申请日2016.03.31
公开(公告)日2016.07.06
IPC分类号C02F9/14; C02F3/12
摘要
本发明公开了一种节能MBR污水处理系统，包括依次连通的调节池、前处理池、内置有膜生物反应器的MBR处理池，前处理池和MBR处理池内设有曝气装置，该曝气装置匹配有风机;调节池内设有第一液位传感器以及用于向前处理池转移污水的第一水泵;前处理池内设有第二液位传感器以及用于向MBR处理池转移污水的第二水泵;MBR处理池内设有第三液位传感器，MBR处理池的出水口接有第三水泵;其中第一水泵受控于第一液位传感器和第二液位传感的组合信号，第二水泵和风机受控于第二液位传感器和第三液位传感器的组合信号，第三水泵受控于第三液位传感器。风机和各水泵对应不同的液位情况设置不同的功率模式，显著提高节能效果。
摘要附图
权利要求书
1.一种节能MBR污水处理系统，包括依次连通的调节池、前处理池以及内置有膜生物反应器的MBR处理池，其特征在于，所述调节池内设有第一液位传感器以及用于向所述前处理池转移污水的第一水泵，所述前处理池内设有第二液位传感器，所述第一传感器和第二液位传感器的信号均分为高中低三挡，该第一水泵受控于所述第一液位传感器和第二液位传感器的组合信号，该组合信号表示如下
P12(A，B)
其中P12表示第一液位传感器和第二液位传感器的组合信号，A表示第一液位传感器信号，B表示第二液位传感器信号;
所述组合信号P12为(高，高)或(高，中)或(高，低)时，第一水泵处于高转速状态;
所述组合信号P12为(中，高)或(中，中)时，第一水泵处于中转速状态;
所述组合信号P12为(中，低)或(低，高)或(低，中)时，第一水泵处于低转速状态;
所述组合信号P12为(低，低)时，第一水泵处于软停止状态。
2.如权利要求1所述的节能MBR污水处理系统，其特征在于，所述前处理池内还设有用于向所述MBR处理池转移污水的第二水泵，所述MBR处理池内设有第三液位传感器，该第二水泵受控于所述第二液位传感器和第三液位传感器的组合信号，该组合信号表示如下
P23(B，C)
其中P23表示第二液位传感器和第三位传感器的组合信号，B表示第二液位传感器信号，C表示第三液位传感器信号;
所述组合信号P23为(高，高)或(高，中)或(高，低)时，第二水泵处于高转速状态;
所述组合信号P23为(中，高)或(中，中)时，第二水泵处于中转速状态;
所述组合信号P23为(中，低)或(低，高)或(低，中)时，第二水泵处于低转速状态;
所述组合信号P23为(低，低)时，第二水泵处于软停止状态。
3.如权利要求2所述的节能MBR污水处理系统，其特征在于，所述MBR处理池的出水口接有第三水泵;该第三水泵受控于所述第三位传感器，该第三液位传感器的高中低液位信号分别对应所述第三水泵的高中低转速。
4.如权利要求3所述的节能MBR污水处理系统，其特征在于，所述前处理池和MBR处理池内设有曝气装置，该曝气装置匹配有风机，该风机受控于所述第二液位传感器和第三液位传感器的组合信号P23;
所述组合信号P23为(高，高)、(高，中)、(高，低)、(中，高)或(低，高)时，风机处于高转速状态;
所述组合信号P23为(中，中)、(中，低)或(低，中)时，风机处于中转速状态;
所述组合信号P23为(低，低)时，风机处于低转速状态。
5.如权利要求4所述的节能MBR污水处理系统，其特征在于，还设有用于接收各液位传感器信号的并与阈值相比以输出高中低信号并整合成相应组合信号的逻辑电路，所述风机以及各水泵分别接有用于调节功率的变频器，各变频器接入并受控于所述逻辑电路。
