Устройство для автоматического управления процессом биологической очистки сточных вод Советский патент 1989 года по МПК C02F3/02 C02F3/34 G05D27/00 

TTYZ

Изобретение относится к очистке сточных вод и может быть использовано в системах автоматического управления на сооружениях биологической очистки.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и повьшение эффективности очистки сточных вод переменного состава.

На чертеже показана схема устройства для автоматического управления процессом биологической очистки сточных вод.

Устройство содержит накопитель 1, аэротенк 2, отстойник 3, насос-дозатор 4 возвратного активного ила, дозирующие элементы 5 и 6 на входе и выходе накопителя 1, расходомеры 7 и 8 сточной воды и возвратного активного ила, подключенные к блоку

9вычисления коэффициентов математической модели аэротенка 9, измеритель 10 концентрации органических загрязнений, измеритель 11 скорости потребления кислорода и измеритель

12 концентрации активного ила, соединенные с блоками 9 вычисления коэффициентов математической модели аэротенка и блоком 13 фильтрации результатов измерений. Выход блока 9 вычисления коэффициентов математической модели аэротенка подключен к блоку 13 фильтращш результатов Измерений и к двухканальному регулятору 14, а выход блока 13 фильтрации результатов измерений соединен с входом двухканального регулятора 14, выходы которого подключены к насосу- дозатору 4 возвратного активного ила дискриминатору 15, к входам блока 9, К другому входу дискриьшнаТора 15 подключен уровнемер 16 сточной воды в накопителе 1. Выходы дискриминатора 15 связаны с дозирующими элементами 5 и 6.

Блок 9 вычисления коэффициентов математической модели аэротенка представляет собой специализированное вычислительное устройство, реализующее алгоритм скользящего допуска.

Устройство работает следующим образом.

Аналоговые выходные сигналы расходомеров 7 и В сточной воды и возвратного активного ила, измерителя

10концентрации органических загрязнений, измерителя 11 скорости потребления кислорода и измерителя 12 К01

центрации активного ила поступают на входы блока 9 вычисления коэффициентов математической модели, в который введена математическая модель процесса биологической очистки сточных вод и измерений в виде

S |-()-p,X |&()- |-x-H(p-|4j)(,

Р

SaSx , KS+S

5

0

5

0

5

0

5

0

5

х. FS

к,х.

лоп R К,р1 где S,S +KjX,

F V Sw

Р-Р соответственно концентрация оргагЛчческих загрязнений в аэротенке, определяемая по скорости потребления кислорода в аэротенке, мг/л, и скорость ее изменения, мг/л-ч; расход сточной воды, объем аэротенка, концентрация органических загрязнений в поступающей сточной воде, мг/л; соответственно максимальная и текущая удельные скорости деструкции органических загрязнений в аэротенке, мг/чт; коэффициент полунасыщения по органическим веществам, мг/л;

соответственно концентрация активного ила в аэротенке, г/л, и скорость ее изменения, г/л«ч , расход возвратного активного ила, концентрация возвратного активного ила, г/л) расход избыточного ила, коэффициент прироста ила,

Г/МГ-,

скорость отмирания активного ила, ч i оптическая плотность активного ила ,

скорость потребления кислорода, мг/л-ч-,

K,,K,j,К - коэффициенты пропорциональности.

Ко Х,Х F«-XR -V

ОП

R

В блоке 9 вычисления коэффициентов математической модели аэротенка формируется билинейная форма ошибки идентификации и производных величин S и X. В режиме идентификации, периодичность которого зависит от конкретных условий процесса: состава и концентрации сточных вод, активного ила, цикличности колебаний нагрузки по органическим веществам и т.п., производится измерение установившихся значений S и X при заданных величинах F, FH и 5. Результаты измерений используются для решения задачи расчета кинeтичecкIfx коэффициентов математической модели - рт , К./Мр, методом скользящего допуска. Величины коэффициентов К,.., Ktj в уравнениях измерений определяется сопоставлением показаний измерителей 11 и 12 скорости потребления кислорода и концентрации активного ила с результатами лабораторных анализов.

