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中图分类号：S210.4 文献标识码：A 文章编号：
控制系统名称：序批式处理工艺曝气节能控制技术
控制系统作用：序批式处理工艺中，曝气阶段是整个序批式处理过程中最重要的工艺处理环节，曝气风量的控制主要由控制系统来完成。序批式SBR的处理目标是氧化和去除溶解的或微小的游离悬浮物质。氧化反应在SBR中是通过微生物的生物氧化完成的。因此微生物能否有效地将悬物质转化为固体并沉淀是SBR正常运行的关键。而氧是微生物氧化有机物以获得生长的能量所必需的；氧量不足会使好氧菌活性降低；反应池中微生物的生长需要大量的氧。食物越多微生物的活性越高，因此氧需求量亦大。另外，有机物的稳定也需要氧。因而反应池中氧浓度控制对于整个工艺的运行是很重要的。满足必需类型细菌的活性以达到必要的处理效率，保证最低的氧需求量。譬如反应池中DO过低，丝状菌会大量繁殖而使得絮凝体沉淀能力降低。同样，如果DO过高，絮凝体很难形成。因此，为保证优质的出水水质，必须保持适当的DO水平。所以溶解氧DO的动态平衡是生物处理过程最关键条件。通过控制系统精确地控制曝气量来维持曝气池内氧含量处于最佳的范围，就能使曝气生化反应效果达到最优，污水中的目标物质(BOD5、CODcr、总磷TP、总氮TN)含量得到最大限度的降低，在满足充氧要求的前提下系统能耗也最少，对减少运行成本起到重要作用，从而使曝气系统得到了优化。
控制系统的组成：主要由数据采集系统、执行系统、逻辑控制系统、显示系统。数据采集系统由主送风管路装设压力传感器，并以标准信号上传至曝气系统的控制装置。曝气池上根据氧的理论分布合理装设溶解氧检测仪，信号上传至曝气系统的控制装置。为鼓风机配备一套无速反馈的 u/f可调的VFD，变频器具备无级调速功能，曝气控制装置的反馈和控制信号可下传到变频器。曝气系统的控制装置采用西门子S7-300系列PLC(可编程逻辑控制器)，PLC具有丰富的指令，PLC内嵌智能控制程序对曝气系统进行可靠稳定的控制，并配有全面和安全的输入输出接口，曝气系统的PLC控制装置是污水处理厂自控系统的核心控制系统，和中央控制室的上位计算机实现通信。上位机可以通过文字和图形动态地反映曝气系统的运行状况，记录运行过程的重要在线数据，如压力、溶解氧值、频率及设备状态等，操作人员可以进行即时的参数修改、分布操作或模式选择。
系统搭建所选用的仪器设备主要为：
核心控制设备 （内嵌PLC智能控制程序对曝气系统进行可靠稳定的控制，INTOUCH10.1上位机软件可视化体现曝气系统的运行状况，记录运行过程的重要数据）；
进出水在线监测仪表进水流量、COD、TOC、NH3-N 、TN、SS、出口达标净水流量等参数实时数值。以及政府部门监测所需的其他水质参数（采用HACH高精度的进出水在线监测仪表时刻监测进水出水质变化）；
溶解氧测定仪 （稳定可靠的HACH溶解氧仪24小时监测各段的溶解氧浓度的变化趋势）；
阀门电动控制机构 （灵敏可靠的电动阀门保障每一次控制的有效性）；
在线污泥活性测定仪（时刻监测污泥活性的变化规律，为曝气量节能控制系统提供进一步优化和修正的依据，并对生化单元安全性诊断提供数据）。
优点：
专业性 本控制系统为污水生化处理系统专用.
