CN102838179B - 污水处理系统中自动加药装置的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于污水处理方法，特别是指一种可广泛的应用于化工、环境、生物等多种行业的污水处理系统中自动加药装置的控制方法。自动加药装置包括泵以及高、低浓度药箱，第一、第二、第三探头及电磁流量计分别接控制系统的信号输入；其控制方法是第一、第二、第三探头将信号反馈到控制系统，控制系统通过已经输入的浓度计算公式，对数值进行处理和计算，核算出药品投加量，并通过高、低浓度加药箱向体系中投加药剂，第三探头对最终出水进行检测，信号反馈到控制系统，进行分析是否进行回流处理。本发明解决了现有技术存在的出现故障则水处理不达标，药剂浪费大等不足。具有药剂投加准确、自动化程度高，适合多种药剂投加等优点。

Description

污水处理系统中自动加药装置的控制方法

技术领域

本发明属于污水处理方法，特别是指一种可广泛的应用于化工、环境、生物等多种行业的污水处理系统中自动加药装置的控制方法。

背景技术

在环境工程水处理工艺中，往往需要向其中投加药剂实现水质净化，药剂投加的目的有pH中和、化学沉淀、化学还原等，如果投加量过大必然会造成药剂的浪费，而且影响废水处理效果，针对有些药剂投加要求严格的情况，不精确的药剂投加必然会导致严重后果，例如厌氧反应中产甲烷菌需要pH条件为6.8-7.2，超出该范围产甲烷菌无法正常生存，导致厌氧系统酸化，严重影响出水效果，又如三价铬的加碱去除中，碱投加量少三价铬去除不完全，碱投加过量，三价铬生成络合物仍留在水相，药剂投加的精确控制不仅仅是药剂的浪费问题，更重要的是对废水处理效果影响的问题。因此系统加药的控制至关重要，能否实现药剂投加自动化准确化，是影响废水处理效果优良和运行费用高低的关键。

目前现有的加药系统仅通过计量泵进行投加，药剂投加量为以固定值，一般适合水质水量稳定的运行工况，无法根据水质水量变化进行实时调节，同时由于投加量固定，对体系最终控制指标的控制不准确，很容易造成药剂投加过少或过多现象。实际水质水量具有很大波动性，固定投加量与实际废水对药剂的需求有很大差别，采用目前的投药方式不可避免的造成了药剂浪费或处理效果不佳，因此开发一种根据实际水质水量情况及时进行调节加药量的自动加药系统，实现系统投药量精确控制是十分必要的。

专利号为200910183364.7的发明专利中公开了一种一种混凝剂自动加药控制系统及操作方法，该操作方法主要是前馈控制系统在污水处理前，测定污水的流量和TP、SS浓度，将测定结果前馈给PLC控制系统，PLC控制系统根据流量和TP及SS前馈控制系统的前馈，根据公式X_药剂=k*Q*L*（P-A）^a*（S-B）^b/（λ*N）中的待定参数，根据污水处理的混凝效果及时调整混凝剂的加入量。保证混凝剂的用量达到最佳用量。上述现有技术存在着以下不足：

1、装置中未采用安全回流保障系统，如果加药系统出现故障，则容易出现加药故障使水处理不达标。

2.投药量计算公式中药量投加采用标准投药量确定，若水质波动较大，很难通过一次投加能够达到标准要求。

3.药剂投加公式计算值与实际易产生一定的误差，易导致药剂投加量的不准确。

4.公式计算仅适用于絮凝剂投加量计算，不适合其它药剂的投加。

发明内容

本发明的目的在于提供一种药剂投加及控制准确的污水处理系统中自动加药装置的控制方法。

本发明的整体技术构思是：

污水处理系统中自动加药装置的控制方法，自动加药装置包括高浓度药箱以及低浓度药箱，泵包括在控制系统的作用下分别与高浓度药箱相连的加药泵，以及与低浓度药箱相连的第二计量泵；与高浓度药箱相连的加药泵输出与预混装置的输入连通，第二计量泵的输出与二级反应池的输入连通；预混装置与二级反应池之间通过管路连通，原水通过第二电磁阀以及电磁流量计接预混装置的输入端，第一探头信号采集端设于预混装置的原水输入端口，第二探头的信号采集端设于预混装置与二级反应池之间的管路中，二级反应池的输出共有两路，其中一路接排放装置，另一路经回流管路接预混装置的输入端，第三探头的信号采集端设于二级反应池的输出端口；第一探头、第二探头、第三探头以及电磁流量计分别接控制系统的信号输入；其控制方法如下：

