专利名称：一种好氧活性污泥反应器精确曝气控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种好氧活性污泥反应器精确曝气控制系统，特别是涉及一种适用于 推流式好氧生化反应器末端溶解氧精确控制的方法，属于水处理领域。
背景技术：
目前城市污水处理较多采用活性污泥生物处理工艺，即利用微生物的代谢作用， 使污水中呈溶解、胶体状态的有机污染物转化为稳定的无害物质。生物处理过程是个复杂 的生物化学反应过程，通过曝气维持好氧环境是其中一个非常重要的环节。不同的工艺，曝 气的方式也有所不同，但是在几乎所有的采用活性污泥生物处理工艺的污水处理厂中，鼓 风曝气是能耗最大的环节。从一些国内的污水处理厂耗电量来，曝气环节占据了总耗电量 的5(Γ70%，所以曝气系统的精细化控制改造对整个污水处理厂的节能运行意义重大。一座典型的污水处理厂中，经过曝气，原水中绝大部分有机物污染物转化为二氧 化碳和水，一部分有机物转移到污泥中，出水中仍然含有一定量的有机物。通常希望更多的 有机物转移到污泥中，因为污泥的处理成本相对较低。如果DO (溶解氧浓度)值过高，其结 果是更多的有机物转化为二氧化碳和水，即经由污泥的呼吸作用而消耗，但这个过程要消 耗大量的氧，造成曝气的浪费，而且污泥容易老化。如果DO值过低，则影响到了微生物的呼 吸和吸附有机物的过程，造成出水有机物含量过高。因此，综合这两个方面的考虑，期望将 DO控制在稳定的水平上。从工艺处理流程整体来分析，污水处理过程控制由于进水流量、进水水质在时间 上的不固定性，加上生化反应过程还受到季节、温度和天气的影响，污水处理系统具有参数 维数高和高度非线性的特点。精确曝气流量控制对污水处理行业来说是一项复杂研究和实 践课题。为了达到按生物处理过程需要供气、减少生物反应池中DO值的波动波幅、使生物 处理过程处于最佳状态，即污水处理既达到既定的排放标准、又能节约曝气能耗，就有必 要开发精确曝气控制技术。国内大多数污水处理厂的曝气系统采用了简单的控制回路来人工控制曝气。采用 溶解氧(DO)检测仪和电动调节阀作为简单的控制回路，当生化反应池内的DO值大于某一 个设定值时，关闭电动蝶阀；当DO值小于某一个设定值时则打开电动蝶阀。传统控制方法 的缺点在于一是由于时间延迟，即从开始曝气到池内DO变化需要一段时间，造成溶解氧 的控制波动很大；二是传统方法能耗高，为了保证安全运行，系统的DO设定值只能保持在 较高的数值上，保持了过大的余度而造成浪费；三是过大的波动会使得池内的生物环境不 稳定，干扰生物系统的工作。
发明内容目前，污水生物处理工艺较多采用的推流式好氧活性污泥法，如厌氧_好氧组合 工艺(A/0工艺)、缺氧-兼氧-好氧组合工艺(A2/0工艺)及氧化沟工艺。底部曝气和立 式表曝是好氧流程的主要两种充氧手段，而且大部分的采用鼓风机组底部曝气。[0007]本实用新型所提供的精确曝气控制系统通过一个集成的曝气控制系统来实现，该 系统包括溶解氧探头、PID控制器、变频器、可变频罗茨风机和曝气装置五部分。为了实现上述的实用新型目的，采用以下技术方案溶解氧探头安装在推流式好 氧活性污泥反应器的反应末端，能够实时采集池内水中的溶解氧并将数据变换成电信号传 送到PID控制器，PID控制器将采集到的数据与人工设置的数据进行比较，若溶解氧低于设 定区域值的中间值，PID会控制变频器提高输出频率，可变频罗茨风机的转速增大，供气量 增大，池内溶解氧浓度升高；若溶解氧高于设定值，PID会控制变频器降低输出频率，可变 频罗茨风机的转速降低，供气量减小，池内溶解氧浓度降低。如此反复进行调节，直至溶解 氧浓度控制在设定区域内。优选的，溶解氧探头安装在推流式好氧活性污泥反应器反应末端，其取点必须有 代表性，能够直观正确的反应该反应段的真实溶解氧浓度。优选的，所述溶解氧探头精度为0. 01mg/L，并具备自清洁功能。优选的，PID每15分钟采集一次溶解氧数据，并作出反应。优选的，PID控制变频器频率变化步长为IHz。优选的，变频风机采用容积式风机，其电流频率调节范围在35Hz飞5Hz。优选的，曝气设备采用低通气量的管式曝气器，其曝气较为均勻，可提高溶解氧探 头对溶解氧浓度采集的准确性。在好氧生化反应器受到可承受的负荷冲击(可能是水质变化也可能是流量的突 变)时，最直接的表现为溶解氧的变化，通过曝气精确控制系统的及时反馈与控制能够适时 的提高或降低曝气量，为微生物的新陈代谢提供足够且适度的氧源，提高活性污泥处理效 率，稳定出水指标，抵御瞬时进水负荷冲击带来的排放压力。但污泥受到有毒物质的毒害或 负荷冲击超过了微生物体系的短期承受能力，溶解氧变化较为剧烈，需要采取必要的人工 强制控制。精确曝气控制系统提供三种运行模式，即本地自动控制、人工强制控制、和安全模 式三种控制方式。并提供通讯接口，支持数据远传。本地自动控制是推荐控制方式，用于污 水厂污水处理工艺正常运行，精确曝气控制系统能够最大限度的降低曝气用电量并防止污 泥过度曝气的老化；人工强制控制是在污水厂污水处理工艺处于非正常运行条件下，例如 污水负荷突然大幅度改变、污水含有有毒物质、生化反应池处于异常状态等情况下，直接允 许人工操纵的控制方式；安全模式是一种大余度的自动控制方式，用于污水厂污水处理工 艺经常处于大扰动条件下，比如进水的污水负荷较大范围的经常性变动、进入生化反应池 的水量有较大的变化情况下，大余度控制的本质是提高系统抵抗大扰动的能力，提高安全 运行系数。精确曝气控制系统达到的控制目标是以节能为目标，实现精确控制，按照需求供 气，降低污水厂单位处理成本；稳定活性污泥生物处理环境，提高活性污泥处理效率；稳定 出水指标，抵御瞬时进水负荷冲击带来的排放压力；精确化和智能化，降低现场工作人员劳 动强度。
