CN115353200B - 污水厂出水tn智能控制系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种污水厂出水TN智能控制系统和方法，包括在线监测仪表、数据采集器和工控机，摆脱了污水厂管理者对碳源投加运行人员的技术水平、判断能力和责任心依赖程度，可根据进水量Q及水质变化，通过系统运算实现污水厂碳源投加的动态和精准控制管理，使污水厂碳源运行管理简单、便捷；可通过积累大量的运行数据，基于现状分析，自动分析修正碳源投加系数，解决目前存在的控制精度不够，易造成碳源浪费，增加运行成本的问题；全方位监测反硝化过程和效率，提升生化系统脱氮稳定性性差、效率低、反馈延时的问题，并保障出水稳定达标。

Description

污水厂出水TN智能控制系统和方法

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种污水厂出水TN智能控制系统和方法。

背景技术

目前针对出水TN控制的研究，大多数围绕两方面，一方面是基于进水参数和出水TN浓度变化进行投加控制，另一方面是对恒定投加碳源量计算公式的研究。但污水厂进水水质水量波动较大，污水处理整个系统是互相作用的，外加碳源量受到多个影响因子的协同影响，基本呈复杂的非线性变化关系。已有技术还无法满足实际运行工况下的高效低耗稳定控制与出水水质安全的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种污水厂出水TN智能控制系统和方法，解决了由于污水厂进水水质水量波动较大，现有的污水处理系统还无法满足实际运行工况下的高效低耗稳定控制与出水水质安全的要求的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种污水厂出水TN智能控制系统，包括线监测仪表、数据采集器和工控机，所述工控机与所述数据采集器通信连接，所述工控机设置有分析模块、控制模块和交互模块，所述在线监测仪表包括设于进水区的进水量仪表Q和进水水质仪表、设置于生化区域的内回流流量仪表Q_r和外回流流量仪表Q_R、设置于缺氧区前端的硝态氮仪表X₁、设置于二沉池出水口的总氮在线仪表N₂，所述进水水质仪表包括进水COD仪表C₁和进水总氮仪表N₁；

所述数据采集器采集在线监测仪表数据，通过OPC通讯上传至所述工控机，所述分析模块内置滤波算法和碳源投加数学模型算法，对采集的数据先进行滤波算法处理获取有效数据，有效数据输入数学模型算法后得到碳源投加设备控制量，通过所述控制模块执行受控设备的控制调节；

所述交互模块用于输入预设的缺氧区末端的硝态氮目标值X₃。

本发明还提供一种污水厂出水TN智能控制方法，应用于上述所述的污水厂出水TN智能控制系统，包括如下步骤：

根据进水TN值、外回流流量、出水TN目标值，计算出所需的内外回流比；

根据进水TN值、内外回流比、出水TN值、池容A、池容B、池容C、池容D，计算出缺氧区前端的理论硝态氮值，并与实际硝态氮值进行比对，结合进水COD值、回流液DO值，计算出X₁点位可用碳源量；

根据X₁点位可用碳源量，结合进水量Q、内外回流比、缺氧区前端的实际硝态氮值、池容B、池容C、出水硝态氮目标值，计算出需要投加的碳源量；

根据所投加的碳源当量，控制碳源投加泵启停及相应频率。

进一步的，在根据进水TN值、出水TN目标值，计算出所需的内外回流比的步骤中，计算公式为：

R+r=N₁/N₃-1

其中，R为外回流比；r为内回流比；当进水量Q变化范围在（±10-20%）时，R取值为30-50%；当进水量Q变化范围在（±20-50%）时，R取值为30-150%；当出水TN监测值，小于出水TN排放标准值时，r取值100%-200%，否则200-400%。

进一步的，在根据进水TN值、内外回流比、出水TN值、池容A、池容B、池容C、池容D，计算出缺氧区前端的理论硝态氮值X₃，计算公式为：

X₃=[N₄+(r+R)*N₅]/(1+r+R)

其中，N₄为进水硝态氮浓度，取值为0.5-1.5 mg/L；N₅为出水硝态氮浓度，取值为比N₂低0.3-1 mg/L。

进一步的，在根据进水COD值、内外回流比、回流液DO值，池容A、池容B、池容C、池容D，计算出X1点位可用碳源量，计算公式为：C2=[C1-(r+R)*Dr-(1+r+R)*(X3-X1)*k]*d

当X3>X1时，C2=[C1-(r+R)*Dr-(1+r+R)*(X3-X1)*k]*d；

当X3<X1时，C2=[C1-(r+R)*Dr]*d；

其中，Dr为回流液DO值；k为反硝化碳氮比，取值为4-8；d为进水B/C比。

进一步的，在根据X1点位可用碳源量C2，结合进水量Q、内外回流比、出水硝态氮目标值，依据所投加的碳源当量，计算出需要投加的碳源量，根据所投加的碳源当量，控制碳源投加泵启停及相应频率的步骤中，碳源投加量q的计算公式为：

q=Q*a*[k*(1+r+R)*b*X1-C2]

