一種污水處理廠鼓風(fēng)曝氣過(guò)程實(shí)時(shí)控制裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種污水處理廠鼓風(fēng)曝氣過(guò)程實(shí)時(shí)控制裝置，它包括生物處理單元，生物處理單元的入口管路上設(shè)置有進(jìn)水水量水質(zhì)儀表，進(jìn)水水量水質(zhì)儀表將在線檢測(cè)到的生物處理單元的進(jìn)水量Q和進(jìn)水水質(zhì)信息傳輸至綜合控制器內(nèi)；溶解氧儀和氣體流量計(jì)將采集到的溶解氧DO、曝氣干管和支管內(nèi)氣體流量信息均傳輸至綜合控制器內(nèi)；設(shè)置在生物處理單元出口管路上的出水水質(zhì)儀表將在線檢測(cè)到的出水水質(zhì)信息也傳輸至綜合控制器內(nèi)；綜合控制器根據(jù)接收到的信息進(jìn)行前饋-反饋綜合調(diào)節(jié)后輸出控制信號(hào)，控制鼓風(fēng)機(jī)、電動(dòng)閥門工作。本實(shí)用新型可以廣泛在污水處理【技術(shù)領(lǐng)域】中應(yīng)用。
【專利說(shuō)明】—種污水處理廠鼓風(fēng)曝氣過(guò)程實(shí)時(shí)控制裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種城市污水處理【技術(shù)領(lǐng)域】中的控制裝置，特別是關(guān)于一種在生化處理過(guò)程中的污水處理廠鼓風(fēng)曝氣過(guò)程實(shí)時(shí)控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]曝氣系統(tǒng)是整個(gè)污水處理過(guò)程的核心，曝氣系統(tǒng)所用能耗約占整個(gè)污水處理廠總用電量的50?70%，是污水處理廠耗能最大的單元。提高污水處理廠曝氣系統(tǒng)的能效，實(shí)現(xiàn)曝氣系統(tǒng)的節(jié)能降耗對(duì)污水處理廠的優(yōu)化運(yùn)行有著重要意義。目前，國(guó)內(nèi)污水處理廠曝氣系統(tǒng)的控制水平普遍較低，存在以下問(wèn)題:為了保證出水達(dá)標(biāo)，運(yùn)行人員維持較高的溶解氧(Dissolved Oxygen, DO)濃度,導(dǎo)致曝氣能耗的浪費(fèi)；污水處理廠現(xiàn)有儀表和曝氣設(shè)備不支持自動(dòng)控制；多數(shù)污水廠仍然采用人工操作鼓風(fēng)系統(tǒng)，人為因素對(duì)曝氣量的控制影響大；少數(shù)污水處理廠采用單參數(shù)反饋控制，溶解氧波動(dòng)大，抗負(fù)荷沖擊能力較差，造成出水水質(zhì)不穩(wěn)定。如果能綜合水質(zhì)、微生物的反應(yīng)情況等對(duì)曝氣系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化控制，將能降低曝氣系統(tǒng)的能耗，并且維持合適的溶解氧濃度，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗和穩(wěn)定運(yùn)行。
[0003]現(xiàn)有污水處理廠曝氣過(guò)程控制技術(shù)的主要核心思想是通過(guò)檢測(cè)曝氣池內(nèi)的溶解氧濃度，對(duì)曝氣風(fēng)量進(jìn)行反饋控制，控制算法一般都是單輸入單輸出(SISO)的比例積分(PI)算法。此外，根據(jù)工藝優(yōu)化后的條件需求，采用多參數(shù)或者多條件的多輸入單輸出(MISO)的模型算法，可以提高控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)某種工藝功能的針對(duì)性。還有利用風(fēng)能和光能驅(qū)動(dòng)曝氣的控制方法，但是與污水處理廠的曝氣過(guò)程控制差別較大。由此可知，目前污水處理廠的曝氣過(guò)程控制技術(shù)還存在如下不足:(I)采用簡(jiǎn)單的單級(jí)反饋控制方法時(shí)，缺少中間變量，控制回路沒(méi)有區(qū)分快速的充氧過(guò)程和慢速的耗氧過(guò)程，因此難以達(dá)到穩(wěn)定控制的效果，實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)超調(diào)和震蕩的情況。