專利名稱：非穩(wěn)態(tài)分段進(jìn)水深度脫氮除磷過程控制系統(tǒng)及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生化法污水生物處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種非穩(wěn)態(tài)分段進(jìn)水深度脫氮除 磷過程控制系統(tǒng)及控制方法，尤其優(yōu)化改良分段進(jìn)水工藝設(shè)計(jì)和運(yùn)行控制策略，提高工藝 處理效果和穩(wěn)定性，改善裝置控制性能，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)根據(jù)進(jìn)水變化實(shí)時(shí)調(diào)整運(yùn)行參數(shù)的節(jié) 能降耗方法，適用于已建分段進(jìn)水工藝的升級(jí)改造或新建工藝。
背景技術(shù)：
隨著政府環(huán)保部門的重視，雖然國內(nèi)污水處理率不斷提高，但是由氮磷污染引起 的水體富營養(yǎng)問題不僅沒有解決，而且有日益嚴(yán)重的趨勢(shì)。目前以控制富營養(yǎng)化為目的的 脫氮除磷水污染治理技術(shù)，是我國污水處理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。近年來，盡管我國城市污水脫 氮除磷技術(shù)的研究有了很大進(jìn)展，但仍然普遍存在工藝流程復(fù)雜、構(gòu)筑物繁多、能耗和剩余 污泥量過大、同步脫氮除磷效率低、缺少方便實(shí)效的過程控制系統(tǒng)等缺陷。傳統(tǒng)生物脫氮 除磷技術(shù)的缺陷和可持續(xù)污水處理技術(shù)的要求，促使生物脫氮除磷新技術(shù)和工藝的飛速發(fā) 展。改良分段進(jìn)水脫氮除磷工藝是基于南非開普敦大學(xué)工藝(UCT工藝)開發(fā)的新型高效 脫氮除磷工藝，它可以最大程度地利用原水碳源，對(duì)于我國普遍低碳氮比城市污水水質(zhì)情 況具有非常大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，在現(xiàn)階段無論從提高污水氮磷去除效果、遏制富營養(yǎng)化問題和 節(jié)能降耗等方面都有重大的現(xiàn)實(shí)意義和推廣應(yīng)用前景。此外，隨著我國城鎮(zhèn)污水排放標(biāo)準(zhǔn) 的日益嚴(yán)格和我國污水處理廠出水水質(zhì)現(xiàn)狀，90%以上的城鎮(zhèn)污水處理廠面臨著現(xiàn)有處理 工藝的技術(shù)革新和升級(jí)改造，對(duì)于在建的污水處理廠更是要做到一步到位，達(dá)到國家城鎮(zhèn) 污水一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。城市污水處理廠的進(jìn)水流量和污染物濃度時(shí)變化和日變化都會(huì)呈現(xiàn)一定的規(guī)律 性特點(diǎn)，存在較大的波動(dòng)范圍，每日的最高進(jìn)水流量會(huì)是最低進(jìn)水流量的幾倍，污染物濃度 也會(huì)在日高峰期達(dá)到峰值，因此污水處理廠工藝出水水質(zhì)情況也隨之變化，最終影響日平 均出水水質(zhì)。對(duì)此，目前已建的污水廠在前期設(shè)計(jì)階段一般采用較大的設(shè)計(jì)安全系數(shù)，以緩 解進(jìn)水水量和水質(zhì)的波動(dòng)對(duì)水廠運(yùn)行造成的負(fù)面影響，但這無疑增加了水廠建設(shè)的基建費(fèi) 用，低負(fù)荷時(shí)浪費(fèi)部分構(gòu)筑物容量，增加運(yùn)行能耗。同時(shí)，目前水廠應(yīng)用的控制系統(tǒng)多采用 以PLC為基礎(chǔ)的IPC和PLC集散型控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)采用計(jì)算機(jī)集散控制方式，對(duì)污水處理廠 生產(chǎn)過程進(jìn)行分散控制、集中監(jiān)視和管理。與國際水平相比，我國的自動(dòng)化和信息化技術(shù)還 相對(duì)滯后，主要體現(xiàn)在發(fā)展的不平衡和應(yīng)用水平方面。