV254传感器、好氧柜上的第二UV254传感器、水解柜上的第一浊度传感器、好氧柜上的第二浊度传感器、调节柜上的第一氨氮传感器、好氧柜上的第二氨氮传感器的数据，直到控制模块检测到进出水的CODcr、浊度以及氨氮指标满足阈值要求，认为完成培菌。
4.根据权利要求3所述的基于北斗及电子海图的船用生活污水处理排放控制方法，其特征在于：当生活污水处理装置完成培菌工况后，控制模块通过北斗位置检测模块采集的船舶位置信息，与内置的位置数据库进行比较，进行工作模块的判断，当船舶当前位置处于“非限制区域”时，控制模块切换装置进入直排工况；当船舶当前位置处于“限制区域”时，控制模块切换装置进入达标排放工况；当船舶当前位置处于“禁止区域”时，控制模块切换装置进入禁止排放工况。
5.根据权利要求2所述的基于北斗及电子海图的船用生活污水处理排放控制方法，其特征在于：所述直排工况：污水正常进入生活污水处理装置，控制模块根据采集到的调节柜上安装的第一液位传感器的数据进行液位的判断，当液位到达中位时控制模块控制调节柜排放阀和排放管路上的排放泵向舷外直排污水，直到液位降为低位时停止；控制模块控制风机降低风量间歇运行，水解柜、缺氧柜、好氧柜、污泥柜进入低负荷状态。
6.根据权利要求2所述的基于北斗及电子海图的船用生活污水处理排放控制方法，其特征在于：所述达标排放工况：污水正常进入生活污水处理装置，控制模块控制提升泵将调节柜中的污水驳入水解柜，污水经缺氧柜、好氧柜的生化分解后流入膜柜中，控制模块根据安装在膜柜上安装的第二液位传感器的数据进行液位的判断，当液位到达中位时控制抽吸泵将污水从膜组件中抽出至清水柜，直到液位降为低位时停止；同时控制模块控制紫外杀菌器对处理后的污水进行杀菌处理，最后控制模块根据采集到的清水柜上安装的第三液位传感器的数据进行液位判断，当液位达到中位时控制清水柜排放阀和排放泵开启将污水排出舷外，直到液位降到低位时停止。
7.根据权利要求2所述的基于北斗及电子海图的船用生活污水处理排放控制方法，其特征在于：所述禁止排放工况：污水正常进入生活污水处理装置，控制模块根据采集到的调节柜上安装的第一液位传感器的数据进行液位的判断，当液位到达中位时控制模块控制排放泵通过排放管路排放至黑水舱，直到液位降为低位时停止；控制模块控制风机降低风量间歇运行，水解柜、缺氧柜、好氧柜、污泥柜进入低负荷状态。
8.根据权利要求2所述的基于北斗及电子海图的船用生活污水处理排放控制方法，其特征在于：所述膜清洗工况：生活污水处理装置运行后，控制模块采集安装在膜组件抽吸管路上的负压压力控制器的数值对膜组件的失效情况进行判断，若负压压力低于设定值，膜组件进入在线化学清洗工况； 控制模块控制安装在膜组件出口管路上的药洗电磁阀开启，进行膜组件在线化学清洗，同时，控制模块对膜组件在线化学清洗的次数进行计数，当膜组件进行过3次在线化学清洗后，控制模块通过人机交互界面发出膜组件需离线手动清洗的操作提醒。
9.根据权利要求2所述的基于北斗及电子海图的船用生活污水处理排放控制方法，其特征在于：所述排泥工况：生活污水处理装置运行后，控制模块通过北斗位置检测模块检测到船舶当前位置处于“非限制区域”时，控制模块控制安装在污泥柜排放管路上的污泥柜排放阀和安装在水解柜排放管路上的水解柜排放阀打开，并控制排放泵将污泥向外直接排放；同时，控制模块控制安装在风机供气管路上的污泥柜供气阀开启进行冲刷，当控制模块通过北斗位置检测模块检测到船舶当前位置处于“限制区域”或“禁止区域”时，控制模块通过人机界面会发出排泥通知，装置运行时，控制模块设定在达标排放工况下每15天自动进行一次排泥，并根据设定的时间发出排泥倒计时提醒。
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