液體處理化合物的自修正定量控制方法

2023-05-31 04:52:01

專利名稱：液體處理化合物的自修正定量控制方法
技術領域：
本發明所屬領域本發明涉及一種液體處理化合物的自修正定量控制方法。更確切地說，是涉及一種液體處理化合物的定量控制方法，利用這種方法，在一個自修正液體速度變量的液體處理系統中，對液體進行處理。
即使液體流量短時間的增加，在通過處理系統的液體中產生的尖峰值，也會造成化合物定量配給過程的不精確。
過去，要確定化合物的配給量，首先要對入流液體中的化合物濃度進行實驗室測定或簡易測定，並對液體的流速加以測量。然後作定量計算。根據計算結果，人工調準給料設備，例如一個化合物給料泵。後來，利用一個入流水流速度信號，使給料泵作到了局部的同步化。但是，仍然要對入流的化合物濃度進行人工測量，並且人工精確調準給料泵的定量比例。再後來，人們發現入流的化合物濃度是相當穩定的。一個處理工廠，例如一個汙水處理廠，有一個嚴格的出流排放標準，以滿足環境的要求。為了調節化合物的定量比例，從而保持一個特定的出流排放物的化合物濃度，那麼利用測試的數據，就是一個較為直接的方法，可以保證一個較好的給料結果。
近年來，對化合物濃度測定，已經有了可靠的自動分析儀，使得整個化合物給料過程能夠自動化。這樣，便不再需要進行人工測定和人工調準工作。同時造成的另外一個結果是，在水處理過程中，可以利用自動分析儀來測定一系列的化合物，使得定量給料工藝還可以應用於其它方面，例如向一個通氣的生物反映器中添加碳酸鈉以控制硝化作用，或者在加入澄清劑之前，先加入鐵鹽或者鋁鹽，以控制去除磷素。
但是對於一個變流系統中的入流和出流中所含化合物進行測定與測量的方法，其精確性是有問題的，原因是入流中帶有尖峰值。人們希望找到一種經過改進的、有效的水處理過程中的化合物定量控制方法。
本發明的優點在於在一個液體處理過程中，例如在水處理或者汙水過濾的過程中，利用本申請人的創新方法，可以完成自修正的、有效的化合物自動定量控制，改進化合物的定量控制方法。根據流量表上顯示的尖峰值，進行系統中定量添加化合物的計算機計算時，會造成不精確的結果。本發明的方法是自修正的。因為這種方法利用了液體流速的動態平均值，從而將液體流速中的尖峰值，作為定量控制信號而加以計算。
用於控制添加處理化合物的方法，使用一個自修正的自動定量控制系統，這個系統包含來自一個液體流量表的信號、來自一個入流化合物濃度分析儀的信號和(或者)來自一個出流化合物濃度分析儀的信號的集合。這個新的信號集合可以改進化合物定量的控制和精確性。這些信號被導入一個計算機化合物定量控制器，這個計算機化合物定量控制器控制著化合物給料泵。
在這個化合物系統中被處理的液體可以是汙水，處理汙水的化合物是一種碳素化合物。一種碳素化合物常常被加入反硝化作用反應器，以促進反硝化作用。
在本發明一種自修正的水處理化合物的自動定量控制方法中，流量計是入流流量計，化合物濃度分析儀是出流分析儀，或者是將入流分析儀和出流分析儀相結合。將液體流速數據和化合物濃度分析結果綜合起來，以此作為基礎，來改進水處理過程中的化合物定量給料。
本發明在一個具有入流和出流的處理系統中，在液體處理過程中，對液體處理化合物進行自修正自動定量控制的方法，包括以下內容a.測量通過處理系統的動態平均液體流速，並根據測量結果，生成一個液體流速信號；b.測定處理系統內的一種化合物的濃度，並根據測定結果，生成一個化合物濃度信號；c.將步驟a和步驟b所生成的信號，傳遞到化合物定量控制器；d.由輸入化合物定量控制器的信號，自動計算一種化合物的給料定量；e.基於步驟d所計算出的給料定量，生成化合物定量控制器的輸出信號。把這個輸出信號，傳遞到一個化合物給料系統；f.按步驟e的輸出信號，把步驟d所計算出的給料定量，添加到入流液體之中；g.在液體處理過程中，連續重複步驟a到步驟f。
在一定的時段中，測量液體流速兩次或兩次以上，計算測量結果的平均值，就可以得出步驟a的動態平均液體流速。這種方法，是通過測量系統中的入流，得到液體流速。另外，也可以通過測量系統中的出流，而得到液體流速。液體流速可以用一個液體同步放大器來調準。通過測定系統中的入流，可以得到步驟b的化合物的濃度。或者通過測定系統中的出流，也可以得到步驟b的化合物的濃度。或者既測定系統中的入流，又測定系統中的出流，而得到步驟b的化合物的濃度。就本發明來說，一方面步驟b的化合物與步驟d的化合物，可以是同一種化合物。另一方面，步驟b的化合物與步驟d的化合物，也可以是不同的化合物。
步驟a的動態平均液體流速的測量，和步驟b的化合物的濃度的測定，最好是連續進行的。或者，步驟a的液體流速的測量是連續的，而計算測量結果的平均值，是在特定的時段中進行的。這個計算平均值的時段的長度，為15秒鐘到30分鐘。步驟b的化合物的濃度的測定，按一定的時間間隔進行。間隔的時間長度，為不足一秒到大約15分鐘。
具體來說，這個液體處理過程中的液體是水，處理過程為水處理過程。