以智能決策為目標(biāo)的信息化技術(shù)則 相對(duì)遲緩，“信息孤島”現(xiàn)象依然嚴(yán)重，自動(dòng)化技術(shù)和信息化技術(shù)缺乏融合，大量的過程數(shù)據(jù) 都靜靜地“躺”在現(xiàn)場(chǎng)，而沒有發(fā)揮其應(yīng)有的作用，污水廠控制系統(tǒng)只能執(zhí)行預(yù)先設(shè)定好的 控制策略，不具備針對(duì)實(shí)際運(yùn)行情況如進(jìn)水負(fù)荷變化等因素實(shí)時(shí)變化的響應(yīng)功能。改良分段進(jìn)水工藝各段進(jìn)水流量分配比的選取對(duì)于裝置氮磷去除效果以及有機(jī) 物利用效率都具有較大的影響，而且不同的進(jìn)水水質(zhì)、不同出水標(biāo)準(zhǔn)要求以及暴雨等氣候 條件均可采用各自最佳的進(jìn)水流量分配比，這樣后續(xù)各段好氧池曝氣能耗也隨之改變，各 段空氣壓縮機(jī)需要響應(yīng)變化以減少曝氣動(dòng)力費(fèi)用。另外，現(xiàn)有技術(shù)中，大多數(shù)污水處理廠的曝氣裝置采用人工就地控制或簡(jiǎn)單的PID (比例-積分-微分)控制回路。前者主要是運(yùn) 行人員通過人工測(cè)定溶解氧后與經(jīng)驗(yàn)參數(shù)值比較，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)閥門等執(zhí)行器進(jìn)行條件，后 者根據(jù)在線檢測(cè)設(shè)備測(cè)定值與設(shè)定值的偏差值，通過PID運(yùn)算輸出至執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)調(diào) 節(jié)，從而控制曝氣池的溶解氧濃度。從目前污水廠溶解氧控制效果看，以上兩種方法存在著 一定的不足。首先，現(xiàn)有污水處理廠的閥門一般是非線性的，簡(jiǎn)單的PID控制并不能嚴(yán)格的 實(shí)現(xiàn)預(yù)期的溶解氧控制范圍，而且嚴(yán)重的時(shí)間延遲滯后問題導(dǎo)致曝氣池內(nèi)溶解氧濃度的巨 大擾動(dòng)。此外，人工就地控制要求運(yùn)行人員必須具有長(zhǎng)期的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，人為因素影響過 大，一般采取較大的冗余度以確?？刂莆⑸镎ＩL(zhǎng)繁殖所需的溶解氧值，從而造成曝 氣能耗的浪費(fèi)。因此，亟待開發(fā)出一種非穩(wěn)態(tài)分段進(jìn)水深度脫氮除磷過程控制系統(tǒng)及控制方法， 在充分保證耦合污水生物處理新技術(shù)，保證污水處理能力的前提下，盡可能地挖掘裝置節(jié) 能的潛力，實(shí)現(xiàn)改良分段進(jìn)水脫氮除磷工藝的高處理率和高自動(dòng)化控制水平。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)我國不同城市污水處理廠進(jìn)水負(fù)荷的時(shí)和日動(dòng)態(tài)變化規(guī)律， 提供一種非穩(wěn)態(tài)分段進(jìn)水深度脫氮除磷過程控制系統(tǒng)及控制方法，利用進(jìn)水負(fù)荷動(dòng)態(tài)變化 模塊設(shè)定不同的進(jìn)水負(fù)荷變化規(guī)律，以好氧反應(yīng)器溶解氧為控制參數(shù)，實(shí)時(shí)檢測(cè)溶解氧值 并將動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)信息通過網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)傳輸?shù)娇刂茮Q策支持裝置，通過決策支持裝置的模擬 分析，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的工藝適宜運(yùn)行條件和控制策略，確定裝置的最佳運(yùn)行狀態(tài)，再實(shí)施調(diào)控電 動(dòng)閥，并由工藝在線監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)溶解氧進(jìn)行監(jiān)測(cè)，將檢測(cè)值反饋到控制系統(tǒng)和運(yùn)行決策裝 置，對(duì)裝置運(yùn)行策略進(jìn)行反饋驗(yàn)證和決策修正，最終保障改良分段進(jìn)水工藝的成功高效運(yùn) 行和應(yīng)用。