申请日2007.08.14
公开(公告)日2010.11.10
IPC分类号G05B19/04
摘要
本发明公开了一种污水处理智能管理系统，它包括：数据采集装置、数据处理装置、实时控制装置、数据存储装置，工艺数学模型装置及智能控制装置;数据存储装置把这些数据贮存起来，实时控制装置进行实时控制计算，将计算后的调节量通过输出接口实时控制运行的设备，并将计算后的值输入所述数据存储装置中。工艺数学模型装置根据处理后的数据进行工艺优化和改进的计算，计算出最佳的运行数值送给所述智能控制装置进行智能控制运算，并从数据存储装置中调出知识和经验计算出最佳控制值至输出接口对相应设备进行控制和调节，并把控制值送给数据存储装置进行贮存。
权利要求书
1.一种污水处理智能管理系统，其特征在于，它包括：
——把污水处理过程中的所有运行参数包括进水流量、COD/BOD、TN、TP、TKN、PH、DO、ORP、水温和工艺设备运行工况全部采集进来的数据采集装置;
——把数据采集装置送来的数据逐一进行处理的数据处理装置;
——从数据处理装置送来的数据与原设定值进行比较，计算出偏差，根据偏差来计算调节量并实时控制运行设备的实时计算控制装置;
——存储系统所有采集和运算结果的数据、各种污水处理工艺的经验知识等数据及表格，方便其他装置调用的数据存储装置;及
——用来核算污水处理过程是否处在最佳运行状态，并能用来进行污水处理厂的工艺设计，污水处理工艺优化和污水处理运行模式的改进的工艺数学模型装置;
——把工艺数学模型计算出来的数值进行汇总后用智能模糊控制方法进行运算，计算出的控制调节值输送到系统的输出接口对相应设备进行控制和调节的智能控制装置;
所述数据采集装置将采集到的系统的参数由所述数据处理装置进行处理，将处理后的结果传输给所述实时计算控制装置和所述工艺数学模型装置以及所述数据存储装置;所述实时计算控制装置进行计算，将计算后的控制调节值通过输出接口实时控制运行的设备并将计算后的值输入所述数据存储装置中，所述工艺数学模型用来核算污水处理工艺参数是否处在最佳运行状态，如果不是则会计算出数值送给智能控制装置;所述智能控制装置将从工艺数学模型输入的数值与调用的所述数据存储装置中存储的数据进行分析汇总后进行智能运算计算出控制调节值由输出接口控制相应的污水处理设备。
2.如权利要求1所述的污水处理智能管理系统，其特征在于，它还包括
——用于显示当前采集到数据的数据图形显示装置，所述数据图形显示装置与所述数据存储装置连接。
3.如权利要求1所述的污水处理智能管理系统，其特征在于，它还包括
——报表打印装置，所述报表打印装置与所述数据存储装置连接。
说明书
污水处理智能管理系统
技术领域
本发明涉及一种智能管理系统，特别涉及一种污水处理工艺的改进和智能控制相结合的污水处理智能管理系统。
背景技术
污水处理是一个新兴的行业，污水处理的许多理论尚在发展并有待进一步完善。对于城市污水处理而言，由于生化处理技术在目前城市污水处理厂的建设和运行方面有着无可争辩的技术经济优势，国内外绝大多数的城市污水处理厂都采用了生化处理技术，而生化处理系统就成为了城市污水处理厂的核心所在。
生化处理技术用于污水处理迄今虽然已有百年历史，但其相关的基础理论却是在近二十余年中逐步得到基本的确立。长期以来，城市污水生化处理系统的工艺设计基本都是通过由有机负荷为单一变量的经验法进行设计的，有关的参数也主要由以往工程的经验得出。这样的设计方法，一方面忽视了污水中氮磷污染物浓度不同带来的影响，另一方面已在运行的生化处理系统不能根据本身特点和环境条件的变化调整运行参数，使本可灵活运行的系统成为死板的机械模式。近年来，污水生化处理的基本理论业已基本成熟，但错误的设计理念还在继续，一些由国外商家主导的“模式工艺”仍大行其道，使得先进的工艺理念的推广受到严重的阻碍。
由于城市污水在原水水质和处理要求方面有着普遍的共性，虽然目前用于城市污水处理的生化工艺技术在名称和外在形式上形形色色，但就主要的机理而言却大同小异，甚至可以说是基本一致，根据现有的工艺理论已为建立一个粗放型的工艺数学模型提供了基本的理论基础，为进行污水处理智能管理系统研究的思想基础和基本依据。
