本发明属于水处理技术领域，特别涉及一种利用自动控制系统强化污泥回流混凝处理的系统及方法。
背景技术：
混凝是给水和废水处理工艺中应用最普遍的关键环节之一，混凝效果的好坏在很大程度上影响着后续流程的运行工况、最终出水水质和整体工艺运行成本，一直以来是水处理领域中重要的研究课题。在很多情况下，混凝效果受传统混凝剂的水解速度、水温和原水浊度等因素影响很大，使得絮体成长速度缓慢、形成的絮体密度小、沉降速度慢、固液分离效果差、沉淀时间长等，后续工艺负荷加重，最终处理效果变差。净水沉淀污泥回流强化混凝技术可有效改善原水的混凝效果，是近年来研究的热点之一。净水沉淀污泥通常含有大量的铝、铁类金属氢氧化物及悬浮胶体颗粒物，将浓缩后的沉淀污泥回流至混合池或絮凝池，一方面可以增加水中颗粒物浓度，提高颗粒的有效碰撞几率，增加絮凝核心；另一方面，污泥中剩余的金属氢氧化物仍有混凝作用，能够降低混凝剂用量，提高混凝效果。然而，污泥回流工艺的运行参数，如污泥回流量、剩余污泥排放量、储泥时间和回流污泥在工艺中的循环次数等因素直接影响着混凝效果及出水水质。
技术实现要素：
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于污泥回流工艺自控系统的污泥回流的强化混凝控制系统及方法，实现了污泥回流工艺的有效控制，强化混凝除污染的效果，保障供水安全。
本发明的系统所采用的技术方案是：一种基于自动控制的强化污泥回流混凝处理系统，其特征在于：包括原水泵、调节池、混合池、絮凝池、沉淀池、储泥池、调质池、污泥回流泵、第一污泥排放泵、污泥质量浓度在线检测仪、透光脉动絮凝传感器、透光脉动絮凝检测仪、变频调速控制器、计量泵、药罐、在线浊度仪、原水流量计、PLC、第二污泥排放；
所述调节池、混合池、絮凝池、沉淀池、储泥池、调质池由管道依次串联，构成水处理构筑物；原水通过所述原水泵送入所述调节池内，所述调质池（8）的污泥通过所述污泥回流泵送入所述调节池内；
所述透光脉动絮凝传感器设置在所述絮凝池内，所述透光脉动絮凝检测仪与所述透光脉动絮凝传感器连接，用于絮凝过程中脉动信号的检测；
所述在线浊度仪分别设置在原水入水管道上和混合池入水管道上，所述原水流量计设置在原水入水管道上；
所述药罐通过计量泵向所述混合池内添加混凝剂；所述变频调速控制器与所述计量泵连接，用于混凝剂计量泵转速的控制；
所述PLC分别与所述污泥回流泵、第一污泥排放泵、变频调速控制器、第二污泥排放连接，用于污泥回流泵、第一污泥排放泵、第二污泥排放泵信号的接收和调节，以及污泥质量浓度的检测；
所述PLC分别与所述污泥质量浓度在线检测仪、透光脉动絮凝检测仪、在线浊度仪、原水流量计连接，用于变频调速控制器、透光脉动絮凝检测仪的信号的接收和调节，以及原水浊度和流量的检测。
作为优选，所述沉淀池沉淀后的水由后续处理单元处理。
本发明的方法所采用的技术方案是：一种基于自动控制的强化污泥回流混凝处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：在PLC上设定污泥回流泵转速以及透光脉动絮凝检测仪的脉动检测信号预设值；
步骤2：在线浊度仪、原水流量计和污泥质量浓度在线检测仪仪检测到的信号传输至PLC中；
步骤3：PLC将步骤2的接收信号与污泥回流泵转速预设值所对应的原水流量、原水浊度和污泥质量浓度进行比较，若符合预设值范围，则PLC继续按原有控制信号输出值控制污泥回流泵，若不符合预设值范围，PLC按照比例-积分-微分控制方式调节模拟量控制信号输出值，在新的指令下改变污泥回流量；
