CN217418471U - 一种污水处理系统 - Google Patents

Abstract

一种污水处理系统，包括污水处理控制系统以及污水处理装置，污水处理控制系统实现污水处理装置中对污水处理的过程控制，并通过GPRS和WIFI实现对污水处理后的水质指标的远程监控；污水处理装置包括：预处理装置、生化反应装置、后续污泥处理装置。通过污水处理控制系统实现污水处理过程中的精确控制，提高了污水处理效率及其精度；污水处理系统的运转状态信息实时上传远程控制中心，确保污水处理各个环节的运行状态实时被远程控制中心监控，确保运转装置的正常运行。

Description

一种污水处理系统

技术领域

本实用新型涉及一种污水处理系统，属于污水处理技术领域。

背景技术

随着化工产业的快速发展，大量的生产污水严重污染环境，通过对化工污水的处理，不但能够缓解水污染的问题，而且还可以实现重复利用从而缓解水资源紧张的现状。传统的化工污水处理方法，存在着水平低、污水处理量小、水质不高、不能远程监控污水处理过程的情况，随着化工污水处理产业的快速发展，提出了可持续发展的战略目标，对于化工污水的处理办法改用了更加先进的技术，采用PLC控制器实现对化工污水处理的自动化控制，从而提高处理效率和减低运行成本，进一步落实节能减排政策是污水处理智能控制的一个方向。因此，研究基于自动化控制系统实现化工污水处理的规模化，达到降低化工污水处理成本和提高水质的目的，具有重要的现实意义。

实用新型内容

为了解决现有技术中的不足同时为了实现上述目的，本实用新型公开一种污水处理系统，其技术方案如下：

一种污水处理系统，包括污水处理控制系统以及污水处理装置，其特征为：所述污水处理控制系统，实现对污水处理装置中对污水处理的过程控制，并通过GPRS和WIFI实现对污水处理后的水质指标的远程监控；

所述污水处理装置包括：预处理装置、生化反应装置、后续污泥处理装置；

其中：预处理装置：污水依次通过粗格栅和提升泵站、细格栅及曝气沉沙池的处理后到恒水位SBR生化池进行生化反应；

生化反应阶段装置：恒水位SBR生化池反应的污水依次通过混合反应沉淀池、滤池及接触消毒池、巴氏计量槽后经过出水提升泵将处理水排放到外部；

后续污泥处理装置：污泥泵房中的污泥泵将经过混合反应沉淀池和恒水位SBR生化池后的污泥排放到储泥池中，然后将储泥池中的泥排放到污泥浓缩机房、均质池、污泥脱水机房将其制成泥饼送出。

优选为：还包括鼓风机房，该鼓风机房分别与细格栅及曝气沉沙池、恒水位SBR生化池进行鼓风曝气操作。

优选为：还包括加药加氯间，该加药加氯间分别对滤池及接触消毒池、混合反应沉淀池进行加药、加氯操作。

优选为：所述污水处理控制系统中所用的传感器包括超声波液位传感器、悬浮物浓度传感器、COD传感器、pH与氧化还原电位组合传感器、溶解氧传感器、电磁流量传感器、臭氧浓度传感器；

其中：超声波液位传感器选择型号：FDU96-RG4AA；

悬浮物浓度传感器选择型号：CUS51D-AAC1B2；

COD传感器选择型号为：CA71COD-B10C2A4；

pH值与氧化还原电位组合传感器采用型号：CPS12D-2BA5GSA；

溶解氧传感器采用型号为：C0S61D-AAA1B2；

电磁流量传感器采用型号为：53W-1HHCOB1AC；

臭氧浓度传感器采用型号：MQ131模块。

优选为：臭氧浓度的远程监控包括现场设备端的数据采集系统、数据传输系统及控制系统；

数据采集系统包括臭氧浓度传感器、模数转换电路、通信接口，用于收集现场的臭氧浓度，以及将模拟量状态信号转变为数字量信号；该臭氧浓度传感器供电电压是5V，输出端需接LM224A电压放大器；

