目前，由于社會(huì)快速發(fā)展，城鎮(zhèn)化建設(shè)力度加大，城鎮(zhèn)污水處理廠運(yùn)營(yíng)進(jìn)入高效運(yùn)行期，隨著各地的經(jīng)濟(jì)水平提高，環(huán)境壓力增大，排放標(biāo)準(zhǔn)提高及環(huán)保執(zhí)法力度加大，特別是TN、TP的排放要求，過(guò)高造成水體富營(yíng)養(yǎng)化。污水處理廠面臨的達(dá)標(biāo)排放壓力增大，同時(shí)面臨企業(yè)增效，向節(jié)能降耗等方向發(fā)展，響應(yīng)社會(huì)節(jié)能減排目標(biāo)。城鎮(zhèn)污水處理廠脫氮工藝主要設(shè)置缺氧池、反硝化濾池等，使得氨氮經(jīng)過(guò)硝化后產(chǎn)生反硝化在上述工藝段發(fā)生反硝化產(chǎn)生N2達(dá)到脫氮目的。污水中自帶的碳源一般可滿足脫氮需求，但達(dá)到高排放標(biāo)準(zhǔn)要求，通常需要投加外碳源的方式，投加的外碳源一般為乙酸或乙酸鈉，投加方式以恒量投加為主，根據(jù)處理效果人工進(jìn)行調(diào)節(jié)，經(jīng)常出現(xiàn)由于水質(zhì)水量波動(dòng)調(diào)節(jié)不及時(shí)TN超標(biāo)，投加量過(guò)大等情況發(fā)生。
目前針對(duì)藥劑投加控制研究，大多數(shù)基于硝態(tài)氮的反饋控制進(jìn)行調(diào)節(jié)的，但是單一反饋控制受到水質(zhì)水量影響較大，控制系統(tǒng)往往存在大延遲，滯后影響較大，造成系統(tǒng)調(diào)節(jié)效果不佳；隨著自控過(guò)程控制系統(tǒng)的發(fā)展，加入前饋控制應(yīng)對(duì)水量水質(zhì)波動(dòng)等問(wèn)題，但是也存在水質(zhì)波動(dòng)情況下進(jìn)水化學(xué)需要量(COD)、氨氮(NH3)儀表無(wú)法實(shí)時(shí)響應(yīng)，儀表故障率較高，儀表的可靠性受到一定影響，造成控制系統(tǒng)存在偏差。
因此，在污水處理節(jié)能降耗與工藝達(dá)標(biāo)推動(dòng)下，如何精準(zhǔn)控制碳源投加，以助污水處理廠高效穩(wěn)定運(yùn)行是需要解決的問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
基于現(xiàn)有技術(shù)所存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種碳源精準(zhǔn)投加系統(tǒng)與方法，能解決現(xiàn)有污水處理中，外加碳源控制精準(zhǔn)度差，無(wú)法保證污水處理廠高效穩(wěn)定運(yùn)行的問(wèn)題。
本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
本發(fā)明實(shí)施方式提供一種碳源精準(zhǔn)投加系統(tǒng)，包括：
進(jìn)水在線流量計(jì)、控制裝置、前饋硝態(tài)氮在線儀表、反饋硝態(tài)氮在線儀表、變頻加藥泵和加藥流量計(jì)；其中，
所述進(jìn)水在線流量計(jì)，設(shè)在污水處理前置脫氮系統(tǒng)或污水處理后置脫氮系統(tǒng)的進(jìn)水管上，該進(jìn)水在線流量計(jì)的反饋端與所述控制裝置電氣連接；
所述前饋硝態(tài)氮在線儀表，設(shè)在所述污水處理前置脫氮系統(tǒng)的缺氧池內(nèi)或所述污水處理后置脫氮系統(tǒng)的反硝化濾池內(nèi)前端，該前饋硝態(tài)氮在線儀表的回饋端與所述控制裝置電氣連接；
所述反饋硝態(tài)氮在線儀表，設(shè)在所述污水處理前置脫氮系統(tǒng)的好氧池內(nèi)或所述污水處理后置脫氮系統(tǒng)的反硝化濾池內(nèi)后端，該反饋硝態(tài)氮在線儀表的回饋端與所述控制裝置電氣連接；
所述變頻加藥泵和加藥流量計(jì)，依次設(shè)在所述污水處理前置脫氮系統(tǒng)的缺氧池或所述污水處理后置脫氮系統(tǒng)的反硝化濾池的碳源投加管路上，該變頻加藥泵的變頻控制端與所述控制裝置電氣連接，所述加藥流量計(jì)的反饋端與所述控制裝置電氣連接；
所述控制裝置，能根據(jù)所述進(jìn)水在線流量計(jì)反饋的進(jìn)水量信號(hào)和所述前饋硝態(tài)氮在線儀表回饋的硝態(tài)氮前饋信號(hào)，以及根據(jù)所述反饋硝態(tài)氮在線儀表回饋的硝態(tài)氮反饋信號(hào)，調(diào)節(jié)所述變頻加藥泵的頻率并依據(jù)所述加藥流量計(jì)的碳源投加反饋信號(hào)，來(lái)調(diào)整向所述污水處理系統(tǒng)的碳源投加量。
本發(fā)明實(shí)施方式還提供一種碳源精準(zhǔn)投加方法，采用本發(fā)明所述的碳源精準(zhǔn)投加系統(tǒng)，包括以下步驟：
