CN111439900A - 本地污水管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及污水处理技术领域，具体公开了一种本地污水管理系统，包括污水处理系统和本地控制系统。污水处理系统包括通过管道依次连通的调节池、净化反应器、二沉池和加药装置；本地控制系统包括流量检测模块、水质检测模块、模型存储模块、模型匹配模块、控制量计算模块以及控制模块。流量检测模块用于检测污水的流量数据，水质检测模块用于检测污水的水质参数，模型存储模块用于存储控制模型，模型匹配模块用于匹配控制模型，控制量计算模块用于计算控制量，控制模块用于根据控制量对污水处理系统进行控制。本发明提供的本地污水管理系统，能够针对不同类型的污水有不同的调控方式，使得调控手段更具针对性，可以有效地保证污水处理质量。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，具体为一种本地污水管理系统。
背景技术
随着社会的快速发展，污水的产生量也越来越大，如不能及时对污水进行处理，会对环境造成污染。传统的污水处理，人的工作量较大，且处理精确度不高，容易造成资源的浪费。因此，如何在污水处理中解放人力，提高污水的处理效率，提高资源的利用率，一直是全社会面临的难题。
随着电气自动化的发展，也出现了很多自动化的污水处理系统，但是自动化污水处理系统是按照预设的处理参数和处理规则对污水进行统一的处理，不能进行针对性地调控以应对不同负荷、不同外部环境等污水处理场景。而实际上，在不同的时间污水的水质状态以及水量大小都是动态的，如果污水处理设备按照预设的方式进行处理，可能会很好地无法应对水质水量大幅、骤然波动的情形，从而导致污水的处理稳定性、可靠性难以保障，以及造成能耗物耗浪费。
发明内容
本发明意在提供一种本地污水管理系统，能够针对不同状况的污水有精细化的调控方式，使得调控手段更具针对性，进而提高污水处理效率和处理质量。
为了解决上述技术问题，本申请提供如下技术方案：
一种本地污水管理系统，包括污水处理系统以及本地控制系统；所述污水处理系统包括通过管道依次连通的调节池、净化反应器、二沉池和加药装置，所述调节池与净化反应器之间设有反应器进水泵和反应器进水阀门，所述加药装置用于给二沉池加药；
所述本地控制系统包括流量检测模块、水质检测模块、模型存储模块、模型匹配模块、控制量计算模块以及控制模块，所述流量检测模块用于检测净化反应器的进水流量数据，所述水质检测模块用于检测净化反应器、调节池以及二沉池中污水的水质参数数据，所述模型存储模块中存储有控制模型，所述模型匹配模块用于根据水质参数数据和进水流量数据匹配与当前污水相适应的控制模型，控制量计算模块用于根据控制模型计算控制量，所述控制模块用于根据控制量对净化反应器的功率、净化反应器的运行模式、反应器进水泵的开闭、反应器进水泵的功率、反应器进水阀门的开闭以及加药装置的加药量进行控制。
本发明技术方案中，本地控制系统通过水质检测模块和流量检测模块可以实时获取污水处理系统中各个设备处理流程中的各项数据，模型存储模块存储有不同的控制模型，模型匹配模块能够根据污水处理系统中当前污水的各项数据来匹配与当前污水相适应的模型，进而根据这个控制模型来生成并输出控制量的参数，通过控制模块来对污水处理系统的各个装置的各项运行参数进行调控。
本方案中，利用本地控制系统预先存储的各个控制模型，实现了污水种类的自动匹配，能够对不同类型的污水，实现与污水的水质状态以及水量大小相匹配的针对性的调控，可以有效地提高污水的处理效率和处理效果，提高资源的利用率。
进一步，所述本地控制系统还包括模型建立修改模块，所述模型建立修改模块用于向模型存储模块中建立新的控制模型或者修改模型存储模块中存储的控制模型。方便管理人员新建控制模型或修改控制模型。
进一步，所述控制模型包括模型匹配参数和模型控制参数，所述模型匹配参数包括水质匹配参数和流量匹配参数，所述模型控制参数包括加药控制参数、流速调节参数、工作模式参数、功率参数。通过这些参数对污水处理系统的工作状态进行调控。
