專利名稱：一種智能動態(tài)曝氣控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及污水處理領域，更具體地說，涉及一種應用于污水處理廠曝氣池的智能動態(tài)曝氣控制系統(tǒng)。
背景技術：
目前，國內(nèi)大多數(shù)以活性污泥法為處理工藝的城市污水廠的曝氣系統(tǒng)采用了衡量控制、簡單控制回路自動控制或人工就地控制。衡量控制是根據(jù)污水處理廠的進水水量水質(zhì)變化規(guī)律和工藝工程師的經(jīng)驗，人為設定各個風管調(diào)節(jié)閥門的開度，進行衡量送風曝氣，避免進行頻繁的調(diào)節(jié)；簡單控制回路采用了 PID進行調(diào)節(jié)控制，根據(jù)曝氣池中溶氧檢測儀的溶解氧測定值與溶解氧設定值進行比較，將兩者偏差通過PID運算后輸出電動閥門的開度信號，然后通過閥門的行程控制器進行相應的調(diào)節(jié)，進而控制池內(nèi)的溶解氧濃度；人工就地控制通過操作人員對當前工藝運行情況和溶解氧測定值與設定值的偏差分析，根據(jù)經(jīng)驗人為對閥門開度進行調(diào)節(jié)，從而控制池內(nèi)的溶解氧濃度。這三種現(xiàn)有的控制方法存在以下問題I、衡量控制不能及時反映污水廠的進水負荷(水量、水質(zhì))的變化；不能反映微生物生長環(huán)境的變化造成的需氧量變化；不能反映物理環(huán)境變化(如曝氣盤堵塞、氣壓擾動、水位流速變化等)造成的需氧量變化和沿池的分布規(guī)律變化；實際供氣量一般大于需氣量，鼓風機曝氣耗能較高。2、簡單PID控制由于時間延遲、造成溶解氧濃度波動較大；溶解氧設定值較高，過大的冗余造成生化單元耗能較高；溶解氧濃度波動造成生物環(huán)境不穩(wěn)定，影響出水水質(zhì)。3、人工就地控制，局部的閥門調(diào)節(jié)會影響其他供氣支管的供氣量，調(diào)節(jié)難度很大；人工控制效果與操作人員的經(jīng)驗有密切關系；控制的可靠性比較低，容易產(chǎn)生調(diào)節(jié)過度的情況；如果進行頻繁調(diào)節(jié)，容易造成溶解氧濃度的波動。這三種現(xiàn)有的方法存在明顯的缺陷，不能穩(wěn)定控制具有多變量、高相關、非穩(wěn)態(tài)、大滯后等特點的污水處理系統(tǒng)中的溶解氧濃度，不能使得曝氣量的大小跟隨污水處理廠進水水量和水質(zhì)的變化規(guī)律而變化，從而導致曝氣量與實際需氣量相比冗余過大，不利于保持曝氣池內(nèi)微生物的生長環(huán)境的穩(wěn)定，會對污水處理工藝的運行造成一定的干擾，并且使得曝氣單元能耗較高。

實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術問題在于針對現(xiàn)有技術中等缺陷，提供一種能夠保持溶解氧穩(wěn)定并能滿足生化反應的需要、節(jié)約能源且模塊化設計的智能動態(tài)曝氣控制系統(tǒng)。本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是提供一種智能動態(tài)曝氣控制系統(tǒng)，用于污水處理廠曝氣池，所述智能動態(tài)曝氣控制系統(tǒng)包括用于計算曝氣池的生物需氧量和溶解氧的數(shù)據(jù)處理裝置、用于根據(jù)所述生物需氧量控制鼓風的鼓風機調(diào)節(jié)模塊和用于根據(jù)所述溶解氧控制曝氣管道的電動流量調(diào)節(jié)閥開度的空氣流量分配模塊；[0009]所述數(shù)據(jù)處理裝置包括用于根據(jù)進水端待處理污水水質(zhì)與流量的前饋參數(shù)及曝氣池中已處理污水水質(zhì)的后饋參數(shù)計算生物需氧量和溶解氧的智能計算模塊。