CN100509649C - 集成管网、污水厂和河流于一体的水处理与控制实验系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种环境工程，特别是涉及一种水处理与控制实验系统，适用于水处理与控制、生化反应过程、流域水环境预报与监控等领域的模拟实验。集成管网、污水厂和河流于一体的水处理与控制实验系统，将管网、污水处理厂和河流集成于一体，实现协同控制，河流分别采用级联曝气池和开式管模两种模拟装置，污水处理厂分别采用A2/O、SBR、厌氧消化池三种不同的工艺，管网分别采用级联反应池和闭式管模两种模拟装置，三个子系统建立关联，管网的出水通过水泵输入污水厂或河流；污水处理厂的出水通过水泵输送至河流，设置在线多参数水质测试仪，测试信号与PLC系统相连，对主要水质参数进行实时监控。
Description
技术领域
本发明涉及一种环境工程，特别是涉及一种水处理与控制实验系统，适用于水处理与控制、生化反应过程、流域水环境预报与监控等领域的模拟实验。
背景技术
水是生命之源。当今世界面临严重的水危机。水资源短缺已成为关系到贫困、可持续发展乃至世界和平与安全的重大问题。联合国近两年来一再强调大城市水资源是世界水资源问题中的重点，而管理又是城市水资源问题的核心。以流域为基础的城市水资源一体化管理成为国际水管理的潮流。
水环境问题在我国由来已久，尤其是近几年，在水资源短缺与水质污染的双重压力下，水环境问题日趋严重，水资源短缺已经成为制约我国社会发展和经济建设的主要因素之一。在我国600多个建制市中，有400多个城市缺水，其中100多个为严重缺水。由于大量未经处理的污水直接排入江河湖海，全国有50％的河段受到污染，90％以上城市附近水域污染严重，50％以上湖泊水体富营养化，水污染已从支流向干流延伸、从城市向农村蔓延、从区域性向流域性发展、从地表向地下深入，水环境现状令人担忧。制订符合社会经济环境目标的水资源可持续发展战略，加强水资源保护、治理水污染、保护水环境，在满足人类需求的基础上维护生态系统平衡，成为亟待解决的问题。
作为水资源管理的重要组成部分，水污染控制在水环境质量改善中起着重要的作用。将整个污水处理系统作为一个控制系统进行集成规划与控制，即根据河流水质要求，控制城市排水管网的组合污水溢流以及城市污水处理厂运行状况，可以在降低运行代价的同时实现水生态环境的改善。城市污水处理系统集成化管理是城市污水处理的发展趋势和实现城市可持续发展的有效途径，也是建设信息化城市、构建城市信息资源系统一个不可缺少的重要组成部分。
实际污水处理系统属于庞大的分布式系统，且分别隶属于市政、环保、水利等不同部门管理，难以直接进行协同控制方案的研究与实验验证。为了开展管网、污水处理厂和河流之间的协同控制研究，必须建立能够有效模拟集成系统的实验系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种建立集成管网、污水处理厂和河流于一体的水处理与控制实验装置的方法，实现对三个子系统关联关系与集成系统运行特性的模拟。在充分研究管网水力特性与生化反应特性、污水处理厂生化反应机理与运行特点及河流水力特性与生化反应特性的基础上，通过计算机仿真模拟了管网、污水处理厂、河流三个子系统的关联关系。在此基础上，建立了集成管网、污水处理厂和河流于一体的水处理与控制实验系统。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
集成管网、污水厂和河流于一体的水处理与控制实验系统，将管网、污水处理厂和河流集成于一体，实现协同控制，河流分别采用级联曝气池和开式管模两种模拟装置，污水处理厂分别采用A2/O、SBR、厌氧消化池三种不同的工艺，管网分别采用级联反应池和闭式管模两种模拟装置，三个子系统建立关联，管网的出水通过水泵输入污水厂或河流；污水处理厂的出水通过水泵输送至河流，设置在线多参数水质测试仪，测试信号与PLC系统相连，对主要水质参数进行实时监控。
如上所述的集成管网、污水厂和河流于一体的水处理与控制实验系统，管网、河流、污水处理厂可分别单独运行，也可整体运行，管网、河流、污水处理厂均通过PLC控制系统实现实时监控。
