城市污水處理A/A/O工藝中優(yōu)化溶解氧自動(dòng)控制的設(shè)計(jì)

邱少男+鐔方平

摘要：A/A/O是一種常用的污水處理工藝，通過(guò)利用厭氧-缺氧-好氧的方法，將污水當(dāng)中的磷和氮去除，達(dá)到治理污水的目的，因此在城市的污水處理當(dāng)中也往往采用A/A/O工藝，對(duì)污染水進(jìn)行治理工作。本文對(duì)該工藝當(dāng)中的溶解氧自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行分析，采取相應(yīng)的優(yōu)化措施，在一定程度上減少曝氣池當(dāng)中溶解氧的波動(dòng)范圍。

關(guān)鍵詞：城市污水；溶解氧；設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U664.9+2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2017）03-0162-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.03.086

Abstract： A / A / O is a commonly used sewage treatment process， through the use of anaerobic - anoxic - aerobic method， the sewage of phosphorus and nitrogen removal， to achieve the purpose of sewage treatment， so the citys sewage treatment Which is often used A / A / O process， the pollution of water for governance. In this paper， the dissolved oxygen automatic control system in this process is analyzed and the corresponding optimization measures are taken to reduce the fluctuation range of dissolved oxygen in the aeration tank to a certain extent.

Key words： Urban sewage； Dissolved oxygen； Design

A/A/O污水處理由厭氧反應(yīng)器、缺氧反應(yīng)器、好氧反應(yīng)器和沉淀池四個(gè)基本單元組成，其中厭氧反應(yīng)器主要接收最原始的污水，并將污水當(dāng)中的有機(jī)成分進(jìn)行氨化的處理；缺氧反應(yīng)器接收來(lái)自厭氧反應(yīng)器經(jīng)過(guò)氨化的污水，并對(duì)污水當(dāng)中的氮進(jìn)行去除；從缺氧反應(yīng)器當(dāng)中經(jīng)過(guò)的污水到達(dá)好氧反應(yīng)器當(dāng)中，對(duì)污水當(dāng)中的生化需氧量進(jìn)行去除；最后經(jīng)過(guò)沉淀池的沉淀作用，將泥和水兩者分開，泥成分再一次進(jìn)入到厭氧反應(yīng)器當(dāng)中，并完成污水的處理工作。這種污水的處理工藝應(yīng)用到城市污水治理當(dāng)中具有方便快捷、成本低廉的特點(diǎn)，但同時(shí)也存在一些問(wèn)題。當(dāng)污水進(jìn)入到好氧反應(yīng)器當(dāng)中時(shí)，需要進(jìn)行曝氣和反應(yīng)器當(dāng)中溶解氧的調(diào)節(jié)，而此時(shí)這種調(diào)節(jié)和進(jìn)水負(fù)荷之間還存在著時(shí)間差，因此溶解氧和進(jìn)水負(fù)荷的調(diào)整不能做到同步進(jìn)行。

1 優(yōu)化溶解氧自動(dòng)控制系統(tǒng)模型的構(gòu)建

1.1 模型設(shè)計(jì)

以實(shí)際應(yīng)用最為廣泛的PID控制器為例，某污水處理廠對(duì)溶解氧的調(diào)控采用PID控制器。在該控制系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程當(dāng)中，通過(guò)對(duì)污水當(dāng)中的溶解氧的數(shù)值進(jìn)行分析，將分析的結(jié)果信息傳遞給PID控制器，從而達(dá)到調(diào)節(jié)溶解氧的目的，但由于這種方式在調(diào)節(jié)的過(guò)程當(dāng)中，由于進(jìn)水的負(fù)荷隨時(shí)都會(huì)產(chǎn)生不斷地變化，但反饋給控制器的信息往往會(huì)存在時(shí)間上的偏差，使得溶解氧的改變會(huì)比進(jìn)水負(fù)荷更加落后，從而讓溶解氧在很大的范圍內(nèi)產(chǎn)生改變，造成很大的誤差[1]。對(duì)溶解氧的自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行如下改變，通過(guò)增添上位機(jī)和下位機(jī)，將好氧反應(yīng)器模型算法加入到上位機(jī)當(dāng)中，先對(duì)好氧反應(yīng)器當(dāng)中的溶解氧數(shù)值進(jìn)行分析，在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中，不斷收集鼓風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的空氣含量數(shù)值，同時(shí)對(duì)污水的量進(jìn)行監(jiān)控，并對(duì)好氧反應(yīng)器當(dāng)中的泥質(zhì)成分含量進(jìn)行合理的調(diào)控，從而對(duì)閥門進(jìn)行控制。

