CN205856256U - 污水处理厂关键工艺参数的智能控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种污水处理厂关键工艺参数的智能控制系统，生物池分别连接水量调节闸阀，鼓风机及曝气管道与生物池之间设有曝气控制阀，所述二沉池通过污泥回流控制阀与生物池连接，生物池、二沉池、絮凝沉淀池以及消毒池的调控因子在线数据采集仪表终端连接有中心PLC，所述中心PLC与执行机构连接。有益效果：本实用新型根据各种调控因子的特点和对控制值的影响大小分配不同的权重和周期，周期性的步幅调整。提高了对工艺变化的适应性和调控的及时性。系统的调控方式避开了大量的理论计算，因此对在线仪表的准确性和完好率要求大幅度降低，在现有硬件基础上系统运行的稳定性大幅度提升。

Description

污水处理厂关键工艺参数的智能控制系统

技术领域

本实用新型属于污水处理厂，尤其涉及一种污水处理厂关键工艺参数的智能控制系统及其控制方法。

背景技术

污水处理厂一般24小时连续运行，运行效果体现为最终出水水质和运行成本。出水水质越好、运行成本越低则运行效果越好。污水处理厂进水水质和水量一般为持续性变量，规律性低，难以预估。同时，进水水质水量的变化对出水水质和运行成本有重大影响，为提高出水水质和降低运行成本在运行中需要不断调整水处理工艺过程中的各项工艺参数以应对进水水质水量的变化。目前国内污水处理厂工艺参数的调整方式主要是人工调整和数学模型精确计算调整。如果经验丰富的工艺工程师能够做到全天候不间断调整可以将工艺参数保持在合理范围内并且获得较好的出水水质和较低的运行能耗。但是若满足上述条件，每个污水处理厂都要具有至少1名经验丰富的工艺工程师，并且工艺工程师还要能够做到全天候不间断在岗，这几乎是不可能实现的。因此，采用人工调整的污水处理厂一般一天对工艺参数只进行1-2次的调整，这种调整频次无法应对实时变化的进水水质水量参数。因此人工调整方式很难保证24h都有经验丰富的工艺工程师进行工艺调整，即使能做到，人力成本也是巨大的，因此人工控制的方式难以满足污水处理厂的工艺调整需求；采用数学模型精确计算调整属自动调整范畴，是对污水处理厂进行数学建模，将建模者认为的所有影响工艺参数的控制因子输入其中，如进水的水量、COD、氨氮、温度、pH，环境气压、湿度等等。再根据一系列的理论公式或经验公式进行精确计算，得出某一时刻的工艺控制值，进而实现对工艺参数的实时调整。这些控制因子则通过采用在线仪表进行实时测量。数学模型精确计算的控制方式在理论上完全成立，但问题在于对在线仪表的准确性要求较高，经常会因为1台仪表的误差或故障而带来蝴蝶效应，导致整个计算过程与实际需求值大相径庭，同时，污水处理厂进水水质水量的不确定性和包括气压、温度、设备状态等不确定因素的客观存在，在线仪表实际根本无法确保对所有影响因子进行准确测量，这一矛盾的存在使得基于数学模型计算调整的工艺控制方式在实际工程应用中经常性陷于瘫痪状态，也难以满足污水处理厂稳定运行的需求。污水处理厂亟待开发一种能够将成熟的人工控制经验转化为自动化控制的方法，实现大幅度提高整体工艺运行的稳定性和出水水质的达标率的管理目标。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种污水处理厂关键工艺参数的智能控制系统，以类似人类思维的方式进行工艺调控，将成熟的人工控制经验转化为自动控制，可以把调整周期缩短到工艺所需周期，并且24h不间断连续调整，可大幅度提高整体工艺运行的稳定性和出水水质的达标率。

