多功能自动化化学废液处理设备及控制方法

多功能自动化化学废液处理设备及控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种多功能自动化化学废液处理设备，它包括定量添加系统、反应系统和相应配套管路。其中，定量添加系统包括若干蠕动泵、若干试剂瓶、过渡容器、计量泵，反应系统包括反应容器和中和容器；蠕动泵的一端管子插入试剂瓶中，另一端管子插入反应容器中，过渡容器一端通过电磁阀与反应容器相连，另一端通过计量泵与中和容器相连，中和容器通过蠕动泵与试剂瓶相连；中和容器内设置有液位传感器和pH计，电磁阀设置在中和容器的下部。本发明通过在中和容器中增加了液位传感器，可有效地控制中和容器中液体量的多少，并同时通过pH计的反馈，及时地对中和容器中的液体进行处理使其达标后进行排放，既保证了处理结果的安全又提高了处理的效率。
【专利说明】多功能自动化化学废液处理设备及控制方法

【技术领域】
[0001] 本发明属于化学废液处理装置领域，更具体地说，涉及对成分较复杂且量小的化 学废液的处理装置，此装置尤其适用于化学实验室和各地的污染源监测站。

【背景技术】
[0002] 随着环境污染的日益严重，国家环境监管力度的加大，各地环保部门都要求企业 安装污染源在线监测设备(监测C0D、氨氮、pH等)，而这些在线监测设备本身所产生的废液 大多含有对人体有害的重金属离子，若不经处理直接排入下水道，造成严重二次污染。同 时，科研教学单位的化学实验室产生的废液虽然每次量不大，但浓度较高，排入下水道或野 外环境中，日积月累会造成严重二次污染。上述两种液体的成分复杂且量较小，因此不适用 工厂的大型仪器设备对其进行集中统一治理。目前比较通行的做法是对有毒有害废液进行 回收，集中后送到专业废液处理厂进行消纳处理，此种方法要花费大量人力、财力，因为处 理相同重量的有毒有害废液所需要的费用有时比购进新的化学试剂费用还要高。
[0003] 虽然市场上也陆续出现了一些针对上述液体进行处理的装置，但是这些装置都有 些共同的缺点：1、在反应中产生的沉淀物单纯靠沉淀池自然沉淀，极为耗时：需要静置两 个小时以上才能让反应生成的微小颗粒物沉淀；2、由于反应池、沉淀池、中和池三者通过管 路直接相连，这样当反应池中的液体进入到沉淀池中时会使沉淀池中的沉淀物上扬通过管 道进入上清液中和池中，因此上清液中和池中最后的排出物中会含有有毒和有害物质的沉 淀物而污染环境，根本起不到处理的作用；3、装置都是在管路上设置简单的控制阀进行控 制，因此在反应的过程中根本无法自动控制药剂的加入量，从而无法控制最后的反应结果， 白白浪费了人力和物力；4、中和池中只有简单的PH计，当通过PH计发现处理结果不合适 时，由人工去控制加药量，费时费力；同时，没法知道中和池中液体量的多少，需要人工不断 地去看，否则有可能液体漫出中和池。综上所述，现有的装置无论从装置本身的结构还是对 其进行控制方面都有较大的缺点，无法有效地保证最后的处理结果，导致对污水的处理很 不令人满意。


【发明内容】

[0004] 本发明所要解决的问题是提供一种多功能自动化化学废液处理设备，它可以将小 批量的化学废液及时收集后进行彻底的无害化处理，适合于化学实验室和各地的污染源监 测站废液的处理，只需一键式操作，无需浪费人力。本发明同时公开了此种多功能自动化化 学废液处理设备的控制方法。
[0005] 本发明一种多功能自动化化学废液处理设备，它包括定量添加系统、反应系统和 相应配套管路。其中，定量添加系统包括若干蠕动泵、若干试剂瓶、过渡容器、计量泵，反应 系统包括反应容器和中和容器；蠕动泵的一端管子插入试剂瓶中，另一端管子插入反应容 器中，过渡容器一端通过电磁阀与反应容器相连，另一端通过计量泵与中和容器相连，中和 容器通过蠕动泵与试剂瓶相连；中和容器内设置有液位传感器和PH计，电磁阀设置在中和 容器的下部。
