CN114409179A - 一种污水处理厂生物脱氮控制装置及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种污水处理厂生物脱氮控制装置及控制方法，包括：依次连接的缺氧池、好氧池、二沉池；缺氧池的进水端设有进水流量计和外碳源药剂投加单元，缺氧池的出水端设有在线硝氮仪；好氧池的出水端设有连接至缺氧池进水端的内回流单元；二沉池的出水端设有在线氨氮硝氮仪和连接至缺氧池进水端的外回流单元；与进水流量计、在线硝氮仪、在线氨氮硝氮仪和外碳源药剂投加单元连接的控制器，控制器根据进水流量、第一硝氮浓度、第二硝氮浓度和氨氮浓度，获得碳源药剂投加量、内回流量和曝气量指示，并基于碳源药剂投加量、内回流量和曝气量指示进行生物脱氮控制。本发明集碳源药剂投加调控、内回流量调控、曝气量指示三个功能于一体实现脱氮。

Description

一种污水处理厂生物脱氮控制装置及控制方法
技术领域
本发明属于生物脱氮技术领域，更具体地，涉及一种污水处理厂生物脱氮控制装置。
背景技术
随着水质排放标准越来越严格，水厂工艺管理模式已逐渐由粗放式管理向智能控制管理转变，脱氮工艺控制作为污水处理的难点及重点，已有不少厂尝试通过智能控制***代替人工控制，但目前，脱氮工艺智能控制水平参差不齐，往往局限于外碳源投加量的单方面智能控制，并未针对脱氮工艺特点实现整体控制。同时，当前的智能控制***对在线仪表的依赖程度较强，导致***稳定性较差。
污水生物脱氮的主要过程包括氨化反应、硝化反应及反硝化反应，氨化反应、硝化反应为好氧反应，反硝化反应为缺氧反应，三个反应过程均受到曝气量影响；同时，反硝化过程受硝化液回流比的直接影响；因此，生物脱氮控制应当从外碳源投加量、内回流量及曝气量三因素综合考虑。但是目前现有技术没有从外碳源投加量、内回流量及曝气量三因素综合考虑进行生物脱氮控制。
因此，特别需要一种方法从外碳源投加量、内回流量及曝气量指示三因素综合考虑进行生物脱氮控制。
发明内容
本发明的目的是提出一种方法从外碳源投加量、内回流量及曝气量指示三因素综合考虑进行生物脱氮控制。
为了实现上述目的，本发明提供了一种污水处理厂生物脱氮控制装置，包括：依次连接的缺氧池、好氧池、二沉池；所述缺氧池的进水端设有进水流量计和外碳源药剂投加单元，所述进水流量计用于测量进水流量，所述外碳源药剂投加单元用于向所述缺氧池内投加碳源药剂，所述缺氧池的出水端设有在线硝氮仪，所述在线硝氮仪用于测量缺氧池出水的第一硝氮浓度；所述好氧池的出水端设有内回流单元，所述内回流单元连接至所述缺氧池的进水端，所述内回流单元用于将混合液回流至缺氧池的进水端；所述二沉池的出水端设有在线氨氮硝氮仪和外回流单元，所述在线氨氮硝氮仪用于测量氨氮浓度及第二硝氮浓度，所述外回流单元连接至所述缺氧池的进水端，所述外回流单元用于将回流污泥回流至缺氧池的进水端；控制器，所述控制器与所述进水流量计、在线硝氮仪、在线氨氮硝氮仪、内回流单元、外回流单元和外碳源药剂投加单元连接，所述控制器根据进水流量、第一硝氮浓度、第二硝氮浓度和二沉池出水氨氮浓度，获得碳源药剂投加量、内回流量和曝气量指示，并基于所述碳源药剂投加量、内回流量和曝气量指示进行生物脱氮控制。
优选的，所述缺氧池的进水端与污水进水管连接，所述污水进水管上设置进水流量计。
优选的，所述外碳源药剂投加单元包括加药泵变频器、加药泵和碳源加药流量计，所述加药泵变频器分别与所述控制器和加药泵连接，所述加药泵分别与所述加药泵变频器和所述碳源加药流量计连接，且所述加药泵和所述碳源加药流量计均设置在缺氧池的进水端。
优选的，所述外回流单元设置在所述二沉池的出水端，所述外回流单元包括外回流泵和外回流管道，所述外回流泵分别与所述二沉池的出水端和外回流管道的一端连接，所述外回流管道的另一端与所述缺氧池的进水端连接。
优选的，所述内回流单元包括内回流泵变频器、内回流泵和内回流管道，所述内回流泵变频器分别与所述控制器和所述内回流泵连接，所述内回流泵分别与所述好氧池的出水端和内回流管道的一端连接，所述内回流管道的另一端与所述缺氧池的进水端连接。
优选的，通过第一前馈控制模式、后馈控制模式或第一优化模式获得碳源药剂投加量。
优选的，所述第一前馈控制模式为：
Figure BDA0003425964070000031
其中，DOS1为第一前馈模式碳源药剂投加量，ζ1为投加系数，CNH为药剂投加时刻前T1时间所对应的缺氧池进水氨氮浓度，NOEFFSET为二沉池出水硝氮设定浓度，QinT为药剂投加时刻前T1时间所对应的前10分钟进水流量均值，
Figure BDA0003425964070000032
Vano为缺氧池的有效容积，Vox为好氧池的有效容积，Qin为当前时刻前10分钟进水流量均值，R为Qin对应的外回流比，r为Qin对应的内回流比，ρ为外碳源药剂密度，W为外碳源药剂有效含量，Eq1为碳源药剂化学需氧量当量；
所述后馈控制模式为：
Figure BDA0003425964070000033
其中，DOS2为后馈模式碳源药剂投加量，ζ2为投加系数，NOEFFSET为二沉池出水硝氮设定浓度，NOEFFACT为第二硝氮浓度，DOS0为上一周期实际碳源投加量。
优选的，第一优化模式通过下述步骤获得碳源药剂投加量：通过第一前馈控制模式或后馈控制模式获得碳源药剂投加量；比较第二硝氮浓度与二沉池的出水硝氮设定浓度，以及第一硝氮浓度与缺氧池的出水硝氮设定浓度；当第二硝氮浓度大于二沉池的出水硝氮设定浓度，且第一硝氮浓度大于缺氧池的出水硝氮设定浓度时，增大所述碳源药剂投加量，当第二硝氮浓度小于二沉池的出水硝氮设定浓度，且第一硝氮浓度小于缺氧池的出水硝氮设定浓度时，减小所述碳源药剂投加量。
优选的，通过第二前馈控制模式或第二优化模式获得内回流量，所述第二前馈控制模式为：
Figure BDA0003425964070000041
Qr＝r0*Qin
其中：r0为内回流比，CNH为药剂投加时刻前T1时间所对应的缺氧池进水氨氮浓度，
Figure BDA0003425964070000042
，Vano为缺氧池的有效容积，Vox为好氧池的有效容积，Qin为当前时刻前10分钟进水流量均值，R为Qin对应的外回流比，r为Qin对应的内回流比，NOEFFSET为二沉池出水硝氮设定浓度，NHEFFSET为二沉池出水氨氮设定浓度；Qr为内回流量。