本發明自修正的自動定量控制方法，可以用於一個具有入流和出流的反硝化作用的處理系統中。在這種水處理過程中，所控制的化合物是硝態氮(硝酸鹽-氮)，添加的化合物是一種有機碳化合物。這種方法包括以下內容a.測量通過處理系統的動態平均水流速度，並根據測量結果，生成一個水流速度信號；b.測定處理系統中的入流水體中的硝酸鹽-氮的濃度，並根據測定結果，生成一個化合物濃度信號；c.將步驟a和步驟b所生成的信號，傳遞到化合物定量控制器；d.通過至少一個可調的定量因子，自動調準硝酸鹽/氮素信號；e.根據經過調準的輸入化合物定量控制器的信號，自動計算給料化合物的定量；f.基於步驟e所計算出的給料定量，生成化合物定量控制器的輸出信號。把這個輸出信號，傳遞到一個化合物給料系統；
g.按步驟f的輸出信號，把給料化合物，添加到入流水體之中；h.在反硝化(脫氮)作用過程中，連續重複步驟a到步驟g。
在這種方法中，給料化合物是從由醇類和揮發性脂肪酸所組成的一組化合物中選擇出來的。給料化合物最好是甲醇。一方面，步驟c的水流速度信號，被一個液體同步放大器自動調準。另一方面，對系統中的入流水體中和出流水體中的硝酸鹽-氮的濃度，都進行了測量。最好為出流水體硝酸鹽-氮的濃度選擇一個基準點。通過測量出流水體中的硝態氮的濃度，生成硝態氮濃度信號。這個濃度信號，被傳遞到化合物定量控制器。
具體來說，計算出流水體中的硝態氮的濃度與基準點之間的差值，就形成一個控制反應信號。這個控制反應信號通過一個或者多個敏感因子進行調準。經過調準的控制反應信號，被自動綜合到計算給料化合物定量的過程中。最好由這個定量結果，生成一個經過調整的輸出信號。這個信號從化合物定量控制器，被傳遞到化合物定量給料系統。或者，這個經過調整的、從化合物定量控制器所輸出的信號，在經過一個復位時間後，才被傳遞到化合物定量給料系統。對於本發明，具體來說，這個復位時間是人工輸入的。或者，這個復位時間是根據水體滯留時間，自動計算出的一個變量。水體滯留時間，是通過讀取處理罐中的容量水平指示表上的數據，並且將這個容量除以動態平均水流速度而計算出來的。復位時間，是依據水處理過程中的水體滯留時間，和處理過程的反應時間而得出的。硝態氮濃度信號，通過至少一個可調的定量因子，可以被自動調準。
另外一種方法是，在一個具有入流和出流的反硝化作用水處理系統中，使用一種有機碳化合物作為給料化合物，對硝態氮進行自修正自動定量控制。這種方法包括以下內容a.選定一個出流中硝態氮濃度的基準點；b.測量通過處理系統的動態平均水流速度，並根據測量結果，生成一個水流速度信號；
c.測定處理系統中的出流水體中的硝態氮的濃度，並根據測定結果，生成一個化合物濃度信號；d.將步驟b和步驟c所生成的信號，傳遞到化合物定量控制器；e.計算出流水體中的硝態氮的濃度與基準點之間的差值，生成一個控制反應信號；f.通過一個或者多個敏感因子，調準控制反應信號；g.根據控制反應信號，自動計算給料化合物的定量；h.基於步驟g所計算出的給料定量，生成化合物定量控制器的輸出信號。把這個輸出信號，傳遞到一個化合物給料系統；i.按步驟h的輸出信號，把給料化合物，添加到入流水體之中；j.在反硝化(脫氮)作用處理過程中，連續重複步驟a到步驟i。
對入流和出流水體中的硝態氮濃度，都進行測量。另一方面，測量入流水體中的硝態氮濃度，生成一個入流濃度信號，並將其傳遞到化合物定量控制器。最好是利用一個可調的定量因子，將入流濃度信號加以調準，用一個液體同步放大器，將步驟d所生成的水流速度信號加以調準。
在一個最佳實例中，是基於平均水流速度、入流水體中的硝態氮濃度和出流水體中的硝態氮濃度，來計算化合物定量控制器的輸出信號。這個信號被傳遞到化合物給料系統。最好在經過一個重置時間以後，再計算接下來由步驟e所生成的控制反應信號。重置時間可以是人工輸入，也可以是根據水處理過程中的水體滯留時間，和處理過程的反應時間而自動計算出的一個變量。
最好還要生成一個派生的控制反應信號，以克服(出流水體中的硝態氮濃度)朝向或者偏離基準點的快速變化。生成派生的控制反應信號的較好方法是，在重置時間之前進行出流中的(硝態氮)濃度的第一次測定，在重置時間之內進行出流中的(硝態氮)濃度的第二次測定；將第一次測定的出流中的(硝態氮)濃度與第二次測定的出流中的(硝態氮)濃度加以比較，根據比較的結果來調準控制反應信號。
