一种污水厂多功能投药系统的制作方法

本实用新型涉及污水厂技术领域，尤其涉及一种基于模糊控制算法的多功能投药系统。

背景技术：

投药是污水厂净水工艺中的核心处理环节，投加的药剂包括ph中和剂、碳源、消毒剂、混凝剂等。投药过程涉及到多个环节，并且每次投药都与后续的处理工艺紧密相关，是决定污水厂出水质量的关键。各种药剂的投加量与被控值之间是非线性关系，即投药工艺具有时变性、多输入因子、多扰动、非线性、大时滞的特征。

目前投药所采用的控制系统多为传统pid控制策略，动态响应速度慢，精度较低，易造成水质变差，能耗及药耗增加。

技术实现要素：

为了解决以上问题，本实用新型提出一种基于模糊控制算法的多功能投药系统，可以解决因投药时间和投药量不能动态变化，导致能耗、药耗增加、水质差等技术问题，并有利于降低操作人员的劳动强度，实现投药工艺生产运行参数的在线监测和全自动化运行。

本实用新型公开一种污水厂多功能投药系统，所述系统包括处理池组、检测装置、投药装置和控制装置；

所述处理池组包括按照污水处理顺序依次连接的粗细格栅、ph中和池、a²o生化池、二沉池、mbr膜池、接触消毒池，以及与所述a²o生化池出水口连接的污泥浓缩池；

所述检测装置包括设于ph中和池入水口和出水口的ph检测计、设于a²o生化池入水口和出水口的磷氮在线检测仪、设于二沉池入水口和出水口的浊度计、设于接触消毒池出水口的余氯检测仪、设于污泥浓缩池入水口和出水口的浊度计；

所述投药装置包括与所述ph中和池连接的酸碱投加装置、与所述a²o生化池连接碳源投加装置，与所述二沉池连接的pac投加装置，与所述接触消毒池连接的消毒剂投加装置、与所述污泥浓缩池连接的pam投加装置；

所述控制装置包括分别与所述酸碱投加装置、碳源投加装置、pac投加装置、消毒剂投加装置、pam投加装置一一对应连接的模糊控制器；

各处理池的检测装置分别与对应的模糊控制器连接，各模糊控制器分别与中控室通信连接。

优选的，所述a²o生化池包括依次设置的厌氧池、缺氧池和好氧池，所述碳源投加装置分别设置在厌氧池和缺氧池进水口处。

优选的，所述ph中和池、a²o生化池、二沉池、接触消毒池、污泥浓缩池中均设有液位计。

优选的，所述液位计、浊度计、ph检测计、磷氮在线检测仪、余氯检测计分别具有唯一的身份标识。

优选的，其特征在于，所述投药装置中的各投加装置均包括变频控制器、加药泵和电磁阀。

本实用新型基于模糊控制器进行ph中和池投加酸碱、a/o反应池投加碳源、二沉池投加pac、消毒池投加消毒剂污泥浓缩池投加pam的动态控制，并有利于降低操作人员的劳动强度，实现投药工艺生产运行参数的在线监测和全自动化运行。本实用新型的多功能投药系统不仅能降低出水浊度，还可节约药剂11％左右，大大节约药剂成本，降低能耗，具有明显的经济效益。

附图说明

图1为污水厂投药工艺流程图。

图2为污水厂多功能投药系统的控制系统结构图；

图3(a)为ph中和池的投药系统具体流程图；

图3(b)ph中和池投药控制规则效果图；

图4(a)a²o生化池的投药系统具体流程图；

图4(b)a²o生化池投药控制规则效果图；

图5(a)二沉池的投药系统具体流程图；

图5(b)二沉池投药控制规则效果图；

图6污泥浓缩池的投药系统具体流程图；

图7(a)接触为消毒池的投药系统具体流程图；

图7(b)接触消毒池投药控制规则效果图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。

本实用新型提出一种基于模糊控制算法的多功能投药系统，采用模糊控制，把过往的实践经验转换为控制规则，可以有效地运用人们在实践中得到的经验与知识，对难以把握的数学模型的控制目标也能精确调节，且控制方式简单，易于操作。