6.如权利要求5所述的节能MBR污水处理系统，其特征在于，所述逻辑电路包括多组比较器，每一组比较器均具有：
与对应的液位传感器相接的输入端;
用于输入阈值的基准端;
与对应的变频器相连的输出端。
7.如权利要求6所述的节能MBR污水处理系统，其特征在于，所述基准端为两个，分别对应高低两个阈值。
8.如权利要求7所述的节能MBR污水处理系统，其特征在于，所述逻辑电路集成至PLC控制器,所述MBR污水处理系统还设有与所述PLC控制器连接用以进行信号输入输出的触摸屏。
9.如权利要求8所述的节能MBR污水处理系统，其特征在于，还设有：
远程控制柜，所述PLC控制器、触摸屏以及各风机和水泵和控制开关均安装在该远程控制柜中;
动力柜，所述风机以及各水泵的变频器安装在该动力柜中;
上位机，与所述PLC控制器相连。
10.如权利要求9所述的节能MBR污水处理系统，其特征在于，所述调节池沿污水流向分为调节区和沉淀区;所述前处理池沿污水流向分为缺氧池和好氧池;前处理池内的曝气装置位于好氧池中;所述第一水泵和第二水泵为分别置入所述沉淀区以及好氧池的潜水泵。
说明书
一种节能MBR污水处理系统
技术领域
本发明涉及污水处理领域，特别是涉及一种节能MBR污水处理系统。
背景技术
膜生物反应器(MBR)技术是一种膜法污水处理技术，近年来MBR技术得到了越来越广泛的应用，但其能耗还是相对较高，而且后期维护管理也是很大的问题，这在一定程度上限制了其应用。
公开号为CN104609678A的中国专利文献公开了一种智能污水处理系统，在产水管上设置与自动控制系统连接的压力变送器，该自动控制系统在压力变送器的作用下或者根据智能污水处理系统的运行时间可自动控制进水阀、产水阀、反洗阀、排泥阀、吹扫阀以及加药阀的开关，以达到自动控制MBR反应系统原位在线清洗和原位离线清洗的目的。该技术方案中通过压力变送器来检测污水处理系统的工作状态，实现了污水处理系统工作状态的电子监测，但是污水处理系统工作状态复杂，仅仅通过压力指标来控制生产过程很难达到精准的调整。
公开号为CN104843945A的中国专利文献公开了新型低能耗MBR污水成套装备及远程控制系统主要由新型低能耗MBR污水成套装备和远程控制系统两部分组成，污水进入MBR污水成套装备后依次经过细格栅、稳定池、调节池、提升泵、全自动清洗过滤器、一体化A2/O-MBR反应池、抽吸泵、紫外消毒器、中水池。该技术方案中通过联网控制增加了监测污水处理系统工作状态的指标，并通过优化布局提高了污水处理能力降低了工程能耗，但是对于设备本身的能耗没有进行优化，还有提升的空间。
公开号为CN204417282U的中国专利文献公开了一种污水处理设备，包括调节池、消毒装置、MBR一体化设备和控制柜，其中MBR一体化设备包括缺氧池和MBR膜池，MBR膜池包括膜生物反应器、出水泵、风机、液位控制系统和清洗系统。
就现阶段而言，目前投入使用的大部分MBR污水处理系统中(如公开号CN104609678A、公开号CN104843945A、公开号CN204417282U等)所采用的风机和水泵多是根据满负荷工作时的需求量设计的，而日常应用中大多不需要满负荷工作，造成风机和水泵等长期存在较大余量，不仅使得水泵效率低下且造成大量能源浪费。而在MBR污水处理系统中采用变频风机和水泵可以均匀改变工作频率，根据实际需求调节水泵能力，可以有效降低能源消耗。另外，采用变频调速不仅能够实现风机和水泵的软启动，还能完成停泵时的软停止，可以基本消除水锤作用;而且通过变频调速来调节流量可以避免水泵的频繁启停。因此在MBR污水处理系统中采用变频技术可以有效降低风机水泵的能耗，减少故障率，延长整个系统的使用寿命，降低维护成本，而且还可以降低电网无功功率的损耗。
