CN112320972A - 采用云数据管理的碳源智能精准投加系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种采用云数据管理的碳源智能精准投加系统，它包括有由位于公司内的应用终端、各个污水处理厂的应用子端、以及可以安装于移动设备上的移动端组成，应用子端与应用终端的数据传输双向连接，所述移动端与应用终端的数据传输双向连接；所述应用子端包括有碳源精准投加装置和数据采集、传输系统，所述碳源精准投加装置其包括碳源投加设备以及自动化控制系统，自动化控制系统根据应用终端传输回来的控制参数通过PLC控制器调整碳源投加泵的输出量。本系统不仅适用于在旧污水处理厂的升级改造，更适用于新建污水处理厂的碳源精准投加，能够在最大限度保证出水达标的基础上减少碳源的投加量，减少因过量投加增加的运行费用。

Description

采用云数据管理的碳源智能精准投加系统及方法
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种采用云数据管理的碳源智能精准投加系统及方法。
背景技术
目前，在污水处理技术领域，自水十条公布后，随着排放标准提高，污水处理厂面临着对出水水质、能耗、药耗等有着更高要求的多重压力，大量的城镇污水处理厂需要从排放标准的一级B提升到一级A，甚至需要从一级A提标改造提升至地表四类水排放标准。制约水质提标的最关键因素是排放标准中的TN和氨氮指标。目前我国绝大部分污水处理厂均采用生物脱氮工艺，主要包含了硝化和反硝化两个步骤。污水处理中生化系统反硝化作用需要有机碳源作为电子供体，同时反硝化微生物异养菌的生长也需要足够的碳源。目前，大多数污水处理厂由于进水碳源不足，普遍存在脱氮效率低的问题，且部分行业特定的废水存在低有机碳源、高硝酸盐氮的特点。在污水处理系统中，当废水内碳源不足时就需要投加外部碳源来补充脱氮所需的碳源，从而保证出水TN和氨氮的达标排放。而在实际运行过程中，大部分污水处理厂的碳源投加量是根据经验恒量投加，无法根据系统进水流量以及水质的波动，进行实时调整碳源的投加量。为了保证污水处理出水达标排放，在投加过程中经常过量投加，造成不必要的浪费。因此，开发一套碳源智能精准投加系统，可以有效的帮助污水处理厂将碳源成本降至最低。
发明内容
本发明的目的就是针对上述现有技术的不足，提出一种采用云数据管理的碳源智能精准投加系统及方法，可将污水处理厂碳源成本降至最低。
本发明采用的技术方案如下：
一种采用云数据管理的碳源智能精准投加系统，其特征是它包括有由位于公司内的应用终端、各个污水处理厂的应用子端、以及可以安装于移动设备上的移动端组成，应用子端与应用终端的数据传输双向连接，所述移动端与应用终端的数据传输双向连接；
所述应用子端包括有碳源精准投加装置和数据采集、传输系统，所述碳源精准投加装置其包括碳源投加设备以及自动化控制系统，自动化控制系统根据应用终端传输回来的控制参数通过PLC控制器调整碳源投加泵的输出量；所述数据采集、传输系统放置于各个污水处理厂对应的监测点上，从各监测点上监测装置采集的数据通过wifi传输系统将数据上传至应用终端进行储存以及处理。
本发明公开的投加方法如下：
一种采用云数据管理的碳源智能精准投加方法，其特征是它通过手机或者电脑控制设备，查看系统运行状态，通过查询分析服务器上的历史运行数据，使技术人员远程、实时的获取污水处理厂关键的生化脱氮反应参数来监控反应过程，实时监测数据和不断优化系统设定参数，以便根据污水处理厂动态情况修正工艺参数，并能在客户端实现自动控制碳源的投加量；云平台，由数据储存以及数据处理组成的综合性云平台，将收集来的每个污水处理厂的运行数据进行存储、整理、分析，然后再通过应用系统将系统运行状态、数据信息展示给用户；数据采集、传输系统，其包括流量、COD、氨氮、总氮、温度、溶解氧监测仪器，其监测装置采集的数据通过wifi传输系统将数据上传至云平台进行储存以及处理；碳源精准投加装置，其包括碳源投加设备以及自动化控制系统，自动化控制系统根据云平台传输回来的控制参数通过PLC控制器调整碳源投加泵的输出量。
