白敬中

（中國市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，湖北 武漢 430010）

AAO生物池自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

白敬中

（中國市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，湖北 武漢 430010）

在目前城鎮(zhèn)污水處理廠的污水處理工藝中，AAO生物池占有舉足輕重的地位，而在AAO生物池設(shè)置適當(dāng)?shù)脑诰€檢測(cè)儀表，采用先進(jìn)的PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)曝氣量、污泥回流量等參數(shù)則可達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期的脫氮除磷效果。為了根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)、溫度等調(diào)節(jié)AAO生物池的各設(shè)計(jì)參數(shù)，將變頻器與先進(jìn)的自動(dòng)控制技術(shù)、通訊技術(shù)相結(jié)合，對(duì)鼓風(fēng)機(jī)、回流污泥泵等進(jìn)行變頻調(diào)速控制，不但可以滿足工藝設(shè)計(jì)要求，而且也是一種比較節(jié)能的技術(shù)手段。

AAO生物池；儀表；自控；變頻控制

1 引言

為實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)與經(jīng)濟(jì)建設(shè)的協(xié)調(diào)發(fā)展，貫徹和落實(shí)國家有關(guān)環(huán)境保護(hù)和城市污水治理的政策的規(guī)定，避免發(fā)展經(jīng)濟(jì)以犧牲環(huán)境為代價(jià)，各地興建了許多污水處理廠及其配套管網(wǎng)工程。污水處理工藝的選擇會(huì)根據(jù)設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)、處理程度要求、用地面積和工程規(guī)模等多因素進(jìn)行綜合考慮，各種工藝都有其適用條件，應(yīng)視具體情況而定。而aaO（a2/O）工藝在系統(tǒng)上是最簡單的同步生物除磷脫氮工藝，總水力停留時(shí)間小于其它同類工藝，在厭氧（缺氧）、好氧交替運(yùn)行的條件下可抑制絲狀菌繁殖，克服污泥膨脹，SVI值一般小于100，有利于處理后污水與污泥的分離，運(yùn)行中在厭氧和缺氧段內(nèi)只需輕緩攪拌，故其運(yùn)行費(fèi)用偏低。并且由于該工藝厭氧、缺氧和好氧三個(gè)區(qū)嚴(yán)格分開，有利于不同微生物菌群的繁殖生長，因此脫氮除磷效果非常好。目前，該工藝在國內(nèi)外使用較為廣泛。由于其曝氣和控制系統(tǒng)復(fù)雜，依靠傳統(tǒng)的操作人員憑經(jīng)驗(yàn)手動(dòng)或半自動(dòng)控制其實(shí)際效果往往并不好，很難達(dá)到設(shè)計(jì)要求。因此，aaO生物池的儀表設(shè)置及自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)在全廠的儀表、自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中具有舉足輕重的地位。

2 aaO生物池工藝過程

目前，用于城市污水生物處理并具有一定脫氮除磷效果的污水處理工藝可分為兩大類：一類為按空間進(jìn)行分割的連續(xù)流活性污泥法；另一類為按時(shí)間進(jìn)行分割的間歇式活性污泥法。a2/O工藝即厭氧——缺氧 ——好氧活性污泥法屬于按空間分割的連續(xù)流活性污泥法，污水在流經(jīng)三個(gè)不同功能分區(qū)的過程中，在不同微生物菌群作用下，使污水中的有機(jī)物、氮和磷得到去除。其流程簡圖見圖1。

aaO生物池污水中有機(jī)氮在缺氧、好氧狀態(tài)下，首先由異養(yǎng)菌轉(zhuǎn)化成氨氮，完成氨化作用，并在好氧狀態(tài)下由自養(yǎng)型硝化菌群氧化成硝態(tài)氮，從而完成硝化作用。硝態(tài)氮在缺氧狀態(tài)下又由反硝化菌利用有機(jī)物作為碳源將其還原成氮?dú)鈴乃幸绯?，從而完成脫氮作用。除磷是通過磷的厭氧釋放和好氧吸收兩個(gè)過程完成的，混合液中的聚磷菌進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)后會(huì)處于壓抑狀態(tài)，將體內(nèi)磷酸鹽釋放到污水中，在好氧狀態(tài)下又由聚磷菌將其過量吸收，以聚磷酸鹽的形式貯存于體內(nèi)，最終以剩余污泥的形式排出系統(tǒng)，從而完成除磷的過程?？梢钥闯?，aaO生物池內(nèi)水的溫度、PH值、溶解氧和污泥濃度等參數(shù)對(duì)出水能否達(dá)標(biāo)有重要影響，而溶解氧、污泥濃度可以通過控制鼓風(fēng)機(jī)和回流污泥泵進(jìn)行調(diào)節(jié)。

