CN109879571A - 底泥脱水干化优化控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种底泥脱水干化优化控制方法，属于工业控制领域。本发明可以根据搅拌机前端泥浆输送管道内泥浆的实时浓度、输送至搅拌机内泥浆的总量再结合称重传感器计量的物料重量信息实现物料添加的精确优化控制；根据调理后均化池内泥浆浓度及输送至板框机内泥浆的总量，实现板框进料(泥浆)过程的优化控制，即当进料质量到达设定期望值后，完成板框进料；根据板框机进料质量、尾水出水总量，实时监测板框机内部泥饼的含水率，当含水率达到期望值后完成压榨，实现板框压榨过程的优化控制；提高了工艺处理效率、降低了物料、能源成本。

Description

底泥脱水干化优化控制方法

技术领域

本发明适用于工业控制领域，涉及一种底泥脱水干化优化控制方法。

背景技术

随着城市发展速度的加快，城市工业、生活污水大量排放到河流湖泊中，造成河流、湖泊底泥富营养化，底泥淤积变多使得河流湖泊的蓄水能力下降，进而可能造成城市内涝。近年来城市河流湖泊的底泥疏浚工程大量开展，疏浚后的底泥可通过多种方式进行脱水干化，较为常见的工艺为板框机械压榨式脱水，但现有技术中尚未公开过整套全自动的、工艺优化的控制***及方法。

传统的控制方法在泥浆调理、板框进料、板框压榨三个过程独立进行，且各自过程多以经验值控制。在泥浆调理过程中，操作工人根据经验判断管道中泥浆浓度，手动地调整物料添加速度以及添加量；板框进料、压榨过程都是根据经验设定相应的时间，到达设定时间后停止进料或压榨。经验的控制方式对于不同的泥质适用性差，生产效率较低，生产成本较高。

2015年04月22日公开的中国专利申请(公开号CN104529128A)，该发明公开了一种污泥浓缩干化压滤***，主要由依次连接的污泥重力浓缩池、脱水污泥进料泵、反应混合器、叠螺式污泥脱水机、污泥比阻调理装置、中间输送泵、污泥反应罐、进料压泥泵及隔膜式板框压滤机组成，其特征在于：所述污泥比阻调理装置的加药口通过管道与调理剂加药装置连接；所述隔膜式板框压滤机设置有隔膜式板框，隔膜式板框外部包裹有滤布，隔膜式板框内腔通过加压支管与加压水箱连接，并在加压支管与加压水箱之间的总管上设置有压力调节装置。该***集成了污泥浓缩、机械脱水、比阻调理、固化调理、干化过程，具有自动化运行、自动卸料的特点，但该技术方案不适用于对疏浚后的底泥进行脱水干化。

2013年12月11日公开的中国专利申请(公开号CN103435239A)涉及一种将污泥改性干化为再生燃料的设备及其工作过程，设备包括有：原态污泥计量斗、原态污泥上料皮带机、固态添加剂计量料斗、污泥搅拌装置、污泥上料分料***、脱水后的污泥计量投放装置、脱水后的污泥投料皮带机、辅料储存计量输送***、主站、搅拌混合主机、成品燃料卸料皮带机和控制***，采用控制***控制后可节省人工操作和干预，产品性能及燃烧等各项指标均能够达到国家标准要求，是污泥无害化、资源化处理处置的理想方式。同样，该文献披露的***及工作过程技术方案也不适用于对疏浚后的底泥进行脱水干化。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术的不足，提供了一种底泥脱水干化优化控制方法，通过对泥浆浓度、流量、物料罐重量、板框机尾水的检测，实现底泥脱水干化工艺中泥浆调理、板框进料、板框压榨三个过程的优化控制。

为了实现上述目标，本发明提供了如下技术方案：

首先，本发明提出一种底泥脱水干化方法，包括如下过程：

过程1：疏浚船舶将河流、湖泊底部泥浆经过除渣后输送至浓缩池，在浓缩池进一步浓缩，浓缩后的泥浆通过环保绞吸船泵送至搅拌机，在搅拌机内添加物料，用于改变底泥的物理结构，降低含水率，物料添加量为泥浆绝干基的质量百分比，通过卸料阀及螺旋输送机添加至搅拌机内；添加物料后的泥浆自流至均化池，在均化池内充分反应，进一步降低含水率，以上过程称为泥浆调理过程。每次泥浆调理以均化池中泥浆液位满足设计要求(即均化池满)后停止，泥浆量过少时再次进行泥浆调理补浆。

