淺談污水處理廠AVS精確曝氣自動(dòng)控制系統(tǒng)摘要：針對(duì)污水處理廠進(jìn)水負(fù)荷的波動(dòng)性及時(shí)變性等原因造成的溶解氧波動(dòng)較大、曝氣能耗高、出水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)等問題，淺談A2O污水處理工藝中AVS精確曝氣系統(tǒng)的全自動(dòng)過程控制方案。通過AVS精確曝氣系統(tǒng)的實(shí)施與運(yùn)行，將鼓風(fēng)機(jī)納入到曝氣控制的閉環(huán)內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了鼓風(fēng)機(jī)、曝氣管道以及調(diào)節(jié)閥門、溶解氧之間的閉環(huán)控制，從曝氣源頭上實(shí)現(xiàn)了生物反應(yīng)池按需曝氣。該方案有效降低了鼓風(fēng)機(jī)能耗、提高了出廠水水質(zhì)。對(duì)全廠節(jié)能降耗具有積極意義。

關(guān)鍵詞：污水處理；自動(dòng)化控制；精確曝氣控制

引言

AVS精確曝氣自動(dòng)控系統(tǒng)是一套集成的智能控制系統(tǒng)，為污水處理過程提供精確的曝氣解決方案?？刂七^程的基礎(chǔ)是建立對(duì)應(yīng)的生化需氧模型。通過對(duì)工程規(guī)模及水質(zhì)要求的特點(diǎn)進(jìn)行研究分析，確定工程特性，建立仿真模型。通過建模計(jì)算得出不同環(huán)境情況下需要的氧氣量，按照該氣量需求進(jìn)行精確控制。根據(jù)在線數(shù)據(jù)的前饋數(shù)據(jù)和后饋數(shù)據(jù)，進(jìn)行建模計(jì)算。

1AVS精確曝氣自動(dòng)控制系統(tǒng)

1）AVS精確曝氣自控控制系統(tǒng)概述

生物反應(yīng)池中微生物消耗DO，為了使生物反應(yīng)池中的DO達(dá)到平衡狀態(tài)，可以采用生物反應(yīng)池精確曝氣控制DO含量，微生物消耗DO的同時(shí)，去除水中的有機(jī)碳、總磷、總氮等。

由于在污水處理的過程中，有許多不定因素影響，如水質(zhì)及水量變化具有非線性，生物反應(yīng)池微生物的數(shù)量也隨時(shí)間和溫度發(fā)生著變化，檢測(cè)儀表有具有滯后性等，所以在不同時(shí)間生物反應(yīng)池的耗氧量是不一樣的，為了達(dá)到國(guó)家指定的出水標(biāo)準(zhǔn)，AVS精確曝氣系統(tǒng)采用預(yù)設(shè)前饋信號(hào)，根據(jù)反饋信號(hào)調(diào)整設(shè)備的方式，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制來保證氧氣的供求平衡。通過精確曝氣，可以使污水處理效果更好，使曝氣更充分，節(jié)省能耗。

控制過程的基礎(chǔ)是建立對(duì)應(yīng)的生化需氧模型。通過對(duì)工程規(guī)模及水質(zhì)要求的特點(diǎn)進(jìn)行研究分析，確定工程特性，建立仿真模型。其次通過建模計(jì)算得出不同環(huán)境情況下需要的氧氣量，按照該氣量需求進(jìn)行精確控制。

2）AVS精確曝氣控制原理

AVS精確曝氣系統(tǒng)控制原理圖（圖1.2）

AVS精確曝氣根據(jù)在線數(shù)據(jù)的前饋數(shù)據(jù)和后饋數(shù)據(jù)，進(jìn)行建模計(jì)算。前饋數(shù)據(jù)即進(jìn)水量、進(jìn)廠水水質(zhì)，當(dāng)前饋數(shù)據(jù)與水文資料提供的數(shù)據(jù)發(fā)生明顯偏差時(shí)，模型自動(dòng)提前進(jìn)行反操作；后饋數(shù)據(jù)即生物反應(yīng)池上的溶氧儀、MLSS計(jì)、液位計(jì)、溫度計(jì)、熱質(zhì)式流量計(jì)等，精確曝氣系統(tǒng)會(huì)對(duì)后饋數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以確定控制效果。AVS精確曝氣系統(tǒng)為多參數(shù)控制模型，對(duì)多個(gè)采集信號(hào)進(jìn)行響應(yīng)。為了應(yīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集信號(hào)中的失真和噪聲干擾，由數(shù)據(jù)預(yù)處理軟件對(duì)選定輸入量進(jìn)行預(yù)處理。在特定儀表故障狀態(tài)下，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)根據(jù)穩(wěn)態(tài)模型生成偽輸入信號(hào)，在總體運(yùn)行狀態(tài)不變的情況下（當(dāng)進(jìn)水水質(zhì)水量變化不大時(shí)，其它環(huán)境因素在短時(shí)間內(nèi)可以認(rèn)為是不變的），依然可以根據(jù)穩(wěn)態(tài)模型進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)。

