一种污水处理厂鼓风曝气过程实时控制装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种污水处理厂鼓风曝气过程实时控制装置，它包括生物处理单元，生物处理单元的入口管路上设置有进水水量水质仪表，进水水量水质仪表将在线检测到的生物处理单元的进水量Q和进水水质信息传输至综合控制器内；溶解氧仪和气体流量计将采集到的溶解氧DO、曝气干管和支管内气体流量信息均传输至综合控制器内；设置在生物处理单元出口管路上的出水水质仪表将在线检测到的出水水质信息也传输至综合控制器内；综合控制器根据接收到的信息进行前馈-反馈综合调节后输出控制信号，控制鼓风机、电动阀门工作。本实用新型可以广泛在污水处理【技术领域】中应用。
【专利说明】—种污水处理厂鼓风曝气过程实时控制装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种城市污水处理【技术领域】中的控制装置，特别是关于一种在生化处理过程中的污水处理厂鼓风曝气过程实时控制装置。
【背景技术】
[0002]曝气系统是整个污水处理过程的核心，曝气系统所用能耗约占整个污水处理厂总用电量的50?70%，是污水处理厂耗能最大的单元。提高污水处理厂曝气系统的能效，实现曝气系统的节能降耗对污水处理厂的优化运行有着重要意义。目前，国内污水处理厂曝气系统的控制水平普遍较低，存在以下问题:为了保证出水达标，运行人员维持较高的溶解氧(Dissolved Oxygen, DO)浓度,导致曝气能耗的浪费；污水处理厂现有仪表和曝气设备不支持自动控制；多数污水厂仍然采用人工操作鼓风系统，人为因素对曝气量的控制影响大；少数污水处理厂采用单参数反馈控制，溶解氧波动大，抗负荷冲击能力较差，造成出水水质不稳定。如果能综合水质、微生物的反应情况等对曝气系统进行优化控制，将能降低曝气系统的能耗，并且维持合适的溶解氧浓度，实现节能降耗和稳定运行。
[0003]现有污水处理厂曝气过程控制技术的主要核心思想是通过检测曝气池内的溶解氧浓度，对曝气风量进行反馈控制，控制算法一般都是单输入单输出(SISO)的比例积分(PI)算法。此外，根据工艺优化后的条件需求，采用多参数或者多条件的多输入单输出(MISO)的模型算法，可以提高控制系统实现某种工艺功能的针对性。还有利用风能和光能驱动曝气的控制方法，但是与污水处理厂的曝气过程控制差别较大。由此可知，目前污水处理厂的曝气过程控制技术还存在如下不足:(I)采用简单的单级反馈控制方法时，缺少中间变量，控制回路没有区分快速的充氧过程和慢速的耗氧过程，因此难以达到稳定控制的效果，实际应用过程中经常出现超调和震荡的情况。(2)采用比较简单的串级反馈控制方法时，缺少前馈补偿，难以应对进水负荷快速和大幅度波动的情况，导致溶解氧控制效果欠佳。(3)采用了比较复杂的专家系统或者智能控制策略时，对模型识别和参数率定的要求很高，控制效果不稳定或者未被实际工程检验，难以在实际工程中应用。
【发明内容】
[0004]针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种污水处理厂鼓风曝气过程实时控制装置，其能实现鼓风曝气系统的前馈-反馈综合调节，稳定生物反应池内的溶解氧浓度。
[0005]为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案:一种污水处理厂鼓风曝气过程实时控制装置，其特征在于:它包括生物处理单元、进水水量水质仪表、综合控制器、出水水质仪表、鼓风机和电动阀门；在所述生物处理单元内还设置有溶解氧仪和若干气体流量计，各所述气体流量计分别设置在所述生物处理单元内的曝气干管和支管上；所述生物处理单元的入口管路上设置有所述进水水量水质仪表，所述进水水量水质仪表将在线检测到的所述生物处理单元的进水量Q和进水水质信息传输至所述综合控制器内；所述溶解氧仪和气体流量计将采集到的溶解氧DO值、曝气干管和支管内气体流量DQ值均传输至所述综合控制器内；设置在所述生物处理单元出口管路上的所述出水水质仪表将在线检测到的出水水质信息也传输至所述综合控制器内；所述综合控制器根据接收到的信息进行前馈-反馈综合调节后输出控制信号，控制所述鼓风机、电动阀门工作。
