CN114230110A - 用于污水处理的短程智能除磷加药控制方法、设备及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于污水处理的短程智能除磷加药控制方法、设备及系统，属于污水处理领域，方法包括设定二沉池出水口总磷浓度作为目标值，获取生化池的水量总输入量，在生化池末段且在投药点之前获取正磷酸盐值作为前馈信号，获取二沉池出水口总磷浓度作为反馈信号，根据前馈信号和目标值计算加药基数，根据加药基数、总输入量、反馈信号和目标值算得偏离修正系数，根据加药基数、总输入量和偏离修正系数算得加药量，该方法前馈信号和反馈信号间隔短，前馈信号采用能够快速测定的正磷酸盐值，能够对污水的成分变化快速反应，实现精准除磷加药，智能程度高，有利于平稳控制出水磷含量，避免出水磷含量过高，减少药剂过量投加导致浪费的情况。

Description

用于污水处理的短程智能除磷加药控制方法、设备及系统

技术领域

本发明涉及用于污水处理的短程智能除磷加药控制方法、设备及系统，属于污水处理领域。

背景技术

随着城镇污水厂污染排放物标准提高，尤其是总磷的指标更加严格，常规城镇污水处理系统在生物除磷的基础上还需增加化学除磷工段，但目前多数化学除磷工段的自动化程度低、药剂投加量不稳定、人为干预依赖度高，容易造成除磷剂浪费，导致药剂成本增加；或除磷剂投加不足，使出水总磷不达标。

传统的污水处理中，投药装置多采用人工控制，但人工控制加药存在周期长、预判差、操作经验模糊不一、主观性高等局限性，难以达到加药量准确，容易带来不确定性风险。

智能加药控制是近年来水务行业在持续的节能降耗研究中的一个重要方向，通过对加药系统进行智能化改造，利用中间过程参数设定预警值，及时对加药系统进行反馈修正，对异常水质高值提前介入，实现全面自动控制，期望达到降低药耗和稳定水质达标排放的目的。

以往提出的智能加药控制方法通常采用进水流量前馈、进水水质前馈、生物除磷水质反馈、外回流混合液含磷量及残余药剂量反馈、脱水废水含磷量反馈、出水水质反馈，虽然采用了前馈加反馈的控制方式，且监测了多个参数，但实际上不够精准，污水流经各段需要较长的时间，前馈数据采集点和反馈数据采集点相差6-16小时，控制响应滞后严重。另一方面，一些智能加药控制方法使用的模型考虑了剩余药剂、生物除磷量等不可测量参数，一些智能加药控制方法使用的模型包括排泥、泥龄、污泥含磷量等变量非线性的参数，难以平稳控制水质。因此以往提出的智能除磷加药控制方法大多只能停留在理论研究，不具有投入应用的实用性。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供用于污水处理的短程智能除磷加药控制方法、设备及系统。

第一方面，本申请提供一种用于污水处理的短程智能除磷加药控制方法，采用A2O工艺，投药点在生化池末段，设定二沉池出水口总磷浓度作为目标值，获取所述生化池的总输入量，在所述生化池末段且在所述投药点之前获取正磷酸盐值作为前馈信号，获取所述二沉池出水口总磷浓度作为反馈信号，根据所述前馈信号和所述目标值计算加药基数，根据所述加药基数、所述总输入量、所述反馈信号和所述目标值算得偏离修正系数，根据所述加药基数、所述总输入量和所述偏离修正系数算得加药量。

本申请提供的用于污水处理的短程智能除磷加药控制方法前馈信号和反馈信号间隔短，前馈信号采用能够快速测定的正磷酸盐值，能够对污水的成分变化快速反应，有利于平稳控制出水含磷量。其中，生化池的总输入量特指生化池的水量总输入量，固态的污泥输入，气体的曝气输入不是本申请监控的参数。

可选地，所述加药量为所述加药基数、所述总输入量和所述偏离修正系数三者的乘积。

可选地，提前测定所述生化池末段总磷浓度和正磷酸盐值的比值作为前馈关系系数，所述根据所述前馈信号和所述目标值计算加药基数的形式为，所述前馈信号与所述前馈关系系数的积减去所述目标值得到第一差值，所述加药基数是有关所述第一差值的回归方程函数。

