淺談污水處理廠AVS精確曝氣自動控制系統(tǒng)

淺談污水處理廠AVS精確曝氣自動控制系統(tǒng)摘要：針對污水處理廠進水負荷的波動性及時變性等原因造成的溶解氧波動較大、曝氣能耗高、出水水質(zhì)不達標(biāo)等問題，淺談A2O污水處理工藝中AVS精確曝氣系統(tǒng)的全自動過程控制方案。通過AVS精確曝氣系統(tǒng)的實施與運行，將鼓風(fēng)機納入到曝氣控制的閉環(huán)內(nèi)，實現(xiàn)了鼓風(fēng)機、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)機能耗、提高了出廠水水質(zhì)。對全廠節(jié)能降耗具有積極意義。

關(guān)鍵詞：污水處理；自動化控制；精確曝氣控制

引言

AVS精確曝氣自動控系統(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)是建立對應(yīng)的生化需氧模型。通過對工程規(guī)模及水質(zhì)要求的特點進行研究分析，確定工程特性，建立仿真模型。通過建模計算得出不同環(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)，進行建模計算。

1AVS精確曝氣自動控制系統(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，去除水中的有機碳、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)量也隨時間和溫度發(fā)生著變化，檢測儀表有具有滯后性等，所以在不同時間生物反應(yīng)池的耗氧量是不一樣的，為了達到國家指定的出水標(biāo)準(zhǔn)，AVS精確曝氣系統(tǒng)采用預(yù)設(shè)前饋信號，根據(jù)反饋信號調(diào)整設(shè)備的方式，實現(xiàn)自動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)是建立對應(yīng)的生化需氧模型。通過對工程規(guī)模及水質(zhì)要求的特點進行研究分析，確定工程特性，建立仿真模型。其次通過建模計算得出不同環(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)，進行建模計算。前饋數(shù)據(jù)即進水量、進廠水水質(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，模型自動提前進行反操作；后饋數(shù)據(jù)即生物反應(yīng)池上的溶氧儀、MLSS計、液位計、溫度計、熱質(zhì)式流量計等，精確曝氣系統(tǒng)會對后饋數(shù)據(jù)實時監(jiān)測，以確定控制效果。AVS精確曝氣系統(tǒng)為多參數(shù)控制模型，對多個采集信號進行響應(yīng)。為了應(yīng)對現(xiàn)場采集信號中的失真和噪聲干擾，由數(shù)據(jù)預(yù)處理軟件對選定輸入量進行預(yù)處理。在特定儀表故障狀態(tài)下，系統(tǒng)會自動根據(jù)穩(wěn)態(tài)模型生成偽輸入信號，在總體運行狀態(tài)不變的情況下（當(dāng)進水水質(zhì)水量變化不大時，其它環(huán)境因素在短時間內(nèi)可以認(rèn)為是不變的），依然可以根據(jù)穩(wěn)態(tài)模型進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)。

在電動流量調(diào)節(jié)閥完全打開時，壓力損失相對較小。壓力損失與開度成反比。為達到優(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)機允許的最小輸出壓力。液位是控制過程中的另一個要素，較低的液位對應(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)進廠水水質(zhì)突然發(fā)生變化時，根據(jù)水流的速度計算出污水到達生物反應(yīng)池的時間，系統(tǒng)提前設(shè)置曝氣量，使生物反應(yīng)池曝氣量達到微生物活性要求，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，微生物活性強，需氧量增大，

當(dāng)夏天時，由于環(huán)境溫度的升高，生物活性大大加強，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，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，曝氣量會降低，系統(tǒng)會自動調(diào)整曝氣量。每隔1年需對系統(tǒng)模型的控制參數(shù)進行重新標(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)還可以對單個曝氣池的DO進行控制，AVS也可進行分區(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)機控制、空氣流量控制、調(diào)節(jié)閥控制以及檢測儀表控制等一系列曝氣系統(tǒng)核心設(shè)備模塊，為鼓風(fēng)機曝氣系統(tǒng)提供精確的自動化曝氣。

AVS精確曝氣系統(tǒng)是一個集成的控制系統(tǒng)，以氣體流量為主控信號，溶解氧作為輔助控制信號，其系統(tǒng)軟件主要由BAM生物需氣量計算模塊，DPM數(shù)據(jù)處理模塊、BCM鼓風(fēng)機調(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需氣量計算模塊：

