基于自动化控制的电催化pH值处理系统的制作方法

基于自动化控制的电催化ph值处理系统
技术领域
1.本发明涉及废水处理技术领域，具体涉及一种基于自动化控制的电催化ph值处理系统。


背景技术：

2.工业污染是指工业生产过程中所形成的废气、废水和固体排放物对环境的污染；工业污染不仅破坏生物的生存环境，而且直接危害人类的身体健康。在工业污染中，工业废水是较为常见的一种，且工业废水中最主要的污染源为电镀废水；电镀废水的来源一般为电镀废水的来源一般为镀件清洗水、废电镀液、其他废水(如冲刷车间地面、刷洗极板洗水、通风设备冷凝水以及由于镀槽渗漏或操作管理不当造成的“跑、冒、滴、漏”的各种槽液和排水)，以及设备冷却水等；电镀废水的水质复杂，成分不易控制，其污染物包括重金属(镍、铬、铜、锌等)以及络合剂，它们存在的形式有重金属络合物、重金属离子、有机物等，其中有些属于致癌、致畸、致突变的剧毒物质；目前，这些物质组成的电镀废水中的污染物浓度高达几千毫克每升，远超过电镀废水的排放标准。
3.现有技术中针对于电镀废水处理，处理方法较多，主要有气浮法、离子交换法、电催化法以及萃取法。电催化法主要是通过电极和催化材料的作用产生超氧自由基、双氧水、羟基自由基等活性基团作用于水中的有机物，有机物在活性集团的作用下，发生快速氧化反应及只有基链反应，从而达到去除的目的；电催化法处理过程中主要是电子、不需要添加氧化剂、不会产生二次污染，其反应条件温和、能量效率高，同时间距气浮、絮凝、杀菌作用，反应装置简单、工艺灵活、可控制性强、易于自动化，是近年来广泛行业广泛关注的污水净化的方法之一。但是，在电镀废水的电催化处理过程中，各项参数：如电流大小、废液ph值、电极材料、极板间距、污染物初始浓度等均能影响电催化废液的反应时间和效率，其中，在废液处理过程中，ph值的范围对处理效率以及运行成本产生极大影响，因此现有技术中通常采用控制系统对ph进行实时监控、调节；例如：中国专利cn210367090u、名称“一种光伏驱动的电催化降解引燃废水处理装置”，其采用ph计、ph控制器等进行电解池内的ph值进行调节，从而使废水的降解达到最优条件，但是该专利的ph调节系统仅能将电解池内调节在2～5之间，其波动范围大(ph值在范围为3的区间段内进行波动)、导致电催化过程的处理效率低，同时由于电解池的ph值波动范围大、会造成整个反应过程不稳定、电催化过程忽快忽慢的情况。由于ph值是随反应时间进行而产生动态变化的(即处理废水过程中，运行时间越长、ph值越小)，其涉及到调节剂添加时间、添加量、废液处理ph变化量等各个因素，因此，若要控制ph值保持在范围较小的区间，其涉及的成本增大(区间越小、涉及控制成本越高)，同时处理工艺繁琐、调节波动量增大(即保持的区间越小、调节过程中的稳定性越低)；因此，如何将ph值始终保持并稳定在一个小范围值，是目前电催化电镀废水处理技术中面临的难题之一。