申请日为1999年11月1日，公开号为CN1110962A的中国发明专利公开了一种用于市政污水处理系统中的鼓风曝气自动反馈控制系统，该系统实质是在污水处理中探测D01、D02、COD、PH等参数，通过上述探测的参数在电脑中计算出氧气需求量，电脑将氧气需求量变为对变频器的控制信号，用控制变频器的方式控制鼓风机的转速，从而控制曝气量;这种方法只有一个反馈控制系统，而从鼓风机转速的变化到曝气需求量变需要一个时间过程，导致经常出现鼓风机转速的变化到曝气需求量不匹配、曝气效果不佳等现象。
申请日为2002年12月15日，公开号为CN1387099A的中国发明专利公开了一种SBR工艺模糊控制方法及控制装置，方法步骤如下：(1)测定计算曝气量的参数;(2)将参数输入模糊控制装置主机;(3)将参数数学信号转换成模糊控制信号;(4)将模糊控制信号输出至执行机构;(5)执行机构指挥曝气继电器、进水继电器、出水继电器对污水处理系统的曝气量和反应时间进行在线控制。这种技术方案与上述专利的技术方案相同，只是参数多测定了几种，控制方案还只有一个反馈控制系统。
申请号为200510021025.0的发明专利公开了一种曝气量多变量多系统智能式控制系统，采用前馈控制系统和反馈控制系统，然后通过加法器把二个控制系统所需的需氧量加起来控制供氧设备。其目的是通过各种控制方法控制供氧量，由于溶解氧在各段处理过程中的DO???值是固定的，其目的主要是节约供氧量，但其节能降耗效果甚微，根本无法解决减排。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种污水处理智能管理系统，从污水处理工艺理论着手，运用数学模型，对现行工艺进行智能优化和改进再结合智能控制方法，对污水处理全过程进行智能控制。
本发明所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实现：
一种污水处理智能管理系统，其特征在于，它包括：
——把污水处理过程中的所有运行参数包括：进水流量、COD/BOD、TN、TP、TKN、SS、PH、水温和工艺设备运行工况全部采集进来的数据采集装置;
——把数据采集装置送来的数据逐一进行处理的数据处理装置;
——从数据处理装置送来的数据与原设定值进行比较，计算出偏差，根据偏差来计算调节量并实时控制运行设备的实时控制装置;
——存储系统所有采集和运算结果的数据、各种污水处理工艺的经验知识等数据及表格，方便其他装置调用的数据存储装置;
——用来核算污水处理过程是否处在最佳运行状态，并能用来进行污水处理厂的工艺设计，污水处理工艺优化和污水处理运行模式的改进的工艺数学模型装置;
——把工艺数学模型计算出来的一些数值进行汇总后用智能模糊控制方法进行运算，计算出的变量输送到系统的输出接口对相应设备进行控制和调节的智能控制装置;
所述数据采集装置将采集到的系统的参数由所述数据处理装置进行处理，将处理后的结果传输给所述实时计算控制装置和所述工艺数学模型装置以及所述数据存储装置中。所述实时计算控制装置进行计算，将计算后的调节量通过输出接口实时控制运行的设备并将计算后的值输入所述数据存储装置中，所述工艺数学模型用来核算污水处理工艺参数是否处在最佳运行状态，如果不是则会计算出一些数值送给智能控制装置。所述智能控制装置从工艺数学模型输入的一些数值并调用所述数据存储装置中存储的数据进行分析汇总后进行智能运算计算出控制调节值由输出接口控制相应的污水处理设备。
所述污水处理智能管理系统还包括一用于显示当前采集到数据的数据图形显示装置，所述数据图形显示装置与所述数据存储装置连接。
所述污水处理智能管理系统还包括一报表打印装置，所述报表打印装置与所述数据存储装置连接，方便将所述数据存储装置中的数据打印出来。
本发明的理论基础如下：
虽然城市污水的原水水质因各种因素的影响在不断发展变化，但所面临的主要处理对象仍是有机物、氮及磷等污染物，因此，与有机物、氮及磷等有关的CODcr、BOD5、TN、NH3-N及TP等指标也是污水处理出水的主要监控对象。
