城市AAO工艺污水处理厂工程自动化控制应用

城市AAO工艺污水处理厂工程自动化控制应用

朱能煌

东莞市清溪长山头三新水务有限公司523660

摘要：结合本污水处理厂介绍了一种AAO污水处理工艺，讨论了污水处理中自动控制的实现，阐述了系统网络结构和功能，并对过程控制实现进行了详细说明。

关键词：污水处理；AAO工艺；自动控制；

污水处理厂实现自动化的目的是实现整个水处理系统的安全可靠运行、确保优质的出水水质或达到规定的标准、提高管理人员的劳动生产率、降低能源与物料消耗。针对采用厌氧-缺氧-好氧法（AAO）工艺的污水处理厂，提出自动控制设计方案。

1.城市污水处理厂的发展

（1）改革开放以来，我国城市化进程加快，城市人口逐年增，生活污水的排放量不断增加。近年为了应对城市化进程加快带来的污水处理需求，减轻水环境压力，我国的城市污水处理厂取得了迅速发展。根据住房和城乡建设部的统计，截至2010年底，全国已建成2157座污水处理厂，在建污水处理厂有1949座。在保证城市污水处理“量”的基础上，城市污水处理的“质”也面临新的挑战。随着城市人口的集中和工农业的发展，水体的富营养化

问题日益严重，人们对污水处理提出了更高的要求。怎样更经济有效地从污水中去除造成水体富营养化的两种主要元素氮和磷，成为污水处理研究的热点。许多污水处理厂为了满足新的排放标准，将面临着现有处理工艺的改造、运行方式的改变和出水水质的改善等问题。如何提高污水处理厂的脱氮除磷效果已经成为城市污水处理厂运行和控制的关键。

（2）Anaerobic-Anoxic-Oxic(AAO)工艺是我国城市污水处理工艺中最为常见的一种污水脱氮除磷工艺，其处理出水的达标排放和运行过程的节能降耗对于保护我国地表水环境具有重要意义。由于受到进水负荷波动等因素的影响，AAO工艺通常较难保持稳定高效的污染物去除能力。目前已建的污水处理厂一般都是通过稳态设计方法确定构筑物尺寸和运行参数，设计中使用较大的安全系数来克服进水的动态变化，保证系统运行过程的安全。这一方面增加了处理系统的建造成本，另一方面也使得处理工艺绝大部分时间内运行在非满负荷条件下，导致系统的运行能耗的升高。本研究使用频谱分析等统计学方法分析了城市污水处理厂进水负荷在不同时间层次上的动态变化规律。在此基础上，通过现场实验和数值模拟对使用前馈控制策略提高AAO工艺处理效率的方法进行了系统地研究，并通过中试实验对建立前馈控制策略的方法进行了验证。

2.城市污水处理系统的控制

反馈控制和前馈控制是目前城市污水处理厂采用的运行控制技术中最为基础的两种结构。反馈控制的基本思想是通过系统设定值与实际测定值之间的偏差来确定控制变量的改变，从而消除偏差。前馈控制的基本思想是通过测定干扰调整控制变量，使得干扰的影响得到补偿。实践证明应用各种控制策略对实际污水处理厂的运行进行控制通常能够得到较好的效果。其中，反馈控制由于结构简单，在实际工程中的应用非常广泛。与反馈控制相比，前馈控制的判断依据是系统输入量本身而非被控量的偏差幅度，前馈控制作用的启动时间在波动产生影响之前而非被控变量的偏差出现之后。输入量的测量精度通常高于被控量偏差的测量精度，因而前馈控制的分辨能力通常较强；对干扰的提前测定使得控制措施能够及时启动，可以避免反馈控制中可能出现的因控制效果生效缓慢而造成的临时性控制失效和过渡加大控制幅度所导致的能量浪费。

