申请日2014.09.24
公开(公告)日2015.01.21
IPC分类号G05B19/418
摘要
本实用新型涉及一种污水处理厂曝气总量的精确控制系统，包括进水COD仪、进水氨氮在线监测仪、进水流量计、溶解氧在线监测仪、出水氨氮在线监测仪、中心PLC和若干台鼓风机，进水COD仪、进水氨氮在线监测仪、进水流量计、溶解氧在线监测仪和出水氨氮在线监测仪并联后与中心PLC连接，中心PLC与若干台鼓风机连接;中心PLC分别采集有主次之分，但又相互关联的出水氨氮、DO值、进水COD和氨氮、进水水量四种变量信号，所述四种变量信号构成独立的调节周期通过中心PLC控制调整鼓风机总风量的精确控制系统。有益效果：本系统提高了整个系统运行的稳定性，节约了曝气量，大大减弱了单台仪表的故障或测量误差对系统判断结果的影响，保证整个系统的稳定运行。
权利要求书
1.一种污水处理厂曝气总量的精确控制系统，其特征是：包括进水 COD仪、进水氨氮在线监测仪、进水流量计、溶解氧在线监测仪、出水氨 氮在线监测仪、中心PLC和若干台鼓风机，所述进水COD仪、氨氮在线监 测仪、进水流量计、溶解氧在线监测仪和出水氨氮在线监测仪并联后与中 心PLC连接，所述中心PLC与若干台鼓风机连接;所述中心PLC分别采集 分别具有独立调节周期和调节幅度的四种变量信号，即出水氨氮、DO值、 进水COD和氨氮、进水水量具有主次之分，且又相互关联的四种变量信号， 四种变量信号通过中心PLC统一调配，最终实现中心PLC控制调整鼓风机 总风量的精确控制。
2.根据权利要求1所述的污水处理厂曝气总量的精确控制系统，其 特征是：所述进水流量计测量误差小于1%;所述进水COD仪、进水氨氮在 线监测仪的测量周期小于24h，测量误差小于15%;所述溶解氧在线监测 仪的测量误差小于0.1mg/L;所述出水氨氮在线监测仪的周期小于12h， 测量误差小于0.2mg/L。
3.根据权利要求1或2所述的污水处理厂曝气总量的精确控制系统， 其特征是：所述鼓风机与中心PLC连接后，向中心PLC提供远程启停信号 地址或接受远程启停信号、风量大小调整的信号地址以及接受风量调整信 号，并将风量大小信号实时传送到PLC上。
4.根据权利要求3所述的污水处理厂曝气总量的精确控制系统，其 特征是：所述流量计采用随机电磁流量计，其测量变送器与探头一体，通 过通讯电缆与中心PLC相连，即可将测量信号实时传送到PLC上。
说明书
污水处理厂曝气总量的精确控制系统
技术领域
本实用新型属于污水处理系统，尤其涉及一种污水处理厂曝气总量 的精确控制系统。
背景技术
污水处理厂的污水处理工艺一般来说，分为三步：预处理(一级处 理，物理处理)：主要是指去除大粒径的物质也去除部分的有机物质，比 如树叶，水中的塑料袋，沙粒等，一般使用格栅间(粗，和细的)，沉砂 池，沉淀池。二级处理(主体工艺)：二级处理区：污水处理过程的核心 区域，也是污染物去除量最大的区域，通过鼓风机向曝气池供氧，曝气池 中的活性污泥通过厌氧、缺氧、好氧的过程将COD、BOD、SS、氨氮、 TN、TP进行大幅度去除，在这一过程鼓风机房供气量的多少直接影响到 上述各污染物指标的去除量;活性污泥和处理结束后污水的混合液在二沉 池得以沉淀，上清液进入下一流程，污泥则在底部收集返回生物反应池。 三级处理(深度处理)。
二级处理时，采用好氧活性污泥法或生物膜法处理污水时，鼓风机是 污水处理厂能耗最高的设备，因此风量控制是污水处理厂工艺管理中的重 中之重，同时由鼓风曝气所产生的电力成本也是污水处理厂运行的主要成 本，一般可以占到总成本的20%-40%，是污水处理过程中的主要成本之一。 所以对现有的在线监测设备进行分析，进而合理的控制鼓风机的鼓风量对 控制污水处理成本有着非常大的意义。同时，由于国家对污水处理厂出水 氮磷的要求提高了，而过量曝气则非常不利于氮磷的达标，因此严格的控 制曝气量对于总氮、总磷的达标以及防止下游受纳水体发生水华或赤潮等 恶劣的公共污染事件也有着重大的意义。
目前我国污水处理厂的工艺控制方法部分采用人工控制，还有部分采 用进口的模型计算或溶解氧反馈式的风量自动控制系统。人工控制就是工 艺工程师根据各项在线数据和化验数据进行判断鼓风机风量调整的方向 和幅度。人工方法人为因素过多，操作人员技术条件要求较高，同时，调 整频次较低，一般能做到一天1-2次。人工控制由于掺杂了过多的人为因 素，存在控制过程较随意难以时刻顾全所有影响因素，同时人工的调节也 难以达到24小时不间断执行，而且工艺控制人员的水平也是良莠不齐容 易出现误判影响工艺达标或造成能源浪费;