数据传输系统基于GPRS和WIFI无线传输，用于控制系统与客户终端的信息交互；通过WIFI和GPRS连接现场设备和远程用户端；

控制系统通过数据传输系统实现与数据采集系统的远程控制。

优选为：HLKM30作为WIFI通信模块，支持全双工通信模式；以三星公司的S3C2440A芯片作为控制芯片，以将德州仪器公司的TLC5615C作为D/A转换芯片，控制芯片的数字量信号通过转换芯片转化为模拟量信号，用于控制PLC的I0点或继电器，从而实现对设备的控制。

有益效果

通过污水处理控制系统实现污水处理过程中的精确控制，提高了污水处理效率及其精度；

污水处理系统的运转状态信息实时上传远程控制中心，确保污水处理各个环节的运行状态实时被远程控制中心监控，确保运转装置的正常运行。

附图说明

图1为本实用新型污水处理工艺流程示意图

图2为本实用新型PLC供电示意图

图3为曝气系统控制系统框图；

图4为鼓风机控制结构图；

图5为臭氧浓度传感器电路原理图；

图6为GPRS通信模块的电源电路图；

图7为WIFI模块接线电路图；

图8为本实用新型远程监控部分控制芯片经过D/A转换后用于控制PLC的I0点或继电器等被控设备的信号驱动电路图。

具体实施方式

污水处理顺序一般按照如下流程执行：首先是通过污水池对污水进行收集，在收集工作完成后使用格栅电机处理污水，用以过滤污水中的颗粒固体及漂浮物。其次，将处理完的污水输送至于曝气池，通过这一步骤予以沉积处理；然后所得的污水通过离心泵将水运送至生物接触氧化池，在此池中进行氧化处理，去除内部污染物，此步骤可实现污染物的彻底清除，后可得到清液和污泥两种物质，最后将清液输送至斜管沉积池，污泥则运送到脱水机，污泥在经过化学处理后会迅速凝结，后经脱干处理并予以消毒后，便可完成污水处理工作。

参见图1所示，本实用新型污水处理装置对污水处理的工艺流程主要为：(1)污水需通过粗格栅及提升泵站、细格栅及曝气沉沙池的处理；(2)恒水位SBR生化池进行生化反应；(3)污水的排毒，即混合反应沉淀池、滤池及接触消毒池、巴氏计量槽(用于流量测量)后经出水提升泵将处理水排放到河流中；(4)污泥泵房中的污泥泵在经过混合反应沉淀池和恒水位SBR生化池后，将污泥排放到储泥池中，然后将储泥池中的泥排放到污泥浓缩机房后，通过均质池，均质池可以实现对石灰加药系统的控制，根据污泥的浓度控制加药量，对污泥进行再次处理。污泥经过处理后由低压进泥螺杆泵输送至加药系统，再经过高压进泥螺杆泵送至压榨机进行脱水处理，最终形成泥饼。污泥脱水步骤可以实时控制脱水机的运行状态，当系统设定为自动模式时，空压机启动并定时运行，到达定时时间后，皮带输送机、高压进泥螺杆泵启动，并定时运行；到达定时时间后，加药系统开始启动并定时运行，最后污泥脱水机进行脱水处理。

下面我们结合附图详细阐述污水处理系统中的主要功能部件：

粗格栅及提升泵站：污水进入污水厂之后要经过粗格栅，其主要作用就是能够对大尺寸的杂质进行拦截；粗格栅两侧装有液位差传感器，当粗格栅拦截更多的固体杂质之后，其出水量就会出现减少的现象，液位差也会出现变化，通过控制器PLC启动格栅除污机以对格栅拦截的污染物进行有效控制。

