CN101012088A - 分段进水a/o生物脱氮工艺低氧曝气控制装置及其方法 - Google Patents

Abstract

分段进水A/O生物脱氮工艺低氧曝气控制装置及其方法属于活性污泥法污水处理系统自动控制领域。现有的曝气控制策略能耗较大，运行成本较高；若采用低氧运行，系统抗冲击负荷能力会降低，且很难保证出水效果。本发明采用的低氧曝气控制系统包括三个控制环路，第一、二个环路控制均采用DO串级PI控制系统；第三个环路控制采用精度较高的氨氮前馈－反馈控制系统。通过实时采集好氧区DO浓度、氨氮浓度、和最后一段缺氧区的氨氮浓度，来反映系统进水负荷的变化，实时调整曝气量，使好氧区DO浓度保持在设定值范围内。本发明可大大降低曝气运行费用，提高系统抗冲击负荷能力，出水效果好。

Description

分段进水A/O生物脱氮工艺低氧曝气控制装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种含氮废水的连续流分段进水生物脱氮处理工艺和装置，所属的技术领域为：活性污泥法污水处理系统自动控制的理论、方法与技术。适用于大、中、小型城镇生活污水及含氮工业废水的深度脱氮。

背景技术

分段进水生物脱氮工艺是基于传统前置反硝化工艺(A/O)发展起来的一种新工艺。该工艺通常不需要设置硝化液内回流设施。同普通的脱氮除磷工艺相比，该工艺通常具有较多的污泥储量和较长的SRT，并具有所需池容较小、脱氮效率高、运行管理方便等优点。但是，由于工艺结构的特点，分段进水生物脱氮工艺缺氧区和好氧区的交替较为频繁。因此，由好氧区到缺氧区的溶解氧(DO)携带问题是必须考虑的重要问题之一。在满足硝化反应完成和剩余碳有机物去除的情况下，最大程度地降低曝气量可减小由好氧区到缺氧区的DO携带量，从而为反硝化提供良好的缺氧环境，并可减少缺氧区内的可快速降解有机碳源的消耗。此外，一个典型的污水处理厂，曝气耗费往往占总运行费用的60％-80％，曝气所占的电能约占整个污水厂能耗的50％。因此，控制较低的DO浓度，无论对于处理效果还是运行费用都是非常有意义的。但是，过低的DO可能会使硝化反应速率降低，导致出水NH4+-N含量增高，并有可能导致污泥膨胀现象。另外，低氧运行的系统对进水负荷的变化较为敏感，负荷稍有变化，就难以满足出水标准。因此，传统的脱氮工艺通常控制恒曝气量，并使得好氧区的DO浓度≥2mg/L，以便适应一个较宽范围的负荷变化。事实上，维持好氧区DO浓度为0.5～1.0mg/L也可以达到完全硝化的目的。但若维持这样一个低氧条件，系统可能完全丧失抗冲击负荷的能力。进水负荷高时，不能满足出水要求；进水负荷低时，又浪费曝气能耗。

发明内容

本发明的目的是：提供一种保证连续流多段进水A/O生物脱氮工艺低氧运行效果的精密的曝气过程控制方法。采用该过程控制装置与方法后，系统可以根据进水和出水氨氮浓度的实时变化，及时调整好氧区的曝气量，使好氧区的DO浓度维持在0.5～1.0mg/L较低的水平，而出水氨氮≤1.0mg/L。采用该控制方法后，可以解决①传统方式曝气能耗大，浪费能源的问题。②有效解决低DO系统对负荷变化敏感的问题。根据负荷的变化实时调整曝气量，避免冲击负荷给系统造成的影响，保证出水水质。③由于低氧条件下，剩余溶解氧较少，可以避免其消耗有机碳源，节省外碳源的投加量。

本发明的技术原理：

连续流多段进水A/O低氧曝气过程控制原理，其特征在于：根据好氧区的DO浓度和氨氮浓度的变化来反映进水水质的变化，并根据此变化来调节曝气量，具体如下：

(1)污水由缺氧区流入好氧区，缺氧区反硝化剩余的有机物及氨氮在好氧区被氧化，氨氮转化成硝酸盐氮，由于反应器呈推流流态，在每一个格室曝气量相同的情况下，由于有机物和氨氮沿池长方向是逐渐减少的，因此，其对溶解氧的需求量也是逐渐减少的，DO沿池长是逐渐升高的。根据这一规律，我们可以精确掌握系统的反应过程及进水水质的变化，并可以根据此变化调节曝气系统的曝气量，避免曝气不足和过曝气的情况。