公开号为CN204270111U的中国专利文献公开了一种S-MBR一体化污水处理设备自动控制系统，该控制系统包括：PLC控制器、上位机、变频器、污水参数测量系统、电动球阀、设备状态测量系统。该控制系统通过所述的污水参数测量系统把污水参数反馈给所述的PLC控制器，并与PLC控制器中设定的控制参数进行比较和逻辑运算，PLC控制器发出控制信号，驱动所述变频器去控制S-MBR相关设备工作，同时控制所述的电动球阀打开或关闭。该技术方案通过控制水泵和风机的工作状态实现控制空气与污水的接触量和停留时间的技术目的。
但是风机和水泵节能性能还有提升空间，作为控制策略依据的污水流量参数也不能准确全面的表现污水处理系统的工作状态。尤其是现有的MBR污水处理系统在移料水泵以及曝气风机的控制上，大多是采集流量信号进行变频控制，但污水组分复杂，尤其是当污水内夹带固定物时，流量检测元件可能会有信号误差，另外污水流动时流量不是很稳定，对变频控制信号变化过于频繁也可能造成设备上的隐患。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种基于污水处理系统中各反应池液位数据控制系统功耗以达到节能目的的节能MBR污水处理系统。
本发明的技术方案为：
一种节能MBR污水处理系统，包括依次连通的调节池、前处理池以及内置有膜生物反应器的MBR处理池，所述调节池内设有第一液位传感器以及用于向所述前处理池转移污水的第一水泵，所述前处理池内设有第二液位传感器，所述第一传感器和第二液位传感器的信号均分为高中低三挡，该第一水泵受控于所述第一液位传感器和第二液位传感器的组合信号，该组合信号表示如下
P12(A，B)
其中P12表示第一液位传感器和第二液位传感器的组合信号，A表示第一液位传感器信号，B表示第二液位传感器信号;
所述组合信号P12为(高，高)或(高，中)或(高，低)时，第一水泵处于高转速状态;
所述组合信号P12为(中，高)或(中，中)时，第一水泵处于中转速状态;
所述组合信号P12为(中，低)或(低，高)或(低，中)时，第一水泵处于低转速状态;
所述组合信号P12为(低，低)时，第一水泵处于软停止状态。
在现有一些污水处理系统中，处理池之间转移污水的水泵多是根据满负荷工作时的需求量设计的，而日常应用中大多不需要满负荷工作，造成水泵长期存在较大余量，不仅使得水泵效率低下且造成大量能源浪费。因此本发明MBR污水处理系统中采用变频器驱动的水泵能够均匀改变工作频率，根据实际需求调节功率，能够有效降低能源消耗。更重要的是，水泵变频的控制信号是来自水泵所对应上游处理池和下游处理池的液位传感器的组合信号，即通过检测液位变化并进行前后对比进而调整水泵功率。
其中第一传感器和第二液位传感器的信号通过逻辑电路的处理后用于驱动变频器以控制第一水泵，组合信号的不同状态对应水泵的不同转速状态，以市面上可以购买到的150QW120-10-5.5型水泵为例，该型水泵的额定转速为980r/min，当输入的组合信号P12为(高，高)或(高，中)或(高，低)时，水泵的转速大于等于额定转速的80%，可选择为780r/min;当组合信号P12为(中，高)或(中，中)时，水泵的转速小于额定转速的80%，大于等于额定转速的50%，可选择为490r/min;当组合信号P12为(中，低)或(低，高)或(低，中)时，水泵的转速小于额定转速的50%，大于等于额定转速的30%，可选择为300r/min;当组合信号P12为(低，低)时，为提高节能效果，水泵可以选择采用软停止的状态，该状态通过变频器实现。