確定該碳源精準(zhǔn)投加系統(tǒng)用于污水處理前置脫氮系統(tǒng)，還是污水處理后置脫氮系統(tǒng)，若用于污水處理前置脫氮系統(tǒng)，則所述系統(tǒng)的控制裝置按步驟1進(jìn)行碳源投加控制；若用于污水處理后置脫氮系統(tǒng)，則所述系統(tǒng)的控制裝置按步驟2進(jìn)行碳源投加控制；
步驟1，用于污水處理前置脫氮系統(tǒng)的碳源投加控制包括：
(A)碳源主反饋控制：根據(jù)所述前饋硝態(tài)氮在線儀表的設(shè)定值與該前饋硝態(tài)氮在線儀表的實(shí)時(shí)測(cè)定值的偏差進(jìn)行PID反饋控制加藥流量計(jì)的流量q，通過(guò)流量q反饋控制加藥泵頻率達(dá)到要求的該前饋硝態(tài)氮在線儀表的設(shè)定值；其中，所述前饋硝態(tài)氮在線儀表的設(shè)定值的確定方式為：根據(jù)所述反饋硝態(tài)氮在線儀表的實(shí)時(shí)測(cè)定值，按如下擬合公式計(jì)算得出所述前饋硝態(tài)氮在線儀表的設(shè)定值：N1設(shè)＝m×N2實(shí)+n；其中：N1設(shè)：為前饋硝態(tài)氮在線儀表的設(shè)定值；N2實(shí)：為反饋硝態(tài)氮在線儀表的實(shí)時(shí)測(cè)定值；m、n：為根據(jù)試驗(yàn)測(cè)試所得系數(shù)，一般m取值為-1～-0.25，n取值為2.5～10；
(B)碳源前饋補(bǔ)償控制：在所述污水處理前置脫氮系統(tǒng)的進(jìn)水流量Q超過(guò)預(yù)設(shè)幅度后，進(jìn)行碳源前饋補(bǔ)償，碳源前饋補(bǔ)償量按以下公式確定：qq＝q×(Q實(shí)/Q設(shè)-1)；其中：qq:為碳源前饋補(bǔ)償量；q:為實(shí)時(shí)主反饋投加碳源量；Q設(shè):為設(shè)計(jì)進(jìn)水流量；Q實(shí):為實(shí)際進(jìn)水流量；
(C)碳源反饋補(bǔ)償控制：根據(jù)所述污水處理前置脫氮系統(tǒng)的出水TN排放標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)定所述反饋硝態(tài)氮在線儀表的設(shè)定值，根據(jù)所述反饋硝態(tài)氮在線儀表的實(shí)時(shí)測(cè)定值，當(dāng)所述反饋硝態(tài)氮在線儀表的實(shí)時(shí)測(cè)定值超過(guò)該反饋硝態(tài)氮在線儀表的設(shè)定值后進(jìn)行碳源反饋補(bǔ)償，碳源反饋補(bǔ)償量按以下公式確定：qf＝K0×Q實(shí)×(N2實(shí)-N2設(shè))；其中，qf:為碳源反饋補(bǔ)償量；Q實(shí):為實(shí)際進(jìn)水流量；N2實(shí):為反饋硝態(tài)氮在線儀表的實(shí)時(shí)測(cè)定值；N2設(shè):為反饋硝態(tài)氮在線儀表的設(shè)定值；K0:為投加系數(shù)，取值為常數(shù)4；
步驟2，用于污水處理后置脫氮系統(tǒng)的碳源投加控制包括：
(D)前饋投加控制：按前饋投加模型公式確定前饋投加碳源量，所述前饋投加模型公式為：q＝K0×Q進(jìn)×(N1實(shí)-N1設(shè))；其中，q：為前饋投加碳源量；Q進(jìn)：為實(shí)際進(jìn)水流量；N1實(shí)：為前饋硝態(tài)氮在線儀表的實(shí)時(shí)測(cè)定值；N1設(shè)：為前饋硝態(tài)氮在線儀表的設(shè)定值；K0:為投加系數(shù)，取值為常數(shù)4；
(E)碳源反饋補(bǔ)償控制：根據(jù)所述污水處理后置脫氮系統(tǒng)的出水TN排放標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)定所述反饋硝態(tài)氮在線儀表的設(shè)定值，在所述反饋硝態(tài)氮在線儀表的實(shí)時(shí)測(cè)定值超過(guò)該反饋硝態(tài)氮在線儀表的設(shè)定值后進(jìn)行碳源反饋補(bǔ)償，碳源反饋補(bǔ)償量按以下公式確定：qf＝K0×Q實(shí)×(N2實(shí)-N2設(shè))；其中，qf：為碳源反饋補(bǔ)償量；Q實(shí)：為實(shí)際進(jìn)水流量；N2實(shí)：為反饋硝態(tài)氮在線儀表的實(shí)時(shí)測(cè)定值；N2設(shè)：為反饋硝態(tài)氮在線儀表的設(shè)定值；K0:為投加系數(shù)，取值為常數(shù)4。
由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實(shí)施例提供的碳源精準(zhǔn)投加系統(tǒng)及方法，其有益效果為：