a、第一探头测定加药系统进水的水质，监测数值为A_k；

b、第二探头测定高浓度药箱加药粗调反应后的水质，监测数值为A_i；

c、第三探头测定微调反应后水质，监测数值为A_j；

d、水体控制目的值为A_F，第一步粗调目标控制值为A_M，原水数值为A₀，︱A_M-A_F︱=（0.05～0.3）︱A_F-A₀︱；

当A₀<A_F时， A_M=A_F -（0.05～0.3）（A_F-A₀）；当A₀＞A_F时， A_M=A_F+（0.05～0.3）（A₀-A_F）；

e1、当A₀＜A_F时，即通过药剂投加增大系统控制值，最终达到目标值进行说明：

e1-1、将A_k与控制系统A_M进行比较，A_k＜A_M时，与高浓度药箱相连的加药泵开启，向水体中投加药剂，药剂投加量为q₁=k₁×Q×y（A_M-A_k）/(ρ₁×w₁）；

e1-2、监测值A_i判断比较，当A_i≥A_M时，控制与高浓度药箱相连的加药泵关闭；当A_M≤A_i＜A_F时，控制第二计量泵开启，对体系进行微调，药剂投加量为q₂=k₂×Q×y（A_F-A_i）/(ρ₂×w₂）； 

e1-3、当m₁︱A_F-A_M︱<︱A_j-A_F︱<m₂︱A_F-A_M︱时，水质控制在安全范围，药剂调整完毕，第二计量泵关闭，正常排出；当︱A_j-A_F︱超出上述范围时时水体控制值超出安全范围，水体回流系统开启，通过回流将不达标废水回流到加药系统初始端与原水混合，进行重新加药操作；m₁、m₂为上下线安全系数，其中m₁=0.05～0.3、m₂=0.7～0.95，可根据实际情况进行调整 。

e2、当A₀＞A_F时，即通过药剂投加减小系统控制值，最终达到目标值进行说明：

e2-1、将A_k与控制系统A_M进行比较，A_k＞A_M时，与高浓度药箱相连的泵开启，向水体中投加药剂，药剂投加量为q₁=k₁×Q×y（A_k-A_M）/(ρ₁×w₁）；

e2-2、监测值A_i判断比较，当A_i≤A_M时，控制与高浓度药箱相连的加药泵关闭；当A_M≥A_i＞A_F时，控制第二计量泵开启，对体系进行微调，药剂投加量为q₂=k₂×Q×y（A_i-A_F）/(ρ₂×w₂）； 

e2-3、当m₁︱A_F-A_M︱<︱A_j-A_F︱＜m₂︱A_F-A_M︱时，水质控制在安全范围，药剂调整完毕，第二计量泵关闭，正常排出；当︱A_j-A_F︱超出上述范围时时水体控制值超出安全范围，水体回流系统开启，通过回流将不达标废水回流到加药系统初始端与原水混合，进行重新加药操作；m₁、m₂为上下线安全系数，其中m₁=0.05～0.3、m₂=0.7～0.95，可根据实际情况进行调整 。

