水处理的物位控制系统及水处理系统的制作方法

本发明涉及一种用于自动排出水处理系统中污泥的物位控制系统，及采用该物位控制系统构建的水处理系统。

背景技术：

水处理是一种通过物理、化学等方法去除原水中杂质的过程，在水处理过程中，原水中的杂质通过絮凝、沉淀等处理步骤形成的杂质团沉淀至絮凝池、沉淀池等池体底部而聚成污泥，当污泥聚集至一定厚度时，需通过与池底部连通的排泥装置将污泥排出，以防污泥聚集而造成堵塞，导致出水浊度超标。

为了排除池底部的污泥，通常根据不同水质与不同季节设置不同的排泥周期，不仅需耗费人力资源而推高水处理成本，而且容易出现误排而导致水资源浪费。

为了实现自动排泥，公布号为CN102284200A的专利文献中公布了一种沉淀池，其在排泥斗中设置污泥界面仪，控制单元根据污泥界面仪的检测结果判断排泥阀门的开启时间点及时长，以对排泥周期进行控制。该沉淀池虽能够进行自动排泥，但由于位于沉淀池底部的污泥呈现蓬松状态，且含水率可高达98%，无法形成精确的泥水分界面，导致检测结果不够精确，极易出现误排问题，而过早排泥将产生已处理净水的浪费，过晚排泥则会使不符合净化要求的污水进入下道处理工序；此外，污泥界面仪的成本偏高，推高了水处理的成本。

通过观察发现，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，在沉淀池净化的实践中当池内水下一段深度层水的含泥量等于或低于某一值时就被认为无需进行排泥，高于某一值时就被认为必须进行排泥，这可以通过该深度层单位体积水在某一方向上的透光率来衡量。

技术实现要素：

本发明的主要目的是提供一种能够相对精确地进行排泥的水处理系统用物位控制系统；

本发明的另一目的是提供一种以上述物位控制系统构建的水处理系统。

为了实现上述主要目的，本发明提供的水处理的物位控制系统包括控制单元、排泥装置、检测单元，控制单元接收检测单元的信号并对排泥装置的启闭进行控制。检测单元包括位于水面以下的光源件与光接收组件，光接收组件由共面的二个以上的光接收件构成，光源件与光接收组件之间具有间距。

由以上方案可见，光源件与光接收组件之间具有间距，其间容纳有一定体积的水，当该体积的水透光率高于某一数值时，光接收组件所接收到光源件的光不足以使控制单元发出排泥指令，随着净化过程的增加，当该体积的水的透光率越来越低，光接收组件接收到的光越来越弱，当控制单元通过光接收组件传来信号与需要排泥应具有的信号阈值比较，判断出等于或低于该阈值时，控制单元向排泥装置发出排泥指令。由于光接收组件由二个以上光接收件共面构成，与现有污泥界面仪的点对点测量不同，是对一定体积内的含泥量进行的测量，相对更加精确，又由于是利用透光率与含泥量之间的经验关系，检测单元采用光学原理构件，相较于污泥界面仪成本大大降低。

进一步的方案是二个以上的光接收件呈矩阵排列。该方案在检测取样体积内更准确。

更进一步的方案是二个以上的光接收件相互离散布置或相互毗邻布置。同样光接件数量的条件下，该方案可以视具体情况扩大或减小水的检测体积。

另一进一步的方案是光源件为光源组件，所述光源组件由共面的二个以上的光源件构成。该方案使检测单元内水的检测体积更大，精确度更高。

更进一步的方案是二个以上的光源件呈矩阵排列。

再进一步的方案是二个以上的光源件相互离散布置或相互毗邻布置。

还一进一步的方案是还包括用于调节光源件与光接收组件间距的调节机构。

另一进一步的方案是还包括第一水密壳体与第二水密壳体，光源件置于第一水密壳体内，第一水密壳体上设有第一透光窗口，光接收组件置于第二水密壳体内，第二水密壳体上设有与第一透光窗口相对布置的第二透光窗口。