[0006] 本发明处理设备的功能具体实现如下：（一)、蠕动泵按照一定的次序分别将几个 试剂瓶中的试剂逐次定量(按照一定的配比）地抽取到反应容器中进行混合反应，反应期间 空气泵向反应容器持续鼓气以促进反应充分，蠕动泵在单位时间内的吸取试剂量可以根据 需求来调整；（二)、颜色传感器发出光束到反应容器，通过鉴别颜色变化来判断药剂是否完 全反应，可以保证药剂充分反应而没有残留；当药剂充分反应后颜色传感器向系统反馈开 启电磁阀，反应过后生成的含有固体颗粒物的混合液排放到过渡容器中；（三)、过渡容器中 的混合液经计量泵进行定量抽取经过高低两级精度过滤器过滤后进入中和容器中，当液位 传感器检测到液位达到设定值后，PH计向系统反馈所检测到的PH值，如果PH值达标，即可 开启电磁阀进行排放，如果PH值不达标，即开启蠕动泵抽取试剂瓶中的试剂到中和容器中 进行中和反应，在此反应期间空气泵向中和容器持续鼓气以促进反应充分，当PH计向系统 反馈所检测到得PH值达标后即停止中和过程，并开启电磁阀进行排放。
[0007] 本发明通过在中和容器中增加了液位传感器，可有效地控制中和容器中液体量的 多少，并同时通过PH计的反馈，及时地对中和容器中的液体进行处理使其达标后进行排 放，既保证了处理结果的安全又提高了处理的效率。

【专利附图】

【附图说明】
[0008] 图1是本发明化学废液处理设备的立体图； 图2是图1的主视图； 图3是本发明化学废液处理设备的原理示意图（图中箭头所指为液体流向）； 图4是本发明的PLC模块控制图。

【具体实施方式】
[0009] 从图1、图2、图3可知，本发明一种多功能自动化化学废液处理设备，它包括定量 添加系统、反应系统和相应配套管路。
[0010] 其中，定量添加系统包括若干蠕动泵、若干试剂瓶、过渡容器6、计量泵7,反应系 统包括反应容器3和中和容器12 ;蠕动泵1-1的一端管子插入试剂瓶2-1中，另一端管子 插入反应容器3中，过渡容器6 -端通过电磁阀5与反应容器3相连，另一端通过计量泵7 与中和容器12相连，中和容器12通过蠕动泵1-2与试剂瓶2-2相连；中和容器12内设置 有液位传感器14和PH计13,电磁阀15设置在中和容器12的下部。（试剂瓶中装有待处理 的化学废液和处理过程中所需的几种反应试剂和中和试剂，针对不同的实验室废液浓度实 现各种反应试剂的定量配比使之反应完全。） 为了保证药剂与废水在反应容器3和中和容器12中能够充分反应，作为本发明的一种 改进方式，反应系统还包括空气泵16, 一个空气泵16与反应容器3相连，另一个空气泵16 与中和容器12相连。这样在反应期间通过空气泵16可以向反应容器3、中和容器12持续 鼓气以促进反应充分。
[0011] 作为本发明的改进方式，反应系统还包括颜色传感器4,颜色传感器4设置在反应 容器3的旁边。颜色传感器4的作用是通过鉴别反应容器3内液体的颜色变化判断药剂是 否完全反应，可以保证药剂充分反应没有残留。
[0012] 作为本发明的改进方式，本发明化学废液处理设备还包括过滤系统，过滤系统包 括高低两级精度过滤器10、11，一级过滤器10和二级过滤器11顺序连接在计量泵7与中和 容器12之间，通过管道分别与两者相连，过滤系统可以确保不低于0. 1微米的过滤精度，有 效滤除反应过程中产生的有害颗粒物。两级过滤器中均采用PP折叠微孔滤膜滤芯，折叠滤 芯过滤面积大，容泥量大，可以将反应过程中产生的固体颗粒物完全滤除，这样当反应容器 3中的液体通过过渡容器6、计量泵7进入到过滤系统中时，过滤系统能有效地保证混合液 中的沉淀物即小颗粒被吸附在过滤网膜上而不会进入到中和容器12中，因此设备最后的 排出物中不会含有有毒和有害物质的沉淀物，从而进一步保证了最后的处理结果，保护了 生态环境。同时，能够收集固体颗粒物的滤芯PP材质对人体无害不会产生二次污染。另外， 由于反应中产生的沉淀物可以直接通过过滤系统进行去除，而不是单纯靠沉淀池自然静置 沉淀，大大节约了反应后的等待时间，提1? 了处理的效率。
