申请日2014.09.24
公开(公告)日2014.12.24
IPC分类号G05B19/418
摘要
本发明涉及一种污水处理厂曝气总量的精确控制方法，包括进水COD仪、进水氨氮在线监测仪、进水流量计、溶解氧在线监测仪、出水氨氮在线监测仪、中心PLC和若干台鼓风机，进水COD仪、进水氨氮在线监测仪、进水流量计、溶解氧在线监测仪和出水氨氮在线监测仪并联后与中心PLC连接，中心PLC与若干台鼓风机连接;中心PLC分别采集有主次之分，但又相互关联的出水氨氮、DO值、进水COD和氨氮、进水水量四种变量信号，所述四种变量信号构成独立的调节周期通过中心PLC控制调整鼓风机总风量的精确控制系统。有益效果：本系统节约了曝气量，大大减弱了单台仪表的故障或测量误差对系统判断结果的影响，保证整个系统的稳定运行。
权利要求书
1.一种污水处理厂曝气总量的精确控制方法，其特征是：按照常规 污水处理厂得而设计要求设置进水COD仪、氨氮在线监测仪、进水流量计、 溶解氧在线监测仪、出水氨氮在线监测仪放置以及若干台鼓风机，建立中 心控制室，将上述仪表连接到中心PLC上，进水COD仪、氨氮在线监测仪、 进水流量计、溶解氧在线监测仪和出水氨氮在线监测仪并联后与中心PLC 连接，所述中心PLC与若干台鼓风机连接;所述中心PLC分别采集分别具 有独立调节周期和调节幅度的四种变量信号，即出水氨氮、DO值、进水 COD和氨氮、进水水量具有主次之分，且又相互关联的四种变量信号，四 种变量信号通过中心PLC统一调配进而相互弥补不足，构成中心PLC控制 调整鼓风机总风量的精确控制系统;
具体控制方法步骤如下，
一、进水水量、进水COD、进水氨氮、DO值、出水氨氮、鼓风机风量 信号输入中心PLC;
二、中心PLC进行运算，包括：判断进水水量、进水COD、进水氨氮、 DO值、出水氨氮因子的作用周期是否到时，当某一因子到达作用周期时， 中心PLC根据该因子的逻辑程序得出在该因子当前值下对曝气总量的判断 结果，即做出偏高或偏低的判断，若偏高则风量下调一定步幅，若偏低则 风量上调一定步幅;
进水水量的判断公式为：
调整量=水量差值*气水比;
进水COD、氨氮的判断公式为：
若t3=T3;
若C3+A3=0;
则F2=F2;
若C3+A3≠0;
Sca=((C1*C3+5A1*A3)/(C2+5*A2))K2;
若Sca<0.5则F2=F2-F3;
若0.5≤Sca≤1.5则F2=F2;
若Sca>1.5则F2=F2+F3;
t3=0;
其中：
C1--------------进水COD测定值
C2-------------进水COD平均值
C3---------------------进水COD开关，正常取1，反之取0
A1---------------------进水氨氮测定值
A2-------------进水氨氮平均值
A3---------------进水氨氮仪开关，正常取1，反之取0
K2--进水COD、氨氮权重系数
Sca-----------------------进水COD、氨氮加和判断值
S-------------------------总加和判断值
T3-----------------------进水水质判断周期，推荐取值24h
t3-----------------------自然时间，进水水质计时器
DO值判断公式为：
若t2=T2;
若D1+D2+…+D16+C3+A3=0;
则F2=F2;
若D1+D2+…+D16+C3+A3≠0;
若D1+D2+…+D16=0;
则F2=F2;
若D1+D2+…+D16≠0;
So=(((O1*D1)/M1+(O2*D2)/M2+…+(O16*D16)/M16)/(D1+D2+…+D16))K1
S=So
若S<0.5则F2=F2+F3;
若0.5≤S≤1.5则F2=F2;
若S>1.5则F2=F2-F3;
t2=0;
其中：
Oi(i=1,2,3…n)-----------------1-n号DO仪值
Mi(i=1,2,3…n)------------------1-n号DO设定值
Di(i=1,2,3…n)--------1-n号DO仪开关，DO仪正常Di=1，反之Di=0
K1-------------------------------DO权重系数，建议取值为4
So--------------------------------DO加和判断值
T2---------------------------------DO判断周期，推荐取值2h
t2-----------------------------------自然时间，DO判断计时器
出水氨氮判断公式为：
若N3=0，不执行任何操作;
