十三五城镇污水处理建设规划与节能降耗新技术

十三五城镇污水处理建设规划与节能降耗新技术

全国城镇污水处理及再生利用“十三五”规划的目标是2020年底实现城镇污水处理设施全覆盖，城镇污水处理率达到95%，其中地级以上城市建成区基本实现全收集全处理，县城不低于85%，东部地区力争达到90%。城镇污水处理厂主体工程已完工。未来，自动化、信息化、无人值守、节能降耗、新型处理工艺将是未来的发展趋势。除磷加药自动控制技术通过优化调度控制技术，构建节能降耗优化调度模型，分析水质数据，计算合适的加药比例，节省加药费用，在达到出水达标的基础上，可有效降低运行费用，实现节能降耗，解决了污水处理厂面临的实际问题。

1、除磷及加药系统设计

1.1 控制方式

为了做到与工艺操作紧密结合，更好地利用自动控制技术，取得比简单自动化更好的效果，本文在控制参数方面采用间接指标代替直接指标，工艺浓度值代替出水浓度值，即工艺正磷酸盐PO4-P代替出水总磷TP。这里将化学除磷优化系统的控制方式概括为：前馈控制、反馈控制、前馈加反馈控制、反馈叠加控制。如图1所示。

前馈控制：输入参数为进水流量Q、加脱磷剂PO4-P前的正磷酸盐浓度，输出参数为脱磷剂投加量。

反馈控制：输入参数为进水流量Q、加药剂PO4-P后的正磷酸盐浓度，输出参数为脱磷剂投加量。

前馈加反馈控制：输入参数为进水流量Q、加药PO4-P前正磷酸盐浓度值、加药PO4-P后正磷酸盐浓度值，输出参数为脱磷剂投加量。

反馈叠加控制：输入参数为进水流量Q、加药后正磷酸盐浓度PO4-P、出水总磷TP，输出参数为除磷剂投加量。

1.2 系统配置

除磷加药系统由PLC控制系统和HMI组成，主要实现运行状态的监控、运行工艺参数的实时采集与存储、设备维护的提醒与记录、水质数据的分析、适宜投药比例的计算、加药泵运行的变频控制等功能。

本自控系统除利用污水处理厂原有的自控设备及仪表外，主要硬件配置如下：PLC控制系统：系列PLC、触摸屏，在线水质分析仪器为哈希在线PO4分析仪，型号：，范围0.05～15mg/L，响应时间5min，加药电磁流量计，变频隔膜计量泵。

1.3 仪器状态诊断

仪器仪表、控制与自动化是水处理自动化技术发展的三个阶段，仪器仪表在三个阶段都发挥了基础性的作用。从使用普通到智能的水质监测传感器，为自动化数学模型和过程控制系统提供基础的过程分析数据。本系统采用通讯方式与在线PO4分析仪、电磁流量计进行通讯，替代传统的4~20mA模拟信号处理方式。构建监测仪表网络，实时读取仪表过程数据、运行状态、累计运行时间等关键参数。通过这些参数可以更好地评估仪表数据的有效性，评估仪表的维护要求。

1.4 自动控制方案

本系统的控制算法以PID闭环控制为主，根据水质计算模型，通过自动控制程序的逻辑判断，再结合在线仪表的反馈修正，最后输出至自动化执行设备。

PID控制的基础是比例控制。积分控制可以消除稳态误差，但可能会增加超调量。微分控制可以加快大惯性系统的响应速度，并减少超调趋势。该理论和应用的关键在于如何在进行正确的测量和比较后更好地校正系统。

PID控制参数的工程整定方法主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法，三种方法各有特点，但共同点都是先通过试验再根据工程经验公式进行参数整定，但无论采用哪种方法，最终得到的控制器参数都需要在实际运行中再进行调整完善，一般采用临界比例法。

本系统根据手动加药操作规律，采用临界比例法，首先确定采样时间-10分钟，动态优化比例系数，最后调整积分、微分系数。

2.实际应用

除磷加药自动控制系统已投入实际使用。该污水处理厂二级处理工艺为AAO，采用反馈控制方式，系统自动进行闭环反馈数学模型运行控制。该厂采用聚合氯化铝（PAFC）作为除磷药剂，药剂投加于生化反应池曝气池末端。PO4-P测量点位于二沉池配水渠内，距药剂投加点水力停留时间约为5～10分钟。自动控制系统示意图如图2所示。

控制系统结合工厂实际运行，经过多次模拟实验设定工艺PO4-P值0.35mg/L，根据进水流量及测试点正磷酸盐浓度值的动态变化，实时自动调节投药量，在保证出水总磷（TP）稳定达标的同时，日均节省投药量约18%。

3. 结论

这里介绍的新型除磷加药自动控制系统解决了人工经验加药的诸多弊端，全面实现了出水水质稳定，节约了药剂成本，稳定了工艺运行，降低了整个污水处理系统的波动性和滞后性，并初步实现了无人值守，是一项颇具应用和推广潜力的污水处理控制技术。（来源：）