CN202758178U

CN202758178U - 一种智能动态曝气控制系统

Info

Publication number: CN202758178U
Application number: CN2011204967788U
Authority: CN
Inventors: 邱佰平; 段辉吉; 岳少龙
Original assignee: Shenzhen Das Intellitech Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Das Intellitech Co Ltd
Priority date: 2011-12-02
Filing date: 2011-12-02
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2021-12-02

Abstract

本实用新型公开了一种智能动态曝气控制系统，用于污水处理厂曝气池，所述智能动态曝气控制系统包括用于计算曝气池的生物需氧量和溶解氧的数据处理装置、用于根据所述生物需氧量控制鼓风的鼓风机调节模块和用于根据所述溶解氧控制曝气管道的电动流量调节阀开度的空气流量分配模块。本实用新型的智能动态曝气控制系统能够保持溶解氧稳定并能满足生化反应的需要、节约能源且模块化设计。

Description

一种智能动态曝气控制系统

技术领域

本实用新型涉及污水处理领域，更具体地说，涉及一种应用于污水处理厂曝气池的智能动态曝气控制系统。

背景技术

目前，国内大多数以活性污泥法为处理工艺的城市污水厂的曝气系统采用了衡量控制、简单控制回路自动控制或人工就地控制。衡量控制是根据污水处理厂的进水水量水质变化规律和工艺工程师的经验，人为设定各个风管调节阀门的开度，进行衡量送风曝气，避免进行频繁的调节；简单控制回路采用了PID进行调节控制，根据曝气池中溶氧检测仪的溶解氧测定值与溶解氧设定值进行比较，将两者偏差通过PID运算后输出电动阀门的开度信号，然后通过阀门的行程控制器进行相应的调节，进而控制池内的溶解氧浓度；人工就地控制通过操作人员对当前工艺运行情况和溶解氧测定值与设定值的偏差分析，根据经验人为对阀门开度进行调节，从而控制池内的溶解氧浓度。这三种现有的控制方法存在以下问题：

1、衡量控制不能及时反映污水厂的进水负荷（水量、水质）的变化；不能反映微生物生长环境的变化造成的需氧量变化；不能反映物理环境变化（如曝气盘堵塞、气压扰动、水位流速变化等）造成的需氧量变化和沿池的分布规律变化；实际供气量一般大于需气量，鼓风机曝气耗能较高。

2、简单PID控制由于时间延迟、造成溶解氧浓度波动较大；溶解氧设定值较高，过大的冗余造成生化单元耗能较高；溶解氧浓度波动造成生物环境不稳定，影响出水水质。

3、人工就地控制，局部的阀门调节会影响其他供气支管的供气量，调节难度很大；人工控制效果与操作人员的经验有密切关系；控制的可靠性比较低，容易产生调节过度的情况；如果进行频繁调节，容易造成溶解氧浓度的波动。

这三种现有的方法存在明显的缺陷，不能稳定控制具有多变量、高相关、非稳态、大滞后等特点的污水处理系统中的溶解氧浓度，不能使得曝气量的大小跟随污水处理厂进水水量和水质的变化规律而变化，从而导致曝气量与实际需气量相比冗余过大，不利于保持曝气池内微生物的生长环境的稳定，会对污水处理工艺的运行造成一定的干扰，并且使得曝气单元能耗较高。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于针对现有技术中等缺陷，提供一种能够保持溶解氧稳定并能满足生化反应的需要、节约能源且模块化设计的智能动态曝气控制系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种智能动态曝气控制系统，用于污水处理厂曝气池，所述智能动态曝气控制系统包括用于计算曝气池的生物需氧量和溶解氧的数据处理装置、用于根据所述生物需氧量控制鼓风的鼓风机调节模块和用于根据所述溶解氧控制曝气管道的电动流量调节阀开度的空气流量分配模块；

所述数据处理装置包括用于根据进水端待处理污水水质与流量的前馈参数及曝气池中已处理污水水质的后馈参数计算生物需氧量和溶解氧的智能计算模块。

本实用新型所述的智能动态曝气控制系统中，所述鼓风机调节模块包括用于根据管道压力与进气流量调节变频器的第一控制柜，所述第一控制柜连接有鼓风机、用于控制所述鼓风机的所述变频器、用于测量所述管道压力的总管压力计和用于测量进气流量的第一热值流量计，所述鼓风机设置在所述曝气管道进气端。

本实用新型所述的智能动态曝气控制系统中，所述空气流量分配模块包括用于控制所述电动流量调节阀的第二控制柜，所述第二控制柜连接有电动流量调节阀和用于测量曝气流量的第二热值流量计，所述电动流量调节阀设置在所述曝气管道出气端。

