专利名称：一种生物脱氮除磷中污泥龄的自动控制系统及方法
技术领域：
本发明属于环境工程领域，自动控制专业。
背景技术：
目前污水厂对于污泥龄的计算还仅仅停留在手工计算，一周、半个月甚至更长计 算一次；对于剩余污泥的排放也仅凭经验操作，这很大程度上影响出水水质的稳定性。由于 污泥龄的计算主要是根据每天取样化验的化验值来进行计算，大部分的污水处理厂一般情 况下一天只取一个样品进行化验，取样时间也相对固定，比如说每天上午10点取样。这样 就造成一个问题，当污水进水水质发生变化时，会影响整个处理系统相关参数的变化，固定 时间取样的方法在水质参数发生变化的情况下无法反映一整天的水质参数情况，以单个或 有限的几个样品化验值来进行泥龄计算得出的结果将很难接近处理系统的真实泥龄值，以 此泥龄值来指导派泥也将失去意义。
发明内容
本发明涉及一种生物脱氮除磷中污泥龄的自动控制系统及方法，污泥龄自动控制
系统主要包括现场仪表、数据传输单元、数据采集处理单元、现场执行机构。其中现场仪表
包括进水流量计、曝气池污泥浓度计、回流污泥浓度计、剩余污泥流量计、剩余污泥浓度计、
出水浊度计。数据传输单元为485接口的无线AP模块。数据采集处理单元为嵌入式处理
系统。执行机构为远程I/O控制的执行器单元。污泥龄自动控制系统的主要原理是通过检
测系统内相关参数如曝气池污泥浓度、剩余污泥排放流量、出水悬浮固体浓度等。通过控制
单元计算后和目标泥龄进行对比，通过控制污水处理系统的排泥体积使实际泥龄调整到设
定的泥龄范围内，使硝化和除磷同时得到满足。系统内的污泥龄可通过下式进行控制 (XxVt)Ts = —~,
(QSxXr+QxXE)式中TS为泥龄/d ；X为曝气池的污泥浓度，kg/m3 ;VT为曝气池总体积，m3 ；Qs为每 天排出的剩余污泥体积，m3/d ；Xe为剩余污泥浓度，kg/m3 ；Q为设计污水流量，m3/d ；Xe为二 沉池出水的悬浮固体浓度，kg/m3。采用上述方案后，本发明的一种生物脱氮除磷中污泥龄的自动控制系统及方法， 与现有技术相比，具有如下优点(1)采用智能控制器对污泥进行自动测量，节省了人力(2)采用泥龄自动控制计算单元，实现污水处理厂泥龄相关参数的实时测量和记 录，随时更新处理系统的泥龄值；(3)根据目标设定值自动控制排泥，使泥龄稳定在合理的范围内；(4)数字传输模块视距良好状态下传输距离能达到1000米，很好的满足了系统信 号传输要求。(5)集成控制器提供多种I/O接口，内置以太网连接和A/D转换器以及触摸屏功能，结构紧凑、操作方便。具体实施例方式下面结合附图进一步说明本发明生物脱氮除磷中污泥龄的自动控制系统及方法 的工作过程。本发明涉及的工艺采用的上限曲线Fa(t) =me_nt，下限曲线Fb(t) = pe-、中m、n、 P、q的取值范围分别为18 22、0· 03 0. 06、20 洸、0. 062 0. 065，目标泥龄曲线F。(t) =[Fa(t)+Fb(t)]/2 ；t为实测的水温，比较间隔时间T2取值范围为1 M小时，排泥时间 t0取值范围为1 M小时。曝气池污泥浓度在2g/L左右，剩余污泥浓度在4. 5g/L左右。 首先，对SRT系统设定随着温度变化的理论好氧泥龄的上限曲线Fa(t)、下限曲线Fb(t)，设 定比较间隔时间T2,曝气池体积V，排泥时间、，并将以上数据通过PLC控制柜8进行程序 编写，通过转换器9与SRT系统连接。SRT主机启动，根据上述目标泥龄曲线F。(t)，设定泥龄控制器1的值；排泥泵2开 启，进行排泥，频率设定为Iv排泥时间、；根据混合液悬浮污泥浓度计3反馈的曝气池污 泥浓度值X和温度值，以及预设的曝气池体积Vt ；通过剩余污泥浓度计4测得剩余污泥浓度 Xe,进水流量计7测得设计污水流量Q，出水浊度计5测出二沉池出水的悬浮固体浓度& ；测 定数据通过无线信号发射器11发讯，无线信号接收器10接收信息传送给SRT主机；PLC控
制器8根据公式& = (nγ、进行计算，并将计算结果通过转换器9控制SRT主