3.自动控制功能的要求

污水处理厂的设备均采用自动控制、远方控制和就地控制3种控制方式。就地控制模式：设备的现场控制箱或MCC控制柜上的“就地/远方”开关选择为“就地”方式，通过现场控制箱或MCC控制柜上的按钮实现对设备的启/停、开/关操作。远方控制模式（即远方手动控制方式）：现场控制箱或MCC控制柜上的“就地/远方”开关选择为“远方”方式，操作人员可以通过中控系统操作站的监控画面用鼠标或键盘选择“远控”方式，对设备进行启/停、开/关操作。自动控制模式：现场控制箱或MCC控制柜上的“就地/远方”开关选择“远方”方式，且控制站的“自动/远控”设定为“自动”方式，完全由各控制站根据污水处理厂的工况及生产要求来完成对设备的运行或开/关控制，而不需要人工干预。控制级别由高到低为：现场手动控制、远方控制、自动控制。

采用AAO工艺的污水处理厂主要的控制功能要求：

（1）粗、细格栅自动控制：根据测得的格栅前后水位差值自动控制格栅的运行，即当水位差达到设定值时，自动启动格栅，当格栅停止运行的时间超过设定值时，系统转为时间控制，此时限可调。PLC/DCS系统将根据软件程序自动控制输送机、栅渣压实机、格栅的顺序启停以及安全联锁保护。任何一台格栅启动时，均启动输送机和栅渣压实机。

（2）水泵的自动控制：根据泵房水位值自动控制多台水泵的启停和运行。当泵房水位高至某一设定的水位值时，PLC/DCS系统将按软件程序自动增加水泵的运行台数；相反，当泵房水位降至某一设定的水位值时，PLC/DCS系统将按软件程序自动减少水泵的运行台数。同时，系统累积各个水泵的运行时间，自动轮换水泵，保证各水泵累积运行时间基本相等，使其保持最佳运行状态。当水位降至干运转水位时，自动控制全部水泵停运。在监控管理系统的操作面板上可以设定水位值。

（3）空气曝气量自动调节和鼓风机的控制：根据设定的溶解氧值自动调节生物池中的空气量，保证生物处理过程能够顺利进行。空气调节的方法：根据池中的溶解氧值来调节鼓风机的变频器，以控制空气量；在保证生物池内空气需求量和满足曝气管最低压力值的前提下，尽可能地节省能耗；各调节环节相互关联，相互影响，最终达到最佳状态。

（4）回流污泥量的自动调节：采用时间控制的方式，保证生物池中污泥混合液浓度在工艺生产要求的范围内。PLC/DCS控制回流污泥泵的运行时间，实现进水量与污泥回流量的合理配比，从而保证生物处理的质量稳定性。

（5）污泥脱水的自动控制：PLC/DCS控制污泥脱水过程按预先编制的程序控制运行。污泥脱水的程序控制包括时间控制和手动控制。系统设计有启动时序和停止时序，以及安全保护程序。在药液已制备完成的前提下，设备的启动次序为输送机、脱水机、加药泵、进泥泵，停止顺序与之相反。

污水厂的运行在保证设备正常运转、出水达标的情况下，还需要考虑采取节能的措施。在污水厂主要的耗电设备是提升泵和鼓风机，在控制设计中应重点考虑提升水泵的变频控制和空气曝气量自动调节。

结语；本文提出了建立AAO工艺离散化前馈控制策略的方法，进行了生物反应过程应对进水负荷和控制条件变化的缓冲特性分析。在此基础上，在前馈控制策略中综合考虑了进水负荷的影响，计算了进水负荷动态变化条件下的控制条件，提高了前馈控制的准确性，最终在AAO工艺上实现了出水达标排放和运行能耗降低的研究目标。

参考文献；

[1]AAO污水处理过程的自动控制设计_肖冰

[2]城市污水处理AAO工艺节能降耗控制技术_施汉昌

[3]倒置AAO污水处理工艺应用问题研究_张誉

[4]倒置AAO污水处理工艺在市政污水厂中的应用_曾勇

[5]多模式AAO工艺在污水处理厂扩建工程中的应用_王彬

[6]浅析AAO污水处理工艺及自动化控制_黎柳记