CN109399738A - 一种自动控制的污水处理*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种自动控制的污水处理***，包括污水处理模块、PLC、用于检测污水腔室的水位高度值的水位传感器、用于检测污水处理设备的工作状态参数的状态检测器、用于获取污水处理模块中的水质监测数据的水质数据监测器以及服务器，服务器对水位高度值、污水处理设备工作状态参数以及水质监测数据进行计算分析，以全方位判断污水处理***的工作状态，当污水处理***发生异常时，服务器可第一时间发送相应的工作指令给PLC，由PLC对污水处理***的工作设备、程序参数进行自动控制与调整；本发明可以对污水处理***进行全方位的信息采集与分析，一旦发现异常情况，能够及时处理，提高了企业污水处理的应急能力，有利于企业的污水排放控制。

Description

一种自动控制的污水处理***
技术领域
本发明涉及一种污水处理技术领域，特别是一种可自动控制污水处理过程的污水处理***。
背景技术
随着人类社会的不断发展，工农业产生的污水日益增多，污水如果没有经过特殊处理，将会对人类赖以生存的自然环境产生难以修复的危害和不良影响，随着人类对环境的越发重视，目前绝大多数生产企业排放的污水、废水都需要经过特殊的生化处理才能排放出去。
目前常规的污水处理***，大多包括如下几个基本的污水处理步骤：拦截垃圾异物、污水静置使泥沙沉淀、生化处理、氧化分解或者加入药剂消毒等程序，针对不同的污水种类，处理的复杂程度与要求就会有变化；例如，工业污水可能需要处理重金属物质或者某些有毒物质的残留，家庭废水则需要较多的有机物分解处理等，这些都会影响到最后排放到环境中的水质情况，以往的污水处理***，大多是定时抽检相关处理设备或处理池的工作状态，或者定时检测污水排放口的水质来确保符合相关排放标准，但是，这样的检测方式往往不够及时，一旦相关处理设备或者水质发生异常，就有可能导致排放的污水水质不达标，从而造成对环境的不良污染。
另外，受限于企业人力资源的成本以及资源配置，对每个污水处理***的节点都配置特定的人员进行实时待命处理异常情况，不仅对此类操作人员的技艺、经验要求颇高，也是无法从根本上发现问题，甚至会出现为了达到污水排放标准，而对污水处理***投入过量的药剂或篡改水质数据等现象。
有鉴于此，如何设计一种污水处理***，可以在污水处理过程中，全程监测污水处理***的设备工作状态以及设计一种简单而又科学的水质分析方法，使得可以在短时间内分析出污水水质是否合格，以确保排放的污水满足相关环境保护要求，同时又能减少操作人员的参与而减轻企业用人成本，将会对企业、环境均产生积极有益的影响，因此，本发明的发明人设计了一种自动控制的污水处理***，针对现有技术存在的污水处理***加以改进，可广泛应用于相关污水处理工业中。
发明内容
针对现有的污水处理广泛出现的上述问题，本发明的目的就是提供一种自动控制的污水处理***，以解决现有企业无法即时获悉污水处理***的设备工作状况以及无法短时间内确定水质是否有异常的技术问题。
根据本发明的上述目的，提出一种自动控制的污水处理***，包括进污水口、出污水口、污水处理模块、PLC以及与该污水处理模块和PLC通信连接的服务器，其中，污水处理模块通过进水管道和出水管道与进污水口和出污水口连通，且进水管道和出水管道上均设有比例电磁阀，比例电磁阀与PLC通信连接，所述污水处理模块包括一个污水腔室以及污水处理设备，以负责对污水进行特定的处理工序；
其特征在于，该自动污水处理***还包括：
水位传感器，用于检测污水腔室的水位高度值H，并通过通信连接将所述水位高度数据上传至服务器；
状态检测器，与污水处理设备电性连接，检测污水处理设备的工作状态参数，并通过通信连接将所述污水处理设备的工作状态参数上传至服务器；
水质数据监测器，用于对污水腔室中的水质进行数据采集与分析，从而获得污水腔室中的水质监测数据，并通过通信连接将所述水质数据上传至服务器；