本实用新型为实现上述目的，采用以下技术方案：一种污水处理厂关键工艺参数的智能控制系统，包括依次连接的初沉池、若干个生物池、二沉池、絮凝沉淀池以及消毒池，生物池具有单个或多个进水点和曝气支管以及内回流装置，并构成单点或多点进水形式的污水处理系统，其特征是：若干生物池分别连接水量调节闸阀，鼓风机通过曝气管道与生物池连通，曝气管道与生物池之间设有曝气控制阀，所述二沉池通过若干污泥回流控制阀与若干生物池连接，生物池的多级AO污水处理系统、二沉池、絮凝沉淀池以及消毒池的调控因子在线数据采集仪表终端连接有中心PLC，所述中心PLC与执行机构连接。

所述执行机构包括与配水管道连接的配水电动阀、与曝气管道连接的鼓风机及曝气支管阀门、与二沉池及生物池连接的污泥回流泵、与生物池连接的碳源投加泵、与絮凝沉淀池连接的除磷投药泵和与消毒池连接的消毒剂投加泵。

所述调控因子在线数据采集仪表包括进水阀门状态、支管水量仪表、进水总水量仪表、进水COD仪、进水氨氮仪、生物池溶解氧仪、出水氨氮、出水COD、曝气支管阀门状态、曝气支管气量、生物池厌氧区ORP仪、生物池缺氧区ORP仪、TN在线监测仪、TP在线监测仪、二沉池泥位计、污泥浓度在线监测仪、悬浮物在线监测仪、余氯在线监测仪。

有益效果：本实用新型相对与人工调整提高了对工艺变化的适应性和调控的及时性，来源于人工控制经验却又优于人工控制方式。本实用新型将人工控制经验转录为自动调整，提高了调控的准确性和及时性，降低了人力成本；通过对最先进人工经验的富集，提高了工艺调整的水平，降低了污水处理厂运行中因工艺管理人员的知识水平差异对运行工作的影响，可使更多的污水处理厂实现自动的高水平运行；智能控制系统对各工艺参数控制更加合理，可大幅度降低电耗、药耗，同时提高出水水质，提高达标率，实现污水处理厂运营成本和水质达标的双赢；系统的调控方式避开的大量的理论计算，因此对在线仪表的准确性和完好率要求大幅度降低，总体降低了对在线仪表的依赖性，这一点带来的直接好处就是个别仪表的故障对系统运行的稳定性将不会带来很大影响，在现有硬件基础上系统运行的稳定性大幅度提升。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是污水处理厂的典型污水处理流程图；

图3是多级AO生化池配水、曝气及污泥内回流示意图。

具体实施方式

下面结合较佳实施例详细说明本实用新型的具体实施方式。

详见附图1，一种污水处理厂关键工艺参数的智能控制系统，包括依次连接的初沉池、若干个生物池、二沉池、絮凝沉淀池以及消毒池，生物池具有单个或多个进水点和曝气支管以及内回流装置，并构成单点或多点进水形式的污水处理系统，其特征是：若干生物池分别连接水量调节闸阀，鼓风机通过曝气管道与生物池连通，曝气管道与生物池之间设有曝气控制阀，所述二沉池通过若干污泥回流控制阀与若干生物池连接，生物池的多级AO污水处理系统、二沉池、絮凝沉淀池以及消毒池的调控因子在线数据采集仪表终端连接有中心PLC，所述中心PLC与执行机构连接。

所述执行机构包括与配水管道连接的配水电动阀、与曝气管道连接的鼓风机及曝气支管阀门、与二沉池及生物池连接的污泥回流泵、与生物池连接的碳源投加泵、与絮凝沉淀池连接的除磷投药泵和与消毒池连接的消毒剂投加泵。

所述调控因子在线数据采集仪表包括进水阀门状态、支管水量仪表、进水总水量仪表、进水COD仪、进水氨氮仪、生物池溶解氧仪、出水氨氮、出水COD、曝气支管阀门状态、曝气支管气量、生物池厌氧区ORP仪、生物池缺氧区ORP仪、TN在线监测仪、TP在线监测仪、二沉池泥位计、污泥浓度在线监测仪、悬浮物在线监测仪、余氯在线监测仪。

