申请日2018.05.18
公开(公告)日2018.10.19
IPC分类号F04D27/00
摘要
本发明公开了一种污水处理厂鼓风机自动调节及编组运行的控制方法及装置，其中，方法包括：根据曝气系统需气量调节值自动控制单台鼓风机风量调节;根据活性污泥耗氧速率OUR与曝气系统需气量调节值自动判定是否需要启停风机;根据风量预判模块输出的启停结果实现鼓风机的自动编组控制;对鼓风机启动、停止进行智能保护，保证鼓风机安全运行。该方法通过活性污泥耗氧速率OUR与曝气系统需气量综合判定鼓风机的启停，可以实现不可调节鼓风机、不连续风量调节鼓风机的风量自动控制，弥补现有风量连续调节的不足，实现鼓风机风量调节的阶跃控制，保护鼓风机安全运行，从而有效提高鼓风机控制的可靠性和适用性。
翻译权利要求书
1.一种污水处理厂鼓风机自动调节及编组运行的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据曝气系统需气量调节值自动控制单台鼓风机风量调节;
根据活性污泥耗氧速率OUR与曝气系统需气量调节值自动判定需风量，确定是否需要启停风机;
根据预判风量输出的启停结果实现鼓风机的自动编组控制;
对鼓风机的启动、停止进行智能保护，保证鼓风机安全运行。从而实现不可调节鼓风机、不连续风量调节鼓风机的风量自动控制，弥补现有风量连续调节的不足，实现鼓风机风量调节的阶跃控制。
2.根据权利要求1所述的污水处理厂鼓风机自动调节及编组运行的控制方法，其特征在于，所述根据曝气系统需气量调节值自动控制单台鼓风机风量调节，进一步包括：
根据所述需气量调节值和风量调节死区调节鼓风机开度，其中，在所述需气量调节值大于所述调节死区时，如果鼓风机当前开度小于鼓风机最大开度，则调大鼓风机开度，如果所述鼓风机当前开度等于所述鼓风机最大开度，则不进行鼓风机开度调节，并在所述需气量调节值小于负调节死区时，如果所述鼓风机当前开度大于鼓风机最小开度，则调小所述鼓风机开度，如果所述鼓风机当前开度等于所述鼓风机最小开度，则不进行鼓风机开度调节。
3.根据权利要求1所述的污水处理厂鼓风机自动调节及编组运行的控制方法，其特征在于，所述根据活性污泥耗氧速率OUR与曝气系统需气量调节值自动判定需风量，确定是否需要启停风机，进一步包括：
根据OUR所述活性污泥耗氧速率OUR测量结果的情况可以预测需要的气量。，采用增量式计算方法，可以去除系统误差，提高控制可靠性。即，其中，需气量的变化值ΔQOUR为：
ΔQOUR≈K4ΔOUR，
式中：K4为系数，单位为m3/(mg/L)，ΔQOUR为OUR变化后的需气量，单位为m3/min，
ΔOUR=OUR(T)-OUR(T-1)，
式中：OUR(T)和OUR(T-1)分别为T时刻和(T-1)时刻自动或手动测量的活性污泥的呼吸速率，仪器自动测量时，T的时间间隔为0.5h，人工手动检测时，T的时间间隔为1h;
当需气量增加或减小到ΔQset时，启动或停止风机：
ΔOUR*K4>a*ΔQset
式中：ΔQset为不连续风量的断点最大风量或风量设定参数，单位为m3/min，a为系数，A为预判定参数，单位为mg/(L·min)，当ΔOUR>A时，系统准备多启动一台或多停止一台鼓风机;
风量预判定具体步骤为：
当ΔQ>QDB、ΔOUR>A时，多启动一台鼓风机，并进入智能编组;当ΔOUR≤A时，程序跳出当前进程，返回到初始进程;
当ΔQ<QDB、ΔOUR>A时，多停止一台鼓风机，并进入智能编组;当ΔOUR≤A时，程序跳出当前进程，返回到初始进程。
4.根据权利要求1所述的污水处理厂鼓风机自动调节及编组运行的控制方法，其特征在于，其中，
曝气过程中，通过测试风量突然变化后溶解氧从变化到趋于稳定的时间，确定鼓风机的作用时间，通过突然增加鼓风机风量，记录溶解氧变化趋势，对溶解氧数据进行一阶动力学模型拟合，求出时间常数TDO：
其中，dDO/dt为溶解氧增加趋势的一阶导数，DO为当前活性污泥耗氧量，K为常数，t为时间常数;
以为自变量，为因变量，获得稳健的线性拟合结果，斜率除以截距得到TDO：
根据风量-溶解氧的控制周期，取鼓风机作用时间T1=(1～1.5)TDO，并在预设时间校准参数TDO。
5.根据权利要求1所述的污水处理厂鼓风机自动调节及编组运行的控制方法，其特征在于，所述对鼓风机的启动、停止进行智能保护，保证鼓风机安全运行进一步包括：
在所述目标运行鼓风机启停要求持续时间大于鼓风机启停保护时间时，则根据所述鼓风机启停要求运行所述目标鼓风机;
在所述目标运行鼓风机启停要求持续时间小于鼓风机启停保护时间时，则不响应所述鼓风机启停要求;其中，鼓风机启停保护持续时间B=max{T1，T2}，
T1为鼓风机作用时间;T2为风机连续启停保护时间。
6.一种污水处理厂鼓风机自动调节及编组运行的控制装置，其特征在于，包括：
鼓风机调节模块，用于根据曝气系统需气量调节值自动控制单台鼓风机风量调节;
