CN112777709A - 精准加药除磷控制方法及其控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种精准加药除磷控制方法及其控制系统，其包括如下步骤：采集加药点的进水流量实时值和磷酸盐浓度实时值，得出所述加药点的所需加药量；设定经验比例参数值；设定出水总磷目标值，控制器根据所述加药量、所述经验比例参数值和所述出水总磷目标值得出精准投加加药量。控制器能够根据上述三种数值，并根据系统实际运行时可能出现的大滞后性、波动性及进水流量不稳定性而可给出一个合理的加药量参考值，该加药量参考值不会因为进水流量的波动而产生剧烈波动，同时会根据进出水的总磷增减趋势自动进行调整达到一个合理准确的加药参考量。
Description
技术领域
本发明涉及污水净化处理技术领域，特别是涉及一种精准加药除磷控制方法及其控制系统。
背景技术
当前，在水净化处理行业中，针对于污水处理中磷的去除一般有化学除磷和生物除磷两种工艺。生物除磷是一种相对经济的除磷方法，但由于该除磷工艺目前还不能保证稳定达到0.5mg/l出水标准的要求，所以常需要采取化学除磷措施来辅助满足要求。化学除磷是通过化学沉析过程完成的，化学沉析是指通过向污水中投加无机金属盐药剂，其与污水中溶解性的盐类，如磷酸盐混合后，形成颗粒状、非溶解性的物质，这一过程涉及的是所谓的相转移过程。
目前污水处理厂使用到加药系统多采用经验加药法，主要由污水处理厂工艺人员根据污水处理厂自身的运营状况及出水总磷的数据去决定加药量。由于出水总磷在线检测仪一般2小时测量一次数据，同时进水量是时刻变化的，进水总磷数值并不稳定，因此为了保证出水水质达标，一般污水处理厂加药多为过量加药，这样不仅浪费药剂提高了污水处理厂的运营成本。污水处理厂的白天和夜晚进水量差距较大，进水磷酸盐的浓度差距也大，人为控制加药很容易导致出水总磷含量的波动不稳定，甚至出现出水总磷超标的情况，给污水处理厂正常运营带来极大的困扰。
针对于上述经验加药法的不足，也有少数污水处理厂加药系统中提供了自动加药系统的方案，这些自动加药系统方案主要有如下两种实现方式：第一种是根据出水总磷浓度的反馈来进行PID控制加药量。由于在实际工作过程中出水总磷的采集数据多为每2小时测量一次，同时受到进水水量及进水水质变化的极大干扰以及大滞后性，仅依靠出水总磷浓度反馈的PID控制准确度极低，在实际使用中无法满足精准控制加药的需求。第二种则是根据进水流量前馈控制算法控制加药量。此类算法根据进水流量粗略计算出所需投加的总加药量，同时根据出水总磷的数据辅助修正实际的投加量。但由于一般污水处理厂有多个生化池，每个生化池的进水量及生物除磷的效率并不相同，总加药量的投加进入到每个池体的加药量并不精确，累积误差造成整体的加药控制也是不精确的，出水总磷控制并不稳定，容易造成过量投加或投加量不足导致出水总磷超标的情况出现。
综上，现有的除磷加药控制方法无法实现精确控制加药量，存在出水总磷超标，加药量过多致使运营成本升高，增加污水处理厂运行负担的问题。
发明内容
基于此，有必要提供一种精准加药除磷控制方法及其控制系统，旨在解决现有技术加药量过多致使运营成本高，出水质量无法达标的问题。
一方面，本申请提供一种精准加药除磷控制方法，其包括如下步骤：
采集加药点的进水流量实时值和磷酸盐浓度实时值，得出所述加药点的所需加药量；
设定经验比例参数值；
设定出水总磷目标值，控制器根据所述加药量、所述经验比例参数值和所述出水总磷目标值得出精准投加加药量。
上述方案的精准加药除磷控制方法中，通过采集加药点的进水流量实时值和磷酸盐浓度实时值，得出所述加药点的所需加药量，从而能够在源头上精准去除该磷酸盐浓度实时值对应所需的加药量；之后通过设定经验比例参数值，能够为修正实际所需的加药量提供依据；最后通过设定出水总磷目标值，并将该出水总磷目标值与出水总磷实际值进行比较，同时结合出水总磷的上升下降趋势微调所需的加药量，从而能够实现加药系统的加药量精准投加。也即，控制器能够根据上述三种数值，并根据系统实际运行时可能出现的大滞后性、波动性及进水流量不稳定性而可给出一个合理的加药量参考值，该加药量参考值不会因为进水流量的波动而产生剧烈波动，同时会根据进出水的总磷增减趋势自动进行调整达到一个合理准确的加药参考量。