优选的，第二优化模式通过下述步骤获得内回流量：通过第二前馈控制模式获得内回流量；比较第二硝氮浓度与二沉池的出水硝氮设定浓度，以及第一硝氮浓度与缺氧池的出水硝氮设定浓度；当第二硝氮浓度大于二沉池的出水硝氮设定浓度，且第一硝氮浓度小于缺氧池的出水硝氮设定浓度时，调大所述内回流量，当第二硝氮浓度小于二沉池的出水硝氮设定浓度时，调小所述内回流量。
优选的，通过下述步骤获得曝气量指示：将二沉池出水氨氮浓度与二沉池出水氨氮设定浓度进行比较，当二沉池出水氨氮浓度大于二沉池出水氨氮设定浓度时，调增曝气量，当二沉池出水氨氮浓度小于二沉池出水氨氮设定浓度时，调减曝气量。
本发明还公开一种污水处理厂生物脱氮控制方法，利用上述水处理厂生物脱氮控制装置，包括：采集进水流量、进水氨氮浓度、第一硝氮浓度、二沉池出水氨氮浓度及第二硝氮浓度；根据进水流量、进水氨氮浓度、第一硝氮浓度和第二硝氮浓度，获得碳源药剂投加量；根据进水氨氮浓度、第一硝氮浓度及第二硝氮浓度获得内回流比；根据所述二沉池出水氨氮浓度获得曝气量指示。
优选的，通过第一前馈控制模式、后馈控制模式或第一优化模式获得碳源药剂投加量。
优选的，所述第一前馈控制模式为：
Figure BDA0003425964070000051
其中，DOS1为第一前馈模式碳源药剂投加量，ζ1为投加系数，CNH为药剂投加时刻前T1时间所对应的缺氧池进水氨氮浓度，NOEFFSET为二沉池出水硝氮设定浓度，QinT为药剂投加时刻前T1时间所对应的前10分钟进水流量均值，
Figure BDA0003425964070000052
Vano为缺氧池的有效容积，Vox为好氧池的有效容积，Qin为当前时刻前10分钟进水流量均值，R为Qin对应的外回流比，r为Qin对应的内回流比，ρ为外碳源药剂密度，W为外碳源药剂有效含量，Eq1为碳源药剂化学需氧量当量；
所述后馈控制模式为：
Figure BDA0003425964070000053
其中，DOS2为后馈模式碳源药剂投加量，ζ2为投加系数，NOEFFSET为二沉池出水硝氮设定浓度，NOEFFACT为第二硝氮浓度，DOS0为上一周期实际碳源投加量。
优选的，第一优化模式通过下述步骤获得碳源药剂投加量：通过第一前馈控制模式或后馈控制模式获得碳源药剂投加量；比较第二硝氮浓度与二沉池的出水硝氮设定浓度，以及第一硝氮浓度与缺氧池的出水硝氮设定浓度；当第二硝氮浓度大于二沉池的出水硝氮设定浓度，且第一硝氮浓度大于缺氧池的出水硝氮设定浓度时，增大所述碳源药剂投加量，当第二硝氮浓度小于二沉池的出水硝氮设定浓度，且第一硝氮浓度小于缺氧池的出水硝氮设定浓度时，减小所述碳源药剂投加量。
优选的，通过第二前馈控制模式或第二优化模式获得内回流量，所述第二前馈控制模式为：
Figure BDA0003425964070000061
Qr＝r0*Qin
其中：r0为内回流比，CNH为药剂投加时刻前T1时间所对应的缺氧池进水氨氮浓度，
Figure BDA0003425964070000062
Vano为缺氧池的有效容积，Vox为好氧池的有效容积，Qin为当前时刻前10分钟进水流量均值，R为Qin对应的外回流比，r为Qin对应的内回流比，NOEFFSET为二沉池出水硝氮设定浓度，NHEFFSET为二沉池出水氨氮设定浓度；Qr为内回流量。
优选的，第二优化模式通过下述步骤获得内回流量：通过第二前馈控制模式获得内回流量；比较第二硝氮浓度与二沉池的出水硝氮设定浓度，以及第一硝氮浓度与缺氧池的出水硝氮设定浓度；当第二硝氮浓度大于二沉池的出水硝氮设定浓度，且第一硝氮浓度小于缺氧池的出水硝氮设定浓度时，调大所述内回流量，当第二硝氮浓度小于二沉池的出水硝氮设定浓度时，调小所述内回流量。
优选的，通过下述步骤获得曝气量指示：将二沉池出水氨氮浓度与二沉池出水氨氮设定浓度进行比较，当二沉池出水氨氮浓度大于二沉池出水氨氮设定浓度时，调增曝气量，当二沉池出水氨氮浓度小于二沉池出水氨氮设定浓度时，调减曝气量。
本发明的有益效果在于：本发明的污水处理厂生物脱氮控制装置从脱氮全局出发，实现外碳源投加量自动控制、内回流量自动控制及曝气量指示，兼顾***稳定性及调控精准性，实现生物脱氮***的稳定高效低耗运行，统筹考虑控制，真正从工艺调控、节能降耗的角度出发实现脱氮。
本发明具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施例中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施例中进行详细陈述，这些附图和具体实施例共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。其中，在本发明示例性实施方式中，相同的附图标记通常代表相同部件。
图1示出了根据本发明的一个实施例的污水处理厂生物脱氮控制装置的结构连接图。
图2示出了根据本发明的一个实施例的污水处理厂生物脱氮控制方法的流程图。
图3示出了根据本发明的一个实施例的污水处理厂生物脱氮控制方法的碳源药剂投加量控制流程图。
图4示出了根据本发明的一个实施例的污水处理厂生物脱氮控制方法的内回流量控制流程图。
附图标记说明：
1、缺氧池；2、好氧池；3、二沉池；4、控制器；101、进水流量计；102、在线硝氮仪；103、加药泵；104、碳源加药流量计；105、加药泵变频器；201、内回流泵；202、内回流泵变频器；301、在线氨氮硝氮仪；302、外回流单元。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施例。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
根据本发明的一种污水处理厂生物脱氮控制装置，包括：依次连接的缺氧池、好氧池、二沉池；缺氧池的进水端设有进水流量计和外碳源药剂投加单元，进水流量计用于测量进水流量，外碳源药剂投加单元用于向缺氧池内投加碳源药剂，缺氧池的出水端设有在线硝氮仪，在线硝氮仪用于测量缺氧池出水的第一硝氮浓度；好氧池的出水端设有内回流单元，内回流单元连接至缺氧池的进水端，内回流单元用于将混合液回流至缺氧池的进水端；二沉池的出水端设有在线氨氮硝氮仪和外回流单元，在线氨氮硝氮仪用于测量氨氮浓度及第二硝氮浓度，外回流单元连接至缺氧池的进水端，外回流单元用于将回流污泥回流至缺氧池的进水端；控制器，控制器与进水流量计、在线硝氮仪、在线氨氮硝氮仪、内回流单元、外回流单元和外碳源药剂投加单元连接，控制器根据进水流量、第一硝氮浓度、第二硝氮浓度和氨氮浓度，获得碳源药剂投加量、内回流量和曝气量指示，并基于碳源药剂投加量、内回流量和曝气量指示对生物脱氮控制。
