CN116730449A - 水处理药品添加智能设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了水处理药品添加智能设备，涉及水处理技术领域。本发明包括沉降气浮室，沉降气浮室上端连接有高压清水管，沉降气浮室一侧连接有浊度仪，浊度仪一端连接有浊度仪探头，浊度仪探头位于沉降气浮室内侧，高压清水管的输出端连接有浊度仪探头清洗喷头，浊度仪探头清洗喷头与浊度仪探头位置相适应，高压清水管一侧连接有分流管，分流管的输出端连接有管壁清洗喷头，沉降气浮室底端侧表面连接有连接管道；本发明精准地模拟了水处理设备的工作过程在线检测所需的沉淀气浮室及相关配套设计，能够快速有效地检测水处理时使用促凝剂和絮凝剂的效果，从而通过程序算法自动指导促凝剂和絮凝剂添加量。

Description

水处理药品添加智能设备

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，特别是涉及水处理药品添加智能设备。

背景技术

工业和生活用水的水处理环节中广泛使用促凝剂和絮凝剂来达到加速分离水中悬浮的固体杂质的目的。其中，促凝剂利用其所含的反电荷(常见正电荷)，中和悬浮微小颗粒的表面电荷(常见负电荷)，使得这些颗粒得以克服同类电荷之间的强排斥力，从而凝结为较大的颗粒。而絮凝剂的主要作用是利用高分子有机物的长链结构，将成型的固体大颗粒链接为巨型絮团，使得其能够在重力或气泡上浮力的作用下向下或向上单向运动，从而达到将它们从水体中快速分离的目的。和促凝剂配合使用的絮凝剂常为阴离子(带负电荷)，但也有使用阳离子(带正电荷)或非离子(不带电荷)絮凝剂的情况。有时候絮凝剂也可以不搭配促凝剂单独使用；

目前已经有一些通过监测水质来调节化学药品用量的设备。已知的技术包括：

1、检测水处理设备的进水浊度来调整化学药品的加药量。如果浊度上升，则控制设备根据预设的程序按相同比例增加促凝剂和絮凝剂的用量。

反之亦然；

但由于使用水体浊度这一单一参数，程序无法分离促凝剂和絮凝剂各自的效果，因而无法对这两种化学药品进行单独调节。在实际应用中，这两种药品的加药比例往往是固定值。当入水中微细颗粒的尺寸、表面电荷强度等参数发生变化时，往往需要根据水质的变化对促凝剂和絮凝剂的用量进行独立调整，以实现用最少的药量达到最佳处理效果。固定两种药品的比例会导致药品浪费以及水处理效果不佳的问题。其次，现有的方法不能反映实际的水处理效果，往往还需要另外一台设备监测出水浊度。还有，现有方法的测定受水中气泡影响很大，根本无法适用于气浮设备的加药量控制。最后，由于进水含杂质较多，设备容易发生进水管道堵塞，固体颗粒在浊度计探头上沉积导致测量偏差较大等问题，因而在实际应用中效果很差；

2、另一种常见方案通过监测出水浊度来控制加药量。如果出水浊度上升，则按照相同比例增加促凝剂和絮凝剂的用量。反之亦然；

该方案和上面方案存在同样的问题，即使用浊度这样单一参数无法针对进水颗粒尺寸或表面电荷强度变化等情况进行促凝剂和絮凝剂的独立调整，因而导致药品浪费和水处理效果不佳。而且，由于在水处理设备中的停留时间，该方案有严重的延迟问题，尤其是沉淀池，从药量调整到看到效果，往往需要若干个小时。这可能会导致处理效果长时间，大幅度地偏离目标。