过程2:均化池的泥浆通过泥泵输送至板框机内进行压榨，压榨过程中尾水进入到尾水槽并汇流至浓缩池，压榨完成后泥饼脱落。以上过程涉及板框进料、板框压榨两个过程。

进一步，本发明针对上述底泥脱水干化方法提出工艺优化控制，以提高了工艺处理效率、降低生产成本、降低了能耗。所述工艺优化控制包括：(a)泥浆调理：根据搅拌机前端泥浆输送管道内泥浆的实时浓度、输送至搅拌机内泥浆的总流量再结合称重传感器计量的物料重量信息实现物料添加的精确优化控制；(b)板框进料：根据调理后均化池内泥浆浓度及输送至板框机内的泥浆总流量，当进料质量到达设定期望值(即达到板框固定容积)后，完成板框进料，实现板框进料过程的优化控制；(c)板框压榨：根据板框机进浆量、尾水出水量，实时监测板框内部泥饼的含水率，当含水率达到期望值后完成压榨，实现板框压榨过程的优化控制。

进一步：

(a)泥浆调理时，检测t时间段内进入到搅拌机内的绝干基质量计算t时间段内应加物料的质量M_物料＝α*M_绝干，在t时间段内物料罐的重量变化为ΔW，当ΔW＝M_物料时，物料添加完成；当t的取值无限小时，可认为此t时间阶段为瞬间过程；每次泥浆调理过程结束前保证此次过程物料罐重量变化总量等于总干基乘以添加百分比。

(b)板框进料时，检测t时间段内的泥浆质量当t取值无限小时，可认为是瞬时密度与流量；总进料量当M_总进浆＝M_期时，停止进料。

(c)板框进料及压榨时，检测t时间段内进入到板框机内部泥浆的绝干基质量当t取值无限小时，可认为是瞬时浓度、密度及流量；整个进料过程中过程中板框机内部泥饼实时含水率当ω＝ω_期后，停止压榨。其中，M_总尾水＝M_尾水1+M_尾水2。

与现有技术相比，本发明方法的有益之处是：通过对泥浆浓度、流量、物料罐重量、板框机尾水的检测，实现底泥脱水干化工艺中泥浆调理、板框进料、板框压榨三个过程的优化控制，提高了工艺处理效率、降低了物料、能源成本。

附图说明

图1是本发明实施例提供的底泥脱水干化优化控制方法的主流程图；

图2本发明实施例提供的泥浆调理过程的流程图；

图3本发明实施例提供的板框进料过程的流程图；

图4本发明实施例提供的板框压榨过程的流程图；

图5为本发明实施例提供的底泥脱水干化优化控制方法的应用场景示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

如图1至图4所示，本发明提供一种底泥脱水干化优化控制方法，包括：

(a)泥浆调理过程：

根据搅拌机前端泥浆输送管道内泥浆的实时浓度c₁、输送至搅拌机内的泥浆总流量再结合称重传感器计量的物理重量信息实现物料添加的精确优化控制，优化调理过程实时为进入板框机进料做同步准备；

(b)板框进料过程：

根据调理后均化池内泥浆浓度c₂及输送至板框机内的泥浆总流量计算板框进料(泥浆)质量M_物料，当板框进料(泥浆)总质量M_总进浆到达设定期望值M_期后，完成板框进料，实现板框进料(泥浆)过程的优化控制；

(c)板框压榨过程：

根据板框机进料(泥浆)质量M_总进浆、尾水出水总量M_总尾水，实时监测板框内部泥饼的含水率ω，当含水率ω达到期望值ω_期后完成压榨，实现板框压榨过程的优化控制。

以一次底泥脱水干化处理优化工艺流程为例说明。搅拌机前端泥浆输送管道泥浆质量百分浓度用c₁表示，泥浆密度用ρ₁，该管道瞬时流量用f₁表示；物料添加百分比用α表示，物料罐重量用W表示；均化池泥浆质量百分浓度用c₂表示、泥浆密度用ρ₂，流经泥泵管道瞬时流量用f₂表示；板框进料过程中尾水出水总量M_尾水1、板框压榨过程中尾水出水总量M_尾水2、累计的尾水出水总量M_总尾水，板框机进料期望质量用M_期表示，板框压榨期望含水率用ω_期用表示。

