申请日2014.09.30
公开(公告)日2014.12.24
IPC分类号C02F3/02; G05D11/13
摘要
本发明揭示了一种生物处理污水工艺中的氨氮控制系统及方法，用于精确控制污水处理工艺中的出水氨氮，该氨氮控制系统中级联有外回路和内回路两个控制回路，外回路为氨氮-溶解氧设定值控制回路;内回路为溶解氧设定值-曝气量控制回路，本发明首先借助于数学模型求解将反应池的实际氨氮值稳定在其目标值所需要的溶解氧，将该溶解氧值设定为反应池的溶解氧设定值;然后通过溶解氧控制器调节曝气量，使得反应池的溶解氧稳定在设定值附近。本发明能够达到直接影响或控制生化池出水氨氮的目的;有助于脱氮过程的优化，缓解当前脱氮工艺中普遍存在的过量曝气或不足的弊端，提升污水厂出水氨氮的去除效果和节能降耗水平。
权利要求书
1.一种生物处理污水工艺中的氨氮控制系统，其特征在于，所述氨氮控 制系统包括数学模型，溶解氧控制器，受控曝气装置和污水反应池， 所述污水反应池内设置有溶解氧测量仪和氨氮测量仪，所述氨氮测试 仪测出反应池内的氨氮实际值，所述数学模型根据所述氨氮实际值和 设置的氨氮目标值，设定反应池内的氨氮达到目标值的溶解氧设定值; 所述溶解氧测量仪测得反应池内的溶解氧实际值，所述溶解氧控制器 根据所述溶解氧设定值和溶解氧实际值控制所述受控曝气装置向反应 池内输出能使氨氮达到目标值的气量。
2.根据权利要求1所述的生物处理污水工艺中的氨氮控制系统，其特征 在于，所述氨氮测量仪包括第一在线式氨氮仪和第二在线式氨氮仪， 所述第一在线式氨氮仪安装在污水反应池好氧段的前端，用于测量好 氧段前端的氨氮实际值;所述第二在线式氨氮仪安装在污水反应池好 氧段从前往后的1/2～3/4处，用于测量好氧段1/2～3/4处的氨氮实际值。
3.根据权利要求1所述的生物处理污水工艺中的氨氮控制系统，其特征 在于，所述氨氮控制系统动态设定所述溶解氧设定值。
4.根据权利要求3所述的生物处理污水工艺中的氨氮控制系统，其特征 在于，所述氨氮控制系统通过人工动态时序或全自动方式来动态设定 所述溶解氧设定值。
5.根据权利要求4所述的生物处理污水工艺中的氨氮控制系统，其特征 在于，所述人工动态时序方式通过人工给出一个进水周期内的溶解氧 设定序列，所述氨氮控制系统根据所述溶解氧设定序列，实现溶解氧 设定值的动态设定。
6.根据权利要求4所述的生物处理污水工艺中的氨氮控制系统，其特征 在于，所述全自动方式为所述氨氮控制系统根据反应池内的进水、出 水工况，实时设定出溶解氧设定值。
7.一种生物处理污水工艺中的氨氮控制方法，用于精确控制污水反应池 内的氨氮达到目标值所需的曝气量，其特征在于，包括：
测量污水反应池内的氨氮实际值;
根据所述氨氮实际值和已设置的氨氮目标值动态设定溶解氧设定 值;
测量污水反应池内的溶解氧实际值;
根据所述溶解氧设定值和溶解氧实际值控制污水反应池内的氨氮 达到目标值所需的曝气量。
8.根据权利要求7所述的生物处理污水工艺中的氨氮控制方法，其特征 在于，所述动态设定溶解氧设定值的方式为人工动态时序方式或全自 动方式。
9.根据权利要求8所述的生物处理污水工艺中的氨氮控制方法，其特征 在于，所述人工动态时序方式为通过人工给出一个进水周期内的溶解 氧设定序列，根据所述溶解氧设定序列，实现溶解氧设定值的动态设 定。
10.根据权利要求8所述的生物处理污水工艺中的氨氮控制方法，其特征在 于，所述全自动方式为根据反应池内的进水、出水工况，实时设定出 溶解氧设定值。
