基于自动化控制的电催化pH值处理系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于自动化控制的电催化pH值处理系统，包括用于实时检测电镀废液的pH值的pH传感器（2），根据控制器（4）的指令进行复合碱的滴入添加、采用复合碱自动添加器的pH调节器（3）以及实时接收pH传感器（2）信号并实时计算、输出指令给pH调节器（3）的控制器（4）；控制器（4）通过误差变量计算得到PID控制反馈量与控制系统调节量，然后在通过PID控制反馈量以及控制系统调节量得到pH值调节量，通过误差二阶导数的引入，配合误差值、误差一阶导数，从而实现进一步对误差反馈量进行调节，使得振荡减缓，保证自动化系统进一步稳定调节，实现将电催化过程中的pH值稳定在目标值。电催化过程中的pH值稳定在目标值。电催化过程中的pH值稳定在目标值。

【技术实现步骤摘要】
基于自动化控制的电催化pH值处理系统


[0001]本专利技术涉及废水处理
，具体涉及一种基于自动化控制的电催化pH值处理系统。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。

技术实现思路

[0004]针对以上现有技术存在的问题，本专利技术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。
[0005]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0006]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：
[0007]pH传感器，用于实时检测电镀废液的pH值；
[0008]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；
[0009]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；
[0010]控制器分别与pH传感器、pH调节器电性连接；
[0011]所述控制器计算pH值调节量的步骤具体为：
[0012]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)；
[0013]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
、K
i
、K
d
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]本专利技术具有如下技术效果：
[0030]本专利技术通过引入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；本专利技术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本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一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：pH传感器(2)，用于实时检测电镀废液的pH值；pH调节器(3)，采用复合碱自动添加器，根据控制器(1)的指令进行复合碱的滴入添加；控制器(1)，用于接收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、然后将指令输出给pH调节器(3)；控制器(1)分别与pH传感器(2)、pH调节器(3)电性连接；所述控制器(1)计算pH值调节量的步骤具体为：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)；然后通过误差变量e(t)，计算得到PID控制反馈量：式中，p(t)为PID控制反馈量；K
p
、K
i
、K
d
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；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...

【专利技术属性】
技术研发人员：关伟，谢杨俊，陈泉洲，
申请(专利权)人：重庆文理学院，
类型：发明
国别省市：