申请日2004.06.03
公开(公告)日2005.02.23
IPC分类号C02F1/52
摘要
本发明属环保技术领域，具体涉及化学生物絮凝污水处理工艺的自动控制方法及其装置。本发明利用PC机对化学生物处理城市污水装置的工作过程进行在线监测和控制，其中，PC机中的可编程序控制器用于执行系统操作指令，收集、存储系统工艺参数和在线监测数据。本发明的具体实施过程采用以出水总磷作为控制目标，自动调节化学絮凝工艺的加药量;采用DO在线监测系统反馈信号自动控制曝气量;采用总悬浮固体在线监测信号自动控制污泥回流量，从而达到去除化学需氧量、悬浮固体、生化需氧量等污染物的目的，使运行成本大大减少;同时在系统运行过程中还可随时观察、存贮在线监测数据，工艺先进、操作简单、劳动强度低。
权利要求书
1、一种化学生物絮凝处理城市污水的自动控制方法，其特征在于利用PC机对化学生 物处理城市污水装置的工作过程进行在线监测和控制，其中，PC机中的可编程序控制器执 行系统操作指令，收集、存储系统工艺参数，与来自数字量输入模块的在线监测数据比较， 如果超出其临界上、下限，则数字量、模拟量输出模块发送指令，以出水总磷作为控制目 标，根据总磷检测仪输入的测试结果，计算水总磷和总磷控制目标之间的差值，转化成数 字量，利用A/D转换器将系统发送的数字量转换成模拟量，调节加药计量泵的脉动频率， 控制系统加药量;溶解氧监测仪反馈信号控制曝气量，悬浮固体监测信号控制污泥回流量， 从而达到去除化学需氧量、悬浮固体、生化需氧量等污染物的目的。
2、根据权利要求1所述的化学生物絮凝处理城市污水的自动控制方法，其特征在于 以出水总磷在线监测结果为控制目标，絮凝剂采用铝、铁盐，有效成分以Al2O3或Fe2O3 计，根据出水总磷浓度高低，每超过或低于0.1-0.2mg/L，则药剂量按10--20ml/Min增加 或减少。
3、根据权利要求1所述的化学生物絮凝处理城市污水的自动控制方法，其特征在于 以溶解氧在线监测仪监测曝气量为控制目标，絮凝池内三个廊道自上而下，溶氧仪设定的 溶解氧上限值分别为3-5mg/L、2-4mg/L，1-2mg/L，下限值分别为1-2mg/L、1-2mg/L、 0-1mg/L，每隔5-60min系统根据溶氧仪监测到的溶解氧浓度与上下限的比较情况，增加 或减少曝气截止阀的开启度5-40%。
4、根据权利要求1所述的化学生物絮凝处理城市污水的自动控制方法，其特征在于 以总悬浮固体为控制目标，絮凝池内污泥浓度的上限值为1000-5000mg/L，下限值为 800-2000mg/L，如果絮凝池内污泥浓度超过5000mg/L或低于800mg/L，系统报警，调节 污泥回流比阀，超出上限污泥浓度100-400mg/L或低于下限浓度100-400mg/L，回流比 调高0-40%或降低0-40%，每隔30-80min，系统自动控制回流泵流量，调整回流比。
5、一种如权利要求1所述的化学生物絮凝处理城市污水自动控制装置，由化学生物 絮凝池、PC机(13)中的可编程序控制器(11)和信号模块组成，其特征在于信号模块由数字 量输入模块(10)和数字量、模拟量输出模块(12)组成，数字量输入模块(10)、可编程序控制 器(11)和数字量、模拟量输出模块(12)依次连接;数字量输入模块(10)分别与进水流量计(1)、 化学生物絮凝池的曝气截止阀(2)、污泥回流流量计(4)、加药计量泵(3)、溶解氧监测仪(5)、 总磷监测仪(6)、悬浮固体监测仪(7)相连;数字量、模拟量输出模块(12)分别与进水泵(8)、 曝气截止阀(2)、加药计量泵(3)、污泥回流泵(9)相连;化学生物絮凝池内采用推流式，设 置三个廊道，每个廊道的末端设置有一个溶解氧检测仪，控制混凝反应过程的水力搅拌条 件和微生物需氧量。
