CN102464426A - 一种城市污水厂化学除磷剂智能投加控制方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种城市污水厂化学除磷剂投加控制方法，其中，所述城市污水厂具有生化池以及化学除磷剂投加系统，该化学除磷剂投加系统的化学除磷剂投加量由以下式确定：

其中，Dose：化学除磷剂投加量，m³/h；Q：进水流量，m³/h；k：投药系数，g/m³，代表每立方米化学除磷剂所能去除的磷的重量；P₀：进水总磷含量，g/m³；P_out：出水磷含量，g/m³；COD：生化池进水COD，mg/L；NO₃：生化池进水硝氮，mg/L；a₁：生化池COD的生物除磷系数，常数；a₂：生化池硝氮的生物除磷系数，常数；a₃：生化池前工艺去除的磷含量，g/m³。

Description

一种城市污水厂化学除磷剂智能投加控制方法及其装置

技术领域

本发明涉及污水处理技术，具体涉及一种城市污水厂的化学除磷剂智能投加控制方法及实现该方法的化学除磷剂智能投加控制装置。

背景技术

污水中的磷主要来自生活污水中的含磷有机物、合成洗涤剂、工业废液、化肥农药以及各类动物的排泄物。如果污水未完全处理，磷就会流失到江河湖海，造成水体富营养化。水体的富营养化现象已成为人类所面临的严重的水环境问题之一。

国际上的经验表明，源自城市污水的磷含量约占流入地表水体总磷负荷的三分之一，因此降低城市污水中磷含量是防止水体富营养化的主要途径之一。这里所指的城市污水包括城市生活污水、工业废水和城市径流污水汇流而成的污水。

近年来，随着城市污水和重点工业废水氮、磷污染而导致的我国江河湖海富营养化频繁发生，对城市污水和重点行业工业废水脱氮除磷的技术研发与应用，已经在国内引起了广泛关注。国内建设比较早的污水厂都没有除磷措施，随着《污水排放综合标准》(GB8978-1996)实行，1998年1月1日起建设(包括改建、扩建)的污水厂都要考虑除磷脱氮技术。

除磷方法主要包括生物法、化学法以及化学辅助生物法。据调查统计，国内大部分污水厂一般采用生物法进行污水除磷，而国外污水厂多采用化学法或化学辅助生物法进行污水除磷。

在采用生物法进行污水除磷的情况下，国内外的经验表明，即使生物除磷系统效率很高，处理出的水中的总磷浓度也很难降到0.5mg/L以下(《污水排放综合标准》的一级A标准)，为达到这一严格标准，还必须采取过滤或投加化学药剂等措施。

在采用化学法进行污水除磷的情况下，即，采用仅投加化学药剂的方法可以快速的去除水中的溶解性磷，但是，该方法药剂投加量大，处理成本较高。

生物除磷辅以化学除磷的化学辅助生物法是获得高标准出水水质要求的重要方法。其中，化学除磷部分是通过化学沉析过程完成的，该工艺是将如铁盐、铝盐等无机金属盐药剂或石灰投加到污水中，使其与磷酸盐形成颗粒状、非溶解性的物质。

药剂的投加点可以在一沉池之前、二沉池之前，也可以在两处都投加，也可以投加到三级处理的澄清池之前。在实际的工艺运行中，处理水量和进水水质变化频繁，且生物除磷工艺的效果无法及时检测和评估。如何根据处理水量和进水水质等，快速确定所需的投药量是化学辅助生物法的化学除磷中需解决的关键问题。

现有的化学除磷剂投加控制方法主要包括以下几种：

(1)恒投药量控制

该方法以其操作简单、维护方便，成为是目前国内污水厂广泛采用的方式。然而，在处理水量和进水水质容易变化的情况下，该方法存在药剂过量投加或投加不足，影响出水水质等问题。

(2)前馈投药控制

根据处理水量或处理水量与进水总磷的乘积，定比例的投加化学药剂，当进水水质变化范围小、生物除磷效果稳定的前提下，定比例前馈投投药剂能近似跟随最佳投药量的变化，但当进水水质变化明显时，生化除磷效果亦发生变化，此时，定比例投投药剂的前馈投药控制方法并不能正确跟随投药量的变化需求，容易造成控制过度或不足。