进一步，所述模型匹配模块包括水质匹配度计算模块、流量匹配度计算模块、总匹配度计算模块以及筛选模块，所述水质匹配度计算模块用于计算污水当前的水质参数数据与各个控制模型的水质匹配参数的匹配程度，所述流量匹配度计算模块用于计算当前污水的流量数据与各个控制模型的流量匹配参数的匹配程度，所述总匹配度计算模块用于根据水质匹配程度和流量匹配程度计算当前污水与各个控制模型的总匹配程度，所述筛选模块用于筛选出总匹配程度最高的控制模型。通过水质和流量两方面的参数进行匹配，并通过选取匹配程度最高的控制模型作为当前污水的控制模型，保证选取的控制模型最适合当前的污水状况。
进一步，所述水质检测模块包括原位检测模块和异位检测模块，所述原位检测模块包括DO传感器、温度探头、pH探头和SS探头；所述异位检测模块包括COD测定仪、氨氮测定仪、总氮测定仪、总磷测定仪。
名词解释：DO指的是污水中的溶解氧；SS指的是污水中的悬浮物。通过原位检测模块和异位检测模块可以对pH数据、DO数据、SS数据、温度数据、COD数据、氨氮数据、总氮数据和总磷数据进行监测，通过这些参数可以更加全面的反应污水的水质情况。
进一步，所述COD测定仪、氨氮测定仪、总氮测定仪以及总磷测定仪设置在监测机房内，所述监测机房和净化反应器之间设有异位取样管路。
名词解释：COD数据指的是化学需氧量。通过取样管路，让水样自动流入监测机房，实现自动化取样和检测。
进一步，在净化反应器的进水处、净化反应器的中部以及净化反应器的出水口处均设置有DO传感器、温度探头以及pH探头；所述SS探头设置在调节池以及二沉池中。
实现对净化反应器中水质的全面检测，方便对净化反应器进行调控，通过在调节池和二沉池中设置SS探头可以对流入的水质以及处理后的水质进行检测，进而方便控制加药量。
进一步，所述温度探头集成在DO探头或/和pH探头上。可以有效地减小探头的体积，方便探头的配置和部署。
进一步，所述净化反应器包括第一净化反应器和第二净化反应器，所述第一净化反应器出水口和第二净化反应器的进水口之间通过串联管路连通，所述第一净化反应器进水口与第二净化反应器出水口之间还设有环流管路，所述环流管路上设有环流阀，所述反应器进水泵包括第一反应器进水泵和第二反应器进水泵，所述反应器进水阀门包括第一反应器进水阀门和第二反应器进水阀门，所述第一反应器进水阀门以及第一反应器进水泵设置在调节池和第一净化反应器之间的管路上，所述第二反应器进水阀门以及第二反应器进水泵设置在调节池和第二净化反应器之间的管路上，净化反应器的运行模式包括串联模式、并联模式和环流模式，所述净化反应器处于串联模式时，第二反应器进水泵、第二反应器进水阀门以及环流阀均关闭，所述第一反应器进水泵以及第一反应器进水阀门开启，所述净化反应器处于并联模式时，所述环流阀关闭，所述第一反应器进水泵、第二反应器进水泵、第一反应器进水阀门以及第二反应器进水阀门均处于开启状态，所述净化反应器处于环流模式时，第二反应器进水泵以及第二反应器进水阀门关闭，所述第一反应器进水泵以及第一反应器进水阀门开启，所述环流阀开启。
当污水流量较大或者污水水质较好时，可以通过并联模式提高处理速度，当污水的水质较差时，可以通过串联模式提高对污水的处理效果；当污水的水质特别差的时候，可以通过环流模式对污水进行多次循环处理，提高污水的处理效果。通过并联模式、串联模式以及环流模式这三种模式的智能切换，可以应对不同的污水种类，提高污水处理系统的污水处理效率。
附图说明
图1为本发明本地污水管理系统实施例的逻辑框图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
实施例一
如图1所示，本实施例公开的一种本地污水管理系统，包括污水处理系统以及本地控制系统。
其中，污水处理系统包括通过管道依次连通的调节池、净化反应器、二沉池、加药装置以及污泥干化池，污泥干化池和调节池之间还设有回流管路，调节池与净化反应器之间设有反应器进水泵和反应器进水阀门，加药装置用于给二沉池加药。
