CN103864209B - 反硝化深床滤池碳源智能精密投加系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种反硝化深床滤池碳源智能精密投加系统，所述系统基于运行的不同阶段，采集所述系统的至少一个参数来提供对加药计量泵的控制信号，其中在第一阶段，基于所采集的COD、流量、溶解氧、温度和pH值信号，根据理论计算生成所述加药计量泵的控制信号，并将每次计算所依据的参数和计算结果存储为历史记录；在第二阶段，依据第一阶段所积累的历史参数进行查找和匹配，以生成所述加药计量泵的控制信号；在第三阶段，将所述第一和第二阶段积累的历史记录进行曲线拟合，将加药计量泵的控制值作为未知函数，以所采集的信号参数作为控制函数，拟合得出经验计算公式，依据经验公式来计算所述加药计量泵的控制信号。

Description

反硝化深床滤池碳源智能精密投加系统

技术领域

本发明属于污水处理领域，具体涉及一种基于历史数据的采用碳源智能精密投加系统的反硝化深床滤池。

背景技术

反硝化深床滤池属于污水处理中深度处理过滤工艺的一种，20世纪70年代最早起源于美国，功能集中，运行灵活，可以同时起到物理过滤截留SS(悬浮物)、化学微絮凝除TP(总磷)、生物反硝化去除TN(总氮)的作用。在反硝化深床滤池工艺用于污水深度处理的过程中，由于经过前段工艺处理，进入深度处理阶段的污水大部分碳源(有机物)已被去除，故反硝化深床滤池工艺运行中需要额外补充碳源(有机物)。但碳源本身属于有机污染物，如果投加过量未被反硝化菌全部利用会导致出水有机污染物超标，相反，如果投加量过少不能满足反硝化菌需要会导致出水TN(总氮)超标。所以反硝化深床滤池补充碳源(有机物)量需要控制得当，才能保证滤池出水稳定达标。

目前现有碳源投加控制方式主要有以下两种：一、前反馈控制——以进水流量及进水硝酸盐浓度为依据，通过PLC(可编程逻辑控制器)计算出理论碳源投加量，控制投药计量泵投加。二、前反馈+后反馈控制——以进水流量及进水硝酸盐浓度为依据，通过PLC计算出理论碳源投加量，控制投药计量泵投加。同时，采集出水硝酸盐浓度信号反馈给PLC(后反馈)，如出水硝酸盐浓度过高即认为投加碳源量不足，从而加大投药量；如出水硝酸盐浓度过低，即认为投加碳源量过量，从而减少投药量，以此作为理论碳源投加量的修正方式，降低出水超标风险。前反馈控制仅以进水流量及进水硝酸盐浓度两个控制参数为依据，计算得出的理论值较工程实际需要会有较大差异。从而导致碳源投加量不当，出水超标。而且出水超标后只能通过人工化验的方式得出出水数据后，人为调整PLC修正参数修改加药量。故此法管理难度极大，经常出现出水超标现象。前反馈+后反馈控制较单纯前反馈控制有所改进。但如果发生出水超标现象，当PLC采集到后反馈信号时(即出水硝酸盐浓度信号)时无法立即改变已发生的出水超标现象，因为PLC根据预先设定修正值给加药泵发出修改加药量的指令后，至少需要经过污水在滤池停留的时间后才能改善出水水质，存在控制滞后问题。其次，前反馈+后反馈控制也仅采用了进水流量、进出水硝酸盐浓度三个控制参数，控制参数较少，需要人为设定各种修正值，且修正值的设定也均来自理论计算，不能完全符合现场实际运行情况需要。另外，较少的控制参数也使得整个系统的容错率低，一旦某个信号采集仪表出现问题，整个系统即无法正常运行。