具体的，缺氧池、好氧池、二沉池依次连接，在缺氧池进水之前安装进水流量计，用于测量污水***处理进水流量；在缺氧池出水端安装在线硝氮仪，用于测量缺氧出水的硝氮浓度(即第一硝氮浓度)；碳源加药点设置于缺氧池的进水端，实现外碳源投加；好氧池的出水端安装内回流泵，并设置有连接至缺氧池前端的内回流管道，用于将混合液回流至缺氧池的进水端；二沉池出水端安装在线氨氮硝氮仪，用于测量二沉池出水氨氮浓度及第二硝氮浓度(即二沉池出水硝氮浓度)，二沉池出水氨氮浓度作为DO(溶解氧)浓度高低的指示，间接指示曝气量调控；硝氮浓度用于脱氮效果的判定，指示内回流量及碳源投加量的优化调整；控制器通过采集进水流量计、在线硝氮仪、在线氨氮硝氮仪、内回流泵(含变频器)、外回流泵(含变频器)、碳源加药泵(含变频器)、加药流量计等信号实现脱氮***的自动调控功能。
根据示例性的实施方式，污水处理厂生物脱氮控制装置从脱氮全局出发，实现外碳源投加量自动控制、内回流量自动控制及曝气量指示，兼顾***稳定性及调控精准性，实现生物脱氮***的稳定高效低耗运行，统筹考虑控制，真正从工艺调控、节能降耗的角度出发实现脱氮。
作为优选方案，缺氧池的进水端与污水进水管连接，污水进水管上设置进水流量计。
具体的，在缺氧池进水之前的污水进水管上安装进水流量计，用于测量污水***处理水量。
作为优选方案，外碳源药剂投加单元包括加药泵变频器、加药泵和碳源加药流量计，加药泵变频器分别与控制器和加药泵连接，加药泵分别与加药泵变频器和碳源加药流量计连接，且加药泵和碳源加药流量计均设置在缺氧池的进水端。
具体的，外碳源药剂投加单元设置于缺氧池的进水端，实现外碳源投加，包括加药泵变频器、加药泵和碳源加药流量计。
作为优选方案，外回流单元设置在二沉池的出水端，外回流单元包括外回流泵和外回流管道，外回流泵分别与二沉池的出水端和外回流管道的一端连接，外回流管道的另一端与缺氧池的进水端连接。
具体的，二沉池的出水端安装外回流泵，并设置有连接至缺氧池前端的外回流管道，用于将回流污泥回流至缺氧池的进水端。
作为优选方案，内回流单元包括内回流泵变频器、内回流泵和内回流管道，内回流泵变频器分别与控制器和内回流泵连接，内回流泵分别与好氧池的出水端和内回流管道的一端连接，内回流管道的另一端与缺氧池的进水端连接。
具体的，好氧池的出水端安装内回流泵，并设置有连接至缺氧池前端的内回流管道，用于将混合液回流至缺氧池的进水端。
作为优选方案，通过第一前馈控制模式、后馈控制模式或第一优化模式获得碳源药剂投加量。
作为优选方案，第一前馈控制模式为：
Figure BDA0003425964070000101
其中，DOS1为第一前馈模式碳源药剂投加量，ζ1为投加系数，CNH为药剂投加时刻前T1时间所对应的缺氧池进水氨氮浓度，NOEFFSET为二沉池出水硝氮设定浓度，QinT为药剂投加时刻前T1时间所对应的前10分钟进水流量均值，
Figure BDA0003425964070000102
Vano为缺氧池的有效容积，Vox为好氧池的有效容积，Qin为当前时刻前10分钟进水流量均值，R为Qin对应的外回流比，r为Qin对应的内回流比，ρ为外碳源药剂密度，W为外碳源药剂有效含量，Eq1为碳源药剂化学需氧量当量；
后馈控制模式为：
Figure BDA0003425964070000103
其中，DOS2为后馈模式碳源药剂投加量，ζ2为投加系数，NOEFFACT为第二硝氮浓度，NOEFFSET为二沉池出水硝氮设定浓度，DOS0为上一周期实际碳源投加量。
具体的，碳源投加量控制方法：包括第一前馈控制模式、后馈控制模式、第一优化模式(包括前馈-优化模式或后馈-优化模式)可以根据工艺调控条件、在线仪表条件，选择不同的控制方法实现控制功能。第一前馈控制模式，采集进水流量计信号、获取进水氨氮浓度及进水流量，输入至第一前馈控制模式，具体步骤如下：
连续多次采集分析缺氧池进水水样，分析获得进水氨氮浓度；
通过第一前馈控制模式计算加药量DOS1，计算公式为：
Figure BDA0003425964070000111
式中：DOS1—第一前馈模式碳源药剂投加量(L/h)；
ζ1—投加系数，初值采用经验值，最终数值通过运行调试确定；
CNH—药剂投加时刻前T1时间所对应的缺氧池进水氨氮浓度(mg/L)；
NOEFFSET—二沉池出水硝氮设定浓度(mg/L)；
QinT—药剂投加时刻前T1时间所对应的前10分钟进水流量均值(m3/h)；
ρ—外碳源药剂密度(kg/L)；
W—外碳源药剂有效含量(％)；
Eq1—碳源药剂COD当量(kgCOD/kg)。
所述CNH为药剂投加时刻前T1时间所对应的缺氧池进水氨氮浓度，其中，T1具体计算公式为：
式中，
Figure BDA0003425964070000112
Vano—缺氧池的有效容积(m3)；
Vox—好氧池的有效容积(m3)；
Qin—当前时刻前10分钟进水流量均值(m3/h)；
R—Qin对应的外回流比；
r—Qin对应的内回流比。
后馈控制方法，采集二沉池出水硝氮信号，具体步骤如下：
采集二沉池氨氮硝氮仪表的第二硝氮浓度(也是二沉池出水硝氮浓度)。利用后馈模式计算加药量DOS2，计算公式为：
Figure BDA0003425964070000113
式中：DOS2—后馈模式碳源药剂投加量(L/h)；
ζ2—投加系数，初值采用经验值，最终数值通过运行调试确定；
NOEFFACT—二沉池出水硝氮浓度(mg/L)；
NOEFFSET—二沉池出水硝氮设定浓度(mg/L)；
DOS0—上一周期实际碳源投加量(L/h)。
作为优选方案，第一优化模式通过下述步骤获得碳源药剂投加量：通过第一前馈控制模式或后馈控制模式获得碳源药剂投加量；比较第二硝氮浓度与二沉池的出水硝氮设定浓度，以及第一硝氮浓度与缺氧池的出水硝氮设定浓度；当第二硝氮浓度大于二沉池的出水硝氮设定浓度，且第一硝氮浓度大于缺氧池的出水硝氮设定浓度时，增大所述碳源药剂投加量，当第二硝氮浓度小于二沉池的出水硝氮设定浓度，且第一硝氮浓度小于缺氧池的出水硝氮设定浓度时，减小所述碳源药剂投加量。