Например, при очистке сточных вод заводов синтетических спиртов в режиме V 7000 м, F UOO , ЕЯ 500 , XR 8 г/л, Svt 1050 мг в результате идентификации получены следующие величины кинетических ко- эффициентов: р 420 мг/г.ч, Кл, 11U мг/л, |Чв 0,02 , / 0,0005 . К,0,48; K,,95 мг/мг

К 5,4 мг/г-ч.

Длительность цикла идентификации 1-3 дня, причем 99% времени идет на сбор информации и только 1% на расче величин кинетических коэффициентов. После расчета величин кинетических коэффициентов по той же математичес- кой модели в блоке 9 вычисления коэф цифиентов математической модели аэротенка производится расчет величин р и Хо - заданий для двухканального регулятора 14.

Выходные сигналы измерителя 10 концентрации органических загрязнений, измерителя 11 скорости потребления кислорода и измерителя 12 концентрации активного ила поступают также на входы блока 13 фильтрации результатов измерений. Последний представляет собой вычислительное устройство, в котором производится оценка основных переменных процесса S и X на основе априорной информации в виде той же самой математической модели процесса, уравнений измерений, статистических характеристик

0

Q g

5 «

Q

5

5

5

шумов измерения и моделирования. При этом используются )И1р1енты математической модели и параметры стационарного режима Se и Х, полученные в предЬщупем цикле идентификации .

Программа блока 13 основана на алгоритме нелинейной расширенной фильтрации Кальмана. Выходными сигналами блока 13 являются отфильтрованные значения S и л основньк переменных процесса S и X соответственно. Отфильтрованные значения § и Х поступают на входы двухканального регу- лятор а 14.

Двухканальный регулятор 14 сравнивает величины S и А, рассчитанные в блоке 13, с заданиями S и Х, рассчитанными в блоке 9, и формирует на

выходах управляющие сигналы и обеспечивающие стабилизацию концентрации загрязнений в очищенной воде путем изменения соответственно расходов сточной воды и возвратного активного ила.

При расчете величины оптимальной нагрузки на активный ил учитываются количественные и качественные показатели процесса: расхрл сточной воды в аэротенк 2, концентрация органических загрязнений в сточной воде, концентрация активного ила в аэротенке, биокисляемость сточной воды и активность ила. Два последних параметра учитываются в виде комплексного показателя, характеризующего активность ила и соответствие видового состава микроорганизмов или составу органических загрязнений поступаюшей сточной воды. Величина этого показателя рассчитывается по измерениям расхода сточной воды, концентрации органических загрязнений в ней, скорости потребления кислорода и кон-, центрации активного ила в аэротенке. Чем меньше удельная (на 1 кг ила) скорость потребления кислорода при одном и том же количестве поступающих органических загрязнений, тем меньше соответствие составов воды и ила, его активность и рассчитанная величина оптимальной нагрузки на ил.

Двухканальный регулятор 14 рассчитан на основе алгоритма линейного пропорционального регулятора по квадратичному функционалу.

При регулировании подачи сточной воды в аэротенк 2 работает либо до

71

зирующий элемент 5, либо дозирующий элемент 6. Переключением дозирующих элементов и их производительностью управляет дискриминатор 15, собранный на пороговых элементах. По команде двухканального регулятора 14 Уменьшить подачу сточной воды в аэротенк дискриьшнатор 15 вначале уменьшает расход сточной воды, отбираемой из накопителя 1 дозирующим элементом 6 до полной остановки его, затем включает дозирующий элемент 5 и постепенно увелг чивает его гфоиз- водителыюсть. В противном случае, в начале уменьшается производительность дозирующего элемента 5, отби- раюп1его воду в HaKonnTejib 1, и после (; . В1шючартс я до лрующи 1 o.4t ;. т: о,

1 ynvau7:ric;iosr: лходу дисл рлмлна- TOjja 1J 1ю; -- тк)ЧсН ypoBiit-;-Gi.. 16 сгоч- Hoi i 3 fKiKoriifi еле 1, по сшчш- Jiaa lorrc pj j-. л,. С гри 1)натсф 5 б;1оки- руот ,,y друхкаяального регу:г.ч Toi .q 14 ы ш пнчу ст О пий водь; ь на- к :ii-i C , ejib 1, РС:;И nocj;LViHi;ii ly И . ишси, . ил пьпус;; С гоч :1м1 поды из ;;ти- ли ч 1 1 , он ,

