[發(fā)明專利]一種應(yīng)用于污水處理曝氣池的一體化控制器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310034341.6
• 申請日: 2013-01-29
• 公開（公告）號: CN103058359A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李聰;張會;代后兆;張亞寧;張瑞芳
• 申請（專利權(quán)）人: 濟(jì)南大學(xué)
• 主分類號: C02F3/02
• 分類號: C02F3/02
• 代理公司: 濟(jì)南誠智商標(biāo)專利事務(wù)所有限公司 37105
• 代理人: 王汝銀

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種控制裝置，具體地說是一種應(yīng)用于污水處理曝氣池的一體化控制器。

背景技術(shù)

耗氧反應(yīng)是污水生化處理曝氣池重要的反應(yīng)階段。目前國內(nèi)污水生化處理曝氣池的加氧工作都是采用大功率的鼓風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)的，需要消耗大量的電能。在保證水質(zhì)的情況下，如何實(shí)現(xiàn)節(jié)能控制，降低成本，是目前國內(nèi)外需要認(rèn)真考慮的問題。污水中的微生物對氧的需求量是一定的，少了會降低水質(zhì)，多了不僅不能保證水質(zhì)，而且還浪費(fèi)能源，通常以溶解氧的含量來決定供氧量。但是，曝氣池所需要的溶解氧不是一個定值，它是隨著污水的濃度、天氣、時間變化的函數(shù)；也就是說污水處理過程控制具有顯著的非線性、大滯后、多變量、時變性的特點(diǎn)。為此，需要研究在不同工況條件下，溶解氧設(shè)定值的優(yōu)化控制，建立污水生化處理過程的溶解氧變化的模型，并依據(jù)該模型對鼓風(fēng)量進(jìn)行低能耗的優(yōu)化控制，建立能適應(yīng)環(huán)境變化的基于污水生化過程。

同理，曝氣生物濾池是在普通快濾池基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種污水處理新工藝。該工藝集物理截濾、生物吸附、氧化于一體，在污水深度處理方面得到快速的發(fā)展。但其應(yīng)用情況表明：曝氣生物濾池運(yùn)行一段時間后，填料表面和濾床空隙中的生物顆粒和非生物顆粒不斷積累，濾池的過水通道減小，濾池內(nèi)的水頭損失增大，出水水量減小，發(fā)生“穿透”現(xiàn)象，從而使出水水質(zhì)變差，在氣水逆向運(yùn)行時還可能出現(xiàn)“氣塞”現(xiàn)象，影響了曝氣生物濾池運(yùn)行的穩(wěn)定性，這就需要對濾池進(jìn)行反沖洗以恢復(fù)其正常的凈水功能。濾池的反沖洗方式以及參數(shù)的確定，一直是人們關(guān)注的熱點(diǎn)。但目前關(guān)于反沖洗的理論模型、反沖洗機(jī)理等方面的研究并沒有取得一致的觀點(diǎn)。曝氣生物濾池因?yàn)檎承陨锬さ纳L，利用傳統(tǒng)的高流速反沖洗方式，不僅耗水量大且很難達(dá)到預(yù)期的效果，在實(shí)際應(yīng)用上受到了限制。氣水聯(lián)合反沖洗方式強(qiáng)化了對填料的剪切和碰撞作用，使濾層處于最佳條件下反沖，可節(jié)約反沖洗用水量，延長反沖洗周期，增大濾池的納污能力，提高出水水質(zhì)。

由此可見，曝氣池的處理工藝比較復(fù)雜，需要較為復(fù)雜的算法，而好的算法在實(shí)施過程中也受硬件的限制。利用通用的可編程控制器PLC難以實(shí)現(xiàn)，且不說PLC計(jì)算能力弱，難以實(shí)現(xiàn)專家系統(tǒng)、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等復(fù)雜方法，就是硬件平臺也難以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一。因?yàn)橛布膶?yīng)關(guān)系必需與軟件一直，在已經(jīng)組建好的系統(tǒng)上做改動，費(fèi)用很大；用工業(yè)控制機(jī)可以實(shí)現(xiàn)一些復(fù)雜的算法，但也需要硬件接口平臺。

根據(jù)國內(nèi)現(xiàn)有污水處理廠的運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，污水處理系統(tǒng)的自動化設(shè)備投入較低，能耗高，而且污水處理系統(tǒng)大多在投產(chǎn)時沒能達(dá)到設(shè)計(jì)運(yùn)行要求，或在運(yùn)行一段時間后改為部分自動、部分手動的運(yùn)行狀態(tài)，特別是曝氣系統(tǒng)。分析原因主要有以下幾個方面：

1、自動化技術(shù)與工藝技術(shù)未能有機(jī)結(jié)合。我國污水處理廠起步時，自動化污水處理系統(tǒng)成套引進(jìn)國外產(chǎn)品和技術(shù)，雖然以后國內(nèi)能夠生產(chǎn)硬件系統(tǒng)，但是控制技術(shù)并沒有被系統(tǒng)的吸收。國內(nèi)污水處理行業(yè)的自動化專業(yè)力量較低，很多興建的污水處理工程的自動化系統(tǒng)是由冶金、化工、輕工等領(lǐng)域工程師設(shè)計(jì)、編程和調(diào)試的，對污水處理工藝了解較少，不能結(jié)合具體工藝進(jìn)行控制策略設(shè)計(jì)，一般采用套用其它行業(yè)現(xiàn)有技術(shù)的做法，因此，運(yùn)行效果并不理想。

2、自控系統(tǒng)培訓(xùn)不到位。很多污水處理廠運(yùn)行人員沒有得到控制系統(tǒng)供應(yīng)商廠家的系統(tǒng)培訓(xùn)，除了基本操作以外，沒有從理論上對諸如曝氣系統(tǒng)調(diào)節(jié)技術(shù)的詳細(xì)講述，使得管理人員只能在工作中重新摸索。

3、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)未得到利用。污水處理廠很重要的一點(diǎn)，是在長期運(yùn)行之后，可以總結(jié)日常規(guī)律，取得控制方案；對于管理者，這些規(guī)律往往比昂貴的自控設(shè)備更有價值，但是在污水處理廠建設(shè)中，很多設(shè)計(jì)并沒有給管理者留有充分的調(diào)整空間，而且這些有用的經(jīng)驗(yàn)也缺乏應(yīng)用到其它污水設(shè)施的建設(shè)途徑。

4、溶解氧控制的難點(diǎn)。污水水質(zhì)的多變和生物處理系統(tǒng)中生化反應(yīng)的復(fù)雜性，決定了污水處理的溶解氧（DO）檢測控制是一個大滯后系統(tǒng)，檢測出結(jié)果再進(jìn)行參數(shù)處理和調(diào)整，往往已滯后好長時間，造成大量不合格水的排出。這種系統(tǒng)的特點(diǎn)是污水生物處理系統(tǒng)的運(yùn)行管理具有相當(dāng)?shù)募夹g(shù)難度，要求管理者具有較好的環(huán)境工程知識基礎(chǔ)和相當(dāng)豐富的運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)。另外，溶解氧指標(biāo)并不能直接反映生物反應(yīng)的氧氣需求量，它只是反映了反應(yīng)池中氧氣的剩余程度，無法根據(jù)它的數(shù)值和變化直接計(jì)算氣量。傳統(tǒng)的PID控制算法雖然在工程上廣泛采用，但只能解決線性系統(tǒng)的調(diào)節(jié)問題。