多组分污水均质调节方法和装置与流程

本发明涉及环境保护，具体地涉及多组分污水均质调节方法和装置。

背景技术：

现有的污水处理的工艺通常以生化为主，具体的流程为“均质调节-预处理-生化-后处理”。预处理乃至生化单元的平稳运行很大程度上依赖于均质调节池的削峰填谷作用。化工厂或化工园区的污水通常由多股污水组成，通常各股污水均设置储水池，当储水池中污水达到一定容积时将污水排放至均质调节池。然而每股污水的水量和水质随时间不断变化(各股污水中污染物峰值和低值交替出现)，且何时将各股污水排放至均质调节池依靠人为确定，经常造成污水中污染物峰值相加或低值相加，造成均质调节效果差，对后续工艺段产生影响。如何将污水进行有效的均质调节是目前亟待解决的问题。随着自动控制技术和人工智能的发展结合，污水处理智能化将成为未来的发展方向。但现在在污水处理过程中进行智能化自动均质调节，实现稳定水质的方法上仍是空白。

技术实现要素：

本发明实施例的目的是提供一种多组分污水均质调节方法和装置，该多组分污水均质调节方法和装置可以对多股污水进行自动、有效地均质调节。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种多组分污水均质调节方法，该方法基于多个一级均质调节池和二级均质调节池，所述多个一级均质调节池的每个一级均质调节池的污水进入所述二级均质调节池，该方法包括：检测所述每个一级均质调节池的水质指标和进水流量；确定所述每个一级均质调节池的出水流量的多个限制条件；根据所述每个一级均质调节池的水质指标和进水流量，得到预设时间内进入所述多个一级均质调节池的污水的平均水质指标以作为所述二级均质调节池的污水的平均水质指标；根据所述二级均质调节池的污水的平均水质指标、所述多个限制条件以及所述每个一级均质调节池的水质指标，得到所述每个一级均质调节池的出水流量之间的函数关系，以使得所述多个一级均质调节池排出的污水的平均水质指标接近于所述二级均质调节池的污水的平均水质指标；以及根据所述每个一级均质调节池的出水流量之间的函数关系控制所述每个一级均质调节池的出水流量。

优选地，该方法还包括：检测所述每个一级均质调节池的液位；所述多个限制条件包括：

其中，i为1至一级均质调节池的最大数量中的整数，xi为第i个一级均质调节池的出水流量，li为第i个一级均质调节池的液位，所述fi为第i个一级均质调节池的进水流量，为第i个一级均质调节池的最高出水流量，为第i个一级均质调节池的最高液位。

优选地，进入所述多个一级均质调节池的污水的平均水质指标通过以下公式得到：

其中，d^*为进入所述多个一级均质调节池的污水的平均水质指标，t为预设时间，fi(s)为s时刻第i个一级均质调节池的进水流量，di(s)为s时刻第i个一级均质调节池的水质指标。

优选地，所述多个一级均质调节池排出的污水的平均水质指标通过以下公式得到：

其中，i为1至一级均质调节池的最大数量中的整数，d为所述多个一级均质调节池排出的污水的平均水质指标，xi为第i个一级均质调节池的出水流量，di为第i个一级均质调节池的水质指标。

优选地，该方法还包括：在进入所述多个一级均质调节池的污水的平均水质指标大于或小于所述每个一级均质调节池的水质指标时，控制所述每个一级均质调节池的出水流量最小化。

本发明实施例还提供一种多组分污水均质调节装置，该装置用于多个一级均质调节池和二级均质调节池，所述多个一级均质调节池的每个一级均质调节池的污水进入所述二级均质调节池，该装置包括：检测单元，用于检测所述每个一级均质调节池的水质指标和进水流量；控制单元，用于：确定所述每个一级均质调节池的出水流量的多个限制条件；根据所述每个一级均质调节池的水质指标和进水流量，得到预设时间内进入所述多个一级均质调节池的污水的平均水质指标以作为所述二级均质调节池的污水的平均水质指标；根据所述二级均质调节池的污水的平均水质指标、所述多个限制条件以及所述每个一级均质调节池的水质指标，得到所述每个一级均质调节池的出水流量之间的函数关系，以使得所述多个一级均质调节池排出的污水的平均水质指标接近于所述二级均质调节池的污水的平均水质指标；以及根据所述每个一级均质调节池的出水流量之间的函数关系控制所述每个一级均质调节池的出水流量。

优选地，所述检测单元还用于检测所述每个一级均质调节池的液位；所述多个限制条件包括：

其中，i为1至一级均质调节池的最大数量中的整数，xi为第i个一级均质调节池的出水流量，li为第i个一级均质调节池的液位，所述fi为第i个一级均质调节池的进水流量，为第i个一级均质调节池的最高出水流量，为第i个一级均质调节池的最高液位。

