CN206580621U - 一种污水处理污泥物料平衡的控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种污水处理污泥物料平衡的控制系统，包括通过现场调整层精确控制各工艺段污泥的排放；所述现场调整层将数据上传至智能控制层，所述智能控制层根据数据计算智能策略、确定各工艺段的流量限值、发出预警信号，控制全厂污泥的动态平衡；所述智能控制层将信息通过人工干预层的人机界面显示，方便工作人员进行数据和参数的调整，以及修正所述智能策略。本实用新型所述的污水处理污泥物料平衡的控制系统，改变靠经验、人工操作的工作模式，提升了污水处理的稳定性和控制精度，降低了工作强度，节约了污水处理成本；自动化程度高，实现了污泥处理全过程的按需供给，避免了过度排泥，节约资源和能源。

Description

一种污水处理污泥物料平衡的控制系统

技术领域

本实用新型属于污水处理领域，尤其是涉及一种污污水处理污泥物料平衡的控制系统。

背景技术

近年以来，城市污水处理厂污泥处理逐渐成为行业内和市场的热点方向。污泥的全过程控制的研究也逐步深入，各种减量化、资源化方案不断被设计、应用。但是，针对污泥的产生环节，即污水处理厂现有工艺的过程优化基本还是需要依靠人工干预控制。污泥产生和处理的各个工艺段中普遍存在以下部分或全部问题：

(1)生物污泥龄、食微比的控制依靠人工经验，控制排泥时间，没有实现自动化。污水厂在运行中，需要根据不同季节、进水水质变化下的经验进行调整，其变化过程直接影响生物群落变化，对出水指标、污泥减量具有长时间持续性影响。

(2)浓缩水解池一般受生物处理工艺的影响需要经常改变排泥量，需要人工控制。其浓度、流量变化会造成浓缩和水解发酵效果不稳定，培养和维持困难。排泥量的不均衡间接对初沉池运行控制提出更高要求。

(3)除臭系统没有实现自动化的精确最小化排泥。人工操作较多；浓度不稳定，影响脱水机效率；过度排泥，耗能。

(4)污泥消化控制依赖人工经验控制，消化系统进泥一般为混合污泥，其浓度、成分等性质的不断变化使得投配量需要动态调整。

(5)深度处理工艺中的化学污泥，一般存在铝盐或铁盐，在与其他污泥混 合脱水过程中，如果不规则的排放混合，会造成脱水效果的不稳定，加大絮凝剂的消耗量。

(6)脱水系统需泥量和供泥量不平衡，需要大量人工操作，供泥过多容易造成高浓度污泥回流，影响预处理区功能；过少造成生物处理系统运行异常。

综上，在污泥处理的各个工艺段中，需要在包括生物泥龄控制、浓缩水解池运行控制、除臭污泥量控制、污泥消化泥量控制、脱水机泥量供给控制等方面综合考虑，做到精确的、自动化的物料平衡控制，改变目前靠经验、人工操作的工作模式。

发明内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种污水处理污泥物料平衡的控制系统，以提供一种易于改造、节能、稳定性高，自动化程度强的污水处理污泥物料平衡的控制系统。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种污水处理污泥物料平衡的控制系统，包括人工干预层、智能控制层和现场调整层，所述人工干预层包括人机界面，所述现场调整层包括物料平衡控制系统，所述智能控制层包括数据服务器和智能控制主机，所述智能控制主机信号连接至所述人机界面、所述物料平衡控制系统和所述数据服务器，所述物料平衡控制系统的主控制器为物料平衡控制PLC。

进一步的，所述物料平衡控制系统包括分别独立设置的生物池系统、除臭系统和污泥处理区系统，

所述生物池系统包括生物池PLC、温度计、剩余污泥变频泵、污泥浓度计、溶氧仪和进水流量计，所述生物池PLC分别信号连接至所述物料平衡控制PLC、所述温度计、所述剩余污泥变频泵、所述污泥浓度计、所述溶氧仪和所述进水流量计；

所述除臭系统包括除臭PLC、浊度计、H₂S浓度计、电动调节阀、变频泵和污泥流量计,所述除臭PLC分别信号连接至所述物料平衡控制PLC、所述浊度计、所述H₂S浓度计、所述电动调节阀、所述变频泵和所述污泥流量计；

