一种化学生物絮凝处理城市污水的自动控制方法及其装置

摘要

本发明属环保技术领域，具体涉及化学生物絮凝污水处理工艺的自动控制方法及其装置。本发明利用PC机对化学生物处理城市污水装置的工作过程进行在线监测和控制，其中，PC机中的可编程序控制器用于执行系统操作指令，收集、存储系统工艺参数和在线监测数据。本发明的具体实施过程采用以出水总磷作为控制目标，自动调节化学絮凝工艺的加药量；采用DO在线监测系统反馈信号自动控制曝气量；采用总悬浮固体在线监测信号自动控制污泥回流量，从而达到去除化学需氧量、悬浮固体、生化需氧量等污染物的目的，使运行成本大大减少；同时在系统运行过程中还可随时观察、存贮在线监测数据，工艺先进、操作简单、劳动强度低。

说明书

技术领域

本发明属于环保技术领域，具体涉及一种化学生物絮凝处理城市污水的自动控制方法及其装置。

技术背景

随着全球人口的不断增加、社会的不断进步、城市化进程的加速，城市污水量急剧增加。目前涌现了大量的城市污水处理工艺，化学生物絮凝处理城市污水工艺是一种加药量小、处理能力强、在去除有机碳的基础上，同时具备除磷功能的一种新工艺。根据工况合理、高效地调节加药量、控制混凝反应过程是非常重要的。这也是目前公认的技术难点之所在。目前常用的自动控制混凝加药技术如下：

(一)基于流动电流的混凝投药自动控制技术

流动电流检测法是国际上80年代开始应用的混凝剂投加自动控制技术。该技术利用检测凝聚过程的微观特性，即胶体粒子表面流动电荷的变化，在水处理投药工艺过程中，控制流动电流单个因子实现整个混凝剂投加的在线自动控制。但是该技术存在以下问题：(1)该技术是根据检测ξ电位来控制混凝过程，但是实际处理过程中很难准确地测试ξ电位，因此存在较大的误差；(2)该技术在采样管的膜表面形成一层颗粒层，颗粒膜表面的更新直接影响到检测精度，一直是该技术应用中存在的一个难点问题；(3)该技术测试经絮凝沉淀后出水中的悬浮物，进水经过工艺流程需要几十分钟至数小时，因此利用出水悬浮物浓度控制加药量不能及时、准确地反映加药量与悬浮物浓度之间的关系；(4)该技术一般用于给水处理，检测悬浮物浓度上限较低，而污水处理工艺中悬浮物浓度很高，因此该技术用于污水处理检测精度不高；(5)该技术能反映处理工艺对悬浮物的处理效率，但是不能实现对污水处理过程中同时对多参数进行控制。

(二)基于透光率脉动的混凝投药自动控制技术

透光率脉动检测技术是近年来发展起来的一项新型光学混凝检测技术。该技术的基本原理是使含有颗粒的悬浮液水样流过一个透明管，利用一束狭窄的光线照射，照射到的水样中微小体积中的颗粒数目的随机变化将造成透射光强度的相应脉动。通过光电管可透射及其脉动转换成电信号，并将脉动成分分离、放大、转换成均方根值；该值与平均透射光值的比值可灵敏地反映出悬浮液中颗粒的混凝程度。但是该技术如应用于污水处理存在以下问题：(1)该技术现基本上应用于江河水净化为饮用水的处理，对无机颗粒检测效果好，但是污水处理中含有大量的有机颗粒，检测困难；(2)该技术检测的颗粒粒径范围窄，检测的颗粒粒径均一，污水处理过程中颗粒粒径分散不便于检测；(3)该技术存在反馈时间的滞后问题；(4)该技术仅局限于检测加药量对出水悬浮物的影响，不能满足反映加药量与处理过程中多种处理指标之间的关系。

发明内容

本发明的目的在于提出一种操作简便、反应迅速、节约运行成本、能有效优化化学生物混凝处理过程中加药量与有机物的去除、脱磷之间关系的化学生物絮凝处理城市污水的自动控制方法及其装置。

