智慧汙水廠精準（zhǔn）曝氣

一、曝（pù）氣控製係統（tǒng）的（de）設計原理

氧的傳遞速率 R 0 與溶（róng）解氧濃度（dù）、溫度 ( 即飽和溶解氧濃度 ) 以及氧（yǎng）傳遞係（xì）數 K La 相關， K La 則與曝氣量、汙水特性等相關，其中主要受曝（pù）氣量 Q g 的影響。氧的消耗速率 r 0 與溶解氧濃度、汙染物負荷、 MLVSS 生物量等密切相關，由於 MLVSS 變化速率較慢，其主要影響因素是溶（róng）解氧濃度和汙染物負荷。

對溶解（jiě）氧的控製，不僅表現為溶解氧（yǎng）實（shí）時值（zhí）的穩定性，還體現在（zài）選擇合適的溶解氧（yǎng）濃度設定值。由於 AAO 工藝存在分區差異，相（xiàng）互之間（jiān）有所影響（xiǎng），比如末端溶解氧會影響反硝化區的脫氮效果、二沉池回（huí）流汙泥溶解氧會影響厭氧區釋磷效（xiào）果等（děng），這就要求對好氧（yǎng）區不同位置進行區別對待，更為合理設置溶解氧濃度，以便促進整個係統的脫氮除磷效果（guǒ）。整個控製係統是由（yóu）一些功能組合而成的複雜係統，核心控製（zhì）部分包括溶（róng）解氧控製、鼓風機控製、支管閥門控製、氨氮控製幾種功能。溶解氧控製係統主要負責根據各水質參數和（hé）生化反應過程參數，穩（wěn）定控製生物池好氧段末端的溶解氧。

二、反饋控製

反（fǎn）饋控製主要是根（gēn）據各曝氣廊道安裝的溶解氧儀表數據（jù），通過計算和係（xì）統（tǒng）預設的目標（biāo）值的偏（piān）差，根據這個偏差大小來控製鼓風機係統的輸出氣量，以及各支管閥門開度。最終達到使得溶解氧穩定在目標值附近的目的。

根據溶（róng）氧實際值（zhí）和目標值的偏（piān）差範（fàn）圍，係統（tǒng）可以選擇的（de）反饋控製（zhì）策略包括傳統 PID 控（kòng）製以及（jí）斜率控製，前者可以通過不斷減小偏差值來（lái）使得溶解實（shí）際值保持穩定，後（hòu）者可以在偏（piān）差（chà）較小時使係（xì）統快速做出響應，以應對一（yī）些突變的情況。其中 PID 控製使用串級控製方式實際，原（yuán）理如下圖所示：

 

係統具備參數設定能力，工程師可以設定反（fǎn）饋（kuì）。 控製中需要（yào）的目標值、死區範圍等參數來調節係（xì）統的運行效果。目標值是（shì）要將溶解氧穩定控製在某個值（zhí），死區範圍用來設置 係統的響應範圍，當實際值落在死區內時，係統不會執行控製動作，以此來減少控製次數， 在穩定控製溶解氧的前提下，避免係統動作頻繁（fán）對鼓風機、閥門設備造成太大的影響。

除此之外，係統還具備一些（xiē）高級（jí）控製（zhì）參數，如PID參數、控製周期、一些閾值及動作範圍等，需要調試工程師在調試（shì）階段通過實驗法確定，在參（cān）數調試合理的情況下，係統可以將溶解氧穩定控製在目標值（zhí）附近正負 0.5mg/L 範圍內（nèi），且大（dà）部分時間在 0.3mg/L 以內。

由於每個汙水廠生物池好（hǎo）氧段的水力停留時（shí）間不太一樣，並且相應的生化反應滯後時間（jiān）也有所差（chà）別，所以整個（gè）係統的控製周期（qī）等參數需要在不同汙水廠中可能並不一致，需要在現場做多次實驗，並根據數（shù）據測算（suàn）生化反應過程的傳遞函數，以此確實控製（zhì）周期、 PID 參數等關鍵參數，並在此基（jī）礎上進行相應調整，以達到最優的目的。

三、前饋控製

對於汙水廠這個控製目標來說，由於來水水（shuǐ）質（zhì）水量並不穩定（dìng），它的劇烈變化會給反饋控製帶來比較大的衝擊，使控製效果變（biàn）差或（huò）出現振（zhèn）蕩，因此需要引入前饋控製來減小這種衝擊，確保控製效果保持穩定。

係統（tǒng）會根據來水水量、水質參數，計算一個進（jìn）水負荷，並根據這個負荷進行前饋控製（zhì）， 將結果輸（shū）出給後麵的反饋控製係統，或直接控製各好氧階（jiē）段的實際曝氣量。

實際應用中，進水水質儀表通常存在一定（dìng）程度的誤差（chà），對（duì）負荷計算造（zào）成很大影響，係統可以根（gēn）據記錄的曆史數據，采用（yòng）大數據分析的方式，對水質儀表數據進行（háng）交叉驗證，並修正計算結果，減弱誤差帶來的影響。

根（gēn）據汙水廠水力停留時間的（de）不同，前饋係統需要在實際調試（shì）中測算出一個合理（lǐ）的控（kòng）製滯後時間，確保進水負（fù）荷到達好（hǎo）氧池時才進行響應，避免時間匹配不合理造成（chéng）的影響。針對多級 AO 工藝，根據每一階段的進水配比，係統會計算每一（yī）段的（de）好（hǎo）氧池曝氣量，進行相應調整。

四、不同階（jiē）段 DO 控製

多級 AO 工藝主要為（wéi）缺（quē）氧 - 好氧 - 缺氧 - 好（hǎo）氧的組合工藝，針對每一段 O 池的（de） DO 控製主要根據汙染物濃度在各個階段 O 池的濃度梯度為基準，係統具備各段 O 池分段控製的能力，可以根據實際（jì）的各（gè）段 O 池的 COD 和氨氮濃度梯度，在滿足氣體攪拌（bàn）的基礎上，設定不同的目標（biāo）值和控製參數，達（dá）到（dào）穩定控製各階段溶氧的（de）目的，既能保證好氧段的（de）主要汙染（rǎn）物去除，又能保證各（gè）缺氧段 DO 濃度較低，保證缺氧反硝化及釋磷反應的正常運行，使整個反（fǎn）應過（guò）程達到更加合理（lǐ）。

實際使用，對於好氧第一階段來說，它的耗氧量非常大，通常溶解氧讀數會比較低， 會出現對曝氣量（liàng）變化極不敏感（gǎn）的（de）情況（kuàng）。不僅如此（cǐ），任何（hé）一級的好氧池過量曝氣都會（huì）導致下一級（jí）的（de）缺氧池（chí） DO 較多，可（kě）能會破壞缺氧狀態，所以在控製（zhì）好氧池的曝氣量（liàng）時，需要更準確。所以，一般采用的方式是，除了最後一級 AO 池的（de） DO 控製在 2mg/L 左右以外，前麵的各級 AO 池均采（cǎi）用低氧運行，控製在 1-1 . 5mg/L ，若某一階段有特殊需求，需要較高 DO，則需同時加（jiā）大該段的回流量，降低上一級的好氧池曝氣量。