圖1 aaO生物池工藝流程簡圖

3 儀表設(shè)置和主要設(shè)備監(jiān)控點(diǎn)

儀表設(shè)置基于兩方面考慮，一方面要滿足工藝流程和計(jì)算機(jī)測(cè)控管理系統(tǒng)控制的需要，另一方面要滿足污水廠管理的需要并按經(jīng)濟(jì)實(shí)用的原則。除了液位檢測(cè)儀表、PH及溫度檢測(cè)儀表外，aaO生物池其它在線檢測(cè)儀表設(shè)置如下：

①厭氧區(qū)中間和生物池出水端設(shè)置污泥濃度（MLSS）檢測(cè)儀；

②好氧區(qū)曝氣總管和分管上設(shè)氣體熱式質(zhì)量流量計(jì)；

③厭氧區(qū)和缺氧區(qū)分別設(shè)氧化還原電位（ORP）檢測(cè)儀；

④好氧區(qū)的鼓風(fēng)曝氣穩(wěn)定區(qū)設(shè)溶解氧（DO）檢測(cè)儀。

除設(shè)置適當(dāng)?shù)脑诰€檢測(cè)儀表檢測(cè)相應(yīng)的工藝參數(shù)外，還要對(duì)水泵、閥門、鼓風(fēng)機(jī)等電氣設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制，才能實(shí)現(xiàn)整個(gè)過濾及反沖洗過程的自動(dòng)控制。自控主要接口如下：

①攪拌器、水下推進(jìn)器：開/?？刂疲\(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控；

②循環(huán)水泵：開/?？刂疲\(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控，頻率調(diào)節(jié)；

③電動(dòng)空氣調(diào)節(jié)蝶閥：開/關(guān)閥控制、閥門開度調(diào)節(jié)及位置、運(yùn)行狀態(tài)；

④鼓風(fēng)機(jī)房曝氣鼓風(fēng)機(jī)：在每臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)組控制柜內(nèi)設(shè)有一臺(tái)MicroPLC，專門用于測(cè)量鼓風(fēng)機(jī)及輔助設(shè)備的狀態(tài)，并控制鼓風(fēng)機(jī)及輔助設(shè)備的運(yùn)行，要求能根據(jù)出風(fēng)管壓力信號(hào)、污水量及溶解氧的偏差調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行頻率，從而調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)的出風(fēng)量。

圖2表示aaO生物池的儀表、自控系統(tǒng)簡圖。

圖2 aaO生物池儀表、自控系統(tǒng)簡圖

4 自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

生物池的自動(dòng)控制，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一個(gè)是根據(jù)生物池內(nèi)的溶解氧含量自動(dòng)調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)單機(jī)的送風(fēng)量及機(jī)組開啟臺(tái)數(shù),實(shí)現(xiàn)生物池充氧系統(tǒng)的智能化控制管理,使整個(gè)生物處理系統(tǒng)得以經(jīng)濟(jì)、正常地運(yùn)行；另一個(gè)是根據(jù)厭氧段、缺氧段的污泥濃度和氧化還原電位值，控制污泥回流量，為污泥反硝化和磷的釋放提供良好的反應(yīng)條件，確保生物除磷、脫氮的效果。這兩方面的具體控制要求如下：