本实用新型所述的智能动态曝气控制系统中，所述生物曝气池设置有溶解氧测定仪，所述溶解氧测定仪分别连接所述第二控制柜、所述智能计算模块和所述参数优化模块。

本实用新型所述的智能动态曝气控制系统中，所述数据处理装置、鼓风机调节模块和空气流量分配模块分别设置有报警装置。

本实用新型的智能动态曝气控制系统具有以下有益效果：智能计算模块与参数优化模块能够实时计算并优化溶解氧，进而控制鼓风机调节模块和空气流量分配模块，能够适应进水水质与流量的变化，从而保持溶解氧的稳定且使曝气池的曝气率能够满足生化反应的需要；因为系统实时计算溶解氧，能够按需控制整个系统供气，使系统的电能消耗降到最低，减少不必要的浪费；本系统采用模块化设计，模块可移植，同时方便维护。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是根据本实用新型的智能动态曝气控制系统一个实施例的原理框图；

图2是曝气池经过本实用新型智能动态曝气控制系统控制和未经控制的溶解氧浓度曲线对比图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

智能动态曝气控制系统简称IDAS，旨在为污水厂曝气池2生物处理过程提供精确曝气，即实现溶解氧（DO）的精确控制。其核心是采用先进的算法智能的计算出生物需气量、DO值等参数，以气体流量信号作为主控制信号，溶解氧作为辅助控制信号，鼓风曝气动态精确配气调节，在控制过程中根据系统的在线数据进行自动的优化调整。

本发明的智能动态曝气控制系统数据处理装置、鼓风机31调节模块和空气流量分配模块14。

数据处理装置用于计算曝气池2生物需氧量和溶解氧，为鼓风机31调节模块和空气流量分配模块14的运行提供必要参数。数据处理装置包括智能计算模块11和参数优化模块12。

智能计算模块11主要用于生物需氧量和溶解氧的计算，并将计算出的结果提供给鼓风机31调节模块和空气流量分配模块14。智能计算模块11根据进水端待处理污水水质与流量的前馈参数及曝气池2中已处理污水水质的后馈参数计算出实际的生物需氧量，使曝气系统随生物需氧量变化地进行供气。由于智能计算模块11能够进行实时计算，使整个系统的可靠性和稳定性大大提高。智能计算模块11能再根据以进水量，进水COD值，曝气率计算氧的输入量，可以准确预测溶解氧DO值，其中一般曝气率为常量。所述前馈数据包括进水端待处理污水的五日生化需氧量、重铬酸钾(K2Cr2O7)作为氧化剂测定出的化学耗氧量、固体悬浮物浓度、总磷值、总氮值和进水流量；所述后馈数据包括曝气池2中已处理污水水质的液位、固体悬浮物浓度、总磷值、氨氮浓度、硝氮浓度和溶解氧浓度。

参数优化模块12主要用于对提供给鼓风机31调节模块和空气流量分配模块14的计算结果进行优化。参数优化模块12一般需要考虑的参数有：历史和当前的前馈参数、后馈参数及智能计算模块11的计算结果。参数优化模块12根据以上参数进行建模仿真，进而对当前参数进行分析，可以预见到一些前馈参数的变化，从而及时对计算出的溶解氧DO值进行调节，以避免等到溶解氧DO值发生变化时再进行调节。系统会对溶解氧DO值进行跟踪以确定控制结果。需要指出的是，IDAS并非严格依赖DO值进行控制，即使在溶氧仪不准确或损坏的情况下，按照模型中的历史数据及某些前馈参数，仍然可以确保曝气池2安全运行，只不过加大抵抗扰动的安全控制余度，表现为DO的真实值上升。此外，可以理解的是智能计算模块11和参数优化模块12在工作时还会考虑到一些环境参数，比如PH值、温度等等。

数据处理装置还包括数据存储模块，数据存储模块对当前测得的前馈参数、后馈参数及智能计算模块11的计算结果作为历史参数进行实时存储。

鼓风机31调节模块用于根据数据处理装置提供的需氧量控制鼓风；鼓风机31调节模块包括用于根据管道压力与进气流量调节变频器的第一控制柜，第一控制柜连接有鼓风机31、用于控制鼓风机31的变频器、用于测量管道压力的总管压力计33和用于测量进气流量的第一热值流量计32，鼓风机31设置在曝气管道进气端。鼓风机31是整个曝气系统的动力源头，是满足生化反应池生物需氧的关键，本实施例中鼓风机31调节模块按数据处理装置输出的生物需氧量以及设定的压力应用双闭环PID控制方式进行调节。因为由智能计算模块11和参数优化模块12得出实际需气量，按需供气动态调节，从而降低了鼓风机31调节模块的电能能耗。既能满足工艺环境的精细控制，又能实现节能降耗运行。