该设计的好处在于能够针对处理系统中的污水量有效调整第一水泵功率，而且通过变频器的控制能够优化第一水泵提速或者降速的过程，例如当组合信号P12为(低，中)时，第一水泵处于低转速，此时污水处理系统输入状态改变，调节池内注入大量污水，随着调节池内的液位上升，组合信号P12为从(低，中)变化成(中，中)进一步提升为(高，中)的过程中，第一水泵的转速从低转速状态提升为中转速状态，最后提升为高转速状态，变化过程平缓，相较于对流量监测的设计，本设计通过液位变化的不可突变性缓冲了流量变化的突变性，检测调节池中的液位变化可以减少了因为突然的流量变化而改变水泵功率对电网造成的影响，进一步提高节能效果。
作为优选，所述前处理池内还设有用于向所述MBR处理池转移污水的第二水泵，所述MBR处理池内设有第三液位传感器，该第二水泵受控于所述第二液位传感器和第三液位传感器的组合信号，该组合信号表示如下
P23(B，C)
其中P23表示第二液位传感器和第三位传感器的组合信号，B表示第二液位传感器信号，C表示第三液位传感器信号;
所述组合信号P23为(高，高)或(高，中)或(高，低)时，第二水泵处于高转速状态;
所述组合信号P23为(中，高)或(中，中)时，第二水泵处于中转速状态;
所述组合信号P23为(中，低)或(低，高)或(低，中)时，第二水泵处于低转速状态;
所述组合信号P23为(低，低)时，第二水泵处于软停止状态。
前处理池内的第二水泵也与调节池内的第一水泵一样，通过上下游的液位传感器的组合信号控制，该设计的好处在于通过传感器的共用实现第一水泵和第二水泵的联动控制。第一水泵受控于第一液位传感器和第二液位传感器，第二水泵受控于第二液位传感和第三液位传感器，其中共用了第二液位传感器的信号。例如在调节池，前处理池液位和MBR处理池中的液位都为“中”的稳态工况下，当前处理池内注入大量无需调节池处理的污水，随着前处理池内的液位上升，第二液位传感器的信号从中变化为高，在该变化过程中组合信号P12变化为(中，高)，组合信号P23变化为(高，中)，因此第一水泵转速保持不变，以保证调节池的液位不会发生变化，而第二水泵由中转速状态转变为高转速状态，从而更快的将污水泵入MBR处理池中。该设计的好处在于提高了系统的稳定性，减少了外部冲击对系统的影响。
作为优选，所述MBR处理池的出水口接有第三水泵;该第三水泵受控于所述第三位传感器，该第三液位传感器的高中低液位信号分别对应所述第三水泵的高中低转速。
作为优选，所述前处理池和MBR处理池内设有曝气装置，该曝气装置匹配有风机，该风机受控于所述第二液位传感器和第三液位传感器的组合信号P23;
所述组合信号P23为(高，高)、(高，中)、(高，低)、(中，高)或(低，高)时，风机处于高转速状态;
所述组合信号P23为(中，中)、(中，低)或(低，中)时，风机处于中转速状态;
所述组合信号P23为(低，低)时，风机处于低转速状态。
结合上述的技术方案，节能MBR污水处理系统通过系统中的污水处理量来控制能耗。其中第一液位传感器监测调节池中污水液位，逻辑电路基于第一液位传感器和第二液位传感器的组合信号变频控制第一水泵;第二液位传感器监测前处理池中污水液位，逻辑电路基于第二液位传感器和第三液位传感器的组合信号变频控制第二水泵和风机;第三液位传感器监测MBR处理池中污水液位，逻辑电路基于第三液位传感器的信号变频控制第三水泵。