可选地，所述加药量为启停系数、所述加药基数、所述总输入量和所述偏离修正系数四者的乘积，当所述第一差值为正值时，所述启停系数为1；当所述第一差值为负值或为零时，所述启停系数为0。

可选地，所述加药量还需乘上反应效率修正系数，所述反应效率修正系数的获取方法为，记录当所述反馈信号偏离所述目标值5%以内时的所述前馈信号作为第一浓度，记录对应所述第一浓度的所述加药量作为在所述第一浓度下的实际所需加药量，获取在所述第一浓度下的理论加药量，所述反应效率修正系数为所述实际所需加药量与所述理论加药量的比值。由于污水成分复杂，实际所需加药量与理论加药量存在一定差距，通常是实际所需加药量大于理论加药量，引入反应效率修正系数有利于准确控制出水含磷量。

可选地，所述偏离修正系数的形式为“1+加速度修正系数×（反馈信号-加速度判定系数×目标值）”，所述加速度修正系数根据所述加药基数、所述总输入量、所述反馈信号、所述目标值算得，所述加速度判定系数根据所述反馈信号和污水处理依据的出水标准确定。为避免频繁调节加药量以致加速投加泵损耗，前馈信号和反馈信号一般每小时采样一次，而污水成分复杂，某一时刻测得的浓度可能偏高或偏低，不能反映真实浓度，若以前馈信号或反馈信号中的波动值计算投加药剂量，可能会造成投药严重过多或严重不足，等到下一次测量反馈信号时偏离过大，难以扭转平复，引入偏离修正系数能够抑制加药量的变化过大，避免前馈信号或反馈信号中的波动值导致投药严重过多或严重不足。

进一步地，所述加速度修正系数为自动迭代参数，计算方式为，获取历史反馈信号和历史目标值，以所述历史反馈信号大于所述历史目标值为筛选条件，记录满足条件的时刻，获取对应时刻的总输入量、加药基数和加药量，以历史反馈信号与历史目标值的差为第二差值，根据对应时刻的总输入量和对应时刻的加药基数计算出该时刻的基础加药量，以对应时刻的加药量与所述基础加药量的差除以所述基础加药量与所述第二差值的积求得第一商，所述加速度修正系数为连续若干个所述第一商的平均数。

进一步地，所述加速度判定系数随所述反馈信号与所述出水标准的比值增大而减小，所述加速度判定系数的取值范围为1.1-0.5。

第二方面，本申请提供一种电子设备，包括处理器以及存储器，所述存储器存储有计算机可读取指令，当所述计算机可读取指令由所述处理器执行时，运行如上述第一方面所述的用于污水处理的短程智能除磷加药控制方法。

第三方面，本申请提供一种污水处理系统，按污水流向依次包括生化池和二沉池，所述生化池采用A2O工艺，该系统还包括控制器、输出药剂于所述生化池末段的投加泵、设置在所述生化池末段且在投药点之前的正磷仪表以及设置在所述二沉池的出水口处的总磷仪表，所述控制器包括：

设定模块，用于设定二沉池出水口总磷浓度作为目标值；

前馈信号获取模块，用于获取所述正磷仪表测得的正磷酸盐值作为前馈信号；

反馈信号获取模块，用于获取所述总磷仪表测得的总磷浓度作为反馈信号；

生化池总输入量获取模块，用于获取所述生化池的总输入量；

加药基数生成模块，用于根据所述前馈信号和所述目标值计算加药基数；

偏离修正系数生成模块，用于根据所述加药基数、所述总输入量、所述反馈信号和所述目标值算得偏离修正系数；

运算模块，用于根据所述加药基数、所述总输入量和所述偏离修正系数算得加药量；

指令模块，用于指令所述投加泵按所述加药量输出。

本发明的有益效果是：本发明的用于污水处理的短程智能除磷加药控制方法中前馈信号和反馈信号间隔短，只相差4小时，且前馈信号采用了能够快速测定的正磷酸盐值，能够对污水的成分变化快速反应，使加药量更加贴近实际所需加药量，引入偏离修正系数能够抑制加药量的变化过大，避免前馈信号或反馈信号中的波动值导致投药严重过多或严重不足，有利于平稳控制出水磷含量，避免出水磷含量过高，减少药剂过量投加导致浪费的情况。

