專利名稱：溶解氧自動測控系統(tǒng)及好氧生物處理設備的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及水處理技術(shù)領域，尤其涉及一種好氧生物處理設備及其溶解氧自 動測控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
溶解氧(dissolved oxygen，簡稱DO) —直是好氧生物處理過程中的一個非常重 要的指標，目前工程當中主要是通過人工測量溶解氧然后調(diào)節(jié)風機的風量進行溶解氧的控 制，這必然會影響溶解氧的及時控制從而影響處理效率?，F(xiàn)有技術(shù)中，實驗室規(guī)模的好氧處理設備(例如100 X 48 X 39cm的推流式曝氣池 及40X40X50cm的SBR反應器，雖說是實驗室規(guī)模，但已足以實際應用)更是鮮有溶解氧 的自控技術(shù)，究其原因一是溶解氧的自控本身就是一個較復雜的過程，需要較高的技術(shù)含 量；二是實驗室規(guī)模的處理設備為了降低成本根本就沒有考慮應用溶解氧的自動測控技 術(shù)。因此，需要開發(fā)一套經(jīng)濟實用的溶解氧自動測控系統(tǒng)，以適應實驗室規(guī)模的好氧 處理設備的溶解氧自動測控需求。胃 0 ， ·歹[J |1] ζ yg 個生污 夕去(Sequencing Batch Reactor Activated SludgeftOcess，簡稱SBR)是一種重要的活性污泥水處理技術(shù)，是一種按間歇曝氣方式來 運行的活性污泥污水處理技術(shù)，與傳統(tǒng)污水處理工藝不同，SBR技術(shù)采用時間分割的操作方 式替代空間分割的操作方式，非穩(wěn)定生化反應替代穩(wěn)態(tài)生化反應，靜置理想沉淀替代傳統(tǒng) 的動態(tài)沉淀。它的主要特征是在運行上的有序和間歇操作，SBR技術(shù)的核心是SBR反應池， 該池集均化、初沉、生物降解等功能于一池，無污泥回流系統(tǒng)。實驗室規(guī)模的SBR反應池，也 需要進行溶解氧的控制，因此也需要一套經(jīng)濟適用的適應于SBR反應池的溶解氧自動測控 系統(tǒng)。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于，提供一種溶解氧自動測控系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中實驗 室規(guī)模的好氧處理設備沒有溶解氧自動測控的技術(shù)問題，以一種經(jīng)濟、實用的溶解氧自動 測控系統(tǒng)進行溶解氧自動測控。本實用新型的另一目的在于，提供一種具有本實用新型溶解氧自動測控系統(tǒng)的好 氧生物處理設備。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術(shù)方案如下一種溶解氧自動測控系統(tǒng)，用于實驗室規(guī)模的好氧生物處理設備，該自動測控系 統(tǒng)包括流量傳感器、前饋調(diào)節(jié)器、溶解氧檢測儀、PID控制器及風機；所述流量傳感器，設置 在所述好氧生物處理設備的原水進水管路中，所述流量傳感器檢測到的原水流量信號傳送 于所述前饋調(diào)節(jié)器；所述溶解氧測量儀，其溶解氧傳感器設置在所述好氧生物處理設備中， 所述溶解氧傳感器感測到的溶解氧濃度傳送于所述PID控制器；所述PID控制器，包括用于比例、積分和微分運算的運算器及所述運算器輸入側(cè)的減法器和所述運算器輸出側(cè)的加法 器，所述減法器輸出的實時測量的溶解氧含量與設定值之間的差值，通過所述運算器的運 算，得到調(diào)大或調(diào)小風機轉(zhuǎn)速的控制信號并輸出于所述風機；所述前饋調(diào)節(jié)器，連接于所述 加法器，當原水流量突然變化時產(chǎn)生調(diào)節(jié)信號并通過所述加法器疊加于所述控制信號以調(diào) 節(jié)所述風機轉(zhuǎn)速以改變所述溶解氧含量。