一种化学除磷工艺优化控制装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种化学除磷工艺优化控制装置，包括过程检测仪表、变频器和工控机；过程检测仪表用于监测关键节点的水量水质数据，变频器的输入端连接工控机，变频器的输出端连接加药泵，通过改变加药泵的电机频率控制加药泵的出流量；工控机内还设置有除磷药剂流量控制单元，它包括加药泵流量控制模块、二沉池出水磷酸盐控制模块、前馈水量补偿模块和出水总磷安全裕量反馈补偿模块；加药泵流量控制模块根据二沉池出水磷酸盐控制模块、前馈水量补偿模块和出水总磷安全裕量反馈补偿模块输出的加药量计算当前的加药流量，并将其转换为控制信号输出到变频器控制加药泵。本发明适用于同步和后置化学除磷工艺，能够稳定出水磷酸盐浓度。
【专利说明】一种化学除磷工艺优化控制装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及城市污水处理【技术领域】，特别是关于一种污水处理工艺中化学辅助除磷过程的加药控制装置。
【背景技术】
[0002]截止2012年我国已建成污水处理厂接近4000座。由于经验人才缺乏和技术设备不足，目前的污水处理工艺运行过程还有很多不足，为了发挥好环境效益，迫切需要提高污水处理工艺运行水平，实现工艺稳定运行。目前多数污水处理厂已开始进行辅助化学除磷， 以达到更低的出水总磷浓度，满足更高的出水水质要求。
[0003]化学除磷工艺按照工艺流程中化学药剂投加点的不同来分类，实际工程中常采用的有前置沉淀、同步沉淀和后置沉淀三种类型:前置沉淀的特点是化学药剂投加在沉砂池或者初沉池，沉淀产物在初沉池中分离；同步沉淀是将沉淀药剂投加在曝气池出水或二次沉淀池进水中，沉淀产物在二沉池中分离，适合于现有污水处理厂的改建(增加化学除磷措施)，是目前采用最广泛的技术，约占所有化学除磷工艺的50% ;后置沉淀是在深度处理设施中投加药剂，进行絮凝沉淀或者过滤分离，在新建污水处理厂中经常采用。
[0004]目前在工艺运行中通常采用恒定加药量，导致投加量比较大，经常超过实际除磷的需求。过度投药一方面增加了加药量提高了处理成本，另一方面也增加了化学污泥从而影响了生物活性。因此，优化化学除磷的加药量，不仅可以节约成本，而且有助于改善生物处理系统的性能。此外，现有化学除磷药剂一般采用废酸废金属制备，生产及使用过程的环境影响较大，因此，提高污水处理厂投药系统的效率，实现加药系统的自动控制对污水处理稳定运行有着重要的意义。
[0005]在化学除磷投药控制方面，已有技术主要采用进水流量比例控制和负荷比例控制，其控制思想是根据进水流量或者磷酸盐负荷(流量与浓度的乘积)，按比例计算加药量，具体的控制过程为:流量检测系统将在线测得的流量信号传送到PLC控制器，然后由控制器调节旋转翻式进料器的转速、计量泵的冲程或 控制阀的开启度大小，实现对加药量的控制。进水流量比例控制技术的主要问题是缺乏磷酸盐的浓度测定，无法克服来水磷酸盐浓度波动的影响，只能粗略控制出水磷酸盐浓度；负荷比例控制根据进水磷酸盐负荷的变化数据进行编程控制，其主要问题是计算公式的系数严重依赖药剂品质和污泥性质，在这两者发生明显变化时，往往无法实现稳定控制。因此，为了更有效地实现加药量的优化控制，需要根据在线测得的进水流量、在某一处理单元测得的磷酸盐浓度组成的控制信号 (磷酸盐负荷)实现较复杂的前馈控制和反馈控制。
