專利名稱：分段進水a/o生物脫氮工藝低氧曝氣控制裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種含氮廢水的連續流分段進水生物脫氮處理裝置，所
屬的技術領域為活性污泥法污水處理系統自動控制的理論、方法與技術。 適用于大、中、小型城鎮生活污水及含氮工業廢水的深度脫氮。
背景技術：
分段進水生物脫氮工藝是基于傳統前置反硝化工藝(A/0)發展起來的一種 新工藝。該工藝通常不需要設置硝化液內回流設施。同普通的脫氮除磷工藝 相比，該工藝通常具有較多的污泥儲量和較長的SRT，并具有所需池容較小、 脫氮效率高、運行管理方便等優點。但是，由于工藝結構的特點，分段進水 生物脫氮工藝缺氧區和好氧區的交替較為頻繁。因此，由好氧區到缺氧區的 溶解氧(DO)攜帶問題是必須考慮的重要問題之一。在滿足硝化反應完成和剩 余碳有機物去除的情況下，最大程度地降低曝氣量可減小由好氧區到缺氧區 的DO攜帶量，從而為反硝化提供良好的缺氧環境，并可減少缺氧區內的可 快速降解有機碳源的消耗。此外，--個典型的污水處理廠，曝氣耗費往往占 總運行費用的60%-80%，曝氣所占的電能約占整個污水廠能耗的50%。因此， 控制較低的DO濃度，無論對于處理效果還是運行費用都是非常有意義的。 但是，過低的DO可能會使硝化反應速率降低，導致出水1^4+-1^含量增高， 并有可能導致污泥膨脹現象。另外，低氧運行的系統對進水負荷的變化較為 敏感，負荷稍有變化，就難以滿足出水標準。因此，傳統的脫氮工藝通常控 制恒曝氣量，并使得好氧區的DO濃度》2mg/L，以便適應一個較寬范圍的負 荷變化。事實上，維持好氧區DO濃度為0.5 1.0mg/L也可以達到完全硝化的 目的。但若維持這樣一個低氧條件，系統可能完全喪失抗沖擊負荷的能力。 進水負荷高時，不能滿足出水要求；進水負荷低時，又浪費曝氣能耗。
實用新型內容
本實用新型的目的是提供一種保證連續流多段進水A/O生物脫氮工藝 低氧運行效果的精密的曝氣過程控制方法。采用該過程控制裝置與方法后， 系統可以根據進水和出水氨氮濃度的實時變化，及時調整好氧區的曝氣量， 使好氧區的DO濃度維持在0.5~1.0mg/L較低的水平，而出水氨氮《1.0mg/L。
采用該控制方法后，可以解決①傳統方式曝氣能耗大，浪費能源的問題。②
有效解決低DO系統對負荷變化敏感的問題。根據負荷的變化實時調整曝氣 量，避免沖擊負荷給系統造成的影響，保證出水水質。③由于低氧條件下， 剩余溶解氧較少，可以避免其消耗有機碳源，節省外碳源的投加量。 本實用新型的技術原理-
連續流多段進水A/O低氧曝氣過程控制原理，其特征在于根據好氧區
的DO濃度和氨氮濃度的變化來反映進水水質的變化，并根據此變化來調節
曝氣量，具體如下
(1) 污水由缺氧區流入好氧區，缺氧區反硝化剩余的有機物及氨氮在好 氧區被氧化，氨氮轉化成硝酸鹽氮，由于反應器呈推流流態，在每一個格室 曝氣量相同的情況下，由于有機物和氨氮沿池長方向是逐漸減少的，因此，
其對溶解氧的需求量也是逐漸減少的，DO沿池長是逐漸升高的。根據這一規 律，我們可以精確掌握系統的反應過程及進水水質的變化，并可以根據此變 化調節曝氣系統的曝氣量，避免曝氣不足和過曝氣的情況。
(2) 根據DO濃度來指示反應進程和進水有機物負荷的變化，其中最重 要的一個問題是DO傳感器的安放位置，若將DO傳感器安放在好氧區的首端， 其對進水負荷的響應較快，但其將無法反映系統的反應進程，若安放在好氧 區的末端，其雖然能很好的體現硝化反應的進程，但其對負荷的響應必然滯 后。因此，本實用新型將好氧區平均分成三等分，將DO傳感器安放在中間 位置，這樣既可節省DO傳感器的數量，又可比較精確地反映系統的進水負 荷的變化和硝化反應的進程。
(3) 為嚴格滿足出水氨氮^lmg/L的出水要求，并避免由于DO控制失 效的情況，在最后一段的出水端設氨氮傳感器，第三段的曝氣量將由DO濃 度和氨氮濃度的變化共同決定。
