一种降低小规模生活污水处理能耗的控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种降低小规模生活污水处理能耗的控制系统及方法，该系统包括液面测定装置、鼓风系统、调速装置和能耗控制装置，整体结构简单清晰，安装方便；采用通用的配件，更换维修方便，具有很强的推广性；采用该控制系统用于小规模生活污水处理工程的进水池和好氧生化池，液位测定装置能够实时监测进水水位的变化情况；也依据用水时间不同，分为高负荷、低负荷和节假日负荷计量进水周期，从而对曝气系统需氧量进行精确、及时、稳定的控制，通过反馈控制模块和前馈控制模块的精密计算配合，调整鼓风系统的最佳输出功率，有效节约鼓风系统的能耗成本和人工成本。

【技术实现步骤摘要】
一种降低小规模生活污水处理能耗的控制系统及方法
本专利技术涉及生活污水处理
，尤其涉及一种用于小规模生活污水低能耗处理系统及方法。
技术介绍
目前，小规模生活污水处理主要以生物处理工艺的集中处理和分散处理为主，其系统主要由格栅井、进水池或调节池、水解池、好氧生化池或MBR、沉淀池及清水池组成。小规模生活污水处理过程中的能源消耗大且主要集中在鼓风机的运行能耗上，由于小规模生活污水流量的不均一性，使得鼓风机运行不能总是处于有效工作状态，从而提高了运行成本，迫使生活污水处理系统的运行变得不可持续，一定程度上影响了小规模污水处理系统的持续发展。基于上述原因，降低小规模生活污水处理能耗及运行成本已经成为污水处理过程中的研究热点。溶解氧(DO)作为污水生化处理过程的重要参数，其控制水平及控制方式在很大程度上影响到污水处理效率和出水水质，污水处理系统中提供溶解氧的鼓风系统是污水处理的核心单元，其能耗占污水处理系统能耗的50％～70％。目前小规模生活污水处理设施中的鼓风系统通常设定为恒量、常开模式，不依据进水池或调节池的进水水量、水质等负荷的变化而实时变化，时常导致出现溶解氧过量、溶解氧利用低，能耗浪费的现象。对于水量变化大且有规律的小规模污水处理系统，一般多采用人为定时开关鼓风机的方式实现出水稳定且节能的目的。从小规模污水处理设施的运行上看，小规模生活污水的主要特点为水量波动较城市大型生活污水厂大，生化处理单元所需溶解氧量波动频繁。目前小规模生活污水处理鼓风系统的节能控制主要分为三种：由操作人员实时调节鼓风机挡风板、风管阀门，此方法需要操作人员的实时操作，因为水量负荷变化频繁，上述调节过程对生化系统中的溶解氧(DO)实现实时控制性较差，无明显节能效果。对于控制系统已经安装了变频器的污水鼓风机的运行，在水量负荷有规律变化情况下，由操作人员定期通过改变变频器输出频率控制鼓风机的工作状态与氧气的输出量，该方法有一定节能效果，但需要技术人员的及时、频繁的操作。对于大规模的污水处理系统，采用溶解氧仪实时反馈好氧生化池内的溶解氧检测信号，通过PLC采集并经严格计算后得到一个鼓风机的运行指令，该指令反馈至鼓风机及出口管的电动调节阀调节其开度，实现有机污染负荷与水量负荷相匹配的鼓风机曝气量调节，达到节能的目的。但对于小规模生活污水处理系统而言，上述控制系统造价昂贵，并对操作人员的技术技能要求非常高。生活污水处理设施内的鼓风系统主要以鼓风机、送风管道、各类阀门及曝气组件构成，是根据流体力学原理，空气经鼓风机吸入并压缩后推入送风管道流向各个曝气组件，最终由曝气组件将压缩空气扩散至污水好氧处理系统中的过程。