空气流量分配模块14用于根据所述溶解氧控制曝气管道的电动流量调节阀41开度；空气流量分配模块14包括用于控制电动流量调节阀41的第二控制柜，第二控制柜连接有电动流量调节阀41和用于测量曝气流量的第二热值流量计42，电动流量调节阀41设置曝气管道出气端。此外，生物曝气池2设置有溶解氧测定仪，溶解氧测定仪测得的数据会分别发送给第二控制柜、智能计算模块11和参数优化模块12。空气流量分配模块14形成控制回路，根据热值流量计和智能计算模块11以及参数优化模块12给出的曝气流量、溶解氧DO值调节电动流量调节阀41的开度，从而影响曝气流量和溶解氧，又再次向电动流量调节阀41反馈，整个过程可动态、及时地、准确地根据实际的负荷波动调节空气供给量，使生物池的每一部分都能达到高效，减少了曝气池2中溶解氧的波动，达到精确曝气的控制目标。

此外，本系统采用模块化的结构方式，各个模块具备故障报警、诊断功能，根据报警信息以及诊断提示，能便捷的进行维护。

IDAS系统提供3种运行模式，即自动控制、人工强制控制和安全模式，并提供通信接口，支持数据远传。自动控制是推荐控制方式，用于污水厂污水处理工艺正常运行、精确曝气控制系统的热值气体流量计、DO溶氧测定仪、电动流量调节阀41等设备工作正常情况下，具有最大的节气效能；人工强制控制是在污水厂污水处理过程处于非正常运行条件下，例如污水负荷突然大幅度改变、污水含有有毒物质、生化反应池处于异常状态等情况下，直接允许人工操纵的控制方式；安全模式是一种大余度的自动控制方式，用于污水厂污水处理过程经常处于大扰动条件下，比如进水的污水负荷较大范围的经常性变动、进入生化反应池的水量有较大的变化情况下，大余度控制的本质是提高系统抵抗大扰动的能力，提高安全运行系数。

智能动态曝气控制系统根据不同设备的工作状态自动切换控制方法，从而保证即使部分设备发生故障的情况下，也不会影响生化单元的正常安全运行。当当前的溶解氧正常，如果热值流量计正常则系统正常控制曝气；否则仅根据溶解氧的变化来控制电动流量调节阀41，热值流量计会发出报警以进行及时维修；当当前的溶解氧未满足条件，根据热值流量计进行调节，如果热值流量计测定的值正常，查询调节后的溶解氧，如果调节后的溶解氧正常，则以后只需更加数据处理模块的计算结果控制电动流量调节阀41即可，如果调节后的溶解氧不符合条件，人工预设曝气流量，并控制曝气流量符合预设值；如果热值流量计测定的值不符合条件，调节曝气流量，如果调节后的曝气流量正常，那以后的调节只需根据调节前后的曝气流量控制电动流量调节阀41的开度即可，如果调节后的曝气流量不正常，更具数据处理模块的计算结果动态控制电动流量调节阀41的开度，如果仍无法调节曝气流量至正常值，直接人工预设并调节电动流量调节阀41的开度。如图2所示的是曝气池经过本实用新型智能动态曝气控制系统控制和未经控制的溶解氧浓度曲线对比图，其中粗实线表示的曲线为经过本系统控制的溶解氧浓度曲线。

虽然本实用新型是通过具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本实用新型范围的情况下，还可以对本实用新型进行各种变换及等同替代。另外，针对特定情形或材料，可以对本实用新型做各种修改，而不脱离本实用新型的范围。因此，本实用新型不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本实用新型权利要求范围内的全部实施方式。

Claims

1.一种智能动态曝气控制系统，用于污水处理厂曝气池（2），其特征在于，所述智能动态曝气控制系统包括用于计算曝气池（2）的生物需氧量和溶解氧的数据处理装置、用于根据所述生物需氧量控制鼓风的鼓风机（31）调节模块和用于根据所述溶解氧控制曝气管道的电动流量调节阀（41）开度的空气流量分配模块（14）；

所述数据处理装置包括用于根据进水端待处理污水水质与流量的前馈参数及曝气池（2）中已处理污水水质的后馈参数计算生物需氧量和溶解氧的智能计算模块（11）。

2.根据权利要求1所述的智能动态曝气控制系统，其特征在于，所述鼓风机（31）调节模块包括用于根据管道压力与进气流量调节变频器的第一控制柜，所述第一控制柜连接有鼓风机（31）、用于控制所述鼓风机（31）的变频器、用于测量管道压力的总管压力计（33）和用于测量进气流量的第一热值流量计（32），所述鼓风机（31）设置在所述曝气管道进气端。

3.根据权利要求2所述的智能动态曝气控制系统，其特征在于，所述空气流量分配模块（14）包括用于控制所述电动流量调节阀（41）的第二控制柜，所述第二控制柜连接有电动流量调节阀（41）和用于测量曝气流量的第二热值流量计（42），所述电动流量调节阀（41）设置在所述曝气管道出气端。

4.根据权利要求3所述的智能动态曝气控制系统，其特征在于，所述生物曝气池（2）设置有溶解氧测定仪，所述溶解氧测定仪分别连接所述第二控制柜和所述智能计算模块（11）。

5.根据权利要求4所述的智能动态曝气控制系统，其特征在于，所述数据处理装置、鼓风机（31）调节模块和空气流量分配模块（14）分别设置有报警装置。