说明书
一种化学生物絮凝处理城市污水的自动控制方法及其装置
技术领域
本发明属于环保技术领域，具体涉及一种化学生物絮凝处理城市污水的自动控制方法 及其装置。
技术背景
随着全球人口的不断增加、社会的不断进步、城市化进程的加速，城市污水量急剧增 加。目前涌现了大量的城市污水处理工艺，化学生物絮凝处理城市污水工艺是一种加药量 小、处理能力强、在去除有机碳的基础上，同时具备除磷功能的一种新工艺。根据工况合 理、高效地调节加药量、控制混凝反应过程是非常重要的。这也是目前公认的技术难点之 所在。目前常用的自动控制混凝加药技术如下：
(一)基于流动电流的混凝投药自动控制技术
流动电流检测法是国际上80年代开始应用的混凝剂投加自动控制技术。该技术利用 检测凝聚过程的微观特性，即胶体粒子表面流动电荷的变化，在水处理投药工艺过程中， 控制流动电流单个因子实现整个混凝剂投加的在线自动控制。但是该技术存在以下问题： (1)该技术是根据检测ξ电位来控制混凝过程，但是实际处理过程中很难准确地测试ξ 电位，因此存在较大的误差;(2)该技术在采样管的膜表面形成一层颗粒层，颗粒膜表面 的更新直接影响到检测精度，一直是该技术应用中存在的一个难点问题;(3)该技术测试 经絮凝沉淀后出水中的悬浮物，进水经过工艺流程需要几十分钟至数小时，因此利用出水 悬浮物浓度控制加药量不能及时、准确地反映加药量与悬浮物浓度之间的关系;(4)该技 术一般用于给水处理，检测悬浮物浓度上限较低，而污水处理工艺中悬浮物浓度很高，因 此该技术用于污水处理检测精度不高;(5)该技术能反映处理工艺对悬浮物的处理效率， 但是不能实现对污水处理过程中同时对多参数进行控制。
(二)基于透光率脉动的混凝投药自动控制技术
透光率脉动检测技术是近年来发展起来的一项新型光学混凝检测技术。该技术的基本 原理是使含有颗粒的悬浮液水样流过一个透明管，利用一束狭窄的光线照射，照射到的水 样中微小体积中的颗粒数目的随机变化将造成透射光强度的相应脉动。通过光电管可透射 及其脉动转换成电信号，并将脉动成分分离、放大、转换成均方根值;该值与平均透射光 值的比值可灵敏地反映出悬浮液中颗粒的混凝程度。但是该技术如应用于污水处理存在以 下问题：(1)该技术现基本上应用于江河水净化为饮用水的处理，对无机颗粒检测效果好， 但是污水处理中含有大量的有机颗粒，检测困难;(2)该技术检测的颗粒粒径范围窄，检 测的颗粒粒径均一，污水处理过程中颗粒粒径分散不便于检测;(3)该技术存在反馈时间 的滞后问题;(4)该技术仅局限于检测加药量对出水悬浮物的影响，不能满足反映加药量 与处理过程中多种处理指标之间的关系。
发明内容
本发明的目的在于提出一种操作简便、反应迅速、节约运行成本、能有效优化化学生 物混凝处理过程中加药量与有机物的去除、脱磷之间关系的化学生物絮凝处理城市污水的 自动控制方法及其装置。
本发明提出的化学生物絮凝处理城市污水的自动控制方法，利用PC机对化学生物处 理城市污水装置的工作过程进行在线监测和控制，其中，PC机中的可编程序控制器执行系 统操作指令，收集、存储系统工艺参数，与来自数字量输入模块的在线监测数据比较，如 果超出其临界上、下限，则数字量、模拟量输出模块发送指令，以出水总磷作为控制目标， 根据总磷检测仪输入的测试结果，计算出水总磷和总磷控制目标之间的差值，转化成数字 量，利用A/D转换器将系统发送的数字量转换成模拟量，调节加药计量泵的脉动频率，控 制系统加药量;由溶解氧(DO)监测仪反馈信号控制曝气量，由悬浮固体监测信号控制污泥 回流量，从而达到去除化学需氧量、悬浮固体、生化需氧量等污染物的目的。