通過(guò)設(shè)置有機(jī)連接的進(jìn)水在線流量計(jì)、控制裝置、前饋硝態(tài)氮在線儀表、反饋硝態(tài)氮在線儀表、變頻加藥泵和加藥流量計(jì)，能實(shí)現(xiàn)基于脫氮系統(tǒng)的NO3為控制變量，通過(guò)前饋與反饋控制碳源投加，進(jìn)而很好的解決了水量水質(zhì)波動(dòng)造成脫氮系統(tǒng)延遲調(diào)整的問(wèn)題，以及大波動(dòng)大延遲對(duì)系統(tǒng)的擾動(dòng)和系統(tǒng)延遲對(duì)TN穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的影響，該系統(tǒng)及方法能降低碳源投加藥劑量，并可以大幅降低運(yùn)營(yíng)操作強(qiáng)度。
附圖說(shuō)明
為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。
圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的用于污水處理前置脫氮系統(tǒng)的碳源精準(zhǔn)投加系統(tǒng)的構(gòu)成示意圖；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的用于污水處理后置脫氮系統(tǒng)的碳源精準(zhǔn)投加系統(tǒng)的構(gòu)成示意圖；
圖3為應(yīng)用圖1所示的碳源精準(zhǔn)投加系統(tǒng)的碳源精準(zhǔn)投加方法流程圖；
圖4為應(yīng)用圖2所示的碳源精準(zhǔn)投加系統(tǒng)的碳源精準(zhǔn)投加方法流程圖；
圖1、2中的標(biāo)記為：1-控制裝置；10-自控柜；11-電氣柜設(shè)備開(kāi)關(guān)；12-接觸器；13-接線端子；14-變頻器；15-工控機(jī)；2-變頻加藥泵；21-加藥流量計(jì)；3-出水管；31-前饋硝態(tài)氮在線儀表；32-反饋硝態(tài)氮在線儀表；4-進(jìn)水管；41-進(jìn)水在線流量計(jì)；5-缺氧池；6-好氧池；7-反硝化濾池。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合本發(fā)明的具體內(nèi)容，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明實(shí)施例中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
如圖1或圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種碳源精準(zhǔn)投加系統(tǒng)，適用于控制城鎮(zhèn)污水處理廠脫氮系統(tǒng)碳源投加量，能夠提高藥劑投加控制水平，有效降低藥耗成本，包括：
進(jìn)水在線流量計(jì)、控制裝置、前饋硝態(tài)氮在線儀表、反饋硝態(tài)氮在線儀表、變頻加藥泵和加藥流量計(jì)；其中，
所述進(jìn)水在線流量計(jì)，設(shè)在污水處理前置脫氮系統(tǒng)(如AAO系統(tǒng))或污水處理后置脫氮系統(tǒng)(如反硝化濾池系統(tǒng))的進(jìn)水管上，該進(jìn)水在線流量計(jì)的反饋端與所述控制裝置電氣連接；
所述前饋硝態(tài)氮在線儀表，設(shè)在所述污水處理前置脫氮系統(tǒng)的缺氧池內(nèi)或所述污水處理后置脫氮系統(tǒng)的反硝化濾池內(nèi)前端，該前饋硝態(tài)氮在線儀表的回饋端與所述控制裝置電氣連接；
所述反饋硝態(tài)氮在線儀表，設(shè)在所述污水處理前置脫氮系統(tǒng)的好氧池內(nèi)或所述污水處理后置脫氮系統(tǒng)的反硝化濾池內(nèi)末端，該反饋硝態(tài)氮在線儀表的回饋端與所述控制裝置電氣連接；
所述變頻加藥泵和加藥流量計(jì)，依次設(shè)在所述污水處理前置脫氮系統(tǒng)的缺氧池或所述污水處理后置脫氮系統(tǒng)的反硝化濾池的碳源投加管路上，該變頻加藥泵的變頻控制端與所述控制裝置電氣連接，所述加藥流量計(jì)的反饋端與所述控制裝置電氣連接；
所述控制裝置，能根據(jù)所述進(jìn)水在線流量計(jì)反饋的進(jìn)水量信號(hào)和所述前饋硝態(tài)氮在線儀表回饋的硝態(tài)氮前饋信號(hào)，以及根據(jù)所述反饋硝態(tài)氮在線儀表回饋的硝態(tài)氮反饋信號(hào)，調(diào)節(jié)所述變頻加藥泵的頻率并依據(jù)所述加藥流量計(jì)的碳源投加反饋信號(hào)，來(lái)調(diào)整向所述污水處理系統(tǒng)的碳源投加量。
上述系統(tǒng)中，控制裝置由通信連接的工控機(jī)和自控柜組成；
所述自控柜分別與變頻加藥泵、進(jìn)水在線流量計(jì)、第一硝態(tài)氮在線儀表和第二硝態(tài)氮在線儀表電氣連接。
上述系統(tǒng)中，進(jìn)水在線流量計(jì)采用電磁流量計(jì)。