(2)根据DO浓度来指示反应进程和进水有机物负荷的变化，其中最重要的一个问题是DO传感器的安放位置，若将DO传感器安放在好氧区的首端，其对进水负荷的响应较快，但其将无法反映系统的反应进程，若安放在好氧区的末端，其虽然能很好的体现硝化反应的进程，但其对负荷的响应必然滞后。因此，本发明将好氧区平均分成三等分，将DO传感器安放在中间位置，这样既可节省DO传感器的数量，又可比较精确地反映系统的进水负荷的变化和硝化反应的进程。

(3)为严格满足出水氨氮≤1mg/L的出水要求，并避免由于DO控制失效的情况，在最后一段的出水端设氨氮传感器，第三段的曝气量将由DO浓度和氨氮浓度的变化共同决定。

本发明提供的多段进水A/O低氧曝气过程控制装置，其特征在于：

连续流反应器由I、II、III段组成，每一段包括一个缺氧区和至少三个好氧区。第I段缺氧区1，第I段前好氧区2，第I段中好氧区3，第I段后好氧区4；第II段缺氧区5，第II段前好氧区6，第II段中好氧区7，第II段后氧区8；第III段缺氧区9，第III段前好氧区10，第III段中好氧区11，第III段后好氧区12；反应器由进水管14和污水贮水箱13相连，进水管分别接进水泵，将污水连续投加至第I段缺氧区1、第II段缺氧区5和第III段缺氧区9；空压机15为第I段的好氧区供氧，空压机15进口端安装电动阀门21，空压机15的出口端安装空气流量测定仪16；空压机22为第II段的好氧区供氧，空压机22进口端安装电动阀门28，出口端安装空气流量测定仪23；空压机29为第III段的好氧区供氧，空压机29进口端安装电动阀门41，出口端安装空气流量测定仪30。

在第I段中好氧区3内安装有DO传感器17，DO传感器17与DO测定仪18连接，DO测定仪18输出的数字信号进入溶解氧PI控制器19，溶解氧PI控制器19的输出作为曝气量PI控制器20的输入，曝气量PI控制器20的输出信号直接作用于电动阀门21，控制电动阀门21的开启程度。

在第II段中好氧区7内装有DO传感器24，DO传感器24与DO在线仪25相连，DO在线仪25输出的数字信号进入溶解氧PI控制器26，溶解氧PI控制器26的输出作为曝气量PI控制器27的输入，曝气量PI控制器的输出作用于电动阀门28，控制电动阀门28的开启程度。

在第III段后好氧区12放置在线氨氮传感器31，在线氨氮传感器31与氨氮在线仪32相连，氨氮在线仪32的输出信号进入氨氮PI控制器33；在第III段中好氧区11放置DO在线传感器34，DO在线传感器34与DO在线仪35相连，DO在线仪35的输出进入溶解氧PI控制器36。同时，在第III段缺氧区9中设置氨氮传感器38，氨氮传感器38与氨氮在线仪39相连，氨氮在线仪39的输出信号作为氨氮前馈控制器40的输入；氨氮PI控制器33、氨氮前馈控制器40和DO在线仪35输出的数字信号共同作为溶解氧PI控制器36的输入，溶解氧PI控制器36的输出作为曝气量PI控制器37的输入，曝气量PI控制器37的输出作用于电动阀门41，控制电动阀门41的开启。

本发明涉及的多段进水A/O生物脱氮工艺低氧曝气装置及过程控制方法中，连续流A/O多段进水反应器分为至少三段，三台进水泵分别将污水连续投加到第I段的缺氧区1，第II段的缺氧区5和第III段的缺氧区9。缺氧区1主要对回流污泥中携带的硝酸盐氮进行反硝化，将硝酸盐氮转化成氮气从水中逸出，进水为反硝化提供碳源；混合污水再顺序经过第I段的前好氧区2，中好氧区3，后好氧区4，在三个好氧区进行硝化反应，将第I段进水中的氨氮转化成硝酸盐氮。此混合污水再进入第II段的缺氧区5，与进水混合并发生反硝化反应，并将硝酸盐氮转化成氮气从系统逸出，进水为反硝化提供碳源；混合污水再经过第II段的前好氧区8，中好氧区9，后好氧区10，将第II段进水中的氨氮转化成硝酸盐氮。混合污水进入到第III段的缺氧区11，并与第III段的进水混合，进行反硝化反应，进水为反硝化提供碳源，将硝酸盐氮转化成氮气从水中逸出；污水再顺序流经第III段的前好氧区12，中好氧区13，后好氧区14，进行硝化反应，将第III段进水中的氨氮转化成硝酸盐氮，混合液再经出水管进入沉淀池进行沉淀，沉淀后的污泥一部分经回流污泥管由污泥回流泵投加到反应器第I段的缺氧区，一部分以剩余污泥的形式排放。控制系统启动运行之前需进行反应系统的启动，对污泥进行驯化培养，确定合适的进水流量，并根据水量和水质选定空压机的合适量程，待反应系统稳定运行之后，启动控制系统。

