CN218675788U - 一种实现造纸废水处理过程温室气体减排的智能监控装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种实现造纸废水处理过程温室气体减排的智能监控装置，包括造纸废水处理反应器、提升泵、硝化液回流泵、曝气风机、变频器、曝气头、流量计、pH传感器、ORP传感器、溶解氧传感器、氨氮硝氮传感器、电导率传感器、COD在线监测仪、控制柜、PLC和RS485模块等。本实用新型通过PLC控制提升泵、硝化液回流泵和变频器的运行；通过pH、ORP、溶解氧、氨氮硝氮和电导率传感器、COD在线监测仪实时监测数据，通过RS485模块将所获取的实时监测数据传输到PLC，PLC控制调整变频器的频率与硝化液回流泵的转速，以优化废水溶解氧浓度与内回流量的设定值，实现造纸废水处理过程中的温室气体减排。

Description

一种实现造纸废水处理过程温室气体减排的智能监控装置

技术领域

本实用新型涉及造纸废水处理技术领域，具体涉及一种实现造纸废水处理过程温室气体减排的智能监控装置。

背景技术

废水处理系统主要通过一系列的物化、生化和综合处理过程来除去废水中的污染物。废水处理过程中会由于微生物去除污染物、能源消耗以及投加化学药剂等原因，直接或间接地产生大量GHG并排放到大气中，引发温室效应、光化学烟雾和酸雨等现象。

当今造纸废水处理过程的GHG减排方法主要有废水处理工艺优化法与仿真平台法，废水处理工艺优化法是利用新的造纸废水处理工艺结合传统的活性污泥法工艺，如Fenton试剂法、光催化法等工艺，这些新工艺具有反应迅速、提高出水水质等优点，可减少传统的造纸废水处理工艺因设备运行而间接排放的GHG，但这些工艺具有投入成本高、处理量有限、化学品残留的缺点。近年来基于仿真平台所提出的先进优化控制策略表现出具有在出水水质达标下实现GHG减排的能力，但控制效果仅适用于理想状态下的造纸废水处理仿真平台，而实际的造纸废水处理环境非常复杂，机理尚不清晰，目前使用自动控制系统主要为了提高出水水质，尚未顾及温室气体的减排控制。为解决上述问题，本申请提出了一种实现造纸废水处理过程温室气体减排的智能监控系统，通过智能控制减少造纸污水处理过程的GHG排放量，实现污水处理过程中的碳减排。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于克服废水处理工艺优化法与仿真平台法的缺点与不足，提供一种实现造纸废水处理过程温室气体减排的智能监控装置，通过智能控制减少造纸污水处理过程的GHG排放量，实现污水处理过程中的碳减排。

该智能监控装置基于造纸废水处理领域经典的缺氧/好氧A/O工艺，当入水水质和污染负荷发生变化时，可编程逻辑控制器PLC16通过分别调整变频器5的频率与硝化液回流泵3的转速来动态优化废水溶解氧浓度与内回流量的设定值，以实现造纸废水处理过程中的温室气体减排。该智能监控装置可以为造纸废水处理过程实现“碳达峰碳中和”的目标提供关键技术。

本实用新型的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种实现造纸废水处理过程温室气体减排的智能监控装置，所述智能监控装置包括：造纸废水处理反应器1、提升泵2、硝化液回流泵3、第一曝气风机401、第二曝气风机402、第三曝气风机403、变频器5、第一曝气头601、第二曝气头602、第三曝气头603、第一流量计701、第二流量计702、第三流量计703、pH传感器8、ORP传感器9、溶解氧DO传感器10、氨氮硝氮传感器11、电导率传感器12、COD在线监测仪13、Sc1000控制器14、可编程逻辑控制器PLC16和RS485模块18；

其中，造纸废水处理反应器1由进水池101、第一缺氧池102、第二缺氧池103、第一好氧池104、第二好氧池105、第三好氧池106、二沉池107和出水池108依次顺序设置而成；

所述提升泵2一端与进水池101连接，另一端与第一缺氧池102连接；所述硝化液回流泵3一端与第三好氧池106连接，另一端与第一缺氧池102连接；

所述提升泵2与硝化液回流泵3通过信号线连接到RS485模块18，RS485模块18再接入可编程逻辑控制器PLC16；

所述第一曝气风机401、第二曝气风机402、第三曝气风机403分别与第一流量计701、第二流量计702、第三流量计703和第一曝气头601、第二曝气头602、第三曝气头603依次串联，上述第一曝气头601、第二曝气头602、第三曝气头603分别封装在第一好氧池104、第二好氧池105和第三好氧池106中，其中，第三曝气风机403又与变频器5相连后接入可编程逻辑控制器PLC16中；