本實用新型提供的多段進水A/O低氧曝氣過程控制裝置，其特征在于-連續流反應器由I、 II、 III段組成，每一段包括一個缺氧區和至少三個 好氧區。第I段缺氧區1，第I段前好氧區2，第I段中好氧區3，第I段后 好氧區4;第II段缺氧區5，第II段前好氧區6，第II段中好氧區7，第II段
后氧區8;第ni段缺氧區9，第m段前好氧區io，第in段中好氧區u,第ni
段后好氧區12;反應器由進水管14和污水貯水箱13相連，進水管分別接進
水泵，將污水連續投加至第I段缺氧區1、第II段缺氧區5和第III段缺氧區9;
空壓機15為第I段的好氧區供氧，空壓機15進口端安裝電動閥門21，空壓 機15的出口端安裝空氣流量測定儀16;空壓機22為第II段的好氧區供氧， 空壓機22進口端安裝電動閥門28,出口端安裝空氣流量測定儀23;空壓機 29為第ni段的好氧區供氧，空壓機29進口端安裝電動閥門41，出口端安裝 空氣流量測定儀30。
在第I段中好氧區3內安裝有DO傳感器17， DO傳感器17與DO測定 儀18連接，DO測定儀18輸出的數字信號進入溶解氧PI控制器19，溶解氧 PI控制器19的輸出作為曝氣量PI控制器20的輸入，曝氣量PI控制器20的 輸出信號直接作用于電動閥門21，控制電動閥門21的開啟程度。
在第II段中好氧區7內裝有DO傳感器24， DO傳感器24與DO在線儀 25相連，DO在線儀25輸出的數字信號進入溶解氧PI控制器26,溶解氧PI 控制器26的輸出作為曝氣量PI控制器27的輸入，曝氣量PI控制器的輸出作 用于電動閥門28，控制電動閥門28的開啟程度。
在第III段后好氧區12放置在線氨氮傳感器31，在線氨氮傳感器31與氨 氮在線儀32相連，氨氮在線儀32的輸出信號進入氨氮PI控制器33;在第III 段中好氧區11放置DO在線傳感器34， DO在線傳感器34與DO在線儀35 相連，DO在線儀35的輸出進入溶解氧PI控制器36。同時，在第III段缺氧區 9中設置氨氮傳感器38，氨氮傳感器38與氨氮在線儀39相連，氨氮在線儀 39的輸出信號作為氨氮前饋控制器40的輸入；氨氮PI控制器33、氨氮前饋 控制器40和DO在線儀35輸出的數字信號共同作為溶解氧PI控制器36的輸 入，溶解氧PI控制器36的輸出作為曝氣量PI控制器37的輸入，曝氣量PI 控制器37的輸出作用于電動閥門41,控制電動閥門41的開啟。
本實用新型涉及的多段進水A/0生物脫氮工藝低氧曝氣裝置及過程控制 方法中，連續流A/O多段進水反應器分為至少三段，三臺進水泵分別將污水 連續投加到第I段的缺氧區1，第ll段的缺氧區5和第ffl段的缺氧區9。缺氧 區1主要對回流污泥中攜帶的硝酸鹽氮進行反硝化，將硝酸鹽氮轉化成氮氣 從水中逸出，進水為反硝化提供碳源；混合污水再順序經過第I段的前好氧 區2，中好氧區3，后好氧區4，在三個好氧區進行硝化反應，將第I段進水 中的氨氮轉化成硝酸鹽氮。此混合污水再迸入第II段的缺氧區5，與進水混合
并發生反硝化反應，并將硝酸鹽氮轉化成氮氣從系統逸出，進水為反硝化提
供碳源；混合污水再經過第II段的前好氧區8，中好氧區9，后好氧區IO，將 第II段進水中的氨氮轉化成硝酸鹽氮。混合污水進入到第III段的缺氧區11，
并與第ni段的進水混合，進行反硝化反應，進水為反硝化提供碳源，將硝酸
鹽氮轉化成氮氣從水中逸出；污水再順序流經第III段的前好氧區12，中好氧
區n，后好氧區14，進行硝化反應，將第m段進水中的氨氮轉化成硝酸鹽氮， 混合液再經出水管進入沉淀池進行沉淀，沉淀后的污泥一部分經回流污泥管 由污泥回流泵投加到反應器第I段的缺氧區， 一部分以剩余污泥的形式排放。 控制系統啟動運行之前需進行反應系統的啟動，對污泥進行馴化培養，確定 合適的進水流量，并根據水量和水質選定空壓機的合適量程，待反應系統穩 定運行之后，啟動控制系統。
本實用新型涉及的多段進水A/O生物脫氮工藝低氧曝氣裝置及過程控制
方法，其特征在于-