本发明涉及的多段进水A/O生物脱氮工艺低氧曝气装置及过程控制方法，其特征在于：

第I段的曝气控制：采用DO串级PI控制系统。该控制系统包括两个控制器，溶解氧PI控制器19是主控制器，用来控制第I段中好氧区3的DO浓度；曝气量PI控制器20是副控制器，用来控制曝气量，从而克服负荷等外界的扰动。以DO传感器17测定的DO浓度和DO设定值之差作为溶解氧PI控制器19的输入，本发明中，DO设定值为0.5～1.0mg/L；当DO浓度实测值≥1.2mg/L或DO浓度实测值≤0.3mg/L时，控制系统开始启动。DO传感器17采集的数字信号进入溶解氧PI控制器19后，经带终结保护的离散线性PI运算法则计算后，数据输出；溶解氧PI控制器19的输出决定曝气量控制器20的设定值(即曝气量设定值)，以曝气量设定值和空气流量测定仪16采集的曝气量实测值之差作为曝气量PI控制器20的输入，经线性PI运算法则，以曝气量作为输出，作用于空压机前的电动阀门21，控制电动阀门21的开启程度。阀门的开启程度由曝气量PI控制器20的输出决定，但为保证较好的控制性能且控制不失效，须设定最大和最小曝气输出。当输出曝气量≤20％最大曝气量时，电动阀门开启程度取20％，为最小开启度；当输出曝气量≥100％最大曝气量时，电动阀门开启到100％，为最大开启度。

第II段的曝气控制：采用DO串级PI控制系统。该控制系统包括两个控制器，溶解氧PI控制器26是主控制器，用来控制第II段中好氧区7的DO浓度；曝气量PI控制器27是副控制器，用来控制曝气量，从而克服负荷等外界的扰动。以DO传感器24测定的DO浓度和DO设定值之差作为溶解氧PI控制器26的输入，本发明中，DO设定值为0.5～1.0mg/L；当DO浓度实测值≥1.2mg/L或DO浓度实测值≤0.3mg/L时，控制系统开始启动。DO传感器24采集的数字信号进入溶解氧PI控制器26，经带终结保护的离散线性PI运算法则计算后，数据输出；溶解氧PI控制器26的输出决定曝气量控制器27的设定值(即曝气量设定值)，以曝气量设定值和空气流量测定仪23采集的曝气量实测值之差作为曝气量PI控制器27的输入，经线性PI运算法则，以曝气量作为输出，作用于空压机前的电动阀门28，控制电动阀门28的开启程度。阀门的开启程度由曝气量PI控制器27的输出决定，但为保证控制效果且不失效，须设定最大和最小曝气输出。当输出曝气量≤20％最大曝气量时，电动阀门开启程度取20％，为最小开启度；当输出曝气量≥100％最大曝气量时，电动阀门开启到100％，为最大开启度。

第I、II段DO串级PI控制系统的工作流程如图2示。

第III段的曝气控制：采用氨氮前馈一反馈串级PI控制系统。其工作原理是：在第III段后好氧区设置氨氮在线传感器31，根据出水所要达到的标准给出氨氮PI控制器33的设定值，本发明中氨氮出水标准根据国家一级出水标准，出水氨氮设为≤1mg/L，即氨氮设定值为0mg/L≤氨氮≤1mg/L；以氨氮传感器31测得的氨氮值和氨氮设定值之差作为氨氮PI控制器33的输入，经PI运算法则计算后，输出DO设定值之一；在第III段缺氧区9设氨氮传感器38采集氨氮浓度作为氨氮前馈控制器40的输入，计算输出另一DO设定值；PI控制器33和氨氮前馈控制器40输出的两个DO设定值共同决定溶解氧PI控制器36的DO设定值，溶解氧PI控制器36的DO设定值由氨氮控制器33的输出、氨氮前馈控制器40的输出共同决定。当两者决定的DO设定值≥1.5mg/L时，取1.5mg/L；当两者决定的DO设定值≤0.3mg/L时，取0.3mg/L。好氧区DO传感器34的实测值和上述两个氨氮控制器决定的DO设定值之差，作为溶解氧PI控制器36的输入，经PI运算法则计算后，输出曝气量控制器37的曝气量设定值；曝气量设定值和空气流量计30采集的空气流量实测值之间的差值作为曝气量PI控制器37的输入，经计算，曝气量PI控制器37的输出将直接作用于空压机出口电动阀门41，控制电动阀门41的开启程度。为保证控制系统有较好的控制性能且不失效，须设定最大和最小电动阀门开启程度。当输出曝气量≤20％最大曝气量时，电动阀门开启程度取20％，为最小开启度；当输出曝气量≥100％最大曝气量时，电动阀门开启到100％，为最大开启度。

