专利名称：溶解氧自动测控系统及好氧生物处理设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及水处理技术领域，尤其涉及一种好氧生物处理设备及其溶解氧自 动测控系统。
背景技术：
溶解氧(dissolved oxygen，简称DO) —直是好氧生物处理过程中的一个非常重 要的指标，目前工程当中主要是通过人工测量溶解氧然后调节风机的风量进行溶解氧的控 制，这必然会影响溶解氧的及时控制从而影响处理效率。现有技术中，实验室规模的好氧处理设备(例如100 X 48 X 39cm的推流式曝气池 及40X40X50cm的SBR反应器，虽说是实验室规模，但已足以实际应用)更是鲜有溶解氧 的自控技术，究其原因一是溶解氧的自控本身就是一个较复杂的过程，需要较高的技术含 量；二是实验室规模的处理设备为了降低成本根本就没有考虑应用溶解氧的自动测控技 术。因此，需要开发一套经济实用的溶解氧自动测控系统，以适应实验室规模的好氧 处理设备的溶解氧自动测控需求。胃 0 ， ·歹[J |1] ζ yg 个生污 夕去(Sequencing Batch Reactor Activated SludgeftOcess，简称SBR)是一种重要的活性污泥水处理技术，是一种按间歇曝气方式来 运行的活性污泥污水处理技术，与传统污水处理工艺不同，SBR技术采用时间分割的操作方 式替代空间分割的操作方式，非稳定生化反应替代稳态生化反应，静置理想沉淀替代传统 的动态沉淀。它的主要特征是在运行上的有序和间歇操作，SBR技术的核心是SBR反应池， 该池集均化、初沉、生物降解等功能于一池，无污泥回流系统。实验室规模的SBR反应池，也 需要进行溶解氧的控制，因此也需要一套经济适用的适应于SBR反应池的溶解氧自动测控 系统。
实用新型内容本实用新型的目的在于，提供一种溶解氧自动测控系统，以解决现有技术中实验 室规模的好氧处理设备没有溶解氧自动测控的技术问题，以一种经济、实用的溶解氧自动 测控系统进行溶解氧自动测控。本实用新型的另一目的在于，提供一种具有本实用新型溶解氧自动测控系统的好 氧生物处理设备。为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下一种溶解氧自动测控系统，用于实验室规模的好氧生物处理设备，该自动测控系 统包括流量传感器、前馈调节器、溶解氧检测仪、PID控制器及风机；所述流量传感器，设置 在所述好氧生物处理设备的原水进水管路中，所述流量传感器检测到的原水流量信号传送 于所述前馈调节器；所述溶解氧测量仪，其溶解氧传感器设置在所述好氧生物处理设备中， 所述溶解氧传感器感测到的溶解氧浓度传送于所述PID控制器；所述PID控制器，包括用于比例、积分和微分运算的运算器及所述运算器输入侧的减法器和所述运算器输出侧的加法 器，所述减法器输出的实时测量的溶解氧含量与设定值之间的差值，通过所述运算器的运 算，得到调大或调小风机转速的控制信号并输出于所述风机；所述前馈调节器，连接于所述 加法器，当原水流量突然变化时产生调节信号并通过所述加法器叠加于所述控制信号以调 节所述风机转速以改变所述溶解氧含量。本实用新型的溶解氧自动测控系统，优选的，所述流量传感器与所述前馈调节器 之间设置有流量变送器。本实用新型的溶解氧自动测控系统，优选的，所述PID控制器与所述风机之间连 接有变频器，所述PID控制器通过控制所述变频器以控制所述风机。本实用新型的溶解氧自动测控系统，优选的，所述风机为具有变频元件的变频风 机，所述PID控制器与所述风机的变频元件相连接。本实用新型的溶解氧自动测控系统，优选的，所述PID控制器与所述风机之间设 置有用以选则手动与自动控制所述风机的模式选择开关。