申请日2014.09.11
公开(公告)日2015.02.18
IPC分类号G05D11/13; C02F9/14
摘要
本发明公开了一种污水处理厂化学除磷自动控制装置及控制方法，所述装置设有依序连通的初沉池、生物反应池和二沉池，二沉池的进水管与加药泵、储药罐和加药管道连通，并设有在线流量计、药剂流量计、在线PLC和变频器、在线磷酸盐测定仪和控制器;所述控制装置进行控制的方法的步骤完善，计算周密，控制灵活，具有较好的除磷效果，效率高，自动化程度非常高。本发明特别适用于污水处理厂化学除磷工艺，在试运行中取得了非常好的效果。
权利要求书
1.一种污水处理厂化学除磷自动控制装置，设有依序连通的初沉池(3)、生物反应池(4)和二沉池(5)，初沉池设有进水管，二沉池设有进水管和排水管，二沉池的进水管与加药泵(8)、储药罐(7)和加药管道连通，其特征是：在初沉池的进水管上装有在线流量计(2)，加药泵与二沉池连通的加药管道上装有药剂流量计(9)，所述加药泵装有控制其流量的在线PLC和变频器(6)，在二沉池的排水管道上装有在线磷酸盐测定仪(10)，另外设有控制器(1)，该控制器与所述在线流量计和在线PLC和变频器、药剂流量计、在线磷酸盐测定仪进行信号和控制连接。
2.根据权利要求1所述的污水处理厂污水化学除磷自动控制装置进行控制的方法，其特征是包括以下步骤：
1)根据药剂供应商提供资料，确定药剂浓度Cy，除磷药剂分子量Me，除磷药剂密度ρ;根据出水标准要求，确定二沉池出水磷浓度设定值Ceff;确定三价金属盐和化学药剂去除磷的摩尔比系数f为1.2;对生物反应池进水进行一次手工24小时取样，检测磷浓度Cin_0，得到的24个数组为预设进水磷浓度控制数组：Cin_0(i)如下，其中i为1-24;在控制器中输入上述数据;
2)第d天手工检测生物反应池进水COD浓度CODin_d;第d天手工在t时刻检测生物反应池进水磷浓度Cin_d(t)，其中，d为系统运行第d天，计算与预存数组的偏差：Δ_d=Cin_d(t)-Cin_0(t)，单位为mg/L，预设 进水磷浓度控制数组变化值为Δ_d(mg/L)，重新生成当日进水磷浓度控制数组，即Cin_d(i)=Cin_0(i)+Δ_d;上述数据输入控制系统;
3)采集进水流量计信号Q(t)计算输入控制器的进水流量;
Qk(t)=Q(t-m) 公式(1)
Qk(t)-t时刻加药点流量(m3/s);
Q(t-m)-(t-m)时刻，进水流量(m3/s)
m-流量滞后系数，(h)
4)计算当前时刻加药点所对应的生物反应池进水磷浓度
Cdos(t)=Cin_d(t-n) 公式(2)
式中Cdos(t)-加药点磷浓度控制数组(mg/L);
Cin_d(t-n)-生物反应池进水磷浓度控制数组(mg/L)
n-浓度滞后系数，(h)
5)根据公式(3)计算需要的加药量
公式(3)
式中：
qc-加药流量，L/s
Qt-进水流量，m3/s
Cdos(t)-加药点磷浓度，mg/L
f-三价金属盐和化学药剂去除磷的摩尔比系数为1.2
Cy-药剂浓度，%
Ceff-二沉池出水磷浓度设定值，mg/L
Me-除磷药剂分子量，g/mol
ρ-除磷药剂密度，kg/L
6)根据公式(4)计算加药泵的工作频率;
fhz=qc/(F1*F2*F3) 公式(4)
式中：fhz=电机频率，hz
qc=加药流量，L/s
F1=加药泵流量与泵转速比
F2=泵转速与电机转速比
F3=电机转速与频率比
7)根据计算得到的工作频率设定变频器的频率值;
8)定期采集加药流量计的流量值qon，与公式(3)计算值进行比较，当偏差大于m%时，调整公式(4)中的系数F1，直到偏差小于n%;
