專利名稱：污水處理智能管理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種智能管理系統(tǒng)，特別涉及一種污水處理工藝的改進(jìn)和智 能控制相結(jié)合的污水處理智能管理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
污水處理是一個(gè)新興的行業(yè)，污水處理的許多理論尚在發(fā)展并有待進(jìn)一 步完善。對(duì)于城市污水處理而言，由于生化處理技術(shù)在目前城市污水處理廠 的建設(shè)和運(yùn)行方面有著無(wú)可爭(zhēng)辯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，國(guó)內(nèi)外絕大多數(shù)的城市污 水處理廠都采用了生化處理技術(shù)，而生化處理系統(tǒng)就成為了城市污水處理廠 的核心所在。
生化處理技術(shù)用于污水處理迄今雖然已有百年歷史，但其相關(guān)的基礎(chǔ)理 論卻是在近二十余年中逐步得到基本的確立。長(zhǎng)期以來(lái)，城市污水生化處理 系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)基本都是通過(guò)由有機(jī)負(fù)荷為單一變量的經(jīng)驗(yàn)法進(jìn)行設(shè)計(jì)的， 有關(guān)的參數(shù)也主要由以往工程的經(jīng)驗(yàn)得出。這樣的設(shè)計(jì)方法， 一方面忽視了 污水中氮磷污染物濃度不同帶來(lái)的影響，另一方面已在運(yùn)行的生化處理系統(tǒng) 不能根據(jù)本身特點(diǎn)和環(huán)境條件的變化調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，使本可靈活運(yùn)行的系統(tǒng) 成為死板的機(jī)械模式。近年來(lái)，污水生化處理的基本理論業(yè)已基本成熟，但 錯(cuò)誤的設(shè)計(jì)理念還在繼續(xù)， 一些由國(guó)外商家主導(dǎo)的"模式工藝"仍大行其道， 使得先進(jìn)的工藝?yán)砟畹耐茝V受到嚴(yán)重的阻礙。
由于城市污水在原水水質(zhì)和處理要求方面有著普遍的共性，雖然目前用 于城市污水處理的生化工藝技術(shù)在名稱和外在形式上形形色色，但就主要的 機(jī)理而言卻大同小異，甚至可以說(shuō)是基本一致，根據(jù)現(xiàn)有的工藝?yán)碚摷簽榻?立一個(gè)粗放型的工藝數(shù)學(xué)模型提供了基本的理論基礎(chǔ)，為進(jìn)行污水處理智能 管理系統(tǒng)研究的思想基礎(chǔ)和基本依據(jù)。
申請(qǐng)日為1999年11月1日，公開(kāi)號(hào)為CN 1110962A的中國(guó)發(fā)明專利公 開(kāi)了一種用于市政污水處理系統(tǒng)中的鼓風(fēng)曝氣自動(dòng)反饋控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)實(shí)
質(zhì)是在污水處理中探測(cè)DOl、 D02、 C0D、 PH等參數(shù)，通過(guò)上述探測(cè)的參數(shù)在 電腦中計(jì)算出氧氣需求量，電腦將氧氣需求量變?yōu)閷?duì)變頻器的控制信號(hào)，用 控制變頻器的方式控制鼓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而控制曝氣量；這種方法只有一個(gè) 反饋控制系統(tǒng)，而從鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化到曝氣需求量變需要一個(gè)時(shí)間過(guò)程， 導(dǎo)致經(jīng)常出現(xiàn)鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化到曝氣需求量不匹配、曝氣效果不佳等現(xiàn)象。
申請(qǐng)日為2002年12月15日，公開(kāi)號(hào)為CN 1387099A的中國(guó)發(fā)明專利公 開(kāi)了一種SBR工藝模糊控制方法及控制裝置，方法步驟如下(1)測(cè)定計(jì)算 曝氣量的參數(shù)；(2)將參數(shù)輸入模糊控制裝置主機(jī)；(3)將參數(shù)數(shù)學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn) 換成模糊控制信號(hào)；(4)將模糊控制信號(hào)輸出至執(zhí)行機(jī)構(gòu)；(5)執(zhí)行機(jī)構(gòu)指 揮曝氣繼電器、進(jìn)水繼電器、出水繼電器對(duì)污水處理系統(tǒng)的曝氣量和反應(yīng)時(shí) 間進(jìn)行在線控制。這種技術(shù)方案與上述專利的技術(shù)方案相同，只是參數(shù)多測(cè) 定了幾種，控制方案還只有一個(gè)反饋控制系統(tǒng)。
申請(qǐng)?zhí)枮?00510021025.0的發(fā)明專利公開(kāi)了一種曝氣量多變量多系統(tǒng) 智能式控制系統(tǒng)，采用前饋控制系統(tǒng)和反饋控制系統(tǒng)，然后通過(guò)加法器把二 個(gè)控制系統(tǒng)所需的需氧量加起來(lái)控制供氧設(shè)備。其目的是通過(guò)各種控制方法 控制供氧量，由于溶解氧在各段處理過(guò)程中的DO值是固定的，其目的主要是 節(jié)約供氧量，但其節(jié)能降耗效果甚微，根本無(wú)法解決減排。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種污水處理智能管理系統(tǒng)，從污 水處理工藝?yán)碚撝?，運(yùn)用數(shù)學(xué)模型，對(duì)現(xiàn)行工藝進(jìn)行智能優(yōu)化和改進(jìn)再結(jié) 合智能控制方法，對(duì)污水處理全過(guò)程進(jìn)行智能控制。