第一优化模块在第一前馈控制模式或后馈控制模式计算的碳源药剂投加量的基础上，进一步对碳源投加量进行优化调整，具体步骤如下：
以二沉池出水硝氮浓度及缺氧末端硝氮浓度作为优化模式的反馈参数，对前馈模式或后馈模式计算所得碳源药剂投加量进行优化调整。
比较二沉池出水的第二硝氮浓度与二沉池的出水硝氮设定浓度，以及缺氧池的第一硝氮浓度与缺氧池的出水硝氮设定浓度：当二沉池出水的第二硝氮浓度大于二沉池的出水硝氮设定浓度，且缺氧池的第一硝氮浓度大于缺氧池的出水硝氮设定浓度时，对碳源投加量调增；当二沉池出水的第二硝氮浓度小于二沉池的出水硝氮设定浓度，且缺氧池的第一硝氮浓度小于缺氧池的出水硝氮设定浓度时，对碳源投加量调减。
碳源投加控制***将获得的碳源药剂投加量转变为控制信号输出至变频器，再由所述变频器将其转换为电流频率信号输出至加药泵。碳源加药泵设置最低保护频率及最大运行频率边界值，将控制方法输出的加药泵频率结合加药泵频率所设边界值实现最终加药量自动控制。
作为优选方案，通过第二前馈控制模式或第二优化模式获得内回流量，所述第二前馈控制模式为：
Figure BDA0003425964070000131
Qr＝r0*Qin
式中：r0—内回流比，CNH为药剂投加时刻前T1时间所对应的缺氧池进水氨氮浓度，
Figure BDA0003425964070000132
Vano为缺氧池的有效容积，Vox为好氧池的有效容积，Qin为当前时刻前10分钟进水流量均值，R为Qin对应的外回流比，r为Qin对应的内回流比，NOEFFSET为二沉池出水硝氮设定浓度，NHEFFSET为二沉池出水氨氮设定浓度；Qr为内回流量。
具体的，以进水氨氮实际浓度、出水硝氮设定值、出水氨氮设定值、外回流量等参数计算内回流量，具体方法如下：
获取进水氨氮浓度，计算得出内回流量，计算公式为：
Figure BDA0003425964070000133
Qr＝r0*Qin
其中：r0为内回流比，CNH为药剂投加时刻前T1时间所对应的缺氧池进水氨氮浓度，
Figure BDA0003425964070000134
Vano为缺氧池的有效容积，Vox为好氧池的有效容积，Qin为当前时刻前10分钟进水流量均值，R为Qin对应的外回流比，r为Qin对应的内回流比，NOEFFSET为二沉池出水硝氮设定浓度，NHEFFSET为二沉池出水氨氮设定浓度；Qr为内回流量。
作为优选方案，第二优化模式通过下述步骤获得内回流量：通过第二前馈控制模式获得内回流量；比较第二硝氮浓度与二沉池的出水硝氮设定浓度，以及第一硝氮浓度与缺氧池的出水硝氮设定浓度；当第二硝氮浓度大于二沉池的出水硝氮设定浓度，且第一硝氮浓度小于缺氧池的出水硝氮设定浓度时，调大所述内回流量，当第二硝氮浓度小于二沉池的出水硝氮设定浓度时，调小所述内回流量。
具体的，采集缺氧池的第一硝氮浓度及二沉池出水的第二硝氮浓度，将第一硝氮浓度和第二硝氮浓度作为内回流量的反馈参数，实现内回流量的优化调整。
具体的，比较二沉池出水的第二硝氮浓度与二沉池的出水硝氮设定浓度，以及缺氧池的第一硝氮浓度与缺氧池的出水硝氮设定浓度：当二沉池出水的第二硝氮浓度大于二沉池的出水硝氮设定浓度，且缺氧池的第一硝氮浓度小于缺氧池的出水硝氮设定浓度时，对内回流量调增优化；当二沉池出水的第二硝氮浓度小于二沉池的出水硝氮设定浓度时，对内回流量调减优化。
依据不同的处理工艺及现场设备参数设定内回流比的最小及最大边界范围。内回流控制***将输出的内回流量转变为控制信号输出至变频器，再由变频器将其转换为电流频率信号输出至内回流泵。内回流泵设置最低保护频率及最大运行频率边界值，由控制方法输出的内回流泵频率结合内回流泵频率所设边界值实现最终内回流量自动控制。
作为优选方案，通过下述步骤获得曝气量指示：将二沉池出水氨氮浓度与二沉池出水氨氮设定浓度进行比较，当二沉池出水氨氮浓度大于二沉池出水氨氮设定浓度时，调增曝气量，当二沉池出水氨氮浓度小于二沉池出水氨氮设定浓度时，调减曝气量。
具体的，通过二沉池出水氨氮浓度对好氧池曝气量进行指示作用，以便与曝气控制***相结合，实现***联动调控。采集二沉池氨氮硝氮仪表的氨氮浓度，以二沉池出水氨氮浓度作为***分析参数，输出曝气量调增调减的指示。
本发明还公开一种污水处理厂生物脱氮控制方法，利用上述水处理厂生物脱氮控制装置，包括：采集进水流量、进水氨氮浓度、第一硝氮浓度、二沉池出水氨氮浓度及第二硝氮浓度；根据进水流量、进水氨氮浓度、第一硝氮浓度和第二硝氮浓度，获得碳源药剂投加量；根据进水氨氮浓度、第一硝氮浓度及第二硝氮浓度获得内回流量；根据所述二沉池出水氨氮浓度获得曝气量指示。
具体的，氨氮浓度作为DO(溶解氧)浓度高低的指示，间接指示曝气量调控；硝氮浓度用于脱氮效果的判定，指示内回流量及碳源投加量的优化调整，实现脱氮***的自动调控功能。
根据示例性的实施方式，污水处理厂生物脱氮控制装置从脱氮全局出发，实现外碳源投加量自动控制、内回流量自动控制及曝气量指示，兼顾***稳定性及调控精准性，实现生物脱氮***的稳定高效低耗运行，统筹考虑控制，真正从工艺调控、节能降耗的角度出发实现脱氮。
作为优选方案，通过第一前馈控制模式、后馈控制模式或第一优化模式获得碳源药剂投加量。
作为优选方案，第一前馈控制模式为：
Figure BDA0003425964070000151
其中，DOS1为第一前馈模式碳源药剂投加量，ζ1为投加系数，CNH为药剂投加时刻前T1时间所对应的缺氧池进水氨氮浓度，NOEFFSET为二沉池出水硝氮设定浓度，QinT为药剂投加时刻前T1时间所对应的前10分钟进水流量均值，
Figure BDA0003425964070000152
Vano为缺氧池的有效容积，Vox为好氧池的有效容积，Qin为当前时刻前10分钟进水流量均值，R为Qin对应的外回流比，r为Qin对应的内回流比，ρ为外碳源药剂密度，W为外碳源药剂有效含量，Eq1为碳源药剂化学需氧量当量；
后馈控制模式为：
Figure BDA0003425964070000153
