一、曝氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理

氧的傳遞速率 R 0 與溶解氧濃度、溫度 ( 即飽和溶解氧濃度 ) 以及氧傳遞系數(shù) K La 相關(guān)， K La 則與曝氣量、污水特性等相關(guān)，其中主要受曝氣量 Q g 的影響。氧的消耗速率 r 0 與溶解氧濃度、污染物負(fù)荷、 MLVSS 生物量等密切相關(guān)，由于 MLVSS 變化速率較慢，其主要影響因素是溶解氧濃度和污染物負(fù)荷。

對(duì)溶解氧的控制，不僅表現(xiàn)為溶解氧實(shí)時(shí)值的穩(wěn)定性，還體現(xiàn)在選擇合適的溶解氧濃度設(shè)定值。由于 AAO 工藝存在分區(qū)差異，相互之間有所影響，比如末端溶解氧會(huì)影響反硝化區(qū)的脫氮效果、二沉池回流污泥溶解氧會(huì)影響厭氧區(qū)釋磷效果等，這就要求對(duì)好氧區(qū)不同位置進(jìn)行區(qū)別對(duì)待，更為合理設(shè)置溶解氧濃度，以便促進(jìn)整個(gè)系統(tǒng)的脫氮除磷效果。整個(gè)控制系統(tǒng)是由一些功能組合而成的復(fù)雜系統(tǒng)，核心控制部分包括溶解氧控制、鼓風(fēng)機(jī)控制、支管閥門控制、氨氮控制幾種功能。溶解氧控制系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)根據(jù)各水質(zhì)參數(shù)和生化反應(yīng)過程參數(shù)，穩(wěn)定控制生物池好氧段末端的溶解氧。

二、反饋控制

反饋控制主要是根據(jù)各曝氣廊道安裝的溶解氧儀表數(shù)據(jù)，通過計(jì)算和系統(tǒng)預(yù)設(shè)的目標(biāo)值的偏差，根據(jù)這個(gè)偏差大小來控制鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的輸出氣量，以及各支管閥門開度。最終達(dá)到使得溶解氧穩(wěn)定在目標(biāo)值附近的目的。

根據(jù)溶氧實(shí)際值和目標(biāo)值的偏差范圍，系統(tǒng)可以選擇的反饋控制策略包括傳統(tǒng) PID 控制以及斜率控制，前者可以通過不斷減小偏差值來使得溶解實(shí)際值保持穩(wěn)定，后者可以在偏差較小時(shí)使系統(tǒng)快速做出響應(yīng)，以應(yīng)對(duì)一些突變的情況。其中 PID 控制使用串級(jí)控制方式實(shí)際，原理如下圖所示：

 

系統(tǒng)具備參數(shù)設(shè)定能力，工程師可以設(shè)定反饋。 控制中需要的目標(biāo)值、死區(qū)范圍等參數(shù)來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行效果。目標(biāo)值是要將溶解氧穩(wěn)定控制在某個(gè)值，死區(qū)范圍用來設(shè)置 系統(tǒng)的響應(yīng)范圍，當(dāng)實(shí)際值落在死區(qū)內(nèi)時(shí)，系統(tǒng)不會(huì)執(zhí)行控制動(dòng)作，以此來減少控制次數(shù)， 在穩(wěn)定控制溶解氧的前提下，避免系統(tǒng)動(dòng)作頻繁對(duì)鼓風(fēng)機(jī)、閥門設(shè)備造成太大的影響。

除此之外，系統(tǒng)還具備一些高級(jí)控制參數(shù)，如PID參數(shù)、控制周期、一些閾值及動(dòng)作范圍等，需要調(diào)試工程師在調(diào)試階段通過實(shí)驗(yàn)法確定，在參數(shù)調(diào)試合理的情況下，系統(tǒng)可以將溶解氧穩(wěn)定控制在目標(biāo)值附近正負(fù) 0.5mg/L 范圍內(nèi)，且大部分時(shí)間在 0.3mg/L 以內(nèi)。