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)-
一種污水處理智能管理系統(tǒng)，其特征在于，它包括
——把污水處理過(guò)程中的所有運(yùn)行參數(shù)包括進(jìn)水流量、C0D/B0D、 TN、 TP、 TKN、 SS、 PH、水溫和工藝設(shè)備運(yùn)行工況全部采集進(jìn)來(lái)的數(shù)據(jù)采集裝置； ——把數(shù)據(jù)采集裝置送來(lái)的數(shù)據(jù)逐一進(jìn)行處理的數(shù)據(jù)處理裝置； ——從數(shù)據(jù)處理裝置送來(lái)的數(shù)據(jù)與原設(shè)定值進(jìn)行比較，計(jì)算出偏差，根 據(jù)偏差來(lái)計(jì)算調(diào)節(jié)量并實(shí)時(shí)控制運(yùn)行設(shè)備的實(shí)時(shí)控制裝置；
——存儲(chǔ)系統(tǒng)所有采集和運(yùn)算結(jié)果的數(shù)據(jù)、各種污水處理工藝的經(jīng)驗(yàn)知 識(shí)等數(shù)據(jù)及表格，方便其他裝置調(diào)用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置；
——用來(lái)核算污水處理過(guò)程是否處在最佳運(yùn)行狀態(tài)，并能用來(lái)進(jìn)行污水 處理廠的工藝設(shè)計(jì)，污水處理工藝優(yōu)化和污水處理運(yùn)行模式的改進(jìn)的工藝數(shù) 學(xué)模型裝置；
——把工藝數(shù)學(xué)模型計(jì)算出來(lái)的一些數(shù)值進(jìn)行匯總后用智能模糊控制方 法進(jìn)行運(yùn)算，計(jì)算出的變量輸送到系統(tǒng)的輸出接口對(duì)相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行控制和調(diào) 節(jié)的智能控制裝置；
所述數(shù)據(jù)采集裝置將采集到的系統(tǒng)的參數(shù)由所述數(shù)據(jù)處理裝置進(jìn)行處 理，將處理后的結(jié)果傳輸給所述實(shí)時(shí)計(jì)算控制裝置和所述工藝數(shù)學(xué)模型裝置 以及所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置中。所述實(shí)時(shí)計(jì)算控制裝置進(jìn)行計(jì)算，將計(jì)算后的調(diào) 節(jié)量通過(guò)輸出接口實(shí)時(shí)控制運(yùn)行的設(shè)備并將計(jì)算后的值輸入所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝 置中，所述工藝數(shù)學(xué)模型用來(lái)核算污水處理工藝參數(shù)是否處在最佳運(yùn)行狀態(tài)， 如果不是則會(huì)計(jì)算出一些數(shù)值送給智能控制裝置。所述智能控制裝置從工藝 數(shù)學(xué)模型輸入的一些數(shù)值并調(diào)用所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析匯 總后進(jìn)行智能運(yùn)算計(jì)算出控制調(diào)節(jié)值由輸出接口控制相應(yīng)的污水處理設(shè)備。
所述污水處理智能管理系統(tǒng)還包括一用于顯示當(dāng)前采集到數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)圖 形顯示裝置，所述數(shù)據(jù)圖形顯示裝置與所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置連接。
所述污水處理智能管理系統(tǒng)還包括一報(bào)表打印裝置，所述報(bào)表打印裝置 與所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置連接，方便將所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置中的數(shù)據(jù)打印出來(lái)。
本發(fā)明的理論基礎(chǔ)如下
雖然城市污水的原水水質(zhì)因各種因素的影響在不斷發(fā)展變化，但所面臨 的主要處理對(duì)象仍是有機(jī)物、氮及磷等污染物，因此，與有機(jī)物、氮及磷等 有關(guān)的C0Dcr、 B0D5、 TN、 NH3-N及TP等指標(biāo)也是污水處理出水的主要監(jiān)控 對(duì)象。
污水中的有機(jī)污染物的去除主要是通過(guò)微生物的好氧與缺氧降解及與之 有關(guān)的生物吸附及生物絮凝來(lái)進(jìn)行的。對(duì)于污水中愈來(lái)愈多的難降解有機(jī)物， 可通過(guò)厭氧水解提高或改善其可生化性，但最終降解仍需通過(guò)好氧或缺氧處 理來(lái)完成。
氮的去除是遵循自然界氮循環(huán)的機(jī)理，通過(guò)人工控制強(qiáng)化處理效果來(lái)進(jìn)
行的。其過(guò)程一般是首先在好氧條件下通過(guò)硝化菌將污水中的氨氮轉(zhuǎn)化為
硝酸氮(N0X—N)，然后在缺氧條件下，通過(guò)反硝化菌，利用水中碳源或以生
物污泥為碳源將硝酸氮還原為氮?dú)鈴乃幸莩觯瑥亩_(dá)到脫氮的目的。在生 物脫氮過(guò)程中，要將硝酸氮還原為氮?dú)猓吮仨毦邆溥m當(dāng)?shù)沫h(huán)境條件外， 還必須有充足的碳源充當(dāng)電子供體。 一般認(rèn)為，污水的硝化過(guò)程總是在碳化