(3)总磷或磷酸盐的反馈控制

该方法所需的检测设备的检测周期较长，且一般放置在厂区出水区域，而药剂的投加点距出水至少有1-2个小时的滞后，甚至更久，因此化学除磷是个大滞后的控制过程。大量的控制实例证明，单纯的反馈控制对大滞后系统起不到较好的控制效果。

(4)前馈-反馈联合投药控制

一般选取进水量作为前馈信息，出水磷含量作为反馈调节信息，此方法能基本满足污水厂化学除磷的要求，相对于简单前馈控制和反馈控制，在控制出水磷含量和节省药耗方面都起到了较为满意的效果。

前馈-反馈联合投药控制的投药量数学模型如下：

$\mathrm{Dose}=k\×Q+\mathrm{Kp}\·e+\mathrm{Ki\·\∫edt}+\mathrm{Kd}\frac{\mathrm{de}}{\mathrm{dt}}$

前馈投药量：D1＝k×Q

其中：k：投药系数

Q：进水流量

反馈投药量： $D2=\mathrm{Kp}\·e+\mathrm{Ki\·\∫edt}+\mathrm{Kd}\frac{\mathrm{de}}{\mathrm{dt}}$

其中：Kp，Ki，Kd：PID基本控制参数

e：出水量p含量与目标p含量偏差

总投药量： $\mathrm{Dose}=D1+D2=k\×Q+\mathrm{Kp}\·e+\mathrm{Ki\·\∫edt}+\mathrm{Kd}\frac{\mathrm{de}}{\mathrm{dt}}$

上述基于(4)前馈-反馈联合投药控制的化学除磷剂投加控制方法原理简单，易于实现，但存在如下缺点：

(1)控制过程未考虑生物除磷过程，无法使生物除磷和化学除磷很好地协同，导致除磷效果易受进水水质和生物处理工艺波动的影响，出水含磷量波动较大。

(2)由于未考虑生物除磷过程，因此有时药剂投加量比所需的量大，导致药剂浪费，成本提高。

(3)由于有时药剂投入过多，污泥产生量也增多，提高了污泥处理成本。

另一方面，近年来，随着国家对环保问题的重视，各地陆续投资新建了一大批新型的污水厂，配备了包括生化检测参数的检测仪表的大量在线检测仪器仪表。然而，由于控制技术的相对落后，大量的在线检测仪器仪表并不能得到有效的利用。如何及时有效的利用生化检测参数等信息，提高生物除磷辅以化学除磷方法中的化学除磷的控制效果，从而在保证出水水质达标的情况下减少药耗成为亟待解决的问题。

发明内容

鉴于以上的以往技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种城市污水厂化学除磷剂投加控制方法，其中，所述城市污水厂具有生化池以及化学除磷剂投加系统，该化学除磷剂投加系统的化学除磷剂投加量由以下式确定：

$\mathrm{Dose}=\frac{Q}{k}(P_0-a_1\mathrm{COD}-a_2{\mathrm{NO}}_3-a_3-P_{\mathrm{out}})---\left(1\right)$

其中，

Dose：化学除磷剂投加量，m³/h；

Q：进水流量，m³/h；

k：投药系数，g/m³，代表每立方米化学除磷剂所能去除的磷的重量；

P₀：进水总磷含量，g/m³；

P_out：出水总磷含量，g/m³；

COD：生化池进水COD，mg/L；

NO₃：生化池进水硝氮，mg/L；

a₁：生化池COD的生物除磷系数，常数；

a₂：生化池硝氮的生物除磷系数，常数；

a₃：生化池前工艺去除的磷含量，g/m³。

本发明还提供一种城市污水厂化学除磷剂投加控制方法，其中，所述城市污水厂具有生化池以及化学除磷剂投加系统，该化学除磷剂投加系统的化学除磷剂投加量由以下式确定：

$\mathrm{Dose}\left(t\right)=\frac{Q(t-t1)}{k}[P_0(t-t1)-a_1\mathrm{COD}(t-t2)-a_2{\mathrm{NO}}_3(t-t2)-a_3-P_{\mathrm{out}}(t+t3)]---\left(2\right)$

