污水處理生化池優化控制及改造

萬春萌

摘 要：作為污水處理中的一個重要環節，生物處理的脫氮除磷效果尤其關鍵，由于進水水質、氣候溫度、曝氣條件的變化，生物處理具有非線性、多變量、滯后性等諸多控制難題，因此自動化控制難度較大。為保證該系統合理、經濟的運行，提高鼓風機的自動控制水平勢在必行，同時引入時序控制，減少調節閥門的動作頻率，提高閥門使用壽命。

關鍵詞： 鼓風機自動控制；溶解氧PID控制；節能降耗；風量；風壓

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.24.012

1 生物處理曝氣控制現狀

青島婁山河污水處理廠二期擴建工程5萬m3/天，生物池分為A/B兩組獨立運行，目前只使用一組生物池，每組生物池各有三組主曝氣區，每個曝氣區對應一個曝氣主管道，主管道配備3套電動調節閥和3塊溶解氧分析儀。二期擴建工程擁有三臺單級離心風機為A/B兩組生物池曝氣，每臺風量6000m3/h，風機采用恒風量LCP現場控制，中控室無法對風機作遠程控制；報警信息在LCP現場顯示，中控室無法更改風機風壓設定和風量設定，閥門無法根據溶解氧自動調節。

原有的風機運行由值班人員設定風機風量值，往往設定一個風量值連續幾天沒有變化，溶解氧忽高忽低。此外當污水廠進水水量和水質變化時，曝氣量的分配、供應效果很不理想，溶解氧濃度控制滯后、精度低、波動大、能耗高、直接影響處理效果，這種風機運行方式不但無法穩定出水水質，而且對風機容易造成喘振。為了提高污水處理工藝水平，保證出水水質，實現節能降耗，改造升級新的控制系統勢在必行。

改造方案：

（1）鼓風機控制由恒風量改為恒風壓，在風壓變化的情況下風機自動調整轉速改變風量，使風機始終在穩定高效的工況下運行。

（2）DO控制是活性污泥控制的重要變量，在外界條件規律變化的條件下，通過PI比例積分或PID反饋控制器可以實現將DO控制在某一值附近。

2 鼓風機控制優化

2.1 鼓風機自動控制

風機在LCP柜上可設置為遠程或就地控制，并實現風機恒風壓模式：調節閥跟隨DO實時改變，管路壓力也會隨之改變，在主管路上安裝一塊壓力變送器，將壓力值實時傳輸至MCP柜，通過與設定壓力值（BIOS輸出值）比較調整風機風量。若是風壓高于設定值則降低風量，若風壓低于設定值則提高風量，直至風壓穩定在設定值附近；若是風壓超出極限值則發出報警，風量不會增加或減少。

風機風量調整間隔時間為40秒，婁山河污水廠生物池深7米，風管壓力一般穩定在70kPa左右，壓力設定值來源于根據模型輸出值或者人工設定，當風壓測量值小于65kPa或大于78kPa時，發生報警并解除風壓聯鎖模式。

2.2 風機控制程序

（1）風機出風口壓力轉換：使用PLC自帶的模擬量轉換塊FC105將PIW752值轉換成PLC實數型值（DB30.DBD0），PT_REAL_H為量程最大值，PT_REAL_L為量程最小值。

（2）壓力控制邏輯程序：DB2.DBD0.0為1#鼓風機遠程狀態，這段程序表示在風機打到遠程后，而且中控室按下風機自動按鈕DB30.DBX48.0，再經過T20時間后，實際風壓減去風機自動設定風壓得到一個差值，若是大于等于1，小于等于2則鼓風機風量減少50m3/h，若是差值大于等于2，小于等于3則鼓風機減小100m3/h，并且通過以太網通訊寫給1#風機。

（3）若是風壓差值大于等于3，則鼓風機風量減少200m3/h。

（4）若是鼓風機自動設定風壓減去實際風壓的差值，大于等于1且小于等于2則鼓風機風量增加50m3/h，差值大于等于2且小于等于3，則鼓風機風量增加100m3/h，傳送給1#鼓風機。

（5）若是鼓風機壓力差值大于等于3則風量增加200m3/h.

（6）為了避免風機壓力波動較大而導致風機超調，增加一個延時時間T20，默認為40S調整一次風量。

（7）風機最小風量為2700，最大風量5500，所以寫入1#風機的風量低于2700或者大于5500的風量均不會超過限制值。

（8）風機壓力最高不得超過78kPa，最低不得超過65kPa，超出此限制值將壓力控制聯鎖按鈕復位，接觸自動控制模式。并且發出報警。

（9）設置一個風機壓力報警復位按鈕，用于人工復位報警。

風機風壓輸出由BIOS活性污泥模型計算給定，初始閥門開度也由模型給定，在第一次開啟風機后模型通過計算給定一個初始風壓和開度，生物池溶解氧迅速達到目標值后模型不斷調整各項參數。鼓風機的控制應盡量保持低風壓，低流量，大閥門開度控制，如此可以降低風機轉速，達到節省電耗的目的。

3 溶解氧與閥門PID調節在PLC中的實現

（1）PID調用FB41，因為調用FB41需要用時鐘脈沖或者在OB30-OB86中才可以連續調用所以在FB41之前加上M59.0（1秒脈沖）作為觸發條件。

FB41中SP_INT為內部設定值輸入用于指定的設定值，在這里就是溶解氧的給定值。

PV_IN為輸入設置的初始化值，在這里就是實際溶解氧的值。

GAIN為比例值，輸入指定控制器增益。

TI復位時間，輸入決定積分器的時間響應。

TD微分時間，輸入決定微分單元的時間響應。

LMN_PER將I/O格式的操作值連接到輸出的控制器。在這里就是輸出閥門開度。

（2）1秒鐘脈沖，閥門連鎖位可以是時序控制同一個位。

（3）將輸出的閥門開度放到相應的過程影像區中。

（4）最后將時序控制和PID調節程序進一步統一，當某一閥門滿足時序控制條件時開始動作，并且按照PID給定的開度執行。程序中預留最大和最小開度，PID輸出開度不可超過極值。

（5）雖然程序基本編寫完成，但是PID調節具有一定的經驗和偶然性，要根據不用情況使用不同的PID數值，要想使用好PID調節就需要了解比例積分微分的作用。

4 結論及展望

在人工控制下，曝氣池實時溶解氧從0.5mg/L到4mg/L之間波動，曝氣區溶解氧曲線波動較大。但在二期精確曝氣系統的控制下，實時溶解氧穩定在3mg/L附近，而控制精度在±0.5mg/L范圍內的時間達99%。

由此看出經過鼓風機和溶解氧閥門聯動后，溶解氧控制更加精確，波動較小，而且風機盡可能多的在高效區運行節約了大量的電能、減少了喘振次數。污水處理廠在保證生物池出水質量的同時又延長了設備的使用壽命。