(2)采用比較簡(jiǎn)單的串級(jí)反饋控制方法時(shí)，缺少前饋補(bǔ)償，難以應(yīng)對(duì)進(jìn)水負(fù)荷快速和大幅度波動(dòng)的情況，導(dǎo)致溶解氧控制效果欠佳。(3)采用了比較復(fù)雜的專家系統(tǒng)或者智能控制策略時(shí)，對(duì)模型識(shí)別和參數(shù)率定的要求很高，控制效果不穩(wěn)定或者未被實(shí)際工程檢驗(yàn)，難以在實(shí)際工程中應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)上述問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的是提供一種污水處理廠鼓風(fēng)曝氣過(guò)程實(shí)時(shí)控制裝置，其能實(shí)現(xiàn)鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)的前饋-反饋綜合調(diào)節(jié)，穩(wěn)定生物反應(yīng)池內(nèi)的溶解氧濃度。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取以下技術(shù)方案:一種污水處理廠鼓風(fēng)曝氣過(guò)程實(shí)時(shí)控制裝置，其特征在于:它包括生物處理單元、進(jìn)水水量水質(zhì)儀表、綜合控制器、出水水質(zhì)儀表、鼓風(fēng)機(jī)和電動(dòng)閥門；在所述生物處理單元內(nèi)還設(shè)置有溶解氧儀和若干氣體流量計(jì)，各所述氣體流量計(jì)分別設(shè)置在所述生物處理單元內(nèi)的曝氣干管和支管上；所述生物處理單元的入口管路上設(shè)置有所述進(jìn)水水量水質(zhì)儀表，所述進(jìn)水水量水質(zhì)儀表將在線檢測(cè)到的所述生物處理單元的進(jìn)水量Q和進(jìn)水水質(zhì)信息傳輸至所述綜合控制器內(nèi)；所述溶解氧儀和氣體流量計(jì)將采集到的溶解氧DO值、曝氣干管和支管內(nèi)氣體流量DQ值均傳輸至所述綜合控制器內(nèi)；設(shè)置在所述生物處理單元出口管路上的所述出水水質(zhì)儀表將在線檢測(cè)到的出水水質(zhì)信息也傳輸至所述綜合控制器內(nèi)；所述綜合控制器根據(jù)接收到的信息進(jìn)行前饋-反饋綜合調(diào)節(jié)后輸出控制信號(hào)，控制所述鼓風(fēng)機(jī)、電動(dòng)閥門工作。
[0006]所述綜合控制器包括前饋補(bǔ)償模塊、反饋補(bǔ)償模塊、串級(jí)反饋控制模塊和PID控制模塊；所述前饋補(bǔ)償模塊將采集到的進(jìn)水水量水質(zhì)儀表的進(jìn)水量Q和進(jìn)水水質(zhì)信息、以及溶解氧DO值、曝氣干管和支管內(nèi)氣體流量DQ值，傳輸至所述串級(jí)反饋控制模塊內(nèi)；所述反饋補(bǔ)償模塊將采集到的出水水質(zhì)儀表的出水水質(zhì)信息傳輸至所述串級(jí)反饋控制模塊內(nèi)；所述串級(jí)反饋控制模塊根據(jù)接收到的所有信息對(duì)溶解氧DO值進(jìn)行補(bǔ)償，根據(jù)補(bǔ)償后溶解氧設(shè)定值與實(shí)測(cè)值的差值計(jì)算需氣量的設(shè)定值，然后由所述串級(jí)反饋控制模塊根據(jù)接收信息對(duì)需氣量設(shè)定值進(jìn)行補(bǔ)償，并將補(bǔ)償后的需氣量設(shè)定值傳輸至所述PID控制模塊內(nèi)處理，由所述PID控制模塊向所述鼓風(fēng)機(jī)、電動(dòng)閥門輸出控制信號(hào)。
[0007]所述進(jìn)水水量水質(zhì)儀表包括進(jìn)水水量?jī)x表、進(jìn)水水質(zhì)儀表、COD在線檢測(cè)儀和氨氮在線檢測(cè)儀。
[0008]所述COD儀采用光學(xué)法COD在線檢測(cè)儀，所述進(jìn)水水量?jī)x表采用電磁流量計(jì)，所述氨氮在線檢測(cè)儀采用離子選擇電極法在線氨氮儀。
[0009]所述出水水質(zhì)儀表為氨氮在線檢測(cè)儀，所述氨氮在線檢測(cè)儀采用離子選擇電極法在線氨氮儀。
