CN112986519A - 一种富集污水处理中低浓度磷的模型预测控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了水处理技术领域的一种富集污水处理中低浓度磷的模型预测控制方法。该方法包括进水单元、水处理单元、出水单元、加药泵、数学模型、模型校准单元和MPC控制器；模型校准单元包括第一校准模块和第二校准模块；进水单元设有第一传感器，第一传感器将采集到的数据传输给MPC控制器和第一模型校准模块；出水单元设有第二传感器，第二传感器将采集到的数据传输给第二模型校准模块；水处理单元包括相连通的生化反应器和二沉池，生化反应器分别与进水单元、加药泵连通，二沉池与出水单元连通，加药泵与MPC控制器电连接，MPC控制器通过数学模型获得药剂的加药量。本发明的优点是提高对污水中低浓度磷的富集回收效率。
Description
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，特别涉及一种富集污水处理中低浓度磷的模型预测控制方法。
背景技术
污水处理反应器并不能选择其进水的性质，这就决定了其进水水质和水量一直处于随机的波动状态。污水处理厂的设计一般是假设污水处理过程处于稳定状态，然而进水水质水量的波动使得污水处理的过程几乎不可能处于稳定状态。对于传统的有机物去除来说，一般通过保守设计，增加污水厂体积，来使出水维持在一定的标准以下。这也造成了污水处理低效率和能源的浪费。
污水中的磷是一种污染物，会导致水体富营养化的原因之一。将污水中的磷回收利用，是实现污水处理资源化的重要手段。除了对污水中的磷进行去除或者回收，污水处理的过程也需要对有机物、氮和悬浮物等进行去除，同时也会受到进水水量水质波动、温度变化和有害物质对生物处理的抑制等因素的影响。
污水中磷的富集或去除通常有生物和化学两者方法。生物除磷不需要添加化学药剂，利用聚磷菌过量吸收磷，形成富磷污泥，再进行磷的回收利用。生物除磷的效率受到污水进水中易降解有机物含量、聚磷菌的含量和反应器污泥停留时间等条件的限制，若进水中易降解有机物浓度较低，或者波动较大时，生物除磷的效率会降低。为满足出水磷浓度达标要求，提高磷富集效率，需要用化学除磷辅助生物除磷。通过生物除磷和化学除磷的联合作用，将污水中的低浓度磷富集到污泥中。并且生物除磷需要较低的污泥停留时间，而污水生物脱氮又需要较高的污泥停留时间，通过常规的控制方式，两个目标难以同时达到。
因此，污水生物处理的过程是一种典型的多输入和多输出的问题，传统的PID控制主要针对单输入、单输出有较好的控制效果，但是对多输入、多输出复杂问题难以取得较为满意的控制效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种富集污水处理中低浓度磷的模型预测控制方法，针对污水生物处理过程中的多输入、多输出问题进行优化控制，提高对污水中低浓度磷的富集回收效率。
为了实现上述发明目的，本发明富集污水处理中低浓度磷的模型预测控制方法采用的如下技术方案：
一种富集污水处理中低浓度磷的模型预测控制方法，包括进水单元、水处理单元、出水单元、加药泵、数学模型、模型校准单元和MPC控制器；所述数学模型包括活性污泥模型和絮凝沉淀模型，所述模型校准单元包括用于校准数学模型的第一校准模块和第二校准模块；所述进水单元设有第一传感器，第一传感器用于采集进水温度、化学需氧量、总氮和总磷的浓度，第一传感器将采集到的数据通过第一数据采集模块传输给MPC控制器和第一模型校准模块；所述出水单元设有第二传感器，第二传感器用于采集出水温度、化学需氧量、总氮和总磷的浓度，第二传感器将采集到的数据通过第二数据采集模块传输给第二模型校准模块；所述水处理单元包括相连通的生化反应器和二沉池，生化反应器分别与进水单元、加药泵连通，二沉池与出水单元连通，所述加药泵与MPC控制器电连接，所述MPC控制器通过数学模型获得药剂的加药量；
所述的模型预测控制方法，包括如下步骤：
步骤1：通过第一传感器采集进水时的进水温度、化学需氧量、总氮和总磷的浓度，然后将第一传感器采集到的数据通过第一数据采集模块传输给MPC控制器以及第一模型校准模块，第一模型校准模块用于校准活性污泥模型和絮凝沉淀模型；
步骤2：MPC控制器通过活性污泥模型和絮凝沉淀模型获得加药量，药剂通过加药泵投入水处理单元；
步骤3：通过第二传感器采集出水时的出水温度、化学需氧量、总氮和总磷的浓度，然后将第二传感器采集到的数据通过第二数据采集模块传输给第二模型校准模块，第二模型校准模块用于校准活性污泥模型和絮凝沉淀模型。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明通过运用MPC控制器，可以解决污水处理反应器中进水水量、水质波动，污水处理多目标难以协调的问题，最大限度地减少污水生物脱氮和除磷之间的内在矛盾，可以根据进水水质情况，特别是进水COD浓度，优化生物化学除磷过程中的化学药剂使用量；
2、本发明采用数学模型校准，对污水进水时的各项指标进行检测，结合数学模型，通过MPC控制器获得药剂加药量，使得污水中的磷富集到污泥中经过二沉池处理，同时在处理后的出水单元位置设置第二传感器，对处理后的水质继续进行检测，并传输给第二模型校准，实施更新监测药剂加药量。
附图说明
图1为本发明的流程图。