[0013] 作为本发明的一种改进方式，过滤系统还包括手动球阀9,手动球阀9分别设置在 一级过滤器10、二级过滤器11的两侧。这样，当过滤器1〇、11出现堵塞需要更换时就关闭 手动球阀开关9,以防更换过滤器时管道中液体流出污染环境。
[0014] 作为本发明的一种改进方式，本发明的过滤系统还包括压力传感器8,压力传感器 8设置在计量泵7与手动球阀9之间。这样，当过滤器因收集的沉淀物过多而出现堵塞时压 力会升高，压力传感器8检测到系统压力上升到设定值时会反馈给电气系统，然后系统提 示更换滤芯。
[0015] 作为本发明的一种改进方式，本发明化学废液处理设备还包括电气控制系统，可 自动监测设备的运行情况；蠕动泵1、颜色传感器4、液位传感器14、PH计13、压力传感器8、 计量泵7、空气泵16、电磁阀5和15均通过控制线与PLC控制模块连接，PLC控制模块将处 理信号和数据传输到触摸屏面板上，实现一键式处理；PLC控制模块接收颜色传感器4、压 力传感器8、液位传感器14、PH计13所反馈的检测信号，并根据系统程序进行分析控制，同 时，PLC控制模块根据系统程序对计量泵7、蠕动泵1、空气泵16、电磁阀5和15进行控制 (如图4所示)。
[0016] 本发明化学废液处理设备的控制方法为：（一)、蠕动泵1-1按照一定的次序分别 将几个试剂瓶2-1中的试剂逐次定量(按照一定的配比)地抽取到反应容器3中进行混合反 应，反应期间空气泵16向反应容器3持续鼓气以促进反应充分，蠕动泵1在单位时间内的 吸取试剂量可以根据需求来调整；（二)、颜色传感器4发出光束到反应容器3,通过鉴别颜 色变化来判断药剂是否完全反应，可以保证药剂充分反应而没有残留；当药剂充分反应后 颜色传感器4向系统反馈开启电磁阀5,反应过后生成的含有固体颗粒物的混合液排放到 过渡容器6中；（三)、过渡容器6中的混合液经计量泵7进行定量抽取经过高低两级精度过 滤器1〇、11过滤后进入中和容器12中，当液位传感器14检测到液位达到设定值后，PH计 13向系统反馈所检测到的PH值，如果PH值达标，即可开启电磁阀15进行排放，如果PH值 不达标，即开启蠕动泵1-2抽取试剂瓶2-2中的试剂到中和容器12中进行中和反应，在此 反应期间空气泵16向中和容器12持续鼓气以促进反应充分，当PH计13向系统反馈所检 测到的PH值达标后即停止中和过程，并开启电磁阀15进行排放。
[0017] 具体地说：本发明化学废液处理设备的控制由PLC控制模块实现自动化运行，系 统由触摸屏面板设置运行参数，并启动运行，系统按照预装步骤及设定参数运行：PLC根据 程序设定按步骤打开开关量控制中间继电器线圈通电，中间继电器动作，使蠕动泵得电工 作，进行注入药剂动作，根据面板设置的参数，控制运行时间从而断电；PLC在药剂注入步 骤完成后打开开关量控制中间继电器线圈通电，中间继电器动作，空气泵动作，进行搅拌处 理，根据预设工作时间，PLC控制开关时间；待药剂注入步骤完成后，颜色传感器将检测值 反馈至PLC，PLC根据反馈值确定是否反应完成，进行下一步处理，若没完成，继续注入药 齐U ;若反应完成，PLC控制电磁阀打开，液体从反应容器进入过渡容器中，根据预设工作时 间，PLC控制开关时间；PLC待电磁阀关闭后打开开关量控制中间继电器线圈通电，中间继 电器动作，计量泵动作，液体从过渡容器到过滤系统进行液体过滤处理，根据预设工作时 间，PLC控制开关时间；过滤器入口的压力传感器检测到系统压力上升到设定值时反馈至 PLC，PLC根据反馈值确定管道压力是否达到设定警告值，停止计量泵工作，并提醒更换过滤 器滤芯；中和容器内的液位传感器将检测到的液位值反馈至PLC，PLC根据反馈确定液位是 否达到设定值，达到设定值，PH检测仪将PH值反馈给PLC，PLC根据反馈值确定中和步骤是 否已完成，PH值是否达到要求，若没达到要求，即开启蠕动泵1-2抽取试剂瓶2-2中的试剂 到中和容器12中进行中和反应，若达到要求程序进行下一步处理即开启电磁阀15进行排 放；在运行过程中，系统安装了各类状态检测原件(包括液位传感器14等)，各个状态通过 4~20mA反馈至PLC，PLC根据反馈值与预设值进行对比计算，判断是否进入下一步进程或者 重复上一步。