其中，DOS2为后馈模式碳源药剂投加量，ζ2为投加系数，NOEFFACT为第二硝氮浓度，NOEFFSET为二沉池出水硝氮设定浓度，DOS0为上一周期实际碳源投加量。
具体的，碳源投加量控制方法：包括第一前馈控制模式、后馈控制模式、第一优化模式(包括前馈-优化模式或后馈-优化模式)可以根据工艺调控条件、在线仪表条件，选择不同的控制方法实现控制功能。第一前馈控制模式，采集进水流量计信号、获取进水氨氮浓度及进水流量，输入至第一前馈控制模式，具体步骤如下：
连续多次采集分析缺氧池进水水样，分析获得进水氨氮浓度；
通过第一前馈控制模式计算加药量DOS1，计算公式为：
Figure BDA0003425964070000161
式中：DOS1—第一前馈模式碳源药剂投加量(L/h)；
ζ1—投加系数，初值采用经验值，最终数值通过运行调试确定；
CNH—药剂投加时刻前T1时间所对应的缺氧池进水氨氮浓度(mg/L)；
NOEFFSET—二沉池出水硝氮设定浓度(mg/L)；
QinT—药剂投加时刻前T1时间所对应的前10分钟进水流量均值(m3/h)；
ρ—外碳源药剂密度(kg/L)；
W—外碳源药剂有效含量(％)；
Eq1—碳源药剂COD当量(kgCOD/kg)。
所述CNH为药剂投加时刻前T1时间所对应的缺氧池进水氨氮浓度，其中，T1具体计算公式为：
式中，
Figure BDA0003425964070000162
Vano—缺氧池的有效容积(m3)；
Vox—好氧池的有效容积(m3)；
Qin—当前时刻前10分钟进水流量均值(m3/h)；
R—Qin对应的外回流比；
r—Qin对应的内回流比。
后馈控制方法，采集二沉池出水硝氮信号，具体步骤如下：
采集二沉池氨氮硝氮仪表的第二硝氮浓度(也是二沉池出水硝氮浓度)。利用后馈模式计算加药量DOS2，计算公式为：
Figure BDA0003425964070000171
式中：DOS2—后馈模式碳源药剂投加量(L/h)；
ζ2—投加系数，初值采用经验值，最终数值通过运行调试确定；
NOEFFACT—二沉池出水硝氮浓度(mg/L)；
NOEFFSET为二沉池出水硝氮设定浓度(mg/L)；
DOS0—上一周期实际碳源投加量(L/h)。
作为优选方案，第一优化模式通过下述步骤获得碳源药剂投加量：通过第一前馈控制模式或后馈控制模式获得碳源药剂投加量；比较第二硝氮浓度与二沉池的出水硝氮设定浓度，以及第一硝氮浓度与缺氧池的出水硝氮设定浓度；当第二硝氮浓度大于二沉池的出水硝氮设定浓度，且第一硝氮浓度大于缺氧池的出水硝氮设定浓度时，增大所述碳源药剂投加量，当第二硝氮浓度小于二沉池的出水硝氮设定浓度，且第一硝氮浓度小于缺氧池的出水硝氮设定浓度时，减小所述碳源药剂投加量。
第一优化模块在第一前馈控制模式或后馈控制模式计算的碳源药剂投加量的基础上，进一步对碳源投加量进行优化调整，具体步骤如下：
以二沉池出水硝氮浓度及缺氧末端硝氮浓度作为优化模式的反馈参数，对前馈模式或后馈模式计算所得碳源药剂投加量进行优化调整。
比较二沉池出水的第二硝氮浓度与二沉池的出水硝氮设定浓度，以及缺氧池的第一硝氮浓度与缺氧池的出水硝氮设定浓度：当二沉池出水的第二硝氮浓度大于二沉池的出水硝氮设定浓度，且缺氧池的第一硝氮浓度大于缺氧池的出水硝氮设定浓度时，对碳源投加量调增；当二沉池出水的第二硝氮浓度小于二沉池的出水硝氮设定浓度，且缺氧池的第一硝氮浓度小于缺氧池的出水硝氮设定浓度时，对碳源投加量调减。
碳源投加控制***将获得的碳源药剂投加量转变为控制信号输出至变频器，再由所述变频器将其转换为电流频率信号输出至加药泵。碳源加药泵设置最低保护频率及最大运行频率边界值，将控制方法输出的加药泵频率结合加药泵频率所设边界值实现最终加药量自动控制。
作为优选方案，通过第二前馈控制模式或第二优化模式获得内回流量，所述第二前馈控制模式为：
Figure BDA0003425964070000181
Qr＝r0*Qin
其中：r0为内回流比，CNH为药剂投加时刻前T1时间所对应的缺氧池进水氨氮浓度，
Figure BDA0003425964070000182
Vano为缺氧池的有效容积，Vox为好氧池的有效容积，Qin为当前时刻前10分钟进水流量均值，R为Qin对应的外回流比，r为Qin对应的内回流比，NOEFFSET为二沉池出水硝氮设定浓度，NHEFFSET为二沉池出水氨氮设定浓度；Qr为内回流量。
具体的，以进水氨氮实际浓度、出水硝氮设定值、出水氨氮设定值、外回流量等参数计算内回流量，具体方法如下：
获取进水氨氮浓度，计算得出内回流量，计算公式为：
Figure BDA0003425964070000183
Qr＝r0*Qin
其中：r0为内回流比，CNH为药剂投加时刻前T1时间所对应的缺氧池进水氨氮浓度，
Figure BDA0003425964070000184
Vano为缺氧池的有效容积，Vox为好氧池的有效容积，Qin为当前时刻前10分钟进水流量均值，R为Qin对应的外回流比，r为Qin对应的内回流比，NOEFFSET为二沉池出水硝氮设定浓度，NHEFFSET为二沉池出水氨氮设定浓度；Qr为内回流量。
作为优选方案，第二优化模式通过下述步骤获得内回流量：通过第二前馈控制模式获得内回流量；比较第二硝氮浓度与二沉池的出水硝氮设定浓度，以及第一硝氮浓度与缺氧池的出水硝氮设定浓度；当第二硝氮浓度大于二沉池的出水硝氮设定浓度，且第一硝氮浓度小于缺氧池的出水硝氮设定浓度时，调大所述内回流量，当第二硝氮浓度小于二沉池的出水硝氮设定浓度时，调小所述内回流量。
具体的，采集以缺氧池的第一硝氮浓度及二沉池出水的第二硝氮浓度作为内回流量的反馈参数，实现内回流量的优化调整。
具体的，比较二沉池出水的第二硝氮浓度与二沉池的出水硝氮设定浓度，以及缺氧池的第一硝氮浓度与缺氧池的出水硝氮设定浓度：当二沉池出水的第二硝氮浓度大于二沉池的出水硝氮设定浓度，且缺氧池的第一硝氮浓度小于缺氧池的出水硝氮设定浓度时，对内回流量调增优化；当二沉池出水的第二硝氮浓度小于二沉池的出水硝氮设定浓度时，对内回流量调减优化。
依据不同的处理工艺及现场设备参数设定内回流量的最小及最大边界范围。内回流控制将输出的内回流量转变为控制信号输出至变频器，再由变频器将其转换为电流频率信号输出至内回流泵。内回流泵设置最低保护频率及最大运行频率边界值，由控制方法输出的内回流泵频率结合内回流泵频率所设边界值实现最终内回流量自动控制。
