CN2558648Y - 一体式浸没膜生物反应器的自动控制装置 - Google Patents

Abstract

涉及一种自动控制装置，尤其是一种由时间继电器、中间继电器、电磁阀和液位控制器组成的一体式浸没膜生物反应器自动控制装置。设有出水装置，其控制端接出水泵；进水装置，其控制端接进水泵；液位控制装置，其输入端外接膜生物反应器，其输出端分别接进水装置和反冲装置的输入控制端；反冲装置，其输出控制端接出水装置和反冲洗泵；曝气装置，其输入端接反冲装置的输出控制端，而控制输出端接曝气泵。将一体式浸没MBR的进水、出水、液位控制、反冲和曝气系统联系成一个有机的整体，实现所有泵类的定时开关，并起到良好的保护作用，当膜污染发生到一定程度时，系统本身能实现自动调节，相对MBR的同类自控装置其性能价格比优越。

Description

一体式浸没膜生物反应器的自动控制装置

本实用新型涉及一种自动控制装置，尤其是一种由时间继电器、中间继电器、电磁阀和液位控制器等元件所组成，将膜生物反应器的进水、出水、液控、反冲和曝气5个系统联系为一个统一的整体，定时开关泵类的运行，防止进出水失衡和膜出水通量的下降，能维持一体式浸没膜生物反应器的稳定运行，并对泵类起到了良好的保护作用的自动控制装置。

一体式浸没膜生物反应器(MBR)在结构上一般是由生物反应器、膜组件和泵类等元件组成，相比传统的活性污泥流程，由于其有结构紧凑和耗能低等特点而在小型污水处理设备中占据一定的优势。在MBR中，一般都采用微滤或超滤膜，泥水分离效果很好，可以保持反应器中较高的污泥浓度，尤其适合培养一些增殖缓慢的降解菌群，如硝化菌等，因而可以保持任意长的污泥停留时间(SRT)；因此，相对SRT而言，水力停留时间(HRT)就成为一个非常重要的控制参数，为维持相对稳定的HRT，控制进水和出水的平衡非常重要。

目前一体式浸没MBR的自动控制装置大体可以分为控制膜出水通量的恒定和控制液面的恒定两类。

清华大学的单立志等在“一体式膜好氧生物反应器的自动控制”一文中(《给水排水》，1998，24(11)：25-28)公开一种自控装置，采用真空罐、真空泵、电磁阀和HP75000机专门控制膜出水，易于实现膜出水通量的稳定，但造价昂贵，而且MBR装置的其它重要构成，如进水系统，仍然被作为独立的子系统，还是采用液位控制器，对进水离心泵的保护不够。

哈尔滨工业大学的邹联沛等在“MBR中影响同步硝化反硝化的生态因子”一文中(《环境科学)》，2001，22(4)：51-55)公开一种自控装置，采用浮球和液位平衡槽来实现反应器液面的稳定，结构简易、造价低廉，但其高位原水槽仍需泵抽，而且膜污染问题只能通过人工观察和清洗来解决。

MBR的进水，一般都采用液位控制器来控制进水离心泵的工作，但问题很多。比如，为解决液面起伏对离心泵的损害，要对反应器采用一定的连通措施，但连通器内经常发生污泥沉降，聚集和厌氧等非稳定过程；而若膜出水通量下降了，还要采用人工清洗的办法来恢复膜面的通透状况，因此，反应装置经常被停下来进行人工事故处理，一方面不能保证系统的稳定运行；另一方面，实验人员对反应装置维护的体力投入过大，严重影响了正常的研究工作。

本实用新型的目的是提供一种将一体式浸没MBR的进水、出水、液位控制、反冲和曝气系统联系成一个有机的整体，实现系统中所有泵类的定时开关，并对它们起到良好的保护作用；当膜污染发生到一定程度时，系统本身能实现自动调节；相对MBR的同类自控装置其性能价格比优越的一体式浸没MBR的自动控制装置；