1.2 模型算法

這種溶解氧自動(dòng)控制系統(tǒng)的優(yōu)化模型需要采用到的模型公式為：

在該公式當(dāng)中，表達(dá)的是曝氣的傳質(zhì)系數(shù)，在本文的優(yōu)化溶解氧自動(dòng)控制系統(tǒng)模型當(dāng)中，曝氣傳質(zhì)系數(shù)值KLa=aqA+b。在優(yōu)化溶解氧自動(dòng)控制系統(tǒng)當(dāng)中，需要著重關(guān)注性能指標(biāo)的選擇。由于該控制系統(tǒng)采取能量最低的控制方式，因此可以將函數(shù)假設(shè)成隨著該系統(tǒng)的功率增大而增大，在滿足最小能量控制的基礎(chǔ)上，其性能指標(biāo)公式為。對(duì)于該優(yōu)化溶解氧自動(dòng)控制系統(tǒng)而言，可以保證在溶解氧達(dá)到指標(biāo)要求的基礎(chǔ)上，通過(guò)控制器的調(diào)節(jié)，能夠讓鼓風(fēng)機(jī)輸送給好氧反應(yīng)器當(dāng)中的空氣量達(dá)到最低值。因此，可以將其最小的空氣量表示為：

，除了對(duì)溶解氧進(jìn)行控制，在曝氣系統(tǒng)的調(diào)整過(guò)程當(dāng)中，還需要對(duì)曝氣的含量限制在一定的范圍，通常將該曝氣的含量設(shè)置在污水進(jìn)入量的三至八倍范圍當(dāng)中。

2 優(yōu)化溶解氧自動(dòng)控制系統(tǒng)模型的實(shí)現(xiàn)

2.1 軟硬件的選擇

由于在該污水處理的A/A/O工藝當(dāng)中對(duì)溶解氧自動(dòng)控制優(yōu)化方面加入了上位機(jī)和下位機(jī)的單元結(jié)構(gòu)，因此，該系統(tǒng)的控制過(guò)程也發(fā)生了相應(yīng)的改變。上位機(jī)當(dāng)中主要包含了好氧反應(yīng)器模型算法以及數(shù)據(jù)庫(kù)等，下位機(jī)當(dāng)中主要是PLC，鼓風(fēng)機(jī)等結(jié)構(gòu)。通過(guò)以太網(wǎng)信息傳遞的方式，將上位機(jī)和下位機(jī)的調(diào)控進(jìn)行信息的傳遞并協(xié)調(diào)工作。在硬件方面使用MR1000型曝氣機(jī)，RD-240型測(cè)量?jī)x。同時(shí)利用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理，且對(duì)PLC的數(shù)值進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器采用工業(yè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)信息資料進(jìn)行儲(chǔ)存。在軟件系統(tǒng)上利用語(yǔ)言對(duì)該模型的算法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，同時(shí)使好氧反應(yīng)器當(dāng)中的溶解氧量達(dá)到最合理的數(shù)值。對(duì)于好氧反應(yīng)器還需要進(jìn)行時(shí)刻監(jiān)控，因此可以使用監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)PLC通訊以及污水處理數(shù)據(jù)等進(jìn)行監(jiān)視[2]。對(duì)于該系統(tǒng)當(dāng)中空氣的閥門的控制采用PLC進(jìn)行邏輯指令執(zhí)行工作。

