一种污水处理精确曝气系统的制作方法

本实用新型涉及污水处理技术领域，具体涉及一种污水处理精确曝气系统。

背景技术：

废水生物处理是通过微生物的新陈代谢作用，将污染物分解、吸收或者吸附来实现水质的净化，与物理、化学法相比成本低、效率高且处理过程中所产生的二次污染极小，是目前主流废水处理方法。为满足处理不同来源及不同性质废水的需要，已研制开发出厌氧一好氧活性污泥工艺、氧化沟法、SBR、AB法、生物接触氧化法、BAF等多种类型的生物处理工艺及反应器。在这些不同类型的工艺中，一般均会包含好氧处理阶段，以完成有机物的氧化以及氨氮的去除。为给微生物提供好氧环境，目前较多采用的是鼓风曝气。在某种程度上，曝气量的控制决定着整个系统对废水的处理效果和污水处理厂能耗水平。因为曝气量较小时将会抑制系统中的硝化反应，此外还会引起生物池中丝状菌繁殖，导致污泥膨胀，而曝气量较大时，不仅会使曝气电耗浪费，同时强烈的空气搅拌还会打碎污泥絮体从而影响出水水质，氨氮处理效果差。此外，如果处理工艺有硝化液回流时，回流的硝化液也会把氧带入缺氧区，从而影响反硝化效果,进而影响总氮的消减量。由于污水厂的进水水质和水温等条件有较大的波动性，这也就要求曝气过程中及时调整曝气量，以应对这种变化，确保溶解氧在恰当范围内，不过量曝气。

现有的污水处理曝气系统，通常无法实现精确曝气，只能从整体上统一调整曝气量，不能实现每个生物池的精确调节和按需供气，如果按照需气量最大的生物池进行曝气，会造成曝气能耗极大、资源浪费，如果按照需气量最小的生物池进行曝气，会造成有些生物池曝气不足、反应不充分。为了实现按需供气和降低曝气能耗，设计一种污水处理精确曝气系统是极为必要的。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种污水处理曝气系统，能够在污水处理过程中实现按需供气和降低曝气能耗。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

设计一种污水处理精确曝气系统，包括控制组件、鼓风机组以及两个以上的生物池，每个生物池内均设有曝气管，所述曝气管通过分流管与外部的空气总管相连通，所述空气总管与鼓风机组相连通，在每个生物池对应的分流管上分别设有电动阀和空气流量计；在所述空气总管上设有压力表；

所述控制组件包括主控制器、分别对应每个生物池的子站控制器，在每个生物池内均设有与所述子站控制器对应电连接的在线溶解氧测定仪、污泥浓度计、水温计和氨氮在线监测仪；

所述鼓风机组配置有鼓风机主控柜和分别对应每个鼓风机的就地控制柜，所述主控制器通过MCP接口与鼓风机主控柜对应连接，所述鼓风机主控柜分别通过就地控制柜与鼓风机组内的鼓风机对应控制连接。

优选的，在每个生物池中均设有四个好氧廊道，所述在线溶解氧测定仪设置在第三好氧廊道末端。

优选的，在第四好氧廊道的曝气管上安装有电动阀门，所述电动阀门为菱形阀。

在第四好氧廊道的曝气管上安装电动阀门，是为了更好的控制末端溶解氧值，在生物处理的过程中一般均会包含好氧处理阶段，以完成有机物的氧化以及氨氮的去除。为给微生物提供好氧环境，目前较多采用的是鼓风曝气。在某种程度上，曝气量的控制决定着整个系统对废水的处理效果和污水处理厂能耗水平。因为曝气量较小时将会抑制系统中的硝化反应，此外还会引起生物池中丝状菌繁殖，导致污泥膨胀，而曝气量较大时，不仅会使曝气电耗浪费，同时强烈的空气搅拌还会打碎污泥絮体从而影响出水水质，氨氮处理效果差。此外，如果处理工艺有硝化液回流时，回流的硝化液也会把氧带入缺氧区，从而影响反硝化效果，进而影响总氮的消减量。由于污水厂的进水水质和水温等条件有较大的波动性，这也就要求曝气过程中及时调整曝气量，以应对这种变化，确保溶解氧在恰当范围内，不过量曝气。在第四好氧廊道末端单独加电动阀门，在好氧端控制最佳的溶解氧控制范围确保氨氮的去处，同时尽量降低好氧末端的溶解氧值，使回流至缺氧段的消化液溶解氧值尽量小，确保缺氧段的反硝化功能，保证系统总氮的去除率。