更进一步的方案是还包括用于对第一透光窗口与第二透光窗口进行清洗的清洗单元。

为实现本发明的另一目的，本发明提供的水处理系统包括物位控制系统，该物位控制系统采用了上述各方案中的物位控制系统。

附图说明

图1是本发明水处理系统第一实施例中物位控制系统与沉淀池的结构示意图；

图2是图1中A局部放大图；

图3是图1中B局部放大图；

图4是本发明水处理系统第一实施例中光接收组件的结构示意图；

图5是本发明水处理系统第一实施例中发光组件与光接收组件之间的光路示意图；

图6是本发明水处理系统第二实施例中物位控制系统与沉淀池的结构示意图；

图7是图6中C局部放大图；

图8是图6中D局部放大图。

以下结合实施例及其附图对本发明作进一步说明。

具体实施方式

以下各实施例主要针对本发明的水处理系统，由于本发明的水处理系统中采用了本发明的物位控制系统，在对水处理系统实施例的说明中已对物位控制系统实施例进行了说明。

水处理系统第一实施例

在以下对水处理系统的说明中，仅对与本发明密切相关的结构进行说明，水处理系统中其他结构如投药装置、置于沉淀池中的沉淀装置等，本领域技术人员完全可以参照现有技术进行实施。在水处理系统中，至少需对絮凝池、沉淀池进行排泥，本发明的物位控制系统可用于絮凝池和/或沉淀池中，还可用于其他需排泥的池中，以下以对沉淀池的排泥为例进行说明。

参见图1，水处理系统具有沉淀池1及物位控制系统。

参见图1至图3，本例的物位控制系统中有一个控制单元41，排泥装置包括排泥管31、排泥阀门32，检测单元，清洗单元。

一端固定在沉淀池1边，另一端伸向沉淀池1中的横梁20支承着倒Y字形的穿线管21，穿线管21由支撑管210及第一支管211与第二支管212构成，第一支管211与第二支管212远离支撑管210的端部形成有外螺纹。通过横梁20与沉淀池1侧壁的固定连接，将物位控制系统中的检测单元与清洗单元放置在沉淀池1水下预设位置处。

排泥管31的进口与沉淀池1的底部连通，排泥阀门32为一电动阀门，设置在排泥管31上，受控制单元41的控制，并通过源排线42启闭排泥阀门32，用于对排泥管31的排泥时间与排泥周期进行控制。

检测单元由光源组件5与光接收组件6构成，光源组件5由多行多列的LED灯处于同一矩形面内，类似地，光接收组件6的多行多列光接收件处于另一矩形面内，两矩形面相互平行地位于沉淀池1水下。

如图2所示，光源组件5设置在壳体50内。壳体50上设置了供光源组件5的光线射出壳体50外的透光窗口。在本实施例中，壳体50为一高透光防污防水的玻璃罩，玻璃罩为一圆柱型壳体结构，由壳主体501与端盖502构成；端盖502为一半球壳结构，半球壳结构远离壳主体501的一侧上凸起形成有连接部5021，连接部5021形成有一与壳体50内腔连通的导通孔，该导通孔内侧形成有与第一支管211上的外螺纹相匹配的内螺纹，从而使壳体50与第一支管211可拆卸地水密连接；壳主体501内设有用于固定发光组件5的安装座。端盖502与壳体501之间采用螺纹与密封圈配合的方式达到可拆卸地密封连接，也可采用其他可拆卸地密封连接结构；也可在壳主体501内安装好发光组件5之后，对二者进行焊接处理使之不可拆卸地密封连接。壳体50构成本发明的第一水密壳体，其上的透光窗口构成第一透光窗口。

光源组件5可选地为发送可见光或不可见光的光源，在本实施例中为在垂向上的多行与多列LED构成的矩阵式LED光源，其产生的光线可以根据水质要求进行选择某一种颜色的LED，或直接采用可变色LED以供实际使用情况进行选择。单个LED构成本实施例的发光件。

如图2所示，光检测组件6设置在壳体60内，壳体60具有供发光组件5的光线射入壳体60内的透光窗口。在本实施例中，壳体60为一高透光防污防水的玻璃罩，玻璃罩为一圆柱型壳体结构，由壳主体601与端盖602构成；端盖602为一半球壳结构，半球壳结构远离壳主体601的一侧上凸起形成有连接部6021，连接部6021形成有一与壳体60内腔连通的导通孔，该导通孔内侧形成有与第二支管212上的外螺纹相匹配的内螺纹，从而使壳体60与第二支管212可拆卸地固定连接；壳主体601内设有用于固定光接收组件件6的安装座。端盖602与壳体601之间采用螺纹与密封圈配合的方式达到可拆卸地密封连接，也可采用其他可拆卸地密封连接结构；也可在壳主体601内安装好光接收组件6之后，对二者进行焊接处理以使之不可拆卸地密封连接。壳体60构成第二水密壳体，其上的透光窗口构成第二透光窗口。

