浅谈污水处理厂AVS精确曝气自动控制系统

王茜

摘要：针对污水处理厂进水负荷的波动性及时变性等原因造成的溶解氧波动较大、曝气能耗高、出水水质不达标等问题，浅谈A2O污水处理工艺中AVS精确曝气系统的全自动过程控制方案。通过AVS精确曝气系统的实施与运行，将鼓风机纳入到曝气控制的闭环内，实现了鼓风机、曝气管道以及调节阀门、溶解氧之间的闭环控制，从曝气源头上实现了生物反应池按需曝气。该方案有效降低了鼓风机能耗、提高了出厂水水质。对全厂节能降耗具有积极意义。

关键词：污水处理；自动化控制；精确曝气控制

引言

AVS精确曝气自动控系统是一套集成的智能控制系统，为污水处理过程提供精确的曝气解决方案。控制过程的基础是建立对应的生化需氧模型。通过对工程规模及水质要求的特点进行研究分析，确定工程特性，建立仿真模型。通过建模计算得出不同环境情况下需要的氧气量，按照该气量需求进行精确控制。根据在线数据的前馈数据和后馈数据，进行建模计算。

1AVS精确曝气自动控制系统

1）AVS精确曝气自控控制系统概述

生物反应池中微生物消耗DO，为了使生物反应池中的DO达到平衡状态，可以采用生物反应池精确曝气控制DO含量，微生物消耗DO的同时，去除水中的有机碳、总磷、总氮等。

由于在污水处理的过程中，有许多不定因素影响，如水质及水量变化具有非线性，生物反应池微生物的数量也随时间和温度发生着变化，检测仪表有具有滞后性等，所以在不同时间生物反应池的耗氧量是不一样的，为了达到国家指定的出水标准，AVS精确曝气系统采用预设前馈信号，根据反馈信号调整设备的方式，实现自动控制来保证氧气的供求平衡。通过精确曝气，可以使污水处理效果更好，使曝气更充分，节省能耗。

控制过程的基础是建立对应的生化需氧模型。通过对工程规模及水质要求的特点进行研究分析，确定工程特性，建立仿真模型。其次通过建模计算得出不同环境情况下需要的氧气量，按照该气量需求进行精确控制。

2）AVS精确曝气控制原理

AVS精确曝气系统控制原理图（图1.2）

AVS精确曝气根据在线数据的前馈数据和后馈数据，进行建模计算。前馈数据即进水量、进厂水水质，当前馈数据与水文资料提供的数据发生明显偏差时，模型自动提前进行反操作；后馈数据即生物反应池上的溶氧仪、MLSS计、液位计、温度计、热质式流量计等，精确曝气系统会对后馈数据实时监测，以确定控制效果。AVS精确曝气系统为多参数控制模型，对多个采集信号进行响应。为了应对现场采集信号中的失真和噪声干扰，由数据预处理软件对选定输入量进行预处理。在特定仪表故障状态下，系统会自动根据稳态模型生成伪输入信号，在总体运行状态不变的情况下（当进水水质水量变化不大时，其它环境因素在短时间内可以认为是不变的），依然可以根据稳态模型进行适当的调节。

在电动流量调节阀完全打开时，压力损失相对较小。压力损失与开度成反比。为达到优化和节能的目标，需增大开度，平衡流量调节性能与空气压力损失，并给出鼓风机允许的最小输出压力。液位是控制过程中的另一个要素，较低的液位对应着曝气口的低压，气体将从低压区释放，使高液位供气不足。

当进厂水水质突然发生变化时，根据水流的速度计算出污水到达生物反应池的时间，系统提前设置曝气量，使生物反应池曝气量达到微生物活性要求，满足处理能力。

微生物活性与温度密切相关，当温度较高时，微生物活性强，需氧量增大，

当夏天时，由于环境温度的升高，生物活性大大加强，精确曝气系统根据环境温度，重新设定曝气量，以满足生物活性需求。

当污泥含量增加时，微生物需氧量增加，导致生物反应池内DO降低，系统则根据MLSS计上传的数据增加曝气量。

当曝气头发生堵塞或故障时，曝气量会降低，系统会自动调整曝气量。每隔1年需对系统模型的控制参数进行重新标定，以期获得更佳的控制效果。

AVS控制系统可以根据不同情况解决总气量调节和每个曝气池的气量均衡调节的问题。AVS控制系统还可以对单个曝气池的DO进行控制，AVS也可进行分区气量调节。

3）AVS精确曝气控制系统组成及作用

AVS精确曝气系统主要包括鼓风机控制、空气流量控制、调节阀控制以及检测仪表控制等一系列曝气系统核心设备模块，为鼓风机曝气系统提供精确的自动化曝气。

AVS精确曝气系统是一个集成的控制系统，以气体流量为主控信号，溶解氧作为辅助控制信号，其系统软件主要由BAM生物需气量计算模块，DPM数据处理模块、BCM鼓风机调节模块和ADM空气流量分配模块组成。