第I段的曝氣控制采用DO串級PI控制系統。該控制系統包括兩個控 制器，溶解氧PI控制器19是主控制器，用來控制第I段中好氧區3的DO濃 度；曝氣量PI控制器20是副控制器，用來控制曝氣量，從而克服負荷等外界 的擾動。以DO傳感器17測定的DO濃度和DO設定值之差作為溶解氧PI 控制器19的輸入，本實用新型中，DO設定值為0.5 1.0mg/L;當DO濃度實 測M^1.2mg/L或DO濃度實測值S0.3mg/L時，控制系統開始啟動。DO傳感 器17采集的數字信號進入溶解氧PI控制器19后，經帶終結保護的離散線性 PI運算法則計算后，數據輸出；溶解氧PI控制器19的輸出決定曝氣量控制 器20的設定值(即曝氣量設定值)，以曝氣量設定值和空氣流量測定儀16采 集的曝氣量實測值之差作為曝氣量PI控制器20的輸入，經線性PI運算法則， 以曝氣量作為輸出，作用于空壓機前的電動閥門21，控制電動閥門21的開啟 程度。閥門的開啟程度由曝氣量PI控制器20的輸出決定，但為保證較好的控 制性能且控制不失效，須設定最大和最小曝氣輸出。當輸出曝氣量￡20%最大 曝氣量時，電動閥門開啟程度取20%，為最小開啟度；當輸出曝氣量2100°/。 最大曝氣量時，電動閥門幵啟到100%，為最大開啟度。
第II段的曝氣控制采用DO串級P3E控制系統。該控制系統包括兩個控 制器，溶解氧PI控制器26是主控制器，用來控制第II段中好氧區7的DO濃
度；曝氣量PI控制器27是副控制器，用來控制曝氣量，從而克服負荷等外界 的擾動。以DO傳感器24測定的DO濃度和DO設定值之差作為溶解氧PI 控制器26的輸入，本實用新型中，DO設定值為0.5 1.0mg/L;當DO濃度實 測值^1.2mg/L或DO濃度實測值S0.3mg/L時，控制系統開始啟動。DO傳感 器24采集的數字信號進入溶解氧PI控制器26，經帶終結保護的離散線性PI 運算法則計算后，數據輸出；溶解氧PI控制器26的輸出決定曝氣量控制器 27的設定值(即曝氣量設定值)，以曝氣量設定值和空氣流量測定儀23采集 的曝氣量實測值之差作為曝氣量PI控制器27的輸入，經線性PI運算法則， 以曝氣量作為輸出，作用于空壓機前的電動閥門28，控制電動閥門28的開啟 程度。閥門的開啟程度由曝氣量PI控制器27的輸出決定，但為保證控制效果 且不失效，須設定最大和最小曝氣輸出。當輸出曝氣量^20%最大曝氣量時， 電動閥門開啟程度取20%，為最小開啟度；當輸出曝氣量2100%最大曝氣量 時，電動閥門開啟到100%，為最大開啟度。
第I、 n段DO串級PI控制系統的工作流程如圖2示。 第m段的曝氣控制采用氨氮前饋一反饋串級PI控制系統。其工作原理
是在第ni段后好氧區設置氨氮在線傳感器31，根據出水所要達到的標準給
出氨氮PI控制器33的設定值，本實用新型中氨氮出水標準根據國家一級出水 標準，出水氨氮設為^mg/L，即氨氮設定值為0mg/LS氨氮Slmg/L;以氨氮傳 感器31測得的氨氮值和氨氮設定值之差作為氨氮PI控制器33的輸入，經PI 運算法則計算后，輸出DO設定值之一；在第ffl段缺氧區9設氨氮傳感器38 采集氨氮濃度作為氨氮前饋控制器40的輸入，計算輸出另一 DO設定值； PI控制器33和氨氮前饋控制器40輸出的兩個DO設定值共同決定溶解氧PI 控制器36的DO設定值，溶解氧PI控制器36的DO設定值由氨氮控制器33 的輸出、氨氮前饋控制器40的輸出共同決定。當兩者決定的DO設定值 Sl.5mg/L時，取1.5mg/L;當兩者決定的DO設定值^).3mg/L時，取0.3mg/L。 好氧區DO傳感器34的實測值和上述兩個氨氮控制器決定的DO設定值之差， 作為溶解氧PI控制器36的輸入，經PI運算法則計算后，輸出曝氣量控制器 37的曝氣量設定值；曝氣量設定值和空氣流量計30采集的空氣流量實測值之 間的差值作為曝氣量PI控制器37的輸入，經計算，曝氣量PI控制器37的輸 出將直接作用于空壓機出口電動閥門41，控制電動閥門41的開啟程度。為保
