申请日2010.11.15
公开(公告)日2014.04.30
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明提供一种城市污水厂化学除磷剂投加控制方法，其中，所述城市污水厂具有生化池以及化学除磷剂投加系统，该化学除磷剂投加系统的化学除磷剂投加量由以下式确定：其中，Dose：化学除磷剂投加量，m3/h;Q：进水流量，m3/h;k：投药系数，g/m3，代表每立方米化学除磷剂所能去除的磷的重量;P0：进水总磷含量，g/m3;Pout：出水磷含量，g/m3;COD：生化池进水COD，mg/L;NO3：生化池进水硝氮，mg/L;a1：生化池COD的生物除磷系数，常数;a2：生化池硝氮的生物除磷系数，常数;a3：生化池前工艺去除的磷含量，g/m3。
权利要求书
1.一种城市污水厂化学除磷剂投加控制方法，其中，
所述城市污水厂具有生化池以及设置在生化池后端的化学除磷剂投加系统，该化学除磷剂投加系统的化学除磷剂投加量由以下式确定：
其中，
Dose：化学除磷剂投加量，m3/h;
Q：进水流量，m3/h;
k：投药系数，g/m3，代表每立方米化学除磷剂所能去除的磷的重量;
P0：进水总磷含量，g/m3;
Pout：出水总磷含量，g/m3;
COD：生化池进水COD，mg/L;
NO3：生化池进水硝氮，mg/L;
a1：生化池COD的生物除磷系数，常数;
a2：生化池硝氮的生物除磷系数，常数;
a3：生化池前工艺去除的磷含量，g/m3;
所述a1、a2和a3的取值根据Pb、COD、NO3的在实时试验的在线仪表值或历史试验数据通过公式Pb=P0-a1COD-a2NO3-a3建立超定方程组拟合确定得到，其中，Pb：生化池后端磷总量，g/m3;
所述a1、a2、a3的取值范围分别是，
a1:(0，0.1);
a2:(-1，0);
a3:(0，40)。
2.如权利要求1所述的城市污水厂化学除磷剂投加控制方法，其特征在于，
设定出水总磷含量的目标值PSet，在各种化学除磷剂投加量Dose下计算出水总磷含量Pout和上述目标值PSet之间的偏差e，在化学除磷剂投加量Dose与上述偏差e之间建立模糊隶属关系，
根据该模糊隶属关系，在除磷过程中按照使上述偏差e减小的方式反馈调整化学除磷剂投加量Dose。
3.如权利要求2所述的城市污水厂化学除磷剂投加控制方法，其特征在于，
当偏差|e|>0.3时，说明根据偏差e反馈调整化学除磷剂投加量Dose的频率过快，在满足反馈调节时间间隔不小于出水总磷含量的检测时间间隔的前提下，延长反馈调整时间间隔，并减小反馈投药量;
当e始终小于0且<-0.2时,说明投药量偏大,则减小化学除磷剂投加量Dose;
当e始终大于0且>0.2时,说明投药量偏小,则加大化学除磷剂投加量Dose。
4.如权利要求1所述的城市污水厂化学除磷剂投加控制方法，其特征在于，
当运行工况发生较大改变时，对运行工况的历史运行数据进行统计分析，重新确定参数a1、a2、a3以及投药系数k。
说明书
一种城市污水厂化学除磷剂智能投加控制方法
技术领域
本发明涉及污水处理技术，具体涉及一种城市污水厂的化学除磷剂智能投加控制方法及实现该方法的化学除磷剂智能投加控制装置。
背景技术
污水中的磷主要来自生活污水中的含磷有机物、合成洗涤剂、工业废液、化肥农药以及各类动物的排泄物。如果污水未完全处理，磷就会流失到江河湖海，造成水体富营养化。水体的富营养化现象已成为人类所面临的严重的水环境问题之一。
国际上的经验表明，源自城市污水的磷含量约占流入地表水体总磷负荷的三分之一，因此降低城市污水中磷含量是防止水体富营养化的主要途径之一。这里所指的城市污水包括城市生活污水、工业废水和城市径流污水汇流而成的污水。
近年来，随着城市污水和重点工业废水氮、磷污染而导致的我国江河湖海富营养化频繁发生，对城市污水和重点行业工业废水脱氮除磷的技术研发与应用，已经在国内引起了广泛关注。国内建设比较早的污水厂都没有除磷措施，随着《污水排放综合标准》(GB8978-1996)实行，1998年1月1日起建设(包括改建、扩建)的污水厂都要考虑除磷脱氮技术。
除磷方法主要包括生物法、化学法以及化学辅助生物法。据调查统计，国内大部分污水厂一般采用生物法进行污水除磷，而国外污水厂多采用化学法或化学辅助生物法进行污水除磷。
