CN203053904U - 一种bod智能在线检测仪表 - Google Patents
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Abstract
一种BOD智能在线检测仪表属于污水处理领域。其特征在于：包括水质参数综合检测装置，操作和显示装置以及中央处理设备；所述水质参数综合检测装置，包括pH酸碱度电极，ORP氧化还原电位电极，DO溶解氧电极和温度传感器。所述水质参数综合检测装置连接到操作和显示装置，操作和显示装置连接到中央处理设备。目前受检测技术发展的限制，污水处理行业对BOD测量仪表存在着测量时间过长，测量成本过高的缺陷，无法满足污水处理过程中实时控制的需要。本实用新型可以根据水质参数的变化自动调整预测网络以适应不同的污水处理系统。仪表可以用于采用普通活性污泥法的污水处理系统和序批式活性污泥法（SBR法）的污水处理系统；同时还可以用于实验室中相关污水处理工艺的模型中BOD5的实时监测。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种污水处理领域的智能在线检测仪表，该仪表可应用在工业污水和城市生活污水处理中，用于关键水质参数BOD5(5日生化需氧量)的实时测量。
背景技术
污水处理过程是一个复杂生的化反应过程，具有很强的动态非线性、大干扰性和不确定性，而且其中很多参数之间都含有耦合关系，因而给污水水质参数的实时测量带来了很大的困难。在污水处理过程中，BOD是表征污水水质的关键参数之一，由于其间接反映了水中有机物质的相对含量，故而BOD长期以来作为一项环境监测指标被广泛使用；在水环境模拟中，由于对水中每种化合物分别考虑也并不现实，同样使用BOD来模拟水中有机物的变化。生化需氧量和化学需氧量(COD)的比值能说明水中的难以生化分解的有机物占比，微生物难以分解的有机污染物对环境造成的危害更大。通常认为废水中这一比值大于0.3时适合使用生化处理。
在BOD的测量中，通常规定使用20℃、5天的测试条件，并将结果以氧的mg/L表示，记为BOD5。这一指标系由英国皇家污水处理委员会确定。对于生化需氧量的测定，目前主要有稀释法、测压差法、生物传感器法、增温法和活性污泥曝气降解法。
稀释法是得到广泛认可和普遍使用的方法，其测定方法是使用氧饱和溶解的水稀释待测水样，之后使用一定量的微生物悬浊液（常用活性污泥）和少量固定的接种物质接种，然后测试此时的溶解氧，密封水样。将温度保持在20℃，静置水样于黑暗环境中，五天后，再测试此时水样的溶解氧。这种方法原理清楚，测量严谨，较为准确。但是存在着操作复杂、所需试剂较多、耗时长而且很难重现的缺点，一旦测量的某个环节出差错，就要重新测定，耗时费力。
测压差法的原理是生化反应产生的二氧化碳被样品瓶中吸收剂吸收，而空气中的氧溶解到水中以补充消耗，从而密闭系统压力降低，根据气压差就可以求出水样中的BOD值。目前国内外很多BOD检测仪器采用的就是测压差法，例如美国哈希BOD TrakTMⅡ分析仪和德国的Lovibond BOD测定仪采用的都是这种方法。其优点在于操作简单、测定直接而且能连续显示结果；但是它并不能减少培养时间。
生物传感器法的原理是利用水样中溶解氧通过固定的微生物膜层扩散到电极上会显示出一定的电流，而水中发生生化反应后溶解氧大量减少，氧电极电流随之迅速减小，根据这一电流的减小值在事先标定的曲线上可得出BOD5。其缺点在于传感器制作困难、生物膜寿命短，测定范围较窄，测定成本较高。
增温法的原理是通过提高培养温度来加快生化反应进程，激化微生物活性，加速其分解作用从而达到快速测定的目的。其缺点在于对温度的提升标准和方法目前还没有一个统一的标准和方法，智能通过经验判断，因而测定的精确度较差，仅适用于特定废水的控制分析。
活性污泥曝气降解法：其原理是利用活性污泥曝气降解水样一段时间，用重铬酸钾测定曝气前后COD，其变化即为总的生化需氧量，之后对照标准测定值即得出BOD5。这一方法更适用于BOD和COD比值的测定。
随着国家对环境治理的投入不断加大，对水资源可再生利用和出水水质的要求的提高，污水处理厂为了减少处理成本和实现更好的出水水质，必须在污水处理过程中加入更多的控制量，采用更加智能的方法解决污水处理工艺中的各种问题。为达到以上目的，及时获得污水处理系统当中重要的过程参数及水质参数是十分关键的。