本發(fā)明是采用以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)的一種非穩(wěn)態(tài)分段進(jìn)水深度脫氮除磷過程控制系統(tǒng)，上位PC機(jī)通過以太網(wǎng)與可編 程控制器PLC控制器連接；可編程PLC控制器與對(duì)進(jìn)水負(fù)荷動(dòng)態(tài)變化控制與恒定溶解氧控 制的電機(jī)\變頻控制柜連接；電機(jī)\變頻控制柜與執(zhí)行機(jī)構(gòu)及監(jiān)測(cè)裝置連接；進(jìn)水負(fù)荷動(dòng) 態(tài)變化包括進(jìn)水相位角變化流程，進(jìn)水周期變化流程和進(jìn)水正弦曲線波峰波谷變化流程; 恒定溶解氧控制包括溶解氧測(cè)定儀、溶解氧傳感器、氣體流量計(jì)和電動(dòng)閥；監(jiān)視控制系統(tǒng)包 括現(xiàn)場(chǎng)儀表、進(jìn)水量調(diào)節(jié)泵、厭氧\缺氧反應(yīng)器、各段鼓風(fēng)。電機(jī)\變頻控制柜由控制總線 與檢測(cè)設(shè)備、動(dòng)力設(shè)備通過可編程PLC控制器和計(jì)算機(jī)連接；污水水箱經(jīng)與控制總線連接的數(shù)個(gè)進(jìn)水泵與主體反應(yīng)器相連；數(shù)個(gè)厭氧\缺氧反 應(yīng)器以及沉淀池依次相連；沉淀池經(jīng)污泥回流閥和與控制總線連接的污泥回流泵與第一段 缺氧反應(yīng)器相連；第一段缺氧反應(yīng)器經(jīng)與控制總線連接的內(nèi)回流泵與厭氧反應(yīng)器連接；三 個(gè)缺氧反應(yīng)器內(nèi)均設(shè)置與控制總線連接的攪拌器；好氧反應(yīng)器設(shè)置砂頭曝氣器和溶解氧傳 感器，其中，砂頭曝氣器經(jīng)氣體流量計(jì)，與控制總線連接的電動(dòng)閥與鼓風(fēng)機(jī)連接，溶解氧傳 感器經(jīng)溶解氧儀與控制總線連接；剩余污泥通過剩余污泥排放閥排放。前述的進(jìn)水泵包括第一段進(jìn)水泵、第二段進(jìn)水泵、第三段進(jìn)水泵。前述的厭氧\缺氧反應(yīng)器包括厭氧反應(yīng)器、第一段缺氧反應(yīng)器、第一段好氧反應(yīng) 器、第二段缺氧反應(yīng)器、第二段好氧反應(yīng)器、第三段缺氧反應(yīng)器、第三段好氧反應(yīng)器。
一種非穩(wěn)態(tài)分段進(jìn)水深度脫氮除磷過程控制方法，包括以下步驟控制進(jìn)水負(fù)荷動(dòng)態(tài)變化；進(jìn)水泵、內(nèi)循環(huán)泵和污泥回流泵的控制接口與控制總線連接；在計(jì)算機(jī)操作界面 設(shè)定日進(jìn)水動(dòng)態(tài)正弦變化規(guī)律曲線的峰值和周期；由加藥設(shè)備控制污染物濃度；當(dāng)進(jìn)水水 量變化平緩，三段進(jìn)水泵轉(zhuǎn)速比例保持在40% 30% 30%;若遇水量負(fù)荷瞬間急劇增加 時(shí)，可同時(shí)調(diào)大進(jìn)水泵的轉(zhuǎn)速，并增加污泥回流泵的轉(zhuǎn)速，以減少對(duì)裝置活性污泥的沖刷流失量；控制恒定溶解氧溶解氧傳感器在線檢測(cè)第一段好氧反應(yīng)器內(nèi)混合液的溶解氧濃度，測(cè)定值在溶解 氧測(cè)定儀上顯示，該測(cè)定值經(jīng)通訊傳輸至控制箱后與控制程序中的溶解氧設(shè)定值比較分 析，若測(cè)定值在1. 5士0. 5mg/L范圍，則控制程序保持原狀態(tài)，不執(zhí)行任何程序；若測(cè)定值超 出設(shè)定范圍，則該數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)模擬轉(zhuǎn)化輸出至電動(dòng)閥，調(diào)整閥門開啟度，以增加或減少鼓風(fēng) 機(jī)的鼓風(fēng)量；分為以下三種控制情況當(dāng)進(jìn)水泵的轉(zhuǎn)速變化不大，即第一段反應(yīng)器的進(jìn)水負(fù)荷變化不明顯，則控制箱不 做任何執(zhí)行程序，電動(dòng)閥維持一定的開啟度或微調(diào)；當(dāng)進(jìn)水泵的轉(zhuǎn)速或進(jìn)水污染物濃度持續(xù)增加，導(dǎo)致第一段反應(yīng)器的進(jìn)水負(fù)荷不斷 增加，好氧反應(yīng)器內(nèi)需氧量增加，溶解氧濃度降低，當(dāng)濃度測(cè)定值小于1. Omg/L時(shí)，電動(dòng)閥 開始調(diào)節(jié)，以4%的步幅逐漸開啟，直至溶解氧濃度恢復(fù)至1. 