在其中一个实施例中，在所述采集加药点的进水流量实时值和磷酸盐浓度实时值，得出所述加药点的所需加药量的步骤中，根据所投加的药液种类，得出不同磷去除率下所需的加药量，具体包括如下步骤：
Al2(SO4)3·(14H2O)+2H2PO4 -+4HCO3 -→2AlPO4+4CO2+3SO4 2-+18H2O
FeCl3·(6H2O)+H2PO4 -+2HCO3 -→FePO4+3Cl-+2CO2+8H2O
根据上述化学反应式，当采用的药液为铝盐时，得出当除磷所需的铝磷摩尔比为1.38:1时，污水中磷的去除率达到75％；当除磷所需的铝磷摩尔比为1.72:1时，污水中磷的去除率达到85％；当除磷所需的铝磷摩尔比为2.3:1时，污水中磷的去除率达到95％；当采用的药液为铁盐时，得出当除磷所需的铁磷摩尔比为1:1时，污水中磷的去除率达到90％～100％。
在其中一个实施例中，在所述设定出水总磷目标值的步骤中，具体为：设定出水总磷目标值的范围为0.1mg/l～0.25mg/l，并根据实际出水总磷和实际出水SS的数值变化趋势来微调实际所需的加药量。
在其中一个实施例中，当实际出水总磷的数值大于0.3mg/l且存在上升趋势时，控制器控制加大调节加药点的加药量。
在其中一个实施例中，当实际出水总磷的数值大于0.35mg/l时，控制器自动发出初级报警提示。
在其中一个实施例中，当实际出水总磷的数值大于0.4mg/l时，控制器自动发出高级报警提示。
此外，本申请还提供一种精准加药除磷控制系统，其包括：
控制器；
多个生化池，多个所述生化池按预设规律分布；
加药箱，所述加药箱连接有多根加药管，所述加药管与所述生化池一一对应连接；
多个加药泵，均与所述控制器电连接；所述加药泵一一对应地连接于所述加药管中；
多个加药流量计，均与所述控制器电连接，所述加药流量计一一对应地连接于所述加药管中并处于所述加药泵的下游；以及
多台总磷在线监测仪，均与所述控制器电连接，所述总磷在线监测仪一一对应地设置于各所述生化池的加药点处。
在其中一个实施例中，所述精准加药除磷控制系统还包括备用泵，所述备用泵与所述控制器电连接并能够与任意一根所述加药管连通。
在其中一个实施例中，所述控制器包括控制柜、及设置于所述控制柜内的多台变频器，所述变频器分别与所述加药泵和所述备用泵一一对应电连接。
在其中一个实施例中，所述控制器具有现场手动控制模式、远程手动控制模式和远程自动控制模式。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例所述的精准加药除磷控制方法的步骤流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
本申请实施例提供一种精准加药除磷控制系统，其包括：控制器、多个生化池、加药箱、多个加药泵、多个加药流量计以及多台总磷在线监测仪。控制器具体为PLC控制器，具有编程简单，可靠性高的优点，能够保证精准加药除磷控制系统平稳自动运行。
多个所述生化池按预设规律分布。例如本实施例中，生化池设置为四个，且四个生化池采用矩形平面分布，且生化池采用AAO处理工艺。当然了，在其它的实施例中，生化池也可以是其它数量，并采用其它工艺方式工作。
加药箱采用不锈钢或者其它具备优良耐酸碱腐蚀的材料制成的矩形箱体，其内存放一定量的除磷药液，保证精准加药除磷控制系统能够在较长周期内可靠运行。所述加药箱连接有多根加药管，所述加药管与所述生化池一一对应连接。每根加药管能够将加药箱内的除磷药液输送至对应的生化池，以完成除磷作业。
多个加药泵均与所述控制器电连接，且所述加药泵一一对应地连接于所述加药管中。加药泵例如为电磁驱动泵，通过与控制器电性连接，能够根据控制器的指令启停或者控制药液流量工作。加药泵用于驱动加药管内的除磷药液流动，从而使除磷药液能够源源不断地流入生化池内。
