[发明专利]反硝化生物滤池工艺碳源投加优化控制装置与方法

权利要求书

1.一种反硝化生物滤池工艺碳源投加优化控制装置，设有反硝化生物滤池(1)、碳源投加部件和反冲洗部件，其特征在于：在反硝化生物滤池的进水池(2)中设有在线进水硝酸盐传感器(16)和在线进水溶解氧传感器(17)，在反硝化生物滤池中的滤料层(10)上方清水区内设有在线出水硝酸盐传感器(18)，上述传感器分别与硝酸盐测定仪(20、21)和溶解氧测定仪(19)进行信号连接，该测定仪与过程控制器(24)进行信号连接，将测定仪测定的硝酸盐和溶解氧浓度的信号输入过程控制器；设有碳源箱(6)与反硝化生物滤池连通，该连通的管路上设有变频碳源泵(7)、碳源阀门(8)、在线碳源流量计(9)；所述待处理的污水进水池连通反硝化生物滤池的管路上设有进水泵(3)、进水阀门(4)和在线进水流量计(5)；设有清水池(11)，其进水口与反硝化生物滤池滤料层上部的出水口连通，清水池设有出水管与反硝化生物池的底部连通，该出水管上设有反冲进水泵(14)、反冲进水阀门(15)；设有反冲气泵(12)通过反冲进气阀门(13)与反硝化生物滤池底部连通；所述变频碳源泵由一个变频器(22)控制连接；所述变频器的频率信号、在线碳源流量计的碳源流量信号和在线进水流量计的进水流量信号也与所述过程控制器连通；过程控制器与工控机(25)进行信号和控制连接；工控机的控制信号经接口和导线与过程控制器连接，过程控制器设有进水泵继电器、进水阀门继电器、碳源泵继电器、碳源阀门继电器、反冲气泵继电器、反冲进气阀门继电器、反冲进水泵继电器、反冲进水阀门继电器，这些继电器经接口依序分别与进水泵、进水阀门、碳源泵、碳源阀门、反冲气泵、反冲进气阀门、反冲进水泵、反冲进水阀门控制连接；所述工控机与控制计算机(26)进行控制和信号连接，在该计算机中设有信号分析和控制信号发送控制程序模块。

2.利用权利要求1所述的装置进行反硝化生物滤池工艺碳源投加优化控制的方法，其特征包括以下步骤：

1)进水：本发明的装置与反硝化生物滤池污水处理工艺过程同时启动，启动时所有电磁阀门和泵均处于开启状态，反冲洗水泵和气泵处于被关闭状态，进水泵将待处理的污水从进水池经进水泵、进水阀门和流量计注入反硝化生物滤池，同时，通过碳源泵、碳源阀门和流量计向反硝化生物滤池进水中投加碳源，碳源泵第n次运行频率f_n按照第n-1次运行结束时的频率f_(n-1)设定，当反硝化生物滤池首次启动时，取所用碳源投加泵的常用频率值30HZ；

2)参数处理判断：过程控制器通过进水硝酸盐传感器、进水DO传感器和出水硝酸盐传感器测定进水硝酸盐、进水DO和出水硝酸盐浓度信号，并由硝酸盐测定仪和DO测定仪采集进水硝酸盐和DO浓度值信号；同时，采集进水流量、碳源流量和变频器频率信号；进水硝酸盐、进水DO、出水硝酸盐浓度、进水流量、碳源流量和变频器频率为反硝化生物滤池碳源投加过程的控制参数；过程控制器将得到的控制参数传给工控机，按下式(1)计算碳源投加量，根据碳源投加流量和频率关系曲线，确定相应的频率f_cal后，工控机给过程控制器发出控制信号，过程控制器通过相应的继电器控制变频器频率，调整碳源投加泵的运行频率f_t为f_cal；

c_m＝2.86([NO₃^--N]_in-[NO₃^--N]_out)+1.71([NO₂^--N]_in-[NO₂^--N]_out)+[DO]_in  (1)

式中：

c_m——反硝化所需的有机物量，单位：mg/L；

[NO₃^--N]_in、[NO₃^--N]_out——进出水NO₃^--N浓度，单位：mg/L；

[NO₂^--N]_in、[NO₂^--N]_out——进出水NO₂^--N浓度，单位：mg/L；

[DO]_in——进水中的DO浓度，单位：mg/L。

3)变频器处理频率f_t：反硝化生物滤池运行时间t达到反硝化生物滤池设计停留时间，停止参数处理判断过程，当满足条件1≤出水硝酸盐≤(设定值-1)或者(设定值-0.1)≤出水硝酸盐≤(设定值+1)(条件①)时，变频器依据设定的出水硝酸盐浓度处理频率。

4)防控碳源过量投加过程：出水硝酸盐不符合条件①，且满足出水硝态氮＜1mg/L(条件②)时，则按式(1)计算碳源投加量，根据碳源投加流量和频率关系曲线，确定相应的频率f_cal后，工控机给过程控制器发出控制信号，过程控制器通过相应的继电器控制变频器频率，调整碳源投加泵的运行频率f_t为f_cal。

5)稳定运行过程：出水硝酸盐不符合条件①和条件②，且满足出水硝酸盐在[(设定值-1)～(设定值-0.1)]mg/L范围(条件③)，碳源投加泵维持原频率不变。

6)故障诊断：出水硝酸盐不符合条件①、条件②和条件③时，控制器发出故障信号，同时搜索本次运行历史数据，当满足：

{{Q_t*([NO₃^--N]_t(in)+DO_t(in))}＝(0.95-1.05){Q_x*([NO₃^--N]_x(in)+DO_x(in))}  (2)

式中：

Q_t——t时间进水流量，单位，m³/h；

[NO₃^--N]_t(in)——t时间进水NO₃^--N浓度，单位：mg/L；

DO_t(in)——t时间进水DO浓度，单位：mg/L；

Q_x——本次运行历史数据中，X时间进水流量，单位，m³/h；

[NO₃^--N]_x(in)——本次运行历史数据中，X时间进水NO₃^--N浓度，单位：mg/L；

DO_x(in)——本次运行历史数据中，X时间进水DO浓度，单位：mg/L；

情况时，调整碳源泵频率f_t为X时间碳源投加泵的运行频率(f_x)；当不满足上式，且搜索时间达到设定时间，则按式(1)计算碳源投加量，根据碳源投加流量和频率关系曲线，确定相应的频率f_cal后，工控机给过程控制器发出控制信号，过程控制器通过相应的继电器调整碳源投加泵的运行频率f_t为f_cal。

7)反冲洗过程：当达到预先设定的反冲洗周期后，停止进水和投加碳源，开始反冲洗运行，气冲时间5min，气冲强度28.5m³/m²·h；气水冲时间5min，气冲强度28.5m³/m²·h，水冲强度20m³/m²·h；水冲时间6min，水冲强度20m³/m²·h。通过过程控制器进行计时，当达到预先设定的反冲洗时间后，则系统由过程控制器自动循环从工序1)开始。