开放性 ①强大的拓扑能力，便于曝气系统的改扩建；
②無缝的嵌入能力，可以轻松得嵌入整个污水处理厂的SCADA系统。
友好性 ①全中文的开发平台、全中文显示、专业化的设计、人性化的界面；
智能性 ①实现曝气系统的智能控制。保证高效处理。低成本运行。
②设备出现故障时，自动声、光报警，同时做出最佳的应急性处理
③方便、快速的查看、保存实时数据、报警数据、历史数据
节能性 ①污水处理能力提高
②鼓风机耗电量降低
③人工成本降低
安全性 设有多级用户密码保护，从而保证系统安全稳定运行
工作原理：序批式处理工艺中，当污水进入曝气池时，根据进水水质bod(生物需氧量)、cod(化学需氧量)、ss(悬浮物)、pH/t、水量及其上一周期出水水质情况等得到本次进水处理工艺的各工艺参数（曝气起始水位、曝气时间、曝气停止水位、曝气量、曝气风机运行频率及运行台数、沉淀时间、滗水时间、回流污泥/剩余污泥排放时间等），而在运行当中，鼓风量还可根据进水水质、水量的变化相应地调整，能实时满足曝气池各时段生化反应所需要的曝气量，保持工艺的稳定运行；可以较为精确地模拟出实际曝气反应中各参量与所需曝气量的互动变化关系。
控制策略选择：采用通过在线进出水水质系统实现参数动态控制。
采用通过在线进出水水质系统控制曝气量具备这样的控制思想：视进水浓度情况确定曝气时间、变频器运行频率参数控制量，进水COD浓度偏高较大时，采取较大的控制量输出，以体现纠偏迅速；进水COD浓度较小时，采取较慎微的控制量输出和较短曝气时间。鼓风机选用了灵活、节能的带变频调速的罗茨风机，具有恒转矩输出的特性，流量和转速成正比例关系，轴功率和转速也成正比例关系。
特点：
序批式处理工艺风量控制技术是提高城市污水厂生化单元运行效率、保持污水厂出水水质达标、降低曝气系统能耗的必要条件，本系统采用根据污水厂进水水量和水质的变化来调节鼓风机运行频率，从而保持曝气池中溶解氧浓度的稳定，对污水厂稳定安全的运行和降低系统能耗均有显著效果。本系统具有以下优点：
本系统基于进水水质和水量及其上一周期出水水质情况直接得出本次进水处理工艺的各工艺参数（曝气起始水位、曝气时间、曝气停止水位、曝气量、曝气风机运行频率及运行台数、沉淀时间、滗水时间、回流污泥/剩余污泥排放时间等）；
能实时满足曝气池各时段生化反应所需要的曝气量，保持工艺的稳定运行。本系统中变频器的运行频率自动依靠进水出在线监测仪表的测定值和变化趋势进行调节，从而使得鼓风机曝气量恰好能满足当前曝气池中各段生化反应所需要的曝气量，有利于微生物种群的生长繁殖，从而保证SBR工艺的稳定运行
运行中对设备的磨损较小；
与离心风机相比较，在控制上更容易把握；
比单一DO控制实时性好，不存在纯滞后的过程；
曝气效果佳，节能效果显著；
同类控制系统的比较：
之前采用PID自动控制或通过阀门开度调节的控制方法不能实现在污水厂进水水量和水质时刻发生变化的过程中，保持曝气池溶解氧浓度的稳定，从而影响污水厂的处理效率、增大曝气系统的能耗。采用PID（比例-积分-微分）进行调节控制，是根据SBR池中溶解氧的测定值与上位机溶解氧设定值进行比较，将两者偏差通过PID运算后输出变频器的运行频率信号进行调节，从而控制SBR池内的溶解氧含量；阀门开度调节控制方法是通过运行人员根据当前运行情况和溶解氧监反馈值人为地调节鼓风机出口电动阀门开度进行调节来控制SBR池内的溶解氧含量。以上两种控制方法存在时间延迟性、曝气能耗利用率低且能耗消耗阀门本体上、人为调节可靠性低等；该系统最大的特点是取消了采用调节阀来调节空气流量，调节阀会消耗一部分能量，长期运行，不利于节能，另一方面，曝气池所需风量的变化与水质、水量相关，而水质、水量通常有一定的规律，不会发生剧烈的突变，转速比不会太大，鼓风机选用了灵活、节能的带变频调速的罗茨风机。因为送风管压力变化较小，风机具有恒转矩输出的特性，流量和转速成正比例关系，轴功率和转速也成正比例关系，与离心风机相比较，在控制上更容易把握。更容易使出水水质达标。
