CN101713992A - 一种污水处理中的远程自动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种污水处理中的远程自动控制方法，属于环保技术领域。通过在污水处理设备中采用无线控制的设备或者在不方便以有线的方式控制的设备上安装zigbee节点，通过这些zigbee节点接受来自控制中心的命令以驱动这些设备完成相应的动作；同时，各种需要采集的数据利用zigbee节点感应数据后传递。节点在污水处理过程中收到的各种数据通过无线传播给基站，基站通过因特网发送到控制中心的中心服务器上。控制中心的命令反方向发送给相应的控制节点，从而控制相关设备的各种操作。该方法可以为污水处理工厂提供实时便利的智能监控条件，能够依据污水处理池中所处环境的传感器提供的信息，最大限度的保证处理设备的安全高效工作。

Description

一种污水处理中的远程自动控制方法

技术领域

本发明涉及一种基于无线传感器的用于污水处理系统的无线远程自动控制方法，属于环保技术领域。该方法是基于无线传感器网络自组织多跳通信与3G、4G远程通信相结合的数据传输方法来实现污水处理系统的远程实时在线自动控制，特别适合于环境恶劣的远程实时在线自动控制。

背景技术

污水处理自动控制系统所要实现的主要功能是对下属各个污水处理厂的运行情况进行监视和控制，并及时记录各个污水处理厂的工作参数。这些工作参数主要包括入口污水流量和出口达标净水流量；集水池的液位、液位报警；污染因子PH以及COD(COD-衡量污水中含有多少有机污染物的参数，相当于浓度)的监测值、超标报警值；流量计、液位计、pH检测计等的运行状态。现在的污水处理控制比较先进的采用了现场总线特性的计算机监控系统。这种系统虽然可以实时监控生产作业过程，包括显示控制过程画面和实时数据，显示系统总体框图；绘制重要参数的变化趋势图；显示重要设备的工作状态；历史数据的统计分析和存储；辅助管理日常生产业务，提供决策参考。但是当生产过程中的检测量超标时，系统只是自动报警显示，并通过打印机打印输出报警信息，形成记录文件；生产过程中的自动状态下的控制设备发出故障信号或失去控制时，系统也仅仅只是自动报警显示，并通过打印机打印输出，形成记录文件；报警数据自动存储以备事后分析。系统自动生成日报表、月报表和统计报表，通过报表打印机打印输出，形成生产记录文件，发布警告后的应对操作都是手动操作。现有的自动控制方式多是需要人工在终端计算机前，面对各种反馈的信息由工作人员下达相应的指令。这样就需要增加人力，而且从人员分析到发出指令之间需要的时间也远比由计算机分析然后发出指令的时间长得多。

发明内容

本发明提供了一种污水处理中的远程自动控制方法，利用无线传感器与现有的半自动的计算机控制系统结合，实现一个不仅自动监控各个污水处理池中设备情况以及相关数据采集，按照处理程序自动控制整个系统的正常运行，同时实现在生产过程中出现异常后控制系统自动发布相应指令然后系统做出相应的应对操作。这个自动控制系统提高了系统的反应时间，能够快速的根据各个参数发出各种指令以及应对突发的异常事件。

通过在污水处理设备中采用无线控制的设备或者在不方便以有线的方式控制的设备上安装zigbee节点，通过这些zigbee节点接受来自控制中心的命令以驱动这些设备完成相应的动作；同时，各种需要采集的数据利用zigbee节点感应数据后传递，例如有探测温度功能的zigbee节点等。

节点在污水处理过程中收到的各种数据通过无线传播给基站，基站通过因特网发送到控制中心的中心服务器上，控制中心根据收到数据做出各种判断及行为，例如生成统计图等等。控制中心的命令反方向发送给相应的控制节点，从而控制相关设备的各种操作。

设置MLSS(活性污泥浓度)、F/M(污泥负荷)、DO(溶解氧)和CFV(错流速率)这四个参数用来反应活性污泥性质及操作条件对膜生物反应器膜污染的影响程度，设置参数ΔTMP用来判断何时需要进行对膜的反冲洗。通过将这五个参数控制在所给定的范围内来减缓膜污染。MLSS、DO、CFV这三个参数是通过在线仪器监测的，可以直接传输数据，F/M是需要通过 $F/M=\frac{Q\·\mathrm{Co}}{X\·V}\·\frac{24}{1000}$ 这个公式来间接得到的，其中Co是可在线直接传输的数据，X即是MLSS，也是可直接传输的，V和Q分别是反应器的体积和MBR进水流量，是需要人根据实际情况人工输入的。TMP(TMP-在反冲洗控制中的跨膜压力差)可在线传输，但ΔTMP需要做简单计算即当前值与初始值之差。

