本高新技术涉及污水处理技术领域，具体涉及一种连续式分段碳源定量投加控制系统。
背景技术：
目前，环境污染治理开始进一步向精准治理升级，其中生态环境方面，污染防治持续推进，主要污染物排放量继续下降。国内污水处理标准发展趋势逐渐从解决污染物控制问题为主发展到提高处理后污水与环境相容性阶段，其中最为主要矛盾已逐渐由有机污染物的去除转变为氮磷污染物的去除，磷的去除可以采用化学辅助手段提高去除率，但针对总氮的去除技术仍集中在生化处理的反硝化脱氮技术，而总氮的去除率的提高，在其他运行工况稳定的前提下，主要受限于进水有机底物不足，这也就迫使采用投加外部碳源的方式予以解决。
目前碳源投加方式主要为人工定量投加，运行管理人员主要根据系统出水tn浓度变化趋势或进水水质碳氮比等指标的变化，进行恒定量投加，由于水质水量每时每刻都在变化，进水碳氮比差量无法准确判断，导致碳源投加不足或过量，进而造成出水指标的波动和碳源的浪费。
技术实现要素：
本高新技术的目的是要解决现有人工定量投加碳源造成出水指标波动以及碳源浪费的问题，而提供一种连续式分段碳源定量投加控制系统。
一种连续式分段碳源定量投加控制系统，包括调节控制系统和碳源投加系统，所述碳源投加系统包括碳源储存装置、加药泵变频器和加药泵；
缺氧池的一侧设有进水管，所述进水管上依次设置有进水流量计和进水总氮在线仪表，在进水管上进水总氮在线仪表和缺氧池之间设有外回流管路，所述外回流管路上设置有外回流流量计，在缺氧池的进水端设有内回流管路，所述内回流管路上设置有内回流流量计；缺氧池的进水端通过管路与加药泵的出水端连通，加药泵与缺氧池的管路上依次设有各通路加药电磁阀组和多通路检测仪表组，加药泵的进水端通过管路与碳源储存装置的出水端连通，加药泵通过线路与加药泵变频器的信号输出端电连接；缺氧池的另一侧设有出水管，所述出水管上依次设置有出水氨氮在线仪表和出水总氮在线仪表，调节控制系统的信号输入端通过线路分别与进水流量计、进水总氮在线仪表、外回流流量计、内回流流量计、多通路检测仪表组、出水氨氮在线仪表和出水总氮在线仪表电连接，调节控制系统的信号输出端通过线路与加药泵变频器的信号输入端电连接。
本高新技术的有益效果：
一、本高新技术一种连续式分段碳源定量投加控制系统，改变以往人工定量投加碳源的方式，设置调节控制系统和碳源投加系统，缺氧池的进水端采集进水流量计、进水总氮在线仪表、外回流流量计及内回流流量计的数据信号并反馈至调节控制系统，缺氧池内通过多通路检测仪表组采集数据信号并反馈至调节控制系统，缺氧池的出水端采集出水氨氮在线仪表、出水总氮在线仪表的数据并反馈至调节控制系统，调节控制系统再通过进水端、缺氧池内及出水端的数据信号实时反馈，并控制缺氧池内每个分区电磁阀的开启，实现对缺氧池内每个分区内碳源的精准、定量投加。
二、本高新技术一种连续式分段碳源定量投加控制系统，建立反硝化实际生产过程控制的关键因素的响应关系控制策略，避免因大量、繁杂的理论测算带来的偏差，结合历史数据和经验公式“因厂而定”，依据反硝化功能区实时有效检测数据反馈，建立了碳源投加关键因素的“快速响应”，实现系统反硝化过程各通路的碳源的精准投加；本高新技术调节控制系统成熟可靠，提供了有效的设备保障，同时控制逻辑算法简单、实用，降低了实施成本和难度。
本高新技术可获得一种连续式分段碳源定量投加控制系统。
附图说明
图1为实施例一一种连续式分段碳源定量投加控制系统的流程示意图。
其中，1为进水流量计，2为进水总氮在线仪表，3为外回流流量计，4为内回流流量计，5为多通路检测仪表组，6为出水氨氮在线仪表，7为出水总氮在线仪表，8为加药泵变频器，9为加药泵，10为调节控制系统，11为各通路加药电磁阀组，12为缺氧池，13为进水管，14为出水管，15为碳源储存装置。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式一种连续式分段碳源定量投加控制系统，包括调节控制系统10和碳源投加系统，所述碳源投加系统包括碳源储存装置15、加药泵变频器8和加药泵9；
