一种自动加药控制系统和方法

技术领域

本发明涉及废水处理领域，特别是涉及一种自动加药控制系统和方法。

背景技术

在诸多废水处理高级氧化技术(Advanced Oxidation Process，简称AOPs)中，芬顿体系的氧化技术对难降解有机物表现出了高效的氧化能力，因而被广泛应用在焦化、制药、化工等企业排放的废水处理当中。

在目前通用的芬顿反应器、铁碳-芬顿耦合氧化反应器以及类芬顿催化氧化反应器等加药计量仅通过计量泵计量，催化氧化药剂投药量一般为恒定值。然而，污(废)水处理系统实际处理产水水质有较大的波动，当高级氧化深度处理系统采用恒定加药的方式加药容易导致药剂的大量浪费亦或是最终的高级氧化反应器产水不达标的情况发生；同时，传统的氧化系统由于水质波动或处理水量的变化需要人员实时监控，对投药量进行调整，此举不利于高级氧化系统的精细化运行管理，同时也增加现场操作人员的工作负荷。

因此，如何设计一种能够降低人工操作的工作量，并减少药剂浪费或处理程度不够的自动加药控制系统和方法，成为本领域亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种自动加药控制系统和方法，从而降低人工操作的工作量，同时，由于药剂投加量是根据实时的进水COD监测值进行精确计算，能够解决水质波动引起的药剂浪费或是处理程度不够导致产水超标的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种自动加药控制系统，包括：