风量预判模块，用于根据活性污泥耗氧速率OUR与曝气系统需气量调节值自动判定需风量，确定是否需要启停风机;
智能编组模块，用于根据预判风量输出的启停结果实现鼓风机的自动编组控制;
鼓风机启停保护模块，用于对鼓风机的启动、停止进行智能保护，保证鼓风机安全运行。
说明书
污水处理厂鼓风机自动调节及编组运行的控制方法及装置
技术领域
本发明涉及城市污水处理技术领域，特别涉及一种污水处理厂鼓风机自动调节及编组运行的控制方法及装置。
背景技术
随着污水处理厂出水水质要求与自控水平的不断提高，越来越多的污水处理厂开始关注并使用曝气控制系统，通过自动控制实现溶解氧的稳定控制及出水水质的稳定达标。
目前主流应用的曝气控制系统主要有“溶解氧—风量”反馈控制，“溶解氧—氨氮”反馈控制，“前馈—反馈”控制等，核心手段都是以生物池好氧区溶解氧为目标值，动态调整曝气支管风量，使每个廊道或每个系列供风量约等于需气量，再根据曝气系统总供风量需求，控制鼓风机的风量，从而实现溶解氧的稳定控制。
在相关技术的曝气控制技术中，大多涉及曝气管路系统配气及调节，将总风量或总压力调节值发送给鼓风机控制柜(MCP)，鼓风机的自动调节及启停编组全部由厂家提供的控制柜(MCP)实现。而利用MCP柜实现风机编组控制技术有以下不足：1)目前MCP只能处理同样规格的风机，无法协调不同规格风机，更不要说不同类型风机，而生产过程中经常需要调节不同规格、甚至不同类型的风机，或者可调、不可调风机混合搭配;2)目前MCP基于同等规格风机的假设，其算法只能处理和输出连续变化的风量，对于风机匹配存在断点的编组无法进行控制，会在断点区域出现来回震荡和反复调节。3)目前MCP只处理风量信号，不考虑生化单元进水负荷，调节动作不包含生物反应过程动力学，由于污水处理曝气与生化反应过程动态耦合，如不考虑生物池负荷变化而仅根据需风量调节风机，容易因为耦合环路过多造成调节不到位或者错误调节。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种污水处理厂鼓风机自动调节及编组运行的控制方法，该方法可以有效提高鼓风机控制的可靠性和适用性。
本发明的另一个目的在于提出一种污水处理厂鼓风机自动调节及编组运行的控制装置。
为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种污水处理厂鼓风机自动调节及编组运行的控制方法，包括以下步骤：根据曝气系统需气量调节值自动控制单台鼓风机风量调节;根据活性污泥耗氧速率OUR(手动或自动监测)与曝气系统需气量调节值自动判定需风量，确定是否需要启停风机;根据预判风量输出的启停结果实现鼓风机的自动编组控制;对鼓风机的启动、停止进行智能保护，保证鼓风机安全运行。从而实现不可调节鼓风机、不连续风量调节鼓风机的风量自动控制，弥补现有风量连续调节的不足，实现鼓风机风量调节的阶跃控制。
本发明实施例的污水处理厂鼓风机自动调节及编组运行的控制方法，通过活性污泥耗氧速率OUR与曝气系统需气量综合判定鼓风机的启停，可以实现不可调节鼓风机、不连续风量调节鼓风机的风量自动控制，弥补现有风量连续调节的不足，实现鼓风机风量调节的阶跃控制，保护鼓风机安全运行，从而有效提高鼓风机控制的可靠性和适用性。
另外，根据本发明上述实施例的污水处理厂鼓风机自动调节及编组运行的控制方法还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述鼓风机的目标控制量：
ΔDV(t)=K1ΔQ(t)+K2ΔQ(t-1)，
其中，ΔDV(t)为鼓风机的开度或频率调节量，ΔQ为当前需气量调节值，ΔQ(t-1)为上一个控制周期(t-1)时刻需气量的调节值，单位m3/min，K1，K2为系数。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述根据曝气系统需气量调节值自动控制单台鼓风机风量调节，进一步包括：根据所述需气量调节值和风量调节死区调节鼓风机开度，其中，在所述需气量调节值大于所述调节死区时，如果鼓风机当前开度小于鼓风机最大开度，则调大鼓风机开度，如果所述鼓风机当前开度等于所述鼓风机最大开度，则不进行鼓风机开度调节，并在所述需气量调节值小于负调节死区时，如果所述鼓风机当前开度大于鼓风机最小开度，则调小所述鼓风机开度，如果所述鼓风机当前开度等于所述鼓风机最小开度，则不进行鼓风机开度调节。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述根据活性污泥耗氧速率OUR与曝气系统需气量调节值自动判定需风量，确定是否需要启停风机，进一步包括：根据OUR所述活性污泥耗氧速率OUR测量结果的情况可以预测需要的气量。，采用增量式计算方法，可以去除系统误差，提高控制可靠性。即，其中，需气量的变化值ΔQOUR为：
