生物处理污水工艺中在线控制曝气量的方法技术

一种生物处理污水工艺中在线控制曝气量的方法，其特点是在曝气控制系统中的溶解氧测量仪与气体流量调节阀门之间加入作为生化池处理过程模型模块的仿真数学模型和曝气流量计算模块。用曝气流量计算模块计算的曝气流量设定值和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。其中仿真数学模型中包括实际运行过程中的相关干扰量，使得本发明专利技术的方法具有更高的可靠性和更强的适应性。用本发明专利技术的方法能够在线控制曝气的流量，使得污水处理池中溶解氧的波动限制在设定的范围内，能够限制在±０．２ｍｇ／Ｌ的范围内。并同时减少总的曝气量，获得节能的效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种控制曝气量的方法，特别是涉及一种。
技术介绍
采用生物处理污水的处理工艺中，经过曝气，将污水中的一部分有机物经过微生物呼吸作用转化为二氧化碳和水，而一部分有机物被微生物吸收或吸附到污泥中。我们通常希望更多的有机物转移到污泥中，不仅因为污泥的处理成本较低，而且意味着消耗更少的溶解氧。如果溶解氧(DO)浓度值过高，其结果是更多的有机物转化为二氧化碳和水，即经由污泥的呼吸作用而消耗。但这个过程要消耗大量的氧，造成曝气的浪费，而且污泥容易老化。如果DO值过低，则影响到了微生物的呼吸和吸附有机物的过程，造成出水有机物含量过高。所以，如何精确地控制生化反应池中的DO值，一方面使得污水处理达到既定的标准，另一方面又能节约能源，具有十分重要的意义。在先技术中，大多数污水厂的曝气系统采用了两类简单的控制回路来自动或人工地控制曝气。一是采用溶解氧检测仪和电动调节蝶阀作为简单的控制回路。如图1所示，当生化反应池1内的DO值大于某一个设定值时，关闭电动蝶阀3；当DO值小于某一个设定值时则打开电动蝶阀3。二是采用了PID(比例-积分-微分)进行定值调节，根据池中溶解氧检测仪的DO反馈信号与DO设定值进行比较，将偏差通过PID运算后传给阀门的行程控制器调节阀门的开度，进而控制池内的DO值。上述在先技术控制方法的缺点在于一是由于时间延迟，即从开始曝气到池内DO变化需要一段时间，造成溶解氧的控制波动很大；二是实际运行中存在大量的干扰，上述的方法不能及时根据实际变化及时调节曝气量；三是上述的方法能耗高，为了保证安全运行，系统的DO设定值只能保持在较高的数值上，保持了过大的余度而造成浪费；四是过大的波动会使得池内的生物环境不稳定，干扰生物系统的工作。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于，改进上述在先技术的曝气控制系统，使得曝气系统能够根据生化反应池的需要提供曝气量。本专利技术的另外一个目在于，在改进了的曝气控制系统和精确确定曝气流量的方法基础上，使得出水达到既定的污水排放标准的情况下，能适当降低曝气量，从而减少耗电量、节约运营成本。为了达到上述的目的，本专利技术所采取的技术方案是在线控制曝气流量。其方法是将曝气控制系统中的溶解氧测量仪置放在生化反应池内测量其生化反应池内的溶解氧；将带有行程控制机构的气体流量调节阀门置放在通入生化反应池内的曝气管道上用于控制曝气流量；在气体流量调节阀门输出端的曝气管道上安装气体流量计检查设定的曝气流量和实际和实际的曝气流量；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生化池处理过程模型模块和曝气流量计算模块；用曝气流量计算模块计算的曝气流量设定值和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。如上述本专利技术的方法主要特征是在曝气控制系统中添加生化池处理过程模型模块和曝气流量计算模块。所述的生化池处理过程模型模块采用仿真数学模型。所采用的仿真数学模型是仿真氧扩散过程，或是仿真微生物呼吸过程，或是仿真有机碳的吸附过程，或是仿真氨氮反硝化过程，或是仿真污泥的回流过程，或是仿真水力学过程的数学模型。也就是说，在生化池处理过程模型模块中，可建立氧扩散过程、微生物呼吸过程、有机碳的吸附过程、氨氮反硝化过程、污泥的回流过程、水力学过程等的仿真数学模型。一般说来，这些过程的仿真数学模型为相互耦合的、具有一定刚性的非线性常微分方程组(ODEs)。在这些数学模型的基础上，曝气流量计算模块的功能在于以最优化控制的方式计算曝气流量，并以此为依据对阀门开度的进行控制。上述仿真数学模型可简单地采用国际水污染研究与控制协会(IAWPRC)所提出的第一模型(ASM1)或第二模型(ASM2)，但这些模型没有包括在实际运行过程中可能出现的干扰因素(包括污水流量、进水COD(化学需氧量)、BOD(生物需氧量)、PH值、污泥回流比、温度)。