9)采集磷浓度在线仪表数据，每天计算日平均值Ceff-av，当该值高于出水磷浓度设定值Ceff的p%，公式3中三价金属盐和化学药剂去除磷的摩尔比系数f增加r%;当该值低于出水磷浓度值的p%，公式3中三价金属盐和化学药剂去除磷的摩尔比系数f自动减少r%。
10)采集磷浓度在线仪表数据，定期分析二沉出水磷浓度的变化情况：当某时刻二沉出水磷浓度经常偏高，即7天中有s天以上高于出水磷浓度设定值w%时，调高生物反应池进水磷浓度控制数组中对应时刻磷浓度设定值的1%;当某时刻二沉出水磷浓度经常偏低，即7天中有s天以上低于出水磷浓度设定值u%，降低生物反应池进水磷浓度控制数组中对应时刻磷浓度值的v%
11)重新生成进水磷浓度控制数组;
12)重复2)～11)步骤。
说明书
污水处理厂化学除磷自动控制装置及控制方法
技术领域
本发明属于一种污水处理技术，一种污水化学除磷处理控制技术，具体 的是根据进水水量和进出水磷浓度及时自动调整化学除磷药剂的投加量，使 污水的除磷处理效果更好的装置及方法。
背景技术
在国内很多污水处理厂大多都采用生物除磷为主、化学除磷为辅 的方法作为污水处理的除磷方法。传统化学除磷通常在曝气池末端投加 除磷药剂，其投加方法包括：恒定量投加、根据进水负荷的前馈控制投 加、根据投药点的磷浓度反馈控制投加等方法。由于污水处理厂进水磷 负荷存在较大的季节性和昼夜变化，采用这些方法在实际运行过程中大 存在一些问题：1、恒定量投加对进水负荷的变化不能及时准确的作出 反应，不能对投加量及时作出调整，往往必须提高投加量以适应高峰负 荷，使化学除磷的药剂利用率低，增加了资源消耗，提高了处理成本; 2、过分依赖仪表造成系统运行不可靠：根据进水负荷的前馈控制投加 和根据投药点磷浓度的反馈控制投加均完全依赖于进水磷浓度或投加 点磷浓度的实时监测，而磷在线监测仪表投资成本高、维护要求高，磷 浓度监测点的进水和曝气池末端水样中由于含有大量的污泥等污染物 质，造成磷在线仪表的维护量显著增加，污水处理厂往往难以及时维护， 使化学除磷系统不能正常运行。基于以上问题分析，需要对现有污水处 理的化学除磷控制系统进行改进，使除磷药剂的投加量得到精确、及时和稳 定的控制。
发明内容
本发明的目的在于解决上述技术问题，提供一种污水处理厂化学除磷自 动控制装置及控制方法。这种控制装置和方法是根据进水水量和进出水磷浓 度及时自动调整化学除磷药剂的投加量，能够保证污水化学除磷处理单元的 药剂投加量得到精确及时的控制，并使化学除磷处理工艺稳定高效地运行。
本发明的目的是由下述技术方案实现的：污水处理厂化学除磷自动控 制装置，设有依序连通的初沉池、生物反应池和二沉池，初沉池设有进水管， 二沉池设有进水管和排水管，二沉池的进水管与加药泵、储药罐和加药管道 连通，其特征是：在初沉池的进水管上装有在线流量计，加药泵与二沉池连 通的加药管道上装有药剂流量计，所述加药泵装有控制其流量的在线PLC和 变频器，在二沉池的排水管道上装有在线磷酸盐测定仪，另外设有控制器， 该控制器与所述在线流量计和在线PLC和变频器、药剂流量计、在线磷酸盐 测定仪进行信号和控制连接。
上述污水处理厂污水化学除磷自动控制装置进行控制的方法，其特 征是包括以下步骤：
1)根据药剂供应商提供资料，确定药剂浓度Cy，除磷药剂分子量 Me，除磷药剂密度ρ;根据出水标准要求，确定二沉池出水磷浓度设定 值Ceff;确定三价金属盐和化学药剂去除磷的摩尔比系数f为1.2;对 生物反应池进水进行一次手工24小时取样，检测磷浓度Cin_0，得到的 24个数组为预设进水磷浓度控制数组：Cin_0(i)如下，其中i为1-24; 在控制器中输入上述数据;
2)第d天手工检测生物反应池进水COD浓度CODin_d;第d天手工在t 时刻检测生物反应池进水磷浓度Cin_d(t)，其中，d为系统运行第d天， 计算与预存数组的偏差：Δ_d=Cin_d(t)-Cin_0(t)，单位为mg/L，预设 进水磷浓度控制数组变化值为Δ_d(mg/L)，重新生成当日进水磷浓度控 制数组，即Cin_d(i)=Cin_0(i)+Δ_d;上述数据输入控制系统;