各加药流量计均与所述控制器电连接，所述加药流量计一一对应地连接于所述加药管中并处于所述加药泵的下游。加药流量计能够精准控制流入生化池内的除磷药液的流量，保证药液精准投加。
各总磷在线监测仪均与所述控制器电连接，所述总磷在线监测仪一一对应地设置于各所述生化池的加药点处。总磷在线监测仪能够精准检测加药点处的出水总磷数值，从而为前步的除磷药液精准投加提供数据支撑。
上述方案的精准加药除磷控制工作时，通过加药流量计能够采集加药点的进水流量实时值，总磷在线监测仪能够准确采集磷酸盐浓度实时值，得出所述加药点的所需加药量，从而能够在源头上精准去除该磷酸盐浓度实时值对应所需的加药量；之后通过设定经验比例参数值，能够为修正实际所需的加药量提供依据；最后通过设定出水总磷目标值，并将该出水总磷目标值与出水总磷实际值进行比较，同时结合出水总磷的上升下降趋势微调所需的加药量，从而能够实现加药系统的加药量精准投加。也即，控制器能够根据上述三种数值，并根据系统实际运行时可能出现的大滞后性、波动性及进水流量不稳定性而可给出一个合理的加药量参考值，该加药量参考值不会因为进水流量的波动而产生剧烈波动，同时会根据进出水的总磷增减趋势自动进行调整达到一个合理准确的加药参考量。
在一些实施例中，所述精准加药除磷控制系统还包括备用泵，所述备用泵与所述控制器电连接并能够与任意一根所述加药管连通。当实际工作中，某一台加药泵出现损坏时，备用泵能够及时替代故障加药泵而继续为对应的生化池加药，保证系统持续工作可靠。
在一些实施例中，所述控制器包括控制柜、及设置于所述控制柜内的多台变频器，所述变频器分别与所述加药泵和所述备用泵一一对应电连接。通过设置变频器，能够精确控制加药泵和备用泵启停工作、工作功率等。
此外，根据实际工况条件和需要，所述控制器具有现场手动控制模式、远程手动控制模式和远程自动控制模式。在上述各工作模式下，系统能监视现场加药泵的运行状态，采集、处理及保存现场数据(如加药流量、总磷数据、设备运行时间等)，能有效的控制及管理现场设备，并可靠的保护设备及做出相应报警提示。
具体而言，当系统以现场手动控制模式工作时，工作人员可对操作箱面板上的按钮直接控制加药泵的独立启停，也可以设定加药泵的运行功率和频率，灵活调节所需的加药量。
当系统以远程手动控制模式工作时，工作人员在触摸屏/中控系统监控软件画面控制对话框中，通过软按钮启停加药泵及设定加药泵频率。
当系统以远程自动控制模式工作时，该模式具体又可以分为“恒流量控制方式”及“全自动控制方式”，在该控制模式下，PLC通过执行用户程序对现场的加药系统进行全自动控制。恒流量控制方式下，PLC实时采集加药泵的瞬时流量，并与预先的设定值(通过触摸屏/中控系统监控软件设定)进行比较，最后按照逻辑计算结果来控制加药泵的启停，自动调节加药泵的频率达到工作人员设定的所需加药量。而在全自动控制方式下：PLC根据进水流量值、加药点的磷酸盐浓度值、经验比例参数值、出水总磷数据及出水总磷变化趋势自动计算出所需的参考加药量，加药泵自动根据参考加药量的数值进行全自动调节，对于不同的进水流量计进水参数均能够实现有效、快速、可靠的除磷控制。在节能降低药品的消耗量基础上减轻工人的劳动强度，同时保证出水总磷的稳定已经达标排放。
综上之外，如图1所示，本申请还提供一种精准加药除磷控制方法，其包括如下步骤：
S100：采集加药点的进水流量实时值和磷酸盐浓度实时值，得出所述加药点的所需加药量。
S200：设定经验比例参数值。
S300：设定出水总磷目标值，控制器根据所述加药量、所述经验比例参数值和所述出水总磷目标值得出精准投加加药量。