通过对生化系统进出水水质水量以及碳源投加量进行连续数据采集，采集到的数据上传至云平台，分析计算形成连续的数据对比曲线，直观的显示出碳源投加量与氨氮去除之间的关系。
所述数据采集系统安装于生化池进水口以及生化池出水口，便于更好的监测水质，更精准的投加碳源。
所述数据采集系统中包括有进水监测和出水监测，所述进水监测包括COD、氨氮、总氮和温度，所述出水监测包括COD、氨氮、总氮、温度和硝态氮，缺氧段监测主要包括COD、氨氮、总氮和温度和硝态氮，上述采集的COD、总氮、氨氮、水温、硝态氮数值用于碳源投加量的理论数据。
采集的数据通过wifi传输至云平台上，一方面形成在线监控数据，另一方面通过云计算，得出碳源理论上的投加量，该投加量用于系统碳源的初始投加，并形成碳源投加量理论曲线；当投加的碳源作用于生化系统中，由出水监测数据采集系统采集实际运行达成的效果，从而反馈给控制端，对碳源投加量进行修正，如此往复，随着系统运行时间的增加，最终形成碳源投加量实际曲线。
应用系统中设置有报警系统，一旦工艺参数发生意外改变影响出水，技术人员及管理人员可以通过远程监控第一时间实现碳源投加量的调整。
所述碳源精准投加装置包含由储药罐、加药计量泵组成碳源投加设备以及自动化控制系统，云平台计算出的碳源投加量信息传输给自动化控制系统中的PLC，PLC控制变频器与加药管路上所装电磁流量计，通过PID闭环控制进行精准投加。
本发明的有益技术效果有：
本系统不仅适用于在旧污水处理厂的升级改造，更适用于新建污水处理厂的碳源精准投加，能够在最大限度保证出水达标的基础上减少碳源的投加量，减少因过量投加增加的运行费用；所有运行、监测数据均上传至云平台，可以永久存档，并对运营趋势分析，通过比较实际结果与设计参数，对工艺系统运行状态进行持续评估，得出最优的数据；应用系统设置实时监控和报警系统，一旦工艺参数发生意外改变，影响出水效果，技术人员可以通过远程操作第一时间调整系统碳源投加量，保证出水达标。
附图说明
图1是本发明的系统结构示意图。
图2是本发明图1的更具体化的结构示意图。
图3是本发明的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1所示，本发明由位于公司内的应用终端1、各个污水处理厂的应用子端2、以及可以安装于移动设备上的移动端3组成，应用子端2与应用终端1的数据传输双向连接，所述移动端3与应用终端1的数据传输双向连接，
如图2所示，所述应用子端2包括有碳源精准投加装置4和数据采集、传输系统5，所述碳源精准投加装置4其包括碳源投加设备以及自动化控制系统，自动化控制系统根据应用终端1传输回来的控制参数通过PLC控制器调整碳源投加泵的输出量；所述数据采集、传输系统5放置于各个污水处理厂对应的监测点上，从各监测点上监测装置采集的数据通过wifi传输系统将数据上传至应用终端1进行储存以及处理。
上述系统采用的具体方法如下：
如图1－3所示，本申请中的应用系统，由位于公司内的应用终端、各个污水处理厂的应用子端、以及可以安装于手机等移动设备上的移动端组成，实现了对系统的远程控制、实时监测、运行状态记录和故障报警通知等功能。可通过手机或者电脑控制设备，查看系统运行状态，通过查询分析服务器上的历史运行数据，使技术人员远程、实时的获取污水处理厂关键的生化脱氮反应参数来监控反应过程，实时监测数据和不断优化系统设定参数，以便根据污水处理厂动态情况修正工艺参数，并能在客户端实现自动控制碳源的投加量。云平台，由数据储存以及数据处理组成的综合性云平台，将收集来的每个污水处理厂的运行数据进行存储、整理、分析，然后再通过应用系统将系统运行状态、数据等信息展示给用户。数据采集、传输系统，其包括流量、COD、氨氮、总氮、温度、溶解氧监测仪器等，所述监测装置采集的数据通过wifi传输系统将数据上传至云平台进行储存以及处理。碳源精准投加装置，其包括碳源投加设备以及自动化控制系统，自动化控制系统根据云平台传输回来的控制参数通过PLC控制器调整碳源投加泵的输出量。
