污水处理厂拟人化经验管理控制系统

　　申请日2016.06.20

　　公开(公告)日2016.08.31

　　IPC分类号C02F3/02; C02F3/30

　　摘要

　　本申请公开了一种污水处理厂拟人化经验管理控制系统，包括上位机、经验管理控制器、变频器，所述上位机用于通过水质分析仪采集选定的影响因素的实际值，并发送给经验管理控制器;所述经验管理控制器基于接收到的影响因素进行计算分析，并将计算结果转换成变频器的给定频率，并发送给变频器。相应地，还提供了一种污水处理厂拟人化经验管理控制方法。合理对鼓风机进行利用，避免长期大功率运行，可有效节省电费;有效节省外加碳源的投加，节省了药剂费;避免了好氧段过量曝气，促进了厌氧释磷和缺氧反硝化进程，促进TN、TP的稳定达标;对水质水量变化进行自适应，在线仪表完好率50%以上即可正常运行，大幅度减少了对人工调整的依赖。

　　摘要附图

　　权利要求书

　　1.一种污水处理厂拟人化经验管理控制系统，其特征在于，包括上位机、经验管理控制器、变频器，

　　所述上位机用于通过水质分析仪采集选定的影响因素的实际值，并发送给经验管理控制器;

　　所述经验管理控制器基于接收到的影响因素进行计算分析，并将计算结果转换成变频器的给定频率，并发送给变频器。

　　2.根据权利要求1所述的污水处理厂拟人化经验管理控制系统，其特征在于，所述经验管理控制器包括曝气量经验管理控制器、污泥回流量经验管理控制器和加药量经验管理控制器，

　　所述曝气量经验管理控制器与鼓风机变频器连接，鼓风机变频器与鼓风机连接;

　　所述污泥回流量经验管理控制器与回流污泥泵变频器连接，回流污泥泵变频器与回流污泥泵连接;

　　所述加药量经验管理控制器与外加碳源投加泵变频器连接，外加碳源投加泵变频器与外加碳源投加泵连接。

　　3.根据权利要求2所述的污水处理厂拟人化经验管理控制系统，其特征在于，

　　上位机向曝气量经验管理控制器发送的选定影响因素的实际值包括：首期因素：进水水量、进水COD、进水氨氮;中期因素：生化池DO;末期因素：出水氨氮;

　　上位机向污泥回流量经验管理控制器发送的选定影响因素的实际值包括：首期因素：进水水量、进水COD、进水氨氮;中期因素：曝气池MLSS;末期因素：出水氨氮;

　　上位机向加药量经验管理控制器发送的选定影响因素的实际值包括：首期因素：进水水量、进水COD、进水氨氮;中期因素：无;末期因素：出水氨氮。

　　4.根据权利要求3所述的污水处理厂拟人化经验管理控制系统，其特征在于，曝气量经验管理控制器基于接收到的影响因素的实际值进行计算分析，并将计算结果转换成变频器的给定频率，并发送给变频器的步骤具体包括：

　　步骤401：比较计算影响因素：进水水量、进水C0D、进水氨氮、生化池DO、出水氨氮的目标值与实际值得到差值;所述目标值为预先通过上位机输入到曝气量经验管理控制器中的数值;

　　步骤402：将计算的上述目标值与实际值得到差值做等单位计算;

　　步骤403：将等单位计算后的差值进行权重比计算得到每项影响因素的占比值;

　　步骤404：上述占比值相加后的结果为增大风量趋势总权值或减小风量趋势总权值;

　　步骤405：将计算后的结果转换成鼓风机变频器的给定频率，按照新的给定频率调整风机的风量。

　　5.根据权利要求3所述的污水处理厂拟人化经验管理控制系统，其特征在于，污泥回流量经验管理控制器基于接收到的影响因素的实际值进行计算分析，并将计算结果转换成变频器的给定频率，并发送给变频器的步骤具体包括：

　　步骤501：比较计算影响因素：进水水量、进水COD、进水氨氮、曝气池MLSS、出水氨氮的目标值与实际值得到差值;所述目标值为预先通过上位机输入到污泥回流量经验管理控制器中的数值;

　　步骤502：将计算的上述目标值与实际值得到差值做等单位计算;

　　步骤503：将等单位计算后的差值进行权重比计算得到每项影响因素的占比值;