技术实现要素：

4.针对以上现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于自动化控制的电催化ph值处理系统，该系统能有效的将电催化过程中的ph值稳定在目标值，同时，该系统震荡小、稳定性高、自动化程度高。
5.本发明的目的通过以下技术方案实现：
6.一种基于自动化控制的电催化ph值处理系统，其特征在于：包括：
7.ph传感器，用于实时检测电镀废液的ph值；
8.ph调节器，采用复合碱自动添加器，根据控制器的指令进行复合碱的滴入添加；
9.控制器，用于接收ph传感器实时反馈的ph值，并根据反馈值计算ph值调节量、然后将指令输出给ph调节器；
10.控制器分别与ph传感器、ph调节器电性连接；
11.所述控制器计算ph值调节量的步骤具体为：
12.首先通过比较ph传感器反馈的测量值以及目标值的差值，得到误差变量e(t)；
13.然后通过误差变量e(t)，计算得到pid控制反馈量：
[0014][0015]
式中，p(t)为pid控制反馈量；k
p
、ki、kd分别为比例系数、积分系数、微分系数，它们的系数值均按照pid控制模块的整定方法得到；
[0016]
在电镀废水处理过程中，为了保证ph值波动范围在最佳范围内，同时通过误差变量e(t)，计算得到控制系统调节量f(t)；
[0017][0018]
式中，sign(x)为函数符号，当x＞0时，sign(x)＝1；当x＜0时，sign(x)＝-1；
[0019]
最后，通过pid控制反馈量p(t)以及控制系统调节量f(t)，得到ph值调节量μ(t)：
[0020]
μ(t)＝p(t)
·
[1 0.5f(t)]。
[0021]
作进一步优化，所述复合碱采用质量比为1:1的碳酸钠与氢氧化钠的混合物。
[0022]
优选的，所述目标值为2.7～2.9之间。
[0023]
作进一步优化，所述控制器包括比较模块、计算模块、pid控制模块、输入模块、输出模块以及电源模块。
[0024]
作进一步优化，所述控制器包括显示模块以及显示屏，用于显示计算得到的需要滴加的复合碱的量以及ph传感器检测的当前ph值。
[0025]
考虑废液处理池加大，ph调节器加入混合碱调节ph值具有一定的时间差，导致局部区域ph值过高而局部区域ph值过低，同时电催化作用中，距离电极远近的距离不通，废水中各物质含量存在局部高、局部低的不一致性(分子物质在水中扩散速度与温度、浓度差等有关)；从而影响电催化处理废液的效率，不能得到最优的运行成本。
[0026]
作进一步优化，所述电催化ph值处理系统还包括扰流器，所述扰流器根据电极板的位置，合理设置在电催化池内。
[0027]
优选的，所述扰流器采用扰流潜水泵，用于在电催化池内形成对流、加速水中物质交换速度，从而避免水中物质形成局部高、局部低的分布。
[0028]
作进一步优化，所述ph调节器安装在电催化池电极板的附近，所述ph传感器安装在所述ph调节器与电极板之间。
[0029]
本发明具有如下技术效果：
[0030]
本发明通过引入pid控制系统综合考虑当前误差、过去误差以及未来误差的变化情况，能够很好的调节控制变量到一个稳定值，从而保证ph值保持在目标值(即2.7～2.9的范围内)；同时，通过引入控制系统调节量，即通过误差二阶导数(即判断在误差扩大或缩小的过程是在加速还是减速)的引入，配合误差值、误差一阶导数(即误差是扩大还是缩小)，从而实现进一步对误差反馈量进行调节，使得振荡减缓，保证整个自动化系统进一步稳定调节。
[0031]
该系统能有效的将电催化过程中的ph值保持在2.7～2.9的范围(其ph值的范围区间为0.2，远小于现有技术ph值为3的范围区间；本发明的区域段缩小为现有技术的60倍)，同时，该系统通过pid控制以及二阶导数的控制，从而使得ph值保持小区间范围的ph段的同时震荡小、稳定性高(即本发明控制电催化过程中电镀废水的ph值始终保持在2.7～2.9的小范围内波动)，自动化程度高；并且，本发明仅采用ph传感器、ph调节器以及控制器便实现将ph值保持在0.2的小范围内且波动小、震荡小的目的，其结构简单(无需增加其他辅助设备)、工艺步骤易操作(自动化识别、操作，无需增加其他工艺步骤)、成本低廉，能够极大的提升电催化法处理电镀废液的处理效率、从而降低电催化过程的运行成本。
附图说明
[0032]
图1为本发明实施例中电催化废液ph值处理系统的整体结构示意图。
[0033]
其中，1、电催化池；11、电源；12、阳极电极板；13、阴极电极板；14、进水口；15、光电催化剂添加口；16、出水口；2、ph传感器；3、ph调节器；4、控制器；5、扰流器。
具体实施方式
[0034]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0035]
