除磷加药自动控制技术在污水处理厂的应用

全国城市污水处理和循环建设“十三五”规划目标:2020年底实现城市污水处理设施全覆盖。市区污水处理率达到95%，其中地级及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%。town 污水处理工厂主体建设已经完成，未来发展趋势是自动化、信息化、无人值守、节能降耗、处理新技术。除磷加药自动控制技术通过优化调度控制技术，建立节能降耗优化调度模型，分析水质数据，计算合适的加药量，节约药剂成本，可以在实现出水达标的基础上有效降低运行成本，实现节能降耗，解决污水处理厂面临的实际问题。

1.脱磷加药系统的设计

1.1控制模式

为了实现与工艺操作的紧密结合，使自动控制技术得到更好的应用，而不是简单的自动化，达到更好的效果，本文在控制参数中用间接指标代替直接指标，用工艺浓度值代替出水浓度值，即工艺正磷酸盐PO4-P代替总出水磷TP。这里将化学除磷优化系统的控制模式归纳为前馈控制、反馈控制、前馈加反馈控制和反馈叠加控制四种模式。如图1所示。

前馈控制:输入参数为进水流量Q，投加前正磷酸盐PO4-P浓度，输出参数为除磷剂投加量。

反馈控制:输入参数为进水流量Q，加药后正磷酸盐PO4-P的浓度，输出参数为除磷剂的投加量。

前馈反馈控制:输入参数为进水流量Q、加药前正磷酸盐浓度值PO4-P和加药后正磷酸盐浓度值PO4-P，输出参数为除磷剂用量。

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值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、运行过程参数的实时采集和存储、设备维护的提示和记录、水质数据的分析、合适的投加比计算、加药泵运行的变频控制。

除污水处理厂原有自动控制设备和仪表外，本自动控制系统主要硬件配置如下:PLC控制系统: AB1769系列PLC，触摸屏，在线水质分析仪为Hash在线PO4分析仪，型号为Phosphaxsc，量程0.05~15mg/L，响应时间5min，加

1.3仪器状态诊断

仪表化、控制化和自动化是水处理自动化技术发展的三个阶段。仪器在这三个阶段都起到了基础性的作用，从推广到使用智能水质监测传感器，为自动化数学模型和过程提供基础的过程分析数据控制系统。该系统采用MODBUS通信代替传统的4~20mA模拟信号处理，与在线PO4分析仪和电磁流量计进行通信。构建了监控仪表网络，可实时读取仪表的过程数据、运行状态、累计运行时间等关键参数。这些参数可以更好地评估仪器数据的有效性和仪器的维护要求。

1.4自动控制方案

本系统的控制算法基于PID闭环控制，水质计算模型，自动控制程序的逻辑判断，在线仪表的反馈校正，最终输出到自动执行设备。

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，减弱超调趋势。这个理论和应用的关键是在做出正确的测量和比较后，如何更好的修正系统。

PID控制参数的工程整定方法主要有临界比例法、响应曲线法和衰减法。三种方法各有特点。它们的共同点是通过测试后根据工程经验公式调整参数。但无论采用哪种方法，控制器参数都需要在后期实际运行中进行调整和完善。一般采用临界比率法。

根据人工加药的运行规律，系统采用临界比例法确定采样时间——10分钟，动态优化比例系数，后期调整积分和微分系数。

2.实际应用

自动脱磷加药控制系统已在北京某污水处理厂应用。本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。该厂使用聚合氯化铝(PAFC)作为除磷剂。该药剂添加在生化反应池的曝气池末端。PO4-P测点位于二沉池进水配水渠，水力停留时间距离药剂投加点约5~10分钟。自动控制控制系统原理图如图2所示。

控制系统结合工厂实际运行情况，经过多次模拟实验，将工艺PO4-P设定为0.35mg/L。根据测试点进水流量和正磷酸盐浓度的动态变化，自动实时调整加药量。在保证出水总磷稳定达标的情况下，平均日投药量可节省18%左右。

3.结论

本文介绍的这种新型自动除磷加药系统控制系统解决了基于人工经验加药的诸多弊端，全面实现了稳定出水水质，节约药剂成本，稳定工艺运行，减少了整个污水处理系统的波动和滞后，达到了初始无人值守状态。是一项具有应用推广潜力的污水处理控制技术。(来源:北京北控水务投资管理有限公司)

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