[0010]本實(shí)用新型由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn):1、本實(shí)用新型通過(guò)溶解氧串級(jí)反饋控制來(lái)抑制曝氣過(guò)程的小幅度擾動(dòng)，通過(guò)前饋補(bǔ)償來(lái)削弱進(jìn)水負(fù)荷大幅度波動(dòng)的影響，通過(guò)反饋補(bǔ)償來(lái)提高出水水質(zhì)的可靠性。2、本實(shí)用新型根據(jù)儀表配置情況和信號(hào)質(zhì)量，可以自動(dòng)對(duì)控制策略進(jìn)行切換。全部?jī)x表正常工作時(shí)，執(zhí)行完整的控制策略。某部分儀表故障時(shí)，可以使用部分的控制策略，仍能達(dá)到良好控制效果。3、本實(shí)用新型為了克服溶解氧超調(diào)和震蕩的問(wèn)題，對(duì)反饋環(huán)節(jié)采用串級(jí)控制，分離快速和慢速回路，可在一定波動(dòng)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定控制。4、本實(shí)用新型為了克服串級(jí)控制難以抑制大幅度波動(dòng)的問(wèn)題，采用進(jìn)水負(fù)荷和水量的多級(jí)前饋補(bǔ)償，克服進(jìn)水負(fù)荷或者氣體流量大幅度波動(dòng)對(duì)生化池溶解氧的影響。5、本實(shí)用新型簡(jiǎn)化了控制策略與裝置要求，滿足大部分污水處理廠的軟硬件基礎(chǔ)條件，能夠快速和標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)施；同時(shí)預(yù)留了高級(jí)控制的接口，可擴(kuò)展高級(jí)功能。本實(shí)用新型可以廣泛應(yīng)用于污水處理【技術(shù)領(lǐng)域】。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是本實(shí)用新型的裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖，圖中“.~?”表示污水處理工藝過(guò)程，“----? ”表控制信號(hào)；”表不儀器儀表米樣過(guò)程;
[0012]圖2是本實(shí)用新型的方法整體流程示意圖；
[0013]圖3是本實(shí)用新型前饋-反饋綜合控制器策略選擇示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]本實(shí)用新型涉及的污水處理工藝曝氣方式主要為鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)。曝氣過(guò)程是指為滿足生化反應(yīng)對(duì)于溶解氧的需求，通過(guò)鼓風(fēng)機(jī)向生物處理單元輸送空氣的過(guò)程。曝氣過(guò)程是污水處理廠最重要的環(huán)節(jié)之一，直接影響污水處理效果的好壞。若生物池的曝氣量不夠，則硝化反應(yīng)不能完全進(jìn)行；若曝氣量過(guò)度，水中的溶解氧就會(huì)通過(guò)回流液抑制反硝化的進(jìn)行，導(dǎo)致脫氮效果不理想。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0015]如圖1所示，本實(shí)用新型提供一種污水處理廠鼓風(fēng)曝氣過(guò)程實(shí)時(shí)控制裝置，其包括生物處理單元1、進(jìn)水水量水質(zhì)儀表2、綜合控制器3、出水水質(zhì)儀表4、鼓風(fēng)機(jī)5和電動(dòng)閥門6。其中，在生物處理單元I內(nèi)還設(shè)置有溶解氧儀7和若干氣體流量計(jì)8，各氣體流量計(jì)8分別設(shè)置在生物處理單元I內(nèi)的曝氣干管和支管上。
[0016]生物處理單元I的入口管路上設(shè)置有進(jìn)水水量水質(zhì)儀表2，進(jìn)水水量水質(zhì)儀表2將在線檢測(cè)到的生物處理單元I的進(jìn)水量Q和進(jìn)水水質(zhì)信息傳輸至綜合控制器3內(nèi)。生物處理單元I內(nèi)設(shè)置的溶解氧儀7和氣體流量計(jì)8將采集到的溶解氧DO值、曝氣干管和支管內(nèi)氣體流量DQ值均傳輸至綜合控制器3內(nèi)。同時(shí)，設(shè)置在生物處理單元I出口管路上的出水水質(zhì)儀表4將在線檢測(cè)到的出水水質(zhì)信息也傳輸至綜合控制器3內(nèi)。綜合控制器3根據(jù)接收到的信息進(jìn)行前饋-反饋綜合調(diào)節(jié)后輸出控制信號(hào)，控制鼓風(fēng)機(jī)5、電動(dòng)閥門6工作，完成對(duì)污水處理廠鼓風(fēng)曝氣量的實(shí)時(shí)控制。其中，進(jìn)水水質(zhì)信息包括COD (需氧量)和氨氮的濃度，出水水質(zhì)信息包括氨氮的濃度。