在一個具有入流和出流的液體處理系統中，使用一種給料化合物，對液體處理化合物進行自動定量控制，還有另外一種可供選擇的方法。這種方法包括以下內容a.選定出流中一種化合物濃度的基準點；b.測量通過處理系統的液體流速，並根據測量結果，生成一個液體流速信號；c.測定入流水體中與步驟a中相同的化合物的濃度，並根據測定結果，生成一個入流化合物濃度信號；d.測定出流水體中與步驟a中相同的化合物的濃度，並根據測定結果，生成一個出流化合物濃度信號；e.將步驟b所生成的信號，傳遞到一個化合物定量控制器，形成一個初級控制反應信號；f.通過液體同步放大器，來調準初級控制反應信號；g.將步驟c所生成的信號，傳遞到一個化合物定量控制器，形成一個次級控制反應信號；h.通過一個可調的定量因子，來調準次級控制反應信號；i.將步驟d所生成的信號，傳遞到化合物定量控制器，並計算出流中的化合物濃度與基準點之間的差值，形成一個第三級控制反應信號；j.通過一個或者多個敏感因子，來調準第三級控制反應信號；k.根據初級和次級控制反應信號，連續計算給料的化合物定量；當重置時間過後，再把步驟i所生成的第三級控制反應信號綜合進來；l.基於步驟k所計算出的給料定量，生成化合物定量控制器的輸出信號。把這個輸出信號，傳遞到一個化合物給料系統；m.按步驟1的輸出信號，把給料化合物，添加到入流液體之中；n.在液體處理過程中，連續重複步驟a到步驟m。
步驟a中的化合物，最好與步驟m中的化合物相同。但是有的時候，步驟a中的化合物與步驟m中的化合物是不同的。在一種具體方法中，重置時間是人工輸入的。但是重置時間，也可以是根據處理過程中的水體滯留時間，和處理過程的反應時間而自動計算出的一個變量。水體滯留時間，是通過讀取處理罐中的容量水平指示表上的數據，並且將這個容量除以動態平均水流速度而計算出來的。處理過程的反應時間，是處理過程對添加進來的化合物發生反應所需要的時間。重置時間，是基於處理過程中的水體滯留時間和處理過程的反應時間而設定的。
本發明的詳細說明本發明新的、經過改進的方法，是以液體自修正自動定量控制的方式，對添加的液體處理化合物進行控制。按照這種方法，在對需要加入系統中的化合物定量進行計算的過程中，綜合了來自一個液體流量計的動態平均信號，來自一個入流化合物濃度分析儀的信號和(或者)來自一個出流化合物濃度分析儀的信號。這種化合物自動定量控制的方法，可以被用於任何用添加化合物來處理液體的系統，例如水處理系統和汙水處理系統。這些來自化合物濃度分析儀的信號，被導入一個計算機化合物定量控制器。由這個化合物定量控制器對信號數據進行分析和調準，生成一個輸出信號。由這個輸出信號控制化合物定量設備，使它將適當量的化合物添加到處理罐或者過濾器中。
本發明的方法，以有效的控制方式，改進處理過程中化合物的定量，從而實現自修正的自動定量控制。在暴風雨高潮時，向處理系統中加入較多的泵，或者當其它入流增加的情況下，會形成入流流速的尖峰值。在水處理的過程中，泵的開與關，也會造成這樣的尖峰值。根據流量計的尖峰值讀數，在使用計算機對需要加入系統的化合物的定量進行計算時，會產生不精確的結果。本發明的方法，使用液體流速的動態平均值，以便在計算定量控制信號時，包含了這些尖峰值。所以是自修正的。
本發明的優點在於這種自動定量控制方法，也具有設置控制功能的最大正、負限度的能力。還可以自動或者人工控制重置時間，使得先前發生的變化，在系統中能夠向前傳遞，在出流的探測器上顯示出來，從而改進水處理過程中的化合物的定量。
使用自動定量控制的液體處理系統，包括汙水處理系統的反硝化作用，添加碳酸鈉或者碳酸氫鈉進行生物學通氣，以及為去除磷酸鹽而添加鋁鹽或者鐵鹽。
參見

圖1的示意說明，一個液體處理系統，或者一個利用化學過程對汙水進行處理的汙水處理系統，包括入流水體20，出流水體30，一個被稱作化合物定量控制器50的計算機控制系統，由這個化合物定量控制器產生的信號，被送到一個容量可變的化合物定量或者給料系統60，例如化合物給料泵60，由它對處理系統的適當的化合物進行定量。這個化合物給料泵60，最好通過泵速和/或者泵衝程的變化，具有一個自動可變的輸出。基於兩個或者三個變量的輸入而在化合物定量控制器50所形成的信號，將這個泵激活。形成這個信號的兩個或者三個變量分別是處理過程中的動態水流速度，入流水體化合物濃度，以及在一種備選的方法中，還包括出流水體的化合物濃度。
上述第一個變量，即處理過程中的動態水流速度，用一個電子流量計25來測量。最好將這個電子流量計置於入流水體20之中，或者也可以將其置於出流水體30之中。用流量計25測量通過處理系統10的水流速度。在一個時段中測量水流速度兩次或兩次以上，並由計算機算出在這個時段中的測量結果的平均值，就得出了平均的水流速度。例如在一個三分鐘的時段裡，每隔15秒鐘，測量一次水流速度，計算出這些測量結果的平均值，就得出了平均的水流速度。這樣，流速中的尖峰值所造成的異常測量結果，就得到了修正。由測量結果的平均值，形成水流速度信號。如果流量計被置於出流水體之中，由於水處理廠的抽水與罐貯所形成的阻留時間，造成流量計上的讀數有一個時間上的滯後。處理系統的操作員，在化合物定量控制器50上，可以將這個時間滯後加以計算。