3)采集进水流量计信号Q(t)计算输入控制器的进水流量;
Qk(t)=Q(t-m) 公式(1)
Qk(t)-t时刻加药点流量(m3/s);
Q(t-m)-(t-m)时刻，进水流量(m3/s)
m-流量滞后系数，(h)
4)计算当前时刻加药点所对应的生物反应池进水磷浓度
Cdos(t)=Cin_d(t-n) 公式(2)
式中Cdos(t)-加药点磷浓度控制数组(mg/L);
Cin_d(t-n)-生物反应池进水磷浓度控制数组(mg/L)
n-浓度滞后系数，(h)
5)根据公式(3)计算需要的加药量
公式(3)
式中：
qc-加药流量，L/s
Qt-进水流量，m3/s
Cdos(t)-加药点磷浓度，mg/L
f-三价金属盐和化学药剂去除磷的摩尔比系数为1.2
Cy-药剂浓度，%
Ceff-二沉池出水磷浓度设定值，mg/L
Me-除磷药剂分子量，g/mol
ρ-除磷药剂密度，kg/L
6)根据公式(4)计算加药泵的工作频率;
fhz=qc/(F1*F2*F3) 公式(4)
式中：fhz=电机频率，hz
qc=加药流量，L/s
F1=加药泵流量与泵转速比
F2=泵转速与电机转速比
F3=电机转速与频率比
7)根据计算得到的工作频率设定变频器的频率值;
8)定期采集加药流量计的流量值qon，与公式(3)计算值进行比较，当 偏差大于m%时，调整公式(4)中的系数F1，直到偏差小于n%;
9)采集磷浓度在线仪表数据，每天计算日平均值Ceff-av，当该值高于 出水磷浓度设定值Ceff的p%，公式3中三价金属盐和化学药剂去除磷的摩尔 比系数f增加r%;当该值低于出水磷浓度值的p%，公式3中三价金属盐和化 学药剂去除磷的摩尔比系数f自动减少r%。
10)采集磷浓度在线仪表数据，定期分析二沉出水磷浓度的变化情况：当 某时刻二沉出水磷浓度经常偏高，即7天中有s天以上高于出水磷浓度设定 值w%时，调高生物反应池进水磷浓度控制数组中对应时刻磷浓度设定值的1%; 当某时刻二沉出水磷浓度经常偏低，即7天中有s天以上低于出水磷浓度设 定值u%，降低生物反应池进水磷浓度控制数组中对应时刻磷浓度值的v%
11)重新生成进水磷浓度控制数组;
12)重复2)～11)步骤
该装置的主要原理利用性能可靠的进水流量计作为该控制系统主 要输入，利用性能可靠的变频器作为该控制系统的主要执行单元，然后 利用进水浓度存在规律性的变化、并且生物反应池系统对进水磷负荷的 变化具备一定的缓冲作用，结合手工测定的生物反应池进水磷浓度数据 和二沉池出水在线磷浓度数据定期自动调整进水磷浓度控制数组，根据 加药流量在线数据定期自动调整加药泵变频器的预设参数。
本发明的有益效果：采用该装置进行化学除磷自动控制，城市生活污水 出水磷浓度稳定控制在1mg/l以下，从而保证出水磷的稳定达标，三价金属 盐和化学药剂去除磷的摩尔比稳定控制在1.5mol/mol以下。由于磷在线浓 度放置于生物反应池后较为洁净的二沉出水处，与放置于生物反应池之前和 之中相比，磷在线的维护工作量下降了50%以上。该控制系统即使在二沉出 水磷浓度在线监测仪和加药流量计这两个可靠性较低仪表失效的情况下，依 靠进水流量计、变频器、加药泵和控制器仍能实现较为可靠控制，使系统稳 定性显著提高。因此，本发明具有稳定可靠，调节及时，维护简单的特点， 并具有很好的调节效果。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