　　步骤504：上述占比值相加后的结果为增大流量趋势总权值和减小流量趋势总权值;

　　步骤505：将计算后得出的结果转换成回流污泥泵变频器的给定频率，按照新的给定频率调整回流污泥泵的流量。

　　6.根据权利要求3所述的污水处理厂拟人化经验管理控制系统，其特征在于，加药量经验管理控制器基于接收到的影响因素的实际值进行计算分析，并将计算结果转换成变频器的给定频率，并发送给变频器的步骤具体包括：

　　步骤601：比较计算影响因素：进水水量、进水COD、进水氨氮、出水氨氮的目标值与实际值得到差值;所述目标值为预先通过上位机输入到加药量经验管理控制器中的数值;

　　步骤602：将计算的上述目标值与实际值得到差值做等单位计算;

　　步骤603：将等单位计算后的差值进行权重比计算得到每项影响因素的占比值;

　　步骤604：上述占比值相加后的结果为增大流量趋势总权值和减小流量趋势总权值;

　　步骤605：将计算后得出的结果转换成外加碳源投加泵变频器的给定频率，按照新的给定频率调外加碳源投加泵的流量。

　　7.一种污水处理厂拟人化经验管理控制方法，应用于如权利要求1所述的污水处理厂拟人化经验管理控制系统中，其特征在于，包括对鼓风机曝气量控制的步骤：

　　步骤701：选定影响因素，选定的影响因素包括：首期因素：进水水量、进水COD、进水氨氮;中期因素：生化池DO;末期因素：出水氨氮;

　　步骤702：通过上位机将目标值输入到曝气量经验管理控制器中;

　　步骤703：所述上位机用通过水质分析仪采集选定的影响因素的实际值，并发送给曝气量经验管理控制器;

　　步骤704：比较计算影响因素：进水水量、进水C0D、进水氨氮、生化池DO、出水氨氮的目标值与实际值得到差值;所述目标值为预先通过上位机输入到曝气量经验管理控制器中的数值;

　　步骤705：将计算的上述目标值与实际值得到差值做等单位计算;

　　步骤706：将等单位计算后的差值进行权重比计算得到每项影响因素的占比值;

　　步骤707：上述占比值相加后的结果为增大风量趋势总权值或减小风量趋势总权值;

　　步骤708：将计算后的结果转换成鼓风机变频器的给定频率，按照新的给定频率调整风机的风量。

　　8.根据权利要求7所述的污水处理厂拟人化经验管理控制方法，其特征在于，还包括对回流污泥泵流量控制的步骤：

　　步骤801：选定影响因素，选定的影响因素包括：首期因素：进水水量、进水COD、进水氨氮;中期因素：曝气池MLSS;末期因素：出水氨氮;

　　步骤802：通过上位机将目标值输入到污泥回流量经验管理控制器中;

　　步骤803：所述上位机用通过水质分析仪采集选定的影响因素的实际值，并发送给污泥回流量经验管理控制器;

　　步骤804：比较计算影响因素：进水水量、进水COD、进水氨氮、曝气池MLSS、出水氨氮的目标值与实际值得到差值;所述目标值为预先通过上位机输入到污泥回流量经验管理控制器中的数值;

　　步骤805：将计算的上述目标值与实际值得到差值做等单位计算;

　　步骤806：将等单位计算后的差值进行权重比计算得到每项影响因素的占比值;

　　步骤807：上述占比值相加后的结果为增大流量趋势总权值和减小流量趋势总权值;

　　步骤808：将计算后得出的结果转换成回流污泥泵变频器的给定频率，按照新的给定频率调整回流污泥泵的流量。

　　9.根据权利要求7所述的污水处理厂拟人化经验管理控制方法，其特征在于，还包括外加碳源投加泵控制的步骤：

　　步骤901：选定影响因素，选定的影响因素包括：首期因素：进水水量、进水COD、进水氨氮;中期因素：无;末期因素：出水氨氮;

　　步骤902：通过上位机将目标值输入到加药量经验管理控制器中;

　　步骤903：所述上位机用通过水质分析仪采集选定的影响因素的实际值，并发送给加药量经验管理控制器;

　　步骤904：比较计算影响因素：进水水量、进水COD、进水氨氮、出水氨氮的目标值与实际值得到差值;所述目标值为预先通过上位机输入到加药量经验管理控制器中的数值;

　　步骤905：将计算的上述目标值与实际值得到差值做等单位计算;

