CN117037926A - 城镇污水处理厂智能化学除磷系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种城镇污水处理厂智能化学除磷系统。提供一污水处理除磷药剂投加计算模型，通过跟踪进水瞬时流量、厌氧段氧化还原电位、好氧段溶解氧等影响因素的变化，判断实现出水总磷达标是否需要投加除磷药剂以及除磷药剂投加量，输出控制信号控制加药泵按需投药；系统以化学药剂的反馈控制环节为主，通过采集二沉池/滤池/膜池出水正磷酸盐浓度与设定目标值计算偏差，进而计算出应调节的除磷药剂投加量，以调节加药泵的频率，实现除磷药剂投加量的实时调控。
Description
技术领域
本发明涉及一种城镇污水处理厂智能化学除磷系统。
背景技术
自动化学除磷系统已经成为提高污水处理效率和降低成本的有效手段，可以为环境保护和可持续发展做出重要贡献。自动化学除磷系统的除磷效率是自动化学除磷系统化学除磷的一项重要指标。自动化学除磷系统的除磷效率是指系统在除去污水中磷酸盐的过程中，实际去除的磷酸盐的质量与污水中总磷酸盐质量的比值，通常用百分比表示。除磷效率的测算通常需要进行定期的水质监测和数据分析，总体来说，除磷效率的测算是一个比较复杂的过程，需要进行多项数据处理和分析，以得到可靠的结果。另外，基于除磷效率的测算，如何实现城镇污水处理厂智能化学除磷也是本申请研究的重点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种城镇污水处理厂智能化学除磷系统，提供一污水处理除磷药剂投加计算模型，通过跟踪进水瞬时流量、厌氧段氧化还原电位、好氧段溶解氧等影响因素的变化，判断实现出水总磷达标是否需要投加除磷药剂以及除磷药剂投加量，输出控制信号控制加药泵按需投药；系统以化学药剂的反馈控制环节为主，通过采集二沉池/滤池/膜池出水正磷酸盐浓度与设定目标值计算偏差，进而计算出应调节的除磷药剂投加量，以调节加药泵的频率，实现除磷药剂投加量的实时调控。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种城镇污水处理厂智能化学除磷系统，提供一污水处理除磷药剂投加计算模型，通过跟踪包括进水瞬时流量、厌氧段氧化还原电位、好氧段溶解氧的影响因素的变化，判断实现出水总磷达标是否需要投加除磷药剂以及除磷药剂投加量，输出控制信号控制加药泵按需投药；系统以化学药剂的反馈控制环节为主，通过采集二沉池/滤池/膜池出水正磷酸盐浓度与设定目标值计算偏差，进而计算出应调节的除磷药剂投加量，以调节加药泵的频率，实现除磷药剂投加量的实时调控。
在本发明一实施例中，所述污水处理除磷药剂投加计算模型具体实现如下：
化学除磷的机理如下：
Al3++PO4 3-→AlPO4↓
按1mg正磷酸盐消耗4.6mgPAC溶液计算，理论上去除1g正磷酸盐需要0.9g铝，在实际投加中，化学沉析除磷反应并不是100％有效进行，因此化学除磷药剂投加需要超量投加，以保证出水总磷达到控制目标，随即，引入投加系数β，进水瞬时流量Q通过电磁流量计仪表实时采集；在线正磷酸盐测定仪检测值为P1；出水正磷酸盐控制目标值为Pc；PAC原液的密度为ρ；配置浓度为ω；
化学除磷药剂采用的是10％Al2O3有效含量的PAC溶液，PAC溶液中Al的质量分数为
正磷酸盐去除量Pch＝Q×(P1-Pc)；
因此，加药泵实时投加除磷药剂流量Qpac的计算公式如下：
因出水正磷酸盐浓度与生反池厌氧段的氧化还原电位ORP及好氧段的溶解氧DO均有关联，故Qpac还须增加校正参数μ1和μ2；最终公式演变为：
并通过单位换算整理为：
其中，μ1为与ORP关联的校正参数；μ2为与DO关联的校正参数；由于Q的单位是m3/h，P1和Pc的单位是mg/l，ρ的单位是g/ml，Qpac的单位是m3/h，所以计算结果ml/h换算成m3/h需要乘以10-6。
在本发明一实施例中，投加系数β取值范围1.5～2。
在本发明一实施例中，投加系数β的计算方式如下：
β＝1.5+(1×A％)
其中A％的计算公式如下：
A％＝(50％×P+50％×D)×100％
P代表释磷系数；D代表溶解氧系数表征吸磷程度，如在控制范围内，默认为0，位于控制范围外取值1；释磷系数P的计算公式如下：