其中，

Dose(t)：t时刻的化学除磷剂投加量，m³/h；

Q：进水流量，m³/h；

k：投药系数，g/m³，代表每立方米化学除磷剂所能去除的磷的重量；

P₀：进水总磷含量，g/m³；

P_out：出水总磷含量，g/m³；

COD：生化池进水COD，mg/L；

NO₃：生化池进水硝氮，mg/L；

a₁：生化池COD的生物除磷系数，常数；

a₂：生化池硝氮的生物除磷系数，常数；

a₃：生化池前工艺去除的磷含量，g/m³；

t1：进水流量相对于投药点时刻t的超前时间，s；

t2：生化池参数测定相对于投药点的超前时间，s；

t3：出水总磷含量测定相对于投药点的滞后时间，s。

在上述城市污水厂化学除磷剂投加控制方法中，所述a₁、a₂、a₃的优选取值范围分别是，a₁：(0，0.1)；a₂：(-1，0)；a₃：(0，40)。

在上述城市污水厂化学除磷剂投加控制方法中，优选设定出水总磷含量的目标值P_Set，在各种化学除磷剂投加量Dose下计算出水总磷含量P_out和上述目标值P_Set之间的偏差e，在化学除磷剂投加量Dose与上述偏差e之间建立模糊隶属关系，根据该模糊隶属关系，在除磷过程中按照使上述偏差e减小的方式反馈调整化学除磷剂投加量Dose。

在上述城市污水厂化学除磷剂投加控制方法中，当偏差|e|＞0.3时，说明根据偏差e反馈调整化学除磷剂投加量Dose的频率过快，在满足反馈调节时间间隔不小于出水总磷含量的检测时间间隔的前提下，延长反馈调整时间间隔，并减小反馈投药量；当e始终小于0且＜-0.2时，说明投药量偏大，则减小化学除磷剂投加量Dose；当e始终大于0且＞0.2时，说明投药量偏小，则加大化学除磷剂投加量Dose。

在上述城市污水厂化学除磷剂投加控制方法中，优选当运行工况发生较大改变时，对运行工况的历史运行数据进行统计分析，重新确定参数a₁、a₂、a₃以及投药系数k。

本发明还提供一种城市污水厂化学除磷剂投加控制装置，其中，所述城市污水厂具有生化池以及化学除磷剂投加系统，该化学除磷剂投加系统的化学除磷剂投加量由以下式确定：

$\mathrm{Dose}=\frac{Q}{k}(P_0-a_1\mathrm{COD}-a_2{\mathrm{NO}}_3-a_3-P_{\mathrm{out}})---\left(1\right)$

其中，

Dose：化学除磷剂投加量，m³/h；

Q：进水流量，m³/h；

k：投药系数，g/m³，代表每立方米化学除磷剂所能去除的磷的重量；

P₀：进水总磷含量，g/m³；

P_out：出水总磷含量，g/m³；

COD：生化池进水COD，mg/L；

NO₃：生化池进水硝氮，mg/L；

a₁：生化池COD的生物除磷系数，常数；

a₂：生化池硝氮的生物除磷系数，常数；

a₃：生化池前工艺去除的磷含量，g/m³。

本发明孩童一种城市污水厂化学除磷剂投加控制装置，其中，所述城市污水厂具有生化池以及化学除磷剂投加系统，该化学除磷剂投加系统的化学除磷剂投加量由以下式确定：

$\mathrm{Dose}\left(t\right)=\frac{Q(t-t1)}{k}[P_0(t-t1)-a_1\mathrm{COD}(t-t2)-a_2{\mathrm{NO}}_3(t-t2)-a_3-P_{\mathrm{out}}(t+t3)]---\left(2\right)$

