基于AOA工艺的污水脱氮除磷控制系统的制作方法

本发明涉及水处理净化控制系统，具体地说，涉及污水深度脱氮除磷控制系统。

背景技术：

污水处理是一种通过物理、化学、生物等方法去除原水中杂质、cod、bod、总磷、总氮、氨氮等污染物的过程。目前，生物脱氮除磷新技术主要有短程硝化反硝化技术、反硝化除磷技术、同步硝化反硝化技术、厌氧氮氧化技术等，这些新工艺都共同面临亚硝酸盐稳定积累的问题，新工艺研究深度与阶段各不相同，在生活污水处理领域工程应用较少。

公告号为cn107032488b的中国发明专利公开了一种通过污泥双回流aoa工艺实现城市污水短程硝化的方法参见图1，其具有连续流厌氧区/好氧区/缺氧区(aoa工艺)构成的生化池1和沉淀池2，生化池1采用污泥双回流技术，在好氧区实现同步硝化反硝化，并达到亚硝酸盐的累积，实现部分短程硝化，同时利用原污水中的碳源实现污泥内源储存，可实现节省曝气、节约能源，理论上能够达到完全脱氮的目的，实现部分硝化和从低c/n比城市污水中高效脱氮。

aoa工艺在厌氧阶段(a0)主要发生有机物的去除、释磷过程和反硝化过程，反硝化菌在该阶段将污水中有机物转化为内碳源贮存于细胞内。同时反硝化脱氮，释放磷，去除总氮和为好氧阶段吸磷做准备；在好氧阶段主要发生硝化作用、亚硝化与好氧吸磷作用，通过排放剩余污泥去除磷，同时进一步去除cod；相关文献表明，aoa工艺在运行过程中，可实现同步硝化反硝化过程，去除总氮贡献率27.77％，缺氧阶段主要发生内源反硝化作用，回流的污泥提供高pha和gly，反硝化菌利用厌氧阶段贮存的胞内碳源完成反硝化过程，实现深度脱氮。

此外，图1中来自原水调节池3的原水经生化池1和沉淀池2的处理后，成为符合设计要求的清水。鼓风机4用于向生化池1内的好氧区曝气，回流泵51用于向生化池1内的厌氧区输送污泥，回流泵52用于向生化池1内的缺氧区输入污泥，还根据需要适时地通过投药装置6向沉淀池的反应区内投放药物。图1中示的各管路上都设置有阀，早期都是根据水处理过程中观察各池中的实际状况进行调节阀的开度，以进行水处理过程中的控制。

aoa工艺设置双污泥回流，第一组回流至厌氧区为常规污泥回流，为整体反应提供污泥；第二组污泥回流至缺氧区前段，为本工艺特有污泥回流，主要通过引入该部分含内碳源污泥加强缺氧阶段内源反硝化效果。该技术在工程应用中控制要点如下：1)控制厌氧a0/缺氧区a对亚硝酸盐氧化细菌(nob，将亚硝酸盐氧化为硝酸盐)和氨氧化菌(aob，将氨氧化成亚硝酸盐)的特异性抑制，利用nob及aob好氧阶段活性恢复速率不同，使aob在好氧阶段成为优势菌群，为部分短程硝化及同步硝化反硝化提供生物环境。2)好氧区控制溶解氧和污泥龄实现部分短程硝化，实现同步硝化反硝化，深度脱氮，提升脱氮效率。3)控制后置缺氧条件，为污泥衰亡发酵提供环境，释放污泥内碳源，同时利用第二组回流污泥的内碳源，加强缺氧区反硝化效果。

系统运行过程中各工艺参数如进水量、溶解氧、ph、污泥回流量等都具有高度非线性、强耦合性、时变、大滞后和不确定性严重等特点，这导致传统的开关控制和单一的pid控制无法实现对的污水处理过程需要稳定和精确控制的问题；其控制系统不能针对单一参数或单一环节进行控制调节；当系统某一些参数发生变化时，均都会影响到处理效果。

技术实现要素：

本发明的主要目的是提供一种基于污泥双回流aoa深度脱氮除磷工艺的控制系统。

为实现上述目的，本发明提供的基于aoa工艺的污水脱氮除磷控制系统，包括：数据采集处理模块，用于采集处理生化池和/或沉淀池内的数据；控制模块，用于对所述数据采集处理模块传来的数据与预设的多个数据区间段进行比对，进而发出与所述数据落入某个数据区间段相对应的控制指令；溶解氧控制模块，用于接收所述控制指令，对所述生化池内的溶解氧进行调节；补偿调整模块，用于接收所述控制指令，与所述溶解氧控制模块配合对所述生化池和/或沉淀池内的水进行脱氮除磷。

