[发明专利]一种用于污水处理外碳源投加的自动控制方法及装置

权利要求书

1.一种用于污水处理外碳源投加的自动控制方法，其特征在于，其包括以下的步骤：

S1信号输入单元(3)收集在线仪表实时数据并将数据传输至智能加药控制中心(4)；

S2：智能加药控制中心(4)根据实时监测数据计算实时加药量并输出预算运行频率；并通过信号输出单元下传至可变频计量泵；

S3：信号输出单元(5)下传预算运行频率至可变频计量泵；

S4：远程传输模块(7)将运行数据上传至云服务器端(10)；

其中，步骤S3的具体过程包括：

智能加药控制中心(4)采用计算公式实时计算计量泵运行频率，并通过建立多级参数反馈以实现理论模型校正；

在污水处理池的进水渠道设置有前置缺氧区加药点(11)，后缺氧区设置有后置缺氧区加药点(17)，可变频计量泵(8)至少设置有两台，分别通过管路连接至前置缺氧区加药点(11)、后置缺氧区加药点(17)，用于控制前置缺氧区加药点(11)、后置缺氧区加药点(17)的外碳源投加量；其中前置缺氧区加药点(11)计量泵频率的计算过程是根据缺氧区进水硝态氮浓度和可溶解性化学需氧量(SCOD)浓度计算外碳源实时需求量，根据泵运行频率与加药量关系计算计量泵理论运行频率；具体包括：

P1：根据二沉池出水硝态氮监测仪表(19)获取二沉池回流污泥硝态氮浓度NO₁，根据好氧区出水硝态氮监测仪表(15)获取内回流硝化液硝态氮浓度NO₂，根据内回流处溶解氧监测仪表(14)获取内回流硝化液溶解氧浓度DO₁，记硝态氮和溶解氧作为电子供体接受电子比值为β₁，所以可以将溶解氧浓度换算为硝酸盐浓度，根据回流倍数占比计算缺氧区进水硝态氮浓度NO₃；

P2：记缺氧区硝态氮与SCOD电子转移关系为β₂，根据步骤P1中的NO₃计算缺氧区SCOD的总需求浓度SCOD₁；

P3：根据进水氨氮监测仪表(12)读数模拟进水SCOD浓度SCOD₂，将步骤P2中SCOD₁减进水SCOD浓度SCOD₂得到需投加外碳源增加的SCOD浓度SCOD₃；

P4：根据计量泵运行频率与投加外碳源缺氧区SCOD浓度增量换算系数β₃，将步骤P3中SCOD₃换算为计量泵理论运行频率，根据实时进水流量Flow与生物池设计理论每小时进水流量Q的比值进行修正，因此前置缺氧区加药点计量泵理论频率H₁计算公式为：

式中：

H1为前置缺氧区加药点计量泵理论运行频率，单位为Hz；

NO₁为回流污泥硝酸盐浓度，单位为mg/L，由二沉池出水硝态氮监测仪表(19)实时监测获取，并传输给自动控制装置(2)；

NO₂为回流硝化液硝酸盐浓度，单位为mg/L，由好氧区出水硝态氮监测仪表(15)实时监测获取，并传输给自动控制装置(2)；

r为内回流倍数，既硝化液回流量与污水处理量的比值，流量由流量计实时监测获得，并传输给自动控制装置(2)；

R为外回流倍数，既回流污泥回流量与污水处理量的比值，流量由流量计实时监测获得，并传输给自动控制装置(2)；

β₁为溶解氧与硝酸根换算系数，通过工艺调试确定该系数，取值范围为0-1；

β₂为硝酸盐与COD换算系数，通过工艺调试确定该系数，取值范围为0-10；

β₃为SCOD需求浓度与计量泵运行频率换算系数，通过工艺调试确定该系数，取值范围为0-5；

SCOD₂为进水SCOD模拟量，单位为mg/L，根据生活污水中溶解性污染物的时变化规律，通过实测污水中SCOD和氨氮浓度，使用最小二乘法建立一元线性回归模型，由实时监测的进水氨氮浓度计算得出；

flow为生物池实时进水量，单位为m/h，流量由流量计实时监测获得，并传输给自动控制装置(2)；

Q为生物池设计小时流量，单位为m³/h，根据生物池设计日进水量除24确定；

前置缺氧区加药点多级反馈参数设有9个浓度区间和8个反馈参数，其中，浓度区间根据污水处理厂执行污水处理标准确定，反馈参数通过工艺调试确定，取值范围为0-3；根据缺氧区末端硝态氮监测仪表(13)实时数值在不同浓度区间内对理论公式计算结果乘相应反馈参数，实现对理论公式计算结果的修正；