其中，

Dose(t)：t时刻的化学除磷剂投加量，m³/h；

Q：进水流量，m³/h；

k：投药系数，g/m³，代表每立方米化学除磷剂所能去除的磷的重量；

P₀：进水总磷含量，g/m³；

P_out：出水总磷含量，g/m³；

COD：生化池进水COD，mg/L；

NO₃：生化池进水硝氮，mg/L；

a₁：生化池COD的生物除磷系数，常数；

a₂：生化池硝氮的生物除磷系数，常数；

a₃：生化池前工艺去除的磷含量，g/m³；

t1：进水流量相对于投药点时刻t的超前时间，s；

t2：生化池参数测定相对于投药点的超前时间，s；

t3：出水总磷含量测定相对于投药点的滞后时间，s。

在上述城市污水厂化学除磷剂投加控制装置中，所述a₁、a₂、a₃的优选取值范围分别是，a₁：(0，0.1)；a₂：(-1，0)；a₃：(0，40)。

在上述城市污水厂化学除磷剂投加控制装置中，优选设定出水总磷含量的目标值P_Set，在各种化学除磷剂投加量Dose下计算出水总磷含量P_out和上述目标值P_Set之间的偏差e，在化学除磷剂投加量Dose与上述偏差e之间建立模糊隶属关系，根据该模糊隶属关系，在除磷过程中按照使上述偏差e减小的方式反馈调整化学除磷剂投加量Dose。

根据本发明的城市污水厂化学除磷剂投加控制方法及其装置，可以得到如下的技术效果。

(1)由于在确定化学除磷剂的投加量时充分考虑了生物除磷的过程，因此能够很好地使生物除磷和化学除磷协同工作，使除磷效果不容易受进水水质和生物处理工艺波动的影响，出水含磷量波动变小。

(2)由于考虑了生物除磷过程，因此药剂投加量更为准确，从而能够减少药剂的浪费，降低了运行成本。

(3)由于仅投加适量的药剂，因此污泥产生量不会增多，降低了污泥处理成本。

附图说明

图1是本发明的城市污水厂污水处理系统的简化流程图。

图2是表示本发明的化学除磷剂投加控制方法的方块图。

图3是本发明实施例的进水流量的变化曲线图。

图4是本发明实施例的进水COD、总磷以及生化池硝氮的变化曲线图。

图5是本发明实施例的化学除磷剂投加量和出水总磷的变化曲线图。

具体实施方式

本发明的发明人为得到根据进水水量、生化池生化检测参数和出水磷含量的实时数据和历史数据，实现自适应精确投加化学除磷剂的控制方法及其装置，经过潜心研究发现，在现有化学除磷单元的基础上合理布署一些列的仪表和设备，根据进水水质、生化池处理负荷、生化池检测参数评估生物除磷的处理效果，作为前馈的投药信息初定投药量，并依据出水磷含量的反馈信息，自适应地调整所需药剂量，则能够在保证出水水质达标的前提下实现投药量的最优控制。

下面，参照图1至5，对本发明的实施方式进行详细说明。但本发明并不被这些实施方式的所限定，而本领域技术人员能够在不经过创造性劳动就能变更或者替换的所有范围都应包含在本发明的范围之内。

图1是本发明的城市污水厂污水处理系统的简化流程图。如图1所示，本发明的污水处理系统按照污水流动的顺序依次具有生化池、二沉池和消毒池。在进水入口具备流量计和进水总磷仪，在生化池进水口具备硝氮仪和COD检测仪，在出水口具备出水总磷仪。在生化池的后端连接有化学除磷剂投药装置，并且在该投药装置和生化池之间具备投药流量计。

这里所指的化学除磷剂通常使用PAC，原液通常需要稀释后使用，稀释后含Al₂O₃浓度的数值一般在1％-2％的范围内。

图2是表示本发明的化学除磷剂投加控制方法的方块图。如图2所示，本发明的化学辅助生物法中的化学除磷控制系统主要包括投药量数学模型设定单元、化学除磷剂投加量设定单元以及药剂投加控制单元。对整个控制系统的作用分别体现在对投药量数学模型的控制参数调节、投药量设定、以及药剂投加控制单元的计量泵频率调节三个环节。

投药量数学模型设定单元用于设定投药量数学模型，投药量数学模型对化学除磷剂投加量设定单元起到指导作用。

下面，对本发明的投药量数学模型进行详细的说明。

投药量数学模型的参数包括进水水量、进水总磷含量、生化池中影响生物除磷的重要参数(包括生化池进水COD，硝氮)、投药量、出水总磷含量等，根据历史数据中投药量与其他前馈参数之间的关系，将不同前馈参数对投药量的影响进行量化，作为控制参数影响前馈预测投药量，同时根据控制效果的评估，调节反馈控制的控制参数。