[0006]现有技术中公开了一种城市污水厂化学除磷剂智能投加控制方法及其装置，其根据进出水C0D、硝氮和总磷等水质指标，结合进水水量和投药系数，计算和设定除磷药剂的加药量。上述技术存在以下问题:1)需要的水质仪表较多，运行及维护难度较大；2)生物除磷过程的关联性复杂，加药量的线性计算公式难以反映实际的非线性反应过程；3)由于药剂有效含量可能随批次而变化，为确定该技术的投药系数等，必须在使用前对每批药剂的有效含量进行化验测试，费时费力。因此，需要研究和开发结构比较简单、维护工作量小，且可靠性高的控制装置。
【发明内容】
[0007]针对上述问题，本发明的目的是提供一种综合进水水量前馈补偿、二沉池出水磷酸盐-加药泵前馈/反馈控制和出水总磷安全裕量反馈补偿的化学除磷工艺优化控制装置，适用于同步和后置化学除磷工艺，不仅能够稳定出水磷酸盐浓度，而且能够优化化学除磷的加药量，节约成本。
[0008]为实现上述目的，本发明采取以下技术方案:一种化学除磷工艺优化控制装置，包括有生物处理单元、二沉池、深度处理单元、贮药池和加药泵，所述生物处理单元的出口连接所述二沉池的入口，所述二沉池的出口连接所述深度处理单元的入口，所述贮药池的出口连接所述加药泵，所述加药泵用于提供输送动力并控制加药流量；其特征在于:还包括过程检测仪表、变频器和工控机；所述过程检测仪表用于监测关键节点的水量水质数据；所述变频器的输入端连接所述工控机，所述变频器的输出端连接所述加药泵，所述变频器将接收的所述工控机的控制信号变换为电流频率信号输出到所述加药泵的电动机，通过改变所述加药泵的电机频率控制所述加药泵的流量；所述工控机内还设置有除磷药剂流量控制单元，所述除磷药剂流量控制单元包括加药泵流量控制模块、二沉池出水磷酸盐控制模块、前馈水量补偿模块和出水总磷安全裕量反馈补偿模块；所述加药泵流量控制模块根据所述二沉池出水磷酸盐控制模块、前馈水量补偿模块和出水总磷安全裕量反馈补偿模块的控制输出的加药流量计算当前的加药流量并将其转换为控制信号输出到所述变频器控制所述加药泵。
[0009]所述过程检测仪表包括进水水量仪表、磷酸盐仪表和出水总磷仪表；所述进水水量仪表设置在所述生物处理单元的入口处，用于在线监测所述生物处理单元的进水量；所述磷酸盐仪表设置在所述二沉池的出口处，用于监测所述二沉池出口处的磷酸盐浓度值；所述出水总磷仪表设置在所述深度处理单元的出口处，用于监测所述深度处理单元出口处的总磷值。
[0010]所述二沉池出水磷酸盐控制模块将所述磷酸仪表的浓度数据与磷酸盐浓度设定值进行比较，输出二沉池出水磷酸盐控制输出的加药流量；当采用同步除磷时，比较二沉池出水磷酸盐浓度的当前值OP (t)与设定值OPst之间的差值Λ P (t)，使用比例-积分算法计算当前周期的加药流量AQ1U):
[0011]Δ Q1 (t) = K1 Δ P (t)+K2 Δ P (t_l)
[0012]式中，AP(t-l)是指上一个控制周期磷酸盐浓度与设定值的差值，KjPK2是系数，通过实验调试确定；当采用后置除磷时，根据当前二沉池出水磷酸盐浓度0P(t)，采用比例算法计算加药流量AQ1U):
[0013]Δ Q1 (t) = K3 [OP (t) -EP] +K4
[0014]式中，0P(t)是指t时刻的二沉池出水磷酸盐浓度，EP是深度处理单元出水磷酸盐浓度的设定值，K3和K4是系数，通过实验调试确定。
[0015]所述前馈水量补偿模块采集所述进水水量仪表的进水量，计算进水量在控制周期内的变化幅度；假设上一个控制周期内进水量算术平均值为CIh，当前控制周期进水量算术平均值为qt，则变化幅度q%为:
【权利要求】
