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            EEPW首頁 > 工控自動化 > 設計應用 > SPR污水處理系統(tǒng)的智能控制

            SPR污水處理系統(tǒng)的智能控制

            作者: 時間:2012-02-20 來源:網(wǎng)絡 收藏

            摘要:針對統(tǒng)工作中所存在的問題,控制出水化學需氧量COD保持恒定,以保證在各種條件下出水的水質(zhì),介紹了一種采用混合型模糊控制器控制的統(tǒng)的控制原理,并設計了模糊控制器、PI調(diào)節(jié)器和控制軟件。仿真表明控制速度快,超調(diào)量小,調(diào)節(jié)時間短。系統(tǒng)動態(tài)性能和靜態(tài)性能良好,具有較高的魯棒性和性價比,實用性強。
            關鍵詞:混合型模糊控制器;化學需氧量;閥門開度;隸屬度;魯棒性

            現(xiàn)代城市大多采用傳統(tǒng)的SBR工藝和CCAS工藝,其相應的處統(tǒng)均存在污水輸送管道長、工藝流程長、占地面積大、系統(tǒng)組成龐大、投入大、散發(fā)臭氣、后的水不能回用、運行費用高等問題;隨著我國社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展,新興工業(yè)城市規(guī)模的不斷擴大,人們對水資源的需求在不斷地擴大,城市可持續(xù)發(fā)展中的水污染和節(jié)水、居住環(huán)境的好壞已越來越成為人們關注的焦點,特別是那些產(chǎn)生高濁度高濃度污水的高污染企業(yè),給城鎮(zhèn)人類生存環(huán)境帶來巨大的壓力,人們迫切需要一種專用于高濁度高濃度污水處理的新技術(shù),污水處理技術(shù)正是應這種實際需求,依靠化學反應、物理吸附、懸浮泥層精細過濾與流體力學分離原理的巧妙結(jié)合,可直接進行高濁度高濃度污水處理的新技術(shù),由于SPR污水處理系統(tǒng)具有高效、節(jié)省、占地少、無臭氣散發(fā)、污水凈化后可再生利用等特點,使其成為解決城市水污染和節(jié)水問題的最好途徑之一;但由于SPR污水處理系統(tǒng)出水水質(zhì)和化學藥劑用量大小是依靠紊流速度、混合時間和污水凈化罐特有的水力學結(jié)構(gòu)設計,通過污水在瓷球污水凈化罐內(nèi)與藥劑取得最佳混凝凈化效果來保證的,這樣,它們極易受到電機轉(zhuǎn)速、紊流速度、電網(wǎng)電壓波動、輸入污水濁度濃度變化、罐內(nèi)壓力變化的影響,使出水水質(zhì)變差,或因水中含有化學藥劑成分較大而造成二次污染,降低系統(tǒng)效率;為此,提出一種通過對藥簡閥門開度的模糊控制,控制流入泵前管中的化學藥劑量,達到控制出水化學需氧量COD保持恒定的效果,以保證在各種條件下出水的水質(zhì),達到合理投藥量的目的。