结论
该控制系统已经广泛运用于污水处理厂，大大了降低了生产运行成本，本系统采用根据污水厂进水水量和水质的变化来调节鼓风机运行频率调速方式使风机的工作点下移，能耗显著降低，从而降低曝气单元的能耗，节省电费15％－35％以上，目前该控制系统运行稳定，一切正常。
控制系统名称：序批式处理工艺曝气节能控制技术
控制系统作用：序批式处理工艺中，曝气阶段是整个序批式处理过程中最重要的工艺处理环节，曝气风量的控制主要由控制系统来完成。序批式SBR的处理目标是氧化和去除溶解的或微小的游离悬浮物质。氧化反应在SBR中是通过微生物的生物氧化完成的。因此微生物能否有效地将悬物质转化为固体并沉淀是SBR正常运行的关键。而氧是微生物氧化有机物以获得生长的能量所必需的；氧量不足会使好氧菌活性降低；反应池中微生物的生长需要大量的氧。食物越多微生物的活性越高，因此氧需求量亦大。另外，有机物的稳定也需要氧。因而反应池中氧浓度控制对于整个工艺的运行是很重要的。满足必需类型细菌的活性以达到必要的处理效率，保证最低的氧需求量。譬如反应池中DO过低，丝状菌会大量繁殖而使得絮凝体沉淀能力降低。同样，如果DO过高，絮凝体很难形成。因此，为保证优质的出水水质，必须保持适当的DO水平。所以溶解氧DO的动态平衡是生物处理过程最关键条件。通过控制系统精确地控制曝气量来维持曝气池内氧含量处于最佳的范围，就能使曝气生化反应效果达到最优，污水中的目标物质(BOD5、CODcr、总磷TP、总氮TN)含量得到最大限度的降低，在满足充氧要求的前提下系统能耗也最少，对减少运行成本起到重要作用，从而使曝气系统得到了优化。
控制系统的组成：主要由数据采集系统、执行系统、逻辑控制系统、显示系统。数据采集系统由主送风管路装设压力传感器，并以标准信号上传至曝气系统的控制装置。曝气池上根据氧的理论分布合理装设溶解氧检测仪，信号上传至曝气系统的控制装置。为鼓风机配备一套无速反馈的 u/f可调的VFD，变频器具备无级调速功能，曝气控制装置的反馈和控制信号可下传到变频器。曝气系统的控制装置采用西门子S7-300系列PLC(可编程逻辑控制器)，PLC具有丰富的指令，PLC内嵌智能控制程序对曝气系统进行可靠稳定的控制，并配有全面和安全的输入输出接口，曝气系统的PLC控制装置是污水处理厂自控系统的核心控制系统，和中央控制室的上位计算机实现通信。上位机可以通过文字和图形动态地反映曝气系统的运行状况，记录运行过程的重要在线数据，如压力、溶解氧值、频率及设备状态等，操作人员可以进行即时的参数修改、分布操作或模式选择。
系统搭建所选用的仪器设备主要为：
核心控制设备 （内嵌PLC智能控制程序对曝气系统进行可靠稳定的控制，INTOUCH10.1上位机软件可视化体现曝气系统的运行状况，记录运行过程的重要数据）；
进出水在线监测仪表进水流量、COD、TOC、NH3-N 、TN、SS、出口达标净水流量等参数实时数值。以及政府部门监测所需的其他水质参数（采用HACH高精度的进出水在线监测仪表时刻监测进水出水质变化）；
溶解氧测定仪 （稳定可靠的HACH溶解氧仪24小时监测各段的溶解氧浓度的变化趋势）；
阀门电动控制机构 （灵敏可靠的电动阀门保障每一次控制的有效性）；
在线污泥活性测定仪（时刻监测污泥活性的变化规律，为曝气量节能控制系统提供进一步优化和修正的依据，并对生化单元安全性诊断提供数据）。
优点：
专业性 本控制系统为污水生化处理系统专用.