5士0. 5mg/L范圍內(nèi)；當(dāng)進(jìn)水泵的轉(zhuǎn)速或進(jìn)水污染物濃度持續(xù)降低，導(dǎo)致第一段反應(yīng)器的進(jìn)水負(fù)荷不斷 降低，好氧反應(yīng)器內(nèi)需氧量減少，溶解氧濃度增加，當(dāng)濃度測(cè)定值大于2. Omg/L時(shí)，電動(dòng)閥 開始調(diào)節(jié)，以4%的步幅逐漸閉合，直至溶解氧濃度恢復(fù)至.5士0. 5mg/L范圍內(nèi)。本發(fā)明涉及的非穩(wěn)態(tài)進(jìn)水條件下改良分段進(jìn)水深度脫氮除磷工藝過程控制系統(tǒng) 與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)脫氮除磷性能好，在無需外加碳源條件下滿足國家城鎮(zhèn)污水一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)， 尤其適用于我國低碳氮比的城市污水水質(zhì)情況，為我國城市污水處理廠升級(jí)改造或新建水 廠提供可靠的技術(shù)支持。(2)建立的進(jìn)水負(fù)荷動(dòng)態(tài)變化裝置可以真實(shí)模擬實(shí)際污水處理廠進(jìn)水負(fù)荷動(dòng)態(tài)變 化規(guī)律，并對(duì)此合理調(diào)整各段進(jìn)水流量分配比例、污泥回流比和內(nèi)循環(huán)比等運(yùn)行參數(shù)，大大 提高該工藝實(shí)際工程應(yīng)用的可靠性和穩(wěn)定性。(3)好氧池溶解氧控制系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)根據(jù)進(jìn)水負(fù)荷變化而相應(yīng)的調(diào)整鼓風(fēng)機(jī)的曝 氣量，有效地保證好氧池內(nèi)的溶解氧濃度，避免了曝氣不足所引起的效果不徹底和曝氣過 量導(dǎo)致的能耗浪費(fèi)問題，實(shí)現(xiàn)了在線實(shí)時(shí)的過程控制，在保證出水水質(zhì)的基礎(chǔ)上提高生化 單元運(yùn)行效率，降低曝氣能耗。


圖1為改良分段進(jìn)水深度脫氮除磷的過程控制系統(tǒng)圖；圖2為改良分段進(jìn)水工藝集成控制系統(tǒng)圖；圖3為改良分段進(jìn)水深度脫氮除磷工藝進(jìn)水流量分配控制策略；圖4為工藝進(jìn)水總量日動(dòng)態(tài)變化規(guī)律圖5為控制前后好氧反應(yīng)器溶解氧濃度變化趨勢(shì)圖(以第一段好氧反應(yīng)器為例)。圖2中1為污水水箱；2為第一段進(jìn)水泵；3為第二段進(jìn)水泵；4為第三段進(jìn)水泵； 5為厭氧反應(yīng)器攪拌器；6為第一段缺氧攪拌器；7為第二段缺氧攪拌器；8為第三段缺氧攪 拌器；9為1號(hào)溶解氧儀；10為2號(hào)溶解氧儀；11為3號(hào)溶解氧儀；；12為厭氧反應(yīng)器；13 為第一段缺氧反應(yīng)器；14為第一段好氧反應(yīng)器；15為第二段缺氧反應(yīng)器；16為第二段好氧 反應(yīng)器；17為第三段缺氧反應(yīng)器；18為第三段好氧反應(yīng)器；19為1號(hào)溶解氧傳感器；20為 2號(hào)溶解氧傳感器；21為3號(hào)溶解氧傳感器；22為1號(hào)砂頭曝氣器；23為2號(hào)砂頭曝氣器； 24為3號(hào)砂頭曝氣器；25為1號(hào)轉(zhuǎn)子流量計(jì)J6為2號(hào)轉(zhuǎn)子流量計(jì)；27為3號(hào)轉(zhuǎn)子流量計(jì)； 28為1號(hào)電動(dòng)閥；29為2號(hào)電動(dòng)閥；30為3號(hào)電動(dòng)閥；31為1號(hào)鼓風(fēng)機(jī)；32為2號(hào)鼓風(fēng)機(jī)； 33為3號(hào)鼓風(fēng)機(jī)；34為內(nèi)循環(huán)泵35為污泥回流泵；36為污泥回流控制閥；37為剩余污泥 排放閥；38為沉淀池；39為控制總線；40為控制箱；41為計(jì)算機(jī)；50為上位機(jī)；60為可編程 控制器；70為電機(jī)控制柜及變頻控制柜。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明