本實用新型的溶解氧自動測控系統(tǒng)，優(yōu)選的，所述流量傳感器與所述前饋調(diào)節(jié)器 之間設置有流量變送器。本實用新型的溶解氧自動測控系統(tǒng)，優(yōu)選的，所述PID控制器與所述風機之間連 接有變頻器，所述PID控制器通過控制所述變頻器以控制所述風機。本實用新型的溶解氧自動測控系統(tǒng)，優(yōu)選的，所述風機為具有變頻元件的變頻風 機，所述PID控制器與所述風機的變頻元件相連接。本實用新型的溶解氧自動測控系統(tǒng)，優(yōu)選的，所述PID控制器與所述風機之間設 置有用以選則手動與自動控制所述風機的模式選擇開關。本實用新型的溶解氧自動測控系統(tǒng)，優(yōu)選的，所述溶解氧自動測控系統(tǒng)設置有表 示所述模式選擇開關所選擇模式的自動指示燈與手動指示燈；所述風機也具有表示所述風 機處于工作狀態(tài)的指示燈。本實用新型的溶解氧自動測控系統(tǒng)，優(yōu)選的，所述流量傳感器為葉輪式流量傳感ο本實用新型的溶解氧自動測控系統(tǒng)，優(yōu)選的，所述風機通過3芯插頭/插座連接； 所述葉輪式流量傳感器通過4芯插頭/插座連接；所述溶解氧傳感器通過5芯插頭/插座 連接。一種好氧生物處理設備，所述好氧生物處理設備具有本實用新型的溶解氧自動測 控系統(tǒng)。本實用新型的好氧生物處理設備，優(yōu)選的，所述好氧生物處理設備為SBR反應池、 推流式曝氣池或三溝式氧化溝。本實用新型的有益效果在于，本實用新型的溶解氧自動測控系統(tǒng)，可人為設定預 設值，在檢測到溶解氧濃度的實時值與所述預測值有一定的差距時，通過控制風機的運轉(zhuǎn) 以改變?nèi)芙庋鯘舛戎?，并將水中溶解氧濃度控制在預定范圍內(nèi)，系統(tǒng)滯后時間短，且具有較 好節(jié)能效果。并且，本實用新型的溶解氧自動測控系統(tǒng)，結(jié)合了基于原水流量的反饋(閉 環(huán))控制和基于溶解氧濃度的前饋(開環(huán))調(diào)節(jié)于一體，兩種控制方法互相結(jié)合互相補充， 達到預定的控制效果。
圖1為本實用新型的溶解氧濃度自動測控系統(tǒng)的示意圖。圖2為本實用新型的溶解氧濃度自動測控系統(tǒng)的系統(tǒng)原理方框圖。圖3為本實用新型的溶解氧濃度自動測控系統(tǒng)用于SBR反應池的示意圖。
具體實施方式
體現(xiàn)本實用新型特征與優(yōu)點的典型實施例將在以下的說明中詳細敘述。應理解的是本實用新型能夠在不同的實施例上具有各種的變化，其皆不脫離本實用新型的范圍，且 其中的說明及所附附圖在本質(zhì)上是當作說明之用，而非用以限制本實用新型。本實用新型實施例的好氧生物處理設備，具有本實用新型實施例的溶解氧自動測 控系統(tǒng)。本實用新型的溶解氧自動測控系統(tǒng)，可以應用于本實用新型的好氧生物處理設備， 但不限于此SBR反應池，例如還可應用于實驗室推流式曝氣池、三溝式氧化溝等實驗室規(guī) 模的好氧生物處理設備。以下以設置在SBR反應池中的本實用新型溶解氧自動測控系統(tǒng)為例，對本實用新 型進行詳細的介紹。