上述系統(tǒng)中，控制裝置，能根據(jù)所述進(jìn)水在線流量計(jì)反饋的進(jìn)水量信號(hào)和所述前饋硝態(tài)氮在線儀表回饋的硝態(tài)氮前饋信號(hào)，以及根據(jù)所述反饋硝態(tài)氮在線儀表回饋的硝態(tài)氮反饋信號(hào)，調(diào)節(jié)所述變頻加藥泵的頻率來(lái)調(diào)整向所述污水處理系統(tǒng)的碳源投加量中，
若用于污水處理前置脫氮系統(tǒng)，則所述控制裝置的控制方式包括(參見(jiàn)圖3)：
(A)碳源主反饋控制：根據(jù)所述前饋硝態(tài)氮在線儀表的設(shè)定值與該前饋硝態(tài)氮在線儀表的實(shí)時(shí)測(cè)定值的偏差進(jìn)行PID反饋控制加藥流量計(jì)的流量q，通過(guò)流量q反饋控制加藥泵頻率達(dá)到要求的所述前饋硝態(tài)氮在線儀表的設(shè)定值；其中，所述前饋硝態(tài)氮在線儀表的設(shè)定值的確定方式為：根據(jù)所述反饋硝態(tài)氮在線儀表的實(shí)時(shí)測(cè)定值，按如下擬合公式計(jì)算得出所述前饋硝態(tài)氮在線儀表的設(shè)定值：N1設(shè)＝m×N2實(shí)+n；其中：N1設(shè)：為前饋硝態(tài)氮在線儀表的設(shè)定值；N2實(shí)：為反饋硝態(tài)氮在線儀表的實(shí)時(shí)測(cè)定值；m、n：為根據(jù)試驗(yàn)測(cè)試所得系數(shù)，一般m取值為-1～-0.25，n取值為2.5～10；
(B)碳源前饋補(bǔ)償控制：在所述污水處理前置脫氮系統(tǒng)的進(jìn)水流量Q超過(guò)預(yù)設(shè)幅度后，進(jìn)行碳源前饋補(bǔ)償，碳源前饋補(bǔ)償量按以下公式確定：qq＝q×(Q實(shí)/Q設(shè)-1)；其中：qq:為碳源前饋補(bǔ)償量；q:為實(shí)時(shí)主反饋投加碳源量；Q設(shè):為設(shè)計(jì)進(jìn)水流量；Q實(shí):為實(shí)際進(jìn)水流量；
(C)碳源反饋補(bǔ)償控制：根據(jù)所述污水處理前置脫氮系統(tǒng)的出水TN排放標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)定所述反饋硝態(tài)氮在線儀表的設(shè)定值，根據(jù)所述反饋硝態(tài)氮在線儀表的實(shí)時(shí)測(cè)定值，當(dāng)所述反饋硝態(tài)氮在線儀表的實(shí)時(shí)測(cè)定值超過(guò)該反饋硝態(tài)氮在線儀表的設(shè)定值后進(jìn)行碳源反饋補(bǔ)償，碳源反饋補(bǔ)償量按以下公式確定：qf＝K0×Q實(shí)×(N2實(shí)-N2設(shè))；其中，qf:為碳源反饋補(bǔ)償量；Q實(shí):為實(shí)際進(jìn)水流量；N2實(shí):為反饋硝態(tài)氮在線儀表的實(shí)時(shí)測(cè)定值；N2設(shè):為反饋硝態(tài)氮在線儀表的設(shè)定值；K0:為投加系數(shù)，一般取值為常數(shù)4，進(jìn)一步該投加系數(shù)的取值可通過(guò)試驗(yàn)確定；
若用于污水處理后置脫氮系統(tǒng)，則所述控制裝置的控制方式包括(參見(jiàn)圖4)：
(D)前饋投加控制：按前饋投加模型公式確定前饋投加碳源量，所述前饋投加模型公式為：q＝K0×Q進(jìn)×(N1實(shí)-N1設(shè))；其中，q：為前饋投加碳源量；Q進(jìn)：為實(shí)際進(jìn)水流量；N1實(shí)：為前饋硝態(tài)氮在線儀表的實(shí)時(shí)測(cè)定值；N1設(shè)：為前饋硝態(tài)氮在線儀表的設(shè)定值；K0:為投加系數(shù)，一般取值為常數(shù)4，進(jìn)一步該投加系數(shù)的取值可通過(guò)試驗(yàn)確定；其中的N1設(shè)是根據(jù)出水TN排放標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定具體的數(shù)值；如TN出水15，N1設(shè)可設(shè)為13.5，即N1設(shè)的數(shù)值略小于TN出水值即可；
(E)碳源反饋補(bǔ)償控制：根據(jù)所述污水處理后置脫氮系統(tǒng)的出水TN排放標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)定所述反饋硝態(tài)氮在線儀表的設(shè)定值，在所述反饋硝態(tài)氮在線儀表的實(shí)時(shí)測(cè)定值超過(guò)該反饋硝態(tài)氮在線儀表的設(shè)定值后進(jìn)行碳源反饋補(bǔ)償，碳源反饋補(bǔ)償量按以下公式確定：qf＝K0×Q實(shí)×(N2實(shí)-N2設(shè))；其中，qf：為碳源反饋補(bǔ)償量；Q實(shí)：為實(shí)際進(jìn)水流量；N2實(shí)：為反饋硝態(tài)氮在線儀表的實(shí)時(shí)測(cè)定值；N2設(shè)：為反饋硝態(tài)氮在線儀表的設(shè)定值；K0:為投加系數(shù)，一般取值為常數(shù)4；進(jìn)一步該投加系數(shù)的取值可通過(guò)試驗(yàn)確定。