优选地，进入所述多个一级均质调节池的污水的平均水质指标通过以下公式得到：

其中，d^*为进入所述多个一级均质调节池的污水的平均水质指标，t为预设时间，fi(s)为s时刻第i个一级均质调节池的进水流量，di(s)为s时刻第i个一级均质调节池的水质指标。

优选地，所述多个一级均质调节池排出的污水的平均水质指标通过以下公式得到：

其中，i为1至一级均质调节池的最大数量中的整数，为所述多个一级均质调节池排出的污水的平均水质指标，xi为第i个一级均质调节池的出水流量，di为第i个一级均质调节池的水质指标。

优选地，所述控制单元还用于：在进入所述多个一级均质调节池的污水的平均水质指标大于或小于所述每个一级均质调节池的水质指标时，控制所述每个一级均质调节池的出水流量最小化。

通过上述技术方案，采用本发明提供的多组分污水均质调节方法和装置，检测每个一级均质调节池的水质指标和进水流量，并设置多个限制条件，根据每个一级均质调节池的水质指标和进水流量得到二级均质调节池的污水的平均水质指标，并在使多个一级均质调节池排出的污水的平均水质指标接近于二级均质调节池的污水的平均水质指标时，利用二级均质调节池的污水的平均水质指标、多个限制条件以及每个一级均质调节池的水质指标组成的方程组，得到每个一级均质调节池的出水流量之间的函数关系，以便根据该关系控制每个一级均质调节池的出水流量。本发明可以依靠自动化技术和人工智能算法的有机结合，针对化工厂或化工园区多股污水进行自动、有效地均质调节。

本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：

图1是本发明一实施例提供的多组分污水均质调节方法的流程图；

图2是本发明一实施例提供的整个调节系统的示意图；

图3是本发明另一实施例提供的多组分污水均质调节方法的流程图；

图4a是一级均质调节池的入水流量示意图；

图4b是一级均质调节池的cod浓度示意图；

图4c是直接混合污水后的cod浓度示意图；以及

图4d是通过本发明的方法和装置进行污水混合后的cod浓度示意图；以及

图5是本发明另一实施例提供的多组分污水均质调节方法的流程图。

附图标记说明

1检测单元2控制单元。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

图1是本发明一实施例提供的多组分污水均质调节方法的流程图。如图1所示，该方法基于多个一级均质调节池和二级均质调节池，所述多个一级均质调节池的每个一级均质调节池的污水进入所述二级均质调节池，该方法包括：

s11，检测所述每个一级均质调节池的水质指标和进水流量；

s12，确定所述每个一级均质调节池的出水流量的多个限制条件；

s13，根据所述每个一级均质调节池的水质指标和进水流量，得到预设时间内进入所述多个一级均质调节池的污水的平均水质指标以作为所述二级均质调节池的污水的平均水质指标；

s14，根据所述二级均质调节池的污水的平均水质指标、所述多个限制条件以及所述每个一级均质调节池的水质指标，得到所述每个一级均质调节池的出水流量之间的函数关系，以使得所述多个一级均质调节池排出的污水的平均水质指标接近于所述二级均质调节池的污水的平均水质指标；以及

s15，根据所述每个一级均质调节池的出水流量之间的函数关系控制所述每个一级均质调节池的出水流量。

本发明实施例中，为了实现更有效地均质调节的目的，应使二级均质调节池的污水的水质指标变化较小，最佳的情况是二级均质调节池的污水的水质指标能一直保持在平均水质指标不变。由于一级均质调节池的污水进入二级均质调节池，因此在时间足够长时，进入一级均质调节池的污水量与进入二级均质调节池的污水量是相同的，也可以说进入一级均质调节池的总的水质指标与进入二级均质调节池的总的水质指标相同。于是，在无法得知污水如何进入二级均质调节池的情况下，本发明采用预定时间内进入多个一级均质调节池的污水的平均水质指标作为所述二级均质调节池的污水的平均水质指标。

二级均质调节池的污水的水质指标是由多个一级均质调节池排出的污水的水质指标决定的，因此，可以通过控制多个一级均质调节池排出的污水的水质指标，从而控制二级均质调节池的污水的水质指标。如上所述，要想使二级均质调节池的污水的水质指标保持平均水质指标尽量不变，就需要控制多个一级均质调节池排出的污水的平均水质指标尽量接近于二级均质调节池的污水的平均水质指标。并且，各一级均质调节池的污水的水质指标有可能均不相同，因此可以通过控制各一级均质调节池的污水的出水流量，来调节各一级均质调节池排出的污水在混合后的污水中所占的比重，从而控制多个一级均质调节池排出的污水的平均水质指标。

