申请日 2016.12.30
公开(公告)日 2017.05.31
IPC分类号 C02F3/12; C02F11/04; C02F11/12; G05B19/05
摘要
本发明提供了一种污水处理污泥物料平衡的控制系统及控制方法，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。本发明所述的污水处理污泥物料平衡的控制系统及控制方法，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;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。
权利要求书
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。
6.一种使用权利要求1至5任一所述污水处理污泥物料平衡的控制系统的污水处理污泥物料平衡的控制方法，其特征在于：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。
7.根据权利要求6所述的一种污水处理污泥物料平衡的控制方法，其特征在于：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。
8.根据权利要求6所述的一种污水处理污泥物料平衡的控制方法，其特征在于：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θc为泥龄;V为曝气池体积;;X为污泥浓度;Qd为日进水量;S0为进水BOD;
Se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：
θc(n+1)=θc(n)*KSVI*KNH3
其中，KSVI为污泥指数系数，为模糊控制经验参数值，KSVI的范围为0.5-1;
KNH3为氨氮系数，为模糊控制经验参数值，KNH3的范围为1-1.2。
9.根据权利要求6所述的一种污水处理污泥物料平衡的控制方法，其特征在于：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。
10.根据权利要求6所述的一种污水处理污泥物料平衡的控制方法，其特征在于：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。
说明书
一种污水处理污泥物料平衡的控制系统及控制方法
技术领域
本发明创造属于污水处理领域，尤其是涉及一种污污水处理污泥物料平衡的控制系统及控制方法。
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，本发明创造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，本发明创造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，本发明创造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)本发明创造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。
本发明创造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，本发明创造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θc为泥龄;V为曝气池体积;X为污泥浓度;Qd为日进水量;S0为进水BOD;
Se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：
θc(n+1)=θc(n)*KSVI*KNH3
其中，KSVI为污泥指数系数，为模糊控制经验参数值，KSVI的范围为0.5-1;
KNH3为氨氮系数，为模糊控制经验参数值，KNH3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，本发明创造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)本发明创造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)本发明创造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。