在污水好氧处理系统需氧量一定的情况下，鼓风机输入频率越低，能耗也就越低，因此需要研究鼓风机的输入频率与小规模生活污水不同时期的水量变化关系，并进行优化控制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种降低小规模生活污水处理能耗的控制系统及方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种降低小规模生活污水处理能耗的控制系统，包括液面测定装置、鼓风系统、调速装置和能耗控制装置，所述液面测定装置、所述能耗控制装置、所述调速装置和所述鼓风系统依次连接，所述能耗控制装置包括节能控制器、前馈控制模块、反馈控制模块和频率判断模块，所述液面测定装置用于测定小规模生活污水进水池或调节池的液位，并将测定结果传输给所述反馈控制模块；所述反馈控制模块根据接收到的测定结果确定鼓风系统满足不同时刻不同风量情况下均处于最佳运行状态所需要的运行频率；所述前馈控制模块用于确定鼓风系统在全年全天候不同阶段处于最佳运行状态时所需要的运行频率；所述频率判定模块用于实时比对所述前馈控制模块和所述反馈控制模块的频率输出结果，以二者中的最大值决策相应操作，判定并记录鼓风系统当前最佳输入频率，以便管理鼓风系统整体能耗情况；所述调速装置通过获取所述频率判定模块中的最佳输入频率，并将该最佳输入频率用于调节鼓风系统中各个鼓风机的运行频率；所述节能控制器用于控制所述鼓风系统根据进水池实时液面变化为小规模生活污水好氧生化池进行最佳输出供氧，从而实现能耗最优控制。优选的，所述液面测定装置采用可输出模拟量信号的实时指示液位的液位计，包括一个或多个超声波液位计或投入式压力传感器。优选的，所述鼓风系统包括一台或多台鼓风机，所述鼓风机选用离心式鼓风机、罗茨鼓风机、磁悬浮鼓风机和空气悬浮鼓风机中的至少一种。一种降低小规模生活污水处理能耗的控制方法，采用所述的降低小规模生活污水处理能耗的控制系统，主要包括以下步骤：S1，根据确定的小规模生活污水处理系统特有运行规律在前馈控制模块中设定全年水量分别处于高负荷、低负荷和节假日负荷的特征运行周期；S2，针对所述前馈控制模块内水量分别处于高负荷模式、低负荷模式和节假日负荷模式时，鼓风系统运行频率具有的特征性，对不同负荷模式下的鼓风系统运行频率进行赋值；S3，根据进水池或调节池水位变化率，确定好氧生化池中所需要的氧气输入量，从而确定风量需求，采用反馈控制模块进行计算后对鼓风系统运行频率进行赋值；S4，所述频率判定模块分别接收所述前馈控制模块、所述反馈控制模块的输出频率赋值结果，以二者的最大值作为最终输出频率，并将该最终输出频率设定为鼓风系统的运行频率。优选的，步骤S2中所述前馈控制模块按照不同的负荷模式对运行频率进行赋值，模式一为高负荷模式、模式二为低负荷模式、模式三为节假日负荷的运行模式，频率赋值范围为25～50HZ并可修改；且所述节假日负荷模式按法定节假日提前1天开始计算，并维持该模式持续1～15天的运行过程。优选的，步骤S3中根据进水池或调节池水位变化率，确定好氧生化池中所需要的氧气输入量，从而确定风量需求，设定输出频率η的过程具体为：当进水池或调节池内液位差计算为正时，设定反馈控制模块输出频率执行高频值输出模式，频率赋值范围为35～50Hz；液位差计算为负时，设定反馈控制模块输出频率执行低频值输出模式，频率赋值范围为25～40Hz。优选的，所述风量需求变化是因为耗氧量需求，其中污水处理所需要的耗氧量计算公式为：O＝ka'QLr+b'VN'，其中，Q为污水的流量，Lr为污水经过该处理系统去除的有机物浓度，V是污水处理系统好氧生化池容积，N'是混合液挥发性悬浮物浓度，a'是单位有机物BOD降解耗氧量，取值范围是0.42～0.53，b'是单位混合液挥发性悬浮物自身氧化耗氧量，取值范围是0.11～0.188，k是不同工艺需氧量修正系数，取值范围是0.2～1.0；鼓风系统的流量计算过程具体为：Q＝0.5KvπD2Lλn其中，D为叶轮外径，L为叶轮长度，λ为面积利用系数，取值范围是0.521～0.563、n是选用的鼓风机电机叶轮转速，Kv是容积效率，取值范围为0.7～0.9；鼓风机电机叶轮转速的计算公式为：n＝60f(1-s)/P其中，F是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种