水處理的物位控制系統及水處理系統的制作方法

本發明涉及一種用于自動排出水處理系統中污泥的物位控制系統，及采用該物位控制系統構建的水處理系統。

背景技術：

水處理是一種通過物理、化學等方法去除原水中雜質的過程，在水處理過程中，原水中的雜質通過絮凝、沉淀等處理步驟形成的雜質團沉淀至絮凝池、沉淀池等池體底部而聚成污泥，當污泥聚集至一定厚度時，需通過與池底部連通的排泥裝置將污泥排出，以防污泥聚集而造成堵塞，導致出水濁度超標。

為了排除池底部的污泥，通常根據不同水質與不同季節設置不同的排泥周期，不僅需耗費人力資源而推高水處理成本，而且容易出現誤排而導致水資源浪費。

為了實現自動排泥，公布號為CN102284200A的專利文獻中公布了一種沉淀池，其在排泥斗中設置污泥界面儀，控制單元根據污泥界面儀的檢測結果判斷排泥閥門的開啟時間點及時長，以對排泥周期進行控制。該沉淀池雖能夠進行自動排泥，但由于位于沉淀池底部的污泥呈現蓬松狀態，且含水率可高達98%，無法形成精確的泥水分界面，導致檢測結果不夠精確，極易出現誤排問題，而過早排泥將產生已處理凈水的浪費，過晚排泥則會使不符合凈化要求的污水進入下道處理工序；此外，污泥界面儀的成本偏高，推高了水處理的成本。

通過觀察發現，一方面，沉淀池底部的泥水的含泥量在深度方向上是越靠近底部越高，而含泥量越高的水透光率越差；另一方面，在沉淀池凈化的實踐中當池內水下一段深度層水的含泥量等于或低于某一值時就被認為無需進行排泥，高于某一值時就被認為必須進行排泥，這可以通過該深度層單位體積水在某一方向上的透光率來衡量。

技術實現要素：

本發明的主要目的是提供一種能夠相對精確地進行排泥的水處理系統用物位控制系統；

本發明的另一目的是提供一種以上述物位控制系統構建的水處理系統。

為了實現上述主要目的，本發明提供的水處理的物位控制系統包括控制單元、排泥裝置、檢測單元，控制單元接收檢測單元的信號并對排泥裝置的啟閉進行控制。檢測單元包括位于水面以下的光源件與光接收組件，光接收組件由共面的二個以上的光接收件構成，光源件與光接收組件之間具有間距。

由以上方案可見，光源件與光接收組件之間具有間距，其間容納有一定體積的水，當該體積的水透光率高于某一數值時，光接收組件所接收到光源件的光不足以使控制單元發出排泥指令，隨著凈化過程的增加，當該體積的水的透光率越來越低，光接收組件接收到的光越來越弱，當控制單元通過光接收組件傳來信號與需要排泥應具有的信號閾值比較，判斷出等于或低于該閾值時，控制單元向排泥裝置發出排泥指令。由于光接收組件由二個以上光接收件共面構成，與現有污泥界面儀的點對點測量不同，是對一定體積內的含泥量進行的測量，相對更加精確，又由于是利用透光率與含泥量之間的經驗關系，檢測單元采用光學原理構件，相較于污泥界面儀成本大大降低。

進一步的方案是二個以上的光接收件呈矩陣排列。該方案在檢測取樣體積內更準確。

更進一步的方案是二個以上的光接收件相互離散布置或相互毗鄰布置。同樣光接件數量的條件下，該方案可以視具體情況擴大或減小水的檢測體積。

另一進一步的方案是光源件為光源組件，所述光源組件由共面的二個以上的光源件構成。該方案使檢測單元內水的檢測體積更大，精確度更高。

更進一步的方案是二個以上的光源件呈矩陣排列。

再進一步的方案是二個以上的光源件相互離散布置或相互毗鄰布置。

還一進一步的方案是還包括用于調節光源件與光接收組件間距的調節機構。

另一進一步的方案是還包括第一水密殼體與第二水密殼體，光源件置于第一水密殼體內，第一水密殼體上設有第一透光窗口，光接收組件置于第二水密殼體內，第二水密殼體上設有與第一透光窗口相對布置的第二透光窗口。