反应容器、COD在线检测仪、PLC模块、进水流量计、n个变频器、n个计量泵、n个加药控制流量计和n个加药桶，n为大于等于1的正整数；

其中，所述PLC模块具有加药控制函数关系的计算程序；

所述反应容器设置有进水管道和产水管道；

所述COD在线检测仪设置在所述反应容器的进水管道上，所述COD在线检测仪的信号输出端与所述PLC模块相对应的一输入端连接；

在所述COD在线检测仪与所述反应容器之间的进水管道上设置有所述进水流量计；

每一所述加药桶的出口分别通过管道与相对应的一所述计量泵的进口连接；

每一所述加药控制流量计分别对应设置在每一所述计量泵的出口与所述反应容器之间的进水管道上；

每一所述加药控制流量计的信号输出端分别与所述PLC模块相对应的一输入端连接；

每一所述变频器的信号输入端分别与所述PLC模块相对应的一输出端连接；

每一所述变频器的信号输出端分别与相对应的一所述计量泵的信号输入端连接。

可选的，所述反应容器为芬顿催化氧化反应器、类芬顿催化氧化反应器、铁碳-芬顿耦合反应器中的一种。

可选的，所述COD在线检测仪具有4-20mA或RS485通讯端口中的至少一种。

可选的，所述PLC模块具有加药控制函数关系的计算程序具体包括以下计算公式：

Q

Q

其中，Q

本发明还提供了一种如上述所述的自动加药控制系统的控制方法，该控制方法包括以下步骤：

获取加药控制参数；

将所述加药控制参数代入具有加药控制函数关系的计算程序，得到n个加药控制流量的值，n为大于等于1的正整数；

根据n个所述加药控制流量的值结合n个对应的加药控制流量计，得到n个对应的变频器的频率；

通过n个所述变频器的频率控制n个对应的计量泵的频率。

可选的，所述获取加药控制参数具体包括：

通过PLC模拟量输入通道读取进水口COD浓度值、反应容器进水流量，通过外部输入获取所加药物的浓度，得到模拟量信号；

将所述模拟量信号转成对应的实际值，分别存放在相应地址变量中。

可选的，将所述加药控制参数代入具有加药控制函数关系的计算程序，得到n个加药控制流量的值的计算公式如下：

Q

Q

其中，Q

可选的，所述根据n个所述加药控制流量的值结合n个对应的加药控制流量计，得到n个对应的变频器的频率具体包括：

获取n个所述加药控制流量计的值；

通过PLC模块的PID功能将n个所述加药控制流量计的值转换成n个对应的变频器的频率。

可选的，所述通过n个所述变频器的频率控制n个对应的计量泵的频率具体包括：

将n个所述变频器的频率通过模拟量输出模块转换成电流信号；

将所述电流信号分别输出给n个对应的计量泵，控制n个对应的计量泵的频率。

可选的，在步骤“通过n个所述变频器的频率控制n个对应的计量泵的频率”之后还包括：

判断n个所述计量泵的频率更改时间是否大于预设阈值；

若是，则返回步骤“获取加药控制参数”；

若否，则无执行操作。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供了一种自动加药控制系统和方法，在本发明中，通过COD在线检测仪的在线监测，PLC模块可自动计算反应所需要的药剂投加量，无需人员手工操作，降低人工操作的工作量；同时，由于药剂投加量是根据实时的进水COD监测值进行精确计算，能够解决水质波动引起的药剂浪费或是处理程度不够导致产水超标的问题；通过PLC模块以及变频器作为主要自控系统控制模块，可直接对现有非自动化系统升级改造，不需要重新设计反应系统的自动化控制系统，降低了直接改造成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1提供的一种自动加药控制系统的结构框图；

图2为本发明实施例2提供的一种自动加药控制方法的流程图；

图3为实际应用中的自动加药控制系统的结构框图。

符号说明：

1、反应容器；2、COD在线检测仪；3、PLC模块；4、进水流量计。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种自动加药控制系统和方法，在本发明中，通过COD在线检测仪的在线监测，PLC模块可自动计算反应所需要的药剂投加量，无需人员手工操作，降低人工操作的工作量；同时，由于药剂投加量是根据实时的进水COD监测值进行精确计算，能够解决水质波动引起的药剂浪费或是处理程度不够导致产水超标的问题；通过PLC模块以及变频器作为主要自控系统控制模块，可直接对现有非自动化系统升级改造，不需要重新设计反应系统的自动化控制系统，降低了直接改造成本。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：

