一种卧式两相离心机与智能加药协同脱水控制方法与流程

本技术涉及污泥处理自动控制，尤其涉及一种卧式两相离心机与智能加药协同脱水控制方法。

背景技术：

1、随着城镇污水处理、工业废水处理以及污泥资源化利用技术的发展，污泥脱水已成为污泥减量化和后续处置过程中的关键环节。卧式两相离心机由于具有连续运行、处理能力大以及自动化程度高等优点，被广泛应用于市政污泥和工业污泥的脱水处理中。在污泥离心脱水过程中，药剂投加效果与离心机运行状态共同决定最终脱水性能。其中，药剂投加量直接影响污泥絮凝效果，而转鼓转速和差速则直接影响固液分离效率以及泥渣输送能力。因此，加药系统参数与离心机运行参数之间存在较强的耦合关系，需要进行协同匹配才能获得较好的脱水效果。

2、然而，现有技术中对于药剂投加系统和离心机运行系统采用相互独立的控制方式。通常根据运行经验预先设定药剂投加量、转鼓转速以及差速等参数，并在设备运行过程中分别进行调整。当污泥性质发生变化时，药剂投加量与离心机运行参数之间的匹配关系容易失衡，导致泥饼含水率升高、上清液悬浮物浓度增加以及药剂消耗量增大等问题。

3、此外，污泥的进泥流量、含水率、有机物含量以及粘度等特性参数在实际运行过程中会持续发生变化，而现有控制方式通常缺乏针对污泥工况变化的动态参数匹配机制，难以根据污泥特性变化对药剂投加量、转鼓转速以及差速进行协同调整，从而影响脱水效果和设备运行稳定性。

4、同时，现有控制方法大多采用固定参数控制或者单一参数反馈控制，缺乏以泥饼含水率和上清液悬浮物浓度等脱水效果指标为反馈的闭环优化机制，导致控制参数难以实时修正，无法持续保持较优的脱水运行状态。

技术实现思路

1、（一）要解决的技术问题

2、鉴于现有技术的上述缺点、不足，本技术提供一种卧式两相离心机与智能加药协同脱水控制方法，其解决了现有技术中药剂投加量与离心机运行参数独立调节、缺乏协同匹配机制，导致难以根据污泥特性变化实时优化控制参数，从而造成脱水效果不稳定、泥饼含水率较高以及上清液悬浮物浓度波动较大的技术问题。

3、（二）技术方案

4、为了达到上述目的，本技术采用的主要技术方案包括：

5、本技术实施例提供一种卧式两相离心机与智能加药协同脱水控制方法，包括步骤：

6、s1、采集污泥特性参数、加药系统参数以及离心机运行参数，并将所采集的参数数据传输至控制器；

7、所述污泥特性参数包括进泥流量、进泥含水率、污泥有机物含量和污泥粘度；所述加药系统参数包括絮凝剂浓度、加药流量以及混合池搅拌转速；所述离心机运行参数包括转鼓转速、差速、主电机电流、扭矩、振动值以及上清液悬浮物浓度；

8、s2、控制器从规则库中匹配与所述污泥特性参数对应的初始最优参数组合，并利用预先建立的量化关联模型和运行边界条件对药剂投加量、离心机转鼓转速和差速进行动态修正，得到初始控制参数，所述初始控制参数包括：修正后的药剂投加量、修正后的离心机转鼓转速和修正后的差速；

9、其中，所述规则库基于历史运行数据和正交实验建立，包括基础工况规则、药剂投加量与离心机运行参数之间的量化关联模型以及运行边界条件；

10、s3、在所述初始控制参数作用下对离心机进行脱水运行，并以脱水后泥饼含水率和上清液悬浮物浓度作为反馈指标，对所述初始控制参数进行闭环优化控制，以获得最终控制参数。

11、优选地，在本技术的一些实施例中，所述方法还包括：s4、根据所采集的污泥特性参数进行工况突变识别，并在识别出发生工况突变的情况下，根据工况突变等级调用相应的预设的控制策略，对当前的药剂投加量、离心机运行参数以及进泥流量进行调整；其中，所述工况突变等级包括轻度突变、中度突变和重度突变。

12、优选地，在本技术的一些实施例中，所述方法还包括：s5、将工况突变过程中以及工况恢复稳定后对应的污泥特性参数、加药系统参数以及离心机运行参数，连同对应的经闭环优化控制后的药剂投加量、转鼓转速和差速参数组合存储至所述规则库中；其中，所述经闭环优化控制后的药剂投加量、转鼓转速和差速参数组合为使脱水后泥饼含水率和上清液悬浮物浓度满足预设目标范围的控制参数组合；并基于新增存储的数据对所述基础工况规则以及量化关联模型进行更新优化。