第III段DO串级PI控制系统的工作流程如图3示。

这种连续流多段进水A/O低氧曝气控制方法，其特征在于：

在第I段、第II段采用溶解氧PI串级控制策略。在中间好氧区设置DO在线传感器，在线采集溶解氧浓度(DO)信号，根据此实测值与设定值之差来间接反映进水负荷的变化，从而调整曝气系统的曝气量，以满足出水要求。此控制过程中，DO浓度是控制参数。在线采集的DO浓度信号进入溶解氧PI控制器后，转换成数字信号，同DO设定值进行比较。当满足要求时，不对曝气系统采取控制行动。当不满足要求时，调解曝气量的设定值，以便在线控制调节空压机阀门的开启程度。

对第III段采用氨氮前馈-反馈串级PI控制策略。在中间好氧区设置DO在线传感器，后好氧区和第III段的缺氧区设置氨氮在线传感器。缺氧区氨氮在线传感器可以直接采集氨氮浓度值，经氨氮前馈控制器，给出进水氨氮负荷的变化；最后好氧区在线采集氨氮浓度，经氨氮PI控制器，给出系统对氨氮的处理效果；进水氨氮的负荷变化和出水氨氮浓度的变化共同决定溶解氧PI控制器的DO浓度设定值。此设定值同DO浓度实测值进行比较，当满足要求时，不对曝气系统采取控制行动；当不满足要求时，调解曝气量设定值，以便在线调节空压机进口阀门的开启程度。

本发明的有益效果：生物脱氮过程中，若系统在低氧条件下运行，系统对冲击负荷的抵抗能力较弱，若想保证连续流A/O工艺在低氧条件下的硝化效果，进行曝气量的控制至关重要。且低氧系统的控制精度同普通系统相比要高，否则很难保证处理效果。

本发明优点：

(1)硝化效果好，出水氨氮小于1mg/L。2002年国家颁布的污水排放标准中，对城镇污水最严格的排放标准是出水氨氮小于5mg/L。本发明的出水氨氮浓度远低于国家颁布的排污标准。

节省曝气运行费用。本发明设计中，由DO在线传感器，氨氮在线传感器在线采集DO浓度和氨氮浓度的数据，来反映进水水质的实时变化。根据此实时变化特征，实时调整系统曝气量的大小。当进水负荷高时，加大曝气，以保证处理效果；当进水负荷低时，减小曝气，以避免能量浪费。中试试验表明，该控制策略同现有的曝气控制策略相比，可以节省30％～40％的曝气运行费用。而水厂的曝气费用通常占整个运行费用的50％～80％，因此，此数字对水厂的实际运行来说也是非常庞大的。

抵抗进水冲击负荷的能力增强。现有工艺中，通常保证好氧区DO浓度2mg/L以上以保证出水满足要求，并使系统抵抗冲击负荷的能力提高。若采用0.5～1.0mg/L的低DO条件运行，系统通常不具备抵抗冲击负荷的能力。而本发明设计的曝气控制系统，通过采用溶解氧PI控制器可以粗略的反映进水负荷的变化，进而调整曝气量的大小。在最后出水段采用高级的氨氮前馈-反馈控制器，可以精确的反映进入到系统最后一段的氨氮浓度，并实时采集出水氨氮数据，实时调整曝气量，保证出水效果。系统对负荷的响应比较快，而且比较准确。故负荷变化通常不会对处理效果产生影响。

在线测量装置较少，降低控制系统投资。本发明设计中，在保证处理效果的同时，尽可能减少传感器的数量，尤其是价格比较昂贵的在线营养物传感器。对第I、II段，采用仅依靠DO传感器的DO串级PI控制器。可大大降低控制系统的投资，又可降低控制器的复杂程度，运行管理更加方便。

