申请日2013.12.18
公开(公告)日2014.05.28
IPC分类号C02F3/12; C02F3/02
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。
权利要求书
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。
说明书
一种污水处理厂鼓风曝气过程实时控制装置
技术领域
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
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。
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：(1)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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