13、优选地，在本技术的一些实施例中，所述规则库中基础工况规则通过以下步骤建立：基于历史运行数据中所包含的污泥特性参数进行区间划分，得到不同污泥特性区间；在每一所述污泥特性区间内，基于正交实验设计方法对药剂投加量、转鼓转速以及差速进行组合试验；其中，所述药剂投加量的取值范围为0.1～0.5kg/t干泥，所述转鼓转速的取值范围为2000～3500rpm，所述差速的取值范围为5～20rpm；根据所述正交实验的试验结果确定各污泥特性区间对应的初始最优参数组合；其中，所述初始最优参数组合为在满足预设运行边界条件的前提下，并且在脱水后泥饼含水率以及上清液悬浮物浓度均满足预设目标范围的可行参数组合中，使脱水效果综合评价函数最优的药剂投加量、转鼓转速以及差速的组合参数；其中，所述预设运行边界条件用于限定离心机安全运行范围；所述泥饼含水率及上清液悬浮物浓度的预设目标范围用于限定脱水效果达标条件；所述综合评价函数包括泥饼含水率指标、上清液悬浮物浓度指标以及能耗指标，所述能耗指标用于表征离心机及加药系统运行过程中的能量消耗水平，其基于主电机电流和/或扭矩所表征的设备负载状态确定；

14、将不同污泥特性区间及其对应的初始最优参数组合进行匹配存储，形成基础工况规则表。

15、优选地，在本技术的一些实施例中，所述基于历史运行数据中污泥特性参数进行区间划分的过程，包括：获取历史运行数据中污泥特性参数的取值范围，其中所述污泥特性参数包括进泥含水率以及污泥有机物含量，且进泥含水率的取值范围为90%～98%，污泥有机物含量的取值范围为30%～70%；按照进泥含水率的预设步长对进泥含水率进行逐级划分，形成90%～92%、92%～94%、94%～96%以及96%～98%的含水率区间；其中进泥含水率的预设步长为2%，污泥有机物含量的预设步长为10%；按照所述污泥有机物含量的预设步长对污泥有机物含量进行逐级划分，形成30%～40%、40%～50%、50%～60%以及60%～70%的有机物含量区间；将划分后的进泥含水率区间与污泥有机物含量区间进行组合映射，形成多个污泥特性区间。

16、优选地，在本技术的一些实施例中，步骤s2中所述量化关联模型满足如下关系：δn＝k1×δc＋k2×δq；δd＝k3×δc＋k4×δq；其中：δn为转鼓转速修正值；δd为差速修正值；δc为药剂投加量变化量；δq为污泥流量变化量；所述k1、k2、k3和k4为基于脱水过程的控制输入变化数据与运行结果评价数据通过多元回归分析拟合得到的模型参数；其中，所述控制输入变化数据包括药剂投加量变化量和污泥流量变化量；所述运行结果评价数据包括泥饼含水率和上清液悬浮物浓度；所述药剂投加量变化量为实际药剂投加量与对应污泥特性区间的初始最优参数组合中的药剂投加量之间的差值；所述污泥流量变化量为实际进泥流量与对应污泥特性区间的预设的基准进泥流量之间的差值；所述多元回归分析用于建立药剂投加量变化量与污泥流量变化量分别对转鼓转速修正值及差速修正值的影响关系。

17、优选地，在本技术的一些实施例中，所述步骤s2具体包括：s21、根据所述污泥特性参数与规则库中基础工况规则的污泥特性区间划分结果进行匹配，确定对应的污泥特性区间；s22、从所述污泥特性区间对应的基础工况规则中提取初始最优参数组合；s23、将所述初始最优参数组合中的药剂投加量与所述加药系统参数中的药剂投加量进行差值计算，得到药剂投加量变化量δc；将所采集的进泥流量与所述污泥特性区间对应的基准进泥流量之间的差值作为污泥流量变化量δq；将所述药剂投加量变化量δc和污泥流量变化量δq代入量化关联模型，得到转鼓转速修正值δn和差速修正值δd，并对初始最优参数组合中的参数进行动态修正；s24、将动态修正后的参数与预设运行边界条件进行比对，当修正参数超出边界条件时，对修正结果进行限幅处理或按边界值进行截断修正，得到修正后的药剂投加量、修正后的转鼓转速和修正后的差速。