本发明的低氧过程控制方法可广泛应用于采用连续流多段进水A/O工艺的大、中、小城市生活污水、工业废水的处理，以降低曝气能耗，节省运行费用。

附图说明：

图1是多段进水A/O低氧控制装置结构示意图。

图2是第I段或第II段的DO串级PI控制系统的工作流程图

图3是第III段采用的氨氮前馈-反馈PI控制器的工作流程图

图1中，1-第I段缺氧区、2-第I段前好氧区，3-第I段中好氧区，4-第I段后好氧区、5-第II段缺氧区、6-第II段前好氧区，7-第II段中好氧区，8-第II段后好氧区、9-第III段缺氧区、10-第III段前好氧区，11-第III段中好氧区，12-第III段后好氧区、13-原水贮水箱、14-进水管、15-第I段空压机、16-空压机15的出口空气流量测定仪、17-第I段溶解氧在线传感器、18-第I段溶解氧在线仪、19-第I段溶解氧PI控制器、20-第I段曝气量PI控制器、21-空压机15进口电动阀门、22-第II段空压机、23-空压机22出口空气流量测定仪、24-第II段溶解氧在线传感器、25-第II段溶解氧在线仪、26-第II段溶解氧PI控制器、27-第II段曝气量PI控制器、28-空压机22进口电动阀门、29-第III段空压机、30-空压机29出口空气流量测定仪、31-第III段后好氧区氨氮在线传感器、32-第III段后好氧区氨氮在线仪、33-氨氮PI控制器、34-溶解氧在线传感器、35-溶解氧在线仪、36-第III段溶解氧PI控制器、37-第III段曝气量PI控制器、38-第III段缺氧区9氨氮在线传感器、39-第III段缺氧区9氨氮在线仪、40-氨氮前馈控制器、41-空压机29进口电动阀门

具体实施方式

结合实施例，本发明低氧曝气控制的方法为：

以某大学家属区排放的实际生活污水作为实验对象(COD＝140～290mg/L，TN＝35～80mg/L)。所采用的多段进水A/O生物脱氮反应器溶解300L，分为3段，每段容积100L。系统设置3台空压机，最大出风量为2m3/h，最小出风量为0。反应器首先进行污泥培养驯化，驯化结束后各段的污泥浓度为：第I段为5～5.5g/L，第II段为4～4.5mg/L，第III段位2.8～3.2mg/L。反应器日处理水量900L，第I段进水量11.2L/h，第II段进水15L/h，第III段进水为11.2L/h。反应温度为20℃。

系统运行初，将三台空压机的出口曝气量调整为0.9m3/h，1.2m3/h，0.9m3/h。进水浓度为190mg/L，氨氮浓度为55mg/L，第III段缺氧区的氨氮浓度为17mg/L。各好氧区采集的DO浓度信号均在0.5～1.0mg/L范围内，在此稳定浓度的进水条件下，让系统稳定运行7d，然后开始实时改变进水负荷，并开启曝气控制系统。

以两个负荷为例来说明负荷发生变化时，低氧曝气控制系统对负荷的响应情况：

(一)当进水COD浓度由190mg/L变为为145mg/L，进水氨氮浓度由55mg/L变为36mg/L时。

第I段的曝气控制  进水45min时，第I段好氧区的DO浓度已由0.7mg/L变为1.0mg/L，第52min时DO浓度达到1.2mg/L，此时第I段控制回路中的溶解氧PI控制器19开始作用，将DO在线传感器17采集的实测值和DO设定值(0.5～1.0mg/L)进行比较并计算，溶解氧PI控制器19输出曝气量控制器20的设定值，此设定值为0.5～0.6m3/h，同时，实测的曝气量(0.9m3/h)被输入到曝气量控制器20，该实测值和设定值进行比较计算，输出直接作用于空压机15前的电动阀门21，并根据曝气量控制器20的输出，成比例减小电动阀门21的开启程度，此时，好氧区的DO浓度实测值逐渐降低，其同设定值之间的差值逐渐降低，那么溶解氧PI控制器19的输出，即曝气量PI控制器20的设定值也逐渐变化，从而阀门的开启程度也不断变化，直到DO浓度降低至设定值范围内，此次控制过程结束，控制系统等待下一冲击负荷的到来。此次消除扰动的控制时间约1.2～1.5h。

第II段的曝气控制  进水42min时，第II段好氧区在线采集的DO浓度信号己超过1.0mg/L，第48min时DO浓度达到1.2mg/L，此时第II段控制回路中的溶解氧PI控制器26开始作用，将DO在线传感器24采集的实测值和DO设定值(0.5～1.0mg/L)进行比较并计算，溶解氧PI控制器26输出曝气量控制器27的设定值，此设定值为0.8～0.85m3/h，同时，曝气量测定仪23实测的曝气量(1.2m3/h)被输入到曝气量控制器27，该实测值和设定值进行比较计算，输出直接作用于空压机22前的电动阀门28，并根据曝气量控制器27的输出，成比例减小电动阀门28的开启程度，此时，好氧区的DO浓度实测值逐渐降低，其同设定值之间的差值逐渐降低，那么溶解氧PI控制器26的输出，即曝气量PI控制器27的设定值也逐渐变化，从而阀门的开启程度也不断变化，直到DO浓度降低至设定值范围内，此次控制过程结束。此次消除扰动的控制时间约1.2～1.4h。