步骤e中各字母所代表的含义如下：

Q：为原水流量实时监测值；

w₁：为高浓度加药箱溶液质量百分比浓度；

ρ₁：为高浓度加药箱溶液密度；

w₂：为低浓度加药箱药品的质量百分比浓度；

ρ₂：为低浓度加药箱溶液密度；

q₁：为与高浓度药箱相连的第一计量泵或加药泵的流量；

q₂：为与低浓度药箱相连的第二计量泵的流量。

上述步骤e1、e2中y（x）是药剂投加的质量浓度计算公式，由体系反应方程式求出：

y是以x为变量的函数，x为A物质质量浓度， y为B物质质量浓度，则

mA + nB           A_mB_n

m*M_A   n*M_B

x      y

y=x*n*M_B/（m*M_A）

M_A：A物质的摩尔质量；

M_B：B物质的摩尔质量；

m、n分别为反应方程式系数。

在体系中对A物质进行浓度监测，向其中投加B物质，则：

粗调公式：探头对A物质监测值为A_k，粗调目的值A_M，x=︱A_k-A_M︱，y=︱A_k-A_M︱*n*M_B/（m*M_A）

微调公式：探头对A物质监测值为A_i，微调目的值为A_F，x=︱A_k-A_M︱，y=︱A_k-A_M︱*n*M_B/（m*M_A）

本发明的具体技术构造还有：

还包括第一电磁阀，二级反应池的其中一路输出输出经回流管路以及第一电磁阀接预混装置的输入端。

预混装置选用管道混合器或一级反应池中的一种。

预混装置选用一级反应池，一级反应池与二级反应池选用上下翻腾式折流反应器。

与高浓度药箱相连的加药泵可以采用两种设计方案，其中的一种适用于大、中型系统。与高浓度药箱相连的加药泵为第一计量泵，所述的第一计量泵接一级反应池的输入。

另外一种适用于小型装置，与高浓度药箱相连的加药泵包括加药泵以及与其输出相连的比例控制阀，所述的比例控制阀的输出接管道混合器的输入。

可以显而易见的是，采用本发明还可对水体中的多个技术指标进行探测，所需要增加的仅仅是探头的数量而已，并不脱离本发明的实质。

控制系统的结构可以方便地通过现有技术手段实现，因此申请人在此不再赘述。

本发明的工作原理如下：

进水通过进水管经过电磁流量计测定进水流量，同时将流量信号反馈到控制系统，然后进入预混装置，位于管路上的第一探头对来水指标进行测定，测定数值反馈到控制系统，第二探头、第三探头分别测得其对应管路数值后，将信号反馈到控制系统，控制系统通过已经输入的浓度计算公式，对数值进行处理和计算，核算出药品投加量，并通过高浓度加药系统（对于小型水处理装置，投药量信号反馈到比例控制阀，通过控制比例控制阀的开启量准确投加药剂；而对于大中型水处理系统，投药量信号直接反馈到第一计量泵）向体系中投加药剂，反应完成后，出水通过管路进入第二反应池，并由低浓度加药系统进行药剂投加，反应完成后，通过出水管路出水。第三探头对最终出水进行检测，信号反馈到控制系统，进行分析，若系统出现事故，出水不符合要求，则将回流管路电磁阀打开，进行回流处理。

本发明所取得的实质性特点和显著的技术进步在于：

1、水质波动情况下实现药剂投加相对优化，通过探头对水体中控制值及时监测反馈，精确计算药剂投加量。避免了传统投加药剂对药剂的浪费。

2、通过粗调和微调两套系统进行分阶段控制，可实现数值的精确调整，有利于反应条件控制。

3、加药系统可方便地实现自动化控制，操作简单，提高了劳动生产率，有利于污水处理厂岗位减员。

4、微调系统采用低浓度药剂投加，同样误差范围内药剂投加体积，低浓度药剂对系统影响较小，保证了系统药剂投加的准确性。

5、设置安全回流保障，药剂投加超出安全范围时，将其回流到加药体系初始端重新调整，防止不符合条件的废水流出加药系统。

6、本发明中药剂的投加计算采用反应公式进行理论计算和经验系数确定，适合多种药剂投加。

附图说明

本发明的附图有：

图1是本发明适用于大、中型系统的工艺流程图。

图2是本发明适用于小型装置的工艺流程图。

图3是本发明适用于小型污水处理系统中自动加药装置的整体结构示意图。

图4是本发明适用于大、中型污水处理系统中自动加药装置的整体结构示意图。

本发明的附图标记如下：

1、高浓度加药箱；2、第一计量泵；3、低浓度加药箱；4、控制系统；5、第二计量泵；6、二级反应池；7、第三探头；8、回流管路；9、第二探头；10、第一电磁阀；11、预混装置；12、第一探头；13、电磁流量计；14、第二电磁阀；15、比例控制阀；16、加药泵。