步骤4：PLC将步骤2接收信号与透光脉动絮凝检测仪的脉动检测信号预设值所对应的原水流量、原水与回流污泥混合液的浊度信号进行比较，如果符合预设值范围，则PLC继续按原有控制信号输出值控制计量泵转速；若不符合预设值范围，PLC按照比例调节方式控制模拟量控制信号输出值，在新的指令下改变计量泵转速，改变混凝剂投加量。
作为优选，步骤3中，当污泥质量浓度为700mg/L~3000mg/L时，原水流量和污泥质量浓度的信号检测值与预设值所对应的原水流量和污泥质量浓度信号相差低于±5%时，原水浊度的信号波动超过10%，且浊度值仍低于50.0NTU时：①若浊度检测信号比预设值对应的浊度信号偏高，则PLC按照PID调节方式减少控制信号输出值，降低污泥回流泵转速至原有污泥回流泵转速的0.5~0.75倍，直到检测到的原水浊度信号在预设值对应范围内；②若浊度检测信号比预设值对应的浊度信号偏低，则PLC按照PID调节方式提高控制信号输出值，提高污泥回流泵的转速至原有污泥回流泵转速的1.25~1.5倍，直到检测到的原水浊度信号在预设值对应范围内。
作为优选，步骤3中，当污泥质量浓度为700mg/L~3000mg/L时，原水浊度和污泥质量浓度信号与预设值所对应的原水浊度和污泥质量浓度信号相差低于±5%，且浊度值仍低于50.0NTU时，原水流量信号值波动超过10%时：①若原水流量检测信号比预设值对应的原水流量信号偏高，则PLC按照PID调节方式减少控制信号输出值，降低污泥回流泵转速至原有污泥回流泵转速的0.5~0.75倍，直到检测到的原水流量信号在预设值对应范围内；②若原水流量检测信号比预设值对应的原水流量信号偏低，则PLC按照PID调节方式提高控制信号输出值，提高污泥回流泵的转速至原有污泥回流泵转速的1.25~1.5倍，直到检测到的原水流量信号在预设值对应范围内。
作为优选，步骤3中，当污泥质量浓度为700mg/L~3000mg/L时，原水的流量和浊度信号均大于预设值所对应的原水流量和浊度信号的±10%时，停止回流。
作为优选，步骤4中，原水流量的检测信号与脉动检测信号预设值所对应的信号相差低于±5%时，混合液的浊度信号超过脉动检测信号预设值所对应信号的5%~15%时：①若混合液的浊度检测信号比脉动检测信号预设值对应的浊度信号偏高，则PLC按照比例调节方式减少控制信号输出值，按增加信号与原有信号的比例降低计量泵转速；②若混合液的浊度检测信号比脉动检测信号预设值对应的浊度信号偏低，则PLC按照比例调节方式提高控制信号输出值，按降低信号与原有信号的比例提高计量泵转速。
作为优选，步骤4中，混合液的浊度信号与脉动检测信号预设值所对应的信号相差低于±5%时，原水流量的检测信号超过脉动检测信号预设值所对应信号的10%~20%时：①若原水流量的检测信号比脉动检测信号预设值对应的信号偏高，则PLC按照比例调节方式增加控制信号输出值，按增加信号与原有信号的比例提高计量泵转速；②若原水流量的检测信号比脉动检测信号预设值对应的信号偏低，则PLC按照比例调节方式降低控制信号输出值，按降低信号与原有信号的比例降低计量泵转速。
本发明的优点：
1)本发明可以实现污泥回流工艺的有效控制，优化混凝控制过程，实现污泥回流及混凝过程的综合自动控制，保障工艺过程处于最佳范围；
2)本发明适用于水厂的混凝工艺优化，适于在已有水厂的提标改造以及新建水厂应用。
附图说明
图1：本发明实施例的装置原理图；
图2：本发明实施例的方法流程图。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
