[发明专利]一种应用于污水处理曝气池的一体化控制器

说明书

技术领域

本发明涉及一种控制装置，具体地说是一种应用于污水处理曝气池的一体化控制器。

背景技术

耗氧反应是污水生化处理曝气池重要的反应阶段。目前国内污水生化处理曝气池的加氧工作都是采用大功率的鼓风机实现的，需要消耗大量的电能。在保证水质的情况下，如何实现节能控制，降低成本，是目前国内外需要认真考虑的问题。污水中的微生物对氧的需求量是一定的，少了会降低水质，多了不仅不能保证水质，而且还浪费能源，通常以溶解氧的含量来决定供氧量。但是，曝气池所需要的溶解氧不是一个定值，它是随着污水的浓度、天气、时间变化的函数；也就是说污水处理过程控制具有显著的非线性、大滞后、多变量、时变性的特点。为此，需要研究在不同工况条件下，溶解氧设定值的优化控制，建立污水生化处理过程的溶解氧变化的模型，并依据该模型对鼓风量进行低能耗的优化控制，建立能适应环境变化的基于污水生化过程。

同理，曝气生物滤池是在普通快滤池基础上发展起来的一种污水处理新工艺。该工艺集物理截滤、生物吸附、氧化于一体，在污水深度处理方面得到快速的发展。但其应用情况表明：曝气生物滤池运行一段时间后，填料表面和滤床空隙中的生物颗粒和非生物颗粒不断积累，滤池的过水通道减小，滤池内的水头损失增大，出水水量减小，发生“穿透”现象，从而使出水水质变差，在气水逆向运行时还可能出现“气塞”现象，影响了曝气生物滤池运行的稳定性，这就需要对滤池进行反冲洗以恢复其正常的净水功能。滤池的反冲洗方式以及参数的确定，一直是人们关注的热点。但目前关于反冲洗的理论模型、反冲洗机理等方面的研究并没有取得一致的观点。曝气生物滤池因为粘性生物膜的生长，利用传统的高流速反冲洗方式，不仅耗水量大且很难达到预期的效果，在实际应用上受到了限制。气水联合反冲洗方式强化了对填料的剪切和碰撞作用，使滤层处于最佳条件下反冲，可节约反冲洗用水量，延长反冲洗周期，增大滤池的纳污能力，提高出水水质。

由此可见，曝气池的处理工艺比较复杂，需要较为复杂的算法，而好的算法在实施过程中也受硬件的限制。利用通用的可编程控制器PLC难以实现，且不说PLC计算能力弱，难以实现专家系统、BP神经网络等复杂方法，就是硬件平台也难以实现统一。因为硬件的对应关系必需与软件一直，在已经组建好的系统上做改动，费用很大；用工业控制机可以实现一些复杂的算法，但也需要硬件接口平台。

根据国内现有污水处理厂的运行发现，污水处理系统的自动化设备投入较低，能耗高，而且污水处理系统大多在投产时没能达到设计运行要求，或在运行一段时间后改为部分自动、部分手动的运行状态，特别是曝气系统。分析原因主要有以下几个方面：

1、自动化技术与工艺技术未能有机结合。我国污水处理厂起步时，自动化污水处理系统成套引进国外产品和技术，虽然以后国内能够生产硬件系统，但是控制技术并没有被系统的吸收。国内污水处理行业的自动化专业力量较低，很多兴建的污水处理工程的自动化系统是由冶金、化工、轻工等领域工程师设计、编程和调试的，对污水处理工艺了解较少，不能结合具体工艺进行控制策略设计，一般采用套用其它行业现有技术的做法，因此，运行效果并不理想。

2、自控系统培训不到位。很多污水处理厂运行人员没有得到控制系统供应商厂家的系统培训，除了基本操作以外，没有从理论上对诸如曝气系统调节技术的详细讲述，使得管理人员只能在工作中重新摸索。

3、运行经验未得到利用。污水处理厂很重要的一点，是在长期运行之后，可以总结日常规律，取得控制方案；对于管理者，这些规律往往比昂贵的自控设备更有价值，但是在污水处理厂建设中，很多设计并没有给管理者留有充分的调整空间，而且这些有用的经验也缺乏应用到其它污水设施的建设途径。

4、溶解氧控制的难点。污水水质的多变和生物处理系统中生化反应的复杂性，决定了污水处理的溶解氧（DO）检测控制是一个大滞后系统，检测出结果再进行参数处理和调整，往往已滞后好长时间，造成大量不合格水的排出。这种系统的特点是污水生物处理系统的运行管理具有相当的技术难度，要求管理者具有较好的环境工程知识基础和相当丰富的运行管理经验。另外，溶解氧指标并不能直接反映生物反应的氧气需求量，它只是反映了反应池中氧气的剩余程度，无法根据它的数值和变化直接计算气量。传统的PID控制算法虽然在工程上广泛采用，但只能解决线性系统的调节问题。