作为优选方案，通过下述步骤获得曝气量指示：将二沉池出水氨氮浓度与二沉池出水氨氮设定浓度进行比较，当二沉池出水氨氮浓度大于二沉池出水氨氮设定浓度时，调增曝气量，当二沉池出水氨氮浓度小于二沉池出水氨氮设定浓度时，调减曝气量。
具体的，通过二沉池出水氨氮浓度对好氧池曝气量进行指示作用，以便与曝气控制***相结合，实现***联动调控。采集二沉池氨氮硝氮仪表的氨氮浓度，以二沉池出水氨氮浓度作为***分析参数，输出曝气量调增调减的指示。
实施例一
图1示出了根据本发明的一个实施例的污水处理厂生物脱氮控制装置的结构连接图。
如图1所示，该污水处理厂生物脱氮控制装置，包括：依次连接的缺氧池1、好氧池2、二沉池3；缺氧池1的进水端设有进水流量计101和外碳源药剂投加单元，进水流量计101用于测量进水流量，外碳源药剂投加单元用于向缺氧池1内投加碳源药剂，缺氧池1的出水端设有在线硝氮仪102，在线硝氮仪102用于测量缺氧池1出水的第一硝氮浓度；好氧池2的出水端设有内回流单元，内回流单元连接至缺氧池1的进水端，内回流单元用于将混合液回流至缺氧池1的进水端；二沉池3的出水端设有在线氨氮硝氮仪301和外回流单元302，在线氨氮硝氮仪301用于二沉池3出水测量氨氮浓度及第二硝氮浓度，外回流单元302连接至缺氧池1的进水端，外回流单元302用于将回流污泥回流至缺氧池1的进水端；控制器4，控制器4与进水流量计101、在线硝氮仪102、在线氨氮硝氮仪301、内回流单元、外回流单元302和外碳源药剂投加单元连接，控制器4根据进水流量、第一硝氮浓度、第二硝氮浓度和二沉池3的出水氨氮浓度，获得碳源药剂投加量、内回流量和曝气量指示，并基于碳源药剂投加量、内回流量和曝气量指示对生物脱氮控制。
其中，缺氧池1的进水端与污水进水管连接，污水进水管上设置进水流量计101。
其中，外碳源药剂投加单元包括碳源加药流量计104、加药泵103和加药泵变频器105，加药泵变频器105分别与控制器4和加药泵103连接，加药泵103分别与加药泵变频器105和碳源加药流量计104连接，且加药泵103和碳源加药流量计104均设置在缺氧池1的进水端。
其中，外回流单元302设置在二沉池3的出水端，外回流单元302包括外回流泵和外回流管道，外回流泵分别与二沉池3的出水端和外回流管道的一端连接，外回流管道的另一端与缺氧池1的进水端连接。
其中，内回流单元包括内回流泵变频器202、内回流泵201和内回流管道，内回流泵变频器202分别与控制器4和内回流泵201连接，内回流泵201分别与好氧池2的出水端和内回流管道的一端连接，内回流管道的另一端与缺氧池1的进水端连接。
其中，通过第一前馈控制模式、后馈控制模式或第一优化模式获得碳源药剂投加量。
其中，第一前馈控制模式为：
Figure BDA0003425964070000211
其中，DOS1为第一前馈模式碳源药剂投加量，ζ1为投加系数，CNH为药剂投加时刻前T1时间所对应的缺氧池进水氨氮浓度，NOEFFSET为二沉池出水硝氮设定浓度，QinT为药剂投加时刻前T1时间所对应的前10分钟进水流量均值，
Figure BDA0003425964070000212
Vano为缺氧池1的有效容积，Vox为好氧池2的有效容积，Qin为当前时刻前10分钟进水流量均值，R为Qin对应的外回流比，r为Qin对应的内回流比，ρ为外碳源药剂密度，W为外碳源药剂有效含量，Eq1为碳源药剂化学需氧量当量；
后馈控制模式为：
Figure BDA0003425964070000213
其中，DOS2为后馈模式碳源药剂投加量，ζ2为投加系数，NOEFFACT为第二硝氮浓度，NOEFFSET为二沉池出水硝氮设定浓度，DOS0—上一周期实际碳源投加量。
其中，第一优化模式通过下述步骤获得碳源药剂投加量：通过第一前馈控制模式或后馈控制模式获得碳源药剂投加量；比较第二硝氮浓度与二沉池的出水硝氮设定浓度，以及第一硝氮浓度与缺氧池的出水硝氮设定浓度；当第二硝氮浓度大于二沉池的出水硝氮设定浓度，且第一硝氮浓度大于缺氧池的出水硝氮设定浓度时，增大所述碳源药剂投加量，当第二硝氮浓度小于二沉池的出水硝氮设定浓度，且第一硝氮浓度小于缺氧池的出水硝氮设定浓度时，减小所述碳源药剂投加量。
其中，通过第二前馈控制模式或第二优化模式获得内回流量，第二前馈控制模式为：
Figure BDA0003425964070000221
Qr＝r0*Qin
其中：r0为内回流比，CNH为药剂投加时刻前T1时间所对应的缺氧池进水氨氮浓度，
Figure BDA0003425964070000222
Vano为缺氧池的有效容积，Vox为好氧池的有效容积，Qin为当前时刻前10分钟进水流量均值，R为Qin对应的外回流比，r为Qin对应的内回流比，NOEFFSET为二沉池出水硝氮设定浓度，NHEFFSET为二沉池出水氨氮设定浓度；Qr为内回流量。
其中，第二优化模式通过下述步骤获得内回流量：通过第二前馈控制模式获得内回流量；比较第二硝氮浓度与二沉池的出水硝氮设定浓度，以及第一硝氮浓度与缺氧池的出水硝氮设定浓度；当第二硝氮浓度大于二沉池的出水硝氮设定浓度，且第一硝氮浓度小于缺氧池的出水硝氮设定浓度时，调大所述内回流量，当第二硝氮浓度小于二沉池的出水硝氮设定浓度时，调小所述内回流量。
其中，通过下述步骤获得曝气量：将二沉池出水氨氮浓度与二沉池出水氨氮设定浓度进行比较，当二沉池出水氨氮浓度大于二沉池出水氨氮设定浓度时，调增曝气量，当二沉池出水氨氮浓度小于二沉池出水氨氮设定浓度时，调减曝气量。
实施例二
图2示出了示出了根据本发明的一个实施例的污水处理厂生物脱氮控制方法的流程图。图3示出了根据本发明的一个实施例的污水处理厂生物脱氮控制方法的碳源药剂投加量控制流程图。图4示出了根据本发明的一个实施例的污水处理厂生物脱氮控制方法的内回流量控制流程图。
结合图2、图3和图4所示，该污水处理厂生物脱氮控制方法，利用上述污水处理厂生物脱氮控制装置，包括：
步骤1：采集进水流量、进水氨氮浓度、第一硝氮浓度、二沉池出水氨氮浓度及第二硝氮浓度；
步骤2：根据进水流量、进水氨氮浓度、第一硝氮浓度和第二硝氮浓度，获得碳源药剂投加量；
步骤3：根据进水氨氮浓度、第一硝氮浓度和第二硝氮浓度获得内回流量；
步骤4：根据所述二沉池出水氨氮浓度获得曝气量指示。