在電動(dòng)流量調(diào)節(jié)閥完全打開時(shí)，壓力損失相對(duì)較小。壓力損失與開度成反比。為達(dá)到優(yōu)化和節(jié)能的目標(biāo)，需增大開度，平衡流量調(diào)節(jié)性能與空氣壓力損失，并給出鼓風(fēng)機(jī)允許的最小輸出壓力。液位是控制過程中的另一個(gè)要素，較低的液位對(duì)應(yīng)著曝氣口的低壓，氣體將從低壓區(qū)釋放，使高液位供氣不足。

當(dāng)進(jìn)廠水水質(zhì)突然發(fā)生變化時(shí)，根據(jù)水流的速度計(jì)算出污水到達(dá)生物反應(yīng)池的時(shí)間，系統(tǒng)提前設(shè)置曝氣量，使生物反應(yīng)池曝氣量達(dá)到微生物活性要求，滿足處理能力。

微生物活性與溫度密切相關(guān)，當(dāng)溫度較高時(shí)，微生物活性強(qiáng)，需氧量增大，

當(dāng)夏天時(shí)，由于環(huán)境溫度的升高，生物活性大大加強(qiáng)，精確曝氣系統(tǒng)根據(jù)環(huán)境溫度，重新設(shè)定曝氣量，以滿足生物活性需求。

當(dāng)污泥含量增加時(shí)，微生物需氧量增加，導(dǎo)致生物反應(yīng)池內(nèi)DO降低，系統(tǒng)則根據(jù)MLSS計(jì)上傳的數(shù)據(jù)增加曝氣量。

當(dāng)曝氣頭發(fā)生堵塞或故障時(shí)，曝氣量會(huì)降低，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)整曝氣量。每隔1年需對(duì)系統(tǒng)模型的控制參數(shù)進(jìn)行重新標(biāo)定，以期獲得更佳的控制效果。

AVS控制系統(tǒng)可以根據(jù)不同情況解決總氣量調(diào)節(jié)和每個(gè)曝氣池的氣量均衡調(diào)節(jié)的問題。AVS控制系統(tǒng)還可以對(duì)單個(gè)曝氣池的DO進(jìn)行控制，AVS也可進(jìn)行分區(qū)氣量調(diào)節(jié)。

3）AVS精確曝氣控制系統(tǒng)組成及作用

AVS精確曝氣系統(tǒng)主要包括鼓風(fēng)機(jī)控制、空氣流量控制、調(diào)節(jié)閥控制以及檢測(cè)儀表控制等一系列曝氣系統(tǒng)核心設(shè)備模塊，為鼓風(fēng)機(jī)曝氣系統(tǒng)提供精確的自動(dòng)化曝氣。

AVS精確曝氣系統(tǒng)是一個(gè)集成的控制系統(tǒng)，以氣體流量為主控信號(hào)，溶解氧作為輔助控制信號(hào)，其系統(tǒng)軟件主要由BAM生物需氣量計(jì)算模塊，DPM數(shù)據(jù)處理模塊、BCM鼓風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)模塊和ADM空氣流量分配模塊組成。

AVS系統(tǒng)控制模塊功能示意圖（圖1.3）

（1）BAM需氣量計(jì)算模塊：

能夠根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)和水量的變化及生物反應(yīng)池中更多因素的變化動(dòng)態(tài)地計(jì)算出實(shí)際需氣量，可以使曝氣系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際需氣量變化供氣。

（2）BCM鼓風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)模塊：

AVS精確曝氣系統(tǒng)采用鼓風(fēng)機(jī)主控柜MCP（MasterControlPanel），根據(jù)實(shí)際情況計(jì)算出所需曝氣量，建立模型，利用其分配與控制系統(tǒng)，控制鼓風(fēng)機(jī)的啟、停、導(dǎo)葉開度以及池內(nèi)氣動(dòng)閥門，實(shí)現(xiàn)氣量調(diào)節(jié)控制。避免了當(dāng)排水高峰時(shí)氣量的不足和排水低谷時(shí)氣量過剩，實(shí)現(xiàn)了精確曝氣，MCP采用總壓方式對(duì)各個(gè)鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行控制。鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)壓力控制模式中系統(tǒng)動(dòng)態(tài)壓力設(shè)定是根據(jù)壓力控制器實(shí)時(shí)計(jì)算鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)設(shè)定壓力和實(shí)際壓力給定鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)MCP，MCP根據(jù)本次設(shè)定值與實(shí)際值控制在控制序列里的各鼓風(fēng)機(jī)開啟、導(dǎo)葉調(diào)節(jié)邏輯，以此滿足精確曝氣系統(tǒng)對(duì)壓力的調(diào)節(jié)需求；壓力控制器對(duì)壓力實(shí)際值和設(shè)定值的計(jì)算主要是依據(jù)各閥門開度變化、管壓損耗、曝氣總管3個(gè)測(cè)點(diǎn)壓力實(shí)際值、總需氣量等計(jì)算出的虛擬實(shí)際壓力和設(shè)定壓力。