由于每個(gè)污水廠生物池好氧段的水力停留時(shí)間不太一樣，并且相應(yīng)的生化反應(yīng)滯后時(shí)間也有所差別，所以整個(gè)系統(tǒng)的控制周期等參數(shù)需要在不同污水廠中可能并不一致，需要在現(xiàn)場做多次實(shí)驗(yàn)，并根據(jù)數(shù)據(jù)測算生化反應(yīng)過程的傳遞函數(shù)，以此確實(shí)控制周期、 PID 參數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，以達(dá)到最優(yōu)的目的。

三、前饋控制

對(duì)于污水廠這個(gè)控制目標(biāo)來說，由于來水水質(zhì)水量并不穩(wěn)定，它的劇烈變化會(huì)給反饋控制帶來比較大的沖擊，使控制效果變差或出現(xiàn)振蕩，因此需要引入前饋控制來減小這種沖擊，確?？刂菩Ч３址€(wěn)定。

系統(tǒng)會(huì)根據(jù)來水水量、水質(zhì)參數(shù)，計(jì)算一個(gè)進(jìn)水負(fù)荷，并根據(jù)這個(gè)負(fù)荷進(jìn)行前饋控制， 將結(jié)果輸出給后面的反饋控制系統(tǒng)，或直接控制各好氧階段的實(shí)際曝氣量。

實(shí)際應(yīng)用中，進(jìn)水水質(zhì)儀表通常存在一定程度的誤差，對(duì)負(fù)荷計(jì)算造成很大影響，系統(tǒng)可以根據(jù)記錄的歷史數(shù)據(jù)，采用大數(shù)據(jù)分析的方式，對(duì)水質(zhì)儀表數(shù)據(jù)進(jìn)行交叉驗(yàn)證，并修正計(jì)算結(jié)果，減弱誤差帶來的影響。

根據(jù)污水廠水力停留時(shí)間的不同，前饋系統(tǒng)需要在實(shí)際調(diào)試中測算出一個(gè)合理的控制滯后時(shí)間，確保進(jìn)水負(fù)荷到達(dá)好氧池時(shí)才進(jìn)行響應(yīng)，避免時(shí)間匹配不合理造成的影響。針對(duì)多級(jí) AO 工藝，根據(jù)每一階段的進(jìn)水配比，系統(tǒng)會(huì)計(jì)算每一段的好氧池曝氣量，進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

四、不同階段 DO 控制

多級(jí) AO 工藝主要為缺氧 - 好氧 - 缺氧 - 好氧的組合工藝，針對(duì)每一段 O 池的 DO 控制主要根據(jù)污染物濃度在各個(gè)階段 O 池的濃度梯度為基準(zhǔn)，系統(tǒng)具備各段 O 池分段控制的能力，可以根據(jù)實(shí)際的各段 O 池的 COD 和氨氮濃度梯度，在滿足氣體攪拌的基礎(chǔ)上，設(shè)定不同的目標(biāo)值和控制參數(shù)，達(dá)到穩(wěn)定控制各階段溶氧的目的，既能保證好氧段的主要污染物去除，又能保證各缺氧段 DO 濃度較低，保證缺氧反硝化及釋磷反應(yīng)的正常運(yùn)行，使整個(gè)反應(yīng)過程達(dá)到更加合理。

實(shí)際使用，對(duì)于好氧第一階段來說，它的耗氧量非常大，通常溶解氧讀數(shù)會(huì)比較低， 會(huì)出現(xiàn)對(duì)曝氣量變化極不敏感的情況。不僅如此，任何一級(jí)的好氧池過量曝氣都會(huì)導(dǎo)致下一級(jí)的缺氧池 DO 較多，可能會(huì)破壞缺氧狀態(tài)，所以在控制好氧池的曝氣量時(shí)，需要更準(zhǔn)確。所以，一般采用的方式是，除了最后一級(jí) AO 池的 DO 控制在 2mg/L 左右以外，前面的各級(jí) AO 池均采用低氧運(yùn)行，控制在 1-1 . 5mg/L ，若某一階段有特殊需求，需要較高 DO，則需同時(shí)加大該段的回流量，降低上一級(jí)的好氧池曝氣量。