最好是由控制器50，根據水流速度信號，生成一個初級控制反應信號。控制器50通過液體同步放大器，可以自動調準根據入流流量計的讀數或者出流流量計的讀數所生成的初級控制反應信號。對於控制反應信號的這種調準工作，或者其它任何調準工作，都可以由操作員人工完成，但最好是事先將編好的自動調準程序，輸入控制器50。經過調準的初級控制反應信號，或者處理過程的水流速度因子，可以作為定量信號被傳遞到化合物給料系統。這些測量結果和信號是連續生成的，時間頻度為大約每0.5秒到每5分鐘一次。或者，可以把經過調準的初級控制反應信號，與次級控制反應信號和(或者)第三級控制反應信號結合起來，形成一個定量信號。化合物給料系統60的最大輸出，隨著通過整個水處理系統10的水流速度而變。初級控制反應信號的計算如下初級控制反應信號＝流速乘數×平均流速+流量表的最大量程在決定入流的化合物定量時，濃度是第二個變化量，化合物分析儀28是被用來測量入流水體的化合物濃度並發出信號傳遞給定量控制器50。用來測量化合物濃度的化合物分析儀是已知技術，在此將不進一步描述。化合物定量控制器50基於化合物信號生成次級控制反應信號。次級控制反應信號是靠一個可調節定量因子來調節，這個調節因子是由操作者按照過程效能所允許的誤差範圍決定。標準的定量因子，已知技術，也能被用作調節次級控制反應。標準定量因子是實驗數據或通常是添加的化合物和相作用化合物的比值。
標準因子是已知技術。當使用甲醇來去除硝態氮時，標準定量因子約為3.0。
次級控制反應的計算如下所述次級控制反應＝(可調節定量因子×所測量的入流濃度)÷(標準定量因子×最大流體濃度)從化合物定量控制器50到給料泵60的輸出或定量信號，是通過已調節的次級控制反應信號來調整。在自動定量控制方法中，這步驟的定量信號計算如下表示定量信號＝已調節的初級控制反應信號×已調節的次級反應信號為了控制被調節的初級和次級反應信號，可以大約在小於1秒至15分鐘內，呈現入流水體化合物濃度和生成信號的測量。
計算化合物定量的第三個變量包括出流水體化合物的濃度。測量出流水體化合物濃度和傳送基於該測量的信號給化合物定量控制器50，生成第三控制反應信號。為了調節過程效能的變化水平，或控制一個基準點，以保證得到一個特定的出流化合物濃度結果，最好把這個變量與初級或次級控制反應信號相結合，或與兩者結合。流體化合物濃度是由一個出流濃度分析儀38來進行測量，分析儀38它生成一個能傳輸到化合物定量控制器50的信號。化合物定量控制器50基於來自化合物分析儀38的信號，生成一個第三控制反應信號。第三控制反應信號基於出流液體濃度。第三控制反應信號是一個更為複雜的計算，第三控制反應信號是對所選擇的出流濃度基準點的控制。
本發明控制方法的一個重要特徵是，使掌握過程中控制化合物定量變化和在等待反應結果，所用的時間及遲延的時間成為可能，並且通過管道和儲存箱將液體濃度輸送到被測定點也成為可能。很多可購置到的控制器設計成連續操作，這樣就會在時間延遲時，造成控制困難。
在本發明方法中，控制系統利用上述的已調節的初級和次級控制反應信號連續操作生成化合物的定量信號，但只在不間斷間隔時，產生一個第三控制反應信號。這些間隔被已知為重置時間。重置時間可以手工設定成一個特定和固定間隔，或設定為自動。當重置時間被自動地計算時，下一個重置間隔是以目前過程流速、控制點和測量點之間的已知的管道和儲存箱容積和行程本身對控制變化的經驗調節時間(過程反應時間)為基礎。次級控制反應信號的計算是基於液體通過過程的滯留時間和進行反應時間。液體滯留時間是讀處理箱內的流量顯示器上的體積數，用動態平均流速除以容量計算出。重置時間是一個基於液體通過行程的滯留時間和行程反應時間自動計算出的變量。
重置時間可由以下公式表示重置時間＝(行程儲存箱容量÷動態平均流速)+過程反應時間當這個間隔被定時後，出流液體濃度因子被重複計算，並且第三控制反應信號與初級和次級控制反應信號結合而產生一個化合物定量輸出信號。最好是，給料化合物的定量依據已調節的初級和次級控制反應信號而計算，並且在重置時間後，結合第三控制反應信號計算的同時，連續輸送。測量入流化合物濃度及產生用於已調節的初級和次級反應信號的信號，可以在小於1秒至約15分鐘的範圍內進行。間隔時間的重置大約是5分鐘到120分鐘，較大的處理系統要長達3至4小時。
在一種優選的方法中，重置時間大約是30分鐘到60分鐘，在重置時間終止後，利用當時的過程流量，可計算出一個新重置間隔，且循環又一次開始。
第三級控制反應信號是以出流化合物的濃度為基礎。當第三級控制首次被啟動，它是作為一個中立因子，(1)就是一個例子，即不減少也不增加現存的控制反應信號。對於第三級控制反應信號的變化，是靠把已測的出流濃度與工廠操作者建立的一個基準點作比較後，計算出，並且作為一個參照使用。據發明者所知，對第三級控制反應信號進行改變的技術是「步變量」。把基準點輸進化合物定量控制器並且用作計算第三級控制反應信號。這個計算是上述的重置時間結束時完成的。基準點從出流濃度中扣除，用來決定「誤差」並且被敏感因子乘，敏感因子可以有兩個值，其中一個敏感因子值是被設計用來當出流濃度超越了基準點時使用。另一個是當出流濃度低於基準點時，而使用的這個步變量公式可以表示如下 步變量計算值當出流濃度超越基準值時，步變量計算值就是正值，會引起第三級控制反應信號在下一個周期內的規模增大，並能更好地提高了定量泵60給料系統的速度，當出流濃度低於基準點時，步變量就是負值，會減少第三級控制反應信號和調整定量。
