专利名称：分段进水a/o生物脱氮工艺低氧曝气控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种含氮废水的连续流分段进水生物脱氮处理装置，所
属的技术领域为活性污泥法污水处理系统自动控制的理论、方法与技术。 适用于大、中、小型城镇生活污水及含氮工业废水的深度脱氮。
背景技术：
分段进水生物脱氮工艺是基于传统前置反硝化工艺(A/0)发展起來的一种 新工艺。该工艺通常不需要设置硝化液内回流设施。同普通的脱氮除磷工艺 相比，该工艺通常具有较多的污泥储量和较长的SRT，并具有所需池容较小、 脱氮效率高、运行管理方便等优点。但是，由于工艺结构的特点，分段进水 生物脱氮工艺缺氧区和好氧区的交替较为频繁。因此，由好氧区到缺氧区的 溶解氧(DO)携带问题是必须考虑的重要问题之一。在满足硝化反应完成和剩 余碳有机物去除的情况下，最大程度地降低曝气量可减小由好氧区到缺氧区 的DO携带量，从而为反硝化提供良好的缺氧环境，并可减少缺氧区内的可 快速降解有机碳源的消耗。此外，--个典型的污水处理厂，曝气耗费往往占 总运行费用的60%-80%，曝气所占的电能约占整个污水厂能耗的50%。因此， 控制较低的DO浓度，无论对于处理效果还是运行费用都是非常有意义的。 但是，过低的DO可能会使硝化反应速率降低，导致出水1^4+-1^含量增高， 并有可能导致污泥膨胀现象。另外，低氧运行的系统对进水负荷的变化较为 敏感，负荷稍有变化，就难以满足出水标准。因此，传统的脱氮工艺通常控 制恒曝气量，并使得好氧区的DO浓度》2mg/L，以便适应一个较宽范围的负 荷变化。事实上，维持好氧区DO浓度为0.5 1.0mg/L也可以达到完全硝化的 目的。但若维持这样一个低氧条件，系统可能完全丧失抗冲击负荷的能力。 进水负荷高时，不能满足出水要求；进水负荷低时，又浪费曝气能耗。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种保证连续流多段进水A/O生物脱氮工艺 低氧运行效果的精密的曝气过程控制方法。采用该过程控制装置与方法后， 系统可以根据进水和出水氨氮浓度的实时变化，及时调整好氧区的曝气量， 使好氧区的DO浓度维持在0.5~1.0mg/L较低的水平，而出水氨氮《1.0mg/L。
采用该控制方法后，可以解决①传统方式曝气能耗大，浪费能源的问题。②
有效解决低DO系统对负荷变化敏感的问题。根据负荷的变化实时调整曝气 量，避免冲击负荷给系统造成的影响，保证出水水质。③由于低氧条件下， 剩余溶解氧较少，可以避免其消耗有机碳源，节省外碳源的投加量。 本实用新型的技术原理-
连续流多段进水A/O低氧曝气过程控制原理，其特征在于根据好氧区
的DO浓度和氨氮浓度的变化来反映进水水质的变化，并根据此变化来调节
曝气量，具体如下
(1) 污水由缺氧区流入好氧区，缺氧区反硝化剩余的有机物及氨氮在好 氧区被氧化，氨氮转化成硝酸盐氮，由于反应器呈推流流态，在每一个格室 曝气量相同的情况下，由于有机物和氨氮沿池长方向是逐渐减少的，因此，
其对溶解氧的需求量也是逐渐减少的，DO沿池长是逐渐升高的。根据这一规 律，我们可以精确掌握系统的反应过程及进水水质的变化，并可以根据此变 化调节曝气系统的曝气量，避免曝气不足和过曝气的情况。
(2) 根据DO浓度来指示反应进程和进水有机物负荷的变化，其中最重 要的一个问题是DO传感器的安放位置，若将DO传感器安放在好氧区的首端， 其对进水负荷的响应较快，但其将无法反映系统的反应进程，若安放在好氧 区的末端，其虽然能很好的体现硝化反应的进程，但其对负荷的响应必然滞 后。因此，本实用新型将好氧区平均分成三等分，将DO传感器安放在中间 位置，这样既可节省DO传感器的数量，又可比较精确地反映系统的进水负 荷的变化和硝化反应的进程。
(3) 为严格满足出水氨氮^lmg/L的出水要求，并避免由于DO控制失 效的情况，在最后一段的出水端设氨氮传感器，第三段的曝气量将由DO浓 度和氨氮浓度的变化共同决定。