所述pH传感器8与ORP传感器9封装在第二缺氧池103中，所述溶解氧DO传感器10封装在第三好氧池106中，所述氨氮硝氮传感器11、电导率传感器12和COD在线监测仪13设置在出水池108中，实时监测造纸废水处理过程中的水质参数，其中pH传感器8、ORP传感器9、溶解氧DO传感器10、氨氮硝氮传感器11、电导率传感器12和COD在线监测仪13分别用来监测废水的ORP、DO、氨与氮硝氮、电导率、化学需氧量COD；

所述pH传感器8、ORP传感器9、溶解氧DO传感器10、氨氮硝氮传感器11、电导率传感器12、COD在线监测仪13均与Sc1000控制器14连接后，再通过RS485模块18接入可编程逻辑控制器PLC16。

进一步地，所述进水池101与第一缺氧池102之间、第一缺氧池102与第二缺氧池103之间、第二缺氧池103与第一好氧池104之间、第一好氧池104与第二好氧池105之间、第二好氧池105与第三好氧池106之间、第三好氧池106与二沉池107、二沉池107与出水池108均通过硅胶管进行连接，该硅胶管具有化学稳定性高、抗氧化腐蚀等优点，刚好能够输送成分复杂的造纸污水。

进一步地，所述提升泵2分别与进水池101与第一缺氧池102之间通过硅胶管进行连接；硝化液回流泵3分别与第三好氧池106与第一缺氧池102之间通过硅胶管进行连接，该硅胶管为提升泵与硝化液回流泵的专用管，具有优良的耐破强度与抗张强度。

进一步地，所述第一曝气风机401，第二曝气风机402，第三曝气风机403通过硅胶管分别与第一流量计701、第二流量计702、第三流量计703连接，第一流量计701、第二流量计702、第三流量计703再通过硅胶管分别与第一曝气头601、第二曝气头602、第三曝气头603相连，该硅胶管的孔隙率高，不充气时硅胶管会变平，停止曝气时不会堵塞。

进一步地，所述可编程逻辑控制器PLC16和RS485模块18均封装在控制柜17或便携式控制箱中，具体设置在控制柜或集成在便携式控制箱中，根据应用场景需求进行调整。同时，该控制柜或或便携式控制箱中能够保护里面的设备不受损害，便于检修，不危及人身及周围设备的安全。

进一步地，所述智能监控装置中水质传感器通过RS485模块18和上位机15连接并进行信息交换。水质传感器采集到的数据是4-20mA的电流信号或者是0/1的开关信号，计算机无法直接分析利用，通过RS485模块18将模拟信号转换成可使用的数字信号。

进一步地，所述第一曝气头601、第二曝气头602、第三曝气头603分别封装在第一好氧池104、第二好氧池105和第三好氧池106中，该曝气头的作用为好氧池提供氧气。

本实用新型相对于现有技术具有如下的优点及效果：

(1)本实用新型通过可编程逻辑控制器PLC16控制提升泵2、硝化液回流泵3和变频器5的运行；通过pH传感器8、ORP传感器9、溶解氧(DO)传感器10、氨氮硝氮传感器11、电导率传感器12和COD在线监测仪13获取实时监测数据，通过RS485模块18将数据传输到可编程逻辑控制器PLC16，为后续温室气体减排提供数据支撑。

(2)当入水水质和污染负荷发生变化时，可编程逻辑控制器PLC16通过分别调整变频器5的频率与硝化液回流泵3的转速来动态优化废水溶解氧浓度与内回流量的设定值，以实现造纸废水处理过程中的温室气体减排。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型中实现造纸废水处理过程温室气体减排的智能监控装置整体结构图；

图2是本实用新型中实现造纸废水处理过程温室气体减排的智能监控装置硬件结构图；

附图中，各附图标记说明如下：

1-造纸废水处理反应器，101-进水池，102-第一缺氧池，103-第二缺氧池，104-第一好氧池，105-第二好氧池，106第三好氧池，107-二沉池，108-出水池，2-提升泵，3-硝化液回流泵，401-第一曝气风机，402-第二曝气风机，403-第三曝气风机，5-变频器，601-第一曝气头，602-第二曝气头，603-第三曝气头，701-第一流量计，702-第二流量计，703-第三流量计，8-pH传感器，9-ORP传感器，10-溶解氧DO传感器，11-氨氮硝氮传感器，12-电导率传感器，13-COD在线监测仪，14-Sc1000控制器，15-上位机，16-可编程逻辑控制器PLC，17-控制柜，18-RS485模块。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