上述方案的精准加药除磷控制方法中，通过采集加药点的进水流量实时值和磷酸盐浓度实时值，得出所述加药点的所需加药量，从而能够在源头上精准去除该磷酸盐浓度实时值对应所需的加药量；之后通过设定经验比例参数值，能够为修正实际所需的加药量提供依据；最后通过设定出水总磷目标值，并将该出水总磷目标值与出水总磷实际值进行比较，同时结合出水总磷的上升下降趋势微调所需的加药量，从而能够实现加药系统的加药量精准投加。也即，控制器能够根据上述三种数值，并根据系统实际运行时可能出现的大滞后性、波动性及进水流量不稳定性而可给出一个合理的加药量参考值，该加药量参考值不会因为进水流量的波动而产生剧烈波动，同时会根据进出水的总磷增减趋势自动进行调整达到一个合理准确的加药参考量。
在其中一个实施例中，在所述采集加药点的进水流量实时值和磷酸盐浓度实时值，得出所述加药点的所需加药量的步骤中，根据所投加的药液种类，得出不同磷去除率下所需的加药量，具体包括如下步骤：
Al2(SO4)3·(14H2O)+2H2PO4 -+4HCO3 -→2AlPO4+4CO2+3SO4 2-+18H2O
FeCl3·(6H2O)+H2PO4 -+2HCO3 -→FePO4+3Cl-+2CO2+8H2O
根据上述化学反应式，当采用的药液为铝盐时，得出当除磷所需的铝磷摩尔比为1.38:1时，污水中磷的去除率达到75％；当除磷所需的铝磷摩尔比为1.72:1时，污水中磷的去除率达到85％；当除磷所需的铝磷摩尔比为2.3:1时，污水中磷的去除率达到95％；当采用的药液为铁盐时，得出当除磷所需的铁磷摩尔比为1:1时，污水中磷的去除率达到90％～100％。如此一来，工作人员能够根据实际污水处理指标需要，灵活调控并得到所需的加药量。
但需要说明的是，当采用铁盐作为除磷药液时，除了保证铁磷摩尔比为1:1，此外还需添加一定量(例如10mg/L)的铁，以满足氢氧化物形成的需要。并且，为了加强除磷效果，在使用铝盐和铁盐进行常规除磷工作以外的附加除磷作业时，还需要在除磷药液中添加2份到6份的金属盐与1份的磷进行混合。
此外，在所述设定出水总磷目标值的步骤中，具体为：设定出水总磷目标值的范围为0.1mg/l～0.25mg/l，并根据实际出水总磷和实际出水SS(SS:Suspendedsolids；出水悬浮固体)的数值变化趋势来微调实际所需的加药量。
例如，在一些实施例中，当实际出水总磷的数值大于0.3mg/l且存在上升趋势时，控制器控制加大调节加药点的加药量。此时测得的出水总磷含量偏高，可能是由于药量投加量不够导致，因而增加加药点处的加药量则能够很好的解决该数值偏高的问题。
在另一些实施例中，当实际出水总磷的数值大于0.35mg/l时，控制器自动发出初级报警提示。此时测得的出水总磷数值偏高较多，可能已经不是药量投加不够的原因，就需要通过报警提醒工作人员检查，并判断是否需要修改所需加药量的比例值，进而完善整套除磷工艺。
可以理解的，所谓的初级报警提示，可以是指警鸣声报警、闪烁灯光报警等形式。
进一步地，当实际出水总磷的数值大于0.4mg/l时，控制器自动发出高级报警提示。此时测得的出水总磷数值异常偏高，此时工作人员需及时确认现场进出水状态是否出现异常或者仪表采集数据是否出现异常，是否有必要人为接管加药控制等，确保出水水质不会超标。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
Claims (10)
1.一种精准加药除磷控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
采集加药点的进水流量实时值和磷酸盐浓度实时值，得出所述加药点的所需加药量；
设定经验比例参数值；
设定出水总磷目标值，控制器根据所述加药量、所述经验比例参数值和所述出水总磷目标值得出精准投加加药量。
2.根据权利要求1所述的精准加药除磷控制方法，其特征在于，在所述采集加药点的进水流量实时值和磷酸盐浓度实时值，得出所述加药点的所需加药量的步骤中，根据所投加的药液种类，得出不同磷去除率下所需的加药量，具体包括如下步骤：
Al2(SO4)3·(14H2O)+2H2PO4 -+4HCO3 -→2AlPO4+4CO2+3SO4 2-+18H2O
FeCl3·(6H2O)+H2PO4 -+2HCO3 -→FePO4+3Cl-+2CO2+8H2O