本实用新型提供的多段进水A/O低氧曝气过程控制装置，其特征在于-连续流反应器由I、 II、 III段组成，每一段包括一个缺氧区和至少三个 好氧区。第I段缺氧区1，第I段前好氧区2，第I段中好氧区3，第I段后 好氧区4;第II段缺氧区5，第II段前好氧区6，第II段中好氧区7，第II段
后氧区8;第ni段缺氧区9，第m段前好氧区io，第in段中好氧区u,第ni
段后好氧区12;反应器由进水管14和污水贮水箱13相连，进水管分别接进
水泵，将污水连续投加至第I段缺氧区1、第II段缺氧区5和第III段缺氧区9;
空压机15为第I段的好氧区供氧，空压机15进口端安装电动阀门21，空压 机15的出口端安装空气流量测定仪16;空压机22为第II段的好氧区供氧， 空压机22进口端安装电动阀门28,出口端安装空气流量测定仪23;空压机 29为第ni段的好氧区供氧，空压机29进口端安装电动阀门41，出口端安装 空气流量测定仪30。
在第I段中好氧区3内安装有DO传感器17， DO传感器17与DO测定 仪18连接，DO测定仪18输出的数字信号进入溶解氧PI控制器19，溶解氧 PI控制器19的输出作为曝气量PI控制器20的输入，曝气量PI控制器20的 输出信号直接作用于电动阀门21，控制电动阀门21的开启程度。
在第II段中好氧区7内装有DO传感器24， DO传感器24与DO在线仪 25相连，DO在线仪25输出的数字信号进入溶解氧PI控制器26,溶解氧PI 控制器26的输出作为曝气量PI控制器27的输入，曝气量PI控制器的输出作 用于电动阀门28，控制电动阀门28的开启程度。
在第III段后好氧区12放置在线氨氮传感器31，在线氨氮传感器31与氨 氮在线仪32相连，氨氮在线仪32的输出信号进入氨氮PI控制器33;在第III 段中好氧区11放置DO在线传感器34， DO在线传感器34与DO在线仪35 相连，DO在线仪35的输出进入溶解氧PI控制器36。同时，在第III段缺氧区 9中设置氨氮传感器38，氨氮传感器38与氨氮在线仪39相连，氨氮在线仪 39的输出信号作为氨氮前馈控制器40的输入；氨氮PI控制器33、氨氮前馈 控制器40和DO在线仪35输出的数字信号共同作为溶解氧PI控制器36的输 入，溶解氧PI控制器36的输出作为曝气量PI控制器37的输入，曝气量PI 控制器37的输出作用于电动阀门41,控制电动阀门41的开启。
本实用新型涉及的多段进水A/0生物脱氮工艺低氧曝气装置及过程控制 方法中，连续流A/O多段进水反应器分为至少三段，三台进水泵分别将污水 连续投加到第I段的缺氧区1，第ll段的缺氧区5和第ffl段的缺氧区9。缺氧 区1主要对回流污泥中携带的硝酸盐氮进行反硝化，将硝酸盐氮转化成氮气 从水中逸出，进水为反硝化提供碳源；混合污水再顺序经过第I段的前好氧 区2，中好氧区3，后好氧区4，在三个好氧区进行硝化反应，将第I段进水 中的氨氮转化成硝酸盐氮。此混合污水再迸入第II段的缺氧区5，与进水混合
并发生反硝化反应，并将硝酸盐氮转化成氮气从系统逸出，进水为反硝化提
供碳源；混合污水再经过第II段的前好氧区8，中好氧区9，后好氧区IO，将 第II段进水中的氨氮转化成硝酸盐氮。混合污水进入到第III段的缺氧区11，
并与第ni段的进水混合，进行反硝化反应，进水为反硝化提供碳源，将硝酸
盐氮转化成氮气从水中逸出；污水再顺序流经第III段的前好氧区12，中好氧
区n，后好氧区14，进行硝化反应，将第m段进水中的氨氮转化成硝酸盐氮， 混合液再经出水管进入沉淀池进行沉淀，沉淀后的污泥一部分经回流污泥管 由污泥回流泵投加到反应器第I段的缺氧区， 一部分以剩余污泥的形式排放。 控制系统启动运行之前需进行反应系统的启动，对污泥进行驯化培养，确定 合适的进水流量，并根据水量和水质选定空压机的合适量程，待反应系统稳 定运行之后，启动控制系统。
本实用新型涉及的多段进水A/O生物脱氮工艺低氧曝气装置及过程控制