過(guò)程之后進(jìn)行的，因此在進(jìn)行生物脫氮時(shí)可采用兩種方式提供碳源其一是
利用原水中的有機(jī)物作碳源脫氮，通過(guò)硝化液回流來(lái)實(shí)現(xiàn)脫氮，A/0法及其 衍生工藝是其典型代表；其二則是利用生物污泥作碳源脫氮。由于利用生物 污泥作碳源脫氮不但效率低且會(huì)導(dǎo)致泥水分離困難，在實(shí)際應(yīng)用中一般很少 使用。各種所謂的脫氮工藝雖然在構(gòu)造形式和工藝名稱上花樣百出，然而萬(wàn) 變不離其宗，就工藝過(guò)程原理而言，均不出上述兩種方法的范疇。
生物除磷是在厭氧條件下聚磷菌利用污水中易降解有機(jī)物大量合成 PHB(聚3羥丁酸)，同時(shí)釋放體內(nèi)的磷，在好氧條件下通過(guò)降解體內(nèi)的PHB， 為貯存能量，大量吸收液體中的磷，在生化系統(tǒng)中排出富磷剩余污泥的同時(shí) 達(dá)到除磷的目的。
在污水處理工藝過(guò)程中，厭氧段是相對(duì)比較獨(dú)立的，它對(duì)系統(tǒng)的影響主 要在于釋磷程度和最終的除磷效果，而碳化(有機(jī)物的好氧降解)與硝化(有機(jī) 氮與氨氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮的過(guò)程)及反硝化(硝態(tài)氮利用碳源轉(zhuǎn)化為氮?dú)獗幻摮?的過(guò)程)是相互關(guān)聯(lián)的，其主要影響因素包括流量、原水水質(zhì)、水溫、系統(tǒng) 的污泥濃度、泥齡、硝化液回流比和溶解氧濃度等。對(duì)除磷來(lái)說(shuō)，其主要因 素包括原水的總磷指標(biāo)、污泥的含磷量和系統(tǒng)剩余污泥排放量。在眾多的 變量中，流量、水溫及原水水質(zhì)指標(biāo)是原始變量，而污泥濃度、泥齡、硝化 液回流比、溶解氧濃度、剩余污泥排放量及污泥含磷量等是因變量。
本發(fā)明的污水處理智能管理系統(tǒng)的主要作用就是根據(jù)原始變量的變化通 過(guò)各種可控因素如污泥濃度、泥齡、硝化液回流比及溶解氧濃度等的調(diào)整， 使系統(tǒng)能夠根據(jù)各種原始變量的變化，保證安全工作、達(dá)到最佳效果或?qū)崿F(xiàn) 運(yùn)行狀態(tài)最優(yōu)化才能達(dá)標(biāo)。
維持污水處理工藝內(nèi)部各種關(guān)系的平衡看似微妙、復(fù)雜，其實(shí)則不然。 首先，工藝的基本機(jī)理是明晰的，各變量對(duì)工藝的影響趨勢(shì)是可以預(yù)測(cè)和判 定的；其次，基于現(xiàn)有理論的一些數(shù)學(xué)關(guān)系式為建立各主要變量之間的數(shù)學(xué) 模型框架創(chuàng)造了基本條件；再次，各主要變量值通過(guò)直接監(jiān)測(cè)或數(shù)學(xué)計(jì)算都 可得到，主要控制參數(shù)則可在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)建立模擬函數(shù)，進(jìn) 而可不斷地進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整；此外，由于生化處理系統(tǒng)的池體容積都比較龐大， 水力停留時(shí)間一般都較長(zhǎng)，系統(tǒng)的泥齡則更是長(zhǎng)達(dá)15 30天，系統(tǒng)有著很大 的稀釋作用和緩沖能力，對(duì)于水質(zhì)變化而言，其瞬時(shí)變化對(duì)系統(tǒng)的影響都是 微不足道的，而其穩(wěn)定變化可在對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析的基礎(chǔ)上取得。由 于多數(shù)可控因素(如污泥濃度與泥齡等)的調(diào)整都是比較緩慢的，其因應(yīng)水質(zhì) 瞬時(shí)變化進(jìn)行調(diào)整是不可能的，但卻能夠因應(yīng)穩(wěn)定變化進(jìn)行必要的調(diào)整。對(duì) 于水量而言，雖然城市污水的流量瞬息萬(wàn)變，但對(duì)污水處理系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，進(jìn)水 流量的變化實(shí)際上僅限于水泵機(jī)組的若干種組合情況。由于流量受水位控制 系統(tǒng)的影響而呈隨機(jī)變化，讓一些調(diào)整緩慢的可控因素因應(yīng)流量的變化是不 可能的、同時(shí)也是不必要的，但對(duì)諸如硝化液與污泥回流量等措施來(lái)說(shuō)，進(jìn) 水流量的瞬時(shí)變化不但是可能的而且是必要的，因?yàn)?，其即時(shí)的調(diào)整不但有 利于系統(tǒng)的穩(wěn)定，同時(shí)也有利于系統(tǒng)的最優(yōu)化運(yùn)行和實(shí)現(xiàn)最佳運(yùn)行效果。 本發(fā)明的原理如下
本發(fā)明的污水處理智能管理系統(tǒng)是在特定條件下保證出水達(dá)標(biāo)為前提來(lái) 進(jìn)行的設(shè)計(jì)，在實(shí)際運(yùn)行中，污水的流量、水質(zhì)及環(huán)境條件都在經(jīng)常發(fā)生變 化，為了在任何情況下都使系統(tǒng)能夠在最佳狀態(tài)下運(yùn)行，就有必要結(jié)合運(yùn)行 條件的變化對(duì)系統(tǒng)做出相應(yīng)的調(diào)整。工況的調(diào)整應(yīng)結(jié)合流量、水溫及進(jìn)水有 機(jī)物與氮磷指標(biāo)的變化等因素進(jìn)行。