以北京某污水處理廠初沉池出水為研究對(duì)象^OD = 119-565mg/L, TN = 24. 6-79. 5mg/L, TP = 0. 48-13. 3mg/L, C/N = 1. 5-6. 4，C/P = 35. 7-74. 5)，水力停留時(shí)間 8-10h，污泥齡8-12d，平均污泥濃度5000士 150mg/L，污泥回流比0. 5-0. 75。在如圖1所示的非穩(wěn)態(tài)條件下改良分段進(jìn)水深度脫氮除磷工藝過程控制系統(tǒng)，與 污水水箱1連接的第一段進(jìn)水泵2、第二段進(jìn)水泵3、第三段進(jìn)水泵4與控制總線39連接； 厭氧反應(yīng)器12、第一段缺氧反應(yīng)器13、第一段好氧反應(yīng)器14、第二段缺氧反應(yīng)器15、第二段 好氧反應(yīng)器16、第三段缺氧反應(yīng)器17、第三段好氧反應(yīng)器18相互之間隔離的獨(dú)立空間；從 沉淀池38以及從沉淀池38回流到第一段缺氧反應(yīng)器13的污泥外回流管路、從第一段缺氧 反應(yīng)器13回流到厭氧反應(yīng)器12的泥水混合液回流管路，以及控制箱40和計(jì)算機(jī)41。另外，污水水箱1的有效容積為340L，試驗(yàn)所選用的試驗(yàn)?zāi)Ｐ头磻?yīng)器為矩形反應(yīng) 器，有效容積為340L，共分13個(gè)格室運(yùn)行第一個(gè)格室為厭氧反應(yīng)器12 (34L)，第二個(gè)格室 為第一段缺氧反應(yīng)器13 (34L)，緊接著三個(gè)格室為第一段好氧反應(yīng)器14 (68L)，然后依次是 第二段缺氧反應(yīng)器15 (34L)、第二段好氧反應(yīng)器16 (68L)、第三段缺氧反應(yīng)器17 (34L)、第三 段好氧反應(yīng)器18 (68L)。沉淀池38有效容積為85L。原水分別由進(jìn)水管經(jīng)進(jìn)水泵2、3、4進(jìn)入到厭氧反應(yīng)器9，第二段缺氧反應(yīng)器15和 第三段缺氧反應(yīng)器17 ；在厭氧反應(yīng)器12、第一段缺氧反應(yīng)器13、第二段缺氧反應(yīng)器15、第三 段缺氧反應(yīng)器17中分別安裝有攪拌器5、6、7、8以保持污泥處于懸浮狀態(tài)，而且攪拌器均通 過導(dǎo)線與控制總線39連接以實(shí)施在線控制開關(guān)啟停；第一段好氧反應(yīng)器14、第二段好氧反 應(yīng)器16以及第三段好氧反應(yīng)器18分別設(shè)有砂頭曝氣器22、23、M和溶解氧傳感器19、20、 21，其中三個(gè)溶解氧傳感器分別經(jīng)溶解氧檢測(cè)儀9、10、11與控制總線39連接，曝氣器分別 由鼓風(fēng)機(jī)31、32、33提供曝氣，三個(gè)曝氣管路分別設(shè)置氣體流量計(jì)25、26、27和電動(dòng)閥觀、 29,30,電動(dòng)閥與控制總線39連接；各段缺氧反應(yīng)器和好氧反應(yīng)器間隔順次連接；沉淀池38 底部通過回流污泥控制閥36和污泥回流泵35與缺氧第一段缺氧反應(yīng)器13連通，剩余污泥 通過剩余污泥排放控制閥37排出裝置；第一段缺氧反應(yīng)器13通過內(nèi)循環(huán)泵34與厭氧反應(yīng)器12連通；內(nèi)循環(huán)泵34和污泥回流泵35經(jīng)導(dǎo)線與控制總線連接。圖2詳細(xì)描述了本發(fā)明的控制結(jié)構(gòu)，主要包括上位機(jī)PC機(jī)，安裝有工業(yè)控制組態(tài) 軟件，具有畫面監(jiān)視、集中控制、模擬量顯示、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、報(bào)表輸出打印的功能；可 編程控制器PLC控制系統(tǒng)，負(fù)責(zé)控制策略、程序控制、時(shí)間控制、程序調(diào)試等，包括進(jìn)水相位 角變化流程，進(jìn)水周期變化流程和進(jìn)水正弦曲線波峰波谷變化流程三個(gè)控制策略；電機(jī)控 制柜及變頻控制柜；執(zhí)行機(jī)構(gòu)及監(jiān)測(cè)裝置，包括PH和溶解氧等現(xiàn)場(chǎng)儀表、進(jìn)水泵和污泥回 流泵、及攪拌器和鼓風(fēng)機(jī)等設(shè)備。