本申请的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

图1是本申请实施例提供的一种污水处理系统的原理图。

图2是某污水处理厂改造前出水总磷情况。

图3是某污水处理厂依本申请实施例改造后的污水处理系统示意图。

图4是某污水处理厂依本申请实施例改造后的出水总磷情况。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。

一种用于污水处理的短程智能除磷加药控制方法，采用A2O工艺，投药点在生化池末段，设定二沉池出水口总磷浓度作为目标值TP_二设，获取生化池的总输入量，在生化池末段且在投药点之前获取正磷酸盐值作为前馈信号PO₄ ^3- _氧，获取二沉池出水口总磷浓度作为反馈信号TP_二实，根据前馈信号PO₄ ^3- _氧和目标值TP_二设计算加药基数，根据加药基数、所述总输入量、反馈信号TP_二实和目标值算得偏离修正系数，根据加药基数、总输入量和偏离修正系数算得加药量。

A2O工艺又称A/A/O工艺，即生化池按污水流向依次包括厌氧段、缺氧段和好氧段，在本实施例中，前馈信号采集点和投药点都在好氧段的末段，如最后1米或好氧段出水处，且前馈信号采集点在投药点之前，因此前馈信号记为PO₄ ^3- _氧。A2O工艺中，二沉池的部分活性污泥回流到厌氧段，因此生化池的总输入量包括污水进水量Q_进和外回流量R_外。其中，污水进水量Q_进由污水厂总进水流量计测出；外回流量R_外可加装外回流流量计测出，也可以参照外回流泵的效能曲线，根据外回流泵的工作效率算出。

加药量为加药基数、总输入量和偏离修正系数三者的乘积。其中，偏离修正系数的形式为“1+加速度修正系数k₃×（反馈信号TP_二实-加速度判定系数k₄×目标值TP_二设）”，加速度修正系数根据所述加药基数、所述总输入量、反馈信号、目标值算得，加速度判定系数根据反馈信号和污水处理依据的出水标准确定。加药基数是有关第一差值的回归方程函数，例如是二次函数、多项式回归等。

以二次函数为例：

加药基数=

。

式中：

为除磷曲线参数，定期通过烧杯实验结果更新录入，例如每个月更新一次；

b为除磷曲线参数，定期通过烧杯实验结果更新录入，例如每个月更新一次；

c为除磷曲线参数，定期通过烧杯实验结果更新录入，例如每个月更新一次；

k₀为前馈关系系数，每个月更新一次。

除磷曲线的制作方法为，配制一定浓度的正磷酸盐溶液，以与加药同型号的药剂滴定该溶液，每滴加一定药剂测一组剩余正磷酸盐浓度，得到多组药剂滴加量与正磷酸盐削减量的数据，根据这些数据拟合成除磷曲线。