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

（2）BCM鼓風(fēng)機調(diào)節(jié)模塊：

AVS精確曝氣系統(tǒng)采用鼓風(fēng)機主控柜MCP（MasterControlPanel），根據(jù)實際情況計算出所需曝氣量，建立模型，利用其分配與控制系統(tǒng)，控制鼓風(fēng)機的啟、停、導(dǎo)葉開度以及池內(nèi)氣動閥門，實現(xiàn)氣量調(diào)節(jié)控制。避免了當(dāng)排水高峰時氣量的不足和排水低谷時氣量過剩，實現(xiàn)了精確曝氣，MCP采用總壓方式對各個鼓風(fēng)機進行控制。鼓風(fēng)機系統(tǒng)動態(tài)壓力控制模式中系統(tǒng)動態(tài)壓力設(shè)定是根據(jù)壓力控制器實時計算鼓風(fēng)機系統(tǒng)設(shè)定壓力和實際壓力給定鼓風(fēng)機系統(tǒng)MCP，MCP根據(jù)本次設(shè)定值與實際值控制在控制序列里的各鼓風(fēng)機開啟、導(dǎo)葉調(diào)節(jié)邏輯，以此滿足精確曝氣系統(tǒng)對壓力的調(diào)節(jié)需求；壓力控制器對壓力實際值和設(shè)定值的計算主要是依據(jù)各閥門開度變化、管壓損耗、曝氣總管3個測點壓力實際值、總需氣量等計算出的虛擬實際壓力和設(shè)定壓力。

（3）ADM空氣流量分配模塊：

污水廠的曝氣系統(tǒng)是一個互聯(lián)的復(fù)雜管路系統(tǒng)，調(diào)節(jié)其上任何一個流量單元都會對其他流量單元造成影響。氣量分配通常通過控制電動調(diào)節(jié)閥的開度對各個曝氣量進行調(diào)整，閥門開度的調(diào)整需要和鼓風(fēng)機的流量及壓力調(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執(zhí)行機構(gòu)，使其操作閥門到所需的開度。通過PLC將該開度信號發(fā)送到閥門的電動執(zhí)行機構(gòu)，電動執(zhí)行機構(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)中的溶解氧測量儀放置在曝氣池內(nèi)測量其曝氣池內(nèi)的溶解氧；將帶有行程開關(guān)控制機構(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)定的空氣流量和實際的空氣流量；在溶解氧測量儀與帶有行程控制機構(gòu)的氣體流量調(diào)節(jié)閥門之間加入曝氣池空氣流量計算模塊；用空氣流量計算模塊計算的空氣流量值配合鼓風(fēng)機設(shè)定壓力值控制氣體流量調(diào)節(jié)閥門的開度和鼓風(fēng)機的壓力。該系統(tǒng)采用上下位機相結(jié)合的控制方式。其中上位機中包括空氣流量計算模塊用于計算最優(yōu)的空氣流量值，中間數(shù)據(jù)庫用于存放計算結(jié)果并傳送給下位機，同時存放在線儀器采集的計算所需要的各及時參數(shù)值并將這些及時參數(shù)值傳送給空氣流量計算模塊。下位機包括PLC邏輯控制部分。在溶解氧控制系統(tǒng)中，檢測生物反應(yīng)池中的DO值并傳送給PLC內(nèi)的進行計算，同時，PLC接收到此時的鼓風(fēng)機送入空氣量，管道中的實際空氣量，進水流量，曝氣池污泥濃度等參數(shù)后再進行計算，并輸出計算結(jié)果，控制曝氣量，從而實現(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)實時采集諸如進水流量、進水COD等的前饋信號，安裝在精確曝氣柜內(nèi)的工控機上的模擬軟件對前饋信號進行處理，并精確計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)機組的MCP，由MCP對鼓風(fēng)機進行調(diào)節(jié)，從而產(chǎn)生所需的氣量；然后通過調(diào)節(jié)電動流量調(diào)節(jié)閥門，將各個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，讀取其信號作為反饋信號，可以通過電動流量調(diào)節(jié)閥門、氣體流量計的協(xié)同調(diào)節(jié)進行反饋控制，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、根據(jù)DO反饋控制的特點。

參考文獻：