本發(fā)明的污水處理智能管理系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有污水處理廠的現(xiàn)行工藝進(jìn) 行優(yōu)化、改進(jìn)，再應(yīng)用智能控制方法對(duì)污水處理進(jìn)行智能控制就能達(dá)到新的 排放標(biāo)準(zhǔn)，既節(jié)省了很多建設(shè)投資，節(jié)省能源又縮短了很多時(shí)間，達(dá)到提前 減排達(dá)標(biāo)的目的，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。 圖l是本發(fā)明的系統(tǒng)原理圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1
如

圖1所示， 一種污水處理智能管理系統(tǒng)，它包括數(shù)據(jù)采集裝置1、 數(shù)據(jù)處理裝置2、實(shí)時(shí)計(jì)算控制裝置3、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置4、工藝數(shù)學(xué)模型裝置
5及智能控制裝置6。
數(shù)據(jù)采集裝置1把污水處理過(guò)程中的所有運(yùn)行參數(shù)和工藝設(shè)備運(yùn)行工況 全部采集進(jìn)來(lái)包括原水流量Q、溫度T、和原水水質(zhì)B0D5/C0Dcr、酸堿度PH、 總氮、總磷、污泥濃度MLSS及污水處理過(guò)程中的溶解氧DO、 0RP、污泥回流 比，以及出水的B0D5/C0Dcr、氨氮Na、總磷，以及工藝設(shè)備，如提升泵、水 下攪拌機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、回流污泥泵，剩余污泥泵等運(yùn)轉(zhuǎn)情況。
數(shù)據(jù)采集裝置主要采集的數(shù)據(jù)有模擬量輸入4 20mA信號(hào)一般為流量 和水質(zhì)儀表輸出信號(hào)，簡(jiǎn)稱AI;開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)一般為設(shè)備運(yùn)行信號(hào)，簡(jiǎn)稱 DI;模擬量輸出4 20mA信號(hào)一般為設(shè)備的調(diào)節(jié)命令信號(hào)，簡(jiǎn)稱AO;開(kāi)關(guān)量 輸出信號(hào)一般為設(shè)備的開(kāi)停命令信號(hào)，簡(jiǎn)稱DO;還有現(xiàn)場(chǎng)總線信號(hào)，簡(jiǎn)稱FB。
數(shù)據(jù)處理裝置2把數(shù)據(jù)采集裝置1送來(lái)的數(shù)據(jù)逐一進(jìn)行處理，如上、下 限比較，量程轉(zhuǎn)換，事故信號(hào)分析，不規(guī)則數(shù)據(jù)過(guò)濾，數(shù)據(jù)格式化，開(kāi)、停 運(yùn)行等信號(hào)分類等等。
數(shù)據(jù)經(jīng)處理后立即存入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置4，同時(shí)把有關(guān)控制計(jì)算的數(shù)據(jù)傳 輸給實(shí)時(shí)計(jì)算控制裝置3進(jìn)行設(shè)定值比較和偏差運(yùn)算。 .實(shí)時(shí)計(jì)算控制裝置3包括控制偏差計(jì)算單元31和實(shí)時(shí)控制算法單元32; 控制偏差計(jì)算單元31將從數(shù)據(jù)處理裝置2傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)作為有用可信的數(shù) 據(jù)與原設(shè)定值進(jìn)行比較，計(jì)算出偏差，根據(jù)偏差來(lái)計(jì)算調(diào)節(jié)量，如進(jìn)水流量 增加偏差計(jì)算單元及時(shí)計(jì)算出污泥回流量和內(nèi)回流量，又如反硝化速率增加 采用控制回流比；又如調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度采集來(lái)數(shù)據(jù)的開(kāi)度為45%而設(shè)定值為 50%，偏差為-5%，在該模擬量輸出口應(yīng)增加5%的電流輸出。
實(shí)時(shí)控制算法單元32主要用于控制工藝運(yùn)行設(shè)備的開(kāi)、停，比如集水 井污水提升泵根據(jù)水位高低決定提升泵開(kāi)、停數(shù)量；粗、細(xì)格柵去污機(jī)由螺 旋輸送機(jī)定時(shí)開(kāi)、?；蚋鶕?jù)格柵前后水位差信號(hào)達(dá)到某設(shè)定值啟動(dòng)；水下推 進(jìn)器根據(jù)厭氧池、缺氧池運(yùn)行情況決定開(kāi)、停數(shù)量和運(yùn)行時(shí)間。
數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置4包括數(shù)據(jù)庫(kù)41、知識(shí)庫(kù)42;數(shù)據(jù)庫(kù)41用來(lái)存儲(chǔ)系統(tǒng)所 有采集和運(yùn)算結(jié)果的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫(kù)41分實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和歷史數(shù)據(jù)庫(kù)。