图1为本实用新型所提供的精确曝气控制系统示意图。[0019]1.溶解氧探头；2. PID控制器；3.变频器；4.变频罗茨风机；5.曝气母管；6.曝气
直ο图2某污水处理厂精确曝气控制系统系统布置图。图3为未安装精确曝气控制系统和安装并启动了精确曝气控制系统的两套A2/0 工艺好氧池末端溶解氧波动曲线图。
具体实施方式
溶解氧探头1安装在推流式好氧活性污泥反应器的反应末端，能够实时采集池内 水中的溶解氧并将数据变换成电信号传送到PID控制器2，PID控制器将2采集到的数据与 人工设置的数据进行比较，若溶解氧低于设定区域值的中间值，PID控制器2会控制变频器 3提高输出频率，可变频罗茨风机4的转速增大，供气量增大，通过曝气母管5将压缩空气 分布到曝气器6对反应器进行充氧，池内溶解氧浓度升高；若溶解氧高于设定值，PID控制 器2会控制变频器3降低输出频率，可变频罗茨风机4的转速降低，供气量减小，通过曝气 母管5将压缩空气分布到曝气装置6对反应器进行充氧，池内溶解氧浓度降低。如此反复 进行调节，直至溶解氧浓度控制在设定区域内。实施案例某日处理能力为IOOOOm3的工业区污水处理厂采用缺氧-兼氧-好氧组合工艺 (A2/0工艺)，两套工艺并联，处理的污水主要是工业区的工业废水和部分城市污水。在其中一套A2/0工艺中安装了精确曝气控制系统，溶解氧探头采用瑞士 Zullig 溶氧仪，其精度为0. Olmg/L,具有自清洁功能，安装在好养段反应池末端；变频风机为德国 爱珍罗茨风机，供风量为120m7min，功率为185kW，1用1备；曝气装置采用微孔曝气软管， 其通气量为0.6m3/(m.h)。其布置如图2所示。图2某污水处理厂精确曝气控制系统系统布置图。图3为未安装精确曝气控制系统和安装并启动了精确曝气控制系统的两套A2/0 工艺好氧池末端溶解氧波动曲线。安装并启动精确曝气控制系统统的好氧池曝气量明显低于未安装精确曝气控制 系统的曝气量，连续记录了 3个月的曝气流量数据，发现安装并启动精确曝气控制系统的 好氧池相对未安装精确曝气控制系统的好氧池节约曝气量3(Γ40% ；同期进水水质水量相 同，出水结果无明显变化。在任意给定的DO设定值(设定值为2. Omg/L)下，64%的时间内实 现了 士0. lmg/L范围内的波动，在98%的时间内实现了在士0.3mg/L范围内的波动。在相 同的进出水水质条件下，安装并启动精确曝气控制系统的好氧池处理吨水耗电量为0. 649 度/立方米，未安装并启动精确曝气控制系统的好氧池处理吨水耗电量为0. 996度/立方 米，相比较安装并启动精确曝气控制系统的好氧池比未安装该系统的好氧池处理吨水节电 34. 84%ο
权利要求1.一种好氧活性污泥反应器精确曝气控制系统，包括溶解氧探头、PID控制器、变频 器、可变频罗茨风机和曝气装置五部分；其特征为溶解氧探头安装在好氧活性污泥反应器 内，其将溶解氧数据传输给PID控制器，PID控制器控制变频器的输出频率，变频器调整可 变频罗茨风机的转速，可变频罗茨风机供气出口与曝气装置通过管道相连接。
2.根据权利要求1所述的一种好氧活性污泥反应器精确曝气控制系统，其特征在于 其溶解氧探头安装于好氧活性污泥反应器的末端，其将采集到的溶解氧数据转换成模拟量 电流信号传输给PID控制器。
3.根据权利要求1所述的一种好氧活性污泥反应器精确曝气控制系统，其特征在于 变频风机采用容积式罗茨风机。
4.根据权利要求1所述的一种好氧活性污泥反应器精确曝气控制系统，其特征在于 曝气装置采用低通气量的管式曝气器，通气量在0. 5^1. 0m3/(m h)。
专利摘要本实用新型涉及一种好氧活性污泥反应器精确曝气控制系统，该精确曝气控制系统适用于推流式好氧活性污泥反应器。通过确定推流式好氧活性污泥反应器末端溶解氧的值来控制曝气设备供气流量，在进水水质、水量等变化情况下，通过优化控制达到了抑制生物反应池中溶解氧浓度大幅度变化的目的，从而达到了精确定量曝气和降低能耗的目标。精确曝气控制系统是一个集成的曝气控制系统，它由溶解氧探头、PID控制器、变频器、可变频罗茨风机和曝气装置五部分组成。
文档编号C02F3/12GK201882971SQ20102058970
公开日2011年6月29日 申请日期2010年11月4日 优先权日2010年11月4日
发明者幸赟, 陈凯华 申请人:美舒环保科技(北京)有限公司