1.一种化学除磷工艺优化控制装置，包括有生物处理单元、二沉池、深度处理单元、贮药池和加药泵，所述生物处理单元的出口连接所述二沉池的入口，所述二沉池的出口连接所述深度处理单元的入口，所述贮药池的出口连接所述加药泵，所述加药泵用于提供输送动力并控制加药流量；其特征在于:还包括过程检测仪表、变频器和工控机；所述过程检测仪表用于监测关键节点的水量水质数据；所述变频器的输入端连接所述工控机，所述变频器的输出端连接所述加药泵，所述变频器将接收的所述工控机的控制信号变换为电流频率信号输出到所述加药泵的电动机，通过改变所述加药泵的电机频率控制所述加药泵的流量;所述工控机内还设置有除磷药剂流量控制单元,所述除磷药剂流量控制单元包括加药泵流量控制模块、二沉池出水磷酸盐控制模块、前馈水量补偿模块和出水总磷安全裕量反馈补偿模块；所述加药泵流量控制模块根据所述二沉池出水磷酸盐控制模块、前馈水量补偿模块和出水总磷安全裕量反馈补偿模块的控制输出的加药流量计算当前的加药流量并将其转换为控制信号输出到所述变频器控制所述加药泵。
2.如权利要求1所述的一种化学除磷工艺优化控制装置，其特征在于:所述过程检测仪表包括进水水量仪表、磷酸盐仪表和出水总磷仪表；所述进水水量仪表设置在所述生物处理单元的入口处，用于在线监测所述生物处理单元的进水量；所述磷酸盐仪表设置在所述二沉池的出口处，用于监测所述二沉池出口处的磷酸盐浓度值；所述出水总磷仪表设置在所述深度处理单元的出口处，用于监测所述深度处理单元出口处的总磷值。
3.如权利要求2所述的一种化学除磷工艺优化控制装置，其特征在于:所述二沉池出水磷酸盐控制模块将所述磷酸仪表的浓度数据与磷酸盐浓度设定值进行比较，输出二沉池出水磷酸盐控制输出的加药流量；当采用同步除磷时，比较二沉池出水磷酸盐浓度的当前值OP(t)与设定值OPst之间的差值A P (t)，使用比例-积分算法计算当前周期的加药流量AQJt):A Q1 (t) = K1 AP (t) +K2 A P (t-1)式中，A P (t-1)是 指上一个控制周期磷酸盐浓度与设定值的差值，K1和K2是系数，通过实验调试确定；当采用后置除磷时，根据当前二沉池出水磷酸盐浓度OP (t)，采用比例算法计算加药流量 AQ“t):A Q1 (t) = K3 [OP (t)-EP]+K4式中，0(t)是指t时刻的二沉池出水磷酸盐浓度，EP是深度处理单元出水磷酸盐浓度的设定值，K3和K4是系数,通过实验调试确定。
4.如权利要求2或3所述的一种化学除磷工艺优化控制装置，其特征在于:所述前馈水量补偿模块采集所述进水水量仪表的进水量，计算进水量在控制周期内的变化幅度；假设上一个控制周期内进水量算术平均值为Clt+当前控制周期进水量算术平均值为qt，则变化幅度(1%为:^7% =X 100% ；qt-1当变化幅度超过设定范围时，判断需要进行进水流量前馈补偿，此时根据进水量数据计算加药流量AQ2并发送到所述加药泵流量控制模块，前馈水量补偿AQ2(t)的计算公式为:
5.如权利要求2~4任一项所述的一种化学除磷工艺优化控制装置，其特征在于:所述出水总磷安全裕量反馈补偿模块根据出水总磷指标计算安全裕量，当安全裕量小于设定条件时，进行安全裕量反馈补偿计算，并根据安全裕量反馈补偿结果计算加药流量△ Q3,并将计算的加药流量发送到所述加药泵流量控制模块；假设出水总磷的浓度为TP(t)，总磷出水标准为TPst，则安全裕量SP = TPst-TP⑴> O ;如果安全裕量的设定值为b，则计算加药流量AQ3U)为:
6.如权利要求2~5任一项所述的一种化学除磷工艺优化控制装置，其特征在于:所述进水水量仪表采用电磁流量计；所述磷酸盐仪表采用在线正磷分析仪；所述出水总磷仪表采用带消解预处理功能的在`线总磷分析仪。
【文档编号】G05D11/13GK103601342SQ201310598613
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年11月25日 优先权日:2013年11月25日
【发明者】邱勇, 施汉昌, 庞洪涛 申请人:清华大学