[发明专利]氨氮耦合溶解氧曝气节能控制系统和控制方法

权利要求书

1.一种氨氮耦合溶解氧曝气节能控制系统，设有控制柜(1)，控制柜内设有PLC自控组件(2)和计算机(3)，所述计算机内装有数据采集分析电路模块，计算机与PLC自控组件进行信号和控制连接；设有安装在污水处理设备各生物池上的在线液位计(4)、在线氨氮仪(5)、在线污泥浓度计(6)、在线温度计(7)、在线溶解氧测定仪(8)、全天侯在线氨氮智能分析仪(9)和在线污泥硝化活性智能分析仪(10)；上述安装在生物池上的在线仪表均跟所述控制柜内的计算机进行信号连接；在所述生物池的曝气管路上设有气体均衡配置器(11)、气体流量计(12)、空气压力计(13)，其中气体均衡配置器分别与PLC自控组件和计算机进行信号和控制连接，气体流量计和空气压力计与计算机进行信号连接；另外，生物池曝气管路连通的鼓风机(16)及鼓风机控制柜(14)与PLC自控组件进行信号和控制连接；所述计算机(3)还与污水处理厂的主控制计算机(15)进行信号和控制连接；

上述的氨氮耦合溶解氧曝气节能控制系统的控制方法，其特征是：包括如下步骤：

1)将上述仪表设备安装完毕后并建立相互间的信号连接；将下面公式(1)-(3)编入计算机(3)的程序内：

${\mathrm{\ΔX}}_H={\mathrm{yY}}_t\frac{Q(S_{SF}-S_S)}{1000}---\left(1\right)$

$O_S=\frac{1.47}{1000}Q(S_{SF}-S_S)-1.42{\mathrm{\ΔX}}_H+1.74\[0.001Q(N_t-N_{te})\]---\left(2\right)$

$q_A=\frac{O_S}{0.28E_A}---\left(3\right)$

其中，

Os-标准状态下生物反应池污水需氧量(kgO₂/h)

Q-生物反应池的进水流量(m³/d)，从污水处理厂主控制计算机(15)处采集得到；

ΔX_H-排出生物反应池系统的微生物量(kg/d)

N_t-生物反应池进水氨氮浓度(mg/L)，由在线氨氮仪(5)测得；

N_te-生物反应池出水氨氮浓度(mg/L)，由全天候在线氨氮智能分析仪(9)测得；

S_S-出水有机底物浓度(mg/L)；从污水处理厂主控制计算机(15)处采集得到；

y-MLSS中MLVSS所占比例，根据试验确定；

Y_t-污泥总产率系数(kgMLSS/kgBOD₅)，根据试验确定；

S_SF-进水有机底物浓度(mg/L)，从污水处理厂主控制计算机(15)处采集得到；

q_A-曝气量，(m³/h)；

E_A-曝气器氧的利用率(％)；

2)通过污水处理厂主控制计算机(15)获得有机底物浓度、进水流量、生物池容积；在线仪表(4-10)将相应的生物池液位、进水氨氮浓度、污泥浓度、温度、溶解氧、出水氨氮浓度和硝化速率数值通过4～20mA信号传输给计算机(3)，通过计算机(3)根据上述公式(1)-(3)计算出曝气池中的曝气量q_A；3)计算机(3)将q_A数值传输给鼓风机控制柜(14)，然后由鼓风机控制柜(14)调整鼓风机输出气量，达到计算值q_A；

4)与此同时，在线污泥硝化活性智能分析仪(10)将不同溶解氧浓度下的氨氮硝化速率值传输给计算机(3)，计算机(3)绘出氨氮硝化速率随溶解氧变化的规律曲线，然后根据在线污泥浓度计(6)、在线温度计(7)和设计的水力停留时间值：14小时，确定出生物池中实际的硝化速率，并通过氨氮硝化速率随溶解氧变化的规律曲线找到相对应的溶解氧浓度，以此溶解氧浓度作为溶解氧控制设定值DO_SET；

5)当鼓风机按q_A值输出气量时，首先将气体流量计(12)反馈的实际流量值与q_A值相比较，若与q_A值不一致则再次对鼓风机进行调整直到达到q_A值，若与q_A值一致则调整周期内不再对鼓风机气量进行调节；而是，根据在线溶解氧测定仪(8)反馈的实际溶解氧值与DO_SET相比较，若一致则该周期内不再进行任何调整，若不一致则对曝气支管上配有的气体均衡配置器(11)进行调节，使在线溶解氧测定仪(8)反馈的实际溶解氧值与DO_SET值一致；对曝气进行精确调节时，需实时考虑空气压力计(13)的反馈值，该值指示了鼓风机工作状态或气体管路情况是否正常；

对气体均衡配置器进行调节，实现稳定的溶解氧；对所有供气管路上的气体均衡配置器进行调节时遵循三个原则：1、避免同时调节；2、气体均衡配置器开度总和保持不变；3、总有一个气体均衡配置器开度处于最大；

6)返回步骤2)，不断重复上述调节过程，考虑到气量传输和气体在水中传质的滞后性，以及出于对设备频繁调节的保护，两次q_A值计算之间和两次溶解氧值调整之间的时间间隔要≥30s。