所述服务器包括互为通信连接的处理器以及存储器，其中，
所述存储器存储有第一水位临界值H1、第二水位临界值H2、历史水质监测数据库、水质监测数据相关度参考值以及用于判定污水处理设备是否工作异常的判定程序，其中所述第一水位临界值H1指代正常水位最高值，所述第二水位临界值H2指代正常水位最低值；
当所述存储器接收到所述水位传感器上传的水位高度数据H时，所述处理器将所述水位高度数据H值与所述水位临界值H1、H2进行对比，当H>H1时，表明对应污水腔室中污水水位过高，处理器发送第一工作指令给PLC，控制所述污水处理模块出水管道的比例电磁阀调高开度；当H<H2时，表明对应污水腔室中污水水位过低，处理器发送第二工作指令给PLC，控制污水处理模块进水管道的比例电磁阀调低开度；
当所述存储器接收到状态检测器上传的污水处理设备工作状态参数时，所述处理器将所述工作状态参数导入判定程序中，判定对应的污水处理设备是否工作异常，根据判断结果发送不同的工作指令给PLC；
当所述存储器接收到水质数据监测器上传的水质数据时，所述处理器计算污水腔室中的实时水质数据与历史水质监测数据库中的对应参数的相关度值，根据计算结果发送不同的工作指令给PLC。
优选地，所述污水处理模块可以是旋流沉砂池、CAST工艺生化池、最终沉淀池或消毒池等单一的污水处理池，也可以是由上述多个污水处理池按一定顺序前后连通而形成的污水处理模块。
优选地，所述污水处理设备的工作状态参数包括设备连续运转时间、工作温度值、电机转速值等，所述存储器中的判定程序中设定有对应工作参数的正常取值范围，若有至少一个工作参数超出正常取值范围，则表明所述污水处理设备工作异常，所述处理器发送第三工作指令给PLC，控制声光报警装置启动第一报警，以便操作人工停机检修。
优选地，所述水质数据监测器监测的水质数据包括污水PH值、温度值、导电度、溶氧量以及氨氮浓度等五大监测指标，所述历史水质监测数据库中存储有n条正常水质监测历史数据，每一条历史水质数据均包括所述五大监测指标值；
针对任一监测指标，当前监测水质数据与所述历史水质监测数据库中的水质监测历史数据的的相关度计算公式为：
其中，参数c1、c2、c3均为相关系数，为当前水质数据与n条历史水质数据的平均值之差，s为当前水质数据与n条历史水质数据的标准偏差，t0.95表示置信水平为95％的坚定值；
当所述相关度值大于对应该监测指标的相关度参考值，则表明所述污水处理模块中的污水水质不合格，所述处理器发送第四工作指令给PLC，控制声光报警装置启动第二报警，以便操作人工更改所述污水处理模块的污水处理程序参数；
当所有的监测指标对应的相关度值均小于对应的相关度参考值时，则表明对应污水处理模块中的污水水质合格，所述处理器将该条水质监测数据以及相应的时间戳作为新的一条记录，存储于所述历史水质监测数据库中。
优选地，所述存储器还包括一控制指令数据库，所述控制指令数据库为针对不同的监测指标以及相关度值所在的取值范围，而预存的工作指令，当某一监测指标的相关度值大于对应的相关度参考值时，所述处理器调取所述控制指令数据库，根据当前水质监测指标以及当前相关度值，获得对应的工作指令，并将该工作指令发送给PLC，由所述PLC自动更改污水处理程序参数。
优选地，所述污水处理程序参数可以是污水搅拌时间、沉淀时间或者污水反应剂数量等工作参数。
基于上述内容，本发明的一种自动控制的污水处理***，其可实现的有益效果包括：
(1)本发明的污水处理***，可以利用水位传感器、状态检测器以及水质数据监测器实时监测污水处理***的设备工作状态以及污水处理状态，并将相关数据上传至服务器，让企业可以对污水处理***进行全方位的信息采集与分析，一旦发现异常情况，能够及时处理，提高了污水处理异常情况的应急能力；
(2)通过在服务器中存储相关工作参数的正常取值范围，当污水处理***中的污水水位、设备工作状态、水质情况发生异常时，服务器可以根据异常情况发出不同的工作指令，并通过PLC对污水处理***的工作参数进行实时调整，实时解决异常问题，从而即避免了人工操作进行的过度调整，又降低了企业的人力成本；