若N3=1;
若t1=T1;
若N2 若N2≥N1且N2 若N2≥N1+1且N2 若N2≥N1+2且N2 若N2≥N1+3，则F2=F2+5*F3; 若t1=T1，则重复上述判断过程; 其中： N1------------------------------------出水氨氮目标值 N2------------------------------------出水氨氮测量值 N3--------------------------------出水氨氮按钮，0为异常，1为正常 F1--------------------------------当前风量，反馈值(m/h) F2--------------------------------输出风量，控制值(m/h) F3--------------------------风量调整幅度，根据需要可人工设定(m/h) T1-------------------------------氨氮因子周期，根据需要可人工设定 t1--------------------------------自然时间，出水氨氮计时器 三、将判断后得出的新的风量值传输到鼓风机的执行机构，按照新的 风量值调整风量; 四、上述过程循环不间断进行，以应对实时的水质水量、工艺条件因 素的变化。 2.根据权利要求1所述的污水处理厂曝气总量的精确控制方法，其 特征是：所述进水流量计测量误差小于1%;所述进水COD仪、进水氨氮在 线监测仪的测量周期小于24h，测量误差小于15%;所述溶解氧在线监测 仪的测量误差小于0.1mg/L;所述出水氨氮在线监测仪的周期小于12h， 测量误差小于0.2mg/L。 3.根据权利要求1或2所述的污水处理厂曝气总量的精确控制方法， 其特征是：所述鼓风机与中心PLC连接后，向中心PLC提供远程启停信号 地址或接受远程启停信号、风量大小调整的信号地址以及接受风量调整信 号，并将风量大小信号实时传送到PLC上。 4.根据权利要求3所述的污水处理厂曝气总量的精确控制方法，其 特征是：所述流量计采用随机电磁流量计，其测量变送器与探头一体，通 过通讯电缆与中心PLC相连，即可将测量信号实时传送到PLC上。 说明书 污水处理厂曝气总量的精确控制方法 技术领域 本发明属于污水处理系统，尤其涉及一种污水处理厂曝气总量的精 确控制方法。 背景技术 污水处理厂的污水处理工艺一般来说，分为三步：预处理(一级处 理，物理处理)：主要是指去除大粒径的物质也去除部分的有机物质，比 如树叶，水中的塑料袋，沙粒等，一般使用格栅间(粗，和细的)，沉砂 池，沉淀池。二级处理(主体工艺)：二级处理区：污水处理过程的核心 区域，也是污染物去除量最大的区域，通过鼓风机向曝气池供氧，曝气池 中的活性污泥通过厌氧、缺氧、好氧的过程将COD、BOD、SS、氨氮、TN、 TP进行大幅度去除，在这一过程鼓风机房供气量的多少直接影响到上述各 污染物指标的去除量;活性污泥和处理结束后污水的混合液在二沉池得以 沉淀，上清液进入下一流程，污泥则在底部收集返回生物反应池。 三级处理(深度处理)。 二级处理时，采用好氧活性污泥法或生物膜法处理污水时，鼓风机是污水 处理厂能耗最高的设备，因此风量控制是污水处理厂工艺管理中的重中之 重，同时由鼓风曝气所产生的电力成本也是污水处理厂运行的主要成本， 一般可以占到总成本的20%-40%，是污水处理过程中的主要成本之一。所 以对现有的在线监测设备进行分析，进而合理的控制鼓风机的鼓风量对控 制污水处理成本有着非常大的意义。同时，由于国家对污水处理厂出水氮 磷的要求提高了，而过量曝气则非常不利于氮磷的达标，因此严格的控制 曝气量对于总氮、总磷的达标以及防止下游受纳水体发生水华或赤潮等恶 劣的公共污染事件也有着重大的意义。 目前我国污水处理厂的工艺控制方法部分采用人工控制，还有部分采 用进口的模型计算或溶解氧反馈式的风量自动控制系统。人工控制就是工 艺工程师根据各项在线数据和化验数据进行判断鼓风机风量调整的方向 和幅度。人工方法人为因素过多，操作人员技术条件要求较高，同时，调 整频次较低，一般能做到一天1-2次。人工控制由于掺杂了过多的认为因 素，存在控制过程较随意难以时刻顾全所有影响因素，同时人工的调节也 难以达到24小时不间断执行，而且工艺控制人员的水平也是良莠不齐容 易出现误判影响工艺达标或造成能源浪费; 模型计算的控制方式曾经风靡一时，好多污水处理厂不惜重金从国 外引进计算模型，大多是对污水处理厂进行数学建模，将建模者认为的所 有影响鼓风机风量的因子输入其中，如进水的水量、COD、氨氮、温度、 pH、气压等等。这些影响因子又基本上全部采用在线仪表测量。