申请日2011.01.13
公开(公告)日2011.06.15
IPC分类号C02F3/02; G05B19/418
摘要
本发明公开了一种生物废水处理进水量非稳态变化模拟控制系统及控制方法，包括带有存储检测数据的数据库和运行数据库的上位机的管理层、控制蠕动泵转速的下位机可编程控制器的控制层，执行下位机操作指令的MCC电机控制柜的执行层;通过控制进水水量周期、进水初相角以及进水正弦曲线波峰波谷，对其模拟系统进行控制;根据进水控制流程的调整实现多种生物废水处理工艺的进水方式和进水水量条件，最大程度地模拟实际污水处理厂和工程面临的进水状况，实现生物废水处理工艺进水水质水量非稳态变化模拟系统，可自由模拟各种进水水量变化情况。
权利要求书
1.一种生物废水处理进水量非稳态变化模拟控制系统，包括管理层、控制层和执行层;其特征在于：所述的管理层为带有存储检测数据的数据库和运行数据库的上位机，控制层为控制蠕动泵转速的下位机可编程控制器，执行层为执行下位机操作指令的MCC电机控制柜;上位机与下位机可编程控制器电连接，并将设定参数下传到下位机;下位机可编程控制器分别与检测仪表、MCC电机控制柜、阀门调节或变频控制柜连接;检测仪表与MCC电机控制柜连接、MCC电机控制柜与阀门调节或变频控制柜之间连接;在线传感器与检测仪表连接，原水泵、回流泵和搅拌机与MCC电机控制柜连接，鼓风机与阀门调节或变频控制柜之间连接。
2.根据权利要求1所述的生物废水处理进水量非稳态变化模拟控制系统，其特征在于检测数据包括：溶解氧浓度、pH值、各段进水流量、好氧段的曝气流量。
3.根据权利要求1所述的生物废水处理进水量非稳态变化模拟控制系统，其特征在于运行数据包括：数字量输入、数字量输出、模拟量输入、模拟量输出、中间变量。
4.根据权利要求1所述的生物废水处理进水量非稳态变化模拟控制系统，其特征在于：所述的MCC电机控制柜设有手机/自动转换开关。
5.一种生物废水处理进水量非稳态变化模拟控制系统的控制方法，其特征在于：控制进水水量周期、进水初相角以及进水正弦曲线波峰波谷;
其中，所述的控制进水水量周期包括以下步骤：
启动系统，选择自动运行状态，周期变化量X1、进水最大值A1与最小值和初始相位角三个程序同时运行;
设定初始变化量X0，脉冲时间，单元时间，检测运行产生周期的实际变化量;
设定进水预设量中值A2=A1/2，生产零相位时总进水量的初始值A3=A2+A0;
弧度制初相角Y1与总进水量变化X2相乘产生中间变量Z0，sinZ0与进水总量中值A2相乘生成进水总量的变化量A4，随弧度呈周期变化的总进水增量A5=A3+A4;
所述的控制进水初相角变化包括以下步骤：
启动系统，选择自动运行状态，周期变化量X1、进水最大值A1与最小值和初始相位角三个程序同时运行;
设定初始变化量X0，继续运行生产一个时间单位的总进水量X2，则初始进水量的总进水量X3=X2+初相角;
设定预设量中值A2=A1/2，生产零相位时总进水量的初始值A3=A2+A0;
弧度制初相角Y1与总进水量变化系数X3相乘产生中间变量Z1，sinZ1与进水总量中值A2相乘生成进水总量的变化量A4，随弧度变化的总进水增量A5=A3+A4;
所述的控制进水正弦曲线波峰波谷变化包括以下步骤;
启动系统，选择自动运行状态，周期变化量X1、进水最大值A1与最小值和初始相位角三个程序同时运行;
设定初始变化量X0，继续运行生产一个时间单位的总进水量X2，则初始进水量的总进水量X3=X2+初相角;
设定进水总量最大值A1，那么预设量中值A2=A1/2，生产零相位时总进水量的初始值A3=A2+A0;
弧度制初相角Y1与总进水量变化系数X3相乘产生中间变量Z1，sinZ1与进水总量中值A2相乘生成进水总量的变化量A4，随弧度变化的总进水增量A5=A3+A4。
6.根据权利要求5所述的生物废水处理进水量非稳态变化模拟控制系统的控制方法，其特征在于：所述的脉冲时间为100MS，单元时间为60秒。
说明书
生物废水处理进水量非稳态变化模拟控制系统及控制方法
技术领域
本发明属于环境保护中水污染控制技术领域，涉及一种基于生物废水处理工艺而开发的进水水质水量动态变化的模拟控制系统，模拟实际污水处理厂进水水质水量非稳态变化的特点，适用于以实际城市污水或高氨氮废水为处理对象，试验室研究规模的小试或中试生物废水处理工艺。
背景技术
根据资料的查询现在相关的研究机构和大专院校在对废水处理的小试或中试研究上都采用定量进水或定时进水的方式来进行研究的，定量进水即运行的过程之中始终保持一个基本恒定的量来进水，定时进水即分时段间歇进水。这种进水方式条件下研究的生物废水处理工艺性能存在两个问题：1、进水水量条件过于单一，为定进水量条件下工艺对污染物处理能力，具有一定片面性;2、缺少对工艺抗水量冲击负荷性能的研究，试验结果无法预测实际废水处理过程中应对暴雨等恶劣天气条件的能力;3、资源和能源的浪费，试验室规模的成功的生物废水处理工艺投产于实际工程应用一旦失败，将意味着巨大的损失，不符合可持续废水处理理念。定时定量进水条件下研究的工艺性能等试验结果与实际生产运行工况相差甚远，不能很好地指导实际工程应用。倘若在试验室规模的小试或中试研究中，开发模拟实际废水处理工程中面临的进水量动态变化规律，实时的改变多种进水变化条件，在稳态进水工艺特点研究的前提下拓展非稳态进水条件下的工艺特性研究，将会弥补现有废水处理相关研究机构和大专院校存在的以上缺陷，对科研成果的推广应用和生产力转化进程具有重要的作用。