本实施例中，净化反应器包括第一净化反应器和第二净化反应器。第一净化反应器和第二净化反应器均采用生物净化反应器，本实施例中采用的是生物转笼来进行污水的净化处理，两个生物转笼之间连通。具体的，第一净化反应器出水口和第二净化反应器的进水口之间通过串联管路连通，第一净化反应器进水口与第二净化反应器出水口之间通过环流管路连通，环流管路上设有环流阀。反应器进水泵包括第一反应器进水泵和第二反应器进水泵，反应器进水阀门包括第一反应器进水阀门和第二反应器进水阀门，第一反应器进水阀门以及第一反应器进水泵设置在调节池和第一净化反应器之间的管路上，第二反应器进水阀门以及第二反应器进水泵设置在调节池和第二净化反应器之间的管路上。净化反应器的运行模式包括串联模式、并联模式和环流模式：净化反应器处于串联模式时，第二反应器进水泵、第二反应器进水阀门以及环流阀均关闭，第一反应器进水泵以及第一反应器进水阀门开启；净化反应器处于并联模式时，环流阀关闭，第一反应器进水泵、第二反应器进水泵、第一反应器进水阀门以及第二反应器进水阀门均处于开启状态；净化反应器处于环流模式时，第二反应器进水泵以及第二反应器进水阀门关闭，第一反应器进水泵以及第一反应器进水阀门开启，环流阀开启。
本地控制系统包括流量检测模块、水质检测模块、模型存储模块、模型匹配模块、控制量计算模块以及控制模块。流量检测模块用于检测净化反应器的进水流量数据；水质检测模块用于检测净化反应器、调节池以及二沉池中污水的水质参数数据；模型存储模块中存储有控制模型；模型匹配模块用于根据水质参数数据和进水流量数据匹配与当前污水相适应的控制模型；控制量计算模块用于根据控制模型计算控制量；控制模块用于根据控制量对净化反应器的功率、净化反应器的运行模式、反应器进水泵的开闭、反应器进水泵的功率、反应器进水阀门的开闭以及加药装置的加药量进行控制。
本实施例中，水质检测模块包括原位检测模块和异位检测模块。原位检测模块包括DO传感器、温度探头、pH探头和SS探头；温度探头集成在DO探头或/和pH探头上。本实施例中，温度探头集成在DO探头上。并且DO传感器、温度探头以及pH探头设置在净化反应器的进水处、净化反应器的中部以及净化反应器的出水口处，SS探头设置在调节池以及二沉池中，进而可以对这些位置的水质参数进行全面的检测。
异位检测模块包括COD测定仪、氨氮测定仪、总氮测定仪、总磷测定仪。为了方便异位检测模块进行检测，本实施中，设置了监测机房，并将COD测定仪、氨氮测定仪、总氮测定仪以及总磷测定仪设置在监测机房内，在监测机房和净化反应器之间设有异位取样管路。本实施例中，取样管路包括主管路和支路，所述支路的进水口设置在调节池的出水处、净化反应器的进水处、净化反应器的中部、净化反应器的出水口处以及沉降池的出水口，每条支路上设有电磁阀和流量计，还包括抽水泵和排水泵，监测机房中设有连通的第一储水池和第二储水池，第一储水池和第二储水池之间设置有电磁阀，主管路通过抽水泵与第一储水池连通，主管路通过排水泵与第二储水池连通。COD测定仪、氨氮测定仪、总氮测定仪以及总磷测定仪的采样进水管与第一储水池连通，监测机房还设有取样控制器。所述取样控制器与抽水泵、排水泵、支路上的电磁阀、第一储水池和第二储水池之间的电磁阀以及支路上的流量计均电连接。取样控制器通过控制抽水泵以及各个支路的电磁阀从各个支路的进水口抽水，并根据各个支路的流量计控制每个支路的进水流量。第一储水池用于缓冲每一次抽取的污水，以供相应的测定仪使用。测定仪取样完毕后，将第一储水池中的水排到第二储水池中，以方便对其他支路进行取样，对沉降池取样的污水量应该是其他支路取样污水量的3到5倍。当所有的支路都取样完毕后，控制器控制排水泵从第二储水池中抽水，并从各个支路排出。通过上述的设置，可以将各个支路抽取的污水汇集到第二储水池中。由于沉降池中的污水是经过了加药装置加入了用来净化污水以及促使污水沉降的药液的，因此可以利用沉降池中抽取过来的污水，对其他水样做一个稀释，同时沉降池中抽出的水也可以对其他水样进行净化和沉降处理，进而对第二储水池中的水进行净化处理。当处理完毕后，由排水泵将处理后的水反向冲回净化反应器或沉降池中，处理掉多余的水样的同时还可以对异位取样管路的管壁进行清洗，避免污水中的物质附着在管壁上，影响后续取样检测的准确度。