再根据一 系列的理论公式或经验公式进行程序计算，得出某一时刻鼓风机应该输出 的风量值。模型计算型的自控系统采用实时分析进水水质水量各项参数， 根据一系列的理论公式得出某一时刻的工艺风量，这种控制方式的问题在 于过分依赖在线仪表的准确性，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，因此这类自控装置 在国内很少有成功应用的实例，同时，由于实际上影响风量的因素极其复 杂，如氧传递效率、曝气孔堵塞情况等不可测或不可控因素也会对风量产 生影响，因此，这种模型很难将所有因素考虑周全，据此计算出的风量也 难以与实际需求量保持吻合，所以在国内这种控制方式很少有成功应用的 工程实例;模型计算的控制方式的最大缺陷是：数学模型推导运算得出理 论风量过分依赖在线仪表准确性的教训，各变量之间相对独立，相互关联 性较小，如果1台或几台在线仪表出现故障或数据不准确对判断结果的影 响不大。 溶解氧反馈式的控制方式依靠生物池设置的1台或多台在线溶氧仪的 测定值以及设定的目标溶氧值进行比较，反馈调节鼓风量。溶解氧反馈式 的自控系统相当于根据效果判定需求，虽然能够在一定程度上避免影响因 素考虑不周的问题，但该控制方式相当于将溶解氧作为控制的唯一判断依 据，在执行过程中存在调节过于滞后及对总风量没有调节或能力不佳问 题，尤其难以适应来水水质及水量变化较大的情况，同时对溶氧仪的依赖 性过强，一台溶氧仪的故障就可能导致整个系统瘫痪。 污水处理厂亟待解决曝气总量的精确控制难题，期待降低污水处理成 本，以满足日益猛增的污水处理量的需求。 发明内容 本发明是为了克服现有技术中的不足，提供一种污水处理厂曝气总 量的精确控制方法，引入自适应控制的理念，在风量的确定上反其道而行 之，即在采用进水水质水量参数作为基础的同时，又大幅度降低其权重作 为风量调整预判的依据，而是根据风量作用后的效果来判断当前鼓风机的 风量高或低，进而根据判断结果对风机进行固定的较小步幅的调整，使得 风量不断趋于合理值。将出水氨氮、DO值、进水COD与氨氮、进水水量的 四种变量具有主次之分，且又相互关联。四种变量各自有各自的调节周期， 任何一个变量达到其调节周期都会对总风量进行一次调整，，四种调控因 子的有机结合和互相弥补，使得系统的调控精度和抗冲击能力都得到了提 高。既能有效解决人工工艺调整时存在的随意性和调节频次低的问题;同 时又解决了现有自动调节系统过分依赖在线仪表准确性、难以照顾到所有 影响因素、对来水水质水量变化适应能力差以及调节过于滞后的问题。 本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现，一种污水处理厂 曝气总量的精确控制方法，其特征是：按照常规污水处理厂得而设计要求 设置进水COD仪、氨氮在线监测仪、进水流量计、溶解氧在线监测仪、出 水氨氮在线监测仪放置以及若干台鼓风机，建立中心控制室，将上述仪表 连接到中心PLC上，进水COD仪、氨氮在线监测仪、进水流量计、溶解氧 在线监测仪和出水氨氮在线监测仪并联后与中心PLC连接，所述中心PLC 与若干台鼓风机连接;所述中心PLC分别采集分别具有独立调节周期和调 节幅度的四种变量信号，即出水氨氮、DO值、进水COD和氨氮、进水水量 具有主次之分，且又相互关联的四种变量信号，四种变量信号通过中心PLC 统一调配进而相互弥补不足，构成中心PLC控制调整鼓风机总风量的精确 控制系统; 具体控制方法步骤如下， 一、进水水量、进水COD、进水氨氮、DO值、出水氨氮、鼓风机风量信号 输入中心PLC; 二、中心PLC进行运算。包括：判断进水水量、进水COD、进水氨氮、DO 值、出水氨氮因子的作用周期是否到时，当某一因子到达作用周期时，中 心PLC根据该因子的逻辑程序得出在该因子当前值下对曝气总量的判断结 果，即做出偏高或偏低的判断，若偏高则风量下调一定步幅，若偏低则风 量上调一定步幅; 进水水量的判断公式为： 调整量=水量差值*气水比; 进水COD、氨氮的判断公式为： 若t3=T3; 若C3+A3=0; 则F2=F2; 若C3+A3≠0; Sca=((C1*C3+5A1*A3)/(C2+5*A2))K2; 若Sca<0.5则F2=F2-F3; 若0.5≤Sca≤1.5则F2=F2; 若Sca>1.5则F2=F2+F3; t3=0; 其中： C1-------------进水COD测定值 C2-------------进水COD平均值，根据某一时期的化验数据人工设定如 某月进水COD平均值为300mg/L，则COD平均值的设定值为300mg/L，如 某月进水COD平均值为1000mg/L，则COD平均值的设定值为1000mg/L(一 般污水处理厂进水COD平均值在100-1000mg/L之间)。 