專利名稱：污泥脫水自動(dòng)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于污水處理過程中污泥脫水的自動(dòng)控制系統(tǒng)。
污泥是污水處理過程中的固體廢棄物，集中了水體中的大量細(xì)菌、病源體、有害有毒物質(zhì)，處理不當(dāng)，會(huì)造成嚴(yán)重的二次污染，使水處理效果付之東流。因此，污泥處理和處置是污水處理過程中十分重要的環(huán)節(jié)。目前，僅我國每年排放的干污泥近20萬噸，濕污泥380～500萬噸，而我國現(xiàn)有的污水處理設(shè)施中有污泥穩(wěn)定處理設(shè)施的還不到四分之一，處理工藝和配套設(shè)備較為完善的不到十分之一。從而使大量未經(jīng)處理的污泥沒有正常出路，既成為污水處理廠的嚴(yán)重負(fù)擔(dān)，又造成了嚴(yán)重的二次污染。
污泥的無害化資源化是污泥處理的發(fā)展方向，而污泥脫水又是污泥處理的前提。因此，找到一種簡單、有效、對(duì)污泥脫水過程能進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)控制的方法，是國內(nèi)外專家共同關(guān)心的問題。由于市政污泥有機(jī)物含量高，一般為50～60%，脫水過程極為困難，在脫水前需進(jìn)行化學(xué)調(diào)節(jié)，即向污泥中投加價(jià)格昂貴的有機(jī)高分子絮凝劑。在進(jìn)行化學(xué)絮凝的實(shí)際過程中，即使篩選好的最佳絮凝劑，由于污泥中固體含量的不同，絮凝劑的最佳投藥量會(huì)有很大變化。投藥量低于最佳量，用于機(jī)械脫水的帶式壓濾機(jī)不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，出現(xiàn)網(wǎng)帶跑泥現(xiàn)象;投藥量高于最佳量時(shí)，壓濾機(jī)壓出的濾餅發(fā)粘，含水率增加，使絮體中包裹的水不易脫除，并造成網(wǎng)帶濾孔堵塞，不易清洗，進(jìn)而使壓濾機(jī)不能正常連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，嚴(yán)格控制最佳投藥量是帶式壓濾機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的基本條件。另外，由于化學(xué)調(diào)節(jié)占整個(gè)污水處理過程運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)的30%左右，成本很高，所以，對(duì)投藥量進(jìn)行有效控制，是降低污泥處理過程費(fèi)用的有效途徑。
加拿大廢水技術(shù)中心在80年代設(shè)計(jì)、采用了污泥脫水自動(dòng)控制器，該控制器利用污泥投加絮凝藥劑前后流變態(tài)的變化，使用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)，測定加藥前后污泥的剪切應(yīng)力，利用剪切應(yīng)力的變化，實(shí)現(xiàn)污泥脫水自動(dòng)控制。利用該自動(dòng)控制技術(shù)，平均節(jié)約用藥量13%。但是，該自動(dòng)控制技術(shù)主要用于消化污泥的脫水，尚未用于難脫水的未消化污泥的脫水自動(dòng)控制上，并且需要精密的旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)進(jìn)行剪切應(yīng)力的測定，而這種粘度計(jì)至今只有美國、日本的能滿足使用要求。
在我國，目前在這方面尚屬空白。
本發(fā)明的目的就是在全面考慮影響最佳投藥量因素，如污泥的種類、污泥的濃度和污泥中總固體流量，并由此建立最佳投藥量數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，提供一種結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)用性強(qiáng)的對(duì)最佳投藥量進(jìn)行實(shí)時(shí)控制的污泥脫水自動(dòng)控制系統(tǒng)。
本發(fā)明所說的污泥脫水自動(dòng)控制系統(tǒng)包括(1)污泥貯罐;
(2)與污泥貯罐相連、用于輸送污泥的污泥定量泵;
(3)用于將固體絮凝藥劑進(jìn)行溶解的絮凝劑速溶機(jī);
(4)與絮凝劑速溶機(jī)相連、用于調(diào)節(jié)絮凝劑供給量V2的藥劑定量泵;
(5)與污泥定量泵和絮凝劑稀釋器相連，用于污泥和絮凝劑進(jìn)行絮凝反應(yīng)的絮凝反應(yīng)器;
(6)與絮凝反應(yīng)器相連、對(duì)絮凝后污泥進(jìn)行機(jī)械脫水的帶式壓榨過濾機(jī);
