氨氮耦合溶解氧曝氣節能控制系統及控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種氨氮耦合溶解氧曝氣節能控制系統及控制方法，控制系統設有控制柜、柜內設有PLC自控組件和計算機，計算機內裝有數據采集分析電路模塊；設有在線液位計、在線氨氮儀、在線污泥濃度計、在線溫度計、在線溶解氧測定儀、全天侯在線氨氮智能分析儀和在線污泥硝化活性智能分析儀；曝氣管路上設有氣體均衡配置器、氣體流量計、空氣壓力計。控制方法包括如下步驟：1)計算機編入數據采集分析程序；2)通過污水處理廠計算機和在線儀表獲得數據并計算出曝氣池中的需氣量；3)控制柜根據計算所得需氣量調整鼓風機的輸出氣量；4)根據溶解氧設定值對溶解氧進行微調。本發明適用于幫助生物池實現曝氣量自動控制，控制靈活，自動化程度高，能大大節省能源，提高污水處理工藝穩定性。
【專利說明】氨氮耦合溶解氧曝氣節能控制系統及控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明專利涉及一種污水處理技術，具體是一種氨氮耦合溶解氧曝氣節能控制系 統及控制方法，適用于控制城市污水處理廠活性污泥法生物處理工藝生物池中沿程的曝氣 強度和溶解氧梯度，能提高脫氮除磷效果，增強運行穩定性并節省曝氣能耗。 技術背景
[0002] 目前，國內城市污水處理覆蓋區域越來越廣，處理標準越來越嚴格。很多新建污水 處理廠正在投資建設，一些老舊污水處理廠面臨升級改造，以滿足逐漸增大的處理水量和 日益嚴格的出水標準。在現有和新建污水處理廠中，既有傳統生物處理工藝，如A 20工藝等， 也有一些新工藝得到推廣性應用，如MBR工藝等。生物處理工藝的運行穩定性、可靠性、高 效性將對城市污水處理廠污水處理達標并實現再生回用影響重大。
[0003] 傳統生物處理工藝如A20工藝，具有技術成熟、運行操作簡單、應用廣泛等特點，而 新工藝如MBR工藝具有節省占地、出水水質較好等特點。然而，無論是傳統工藝還是新工 藝，均存在能耗普遍較高的缺點，尤其是曝氣能耗，這無疑極大的增加了運行費用。活性污 泥法生物處理工藝中，生物池段運行方式通常包括厭氧區、缺氧區和好氧區。為了確保去除 C0D和氨氮等好氧污染物，好氧區往往會處于過量曝氣狀態。據統計，A20工藝噸水電耗在 0. 3?0. 4kWh/m3左右，而MBR工藝則高達0. 5?0. 7kWh/m3左右，甚至更高。無論采用何 種工藝，曝氣系統能耗約占工藝總能耗的50%?70%。并且過量曝氣會影響污泥微生物活 性，從而影響運行穩定性。
[0004] 因此，在提高污水處理工藝運行效果及穩定性和降低運行能耗的目標推動下，有 必要開發生物池曝氣節能控制系統及方法，以幫助實現活性污泥法生物處理工藝的可持續 發展。
【發明內容】
[0005] 本發明目的是針對上述技術問題，提供一種氨氮耦合溶解氧曝氣節能控制系統及 控制方法，本發明設置完備的檢測系統和自動控制系統，采用氨氮耦合溶解氧的控制方式， 以出水氨氮值為最終控制目標，以溶解氧值為中間調節參數。通過流量計和在線傳感器等 將流量、溶解氧和氨氮等在線信號反饋給計算模型，實時計算所需計算氣量后再對曝氣池 進行供氣，并根據溶解氧設定值和在線實時值對供氣量進行修正。該方法自動合理控制曝 氣量，既能滿足對曝氣量的科學控制，又能幫助實現處理工藝高效穩定運行，保障出水氨氮 穩定達標。
[0006] 為實現上述目的，本發明采取了如下技術方案：
[0007] 氨氮耦合溶解氧曝氣節能控制系統，其特征是：設有控制柜，安裝于控制柜內的 PLC自控組件和計算機，所述計算機內裝有數據采集分析電路模塊，計算機與PLC自控組 件進行信號和控制連接；設有安裝在污水處理工藝各生物池上的在線液位計、在線氨氮儀、 在線污泥濃度計、在線溫度計、在線溶解氧測定儀、全天侯在線氨氮智能分析儀和在線污泥 硝化活性智能分析儀；上述安裝在生物池上的在線儀表均跟所述控制柜內的計算機進行信 號連接；在所述生物池的曝氣管路上設有氣體均衡配置器、氣體流量計、空氣壓力計，其中 氣體均衡配置器分別與PLC自控組件和計算機進行信號和控制連接，氣體流量計和空氣壓 力計與計算機進行信號連接；另外，生物池曝氣管路所連通的鼓風機的控制器與PLC自控 組件進行信號和控制連接，所述計算機還與污水處理廠的主控制計算機進行信號和控制連 接。
[0008] 應用上述的氨氮耦合溶解氧曝氣節能系統控制方法，其特征包括如下步驟：
[0009] 1)將上述儀表設備安裝完畢后并建立相互間的信號連接；將下面公式（1)-(3)編 入計算機3的程序內：