本地控制系统还包括模型建立修改模块，模型建立修改模块用于向模型存储模块中建立新的控制模型或者修改模型存储模块中存储的控制模型。
控制模型包括模型匹配参数和模型控制参数，模型匹配参数则包含该控制模型适用的水质参数范围和流量范围，包括pH数据、DO数据、SS数据、温度数据、COD数据、氨氮数据、总氮数据、总磷数据、进水流量等等，每个控制模型的每个模型匹配参数都有一个目标匹配值和目标匹配范围，如表一所示，表一为某一控制模型的模型匹配参数，模型匹配模块根据当前污水的各项参数与模型的模型匹配参数进行对比来匹配出合适的控制模型。
表一：
| 匹配参数 | 目标匹配值 | 目标匹配范围 |
| pH数据 | 2.8 | 2-3.6 |
| DO数据 | 0.8mg/L | 0.5-1.2mg/L |
| SS数据 | 79 | 65-94 |
| 温度数据 | 25℃ | 23-26℃ |
| COD数据 | 300mg/L | 150-450mg/L |
| 氨氮数据 | 60mg/L | 50-70mg/L |
| 总氮数据 | 30mg/L | 20-40mg/L |
| 总磷数据 | 35mg/L | 20-40mg/L |
| 进水流量 | 1250L/min | 820-1680L/min |
模型控制参数包括加药控制参数、流速调节参数、工作模式参数、功率参数。例如，以使用生物转笼作为净化反应器的污水处理工艺为例，加药控制参数需要对加碱加药泵以及絮凝剂加药泵进行控制，流速调节参数控制第一反应器进水泵和第二反应器进水泵的进水流速，功率参数对应的是生物转笼的电机的功率，工作模式参数对应的是第一反应器进水泵、第二反应器进水泵、第一反应器进水阀门以及第二反应器进水阀门的开闭状态，如表二所示，其为表一对应的控制模型的模型控制参数表，表二中向上的箭头表示增大相应设备功率、转速或加药量。
表二：
| 加碱加药泵 | ↑ |
| 絮凝剂加药泵 | ↑ |
| 第一反应器进水泵 | 开启 |
| 第二反应器进水泵 | 关闭 |
| 第一反应器进水阀门 | 开启 |
| 第二反应器进水阀门 | 关闭 |
| 环流阀 | 关闭 |
| 生物转笼电机功率 | ↑ |
模型匹配模块包括水质匹配度计算模块、流量匹配度计算模块、总匹配度计算模块以及筛选模块，水质匹配度计算模块用于计算污水当前的水质参数数据与各个控制模型的模型匹配参数中的水质参数的匹配程度。具体的，若当前水质参数不在目标匹配范围内，则匹配程度为0，若在对应的模型匹配参数的目标匹配范围内，则计算当前水质参数与目标匹配值的差值占匹配范围的百分比，并以1减去该百分比的结果作为匹配程度，流量匹配度计算模块用于计算当前污水的流量数据与各个控制模型的模型匹配参数中的进水流量参数的匹配程度。其计算方式与水质匹配度计算模块的计算方式相同，总匹配度计算模块用于按照预设的权重对水质匹配程度和流量匹配程度进行加权求和计算，得到当前污水与各个控制模型的总匹配程度，筛选模块用于筛选出总匹配程度最高的控制模型。
实施例二
本实施例与实施例一的区别在于，本实施例中还包括一个反馈调节模块，所述反馈调节模块内设有反馈调节模型，该模型根据当前水质和水流量的参数变化，输出反馈控制参数，控制量计算模块计算控制量时还会叠加反馈控制参数，然后输出最终的控制量，通过增加反馈调节模块，可以增加调节的实时性，提高调控的相应速度。具体来讲，如下表所示，若测量DO浓度低于设定值，则小幅度增加生物转笼运行转速(如增加转速范围的10％)；一段时间后(如5min)，再次测量DO浓度，如果达到设定值，则不再增加转速，若尚未达到设定值，则继续小幅度增加转速；如此循环，反馈模型如表三所示。
表三：
说明：第一列，向上的箭头表示对应的数据指标比设定的标准值高；向下的箭头表示对应的数据指标比设定的标准值低。
第二列及后面几列，均表示应如何调整相应设备。向上的箭头表示增大相应设备功率/转速，向下的箭头表示减小相应设备功率/转速。
以上的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力。所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (9)