一、系統(tǒng)的組成及連接方式如圖1所示，本實用新型實施例的溶解氧自動測控系統(tǒng)，用于實驗室規(guī)模的好氧 生物處理設備，該自動測控系統(tǒng)包括流量傳感器11、流量變送器12、前饋調(diào)節(jié)器13、溶解氧 檢測儀22、PID控制器4、變頻器31及風機32 (或稱鼓風機)；本實用新型實施例的溶解氧 自動測控系統(tǒng)設置于SBR反應池中，反應池具有排水口 7、排泥口 8、攪拌機9和曝氣器14 等機構(gòu)。其中的流量傳感器11，設置在SBR反應池的原水進水管路中，將檢測到的原水流 量信號傳送于與其直接連接的流量變送器12，流量變送器12與前饋調(diào)節(jié)器13相連接；流 量變送器12將轉(zhuǎn)換為規(guī)定類型的流量信號傳送于前饋調(diào)節(jié)器13。本實用新型實施例的溶解氧自動測控系統(tǒng)中的各組成元件的優(yōu)選型號如表1所 示表 1名稱型號PID控制器4XMT 626流量傳感器11JST SYM-001T流量變送器12JN378-F/I前饋調(diào)節(jié)器13XMZ 604溶解氧檢測儀22DO-8600變頻器31TS2900PT2M溶解氧傳感器21DO 912B (河北科瑞達科技有限公司生產(chǎn))溶解氧檢測儀22的溶解氧傳感器21設置在SBR反應池的水面一定高度處，關于 溶解氧傳感器21在SBR反應池內(nèi)的布置，應選擇池中溶解氧最具代表性的位置，一般選在 排水口 7 (或稱出口)附近的位置；而溶解氧傳感器21的數(shù)量為一支即可，溶解氧檢測儀22 感測到的溶解氧濃度傳送于PID控制器4 ；PID控制器4的輸出端連接有變頻器31與風機32，由風機32向曝氣器14鼓風。在對現(xiàn)有的好氧處理設備進行改進的場合，可選用在風機32與PID控制器4之間加裝變頻 器31的方式，可達到對現(xiàn)有設備的充分利用；而在新建好氧處理設備的場合，也可直接選 用變頻風機，將PID控制器4的輸出端與變頻風機的變頻元件相連接，以對風機進行變頻控 制。PID控制器4，包括用于比例、積分和微分運算的運算器及所述運算器輸入側(cè)的減 法器和所述運算器輸出側(cè)的加法器，所述減法器輸出的實時測量的溶解氧含量與設定值之 間的差值，通過所述運算器的運算，得到調(diào)大或調(diào)小風機32轉(zhuǎn)速的控制信號并經(jīng)加法器輸 入所述風機；前饋調(diào)節(jié)器13，連接于PID控制器4的加法器，當原水流量突然變化時產(chǎn)生調(diào)節(jié)信 號并通過所述加法器疊加于所述控制信號以調(diào)節(jié)所述風機轉(zhuǎn)速以改變所述溶解氧含量。二、系統(tǒng)的控制方式(1)反饋(閉環(huán))控制系統(tǒng)(根據(jù)實時監(jiān)測溶解氧含量調(diào)節(jié))當原水(即待處理的廢水)通過管道流入曝氣池內(nèi)，由溶解氧傳感器21實時測量 水體中的溶解氧濃度，并轉(zhuǎn)換為4 20mA的電流信號，輸入到PID控制器4的減法器中；PID 控制器4的比較環(huán)節(jié)(即減法器)求出設定值％與測量值7111的偏差e，經(jīng)運算器的PID運 算后，經(jīng)加法器輸入到變頻器31的輸入端，通過控制風機32的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)風量，從而改變 曝氣池中溶解氧的含量。其中，運算器按偏差e的P (比例)、I (積分)、D (微分)控制算法進行運算，輸出 相應的4 20mA信號，當輸出信號的毫安量(mA)增加時變頻器頻率提高，風機轉(zhuǎn)速升高， 反之即變頻器頻率下降，風機轉(zhuǎn)速降低；例如當輸出是4mA時，變頻器頻率為25Hz，風機轉(zhuǎn) 速為0，當輸出是20mA時，變頻器頻率為50Hz，風機為額定轉(zhuǎn)速。