方法，其特征在于-
第I段的曝气控制采用DO串级PI控制系统。该控制系统包括两个控 制器，溶解氧PI控制器19是主控制器，用来控制第I段中好氧区3的DO浓 度；曝气量PI控制器20是副控制器，用来控制曝气量，从而克服负荷等外界 的扰动。以DO传感器17测定的DO浓度和DO设定值之差作为溶解氧PI 控制器19的输入，本实用新型中，DO设定值为0.5 1.0mg/L;当DO浓度实 测M^1.2mg/L或DO浓度实测值S0.3mg/L时，控制系统开始启动。DO传感 器17采集的数字信号进入溶解氧PI控制器19后，经带终结保护的离散线性 PI运算法则计算后，数据输出；溶解氧PI控制器19的输出决定曝气量控制 器20的设定值(即曝气量设定值)，以曝气量设定值和空气流量测定仪16采 集的曝气量实测值之差作为曝气量PI控制器20的输入，经线性PI运算法则， 以曝气量作为输出，作用于空压机前的电动阀门21，控制电动阀门21的开启 程度。阀门的开启程度由曝气量PI控制器20的输出决定，但为保证较好的控 制性能且控制不失效，须设定最大和最小曝气输出。当输出曝气量￡20%最大 曝气量时，电动阀门开启程度取20%，为最小开启度；当输出曝气量2100°/。 最大曝气量时，电动阀门幵启到100%，为最大开启度。
第II段的曝气控制采用DO串级P3E控制系统。该控制系统包括两个控 制器，溶解氧PI控制器26是主控制器，用来控制第II段中好氧区7的DO浓
度；曝气量PI控制器27是副控制器，用来控制曝气量，从而克服负荷等外界 的扰动。以DO传感器24测定的DO浓度和DO设定值之差作为溶解氧PI 控制器26的输入，本实用新型中，DO设定值为0.5 1.0mg/L;当DO浓度实 测值^1.2mg/L或DO浓度实测值S0.3mg/L时，控制系统开始启动。DO传感 器24采集的数字信号进入溶解氧PI控制器26，经带终结保护的离散线性PI 运算法则计算后，数据输出；溶解氧PI控制器26的输出决定曝气量控制器 27的设定值(即曝气量设定值)，以曝气量设定值和空气流量测定仪23采集 的曝气量实测值之差作为曝气量PI控制器27的输入，经线性PI运算法则， 以曝气量作为输出，作用于空压机前的电动阀门28，控制电动阀门28的开启 程度。阀门的开启程度由曝气量PI控制器27的输出决定，但为保证控制效果 且不失效，须设定最大和最小曝气输出。当输出曝气量^20%最大曝气量时， 电动阀门开启程度取20%，为最小开启度；当输出曝气量2100%最大曝气量 时，电动阀门开启到100%，为最大开启度。
第I、 n段DO串级PI控制系统的工作流程如图2示。 第m段的曝气控制采用氨氮前馈一反馈串级PI控制系统。其工作原理
是在第ni段后好氧区设置氨氮在线传感器31，根据出水所要达到的标准给
出氨氮PI控制器33的设定值，本实用新型中氨氮出水标准根据国家一级出水 标准，出水氨氮设为^mg/L，即氨氮设定值为0mg/LS氨氮Slmg/L;以氨氮传 感器31测得的氨氮值和氨氮设定值之差作为氨氮PI控制器33的输入，经PI 运算法则计算后，输出DO设定值之一；在第ffl段缺氧区9设氨氮传感器38 采集氨氮浓度作为氨氮前馈控制器40的输入，计算输出另一 DO设定值； PI控制器33和氨氮前馈控制器40输出的两个DO设定值共同决定溶解氧PI 控制器36的DO设定值，溶解氧PI控制器36的DO设定值由氨氮控制器33 的输出、氨氮前馈控制器40的输出共同决定。当两者决定的DO设定值 Sl.5mg/L时，取1.5mg/L;当两者决定的DO设定值^).3mg/L时，取0.3mg/L。 好氧区DO传感器34的实测值和上述两个氨氮控制器决定的DO设定值之差， 作为溶解氧PI控制器36的输入，经PI运算法则计算后，输出曝气量控制器 37的曝气量设定值；曝气量设定值和空气流量计30采集的空气流量实测值之 间的差值作为曝气量PI控制器37的输入，经计算，曝气量PI控制器37的输 出将直接作用于空压机出口电动阀门41，控制电动阀门41的开启程度。为保