實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)采集裝置1把實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)經(jīng)處理后立即存入實(shí)時(shí) 數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)分辨率為秒級(jí)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)與所述數(shù)據(jù)圖形顯示裝置7 連接，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示和刷新并為實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線顯示提供數(shù)據(jù)，可對(duì)某些參 數(shù)實(shí)時(shí)變化進(jìn)行分析研究。
歷史數(shù)據(jù)庫(kù)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)定時(shí)每隔15分鐘從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)復(fù)制過(guò)來(lái)，歷史
數(shù)據(jù)庫(kù)分辨率為15分鐘，時(shí)間分隔為0分、15分、30分、45分， 一個(gè)小時(shí) 4個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)， 一天96個(gè)點(diǎn)，滿足一般曲線顯示的要求；歷史曲線一幅畫面對(duì) 應(yīng)顯示4條，可對(duì)某一天4個(gè)相關(guān)參數(shù)變化情況進(jìn)行對(duì)比，亦可用同一參數(shù) 不同時(shí)間變化情況進(jìn)行分析比較。
知識(shí)庫(kù)42存放了各種污水處理工藝的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和表格；例如e污齡、Y 產(chǎn)泥率系數(shù)、水力停流時(shí)間、各種修正系數(shù)等等，又如反硝化設(shè)計(jì)參數(shù)表， 活性污泥最小泥齡參考表，反應(yīng)池MLSS取值范圍表，降解含碳有機(jī)物單位耗 氧量表、B0D負(fù)荷波動(dòng)系統(tǒng)表、二沉池最大表面的負(fù)荷表、SVI設(shè)計(jì)值表等等； 這些表格和數(shù)據(jù)以及一些污水處理重要經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)都是經(jīng)驗(yàn)的積累和理論的總 結(jié)，對(duì)優(yōu)化工藝非常有用。
由于污水處理過(guò)程中的變化因素眾多，問(wèn)題極為復(fù)雜，為了便于建立有
關(guān)的基本模擬函數(shù)，結(jié)合污水處理系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況特進(jìn)行如下假設(shè)
1、 系統(tǒng)的控制參數(shù)如污泥負(fù)荷率、產(chǎn)泥系數(shù)等在有限時(shí)間內(nèi)為常量。
2、 系統(tǒng)污泥的成分在有限時(shí)間內(nèi)不變。
式中Qr —回流污泥流量m3/h Xr —回流污泥濃度 g/L X —系統(tǒng)污泥濃度 g/L Q —污水平均流量m3/h
Qoer二RoeQ-Qr (2) 式中Qoer——硝化液回流流量m3/h Roe——硝化液回流比
見(jiàn)
，Q.098(r—15)
式中Na——
Kn =10
(0. 051T-1. 158)
(3)
9 C =F〃
式中ec
泥齡
F " 1
(4)
AX二EY1Q(S0-Se)
式中AX —產(chǎn)泥量m3
Yl — BOD產(chǎn)泥率系數(shù) SO——進(jìn)水BOD mg/L Se——出水BOD mg/L
(5)
式中XI——
Nk — Voe —
LNH3
污泥濃度 凱氏氮mg/L -反硝化容積m3
(6)
x2=-
V + v +v
式中VA —厭氧池容積m3 VC —碳化區(qū)容積m3 Voe —硝化區(qū)容積m3
(7)
X=max{Xl， X2}
(8)
式中X —系統(tǒng)污泥濃度 <formula>formula see original document page 12</formula>式中Roe——硝化液回流比
Nte——出水總氮mg/L Na -氨氮 mg/L
<formula>formula see original document page 12</formula>
式中Xa——反硝化污泥濃度
<formula>formula see original document page 12</formula>
式中Xoe——硝化液污泥濃度mg/L
X=max{Xa， Xoe}
<formula>formula see original document page 12</formula>
<formula>formula see original document page 12</formula>
式中Loe——硝化負(fù)荷 Vo——好氮區(qū)容積m3
<formula>formula see original document page 12</formula>
<formula>formula see original document page 12</formula>
AP=Q(TP0-TPe) 式中AP —需除磷量mg/L 'TP0——進(jìn)水磷濃度mg/L TPe——出水磷濃度mg/L
△ Pl=Cp.AX
式中Cp—— △ PI _
(16)
實(shí)際除磷量mg/L
式中X2——當(dāng)前污泥濃度g/L
按照上述公式結(jié)合污水進(jìn)水流量、水溫、有機(jī)物和氮磷指標(biāo)的變化進(jìn)行 調(diào)整，使系統(tǒng)在任何情況下都能夠在最佳的運(yùn)行狀態(tài)，保證出水達(dá)標(biāo)。