为弥补这一不足之处，在本实施例中，一方面进一步考虑这些可能存在的干扰因素，同时考虑可将各个变量的初始值设定为相应变量在某一实际运行时段内的统计平均值。从而使得本专利技术的具有更高的可靠性和更强的适应性。可利用可编程逻辑语言(PLC)或其它方式将上述两个模块固化至曝气控制系统中。本专利技术的在线控制曝气量的方法效果显著。因为本专利技术的方法是以曝气流量计算模块计算出的曝气流量设定值和鼓风机的设定压力值来实时控制气体流量调节阀门的开度和鼓风机压力；而不是像在先技术中，当溶解氧(DO)浓度值高了，关闭气体流量调节阀门；当溶解氧(DO)浓度值低了，再开启气体流量调节阀门。因此，本专利技术的方法不仅实现了在线控制曝气流量，而且能够精确地控制曝气流量。由于能够精确地控制曝气的流量，所以，使得污水处理池中溶解氧的波动能够限制在设定的范围内。通常可以限制在±0.2mg/L的波动范围内。并同时减少了总的曝气量。即达到了减少耗电量，节约运营成本的目的。本专利技术的仿真数学模型中包括实际运行过程中的相关干扰量，使得本的方法具有更高的可靠性和更强的适应性。本专利技术另外一个显著的特点在于开始设计时，就可以设定比较低的溶解氧设定值，这就能够减少曝气量。由于在先技术中的控制方法溶解氧波动过大，生化处理系统在设计阶段会为溶解氧设定值留有较大的余度。而使用本专利技术在线控制曝气量的方法，可以将溶解氧波动限制在±0.2mg/L的波动范围内(在先技术方法的溶解氧波动范围在±1-2mg/L范围内)。随着溶解氧波动的减少，便能够降低溶解氧设定值，从而带来更大的节能空间。附图说明图1为在先技术的曝气控制系统示意图。图2为本专利技术改进的曝气控制系统示意图。图3为曝气控制系统的控制方法流程示意图。图4为有机碳去除过程的工艺流程示意图。图5为曝气流量计算模块中的计算流程图。图6为本专利技术方法的一个实施例的DO浓度和曝气量随时间变化的曲线图。其中横座标为时间(Time)，Y1纵座标SO代表DO浓度，Y2纵座标qa代表曝气量。具体实施例方式下面结合附图和实施例详细描述本专利技术的方法。但该实施例为非限定性的实例，即可在本专利技术的范围内，对实施例做出适当的改进和变化。图1是在先技术的曝气控制系统的示意图。如图1所示，在先技术中曝气控制系统是将溶解氧测量仪2置放在生化反应池(或称污水处理池)1内，测量其生化反应池1内的溶解氧(DO)。当溶解氧值过高时，使行程控制机构打开连接在通入到生化反应池1中的曝气管道4上的气体流量调节阀门3，当溶解氧值过低时，则关门气体流量调节阀门3。图2是本专利技术方法中所采用的曝气控制系统的示意图。由图2与图1对比，显示出本专利技术的方法是在溶解氧测量仪2与带有行程控制机构的气体流量调节阀门3之间加入生化池处理过程模型模块5和曝气流量计算模块6。将曝气流量计算模块6的输出连接到气体流量调节阀门3的行程控制机构和鼓风机10上，以便用曝气流量计算模块6计算的曝气流量设定值来控制气体流量调节阀门3的开度大小，以及用曝气流量计算模块6计算出来的鼓风机设定压力值控制鼓风机10的压力。为了能够检查和确切地显示曝气流量，在气体流量调节阀门3与生化反应池1之间的曝气管道4上安装一气体流量计8。在气体流量调节阀门3的进气的曝气管道4上装一压力变送器9，用于检测管道漏损，阀门泄漏，曝气头堵塞等异常现象。在生化池处理过程模型模块5上加上一参数预置模块7，用于预置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物处理污水工艺中在线控制曝气量的方法，将曝气控制系统中的溶解氧测量仪置放在生化反应池内测量其生化反应池内的溶解氧，将带有行程控制机构的气体流量调节阀门置放在通入生化反应池内的曝气管道上用于控制曝气流量，其特征在于在气体流量调节阀门输出端的曝气管道上安装气体流量计检查设定的曝气流量和实际的曝气流量；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生化池处理过程模型模块和曝气流量计算模块；用曝气流量计算模块计算的曝气流量设定值和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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：范岳峰，谢磊，周一军，
申请(专利权)人：上海昊沧系统控制技术有限责任公司，上海西派埃自动化技术工程有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]