本實用新型所述的智能動態(tài)曝氣控制系統(tǒng)中，所述鼓風機調(diào)節(jié)模塊包括用于根據(jù)管道壓カ與進氣流量調(diào)節(jié)變頻器的第一控制柜，所述第一控制柜連接有鼓風機、用于控制所述鼓風機的所述變頻器、用于測量所述管道壓カ的總管壓カ計和用于測量進氣流量的第ー熱值流量計，所述鼓風機設置在所述曝氣管道進氣端。本實用新型所述的智能動態(tài)曝氣控制系統(tǒng)中，所述空氣流量分配模塊包括用于控制所述電動流量調(diào)節(jié)閥的第二控制柜，所述第二控制柜連接有電動流量調(diào)節(jié)閥和用于測量曝氣流量的第二熱值流量計，所述電動流量調(diào)節(jié)閥設置在所述曝氣管道出氣端。本實用新型所述的智能動態(tài)曝氣控制系統(tǒng)中，所述生物曝氣池設置有溶解氧測定儀，所述溶解氧測定儀分別連接所述第二控制柜、所述智能計算模塊和所述參數(shù)優(yōu)化模塊。本實用新型所述的智能動態(tài)曝氣控制系統(tǒng)中，所述數(shù)據(jù)處理裝置、鼓風機調(diào)節(jié)模塊和空氣流量分配模塊分別設置有報警裝置。本實用新型的智能動態(tài)曝氣控制系統(tǒng)具有以下有益效果智能計算模塊與參數(shù)優(yōu)化模塊能夠?qū)崟r計算并優(yōu)化溶解氧，進而控制鼓風機調(diào)節(jié)模塊和空氣流量分配模塊，能夠適應進水水質(zhì)與流量的變化，從而保持溶解氧的穩(wěn)定且使曝氣池的曝氣率能夠滿足生化反應的需要；因為系統(tǒng)實時計算溶解氧，能夠按需控制整個系統(tǒng)供氣，使系統(tǒng)的電能消耗降到最低，減少不必要的浪費；本系統(tǒng)采用模塊化設計，模塊可移植，同時方便維護。

下面將結合附圖及實施例對本實用新型作進ー步說明，附圖中圖I是根據(jù)本實用新型的智能動態(tài)曝氣控制系統(tǒng)ー個實施例的原理框圖；圖2是曝氣池經(jīng)過本實用新型智能動態(tài)曝氣控制系統(tǒng)控制和未經(jīng)控制的溶解氧濃度曲線對比圖。
具體實施方式
為了使本實用新型的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，
以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一歩詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。智能動態(tài)曝氣控制系統(tǒng)簡稱IDAS，g在為污水廠曝氣池2生物處理過程提供精確曝氣，即實現(xiàn)溶解氧(DO)的精確控制。其核心是采用先進的算法智能的計算出生物需氣量、DO值等參數(shù)，以氣體流量信號作為主控制信號，溶解氧作為輔助控制信號，鼓風曝氣動態(tài)精確配氣調(diào)節(jié)，在控制過程中根據(jù)系統(tǒng)的在線數(shù)據(jù)進行自動的優(yōu)化調(diào)整。本發(fā)明的智能動態(tài)曝氣控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理裝置、鼓風機31調(diào)節(jié)模塊和空氣流量分配模塊14。數(shù)據(jù)處理裝置用于計算曝氣池2生物需氧量和溶解氧，為鼓風機31調(diào)節(jié)模塊和空氣流量分配模塊14的運行提供必要參數(shù)。數(shù)據(jù)處理裝置包括智能計算模塊11和參數(shù)優(yōu)化模塊12。