数据信息的采集分为两种，一种是常规数据采集，主要用来制作数据统计图，另一种是临界数据采集，这种数据是用来让控制中心发布控制命令的。前一种数据定时采集，后一种数据实时采集发送。

本发明的有益效果是本发明直接由计算机完全控制所有操作，这样不仅减少了人工，而且也提高了控制系统的反应速度。实现污水处理的完全自动控制，提高效率。由于采用无线传感器技术后，由于摆脱了线的制约，使得更加容易和方便控制网络拓扑，安装节点。通过无线传播技术，极大的提高了网络的生存能力，而且网络拓扑变化的灵活性。

附图说明

图1是整个系统的结构布置图。

图2为性质参数、指示参数、操作参数及控制的相互关系图。

图中：模块1是智能控制中心；模块2是污水处理池，池中及相关设备上装有各种功能的zigbee节点。

具体实施方式

控制中心通过指令或者节点定期发送所监测到的参数来得到各个数据。其中：

(1)MLSS的控制是通过一台排泥泵控制，当监测到MLSS超过10g/L时，控制中心边发送命令，让排泥泵立即启动排泥泵，它便会将反应器内的污泥排出，直到降至污泥负荷F/M为0.35时MLSS的浓度，即反推出 $X^{\′}=\frac{Q\·\mathrm{Co}}{V}\·\frac{24}{350},$ 排泥直到MLSS为X’时关闭排泥泵。

(2)F/M的控制，需要将其控制在0.3-0.6范围内，由于F/M有波动性，它会随着其他一些条件的改变而浮动，有时它可能超出此范围，但过一段时间它又会自动回来。故它的调整不像MLSS那样简单了。分析MBR(膜生物反应器)的实际运行，得出以下结论：在一定的HRT(水力停留时间)和稳定的MLSS下，F/M随COD的增大而改变的很小，而且在随着MBR的运行F/M会逐渐减小，故只需将F/M控制在0.3以上即可，即能实现F/M在0.3-0.6范围内。控制方法：首先，不是监测到F/M超出此范围就立刻调整的，而是：第一，当监测到它连续4h(小时)超出此范围(即小于0.3)时，立即调整；第二，采集频率，如果在24h之内它有5次小于0.3时，立即调整。(因为F/M有可能会在超出0.3不到5h时由于某种影响而自动又回到03.-0.6的范围内)第一和第二只要有一条满足就需要调整了。调整方法：当监测到F/M改变满足上述条件时，控制中心立即发布命令启动排泥泵，进行排泥，直到降至污泥负荷F/M为0.35时MLSS的浓度，即反推出 $X^{\′}=\frac{Q\·\mathrm{Co}}{V}\·\frac{24}{350},$ 排泥直到MLSS为X’时关闭排泥泵。

(3)DO的调控，是通过调节曝气泵来实现的。当监测到DO小于2时立即调大曝气量。曝气量是根据进水流量及汽水比确定的，q＝Q*r，其中Q为进水流量，r为汽水比。每一次调节的增加量为Δq＝10％Q*r，且在进行了一次提升后要等待20min再去监测(即要解除软件的控制作用)，因为在调整后DO的改变需要一些时间，防止在DO还没来的及改变时软件监测到DO仍然小于2而再次调整。曝气量的增大需要通过调节控制阀实现，需要用电机带动控制阀实现自动控制。而且要求，每次调节增大曝气量之后，当监测到排泥泵进行一次排泥时，在排泥结束时，需要把曝气量降低到原来大小。这是因为DO的降低一般是由MLSS过高引起的，所以在监测到DO小于2时，也就意味着MLSS较高，系统会进行排泥，排泥之后DO自然会增大，所以需要把曝气量降低到原来的值。

(4)CFV(错流速率)的调控也是通过调节曝气泵来实现的。但它也有波动性，它会随着其他一些条件的改变而浮动，所以对它的控制跟对F/M的控制相似。第一，当监测到它连续4h超出此范围时，立即调整；第二，采集频率，如果在24h之内它有5次超过一个范围时，立即调整。调整方法：若是CFV高于0.5m/s，则降低曝气量，若CFV低于0.3m/s则增大曝气量，改变量为Δq＝10％Q*r，同样，在进行了一次提升后要等待20min再去监测。

(5)反冲洗控制规制：TMP通过在线传输，记录初值，然后计算ΔTMP(当前值减去初值)，当ΔTMP＞0.04Mpa时，立即关闭出水抽吸泵和进水提升泵，然后打开反冲洗泵，反冲洗30min，然后关闭反冲洗泵，打开进水提升泵和出水抽吸泵。

Claims (1)

1.一种污水处理中的远程自动控制方法，其特征在于如下步骤：

通过在污水处理设备中采用无线控制的设备或者在不方便以有线的方式控制的设备上安装zigbee节点，通过这些zigbee节点接受来自控制中心的命令以驱动这些设备完成相应的动作；同时，各种需要采集的数据利用zigbee节点感应数据后传递；