Ecj;ji. нагрузка на аэроуеш-; не ор- / ; ::ii iocKi -.: j.:;i - ТТ ам умели ллас : и, и ;; --ioicioM ; о. : . ;пг LiTOvH -ii п. Дь- и кл . 0-1 TL . ча, ч о ,дпухр;;з 11.-:ль-- |;ый pfn уи -ггоп 1. гя nepput.f кьг:ч- : Ч Умс1 ЬШ тть иодач- сточяоГг воды, на птороь пыходе - Увеличить расход вознр тноге ила. При c li s.GHHH нагрузки по органичес;- ккм .I M K OTj-aM Д :-й П Г1И ;к :тгттора 14 1р о ги р. л по л -ы опис ,j. н иы1 .

. г C i О Г ОЙ D Де VBf- ,n-nb4OO Ь

со/;г; Ж31;-;.: тр /дпоота с Л5:;:: IMX kv.миг иен то i или /Mc/if tu Tacb актиг,, uia : |;- игизис о : :л i ; ; F ;л .ргяпи- чсс ким Betn,ef - чам, тг регулятор 14 ум- нг, пол.т-iy сточ..} РОм.п ;; аэро

8

0

0

0

чз

0

TeiiK 2, не изменяя расхода возвратного ила.

Формула изобретения

Устройство для автоматического управления процессом биологической очистки сточных вод, содержащее взаимосвязанные накопитель на входе установки, аэротенк и отстойник, дозирующие элементы на входе и выходе накопителя, насос-дозатор на линии возвратного ила, расходомеры сточной воды и возвратного активного ила и измерители концентрации органических загрязнений в сточной воде и активного ила, связанные с вычислительным блоком, уровнемер в накопителе и дискриминатор, соединенный первым входом с уровнемером, а выходами с дозирующими элементами, о т- л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расшир иия функциональных воз- MOKHocTcj и повышения эффективности очис . г.и елочных вод переменного со- ст апа, О:,о дополнительно снабжено бло- 1чог: ф -1Ь 1 рации результатов измерений, двухкяиальяым регулятором и измерителем скорости потребления кислорода, Ч .пленным с вьп1ис:п1тельным блоком, 1. . .ii ььиод ко торого связан с пер- libi;-) ьлодом лпухканального регулято- р,, а второй - с иходом блока филь- pai;vnt резутгьтатов измерений, остальные входы которого соедпнр-ны соответственно с измеритлпями конп,ент- рапии органических зат-рязнений, активного ила и скорости потребления кислорода, а выход - с вторым входом дтз т канал люго регулятора, первый которого свячал с в 1 | рым пходом дискрпм1натора и ьычислигсль- лым блоком, а мхс Л с насосом - дозатором а1С тивного ила и вы- числитрль гым блоком.

Изобретение относится к очистке сточных вод и может быть использовано в системах автоматического управления на сооружениях биологической очистки. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и повышение эффективности очистки сточных вод переменного состава. В устройстве предусмотрено измерение расходов поступающей сточной воды и возвратного активного ила, концентрации поступающих загрязнений, концентрации активного ила и скорости потребления кислорода в аэротенке. В зависимости от полученных результатов вырабатываются управляющие воздействия по потокам поступающей сточной воды и возвратного активного ила для поддержания заданного режима очистки. На чертеже показаны позиции: 1 - накопитель, 2 - аэротенк, 3 - отстойник, 4 - насос-дозатор возвратного активного ила, 5 и 6 - дозирующие элементы, 7 и 8 - расходомеры соответственно сточной воды и возвратного активного ила, 9 - блок вычисления коэффициентов математической модели, 10 - измеритель концентрации органических загрязнений, 11 - измеритель скорости потребления кислорода, 12 - измеритель концентрации активного ила, 13 - блок фильтрации результатов измерений, 14 - двухканальный регулятор, 15 - дискриминатор, 16 - уровнемер. 1 ил.