更進一步的方案是還包括用于對第一透光窗口與第二透光窗口進行清洗的清洗單元。

為實現本發明的另一目的，本發明提供的水處理系統包括物位控制系統，該物位控制系統采用了上述各方案中的物位控制系統。

附圖說明

圖1是本發明水處理系統第一實施例中物位控制系統與沉淀池的結構示意圖；

圖2是圖1中A局部放大圖；

圖3是圖1中B局部放大圖；

圖4是本發明水處理系統第一實施例中光接收組件的結構示意圖；

圖5是本發明水處理系統第一實施例中發光組件與光接收組件之間的光路示意圖；

圖6是本發明水處理系統第二實施例中物位控制系統與沉淀池的結構示意圖；

圖7是圖6中C局部放大圖；

圖8是圖6中D局部放大圖。

以下結合實施例及其附圖對本發明作進一步說明。

具體實施方式

以下各實施例主要針對本發明的水處理系統，由于本發明的水處理系統中采用了本發明的物位控制系統，在對水處理系統實施例的說明中已對物位控制系統實施例進行了說明。

水處理系統第一實施例

在以下對水處理系統的說明中，僅對與本發明密切相關的結構進行說明，水處理系統中其他結構如投藥裝置、置于沉淀池中的沉淀裝置等，本領域技術人員完全可以參照現有技術進行實施。在水處理系統中，至少需對絮凝池、沉淀池進行排泥，本發明的物位控制系統可用于絮凝池和/或沉淀池中，還可用于其他需排泥的池中，以下以對沉淀池的排泥為例進行說明。

參見圖1，水處理系統具有沉淀池1及物位控制系統。

參見圖1至圖3，本例的物位控制系統中有一個控制單元41，排泥裝置包括排泥管31、排泥閥門32，檢測單元，清洗單元。

一端固定在沉淀池1邊，另一端伸向沉淀池1中的橫梁20支承著倒Y字形的穿線管21，穿線管21由支撐管210及第一支管211與第二支管212構成，第一支管211與第二支管212遠離支撐管210的端部形成有外螺紋。通過橫梁20與沉淀池1側壁的固定連接，將物位控制系統中的檢測單元與清洗單元放置在沉淀池1水下預設位置處。

排泥管31的進口與沉淀池1的底部連通，排泥閥門32為一電動閥門，設置在排泥管31上，受控制單元41的控制，并通過源排線42啟閉排泥閥門32，用于對排泥管31的排泥時間與排泥周期進行控制。

檢測單元由光源組件5與光接收組件6構成，光源組件5由多行多列的LED燈處于同一矩形面內，類似地，光接收組件6的多行多列光接收件處于另一矩形面內，兩矩形面相互平行地位于沉淀池1水下。

如圖2所示，光源組件5設置在殼體50內。殼體50上設置了供光源組件5的光線射出殼體50外的透光窗口。在本實施例中，殼體50為一高透光防污防水的玻璃罩，玻璃罩為一圓柱型殼體結構，由殼主體501與端蓋502構成；端蓋502為一半球殼結構，半球殼結構遠離殼主體501的一側上凸起形成有連接部5021，連接部5021形成有一與殼體50內腔連通的導通孔，該導通孔內側形成有與第一支管211上的外螺紋相匹配的內螺紋，從而使殼體50與第一支管211可拆卸地水密連接；殼主體501內設有用于固定發光組件5的安裝座。端蓋502與殼體501之間采用螺紋與密封圈配合的方式達到可拆卸地密封連接，也可采用其他可拆卸地密封連接結構；也可在殼主體501內安裝好發光組件5之后，對二者進行焊接處理使之不可拆卸地密封連接。殼體50構成本發明的第一水密殼體，其上的透光窗口構成第一透光窗口。

光源組件5可選地為發送可見光或不可見光的光源，在本實施例中為在垂向上的多行與多列LED構成的矩陣式LED光源，其產生的光線可以根據水質要求進行選擇某一種顏色的LED，或直接采用可變色LED以供實際使用情況進行選擇。單個LED構成本實施例的發光件。

如圖2所示，光檢測組件6設置在殼體60內，殼體60具有供發光組件5的光線射入殼體60內的透光窗口。在本實施例中，殼體60為一高透光防污防水的玻璃罩，玻璃罩為一圓柱型殼體結構，由殼主體601與端蓋602構成；端蓋602為一半球殼結構，半球殼結構遠離殼主體601的一側上凸起形成有連接部6021，連接部6021形成有一與殼體60內腔連通的導通孔，該導通孔內側形成有與第二支管212上的外螺紋相匹配的內螺紋，從而使殼體60與第二支管212可拆卸地固定連接；殼主體601內設有用于固定光接收組件件6的安裝座。端蓋602與殼體601之間采用螺紋與密封圈配合的方式達到可拆卸地密封連接，也可采用其他可拆卸地密封連接結構；也可在殼主體601內安裝好光接收組件6之后，對二者進行焊接處理以使之不可拆卸地密封連接。殼體60構成第二水密殼體，其上的透光窗口構成第二透光窗口。

