申请日2012.04.23
公开(公告)日2012.08.08
IPC分类号C02F3/02; G05B19/418
摘要
本发明公开一种城市污水处理Orbal氧化沟抗工业毒性污染物冲击的调控系统，涉及接纳高比例工业废水的Orbal氧化沟污水厂抗工业毒性污染物冲击、维持氧化沟污泥活性及处理效能的技术。本发明是基于毒性相关性分析结果选取pH和电导率作为综合毒性反映和预警的指标，在Orbal氧化沟活性污泥中毒试验分析的基础上确定毒性预警阈值，根据管网特点选取毒性监测点，建立工业毒性污染预警在线监控和无线远传系统。在此基础上建立与管网监控系统联动的Orbal氧化沟运行联动调控系统，通过调节进水流量、污泥回流比和曝气强度，增强Orbal氧化沟对工业毒性污染物冲击的抗性，维持沟内生物活性，保证污水的处理效能。
权利要求书
1.城市污水处理Orbal氧化沟抗工业毒性污染物冲击的调控系统，其包含管网毒性监控系统、联动调控系统、厂内控制系统三部分;其特征在于：
所述管网毒性监控系统包括污水厂服务区排水管网内分布的工业毒性污染监测点、每个监测点安装的pH计和电导仪、及无线数据远传设备;所述pH计和电导仪在线监测并表征管网内的酸碱、重金属以及有毒有机物等工业毒性污染物的排放和浓度情况，监测到的数据使用GPRS无线数据远传设备传至联动调控系统服务器;
所述联动调控系统用于完成管网监控系统数据的接收、分析以及实施对厂内操控设备的自动控制;所述联动调控系统包括接收数据信号的远程无线收发控制器、联动调控决策软件及作为其运行平台的工控机以及实现厂内操控设备自动控制的可编程逻辑控制器PLC;
所述厂内控制系统指具体执行联动调控系统指令的Orbal氧化沟工况调节操控设备，包括安装在管网中的氧化沟进水流量调节电动闸阀、应急池、曝气机转刷及其转速调节变频器、污泥回流泵及污泥回流泵流量调节变频器，它们均由联动调控系统可编程逻辑控制器PLC控制;
所述三部分系统以基于联动调控规程的联动调控决策软件为核心，采用实现厂内操控设备自动控制的可编程逻辑控制器PLC来实现Orbal氧化沟抗工业毒性污染物冲击的自动优化运行调控功能。
2.根据权利要求1 所述的城市污水处理Orbal氧化沟抗工业毒性污染物冲击的调控系统，其特征在于将pH和电导率作为工业毒性的综合反映指标，通过pH和电导率的毒性报警阈值对氧化沟进行调控，
所述调控的步骤如下：
首先，排水管网中的水质监测点将监测到的pH和电导率指标数据通过GPRS无线传输设备实时传输至污水厂控制中心;
控制中心联动调控系统工控机接收数据信号，联动调控决策软件对数据进行分析，并通过软件中联动调控规程模块对数据分析结果进行判断;
如果pH和电导率数据结果达到报警阈值，联动调控决策软件发出调控指令;
可编程逻辑控制器(PLC)接收指令，并实现对电动闸阀、曝气机变频器、回流泵变频器的自动控制，使其达到调控规程中设定的工作状态，以应对工业毒性污染物对氧化沟的冲击;
如果接收到监测点处传回的数据显示监测点处pH和电导率指标逐渐恢复正常，并达到了调控规程中规定恢复正常操作的阈值范围，则发出恢复指令;
可编程逻辑控制器(PLC)接收恢复指令，并对电动闸阀、曝气机变频器、回流泵变频器设备进行自动控制，使其恢复正常工作状态，结束调控。
3.利用权利要求2所述的调控系统，其特征在于：调控规程是以调控规程模块的形式写入调控决策软件，所述调控规程包含预设的4个部分，分别为：
a、调控启动条件，是联动调控启动的数据依据，启动条件由3部分组合而成，分别为控制指标pH和电导率的阈值、污水厂进水流量Q和响应时间t ;
b、联动操控动作，其与调控启动条件逐一对应，是通过工况调节使Orbal氧化沟的工艺参数达到设定数值，包括污水厂进水流量、氧化沟内DO浓度、污泥回流比;
c、联动操控动作对应的控制参数，指为实现上述联动调控动作，污水处理设备所要达到的具体运行参数，包括污水厂进水闸阀开启程度、氧化沟曝气机变频器的频率、回流泵变频器的频率;
d、恢复正常操作的条件，其与调控启动条件相对应，是结束调控的条件，包括控制指标pH、电导率的恢复阈值及达到恢复阈值的持续时间。