【權利要求】
1. 一種氨氮耦合溶解氧曝氣節能控制系統，其特征是：設有控制柜（1)，控制柜內設有 PLC自控組件（2)和計算機（3)，所述計算機內裝有數據采集分析電路模塊，計算機與PLC 自控組件進行信號和控制連接；設有安裝在污水處理設備各生物池上的在線液位計（4)、 在線氨氮儀（5)、在線污泥濃度計（6)、在線溫度計（7)、在線溶解氧測定儀（8)、全天侯在線 氨氮智能分析儀（9)和在線污泥硝化活性智能分析儀（10);上述安裝在生物池上的在線儀 表均跟所述控制柜內的計算機進行信號連接；在所述生物池的曝氣管路上設有氣體均衡配 置器（11)、氣體流量計（12)、空氣壓力計（13)，其中氣體均衡配置器分別與PLC自控組件 和計算機進行信號和控制相連，氣體流量計和空氣壓力計與計算機進行信號連接；另外，生 物池曝氣管路連通的鼓風機（16)及鼓風機控制柜（14)與PLC自控組件進行信號和控制連 接；所述計算機（3)還與污水處理廠的主控制計算機（15)進行信號和控制相連。
2. 根據權利要求1所述的氨氮耦合溶解氧曝氣節能系統的控制方法，其特征是包括如 下步驟： 1) 將上述儀表設備安裝完畢后并建立相互間的信號連接；將下面公式（1)-(3)編入計 算機（3)的程序內：
其中， Os-標準狀態下生物反應池污水需氧量（kg02/h) Q-生物反應池的進水流量（m3/d)，從污水處理廠主控制計算機（15)處采集得到 ΔΧΗ-排出生物反應池系統的微生物量（kg/d)，從污水處理廠主控制計算機（15)處采 集得到 Nt-生物反應池進水氨氮濃度（mg/L)，由氨氮測定傳感器（5)測得； Nte;-生物反應池出水氨氮濃度（mg/L)，由全天侯在線氨氮智能分析儀（9)測得； Ss-出水有機底物濃度（mg/L); y-MLSS中MLVSS所占比例，根據試驗確定； Yt_污泥總產率系數（kgMLSS/kgBOD5)，根據試驗確定； SSF_進水有機底物濃度，mg/L，從污水處理廠主控制計算機（15)處采集得到； So-溶解氧濃度，mg/L，由在線溶解氧測定儀（8)測得； 0Γ曝氣量，m3/h ; EA-曝氣器氧的利用率（％); 2) 通過污水處理廠計算機（15)獲得有機物濃度、水量、生物池容積、回流量、微生物排 出量數據；在線儀表（4-10)將相應的生物池液位、進水氨氮、污泥濃度、溫度、溶解氧、出水 氨氮和硝化速率數值通過4?20mA信號傳輸給計算機（3)，通過計算機（3)根據上述公式 (1)-(3)計算出曝氣池中的需氣量qA; 3) 計算機（3)將(^數值傳輸給鼓風機控制柜（14)，然后由鼓風機控制柜（14)調整鼓 風機輸出氣量，達到計算值qA; 4) 與此同時，在線污泥硝化活性智能分析儀10將不同溶解氧濃度下的氨氮硝化速率 值傳輸給計算機3,計算機3繪出氨氮硝化速率隨溶解氧變化的規律曲線，然后根據在線污 泥濃度計6、在線溫度計7和設計的水力停留時間值：14小時，確定出生物池中實際的硝化 速率，并通過氨氮硝化速率隨溶解氧變化的規律曲線找到相對應的溶解氧濃度，以此溶解 氧濃度作為溶解氧控制設定值DO SET ; 5) 當鼓風機按qA值輸出氣量時，首先將氣體流量計12反饋的實際流量值與qA值相比 較，若與q A值不一致則再次對鼓風機進行調整直到達到qA值，若與qA值一致則該調整周 期內不再對鼓風機氣量進行調節。而是，根據在線溶解氧測定儀8反饋的實際溶解氧值與 DOSET相比較，若一致則該周期內不再進行任何調整，若不一致則對曝氣支管上配有的氣體 均衡配置器11進行調節，使在線溶解氧測定儀8反饋的實際溶解氧值與DO SET值一致。對 曝氣進行精確調節時，需實時考慮空氣壓力計13的反饋值，該值指示了鼓風機工作狀態或 氣體管路情況是否正常； 對氣體均衡配置器進行調節，實現穩定的溶解氧；對所有供氣管路上的氣體均衡配置 器進行調節時遵循三個原則：1、避免同時調節；2、氣體均衡配置器開度總和保持不變；3、 總有一個氣體均衡配置器開度處于最大； 6) 返回步驟2)，不斷重復上述調節過程，考慮到氣量傳輸和氣體在水中傳質的滯后 性，以及出于對設備頻繁調節的保護，兩次9&值計算之間和兩次溶解氧值調整之間的時間 間隔要彡30s。
【文檔編號】G05D27/02GK104102255SQ201410342631
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月17日 優先權日:2014年7月17日
【發明者】高永青, 甘一萍, 常江, 鮑海鵬, 魏磊, 王佳偉, 王曉爽, 孟春霖 申請人:北京城市排水集團有限責任公司