优选的，在污水处理总进水口处设有进水流量计、进水COD监测仪和进水氨氮在线监测仪，在污水处理总出口处设有出水COD监测仪和出水氨氮在线监测仪。

优选的，还包括与所述主控制器通过以太网通讯的上位机。

优选的，所述主控制器、子站控制器为西门子6ES7系列的PLC控制器。

优选的，所述电动阀为蝶阀、菱形阀或活塞阀。

本实用新型的有益效果在于：

1.传统的曝气系统通常是根据计算出的需气量来调节气量分配，但由于生物池实际需气量不但与进水水量、水质、水温、污泥浓度有关外，还与曝气头的效率、曝气管路的长短、生物池的流速与混合状态等多种因素有关，往往需气量计算与实际偏差很大。为了解决水量、水质、水温的不断变化会造成曝气系统需氧量不断变化的问题，本实用新型曝气系统能够根据实测的溶解氧浓度的变化，通过电动阀来实时调节气量分配，实现了精确曝气，克服了传统曝气方法存在的偏差大、能耗高的缺陷。

2.本实用新型技术方案根据空气电动阀的结构特点，可以设置电动阀在不同区间范围内的动作幅度和调节间隔时间，来合理调节气量，同时解决了溶解氧反应滞后性的问题，避免频繁调节电动阀，使系统压力相对稳定，即达到精确控制效果，又延长了设备的使用寿命，最终达到了节能的目的。

3.将在线溶解氧测定仪设置在第三好氧廊道末端，可以实现溶解氧预先控，将第三好氧廊道末端的溶解氧值作为目标控制值，通过控制第三好氧廊道末端的溶解氧值使得好氧末端溶解氧可以一直维持在最佳状态，可以实现预先控制的目的，使得第四好氧廊道溶解氧值波动更小，保证出水氨氮达标；为使得氨氮达标的同时保证最佳的出水总氮要尽量压低溶解氧值，在第四好氧廊道即好氧末端曝气支管上安装电动阀门，可以在保证出水氨氮的同时，尽量降低该廊道的溶解氧值，进而降低出水总氮，实现出水水质最优控制。

4.现有技术中的精确曝气系统，空气总管压力变化范围很小或完全靠恒压控制，当溶解氧较高时靠降低空气管道阀门开度来使压力维持在范围之内，此时会造成风机电耗的增加，能耗非常大。本实用新型曝气系统的空气总管压力可以通过鼓风机组的控制来实时调节，在电动阀调整过程中遵循阀门先升后降原则，使得整个空气系统不憋压、不过量曝气，管线压力损失小，鼓风机能效高，让空气总管压力在满足气量需求的情况下始终保持在最低的状态，既能达到精确曝气的效果，又能达到节能降耗的目的。

5.本实用新型曝气系统优化了系统仪表设备的数量，仅需在空气总管安装压力表、每个生物池安装一个在线溶解氧仪、电动调节电动阀和空气流量计即可，减少了对在线仪表的依赖，大大节约了设备采购和后期维护成本；本实用新型曝气系统适用于各个大中小型污水处理厂的升级改造，可以在现有设施的基础上加以改造，既方便实现，又控制简单，最主要的是更加节能降耗。

附图说明

图1是本发明污水处理精确曝气系统的控制原理图；

图2是一个生物池的控制信号反馈示意图；

图3是生物池内好氧廊道的示意图。

图中标号：1氨氮在线监测仪，2污泥浓度计，3水温计，4在线溶解氧测定仪；5总进水量监测信号，6进水COD、氨氮监测信号，7出水COD、氨氮监测信号；8上位机，9主控制器，10鼓风机主控柜，11就地控制柜，12鼓风机，13压力表，14电动阀，15空气流量计，16空气总管，17生物池。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来说明本实用新型的具体实施方式，但下列实施例只是用来详细说明本实用新型的实施方式，并不以任何方式限制本实用新型的范围。

实施例1：一种污水处理精确曝气系统，参见图1-图3，包括控制组件、鼓风机组以及两个以上的生物池，每个生物池17内均设有曝气管，所述曝气管通过分流管与外部的空气总管16相连通，所述空气总管16与鼓风机组相连通，在每个生物池17对应的分流管上分别设有电动阀14和空气流量计15；在所述空气总管16上设有压力表13。所述电动阀14为蝶阀、菱形阀或活塞阀。