说明书
城市污水处理Orbal氧化沟抗工业毒性污染物冲击的调控系统
技术领域
本发明属于污水处理、环境保护技术领域，具体涉及一种Orbal氧化沟城市 污水处理厂抗工业毒性污染物冲击的调控系统。适用于接纳高比例工业废水的 Orbal氧化沟污水处理厂(或处理站)的日常运行。
背景技术
城市排水管网中污水常含有对污水处理厂生物处理系统存在危害的毒性污 染物，这些毒性污染物绝大多数来源于工业企业。2010年，工业废水排放量为 237.5亿吨，占我国城市污水排放总量的38%。并且，由于工业企业涉及范围广 泛，所排放废水性质千差万别，物质成分也较复杂，其生产废水中常含有重金属、 有毒有机物等对生物处理系统造成威胁的污染物质。目前，我国针对工业废水排 放的监测设施和监管制度尚不够完善，企业偷排、不达标排放现象时常出现，导 致大量有毒物质经城市排水管网进入城市污水厂，常对城市污水处理厂污水生物 处理系统正常功能的造成严重影响，导致活性污泥微生物活性降低、污水处理效 果下降，出水无法达标、甚至生物处理系统崩溃，造成环境污染和生物处理系统 重新启动带来的经济损失。Orbal氧化沟是我国当前城市污水处理厂常用的污水 生物处理工艺，具有处理效果好、投资省、能耗少、运行管理简便等优点。然而， 接纳高比例工业废水的Orbal氧化沟，往往面临工业毒性污染物的威胁，氧化沟 处理效率下降，严重时甚至出现整个氧化沟活性污泥系统崩溃，大量城市污水不 能处理而排放的严重运行事故。因此，开发针对接纳高比例工业废水污水厂Orbal 氧化沟抗工业毒性污染物冲击的调控系统和方法，对保证Orbal氧化沟的正常运 行、避免环境污染事故具有十分重要的现实意义。
目前已有关于城市污水毒性检测的相关报道，例如利用发光菌、pH或BOD 等指标表征城市污水的毒性，但未有同时利用pH和电导率的在线监测来综合反 映污水工业毒性的报道，而且国内外均未见关于城市排水管网中工业毒性污染物 在线监控与污水厂抗工业毒性污染物冲击联动调控技术的相关报道，更无具体的 应用实例。
发明内容
本发明涉及的城市污水处理Orbal氧化沟抗工业毒性污染物冲击的联动调控 系统，是针对Orbal氧化沟污水处理厂受工业毒性污染物冲击危害出现运行问题 而提出的，是污水厂自动规避工业毒性污染物冲击，保证污水厂正常运行、避免 污染事故的成套系统。该系统的实施可实现Orbal氧化沟污水处理厂对工业毒性 污染物的自动预警、决策和联动调控等问题，旨在避免工业废水毒性污染物对生 物处理系统活性影响，保证Orbal氧化沟在受工业废水毒性污染物冲击时的处理 效果。
本发明的技术方案如下：
本系统组成包括管网毒性监控系统、联动调控系统、厂内控制系统三部分;
所述管网毒性监控系统包括污水厂服务区排水管网内分布的工业毒性污染 监测点、每个监测点安装的pH计和电导仪、以及无线数据远传设备;所述pH 计和电导仪在线监测并表征管网内的酸碱、重金属以及有毒有机物等工业毒性污 染物的排放和浓度情况，监测到的数据使用GPRS无线数据远传设备上传至联动 调控系统服务器。
所述联动调控系统用于完成管网监控系统数据的接收、分析以及实施对厂内 操控设备的自动控制。所述联动调控系统包括接收数据信号的远程无线收发控制 器、联动调控决策软件及作为其运行平台的工控机以及实现厂内操控设备自动控 制的可编程逻辑控制器PLC。
所述厂内控制系统指具体执行联动调控系统指令的Orbal氧化沟工况调节操 控设备，包括安装在管网中的氧化沟进水流量调节电动闸阀、应急池、曝气机转 刷及其转速调节变频器、污泥回流泵及污泥回流泵流量调节变频器，它们均由联 动调控系统可编程逻辑控制器PLC控制。
所述三部分系统以基于联动调控规程的联动调控决策软件为核心，采用实现 厂内操控设备自动控制的可编程逻辑控制器PLC来实现Orbal氧化沟抗工业毒性 污染物冲击的自动优化运行调控功能。
本发明是将pH和电导率作为工业毒性的综合反映指标，在毒性阈值报警的 基础上通过基于联动调控规程模块的联动调控系统自动调节进水流量、污泥回流 比和曝气强度，在工业毒性污染物冲击时维持Orbal氧化沟生物活性和处理效能。