根据磷含量守恒关系可知：进水磷总量-生物除磷量-化学除磷量＝出水磷总量，进一步简化为：生化池后端磷总量-化学除磷量＝出水磷总量，具体可由如下公式(1)表示：

P_b×Q-Dose*k＝P_out×Q    (1)

P_b：生化池后端磷总量，g/m³；

P_out：出水磷总量，g/m³；

Q：进水流量，m³/h；

Dose：化学除磷剂投药量，m³/h；

k：投药系数，g磷/m³，代表每立方药剂所能去除的磷含量，投入的化学除磷剂的浓度不同，k值大小也不同。

假设生化池后端磷含量的简化计算公式为

P_b＝P₀-a₁COD-a₂NO₃-a₃    (2)

P₀：进水磷总量，g/m³；

COD：生化池进水COD，mg/L；

NO₃：生化池进水硝氮，mg/L；

a₁：生化池COD的生物除磷系数，常数；

a₂：生化池硝氮的生物除磷系数，常数；

a₃：生化池前工艺去除的磷含量，g/m³。

在实际实施过程中，a₁，a₂，a₃可根据P_b、COD、NO₃的在实时试验的在线仪表值或历史试验数据拟合确定。具体的说，在实时试验的在线仪表值或历史试验数据获得多组(例如，100组)P_b、COD、NO₃的值。接着，根据100组历史试验数据建立超定方程组，确定参数a1，a2，a3的取值，a1，a2，a3的优选范围分别是a1：(00.1)；a2：(-10)；a3：(040)。例如，a1，a2，a3可分别选取为0.0132、-0.3108、5.9375。

根据关系式(1)，(2)，可得出

$\mathrm{Dose}=\frac{Q}{k}(P_0-a_1\mathrm{COD}-a_2{\mathrm{NO}}_3-a_3-P_{\mathrm{out}})---\left(3\right)$

在常数a₁，a₂，a₃预先确定的前提下，根据进水流量Q、进水磷总量P₀、出水磷总量P_out、生化池进水COD检测结果、生化池进水硝氮NO₃的检测结果、以及化学除磷剂投药量Dose的多组(例如，100组)历史数据，计算出投药系数k的初始值。

在此基础上，如果在考虑各个参数的超前时间或滞后时间的情况下下，关系式(3)可以转化为投药量的时间函数式(4)：

$\mathrm{Dose}\left(t\right)=\frac{Q(t-t1)}{k}[P_0(t-t1)-a_1\mathrm{COD}(t-t2)-a_2{\mathrm{NO}}_3(t-t2)-a_3-P_{\mathrm{out}}(t+t3)]---\left(4\right)$

其中，t1：进水流量相对于投药点时刻t的超前时间，s；t2：生化池参数测定相对于投药点的超前时间，s；t3：出水总磷含量测定相对于投药点的滞后时间，s。t1、t2、t3的值可根据实时流量与构筑物的处理容积推算，例如，t1、t2、t3优选的范围分别是18000s、3600s、28800s。

下面，对化学除磷剂投加量设定单元进行详细说明。

投药量设定单元主要通过前馈预测和反馈调节两部分组成，由实时数据预测相应条件下所需的投药量，并根据出水磷含量的偏差及偏差变化率对前馈模型的预测投药量进行调整。一般来说，投药量反馈调节控制周期基本与出水磷含量在线检测仪的时间基本一致(约30min)，而前馈控制参数的检测或计算更新时间各有差异，进水流量变化最快，其次是硝氮、COD等，为保障前馈的及时性，前馈控制的控制周期要小于反馈调节的控制时间。

首先，化学除磷剂投加量设定单元根据药剂投加量数学模型前馈预测所需的投药量。到此为止，投药量数学模型仅包含了投药量的前馈预测，而事实上，考虑处理过程的诸多干扰，以及弥补前馈投药模型的不足，投药量数学模型还可以包含投药量的反馈调节部分。

在上述式(4)中P_out用出水总磷目标值P_Set替代，可得到以下关系式(5)：

$\mathrm{Dose}\left(t\right)=\frac{Q(t-t1)}{k}[P_0(t-t1)-a_1\mathrm{COD}(t-t2)-a_2{\mathrm{NO}}_3(t-t2)-a_3-P_{\mathrm{Set}}]---\left(5\right)$