本实用新型设有：

一个出水装置，用于控制出水泵的周期性输出，其控制端接出水泵，可采用中间继电器控制周期性地切断和接通出水泵的一条电源线；

一个进水装置，用于控制进水泵的周期性输入，其控制端接进水泵，可采用中间继电器控制周期性地切断和接通进水泵的一条电源线；

一个液位控制装置，用于控制出水和进水流量的平衡，其输入端外接膜生物反应器，其输出端分别接进水装置和反冲装置的输入控制端，可采用中间继电器用于在液面高于设定高度时强行切断进水泵的一条电源线。

一个反冲装置，用于控制对膜生物反应器膜片的反冲洗，其输出控制端接出水装置和反冲洗泵，可采用中间继电器用于同时强行切断出水泵的一条电源线和曝气泵的一条电源线；

一个曝气装置，用于控制2台曝气泵的周期性交替运行，其输入端接反冲装置的输出控制端，而控制输出端接曝气泵，可采用中间继电器用于周期性地切断和接通2台曝气泵的一条电源线；

液位控制装置的输入端可设低液位探头、高液位探头和参比电极。

本自控装置的核心是液位控制装置，其作用与一般意义上的依靠液位的升降所产生的输出电流对工作用电器设备，如离心泵等的控制不同。在本自控装置中，由液面升降所产生的输出电流，一方面仅仅通过中间继电器的开关来切断进水装置；另一方面，由于液面下降速率的快慢可间接地反应膜污染的状况，因此，在足够长的时间里，如果液面仍然没有应有的下降，液位控制装置将启动反冲装置，以改善膜生物反应器的膜组件的膜面通透状况，同时切断出水装置和曝气装置，待反冲操作完成后，重新恢复出水装置、曝气装置对各自工作泵运行的周期性调控，以保持整个MBR系统的稳定。

为了将MBR的进水、出水、液控、反冲和曝气5个系统组成一个有机的整体，实现各种泵类的定时开关，防止进出水失衡和膜出水通量的下降，维持一体式浸没MBR的稳定运行，并对泵类起到良好的保护作用，本装置可采用时间继电器、中间继电器、电磁阀和液位控制器等元件组成，同时控制电源和工作电源可采用相互独立的两种电源，各种元件的电压要求容易满足。而且，与由微机和浮球阀构成的自控系统相比，本自控装置的性能价格比优越。

图1为本实用新型的结构框图。

图2为本实用新型实施例的电原理图。

以下的实施例将结合附图对本自控装置作进一步的说明。

如图1，2所示，本自控装置由出水装置1、进水装置2、液位控制装置3、反冲装置4和曝气装置5等组成。液位控制装置3的低液位探头、高液位探头和参比电极接入MBR，液位控制装置3的输出端分别接中间继电器MR2的7、8接点，MR6的6、5接点和时间继电器TR7的1、8接点；通过这三个中间继电器对整个MBR系统进行调控。

而出水装置1、进水装置2、反冲装置4和曝气装置5都是通过其各自的中间继电器周期性地切断和接通通过出水泵P2、进水泵P1、反冲泵P3和曝气泵的一条电源线，正常情况下，反冲操作不被执行，则出水装置1、进水装置2和曝气装置5都可以对各自的工作泵进行周期性的调控，而当MBR进行反冲操作时，出水装置1、进水装置2和曝气装置5对各自的泵的运行调控将被强行切断。

1)出水装置

在一体式MBR中，沉积污泥和被吸附有机物是影响膜过滤的主要因素，上清液中的有机物会直接吸附在膜表面，形成凝胶层，凝胶层随时间加厚，使过滤阻力增大，从而导致膜阻力(膜内外压差)的明显上升。因此，膜出水流量会随着膜面污染的加重而逐渐下降，长期运行时，如果抽水是连续进行的，运行一段时间(5d)以后，膜会严重堵塞，膜压差可以达到接近100kPa，采用周期性的间歇抽吸可以帮助膜清除污染物，减轻堵塞程度，防止膜压差迅速上升。