第III段的曝气控制  进水15min时，缺氧区9内氨氮在线传感器38的实测值已超出设定值(15～22mg/L)范围，此时氨氮前馈PI控制器40开始作用，并给出一个DO浓度设定值，此时，根据第III段后好氧区12内氨氮在线传感器31采集的实测出水氨氮数据，氨氮PI控制器33给出一个设定值，根据简单的PI运算法则，对两者的作用相叠加，给出溶解氧PI控制器36的设定值，并输入到溶解氧PI控制器36。第III段中好氧区DO在线测定仪34实测的DO浓度输入到溶解氧PI控制器36，并同DO浓度设定值进行比较计算，输出曝气量控制器37的设定值，并同空气流量测定仪30采集的实测曝气量进行比较，给出空压机进口电动阀门41的开启信号。此过程，在线采集的缺氧区9的氨氮浓度、后好氧区12的氨氮浓度均不断变化，因此，溶解氧控制器的DO浓度设定值不断变化，从第III段中好氧池采集到的DO浓度实测值也不断变化，DO浓度的实测值和DO浓度的设定值之差又决定曝气量控制器37的设定值，曝气量控制器37的设定值同实测值之差不断变化，不断给出电动阀门41的开启信号，直到好氧区的DO浓度实测值稳定在设定值范围之内。此控制环路消除负荷扰动的时间约为40～50min。

(二)当进水COD浓度由190mg/L变为为275mg/L，进水氨氮浓度由55mg/L变为73mg/L时。

第I段的曝气控制  进水35min时，第I段中好氧区2的DO浓度已由0.75mg/L变为0.5mg/L，第45min时DO浓度达到0.3mg/L，此时第I段控制回路中的溶解氧PI控制器19开始作用，将DO在线传感器17采集的实测值和DO设定值(0.5～1.0mg/L)进行比较并计算，溶解氧PI控制器19的输出作为曝气量控制器20的设定值，此设定值为1.1～1.3m3/h，同时，空气流量测定仪16的实测曝气量(0.9m3/h)被输入到曝气量控制器20，该实测值和设定值进行比较计算，曝气量控制器20的输出直接作用于电动阀门21，并根据曝气量控制器20的输出，成比例增大电动阀门21的开启程度，此时，好氧区的DO浓度实测值逐渐增高，其同设定值之间的差值逐渐降低，那么溶解氧PI控制器19的输出，即曝气量PI控制器20的设定值也逐渐变化，从而电动阀门的开启程度也不断变化，直到DO浓度升高至设定值范围内，此次控制过程结束，控制系统等待下一冲击负荷的到来。此次消除扰动的控制时间约1.4～1.7h。

第II段的曝气控制  进水30min时，第II段中好氧区7在线采集的DO浓度信号己达0.5mg/L，第39min时DO浓度达到0.3mg/L，此时第II段控制回路中的溶解氧PI控制器26开始作用，将第II段中好氧区7在线采集的DO浓度实测值和DO设定值(0.5～1.0mg/L)进行比较并计算，溶解氧PI控制器26输出曝气量控制器27的设定值，此输出设定值为1.5～1.7m3/h，同时，空气量测定仪23实测的曝气量(1.2m3/h)被输入到曝气量控制器27，该实测值和设定值进行比较计算，输出直接作用于空压机23进口电动阀门28，并根据曝气量控制器27的输出，成比例减小电动阀门28的开启程度，此时，好氧区7的DO浓度实测值逐渐降低，其同设定值之间的差值逐渐降低，那么溶解氧PI控制器26的输出，即曝气量PI控制器27的设定值也逐渐变化，从而电动阀门28的开启程度也不断变化，直到DO浓度降低至设定值范围内，此次控制过程结束。此次消除扰动的控制时间约1.3～1.5h。