修正系数不参与装置正常运行，在污水处理厂运行期间出现设备故障、进水水质异常波动等突发状况时人工调整修正系数，用以保持装置运行稳定；

后置缺氧区加药点计量泵频率理论计算过程为：根据好氧区出水硝态氮浓度计算外碳源实时需求量，根据泵运行频率与加药量关系计算计量泵理论运行频率；具体包括如下步骤：

Q1：根据好氧区末端硝态氮监测仪表(15)获取好氧区出水硝态氮浓度NO₄，根据好氧区末端溶解氧监测仪表(16)获取好氧区出水溶解氧浓度DO₂，记硝态氮和溶解氧作为电子供体接受电子比值为β₁，所以可以将溶解氧浓度换算为硝酸盐浓度，两者相加可以得到好氧区出水硝态氮总浓度NO₅；

Q2：根据实际需求设定二沉池出水硝态氮浓度设定值b，将步骤Q1中NO₅减b可以得到后缺氧区需要去除的硝态氮浓度NO₆；

Q3：记后缺氧区硝态氮与SCOD电子转移关系为β₄，根据步骤Q2中的NO₆计算后缺氧区SCOD的总需求浓度SCOD₄；

Q4：根据计量泵运行频率与投加外碳源后缺氧区SCOD浓度增量换算系数β₅，将步骤Q3中SCOD₄换算为计量泵理论运行频率，根据实时进水流量Flow与生物池设计理论每小时进水流量Q的比值进行修正，因此后置缺氧区加药点计量泵理论频率H₂计算公式为：

H₂＝(NO₄+β₁*DO₂-b)*β₄*β₅*Flow/Q

式中：

H₂为后置计量泵理论运行频率，单位为Hz；

NO₄为好氧区出水硝酸盐浓度，单位为mg/L，由好氧区出水硝态氮监测仪表(15)实时监测获取，并传输给自动控制装置(2)；

DO₂为好氧区出水溶解氧浓度，单位为mg/L，由好氧区出水溶解氧监测仪表(16)实时监测获取，并传输给自动控制装置(2)；

flow为生物池实时进水量，单位为m/h，流量由流量计实时监测获得，并传输给自动控制装置(2)；

Q为生物池设计小时流量，单位为m³/h，根据生物池设计日进水量除24确定；

b为硝酸盐设定值常数，单位为mg/L，由污水处理厂实际需求决定，取值范围为8-14；

β1为溶解氧与硝酸根换算系数，通过工艺调试确定该系数，取值范围为0-1；

β4为硝酸盐与COD换算系数，通过工艺调试确定该系数，取值范围为0-10；

β5为SCOD需求浓度与计量泵运行频率换算系数，通过工艺调试确定该系数，取值范围为0-5；

后置缺氧区加药点多级反馈参数设有9个浓度区间和8个反馈参数，其中，浓度区间根据污水处理厂执行污水处理标准确定，反馈参数通过工艺调试确定，取值范围为0-3；根据生物池出水硝态氮在线监测仪表监测数值在不同浓度区间内对理论公式计算结果乘相应反馈参数，实现对理论公式计算结果的修正；

智能加药控制中心4输出计量泵理论计算公式为：

A＝H*P*α

式中：

A为计量泵实际运行频率，单位为Hz，计算后传输给变频器并驱动计量泵以控制加药量；

H为计量泵理论运行频率，单位为Hz，计算后乘反馈系统调节参数和修正系数后得到计量泵实际运行频率；

P为反馈系统调节参数，根据工艺调试确定，取值范围为0-3；

α为修正系数，在污水处理单元运行过程中出现突发状况时人工设置，取值范围为0-2，污水处理单元运行正常时取1.0。