CN106277330A - 一种基于氮平衡的污水厂智能控制***及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于氮平衡的污水厂智能控制***，包括依次连接的厌氧池、缺氧池、好氧池和沉淀池，缺氧池和好氧池之间设有回流泵，还包括中央控制装置；与中央控制装置连接的数学模型；与中央控制装置分别连接的回流泵、供气装置、设于缺氧池的第一氨氮测定仪、设于好氧池的DO测定仪和在线污泥浓度检测仪、设于好氧池末端的第二氨氮测定仪和硝酸盐氮测定仪、用于将沉淀池内的部分污泥回流至厌氧池的第一污泥泵和用于排出剩余污泥的第二污泥泵；数学模型根据各仪表读数和设定出水目标，优化工艺参数，实现总氮达标。本发明的有益效果在于，通过实时调整参数优化，实现污水处理厂总氮在1级A标准、达标率97％以上，并节省曝气能耗10％以上。

Description

一种基于氮平衡的污水厂智能控制***及控制方法

技术领域

本发明涉及污水处理领域，尤其涉及一种基于氮平衡的污水厂智能控制***及控制方法。

背景技术

近年来，随着我国经济社会的快速发展，城镇规模的日益扩大，各地区污水排放量都在不断增加，水资源的污染也日趋严重。传统A2/O工艺在中国有广泛的应用，但这种工艺已经达不到日益严格的污水排放标准。

现有的A2/O城镇污水处理厂因工艺技术和过程控制等方面的不足，为保证出水水质达标，生物曝气池往往采用人工定值调节并维持较高的DO值，供气量远大于需气量，过渡曝气使好氧池出水混合液夹杂大量的DO，通过内回流进入缺氧区，破坏了反硝化菌的有利反硝化环境，从而影响反硝化的效果造成总氮去除不达标，鉴于此，急需开发一种能使氮平衡的污水控制***。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

发明内容

为解决上述问题，本发明采用的技术方案在于，一方面提供一种基于氮平衡的污水厂智能控制***，包括通过管道依次连接的厌氧池、缺氧池、好氧池和沉淀池，所述缺氧池和所述好氧池之间设有回流泵，其特征在于，还包括中央控制装置；与所述中央控制装置连接的数学模型；与所述中央控制装置分别连接的所述回流泵、用于向所述好氧池内曝气的供气装置、用于测量所述缺氧池内氨氮实际值的第一氨氮测定仪、用于测量所述好氧池每一分隔段内的溶解氧实际值的DO测定仪、用于测量所述好氧池每一分隔段内生物量的在线污泥浓度检测仪、设于所述好氧池末端的第二氨氮测定仪、用于测量所述好氧池末端硝酸盐实际值的硝酸盐氮测定仪、用于将所述沉淀池内的部分污泥回流至所述厌氧池的第一污泥泵和用于将所述沉淀池内的剩余污泥排出的第二污泥泵；所述数学模型根据各仪表读数和设定出水目标，智能优化工艺运行参数，实现总氮达标。

进一步，所述供气装置包括风机和与所述风机相连的多个流量调节阀，每一所述流量调节阀与每一所述分隔段相连，所述风机和每一所述流量调节阀与所述中央控制装置相连。

进一步，所述缺氧池上设有投药装置，其用于向所述缺氧池内投加碳源，所述进水处设有COD测定仪，所述投药装置、硝酸盐氮测定仪和COD测定仪分别与所述中央控制装置相连；所述数学模型根据所述氨氮实际值、生物量以及设置的出水氨氮目标值，计算出氨氮转化为硝酸盐氮的浓度并计算出反硝化去除此硝酸盐氮所需要的溶解态的化学需氧量，结合所述COD测定仪测定的化学需氧量以及所述硝酸盐氮测定仪测定的硝酸盐氮浓度值计算外加碳源量，并通过所述中央控制装置控制所述投药装置的投加量。

进一步，所述投药装置包括碳源容纳部和与所述碳源容纳部连接的进药泵，所述进药泵与所述中央控制装置相连。

另一方面，提供一种基于氮平衡的污水厂智能控制***的控制方法，所述数学模型根据所述氨氮实际值和要求总氮出水目标值，计算脱氮效率，据此优化计算出所述好氧池内混合液的内回流比和所述第一污泥泵的外回流比，并通过所述中央控制装置控制所述回流泵的内回流比和所述第一污泥泵的外回流比；

所述数学模型根据所述氨氮实际值、生物量以及设置的出水氨氮、硝酸盐氮的目标值，设定每一所述分隔段内的溶解氧设定值，所述数学模型根据所述溶解氧设定值和溶解氧实际值计算每一所述分隔段内的氨氮达到目标值所需的曝气量，并通过所述中央控制装置控制所述供气装置的气量输出；所述第二氨氮测定仪检测处理后的污水氨氮实际浓度，所述硝酸盐氮测定仪检测处理后的污水硝酸盐实际浓度，判断总氮是否达到设定的标准并形成反馈控制。