缺氧池12的一侧设有进水管13，所述进水管13上依次设置有进水流量计1和进水总氮在线仪表2，在进水管13上进水总氮在线仪表2和缺氧池12之间设有外回流管路，所述外回流管路上设置有外回流流量计3，在缺氧池12的进水端设有内回流管路，所述内回流管路上设置有内回流流量计4；缺氧池12的进水端通过管路与加药泵9的出水端连通，加药泵9与缺氧池12的管路上依次设有各通路加药电磁阀组11和多通路检测仪表组5，加药泵9的进水端通过管路与碳源储存装置15的出水端连通，加药泵9通过线路与加药泵变频器8的信号输出端电连接；缺氧池12的另一侧设有出水管14，所述出水管14上依次设置有出水氨氮在线仪表6和出水总氮在线仪表7，调节控制系统10的信号输入端通过线路分别与进水流量计1、进水总氮在线仪表2、外回流流量计3、内回流流量计4、多通路检测仪表组5、出水氨氮在线仪表6和出水总氮在线仪表7电连接，调节控制系统10的信号输出端通过线路与加药泵变频器8的信号输入端电连接。
缺氧池12的进水端采集进水流量计1、进水总氮在线仪表2、外回流流量计3及内回流流量计4等数据信号并反馈至调节控制系统10。缺氧池12内设置多通路检测仪表组5，采集数据信号并反馈至调节控制系统10，其中缺氧池12进出水端分别设置检测点位，池内安装检测点位可根据缺氧池构造、池容并结合水力流态分别设置若干组检测点位(因厂而定，不限于所述点位和组数)。缺氧池12的出水端采集出水氨氮在线仪表6、出水总氮在线仪表7的数据并反馈至调节控制系统10。碳源投加系统包括碳源储罐以及与其相连并由加药泵变频器8控制的泵送管路，泵送管路各输出端口(即碳源投加点位)与缺氧池12设置的检测仪表点位相同。调节控制系统10，通过进水端、缺氧池12内及出水端的数据信号反馈，依据pid调节原理，通过可编辑逻辑控制器(plc)实时反馈并控制各通路碳源投加电磁阀的开启。
本高新技术碳源投加计算控制方法及原则：
碳氮比和回流量作为影响反硝化效率的两大关键因素，也是实际生产过程中的主要工艺控制参数。基于历史数据，以cod、no3-n、no2-n及内、外回流量建立反硝化碳源投加控制策略。
①、以a2o工艺为例，根据物料守恒，1q原水进入系统，最终(内回流+外回流)q的底物(硝酸盐和亚硝酸盐)回至缺氧池12，1q流出系统，相关于系统内缺氧反硝化的底物(硝酸盐和亚硝酸盐)总量理论上为{内回流qr+外回流(qr)-进水流量q}×底物浓度；基于历史数据确定总氮达标的出水1q硝酸盐和亚硝酸盐的浓度范围，当系统出水数值在此范围内时，可以默认就去除{内回流qr+外回流(qr)-进水流量q}底物的量；如超过此范围，原{内回流qr+外回流(qr)-进水流量q}的量正常按逻辑计算去除，还需将出水1q中与达标值范围的差值还原至{内回流qr+外回流(qr)-进水流量q}中进行去除。
②、总氮的去除率在一定范围内会随着回流量的增加而提高，但过高会造成系统的短流、缺氧区溶解失控及能耗的增加；过低则造成反硝化底物不足。另外，根据《给水排水设计手册第5册城镇排水》，反硝化所需的反应底物硝酸盐、亚硝酸盐与bod5有如下关系：
为使反硝化反应进行完全，所需碳源有机物(以bod5表示)，总量可用下式计算：
c＝2.86[no3-n]+1.71[no2-n]+do
式中c——反硝化过程有机物需要量(以bod表示)(mg/l)；
[no3-n]——硝酸盐浓度(mg/l)；
[no2-n]——亚硝酸盐浓度(mg/l)；
do——污水中溶解氧浓度(mg/l)。
