CN104133413A - 一种渗滤液好氧反应池曝气系统控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种渗滤液好氧反应池曝气系统控制方法，所述控制方法使用PLC系统自动调节所述渗滤液好氧反应池曝气系统中的曝气机频率。本发明的渗滤液好氧反应池曝气系统控制方法，通过使用PLC系统自动调节曝气机频率，实现了在规定的时间内使好氧池内溶氧值趋于稳定在设定值左右，不仅实现了节能而且能保证较好的好氧反应效果，而且对比以前的手动工作模式，通过PLC系统自动调节曝气机频率还可实现曝气系统的自动连续运行。

Description

一种渗滤液好氧反应池曝气系统控制方法

技术领域

本发明涉及渗滤液处理领域，具体地，涉及一种渗滤液好氧反应池曝气系统控制方法。

背景技术

目前，我国城市生活垃圾的处理主要采用填埋技术或焚烧技术，无论在填埋或焚烧处理过程中都会产生垃圾渗滤液。垃圾渗滤液中CODCr浓度约6000-70000mg/L，NH3-N浓度约1000-2500mg/L，同时含有大量溶解性固体(钠、钙、氯化物、硫酸盐等)，是一种水质水量变化大、微生物营养元素比例失调、成分极其复杂、污染物浓度高的有机废水，并伴有极重的腐败臭味，如不妥善处理，会对周围的水体和土壤造成严重污染，对周边人民群众的身体健康产生严重威胁。

目前垃圾渗滤液处理方式有生物处理、物化处理和膜处理三种方式，三种方式一般会组合应用，以保证出水达标排放。生物处理用于去除可降解有机物和低浓度的氨氮，一般包括厌氧生物处理和好氧生物处理。其中，在实际的渗滤液好氧生物处理中，曝气机的能耗占了渗滤液处理整体能耗很大一部分。现有的曝气系统的控制方式主要为手动控制，根据运行人员的经验决定曝气机的运行频率。产生的问题是要么是溶氧值不稳定导致好氧反应差，要么是曝气过多造成能源浪费。

在资源紧缺的今天，如何在保证各方面技术指标的基础上有效控制物料消耗，是各企业发展面临的现实问题，因此，如何在渗滤液好氧生物处理中精确进行曝气控制，既节能又能保证较好的好氧反应效果，是水处理企业长期以来一直追求的目标。因此，亟需开发一种既能节能又能保证较好的好氧反应效果的曝气系统控制方法。

发明内容

针对现有的手动控制渗滤液好氧反应池曝气系统所造成的要么溶氧值不稳定导致好氧反应差、要么曝气过多造成能源浪费的问题，本发明提供了一种渗滤液好氧反应池曝气系统控制方法，所述控制方法利用PLC系统自动调节曝气量，最终使溶氧值快速稳定的趋于设定值附近，即实现了节能，又能保证较好的好氧反应效果。

本发明提供了一种渗滤液好氧反应池曝气系统控制方法，其中，在所述控制方法中，使用PLC系统自动调节所述渗滤液好氧反应池曝气系统中的曝气机频率，所述PLC系统包括PID功能块，所述PID功能块用于运算所述曝气机频率的设定值，以使所述PLC系统根据所述曝气机频率的设定值自动调节所述曝气机频率。

可选地，所述PLC系统自动调节所述曝气机频率包括以下步骤：

(1)根据现场实际溶氧值及溶氧设定值的差值、结合好氧反应池内实际温度和需要反应的时间利用查表法得出需要的曝气量；

(2)将所述查表得出的曝气量乘以修正系数，并结合实际曝气量，计算出所述PID功能块的实时PID曝气量设定值，并开始对好氧反应进行计时；

(3)PID功能块根据所述实时PID曝气量设定值运算出实时曝气机频率设定值；以及

(4)所述PLC系统根据所述实时曝气机频率设定值自动调节所述曝气机的频率。

可选地，在所述PLC系统自动调节所述曝气机频率步骤之前，还包括以下步骤：

(1)将所述渗滤液好氧反应池曝气系统中的与所述曝气机的频率、曝气量、好氧池内溶氧值和好氧池内温度相关的仪表设备接入所述PLC系统，以将所述曝气机频率、曝气量、好氧池内溶氧值和好氧池内温度数据上传到所述PLC系统；

