CN112374687A

CN112374687A - 一种城市污水集成优化处理及系统设备

Info

Publication number: CN112374687A
Application number: CN202011071574.XA
Authority: CN
Inventors: 周石贵; 蒋庆龙; 金晖; 俞军胜
Original assignee: Zhejiang Jiahuan Electronic Co ltd
Current assignee: Zhejiang Jiahuan Electronic Co ltd
Priority date: 2020-10-09
Filing date: 2020-10-09
Publication date: 2021-02-19

Abstract

本发明公开了一种城市污水集成优化处理及系统设备，包括精确控制污水处理系统、污水处理智能控制系统和生物池精确曝气控制系统。由于通过精确控制污水处理智能控制系统对生物池所需溶解氧设定值计算、内回流、外加碳源以及加药除磷量的在线计算及控制，完成对污水处理过程的智能化控制，实现出水稳定达标且节能减排的效果；通过图形、三维图像、报表等多种形式，仅使用键盘或鼠标即可完成对所有设备的在线监测和控制操作，完成对污水处理过程的智能化控制，实现出水稳定达标且节能减排的效果；通过对直流屏的充电电路和DC/DC变换电路的设计，当任一模块发生故障时，系统发生报警且不影响系统正常运行，稳压精度和稳流精度均≤±0.5％。

Description

一种城市污水集成优化处理及系统设备

技术领域

本发明涉及一种城市污水集成优化处理及系统设备。

背景技术

水污染问题的由来是从城市乡镇中各项产业的迅猛发展与建设中萌芽的，因此对解决水污染问题的研究早在很久之前就开始不断推进。随着当代社会发展的不断更新，各种先进的智能化控制理论、计算机处理技术也在不断的进行改革与创新，这使得污水处理过程控制策略的研究也在逐步转向智能化、信息化，并能够进一步提高污水处理过程控制的有效性，使出水水质标准提高的效果越来越明显。

城市污水处理设备能够将污水再生回用,实现淡水资源可持续利用和良性循环,最大限度地保护水环境,是现代城市经济发展和水资源保护不可或缺的组成部分,已成为我国水资源综合利用的战略性举措。随着国家对污水排放标准逐年提高,我国城市污水处理厂的运行状况不容乐观,其主要问题是运行成本高和出水水质超标。因此,研究城市污水处理过程优化控制理论与技术,确保污水处理厂安全高效运行,已成为当前城市污水处理行业亟待解决的问题。

我国城市污水处理控制系统已经取得了较好的控制效果，然而从整体控制水平来看，污水处理行业的控制水平明显低于传统流程工业的控制水平，与国外技术有一定的差距。目前污水处理行业的控制系统研究，主要以国际水协会提出的标准仿真模型为基础，难以在实际污水处理厂实现推广应用。因此，研究城市污水处理智能多目标优化控制技术，并将技术封装成具有较高性能的智能多目标优化控制系统，依然是当前污水处理行业面临的重要课题。

城市污水处理技术按原理可分为物理处理法、化学处理法和生物化学处理法三类，一般需要采用多种方法的组合进行，尤其是物化处理与生物处理相结合的组合处理工艺技术及其深度优化，将成为废水处理技术的必然趋势。近年来，虽然我国水污染治理技术的研究方向主要集中在去除难降解有机物、深度脱氮、除磷、除盐等相关技术的集成和优化，但是我国城市污水处理发展起步晚、污水处理设施基础较差，在生物处理中脱氮除磷普遍存能耗高、效率低以及运行不稳定，全国大多数城市污水处理的能力远远满足不了实际需要,而污水处理技术落后和污水处理设施陈旧是阻碍污水处理行业的稳定发展的主要原因。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题，从而提供一种通过精确控制污水处理工艺及智能控制系统实现实现污水处理系统设备精确、稳定、高效的运行，使出水水质得到有效提高的城市污水集成优化处理及系统设备。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种城市污水集成优化处理及系统设备，包括精确控制污水处理系统、污水处理智能控制系统和生物池精确曝气控制系统，所述精确控制污水处理系统包括预处理工艺、生化处理工艺、深度处理工艺和污泥处理工艺，所述预处理工艺包括粗格栅、细格栅、曝气沉砂池，及曝气沉砂池的除砂设备，所述除砂设备包括吸砂装置、除渣装置、曝气装置和砂水分离器，所述生化处理工艺包括盘式微孔曝气器和输气支管系统，所述污水处理智能控制系统包括站控层和间隔层，及连接两层的通讯网络层，所述生物池精确曝气控制系统包括智能监控层、自动化层和设备层。