接着，在各种化学除磷剂投加量Dose下计算出水总磷含量P_out和上述目标值P_Set之间的偏差e，在化学除磷剂投加量Dose与上述偏差e之间建立模糊隶属关系，根据该模糊隶属关系，在除磷过程中按照使上述偏差e减小的方式反馈调整化学除磷剂投加量Dose。

另外，反馈调节的频率和调整幅度一般小于前馈投药，具体的调节频率和调整幅度依具体情况而定。

此外，为提高控制模型的稳定性和适用性，投药量数学模型还包括效果评估和参数调节的功能，当出水总磷含量长时间处于超标或投药剂量过大时，系统将对历史运行数据进行评估，评估内容主要包括：

a)反馈调节对处理效果的影响。

其目的是调节反馈调节的频率和投药量调整幅度，保证调节的稳定性。

例如：对一段时间内出水P含量统计分析，偏差e＝出水P含量-设定值。当发现偏差值在0上下较大幅度波动时如|e|＞0.3(值大小根据实际情况可调整)，可认为反馈调节幅度过大，在满足反馈调节时间不小于P检测仪表单次检测时间的前提下，适当延长反馈调节的控制时间，并减小反馈投药量。当统计发现偏差e始终小于0，且e＜-0.2时，认为投药量偏大，可适当减小反馈调节投药量；相反当统计发现偏差e始终大于0，且e＞0.2时，认为投药量偏小，应适当加大反馈调节的投药量。

b)前馈预测模型的投药精度。

其目的是通过对历史数据的统计，对投药系数k进行微调，使前馈预测模型更符合实时工况。

运行过程中，当运行工况发生较大改变时，仅通过调节反馈控制参数依然无法达到较为理想的处理效果的时候，需要对投药量数学模型中的投药系数进行调整，对现行工况下的历史运行数据统计分析，重新确定模型参数a₁、a₂、a₃以及投药系数k。

下面，对化学除磷剂投药单元进行说明。

药剂投加反馈调节单元借助变频器的调速机制，实现药剂投加量的快速连续调节，通过PID反馈控制，使实际投药量紧跟设定值的变化。化学除磷剂投药单元具备计量泵和变频器，并通过变频器调节投药频率，利用计量泵投加设定的药剂量。

根据本发明的城市污水厂化学除磷剂投加控制方法及其装置，可以得到如下的技术效果。

(1)由于在确定化学除磷剂的投加量时充分考虑了生物除磷的过程，因此能够很好地使生物除磷和化学除磷协同工作，使除磷效果不容易受进水水质和生物处理工艺波动的影响，出水含磷量波动变小。

(2)由于考虑了生物除磷过程，因此药剂投加量更为准确，从而能够减少药剂的浪费，降低了运行成本。

(3)由于仅投加适量的药剂，因此污泥产生量不会增多，降低了污泥处理成本。

(实施例)

本实施例的城市污水厂化学除磷剂投加控制方法在某城市污水厂的中试装置上进行了验证，中试系统模拟污水厂A2/O工艺。

本次实施过程中，进水水量的变化曲线如图3所示。图4是本发明实施例的进水COD、总磷以及生化池硝氮的变化曲线图，该曲线反映了6天共144个小时的水量水质变化情况。图5是表示采用本发明的控制方法与前馈反馈联合投药控制方法以及恒投药量控制方法时的化学除磷剂投加量和出水总磷的变化曲线图。

为得到对比效果，在总共6天的污水处理中，前2天采用前馈反馈联合投药控制，第3-4天采用了本发明的城市污水厂化学除磷剂投加控制方法，第5-6天采用目前恒投药量控制方法。

在采用本发明的城市污水厂化学除磷剂投加控制方法时，采用了如下的式(1)，确定了化学除磷剂的投药量。

$\mathrm{Dose}=\frac{Q}{k}(P_0-a_1\mathrm{COD}-a_2{\mathrm{NO}}_3-a_3-P_{\mathrm{out}})---\left(1\right)$