所述控制组件包括主控制器9、分别对应每个生物池的子站控制器，还包括与所述主控制器9通过以太网通讯的上位机8。在每个生物池内均设有与所述子站控制器对应电连接的在线溶解氧测定仪4、污泥浓度计2、水温计3和氨氮在线监测仪1；所述鼓风机组配置有鼓风机主控柜10(MCP)和分别对应每个鼓风机12的就地控制柜11(LCP)，所述主控制器9通过MCP接口与鼓风机主控柜10对应连接，所述鼓风机主控柜10分别通过就地控制柜11与鼓风机组内的鼓风机对12应控制连接。所述主控制器、子站控制器为西门子6ES7系列的PLC控制器。

在每个生物池17中均设有四个好氧廊道，所述在线溶解氧测定仪4设置在第三好氧廊道末端。在第四好氧廊道的曝气管上安装有电动阀门，所述电动阀门为菱形阀。

在污水处理总进水口处设有进水流量计、进水COD监测仪和进水氨氮在线监测仪，用于监测总进水量和进水COD、氨氮，在污水处理总出口处设有出水COD监测仪和出水氨氮在线监测仪，用于监测出水COD、氨氮。

曝气系统中各个监测信号的反馈示意图参见图2，主控制器9通过鼓风机主控柜MCP和就地控制柜LCP实现对鼓风机的控制，压力表13用于监测空气总管16的压力，并将监测到的空气总管压力信号反馈给主控制器9，空气流量计15用于监测每个生物池对应的分流管的空气流量，并将监测到的空气流量信号反馈给主控制器9，主控制器9通过电动阀14调节每个生物池对应的分流管的空气流量大小；生物池17内配套设置的氨氮在线监测仪1、在线溶解氧测定仪4、污泥浓度计2、水温计3分别将测得的生物池氨氮、污泥浓度、水温和溶解氧监测信号反馈给主控制器9，污水处理的总进水口处设置的进水流量计、进水COD监测仪和进水氨氮在线监测仪，将测得的总进水量监测信号5和进水COD、氨氮监测信号6反馈给主控制其9，在污水处理总出口处设有出水COD监测仪和出水氨氮在线监测仪，将测得的出水COD、氨氮监测信号7反馈给主控制器9，上位机8与主控制器9通过以太网进行通讯，并实现对主控制器9的访问和控制。

本实用新型曝气系统的控制原理图如图1所示，主控制器通过MCP接口与鼓风机组相连接，用于获取鼓风机的状态信息并控制鼓风机的动作，每个生物池设置一个子站控制器，用于将在线溶解氧测定仪和电动阀的数据传输至主控制器，空气总管上的压力表信息也传输至主控制器，上位机通过以太网获取主控制器采集到的各项数据，进行数据处理并发出相应的控制信号，控制整个系统的运行。

在以上实施例中所涉及的设备元件如无特别说明，均为常规设备元件。

采用本实用新型污水处理精确曝气系统实现精确曝气的方法为：

(1)将待处理的污水引入到各个生物池中；

(2)通过在线溶解氧测定仪测定每个生物池内的溶解氧浓度DO，并通过控制器计算溶解氧浓度在前两分钟内每20秒变化率的平均值A，设置溶解氧浓度DO的变化区间：最小值MIN＜下限值L＜上限值H＜最大值MAX；其中，最小值MIN为0.7～1.2mg/L，下限值L为1.0～1.5mg/L，上限值H为1.3～1.8mg/L，最大值MAX为1.6～2.1mg/L。

溶解氧浓度在前两分钟内每20秒变化率的平均值A的计算方法为：设溶解氧浓度在前两分钟内每隔20秒的测定值为A0、A1、A2、A3、A4、A5、A6，则溶解氧浓度在前两分钟内每20秒变化率的平均值

(3)获取每个生物池对应电动阀的当前开度，根据下表1所示电动阀所在的开度区间，获取电动阀调节幅度和时间间隔：

(4)按照下述条件调节电动阀开度：

①当L≤DO≤H，且-0.1＜A＜0.1时，则该生物池的电动阀开度保持不变；当L≤DO≤H，且A＞0.1时，则按照表1所示规律所示时间间隔和调节幅度下调该电动阀的开度；当L≤DO≤H，且A＜-0.1时，则按照表1所示规律所示时间间隔和调节幅度上调该电动阀的开度；