AVS系统控制模块功能示意图（图1.3）

（1）BAM需气量计算模块：

能够根据进水水质和水量的变化及生物反应池中更多因素的变化动态地计算出实际需气量，可以使曝气系统根据实际需气量变化供气。

（2）BCM鼓风机调节模块：

AVS精确曝气系统采用鼓风机主控柜MCP（MasterControlPanel），根据实际情况计算出所需曝气量，建立模型，利用其分配与控制系统，控制鼓风机的启、停、导叶开度以及池内气动阀门，实现气量调节控制。避免了当排水高峰时气量的不足和排水低谷时气量过剩，实现了精确曝气，MCP采用总压方式对各个鼓风机进行控制。鼓风机系统动态压力控制模式中系统动态压力设定是根据压力控制器实时计算鼓风机系统设定压力和实际压力给定鼓风机系统MCP，MCP根据本次设定值与实际值控制在控制序列里的各鼓风机开启、导叶调节逻辑，以此满足精确曝气系统对压力的调节需求；压力控制器对压力实际值和设定值的计算主要是依据各阀门开度变化、管压损耗、曝气总管3个测点压力实际值、总需气量等计算出的虚拟实际压力和设定压力。

（3）ADM空气流量分配模块：

污水厂的曝气系统是一个互联的复杂管路系统，调节其上任何一个流量单元都会对其他流量单元造成影响。气量分配通常通过控制电动调节阀的开度对各个曝气量进行调整，阀门开度的调整需要和鼓风机的流量及压力调节结合。精确曝气需要精确地调节阀门，首先要粗调阀门，根据气量曲线和所需气量等设定阀门的开度；再进行微调，根据需气量，以PID的方式精确调节阀门。粗调的目的就是理由开度曲线，求解出能供应所需气量的阀门开度，然后将该阀门开度值输入给阀门的电动执行机构，使其操作阀门到所需的开度。通过PLC将该开度信号发送到阀门的电动执行机构，电动执行机构执行命令，操作阀门的阀杆，使得阀门将处在开度下，完成阀门的粗调。

（4）DPM数据处理模块：

采用在线控制空气流量的方法，将曝气控制系统中的溶解氧测量仪放置在曝气池内测量其曝气池内的溶解氧；将带有行程开关控制机构的气体流量调节阀门放置在通入曝气池内的曝气管道上用于控制空气流量；在气体流量调节阀门输出端的曝气管道上安装气体流量检查设定的空气流量和实际的空气流量；在溶解氧测量仪与带有行程控制机构的气体流量调节阀门之间加入曝气池空气流量计算模块；用空气流量计算模块计算的空气流量值配合鼓风机设定压力值控制气体流量调节阀门的开度和鼓风机的压力。该系统采用上下位机相结合的控制方式。其中上位机中包括空气流量计算模块用于计算最优的空气流量值，中间数据库用于存放计算结果并传送给下位机，同时存放在线仪器采集的计算所需要的各及时参数值并将这些及时参数值传送给空气流量计算模块。下位机包括PLC逻辑控制部分。在溶解氧控制系统中，检测生物反应池中的DO值并传送给PLC内的进行计算，同时，PLC接收到此时的鼓风机送入空气量，管道中的实际空气量，进水流量，曝气池污泥浓度等参数后再进行计算，并输出计算结果，控制曝气量，从而实现生物池的精确曝气。

2结语

据精确曝气控制的原理，采用溶解氧曝气量控制回路。系统实时采集诸如进水流量、进水COD等的前馈信号，安装在精确曝气柜内的工控机上的模拟软件对前馈信号进行处理，并精确计算溶解氧所需的曝气量；精确曝气控制柜随后将该需气量发送到鼓风机组的MCP，由MCP对鼓风机进行调节，从而产生所需的气量；然后通过调节电动流量调节阀门，将各个控制单元所需的气量配送到生化池上的各控制单元；此外，在生化池各控制单元处还设置有溶解氧仪，读取其信号作为反馈信号，可以通过电动流量调节阀门、气体流量计的协同调节进行反馈控制，以将溶解氧稳定在其设定值附近。该控制思路具有：按需供气、鼓风曝气环节联动、根据DO反馈控制的特点。

参考文献：

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