　　步骤906：将等单位计算后的差值进行权重比计算得到每项影响因素的占比值;

　　步骤907：上述占比值相加后的结果为增大流量趋势总权值和减小流量趋势总权值;

　　步骤908：将计算后得出的结果转换成加药量经验管理控制器的给定频率，按照新的给定频率调整外加碳源投加泵的流量。

　　说明书

　　污水处理厂拟人化经验管理控制系统及方法

　　技术领域

　　本发明涉及污水处理过程控制设备技术领域，特别是涉及一种污水处理厂拟人化经验管理控制系统及方法。

　　背景技术

　　发达国家在污水的二级处理普及后投入大量资金和科研力量加强研究污水处理设施的监测、运行和管理，逐步实现了计算机控制、报警、计算和瞬时记录。近年来更有学者把目光投向智能控制系统的研究上，包括模式控制、神经网络控制、学习控制和专家控制等，并取得了一定的进展。但由于国内相关发展水平的限制，控制系统的研究和应用上起步较晚，直到二十世纪九十年代，污水处理厂才引入了自动控制系统，且大多为引进成套的国外自控设备，价格昂贵，且并不符合国内污水处理厂的实际需求。因此，研究设计适应我国目前发展水平，符合国内污水处理要求的自动化控制系统则是放在我们眼前的一个迫切任务。

　　传统的污水处理工艺由于采用简单而机械的运行模式，处理过程中的能量和耗费(主要为电力)较为严重。现有污水处理厂对于污水处理过程的控制方法一般分为以下三种：

　　1、人工控制法：通过对进水量和进水水质的人工分析，以手动方式对鼓风机风量、加药量等进行调节。目前，人工控制仍是最为普遍的控制方式，存在调节频次低，难以全面考虑各项影响因素的缺点，并且人力成本投入较高。同时人为因素影响过大，对于监控人员的个人素质要求较高，其水平的好坏也直接影响这整个污水处理厂工艺的实施效果。

　　2、溶解氧(DO)反馈控制法：通过设置在生化处理池内的溶解氧(DO)在线监测仪表反馈的数据进行控制。但风量变化、水质水量变化反应到溶解氧(DO)的变化均存在严重滞后，因此使得该控制方式总是慢半拍，调整也往往出现误判，因此实用性大幅度降低。并且此方法难以应对水质和水量的大幅度变化，容易造成整个系统失效。

　　3、数学模型控制法：通过对污水处理厂进水的长期监控，掌握一系列在线指标数据，并根据该数据建立反应动力学模型。数学模型控制要求每一台在线监控仪表的数据都要准确无误，依赖性较强。一台仪表出现故障或误差即可能导致控制失误。同时数学模型很难将所有影响因素考虑周全，而在实际污水处理厂运行过程中，曝气器堵塞、氧传递效率、菌团数量等不可控且不可测因素也会对工艺系统产生非常大的影响，所以数学模型法在实际应用的过程中，并不能发挥其预期作用。

　　在以上的控制技术中，前两种是以简单的单回路控制进行调节;第三种是以精确数学模型进行控制。它们对污水处理过程的控制明显难以取得理想的效果，所以采用先进的优化控制方法，对于污水处理厂的工艺控制有着十分重要的意义。

　　目前一般污水处理厂进水的水量和需氧型水质指标均波动较大，如果没有切实有效的自动控制手段对曝气量等工艺参数进行调整，出水水质稳定达标将无法保证，具体体现在以下方面：

　　1.鼓风机能耗高，占污水处理总成本的20%-40%

　　2.国内污水处理厂尤其北方地区进水碳源普遍不足，曝气过量又造成巨大碳源浪费，外加碳源成本高昂。

　　3.过量曝气则非常不利于氮磷的达标。

　　发明内容

　　(一)技术问题

　　本发明的目的是针对上述的污水处理过程中存在的如下问题：1.鼓风机能耗高，占污水处理总成本的20%-40%;2.国内污水处理厂尤其北方地区进水碳源普遍不足，曝气过量又造成巨大碳源浪费，外加碳源成本高昂;3.过量曝气则非常不利于氮磷的达标，提供一种污水处理厂拟人化经验管理控制系统及方法。

　　(二)技术方案

　　为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种污水处理厂拟人化经验管理控制系统，包括上位机、经验管理控制器、变频器，