在本实用新型的出水控制系统中，采用时间继电器、中间继电器控制出水泵P2(蠕动泵)的周期性抽吸，按照出水泵(如蠕动泵)和膜面最大出水流量，设定最佳的开停时间。每次开T1分钟，然后停T2分钟，一方面防止膜面的污染的加重，同时，对蠕动泵或真空泵等吸引泵起到了保护作用。

2)进水装置

对连续或半连续的操作，进水控制一般都采用液位控制器，依靠液面的升降所产生的输出电流来控制离心泵等进水泵的工作，因此，工作离心泵实际上处在一个近似连续的工作状态；同时，由于一体式浸没MBR采用底部曝气的充氧方式，一向都会造成液面的起伏抖动，由此造成液位控制器的输出电流时有时无，对泵的使用便会造成很大的损害。

根据一体式MBR的工作原理，在基本维持进出水大体平衡的条件下，我们的进水控制系统也采用时间继电器、中间继电器对离心泵的工作采用周期性控制。按照进水泵P1(如离心泵)和出水泵P2(如蠕动泵)的流量特点设定每过T3小时，然后开T4小时，进水泵(如离心泵)在T4小时内的进水设定为T3小时内膜出水流量的100％～200％，因此，一般每过T3小时，液位控制器将工作一次。当离心泵在开启时间内液面的上升超过设定高度，进水泵的一条电源线将被切断，而液面抖动造成的液位控制器不稳定的电流输出不通过进水泵，一方面维持了进出水的平衡，同时对离心泵也起到很好的保护作用。

3)液位控制装置

在本自动控制装置中，应用液位控制器是作为液位和膜污染的重要控制手段。液位控制器的输出电流将不输出给工作离心泵，而是单纯的依靠中间继电器切断进水泵的一条电源线，以维持出水和进水流量的平衡，液面起伏和抖动所造成的输出电流的时有时无将不影响进水泵(如离心泵)的工作。

同时，液位控制装置是非常重要的预防膜污染的手段，当膜污染严重影响到出水流量的正常水平时，液位控制装置将启动反冲装置，强行冲洗膜面的附着物质，以改善膜的透过性能。若污染仍然不能消除，则反冲装置将被周期性地启动，直至膜面的通透性能被较为明显地改善。

4)反冲装置

反冲装置由时间继电器、中间继电器和电磁阀等所构成。在正常情况下，膜面的污染不致影响到进出水的大体平衡，因此反冲装置一般不被启动：但当膜面污染严重影响到出水流量的稳定时，反冲装置将被液位控制装置所启动。同时，出水装置也被切断。

5)曝气装置

曝气是一切好氧浸没MBR所必须的，曝气泵的工作一般是不能间断的，在通常的操作中，一般都是采用人工换泵的方式，交替运行2台曝气泵。但人工换泵费时，费力和容易忘记，因此在本自控装置中，专门设有曝气装置，对曝气泵的运行进行周期性调控，如每隔12小时换一次泵，同时开启另一台泵的工作。

参见图2，本自控装置采用时间继电器、中间继电器、电磁阀和液位控制器等将MBR的进水、出水、液控、反冲和曝气5个系统有机地组成一个统一的整体。

出水装置1由时间继电器TR3、TR4和中间继电器MR4所组成。实现对出水泵P2工作电流的周期性输出。时间继电器TR3，TR4做停、开泵计时。中间继电器MR4的作用是周期性切断和接通出水泵的一条电源线。

TR3的2、6和7、8接点分别接TR4的4、2接点和控制电源S1；TR4的1、7接点分别接控制电源S1；MR4的7、8接点控制电源S1、TR2的2接点。

而出水泵的一条电源线接用电器工作电源S2，属于常开线；另一条S2电源线通过MR4和MR3两个中间继电器接通进水泵P1，此线一般可经过MR4的6、4或5、3接点，和MR3的6、2或5、1接点，属于周期性开合线，通过MR4的周期性开合线来控制出水泵的周期性工作。

进水装置2由时间继电器TR1、TR2和中间继电器MR1所组成。实现对进水泵P1工作电流的周期性输出。时间继电器TR1做停泵计时，TR2做开泵计时，中间继电器MR1的作用是切断和接通出水泵的一条电源线。