因此，需要一种更为精确智能的用于反硝化深床滤池的碳源投加系统，可以克服上述现有技术中控制不精密的问题，更为精确智能地控制碳源的投加量。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种反硝化深床滤池碳源智能精密投加系统，所述系统包括进水口、COD进水检测仪、加药计量泵、进水流量计、中央控制系统、溶解氧仪、pH仪、温度仪、反硝化深床滤池、COD出水检测仪、出水口和进出口硝酸盐分析仪，所述中央控制系统基于所述系统运行的不同阶段，采集所述系统的至少一个参数来提供对所述加药计量泵的控制信号，在第一阶段，基于所采集的COD、流量、溶解氧、温度和pH值信号，根据理论计算生成所述加药计量泵的控制信号，并将每次计算所依据的参数和计算结果存储为历史记录；在第二阶段，依据第一阶段所积累的历史参数进行查找和匹配，以生成所述加药计量泵的控制信号，并将每次计算所依据的参数和计算结果存储为历史记录；在第三阶段，将所述第一和第二阶段积累的历史记录进行曲线拟合，将加药计量泵的控制值作为未知函数，以所采集的信号参数作为控制函数，拟合得出经验计算公式，依据经验公式来计算所述加药计量泵的控制信号。

优选地，在所述第二阶段中，首先判断(a)是否满足当前值的进水NO_X-N进水与历史数据中进水NO_X-N相等或最为相近；当满足上述条件(a)时，再判断(b)是否满足当前值的DO与历史数据DO相等或最为相近。

优选地，还判断(c)是否满足当前值的温度T与历史数据温度T相等或最为相近；(d)是否满足当前值的进水COD与历史数据中的进水COD相等或最为相近；以及(e)是否满足当前值的pH与历史数据pH相等或最为相近。

优选地，所述最为相近为当前值与历史数据相差不超过±5％。

优选地，若满足条件(a)和(b)，则查询历史数据中的出水COD值，并和当前的进水COD值进行比较，如果历史COD_出水≥当前COD_{进 水}，则所述中央控制系统控制所述加药计量泵减少碳源投加的量；如果历史COD_出水＜当前COD_进水，则再判断出水的NO_X-N_出水与所设定值NO_X-N_设定的关系，如果NO_X-N_出水＝NO_X-N_设定，则采用历史数据中的加药计量泵投加碳源量；如果NO_X-N_出水＞NO_X-N_设定，则所述中央控制系统控制所述加药计量泵加大碳源投加；如果NO_X-N_出水＜NO_X-N_设定，则所述中央控制系统控制所述加药计量泵减少碳源投加的量。

优选地，所述第一阶段为所述系统从投入运行起12-24个月。

优选地，所述第二阶段为系统运行第一阶段后起24-36个月。

优选地，所述第三阶段中的曲线拟合为多项式曲线拟合或最小二乘曲线拟合。

优选地，所述COD进水检测仪连接所述进水口，用于检测进水的化学需氧量，所述加药计量泵连接在所述COD进水检测仪和所述进水流量计之间，所述进水流量计连接所述COD检测仪和所述反硝化深床滤池的进口，用于检测进水的流量，并将进水的流量数据送入到所述中央控制系统，所述反硝化深床滤池连接所述溶解氧仪、pH仪和温度仪，分别检测经过反硝化深床滤池过滤后的出水的DO值、pH值和温度值，并送入所述中央控制系统，所述COD出水检测仪连接在所述反硝化深床滤池的出口和所述出水口之间，用于检测出水的化学需氧量，并同时送入所述硝酸盐分析仪，所述硝酸盐分析仪收集进出所述反硝化深床滤池水流的硝酸盐浓度参数并输出到所述中央控制系统，从所述中央控制系统输出控制信号所述到加药计量泵对碳源投加量进行控制。

本发明解决了传统生物脱氮技术存在的脱氮效果差和效率低的问题，以及目前存在的控制精度不够，易造成碳源浪费，增加生产成本，难以保证再生水稳定达标的问题。与传统反硝化生物滤池碳源投加控制方式相比，本发明提供的方法可免去大量的理论计算带来的误差，结合大量历史数据和经验公式，可以快速得到较为精确的碳源投放量控制数据，从而明显节省了碳源的药剂费用和电能。

附图说明

参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中：

图1是本发明反硝化深床滤池碳源智能精密投加系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步详述。

根据本发明一个实施例的一种反硝化深床滤池碳源智能精密投加系统如图1所示，所述反硝化深床滤池碳源智能精密投加系统100包括进水口101、COD(化学需氧量)进水检测仪102、加药计量泵103、进水流量计104、中央控制系统105、溶解氧仪106、pH仪107、温度仪108、反硝化深床滤池109、COD出水检测仪110、出水口111和进出口硝酸盐分析仪112。