请参阅图1，本发明提供了一种自动加药控制系统，该控制系统包括：

反应容器1、COD在线检测仪2、PLC模块3、进水流量计4、n个变频器、n个计量泵、n个加药控制流量计和n个加药桶，n为大于等于1的正整数；

其中，所述PLC模块3具有加药控制函数关系的计算程序；

所述反应容器1设置有进水管道和产水管道；

所述COD在线检测2仪设置在所述反应容器1的进水管道上，所述COD在线检测仪2的信号输出端与所述PLC模块3相对应的一输入端连接；

在所述COD在线检测仪2与所述反应容器1之间的进水管道上设置有所述进水流量计4；

每一所述加药桶的出口分别通过管道与相对应的一所述计量泵的进口连接；

每一所述加药控制流量计分别对应设置在每一所述计量泵的出口与所述反应容器1之间的进水管道上；

每一所述加药控制流量计的信号输出端分别与所述PLC模块3相对应的一输入端连接；当然为了保证数据的准确性，所述进水流量计4设置在n个加药控制流量计的前边；

每一所述变频器的信号输入端分别与所述PLC模块3相对应的一输出端连接；

每一所述变频器的信号输出端分别与相对应的一所述计量泵的信号输入端连接。

作为一种可能的实现方式，所述反应容器1为芬顿催化氧化反应器、类芬顿催化氧化反应器、铁碳-芬顿耦合反应器中的一种。

具体的，所述COD在线检测仪2具有4-20mA或RS485通讯端口中的至少一种。

另外，所述PLC模块3具有加药控制函数关系的计算程序具体包括以下计算公式：

Q

Q

其中，Q

该控制系统具有自适应水质波动加药量调节、自动化程度高、结构简单等特点。

实施例2：

请参阅图2，本发明提供了一种如实施例1所述的自动加药控制系统的控制方法，该控制方法包括以下步骤：

S1：获取加药控制参数；

S2：将所述加药控制参数代入具有加药控制函数关系的计算程序，得到n个加药控制流量的值，n为大于等于1的正整数；

S3：根据n个所述加药控制流量的值结合n个对应的加药控制流量计，得到n个对应的变频器的频率；

S4：通过n个所述变频器的频率控制n个对应的计量泵的频率。

在步骤S1中，所述获取加药控制参数具体包括：

S11：通过PLC模拟量输入通道读取进水口COD浓度值、反应容器进水流量，通过外部输入获取所加药物的浓度，得到模拟量信号；

S12：将所述模拟量信号转成对应的实际值，分别存放在相应地址变量中。

在步骤S2中，将所述加药控制参数代入具有加药控制函数关系的计算程序，得到n个加药控制流量的值的计算公式如下：

Q3＝((C1*Q1*0.001)/C2)*a1；

Q4＝(((((C1*Q1*0.001)/C2)/M)*278)/C3)*a2；

其中，Q1为反应容器进水流量，Q3双氧水流量，Q4为硫酸亚铁溶液流量，C1为反应容器进水COD浓度，C2为双氧水浓度，C3为硫酸亚铁浓度，a1、a2为公因子，M为可变正整数。

在步骤S3中，所述根据n个所述加药控制流量的值结合n个对应的加药控制流量计，得到n个对应的变频器的频率具体包括：

S31：获取n个所述加药控制流量计的值；

S32：通过PLC模块的PID功能将n个所述加药控制流量计的值转换成n个对应的变频器的频率。

在步骤S4中，所述通过n个所述变频器的频率控制n个对应的计量泵的频率具体包括：

S41：将n个所述变频器的频率通过模拟量输出模块转换成电流信号；

S42：将所述电流信号分别输出给n个对应的计量泵，控制n个对应的计量泵的频率。

具体的，在步骤S4之后还包括：

S5：判断n个所述计量泵的频率更改时间是否大于预设阈值；

若是，则返回步骤“获取加药控制参数”；

若否，则无执行操作。

需要说明的是，进水的COD相对来说是稳定的，认为至少在预设阈值内是没有变化的，在本实施例中，预设阈值为5min；步骤S5是控制程序对变频器调频，根据测得的进水COD值调节加药的流量，并使之到达稳定；当前加药量与之前的进水以及反应器药剂残余量没有关系，药剂投加量的计算是保证药剂能够将水中的污染物去除值目标值以下，并会有一定的药剂余量，不会影响到当前的加药量，不会影响到反应器达到设计的污染物效果。

由以上可知，本发明通过COD在线检测仪的在线监测，PLC模块可自动计算反应所需要的药剂投加量，无需人员手工操作，降低人工操作的工作量；同时，由于药剂投加量是根据实时的进水COD监测值进行精确计算，能够解决水质波动引起的药剂浪费或是处理程度不够导致产水超标的问题；通过PLC模块以及变频器作为主要自控系统控制模块，可直接对现有非自动化系统升级改造，不需要重新设计反应系统的自动化控制系统，降低了直接改造成本。

下面以实际的应用来介绍本发明：

如图3所示，本发明提供了一种芬顿氧化反应体系自动加药控制系统，用于酱香型白酒废水芬顿深度氧化处理，包括反应容器1、COD在线检测仪2、PLC模块3、进水流量计4、1#变频器、2#变频器、1#加药控制流量计、2#加药控制流量计、1#计量泵、2#计量泵、1#加药箱和2#加药箱；其中，所述反应容器1为芬顿催化氧化反应器，所述反应容器1设置有进水管道和产水管道，所述进水管道上设置有进水流量计4；所述COD在线检测仪2设置在所述反应容器1进水管道上；1#计量泵的进口连通1#加药箱的出口，1#计量泵的出口连通所述反应容器1的进口、2#计量泵的进口连通2#加药箱的出口，2#计量泵的出口连通所述反应容器1的进口，其中1#加药箱内装有双氧水溶液，浓度为300mg/L，2#加药桶装有硫酸亚铁溶液，浓度为200g/L；1#计量泵、2#计量泵出口与反应容器1之间的管道设置有1#加药控制流量计和2#加药控制流量计，1#计量泵和2#计量泵的运行频率由对应的1#变频器和2#变频器控制；所述COD在线监测仪2的信号输出端口连接PLC模块3的信号输入端口，1#变频器和2#变频器的信号输入端口分别连接PLC模块3的信号输出端口，1#加药控制流量计和2#加药控制流量计的信号输出端口均连接PLC模块3的信号输入端口；所述PLC模块3载入具有COD、变频器频率、进水流量计流量、加药流量等函数关系的计算程序。