光接收組件6優選為在垂向上為一行以上的光敏元件構成，進一步優選為由單行單列、多行與多列光敏元件構成的矩陣式光敏元件組，可以為光敏電阻或光電池，在本實施例中選為由在垂向上以矩陣形式布置的光電池構成。光敏元件構成本實施例的光接收件。

通過在兩個玻璃罩外涂防污納米涂層，且在安裝時，兩個殼體的透光窗口的表面均為沿垂向布置，可有效地避免污泥堆積于透光窗口處而對檢測結果的準確性產生影響。

如圖1至圖3所示，清洗單元由進水管71、沖洗閥門72、連接管73、第一沖洗管74及第二沖洗管75構成。進水管71的一端口與水源連通，另一端口通過沖洗閥門72與連接管73的一端口連通；連接管73的另一端口通過三通與第一沖洗管74與第二沖洗管75的進水端口連通。在本實施例中，沖洗閥門72為受電源排線45控制的電動閥門。

第一沖洗管74的噴水口位于第一透光窗口旁，且朝向第一透光窗口；第二沖洗管75的噴水口位于第二透光窗口旁，且朝向第二透光窗口，以對兩個透光窗口進行清洗，保證透光性要求，以提高檢測準確性。

排線52的一端與光源組件5的電源端子連接，另一端通過排線快插接頭53與電源排線44的一端電連接；排線62的一端通過信號變送模塊與光接收組件6的輸出端子連接，另一端通過排線快插接頭63與信號排線43的一端電連接。信號排線43中連接有中繼，以消除干擾。電源排線44與信號排線43通過隔離固定至支撐管210內，以防二者相互干擾。

控制單元41內安裝有可編程控制系統，可編程控制系統控制繼電器以實現電源排線的另一端有選擇地與電源電連接，排泥閥門32的電源端子有選擇地與電源電連接，沖洗閥門72的電源端子有選擇地與電源電連接；信號排線43的另一端與可編程控制系統連接，以將檢測信號輸出給可編程控制系統。可編程控制系統與連接線路構成本實施例的控制單元。

當光電池的數量比較少時，可通過排線將每個光電池的檢測信號輸出給PLC控制系統進行綜合判斷；在光電池數量比較多時，可以選擇位于同行的光電池串聯后向PLC控制系統輸出一個檢測信號；當數量比較多時，可以串聯的方式將所有光電池的輸出端相連接，從而只需一路信號線；在該實施例中，以串聯的方式將所有光電池的輸出端子串聯連接。

整個排泥方法如下：

檢測步驟：實時對信號排線輸出的短路電流和/或開路電壓進行檢測。

排泥步驟：當開路電壓低于第一預設閾值和/或短路電流低于第二預設閾值時，通過開啟排泥閥門32進行排泥；隨著排泥的進行，開路電壓與短路電流隨之增加，當開路電壓高于第三預設閾值和/或短路電流高于第四預設閾值時，通過關閉排泥閥門32停止排泥。

在工作過程中，隨著光源組件5與光接收組件6之間單位體積水體內污泥的增多，位于下方的光電池接收的光量減少而導致其輸出開路電壓、短路電流均變小。當開路電壓、短路電流小于需排泥的預設閾值時，表明該水體內的污泥高度達到了該預設閾值所對應的高度以上。隨著排泥的進行，光電池接收的光量隨之增加，導致其輸出開路電壓、短路電流均增大。當開路電壓、短路電流大于完成排泥的預設閾值時，表明污泥高度下降至該預設閾值所對應的高度以下。

清洗步驟，在排泥步驟后，通過開啟沖洗閥門72，通過第一沖洗管74對第一透光窗口進行清洗及通過第二沖洗管75對第二透光窗口進行清洗，有效的確保后續排泥周期中檢測的準確性。

在一個排泥周期內對兩個透光窗口噴射預設次數的水流，以防由于污泥在兩個透光窗口處堆積而降低檢測的準確性。其中噴射的預設次數可以為0次以上，其通常與排泥周期及水質等相關，通常排泥周期越長，其預設次數越多。