本实用新型的溶解氧自动测控系统，优选的，所述溶解氧自动测控系统设置有表 示所述模式选择开关所选择模式的自动指示灯与手动指示灯；所述风机也具有表示所述风 机处于工作状态的指示灯。本实用新型的溶解氧自动测控系统，优选的，所述流量传感器为叶轮式流量传感ο本实用新型的溶解氧自动测控系统，优选的，所述风机通过3芯插头/插座连接； 所述叶轮式流量传感器通过4芯插头/插座连接；所述溶解氧传感器通过5芯插头/插座 连接。一种好氧生物处理设备，所述好氧生物处理设备具有本实用新型的溶解氧自动测 控系统。本实用新型的好氧生物处理设备，优选的，所述好氧生物处理设备为SBR反应池、 推流式曝气池或三沟式氧化沟。本实用新型的有益效果在于，本实用新型的溶解氧自动测控系统，可人为设定预 设值，在检测到溶解氧浓度的实时值与所述预测值有一定的差距时，通过控制风机的运转 以改变溶解氧浓度值，并将水中溶解氧浓度控制在预定范围内，系统滞后时间短，且具有较 好节能效果。并且，本实用新型的溶解氧自动测控系统，结合了基于原水流量的反馈(闭 环)控制和基于溶解氧浓度的前馈(开环)调节于一体，两种控制方法互相结合互相补充， 达到预定的控制效果。
图1为本实用新型的溶解氧浓度自动测控系统的示意图。图2为本实用新型的溶解氧浓度自动测控系统的系统原理方框图。图3为本实用新型的溶解氧浓度自动测控系统用于SBR反应池的示意图。
具体实施方式
体现本实用新型特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本实用新型能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本实用新型的范围，且 其中的说明及所附附图在本质上是当作说明之用，而非用以限制本实用新型。本实用新型实施例的好氧生物处理设备，具有本实用新型实施例的溶解氧自动测 控系统。本实用新型的溶解氧自动测控系统，可以应用于本实用新型的好氧生物处理设备， 但不限于此SBR反应池，例如还可应用于实验室推流式曝气池、三沟式氧化沟等实验室规 模的好氧生物处理设备。以下以设置在SBR反应池中的本实用新型溶解氧自动测控系统为例，对本实用新 型进行详细的介绍。一、系统的组成及连接方式如图1所示，本实用新型实施例的溶解氧自动测控系统，用于实验室规模的好氧 生物处理设备，该自动测控系统包括流量传感器11、流量变送器12、前馈调节器13、溶解氧 检测仪22、PID控制器4、变频器31及风机32 (或称鼓风机)；本实用新型实施例的溶解氧 自动测控系统设置于SBR反应池中，反应池具有排水口 7、排泥口 8、搅拌机9和曝气器14 等机构。其中的流量传感器11，设置在SBR反应池的原水进水管路中，将检测到的原水流 量信号传送于与其直接连接的流量变送器12，流量变送器12与前馈调节器13相连接；流 量变送器12将转换为规定类型的流量信号传送于前馈调节器13。本实用新型实施例的溶解氧自动测控系统中的各组成元件的优选型号如表1所 示表 1名称型号PID控制器4XMT 626流量传感器11JST SYM-001T流量变送器12JN378-F/I前馈调节器13XMZ 604溶解氧检测仪22DO-8600变频器31TS2900PT2M溶解氧传感器21DO 912B (河北科瑞达科技有限公司生产)溶解氧检测仪22的溶解氧传感器21设置在SBR反应池的水面一定高度处，关于 溶解氧传感器21在SBR反应池内的布置，应选择池中溶解氧最具代表性的位置，一般选在 排水口 7 (或称出口)附近的位置；而溶解氧传感器21的数量为一支即可，溶解氧检测仪22 感测到的溶解氧浓度传送于PID控制器4 ；PID控制器4的输出端连接有变频器31与风机32，由风机32向曝气器14鼓风。