污水提升泵的控制和设计：在提升泵站的进水管道装有超声波液位传感器将所测得的液位值与设定的液位值进行比较后，能够使污水提升泵的运行状态和数量得到有效控制，实现泵站的自动化控制。进一步控制如下：在进水提升泵站使用PLC控制系统能够更大程度上提高污水处理效率，充分发挥水泵房性能，保证进水量、进水速度等更好满足污水处理需求。自动控制流程在进水泵装置中的最主要作用是对于液位的自动测定，按照所测得的数据自动进行各项进水操作：若检测到进水泵房水位升高且已达到可处理量时，PLC控制系统自动设置水泵运行时间，开始水泵房装置运作；若监测到水位降低，则表明进水环节完成，自动控制系统将停止运作。在控制系统运作下可自动记录运行时间，使水泵按照所记录时间自动轮值，并将水泵等的工作状态上传到远程控制中心，保证水泵等装置状态良好的前提下最大程度发挥水泵作用。总之，水泵的自动控制能够自动执行一系列操作，提升水量控制的有效性，提高处理自动化程度。

细格栅及曝气沉沙池：粗格栅中所处理的污水经过提升泵将其送到细格栅中，相对于粗格栅，细格栅能够对较小的固体杂质进行有效的拦截，细格栅的两侧也设置液位差传感器，当出水量出现减少或者细格栅两侧的液位差出现增大的现象后，启动格栅除污机，实现对格栅拦截的污染物等进行清除，然后这些污染物也将在细格栅中进行处理，即在细格栅栅渣出口处，通过螺旋输送压榨机压榨。

污水处理装置中粗、细格栅过滤污水漂浮物和颗粒物是污水处理的第一环节，在此环节中使用PLC自动控制系统能够实现水位差、处理时间等的合理控制，提升粗、细格栅装置运行质量，实时监控过滤流程并予以控制系统。

沉砂池：沉砂池是执行污水沉淀的场所，在此过程中将控制系统运用其中能够按照污水处理需求定时启动排砂装置，减少甚至避免由于沉砂堆积导致搅拌叶轮运行不畅。控制系统能够控制排沙泵，保证装置按实际污水处理需求运作，最大程度提升污水处理质量。

恒水位SBR反应池：恒水位SBR即恒水位序批式反应器，其利用柔性水帆的往复运动使常规SBR的变水位运行改为恒水位运行，即在单个池中实现连续进水、连续出水，周期性完成SBR工艺的充水、搅拌、曝气、沉淀、滗水的全过程。该反应池在处理污水时首要预进水，在进水完毕之后将溶解氧浓度控制在一定水平；曝气完成之后停止鼓风机，并沉淀一段时间，当沉淀完成之后启动滗水器，滗水在完成之后启动污泥泵排污泥；排污完成之后，停止排污泵，运行完成一个周期。

鼓风机房：包括鼓风曝气系统，参见图2所示，系统包括空气净化器、扩散器、空气输配管、鼓风机等。其中，空气净化器能够优化曝气系统的运行状态、防止扩散器阻塞；扩散器主要是将空气进行分散，将大颗粒的空气分散为空气泡，从而能够增大混合液和空气的接触面积，有利于把空气中的氧气溶解在水中。

鼓风曝气系统控制系统如图3-4所示，曝气系统主要由4台单级离心式鼓风机组成，当系统运行时，叶轮将被电动机带动一起旋转，带入大量空气，由于旋转叶轮的带动作用，气流将由轴向流动改为径向流动，改变流向后，该气流会流入扩压腔，受到扩压腔影响后，气流的流动方向将发生改变，同时速度降下来的气流会使动能转变为压力势能，最终能够保持出风口的压力保持稳定。每台单台鼓风机都配备了LCP控制盘，能够进行鼓风机的运行状况、准备工作和运行环境的监测，当发生故障时，系统能够自动进入报警停机状态。MCP主控盘与PLC主要进行4台鼓风机的联动控制，MCP的作用主要分为两部分：一是对鼓风机的起停顺序进行控制，二是作为PI调节器。鼓风机的输出口将汇合成空气总管，进入曝气池时总管分成了两路。两路气管各装有2个D0检测仪，1个MLSS检测仪，这些监测仪器能够将曝气池的信息及时地反馈给PLC控制系统。