本实施例提供了一种实现造纸废水处理过程温室气体减排的智能监控装置，如附图1所示，该智能监控装置包括造纸废水处理反应器1、提升泵2、硝化液回流泵3、第一曝气风机401、第二曝气风机402、第三曝气风机403、、变频器5、第一曝气头601、第二曝气头602、第三曝气头603、第一流量计701、第二流量计702、第三流量计703、pH传感器8、ORP传感器9、溶解氧DO传感器10、氨氮硝氮传感器11、电导率传感器12、COD在线监测仪13、Sc1000控制器14、上位机15、可编程逻辑控制器PLC 16、控制柜17和RS485模块18。

本实施例中，造纸废水处理反应器1，由一个进水池101、第一缺氧池102、第二缺氧池103、第一好氧池104、第二好氧池105、第三好氧池106、一个二沉池107、和一个出水池108依次顺序设置而成，该造纸废水处理反应器1采用改良缺氧/好氧A/O工艺；相邻池容器之间通过硅胶管进行连接，即：所述进水池101与第一缺氧池102之间、第一缺氧池102与第二缺氧池103之间、第二缺氧池103与第一好氧池104之间、第一好氧池104与第二好氧池105之间、第二好氧池105与第三好氧池106之间、第三好氧池106与二沉池107、二沉池107与出水池108均通过硅胶管进行连接。

该造纸废水处理反应器1采用改良缺氧/好氧A/O工艺；提升泵2位于进水池101与第一缺氧池102和之间，提升泵2分别与进水池101与第一缺氧池102之间通过硅胶管进行连接。

硝化液回流泵3位于第三好氧池106与第一缺氧池102之间，硝化液回流泵3与第三好氧池106与第一缺氧池102之间分别通过硅胶管进行连接。

所述提升泵2与硝化液回流泵3通过信号线连接到RS485模块18，RS485模块18再接入可编程逻辑控制器PLC 16；

第一曝气风机401，第二曝气风机402，第三曝气风机403分别与第一流量计701、第二流量计702、第三流量计703和第一曝气头601、第二曝气头602、第三曝气头603依次串联起来，上述第一曝气头601、第二曝气头602、第三曝气头603分别封装在第一好氧池103、第二好氧池104和第三好氧池105中，其中连接第三好氧池105的第三曝气风机403又与变频器5相连，变频器5再接入可编程逻辑控制器PLC17中，第一曝气风机401，第二曝气风机402，第三曝气风机403通过硅胶管分别与第一流量计701、第二流量计702、第三流量计703连接，第一流量计701、第二流量计702、第三流量计703再通过硅胶管分别与第一曝气头601、第二曝气头602、第三曝气头603相连。

本实施例中，pH传感器8、ORP传感器9、溶解氧DO传感器10、氨氮硝氮传感器11、电导率传感器12、COD在线监测仪13均与Sc1000控制器14连接，Sc1000控制器14再通过RS485模块18接入可编程逻辑控制器PLC16，pH传感器8与ORP传感器9封装在第二缺氧池103中，溶解氧DO传感器10封装在第三好氧池106中、氨氮硝氮传感器11、电导率传感器12和COD在线监测仪13设置在出水池108中，实时监测造纸废水处理过程中的水质参数，其中pH传感器8、ORP传感器、溶解氧DO传感器10、氨氮硝氮传感器11、电导率传感器12和COD在线监测仪13分别用来监测废水的ORP、DO、氨与氮硝氮、电导率、化学需氧量COD。

本实施例中，上位机15、可编程逻辑控制器PLC16控制柜17、和RS485模块18均为中央处理模块，可编程逻辑控制器PLC16和RS485模块18均封装在控制柜17里面，各种水质传感器和上位机15通过RS485模块18进行数据通讯。本实施例中，当入水流量和污染负荷发生变化时，可编程逻辑控制器PLC16分别通过调整变频器5的频率与硝化液回流泵3的转速来动态优化废水溶解氧浓度与内回流量的设定值，以实现造纸废水处理过程中的温室气体减排。