污泥回流混凝工艺中涉及回流污泥量、回流污泥质量浓度、剩余污泥排放量，以及原水水质、水量、混凝剂投加量等参数，影响因素多，控制复杂，混凝效果和出水水质难以控制，至今还没有有效的控制技术。本发明建立了一种利用自动控制系统来强化污泥回流混凝处理的方法。在现有常规混凝、沉淀工艺的基础上，通过关键原水水质指标和污泥回流运行参数的测控，采用可编程控制器（PLC）自动调节污泥回流工艺参数和混凝剂投药量来强化混凝除污染的效果，降低后续工艺运行负荷。
请见图1，本发明提供的一种基于自动控制的强化污泥回流混凝处理系统，包括原水泵1、调节池2、混合池3、絮凝池4、沉淀池5、后续处理单元6、储泥池7、调质池8、污泥回流泵9、第一污泥排放泵10、污泥质量浓度在线检测仪11、透光脉动絮凝传感器12、透光脉动絮凝检测仪13、变频调速控制器14、计量泵15、药罐16、在线浊度仪17、原水流量计18、PLC19、第二污泥排放泵20；调节池2、混合池3、絮凝池4、沉淀池5、储泥池7、调质池8由管道依次串联，构成水处理构筑物；原水通过原水泵1送入调节池2内，调质池8的污泥通过污泥回流泵9送入调节池2内；在线浊度仪17分别设置在原水入水管道上和混合池3入水管道上，原水流量计18设置在原水入水管道上；透光脉动絮凝传感器12设置在絮凝池4内，透光脉动絮凝检测仪13与透光脉动絮凝传感器12连接，PLC19分别与污泥回流泵9、第一污泥排放泵10、变频调速控制器14、第二污泥排放泵20连接；PLC19分别与污泥质量浓度在线检测仪11、透光脉动絮凝检测仪13、在线浊度仪17、原水流量计18连接；药罐16通过计量泵15向混合池3内添加混凝剂；变频调速控制器14欲计量泵15连接，沉淀池5沉淀后的水由后续处理单元6处理。
请见图2，本发明提供的一种基于自动控制的强化污泥回流混凝处理方法，包括以下步骤：
步骤1：在PLC19上设定污泥回流泵9转速以及透光脉动絮凝检测仪13的脉动检测信号预设值；
污泥回流泵转速预设值由原水流量、浊度和污泥质量浓度三者确定；脉动检测信号预设值由原水流量、原水与回流污泥混合液浊度二者确定。
步骤2：在线浊度仪17、原水流量计18和污泥质量浓度在线检测仪11仪检测到的信号传输至PLC19中；
步骤3：PLC19将步骤2的接收信号与污泥回流泵9转速预设值所对应的原水流量、原水浊度和污泥质量浓度进行比较，若符合预设值范围，则PLC19继续按原有控制信号输出值控制污泥回流泵9，若不符合预设值范围，PLC按照比例-积分-微分控制方式调节模拟量控制信号输出值，在新的指令下改变污泥回流量；
（Ⅰ）当污泥质量浓度为700mg/L~3000mg/L时，原水流量和污泥质量浓度的信号检测值与预设值所对应的原水流量和污泥质量浓度信号相差低于±5%时，原水浊度的信号波动超过10%，且浊度值仍低于50.0NTU时：①若浊度检测信号比预设值对应的浊度信号偏高，则PLC按照PID调节方式减少控制信号输出值，降低污泥回流泵转速至原有污泥回流泵转速的0.5~0.75倍，直到检测到的原水浊度信号在预设值对应范围内；②若浊度检测信号比预设值对应的浊度信号偏低，则PLC按照PID调节方式提高控制信号输出值，提高污泥回流泵的转速至原有污泥回流泵转速的1.25~1.5倍，直到检测到的原水浊度信号在预设值对应范围内。
