一、曝氣控制系統(tǒng)的設計原理

氧的傳遞速率 R 0 與溶解氧濃度、溫度 ( 即飽和溶解氧濃度 ) 以及氧傳遞系數(shù) K La 相關， K La 則與曝氣量、污水特性等相關，其中主要受曝氣量 Q g 的影響。氧的消耗速率 r 0 與溶解氧濃度、污染物負荷、 MLVSS 生物量等密切相關，由于 MLVSS 變化速率較慢，其主要影響因素是溶解氧濃度和污染物負荷。

對溶解氧的控制，不僅表現(xiàn)為溶解氧實時值的穩(wěn)定性，還體現(xiàn)在選擇合適的溶解氧濃度設定值。由于 AAO 工藝存在分區(qū)差異，相互之間有所影響，比如末端溶解氧會影響反硝化區(qū)的脫氮效果、二沉池回流污泥溶解氧會影響厭氧區(qū)釋磷效果等，這就要求對好氧區(qū)不同位置進行區(qū)別對待，更為合理設置溶解氧濃度，以便促進整個系統(tǒng)的脫氮除磷效果。整個控制系統(tǒng)是由一些功能組合而成的復雜系統(tǒng)，核心控制部分包括溶解氧控制、鼓風機控制、支管閥門控制、氨氮控制幾種功能。溶解氧控制系統(tǒng)主要負責根據(jù)各水質(zhì)參數(shù)和生化反應過程參數(shù)，穩(wěn)定控制生物池好氧段末端的溶解氧。

二、反饋控制

反饋控制主要是根據(jù)各曝氣廊道安裝的溶解氧儀表數(shù)據(jù)，通過計算和系統(tǒng)預設的目標值的偏差，根據(jù)這個偏差大小來控制鼓風機系統(tǒng)的輸出氣量，以及各支管閥門開度。最終達到使得溶解氧穩(wěn)定在目標值附近的目的。

根據(jù)溶氧實際值和目標值的偏差范圍，系統(tǒng)可以選擇的反饋控制策略包括傳統(tǒng) PID 控制以及斜率控制，前者可以通過不斷減小偏差值來使得溶解實際值保持穩(wěn)定，后者可以在偏差較小時使系統(tǒng)快速做出響應，以應對一些突變的情況。其中 PID 控制使用串級控制方式實際，原理如下圖所示：

 

系統(tǒng)具備參數(shù)設定能力，工程師可以設定反饋。 控制中需要的目標值、死區(qū)范圍等參數(shù)來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運行效果。目標值是要將溶解氧穩(wěn)定控制在某個值，死區(qū)范圍用來設置 系統(tǒng)的響應范圍，當實際值落在死區(qū)內(nèi)時，系統(tǒng)不會執(zhí)行控制動作，以此來減少控制次數(shù)， 在穩(wěn)定控制溶解氧的前提下，避免系統(tǒng)動作頻繁對鼓風機、閥門設備造成太大的影響。

除此之外，系統(tǒng)還具備一些高級控制參數(shù)，如PID參數(shù)、控制周期、一些閾值及動作范圍等，需要調(diào)試工程師在調(diào)試階段通過實驗法確定，在參數(shù)調(diào)試合理的情況下，系統(tǒng)可以將溶解氧穩(wěn)定控制在目標值附近正負 0.5mg/L 范圍內(nèi)，且大部分時間在 0.3mg/L 以內(nèi)。

由于每個污水廠生物池好氧段的水力停留時間不太一樣，并且相應的生化反應滯后時間也有所差別，所以整個系統(tǒng)的控制周期等參數(shù)需要在不同污水廠中可能并不一致，需要在現(xiàn)場做多次實驗，并根據(jù)數(shù)據(jù)測算生化反應過程的傳遞函數(shù)，以此確實控制周期、 PID 參數(shù)等關鍵參數(shù)，并在此基礎上進行相應調(diào)整，以達到最優(yōu)的目的。

三、前饋控制

對于污水廠這個控制目標來說，由于來水水質(zhì)水量并不穩(wěn)定，它的劇烈變化會給反饋控制帶來比較大的沖擊，使控制效果變差或出現(xiàn)振蕩，因此需要引入前饋控制來減小這種沖擊，確?？刂菩Ч３址€(wěn)定。

系統(tǒng)會根據(jù)來水水量、水質(zhì)參數(shù)，計算一個進水負荷，并根據(jù)這個負荷進行前饋控制， 將結果輸出給后面的反饋控制系統(tǒng)，或直接控制各好氧階段的實際曝氣量。

實際應用中，進水水質(zhì)儀表通常存在一定程度的誤差，對負荷計算造成很大影響，系統(tǒng)可以根據(jù)記錄的歷史數(shù)據(jù)，采用大數(shù)據(jù)分析的方式，對水質(zhì)儀表數(shù)據(jù)進行交叉驗證，并修正計算結果，減弱誤差帶來的影響。

根據(jù)污水廠水力停留時間的不同，前饋系統(tǒng)需要在實際調(diào)試中測算出一個合理的控制滯后時間，確保進水負荷到達好氧池時才進行響應，避免時間匹配不合理造成的影響。針對多級 AO 工藝，根據(jù)每一階段的進水配比，系統(tǒng)會計算每一段的好氧池曝氣量，進行相應調(diào)整。

四、不同階段 DO 控制

多級 AO 工藝主要為缺氧 - 好氧 - 缺氧 - 好氧的組合工藝，針對每一段 O 池的 DO 控制主要根據(jù)污染物濃度在各個階段 O 池的濃度梯度為基準，系統(tǒng)具備各段 O 池分段控制的能力，可以根據(jù)實際的各段 O 池的 COD 和氨氮濃度梯度，在滿足氣體攪拌的基礎上，設定不同的目標值和控制參數(shù)，達到穩(wěn)定控制各階段溶氧的目的，既能保證好氧段的主要污染物去除，又能保證各缺氧段 DO 濃度較低，保證缺氧反硝化及釋磷反應的正常運行，使整個反應過程達到更加合理。

實際使用，對于好氧第一階段來說，它的耗氧量非常大，通常溶解氧讀數(shù)會比較低， 會出現(xiàn)對曝氣量變化極不敏感的情況。不僅如此，任何一級的好氧池過量曝氣都會導致下一級的缺氧池 DO 較多，可能會破壞缺氧狀態(tài)，所以在控制好氧池的曝氣量時，需要更準確。所以，一般采用的方式是，除了最后一級 AO 池的 DO 控制在 2mg/L 左右以外，前面的各級 AO 池均采用低氧運行，控制在 1-1 . 5mg/L ，若某一階段有特殊需求，需要較高 DO，則需同時加大該段的回流量，降低上一級的好氧池曝氣量。