一种碳源投加前馈‑反馈控制装置及控制方法

摘要

本发明涉及一种碳源投加前馈‑反馈控制装置及控制方法，其包括控制装置，依次连接的缺氧区、好氧区、二沉池和深度处理单元；贮药池通过加药泵连接碳源投加点；好氧区设置有连接缺氧区的内回流管道，二沉池设置有连接缺氧区的外回流管道；其特征在于：碳源投加点包括分别设置在缺氧区和深度处理单元入口的投加点，控制装置包括检测仪表、变频器和工控机；检测仪表包括设置在缺氧区入口的进水水量仪表，设置在内回流管道上的内回流流量仪表，设置在外回流管道上的外回流流量仪表，分别设置在缺氧区和二沉池出口处的硝氮仪表和设置在深度处理单元出口处的总出水总氮仪表；工控机内设置有加药泵投加量控制模块、硝氮控制模块、前馈补偿模块和反馈补偿模块。本发明可以广泛应用于污水处理过程中。

主权项

采用碳源投加前馈‑反馈控制装置的一种碳源投加前馈‑反馈控制方法，其特征在于：所述碳源投加前馈‑反馈控制装置包括控制装置，依次连接的缺氧区、好氧区、二沉池和深度处理单元；贮药池通过加药泵连接碳源投加点；所述好氧区设置有连接所述缺氧区的内回流管道，所述二沉池设置有连接所述缺氧区的外回流管道；所述碳源投加点包括分别设置在所述缺氧区和深度处理单元入口的一投加点，所述控制装置包括检测仪表、变频器和工控机；所述检测仪表包括设置在所述缺氧区入口的一进水水量仪表，设置在所述内回流管道上的一内回流流量仪表，设置在所述外回流管道上的一外回流流量仪表，分别设置在所述缺氧区和二沉池出口处的一硝氮仪表和设置在所述深度处理单元出口处的一总出水总氮仪表；所述工控机内设置有一加药泵投加量控制模块、一硝氮控制模块、一前馈补偿模块和一反馈补偿模块；所述进水水量仪表、内回流流量仪表和外回流流量仪表分别将采集的数据输入所述前馈补偿模块；两块所述硝氮仪表分别将采集的数据输入所述硝氮控制模块；所述总出水总氮仪表将采集的数据输入所述反馈补偿模块；所述加药泵投加量控制模块根据所述前馈补偿模块、硝氮控制模块和反馈补偿模块输入的数据，计算当前控制周期需要的投加量，并通过所述变频器输送给所述加药泵的电动机，控制所述加药泵的投加量；所述进水水量仪表、内回流流量仪表和外回流流量仪表采用电磁流量计；两块所述硝氮仪表采用在线硝氮分析仪；所述总出水总氮仪表采用带消解预处理功能的在线总氮分析仪；所述方法包括以下步骤：1)根据实际工艺条件，选择采用的脱氮方式：如果采用生化系统脱氮方式，进入步骤2)；如果采用深度处理脱氮方式，进入步骤6)；2)选择缺氧区入口的投加点加药，前馈补偿模块根据进水水量、内回流流量和外回流流量，计算当前控制周期缺氧区的加药增量ΔQ₁(t)，并输出到加药泵投加量控制模块；其中加药增量ΔQ₁(t)为：ΔQ₁(t)＝A×Q1_t‑1；式中：A为进水水量在控制周期内的变化幅度，Q1_t‑1为上一个控制周期缺氧区的加药量；3)启动硝氮控制模块中的生化系统脱氮控制程序，计算当前控制周期缺氧区的加药增量ΔQ₂(t)，并输出到加药泵投加量控制模块；其中加药增量ΔQ₂(t)为：ΔQ₂(t)＝K₁ΔN(t)+K₂ΔN(t‑1)；式中：ΔN(t)为当前控制周期缺氧区出水硝氮浓度N1(t)与缺氧区出水硝氮设定值N1_st之间的差值，ΔN(t‑1)为上一个控制周期缺氧区出水硝氮浓度N1(t‑1)与缺氧区出水硝氮控制设定值N1_st之间的差值，K₁和K₂是系数，初值采用经验值，其最终数值通过实验调试确定；4)加药泵投加量控制模块根据前馈补偿模块输入的加药增量ΔQ₁(t)和硝氮控制模块输入的加药增量ΔQ₂(t)，计算当前控制周期缺氧区的总加药增量ΔQ1_t：ΔQ1_t＝ΔQ₁(t)+ΔQ₂(t)；5)判断是否同时采用深度处理脱氮方式，如果同时采用深度处理脱氮方式，进入步骤6)，否则进入步骤9)；6)选择深度处理单元入口的投加点加药，启动硝氮控制模块中的深度处理脱氮控制程序，计算当前控制周期深度处理单元的加药增量ΔQ₃(t)：ΔQ₃(t)＝K₃[N2(t)‑N2_st]+K₄；式中，N2(t)为二沉池出水硝氮浓度；N2_st为深度处理单元出水硝氮设定值，其为预先设定的常数；K₃和K₄是系数，其初值采用经验值，最终数值通过实验调试确定；7)反馈补偿模块根据总出水总氮浓度TN(t)和预先设定的总出水总氮标准TN_st，计算安全裕量SN，根据安全裕量SN计算当前控制周期深度处理单元的加药增量ΔQ₄(t)，并输入加药泵投加量控制模块；其中安全裕量SN为：SN＝TN_st‑TN(t)＞0；加药增量ΔQ₄(t)为：${\mathrm{\Delta Q}}_4\left(t\right)=K_5\left(\frac{b-SN}{b+SN}\right)Q{2}_{t-1};$式中：Q2_t‑1为上一个控制周期的加药量；K₅为系数，其初值采用经验值，具体数值通过调试确定；b为根据实际需要确定的设定条件；8)加药泵投加量控制模块根据输入的加药增量ΔQ₃(t)和加药增量ΔQ₄(t)，计算当前控制周期深度处理单元的总加药增量ΔQ2_t：ΔQ2_t＝ΔQ₃(t)+ΔQ₄(t)；9)加药泵投加量控制模块计算当前控制周期的总加药量Q_t，其包括以下三种情况：a、若仅采用生化系统脱氮方式，则当前控制周期的总加药量Q_t等于当前控制周期缺氧区的加药量Q1_t：Q1_t＝Q1_t‑1+ΔQ1_t；b、若仅采用深度处理脱氮方式，则当前控制周期的总加药量Q_t等于当前控制周期深度处理单元的加药量Q2_t：Q2_t＝Q2_t‑1+ΔQ2_t；式中，Q2_t‑1为上一控制周期深度处理单元的加药量；c、若同时采用生化系统脱氮方式和深度处理脱氮方式，则当前控制周期的总加药量Q_t等于当前控制周期缺氧区和深度处理单元的加药量之和，即Q_t＝Q1_t+Q2_t；10)加药泵投加量控制模块将步骤9)中得到的总加药量Q_t转变为控制信号输出到变频器，由所述变频器将其变换为电流频率信号输出到加药泵的电动机，控制加药泵的流出量。