TR1的2、6和7、8接点分别接TR2的4、2接点和控制电源S1；TR2的1、7接点分别接控制电源S1；MR1的7、8接点接控制电源S1、TR2的2接点。

而进水泵的一条电源线接用电器工作电源S2，属于常开线；另一条S2电源线通过MR2和MR1两个中间继电器，此线一般可经过MR1的6、4或5、3接点，和MR2的6、2或5、1接点，属于周期性开合线，通过MR1的周期性开合线来控制进水泵的周期性工作。

液位控制装置3由液位控制LC和中间继电器MR2所组成。液位控制装置3对进水装置2、出水装置1和反冲装置4进行调节，其有高液位、低液位和参比电极三个控头插入MBR反应器，其输入端电流接控制电源S1，其输出端电流分成两路，一路接中间继电器MR2的7、8接点，当液位超过设定高度时，液位控制器的输出电流将依靠MR2把进水泵P1的一条S2电源线强行切断，停止进水泵的进水。

反冲装置4由时间继电器TR7、TR8和中间继电器MR3、MR6所组成。当膜污染造成的液面下降速度小于规定的膜出水流量，反冲装置将实现对膜片的反冲洗。

液位控制器LC的输出电流在本实用新型实施例中还将同时输出给时间继电器TR7、中间继电器MR6，依靠时间继电器TR7、TR8和中间继电器MR6、MR3来调控出水装置1和曝气装置5的运行。

时间继电器TR7的2、7和1、8及3、6接点分别接MR6的2、1接点和液位控制器的输出电流端及TR8的1、2、7、8接点。

时间继电器TR8的3、6和4、5接点分别接中间继电器MR6的6、5接点和中间继电器MR3的8、7接点。

时间继电器TR8的5、4接点，接电磁阀V和反冲泵P3的正负两极，只有在反冲时，才会有电流输出给电磁阀和反冲泵。

中间继电器MR3的2、4接点接出水泵的一条S2电源线，为常开线路，只有MBR进行反冲操作时，MR3才被启动，将通过出水泵的一条S2电源线强行切断。

中间继电器MR3的1、5接点接曝气泵的一条S2电源线，其2、6接点接出水泵的一条S2电源线。当MBR进行反冲操作时，将通过曝气泵的一条共用电源线及出水泵的一条S2电源线强行切断。

时间继电器TR7对液位控制器的电流输出进行计时，因为液位高度的下降情况可以间接地反应膜面的污染状况，因此，如果在设定的时间内液面没有足够的下降，反冲操作将被开启。

时间继电器TR8对反冲操作进行计时，在设定的时间内进行反冲，然后重新恢复出水装置和曝气装置对各自泵类的正常运行的调控。

曝气装置5由时间继电器TR5、TR6和中间继电器MR5所组成，主要作用是轮流开合2台工作曝气泵P4，P5，省掉换泵的人工操作。

时间继电器TR5，TR6做停、开泵计时。中间继电器MR5的作用是周期性切断和接通曝气泵的一条S2电源线。

TR5的2、6和7、8接点分别接TR6的4、2接点和控制电源S1；TR4的1、7接点分别接控制电源S1；MR5的7、8接点接控制电源S1、TR6的2接点。曝气泵的一条电源线接用电器工作电源S2，属于常开线；另一条S2电源线通过MR5和MR3两个中间继电器，属于周期性开合线，通过MR5的周期性开合线来控制2台曝气泵的周期性轮换工作。而通过MR3则主要是MBR装置进行反冲操作时强行切断曝气泵的工作。