證控制系統有較好的控制性能且不失效，須設定最大和最小電動閥門開啟程
度。當輸出曝氣量520%最大曝氣量時，電動閥門開啟程度取20%，為最小開 啟度；當輸出曝氣量^100%最大曝氣量時，電動閥門開啟到100%，為最大開 啟度°
第m段do串級pi控制系統的工作流程如衝3示。
這種逢續流多段進水a/0低氧曝氣控制方法，其特征在于
在第i段、第n段采用溶解氧pi串級控制策略。在中間好氧區設置do
在線傳感器，在線采集溶解氧濃度(do)信號，根據此實測值與設定值之差來
間接反映進水負荷的變化，從而調整曝氣系統的曝氣量，以滿足出水要求。
此控制過程中，do濃度是控制參數。在線采集的do濃度信號進入溶解氧 pi控制器后，轉換成數字信號，同do設定值進行比較。當滿足要求時，不 對曝氣系統采取控制行動。當不滿足要求時，調解曝氣量的設定值，以便在 線控制調節空壓機閥門的開啟程度。
對第in段采用氨氮前饋-反饋串級pi控制策略。在中間好氧區設置do在 線傳感器，后好氧區和第m段的缺氧區設置氨氮在線傳感器。缺氧區氨氮在 線傳感器可以直接采集氨氮濃度值，經氨氮前饋控制器，給出進水氨氮負荷
的變化；最后好氧區在線采集氨氮濃度，經氨氮pi控制器，給出系統對氨氮 的處理效果；進水氨氮的負荷變化和出水氨氮濃度的變化共同決定溶解氧pi 控制器的do濃度設定值。此設定值同do濃度實測值進行比較，當滿足要求 時，不對曝氣系統釆取控制行動；當不滿足要求時，調解曝氣量設定值，以 便在線調節空壓機進口閥門的開啟程度。
本實用新型的有益效果生物脫氮過程中，若系統在低氧條件下運行， 系統對沖擊負荷的抵抗能力較弱，若想保證連續流a/o工藝在低氧條件下的 硝化效果，進行曝氣量的控制至關重要。且低氧系統的控制精度同普通系統 相比要高，否則很難保證處理效果。
本實用新型優點
(1)硝化效果好，出水氨氮小于lmg/L。 2002年國家頒布的污水排放標 準中，對城鎮污水最嚴格的排放標準是出水氨氮小于5mg/L。本實用新型的 出水氨氮濃度遠低于國家頒布的排污標準。
節省曝氣運行費用。本實用新型設計中，由do在線傳感器，氨氮在線
傳感器在線采集DO濃度和氨氮濃度的數據，來反映進水水質的實時變化。 根據此實時變化特征，實時調整系統曝氣量的大小。當進水負荷高時，加大 曝氣，以保證處理效果；當進水負荷低時，減小曝氣，以避免能量浪費。中 試試驗表明，該控制策略同現有的曝氣控制策略相比，可以節省30%~40%的 曝氣運行費用。而水廠的曝氣費用通常占整個運行費用的50%~80%，因此， 此數字對水廠的實際運行來說也是非常龐大的。
抵抗進水沖擊負荷的能力增強。現有工藝中，通常保證好氧區DO濃度 2mg/L以上以保證出水滿足要求，并使系統抵抗沖擊負荷的能力提高。若采 用0.5 1.0mg/L的低DO條件運行，系統通常不具備抵抗沖擊負荷的能力。而 本實用新型設計的曝氣控制系統，通過采用溶解氧PI控制器可以粗略的反映 進水負荷的變化，進而調整曝氣量的大小。在最后出水段釆用高級的氨氮前 饋-反饋控制器，可以精確的反映進入到系統最后一段的氨氮濃度，并實時采 集出水氨氮數據，實時調整曝氣量，保證出水效果。系統對負荷的響應比較 快，而且比較準確。故負荷變化通常不會對處理效果產生影響。
在線測量裝置較少，降低控制系統投資。本實用新型設計中，在保證處 理效果的同時，盡可能減少傳感器的數量，尤其是價格比較昂貴的在線營養 物傳感器。對第i、 ii段，采用僅依靠DO傳感器的DO串級PI控制器。可 大大降低控制系統的投資，又可降低控制器的復雜程度，運行管理更加方便。
本實用新型的低氧過程控制方法可廣泛應用于采用連續流多段進水A/0 工藝的大、中、小城市生活污水、工業廢水的處理，以降低曝氣能耗，節省 運行費用。
圖1是多段進水A/0低氧控制裝置結構示意圖。
圖2是第I段或第II段的DO串級PI控制系統的工作流程圖
圖3是第in段采用的氨氮前饋-反饋pi控制器的工作流程圖