进一步的方案是所述补偿调整模块包括：进水控制模块，用于接收所述控制指令，对所述生化池和/或沉淀池内的进水量进行调节。

更进一步的方案是所述补偿调整模块还包括：沉淀池控制模块，用于接收所述控制指令，对所述沉淀池的投药量和/或排泥进行调节。

再进一步的方案是所述补偿调整模块还包括：污泥控制模块，用于接收所述控制指令，对所述生化池内的污泥回流量和剩余污泥排放量进行调节。

更进一步的方案是所述溶解氧控制模块通过控制鼓风机频率和阀门开度来保证曝气流量及总管压力与所述控制模块输出值一致；所述进水控制模块通过控制泵的频率和阀门开度来保证进水流量与控制模块输出值一致；所述沉淀池控制模块通过控制所述沉淀池的排泥阀开度来保证沉淀池内的泥位不超过阈值；所述污泥控制模块通过控制回流泵的频率和阀门开度来保证所述生化池的污泥回流量和剩余污泥排放量。

另一进一步的方案是所述数据采集处理模块通过旋转阀采集数据，同样性能、参数的仪表通过所述旋转阀将多条污水取样管统一接入。

由以上方案可见，本发明根据系统的输出误差和误差的一阶微分变化,利用模糊推理在线实时更改控制器的参数以使其适应工作点的变化。由于传统的pid控制器具有结构简单的特点,将二者结合在一起,构成模糊增益调度pid控制系统。根据调度变量的变化，通过模糊推理在线实时调节控制参数，对于整个系统每一个工作点都给出各自的控制参数，生成全局补偿，使系统控制参数达到全局优化。控制模块作为总控，与溶解氧控制模块和补偿调整模块构成模糊增益调度加pid系统，有效解决了因系统非线性、强耦合性、时变、大滞后和不确定性等特点造成的污水处理过程不稳定稳定和精确难控制的问题。其中补偿调整模块可以是进水控制模块、沉淀池控制模块、污泥控制模块中的一个或全部，如此形成的模糊增益调度+pid系统，有效地提高了控制系统的精度。特别是本发明能够达到深度脱氮除磷的技术效果，即能有效地对总氮进行脱除。

附图说明

图1是现有污水处理aoa工艺示意图；

图2是本发明实施例中数据采集处理模块的控制原理图；

图3是本发明实施例中溶解氧控制模块的控制原理图，图中省略了控制回流泵的出口管路；

图4是本发明实施例中进水控制模块的控制原理图；

图5是本发明实施例中污泥控制模块和沉淀池控制模块的控制原理图；

图6是图2中旋转阀的连管及信号流示意图。

具体实施方式

以下结合实施例及其附图对本发明作进一步说明，各图中以实线示意流体管路，虚线示意信号流。

数据采集处理模块及控制模块：参见图2，本例中的生化池1有顺序连通设置的厌氧区an、好氧区o和缺氧区a，原水调节池3通过总管上的泵8向厌氧区供水，总管的进水在线仪表有：cod在线检测仪(图中带圈的cod)，氨氮在线检测仪(图中带圈的nh4－n)，总磷在线检测仪(图中带圈的tp)及总氮在线检测仪(图中带圈的tn)；厌氧区的生化过程在线仪表有：氧化还原电位检测仪(图中带圈的orp)，溶解氧在线检测仪(图中带圈的do)，ph/温度在线检测仪(图中带圈的ph/t)；好氧区的生化过程在线仪表有：ph/温度在线检测仪(图中带圈的ph/t)，mlss污泥浓度计及溶解氧在线检测仪图中带圈的do)；缺氧区的生化过程在线仪表有：氧化还原电位检测仪(图中带圈的orp)，溶解氧在线检测仪(图中带圈的do)，ph/温度在线检测仪(图中带圈的ph/t)，mlss污泥浓度计；在沉淀池2出水总管的出水在线仪表有：悬浮物浓度在线检测仪(图中带圈的ss)，cod在线检测仪，氨氮在线检测仪，总磷在线检测仪，总氮在线检测仪及电磁流量计。上述各在线检测仪的数据传送给数据采集处理模块100，数据采集处理模块100由可编程控制器及相应的软件构成，其对获取的数据进行计算处理后，采用总线通过网络通讯模块10传送给计算机7中的控制模块200，控制模块200中存有预设的多个数据区间段c1、c2…cn，这些数据区间段构成一个连续不重叠的数据区间，每个数据区间段对应着相应的控制指令，控制模块200对数据采集处理模块100传来的数据实时进行对比，当传来的数据落入某一数据区间段ci时，发出与该数据区间段对应的控制指令，该控制指令可以针对不同的执行模块按执行模块的地址发送，也可以是一个控制指令组，由不同的执行模块选择自己应执行的控制动作。另外，由于生化池1各区具有相同检测参数，采用同样性能及参数的仪表，因此可以采用一个旋转阀9来选择检测水样，具体实施见图6及如下说明。