因此，我们提出水处理药品添加智能设备。

发明内容

本发明使用设备模拟沉降和气浮的固液分离过程，并通过观测水体浊度随时间的变化情况来达到对澄清效果的预判，根据最终浊度及浊度的变化速度对促凝剂和絮凝剂实现单独精准控制。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明为水处理药品添加智能设备，包括沉降气浮室，所述沉降气浮室上端连接有高压清水管，所述沉降气浮室一侧连接有浊度仪，所述浊度仪一端连接有浊度仪探头，所述浊度仪探头位于沉降气浮室内侧，所述高压清水管的输出端连接有浊度仪探头清洗喷头，所述浊度仪探头清洗喷头与浊度仪探头位置相适应，所述高压清水管一侧连接有分流管，所述分流管的输出端连接有管壁清洗喷头，所述沉降气浮室底端侧表面连接有连接管道，所述连接管道一端连接有水样入口，所述水样入口一端与沉降气浮室贯通，所述沉降气浮室底端连接有水样排空口；所述水样排空口一侧连接有电磁阀；所述管壁清洗喷头与沉降气浮室位置相适应。

水处理药品添加智能设备，包括沉降气浮室和水样槽，所述沉降气浮室上端连接有高压清水管，所述高压清水管的输出端连接有管壁清洗喷头，所述高压清水管一侧连接有分流管，所述分流管的输出端连接有浊度仪探头清洗喷头，所述沉降气浮室一侧连接有浊度仪，所述浊度仪一端连接有浊度仪探头，所述浊度仪探头位于沉降气浮室内侧，所述浊度仪探头清洗喷头与浊度仪探头位置相适应，所述沉降气浮室上端还分别连接有液位探测器和真空管，所述沉降气浮室底端连接有取样排样软管，所述取样排样软管一端与水样槽连接，所述水样槽底端侧表面连接有进水口，所述水样槽顶端侧表面设置有溢流槽；所述水样槽底端连接有排污阀；所述液位探测器的探测端伸入沉降气浮室，所述真空管的抽真空端伸入沉降气浮室。

本发明具有以下有益效果：

本发明水处理药品添加智能设备，区分了促凝剂和絮凝剂的作用效果，使得两者的添加量能够被单独控制，提高了固液分离效果，并有效地减少药品浪费。

本发明水处理药品添加智能设备，通过模拟沉降过程，直观、快速、可靠地预示了入水在水处理设备中的表现，使得促凝剂和絮凝剂的添加量能够及时被调整，提供了水处理效果的稳定性。

本发明水处理药品添加智能设备，因为关注沉降过程而非单点浊度读数，本设计有效地避免了气泡对浊度计的干扰，使得测试结果更加准确、可靠。

本发明水处理药品添加智能设备，设备的设计最大限度地减少了颗粒在浊度仪探头上的沉积，减少了测量结果的偏离。

综上，使用本设备对沉降或气浮水处理效果进行监控，及时、独立地调整促凝剂和絮凝剂的添加量，能够保证水处理的效果始终保持在较高的水平。同时，化学药品的用量也保持在较低水平。另外，本设备的可靠性和对气泡的包容性使得它能够在恶劣的环境中提供及其可靠的监测和控制。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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为本发明采取正压取样的方式设计的沉降、气浮模拟结构示意图；

图2为本发明采取真空取样的方式设计的沉降、气浮模拟结构示意图。

图中：1、沉降气浮室；2、高压清水管；3、溢流槽；4、管壁清洗喷头；5、浊度仪；6、浊度仪探头清洗喷头；7、连接管道；8、水样入口；9、水样排空口；10、液位探测器；11、真空管；12、取样排样软管；13、水样槽；14、进水口；15、排污阀；16、电磁阀。

具体实施方式

下面将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、完整地描述，显然，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

请参阅图1所示：本发明为水处理药品添加智能设备，包括沉降气浮室1，沉降气浮室1上端连接有高压清水管2，沉降气浮室1一侧连接有浊度仪5，浊度仪5一端连接有浊度仪探头，浊度仪探头位于沉降气浮室1内侧，高压清水管2的输出端连接有浊度仪探头清洗喷头6，浊度仪探头清洗喷头6与浊度仪探头位置相适应，高压清水管2一侧连接有分流管，分流管的输出端连接有管壁清洗喷头4，沉降气浮室1底端侧表面连接有连接管道7，连接管道7一端连接有水样入口8，水样入口8一端与沉降气浮室1贯通，沉降气浮室1底端连接有水样排空口9。