圖1中，1-第i段缺氧區、2-第i段前好氧區，3-第i段中好氧區，4-第 i段后好氧區、5-第ii段缺氧區、6-第ii段前好氧區，7-第ii段中好氧區，8-
第n段后好氧區、9-第ni段缺氧區、io-第ni段前好氧區，ii-第in段中好氧區，
12-第ffl段后好氧區、13-原水貯水箱、14-進水管、15-第I段空壓機、16-空壓 機15的出口空氣流量測定儀、17-第I段瘠解氧在線傳感器、18-第1段溶解
氧在線儀、19-第I段溶解氧PI控制器、20-第I段曝氣量PI控制器、21-空壓 機15進口電動閥門、22-第II段空壓機、23-空壓機22出口空氣流量測定儀、
24-第n段溶解氧在線傳感器、25-第n段溶解氧在線儀、26-第n段溶解氧pi
控制器、27-第II段曝氣量PI控制器、28-空壓機22進口電動閥門、29-第III段 空壓機、30-空壓機29出口空氣流量測定儀、31-第in段后好氧區氨氮在線傳 感器、32-第m段后好氧區氨氮在線儀、33-氨氮PI控制器、34-溶解氧在線傳 感器、35-溶解氧在線儀、36-第III段溶解氧PI控制器、37-第III段曝氣量PI 控制器、38-第ffl段缺氧區9氨氮在線傳感器、39-第ffl段缺氧區9氨氮在線儀、 40-氨氮前饋控制器、41-空壓機29進口電動閥門具體實施方式
結合實施例，本實用新型低氧曝氣控制的方法為
以某大學家屬區排放的實際生活污水作為實驗對象(COD-140 290mg/L,TN=35 80mg/L)。所采用的多段進水A/O生物脫氮反應器溶解 300L,分為3段，每段容積100L。系統設置3臺空壓機，最大出風量為2m3/h， 最小出風量為0。反應器首先進行污泥培養馴化，馴化結束后各段的污泥濃度 為第I段為5 5.5g/L,第II段為4 4.5mg/L,第III段位2.8 3.2mg/L。反應 器日處理水量900L，第I段進水量11.2L/h,第II段進水15L/h，第III段進水 為11.2L/h。反應溫度為2(TC。
系統運行初，將三臺空壓機的出口曝氣量調整為0.9m3/h ， 1.2m3/h,0.9m3/h。進水濃度為190mg/L，氨氮濃度為55mg/L，第III段缺氧區的 氨氮濃度為17mg/L。各好氧區采集的DO濃度信號均在0.5 1.0mg/L范圍內， 在此穩定濃度的進水條件下，讓系統穩定運行7d，然后開始實時改變進水負 荷，并開啟曝氣控制系統。
以兩個負荷為例來說明負荷發生變化時，低氧曝氣控制系統對負荷的響 應情況
(--)當進水COD濃度由190mg/L變為為145mg/L，進水氨氮濃度由 55mg/L變為36mg/L時。
第I段的曝氣控制 進水45min時，第I段好氧區的DO濃度已由 0.7mg/L變為1.0mg/L，第52min時DO濃度達到1.2mg/L，此時第I段控制回路 中的溶解氧PI控制器19開始作用，將DO在線傳感器17采集的實測值和DO
設定值(0.5 1.0mg/L)進行比較并計算，溶解氧PI控制器19輸出曝氣量控 制器20的設定值，此設定值為0.5 0.6m3/h,同時，實測的曝氣量(0.9m3/h) 被輸入到曝氣量控制器20，該實測值和設定值進行比較計算，輸出直接作用 于空壓機15前的電動閥門21，并根據曝氣量控制器20的輸出，成比例減小 電動閥門21的開啟程度，此時，好氧區的DO濃度實測值逐漸降低，其同設 定值之間的差值逐漸降低，那么溶解氧PI控制器19的輸出，即曝氣量PI控 制器20的設定值也逐漸變化，從而閥門的開啟程度也不斷變化，直到DO濃 度降低至設定值范圍內，此次控制過程結束，控制系統等待下一沖擊負荷的 到來。此次消除擾動的控制時間約1.2 1.5h。