當計算出了一個已調節的第三控制反應信號時，第三級控制反應就能夠在重設周期後，合併到用於計算定量輸出信號的公式中。如果這點被應用到定量信號公式，那麼包括了第三控制反應信號的完全公式可表示如下定量信號＝已調節的初級控制反應信號×已調節的次級反應信號×已調節的第三級控制反應信號由化合物定量控制器50自動計算出定量信號後，信號被傳輸到化合物給料系統60或傳輸到擁有給料化合物定量顯示的定量處理系統的泵。給料化合物最好被定量進給入流水體20。
在方法的實踐中，進程變量在下一個第三級控制反應信號被計算出之前，可以快速進入或離開基準點。不是在這些條件下，完全根據最後的出流濃度做出化合物定量的下一個步變量，而是它有助於修改下一個第三控制反應信號，來阻止變化趨勢率。所改變的第三控制反應信號是一個派生的控制反應信號。在本發明的實踐中，派生的控制反應信號，是重置周期結束之前，在一個可調節的周期測定和重置周期結束時，把它與出流濃度比較而生成。如果出流濃度的變化率快，下一個化合物定量中的步變量就相應地分解成波動的因子。變化率和反應因子在每次安裝後都將有所不同。使用的因子也將取決於出流濃度，在重設結束時是否高於或低於基準點。
例如從重置R終止15分鐘，檢查出流濃度EC趨勢。假定一個任意方向的0.3mg/L變化量，被認為是這個過程的快速變化率，增加或減小所計算的步變量是靠因子的25％來阻止變化的方向。具有代表性的公式如下所述如果ECR＞SP和ECR·ECR.15＞0.3，那麼SCNEW＝1.25×SCCALC或ECR·ECR.15≤-0.3，那麼SCNEW＝0.75×SCCALC如ECR＜SP和ECR·ECR.15＞0.3，那麼SCNEW＝0.75×SCCALC或ECR·ECR.15≤-0.3，那麼SCNEW＝1.25×SCCALC這裡的EC表示流出化合物濃度，R表示重置，SP表示設置點，還有SC表示按照上述的公式計算出的步變量。因數1.25表示25％的增量；因數0.75代表25％的減小量。這些因數是由操作者根據特定液體處理過程經驗，來完成調節的。
當第三控制被啟動時，第三控制反應信號是以出流濃度因子(ECF)為基礎，並且在1.0開始起動。在重設時間終止時，步變化值就計算出了。並且這個結果又被添加給現出流因子。這項內容是在每一次重置周期結束時重複進行。
ECFNEW＝ECFNOW+SCNEW在此方法的實踐當中，要採取措施以使輸入和輸出控制在一個合理的範圍。為避免第三級控制反應信號偏離控制，事先要設置好該級反應信號的上下限，而且上下限的因子可以調整，然後將它們編程並輸入定量控制器中。輸出液流中化合物的濃度將被控制在這一極限之內。敏感因子也可以有可調的上限。在一個更好的方法中，可以設置定量泵的可允許的信號最大值和最小值。既然可以人工或自動設定復位時間，那麼復位時間的上下限也可以分別設置。
更為重要的是，該控制系統考慮到了不同的控制模式。可以是手工控制，流量控制，流量加輸入液流化學物質濃度控制，流量加輸出液流濃度控制，或流量加輸入液流濃度和輸出液流濃度控制。這就將涉及到不同的設備配置以及系統各部分的維護。
下面是實際當中可能遇到的控制變量控制變量外部變量(MM)可調定量因子流速因子過程容量設定值(SP)過程反應時間大於敏感因子大於設定值的正變化速度大於設定值的負變化速度小於設定值的正變化速度小於設定值的負變化速度靠近設定值的變化速率係數遠離設定值的變化速率係數最小輸出液流中化合物濃度因子(ECF)最大ECF最大定量信號最小定量信號手動/自動復位時間手動重置時間手動定量信號自動/手動控制模式流量控制模式流量入流中化學物濃度控制模式流量出流中化學物濃度控制模式流量入流中化學物濃度及出流中化合物濃度控制模式內部變量標準定理因子入流中的最大化合物濃度流量表刻度單位間距最長重置時間超過設置值的最大敏感係數低於設置值的最大敏感係數最短重置時間在本發明的一個優選方法中，所描述的液流處理系統將是一個廢水處理系統，而相應的過程則是一個脫氮過程，在此過程中，將一種有機碳作為化學試劑按一定的劑量加入廢水之中。不過，在其它的液體處理系統中，只要要求化學處理試劑的劑量必須自動計量，比如上面所闡述的系統，這種方法也都是可以適用的，並不只局限於廢水處理系統。