            1 藥筒閥門開度的控制原理
            SPR污水處理工藝流程為:已被送入污水池的高濁度高濃度污水經(jīng)水泵泵前管道、藥筒流入處、水泵葉輪和蛇形管道以一定的流速被送入瓷球污水凈化罐內(nèi),化學藥劑通過泵前吸藥管道、高速旋轉(zhuǎn)的水泵葉輪的攪拌、蛇形反應管的紊流切割和瓷球反應罐內(nèi)球面趨膚效應等途徑后得以充分的混合,使污水中處于溶解狀態(tài)的有機污染物、重金屬離子和有害的鹽類從水中析出,成為有固相界面的微小顆粒,并依靠污水凈化罐內(nèi)部結(jié)構(gòu)凝聚吸附,在罐體的中上部形成一個幾十厘米厚、致密的懸浮泥層,對出水進行過濾,輸出達標的處理水;對罐內(nèi)的污泥處理,當罐內(nèi)形成的懸浮泥層達到一定量后,依靠渦流形成的向心力、過濾水力學形成的牽引力和自身的重量,被快速引入污泥濃縮室沉降分離,當污泥濃縮室蓄滿時被定期排出。
            從上面的工藝流程中可以看出,藥筒閥門開度的大小在整個污水處理過程中起著很關鍵的作用,開度過小,隨污水流入的藥量小,不足以達到化學反應所需的藥量,不能保證出水的COD指標;開度過大,隨污水流入的藥量大,造成投入浪費和二次污染;為了使閥門開度能根據(jù)流入污水的實際情況和處理的效果有合理的開度,選擇處理后水中的化學需氧量COD大小作為衡量出水水質(zhì)好壞的標準,通過監(jiān)測出水COD大小,控制藥筒閥門的開度及化學藥劑的流入量,使出水COD基本保持不變,從而組成了COD閉環(huán)控制系統(tǒng)模式;由于在SPR污水處理工藝流程中存在物理、化學、流體力學等過程,使整個過程非常復雜,此對象為一個非線性、大滯后、時變不確定環(huán)節(jié),因而,采用二維模糊控制器和傳統(tǒng)的PI調(diào)節(jié)器相結(jié)合,構(gòu)成混合型模糊控制器的控制形式,組成無差模糊控制系統(tǒng),系統(tǒng)框圖如圖1所示。

            本文引用地址:http://www.biyoush.com/article/161084.htm

            a.JPG


            系統(tǒng)的工作原理為:首先,通過COD在線檢測儀測定出水的COD參數(shù)與給定的COD參數(shù)進行比較,得到偏差信號e,送到積分調(diào)節(jié)器,同時,將偏差信號和一個采樣周期后該偏差的變化量ec作為模糊控制器的輸入變量,經(jīng)各自的量化因子,送到二維模糊控制器進行計算、判斷與決策、非模糊化處理,經(jīng)比例因子Kuf得到控制變量uf,與經(jīng)過PI運算和強弱因子Kui處理的ui相加,得到藥筒閥門開度的控制變量u,實現(xiàn)對污水中COD的無靜差控制,提高處理后的水質(zhì)。

            2 模糊控制器和積分調(diào)節(jié)器的設計
            2.1 模糊化處理
            為了提高系統(tǒng)的性能,模糊控制器采用二維模糊控制器,其輸入信號分別為COD偏差信號e和偏差的變化量ec,閥門開度控制信號uf,其對應的模糊變量分別為E、EC、Uf。
            模糊化處理就是將輸入變量、輸出變量、控制變量由基本論域轉(zhuǎn)換成相應的模糊論域。而基本論域一般由實際要求決定,模糊論域由經(jīng)驗設定,其量化因子、比例因子及實際輸入值的計算公式為:
            b.JPG
            式中,x為輸入輸出變量的實際值,a、b為其基本論域的上下限,c、d為模糊集論域的上下限,k為量化因子或比例因子。
            根據(jù)SPR污水處理工藝的實際情況,通常出水COD一般要求為40 mg/L以下,本系統(tǒng)中出水COD要求基本穩(wěn)定在30 mg/L,設偏差e的基本論域為[-30,30],其模糊量E的模糊論域為[-6,6],則模糊量化因子Ke=0.2;誤差變化率ec的基本論域為[-6,6],模糊量EC的模糊論域為[-6,6],則模糊量化因子Kec=1;控制量uf的基本論域為[-78°,78°],其模糊量Uf的模糊論域為[-6°,6°],則比例因子Ku=13。為了提高穩(wěn)態(tài)精度,E的模糊集取8個元素,有NO和PO之分;EC及Uf的模糊集取7個元素,它們是NB(負大)、NM(負中)、NS(負小)、NO(負零)、ZO(零)、PO(正零)、PS(正小)、PM(正中)、PB(正大)。


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