除磷加藥自動控制技術(shù)在污水處理廠的應(yīng)用

全國城市污水處理和循環(huán)建設(shè)“十三五”規(guī)劃目標:2020年底實現(xiàn)城市污水處理設(shè)施全覆蓋。市區(qū)污水處理率達到95%，其中地級及以上城市建成區(qū)基本實現(xiàn)全收集全處理，縣城不低于85%，東部地區(qū)力爭達到90%。town 污水處理工廠主體建設(shè)已經(jīng)完成，未來發(fā)展趨勢是自動化、信息化、無人值守、節(jié)能降耗、處理新技術(shù)。除磷加藥自動控制技術(shù)通過優(yōu)化調(diào)度控制技術(shù)，建立節(jié)能降耗優(yōu)化調(diào)度模型，分析水質(zhì)數(shù)據(jù)，計算合適的加藥量，節(jié)約藥劑成本，可以在實現(xiàn)出水達標的基礎(chǔ)上有效降低運行成本，實現(xiàn)節(jié)能降耗，解決污水處理廠面臨的實際問題。

1.脫磷加藥系統(tǒng)的設(shè)計

1.1控制模式

為了實現(xiàn)與工藝操作的緊密結(jié)合，使自動控制技術(shù)得到更好的應(yīng)用，而不是簡單的自動化，達到更好的效果，本文在控制參數(shù)中用間接指標代替直接指標，用工藝濃度值代替出水濃度值，即工藝正磷酸鹽PO4-P代替總出水磷TP。這里將化學除磷優(yōu)化系統(tǒng)的控制模式歸納為前饋控制、反饋控制、前饋加反饋控制和反饋疊加控制四種模式。如圖1所示。

前饋控制:輸入?yún)?shù)為進水流量Q，投加前正磷酸鹽PO4-P濃度，輸出參數(shù)為除磷劑投加量。

反饋控制:輸入?yún)?shù)為進水流量Q，加藥后正磷酸鹽PO4-P的濃度，輸出參數(shù)為除磷劑的投加量。

前饋反饋控制:輸入?yún)?shù)為進水流量Q、加藥前正磷酸鹽濃度值PO4-P和加藥后正磷酸鹽濃度值PO4-P，輸出參數(shù)為除磷劑用量。

反饋疊加控制:輸入?yún)?shù)為進水流量Q、加藥后正磷酸鹽濃度值PO4-P、出水總磷TP，輸出參數(shù)為除磷劑投加量。

1.2系統(tǒng)配置

除磷加藥系統(tǒng)由PLC控制系統(tǒng)和HMI組成，主要實現(xiàn)運行狀態(tài)的監(jiān)控、運行過程參數(shù)的實時采集和存儲、設(shè)備維護的提示和記錄、水質(zhì)數(shù)據(jù)的分析、合適的投加比計算、加藥泵運行的變頻控制。

除污水處理廠原有自動控制設(shè)備和儀表外，本自動控制系統(tǒng)主要硬件配置如下:PLC控制系統(tǒng): AB1769系列PLC，觸摸屏，在線水質(zhì)分析儀為Hash在線PO4分析儀，型號為Phosphaxsc，量程0.05~15mg/L，響應(yīng)時間5min，加

1.3儀器狀態(tài)診斷

儀表化、控制化和自動化是水處理自動化技術(shù)發(fā)展的三個階段。儀器在這三個階段都起到了基礎(chǔ)性的作用，從推廣到使用智能水質(zhì)監(jiān)測傳感器，為自動化數(shù)學模型和過程提供基礎(chǔ)的過程分析數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用MODBUS通信代替?zhèn)鹘y(tǒng)的4~20mA模擬信號處理，與在線PO4分析儀和電磁流量計進行通信。構(gòu)建了監(jiān)控儀表網(wǎng)絡(luò)，可實時讀取儀表的過程數(shù)據(jù)、運行狀態(tài)、累計運行時間等關(guān)鍵參數(shù)。這些參數(shù)可以更好地評估儀器數(shù)據(jù)的有效性和儀器的維護要求。

1.4自動控制方案

本系統(tǒng)的控制算法基于PID閉環(huán)控制，水質(zhì)計算模型，自動控制程序的邏輯判斷，在線儀表的反饋校正，最終輸出到自動執(zhí)行設(shè)備。

PID控制的基礎(chǔ)是比例控制。積分控制可以消除穩(wěn)態(tài)誤差，但可能會增加超調(diào)量。微分控制可以加快大慣性系統(tǒng)的響應(yīng)速度，減弱超調(diào)趨勢。這個理論和應(yīng)用的關(guān)鍵是在做出正確的測量和比較后，如何更好的修正系統(tǒng)。

PID控制參數(shù)的工程整定方法主要有臨界比例法、響應(yīng)曲線法和衰減法。三種方法各有特點。它們的共同點是通過測試后根據(jù)工程經(jīng)驗公式調(diào)整參數(shù)。但無論采用哪種方法，控制器參數(shù)都需要在后期實際運行中進行調(diào)整和完善。一般采用臨界比率法。

根據(jù)人工加藥的運行規(guī)律，系統(tǒng)采用臨界比例法確定采樣時間——10分鐘，動態(tài)優(yōu)化比例系數(shù)，后期調(diào)整積分和微分系數(shù)。

2.實際應(yīng)用

自動脫磷加藥控制系統(tǒng)已在北京某污水處理廠應(yīng)用。本污水處理廠二級處理工藝為AAO，采用反饋控制方式，系統(tǒng)自動進行閉環(huán)反饋數(shù)學模型運行控制。該廠使用聚合氯化鋁(PAFC)作為除磷劑。該藥劑添加在生化反應(yīng)池的曝氣池末端。PO4-P測點位于二沉池進水配水渠，水力停留時間距離藥劑投加點約5~10分鐘。自動控制控制系統(tǒng)原理圖如圖2所示。

控制系統(tǒng)結(jié)合工廠實際運行情況，經(jīng)過多次模擬實驗，將工藝PO4-P設(shè)定為0.35mg/L。根據(jù)測試點進水流量和正磷酸鹽濃度的動態(tài)變化，自動實時調(diào)整加藥量。在保證出水總磷穩(wěn)定達標的情況下，平均日投藥量可節(jié)省18%左右。

3.結(jié)論

本文介紹的這種新型自動除磷加藥系統(tǒng)控制系統(tǒng)解決了基于人工經(jīng)驗加藥的諸多弊端，全面實現(xiàn)了穩(wěn)定出水水質(zhì)，節(jié)約藥劑成本，穩(wěn)定工藝運行，減少了整個污水處理系統(tǒng)的波動和滯后，達到了初始無人值守狀態(tài)。是一項具有應(yīng)用推廣潛力的污水處理控制技術(shù)。(來源:北京北控水務(wù)投資管理有限公司)

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