综上所述，需结合运行历史有效数据合理确定内、外回流量和b/c的转换关系。同时基于反硝化的底物(硝酸盐和亚硝酸盐)总量在缺氧池12内随着水力推流和时间的延移而随之降低，将缺氧区进行分段合理划分，根据各检测点位的数据反馈，实现系统反硝化过程各通路的碳源的精准投加。
碳源投加启动程序：
投加量(kg/h)＝{(2.86[no3-n点1]+1.71[no2-n点1]+0.5)×(r+r-1)-cod点1×k1÷1000}×q×k2÷碳源cod当量÷ρ
[no3-n点1]：缺氧池12检测设置点1(缺氧池进水)硝酸盐浓度，单位为mg/l，其他点位参照执行；
[no2-n点1]：缺氧池12检测设置点1(缺氧池进水)亚硝酸盐浓度，单位为mg/l，其他点位参照执行；
r：外回流比；
r：内回流比；
q：进水流量，单位m3/h；
cod点1：缺氧池12检测设置点1(缺氧池进水)cod盐浓度，单位为mg/l，其他点位参照执行；
k1：cod与bod5转化系数，基于历史数据拟合；
k2：考虑实际运行中生物自身合成、药剂投加混合程度、水温及污泥浓度等因素，一般经验取值1～2；
ρ：碳源密度(液体或溶药)。
碳源投加停止程序：
①、氨化和硝化抑制判断：
从氨化或硝化反应角度考虑，一般亚硝酸盐积累超过一定限值，硝化反应的限速步骤(氨氮至亚硝酸盐)受抑制，氨氮随着升高，一般亚硝酸盐超过预警阈值结合判断出水氨氮超标或超过设计标准的的80％(上述阈值可根据历史数据具体确定内控限值)投加程序停止。
②、进水超负荷、超标+参数失控：
实际进水量与进水总氮的乘积的总量超设计进水量与进水总氮的乘积的总量(含生化处理变化系数)时，投加程序停止；
内回流比、溶解氧、污泥浓度、ph、opr等参数需水厂保障工艺控制，不参与程序控制，如不在控制参数范围内以及中毒等，应手动停止。
本实施方式的有益效果：
一、本实施方式一种连续式分段碳源定量投加控制系统，改变以往人工定量投加碳源的方式，设置调节控制系统10和碳源投加系统，缺氧池12的进水端采集进水流量计1、进水总氮在线仪表2、外回流流量计3及内回流流量计4的数据信号并反馈至调节控制系统10，缺氧池12内通过多通路检测仪表组5采集数据信号并反馈至调节控制系统10，缺氧池12的出水端采集出水氨氮在线仪表6、出水总氮在线仪表7的数据并反馈至调节控制系统10，调节控制系统10再通过进水端、缺氧池12内及出水端的数据信号实时反馈，并控制缺氧池12内每个分区电磁阀的开启，实现对缺氧池12内每个分区内碳源的精准、定量投加。
二、本实施方式一种连续式分段碳源定量投加控制系统，建立反硝化实际生产过程控制的关键因素的响应关系控制策略，避免因大量、繁杂的理论测算带来的偏差，结合历史数据和经验公式“因厂而定”，依据反硝化功能区实时有效检测数据反馈，建立了碳源投加关键因素的“快速响应”，实现系统反硝化过程各通路的碳源的精准投加；本实施方式调节控制系统成熟可靠，提供了有效的设备保障，同时控制逻辑算法简单、实用，降低了实施成本和难度。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：所述缺氧池12设置有若干个分区，每个分区设置有一处碳源投加点，多通路检测仪表组5由若干个检测仪表组成，各通路加药电磁阀组11由若干个电磁阀组成，碳源投加点通过管路与加药泵9的出水端连通，加药泵9与每个碳源投加点的管路上均设有电磁阀和检测仪表。
其他步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同点是：所述调节控制系统10设置有可编辑逻辑控制器。
其他步骤与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：所述碳源储存装置15为碳源储罐。
其他步骤与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：所述碳源储存装置15内的碳源为麦可碳或乙酸钠。