所述COD进水检测仪102连接进水口101，用于检测进水的化学需氧量。在COD进水检测仪102和进水流量计104之间连接有加药计量泵103，所述加药计量泵103在中央控制系统105的控制下对碳源的添加进行精密智能的控制投放。进水流量计104连接所述COD检测仪102和反硝化深床滤池109进口，用于检测进水的流量，并将进水的流量数据送入到中央控制系统105以便进行后续的控制计算。所述反硝化深床滤池109连接有溶解氧仪106、pH仪107和温度仪108，分别检测经过反硝化深床滤池过滤后的出水的DO(溶解氧)值、pH值和温度值，并送入中央控制系统105以便进行后续的控制计算。COD出水检测仪110连接所述反硝化深床滤池109出口和出水口111之间，用于检测出水的化学需氧量，该参数同时送入硝酸盐分析仪112进行硝酸盐分析。硝酸盐分析仪112收集进出所述反硝化深床滤池水流109的硝酸盐浓度参数(即硝态氮NO_X-N)并输出信号到中央控制系统105，从中央控制系统105计算后输出的信号连接到加药计量泵103进行控制。

根据本发明的反硝化深床滤池碳源智能精密投加系统对于系统投入使用的不同阶段进行了不同的控制方法。因此，根据本发明的系统针对投入使用的时间将控制设计分为三个阶段。首先，在系统首先投入使用的第一阶段，对控制加药计量泵的各种参数进行收集和积累，此时的系统采用多参数的控制方式，如采集溶解氧、温度、pH值等信号，根据理论计算作为计算依据来生成加药计量泵的控制信号，并将每次计算所依据的参数和计算结果存储为历史记录。在系统运行的第二阶段，由于污水厂进水具有特定周期的重复性，即每个特定时间段(例如，每年的特定时期)进水指标基本相同，因此，此时的控制信号不再依赖于理论计算，而是依据第一阶段所积累的历史参数进行查找和匹配，以避免传统投加完全基于理论计算而产生的误差，使计算结果更加精确，同时仍将该阶段中每次计算所依据的参数和计算结果存储为历史记录。在系统运行的第三阶段，将第一阶段和第二阶段积累的历史记录，即加药量与各个控制参数关系进行拟合。基于大量历史数据，将加药量作为未知函数，以各个控制参数作为控制函数，列出经验计算公式，依据经验公式来计算加药量控制碳源投加。下面对每个阶段进行具体说明。

第一阶段：

在本阶段中，系统刚刚投入运行，尚未积累历史数据，因此需依赖理论计算来计算碳源投加的加药量。根据上面描述的根据本发明的系统，通过各个采集仪和传感器分别采集进水COD、进水流量、溶解氧(DO)量、反硝化深床滤池中液体的pH值、液体的温度、出水COD，提供给中央控制系统105来计算碳源投加的加药量，从而生成控制信号给加药计量泵103控制其投放量。具体的计算方法例如可参考如下公式：

c_m＝2.86([NO₃ ^--N]_in-[NO₃ ^--N]_out)+1.71([NO₂ ^--N]_in-[NO₂ ^--N]_out)+[DO]_in

其中c_m为碳源投加的有机物加药量，单位为mg/L，[NO₃ ^--N]_in和[NO₃ ^--N]_out为进出水NO₃ ^--N浓度，单位为mg/L；[NO₂ ^--N]_in和[NO₂ ^--N]_out为进出水NO₂ ^--N浓度，单位为mg/L；[DO]_in为进水中的DO浓度，单位为mg/L。

反硝化深床滤池中液体的pH值和液体的温度可以通过批次测定pH值和温度随时间的变化曲线来进行计算得到。

第一阶段的时间可以根据系统的运行状况和采集数据的情况进行设定，优选地，第一阶段为系统从投入运行起12-24个月。

第二阶段：

在本阶段中根据历史数据的查询和匹配来确定碳源投放的控制量。首先采集系统中的进水NO_X-N、进水COD、DO、T(温度)和pH作为当前值，接着中央控制系统105从历史数据库中查询与这些数据最为接近的历史时段的全部数据作为判断条件。