开放性 ①强大的拓扑能力，便于曝气系统的改扩建；
②無缝的嵌入能力，可以轻松得嵌入整个污水处理厂的SCADA系统。
友好性 ①全中文的开发平台、全中文显示、专业化的设计、人性化的界面；
智能性 ①实现曝气系统的智能控制。保证高效处理。低成本运行。
②设备出现故障时，自动声、光报警，同时做出最佳的应急性处理
③方便、快速的查看、保存实时数据、报警数据、历史数据
节能性 ①污水处理能力提高
②鼓风机耗电量降低
③人工成本降低
安全性 设有多级用户密码保护，从而保证系统安全稳定运行
工作原理：序批式处理工艺中，当污水进入曝气池时，根据进水水质bod(生物需氧量)、cod(化学需氧量)、ss(悬浮物)、pH/t、水量及其上一周期出水水质情况等得到本次进水处理工艺的各工艺参数（曝气起始水位、曝气时间、曝气停止水位、曝气量、曝气风机运行频率及运行台数、沉淀时间、滗水时间、回流污泥/剩余污泥排放时间等），而在运行当中，鼓风量还可根据进水水质、水量的变化相应地调整，能实时满足曝气池各时段生化反应所需要的曝气量，保持工艺的稳定运行；可以较为精确地模拟出实际曝气反应中各参量与所需曝气量的互动变化关系。
控制策略选择：采用通过在线进出水水质系统实现参数动态控制。
采用通过在线进出水水质系统控制曝气量具备这样的控制思想：视进水浓度情况确定曝气时间、变频器运行频率参数控制量，进水COD浓度偏高较大时，采取较大的控制量输出，以体现纠偏迅速；进水COD浓度较小时，采取较慎微的控制量输出和较短曝气时间。鼓风机选用了灵活、节能的带变频调速的罗茨风机，具有恒转矩输出的特性，流量和转速成正比例关系，轴功率和转速也成正比例关系。
特点：
序批式处理工艺风量控制技术是提高城市污水厂生化单元运行效率、保持污水厂出水水质达标、降低曝气系统能耗的必要条件，本系统采用根据污水厂进水水量和水质的变化来调节鼓风机运行频率，从而保持曝气池中溶解氧浓度的稳定，对污水厂稳定安全的运行和降低系统能耗均有显著效果。本系统具有以下优点：
本系统基于进水水质和水量及其上一周期出水水质情况直接得出本次进水处理工艺的各工艺参数（曝气起始水位、曝气时间、曝气停止水位、曝气量、曝气风机运行频率及运行台数、沉淀时间、滗水时间、回流污泥/剩余污泥排放时间等）；
能实时满足曝气池各时段生化反应所需要的曝气量，保持工艺的稳定运行。本系统中变频器的运行频率自动依靠进水出在线监测仪表的测定值和变化趋势进行调节，从而使得鼓风机曝气量恰好能满足当前曝气池中各段生化反应所需要的曝气量，有利于微生物种群的生长繁殖，从而保证SBR工艺的稳定运行
运行中对设备的磨损较小；
与离心风机相比较，在控制上更容易把握；
比单一DO控制实时性好，不存在纯滞后的过程；
曝气效果佳，节能效果显著；
同类控制系统的比较：
之前采用PID自动控制或通过阀门开度调节的控制方法不能实现在污水厂进水水量和水质时刻发生变化的过程中，保持曝气池溶解氧浓度的稳定，从而影响污水厂的处理效率、增大曝气系统的能耗。采用PID（比例-积分-微分）进行调节控制，是根据SBR池中溶解氧的测定值与上位机溶解氧设定值进行比较，将两者偏差通过PID运算后输出变频器的运行频率信号进行调节，从而控制SBR池内的溶解氧含量；阀门开度调节控制方法是通过运行人员根据当前运行情况和溶解氧监反馈值人为地调节鼓风机出口电动阀门开度进行调节来控制SBR池内的溶解氧含量。以上两种控制方法存在时间延迟性、曝气能耗利用率低且能耗消耗阀门本体上、人为调节可靠性低等；该系统最大的特点是取消了采用调节阀来调节空气流量，调节阀会消耗一部分能量，长期运行，不利于节能，另一方面，曝气池所需风量的变化与水质、水量相关，而水质、水量通常有一定的规律，不会发生剧烈的突变，转速比不会太大，鼓风机选用了灵活、节能的带变频调速的罗茨风机。因为送风管压力变化较小，风机具有恒转矩输出的特性，流量和转速成正比例关系，轴功率和转速也成正比例关系，与离心风机相比较，在控制上更容易把握。更容易使出水水质达标。
结论
该控制系统已经广泛运用于污水处理厂，大大了降低了生产运行成本，本系统采用根据污水厂进水水量和水质的变化来调节鼓风机运行频率调速方式使风机的工作点下移，能耗显著降低，从而降低曝气单元的能耗，节省电费15％－35％以上，目前该控制系统运行稳定，一切正常。