图1-4中虚线箭头表示信号走向，实线箭头表示水或药剂走向。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步描述，但不作为对本发明的限定，本发明的保护范围以权利要求记载的内容为准，任何依据说明书所作出的等效技术手段替换，均不脱离本发明的保护范围。

实施例1

本实施例的整体技术构造如图1、4所示，其中自动加药装置包括高浓度药箱1以及低浓度药箱3，泵包括在控制系统4的作用下分别与高浓度药箱1相连的加药泵，以及与低浓度药箱3相连的第二计量泵5；与高浓度药箱1相连的加药泵输出与预混装置11的输入连通，第二计量泵5的输出与二级反应池6的输入连通；预混装置11与二级反应池6之间通过管路连通，原水通过第二电磁阀14以及电磁流量计13接预混装置11的输入端，第一探头12信号采集端设于预混装置11的原水输入端口，第二探头9的信号采集端设于预混装置11与二级反应池6之间的管路中，二级反应池6的输出一路接排放装置，另一路经回流管路8接预混装置11的输入端，第三探头7的信号采集端设于二级反应池6的输出端口；第一探头12、第二探头9、第三探头7以及电磁流量计13分别接控制系统4的信号输入；其控制方法如下：

a、第一探头12测定加药系统进水的水质，监测数值为A_k；

b、第二探头9测定高浓度药箱1加药粗调反应后的水质，监测数值为A_i；

c、第三探头7测定微调反应后水质，监测数值为A_j；

d、水体控制目的值为A_F，第一步粗调目标控制值为A_M，原水数值为A₀，︱A_M-A_F︱=（0.05～0.3）︱A_F-A₀︱；

当A₀＜A_F时， A_M=A_F -（0.05～0.3）（A_F-A₀）；当A₀＞A_F时， A_M=A_F+（0.05～0.3）（A₀-A_F）；

e1-1、将A_k与控制系统A_M进行比较，A_k＜A_M时，与高浓度药箱1相连的加药泵开启，向水体中投加药剂，药剂投加量为q₁=k₁×Q×y（A_M-A_k）/(ρ₁×w₁）；

e1-2、监测值A_i判断比较，当A_i≥A_M时，控制与高浓度药箱1相连的加药泵关闭；当A_M≤A_i＜A_F时，控制第二计量泵5开启，对体系进行微调，药剂投加量为q₂=k₂×Q×y（A_F-A_i）/(ρ₂×w₂）； 

e1-3、当m₁︱A_F-A_M︱<︱A_j-A_F︱<m₂︱A_F-A_M︱时，水质控制在安全范围，药剂调整完毕，第二计量泵5关闭，正常排出；当︱A_j-A_F︱超出上述范围时时水体控制值超出安全范围，水体回流系统开启，通过回流将不达标废水回流到加药系统初始端与原水混合，进行重新加药操作；m₁、m₂为上下线安全系数，其中m₁=0.05～0.3、m₂=0.7～0.95，可根据实际情况进行调整 。

步骤e中各字母所代表的含义如下：

Q：为原水流量实时监测值；

w₁：为高浓度加药箱溶液质量百分比浓度；

ρ₁：为高浓度加药箱溶液密度；

w₂：为低浓度加药箱药品质量百分比浓度；

ρ₂：为低浓度加药箱溶液密度；

q₁：为与高浓度药箱相连的第一计量泵（或加药泵）的流量；

q₂：为与低浓度药箱相连的第二计量泵的流量。

还包括第一电磁阀10，二级反应池6的一路输出经回流管路8以及第一电磁阀10接预混装置11的输入端。

预混装置11选用一级反应池，一级反应池与二级反应池选用上下翻腾式折流反应器。这样反应时间充足，节省动力消耗。

与高浓度药箱1相连的加药泵为第一计量泵2，所述的第一计量泵2接一级反应池的输入。

可以显而易见的是，为便于对回流管路中的液体流量进行控制，优选的技术方案是，二级反应池6的输出共有两路，其中一路接排放管路，另外一路经回流管路8以及第一电磁阀10接预混装置11的输入端。