本自控装置所选用元件的型号：

时间继电器TR(TR1、TR2、TR3、TR4、TR5、TR6、TR7、TR8)可选用ST3PA-B型，220V或110V；

中间继电器MR(MR1、MR2、MR3、MR4、MR5、MR6)可选用JQX-13F或JQX-10FF，220V或110V；

液位控制器LC可采用YW-II型，220V；

电磁阀V可采用ZCT-6型，220V；

出水泵P2可选用真空泵、蠕动泵等吸引泵；

进水泵P1可选用离心泵、蠕动泵等；

反冲泵P3可选用离心泵、蠕动泵、增氧泵、空压机等；

曝气泵P4，P5可选用增氧泵、空压机等；

控制电源S1和用电器工作电源S2，根据所选用元件进行选用，S1和S2可以为同一电源，也可以为不同电压的电源。

Claims (3)

1、一体式浸没膜生物反应器的自动控制装置，其特征在于设有一个出水装置，用于控制出水泵的周期性输出，其控制端接出水泵；一个进水装置，用于控制进水泵的周期性输入，其控制端接进水泵；一个液位控制装置，用于控制出水和进水流量的平衡，其输入端外接膜生物反应器，其输出端分别接进水装置和反冲装置的输入控制端；一个反冲装置，用于控制对膜生物反应器膜片的反冲洗，其输出控制端接出水装置和反冲洗泵；一个曝气装置，用于控制2台曝气泵的周期性交替运行，其输入端接反冲装置的输出控制端，而控制输出端接曝气泵。

2、如权利要求1所述的一体式浸没膜生物反应器的自动控制装置，其特征在于液位控制装置的输入端设低液位探头、高液位探头和参比电极。

3、如权利要求1所述的一体式浸没膜生物反应器的自动控制装置，其特征在于出水装置1由时间继电器TR3、TR4和中间继电器MR4所组成，TR3的2、6和7、8接点分别接TR4的4、2接点和控制电源S1；TR4的1、7接点分别接控制电源S1；MR4的7、8接点控制电源S1、TR2的2接点，出水泵P2的一条电源线接用电器工作电源S2，另一条S2电源线通过MR4和MR3两个中间继电器接通进水泵P1；进水装置2由时间继电器TR1、TR2和中间继电器MR1所组成，实现对进水泵P1工作电流的周期性输出，TR1的2、6和7、8接点分别接TR2的4、2接点和控制电源S1；TR2的1、7接点分别接控制电源S1；MR1的7、8接点接控制电源S1、TR2的2接点，进水泵的一条电源线接用电器工作电源S2，另一条S2电源线通过MR2和MR1两个中间继电器；液位控制装置3由液位控制LC和中间继电器MR2所组成，液位控制装置3对进水装置2、出水装置1和反冲装置4进行调节，其有高液位、低液位和参比电极三个控头插入MBR反应器，其输入端电流接控制电源S1，其输出端电流分成两路，一路接中间继电器MR2的7、8接点；反冲装置4由时间继电器TR7、TR8和中间继电器MR3、MR6所组成，液位控制器LC的输出电流同时输出给时间继电器TR7、中间继电器MR6，依靠时间继电器TR7、TR8和中间继电器MR6、MR3来调控出水装置1和曝气装置5的运行，时间继电器TR7的2、7和1、8及3、6接点分别接MR6的2、1接点和液位控制器的输出电流端及TR8的1、2、7、8接点，时间继电器TR8的3、6和4、5接点分别接中间继电器MR6的6、5接点和中间继电器MR3的8、7接点，时间继电器TR8的5、4接点，接电磁阀V和反冲泵P3的正负两极，中间继电器MR3的2、4接点接出水泵的一条S2电源线，中间继电器MR3的1、5接点接曝气泵的一条S2电源线，其2、6接点接出水泵的一条S2电源线，时间继电器TR7对液位控制器的电流输出进行计时；曝气装置5由时间继电器TR5、TR6和中间继电器MR5所组成，轮流开合2台工作曝气泵P4，P5，TR5的2、6和7、8接点分别接TR6的4、2接点和控制电源S1；TR4的1、7接点分别接控制电源S1；MR5的7、8接点接控制电源S1、TR6的2接点，曝气泵的一条电源线接用电器工作电源S2，另一条S2电源线通过MR5和MR3两个中间继电器，通过MR5的周期性开合线来控制2台曝气泵的周期性轮换工作。

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