氨氮耦合溶解氧曝气节能控制系统及控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种氨氮耦合溶解氧曝气节能控制系统及控制方法，控制系统设有控制柜、柜内设有PLC自控组件和计算机，计算机内装有数据采集分析电路模块；设有在线液位计、在线氨氮仪、在线污泥浓度计、在线温度计、在线溶解氧测定仪、全天侯在线氨氮智能分析仪和在线污泥硝化活性智能分析仪；曝气管路上设有气体均衡配置器、气体流量计、空气压力计。控制方法包括如下步骤：1)计算机编入数据采集分析程序；2)通过污水处理厂计算机和在线仪表获得数据并计算出曝气池中的需气量；3)控制柜根据计算所得需气量调整鼓风机的输出气量；4)根据溶解氧设定值对溶解氧进行微调。本发明适用于帮助生物池实现曝气量自动控制，控制灵活，自动化程度高，能大大节省能源，提高污水处理工艺稳定性。
【专利说明】氨氮耦合溶解氧曝气节能控制系统及控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明专利涉及一种污水处理技术，具体是一种氨氮耦合溶解氧曝气节能控制系 统及控制方法，适用于控制城市污水处理厂活性污泥法生物处理工艺生物池中沿程的曝气 强度和溶解氧梯度，能提高脱氮除磷效果，增强运行稳定性并节省曝气能耗。 技术背景
[0002] 目前，国内城市污水处理覆盖区域越来越广，处理标准越来越严格。很多新建污水 处理厂正在投资建设，一些老旧污水处理厂面临升级改造，以满足逐渐增大的处理水量和 日益严格的出水标准。在现有和新建污水处理厂中，既有传统生物处理工艺，如A 20工艺等， 也有一些新工艺得到推广性应用，如MBR工艺等。生物处理工艺的运行稳定性、可靠性、高 效性将对城市污水处理厂污水处理达标并实现再生回用影响重大。
[0003] 传统生物处理工艺如A20工艺，具有技术成熟、运行操作简单、应用广泛等特点，而 新工艺如MBR工艺具有节省占地、出水水质较好等特点。然而，无论是传统工艺还是新工 艺，均存在能耗普遍较高的缺点，尤其是曝气能耗，这无疑极大的增加了运行费用。活性污 泥法生物处理工艺中，生物池段运行方式通常包括厌氧区、缺氧区和好氧区。为了确保去除 C0D和氨氮等好氧污染物，好氧区往往会处于过量曝气状态。据统计，A20工艺吨水电耗在 0. 3?0. 4kWh/m3左右，而MBR工艺则高达0. 5?0. 7kWh/m3左右，甚至更高。无论采用何 种工艺，曝气系统能耗约占工艺总能耗的50%?70%。并且过量曝气会影响污泥微生物活 性，从而影响运行稳定性。
[0004] 因此，在提高污水处理工艺运行效果及稳定性和降低运行能耗的目标推动下，有 必要开发生物池曝气节能控制系统及方法，以帮助实现活性污泥法生物处理工艺的可持续 发展。
【发明内容】
[0005] 本发明目的是针对上述技术问题，提供一种氨氮耦合溶解氧曝气节能控制系统及 控制方法，本发明设置完备的检测系统和自动控制系统，采用氨氮耦合溶解氧的控制方式， 以出水氨氮值为最终控制目标，以溶解氧值为中间调节参数。通过流量计和在线传感器等 将流量、溶解氧和氨氮等在线信号反馈给计算模型，实时计算所需计算气量后再对曝气池 进行供气，并根据溶解氧设定值和在线实时值对供气量进行修正。该方法自动合理控制曝 气量，既能满足对曝气量的科学控制，又能帮助实现处理工艺高效稳定运行，保障出水氨氮 稳定达标。
[0006] 为实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：
[0007] 氨氮耦合溶解氧曝气节能控制系统，其特征是：设有控制柜，安装于控制柜内的 PLC自控组件和计算机，所述计算机内装有数据采集分析电路模块，计算机与PLC自控组 件进行信号和控制连接；设有安装在污水处理工艺各生物池上的在线液位计、在线氨氮仪、 在线污泥浓度计、在线温度计、在线溶解氧测定仪、全天侯在线氨氮智能分析仪和在线污泥 硝化活性智能分析仪；上述安装在生物池上的在线仪表均跟所述控制柜内的计算机进行信 号连接；在所述生物池的曝气管路上设有气体均衡配置器、气体流量计、空气压力计，其中 气体均衡配置器分别与PLC自控组件和计算机进行信号和控制连接，气体流量计和空气压 力计与计算机进行信号连接；另外，生物池曝气管路所连通的鼓风机的控制器与PLC自控 组件进行信号和控制连接，所述计算机还与污水处理厂的主控制计算机进行信号和控制连 接。
[0008] 应用上述的氨氮耦合溶解氧曝气节能系统控制方法，其特征包括如下步骤：
[0009] 1)将上述仪表设备安装完毕后并建立相互间的信号连接；将下面公式（1)-(3)编 入计算机3的程序内：