其中，五台蠕动泵分别对应五个试剂瓶，左边起第一个试剂瓶里装的是待处理 的化学废液，后面几个试剂瓶装的依次是稀释剂，还原剂，沉淀剂和中和剂，抽取顺序就是 先抽取待处理的废液和稀释剂混合，然后抽取还原剂，混合反应30秒，再抽取沉淀剂，混合 反应30秒生成沉淀，这三个步骤是在反应池进行的，在整个反应过程中空气泵一直在鼓气 以促进混合，颜色传感器一直在检测颜色变化。
[0018] 本发明设备的优点是：1、通过集成式蠕动泵来实现各种反应试剂的定量配比，力口 药反应时间通过蠕动泵的转速调配和颜色传感器来确定；2、通过PP折叠微孔滤膜来实现 将反应过程中污染物颗粒进行有效过滤，收集固体颗粒物；3、通过压力传感器控制计量泵 的流速大小来控制多重化学废液处理设备的处理效率；4、通过PH传感器来监控中和容器 中液体的PH值，确定中和反应是否完全，以保证达标排放；5、通过PLC控制模块控制系统运 行，触摸屏模块和检测报警系统来实现各种废液的一键式操控。
[0019] 因此，本发明能快速、有效地处理含有有害金属离子的多种化学废液，实现了处理 过程各阶段的全程自动化检测和监控(计量泵出口压力的检测，中和容器PH值检测)，对反 应过程中的意外情况可以做出预警（中和容器溢满报警)，对整个设备的过程进行自动化控 制。本发明设备可以处理的废液范围较宽，只要涉及到反应过程中需要加多种试剂来生成 金属离子沉淀以达到处理目的的废液均可使用本设备。
【权利要求】
1. 一种多功能自动化化学废液处理设备，其特征在于：它包括定量添加系统、反应系 统和相应配套管路。
2. 根据权利要求1所述的化学废液处理设备，其特征在于：定量添加系统包括若干蠕 动泵、若干试剂瓶、过渡容器（6)、计量泵（7)，反应系统包括反应容器（3)和中和容器（12); 蠕动泵（1-1)的一端管子插入试剂瓶（2-1)中，另一端管子插入反应容器（3)中，过渡容器 (6) -端通过电磁阀（5)与反应容器（3)相连，另一端通过计量泵（7)与中和容器（12)相 连，中和容器（12)通过蠕动泵（1-2)与试剂瓶（2-2)相连；中和容器（12)内设置有液位传 感器（14)和PH计（13)，电磁阀（15)设置在中和容器（12)的下部。
3. 根据权利要求2所述的化学废液处理设备，其特征在于：反应系统还包括空气泵 (16)，一个空气泵（16)与反应容器（3)相连，另一个空气泵（16)与中和容器（12)相连。
4. 根据权利要求3所述的化学废液处理设备，其特征在于：反应系统还包括颜色传感 器（4)，颜色传感器（4)设置在反应容器（3)的旁边。
5. 根据权利要求1-4任一权利要求所述的化学废液处理设备，其特征在于：化学废液 处理设备还包括过滤系统，过滤系统包括高低两级精度过滤器（1〇、11)，一级过滤器（10) 和二级过滤器（11)顺序连接在计量泵（7)与中和容器（12)之间，通过管道分别与两者相 连，过滤系统可以确保不低于0. 1微米的过滤精度，有效滤除反应过程中产生的有害颗粒 物。
6. 根据权利要求5所述的化学废液处理设备，其特征在于：过滤系统还包括手动球阀 (9)，手动球阀（9)分别设置在一级过滤器（10)、二级过滤器（11)的两侧，当过滤器出现堵 塞需要更换时，首先关闭手动球阀以免管道内液体外流。
7. 根据权利要求5或6所述的化学废液处理设备，其特征在于：过滤系统还包括压力 传感器（8)，压力传感器（8)设置在计量泵（7)与手动球阀（9)之间。