具體的控制方法和步驟為(一 )控制進(jìn)水負(fù)荷動(dòng)態(tài)變化首先，進(jìn)水泵2、3、4，內(nèi)循環(huán)泵34和污泥回流泵35的控制接口與控制總線連接，便 于在計(jì)算機(jī)操作界面自由設(shè)定每臺(tái)泵的轉(zhuǎn)速。另外，日進(jìn)水動(dòng)態(tài)正弦變化規(guī)律曲線的峰值 和周期可以在計(jì)算機(jī)操作界面設(shè)定，可模擬多種進(jìn)水水質(zhì)水量變化規(guī)律，以研究該工藝裝 置抗沖擊負(fù)荷能力。而且，對(duì)于水質(zhì)沖擊負(fù)荷的模擬研究，污染物濃度可以由單獨(dú)的加藥設(shè) 備控制。流量分配控制措施為當(dāng)進(jìn)水水量變化較平緩，即進(jìn)水負(fù)荷穩(wěn)定時(shí)，三段進(jìn)水泵轉(zhuǎn) 速比例可保持在40%: 30% 30%;若遇暴雨季節(jié)即水量負(fù)荷瞬間急劇增加時(shí)，可同時(shí)調(diào) 大進(jìn)水泵3和4或單獨(dú)調(diào)大進(jìn)水泵4的轉(zhuǎn)速，并增加污泥回流泵35的轉(zhuǎn)速，以減少對(duì)裝置 活性污泥的沖刷流失量。具體的控制操作程序流程如圖3所示，首先裝置啟動(dòng)，選擇自動(dòng)非手動(dòng)狀態(tài)，設(shè)定 a段進(jìn)水流量分配比例，則各段進(jìn)水變量為隨時(shí)間變化變化的總進(jìn)水變量與a段進(jìn)水比例 設(shè)定值的乘積，從而得出改良分段進(jìn)水工藝各段進(jìn)水流量均隨時(shí)間呈周期變化。圖4則為 按照?qǐng)D3控制程序?qū)崿F(xiàn)的總進(jìn)水量日動(dòng)態(tài)變化曲線，各段進(jìn)水量變化規(guī)律與總量一致。( 二)控制恒定溶解氧針對(duì)進(jìn)水進(jìn)水負(fù)荷動(dòng)態(tài)變化控制系統(tǒng)，保證裝置硝化效果而開發(fā)的前饋-反饋控 制回路，主要包括溶解氧測(cè)定儀9、10、11，溶解氧傳感器19、20、21，氣體流量計(jì)25、26、27和 電動(dòng)閥觀、29、30。下面以第一段好氧反應(yīng)器14為例說明恒定溶解氧控制原理及方法。溶解氧傳感器19在線檢測(cè)第一段好氧反應(yīng)器14內(nèi)混合液的溶解氧濃度，測(cè)定值 在溶解氧測(cè)定儀9上顯示，該測(cè)定值經(jīng)通訊傳輸至控制箱40后與控制程序中的溶解氧設(shè)定 值比較分析，若測(cè)定值在(1. 5士0. 5)mg/L范圍，則控制程序保持原狀態(tài)，不執(zhí)行任何程序； 若測(cè)定值超出設(shè)定范圍，則該數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)模擬轉(zhuǎn)化輸出至電動(dòng)閥觀，調(diào)整閥門開啟度，以增 加或減少鼓風(fēng)機(jī)31的鼓風(fēng)量，氣體流量計(jì)25的作用是盡量穩(wěn)定傳送至好氧反應(yīng)器19內(nèi)的 曝氣量，以避免溶解氧濃度的過度震蕩波動(dòng)。基于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，主要分為以下三種控制情況當(dāng)進(jìn)水泵2的轉(zhuǎn)速變化不大，即第一段反應(yīng)器12、13、14的進(jìn)水負(fù)荷變化不明顯， 不足以影響好氧反應(yīng)器14中的溶解氧濃度，則控制箱不做任何執(zhí)行程序，電動(dòng)閥觀維持一 定的開啟度或微調(diào)。當(dāng)進(jìn)水泵2的轉(zhuǎn)速或進(jìn)水污染物濃度持續(xù)增加，導(dǎo)致第一段反應(yīng)器12、13、14 的進(jìn)水負(fù)荷不斷增加，好氧反應(yīng)器14內(nèi)需氧量增加，溶解氧濃度降低，當(dāng)濃度測(cè)定值小 于1. Omg/L時(shí)，電動(dòng)閥觀開始自動(dòng)調(diào)節(jié)，以4%的步幅逐漸開啟，直至溶解氧濃度恢復(fù)至 (1. 