证控制系统有较好的控制性能且不失效，须设定最大和最小电动阀门开启程
度。当输出曝气量520%最大曝气量时，电动阀门开启程度取20%，为最小开 启度；当输出曝气量^100%最大曝气量时，电动阀门开启到100%，为最大开 启度°
第m段do串级pi控制系统的工作流程如衝3示。
这种逢续流多段进水a/0低氧曝气控制方法，其特征在于
在第i段、第n段采用溶解氧pi串级控制策略。在中间好氧区设置do
在线传感器，在线采集溶解氧浓度(do)信号，根据此实测值与设定值之差来
间接反映进水负荷的变化，从而调整曝气系统的曝气量，以满足出水要求。
此控制过程中，do浓度是控制参数。在线采集的do浓度信号进入溶解氧 pi控制器后，转换成数字信号，同do设定值进行比较。当满足要求时，不 对曝气系统采取控制行动。当不满足要求时，调解曝气量的设定值，以便在 线控制调节空压机阀门的开启程度。
对第in段采用氨氮前馈-反馈串级pi控制策略。在中间好氧区设置do在 线传感器，后好氧区和第m段的缺氧区设置氨氮在线传感器。缺氧区氨氮在 线传感器可以直接采集氨氮浓度值，经氨氮前馈控制器，给出进水氨氮负荷
的变化；最后好氧区在线采集氨氮浓度，经氨氮pi控制器，给出系统对氨氮 的处理效果；进水氨氮的负荷变化和出水氨氮浓度的变化共同决定溶解氧pi 控制器的do浓度设定值。此设定值同do浓度实测值进行比较，当满足要求 时，不对曝气系统釆取控制行动；当不满足要求时，调解曝气量设定值，以 便在线调节空压机进口阀门的开启程度。
本实用新型的有益效果生物脱氮过程中，若系统在低氧条件下运行， 系统对冲击负荷的抵抗能力较弱，若想保证连续流a/o工艺在低氧条件下的 硝化效果，进行曝气量的控制至关重要。且低氧系统的控制精度同普通系统 相比要高，否则很难保证处理效果。
本实用新型优点
(1)硝化效果好，出水氨氮小于lmg/L。 2002年国家颁布的污水排放标 准中，对城镇污水最严格的排放标准是出水氨氮小于5mg/L。本实用新型的 出水氨氮浓度远低于国家颁布的排污标准。
节省曝气运行费用。本实用新型设计中，由do在线传感器，氨氮在线
传感器在线采集DO浓度和氨氮浓度的数据，来反映进水水质的实时变化。 根据此实时变化特征，实时调整系统曝气量的大小。当进水负荷高时，加大 曝气，以保证处理效果；当进水负荷低时，减小曝气，以避免能量浪费。中 试试验表明，该控制策略同现有的曝气控制策略相比，可以节省30%~40%的 曝气运行费用。而水厂的曝气费用通常占整个运行费用的50%~80%，因此， 此数字对水厂的实际运行来说也是非常庞大的。
抵抗进水冲击负荷的能力增强。现有工艺中，通常保证好氧区DO浓度 2mg/L以上以保证出水满足要求，并使系统抵抗冲击负荷的能力提高。若采 用0.5 1.0mg/L的低DO条件运行，系统通常不具备抵抗冲击负荷的能力。而 本实用新型设计的曝气控制系统，通过采用溶解氧PI控制器可以粗略的反映 进水负荷的变化，进而调整曝气量的大小。在最后出水段釆用高级的氨氮前 馈-反馈控制器，可以精确的反映进入到系统最后一段的氨氮浓度，并实时采 集出水氨氮数据，实时调整曝气量，保证出水效果。系统对负荷的响应比较 快，而且比较准确。故负荷变化通常不会对处理效果产生影响。
在线测量装置较少，降低控制系统投资。本实用新型设计中，在保证处 理效果的同时，尽可能减少传感器的数量，尤其是价格比较昂贵的在线营养 物传感器。对第i、 ii段，采用仅依靠DO传感器的DO串级PI控制器。可 大大降低控制系统的投资，又可降低控制器的复杂程度，运行管理更加方便。
本实用新型的低氧过程控制方法可广泛应用于采用连续流多段进水A/0 工艺的大、中、小城市生活污水、工业废水的处理，以降低曝气能耗，节省 运行费用。
图1是多段进水A/0低氧控制装置结构示意图。
图2是第I段或第II段的DO串级PI控制系统的工作流程图