污水中的有机污染物的去除主要是通过微生物的好氧与缺氧降解及与之有关的生物吸附及生物絮凝来进行的。对于污水中愈来愈多的难降解有机物，可通过厌氧水解提高或改善其可生化性，但最终降解仍需通过好氧或缺氧处理来完成。
氮的去除是遵循自然界氮循环的机理，通过人工控制强化处理效果来进行的。其过程一般是：首先在好氧条件下通过硝化菌将污水中的氨氮转化为硝酸氮(NOX--N)，然后在缺氧条件下，通过反硝化菌，利用水中碳源或以生物污泥为碳源将硝酸氮还原为氮气从水中逸出，从而达到脱氮的目的。在生物脱氮过程中，要将硝酸氮还原为氮气，除了必须具备适当的环境条件外，还必须有充足的碳源充当电子供体。一般认为，污水的硝化过程总是在碳化过程之后进行的，因此在进行生物脱氮时可采用两种方式提供碳源：其一是利用原水中的有机物作碳源脱氮，通过硝化液回流来实现脱氮，A/O法及其衍生工艺是其典型代表;其二则是利用生物污泥作碳源脱氮。由于利用生物污泥作碳源脱氮不但效率低且会导致泥水分离困难，在实际应用中一般很少使用。各种所谓的脱氮工艺虽然在构造形式和工艺名称上花样百出，然而万变不离其宗，就工艺过程原理而言，均不出上述两种方法的范畴。
生物除磷是在厌氧条件下聚磷菌利用污水中易降解有机物大量合成PHB(聚β羟丁酸)，同时释放体内的磷，在好氧条件下通过降解体内的PHB，为贮存能量，大量吸收液体中的磷，在生化系统中排出富磷剩余污泥的同时达到除磷的目的。
在污水处理工艺过程中，厌氧段是相对比较独立的，它对系统的影响主要在于释磷程度和最终的除磷效果，而碳化(有机物的好氧降解)与硝化(有机氮与氨氮转化为硝态氮的过程)及反硝化(硝态氮利用碳源转化为氮气被脱出的过程)是相互关联的，其主要影响因素包括：流量、原水水质、水温、系统的污泥浓度、泥龄、硝化液回流比和溶解氧浓度等。对除磷来说，其主要因素包括：原水的总磷指标、污泥的含磷量和系统剩余污泥排放量。在众多的变量中，流量、水温及原水水质指标是原始变量，而污泥浓度、泥龄、硝化液回流比、溶解氧浓度、剩余污泥排放量及污泥含磷量等是因变量。
本发明的污水处理智能管理系统的主要作用就是根据原始变量的变化通过各种可控因素如污泥浓度、泥龄、硝化液回流比及溶解氧浓度等的调整，使系统能够根据各种原始变量的变化，保证安全工作、达到最佳效果或实现运行状态最优化才能达标。
维持污水处理工艺内部各种关系的平衡看似微妙、复杂，其实则不然。首先，工艺的基本机理是明晰的，各变量对工艺的影响趋势是可以预测和判定的;其次，基于现有理论的一些数学关系式为建立各主要变量之间的数学模型框架创造了基本条件;再次，各主要变量值通过直接监测或数学计算都可得到，主要控制参数则可在系统运行过程中通过数据库建立模拟函数，进而可不断地进行优化调整;此外，由于生化处理系统的池体容积都比较庞大，水力停留时间一般都较长，系统的泥龄则更是长达15～30天，系统有着很大的稀释作用和缓冲能力，对于水质变化而言，其瞬时变化对系统的影响都是微不足道的，而其稳定变化可在对监测数据进行综合分析的基础上取得。由于多数可控因素(如污泥浓度与泥龄等)的调整都是比较缓慢的，其因应水质瞬时变化进行调整是不可能的，但却能够因应稳定变化进行必要的调整。对于水量而言，虽然城市污水的流量瞬息万变，但对污水处理系统来说，进水流量的变化实际上仅限于水泵机组的若干种组合情况。由于流量受水位控制系统的影响而呈随机变化，让一些调整缓慢的可控因素因应流量的变化是不可能的、同时也是不必要的，但对诸如硝化液与污泥回流量等措施来说，进水流量的瞬时变化不但是可能的而且是必要的，因为，其即时的调整不但有利于系统的稳定，同时也有利于系统的最优化运行和实现最佳运行效果。
本发明的原理如下：
本发明的污水处理智能管理系统是在特定条件下保证出水达标为前提来进行的设计，在实际运行中，污水的流量、水质及环境条件都在经常发生变化，为了在任何情况下都使系统能够在最佳状态下运行，就有必要结合运行条件的变化对系统做出相应的调整。工况的调整应结合流量、水温及进水有机物与氮磷指标的变化等因素进行。
本发明的污水处理智能管理系统，通过对现有污水处理厂的现行工艺进行优化、改进，再应用智能控制方法对污水处理进行智能控制就能达到新的排放标准，既节省了很多建设投资，节省能源又缩短了很多时间，达到提前减排达标的目的，实现本发明的目的。