本發(fā)明的特征在于，它還包括
(7)位于藥劑定量泵和絮凝反應(yīng)器之間的用于稀釋絮凝藥劑的絮凝劑稀釋器;
(8)與污泥貯罐相連、用于實(shí)時(shí)測量污泥流量V1的電磁流量計(jì);
(9)與電磁流量計(jì)相連、用于實(shí)時(shí)測量污泥濃度C1的污泥濃度計(jì);
(10)分別與電磁流量計(jì)、污泥濃度計(jì)和藥劑定量泵相連，利用實(shí)時(shí)測得的V1和C1值及給定的藥劑濃度值C2對(duì)藥劑流量值V2進(jìn)行實(shí)時(shí)運(yùn)算，并由此對(duì)藥劑流量泵的藥劑供給量V2進(jìn)行實(shí)時(shí)控制的投藥控制器，該控制器主要由以下各部分組成(a)、用于啟動(dòng)或復(fù)位監(jiān)控程序的watchdog電路;
(b)、對(duì)給定值A(chǔ)、B、K、C2進(jìn)行賦值的賦值器;
(c)、將測得的污泥流量V1和污泥濃度C1兩個(gè)模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC;
(d)、與模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC相匹配，用于保證測得的V1和C1值不受電場干擾的隔離放大器M和N;
(e)、利用最佳投藥量與污泥濃度C1變化關(guān)系的數(shù)學(xué)模型對(duì)給定的數(shù)字量A、B、K、C2和測量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量V1、C1進(jìn)行運(yùn)算求出藥劑流量值V2的微處理器CPU，所說的最佳投藥量數(shù)學(xué)模型為式中，A為0.1～1.0;B為-0.1～+1.0;K為1.0～8.0;C2為0～2%;
(f)、將V2的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量;用以實(shí)時(shí)控制藥劑定量泵流量的數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC。
由此構(gòu)成的污泥脫水自動(dòng)控制系統(tǒng)，不僅對(duì)濃度較高的污泥具有良好的實(shí)時(shí)投藥控制和脫水作用，而且對(duì)濃度較低未消化、難于脫水的污泥仍具良好的實(shí)時(shí)投藥控制和脫水作用，利用本發(fā)明，污泥脫水過程安全可靠，平均節(jié)約用藥量高于15%，而且整個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)構(gòu)成簡單，成本低、易于實(shí)施，具有很好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的數(shù)學(xué)模型的建立、自動(dòng)控制程序和自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用作詳細(xì)描述。


圖1本發(fā)明數(shù)學(xué)模型的曲線圖。
圖2本發(fā)明控制程序框圖。
圖3本發(fā)明自動(dòng)控制系統(tǒng)示意圖。
本發(fā)明中數(shù)學(xué)模型的建立基于如下原理污泥脫水化學(xué)調(diào)節(jié)過程中絮凝劑的投加量主要取決于污泥的種類、污泥的濃度(%)和污泥中的總固體流量。濃度不同的污泥具有不同的最佳投藥量數(shù)值(mg藥/g干泥)。隨著污泥濃度的增加，最佳投藥量數(shù)值相應(yīng)降低。污泥種類不同，最佳投藥量值也不同。針對(duì)某種特定污泥，進(jìn)行模擬工藝試驗(yàn)來建立數(shù)學(xué)模型，是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)控制的基礎(chǔ)。
對(duì)某種特定濃度的污泥，當(dāng)最佳投藥量mg藥/g干泥通過試驗(yàn)確定后，投藥量則取決于某時(shí)間間隔內(nèi)污泥中的總固體流量。設(shè)總固體流量為Q，由污泥濃度和污泥流量得Q＝C1×W1×d (1)C1污泥濃度(%);
W1污泥質(zhì)量流量(kg/s);
d污泥比重(kg/l)。
d在C1為0～5%時(shí)可近似為1。精確測量瞬時(shí)污泥的濃度和流量，對(duì)實(shí)現(xiàn)投藥的自動(dòng)控制是非常重要的。
當(dāng)配制濃度為C2的藥液后，投藥量和污泥的關(guān)系式如下C2W2＝QY (2)式中，Y最佳投藥量W2藥液質(zhì)量流量。
