“十三五”全國城鎮污水處理及再生利用建設規劃目標：到2020年底，實(shí)現城鎮污水處理設施全覆蓋。城鎮污水處理率達到95%，其中地級及以上城市建成區基本實(shí)現全收集、全處理，縣城不低于85%，其中東部地區力爭達到90%。城鎮污水處理廠(chǎng)的主要建設已經(jīng)完成，未來(lái)自動(dòng)化、信息化、無(wú)人值守運行、節能降耗及處理新工藝是今后的發(fā)展趨勢。除磷加藥自動(dòng)控制技術(shù)通過(guò)優(yōu)化調度控制技術(shù)、構建節能降耗優(yōu)化調度模型，分析水質(zhì)數據情況，計算合適的用藥比例，節約用藥成本，能夠在實(shí)現出水達標的基礎上能夠有效降低運營(yíng)成本，做到節能降耗，解決了污水處理廠(chǎng)面臨的實(shí)際問(wèn)題。

　　1、除磷加藥系統的設計

　　1.1 控制模式

　　為了達到與工藝運行的緊密結合，讓自動(dòng)控制技術(shù)得到更好的應用，起到更好的效果而非單純的自動(dòng)化，本文在控制參數方面用間接指標代替了直接指標,過(guò)程濃度值代替了出水濃度值，即過(guò)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：輸入參數為進(jìn)水流量Q，加藥前的正磷酸鹽的濃度值PO4-P，輸出參數為除磷藥劑投加量。

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

　　前饋加反饋控制：輸入參數為進(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，輸出參數為除磷藥劑投加量。

　　反饋疊加控制：輸入參數為進(jìn)水流量Q，加藥后的正磷酸鹽的濃度值PO4-P，出水總磷TP，輸出參數為除磷藥劑投加量。

　　1.2 系統配置

　　除磷加藥系統由PLC控制系統和HMI組成，主要實(shí)現運行狀態(tài)的監控，運行工藝參數的實(shí)時(shí)采集及保存，設備維護的提示及記錄，分析水質(zhì)數據情況，計算合適的用藥比例，變頻控制加藥泵的運行。

　　除利用污水處理廠(chǎng)原有的自控設備及儀表，此自動(dòng)控制系統主要的硬件配置如下：PLC控制系統：AB1769系列PLC、觸摸屏，在線(xiàn)水質(zhì)分析儀表為哈希在線(xiàn)PO4分析儀，型號Phosphaxsc，量程0.05~15mg/L，響應時(shí)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(dòng)化是水處理自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的三個(gè)階段。儀表在這三個(gè)階段都起到了基礎性的作用，從普通化到智能化水質(zhì)監測傳感器的使用，為自動(dòng)化數學(xué)模型和過(guò)程控制系統提供了基礎性的過(guò)程分析數據。本系統采用MODBUS通訊的方式與在線(xiàn)PO4分析儀和電磁流量計進(jìn)行通訊，而非采用傳統的4~20mA模擬信號處理方式。構建了監測儀表網(wǎng)絡(luò )，實(shí)時(shí)讀取儀表的過(guò)程數據、運行狀態(tài)以及累計運行時(shí)間等關(guān)鍵參數，這些參數能夠更好的評估儀表數據的有效性，并評估儀表的維護要求。

　　1.4 自動(dòng)控制方案

　　本系統的控制算法以PID閉環(huán)控制為基礎，基于水質(zhì)計算模型，通過(guò)自控程序的邏輯判斷，再綜合在線(xiàn)儀表的反饋修正，最終輸出到自動(dòng)化執行設備。

　　PID控制的基礎是比例控制，積分控制可消除穩態(tài)誤差，但可能增加超調，微分控制可加快大慣性系統響應速度以及減弱超調趨勢。這個(gè)理論和應用的關(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。

　　PID控制參數的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應曲線(xiàn)法和衰減法。三種方法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是通過(guò)試驗，然后按照工程經(jīng)驗公式對參數進(jìn)行整定。但無(wú)論采用哪一種方法所得到的控制器參數，都需要在實(shí)際運行中進(jìn)行最后調整與完善。一般采用的是臨界比例法。

　　本系統根據人工加藥的運行規律，采用臨界比例法先確定采樣時(shí)間—10分鐘，動(dòng)態(tài)優(yōu)化比例系數，最后調整積分和微分系數。

　　2、實(shí)際應用

　　除磷加藥自動(dòng)控制系統在北京某污水處理廠(chǎng)進(jìn)行了實(shí)際應用，該污水處理廠(chǎng)二級處理工藝為AAO，采用的是反饋控制模式，系統自動(dòng)進(jìn)行閉環(huán)反饋數學(xué)模型運算控制。該廠(chǎng)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池的曝氣池末端，PO4-P測量點(diǎn)位于二沉池進(jìn)水配水渠，距藥劑投加點(diǎn)水力停留時(shí)間約5~10分鐘。自控控制系統原理圖如圖2所示。

　　控制系統結合該廠(chǎng)的實(shí)際運行情況，經(jīng)過(guò)多次模擬實(shí)驗后將過(guò)程PO4-P設定值為0.35mg/L。根據進(jìn)水流量和測試點(diǎn)正磷酸鹽濃度值的動(dòng)態(tài)變化，實(shí)時(shí)自動(dòng)調節加藥量的投放，在保證出水總磷(TP)穩定達標的情況下，平均每天藥劑節約了18%左右。

　　3、結語(yǔ)

　　介紹的這種新型除磷加藥自動(dòng)控制系統解決了依靠人工經(jīng)驗進(jìn)行投加的眾多弊端，綜合實(shí)現了平穩的出水水質(zhì)、節約了藥劑費用，穩定了工藝運行，降低了整體污水處理系統的波動(dòng)和滯后，達到了初步的無(wú)人值守狀態(tài)，是一種具有應用推廣潛力的污水處理控制技術(shù)。( >

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