(a)泥浆调理时，检测t时间段内进入到搅拌机内的绝干基质量计算t时间段内应加物料的质量M_物料＝α*M_绝干，在t时间段内物料罐的重量变化为ΔW，当ΔW＝M_物料时，物料添加完成；当t的取值无限小时，可认为此t时间阶段为瞬间过程；每次泥浆调理过程结束前保证此次过程物料罐重量变化总量等于总干基乘以添加百分比。

(b)板框进料时，检测t时间段内的泥浆质量当t取值无限小时，可认为是瞬时密度与流量；总进料量当M_总进浆＝M_期时，停止进料。

(c)板框进料及压榨时，检测t时间段内进入到板框机内部泥浆的绝干基质量当t取值无限小时，可认为是瞬时浓度、密度及流量；整个进料过程中过程中板框机内部泥饼实时含水率当ω＝ω_期后，停止压榨。其中，M_总尾水＝M_尾水1+M_尾水2。

进一步，该底泥脱水干化优化控制方法的具体实现过程如下：

(1)采集进入搅拌机的泥浆浓度c₁、流量f₁、物料罐重量W、板框进料过程以及板框压榨过程中的尾水出水量，获取均化池液位开关及工作设备的运行状态数据，并判断均化池泥浆液位是否为“低”信号，若是，则执行步骤(2)，若否，则执行步骤(3)；

(2)泥浆调理优化过程：

2.1)按照顺序依次启动“搅拌机”、“螺旋输送机”、“卸料阀”；

2.2)计算进入搅拌机的泥浆密度ρ₁以及泥浆累计流量

2.3)根据进入搅拌机的泥浆浓度c₁、泥浆密度ρ₁、累计流量计算泥浆绝干基质量M_绝干；

2.4)计算出物料添加质量M_物料，并触发执行物料添加，以及在物料添加后计算物料罐重量变化量ΔW；

2.5)计算物料添加质量M_物料与物料罐重量变化量ΔW的差值，卸料阀设置有三档调速临界差值，当两者差值大于高速档临界差值时，卸料阀全速运行，当两者差值小于低速档临界差值时，卸料阀低速运行，当差值介于高速档与低速档之间时，卸料阀中速运行，以此实现卸料阀的自动调速；

2.6)判断均化池液位开关是否为“高”信号，若是，则执行2.7)，若否，则泥浆调整过程继续，并再次判断均化池液位开关是否为“高”信号，直至均化池液位开关为“高”信号；

2.7)进一步判断物料添加质量M_物料与物料罐重量变化量ΔW的差值是否为零，若是，则依次停止“卸料阀”、“输送机”、“搅拌机”，完成泥浆调理优化控制，并执行步骤(3)；若否，则继续添加物料，并判断物料添加质量M_物料与物料罐重量变化量ΔW的差值是否为零，直至物料添加质量M_物料与物料罐重量变化量ΔW的差值为零，开始执行步骤(3)；

(3)板框进料优化过程：

3.1)判断板框机是否准备就绪，若是，则执行步骤3.2)，若否，则继续等待直至板框机就绪；

3.2)启动“泥泵”；

3.3)计算进入板框机的泥浆密度ρ₂以及泥浆累计流量

3.4)计算板框进料过程中尾水出水总量M_尾水1；

3.5)根据进入板框机的泥浆密度ρ₂以及泥浆累计流量计算板框进料(泥浆)总质量M_总进浆，并判断板框进料(泥浆)总质量M_总进浆是否达到设定期望进料质量M_期，若是，则执行步骤3.6)，若否，则继续进料，并判断板框进料(泥浆)总质量M_总进浆是否达到设定期望进料质量M_期，直至板框进料(泥浆)总质量M_总进浆与设定期望进料质量M_期相等；

3.6)停止“泥泵”，完成板框进料优化控制过程，并执行步骤(4)；

(4)板框压榨优化过程：

4.1)计算板框压榨过程中尾水出水总量M_尾水2，并将所述板框压榨过程中尾水出水总量M_尾水2与步骤3.4)中得到的板框进料过程中尾水出水总量M_尾水1进行累计，得到累计的尾水出水总量M_总尾水；