与现有技术比较本发明的有益效果在于：本发明提出了一套基于氨氮、硝酸盐氮的高级传感参数的生物工艺智能优化控制***，该***基于氮平衡原理的控制逻辑算法以及数学模型模型整合数据输入和输出模块，模拟计算生物反应池的所需的曝气量和生物反应情况，对生物处理工艺过程中的控制曝气量、回流、碳源投加等做出优化，该技术可实现污水处理厂总氮在1级A标准、达标率97％以上，并节省曝气能耗10％以上。

附图说明

图1为实施例一中基于氮平衡的污水厂智能控制***的结构示意图；

图2为实施例二中基于氮平衡的污水厂智能控制***的结构示意图；

图3为实施例三中基于氮平衡的污水厂智能控制***的结构示意图；

图4为实施例四中基于氮平衡的污水厂智能控制***的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

实施例一

如图1所示，其为本实施例中一种基于氮平衡的污水厂智能控制***的结构示意图。

一种基于氮平衡的污水厂智能控制***，包括厌氧池1、缺氧池2、好氧池3、沉淀池4、中央控制装置5和数学模型6，所述厌氧池1、缺氧池2、好氧池3和沉淀池4通过管道依次连接，所述缺氧池2和所述好氧池3之间设有回流泵21，所述中央控制装置5和数学模型6相连，所述中央控制装置5还分别连接用于向所述好氧池3内曝气的供气装置35、用于测量所述缺氧池2内氨氮实际值的第一氨氮测定仪23、用于测量所述好氧池3每一分隔段内的溶解氧实际值的DO测定仪31、用于测量所述好氧池每一分隔段内生物量的在线污泥浓度检测仪32、设于所述好氧池末端的第二氨氮测定仪33、用于测量所述好氧池末端硝酸盐实际值的硝酸盐氮测定仪34、用于将所述沉淀池4内的部分污泥回流至所述厌氧池1的第一污泥泵41和用于将所述沉淀池内的剩余污泥排出的第二污泥泵42；所述数学模型6根据各仪表读数和设定出水目标，智能优化工艺运行参数，实现总氮达标。

其中，污水进去所述厌氧池1之前需经过前处理，即污水依次经过格栅池71、沉沙池72和初沉池73后，使上清液进入所述厌氧池1，此外，经所述沉淀池4的上清液也需经过消毒池8的处理，方可出水。

本发明的核心算法是基于国际水协IWA提出的活性污泥数学模型ASM系列，用于定量描述污水生化处理中的有机物降解、硝化、反硝化和除磷等过程。

上述基于氮平衡的污水厂智能控制***的控制方法为：所述数学模型6根据所述第一氨氮测定仪23测定的氨氮实际值和要求总氮出水目标值，计算脱氮效率，据此优化计算出所述好氧池3内混合液的内回流比和所述第一污泥泵41的外回流比，并通过所述中央控制装置5控制所述回流泵21的内回流比和所述第一污泥泵41的外回流比；

所述数学模型6根据所述第一氨氮测定仪23测定的氨氮实际值、所述在线污泥浓度检测仪32测定的生物量以及设置的出水氨氮、硝酸盐氮的目标值，设定每一所述分隔段内的溶解氧设定值，所述数学模型6根据所述溶解氧设定值和溶解氧实际值计算每一所述分隔段内的氨氮达到目标值所需的曝气量，并通过所述中央控制装置5控制所述供气装置35的气量输出；所述第二氨氮测定仪33检测处理后的污水氨氮实际浓度，所述硝酸盐氮测定仪34检测处理后的污水硝酸盐实际浓度，判断总氮是否达到设定的标准并形成反馈控制。

本发明提出了一套基于氨氮、硝酸盐氮的高级传感参数的生物工艺智能优化控制***，该***基于氮平衡原理的控制逻辑算法以及数学模型模型整合数据输入和输出模块，模拟计算生物反应池的所需的曝气量和生物反应情况，对生物处理工艺过程中的控制曝气量做出优化，该技术可实现污水处理厂总氮在1级A标准、达标率97％以上，并节省曝气能耗10％以上。

实施例二

如上所述的一种基于氮平衡的污水厂智能控制***，本实施例与其不同之处在于，如图2所示，所述供气装置35包括风机351和与所述风机351相连的多个流量调节阀352，每一所述流量调节阀352与所述好氧池3内的每一所述分隔段相连，所述风机351和每一所述流量调节阀352与所述中央控制装置5相连。

控制方法为：所述数学模型6根据所述溶解氧设定值和溶解氧实际值计算每一所述分隔段内的氨氮达到目标值所需的曝气量，并通过所述中央控制装置5控制所述风机351风量的输出，然后迅速而精确地调整所述流量调节阀352的开度以完成所需气量的分配，使所述好氧池3内每个分隔段的各个控制廊道的溶解氧DO值维持在设定值附近。