[0006]所述综合控制器包括前馈补偿模块、反馈补偿模块、串级反馈控制模块和PID控制模块；所述前馈补偿模块将采集到的进水水量水质仪表的进水量Q和进水水质信息、以及溶解氧DO值、曝气干管和支管内气体流量DQ值，传输至所述串级反馈控制模块内；所述反馈补偿模块将采集到的出水水质仪表的出水水质信息传输至所述串级反馈控制模块内；所述串级反馈控制模块根据接收到的所有信息对溶解氧DO值进行补偿，根据补偿后溶解氧设定值与实测值的差值计算需气量的设定值，然后由所述串级反馈控制模块根据接收信息对需气量设定值进行补偿，并将补偿后的需气量设定值传输至所述PID控制模块内处理，由所述PID控制模块向所述鼓风机、电动阀门输出控制信号。
[0007]所述进水水量水质仪表包括进水水量仪表、进水水质仪表、COD在线检测仪和氨氮在线检测仪。
[0008]所述COD仪采用光学法COD在线检测仪，所述进水水量仪表采用电磁流量计，所述氨氮在线检测仪采用离子选择电极法在线氨氮仪。
[0009]所述出水水质仪表为氨氮在线检测仪，所述氨氮在线检测仪采用离子选择电极法在线氨氮仪。
[0010]本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点:1、本实用新型通过溶解氧串级反馈控制来抑制曝气过程的小幅度扰动，通过前馈补偿来削弱进水负荷大幅度波动的影响，通过反馈补偿来提高出水水质的可靠性。2、本实用新型根据仪表配置情况和信号质量，可以自动对控制策略进行切换。全部仪表正常工作时，执行完整的控制策略。某部分仪表故障时，可以使用部分的控制策略，仍能达到良好控制效果。3、本实用新型为了克服溶解氧超调和震荡的问题，对反馈环节采用串级控制，分离快速和慢速回路，可在一定波动范围内实现稳定控制。4、本实用新型为了克服串级控制难以抑制大幅度波动的问题，采用进水负荷和水量的多级前馈补偿，克服进水负荷或者气体流量大幅度波动对生化池溶解氧的影响。5、本实用新型简化了控制策略与装置要求，满足大部分污水处理厂的软硬件基础条件，能够快速和标准化实施；同时预留了高级控制的接口，可扩展高级功能。本实用新型可以广泛应用于污水处理【技术领域】。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是本实用新型的装置整体结构示意图，图中“.~?”表示污水处理工艺过程，“----? ”表控制信号；”表不仪器仪表米样过程;
[0012]图2是本实用新型的方法整体流程示意图；
[0013]图3是本实用新型前馈-反馈综合控制器策略选择示意图。
【具体实施方式】
[0014]本实用新型涉及的污水处理工艺曝气方式主要为鼓风曝气系统。曝气过程是指为满足生化反应对于溶解氧的需求，通过鼓风机向生物处理单元输送空气的过程。曝气过程是污水处理厂最重要的环节之一，直接影响污水处理效果的好坏。若生物池的曝气量不够，则硝化反应不能完全进行；若曝气量过度，水中的溶解氧就会通过回流液抑制反硝化的进行，导致脱氮效果不理想。下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。
[0015]如图1所示，本实用新型提供一种污水处理厂鼓风曝气过程实时控制装置，其包括生物处理单元1、进水水量水质仪表2、综合控制器3、出水水质仪表4、鼓风机5和电动阀门6。其中，在生物处理单元I内还设置有溶解氧仪7和若干气体流量计8，各气体流量计8分别设置在生物处理单元I内的曝气干管和支管上。
[0016]生物处理单元I的入口管路上设置有进水水量水质仪表2，进水水量水质仪表2将在线检测到的生物处理单元I的进水量Q和进水水质信息传输至综合控制器3内。生物处理单元I内设置的溶解氧仪7和气体流量计8将采集到的溶解氧DO值、曝气干管和支管内气体流量DQ值均传输至综合控制器3内。同时，设置在生物处理单元I出口管路上的出水水质仪表4将在线检测到的出水水质信息也传输至综合控制器3内。综合控制器3根据接收到的信息进行前馈-反馈综合调节后输出控制信号，控制鼓风机5、电动阀门6工作，完成对污水处理厂鼓风曝气量的实时控制。其中，进水水质信息包括COD (需氧量)和氨氮的浓度，出水水质信息包括氨氮的浓度。
[0017]上述实施例中，综合控制器3包括前馈补偿模块9、串级反馈控制模块10、反馈补偿模块11和PID控制模块12。前馈补偿模块9用于采集进水水量水质仪表2的进水量Q和进水水质信息、以及溶解氧DO值、曝气干管和支管内气体流量DQ值，并传输至串级反馈控制模块10内；前馈补偿模块9将进水量Q、进水水质、溶解氧DO值和气体流量DQ值计算后与预先设定的阈值进行比较，并向串级反馈控制模块10内输入溶解氧设定值或需气量设定值的前馈补偿调节量。反馈补偿模块11用于采集出水水质仪表4的出水水质信息，并传输至串级反馈控制模块10内；反馈补偿模块11将出水水质信息与预先设定的排放标准进行比较，计算出水氨氮的安全裕量，并向串级反馈控制模块10内输入溶解氧设定值或需气量设定值的反馈补偿调节量。串级反馈控制模块10根据接收到的所有信息对溶解氧DO值进行补偿，根据补偿后溶解氧设定值与实测值的差值计算需气量的设定值，然后由串级反馈控制模块10根据接收信息对需气量设定值进行补偿，并将补偿后的需气量设定值传输至PID控制模块12内处理，由PID控制模块12向鼓风机5、电动阀门6输出控制信号。