综上，本发明实施例通过控制每个一级均质调节池的出水流量就可以实现更有效地均质调节，具体地，每个一级均质调节池的出水流量之间的函数关系的计算方式如下：

首先检测所述每个一级均质调节池的水质指标和进水流量。

接着，可以根据每个一级均质调节池的液位设定多个限制条件，同时检测每个一级均质调节池的液位，以便获知当前应该满足那种限制条件。该多个限制条件包括：

其中，i为1至一级均质调节池的最大数量中的整数，xi为第i个一级均质调节池的出水流量，li为第i个一级均质调节池的液位，所述fi为第i个一级均质调节池的进水流量，为第i个一级均质调节池的最高出水流量，为第i个一级均质调节池的最高液位。

然后，通过以下公式得到进入多个一级均质调节池的污水的平均水质指标(也即二级均质调节池的污水的平均水质指标)：

其中，d^*为进入所述多个一级均质调节池的污水的平均水质指标，t为预设时间，fi(s)为s时刻第i个一级均质调节池的进水流量，di(s)为s时刻第i个一级均质调节池的水质指标。

然后，得到多个一级均质调节池排出的污水的平均水质指标满足的以下公式：

其中，i为1至一级均质调节池的最大数量中的整数，为所述多个一级均质调节池排出的污水的平均水质指标，xi为第i个一级均质调节池的出水流量，di为第i个一级均质调节池的水质指标。

然后，如上所述，使多个一级均质调节池排出的污水的平均水质指标尽量接近进入多个一级均质调节池的污水的平均水质指标d^*，即得到下式：

最后，将式(1)-式(4)组成方程组并求解，并得到i为1至一级均质调节池的最大数量中的每个整数时，每个未知量xi之间的函数关系，即每个一级均质调节池的出水流量之间的函数关系。虽然无法得到每个xi的唯一解，但是任何满足得到的函数关系的解均可以使用。因此，最后采用满足得到的函数关系的每个xi来控制对应的每个一级均质调节池的出水流量。

图2是本发明一实施例提供的整个调节系统的示意图。如图2所示，根据化工厂或化工园区的污水来源，将其分为a、b、c……等多股污水，每股污水均设有储水池，可认为是一级均质调节池，如a股污水的储水池可认为是为一级均质调节a池，其他股污水依次类推。a、b、c……等多股污水最终混合到二级均质调节池。

对a股污水，在进入一级均质调节a池前设置有在线水质分析仪a和流量计a1，实时记录a污水进水水质指标(如化学需氧量等)和流量。一级均质调节a池上设置有液位计a用以标定一级均质调节a池的污水储量。一级均质调节a池后设置有电动蝶阀a和流量计a2。电动蝶阀a用于调节进入二级均质调节池的污水流量。流量计a2用以记录进入二级均质调节池的污水流量。在线水质分析仪a、流量计a1、液位计a、电动蝶阀a和流量计a2均通过4-20ma信号和可编程控制器(plc)相连。

对于b、c……等多股污水，同样有相同的硬件设计。

二级均质调节池上设置有液位计z用以标定二级均质调节池的污水储量。二级均质调节池后安装在线水质分析仪z、流量计z和电动蝶阀z。在线水质分析仪z用以监测进入后续工艺段的水质(如化学需氧量)。流量计z用以记录进入后续工艺段的污水流量。电动蝶阀z用于调节进入后续工艺段的污水流量。在线水质分析仪z、流量计z、电动蝶阀z均通过4-20ma信号和可编程控制器(plc)相连。

可编程控制器(plc)与计算机通过水晶线相连。计算机内置上述算法。

整个系统的工作流程如下：水质分析仪a、b、c……和流量计a1、b1、c1……将水质指标和流量上传至plc，并进一步传给智能算法作为各污水的入流数据。智能算法根据多股水的进水水质指标合理调控蝶阀a、b、c……的开度以做到最终进入二级均质调节池后的污水完全混合后水质稳定。