水样排空口9一侧连接有电磁阀16，管壁清洗喷头4与沉降气浮室1位置相适应。

本方案还包括浊度仪信号接收控制器、可编程逻辑控制器(PLC)、人机交互屏，浊度仪信号接收控制器与浊度仪5电性连接，PLC分别与电磁阀16和排污阀15电性连接。

取样利用入水管道的压力采取水样，操作流程如下：

S1:PLC打开水样入口电磁阀16，让入水水样充满沉降气浮室1并从溢流槽3排出；

S2:当水样达到和入水管道内一致时(取决于采样管道长度，一般5-10秒)，水样入口8电磁阀关闭，PLC开始记录时间和浊度值变化。在水样静置期间，水中的固体在重力下沉降，或在气泡的作用下上浮。所测的浊度值随时间而下降；

S3:如果浊度在预定的时间内(3-10分钟)没有达到要求的絮凝浊度目标，则PLC根据预设程序增加絮凝剂添加量。如果达到目标浊度的时间比预定时间短，则PLC根据预设程序减少絮凝剂添加量；

S4:水样继续静置直到第二个预设时间(5-10分钟)，浊度仪5读取最终浊度。PLC比较最终浊度和促凝目标浊度。如果最终浊度高于促凝目标浊度，则根据预设程序增加促凝剂用量。如果最终浊度低于促凝目标，则根据程序减少促凝剂添加量；

S5:读取最终浊度后，PLC打开水样排空口9的电磁阀16打开排出水样；

S6:PLC在沉降气浮室1排空后(3-5秒)打开高压清水电磁阀，通过管壁清洗喷头4清洗管壁和浊度仪探头；

S7:清洗完成后(5-10秒)，系统即可进行下一轮测量。

实施例二

请参阅图2所示：水处理药品添加智能设备，包括沉降气浮室1和水样槽13，沉降气浮室1上端连接有高压清水管2，高压清水管2的输出端连接有管壁清洗喷头4，高压清水管2一侧连接有分流管，分流管的输出端连接有浊度仪探头清洗喷头6，沉降气浮室1一侧连接有浊度仪5，浊度仪5一端连接有浊度仪探头，浊度仪探头位于沉降气浮室1内侧，浊度仪探头清洗喷头6与浊度仪探头位置相适应，沉降气浮室1上端还分别连接有液位探测器10和真空管11，沉降气浮室1底端连接有取样排样软管12，取样排样软管12一端与水样槽13连接，水样槽13底端侧表面连接有进水口14，水样槽13顶端侧表面设置有溢流槽3。

水样槽13底端连接有排污阀15；液位探测器10的探测端伸入沉降气浮室1，真空管11的抽真空端伸入沉降气浮室1。

本方案还包括浊度仪信号接收控制器、可编程逻辑控制器(PLC)、人机交互屏，浊度仪信号接收控制器与浊度仪5电性连接，PLC分别与电磁阀16和排污阀15电性连接。

根据应用场景，水样采集也以采取真空吸取的方式从沉降池混合区直接汲取水样，或在水样槽13中吸取，操作流程如下：

S1:如果使用水样槽13，则需要保证进水槽内的水样和水处理设备入水管道的水样一致。这要求进水口保持打开，水样流速能保证样品均匀。

S2:PLC打开真空生成装置和真空管道电磁阀。在负压的作用下，水样被吸取到沉降气浮室1内。当水位达到预设高度时，液位探测器10发送信号到PLC。PLC关闭真空生成器和真空管道的电磁阀。水样静置。

S3:PLC开始记录浊度随时间的变化。在水样静置期间，水中的固体在重力下沉降，或在气泡的作用下上浮。所测的浊度值随时间而下降。

S4:如果浊度在预定的时间内(3-10分钟)没有达到要求的絮凝浊度目标，则PLC根据预设程序增加絮凝剂添加量。如果达到目标浊度的时间比预定时间短，则PLC根据预设程序减少絮凝剂添加量。