图3是第in段采用的氨氮前馈-反馈pi控制器的工作流程图
图1中，1-第i段缺氧区、2-第i段前好氧区，3-第i段中好氧区，4-第 i段后好氧区、5-第ii段缺氧区、6-第ii段前好氧区，7-第ii段中好氧区，8-
第n段后好氧区、9-第ni段缺氧区、io-第ni段前好氧区，ii-第in段中好氧区，
12-第ffl段后好氧区、13-原水贮水箱、14-进水管、15-第I段空压机、16-空压 机15的出口空气流量测定仪、17-第I段瘠解氧在线传感器、18-第1段溶解
氧在线仪、19-第I段溶解氧PI控制器、20-第I段曝气量PI控制器、21-空压 机15进口电动阀门、22-第II段空压机、23-空压机22出口空气流量测定仪、
24-第n段溶解氧在线传感器、25-第n段溶解氧在线仪、26-第n段溶解氧pi
控制器、27-第II段曝气量PI控制器、28-空压机22进口电动阀门、29-第III段 空压机、30-空压机29出口空气流量测定仪、31-第in段后好氧区氨氮在线传 感器、32-第m段后好氧区氨氮在线仪、33-氨氮PI控制器、34-溶解氧在线传 感器、35-溶解氧在线仪、36-第III段溶解氧PI控制器、37-第III段曝气量PI 控制器、38-第ffl段缺氧区9氨氮在线传感器、39-第ffl段缺氧区9氨氮在线仪、 40-氨氮前馈控制器、41-空压机29进口电动阀门具体实施方式
结合实施例，本实用新型低氧曝气控制的方法为
以某大学家属区排放的实际生活污水作为实验对象(COD-140 290mg/L,TN=35 80mg/L)。所采用的多段进水A/O生物脱氮反应器溶解 300L,分为3段，每段容积100L。系统设置3台空压机，最大出风量为2m3/h， 最小出风量为0。反应器首先进行污泥培养驯化，驯化结束后各段的污泥浓度 为第I段为5 5.5g/L,第II段为4 4.5mg/L,第III段位2.8 3.2mg/L。反应 器日处理水量900L，第I段进水量11.2L/h,第II段进水15L/h，第III段进水 为11.2L/h。反应温度为2(TC。
系统运行初，将三台空压机的出口曝气量调整为0.9m3/h ， 1.2m3/h,0.9m3/h。进水浓度为190mg/L，氨氮浓度为55mg/L，第III段缺氧区的 氨氮浓度为17mg/L。各好氧区采集的DO浓度信号均在0.5 1.0mg/L范围内， 在此稳定浓度的进水条件下，让系统稳定运行7d，然后开始实时改变进水负 荷，并开启曝气控制系统。
以两个负荷为例来说明负荷发生变化时，低氧曝气控制系统对负荷的响 应情况
(--)当进水COD浓度由190mg/L变为为145mg/L，进水氨氮浓度由 55mg/L变为36mg/L时。
第I段的曝气控制 进水45min时，第I段好氧区的DO浓度已由 0.7mg/L变为1.0mg/L，第52min时DO浓度达到1.2mg/L，此时第I段控制回路 中的溶解氧PI控制器19开始作用，将DO在线传感器17采集的实测值和DO
设定值(0.5 1.0mg/L)进行比较并计算，溶解氧PI控制器19输出曝气量控 制器20的设定值，此设定值为0.5 0.6m3/h,同时，实测的曝气量(0.9m3/h) 被输入到曝气量控制器20，该实测值和设定值进行比较计算，输出直接作用 于空压机15前的电动阀门21，并根据曝气量控制器20的输出，成比例减小 电动阀门21的开启程度，此时，好氧区的DO浓度实测值逐渐降低，其同设 定值之间的差值逐渐降低，那么溶解氧PI控制器19的输出，即曝气量PI控 制器20的设定值也逐渐变化，从而阀门的开启程度也不断变化，直到DO浓 度降低至设定值范围内，此次控制过程结束，控制系统等待下一冲击负荷的 到来。此次消除扰动的控制时间约1.2 1.5h。