节点在污水处理过程中收到的各种数据通过无线传播给基站，基站通过因特网发送到控制中心的中心服务器上，控制中心根据收到数据做出各种判断及行为；控制中心的命令反方向发送给相应的控制节点，从而控制相关设备的各种操作；

设置活性污泥浓度MLSS、污泥负荷F/M、溶解氧DO和错流速率CFV这四个参数用来反应活性污泥性质及操作条件对膜生物反应器膜污染的影响程度，设置参数ΔTMP用来判断何时需要进行对膜的反冲洗；MLSS、DO、CFV这三个参数是通过在线仪器监测的；F/M是需要通过 $F/M=\frac{Q\·\mathrm{Co}}{X\·V}\·\frac{24}{1000}$ 这个公式来间接得到的，其中Co是可在线直接传输的数据，X即是MLSS，也是可直接传输的，V和Q分别是反应器的体积和MBR进水流量，是需要人根据实际情况人工输入的；TMP可在线传输，但ΔTMP需要做简单计算即当前值与初始值之差；

数据信息的采集分为两种，一种是常规数据采集，主要用来制作数据统计图，另一种是临界数据采集，这种数据是用来让控制中心发布控制命令的；前一种数据定时采集，后一种数据实时采集发送；

(1)MLSS的控制是通过一台排泥泵控制，当监测到MLSS超过10g/L时，控制中心边发送命令，让排泥泵立即启动排泥泵，它便会将反应器内的污泥排出，直到降至污泥负荷F/M为0.35时MLSS的浓度，即反推出 $X^{\′}=\frac{Q\·\mathrm{Co}}{V}\·\frac{24}{350},$ 排泥直到MLSS为X’时关闭排泥泵；

(2)F/M的控制，需要将其控制在0.3-0.6范围内，由于F/M有波动性，它会随着其他一些条件的改变而浮动，有时它可能超出此范围，但过一段时间它又会自动回来；故它的调整不像MLSS那样简单了；分析MBR的实际运行，得出以下结论：在一定的HRT和稳定的MLSS下，F/M随COD的增大而改变的很小，而且在随着MBR的运行F/M会逐渐减小，故只需将F/M控制在0.3以上即可，即能实现F/M在0.3-0.6范围内；控制方法：首先，不是监测到F/M超出此范围就立刻调整的，而是：第一，当监测到它连续4h超出此范围(即小于0.3)时，立即调整；第二，采集频率，如果在24h之内它有5次小于0.3时，立即调整；第一和第二只要有一条满足就需要调整了；调整方法：当监测到F/M改变满足上述条件时，控制中心立即发布命令启动排泥泵，进行排泥，直到降至污泥负荷F/M为0.35时MLSS的浓度，即反推出 $X^{\′}=\frac{Q\·\mathrm{Co}}{V}\·\frac{24}{350}$ ，排泥直到MLSS为X’时关闭排泥泵；

(3)DO的调控，是通过调节曝气泵来实现的；当监测到DO小于2时立即调大曝气量；曝气量是根据进水流量及汽水比确定的，q＝Q*r，其中Q为进水流量，r为汽水比；每一次调节的增加量为Δq＝10％Q*r，且在进行了一次提升后要等待20min再去监测(即要解除软件的控制作用)，因为在调整后DO的改变需要一些时间，防止在DO还没来的及改变时软件监测到DO仍然小于2而再次调整；曝气量的增大需要通过调节控制阀实现，需要用电机带动控制阀实现自动控制；而且要求，每次调节增大曝气量之后，当监测到排泥泵进行一次排泥时，在排泥结束时，需要把曝气量降低到原来大小；这是因为DO的降低一般是由MLSS过高引起的，所以在监测到DO小于2时，也就意味着MLSS较高，系统会进行排泥，排泥之后DO自然会增大，所以需要把曝气量降低到原来的值；

(4)CFV(错流速率)的调控也是通过调节曝气泵来实现的；但它也有波动性，它会随着其他一些条件的改变而浮动，所以对它的控制跟对F/M的控制相似；第一，当监测到它连续4h超出此范围时，立即调整；第二，采集频率，如果在24h之内它有5次超过一个范围时，立即调整；调整方法：若是CFV高于0.5m/s，则降低曝气量，若CFV低于0.3m/s则增大曝气量，改变量为Δq＝10％Q*r，同样，在进行了一次提升后要等待20min再去监测；

(5)反冲洗控制规制：TMP通过在线传输，记录初值，然后计算ΔTMP(当前值减去初值)，当ΔTMP＞0.04Mpa时，立即关闭出水抽吸泵和进水提升泵，然后打开反冲洗泵，反冲洗30min，然后关闭反冲洗泵，打开进水提升泵和出水抽吸泵。

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