加药量以质量计：

。

通常，加药用的投加泵不是称重投药，而是调节流量投药，则加药量按体积计为：

式中：

k₃为加速度修正系数，可根据后续深度自学习进行优化；

k₄为加速度判定系数，可以根据后续深度自学习进行优化；

PO₄ ^3- _氧为混合污泥上清液正磷酸盐值，根据正磷酸盐在线仪表测定，一般每小时测一次；

TP_二设为二沉池出水口的总磷浓度目标值，根据污水处理厂运行情况和出水标准确定，由人工设定，一般为0.23 mg/L -0.3mg/L；

TP_二实为二沉池出水口的总磷浓度，由二沉池总磷在线仪表测定，一般每小时测一次；

Q_进为污水处理线进水量，由污水厂进水流量计测定每小时进水总量；

R_外为外回流流量，由外回流流量计测定，实时测定，若不调整回流泵的功率，可认为恒定不变；

ρ_药为除磷剂的密度，视购买的除磷剂型号而定，换药剂型号时人工输入；

C_药为除磷剂的有效浓度，视购买的除磷剂型号而定，换药剂型号时人工输入；

M_药为加药量，质量计；

Q_药为加药量，体积计。

现有技术的加药模型前馈信号测的是总磷浓度，然而测总磷浓度需要1小时，而测正磷酸盐只需要5分钟，大大缩短了反应时间。在好氧段测正磷酸盐的难点在于好氧段中充满了污泥，实际上只要在正磷仪表上加装过滤头就能方便测出好氧段的正磷酸盐值。现行的出水标准监测总磷，污水处理厂的总出水的监测仪表就是总磷仪表，总出水数据受环保局监管，反馈信号采用二沉池出水的总磷浓度，能够保持控制结果与出水标准的一致性，万一正磷酸盐值和总磷浓度的比值出现大幅变化，也能通过反馈信号及时补救，更能保证出水符合环保局要求。

正磷酸盐值和总磷浓度之间没有绝对的公式关系演算，但对于污水处理厂而言，处理的都是当地日常产生的污水，短期（按月算）内污水中的正磷酸盐值和总磷浓度的比值几乎不会发生大幅变化，因此可提前测定生化池末段总磷浓度和正磷酸盐值的比值作为前馈关系系数k₀，根据前馈信号和目标值计算加药基数的形式为，前馈信号与前馈关系系数的积减去目标值得到第一差值，即k₀PO₄ ^3- _氧-TP_二设，加药基数是有关第一差值的回归方程函数，优选为一元二次方程。前馈关系系数k₀每个月修正录入一次。

优选地，加药量还要乘上启停系数k₂、反应效率修正系数k₁。

在一些实施方式中，加药量为启停系数k₂、加药基数、总输入量和偏离修正系数四者的乘积。

当第一差值为正值时,认为污水总磷浓度高于目标值，启停系数为1，实施加药；当第一差值为负值或为零时，认为污水总磷浓度低于或等于目标值，启停系数为0，停止加药，减少药剂浪费。

在一些实施方式中，加药量还需乘上反应效率修正系数k₁，反应效率修正系数的获取方法为，记录当反馈信号偏离目标值5%以内时的前馈信号作为第一浓度，记录对应第一浓度的加药量作为在第一浓度下的实际所需加药量，获取在第一浓度下的理论加药量，反应效率修正系数为实际所需加药量与理论加药量的比值。反应效率修正系数k₁每次换药剂型号后做实验更新一次，或每个月做实验更新一次。

加速度修正系数k₃为自动迭代参数，计算方式为，获取历史反馈信号和历史目标值，以历史反馈信号大于历史目标值

为筛选条件，记录满足条件的时刻，获取对应时刻的总输入量

、加药基数和加药量，以历史反馈信号与历史目标值的差为第二差值，根据对应时刻的总输入量和对应时刻的加药基数计算出该时刻的基础加药量，以对应时刻的加药量与基础加药量的差除以基础加药量与第二差值的积求得第一商，加速度修正系数为连续若干个第一商的平均数。当

时，按加速度修正系数k₃为0加药，当这次加药成为历史数据后，不符合筛选条件，不会纳入第一商平均数的计算中。

加速度判定系数随反馈信号与出水标准的比值增大而减小，加速度判定系数的取值范围为1.1-0.5。

本申请实施例还提供一种电子设备，包括处理器以及存储器，存储器存储有计算机可读取指令，当计算机可读取指令由处理器执行时，运行如上述的用于污水处理的短程智能除磷加药控制方法。其中，存储器可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器（Static Random Access Memory, 简称SRAM），电可擦除可编程只读存储器（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory,简称EEPROM），可擦除可编程只读存储器（Erasable Programmable Read Only Memory, 简称EPROM），可编程只读存储器（Programmable Red-Only Memory, 简称PROM），只读存储器（Read-Only Memory, 简称ROM），磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。

参照图1，本申请实施例还提供一种污水处理系统，按污水流向依次包括生化池和二沉池，生化池采用A2O工艺，该系统还包括控制器、输出药剂于生化池末段的投加泵、设置在生化池末段且在投药点之前的正磷仪表以及设置在二沉池的出水口处的总磷仪表，控制器包括：