其中，

Q＝555-2335m³/h；

k＝20000g/m³；

P₀＝5-15mg/L；

P_out＝0.45-0.55mg/L；

COD＝87-505mg/L；

硝氮NO₃＝6-25mg/L；

a₁＝0.0132；

a₂＝-0.3108；

a₃＝5.9375g/m³。

在本实施例中，a1，a2，a3的取值是根据100组历史试验数据建立超定方程组确定的，而Q、P₀、P_out、COD、进水硝氮NO₃是通过测量仪测量获得的。

另外，化学除磷剂采用了稀释后的PAC，其浓度是约2mg/L。

本实施例的控制方法利用PLC系统采集各个仪表检测信号，并传送至核心控制设备，由内嵌控制程序确定投药量，由投药控制系统精确控制药剂投加。

由图5的对比结果可知：前2天采用前馈反馈联合投药控制，从投药量(kg/h)换算成的日均投药量2.4立方/天，3-4天采用本发明的控制方法，日均投药量2.2立方/天。5-6天采用目前恒投药量控制技术，日均投药量3.5立方/天。在本实施例中，与前馈反馈联合投药控制和恒投药量控制相比，采用控制算法控制后，每日投药量分别节省了9.1％和59.1％。

不仅如此，前2天采用前馈反馈联合投药控制，出水总磷浓度0.39-0.62mg/L；3-4天采用本发明的控制方法，出水总磷浓度0.45-0.55mg/L；5-6天采用目前恒投药量控制技术，出水总磷浓度0.10-0.91mg/L。上述结果说明，采用本发明的控制投加方法，不仅能够减少药剂投加量，节约成本，还能减小出水总磷波动，保证了出水水质。

Claims (10)

1.一种城市污水厂化学除磷剂投加控制方法，其中，

所述城市污水厂具有生化池以及化学除磷剂投加系统，

该化学除磷剂投加系统的化学除磷剂投加量由以下式确定：

$\mathrm{Dose}=\frac{Q}{k}(P_0-a_1\mathrm{COD}-a_2{\mathrm{NO}}_3-a_3-P_{\mathrm{out}})---\left(1\right)$

其中，

Dose：化学除磷剂投加量，m³/h；

Q：进水流量，m³/h；

k：投药系数，g/m³，代表每立方米化学除磷剂所能去除的磷的重量；

P₀：进水总磷含量，g/m³；

P_out：出水总磷含量，g/m³；

COD：生化池进水COD，mg/L；

NO₃：生化池进水硝氮，mg/L；

a₁：生化池COD的生物除磷系数，常数；

a₂：生化池硝氮的生物除磷系数，常数；

a₃：生化池前工艺去除的磷含量，g/m³。

2.一种城市污水厂化学除磷剂投加控制方法，其中，

所述城市污水厂具有生化池以及化学除磷剂投加系统，

该化学除磷剂投加系统的化学除磷剂投加量由以下式确定：

$\mathrm{Dose}\left(t\right)=\frac{Q(t-t1)}{k}[P_0(t-t1)-a_1\mathrm{COD}(t-t2)-a_2{\mathrm{NO}}_3(t-t2)-a_3-P_{\mathrm{out}}(t+t3)]---\left(2\right)$

其中，

Dose(t)：t时刻的化学除磷剂投加量，m³/h；

Q：进水流量，m³/h；

k：投药系数，g/m³，代表每立方米化学除磷剂所能去除的磷的重量；

P₀：进水总磷含量，g/m³；

P_out：出水总磷含量，g/m³；

COD：生化池进水COD，mg/L；

NO₃：生化池进水硝氮，mg/L；

a₁：生化池COD的生物除磷系数，常数；

a₂：生化池硝氮的生物除磷系数，常数；

a₃：生化池前工艺去除的磷含量，g/m³；

t1：进水流量相对于投药点时刻t的超前时间，s；

t2：生化池参数测定相对于投药点的超前时间，s；

t3：出水总磷含量测定相对于投药点的滞后时间，s。

3.如权利要求1或2所述的城市污水厂化学除磷剂投加控制方法，其特征在于，

所述a₁、a₂、a₃的取值范围分别是，

a₁：(0，0.1)；

a₂：(-1，0)；

a₃：(0，40)。

4.如权利要求1或2所述的城市污水厂化学除磷剂投加控制方法，其特征在于，

设定出水总磷含量的目标值P_Set，在各种化学除磷剂投加量Dose下计算出水总磷含量P_out和上述目标值P_Set之间的偏差e，在化学除磷剂投加量Dose与上述偏差e之间建立模糊隶属关系，