在对现有的好氧处理设备进行改进的场合，可选用在风机32与PID控制器4之间加装变频 器31的方式，可达到对现有设备的充分利用；而在新建好氧处理设备的场合，也可直接选 用变频风机，将PID控制器4的输出端与变频风机的变频元件相连接，以对风机进行变频控 制。PID控制器4，包括用于比例、积分和微分运算的运算器及所述运算器输入侧的减 法器和所述运算器输出侧的加法器，所述减法器输出的实时测量的溶解氧含量与设定值之 间的差值，通过所述运算器的运算，得到调大或调小风机32转速的控制信号并经加法器输 入所述风机；前馈调节器13，连接于PID控制器4的加法器，当原水流量突然变化时产生调节信 号并通过所述加法器叠加于所述控制信号以调节所述风机转速以改变所述溶解氧含量。二、系统的控制方式(1)反馈(闭环)控制系统(根据实时监测溶解氧含量调节)当原水(即待处理的废水)通过管道流入曝气池内，由溶解氧传感器21实时测量 水体中的溶解氧浓度，并转换为4 20mA的电流信号，输入到PID控制器4的减法器中；PID 控制器4的比较环节(即减法器)求出设定值％与测量值7111的偏差e，经运算器的PID运 算后，经加法器输入到变频器31的输入端，通过控制风机32的转速来调节风量，从而改变 曝气池中溶解氧的含量。其中，运算器按偏差e的P (比例)、I (积分)、D (微分)控制算法进行运算，输出 相应的4 20mA信号，当输出信号的毫安量(mA)增加时变频器频率提高，风机转速升高， 反之即变频器频率下降，风机转速降低；例如当输出是4mA时，变频器频率为25Hz，风机转 速为0，当输出是20mA时，变频器频率为50Hz，风机为额定转速。因此，当测得的溶解氧浓 度低于设定值时，需加大风机转速，而测得的溶解氧浓度高于设定值时，则可减小风机转速 以实现节能的目的。(2)前馈(开环)控制回路(根据原水流量调节)由于废水流量对曝气过程影响十分明显，为减少溶解氧浓度的波动，缩短调节过 程，本实用新型的溶解氧自动测控系统，设置具有快速响应的前馈回路，及时补偿由原水流 量引起的扰动。如图1和图2所示，本实用新型实施例的溶解氧自动测控系统，废水流量由 流量变送器12转换为4 20mA的电流信号输入至前馈调节器(或称扰动补偿器)13，进行 比例运算后(也可添加积分、微分运算)生成的调节信号7 ，与PID控制器4输出的控制信 号在加法器中叠加，其代数和作为PID控制器4的输出信号e’，通过变频器31或变频风机 的变频元件改变风机32转速来调节风量，最终实现溶解氧浓度的自动调节。(3)分为“手动-自动”两种控制模式本实用新型的溶解氧自动测控系统，可在PID控制器4与风机32之间设置用以选 则手动与自动控制所述风机的模式选择开关。并且，可用自动指示灯与手动指示灯以表示 所述模式选择开关所选择的模式；风机32、前馈调节器13、溶解氧检测仪22也可以具有表 示各自处于工作状态的指示灯。自动模式时当开关处于自动控制模式时，电源指示灯、前馈调节器13、溶解氧检 测仪22、自动指示灯、PID控制器4、风机32指示灯均亮起，此时系统将实现反馈(闭环)控 制，前馈(开环)控制的双控制自动调节风机的鼓风量，确保反应池内溶解氧浓度达到设定6[0045]手动模式时当开关处于手动控制模式时，电源指示灯、前馈调节器13、溶解氧检 测仪22、手动指示灯均亮起，此时，按下启动按钮后，风机32指示灯亮起，风机将实现手动 饱和功率输出，可人为根据需要自行调节反应池内的溶解氧浓度，需停止鼓风时，按下停止 按钮即可。三、其他PID控制器4的电源线可选用单相交流Q20V，50HZ)，通过标准3孔插座连接。风 机可通过3芯插头/插座连接；流量传感器优选的为叶轮式流量传感器，其具有体积小、安 装方便、适用于实验室小流量原水的优点，可通过4芯插头/插座连接；溶解氧传感器(或 称溶解氧探头)可通过5芯插头/插座连接。上述不同元件选用不同类型插头/插座进行 连接的方式，符合人机工程原理，能够有效的防止插乱插错现象的发生。本领域技术人员应当意识到在不脱离本实用新型所附的权利要求所揭示的本实 用新型的范围和精神的情况下所作的更动与润饰，均属本实用新型的权利要求的保护范围 之内。