智能計算模塊11主要用于生物需氧量和溶解氧的計算，并將計算出的結果提供給鼓風機31調(diào)節(jié)模塊和空氣流量分配模塊14。智能計算模塊11根據(jù)進水端待處理污水水質(zhì)與流量的前饋參數(shù)及曝氣池2中已處理污水水質(zhì)的后饋參數(shù)計算出實際的生物需氧量，使曝氣系統(tǒng)隨生物需氧量變化地進行供氣。由于智能計算模塊11能夠進行實時計算，使整個系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性大大提高。智能計算模塊11能再根據(jù)以進水量，進水COD值，曝氣率計算氧的輸入量，可以準確預測溶解氧DO值，其中一般曝氣率為常量。所述前饋數(shù)據(jù)包括進水端待處理污水的五日生化需氧量、重鉻酸鉀(K2Cr207)作為氧化劑測定出的化學耗氧量、固體懸浮物濃度、總磷值、總氮值和進水流量；所述后饋數(shù)據(jù)包括曝氣池2中已處理污水水質(zhì)的液位、固體懸浮物濃度、總磷值、氨氮濃度、硝氮濃度和溶解氧濃度。參數(shù)優(yōu)化模塊12主要用于對提供給鼓風機31調(diào)節(jié)模塊和空氣流量分配模塊14的計算結果進行優(yōu)化。參數(shù)優(yōu)化模塊12 —般需要考慮的參數(shù)有歷史和當前的前饋參數(shù)、后饋參數(shù)及智能計算模塊11的計算結果。參數(shù)優(yōu)化模塊12根據(jù)以上參數(shù)進行建模仿真，進而對當前參數(shù)進行分析，可以預見到一些前饋參數(shù)的變化，從而及時對計算出的溶解氧DO值進行調(diào)節(jié)，以避免等到溶解氧DO值發(fā)生變化時再進行調(diào)節(jié)。系統(tǒng)會對溶解氧DO值進行跟蹤以確定控制結果。需要指出的是，IDAS并非嚴格依賴DO值進行控制，即使在溶氧儀不準確或損壞的情況下，按照模型中的歷史數(shù)據(jù)及某些前饋參數(shù)，仍然可以確保曝氣池2安·全運行，只不過加大抵抗擾動的安全控制余度，表現(xiàn)為DO的真實值上升。此外，可以理解的是智能計算模塊11和參數(shù)優(yōu)化模塊12在工作時還會考慮到一些環(huán)境參數(shù)，比如PH值、溫
/又寸寸o數(shù)據(jù)處理裝置還包括數(shù)據(jù)存儲模塊，數(shù)據(jù)存儲模塊對當前測得的前饋參數(shù)、后饋參數(shù)及智能計算模塊11的計算結果作為歷史參數(shù)進行實時存儲。鼓風機31調(diào)節(jié)模塊用于根據(jù)數(shù)據(jù)處理裝置提供的需氧量控制鼓風；鼓風機31調(diào)節(jié)模塊包括用于根據(jù)管道壓力與進氣流量調(diào)節(jié)變頻器的第一控制柜，第一控制柜連接有鼓風機31、用于控制鼓風機31的變頻器、用于測量管道壓力的總管壓力計33和用于測量進氣流量的第一熱值流量計32，鼓風機31設置在曝氣管道進氣端。鼓風機31是整個曝氣系統(tǒng)的動力源頭，是滿足生化反應池生物需氧的關鍵，本實施例中鼓風機31調(diào)節(jié)模塊按數(shù)據(jù)處理裝置輸出的生物需氧量以及設定的壓力應用雙閉環(huán)PID控制方式進行調(diào)節(jié)。因為由智能計算模塊11和參數(shù)優(yōu)化模塊12得出實際需氣量，按需供氣動態(tài)調(diào)節(jié)，從而降低了鼓風機31調(diào)節(jié)模塊的電能能耗。既能滿足工藝環(huán)境的精細控制，又能實現(xiàn)節(jié)能降耗運行?？