申请日2011.03.15
公开(公告)日2012.09.19
IPC分类号G05B19/418
摘要
本发明涉及一种污水处理过程入水流量单位负荷等停留时间优化控制方法包括以下步骤：选定污水处理厂最优工况下的入水流量和入水化学需氧量值;在选定最优工况基础上，计算当前工况的入水流量设定值;建立入水流量设定值控制回路，对上述当前工况的入水流量设定值进行修正，得到修正后的入水流量设定值;在上述修正后的入水流量设定值基础上，建立使入水流量跟随设定值变化的入水流量控制回路。本发明通过入水流量单位负荷等停留时间优化控制，综合考虑处理能力和出水稳定性指标、入水负荷和水力停留时间对出水水质的影响，提高了污水处理系统出水水质指标的稳定性和污水处理系统的处理能力，从而提高了污水处理企业的利润。
权利要求书 [支持框选翻译]
1.一种污水处理过程入水流量单位负荷等停留时间优化控制方法，其特征在于包括以下步骤：
选定污水处理厂最优工况下的入水流量和入水化学需氧量值;
在选定最优工况基础上，计算当前工况的入水流量设定值;
建立入水流量设定值控制回路，对上述当前工况的入水流量设定值进行修正，得到修正后的入水流量设定值;
在上述修正后的入水流量设定值基础上，建立使入水流量跟随设定值变化的入水流量控制回路。
2.按权利要求1所述的污水处理过程入水流量单位负荷等停留时间优化控制方法，其特征在于：所述最优工况下的入水流量和入水化学需氧量值为：选用污水处理厂入水流量和入水化学需氧量的设计值，或者污水处理厂入水流量和入水化学需氧量的统计平均值。
3.按权利要求1所述的污水处理过程入水流量单位负荷等停留时间优化控制方法，其特征在于：所述计算当前工况的入水流量设定值公式为：
式中Q0为最优工况下的入水流量，COD0为最优工况下的入水COD，Q为当前工况的入水流量设定值。
4.按权利要求1所述的污水处理过程入水流量单位负荷等停留时间优化控制方法，其特征在于：所述建立入水流量设定值控制回路的过程为：通过建立污水处理过程模型实现对污水处理过程的出水水质预测，以该出水水质预测值作为反馈值，结合污水处理系统的工艺操作参数，形成入水流量设定值控制回路。
5.按权利要求1所述的污水处理过程入水流量单位负荷等停留时间优化控制方法，其特征在于：所述入水流量控制回路是由设于现场的测量变送仪表采集提升泵流量信号，经过计算处理后，发送控制指令，调节变频器的输出频率，实现对提升泵转速的控制，进而实现对入水流量的控制，跟随上述修正后的入水流量设定值的变化。
6.按权利要求1所述的污水处理过程入水流量单位负荷等停留时间优化控制方法，其特征在于：所述入水流量设定值控制回路中采用出水COD的PI控制器，通过以下公式实现：
其中：
ΔFoodsp(k)=KP_FoodΔeCOD(k)+KI_Food·eCOD(k)
eCOD(k)=CODout，sp(k)-CODout(k)
ΔeCOD(k)=eCOD(k)-eCOD(k-1)
式中Foodsp表示入水有机负荷设定值，与分别表示污水处理厂入水有机负荷的最大值与最小值，ΔFoodsp表示入水有机负荷设定值的修正值;eCOD表示出水COD浓度设定值与预测值的误差，ΔeCOD表示采样时刻eCOD与前一采样时刻的差值，KP_Food和KI_Food分别表示PI控制器比例与积分参数，k，k-1表示离散采样时间，带有k，k-1后缀的符号表示在离散采样时刻的采样值，CODout，sp表示出水COD浓度设定值，CODout表示出水COD浓度预测值。
7.按权利要求1所述的污水处理过程入水流量单位负荷等停留时间优化控制方法，其特征在于：所述入水流量设定值通过以下公式进行修正：
式中λ为调节因子，λ=0-1.0，CODin表示入水COD浓度，Q0为最优工况下的入水流量，COD0为最优工况下的入水COD，Foodsp表示入水有机负荷设定值，QSP表示入水流量设定值。
8.按权利要求1所述的污水处理过程入水流量单位负荷等停留时间优化控制方法，其特征在于：所述入水流量控制回路采用PI控制，通过以下公式实现：
其中：
其中fQ表示变频器频率，与分别表示变频器的最大与最小输出频率，Q0，SP表示入水流量的设定值，Q0为最优工况下的入水流量，KP_Q0和KI_Q0分别表示PI控制器比例与积分参数，ΔfQ表示变频器输出频率修正值，表示最优工况下的入水流量与入水流量的设定值的误差，表示采样时刻与前一采样时刻的差值，k，k-1表示离散采样时间，带有k，k-1后缀的符号表示在离散采样时刻的采样值。
说明书 [支持框选翻译]
污水处理过程入水流量单位负荷等停留时间优化控制方法
技术领域
本发明涉及一种污水处理优化技术，具体的说是一种污水处理过程入水流量单位负荷等停留时间优化控制方法。
背景技术
如何在保证污水处理厂处理能力的前提下提高污水处理系统出水稳定性是一个需要解决的重要的问题。
目前对于入水流量的常用控制方法主要有三种：