工藝數(shù)學(xué)模型5按照本發(fā)明基本模擬函數(shù)計(jì)算公式(1) — (17)用計(jì)算 機(jī)軟件編制成?？梢杂脕?lái)污水處理廠工藝設(shè)計(jì)，污水處理工藝優(yōu)化和污水處 理運(yùn)行模式改進(jìn)。本發(fā)明主要用來(lái)污水處理工藝優(yōu)化。根據(jù)污水進(jìn)水流量、 水溫、有機(jī)物和氮磷指標(biāo)，運(yùn)用上述公式進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算出調(diào)整量及時(shí)進(jìn)行 調(diào)整。
調(diào)整詳見(jiàn)下面說(shuō)明。
1) 流量的影響
由于進(jìn)入污水處理系統(tǒng)的流量是隨機(jī)瞬時(shí)變化的，而泥齡和污泥濃度等 的調(diào)整往往要很長(zhǎng)的時(shí)間，根本無(wú)法因應(yīng)流量的變化，固泥齡和污泥濃度可 根據(jù)最大日流量設(shè)定，而硝化液與污泥的回流量則可根據(jù)實(shí)際運(yùn)行流量進(jìn)行 及時(shí)調(diào)整，考慮到系統(tǒng)的水力停留時(shí)間較長(zhǎng)、稀釋緩沖能力很強(qiáng)等因素，執(zhí) 行調(diào)整時(shí)可結(jié)合實(shí)際停留時(shí)間適當(dāng)滯后一段時(shí)間。
2) 水溫的影響
水溫降低時(shí)生物活性降低，反應(yīng)速度下降，微生物的時(shí)代時(shí)間變長(zhǎng)，此 時(shí)需要通過(guò)提高污泥濃度、增大生物量來(lái)保證生化系統(tǒng)的容積負(fù)荷率不下降。 對(duì)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，對(duì)水溫最為敏感的是硝化菌，固有必要通過(guò)核算硝化速率重新 復(fù)核保證硝化所需要的生物量(以污泥濃度來(lái)反映)和最小泥齡。計(jì)算泥齡必 須大于等于設(shè)計(jì)最小泥齡，否則必須通過(guò)提高污泥濃度予以保證。
3) 進(jìn)水凱氏氮的影響
由于現(xiàn)行的排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)出水的總氮和氨氮都有要求，因此，進(jìn)水凱氏氮
的變化不僅會(huì)影響到硝化，而且還會(huì)影響到反硝化，進(jìn)水凱氏氮濃度變化后 必須核算硝化液回流比和污泥濃度，且同時(shí)需要保證設(shè)計(jì)泥齡不小于計(jì)算最 小泥齡。
4) 進(jìn)水有機(jī)指標(biāo)的影響
進(jìn)水有機(jī)物濃度通常由C0Dcr和B0D5指標(biāo)來(lái)反映，對(duì)以好氧為主體的生 化工藝中采用B0D5指標(biāo)來(lái)得更合適，進(jìn)水B0D5指標(biāo)的變化，首先會(huì)影響剩 余污泥產(chǎn)量，進(jìn)而會(huì)影響泥齡或污泥濃度。
5) 進(jìn)水總磷的影響
由于磷的去除主要取決于進(jìn)水總磷指標(biāo)和剩余污泥的排放量和污泥的含 磷情況，而剩余污泥的量主要取決于進(jìn)水有機(jī)物指標(biāo)，由于維持系統(tǒng)污泥平 衡的需要，剩余污泥排放量不能隨意變動(dòng)，為此，當(dāng)進(jìn)水總磷濃度升高時(shí)只 能通過(guò)強(qiáng)化厭氧釋磷和好氧吸收以提高污泥的含磷量，進(jìn)而確保系統(tǒng)的除磷 效果，另外，還可通過(guò)提高污泥濃度、擴(kuò)大系統(tǒng)污泥總量，再通過(guò)蓄峰調(diào)谷 來(lái)保證除磷效果。
在上述模型運(yùn)算過(guò)程中有些數(shù)據(jù)需從知識(shí)庫(kù)42中提取，而工藝數(shù)學(xué)模型 5運(yùn)算結(jié)果的數(shù)據(jù)應(yīng)傳輸給智能控制裝置6經(jīng)行智能運(yùn)算。
智能控制裝,置6將工藝數(shù)學(xué)模型5計(jì)算出來(lái)的數(shù)值，在智能控制裝置6 進(jìn)行匯總后用智能模糊控制方法進(jìn)行運(yùn)算，其核心部分是模糊控制器，其主 要由以下4部分組成
(1) 模糊化這部分的作用是將輸入的精確數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模糊量，其中輸 入量包括外界的參考輸入、系統(tǒng)的輸出或狀態(tài)等。
(2) 知識(shí)庫(kù):知識(shí)庫(kù)中包含了具體應(yīng)用領(lǐng)域中的知識(shí)和要求的控制目標(biāo)。 它通常由數(shù)據(jù)庫(kù)和模糊控制規(guī)則庫(kù)兩部分組成；其中，模糊控制規(guī)則可以由 3種方法求得基于人的操作經(jīng)驗(yàn)或控制工程師的知識(shí)；基于人的操作控制 行為的模糊建模；基于生產(chǎn)過(guò)程的模糊模型。
(3) 模糊推理模糊推理是模糊控制器的核心，它具有模擬人的基于模 糊概念的推理能力。該推理過(guò)程是基于模糊邏輯中的蘊(yùn)含關(guān)于系及推理規(guī)則 來(lái)進(jìn)行的。模糊推理是模糊控制的基礎(chǔ)。
(4) 去模糊化去模糊化的作用是將模糊推理得到的控制量(模糊量) 變換為實(shí)際用于控制的清晰量。去模糊化的方法主要有最大隸屬度法、中位 數(shù)法和重心法等。
經(jīng)模糊控制計(jì)算出某些變量，如污泥回流比、污泥濃度、內(nèi)回流比，回 流硝化液濃度、水力停留時(shí)間、好氧池溶解氧濃度、剩余污泥排放量的控制 和調(diào)節(jié)值送到系統(tǒng)的輸出接口 9對(duì)相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。