执行机构接受中心PLC的控制，自身运行参数也传送给中心PLC。同时执行机构通过调控周期计时器与中心PLC连接。周期计时器可以使执行机构执行完一次调节操作后,计时器从零计时，达到下一个设定时间后PLC重新计算并向执行机构发出调控指令，周而复始。调控周期计时器按时间轴多因子、多周期同时计时，各因子独立计时，达到触发点单独触发。

本实用新型为污水处理厂工艺管理建立一种能够稳定运行的自动化控制方法，建立污水处理厂工艺关键点的智能控制系统。

污水处理厂关键工艺参数的智能控制系统的控制方法，将成熟的人工控制污水处理工艺转录到自动控制程序上，由电脑模拟人类思维的模式对工艺关键点进行实时控制，根据各种调控因子的特点和对控制值的影响大小分配不同的权重和周期，在调控过程中各因子相对独立影响控制值，但又互相修正互相弥补单因子的不足，周期性的步幅调整，将定量计算转化为了定性判断，使得控制值在周而复始的调控过程中自动趋向于合理值。

如下图2，典型污水处理工艺中主要控制工艺参数包括水量分配控制点①、鼓风机控制点②、曝气管道阀门控制点③、污泥回流量控制点④(包括内回流和外回流)、碳源投加量控制点⑤、除磷药剂投加量控制点⑥、消毒药剂投加量控制点⑦。对于采用单点或多点进水形式的污水处理系统，在一个生物池内具有多个进水点和曝气支管以及内回流系统，其每个支管配水量、支管曝气量和阶段内回流量也是工艺要控制的关键点，这三点分别属于水量调节闸阀控制点①、曝气控制阀控制点③、污泥回流控制点④三种控制系统内。对于上述七个工艺关键点，根据成熟的人工控制经验，分别建立模糊控制逻辑和程序，模拟人类思维模式进行调控。具体调控方式为：1、选定每个工艺关键点的调控因子；2、对所有调控因子分配调控周期、权重和步幅，进而确定逻辑关系；3、控制程序编写；4、系统运行

具体控制步骤：

配水量智能控制

污水处理厂配水量控制过程为通过阀(闸)门调整将一定水量(Q_总)按照一定比例要求分配到若干个支管(渠)上(Q₁,Q₂，…，Q_n)，参与控制硬件主要为各管(渠)上的电动阀门、流量计。

调控因子为：阀门开度数据、流量数据；

调控周期：1-5分钟(具体工程根据现场情况调整)；

调控步幅：≤1％阀门开度。

因子权重：阀门开度数据权重为1.00，流量数据为权重为1.00。

鼓风机风量智能控制

鼓风机为整个污水处理生化系统供气，鼓风机的输出风量受整个污水处理厂进水的水质、水量影响，同时生物池DO和末端氨氮、硝态氮是鼓风机风量是否合理的直观反映。

调控因子为：进水水量，进水水质，生物池DO，出水氨氮，出水总氮；

调控周期：进水水量(10-30分钟)；进水水质(6-24小时)；生物池DO(15-30分钟)；出水氨氮(10-24小时，由生物池实际水力停留时间确定)；出水总氮(10-24小时，由生物池实际水力停留时间确定)

调控步幅：≤5％总输出风量。

因子权重：若进水水量权重规定为1.00；进水水质权重为0.25-0.5；生物池DO权重为1-2；出水氨氮权重为2-4；出水总氮权重为0.25-0.5。

曝气管道阀门智能控制

鼓风机风量控制合理时，还需要对各曝气支管进行气量分配控制，一般生化池分多个并联系列，每个系列又分为不同的曝气段，每个段具有1个曝气支干管，每段至少设有1台在线DO仪和空气流量计，同时具有一台调节阀，智能控制系统要求这个调节阀为电动，并且阀门开度可在0-100％之间任意调整。

