除磷加藥自動控制技術(shù)在污水處理廠的應(yīng)用

　　“十三五”全國城鎮(zhèn)污水處理及再生利用建設(shè)規(guī)劃目標(biāo)：到2020年底，實現(xiàn)城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施全覆蓋。城鎮(zhèn)污水處理率達(dá)到95%，其中地級及以上城市建成區(qū)基本實現(xiàn)全收集、全處理，縣城不低于85%，其中東部地區(qū)力爭達(dá)到90%。城鎮(zhèn)污水處理廠的主要建設(shè)已經(jīng)完成，未來自動化、信息化、無人值守運(yùn)行、節(jié)能降耗及處理新工藝是今后的發(fā)展趨勢。除磷加藥自動控制技術(shù)通過優(yōu)化調(diào)度控制技術(shù)、構(gòu)建節(jié)能降耗優(yōu)化調(diào)度模型，分析水質(zhì)數(shù)據(jù)情況，計算合適的用藥比例，節(jié)約用藥成本，能夠在實現(xiàn)出水達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)上能夠有效降低運(yùn)營成本，做到節(jié)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(tǒng)的設(shè)計

　　1.1 控制模式

　　為了達(dá)到與工藝運(yùn)行的緊密結(jié)合，讓自動控制技術(shù)得到更好的應(yīng)用，起到更好的效果而非單純的自動化，本文在控制參數(shù)方面用間接指標(biāo)代替了直接指標(biāo),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(xué)除磷優(yōu)化系統(tǒng)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。

　　前饋控制：輸入?yún)?shù)為進(jìn)水流量Q，加藥前的正磷酸鹽的濃度值PO4-P，輸出參數(shù)為除磷藥劑投加量。

　　反饋控制：輸入?yún)?shù)為進(jìn)水流量Q，加藥后的正磷酸鹽的濃度值PO4-P，輸出參數(shù)為除磷藥劑投加量。

　　前饋加反饋控制：輸入?yún)?shù)為進(jìn)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(shù)為除磷藥劑投加量。

　　反饋疊加控制：輸入?yún)?shù)為進(jìn)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(shù)為除磷藥劑投加量。

　　1.2 系統(tǒng)配置

　　除磷加藥系統(tǒng)由PLC控制系統(tǒng)和HMI組成，主要實現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控，運(yùn)行工藝參數(shù)的實時采集及保存，設(shè)備維護(hù)的提示及記錄，分析水質(zhì)數(shù)據(jù)情況，計算合適的用藥比例，變頻控制加藥泵的運(yùn)行。

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

　　1.3 儀表狀態(tài)診斷

　　儀器化、控制化和自動化是水處理自動化技術(shù)發(fā)展的三個階段。儀表在這三個階段都起到了基礎(chǔ)性的作用，從普通化到智能化水質(zhì)監(jiān)測傳感器的使用，為自動化數(shù)學(xué)模型和過程控制系統(tǒng)提供了基礎(chǔ)性的過程分析數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)采用MODBUS通訊的方式與在線PO4分析儀和電磁流量計進(jìn)行通訊，而非采用傳統(tǒng)的4~20mA模擬信號處理方式。構(gòu)建了監(jiān)測儀表網(wǎng)絡(luò)，實時讀取儀表的過程數(shù)據(jù)、運(yùn)行狀態(tài)以及累計運(yùn)行時間等關(guān)鍵參數(shù)，這些參數(shù)能夠更好的評估儀表數(shù)據(jù)的有效性，并評估儀表的維護(hù)要求。

　　1.4 自動控制方案

　　本系統(tǒng)的控制算法以PID閉環(huán)控制為基礎(chǔ)，基于水質(zhì)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(zhí)行設(shè)備。

　　PID控制的基礎(chǔ)是比例控制，積分控制可消除穩(wěn)態(tài)誤差，但可能增加超調(diào)，微分控制可加快大慣性系統(tǒng)響應(yīng)速度以及減弱超調(diào)趨勢。這個理論和應(yīng)用的關(guān)鍵是，做出正確的測量和比較后，如何才能更好地糾正系統(tǒng)。

　　PID控制參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)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(jīng)驗公式對參數(shù)進(jìn)行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善。一般采用的是臨界比例法。

　　本系統(tǒng)根據(jù)人工加藥的運(yùn)行規(guī)律，采用臨界比例法先確定采樣時間―10分鐘，動態(tài)優(yōu)化比例系數(shù)，最后調(diào)整積分和微分系數(shù)。

　　2、實際應(yīng)用

　　除磷加藥自動控制系統(tǒng)在北京某污水處理廠進(jìn)行了實際應(yīng)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(tǒng)自動進(jìn)行閉環(huán)反饋數(shù)學(xué)模型運(yùn)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(yīng)池的曝氣池末端，PO4-P測量點位于二沉池進(jìn)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(tǒng)原理圖如圖2所示。

　　控制系統(tǒng)結(jié)合該廠的實際運(yùn)行情況，經(jīng)過多次模擬實驗后將過程PO4-P設(shè)定值為0.35mg/L。根據(jù)進(jìn)水流量和測試點正磷酸鹽濃度值的動態(tài)變化，實時自動調(diào)節(jié)加藥量的投放，在保證出水總磷(TP)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的情況下，平均每天藥劑節(jié)約了18%左右。

　　3、結(jié)語

　　介紹的這種新型除磷加藥自動控制系統(tǒng)解決了依靠人工經(jīng)驗進(jìn)行投加的眾多弊端，綜合實現(xiàn)了平穩(wěn)的出水水質(zhì)、節(jié)約了藥劑費(fèi)用，穩(wěn)定了工藝運(yùn)行，降低了整體污水處理系統(tǒng)的波動和滯后，達(dá)到了初步的無人值守狀態(tài)，是一種具有應(yīng)用推廣潛力的污水處理控制技術(shù)。(來源：北京北控水務(wù)投資管理有限公司)