第III段的曝气控制   进水12min时，第III段缺氧区9的氨氮在线传感器31采集的氨氮浓度的实测值已超出设定值(15～22mg/L)范围，此时氨氮前馈PI控制器40开始作用，并给出一个DO浓度设定值，此时，第III段后好氧区12氨氮在线传感器31采集的实测值输入氨氮PI控制器33，氨氮PI控制器33的输出作为溶解氧PI控制器36的另一个DO浓度设定值，此两个DO设定值经简单计算，得出溶解氧PI控制器36的DO设定值，并输入到溶解氧PI控制器36。好氧区11的在线DO传感器34采集的实测DO浓度输入到溶解氧PI控制器36，并同DO浓度设定值进行比较计算，输出曝气量控制器37的设定值，并同空气流量测定仪30采集的实测曝气量进行比较，给出空压机进口电动阀门41的开启信号。此过程，在线采集的缺氧区9的氨氮浓度、出水氨氮浓度均不断变化，因此，溶解氧控制器36的DO浓度设定值不断变化，从好氧池采集到的DO浓度实测值也不断变化，DO浓度的实测值和DO浓度的设定值之差又决定曝气量控制器37的设定值，其同实测值之差不断变化，不断给出电动阀门41的开启信号，直到好氧区的DO浓度实测值稳定在设定值范围之内。此控制环路消除负荷扰动的时间约为35～45min。

本发明的低氧曝气过程控制实施例参见图1。连续流反应器由I、II、III段组成，每一段包括一个缺氧区和三个好氧区。第I段包括缺氧区1，第I段前好氧区2，第I段中好氧区3，第I段后好氧区4；第II段包括缺氧区5，第II段前好氧区6，第II段中好氧区7，第II段中后氧区8；第III段包括缺氧区9，第III段前好氧区10，第III段中好氧区11，第III段后好氧区12；反应器由进水管14和污水贮水箱13相连，进水管分别接进水泵，将污水连续投加至第I段缺氧区1，第II段缺氧区5，第III段缺氧区9。空压机15为第I段的好氧区供氧，空压机15进口端安装电动阀门21，空压机1 5的出口端安装空气流量测定仪16；空压机22为第II段的好氧区供氧，空压机22进口端安装电动阀门28，出口端安装空气流量测定仪23；空压机29为第III段的好氧区供氧，空压机29进口端安装电动阀门41，出口端安装空气流量测定仪30。

在第I段的中好氧区3内安装有DO传感器17，DO传感器17与DO测定仪18连接，DO测定仪18输出的数字信号进入溶解氧PI控制器19，溶解氧PI控制器19的输出作为曝气量PI控制器20的输入，曝气量PI控制器20的输出信号直接作用于电动阀门21，控制电动阀门21的开启。

在第II段中好氧区7内装有DO传感器24，DO传感器24与DO在线仪25相连，DO在线仪25输出的数字信号进入溶解氧PI控制器26，溶解氧PI控制器26的输出作为曝气量PI控制器27的输入，曝气量PI控制器的输出作用于电动阀门28，控制电动阀门28的开启。

在第III段后好氧区12放置氨氮传感器31，氨氮传感器31与氨氮在线仪32相连，氨氮在线仪32的输出信号进入氨氮PI控制器33；在第III段中好氧区11放置DO传感器34，DO传感器34与DO在线仪35相连，DO在线仪35的输出进入溶解氧PI控制器36。同时，在第III段缺氧区9中设置氨氮传感器38，氨氮传感器38与氨氮在线仪39相连，氨氮在线仪39的输出信号作为氨氮前馈控制器40的输入；氨氮PI控制器33、氨氮前馈控制器40和DO在线仪35输出的数字信号共同作为溶解氧PI控制器36的输入，溶解氧PI控制器36的输出作为曝气量PI控制器37的输入，曝气量PI控制器37的输出作用于电动阀门41，电动阀门41控制空压机29的启闭。

利用多段进水A/O生物脱氮低氧曝气系统，最终出水COD均小于30mg/L，氨氮浓度小于1mg/L，远低于国家一级排放标准所要求的出水浓度。此外，同一般曝气控制相比，该曝气系统可节省30％～40％的曝气能耗，而出水水质不受任何影响。

Claims (2)

1、分段进水A/O生物脱氮低氧曝气过程控制装置，污水贮水箱(13)连接进水管(14)，进水管(14)通过进水泵连接连续流反应器，将污水连续投加到缺氧区，其特征在于：

连续流反应器由I、II、III段组成，每一段包括一个缺氧区和至少三个好氧区；第I段缺氧区(1)，第I段前好氧区(2)，第I段中好氧区(3)，第I段后好氧区(4)；第II段缺氧区(5)，第II段前好氧区(6)，第II段中好氧区(7)，第II段后氧区(8)；第III段缺氧区(9)，第III段前好氧区(10)，第III段中好氧区(11)，第III段后好氧区(12)；污水连续投加至第I段缺氧区(1)、第II段缺氧区(5)和第III段缺氧区(9)；空压机(15)为第I段的好氧区供氧，空压机(15)进口端安装电动阀门(21)，空压机(15)的出口端安装空气流量测定仪(16)；空压机(22)为第II段的好氧区供氧，空压机(22)进口端安装电动阀门(28)，出口端安装空气流量测定仪(23)；空压机(29)为第III段的好氧区供氧，空压机(29)进口端安装电动阀门(41)，出口端安装空气流量测定仪(30)；