因此，當測得的溶解氧濃 度低于設定值時，需加大風機轉(zhuǎn)速，而測得的溶解氧濃度高于設定值時，則可減小風機轉(zhuǎn)速 以實現(xiàn)節(jié)能的目的。(2)前饋(開環(huán))控制回路(根據(jù)原水流量調(diào)節(jié))由于廢水流量對曝氣過程影響十分明顯，為減少溶解氧濃度的波動，縮短調(diào)節(jié)過 程，本實用新型的溶解氧自動測控系統(tǒng)，設置具有快速響應的前饋回路，及時補償由原水流 量引起的擾動。如圖1和圖2所示，本實用新型實施例的溶解氧自動測控系統(tǒng)，廢水流量由 流量變送器12轉(zhuǎn)換為4 20mA的電流信號輸入至前饋調(diào)節(jié)器(或稱擾動補償器)13，進行 比例運算后(也可添加積分、微分運算)生成的調(diào)節(jié)信號7 ，與PID控制器4輸出的控制信 號在加法器中疊加，其代數(shù)和作為PID控制器4的輸出信號e’，通過變頻器31或變頻風機 的變頻元件改變風機32轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)風量，最終實現(xiàn)溶解氧濃度的自動調(diào)節(jié)。(3)分為“手動-自動”兩種控制模式本實用新型的溶解氧自動測控系統(tǒng)，可在PID控制器4與風機32之間設置用以選 則手動與自動控制所述風機的模式選擇開關。并且，可用自動指示燈與手動指示燈以表示 所述模式選擇開關所選擇的模式；風機32、前饋調(diào)節(jié)器13、溶解氧檢測儀22也可以具有表 示各自處于工作狀態(tài)的指示燈。自動模式時當開關處于自動控制模式時，電源指示燈、前饋調(diào)節(jié)器13、溶解氧檢 測儀22、自動指示燈、PID控制器4、風機32指示燈均亮起，此時系統(tǒng)將實現(xiàn)反饋(閉環(huán))控 制，前饋(開環(huán))控制的雙控制自動調(diào)節(jié)風機的鼓風量，確保反應池內(nèi)溶解氧濃度達到設定6[0045]手動模式時當開關處于手動控制模式時，電源指示燈、前饋調(diào)節(jié)器13、溶解氧檢 測儀22、手動指示燈均亮起，此時，按下啟動按鈕后，風機32指示燈亮起，風機將實現(xiàn)手動 飽和功率輸出，可人為根據(jù)需要自行調(diào)節(jié)反應池內(nèi)的溶解氧濃度，需停止鼓風時，按下停止 按鈕即可。三、其他PID控制器4的電源線可選用單相交流Q20V，50HZ)，通過標準3孔插座連接。風 機可通過3芯插頭/插座連接；流量傳感器優(yōu)選的為葉輪式流量傳感器，其具有體積小、安 裝方便、適用于實驗室小流量原水的優(yōu)點，可通過4芯插頭/插座連接；溶解氧傳感器(或 稱溶解氧探頭)可通過5芯插頭/插座連接。上述不同元件選用不同類型插頭/插座進行 連接的方式，符合人機工程原理，能夠有效的防止插亂插錯現(xiàn)象的發(fā)生。本領域技術(shù)人員應當意識到在不脫離本實用新型所附的權(quán)利要求所揭示的本實 用新型的范圍和精神的情況下所作的更動與潤飾，均屬本實用新型的權(quán)利要求的保護范圍 之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種溶解氧自動測控系統(tǒng)，其特征在于，用于實驗室規(guī)模的好氧生物處理設備，該自 動測控系統(tǒng)包括流量傳感器、前饋調(diào)節(jié)器、溶解氧檢測儀、PID控制器及風機；所述流量傳感器，設置在所述好氧生物處理設備的原水進水管路中，所述流量傳感器 檢測到的原水流量信號傳送于所述前饋調(diào)節(jié)器；所述溶解氧測量儀，其溶解氧傳感器設置在所述好氧生物處理設備中，所述溶解氧傳 