发明内容
本发明的目的是针对污水处理厂不同进水水量和水质变化特点，提供一套适用于试验室研究规模生物废水处理工艺的进水量非稳态变化模拟系统。该系统改变常规的定量定点进水方式，废水可根据预先设定的进水控制策略及时响应进水方式，实现装置进水的水质和水量动态变化，拓展装置抗水质水量冲击负荷性能的研究，最终保障研究装置在实际工程中的成功应用。
本发明是采用以下技术手段实现的：
一种生物废水处理工艺进水量非稳态变化模拟控制系统，包括管理层、控制层和执行层;管理层为带有存储检测数据的数据库和运行数据库的上位机，控制层为控制蠕动泵转速的下位机可编程控制器，执行层为执行下位机操作指令的MCC电机控制柜;上位机与下位机可编程控制器电连接，并将设定参数下传到下位机;下位机可编程控制器分别与检测仪表、MCC电机控制柜、阀门调节或变频控制柜连接;检测仪表与MCC电机控制柜连接、MCC电机控制柜与阀门调节或变频控制柜之间连接;在线传感器与检测仪表连接，原水泵、回流泵和搅拌机与MCC电机控制柜连接，鼓风机与阀门调节或变频控制柜之间连接。
前述的检测数据包括：溶解氧浓度、pH值、各段进水流量、好氧段的曝气流量。
前述的运行数据包括：数字量输入、数字量输出、模拟量输入、模拟量输出、中间变量。
前述的MCC电机控制柜设有手机/自动转换开关。
一种生物废水处理工艺进水量非稳态变化模拟控制系统的控制方法，控制进水量周期、进水初相角以及进水正弦曲线波峰波谷;
其中，所述的控制进水量周期包括以下步骤：
启动系统，选择自动运行状态，周期变化量X1、进水最大值A1与最小值和初始相位角三个程序同时运行;
设定初始变化量X0，脉冲时间，单元时间，检测运行产生周期的实际变化量;
设定进水预设量中值A2=A1/2，生产零相位时总进水量的初始值A3=A2+A0;
弧度制初相角Y1与总进水量变化X2相乘产生中间变量Z0，sinZ0与进水总量中值A2相乘生成进水总量的变化量A4，随弧度呈周期变化的总进水增量A5=A3+A4;
所述的控制进水初相角变化包括以下步骤：
启动系统，选择自动运行状态，周期变化量X1、进水最大值A1与最小值和初始相位角三个程序同时运行;
设定初始变化量X0，继续运行生产一个时间单位的总进水量X2，则初始进水量的总进水量X3=X2+初相角;
设定预设量中值A2=A1/2，生产零相位时总进水量的初始值A3=A2+A0;
弧度制初相角Y1与总进水量变化系数X3相乘产生中间变量Z1，sinZ1与进水总量中值A2相乘生成进水总量的变化量A4，随弧度变化的总进水增量A5=A3+A4;
所述的控制进水正弦曲线波峰波谷变化包括以下步骤;
启动系统，选择自动运行状态，周期变化量X1、进水最大值A1与最小值和初始相位角三个程序同时运行;
设定初始变化量X0，继续运行生产一个时间单位的总进水量X2，则初始进水量的总进水量X3=X2+初相角;
设定进水总量最大值A1，那么预设量中值A2=A1/2，生产零相位时总进水量的初始值A3=A2+A0;
弧度制初相角Y1与总进水量变化系数X3相乘产生中间变量Z1，sinZ1与进水总量中值A2相乘生成进水总量的变化量A4，随弧度变化的总进水增量A5=A3+A4。
前述的脉冲时间为100MS，单元时间为60秒。
本发明与现有技术相比，具有以下明显的优势和有益效果：
该系统通过实时的改变总进水量，来模拟市政废水进水负荷的变化，总进水量的确定是根据调研的某一个典型城市的进水变化按照比例来缩小的值。根据总进水量的变化，来控制各段进水的流量。控制进水量变化的软件是通过PLC梯形图语言来编制完成的。该控制系统的控制指令主要有：每个蠕动泵的起动或停止，还有系统操作的指令。该控制系统模拟实际污水处理厂日进水量的动态变化参数主要有：变化周期设定，最大进水量设定、最小进水量设定、进水初相角设定，通过以下三种控制流程的集成组合实现废水生物处理工艺进水水质水量非稳态变化模拟系统，可以自由模拟各种进水水量变化情况：
(1)进水水量周期变化控制流程：确定进水流量周期变化的设定值，如24小时或12小时为一个周期，变化周期可以在1分钟到32000小时之间任意设定。
(2)进水初相角变化控制流程：设计了进水初相角的设定，通过改变进水初相角来改变初始进水的流量。
(3)进水正弦曲线波峰波谷变化控制流程：设计了进水量的最大进水量设定值和最小进水量设定值，不是简单的从零流量开始到最大流量，用最大流量设定值和最小流量设定值来确定实际进水的峰谷值。
本发明根据进水控制流程的调整实现多种生物废水处理工艺的进水方式和进水水量条件，最大程度地模拟实际污水处理厂和工程面临的进水状况，全面开发各种进水方式下生物处理工艺处理污染物的性能试验研究，在减少试验规模和成本的基础上为工艺的实际工程应用提供更真实可靠的原始数据和技术支持。