（Ⅱ）当污泥质量浓度为700mg/L~3000mg/L时，原水浊度和污泥质量浓度信号与预设值所对应的原水浊度和污泥质量浓度信号相差低于±5%，且浊度值仍低于50.0NTU时，原水流量信号值波动超过10%时：①若原水流量检测信号比预设值对应的原水流量信号偏高，则PLC按照PID调节方式减少控制信号输出值，降低污泥回流泵转速至原有污泥回流泵转速的0.5~0.75倍，直到检测到的原水流量信号在预设值对应范围内；②若原水流量检测信号比预设值对应的原水流量信号偏低，则PLC按照PID调节方式提高控制信号输出值，提高污泥回流泵的转速至原有污泥回流泵转速的1.25~1.5倍，直到检测到的原水流量信号在预设值对应范围内。
（Ⅲ）当污泥质量浓度为700mg/L~3000mg/L时，原水的流量和浊度信号均大于预设值所对应的原水流量和浊度信号的±10%时，停止回流。
步骤4：PLC9将步骤2接收信号与透光脉动絮凝检测仪13的脉动检测信号预设值所对应的原水流量、原水与回流污泥混合液的浊度信号进行比较，如果符合预设值范围，则PLC9继续按原有控制信号输出值控制计量泵14转速；若不符合预设值范围，PLC9按照比例调节方式控制模拟量控制信号输出值，在新的指令下改变计量泵14转速，改变混凝剂投加量。
（Ⅰ）原水流量的检测信号与脉动检测信号预设值所对应的信号相差低于±5%时，混合液的浊度信号超过脉动检测信号预设值所对应信号的5%~15%时：①若混合液的浊度检测信号比脉动检测信号预设值对应的浊度信号偏高，则PLC按照比例调节方式减少控制信号输出值，按增加信号与原有信号的比例降低计量泵转速；②若混合液的浊度检测信号比脉动检测信号预设值对应的浊度信号偏低，则PLC按照比例调节方式提高控制信号输出值，按降低信号与原有信号的比例提高计量泵转速。
（Ⅱ）混合液的浊度信号与脉动检测信号预设值所对应的信号相差低于±5%时，原水流量的检测信号超过脉动检测信号预设值所对应信号的10%~20%时：①若原水流量的检测信号比脉动检测信号预设值对应的信号偏高，则PLC按照比例调节方式增加控制信号输出值，按增加信号与原有信号的比例提高计量泵转速；②若原水流量的检测信号比脉动检测信号预设值对应的信号偏低，则PLC按照比例调节方式降低控制信号输出值，按降低信号与原有信号的比例降低计量泵转速。
本发明通过后续混凝剂投加量的调节可以进一步降低回流污泥中污染物释放产生的负面影响。
以下通过实施例对本发明做进一步阐述，实施例中选用的变频调速计量泵的启停及转速均通过PLC控制，计量泵输入信号：4-20mA，输出流量：0-0.6L/h，与控制信号呈线性关系。透光率脉动检测仪采用淹没式传感器和多功能测控仪。原水流量计量程范围为0~800L/h，4-20mA模拟量输出，与控制信号呈线性关系。在线浊度仪量程范围为0.00-100.00NTU，4-20mA模拟量输出。污泥质量浓度在线检测仪量程范围为0-9999mg/L，4-20mA模拟量输出。PLC选用西门子S7-224型主机，配置TP177A型触摸控制屏。污泥回流泵和排放泵转速在0~100rmp内可调，4-20mA模拟量输出。采用西门子winCC组态软件对回流工艺和絮凝过程进行控制。系统的辅助控制还包括污泥排放泵启停、污泥回流泵启停、变频调速控制器启停、电源总开关等。举三个实例说明具体实施方式，但本发明的权利要求范围并不局限于此。
实施例1：