在本技术方案中，通过对生化系统进出水水质水量以及碳源投加量进行连续数据采集，如有必要对系统处理中段的水质也进行数据采集，采集到的数据上传至云平台，分析计算形成连续的数据对比曲线，直观的显示出碳源投加量与氨氮去除之间的关系，运行时间越长，数据越可靠也越稳定，加药量也越精准。
所述数据采集系统一般安装于生化池进水口以及生化池出水口，如污水处理厂生化工艺复杂，进水难处理，可以相应的在缺氧池进口、好氧池中段设置多个监测点以及碳源投加点，以便于更好的监测水质，更精准的投加碳源。本系统的进水监测主要包括COD、氨氮、总氮和温度，出水监测主要包括COD、氨氮、总氮、温度和硝态氮，缺氧段监测主要包括COD、氨氮、总氮和温度和硝态氮。上述采集的COD、总氮、氨氮、水温、硝态氮数值用于碳源投加量的理论数据。
在本技术方案中，采集的数据通过wifi传输至云平台上，一方面形成在线监控数据，另一方面通过云计算，得出碳源理论上的投加量，该投加量用于系统碳源的初始投加，并形成碳源投加量理论曲线；当投加的碳源作用于生化系统中，由出水监测数据采集系统采集实际运行达成的效果，从而反馈给控制端，对碳源投加量进行修正，如此往复，随着系统运行时间的增加，最终形成碳源投加量实际曲线。云平台中存储的数据越多，对比曲线越精确，加药量也越精确。
在本技术方案中，应用系统由分应用终端1、应用子端2、移动端3三个部分组成。应用终端1安装于公司总部，实时监测应用了云数据管理的碳源智能精准投加系统的各个污水处理厂的运营情况；应用子端2安装于污水处理厂控制电脑上，监控本污水处理厂的运营情况；移动端3安装于污水处理厂有控制权限的技术人员与管理人员的移动电子设备上，便于对污水处理厂的实时监控。云平台的数据可以在应用系统中查看，另外应用系统中还设置了报警系统，一旦工艺参数发生意外改变影响出水，技术人员及管理人员可以通过远程监控第一时间实现碳源投加量的调整。
在本技术方案中，碳源精准投加装置包含由储药罐、加药计量泵等组成碳源投加设备以及自动化控制系统。云平台计算出的碳源投加量信息传输给自动化控制系统中的PLC，PLC控制变频器与加药管路上所装电磁流量计，通过PID闭环控制进行精准投加。
当本系统在污水处理厂首次加药时，如无初始数据，则可以提取云平台数据库中同类型、同工艺的污水处理厂的数据作为参考，供精准投加系统对加药量进行调控。投加一段时间后，污水处理厂有初始数据反馈，则根据初始数据进行计算调整加药量。
总的反硝化过程可以用以下方程式表示：
2 NO3 + 10 e + 12 H → N2 + 6 H2O
其中包括以下四个还原反应还原反应：
硝酸盐还原为亚硝酸盐：2 NO3 + 4 H + 4 e → 2 NO2 + 2 H2O
亚硝酸盐还原为一氧化氮：2 NO2 + 4 H + 2 e → 2 NO + 2 H2O
一氧化氮还原为一氧化二氮：2 NO + 2 H + 2 e → N2O + H2O
一氧化二氮还原为氮气：N2O + 2 H + 2 e → N2 + H2O
另外，如云平台数据库中无同类型、同工艺的污水处理厂的数据作为参考，则根据安装于生化进水口的监测仪器，取得进水污水中的COD、氨氮、总氮以及水温，再根据上述反硝化过程的反应方程式得出需要投加的碳源量进行投加。
经过一段时间的运行，根据安装于对出水端的监测装置对污水中的COD、氨氮、总氮进行检测，得出数据回馈至云平台，对照排放标准中规定的数值确定投加量是否过量以及是否不足，然后将数据及计算出的最新加药量反馈至自动投加装置的PLC控制系统，调整碳源的投加量；如果废水处理难度大，排放标准高，可以在废水处理系统中设置多个监测点以及多个投加点，通过后点监测校准前点的模式实现碳源的多点精准投加。
