[发明专利]氨氮耦合溶解氧曝气节能控制系统和控制方法

说明书

技术领域

本发明专利涉及一种污水处理技术，具体是一种氨氮耦合溶解氧曝气节能控制系统及控制方法，适用于控制城市污水处理厂活性污泥法生物处理工艺生物池中沿程的曝气强度和溶解氧梯度，能提高脱氮除磷效果，增强运行稳定性并节省曝气能耗。

技术背景

目前，国内城市污水处理覆盖区域越来越广，处理标准越来越严格。很多新建污水处理厂正在投资建设，一些老旧污水处理厂面临升级改造，以满足逐渐增大的处理水量和日益严格的出水标准。在现有和新建污水处理厂中，既有传统生物处理工艺，如A²O工艺等，也有一些新工艺得到推广性应用，如MBR工艺等。生物处理工艺的运行稳定性、可靠性、高效性将对城市污水处理厂污水处理达标并实现再生回用影响重大。

传统生物处理工艺如A²O工艺，具有技术成熟、运行操作简单、应用广泛等特点，而新工艺如MBR工艺具有节省占地、出水水质较好等特点。然而，无论是传统工艺还是新工艺，均存在能耗普遍较高的缺点，尤其是曝气能耗，这无疑极大的增加了运行费用。活性污泥法生物处理工艺中，生物池段运行方式通常包括厌氧区、缺氧区和好氧区。为了确保去除COD和氨氮等好氧污染物，好氧区往往会处于过量曝气状态。据统计，A²O工艺吨水电耗在0.3～0.4kWh/m³左右，而MBR工艺则高达0.5～0.7kWh/m³左右，甚至更高。无论采用何种工艺，曝气系统能耗约占工艺总能耗的50％～70％。并且过量曝气会影响污泥微生物活性，从而影响运行稳定性。

因此，在提高污水处理工艺运行效果及稳定性和降低运行能耗的目标推动下，有必要开发生物池曝气节能控制系统及方法，以帮助实现活性污泥法生物处理工艺的可持续发展。

发明内容

本发明目的是针对上述技术问题，提供一种氨氮耦合溶解氧曝气节能控制系统及控制方法，本发明设置完备的检测系统和自动控制系统，采用氨氮耦合溶解氧的控制方式，以出水氨氮值为最终控制目标，以溶解氧值为中间调节参数。通过流量计和在线传感器等将流量、溶解氧和氨氮等在线信号反馈给计算模型，实时计算所需计算气量后再对曝气池进行供气，并根据溶解氧设定值和在线实时值对供气量进行修正。该方法自动合理控制曝气量，既能满足对曝气量的科学控制，又能帮助实现处理工艺高效稳定运行，保障出水氨氮稳定达标。

为实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

氨氮耦合溶解氧曝气节能控制系统，其特征是：设有控制柜，安装于控制柜内的PLC自控组件和计算机，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工艺各生物池上的在线液位计、在线氨氮仪、在线污泥浓度计、在线温度计、在线溶解氧测定仪、全天侯在线氨氮智能分析仪和在线污泥硝化活性智能分析仪；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、气体流量计、空气压力计，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，生物池曝气管路所连通的鼓风机的控制器与PLC自控组件进行信号和控制连接，所述计算机还与污水处理厂的主控制计算机进行信号和控制连接。

应用上述的氨氮耦合溶解氧曝气节能系统控制方法，其特征包括如下步骤：

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：

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处采集得到；

ΔX_H-排出生物反应池系统的微生物量(kg/d)，从污水处理厂主控制计算机处采集得到；

N_t-生物反应池进水氨氮浓度(mg/L)，由氨氮测定传感器测得；

N_te-生物反应池出水氨氮浓度(mg/L)，由全天侯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；