參見圖4、圖5，由于光源組件5為光源陣列，光接收組件6為陣列，光源組件5發出的光朝各個方向射出，若在光源組件與光檢測組件之間水體內沒有足夠濃度的雜質團，即無足夠的泥顆粒時，每個光接收組件均能接收到光源所發出的光強，從而在光接收組件所接收到的光強為綜合了二者之間位于光路上雜質團的對光線的遮擋信息，更能反映出水處理沉淀池中呈現蓬松狀態的污泥的信息，能夠更準確地對污泥情況進行檢測，從而更好地確定排泥時間。 此外，由于將所有的光電池串聯只輸出一路檢測信號，該檢測信號綜合了所有的信息，能夠從整體上反映位于光源組件5與光檢測組件6之間的污泥狀況，便于信號線路的架設及排泥的判斷。

水處理系統第二實施例

作為對本發明水處理系統第二實施例的說明，以下僅對與水處理系統第一實施例的不同之處進行說明。

參見圖6至圖8，通過增設調節機構，用于調節光源組件75與光接收組件76之間的橫向間距。

第一支管7211與支撐管7210間通過軟管水密連接，并在支撐管7210上固定有沿水平方向布置的套管71，套管71套于第一支管7211沿水平方向布置的部分外，從而使第一支管7211可沿套管71的軸向往復移動。第一支管7211外套有復位彈簧7201。

在橫梁720上固定有卷輪73，卷輪73上纏繞有牽引繩74，牽引繩74的自由端與第一支管7211固定連接，通過電機或人工驅動卷輪73，從而拉動光源組件75朝靠近光接收組件76的方向移動，并壓縮復位彈簧7201。當通過卷輪73釋放牽引繩74時，在復位彈簧7201恢復力的作用下，調節機構驅動光源組件75朝遠離光接收組件76的方向移動。套管71、卷輪73及牽引繩74構成本實施例的調節機構。

此外，還可以通過設置使第一支管7211相對套管71可沿軸向滑動的同時，二者在滑動過程中保持水密連接而略去軟管，并且可以采用直線電機替代牽引繩74與復位彈簧7201而驅動光源組件75與光接收組件76之間橫向間距的調整。

通過調整光源組件75與光接收組件76之間的間距，從而適應不同水質的測試需求。

水處理系統第三實施例

作為對本發明水處理系統第三實施例的說明，以下僅對與水處理系統第一實施例的不同之處進行說明。

光源固定基座的表面為一圓柱體的部分表面，從而使光源的發光面為軸向沿垂向布置的弧形面，為了使每個光敏元件與光源之間的間距相等，光敏元件的檢測面構成一個與光源弧形面共中心軸線的內凹弧形面。

在本發明中，間距是指光源件發出的光傳播至光接收件之間穿過被檢測水體的距離，優選設置為水平距離，即二者相對不為鉛垂向布置，從而使光接收件接收的光包含有水平方向上污泥位置信息，不純為鉛垂方向上的污泥信息，從而能夠更準確地判斷污泥是否聚集至該水平方向信息所反映的高度位置處，以更能準確地反映污泥的高度信息。在上述各實施例中，光源組件與光接收組件位于同一水下深度位置處，二者間的橫向間距為水平距離，還可以有其他布置方式，比如光源組件與光接收組件的兩個平板相平行且傾斜布置，或者是垂直布置。

此外，通過在垂向上設置兩組以上的檢測單元，以根據位于最上方一組檢測單元的檢測信號控制排泥閥門的開啟時機，并根據位于最下方的一組檢測單元的檢測信號控制排泥閥門的關閉時機。

還可以采用一個光源件替代光源組件進行發光。且該光源件可與光接收組件位于同一深度，即光源件位于光接收組件中部所在的深度位置處，也可不位于同一深度位置處，比如光源件的位置高于光接收組件的上端或低于光接收組件的下端。

還可通過在池體底部的側壁上安裝一玻璃，以形成一透光窗口，從而可將光源組件與光接收組件中的一者置于池體外，但都在水面以下，以減少水密殼體的使用；進一步，可在池內設置一光反射件，比如不銹鋼板、鏡子等，而將光源組件與光接收組件均設于池外，但也都在水面以下，通過光反射件將光源件產生的光反射至光接收件處，從而可完全省去水密殼體；更進一步，可在玻璃和/或光反射件處設置清洗單元，以減少污泥在它們上的聚集。

還可采用纜繩替代支架將光源組件與檢測單元懸置池中。

還可采用雨刷替代上述實施例中的噴水管構成清潔單元，以對透光窗口進行清潔。