查询时，判断条件如下：

a)首先判断是否满足当前值的进水NO_X-N进水与历史数据中进水NO_X-N相等或最为相近；

b)当满足条件a)时，其次判断是否满足当前值的DO与历史数据DO相等或最为相近；

此步骤a)和b)中的“最为相近”定义为当前值与历史数据相差不超过±5％。若为找到在此范围的历史数据，则仍采用第一阶段的计算方法进行碳源投放量的控制。

可选地，当找出同时满足上述条件a)和b)后，还可以设定如下条件以使得查找更为精确：

c)是否满足当前值的温度T与历史数据温度T相等或最为相近；

d)是否满足当前值的进水COD与历史数据中的进水COD相等或最为相近；

e)是否满足当前值的pH与历史数据pH相等或最为相近。

类似地，此步骤c)-e)中的“最为相近”定义为当前值与历史数据相差不超过±5％。

查询到满足条件的历史数据后，进行下列参数的比较来调节碳源投放量的控制，具体比较过程如下：

首先比较满足条件的历史数据中进出水的COD值。查询历史数据中的出水COD值，并和当前系统的进水COD值进行比较。如果比较得到历史COD_出水≥当前COD_进水，则中央控制系统105控制加药计量泵103减少碳源投加的量；

如果比较得到历史COD_出水＜当前COD_进水，则再判断出水的硝态氮浓度，即NO_X-N_出水与所设定值NO_X-N_设定的关系。这里的设定值为污水经反硝化作用后需要达到的NO_X-N浓度，即目标值。如果判断得出NO_X-N_出水＝NO_X-N_设定，则可以采用历史数据中的碳源投加量投加碳源；如果NO_X-N_出水＞NO_X-N_设定，则中央控制系统105控制加药计量泵103加大碳源投加；如果NO_X-N_出水＜NO_X-N_设定，则中央控制系统105控制加药计量泵103减少碳源投加的量。

根据如上比较处理过程，可以在绝大多数情况下仅基于历史数据就可以直接得到中央控制系统对碳源投加量的控制值，或者得到调节碳源投加量的控制方向。上述处理无需以往方法的大量理论计算，快速有效，且调节的过程是动态可控的。

第二阶段基于历史数据的调节数据也可以作为历史数据保存在系统中，作为今后系统运行的调节依据。第二阶段的持续时间可以根据系统的运行状况和采集数据的情况进行设定，优选地，第二阶段为系统运行第一阶段后起24-36个月。

第三阶段：

系统运行到第三阶段时，已经积累了大量真实有效的历史数据，此时将第一阶段和第二阶段的碳源投加量控制数据与以上的各个控制参数关系(所述参数包括但不限于进、出水NO_X-N、进、出水COD、DO、T(温度)和pH等)进行曲线拟合。曲线拟合的方法可以采用本领域常用的多项式曲线拟合、最小二乘曲线拟合等方法。在拟合时，将碳源投放量作为未知函数，以各个通过传感仪器测量得到的控制参数作为控制变量，得到拟合的曲线作为经验公式曲线。在今后的碳源投放过程中，可以直接将仪器测得的参数值代入曲线中，来计算得到碳源投放量的实际控制值。

第三阶段所生成得到的调节数据也可以作为历史数据保存在系统中，作为今后系统运行的调节依据，且可以用于定期对所拟合的碳源投放量曲线进行修正以使得曲线更为精确。第三阶段的持续时间可以自系统运行第二阶段后起持续进行。

本发明解决了传统生物脱氮技术存在的脱氮效果差和效率低的问题，以及目前存在的控制精度不够，易造成碳源浪费，增加生产成本，难以保证再生水稳定达标的问题。与传统反硝化生物滤池碳源投加控制方式相比，本发明提供的方法可免去大量的理论计算带来的误差，结合大量历史数据和经验公式，可以快速得到较为精确的碳源投放量控制数据，从而明显节省了碳源的药剂费用和电能。