所述污泥处理系统包括污泥处理PLC、化学污泥流量计、浓缩污泥流量计、消化污泥流量计和脱水污泥流量计，所述污泥处理PLC分别信号连接至所述物料平衡控制PLC、所述化学污泥流量计、所述浓缩污泥流量计、所述消化污泥流量计和所述脱水污泥流量计。

进一步的，所述生物池PLC、所述除臭PLC和所述污泥处理PLC信号连接的方式可为有线连接或无线连接。

进一步的，所述生物池PLC、所述除臭PLC和所述污泥处理PLC输出电流信号的范围均为4-20mA。

进一步的，所述智能控制主机和所述人机界面通过以太网信号连接。

相对于现有技术，本实用新型所述的污水处理污泥物料平衡的控制系统具有以下优势：

(1)本实用新型所述的污水处理污泥物料平衡的控制系统，易于改造，现有污水厂通过增加相关的传感器、智能控制设备，即可以实现，方便简单，推广性强。

本实用新型的另一目的在于提出一种污水处理污泥物料平衡的控制方法，以解决目前污泥处理过程中依靠经验进行人工操作，造成工作效率低下、控制精度不够的问题。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种污水处理污泥物料平衡的控制方法，包括

步骤一：通过现场调整层精确控制各工艺段污泥的排放量；

步骤二：所述现场调整层将数据上传至智能控制层，所述智能控制层根据数据计算智能策略、确定各工艺段的流量限值、发出预警信号，控制控制全厂污泥的动态平衡；

步骤三：所述智能控制层将信息通过人工干预层的人机界面显示，方便工作人员进行数据和参数的调整，以及修正所述智能策略。

进一步的，所述现场调整层控制的工艺段包括控制剩余污泥量、污泥浓缩水解量、除臭污泥量、消化污泥量、化学污泥量和脱水污泥量，所述现场调整层包括若干安装在现场的仪表。

进一步的，所述剩余污泥量的控制方式为模型控制，所述模型控制通过所述现场调整层的仪表采集进水量、进出水的悬浮物、进出水的COD、进出水的氨氮、污泥浓度、水温、历史剩余污泥有效污泥排放量及剩余污泥浓度的数据，且数据值均为日均值，所述模型控制采用五日动态泥龄控制法，

其中，泥龄公式为：

上式中θ_c为泥龄；V为曝气池体积；；X为污泥浓度；Q_d为日进水量；S₀为进水BOD；

S_e为出水BOD，X₀为进水悬浮物；Qs为剩余污泥排放量，Xs为剩余污泥浓度，n为天数，n为大于4的整数；

第n+1天的泥龄可以通过上述公式得出，当泥龄为定值时，进而推导出第n+1天的剩余污泥排放量为：

当在线数据出现较大波动、造成日排泥量变化较大时，可增加累积泥龄时间 段到4天以上；

泥龄的微调则根据所述SVI的值和所述进出水的氨氮值计算，计算公式为：

θ_c(n+1)＝θ_c(n)*K_SVI*K_NH3

其中，K_SVI为污泥指数系数，为模糊控制经验参数值，K_SVI的范围为0.5-1；

K_NH3为氨氮系数，为模糊控制经验参数值，K_NH3的范围为1-1.2。

进一步的，所述污泥浓缩水解量和所述消化污泥量的控制方式均为负荷控制,

负荷控制的计算公式为：

实际进泥负荷率＝Q_进*(1-P_进含水)/[Q_设计进*(1-P_{设计进含水})]

实际出泥负荷率＝Q_出*(1-P_出含水)/[Q_设计进*(1-P_{设计出含水})]

采用负荷控制方式时，第n+1天的进泥量为：

其中：Q_进为进泥量，Q_出为出泥量，P_进含水为进泥含水率，P_出含水为出泥含水率。

进一步的，所述除臭污泥量的控制通过PID、模糊控制和神经网络算法结合实现按需供给。

相对于现有技术，本实用新型所述的污水处理污泥物料平衡的控制方法具有以下优势：

(1)本实用新型所述的污水处理污泥物料平衡的控制方法，改变靠经验、人工操作的工作模式，提升了污水处理的稳定性和控制精度，降低了工作强度，节约了污水处理成本。

(2)本实用新型所述的污水处理污泥物料平衡的控制方法，自动化程度高，实现了污泥处理全过程的按需供给，避免了过度排泥，节约资源和能源。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例所述的污水处理污泥物料平衡的控制系统结构框图；