机；SRT主机计算出实际好氧污泥龄，通过排泥流量计6显示，并将其与设定的理论好氧泥 龄上下限曲线Fa(t)和Fb(t)进行比较，当高于上限Fa(t)或低于下限Fb(t)时，依据F。(t) 重新计算&，否则，维持Iitl不变，修正排泥泵2频率Iltl的值和排泥时间、的值，最终确定为 每天排出的剩余污泥体积延，来控制排泥泵2。
图1为本发明自动控制器结构示意2为本发明整体模块应用原理3为本发明试验理论曲线与实际曲线其中，附图标记1 泥龄控制器；2 排泥泵；3 混合液悬浮污泥浓度计；4 剩余污 泥浓度计，5 出水浊度计；6 排泥流量计；7 进水流量计；8 =PLC控制器；9 转换器；10 无 线信号接收器；11 无线信号发射器本实施方式以北京高碑店污水处理厂污水为研究对象，对生物脱氮除磷中污泥龄 的自动控制系统及方法进行了试验验证与实施研究。试实验设备按6m3/h设计，厌氧区、 缺氧区、好氧区采用分格形式，每一个的名义水力停留时间为0.证。图3为2007年1月至 2007年12月泥龄控制曲线。试验结果表明本发明的自动控制系统及方法能够自动测量计 算污泥龄并根据设定的泥龄自动控制剩余污泥排放，通过对污泥龄的控制，使实际泥龄较 好的跟踪目标泥龄，最大误差为9%。通过控制泥龄值，使得硝化和除磷同时得到满足，能够 提高工艺运行效率，减少排泥泵的能耗。
权利要求
1.本发明涉及一种生物脱氮除磷中污泥龄的自动控制系统及方法，污泥龄自动控制系 统主要包括现场仪表、数据传输单元、数据采集处理单元、现场执行机构。其中现场仪表包 括进水流量计、曝气池污泥浓度计、回流污泥浓度计、剩余污泥流量计、剩余污泥浓度计、出 水浊度计。数据传输单元为485接口的无线AP模块。数据采集处理单元为嵌入式处理系 统。执行机构为远程I/O控制的执行器单元。污泥龄自动控制系统的主要原理是通过检测 系统内相关参数如曝气池污泥浓度、剩余污泥排放流量、出水悬浮固体浓度等。通过控制单 元计算后和目标泥龄进行对比，通过控制污水处理系统的排泥体积使实际泥龄调整到设定 的泥龄范围内，使硝化和除磷同时得到满足。系统内的污泥龄可通过下式进行控制 式中TS为泥龄/d ；X为曝气池的污泥浓度，kg/m3 ;VT为曝气池总体积，m3 ;QS为每天排 出的剩余污泥体积，m3/d ；Xe为剩余污泥浓度，kg/m3 ；Q为设计污水流量，m3/d ；Xe为二沉池 出水的悬浮固体浓度，kg/m3。
2.根据权利要求1所述的一种生物脱氮除磷中污泥龄的自动控制系统及方法，其特征 在于应用程序设计的方法，自动设定氧泥龄的上限曲线Fa(t)、下限曲线Fb(t)，比较间隔时 间T2，系统启动，开启排泥泵进行排泥，到达T2后，计算出实际好氧污泥龄F。(t)，与设定的 理论好氧泥龄上下限曲线Fa (t)和Fb(t)进行比较，依据F。(t)重新计算排泥泵频率hQ，达 到理想排泥量。
3.根据权利要求1所述的一种生物脱氮除磷中污泥龄的自动控制系统及方法，其特征 在于采用无线数据传输模式，数据传输距离可达1000m。
全文摘要
一种生物脱氮除磷中污泥龄的自动控制系统及方法，污泥龄自动控制系统主要包括现场仪表、数据传输单元、数据采集处理单元、现场执行机构。其中现场仪表包括进水流量计、曝气池污泥浓度计、回流污泥浓度计、剩余污泥流量计、剩余污泥浓度计、出水浊度计。数据传输单元为485接口的无线AP模块。数据采集处理单元为嵌入式处理系统。执行机构为远程I/O控制的执行器单元。污泥龄自动控制系统的主要原理是通过检测系统内相关参数如曝气池污泥浓度、剩余污泥排放流量、出水悬浮固体浓度等。通过控制单元计算后和目标泥龄进行对比，通过控制污水处理系统的排泥体积使实际泥龄调整到设定的泥龄范围内，使硝化和除磷同时得到满足。系统内的污泥龄可通过下式进行控制本发明能够实现污泥龄控制的完全自动化，简单易行，值得大力推广。
文档编号G05B19/418GK102087523SQ20091024138
公开日2011年6月8日 申请日期2009年12月8日 优先权日2009年12月8日
发明者李家文, 田媛, 邢家乐 申请人:机科发展科技股份有限公司