第n段的曝氣控制進水42min時，第II段好氧區在線采集的DO濃度 信號已超過1.0mg/L，第48min時DO濃度達到1.2mg/L，此時第II段控制回 路中的溶解氧PI控制器26開始作用，將DO在線傳感器24采集的實測值和 DO設定值(0.5 1.0mg/L)進行比較并計算，溶解氧PI控制器26輸出曝氣 量控制器27的設定值，此設定值為0.8 0.85m3/h，同時，曝氣量測定儀23 實測的曝氣量(1.2m3/h)被輸入到曝氣量控制器27，該實測值和設定值進行 比較計算，輸出直接作用于空壓機22前的電動閥門28，并根據曝氣量控制器 27的輸出，成比例減小電動閥門28的開啟程度，此時，好氧區的DO濃度實 測值逐漸降低，其同設定值之間的差值逐漸降低，那么溶解氧PI控制器26 的輸出，即曝氣量PI控制器27的設定值也逐漸變化，從而閥門的開啟程度也 不斷變化，直到DO濃度降低至設定值范圍內，此次控制過程結束。此次消 除擾動的控制時間約1.2 1.4h。
第III段的曝氣控制 進水15min時，缺氧區9內氨氮在線傳感器38的 實測值已超出設定值U5 22mg/L)范圍，此時氨氮前饋PI控制器40開始 作用，并給出一個DO濃度設定值，此時，根據第ffl段后好氧區12內氨氮在 線傳感器31采集的實測出水氨氮數據，氨氮PI控制器33給出一個設定值， 根據簡單的PI運算法則，對兩者的作用相疊加，給出溶解氧PI控制器36的 設定值，并輸入到溶解氧PI控制器36。第m段中好氧區DO在線測定儀34 實測的DO濃度輸入到溶解氧PI控制器36，并同DO濃度設定值進行比較計 算，輸出曝氣量控制器37的設定值，并同空氣流量測定儀30采集的實測曝 氣量進行比較，給出空壓機進口電動閥門41的開啟信號。此過程，在線采集
的缺氧區9的氨氮濃度、后好氧區12的氨氮濃度均不斷變化，因此，瀋解氧 控制器的DO濃度設定值不斷變化，從第III段中好氧池采集到的DO濃度實測 值也不斷變化，DO濃度的實測值和DO濃度的設定值之差又決定曝氣量控制 器37的設定值，曝氣量控制器37的設定值同實測值之差不斷變化，不斷給 出電動閥門41的開啟信號，直到好氧區的DO濃度實測值穩定在設定值范圍 之內。此控制環路消除負荷擾動的時間約為40 50min。
(二)當進水COD濃度由l卯mg/L變為為275mg/L，進水氨氮濃度 由55mg/L變為73mg/L時。
第I段的曝氣控制進水35min時，第I段中好氧區2的DO濃度已由 0.75mg/L變為0.5mg/L，第45min時DO濃度達到0.3mg/L，此時第I段控制 回路中的溶解氧PI控制器19開始作用，將DO在線傳感器17采集的實測值 和DO設定值(0.5 1.0mg/L)進行比較并計算，溶解氧PI控制器19的輸出 作為曝氣量控制器20的設定值，此設定值為l.l 1.3m3/h,同時，空氣流量 測定儀16的實測曝氣量(0.9m3/h)被輸入到爆氣量控制器20，該實測值和 設定值進行比較計算，曝氣量控制器20的輸出直接作用于電動閥門21，并根 據曝氣量控制器20的輸出，成比例增大電動閥門21的開啟程度，此時，好 氧區的DO濃度實測值逐漸增高，其同設定值之間的差值逐漸降低，那么溶 解氧PI控制器19的輸出，即曝氣量PI控制器20的設定值也逐漸變化，從而 電動閥門的開啟程度也不斷變化，直到DO濃度升高至設定值范圍內，此次 控制過程結束，控制系統等待下一沖擊負荷的到來。此次消除擾動的控制時 間約1.4 1.7h。
第II段的曝氣控制進水30min時，第H段中好氧區7在線采集的DO 濃度信號已達0.5mg/L,第39min時DO濃度達到0.3mg/L,此時第II段控制 回路中的溶解氧PI控制器26開始作用，將第n段中好氧區7在線采集的DO 濃度實測值和DO設定值(0.5 1.0mg/L)進行比較并計算，溶解氧PI控制 器26輸出曝氣量控制器27的設定值，此輸出設定值為1.5 1.7m3/h，同時， 空氣量測定儀23實測的曝氣量(1.2m3/h)被輸入到曝氣量控制器27,該實 測值和設定值進行比較計算，輸出直接作用于空壓機23進口電動閥門28，并 根據曝氣量控制器27的輸出，成比例減小電動閥門28的開啟程度，此時， 好氧區7的DO濃度實測值逐漸降低，其同設定值之間的差值逐漸降低，那