其余如前述。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于控制方法中的步骤e2，具体的步骤如下：

步骤e2、当A₀＞A_F时，即通过药剂投加减小系统控制值，最终达到目标值进行说明：

e2-1、将A_k与控制系统A_M进行比较，A_k＞A_M时，与高浓度药箱相连的泵开启，向水体中投加药剂，药剂投加量为q₁=k₁×Q×y（A_k-A_M）/(ρ₁×w₁）；

e2-2、监测值A_i判断比较，当A_i≤A_M时，控制与高浓度药箱相连的泵关闭；当A_M≥A_i＞A_F时，控制第二计量泵5开启，对体系进行微调，药剂投加量为q₂=k₂×Q×y（A_i-A_F）/(ρ₂×w₂）； 

e2-3、当m₁︱A_F-A_M︱<︱A_j-A_F︱＜m₂︱A_F-A_M︱时，水质控制在安全范围，药剂调整完毕，第二计量泵5关闭，正常排出；当︱A_j-A_F︱超出上述范围时时水体控制值超出安全范围，水体回流系统开启，通过回流将不达标废水回流到加药系统初始端与原水混合，进行重新加药操作；m₁、m₂为上下线安全系数，其中m₁=0.05～0.3、m₂=0.7～0.95，可根据实际情况进行调整 。

其余内容同实施例1。

实施例3

本实施例的整体结构如图2、3所示，其中与实施例1的区别在于与高浓度药箱1相连的加药泵包括加药泵16以及与其输出相连的比例控制阀15，所述的比例控制阀15的输出接管道混合器的输入。该实施例适用于小型装置。

其余内容同实施例1。

实施例4

本实施例与实施例3的区别在于控制方法同实施例2。

Claims (8)

1.污水处理系统中自动加药装置的控制方法，其特征在于自动加药装置包括高浓度药箱（1）以及低浓度药箱（3），泵包括在控制系统（4）的作用下分别与高浓度药箱（1）相连的加药泵，以及与低浓度药箱（3）相连的第二计量泵（5）；与高浓度药箱（1）相连的加药泵输出与预混装置（11）的输入连通，第二计量泵（5）的输出与二级反应池（6）的输入连通；预混装置（11）与二级反应池（6）之间通过管路连通，原水通过第二电磁阀（14）以及电磁流量计（13）接预混装置（11）的输入端，第一探头（12）信号采集端设于预混装置（11）的原水输入端口，第二探头（9）的信号采集端设于预混装置（11）与二级反应池（6）之间的管路中，二级反应池（6）的输出共有两路，其中一路接排放装置，另一路经回流管路（8）接预混装置（11）的输入端，第三探头（7）的信号采集端设于二级反应池（6）的输出端口；第一探头（12）、第二探头（9）、第三探头（7）以及电磁流量计（13）分别接控制系统（4）的信号输入；其控制方法如下：

a、第一探头测定加药系统进水的水质，监测数值为A_k；

b、第二探头测定高浓度药箱加药粗调反应后的水质，监测数值为A_i；

c、第三探头测定微调反应后水质，监测数值为A_j；

d、水体控制目的值为A_F，第一步粗调目标控制值为A_M，原水数值为A₀，︱A_M-A_F︱=（0.05～0.3）︱A_F-A₀︱；

当A₀<A_F时，A_M=A_F-（0.05～0.3）（A_F-A₀）；当A₀＞A_F时，A_M=A_F+（0.05～0.3）（A₀-A_F）；

e1、当A₀<A_F时，即通过药剂投加增大系统控制值，最终达到目标值进行说明：

e1-1、将A_k与控制系统A_M进行比较，A_k＜A_M时，与高浓度药箱相连的加药泵开启，向水体中投加药剂，药剂投加量为q₁=k₁×Q×y（A_M-A_k）/(ρ₁×w₁）；