将上述过程中采集收集来的监测数据以及加药量数据上传至云平台储存，生成COD，氨氮、总氮、投加量等多条连续曲线，并进行趋势分析，最终在客户端上显示。技术人员可以通过不断优化系统设定参数，根据污水处理厂动态情况修正工艺参数，自动调整碳源投加速率，并将其反馈碳源精准投加系统，从而达到精准投加的目的。
本发明涉及的其它未说明部分与现有技术相同。

Claims (8)

1.一种采用云数据管理的碳源智能精准投加系统，其特征是它包括有由位于公司内的应用终端（1）、各个污水处理厂的应用子端（2）、以及可以安装于移动设备上的移动端（3）组成，应用子端（2）与应用终端（1）的数据传输双向连接，所述移动端（3）与应用终端（1）的数据传输双向连接；
所述应用子端（2）包括有碳源精准投加装置（4）和数据采集、传输系统（5），所述碳源精准投加装置（4）其包括碳源投加设备以及自动化控制系统，自动化控制系统根据应用终端（1）传输回来的控制参数通过PLC控制器调整碳源投加泵的输出量；所述数据采集、传输系统（5）放置于各个污水处理厂对应的监测点上，从各监测点上监测装置采集的数据通过wifi传输系统将数据上传至应用终端（1）进行储存以及处理。
2.一种采用云数据管理的碳源智能精准投加方法，其特征是它通过手机或者电脑控制设备，查看系统运行状态，通过查询分析服务器上的历史运行数据，使技术人员远程、实时的获取污水处理厂关键的生化脱氮反应参数来监控反应过程，实时监测数据和不断优化系统设定参数，以便根据污水处理厂动态情况修正工艺参数，并能在客户端实现自动控制碳源的投加量；云平台，由数据储存以及数据处理组成的综合性云平台，将收集来的每个污水处理厂的运行数据进行存储、整理、分析，然后再通过应用系统将系统运行状态、数据信息展示给用户；数据采集、传输系统，其包括流量、COD、氨氮、总氮、温度、溶解氧监测仪器，其监测装置采集的数据通过wifi传输系统将数据上传至云平台进行储存以及处理；碳源精准投加装置，其包括碳源投加设备以及自动化控制系统，自动化控制系统根据云平台传输回来的控制参数通过PLC控制器调整碳源投加泵的输出量。
3.根据权利要求2所述的采用云数据管理的碳源智能精准投加方法，其特征是通过对生化系统进出水水质水量以及碳源投加量进行连续数据采集，采集到的数据上传至云平台，分析计算形成连续的数据对比曲线，直观的显示出碳源投加量与氨氮去除之间的关系。
4.根据权利要求2所述的采用云数据管理的碳源智能精准投加方法，其特征是所述数据采集系统安装于生化池进水口以及生化池出水口，便于更好的监测水质，更精准的投加碳源。
5.根据权利要求2所述的采用云数据管理的碳源智能精准投加方法，其特征是所述数据采集系统中包括有进水监测和出水监测，所述进水监测包括COD、氨氮、总氮和温度，所述出水监测包括COD、氨氮、总氮、温度和硝态氮，缺氧段监测主要包括COD、氨氮、总氮和温度和硝态氮，上述采集的COD、总氮、氨氮、水温、硝态氮数值用于碳源投加量的理论数据。
6.根据权利要求2所述的采用云数据管理的碳源智能精准投加方法，其特征是采集的数据通过wifi传输至云平台上，一方面形成在线监控数据，另一方面通过云计算，得出碳源理论上的投加量，该投加量用于系统碳源的初始投加，并形成碳源投加量理论曲线；当投加的碳源作用于生化系统中，由出水监测数据采集系统采集实际运行达成的效果，从而反馈给控制端，对碳源投加量进行修正，如此往复，随着系统运行时间的增加，最终形成碳源投加量实际曲线。
7.根据权利要求2所述的采用云数据管理的碳源智能精准投加方法，其特征是应用系统中设置有报警系统，一旦工艺参数发生意外改变影响出水，技术人员及管理人员可以通过远程监控第一时间实现碳源投加量的调整。
8.根据权利要求2所述的采用云数据管理的碳源智能精准投加方法，其特征是所述碳源精准投加装置包含由储药罐、加药计量泵组成碳源投加设备以及自动化控制系统，云平台计算出的碳源投加量信息传输给自动化控制系统中的PLC，PLC控制变频器与加药管路上所装电磁流量计，通过PID闭环控制进行精准投加。
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