污水处理精确曝气方法

　　申请日2017.12.15

　　公开(公告)日2018.05.04

　　IPC分类号C02F3/02

　　摘要

　　本发明公开了一种污水处理精确曝气方法，根据在线溶解氧浓度的变化，通过调节蝶阀开度和空气总管压力来调节各生物池的曝气量，解决了溶解氧反应滞后性的问题，避免频繁调节蝶阀，使系统压力相对稳定，即达到精确控制效果，又延长了设备的使用寿命，最终达到了节能的目的。

　　权利要求书

　　1.一种污水处理精确曝气方法，其特征在于，包括下列步骤：

　　(1)将待处理的污水引入到两个以上的生物池中，所述生物池配套安装有曝气系统，所述曝气系统包括控制器、鼓风机组和分别设置在所述生物池内的曝气管道，每个生物池内的曝气管道通过分流管与外部空气总管相连通，在每个生物池对应的分流管上分别设有蝶阀，在所述空气总管上设置有压力表，所述鼓风机组与所述空气总管对应连接，在所述生物池内分别设有在线溶解氧测定仪;所述蝶阀、鼓风机组、压力表和在线溶解氧测定仪分别与所述控制器对应电连接;

　　(2)通过在线溶解氧测定仪测定每个生物池内的溶解氧浓度DO，并通过控制器计算溶解氧浓度在前一分钟内每20秒变化率的平均值A，设置溶解氧浓度DO的变化区间：最小值MIN<下限值L<上限值H<最大值MAX;

　　(3)获取每个生物池对应蝶阀的当前开度，根据下表1所示蝶阀所在的开度区间，获取蝶阀调节幅度和时间间隔：

　　(4)按照下述条件调节蝶阀开度：

　　①当DO

　　②当MIN≤DO

　　③当L≤DO≤H时，若溶解氧浓度在前一分钟内每20秒变化率的平均值A>0.03，则按照上表1所示时间间隔和调节幅度下调该蝶阀的开度;若A<-0.03，则按照上表1所示时间间隔和调节幅度上调该蝶阀的开度;若-0.03≤A≤0.03，则该生物池的蝶阀保持开度保持不变;

　　④当H0，则按照上表1所示时间间隔和调节幅度下调该蝶阀的开度;

　　⑤当DO>MAX时，若溶解氧浓度在前一分钟内每20秒变化率的平均值A≤-0.03，则该生物池的蝶阀保持开度保持不变;若A>-0.03，则按照上表1所示时间间隔和调节幅度下调该蝶阀的开度;

　　(5)根据各生物池所需的曝气量设定空气总管压力目标值，将压力表检测到的空气总管压力实际值与该目标值进行比较，当二者不一致时，通过控制鼓风机的开启数量和鼓风机导叶开度来调节鼓风机组的出气量，从而将空气总管压力调整至目标值;

　　(6)曝气完成后进入下一步污水处理工序。

　　2.根据权利要求1所述的污水处理精确曝气方法，其特征在于，步骤(5)中空气总管压力目标值的调节方法为：

　　a.首先设置每个生物池的蝶阀开度辅助限值为F0-F1，当蝶阀开度达到F0且仍需下调时，即该生物池为下降请求状态;当蝶阀开度达到F1且仍需上调时，即该生物池为上升请求状态;

　　b.每十分钟获取一次生物池的请求状态，当有至少两个生物池为上升请求状态时，将空气总管压力目标值上调一个幅度P0;当有至少两个生物池为下降请求状态时，将空气总管压力目标值下调一个幅度P0;

　　c.当有一半以上的生物池中的溶解氧浓度DO<最小值MIN时，空气总管压力目标值上调一个幅度P1。

　　3.根据权利要求2所述的污水处理精确曝气方法，其特征在于，所述蝶阀开度辅助限值：F0取值为25%～60%，F1取值为60%～100%。

　　4.根据权利要求2所述的污水处理精确曝气方法，其特征在于，所述空气总管压力的调节幅度P0为0.3～0.5千帕;所述空气总管压力的调节幅度P1为0.7～1千帕。

　　5.根据权利要求2所述的污水处理精确曝气方法，其特征在于，步骤(5)中，设空气总管压力的实际值与目标值之间的差值为D，当D的绝对值≤0.2千帕时，鼓风机组不发生动作;当D的绝对值>0.2千帕时，鼓风机组发生动作，将空气总管压力实际值调整至目标值。