液位计a、b、c……的作用是起到各池液位报警的作用。流量计a2、b2、c2……用以标定蝶阀a、b、c……的开度和流量之间的关系。

液位计z用于二级均质调节池的液位报警。在线水质监测仪z起到监测进入下一工艺流程水质的作用。通常情况下，电动蝶阀z开度保持不变，流量计z仅记录流量。

图3是本发明另一实施例提供的多组分污水均质调节方法的流程图。如图3所示，该方法还包括：

步骤s31，计算所述进入多个一级均质调节池的污水的平均水质指标；

步骤s32，判断进入所述多个一级均质调节池的污水的平均水质指标是否大于或小于所述每个一级均质调节池的水质指标；

步骤s33，在进入所述多个一级均质调节池的污水的平均水质指标大于或小于所述每个一级均质调节池的水质指标时，控制所述每个一级均质调节池的出水流量最小化；以及

步骤s34，在进入所述多个一级均质调节池的污水的平均水质指标未大于或小于所述每个一级均质调节池的水质指标时，分别控制所述每个一级均质调节池的出水流量。

在本实施例中，首先如上文所述计算进入多个一级均质调节池的污水的平均水质指标d^*，随后，先判断d^*是否大于或小于所有一级均质调节池的水质指标，如果是，则不用计算如何控制每个一级均质调节池的出水流量，而是直接最小化每个一级均质调节池的出水流量即可。如果d^*未大于或小于所有一级均质调节池的水质指标，那么仍然按照上文所述的计算每个一级均质调节池的出水流量之间的函数关系的方法，以分别控制所述每个一级均质调节池的出水流量。

图4a是一级均质调节池的入水流量示意图；图4b是一级均质调节池的cod浓度示意图；图4c是直接混合污水后的cod浓度示意图；图4d是通过本发明的方法和装置进行污水混合后的cod浓度示意图，其中数据均为同一炼厂的数据，cod浓度为一种水质指标。如4a-4d所示，可以明显看出图4d中通过本发明的方法和装置进行污水混合的二级均质调节池的cod浓度的波动明显较图4c中直接进行污水混合的cod浓度更为平缓，实现了更为有效的均质调节的目的。

图5是本发明另一实施例提供的多组分污水均质调节方法的流程图。如图5所示，该装置用于多个一级均质调节池和二级均质调节池，所述多个一级均质调节池的每个一级均质调节池的污水进入所述二级均质调节池，该装置包括：检测单元1，用于检测所述每个一级均质调节池的水质指标和进水流量；控制单元2，用于：确定所述每个一级均质调节池的出水流量的多个限制条件；根据所述每个一级均质调节池的水质指标和进水流量，得到预设时间内进入所述多个一级均质调节池的污水的平均水质指标以作为所述二级均质调节池的污水的平均水质指标；根据所述二级均质调节池的污水的平均水质指标、所述多个限制条件以及所述每个一级均质调节池的水质指标，得到所述每个一级均质调节池的出水流量之间的函数关系，以使得所述多个一级均质调节池排出的污水的平均水质指标接近于所述二级均质调节池的污水的平均水质指标；以及根据所述每个一级均质调节池的出水流量之间的函数关系控制所述每个一级均质调节池的出水流量。

优选地，所述检测单元1还用于检测所述每个一级均质调节池的液位；所述多个限制条件包括：

其中，i为1至一级均质调节池的最大数量中的整数，xi为第i个一级均质调节池的出水流量，li为第i个一级均质调节池的液位，所述fi为第i个一级均质调节池的进水流量，为第i个一级均质调节池的最高出水流量，为第i个一级均质调节池的最高液位。

优选地，进入所述多个一级均质调节池的污水的平均水质指标通过以下公式得到：

其中，d^*为进入所述多个一级均质调节池的污水的平均水质指标，t为预设时间，fi(s)为s时刻第i个一级均质调节池的进水流量，di(s)为s时刻第i个一级均质调节池的水质指标。

优选地，所述多个一级均质调节池排出的污水的平均水质指标通过以下公式得到：

其中，i为1至一级均质调节池的最大数量中的整数，为所述多个一级均质调节池排出的污水的平均水质指标，xi为第i个一级均质调节池的出水流量，di为第i个一级均质调节池的水质指标。

优选地，所述控制单元2还用于：在进入所述多个一级均质调节池的污水的平均水质指标大于或小于所述每个一级均质调节池的水质指标时，控制所述每个一级均质调节池的出水流量最小化。

上述装置的实施例与上述方法的实施例类似，在此不再赘述。

通过上述技术方案，采用本发明提供的多组分污水均质调节方法和装置，检测每个一级均质调节池的水质指标和进水流量，并设置多个限制条件，根据每个一级均质调节池的水质指标和进水流量得到二级均质调节池的污水的平均水质指标，并在使多个一级均质调节池排出的污水的平均水质指标接近于二级均质调节池的污水的平均水质指标时，利用二级均质调节池的污水的平均水质指标、多个限制条件以及每个一级均质调节池的水质指标组成的方程组，得到每个一级均质调节池的出水流量之间的函数关系，以便根据该关系控制每个一级均质调节池的出水流量。本发明可以依靠自动化技术和人工智能算法的有机结合，针对化工厂或化工园区多股污水进行自动、有效地均质调节。

以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。

本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。