本发明提出的化学生物絮凝处理城市污水的自动控制方法，利用PC机对化学生物处理城市污水装置的工作过程进行在线监测和控制，其中，PC机中的可编程序控制器执行系统操作指令，收集、存储系统工艺参数，与来自数字量输入模块的在线监测数据比较，如果超出其临界上、下限，则数字量、模拟量输出模块发送指令，以出水总磷作为控制目标，根据总磷检测仪输入的测试结果，计算出水总磷和总磷控制目标之间的差值，转化成数字量，利用A/D转换器将系统发送的数字量转换成模拟量，调节加药计量泵的脉动频率，控制系统加药量；由溶解氧(DO)监测仪反馈信号控制曝气量，由悬浮固体监测信号控制污泥回流量，从而达到去除化学需氧量、悬浮固体、生化需氧量等污染物的目的。

本发明自动控制系统采用多参数控制，优化系统加药量和除磷、有机物去除之间的关系。常规情况下，一般城市污水如果出水总磷能够达到排放标准，其它指标一般都能达到排放标准。以出水总磷作为控制目标，出水总磷控制目标为0.2-1.0mg/L，絮凝剂采用铝、铁盐，有效成分以Al₂O₃或Fe₂O₃计。如出水总磷浓度高于0.5--0.9mg/L，则每超过0.1--0.2mg/L，药剂量按10--20ml/Min速度增加。如出水总磷浓度低于0.2--0.5mg/L，则每低过0.1--0.2mg/L，药剂量按10--20ml/Min速度减少。

本发明中，将城市污水泵入化学生物絮凝池，在化学生物絮凝池的前端设置一个加药混合箱，通过加药计量泵打入的絮凝剂与污水在此混合。系统采用微孔曝气管搅拌，化学生物絮凝池出水在沉淀池停留时间为约1.5小时进行泥水分离。分别从进水管和沉淀池出水管采样，送入总磷在线检测仪。分析结果在中央处理单元内存储。

本发明中，除了加药量外，搅拌过程控制也是一个非常重要的因素。考虑到化学生物絮凝反应过程中除了化学作用外，还有一部分生物的作用，因此为了供给微生物一定的需氧量，本发明采用微孔曝气代替常用的机械搅拌。既解决混凝所需的水力搅拌条件，同时满足微生物生长对溶解氧的需求。化学生物絮凝池采用推流式，设置三个廊道，每个廊道的末端安装一个溶解氧浓度检测仪，控制混凝反应过程的水力搅拌条件和微生物需氧量。通过调节曝气进气截止阀的开启度，控制曝气风量和微孔曝气管的曝气强度，优化化学生物絮凝过程，同时发挥微生物对有机物的去除作用。第一格溶氧仪设定的溶解氧上限值为3--5mg/L，下限浓度值为1--2mg/L；第二格溶氧仪设定的溶解氧上限浓度值为2--4mg/L，下限浓度值为1--2mg/L；第三格溶氧仪设定的溶解氧上限浓度值为1--2mg/L，、下限浓度值为0--1mg/L。系统根据溶氧仪监测到的溶解氧浓度每隔5--60min调整一次曝气截止阀的开启度。如溶氧仪监测到溶解氧浓度超过系统设定的上限浓度，则自控系统相应地减小曝气截止阀开启度5--40％；如溶氧仪检测到溶解氧浓度低于系统设定的下限浓度，则自控系统增大曝气截止阀开启度5--40％，依此进行反复调整，达到一个溶解氧浓度动态稳定的过程。

本发明在化学生物絮凝池内配备了一台悬浮固体监测仪，在线监测反应池内悬浮固体的变化，将监测数据传送到中央处理单元。系统控制化学生物池内污泥浓度的上限浓度为1000--5000mg/L，下限浓度为800--2000mg/L，如果化学生物絮凝池内污泥浓度超过5000mg/L或低于800mg/L，系统报警，调节污泥回流阀，超出上限污泥浓度100-400mg/L或低于下限浓度100--400mg/L，回流比调高0--40％或降低0-40％，每隔30--80min，系统自动控制回流泵流量，调整回流比。

本发明提出的化学生物絮凝处理城市污水自动控制装置，由化学生物絮凝池、PC机13中的可编程序控制器11和信号模块组成，其中，信号模块由数字量输入模块10和数字量、模拟量输出模块12组成，数字量输入模块10、可编程序控制器11和数字量、模拟量输出模块12依次连接，可编程序控制器11与PC机13相连，建立人机界面，便于存储系统控制程序；数字量输入模块10分别与进水流量计1、化学生物絮凝池的曝气截止阀2、污泥回流流量计4、加药计量泵3、溶解氧(DO)监测仪5、总磷监测仪6、悬浮固体监测仪7相连；数字量、模拟量输出模块12分别与进水泵8、曝气截止阀2、加药计量泵3、污泥回流泵9相连；化学生物絮凝池内采用推流式，设置三个廊道，每个廊道的末端设置有一个溶解氧检测仪，控制混凝反应过程的水力搅拌条件和微生物需氧量。通过调节曝气进气截止阀的开启度，控制曝气风量和微孔曝气管的曝气强度，优化化学生物絮凝过程，同时发挥微生物对有机物作用。