(2)按照工艺要求，编程好所述PLC系统的控制用软件；以及

(3)对所述PLC系统进行调试：首先对所述曝气量进行标定，然后根据现场实际运行的效果来整定所述控制用软件中的修正值及所述PID功能块的P、I、D值。

可选地，在满足正常运行条件时，所述PLC系统在所述需要反应的时间内重复进行所述步骤(1)-(4)，直到所述好氧反应结束。

可选地，在所述PLC系统还对所述正常运行条件进行检查，以对所述曝气系统的运行过程进行实时监控。

可选地，所述实时监控的流程如下：

(1)判断电机是否有故障，若为是，则停止运行并报警，若为否，则计算出所述实时PID曝气设定值；

(2)检查所述实时PID曝气设定值是否超出允许值的上下限，若为是，则延时10秒计时时间到，然后停止运行并报警，若为否，则继续进行下述步骤(3)的检查；

(3)检查电机反馈频率同所述实时曝气机频率设定值之间的差值是否大于设定好的允许范围，若为是，则延时10秒计时时间到，然后停止运行并报警，若为否，则继续进行下述步骤(4)的检查；

(4)检查溶氧设定值与实际溶氧值的差值是否大于设定好的允许范围，若为是，则延时10秒计时时间到，然后停止运行并报警，若为否，则继续进行下述步骤(5)的检查；

(5)检查电机频率是否长时间保持输出大于100％或小于0％，若为是，则停止运行并报警，若为否，则正常运行。

可选地，所述实时PID曝气量设定值的上下限、所述电机反馈频率同实时曝气机频率设定值之间的差值的允许范围、所述溶氧设定值、所述溶氧设定值与实际溶氧值的差值的允许范围在所述PLC系统自动调节曝气机频率之前，预先在所述PLC系统的人机界面上设定好。

可选地，所述渗滤液好氧反应池曝气系统中配置有备用曝气机，当所述查表得出的曝气量超出单台曝气机的最大曝气量时，则启用所述备用曝气机。

可选地，所述备用曝气机为1-3台。

本发明的渗滤液好氧反应池曝气系统控制方法，通过使用PLC系统自动调节曝气机频率，实现了在规定的时间内使好氧池内溶氧值趋于稳定在设定值左右，不仅实现了节能而且能保证较好的好氧反应效果，而且对比以前的手动工作模式，通过PLC系统自动调节曝气机频率还可实现曝气系统的自动连续运行。

附图说明

图1显示了在本发明的一具体实施方式中，PLC系统自动调节曝气机频率的步骤。

图2显示了在本发明的一具体实施方式中，PLC系统对曝气系统的运行过程进行的实时监控流程。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

在实际的渗滤液好氧生物处理中，曝气机的能耗占了渗滤液处理整体能耗很大一部分。现有的曝气系统的控制方式主要为手动控制，根据运行人员的经验决定曝气机的运行频率，由此产生的问题是要么是溶氧值不稳定导致好氧反应差，要么是曝气过多造成能源浪费。因此，如何在渗滤液好氧生物处理中精确进行曝气控制，既节能又能保证较好的好氧反应效果，是水处理企业长期以来一直追求的目标。

为了解决上述问题，本发明采用了一种渗滤液好氧反应池曝气系统控制方法，在该控制方法中，通过使用PLC系统自动调节曝气机频率，实现了在规定的时间内使好氧池内溶氧值趋于稳定在设定值左右，不仅实现了节能而且能保证较好的好氧反应效果，而且对比以前的手动工作模式，通过PLC系统自动调节曝气机频率还可实现曝气系统的自动连续运行。

本发明中的PLC系统是指包含核心部件可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)的系统，主要包括PLC控制器、上位机人机界面、控制用软件以及其它网络通信设备。

在本发明的一个具体实施方式中，PLC控制器采用的是西门子S7-300系列的PLC作为控制器，该控制器是工业上成熟通用的控制器，带以太网通信接口。

上位机采用DELL工程师站。采用光纤环网实现现场控制站和上位机之间的通信。

控制用软件有2块：控制器的控制用软件的开发环境采用STEP7V5.5编程软件，该编程软件与控制器相配套；上位机人机界面采用西门子组态开发软件与3Dmax图形开发软件相配合进行开发。

以下结合本发明的一个具体实施方式来具体说明本发明的渗滤液好氧反应池曝气系统控制方法。

在本实施方式中，所使用的PLC系统还包括PID功能块，所述PID功能块用于运算所述曝气机频率的设定值，以使所述PLC系统根据所述曝气机频率的设定值自动调节所述曝气机频率。

所述PID功能块包括PID(比例(proportion)、积分(integration)、微分(differentiation))控制器，PID控制器由比例单元(P)、积分单元(I)和微分单元(D)组成，P、I、D值可以根据过程的动态特性及时整定。