降低小规模生活污水处理能耗的控制系统，其特征在于，包括液面测定装置、鼓风系统、调速装置和能耗控制装置，所述液面测定装置、所述能耗控制装置、所述调速装置和所述鼓风系统依次连接，所述能耗控制装置包括节能控制器、前馈控制模块、反馈控制模块和频率判断模块；/n所述液面测定装置用于测定小规模生活污水进水池或调节池的液位，并将测定结果传输给所述反馈控制模块；/n所述反馈控制模块根据接收到的测定结果确定鼓风系统满足不同时刻不同风量情况下均处于最佳运行状态所需要的运行频率；/n所述前馈控制模块用于确定鼓风系统在全年全天候不同阶段处于最佳运行状态时所需要的运行频率；/n所述频率判定模块用于实时比对所述前馈控制模块和所述反馈控制模块的频率输出结果，以二者中的最大值决策相应操作，判定并记录鼓风系统当前最佳输入频率，以便管理鼓风系统整体能耗情况；/n所述调速装置通过获取所述频率判定模块中的最佳输入频率，并将该最佳输入频率用于调节鼓风系统中各个鼓风机的运行频率；/n所述节能控制器用于控制所述鼓风系统根据进水池实时液面变化为小规模生活污水好氧生化池进行最佳输出供氧，从而实现能耗最优控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种降低小规模生活污水处理能耗的控制系统，其特征在于，包括液面测定装置、鼓风系统、调速装置和能耗控制装置，所述液面测定装置、所述能耗控制装置、所述调速装置和所述鼓风系统依次连接，所述能耗控制装置包括节能控制器、前馈控制模块、反馈控制模块和频率判断模块；
所述液面测定装置用于测定小规模生活污水进水池或调节池的液位，并将测定结果传输给所述反馈控制模块；
所述反馈控制模块根据接收到的测定结果确定鼓风系统满足不同时刻不同风量情况下均处于最佳运行状态所需要的运行频率；
所述前馈控制模块用于确定鼓风系统在全年全天候不同阶段处于最佳运行状态时所需要的运行频率；
所述频率判定模块用于实时比对所述前馈控制模块和所述反馈控制模块的频率输出结果，以二者中的最大值决策相应操作，判定并记录鼓风系统当前最佳输入频率，以便管理鼓风系统整体能耗情况；
所述调速装置通过获取所述频率判定模块中的最佳输入频率，并将该最佳输入频率用于调节鼓风系统中各个鼓风机的运行频率；
所述节能控制器用于控制所述鼓风系统根据进水池实时液面变化为小规模生活污水好氧生化池进行最佳输出供氧，从而实现能耗最优控制。


2.根据权利要求1所述的降低小规模生活污水处理能耗的控制系统，其特征在于，所述液面测定装置采用可输出模拟量信号的实时指示液位的液位计，包括一个或多个超声波液位计或投入式压力传感器。


3.根据权利要求1所述的降低小规模生活污水处理能耗的控制系统，其特征在于，所述鼓风系统包括一台或多台鼓风机，所述鼓风机选用离心式鼓风机、罗茨鼓风机、磁悬浮鼓风机和空气悬浮鼓风机中的至少一种。


4.一种降低小规模生活污水处理能耗的控制方法，其特征在于，采用权利要求1-3任一所述的降低小规模生活污水处理能耗的控制系统，主要包括以下步骤：
S1，根据确定的小规模生活污水处理系统特有运行规律在前馈控制模块中设定全年水量分别处于高负荷、低负荷和节假日负荷的特征运行周期；
S2，针对所述前馈控制模块内水量分别处于高负荷模式、低负荷模式和节假日负荷模式时，鼓风系统运行频率具有的特征性，对不同负荷模式下的鼓风系统运行频率进行赋值；
S3，根据进水池或调节池水位变化率，确定好氧生化池中所需要的氧气输入量，从而确定风量需求，采用反馈控制模块进行计算后对鼓风系统运行频率进行赋值；
S4，所述频率判定模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：张兆昌，唐智伟，
申请(专利权)人：中科院建筑设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11