结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。

Claims (6)

1.一种反硝化深床滤池碳源智能精密投加系统，其特征在于，所述系统包括进水口、COD进水检测仪、加药计量泵、进水流量计、中央控制系统、溶解氧仪、pH仪、温度仪、反硝化深床滤池、COD出水检测仪、出水口和进出口硝酸盐分析仪，所述中央控制系统基于所述系统运行的不同阶段，采集所述系统的至少一个参数来提供对所述加药计量泵的控制信号，

在第一阶段，基于所采集的COD、流量、溶解氧、温度和pH值信号，根据理论计算生成所述加药计量泵的控制信号，并将每次计算所依据的参数和计算结果存储为历史记录；

在第二阶段，依据第一阶段所积累的历史参数进行查找和匹配，以生成所述加药计量泵的控制信号，并将每次计算所依据的参数和计算结果存储为历史记录；

在第三阶段，将所述第一和第二阶段积累的历史记录进行曲线拟合，将加药计量泵的控制值作为未知函数，以所采集的信号参数作为控制函数，拟合得出经验计算公式，依据经验公式来计算所述加药计量泵的控制信号；

在所述第二阶段中，首先判断(a)是否满足当前值的进水NO_X-N进水与历史数据中进水NO_X-N相等或最为相近；当满足上述条件(a)时，再判断(b)是否满足当前值的DO与历史数据DO相等或最为相近；所述最为相近为当前值与历史数据相差不超过±5％；

若满足条件(a)和(b)，则查询历史数据中的出水COD值，并和当前的进水COD值进行比较，如果历史COD_出水≥当前COD_进水，则所述中央控制系统控制所述加药计量泵减少碳源投加的量；如果历史COD_出水＜当前COD_进水，则再判断出水的NO_X-N_出水与所设定值NO_X-N_设定的关系，如果NO_X-N_出水＝NO_X-N_设定，则采用历史数据中的加药计量泵投加碳源量；如果NO_X-N_出水＞NO_X-N_设定，则所述中央控制系统控制所述加药计量泵加大碳源投加；如果NO_X-N_出水＜NO_X-N_设定，则所述中央控制系统控制所述加药计量泵减少碳源投加的量。

2.如权利要求1所述的反硝化深床滤池碳源智能精密投加系统，其特征在于，还判断(c)是否满足当前值的温度T与历史数据温度T相等或最为相近；(d)是否满足当前值的进水COD与历史数据中的进水COD相等或最为相近；以及(e)是否满足当前值的pH与历史数据pH相等或最为相近；所述最为相近为当前值与历史数据相差不超过±5％。

3.如权利要求1所述的反硝化深床滤池碳源智能精密投加系统，其特征在于，所述第一阶段为所述系统从投入运行起12-24个月。

4.如权利要求1所述的反硝化深床滤池碳源智能精密投加系统，其特征在于，所述第二阶段为系统运行第一阶段后起24-36个月。

5.如权利要求1所述的反硝化深床滤池碳源智能精密投加系统，其特征在于，所述第三阶段中的曲线拟合为多项式曲线拟合或最小二乘曲线拟合。

6.如权利要求1所述的反硝化深床滤池碳源智能精密投加系统，其特征在于，所述COD进水检测仪连接所述进水口，用于检测进水的化学需氧量，所述加药计量泵连接在所述COD进水检测仪和所述进水流量计之间，所述进水流量计连接所述COD检测仪和所述反硝化深床滤池的进口，用于检测进水的流量，并将进水的流量数据送入到所述中央控制系统，所述反硝化深床滤池连接所述溶解氧仪、pH仪和温度仪，分别检测经过反硝化深床滤池过滤后的出水的DO值、pH值和温度值，并送入所述中央控制系统，所述COD出水检测仪连接在所述反硝化深床滤池的出口和所述出水口之间，用于检测出水的化学需氧量，并同时送入所述硝酸盐分析仪，所述硝酸盐分析仪收集进出所述反硝化深床滤池水流的硝酸盐浓度参数并输出到所述中央控制系统，从所述中央控制系统输出控制信号到所述加药计量泵对碳源投加量进行控制。