1.本地污水管理系统，包括污水处理系统以及本地控制系统；其特征在于：
所述污水处理系统包括通过管道依次连通的调节池、净化反应器、二沉池和加药装置，所述调节池与净化反应器之间设有反应器进水泵和反应器进水阀门，所述加药装置用于给二沉池加药；
所述本地控制系统包括流量检测模块、水质检测模块、模型存储模块、模型匹配模块、控制量计算模块以及控制模块；所述流量检测模块用于检测净化反应器的进水流量数据，所述水质检测模块用于检测净化反应器、调节池以及二沉池中污水的水质参数数据，所述模型存储模块用于存储控制模型，所述模型匹配模块用于根据水质参数数据和进水流量数据匹配与当前污水相适应的控制模型，控制量计算模块用于根据控制模型计算控制量，所述控制模块用于根据控制量对净化反应器的功率、净化反应器的运行模式、反应器进水泵的开闭、反应器进水泵的功率、反应器进水阀门的开闭以及加药装置的加药量进行控制。
2.根据权利要求1所述的本地污水管理系统，其特征在于：所述本地控制系统还包括模型建立修改模块，所述模型建立修改模块用于向模型存储模块中建立新的控制模型或者修改模型存储模块中存储的控制模型。
3.根据权利要求2所述的本地污水管理系统，其特征在于：所述控制模型包括模型匹配参数和模型控制参数，所述模型匹配参数包括水质匹配参数和流量匹配参数，所述模型控制参数包括加药控制参数、流速调节参数、工作模式参数、功率参数。
4.根据权利要求3所述的本地污水管理系统，其特征在于：所述模型匹配模块包括水质匹配度计算模块、流量匹配度计算模块、总匹配度计算模块以及筛选模块，所述水质匹配度计算模块用于计算污水当前的水质参数数据与各个控制模型的水质匹配参数的匹配程度，所述流量匹配度计算模块用于计算当前污水的流量数据与各个控制模型的流量匹配参数的匹配程度，所述总匹配度计算模块用于根据水质匹配程度和流量匹配程度计算当前污水与各个控制模型的总匹配程度，所述筛选模块用于筛选出总匹配程度最高的控制模型。
5.根据权利要求1所述的本地污水管理系统，其特征在于：所述水质检测模块包括原位检测模块和异位检测模块，所述原位检测模块包括DO传感器、温度探头、pH探头和SS探头；所述异位检测模块包括COD测定仪、氨氮测定仪、总氮测定仪、总磷测定仪。
6.根据权利要求5所述的本地污水管理系统，其特征在于：所述COD测定仪、氨氮测定仪、总氮测定仪以及总磷测定仪设置在监测机房内，所述监测机房和净化反应器之间设有异位取样管路。
7.根据权利要求6所述的本地污水管理系统，其特征在于：在净化反应器的进水处、净化反应器的中部以及净化反应器的出水口处均设置有DO传感器、温度探头以及pH探头；所述SS探头设置在调节池以及二沉池中。
8.根据权利要求7所述的本地污水管理系统，其特征在于：所述温度探头集成在DO探头或/和pH探头上。
9.根据权利要求8所述的本地污水管理系统，其特征在于：所述净化反应器包括第一净化反应器和第二净化反应器，所述第一净化反应器出水口和第二净化反应器的进水口之间通过串联管路连通，所述第一净化反应器进水口与第二净化反应器出水口之间还设有环流管路，所述环流管路上设有环流阀，所述反应器进水泵包括第一反应器进水泵和第二反应器进水泵，所述反应器进水阀门包括第一反应器进水阀门和第二反应器进水阀门，所述第一反应器进水阀门以及第一反应器进水泵设置在调节池和第一净化反应器之间的管路上，所述第二反应器进水阀门以及第二反应器进水泵设置在调节池和第二净化反应器之间的管路上，净化反应器的运行模式包括串联模式、并联模式和环流模式，所述净化反应器处于串联模式时，第二反应器进水泵、第二反应器进水阀门以及环流阀均关闭，所述第一反应器进水泵以及第一反应器进水阀门开启，所述净化反应器处于并联模式时，所述环流阀关闭，所述第一反应器进水泵、第二反应器进水泵、第一反应器进水阀门以及第二反应器进水阀门均处于开启状态，所述净化反应器处于环流模式时，第二反应器进水泵以及第二反应器进水阀门关闭，所述第一反应器进水泵以及第一反应器进水阀门开启，所述环流阀开启。
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