脫氮過程是一個生物化學變化過程。它是將含水的氮氫化合物和氮氧化合物轉變成氮氣。脫氮反應器可以採取多種形式，這包括向上流動或向下流動的晶狀過濾器，或者是組合的實驗裝置，或者是有動力泵的液體儲灌，或是旋轉的生化壓縮機。在脫氮過程中，要使用一種有機碳化合和。其中的碳元素一般來源於有機醇或其它有機酸，比如，揮發性的脂肪酸。有一種被常用的醇叫作甲醇，另外還有醋酸，都可以作為源化學試劑。首先，汙水處理系統包括一個輸入液流(20)和一個輸出液流(30)。在脫氮過程中，源化學試劑，舉例來說，甲醇，它的進給量的計量，是根據存在於汙水流當中的硝酸鹽-氮的濃度來計算的。而硝酸鹽-氮的濃度則可以從輸入流液體流(20)或輸出液體流計算出，也可同時根據兩者來計算。在這一脫氮過程的實踐當中，我們可以測量到水流通過整個處理系統的平均流速。在一定的時間內，可以測量水的流速兩次以上，然後計算出這段時間內的流速平均值，就是要求的平均流速。然後，將這一速度平均值轉化成一個電信號，並將它輸入到化合物定量控制器(50)中，來作為初級的控制反應信號。該控制信號可以由液體同步放大器來進行調整。這樣，硝酸鹽-氮的濃度就可以從輸入液流(20)中測量出來，同時代表平均流速的電信號也已產生，並被輸入到化合物定量控制器(50)，作為次級的控制反應信號。該次級控制信號可以通過一個或多個可調的定量因子進行自動調整。我們採用了標準定量因子和其它的一些操作者可調的定量因子，以便我們根據一個操作者在液體處理系統中的歷史經驗，來靈活發揮它對次級反應信號的調整作用。接下來，在此項發明中，我們採用了一種方法，那就是，將調整後的初級控制反應信號，同調整後的次級控制反應信號合併成一個新的輸出信號，來作為化合物定量控制的電信號，並將此電信號從化合物定量控制器(50)輸出到化合物進給系統(60)。化合物進給器(60)將按照收到的電信號的強弱自動進給一定劑量的甲醇。
在測量硝酸鹽-氮的濃度時，我們還可以用別的方法，即通過輸出水流(30)來獲得。工廠的操作員已經事先建立了一些設定值，並用它們作為控制的參照物。我們將測得的輸出液流中化學物質的濃度同這些給定值進行比較，就可以計算出第三級的控制反應信號的大小。我們將這些設定值輸入到化合物控制器，並用它們來計算第三級的控制反應信號。當如前所述的復位時間達到時，才進行該級反應的計算。我們從測量到的輸出液流中化學物的濃度值減去給定值，就得到一個誤差值，再乘以敏感係數，就是調整後的第三級控制反應信號。有了該信號，我們就可以利用它建立一個方程式，當預設的復位時間達到時，就可以自動計算出定量輸出信號。如果將這一方法用於劑量信號方程，我們就可得到一個完整的方程式，該方程式中包含第三級控制反應信號的變量。具體如下所示
定量信號＝調整後的初級控制反應信號X調整後的次級控制反應信號X調整後的第三級控制反應信號。
由此而得出的定量信號將被傳輸到化合物給料系統(50)，由該系統輸出必要定量的甲醇到輸入液體流(20)之中現場試驗已表明，本發明的這種具有自我修正功能的液體處理化合物定量控制系統，已經基本實現了輸出液流中化合物濃度的穩定性的控制，而且在化學處理試劑的進給方面，也越來越少出現進給過量或進給不足的現象。改進之後的方法實現了以下幾個方面(1)通過該汙水處理系統的操作，提高了汙水轉化的程度，降低了化學處理試劑的洩漏，消除了過量進給化學處理試劑的風險。而在此項發明問世之前，很難做到這些。(2)通過該汙水處理系統的操作，我們可以使用較少的化學處理試劑，適當地降低汙水轉化的程度，或適當地提高輸出液流中的化合物的排放濃度，但是仍然可以達到汙水排放標準以及環境保護的要求。
以上所述只是對該項發明的主要內容的一個直觀的說明和介紹。在此基礎上的任何更改，無論是在大小，形狀，材料，還是其它的一些細節方面，對於本領域技術人員來說，都將是顯而易見的。
權利要求
1.一種液體處理化合物的自修正，自動定量控制方法， 它用於液體處理系統，該系統包括入流液體和出流液體，其特徵在於； 這種方法包括以下內容a.測量通過處理系統的動態平均液體流速，並根據測量結果，生成一個液體流速信號；b.測定處理系統內的一種化合物的濃度，並根據測定結果，生成一個化合物濃度信號；c.將步驟a和步驟b所生成的信號，傳遞到化合物定量控制器；d.由輸入化合物定量控制器的信號，自動計算一種化合物的給料定量；e.基於步驟d所計算出的給料定量，生成化合物定量控制器的輸出信號。把這個輸出信號，傳遞到一個化合物給料系統；f.按步驟e的輸出信號，把步驟d所計算出的給料定量，添加到入流液體之中；g.在液體處理過程中，連續重複步驟a到步驟f。
2.按照權利要求1所述的方法，其特徵在於，在一定的時間段內，對通過處理系統的液流速度進行兩次或兩次以上的測量，計算測量結果的平均值，從而得到所要求的動態平均液體流速。
3.按照權利要求1所述的方法，其特徵在於，液體流速是從系統的入流液體的流速獲得的。
4.按照權利要求1所述的方法，其特徵在於，液體流速是從系統的出流液體的流速獲得的。
5.按照權利要求1所述的方法，其特徵在於，液體流速將由液體同步放大器來進行調整。
6.按照權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟b中的化合物濃度是從處理系統的入流液體中測得的。