其中，通过第一前馈控制模式、后馈控制模式或第一优化模式获得碳源药剂投加量。
其中，第一前馈控制模式为：
Figure BDA0003425964070000231
其中，DOS1为第一前馈模式碳源药剂投加量，ζ1为投加系数，CNH为药剂投加时刻前T1时间所对应的缺氧池进水氨氮浓度，NOEFFSET为二沉池出水硝氮设定浓度，QinT为药剂投加时刻前T1时间所对应的前10分钟进水流量均值，
Figure BDA0003425964070000232
Vano为缺氧池1的有效容积，Vox为好氧池2的有效容积，Qin为当前时刻前10分钟进水流量均值，R为Qin对应的外回流比，r为Qin对应的内回流比，ρ为外碳源药剂密度，W为外碳源药剂有效含量，Eq1为碳源药剂化学需氧量当量；
后馈控制模式为：
Figure BDA0003425964070000241
其中，DOS2为后馈模式碳源药剂投加量，ζ2为投加系数，NOEFFACT为第二硝氮浓度，NOEFFSET为二沉池出水硝氮设定浓度，DOS0—上一周期实际碳源投加量。
其中，第一优化模式通过下述步骤获得碳源药剂投加量：通过第一前馈控制模式或后馈控制模式获得碳源药剂投加量；比较第二硝氮浓度与二沉池的出水硝氮设定浓度，以及第一硝氮浓度与缺氧池的出水硝氮设定浓度；当第二硝氮浓度大于二沉池的出水硝氮设定浓度，且第一硝氮浓度大于缺氧池的出水硝氮设定浓度时，增大所述碳源药剂投加量，当第二硝氮浓度小于二沉池的出水硝氮设定浓度，且第一硝氮浓度小于缺氧池的出水硝氮设定浓度时，减小所述碳源药剂投加量。
其中，通过第二前馈控制模式或第二优化模式获得内回流量，第二前馈控制模式为：
Figure BDA0003425964070000242
Qr＝r0*Qin
其中：r0为内回流比，CNH为药剂投加时刻前T1时间所对应的缺氧池进水氨氮浓度，
Figure BDA0003425964070000243
Vano为缺氧池的有效容积，Vox为好氧池的有效容积，Qin为当前时刻前10分钟进水流量均值，R为Qin对应的外回流比，r为Qin对应的内回流比，NOEFFSET为二沉池出水硝氮设定浓度，NHEFFSET为二沉池出水氨氮设定浓度；Qr为内回流量。
其中，第二优化模式通过下述步骤获得内回流量：通过第二前馈控制模式获得内回流量；比较第二硝氮浓度与二沉池的出水硝氮设定浓度，以及第一硝氮浓度与缺氧池的出水硝氮设定浓度；当第二硝氮浓度大于二沉池的出水硝氮设定浓度，且第一硝氮浓度小于缺氧池的出水硝氮设定浓度时，调大所述内回流量，当第二硝氮浓度小于二沉池的出水硝氮设定浓度时，调小所述内回流量。
其中，通过下述步骤获得曝气量：将二沉池出水氨氮浓度与二沉池出水氨氮设定浓度进行比较，当二沉池出水氨氮浓度大于二沉池出水氨氮设定浓度时，调增曝气量，当二沉池出水氨氮浓度小于二沉池出水氨氮设定浓度时，调减曝气量。
下面通过一具体示例对本发明做进一步的解释。
以某公司为例，实施污水处理厂生物脱氮控制：
A.碳源药剂投加量控制实施方法：
S1-S4.获取进水氨氮、进水流量、出水硝氮设定值、碳源药剂密度、碳源药剂有效含量、碳源药剂当量、缺氧池及好氧池的容积、内外回流量，具体参见表1，利用前馈模式计算加药量DOS、CNH的时间差T1。
表1
Figure BDA0003425964070000251
其中，内外回流量通过内外回流泵的频率核算得出，加药量计算系数按照经验值0.15核算。
Figure BDA0003425964070000252
Figure BDA0003425964070000253
S5.采集二沉池硝氮仪表的信号，输入控制器。利用后馈模式计算加药量DOS.
Figure BDA0003425964070000261
其中，二沉池出水硝氮浓度NOEFFACT为在线仪表数据，上一周期碳源投加量DOS0按照加药量为0核算；
S6.采集缺氧末端硝氮仪信号、二沉池氨氮硝氮仪信号。以二沉池出水硝氮浓度及缺氧末端硝氮浓度作为优化模式的反馈参数，实现加药量的调增调减。
通过第一前馈控制模式或后馈控制模式获得碳源药剂投加量；比较第二硝氮浓度与二沉池的出水硝氮设定浓度，以及第一硝氮浓度与缺氧池的出水硝氮设定浓度；当第二硝氮浓度大于二沉池的出水硝氮设定浓度，且第一硝氮浓度大于缺氧池的出水硝氮设定浓度时，增大所述碳源药剂投加量，当第二硝氮浓度小于二沉池的出水硝氮设定浓度，且第一硝氮浓度小于缺氧池的出水硝氮设定浓度时，减小所述碳源药剂投加量。
S7.碳源投加控制***将计算所得的碳源药剂投加量转变为控制信号输出至变频器，再由所述变频器将其转换为电流频率信号输出至加药泵。同时由各控制方法输出的加药泵频率受碳源加药泵所设最小、最大运行频率(20Hz～50Hz)的边界限制。
B.内回流量控制具体实施方法：
S8.获取进水氨氮、外回流量，计算内回流量r。
Figure BDA0003425964070000262
Qr＝1.5*1562＝2343m3/h
S9.采集缺氧末硝氮信号，二沉池氨氮硝氮的信号，输入控制器。以二沉池出水硝氮浓度及缺氧末硝氮浓度作为内回流量的反馈参数，实现内回流量的调增调减。
通过第二前馈控制模式获得内回流量；比较第二硝氮浓度与二沉池的出水硝氮设定浓度，以及第一硝氮浓度与缺氧池的出水硝氮设定浓度；当第二硝氮浓度大于二沉池的出水硝氮设定浓度，且第一硝氮浓度小于缺氧池的出水硝氮设定浓度时，调大所述内回流量，当第二硝氮浓度小于二沉池的出水硝氮设定浓度时，调小所述内回流量。
S10.依据不同的处理工艺及现场设备参数设定内回流比的最小及最大边界(150％-500％)，内回流比最终运行范围受最小和最大边界值的限制。内回流控制***将计算所得内回流量转变为控制信号输出至变频器，再由所述变频器将其转换为电流频率信号输出至内回流泵，同时由各控制方法输出的内回流泵频率受内回流泵所设最小、最大运行频率(30Hz～50Hz)的边界限制。
C.曝气量指示方法：
S11.通过二沉池出水氨氮浓度对好氧池曝气量进行指示作用，以便与曝气控制***相结合，实现***联动调控，采集安装于二沉池在线氨氮仪表的信号,输入控制器。
将二沉池出水氨氮值(氨氮浓度)与二沉池出水氨氮设定浓度进行比较，当二沉池出水氨氮值(氨氮浓度)大于二沉池出水氨氮设定浓度时，调增曝气量，当二沉池出水氨氮值(氨氮浓度)小于二沉池出水氨氮设定浓度时，调减曝气量。