调控因子为：阀门开度数据、气体流量数据、在线DO数据；

调控周期：15-30分钟(具体工程根据现场情况调整)；

调控步幅：≤1％阀门开度。

因子权重：阀门开度数据权重为1.00，流量数据为权重为0.50，在线DO数据权重为2-4。

污泥回流量智能控制(包括内回流和外回流)

污泥回流量对于生化系统的脱氮效果和除磷效果具有重要影响，内回流量越大总氮的理论去除率越高，但同时带来的溶解氧回流又浪费大量碳源和缺氧反应的池容从而对总氮去除带来不利影响，因此合理控制内回流的量对于提高总氮去除效果至关重要，内回流控制的调控因子包括缺氧池ORP(氧化还原电位)、出水TN、出水氨氮；外回流过小影响二沉池的污泥沉淀效果，外回流过大带回大量溶解氧和硝态氮影响前端厌氧段的释磷效果，因此合理控制外回流是除磷和二沉池沉淀效果权衡确定，外回流控制因子包括厌氧池ORP、出水TP、二沉池泥位、二沉池进水MLSS(混合液污泥浓度)、回流污泥MLSS。

调控因子为：厌氧池ORP、缺氧池ORP、出水TN、出水TP、出水氨氮、二沉池泥位、二沉池进水MLSS、回流污泥MLSS；

调控周期：厌氧池ORP(10-20分钟)、缺氧池ORP(10-20分钟)、出水TN(6-24小时，由实际水力停留时间确定)、出水TP(10-24小时，由实际水力停留时间确定)、出水氨氮(10-24小时，由实际水力停留时间确定)、二沉池泥位(15-60分钟)、二沉池进水MLSS(1-2天)、回流污泥MLSS(1-2天)；

调控步幅：≤1％回流泵频率。

因子权重：厌氧池ORP权重为1.00、缺氧池ORP权重为1.00、出水TN权重为2.00、出水TP权重为2.00、出水氨氮权重为0.25-0.5、二沉池泥位权重为2.00、二沉池进水MLSS权重为1.00、回流污泥MLSS权重为1.00。

碳源投加量智能控制

污水处理厂投加碳源主要用于反硝化脱氮，碳源投加量与投之前的TN和投之后的TN相关，与水量正相关。

调控因子为：投药前TN数据、投药后TN数据、水量；

调控周期：；投药前TN数据(2-6小时)、投药后TN数据(2-6小时)、水量(10-30分钟)；

调控步幅：≤2-5％总加药量；

因子权重：投药前TN数据权重为1.00、投药后TN数据权重为1.00、水量权重为1.00。

除磷药剂投加量智能控制

污水处理厂加药除磷为单纯化学反应，基本不涉及生化反应，因此较易控制，与加药前后的TP含量相关，与水量正相关。由于除磷药剂同时伴随絮凝反应，在加药量过多时会导致矾花量过多影响后续沉淀效果，因此后续沉淀池出水悬浮物含量也是影响除磷加药量的重要因子。

调控因子为：投药前TP数据、投药后TP数据、水量、出水SS(悬浮物)；

调控周期：；投药前TP数据(20-40分钟)、投药后TP数据(30-120分钟)、水量(10-30分钟)、出水SS(30-120分钟)；

调控步幅：≤2-5％总加药量；

因子权重：投药前TP数据(1.00)、投药后TP数据(2.00)、水量(1.00)、出水SS(0.5-1.00)。

5.7消毒药剂投加量智能控制

消毒工艺采用加药消毒时一般采用液氯、次氯酸钠或二氧化氯消毒，消毒的反应特点为当消毒剂量不足时细菌大量存活，消毒效果不佳，当消毒剂量达到消毒浓度时细菌迅速被杀灭，存活量所剩无几。简而言之消毒剂的投加量与细菌指标的达标之间存在临界点，药剂量低于临界点不达标，药剂量高于临界点突然达标。根据加药消毒这一特点，只需要控制好消毒后的余氯量即可确保加药效果，一般余氯0.5mg/L消毒时间30分钟左右即可将绝大多数细菌杀灭。加氯消毒同时受氨氮含量影响，根据氨氮浓度和折点加氯原理选择应采用折点前或折点后加氯，当氨氮浓度低于1mg/L时一般采用折点后加氯，当氨氮浓度高于1mg/L时可采用折点前加氯。