[0018]上述各实施例中，进水水量水质仪表2包括进水水量仪表、进水水质仪表、COD在线检测仪和氨氮在线检测仪，其中COD仪可以采用光学法COD在线检测仪，进水水量仪表可以采用电磁流量计。
[0019]上述各实施例中，出水水质仪表4为氨氮在线检测仪。进水水量水质仪表2中的氨氮在线检测仪和出水水质仪表4中的氨氮在线检测仪都可以采用离子选择电极法在线氨氮仪。
[0020]如图2所示，基于污水处理厂鼓风曝气过程实时控制装置，本实用新型的污水处理厂鼓风曝气过程实时控制方法包括以下步骤:
[0021]I)前馈补偿模块9将采集到的进水化学需氧量C0D、氨氮的浓度以及进水量Q进行进水负荷计算，计算结果进行数据质量判断分析，根据计算结果在预设的最优溶解氧数据表格中查找需要的溶解氧设定值，以向串级反馈控制模块10输出溶解氧前馈补偿调节量AD0IN(t);当溶解氧设定值前馈补偿环节被取消时,贝U输出AD0IN(t) =0。
[0022]其中，进水水量水质仪表2采集进水水质信号，与进水量Q和生物处理单元I内的反应池体积一起，计算进水化学需氧量COD负荷Lrai和进水氨氮负荷:
【权利要求】
1.一种污水处理厂鼓风曝气过程实时控制装置，其特征在于:它包括生物处理单元、进水水量水质仪表、综合控制器、出水水质仪表、鼓风机和电动阀门；在所述生物处理单元内还设置有溶解氧仪和若干气体流量计，各所述气体流量计分别设置在所述生物处理单元内的曝气干管和支管上； 所述生物处理单元的入口管路上设置有所述进水水量水质仪表，所述进水水量水质仪表将在线检测到的所述生物处理单元的进水量Q和进水水质信息传输至所述综合控制器内；所述溶解氧仪和气体流量计将采集到的溶解氧DO值、曝气干管和支管内气体流量DQ值均传输至所述综合控制器内；设置在所述生物处理单元出口管路上的所述出水水质仪表将在线检测到的出水水质信息也传输至所述综合控制器内；所述综合控制器根据接收到的信息进行前馈-反馈综合调节后输出控制信号，控制所述鼓风机、电动阀门工作。
2.如权利要求1所述的一种污水处理厂鼓风曝气过程实时控制装置，其特征在于:所述综合控制器包括前馈补偿模块、反馈补偿模块、串级反馈控制模块和PID控制模块；所述前馈补偿模块将采集到的进水水量水质仪表的进水量Q和进水水质信息、以及溶解氧DO值、曝气干管和支管内气体流量DQ值，传输至所述串级反馈控制模块内；所述反馈补偿模块将采集到的出水水质仪表的出水水质信息传输至所述串级反馈控制模块内；所述串级反馈控制模块根据接收到的所有信息对溶解氧DO值进行补偿，根据补偿后溶解氧设定值与实测值的差值计算需气量的设定值，然后由所述串级反馈控制模块根据接收信息对需气量设定值进行补偿，并将补偿后的需气量设定值传输至所述PID控制模块内处理，由所述PID控制模块向所述鼓风机、电动阀门输出控制信号。
3.如权利要求1或2所述的一种污水处理厂鼓风曝气过程实时控制装置，其特征在于:所述进水水量水质仪表包括进水水量仪表、进水水质仪表、COD在线检测仪和氨氮在线检测仪。
4.如权利要求3所述的一种污水处理厂鼓风曝气过程实时控制装置，其特征在于:所述COD仪采用光学法COD在线检测仪，所述进水水量仪表采用电磁流量计，所述氨氮在线检测仪采用离子选择电极法在线氨氮仪。
5.如权利要求1或2或4所述的一种污水处理厂鼓风曝气过程实时控制装置，其特征在于:所述出水水质仪表为氨氮在线检测仪，所述氨氮在线检测仪采用离子选择电极法在线氨氮仪。
6.如权利要求3所述的一种污水处理厂鼓风曝气过程实时控制装置，其特征在于:所述出水水质仪表为氨氮在线检测仪，所述氨氮在线检测仪采用离子选择电极法在线氨氮仪。
【文档编号】C02F3/02GK203613020SQ201320839547
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2013年12月18日 优先权日:2013年12月18日
【发明者】邱勇, 施汉昌, 庞洪涛, 田宇心 申请人:清华大学