（3）ADM空氣流量分配模塊：

污水廠的曝氣系統(tǒng)是一個(gè)互聯(lián)的復(fù)雜管路系統(tǒng)，調(diào)節(jié)其上任何一個(gè)流量單元都會(huì)對(duì)其他流量單元造成影響。氣量分配通常通過控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度對(duì)各個(gè)曝氣量進(jìn)行調(diào)整，閥門開度的調(diào)整需要和鼓風(fēng)機(jī)的流量及壓力調(diào)節(jié)結(jié)合。精確曝氣需要精確地調(diào)節(jié)閥門，首先要粗調(diào)閥門，根據(jù)氣量曲線和所需氣量等設(shè)定閥門的開度；再進(jìn)行微調(diào)，根據(jù)需氣量，以PID的方式精確調(diào)節(jié)閥門。粗調(diào)的目的就是理由開度曲線，求解出能供應(yīng)所需氣量的閥門開度，然后將該閥門開度值輸入給閥門的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使其操作閥門到所需的開度。通過PLC將該開度信號(hào)發(fā)送到閥門的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行命令，操作閥門的閥桿，使得閥門將處在開度下，完成閥門的粗調(diào)。

（4）DPM數(shù)據(jù)處理模塊：

采用在線控制空氣流量的方法，將曝氣控制系統(tǒng)中的溶解氧測(cè)量?jī)x放置在曝氣池內(nèi)測(cè)量其曝氣池內(nèi)的溶解氧；將帶有行程開關(guān)控制機(jī)構(gòu)的氣體流量調(diào)節(jié)閥門放置在通入曝氣池內(nèi)的曝氣管道上用于控制空氣流量；在氣體流量調(diào)節(jié)閥門輸出端的曝氣管道上安裝氣體流量檢查設(shè)定的空氣流量和實(shí)際的空氣流量；在溶解氧測(cè)量?jī)x與帶有行程控制機(jī)構(gòu)的氣體流量調(diào)節(jié)閥門之間加入曝氣池空氣流量計(jì)算模塊；用空氣流量計(jì)算模塊計(jì)算的空氣流量值配合鼓風(fēng)機(jī)設(shè)定壓力值控制氣體流量調(diào)節(jié)閥門的開度和鼓風(fēng)機(jī)的壓力。該系統(tǒng)采用上下位機(jī)相結(jié)合的控制方式。其中上位機(jī)中包括空氣流量計(jì)算模塊用于計(jì)算最優(yōu)的空氣流量值，中間數(shù)據(jù)庫(kù)用于存放計(jì)算結(jié)果并傳送給下位機(jī)，同時(shí)存放在線儀器采集的計(jì)算所需要的各及時(shí)參數(shù)值并將這些及時(shí)參數(shù)值傳送給空氣流量計(jì)算模塊。下位機(jī)包括PLC邏輯控制部分。在溶解氧控制系統(tǒng)中，檢測(cè)生物反應(yīng)池中的DO值并傳送給PLC內(nèi)的進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)，PLC接收到此時(shí)的鼓風(fēng)機(jī)送入空氣量，管道中的實(shí)際空氣量，進(jìn)水流量，曝氣池污泥濃度等參數(shù)后再進(jìn)行計(jì)算，并輸出計(jì)算結(jié)果，控制曝氣量，從而實(shí)現(xiàn)生物池的精確曝氣。

2結(jié)語

據(jù)精確曝氣控制的原理，采用溶解氧曝氣量控制回路。系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集諸如進(jìn)水流量、進(jìn)水COD等的前饋信號(hào)，安裝在精確曝氣柜內(nèi)的工控機(jī)上的模擬軟件對(duì)前饋信號(hào)進(jìn)行處理，并精確計(jì)算溶解氧所需的曝氣量；精確曝氣控制柜隨后將該需氣量發(fā)送到鼓風(fēng)機(jī)組的MCP，由MCP對(duì)鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而產(chǎn)生所需的氣量；然后通過調(diào)節(jié)電動(dòng)流量調(diào)節(jié)閥門，將各個(gè)控制單元所需的氣量配送到生化池上的各控制單元；此外，在生化池各控制單元處還設(shè)置有溶解氧儀，讀取其信號(hào)作為反饋信號(hào)，可以通過電動(dòng)流量調(diào)節(jié)閥門、氣體流量計(jì)的協(xié)同調(diào)節(jié)進(jìn)行反饋控制，以將溶解氧穩(wěn)定在其設(shè)定值附近。該控制思路具有：按需供氣、鼓風(fēng)曝氣環(huán)節(jié)聯(lián)動(dòng)、根據(jù)DO反饋控制的特點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：