实施例：污水处理厂化学除磷自动控制装置，设有依序连通的初沉池 3、生物反应池4和二沉池5，初沉池设有进水管，二沉池设有进水管和排水 管，二沉池的进水管与加药泵8、储药罐7和加药管道连通，在初沉池的进 水管上装有在线流量计2，加药泵与二沉池连通的加药管道上装有药剂流量 计9，所述加药泵装有控制其流量的在线PLC和变频器6，在二沉池的排水 管道上装有在线磷酸盐测定仪10，另外设有控制器1，该控制器与所述在线 流量计和在线PLC和变频器、药剂流量计、在线磷酸盐测定仪进行信号和控 制连接。
上述控制装置的控制方法如下：
1)根据药剂供应商提供资料，确定药剂浓度Cy为6%，除磷药剂分子量 Me为51g/mol，除磷药剂密度ρ1.22kg/L;根据出水标准要求，确定二 沉池出水磷浓度设定值Ceff为国家一级B排放标准的60%即0.6mg/L; 根据实验室试验结果，确定三价金属盐和化学药剂去除磷的摩尔比系数f 为1.2;对生物反应池进水进行一次手工24小时取样，检测磷浓度Cin_0， 得到的24个数组为预设进水磷浓度控制数组：Cin_0(i)如下，其中i 为1-24;在控制器中输入上述数据。
2)第1天手工检测生物反应池进水COD浓度CODin_1为360mg/L;第1 天手工在9点时刻检测生物反应池进水磷浓度Cin_1(9)为3.5mg/L，计算 与预存数组的偏差：Δ_d=Cin_d(t)-Cin_0(t)=3.5-5.21=-1.71mg/L，预 设进水磷浓度控制数组变化值为-1.71mg/L，重新生成当日进水磷浓度控 制数组，即Cin_1(i)=Cin_0(i)-1.71;上述数据输入控制系统。
3)采集进水流量计信号Qt，输入控制器;
4)计算当前时刻加药点所对应的生物反应池进水磷浓度
Cdos(t)=Cin_d(t-4)
5)计算需要的加药量
公式(3)
式中
qc-加药流量，L/s
Qt-进水流量，m3/s
Cdos(t)-进水磷浓度，mg/L
f-三价金属盐和化学药剂去除磷的摩尔比系数，取1.2mol/mol
Cy-药剂浓度，取6%
Ceff-出水磷浓度设定值，取0.6mg/L
Me-除磷药剂分子量，取102/2=51g/mol
ρ-除磷药剂密度，取1.22kg/L
6)根据公式(4)计算加药泵的工作频率;
公式(4)
式中
f=电机频率，hz
qc=加药流量，L/s
F1=加药泵流量与泵转速比，
F2=泵转速与电机转速比，F2=0.26
F3=电机转速与频率比，F3=60/2-50/f
7)根据计算得到的工作频率设定变频器的频率值;
8)定期采集加药流量计的流量值，与公式(3)计算值进行比较，当偏差 大于5%时，调整公式4中的系数F1，直到偏差小于5%。
9)采集出水磷浓度在线仪表数据，每天计算日平均值，当该值高于出水 磷浓度设定值的20%，即0.72mg/L，公式3中三价金属盐和化学药剂去除磷的 摩尔比系数f自动增加1%;当该值低于设定值的20%，即0.48mg/L，公式3 中三价金属盐和化学药剂去除磷的摩尔比系数f自动减少1%。
10)采集磷浓度在线仪表数据，定期分析二沉出水磷浓度的变化情况：当 某时刻二沉出水磷浓度经常偏高，即7天中有4天以上高于出水磷浓度设定值 10%时，即0.66mg/L，调高生物反应池进水磷浓度控制数组中对应时刻磷浓度值 的2%;当某时刻二沉出水磷浓度经常偏低，即7天中有4天以上低于出水磷 浓度设定值10%时，即0.54mg/L，降低生物反应池进水磷浓度控制数组中对应 时刻磷浓度值的2%。
11)重新生成进水磷浓度控制数组;
12)重复2)～11)步骤。
本实例经运行三个月效果非常好，出水磷浓度降低0.2mg/L，可以稳定控 制在0.6±0.1mg/l，三价金属盐和化学药剂去除磷的摩尔比稳定控制在 1.2mol/mol，并且磷在线放置于二沉池排水管道与放置于生物反应池中相比维 护工作量从每周1次降为每月1次，每月节省药剂量180吨，计6万余元，磷 在线维护费节省两千余元，系统稳定性显著提高。