模型计算的控制方式曾经风靡一时，好多污水处理厂不惜重金从国外 引进计算模型，大多是对污水处理厂进行数学建模，将建模者认为的所有 影响鼓风机风量的因子输入其中，如进水的水量、COD、氨氮、温度、pH、 气压等等。这些影响因子又基本上全部采用在线仪表测量。再根据一系列 的理论公式或经验公式进行程序计算，得出某一时刻鼓风机应该输出的风 量值。模型计算型的自控系统采用实时分析进水水质水量各项参数，根据 一系列的理论公式得出某一时刻的工艺风量，这种控制方式的问题在于过 分依赖在线仪表的准确性，经常会因为1台仪表的误差或故障而带来蝴蝶 效应，导致整个计算过程与实际需求值大相径庭，因此这类自控装置在国 内很少有成功应用的实例，同时，由于实际上影响风量的因素极其复杂， 如氧传递效率、曝气孔堵塞情况等不可测或不可控因素也会对风量产生影 响，因此，这种模型很难将所有因素考虑周全，据此计算出的风量也难以 与实际需求量保持吻合，所以在国内这种控制方式很少有成功应用的工程 实例;
溶解氧反馈式的控制方式依靠生物池设置的1台或多台在线溶氧仪的 测定值以及设定的目标溶氧值进行比较，反馈调节鼓风量。溶解氧反馈式 的自控系统相当于根据效果判定需求，虽然能够在一定程度上避免影响因 素考虑不周的问题，但该控制方式相当于将溶解氧作为控制的唯一判断依 据，在执行过程中存在调节过于滞后及对总风量没有调节或能力不佳问 题，尤其难以适应来水水质及水量变化较大的情况，同时对溶氧仪的依赖 性过强，一台溶氧仪的故障就可能导致整个系统瘫痪。污水处理厂亟待解 决曝气总量的精确控制难题，期待降低污水处理成本，以满足日益猛增的 污水处理量的需求。
实用新型内容
本实用新型是为了克服现有技术中的不足，提供一种污水处理厂曝气 总量的精确控制系统，引入自适应控制的理念，在风量的确定上反其道而 行之，即在采用进水水质水量参数作为基础的同时，又大幅度降低其权重 作为风量调整预判的依据，而是根据风量作用后的效果来判断当前鼓风机 的风量高或低，进而根据判断结果对风机进行固定的较小步幅的调整，使 得风量不断趋于合理值。既能有效解决人工工艺调整时存在的随意性和调 节频次低的问题;同时又解决了现有自动调节系统过分依赖在线仪表准确 性、难以照顾到所有影响因素、对来水水质水量变化适应能力差以及调节 过于滞后的问题。
本实用新型为实现上述目的，通过以下技术方案实现，一种污水处理 厂曝气总量的精确控制系统，包括进水COD仪、进水氨氮在线监测仪、进 水流量计、溶解氧在线监测仪、出水氨氮在线监测仪、中心PLC和若干台 鼓风机，所述进水COD仪、氨氮在线监测仪、进水流量计、溶解氧在线监 测仪和出水氨氮在线监测仪并联后与中心PLC连接，所述中心PLC与若干 台鼓风机连接;所述中心PLC分别采集分别具有独立调节周期和调节幅度 的四种变量信号，即出水氨氮、DO值、进水COD和氨氮、进水水量具有主 次之分，且又相互关联的四种变量信号，四种变量信号通过中心PLC统一 调配，最终实现中心PLC控制调整鼓风机总风量的精确控制。
所述进水流量计测量误差小于1%;所述进水COD仪、进水氨氮在线 监测仪的测量周期小于24h，测量误差小于15%;所述溶解氧在线监测仪 的测量误差小于0.1mg/L;所述出水氨氮在线监测仪的周期小于12h，测 量误差小于0.2mg/L。
所述鼓风机与中心PLC连接后，向中心PLC提供远程启停信号地址 或接受远程启停信号、风量大小调整的信号地址以及接受风量调整信号， 并将风量大小信号实时传送到PLC上。
所述流量计采用随机电磁流量计，其测量变送器与探头一体，通过 通讯电缆与中心PLC相连，即可将测量信号实时传送到PLC上。
有益效果：与现有技术相比，本实用新型将污水处理厂运行中的影 响因子确定为五个，通过将这五种影响因子的工艺原理与自适应控制原理 形成曝气总量精确控制的逻辑关系。将五种影响因子分为有主次之分，但 又相互关联的出水氨氮、DO值、进水COD和氨氮、进水水量四种变量信号， 根据污水处理工艺原理将各类因子进行影响权重和调节周期的分配，分别 参与风量的精确调控，使风量自动接近最合理值。在提高TN、TP等水质 指标处理效果的同时还能降低污水处理厂运行的电耗和药耗，在改善水环 境和降低污水处理的成本方面有较大的效果。本系统提高了整个系统运行 的稳定性，节约了曝气量，大大减弱了单台仪表的故障或测量误差对系统 判断结果的影响。