　　6.根据权利要求1所述的污水处理精确曝气方法，其特征在于，步骤(2)中所述溶解氧浓度在前一分钟内每20秒变化率的平均值A的计算方法为：

　　设溶解氧浓度在前一分钟内每隔20秒的测定值为A0、A1、A2、A3，则溶解氧浓度在前一分钟内每20秒变化率的平均值。

　　7.根据权利要求1所述的污水处理精确曝气方法，其特征在于，所述溶解氧浓度DO的变化区间取值为：最小值MIN为0.8～1.2mg/L，下限值L为1.5～1.8mg/L，上限值H为2～2.3mg/L，最大值MAX为2.5～3mg/L。

　　8.根据权利要求1所述的污水处理精确曝气方法，其特征在于，在每个蝶阀的后部安装有空气流量计。

　　9.根据权利要求1所述的污水处理精确曝气方法，其特征在于，所述在线溶解氧测定仪设置在生物池曝气管道的末端。

　　10.根据权利要求1所述的污水处理精确曝气方法，其特征在于，所述控制器为西门子6ES7系列的PLC控制器。

　　说明书

　　一种污水处理精确曝气方法

　　技术领域

　　本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种一种污水处理精确曝气方法。

　　背景技术

　　废水生物处理是通过微生物的新陈代谢作用，将污染物分解、吸收或者吸附来实现水质的净化，与物理、化学法相比成本低、效率高且处理过程中所产生的二次污染极小，是目前主流废水处理方法。为满足处理不同来源及不同性质废水的需要，已研制开发出厌氧一好氧活性污泥工艺、氧化沟法、SBR、AB法、生物接触氧化法、BAF等多种类型的生物处理工艺及反应器。在这些不同类型的工艺中，一般均会包含好氧处理阶段，以完成有机物的氧化以及氨氮的去除。为给微生物提供好氧环境，目前较多采用的是鼓风曝气。在某种程度上，曝气量的控制决定着整个系统对废水的处理效果和污水处理厂能耗水平。因为曝气量较小时将会抑制系统中的硝化反应，此外还会引起生物池中丝状菌繁殖，导致污泥膨胀：而曝气量较大时，不仅会使曝气电耗浪费，同时强烈的空气搅拌还会打碎污泥絮体从而影响出水水质。此外，如果处理工艺有硝化液回流时，回流的硝化液也会把氧带入缺氧区，从而影响反硝化效果。由于污水厂的进水水质和水温等条件有较大的波动性，这也就要求曝气过程中及时调整曝气量，以应对这种变化。

　　为了实现按需供气和降低曝气能耗，人们提出了对曝气量进行精确控制的设想。所谓的精确曝气控制就是将在线仪表及阀门和鼓风机控制集成到一个智能化的控制系统当中，通过动态地优化与调整供气量，尽量做到按需供气，从而达到稳定污水厂出水水质和节能的目的。随着污水处理厂在线监测仪表及相关技术设备性能提高，精确曝气控制已从理念成为现实。