(3)通过在服务器中存储历史水质监测数据库以及预设的相关度值计算公式，从而实现了水质状态的即时计算与分析，在历史水质监测数据库包含了足够的水质数据记录的基础上，为企业提供即时的水质监测数据与科学的分析，解决了现有的需要花费较长时间分析、化验水质样品，从而最大程度地降低了水质出现异常时对环境带来的不良影响。
附图说明
图1是本发明的污水处理***的示意图；
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
参照附图1，本发明提供了一种自动控制的污水处理***，在优选的实施方式中，该污水处理***既可以是单一的污水处理池，也可以是包括多个处理工序、由多个污水处理池按一定顺序前后连通的污水处理***，例如，可以是由旋流沉砂池、CAST工艺生化池、最终沉淀池或消毒池等污水处理模块构成的整体。该污水处理***包括进污水口10、出污水口11、污水处理模块12、PLC13以及与该污水处理模块12和PLC13通信连接的服务器20，其中，污水处理模块12通过进水管道和出水管道与进污水口10和出污水口11连通，且进水管道和出水管道上均设有比例电磁阀14，比例电磁阀14与PLC13通信连接，每个污水处理模块12均包括一个污水腔室121以及污水处理设备122，以负责对污水进行特定的处理工序，例如，对污水进行旋流沉砂、CAST生化处理或有机消毒等处理工序；
此外，该自动污水处理***还包括：
水位传感器31，用于检测污水腔室121的水位高度值H，并通过通信连接将水位高度数据上传至服务器20；
状态检测器32，与污水处理设备122电性连接，检测污水处理设备的工作状态参数，该污水处理设备122的工作状态参数包括设备连续运转时间、工作温度值、电机转速值等，需要指明的是，上述工作状态参数只是示意性的，本领域技术人员在具体实施时，可根据污水处理设备的技术参数指标进行适当调整工作状态参数的检测指标，状态检测器32检测到相关参数数据后，通过通信连接将污水处理设备122的工作状态参数上传至服务器20；
水质数据监测器33，用于对污水腔室121中的水质进行数据采集与分析，从而获得污水腔室121中的水质监测数据，在优选的实施方式中，该水质数据监测器监测的水质数据包括污水的PH值、温度值、导电度、溶氧量以及氨氮浓度等五大监测指标，水质数据监测器33监测到相关指标的水质数据后，通过通信连接将水质数据上传至服务器20；
此外，服务器20包括互为通信连接的处理器21以及存储器22，其中，
存储器22存储有第一水位临界值H1、第二水位临界值H2、历史水质监测数据库、水质监测数据相关度参考值以及用于判定污水处理设备是否工作异常的判定程序，其中第一水位临界值H1指代正常水位最高值，第二水位临界值H2指代正常水位最低值；
当存储器22接收到水位传感器31上传的水位高度数据H时，处理器21将水位高度数据H值与水位临界值H1、H2进行对比，当H>H1时，表明对应污水腔室121中污水水位过高，处理器21发送第一工作指令给PLC，控制污水处理模块12出水管道的比例电磁阀14调高开度，以使得污水腔室中的污水加快外流的速度；当H<H2时，表明对应污水腔室121中污水水位过低，处理器21发送第二工作指令给PLC13，控制污水处理模块12进水管道的比例电磁阀14调低开度，以使得污水腔室121中的污水加快来流的速度；
当存储器22接收到状态检测器32上传的污水处理设备122工作状态参数时，处理器将工作状态参数导入判定程序中，判定对应的污水处理设备122是否工作异常，根据判断结果发送不同的工作指令给PLC；在优选的实施方式中，存储器22中的判定程序中设定有对应工作参数的正常取值范围，若有至少一个工作参数超出正常取值范围，则表明污水处理设备122工作异常，处理器21发送第三工作指令给PLC13，控制声光报警装置启动第一报警，以便操作人工停机检修，例如，判定程序中对污水处理设备122的主机转速的正常取值范围设置为2000—5000转，当状态检测器32上传的工作状态参数中的主机转速不在这一区间时，则表明污水处理设备122工作异常，此时，处理器21通过PLC13控制启动声光报警，操作人员可在第一时间进行设备停机检修或更换。
