一种精确曝气控制系统的设计与应用_钱宏

第37卷第1期佳木斯大学学报(自然科学版)Vol．37No．12019年01月JournalofJiamusiUniversity(NaturalScienceEdition)Jan．2019文章编号:1008－1402(2019)01－0101－03一种精确曝气控制系统的设计与应用①钱宏(中冶华天南京电气工程技术有限公司，江苏南京210019)摘要:污水处理过程中，曝气池内的溶解氧质量浓度是决定污水处理效果的关键因素。运用ICA技术(即仪表、控制和自动化)对污水处理厂曝气环节进行设计。在出水水质稳定达标的前提下，通过对溶解氧质量浓度精准的自动调节，最大化的减少能源消耗和工人的劳动强度。关键词:ICA技术;溶解氧;精确曝气;自动控制系统中图分类号:TP273文献标识码:A0引言污水处理厂生化处理中，曝气系统是其最为核心环节，其生化池内溶解氧(DO)的含量的多少对活性污泥降解有机污染物至关重要。曝气量的不足和过量对生化处理过程中溶解氧含量都会产生影响，过低则导致好氧池丝状菌成倍增长引起污泥膨胀，过高则导致能源浪费严重，且通过回流携带DO进入缺氧池，从而减弱缺氧池反硝化能力，难以达到脱氮的效果。通过对污水处理过程全流程分析，曝气环节约占整个污水厂生产中能耗的50%以上，是污水处理过程中能耗最高的环节［1，2］。同时，由于在污水处理厂设计阶段缺少清晰的外围数据，为了保证污水处理后出水能够达标排放，通常在设计过程中对其安全系数留有较大的裕量，使得设备选型与实际情况有较大的出入［3，4］。又鉴于系统工况设计的局限性，大部分的污水处理厂都是采用集中供气的设计理念，即面临一根总管道分支给多条生化池供气，鼓风机分支安装于总管，这样导致无法从改变鼓风机的运行工况来控制各个生化池溶解氧。一些学者尝试于在每条生化池分支空气管道安装调节阀来解决以上问题，但是由于系统空气管路长延迟大、来自于外部干扰多、难以较好的实现控制［5］。同样，从鼓风机侧的总输出进行调节，更难解决针对生化池各区域内需氧量要求不一致的问题，控制效果不理想。1控制系统设计针对前述问题设计一种多点组合式曝气控制系统。将多条生化池每个池进行分区(如前、中、后段或者内、中、外沟)。针对单条生化池，生化池内至少安装三组曝气器，根据进水方向分别安装于其前中后段，或者安装在外中内沟内;同时，每组曝气器总进气口处装有调节阀，根据工艺要求在每组曝气器区域具有代表性的点处安装有溶解氧测量仪;通过必要的隔离或信号转换装置将溶解氧测量仪测量的DO值y、调节阀开度反馈值x以及控制器输出调节阀的执行开度值i进行连接，组成单个溶解氧分区控制闭环回路，组成单个的溶解氧分区控制系统。将多条生化池内的多个调节系统值通过控制器的函数f(x)加权运算，调节系统值来自于每个分区调节系统的调节阀反馈值，加权运算其结果作为过程控制器和逻辑控制器输入值计算鼓风机投运台数及调整运行频率，同时，鼓风机总管流量或压力参数送入各分区控制器的前馈网络，负反馈于调节分区控制器的输入值，解决空气管路长导致控制系统失控或控制效果差的问题。各分区控制器通过优化控制算法对给定运行轨迹进行修正，使得各分区段溶解氧含量较好的跟踪给定期望值;从而实现了一路空气总管对多条生化池内DO值精确控制，同时对生化池的不同区域不同需氧量要求进行区别控制。控制系统的组成包括1、曝气器;2、分区控制器;3、溶解氧测定仪;4、调节阀;5、曝气空气总管;①收稿日期:2018－11－19作者简介:钱宏(1983－)，男，安徽枞阳人，工程师，硕士，研究方向:流程工业综合自动化技术及污水处理厂等工程的设计和建造。佳木斯大学学报(自然科学版)2019年6、加权运算器;7、过程控制器和逻辑控制器;8、变频控制器;9、鼓风机组合套件，其控制系统组成图如图1所示。图1控制系统组成图图2控制系统结构框图选用控制系统的动力源为电动，控制器设备含可编程逻辑控制器和工业控制计算机。其结构框图如图2所示。将多条生化池内的多个调节系统值通过控制器的函数f(x)加权运算如式(1):f(t)=k(t)f(x);(t为时间常数，x=xk1xk2…)(1)其结果作为逻辑控制器和过程控制器输入值计算鼓风机投运台数和调整鼓风机变频控制器的运行频率fk(t)，从而实现按需分配供气量、稳定于最佳运行点。单个分区控制器，均分设期望轨迹存储器和控制存储器，期望轨迹存储器将工艺要求的溶解氧含量值在时间常数上进行离散存储yd1，并将采集实际溶解氧值yk1对期望轨迹取误差ek(t)和ek－1(t)。如式(2):ek(t)=yd(t)－yk(t)，ek－1(t)=yd(t)－yk－1(t);［t∈(0，T)］(2)通过实际输出与期望输出的相互比较产生系统误差ek(t)，引入先进的迭代学习律计算产生修正后的输入控制量，从而构造控