本发明中，所使用的可编程序控制器为市售，如可采用SIMATIC S7-300，数字量输入模块为市售，如可采用SM321，数字量、模拟量输出模块为市售，如可采用SM322。

        本发明与典型的流动电流混凝投药自动控制的比较表

  特征    本发明    流动电流混凝投药  对加药系统的控制    及时、迅速    滞后  操作复杂性    简单、自动控制    相对复杂  运行成本    节约30％    标准  去除有机物能力    稳定    不稳定  去除总磷能力    稳定    较稳定  对SS的变化    适应性强    低浓度、无机态SS  对城市污水的适应能力    强    弱

附图说明

图1为本发明的自动控制系统流程图。

图中标号：1为进水流量计，2为曝气截止阀，3为加药计量泵，4为污泥回流流量计，5为溶解氧监测仪，6为总磷监测仪，7为悬浮固体监测仪，8为进水泵，9为回流泵，10为数字量输入模块，11为可编程序控制器，12为数字量、模拟量输出模块，13为PC机。

具体实施方式

实施例1

本控制系统采用SIMATIC S7-300可编程序控制器，中央处理单元为CPU315，数字量输入模块采用SM321，数字量、模拟量输出模块采用SM322。将某城市污水泵入化学生物絮凝池，在化学生物絮凝池内发生化学混凝和生物作用后，经沉淀池沉淀后出水。处理系统工况为：加药量为310ml/Min，三格的污泥浓度分别为：第一格：2.5-3.0g/L，第二格：2.0--3.0g/L，第三格：1--1.5g/L；回流比为30--80％，系统污泥浓度2000--3000mg/L；在线总磷监测仪测试到进水总磷浓度为3--5mg/L，出水总磷浓度为0.93mg/L。控制系统根据监测数据与设定上下限浓度进行比较判断，第二格、第三格溶解氧浓度超出上限，将第二格、第三格曝气截止阀开启度减小5--40％；5--30min后监测三格的溶解氧浓度分别为：第一格：2.4mg/L，第二格：1.8mg/L，第三格：1.1mg/L。将第三格曝气截止阀继续减小5--40％的开启度，5--30min间隔后监测三格溶解氧浓度分别为：第一格：2.4mg/L，第二格：1.2mg/L，第三格：0.7mg/L。依此溶解氧浓度的变化，不断调节曝气截止阀的开启度，将每格内的溶解氧浓度控制在系统设定的上下限浓度范围内。出水总磷浓度超过设定上限浓度0.23mg/L，根据加药量与出水总磷浓度的关系，增加30--50ml/min。10--50min后在线监测出水总磷浓度为0.42mg/L，低于下限浓度0.08mg/L，减小加药量30--50ml/min。10--50min后监测出水总磷浓度，依此类推根据出水总磷浓度调节加药量，实现一个动态的出水总磷与加药量的平衡过程。

实施例2

本控制系统采用SIMATIC S7-300可编程序控制器，中央处理单元为CPU315，数字量输入模块采用SM321，数字量、模拟量输出模块采用SM322。将某城市污水泵入化学生物絮凝池，经过一段时间的运行处理，达到稳定后监测进水、出水指标。具体运行工况为：加药量为310ml/Min，三格溶解氧浓度为：第一格2.3mg/L，第二格1.7mg/L，第三格0.8mg/L；回流比为40--70％，系统污泥浓度2639mg/L；在线总磷监测仪测试到进水总磷浓度为4--6mg/L，出水总磷浓度为0.81---1.0mg/L。依据运行工况系统给出判断，溶解氧浓度在控制范围内不作调整。出水总磷浓度超出上限浓度0.11-0.3mg/L，增大10--40ml/min的加药量，30--60min后根据出水总磷浓度再次作出判断。反应池内的污泥浓度高出设定的污泥浓度上限139mg/L，则系统自动调节污泥回流阀，将回流比调为20--50％，30--60min后，系统污泥浓度为2351mg/L，系统维持回流比不变。每30--60min根据系统污泥浓度给出判断，动态控制整个系统的运行过程。