污水處理智能管理系統(tǒng)還包括一報(bào)表打印裝置8，報(bào)表打印裝置8與數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)裝置4的數(shù)據(jù)庫(kù)41連接，方便將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置4中的數(shù)據(jù)打印出來(lái)。
本發(fā)明中所述污水處理設(shè)備包括進(jìn)水閘門、提升泵、水下推進(jìn)器、鼓風(fēng) 機(jī)、回流污泥泵、剩余污泥泵、粗格柵、細(xì)格柵、調(diào)節(jié)閥、輸砂機(jī)及螺旋輸 送機(jī)等設(shè)備。 _
實(shí)施例
某城市污水處理廠日處理能力為50.000m7日，處理工藝為脫氮除磷工 藝，其進(jìn)出水指標(biāo)
進(jìn)水 B0D=150mg/L SS=200mg/LTN=35mg/L TP=4mg/L
出水B0D《20 mg/L SS《20 mg/L TN《15 mg/L TP《1 mg/L (—級(jí) B標(biāo)準(zhǔn))
按照設(shè)計(jì)計(jì)算1.泥齡e13.8 (d)2.耗氧021. 14 ( kg 02/kg BOD )3.污泥負(fù)荷Ls0. 08 ( kg BOD/kg MLSS. d )4.回流污泥濃度St5.88 (g/L)5.污泥回流比104. 176.好氧池容積v。28905 M37.缺氧池容積vD7221 M38.厭氧池容積vA4721 M39.水力停留時(shí)間T15 ( h )10.時(shí)負(fù)荷338 ( kg BOD/h )11.硝化氨氮量63 ( kg/h )12.反硝化硝酸鹽23.75 ( kg/h )13.實(shí)際需氧量605 ( kg/h )
14. 標(biāo)準(zhǔn)需氧量 871 ( kg/h )
15. 需氣量 15554 Nm7h
16. 需反硝化率 0.54
17. 實(shí)際反硝化率 0.61
該污水廠建成投產(chǎn)后運(yùn)行基本正常能達(dá)標(biāo)排放，由于最近水污染嚴(yán)重太 湖流域藍(lán)藻曝發(fā)致使水質(zhì)下降，造成飲用水發(fā)臭，嚴(yán)重影響人民生活，因此 國(guó)家對(duì)太湖流域附近的污水處理廠整頓普遍提高出水排放標(biāo)準(zhǔn)，從原一級(jí)B， 全部升級(jí)到一級(jí)A， 一級(jí)A出水指標(biāo)B0D5《10 mg/L， SS《10 mg/L， TN《15 mg/L， TP《0.5mg/L,這樣該污水廠有些指標(biāo)不能達(dá)標(biāo)，需要進(jìn)行技術(shù)改造。 針對(duì)上述問(wèn)題我們對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行工藝優(yōu)化，對(duì)該廠實(shí)際進(jìn)水污水水質(zhì)和 進(jìn)水量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果水質(zhì)基本與原設(shè)計(jì)相同，在好氧池、缺氧池、厭 氧池容積不變的情況下采用工藝數(shù)學(xué)模型計(jì)算，在幾種優(yōu)化方案中選擇了最 佳優(yōu)化方案，使處理后污水達(dá)到一級(jí)A新指標(biāo)的基礎(chǔ)上還能節(jié)約能耗，具體
數(shù)值如下
1.泥齡e13.8 (d)
2.耗氧021. 14 ( kg 02/kg BOD )
3.污泥負(fù)荷Ls0. 08 ( kg B0D/kgMLSS. d )
4.回流污泥濃度5.88 (g/L)
5.污泥回流比104. 17
6.好氧池容積V。28905 M3
7.缺氧池容積V。7221 M3
8.厭氧池容積VA4721 M3
9.水力停留時(shí)間15(d)
10.時(shí)負(fù)荷338 (kg B0D/h)
11.硝化氨氮量54 (kg/h)
12.反硝化硝酸鹽19
13.實(shí)際需氧量555 (kg/h)
14.標(biāo)準(zhǔn)需氧量799 (kg/h)
15.需氣量14268 (Nm7h)
16.需反硝化率0. 54
17.實(shí)際反硝化率 0.61
從上述例子中可以看出該污水處理廠出水標(biāo)準(zhǔn)提高后運(yùn)用污水處理智能 管理系統(tǒng)，不但出水減排達(dá)標(biāo)，還能節(jié)省耗氧量10%。
以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征及其優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技 術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書中描 述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明 還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。 本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求