说明书
一种生物处理污水工艺中的氨氮控制系统及方法
技术领域
本发明涉及污水处理中氨氮量自动化控制技术领域，尤其是涉及一种 生物处理污水工艺中基于精确曝气系统的氨氮控制系统及方法。
背景技术
随着社会发展、城市化和工业化的进程，大量未经充分处理的生活、 工业废水被排入自然水体，使得水污染现象成为危及水环境和用水安全的 严重问题。在水污染问题中，水体的富营养化尤为突出，而氮、磷这两种 营养元素在其中起到了主要的作用。因此，对污水中氮、磷元素的去除， 已经成为城市污水处理厂必备的基本功能，国家出台的控制污染物排放的 标准也对氮、磷的减排提出了严格的要求。
当前，污水处理厂脱氮的主流方式，仍然依赖于硝化和反硝化过程， 即基于A2O及其变型的活性污泥工艺。常规的硝化-反硝化脱氮工艺，往 往存在着效率不高、能耗较大等缺陷。由于硝化过程是一个好氧的过程， 因此需要一定的曝气量以促成硝化反应进行，以促使出水氨氮达标。但是 过多的曝气量会带来能耗上的浪费，虽然有利于氨氮的去除，然而由于内 回流的作用，可能给缺氧区的反硝化过程带来影响，抑制反硝化过程的进 行，造成总氮的去除效果不够理想。因此在脱氮过程中曝气量并非越大越 好，而是需要恰到好处，既能满足硝化需求，又不需要过高以免造成能耗 的浪费和影响反硝化。这就对脱氮过程提出了精确曝气的控制要求，以实 现“按需供气”。
精确曝气系统(简称AVS)是一种基于活性污泥数学模型和鼓风机- 阀门联合控制的技术手段，用于污水厂的精细化控制，通过设置能够使出 水水质达标的溶解氧目标值，促使鼓风机输出并由阀门分配能使好氧区的 溶解氧达到目标值的气量。这一技术手段在基本保证出水达标的前提下， 节省了曝气量，也就是能耗，即以较小的代价或能耗实现预期出水达标。
如图1所示，精确曝气系统的控制原理示意图，精确曝气系统能够对 鼓风机和受控曝气单元的气量分配进行自动调节，根据实际水质水量数据 智能分配每个溶解氧控制区的供气量，自动调整气体流量设定值，按需曝 气。总需气量通过现场每个受控曝气单元根据水量、水质等信号通过模型 进行计算，并由系统控制柜向鼓风机主控柜MCP发出指令，通过鼓风机 导叶或变频器进行气量调节;同时调节多个电动空气流量调节阀的开度， 使受控曝气单元支管内的实际气量达到所需气量，起到了气量分配的作 用。
精确曝气系统能把曝气池内溶解氧控制在0.5～5.0mg/L之间的任一设 定值，控制精度在设定值的±0.5mg/L范围内，以满足好氧段内不同区域内 对溶解氧浓度的不同要求，如图2所示。
但是，现有精确曝气系统的控制方式和控制目标只是间接影响或控制 溶解氧这一出水水质的手段。而出水水质标准不涉及到溶解氧，而针对的 是化学需氧量(COD)、氨氮等，因此现有的精确曝气系统尚不能达到直 接控制生化池出水氨氮的目的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生物处理污水工艺中的氨氮控制系统及 方法，克服现有技术的缺陷，在现有精确曝气系统的基础上作出改进，采 用氨氮-溶解氧-气量三者之间级联的控制方式，通过设置的氨氮目标值， 精确控制使污水中的氨氮值达到目标值所需的曝气量，在保证出水水质达 标的基础上，节省曝气量，即以最小的代价或能耗实现预期的出水达标。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种生物处理污水工艺中的氨氮控制系统，所述氨氮控制系统包括数 学模型，溶解氧控制器，受控曝气装置和污水反应池，所述污水反应池内 设置有溶解氧测量仪和氨氮测量仪，所述氨氮测试仪测出反应池内的氨氮 实际值，所述数学模型根据所述氨氮实际值和设置的氨氮目标值，设定反 应池内的氨氮达到目标值的溶解氧设定值;所述溶解氧测量仪测得反应池 内的溶解氧实际值，所述溶解氧控制器根据所述溶解氧设定值和溶解氧实 际值控制所述受控曝气装置向反应池内输出能使氨氮达到目标值的气量。