其他步骤与具体实施方式一至四相同。
碳源为麦可碳或乙酸钠，也可以为其他种类碳源。
采用以下实施例验证本高新技术的有益效果：
实施例一：一种连续式分段碳源定量投加控制系统，包括调节控制系统10和碳源投加系统，所述调节控制系统10设置有可编辑逻辑控制器，所述碳源投加系统包括碳源储罐、加药泵变频器8和加药泵9，所述碳源储存装置15内的碳源为麦可碳；
缺氧池12的一侧设有进水管13，所述进水管13上依次设置有进水流量计1和进水总氮在线仪表2，在进水管13上进水总氮在线仪表2和缺氧池12之间设有外回流管路，所述外回流管路上设置有外回流流量计3，在缺氧池12的进水端设有内回流管路，所述内回流管路上设置有内回流流量计4；所述缺氧池12设置有若干个分区，每个分区设置有一处碳源投加点，多通路检测仪表组5由若干个检测仪表组成，各通路加药电磁阀组11由若干个电磁阀组成，碳源投加点通过管路与加药泵9的出水端连通，加药泵9与每个碳源投加点的管路上均设有电磁阀和检测仪表，加药泵9的进水端通过管路与碳源储罐的出水端连通，加药泵9通过线路与加药泵变频器8的信号输出端电连接；缺氧池12的另一侧设有出水管14，所述出水管14上依次设置有出水氨氮在线仪表6和出水总氮在线仪表7，调节控制系统10的信号输入端通过线路分别与进水流量计1、进水总氮在线仪表2、外回流流量计3、内回流流量计4、多通路检测仪表组5、出水氨氮在线仪表6和出水总氮在线仪表7电连接，调节控制系统10的信号输出端通过线路与加药泵变频器8的信号输入端电连接。
采用本实施例连续式分段碳源定量投加控制系统对某污水处理厂进行污水处理，将缺氧池12按水力流态方向分成四个区段，所选择的反硝化池处理规模2m3/d，外加碳源选用麦可碳，出水执行一级a标准；
调节控制系统10分别接入系统内各仪表反馈数据信号并进行计算、处理、记录和控制指令的发送：调节控制系统10首先根据采集的进水流量计1、进水总氮在线仪表2和出水总氮在线仪表7、出水氨氮在线仪表6及缺氧池12最后区段的检测亚硝酸盐检测信息进行“进水超负荷、超标”与“氨化和硝化抑制”判断是否启动投加程序。其中“进水超负荷、超标”按照实际进水量与进水总氮的乘积的总量超设计进水量与进水总氮的乘积的总量1.1倍(因厂设计而定)且超负荷运行超过3h(以缺氧池12的实际停留时间为准)；“氨化和硝化抑制”，一般亚硝酸盐超过预警阈值2～3mg/l，出水氨氮超标或超过设计标准的80％，同时出水总氮超标的范围包含氨氮超标的差值范围。
调节控制系统10分别根据对每一区的多通路检测仪表组5进行碳源投加计算，依据pid调节原理，通过可编辑逻辑控制器(plc)实时反馈至加药泵9及相连的加药泵变频器8控制各通路加药电磁阀组11的开启，实现缺氧池12内各分段区的精准投加。
以第一区段位为例(其他区段计算相同)：
投加量(kg/h)＝{(2.86[no3-n点1]+1.71[no2-n点1]+0.5)×(r+r-1)-cod点1×k1÷1000}×q×k2÷碳源bod5当量÷ρ÷1000
＝{(2.86×9+1.71×1.5+0.5)×(1+2-1)×300×0.38÷1000}×500×1.2
＝34kg/h
[no3-n点1]：缺氧池12检测设置点1(缺氧池进水)硝酸盐浓度9mg/l；
[no2-n点1]：缺氧池12检测设置点1(缺氧池进水)亚硝酸盐浓度2mg/l；
r：外回流比为1
r：内回流比为2
q：进水流量为500m3/h；
cod点1：缺氧池12检测设置点1(缺氧池进水)cod盐浓度为300mg/l，
k1：cod与bod5转化系数，基于历史数据拟合为0.38；
k2：考虑实际运行中生物自身合成、药剂投加混合程度、水温及污泥浓度等因素，一般经验取值1.2；
麦可碳碳源bod5当量系数为1
ρ:碳源麦可碳密度为1.2。