本实用新型提出一种污水厂多功能投药系统，所述系统包括处理池组、检测装置、投药装置和控制装置；

如图1所示，为污水厂工艺流程图，所述处理池组包括按照污水处理顺序依次设置的粗细格栅、ph中和池、a²o生化池、二沉池、mbr膜池、接触消毒池、以及与所述a²o生化池出水口连接的污泥浓缩池；所述a²o生化池包括依次设置的厌氧池、缺氧池和好氧池。

所述检测装置包括设于ph中和池入水口和出水口的ph检测计、设于a²o生化池入水口和出水口的磷氮在线检测仪、设于二沉池入水口和出水口的浊度计、设于接触消毒池出水口的余氯检测仪、设于污泥浓缩池入水口和出水口的浊度计；

所述投药装置包括与所述ph中和池连接的酸碱投加装置、与所述a²o生化池连接碳源投加装置，与所述二沉池连接的pac投加装置，与所述接触消毒池连接的消毒剂投加装置、与所述污泥浓缩池连接的pam投加装置；

所述控制装置包括分别与所述酸碱投加装置、碳源投加装置、pac投加装置、消毒剂投加装置、pam投加装置一一对应连接的模糊控制器；

各处理池的检测装置分别与对应的模糊控制器连接，各模糊控制器分别与中控室通信连接。

如图2所示，该基于模糊控制的污水厂多功能投药系统包括监测层、通信层、任务层。监测层用于数据采集及预处理，包括各投药环节的液位计、浊度计、ph检测计、磷氮在线检测仪、余氯检测计，且每个测量传感器具有唯一的身份标识；任务层为设置于各工艺环节的模糊控制器、酸碱投加装置、碳源投加装置、pac投加装置、消毒剂投加装置及pam投加装置，各投加装置包括变频控制器和加药泵，加药泵经变频器控制：各投药环节的检测装置与对应的模糊控制器连接，各投药装置的变频器与对应的模糊控制器连接，通信层用于数据传输，即工业以太网，每个模糊控制器通过工业以太网互联。

具体实施时，本实用新型优选的模糊控制器为西门子6es7系列plc，与所述酸碱投加装置连接的模糊控制器①内部预先分别储存有液位、ph值整定值和对应的模糊算法；与碳源投加装置连接的模糊控制器②内部预先分别储存有液位、氮磷含量整定值和对应的模糊算法。与pac投加装置连接的额模糊控制器③内部预先分别储存有液位、浊度含量整定值和对应的模糊算法。与消毒剂投加装置连接的模糊控制器④内部预先分别储存有液位、余氯含量整定值和对应的模糊算法。与pam投加装置连接模糊控制器⑤内部预先分别储存有液位、浊度含量整定值和对应的模糊算法，模糊控制器通过工业以太网与中控室互联，中控室可以查询各投药工艺、配药情况及药耗统计。

检测层的各传感器均具有唯一的特定标识，这样设置后，模糊控制器能够准确确定对应的池组和所需程序，从而根据程序设定对和加药装置进行控制。

酸碱投加装置用于ph中和池的污水处理。酸碱投加组件包括盐酸储药池和石灰乳储药池，盐酸储药池和石灰乳储药池分别通过对应的投加管路连接至ph中和池。在投加管路上设有电磁阀、加药泵和流量计，ph检测计、液位计与模糊控制器连接，投加管路上的流量计、电磁阀、加药泵与模糊控制器连接，模糊控制器通过相应程序对变频器进行控制，进而控制加药泵的流量。其中，加药泵为耐酸碱隔膜泵，液位计为超声波液位计，流量计为超声流量计。