　　目前国内外较为成熟的精确曝气控制技术可分为两种：“前馈+反馈+生物处理模块”和“反馈调节+性能优越的硬件系统”。

　　前馈+反馈+生物处理模块，这种控制方式是以国际水协的活性污泥模型为基础，根据污水厂历史运行数据和在线仪表检测到的水质水量的变化，预测生物池所需的曝气量，再结合生物池中实际溶解氧、水温、MLSS及水压等指标，来调节空气流量分配和鼓风机风量。该控制模式较为完美，但需要采集较多的指标，对仪表的性能稳定性有较高的要求，并且生物模块也难以准确地预测生物池所需供气量。该模式的代表性的控制系统是美国生化科技公司(BioChcmTechnology lnc)的生物工艺智能控制系统(BIOS+BACS)和上海昊沧系统控制技术有限责任公司的AVS精确曝气流量控制系统。“前馈+反馈+生物处理模块”的精确曝气系统，会对曝气量进行计算，但是由于生物池实际需气量不但与进水水量、水质、水温、污泥浓度有关外，还与曝气头的效率、曝气管路的长短、生物池的流速与混合状态等多种因素有关，往往需气量计算与实际差距很大。但是为了满足生物池需气量，实际空气总管压力会维持在较高的范围。当溶解氧降低时增大供气量，当溶解氧升高时降低阀门开度使供气量减小，这样压力一直维持在较高水平，当所有的阀门都下压时造成了鼓风机能耗的极大浪费。

　　反馈+性能优越的硬件系统，该控制模式省去前馈和生物处理模块，解决了对在线仪表过多依赖和生物模块的准确度问题。但是该系统需要较高的对阀门和鼓风机的控制能力，即该系统要能在较短的时间内将阀门的开度和鼓风机的风量调整到能满足水质变化后生物池所需的供气量和节能的目的。这种控制模式的代表控制系统是德国冰得公司(BINDER ENGINEERING)的VACOMASS控制系统。

　　另外，以上两种技术对于在线仪表(进水流量计、空气流量计、进水在线氨氮、COD监测仪表等)、生物模块和鼓风机控制硬件设备的要求极高，所以控制系统初期投入价格昂贵，后期维护工作量大、成本高，若发生设备硬件、通讯网络、在线仪表故障，则系统就处于半瘫痪状态。

　　发明内容

　　本发明要解决的技术问题是提供一种能够精确控制生物池曝气的方法。

　　为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

　　设计一种污水处理精确曝气方法，包括下列步骤：

　　(3)获取每个生物池对应蝶阀的当前开度，根据下表1所示蝶阀所在的开度区间，获取蝶阀调节幅度和时间间隔：

　　(4)按照下述条件调节蝶阀开度：

　　①当DO

　　②当MIN≤DO

　　④当H0，则按照上表1所示时间间隔和调节幅度下调该蝶阀的开度;

　　(6)曝气完成后进入下一步污水处理工序。

　　优选的，步骤(5)中空气总管压力目标值的调节方法为：

　　c.当有一半以上的生物池中的溶解氧浓度DO<最小值MIN时，空气总管压力目标值上调一个幅度P1。

　　优选的，所述蝶阀开度辅助限值：F0取值为25%～60%，F1取值为60%～100%。

　　优选的，所述空气总管压力的调节幅度P0为0.3～0.5千帕;所述空气总管压力的调节幅度P1为0.7～1千帕。

　　优选的，步骤(5)中，设空气总管压力的实际值与目标值之间的差值为D，当D的绝对值≤0.2千帕时，鼓风机组不发生动作;当D的绝对值>0.2千帕时，鼓风机组发生动作，将空气总管压力实际值调整至目标值。

　　优选的，步骤(2)中所述溶解氧浓度在前一分钟内每20秒变化率的平均值A的计算方法为：

设溶解氧浓度在前一分钟内每隔20秒的测定值为A0、A1、A2、A3，则溶解氧浓度在前一分钟内每20秒变化率的平均值

。

　　优选的，所述溶解氧浓度DO的变化区间取值为：最小值MIN为0.8～1.2mg/L，下限值L为1.5～1.8mg/L，上限值H为2～2.3mg/L，最大值MAX为2.5～3mg/L。

