序批式活性污泥法自动控制装置及控制方法

摘要

一种序批式活性污泥法自动控制装置及控制方法，由多口排水方式反应器和滗水器排水方式反应器并联组成双反应器，多出口排水方式反应器至少具有两个出水口，滗水器排水方式反应器内安装有滗水器；控制、执行机构由至少五个电磁阀和水位探针，水位控制器、计算机、电磁阀继电器、水泵继电器和水泵组成。按照本装置和控制方法可使进水、反应、沉淀、排水到闲置的所有操作全部由计算机控制完成，实现序批式活性污泥法运行的自动控制，解决了序批式活性污泥法排水初期污泥随水流失的问题。适用于处理水质水量变化很大的小城镇污水和水质水量变化大甚至是间歇排放的工业废水，还特别适用于间歇式活性污泥法自动控制系统的教学演示。

说明书

技术领域

本发明涉及一种污水生物处理装置及污水生物处理工艺的控制方法。

背景技术

间歇式活性污泥法是一种应用非常广泛的污水生物处理工艺，该工艺可以在一个反应器内完成去除有机物、脱氮除磷等生化反应过程，现有的反应器一方面与进水管、水泵和水箱连通，另一方面与排水管连通，具有工艺简单、处理效率高、运行方式灵活多变等特点。特别适用于处理水质水量变化很大的小城镇污水和水质水量变化大甚至是间歇排放的工业废水。但在间歇式活性污泥法的运行周期中，各个阶段的运行时间，反应器内混合液体积的变化以及运行状态等都必须根据具体污水性质、出水质量与运行功能要求等灵活掌握，由于间歇式活性污泥法运行操作的不连续性与阶段性，以前各阶段运行只能手动控制，工业自动化程度较低，既不能实现自动控制，也很难作为教学装置给学生演示。

发明内容

本发明的目的是提供一种序批式活性污泥法自动控制装置及控制方法，解决序批式活性污泥法污水处理系统实现计算机自动控制的技术难题，还要解决序批式活性污泥法排水初期污泥随水流失的问题，并解决教学演示困难的问题。

本发明的技术方案如下：这种序批式活性污泥法自动控制装置，包括反应器和控制、执行机构，其中，反应器一方面与进水管、水泵和水箱连通，另一方面与排水管连通，在反应器中还置有曝气器，曝气器与空气管、放空管、空气泵连通，空气管上连接闸阀，其特征在于：

该反应器由多口排水方式反应器和滗水器排水方式反应器并联组成双反应器，其中，多出口排水方式反应器至少具有两个出水口，滗水器排水方式反应器内安装有滗水器；

控制和执行机构由至少五个电磁阀和水位探针，水位控制器、计算机、电磁阀继电器、水泵继电器和水泵组成；

上述五个电磁阀的位置是：在多出口排水方式反应器排水管上各安装一个多出口排水电磁阀，在滗水器排水方式反应器的滗水管和排水管。上分别安装滗水管电磁阀和排水管电磁阀，在空气管上安装有曝气电磁阀；

上述五个电磁阀分别与水位探针、水位控制器、计算机、电磁阀继电器顺序连接、计算机还与交流接触器、水泵继电器和水泵顺序连接。

上述电磁阀继电器和水泵继电器装在控制柜中。

上述水位控制器上有转换开关。

这种序批式活性污泥法自动控制方法，包括进水、反应、沉淀、排水、闲置这五个步骤，其特征在于：采用本发明中的序批式活性污泥法自动控制装置；

在进水阶段中，进水量的控制根据反应器水位不同，由水位探针、水位控制器组成的电路向计算机监控反馈电信号，计算机通过继电器向水泵发出指令，控制水泵的开启；

在反应阶段中，曝气时间在控制程序中预先设定，进水结束后，计算机向继电器发出信号，继电器向曝气电磁阀发出指令，曝气电磁阀打开，曝气开始，完成预定的反应时间后，通过继电器控制曝气电磁阀关闭；

在沉淀阶段中，计算机控制所有电磁阀关闭，在达到设定的沉淀时间后，进入排水节段；

在排水节段中，在滗水器排水方式反应器中，计算机通过继电器发出指令，使滗水电磁阀打开，反应器上清液从此处回流至滗水器，使气体排出；随后滗水电磁阀关闭，同时，继电器控制排水管电磁阀打开，反应器内的上清液通过滗水器由滗水器排水管排走；滗水电磁阀和排水管电磁阀间隔的时间在程序中设定；