图3(a)所示为模糊控制器下ph中和池的投药系统具体流程图，包括以下步骤：步骤一，ph检测计首先对入口水进行采集，将检测值输送到模糊控制器，根据酸碱情况控制加药泵运行。步骤二，ph检测计对出水ph值进行采集，液位计采集ph中和池液位，将出水ph目标值与实际值的误差e和误差变化率ec进行模糊量化处理，将量化后的数据作为模糊控制器的一个输入，再根据模糊规则进行模糊推理，图3(b)为控制规则效果图。解模糊后，控制加药泵开通时间和流量，同时开启电磁阀，对中和池进行加药；下一周期再算出最新一组的误差，如误差仍超出允许范围(e<0.05),再根据模糊规则进行模糊推理，调整加药泵流量，直至e<0.05。

碳源投加装置用于对a²o生化池进行碳源补充，保证微生物除磷脱氮效率。碳源投加装置包括碳源储药罐，碳源储药罐通过碳源投加管路连接至厌氧池和缺氧池的进水口，在碳源投加管路上设有电磁阀、加药泵和流量计，碳源为乙酸钠。a²o生化池进、出水口设置氮磷在线检测仪，如图4所示为模糊控制器下a²o生化池的投药系统具体流程图，包括以下步骤：步骤一，氮磷在线检测仪首先采集入口水氮磷含量，流量计检测入口水流量将检测值输送到模糊控制器，根据氮磷含量情况控制加药泵加药。步骤二，氮磷在线检测仪对出水氮、磷含量值进行采集，将出水氮、磷目标值与实际值的误差e和误差变化率ec进行模糊量化处理，将量化后的数据作为模糊控制器的一个输入，再根据模糊规则进行模糊推理，图4(b)为控制规则效果图。解模糊后，控制加药泵开通时间和流量，同时开启电磁阀，对生化池进行加药；下一周期再算出最新一组的误差，如误差仍超出允许范围(e<0.2),再根据模糊规则进行模糊推理，调整加药泵流量，直至e<0.2。

pac投加装置用于对二沉池投加聚合氯化铝，pac的水解产物对水中悬浮物具有吸附作用，对污水起混凝作用。pac投加装置包括pac储药罐，pac储药罐通过pac投加管路连接至二沉池的进水口，在投加管路上设有电磁阀、加药泵和流量计。二沉池进水口、出水口初设置harch公司1720型浊度计，如图5(a)所示为模糊控制器下二沉池的投药系统具体流程图，包括以下步骤：步骤一，浊度计首先采集入口水浊度值，将检测值输送到模糊控制器，根据浊度初始情况控制加药泵加药。步骤二，模糊控制器经中断采样得到出口水浊度计检测的输入信号，将该数值与给定值进行比较得到偏差e，并将e进行微分求得偏差变化率ec。将这e和ec进行模糊化处理得出e和ec并映射到相应的输入论域上，得出模糊子集，根据模糊规则，得到模糊控制量，再将模糊控制量做解模糊处理，得到确定的控制变化输出量去控制变频器，变频器控制加药泵的时间和流量。图5(b)为控制规则效果图。

pam投加装置应用在污泥浓缩池中，用于污泥脱水，pam为聚丙烯酰胺，产生絮团大，脱水效率高。pam投加装置的结构和模糊控制原理类似，污泥浓缩池的投药系统流程图如图6所示。

消毒剂投加装置用于对接触消毒池投加次氯酸钠，消毒剂投加装置包括消毒剂储药罐，消毒剂储药罐通过投加管路连接至接触消毒池，在投加管路上设有电磁阀、加药泵和流量计。消毒池出水口初设置余氯检测计，如图7(a)所示为模糊控制器下消毒池的投药系统具体流程图。如图7(b)所示为图7(a)对应的模糊控制规则效果图。

本实用新型通过在控制系统中使用模糊控制器，实现加药时间和加药量的动态调整，提高了加药精度，进一步保证每道流程规定的出水水质，节约能源。

以上所述，以上实施例仅用以说明本实用新型而非对其限制，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本实用新型权利要求的保护范围。