设定模块，用于设定二沉池出水口总磷浓度作为目标值；

前馈信号获取模块，用于获取正磷仪表测得的正磷酸盐值作为前馈信号；

反馈信号获取模块，用于获取总磷仪表测得的总磷浓度作为反馈信号；

生化池总输入量获取模块，用于获取生化池的总输入量；

加药基数生成模块，用于根据前馈信号和目标值计算加药基数；

偏离修正系数生成模块，用于根据加药基数、所述总输入量、反馈信号和目标值算得偏离修正系数；

运算模块，用于根据加药基数、总输入量和偏离修正系数算得加药量；

指令模块，用于指令投加泵按加药量输出。

综合以上技术手段可见，本方案只需人工输入目标值、药剂密度、药剂浓度，每个月做实验调整回归方程的参数和反应效率修正系数k₁就能自动运行，平稳控制出水总磷含量，其余参数自动迭代，能够节省人力，同时使加药量能够刚刚满足到使出水总磷贴近目标值，减少药剂浪费，节省物力。

实施案例

广东某污水处理厂依照A/A/O工艺建设，具有依本发明改造的基础。该污水厂的出水标准按照广东省《水污染物排放限值》（DB44/26-2001）中规定的城镇二级污水处理厂第二时段一级标准、国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级标准（A标准）以及《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）Ⅴ类水体要求三者中较严者执行，见下表。

表1试点污水厂设计进水水质

表2试点污水厂设计出水水质

该污水厂使用液体聚合硫酸铁（PFS）作为除磷药剂投加，药剂有效浓度为11%，密度1.47g/mL。

该污水处理厂2021年1月至4月出水总磷情况如图2所示，出水总磷波动较大，为使出水总磷低于0.4mg/L的出水标准线，该污水处理厂将目标出水总磷控制在0.2mg/L的低水平，若提高目标出水总磷浓度，在波动下容易偶尔超标。此外，出水总磷并不是越低越好，将出水总磷控制在低水平会导致投药成本增加；另一方面，除磷药剂通常是铁盐溶液或铝盐溶液，如果投药过量，对生化系统的微生物有不良影响，污水处理线总出水中的铝离子和铁离子对灌溉农业有不良影响。

基于以上情况，对该污水处理厂进行改造，依本发明的方法控制加药。针对该污水处理厂的现有设施，增设智能加药系统，即上文所述的控制器；将该污水处理厂原有的药剂投加泵接入智能加药系统；在生化池好氧段（或称好氧池）的末段增设正磷仪表，检测头上装有过滤器以过滤污泥；在二沉池的出水口增设总磷仪表；将正磷仪表、总磷仪表和该污水处理厂原有的进水流量计的信号接入到智能加药系统，改造后的示意图如图3所示，图3中粗线箭头代表液体流向，细线箭头代表信号流向，需要注意的是，该污水处理厂原有两条污水处理线，具有两个投加泵，本实施例只对其中一条污水处理线作改进，因此只有一个投加泵受智能加药系统控制。

除了硬件设置，运行前的准备还有确立前馈关系系数k₀。在实验室测定好氧段末段的正磷酸盐值和总磷浓度，计算总磷浓度和正磷酸盐值的比值，为更加准确，本实施例中连续几日每日取一次样做同样的实验，前馈关系系数k₀为三天比值的平均数，定为1.176，以后每个月更新一次。

智能加药系统中使用的算法模型为：

根据该算法模型，确立每个参数，输入目标值为0.25mg/L。

铁盐除磷的原理是一分子铁离子和一分子磷酸根离子形成一分子磷酸铁沉淀。除了沉析作用外，还有絮凝作用，在絮凝作用中，铁离子和氢氧根离子形成大块的絮凝体，这对于沉析产物的絮凝是有利的，同时还会吸附胶体状的物质、细微悬浮颗粒。在实际中，沉析反应不会100%有效进行，且氢氧根离子会与金属离子竞争反应，生成相应的氢氧化物，所以实际化学沉析药剂投加一般需要超量投加。明确该关系后确立反应效率修正系数k₁，根据《给水排水设计手册》第5册先将反应效率修正系数k₁定为1.5并运行，随后根据上文“反应效率修正系数为实际所需加药量与理论加药量的比值”的方法调整反应效率修正系数k₁。在后续全自动运行数据中，计算机筛选出二沉池出水总磷浓度与目标值0.25mg/L相贴合的数据点，即全自动运行期间，二沉池出水总磷浓度（TP_二实）为0.24~0.26mg/L之间（即偏离4%）的数据点作回归分析。将符合的数据点的生化池末段磷酸盐浓度和二沉池出水总磷浓度作为计算依据，按照上述算法模型令