一是对流量无控制，即在设计范围内污水来多少进多少，不人为改变污水处理厂的入水流量，这是一种为了处理能力而牺牲出水稳定性的方法，目前很多BOT(Build-Operate-Transfer，建设-经营-转让)经营商为了单纯的追求效益均采用该种方法。该方法能够保证入水流量最大化，但由于没有考虑入水水质和水量对系统的影响，因此出水水质波动较大，容易导致出水水质超标。
二是入水流量定值控制，即控制入水流量恒定，这是一种为了提高出水稳定性而牺牲处理能力的方法。这种控制方法实施简单，但是这种控制方法在当入水COD(Chemical Oxygen Demanded，生化需氧量)发生波动时，由于入水负荷也随之发生波动，因此出水水质的稳定性较差。
三是入水负荷定值控制，即控制(入水流量×入水化学需氧量浓度)恒定，这种方法兼顾了处理能力和出水稳定性，但是实际应用时由于未考虑负荷停留时间，因此出水稳定性较差。
由于入水COD由入水水质决定，污水处理厂无法控制，因此对于入水有机负荷的控制实质上就是对于入水流量的控制。
入水负荷定值控制就是通过调节流量保持入水负荷稳定不变。这种控制方式的缺点是当入水COD变化时，入水流量也发生变化，水力停留时间也会发生变化，这样相同的入水负荷的处理时间是变化的，必然导致出水水质的不稳定。以上三种常见的入水流量控制方法均存在出水水质不稳定的不足。
发明内容
针对现有技术中污水处理过程存在的出水水质不稳定的不足之处，本发明综合考虑处理能力和出水稳定性指标、入水负荷和水力停留时间对出水水质的影响，提供一种提高出水水质稳定性的污水处理过程入水流量单位负荷等停留时间优化控制方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
本发明污水处理过程入水流量单位负荷等停留时间优化控制方法包括以下步骤：
选定污水处理厂最优工况下的入水流量和入水化学需氧量值;
在选定最优工况基础上，计算当前工况的入水流量设定值;
建立入水流量设定值控制回路，对上述当前工况的入水流量设定值进行修正，得到修正后的入水流量设定值;
在上述修正后的入水流量设定值基础上，建立使入水流量跟随设定值变化的入水流量控制回路。
所述最优工况下的入水流量和入水化学需氧量值为：选用污水处理厂入水流量和入水化学需氧量的设计值，或者污水处理厂入水流量和入水化学需氧量的统计平均值。
所述计算当前工况的入水流量设定值公式为：
式中Q0为最优工况下的入水流量，COD0为最优工况下的入水COD，Q为当前工况的入水流量设定值。
所述建立入水流量设定值控制回路的过程为：通过建立污水处理过程模型实现对污水处理过程的出水水质预测，以该出水水质预测值作为反馈值，结合污水处理系统的工艺操作参数，形成入水流量设定值控制回路。
所述入水流量控制回路是由设于现场的测量变送仪表采集提升泵流量信号，经过计算处理后，发送控制指令，调节变频器的输出频率，实现对提升泵转速的控制，进而实现对入水流量的控制，跟随上述修正后的入水流量设定值的变化。
所述入水流量设定值控制回路中采用出水COD的PI控制器，通过以下公式实现：
其中：
ΔFoodsp(k)=KP_Food·ΔeCOD(k)+KI_Food·eCOD(k)
eCOD(k)=CODout，sp(k)-CODout(k)
ΔeCOD(k)=eCOD(k)-eCOD(k-1)
式中Foodsp表示入水有机负荷设定值，与分别表示污水处理厂入水有机负荷的最大值与最小值，ΔFoodsp表示入水有机负荷设定值的修正值;eCOD表示出水COD浓度设定值与预测值的误差，ΔeCOD表示采样时刻eCOD与前一采样时刻的差值，KP_Food和KI_Food分别表示PI控制器比例与积分参数，k，k-1表示离散采样时间，带有k，k-1后缀的符号表示在离散采样时刻的采样值，CODout，sp表示出水COD浓度设定值，CODout表示出水COD浓度预测值。
所述入水流量设定值通过以下公式进行修正：
式中λ为调节因子，λ=0-1.0，CODin表示入水COD浓度，Q0为最优工况下的入水流量，COD0为最优工况下的入水COD，Foodsp表示入水有机负荷设定值，QSP表示入水流量设定值。
所述入水流量控制回路采用PI控制，通过以下公式实现：
其中：
其中fQ表示变频器频率，与分别表示变频器的最大与最小输出频率，Q0，SP表示入水流量的设定值，Q0为最优工况下的入水流量，KP_Q0和KI_Q0分别表示PI控制器比例与积分参数，ΔfQ表示变频器输出频率修正值，表示最优工况下的入水流量与入水流量的设定值的误差，表示采样时刻与前一采样时刻的差值，k，k-1表示离散采样时间，带有k，k-1后缀的符号表示在离散采样时刻的采样值。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.本发明通过入水流量单位负荷等停留时间优化控制，综合考虑处理能力和出水稳定性指标、入水负荷和水力停留时间对出水水质的影响，提高了污水处理系统出水水质指标的稳定性和污水处理系统的处理能力，从而提高了污水处理企业的利润。