第n段的曝气控制进水42min时，第II段好氧区在线采集的DO浓度 信号已超过1.0mg/L，第48min时DO浓度达到1.2mg/L，此时第II段控制回 路中的溶解氧PI控制器26开始作用，将DO在线传感器24采集的实测值和 DO设定值(0.5 1.0mg/L)进行比较并计算，溶解氧PI控制器26输出曝气 量控制器27的设定值，此设定值为0.8 0.85m3/h，同时，曝气量测定仪23 实测的曝气量(1.2m3/h)被输入到曝气量控制器27，该实测值和设定值进行 比较计算，输出直接作用于空压机22前的电动阀门28，并根据曝气量控制器 27的输出，成比例减小电动阀门28的开启程度，此时，好氧区的DO浓度实 测值逐渐降低，其同设定值之间的差值逐渐降低，那么溶解氧PI控制器26 的输出，即曝气量PI控制器27的设定值也逐渐变化，从而阀门的开启程度也 不断变化，直到DO浓度降低至设定值范围内，此次控制过程结束。此次消 除扰动的控制时间约1.2 1.4h。
第III段的曝气控制 进水15min时，缺氧区9内氨氮在线传感器38的 实测值已超出设定值U5 22mg/L)范围，此时氨氮前馈PI控制器40开始 作用，并给出一个DO浓度设定值，此时，根据第ffl段后好氧区12内氨氮在 线传感器31采集的实测出水氨氮数据，氨氮PI控制器33给出一个设定值， 根据简单的PI运算法则，对两者的作用相叠加，给出溶解氧PI控制器36的 设定值，并输入到溶解氧PI控制器36。第m段中好氧区DO在线测定仪34 实测的DO浓度输入到溶解氧PI控制器36，并同DO浓度设定值进行比较计 算，输出曝气量控制器37的设定值，并同空气流量测定仪30采集的实测曝 气量进行比较，给出空压机进口电动阀门41的开启信号。此过程，在线采集
的缺氧区9的氨氮浓度、后好氧区12的氨氮浓度均不断变化，因此，瀋解氧 控制器的DO浓度设定值不断变化，从第III段中好氧池采集到的DO浓度实测 值也不断变化，DO浓度的实测值和DO浓度的设定值之差又决定曝气量控制 器37的设定值，曝气量控制器37的设定值同实测值之差不断变化，不断给 出电动阀门41的开启信号，直到好氧区的DO浓度实测值稳定在设定值范围 之内。此控制环路消除负荷扰动的时间约为40 50min。
(二)当进水COD浓度由l卯mg/L变为为275mg/L，进水氨氮浓度 由55mg/L变为73mg/L时。
第I段的曝气控制进水35min时，第I段中好氧区2的DO浓度已由 0.75mg/L变为0.5mg/L，第45min时DO浓度达到0.3mg/L，此时第I段控制 回路中的溶解氧PI控制器19开始作用，将DO在线传感器17采集的实测值 和DO设定值(0.5 1.0mg/L)进行比较并计算，溶解氧PI控制器19的输出 作为曝气量控制器20的设定值，此设定值为l.l 1.3m3/h,同时，空气流量 测定仪16的实测曝气量(0.9m3/h)被输入到爆气量控制器20，该实测值和 设定值进行比较计算，曝气量控制器20的输出直接作用于电动阀门21，并根 据曝气量控制器20的输出，成比例增大电动阀门21的开启程度，此时，好 氧区的DO浓度实测值逐渐增高，其同设定值之间的差值逐渐降低，那么溶 解氧PI控制器19的输出，即曝气量PI控制器20的设定值也逐渐变化，从而 电动阀门的开启程度也不断变化，直到DO浓度升高至设定值范围内，此次 控制过程结束，控制系统等待下一冲击负荷的到来。此次消除扰动的控制时 间约1.4 1.7h。
第II段的曝气控制进水30min时，第H段中好氧区7在线采集的DO 浓度信号已达0.5mg/L,第39min时DO浓度达到0.3mg/L,此时第II段控制 回路中的溶解氧PI控制器26开始作用，将第n段中好氧区7在线采集的DO 浓度实测值和DO设定值(0.5 1.0mg/L)进行比较并计算，溶解氧PI控制 器26输出曝气量控制器27的设定值，此输出设定值为1.5 1.7m3/h，同时， 空气量测定仪23实测的曝气量(1.2m3/h)被输入到曝气量控制器27,该实 测值和设定值进行比较计算，输出直接作用于空压机23进口电动阀门28，并 根据曝气量控制器27的输出，成比例减小电动阀门28的开启程度，此时， 好氧区7的DO浓度实测值逐渐降低，其同设定值之间的差值逐渐降低，那