[0017]上述實(shí)施例中，綜合控制器3包括前饋補(bǔ)償模塊9、串級(jí)反饋控制模塊10、反饋補(bǔ)償模塊11和PID控制模塊12。前饋補(bǔ)償模塊9用于采集進(jìn)水水量水質(zhì)儀表2的進(jìn)水量Q和進(jìn)水水質(zhì)信息、以及溶解氧DO值、曝氣干管和支管內(nèi)氣體流量DQ值，并傳輸至串級(jí)反饋控制模塊10內(nèi)；前饋補(bǔ)償模塊9將進(jìn)水量Q、進(jìn)水水質(zhì)、溶解氧DO值和氣體流量DQ值計(jì)算后與預(yù)先設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，并向串級(jí)反饋控制模塊10內(nèi)輸入溶解氧設(shè)定值或需氣量設(shè)定值的前饋補(bǔ)償調(diào)節(jié)量。反饋補(bǔ)償模塊11用于采集出水水質(zhì)儀表4的出水水質(zhì)信息，并傳輸至串級(jí)反饋控制模塊10內(nèi)；反饋補(bǔ)償模塊11將出水水質(zhì)信息與預(yù)先設(shè)定的排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，計(jì)算出水氨氮的安全裕量，并向串級(jí)反饋控制模塊10內(nèi)輸入溶解氧設(shè)定值或需氣量設(shè)定值的反饋補(bǔ)償調(diào)節(jié)量。串級(jí)反饋控制模塊10根據(jù)接收到的所有信息對(duì)溶解氧DO值進(jìn)行補(bǔ)償，根據(jù)補(bǔ)償后溶解氧設(shè)定值與實(shí)測(cè)值的差值計(jì)算需氣量的設(shè)定值，然后由串級(jí)反饋控制模塊10根據(jù)接收信息對(duì)需氣量設(shè)定值進(jìn)行補(bǔ)償，并將補(bǔ)償后的需氣量設(shè)定值傳輸至PID控制模塊12內(nèi)處理，由PID控制模塊12向鼓風(fēng)機(jī)5、電動(dòng)閥門6輸出控制信號(hào)。
[0018]上述各實(shí)施例中，進(jìn)水水量水質(zhì)儀表2包括進(jìn)水水量?jī)x表、進(jìn)水水質(zhì)儀表、COD在線檢測(cè)儀和氨氮在線檢測(cè)儀，其中COD儀可以采用光學(xué)法COD在線檢測(cè)儀，進(jìn)水水量?jī)x表可以采用電磁流量計(jì)。
[0019]上述各實(shí)施例中，出水水質(zhì)儀表4為氨氮在線檢測(cè)儀。進(jìn)水水量水質(zhì)儀表2中的氨氮在線檢測(cè)儀和出水水質(zhì)儀表4中的氨氮在線檢測(cè)儀都可以采用離子選擇電極法在線氨氮儀。
[0020]如圖2所示，基于污水處理廠鼓風(fēng)曝氣過(guò)程實(shí)時(shí)控制裝置，本實(shí)用新型的污水處理廠鼓風(fēng)曝氣過(guò)程實(shí)時(shí)控制方法包括以下步驟:
[0021]I)前饋補(bǔ)償模塊9將采集到的進(jìn)水化學(xué)需氧量C0D、氨氮的濃度以及進(jìn)水量Q進(jìn)行進(jìn)水負(fù)荷計(jì)算，計(jì)算結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)量判斷分析，根據(jù)計(jì)算結(jié)果在預(yù)設(shè)的最優(yōu)溶解氧數(shù)據(jù)表格中查找需要的溶解氧設(shè)定值，以向串級(jí)反饋控制模塊10輸出溶解氧前饋補(bǔ)償調(diào)節(jié)量AD0IN(t);當(dāng)溶解氧設(shè)定值前饋補(bǔ)償環(huán)節(jié)被取消時(shí),貝U輸出AD0IN(t) =0。
[0022]其中，進(jìn)水水量水質(zhì)儀表2采集進(jìn)水水質(zhì)信號(hào)，與進(jìn)水量Q和生物處理單元I內(nèi)的反應(yīng)池體積一起，計(jì)算進(jìn)水化學(xué)需氧量COD負(fù)荷Lrai和進(jìn)水氨氮負(fù)荷:
【權(quán)利要求】
1.一種污水處理廠鼓風(fēng)曝氣過(guò)程實(shí)時(shí)控制裝置，其特征在于:它包括生物處理單元、進(jìn)水水量水質(zhì)儀表、綜合控制器、出水水質(zhì)儀表、鼓風(fēng)機(jī)和電動(dòng)閥門；在所述生物處理單元內(nèi)還設(shè)置有溶解氧儀和若干氣體流量計(jì)，各所述氣體流量計(jì)分別設(shè)置在所述生物處理單元內(nèi)的曝氣干管和支管上； 所述生物處理單元的入口管路上設(shè)置有所述進(jìn)水水量水質(zhì)儀表，所述進(jìn)水水量水質(zhì)儀表將在線檢測(cè)到的所述生物處理單元的進(jìn)水量Q和進(jìn)水水質(zhì)信息傳輸至所述綜合控制器內(nèi)；所述溶解氧儀和氣體流量計(jì)將采集到的溶解氧DO值、曝氣干管和支管內(nèi)氣體流量DQ值均傳輸至所述綜合控制器內(nèi)；設(shè)置在所述生物處理單元出口管路上的所述出水水質(zhì)儀表將在線檢測(cè)到的出水水質(zhì)信息也傳輸至所述綜合控制器內(nèi)；所述綜合控制器根據(jù)接收到的信息進(jìn)行前饋-反饋綜合調(diào)節(jié)后輸出控制信號(hào)，控制所述鼓風(fēng)機(jī)、電動(dòng)閥門工作。
2.如權(quán)利要求1所述的一種污水處理廠鼓風(fēng)曝氣過(guò)程實(shí)時(shí)控制裝置，其特征在于:所述綜合控制器包括前饋補(bǔ)償模塊、反饋補(bǔ)償模塊、串級(jí)反饋控制模塊和PID控制模塊；所述前饋補(bǔ)償模塊將采集到的進(jìn)水水量水質(zhì)儀表的進(jìn)水量Q和進(jìn)水水質(zhì)信息、以及溶解氧DO值、曝氣干管和支管內(nèi)氣體流量DQ值，傳輸至所述串級(jí)反饋控制模塊內(nèi)；所述反饋補(bǔ)償模塊將采集到的出水水質(zhì)儀表的出水水質(zhì)信息傳輸至所述串級(jí)反饋控制模塊內(nèi)；所述串級(jí)反饋控制模塊根據(jù)接收到的所有信息對(duì)溶解氧DO值進(jìn)行補(bǔ)償，根據(jù)補(bǔ)償后溶解氧設(shè)定值與實(shí)測(cè)值的差值計(jì)算需氣量的設(shè)定值，然后由所述串級(jí)反饋控制模塊根據(jù)接收信息對(duì)需氣量設(shè)定值進(jìn)行補(bǔ)償，并將補(bǔ)償后的需氣量設(shè)定值傳輸至所述PID控制模塊內(nèi)處理，由所述PID控制模塊向所述鼓風(fēng)機(jī)、電動(dòng)閥門輸出控制信號(hào)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種污水處理廠鼓風(fēng)曝氣過(guò)程實(shí)時(shí)控制裝置，其特征在于:所述進(jìn)水水量水質(zhì)儀表包括進(jìn)水水量?jī)x表、進(jìn)水水質(zhì)儀表、COD在線檢測(cè)儀和氨氮在線檢測(cè)儀。
4.如權(quán)利要求3所述的一種污水處理廠鼓風(fēng)曝氣過(guò)程實(shí)時(shí)控制裝置，其特征在于:所述COD儀采用光學(xué)法COD在線檢測(cè)儀，所述進(jìn)水水量?jī)x表采用電磁流量計(jì)，所述氨氮在線檢測(cè)儀采用離子選擇電極法在線氨氮儀。
5.如權(quán)利要求1或2或4所述的一種污水處理廠鼓風(fēng)曝氣過(guò)程實(shí)時(shí)控制裝置，其特征在于:所述出水水質(zhì)儀表為氨氮在線檢測(cè)儀，所述氨氮在線檢測(cè)儀采用離子選擇電極法在線氨氮儀。
6.如權(quán)利要求3所述的一種污水處理廠鼓風(fēng)曝氣過(guò)程實(shí)時(shí)控制裝置，其特征在于:所述出水水質(zhì)儀表為氨氮在線檢測(cè)儀，所述氨氮在線檢測(cè)儀采用離子選擇電極法在線氨氮儀。
【文檔編號(hào)】C02F3/02GK203613020SQ201320839547
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2013年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月18日
【發(fā)明者】邱勇, 施漢昌, 龐洪濤, 田宇心 申請(qǐng)人:清華大學(xué)