现今国内外关于BOD5的测量仪器所采取的测量方法主要有两种：一、测压差法。二、生物传感器法。但是采用压差法的测量仪器测量时间过长，需要5天，远远无法满足污水处理过程实时控制的需要；采用生物传感器法的BOD测量仪器存在着仪器生物传感器制作困难，测量范围较窄，相关的膜材料容易损坏从而导致仪器的使用寿命不足，使用成本过高，也无法满足工业上污水水质参数实时测量的需要。
实用新型内容
本实用新型涉及的是重要的水质参数之一生化需氧量（BOD）的在线测量仪表。针对现有的BOD测量仪器无法及时有效的在线测量BOD的现状，本实用新型仪表另辟蹊径，设计了一套软硬件结合的系统，同时为了提高仪器的测量精度，软件部分采用的是改进的自组织神经网络，通过神经网络软测量的方法，对当前污水处理系统中的BOD的值进行建模和预测。实际运行证明对BOD的测量可以达到很高的精度，并且测量速度快，可以自主运行，不需要专门人员看护。该仪表可以根据水质参数的变化自动调整预测网络以适应不同的污水处理系统。本测量仪表可以用于污水处理厂对BOD的实时监测，对当前应用较多的连续型活性污泥法和SBR法（序批式活性污泥法）工艺的污水处理系统都适用；同时还可以用于实验室中相关污水处理工艺的模型中BOD的监测。
为了解决本实用新型中的技术问题，我们采取了以下的技术方案。
一种BOD智能在线检测仪表，其特征在于：包括水质参数综合检测装置，操作和显示装置以及中央处理设备；所述水质参数综合检测装置，包括PH酸碱度电极，ORP氧化还原电位电极，DO溶解氧电极和温度传感器。所述水质参数综合检测装置连接到操作和显示装置，操作和显示装置连接到中央处理设备。
进一步，所述的温度传感器集成在的水质参数综合检测仪表的PH电极内；电极通过四针通用数字串口和操作和显示装置相连。
进一步，所述的中央处理设备为ARM开发板，或者是PC机。
系统的整体功能框图见附图说明图2。
BOD智能检测仪表的硬件部分是由一个水质参数综合检测装置和中央处理装置组成。水质综合检测装置的设计原则是：首先装置检测的参数是软测量辅助变量中的参数，其次要测量简便且精确。根据以上原则我们设计的水质参数综合检测装置包括以下仪器：PH计一个，ORP测量仪一个，DO测量仪一个，温度传感器一个如图1所示。其中PH,DO,ORP都是采用电极测量的方式，电极测量与主机之间通过4针通用数字接口连接。温度传感器是集成在电极中。四组参数可以同时测量并显示。
处理设备是ARM9嵌入式开发板一个，安装WINCE5.0系统。开发板的型号是S3C2440。还可以以PC机作为处理设备，可视不同需求自主配备。检测装置和中央处理装置之间采用USB接口传输数据，通讯协议采用的是USB2.0标准。采集的数据以excel表格或者.txt格式存储在综合检测装置中，可存储5000组。水质检测装置通过USB传输线将检测数据传输到中央处理设备ARM开发板上或者PC机上，从而实现了作为软测量辅助变量的参数数据采集和传输。采集的数据通过软件部分的处理，作为神经网络的输入，从而达到对BOD建模和预测的效果。
系统的软件部分是自主开发的BOD参数预测系统，系统的开发平台是VS2005，开发语言是C#。软件部分包括数据检测，数据处理，数据显示，参数预测，历史数据查询，越限报警这六部分功能。其中参数预测部分是软件部分的核心。内嵌有三层BP神经网络如图5所示，通过神经网络建立出水水质参数BOD的模型并实现通过实测参数达到预测的目标。
附图说明
下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
图1仪表硬件结构图。
图2 BOD智能检测系统功能框图。
具体实施方式
具体的实施方式如下：
1.仪表工作的第一步是对软测量神经网络进行训练，训练的数据要出自待检测系统，网络的权值达到最佳时，固定权值。用训练好的网络进行BOD预测。
2.仪表工作时首先由水质参数综合检测仪表对被检测系统进行参数检测，测得当前系统的PH,DO,ORP和温度四组参数。由于温度感应需要一段的时间，因此根据实际情况前3-5分钟的数据舍去，不作为神经网络的训练或预测数据。测量的时间间隔选择为0.5-5分钟之间，间隔小于30秒时，测量的参数变化很小，预测的输出和上一组变化很小，不必重复测量。测量时电极约没入水中1/3的长度，若要测量深水中的水质参数则要对电极加适当的防护措施。