按此计算类推其他分区段碳源投加量，均不会超过第一区投加量，因此每日碳源投加量低于816kg(34kg/h×24h＝816kg/d，具体投加量以各段实际数据为准)，经比较分析已投运污水处理厂的运行数据，按本实施例控制系统执行碳源投加与按传统碳氮比定量直接投加相比，碳源至少节省15％以上。
当然，上述说明并非对本高新技术一种连续式分段碳源定量投加控制系统的限制，本高新技术一种连续式分段碳源定量投加控制系统也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本高新技术一种连续式分段碳源定量投加控制系统的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本高新技术一种连续式分段碳源定量投加控制系统的保护范围。
技术特征：
1.一种连续式分段碳源定量投加控制系统，其特征在于所述连续式分段碳源定量投加控制系统包括调节控制系统(10)和碳源投加系统，所述碳源投加系统包括碳源储存装置(15)、加药泵变频器(8)和加药泵(9)；
缺氧池(12)的一侧设有进水管(13)，所述进水管(13)上依次设置有进水流量计(1)和进水总氮在线仪表(2)，在进水管(13)上进水总氮在线仪表(2)和缺氧池(12)之间设有外回流管路，所述外回流管路上设置有外回流流量计(3)，在缺氧池(12)的进水端设有内回流管路，所述内回流管路上设置有内回流流量计(4)；缺氧池(12)的进水端通过管路与加药泵(9)的出水端连通，加药泵(9)与缺氧池(12)的管路上依次设有各通路加药电磁阀组(11)和多通路检测仪表组(5)，加药泵(9)的进水端通过管路与碳源储存装置(15)的出水端连通，加药泵(9)通过线路与加药泵变频器(8)的信号输出端电连接；缺氧池(12)的另一侧设有出水管(14)，所述出水管(14)上依次设置有出水氨氮在线仪表(6)和出水总氮在线仪表(7)，调节控制系统(10)的信号输入端通过线路分别与进水流量计(1)、进水总氮在线仪表(2)、外回流流量计(3)、内回流流量计(4)、多通路检测仪表组(5)、出水氨氮在线仪表(6)和出水总氮在线仪表(7)电连接，调节控制系统(10)的信号输出端通过线路与加药泵变频器(8)的信号输入端电连接。
2.根据权利要求1所述的一种连续式分段碳源定量投加控制系统，其特征在于所述缺氧池(12)设置有若干个分区，每个分区设置有一处碳源投加点，多通路检测仪表组(5)由若干个检测仪表组成，各通路加药电磁阀组(11)由若干个电磁阀组成，碳源投加点通过管路与加药泵(9)的出水端连通，加药泵(9)与每个碳源投加点的管路上均设有电磁阀和检测仪表。
3.根据权利要求1所述的一种连续式分段碳源定量投加控制系统，其特征在于所述调节控制系统(10)设置有可编辑逻辑控制器。
4.根据权利要求1所述的一种连续式分段碳源定量投加控制系统，其特征在于所述碳源储存装置(15)为碳源储罐。
5.根据权利要求1所述的一种连续式分段碳源定量投加控制系统，其特征在于所述碳源储存装置(15)内的碳源为麦可碳或乙酸钠。
技术总结
一种连续式分段碳源定量投加控制系统，涉及污水处理技术领域。本高新技术的目的是要解决现有人工定量投加碳源造成出水指标波动以及碳源浪费的问题。一种连续式分段碳源定量投加控制系统，包括调节控制系统和碳源投加系统，缺氧池的进水端与加药泵的出水端连通，加药泵的进水端与碳源储存装置的出水端连通，加药泵与加药泵变频器的信号输出端电连接；调节控制系统的信号输入端分别与进水流量计、进水总氮在线仪表、外回流流量计、内回流流量计、多通路检测仪表组、出水氨氮在线仪表和出水总氮在线仪表电连接，调节控制系统的信号输出端与加药泵变频器的信号输入端电连接。本高新技术可获得一种连续式分段碳源定量投加控制系统。
技术开发人、权利持有人：朴庸健;刘浩江;李晓伟;朱金龙;王洋;苏柱;潘泓洋;林凯