S5：水样继续静置直到第二个预设时间(5-10分钟)，浊度仪5读取最终浊度。PLC比较最终浊度和促凝目标浊度。如果最终浊度高于促凝目标浊度，则根据预设程序增加促凝剂用量。如果最终浊度低于促凝目标，则根据程序减少促凝剂添加量。

S6:读取最终浊度后，PLC打开压缩空气电磁阀排空水样。排空后(3-5秒)关闭压缩空气电磁阀。

S7:PLC打开高压清水电磁阀，通过管壁清洗喷头4清洗管壁和浊度仪探头。

S8:3-5秒后，PLC关闭高压清水电磁阀，再次打开压缩空气电磁阀(3-5秒)确保沉降气浮室1和取样软管12内的清水完全排出。

S9:2分钟后，等水样槽13和入水管道内水样一致后，系统即可进行下一轮测量。

注：真空的产生可以使用以压缩空气为驱动的Ventura真空生成器，以降低体积并减少设备成本。

本方案应用于在水处理时使用促凝剂和絮凝剂或其中之一，通过沉降或气浮的方式去除水体中的悬浮颗粒的场景。常见领域包括生活用水处理厂、生活和工业污水处理厂澄清段，矿物质浮选流程，造纸厂气浮白水纤维回收流程等。

本方案中，利用沉淀气浮室1精准地模拟了水处理设备的工作过程。它从水处理设备的进水管道获取混合了促凝剂和絮凝剂的入水水样，并使其在沉淀气浮室1静止一段时间(一般是5-10分钟)。在此期间，水中的固含物会在重力的作用下沉降到底部，或在溶解气泡的作用下上升到顶部。在沉淀气浮室1的中部安装有浊度计探头，会对中位高度的水体浊度进行不间断测量。浊度随静置时间的下降速度可以反映絮凝剂的效果，而长时间静置的水样中位的最终浊度则反映了促凝剂添加量的成效。原理如下：

促凝剂：促凝剂的主要作用是中和微细颗粒表面的负电荷，使得它们能够凝聚在一起形成较大的颗粒。加速它们在水体的沉降或气浮速度。否则，相同电荷的排斥力将导致微细颗粒在水体中悬浮非常长的时间(可以长达数天甚至更久)。如果促凝剂用量适当，即使没有絮凝剂，大颗粒也可以在相对较短的时间内(一般小于20-30分钟)沉降或被气泡带上水面。

该设备通过测量静置了足够长时间(常用5-10分钟)的水体中位高度的浊度来判断促凝效果,并与预设值相比较。预设值往往由水处理设备出水的水质要求来决定。如果浊度高于出水水质要求，则表明促凝剂用量不够，水体中仍有大量微细颗粒无法沉降或气浮，所以需要加多促凝剂。如果浊度低于出水要求，则表明促凝效果太好，有空间减少促凝剂来节省促凝剂成本。

絮凝剂：絮凝剂的主要作用是将促凝剂帮助形成的固体大颗粒絮聚成团，加速下沉或气浮速度。如果絮凝剂用量适当，絮团体积较大，密度较高，絮团抗绕流的强度也会较大，因而会在较短时间集中在水底(沉淀)或水面(气浮)。如果用量不够，则絮团体积小，密度低，强度小，需要更长的时间完成沉淀或上浮。通过监测沉降气浮室1中部水样达到可接受浊度的时间，并和水处理设备要求的时间参数作对比，便可评估絮凝剂用量的适当性。如果水样中部达到预设浊度的时间长于预期时间，则表明絮凝效果不好，需要增加絮凝剂用量。反之，如果水样中部达到预设浊度的时间比预期时间短，则表明絮凝效果太好，有空间减少絮凝剂用量，以达到节省成本的目的。