当空气输配管的空气压力和流量由系统设置的压力变送器，空气流量变送器进行检测，变送器还能够将数据输入到PLC内，从而进行数值的比较和处理。主调节器将通过传统的PID调节，实现总管压力检测信号值和总管压力设定值之间的比较，两个值的差值经主调节器处理后，作为给定信号输出给副调节器内，进行PI调节。数值整定完成后，最后鼓风机的LCP会根据前面的数值进行鼓风机的导叶角度、鼓风机风量等参数的调节，保证了整个系统的压力平衡。当系统启动时，启动的顺序为：首先启动第一台鼓风机，MCP默认将流量设定为45％即流量最小值，当主调节器的流量需求增多，将鼓风机的流量值增大，一般增加到最大值100％；如果一台鼓风机的流量仍然满足不了需求时，第二台鼓风机便开始运行，一开始我们将第二台的流量设定在最小5％，并将第一台鼓风机的流量也调整到最小值，此时，空气流量变为45％+45％＝90％，这样做可以确保空气量进行连续过渡，压力将不会有波动。然后再分步调整第一台鼓风机流量和第二台鼓风机流量，将流量均调节至最大100％；按照这个顺序，如空气流量的需求不断增加时，将第一台鼓风机的空气流量值固定在最大值100％，将第二台鼓风机的流量值调整至最小值45％，并启动第三台鼓风机，也将其流量设定在最小值45％，然后再逐步调节第二台、第三台鼓风机的流量至最大值100％。如对空气流量的需求继续增加时，按照上面的方式启动第四台鼓风机。当然，此处仅仅给出一个实施例而已，在具体情况下，其控制策略可以采用其他公知的控制手段实现，这在本领域技术人员眼里并不困难，同时，鼓风机的台数将根据具体情况而定，其控制策略通过公知元件搭建实现对鼓风机的控制也是不会付出创造性劳动就可以实现的。

在污水处理时需要在各环节中按需求输入氧气，PLC自动系统在此环节中的运用就是合理控制曝气及运转速度，满足污水处理环节中的氧气需求。信息收集过程中，自动控制系统可检测到污水处理中的氧气需求量，通过装置转速自动调节氧气进量，保证污水处理的高质量完成。

本实用新型污水处理系统中的污水处理控制系统中功能部件的设计如下：采用的市电220V交流电供电，传感器和电磁阀以及PLC等主要由24V直流电源进行供电，参见附图2所示，市电220V交流电的零线N和火线L通过空气开关QF3后一条通路经过交流接触器QF4的常开触点后与AC/DC变换器连接以对诸如系统中传感器、调节阀等功能模块供电；另一条通路分别并联多个AC/DC变换器以对诸如PLC、I/O模块供电。

本系统采用西门子S7-300系列PLC，这种模块式PLC的构成部分主要包括：机架、电源模块、CPU模块、通信模块等构成。相对于CPU选型，其需要考虑的是接口和性能，在实现与PROFINET网络进行通讯，在选择时需要优选带PN接口的CPU；在与从站进行通信时，主要采用带DP接口的CPU。因此，通过选择CPU315-2PN/DP。

传感器的作用是采集现场数据，本系统中所用的传感器包括超声波液位传感器、悬浮物浓度传感器、COD传感器、pH与氧化还原电位组合传感器、溶解氧传感器、电磁流量传感器、臭氧浓度传感器等。

超声波液位传感器由换能器发出高频超声波脉冲，接收部分遇到被测介质表面被反射回来的反射回波，将其转换为电信号传输至系统中；根据污水处理中液体浑浊程度、反应池大小选择FDU96-RG4AA探头，该型号探头为非接触式，可用于检测各种液体及固体，包括侵蚀性介质及变介电常数。