实施例2

本实施例提供了一种实现造纸废水处理过程温室气体减排的智能监控装置，如附图1所示，该智能监控装置包括造纸废水处理反应器1、提升泵2、硝化液回流泵3、第一曝气风机401、第二曝气风机402、第三曝气风机403、、变频器5、第一曝气头601、第二曝气头602、第三曝气头603、第一流量计701、第二流量计702、第三流量计703、pH传感器8、ORP传感器9、溶解氧DO传感器10、氨氮硝氮传感器11、电导率传感器12、COD在线监测仪13、Sc1000控制器14、上位机15、可编程逻辑控制器PLC 16、便携式控制箱和RS485模块18。

本实施例中，造纸废水处理反应器1，由一个进水池101、第一缺氧池102、第二缺氧池103、第一好氧池104、第二好氧池105、第三好氧池106、一个二沉池107、和一个出水池108依次顺序设置而成，该造纸废水处理反应器1采用改良缺氧/好氧A/O工艺；相邻池容器之间通过硅胶管进行连接，即：所述进水池101与第一缺氧池102之间、第一缺氧池102与第二缺氧池103之间、第二缺氧池103与第一好氧池104之间、第一好氧池104与第二好氧池105之间、第二好氧池105与第三好氧池106之间、第三好氧池106与二沉池107、二沉池107与出水池108均通过硅胶管进行连接。

该造纸废水处理反应器1采用改良缺氧/好氧A/O工艺；提升泵2位于进水池101与第一缺氧池102和之间，提升泵2分别与进水池101与第一缺氧池102之间通过硅胶管进行连接。

硝化液回流泵3位于第三好氧池106与第一缺氧池102之间，硝化液回流泵3与第三好氧池106与第一缺氧池102之间分别通过硅胶管进行连接。

所述提升泵2与硝化液回流泵3通过信号线连接到RS485模块18，RS485模块18再接入可编程逻辑控制器PLC 16；

第一曝气风机401，第二曝气风机402，第三曝气风机403分别与第一流量计701、第二流量计702、第三流量计703和第一曝气头601、第二曝气头602、第三曝气头603依次串联起来，上述第一曝气头601、第二曝气头602、第三曝气头603分别封装在第一好氧池103、第二好氧池104和第三好氧池105中，其中连接第三好氧池105的第三曝气风机403又与变频器5相连，变频器5再接入可编程逻辑控制器PLC16中，第一曝气风机401，第二曝气风机402，第三曝气风机403通过硅胶管分别与第一流量计701、第二流量计702、第三流量计703连接，第一流量计701、第二流量计702、第三流量计703再通过硅胶管分别与第一曝气头601、第二曝气头602、第三曝气头603相连。

本实施例中，pH传感器8、ORP传感器9、溶解氧DO传感器10、氨氮硝氮传感器11、电导率传感器12、COD在线监测仪13均与Sc1000控制器14连接，Sc1000控制器14再通过RS485模块18接入可编程逻辑控制器PLC16，pH传感器8与ORP传感器9封装在第二缺氧池103中，溶解氧DO传感器10封装在第三好氧池106中、氨氮硝氮传感器11、电导率传感器12和COD在线监测仪13设置在出水池108中，实时监测造纸废水处理过程中的水质参数，其中pH传感器8、ORP传感器、溶解氧DO传感器10、氨氮硝氮传感器11、电导率传感器12和COD在线监测仪13分别用来监测废水的ORP、DO、氨与氮硝氮、电导率、化学需氧量COD。

本实施例中，上位机15、可编程逻辑控制器PLC16和RS485模块18均为中央处理模块，可编程逻辑控制器PLC16和RS485模块18设置在便携式控制箱17里面，各种水质传感器和上位机15通过RS485模块18进行数据通讯。本实施例中，当入水流量和污染负荷发生变化时，可编程逻辑控制器PLC16分别通过调整变频器5的频率与硝化液回流泵3的转速来动态优化废水溶解氧浓度与内回流量的设定值，以实现造纸废水处理过程中的温室气体减排。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种实现造纸废水处理过程温室气体减排的智能监控装置，其特征在于，所述智能监控装置包括：造纸废水处理反应器(1)、提升泵(2)、硝化液回流泵(3)、第一曝气风机(401)、第二曝气风机(402)、第三曝气风机(403)、变频器(5)、第一曝气头(601)、第二曝气头(602)、第三曝气头(603)、第一流量计(701)、第二流量计(702)、第三流量计(703)、pH传感器(8)、ORP传感器(9)、溶解氧DO传感器(10)、氨氮硝氮传感器(11)、电导率传感器(12)、COD在线监测仪(13)、Sc1000控制器(14)、可编程逻辑控制器PLC(16)和RS485模块(18)；