实施例三

如上所述的一种基于氮平衡的污水厂智能控制***，本实施例与其不同之处在于，如图3所示，所述缺氧池2上设有投药装置22，其用于向所述缺氧池2内投加碳源，所述进水处设有COD测定仪11，所述投药装置22、硝酸盐氮测定仪34和COD测定仪11分别与所述中央控制装置5相连；

所述数学模型6根据所述第一氨氮测定仪23测定的氨氮实际值、所述在线污泥浓度检测仪32测定的生物量以及设置的出水氨氮目标值，计算出氨氮转化为硝酸盐氮的浓度并计算出反硝化去除此硝酸盐氮所需要的溶解态的化学需氧量，结合所述COD测定仪11测定的化学需氧量以及所述硝酸盐氮测定仪34测定的硝酸盐氮浓度值计算外加碳源量，并通过所述中央控制装置5控制所述投药装置22的投加量。

本实施例中，对生物处理工艺过程中的碳源投加量做出优化，可实现污水处理厂总氮达标率达97％。

实施例四

如上所述的一种基于氮平衡的污水厂智能控制***，本实施例与其不同之处在于，如图4所示，所述投药装置22包括碳源容纳部221和与所述碳源容纳部221连接的进药泵222，所述进药泵222与所述中央控制装置相连，通过所述数学模型6的计算，并通过所述中央控制装置5控制所述进药泵222的投加量。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于氮平衡的污水厂智能控制***，包括通过管道依次连接的厌氧池、缺氧池、好氧池和沉淀池，所述缺氧池和所述好氧池之间设有回流泵，其特征在于，还包括中央控制装置；与所述中央控制装置连接的数学模型；与所述中央控制装置分别连接的所述回流泵、用于向所述好氧池内曝气的供气装置、用于测量所述缺氧池内氨氮实际值的第一氨氮测定仪、用于测量所述好氧池每一分隔段内的溶解氧实际值的DO测定仪、用于测量所述好氧池每一分隔段内生物量的在线污泥浓度检测仪、设于所述好氧池末端的第二氨氮测定仪、用于测量所述好氧池末端硝酸盐实际值的硝酸盐氮测定仪、用于将所述沉淀池内的部分污泥回流至所述厌氧池的第一污泥泵和用于将所述沉淀池内的剩余污泥排出的第二污泥泵；所述数学模型根据各仪表读数和设定出水目标，智能优化工艺运行参数，实现总氮达标。

2.根据权利要求1所述的基于氮平衡的污水厂智能控制***，其特征在于，所述供气装置包括风机和与所述风机相连的多个流量调节阀，每一所述流量调节阀与每一所述分隔段相连，所述风机和每一所述流量调节阀与所述中央控制装置相连。

3.根据权利要求1所述的基于氮平衡的污水厂智能控制***，其特征在于，所述缺氧池上设有投药装置，其用于向所述缺氧池内投加碳源，所述进水处设有COD测定仪，所述投药装置、硝酸盐氮测定仪和COD测定仪分别与所述中央控制装置相连；

所述数学模型根据所述氨氮实际值、生物量以及设置的出水氨氮目标值，计算出氨氮转化为硝酸盐氮的浓度并计算出反硝化去除此硝酸盐氮所需要的溶解态的化学需氧量，结合所述COD测定仪测定的化学需氧量以及所述硝酸盐氮测定仪测定的硝酸盐氮浓度值计算外加碳源量，并通过所述中央控制装置控制所述投药装置的投加量。

4.根据权利要求3所述的基于氮平衡的污水厂智能控制***，其特征在于，所述投药装置包括碳源容纳部和与所述碳源容纳部连接的进药泵，所述进药泵与所述中央控制装置相连。

5.一种如权利要求1-4任一所述的基于氮平衡的污水厂智能控制***的控制方法，其特征在于，所述数学模型根据所述氨氮实际值和要求总氮出水目标值，计算脱氮效率，据此优化计算出所述好氧池内混合液的内回流比和所述第一污泥泵的外回流比，并通过所述中央控制装置控制所述回流泵的内回流比和所述第一污泥泵的外回流比；

所述数学模型根据所述氨氮实际值、生物量以及设置的出水氨氮、硝酸盐氮的目标值，设定每一所述分隔段内的溶解氧设定值，所述数学模型根据所述溶解氧设定值和溶解氧实际值计算每一所述分隔段内的氨氮达到目标值所需的曝气量，并通过所述中央控制装置控制所述供气装置的气量输出；所述第二氨氮测定仪检测处理后的污水氨氮实际浓度，所述硝酸盐氮测定仪检测处理后的污水硝酸盐实际浓度，判断总氮是否达到设定的标准并形成反馈控制。