当MBR污水处理系统的工作发生环境发生变化，例如进入枯水期时，污水量减小，流入调节池的污水量变小，调节池污水因为下降，第一液位传感器的信号发生变化，组合信号P12变化，逻辑电路改变输出电平改变变频器工作模式从而调整第一水泵功率;第一水泵功率减小，进入前处理池的污水量减小导致第二液位传感器的信号变化，组合信号P23状态变化，逻辑电路同理调整第二水泵功率;第二水泵功率减小，进入MBR处理池的污水量减小导致第三液位传感器的信号变化，逻辑电路同理调整第三水泵功率;从而实现MBR污水处理系统整体功耗的下降。当水量变大时，MBR污水处理系统也能反向自动调整增加污水处理能力。该设计的好处在于能够根据系统内的污水量精确控制系统功耗，达到节能的目的。
作为优选，所述调节池沿污水流向分为调节区和沉淀区;所述前处理池沿污水流向分为缺氧池和好氧池;前处理池内的曝气装置位于好氧池中;所述第一水泵和第二水泵为分别置入所述沉淀区以及好氧池的潜水泵。
调节池包含调节区和沉淀区，由于污水的水质和水量具有不均匀性，调节区主要起到均化水质、调节废水水量、防负荷冲击的作用，保证进入后续处理系统的废水水质水量均匀稳定，在沉淀区污水与池内的活性污泥混合进行初步的反应和分离。第一水泵安装在沉淀区的好处在于能够给污水穿过调节池提供动力并且保证流入前处理池的污水已经经过调节池的充分处理。前处理池包括缺氧池和好氧池，在缺氧池和好氧池分别完成除磷和除氮的工序，在好氧池中污水经过充分的曝气并与活性污泥充分接触，活性污泥中的微生物转化一部分的有机物为无害的无机物。第二水泵安装在好氧池的好处在于能够给污水穿过前处理池提供动力并且保证流入MBR处理池的污水已经经过前处理池的充分处理。
作为优选，所述逻辑电路包括多组比较器，每一组比较器均具有：
与对应的液位传感器相接的输入端;
用于输入阈值的基准端;
与对应的变频器相连的输出端。
使用时，液位传感器的信号与阈值相比后，即可判断液位的高低，通过逻辑电路对组合信号的运算进而通过变频器调节风机或水泵的功率。
每一组比较器中可以有多个比较器并结合与门、或门电路，对液位进行分档判断，在有两个阈值的情况下，液位分为高、中、低三种情况。
为了实现对变频器的控制，采用逻辑电路对液位信号进行判定，逻辑电路可以通过现有的比较电路或结合逻辑判断实现，也可以采用软件编程等方式集成在芯片等类似电路元件中。
作为优选，所述逻辑电路集成至PLC控制器，所述MBR污水处理系统还设有与所述PLC控制器连接用以进行信号输入输出的触摸屏。
为实现系统的简洁，逻辑电路的功能集成到PLC控制器内，通过PLC控制器实现多个水泵和风机的控制，系统参数的设定以及基于传感器信号比较的逻辑运算。为了方便控制，PLC控制器需要监视和输入设备，触摸屏集成了输入输出的功能，能够优化系统布局。
作为优选，节能MBR污水处理系统还设有：
远程控制柜，所述PLC控制器、触摸屏以及各风机和水泵和控制开关均安装在该远程控制柜中;
动力柜，所述风机以及各水泵的变频器安装在该动力柜中;
上位机，与所述PLC控制器相连。
节能MBR污水处理系统需要根据不同工况设置，例如污水处理量大的情况下就要选用功率更大的水泵和风机，因此变频器也要根据水泵和风机的功率进行选择，为了方便节能MBR污水处理系统的制造和装配，弱电和强电分离，PLC控制器、触摸屏以及各风机和水泵和控制开关安装在远程控制柜中，变频器安装在动力柜中，上位机和远程控制柜中的PLC控制器相连。该设计的好处在于在避免了强弱电干扰的同时方便了系统的配置。在制造和生产过程中，不论适用于何种工况的节能MBR污水处理系统的远程控制柜都可以选用相同的规格，只需要调整动力柜内的变频器规格就能够实现适配，简化了制造和装配过程。
本发明具有以下优点：
(1)独立控制设计，生产参数调整精确，污水处理效果好;
(2)液位传感变频设计，减少了污水处理本身的能耗，节能环保;
(3)远程控制设计，方便集成化远程管理，工作稳定。