其中，a为碳源投加修正系数，碳源投加修正系数a与N3有关联关系；b为缺氧区硝态氮消耗碳源系数，缺氧区硝态氮消耗碳源系数b与X2有关联关系；X1为缺氧区硝态氮的实测值。

进一步的，r=N₁/N₃-1-R，r需要设置一个修正系数，修正系数为：池容A/进水量Q+（池容B+C+D）/（进水量Q+内回流流量+外回流流量）计算结果（Y）小时后生化池实际出水TN/生化池目标出水TN的比值。

进一步的，获取污水厂各处理单元的体积数据，池容A为提升泵至厌氧区前端，池容B为厌氧区前端到末端、池容C为厌氧区末端到缺氧区末端、池容D为缺氧区末端至好氧区末端或内回流泵点位，用于计算水力停留时间，从而确定各在线仪表监测数据后延时间量。

本发明的一种污水厂出水TN智能控制系统和方法，摆脱了污水厂管理者对碳源投加运行人员的技术水平、判断能力和责任心依赖程度，可根据进水量Q及水质变化，通过系统运算实现污水厂碳源投加的动态和精准控制管理，使污水厂碳源运行管理简单、便捷；

可通过积累大量的运行数据，基于现状分析，自动分析修正碳源投加系数，解决目前存在的控制精度不够，易造成碳源浪费，增加运行成本的问题；

全方位监测反硝化过程和效率，提升生化系统脱氮稳定性性差、效率低、反馈延时的问题，并保障出水稳定达标。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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。

图1是污水厂处理池的位置分布示意图。

图2是本发明一种污水厂出水TN智能控制方法的步骤流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

请参阅图1，本发明提供一种污水厂出水TN智能控制系统，包括线监测仪表、数据采集器和工控机，所述工控机与所述数据采集器通信连接，所述工控机设置有分析模块、控制模块和交互模块，所述在线监测仪表包括设于进水区的进水量仪表Q和进水水质仪表、设置于生化区域的内回流流量仪表Q_r和外回流流量仪表Q_R、设置于缺氧区前端的硝态氮仪表X₁、设置于二沉池出水口的总氮在线仪表N₂，所述进水水质仪表包括进水COD仪表C₁和进水总氮仪表N₁；所述数据采集器采集在线监测仪表数据，通过OPC通讯上传至所述工控机，所述分析模块内置滤波算法和碳源投加数学模型算法，对采集的数据先进行滤波算法处理获取有效数据，有效数据输入数学模型算法后得到碳源投加设备控制量，通过所述控制模块执行受控设备的控制调节；所述交互模块用于输入预设的缺氧区末端的硝态氮目标值X₂以及出水总氮目标值N₃。

在本实施方式中，该系统采集以下数据：进水量Q、进水总氮值N₁、进水COD值C₁、内回流流量Q_r、外回流流量Q_R、回流液DO值D_r、缺氧区进水在线硝态氮值X₁、缺氧区出水硝态氮目标值X₂，出水总氮值N₂，出水总氮目标值N₃。

如图1：池容A（提升泵至厌氧区前端）、池容B（厌氧区前端到末端）、池容C（厌氧区末端到缺氧区末端）、池容D（缺氧区末端至好氧区末端或内回流泵点位）。通过污水厂各处理单元的体积数据，用于计算水力停留时间，确定各仪表监测数据取用时的时间选择。

系统采集数据分为自动读取和人工输入两种模式，可自动读取系统自带仪表与污水厂原有仪表数据；亦可在监测仪表故障时，通过系统应急调控策略如自动分析之前水质变化趋势，补齐控制参数，实现故障自动调节，提高了系统的稳定性。人工输入数据主要指污水厂运行静态数据，如池容数据，出水目标值数据等。

请参阅图2，本发明还提供一种污水厂出水TN智能控制方法，应用于上述所述的污水厂出水TN智能控制系统，包括如下步骤：

S1：根据进水TN值、出水TN目标值，计算出所需的内外回流比；

S2：根据进水TN值、内外回流比、出水TN值、池容A、池容B、池容C、池容D，计算出缺氧区前端的理论硝态氮值，并与实际硝态氮值进行比对，结合进水COD值、回流液DO值，计算出X₁点位可用碳源量；

S3：根据X₁点位可用碳源量，结合进水量Q、内外回流比、缺氧区前端的实际硝态氮值、池容B、池容C、出水硝态氮目标值，计算出需要投加的碳源量；

S4：根据所投加的碳源当量，控制碳源投加泵启停及相应频率。

其中，在步骤S1中：根据进水TN值45 mg/L、外回流比60%、出水TN目标值10 mg/L，修正参数为1.1，计算出所需的最佳内回流比320%。

在步骤S2中：根据进水TN值45 mg/L、外回流比60%、内回流比320%、池容A 600 m³、池容B 2000 m³、池容C 5000 m³、池容D 2000 m³，计算出缺氧区前端的理论硝态氮值7.2mg/L，并与缺氧区进水实际硝态氮值5.5 mg/L进行比对。结合进水COD值300 mg/L（B/C=0.38）、回流液DO值2 mg/L，计算出X₁点位可用碳源量为95 mg/L。