调控因子为：消毒池末端余氯值、水量、氨氮；

调控周期：；消毒池末端余氯值(15-30分钟)、水量(5-20分钟)、氨氮(1-2小时)；

调控步幅：≤1％总加药量；

因子权重：消毒池末端余氯值(2.00)、水量(1.00)、氨氮(2.00)。

运行举例：以配水量智能控制系统为例，对于将某一实时变化的水量Q_总按照20％、25％、35％、20％的固定比例分配到四个支管上，由于总水量实时变化，为保证四个支管分配水量比例固定需要对各个支管的阀门进行实时调整，人工调整的方式为通过对某一支管实际水量比例与设定比例进行比较，如偏高则该阀门开度减小一点，如偏低则阀门开度增大一点，如适中则阀门不做调整，总水量往往几分钟就会有变化，人工调整无法保证时时刻刻根据总水量变化调节各个配水阀门，而将人工的这种控制方法编程控制程序由电脑控制执行，就能够满足水量调节的需求。如配水量需求为20％的支管，认为19％-21％范围内属于适中，低于19％为偏低，高于21％为偏高，调节周期为2分钟，步幅为1％阀门开度，当达到一次执行周期时判断该支管实际水量为18％，则中心PLC向阀门发出上调1％开度指令，执行完毕后进入下一周期，如下一周期实际水量为20％则不作调整，如某一周期实际水量为25％则中心PLC向阀门发出下调1％开度指令，循环往复，周而复始。为了防止阀门关闭过低导致上游冒水，具体工程中根据实际情况要设置阀门可调范围区间。

上述参照实施例对该一种污水处理厂关键工艺参数的智能控制系统及其控制方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本实用新型总体构思下的变化和修改，应属本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种污水处理厂关键工艺参数的智能控制系统，包括依次连接的初沉池、若干个生物池、二沉池、絮凝沉淀池以及消毒池，生物池具有单个或多个进水点和曝气支管以及内回流装置，并构成单点或多点进水形式的污水处理系统，其特征是：若干生物池分别连接水量调节闸阀，鼓风机通过曝气管道与生物池连通，曝气管道与生物池之间设有曝气控制阀，所述二沉池通过若干污泥回流控制阀与若干生物池连接，生物池的多级AO污水处理系统、二沉池、絮凝沉淀池以及消毒池的调控因子在线数据采集仪表终端连接有中心PLC，所述中心PLC与执行机构连接。

2.根据权利要求1所述的污水处理厂关键工艺参数的智能控制系统，其特征是：所述执行机构包括与配水管道连接的配水电动阀、与曝气管道连接的鼓风机及曝气支管阀门、与二沉池及生物池连接的污泥回流泵、与生物池连接的碳源投加泵、与絮凝沉淀池连接的除磷投药泵和与消毒池连接的消毒剂投加泵。

3.根据权利要求1所述的污水处理厂关键工艺参数的智能控制系统，其特征是：所述调控因子在线数据采集仪表包括进水阀门状态、支管水量仪表、进水总水量仪表、进水COD仪、进水氨氮仪、生物池溶解氧仪、出水氨氮、出水COD、曝气支管阀门状态、曝气支管气量、生物池厌氧区ORP仪、生物池缺氧区ORP仪、TN在线监测仪、TP在线监测仪、二沉池泥位计、污泥浓度在线监测仪、悬浮物在线监测仪、余氯在线监测仪。