悬浮物浓度传感器是利用红外光实现被测物质的浓度检测，采用SS传感器，型号CUS51D-AAC1B2。

COD传感器主要检测采集到的样品，COD是指利用化学氧化剂将水中还原性物质氧化分解所需要的氧量，反映的是水体受有机物污染的程度，是评价水体污染的重要指标，采用型号为：CA71COD-B10C2A4。

pH值与氧化还原电位组合传感器：包括两个测量电极，其中玻璃电极测量pH值，金属电极测量氧化还原电位；采用型号：CPS12D-2BA5GSA组合传感器。

溶解氧传感器主要检测溶解于水溶液内氧气的含量，根据测量结果调节溶解氧参数，提高污水处理生物反应过程的高效性；采用型号为：COS61D-AAA1B2溶解氧传感器。

电磁流量传感器主要测量导电液体瞬间流量与体积流量，其包括电磁流量计与电磁流量变送器；采用型号为：53W-1HHCOB1AC分体式电磁流量传感器。

臭氧浓度传感器，臭氧在污水处理过程中主要的原理是臭氧的强氧化性，对于病毒、细菌微生物，臭氧能够穿入内部与蛋白质和脂多糖反应，改变细胞通透性，从而破坏核酸物质，达到彻底杀死细菌病毒作用。然而，在进行臭氧传输、反应中都需要对其浓度监控，以防止人员伤害或不合格的气体造成大气污染。采用型号：炜盛公司的MQ131模块。

本实用新型中污水处理系统通过对上述传感器采集的数据上传到中央控制中心，实现对污水处理的远程监控目的，下面我们仅仅以远程监控臭氧浓度为例进行阐述，其他监控参数采取的技术手段与此相同或相近，本领域技术人员不会付出创造性劳动就能够实现其他现场参数的远端监控。

臭氧浓度的远程监控包括现场设备端的数据采集系统、数据传输系统及控制系统三部分。

数据采集系统由臭氧浓度传感器、模数转换电路、通信接口等外围电路构成，用于收集现场的臭氧浓度，以及将模拟量状态信号转变为数字量信号。臭氧浓度传感器选择炜盛公司的MQ131模块用二氧化锡作气敏元件，产品的电导率和空气中的臭氧浓度成正相关。该传感器供电电压是5V，由于其自身的输出电压只有20mV，因此输出端需要接LM224A电压放大器。臭氧浓度传感器的部分电路设计见图5。模数转换电路以集成芯片AD7190作为模数转换器，其是零延迟、具有高分辨力且多路复用的24位∑-Δ型模数转换器，采用3.3V电源，片内集成可直接用的4.92MHz时钟，无需额外的晶振。

数据传输系统基于GPRS和WIFI无线传输，用于控制系统与客户终端的信息交互，其中GPRS网络基于通信运营商的基站运行，信号覆盖范围极大；WIFI模块的数据传输速率快，实时性好，可支持复杂的信号交互；系统的输入节点用于对接传感器等检测装置，输出节点则可输出高速数字量、模拟量等控制信号，对接泵及阀门等执行装置。

数据传输系统可以采用嵌入式系统或单片机等公知的数据处理芯片为核心，通过WIFI和GPRS技术连接现场设备和远程用户端。本实用新型采用SMIMCOM公司的SIM-100作为GPRS通信模块，集成了完整的射频电路和全球移动通信系统(GSM)的基带处理器，属于GSM/GPRS双频模块，该模块需两路电源：4.2V为音频电路供电；3.0V为VDD_EVT引脚供电，保证模块与外部电路接口的电平匹配。GPRS通信模块电源设计见图6-7。

本实用新型将海凌科的HLKM30作为WIFI通信模块，支持全双工通信模式。以三星公司的S3C2440A芯片作为控制芯片，以将德州仪器公司的TLC5615C作为D/A转换芯片，控制芯片的数字量信号通过其可转化为模拟量信号，用于控制PLC的IO点或继电器，从而实现对设备的控制；其为3线串口型D/A芯片，输出5V电压，上电时内部自动复位，功耗为1.75mW，转换速率为1.21MHz。信号驱动电路的设计见图8。