諝饬髁糠峙淠K14用于根據(jù)所述溶解氧控制曝氣管道的電動流量調(diào)節(jié)閥41開度；空氣流量分配模塊14包括用于控制電動流量調(diào)節(jié)閥41的第二控制柜，第二控制柜連接有電動流量調(diào)節(jié)閥41和用于測量曝氣流量的第二熱值流量計42，電動流量調(diào)節(jié)閥41設置曝氣管道出氣端。此外，生物曝氣池2設置有溶解氧測定儀，溶解氧測定儀測得的數(shù)據(jù)會分別發(fā)送給第二控制柜、智能計算模塊11和參數(shù)優(yōu)化模塊12?？諝饬髁糠峙淠K14形成控制回路，根據(jù)熱值流量計和智能計算模塊11以及參數(shù)優(yōu)化模塊12給出的曝氣流量、溶解氧DO值調(diào)節(jié)電動流量調(diào)節(jié)閥41的開度，從而影響曝氣流量和溶解氧，又再次向電動流量調(diào)節(jié)閥41反饋，整個過程可動態(tài)、及時地、準確地根據(jù)實際的負荷波動調(diào)節(jié)空氣供給量，使生物池的每一部分都能達到高效，減少了曝氣池2中溶解氧的波動，達到精確曝氣的控制目標。此外，本系統(tǒng)采用模塊化的結構方式，各個模塊具備故障報警、診斷功能，根據(jù)報警信息以及診斷提示，能便捷的進行維護。[0028]IDAS系統(tǒng)提供3種運行模式，即自動控制、人工強制控制和安全模式，并提供通信接ロ，支持數(shù)據(jù)遠傳。自動控制是推薦控制方式，用于污水廠污水處理工藝正常運行、精確曝氣控制系統(tǒng)的熱值氣體流量計、DO溶氧測定儀、電動流量調(diào)節(jié)閥41等設備工作正常情況下，具有最大的節(jié)氣效能；人工強制控制是在污水廠污水處理過程處于非正常運行條件下，例如污水負荷突然大幅度改變、污水含有有毒物質(zhì)、生化反應池處于異常狀態(tài)等情況下，直接允許人工操縱的控制方式；安全模式是一種大余度的自動控制方式，用于污水廠污水處理過程經(jīng)常處于大擾動條件下，比如進水的污水 負荷較大范圍的 經(jīng)常性變動、進入生化反應池的水量有較大的變化情況下，大余度控制的本質(zhì)是提高系統(tǒng)抵抗大擾動的能力，提高安全運行系數(shù)。智能動態(tài)曝氣控制系統(tǒng)根據(jù)不同設備的工作狀態(tài)自動切換控制方法，從而保證即使部分設備發(fā)生故障的情況下，也不會影響生化単元的正常安全運行。當當前的溶解氧正常，如果熱值流量計正常則系統(tǒng)正?？刂破貧猓环駝t僅根據(jù)溶解氧的變化來控制電動流量調(diào)節(jié)閥41，熱值流量計會發(fā)出報警以進行及時維修；當當前的溶解氧未滿足條件，根據(jù)熱值流量計進行調(diào)節(jié)，如果熱值流量計測定的值正常，查詢調(diào)節(jié)后的溶解氧，如果調(diào)節(jié)后的溶解氧正常，則以后只需更加數(shù)據(jù)處理模塊的計算結果控制電動流量調(diào)節(jié)閥41即可，如果調(diào)節(jié)后的溶解氧不符合條件，人工預設曝氣流量，并控制曝氣流量符合預設值；如果熱值流量計測定的值不符合條件，調(diào)節(jié)曝氣流量，如果調(diào)節(jié)后的曝氣流量正常，那以后的調(diào)節(jié)只需根據(jù)調(diào)節(jié)前后的曝氣流量控制電動流量調(diào)節(jié)閥41的開度即可，如果調(diào)節(jié)后的曝氣流量不正常，更具數(shù)據(jù)處理模塊的計算結果動態(tài)控制電動流量調(diào)節(jié)閥41的開度，如果仍無法調(diào)節(jié)曝氣流量至正常值，直接人工預設并調(diào)節(jié)電動流量調(diào)節(jié)閥41的開度。