8. 根据权利要求7所述的化学废液处理设备，其特征在于：化学废液处理设备还包 括电气控制系统，可自动监测设备的运行情况；蠕动泵（1)、颜色传感器（4)、液位传感器 (14)、PH计（13)、压力传感器（8)、计量泵（7)、空气泵（16)、电磁阀（5和15)均通过控制线 与PLC控制模块连接，PLC控制模块将处理信号和数据传输到触摸屏面板上，实现一键式处 理；PLC控制模块接收颜色传感器（4)、压力传感器（8)、液位传感器（14)、PH计（13)所反 馈的检测信号，并根据系统程序进行分析控制，同时，PLC控制模块根据系统程序对计量泵 (7) 、蠕动泵（1)、空气泵（16)、电磁阀（5和15)进行控制。
9. 上述权利要求1-8所述化学废液处理设备的控制方法，其特征在于：（一)、蠕动泵 1-1按照一定的次序分别将几个试剂瓶2-1中的试剂逐次定量(按照一定的配比)地抽取到 反应容器3中进行混合反应，反应期间空气泵16向反应容器3持续鼓气以促进反应充分， 蠕动泵1在单位时间内的吸取试剂量可以根据需求来调整；(二)、颜色传感器4发出光束到 反应容器3,通过鉴别颜色变化来判断药剂是否完全反应，可以保证药剂充分反应而没有残 留；当药剂充分反应后颜色传感器4向系统反馈开启电磁阀5,反应过后生成的含有固体颗 粒物的混合液排放到过渡容器6中；（三)、过渡容器6中的混合液经计量泵7进行定量抽取 经过高低两级精度过滤器10、11过滤后进入中和容器12中，当液位传感器14检测到液位 达到设定值后，PH计13向系统反馈所检测到的PH值，如果PH值达标，即可开启电磁阀15 进行排放，如果PH值不达标，即开启蠕动泵1-2抽取试剂瓶2-2中的试剂到中和容器12中 进行中和反应，在此反应期间空气泵16向中和容器12持续鼓气以促进反应充分，当PH计 13向系统反馈所检测到得PH值达标后即停止中和过程，并开启电磁阀15进行排放。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于：化学废液处理设备的控制由PLC 控制模块实现自动化运行，系统由触摸屏面板设置运行参数，并启动运行，系统按照预装步 骤及设定参数运行：PLC根据程序设定按步骤打开开关量控制中间继电器线圈通电，中间 继电器动作，使蠕动泵得电工作，进行注入药剂动作，根据面板设置的参数，控制运行时间 从而断电；PLC在药剂注入步骤完成后打开开关量控制中间继电器线圈通电，中间继电器 动作，空气泵动作，进行搅拌处理，根据预设工作时间，PLC控制开关时间；待药剂注入步骤 完成后，颜色传感器将检测值反馈至PLC，PLC根据反馈值确定是否反应完成，进行下一步 处理，若没完成，继续注入药剂；若反应完成，PLC控制电磁阀打开，液体从反应容器进入过 渡容器中，根据预设工作时间，PLC控制开关时间；PLC待电磁阀关闭后打开开关量控制中 间继电器线圈通电，中间继电器动作，计量泵动作，液体从过渡容器到过滤系统进行液体过 滤处理，根据预设工作时间，PLC控制开关时间；过滤器入口的压力传感器检测到系统压力 上升到设定值时反馈至PLC，PLC根据反馈值确定管道压力是否达到设定警告值，停止计量 泵工作，并提醒更换过滤器滤芯；中和容器内的液位传感器将检测到的液位值反馈至PLC， PLC根据反馈确定液位是否达到设定值，达到设定值，PH检测仪将PH值反馈给PLC，PLC根 据反馈值确定中和步骤是否已完成，PH值是否达到要求，若没达到要求，即开启蠕动泵1-2 抽取试剂瓶2-2中的试剂到中和容器12中进行中和反应，若达到要求程序进行下一步处理 即开启电磁阀15进行排放；在运行过程中，系统安装了各类状态检测原件(包括液位传感 器14等)，各个状态通过4~20mA反馈至PLC，PLC根据反馈值与预设值进行对比计算，判断 是否进入下一步进程或者重复上一步。
【文档编号】C02F9/04GK104211216SQ201410427903
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年8月28日 优先权日:2014年8月28日
【发明者】王慎, 储岳海, 何金保, 丁磊, 张娟, 储岳喜, 巫忱诚, 陈龙 申请人:马鞍山市桓泰环保设备有限公司