实施例：
[0036]
如图1所示，一种基于自动化控制的电催化ph值处理系统，其特征在于：包括：
[0037]
ph传感器2，用于实时检测电镀废液的ph值；
[0038]
控制器4，通过输入模块接收ph传感器2实时反馈的ph值，并根据反馈值计算ph值调节量、然后通过输出模块将指令输出给ph调节器3；控制器4包括比较模块、计算模块、pid控制模块、输入模块、输出模块以及电源模块；控制器4还包括显示模块以及显示屏，用于显示计算得到的需要滴加的复合碱的量以及ph传感器2检测到的当前ph值；
[0039]
ph调节器3，采用复合碱自动添加器，根据控制器4的指令进行复合碱的滴入添加；
[0040]
控制器4分别与ph传感器2、ph调节器3电性连接。
[0041]
控制器4计算ph值调节量的步骤具体为：
[0042]
首先控制器4通过输入模块获得ph传感器2反馈的当前实时采集的ph值，再通过比较模块比较ph传感器2反馈的测量值以及目标值(即ph值需要保持的值，为2.7～2.9之间)的差值，利用计算模块得到误差变量e(t)；
[0043]
然后通过误差变量e(t)，利用计算模块与pid控制模块计算得到pid控制反馈量：
[0044][0045]
式中，p(t)为pid控制反馈量；k
p
、ki、kd分别为比例系数、积分系数、微分系数，它们的系数值均按照pid控制模块的整定方法得到；
[0046]
在电镀废水处理过程中，为了保证ph值波动范围在最佳范围内，同时通过误差变量e(t)，利用计算模块以及pid控制模块计算得到控制系统调节量f(t)；
[0047][0048]
式中，sign(x)为函数符号，当x＞0时，sign(x)＝1；当x＜0时，sign(x)＝-1；
[0049]
最后，利用计算模块通过pid控制反馈量p(t)以及控制系统调节量f(t)，得到ph值调节量μ(t)：
[0050]
μ(t)＝p(t)
·
[1 0.5f(t)]。
[0051]
其中，复合碱采用质量比为1:1的碳酸钠与氢氧化钠的混合物。
[0052]
考虑废液处理池加大，ph调节器3加入混合碱调节ph值具有一定的时间差，导致局部区域ph值过高而局部区域ph值过低，同时电催化作用中，距离电极远近的距离不通，废水中各物质含量存在局部高、局部低的不一致性(分子物质在水中扩散速度与温度、浓度差等有关)；从而影响电催化处理废液的效率，不能得到最优的运行成本。
[0053]
电催化ph值处理系统还包括扰流器5，扰流器5根据电极板的位置(即阳极电极板12与阴极电极板13)，合理设置在电催化池1内(根据本领域常规设置方式以及实现本发明目的的设置方式选取最优的设置方式，此为本领域的常规技术，因此，本发明不做过多论述)。优选的，扰流器5采用扰流潜水泵，用于在电催化池1内形成对流、加速水中物质交换速度，从而避免水中物质形成局部高、局部低的分布。
[0054]
电催化池1包括电源11、阳极电极板12、阴极电极板13、进水口14、光电催化剂添加口15以及出水口16；其中，阳极电极板12与阴极电极板13分别位于电催化池1内部、它们的一端分别与电源11电性连接，进水口14、光电催化剂添加口15以及出水口16分别设置在电催化池1侧壁且进水口14位于最上端、出水口16位于最下端。
[0055]
ph调节器3安装在电催化池1电极板(阳极电极板12或阴极电极板13中的一个或多个，安装多个ph调节器2可保证整体的均匀调节)的附近，ph传感器2安装在ph调节器3与电极板之间。
[0056]
以上结合具体实施例描述了本公开的基本原理，但是，需要指出的是，在本公开中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本公开的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作
用，而非限制，上述细节并不限制本公开为必须采用上述具体的细节来实现。
[0057]
本公开中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为示例性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。
[0058]
另外，如在此使用的，在以“至少一个”开始的项的列举中使用的“或”指示分离的列举，例如“a、b或c的至少一个”的列举意味着a或b或c，或ab或ac或bc，或abc(即a和b和c)。此外，措辞“示例的”不意味着描述的例子是优选的或者比其他例子更好。
[0059]
为了示例和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本公开的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和组合。