调控步骤如下：
首先，位于排水管网中的水质监测点将监测到的pH和电导率指标数据通过 GPRS无线传输设备实时传输至污水厂控制中心的联动调控系统;
控制中心接收数据信号，以联动调控规程模块为核心的联动调控决策软件对 数据进行分析，并对得到的结果进行判断：
如果监测指标达到报警阈值，则发出调控指令;
可编程逻辑控制器(PLC)接收指令，并实现对电动闸阀、曝气机变频器、 回流泵变频器等设备的自动控制，使其达到调控规程中设定的工作状态，以应对 工业毒性污染物对氧化沟的冲击;
如果接收到监测点处传回的数据显示监测点处pH和电导率指标逐渐恢复正 常，并达到了调控规程中规定恢复正常操作的阈值范围，则发出恢复指令;
可编程逻辑控制器(PLC)接收恢复指令，并对电动闸阀、曝气机变频器、 回流泵变频器等设备进行自动控制，使其恢复正常工作状态，结束调控。
所述联动调控规程是Orbal氧化沟应对工业毒性污染物冲击时的工况调节方 法，作为程序写入联动调控决策软件，在联动调控系统中作为联动调控决策软件 系统的核心模块。联动调控规程包含预设的4个部分，分别为：
a、调控启动条件，是联动调控启动的数据依据，启动条件由3部分组合而 成，分别为控制指标pH和电导率的阈值、污水厂进水流量Q和响应时间t;
b、联动操控动作，其与调控启动条件逐一对应，是通过工况调节使Orbal 氧化沟的工艺参数达到设定数值，包括污水厂进水流量、氧化沟内DO浓度、污 泥回流比;
c、联动操控动作对应的控制参数，指为实现上述联动调控动作，污水处理 设备所要达到的具体运行参数，包括污水厂进水闸阀开启程度、氧化沟曝气机变 频器的频率、回流泵变频器的频率;
d、恢复正常操作的条件，其与调控启动条件相对应，是结束调控的条件， 包括控制指标pH、电导率的恢复阈值及达到恢复阈值的持续时间。
根据监测点位置、受纳污水量特征，不同的监测点数据有不同的调控规程与 之一一对应。
所述联动调控规程的运作流程参见图1：
首先对控制指标pH和电导率数值及当时的污水厂进水流量(Q)进行判断， 看其是否达到某一启动条件(即启动条件中的3个组成部分同时得到满足);
若达到，则进行t=0min时对应的联动操控动作，并控制污水处理设备按照 设定参数(即与启动条件对应的联动操控动作对应的控制参数)运行，完成联动 操控动作;
此后，如调控启动条件组成部分中任一部分达到了新的范围，达到了新的启 动条件，则控制调控污水处理设备按照新的设定参数(即与启动条件对应的联动 操控动作对应的控制参数)运行，完成新的联动操控动作;
在某一调控启动条件已达到，并且与之对应的联动操控动作正在实施的过程 中，若监测到控制指标(pH、电导率)数值恢复正常，并且控制指标的数据及 其持续时间达到了此联动操控动作对应的恢复正常操作的条件，则停止联动调控 操作，并使污水处理设备恢复正常运行。
本发明技术的优点：
①本发明采用pH和电导率作为管网工业毒性的综合反映和预警指标，所 选取的管网工业毒性污染物综合反映指标具有易于实现在线监测、准确性高、受 工业废水条件(例如色度、浊度)影响小以及日常运行维护费用低等优点。
②本发明的联动调控规程通过多种运行调控技术(进水量、回流比和曝气 量的调节)的综合运用，能有效提高氧化沟内活性污泥的微生物量和微生物活性， 从而应对工业废水中有毒物质的冲击影响。这一技术区别于对某种单一毒性的单 一应对方法，因此可应对的工业废水的性质类别更为广泛。
③本发明的联动调控规程在不同预警阈值、流量和持续时间下规定了不同 操控动作以及解除警报、恢复Orbal氧化沟正常运行的条件。使对氧化沟工况调 节更为细致，较普通的事故应对工况调节更为准确和节能。
④本发明的联动调控规程的具体参数可以根据Orbal氧化沟处理规模、管 网服务工业区的工业特点等进行调整，使本发明技术应用具有很强的灵活性。
④本发明的3个系统有机联系，具有快速决策、快速报警和快速自动反应 的特点，尤其适用于应对工业企业偷排、漏排导致工业毒性污染物对污水厂冲击 的等突发环境事件。
本发明是保障城市污水处理设施安全运行领域的一项技术突破。