4.2)根据总进料绝干基质量M_{总进料绝干}、板框进料(泥浆)总质量M_总进浆、累计的尾水出水总量M_总尾水计算板框内部泥饼的含水率ω；

4.3)判断板框内部泥饼的含水率ω与设定期望含水率ω_期是否相等，若是，则执行步骤4.4)，若否，则继续压榨，并继续判断板框内部泥饼的含水率ω与设定期望含水率ω_期是否相等，直至板框内部泥饼的含水率ω与设定期望含水率ω_期相等；

4.4)继续判断板框压榨时间是否超过设定上限值，若否，则停止“压榨”，完成板框压榨优化控制过程，若是，则触发物料添加量异常警报。

图5为本发明实施例提供的底泥脱水干化优化控制方法的应用场景示意图。如图5所示，河流、湖泊底部的泥浆经过除渣后通过疏浚船舶输送至浓缩池1，并在浓缩池1中进一步浓缩，浓缩后的泥浆采用环保绞吸船泵10输送至搅拌机6中；物料罐3用于放置物料，物料罐3上设置有出料口，物料罐3的出料口处设置有卸料阀4，卸料阀4与螺旋输送机5的输入端连通，搅拌机6上设置有投料口，螺旋输送机5的输出端与搅拌机6的投料口连通；搅拌机6上还设置有出浆口，均化池2设置有进浆口，搅拌机6的出浆口高于均化池2的进浆口；物料罐3中的物料通过卸料阀4、螺旋输送机5添加至位于搅拌机6的泥浆中，泥浆和物料在搅拌机6中被均匀搅拌后自流至均化池2中进行充分反应，完成泥浆调理；调理后的泥浆通过泥泵7输送至板框机8中，并经板框机8脱水干化。

进一步，在浓缩池1与搅拌机6之间的泥浆输送管道9上安装有第一流量计111、第一超声波浓度计121，用以检测进入搅拌机6的泥浆的流量f₁、浓度c₁；在均化池2与板框机8之间的泥浆输送管道9上安装有第二流量计112、第二超声波浓度计122，用以检测进入板框机8的泥浆的流量f₂、浓度c₂；在物料罐3罐脚底部安装有称重传感器，用于计量物料罐重量W；在板框机8尾水槽上部安装有超声波液位计，用于检测板框机8尾水出水量；在均化池2上方安装有液位开关13，用于检测均化池2泥浆液位。

进一步，物料罐3可以设置有两个，以便于泥浆调理时可以添加两种不同的物料，使泥浆调理效果更好，进而使泥浆脱水干化效果也更好。

以上是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种底泥脱水干化优化控制方法，其特征在于包括：

(a)泥浆调理过程：

根据搅拌机前端泥浆输送管道内泥浆的实时浓度c₁、输送至搅拌机内的泥浆总流量再结合称重传感器计量的物理重量信息实现物料添加的精确优化控制，优化调理过程实时为进入板框机进料做同步准备；

(b)板框进料过程：

根据调理后均化池内泥浆浓度c₂及输送至板框机内的泥浆总流量计算板框进料(泥浆)质量M_物料，当板框进料(泥浆)总质量M_总进浆到达设定期望值M_期后，完成板框进料，实现板框进料(泥浆)过程的优化控制；

(c)板框压榨过程：

根据板框机进料(泥浆)质量M_总进浆、尾水出水总量M_总尾水，实时监测板框内部泥饼的含水率ω，当含水率ω达到期望值ω_期后完成压榨，实现板框压榨过程的优化控制。

2.根据权利要求1所述的底泥脱水干化优化控制方法，其特征在于：在(a)泥浆调理过程中，检测t时间段内进入到搅拌机内的绝干基质量计算t时间段内应加物料的质量M_物料＝α*M_绝干，在t时间段内物料罐的重量变化为ΔW，当ΔW＝M_物料时，物料添加完成；当t的取值无限小时，此t时间阶段为瞬间过程；每次泥浆调理过程结束前保证此次过程物料罐重量变化总量等于总干基乘以添加百分比。

3.根据权利要求1所述的底泥脱水干化优化控制方法，其特征在于：在(b)板框进料过程中，检测t时间段内的泥浆质量当t取值无限小时，是瞬时密度与流量；总进料量当M_总进浆＝M_期时，停止进料。