以上已经描述了本发明的实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的实施例。在不偏离所说明的实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种污水处理厂生物脱氮控制装置，其特征在于，包括：依次连接的缺氧池、好氧池、二沉池；
所述缺氧池的进水端设有进水流量计和外碳源药剂投加单元，所述进水流量计用于测量进水流量，所述外碳源药剂投加单元用于向所述缺氧池内投加碳源药剂，所述缺氧池的出水端设有在线硝氮仪，所述在线硝氮仪用于测量缺氧池出水的第一硝氮浓度；
所述好氧池的出水端设有内回流单元，所述内回流单元连接至所述缺氧池的进水端，所述内回流单元用于将混合液回流至缺氧池的进水端；
所述二沉池的出水端设有在线氨氮硝氮仪和外回流单元，所述在线氨氮硝氮仪用于测量二沉池出水氨氮浓度及第二硝氮浓度，所述外回流单元连接至所述缺氧池的进水端，所述外回流单元用于将回流污泥回流至缺氧池的进水端；
控制器，所述控制器与所述进水流量计、在线硝氮仪、在线氨氮硝氮仪、内回流单元、外回流单元和外碳源药剂投加单元连接，所述控制器根据进水流量、第一硝氮浓度、第二硝氮浓度和二沉池出水氨氮浓度，获得碳源药剂投加量、内回流量和曝气量指示，并基于所述碳源药剂投加量、内回流量和曝气量指示进行生物脱氮控制。
2.根据权利要求1所述的污水处理厂生物脱氮控制装置，其特征在于，所述缺氧池的进水端与污水进水管连接，所述污水进水管上设置进水流量计。
3.根据权利要求2所述的污水处理厂生物脱氮控制装置，其特征在于，所述外碳源药剂投加单元包括加药泵变频器、加药泵和碳源加药流量计，所述加药泵变频器分别与所述控制器和加药泵连接，所述加药泵分别与所述加药泵变频器和所述碳源加药流量计连接，且所述加药泵和所述碳源加药流量计均设置在缺氧池的进水端；
所述外回流单元设置在所述二沉池的出水端，所述外回流单元包括外回流泵和外回流管道，所述外回流泵分别与所述二沉池的出水端和外回流管道的一端连接，所述外回流管道的另一端与所述缺氧池的进水端连接；
所述内回流单元包括内回流泵变频器、内回流泵和内回流管道，所述内回流泵变频器分别与所述控制器和所述内回流泵连接，所述内回流泵分别与所述好氧池的出水端和内回流管道的一端连接，所述内回流管道的另一端与所述缺氧池的进水端连接。
4.根据权利要求1所述的污水处理厂生物脱氮控制装置，其特征在于，通过第一前馈控制模式、后馈控制模式或第一优化模式获得碳源药剂投加量。
5.根据权利要求4所述的污水处理厂生物脱氮控制装置，其特征在于，
所述第一前馈控制模式为：
Figure FDA0003425964060000021
其中，DOS1为第一前馈模式碳源药剂投加量，ζ1为投加系数，CNH为药剂投加时刻前T1时间所对应的缺氧池进水氨氮浓度，NOEFFSET为二沉池出水硝氮设定浓度，QinT为药剂投加时刻前T1时间所对应的前10分钟进水流量均值，
Figure FDA0003425964060000022
Vano为缺氧池的有效容积，Vox为好氧池的有效容积，Qin为当前时刻前10分钟进水流量均值，R为Qin对应的外回流比，r为Qin对应的内回流比，ρ为外碳源药剂密度，W为外碳源药剂有效含量，Eq1为碳源药剂化学需氧量当量；
所述后馈控制模式为：
Figure FDA0003425964060000031
其中，DOS2为后馈模式碳源药剂投加量，ζ2为投加系数，NOEFFACT为第二硝氮浓度，NOEFFSET为二沉池出水硝氮设定浓度，DOS0为上一周期实际碳源投加量。
6.根据权利要求5所述的污水处理厂生物脱氮控制装置，其特征在于，第一优化模式通过下述步骤获得碳源药剂投加量：
通过第一前馈控制模式或后馈控制模式获得碳源药剂投加量；
比较第二硝氮浓度与二沉池的出水硝氮设定浓度，以及第一硝氮浓度与缺氧池的出水硝氮设定浓度；
当第二硝氮浓度大于二沉池的出水硝氮设定浓度，且第一硝氮浓度大于缺氧池的出水硝氮设定浓度时，增大所述碳源药剂投加量，当第二硝氮浓度小于二沉池的出水硝氮设定浓度，且第一硝氮浓度小于缺氧池的出水硝氮设定浓度时，减小所述碳源药剂投加量。
7.根据权利要求1所述的污水处理厂生物脱氮控制装置，其特征在于，通过第二前馈控制模式或第二优化模式获得内回流量，所述第二前馈控制模式为：
Figure FDA0003425964060000032
Qr＝r0*Qin
其中：r0为内回流比，CNH为药剂投加时刻前T1时间所对应的缺氧池进水氨氮浓度，
Figure FDA0003425964060000033
Vano为缺氧池的有效容积，Vox为好氧池的有效容积，Qin为当前时刻前10分钟进水流量均值，R为Qin对应的外回流比，r为Qin对应的内回流比，NOEFFSET为二沉池出水硝氮设定浓度，NHEFFSET为二沉池出水氨氮设定浓度；Qr为内回流量。
8.根据权利要求7所述的污水处理厂生物脱氮控制装置，其特征在于第二优化模式通过下述步骤获得内回流量：
通过第二前馈控制模式获得内回流量；
比较第二硝氮浓度与二沉池的出水硝氮设定浓度，以及第一硝氮浓度与缺氧池的出水硝氮设定浓度；
当第二硝氮浓度大于二沉池的出水硝氮设定浓度，且第一硝氮浓度小于缺氧池的出水硝氮设定浓度时，调大所述内回流量，当第二硝氮浓度小于二沉池的出水硝氮设定浓度时，调小所述内回流量。
9.根据权利要求1所述的污水处理厂生物脱氮控制装置，其特征在于，通过下述步骤获得曝气量指示：
将二沉池出水氨氮浓度与二沉池出水氨氮设定浓度进行比较，当二沉池出水氨氮浓度大于二沉池出水氨氮设定浓度时，调增曝气量，当二沉池出水氨氮浓度小于二沉池出水氨氮设定浓度时，调减曝气量。
10.一种污水处理厂生物脱氮控制方法，利用权利要求1-3中任一项所述的污水处理厂生物脱氮控制装置，其特征在于，包括：
采集进水流量、进水氨氮浓度、第一硝氮浓度、二沉池出水氨氮浓度及第二硝氮浓度；
根据进水流量、进水氨氮浓度、第一硝氮浓度和第二硝氮浓度，获得碳源药剂投加量；
根据进水氨氮浓度、第一硝氮浓度和第二硝氮浓度获得内回流量；
根据所述二沉池出水氨氮浓度获得曝气量指示。
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