在采用生物法进行污水除磷的情况下，国内外的经验表明，即使生物除磷系统效率很高，处理出的水中的总磷浓度也很难降到0.5mg/L以下(《污水排放综合标准》的一级A标准)，为达到这一严格标准，还必须采取过滤或投加化学药剂等措施。
在采用化学法进行污水除磷的情况下，即，采用仅投加化学药剂的方法可以快速的去除水中的溶解性磷，但是，该方法药剂投加量大，处理成本较高。
生物除磷辅以化学除磷的化学辅助生物法是获得高标准出水水质要求的重要方法。其中，化学除磷部分是通过化学沉析过程完成的，该工艺是将如铁盐、铝盐等无机金属盐药剂或石灰投加到污水中，使其与磷酸盐形成颗粒状、非溶解性的物质。
药剂的投加点可以在一沉池之前、二沉池之前，也可以在两处都投加，也可以投加到三级处理的澄清池之前。在实际的工艺运行中，处理水量和进水水质变化频繁，且生物除磷工艺的效果无法及时检测和评估。如何根据处理水量和进水水质等，快速确定所需的投药量是化学辅助生物法的化学除磷中需解决的关键问题。
现有的化学除磷剂投加控制方法主要包括以下几种：
(1)恒投药量控制
该方法以其操作简单、维护方便，成为是目前国内污水厂广泛采用的方式。然而，在处理水量和进水水质容易变化的情况下，该方法存在药剂过量投加或投加不足，影响出水水质等问题。
(2)前馈投药控制
根据处理水量或处理水量与进水总磷的乘积，定比例的投加化学药剂，当进水水质变化范围小、生物除磷效果稳定的前提下，定比例前馈投投药剂能近似跟随最佳投药量的变化，但当进水水质变化明显时，生化除磷效果亦发生变化，此时，定比例投投药剂的前馈投药控制方法并不能正确跟随投药量的变化需求，容易造成控制过度或不足。
(3)总磷或磷酸盐的反馈控制
该方法所需的检测设备的检测周期较长，且一般放置在厂区出水区域，而药剂的投加点距出水至少有1-2个小时的滞后，甚至更久，因此化学除磷是个大滞后的控制过程。大量的控制实例证明，单纯的反馈控制对大滞后系统起不到较好的控制效果。
(4)前馈-反馈联合投药控制
一般选取进水量作为前馈信息，出水磷含量作为反馈调节信息，此方 法能基本满足污水厂化学除磷的要求，相对于简单前馈控制和反馈控制，在控制出水磷含量和节省药耗方面都起到了较为满意的效果。
前馈-反馈联合投药控制的投药量数学模型如下：
前馈投药量：D1=k×Q
其中：k：投药系数
Q：进水流量
反馈投药量：
其中：Kp，Ki，Kd：PID基本控制参数
e：出水量p含量与目标p含量偏差
总投药量：
上述基于(4)前馈-反馈联合投药控制的化学除磷剂投加控制方法原理简单，易于实现，但存在如下缺点：
(1)控制过程未考虑生物除磷过程，无法使生物除磷和化学除磷很好地协同，导致除磷效果易受进水水质和生物处理工艺波动的影响，出水含磷量波动较大。
(2)由于未考虑生物除磷过程，因此有时药剂投加量比所需的量大，导致药剂浪费，成本提高。
(3)由于有时药剂投入过多，污泥产生量也增多，提高了污泥处理成本。
另一方面，近年来，随着国家对环保问题的重视，各地陆续投资新建了一大批新型的污水厂，配备了包括生化检测参数的检测仪表的大量在线检测仪器仪表。然而，由于控制技术的相对落后，大量的在线检测仪器仪表并不能得到有效的利用。如何及时有效的利用生化检测参数等信息，提高生物除磷辅以化学除磷方法中的化学除磷的控制效果，从而在保证出水水质达标的情况下减少药耗成为亟待解决的问题。
发明内容
鉴于以上的以往技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种城市污水厂化学除磷剂投加控制方法，其中，所述城市污水厂具有生化池以及化学除磷剂投加系统，该化学除磷剂投加系统的化学除磷剂投加量由以下式确定：
其中，
Dose：化学除磷剂投加量，m3/h;
Q：进水流量，m3/h;
k：投药系数，g/m3，代表每立方米化学除磷剂所能去除的磷的重量;
P0：进水总磷含量，g/m3;
Pout：出水总磷含量，g/m3;
COD：生化池进水COD，mg/L;
NO3：生化池进水硝氮，mg/L;
a1：生化池COD的生物除磷系数，常数;
a2：生化池硝氮的生物除磷系数，常数;
a3：生化池前工艺去除的磷含量，g/m3。
本发明还提供一种城市污水厂化学除磷剂投加控制方法，其中，所述城市污水厂具有生化池以及化学除磷剂投加系统，该化学除磷剂投加系统的化学除磷剂投加量由以下式确定：
其中，
Dose(t)：t时刻的化学除磷剂投加量，m3/h;
Q：进水流量，m3/h;