將(1)式代入(2)式得C2W2＝C1W1Y (3)設(shè)V1為污泥流量(l/s)，V2為藥劑流量(l/s)，由于藥液比重約等于1，則W2＝V2(4)W1＝V1(5)本發(fā)明通過工藝試驗(yàn)獲得的最佳投藥量Y與污泥濃度的關(guān)系曲線如圖1所示，試驗(yàn)結(jié)果見表1。
表1
<p>根據(jù)表1的兩組試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)最佳投藥量Y按Y＝AEBX進(jìn)行回歸，最終求得最佳投藥量方程如下Y＝4.53.e-0.26x(6)將(3)式與(6)式合并，并將W1＝V1、W2＝V2代入整理后得V2=KV1C1C2(e-AC1+B)---(7)]]>(7)式即為實(shí)際系統(tǒng)的最佳投藥量與污泥濃度C1變化關(guān)系的自動(dòng)控制數(shù)學(xué)模型。
為使該數(shù)學(xué)模型能用于污泥脫水的投藥控制中，本發(fā)明根據(jù)該數(shù)學(xué)模型設(shè)計(jì)了計(jì)算機(jī)控制程序，控制程序的框圖如圖2所示。
本發(fā)明是通過圖3所示的自動(dòng)控制系統(tǒng)利用圖2所示的控制程序?qū)ξ勰嗟耐端幒兔撍^程實(shí)行實(shí)時(shí)控制的。控制原理如下貯存于污泥貯罐中的污泥由與其相連的污泥定量泵送入絮凝反應(yīng)器，在污泥貯罐和污泥定量泵之間串接電磁流量計(jì)和污泥濃度計(jì)，用于實(shí)時(shí)測量污泥的流量V1和污泥濃度C1，并將V1和C1值輸入由計(jì)算機(jī)控制的投藥控制器;與絮凝反應(yīng)器相連的還有絮凝劑稀釋器和絮凝劑速溶機(jī)，在絮凝反應(yīng)器和絮凝劑速溶機(jī)之間接有調(diào)節(jié)藥劑供給量V2的藥劑定量泵，該泵通過電路與投藥控制器相連。在實(shí)際控制中，藥劑濃度C2是給定的，當(dāng)污泥的種類、污泥處理的環(huán)境條件以及控制系統(tǒng)的硬件等因素確定后，上述數(shù)學(xué)模型中的A、B、K值也是確定的，將C2、A、B、K四個(gè)常量通過賦值器輸入由計(jì)算機(jī)程序控制的投藥控制器，該控制器就會(huì)按照?qǐng)D2框圖所示的程序利用上述數(shù)學(xué)模型運(yùn)算出藥劑定量泵應(yīng)向絮凝反應(yīng)器輸送的藥劑量V2，由此確定藥劑定量泵的給藥量。隨著污泥處理過程中V1和C1的變化，藥劑定量泵的給藥量V2也會(huì)隨之相應(yīng)地改變，從而實(shí)現(xiàn)了污泥處理過程中最佳投藥量的實(shí)時(shí)控制。由藥劑定量泵輸出的藥劑濃度較高，而要求參與絮凝器絮凝反應(yīng)的藥劑濃度則應(yīng)較低，因此，在藥劑定量泵和絮凝反應(yīng)器之間設(shè)置了絮凝劑稀釋器，以便向絮凝反應(yīng)器輸送低濃度的藥劑。絮凝劑稀釋器是一種接有自來水管和藥劑定量泵藥管的管狀腔體結(jié)構(gòu)，在稀釋器腔體中，來自定時(shí)泵的藥劑與自來水在腔體內(nèi)充分混合后被稀釋，然后輸送給絮凝反應(yīng)器。由于藥劑定量泵向絮凝反應(yīng)器輸送的藥劑量每時(shí)每刻都能保證是最佳投藥量，所以絮凝反應(yīng)器中污泥的絮凝反應(yīng)總能保證處于最佳狀態(tài)，因此，由絮凝反應(yīng)器輸送給帶式壓濾機(jī)的污泥絮凝狀況好，絮體中的水易于脫除，不會(huì)出現(xiàn)壓濾機(jī)網(wǎng)帶堵塞的現(xiàn)象，更不會(huì)有網(wǎng)帶跑泥的情況產(chǎn)生，在整個(gè)污泥脫水過程中，帶式壓濾機(jī)會(huì)保持良好的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。脫水處理后的濾餅含水率低，可直接進(jìn)入污泥堆肥工序進(jìn)行好氧堆肥。
本發(fā)明的自動(dòng)控制系統(tǒng)中，所用的電磁流量計(jì)是通用的流體流量計(jì)，藥劑定量泵也是通用件，均為市售產(chǎn)品，很容易購得。所用的藥劑速溶機(jī)根據(jù)固體藥劑的難溶解特點(diǎn)研制而成，它采用三臺(tái)推進(jìn)式攪拌器進(jìn)行攪拌，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。所用的污泥濃度計(jì)是國際上采用較多的超聲波濃度計(jì)。所用的絮凝反應(yīng)器為低速攪拌式反應(yīng)器，由于加入有機(jī)高分子絮凝劑是不可逆過程，過速攪拌會(huì)破壞絮體，只有低速攪拌才能產(chǎn)生適于帶式壓濾機(jī)脫水要求的絮體。本發(fā)明所用的帶式壓濾機(jī)為已有市售產(chǎn)品。