其中，造纸废水处理反应器(1)由进水池(101)、第一缺氧池(102)、第二缺氧池(103)、第一好氧池(104)、第二好氧池(105)、第三好氧池(106)、二沉池(107)和出水池(108)依次顺序设置而成，

所述提升泵(2)一端与进水池(101)连接，另一端与第一缺氧池(102)连接；所述硝化液回流泵(3)一端与第三好氧池(106)连接，另一端与第一缺氧池(102)连接；

所述提升泵(2)与硝化液回流泵(3)通过信号线连接到RS485模块(18)，RS485模块(18)再接入可编程逻辑控制器PLC(16)；

所述第一曝气风机(401)、第二曝气风机(402)、第三曝气风机(403)分别与第一流量计(701)、第二流量计(702)、第三流量计(703)和第一曝气头(601)、第二曝气头(602)、第三曝气头(603)依次串联，上述第一曝气头(601)、第二曝气头(602)、第三曝气头(603)分别封装在第一好氧池(104)、第二好氧池(105)和第三好氧池(106)中，其中，第三曝气风机(403)又与变频器(5)相连后接入可编程逻辑控制器PLC(16)中；

所述pH传感器(8)与ORP传感器(9)封装在第二缺氧池(103)中，所述溶解氧DO传感器(10)封装在第三好氧池(106)中，所述氨氮硝氮传感器(11)、电导率传感器(12)和COD在线监测仪(13)设置在出水池(108)中，实时监测造纸废水处理过程中的水质参数，其中pH传感器(8)、ORP传感器、溶解氧DO传感器(10)、氨氮硝氮传感器(11)、电导率传感器(12)和COD在线监测仪(13)分别用来监测废水的pH、ORP、DO、氨与氮硝氮、电导率、化学需氧量；

所述pH传感器(8)、ORP传感器(9)、溶解氧DO传感器(10)、氨氮硝氮传感器(11)、电导率传感器(12)、COD在线监测仪(13)均与Sc1000控制器(14)连接后，再通过RS485模块(18)接入可编程逻辑控制器PLC(16)。

2.根据权利要求1所述的一种实现造纸废水处理过程温室气体减排的智能监控装置，其特征在于，所述进水池(101)与第一缺氧池(102)之间、第一缺氧池(102)与第二缺氧池(103)之间、第二缺氧池(103)与第一好氧池(104)之间、第一好氧池(104)与第二好氧池(105)之间、第二好氧池(105)与第三好氧池(106)之间、第三好氧池(106)与二沉池(107)、二沉池(107)与出水池(108)均通过硅胶管进行连接。

3.根据权利要求1所述的一种实现造纸废水处理过程温室气体减排的智能监控装置，其特征在于，所述提升泵(2)分别与进水池(101)与第一缺氧池(102)之间通过硅胶管进行连接；硝化液回流泵(3)分别与第三好氧池(106)与第一缺氧池(102)之间通过硅胶管进行连接。

4.根据权利要求1所述的一种实现造纸废水处理过程温室气体减排的智能监控装置，其特征在于，所述第一曝气风机(401)，第二曝气风机(402)，第三曝气风机(403)通过硅胶管分别与第一流量计(701)、第二流量计(702)、第三流量计(703)连接，第一流量计(701)、第二流量计(702)、第三流量计(703)再通过硅胶管分别与第一曝气头(601)、第二曝气头(602)、第三曝气头(603)相连。

5.根据权利要求1所述的一种实现造纸废水处理过程温室气体减排的智能监控装置，其特征在于，所述可编程逻辑控制器PLC(16)和RS485模块(18)均封装在控制柜(17)或便携式控制箱中。

6.根据权利要求1所述的一种实现造纸废水处理过程温室气体减排的智能监控装置，其特征在于，所述智能监控装置中水质传感器通过RS485模块(18)和上位机(15)连接并进行信息交换。

7.根据权利要求1所述的一种实现造纸废水处理过程温室气体减排的智能监控装置，其特征在于，所述第一曝气头(601)、第二曝气头(602)、第三曝气头(603)分别封装在第一好氧池(104)、第二好氧池(105)和第三好氧池(106)中，用于为好氧池提供氧气。

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