参见图6，旋转阀9将各好氧区的取样管91，取样管92，取样管93，取样管94汇总到在线仪表95，在线仪表95将数据传送给数据采集处理模块100，由数据采集处理模块100将处理后的数据传送给控制模块200如前述，同时，数据采集处理模块100还可对旋转阀9的选择进行控制。采用旋转阀9的优点是节省了在线检测仪表，可以有针对性的选择检测点，相对提高系统的处理速度和节约成本。

溶解氧控制模块：参见图3，溶解氧控制模块300由可编程控制器及相应的软件构成，当其接收到控制模块200的控制指令后，按该控制指令控制鼓风机4频率、好氧区鼓风支管上的调节阀310、调节阀320的开度及总管压力(图中带圈的pi)，以此对鼓风机4频率和好氧区鼓风支管上的调节阀310、调节阀320的开度进行调整实现曝气量的控制，通过专用曝气装置330保证氧利用率在30％～45％，通过气体流量计311、气体流量计321进行反馈修正，即机阀组合恒压流量控制。整个系统鼓风机4气管阀门不是调整单个开度，而是所有阀门同步调整，以消除控制单一阀门时的强耦合性。控制好氧区溶解氧在1.5～2mg/l，缺氧端溶解氧稳定在0.05～0.5mg/l以下。生化池a/o区可以兼做好氧区或缺氧区使用，可根据控制模块200的控制指令进行好氧/缺氧切换。

进水控制模块：参见图4，进水模块400由可编程控制器及相应的软件构成，当其接收到控制模块200的控制指令后，按该控制指令控制泵8的频率；并对进水进行调节如下，通过进水流量计410反馈值,调整水泵8的频率,满足其接收到控制模块200的控制指令；同时还对生化池1的出水电动阀420，也是沉淀池的进水阀进行调节。生化池1进水量由数据采集处理模块100提供的在线仪表数据，通过模糊推理进行增益调度控制，提供所需设定值，再通过现场进水控制模块400进行反馈控制，满足系统碳源需求和最佳脱氮除磷效果。通过进水控制模块控制水力停留时间hrt。

污泥控制模块和沉淀池控制模块：参见图5，污泥控制模块500和沉淀池控制模块600可编程控制器及相应的软件构成，当污泥控制模块500接收到控制模块200的控制指令后，控制回流泵51的频率和阀门510开度，保证厌氧区污泥回流量，回流量通过在线设置的流量计511进行反馈修正；控制回流泵52的频率和阀门530开度，保证缺氧区污泥回流量，回流量通过在线设置的流量计531进行反馈修正；生化池a/o区兼做好氧或缺氧区，可根据控制模块200的控制指令进行好氧/缺氧切换，控制回流泵51的频率和阀门520开度，保证污泥回流量；回流量通过流量计521进行反馈修正。模块接收控制模块200的控制指令，使二沉池污泥高度保持在0.5～0.7米，停留时间保持在40～80分钟，防止停留时间过长产生厌氧释磷，造成出水总磷超标,剩余污泥量通过排泥阀540排放。回流至缺氧池的污泥，通过上述泵加阀的控制组合，精准地进行分配，可有效的降低回流系统能耗，污泥控制模块500的控制运行指令由控制模块200实时发出，再通过现场的污泥控制模块500和流量计521、流量计531，闭环调节回流泵51的频率和阀门510开度，及回流泵52的频率和阀门520、阀门530开度。该工艺设置双污泥回流，第一组回流至厌氧区为常规污泥回流，为整体反应提供污泥；第二组污泥回流至缺氧区前段，主要通过引入该部分含内碳源污泥加强缺氧阶段内源反硝化效果。当沉淀池控制模块600接收到控制模块200的控制指令后，控制投药装置6向沉淀池2按指令投药，还按指令将反应区的污泥排出，将沉淀区的污泥一部分回流，另一部分排出。沉淀池控制模块600用于控制二沉池污排泥阀门，实现污泥量控制，并与污泥回流控制联动，通过设置在沉淀池内的物位控制器进行泥位控制，当系统所需回流污泥量超过阈值时，且沉淀池污泥超过允许的泥位高度或停留时间，控制排泥阀门进行排泥。

综上，控制模块200通过读数据采集处理模块100的数据，经过模糊增益调度处理，将非线性的控制计算成若干个平衡点的线性控制，再将控制信号送至溶解氧控制模块300和本例中的补偿调整模块进行设备控制，即溶解氧控制模块与作为补偿调整模块的进水控制模块、污泥控制模块、沉淀池控制模块协同进行控制，使系统厌氧区利用生活污水中的cod合成内碳源phas，同时，进行厌氧释磷；而后混合液进入好氧区，发生短程硝化反应准确控制；最后进入缺氧区，发生内碳源反硝化反应。通过逐步加大进水氨氮负荷、长时间的厌/缺氧对nob进行饥饿处理，实现城市污水短程硝化内源反硝化脱氮，达到深度脱氮除磷的目的。