ΔQOUR≈K4ΔOUR，
式中：K4为系数，单位为m3/(mg/L)，ΔQOUR为OUR变化后的需气量，单位为m3/min，
ΔOUR=OUR(T)-OUR(T-1)，
式中：OUR(T)和OUR(T-1)分别为T时刻和(T-1)时刻自动或手动测量的活性污泥的呼吸速率，仪器自动测量时，T的时间间隔为0.5h，人工手动检测时，T的时间间隔为1h;当需气量增加或减小到ΔQset时，启动或停止风机：
ΔOUR*K4>a*ΔQset
式中：ΔQset为不连续风量的断点最大风量或风量设定参数，单位为m3/min，a为系数，A为预判定参数，单位为mg/(L·min)，当ΔOUR>A时，系统准备多启动一台或多停止一台鼓风机;风量预判定具体步骤为：
当ΔQ>QDB、ΔOUR>A时，多启动一台鼓风机，并进入智能编组;当ΔOUR≤A时，程序跳出当前进程，返回到初始进程;
当ΔQ<QDB、ΔOUR>A时，多停止一台鼓风机，并进入智能编组;当ΔOUR≤A时，程序跳出当前进程，返回到初始进程。
进一步地，在本发明的一个实施例中，其中，曝气过程中，通过测试风量突然变化后溶解氧从变化到趋于稳定的时间，确定鼓风机的作用时间，通过突然增加鼓风机风量，记录溶解氧变化趋势，对溶解氧数据进行一阶动力学模型拟合，求出时间常数TDO：
根据风量-溶解氧的控制周期，取鼓风机作用时间T1=(1～1.5)TDO，并在预设时间校准参数TDO。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述对鼓风机的启动、停止进行智能保护，保证鼓风机安全运行进一步包括：在所述目标运行鼓风机启停要求持续时间大于鼓风机启停保护时间时，则根据所述鼓风机启停要求运行所述目标鼓风机;在所述目标运行鼓风机启停要求持续时间小于鼓风机启停保护时间时，则不响应所述鼓风机启停要求;其中，鼓风机启停保护持续时间B=max{T1，T2}，T1为鼓风机作用时间;T2为风机连续启停保护时间。
为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种污水处理厂鼓风机自动调节及编组运行的控制装置，包括：鼓风机调节模块，用于根据曝气系统需气量调节值自动控制单台鼓风机风量调节;风量预判模块，用于根据活性污泥耗氧速率OUR与曝气系统需气量调节值自动判定需风量，确定是否需要启停风机;智能编组模块，用于根据预判风量输出的启停结果实现鼓风机的自动编组控制;鼓风机启停保护模块，用于对鼓风机的启动、停止进行智能保护，保证鼓风机安全运行。
本发明实施例的污水处理厂鼓风机自动调节及编组运行的控制装置，通过活性污泥耗氧速率OUR与曝气系统需气量综合判定鼓风机的启停，可以实现不可调节鼓风机、不连续风量调节鼓风机的风量自动控制，弥补现有风量连续调节的不足，实现鼓风机风量调节的阶跃控制，保护鼓风机安全运行，从而有效提高鼓风机控制的可靠性和适用性。
另外，根据本发明上述实施例的污水处理厂鼓风机自动调节及编组运行的控制装置还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述鼓风机调节模块中目标控制量：
ΔDV(t)=K1ΔQ(t)+K2ΔQ(t-1)，
其中，ΔDV(t)为鼓风机的开度或频率调节量，ΔQ为当前需气量调节值，ΔQ(t-1)为上一个控制周期(t-1)时刻需气量的调节值，单位m3/min，K1，K2为系数。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述目标控制量获取模块进一步用于根据所述需气量调节值和风量调节死区调节鼓风机开度，其中，在所述需气量调节值大于所述调节死区时，如果鼓风机当前开度小于鼓风机最大开度，则调大鼓风机开度，如果所述鼓风机当前开度等于所述鼓风机最大开度，则不进行鼓风机开度调节，并在所述需气量调节值小于负调节死区时，如果所述鼓风机当前开度大于鼓风机最小开度，则调小所述鼓风机开度，如果所述鼓风机当前开度等于所述鼓风机最小开度，则不进行鼓风机开度调节。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述当前需气量获取模块进一步用于通过校准时间常数TDO得到鼓风机作用时间，其中，
其中，DO为当前活性污泥耗氧量，K为常数，t为时间常数，dDO/dt为溶解氧增加趋势的一阶导数。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述控制调节模块进一步用于在所述目标运行鼓风机启停要求持续时间大于鼓风机启停保护时间时，则根据所述鼓风机启停要求运行所述目标鼓风机，并在所述目标运行鼓风机启停要求持续时间小于鼓风机启停保护时间时，则不响应所述鼓风机启停要求。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。