5士0. 5)mg/L 范圍內(nèi)。當(dāng)進(jìn)水泵2的轉(zhuǎn)速或進(jìn)水污染物濃度持續(xù)降低，導(dǎo)致第一段反應(yīng)器12、13、14的進(jìn)水負(fù)荷不斷降低，好氧反應(yīng)器14內(nèi)需氧量減少，溶解氧濃度增加，當(dāng)濃度測(cè)定值大 于2. Omg/L時(shí)，電動(dòng)閥觀開始自動(dòng)調(diào)節(jié)，以4%的步幅逐漸閉合，直至溶解氧濃度恢復(fù)至 (1. 5士0. 5)mg/L 范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種非穩(wěn)態(tài)分段進(jìn)水深度脫氮除磷過程控制系統(tǒng)，上位PC機(jī)通過以太網(wǎng)與可編程 控制器PLC控制器連接；其特征在于可編程PLC控制器與對(duì)進(jìn)水負(fù)荷動(dòng)態(tài)變化控制與恒 定溶解氧控制的電機(jī)\變頻控制柜連接；電機(jī)\變頻控制柜與執(zhí)行機(jī)構(gòu)及監(jiān)測(cè)裝置連接；所述的進(jìn)水負(fù)荷動(dòng)態(tài)變化包括進(jìn)水相位角變化流程，進(jìn)水周期變化流程和進(jìn)水正弦曲 線波峰波谷變化流程；所述的恒定溶解氧控制包括溶解氧測(cè)定儀、溶解氧傳感器、氣體流量計(jì)和電動(dòng)閥；所述的監(jiān)視控制系統(tǒng)包括現(xiàn)場(chǎng)儀表、進(jìn)水量調(diào)節(jié)泵、厭氧\缺氧反應(yīng)器攪拌器、各段鼓風(fēng)。所述的電機(jī)\變頻控制柜由控制總線(39)與檢測(cè)設(shè)備、動(dòng)力設(shè)備通過可編程PLC控制 器和計(jì)算機(jī)連接；污水水箱(1)經(jīng)與控制總線(39)連接的數(shù)個(gè)進(jìn)水泵與主體反應(yīng)器攪拌器相連；數(shù)個(gè)厭 氧\缺氧反應(yīng)器攪拌器以及沉淀池依次相連；沉淀池經(jīng)污泥回流閥和與控制總線連接的污 泥回流泵與第一段缺氧攪拌器(6)相連；第一段缺氧反應(yīng)器(6)經(jīng)與控制總線連接的內(nèi)回 流泵與厭氧反應(yīng)器(12)連接；三個(gè)缺氧反應(yīng)器內(nèi)均設(shè)置與控制總線連接的攪拌器；好氧反 應(yīng)器設(shè)置砂頭曝氣器和溶解氧傳感器，其中，砂頭曝氣器經(jīng)氣體流量計(jì)，與控制總線連接的 電動(dòng)閥與鼓風(fēng)機(jī)連接，溶解氧傳感器經(jīng)溶解氧儀與控制總線連接；剩余污泥通過剩余污泥 排放閥排放。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非穩(wěn)態(tài)分段進(jìn)水深度脫氮除磷過程控制系統(tǒng)，其特征在于 所述的進(jìn)水泵包括第一段進(jìn)水泵O)、第二段進(jìn)水泵(3)、第三段進(jìn)水泵0)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非穩(wěn)態(tài)分段進(jìn)水深度脫氮除磷過程控制系統(tǒng)，其特征在于 所述的厭氧\缺氧反應(yīng)器包括厭氧反應(yīng)器攪拌器( 、第一段缺氧攪拌器(6)、第一段好氧 反應(yīng)器(14)、第二段缺氧反應(yīng)器(15)、第二段好氧反應(yīng)器(16)、第三段缺氧反應(yīng)器(17)、第 三段好氧反應(yīng)器(18)。
4.一種非穩(wěn)態(tài)分段進(jìn)水深度脫氮除磷過程控制方法，其特征在于包括以下步驟4. 1、對(duì)進(jìn)水負(fù)荷動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行控制；4. 1. 1、將進(jìn)水泵(2) (3) G)、內(nèi)循環(huán)泵(34)和污泥回流泵(35)的控制接口與控制總線 連接；4. 1. 2、在計(jì)算機(jī)操作界面設(shè)定日進(jìn)水動(dòng)態(tài)正弦變化規(guī)律曲線的峰值和周期；4. 1. 3、由加藥設(shè)備控制污染物濃度；4. 