本实用新型通过数据采集系统采集到的臭氧浓度现场数据经过数据传输系统通过GPRS/WIFI上传到远程控制中心实现臭氧浓度数据的远程监控。

本系统中通过采用其他传感器诸如超声波液位传感器、悬浮物浓度传感器、COD传感器、pH与氧化还原电位组合传感器、溶解氧传感器、电磁流量传感器等采集的数据参数通过上述雷同的技术手段实现数据的远程监控，进而达到实时监控污水处理系统工作情况。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (6)

1.一种污水处理系统，包括污水处理控制系统以及污水处理装置，其特征为：所述污水处理控制系统实现污水处理装置中对污水处理的过程控制，并通过GPRS和WIFI实现对污水处理后的水质指标的远程监控；

所述污水处理装置包括：预处理装置、生化反应装置、后续污泥处理装置；

其中：预处理装置：污水依次通过粗格栅及提升泵站、细格栅及曝气沉沙池的处理后到恒水位SBR生化池进行生化反应；

生化反应阶段装置：恒水位SBR生化池反应的污水依次通过混合反应沉淀池、滤池及接触消毒池、巴氏计量槽后经过出水提升泵将处理水排放到外部；

后续污泥处理装置：污泥泵房中的污泥泵将经过混合反应沉淀池和恒水位SBR生化池后的污泥排放到储泥池中，然后将储泥池中的泥依次排放到污泥浓缩机房、均质池、污泥脱水机房后将其制成泥饼送出。

2.根据权利要求1所述的一种污水处理系统，其特征为：所述污水处理装置中还包括鼓风机房，该鼓风机房分别与细格栅及曝气沉沙池、恒水SBR生化池进行鼓风曝气操作。

3.根据权利要求1所述的一种污水处理系统，其特征为：还包括加药加氯间，该加药加氯间分别对滤池及接触消毒池、混合反应沉淀池进行加药、加氯操作。

4.根据权利要求1所述的一种污水处理系统，其特征为：所述污水处理控制系统中所用的传感器包括超声波液位传感器、悬浮物浓度传感器、COD传感器、pH与氧化还原电位组合传感器、溶解氧传感器、电磁流量传感器、臭氧浓度传感器；

其中：超声波液位传感器选择型号：FDU96-RG4AA；

悬浮物浓度传感器选择型号：CUS51D-AAC1B2；

COD传感器选择型号为：CA71COD-B1OC2A4；

pH值与氧化还原电位组合传感器采用型号：CPS12D-2BA5GSA；

溶解氧传感器采用型号为：COS61D-AAA1B2；

电磁流量传感器采用型号为：53W-1HHCOB1AC；

臭氧浓度传感器采用型号：MQ131模块。

5.根据权利要求4所述的一种污水处理系统，其特征为：臭氧浓度的远程监控包括现场设备端的数据采集系统、数据传输系统及控制系统；

数据采集系统包括臭氧浓度传感器、模数转换电路、通信接口，用于收集现场的臭氧浓度，以及将模拟量状态信号转变为数字量信号；该臭氧浓度传感器供电电压是5V，输出端需接LM224A电压放大器；

数据传输系统基于GPRS和WIFI无线传输，用于控制系统与客户终端的信息交互；通过WIFI和GPRS连接现场设备和远程用户端；

控制系统通过数据传输系统实现与数据采集系统的远程控制。

6.根据权利要求5所述的一种污水处理系统，其特征为：HLKM30作为WIFI通信模块，支持全双工通信模式；以三星公司的S3C2440A芯片作为控制芯片，以将德州仪器公司的TLC5615C作为D/A转换芯片，控制芯片的数字量信号通过转换芯片转化为模拟量信号，用于控制PLC的输入/输出点或继电器，从而实现对设备的控制。

Images