其中，1第一传感器，2第一数据采集模块，3MPC控制器，4第一模型校准模块，5数学模型，6加药泵，7生化反应器，8二沉池，9第二传感器，10第二数据采集模块，11第二模型校准模块。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解这些实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
如图1所示，一种富集污水处理中低浓度磷的模型预测控制方法，包括进水单元、水处理单元、出水单元、加药泵、数学模型、模型校准单元和MPC控制器；所述数学模型包括活性污泥模型和絮凝沉淀模型，所述模型校准单元包括用于校准数学模型的第一校准模块和第二校准模块；所述进水单元设有第一传感器，第一传感器用于采集进水温度、化学需氧量、总氮和总磷的浓度，第一传感器将采集到的数据通过第一数据采集模块传输给MPC控制器和第一模型校准模块；所述出水单元设有第二传感器，第二传感器用于采集出水温度、化学需氧量、总氮和总磷的浓度，第二传感器将采集到的数据通过第二数据采集模块传输给第二模型校准模块；所述水处理单元包括相连通的生化反应器和二沉池，生化反应器分别与进水单元、加药泵连通，二沉池与出水单元连通，所述加药泵与MPC控制器电连接，所述MPC控制器通过数学模型获得药剂的加药量；
所述的模型预测控制方法，包括如下步骤：
步骤1：通过第一传感器采集进水时的进水温度、化学需氧量、总氮和总磷的浓度，然后将第一传感器采集到的数据通过第一数据采集模块传输给MPC控制器以及第一模型校准模块，第一模型校准模块用于校准活性污泥模型和絮凝沉淀模型；
步骤2：MPC控制器通过活性污泥模型和絮凝沉淀模型获得加药量，药剂通过加药泵投入水处理单元；
步骤3：通过第二传感器采集出水时的出水温度、化学需氧量、总氮和总磷的浓度，然后将第二传感器采集到的数据通过第二数据采集模块传输给第二模型校准模块，第二模型校准模块用于校准活性污泥模型和絮凝沉淀模型。
如附图1所示，通过第一传感器1，测定进水的温度、化学需氧量(COD)、总氮(TN)和总磷(TP)浓度；第一传感器数据1通过第一数据采集模块2传输至MPC控制器3和第一模型校准模块4；MPC控制器3计算所需要的化学药剂添加量，控制加药泵6的加药量，将化学除磷药剂投加到生化反应器7；经过生化反应器7反应后，进入二沉池8，沉淀后的出水由第二传感器9测定出水的温度、COD、总氮(TN)和总磷(TP)浓度，采集的数据经过第二数据采集模块10输入第二模型校准模块11，用于校准数学模型5，数学模型包括活性污泥模型和絮凝沉淀模型；本发明由第一传感器1测定进水浓度，经过第一数据采集模块2后，除输入到MPC控制器3之外，也进入第一模型校准模块4；第一模型校准模块4和第二模型校模块11，分别利用进水和出水的传感器数据，校准活性污泥模型和絮凝沉淀模型。
Claims (1)
1.一种富集污水处理中低浓度磷的模型预测控制方法，其特征在于：包括进水单元、水处理单元、出水单元、加药泵、数学模型、模型校准单元和MPC控制器；所述数学模型包括活性污泥模型和絮凝沉淀模型，所述模型校准单元包括用于校准数学模型的第一校准模块和第二校准模块；所述进水单元设有第一传感器，第一传感器用于采集进水温度、化学需氧量、总氮和总磷的浓度，第一传感器将采集到的数据通过第一数据采集模块传输给MPC控制器和第一模型校准模块；所述出水单元设有第二传感器，第二传感器用于采集出水温度、化学需氧量、总氮和总磷的浓度，第二传感器将采集到的数据通过第二数据采集模块传输给第二模型校准模块；所述水处理单元包括相连通的生化反应器和二沉池，生化反应器分别与进水单元、加药泵连通，二沉池与出水单元连通，所述加药泵与MPC控制器电连接，所述MPC控制器通过数学模型获得药剂的加药量；
所述的模型预测控制方法，包括如下步骤：
步骤1：通过第一传感器采集进水时的进水温度、化学需氧量、总氮和总磷的浓度，然后将第一传感器采集到的数据通过第一数据采集模块传输给MPC控制器以及第一模型校准模块，第一模型校准模块用于校准活性污泥模型和絮凝沉淀模型；
步骤2：MPC控制器通过活性污泥模型和絮凝沉淀模型获得加药量，药剂通过加药泵投入水处理单元；
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113636723A (zh) * | 2021-08-20 | 2021-11-12 | 广州市华绿环保科技有限公司 | 一种处理生活污水的除磷加药自动化控制系统 |
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2021
- 2021-04-22 CN CN202110434536.4A patent/CN112986519A/zh not_active Withdrawn
Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN113636723A (zh) * | 2021-08-20 | 2021-11-12 | 广州市华绿环保科技有限公司 | 一种处理生活污水的除磷加药自动化控制系统 |
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