在多出口排水方式反应器中，计算机通过继电器发出指令，使位于上端出口的多出口排水电磁阀首先打开，反应器的上清液从排水管排出；随后，继电器控制位于下端出口的多出口排水电磁阀打开，上清液由此排出；上下两个多出口排水电磁阀间隔的时间在程序中设定，上清液顺序从上部和下部出水口排出；

在闲置阶段中，在计算机程序中设定闲置的时间，闲置时间结束后，返回进水阶段；

上述在计算机程序中设定的时间由控制者针对不同的水质和操作情况人为的在控制桌面上输入，即在不修改计算机程序的基础下，重新确定各个运行阶段所需要的时间。

本发明的有益效果：本发明改进了序批式活性污泥法自动控制反应器，使该反应器可以利用计算机自动控制污水处理过程，利用计算机与相应的计算机程序，自动设置序批式活性污泥法从进水、反应、沉淀、排水到闲置各个运行阶段的运行，实现了序批式活性污泥法运行的智能控制。双反应器和滗水器的设置，可以清楚方便地观看、比较两反应器中序批式活性污泥法的五个运行阶段及其特点，不仅解决了序批式活性污泥法排水初期污泥随水流失的问题，还解决了序批式活性污泥法反应器不能自动运行和教学演示困难的问题，适用于处理水质水量变化很大的小城镇污水和水质水量变化大甚至是间歇排放的工业废水，还特别适用于间歇式活性污泥法自动控制系统的教学演示。

附图说明

图1是序批式活性污泥法计算机自动控制装置的示意图；

图2是控制柜的结构示意图。

图3是序批式活性污泥法自动控制装置上位机运行框图；

图4是序批式活性污泥法自动控制装置下位机运行框图；

图5是下位机硬件构成示意图；

图6是序批式活性污泥法自动控制装置运行框图。

1—多出口排水方式反应器、2—滗水器排水方式反应器、3—进水管、4—多出口排水管、5—滗水器排水管、6—滗水器、7—曝气器、8—空气管、9—放空管、10—水位控制器、11—水位控制器输入端、12—水位控制器输出端、13—水位控制器转换开关、14—滗水电磁阀、15—排水电磁阀、16—多出口排水电磁阀、17—多出口排水电磁阀、18—空气管电磁阀、19—闸阀、20—水泵、21—空气泵、22-26—控制电磁阀的继电器、27—控制水泵的继电器、28—交流接触器、29—控制柜、30—计算机、31—水箱。

具体实施方式

实施例见图1，序批式活性污泥法自动控制装置，包括反应器和控制、执行机构，其反应器包括主体、进水管路、出水管路和曝气管路四部分。其中，序批式活性污泥法反应器一方面与进水管3、水泵20和水箱31连通，另一方面与排水管4、5连通，在反应器中还置有曝气器7，曝气器与空气管8、放空管9、空气泵21连通，空气管8上连接闸阀19。

双反应器由多口排水方式反应器1和滗水器排水方式反应器2并联组成，其中，多出口排水方式反应器至少具有两个出水口，滗水器排水方式反应器内安装有滗水器6；滗水器可以自制，也可以参照已有中国专利ZL02121083.7的结构制作。

控制和执行机构由至少五个电磁阀和水位探针，水位控制器10、计算机30、电磁阀继电器22、23、24、25、26、水泵继电器27和水泵20组成；上述五个电磁阀的位置是：在多出口排水方式反应器1的排水管4上各安装一个多出口排水电磁阀16、17，在滗水器排水方式反应器2的滗水管和排水管5上分别安装滗水管电磁阀14和排水管电磁阀15，在空气管8上安装有曝气电磁阀18；上述五个电磁阀分别与水位探针连接、水位探针连接水位控制器10的输入端11，水位控制器10上还可有转换开关13。水位控制器10的输出端12又连接计算机30和电磁阀继电器22-26，计算机30还与交流接触器28、水泵继电器27和水泵20顺序连接。

参见图2，电磁阀继电器22-26、水泵继电器27、交流接触器28可装在控制柜29。

本发明的传感器、测定仪、计算机、继电器、计量泵等部件均可采用已有成型产品。其中计算机可以采用单片机。

参见图3，序批式活性污泥法自动控制装置上位机运行步骤：开始后初始化串口、主画面→修改工艺参数，想下位机传送工艺参数→得确定命令后启动→向下位机发运行命令→接收下位机上传的工艺运行状态，并在屏幕显示当前工艺流程→完成→得确定命令后结束一个工艺过程。

