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    除磷加藥自動控制技術在污水處理廠的應用

    發布時間:2021-3-16 17:31:28  中國污水處理工程網

      “十三五”全國城鎮污水處理及再生利用建設規劃目標:到2020年底,實現城鎮污水處理設施全覆蓋。城鎮污水處理率達到95%,其中地級及以上城市建成區基本實現全收集、全處理,縣城不低于85%,其中東部地區力爭達到90%。城鎮污水處理廠的主要建設已經完成,未來自動化、信息化、無人值守運行、節能降耗及處理新工藝是今后的發展趨勢。除磷加藥自動控制技術通過優化調度控制技術、構建節能降耗優化調度模型,分析水質數據情況,計算合適的用藥比例,節約用藥成本,能夠在實現出水達標的基礎上能夠有效降低運營成本,做到節能降耗,解決了污水處理廠面臨的實際問題。

      1、除磷加藥系統的設計

      1.1 控制模式

      為了達到與工藝運行的緊密結合,讓自動控制技術得到更好的應用,起到更好的效果而非單純的自動化,本文在控制參數方面用間接指標代替了直接指標,過程濃度值代替了出水濃度值,即過程正磷酸鹽PO4-P代替了出水總磷TP。在此將化學除磷優化系統的控制模式概括為:前饋控制、反饋控制、前饋加反饋控制、反饋疊加控制四種模式。如圖1所示。

    1.jpg

      前饋控制:輸入參數為進水流量Q,加藥前的正磷酸鹽的濃度值PO4-P,輸出參數為除磷藥劑投加量。

      反饋控制:輸入參數為進水流量Q,加藥后的正磷酸鹽的濃度值PO4-P,輸出參數為除磷藥劑投加量。

      前饋加反饋控制:輸入參數為進水流量Q,加藥前的正磷酸鹽的濃度值PO4-P,加藥后的正磷酸鹽的濃度值PO4-P,輸出參數為除磷藥劑投加量。

      反饋疊加控制:輸入參數為進水流量Q,加藥后的正磷酸鹽的濃度值PO4-P,出水總磷TP,輸出參數為除磷藥劑投加量。

      1.2 系統配置

      除磷加藥系統由PLC控制系統和HMI組成,主要實現運行狀態的監控,運行工藝參數的實時采集及保存,設備維護的提示及記錄,分析水質數據情況,計算合適的用藥比例,變頻控制加藥泵的運行。

      除利用污水處理廠原有的自控設備及儀表,此自動控制系統主要的硬件配置如下:PLC控制系統:AB1769系列PLC、觸摸屏,在線水質分析儀表為哈希在線PO4分析儀,型號Phosphaxsc,量程0.05~15mg/L,響應時間5min,加藥電磁流量計,變頻式隔膜計量泵。

      1.3 儀表狀態診斷

      儀器化、控制化和自動化是水處理自動化技術發展的三個階段。儀表在這三個階段都起到了基礎性的作用,從普通化到智能化水質監測傳感器的使用,為自動化數學模型和過程控制系統提供了基礎性的過程分析數據。本系統采用MODBUS通訊的方式與在線PO4分析儀和電磁流量計進行通訊,而非采用傳統的4~20mA模擬信號處理方式。構建了監測儀表網絡,實時讀取儀表的過程數據、運行狀態以及累計運行時間等關鍵參數,這些參數能夠更好的評估儀表數據的有效性,并評估儀表的維護要求。

      1.4 自動控制方案

      本系統的控制算法以PID閉環控制為基礎,基于水質計算模型,通過自控程序的邏輯判斷,再綜合在線儀表的反饋修正,最終輸出到自動化執行設備。

      PID控制的基礎是比例控制,積分控制可消除穩態誤差,但可能增加超調,微分控制可加快大慣性系統響應速度以及減弱超調趨勢。這個理論和應用的關鍵是,做出正確的測量和比較后,如何才能更好地糾正系統。

      PID控制參數的工程整定方法,主要有臨界比例法、反應曲線法和衰減法。三種方法各有其特點,其共同點都是通過試驗,然后按照工程經驗公式對參數進行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數,都需要在實際運行中進行最后調整與完善。一般采用的是臨界比例法。

      本系統根據人工加藥的運行規律,采用臨界比例法先確定采樣時間—10分鐘,動態優化比例系數,最后調整積分和微分系數。

      2、實際應用

      除磷加藥自動控制系統在北京某污水處理廠進行了實際應用,該污水處理廠二級處理工藝為AAO,采用的是反饋控制模式,系統自動進行閉環反饋數學模型運算控制。該廠使用的是聚合氯化鋁(PAFC)作為除磷藥劑,藥劑投加于生化反應池的曝氣池末端,PO4-P測量點位于二沉池進水配水渠,距藥劑投加點水力停留時間約5~10分鐘。自控控制系統原理圖如圖2所示。

    2.jpg

      控制系統結合該廠的實際運行情況,經過多次模擬實驗后將過程PO4-P設定值為0.35mg/L。根據進水流量和測試點正磷酸鹽濃度值的動態變化,實時自動調節加藥量的投放,在保證出水總磷(TP)穩定達標的情況下,平均每天藥劑節約了18%左右。

      3、結語

      介紹的這種新型除磷加藥自動控制系統解決了依靠人工經驗進行投加的眾多弊端,綜合實現了平穩的出水水質、節約了藥劑費用,穩定了工藝運行,降低了整體污水處理系統的波動和滯后,達到了初步的無人值守狀態,是一種具有應用推廣潛力的污水處理控制技術。(來源:北京北控水務投資管理有限公司)

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