7.按照權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟b中的化合物濃度是從處理系統的出流液體中測得的。
8.按照權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟b中的化合物濃度是從處理系統的出流液體和入流液體中測得的。
9.按照權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟b中的化合物同步驟d中的化合物質是相同的。
10.按照權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟b中的化合物同步驟d中的化合物是不相同的。
11.按照權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟a中對於液體流速的測量以及步驟b中對於化合物濃度的測量，均是連續進行的。
12.按照權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟a中對於液體流速的測量是連續進行的，液流的平均速度則是按一定的時間間隔進行的。而步驟b中對於化合物濃度的測量也是間斷進行的，該時間間隔可以是從不足一秒到大約15分鐘。
13.按照權利要求1所述的方法，其特徵在於，液體處理過程中的液體是水，處理過程是一個水處理過程。
14.一種液體處理化合物的自修正，自動定量控制方法，它用於水處理過程中的脫氮處理系統，可使硝酸鹽-氮的濃度得到控制，在脫氮過程中，我們採用有機碳化合物，作為進給的化學試劑。該系統包括一個入流液體和一個出流液體，具體方法如下a.測量通過處理系統的動態平均水流速度，並根據測量結果，生成一個水流速度信號；b.測定處理系統中的入流水體中的硝酸鹽-氮的濃度，並根據測定結果，生成一個化合物濃度信號；c.將步驟a和步驟b所生成的信號，傳遞到化合物定量控制器；d.通過至少一個可調的定量因子，自動調準硝酸鹽/氮素信號；e.根據經過調準的輸入化合物定量控制器的信號，自動計算給料化合物的定量；f.基於步驟e所計算出的給料定量，生成化合物定量控制器的輸出信號，把這個輸出信號，傳遞到一個化合物給料系統；g.按步驟f的輸出信號，把給料化合物，添加到入流水體之中；h.在脫氮過程中，連續重複步驟a到步驟g。
15.按照權利要求14所述的方法，其特徵在於，所進給的化學試劑可以從醇或揮發性的脂肪酸進行選擇。
16.按照權利要求14所述的方法，其特徵在於，進給的化學試劑是甲醇。
17.按照權利要求14所述的方法，其特徵在於，步驟c中所述的水流速度信號由液體同步放大器進行自動調整。
18.按照權利要求14所述的方法，其特徵在於，硝酸鹽-氮的濃度的測量來源於處理系統的入流液體和出流液體。
19.按照權利要求18所述的方法，其特徵在於，為輸出水流中的硝酸鹽-氮的濃度選擇一個設定值；通過測量輸出水流中硝酸鹽-氮的濃度，可獲得一個輸出水流中的硝酸鹽-氮的濃度信號，並將此信號傳輸給化合物定量控制器。
20.按照權利要求18所述的方法，其特徵在於，計算出流水體中的硝酸鹽-氮的濃度與基準點之間的差值，就形成一個控制反應信號，這個控制反應信號通過一個或者多個敏感因子進行調準，調整後的信號就可以用來自動計算化學試劑進給劑量。
21.按照權利要求20所述的方法，其特徵在於，進給定量被用來產生一個經過修正的輸出信號，該信號將從化合物定量控制器傳輸到化合物給料系統。
22.按照權利要求20所述的方法，其特徵在於，從化合物定量控制器傳輸到化合物給料系統的經修正的信號，是復位時間完成時才傳輸的。
23.按照權利要求22所述的方法，其特徵在於，液壓滯留時間是這樣計算的首先從處理容器中的指示表讀出當時的容量水平，然後除以平均水流速度。
24.按照權利要求23所述的方法，其特徵在於，復位時間是一個自動計算的變量，它基於兩個時間因素整個處理過程的液壓滯留時間，以及處理過程的反應時間。
25.按照權利要求14所述的方法，其特徵在於，反映硝酸鹽-氮的濃度信號要經過至少一個劑量調整因子的自動調整。
26.一種液體處理化合物的自修正，自動定量控制方法，其特徵在於，它用於水處理過程中的脫氮處理系統，可使硝酸鹽-氮的濃度得到控制。在脫氮過程中，採用有機碳化合物，作為給進的化學試劑，系統包括一個入流液體和一個出流液體，具體方法如下a.選定一個出流中硝酸鹽-氮濃度的基準點；b.測量通過處理系統的動態平均水流速度，並根據測量結果，生成一個水流速度信號；c.測定處理系統中的出流水體中的硝酸鹽-氮的濃度，並根據測定結果，生成一個化合物濃度信號；d.將步驟b和步驟c所生成的信號，傳遞到化合物定量控制器；e.計算出流水體中的硝酸鹽-氮的濃度與基準點之間的差值，生成一個控制反應信號；f.通過一個或者多個敏感因子，調準控制反應信號；g.根據控制反應信號，自動計算給料化合物的定量；h.基於步驟g所計算出的給料定量，生成化合物定量控制器的輸出信號，把這個輸出信號，傳遞到一個化合物給料系統；i.按步驟h的輸出信號，把給料化合物，添加到入流水體之中；j.在脫氮處理過程中，連續重複步驟a到步驟i。