图2为本实用新型实施例所述的除臭系统控制框图；

图3为本实用新型实施例所述的除臭系统除臭污泥流量控制框图；

图4为本实用新型实施例所述的除臭系统除臭进泥流量控制框图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示 或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

一种污水处理污泥物料平衡的控制系统，如图1至图4所示，包括人工干预层、智能控制层和现场调整层，所述人工干预层包括人机界面，所述现场调整层包括物料平衡控制系统，所述智能控制层包括数据服务器和智能控制主机，所述智能控制主机信号连接至所述人机界面、所述物料平衡控制系统和所述数据服务器，所述物料平衡控制系统的主控制器为物料平衡控制PLC，

所述智能控制主机负责全厂污泥的动态平衡控制，主要方法包括：采集所述数据服务器中保存的历史数据(包括化验数据和在线仪表数据)，建立各个工艺段的公式模型，计算各个工艺段日总污泥量，根据各个工艺段的污泥量计算排泥时间；达到的功能包括：平衡浓缩水解池和消化池污泥负荷，控制消化混合污泥比例，控制化学污泥与脱水污泥的混合比例；在脱水机故障期间自动降低各工艺段污泥量。

所述物料平衡控制系统包括分别独立设置的生物池系统、除臭系统和污泥处理区系统，

所述生物池系统包括生物池PLC、温度计、剩余污泥变频泵、污泥浓度 计、溶氧仪和进水流量计，所述生物池PLC分别信号连接至所述物料平衡控制PLC、所述温度计、所述剩余污泥变频泵、所述污泥浓度计、所述溶氧仪和所述进水流量计，接收所述物料平衡控制PLC的控制信号，并控制所述剩余污泥变频泵的频率，达到设定的污泥处理量，所述生物池系统采集生物池进水量、进出水的悬浮物、进出水的COD、进出水的氨氮、MLSS、MLVSS、SVI、水温、历史剩余污泥有效污泥排放量及污泥浓度的数据，通过模型计算实现剩余污泥量的精确排放；其中进出水的悬浮物、进出水的COD、进出水的氨氮、MLSS、MLVSS、SVI为存储在数据服务器中的每日常规化验室的数据；

所述除臭系统包括除臭PLC、浊度计、H₂S浓度计、电动调节阀、变频泵和污泥流量计,所述除臭PLC分别信号连接至所述物料平衡控制PLC、所述浊度计、所述H₂S浓度计、所述电动调节阀、所述变频泵和所述污泥流量计，接收所述物料平衡控制PLC的控制信号，并控制所述电动调节阀的开度，达到设定的污泥处理量，通过对除臭污泥的进泥、投配流量、污泥浓度进行控制实现臭气的稳定控制；

所述污泥处理系统包括污泥处理PLC、化学污泥流量计、浓缩污泥流量计、消化污泥流量计和脱水污泥流量计，所述污泥处理PLC分别信号连接至所述物料平衡控制PLC、所述化学污泥流量计、所述浓缩污泥流量计、所述消化污泥流量计和所述脱水污泥流量计，所述污泥处理系统通过模型控制和匹配剩余污泥、化学污泥、浓缩污泥、消化污泥和脱水污泥的流量，实现各类型工况下的污泥排放稳定控制；

所述物料平衡控制PLC负责全厂污泥的动态平衡控制，主要接收现场仪表设备参数和所述智能控制主机的控制信号，控制所述生物池PLC、所述除臭PLC和所述污泥处理PLC的污泥处理量；平衡下属设备的台时；在所述智能控制主机离线时，按照设定的基本流量参数和负荷算法进行污泥物料分配。

所述生物池PLC、所述除臭PLC和所述污泥处理PLC信号连接的方式可为有线连接或无线连接。

所述生物池PLC、所述除臭PLC和所述污泥处理PLC输出电流信号的范围均为4-20mA。

所述智能控制主机和所述人机界面通过以太网信号连接。

所述智能控制层中接收上述分布控制区域的相关仪表的数据及所述数据服务器中的化验室手工电子数据，由所述智能控制主机判断数据准确性、根据不同工艺段的模型控制算法和专家系统逻辑实现智能策略的计算、分区域流量给定、发出预报警信息。

