除磷加药自动控制技术在污水处理厂的应用

发表时间：2021-11-15 12:48:08 阅读次

　　“十三五”全国城镇污水处理及再生利用建设规划目标：到2020年底，实现城镇污水处理设施全覆盖。城镇污水处理率达到95%，其中地级及以上城市建成区基本实现全收集、全处理，县城不低于85%，其中东部地区力争达到90%。城镇污水处理厂的主要建设已经完成，未来自动化、信息化、无人值守运行、节能降耗及处理新工艺是今后的发展趋势。除磷加药自动控制技术通过优化调度控制技术、构建节能降耗优化调度模型，分析水质数据情况，计算合适的用药比例，节约用药成本，能够在实现出水达标的基础上能够有效降低运营成本，做到节能降耗，解决了污水处理厂面临的实际问题。

　　1、除磷加药系统的设计

　　1.1 控制模式

　　为了达到与工艺运行的紧密结合，让自动控制技术得到更好的应用，起到更好的效果而非单纯的自动化，本文在控制参数方面用间接指标代替了直接指标,过程浓度值代替了出水浓度值，即过程正磷酸盐PO4-P代替了出水总磷TP。在此将化学除磷优化系统的控制模式概括为：前馈控制、反馈控制、前馈加反馈控制、反馈叠加控制四种模式。如图1所示。

　　前馈控制：输入参数为进水流量Q，加药前的正磷酸盐的浓度值PO4-P，输出参数为除磷药剂投加量。

　　反馈控制：输入参数为进水流量Q，加药后的正磷酸盐的浓度值PO4-P，输出参数为除磷药剂投加量。

　　前馈加反馈控制：输入参数为进水流量Q，加药前的正磷酸盐的浓度值PO4-P，加药后的正磷酸盐的浓度值PO4-P，输出参数为除磷药剂投加量。

　　反馈叠加控制：输入参数为进水流量Q，加药后的正磷酸盐的浓度值PO4-P，出水总磷TP，输出参数为除磷药剂投加量。

　　1.2 系统配置

　　除磷加药系统由PLC控制系统和HMI组成，主要实现运行状态的监控，运行工艺参数的实时采集及保存，设备维护的提示及记录，分析水质数据情况，计算合适的用药比例，变频控制加药泵的运行。

　　除利用污水处理厂原有的自控设备及仪表，此自动控制系统主要的硬件配置如下：PLC控制系统：AB1769系列PLC、触摸屏，在线水质分析仪表为哈希在线PO4分析仪，型号Phosphaxsc，量程0.05~15mg/L，响应时间5min，加药电磁流量计，变频式隔膜计量泵。

　　1.3 仪表状态诊断

　　仪器化、控制化和自动化是水处理自动化技术发展的三个阶段。仪表在这三个阶段都起到了基础性的作用，从普通化到智能化水质监测传感器的使用，为自动化数学模型和过程控制系统提供了基础性的过程分析数据。本系统采用MODBUS通讯的方式与在线PO4分析仪和电磁流量计进行通讯，而非采用传统的4~20mA模拟信号处理方式。构建了监测仪表网络，实时读取仪表的过程数据、运行状态以及累计运行时间等关键参数，这些参数能够更好的评估仪表数据的有效性，并评估仪表的维护要求。

　　1.4 自动控制方案

　　本系统的控制算法以PID闭环控制为基础，基于水质计算模型，通过自控程序的逻辑判断，再综合在线仪表的反馈修正，最终输出到自动化执行设备。

　　PID控制的基础是比例控制，积分控制可消除稳态误差，但可能增加超调，微分控制可加快大惯性系统响应速度以及减弱超调趋势。这个理论和应用的关键是，做出正确的测量和比较后，如何才能更好地纠正系统。

　　PID控制参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后调整与完善。一般采用的是临界比例法。

　　本系统根据人工加药的运行规律，采用临界比例法先确定采样时间—10分钟，动态优化比例系数，最后调整积分和微分系数。

　　2、实际应用

　　除磷加药自动控制系统在北京某污水处理厂进行了实际应用，该污水处理厂二级处理工艺为AAO，采用的是反馈控制模式，系统自动进行闭环反馈数学模型运算控制。该厂使用的是聚合氯化铝(PAFC)作为除磷药剂，药剂投加于生化反应池的曝气池末端，PO4-P测量点位于二沉池进水配水渠，距药剂投加点水力停留时间约5~10分钟。自控控制系统原理图如图2所示。