进一步地，所述设备层包括AAO生物池、沉淀池、调节阀及鼓风机，城市污水依次通过AAO生物池和沉淀池处理后从沉淀池排出，调节阀与AAO生物池连接，鼓风机与调节阀连接；设备层主要是鼓风机和曝气总管及曝气支管，鼓风机连接有变频器，具有变频功能，能通过改变频率来调节曝气供应量，每个曝气总管和曝气支管的进气口均安装调节阀，通过调节阀可以使AAO生物池中的曝气均匀分布。

进一步地，所述自动化层包括进水仪表、生物池仪表、出水仪表、变频器、4-20MA输出和PLC控制系统，进水仪表、生物池仪表、出水仪表、变频器、4-20MA输出均与PLC控制系统连接，进水仪表用于监测城市污水的进水的COD、NH3和进水流量，生物池仪表用于监测AAO生物池中的溶解氧和浊度，曝气总管和曝气支管的气体流量和气体压力，出水仪表用于监测排水的COD、NH3和排水流量，变频器通过调节运行频率来改变鼓风机的出风量，PLC控制系统通过4-20MA输出改变调节阀的开合度来改变进风量。

进一步地，所述智能监控层包括上位机监控系统、参数输入、AAO工艺仿真和底部曝气设备仿真，上位机监控系统用于采集仪表数据和设备状态，并负责与AAO工艺仿真和底部曝气设备仿真进行数据交换，实现鼓风机的优化运行，参数输入用于设置AAO生物池的工艺参数、鼓风机的设备参数和曝气管路参数，AAO工艺仿真和底部曝气设备仿真根据仪表的数据和参数动态分析AAO生物池工艺运行状态，实时调节设备的运行参数。

进一步地，所述精确控制污水处理系统、污水处理智能控制系统和生物池精确曝气控制系统均连接有高稳定性高低压电源。

本发明城市污水集成优化处理及系统设备的有益效果：由于所述城市污水集成优化处理及系统设备通过精确控制污水处理智能控制系统对生物池所需溶解氧设定值计算、内回流、外加碳源以及加药除磷量的在线计算及控制，完成对污水处理过程的智能化控制，实现出水稳定达标且节能减排的效果；通过图形、三维图像、报表等多种形式，仅使用键盘或鼠标即可完成对所有设备的在线监测和控制操作，完成对污水处理过程的智能化控制，实现出水稳定达标且节能减排的效果；通过对直流屏的充电电路和DC/DC变换电路的设计，当任一模块发生故障时，系统发生报警且不影响系统正常运行，稳压精度和稳流精度均≤±0.5％。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为发明一种城市污水集成优化处理及系统设备的精确控制污水处理系统流程图；

图2为发明一种城市污水集成优化处理及系统设备的生物池精确曝气控制系统结构框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

参阅图1至图2所示，本发明采用如下技术方案：一种城市污水集成优化处理及系统设备，包括精确控制污水处理系统、污水处理智能控制系统和生物池精确曝气控制系统，所述精确控制污水处理系统包括预处理工艺、生化处理工艺、深度处理工艺和污泥处理工艺，所述预处理工艺包括粗格栅、细格栅、曝气沉砂池，及曝气沉砂池的除砂设备，所述除砂设备包括吸砂装置、除渣装置、曝气装置和砂水分离器，所述生化处理工艺包括盘式微孔曝气器和输气支管系统，所述污水处理智能控制系统包括站控层和间隔层，及连接两层的通讯网络层，所述生物池精确曝气控制系统包括智能监控层、自动化层和设备层。

所述设备层包括AAO生物池、沉淀池、调节阀及鼓风机，城市污水依次通过AAO生物池和沉淀池处理后从沉淀池排出，调节阀与AAO生物池连接，鼓风机与调节阀连接；设备层主要是鼓风机和曝气总管及曝气支管，鼓风机连接有变频器，具有变频功能，能通过改变频率来调节曝气供应量，每个曝气总管和曝气支管的进气口均安装调节阀，通过调节阀可以使AAO生物池中的曝气均匀分布。