当存储器22接收到水质数据监测器33上传的水质数据时，处理器21计算污水腔室中的实时水质数据与历史水质监测数据库中的对应参数的相关度值，根据计算结果发送不同的工作指令给PLC；在优选的实施方式中，水质数据监测器33监测的水质数据包括污水的PH值、温度值、导电度、溶氧量以及氨氮浓度等五大监测指标，而历史水质监测数据库中存储有n条正常水质监测历史数据，每一条历史水质数据均包括上述五大监测指标值；
针对任一监测指标，例如，污水的导电度指标，当前监测的水质数据与历史水质监测数据库中的对应监测指标的水质监测历史数据的相关度的计算公式为：
其中，参数c1、c2、c3均为相关系数，为当前水质数据与n条历史水质数据的平均值之差，s为当前水质数据与n条历史水质数据的标准偏差，t0.95表示置信水平为95％的坚定值；
当计算得到的相关度值大于对应该监测指标的相关度参考值时，则表明污水处理模块12中的污水水质不合格，处理器21发送第四工作指令给PLC13，控制声光报警装置启动第二报警，以便操作人工更改污水处理模块12的污水处理程序参数；在优选的实施方式中，污水处理程序参数可以是污水搅拌时间、沉淀时间或者污水反应剂数量等工作参数，例如，当污水的导电度相关度超标时，可以通过人为的加长沉淀时间以及减少反应剂量来降低处理后的污水的导电度相关度值，从而使得导电度指标符合排放标准。
而当所有的监测指标对应的相关度值均小于对应的相关度参考值时，则表明污水处理模块12中的污水水质合格，处理器21将该条水质监测数据以及相应的时间戳作为新的一条记录，存储于存储器中的历史水质监测数据库中，当历史水质监测数据库中的数据记录足够多时，由实时监测的指标与历史指标值计算的相关度值来判断水质数据是否符合排放标准，是一种简单而又高效的水质数据分析手段，优选地，该历史水质监测数据库中的数据记录应该至少有1000条正常水质数据记录。
优选地，为了对不合格的水质进行自动化处理，存储器22还可以进一步包括一控制指令数据库，该控制指令数据库为针对不同的监测指标以及相关度值所在的取值范围而预存的工作指令，当某一监测指标的相关度值大于对应的相关度参考值时，处理器21调取控制指令数据库，根据当前水质监测指标以及当前相关度值，获得对应的工作指令，并将该工作指令发送给PLC13，由PLC13自动更改污水处理程序参数，同样地，该污水处理程序参数可以是污水搅拌时间、沉淀时间或者污水反应剂数量等工作参数，通过控制指令数据库的设置，借助PLC13的自动化控制，实现了对污水处理的自动监测、控制与调整，从而实现了最大程度地避免了人为操作对水质数据的影响。
本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中的本发明的实施例只作为举例而不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离原理下，本发明的实施方法可以有任何形式或修改。

Claims (6)

1.一种自动控制的污水处理***，包括进污水口、出污水口、污水处理模块、PLC以及与该污水处理模块和PLC通信连接的服务器，其中，污水处理模块通过进水管道和出水管道与进污水口和出污水口连通，且进水管道和出水管道上均设有比例电磁阀，比例电磁阀与PLC通信连接，所述污水处理模块包括一个污水腔室以及污水处理设备，以负责对污水进行特定的处理工序；
其特征在于，该自动污水处理***还包括：
水位传感器，用于检测污水腔室的水位高度值H，并通过通信连接将所述水位高度数据上传至服务器；