感器感測到的溶解氧濃度傳送于所述PID控制器；所述PID控制器，包括用于比例、積分和微分運算的運算器及所述運算器輸入側(cè)的減 法器和所述運算器輸出側(cè)的加法器，所述減法器輸出的實時測量的溶解氧含量與設定值之 間的差值，通過所述運算器的運算，得到調(diào)大或調(diào)小風機轉(zhuǎn)速的控制信號并經(jīng)所述加法器 輸入所述風機；所述前饋調(diào)節(jié)器，連接于所述加法器，當原水流量突然變化時產(chǎn)生調(diào)節(jié)信號并通過所 述加法器疊加于所述控制信號以調(diào)節(jié)所述風機轉(zhuǎn)速以改變所述溶解氧含量。
2.如權(quán)利要求1所述的溶解氧自動測控系統(tǒng)，其特征在于，所述流量傳感器與所述前 饋調(diào)節(jié)器之間設置有流量變送器。
3.如權(quán)利要求1所述的溶解氧自動測控系統(tǒng)，其特征在于，所述PID控制器與所述風機 之間連接有變頻器，所述PID控制器通過控制所述變頻器以控制所述風機。
4.如權(quán)利要求1所述的溶解氧自動測控系統(tǒng)，其特征在于，所述風機為具有變頻元件 的變頻風機，所述PID控制器與所述風機的變頻元件相連接。
5.如權(quán)利要求2所述的溶解氧自動測控系統(tǒng)，其特征在于，所述PID控制器與所述風機 之間設置有用以選則手動與自動控制所述風機的模式選擇開關。
6.如權(quán)利要求5所述的溶解氧自動測控系統(tǒng)，其特征在于，所述溶解氧自動測控系統(tǒng) 設置有表示所述模式選擇開關所選擇模式的自動指示燈與手動指示燈；所述風機也具有表 示所述風機處于工作狀態(tài)的指示燈。
7.如權(quán)利要求1所述的溶解氧自動測控系統(tǒng)，其特征在于，所述流量傳感器為葉輪式 流量傳感器。
8.如權(quán)利要求7所述的溶解氧自動測控系統(tǒng)，其特征在于，所述風機通過3芯插頭/插 座連接；所述葉輪式流量傳感器通過4芯插頭/插座連接；所述溶解氧傳感器通過5芯插頭/插座連接。
9.一種好氧生物處理設備，其特征在于，所述好氧生物處理設備具有權(quán)利要求1-8任 一所述的溶解氧自動測控系統(tǒng)。
10.如權(quán)利要求9所述的好氧生物處理設備，其特征在于，所述好氧生物處理設備為 SBR反應池、推流式曝氣池或三溝式氧化溝。
專利摘要本實用新型公開了一種溶解氧自動測控系統(tǒng)及具有該溶解氧自動測控系統(tǒng)的好氧生物處理設備，該溶解氧自動測控系統(tǒng)用于實驗室規(guī)模的好氧生物處理設備，包括流量傳感器、前饋調(diào)節(jié)器、溶解氧檢測儀、PID控制器及風機；PID控制器，包括用于比例、積分和微分運算的運算器及運算器輸入側(cè)的減法器和運算器輸出側(cè)的加法器，減法器輸出的實時測量的溶解氧含量與設定值之間的差值，通過運算器的運算，得到調(diào)大或調(diào)小風機轉(zhuǎn)速的控制信號并輸出于風機；前饋調(diào)節(jié)器，連接于加法器，當原水流量突然變化時產(chǎn)生調(diào)節(jié)信號并通過加法器疊加于控制信號以調(diào)節(jié)風機轉(zhuǎn)速以改變?nèi)芙庋鹾?。本實用新型?jīng)濟、實用、節(jié)能且系統(tǒng)滯后時間短。
文檔編號C02F3/02GK201828788SQ201020551700
公開日2011年5月11日 申請日期2010年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月8日
發(fā)明者張曉輝, 曹奇光, 李松, 李達飛, 王曉凡, 謝國莉, 陳紅梅, 馬越 申請人:北京電子科技職業(yè)學院