2.2 溶解氧濃度控制

為了將好氧反應(yīng)器當(dāng)中的溶解氧濃度控制在2mg/L之間，就需要對(duì)曝氣機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，建立曝氣機(jī)輸入電壓和輸出曝氣機(jī)轉(zhuǎn)速之間的相關(guān)公式，由于采用的MR1000型曝氣機(jī)的直徑為一米，因此該曝氣機(jī)的曝氣量和線速度之間的關(guān)系為，由于曝氣機(jī)轉(zhuǎn)速和線速度的關(guān)系為，則該曝氣機(jī)的線速度不超過(guò)2.93m/s，需氧量在0-0.32kg/min的范圍內(nèi)。在對(duì)污水處理過(guò)程當(dāng)中好氧反應(yīng)器的溶解氧濃度進(jìn)行測(cè)量時(shí)，采用的時(shí)RD-240測(cè)量?jī)x器，這種儀器通過(guò)隔膜電極法對(duì)城市污水當(dāng)中的溶解氧的濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)定，該儀器的隔膜成分為聚乙烯等，利用鉑作為正電極，鉛作為負(fù)電極，氯化鉀作為電解液，根據(jù)聯(lián)通之后產(chǎn)生的電流強(qiáng)度與污水當(dāng)中溶解氧濃度成一定比例的關(guān)系進(jìn)行溶解氧的檢測(cè)和分析工作。該溶解氧自動(dòng)控制系統(tǒng)在進(jìn)行優(yōu)化以后，工作過(guò)程當(dāng)中首先對(duì)曝氣機(jī)以及空氣管道當(dāng)中的空氣流量等數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，與此同時(shí)對(duì)空氣管道的閥門進(jìn)行調(diào)節(jié)，以達(dá)到符合標(biāo)準(zhǔn)的空氣流量數(shù)值，之后對(duì)溶解氧的含量進(jìn)行測(cè)定，若溶解氧的反饋數(shù)值在正常的范圍內(nèi)，則該系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)的操作，若溶解氧不符合標(biāo)準(zhǔn)，則系統(tǒng)對(duì)該故障進(jìn)行分析，還可以采取手動(dòng)調(diào)節(jié)的方式，人為的觀察溶解氧數(shù)值的變化情況。通過(guò)調(diào)節(jié)曝氣和溶解氧來(lái)達(dá)到與進(jìn)水負(fù)荷之間的同步，在不過(guò)量進(jìn)行氣體供給的同時(shí)，高效的利用了資源，完成了城市污水的治理[3]。該溶解氧自動(dòng)控制系統(tǒng)模型主要是對(duì)溶解氧的控制進(jìn)行了優(yōu)化。由于好氧反應(yīng)器當(dāng)中，能否使污水的生化反應(yīng)進(jìn)行的徹底，起決定性作用的是污水當(dāng)中的微生物，因此，能否合理控制污水當(dāng)中溶解氧的濃度值，成為了污水能否高效處理的標(biāo)準(zhǔn)。如果好氧反應(yīng)器運(yùn)行當(dāng)中進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的曝氣操作，則有可能會(huì)導(dǎo)致污水當(dāng)中的溶解氧濃度超過(guò)既定的標(biāo)準(zhǔn)，那么污水當(dāng)中的絲狀菌的繁殖能力就會(huì)大幅加強(qiáng)，擠占微生物對(duì)于營(yíng)養(yǎng)的獲取能力，產(chǎn)出的污泥成分就會(huì)松散，經(jīng)過(guò)處理的污水質(zhì)量就會(huì)嚴(yán)重降低，城市污水治理效果將會(huì)不明顯，浪費(fèi)了時(shí)間、人力、物力和財(cái)力；同樣的，如果在好氧反應(yīng)器當(dāng)中曝氣的時(shí)間不足，就會(huì)使污水當(dāng)中的溶解氧濃度不夠，不能達(dá)到污水處理的各項(xiàng)數(shù)據(jù)要求。按照以往的方式進(jìn)行污水處理的方法，沒(méi)有考慮到污水當(dāng)中的有機(jī)含量多少，而統(tǒng)一進(jìn)行相同溶解氧的曝氣工作，既可能會(huì)導(dǎo)致溶解氧含量過(guò)低，也可能使溶解氧含量過(guò)高，均不利于污水處理工作。本污水處理A/A/O工藝中優(yōu)化溶解氧自動(dòng)控制模型的建立，能夠?qū)υ撐鬯幚磉^(guò)程當(dāng)中對(duì)曝氣程度進(jìn)行有效地調(diào)節(jié)，對(duì)溶解氧含量進(jìn)行不斷地改變，并始終將溶解氧的濃度控制在2mg/L左右，以適應(yīng)進(jìn)水負(fù)荷，使污水當(dāng)中的微生物恰好進(jìn)行活性污泥生化反應(yīng)，提高了污水處理過(guò)程當(dāng)中的資源利用率，降低了財(cái)務(wù)支出，使出水質(zhì)量達(dá)到規(guī)定的要求。

3 結(jié)束語(yǔ)

使用以往的污水處理A/A/O工藝的情況下，由于污水的進(jìn)入流量會(huì)在一個(gè)較大的范圍內(nèi)出現(xiàn)變動(dòng)，就會(huì)導(dǎo)致污水當(dāng)中的溶解氧的濃度不能穩(wěn)定在一個(gè)正常的范圍之內(nèi)。這種采用PID控制的溶解氧污水處理系統(tǒng)在曝氣量和進(jìn)水負(fù)荷之間不能做到及時(shí)同步，且會(huì)受到周圍環(huán)境溫度、酸堿度等因素的影響，造成溶解氧濃度的改變，因此，PID控制方法對(duì)于城市污水治理的效果并不能達(dá)到理想的要求。本文在目前城市污水A/A/O處理工藝的基礎(chǔ)上做出對(duì)溶解氧自動(dòng)控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)于該系統(tǒng)當(dāng)中的軟硬件進(jìn)行合理的選擇，利用PLC對(duì)相關(guān)操作指令進(jìn)行操作，對(duì)好氧反應(yīng)器當(dāng)中曝氣機(jī)的曝氣量進(jìn)行合理的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了曝氣與進(jìn)水負(fù)荷之間的同步，使污水當(dāng)中的溶氧量穩(wěn)定在2mg/L左右，對(duì)于控制污水處理過(guò)程中的出水質(zhì)量有著很大的作用。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2017-04-15

作者簡(jiǎn)介 ：邱少男（1988-）女，碩士研究生 ，助理工程師，研究方向?yàn)樗幚?。