18、优选地，在本技术的一些实施例中，步骤s3中采用pid闭环控制算法，根据泥饼含水率和上清液悬浮物浓度相对于预设目标范围的偏差值，对修正后的药剂投加量、修正后的离心机转鼓转速和修正后的差速进行闭环优化控制。

19、优选地，在本技术的一些实施例中，所述步骤s4中采用滑动窗口方差法对所采集的污泥特性参数、加药系统参数以及离心机运行参数进行波动检测，当连续多个采样周期内任一参数的方差超过预设阈值时，判定发生工况突变；其中，根据任一参数在连续采样周期内的变化幅度将工况突变划分为三级：当任一参数变化幅度为10％～20％时，判定为轻度突变；当任一参数变化幅度为20％～40％时，判定为中度突变；当任一参数变化幅度大于40％时，判定为重度突变；所述轻度突变对应的控制策略为：根据发生工况突变后的污泥特性参数重新匹配对应的污泥特性区间，并从所述污泥特性区间对应的基础工况规则中提取初始最优参数组合；从当前运行参数开始，以所述初始最优参数组合为目标进行逐步逼近调整，其中，所述逐步逼近调整的单次调整量为当前运行参数与所述初始最优参数组合中对应参数之间差值的5％，调整过程持续时间不大于5min；所述中度突变对应的控制策略为：调用预设应急参数组合对药剂投加量、转鼓转速及差速进行调整，并将混合池搅拌转速提高50％；所述重度突变对应的控制策略为：将进泥流量降低至额定进泥流量的50％，同时调用预设应急参数组合进行调整；当检测到污泥特性参数恢复至发生工况突变前所对应的污泥特性区间并持续稳定达到预设时间后，按照额定进泥流量与当前进泥流量差值的5％作为单次恢复量逐步恢复进泥流量至额定进泥流量，并以所述污泥特性区间对应的初始最优参数组合为目标，按照当前参数与对应目标参数差值的5％作为单次恢复量，逐步将药剂投加量、转鼓转速及差速恢复至所述初始最优参数组合。

20、优选地，在本技术的一些实施例中，步骤s1中所采集的污泥特性参数、加药系统参数以及离心机运行参数通过工业通讯协议传输至控制器，数据更新周期不大于1s；所述运行边界条件包括离心机安全运行边界条件和脱水效果边界条件；所述离心机安全运行边界条件包括：离心机扭矩不超过额定扭矩的80%，且振动值不超过5mm/s；所述脱水效果边界条件包括：脱水后泥饼含水率不大于80%，且上清液悬浮物浓度不大于3000mg/l。

21、（三）有益效果

22、本技术实施例提供的卧式两相离心机与智能加药协同脱水控制方法，通过同时采集污泥特性参数、加药系统参数以及离心机运行参数，构建覆盖污泥特性、加药状态以及离心机运行状态的多维数据输入体系，使控制器能够全面获取当前脱水工况信息，为后续控制参数的优化调整提供准确的数据基础。相比于仅依据单一运行参数进行控制的方式，本技术能够更加准确地反映污泥脱水过程中的实际工况变化，提高控制决策的针对性和可靠性。

23、本技术通过建立规则库，并利用规则库中与当前污泥特性参数相匹配的初始最优参数组合对药剂投加量、转鼓转速及差速进行协同设定，同时结合预先建立的量化关联模型和运行边界条件对相关参数进行动态修正，实现了加药系统与离心机运行系统之间的协同控制。由于药剂投加量、转鼓转速及差速之间存在耦合关系，通过协同优化能够提高参数匹配程度，避免各控制参数独立调节所导致的控制失衡问题，从而提高固液分离效率和脱水稳定性。

24、此外，本技术以脱水后泥饼含水率和上清液悬浮物浓度作为反馈指标，对初始控制参数进行闭环优化控制，使控制参数能够根据实际脱水效果持续调整和优化。相较于固定参数控制方式，本技术能够及时响应污泥性质变化以及运行工况变化，持续修正药剂投加量、转鼓转速及差速等关键控制参数，从而使脱水后泥饼含水率和上清液悬浮物浓度保持在目标范围内，提高脱水效果的稳定性和控制精度。

25、因此，本技术通过规则库匹配、量化关联模型动态修正以及脱水效果反馈闭环优化相结合的方式，实现了药剂投加量与离心机运行参数的协同控制，能够有效提高污泥脱水效果、增强系统对工况变化的适应能力，并提升离心脱水过程的运行稳定性和自动化控制水平。