在本發(fā)明的投藥控制器中，由于投藥控制參數(shù)不多，微處理器CPU采用8051單片機(jī)。所用的watchdog電路、ADC和DAC轉(zhuǎn)換器也均為市售產(chǎn)品。此外，為使污泥流量計(jì)和污泥濃度計(jì)的測量不受電場干擾，在ADC上配置了隔離放大器M和N，以保證C1和V1值的準(zhǔn)確性。所說的賦值器可以是標(biāo)準(zhǔn)拔動(dòng)開關(guān)，也可以標(biāo)準(zhǔn)輸入鍵盤，以完成對(duì)給定值賦值。本發(fā)明投藥控制器在運(yùn)算完V2值后，會(huì)自動(dòng)返回，進(jìn)行下一個(gè)周期的V2值運(yùn)算，運(yùn)算過程如此往復(fù)進(jìn)行，實(shí)時(shí)控制則不斷進(jìn)行下去。
權(quán)利要求
1.一種用于污水處理的污泥脫水自動(dòng)控制系統(tǒng)，包括(1)、污泥貯罐；(2)、與污泥貯罐相連、用于輸送污泥的污泥定量泵；(3)、用于將固體絮凝藥劑進(jìn)行溶解的絮凝劑速溶機(jī)；(4)、與絮凝劑速溶機(jī)相連、用于調(diào)節(jié)絮凝劑供給量V2的藥劑定量泵；(5)、與污泥定量泵和絮凝劑稀釋器相連，用于污泥和絮凝劑進(jìn)行絮凝反應(yīng)的絮凝反應(yīng)器；(6)、與絮凝反應(yīng)器相連、對(duì)絮凝后的污泥進(jìn)行機(jī)械脫水的帶式壓榨過濾機(jī)；本發(fā)明的特征在于，它還包括(7)、位于藥劑定量泵和絮凝反應(yīng)器之間的用于稀釋絮凝藥劑的絮凝劑稀釋器；(8)、與污泥貯罐相連、用于實(shí)時(shí)測量污泥流量V1的電磁流量計(jì)；(9)、與電磁流量計(jì)相連、用于實(shí)時(shí)測量污泥濃度C1的污泥濃度計(jì)；(10)、分別與電磁流量計(jì)、污泥濃度計(jì)和藥劑定量泵相連、利用實(shí)時(shí)測得的V1和C1值及給定的藥劑濃度值C2對(duì)藥劑流量值V2進(jìn)行實(shí)時(shí)運(yùn)算、并由此對(duì)藥劑流量泵的藥劑供給量V2進(jìn)行實(shí)時(shí)控制的投藥控制器，該控制器主要由以下各部分組成(a)、用于啟動(dòng)或復(fù)位監(jiān)控程序的Watchdog電路；(b)、對(duì)給定值A(chǔ)、B、K、C2進(jìn)行賦值的賦值器；(c)、將測得的污泥流量V1和污泥濃度C1兩個(gè)模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC；(d)、與模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC相匹配，用于保證測得的V1和C1不受電場干擾的隔離放大器M和N；(e)、利用最佳投藥量與污泥濃度C1變化關(guān)系的數(shù)學(xué)模型對(duì)給定的數(shù)字量A、B、C2、K和測量轉(zhuǎn)換成的數(shù)字量V1、C1進(jìn)行運(yùn)算求出藥劑流量值V2的微處理器CPU，所說的最佳投藥量數(shù)學(xué)模型為 V2=k (V1C1)/(C2) (e-AC1+B)式中，A為0.1～1.0，B為-1.0～+1.0，C2為0～2%，K為1.0～8.0；(f)、將V2的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，用以實(shí)時(shí)控制藥劑定量泵流量的數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于污水處理過程中污泥脫水的自動(dòng)控制系統(tǒng)，它主要由污泥貯罐、污泥流量計(jì)、藥劑速溶機(jī)、藥劑定量泵、投藥控制器以及帶式壓濾機(jī)組成，本發(fā)明通過投藥控制器利用最佳投藥量與污泥濃度變化關(guān)系的數(shù)學(xué)模型對(duì)污泥脫水的投藥過程進(jìn)行計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制。本發(fā)明自動(dòng)控制系統(tǒng)構(gòu)成簡單，成本低，它可使脫水過程中的投藥量節(jié)省15％以上，而且控制性能準(zhǔn)確、穩(wěn)定，能保證脫水過程連續(xù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，具有很好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號(hào)C02F11/14GK1107444SQ9410143
公開日1995年8月30日 申請(qǐng)日期1994年2月23日 優(yōu)先權(quán)日1994年2月23日
發(fā)明者田秀敏, 劉開連, 樓上游, 馬殿旗, 黎琦, 胡仕銘 申請(qǐng)人:機(jī)械電子工業(yè)部機(jī)械工業(yè)環(huán)境保護(hù)技術(shù)研究所