权利要求1.一种溶解氧自动测控系统，其特征在于，用于实验室规模的好氧生物处理设备，该自 动测控系统包括流量传感器、前馈调节器、溶解氧检测仪、PID控制器及风机；所述流量传感器，设置在所述好氧生物处理设备的原水进水管路中，所述流量传感器 检测到的原水流量信号传送于所述前馈调节器；所述溶解氧测量仪，其溶解氧传感器设置在所述好氧生物处理设备中，所述溶解氧传 感器感测到的溶解氧浓度传送于所述PID控制器；所述PID控制器，包括用于比例、积分和微分运算的运算器及所述运算器输入侧的减 法器和所述运算器输出侧的加法器，所述减法器输出的实时测量的溶解氧含量与设定值之 间的差值，通过所述运算器的运算，得到调大或调小风机转速的控制信号并经所述加法器 输入所述风机；所述前馈调节器，连接于所述加法器，当原水流量突然变化时产生调节信号并通过所 述加法器叠加于所述控制信号以调节所述风机转速以改变所述溶解氧含量。
2.如权利要求1所述的溶解氧自动测控系统，其特征在于，所述流量传感器与所述前 馈调节器之间设置有流量变送器。
3.如权利要求1所述的溶解氧自动测控系统，其特征在于，所述PID控制器与所述风机 之间连接有变频器，所述PID控制器通过控制所述变频器以控制所述风机。
4.如权利要求1所述的溶解氧自动测控系统，其特征在于，所述风机为具有变频元件 的变频风机，所述PID控制器与所述风机的变频元件相连接。
5.如权利要求2所述的溶解氧自动测控系统，其特征在于，所述PID控制器与所述风机 之间设置有用以选则手动与自动控制所述风机的模式选择开关。
6.如权利要求5所述的溶解氧自动测控系统，其特征在于，所述溶解氧自动测控系统 设置有表示所述模式选择开关所选择模式的自动指示灯与手动指示灯；所述风机也具有表 示所述风机处于工作状态的指示灯。
7.如权利要求1所述的溶解氧自动测控系统，其特征在于，所述流量传感器为叶轮式 流量传感器。
8.如权利要求7所述的溶解氧自动测控系统，其特征在于，所述风机通过3芯插头/插 座连接；所述叶轮式流量传感器通过4芯插头/插座连接；所述溶解氧传感器通过5芯插头/插座连接。
9.一种好氧生物处理设备，其特征在于，所述好氧生物处理设备具有权利要求1-8任 一所述的溶解氧自动测控系统。
10.如权利要求9所述的好氧生物处理设备，其特征在于，所述好氧生物处理设备为 SBR反应池、推流式曝气池或三沟式氧化沟。
专利摘要本实用新型公开了一种溶解氧自动测控系统及具有该溶解氧自动测控系统的好氧生物处理设备，该溶解氧自动测控系统用于实验室规模的好氧生物处理设备，包括流量传感器、前馈调节器、溶解氧检测仪、PID控制器及风机；PID控制器，包括用于比例、积分和微分运算的运算器及运算器输入侧的减法器和运算器输出侧的加法器，减法器输出的实时测量的溶解氧含量与设定值之间的差值，通过运算器的运算，得到调大或调小风机转速的控制信号并输出于风机；前馈调节器，连接于加法器，当原水流量突然变化时产生调节信号并通过加法器叠加于控制信号以调节风机转速以改变溶解氧含量。本实用新型经济、实用、节能且系统滞后时间短。
文档编号C02F3/02GK201828788SQ201020551700
公开日2011年5月11日 申请日期2010年10月8日 优先权日2010年10月8日
发明者张晓辉, 曹奇光, 李松, 李达飞, 王晓凡, 谢国莉, 陈红梅, 马越 申请人:北京电子科技职业学院