3.水质参数综合检测装置通过USB接口和安装在excel加载项的数据导出软件将水质参数检测数据导出到excel表格中。数据处理和BOD预测环节通过BOD5智能检测软件完成。软件运行在仪表的处理设备ARM9开发板上，由5V交流电源为其供电。
4.数据处理部分采用统计学方法，剔除异常数据，同时对数据进行格式的统一转换和归一化，以用于预测环节。工作时，水质参数综合检测装置可以显示当前检测到的水质参数值，BOD的预测值和警戒值在处理设备上的软件界面上显示。数据处理的时间经过实际运行的验证通常在30s之内完成。
5. BOD5预测中采用了可变学习率的改进的三层BP神经网络，首先要对网络进行训练，训练完成后再输入当前检测到的水质参数数据，对出水的BOD进行预测。预测采取的是对每组数据逐一预测的方式，因此综合检测仪表的每一组测量参数都会对应一组出水的BOD的值，以参数检测的时间作为每组区分的依据。
6.预测值超过设定的BOD5警戒值时，开发板上的蜂鸣器会发出警报。软件界面显示的BOD5预测值会变红。
7.预测的数据以XML文档的格式保存在软件的数据库中，通过历史数据查看的方式可以看到结果。
Claims (3)
1.一种BOD智能在线检测仪表，其特征在于：包括水质参数综合检测装置，操作和显示装置以及中央处理设备；所述水质参数综合检测装置，包括PH酸碱度电极，ORP氧化还原电位电极，DO溶解氧电极和温度传感器；所述水质参数综合检测装置连接到操作和显示装置，操作和显示装置连接到中央处理设备。
2.根据权利要求1所述的BOD智能在线检测仪表，其特征在于：所述的温度传感器集成在的水质参数综合检测仪表的PH电极内；电极通过四针通用数字串口和操作和显示装置相连。
3.根据权利要求1所述的BOD智能在线检测仪表，其特征在于：所述的中央处理设备为ARM开发板，或者是PC机。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201320000755 CN203053904U (zh) | 2013-01-02 | 2013-01-02 | 一种bod智能在线检测仪表 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201320000755 CN203053904U (zh) | 2013-01-02 | 2013-01-02 | 一种bod智能在线检测仪表 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN203053904U true CN203053904U (zh) | 2013-07-10 |
Family
ID=48736845
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 201320000755 Expired - Lifetime CN203053904U (zh) | 2013-01-02 | 2013-01-02 | 一种bod智能在线检测仪表 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN203053904U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103645224A (zh) * | 2013-12-02 | 2014-03-19 | 中山欧麦克仪器设备有限公司 | 一种bod在线测定仪 |
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2013
- 2013-01-02 CN CN 201320000755 patent/CN203053904U/zh not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN103645224A (zh) * | 2013-12-02 | 2014-03-19 | 中山欧麦克仪器设备有限公司 | 一种bod在线测定仪 |
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