1.一種污水處理智能管理系統(tǒng)，其特征在于，它包括——把污水處理過(guò)程中的所有運(yùn)行參數(shù)包括進(jìn)水流量、COD/BOD、TN、TP、TKN、PH、DO、ORP、水溫和工藝設(shè)備運(yùn)行工況全部采集進(jìn)來(lái)的數(shù)據(jù)采集裝置；——把數(shù)據(jù)采集裝置送來(lái)的數(shù)據(jù)逐一進(jìn)行處理的數(shù)據(jù)處理裝置；——從數(shù)據(jù)處理裝置送來(lái)的數(shù)據(jù)與原設(shè)定值進(jìn)行比較，計(jì)算出偏差，根據(jù)偏差來(lái)計(jì)算調(diào)節(jié)量并實(shí)時(shí)控制運(yùn)行設(shè)備的實(shí)時(shí)計(jì)算控制裝置；——存儲(chǔ)系統(tǒng)所有采集和各裝置運(yùn)算結(jié)果的數(shù)據(jù)、各種污水處理工藝的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)等數(shù)據(jù)及表格都存貯在系統(tǒng)中，方便其他裝置調(diào)用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置；及——用來(lái)核算污水處理過(guò)程是否處在最佳運(yùn)行狀態(tài)，并能用來(lái)進(jìn)行污水處理廠的工藝設(shè)計(jì)，污水處理工藝優(yōu)化和污水處理運(yùn)行模式的改進(jìn)的工藝數(shù)學(xué)模型裝置；——把工藝數(shù)學(xué)模型計(jì)算出來(lái)的一些數(shù)值進(jìn)行匯總后用智能模糊控制方法進(jìn)行運(yùn)算，計(jì)算出的變量輸送到系統(tǒng)的輸出接口對(duì)相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)的智能控制裝置；所述數(shù)據(jù)采集裝置將采集到的系統(tǒng)的參數(shù)由所述數(shù)據(jù)處理裝置進(jìn)行處理，將處理后的結(jié)果傳輸給所述實(shí)時(shí)計(jì)算控制裝置和所述工藝數(shù)學(xué)模型裝置以及所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置中。所述實(shí)時(shí)計(jì)算控制裝置進(jìn)行計(jì)算，將計(jì)算后的調(diào)節(jié)量通過(guò)輸出接口實(shí)時(shí)控制運(yùn)行的設(shè)備并將計(jì)算后的值輸入所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置中，所述工藝數(shù)學(xué)模型用來(lái)核算污水處理工藝參數(shù)是否處在最佳運(yùn)行狀態(tài)，如果不是則會(huì)計(jì)算出一些數(shù)值送給智能控制裝置。所述智能控制裝置從工藝數(shù)學(xué)模型輸入的一些數(shù)值并調(diào)用所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析匯總后進(jìn)行智能運(yùn)算計(jì)算出控制調(diào)節(jié)值由輸出接口控制相應(yīng)的污水處理設(shè)備。
2、 如權(quán)利要求1所述的污水處理智能管理系統(tǒng)，其特征在于，它還包括 ——用于顯示當(dāng)前采集到數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)圖形顯示裝置，所述數(shù)據(jù)圖形顯示裝置 與所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置連接。
3、 如權(quán)利要求1所述的污水處理智能管理系統(tǒng)，其特征在于，它還包括 ——報(bào)表打印裝置，所述報(bào)表打印裝置與所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置連接。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種污水處理智能管理系統(tǒng)，它包括數(shù)據(jù)采集裝置、數(shù)據(jù)處理裝置、實(shí)時(shí)控制裝置、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置，工藝數(shù)學(xué)模型裝置及智能控制裝置；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置把這些數(shù)據(jù)貯存起來(lái)，實(shí)時(shí)控制裝置進(jìn)行實(shí)時(shí)控制計(jì)算，將計(jì)算后的調(diào)節(jié)量通過(guò)輸出接口實(shí)時(shí)控制運(yùn)行的設(shè)備，并將計(jì)算后的值輸入所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置中。工藝數(shù)學(xué)模型裝置根據(jù)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行工藝優(yōu)化和改進(jìn)的計(jì)算，計(jì)算出最佳的運(yùn)行數(shù)值送給所述智能控制裝置進(jìn)行智能控制運(yùn)算，并從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置中調(diào)出知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)計(jì)算出最佳控制值至輸出接口對(duì)相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，并把控制值送給數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置進(jìn)行貯存。
文檔編號(hào)G05B19/04GK101369135SQ20071004486
公開(kāi)日2009年2月18日 申請(qǐng)日期2007年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月14日
發(fā)明者王善鼎, 贠小鋒, 金善徵 申請(qǐng)人:上海大地自動(dòng)化系統(tǒng)工程有限公司;贠小鋒