27.按照權利要求26所述的方法，其特徵在於，硝酸鹽-氮的濃度的測量在處理系統的入流液體和出流液體中進行。
28.按照權利要求26所述的方法，其特徵在於，測量出一個輸入水流中的硝酸鹽-氮的濃度，並由此產生一個濃度信號，傳輸到化合物定量控制器。
29.按照權利要求28所述的方法，其特徵在於，輸入水流中的硝酸鹽-氮的濃度信號要經一個可調定量因子的調整，步驟d中所述的水流速度信號則由液體同步放大器進行自動調整。
30.按照權利要求28所述的方法，其特徵在於，從定量控制器傳輸到化合物給料系統的電信號計算是基於以下幾個因素平均水流速度，輸入水流中的硝酸鹽-氮的濃度，輸出水流中的硝酸鹽-氮的濃度。
31.按照權利要求26所述的方法，其特徵在於，步驟e中所述的控制信號的計算是在復位時間完成時才進行的。
32.按照權利要求31所述的方法，其特徵在於，液壓滯留時間是這樣計算的首先從處理容器中的指示表讀出容量水平，然後除以平均水流速度。
33.按照權利要求32所述的方法，其特徵在於，復位時間是一個自動計算的變量，它基於兩個時間因素整個處理過程的液壓滯留時間，以及處理過程的反應時間。
34.按照權利要求31所述的方法，其特徵在於，產生一個衍生的控制反應信號，去抵消掉任何可能快速偏離或接近設定值的變化。
35.按照權利要求34所述的方法，其特徵在於衍生控制信號是這樣產生的在設定的復位時間到達之前，首先測量一次輸出水流中硝酸鹽-氮的濃度，在復位時間時，再測量一次輸出水流中硝酸鹽-氮的濃度，將這兩個濃度值進行比較，從而對控制反應信號進行調整。
36.一種液體處理化合物的自修正，自動定量控制方法，其特徵在於，它用於液體處理系統，該系統包括入流液體和出流液體，這種方法包括以下內容；a.為輸出液流中的某化合物的濃度選擇一設定值；b.測量液流通過處理系統的動態平均流速，並由此產生一個流速信號；c.測量入流液體中步驟a所指的化合物的濃度，並由此產生一個入流液體中化合物的濃度信號；d.測量出流液體中步驟a所指的化學物質的濃度，並由此產生一個出流液體中化合物的濃度信號；e.將b步驟中產生的電信號傳輸到化合物定量控制器，並由此產生初級控制反應信號；f.使用液體同步放大器來調整初級控制反應信號；g.將步驟c中產生的電信號傳輸到化合物定量控制器，並由此產生次級控制反應信號；h.使用可調定量因子來調整次級控制反應信號；i.將步驟d中產生的電信號傳輸到化合物定量控制器，然後計算出輸出液流中硝酸鹽-氮的濃度的設定值與測量值之間的差值，並由此產生一個反應控制信號，即第三級控制反應信號；j.使用一個或多個敏感因子，來調整第三級控制反應信號；k.計算出整個處理過程的液壓滯留時間。液壓滯留時間是這樣計算的首先從處理容器中的指示表讀出容量水平，然後除以平均水流速度；l.自動計算復位時間，它基於兩個時間因素整個處理過程的液壓滯留時間，以及處理過程的反應時間；m.根據初級和次級控制反應信號，連續計算給料的化合物定量；當重置時間過後，再把步驟i所生成的第三級控制反應信號綜合進來；n.將步驟m中所產生的控制信號從化合物定量控制器輸出到化合物給料系統；o.按步驟n的輸出信號，將給料化合物加入到入流液體之中；p.在整個處理過程中，連續重複步驟a到步驟m。
37.按照權利要求36所述的方法，其特徵在於，步驟a中的化合物同步驟o中的化合物是相同的。
38.按照權利要求36所述的方法，其特徵在於，步驟a中的化合物同步驟o中的化合物是不同的。
39.按照權利要求36所述的方法，其特徵在於，復位時間是手動輸入的。
全文摘要
本發明是一種液體處理化合物的自修正定量控制方法。具有自修正和定量自動控制的特點。該方法可以自我校正因水流流速的劇烈波動而引起的計量計算的誤差。在計算確定加入處理系統中的進給劑量方面，它又充分融合了多個信號源的反饋信息，包括指示流體平均流速信號的流量表，輸入水流中化合物濃度分析儀，以及/或者輸出水流中化合物濃度分析儀。所有這些信息都被傳輸到電腦化的化合物定量控制器，由它來分析和調整所有這些輸入信號，然後產生一個輸出信號，由該信號控制化學處理試劑定量的進給機制。比如說，該定量自動控制方法可以設置正負最大控制範圍。也可以自動或手動地控制復位時間，這一點非常必要，因為通過這一功能，系統前級的任何變化均可以通過系統反映到後級，並在輸出水流中的傳感器上顯示出來，從而，使流體處理系統中的化學處理試劑的劑量得到更好的控制，廢水處理就是一個例證。
文檔編號G01N35/00GK1414391SQ0113661
公開日2003年4月30日 申請日期2001年10月22日 優先權日2001年10月22日
發明者格雷格A·埃拉德 申請人:泰特拉處理技術塞溫塔蘭託服務公司