么溶解氧PI控制器26的輸出，即曝氣量PI控制器27的設定值也逐漸變化， 從而電動閥門28的開啟程度也不斷變化，直到DO濃度降低至設定值范圍內， 此次控制過程結束。此次消除擾動的控制時間約1.3 1.5h。
第III段的曝氣控制 進水12min時，第HI段缺氧區9的氮氮在線傳感 器31采集的氨氮濃度的實測值已超出設定值(15 22mg/L)范圍，此時氨氮 前饋PI控制器40開始作用，并給出一個DO濃度設定值，此時，第III段后好 氧區12氨氮在線傳感器31采集的實測值輸入氨氮PI控制器33，氨氮PI控 制器33的輸出作為溶解氧PI控制器36的另一個DO濃度設定值，此兩個DO 設定值經簡單計算，得出溶解氧PI控制器36的DO設定值，并輸入到溶解氧 PI控制器36。好氧區11的在線DO傳感器34采集的實測DO濃度輸入到溶 解氧PI控制器36,并同DO濃度設定值進行比較計算，輸出曝氣量控制器37 的設定值，并同空氣流量測定儀30采集的實測曝氣量進行比較，給出空壓機 進口電動閥門41的開啟信號。此過程，在線采集的缺氧區9的氨氮濃度、出 水氨氮濃度均不斷變化，因此，溶解氧控制器36的DO濃度設定值不斷變化， 從好氧池采集到的DO濃度實測值也不斷變化，DO濃度的實測值和DO濃度 的設定值之差又決定曝氣量控制器37的設定值，其同實測值之差不斷變化， 不斷給出電動閥門41的開啟信號，直到好氧區的DO濃度實測值穩定在設定 值范圍之內。此控制環路消除負荷擾動的時間約為35 45min。
本實用新型的低氧曝氣過程控制實施例參見圖1。連續流反應器由I 、 II、 in段組成，每一段包括一個缺氧區和三個好氧區。第I段包括缺氧區1,第I 段前好氧區2，第I段中好氧區3，第I段后好氧區4;第II段包括缺氧區5，
第n段前好氧區6，第n段中好氧區7，第ii段中后氧區s;第in段包括缺氧 區9，第ni段前好氧區io，第ni段中好氧區ii，第m段后好氧區i2;反應器
由進水管14和污水貯水箱13相連，進水管分別接進水泵，將污水連續投加
至第i段缺氧區i ，第n段缺氧區5,第ni段缺氧區9。空壓機15為第i段的
好氧區供氧，空壓機15進口端安裝電動閥門21，空壓機15的出口端安裝空 氣流量測定儀16;空壓機22為第II段的好氧區供氧，空壓機22進口端安裝 電動閥門28，出口端安裝空氣流量測定儀23;空壓機29為第m殺的好氧區 供氧，空壓機29進口端安裝電動閥門41，出口端安裝空氣流量測定儀30。 在第I段的中好氧區3內安裝有DO傳^器17, DO傳感器17與DO測
定儀18連接，DO測定儀18輸出的數字信號進入溶解氧PI控制器19，溶解 氧PI控制器19的輸出作為曝氣量PI控制器20的輸入，曝氣量PI控制器20 的輸出信號直接作用于電動閥門21，控制電動閥門21的開啟。
在第II段中好氧區7內裝有DO傳感器24， DO傳感器24與DO在線儀 25相連，DO在線儀25輸出的數字信號進入溶解氧PI控制器26，溶解氧PI 控制器26的輸出作為曝氣量PI控制器27的輸入，曝氣量PI控制器的輸出作 用于電動閥門28，控制電動閥門28的開啟。
在第m段后好氧區12放置氮氮傳感器31，氨氮傳感器31與氨氮在線儀 32相連，氨氮在線儀32的輸出信號進入氨氮PI控制器33;在第ffl段中好氧 區11放置DO傳感器34， DO傳感器34與DO在線儀35相連，DO在線儀 35的輸出進入溶解氧PI控制器36。同時，在第III段缺氧區9中設置氨氮傳感 器38，氨氮傳感器38與氨氮在線儀39相連，氮氮在線儀39的輸出信號作為 氨氮前饋控制器40的輸入；氨氮PI控制器33、氨氮前饋控制器40和DO在 線儀35輸出的數字信號共同作為溶解氧PI控制器36的輸入，溶解氧PI控制 器36的輸出作為曝氣量PI控制器37的輸入，曝氣量PI控制器37的輸出作 用于電動閥門41，電動閥門41控制空壓機29的啟閉。