本發(fā)明實(shí)施例還提供一種碳源精準(zhǔn)投加方法，采用上述的碳源精準(zhǔn)投加系統(tǒng)，包括以下步驟：
確定該碳源精準(zhǔn)投加系統(tǒng)用于污水處理前置脫氮系統(tǒng)，還是污水處理后置脫氮系統(tǒng)，若用于污水處理前置脫氮系統(tǒng)，則所述系統(tǒng)的控制裝置按步驟1進(jìn)行碳源投加控制；若用于污水處理后置脫氮系統(tǒng)，則所述系統(tǒng)的控制裝置按步驟2進(jìn)行碳源投加控制；
步驟1，用于污水處理前置脫氮系統(tǒng)的碳源投加控制包括：
(A)碳源主反饋控制：根據(jù)所述前饋硝態(tài)氮在線儀表的設(shè)定值與該前饋硝態(tài)氮在線儀表的實(shí)時(shí)測(cè)定值的偏差進(jìn)行PID反饋控制加藥流量計(jì)的流量q，通過(guò)流量q反饋控制加藥泵頻率達(dá)到要求的所述前饋硝態(tài)氮在線儀表的設(shè)定值；其中，所述前饋硝態(tài)氮在線儀表的設(shè)定值的確定方式為：根據(jù)所述反饋硝態(tài)氮在線儀表的實(shí)時(shí)測(cè)定值，按如下擬合公式計(jì)算得出所述前饋硝態(tài)氮在線儀表的設(shè)定值：N1設(shè)＝m×N2實(shí)+n；其中：N1設(shè)：為前饋硝態(tài)氮在線儀表的設(shè)定值；N2實(shí)：為反饋硝態(tài)氮在線儀表的實(shí)時(shí)測(cè)定值；m、n：為根據(jù)試驗(yàn)測(cè)試所得系數(shù)，一般m取值為-1～-0.25，n取值為2.5～10；
(B)碳源前饋補(bǔ)償控制：在所述污水處理前置脫氮系統(tǒng)的進(jìn)水流量Q超過(guò)預(yù)設(shè)幅度后，進(jìn)行碳源前饋補(bǔ)償，碳源前饋補(bǔ)償量按以下公式確定：qq＝q×(Q實(shí)/Q設(shè)-1)；其中：qq:為碳源前饋補(bǔ)償量；q:為實(shí)時(shí)主反饋投加碳源量；Q設(shè):為設(shè)計(jì)進(jìn)水流量；Q實(shí):為實(shí)際進(jìn)水流量；
(C)碳源反饋補(bǔ)償控制：根據(jù)所述污水處理前置脫氮系統(tǒng)的出水TN排放標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)定所述反饋硝態(tài)氮在線儀表的設(shè)定值，根據(jù)所述反饋硝態(tài)氮在線儀表的實(shí)時(shí)測(cè)定值，當(dāng)所述反饋硝態(tài)氮在線儀表的實(shí)時(shí)測(cè)定值超過(guò)該反饋硝態(tài)氮在線儀表的設(shè)定值后進(jìn)行碳源反饋補(bǔ)償，碳源反饋補(bǔ)償量按以下公式確定：qf＝K0×Q實(shí)×(N2實(shí)-N2設(shè))；其中，qf:為碳源反饋補(bǔ)償量；Q實(shí):為實(shí)際進(jìn)水流量；N2實(shí):為反饋硝態(tài)氮在線儀表的實(shí)時(shí)測(cè)定值；N2設(shè):為反饋硝態(tài)氮在線儀表的設(shè)定值；K0:為投加系數(shù)，一般取值為常數(shù)4；
步驟2，用于污水處理后置脫氮系統(tǒng)的碳源投加控制包括：
(D)前饋投加控制：按前饋投加模型公式確定前饋投加碳源量，所述前饋投加模型公式為：q＝K0×Q進(jìn)×(N1實(shí)-N1設(shè))；其中，q：為前饋投加碳源量；Q進(jìn)：為實(shí)際進(jìn)水流量；N1實(shí)：為前饋硝態(tài)氮在線儀表的實(shí)時(shí)測(cè)定值；N1設(shè)：為前饋硝態(tài)氮在線儀表的設(shè)定值；K0:為投加系數(shù)，一般取值為常數(shù)4；
(E)碳源反饋補(bǔ)償控制：根據(jù)所述污水處理后置脫氮系統(tǒng)的出水TN排放標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)定所述反饋硝態(tài)氮在線儀表的設(shè)定值，在所述反饋硝態(tài)氮在線儀表的實(shí)時(shí)測(cè)定值超過(guò)該反饋硝態(tài)氮在線儀表的設(shè)定值后進(jìn)行碳源反饋補(bǔ)償，碳源反饋補(bǔ)償量按以下公式確定：qf＝K0×Q實(shí)×(N2實(shí)-N2設(shè))；其中，qf：為碳源反饋補(bǔ)償量；Q實(shí)：為實(shí)際進(jìn)水流量；N2實(shí)：為反饋硝態(tài)氮在線儀表的實(shí)時(shí)測(cè)定值；N2設(shè)：為反饋硝態(tài)氮在線儀表的設(shè)定值；K0:為投加系數(shù)，一般取值為常數(shù)4。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