4.根据权利要求1所述的底泥脱水干化优化控制方法，其特征在于：在(c)板框压榨过程中，检测t时间段内进入到板框机内部泥浆的绝干基质量当t取值无限小时，是瞬时浓度、密度及流量；整个进料过程中过程中板框机内部泥饼实时含水率当ω＝ω_期后，停止压榨；其中，M_总尾水＝M_尾水1+M_尾水2。

5.一种权利要求1至4任一所述的底泥脱水干化优化控制方法，其特征在于，其实现步骤如下：

(1)采集进入搅拌机的泥浆浓度c₁、流量f₁、物料罐重量W、板框进料过程以及板框压榨过程中的尾水出水量，获取均化池液位开关及工作设备的运行状态数据，并判断均化池泥浆液位是否为“低”信号，若是，则执行步骤(2)，若否，则执行步骤(3)；

(2)泥浆调理优化过程：

2.1)按照顺序依次启动“搅拌机”、“螺旋输送机”、“卸料阀”；

2.2)计算进入搅拌机的泥浆密度ρ₁以及泥浆累计流量

2.3)根据进入搅拌机的泥浆浓度c₁、泥浆密度ρ₁、累计流量计算泥浆绝干基质量M_绝干；

2.4)计算出物料添加质量M_物料，并触发执行物料添加，以及在物料添加后计算物料罐重量变化量ΔW；

2.5)计算物料添加质量M_物料与物料罐重量变化量ΔW的差值，卸料阀设置有三档调速临界差值，当两者差值大于高速档临界差值时，卸料阀全速运行，当两者差值小于低速档临界差值时，卸料阀低速运行，当差值介于高速档与低速档之间时，卸料阀中速运行，以此实现卸料阀的自动调速；

2.6)判断均化池液位开关是否为“高”信号，若是，则执行2.7)，若否，则泥浆调整过程继续，并再次判断均化池液位开关是否为“高”信号，直至均化池液位开关为“高”信号；

2.7)进一步判断物料添加质量M_物料与物料罐重量变化量ΔW的差值是否为零，若是，则依次停止“卸料阀”、“输送机”、“搅拌机”，完成泥浆调理优化控制，并执行步骤(3)；若否，则继续添加物料，并判断物料添加质量M_物料与物料罐重量变化量ΔW的差值是否为零，直至物料添加质量M_物料与物料罐重量变化量ΔW的差值为零，开始执行步骤(3)；

(3)板框进料优化过程：

3.1)判断板框机是否准备就绪，若是，则执行步骤3.2)，若否，则继续等待直至板框机就绪；

3.2)启动“泥泵”；

3.3)计算进入板框机的泥浆密度ρ₂以及泥浆累计流量

3.4)计算板框进料过程中尾水出水总量M_尾水1；

3.5)根据进入板框机的泥浆密度ρ₂以及泥浆累计流量计算板框进料(泥浆)总质量M_总进浆，并判断板框进料(泥浆)总质量M_总进浆是否达到设定期望进料质量M_期，若是，则执行步骤3.6)，若否，则继续进料，并判断板框进料(泥浆)总质量M_总进浆是否达到设定期望进料质量M_期，直至板框进料(泥浆)总质量M_总进浆与设定期望进料质量M_期相等；

3.6)停止“泥泵”，完成板框进料优化控制过程，并执行步骤(4)；

(4)板框压榨优化过程：

4.1)计算板框压榨过程中尾水出水总量M_尾水2，并将所述板框压榨过程中尾水出水总量M_尾水2与步骤3.4)中得到的板框进料过程中尾水出水总量M_尾水1进行累计，得到累计的尾水出水总量M_总尾水；

4.2)根据总进料绝干基质量M_{总进料绝干}、板框进料(泥浆)总质量M_总进浆、累计的尾水出水总量M_总尾水计算板框内部泥饼的含水率ω；

4.3)判断板框内部泥饼的含水率ω与设定期望含水率ω_期是否相等，若是，则执行步骤4.4)，若否，则继续压榨，并继续判断板框内部泥饼的含水率ω与设定期望含水率ω_期是否相等，直至板框内部泥饼的含水率ω与设定期望含水率ω_期相等；

4.4)继续判断板框压榨时间是否超过设定上限值，若否，则停止“压榨”，完成板框压榨优化榨制过程，若是，则触发物料添加量异常警报。