①在向生物池供氣的控制中，和鼓風(fēng)機(jī)的控制是密切相關(guān)的。在每臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)組控制柜內(nèi)設(shè)一臺(tái)PLC子站，同時(shí)在鼓風(fēng)機(jī)房設(shè)一臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)總控制柜（內(nèi)置PLC）。每臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)機(jī)組控制柜內(nèi)的PLC子站負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集本機(jī)組的運(yùn)行頻率、電流和電壓等信號(hào)，并與總控制柜內(nèi)PLC實(shí)時(shí)通訊。根據(jù)總控制柜的控制要求，負(fù)責(zé)本機(jī)組的開停及頻率調(diào)節(jié)等。鼓風(fēng)機(jī)總控制柜則負(fù)責(zé)公用設(shè)備、儀表的信號(hào)采集及控制，并協(xié)調(diào)各鼓風(fēng)機(jī)組的運(yùn)行。鼓風(fēng)機(jī)組總的控制要求為：根據(jù)污水量、DO濃度值與實(shí)測(cè)值的偏差等反饋信息，應(yīng)用模糊控制理論并結(jié)合實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)優(yōu)化生物池的曝氣量，據(jù)此控制鼓風(fēng)機(jī)的開停臺(tái)數(shù)及每臺(tái)機(jī)組的運(yùn)行頻率，并與各個(gè)（或各組）生物池的空氣調(diào)節(jié)閥相協(xié)調(diào)。

②污泥回流泵的控制要求為：根據(jù)厭氧段、缺氧段的氧化還原電位值和污泥濃度，計(jì)算出回流污泥比，再換算成污泥回流量，自動(dòng)控制回流污泥泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，調(diào)節(jié)運(yùn)行污泥回流泵的頻率，同時(shí)自動(dòng)累計(jì)單臺(tái)泵運(yùn)行時(shí)間，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)輪換運(yùn)行。

5 結(jié)束語

aaO生物池是一座污水處理廠出水水質(zhì)能否達(dá)標(biāo)的重要工段，同時(shí)也是運(yùn)行中的主要電耗點(diǎn)，在該工段布置合理的檢測(cè)儀表、采集合適的監(jiān)控信息、采用先進(jìn)的通訊技術(shù)及自動(dòng)控制技術(shù)，使aaO生物池經(jīng)濟(jì)、高效地運(yùn)行，不但可以保證出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)，而且還可以減少勞動(dòng)強(qiáng)度及避免人工控制的隨意性，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。必須指出的是，節(jié)能降耗的主要手段是對(duì)鼓風(fēng)機(jī)、污泥回流泵電機(jī)進(jìn)行變頻控制，如果想僅僅通過調(diào)節(jié)空氣調(diào)節(jié)閥開度來減小曝氣量，雖然可滿足工藝對(duì)溶解氧的要求卻不能達(dá)到降低電耗的目的。實(shí)際運(yùn)行時(shí)，要注意對(duì)各檢測(cè)儀表的及時(shí)更換和維護(hù)，否則可能導(dǎo)致信號(hào)不準(zhǔn)確或根本無信號(hào)，沒有了現(xiàn)場(chǎng)在線儀表的檢測(cè)信號(hào)，自控系統(tǒng)的控制則沒有了依據(jù)，造成事實(shí)上自控設(shè)備的閑置，也失去了當(dāng)初設(shè)計(jì)的初衷，則是得不償失的。

[1]中國市政工程中南設(shè)計(jì)研究院主編．給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)第8冊(cè)電氣與自控（第二版）[M]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002．

[2]GB50014-2006(2014年版)，室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范．

[3]CJJ120-2008，城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)電氣與自動(dòng)化工程技術(shù)規(guī)程．

Design ofautomatic Control System foraaO Biological Tank

Bai Jingzhong
(Central and Southern China Municipal Engineering Design&Research Institute,Wuhan 430010,Hubei)

In the current sewage treatment process of urban wastewater treatment plant,aaO(anaerobic/anoxic/oxic)biological pool occupies a pivotal position.It can achieve expected design effect of the nitrogen and phosphorus removal by setting appropriate online detection instruments in the aaO biological pool,using advanced PLC automatic control system,regulating the amount of aeration,returned sludge and other parameters.In order to adjust the design parameters of the aaO biological pool according to the water quality and temperature etc.,by combining inverter,advanced automatic control technology and communication technology to control frequency of blower,returned sludge pump and so on,it not only can meet the requirements of process design, but also be a more energy-efficient technical means.

anaerobic/anoxic/Oxic biological reaction tank;instruments;automatic control;frequency control

TP29

a

1008-6609(2016)03-0067-02

白敬中，男，湖北武漢人，大學(xué)本科，高級(jí)工程師，研究方向：市政電氣。