k：投药系数，g/m3，代表每立方米化学除磷剂所能去除的磷的重量;
P0：进水总磷含量，g/m3;
Pout：出水总磷含量，g/m3;
COD：生化池进水COD，mg/L;
NO3：生化池进水硝氮，mg/L;
a1：生化池COD的生物除磷系数，常数;
a2：生化池硝氮的生物除磷系数，常数;
a3：生化池前工艺去除的磷含量，g/m3;
t1：进水流量相对于投药点时刻t的超前时间，s;
t2：生化池参数测定相对于投药点的超前时间，s;
t3：出水总磷含量测定相对于投药点的滞后时间，s。
在上述城市污水厂化学除磷剂投加控制方法中，所述a1、a2、a3的优选取值范围分别是，a1：(0，0.1);a2：(-1，0);a3：(0，40)。
在上述城市污水厂化学除磷剂投加控制方法中，优选设定出水总磷含量的目标值PSet，在各种化学除磷剂投加量Dose下计算出水总磷含量Pout和上述目标值PSet之间的偏差e，在化学除磷剂投加量Dose与上述偏差e之间建立模糊隶属关系，根据该模糊隶属关系，在除磷过程中按照使上述偏差e减小的方式反馈调整化学除磷剂投加量Dose。
在上述城市污水厂化学除磷剂投加控制方法中，当偏差|e|>0.3时，说明根据偏差e反馈调整化学除磷剂投加量Dose的频率过快，在满足反馈调节时间间隔不小于出水总磷含量的检测时间间隔的前提下，延长反馈调整时间间隔，并减小反馈投药量;当e始终小于0且<-0.2时，说明投药量偏大，则减小化学除磷剂投加量Dose;当e始终大于0且>0.2时，说明投药量偏小，则加大化学除磷剂投加量Dose。
在上述城市污水厂化学除磷剂投加控制方法中，优选当运行工况发生较大改变时，对运行工况的历史运行数据进行统计分析，重新确定参数a1、a2、a3以及投药系数k。
本发明还提供一种城市污水厂化学除磷剂投加控制装置，其中，所述城市污水厂具有生化池以及化学除磷剂投加系统，该化学除磷剂投加系统的化学除磷剂投加量由以下式确定：
其中，
Dose：化学除磷剂投加量，m3/h;
Q：进水流量，m3/h;
k：投药系数，g/m3，代表每立方米化学除磷剂所能去除的磷的重量;
P0：进水总磷含量，g/m3;
Pout：出水总磷含量，g/m3;
COD：生化池进水COD，mg/L;
NO3：生化池进水硝氮，mg/L;
a1：生化池COD的生物除磷系数，常数;
a2：生化池硝氮的生物除磷系数，常数;
a3：生化池前工艺去除的磷含量，g/m3。
本发明孩童一种城市污水厂化学除磷剂投加控制装置，其中，所述城市污水厂具有生化池以及化学除磷剂投加系统，该化学除磷剂投加系统的化学除磷剂投加量由以下式确定：
其中，
Dose(t)：t时刻的化学除磷剂投加量，m3/h;
Q：进水流量，m3/h;
k：投药系数，g/m3，代表每立方米化学除磷剂所能去除的磷的重量;
P0：进水总磷含量，g/m3;
Pout：出水总磷含量，g/m3;
COD：生化池进水COD，mg/L;
NO3：生化池进水硝氮，mg/L;
a1：生化池COD的生物除磷系数，常数;
a2：生化池硝氮的生物除磷系数，常数;
a3：生化池前工艺去除的磷含量，g/m3;
t1：进水流量相对于投药点时刻t的超前时间，s;
t2：生化池参数测定相对于投药点的超前时间，s;
t3：出水总磷含量测定相对于投药点的滞后时间，s。
在上述城市污水厂化学除磷剂投加控制装置中，所述a1、a2、a3的优选取值范围分别是，a1：(0，0.1);a2：(-1，0);a3：(0，40)。
在上述城市污水厂化学除磷剂投加控制装置中，优选设定出水总磷含量的目标值PSet，在各种化学除磷剂投加量Dose下计算出水总磷含量Pout和上述目标值PSet之间的偏差e，在化学除磷剂投加量Dose与上述偏差e之间建立模糊隶属关系，根据该模糊隶属关系，在除磷过程中按照使上述偏差e减小的方式反馈调整化学除磷剂投加量Dose。
根据本发明的城市污水厂化学除磷剂投加控制方法及其装置，可以得到如下的技术效果。
(1)由于在确定化学除磷剂的投加量时充分考虑了生物除磷的过程，因此能够很好地使生物除磷和化学除磷协同工作，使除磷效果不容易受进水水质和生物处理工艺波动的影响，出水含磷量波动变小。
(2)由于考虑了生物除磷过程，因此药剂投加量更为准确，从而能够减少药剂的浪费，降低了运行成本。
(3)由于仅投加适量的药剂，因此污泥产生量不会增多，降低了污泥处理成本。