②当H＜DO≤MAX，且A等于-0.2时，则按照表1所示规律所示时间间隔和调节幅度下调该电动阀的开度；当H＜DO≤MAX，且A＜-0.2时，则该生物池的电动阀开度保持不变；

③当MIN≤DO＜L，且A≥0.2时，则该生物池的电动阀开度保持不变；当MIN≤DO＜L，且A＜0.2，则按照表1所示规律所示时间间隔和调节幅度上调该电动阀的开度；

④当有一个或两个生物池的DO＞MAX，且持续3小时后，对应生物池内的电动阀开度整体下调1％；当有一个或两个生物池的DO＜MIN，且持续3小时后，对应生物池内的电动阀开度整体上调1％；

⑤当有两个生物池的DO＞MAX，同时有两个生物池的DO＜MIN，且持续3小时后，则DO＜MIN的生物池中的电动阀开度整体上调1％，其他生物池内的电动阀开度保持不变；

(5)根据各生物池所需的曝气量设定空气总管压力，并设定空气总管压力上限值和下限值，空气总管压力的设定值通过出水在线氨氮值来调整，空气总管压力上限值和下限值根据溶解氧昨日均值DOn或溶解氧每小时均值DOt来调整；

(6)曝气完成后进入下一步污水处理工序。

根据溶解氧昨日均值DOn来调整溶解氧浓度DO的变化区间的下限值L和上限值H，以及空气总管压力上限值和下限值的方式为：

当有一个生物池的DOn＞MAX时,该生物池内的电动阀下限值L和上限值H均下调1％；当有两个生物池的DOn＞MAX时,该两个生物池内的电动阀下限值L和上限值H均下调1％；

当有一个生物池的DOn＜H时,该生物池内的电动阀下限值L和上限值H均上调1％；当有两个生物池的DOn＜H时,该两个生物池内的电动阀下限值L和上限值H均上调1％；

当有3个生物池的DOn＞MAX时，空气总管压力上限值和下限值均下调0.1KPa，当有3个生物池的DOn＜MAX时,空气总管压力上限值和下限值均下调0.1KPa。

根据溶解氧每小时均值DOt来调整空气总管压力上限值和下限值的方式为：

当有3个生物池的DOt＜MIN，且空气总管压力设定值＝空气总管压力上限值，并持续2小时，则空气总管压力上限值上调0.2KPa；

当有3个生物池的D0＞MAX，且空气总管压力设定值＝空气总管压力下限值，并持续2小时，则空气总管压力下限值下调0.2KPa。

根据出水在线氨氮值来调整空气总管压力设定值的方式为：

设氨氮超标值为NH3N，当出水在线氨氮值≥NH3N时，空气总管压力设定值增加0.2KPa，间隔时间T1后，若出水在线氨氮值仍然≥NH3N，空气总管压力设定值再增加0.2KPa；T1为3小时，或根据需要设定。

当出水在线氨氮值＜NH3N时，空气总管压力设定值不变，各生物池电动阀正常工作。

通过空气总管压力设定值使鼓风机系统动作，调整风量，调整方法为：

a.首先设置每个生物池的电动阀开度辅助限值为F0-F1，当一个生物池的电动阀开度达到F1且其溶解氧浓度DO＜MIN时，即该生物池有气量上升请求；当一个生物池的电动阀开度达到F0且其溶解氧浓度DO＞MAX时，即该生物池有气量下降请求；

b.当有气量上升请求的生物池大于2个，且维持一段时间T2时，空气总管压力设定值上调一个幅度P0；当有气量下降请求的生物池大于2个，且维持一段时间T2时，空气总管压力设定值下调一个幅度P0；

c.当有三个生物池的溶解氧昨日均值DOn＞MAX时，空气总管压力上限值和下限值同时下调一个幅度P1；当有三个生物池的溶解氧昨日均值DOn＜MIN时，空气总管压力上限值和下限值同时上调一个幅度P1；

d.当有3个以上生物池的溶解氧每小时均值DOt＞MAX且连续T3小时时，空气总管压力上限值和下限值同时下调一个幅度P1；当有3个以上生物池的溶解氧每小时均值DOt＜MIN且连续T3小时时，空气总管压力上限值和下限值同时上调一个幅度P1；

e.设定氨氮预警值为Y，Y＜氨氮超标值NH3N，当出水在线氨氮值＞Y时，空气总管压力上限值和同时上调一个幅度P1。

其中，步骤a中所述电动阀开度辅助限值：F0取值为25％～60％，F1取值为60％～100％；步骤b中所述维持时间T2为100-1800秒；步骤d中所述维持时间T3为2-4小时；所述空气总管压力设定值的调整幅度0＜P0＜0.5千帕；空气总管压力上限值和下限值的调整幅度0＜P1＜0.5千帕。