【权利要求】
1. 一种氨氮耦合溶解氧曝气节能控制系统，其特征是：设有控制柜（1)，控制柜内设有 PLC自控组件（2)和计算机（3)，所述计算机内装有数据采集分析电路模块，计算机与PLC 自控组件进行信号和控制连接；设有安装在污水处理设备各生物池上的在线液位计（4)、 在线氨氮仪（5)、在线污泥浓度计（6)、在线温度计（7)、在线溶解氧测定仪（8)、全天侯在线 氨氮智能分析仪（9)和在线污泥硝化活性智能分析仪（10);上述安装在生物池上的在线仪 表均跟所述控制柜内的计算机进行信号连接；在所述生物池的曝气管路上设有气体均衡配 置器（11)、气体流量计（12)、空气压力计（13)，其中气体均衡配置器分别与PLC自控组件 和计算机进行信号和控制相连，气体流量计和空气压力计与计算机进行信号连接；另外，生 物池曝气管路连通的鼓风机（16)及鼓风机控制柜（14)与PLC自控组件进行信号和控制连 接；所述计算机（3)还与污水处理厂的主控制计算机（15)进行信号和控制相连。
2. 根据权利要求1所述的氨氮耦合溶解氧曝气节能系统的控制方法，其特征是包括如 下步骤： 1) 将上述仪表设备安装完毕后并建立相互间的信号连接；将下面公式（1)-(3)编入计 算机（3)的程序内：
其中， Os-标准状态下生物反应池污水需氧量（kg02/h) Q-生物反应池的进水流量（m3/d)，从污水处理厂主控制计算机（15)处采集得到 ΔΧΗ-排出生物反应池系统的微生物量（kg/d)，从污水处理厂主控制计算机（15)处采 集得到 Nt-生物反应池进水氨氮浓度（mg/L)，由氨氮测定传感器（5)测得； Nte;-生物反应池出水氨氮浓度（mg/L)，由全天侯在线氨氮智能分析仪（9)测得； Ss-出水有机底物浓度（mg/L); y-MLSS中MLVSS所占比例，根据试验确定； Yt_污泥总产率系数（kgMLSS/kgBOD5)，根据试验确定； SSF_进水有机底物浓度，mg/L，从污水处理厂主控制计算机（15)处采集得到； So-溶解氧浓度，mg/L，由在线溶解氧测定仪（8)测得； 0Γ曝气量，m3/h ; EA-曝气器氧的利用率（％); 2) 通过污水处理厂计算机（15)获得有机物浓度、水量、生物池容积、回流量、微生物排 出量数据；在线仪表（4-10)将相应的生物池液位、进水氨氮、污泥浓度、温度、溶解氧、出水 氨氮和硝化速率数值通过4?20mA信号传输给计算机（3)，通过计算机（3)根据上述公式 (1)-(3)计算出曝气池中的需气量qA; 3) 计算机（3)将(^数值传输给鼓风机控制柜（14)，然后由鼓风机控制柜（14)调整鼓 风机输出气量，达到计算值qA; 4) 与此同时，在线污泥硝化活性智能分析仪10将不同溶解氧浓度下的氨氮硝化速率 值传输给计算机3,计算机3绘出氨氮硝化速率随溶解氧变化的规律曲线，然后根据在线污 泥浓度计6、在线温度计7和设计的水力停留时间值：14小时，确定出生物池中实际的硝化 速率，并通过氨氮硝化速率随溶解氧变化的规律曲线找到相对应的溶解氧浓度，以此溶解 氧浓度作为溶解氧控制设定值DO SET ; 5) 当鼓风机按qA值输出气量时，首先将气体流量计12反馈的实际流量值与qA值相比 较，若与q A值不一致则再次对鼓风机进行调整直到达到qA值，若与qA值一致则该调整周 期内不再对鼓风机气量进行调节。而是，根据在线溶解氧测定仪8反馈的实际溶解氧值与 DOSET相比较，若一致则该周期内不再进行任何调整，若不一致则对曝气支管上配有的气体 均衡配置器11进行调节，使在线溶解氧测定仪8反馈的实际溶解氧值与DO SET值一致。对 曝气进行精确调节时，需实时考虑空气压力计13的反馈值，该值指示了鼓风机工作状态或 气体管路情况是否正常； 对气体均衡配置器进行调节，实现稳定的溶解氧；对所有供气管路上的气体均衡配置 器进行调节时遵循三个原则：1、避免同时调节；2、气体均衡配置器开度总和保持不变；3、 总有一个气体均衡配置器开度处于最大； 6) 返回步骤2)，不断重复上述调节过程，考虑到气量传输和气体在水中传质的滞后 性，以及出于对设备频繁调节的保护，两次9&值计算之间和两次溶解氧值调整之间的时间 间隔要彡30s。
【文档编号】G05D27/02GK104102255SQ201410342631
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年7月17日 优先权日:2014年7月17日
【发明者】高永青, 甘一萍, 常江, 鲍海鹏, 魏磊, 王佳伟, 王晓爽, 孟春霖 申请人:北京城市排水集团有限责任公司