本發(fā)明實(shí)施例提供一種污水處理過(guò)程中碳源投加的系統(tǒng)和方法，適用于控制城鎮(zhèn)污水處理廠脫氮系統(tǒng)碳源投加量，能夠提高藥劑投加控制水平，有效降低藥耗成本。具體是通過(guò)設(shè)置在線儀表與控制裝置配合，以硝態(tài)氮作為控制變量，采用硝態(tài)氮前饋與反饋控制方式，調(diào)節(jié)變頻加藥泵頻率實(shí)現(xiàn)不同碳源投加量。具體是：根據(jù)進(jìn)水流量波動(dòng)情況實(shí)施前饋補(bǔ)償，針對(duì)出水TN超標(biāo)進(jìn)行反饋補(bǔ)償；通過(guò)引入硝態(tài)氮的前饋與反饋控制，并通過(guò)前饋與反饋補(bǔ)償，解決單一硝態(tài)氮反饋控制難以應(yīng)對(duì)水質(zhì)水量波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)碳源精準(zhǔn)投加和穩(wěn)定控制，同時(shí)工藝達(dá)標(biāo)，實(shí)現(xiàn)污水處理系統(tǒng)高效穩(wěn)定運(yùn)行。
該系統(tǒng)及方法，用在污水處理脫氮工藝(如缺氧池、反硝化濾池等)中，能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定碳源投加，根據(jù)反應(yīng)池硝態(tài)氮濃度變化實(shí)時(shí)反饋調(diào)節(jié)加藥泵頻率，通過(guò)根據(jù)水量波動(dòng)情況前饋調(diào)整碳源投加量，根據(jù)出水TN過(guò)高情況補(bǔ)償碳源量，缺氧池、反硝化濾池作為前置脫氮與后置脫氮的反應(yīng)區(qū)，對(duì)它們的控制方式分別進(jìn)行說(shuō)明，具體如下：
(一)用于前置脫氮系統(tǒng)中的控制方式為(參見(jiàn)圖1、3)：
(1)在缺氧池的末端安裝在線硝態(tài)氮儀表1#NO3，該1#NO3即為前饋硝態(tài)氮在線儀表，進(jìn)水管上安裝電磁流量計(jì)Q作為進(jìn)水流量計(jì)，好氧池末端安裝在線硝態(tài)氮儀表2#NO3，該2#NO3即是反饋硝態(tài)氮在線儀表，向反應(yīng)區(qū)投加碳源的碳源投加管路上設(shè)置變頻加藥泵和加藥流量計(jì)q，變頻加藥泵采用帶變頻電機(jī)的加藥泵，變頻電機(jī)由變頻器VF控制。
(2)碳源主反饋控制：根據(jù)1#NO3的實(shí)時(shí)測(cè)定值與該1#NO3的設(shè)定值的偏差進(jìn)行PID反饋控制加藥流量計(jì)的流量q(該流量q即為實(shí)時(shí)反饋投加碳源量)，根據(jù)流量q反饋控制變頻加藥泵頻率達(dá)到要求的1#NO3的設(shè)定值；
其中，1#NO3的設(shè)定值是依據(jù)好氧池末端出水的TN排放標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)2#NO3的實(shí)時(shí)測(cè)定值進(jìn)行設(shè)定的，根據(jù)2#NO3的實(shí)時(shí)測(cè)定值按如下擬合公式計(jì)算得出：
N1設(shè)＝m×N2實(shí)+n；
其中：N1設(shè)：為1#NO3的設(shè)定值；
N2實(shí)：為2#NO3的實(shí)時(shí)測(cè)定值
m、n：為根據(jù)試驗(yàn)測(cè)試所得系數(shù)，一般m取值為-1～-0.25，n取值為2.5～10；
由于1#NO3的設(shè)定值是根據(jù)2#NO3的實(shí)時(shí)測(cè)定值按好氧池末端出水的TN排放標(biāo)準(zhǔn)確定的，使得該1#NO3的設(shè)定值能根據(jù)2#NO3的實(shí)時(shí)測(cè)定值定時(shí)調(diào)整)，運(yùn)行時(shí)，根據(jù)好氧池末端出水的TN排放標(biāo)準(zhǔn)，先在一定區(qū)間范圍選擇2#NO3的數(shù)值，運(yùn)行一個(gè)周期后，控制裝置根據(jù)2#NO3的實(shí)時(shí)測(cè)定值按上述擬合公式計(jì)算得出1#NO3的設(shè)定值，后續(xù)運(yùn)行過(guò)程中，1#NO3的設(shè)定值則根據(jù)2#NO3的實(shí)時(shí)測(cè)定值動(dòng)態(tài)調(diào)整。