　　优选的，在每个蝶阀的后部安装有空气流量计。

　　优选的，所述在线溶解氧测定仪设置在生物池曝气管道的末端。

　　本发明的有益效果在于：

　　1.传统的曝气方法通常是根据计算出的需气量来调节气量分配，但由于生物池实际需气量不但与进水水量、水质、水温、污泥浓度有关外，还与曝气头的效率、曝气管路的长短、生物池的流速与混合状态等多种因素有关，往往需气量计算与实际偏差很大。为了解决水量、水质、水温的不断变化会造成曝气系统需氧量不断变化的问题，本发明曝气方法中根据实测的溶解氧浓度的变化，通过蝶阀来实时调节气量分配，实现了精确曝气，克服了传统曝气方法存在的偏差大、能耗高的缺陷。

　　2.本发明技术方案根据空气蝶阀的结构特点，设置了蝶阀在不同区间范围内的动作幅度和调节间隔时间，来合理调节气量，同时解决了溶解氧反应滞后性的问题，避免频繁调节蝶阀，使系统压力相对稳定，即达到精确控制效果，又延长了设备的使用寿命，最终达到了节能的目的。

　　3.本发明技术方案通过设定溶解氧浓度DO变化范围的4个限值、5个区间，根据不同区间范围设置不同空气蝶阀动作规律，使溶解氧即精确的控制在一定的范围，又在降低时不会影响出水水质，升高时不会浪费曝气量。

　　4.本发明技术方案中还可设置蝶阀开度辅助限值F0-F1，当一定数量的生物池蝶阀开度达到辅助下限仍需下调时，直接调整空气总管压力来降低整个空气总管的压力和气量，当一定数量的生物池蝶阀开度达到辅助上限仍需上调时，直接调整空气总管压力来提高整个空气总管的压力和气量，辅助下限F0的设定使曝气量在满足生物池需求的情况下，让总管压力保持最低、最节能的状态;辅助上限F1的设定使得一部分生物池曝气量已经满足的情况下，让另一部分生物池不至于过度曝气。

　　5.现有技术中的精确曝气系统，空气总管压力变化范围很小或完全靠恒压控制，当溶解氧较高时靠降低空气管道阀门开度来使压力维持在范围之内，此时会造成风机电耗的增加，能耗非常大。本发明技术方案控制系统的空气总管压力可以实时调节，让空气总管压力在满足气量需求的情况下始终保持在最低的状态。既达到精确曝气的效果，又达到节能降耗的目的。

　　6.一般情况下，通过鼓风机气量来调节空气总管压力时，只要总管压力变化，鼓风机就会跟着动作，但是由于各个蝶阀的动作都会引起空气总管压力的细微变化;在传统的控制方式中，空气总管压力任何细微的变化都会引起鼓风机动作，使鼓风机频繁调节导叶开度，能耗非常大，对鼓风机的损耗也很大，本发明中通过设置鼓风机动作压力盲区来解决这一问题，空气总管压力的实际值与目标值之间的差值小于或等于0.2千帕，即当空气总管压力的变化幅度很小时，鼓风机组不发生动作，只有当空气总管压力的变化幅度大于该区间时，鼓风机组才会动作，大幅减少了鼓风机的动作频率，既能够延长鼓风机的使用寿命，又达到了节能的目的。

　　7.目前现有的精确曝气技术，对每个生物池的各个好氧廊道都要求装有空气流量计、在线溶解氧仪和空气电动蝶阀，以及空气温度传感器、水温传感器等，设备采购成本和维护成本高。本发明技术方案优化了控制系统，仅需在空气总管安装压力表、每个生物池安装一个在线溶解氧仪、电动调节蝶阀和空气流量计即可，减少了对在线仪表的依赖，大大节约了设备采购和后期维护成本。

　　8.本发明技术方案适用于各个大中型污水处理厂的升级改造，可以在现有设施的基础上加以改造，既方便实现，又控制简单，最主要是非常节能。