K1、K2为经验常数。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明系统提供一污水处理除磷药剂投加计算模型，通过跟踪包括进水瞬时流量、厌氧段氧化还原电位、好氧段溶解氧的影响因素的变化，判断实现出水总磷达标是否需要投加除磷药剂以及除磷药剂投加量，输出控制信号控制加药泵按需投药；系统以化学药剂的反馈控制环节为主，通过采集二沉池/滤池/膜池出水正磷酸盐浓度与设定目标值计算偏差，进而计算出应调节的除磷药剂投加量，以调节加药泵的频率，实现除磷药剂投加量的实时调控。
附图说明
图1为本发明自动化学除磷系统控制逻辑。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
如图1所示，本发明一种城镇污水处理厂智能化学除磷系统，提供一污水处理除磷药剂投加计算模型，通过跟踪包括进水瞬时流量、厌氧段氧化还原电位、好氧段溶解氧的影响因素的变化，判断实现出水总磷达标是否需要投加除磷药剂以及除磷药剂投加量，输出控制信号控制加药泵按需投药；系统以化学药剂的反馈控制环节为主，通过采集二沉池/滤池/膜池出水正磷酸盐浓度与设定目标值计算偏差，进而计算出应调节的除磷药剂投加量，以调节加药泵的频率，实现除磷药剂投加量的实时调控。
以下为本发明具体实现过程。
本发明以某污水处理中心作为实验对象，该污水处理中心的化学除磷药剂采用的是10％Al2O3有效含量的PAC溶液。
根据化学沉析反应的基础，为了生成磷酸盐化合物，用于化学除磷的化学药剂主要是金属盐药剂。污水处理厂常使用Fe3+、Al3+等高价金属离子药剂投加到污水中，与污水中溶解性磷离子结合生产难溶解性的化合物，污水处理厂目前使用的化学除磷药剂为聚合氯化铝(PAC)。
化学除磷的机理如下：
Al3++PO4 3-→AlPO4↓
按1mg正磷酸盐消耗4.6mgPAC计算，理论去除1g正磷酸盐需要0.9g铝，由于在实际投加中，化学沉析除磷反应并不是100％有效进行，所以化学沉析除磷药剂投加一般需要超量投加，以保证出水总磷达到控制目标，随即，我们引入投加系数β，投加系数β受多种因素影响，如投加地点、混合条件等，通过投加实验，可确定投加系数β一般取值范围1.5～2，故将β设定为可自定义；进水瞬时流量Q通过电磁流量计仪表实时采集并反馈给PLC；在线正磷酸盐测定仪检测值为P1；出水正磷酸盐控制目标值为Pc；PAC原液的密度为ρ；配置浓度为ω；
液态PAC中Al2O3质量分数10％，液态PAC中Al的质量分数为
正磷酸盐去除量Pch＝Q×(P1-Pc)；
故PAC投加泵实时投加流量Qpac的计算公式如下：
因出水正磷酸盐浓度与生反池厌氧段ORP及好氧段DO均有关联，故该计算值还须增加校正参数μ1和μ2。最终公式可演变为：
进一步通过单位换算整理得：
其中，Qpac：计算的除磷药剂投加泵给定流量；μ1：与生反池厌氧段ORP关联的校正参数；μ2：与好氧段末端DO关联的校正参数；β：投加系数；Q：进水瞬时流量；P1：正磷酸盐实时值；Pc：正磷酸盐控制目标值；ρ：除磷药剂原液密度；ω：除磷药剂配置浓度。由于Q的单位是m3/h，P1和Pc的单位是mg/l，ρ的单位是g/ml，Qpac的单位是m3/h，所以计算结果ml/h换算成m3/h需要乘以10-6。
为保证出水正磷酸盐实际值与控制值变化率尽量小，需对投加系数β变化相关参数进行研究，该相关性研究以A2O系统全流程实验为数据基础，相关参数线性关系作为模型，
β＝1.5+(1×A％)
其中γ的计算公式如下：
A％＝(50％×P+50％×D)×100％
P代表释磷系数；D代表溶解氧系数(表征吸磷程度)，如在控制范围内，默认为0，位于控制范围外取值1。
以下列出了影响投加系数β的相关参数：
氧化还原电位(ORP)
作为释磷浓度的重要参考因素，公式如下：
以下是使用Python编写的根据公式P＝a×e^(b*ORP)进行计算的代码示例：
importnumpyasnp
defcalculate_P(a,b,ORP):
P＝a*np.exp(b*ORP)
returnP
#示例参数
a＝2.0
b＝0.5
ORP＝100.0
#计算P
result＝calculate_P(a,b,ORP)
print("P的计算结果:",result)
在上述示例中，我们定义了一个名为calculate_P的函数，它接受三个参数：a、b和ORP。函数根据公式P＝a×e^(b*ORP)进行计算，并返回计算结果。
然后，我们给定示例参数a＝2.0、b＝0.5和ORP＝100.0，调用calculate_P函数计算P的值，并将结果打印输出。