双氧水投加量的计算公式为Q

在本实施例中，计算程序通过以下步骤实现：

1)、通过PLC模拟量输入模块分别将：进水口COD浓度值、反应容器进水流量分别存入C

2)、用C

3)、将第2步中计算得到的结果根据双氧水流量Q

4)、通过PLC模拟量输入模块分别将：进水口COD浓度值、反应容器进水流量分别存入C

5)、用C

6)、将第5步中计算得到的结果根据硫酸亚铁溶液流量Q

对内塔进水口的废水、废水处理后的产水水质进行检测，所得测试结果见表1；其中，国标限值为《发酵酒精和白酒工业水污染物排放标准》(GB 27631-2011)表3给出的指标限值。

表1水质检测结果(单位：mg/L)

由表1可见，本发明提供的一种自动加药控制系统在芬顿氧化反应的控制中反应容器正常稳定运行，所得产水显著优于国标限值，保证排水口产水水质。

作为另一种可能的实现方式，本发明提供了一种芬顿氧化反应体系自动加药控制系统，用于酱香型白酒废水铁碳-芬顿耦合深度氧化处理，包括反应容器1、COD在线检测仪2、PLC模块3、进水流量计4、1#变频器、2#变频器、1#加药控制流量计、2#加药控制流量计、1#计量泵、2#计量泵、1#加药箱和2#加药箱；其中，所述反应容器1为铁碳-芬顿耦合反应器，所述反应容器1设置有进水管道和产水管道，所述进水管道上设置有进水流量计4；所述COD在线检测仪2设置在所述反应容器1进水管道上；1#计量泵的进口连通1#加药箱的出口，1#计量泵的出口连通所述反应容器1的进口、2#计量泵的进口连通2#加药箱的出口，2#计量泵的出口连通所述反应容器1的进口，其中1#加药箱内装有双氧水溶液，浓度为300mg/L，2#加药桶装有硫酸亚铁溶液，浓度为200g/L；1#计量泵、2#计量泵出口与反应容器1之间的管道设置有1#加药控制流量计和2#加药控制流量计，1#计量泵和2#计量泵的运行频率由对应的1#变频器和2#变频器控制；所述COD在线监测仪2的信号输出端口连接PLC模块3的信号输入端口，1#变频器和2#变频器的信号输入端口分别连接PLC模块3的信号输出端口，1#加药控制流量计和2#加药控制流量计的信号输出端口均连接PLC模块3的信号输入端口；所述PLC模块3载入具有COD、变频器频率、进水流量计流量、加药流量等函数关系的计算程序。

双氧水投加量的计算公式为Q

在本实施例中，计算程序通过以下步骤实现：

1)、通过PLC模拟量输入模块分别将：进水口COD浓度值、反应容器进水流量分别存入C

2)、用C

3)、将第2步中计算得到的结果根据双氧水流量Q

4)、通过PLC模拟量输入模块分别将：进水口COD浓度值、反应容器进水流量分别存入C

5)、用C

6)、将第5步中计算得到的结果根据硫酸亚铁溶液流量Q

对内塔进水口的废水、废水处理后的产水水质进行检测，所得测试结果见表2。

表2水质检测结果(单位：mg/L)

由表2可见，本发明提供的一种芬顿氧化反应体系自动加药控制系统的控制方法在芬顿氧化反应的控制中反应器正常稳定运行，所得产水显著优于国标限值，保证排水口产水水质。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。