本发明自动控制系统采用多参数控制，优化系统加药量和除磷、有机物去除之间的关 系。常规情况下，一般城市污水如果出水总磷能够达到排放标准，其它指标一般都能达到 排放标准。以出水总磷作为控制目标，出水总磷控制目标为0.2-1.0mg/L，絮凝剂采用铝、 铁盐，有效成分以Al2O3或Fe2O3计。如出水总磷浓度高于0.5--0.9mg/L，则每超过 0.1--0.2mg/L，药剂量按10--20ml/Min速度增加。如出水总磷浓度低于0.2--0.5mg/L，则每 低过0.1--0.2mg/L，药剂量按10--20ml/Min速度减少。
本发明中，将城市污水泵入化学生物絮凝池，在化学生物絮凝池的前端设置一个加药 混合箱，通过加药计量泵打入的絮凝剂与污水在此混合。系统采用微孔曝气管搅拌，化学 生物絮凝池出水在沉淀池停留时间为约1.5小时进行泥水分离。分别从进水管和沉淀池出 水管采样，送入总磷在线检测仪。分析结果在中央处理单元内存储。
本发明中，除了加药量外，搅拌过程控制也是一个非常重要的因素。考虑到化学生物 絮凝反应过程中除了化学作用外，还有一部分生物的作用，因此为了供给微生物一定的需 氧量，本发明采用微孔曝气代替常用的机械搅拌。既解决混凝所需的水力搅拌条件，同时 满足微生物生长对溶解氧的需求。化学生物絮凝池采用推流式，设置三个廊道，每个廊道 的末端安装一个溶解氧浓度检测仪，控制混凝反应过程的水力搅拌条件和微生物需氧量。 通过调节曝气进气截止阀的开启度，控制曝气风量和微孔曝气管的曝气强度，优化化学生 物絮凝过程，同时发挥微生物对有机物的去除作用。第一格溶氧仪设定的溶解氧上限值为 3--5mg/L，下限浓度值为1--2mg/L;第二格溶氧仪设定的溶解氧上限浓度值为2--4mg/L， 下限浓度值为1--2mg/L;第三格溶氧仪设定的溶解氧上限浓度值为1--2mg/L，、下限浓度 值为0--1mg/L。系统根据溶氧仪监测到的溶解氧浓度每隔5--60min调整一次曝气截止阀的 开启度。如溶氧仪监测到溶解氧浓度超过系统设定的上限浓度，则自控系统相应地减小曝 气截止阀开启度5--40%;如溶氧仪检测到溶解氧浓度低于系统设定的下限浓度，则自控系 统增大曝气截止阀开启度5--40%，依此进行反复调整，达到一个溶解氧浓度动态稳定的过 程。
本发明在化学生物絮凝池内配备了一台悬浮固体监测仪，在线监测反应池内悬浮固体 的变化，将监测数据传送到中央处理单元。系统控制化学生物池内污泥浓度的上限浓度为 1000--5000mg/L，下限浓度为800--2000mg/L，如果化学生物絮凝池内污泥浓度超过 5000mg/L或低于800mg/L，系统报警，调节污泥回流阀，超出上限污泥浓度100-400mg/L 或低于下限浓度100--400mg/L，回流比调高0--40%或降低0-40%，每隔30--80min，系统 自动控制回流泵流量，调整回流比。
本发明提出的化学生物絮凝处理城市污水自动控制装置，由化学生物絮凝池、PC机 13中的可编程序控制器11和信号模块组成，其中，信号模块由数字量输入模块10和数字 量、模拟量输出模块12组成，数字量输入模块10、可编程序控制器11和数字量、模拟量 输出模块12依次连接，可编程序控制器11与PC机13相连，建立人机界面，便于存储系 统控制程序;数字量输入模块10分别与进水流量计1、化学生物絮凝池的曝气截止阀2、 污泥回流流量计4、加药计量泵3、溶解氧(DO)监测仪5、总磷监测仪6、悬浮固体监测仪 7相连;数字量、模拟量输出模块12分别与进水泵8、曝气截止阀2、加药计量泵3、污 泥回流泵9相连;化学生物絮凝池内采用推流式，设置三个廊道，每个廊道的末端设置有 一个溶解氧检测仪，控制混凝反应过程的水力搅拌条件和微生物需氧量。通过调节曝气进 气截止阀的开启度，控制曝气风量和微孔曝气管的曝气强度，优化化学生物絮凝过程，同 时发挥微生物对有机物作用。