=0，计算出理论加药量后，将实际所需加药量与理论加药量作比值，得出k₁。经试运行后，根据运行数据分析将k₁修正为1.744，其后每个月做实验调整一次。

正如上文所言，实际情况中沉析反应不会100%有效进行，因此污水从好氧段末段到二沉池出水口的总磷削减量（即第一差值）和加药量是正相关，但不会是线性关系，上述模型采用二次函数方程回归该关系。根据该污水处理厂改造前的运行数据，好氧段末段总磷浓度最高时在0.95mg/L左右，选需处理的最高值模拟加药前的总磷浓度，除以前馈关系系数k₀即为模拟加药前的正磷酸盐值，为0.8mg/L，做正磷酸盐的去除与加药量关系实验，得到总磷削减量与实验室加药量的关系曲线，实验室加药量=13.2100×总磷削减量²+4.4449总磷削减量+0.2108，因此输入a=13.2100，b=4.4449，c=0.2108。

k₂为自动生成，无需输入，具体判定逻辑如下：当k₀*PO₄ ^3- _氧≤TP_二设，k₂=0。此时氧化沟（即生化池）出水正磷酸盐值低，系统停止加药；当k₀*PO₄ ^3- _氧>TP_二设，k₂=1。此时系统开始加药。

根据上述逻辑，当k₂=0时，系统停止加药；当k₂=1时，智能加药系统启动加药，且根据系统算法，智能计算所需加药量。

若按以下模型进行投加：

计算得到的基础投药量Q_基础进行投加，实际得到的二沉池出水总磷浓度TP_二实，存在部分正偏离于TP_二设的情况，因此需要设置补正投药量∆TP_补正，且补正投药量∆TP_补正应以反馈信号为依据，即∆TP_补正=TP_二实 - TP_二设。

针对以基础投药量进行投加，且出现二沉池出水总磷正偏离的运行数据进行假定，设置补正投药量Q_补正。Q_补正的计算依从基础投药量Q_基础与反馈信号∆TP_补正，并设置加速度修正系数k₃，即

Q_补正= k₃·Q_基础·∆TP_补正

对出现正偏离的出水数据假定一个测试投药量Q_测试，且Q_测试略高于基础投药量Q_基础，高出部分即为Q_补正，即

根据上式及大量出水总磷正偏离的运行数据可得出k₃的初始数值。k₃的计算公式如下：

，

计算过程为对n组数据取平均值，数据组采集时间间隔为1小时，选取以基础投药量Q_基础进行投加期间，二沉池出水总磷正偏离的运行数据，得出其计算式如下：

表3 k₃初始数值计算数据组

另根据Q_补正的触发逻辑，需要对k₃设置触发判定，即

TP_二实 ≤ TP_二设，k₃ = 0

TP_二实 ＞ TP_二设，k₃ = 计算值

加速度修正系数k₃在设置投入使用后，智能投药系统会根据后续运行参数进行自我迭代，其基础计算式如下：

其中

为新的加速度修正系数,

为上一次的加药量，

为上一次的基础加药量，

为上一次监测的二沉池出水值，

为上一次的目标值，一般不变，按上面公式每小时迭代一次，每次计算新加药量的用到的

为最近四十个

的平均数，系统将据此迭代结果，不断替换k₃的值，使得智能加药系统更加准确，能够避免加药量大幅波动，避免出水总磷大幅波动。

由此可见仅在初次投入使用时需要假定一个测试投药量Q_测试，往后只需自动迭代即可。除了假定一个测试投药量Q_测试的方法外，也可以假定一个加速度修正系数k₃，方法有两种，一根据经验人工赋予初始值，二由计算机随机生成。

k₄的控制逻辑判断依据为二沉池出水实际值（TP_二实）与污水厂出水标准值（TP_标准）的比值，该污水处理厂执行的标准是《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）Ⅴ类水体要求。不同的比值下，总出水的总磷浓度（TP_出水）超过出水标准（TP_标准）的概率将会不同，其具体逻辑如下：