状态检测器，与污水处理设备电性连接，检测污水处理设备的工作状态参数，并通过通信连接将所述污水处理设备的工作状态参数上传至服务器；
水质数据监测器，用于对污水腔室中的水质进行数据采集与分析，从而获得污水腔室中的水质监测数据，并通过通信连接将所述水质数据上传至服务器；
所述服务器包括互为通信连接的处理器以及存储器，其中，
所述存储器存储有第一水位临界值H1、第二水位临界值H2、历史水质监测数据库、水质监测数据相关度参考值以及用于判定污水处理设备是否工作异常的判定程序，其中所述第一水位临界值H1指代正常水位最高值，所述第二水位临界值H2指代正常水位最低值；
当所述存储器接收到所述水位传感器上传的水位高度数据H时，所述处理器将所述水位高度数据H值与所述水位临界值H1、H2进行对比，当H>H1时，表明对应污水腔室中污水水位过高，处理器发送第一工作指令给PLC，控制所述污水处理模块出水管道的比例电磁阀调高开度；当H<H2时，表明对应污水腔室中污水水位过低，处理器发送第二工作指令给PLC，控制污水处理模块进水管道的比例电磁阀调低开度；
当所述存储器接收到状态检测器上传的污水处理设备工作状态参数时，所述处理器将所述工作状态参数导入判定程序中，判定对应的污水处理设备是否工作异常，根据判断结果发送不同的工作指令给PLC；
当所述存储器接收到水质数据监测器上传的水质数据时，所述处理器计算污水腔室中的实时水质数据与历史水质监测数据库中的对应参数的相关度值，根据计算结果发送不同的工作指令给PLC。
2.如权利要求1所述的一种自动控制的污水处理***，所述污水处理模块可以是旋流沉砂池、CAST工艺生化池、最终沉淀池或消毒池等单一的污水处理池，也可以是由上述多个污水处理池按一定顺序前后连通而形成的污水处理模块。
3.如权利要求1所述的一种自动控制的污水处理***，所述污水处理设备的工作状态参数包括设备连续运转时间、工作温度值、电机转速值等，所述存储器中的判定程序中设定有对应工作参数的正常取值范围，若有至少一个工作参数超出正常取值范围，则表明所述污水处理设备工作异常，所述处理器发送第三工作指令给PLC，控制声光报警装置启动第一报警，以便操作人工停机检修。
4.如权利要求1所述的一种自动控制的污水处理***，所述水质数据监测器监测的水质数据包括污水PH值、温度值、导电度、溶氧量以及氨氮浓度等五大监测指标，所述历史水质监测数据库中存储有n条正常水质监测历史数据，每一条历史水质数据均包括所述五大监测指标值；
针对任一监测指标，当前监测水质数据与所述历史水质监测数据库中的水质监测历史数据的的相关度计算公式为：
其中，参数c1、c2、c3均为相关系数，为当前水质数据与n条历史水质数据的平均值之差，s为当前水质数据与n条历史水质数据的标准偏差，t0.95表示置信水平为95％的坚定值；
当所述相关度值大于对应该监测指标的相关度参考值，则表明所述污水处理模块中的污水水质不合格，所述处理器发送第四工作指令给PLC，控制声光报警装置启动第二报警，以便操作人工更改所述污水处理模块的污水处理程序参数；
当所有的监测指标对应的相关度值均小于对应的相关度参考值时，则表明对应污水处理模块中的污水水质合格，所述处理器将该条水质监测数据以及相应的时间戳作为新的一条记录，存储于所述历史水质监测数据库中。
5.如权利要求4所述的一种自动控制的污水处理***，所述存储器还包括一控制指令数据库，所述控制指令数据库为针对不同的监测指标以及相关度值所在的取值范围，而预存的工作指令，当某一监测指标的相关度值大于对应的相关度参考值时，所述处理器调取所述控制指令数据库，根据当前水质监测指标以及当前相关度值，获得对应的工作指令，并将该工作指令发送给PLC，由所述PLC自动更改污水处理程序参数。
6.如权利要求4或5所述的一种自动控制的污水处理***，所述污水处理程序参数可以是污水搅拌时间、沉淀时间或者污水反应剂数量等工作参数。
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