所述人工干预层负责对运行策略进行修正、对所述智能控制层提供控制要求，由所述人机界面对超出范围的工艺参数进行调整。

一种污水处理污泥物料平衡的控制系统的工作过程为：

本实施例的城市污水厂污泥物料平衡控制系统，应用于污水处理厂污泥产生与处理过程中，其主要实现了精准化、智能化的污泥排放与处理。

生物池PLC分别采集温度计、剩余污泥变频泵、污泥浓度计、溶氧仪和进水流量计的值并传递给物料平衡控制PLC，并接收物料平衡控制PLC的控制；除臭PLC分别采集浊度计、H₂S浓度计、电动调节阀、变频泵和污泥流量计的值并传递给物料平衡控制PLC，并接收物料平衡控制PLC的控制；污泥处理PLC分别采集化学污泥流量计、浓缩污泥流量计、消化污泥流量计和脱水污泥流量计的值并传递给物料平衡控制PLC，并接收物料平衡控制PLC的控制。物料平衡控制PLC将采集到的数据传递给智能控制主机，智能控制主机根据数据对物料平衡控制PLC控制，并将数据储存到数据服务器。

系统运行中，根据各个工艺段的污泥量计算排泥时间、平衡浓缩水解池 和消化池污泥负荷，控制消化混合污泥比例，控制化学污泥与脱水污泥的混合比例；在脱水机故障期间自动降低各工艺段污泥量。

除臭进泥进入除臭污泥培养池，进泥量由后续除臭污泥投加量的30分钟累积量确定，其流量调节为PID闭环控制，经过填料培养或活性恢复培养的除臭污泥经过管道平均分配到除臭投加点进行充分混合，其投加量由服务器神经网络算法和除臭PLC设定的模糊控制程序根据H₂S浓度程序确定，并通过调节变频污泥泵的频率进行控制，其流量调节为PID闭环控制。

流量调节为PID闭环控制，智能控制层部分采用了神经网络算法，物料平衡控制PLC部分采用了模糊控制程序。在实际操作中，人机界面负责将控制范围、控制经验数据进行输入，制定初始化的模糊控制参数，物料平衡控制系统调节污泥量，服务器经过一段时间正确的数据积累和神经网络算法的计算，对模糊控制参数进行自修正，同时也对PID闭环调节参数的快速修正功能，加快调节速度，减少对电动调节阀的调节频次。

一种污水处理污泥物料平衡的控制方法，包括

步骤一：通过现场调整层精确控制各工艺段污泥的排放量；

步骤二：所述现场调整层将数据上传至智能控制层，所述智能控制层根据数据计算智能策略、确定各工艺段的流量限值、发出预警信号，控制全厂污泥的动态平衡；

步骤三：所述智能控制层将信息通过人工干预层的人机界面显示，方便工作人员进行数据和参数的调整，以及修正所述智能策略。

所述现场调整层控制的工艺段包括控制剩余污泥量、污泥浓缩水解量、除臭污泥量、消化污泥量、化学污泥量和脱水污泥量，所述现场调整层包括若干安装在现场的仪表。

所述剩余污泥量的控制方式为模型控制，所述模型控制通过所述现场调整层设置的仪表采集进水量、进出水的悬浮物、进出水的COD、进出水的氨氮、污泥浓度、水温、历史剩余污泥有效污泥排放量及剩余污泥浓度的数据，且数据值均为日均值，所述智能控制层对数据进行分析判断，并进行数据储存，同时取准确值作为计算变量参数，通过对泥龄的动态控制实现剩余污泥物料平衡；

传统的泥龄控制公式为:

其中θ_c为泥龄；V为曝气池体积；；X为污泥浓度；Q_d为日进水量；Y为污泥产率；S₀为进水BOD；S_e为出水BOD。

其中污泥产率:

上式中Y为污泥产率；X₀为进水悬浮物；T为水温。

传统公式中，污泥产率存在经验常数范围过宽，实际排泥量不易控制，造成泥龄和污泥负荷的波动较大的缺点；

根据所述现场调整层的仪表数据值及历史日均数据优化后的泥龄公式为：

上式中Qs为剩余污泥排放量，Xs为剩余污泥浓度，n为天数，n为大于4的整数；

第n+1天的泥龄可以通过上述公式得出，当泥龄为定值时，进而推导出第n+1天的剩余污泥排放量为：

上述泥龄控制方式简单归纳为五日动态泥龄控制法；当在线数据出现较大波动、造成日排泥量变化较大时，可增加累积泥龄时间段到4天以上；

泥龄的微调则根据所述SVI的值和所述进出水的氨氮值计算，计算公式为：

θ_c(n+1)＝θ_c(n)*K_SVI*K_NH3

其中，K_SVI为污泥指数系数，为模糊控制经验参数值，K_SVI的范围为0.5-1；

K_NH3为氨氮系数，为模糊控制经验参数值，K_NH3的范围为1-1.2。

所述污泥浓缩水解量和所述消化污泥量的控制方式均为负荷控制,过程中用到的数据主要为浓缩水解污泥进泥量、出泥量和进泥含水率，消化污泥进泥量和进泥含水率、出泥含水率，上述数值均为时均值；通过上述数据计算负荷控制进泥量，其中流量计数据来自所述现场调整层的仪表，含水率数据来自现所述现场调整层的仪表或所述智能控制层的化验室分析数据，当来自化验室数据时，以日均含水率计算；

负荷控制的计算公式为：

实际进泥负荷率＝Q_进*(1-P_进含水)/[Q_设计进*(1-P_{设计进含水})]

实际出泥负荷率＝Q_出*(1-P_出含水)/[Q_设计进*(1-P_{设计出含水})]

采用负荷控制方式时，第n+1天的进泥量为：

其中：Q_进为进泥量，Q_出为出泥量，P_进含水为进泥含水率，P_出含水为出泥含水率。

所述除臭污泥量的控制通过PID、模糊控制和神经网络算法结合实现按需供给；其中PID实现了定量投加功能，模糊控制实现了臭气浓度大幅度不规则变化时的迅速响应，神经网络算法以硫化氢浓度、污泥浓度和除臭污泥量为输入层，模糊控制参数阈值为输出层，实现模糊控制参数的自整定。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种污水处理污泥物料平衡的控制系统，其特征在于：包括人工干预层、智能控制层和现场调整层，

所述人工干预层包括人机界面，所述现场调整层包括物料平衡控制系统，所述智能控制层包括数据服务器和智能控制主机，所述智能控制主机信号连接至所述人机界面、所述物料平衡控制系统和所述数据服务器，所述物料平衡控制系统的主控制器为物料平衡控制PLC。

2.根据权利要求1所述的一种污水处理污泥物料平衡的控制系统，其特征在于：所述物料平衡控制系统包括分别独立设置的生物池系统、除臭系统和污泥处理区系统，所述生物池系统包括生物池PLC、温度计、剩余污泥变频泵、污泥浓度计、溶氧仪和进水流量计，所述生物池PLC分别信号连接至所述物料平衡控制PLC、所述温度计、所述剩余污泥变频泵、所述污泥浓度计、所述溶氧仪和所述进水流量计；所述除臭系统包括除臭PLC、浊度计、H₂S浓度计、电动调节阀、变频泵和污泥流量计,所述除臭PLC分别信号连接至所述物料平衡控制PLC、所述浊度计、所述H₂S浓度计、所述电动调节阀、所述变频泵和所述污泥流量计；所述污泥处理系统包括污泥处理PLC、化学污泥流量计、浓缩污泥流量计、消化污泥流量计和脱水污泥流量计，所述污泥处理PLC分别信号连接至所述物料平衡控制PLC、所述化学污泥流量计、所述浓缩污泥流量计、所述消化污泥流量计和所述脱水污泥流量计。

3.根据权利要求1所述的一种污水处理污泥物料平衡的控制系统，其特征在于：所述生物池PLC、所述除臭PLC和所述污泥处理PLC信号连接的方式可为有线连接或无线连接。

4.根据权利要求1所述的一种污水处理污泥物料平衡的控制系统，其特征在于：所述生物池PLC、所述除臭PLC和所述污泥处理PLC输出电流信号的范围均为4-20mA。

5.根据权利要求1所述的一种污水处理污泥物料平衡的控制系统，其特征在于：所述智能控制主机和所述人机界面通过以太网信号连接。