参见图4，序批式活性污泥法自动控制装置下位机运行步骤：开始后初始化并行端口→初始化串行端口→等待上位机命令→启动工艺流程→进水、曝气、静置、冲水、排上清水、闲置→→完成一个工艺过程。

参见图5，下位机硬件构成和运行举例：单片微型计算机经3个通用八位并行I/O端口分别与驱动器、溶解氧ORP水位计连接；单片微型计算机还经八位并行端口顺序与光电隔离装置、驱动器、继电器、执行机构电磁阀连接；单片微型计算机、电平转换、RS-232串行端口下位机、上位机顺序交互连接。

参见图1、2、3、4、5、6，本发明根据序批式活性污泥法的运行步骤，分5个步骤对自动控制方法进行说明：

①、进水段控制进水的控制由水位探针、水位控制器、继电器及水泵共同完成。与水位控制器相连有3个水位探针，分别处于最高水位A、最低水位B以及零水位C。调整最高水位探针的位置，可以控制不同的进水液位，即进水量。水泵的电源由水泵继电器27控制，水位控制器与继电器相连。反应器液面改变，使得水位探针组成的电路发生变化，电信号由水位控制器反馈给继电器，继电器根据电信号控制执行机构，即水泵电源的关启，从而实现进水阶段的控制。

具体操作过程按顺序为：

在闲置阶段结束后，开始一个新的反应周期。此时反应器内液面处于最低水位B处，B和C组成一个常闭电路，水位控制器10输出+5V电压，并把电信号通过计算机30传递给与控制水泵的继电器27，水泵继电器接通水泵电源，水泵20开始运转，反应器进水。当水位达到预先设定的最高水位，即水位探针A处，A和C组成一个常开电路，此时，水位控制器输出+0V电压，并把电信号传递给水泵继电器27，水泵继电器断开水泵电源，设备水泵停止工作，宣告进水段的结束，进入曝气阶段。

②、曝气段的控制

曝气阶段是序批式活性污泥法的核心，曝气时间在控制程序中预先设定，通过电磁阀继电器26控制执行机构——曝气电磁阀18来实现。电磁阀18放置在空气管上，进水结束后，计算机向电磁阀继电器26发出信号，电磁阀继电器向执行机构曝气电磁阀18发出指令，电磁阀打开，曝气开始。完成预定的反应时间后，通过电磁阀继电器控制，曝气电磁阀18关闭。反应阶段结束。

③、沉淀段的控制

沉淀段的控制采用时间控制。在沉淀阶段，所有电磁阀均关闭。在达到设定的沉淀时间后，进入排水段。

④、排水段的控制

在滗水器序批式活性污泥法反应器2中，排水由电磁阀继电器22和23分别控制执行机构滗水电磁阀14和排水电磁阀15来共同完成。在沉淀结束后，计算机通过电磁阀继电器22发出指令，滗水电磁阀14打开，反应器上清液从此处回流至滗水器6，气体排出。之后滗水电磁阀14关闭，同时，电磁阀继电器23控制排水电磁阀15打开，反应器内的上清液通过滗水器由滗水器排水管5排走。滗水电磁阀14和排水管电磁阀15之间间隔的时间在程序中设定。浮筒式滗水器6不仅具有通常滗水器的所有功能，而且可由计算机30自动控制，实现排水口在排水时自动落入水面之下开始排水，在排水即将结束时，其排水口又自动伸出水面停止排水。

在多出口序批式活性污泥法反应器1中，排水由电磁阀继电器24和25分别控制执行机构多出口排水电磁阀16和17来完成。在沉淀结束后，计算机30通过电磁阀继电器24发出指令，多出口排水电磁阀16首先打开，反应器的上清液从排水管排出。随后，多出口继电器25控制排水电磁阀17打开，上清液排出。上端排水电磁阀16和下端排水电磁阀17之间间隔的时间在程序中设定。上清液顺序从上部和下部出口排出，避免了水流对底层沉降污泥的扰动作用，既可始终排放上清液，又能避免污泥流失。

⑤、闲置段的控制

排水结束后，进入闲置阶段。在计算机程序中设定闲置的时间。这一阶段的给定时间也可以人为的根据具体情况更改。闲置时间结束后，返回进水阶段。