如圖2所示的是曝氣池經(jīng)過本實用新型智能動態(tài)曝氣控制系統(tǒng)控制和未經(jīng)控制的溶解氧濃度曲線對比圖，其中粗實線表示的曲線為經(jīng)過本系統(tǒng)控制的溶解氧濃度曲線。雖然本實用新型是通過具體實施例進行說明的，本領域技術人員應當明白，在不脫離本實用新型范圍的情況下，還可以對本實用新型進行各種變換及等同替代。另外，針對特定情形或材料，可以對本實用新型做各種修改，而不脫離本實用新型的范圍。因此，本實用新型不局限于所公開的具體實施例，而應當包括落入本實用新型權利要求范圍內(nèi)的全部實施方式。
權利要求1.一種智能動態(tài)曝氣控制系統(tǒng)，用于污水處理廠曝氣池(2)，其特征在于，所述智能動態(tài)曝氣控制系統(tǒng)包括用于計算曝氣池(2)的生物需氧量和溶解氧的數(shù)據(jù)處理裝置、用于根據(jù)所述生物需氧量控制鼓風的鼓風機(31)調(diào)節(jié)模塊和用于根據(jù)所述溶解氧控制曝氣管道的電動流量調(diào)節(jié)閥(41)開度的空氣流量分配模塊(14)； 所述數(shù)據(jù)處理裝置包括用于根據(jù)進水端待處理污水水質(zhì)與流量的前饋參數(shù)及曝氣池(2 )中已處理污水水質(zhì)的后饋參數(shù)計算生物需氧量和溶解氧的智能計算模塊(11)。
2.根據(jù)權利要求I所述的智能動態(tài)曝氣控制系統(tǒng)，其特征在于，所述鼓風機(31)調(diào)節(jié)模塊包括用于根據(jù)管道壓力與進氣流量調(diào)節(jié)變頻器的第一控制柜，所述第一控制柜連接有鼓風機(31)、用于控制所述鼓風機(31)的變頻器、用于測量管道壓力的總管壓力計(33)和用于測量進氣流量的第一熱值流量計(32 )，所述鼓風機(31)設置在所述曝氣管道進氣端。
3.根據(jù)權利要求2所述的智能動態(tài)曝氣控制系統(tǒng)，其特征在于，所述空氣流量分配模塊(14)包括用于控制所述電動流量調(diào)節(jié)閥(41)的第二控制柜，所述第二控制柜連接有電動流量調(diào)節(jié)閥(41)和用于測量曝氣流量的第二熱值流量計(42)，所述電動流量調(diào)節(jié)閥(41)設置在所述曝氣管道出氣端。
4.根據(jù)權利要求3所述的智能動態(tài)曝氣控制系統(tǒng)，其特征在于，所述生物曝氣池(2)設置有溶解氧測定儀，所述溶解氧測定儀分別連接所述第二控制柜和所述智能計算模塊(11)。
5.根據(jù)權利要求4所述的智能動態(tài)曝氣控制系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理裝置、鼓風機(31)調(diào)節(jié)模塊和空氣流量分配模塊(14)分別設置有報警裝置。
專利摘要本實用新型公開了一種智能動態(tài)曝氣控制系統(tǒng)，用于污水處理廠曝氣池，所述智能動態(tài)曝氣控制系統(tǒng)包括用于計算曝氣池的生物需氧量和溶解氧的數(shù)據(jù)處理裝置、用于根據(jù)所述生物需氧量控制鼓風的鼓風機調(diào)節(jié)模塊和用于根據(jù)所述溶解氧控制曝氣管道的電動流量調(diào)節(jié)閥開度的空氣流量分配模塊。本實用新型的智能動態(tài)曝氣控制系統(tǒng)能夠保持溶解氧穩(wěn)定并能滿足生化反應的需要、節(jié)約能源且模塊化設計。
文檔編號G05B13/04GK202758178SQ201120496778
公開日2013年2月27日 申請日期2011年12月2日 優(yōu)先權日2011年12月2日
發(fā)明者邱佰平, 段輝吉, 岳少龍 申請人:深圳達實智能股份有限公司