么溶解氧PI控制器26的输出，即曝气量PI控制器27的设定值也逐渐变化， 从而电动阀门28的开启程度也不断变化，直到DO浓度降低至设定值范围内， 此次控制过程结束。此次消除扰动的控制时间约1.3 1.5h。
第III段的曝气控制 进水12min时，第HI段缺氧区9的氮氮在线传感 器31采集的氨氮浓度的实测值已超出设定值(15 22mg/L)范围，此时氨氮 前馈PI控制器40开始作用，并给出一个DO浓度设定值，此时，第III段后好 氧区12氨氮在线传感器31采集的实测值输入氨氮PI控制器33，氨氮PI控 制器33的输出作为溶解氧PI控制器36的另一个DO浓度设定值，此两个DO 设定值经简单计算，得出溶解氧PI控制器36的DO设定值，并输入到溶解氧 PI控制器36。好氧区11的在线DO传感器34采集的实测DO浓度输入到溶 解氧PI控制器36,并同DO浓度设定值进行比较计算，输出曝气量控制器37 的设定值，并同空气流量测定仪30采集的实测曝气量进行比较，给出空压机 进口电动阀门41的开启信号。此过程，在线采集的缺氧区9的氨氮浓度、出 水氨氮浓度均不断变化，因此，溶解氧控制器36的DO浓度设定值不断变化， 从好氧池采集到的DO浓度实测值也不断变化，DO浓度的实测值和DO浓度 的设定值之差又决定曝气量控制器37的设定值，其同实测值之差不断变化， 不断给出电动阀门41的开启信号，直到好氧区的DO浓度实测值稳定在设定 值范围之内。此控制环路消除负荷扰动的时间约为35 45min。
本实用新型的低氧曝气过程控制实施例参见图1。连续流反应器由I 、 II、 in段组成，每一段包括一个缺氧区和三个好氧区。第I段包括缺氧区1,第I 段前好氧区2，第I段中好氧区3，第I段后好氧区4;第II段包括缺氧区5，
第n段前好氧区6，第n段中好氧区7，第ii段中后氧区s;第in段包括缺氧 区9，第ni段前好氧区io，第ni段中好氧区ii，第m段后好氧区i2;反应器
由进水管14和污水贮水箱13相连，进水管分别接进水泵，将污水连续投加
至第i段缺氧区i ，第n段缺氧区5,第ni段缺氧区9。空压机15为第i段的
好氧区供氧，空压机15进口端安装电动阀门21，空压机15的出口端安装空 气流量测定仪16;空压机22为第II段的好氧区供氧，空压机22进口端安装 电动阀门28，出口端安装空气流量测定仪23;空压机29为第m殺的好氧区 供氧，空压机29进口端安装电动阀门41，出口端安装空气流量測定仪30。 在第I段的中好氧区3内安装有DO传^器17, DO传感器17与DO测
定仪18连接，DO测定仪18输出的数字信号进入溶解氧PI控制器19，溶解 氧PI控制器19的输出作为曝气量PI控制器20的输入，曝气量PI控制器20 的输出信号直接作用于电动阀门21，控制电动阀门21的开启。
在第II段中好氧区7内装有DO传感器24， DO传感器24与DO在线仪 25相连，DO在线仪25输出的数字信号进入溶解氧PI控制器26，溶解氧PI 控制器26的输出作为曝气量PI控制器27的输入，曝气量PI控制器的输出作 用于电动阀门28，控制电动阀门28的开启。
在第m段后好氧区12放置氮氮传感器31，氨氮传感器31与氨氮在线仪 32相连，氨氮在线仪32的输出信号进入氨氮PI控制器33;在第ffl段中好氧 区11放置DO传感器34， DO传感器34与DO在线仪35相连，DO在线仪 35的输出进入溶解氧PI控制器36。同时，在第III段缺氧区9中设置氨氮传感 器38，氨氮传感器38与氨氮在线仪39相连，氮氮在线仪39的输出信号作为 氨氮前馈控制器40的输入；氨氮PI控制器33、氨氮前馈控制器40和DO在 线仪35输出的数字信号共同作为溶解氧PI控制器36的输入，溶解氧PI控制 器36的输出作为曝气量PI控制器37的输入，曝气量PI控制器37的输出作 用于电动阀门41，电动阀门41控制空压机29的启闭。