根据该模糊隶属关系，在除磷过程中按照使上述偏差e减小的方式反馈调整化学除磷剂投加量Dose。

5.如权利要求4所述的城市污水厂化学除磷剂投加控制方法，其特征在于，

当偏差|e|＞0.3时，说明根据偏差e反馈调整化学除磷剂投加量Dose的频率过快，在满足反馈调节时间间隔不小于出水总磷含量的检测时间间隔的前提下，延长反馈调整时间间隔，并减小反馈投药量；

当e始终小于0且＜-0.2时，说明投药量偏大，则减小化学除磷剂投加量Dose；

当e始终大于0且＞0.2时，说明投药量偏小，则加大化学除磷剂投加量Dose。

6.如权利要求1或2所述的城市污水厂化学除磷剂投加控制方法，其特征在于，

当运行工况发生较大改变时，对运行工况的历史运行数据进行统计分析，重新确定参数a₁、a₂、a₃以及投药系数k。

7.一种城市污水厂化学除磷剂投加控制装置，其中，

所述城市污水厂具有生化池以及化学除磷剂投加系统，

该化学除磷剂投加系统的化学除磷剂投加量由以下式确定：

$\mathrm{Dose}=\frac{Q}{k}(P_0-a_1\mathrm{COD}-a_2{\mathrm{NO}}_3-a_3-P_{\mathrm{out}})---\left(1\right)$

其中，

Dose：化学除磷剂投加量，m³/h；

Q：进水流量，m³/h；

k：投药系数，g/m³，代表每立方米化学除磷剂所能去除的磷的重量；

P₀：进水总磷含量，g/m³；

P_out：出水总磷含量，g/m³；

COD：生化池进水COD，mg/L；

NO₃：生化池进水硝氮，mg/L；

a₁：生化池COD的生物除磷系数，常数；

a₂：生化池硝氮的生物除磷系数，常数；

a₃：生化池前工艺去除的磷含量，g/m³。

8.一种城市污水厂化学除磷剂投加控制装置，其中，

所述城市污水厂具有生化池以及化学除磷剂投加系统，

该化学除磷剂投加系统的化学除磷剂投加量由以下式确定：

$\mathrm{Dose}\left(t\right)=\frac{Q(t-t1)}{k}[P_0(t-t1)-a_1\mathrm{COD}(t-t2)-a_2{\mathrm{NO}}_3(t-t2)-a_3-P_{\mathrm{out}}(t+t3)]---\left(2\right)$

其中，

Dose(t)：t时刻的化学除磷剂投加量，m³/h；

Q：进水流量，m³/h；

k：投药系数，g/m³，代表每立方米化学除磷剂所能去除的磷的重量；

P₀：进水总磷含量，g/m³；

P_out：出水总磷含量，g/m³；

COD：生化池进水COD，mg/L；

NO₃：生化池进水硝氮，mg/L；

a₁：生化池COD的生物除磷系数，常数；

a₂：生化池硝氮的生物除磷系数，常数；

a₃：生化池前工艺去除的磷含量，g/m³；

t1：进水流量相对于投药点时刻t的超前时间，s；

t2：生化池参数测定相对于投药点的超前时间，s；

t3：出水总磷含量测定相对于投药点的滞后时间，s。

9.如权利要求7或8所述的城市污水厂化学除磷剂投加控制装置，其特征在于，

所述a₁、a₂、a₃的取值范围分别是，

a₁：(0，0.1)；

a₂：(-1，0)；

a₃：(0，40)。

10.如权利要求7或8所述的城市污水厂化学除磷剂投加控制装置，其特征在于，

设定出水总磷含量的目标值P_Set，在各种化学除磷剂投加量Dose下计算出水总磷含量P_out和上述目标值P_Sst之间的偏差e，在化学除磷剂投加量Dose与上述偏差e之间建立模糊隶属关系，

根据该模糊隶属关系，在除磷过程中按照使上述偏差e减小的方式反馈调整化学除磷剂投加量Dose。

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