根据上述化学反应式，当采用的药液为铝盐时，得出当除磷所需的铝磷摩尔比为1.38:1时，污水中磷的去除率达到75％；当除磷所需的铝磷摩尔比为1.72:1时，污水中磷的去除率达到85％；当除磷所需的铝磷摩尔比为2.3:1时，污水中磷的去除率达到95％；当采用的药液为铁盐时，得出当除磷所需的铁磷摩尔比为1:1时，污水中磷的去除率达到90％～100％。
3.根据权利要求1所述的精准加药除磷控制方法，其特征在于，在所述设定出水总磷目标值的步骤中，具体为：设定出水总磷目标值的范围为0.1mg/l～0.25mg/l，并根据实际出水总磷和实际出水SS的数值变化趋势来微调实际所需的加药量。
4.根据权利要求3所述的精准加药除磷控制方法，其特征在于，当实际出水总磷的数值大于0.3mg/l且存在上升趋势时，控制器控制加大调节加药点的加药量。
5.根据权利要求3所述的精准加药除磷控制方法，其特征在于，当实际出水总磷的数值大于0.35mg/l时，控制器自动发出初级报警提示。
6.根据权利要求3所述的精准加药除磷控制方法，其特征在于，当实际出水总磷的数值大于0.4mg/l时，控制器自动发出高级报警提示。
7.一种精准加药除磷控制系统，其特征在于，包括：
控制器；
多个生化池，多个所述生化池按预设规律分布；
加药箱，所述加药箱连接有多根加药管，所述加药管与所述生化池一一对应连接；
多个加药泵，均与所述控制器电连接；所述加药泵一一对应地连接于所述加药管中；
多个加药流量计，均与所述控制器电连接，所述加药流量计一一对应地连接于所述加药管中并处于所述加药泵的下游；以及
多台总磷在线监测仪，均与所述控制器电连接，所述总磷在线监测仪一一对应地设置于各所述生化池的加药点处。
8.根据权利要求7所述的精准加药除磷控制系统，其特征在于，所述精准加药除磷控制系统还包括备用泵，所述备用泵与所述控制器电连接并能够与任意一根所述加药管连通。
9.根据权利要求8所述的精准加药除磷控制系统，其特征在于，所述控制器包括控制柜、及设置于所述控制柜内的多台变频器，所述变频器分别与所述加药泵和所述备用泵一一对应电连接。
10.根据权利要求7所述的精准加药除磷控制系统，其特征在于，所述控制器具有现场手动控制模式、远程手动控制模式和远程自动控制模式。
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| CN202011536698.0A CN112777709A (zh) | 2020-12-22 | 2020-12-22 | 精准加药除磷控制方法及其控制系统 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114230110A (zh) * | 2022-02-24 | 2022-03-25 | 广东省广业环保产业集团有限公司 | 用于污水处理的短程智能除磷加药控制方法、设备及系统 |
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| CN101538104A (zh) * | 2009-04-17 | 2009-09-23 | 北京工业大学 | 改进a2n反硝化除磷及深度脱氮装置及方法 |
| CN102464426A (zh) * | 2010-11-15 | 2012-05-23 | 北京源汇远科技有限公司 | 一种城市污水厂化学除磷剂智能投加控制方法及其装置 |
| CN206872498U (zh) * | 2017-02-23 | 2018-01-12 | 深圳市水务科技有限公司 | 污水处理药剂投加系统和污水处理系统 |
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2020
- 2020-12-22 CN CN202011536698.0A patent/CN112777709A/zh active Pending
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