利用多段进水A/O生物脱氮低氧曝气系统，最终出水COD均小于30mg/L, 氨氮浓度小于lmg/L，远低于国家一级排放标准所要求的出水浓度。此外， 同一般曝气控制相比，该曝气系统可节省30% 40%的曝气能耗，而出水水 质不受任何影响。
权利要求1、分段进水A/O生物脱氮低氧曝气过程控制装置，污水贮水箱(13)连接进水管(14)，进水管(14)通过进水泵连接连续流反应器，将污水连续投加到缺氧区，其特征在于连续流反应器由I、II、III段组成，每一段包括一个缺氧区和至少三个好氧区；第I段缺氧区(1)，第I段前好氧区(2)，第I段中好氧区(3)，第I段后好氧区(4)；第II段缺氧区(5)，第II段前好氧区(6)，第II段中好氧区(7)，第II段后氧区(8)；第III段缺氧区(9)，第III段前好氧区(10)，第III段中好氧区(11)，第III段后好氧区(12)；污水连续投加至第I段缺氧区(1)、第II段缺氧区(5)和第III段缺氧区(9)；空压机(15)为第I段的好氧区供氧，空压机(15)进口端安装电动阀门(21)，空压机(15)的出口端安装空气流量测定仪(16)；空压机(22)为第II段的好氧区供氧，空压机(22)进口端安装电动阀门(28)，出口端安装空气流量测定仪(23)；空压机(29)为第III段的好氧区供氧，空压机(29)进口端安装电动阀门(41)，出口端安装空气流量测定仪(30)；在第I段中好氧区(3)内安装有DO传感器(17)，DO传感器(17)与DO测定仪(18)连接，DO测定仪(18)输出的数字信号进入溶解氧PI控制器(19)，溶解氧PI控制器(19)的输出作为曝气量PI控制器(20)的输入，曝气量PI控制器(20)的输出信号直接作用于电动阀门(21)，控制电动阀门(21)的开启程度；在第II段中好氧区(7)内装有DO传感器(24)，DO传感器(24)与DO在线仪(25)相连，DO在线仪(25)输出的数字信号进入溶解氧PI控制器(26)，溶解氧PI控制器(26)的输出作为曝气量PI控制器(27)的输入，曝气量PI控制器的输出作用于电动阀门(28)，控制电动阀门(28)的开启程度；在第III段后好氧区(12)放置在线氨氮传感器(31)，在线氨氮传感器(31)与氨氮在线仪(32)相连，氨氮在线仪(32)的输出信号进入氨氮PI控制器(33)；在第III段中好氧区(11)放置DO在线传感器(34)，DO在线传感器(34)与DO在线仪(35)相连，DO在线仪(35)的输出进入溶解氧PI控制器(36)；同时，在第III段缺氧区(9)中设置氨氮传感器(38)，氨氮传感器(38)与氨氮在线仪(39)相连，氨氮在线仪(39)的输出信号作为氨氮前馈控制器(40)的输入；氨氮PI控制器(33)、氨氮前馈控制器(40)和DO在线仪(35)输出的数字信号共同作为溶解氧PI控制器(36)的输入，溶解氧PI控制器(36)的输出作为曝气量PI控制器(37)的输入，曝气量PI控制器(37)的输出作用于电动阀门(41)，控制电动阀门(41)的开启。
专利摘要分段进水A/O生物脱氮工艺低氧曝气控制装置属于污水处理领域。现有分段进水A/O曝气控制装置结构复杂，且精度不高。本实用新型采用的曝气控制装置，可以控制系统低氧运行，且不受冲击负荷的影响。该低氧曝气控制装置，包括三套控制回路。第一、二套控制装置均包括溶解氧PI控制器、曝气量控制器、电动控制阀、鼓风机和空气流量控制仪，每套设备需一个溶解氧在线传感器。第三套装置包括氨氮PI控制器、氨氮前馈控制器、溶解氧控制器、曝气量控制器、电动控制阀、鼓风机和空气流量控制仪，并需要一个溶解氧在线传感器，两个氨氮在线传感器。采用该低氧曝气控制装置后，可大大降低曝气运行费用，提高系统抗冲击负荷的能力。
文档编号C02F3/30GK201010580SQ200720103419
公开日2008年1月23日 申请日期2007年2月1日 优先权日2007年2月1日
发明者彭永臻, 伟 王, 王淑莹 申请人:北京工业大学