光接收组件6优选为在垂向上为一行以上的光敏元件构成，进一步优选为由单行单列、多行与多列光敏元件构成的矩阵式光敏元件组，可以为光敏电阻或光电池，在本实施例中选为由在垂向上以矩阵形式布置的光电池构成。光敏元件构成本实施例的光接收件。

通过在两个玻璃罩外涂防污纳米涂层，且在安装时，两个壳体的透光窗口的表面均为沿垂向布置，可有效地避免污泥堆积于透光窗口处而对检测结果的准确性产生影响。

如图1至图3所示，清洗单元由进水管71、冲洗阀门72、连接管73、第一冲洗管74及第二冲洗管75构成。进水管71的一端口与水源连通，另一端口通过冲洗阀门72与连接管73的一端口连通；连接管73的另一端口通过三通与第一冲洗管74与第二冲洗管75的进水端口连通。在本实施例中，冲洗阀门72为受电源排线45控制的电动阀门。

第一冲洗管74的喷水口位于第一透光窗口旁，且朝向第一透光窗口；第二冲洗管75的喷水口位于第二透光窗口旁，且朝向第二透光窗口，以对两个透光窗口进行清洗，保证透光性要求，以提高检测准确性。

排线52的一端与光源组件5的电源端子连接，另一端通过排线快插接头53与电源排线44的一端电连接；排线62的一端通过信号变送模块与光接收组件6的输出端子连接，另一端通过排线快插接头63与信号排线43的一端电连接。信号排线43中连接有中继，以消除干扰。电源排线44与信号排线43通过隔离固定至支撑管210内，以防二者相互干扰。

控制单元41内安装有可编程控制系统，可编程控制系统控制继电器以实现电源排线的另一端有选择地与电源电连接，排泥阀门32的电源端子有选择地与电源电连接，冲洗阀门72的电源端子有选择地与电源电连接；信号排线43的另一端与可编程控制系统连接，以将检测信号输出给可编程控制系统。可编程控制系统与连接线路构成本实施例的控制单元。

当光电池的数量比较少时，可通过排线将每个光电池的检测信号输出给PLC控制系统进行综合判断；在光电池数量比较多时，可以选择位于同行的光电池串联后向PLC控制系统输出一个检测信号；当数量比较多时，可以串联的方式将所有光电池的输出端相连接，从而只需一路信号线；在该实施例中，以串联的方式将所有光电池的输出端子串联连接。

整个排泥方法如下：

检测步骤：实时对信号排线输出的短路电流和/或开路电压进行检测。

排泥步骤：当开路电压低于第一预设阈值和/或短路电流低于第二预设阈值时，通过开启排泥阀门32进行排泥；随着排泥的进行，开路电压与短路电流随之增加，当开路电压高于第三预设阈值和/或短路电流高于第四预设阈值时，通过关闭排泥阀门32停止排泥。

在工作过程中，随着光源组件5与光接收组件6之间单位体积水体内污泥的增多，位于下方的光电池接收的光量减少而导致其输出开路电压、短路电流均变小。当开路电压、短路电流小于需排泥的预设阈值时，表明该水体内的污泥高度达到了该预设阈值所对应的高度以上。随着排泥的进行，光电池接收的光量随之增加，导致其输出开路电压、短路电流均增大。当开路电压、短路电流大于完成排泥的预设阈值时，表明污泥高度下降至该预设阈值所对应的高度以下。

清洗步骤，在排泥步骤后，通过开启冲洗阀门72，通过第一冲洗管74对第一透光窗口进行清洗及通过第二冲洗管75对第二透光窗口进行清洗，有效的确保后续排泥周期中检测的准确性。

在一个排泥周期内对两个透光窗口喷射预设次数的水流，以防由于污泥在两个透光窗口处堆积而降低检测的准确性。其中喷射的预设次数可以为0次以上，其通常与排泥周期及水质等相关，通常排泥周期越长，其预设次数越多。