本发明使用设备模拟沉降和气浮的固液分离过程，并通过观测水体浊度随时间的变化情况来达到对澄清效果的预判，并根据最终浊度及浊度的变化速度对促凝剂和絮凝剂实现单独精准控制。测试样品取自即将进入沉降池或气浮池的已经包含了所有化学药品的水样，因而能够保证对系统实际情况最接近的预测。因为取样点距离加药点很接近，加药量的调整能够及时反馈到测试结果，确保了最低限度的延迟。另外，沉降、气浮室的设计确保了监测设备不会发生进水管道堵塞的情况。

本方案针对现有技术仅测量入水或出水浊度这一单一参数，无法判断具体是哪种药品的添加量需要调整。因而往往需要固定这两种药品的添加比例。这并不能适应入水水质变化的多样性。导致控制设备无法保持最佳的处理效果和最合理的药品的添加量。

本发明通过使用浊度仪观察沉降或气浮过程中水样浊度的变化速度以及最终浊度，有效地区分了促凝剂和絮凝剂的功能，因而能够对这两种药品分别进行精准控制。这有效的保证了该设备对多元化入水的适应性，大大提高了降低水中固含量的效果。并且减少了药品的浪费。另外，通过对入水进行沉降气浮模拟，本技术可以对水中固含物在水处理设备中的分离情况有一个快速和准确的预判，因而能够可靠而及时的对加药量进行单独调整，保证了固液分离效果的稳定性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (6)

1.水处理药品添加智能设备，其特征在于，包括沉降气浮室(1)，所述沉降气浮室(1)上端连接有高压清水管(2)，所述沉降气浮室(1)一侧连接有浊度仪(5)，所述浊度仪(5)一端连接有浊度仪探头，所述浊度仪探头位于沉降气浮室(1)内侧，所述高压清水管(2)的输出端连接有浊度仪探头清洗喷头(6)，所述浊度仪探头清洗喷头(6)与浊度仪探头位置相适应，所述高压清水管(2)一侧连接有分流管，所述分流管的输出端连接有管壁清洗喷头(4)，所述沉降气浮室(1)底端侧表面连接有连接管道(7)，所述连接管道(7)一端连接有水样入口(8)，所述水样入口(8)一端与沉降气浮室(1)贯通，所述沉降气浮室(1)底端连接有水样排空口(9)。

2.根据权利要求1所述的水处理药品添加智能设备，其特征在于，所述水样排空口(9)一侧连接有电磁阀(16)。

3.根据权利要求1所述的水处理药品添加智能设备，其特征在于，所述管壁清洗喷头(4)与沉降气浮室(1)位置相适应。

4.水处理药品添加智能设备，其特征在于，包括沉降气浮室(1)和水样槽(13)，所述沉降气浮室(1)上端连接有高压清水管(2)，所述高压清水管(2)的输出端连接有管壁清洗喷头(4)，所述高压清水管(2)一侧连接有分流管，所述分流管的输出端连接有浊度仪探头清洗喷头(6)，所述沉降气浮室(1)一侧连接有浊度仪(5)，所述浊度仪(5)一端连接有浊度仪探头，所述浊度仪探头位于沉降气浮室(1)内侧，所述浊度仪探头清洗喷头(6)与浊度仪探头位置相适应，所述沉降气浮室(1)上端还分别连接有液位探测器(10)和真空管(11)，所述沉降气浮室(1)底端连接有取样排样软管(12)，所述取样排样软管(12)一端与水样槽(13)连接，所述水样槽(13)底端侧表面连接有进水口(14)，所述水样槽(13)顶端侧表面设置有溢流槽(3)。

5.根据权利要求4所述的水处理药品添加智能设备，其特征在于，所述水样槽(13)底端连接有排污阀(15)。

6.根据权利要求4所述的水处理药品添加智能设备，其特征在于，所述液位探测器(10)的探测端伸入沉降气浮室(1)，所述真空管(11)的抽真空端伸入沉降气浮室(1)。