原水浊度为20.0NTU，原水流量为500.0L/h且在调质池中的污泥质量浓度为700mg/L，此时污泥回流泵转速预设值对应的回流量为31.9 L/h（体积回流比6%）。得出满足沉后水水质要求所对应的脉动检测信号预设值为3.5±0.5V，对应的计量泵流量为5ml/min。当检测到的原水浊度为45.0NTU，原水流量为520.0L/h和污泥的质量浓度为720mg/L时，由于此时原水浊度上升了25.0NTU，PLC将检测到的信号与预设值比较，降低污泥回流量至21.7L/h（回流比为4%）。同时，发现脉动检测信号检测值为3.4V，满足预设要求，不需要改变计量泵转速调节混凝剂投量。再次检测到的原水浊度为5.0NTU，原水流量为480.0L/h和污泥的质量浓度为680mg/L时，由于此时原水浊度降低了15.0NTU，PLC将检测到的信号与预设值比较，提高污泥回流量至41.7L/h（回流比为8%）。同时，发现脉动检测信号检测值为3.8V，满足预设要求，不需要改变计量泵转速调节混凝剂投量。当检测到原水的浊度为18.0NTU，且原水流量为510L/h和污泥的质量浓度为710mg/L，此时由于原水浊度、流量波动非常小，PLC将检测到的信号与预设值比较，维持原有污泥回流量，此时脉动检测信号检测值为3.6V在预设值范围内，满足预设要求。
实施例2：
通过原水计量泵检测到原水流量为600.0L/h，检测到原水浊度为10.0NTU，且在调质池中的污泥质量浓度为1200mg/L，此时污泥回流泵转速预设值对应的回流量为52.2 L/h（体积回流比8%）。且得出满足沉后水水质要求所对应的脉动检测信号预设值为4.0±0.5V，对应的计量泵流量为5ml/min。当回流工艺运行到一定阶段，检测到原水的流量为550.0L/h，且原水浊度为12.0NTU和污泥的质量浓度为1250mg/L，此时由于原水流量降低了8.3%，PLC将检测到的信号与预设值比较，提高污泥回流量至64.4L/h（回流比为10%）。同时，发现脉动检测信号检测值为3.8V，满足设定要求，不需要改变计量泵转速。当检测到原水的流量为650L/h，且原水浊度为15.0NTU和污泥的质量浓度为1350mg/L，此时由于原水流量增加了8.3%，PLC将检测到的信号与预设值比较，降低污泥回流量至27.1 L/h（回流比为4%）。同时，发现脉动检测信号检测值为4.2V，满足设定要求，不需要改变计量泵转速。当检测到原水的流量为610L/h，且原水浊度为12.0NTU和污泥的质量浓度为1050mg/L，此时由于原水流量波动较小，PLC将检测到的信号与预设值比较，维持原有污泥回流量。同时，发现脉动检测信号检测值为4.2V，满足设定要求，不需要改变计量泵转速。
实施例3：
通过原水计量泵检测到原水流量为550.0L/h，检测到原水浊度为25.0NTU，且在调质池中的污泥质量浓度为3000mg/L，此时污泥回流泵转速预设值对应的回流量为35.1L/h（体积回流比6%）。且得出满足沉后水水质要求所对应的脉动检测信号预设值为3.0±0.5V，对应的计量泵流量为5ml/min。当检测到的原水浊度值为100.0NTU，原水流量仍为550.0L/h时，停止回流，同时检测到的混合液浊度变化不大，调整计量泵转速为1.7ml/min，减少混凝剂投量；当检测到的原水浊度为23.0NTU，原水流量为1000.0L/h时，停止回流，调整计量泵转速为9.1ml/min，增加混凝剂投加量使混凝效果最佳。
尽管本说明书较多地使用了原水泵1、调节池2、混合池3、絮凝池4、沉淀池5、后续处理单元6、储泥池7、调质池8、污泥回流泵9、第一污泥排放泵10、污泥质量浓度在线检测仪11、透光脉动絮凝传感器12、透光脉动絮凝检测仪13、变频调速控制器14、计量泵15、药罐16、在线浊度仪17、原水流量计18、PLC19、第二污泥排放20等术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便的描述本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。