在本实施方式中，在使用所述包括PID功能块的PLC系统自动调节所述曝气机频率之前，还需要进行以下的准备工作：

(1)将所述渗滤液好氧反应池曝气系统中的与所述曝气机的频率、曝气量、好氧池内溶氧值和好氧池内温度相关的仪表设备接入所述PLC系统，以将所述曝气机频率、曝气量、好氧池内溶氧值和好氧池内温度数据上传到所述PLC系统，具体地，在本实施方式中将所述曝气机、测量所述曝气量的气体流量传感器、测定所述溶氧值的溶氧仪以及温度传感器接入所述PLC系统，以实时地将所述曝气机频率、曝气量、好氧池内溶氧值和好氧池内温度数据上传到所述PLC系统。

(2)按照工艺要求，编程好所述PLC系统的控制用软件；以及

(3)对所述PLC系统进行调试，调试时，首先由调试单位对所述曝气量进行标定，然后根据现场实际运行的效果来整定所述控制用软件中的修正值及所述PID功能块的P、I、D值。

在完成以上的准备工作之后，即可使用所述PLC系统自动调节所述渗滤液好氧反应池曝气系统中的曝气机频率，在本实施方式中，所述PLC系统通过进行如图1所示的步骤而自动调节所述曝气机频率，以下结合图1进行具体说明。

(1)所述PLC系统首先根据现场实际溶氧值及溶氧设定值的差值、结合好氧反应池内实际温度和需要反应的时间利用查表法得出需要的曝气量，其中所述参数表是由行业专家通过模拟实验及行业经验得出的。具体地，在本实施方式中，溶氧设定值和需要反应的时间是通过预先分析待处理的好氧池内的水质水量而得出的。

(2)由于溶氧值、温度、计时时间的不同，由查表得出数据也定期变化(变化率较慢)，因此需要通过乘以修正系数，结合实际曝气量，计算实时PID曝气量设定值，且所述PLC系统开始对好氧反应进行计时。

(3)然后，所述PID功能块根据所述实时PID曝气量设定值运算出实时曝气机频率设定值。

(4)最后，所述PLC系统根据所述实时曝气机频率设定值按照所述控制用软件中的电机频率指令自动调节所述曝气机的频率，同时在所述PLC系统自动调节下的曝气机的实际运行频率，也反馈到所述PLC系统，即频率反馈值。另外，在要求对曝气机进行手动时，自动切换成跟踪频率。

在满足正常运行条件时，所述PLC系统在所述需要反应的时间内重复进行上述步骤(1)-(4)，直到所述好氧反应结束。

此外，考虑到在实际运行中会遇到一些特殊情况或设备故障，本发明的所述PLC系统还对正常运行的条件进行检查，以对所述曝气系统的运行过程进行实时监控。具体地，在本实施方式中，所述PLC系统采用如图2所示的监控流程，以防止出现电机异常以及PID运算错误(如积分过饱和)时电机长时间满负荷或无频率输出的问题。下面结合图2，对所述PLC系统的监控流程进行说明：

(1)首先判断电机，即曝气电机是否有故障，若电机出现故障，则停止运行并在人机界面上报警，然后可由人工进行排查故障，也可以选择暂时屏蔽故障设备，改用其他正常的备用电机继续自动运行；若没有出现故障，则计算出所述实时PID曝气设定值。

(2)计算出所述实时PID曝气设定值后，检查所述实时PID曝气设定值是否超出允许值的上下限，以确保所述PLC系统能准确调节所述曝气机的频率，若超出了允许值的上下限，则延时10秒计时时间到，然后停止运行并报警；若没有超出允许值的上下限，则继续进行下述步骤(3)的检查。

(3)检查电机反馈频率同所述实时曝气机频率设定值之间的差值是否大于设定好的允许范围，以防止曝气机出现长时间满负荷或无频率输出等异常，若大于设定好的允许范围，则延时10秒计时时间到，然后停止运行并报警，然后由人工排查故障；若在设定好的允许范围内，则继续进行下述步骤(4)的检查；

(4)检查溶氧设定值与实际溶氧值的差值是否大于设定好的允许范围，以确保PLC系统在自动调节曝气量时能够使溶氧值稳定在溶氧设定值左右，从而实现既节能又具有较好的好氧反应的效果；若大于设定好的允许范围，则延时10秒计时时间到，然后停止运行并报警，若在设定好的允许范围内，则继续进行下述步骤(5)的检查。

(5)检查电机频率是否长时间保持输出大于100％或小于0％，若为是，则停止运行并报警，若为否，则正常运行。

具体地，所述实时PID曝气量设定值的上下限、所述电机反馈频率同实时曝气机频率设定值之间的差值的允许范围、所述溶氧设定值、所述溶氧设定值与实际溶氧值的差值的允许范围在所述PLC系统自动调节曝气机频率之前，预先在所述PLC系统的人机界面上设定好。