在步骤S3中：根据X₁点位可用碳源量、结合进水量500 m³/h、外回流比60%、内回流比320%、缺氧区进水实际硝态氮值5.5 mg/L、池容B 2000m³、池容C 5000m³、出水硝态氮目标值0.5 mg/L，计算碳源投加系数为1.2，需要投加的碳源量333.3 kg/d。

进一步的，依据所投加的碳源当量值50万COD mg/L，计算碳源泵流量为27.8 L/h，控制碳源投加泵启停及相应频率，公式如下：

碳源泵流量=q/投加碳源当量。

以上所揭露的仅为本申请一种或多种较佳实施例而已，不能以此来限定本申请之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本申请权利要求所作的等同变化，仍属于本申请所涵盖的范围。

Claims (2)

1.一种污水厂出水TN智能控制方法，应用于一种污水厂出水TN智能控制系统，其特征在于，包括如下步骤：

根据进水TN值、出水TN目标值，计算出所需的内外回流比；

根据进水TN值、内外回流比、出水TN值、池容A、池容B、池容C、池容D，计算出缺氧区前端的理论硝态氮值，并与实际硝态氮值进行比对，结合进水COD值、回流液DO值，计算出X₁点位可用碳源量；

根据X₁点位可用碳源量，结合进水量Q、内外回流比、缺氧区前端的实际硝态氮值、池容B、池容C、出水硝态氮目标值，计算出需要投加的碳源量；

根据所投加的碳源当量，控制碳源投加泵启停及相应频率；

在根据进水TN值、出水TN目标值，计算出所需的内外回流比的步骤中，计算公式为：

R+r=N₁/N₃-1

其中，R为外回流比；r为内回流比；当进水量Q变化范围在（±10-20%）时，R取值为30-50%；当进水量Q变化范围在（±20-50%）时，R取值为30-150%；当出水TN监测值，小于出水TN排放标准值时，r取值100%-200%，否则200-400%；

在根据进水TN值、内外回流比、出水TN值、池容A、池容B、池容C、池容D，计算出缺氧区前端的理论硝态氮值X₃，计算公式为：

X₃=[N₄+(r+R)*N₅]/(1+r+R)

其中，N₄为进水硝态氮浓度，取值为0.5-1.5 mg/L；N₅为出水硝态氮浓度，取值为比N₂低0.3-1 mg/L；

在根据进水COD值、内外回流比、回流液DO值，池容A、池容B、池容C、池容D，计算出X1点位可用碳源量，计算公式为：C2=[C1-(r+R)*Dr-(1+r+R)*(X3-X1)*k]*d

当X3>X1时，C2=[C1-(r+R)*Dr-(1+r+R)*(X3-X1)*k]*d；

当X3<X1时，C2=[C1-(r+R)*Dr]*d；

其中，Dr为回流液DO值；k为反硝化碳氮比，取值为4-8；d为进水B/C比；

在根据X₁点位可用碳源量C₂，结合进水量Q、内外回流比、出水硝态氮目标值，计算出需要投加的碳源量，依据所投加的碳源当量，控制碳源投加泵启停及相应频率的步骤中，碳源投加量q的计算公式为：

q=Q*a*[k*(1+r+R)*b*X₁-C₂]

其中，a为碳源投加修正系数，碳源投加修正系数a与N₃有关联关系；b为缺氧区硝态氮消耗碳源系数，缺氧区硝态氮消耗碳源系数b与X₂有关联关系；X₁为缺氧区硝态氮的实测值；

获取污水厂各处理单元的体积数据，池容A为提升泵至厌氧区前端，池容B为厌氧区前端到末端、池容C为厌氧区末端到缺氧区末端、池容D为缺氧区末端至好氧区末端或内回流泵点位，用于计算水力停留时间，从而确定各在线仪表监测数据后延时间量；

污水厂出水TN智能控制系统包括在线监测仪表、数据采集器和工控机，所述工控机与所述数据采集器通信连接，所述工控机设置有分析模块、控制模块和交互模块，所述在线监测仪表包括设于进水区的进水量仪表Q和进水水质仪表、设置于生化区域的内回流流量仪表Q_r和外回流流量仪表Q_R、设置于缺氧区前端的硝态氮仪表X₁、设置于二沉池出水口的总氮在线仪表N₂，所述进水水质仪表包括进水COD仪表C₁和进水总氮仪表N₁；

所述数据采集器采集在线监测仪表数据，通过OPC通讯上传至所述工控机，所述分析模块内置滤波算法和碳源投加数学模型算法，对采集的数据先进行滤波算法处理获取有效数据，有效数据输入数学模型算法后得到碳源投加设备控制量，通过所述控制模块执行受控设备的控制调节；

所述交互模块用于输入预设的缺氧区末端的硝态氮目标值X₂以及出水总氮目标值N₃。

2.如权利要求1所述的污水厂出水TN智能控制方法，其特征在于，

r=N₁/N₃-1-R，r需要设置一个修正系数，修正系数为：池容A/进水量Q+（池容B+C+D）/（进水量Q+内回流流量+外回流流量）计算结果为Y小时，修正系数为Y小时后生化池实际出水TN/生化池目标出水TN的比值。