TP_二实/TP_标准＜0.7，总出水总磷浓度（TP_出水）超过出水标准值（TP_标准）的概率为0，k₄=1.1；

0.7＜TP_二实/TP_标准＜0.8，总出水总磷浓度（TP_出水）超过出水标准值（TP_标准）的概率为20%，k₄=1；

0.8＜TP_二实/TP_标准＜0.9，总出水总磷浓度（TP_出水）超过出水标准值（TP_标准）的概率为40%，k₄=0.9；

0.9＜TP_二实/TP_标准＜1.0，总出水总磷浓度（TP_出水）超过出水标准值（TP_标准）的概率为60%，k₄=0.8；

1.0＜TP_二实/TP_标准＜1.1，总出水总磷浓度（TP_出水）超过出水标准值（TP_标准）的概率为80%，k₄=0.7；

1.0＜TP_二实/TP_标准，总出水总磷浓度（TP_出水）超过出水标准值（TP_标准），k₄=0.5。

受智能加药系统控制运行几个月后，该污水处理厂的出水总磷情况如图4所示，可以看出，经过改造并运行一段时间各参数迭代稳定后，出水总磷比较稳定，出水总磷曲线整体纵坐标得到提高，即在维持出水总磷不超标的情况下减少了投药量，在后续运行阶段有望进一步提高目标值，进一步减少投药量。

该污水厂改造后每天可节约药剂约0.32吨，每年可节约药剂约117吨，药剂使用量同比降低约31.8%，出水达标率稳定为100%。实现了连续无人工调控运行，仅需要人工进行定期的设备维保和数据调整，加药量的控制已实现无人值守，实现除磷剂加药智能化、自动化，降低工人的劳动强度。

本发明建立了短程的磷化学反应工艺模型，将原本全流程、复杂、滞后的自动加药建模化简为短程工段建模，只对化学除磷工段进行建模，模型能直接作用于加药阶段，反馈时间短、反应迅速，排除大量非线性干扰值、具有较好的普适性。具体表现在以下方面：

（1）简化基于生物除磷、污泥回流化学除磷及脱水系统的磷平衡的建模，精准截取生化池出水口到二沉池出水口的直接影响工段，确保各控制参数限定在化学除磷反应段，减少大量干扰参数，使建模容易、准确且普适性高。

（2）拥有完整的前馈、反馈信号。一般精准加药技术未能解决混合液中检测总磷或磷酸盐指标的问题，故控制所用的信号只能通过出水总磷指标，这就导致了大量的前溯性计算工作，不仅延迟了控制反应速度，且前溯性计算的精准度不高，给投药量与实际情况的匹配性带来极大不利。而本发明解决了混合液中检测磷酸盐指标的问题，可直接获得前馈的真实准确数据，能迅速确定精确的瞬时制药量，并立即投入反应，这使得智能、反应的效果大大提升。

（3）反馈信号前移，一般精准加药技术的反馈在总出水处（高效沉淀池之后，或称深滤池之后），本系统的反馈在反应沉淀池即可获得，使得反馈纠偏的响应时间又减少了几个小时。

（4）由于干扰参数减少、反应过程具高线性，使得系统准确易控，对现场人员要求低，容易普及到不同的污水厂。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”“某些实施方式”“示意性实施方式”“示例”“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于污水处理的短程智能除磷加药控制方法，采用A2O工艺，投药点在生化池末段，其特征在于，设定二沉池出水口总磷浓度作为目标值，获取所述生化池的总输入量，在所述生化池末段且在所述投药点之前获取正磷酸盐值作为前馈信号，获取所述二沉池出水口总磷浓度作为反馈信号，根据所述前馈信号和所述目标值计算加药基数，根据所述加药基数、所述总输入量、所述反馈信号和所述目标值算得偏离修正系数，根据所述加药基数、所述总输入量和所述偏离修正系数算得加药量。