e1-2、监测值A_i判断比较，当A_i≥A_M时，控制与高浓度药箱相连的加药泵关闭；当A_M≤A_i＜A_F时，控制第二计量泵（5）开启，对体系进行微调，药剂投加量为q₂=k₂×Q×y（A_F-A_i）/(ρ₂×w₂）；

e1-3、当m₁︱A_F-A_M︱<︱A_j-A_F︱<m₂︱A_F-A_M︱时，水质控制在安全范围，药剂调整完毕，第二计量泵（5）关闭，正常排出；当︱A_j-A_F︱超出上述范围时水体控制值超出安全范围，水体回流系统开启，通过回流将不达标废水回流到加药系统初始端与原水混合，进行重新加药操作；m₁、m₂为上下线安全系数，其中m₁=0.05～0.3、m₂=0.7～0.95；

e2、当A₀＞A_F时，即通过药剂投加减小系统控制值，最终达到目标值进行说明：

e2-1、将A_k与控制系统A_M进行比较，A_k＞A_M时，与高浓度药箱相连的加药泵开启，向水体中投加药剂，药剂投加量为q₁=k₁×Q×y（A_k-A_M）/(ρ₁×w₁）；

e2-2、监测值A_i判断比较，当A_i≤A_M时，控制与高浓度药箱相连的加药泵关闭；当A_M≥A_i＞A_F时，控制第二计量泵（5）开启，对体系进行微调，药剂投加量为q₂=k₂×Q×y（A_i-A_F）/(ρ₂×w₂）；

e2-3、当m₁︱A_F-A_M︱<︱A_j-A_F︱＜m₂︱A_F-A_M︱时，水质控制在安全范围，药剂调整完毕，第二计量泵（5）关闭，正常排出；当︱A_j-A_F︱超出上述范围时时水体控制值超出安全范围，水体回流系统开启，通过回流将不达标废水回流到加药系统初始端与原水混合，进行重新加药操作；m₁、m₂为上下线安全系数，其中m₁=0.05～0.3、m₂=0.7～0.95；

步骤e1、e2中各字母所代表的含义如下：

Q：为原水流量实时监测值；

w₁：为高浓度加药箱溶液质量百分比浓度；

ρ₁：为高浓度加药箱溶液密度；

w₂：为低浓度加药箱药品质量百分比浓度；

ρ₂：为低浓度加药箱溶液密度；

q₁：为与高浓度药箱相连的第一计量泵或加药泵的流量；

q₂：为与低浓度药箱相连的第二计量泵的流量。

2.根据权利要求1所述的污水处理系统中自动加药装置的控制方法，其特征在于还包括第一电磁阀（10），二级反应池（6）的一路输出经回流管路（8）以及第一电磁阀（10）接预混装置（11）的输入端。

3.根据权利要求1所述的污水处理系统中自动加药装置的控制方法，其特征在于所述的与高浓度药箱（1）相连的加药泵为第一计量泵（2）。

4.根据权利要求1所述的污水处理系统中自动加药装置的控制方法，其特征在于所述的与高浓度药箱（1）相连的加药泵包括加药泵（16）以及与其输出相连的比例控制阀（15）。

5.根据权利要求1所述的污水处理系统中自动加药装置的控制方法，其特征在于所述的预混装置（11）选用管道混合器或一级反应池中的一种。

6.根据权利要求1所述的污水处理系统中自动加药装置的控制方法，其特征在于所述的预混装置（11）选用一级反应池，一级反应池与二级反应池选用上下翻腾式折流反应器。

7.根据权利要求3或6所述的污水处理系统中自动加药装置的控制方法，其特征在于所述的第一计量泵（2）接一级反应池的输入。

8.根据权利要求4或5所述的污水处理系统中自动加药装置的控制方法，其特征在于所述的比例控制阀（15）的输出接管道混合器的输入。

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