参见图4、图5，由于光源组件5为光源阵列，光接收组件6为阵列，光源组件5发出的光朝各个方向射出，若在光源组件与光检测组件之间水体内没有足够浓度的杂质团，即无足够的泥颗粒时，每个光接收组件均能接收到光源所发出的光强，从而在光接收组件所接收到的光强为综合了二者之间位于光路上杂质团的对光线的遮挡信息，更能反映出水处理沉淀池中呈现蓬松状态的污泥的信息，能够更准确地对污泥情况进行检测，从而更好地确定排泥时间。 此外，由于将所有的光电池串联只输出一路检测信号，该检测信号综合了所有的信息，能够从整体上反映位于光源组件5与光检测组件6之间的污泥状况，便于信号线路的架设及排泥的判断。

水处理系统第二实施例

作为对本发明水处理系统第二实施例的说明，以下仅对与水处理系统第一实施例的不同之处进行说明。

参见图6至图8，通过增设调节机构，用于调节光源组件75与光接收组件76之间的横向间距。

第一支管7211与支撑管7210间通过软管水密连接，并在支撑管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，从而使第一支管7211可沿套管71的轴向往复移动。第一支管7211外套有复位弹簧7201。

在横梁720上固定有卷轮73，卷轮73上缠绕有牵引绳74，牵引绳74的自由端与第一支管7211固定连接，通过电机或人工驱动卷轮73，从而拉动光源组件75朝靠近光接收组件76的方向移动，并压缩复位弹簧7201。当通过卷轮73释放牵引绳74时，在复位弹簧7201恢复力的作用下，调节机构驱动光源组件75朝远离光接收组件76的方向移动。套管71、卷轮73及牵引绳74构成本实施例的调节机构。

此外，还可以通过设置使第一支管7211相对套管71可沿轴向滑动的同时，二者在滑动过程中保持水密连接而略去软管，并且可以采用直线电机替代牵引绳74与复位弹簧7201而驱动光源组件75与光接收组件76之间横向间距的调整。

通过调整光源组件75与光接收组件76之间的间距，从而适应不同水质的测试需求。

水处理系统第三实施例

作为对本发明水处理系统第三实施例的说明，以下仅对与水处理系统第一实施例的不同之处进行说明。

光源固定基座的表面为一圆柱体的部分表面，从而使光源的发光面为轴向沿垂向布置的弧形面，为了使每个光敏元件与光源之间的间距相等，光敏元件的检测面构成一个与光源弧形面共中心轴线的内凹弧形面。

在本发明中，间距是指光源件发出的光传播至光接收件之间穿过被检测水体的距离，优选设置为水平距离，即二者相对不为铅垂向布置，从而使光接收件接收的光包含有水平方向上污泥位置信息，不纯为铅垂方向上的污泥信息，从而能够更准确地判断污泥是否聚集至该水平方向信息所反映的高度位置处，以更能准确地反映污泥的高度信息。在上述各实施例中，光源组件与光接收组件位于同一水下深度位置处，二者间的横向间距为水平距离，还可以有其他布置方式，比如光源组件与光接收组件的两个平板相平行且倾斜布置，或者是垂直布置。

此外，通过在垂向上设置两组以上的检测单元，以根据位于最上方一组检测单元的检测信号控制排泥阀门的开启时机，并根据位于最下方的一组检测单元的检测信号控制排泥阀门的关闭时机。

还可以采用一个光源件替代光源组件进行发光。且该光源件可与光接收组件位于同一深度，即光源件位于光接收组件中部所在的深度位置处，也可不位于同一深度位置处，比如光源件的位置高于光接收组件的上端或低于光接收组件的下端。

还可通过在池体底部的侧壁上安装一玻璃，以形成一透光窗口，从而可将光源组件与光接收组件中的一者置于池体外，但都在水面以下，以减少水密壳体的使用；进一步，可在池内设置一光反射件，比如不锈钢板、镜子等，而将光源组件与光接收组件均设于池外，但也都在水面以下，通过光反射件将光源件产生的光反射至光接收件处，从而可完全省去水密壳体；更进一步，可在玻璃和/或光反射件处设置清洗单元，以减少污泥在它们上的聚集。

还可采用缆绳替代支架将光源组件与检测单元悬置池中。

还可采用雨刷替代上述实施例中的喷水管构成清洁单元，以对透光窗口进行清洁。