2.根据权利要求1所述的用于污水处理的短程智能除磷加药控制方法，其特征在于，所述加药量为所述加药基数、所述总输入量和所述偏离修正系数三者的乘积。

3.根据权利要求1所述的用于污水处理的短程智能除磷加药控制方法，其特征在于，提前测定所述生化池末段总磷浓度和正磷酸盐值的比值作为前馈关系系数，所述根据所述前馈信号和所述目标值计算加药基数的形式为，所述前馈信号与所述前馈关系系数的积减去所述目标值得到第一差值，所述加药基数是有关所述第一差值的回归方程函数。

4.根据权利要求3所述的用于污水处理的短程智能除磷加药控制方法，其特征在于，所述加药量为启停系数、所述加药基数、所述总输入量和所述偏离修正系数四者的乘积，当所述第一差值为正值时，所述启停系数为1；当所述第一差值为负值或为零时，所述启停系数为0。

5.根据权利要求2或4所述的用于污水处理的短程智能除磷加药控制方法，其特征在于，所述加药量还需乘上反应效率修正系数，所述反应效率修正系数的获取方法为，记录当所述反馈信号偏离所述目标值5%以内时的所述前馈信号作为第一浓度，记录对应所述第一浓度的所述加药量作为在所述第一浓度下的实际所需加药量，获取在所述第一浓度下的理论加药量，所述反应效率修正系数为所述实际所需加药量与所述理论加药量的比值。

6.根据权利要求2所述的用于污水处理的短程智能除磷加药控制方法，其特征在于，所述偏离修正系数的形式为“1+加速度修正系数×（反馈信号-加速度判定系数×目标值）”，所述加速度修正系数根据所述加药基数、所述总输入量、所述反馈信号、所述目标值算得，所述加速度判定系数根据所述反馈信号和污水处理依据的出水标准确定。

7.根据权利要求6所述的用于污水处理的短程智能除磷加药控制方法，其特征在于，所述加速度修正系数为自动迭代参数，计算方式为，获取历史反馈信号和历史目标值，以所述历史反馈信号大于所述历史目标值为筛选条件，记录满足条件的时刻，获取对应时刻的总输入量、加药基数和加药量，以历史反馈信号与历史目标值的差为第二差值，根据对应时刻的总输入量和对应时刻的加药基数计算出该时刻的基础加药量，以对应时刻的加药量与所述基础加药量的差除以所述基础加药量与所述第二差值的积求得第一商，所述加速度修正系数为连续若干个所述第一商的平均数。

8.根据权利要求6所述的用于污水处理的短程智能除磷加药控制方法，其特征在于，所述加速度判定系数随所述反馈信号与所述出水标准的比值增大而减小，所述加速度判定系数的取值范围为1.1-0.5。

9.一种电子设备，包括处理器以及存储器，其特征在于，所述存储器存储有计算机可读取指令，当所述计算机可读取指令由所述处理器执行时，运行如权利要求1-8任一项所述的用于污水处理的短程智能除磷加药控制方法。

10.一种污水处理系统，按污水流向依次包括生化池和二沉池，所述生化池采用A2O工艺，其特征在于，还包括控制器、输出药剂于所述生化池末段的投加泵、设置在所述生化池末段且在投药点之前的正磷仪表以及设置在所述二沉池的出水口处的总磷仪表，所述控制器包括：

设定模块，用于设定二沉池出水口总磷浓度作为目标值；

前馈信号获取模块，用于获取所述正磷仪表测得的正磷酸盐值作为前馈信号；

反馈信号获取模块，用于获取所述总磷仪表测得的总磷浓度作为反馈信号；

生化池总输入量获取模块，用于获取所述生化池的总输入量；

加药基数生成模块，用于根据所述前馈信号和所述目标值计算加药基数；

偏离修正系数生成模块，用于根据所述加药基数、所述总输入量、所述反馈信号和所述目标值算得偏离修正系数；

运算模块，用于根据所述加药基数、所述总输入量和所述偏离修正系数算得加药量；

指令模块，用于指令所述投加泵按所述加药量输出。

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