在第I段中好氧区(3)内安装有DO传感器(17)，DO传感器(17)与DO测定仪(18)连接，DO测定仪(18)输出的数字信号进入溶解氧PI控制器(19)，溶解氧PI控制器(19)的输出作为曝气量PI控制器(20)的输入，曝气量PI控制器(20)的输出信号直接作用于电动阀门(21)，控制电动阀门(21)的开启程度；

在第II段中好氧区(7)内装有DO传感器(24)，DO传感器(24)与DO在线仪(25)相连，DO在线仪(25)输出的数字信号进入溶解氧PI控制器(26)，溶解氧PI控制器(26)的输出作为曝气量PI控制器(27)的输入，曝气量PI控制器的输出作用于电动阀门(28)，控制电动阀门(28)的开启程度；

在第III段后好氧区(12)放置在线氨氮传感器(31)，在线氨氮传感器(31)与氨氮在线仪(32)相连，氨氮在线仪(32)的输出信号进入氨氮PI控制器(33)；在第III段中好氧区(11)放置DO在线传感器(34)，DO在线传感器(34)与DO在线仪(35)相连，DO在线仪(35)的输出进入溶解氧PI控制器(36)；同时，在第III段缺氧区(9)中设置氨氮传感器(38)，氨氮传感器(38)与氨氮在线仪(39)相连，氨氮在线仪(39)的输出信号作为氨氮前馈控制器(40)的输入；氨氮PI控制器(33)、氨氮前馈控制器(40)和DO在线仪(35)输出的数字信号共同作为溶解氧PI控制器(36)的输入，溶解氧PI控制器(36)的输出作为曝气量PI控制器(37)的输入，曝气量PI控制器(37)的输出作用于电动阀门(41)，控制电动阀门(41)的开启。

2、一种分段进水A/O生物脱氮低氧曝气过程控制方法，其特征在于：

第I、II段的曝气控制：采用DO串级PI控制系统；该控制系统包括两个控制器，溶解氧PI控制器和曝气量PI控制器；以DO传感器测定的DO浓度和DO设定值之差作为溶解氧PI控制器的输入；DO设定值为0.5～1.0mg/L；当DO浓度实测值≥1.2mg/L或DO浓度实测值≤0.3mg/L时，控制系统开始启动；DO传感器采集的数字信号进入溶解氧PI控制器后，输出曝气量PI控制器的设定值，以曝气量设定值和空气流量测定仪采集的曝气量实测值之差作为曝气量PI控制器的输入，以曝气量作为输出，作用于空压机前的电动阀门，控制电动阀门的开启程度；阀门的开启程度由曝气量PI控制器的输出决定；当输出曝气量≤20％最大曝气量时，电动阀门开启程度取20％，为最小开启度；当输出曝气量≥100％最大曝气量时，电动阀门开启到100％，为最大开启度；

第III段的曝气控制：采用氨氮前馈一反馈串级PI控制系统；

在第III段缺氧区设置氨氮在线传感器，在线采集氨氮浓度值，作为氨氮前馈控制器的输入，输出溶解氧PI控制器的DO设定值之一；在第III段后好氧区设置氨氮在线传感器，氨氮设定值为0mg/L≤氨氮≤1mg/L；以氨氮传感器测得的氨氮值和氨氮设定值之差作为氨氮PI控制器的输入，输出另一个溶解氧PI控制器的DO设定值；

由上述氨氮PI控制器和氨氮前馈控制器输出的两个DO设定值计算出溶解氧PI控制器的DO设定值；当两者决定的DO设定值≥1.5mg/L时，取1.5mg/L；当两者决定的DO设定值≤0.3mg/L时，取0.3mg/L；

好氧区DO传感器的实测值和溶解氧PI控制器的DO设定值之差，作为溶解氧PI控制器的输入，输出曝气量控制器的曝气量设定值；曝气量设定值和空气流量计采集的空气流量实测值之间的差值作为曝气量PI控制器的输入，曝气量PI控制器的输出将直接作用于空压机出口电动阀门，控制电动阀门的开启程度；当输出曝气量≤20％最大曝气量时，电动阀门开启程度取20％，为最小开启度；当输出曝气量≥100％最大曝气量时，电动阀门开启到100％，为最大开启度。

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