优选地，所述氨氮测量仪包括第一在线式氨氮仪和第二在线式氨氮仪 所述第一在线式氨氮仪安装在污水反应池好氧段的前端，用于测量好氧段 前端的氨氮实际值;所述第二在线式氨氮仪安装在污水反应池好氧段从前 往后的1/2～3/4处，用于测量好氧段1/2～3/4处的氨氮实际值。
优选地，所述氨氮控制系统动态设定所述溶解氧设定值。
优选地，所述氨氮控制系统通过人工动态时序或全自动方式来动态设 定所述溶解氧设定值。
优选地，所述人工动态时序方式通过人工给出一个进水周期内的溶解 氧设定序列，所述氨氮控制系统根据所述溶解氧设定序列，实现溶解氧设 定值的动态设定。
优选地，所述全自动方式为所述氨氮控制系统根据反应池内的进水、 出水工况，实时设定出溶解氧设定值。
优选地，根据所述溶解氧设定值和溶解氧实际值控制污水反应池内的 氨氮达到目标值所需的曝气量。
本发明还提供了另外一个技术方案：一种生物处理污水工艺中的氨氮 控制方法，用于精确控制污水反应池内的氨氮达到目标值所需的曝气量， 包括：
测量污水反应池内的氨氮实际值;
根据所述氨氮实际值和已设置的氨氮目标值动态设定溶解氧设定值;
测量污水反应池内的溶解氧实际值;
根据所述溶解氧设定值和溶解氧实际值控制污水反应池内的氨氮达 到目标值所需的曝气量。
进一步，所述动态设定溶解氧设定值的方式为人工动态时序方式或全 自动方式。
又，所述人工动态时序方式为通过人工给出一个进水周期内的溶解氧 设定序列，根据所述溶解氧设定序列，实现溶解氧设定值的动态设定。
再有，所述全自动方式为根据反应池内的进水、出水工况，实时设定 出溶解氧设定值。
本发明是现有精确曝气系统的拓展，采取级联控制方式，首先借助于 数学模型求解将反应池的实际氨氮值稳定在其目标值所需要的溶解氧，将 该溶解氧值设定为反应池的溶解氧设定值;然后，通过溶解氧控制器调节 曝气量，使得反应池的溶解氧稳定在设定值附近。本发明能根据进水因素、 环境因素以及工艺控制目标的变化而全自动进行动态溶解氧设定，也可人 工按时序设定序列动态设定溶解氧，并在此基础上计算出需气量，然后借 助精确曝气系统来达成按需供气、配气的目标，实现出水水质优化和节能 降耗。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明根据时刻变化的进水流量、进水COD和进水氨氮等，实时 计算出降解这些氨氮所需的曝气量，达到直接影响或控制生化池出水氨氮 的目的。
2、本发明有助于脱氮过程的优化，缓解当前脱氮工艺中普遍存在的 过量曝气或不足的弊端，提升污水厂出水氨氮的去除效果和节能降耗水 平。
3、本发明进行动态溶解氧的设定，实时给出各溶解氧控制区的溶解 氧设定值，并根据溶解氧实际值动态自动调整溶解氧在其设定值附近，避 免溶解氧设定响应不及时给污水处理工艺和出水带来影响。
4、本发明氨氮控制系统能把曝气池内氨氮控制在0.5～20.0mg/L之间 的任一设定值，控制精度在设定值的±0.5mg/L范围内，以满足好氧段内不 同区域内对氨氮浓度的不同要求。