1.4、當(dāng)進(jìn)水水量變化平緩，三段進(jìn)水泵轉(zhuǎn)速比例保持在40% 30% 30%;若遇水 量負(fù)荷瞬間急劇增加時(shí)，可同時(shí)調(diào)大進(jìn)水泵的轉(zhuǎn)速，并增加污泥回流泵的轉(zhuǎn)速，以減少對(duì)裝 置活性污泥的沖刷流失量；4. 2、控制恒定溶解氧溶解氧傳感器(19)在線檢測(cè)第一段好氧反應(yīng)器(14)內(nèi)混合液的溶解氧濃度，測(cè)定值 在溶解氧測(cè)定儀(9)上顯示，該測(cè)定值經(jīng)通訊傳輸至控制箱GO)后與控制程序中的溶解氧 設(shè)定值比較分析，若測(cè)定值在1.5士0. 5mg/L范圍，則控制程序保持原狀態(tài)，不執(zhí)行任何程 序；若測(cè)定值超出設(shè)定范圍，則該數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)模擬轉(zhuǎn)化輸出至電動(dòng)閥(觀)，調(diào)整閥門開啟 度，以增加或減少鼓風(fēng)機(jī)(31)的鼓風(fēng)量；分為以下三種控制情況4. 2. 1、當(dāng)進(jìn)水泵(2)的轉(zhuǎn)速變化不大，即第一段反應(yīng)器(12)、(13)、(14)的進(jìn)水負(fù)荷變化不明顯，則控制箱不做任何執(zhí)行程序，電動(dòng)閥08)維持一定的開啟度或微調(diào)；.4. 2. 2、當(dāng)進(jìn)水泵O)的轉(zhuǎn)速或進(jìn)水污染物濃度持續(xù)增加，導(dǎo)致第一段反應(yīng)器(12)、 (13)、(14)的進(jìn)水負(fù)荷不斷增加，好氧反應(yīng)器(14)內(nèi)需氧量增加，溶解氧濃度降低，當(dāng)濃度 測(cè)定值小于1. Omg/L時(shí)，電動(dòng)閥08)開始調(diào)節(jié)，以4%的步幅逐漸開啟，直至溶解氧濃度恢 復(fù)至1. 5士0. 5mg/L范圍內(nèi)；.4. 2. 3、當(dāng)進(jìn)水泵O)的轉(zhuǎn)速或進(jìn)水污染物濃度持續(xù)降低，導(dǎo)致第一段反應(yīng)器(12)、 (13)、(14)的進(jìn)水負(fù)荷不斷降低，好氧反應(yīng)器(14)內(nèi)需氧量減少，溶解氧濃度增加，當(dāng)濃度 測(cè)定值大于2. Omg/L時(shí)，電動(dòng)閥08)開始調(diào)節(jié)，以4%的步幅逐漸閉合，直至溶解氧濃度恢 復(fù)至.5 士 0. 5mg/L范圍內(nèi)。
全文摘要
一種非穩(wěn)態(tài)分段進(jìn)水深度脫氮除磷過程控制系統(tǒng)及控制方法，上位PC機(jī)通過以太網(wǎng)與可編程控制器PLC控制器連接；PLC控制器與對(duì)進(jìn)水負(fù)荷動(dòng)態(tài)變化控制與恒定溶解氧控制的電機(jī)\變頻控制柜連接；控制柜與執(zhí)行機(jī)構(gòu)及監(jiān)測(cè)裝置連接；進(jìn)水負(fù)荷動(dòng)態(tài)變化包括進(jìn)水相位角變化流程，周期變化流程和正弦曲線波峰波谷變化流程；恒定溶解氧控制包括溶解氧測(cè)定儀、溶解氧傳感器、氣體流量計(jì)和電動(dòng)閥；監(jiān)視控制系統(tǒng)包括現(xiàn)場(chǎng)儀表、進(jìn)水量調(diào)節(jié)泵、厭氧\缺氧反應(yīng)器、各段鼓風(fēng)機(jī)。電機(jī)\變頻控制柜由控制總線與檢測(cè)設(shè)備、動(dòng)力設(shè)備通過PLC控制器和計(jì)算機(jī)連接；通過控制進(jìn)水負(fù)荷動(dòng)態(tài)變化和恒定溶解氧，實(shí)現(xiàn)非穩(wěn)態(tài)進(jìn)水水量條件下改良分段進(jìn)水工藝性能。
文檔編號(hào)C02F9/14GK102053615SQ20111000733
公開日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2011年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月13日
發(fā)明者彭永臻, 曹旭, 王淑瑩, 葛士建, 薄鳳陽 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)