(3)碳源前饋補(bǔ)償控制：運(yùn)行過(guò)程中，若缺氧池的進(jìn)水流量Q超過(guò)預(yù)設(shè)的幅度(預(yù)設(shè)的幅度可根據(jù)需要設(shè)定，如設(shè)為15％或其他比例)，進(jìn)行碳源前饋補(bǔ)償，碳源前饋補(bǔ)償量按以下公式確定：qq＝q×(Q實(shí)/Q設(shè)-1)；
其中：qq：為碳源前饋補(bǔ)償量；
q；為實(shí)時(shí)反饋投加碳源量；
Q設(shè)：為設(shè)計(jì)進(jìn)水流量；
Q實(shí)：為實(shí)際進(jìn)水流量。
(4)碳源反饋補(bǔ)償控制：根據(jù)好氧池末端出水的TN排放標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)定2#NO3為一定數(shù)值作為其設(shè)定值，若2#NO3的實(shí)時(shí)測(cè)定值超過(guò)該2#NO3的設(shè)定值后進(jìn)行碳源反饋補(bǔ)償，碳源反饋補(bǔ)償量為：qf＝K0×Q實(shí)×(N2實(shí)-N2設(shè))；
其中，qf：為碳源反饋補(bǔ)償量；
Q實(shí)：為實(shí)際進(jìn)水流量；
N2實(shí)：為2#NO3的實(shí)時(shí)測(cè)定值；
N2設(shè)：為2#NO3的設(shè)定值；
K0：為投加系數(shù)，一般取常數(shù)4，也可根據(jù)試驗(yàn)測(cè)定。
(二)用于后置脫氮系統(tǒng)的控制方式為(參見(jiàn)圖2、4)：
(1)在反硝化濾池的前端安裝在線硝態(tài)氮儀表1#NO3，該1#NO3即為前饋硝態(tài)氮在線儀表，進(jìn)水管上安裝電磁流量計(jì)Q作為進(jìn)水流量計(jì)，反硝化濾池末端安裝在線硝態(tài)氮儀表2#NO3，該2#NO3即為反饋硝態(tài)氮在線儀表，向反應(yīng)區(qū)的反硝化濾池內(nèi)投加碳源的碳源投加管路上設(shè)置變頻加藥泵和加藥流量計(jì)q，變頻加藥泵采用帶變頻電機(jī)的加藥泵，變頻電機(jī)由變頻器VF控制。
(2)前饋投加控制：依據(jù)反硝化濾池的出水排放標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)定1#NO3的設(shè)定值，根據(jù)進(jìn)水流量Q及1#NO3的設(shè)定值建立前饋投加模型，前饋投加模型公式為：q＝K0×Q進(jìn)×(N1實(shí)-N1設(shè))；
其中，q：為前饋投加碳源量；
Q進(jìn)：為實(shí)際進(jìn)水流量；
N1實(shí)：為1#NO3的實(shí)時(shí)測(cè)定值；
N1設(shè)：為1#NO3的設(shè)定值；
K0：為投加系數(shù)，一般取常數(shù)4，也可根據(jù)試驗(yàn)測(cè)定；
控制裝置按前饋投加流量q調(diào)節(jié)變頻加藥泵的頻率，實(shí)現(xiàn)所需碳源投加流量。
(3)碳源反饋補(bǔ)償控制：根據(jù)反硝化濾池末端出水的TN排放標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)定2#NO3為一定數(shù)值作為其設(shè)定值，若2#NO3的實(shí)時(shí)測(cè)定值超過(guò)該2#NO3的設(shè)定值后進(jìn)行碳源反饋補(bǔ)償，碳源反饋補(bǔ)償量按下述公司確定：qf＝K0×Q實(shí)×(N2實(shí)-N2設(shè))；
其中，qf：為碳源反饋補(bǔ)償量；
Q實(shí)：為實(shí)際進(jìn)水流量；
N2實(shí)：為2#NO3的實(shí)時(shí)測(cè)定值；
N2設(shè)：為2#NO3的設(shè)定值。
K0：為投加系數(shù)，根據(jù)試驗(yàn)測(cè)定，一般取4。
本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點(diǎn)：基于脫氮系統(tǒng)的NO3為控制變量，通過(guò)前饋與反饋控制碳源投加，廣泛適用于城鎮(zhèn)污水處理脫氮系統(tǒng)單元；
該控制方式以工藝計(jì)算為依據(jù)，對(duì)生化處理采用外碳源投加系統(tǒng)具有廣泛應(yīng)用；
以NO3前饋與反饋聯(lián)合控制變頻加藥泵的碳源投加流量，輔以前饋流量補(bǔ)償投加，解決水量水質(zhì)波動(dòng)造成系統(tǒng)的延遲調(diào)整問(wèn)題；
好氧池硝態(tài)氮較為穩(wěn)定，在好氧池末端安裝硝態(tài)氮儀表精度較高，解決儀表安裝缺氧池前端水量水質(zhì)波動(dòng)影響及測(cè)定誤差，同時(shí)解決大波動(dòng)大延遲對(duì)系統(tǒng)的擾動(dòng)；
好氧池末端測(cè)定的硝態(tài)氮直接反映出水TN數(shù)值，反饋補(bǔ)償實(shí)時(shí)性高，解決系統(tǒng)延遲對(duì)TN穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的影響。