所述自动化层包括进水仪表、生物池仪表、出水仪表、变频器、4-20MA输出和PLC控制系统，进水仪表、生物池仪表、出水仪表、变频器、4-20MA输出均与PLC控制系统连接，进水仪表用于监测城市污水的进水的COD、NH3和进水流量，生物池仪表用于监测AAO生物池中的溶解氧和浊度，曝气总管和曝气支管的气体流量和气体压力，出水仪表用于监测排水的COD、NH3和排水流量，变频器通过调节运行频率来改变鼓风机的出风量，PLC控制系统通过4-20MA输出改变调节阀的开合度来改变进风量。

所述智能监控层包括上位机监控系统、参数输入、AAO工艺仿真和底部曝气设备仿真，上位机监控系统用于采集仪表数据和设备状态，并负责与AAO工艺仿真和底部曝气设备仿真进行数据交换，实现鼓风机的优化运行，参数输入用于设置AAO生物池的工艺参数、鼓风机的设备参数和曝气管路参数，AAO工艺仿真和底部曝气设备仿真根据仪表的数据和参数动态分析AAO生物池工艺运行状态，实时调节设备的运行参数。

所述精确控制污水处理系统、污水处理智能控制系统和生物池精确曝气控制系统均连接有高稳定性高低压电源。

将预处理工艺、生化处理工艺、深度处理工艺集成设计，深度处理工艺包括机械混合、机械絮凝、磁絮凝沉定池、纤维转盘滤池及消毒，通过向磁絮凝沉定池中添加PAFC混凝剂、磁粉和聚合物PAM去除污水中的悬浮物和磷酸盐等，再依次经滤池过滤污泥和紫外线装置杀菌消毒，达到出水SS≤10mg/L，TP≤0.5mg/L，预处理：包括的主要设备有粗格栅、细格栅、曝气沉砂池，曝气沉砂池的除砂设备包括吸砂系统、除渣装置、曝气系统及砂水分离器。通过粗细格栅截留污水中较大的漂浮物和比重较大的无机颗粒，再通过除砂设备吸油撇渣除砂去除有机物，调节污水p H值，降低污水的腐化程度，对污水进行初步净化，为后续处理进行准备，生化处理：包括的设备有盘式微孔曝气器和输气支管系统。采用生物化学处理法，对污水进行进一步处理，去除污水中呈现胶体状态和溶解性状态的有机污染物、氧化物、硫化物等有毒物质，是污水处理流程的重要组成部分，深化处理：在生化处理的基础上，采用生物脱氮除磷法、凝集沉淀法、砂滤法、活性炭过滤法、离子交换法等，进一步处理难以降解的有机物或磷、氮等可溶性无机物，对污水进行高级处理，达到工业用水或者城市用水的水质标准，污水处理智能控制系统采用氨氮前馈加反馈相结合的实时追踪控制原理，使用基于国际水协工艺模型、历史数据库和专家判断数据库等研发的软件对污水厂在线仪表数据进行综合分析，在线计算出溶氧、内回流、碳源投加及除磷加药等目标动态最优控制参数并提供给其控制单元，通过图形、三维图像、报表等多种形式，仅使用键盘或鼠标即可完成对所有设备的在线监测和控制操作，完成对污水处理过程的智能化控制，实现出水稳定达标且节能减排的效果，使用数据采集仪获得污水处理现场的易测量数据，运用软测量技术预测不易测量数据；将现场数据和业务数据由模拟信号转化为数字信号，传输到上位机；对实时数据和历史数据进行数据清理，去除噪音数据，将数据分类存储于数据库中；利用离线数据建立污水处理特征模型，以在线数据驱动模型，使用模糊神经网络控制器获得操作变量的具体数值，得到智能多目标优化控制方案；将控制方案实施于污水处理过程，对控制量进行精确跟踪；通过电力后台监控系统，由站控层、间隔层以及连接两层的通讯网络组成一套分散控制、集中管理的计算机自动化系统。通过图形、三维图像、报表等多种形式表示设备的开/关、故障等状态和全电量参数，仅使用键盘或鼠标即可完成对所有设备的在线监测和控制操作，但不中断系统的正常运行，实时监测污水处理过程智能多目标优化控制系统的运行状态和污水的处理效果，生物池精确曝气控制系统采用气体流量及溶解氧作为控制信号，根据实际进水情况，在模型计算软件中模拟生化池各曝气控制单元管路布设，进行大量实验数据积累，建立科学的教学模型，反向补偿管路布设及空气流态变化造成的流量计量误差，按需分配各曝气控制区域的供气量，溶解氧控制精度在±0.3mg/L范围内，达到溶解氧控制稳定，使生物池各反应高效稳定运行，生物池精确曝气控制系统用于AAO生物池的精确曝气控制系统，可实现AAO生物池曝气需氧量的动态分析，根据底部曝气设备特性，可实现对鼓风机和电动阀门的精确控制，最终可实现生物曝气的优化运行，出水达到既定的污水排放标准，从而减少转鼓风机的耗电量、节约运营成本。各个控制区的实际溶解氧值控制在系统计算并给出的优化设定值的±0.3mg/L范围内，且满足运行一年以上时间内达到85％以上，高稳定性高低压电源，三相电器控制箱额定工作电压为380/220V，额定工作频率为50Hz，10kV高压系统采用中性点不接地系统，0.4kV低压系统采用TN-C-S接地系统，直流屏的充电电路和DC/DC变换电路，采用PWM脉宽调制技术，充电设备采用3块高频开关模块，模块直流额定电流为20A，当任一模块发生故障时，系统发生报警且不影响系统正常运行，稳压精度和稳流精度均≤±0.5％。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims

1.一种城市污水集成优化处理及系统设备，其特征在于：包括精确控制污水处理系统、污水处理智能控制系统和生物池精确曝气控制系统，所述精确控制污水处理系统包括预处理工艺、生化处理工艺、深度处理工艺和污泥处理工艺，所述预处理工艺包括粗格栅、细格栅、曝气沉砂池，及曝气沉砂池的除砂设备，所述除砂设备包括吸砂装置、除渣装置、曝气装置和砂水分离器，所述生化处理工艺包括盘式微孔曝气器和输气支管系统，所述污水处理智能控制系统包括站控层和间隔层，及连接两层的通讯网络层，所述生物池精确曝气控制系统包括智能监控层、自动化层和设备层。

2.根据权利要求1所述的一种城市污水集成优化处理及系统设备，其特征在于：所述设备层包括AAO生物池、沉淀池、调节阀及鼓风机，城市污水依次通过AAO生物池和沉淀池处理后从沉淀池排出，调节阀与AAO生物池连接，鼓风机与调节阀连接；设备层主要是鼓风机和曝气总管及曝气支管，鼓风机连接有变频器，具有变频功能，能通过改变频率来调节曝气供应量，每个曝气总管和曝气支管的进气口均安装调节阀，通过调节阀可以使AAO生物池中的曝气均匀分布。

3.根据权利要求1所述的一种城市污水集成优化处理及系统设备，其特征在于：所述自动化层包括进水仪表、生物池仪表、出水仪表、变频器、4-20MA输出和PLC控制系统，进水仪表、生物池仪表、出水仪表、变频器、4-20MA输出均与PLC控制系统连接，进水仪表用于监测城市污水的进水的COD、NH3和进水流量，生物池仪表用于监测AAO生物池中的溶解氧和浊度，曝气总管和曝气支管的气体流量和气体压力，出水仪表用于监测排水的COD、NH3和排水流量，变频器通过调节运行频率来改变鼓风机的出风量，PLC控制系统通过4-20MA输出改变调节阀的开合度来改变进风量。

4.根据权利要求1所述的一种城市污水集成优化处理及系统设备，其特征在于：所述智能监控层包括上位机监控系统、参数输入、AAO工艺仿真和底部曝气设备仿真，上位机监控系统用于采集仪表数据和设备状态，并负责与AAO工艺仿真和底部曝气设备仿真进行数据交换，实现鼓风机的优化运行，参数输入用于设置AAO生物池的工艺参数、鼓风机的设备参数和曝气管路参数，AAO工艺仿真和底部曝气设备仿真根据仪表的数据和参数动态分析AAO生物池工艺运行状态，实时调节设备的运行参数。

5.根据权利要求1所述的一种城市污水集成优化处理及系统设备，其特征在于：所述精确控制污水处理系统、污水处理智能控制系统和生物池精确曝气控制系统均连接有高稳定性高低压电源。