在实施本发明的方法时，所述渗滤液好氧反应池曝气系统中通常需配置有备用曝气机，以防止出现水处理量较大时，单台曝气量不足的问题。

当查表值超出一台曝气机的最大曝气量时，如果该值一直超出，则延时60秒自动启动另一台可正常使用的曝气机，两台曝气机利用各自的PID功能块运算，同时PLC系统对其各自进行本实施方式中图2的监控流程。但PID的曝气设置值共享查表得出的数据，最终PLC系统使两台电机出现稳定的曝气量。运行一段时间后，当查表值小于一台曝气机的最大曝气量时，如果该值一直小于，则延时60秒自动慢慢减少备用曝气机频率，最终停止备用曝气机。

当查表值超出两台以上曝气机的最大总曝气量时，可以同时启动3台以上的曝气机自动运行，其工作原理同上。但在实际运行调试中，发现各自的自动控制调节发生相互干扰，无法整定出各自合理的PID参数，因此，优选地，所述曝气系统中的备用曝气机为1-3台，但无论如何备用曝气机的台数不构成对本发明的方法的限制。

对比以前的手动工作模式，本发明的这种通过PLC系统自动调节曝气机频率的方式，实现了在规定的时间内使好氧池内溶氧值趋于稳定在设定值左右，不仅实现了节能而且能保证较好的好氧反应效果，而且对比以前的手动工作模式，通过PLC系统自动调节曝气机频率还可实现曝气系统的自动连续运行。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (9)

1.一种渗滤液好氧反应池曝气系统控制方法，其特征在于，使用PLC系统自动调节所述渗滤液好氧反应池曝气系统中的曝气机频率，所述PLC系统包括PID功能块，所述PID功能块用于运算所述曝气机频率的设定值，以使所述PLC系统根据所述曝气机频率的设定值自动调节所述曝气机频率。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述PLC系统自动调节所述曝气机频率包括以下步骤：

(1)根据现场实际溶氧值及溶氧设定值的差值、结合好氧反应池内实际温度和需要反应的时间利用查表法得出需要的曝气量；

(2)将所述查表得出的曝气量乘以修正系数，并结合实际曝气量，计算出所述PID功能块的实时PID曝气量设定值，并开始对好氧反应进行计时；

(3)PID功能块根据所述实时PID曝气量设定值运算出实时曝气机频率设定值；以及

(4)所述PLC系统根据所述实时曝气机频率设定值自动调节所述曝气机的频率。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述PLC系统自动调节所述曝气机频率步骤之前，还包括以下步骤：

(1)将所述渗滤液好氧反应池曝气系统中的与所述曝气机的频率、曝气量、好氧池内溶氧值和好氧池内温度相关的仪表设备接入所述PLC系统，以将所述曝气机频率、曝气量、好氧池内溶氧值和好氧池内温度数据上传到所述PLC系统；

(2)按照工艺要求，编程好所述PLC系统的控制用软件；以及

(3)对所述PLC系统进行调试：首先对所述曝气量进行标定，然后根据现场实际运行的效果来整定所述控制用软件中的修正值及所述PID功能块的P、I、D值。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在满足正常运行条件时，所述PLC系统在所述需要反应的时间内重复进行所述步骤(1)-(4)，直到所述好氧反应结束。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述PLC系统还对所述正常运行条件进行检查，以对所述曝气系统的运行过程进行实时监控。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述实时监控的流程如下：

(1)判断电机是否有故障，若为是，则停止运行并报警，若为否，则计算出所述实时PID曝气设定值；

(2)检查所述实时PID曝气设定值是否超出允许值的上下限，若为是，则延时10秒计时时间到，然后停止运行并报警，若为否，则继续进行下述步骤(3)的检查；

(3)检查电机反馈频率同所述实时曝气机频率设定值之间的差值是否大于设定好的允许范围，若为是，则延时10秒计时时间到，然后停止运行并报警，若为否，则继续进行下述步骤(4)的检查；

(4)检查溶氧设定值与实际溶氧值的差值是否大于设定好的允许范围，若为是，则延时10秒计时时间到，然后停止运行并报警，若为否，则继续进行下述步骤(5)的检查；

(5)检查电机频率是否长时间保持输出大于100％或小于0％，若为是，则停止运行并报警，若为否，则正常运行。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述实时PID曝气量设定值的上下限、所述电机反馈频率同实时曝气机频率设定值之间的差值的允许范围、所述溶氧设定值、所述溶氧设定值与实际溶氧值的差值的允许范围在所述PLC系统自动调节曝气机频率之前，预先在所述PLC系统的人机界面上设定好。

8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述渗滤液好氧反应池曝气系统中配置有备用曝气机，当所述查表得出的曝气量超出单台曝气机的最大曝气量时，则启用所述备用曝气机。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述备用曝气机为1-3台。