該系統(tǒng)在2萬(wàn)噸每天的主體工藝為AAO的工程中應(yīng)用，降低碳源投加藥劑量15％以上，并可以大幅降低運(yùn)營(yíng)操作強(qiáng)度。
實(shí)施例
本實(shí)施例提供一種碳源精準(zhǔn)投加系統(tǒng)，該系統(tǒng)的碳源精準(zhǔn)投加方法包括：
工藝運(yùn)行情況，某城鎮(zhèn)污水處理廠，規(guī)模2萬(wàn)噸每天，其主體工藝采用AAO工藝，要求出水達(dá)到地表4類排放標(biāo)準(zhǔn)，氨氮出水1mg/L，TN出水為10mg/L；生化池分為2個(gè)系列，每個(gè)系列為厭氧池、缺氧池和好氧池；
本實(shí)施例所用的碳源精準(zhǔn)投加系統(tǒng)(參見(jiàn)圖1)，包括：控制裝置1，由自控柜10和工控機(jī)15組成，該自控柜10內(nèi)設(shè)電氣柜設(shè)備開(kāi)關(guān)11、接觸器12、接線端子13等，控制加藥泵的變頻電機(jī)的變頻器14及工控機(jī)15等也可設(shè)在該自控柜10內(nèi)；在缺氧池末端安裝前饋硝態(tài)氮在線儀表31、好氧池末端安裝反饋硝態(tài)氮在線儀表32，進(jìn)水管上安裝作為進(jìn)水流量計(jì)41的在線電磁流量計(jì)；加藥間設(shè)有由變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)的變頻加藥泵2；
所述設(shè)備及儀表通過(guò)電源線、信號(hào)線與自控柜連接并通過(guò)PLC控制；工控機(jī)與自控柜通訊連接；
將上述設(shè)備、儀表安裝完畢并建立通訊連接，將控制程序?qū)隤LC模塊；
碳源投加實(shí)時(shí)控制步驟(參見(jiàn)圖3)：
根據(jù)TN出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)低于10mg/L以下，設(shè)定反饋硝態(tài)氮在線儀表32的設(shè)定值在不同區(qū)間5-9mg/L，根據(jù)反饋硝態(tài)氮在線儀表32設(shè)定不同區(qū)間及控制前饋硝態(tài)氮在線儀表31，調(diào)試值m、n分別為-0.5和6，得到在此控制區(qū)間下反饋硝態(tài)氮在線儀表32的數(shù)值為5mg/L、5.5mg/L、6mg/L、6.5mg/L、7mg/L、7.5mg/L、8mg/L、8.5mg/L、9mg/L，前饋硝態(tài)氮在線儀表31的調(diào)整值為3.5mg/L、3.25mg/L、3mg/L、2.75mg/L、2.5mg/L、2.25mg/L、2mg/L，1.75mg/L、1.5mg/L，控制裝置根據(jù)調(diào)整值選擇前饋硝態(tài)氮在線儀表31的設(shè)定值；根據(jù)前饋硝態(tài)氮在線儀表31設(shè)定值與其實(shí)時(shí)測(cè)定值的偏差PID反饋控制加藥流量計(jì)的流量q，根據(jù)流量q反饋控制變頻加藥泵的頻率使前饋硝態(tài)氮在線儀表31達(dá)到要求的設(shè)定值；
進(jìn)水流量計(jì)41的進(jìn)水水量(單序列)持續(xù)30min超過(guò)480m3/h或低于354m3/h時(shí)啟動(dòng)碳源前饋補(bǔ)償，碳源前饋補(bǔ)償量為qq＝q×(Q實(shí)/417-1)，按碳源前饋補(bǔ)償量控制變頻加藥泵進(jìn)行碳源投加；
設(shè)定反饋硝態(tài)氮在線儀表32的安全值為8.5mg/L，超過(guò)時(shí)啟動(dòng)碳源反饋補(bǔ)償，碳源反饋補(bǔ)償量為qf＝4×Q實(shí)×(N2實(shí)-N2設(shè))，按碳源反饋補(bǔ)償量控制變頻加藥泵進(jìn)行碳源投加；
系統(tǒng)運(yùn)行期間，反饋硝態(tài)氮在線儀表32基本上保持在8～9mg/L上下幅度，出水TN測(cè)試低于10mg/L，保證穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。水量沖擊波動(dòng)后系統(tǒng)能快速響應(yīng)進(jìn)行碳源反饋補(bǔ)償，主要儀表數(shù)值出現(xiàn)異常故障無(wú)法自動(dòng)修復(fù)時(shí)，則系統(tǒng)切換至恒量藥劑投加方式進(jìn)行碳源投加，避免系統(tǒng)造成錯(cuò)誤信號(hào)控制。經(jīng)過(guò)5個(gè)月的運(yùn)行，該投加系統(tǒng)比較穩(wěn)定的對(duì)碳源投加進(jìn)行控制，相比于同期節(jié)約碳源投加量16.2％，合理的控制硝態(tài)氮使總氮出水達(dá)標(biāo)效果明顯，可基本上穩(wěn)定在排放標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)。