C3---------------------------进水COD开关，正常取1，反之取0 A1---------------------------进水氨氮测定值 A2------------进水氨氮平均值， A3----------------------进水氨氮仪开关，正常取1，反之取0 K2--进水COD、氨氮权重系数， Sca---------------------------进水COD、氨氮加和判断值 S-----------------------------总加和判断值 T3----------------------------进水水质判断周期，推荐取值24h t3----------------------------自然时间，进水水质计时器 DO值判断公式为： 若t2=T2; 若D1+D2+…+D16+C3+A3=0; 则F2=F2; 若D1+D2+…+D16+C3+A3≠0; 若D1+D2+…+D16=0; 则F2=F2; 若D1+D2+…+D16≠0; So=(((O1*D1)/M1+(O2*D2)/M2+…+(O16*D16)/M16)/(D1+D2+…+D16))K1 S=So 若S<0.5则F2=F2+F3; 若0.5≤S≤1.5则F2=F2; 若S>1.5则F2=F2-F3; t2=0; 其中： Oi(i=1,2,3…n)--------------1-n号DO仪值 Mi(i=1,2,3…n)--------------1-n号DO设定值 Di(i=1,2,3…n)--------------1-n号DO仪开关，DO仪正常Di=1，反 之Di=0 K1--------------------------DO权重系数，建议取值为4 So-----------------------DO加和判断值 T2----------------------DO判断周期，推荐取值2h t2----------------------自然时间，DO判断计时器 出水氨氮判断公式为： 若N3=0，不执行任何操作; 若N3=1; 若t1=T1; 若N2 若N2≥N1且N2 若N2≥N1+1且N2 若N2≥N1+2且N2 若N2≥N1+3，则F2=F2+5*F3; 若t1=T1(这里T1推荐取12h)，则重复上述判断过程; 其中： N1--------------------------出水氨氮目标值 N2--------------------------出水氨氮测量值 N3--------------------------出水氨氮按钮，0为异常，1为正常 F1---------------------------当前风量，反馈值(m3/h) F2-----------------------------输出风量，控制值(m3/h) F3-----------------------风量调整幅度，根据需要可人工设定(m3/h) T1-----------------------氨氮因子周期，根据需要可人工设定 t1-----------------------自然时间，出水氨氮计时器 三、将判断后得出的新的风量值传输到鼓风机的执行机构，按照新的风量 值调整风量; 四、上述过程循环不间断进行，以应对实时的水质水量、工艺条件等因素 的变化。 所述进水流量计测量误差小于1%;所述进水COD仪、进水氨氮在线监 测仪的测量周期小于24h，测量误差小于15%;所述溶解氧在线监测仪的 测量误差小于0.1mg/L;所述出水氨氮在线监测仪的周期小于12h，测量 误差小于0.2mg/L。 所述鼓风机与中心PLC连接后，向中心PLC提供远程启停信号地址 或接受远程启停信号、风量大小调整的信号地址以及接受风量调整信号， 并将风量大小信号实时传送到PLC上。 所述流量计采用随机电磁流量计，其测量变送器与探头一体，通过通讯电 缆与中心PLC相连，即可将测量信号实时传送到PLC上。 有益效果：与现有技术相比，本发明将污水处理厂运行中的影响因 子确定为五个，通过将这五种影响因子的工艺原理与自适应控制原理形成 曝气总量精确控制的逻辑关系。将五种影响因子分为有主次之分，但又相 互关联的出水氨氮、DO值、进水COD和氨氮、进水水量四种变量信号，根 据污水处理工艺原理将各类因子进行影响权重和调节周期的分配，分别参 与风量的精确调控，使风量自动接近最合理值。它大大减弱了单台仪表的 故障或测量误差对系统判断结果的影响，保证整个系统的稳定运行。节约 了曝气量，在提高TN、TP等水质指标处理效果的同时还能降低污水处理 厂运行的电耗和药耗，在改善水环境和降低污水处理的成本方面有较大的 效果。