本发明的优点与效果是：
管模式污水管网集输模拟实验装置、厌氧级联反应器和缺氧级联反应器既可并联运行，也可串联运行，便于实现管网的优化调度研究。采用并行运行方式，每种工艺方式可单独运行，也可同时运行。
附图说明
本发明附图是集成管网、污水厂和河流于一体的水处理与控制实验系统示意图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明进行详细说明。
图中：1.管模式污水管网模拟装置 2.基于CSTR的污水管网实验装置 3.A2/O污水处理工艺模拟装置 4.SBR污水处理工艺模拟装置5.厌氧消化污水处理工艺模拟装置 6.管模式河流水质模拟装置7.基于CSTR的河流水质模拟装置
本发明分别建立管网、污水处理厂和河流的数学模型，通过数值仿真确定三个子系统各自的运行特性及三者之间的相互关系。借鉴数值仿真研究结果，设计符合实际系统特性的三个子系统的模拟装置，然后根据三者之间的关联关系与协调运行需要，将三个子系统的模拟实验装置进行集成连接，完成整个实验系统搭建。根据局部控制要求设计三个子系统的控制环节，然后根据全局协同控制要求，设计整个实验系统的以河流水质为目标的管网、污水厂、河流协同控制系统。
管网部分建立了两种实验装置，分别是管模式污水管网集输模拟实验装置和基于CSTR的污水集输管网模拟实验装置。管模式污水管网集输模拟实验装置是实际污水管网的小型化，为便于实验室安装并模拟重力排水管的水力运行特性，设计成6段封闭管线，分高度固定于实验室墙壁上。每段封闭管线的两端设置常规细水管，实现管内水流依靠重力由高至低流通。基于CSTR的污水集输管网模拟实验装置分别设置9池级联厌氧反应器和9池级联缺氧反应器两组，分别模拟管网的不同运行环境。管模式污水管网集输模拟实验装置、厌氧级联反应器和缺氧级联反应器既可并联运行，也可串联运行，便于实现管网的优化调度研究。
根据目前应用情况，污水处理厂实验装置选择了序批式反应器(SBR)、厌氧消化池和连续式A2/O三种不同的工艺装置，采用并行运行方式，每种工艺方式可单独运行，也可同时运行。
根据河流水力特性及其生化反应特性，设计了两组并行的河流模拟设备，一组是开式管道河流模拟装置，另外一组是级联连续搅拌反应池，可以用于模拟河流在厌氧、好氧和缺氧等不同环境条件下的水力特性及水质变化情况。
管网、污水厂与河流之间通过水泵实现水流传输。管网出水通过水泵送入污水处理厂实验装置或河流模拟装置；污水处理厂实验装置出水通过排水泵引入河流模拟装置。管网至河流或污水厂、污水厂至河流等处均设置远传流量计，实现进、排水流量的实时监控。
本实验系统配备了功能完善的PLC控制系统。根据协同控制要求，建立了基于以太网的PLC控制系统。其中上位机采用组态软件WinCC来实现，具体实现的功能包括：提供工艺过程参数趋势曲线和动态画面；显示报警信息；可通过键盘或鼠标直接控制现场设备。而下位机采用西门子公司的SMIATIC STEP7软件来完成现场设备的全自动操作，例如各类泵、电机等设备的开、停，各种工况的切换等。同时每台设备和每种工况的运行情况也都可以由上位机进行监控。PLC、变频器、服务器主机等均安装在控制柜内，通过以太网完成信号交互传输，实现对整个系统的协同控制。
Claims (2)
1.集成管网、污水厂和河流于一体的水处理与控制实验系统，其特征在于将管网、污水处理厂和河流集成于一体，实现协同控制，河流分别采用级联曝气池和开式管模两种模拟装置，污水处理厂分别采用A2/O、SBR、厌氧消化池三种不同的工艺，管网分别采用级联反应池和闭式管模两种模拟装置，三个子系统建立关联，管网的出水通过水泵输入污水厂或河流；污水处理厂的出水通过水泵输送至河流，设置在线多参数水质测试仪，测试信号与PLC系统相连，对主要水质参数进行实时监控。
2.根据权利要求1所述的集成管网、污水厂和河流于一体的水处理与控制实验系统，其特征在于管网、河流、污水处理厂可分别单独运行，也可整体运行，管网、河流、污水处理厂均通过PLC控制系统实现实时监控。
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