溶解氧浓度DO的变化区间的四个取值可根据污水处理总进水量和生物池的温度变化来调整，能够更好的保证出水水质，同时降低运营成本：

当污水处理总进水量每增加10％，所述溶解氧浓度DO的变化区间的四个取值均提高0.1mg/L；当污水处理总进水量每减少10％，所述溶解氧浓度DO的变化区间的四个取值均降低0.1mg/L；

将生物池的水温划分为三个区间：小于18℃，18-22℃，22℃以上，当生物池的水温每上升一个区间，所述溶解氧浓度DO的变化区间的四个限值取值均降低0.1mg/L；当生物池的水温每下降一个区间，所述溶解氧浓度DO的变化区间的四个限值取值均提高0.1mg/L。

空气总管压力设定值在上限和下限之间变动，空气总管压力上限和下限取值根据系统处理量和管道布置情况确定，为系统稳定的一段时间内最小和最大气量对应总管压力值为准。

本实用新型污水处理精确曝气系统的工作方式为：

首先将待处理的污水引入生物池，可根据具体情况设置生物池的数量、排布曝气管道，每个生物池内设置四个好氧廊道，在线溶解氧测定仪设置在第三好氧廊道末端，好氧廊道内设置曝气管道，曝气管道通过分流管与外部空气总管连通，在每个生物池对应的分流管上设有电动阀。

在进行曝气前，通过需气量的计算来设置空气总管压力的上下限值，曝气过程中使空气总管压力在限制范围内调节，通过各生物池需气量与总需气量的计算，设置每个生物池的电动阀开度区间，使每个生物池的电动阀在区间范围内调节。如：设溶解氧浓度DO的变化区间取值为：最小值MIN为0.7mg/L，下限值L为1.2mg/L，上限值H为1.7mg/L，最大值MAX为2.1mg/L，当一个生物池的溶解氧浓度DO在1.2mg/L-1.7mg/L之间，且-0.1＜A＜0.1时，则该生物池的电动阀开度保持不变，当A＞0.1时，判断电动阀的开度区间，如果电动阀开度在0～30％之间，则该电动阀每120秒下调1％的开度；当A＜-0.1时，判断电动阀的开度区间，如果电动阀开度在40～49％之间，则该电动阀每300秒上调3％的开度；当一个生物池的溶解氧浓度DO在1.7mg/L-2.1mg/L之间，且A等于-0.2时，判断电动阀的开度区间，如果电动阀开度在50～59％之间，则该电动阀每600s下调5％的开度。以此类推，按照上述步骤(4)中的方法来调节电动阀的开度。

当系统内气量靠电动阀调节无法达到平衡时，系统调节空气总管压力来匹配系统所需空气总量，从而达到每个生物池溶解氧在范围内的均衡智能调控。可根据溶解氧昨日均值DOn来调整溶解氧浓度DO的变化区间的下限值L和上限值H，以及空气总管压力上限值和下限值；根据溶解氧每小时均值DOt来调整空气总管压力上限值和下限值，根据出水在线氨氮值来调整空气总管压力设定值，具体调整方式如实施例中。

当空气总管压力设定值变化后，通过控制鼓风机开启数量和调节鼓风机导叶开度来调节空气总管压力，当空气总管压力实际值变化时，鼓风机会发生动作，来将空气总管压力与目标值调整至一致。本实用新型曝气系统通过需气量的计算，设置空气总管压力的上下限值，使空气总管压力在限制范围内调节，通过各生物池需气量与总需气量的计算，设置每个生物池的电动阀开度区间，使每个生物池的电动阀在区间范围内调节；当系统内气量靠电动阀调节无法达到平衡时，系统调节空气总管压力来匹配系统所需空气总量，从而达到每个生物池溶解氧在范围内的均衡智能调控。

上面结合附图和实施例对本实用新型的实施方式做了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下进行变更或改变。