利用多段進水A/O生物脫氮低氧曝氣系統，最終出水COD均小于30mg/L, 氨氮濃度小于lmg/L，遠低于國家一級排放標準所要求的出水濃度。此外， 同一般曝氣控制相比，該曝氣系統可節省30% 40%的曝氣能耗，而出水水 質不受任何影響。
權利要求1、分段進水A/O生物脫氮低氧曝氣過程控制裝置，污水貯水箱(13)連接進水管(14)，進水管(14)通過進水泵連接連續流反應器，將污水連續投加到缺氧區，其特征在于連續流反應器由I、II、III段組成，每一段包括一個缺氧區和至少三個好氧區；第I段缺氧區(1)，第I段前好氧區(2)，第I段中好氧區(3)，第I段后好氧區(4)；第II段缺氧區(5)，第II段前好氧區(6)，第II段中好氧區(7)，第II段后氧區(8)；第III段缺氧區(9)，第III段前好氧區(10)，第III段中好氧區(11)，第III段后好氧區(12)；污水連續投加至第I段缺氧區(1)、第II段缺氧區(5)和第III段缺氧區(9)；空壓機(15)為第I段的好氧區供氧，空壓機(15)進口端安裝電動閥門(21)，空壓機(15)的出口端安裝空氣流量測定儀(16)；空壓機(22)為第II段的好氧區供氧，空壓機(22)進口端安裝電動閥門(28)，出口端安裝空氣流量測定儀(23)；空壓機(29)為第III段的好氧區供氧，空壓機(29)進口端安裝電動閥門(41)，出口端安裝空氣流量測定儀(30)；在第I段中好氧區(3)內安裝有DO傳感器(17)，DO傳感器(17)與DO測定儀(18)連接，DO測定儀(18)輸出的數字信號進入溶解氧PI控制器(19)，溶解氧PI控制器(19)的輸出作為曝氣量PI控制器(20)的輸入，曝氣量PI控制器(20)的輸出信號直接作用于電動閥門(21)，控制電動閥門(21)的開啟程度；在第II段中好氧區(7)內裝有DO傳感器(24)，DO傳感器(24)與DO在線儀(25)相連，DO在線儀(25)輸出的數字信號進入溶解氧PI控制器(26)，溶解氧PI控制器(26)的輸出作為曝氣量PI控制器(27)的輸入，曝氣量PI控制器的輸出作用于電動閥門(28)，控制電動閥門(28)的開啟程度；在第III段后好氧區(12)放置在線氨氮傳感器(31)，在線氨氮傳感器(31)與氨氮在線儀(32)相連，氨氮在線儀(32)的輸出信號進入氨氮PI控制器(33)；在第III段中好氧區(11)放置DO在線傳感器(34)，DO在線傳感器(34)與DO在線儀(35)相連，DO在線儀(35)的輸出進入溶解氧PI控制器(36)；同時，在第III段缺氧區(9)中設置氨氮傳感器(38)，氨氮傳感器(38)與氨氮在線儀(39)相連，氨氮在線儀(39)的輸出信號作為氨氮前饋控制器(40)的輸入；氨氮PI控制器(33)、氨氮前饋控制器(40)和DO在線儀(35)輸出的數字信號共同作為溶解氧PI控制器(36)的輸入，溶解氧PI控制器(36)的輸出作為曝氣量PI控制器(37)的輸入，曝氣量PI控制器(37)的輸出作用于電動閥門(41)，控制電動閥門(41)的開啟。
專利摘要分段進水A/O生物脫氮工藝低氧曝氣控制裝置屬于污水處理領域。現有分段進水A/O曝氣控制裝置結構復雜，且精度不高。本實用新型采用的曝氣控制裝置，可以控制系統低氧運行，且不受沖擊負荷的影響。該低氧曝氣控制裝置，包括三套控制回路。第一、二套控制裝置均包括溶解氧PI控制器、曝氣量控制器、電動控制閥、鼓風機和空氣流量控制儀，每套設備需一個溶解氧在線傳感器。第三套裝置包括氨氮PI控制器、氨氮前饋控制器、溶解氧控制器、曝氣量控制器、電動控制閥、鼓風機和空氣流量控制儀，并需要一個溶解氧在線傳感器，兩個氨氮在線傳感器。采用該低氧曝氣控制裝置后，可大大降低曝氣運行費用，提高系統抗沖擊負荷的能力。
文檔編號C02F3/30GK201010580SQ200720103419
公開日2008年1月23日 申請日期2007年2月1日 優先權日2007年2月1日
發明者彭永臻, 偉 王, 王淑瑩 申請人:北京工業大學