其中，P为释磷浓度；K1、K2为经验常数。初期经验常数可根据定期开展的全流程实验结果进行人工校正，随着实验数据累积量增大，将逐步形成对应工艺模式下的微生物系统聚磷菌释磷模型，针对不同季节、来水水质、工艺要求下，系统自动匹配经验常数，从而最终实现系统生物除磷的自动优化。
释磷浓度可基本代表吸磷的能力，也就可以确认系统生物除磷的潜力，因此可针对性在好氧区控制曝气量及出水溶解氧，从而确保聚磷菌在好氧条件下的充分吸磷，降低出水正磷酸盐浓度。该指标与投加系数共同控制，可实现化学除磷药剂投加量的充分节约。
在实际系统运行中，我们发现高值常出现在切换系统运行及恢复系统运行时段，另外，在进水水质上升较快的情况下，也会延时出现出水正磷酸盐变化幅度大的问题。因此可增加如下功能：
1、增加趋势判断功能，将上升率和下降率等参数作为调整参数，可实现提早介入；
2、ORP与释磷呈现明显线性负相关，变化系数(斜率)可作为调整参数，体现生物除磷的强弱，从而指导化学除磷药剂投加；
3、高值出现除了有切换系统运行的原因外，还有投加泵冲程调节不合适的问题，冲程调节可根据实际需求定期校正，以满足投加泵频率运行区间在10～45赫兹范围内。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种城镇污水处理厂智能化学除磷系统，其特征在于，提供一污水处理除磷药剂投加计算模型，通过跟踪包括进水瞬时流量、厌氧段氧化还原电位、好氧段溶解氧的影响因素的变化，判断实现出水总磷达标是否需要投加除磷药剂以及除磷药剂投加量，输出控制信号控制加药泵按需投药；系统以化学药剂的反馈控制环节为主，通过采集二沉池/滤池/膜池出水正磷酸盐浓度与设定目标值计算偏差，进而计算出应调节的除磷药剂投加量，以调节加药泵的频率，实现除磷药剂投加量的实时调控。
2.根据权利要求1所述的城镇污水处理厂智能化学除磷系统，其特征在于，所述污水处理除磷药剂投加计算模型具体实现如下：
化学除磷的机理如下：
Al3++PO4 3-→AlPO4↓
按1mg正磷酸盐消耗4.6mgPAC溶液计算，理论上去除1g正磷酸盐需要0.9g铝，在实际投加中，化学沉析除磷反应并不是100％有效进行，因此化学除磷药剂投加需要超量投加，以保证出水总磷达到控制目标，随即，引入投加系数β，进水瞬时流量Q通过电磁流量计仪表实时采集；在线正磷酸盐测定仪检测值为P1；出水正磷酸盐控制目标值为Pc；PAC原液的密度为ρ；配置浓度为ω；
化学除磷药剂采用的是10％Al2O3有效含量的PAC溶液，PAC溶液中Al的质量分数为
正磷酸盐去除量Pch＝Q×(P1-Pc)；
因此，加药泵实时投加除磷药剂流量Qpac的计算公式如下：
因出水正磷酸盐浓度与生反池厌氧段的氧化还原电位ORP及好氧段的溶解氧DO均有关联，故Qpac还须增加校正参数μ1和μ2；最终公式演变为：
并通过单位换算整理为：
其中，μ1为与ORP关联的校正参数；μ2为与DO关联的校正参数。
3.根据权利要求2所述的城镇污水处理厂智能化学除磷系统，其特征在于，投加系数β取值范围1.5～2。
4.根据权利要求2或3所述的城镇污水处理厂智能化学除磷系统，其特征在于，投加系数β的计算方式如下：
β＝1.5+(1×A％)
其中A％的计算公式如下：
A％＝(50％×P+50％×D)×100％
P代表释磷系数；D代表溶解氧系数表征吸磷程度，如在控制范围内，默认为0，位于控制范围外取值1；释磷系数P的计算公式如下：
K1、K2为经验常数。
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| CN202311009978.XA Pending CN117037926A (zh) | 2023-08-11 | 2023-08-11 | 城镇污水处理厂智能化学除磷系统 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN117037926A (zh) |
-
2023
- 2023-08-11 CN CN202311009978.XA patent/CN117037926A/zh active Pending
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Legal Events
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